JP4053609B2 - 無線通信を伝導する方法および装置 - Google Patents

Description

背景技術
Ｉ.発明の分野
本発明は無線通信を行う方法および装置に関する。本発明は符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）無線遠距離通信方式における音声およびデータの伝送に使用するために適する。
II.関連技術の記述
無線通信方式の有用性の一つの尺度は利用可能なＲＦ帯域幅を使用する効率にある。いくらかの例において、効率は与えられた量のＲＦ帯域幅でシステムの耐えうるデータ伝送率として定義される。他の例において、効率は与えられた量の帯域幅を使用して同時に行い得る（電話の呼びのような）通信の全数として特徴付けられる。計量法が何であっても、増加している効率は全般的に無線通信方式の有用性を増加する。
無線通信方式の特別に効率的な、それ故特に有用な例が図１に示され、それは、米国電気通信工業会（ＴＩＡ）により適用されたオーバーザエアー(over-the-air)インターフェイス標準IS-95に従って構成された無線セルラー電話方式の高度に単純化された図である。IS-95標準およびIS-95-A等のようなその派生物（ここにIS-95標準として集合的に参照する）は、セルラー電話方式を実行するための一組の符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）信号処理技術を限定する。IS-95標準に略従って構成されたセルラー電話方式は、本発明の譲受人に譲渡され、ここに引用文献として組込まれた“ＣＤＭＡセルラー電話方式における信号波形を発生する装置および方法”と題するＵＳ特許番号5,103,459に記述される。
IS-95標準に従って、加入者ユニット10a−ｃ（通常セルラー電話）は、ＲＦ信号を変調されたＣＤＭＡを使用している１つまたはそれ以上の基地局１２とインターフェイスすることにより電話の呼びおよび他の通信を行う。各インターフェイスは、基地局１２から加入者ユニット１０へ伝送される順方向リンク信号、および加入者ユニット１０から基地局１２へ伝送される逆方向リンク信号を備える。
基地局制御器（ＢＳＣ）１４は、モバイル通信が起こることを許容する種々の機能を遂行し、２つの基地局１２間で加入者ユニット１０のハンドオフ（handoff）を統合することを含む。モバイル切換えセンター（ＭＳＣ）１６は、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）１８との通信を許容する機能を処理および発送する呼びを提供する。
IS-95標準により明示されたＣＤＭＡ変調技術の使用は、各ＲＦ信号をいかなる特定のＲＦ信号でも処理中に背景雑音として示現させる。他の信号を背景雑音として示現させることは、同じＲＦ帯域幅上の多くのＲＦ信号の伝送を許容する。同じＲＦ帯域幅上で多くの信号を伝送することは、セルラー電話方式の周波数再利用を増加し、それは回って全ての容量を増加する。
さらに全てのシステム容量を増加するため、IS-95は音声活力の変化に応答して信号の平均伝送パワーを変える。平均伝送パワーは、伝送デューティサイクルにおける減少によっても、実際の伝送パワー減少によっても、20ms増大で変化される。音声活力に応答して平均伝送パワーを変えることにより、通信を行うＲＦ信号により使用される平均全パワーは減少される。
しかし、音声活力が必須的にランダムであるので、IS-95遵守基地局の全伝送パワーは音声活力の変化に応答して時間を超えて変化する。かくして、音声活力が低いとき、あるいは幾つかの会話が行われているとき、基地局は使われない可変帯域幅を残して、その最大率より非常に少ないデータを伝送するであろう。
さらに、音声活力を有する変化している伝送パワーは、如何なる特定の例においても使用されるであろう全伝送パワーとしてある程度の不確実性を創造する。この不確実性を計算するため、IS-95遵守基地局は、増加されたスピーチ活力のバーストを取扱うための予備伝送パワーを確立するために、典型的に最大率よりも少なく伝送する。しかし、この予備を維持することは、また基地局が可能である最大伝送率より平均伝送率が低くなる原因となる。
