JP2005045812A - 擬似乱数オフセット割り当てのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】擬似乱数オフセット割り当てのシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】同期タイミング・システムのＰＮオフセットが、ネットワークの通信セルのセクタ群に割り当てられる。最小遅延オフセットにより、隣接するセクタ間の信号衝突が回避される。異なるセルのセクタ群に割り当てられる遅延オフセットは、可変の遅延オフセットである。
【選択図】図１

Description

本発明は、擬似乱数（ＰＮ）の割り当てに関し、より詳細には、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システムにおけるＰＮ列オフセットの割り当てに関する。

ＩＳ−９５標準に準拠して符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）を使用するセルラー・デジタル通信システムが、現在、９００ＭＨｚのセルラー帯域および２ＧＨｚのＰＣＳ帯域における使用向けに設置されている。このタイプのセルラー通信の人気が高まり、ユーザ数およびトラフィック負荷が増大するにつれ、さらに多くのトラフィックを伝送するように既存のＣＤＭＡセルの能力を拡張する必要性が存在する。

ＣＤＭＡシステムでは、多重アクセスは、スペクトル拡散技術に基づく。各ユーザに対する各コールに固有のバイナリ拡散シーケンス、つまり、符号が割り当てられる。ユーザ信号は、１つの割り当てられた符号で逓倍されて、元の信号より広い帯域幅上に「拡散」される。２つの信号の比は、一般に、拡散率と呼ばれる。すべてのアクティブなユーザが、同時に同一の周波数スペクトルを共用する。各ユーザの信号は、所望の信号を「逆拡散する」ように関連する符号信号でキーイングされる相関器を使用することにより、受信機においてその他の信号から分離される。複数のユーザが同じ周波数スペクトルを共用するため、他のユーザの信号が干渉に寄与する。干渉を減少させることにより、ＣＤＭＡシステム容量を増加させることができる。

ＣＤＭＡシステムでは、すべてのモバイル・ユニット（例えば、セルラー電話機）が、サービスを提供する基地局と同一の周波数で通信するため、モバイル・ユニットは、１つの基地局を別の基地局から区別することができなければならない。各基地局を別々に識別するため、各基地局は、他の基地局のＰＮ列から時間がオフセットされた同一の繰り返す擬似乱数（ＰＮ）列の符号を送信する。このオフセットおよび時間遅延は、ＰＮオフセット割り当てとして知られている。異なる無線周波数伝搬遅延に起因して、ときとして、モバイル装置は、２つの基地局から２つの同一のＰＮ列を「認識」して、これにより、信号の「衝突」が生じさせられる。これが生じた場合、モバイル装置は、その２つの基地局シーケンスを区別することができず、干渉がもたらされる。干渉が余りにも重大である場合、低下したサービスまたはサービス停止がもたらされる可能性がある。

ＰＩＬＯＴ ＩＮＣとして知られるＣＤＭＡシステム・パラメータが、「衝突」が生じないように同一のＰＮ列の中で時間遅延または位相遅延を提供するのに役立つように使用される。ＰＩＬＯＴ ＩＮＣは、ＰＮ符号間における一定の最小時間オフセット間隔を示すパラメータである。例えば、ＩＳ−９５ ＣＤＭＡシステムにおける５というＰＩＬＯＴ ＩＮＣが、使用可能なＰＮオフセット間における５つのＰＮ符号の時間分離に対応する。ＩＳ−９５標準は、繰り返すシーケンスの中で５１２個のＰＮ符号を指定しているので、ＰＩＬＯＴ ＩＮＣが５である場合、割り当て可能なＰＮ符号オフセットは、０、５、１０、１５などである。したがって、ＰＮオフセット１〜４、６〜９、１１〜１４などが、使用されず、無駄になる。しかし、ＰＩＬＯＴ ＩＮＣは、利用できる割り当て可能なＰＮオフセットの数を減らすことで（例えば、ＰＩＬＯＴ ＩＮＣ＝５である場合、およそ１０２個の使用可能なＰＮオフセットと４１０個の使用不能なＰＮオフセットが存在する）、「衝突」問題に対する存続できる問題解決法ではない。

したがって、現在、多数のＰＮオフセット割り当てを可能にするが、それでも衝突のないシステムを維持するＰＮオフセットを割り当てるための方法および装置の必要性が存在する。

