JP2000510292A - 回転ローブアクセス方法 - Google Patents
回転ローブアクセス方法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、回転ローブアクセス方法に関する。本発明は、移動無線(電話)システム内においてダウンリンク及びアップリンクの両方で高速かつ単純な初期獲得、ページング又は呼のセットアップを行なう作業を簡略化するものである。かくして、本発明は、少なくとも1つの基地局と多数の移動局を含み、基地局と移動局の間の通信のためのいくつかの水平ローブを支持するアンテナ手段を有する通信システムにおける回転ローブアクセス方法を提供する。アンテナ手段へ及びアンテナ手段からの信号は、ローブを水平面内で回転させるようローブ形成ユニットによって変調される。また、異なる垂直方向角度での回転又は掃引も可能である。好ましくは、該方法は、別々の送信及び受信ローブを用い、受信ローブは、送信ローブの遅延されたレプリカである。基地局送信ローブとの同期化を達成した後、移動局はスリープモードへと進む。
Description
【発明の詳細な説明】
回転ローブアクセス方法
発明の分野
本発明は、回転ローブアクセス方法に関する。本発明の主たる考えは、移動電
話及びPMR(私設移動無線)システムといった従来のFDMA及びTDMA移
動無線システムのための、アクセス、ページング及び呼のセットアップ手順の分
野にある。本発明のもう1つの利用分野は、位置決めシステムにある。
本発明は、移動無線システムにおいてダウンリンク及びアップリンクの両方で
高速かつ単純な初期獲得、ページング又は呼のセットアップを行なう作業を簡略
化するものである。本発明はFDMA及びTDMAシステム及び、FDD(周波
数分割2重)又はTDD(時分割2重)のいずれかで作動する上記各システムの
ハイブリッドにおいて使用可能である。
本発明は、本出願と同じ出願日をもつか又は近い将来出願予定である、本出願
と同じ所有者の以下の名称の特許出願に関係するものである:
セルラー通信システムの変換方法及び装置;
アンテナシステム;
適応エアーインターフェイス
従来技術
移動通信システムでは、アクセス及び通信のための全方向性又は120°セク
ターアンテナが今日最も一般的である。問題の分野は、高い感度及び/又はレン
ジを達成することのむずかしさにある。
現在の一つの解決法は、基地局(BS)において非常に高い電力を使用すること
である。しかしながら、これは、妨害レベルを増大させる可能性があり、また一
般に低い電力消費も望まれている。
一方、本発明は、狭い回転ローブを用い、同じか又は幾分か遅延した受信ロー
ブ内で移動局からの応答を達成し、結果として以下の利点をもたらすことを提案
する:即ち、
提案されている方法は、狭いローブシステムを用いて感度及び/又はレンジ及
び容量を増大させる。
該方法は、電力効率がよく、基地局からの高い出力電力を回避する。
移動局は、固定的遅延+可変的遅延を提供する。
最大ページング感度が、高いアンテナ利得によって得られる。
選択的ページング、すなわち好ましい方向、セクター又はレンジでのページン
グが容量、例えば最後に報告された方向での第1の伝送を増強する。こうして、
不必要な放射が節減される。
電力制御によりハードな容量制限を回避でき、従ってソフトな劣化が導入され
る。
従来の方法のために使用されているような標準的ハードウェアを使用すること
ができる。
現実のページ時間は、データ速度、転送されるべきデータビットの数によって
左右される。
ページングチャネルは公称600b/s、ただし任意(オプション)には(1/
16,1/8,1/4,1/2,2,4,8)×600b/sを支持する。
データ速度が低くなればなるほど、より高い感度が得られる(原則として、デ
ータ速度が2分の1に減少する毎に3dBの利得がもたらされる)。
ページングチャネルは、適応エアーインターフェイスと類似の要領で扱かわれ
る。上述の我々の特許出願を参照のこと。
本発明は、感度の増大及び移動局の電力及び複雑性の低減を提供する。
低いデータ速度及び狭いローブのため、ページングチャネルのためのいかなる
遅延等化器も必要とされない。
発明の概要
従って、本発明は少なくとも1つの基地局及び多数の移動局を含みかつ基地局
と移動局の間の通信のため多数の水平方向ローブを支持するアンテナ手段を有す
る通信システムにおける回転ローブアクセス方法を提供する。
