JP2003524321A - 順方向リンクの可変レート符号化 - Google Patents
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Abstract
Description
を介して可変データ伝送速度(レート)接続を提供する方法に関する。
る無線搬送波周波数を各ユーザに割り当てることにより動作していた。例えば、
拡張移動電話サービス(AMPS)方式のセルラー移動電話では、2つの30k
Hz帯域幅チャネルを割り当てて、各加入者ユニットと基地局との間の全二重音
声通信をサポートする。このような各チャネル内の信号は、周波数変調(FM)
のようなアナログ変調技術を利用して変調される。
一周波数スペクトルにアクセス可能にしている。これら技術は表面上は、所定の
有効無線帯域幅に対するシステム容量を増大する。米国内で最も普及しているこ
の技術は、符号分割多重アクセス(CDMA)の一種である。CDMAでは、各
トラフィック信号は最初に、送信機において疑似雑音(PN)コード・シーケン
スを用いて符号化される。受信機は、異なるPNコード・シーケンスまたは異な
るコード位相を用いて符号化された信号を相互に分離可能な方法により、PN復
号化機能を実行する装置を含む。PNコード内またはそれ自体のPNコードはチ
ャネルの完全分離を実現できず、特定のシステムは“直交コード”と呼ばれる符
号化の追加層を有することにより、チャネル間の干渉を低減させる。
他の設計上の考慮が必要となる。逆リンク方向に伝播する信号、すなわち移動ユ
ニットから中央基地局に戻る方向に伝播する信号に対し、パワー・レベルを精密
に制御する必要がある。詳細には、コードの直交特性を受信機に到達する状態に
対し最適化して、個々の信号がほぼ同一パワー・レベルを持つようにする。同一
レベルを持たない場合、チャネル間の干渉が増大する。
播する信号は、いわゆる遠近問題の結果では予測できない方法で、別の信号を妨
害する。例えば、正確に検出するためには、遠方の移動ユニットは相対的に大き
いパワーを必要とするのに対し、近くの移動ユニットは小さいパワーでよい。大
きい信号は基地局近くに置かれた、一般には小さいレベルで作動する移動ユニッ
トの適正な動作を妨害する。不都合な点は、その性能が移動通信システムの特定
の動作環境に依存することであり、この環境には周辺の地理上の接続形態(トポ
ロジー)、加入者ユニット相互の並置、およびその他の要素を含む。
化して、干渉を最小にすることが可能であった。具体的には、各パワー・レベル
を調整して、加入者ユニットで受信されるパワー・レベルに最適の影響を与える
ことにより、干渉を最小にすることが推奨されていた。
の種類のコードを使用する順方向誤り訂正(FEC)方式アルゴリズムのような
符号化アルゴリズムを使用して、受信機における実効信号対雑音比(S/N比)
を向上できる。このようなコードは、雑音の多い環境下におけるビット誤り率を
低下させる性能を向上させるが、チャネル相互の干渉に関連する問題点を改良で
きない。
状態に適合させることにより、追加の自由度を提供する。詳細には、順方向誤り
訂正(FEC)符号化レートを個々のチャネルに適合させることができる。同時
に、FEC符号化レートおよびパワー・レベルと独立に、送信フレーム当り固定
数のFECシンボルが維持される。これにより、異なるFECレートまたは異な
るFECコードにも、チャネル状態に依存して、実効送信パワー・レベルを変更
することなく各ユーザ・チャネルを割り当てできる。
を低下させることができ、1FECフレーム当りの入力ビット数を送信パワー・
レベルを変更せずに増加できる。この時全体情報速度は生データ伝送速度を符号
化レートで割った比に依存し、また別のユーザ・ユニットへの干渉を増大するこ
となく高速情報速度が得られる。
別の手順を採用して全体情報速度を低下させることができる。具体的には、送信
のパワー・レベルを増加させるのでなく、実効FEC符号化レートを増加し、F
ECフレーム当りの入力ビット数を減少できる。これにより、送信パワー・レベ
ルを増加することなくチャネルの安定性を増すことができる。
