JP2009022015A - Ｃｄｍａシステムの容量を増加させる時間オフセット技術 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＤＭＡシステムの容量を増加させる時間オフセット技術
【解決手段】第１の高送信電力領域を有する第１の通信信号を送信し、第２の高送信電力領域を有する第２の通信信号を送信することによってＣＤＭＡ通信システムにおいてピーク送信出力領域を制限する方法。第１および第２の通信信号は、第１および第２の高送信電力領域が同時に生じることを防止するように時間オフセットされる。第１および第２の通信信号の一部だけをシフトする時間も教示される。第１および第２の通信信号は、それぞれの第１および第２の低送信電力領域も含み得る。この時間オフセットは、第１および第２の高送信電力領域の１つを第１および第２の低送信電力領域の１つに整列させるように選択できる。全送信電力信号が決定でき、時間オフセットは全送信電力信号のピークレベルを最少にするように選択できる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、一般に通信システム、特に、通信システムにおいて情報信号の送信を改良することに関するものである。

ＣＤＭＡ通信システムは、ピーク送信電力に非常に高感度であり、通常送信電力レベルに関連した混信によって制限される。１つの混信関連制限はいわゆる“遠近問題(Near-Far Problem)である。この問題では、送信電力は送信中増加するので、この送信は他のチャネルでより多くの混信を生じる。この付加される混信を取り扱うために、他のチャネルはチャネル自体の送信電力を増加しなければならない。他のチャネルによる送信電力の増加は、次に全てのチャネルに対するより多くの混信を生み出す。このシステムが確立され、全チャネルが満たされるまで、この雪崩効果(avalanche effect)が生じる。したがって、このようなシステムの容量(capacity)を最大にするために、各ユーザは、必要とされるサービスの質を達成するために必要である最少電力のみを送信することが望ましい。伝送システムにおいて他のリンクの性能を減少させ得る他の問題は不連続な電力パターンを含む波形である。この問題は遠近問題を倍加する。

送信電力増幅器は、混信がＣＤＭＡ通信システムの容量を制限できる他のエリアを提供する。送信電力増幅器の最大出力電力は、電力消費および不要な放射を含む多数の設計パラメータによって決定される。不要な放射は、入力信号のバンド幅の範囲外である放射である。不要な放射の大部分は、電力増幅器内の相互変調により生じる。相互変調は、増幅器を非線形領域に駆動する高送信電力レベルによって発生される。

不要な放射は、しばしばＦＣＣのような規制機関によって制限される。工業規格は、同じシステムあるいは他のシステムとの混信を避けるために不要な放射にも制限を加えてもよい。所望の制限内に不要な放射を保持するために、送信電力増幅器の出力電力は、放射制限を超える確率が非常に小さいように選択される。非線形エンベロープを有する波形が増幅される場合、最大出力は、最高電力レベルを有する波形の一部によって決定される。さらに、要求された出力電力が最大許可出力電力を超える場合、送信機は、不要な放射を所定の制限範囲内に保持するために出力電力を最大許可レベルに制限できる。

次に図１を参照すると、送信波形１２、１８のグラフ図１０が示される。送信波形１２は、異なる電力レベルを有する波形部１４、１６で形成される。増幅器の送信電力レベル制限は、この波形部１４が最高瞬時電力を有するために、波形部１６によってよりも、むしろ波形部１４によって達せられる。それに反して、送信波形は一定のエンベロープを有する。最大電力で送信することは、送信波形１２、１８の下のエリアによって示されるように、より高いエネルギー送信を可能にする。したがって、ある時間にわたる全送信エネルギーを最大にするために、送信機に加えられる信号は、できるだけ１に近いような平均電力比に対するピークを有することが望ましい。さらに、ピーク送信電力問題を防止することに加えて、一定の電力レベルは、電力増幅器のローディング(loading)の高速変化から生じ得る自己干渉を減少させる。

