(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号分割多元接続技術を用いる信号を送信する基地局であって、
複数のスペクトラム拡散データ信号を合成するよう構成されたコンバイナと、
一定の期間に前記コンバイナの出力の特性を測定するよう構成された測定装置と、
前記測定装置の出力に少なくとも部分的に応答する前記コンバイナの出力を適応的に制限するよう構成された可調整信号リミタと、
前記コンバイナの出力の標準偏差を算定するよう構成されたプロセッサと
を備え、前記可調整信号リミタが前記算定された標準偏差に部分的に基づき前記コンバイナの出力を一定の電力レベルに制限するよう構成されることを特徴とする基地局。
【請求項２】
ＲＦ信号を生ずるように前記コンバイナの出力を変調するよう構成されたミキサをさらに備え、前記測定装置が前記一定の期間にわたって前記ミキサの出力を測定するよう構成されることを特徴とする請求項１記載の基地局。
【請求項３】
前記ＲＦ信号を増幅するよう構成された増幅器をさらに備え、前記測定装置が前記一定の期間にわたって前記増幅器の出力を測定するよう構成されることを特徴とする請求項２記載の基地局。
【請求項４】
前記一定の電力レベルが標準偏差の値の二倍であることを特徴とする請求項１記載の基地局。
【請求項５】
前記一定の電力レベルが少なくとも一倍の標準偏差であることを特徴とする請求項１記載の基地局。
【請求項６】
前記プロセッサは現行のユーザの数が一定の値に達するという条件で前記可調整信号リミタを機能抑止するよう構成されることを特徴とする請求項１記載の基地局。
【請求項７】
前記プロセッサが短符号の送信の期間中に前記可調整信号リミタを機能抑止するよう構成されることを特徴とする請求項１記載の基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は概括的にはスペクトラム拡散符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システムに関する。より詳細にいうと、この発明はＣＤＭＡ通信システムの中の順方向リンクおよび逆方向リンクの送信電力に適応型制限をかけるシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スペクトラム拡散変調技術を用いた無線通信システムはディジタル通信における最新技術であり普及が進んでいる。符号分割多元（ＣＤＭＡ）システムでは、データを擬似ランダムチップ符号系列で変調することにより広い帯域幅（拡散スペクトラム）を用いて伝送する。時分割多元接続（ＴＤＭＡ）や周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）など他の多元接続手法を用いた通信システムよりも伝送チャネル内の信号歪および干渉周波数に対する耐性の大きいことがＣＤＭＡシステムの利点である。
【０００３】
通信システムの性能の評価に用いられる一つの尺度が信号対雑音比（ＳＮＲ）である。受信機で所望の受信信号の大きさを受信雑音の大きさと比較する。高いＳＮＲで受信した送信信号は受信機で容易に再生できる。低いＳＮＲはデータ喪失の原因となる。
【０００４】
従来技術のＣＤＭＡ通信システムを図１に示す。この通信システムは公衆交換網（ＰＳＴＮ）の市内交換機経由で互いに接続した複数の基地局２０１、２０２、・・・、２０Ｎを含む。これら基地局２０１、２０２、・・・、２０Ｎの各々はスペクトラム拡散ＣＤＭＡを用いてセルラー領域内の移動式および固定式の加入者局ユニット２２１、２２２、・・・、２２Ｎと交信する。
【０００５】
単純化したＣＤＭＡ送信機２４および受信機２６を図２に示す。所定の帯域幅のデータ信号を擬似ランダムチップ符号系列発生器からの拡散符号と混合してディジタルスペクトラム拡散信号を発生し送信する。受信側では、データ送信に用いた擬似ランダムチップ符号系列と同じ符号系列との間で相関をとってデータを再生する。互いに異なる擬似ランダムチップ符号系列を用いることによって、多数のデータ信号またはサブチャネルが同じチャネル帯域幅を共用できる。より詳細に述べると、基地局２０１は同じ帯域幅を用いて一群の加入者局ユニット２２１、２２２、・・・、２２Ｎと交信できる。順方向リンク通信は基地局２０１から加入者局ユニット２２１、２２２、・・・、２２Ｎへの通信であり、逆方向リンク通信は加入者局ユニット２２１、２２２、・・・、２２Ｎから基地局２０１への通信である。
