JPH11196457A - 広帯域cdma伝送システムにおける複数のキャリアの利用率を配分する方法 - Google Patents

広帯域cdma伝送システムにおける複数のキャリアの利用率を配分する方法

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JPH11196457A
JPH11196457A JP10295760A JP29576098A JPH11196457A JP H11196457 A JPH11196457 A JP H11196457A JP 10295760 A JP10295760 A JP 10295760A JP 29576098 A JP29576098 A JP 29576098A JP H11196457 A JPH11196457 A JP H11196457A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 いくつかのキャリアを利用する広帯域CDM
A(W−CDMA)システムがIS−95キャリアに重
なる場合の容量損失を改善する。 【解決手段】 まず、各キャリアに対するキャリア利用
/干渉レベルを判定する。判定したレベルに基づいて、
デマルチプレクサ114で、キャリア割当ては非一様に
配分される。この配分は、利用率/干渉の高いキャリア
を避けてキャリアを選択するように作用する。例えば、
キャリアf1はIS−95ユーザによって利用される
が、f2およびf3はIS−95ユーザを有しないという
3キャリア方式の場合、拡散は、f1,f2,f3,f2
3,f1,f2,f3,f2,f3,...というように、3
つの周波数にわたって非一様に配分される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤレス通信に
関し、特に、符号分割多元接続(CDMA)ワイヤレス
通信に関する。
【0002】
【従来の技術】ワイヤレス通信は、移動ユーザへの限界
のないアクセスを提供し、音声電話と屋内データLAN
という2つの別個の領域の要求を満たす。セルラ電話ネ
ットワークは、電話サービスの領域をワイヤレス最終ホ
ップに拡張し、WaveLANやRangeLANのような移動(モバ
イル)IP LANはTCP/IPデータネットワーク
の屋内ユーザに対して同様の拡張をしている。ワイヤレ
ス技術および高速統合サービス有線ネットワーキングの
進歩は、近い将来、移動ユーザに包括的なマルチメディ
ア情報アクセスを提供するであろう。例えば、PCS(P
ersonal Communication Services)は、個人(の装置)
がいつどこでも通信することを可能にする広範な個人通
信サービスである。PCN(Personal Communication Ne
twork)は、低電力アンテナによって通信する新しいタイ
プのワイヤレス電話システムである。PCNは、従来の
有線ラインに代わるディジタル無線を提供する。
【0003】以下のことは、ワイヤレス技術における代
表的な問題点である。例えば、ワイヤレス通信システム
では、送信器パワーはシステム性能に対する重要な影響
を有する。ノイズ制限ワイヤレス通信システムでは、送
信パワーは、送信器と受信器の間の許容される距離を決
定する。利用可能な送信パワーは信号対ノイズ比を決定
し、これは、情報の通信が成功するために受信器入力で
規定のしきい値を超えなければならない。
【0004】通信チャネルを通じてメッセージ信号を送
信するとき、アナログおよびディジタルのいずれの送信
方法を用いることも可能である。ディジタル法のほう
が、以下の点でアナログ法よりも有利であるため、好ま
しい。すなわち、 ・チャネルのノイズおよび干渉に対する耐性が高い。 ・システムの動作の自由度が高い。 ・複数の種類のメッセージ信号の伝送に対するフォーマ
ットが共通である。 ・ディジタル暗号化を用いることにより通信のセキュリ
ティが高い。 ・容量が大きい。
【0005】帯域幅の効率的な利用はもう1つの問題点
である。利用可能な帯域幅の有効利用を達成する1つの
手段は、信号多重化によるものである。信号多重化で
は、いくつかのメッセージソースからの信号が共通のス
ペクトル資源を通じて同時に送信される。周波数分割多
重化、時分割多重化、およびそれらの組合せが、信号多
重化セルラ無線システムを実装するために用いられてい
る。
【0006】周波数分割多元接続(FDMA)および時