同期タイミング・システムのＰＮオフセットが、ネットワークの通信セルのセクタ群に割り当てられる。隣接するセクタ間で信号衝突を回避する最小遅延オフセットが算出される。異なるセルのセクタ群に割り当てられる遅延オフセットは、可変の遅延オフセットである。

すべての時間同期されたＣＤＭＡ基地局セクタ群（セル群）は、同一の繰り返す擬似乱数（ＰＮ）列の符号を送信する。例えば、ＩＳ−９５では、繰り返すＰＮ列は、５１２個の「６４チップ」ＰＮ符号から構成される。ＩＳ−９５のＣＤＭＡでは、「チップ」とは、およそ０．８マイクロ秒（μｓ）の長さの単位時間を指す。「チップ」は、ＩＳ−９５のＣＤＭＡにおける最も細かい時間分解能である。６４「チップ」が、１つのＰＮ符号を送信するのに要するおおよその時間である（すなわち、およそ５１．２μｓ）。ＩＳ−９５では、５１２個のそのようなＰＮ符号が存在するため、ＰＮ列全体を送信するのにおよそ２６．２ミリ秒（ｍｓ）を要する。このシーケンスは、ネットワーク内の各セクタによって連続的に再送信されるが、異なるＰＮ（時間）オフセットで再送信される。

各セクタ（セル）には、繰り返すＰＮ列の位相（タイミング）を変更することによってサービスを提供するセクタのパイロット信号を一意的に識別することを目的とする時間オフセットが割り当てられる。全地球測位システム・サテライトが、ネットワーク内のすべてのセクタ（セル）によって送信されるＰＮ列の時間同期を提供する。時間オフセットは、複数のセクタ（セル）からモバイル・ユニット（例えば、セルラー電話機）によって受信されるＰＮシーケンスが直交している（すなわち、互いに位相がずれている）場合、「正しい」。ＰＮ符号の直交性により、モバイル・ユニットが、他のすべてのセクタ（セル）から受信された信号からサービスを提供するセクタの（セルの）信号を抽出できることが確実になる。これにより、ＣＤＭＡネットワーク全体にわたってすべてのセクタで同一の周波数を使用できることの基礎が提供される。

時間オフセットは、ＰＮ列の直交性が失われた場合、「誤っている」。これは、しばしば、複数のセクタ間におけるモバイル装置への無線周波数の送信に本来備わった、異なるＲＦ信号伝搬遅延のために生じる。例えば、無線周波数信号が基地局からモバイル・ユニットに伝搬する際、信号は、時間遅延を被る。この時間遅延が、１次セクタ／セル（例えば、モバイル・ユニットが現在、その中に配置されているセル）を囲むセクタ群（セル群）からモバイル・ユニットによって受信されるＰＮ列の時間オフセット、つまり位相を「偏移させる」（時間について）。モバイル・ユニットは、一般に、周囲のセクタ群（セル群）から相異なる距離に位置するため、受信されるＰＮ列は、異なる量だけ時間がずれている。直交性は、２つまたはそれより多くのセクタからのＰＮ列が、同一の遅延または位相を有するようにモバイルに見え、したがって、区別できず、「衝突する」場合に失われる可能性がある。

「衝突」の最も簡単な例は、セクタの（セルの）時間オフセット割り当てが、サービスを提供するセクタから１つのＰＮオフセット（例えば、およそ６４「チップ」、すなわち、５２μｓ）だけ先に進んでおり、そのセクタの（セルの）ＰＮ列が、モバイル装置への伝搬遅延に起因して１つのＰＮオフセット（例えば、５２μｓ）だけ遅延した場合に生じる。そのような状況では、モバイル・ユニットは、サービスを提供するセクタの（セルの）ＰＮ列と、「衝突」を生じさせるセクタ（セル）のＰＮ列を区別することができない。「衝突」が生じたことにより、ある期間にわたって両方のセクタが使用不能になる。

