JPH08500474A - Ｃｄｍａシステムのダウンリンクにおける伝送の時間調整 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 マクロダイバーシチで知られる手続きにより１つ以上の基地局と接続できる移動局。特定のセルラ呼接続のための信号を同期させるために、接続する基地局の信号とマクロダイバーシチの候補の基地局の信号の時間差を移動局で測定する。この測定値をネットワークに伝送する。この測定値を用いて、フレームスタガリングにより同期させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 ＣＤＭＡシステムのダウンリンクにおける伝送の時間調整発明の分野 本発明はセルラ無線電話通信システムにおける符号分割多重接続（ＣＤＭＡ） 通信技術の使用に関し、より詳しくは、直接拡散変調・符号分割多重接続（ＤＳ −ＣＤＭＡ）通信技術を用いて、１つ以上の基地局から同じ移動局へのマクロダ イバーシチ・ダウンリンクにおける通信を調整する通信技術に関する。発明の背景 ＣＤＭＡすなわちスペクトル拡散通信は第２次世界大戦のころからあり、初期 にはほとんど軍事用であった。しかし今日では、商用のスペクトル拡散システム が注目されている。例えば、ディジタルセルラ無線、陸上移動無線、ここで一般 にセルラシステムと呼ぶ室内および屋外の個人通信網などである。 現在、セルラシステムのチャンネルアクセスは周波数分割多重接続（ＦＤＭＡ ）法と時分割多重接続（ＴＤＭＡ）法が用いられている。ＦＤＭＡでは、通信チ ャンネルは信号の伝送電力を集中させた単一無線周波数帯である。所定の周波数 帯域内の信号エネルギーだけを通す帯域フィルタを用いることにより、隣接する チャンネル間の干渉は制限される。このように各チャンネルに異なる周波数を割 り当てるので、利用可能な周波数とチャンネルの再使用により課せられる制限と によってシステムの容量は限られる。 ＴＤＭＡシステムでは、チャンネルは同じ周波数における時間間隔の周期的な 列の中の時間スロットから成る。時間スロットの各周期をフレームと呼ぶ。所定 の信号のエネルギーはこれらの時間スロットの１つに閉じこめられている。正し い時間に受けた信号エネルギーだけを通す時間ゲートまたは他の同期要素を用い ることにより、隣接チャンネルの干渉を制限する。従って、異なる相対的な信号 強度レベルから干渉を受けるという問題は減少する。ＦＤＭＡまたはＴＤＭＡシ ステムまたはハイブリッドＦＤＭＡ／ＴＤＭＡシステムの目的は、干渉する可能 性のある２つの信号が同時に同じ周波数を占めないようにすることである。 伝送信号を短い時間スロットの中に圧縮することにより、ＴＤＭＡシステムの 容量は増加する。その結果、対応するより速いバースト速度で情報を伝送しなけ ればならず、これに比例して占有されるスペクトルの量が増加する。 ＧＳＭ（移動通信用グローバルシステム）などの現在のシステムでは、アップ リンクにおいて移動局の時間調整を用いて、基地局は移動局から割り当てられた ＴＤＭＡ時間スロットで信号を受ける。例えば異なる伝播遅れに起因する隣接時 間スロットへのオーバーラップが生じると、移動局から基地局への他のリンクに 干渉する。 ＦＤＭＡおよびＴＤＭＡとは対照的に、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）では時 間と周波数の両方で信号をオーバーラップさせる。現在のシステムでは、ＣＤＭ Ａ信号は同じ周波数スペクトルを共有する。周波数領域または時間領域で、多重 接続信号は相互に重なっているように見える。 原理的にＣＤＭＡシステムでは、伝送される情報データストリームはシグネチ ャシーケンスと呼ぶさらに高レートのデータストリームの上に印加される。一般 にシグネチャシーケンスデータは２値であってビットストリームを与える。この シグネチャシーケンスを発生する１つの方法は、現れ方はランダムであるが承認 された受信機により再現することのできる擬雑音（ＰＮ）プロセスを用いる。情 報データストリームと高ビットレート・シグネチャシーケンスストリームの２値 を＋１か−１で表すと仮定して、掛け合わせることにより両ビットストリームを 結合する。このような高ビットレート信号と低ビットレート・データストリーム との結合を、情報データストリーム信号の符号化または拡散化と呼ぶ。各情報デ ータストリームすなわちチャンネルには独特の拡散符号が割り当てられる。 複数の符号化された情報信号は、例えば４相位相変調（ＱＰＳＫ）により無線 周波数搬送波を変調し、受信機はこれを複合信号として併せて受信する。各符号 化された信号は、全ての他の符号化された信号および雑音に関連する信号に対し 、周波数と時間がオーバーラップする。受信機が承認されている場合には、複合 信号と独特の符号の１つとを相関させ、対応する情報信号を分離して復号するこ とができる。 「直接拡散による伝統的ＣＤＭＡ」と呼ばれる１つのＣＤＭＡ技術では、シグ ネチャシーケンスを用いて情報の１ビットを表す。伝送されたシーケンスまたは その補数（伝送された２値シーケンス値）を受けると、情報ビットが「０」か「 １」かを示す。シグネチャシーケンスは通常Ｎビットから成り、各ビットを「チ ップ」と呼ぶ。Ｎチップシーケンス全体またはその補数は伝送シンボルと呼ばれ る。受信機は受信信号を自分のシグネチャシーケンス発生器の既知のシグネチャ シーケンスと相関させて、−１から＋１までの範囲の正規化された値を生成する 。大きな正の相関を得た場合は「０」を検出し、大きな負の相関を得た場合は「 １」を検出する。 「直接拡散による高度化ＣＤＭＡ」と呼ばれる別のＣＤＭＡ技術では、各伝送 されるシーケンスは１ビットより大きい情報を表す。