分割多元接続(TDMA)のような狭帯域アプローチで
はないもう1つの多元接続方式が、広帯域(ワイドバン
ド)通信を用いるものである。セルラ無線電話システム
では、広帯域通信は、符号分割多元接続(CDMA)ス
ペクトラム拡散技術を用いて実現されている。このよう
なスペクトラム拡散システムは、通信される情報を広い
周波数帯域にわたって拡散する変調技術を利用する。こ
の周波数帯域は一般に、送信される情報を送信するため
に必要な最小帯域幅よりずっと広い。
【0007】直接拡散CDMAシステムでは、2つの通
信装置の間の通信は、各送信信号を固有のユーザ拡散符
号で広い周波数帯域に拡散することによって実現され
る。この結果、複数の送信信号が同じ周波数を共有する
ことになる。このようなシステムが動作する可能性は、
各信号が特別に時間あるいは周波数符号化されることに
より、受信器でそれを分離し復元することができるとい
うことに基づいている。個々の送信信号は、送信器で実
行された拡散に関する既知のユーザ拡散符号を用いてす
べての信号から1つの信号を逆拡散することによって、
通信チャネルから取得される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】現在狭帯域CDMAを
サポートしているスペクトル資源および機器には多くの
投資がある。いくつかのキャリア(搬送波)を利用する
広帯域CDMA(W−CDMA)システムがIS−95
キャリアに重なると、容量損失が出る。一般に、キャリ
ア間の不平衡干渉および不平衡負荷は、総容量を低下さ
せる。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、広帯域CDM
A伝送システムにおいて複数のキャリアの利用を配分す
る方法に関するものである。本発明の方法は、まず、各
キャリアに対するキャリア利用/干渉レベルを判定す
る。このキャリア利用/干渉レベルに基づいて、キャリ
ア割当ては非一様に配分される。このキャリア割当ての
配分は、利用率/干渉の高いキャリアを避けてキャリア
を選択するように作用する。この方法を実行する装置も
また実現される。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明は、3キャリアW−CDM
AシステムのようなマルチキャリアW−CDMAシステ
ムに特に適しており、この場合について説明するが、他
の複数帯域キャリアシステムでの使用にも同様に適して
いる。
【0011】CDMA変調技術は、多数のユーザが相互
に通信することを可能にする通信システムで使用されて
いる。CDMA通信システムでは、すべての通信チャネ
ルは1つまたはいくつかの共通の広帯域周波数に多重化
される。各チャネルは、固有の拡散符号によって区別さ
れる。送信前に、各情報信号は、情報信号を広帯域信号
に変換する拡散符号で変調される。受信器は、受信した
広帯域信号を、対応する拡散符号と結合することによっ
て広帯域信号を復調して、情報信号を復元する。拡散符
号は一般に2元(バイナリ)符号である。同じ広帯域が
すべてのユーザに利用可能であるため、受信信号が拡散
符号によって復調される際に、他のチャネルの情報信号
がチャネル間干渉あるいはノイズとして現われることが
ある。
【0012】IS−95と両立するいくつかの広帯域C
DMA(W−CDMA)システムが現在、広範な実装の
ために提案されている。1つの提案は、順方向リンクで
3個の並行する1.25MHzキャリアを使用し、周波
数ダイバーシティのためにそれらの3キャリアにわたっ
て一様に符号化ビットを拡散するものである。しかし、
IS−95キャリアに重畳して3キャリアにわたって一
様に拡散することにより容量損失が生じる。一般に、キ
ャリア間の既知の不平衡干渉および不平衡負荷は総容量
を低下させる。本発明は、動的な高性能の(非一様な)
拡散を用いて、共存するシステムあるいはキャリア間に
不平衡干渉があるシステムで最大容量を達成する。動的
な高性能の拡散を用いることにより、本発明は、特に以
下の条件のもとで(を考慮して)、一様拡散に比べて改
善された容量を提供する。 ・IS−95キャリアに重畳したW−CDMA。 ・マイクロ波使用などの既知の妨害電波による周波数の
回避。 ・相異なるキャリア間の干渉の決定論的あるいは統計的
差。
【0013】図1のAに、直接拡散順方向リンクの代表
的なスペクトルを示す。これは、単一の広帯域順方向リ