例えば、図２は、複数の送信波形２０a-ｎを示している。送信波形２０a-nの数は非常に大きくてもよい。例えば、ｎは、ＣＤＭＡ通信システムにおいて２００以上の値を有する。送信信号２０a-nは、パイロット部２２、制御部２４、音声部２６、データ部２８とで形成される。送信信号２０a-nのパイロット部２２は、常に高電力レベルを有する。定義により、パイロット信号として役立つためには、パイロット部２２は常に高くなければならない。データ部２８は、まさしく非常に高い利用時間スロットであるが故に、通常比較的高い。一方、音声信号は未使用期間を有するために、音声部２６は、一般的には低い。全電力波形は、一緒に合計された送信波形２０a-nの全電力を示している。パイロット部およびデータ部２２は、送信波形２０a-n内で高レベルであるために、全電力波形３０の対応部３２、３６は高い。音声部２６変化しそして通常低いために、全電力波形３０の一部３４は、ゼロに近い所から中間レベル３４まで変えることができる。

［発明の概要］
本発明は、第１の高送信電力領域を有する第１の通信信号を送信する工程と、第２の高送信電力領域を有する第２の通信信号を送信する工程とを含むＣＤＭＡ通信システムにおけるピーク送信電力を制限する方法である。第１および第２の通信信号の中の１つは、前記第１および第２の高送信電力領域が同時に発生することを防止するように時間オフセット(time offset)される。第１および第２の通信信号の１つの一部だけを時間シフトすることも教示される。第１および第２の通信信号は、それぞれの第１および第２の低送信電力領域も含んでもよい。時間オフセットは、第１および第２の高送信電力領域の１つを第１および第２の低送信電力領域の１つと整列させる(align)ように選択できる。全送信電力信号が決定でき、時間オフセットは、全送信電力信号のピークレベルを最少にするために全送信電力信号に従って選択できる。複数の異なる時間オフセットに対する全送信電力信号を決定し、全送信電力信号に従って時間オフセットの１つを選択することも教示されている。通信信号間のランダムに選択されたオフセットの固定時間オフセットを提供できる。

［発明の詳細な説明］
本発明の特徴、目的、長所は、同じ参照文字が全体に対応する要素を識別する図面とともに行われる詳述された詳細な説明からより明らかになる。
次に、図３を参照すると、送信波形５０のグラフ図が示される。このような送信波形５０のような多数の波形は、従来はＣＤＭＡ通信システムにおいて同時に送信される。送信波形５０は複数のスロット５４で形成される。各スロット５４の内部には電力レベルＡ、Ｂ、およびＣを有する３つの領域がある。多数の送信波形５０が、いろいろの波形５０の電力レベルＡが同時に生じるように通信バンドを介して送信される場合、このバンドを介して送信された全電力はこの時点でピークに達する。同様に、送信波形５０が電力レベルが同時に生じるように送信される場合、このバンドの全電力はこの時点で低レベルに達する。

しかしながら、本発明の好ましい実施形態では、送信波形５０は、高電力レベルＡが互いに一列に並ばないように互いに対して時間オフセットされる。このように、いろいろの送信波形５０の高レベルおよび低レベルは平均化される。最も重要なことは、これは通信バンドのより低いピーク送信電力を生じる。前述のように、より低いピーク送信電力は不要な放射および混信を減少させる。

次に、図４を参照すると、送信波形７４a-nは、各タイムスロット内にパイロット部７８、電源オンオフ部８２、制御部８６、およびデータ部９０を含んでもよい。データ部９０は、データパルス９２を含む。データ波形７４a-nを有するバンドのピーク送信電力は、各波形７４a-nの電力の和である。したがって、ピーク送信電力を最少にし、それによって不要な放射を最少にするために、送信波形７４a-nの和を平均化し、平滑化できる。

