JP5452676B2 - エラー確率を低減するためのハートビートの複数検出 - Google Patents

Description

本発明は、通信システムに関する。

無線電話およびパーソナル・コンピュータの増加により、以前には特殊な用途だけに利用されると考えられていた高性能なテレコミュニケーション・サービスに対する要求が増大してきた。１９８０年代には、携帯電話ネットワークを介して無線音声通信が広く利用できるようになった。最初、このようなサービスは、一般に、加入者コストが高いために、ビジネスマンの専用領域であると考えられていた。このことは、遠隔分散コンピュータ・ネットワークにアクセスすることについても同じであると考えられていた。最近まで、ビジネス関係者および大規模な機関だけが、必要なコンピュータおよび有線アクセス装置を持つ余裕があった。

身近になった新技術を広く利用できる結果として、現在は一般大衆が、インターネットおよび専用イントラネットなどのネットワークに有線アクセスするだけでなく、無線アクセスすることも望んでいる。無線方式は特に、電話回線に接続せずにこのようなネットワークにアクセスすることを望む、携帯用コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、携帯情報端末などのユーザに有益である。

既存の無線インフラを利用して、インターネット、専用イントラネットおよび他のネットワークに対する低コストで高速なアクセス提供する、広く利用できる満足な解決手段はいまだに存在しない。これは、いくつかの望ましくない環境によるものと考えられる。第１に、ビジネス環境において無線ネットワークを介する高速データ・サービスを提供する一般的な方法は、ほとんどの家庭またはオフィスで利用できる音声グレード・サービスに容易に適合しないことである。例えば、このような標準高速データ・サービスは、標準セルラ無線端末機を介して効率的に伝送するのには必ずしも適していない、なぜなら、無線ネットワークは、元来、音声サービスの提供だけのために設計されていたからである。その結果、ＣＤＭＡのような特定の方式はデータ伝送に適合する非対称動作のいくつかの基準を備えているとはいえ、今日のディジタル無線通信システムは音声伝送に最適化されている。例えば、米国電気通信工業会（ＴＩＡ）により規定されている、ＩＳ−９５における順方向トラフィック・チャネルのデータ・レートは、いわゆるレート・セット１に対しては1.2kbpsから9.6kbpsまでの増加に調整でき、またレート・セット２に対しては1.8kbpsから14.4kbpsまでの増加に調整できる。しかし、逆方向リンク・トラフィック・チャネルについては、データ・レートは4.8kbpsに固定されている。

したがって、このような既存の無線システムは、一般に、順方向リンクを介して最高でも14.4キロビット／秒（kbps）の最大データ・レートに適合できる無線チャネルを提供するに留まる。このような低速データ・レートのチャネルは、ＩＳＤＮ（統合サービス・ディジタル・ネットワーク）方式の装置で利用できる128kbpsなどの高速レートは言うまでもなく、低コストである有線モデムを用いて一般に利用できる28.8または56.6kbpsのレートでデータ伝送するのにも全く役に立たない。これらレベルのデータ・レートは、ｗｅｂページのブラウジングのような動作に対して、急速に最低許容レベルになりつつある。

有線ネットワークは、セルラ・システムが最初に開発された時点で知られていたが、大部分は、セルラ・ネットワーク・トポロジーを介する高速のＩＳＤＮまたはＡＤＳＬグレードのデータ・サービスを提供する無線システム用の設備ではなかった。

大半の無線システムでは、無線チャネル・リソースよりも多い潜在ユーザが存在している。したがって、何らかの方式のデマンド・ベース、つまり要求に基づく多重アクセス・システムが要求される。

多重アクセスが、無線周波数搬送波信号グループでアナログ変調を用いる従来の周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）によって提供される場合も、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）または符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）を用いる無線搬送波周波数の共有を可能にする方式によって提供される場合も、無線スペクトルの特性は共有されることが期待される。これは、有線媒体が相対的に低コストで、一般には共有を意図しないデータ伝送をサポートする従来の環境とはまったく異なる。

無線システムの設計において考慮すべき他の要素は、データそのものの特性である。例えば、ｗｅｂページへのアクセスは一般に、逆方向および順方向に非対称のデータ・レートを要するバースト方式であると考えられる。通常用途では、遠隔のクライアント・コンピュータのユーザが、先ず、ブラウザ・プログラムに対してｗｅｂページのアドレスを指定する。次にブラウザ・プログラムが、通常長さが１００バイト以下のｗｅｂページのアドレス・データを、ネットワークを介してサーバ・コンピュータに送信する。次にサーバ・コンピュータが要求されたｗｅｂページのコンテンツで応答する。コンテンツは、１０キロバイトから数メガバイトのテキスト、画像、音声、さらにはビデオ・データを含むことがある。その後ユーザはページの内容を読むのに数秒または数分さえも費やしてから、別のｗｅｂページをダウンロードする。

オフィス環境では、大部分の従業員のコンピュータ作業習慣は一般に、通常２〜３のｗｅｂページをチェック後、長期間にわたり別の何らかの作業、例えばローカルに格納されたデータへのアクセス、さらにはコンピュータの使用を完全に終了するなどを行う。したがって、このようなユーザがインターネットまたは専用イントラネットに１日中連続して接続を維持する場合でも、高速データ・リンクの実際の利用は一般に、全く散発的に発生するだけである。