本発明によると、アンテナ手段へ及びアンテナ手段からの信号は、水平平面内
でローブを回転させるか又は回転するように見せるべく、ローブ形成ユニットに
よって変調される。また、異なる垂直方向角度での回転又は掃引も可能である。
本発明の好ましい実施形態によると、該方法は、別々の送信及び受信ローブを
用いるものであり、受信ローブは送信ローブの遅延したレプリカである。
本発明の第2の形態においては、基地局送信ローブとの同期化を達成した後、
移動局はスリープモードへと進む。
本発明のもう1つの形態においては、基地局は、方位角を決定することによっ
て移動局の位置を推定し、移動局の応答の時間的遅延のタイミングをとることに
よって距離を推定する。
また、移動局は、それぞれの基地局までの距離及び方位角を得るため少なくと
も2つの基地局を聴取することによって、三角測量を用いその位置を計算する能
力をもつ。
図面の簡単な説明
本発明について添付の図面を参照しながら、以下で詳細に説明する。なお図面
中、
図1は、本発明において利用されるような回転ローブの概略図である。
図2は、本発明による3つのレベルをもつスリープモード機能の状態図である
。
好ましい実施形態の詳細な説明
本発明は、基地局BSと移動局MSの間の通信のための回転ローブを用いたア
クセス方法を提供する。ダウンリンクは1つの送信ローブ内で行なわれ、アップ
リンクは、同一の又は幾分か遅延した受信ローブ内で実施される。移動局は、固
定的遅延+可変的遅延を提供する。固定的遅延は、正しいタイムスロット内で移
動局が応答するように設定され、一方可変的遅延は、基地局から移動局への距離
に左右される。
ダウンリンクにおいては、有用な情報は、時間的遅延のタイミングをとること
により、水平方向位置情報(方位角)、ページング応答情報及び距離情報といっ
たようなMS応答から得られる。
同じ考え方は、アップリンクでも応用でき、この場合、MSアクセス情報は、
回転ローブに確実に当たりかくしてリンク内の通信を可能にするよういくつもの
間隔で反復される。
図1では、狭いローブが、3つの移動局MS1,MS2及びMS3との通信の
ため時計まわり方向に回転している状態で表わされている。回転ローブは、異な
る方向での固定ローブ間での切換え又は連続的に掃引されるローブとみなすこと
ができる。異なるローブは互いに干渉しないことから、同じ周波数を使用するこ
とができ、こ
うして利用可能な周波数スペクトルは大幅に増大する。
ローブは、以下の方法を用いて回転させられる。すなわち、線形アレイ又はそ
の他の任意の配置つまり等角(非線形)アレイのいずれかに位置づけされたN個
のアンテナ要素を用いて、アンテナローブが作り出される(例えば我々の上述の
特許出願「アンテテシステム」を参照のこと)。
順次適用される一組の固定係数又は連続的に可変的な係数のいずれかを用いる
ことにより、回転ローブが作り出される。両方のケースにおいて、変動する係数
は、ローブを回転させるか又は回転しているように見せる。
回転は時計回り又は反時計回り方向で行なわれる。また、擬似ランダム順にセ
クターを通ってホップすることにより、全てのセクターを通って擬似ランダム掃
引を行なうことができる。こうして、近隣の基地局のカバレージエリアとの干渉
の危険性を減少させることができる。
回転は、ここで、ローブ形成ユニット(LSU)と呼ばれる重みづけデバイス
によって実施され、N個の複素重みづけ係数、N個の大きさ及びN個の位相によ
る重みづけが、N個のアンテナ要素の各々まで進む(又は各々の該アンテナ要素
から逆方向に来る)信号と乗算される。N個の複素重みづけ係数は、低いサイド
ローブレベルという前提条件で計算される。
本発明はまた、垂直方向ローブすなわち、さらなるダイバーシティー又は容量
の増加を導入するため、基地局から異なるレンジに到達するための異なる垂直方
向角度をもつローブを支持することもできる。
ローブの形成は、結果として以下の特性をもたらす:
狭いローブ内でのC/I(搬送波/妨害波)問題の減少;
広い一斉放送モードに比して狭いローブシステムでのより少ない遅延の広がり
;
異なるレンジエリアについての垂直方向ローブに対する支持;
カバレージエリアをさまざまなトラヒックパターンに適合させることができる
という結果をもたらす、セクター化されたローブ電力制御の導入。
ダウンリンクにおいては、最初のアクセス要求の時点で迅速な移動局の位置決
めが得られ、移動局応答は、直接的に方位角を提供し、又移動局までの粗距離を