直交性が失われることは、受信されたＰＮ符号の一部分だけがサービスを提供するセクタのＰＮ符号と重なり合うようにセクタのＰＮ列が時間オフセットされている場合にも生じる可能性がある。この場合、ＰＮのオフセットされたシーケンスの隔たりは、６４チップ未満である。モバイル装置のレイク受信「フィンガ」が、両方のセクタからの信号を結合して、信号が互いに干渉することを生じさせる。セクタがサービスを提供するセクタから遠く離れているほど、そのセクタのＰＮ列の時間のずれが大きくなり、衝突の可能性が高まる。セクタが余りにも遠くに離れている場合、ＲＦ干渉は十分に弱く、問題にならない。行き渡るのに十分な数の固有の時間オフセットは決して存在しないため、オフセット割り当ては、生じる衝突を無害にする目的で十分に遠く離れているセクタ群に対して空間的に再使用されなければならない。衝突が無害ではなく、サービス品質問題が生じるのは、十分な数のＰＮオフセット割り当てが存在しない場合だけである。

ＰＩＬＯＴ ＩＮＣは、すべてのＰＮオフセットを使用しないことによってＰＮ列の中で遅延を生じさせるシステム・パラメータである。例えば、ＩＳ−９５では、ＰＮシーケンスの中に５１２個のＰＮ符号が存在する。ＰＩＬＯＴ ＩＮＣは、５１２／ＰＩＬＯＴ ＩＮＣの数の固有の時間オフセットだけがセクタ群（セル群）に割り当てられ、その後、その時間オフセットが再使用（再割り当て）されなければならないようになる整数である。例えば、８というＰＩＬＯＴ ＩＮＣの場合、割り当て可能な時間オフセットは、０、８、１６、．．．５１２であり、オフセット割り当ての間の時間オフセットは使用されない（例えば、割り当て不能である）。ＰＩＬＯＴ ＩＮＣの値がより大きいことにより、より多くのＰＮオフセットが使用されないために、ＰＮオフセット割り当ての間により大きな遅延が加わる。従来の技術的手法は、衝突を回避するようにより大きいＰＩＬＯＴ ＩＮＣを使用することである。

一般的なＰＮオフセット割り当て問題は、ＲＦ干渉が回避されなければならない場合、ＰＮオフセット割り当てが衝突を回避するのに十分なだけ間隔をおいて選択されるように、ネットワーク内のすべての基地局セクタに対する時間オフセット割り当てを見つけることである。ＲＦ干渉が問題にならないだけ十分に弱いセクタでは、ＰＮオフセット割り当てが空間的に再使用される。専用セルによってサポートされる建造物群では、割り当て可能な残りのＰＮオフセットは、建造物群をサポートするのに利用可能である。使用されるＰＩＬＯＴ ＩＮＣの値により、割り当て可能なＰＮオフセットの数が制約を受ける。

トラフィックが増加するにつれ、より多くのマクロセルが配置され、ＲＦ有効範囲が、専用セルがライトアップする（取り扱う）べきより多くの建造物の中にまで拡張されるにつれ、より多くのＰＮオフセット割り当ての必要性が高まる。より多くのＰＮオフセット割り当ての必要性がこのように高まっていることに応えて、インフラストラクチャ製造業者が、最近、ネットワーク内で複数のＰＩＬＯＴ ＩＮＣをサポートするようにＭＳＣ（モバイル交換センタ）ソフトウェアを変更することを始めている。通常、都市部にある基地局またはセクタのクラスタは、より小さいＰＩＬＯＴ ＩＮＣで動作し、より小さい半径のセル内で割り当てるようにより多くのオフセットを開放している。同時に、より大きいセル半径が存在するネットワークの他の部分では、衝突を回避するようにより大きいＰＩＬＯＴ ＩＮＣが使用される。本発明は、ＭＳＣソフトウェア変更が要求されない、ＰＩＬＯＴ ＩＮＣによる制約を受けないＰＮオフセット割り当てを提供するＰＮオフセット割り当て方法である。さらに、本発明は、セクタ内のＰＮオフセット割り当てが、建造物に関しても、セクタの外部形態特性に関しても独立に最適化されることを可能にする。この後者の特徴をＭＳＣソフトウェアがサポートすることはできない。とうのは、セクタが、ＰＩＬＯＴ ＩＮＣに関する最も細かい地理的分解能だからである。