インターネット接続をサポートする無線データ転送サービスが無線音声通信と共存する場合、無線ＣＤＭＡシステムにおける利用可能なリソースの使用を最適化することが重要になってきている。周波数の再利用およびトラフィック・チャネルの動的な割当ては、高性能無線ＣＤＭＡ通信システムの効率を向上させるいくつかの形態に対応するが、今なお利用可能リソースを効率的に利用することへの要求がある。

有効なリソースをより効率的に利用する１つの方法は、リソースをエラーの無い方法で確実に割り当てることである。例えば、トラフィック・チャネルに対するリクエストがなされていないときは、基地局はトラフィック・チャネルをフィールド・ユニットに割り当てるべきではない。同様に、トラフィック・チャネルに対するリクエストがなされているときは、基地局はトラフィック・チャネルをフィールド・ユニットに割り当てるべきである。このようなリクエストは、ユーザがフィールド・ユニットを使用してトラフィック・データを遠隔のネットワーク・ノードに送信するときに、フィールド・ユニットにより生成される。

ある適用において、あるチャネル上のタイム・スロットにおけるマーカの伝送は、該当するフィールド・ユニットをアクティブに切り換えるための、そのユニットからのリクエストを表示する。すなわち、割り当てられたタイム・スロットにおけるマーカの伝送は、フィールド・ユニットから基地局までデータ・ペイロードを送信するために、逆方向リンク・トラフィック・チャネルをユーザに割り当てるように、フィールド・ユニットが要求していることを示す。これはフィールド・ユニットが現在スタンバイ・モードにいることを前提とする。一方、フィールド・ユニットは一対の逆方向リンク・チャネルの第２チャネルを介してマーカを送信して、フィールド・ユニットがアクティブ・モードに置かれることを要求していないことを示す。例えば、フィールド・ユニットは逆方向リンク・チャネル上でのデータ伝送を望まず、むしろ、即時にアクティブに切り換わることができるように基地局と同期するが、非アクティブを維持することを要求する。

いずれの場合も、本発明は、通信状態を変更するリクエストのマーカすなわち表示を有する信号の検出性能を改良する。例えば、通信状態を変更するリクエストがなされていることを判断するために表示を測定することによって行う。一実施形態では、この測定には所定の時間期間内の少なくとも２つの明確なリクエストの識別を含む。システムはまた、リクエスト状態（すなわち、通信状態「変更リクエスト」）に対する非リクエスト状態（すなわち、定常状態または「制御維持」状態）の電力レベルに異なる大きさを適用することにより、代替基準、つまり既存の基準にとって替わる新しい基準を用いて、性能を改良する。この結果、誤ってトラフィック・チャネルを指定すなわち割り当てるような、誤り通信状態の数を低減できる。

ある特定の適用では、加入者ユニットは、ハートビートにＣＤＭＡシステムの第１コードを使用するハートビート・チャネルに、基地局への逆方向リンクにおける第２コードを使用するリクエスト・チャネルを当てる。加入者ユニットは信号を繰り返しとし、さらには、本発明の原理を利用する基地局が、適正に高い検出確率および適正に低い誤り検出確率で通信状態の変更リクエストを判断するような方法で、異なる電力レベルを信号に当てる。

本発明の教示は１ｘＥＶ−ＤＶシステムおよびＩ−ＣＤＭＡで両立できるが、有線または無線通信システムで使用されるさまざまな他の通信プロトコルを採用しているシステムをサポートできるだけ十分に包括的である。本発明の実施形態は、ＩＳ−２０００のような符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システム、およびＩＥＥＥ ８０２．１１ａ無線ローカルエリア・ネットワーク（ＬＡＮ）のような直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムで利用できる。

本発明の前述およびその他の目的、特徴、および利点は、添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明で明らかになるであろう。図面では、同一参照符号は異なる図面においても同一部品を指す。図面は必ずしも縮尺通りでなく、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。

本発明の実施形態において開示する通信システムの略図である。 図１の通信システムにおいて基地局で使用されるサブシステムの略図であり、このサブシステムを利用して、逆方向リンク信号が通信状態を変更するリクエストの表示を含むか否かを判断する。 図２Ａのサブシステム内で状態機械によって実行される処理のフローチャートである。 「制御維持」を示す第１マーカ、および「アクティブへの切換リクエスト」を示す第２マーカを有する１ｘＥＶ−ＤＶの信号の図である。 割り当てられたタイム・スロット内に、フィールド・ユニットが通信状態の変更を要求していることを示すマーカを有する、コード・チャネルの符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）セットの信号の図である。 表示を有する逆方向リンク信号の別の実施形態の信号の図である。 図３Ａ〜３Ｃの信号における表示のエネルギ・レベルを判断するのに使用できる、信号対雑音比に対する検出確率のグラフである。

本発明の好ましい実施形態を以下に説明する。

「ハートビート（ＨＢ）」および「アクティブに切り換えるリクエスト付きハートビート（ＨＢ／ＲＱＳＴ）」信号の見落としまたは誤った検出は大きなコスト損失を招く。ＨＢの誤り検出が発生すると、基地局とフィールド端末間で使用される電力制御コマンドおよびタイミング・コマンドは、受信した不正確なコード位相に基づいて生成されることになる。したがって、電力制御は誤ってなされ、端末からの実際の受信電力に基づかないことになる。リクエスト・メッセージに対しては、リソースを必要としないときにリソースがユーザに割り当てられ、結果的に容量を浪費することになる。

従来から、誤り検出の確率が極めて低いことが重要である場合、必要条件として、送受信基地局（ＢＳＴ）でのＥｂ／Ｎｏ（すなわち、雑音密度に対するビット当たりエネルギ）しきい値が高いことが条件として課せられている。一方、ＨＢ信号の場合のように、検出速度がそれほど重要でない場合、複数の連続する検出が有効になる。これにより、誤り検出確率を大幅に低減できる。