与える。基地局は30秒毎又はさらに高い頻度でその座標及び方位角を送ること
ができる。移動局は、少なくとも2つの基地局を聴取することにより三角測量を
用いてその位置を自律的に決定できる。これは、世界的位置決定システム(GP
S)に類似した位置決め機能である。
また、アップリンクは、遅延時間tdが許容された状態で走査される。このよ
うにしてローブ利得及び高速アップリンク獲得を得ることができる。
バッテリ電力及びスペクトルを節約するため、0.5ms/30sまでのバース
トデューティサイクルを伴う高度のスリープモードが導入される。図2は、本発
明によるスリープモード機能の状態図の1例を示す。移動局は当初スリープモー
ドにあると仮定する。8〜16ビットと短かいものである最初のページング又は
肯定応答メッセージACK M1を受信した後、移動局は、中間ステートへと進
み、適切なメッセージを受信するべくセッションステートである最終ステートに
到達するよう1つ又はそれ以上の新しいページングメッセージACK M2を期
待する。第1のメッセージACK M1は移動局の「群を起こし」、次に続くペ
ージングメッセージACK M2はページングセッションを完了する。中間ステ
ートにある移
動局が否定応答メッセージNACK M1を受信したか又は最終ステートで否定
応答メッセージNACK M2を受信した場合、移動局は次のさらに低いレベル
に戻る。本発明は、最高5レベルまでのスリープモードステートを提案する。以
下のような特長が含まれることになる:
長遅延電力節減スリープモード;
ソフトウェアで制御された0.2〜30秒のスリープ時間;
測定された残りのバッテリ容量に応じたスリープモードファクタ;
スリープモードは、適用されたページングチャネルデータ速度により左右され
る;
スリープモードは、少なくとも3つのレベルのウェイクアップを聴取する;
応答が得られるまで順次最高5回まで呼び出す(ページする)。ダウンリンク
ページング、アクセス又は呼のセットアップメッセージは、短い間隔のメッセ
ージ時間tm内で転送される。メッセージ時間は、以下の式に従って、ローブの
ドウエル(dwell)時間tdwに比べ短かいものである。
tm<tdw
tdw=tsw/N
なお式中、
N=セクター又はローブの数
tsw=掃引時間(=1回転の持続時間)
例:N=64,tsw=480ms,tdw=7.5ms,すなわち、tm<7.5ms
,tm<3.5ms(≒tdw/2)が好ましい。
まず最初に、移動局の最後に報告された方向においていくつかの
ページング試行が行なわれる。必要とあらば、このとき、最後に報告された方向
のセクターを包含するより広いセクターの中でいくつかのページング試行が行な
われる。最後に、先行する試行のいずれも成功しなかった場合、完全な水平一回
転を走査するページング試行が行なわれる。これは、移動局がスリープモードに
おいてそのセクターの外側に移動した場合にあてはまる可能性がある。
或る一定の選択された方向における電力の減少が、電力及び容量の節減のため
に提案されている。これは、カバレージエリアを故意に減少するが、近隣のエリ
ア内の妨害も減少させ、発呼容量のソフトな制限として作用する。
同じ周波数を異なる方向で再使用することが可能である(掃引ローブ)。かく
して、容量は増大する。アップリンク
受信ローブは、送信ローブの遅延したレプリカである。遅延は、送信ローブに
遅れて、ローブ幅のm倍又はドウエル時間のm倍である。移動局の応答遅延もそ
れに応じて調整される。
アップリンクは、次の要領で処理される:すなわち、移動局受信機のデューテ
ィサイクルは、電力を節減するべく低くなっている。移動局は、ローブ同期化タ
イミング情報を得るのに充分な長い時間、最も近い基地局を聴取する。各々の移
動局には好ましくは、同期化を維持するべく安定クロック(±10ppm)を生成
するための内部周波数発生器が具備されている。この段階の後、移動局は、回転
ローブの長い適正なタイムスロットtdw内でメッセージをいつでも受信できる状
態となる。
こうして作り出された最大遅延は、以上で示された例では約0.5秒である1
回転である。各々別々の受信ローブをもつ2つの受信機を用いることにより、遅
延は、回転時間の2分の1まで減ること
になる。ハンドオフ
移動局は当然のことながら、基地局の異なるローブ間を移動することが許され
ている。本発明は、別々の基地局の間のハンドオフと類似してそのローブ間の「