本発明の１つの好ましい実施形態では、送信波形７４a-nの高送信レベルＡの平均化は、新しい波形７４a-nが通信バンドに加えられる場合、各連続波形７４a-nに同じ固定オフセットを与えることによって行われる。したがって、具体的な目的のために、送信波形７４a-nは、異なる固定時間オフセットｔ_０の倍数だけ互いから時間オフセットされることを除いて互いに同一である。

例えば、送信波形７４ａが通信バンドによって送信される第１の信号である場合、送信波形７４ａはゼロオフセットで送信できる。送信波形７４ｂが通信バンド内で送信される次の信号である場合、送信波形７４ｂは、送信波形７４ｂに対する時間オフセットｔ_０を受信できる。送信信号７４ｃが送信される次の信号である場合、この送信信号７４ｃは、送信波形７４ｂに対してｔ_０だけ時間オフセットできる。これは波形７４ａからの２ｔ_０の時間オフセットに等しい。したがって、通信バンドによって送信される各々のその後の送信波形７４a-nは同様に付加オフセットｔ_０を受信できる。しかしながら、この方法によって必要とされてもよい少しの時間オフセットだけあらゆる波形を常にシフトできないことが分かる。

次に、図５を参照すると、送信波形７４および全送信電力波形９６を含むグラフ図１００が示される。本発明の方法を実施する場合、送信波形７４a-nの更なる平均化、およびしたがってピーク送信電力の更なる改善は、時間オフセットを加えるよりも前に波形７４a-nのデータ部内のデータパルス９２を平滑化することによって得ることができる。この更なる改善を得るために、データ部９０中にデータパルス９２の情報を分配する従来の技術を使用できる。さらに、データ部９０内のデータパルス９２の位置をピーク送信電力を最少にするために変えることができる。これらの方法を使用すると、送信電力レベル９４は全送信電力波形９６内に生じ得る。

本発明の他の実施形態では、送信波形７４a-nのタイムスロット７２内のいろいろの部分は、互いから分離し、可能なシーケンスのいずれかで送信できる。例えば、タイムスロット７２内で、データ部９０を送信波形７４ａの残りから分離し、最初に分離できる。パイロット部７８を分離し、データ部９０後の次に送信できる。タイムスロット７２内の残りの部分は、ＡＢＣ、ＡＣＢとしてあるいはいかなるシーケンスでも送信できる。さらに、このシーケンスは、１つの送信波形７４a-nから次の波形まで変わることができる。

改良された結果は、波形部の送信のシーケンスをランダムに変えることによって送信波形７４a-nの一部を分離し、再配列する方法で得ることができる。これは、いろいろの波形によって形成される全送信電力に対して付け加える量をさらに平均化し、平滑化することに帰着する。新しい送信シーケンスは乱数発生器によって連続的に生成できる。この場合、送信機および受信機の両方は、受信機によって復号化できるために乱数発生器のパラメータの情報を有しなければならない。

各々の新しい波形に対して固定時間オフセットｔ_０を使用することに加えて、アルゴリズムに従って各々の新しい波形に対して個別オフセットを選択できる。例えば、新しい時間オフセットは、可能なオフセットのどれが最低数の既存呼によって使用される。さらに、個別のオフセットは、新しい送信信号の形あるいは予想の形に従ってピーク送信電力の最少増加を与えるように構成されるピーク電力アルゴリズムによって決定できる。このアルゴリズムは発見的な(heuristic)アルゴリズムであってもよい。この機能を実行するために、ピーク電力最少化アルゴリズムは、時間、例えば送信フレームにわたり送信電力波形を予測できなければならない。

次に、図６を参照すると、送信電力予測アルゴリズム１２０が示される。送信電力予測アルゴリズム１２０は、例えば、各送信波形７４a-nを通信システムに加えることから生じる新しい全電力を予測できる。さらに、アルゴリズム１２０は、多数の可能な時間オフセットの各々で送信波形７４a-cを加える新しい全電力を予測するために使用できる。したがって、ピーク送信電力の最少増加を生じる最適時間オフセットを選択できる。このように通信システムに加えられるような各々の新しい送信波形７４a-nに対する最適時間オフセットを決定することによって、システム性能の更なる改良は、発見的な方法で得ることができる。