例えば、P（ｆｄ）＝0.01であり、また 「有効検出」が判断される前に続けて３回の検出が指定された場合、全体Ｐ（ｆｄ）＝（0.01）＾3すなわち0.000001となる。これは、とにかく確率が極めて高いため、検出のコストが安くなる。例えば、単一の検出確率が0.9である場合、必要な３回検出は検出確率を0.9＾3すなわち0.72に低下し、わずかな縮小のみである。この技術はレーダー装置で公知であるが、ＨＢおよびＨＢ／ＲＱＳＴ信号を検出する本アプリケーションならびに他の通信システムおよびアプリケーションにおいてこの技術を利用していない。ＨＢおよびＨＢ／ＲＱＳＴ信号は、本発明の教示が適用される信号の例であり、いずれにせよこれに限定されないものであることは理解されるべきである。

検出され、カウントされる信号は、（i）連続であり、例えば、時間もしくはＴＤＭＡシステムにおいてユーザによって割り当てられたスロットのいずれかで連続であり、または（ii）信号間に休止を有するが、所定の時間期間内に所定数のパルス、ビット、もしくは他のインジケータを有する、ことができる。ＣＤＭＡ逆リンクでは、必要な複数の連続する検出または連続しない検出が用いられ、システム・レベル検出をできるようにする。さらに、システムは検出目標に対して異なる電力制御目標を設定できる。これは、低い伝送電力に対し、積分時間を増加させて検出エネルギを増加することを意味する。タイム・スロットを使用するシステムでは、システムは、所定ユーザに対して、連続または非連続タイム・スロットを監視する情報処機能を有することができる。さらに、システムは、ゲート制御された信号（ゲート回路でオン／オフされた信号）およびゲート制御されない信号で作動する。

ハートビートの干渉レベルは、古典的な「レーダー」検出問題として推定できる。このために、ＣＤＭＡ方式における専用制御チャネル（ＤＤＣＨ）およびスロット方式制御維持モード（ＤＣＨＭ）の場合のような復調ではなく、「検出される」ハートビート・パルスに基づいて、さまざまな有利な方法が可能となる。

図1は、本発明の実施形態を使用している、前述のシステムと同様の通信システム１００の一例の図である。図示のように、基地局（ＢＴＳ）２５はアンテナ・タワー２３を備え、複数のフィールド・ユニット４２ａ，４２ｂ，４２ｃ（総称してフィールド・ユニット４２）のそれぞれと無線通信リンクを維持する。このような無線リンクは、基地局２５とフィールド・ユニット４２の間の順方向リンク７０および逆方向リンク６５にリソースを割り当てることにより確立される。リンク６５および７０は、通常、いくつかの論理逆方向リンク・チャネル５５およびいくつかの論理順方向リンク・チャネル６０からそれぞれ形成される。

図のように、通信システム１００はインタフェース５０とネットワーク２０の間の無線通信をサポートする。通常、ネットワーク２０は公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、またはインターネット、ネットワーク間のネットワークもしくはイントラネットなどのコンピュータ・ネットワークである。インタフェース５０は、好ましくは、携帯型コンピュータ１２のようなディジタル処理装置に接続され、場合によりアクセス・ユニットと呼ばれ、ネットワーク２０への無線アクセスを提供する。したがって、携帯型コンピュータ１２は、結線で接続されたデータ・リンクおよび無線データ・リンクの両方の組み合わせを介する通信によってネットワーク２０にアクセスする。

好ましい実施形態では、順方向リンク・チャネル６０および逆方向リンク・チャネル５５は、通信システム１００において、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）チャネルと定義される。すなわち、各ＣＤＭＡチャネルは、好ましくは、拡大された擬似ランダム雑音（ＰＮ）コード・シーケンスを用いて、データを符号化し、チャネルを介してこのデータを伝送することにより定義される。ＰＮコード化されたデータは、次に、無線周波数搬送波上に変調される。これにより、受信機は所定のチャネルに割り当てられた特定の拡大されたＰＮコードのみを認識して、チャネル全体の中から１つのＣＤＭＡチャネルを解読できる。一実施形態によれば、各チャネルは、ＩＳ−９５ ＣＤＭＡ規格および１ｘＥＶ−ＤＶ規格に準拠して1.25MHz帯域を占め、38.4kbpsで伝送可能である。

順方向リンク７０は、少なくとも４つの論理順方向リンク・チャネル６０を含む。図示のように、このリンクは、パイロット・チャネル６０ＰＬ、リンク品質管理（ＬＱＭ）チャネル６０Ｌ、ページング・チャネル６０ＰＧ、および多重トラフィック・チャネル６０Ｔを含む。

逆方向リンク６５は、少なくとも５つの論理逆方向リンク・チャネル５５を含む。図示のように、このリンクは、ハートビート・スタンバイ・チャネル５５ＨＳ、ハートビート・リクエスト・アクティブ・チャネル５５ＨＲＡ、アクセス・チャネル５５Ａ、および多重トラフィック・チャネル５５Ｔを含む。通常、逆方向リンク・チャネル５５は、各順方向リンク・トラフィック・チャネル６６Ｔが2.4kbpsから最大160kbpsまでの可変データ・レートをサポートできることを除いて、順方向リンク・チャネル６０と同様である。