ハンドオフ」を提供する。本発明では、次の2種類のハンドオフ(HO)方式が
提案されている:すなわち、
隣接セクターに入るときの新しい周波数へのHOを意味するハードハンドオフ
(HHO)又はハードセクターハンドオフ。信号強度、妨害波に対する信号、ビ
ット誤り率(BER)といったような従来の基準が用いられる;
可能な場合、基地局が新しいセクターに切換えられることを意味する、ソフト
セクターハンドオフ(SSHO)。換言すると、これは、基地局周波数が移動す
る移動局に追従することを意味している。該方式は、新しいセクターに切替えら
れるべき周波数がそのセクターで使用されていない場合にのみ有効である。周波
数が利用できない場合には、HHOが行なわれる。
かくして、本発明は、上述のような利点をもつ回転ローブアクセス方法を提供
する。本発明は、以下の各請求項によってのみ制限されるものである。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項
【提出日】平成10年6月9日(1998.6.9)
【補正内容】
請求の範囲
1.少なくとも1つの基地局と多数の移動局を含み、基地局と移動局の間の通
信のためのいくつかの水平ローブを支持するアンテナ手段を有する通信システム
内の回転ローブアクセス方法において、アンテナ手段へ及びアンテナ手段からの
信号が、ローブを水平平面内で回転させるか又は回転しているように見せるべく
、ローブ形成ユニットによって変調され、移動局は、基地局の送信ローブと内部
クロックによって同期化し、同期化を達成した後スリープモードに進み、該スリ
ープモードはいくつかのウェイクアップレベルを有し、ここで移動局は最深のレ
ベルではウェイクアップ呼を予期して聴取し、最高のレベルでは適切なメッセー
ジを予期して聴取することを特徴とする、回転ローブアクセス方法。
2.移動局は、基地局の送信ローブが移動局の方向に送信される間隔中のみ基
地局を聴取することを特徴とする請求項1に記載の方法。
3.スリープモードが少なくとも3つのウェイクアップレベルを有し、ここで
移動局は最深のレベルではグループウェイクアップ呼を予期して聴取し、次のレ
ベルでは個々のウェイクアップ呼を予期して聴取し、最高のレベルでは適切なメ
ッセージを聴取することを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
4.スリープモードが、移動局に残っているバッテリーの電力に左右されるこ
とを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
5.アンテナ手段へ及びアンテナ手段からの信号は、異なるローブを作り出す
ようN個の複素重みづけ係数により乗算されることを特徴とする請求項1〜4の
いずれか1項に記載の方法。
6.各ローブはドウエル時間tdwを有し、メッセージ時間tm内でページング
、アクセス又は呼のセットアップメッセージが送信され、メッセージ時間の持続
時間はドウェル時間に比べ短かい、すなわちtm<tdw、好ましくはtm<約tdw
/2であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
7.固定された重みづけ係数が、アンテナ手段へ及びアンテナ手段からの信号
に対し順次適用されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の方
法。
8.連続的に可変的な重みづけ係数が、アンテナ手段へ及びアンテナ手段から
の信号に対し順次適用されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記
載の方法。
9.ローブが時計まわり又は反時計まわり方向に回転させられることを特徴と
する請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
10.擬似ランダム順でセクターを通してホップすることにより、ローブが1
回転掃引させられることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法
。
11.アンテナ手段が少なくとも2つの垂直ローブを支持することを特徴とす
る請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
12.アンテナ手段が上部及び下部ローブを支持し、ここで該上部及び下部ロ
ーブが各セクター内で連続的に掃引されることを特徴とする請求項11に記載の