ンクと対比される。図1のBには、IS−95(CDM
AOne)と両立するW−CDMAシステムに対する代
表的なマルチキャリア順方向リンク法を示す。これは、
3個の並行する1.25MHzキャリア(f1、f2およ
びf3)を使用し、周波数ダイバーシティのためにそれ
らの3キャリアにわたって一様に符号化ビットを拡散す
る。
【0014】図2に、W−CDMAセルをIS−95セ
ルと組み合わせて高レートデータカバレジを提供するセ
ル配置を示す。W−CDMAに対するマルチキャリア順
方向リンクの利点は、IS−95と重畳するシステムに
おける容量への影響が小さいことである。その理由は、
重畳システムに対して、順方向リンクにおける直交性を
維持することができるためである。そうでない場合、直
接拡散と同様、W−CDMAとIS−95は相互に干渉
し、容量が大幅に損失してしまう。しかし、重畳キャリ
アに対して、マルチキャリア順方向リンクにおいて直交
性が維持されても、順方向リンク容量は効率的には利用
されていない。
【0015】例えば、W−CDMAがf1+f2+f3
実行され、f1でIS−95と重なり合うと仮定する。
一様拡散法では、ビットは一様にキャリアに拡散される
ため、パワー制御がフレーム誤りに基づいており各フレ
ームのビットは一様に拡散されることにより、特定の1
ユーザに対する各キャリアにおけるパワー使用は同一で
なければならない。正味の効果としては、一様拡散法で
は、f1における狭帯域(IS−95)の使用のため、
2およびf3よりもf1のほうが総パワー使用は大きく
なる。対応して、f1における干渉が大きくなり、必要
な信号対干渉比を維持するために、実質的にユーザあた
りのパワー消費が大きくなる。他方、高性能の拡散法
は、ユーザあたりのパワーを節約し、可能な容量を最大
化するために、各キャリアにおける干渉がほぼ等しくな
るように、干渉および負荷の少ないキャリアにおいてユ
ーザあたりのビット数を多く割り当てる。
【0016】IS−95では、順方向リンクは高速なパ
ワー制御を有していないが、上記のW−CDMAシステ
ムは高速な順方向パワー制御を有する。このことは、I
S−95における順方向パワー消費はW−CDMAより
も効率的でないことを意味する。パワー制御の欠陥およ
びその他の配備上の問題点(例えば複数のパイロット領
域)により、IS−95の数人のユーザのみで、順方向
負荷容量の大部分を容易に使い切ってしまう可能性があ
る。従って、W−CDMAが残りのパワーを効率的に利
用しなければ、重畳システムにおけるブロッキングが早
期に起こり得る。W−CDMAが導入されるまでに3個
のキャリアがすべてIS−95で用いられていれば負荷
平衡は解決されるという議論も可能であるが、この目的
のために追加のIS−95システムを運用者にインスト
ールさせるというのは非現実的である。
【0017】さらに、システム運用者が対処することの
できないマイクロ波ユーザのような一部のセルエリアに
おける既知の順方向リンク妨害電波がある場合や、さら
に一般的には、スペクトラムクリアランスにおける困難
によりW−CDMA周波数間の干渉の決定論的あるいは
統計的な差がある場合には、同様に非効率的な負荷/容
量使用が起こる。そのようなシステムでは、設計された
トラフィック負荷の前にブロッキングが起こる。
【0018】この種の不平衡問題を解決するため、本発
明は、W−CDMA周波数に対して動的な高性能の拡散
を利用する。高性能な拡散とは、ワイヤレスチャネルの
知識に基づいて、キャリア間で負荷および干渉を等しく
することによって、可能な容量の最大利用という目標を
達成することを意味する。その基本的な考え方は、同じ
ユーザに対して、相異なるキャリアのパワー使用が異な
るように、相異なるキャリアに異なる量の符号化ビット
を(すなわち、非一様に)拡散することである。ビット
あたりのエネルギーは、エラー性能がほぼ同一に維持さ
れるように、各キャリア内のパワー制御によって調整さ
れる。このようにして、動作中のキャリア間の不平衡に
もかかわらず、負荷は容易に最大容量まで利用される。
【0019】図3は、マルチキャリア順方向リンクのブ
ロック図である。入力データは、畳込み符号器およびパ
ンクチャリングシステム102に入力される。畳込み符
号器およびパンクチャリングシステム102の出力は、
シンボル反復システム104に接続される。シンボル反
復システム104の出力はブロックインタリーバ(20
ms)106に接続される。ユーザnロングコードマス
