JPH09502065A - 無線通信システムにおいて選択的に有効なダイバーシチ信号のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 無線通信システムにおいて、信号品質を改善するため、選択的に有効となる時間ダイバーシチおよび／または周波数ダイバーシチ信号方式が採用される。特に、通信資源を利用して通信装置間でメッセージを交信する方法は、通信資源内の第１周波数上でメッセージの第１部分を送信する段階を含んでもよい。通信資源の品質が好ましくないと判定すると、メッセージの第２部分は第１周波数上で送信され、また第２周波数上および／または個別の時間において再送信できる。

Description

【発明の詳細な説明】 無線通信システムにおいて選択的に有効な ダイバーシチ信号のための方法および装置 発明の分野 本発明は、一般に、無線通信システムに関し、さらに詳しくは、通信資源を効 率的に利用しながら、通信資源上で送信される信号の知覚品質を改善することに 関する。 発明の背景 周知の無線通信システムに、陸上移動サービスで利用されるようなトランク無 線システム（trunked radio systeｍ）がある。このようなシステムは、一般に 、システムの地理的カバー・エリア全体に配置される中継局として構成される、 いくつかの送信機および受信機、いわゆるトランシーバを含む。従って、カバー ・エリア仝体における無線装置、例えば、移動無線や携帯無線装置間の通信は、 カバー・エリア全体に配置された中継局を利用して促進される。 今日の無線通信システムでは、介在する空中で送信される２つの通信装置、例 えば、中継局（repeater）と無線装置 との間で交信される信号は、受信される前に品質劣化するのが一般的である。あ る設計範囲では、劣化があらかじめ設定された設計制限内となるように、システ ムは許容パラメータ内で機能できる。しかし、この設計範囲を超えると、送信信 号の品質は許容品質レベル以下に低下し、満足な通信をうまく維持できなくなる 。 上記の好ましくない条件、すなわち、好ましくない信号品質は、送信機と受信 機との間の空間的な距離、すなわち、実際の距離がある予め設定された設計範囲 より大きい結果である場合がある。あるいは、品質劣化は、送信機と受信機との 間の信号経路における障害物、例えば、建物や丘によって生じることがある。さ らに、劣化は信号の伝搬方向の変化、例えば、建物によるまたは建物の周りの反 射および／または屈折の結果の場合がある。 この好ましくない条件、すなわち劣悪な信号品質の原因にかかわらず、さまざ まな既知の手段によって信号品質を改善できる。一般に、ダイバーシチ方法、例 えば通信資源において採用される周波数ダイバーシチ，時間ダイバーシチおよび 空間ダイバーシチ方法は、信号の通信品質を改善するために利用される。しかし 、これらの方法は、以下で説明するように理論的および実際的な制限がある。 与えられた範囲以上に信号の品質を改善するために用いられる一つの方法とし て、送信信号の信号パワー、すなわち信号エネルギを増加する方法がある。同様 に、受信機に よって検出される雑音パワー、すなわち雑音エネルギの低下は、信号の品質を改 善する。しかし、送信パワーは電力増幅器を製造するために利用可能な技術と、 電源から許容可能な電流損とによって制限される。また、高電力増幅器は、熱を 放散させるために用いられるヒートシンクの所要寸法のために、比較的大きな寸 法を必要とする。 さらに、連邦通信委員会（ＦＣＣ：federal communications commission）は 、高電力レベルにより周波数再利用方式において問題が生じるので、すなわち同 じ周波数資源が近傍の地理的領域で利用されるので、放射されるパワーに対して 厳密な制限を設けている。基地局において、業界はＦＣＣによって課せられるＲ Ｆパワーの制限に近く、この技術の限界にある。リモート・トランシーバにおい て、電流損および寸法はより高い電力を制限する。受信機の雑音指数低減のわず かな改善は可能であるが、その理論的な制限に急速に近づきつつある。 