符号語の集合、一般に直交 符号語または２重直交符号語は、一群の情報ビットをより長い符号シーケンスま たは符号記号に符号化するのに用いられる。シグネチャシーケンスすなわちスク ランブルマスクを、伝送する前に２値符号シーケンスにモジュロ２で加算する。 受信機では既知のスクランブルマスクを用いて受信信号をデスクランブル(descr amble)し、全ての可能な符号語と相関させる。最大の相関値を持つ符号語は、ど の符号語が送られた可能性が最も大きいかを表し、どの情報ビットが送られた可 能性が最も大きいかを表す。よく用いられる直交符号の１つはウオルシュ・アダ マール(Walsh-Hadamard)（ＷＨ）符号である。 一般に直接拡散変調・符号分割多重接続（ＤＳ−ＣＤＭＡ）と呼ばれる伝統的 ＣＤＭＡと高度化ＣＤＭＡでは、上記の「情報ビット」は符号化ビットでもよく 、用いられる符号はブロックまたは畳み込み符号である。１つ以上の情報ビット でデータ・シンボルを形成することができる。またシグネチャシーケンスすなわ ちスクランブルマスクは単一符号シーケンスよりかなり長くてよく、この場合シ グネチャシーケンスすなわちスクランブルマスクのサブシーケンスをこの符号シ ーケンスに加える。 ＡＭＰＳなどの従来のセルラ通信システムでは、搬送波周波数が変わらなけれ ば基地局間の信頼性の高いハンドオーバーが可能性である。呼を処理するセル中 の受信機が、移動局からの受信信号強度が所定のしきい値以下になったことを検 出すると、１つのセルから別のセルヘ呼リンクを渡すハンドオフ手続きを開始す る。信号強度が低い場合は移動局がセル境界に近いことを示す。信号レベルがし きい値以下になると、現在の基地局より信号強度の大きい移動電話信号を受けて いる隣接基地局があるかどうかを決定するため、その基地局はシステム制御器に 問い合わせる。 システム制御器は基地局の問い合わせに答えてハンドオフ要求のメッセージを 隣接基地局に送る。隣接基地局は、指定されたチャンネルで基地局の信号を探す 走査受信機を備える。十分な信号レベルがあることを隣接基地局の１つがシステ ム制御器に報告すると、ハンドオフが試みられる。 新しい基地局からのアイドルチャンネルを選択すると、ハンドオフを開始する 。移動局に制御メッセージを送って、現在のチャンネルから新しいチャンネルに 切り替えるよう命令する。同時に、システム制御器は呼リンクを第１基地局から 第２基地局に切り替える。例えば、米国特許第５，１０１，５０１号に開示され ているシステムでは、第２基地局への呼リンクを開始し確立した後も第１基地局 からの呼リンクをしばらく維持する。このプロセスをマクロダイバーシチによる 柔軟なハンドオーバーと言い、実際ハンドオーバー中にデータが失われてハンド オーバーが気付かれるようなことが少なくなる。マクロダイバーシチは、例えば 雑音の多い環境で信号の質を保つなどの、ハンドオーバー以外の理由で用いてよ い。 ＣＤＭＡシステムでは移動局は絶えず送信するので、ＴＤＭＡシステムのよう な時間スロットのオーバーラップは問題ではなく、従って他の移動局と同期する 必要はない。しかし移動局がマクロダイバーシチで１つ以上の基地局に接続する ときは、ダウンリンク（順リンクとも呼ぶ）の基地局を同期させる必要がある。 ＣＤＭＡシステムのマクロダイバーシチは、基地局を同期させることにより達 成することができる。基地局は、共通のＣＤＭＡシステム全般の時間スケールを 基準にする全ての基地局ディジタル伝送と同期させることができる。共通のＣＤ ＭＡシステム全般の時間スケールは、世界協定時（ＵＴＣ）を追跡し同期するグ ローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）時間スケールを用いる。全ての基地 局からの信号は同時に伝送される。 第１図は、ＣＤＭＡシステムにおけるいろいろな点でのシステム時間の関係を 示す。送信および受信過程の様々な点におけるシステム時間は、基地局アンテナ を基準にする絶対時間で、伝送の片道または往復による遅れだけずれる。時間の 測定は、基地局の送信および受信アンテナと移動局の無線周波数コネクタとを基 準にする。 マクロダイバーシチを可能にするため、基地局は共通の時間基準すなわちＧＰ Ｓにより上記のように同期させることができる。従って、基地局から伝送される 信号は時間的に同期する。しかしリンク内の伝播遅れが異なるため、信号が移動 局に到着する時刻は異なる。通常ＣＤＭＡシステムでは、分岐(rake)受信機を用 いて時間分散を処理し、マクロダイバーシチは受信機の観点からは時間分散と見 ることができる。分岐受信機の原理は、異なる経路からエネルギーを収集して、 ビットの決定を行う前に結合することである。 非調整（通信者間のスペクトル使用が調整されていない）環境では、異なる通 信者間で基地局を同期させることは困難である。または正しく動作するために共 通の時間基準に依存するシステムは、時間基準システムの故障に影響されやすい 。 半径の大きいセルでは、基地局間の伝播遅れの違いが大きくなる。これにより 移動局の受信機の複雑さが増す。というのは、遅れの最も小さい基地局の第１経 路からと遅れの最も大きい基地局の最後の経路からの受信信号の到着の時間差を 緩衝する必要があるからである。複数の信号が到着して適切に受信される時間間 隔を分岐ウインドウと呼ぶ。これらの信号が分岐ウインドウに適合しない場合は 、干渉が一層増える。ＧＳＭにおいてＴＤＭＡバーストを同期させるための時間 調整命令の使用については、ＧＳＭ ０５．１０に記述されている。発明の概要 本発明は、移動局が１つ以上の基地局にリンクしている場合に、上述の問題を 解決し、ダウンリンクで呼毎に基地局の同期を達成する。基地局は同期してもし なくてもよいが、本発明では特定の接続すなわち通信ダウンリンクだけは同期さ せることが必要で、この同期は通信路の伝播遅れを考慮に入れる。 