【０００６】
受信機２６との間の同期確保のために非変調パイロット信号を用いる。このパイロット信号によって各受信機２６は特定の送信機２４と同期をとり受信機２６におけるトラフィック信号の逆拡散を行うことが可能になる。通常のＣＤＭＡシステムでは、基地局２０１、２０２、・・・、２０Ｎの各々は特有のグローバルパイロット信号、すなわち交信範囲内の全加入者局ユニット２２１、２２２、・・・、２２Ｎが受信して順方向リンク送信を同期させるグローバルパイロット信号を送信する。例えばＢ−ＣＤＭＡ無線インタフェースなどのＣＤＭＡシステムでは、逆に加入者局ユニット２２１、２２２、・・・、２２Ｎの各々から特有のパイロット信号を送信して逆方向リンク送信を同期させる。
【０００７】
図３は従来技術による送信機２４の例である。トラフィック信号、パイロット信号および保守信号を含むデータ信号２８１、２８２、・・・、２８Ｎをそれぞれのミキサ３０１、３０２、・・・、３０Ｎを用いて特有のチップ符号系列３２１、３２２、・・・、３２Ｎでそれぞれスペクトラム拡散する。各ミキサの出力を合成器３４に加え、それによって個々のミキサ出力信号を合成信号４４の形に加算する。合成信号４４をミキサ３６により図３のＣＯＳωｔ、すなわち無線周波数（ＲＦ）搬送波と混合して無線周波数ＲＦに変調する。変調ずみの信号を増幅器３８により所定の送信電力レベル（ＴＬＰ）に増幅してアンテナ４０から放射する。
【０００８】
ＣＤＭＡシステムはたいてい適応型電力制御を用いている。ＣＤＭＡシステムでは多数の信号が同一帯域幅を共用する。加入者局ユニット２２１、２２２、・・・、もしくは２２Ｎまたは基地局２０１、２０２、・・・、もしくは２０Ｎが特定の信号を受信しているときは、同一帯域幅の中のその特定の信号以外の信号は特定の信号との関係では雑音と同様のものになる。一つの信号の電力レベルを上げると、同一帯域幅の中のそれ以外のすべての信号を劣化させる。しかし、ＴＬＰを下げすぎると受信機２６におけるＳＮＲが低下する。最低送信電力レベルで所望のＳＮＲを維持するために適応型電力制御を用いる。
【０００９】
通常は送信機２４は特定の受信機２６に信号を送る。受信側でＳＮＲを算定する。算定したＳＮＲを所望のＳＮＲ値と比較する。この比較に基づき、送信電力を上昇または低下させて逆方向リンクで信号を送信機２４に送る。この制御は順方向チャネル電力制御として周知である。加入者局ユニット２２から基地局２０への送信電力の制御は逆方向チャネル電力制御として周知である。
【００１０】
図３では適応型電力制御に増幅器６４１、６４２、・・・、６４ｎを用いている。増幅器６４１、６４２、・・・、６４ｎを合成器３４の入力に接続して各信号の電力レベルを個々に制御する。
【００１１】
図４ａ、４ｂ、４ｃおよび４ｄは三つのスペクトラム拡散信号４２１、４２２、４２３および合成出力信号４４の単純化した図解である。信号４２１、４２２、４２３は互いに異なる擬似ランダムチップ符号系列でそれぞれスペクトラム拡散するが、これら信号４２１、４２２、４２３はチップ速度で同期している。上記系列の中の個々のチップを重ね合わせると、その合成信号はチップエネルギー加算点では極端に大きい過渡成分４６、４８を、チップエネルギー減算点ではごく小さい過渡成分４７を含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
高い過渡成分ピーク値は望ましくない。ピーク値３ｄＢ増加ごとに、基本増幅電力ワット値２倍を要する。この過渡値は増幅器に負担をかけるだけでなく、増幅器用の電源の容量を最大見込過渡値よりも大きくしなければならない。手持式の電池駆動装置ではこの問題はとくに深刻である。また、大きい過渡値に伴う大容量電源の設計のためにはより複雑な増幅回路が必要になり、増幅器利得、電池寿命および通信接続時間を低下させる必要が生ずる。さらに、大きい過渡値により、増幅器３８の動作点がダイナミックレンジの非直線領域に及ぶことになり、帯域外輻射の増加や増幅器の効率低下の原因となる。