レートを示すメッセージを、目的とする受信機に周期的に送信することにより、
FEC符号化レートを変更する。例えば、典型的な具体化では、レート・メッセ
ージは順方向リンク・ページング・チャネルまたは特定受信機に割り当てられた
同期チャネル上に送出できる。
ムにおいて、特にマルチパス・フェージングまたは他の不十分なチャネル状態が
存在する環境においても、パワー・レベルを調整して全体システムの情報速度を
最適化する必要がない。
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。
のシステムは、例えば、符号分割多重アクセス(CDMA)として既知のディジ
タル変調無線・サービスのような無線接続を介して高速データ・サービスを提供
する。システム10は1つまたは複数の基地局プロセッサ12および複数の加入
者アクセス・ユニット14−1、...、14−n、...14−m(まとめて
アクセス・ユニット14)から構成される。図1は1つの基地局と3つのアクセ
ス・ユニット14とを示すが、これは単なる例であり、本発明の説明をし易くす
るためのものである。本発明は一般に、1つまたは複数の基地局と通信する多数
の加入者ユニットが存在するシステムに適用可能である。
プトップ・コンピュータ、ポータブル・コンピュータ、個人用携帯情報端末(P
DA)などの装置を、基地局を介してネットワーク15(公衆交換電話網(PS
TN)、パケット切換コンピュータ・ネットワーク、またはインターネットある
いは専用イントラネットなどの他のデータ・ネットワークであってもよい)に接
続できる。基地局12は任意の数の異なる効率的な通信プロトコル(例えば、基
本速度ISDN、またはIS−634あるいはV5.2などの他のLAPDベー
ス・プロトコル、もしくはネットワーク15がインターネットのようなイーサネ
ット(登録商標)・ネットワークである場合はTCP/IPなどの通信プロトコ
ル)を介してネットワーク15と通信できる。アクセス・ユニット14は本質的
に移動可能であり、基地局12と通信している間は1つの場所から別の場所に移
動できる。
間で信号を伝送する標準セルラー方式通信システムと同一であってもよいことは
、当業者には理解されるであろう。しかし、具体的には、本発明は非音声の、変
動帯域幅を持つディジタル・データ伝送を提供する。好ましい実施形態では、シ
ステム10は符号分割多重アクセス(CDMA)原理を使用して送信信号を変調
する。しかし、本発明は、IS−95のような標準CDMAプロトコルまたはC
DMA−OneまたはW−CDMAのような新しく発表されたCDMAプロトコ
ルを使用することを制限するものではない。本発明は他の多重アクセス変調方法
にも適合可能である。
るために、制限された数の無線チャネル資源が順方向通信チャネル16−1、.
..16−nと逆方向通信チャネル17−1、...17−nとを介して提供さ
れる。本発明は、これらチャネル信号を各アクセス・ユニット12に対する必要
性をベースに符号化する方法を精密に管理する手法を提供する。データ信号は無
線チャネル16と17上を双方向に伝播する。すなわち、アクセス・ユニット1
4から発生したデータ信号はネットワーク15に接続され、ネットワークから受
け取ったデータ信号はアクセス・ユニット14に接続される。
とを詳細に示す。基地局プロセッサ12とアクセス・ユニット14とは、1つま
たは複数の順方向リンク・チャネル16−1、...16−nを介して少なくと
も順方向に通信する。基地局プロセッサ12とアクセス・ユニット14とはまた
、図2には示していないが、逆リンク方向に相互に通信する。順方向リンク16
の具体化に対しここで説明する原理は、逆リンク方向通信の実現にも利用できる
。
送波周波数と別の順方向リンク16−mに割り当てられた信号を持つタイムスロ
ットとを共有する。したがって、特定のアクセス・ユニット14−nにだけ割り
当てられた所定の順方向リンク16−nを介して送信される信号は、別の順方向
リンク16−mを介して送信され、別のアクセス・ユニット14−mに割り当て
られた信号にある程度の干渉を及ぼす可能性がある。
信信号を形成する各種信号を発生する信号処理回路とを含む。これらはパイロッ