本発明は、ＰＩＬＯＴ ＩＮＣを１に設定することにより、標準が許すすべてのＰＮオフセットを割り当て可能にする。ＩＳ−９５の場合、標準に含まれる５１２個のオフセットすべてが、割り当て可能になる。大きいＰＩＬＯＴ ＩＮＣ（例えば、Ｎ＝７）を使用してＰＮオフセット割り当て（例えば、０、８、１６など）の間に一定の遅延をもたらすのではなく、本発明は、ＣＤＭＡネットワーク内のセクタ群（セル群）の位置との関係でＰＮオフセットを注意深く選択することを介して、ＰＮオフセット割り当ての間に可変の遅延をもたらす。衝突を回避するのにちょうど十分なだけ時間がオフセットされた、または遅延されたＰＮオフセットを選択することにより、近隣のセクタ群において衝突が回避される。より遠く離れたセクタ群に関して、ＰＮオフセット割り当ては、ＩＳ−９５のケースで５１２の最大プールから選択され、近隣のセクタ群よりも大きい遅延オフセットではあるが、ちょうど十分な遅延で選択される。最後に、衝突が無害になるだけ十分に遠く離れたセクタ群に関して、既に割り当て済みのＰＮオフセットを再割り当てすることができる。したがって、まず、割り当て可能なプールを標準が許す最大限（ＩＳ−９５では、５１２）にまで拡大することによってＰＮオフセットをより効率的に利用し、ＰＩＬＯＴ ＩＮＣによる制約を受けずにＰＮオフセットのより多くを割り当てることができるように可変の遅延オフセットを使用することが可能である。図１は、１つのそのような実施形態を示している。すべてのＭＳＣが任意の固定値のＰＩＬＯＴ ＩＮＣをサポートしているため、ソフトウェア変更は全く要求されない。

図１は、２５回の空間的再使用を伴う、固定（例えば、ＰＩＬＯＴ ＩＮＣ）ではなく、可変のオフセットを使用して衝突を回避する第１の典型的なＩＳ−９５のＰＮオフセット割り当てを示している。近隣のセクタ群は、一般に、衝突を回避するのに要する遅延オフセットがより小さく、より遠く離れたセクタ群は、一般に、より大きい遅延オフセットを要する。図に示した典型的な実施形態では、ＰＩＬＯＴ ＩＮＣは１に設定されており、したがって、割り当て可能なＰＮオフセットは、ＰＩＬＯＴ ＩＮＣによる制約を受けない。基地局内の隣接するセクタ群は、最小の遅延（２つまたは３つのオフセット、例えば、２５４、２５６、２５８、または２５１、２５４、２５７）を使用して衝突を回避することができる。基地局セクタ群に対して２つまたは３つのオフセットで離隔されたオフセットを使用することにより、従来のＰＩＬＯＴ ＩＮＣ手法では利用できなかった大量のＰＮオフセット割り当てが開放される。例えば、奇数ＰＮオフセット割り当てと偶数ＰＮオフセット割り当ての多様な組み合わせを、必要に応じてネットワーク内のほとんどどこでも柔軟に使用することができる。これほどより多くのＰＮオフセットが割り当て可能なことで、隣接する基地局セクタ群は、図示した実施形態を使用して衝突を回避することができる。図１は、２５個のセルの空間的ＰＮオフセット割り当て再使用を示している。別のセルにＰＮオフセット、例えば、｛２５４，２５６，２５８｝を再割り当てするのに、５つのセルを数え上げ、それらのオフセットをそのセルに割り当てる。図１の再使用パターンにおいて２５個のセルのそれぞれに関してこれを行う。標準によって許されるすべてのＰＮオフセット割り当てをより効率的に使用する柔軟性を提供するのが、固定のオフセット（ＰＩＬＯＴ ＩＮＣ）ではなく、可変のオフセットの使用である。

図１に示した外部ＰＮオフセット割り当てを想定する。セクタ内の建造物は、現時点で、衝突なしに別のセクタの未割り当てのＰＮオフセットのほとんどすべてを使用することができる。例えば、図１で２５６とラベル付けされたセクタにおいて、そのセクタ内の建造物は、図１の右上のセルに関連する割り当て｛６２，６４，６６｝に近い未使用のＰＮオフセットを使用することができる。建造物１は、６８を使用することができ、建造物２は、４４４を使用することができ、２つのセクタを有する建造物３は、衝突の恐れなしに２および５を使用することができる。割り当て可能なＰＮオフセットのプールが、例えば、ＰＩＬＯＴ ＩＮＣ＝１または２を使用して、はるかに大きくされるため、割り当てるＰＮオフセットの不足が生じることになる可能性は低い。また、すべてのＭＳＣが固定値のＰＩＬＯＴ ＩＮＣをサポートしているので、ソフトウェア変更は全く要求されない。オフセットを割り当てる方法の工程は、任意の順序で実行することができる。