特定の接続で信号を同期させるために、接続された基地局の信号とマクロダイ バーシチの候補の基地局の信号との間の時間差を移動局が測定する。この測定値 をネットワークに伝送し、これを用いてフレームスタガリングにより同期させる 。 すなわち、本発明は異なる基地局から１つの移動局へ伝送するトラヒックチャ ンネルの間の同期を次の方法で達成する。移動局は、周囲の基地局からと１つの 基準基地局からの基準チャンネル、例えば共通の制御チャンネル（フレームスタ ガリングなし）の受信の時間遅れの差を測定する。異なる基地局からのチャンネ ルは同じ周波数でも異なる周波数でも用いてよい。これらの値を測定値報告とし てネットワークに送る。マクロダイバーシチを用いる場合は、新しい基地局は、 新しく確立された呼（すなわちトラヒックチャンネル）接続に用いなければなら ない時間オフセットを知らされる。トラヒックチャンネルは、個々の基地局の制 御チャンネルと他のトラヒックチャンネルに対して任意にずらしてよい。データ が基地局に到達すると、制御チャンネルフレームに対して指定された時間オフセ ットに従って伝送される。新しい信号路は移動局により分岐ウインドウ内で受信 され、これにより不必要な干渉が入ることを防ぐ。移動局が呼リンクを保ってい た元の基地局から新しい基地局の方に移動すると、トラヒックチャンネルのオフ セットは周期的に更新される。 本発明の利点の１つは、マクロダイバーシチを達成するのに基地局の同期（呼 リンク同期とは異なる）が必要でないので、基地局は同期しなくてもよいことで ある。時間調整命令を用いるので、大きなセルでも移動局は同期した受信を行う ことができる。これは基地局の同期化では達成できないことである。また、マク ロダイバーシチ結合の前で信号をバッファーする必要が大幅に低減されるので、 移動局の受信機の複雑さが減る。図面の簡単な説明 本発明について、以下の図面を参照して説明する。 第１図はＣＤＭＡシステム内の様々な点におけるシステム時間の関係を示す。 第２図はセルラシステム内の通信路を示す。 第３図は本発明のセルラシステム内の様々な時間遅れおよびオフセットを示す 。 第４図は本発明のフローチャートを示す。 第５図は移動局ＭＳの同期を維持するための論理リンクを示す。 第６図は本発明の移動局の関連する部分のブロック図である。 第７図は本発明の基地局の関連する部分のブロック図である。 第８図は本発明の無線網制御器の関連する部分のブロック図である。 第９図は分岐受信機および相関器を備える制御チャンネル受信機の部分のブロ ック図である。 第１０Ａ図および第１０Ｂ図はＤＳ−ＣＤＭＡ伝送の通常モードと圧縮モード を示す。望ましい実施態様の詳細な説明 以下に１つの可能な実施態様に関連して本発明を説明する。この説明は限定的 なものではなく、単なる例示である。ここでは、ダウンリンクに関して以下の定 義を用いる。「活動的集合」とは、移動局に送信している基地局の集合であり、 「活動的集合の更新」ＡＳＵとは、この集合を更新することである。第１基地局 ＢＳ１から第２基地局ＢＳ２へのハンドオーバーとは、活動的集合がハンドオー バー前は第１基地局ＢＳ１だけを含み、ハンドオーバー後は通常の状態では基地 局ＢＳ２だけを含むということである。マクロダイバーシチとは、１つ以上の基 地局が活動的集合内にある場合である。マクロダイバーシチは、異なる周波数ま たは同じ周波数で送信する基地局を含んでよい。２つの基地局間の柔軟なハンド オーバーとは、用いる結合方法に関わらず、ハンドオーバー中は２つの基地局間 にマクロダイバーシチが用いられるということである。２つの基地局間の急峻な ハンドオーバーとは、ハンドオーバー中は２つの基地局間にマクロダイバーシチ が用いられないということである。継ぎ目なしハンドオーバーとは、ハンドオー バーが利用者に気付かれないことであって、ハンドオーバーは急峻でも柔軟でも よい。 セルラシステムの信号路の概観を第２図に示す。第２図でτ₁は第１基地局Ｂ Ｓ１から移動局ＭＳへの伝播遅れであり、τ₂は第２基地局ＢＳ２から移動局Ｍ Ｓへの伝播遅れである。λ₁は第１基地局ＢＳ１の制御チャンネルに対するトラ ヒックチャンネルオフセットであり、λ₂は第２基地局ＢＳ２の制御チャンネル に対するトラヒックチャンネルオフセットである。基地局ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ ３は、一般的な既存のシステムでは陸線により無線ネットワーク制御器ＲＮＣに 接続する。実際のシステムでは、多くの基地局と多数の移動局がある。更に、あ るネットワークは陸線により他のネットワークに接続してよい。第２図は本発明 をより分かりやすくするために簡単にしたものである。 セルラシステムでは、第１基地局ＢＳ１は移動局ＭＳと通信リンクを確立する ことができる。活動的集合内の第１基地局ＢＳ１は、複数の通信チャンネルによ りいろいろな移動局と通信を授受することができる。これらのチャンネルはＣＤ ＭＡ法により形成される。通信チャンネルの中には全ての移動局が受信できる制 御チャンネルがあり、これにより放送一般(overhead)メッセージなどが伝送され る。セルラシステムは、例えばディジタル形式の音声などのアナログ情報と、純 粋のディジタル情報とを伝送するよう設計される。この応用の目的では、通信リ ンクという語は、同じシステムまたは別のシステム内での移動局と基地局の間の 通信チャンネルのいかなる形式にも用いられる。 ある移動局ＭＳが発呼すると、その移動局ＭＳは隣接基地局から放送一般メッ セージを受信し、どの基地局からの信号が最も強いかを決定し、各放送一般メッ セージの中で最も強い信号を持つ基地局のどのチャンネルが利用できるかを決定 する。ある通信チャンネルが利用可能であれば、移動局ＭＳは第１基地局ＢＳ１ との通信リンクを起動する。