基地局２５とフィールド・ユニット４２ａの間を伝送されるデータは、一般に、ｗｅｂページ・データのような符号化されたディジタル情報で構成される。逆方向リンク６５または順方向リンク７０に多重トラフィック・チャネルを割り当てることにより、高速データ伝送レートが基地局２５とフィールド・ユニット４２ａの間の特定リンクで実現される。ただし、複数のフィールド・ユニット４２が帯域幅の割当てに対して競合するため、フィールド・ユニット４２ａは、データのペイロードを伝送するためのトラフィック・チャネルを割り当てるために、リソースが解放されるまで待機しなければならない場合がある。

リクエスト付きハートビート信号とハートビートを区別するのに使用できる検出器システムの例（図２）を説明する前に、図３Ａ〜図３Ｃを参照して、信号例の簡単な説明をする。

図３Ａにおいて、フィールド・ユニットによって伝送される１ｘＥＶ−ＤＶ信号１６０は、３つの異なる状態、すなわち、「制御維持」状態１６５、「アクティブへの切換リクエスト」状態１７０、およびデータ・トラフィック状態１７５を有する。「制御維持」状態１６５において、信号１６０は「アクティブへの切換リクエスト」表示を含まない。言い換えれば、信号１６０は「アイドル」または「制御維持」状態に留まっている。これは、フィールド・ユニット４２ａがトラフィック・チャネルを要求していないことを示す。「アクティブへの切換リクエスト」状態１７０は、フィールド・ユニットが逆方向リンクを介してトラフィック・チャネル上のデータをＢＴＳ２５に伝送することを要求していることの表示である。トラフィック状態１７５では、トラフィック・データはフィールド・ユニットによってＢＴＳに伝送される。逆方向リンクを介するトラフィック・データの伝送に続き、「データ伝送完了」状態（図示せず）の伝送の後に、信号１６０は「制御維持」状態１６５に戻る。

単一の信号１６０で示しているが、信号は複数の信号であってもよく、さらに、直交または非直交コードを用いて相互に排他的なチャネルに符号化されてもよい。例えば、「制御維持」状態１６５は「アクティブへの切換リクエスト」状態１７０とは異なるチャネル上で伝送される。同様に、トラフィック状態１７５で伝送されているトラフィック・データは、他の２つの状態１６５，１７０とは別のチャネル上に存在してもよい。多重チャネルの例は図３Ｂおよび図３Ｃを参照して説明される。

図３Ｂは、時間区間ｉ １７７ａ、時間区間ｉ＋１ １７７ｂ…で繰り返す、ユーザ１，２，３，…，Ｎに対して割り当てられるタイム・スロットを有するインターネット符号分割多重アクセス（Ｉ−ＣＤＭＡ）信号伝送の図の例である。チャネルは、ハートビート・チャネル５５Ｈ、リクエスト・チャネル５５Ｒおよびトラフィック・チャネル５５Ｔから構成されている。これらのチャネルはそれぞれ、コードＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，…，ＣＮを有し、これらのコードによって、相互に排他的なコード・チャネル上で信号が伝送可能になる。送信および受信システムの両方は、これらコードを使用してチャネル内で情報を処理し、標準的なＣＤＭＡ方式でチャネルに含まれている情報をそれぞれ分離する。

図示する例では、ユーザ１，２，４，５，６，…，Ｎは、ハートビート・チャネル５５Ｈ内の信号１８０の存在によって示されているように、アイドル状態に留まることを要求している。しかし、ユーザ３は、第１時間区間１７７ａにおけるリクエスト・チャネル５５Ｒ内の信号１８５ａ、第２時間区間１７７ｂにおけるリクエスト・チャネル５５Ｒ内の信号１８５ｂ、および場合により追加時間区間における信号に基づき、逆方向リンクを介してデータを伝送することを要求している。第３時間区間１７７ｃにおいて、ＢＴＳ２５は２つの連続する表示１８５ａおよび１８５ｂに基づきデータ伝送のリクエストをすでに検出している。受取り通知の受信に続いて、ユーザ３はコードＣ５を使用して対応するトラフィック・チャネルでトラフィック・データ１９０の伝送を開始する。別の実施形態では、ＢＴＳ２５は、リクエストが生成されていることを判断して受取り通知を送信する前に、３つの連続する表示１８５ａ〜１８５ｃを要求できる。

図３Ｃは、フィールド・ユニット４２ａから基地局２５に「アクティブへの切換リクエスト」を表示するのに使用される、図３Ａの１ｘＥＶ−ＤＶの詳細な信号の図である。この実施形態では、１ｘＥＶ−ＤＶ信号は、異なる論理チャネル、すなわちハートビート・チャネル５５Ｈおよびリクエスト・チャネル５５Ｒ上の複数の信号によって構成されている。ハートビート・チャネル５５Ｈは、フィールド・ユニット４２ａから基地局２５に、連続するタイミングおよび他の情報（例えば、電力レベル、同期など）を提供する。フィールド・ユニット４２ａはリクエスト・チャネル５５Ｒを使用して、基地局２５のリクエスト（例えばディジタルの「１」）を生成し、逆方向リンク６５上でデータを伝送するためのトラフィック・チャネルを要求する。

