(57)【要約】本発明は、インテリジェント中継装置（１３０）の使用を通じて、スペクトラム拡散ベース無線ネットワークの有効エリアおよび通信容量を拡大するシステム（１００）および方法に関する。システム（１００）は、所望の信号だけを中継可能な低コストのチャンネル選択型中継装置（１３０）で増大した無線通信ネットワークを備え、それによって望ましくない干渉を抑制するとともにネットワーク容量を増加できる。中継装置（１３０）は、既存のネットワークトポロジまたは制御構造への影響を最低限で、既存の無線ネットワークに組み込める。
2006501759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信ネットワークであって：
少なくとも１つの指定エリアと；
前記少なくとも１つの指定エリアのそれぞれと関連する１つの基地局であって、前記ネットワークへのアクセスを望む複数のユーザ装置（ＵＥ）に対して、ダウンリンク信号を前記ＵＥへ送信することによって無線通信を提供する基地局と；
前記基地局と関連する中継装置であって、前記基地局によって前記ＵＥへ送られた前記ダウンリンク信号を捕捉し、前記ＵＥの内の選択されるひとつへ送信される前記捕捉したダウンリンク信号の内の１つを弁別的に選択可能であるとともに、前記選択したダウンリンク信号を増幅および送信可能な中継装置と；を備える、
無線通信ネットワーク。
【請求項２】
前記中継装置が、前記増幅した選択した信号を前記選択されたＵＥへ帯域内で送信する、
請求項１の無線通信ネットワーク。
【請求項３】
前記選択したダウンリンク信号が、データ情報および制御情報の両方を含む、
請求項１の無線通信ネットワーク。
【請求項４】
前記中継装置が、前記ＵＥから前記基地局へのアップリンク信号を捕捉可能で、前記アップリンク信号の内の１つを弁別的に選択可能で、ならびに前記選択したアップリンク信号を増幅および送信可能である、
請求項１の無線通信ネットワーク。
【請求項５】
前記選択したアップリンク信号が、データ情報および制御情報の両方を含む、
請求項４の無線通信ネットワーク。
【請求項６】
前記中継装置が、前記ＵＥから前記基地局への全てのアップリンク信号を捕捉可能であるとともに、全ての前記アップリンク信号を非弁別的に増幅および送信可能である、
請求項１の無線通信ネットワーク。
【請求項７】
前記中継装置がまた、全ての前記ダウンリンク信号を非弁別的に増幅および送信可能である、
請求項４の無線通信ネットワーク。
【請求項８】
前記選択されたＵＥが、前記選択したダウンリンク信号が前記基地局によって送信される時間と、前記選択したダウンリンク信号が前記中継装置によって増幅および送信される時間との間の所定時間遅延を許容可能で；そして前記中継装置が、前記所定時間遅延内に前記選択したダウンリンク信号を選択、増幅および送信可能である、
請求項１の無線通信ネットワーク。
【請求項９】
前記中継装置が、前記中継装置および前記基地局間の通信経路が複数存在することによって発生する干渉を補償する等化フィルタを備える、
請求項１の無線通信ネットワーク。
【請求項１０】
前記等化フィルタが適応型等化フィルタである、
請求項９の無線通信ネットワーク。
【請求項１１】
前記中継装置が、前記送信した選択したダウンリンク信号の搬送波周波数と、前記基地局が当初送信した前記選択したダウンリンク信号の搬送波周波数とを、前記ＵＥにとって許容可能な公差で合致させる位相ロックループを含む、
請求項１の無線通信ネットワーク。
【請求項１２】
インテリジェント無線周波数（ＲＦ）信号中継装置であって：
第１のＲＦ信号を受信する第１のアンテナサブシステムと；
前記受信した第１のＲＦ信号をディジタルストリームに変換する第１のサブシステムと；
前記ディジタルストリームを復調し、前記受信した第１のＲＦ信号内の通信情報を引き出す第２のサブシステムと；
前記引き出した通信情報からデータチャンネルおよび制御チャンネルを再構成する第３のサブシステムと；
前記データチャンネルの内の１つを選択し、その中の情報を増幅する第４のサブシステムと；
