JP4249718B2 - スペクトラム拡散ｃｄｍａ通信システムにおけるチャネル割当て - Google Patents

Description

この発明は概括的には無線符号分割多元接続通信システムにおけるリソース割当てに関する。より詳細にいうと、この発明はユーザ装置の接続要求に応答してアップリンクチャネルおよびダウンリンクチャネルを割り当てることに関する。

図１は無線スペクトラム拡散符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システム１８を示す。基地局２０はその稼働範囲内のユーザ装置（ＵＥ）２２乃至２６と交信する。スペクトラム拡散ＣＤＭＡ通信システム１８においては、データ信号は上記ＵＥ２２乃至２６と基地局２０との間で同一の拡散帯域幅経由で授受される。この共用帯域幅の中のデータ信号の各々は特有のチップ符号系列でスペクトラム拡散される。受信側ではこのチップ符号系列のレプリカを用いて特定のデータ信号を再生する。

信号はそれぞれのチップ符号系列（符号）で互いに区別されるので、互いに異なる符号の利用により互いに別々の専用通信チャネルを形成する。基地局２０からＵＥ２２乃至２６への信号はダウンリンクチャネルで伝送し、ＵＥ２２乃至２６から基地局２０への信号はアップリンクチャネルで伝送する。ダウンリンク送信のＵＥ２２乃至２６によるコヒーレント検出のために、基地局稼働範囲内のＵＥ２２乃至２６全部にパイロット信号を送信する。ＵＥ２２乃至２６は、これらパイロット信号に基づいて、データ受信可能化のための受信機条件設定を行う。

多くのＣＤＭＡシステムにおいて、アップリンク伝送に共通パケットチャネル（ＣＰＣＨ）を用いている。ＣＰＣＨは互いに異なるＵＥ２２乃至２６からのデータのパケットを搬送できる。各パケットはその符号で互いに区別できる。基地局２０による検出のために、それらパケットの各々はプリアンブルを備え、そのプリアンブルも自分以外のパケットとは異なる。ＣＰＣＨは伝達頻度の低いデータの高速搬送に通常用いられる。

図２はＣＰＣＨアクセス機構２８を示す。このＣＰＣＨアクセス機構２８は、第３世代移動通信システム（IMT-2000）に提案されている時間スロット８個と同様に時間スロット３０乃至３４を有する区間に時分割されている。一つ以上のＵＥ２２乃至２６が同一の時間スロット３０乃至３４を共用できるようにするために、これら時間スロット３０乃至３４に一群の所定のシグネチャを時間スロット３０乃至３４に割り当ててある。特定の時間スロットで用いる特定のシグネチャをアクセスオポチュニティ６６乃至８２と呼ぶ。例えば、上記IMT-2000への提案における８個の時間スロットの各々については１６個のシグネチャの中から１個のシグネチャを選択できるので、アクセスオポチュニティは１２８個となる。これらシグネチャ３６乃至４０の各々には仮想チャネルが予め割り当ててある。仮想チャネルはアップリンクおよびダウンリンクの両方の動作パラメータ、すなわちアップリンク拡散率およびダウンリンク用独自符号を独自に画定する。

基地局２０からＵＥ２２乃至２６の各々に、受信確認表示チャネル（ＡＩＣＨ）経由で各仮想チャネルの使用可否を一斉報知する。ＵＥ２２乃至２６は、各仮想チャネルの使用可否の判定のためにＡＩＣＨをモニタする。ＵＥ２２乃至２６の必要とする動作パラメータおよび仮想チャネルの使用可否に基づいてＵＥは選ぶべきアクセスオポチュニティを定める。基地局２０は特定のアクセスオポチュニティを確認すると、対応のダウンリンクチャネルがまだ使用可能である場合に受信確認メッセージ（ＡＣＫ）を送出する。上記IMT-2000への提案では、このＡＣＫはアクセス試行関連のシグネチャ３６乃至４０をただ反復するだけである。ダウンリンクチャネルが使用可能でない場合は否定応答（ＮＡＫ）を送出する。

ＵＥ２２乃至２６は、対応の受信確認メッセージを受けたのち、そのＵＥのデータパケットの送出に用いたアクセスオポチュニティ６６乃至８２に基づきダウンリンクチャネル経由の通信信号の再生のための適当な符号を決める。アクセスオポチュニティ６６乃至８２の各々に割り当てられた符号のリストはＵＥ２２乃至２６に蓄積するか基地局の一斉報知チャネル経由で伝送する。この機構はパケット衝突の確率を著しく高め、したがって有害なパケット遅延を大きくする。