または、基地局は移動局ＭＳに移動識別番号（ＭＩ Ｎ）を放送することにより、移動局との通信を起動してもよい。通信リンクを確 立した後で、移動局ＭＳはマクロダイバーシチ内の１つ以上の基地局とのリンク を希望する場合がある。第１基地局ＢＳ１は第２基地局ＢＳ２と実質的に同じ情 報を移動局ＭＳと送受信する。干渉やその他の要因があるので、これらの伝送さ れる信号は必ずしも全く同じでないが実質的には同じである。 マクロダイバーシチは、１つの基地局から他の基地局への移動局ＭＳのハンド オフ中に用いてもよい。これは移動局がセルの境界に近づくときに起こり、セル の境界では第１基地局ＢＳ１と移動局ＭＳの間の通信リンクが弱くなる。従って 、望ましくは例えばダーリン(Dahlin)の米国特許第５，０４２，０８２号に開示 されているような移動支援ハンドオフ（ＭＡＨＯ）により、第２基地局ＢＳ２と の通信を起動することが望ましい。しかし従来のシステムとは異なり、本発明は 、 １つ以上の基地局、例えば第１基地局ＢＳ１と第２基地局ＢＳ２の両方と通信を 行うことにより、移動局との通信リンクの継ぎ目のない柔軟なハンドオーバーを 与える。 移動局が第２基地局ＢＳ２と通信を確立した後で、第１基地局ＢＳ１との最初 の通信リンクを切り離してよい。マクロダイバーシチは、例えば雑音の多い環境 においてなど、ハンドオーバー以外の理由で用いることができる。 各基地局が互いに同期している場合でも、各基地局からの受信電波の時間差は 極めて大きい場合がある。このため、時間分散だけでなく、異なる基地局からの 信号の例えば数百マイクロ秒という大きい遅れを処理するために、分岐検出の最 大時間範囲を増加させなければならない。移動局で使えない場合にはマクロダイ バーシチを用いないようにするため、本発明はマクロダイバーシチの候補基地局 ＢＳ２の信号と、接続されている基地局ＢＳ１の信号との時間差を測定する。こ の測定値を用いて、フレームスタガリングの手法により同期させることができる 。 移動局ＭＳからは１信号だけが発信され、基地局からは２信号が発信される（ １つは第１基地局ＢＳ１から、１つは第２基地局ＢＳ２から）ので、同期はダウ ンリンクだけである。異なる基地局からの信号は無線ネットワーク制御器ＲＮＣ で結合するので、アップリンクのマクロダイバーシチは望ましい実施態様の分岐 受信機では行わない。従って、移動局がマクロダイバーシチにある場合は、本発 明はダウンリンクで呼毎に基地局を同期させる。基地局は同期してもしなくても よいが、本発明は基地局の同期を必要とせずに伝播遅れに適応する。 特定の接続の信号を同期させるため、移動局ＭＳは接続されている基地局ＢＳ １の信号とマクロダイバーシチの候補の基地局ＢＳ２の信号との時間差を測定す る。次にこの測定値をネットワークに送り返す。伝播遅れの測定値を用いてデー タのフレームのスタガリングを行い、マクロダイバーシチ通信リンクに関連する ２つの基地局を同期させることができる。 基本的な手続きは、 １． 移動局ＭＳは、周囲の基地局からと１つの基準基地局からの制御チャンネ ル（ＣＣＨ）の受信の時間差（ＣＤＭＡフレームオフセット）を測定する。ＣＣ Ｈは基地局が常に放送している共通の制御チャンネルである。 ２． この値を通常の測定値報告として無線ネットワーク制御器（ＲＮＣ）に送 る。 ３． マクロダイバーシチを用いなければならないとネットワークのＲＮＣが決 定した場合は、新しい基地局ＢＳ２にこのトラヒックチャンネル接続に用いなけ ればならない時間オフセットを知らせる。このトラヒックチャンネルは、新しい 基地局ＢＳ２のＣＣＨおよび他のトラヒックチャンネルに対して任意にずらすこ とができる。 ４． ネットワークのＲＮＣからデータが到着すると、基地局ＢＳはこれを次の トラヒックチャンネルフレームで送らなければならない。従ってデータは緩衝さ れ、その結果緩衝遅れが生じる。 ５． 移動局ＭＳは、古い信号とほぼ同時刻に新しい信号路を受ける。 ６． 移動局ＭＳが第１基地局ＢＳ１から新しい基地局ＢＳ２の方に移動すると 、トラヒックチャンネルのオフセットは更新される。 この手続きを第４図の流れ図に示す。段階Ｓ１で、第１基地局ＢＳ１と移動局 ＭＳの間に呼リンクを確立する。活動的モードでは、段階Ｓ２に示すように、移 動局ＭＳは隣接基地局ＢＳ２、ＢＳ３などの信号強度を絶えず測定する。または 、隣接する基地局ＢＳ２、ＢＳ３などが移動局ＭＳの信号強度を測定してもよい が、移動支援ハンドオフ（ＭＡＨＯ）が一般に望ましい。次に段階Ｓ３で、これ らの測定値を活動的集合内の基地局、ここでは移動局基地局ＢＳ１を通して、無 線ネットワーク制御器に伝送する。 次に段階Ｓ４に示すように、少なくとも１つの隣接基地局ＢＳ２、望ましくは 最も強い信号強度と使用可能なチャンネルを持つ基地局、との呼リンクを起動す る。呼リンクは、例えば第１基地局ＢＳ１との呼リンクと同じチャンネルで放送 することにより、移動局ＭＳと通信リンクを形成する第２基地局ＢＳ２で起動す ることができる。第１基地局ＢＳ１と第２基地局ＢＳ２は、同じ周波数でも異な る周波数でも都合のよい方で送信することができる。段階Ｓ５に示すように、移 動局ＭＳは周囲の基地局からと基準基地局からのフレームスタガリングのないチ ャンネル（例えば共通制御チャンネル）の受信の時間遅れの差を測定し、これら の値を測定値報告としてネットワークに送る。マクロダイバーシチを用いる場合 は、新しい基地局ＢＳ２は、新しく確立されたトラヒックチャンネル接続で用い なければならない時間オフセットをもって、トラヒックチャンネルでデータを送 信する。データは、ネットワークのＲＮＣから第２基地局ＢＳ２に到着すると、 制御チャンネルフレームに対する指定された時間オフセットに従って伝送される 。