前記増幅した情報を第２のＲＦ信号に変換する第５のサブシステムと；
前記第２のＲＦ信号を送信する第２のアンテナサブシステムと；を備える、
インテリジェント無線周波数（ＲＦ）信号中継装置。
【請求項１３】
前記第１および第２のアンテナサブシステムが高利得アンテナサブシステムである、
請求項１２のインテリジェントＲＦ信号中継装置。
【請求項１４】
前記第２および第３のサブシステムがフィールドプログラムゲートアレイ（ＦＰＧＡ）によって実装される、
請求項１２のインテリジェントＲＦ信号中継装置。
【請求項１５】
前記第４のサブシステムが汎用プロセッサによって実装される、
請求項１２のインテリジェントＲＦ信号中継装置。
【請求項１６】
更に、前記第１および第５のサブシステムに結合され、前記第１および第５のサブシステム間の信号分離を提供するアナログキャンセル回路を備える、
請求項１２のインテリジェントＲＦ信号中継装置。
【請求項１７】
更に、前記第１および第５のサブシステム間の信号分離を提供するディジタルキャンセル回路を備える、
請求項１２のインテリジェントＲＦ信号中継装置。
【請求項１８】
前記ディジタルキャンセル回路がフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）によって実装される、
請求項１７のインテリジェントＲＦ信号中継装置。
【請求項１９】
更に、前記受信したＲＦ信号内のマルチパス成分によるチャンネル分散の影響を緩和する適応型ディジタル等化フィルタを備える、
請求項１２のインテリジェントＲＦ信号中継装置。
【請求項２０】
前記適応型ディジタル等化フィルタがフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）によって実装される、
請求項１９のインテリジェントＲＦ信号中継装置。
【請求項２１】
ＲＦ信号を受信および中継する方法であって：
第１のＲＦ信号を受信するステップと；
前記第１のＲＦ信号を処理してデータチャンネルと制御チャンネルとを弁別するステップと；
所定基準に基づいて前記データチャンネルの内の１つを選択するステップと；
前記選択したデータチャンネルを第１の出力ＲＦ信号に増幅および変換するステップと；
前記第１の出力ＲＦ信号を帯域内で送信するステップと；を含む、
方法。
【請求項２２】
前記制御チャンネルが、パイロット、同期およびページングチャンネルを含む、
請求項２１の方法。
【請求項２３】
前記第１のＲＦ信号が、無線通信ネットワークにおける１つ以上の利用者ユニットに向けられるものである、
請求項２１の方法。
【請求項２４】
前記第１のＲＦ信号が、無線通信ネットワークにおける基地局に向けられるものである、
請求項２１の方法。
【請求項２５】
更に：
前記無線通信ネットワークにおける基地局に向けられた第２のＲＦ信号を受信するステップと；
前記第２の信号を処理してデータチャンネルと制御チャンネルとを弁別するステップと；
前記第２のＲＦ信号からの全ての前記データチャンネルを第２の出力ＲＦ信号に増幅および変換するステップと；
前記第２の出力ＲＦ信号を送信するステップと；を含む、
請求項２３の方法。
【請求項２６】
更に：
前記無線通信ネットワークにおける１つ以上の利用者ユニットに向けられた第２のＲＦ信号を受信するステップと；
前記第２のＲＦ信号を処理してデータチャンネルおよび制御チャンネルを弁別するステップと；
前記第２のＲＦ信号からの全ての前記データチャンネルを第２の出力ＲＦ信号に増幅および変換するステップと；
前記第２の出力ＲＦ信号を送信するステップと；を含む、
請求項２４の方法。
【請求項２７】
更に：
前記送信したＲＦ信号の時間遅延公差を決定するステップと；
前記処理、選択および変換ステップが前記時間遅延公差内に行われることを保証するステップと；を含む、
請求項２１の方法。
【請求項２８】
前記受信したＲＦ信号が、複数の利用者ユニットに向けられており、前記時間遅延公差が、前記利用者ユニットの内の１つによるデータチャンネルのダイバーシティ結合を許容する時間遅延を含む、
請求項２７の方法。