したがって、従来技術におけるこれらの問題に対処した適応型送信システムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明はＣＤＭＡ通信システムで送信した信号の過渡ピーク値を低下させる複数のスペクトラム拡散データ信号をそれらデータ信号合成値対応の変動電力レベルを有する合成信号の形に合成する。その合成信号をＲＦ信号発生用に変調して送信する。その合成信号の平均電力を被選択時間長にわたって測定する。この平均電力測定値に一部基づいて算出した電力レベル計算値に上記合成信号電力レベルを適応的に制限する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
同じ構成部分には全体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。
【００１５】
図５および図６はこの発明の送信システムを示す。トラフィック信号、パイロット信号および保守信号を含む一群のデータ信号２８１、２８２、・・・、２８Ｎを互いに異なるチップ符号系列３２１、３２２、・・・、３２Ｎとそれぞれ混合し、コンバイナ３４で加算して合成信号４４を生ずる。コンバイナ３４を可調整信号リミタ（クリッパ）５０に接続し、信号電力レベルを＋βｄＢおよび−βｄＢの範囲に制限する。＋βｄＢと−βｄＢとの間の電力レベルは影響を受けない。振幅制限ずみの信号４５をミキサ３６でＲＦに変調する。変換出力信号を増幅器３８で所定の電力レベルまで増幅してアンテナ４０から放射する。
【００１６】
図７は上記合成信号の電力レベルの通常の確率分布関数を示す。図４ｄに示した合成ずみのチップ４６、４７、４８は関連の電力レベルを有する。特定の電力レベルを有する特定の合成チップの確率は図７に示すとおりになる。二つの極端な電力レベルが＋Ｋおよび−Ｋで示してある。図７に示すとおり、電力レベル＋Ｋまたは−Ｋの与えられた合成チップの確率はごく低い。一方、これら二つの極端な値の中間の電力レベルを有する与えられたチップの確率は高い。スペクトラム拡散信号は広い送信帯域幅全体にわたって拡散され合成チップが分布領域端部で電力レベルを表す確率は低いので、合成信号４４をこれら両極端値以下でクリップしても損失はほとんどない。
【００１７】
この送信システムは、送信信号対雑音比（ＳＮＲ）の低下をほとんど生ずることなく信号過渡値を除去するようにクリッピングレベルβを調節する。図８は適応型電力制御を用いていないシステムにおけるＳＮＲとクリッピングレベルとの関係を示すグラフである。実線、破線、点線は互いに異なる動作ＳＮＲの通信チャネルを示す。図８に示すとおり、二つの標準偏差値のクリッピングレベルに設定したβについてはＳＮＲの減少は無視でき、一つの標準偏差値に設定したβについてはその減少は約０．２ｄＢである。
【００１８】
図９は適応型電力制御つきのシステムについてＳＮＲ対クリッピングレベル特性曲線を示す。この特性は適応型電力制御なしのシステムで得られた結果と同様である。図９に示すとおり、二つの標準偏差値に設定したクリッピングレベルではＳＮＲの減少は無視できる。したがって、クリッピング回路は適応型電力制御付きのシステムにも適応型電力制御なしのシステムにも適用できる。
【００１９】
図５を再び参照すると、βの値の決定のためにこの発明は電力測定装置５２およびプロセッサ５４を用いる。電力測定装置５２は図５に示すとおりＲＦ増幅器３８の出力に接続するか、図６に示すとおりミキサ３６に接続する。電力測定装置５２で所定時間長にわたる送信信号の大きさの二乗の平均値を算出するのが望ましい。好適な電力測定装置５２の出力は送信中の周波数ミキサ出力４９または増幅器出力５１の分散の近似値となる。代わりに、電力測定装置５２で信号４９、５１の絶対値の平均をとって標準偏差近似値を算出するか、電力測定装置５２で信号４９、５１の大きさを測定しプロセッサで変動分または標準偏差値を算定することもできる。
【００２０】
電力測定装置５２の出力をプロセッサ５４に供給する。電力測定装置５２を増幅器３８の出力に接続した場合は、プロセッサ５４は増幅器３８の利得の分だけ装置５２の出力をスケールダウンする。プロセッサ５４はβについて適切なクリップリングレベルを算出する。所望のＳＮＲおよび帯域幅に応じて、βの値は標準偏差の倍数になる。電力測定装置５２が上記変動分の近似値を出力する場合は、プロセッサ５４はその装置５２の出力の二乗根を標準偏差とする。好ましい実施例では、βは標準偏差の２倍にする。