どんな場合においても、最大率よりも少ない平均率で伝送することは、利用可能なＲＦ帯域幅が可能な限り効率的に利用されていないので好ましくない。ＣＤＭＡ無線通信方式の有用性を増加するため、本発明は、平均データ伝送率が基地局１２の最大伝送容量により接近して等しくなることを許容し、それ故、割り当てられたＲＦ帯域幅が使用される効率を増大することに向けられる。
発明の概要
本発明は符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）無線遠距離通信方式における音声およびデータを伝送する新規な方法および装置を提供することを目的とする。ここに述べられた発明の例示的実施例において、基地局は、音声伝送パワーで音声情報を伝送し、最大伝送パワーマイナス音声伝送パワーに等しいデータ伝送パワーでデータを伝送する。発明の参照された実施例において、各基地局は20ms間隔で音声伝送パワーを基地局制御器に報告する。基地局制御器は利用可能なデータ伝送容量を計算することにより、かつ利用可能なデータ伝送容量に等しいデータを各基地局に転送することにより応答する。各基地局は、それから最新の音声伝送パワーですべての音声データを伝送し、最新のデータ伝送パワーでデータを伝送する。もし受信されたデータの量が最新のデータ伝送パワーにより提供された容量を越えるなら、いくらかのデータは伝送されない。もしデータが伝送されないなら、基地局はそのとき基地局制御器に通知し、基地局制御器は後の時間にデータを再伝送することを企てる。
発明の一つの態様によれば、最大伝送パワーＰ_maxを有し、ａ）音声伝送パワーＰ_voiceで受信された音声フレームを伝送し、ｂ）Ｐ_max−Ｐ_voiceより少ないデータ伝送パワーでデータフレームを伝送するステップを備えている基地局を使用する無線通信を実行する方法が提供される。
発明の他の態様によれば、一組のデータフレームと一組の音声フレームとを伝送する基地局制御器と、前記一組の音声フレームを伝送し、かつ付加的な容量が存在するとき、前記データフレームの少なくとも一部を伝送する基地局とを備え、無線通信を行う装置が提供される。
発明のさらに他の態様によれば、一組のデータフレームと一組の音声フレームとを発生する手段と、前記一組の音声フレームを伝送し、かつもし付加的な容量が存在するなら前記データフレームの少なくとも一部を伝送する手段とを備えている無線通信を行う装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
さらに、本発明の目的および利点は、同じ参照符号が対応しているものを示す図面と関連して取られるとき、以下に示される発明の実施例の詳細な記述からより明らかになるであろう、ここに：
図１はセルラー電話方式のブロック図であり、
図２は発明の一実施例により構成されたセルラー電話方式のブロック図であり、
図３は発明の一実施例により構成されたセルラー電話方式の作動を示す流れ図である。
好適な実施例の詳細な説明
図２は発明の一実施例により構成された基地局制御器（ＢＳＣ）３４、一対の基地局３２、および一組の加入者ユニット３０を含んでいるセルラー電話方式の一部のブロック図である。加入者ユニット３０は基地局３２と双方向ＲＦリンクを確立することにより電話呼びを行う。双方向リンクは、各基地局３２からの順方向リンク信号伝送、および各加入者ユニット３０からの逆方向リンク信号伝送を備えられる。
発明の好ましい実施例において、順方向および逆方向リンク信号はＣＤＭＡ信号処理を使用する呼びであるIS-95オーバーザエアーインターフェイス標準に従って処理される。ＣＤＭＡ信号処理は、一組の擬似ランダム雑音（ＰＮ）コードで変調および復調を経て、同じＲＦ周波数範囲で伝送される多元スペクトラム拡散ＲＦ信号を許容する。
各基地局３２は一組の順方向リンク信号を発生することにより多くの加入者ユニット３０と通信を行う。（“順方向リンク信号”の語はまた基地局３２から伝送された一組の順方向リンク信号を記述するために使用されるが、本発明の記述の目的として、順方向リンク信号は信号通信量チャンネルのため使用される順方向リンク伝送に当てはまる。）加えて、各基地局３２は一組の加入者ユニット３０から一組の逆方向リンク信号を受信する。