方法。
13.別々の送信及び受信ローブを用いることを特徴とする請求項1〜12の
いずれか1項に記載の方法。
14.受信ローブが送信ローブの遅延したレプリカであることを特徴とする請
求項13に記載の方法。
15.基地局は、移動局の応答の時間的遅延のタイミングをとることによって
方位角及び距離を決定することで移動局の位置を推定
することを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。
16.移動局は、それぞれの基地局に対する方位角及び距離を得るため、少な
くとも2つの基地局を聴取することによって三角測量を用いてその位置を計算す
ることを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項に記載の方法。
17.移動局に向けられたページングがまず最初に、移動局の最後に報告され
た方向において行なわれることを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記
載の方法。
18.まず、いくつかのページング試行が移動局の最後に報告された方向で行
なわれ、必要とあらば次に、最後に報告された方向のセクターを包含するより広
いセクター内でいくつかのページング試行が行なわれ、必要とあらば、完全な水
平方向一回転を走査するページング試行が行なわれることを特徴とする請求項1
7に記載の方法。
19.基地局の各ローブ内で放射される電力は、基地局のカバレージエリアの
形状を制御するべく制御されていることを特徴とする請求項1〜18のいずれか
1項に記載の方法。
20.移動局が基地局の異なるローブの間で移動するとき、基地局のローブの
間のハンドオフが行なわれることを特徴とする請求項1〜19のいずれか1項に
記載の方法。
21.基地局の周波数は、その周波数が新しいセクターで使用されていない場
合、移動局に追従することを特徴とする請求項20に記載の方法。
22.基地局は、新しいセクター内で移動局のための新しい周波数に切換わる
ことを特徴とする請求項20に記載の方法。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF
,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,
SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S
D,SZ,UG),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ
,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU
,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,
CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,G
B,GE,GH,HU,IL,IS,JP,KE,KG
,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,
LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,N
O,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG
,SI,SK,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,
US,UZ,VN,YU
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.少なくとも1つの基地局と多数の移動局を含み、基地局と移動局の間の通 信のためのいくつかの水平ローブを支持するアンテナ手段を有する通信システム 内の回転ローブアクセス方法において、アンテナ手段へ及びアンテナ手段からの 信号が、ローブを水平平面内で回転させるか又は回転しているように見せるべく 、ローブ形成ユニットによって変調されることを特徴とする、回転ローブアクセ ス方法。 2.アンテナ手段へ及びアンテナ手段からの信号は、異なるローブを作り出す ようN個の複素重みづけ係数により乗算されることを特徴とする請求項1に記載 の方法。 3.