【００２１】
場合によってはプロセッサ５４がβの算定値をオーバライドする。例えば、送信機２５が基地局２０１、２０２、・・・、２０Ｎに用いられたものである場合は、ユーザ数の大幅な増加によりβの設定値が一時的に低くなりすぎることがあり得る。そのために受信信号ＳＮＲが所望値以下になる。必要に応じてβの値を変えるかクリッピング回路５０を一時的に機能抑止して全信号を変化なしに通過させるように基地局２０１、２０２、・・・、２０Ｎと交信中のユーザの数のデータを配線６０経由でプロセッサ５４に供給する。
【００２２】
上述の確率分布関数は大きい標本数を前提にしているので、ユーザ数が小さい場合は受信ＳＮＲが所望値を下回ることがあり得る。したがって、ごく少数のユーザが基地局２０１、２０２、・・・、２０Ｎと交信している場合は、クリッピング回路５０は機能抑止してもよい。また、ごく少数のユーザだけが活性状態にある場合は増幅器のダイナミックレンジに余裕がある。したがって、合成信号をクリップする必要はない。それ以外の場合はクリッピング回路５０をオーバライドする必要があろう。例えば、初期電力立上げの期間中に短符号を用いるＣＤＭＡシステムもある。それら短符号はランダム信号を近似するには短すぎるので、一つの符号でその信号内に多数の高い過渡ピーク値が偶然に生ずることがあり得る。これら信号の送信でクリッピングをかけると受信ＳＮＲが大幅に低下し初期電力立上げが不必要に遅れる。それらの場合は、クリッピング回路５０をオーバライドするように配線６２からプロセッサ５４に信号を供給する。
【００２３】
図１０に示した代わりの実施例では、増幅器３８の利得を制御するように配線５８経由でプロセッサ５４から制御信号を供給する。プロセッサには増幅器利得特性を蓄積しておく。増幅器の利得をこの増幅器が非直線動作領域に陥らないように制御する。したがって、帯域外輻射も近接周波数帯域における交信への干渉も減らすことができる。
【００２４】
特定の実施例を詳細に参照してこの発明を上に説明してきたが、これら実施例は説明のためのものであって限定のためのものではない。ここに開示した発明の範囲を逸脱することなくこの発明の構成および実施の態様に多数の変形が可能であることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来技術によるＣＤＭＡ通信システムの説明図。
【図２】従来技術によるＣＤＭＡ送信機および受信機の説明図。
【図３】従来技術による送信機のシステムブロック図。
【図４】図４ａは第１の擬似ランダムチップ符号系列の説明図、図４ｂは第２の擬似ランダムチップ符号系列の説明図、図４ｃは第３の擬似ランダムチップ符号系列の説明図、図４ｄは図４ａ−図４ｃのチップ符号系列の合成出力の説明図。
【図５】電力測定装置を増幅器に接続したこの発明の一つの実施例のシステムブロック図。
【図６】電力測定装置を変調器に接続したこの発明のもう一つの実施例のシステムブロック図。
【図７】合成信号の電力レベルの確率分布関数の説明図。
【図８】クリッピングレベルに対する受信信号対雑音比の低下のグラフ。
【図９】適応型電力制御を用いたＣＤＭＡ通信システムにおけるクリッピングレベルに対する受信信号対雑音比の低下のグラフ。
【図１０】プロセッサで増幅器利得を制御するこの発明のもう一つの実施例のシステムブロック図。
【符号の説明】
【００２６】
２０１・・・２０Ｎ      基地局
２２１・・・２２Ｎ      加入者局ユニット
２８１・・・２８Ｎ      データ信号
３０１・・・３０Ｎ、３６  ミキサ
３２１・・・３２Ｎ      チップ符号系列
３４                  合成器（コンバイナ）
６４１・・・６４Ｎ、３８  増幅器
５０                  可調整信号リミタ（クリッパ）
５２                  電力測定装置
５４                  プロセッサ
【図１】
0004750763.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0004750763.tif 000010
【図１０】
0004750763.tif 000011