通信資源における周波数，時間，空間，角度および偏波のパラメータを利用す るダイバーシチ方法も、上記の制限を克服するため信号の通信品質を改善できる 。しかし、これらの改善には犠牲が伴う。例えば、空間ダイバーシチ，角度ダイ バーシチおよび偏波ダイバーシチは、受信機側で追加ハードウェアを必要とする 。最低でも、第２アンテナおよび同軸ラインを必要とし、これらは望ましくない コスト増加となる。さらに、第２受信機および／またはスイッ チが必要なことがあり、それによりコストが増加し、他の技術的な制限を追加す る。時間ダイバーシチおよび周波数ダイバーシチ方式では、関連コストはスペク トル効率の低下の点で測定されるのが一般的である。すなわち、時間ダイバーシ チおよび／または周波数ダイバーシチ方式を常に採用することにより、信号品質 が許容可能な場合でも、スペクトル非効率が問題となる。 従って、従来技術の上記の問題点のない、改善された信号品質を提供する無線 通信システムが必要とされる。特に、追加ハードウェア・コストまたは帯域幅効 率の好ましくない低下なしに、改善された信号品質を提供するシステムは従来技 術に対する改善である。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明を有利に利用できる無線通信システムを示す。 第２図は、本発明による通信装置の動作を示すフロー図である。 第３図は、本発明のいくつかの実施例による通信資源およびその上で送信され る信号シーケンスを示す図である。 好適な実施例の詳細な説明 本発明は、２つまたはそれ以上の通信装置間で信号を交信する方法に関する。 この方法は、信号の品質が好ましくなくなるときに、信号のダイバーシチ送信用 の通信資源を利用する。このように、本発明は、いつ信号ダイバーシチが必要か について品質に基づいて判定することにより、通信資源を効率的に利用する。 第１図は、カバー・エリア１０４にサービスを提供する中継局１０２を含む無 線通信システム１００を示す。通信ユニット１０６〜１０８、例えば移動無線装 置，携帯無線装置は、カバー・エリア１０４を移動し、中継局１０２を利用して 互いに通信を確立する。通信は、通信資源１１０、例えば時分割多元接続（ＴＤ ＭＡ）タイムスロット，無線周波数（ＲＦ）チャネルまたは任意の他の適切な資 源を介して、通信ユニット（１０６〜１０８）間で確立される。通信資源１１０ 上で送信される信号は、例えば建物１１２によって遮られるときに、劣化する。 一般にこのような障害または他の干渉源により、通信資源１１０の品質は、劣化 通信資源（compromised communication resource）１１４によって示されるよう に劣化する。 前述のように、この劣化状態を克服する既知の方法には実際的な制限がある。 例えば、ある制限以上に劣化通信資源１１４を利用して受信機における雑音レベ ルを克服するために中継局によって送信されるパワーを増加することは、ＦＣＣ によって禁止されている。同様に、複数の通信ユニ ット（１０６〜１０８）において採用される従来のダイバーシチ合成では、この ような解決方法を実施するために高価なアンテナおよびいわゆる「フロントエン ド」ハードウェアの追加を必要とする。最後に、すべての通信ユニットが常に追 加機能を必要としないので、非効率性の問題は第１図において示される。特に、 ユニット１０６のみが劣化通信資源１１４を利用するので、本発明の好適な実施 例は、信号品質を許容レベルに改善するために既知のダイバーシチ方式の組み合 わせが必要な場合にのみ、例えば、劣化通信資源１１４上の建物などの場合にの み、これら既知のダイバーシチ方式の組み合わせを採用する。 第２図は、本発明による通信装置の動作を示すフロー図２００である。なお、 本発明を採用できる通信装置は、固定局、例えば中継局１０２でも、あるいは移 動局、例えば通信ユニット１０６にあってもよいことに留意されたい。目標の信 号は、まず目標通信装置に送信される（２０１）。この信号は、ＱＡＭおよびＱ ＰＳＫ形式を含むがそれに限定されないＡＭ，ＦＭ，ＳＳＢ，データのトランク 方式の周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）や、これらすべての種類の変調を利用す る時分割多元接続（ＴＤＭＡ）でもよい。