【請求項２９】
前記保証ステップが、前記利用者ユニットを含む無線ネットワークにおいて、前記制御チャンネルの時間参照の内の１つを通じた時間遅延探索窓のソフトウェアパラメータを設定するステップを含む、
請求項２７の方法。
【請求項３０】
前記第１のＲＦ信号が、無線通信ネットワークにおける１つ以上の利用者ユニットに向けられており、前記方法は更に、前記１つ以上の利用者ユニットへの通信経路が複数存在することによって発生する干渉を補償するステップを含む、
請求項２１の方法。
【請求項３１】
前記第１のＲＦ信号が、無線通信ネットワークにおける基地局に向けられており、前記方法は更に、前記基地局への通信経路が複数存在することによって発生する干渉を補償するステップを含む、
請求項２１の方法。
【請求項３２】
更に：
前記第１の出力ＲＦ信号の搬送波周波数と、前記第１のＲＦ信号の搬送波周波数とを、許容公差で合致させるステップ；を含む、
請求項２１の方法。
【請求項３３】
無線通信ネットワークにおいて複数の基地局と複数のＵＥとの間で通信されるＲＦ信号を選択的に中継する方法であって：
第１の基地局から前記複数のＵＥへ送信されたＲＦ信号を受信するステップと；
前記受信したＲＦ信号内に埋め込まれた、受信した通信チャンネルを識別するステップと；
前記複数のＵＥから、前記第１の基地局以外の基地局とソフトハンドオフ関係にある第１のＵＥを識別するステップと；
前記受信した通信チャンネルの内の第１の通信チャンネルを、ソフトハンドオフ関係にある前記識別したＵＥと関連付けるステップと；
前記受信した第１の通信チャンネルに所定利得値を適用するステップと；を含む、
方法。
【請求項３４】
更に：
前記複数のＵＥから、前記第１の基地局以外の基地局とソフトハンドオフ関係にある第２のＵＥを識別するステップと；
前記受信した通信チャンネルの内の第２の通信チャンネルを、ソフトハンドオフ関係にある前記識別した第２のＵＥと関連付けるステップと；
前記受信した第２の通信チャンネルに前記所定利得値を適用するステップと；を含む、
請求項３３の方法。
【請求項３５】
更に：
前記受信した第１の通信チャンネルの信号対推論雑音比（ＳＩＮＲ）を測定するステップと；
前記受信した第２の通信チャンネルのＳＩＮＲを測定するステップと；
前記所定利得値を一旦修正して、前記第１の通信チャンネルの前記ＳＩＮＲの前記測定に基づいて第１の固定利得値を生成するステップと；
前記所定利得値を一旦修正して、前記第２の通信チャンネルの前記ＳＩＮＲの前記測定に基づいて第２の固定利得値を生成するステップと；
前記受信した第１の通信チャンネルに前記第１の固定利得値を適用するステップと；
前記受信した第２の通信チャンネルに前記第２の固定利得値を適用するステップと；を含む、
請求項３４の方法。
【請求項３６】
無線通信ネットワークにおいて基地局と複数のＵＥとの間で通信されるＲＦ信号を選択的に中継する方法であって：
前記基地局から送信されたＲＦ信号を受信するステップと；
前記基地局から前記複数のＵＥへのダウンリンク通信に使用される、前記ＲＦ信号に埋め込まれた初期通信チャンネルを識別するステップであって、前記初期通信チャンネルのそれぞれに対して、前記基地局によって提供される関連のベース利得が適用されるステップと；
前記通信チャンネルのそれぞれの信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を監視するステップと；
前記初期通信チャンネルの内の第１の初期通信チャンネルの前記ＳＩＮＲが第１の所定閾値に達したことを検出すると、前記第１の初期通信チャンネル、および前記ＵＥの内の関連する第１のＵＥを選択し、前記選択した第１の初期通信チャンネルに選択した利得値を適用して、前記第１の初期通信チャンネルの増幅バージョンを中継用に生成するステップと；
第１に、前記第１の初期通信チャンネルの前記増幅バージョンのＳＩＮＲが第２の所定閾値に達するか判定するステップと；
第２に、前記関連する第１のＵＥにおいて、前記第１の初期通信チャンネルが前記第１の通信チャンネルの前記増幅バージョンに対して支配的であるか判定するステップと；