ト・チャネル32、ページング・チャネル34、および1つまたは複数トラフィ
ック・チャネル36などの機能を実行する回路を含む。当技術分野では周知のよ
うに、パイロット・チャネル32は既知の連続パイロット信号を発生する機能を
有し、その信号により、アクセス・ユニット14内の受信機回路を基地局プロセ
ッサ12により送信された信号に正しく同期させる。ページング・チャネル34
はアクセス・ユニット14に制御信号を送り、例えば順方向リンク16を介して
トラフィック・チャネル容量を割り当てる。例えば、アクセス・ユニット14−
nにメッセージを送る必要があるとき、順方向リンク16−n上にトラフィック
・チャネルを割り当てる必要がある場合に、ページング・チャネル34を使用し
てアクセス・ユニット14−nにメッセージを送信する。
を送信する物理層構造を備える。好ましい実施形態では、CDMA符号化を使用
して、パイロット・チャネル32、ページング・チャネル34、およびトラフィ
ック・チャネル36を規定する(形成する)。
、順方向誤り訂正論理部42、デマルチプレクサ44、加算器50、および無線
周波数(RF)アップ・コンバータ52を含む。
給される。フレーム形成部40は入力ペイロード・データをフレームと呼ばれる
便利なサイズのグループにパッケージする。これらの事前符号化フレームのサイ
ズは、FECエンコーダ42により任意の所定時間において選択された特定順方
向誤り誤り訂正(FEC)符号化方式に応じて変化する。重要なことは、フレー
ム形成部40とFECエンコーダ42との組合せが各所定の送信されるフレーム
内の固定数の出力FECシンボルを生成する。
の最終結果を達成する方法を示す。図示された実施形態の固定出力FECフレー
ム・サイズは4096シンボルである。この実施形態は、1/4、1/3、1/
2、7/8レート符号化をそれぞれ備える4つの異なるFECシンボルエンコー
ダ42−1、42−2、42−3、42−4を使用する。各FECシンボルエン
コーダ42の符号化レートは入力ビット数と出力ビット数との比率を示す。FE
Cエンコーダ42で使用される実際コードは任意の数の異なる種類の誤り訂正コ
ード(例えばR)にでき、したがって、高いレートのFECコードを用いて高速
の情報が得られる。
42−3、42−4に対応する4つのフレーム形成回路40−1、40−2、4
0−3、40−4を使用する。例えば、1/4レート・エンコーダ42−1は、
入力ビットを1024ビットの事前符号化FECグループに分類して、所望の4
096出力シンボルを生成する、1/4レート・フレーム形成回路40−1を必
要とする。同様に、1/3レート・エンコーダ42−2は、入力ビットを133
1ビットの事前符号化セットに分類する1/3レート・フレーム形成部40−2
を必要とする。1/2レート・エンコーダ42−3は2048サイズの事前符号
化セットを持つフレーム形成部40−3を使用し、7/8レート・エンコーダ4
2−4は3584サイズの事前符号化セットを持つフレーム形成回路40−4を
使用する。
で特定フレーム形成部40−1、40−2、40−3または40−4の1つと、
特定のエンコーダ42−1、42−2、42−3または42−4の1つとだけを
使用する。フレーム形成回路40とFECエンコーダ42のどれを起動するかは
、フレーム形成回路40とエンコーダ42との各々への符号化レート制御信号6
0の入力により制御される。符号化レート制御信号60はコントローラ30によ
り発生される。
り当てることを必要とする。例えば、デマルチプレクサ44はFECエンコーダ
42で発生した信号を受け取り、それを多重拡散回路36−1と、横軸位相偏移
変調(QPSK)だけでなく適正な疑似雑音(PN)および/またはウォルシュ
(Walsh)または他の符号化を加えて複数のCDMAチャネル信号49−1
、...49−nを生成するチャネル変調器38−1とに供給する。次に、これ
ら複数のCDMAトラフィック信号を、チャネル・パイロット回路32で形成さ
れたパイロット・チャネル信号とページング・チャネル回路34で形成されたペ
ージング信号と共に、加算器50により加算する。次に、加算器回路50の出力