次に、メッセージが完了したかどうか を判断するため、判定が行われる（２０２）。メッセージが完了した場合、ルー チンは終了する。 メッセージを完了するため更なる送信を必要とする場合、 通信資源の品質、すなわちその上で送信される信号の品質が判定される（２０３ ）。この機能を達成するためにいくつかの方法が利用可能である。受信信号強度 の測定は最も基本的な検査であり、アナログまたはデータ・システムに適用され る。同様に、この判定は信号対雑音比（ＳＮＲ），信号対干渉比（ＳＩＲ）また は信号対雑音＋干渉比（ＳＮＰＩＲ：signal-to-noise plus interference rati o）の単純な測定でもよい。データ・システムでは、ビット誤り率（ＢＥＲ）は 既知の資源検査方法であるが、もちろん、この方法は、例えば送信されるパイロ ットなど既知のシンボルに制限され、また誤り数を判定するため順方向誤り訂正 （ＦＥＣ：forward error correction）符号を有するシステムに制限される。本 発明の好適な実施例では、ＴＤＭＡ信号が送信され、通信資源およびその上で送 信される信号の品質を判定するためＢＥＲが用いられる。 品質レベルの判定が行われた後、このレベルが所定の品質閾値以上かどうかを 判断するため判定が行われる（２０５）。閾値レベルは、例えばメッセージの優 先度に応じて、あるいは利用される技術に応じて変えることができる。好適な実 施例では、４次１６ＱＡＭ偏重を利用して送信されるデータとともにＴＤＭＡシ ステムが採用され、ＢＥＲ閾値は４パーセントに設定される。受信機が隣接送信 上で許容と非許容との間で変化するのを防ぐため、ヒステリシスが好ましくは利 用される。すなわち、好適な実施例では、 強化（augmentation）せずに通信資源を許容可能と宣言するために、次の信号は ３パーセント以上でなければならない。 通信資源の品質が許容可能である場合、次の信号、例えばデータ・ワードが送 信され（２０９）、メッセージは完了したかを再度調べられる（２０２）。なお 、メッセージは一般に複数のシーケンシャル信号からなり、メッセージの最後に は、メッセージ終了（ＥＯＭ：end of message）信号が送信されることに留意さ れたい。ＥＯＭが検出されると、ルーチンは終了する。ＥＯＭが検出されないと 、複数のシーケンシャル信号のうち次の信号が送信される。 判定２０５に戻って、品質が許容不可であるとわかると、以降の信号が送信さ れる（２１１）。［なお、この以降の信号（subsequent signal）とは、通信資 源の品質を判定するために用いられた信号ではない。むしろ、多重信号メッセー ジ（multi-signal message）を構成する複数の信号のシーケンスのうち次の信号 である。］次に、以降の信号は通信資源の別の部分、例えば別のチャネル上で再 送信される（２１３）。好適な実施例では、このチャネルは同一周波数上の異な るスロット，異なる周波数上の異なるスロットまたは異なる周波数上の同一スロ ットの形式をとることができる。この再送信は、以下で説明するように、通信資 源の同じ部分内で一回または複数回行われることがある。 本発明は、一連の例を利用し、第３図を参照して例示で きる。第３図は、本発明による通信資源３００を示し、Ｈ本の周波数からなり、 各周波数は下付き文字ｍ，ｍ＋１，ｍ＋２，ｍ＋３によって表される時間フレー ムに分割される。３つの異なる実施例を説明するために、３つのメッセージの部 分を利用して本発明について説明する。第１メッセージは周波数ｆ_A，ｆ_B，ｆ_C 上に含まれ、第２メッセージは周波数ｆ_D上にのみ含まれ、第３メッセージは周 波数ｆ_E，ｆ_G，ｆ_H上に含まれる。［なお、以下の説明では本発明の３つの実施 例について説明するが、システム強化方式に応じて、これらの実施例の組み合わ せを利用して更なる実施例も実現できることに留意されたい。］ 第１メッセージを参照して、フレーム_mのスロット３０２は、周波数ｆ_Aで送信 される信号Ｓ₁を搬送する。