斜線で示されるサンプリング時間周期１９５ａ，１９５ｂ，…，１９５ｆ（総称して１９５）は、ＢＴＳ２５がリクエスト信号５５Ｒ、さらにはハートビート・チャネル５５Ｈのタイム・スロットをサンプリングし、トラフィック・チャネルに対するリクエストがなされているか否かを判断する、時間または期間を示す。なお、サンプリングはタイム・スロット全体またはそのサブセット全体にわたって実行できる。また、この特定の実施形態では、ハートビート・チャネル５５Ｈおよびリクエスト・チャネル５５Ｒは相互に排他的なコードを使用して、サンプリングをタイム・スロットのすべてまたはサブセット内の相互に排他的なコード・チャネル５５Ｈ，５５Ｒについて実行する。ある特定の実施形態では、基地局２５は、サンプリング時間１９５ｂ，１９５ｄおよび１９５ｆにおけるタイム・スロット内のような、リクエスト表示に指定されたタイム・スロット内の相互に排他的なコード・チャネル５５Ｈ，５５Ｒをサンプリングする。これらのタイム・スロットの間、ハートビート・チャネル５５Ｈは「非アクティブ」であるが、リクエスト・チャネル５５Ｒは「アクティブ」である。

前述のように、「アクティブ」リクエスト・タイム・スロット内の信号は、変調されたメッセージまたは「ビット」を伴わない単に符号化されたパイロット信号である。したがって、検出は、所定の時間期間またはいくつかの時間期間にわたって、それぞれのタイム・スロット内のハートビート信号およびリクエスト付きハートビート信号の各エネルギ・レベルのみに基づく。

ある特定の実施形態では、「制御維持」状態１６５の表示は第１エネルギ・レベルを有し、「アクティブへの切換リクエスト」状態１７０は第２エネルギ・レベルを有する。基地局２５は、アクティブへの切換えリクエストを表示するのに使用される繰り返しパルスに加えて、電力レベルの差を利用できる。例えば、この特定の実施形態では、２種類の状態を区別する方法は、信号の各エネルギ・レベルを測定し、（i）少なくとも１つのしきい値とこれらエネルギ・レベルを比較するか、または（ii）リクエストが存在していることを判断するが、任意で、ハートビート信号が論理ゼロの場合にタイム・スロット内の相互に排他的なコード・チャネルに存在していることを判断する。表示のエネルギ・レベルの差は、信号のデューティ・サイクル、信号の周波数、信号の電力、信号伝送構造等により提供できる。

図４を参照して、信号のエネルギ・レベルを利用してシステム性能を向上させる方法が理解できる。図４は、次のパラメータすなわち因子を基にして信号伝送必要条件を選択するための図表を提供する。これら因子は、（i）検出の確率Ｐ（ｄ）（ｘ軸）、（ii）デシベル単位の信号対雑音比（ｙ軸）、および（iii）誤り検出の確率Ｐ（ｆｄ）（グラフ内の曲線）である。この図表は、線形整流検出器(linear rectifier detector)の入力端末において要求される信号対雑音比を単一パルスに対する検出確率の関数として示している。この図表はまた、パラメータとして誤り検出確率Ｐ（ｆｄ）を伴い、信号対雑音比はゆらぎのない信号に対して計算される。別のパラメータすなわち因子を使用しても、表示の伝送電力レベルを確立または規定できると理解されるべきである。

円で囲まれた点２００では、信号対雑音比は3db、Ｐ（ｄ）＝20％、およびＰ（ｆｄ）
＝1％である。同一の誤り検出確率に対して検出確率を向上させるには、単に、円で囲まれた点２００を、同一の誤り検出確率の曲線に沿って上方に移動する必要があり、これは信号対雑音比の増加がシステムの性能を向上し、その結果、リクエスト信号が即時に検出されるように改良するために利用されることを示す。

通信システム１００の例（図１）に対する、ハートビート・スタンバイ５５ＨＳおよびハートビート・リクエスト・アクティブ５５ＨＲＡエネルギ・レベルの例に関する実例のモデルを示して説明する前に、システムで使用されるプロセッサおよび検出器について簡単に説明する。

図２Ａは、フィールド・ユニット４２ａがＢＴＳ２５にデータを送ることを要求したか否かを判断するのに使用されるリクエスト検出プロセッサ１１０の略図である。受信機Ｒｘ３５は信号５５を受信する。信号５５は、メンテナンス・チャネル５５Ｎ、トラフィック・チャネル５５Ｔ、アクセス・チャネル５５Ａ、ハートビート・スタンバイ・チャネル５５ＨＳ、およびハートビート・リクエスト・アクティブ・チャネル５５ＨＲＡを含む。信号５５を処理して、ハートビート・チャネル・プロセッサ１１２がハートビート・スタンバイ・チャネル５５ＨＳを受信し、リクエスト・チャネル・プロセッサ１１４がハートビート・リクエスト・アクティブ・チャネル５５ＨＲＡを受信するようにする。

この特定の実施形態では、ハートビート・チャネル・プロセッサ１１２およびリクエスト・チャネル・プロセッサ１１４は、同一の処理要素を有するので、簡単化のためにハートビート・チャネル・プロセッサ１１２のみの説明をする。

ハートビート・チャネル・プロセッサ１１２は、ハートビート・スタンバイ・チャネル５５ＨＳを受信する。相関器１１５が逆拡散器１２０を用いてハートビート・スタンバイ・チャネル５５ＨＳを逆拡散する。積分器１２５がコヒーレントにハートビート信号を結合するために使用される。コヒーレントに信号を結合することによって、Ｉの積分Ｑおよびその位相が信号の位相を除去し、信号の電力を出力する。