例えば、いくつかの公知のシステムの全送信電力は、

として計算できる。

ここで、（１−α）＜１は、無視係数(forgetting factor)であり、

は、フレーム中のｉ番目シンボル間で推定された電力に対応する要素

で時間ｎにおけるフレーム電力推定を有するベクトルであり、

は、時間ｎにおけるフレームに関する測定電力を含むベクトルである。

新しい送信波形を加えるために新しいチャネル設定が必要とされる場合、基地局は新しいチャネルの加算から生じた送信電力波形Ｗを送信できる。次に、基地局は下記のような可能な時間オフセットの各々に対応して
生じる電力ベクトルを計算できる。

ここで、サイクル_ｋ（Ｗ）は、ｋ個の要素だけのベクトルＷの周期シフト(cycle shift)を提供する演算子である。次に、新しいチャネルは、１に最も近い平均電力対ピーク電力比を有する

に対応する時間オフセットで設定できる。

送信波形５０のような波形が電力レベルＡ、ＢおよびＣを有するセクションに分離される場合、このセクションの送信シーケンスは同じ発見的な方法で選択できることが分かる。例えば、生じるピーク送信電力は各可能な送信シーケンスに対して決定でき、最低送信電力を生じる送信シーケンスを選択できる。

次に、図７を参照すると、送信電力波形１３２のグラフ図１３０が示されている。図の５０の各領域Ａ、ＢおよびＣがサブ領域に分離できることは当業者によって分かる。各領域のサブ領域は所望のように小さくてもよく、単一シンボルを有するサブ領域が許可される。したがって、このように形成されるサブ領域は、送信電力波形１３２を形成するために互いに対して交互に配置できる。さらに、送信波形の１つの領域はそのままにしてもよいのに対して、残りの領域は交互に配置できる。これは送信電力波形１３４として詳述される。

インタリーブされた(interleaved)サブ領域の送信の順序は、当業者によって理解される所定の順序、ランダム順序あるいは任意の他の順序であってもよい。このように送信波形を分離し、交互に配置することは、送信波形の優れた平均化およびピーク送信電力の最少化を行う。送信電力波形内の領域がこのように交互に配置された場合、受信機は、好ましい実施形態の前述の説明によって当業者は本発明を製造し、あるいは使用できる前にスロットの終了を待たなければならない。これらの実施形態のいろいろの変更は当業者に容易に明らかであり、ここに規定された一般的な原理は、本発明の機能を使用しないで他の実施形態に適用されてもよい。したがって、本発明は、ここに示された実施形態に限定されることを目的としなくて、開示された原理および新規の機能と矛盾のない最も広い範囲と一致させるべきである。こここに開示された方法の全ては、呼設定の時間あるいは設定後の送信中にいつでも使用できることが分かる。

さらに、いろいろの方法はいかなる方法でも互いに組み合わせできることが分かる。特に、分離できる波形方法の全ては、ランダムな方法あるいは発見的な方法であるいはこの方法なしに前述の時間シフトに基づいた方法とは無関係にあるいはこの方法とともに使用できる。さらに、ここに示された開示されたいろいろの方法は、呼設定の時間あるいは送信波形の送信中にいつでものいずれかで実行できる。

送信波形のグラフ図。 通信システムにおける複数の送信信号を示す概略図。 送信波形のグラフ図。 送信波形のグラフ図。 送信波形のグラフ図。 ＣＤＭＡシステムにおいてピーク送信電力レベルを予測するアルゴリズムのフローチャート。 本発明の方法に従ってインタリーブされた送信波形のグラフ図。

Claims (19)