例えば米国特許出願番号０７／８５７，４３３、１９９２年３月２５日出願、 １９９３年３月８日認可、に開示されているような分岐受信機の分岐ウインドウ の中に、移動局ＭＳは新しい信号路を受信する。これにより不必要な干渉がなく なる。 移動局ＭＳが、呼リンクを持っていた元の基地局ＢＳ１から離れて新しい基地 局ＢＳ２の方に移動すると、トラヒックチャンネルのオフセットは周期的に更新 される。段階Ｓ６で、呼リンクの１つ（第１基地局ＢＳ１からまたは第２基地局 ＢＳ２からの）を切り離すことができる。これは一般に呼ハンドオフで行われる 。 マクロダイバーシチ同期化の設定手順を詳細に説明するため、第２図および第 ３図では次の記号を用いる。 Ｔ_f ＝ １フレームの継続時間、例えば１０ｍｓ Ｔ₁ ＝ 無線ネットワーク制御器から第１基地局ＢＳ１への伝送遅れ Ｔ₂ ＝ 無線ネットワーク制御器から第２基地局ＢＳ２への伝送遅れ Ｔ ＝ ２基地局における、無線ネットワーク制御器と基地局の間の最大遅 れ差 τ₁ ＝ 第１基地局ＢＳ１から移動局ＭＳへの伝播遅れ τ₂ ＝ 第２基地局ＢＳ２から移動局ＭＳへの伝播遅れ τ ＝ ２基地局における、基地局と移動局の間の最大遅れ差 λ₁ ＝ 第１基地局ＢＳ１での、制御チャンネルＣＣＨに対するトラヒック チャンネルオフセット λ₂ ＝ 第２基地局ＢＳ２での、制御チャンネルＣＣＨに対するトラヒック チャンネルオフセット Ｔ_b1 ＝ 第１基地局ＢＳ１での緩衝遅れ Ｔ_b2 ＝ 第２基地局ＢＳ２での緩衝遅れ Ｔ_m ＝ 第１基地局ＢＳ１からの制御チャンネルＣＣＨに対する第２基地局 ＢＳ２からの制御チャンネルＣＣＨの、移動局ＭＳ内の測定されたオフセット マクロダイバーシチを用いた場合は、無線ネットワーク制御器ＲＮＣは両基地 局ＢＳ１とＢＳ２に同時にデータフレームを送ると仮定する。無線ネットワーク 制御器と基地局の間の遅れＴ₁およびＴ₂はフレーム毎に変更することができる。 更に、遅れの差はＴ（例えば２ミリ秒）より小さいと仮定する。すなわち、 ｜Ｔ₁ - Ｔ₂｜＜Ｔ また、伝播遅れ差は次のように制限されると仮定する。 ｜τ₁ - τ₂｜＜τ また、移動局ＭＳは第１トラヒックチャンネルＴＣＨ１で第１基地局ＢＳ１を聴 くと仮定する。第１基地局ＢＳ１の第１トラヒックチャンネルフレームは、第１ 制御チャンネル（ＣＣＨ１）フレームよりλ₁遅れて開始する。λ₁は無線ネット ワーク制御器が決定する。送信する前に第１基地局ＢＳ１でフレームを緩衝する ための時間はＴ_b1であり、Ｔ₁ が可変であれば緩衝時間Ｔ_b1も可変である。 第２基地局ＢＳ２がマクロダイバーシチが可能なほど十分強いことが分かった 場合は、ＭＳは第１基地局ＢＳ１の第１制御チャンネルＣＣＨ１に対する第２基 地局ＢＳ２からの第１制御チャンネルＣＣＨ１の時間遅れＴ_m を測定する。Ｔ_m は無線ネットワーク制御器ＲＮＣに報告される。 無線ネットワーク制御器は第１基地局ＢＳ１のλ₁を知っている。λ₂は第２基 地局ＢＳ２において第２制御チャンネルＣＣＨ２に対する第２トラヒックチャン ネルＴＣＨ２のオフセットとして用いられるもので、無線ネットワーク制御器が 決定しなければならない。 第２基地局ＢＳ２がλ₂の値を用いた場合は、無線ネットワーク制御器からの フレームを緩衝する時間はＴ_b2である。 無線ネットワーク制御器は用いるλ₂ を次のようにして決定する。あるフレー ムが無線ネットワーク制御器を出てから移動局ＭＳで受信し始めるまでの時間は 、２つの経路で等しくなければならない。すなわち、 Ｔ₁ ＋ Ｔ_b1 ＋τ₁ ＝ Ｔ₂ ＋ Ｔ_b2 ＋τ₂ （１） 制御チャンネルＣＣＨ１とＣＣＨ２の間の報告される時間遅れは、 Ｔ_m ＝ Ｔ₂＋ Ｔ_b2−λ₂＋τ₂− （Ｔ₁＋ Ｔ_b1−λ₁＋τ₁） （２） 上の２つの式から、 λ₂ ＝ λ₁ − Ｔ_m （３） これにより、第２基地局ＢＳ２における第２制御チャンネルＣＣＨ２フレームに 対する第２トラヒックチャンネルＴＣＨ２フレームのオフセットが決まる。 上の式から得られる第２トラヒックチャンネルオフセットλ₂と式 （１） か ら、第２基地局ＢＳ２での緩衝時間は、 Ｔ_b2 ＝ Ｔ_b1- （Ｔ₂ - Ｔ₁ ）−（τ₂ - τ₁ ） （４） 第２基地局ＢＳ２は無線ネットワーク制御器からフレームを受信する前にそれを 送信することはできないので、Ｔ_b2は正でなければならない。従って次式が成立 する。 Ｔ_b1> Ｔ＋τ （５） 更に、Ｔ_b2はＴ_f より小さくなければならない。さもなければ、第２基地局ＢＳ ２がデータを送信するのが少なくとも１フレーム速すぎるからである。従って次 式が成立する。 Ｔ_b1〈 Ｔ_f - （Ｔ＋τ） （６） 条件（５）と（６）は、 Ｔ＋τ＜Ｔ_f / ２ （７） の場合だけ満足する。 このように、第１基地局ＢＳ１は無線ネットワーク制御器ＲＮＣに第１基地局 の緩衝遅れＴ_b1を報告する必要があり、これにより無線ネットワーク制御器ＲＮ Ｃは、Ｔ_b1が低すぎるときはλ₁を増やし、 Ｔ_b1が高すぎるときはλ₁ を減らす ことができる。更に、２基地局における無線ネットワーク制御器と基地局のイン ターフェースの最大遅れ差Ｔは上の式（７）を満足しなければならない。 Ｔ₁ とＴ₂ が推定できる場合は、無線ネットワーク制御器ＲＮＣから基地局ま でのタイミング進みを用いて、得られるＴを最小にすることができる。 移動局ＭＳが移動している場合はτ₁ とτ₂ はゆっくり変化する。無線ネット ワーク制御器は、移動局ＭＳのＴ_m の報告に基づいてλ₁ とλ₂ を絶えず更新し 、移動局ＭＳでの信号の同期を保つことができる。検出器の時間範囲およびチャ ン ネルの遅れ拡散から、トラヒックチャンネルオフセット値をどのくらい頻繁に更 新する必要があるかを決定する。 新しい（第３）基地局ＢＳ３が移動局ＭＳに送信を開始した場合は、第１基地 局ＢＳ１と第２基地局ＢＳ２の少なくとも１つにおいて（Ｔ_b1とＴ_b2を交換して ）上記式（５）と（６）を満足しなければならない。