相関器１１５に続き、整流器１３０（すなわち信号の２乗の絶対値）が信号の電力を整流し、その後、この信号を第２積分器１３５により積分し、受信されたハートビート信号のエネルギを計算する。第２積分器１３５は、短い時間期間で計算される、信号のコヒーレントでない結合を提供する。端末が高速で移動する場合、コヒーレントでない積分は振幅のみを提供する。なお、端末が高速で移動すると、１８０度位相ポイントのクロスオーバーが発生し、これが、コヒーレントでない結合がない信号のエネルギの判断において曖昧性の原因となる。

ハートビート・チャネル・プロセッサ１１２からの出力はハートビート・エネルギ・レベルであり、リクエスト・チャネル・プロセッサ１１４からの出力はリクエスト・エネルギ・レベルである。この特定の実施形態では、これらエネルギ・レベルのそれぞれは推測検出器（hypothesis detector）１４０に供給され、この検出器がハートビート信号、リクエスト信号またはいずれでもない信号が基地局２５によって受信される逆方向リンク・チャネル５５にあるか否かを判断する。

推測検出器１４０の出力は状態機械１４５に供給される。状態機械を使用して、フィールド・ユニットが所定の基準に従って「アクティブへの切換リクエスト」を生成しているか否かを判断する。一実施形態において、この処理は、推測検出器１４０の出力の測定に相当する。測定の例には、連続するリクエスト信号の数のカウント、ハートビート・スタンバイ・チャネル信号とハートビート・リクエスト・アクティブ・チャネル信号との比の測定、および所定の期間期間内のハートビート・リクエスト・アクティブ信号のカウントなどが含まれる。さらに、推測検出器１４０および表示のエネルギ・レベルの差がシステム性能を向上させるが、本発明では必ずしも必要としない。言い換えると、ハートビート・スタンバイ・チャネル５５ＨＳおよびハートビート・リクエスト・アクティブ・チャネル５５ＨＲＡを状態機械で直接処理して、フィールド・ユニット４２ａがアクティブへの切換を要求しているか否かを判断できる。さらなる詳細については、以下の状態機械１４５の実施形態の説明で明らかにする。

この特定の実施形態では、状態機械１４５は論理真偽信号を出力する。図２Bは、状態機械により実行される処理の例を示す。

図２Ｂは状態機械１４５のフローチャート例である。例示の状態機械１４５は、検出プロセッサ１１０が「立ち上がる」と、ステップ２０５で開始する。ステップ２１０において、状態機械１４５は、検出が発生しているか否かを判断するのに用いられるカウンタを初期化する。ステップ２１５において、状態機械１４５は推測検出器１４０からの出力を受け取る。状態機械１４５は、立ち上がった後、推測検出器１４０の出力を受け取ると、ステップ２１５で開始される「割込みサービス・ルーチン」として機能してもよい。カウンタは、検出または非検出を判断するとクリア（すなわち、ゼロに設定）され、以下に述べるように、検出プロセッサ１１０を再立ち上げすることなく、測定処理をリセットする。

ステップ２１５において推測検出器１４０からの出力を受け取った後、状態機械１４５は推測検出器１４５の出力がリクエスト（すなわち、「アクティブへの切換リクエスト」）であるか否かを判断する。切換リクエストであれば（YESであれば）、状態機械１４５はステップ２４０に進行し、そこで、検出カウンタがインクリメントされる。ステップ２４５において、検出カウンタはしきい値と比較される。検出カウンタがしきい値を超えている場合、ステップ２５０において、状態機械１４５はフィールド・ユニット４２ａからの「アクティブへの切換リクエスト」の検出を報告する。検出カウンタがしきい値を超えていない場合、状態機械１４５はステップ２１５に戻り、推測検出器１４０からの別の出力を待つ。

続けて図２Ｂを参照して、ステップ２２０において、推測検出器１４０の出力が「リクエスト」でないことが判断されると、状態機械１４５はステップ２２５に進行する。ステップ２２５において、状態機械１４５は非検出カウンタをインクリメントする。ステップ２３０において、非検出カウンタがしきい値を超えているか否かの判断がなされる。しきい値を超えている場合（YESであれば）、状態機械１４５はステップ２３５に進行し、そこで、状態機械１４５はフィールド・ユニット４２ａによる「アクティブへの切換リクエスト」の非検出を報告する。非検出カウンタがしきい値を超えていない場合、状態機械１４５はステップ２１５に戻る。

ステップ２３５および２５０の後に、状態機械１４５はステップ２５５においでカウンタをクリアし、状態機械１４５がフィールド・ユニット４２ａからのさらなる「アクティブへの切換リクエスト」を検出できるようにする。ステップ２６０において、状態機械１４５は動作を終了する。

状態機械１４５は検出カウンタを使用して、所定の基準に従って、検出プロセッサ１１０が受け取った「アクティブへの切換リクエスト」の表示の数を判断する。この基準は任意の形式にでき、例えば、連続検出の所定の数、所定時間期間内の検出の所定数、または検出と非検出の比を含むことができる。リクエスト信号の位相の測定のような別の非カウントに基づく測定を使用して、アクティブに切換えるリクエストが生成されたか否かを判断することもできる。

状態機械１４５が、カウンタまたは他の基準を用いる別の実施形態を採用できることは理解されるべきである。例えば、状態機械１４５は他の処理フロー、カウンタでない変数、または他の標準もしくは非標準技術を使用して検出を判断できる。さらに、推測検出器１４０から出力を受け取るのではなく、状態機械１４５への入力がハートビート・チャネル・プロセッサ１１２またはリクエスト・チャネル・プロセッサ１１４からのそのままのデータであってもよい。さらに、別の実施形態では、状態機械１４５は推測検出器１４０との組合せに含まれてもよい。