各ローブはドウエル時間tdwを有し、メッセージ時間tm内でページング 、アクセス又は呼のセットアップメッセージが送信され、メッセージ時間の持続 時間はドウェル時間に比べ短かい、すなわちtm<tdw、好ましくはtm<約tdw /2であることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。 4.固定された重みづけ係数が、アンテナ手段へ及びアンテナ手段からの信号 に対し順次適用されることを特徴とする請求項2に記載の方法。 5.連続的に可変的な重みづけ係数が、アンテナ手段へ及びアンテナ手段から の信号に対し順次適用されることを特徴とする請求項2に記載の方法。 6.ローブが時計まわり又は反時計まわり方向に回転させられることを特徴と する請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。 7.擬似ランダム順でセクターを通してホップすることにより、ローブが1回 転掃引させられることを特徴とする請求項1〜5のい ずれか1項に記載の方法。 8.アンテナ手段が少なくとも2つの垂直ローブを支持することを特徴とする 請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。 9.アンテナ手段が上部及び下部ローブを支持し、ここで該上部及び下部ロー ブが各セクター内で連続的に掃引されることを特徴とする請求項8に記載の方法 。 10.別々の送信及び受信ローブを用いることを特徴とする請求項1〜9のい ずれか1項に記載の方法。 11.受信ローブが送信ローブの遅延したレプリカであることを特徴とする請 求項10に記載の方法。 12.基地局の送信ローブとの同期化を達成した後、移動局がスリープモード に進むことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。 13.移動局は、同期化を維持するため内部クロックを保持し、基地局の送信 ローブが移動局の方向に送信される間隔中のみ基地局を聴取することを特徴とす る請求項12に記載の方法。 14.スリープモードが少なくとも3つのウェイクアップレベルを有し、ここ で移動局は最深のレベルではグループウェイクアップ呼を予期して聴取し、次の レベルでは個々のウェイクアップ呼を予期して聴取し、最高のレベルでは適切な メッセージを聴取することを特徴とする請求項12又は13に記載の方法。 15.スリープモードが、移動局に残っているバッテリーの電力に左右される ことを特徴とする請求項12又は14に記載の方法。 16.基地局は、移動局の応答の時間的遅延のタイミングをとることによって 方位角及び距離を決定することで移動局の位置を推定することを特徴とする請求 項1〜15のいずれか1項に記載の方法。 17.移動局は、それぞれの基地局に対する方位角及び距離を得るため、少な くとも2つの基地局を聴取することによって三角測量を用いてその位置を計算す ることを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。 18.移動局に向けられたページングがまず最初に、移動局の最後に報告され た方向において行なわれることを特徴とする請求項1〜17のいずれか1項に記 載の方法。 19.まず、いくつかのページング試行が移動局の最後に報告された方向で行 なわれ、必要とあらば次に、最後に報告された方向のセクターを包含するより広 いセクター内でいくつかのページング試行が行なわれ、必要とあらば、完全な水 平方向一回転を走査するページング試行が行なわれることを特徴とする請求項1 8に記載の方法。 20.基地局の各ローブ内で放射される電力は、基地局のカバレージエリアの 形状を制御するべく制御されていることを特徴とする請求項1〜19のいずれか 1項に記載の方法。 21.ページングチャネルが可変的データ速度を支持していることを特徴とす る請求項1〜20のいずれか1項に記載の方法。 22.移動局が基地局の異なるローブの間で移動するとき、基地局のローブの 間のハンドオフが行なわれることを特徴とする請求項1〜21のいずれか1項に 記載の方法。 23.基地局の周波数は、その周波数が新しいセクターで使用されていない場 合、移動局に追従することを特徴とする請求項22に記載の方法。 24.基地局は、新しいセクター内で移動局のための新しい周波数に切換わる ことを特徴とする請求項22に記載の方法。
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