をRFアップ・コンバータ42に供給する。
クロプロセッサであっても良く、それのソフトウェア・プログラム間に容量マネ
ージャ55と呼ばれるプロセスを有する。容量マネージャ55は1つまたは複数
のチャネル変調器48を特定の順方向リンク16−nのトラフイック・チャネル
接続に割り当てるだけでなく、符号化レート選択記号60の値を設定する。さら
に、容量マネージャ55は、その値を特定の順方向リンク信号16−nのパワー
・レベルに設定する。
ンク信号16を生成する複数のトラフィック・チャネル回路36を管理できる。
容量マネージャ55はトラフィック・チャネルに従って符号化レート選択信号6
0を設定する。チャネル物理層特性に対するこれらの調整は、例えば、受信機で
の正規化雑音パワー・レベル(Eb/No)で割ったデータ・ビット当りのエネ
ルギーの比を測定することによって、信号強度値を決定することに応じてなされ
ることが望ましい。
更することに加えて、本発明によるシステムを用いて、符号化レート選択信号6
0の値を調整して異なる条件下で異なる符号化レートを選択することにより、受
信機でのEb/Noを制御することも可能である。
チパスまたは別のひずみの大きい状態を伴なう場合、過去には、順方向リンク1
6−nのパワー・レベルを増加させて、アクセス・ユニット14において適正な
受信信号レベルを得る必要があると考えられていた。しかし、本発明では、完全
な最大データ伝送速度が必要でない場合、FECエンコーダ32により実行され
る符号化レートを低くできる。
最高符号レート発生器42−4を選択できると同時に、その特定チャネルに対し
順方向リンク16−n上に放射されるパワー・レベルを低減できる。したがって
、これにより所定のユーザに対する有効データ伝送速度を最大にすると同時に、
同一無線チャネルの別のユーザへの干渉を最小にする。
加することなく所定のユーザに対するデータ伝送速度を増加できる。しかし、劣
った信号環境でも、各特定ユーザ・チャネルはパワー・レベルを増加することな
く安定性を増加できるという利点が得られる。
する。アクセス・ユニット14はRFダウン・コンバータ60、等化器62、複
数のレーキ受信器64−1、...、64−n、複数のチャネル復調器66−1
、...、66−n、マルチプレクサ68、FECデコーダ70、およびフレー
ム形成回路72から構成される。
バンド・ディジタル化信号を生成する。チップ等化器62は受信信号の個々のチ
ップの均等化を実現して、それをいくつかのレーキ・フィンガの1つと干渉キャ
ンセル回路64とに結合させる。これら回路は従来技術で既知の方法で多重チャ
ネル復調器66と協働し、各チャネル上のCDMA符号化を解除する。パイロッ
ト受信回路74およびページング信号受信回路76は、同様に、基地局プロセッ
サ12で発生されたパイロット・チャネル信号およびページング信号を受信する
。マルチプレクサ68は複数のトラフィック・チャネルが特定接続を割り当てら
れていた状態に信号を再構成する。
プログラムを実行する。ここで特に重要なことは、コントローラ80が管理プロ
セス82を実行して、FECデコーダ70に送られる符号化レート選択信号84
を決定することである。
択された符号化レートは、送信基地局プロセッサ12におけるFECエンコーダ
31の符号化レートと同一であり、それにより受信機フレーム形成回路72が入
力データ信号を正しく再構成される必要がある。したがって、システム10がR
Fリンク16の変更状態に適合するには、基地局プロセッサ12がこの情報を何
らかの方法でアクセス・ユニット14に通信する必要がある。
好ましい実施形態の場合であり、ページング・チャネル24は最初に(チャネル
取得シーケンスの間に)コマンドを含み、そのコマンドにより、通信しようとす
る異なるチャネル38のアクセス・ユニット14に知らせるだけでなく、使用し
ようとする特定の符号化レートのアクセス・ユニットにも知らせることができる
。次に、接続をオープンに維持し、時間の最適変更である符号化レートを維持す
ると同時に、コマンド・メッセージをコマンド信号入力86を介してコントロー
ラ80に戻された受信データ内に組み込むことにより、追加選択メッセージをト