図２Ａを再度参照して、フィールド・ユニット４２ａが「アクティブへの切換りクエスト」を生成しているか否かを高い確率とするために状態機械１４５を使用することに加えて、推測検出器１４０も使用される。

いずれの信号が存在しているかを判断するために、推測検出器１４０は論理関数を有する。例えば、この特定の実施形態では、推測検出器１４０は、第１エネルギ・レベルしきい値を第１エネルギ・レベル（すなわち、ハートビート・エネルギ・レベル）と比較し、第２エネルギ・レベルしきい値を第２エネルギ・レベル（すなわち、リクエスト・エネルギ・レベル）と比較する。

ハートビート・エネルギ・レベルと比較するエネルギ・レベルしきい値の例は9dbであり、リクエスト・エネルギ・レベルのしきい値の例は11dbである。エネルギ・レベルしきい値は、動的に選択されるか、事前に決定されているか、または、例えば、ハートビート・チャネル５５Ｈを介してフィールド・ユニットから基地局に報告される、伝送電力レベルに基づくなどの、別の方法で適用できる。エネルギ・レベルの計算および比較に関しては、第１および第２エネルギ・レベルは、信号５５が使用する信号伝送チャネル内のタイム・スロットの占有状態に依存する。したがって、エネルギ・レベルしきい値は、「アクティブへの切換リクエスト」またはアイドル・モードに留まるリクエストを表示するのに使用される「１」ビットの、求められる数または指定された数に基づくことができる。エネルギ・レベルしきい値の利用については、本出願と同時に出願された、関連米国特許出願の、Proctorによる発明の名称「ハートビート・リクエストよりも低電力レベルでのハートビート信号の伝送」に記載されている。前記出願は全文を参照により本明細書に引用したものとする。

前述のように、状態機械１４５は推測検出器１４０の出力を測定して、フィールド・ユニット４２ａと基地局２５の間の逆方向リンク・トラフィック・チャネルの状態である、通信システムの状態を変更するか否か判断する。例えば、「アクティブへの切換リクエスト」（すなわち、逆方向リンク上でデータを送信する）がフィールド・ユニット４２ａによって生成されていると推測検出器１４０が判断すると、状態機械１４５は、携帯型コンピュータ１２にトラフィック・チャネル５５Ｔを提供する機能を果たすＢＴＳ内のプロセッサ（図示せず）に信号を出力する。ある特定の実施形態では、連続するリクエスト信号の数が２つ以上連続することと判断されると、ＢＴＳ２５はトラフィック・チャネル５５Ｔを割り当てる。別の基準は前に説明した。

図３Ｃを参照して説明したように、ハートビート・チャネル・プロセッサ１１２、リクエスト・チャネル・プロセッサ１１４、および推測検出器１４０は、通信状態を変更するリクエストを表示するのに使用されるタイム・スロットの占有状態を監視する方式で構成または設計される。一実施形態において、検出は、図３Ｂおよび図３Ｃに示したような相互に排他的なコード・チャネルの占有状態の監視を含む。

フィードバック・ループ（図示せず）を利用して、ハートビート・チャネル・プロセッサ１１２およびリクエスト・チャネル・プロセッサ１１４を「適応可能」にすることができる。例えば、ハートビート・チャネル５５Ｈの受信エネルギ・レベルに基づき、積分器１２５，１３５の積分時間を調整でき、ハートビート信号およびリクエスト信号のエネルギ・レベルの比較のために推測検出器１４０によって使用されるエネルギ・レベルのしきい値も、また、フィードバックのループによって調整できる。別のフィードバックにより、（i）検出に必要な連続するパルス数を増加または減少でき、または（ii）伝送されるリクエスト信号の数を増加または減少できる。このようなフィードバック・ループがコマンドまたはメッセージを使用して、ＢＴＳとフィールド・ユニットの間で、フィールド・ユニットによって伝送されるハートビート信号またはリクエスト付きハートビート信号の電力レベルに関する情報を含む情報を転送できる。

前述のように、第１通信状態はスタンバイ通信状態であり、第２通信状態はペイロード通信状態である。他のシステムまたは同一システムでさえも、通信状態には、基地局の変更のリクエスト、および電力制御信号伝送などのような、他の通信状態を適用できる。本明細書に述べる信号伝送における異なる信号繰り返しの使用または異なるエネルギ・レベルの使用は、無線、有線または光通信システムに適用可能である。いずれにせよ、通信状態は音声またはデータ通信システムで使用できる。

また前述のように、第２エネルギ・レベルは、図４を参照して説明したとおり、検出、誤り検出、または両方の組み合わせの目標確率に基づいている。言い換えると、フィールド・ユニットは、所定の電力レベルまたは所定の時間期間当たりの所定のパルス数でリクエスト信号を伝送して、図４を参照して説明したように検出、誤り検出、または両方の所定の目標確率に対して該当する信号対雑音比を達成できる。

システム分析により、伝送電力または伝送される表示の数を設定でき、または、通信システムに前述のフィードバック機構を用いることにより、フィールド・ユニットの動作を切り換えて、表示の受信エネルギ・レベルが所定の信号対雑音比を達成するようにし、これにより検出および誤り検出パラメータの所望の確率を実現する。

シミュレーション：
逆方向リンクのシミュレーションは、逆方向リンクが、電力制御、および図３Ａ〜図３Ｃに示す例示のタイプまたは通信リンク信号伝送の他のタイプのいずれかのハートビート・チャネルを有すると仮定して実行した。