基地局３２により同時に伝送され得る順方向リンク信号の数は、典型的に特定の基地局３２の最大伝送パワー容量（Ｐ_max）、発生されたマルチパスの数、またはネットワーク計画に応答して設定された予め決められた制限により限定される。逆方向リンク信号の数は、典型的に特定の逆方向リンク信号を適当に処理するために基地局３２により要求されるビットエネルギー対雑音比（Ｅ_b/Ｎ₀）により制限される。
IS-95標準はまたフレームに対応する20ms増加で処理される順方向および逆方向リンク信号上で伝送されるデータを必要とする。ＢＳＣ３４および基地局３２内で、示された種々のサブシステムがフレームを変換し、同様にシグナリングメッセージのような制御情報をパケットの使用を経て変換する。パケットはそれらが向けられるサブシステムを示すアドレスを含み、そのためそれらはＣＤＭＡ相互接続サブシステム（ＣＩＳ）４０により適当に発送されてもよい。管理システム４４は、シグナリングメッセージ、また加入者データベース４６に蓄えられた情報を使用している伝送された使用パケットを経てＢＳＣ３４をバックアップする他のシステムの形態および運転を制御する。
IS-95標準によれば、加入者ユニット３０は図２に示されたようにソフトハンドオフ（soft handoff）に入ることが出来、それにより２つまたはそれ以上の双方向ＲＦリンクが２つまたはそれ以上の対応している基地局３２と同時に確立される。ソフトハンドオフは、加入者ユニット３０が一つの基地局３２のカバー領域から他の基地局３２のカバー領域に移動することを許容し、その間全ての時間に少なくとも１つの双方向リンクを維持する。ソフトハンドオフは、第２双方向インターフェイスが確立される前で、第１双方向インターフェイスが伝送される間のハードハンドオフ（hard handoff）と対照され得る。
ソフトハンドオフを行うため、選択器バンク４２内の一組の選択器（示されない）がソフトハンドオフを行うために使用された呼び分布および呼び選択機能の実行を含んでいる種々の機能を遂行し、同様に、加入者ユニット３０が任意の与えられた時間にインターフェイスしている基地局、即ち局３２を追跡する。選択器は、好ましくは１つまたはそれ以上のマイクロプロセッサを実行する一組のソフトウエア指令を備えられる。
呼び分布はソフトハンドオフ（通常ＭＳＣ１６から受信される）において、加入者ユニット３０に向けられた各フレームのコピーを発生すること、およびフレームの１つのコピーが加入者ユニット３０とインターフェイスしている各基地局３２に向けられていることを含む。かくして、フレームの１つのコピーは各基地局３２から伝送される。
呼び選択器はソフトハンドオフ中加入者ユニット３０とインターフェイスしている基地局３２の組から一組のフレームを受信すること、およびフレームの完全性または質に基づいたさらなる処理のため１つのフレームを選択することを含む。選択されたフレームは全般的にＰＳＴＮ１８に導入するためＭＳＣ１６に向けられる。
好ましくは、基地局３２は、一組の音声ホーン呼びとデータ通信の処理中、ＢＳＣ３４から２つの型のフレームを受信し：それは音声情報（音声フレーム）を含んでいるフレーム、およびデータ情報（データフレーム）を含んでいるフレームである。各基地局３２は、全伝送パワーＰ_voiceで受信された全ての音声フレームを伝送し、かつＰ_max−Ｐ_voiceに等しいかそれより少ない全伝送パワーＰ_dataで一組のデータフレームを伝送することにより、２つの型のフレームに応答する。
音声フレームに加えてデータフレームを伝送することにより、基地局が伝送する平均パワーは音声フレームのみを伝送する基地局に関して増加される。特に、幾らかの与えられた例において、基地局３２はその最大伝送パワーＰ_maxにより接近して伝送する。これは平均伝送パワーを増加し、それ故基地局３２により伝送される全情報量を増加する。伝送される全情報量の増加は、回って基地局３２が利用可能なＲＦ帯域幅を使用する効率を向上する。さらに、Ｐ_max−Ｐ_voiceに等しいかそれより少ない伝送パワーでデータフレームを伝送することにより、基地局３２の平均伝送パワーが既に行われている音声通信の組と干渉することなく増加される。