ＡＩＣＨのモニタ動作が不都合になる場合もある。特定の時点ではＵＥ２２乃至２６のうちのいくつかは「スリープ」モードになっている。「スリープ」モードでは、ＵＥ２２乃至２６はデータ送出の必要があるときだけ動作する。「スリープ」モードの期間中にＡＩＣＨをモニタすると、電池寿命を縮めるだけでなく最初のパケットの送信に遅延を生ずる。また、ＵＥ２２乃至２６が二つの基地局の作動範囲の境界に位置する場合は複数のＡＩＣＨのモニタ動作が上述の欠点をさらに悪化させる。

モニタ動作によって上記以外の問題も発生する。それによってＵＥの受信回路はさらに複雑になりＵＥ２２乃至２６はさらにコスト高になる。

モニタ動作を行うと、ＣＰＣＨの最適利用は得られない。ＡＩＣＨモニタ動作はチャネルが塞状態になったとき情報を提供する。チャネルが空き状態になる時点はパケット長最大の最悪のケースを想定から導き出す。パケット長が最大でなければＵＥ２２乃至２６の送信待ちの間チャネルは遊休状態に留まる。一方、この種のシステムでモニタ動作を行わないと、チャネル空塞情報は得られない。ＵＥ２２乃至２６が塞状態の仮想チャネルをランダムに選択して衝突を生じパケット遅延を増大させることがあり得る。

また、衝突の確率を下げる一つの手法は互いに異なる符号の数を例えば１２８まで増やすことである。上記IMT-2000の提案では１２８個の符号系列が基地局２０に利用可能な系列の約半分に当たる。したがって、この解決手法は望ましくない。さらに、ＡＩＣＨのモニタ動作はＵＥ受信回路を複雑にし、コストを引き上げるので望ましくない。

ＷＯ ９８ ４９８５７ T1A/E1A:'IS-95B' 1 March 1999 (1999-3-01) Telecommunications Industry Association,Arlington, VA USA XP002145285

したがって、ＵＥ２２乃至２６がパケット長最大値よりも短い期間だけ待ち合わせできるようにし、上記以外の衝突回避機構に備えるのが望ましい。また、仮想チャンネル割当てのための代わりの手法が求められている。

選ばれたユーザ装置から共通パケットチャネルの時間のスロットの選ばれた一つを経由してシグネチャを伝送する。基地局はこの伝送されてきたシグネチャを受信すると、そのシグネチャおよび被選択時間スロットの画定するアクセスオポチュニティ関連の複数の符号からその時点で使われていない符号があればその使われていない符号を選ぶ。基地局はその選ばれた符号の識別子を含む受信確認メッセージを伝送する。その選ばれたユーザ装置はこの受信確認メッセージを受信する。上記選ばれたユーザ装置と基地局とはこの選ばれた符号を用いて交信する。

第３世代移動通信システムなど無線スペクトラム拡散ＣＤＭＡ通信システムの費用効率をさらに改善する。

同じ構成要素には全図を通じて同じ参照数字を付けて示した図面を参照して好ましい実施例を説明する。図３は仮想チャネル割当て機構を示す。仮想チャネル４８乃至６４の各々はアップリンク拡散率およびダウンリンク符号などの動作パラメータで画定する。仮想チャネル４８乃至６４の割当ての代わりに、ダウンリンク符号の画定する物理チャネルの割当てに同じ原則を適用することもできる。

使用状態の物理チャネルの数を減らし各チャネルの送信電力レベルを上げるために、物理チャネルの各々は２個の時間スロットの利用などにより多重化できる。時間スロット２個を用いると、実効データ速度が例えば８kbpsから１６kbpsに上がる。この種のシステムでは仮想チャネル４８乃至６４はどの多重化信号をＵＥ２２乃至２６に割り当てるかを画定する。

従来技術のようにシグネチャ３６乃至４０の各々に一つの仮想チャネルを割り当てる代わりに、仮想チャネルのセット４２乃至４６をアクセスオポチュニティ群１１６乃至１２０に割り当てる。一つの群にその群の中の上記チャネル全部を含めてもよく２乃至３チャネルだけを含めてもよい。仮想チャネル群構成の一つの可能性ある形として、アップリンク向けの同じデータ速度の仮想チャネル全部をグループ化することもできる。同じアップリンクデータ速度を有する群についてＵＥ２２乃至２６はそのＵＥ所望のアップリンクデータ速度を備える群からアクセスオポチュニティを選ぶ。もう一つの群構成をアクセスオポチュニティのシグネチャ３６乃至４０に基づいて形成することもできる。上記選ばれたアクセス要求およびＵＥ優先順位に基づき、そのアクセス試行関連の群１１６乃至１２０に割り当てられた仮想チャネルの一つを利用可能であればそのＵＥに用いる。その仮想チャネルは、いったん割り当てられると、特定のＵＥ交信の完了まで再割当てされることはない。また適切なデータ速度の基地局２０の受信回路をＵＥ２２乃至２６に割り当てる。