ラフィック・チャネルに組み込むことができる。
逆方向リンク・チャネル(図示なし)上のコマンド構成を介して定期的に基地局
プロセッサ12のコントローラ30に送り返される。これにより、基地局プロセ
ッサ12のコントローラ30は、特定接続に対するFECエンコーダ42とFE
Cデコーダ70とで使用されるFEC符号化レートを適正に設定できる。
る、ビット誤り率(BER)対Eb/Noをデシベル(dB)で示したグラフで
ある。グラフ中の説明は、特定ビットのエネルギーに対して正規化された異なる
レートのターボ乗算コードの性能を示す。例えば、ポイントAで示された状態で
は、特定チャネルは約1/2レート・ターボ乗算コードで動作し、相対的に低い
ビット誤り率0.05を伴なう。送信パワーを調整せずに、単に、約1/4レー
ト符号化のような低いレート・ターボ乗算コード(レート0.266のターボ乗
算コードにより示される)を選択することにより、状態Bはビット誤り率が約0
.0002まで大幅に減少するシステムに対し入力される。これにより、ビット
当りエネルギーを調整することなく、または送信パワー・レベルを変更すること
なく達成される。
は、添付の特許請求項に限定された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、
形状または細部に各種の変更を加えることが可能であることは理解されるであろ
う。
図である。
測定された、ビット誤り率対受信信号強度のグラフである。
Claims (10)
- 【請求項1】 ディジタル信号が送信局から受信局に通信される無線通信シ
ステムのチャネルを符号化する方法であって、 入力信号のビットを、予め定めたフレーム・サイズ・パラメータに従って調整
可能なフレームサイズの複数のフレームにグループ化するステップと、 誤り訂正コードを含む前記フレームのビットを符号化するステップであって、
誤り訂正コードのレートが、フレーム内のビット数が変化した場合でも、送信フ
レーム内の符号化シンボルの数を一定に維持するように選択される、ステップと
、 拡散コードにより前記符号化シンボルを変調して、変調された符号化信号を生
成するステップと、 前記変調された符号化信号を無線通信リンクを介して送信するステップと、を
含む方法。 - 【請求項2】 請求項1において、チャネル符号化レートが所定の接続に対
し変化した場合にも、各送信フレーム内の符号化シンボルの数が同一数を維持し
ている方法。 - 【請求項3】 請求項1において、前記誤り訂正コードが畳み込みコード、
リード・ソロモン(Reed−Solomon)コード、乗算コード、およびタ
ーボ・コードで構成されるグループから選択される方法。 - 【請求項4】 請求項1において、前記送信機局から前記受信機局にメッセ
ージを送るステップをさらに含み、前記メッセージが符号化フレームを生成する
のに使用される符号化レートの指示を含み、それにより受信機局が必要な符号化
レートを決定して、受信フレームを適正に復号化できる方法。 - 【請求項5】 請求項1において、さらに、チャネル・コードを用いて各符
号化シンボルを符号化することにより、符号化シンボルを、所定の無線周波数搬
送波信号上で送信される他の符号化シンボルから分離させるステップを含む方法
。 - 【請求項6】 請求項1において、前記通信リンクが基地局の送信機局から
アクセス・ユニットの受信機局に送信する順方向リンクである方法。 - 【請求項7】 請求項1において、前記通信リンクがアクセス・ユニット局
から受信基地局に情報を送信する逆方向リンクである方法。 - 【請求項8】 請求項1において、誤り訂正コードレートが無線チャネルの
実測されたリンク品質状態に基づいて選択される方法。 - 【請求項9】 請求項8において、ビット誤り率を伴う無線チャネルが、低
い誤り訂正コードレートを選択して、高いリンク品質を維持できる方法。 - 【請求項10】 請求項1において、所定の無線搬送波周波数全体の異なる
接続に対する符号化レートが、異なるエラー訂正およびフレーム形成レートを有
する方法。
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