［ただし、これはメッセージの第１信号でもよいが 、その必要はないことに留意されたい。］スロット３０２、すなわち信号Ｓ₁が 許容可能な通信のための品質閾値を満たさないと判定されると、ダイバーシチを 利用して次の信号Ｓ₂が送信される。特に、以降の信号（Ｓ₂〜Ｓ₄）がｆ_Aの以降 のフレーム（フレーム_m+1〜フレーム_m+3）における同一タイムスロット（３０４ 〜３０６）において送信され、かつｆ_Bの同じ相対的なタイムスロット（３０８ 〜３１０）において再送信されるように、周波数ダイバーシチ方式が有効になる 。もちろん、品質が再び好ましくなくなる、すなわちタイムスロット３０５，３ ０９において送信されるＳ₃の信号品質 が好ましくなくなると、他の周波数、例えば、タイムスロット３１２上で再送信 するためダイバーシチ方式を拡張して、周波数ｆ_c上で信号Ｓ₄を搬送できる。同 様に、前述のようにヒステリシス閾値システムの場合には、上限閾値レベル以上 の信号品質の改善に応答して、周波数ダイバーシチ方式を完全にまたは部分的に 無効にでき、あるいはメッセージが完了するまで完全にまたは部分的に再度有効 にできる。 同様に、第２メッセージを参照して、フレーム_mのスロット３１４は、周波数 ｆ_Dで送信される信号Ｓ₁を搬送する。［ただし、この場合も、これはメッセージ の第１信号でもよいが、その必要はないことに留意されたい。］スロット３１４ 、すなわち信号Ｓ₁が許容可能な通信のための品質閾値を満たさないと判定され ると、ダイバーシチを利用して次の信号Ｓ₂が送信される。特に、以降の信号が ｆ_Dの以降のフレーム（フレーム_m+l〜フレーム_m+3）における同一タイムスロッ ト（３１６〜３１８）において送信され、かつｆ_Bの異なる相対的なタイムスロ ット（３２０〜３２２）において再送信されるように、時間ダイバーシチ方式が 有効になる。もちろん、品質が再び好ましくなくなる、すなわちタイムスロット ３１７，３２１において送信されるＳ₃の信号品質が好ましくなくなると、別の タイムスロット、例えばタイムスロット３２４において再送信するためダイバー シチ方式を拡張して、周波数ｆ_D上で信号Ｓ₄を搬送で きる。同様に、時間ダイバーシチは、上限閾値レベル以上の信号品質の改善に応 答して、完全にまたは部分的に無効にでき、あるいはメッセージが完了するまで 完全にまたは部分的に再度有効にできる。 最後に、第３メッセージを参照して、フレーム_mのスロット３２６は、周波数 ｆ_Hで送信される信号Ｓ₁を搬送する。［この場合も、これはメッセージの第１信 号でもよいが、その必要はない。］品質が許容可能であると想定すると、信号Ｓ₂ はフレーム_m+1の同じ相対的なタイムスロット（３２７）において送信される。 次に、スロット３２７、すなわち信号Ｓ₂が許容可能な通信のための品質閾値を 満たさないと判定されると、ダイバーシチを利用して次の信号Ｓ₃が送信される 。特に、以降の信号（Ｓ₃，Ｓ₄）がｆ_Hの以降のフレーム（フレーム_m+2，フレー ム_m+3）における同一タイムスロット（３２８，３２９）において送信され、か つｆ_Gの異なる相対的なタイムスロット（３３０，３３１）ならびにｆ_Eの異なる 相対的なタイムスロット（３３２）において再送信されるように、周波数ダイバ ーシチおよび時間ダイバーシチ方式が有効になる。もちろん、他のダイバーシチ 方式と同様に、品質が好ましくなる、例えばタイムスロット３３０，３３２にお いて送信されるＳ₃の信号品質が特定の閾値以上になると、ダイバーシチ方式を 部分的に無効にできる、すなわちフレーム_m+3に示されるように、信号Ｓ₄につい て２周波数だけの方式に低減できる。もちろ ん、信号品質の大幅な改善に応答して、時間ダイバーシチおよび周波数ダイバー シチ方式を完全に無効にでき、あるいはメッセージが完了するまで完全にまたは 部分的に再度有効にできる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．