従来技術によるシステムでは、ＵＥ２２乃至２６はアクセスオポチュニティ６６乃至８２に基づきダウンリンクへの割当てチャネルを定める。仮想チャネル割当ては、上記群１１６乃至１２０への割当てずみのチャネルセット４２乃至４６のどれを選んだかを示すチャネル識別子８４乃至８８を、好ましくはＡＣＫメッセージとともに送信する。これら仮想チャネル全部が同じ群にある場合は、識別子８４乃至８８は選ばれた仮想チャネルを指示する。セット４２乃至４６の中に使用可能なチャネルがない場合は、使用可能チャネルなし（ＮＡＫ）識別子を送出する。潜在的には特定のアクセス試行に一つ以上の仮想チャネルを割り当てるのでＵＥ衝突の可能性は小さくなる。

図４は接続要求（要求）中のＵＥ２２乃至２６の数に対する衝突（衝突）の確率の分布を示すグラフ９１を示す。図示のとおり、群あたり仮想チャネル２または３個を用いた衝突の確率は要求数の如何に関わらず従来技術（ＡＩＣＨモニタ）の場合よりも低い。

図５はチャネル割当て実施に用いる基地局２０およびＵＥ２２を簡略化して図解する。ＵＥ２２はアップリンク通信およびダウンリンク通信の符号を決定するコントローラ１４４を備える。ＵＥの送信機１４０はアクセスオポチュニティやアップリンクパケット信号などの通信信号を基地局２０に送る。ＵＥの受信機１４２はＡＣＫメッセージ、ＮＡＫメッセージ、ダウンリンク信号などの通信信号を受信する。

基地局２０はアップリンク通信およびダウンリンク通信の符号を定めるとともにチャネル利用可否を定めるコントローラ１３４を備える。基地局の送信機１３６はＡＣＫメッセージ、ＮＡＫメッセージ、ダウンリンク信号などの通信信号をＵＥ２２に送る。基地局の受信機１３８はアクセスオポチュニティやアップリンクパケット信号などの通信信号を受信する。

識別子を送る手法はＡＣＫメッセージに余分のビットを付加する手法、または選んだ識別子の表示のためにＡＣＫの位相を変化させる手法である。仮想チャネルの単一の群を用いるシステムでは、上記余分のビットが選ばれた仮想チャネルを特定する。ＡＣＫメッセージを位相偏移させることによって識別子を送る回路を図６および図７に示す。これらの回路はチャネル識別子をＮＡＫ識別子なしで４個まで、またはＮＡＫ識別子つきで３個送ることができる。図６の送信回路９２ではＡＣＫ系列を系列発生器９４により発生する。この系列そのものはプリアンブルアクセスオポチュニティと関連づけられており、そのアクセス試行に特有である。いくつかのその種の系列をいくつかのユーザに同時に送信できる。ＡＣＫ系列はミキサ９６、すなわち通過信号を＋１または−１と乗算するミキサ９６を通過する。次に、このミキサ出力信号をもう一つのミキサ９８に導き、同相搬送波（coswt）または直角位相搬送波（sinwt）と混合する。これら二つのミキサ９６および９８による信号処理の結果、送信ＡＣＫ信号は四つの位相０゜、９０゜、１８０゜および２７０゜のいずれか一つの位相値を有する。識別子８４乃至８８の各々はこれら位相の一つに予め割当てずみである。

図７の受信回路１４は図６の送信回路９２によるＡＣＫ信号の位相の判定に用いる。ＡＣＫ信号をミキサ１００で同相搬送波と、ミキサ１０２で直角位相搬送波とそれぞれ混合する。混合ずみの信号を系列相関器１０４、１０６でＡＣＫ系列レプリカとそれぞれの相関をとる。同送相関信号および直角位相相関信号をミキサ１０８および１１０でそれぞれ−１と乗算することにより否定値とする。これら二つの相関ずみ信号および二つの否定値信号を識別回路１１２に供給する。この識別回路１１２は上記相関ずみの信号の四つの位相バージョンのいずれがもっとも大きいかを判定する。基地局からのダウンリンク送信は同期状態にあってその位相は既知であるので、識別回路１１２はＡＣＫ信号の位相に基づき識別子８４乃至８８のどの識別子が送られたかを判定する。ＵＥ２２乃至２６に蓄積するか基地局の一斉通報チャネル経由で送信したリストを、識別子８４乃至８８およびＵＥからのアクセス要求の組１１６乃至１２０と関連する仮想チャネル４８乃至６４の判定に用いる。判定したこの仮想チャネル４８乃至６４を用いて、被選択ダウンリンクチャネル符号の利用による基地局２０からの通信信号をＵＥ２２乃至２６で再生する。