図３は発明の一実施例による音声およびデータフレームの処理中、ＢＳＣ３４および基地局３２により遂行されるステップを示すフロー図である。ステップ７０で処理が始まり、ステップ７２で、基地局が加入者ユニット３０に伝送されたシグナリングメッセージの使用を経て伝送のための待ち合わせたデータを有するとき、選択器バンク４２内の一組の選択器が基地局３２に通知する。データフレームはＭＳＣ１６から受信され、加入者ユニット３０に向けられる。発明の一実施例において、データフレームは、各フレームに含まれた１つまたはそれ以上のステイタスビットの使用を経て音声データファイルから識別される。
時間Ｔ₀で、各基地局３２は選択器から一組のシグナリングメッセージを受信し、伝送のための待ち合わせたデータフレームを有する選択器の数に等しい値Ｎを計算する。加えて、各基地局３２は、データのビットを伝送するため使用される平均エネルギーに等しい値Ｅ_bxを計算し、同時に処理されている全ての音声フレームを伝送するため時間Ｔ₀で使用される伝送パワーに等しい値Ｐ（Ｔ₀）_voiceを計算する。
ステップ７４において、各基地局は値Ｎ、Ｅ_bxおよびＰ（Ｔ₀）_voiceを伝送のための待ち合わせてデータフレームを有する各選択器に伝送する。ステップ７６において、各選択器は一組の値Ｂ（１）_bs…Ｂ（ｎ）_bsの最小値として値Ｂ_minを計算し、ここに基地局３２のためのＢ（ｎ）_bs＝（Ｐ_max）−Ｐ（Ｔ₀）_voice）／（Ｎ・Ｅ_bx）、ｎは関連された電話呼びを行うために使用されている。これは、もし電話呼びに巻き込まれた加入者ユニットが２つの基地局３２を巻き込んでいるソフトハンドオフにあるなら、２つの値Ｂ（１）_bs、およびＢ（２）_bsが計算され、Ｂ_minがＢ（１）_bsおよびＢ（２）_bsの低い方に設定されることである。発明の代わりの実施例において、Ｂ_minはＢ（１）_bsおよびＢ（２）_bsの高い方に設定される。
一度Ｂ_minが計算されると、選択器は呼びに巻き込まれた各基地局３２にＢ_minビットのデータを有するデータフレームを伝送する。
時間Ｔ₀の後の時間Ｔ₁に起こるステップ７７において、各基地局３２は選択器から一組のデータフレームおよび一組の音声フレームを受信し、受信したデータフレームを伝送するに必要なパワーに等しい値Ｐ（Ｔ₁）_dataを計算し、同時に受信した音声フレームを伝送するに必要なパワーに等しい値Ｐ（Ｔ₁）_voiceを計算する。Ｐ（Ｔ₁）_dataとＰ（Ｔ₁）_voiceとを使用して、各基地局３２はステップ７８で、Ｐ（Ｔ₁）_data＋Ｐ（Ｔ₁）_voiceが基地局３２の最大伝送パワーＰ_maxより小さいか等しいかどうかを決定する。即ち、各基地局３２はＰ（Ｔ₁）_data＋Ｐ（Ｔ₁）_voice<＝Ｐ_maxであるか否かを決定する。もしそうであるなら、ステップ８０で全てのデータフレームは音声フレームと一緒に伝送され、それから基地局３２はステップ７２に戻る。Ｐ_maxの使用が適当である限り、Ｐ_maxより小さい他の閾値の使用は本発明の使用と一致する。
もし基地局がステップ７８で、Ｐ（Ｔ₁）_data＋Ｐ（Ｔ₁）_voiceが最大伝送パワーＰ_maxより大きいと決定するなら、基地局３２はステップ８２で、データの（Ｐ_max一Ｐ（Ｔ₁）_voice）／Ｅ_bxビットを有する一組の任意に選択されたデータフレームを伝送する。それからステップ８４で、基地局３２はそれらのデータフレームが伝送されなかったことを選択器に通知する。これらの選択器は後の時間にこれらのデータフレームを含むデータを再伝送することを企てることが出来る。
全般的に、時間Ｔ₀で音声フレームを伝送するに使用される伝送パワーが、時間Ｔ₁で必要な音声フレーム伝送パワーから少し異なるので、基地局３２により受信された殆どまたは全てのデータフレームは時間Ｔ₁で伝送されるであろう。かくして、もしデータを伝送する何らかの需要が存在するなら、基地局３２はより最大パワーレベルに近い平均で伝送するであろう。これは、セルラー電話方式が利用可能なＲＦ帯域幅をより効率的に使用することを可能とする。
時間Ｔ₁で全ての音声フレームを伝送するに必要な伝送パワーがＴ₀で必用な伝送パワーに関して増加するとき、本発明は使用されるべきＰ_maxパワーをもたらす値にデータフレームの伝送を制限し、一方伝送されるべき全ての音声フレームを許容する。これは、行われている全ての電話呼びが中断なく継続することを確実にし、一方またデータフレームの最大数が基地局３２の与えられた最大伝送パワーＰ_maxで伝送されることを許容する。