1. 下記の工程を具備する、ＣＤＭＡ通信システムにおいてピーク送信電力を制限する方法：
   （ａ）第１の高送信電力領域を有する第１の通信信号を送信する、
   （ｂ）第２の高送信電力領域を有する第２の通信信号を送信する、
   （ｃ）該第１および第２の高送信電力領域が同時に生じることを防止するために、該第１および第２の通信信号のうちの１つを時間オフセットする。
2. 工程（ｃ）は、該第１および第２の通信信号のうちの１つの一部分だけを時間オフセットすることを具備する、請求項１のピーク送信電力を制限する方法。
3. 該シフトされた部分は、該第１および第２の高送信電力領域のうちの１つを具備する、請求項２のピーク送信電力を制限する方法。
4. 該第１および第２の通信信号は、それぞれの第１および第２の低送信電力領域を含む、請求項１のピーク送信電力を制限する方法。
5. 工程（ｃ）は、該第１および第２の高送信電力領域のうちの１つを該第１および第２の低送信電力領域のうちの１つと整列させるように、該時間オフセットを選択する工程を具備する、請求項４のピーク送信電力を制限する方法。
6. 該第１および第２の通信信号を電力を加算して全送信電力信号を供給する工程を具備する、請求項１のピーク送信電力を制限する方法。
7. 該全送信電力信号に従って該時間オフセットを選択する工程を具備する、請求項６のピーク送信電力を制限する方法。
8. 該全送信電力信号のピークレベルを最小にするように、時間オフセットを選択する工程を具備する、請求項７のピーク送信電力を制限する方法。
9. 複数の異なる時間オフセットに関する全送信電力信号を決定し、かつ該全送信電力信号に従って該時間オフセットのうちの１つを選択する工程を具備する、請求項７のピーク送信電力を制限する方法。
10. 該第１および第２の通信信号のうちの１つの該高送信電力領域はパイロット信号領域である、請求項１のピーク送信電力を制限する方法。
11. ２より多くの通信信号を送信する工程を具備し、及び工程（ｃ）は、該通信信号の全てのものの間に固定時間オフセットを適用することを含む、請求項１のピーク送信電力を制限する方法。
12. 該第１および第２の高送信電力領域のうちの少なくとも１つを、複数の高送信電力サブ領域に分離する工程を具備する、請求項１のピーク送信電力を制限する方法。
13. 異なる持続時間の時間オフセットだけ該複数の高送信電力サブ領域を時間オフセットする工程を具備する、請求項１２のピーク送信電力を制限する方法。
14. 該異なる持続時間はランダムに選択される、請求項１３のピーク送信電力を制限する方法。
15. 該第１および第２の通信信号はそれぞれの第１および第２の低送信電力領域を含む、及び該第１および第２の低送信電力領域のうちの少なくとも１つを複数の低送信電力サブ領域に分離する工程を具備する、請求項１３のピーク送信電力を制限する方法。
16. 異なる持続時間の時間オフセットだけ、該複数の低送信電力サブ領域のうちの該低送信電力サブ領域を時間オフセットする工程を具備する、請求項１５のピーク送信電力を制限する方法。
17. 該異なる低サブ領域持続時間はランダムに選択される、請求項１６のピーク送信電力を制限する方法。
18. 下記を具備する、ＣＤＭＡ通信システムにおいてピーク送信電力を制限するシステム：
    （ａ）第１の高送信電力領域を有する第１の送信された通信信号、
    （ｂ）第２の高送信電力領域を有する第２の送信された通信信号、
    （ｃ）該第１および第２の高送信電力領域が同時に生じることを防止するために、該第１および前記２の通信信号のうちの１つに適用される時間オフセット。
19. 下記を具備する、ＣＤＭＡ通信システムにおいてピーク送信電力を制限するシステム：
    （ａ）第１の高送信電力領域を有する第１の通信信号を送信するための手段、
    （ｂ）第２の高送信電力領域を有する第２の通信信号を送信するための手段、
    （ｃ）前記第１および第２の高送信電力領域が同時に同時に生じることを防止するために、前記第１および前記２の通信信号のうちの１つを時間オフセットするための手段。

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