クがロングコード生成器110に入力される。ロングコ
ード生成器110の出力はデシメータ112に接続され
る。ブロックインタリーバ106の出力とデシメータ1
12の出力は乗算器108に接続される。乗算器108
の出力はデマルチプレクサ114に接続される。3キャ
リアW−CDMAシステムの場合、デマルチプレクサ1
14は3つの出力A、BおよびCを有する。各出力A、
BおよびCは、対応するバイナリ−4レベル回路116
に接続される。バイナリ−4レベル回路116の出力
は、ウォルシュ符号番号およびウォルシュ長とともに、
対応するウォルシュ符号化回路118に接続される。ウ
ォルシュ符号化回路118の出力は、対応するQPSK
拡散回路120に接続される。QPSK拡散回路120
の出力は、対応するRF増幅器122に接続される。R
F増幅器122は、対応するキャリアf1、f2またはf
3を生成する。
【0020】図4は、すべての符号化ビットが一様に3
つのキャリアに拡散される場合の、デマルチプレクサ1
14の拡散の模式図である。換言すれば、拡散は、
1,f2,f3,f1,f2,f3,f1,f2,f3,...あ
るいはf3,f2,f1,f3,f2,f1,f3,f2
1,...などというように、3つの周波数にわたって一
様に配分される。
【0021】図5は、本発明のデマルチプレクサ114
の非一様拡散の例の模式図である。この例は、f1
2:f3の拡散比が1:2:2の実装を示す。換言すれ
ば、拡散は、f1,f2,f3,f2,f3,f1,f2
3,f2,f3,...あるいはf3,f2,f1,f3
2,f3,f2,f1,f3,f2,...などというよう
に、3つの周波数にわたって非一様に配分される。この
変更は、デマルチプレクサ(分離化)機能においてのみ
のものである。フレーム化されたデータ構造では、パデ
ィングを用いて送信ストリームを埋めることがある。拡
散比は、キャリア間の負荷およびその他の不平衡の知識
に依存する。高機能拡散とは、負荷平衡の目標を達成す
るために相異なるユーザに異なる拡散比を割り当てるア
ルゴリズムを指す。
【0022】図6に、順方向リンクにおける高機能拡散
による、3つのキャリア周波数間での負荷利用を示す。
この特定実施例では、キャリアf1はIS−95ユーザ
によって利用されるが、f2およびf3はIS−95ユー
ザを有しない。負荷として2人のW−CDMAユーザが
示されている。ユーザ1には、f1:f2:f3の拡散比
1:2:2が割り当てられている。換言すれば、ユーザ
1に対する拡散は、f 1,f2,f3,f2,f3,f1,f
2,f3,f2,f3,...というように、3つの周波数に
わたって非一様に配分される。別のユーザ(ユーザ2)
が来た場合、キャリアf1は依然としてキャリアf2ある
いはキャリアf3よりも高い利用率および干渉を有す
る。従って、キャリアf1よりもキャリアf2およびキャ
リアf3への配分を高くすることが継続される。ユーザ
2には、f1:f2:f3の拡散比1:2:2が割り当て
られている。換言すれば、ユーザ2に対する拡散は、f
1,f2,f3,f2,f3,f1,f2,f3,f2
3,...というように、3つの周波数にわたって非一様
に配分される。他のユーザに対しても、高い利用率およ
び干渉のキャリア周波数を避けるような選択をすること
により、非一様配分が継続される。この配分は、利用率
がキャリア周波数間で平衡するにつれて一様配分へとシ
フトする可能性もある。さらに、この配分は、既知の妨
害電波によって引き起こされる負荷や、相異なるキャリ
ア間の干渉の決定論的あるいは統計的な差を補償するよ
うに修正される。
【0023】実際には、無線インタフェースは、基地局
から移動局(端末)へメッセージを送信することによっ
て、拡散比を変更する自由度を提供する。チャネル割当
てメッセージのようなものが、このメッセージの送信を
実行するための候補である。このメッセージは、各チャ
ネルでいずれのウォルシュチャネルが使用されることに
なるか、およびキャリア間の拡散比の詳細を指定するこ
とができなければならない。動的拡散とは、妨害電波ゾ
ーンへの出入りなどのような環境変動により、個々のユ
ーザの拡散比を時間的に変化させることを指す。提案さ
れる方法は、W−CDMA用端末(移動機)がキャリア
間の非一様拡散によるより多くのバッファリングを行う
ことを要求することになる。
【0024】上記の方法は順方向リンクで実行される。
しかし、順方向リンクをまず改善することにはいくつか