従ってＴ_b1またはＴ_b2を監 視しなければならない。必要があれば、λ₁ とλ₂ は同じ量だけ増加または減少 しなければならない。第１基地局ＢＳ１が送信を停止し第２基地局ＢＳ２だけが 送信しいているときは、２つのオプションがある。１つは、移動局ＭＳが移動す る領域内の全ての基地局間の最大遅れ差をＴで規定する場合で、第２基地局ＢＳ ２におけるＴ_b2に対して式（５）と（６）を満足する必要はない。１基地局だけ に一度行えば十分であり、これにより全ての他の基地局において ０＜Ｔ_b < Ｔ_f を保証する。他方、Ｔがマクロダイバーシチで一緒の基地局だけに適用される 場合は、第１基地局ＢＳ１が切り離されたときに式（５） と（６）が第２基地 局ＢＳ２（Ｔ_b2）において満足するようλ₂ を調整しなければならない。 トラヒックチャンネルオフセットλが増加した場合は、基地局は２つの伝送さ れる記号の間に多数のダミーチップを入れなければならない。λが減少した場合 は、伝送の前に１つの記号から多数のチップを除かなければならない。従って送 信機にはチップバッファが必要である。この場合、移動局の相関器は相関のピー クが変位したことが分かるが、変位の記号の記号誤りの可能性が増す。λは移動 局の相関器内の探索窓の大きさを越えて変化してはならない。 第５図は、移動局ＭＳで信号の同期を維持するために、どの測定値とパラメー タをシステム内で通信するかをまとめたものである。 移動局ＭＳに送信する基地局の中で、基地局ＢＳ１、ＢＳ２またはＢＳ３の１ つを移動局ＭＳ内のＴ_mの測度に対する基準基地局として定義する。送信および 隣接の基地局のパイロット（pilot）強度測定と共に、基準基地局の制御チャン ネルＣＣＨに対する制御チャンネルオフセットＴ_ｍを報告しなければならない。 これは、パイロット符号語と相関させるのでは不十分ということである。 上記では、無線ネットワーク制御器と基地局の遅れ差（Ｔ₁−Ｔ₂）はＴ以内に 制限されると仮定した。 無線ネットワーク制御器と基地局の遅れ差が制限できなければ（これはパケッ ト切り替え無線ネットワーク制御器と基地局のインターフェースの場合に起こり 得る）、移動局ＭＳに到着する２つのフレームが実際は１フレームのオフセット で到着する場合がある。 最も遅れたフレームの遅れまで遅れを増加させることができれば、可能な解決 法は２つ考えられる。 （１） 制御チャンネルＣＣＨのフレームに番号を付けて、遅れの測定値にこ の番号を添える（相対的なオフセットで十分である）。 （２） 無線ネットワーク制御器から開始フレームを同期して送り出すことに より起動を同期させ、基地局で受信すると直後に制御チャンネルＣＣＨが開始す る。 後者の場合、例えば新しい基地局や修理された基地局などの基地局が動作に入 ると、その基地局を再び同期させなければならない。 異なる基地局からの信号を制御して、制御された遅れで移動局ＭＳに到着する ことが望ましい。（同じ符号語を両基地局で用いた場合がこれに当たる。各基地 局を識別できるようにするため、遅れは遅れ拡散より大きくなければならない。 ）上述と同じ方法を用いることができる。 分岐検出器がミリ秒程度の大きい時間範囲を持つことができる場合は、ＭＳで の信号の同期は重要な問題ではないと言ってよい。しかしこれは、ＭＳに到着し たときの信号の時間差を表す追加項を式（５）と（６）に加えて満足する必要が あるようである。式（７）はやはり満足する必要がある。 ある場合には、本発明によって移動局毎に同期させて、１つの無線周波数で柔 軟なハンドオーバーを行うことができる。無線ネットワーク制御器と基地局の遅 れ差はＣＤＭＡフレーム継続時間（２ミリ秒）の半分以下に制限しなければなら ない。移動局毎に基準基地局が識別される。移動局ＭＳは、基準基地局に対して 全ての測定された基地局の制御チャンネルオフセットを測定する必要がある。基 地局は、基地局からの送信の前の緩衝時間を無線ネットワーク制御器ＲＮＣに報 告する必要がある。この場合タイミング進み（トラヒックチャンネル・オフセッ ト）法を用いれば、分岐検出器の時間範囲の大きさを伝播遅れにあわせて決める 必要はない。分岐検出器の時間範囲を容易に大きくできる場合でも、無線ネット ワーク制御器と基地局のインターフェースの遅れ差の制約はやはり考慮しなけれ ばならない。 第６図は、移動局ＭＳの関連する部分のブロック図を示す。移動局ＭＳは受信 機６０を備え、受信機６０に１対の復調器６１Ａと６１Ｂが接続して、第１チャ ンネルＣＣＨ１と第２チャンネルＣＣＨ２に受信した信号をそれぞれ復調する。 次に復調された信号を１対の受信機６２Ａと６２Ｂに送り、第１チャンネルと第 ２チャンネルの復調された信号をそれぞれ受ける。１対の受信機６２Ａと６２Ｂ の後、信号を遅れ測定装置６３に送る。遅れ測定装置は、上記の各式に従って遅 れを測定して制御チャンネルオフセットＴ_mを生成する。次に制御チャンネルオ フセットを制御チャンネル発生器６４に送ると、制御チャンネル発生器６４は制 御チャンネルに伝送する信号を発生する。次にこの信号をスプレッダ６５に送り 、スプレッダ６５はＤＳ−ＣＤＭＡ技術に従って信号を拡散する。次に拡散され た信号をパルス整形回路６６に送り、送信機６７から送信する。 第７図は、基地局の関連部分を示す。回路は受信機７０とこれに接続する復調 器７１を備え、例えば移動局ＭＳから制御チャンネル信号を受信する。次に復調 された信号をチャンネル受信機７２に送る。その出力は移動局ＭＳからの制御チ ャンネルオフセットＴ_mである。 基地局ＢＳの送信側では、トラヒックチャンネル発生器７３は情報を受けて信 号をスプレッダ７４に出力する。スプレッダ７４は、ＤＳ−ＣＤＭＡ技術に従っ てトラヒックチャンネル７３からの情報信号に高速符号を重ね合わせる。