最初に、このシミュレーションに対して２つの仮定をした。第１に、電力制御は検出されるパスの組合せまたは単一パス上でなされる。電力制御は、明確な検出が達成されないときにも実行される。第２に、検出の確率を設定して、電力制御が正しい信号上で実行されることを保証するのに十分な高レートでの検出を達成した。明確化のために、検出には受信信号の追跡を必要とする。

表１は、基地局から60mph（約96km/ｈ）の速度で遠ざかる車からの単一パス・チャネルに必要な検出レートを示す。この表は、移動によるチップの変化（slew）当たり、少なくとも１つの検出を必要とする。

表 １
１チップの変化距離 ８１４ ft（約２４８m）
携帯端末速度 ６０ mph（約９６ｋm/s）
携帯端末速度 ８８ ft/s（約２７m/s）
チップのスルー・レート ９．２ chip/s
ハートビート・レート ５０ HB/s
ハートビート／Ｔｄ ４６２

表１では、時間期間Ｔｄは、単一のハートビート・パルスが検出される期間と定義され、これにより、車の移動によって信号の到達時間がずれるときにも、信号を確実に追跡する。表１は、各462パルスの内の１パルスを極めて高い確率で受信すること、すなわち信号の追跡ができなくなる危険があることを示す。

この計算を基にして、検出のしきい値を検出／誤り検出の確率のグラフ（例えば、図４）から設定した。表１は加法性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）について定義されているが、検出確率が相対的に短い時間期間にわたって大きく影響されないと予測される。これは、ハートビート・パルスからハートビート・パルスへのフェーディングが統計的に独立であることに起因する。

個々のパルスの検出確率は大幅に変化したが、全体の結果は検出待ち時間の約50％の割合以上の大幅な変化は見られなかった。特に、ＡＷＧＮのリクエスト・メッセージの平均検出待ち時間は、30km/hrにおいて約15msに比較して11msであった。先にも述べたが、この結果は、複雑な復調処理ではない検出処理を必要とすることに起因する。

この分析に基づいて、20％の検出確率および1％の誤り確率を選択した。これは、平均3dBのＥｂ／Ｎｏを必要とする。これは、図４により図示し、説明される。

表２は、先に定義した時間Tdの間の検出および誤り検出の確率を示す。

表 ２
目標Ｅ／Ｉｏ（全体エネルギ／干渉密度） ３ｄＢ
検出の確率 ０．２
誤り検出の確率 ０．０１
３つの連続するＨＢの検出確率 ８．００Ｅ−３
Ｔｄ中のトライアル回数 ４６２
Ｔｄ中の非検出確率 ２．４４Ｅ−２
３つの連続するＨＢの誤り検出確率 １．００Ｅ−６
誤りのない検出に必要なトライアル ４６２
Ｔｄ中の誤り検出確率 ４．６２Ｅ−４

誤り検出の確率を低減するために、単一の検出を有効にするのに３つの連続する検出が必要であった。この例では誤り検出確率は乗算されるので、単一の誤り検出確率は３乗される。

以下の表３は、必要とされる平均Ｅｃ／Ｉｏ（チップ当たりのエネルギ／干渉密度（全チップの総和のＳＮＲ））を計算して、表２の統計値を得た。

表 ３
目標Ｅ／Ｉｏ ３ ｄＢ
処理利得 ２５６
バーストＥｃ／Ｉｏ −２１．０８ ｄＢ
平均Ｅｃ／Ｉｏ −４０．９ ｄＢ

ハートビート・チャネルは時分割多重化（ＴＤＭ）構造であるため、ハートビート・ユーザによる他のすべてのユーザへの干渉は、次の式のように増加する。
実効平均Ｅｃ／Ｉｏ（全ＨＢユーザ）＝１０＊ｌｏｇ１０（Ｎ）−４０．９
ここで、Ｎはユーザ数である。

したがって、所定の基地局の96ユーザに対しては、平均全体干渉はバーストＥｃ／Ｉｏ、すなわち−21.08dBに等しくなる。

本発明を好ましい実施形態により図示し、詳細に説明してきたが、当業者には、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の範囲から逸脱することなく、形態または細部に各種の変更を加えるのが可能であることは理解されるであろう。

３５ 受信機
１４５ 論理ユニット

Claims (3)

1. 無線ユーザデバイスであって、
   時間期間において異なるフォーマットを有する第１及び第２の信号を基地局に送信するように構成された回路であって、前記第１及び第２の信号は、前記無線ユーザデバイスがユーザデータを送信していない時間期間において送信される、回路を備え、
   各時間期間は、少なくとも１つのスロットを含み、前記第１の信号は、カウントされる複数の連続する表示を含むように構成され、前記表示の数は、前記無線ユーザデバイスがユーザデータを送信するためにリソースをリクエストしていることを前記基地局が正常に検出するために必要であり、前記第２の信号は、前記基地局において前記複数の連続する表示を検出するために前記第１の信号と比較するためのタイミング基準又は基準エネルギーレベルとして使用され、
   前記回路は、リソースをリクエストしている前記表示を送信することに応答してユーザデータを送信するためにリソースを示す情報を受信するように構成されることを特徴とする無線ユーザデバイス。
2. 請求項１に記載の無線ユーザデバイスであって、前記無線ユーザデバイスは、直交シーケンスを割り当てられ、前記送信される信号は、少なくとも前記直交シーケンスから導出されることを特徴とする無線ユーザデバイス。
3. 請求項２に記載の無線ユーザデバイスであって、他のユーザデバイスは、他の直交シーケンスを割り当てられることを特徴とする無線ユーザデバイス。

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