の大きな理由がある。W−CDMAが目標とする高速デ
ータ伝送では、インターネットからデータをダウンロー
ドすることは有力なトラフィック需要として認識されて
いる。順方向リンク使用は逆方向リンクよりも高いと予
想される。13K IS−95の実際では、順方向リン
クが容量に関するボトルネックであることは周知であ
る。遅いパワー制御および小さい符号化利得が主な要因
である。後にEVRC(8K)が配備されても、依然と
して、複数の支配的なパイロットが一般的である配備制
約により、順方向リンクが(位置に依存して)容量を制
限するリンクとなる可能性がある。
【0025】しかし、順方向リンク容量を改善した後、
逆方向リンクの容量ボトルネックが現われるであろう。
既に述べたのと同様の理由により、端末(移動機)は、
逆方向リンクにおける効率的な負荷利用が達成されるよ
うな高性能拡散法を採用することも可能である。逆方向
リンクにおける相異なる拡散のための単純な方法は、端
末(移動機)に、2つの形式のうちの一方で信号を送信
する機能を設けることである。その2つの形式とは、3
×1.25MHz(3.75MHz)キャリア、また
は、いずれかの単一の1.25MHzキャリアによるも
のである。換言すれば、端末は、高いチップレート
(3.75MHz)で拡散を行うことが可能であるとと
もに、低いレートのオプション(1.25MHz)でも
拡散を行うことができなければならない。
【0026】図7に、逆方向リンクにおける高性能拡散
による、3つのキャリア周波数間での負荷利用を示す。
この特定実施例では、キャリアf1はIS−95ユーザ
によって利用されるが、f2およびf3はIS−95ユー
ザを有しない。4人のW−CDMAユーザの負荷が示さ
れている。ユーザ1は、単一の3×f(3×1.25M
Hz)信号で送信するように割り当てられており、その
結果、キャリアf1、f2およびf3の負荷は一様であ
る。ユーザ2は、単一の3×f(3×1.25MHz)
信号で送信するように割り当てられており、その結果、
キャリアf1、f2およびf3の負荷は一様である。ユー
ザ3は、キャリアf3のみでの低レートオプションで送
信するように割り当てられている。ユーザ4は、キャリ
アf2のみでの低レートオプションで送信するように割
り当てられている。他のユーザに対しても、高い利用率
および干渉のキャリア周波数を避けるような選択をする
ことにより、非一様配分が継続される。この配分は、利
用率がキャリア周波数間で平衡するにつれて一様配分へ
とシフトする可能性もある。さらに、この配分は、既知
の妨害電波によって引き起こされる負荷や、相異なるキ
ャリア間の干渉の決定論的あるいは統計的な差を補償す
るように修正される。
【0027】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、い
くつかのキャリア(搬送波)を利用する広帯域CDMA
(W−CDMA)システムがIS−95キャリアに重な
る場合の容量損失が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図1】Aは、直接拡散順方向リンクの代表的なスペク
トルの図である。Bは、W−CDMAに対する代表的な
3キャリア順方向リンク法の図である。
【図2】W−CDMAセルとIS−95セルを組み合わ
せた代表的なセル配置の図である。
【図3】3キャリア順方向リンクのブロック図である。
【図4】一様拡散のためのデマルチプレクサの拡散の模
式図である。
【図5】デマルチプレクサの非一様拡散の例を示す模式
図である。
【図6】順方向リンクにおける高性能拡散による、3キ
ャリア周波数にわたる負荷利用の図である。
【図7】逆方向リンクにおける高性能拡散による、3キ
ャリア周波数にわたる負荷利用の図である。
【符号の説明】
102 畳込み符号器およびパンクチャリングシステム 104 シンボル反復システム 106 ブロックインタリーバ(20ms) 108 乗算器 110 ロングコード生成器 112 デシメータ 114 デマルチプレクサ 116 バイナリ−4レベル回路 118 ウォルシュ符号化回路 120 QPSK拡散回路 122 RF増幅器
フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Mountain Avenue, Murray Hill, New Je rsey 07974−0636U.S.A.