無線通信システムにおいて、通信資源を利用して複数の通信装置間でメッセ ージを交信する方法であって： Ａ）前記通信資源内の第１周波数上でメッセージの第１部分を、前記複数の通 信装置の第１通信装置から送信する段階； Ｂ）前記通信資源の品質を判定する段階；および Ｃ）前記通信資源の品質が好ましくない場合に、前記第１周波数上および第２ 周波数上で前記メッセージの第２部分を送信する段階； によって構成されることを特徴とする方法。 ２．段階Ｂ）であって： 前記第１通信装置において： Ｂ１）第２通信装置から送信される信号の信号品質メトリックを計算する段階 ；および Ｂ２）前記信号品質メトリックを前記第２通信装置に送信する段階； によって構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．Ｄ）前記メッセージの前記第１部分のビット誤り率（ＢＥＲ）が所定の閾値 以下に低下するときを、前記通信資源の品質が好ましくないときとして識別する 段階； をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１記 載の方法。 ４．Ｄ）前記判定する段階に応答して、前記メッセージの前記第２部分を第３周 波数上で送信する段階； をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ５．無線通信システムにおいて、通信資源を利用して複数の通信装置間でメッセ ージを交信する方法であって： Ａ）第１時間に、前記通信資源内の第１周波数上でメッセージの第１部分を、 前記複数の通信装置の第１通信装置から送信する段階； Ｂ）前記通信資源の品質を判定する段階；および Ｃ）前記通信資源の品質が好ましくない場合に、前記第１周波数上で前記第１ 時間に対応する時間と、前記第１周波数上で第２時間とにおいて、前記メッセー ジの第２部分を送信する段階； によって構成されることを特徴とする方法。 ６．Ｄ）前記メッセージの前記第１部分の信号対雑音比（ＳＮＲ）が所定の閾値 以下に低下するときを、前記通信資源の品質が好ましくないときとして識別する 段階； をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項５記載の方法。 ７．前記通信資源は、前記第１周波数上の複数の時分割多元接続（ＴＤＭＡ）フ レームを含み、段階Ａ）は、前記複数のＴＤＭＡフレームの第１フレーム内の第 １タイムスロ ットにおいて前記メッセージの前記第２部分を送信する段階からなることを特徴 とする請求項５記載の方法。 ８．無線通信システムにおいて、通信資源を利用して複数の通信装置間でメッセ ージを交信する方法であって： Ａ）第１時間に、前記通信資源内の第１周波数上でメッセージの第１部分を、 前記複数の通信装置の第１通信装置から送信する段階； Ｂ）前記通信資源の品質を判定する段階；および Ｃ）前記通信資源の品質が好ましくない場合に、前記第１周波数上で前記第１ 時間に関連する時間と、前記通信資源内の第２周波数上で第２時間とにおいて、 前記メッセージの第２部分を送信する段階； によって構成されることを特徴とする方法。 ９．Ｄ）前記メッセージの前記第１部分のビット誤り率（ＢＥＲ）が所定の閾値 以下に低下するときを、前記通信資源の品質が好ましくないときとして識別する 段階； をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項８記載の方法。 １０．通信資源を利用して通信装置にメッセージを送信するデータ送信機であっ て、前記通信資源は、第１周波数上の複数の時分割多元接続（ＴＤＭＡ）フレー ムと、第２周波数上の複数のＴＤＭＡフレームとを含む、データ送信機であって ： 前記第１周波数上の前記複数のＴＤＭＡフレームの第１ フレーム内の第１タイムスロットにおいて、前記メッセージの第１部分を送信す る手段； 前記第１タイムスロットの品質を判定する手段；および 前記判定する手段に動作可能に結合され、前記第１タイムスロットにおいて、 および前記第２周波数上の前記複数のＴＤＭＡフレームの第２フレーム内の第２ タイムスロットにおいて、前記メッセージの第２部分を送信する手段； によって構成されることを特徴とするデータ送信機。