識別子８４乃至８８を送るもう一つの手法はＡＣＫ信号および衝突解消信号（ＣＲ）を用いる手法である。ＵＥ２２乃至２６相互間の衝突を基地局２０で検出したのち、多くのスペクトラム拡散システムでは基地局２０から衝突発生ＵＥ向けにＣＲ信号を送る。このＣＲ信号は特定のＵＥ２２による検出のためにそのＵＥ２２と関連した系列を有する。ＡＣＫ信号およびＣＲ信号を反転することにより、識別子８４乃至８８をその特定のＵＥ２２に送る。反転ずみのＡＣＫはＮＡＫを表す。ＣＲを反転することにより、一つの仮想チャネルが＋ＣＲに、もう一つの仮想チャネルが−ＣＲにそれぞれ割り当てられる。したがって、ＡＣＫ信号およびＣＲ信号の利用により、ＮＡＫまたは二つのチャネルの一方を示す識別子が送られる。また、例えば三状態など多状態のＣＲ信号を用いて、多チャネルの一つをＣＲに割り当てる。

識別子をGolay系列による信号と送ることもできる。Golay系列はＸおよびＹなどの短系列で形成する。短系列を反転しそれら系列の順序を反転することによって、図８の表に示すとおり多数の特有の長系列を形成できる。表１２２のサイズを小さくするために、可能な系列の半分だけを図示してある。各系列の否定値を生ずることによって、別の特有のGolay系列が得られる。図８に示すとおり、ＵＥ２２乃至２６の各々は例えば４つのGolay系列の特有の組を割り当てられる。例えば、ユーザ０は四つの系列、すなわち上位二つの系列およびそれら系列の否定値系列を割り当てられる。これらGolay系列の各々を仮想チャネルに割り当てることによって、受信側ＵＥ２２乃至２６はダウンリンク送信の符号を判定する。

Golay系列検出器を図９に示す。受信信号をGolay相関器１２３で相関をとり、インタリーバ１２４でインタリーブして短符号を検出する。長符号中の二つの割当て系列の短符号の配列をシグネチャ０および１で示してある。ミキサ１２５および１２６によりこれらシグネチャを検出短符号と混合する。加算器１２７および１２８をこれらミキサにそれぞれ接続し、これら加算器１２７および１２８には遅延デバイス１２９および１３０をそれぞれ接続する。遅延デバイス１２９および１３０は加算器１２７および１２８の出力を入力側にそれぞれ帰還して次の短系列との間の相関をとるようにする。加算器１２７および１２８は受信信号のGolay系列を判定する。

図１０は物理チャネルに時間スロット２個の多重化を用いたシステムの割当て機構を示す。表１３２においては、互いに異なる１６個のシグネチャの各々をダウンリンク符号と二つの時間スロットの一つとに割り当ててある。また、選ばれた時間スロットを送信識別子で表示してある。

第３世代移動通信システムなど無線スペクトラム拡散ＣＤＭＡ通信システムに広く利用できる。

通常の無線スペクトラム拡散ＣＤＭＡ通信システムの説明図。 共通パケットチャネルアクセス機構の説明図。 仮想チャネルの割当ての説明図。 従来技術における仮想チャネル割当て要求に対する衝突の確率の分布のグラフ。 基地局およびユーザ装置の単純化した構成図。 識別子送信回路。 識別子受信回路。 Golay系列の割当て表。 図８に示したGolay系列の検出回路。 時間スロット２個の物理チャネルを有するシステムについての割当て表。

符号の説明

１８ ＣＤＭＡ通信システム
２０ 基地局
２２、２４、２６ ユーザ装置（ＵＥ）
２８ 共通パケットチャネル（ＣＰＣＨ）
３０、３２、３４ 時間スロット
３６、３８、４０ シグネチャ
４２、４４、４６ 仮想チャネルセット
４８、５０、５２、…、６４ 仮想チャネル
６６、６８、…、８２ アクセスオポチュニティ
８４、８６、８８ チャネル識別子
１１６、１１８、１２０ アクセスオポチュニティ群

Claims (2)

1. スペクトラム拡散符号分割多元接続通信システム用の基地局であって、
   符号の予め定めたセットを用いる共通パケットチャネル経由でプリアンブルおよびパケットデータを受信する受信機と、
   前記受信機と関連づけられ、複数の符号から一つの符号を選択する符号選択コントローラと、
   前記コントローラと関連づけられ前記ユーザ装置に衝突解消信号とチャネルインジケータ、すなわち前記選ばれた符号を表示するとともに前記受信したプリアンブルに関連づけられたチャネルインジケータとの合成信号を送信する送信機であって、前記選ばれた符号により符号化した通信信号を前記ユーザ装置に送信する送信機と
   を含む基地局。
2. 前記衝突解消信号とチャネルインジケータとの合成信号が反転を用いて符号を区別する請求項１記載の基地局。

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