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 広帯域CDMA伝送システムにおける複
    数のキャリアの利用率を配分する方法において、 各キャリアのキャリア利用率/干渉を判定する判定ステ
    ップと、 キャリア利用率/干渉の高いキャリアを避けるようにキ
    ャリア割当てを非一様に配分する配分ステップとからな
    ることを特徴とする、広帯域CDMA伝送システムにお
    ける複数のキャリアの利用率を配分する方法。
  2. 【請求項2】 前記判定ステップは、前記複数のキャリ
    アのうち非広帯域CDMAキャリアの利用率を判定する
    ことを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記判定ステップは、既知の妨害電波に
    よって引き起こされる負荷を判定することを含むことを
    特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記判定ステップは、前記複数のキャリ
    ア間の干渉の決定論的または統計的な差を判定すること
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記判定ステップは、前記複数のキャリ
    アのうち広帯域CDMAキャリアの利用率を判定するこ
    とを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記判定ステップは動的であることを特
    徴とする請求項1に記載の方法。
  7. 【請求項7】 前記配分ステップは、1人のユーザに対
    して、前記複数のキャリアのうちの特定のキャリアを少
    ない頻度で選択することを含むことを特徴とする請求項
    1に記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記配分ステップは、前記キャリア利用
    率/干渉の高いキャリアを少ない頻度で選択することを
    含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  9. 【請求項9】 広帯域CDMA伝送システムにおける複
    数のキャリアの利用率を配分する装置において、 各キャリアのキャリア利用率/干渉を判定する判定手段
    と、 キャリア利用率/干渉の高いキャリアを避けるようにキ
    ャリア割当てを非一様に配分するデマルチプレクサとか
    らなることを特徴とする、広帯域CDMA伝送システム
    における複数のキャリアの利用率を配分する装置。
  10. 【請求項10】 前記判定手段は、前記複数のキャリア
    のうち非広帯域CDMAキャリアの利用率を判定する手
    段を含むことを特徴とする請求項9に記載の装置。
  11. 【請求項11】 前記判定手段は、既知の妨害電波によ
    って引き起こされる負荷を判定する手段を含むことを特
    徴とする請求項9に記載の装置。
  12. 【請求項12】 前記判定手段は、前記複数のキャリア
    間の干渉の決定論的または統計的な差を判定する手段を
    含むことを特徴とする請求項9に記載の装置。
  13. 【請求項13】 前記判定手段は、前記複数のキャリア
    のうち広帯域CDMAキャリアの利用率を判定する手段
    を含むことを特徴とする請求項9に記載の装置。
  14. 【請求項14】 前記判定手段は動的に作用することを
    特徴とする請求項9に記載の装置。
  15. 【請求項15】 前記デマルチプレクサは、1人のユー
    ザに対して、前記複数のキャリアのうちの特定のキャリ
    アを少ない頻度で選択することを特徴とする請求項9に
    記載の装置。
  16. 【請求項16】 前記デマルチプレクサは、前記キャリ
    ア利用率/干渉の高いキャリアを少ない頻度で選択する
    ことを特徴とする請求項9に記載の装置。
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