しかし 符号化された信号は、上の式に従ってスプレッダ７４でトラヒックチャンネルオ フセットλ₁だけ遅れる。次に遅れた信号をパルス整形器７５に送り、送信機７ ６により従来の方法で送信する。 第８図は、無線ネットワーク制御器ＲＮＣの関連部分を示す。無線ネットワー ク制御器は、第１基地局ＢＳ１からの第１制御チャンネルＣＣＨ１に対する第２ 基地局ＢＳ２からの第２制御チャンネルＣＣＨ２の測定されたオフセットＴ_mを 移動局ＭＳから受ける。この測定されたオフセットをフレームオフセット制御器 ８１に入力し、フレームオフセット制御器８１はトラヒックチャンネルオフセッ トλ₁とλ₂を発生して、第１基地局ＢＳ１と第２基地局ＢＳ２にそれぞれ送る。 第９図は、レーキバッファ９１を含むレーキ受信機を備える、制御チャンネル 受信機の一部を示す。レーキバッファ９１からの出力に、入力信号に対して対応 する異なる時間シフトを与える。この出力は３個の相関器９２ａ、９２ｂ、９２ ｃに接続する。相関器９２ａ、９２ｂ、９２ｃの出力は出力を結合する結合装置 ９３に接続し、相関された信号を出力して更に処理する。 任意の機能として、データのフレームが情報部分とアイドル部分を含む圧縮モ ードで、基地局からの通信リンクを送信してよい。これにより、移動局は圧縮モ ードのアイドル時間スロット中に少なくとも１つの隣接基地局を測定することが できる。 通常ＣＤＭＡシステムでは、情報は固定長、例えば５〜２０ｍｓのフレームの 構造で伝送される。フレームで伝送される情報は一緒に符号化され拡散される。 第１０Ａ図に示すように、従来は最大許容拡散比が用いられており、全フレーム の間に連続して伝送される。ここでは、全フレーム伝送を通常モード伝送と呼ぶ 。 確かなハンドオーバーの評価と実行のために、ＣＤＭＡ法では不連続伝送が用 いられる。第１０Ｂ図に示すようにこれは低拡散比を用いて行われ、拡散情報は 圧縮モードのフレームの情報部分だけを満たし、電力を送らない残りのアイドル 部分は空いたままにする。 この方法、すなわちスロット符号分割多重接続通信技術では、伝送される情報 データストリームを高速データストリームに印加してシグネチャシーケンスを生 成する。シグネチャシーケンスは、フレームで構成するフレーム構造に従ってチ ャンネルで伝送される。ただし、各フレームは特定の継続時間である。従来の技 術とは対照的に、シグネチャシーケンスは圧縮モードで断続的に伝送され、フレ ームはシグネチャシーケンスを含む情報部分と、シグネチャシーケンスを送らな いアイドル部分を備える。 フレームの情報部分の間の負荷サイクルとフレーム継続時間はフレーム毎に制 御される。従って圧縮モードは１つ以上の圧縮モードフレーム構造を含み、異な る各圧縮モード構造は異なる負荷サイクルを持つ。 伝送の質を制御するため、本発明の望ましい実施態様ではフレームの情報部分 で用いる電力は負荷サイクルの関数である。負荷サイクルが減少した場合は、伝 送の質を維持するために電力を増加させる必要がある。フレームの残りの期間、 すなわちアイドル部分では、電力はオフになる。 移動局ＭＳがマクロダイバーシチモードの場合は、全ての接続される基地局Ｂ Ｓ１、ＢＳ２、ＢＳ３などは、任意の所定のフレームにおいて同じ伝送モードを 用いる必要がある。この同期は任意の適当な方法で行うことができ、望ましい実 施態様では、上に述べたように基地局ＢＳ１とＢＳ２を接続するネットワークの ＲＮＣを通して行われる。 ハンドオーバーを決定する基礎とするための他の搬送周波数の評価は、基地局 から移動局へのダウンリンクで圧縮モードを用いることにより、決定論的に容易 に行うことができる。他の搬送周波数の評価は、例えばウエイク（Wejke）他の 米国特許第５，１７５，８６７号に開示されている、任意の適当な方法で行うこ とができる。基地局または移動局は、アップリンクまたはダウンリンクで評価を 行うことができる。望ましい実施態様では、移動局ＭＳが評価を行う。移動局Ｍ Ｓは、圧縮モードフレームのアイドル部分の間に他の搬送周波数の測定を行う。 その理由は、この時間中は現在リンクされている基地局を聴く必要がないからで ある。この測定値はネットワークのＲＮＣに送られ（現在リンクされている１つ または複数の基地局を通して）、移動支援ハンドオーバー（ＭＡＨＯ）の手段を 与える。 圧縮モードは、ネットワークのＲＮＣが定める速度で断続的に用いられる。ネ ットワークのＲＮＣは、天候や他の干渉要因により影響される相対的な放送条件 や相対的な呼密度などのいろいろな要因に基づいて、圧縮モードの使用頻度を決 定する。一般的に、ほとんどのフレームは依然として通常モード伝送を用いてい る。 基地局からの全伝送電力の変動は、ある時間範囲内に多数の利用者にわたって 圧縮モードの展開をスタガリングする（時間的に拡散する）ことにより平滑化す ることができる。他の搬送周波数の信号強度測定には１フレームのほんの一部し か必要としないことが多いので、負荷サイクルを高くして電力伝送の変動を減少 させることができる。 本発明の望ましい実施態様では、呼ハンドオーバーは圧縮モードで行う。別の 搬送周波数で放送する新しい基地局にハンドオーバーすることを決定した後で、 圧縮モードに入る。フレームのアイドル部分の間に新しいリンクを確立しても、 前の基地局ＢＳ１との通信は維持される。このようにして、新しい基地局ＢＳ２ との完全な同期を得て新しいリンクを確立する。前のリンクを切り離して通常モ ード伝送に戻るとハンドオーバーは完了する。新しいリンクを同期させた後でも 前のリンクを保持することにより、全ての基地局に同時に通信することができる （１つ以上の搬送周波数でマクロダイバーシチを確立して）。継ぎ目のない周波 数間のハンドオーバーを行うこの方法は、アップリンクとダウンリンクの両方に 用いることができる。 