要するに、本発明は、ＰＩＬＯＴ ＩＮＣを小さくすることにより、割り当て可能なＰＮオフセット割り当てのプールを拡張し、近接したオフセット割り当てと遠く離れたオフセット割り当ての混合を可能にする。本方法は、その場限りの形で実施しても、規則ベースの割り当てスキームを介して実施してもよい。ＣＤＭＡが、より広いクラスのサービスに導入され、有効範囲がいたるところに広がるに至った場合においても、本発明は、ネットワーク全体にわたって同一の周波数を再使用するＣＤＭＡの能力を維持するための簡単な方法を提供する。

以下のテーブルは、図１に示したセルと図１に示したオフセット割り当ての間の対応を示している。

本発明を典型的な実施形態に関して説明してきたが、本発明は、その実施形態に限定されない。むしろ、頭記の特許請求の範囲は、本発明の等価物の範囲および射程を逸脱することなく当業者が実施することができる、本発明の他の変形形態および実施形態を広く含むものと解釈されなければならない。

本発明の典型的な実施形態によるセルラー・ネットワークを示す図である。

Claims (10)

1. 通信ネットワーク内の通信セルのセクタ群に同期タイミング・システムのＰＮオフセットを割り当てるための方法であって、
   ＰＮオフセットが同一のセルの隣接するセクタ群に割り当てられた場合に、信号衝突を回避する該ＰＮオフセット間の最小遅延オフセットを算出する工程と、
   同一のセルの隣接するセクタ群に割り当てられるＰＮオフセット間に前記最小遅延オフセットより小さくない遅延オフセットを適用する工程と、
   異なるセルのセクタ群に割り当てられるＰＮオフセット間に可変の遅延オフセットを適用する工程とを含む方法。
2. 前記最小遅延オフセットが２であると算出する工程と、
   同一のセルのセクタ群に割り当てられるＰＮオフセット間に２の遅延オフセットを適用する工程とをさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 前記最小遅延オフセットが２であると算出する工程と、
   同一のセルの隣接するセクタ群に割り当てられるＰＮオフセット間に少なくとも３の遅延オフセットを適用する工程とをさらに含む請求項１に記載の方法。
4. 同一のセルのセクタ群に割り当てられるＰＮオフセット間に前記最小遅延オフセットより大きい遅延オフセットを適用する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
5. 前記最小遅延オフセットが２であると算出する工程と、
   同一のセルのセクタ群に割り当てられるＰＮオフセット間に少なくとも３の遅延オフセットを適用する工程とをさらに含む請求項４に記載の方法。
6. 異なるセルが互いに５つのセルの範囲内にある場合、該異なるセルのセクタ群に割り当てられるＰＮオフセット間に前記最小遅延オフセットより大きい様々な遅延オフセットを適用する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
7. 同期タイミング・システムのＰＮオフセットが割り当てられた複数のセクタを有する通信セルのネットワークであって、
   複数のＰＮオフセットの間で少なくとも最小遅延オフセットを有することにより信号衝突を回避するように、同一のセルの隣接するセクターに割り当てられた該複数のＰＮオフセットと、
   複数のＰＮオフセットの間で変化した遅延オフセットを有するように異なるセルのセクターに割り当てられた該複数のＰＮオフセットとを含むネットワーク。
8. 該同一のセルの隣接するセクタに割り当てられた複数のＰＮオフセットが、前記最小遅延オフセットを間に有して適用される請求項７に記載のネットワーク。
9. 前記最小遅延オフセットが、２である請求項８に記載のネットワーク。
10. 該同一のセルの隣接するセクタに割り当てられた複数のＰＮオフセットが、前記最小遅延オフセットより大きい遅延オフセットを間に有して適用される請求項７に記載のネットワーク。
    

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