かくして、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）無線遠距離通信方式において、音声およびデータを伝送するための新規かつ改良された方法および装置が記述される。好ましい実施例の上記記載は、技術に熟練した者なら誰でも本発明の製造または使用を可能にするために提供される。これらの実施例に対する種々の変形例が技術に熟練した者にすでに明らかであり、ここに定義された基本的原理は発明機能の使用なしに他の実施例に適用され得る。かくして、本発明はここに示された実施例に限定されることを意図されず、ここに開示された原理および新規な特徴からなる最も広い範囲に従わされるべきである。

Claims (11)

1. 最大伝送パワーＰ _max を有する基地局を使用して無線通信を行う方法であって、
   音声伝送パワーＰ _voice で受信された音声フレームを伝送するステップと、
   Ｐ _max −Ｐ _voice 以下のデータ伝送パワーでデータフレームを選択的に伝送する
   ステップとを含み、
   前記選択的に伝送するステップが、
   一組のデータフレームのすべてを伝送するのに必要なパワーの量を計算し、
   前記パワーの量がＰ _max −Ｐ _voice 以下であるなら、前記組のデータフレームのすべてを伝送し、
   前記パワーの量がＰ _max −Ｐ _voice より大きいなら、前記組のデータフレームの一部を伝送するステップを含む方法。
2. 伝送のため待ち合わせたデータフレームの数を決定し、
   前記待ち合わせたフレームの数を使用して伝送されるフレームごとのデータのビット数、Ｐ _max −Ｐ _voice に等しい利用可能な伝送パワー、およびデータのビットを伝送するために使用される平均エネルギーを決定し、
   伝送のための前記データフレームの数を提供し、各フレームは前記フレームごとのデータのビット数を有する、
   ステップをさらに含む請求項１による方法。
3. 基地局制御器にデータフレームのすべてではないフレームが伝送されたことを示しているメッセージを伝送することをさらに含む、請求項１および２の方法。
4. 各フレームに含まれるステイタスビットに基づいて音声フレームおよびデータフレーム間を区別することをさらに含む、請求項１乃至３のいずれか１項による方法。
5. 最大伝送パワーＰ _max を有する基地局を使用して無線通信を行うシステムであって、
   音声伝送パワーＰ _voice で受信された音声フレームを伝送する手段と、
   Ｐ _max −Ｐ _voice 以下のデータ伝送パワーでデータフレームを選択的に伝送する手段とを含み、
   前記選択的に伝送する手段が、
   一組のデータフレームのすべてを伝送するのに必要なパワーの量を計算する手段と、
   前記パワーの量がＰ _max −Ｐ _voice 以下であるなら、前記一組のデータフレームのすべてを伝送する手段と、
   前記パワーの量がＰ _max −Ｐ _voice より大きいなら、前記一組のデータフレームの一部を伝送する手段とを含むシステム。
6. 一組のデータフレームと一組の音声フレームを発生する手段をさらに含む請求項５によるシステム。
7. 前記発生する手段が基地局制御器であり、前記基地局制御器は基地局にその組のデータフレームとその組の音声フレームを伝送する請求項６によるシステム。
8. 前記基地局は前記発生する手段に第１の時間付加的容量を指示し、前記発生する手段は前記第１の時間付加的容量に等しいデータの量を有する前記組のデータフレームを設定する請求項６または７によるシステム。
9. 前記選択的に伝送する手段は、第２の時間付加的容量が前記組のデータフレームのすべてを伝送するのに必要な伝送容量の量より少ないなら、前記組のデータフレームの一部を伝送する、請求項５乃至７のいずれか１項によるシステム。
10. 前記選択的に伝送する手段は、伝送されない前記組のデータフレームの一部を前記発生する手段に通知する、請求項９によるシステム。
11. 前記基地局および前記発生する手段がワイヤライン接続を経て結合される請求項６または７によるシステム。

Images