デューティ・サイクルは、同期を得る必要度に従って変えることができる。し かし同時通信（マクロダイバーシチ）を用いる場合は、デューティ・サイクルは 約５０％が望ましい。 本発明は通常および圧縮モードフレームを用いることにより、ＤＳ−ＣＤＭＡ を用いて階層化セル構造でスロット送信／受信の利点を利用することができる。 他の搬送周波数を測定して、確かなハンドオーバー決定を行うことができる。更 に、前のリンクを切り離す前に新しいリンクを確立することにより、搬送周波数 間のハンドオーバーを継ぎ目なしに行うことができる。このために２個の受信機 を必要としない。マクロダイバーシチを用いる理由は呼ハンドオーバー以外にも ある。例えば、移動局が無線干渉の高い地域を通行中に、質の高い移動局との通 信リンクを維持する場合である。これは例えば、第１基地局ＢＳがマイクロセル の基地局であり、第２基地局がマクロセル、すなわちマイクロセルのカバレージ エリアを含む傘型セルの場合である。移動局ＭＳがマイクロセルを通過するに従 って、建物などのいろいろな障害物が第１基地局ＢＳ１から発せられる信号に干 渉する場合がある。従ってマクロセルＢＳ２から冗長信号を伝送して、通信の質 を高くする。しかし、マクロダイバーシチの主な目的は呼ハンドオーバーである 。 ウイラーズ（Willars）他の米国特許出願番号 、 出願、は圧縮モードＤＳ−ＣＤＭＡの更に詳細について記述しているので 、参考のためにここに示す。 本発明の特定の実施態様について説明し図示したが、当業者であればこれを修 正することができるので、本発明は限定的なものではない。本発明は、ここに開 示し請求した発明の精神と範囲内にある全てのいかなる修正も含むものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｈ０４Ｑ 7/34 7605−5Ｋ Ｈ０４Ｂ 7/26 Ｋ 7739−5Ｋ Ｈ０４Ｊ 13/00 Ｇ (72)発明者 ラルソン，ラルス グスタブ スウェーデン国エス ― 113 35 スト ックホルム，５ ティーアールペー，カー ルベルグスベーゲン 66アー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．セルラ通信システムの符号分割多重アクセスの方法であって、 第１基地局と移動局の間に呼リンクを確立する段階と、 少なくとも１つの隣接基地局と前記第１基地局の通信チャンネルの到着時間を 移動局で測定する段階と、 前記基地局に接続するネットワーク制御器に前記測定値を伝送する段階と、 少なくとも１つの隣接基地局と前記移動局との間の呼リンクを起動する段階と 、 前記第１基地局と前記少なくとも１つの隣接基地局のうちの少なくとも１つか ら伝送される通信信号を遅らせて、前記移動局が前記第１基地局と前記少なくと も１つの隣接基地局から所定の時間間隔内にほぼ同じ情報を受けるようにする段 階と、 を含む方法。 ２．フレーム構造に従って通信チャンネルで前記通信信号を伝送する段階を更 に含む、請求項１記載の方法。 ３．基地局から前記通信信号を圧縮モードで伝送し、データの１フレームは情 報部分とアイドル部分とを含み、これにより移動局は前記圧縮モードのアイドル 部分中に前記少なくとも１つの隣接基地局を測定することができる段階を更に含 む、請求項２記載の方法。 ４．前記測定する段階は、 前記少なくとも１つの隣接基地局からと前記移動局が現在リンクされている基 地局からの、時間遅れのないチャンネルでの受信信号の時間差を移動局において 測定する段階と、 前記測定値をネットワーク制御器に送る段階と、 割り当てられたチャンネルで通信リンクを確立しようとする前記隣接基地局か ら信号を伝送するための時間オフセットについて基地局に知らせる段階と、 前記隣接基地局から前記時間オフセットで通信信号を伝送する段階と、 前記移動局が前記隣接基地局の方に移動する場合は前記時間オフセットを更新 する段階と、 を含む、請求項１記載の方法。 ５．前記通信信号は、制御チャンネルのフレームに対して、ある時間オフセッ トをもって伝送される、請求項１記載の方法。 ６．前記通信リンクは、隣接基地局の前記遅れのないチャンネルと他の通信チ ャンネルに対して、任意のオフセットをもってダウンリンクで伝送される、請求 項４記載の方法。 ７．前記所定の時間間隔は分岐ウインドウに対応する、請求項４記載の方法。 ８．前記少なくとも１つの隣接基地局と前記第１基地局は異なる周波数で伝送 する、請求項１記載の方法。 ９．前記少なくとも１つの隣接基地局と前記第１基地局は同じ周波数で伝送す る、請求項１記載の方法。 10． セルラ通信システムの符号分割多重アクセスが可能なシステムであって 、あるオフセット値だけ信号を遅らせる手段と、前記遅れ手段により遅らされた 信号を伝送する手段と、遅らされない信号を伝送する手段とをそれぞれが備える 、少なくとも２つの基地局と、 前記少なくとも２つの基地局からの伝送を受信する受信機と、前記少なくとも ２つの基地局から遅らされない信号を受信する際の遅延を測定する遅延測定装置 と、前記遅延測定値を伝送する手段とを備える、少なくとも１つの移動局と、 前記遅延測定値を受信する手段と、前記遅延測定値に従って前記オフセット値 を発生する手段と、前記オフセット値を前記少なくとも２つの基地局に伝送する 手段とを備える、少なくとも１つのネットワーク制御器と を含むシステム。 11． 前記少なくとも２つの基地局のうちの少なくとも１つは、 前記少なくとも１つの移動局から前記遅延測定値を含む信号を受信する手段と 、 前記遅れ測定値を前記ネットワーク制御器に伝送する手段と、を備える、請求 項１０記載のシステム。 12． 前記ネットワーク制御器の前記発生手段は、前記遅らされない信号に対 する任意のオフセット値を発生する手段を備える、請求項１０記載のシステム。