前記関連のベース利得および／または前記選択した利得値を変化させて、前記第１の初期通信チャンネルおよび前記第１の初期通信チャンネルの前記増幅バージョンの内の支配的である方の、前記関連する第１のＵＥにおける前記ＳＩＮＲの所望値を維持するステップと；を含む、
方法。
【請求項３７】
前記関連する第１のＵＥにおける前記第１の初期通信チャンネルの前記ＳＩＮＲが、前記第１の初期通信チャンネルの前記増幅バージョンの前記ＳＩＮＲよりも所定マージンだけ大きい時に、前記第１の初期通信チャンネルが、前記第１の初期通信チャンネルの前記増幅バージョンに対して支配的である、
請求項３６の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００１年９月１７日に出願され、本明細書で親出願として参照する米国特許出願第０９／９５３，１５７号、発明の名称「多重アクセス干渉制限されたスペクトラム拡散無線ネットワークの容量およびダウンリンク能力を増加するリモートダウンリンク送信機のための方法およびシステム」の一部継続出願であり、そのすべてを参照により組み込む。
【背景技術】
【０００２】
発明の分野
本発明は一般に無線ネットワークおよび通信システムに関する。より詳細には、本発明の好ましい実施の形態は、スペクトラム拡散通信システムにおいて通信チャンネルおよび信号の選択的増幅をサポートするインテリジェント中継装置を提供する方法およびシステムに関する。
【０００３】
関連技術の説明
十年来、スペクトラム拡散無線通信分野が活況を呈している。例えば、１９９０年２月１３日にＫ．Ｇｉｌｈｏｕｓｅｎ他に対して発行された米国特許第４，９０１，３０７号には、典型的な符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システムの諸利点が記載されている。数多くの要素がスペクトラム拡散無線ネットワークの容量を決定付けているが、各ネットワークノードにおける受信信号パワーおよび雑音パワーはネットワーク容量を検討する際に重要な要素である。ネットワーク容量を増加するための従来の手法のほとんどは、１）信号パワーを増加する、２）干渉を低減する、または３）より低い信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）に対する耐性を与えるための手段と見ることができる。このような状況において、地方エリア内で、または遮断されたもしくは陰になったエリア内へネットワーク有効範囲を拡大するため、従来型中継装置は、受信信号パワーを増加し、および発信ノードの送信パワー要件を減少するための手段として古典的に用いられてきた。当該技術分野で理解されるように、中継装置とは信号を増幅または再生して送信距離を延長する装置である。しかしながら、ネットワーク利用が、特に都市部の利用者密集エリアにおいて伸び続けるに従って、過剰な多重アクセス干渉（ＭＡＩ）がネットワーク容量の主たる制限要因となっている。このネットワーク状態は限界容量に達した状態として知られている。従来型中継装置は全受信信号を増幅するため、信号対干渉パワー比はほとんど向上しない。その結果、従来型中継装置は一般に、限界容量の増加に関しては効果がない。当該技術分野で理解されるように、ＭＡＩは、ＣＤＭＡディジタル送信ベースのような、第２世代スペクトラム拡散ベースの無線サービスの実効容量および性能を制限する著しい雑音ソースである。前述のネットワーク容量を増加する手法を利用した、スペクトラム拡散無線システムに関連するＭＡＩを補償する技法が幾つか提案されている。
【０００４】
ＭＡＩを補償し、および信頼性の高い通信を確実にする最先端の従来技法は、移動局および基地局（ＢＳ）の両方からの送信パワーを制御するものである。この技法の幾つかの例は、米国特許第６，１１９，０１０号、第６，１１８，９８３号、および第６，１０４，９３３号に記載されている。第２の技法は、受信および送信アンテナのパターンを制御することによるものである。サービスエリアを独立したセクタに分割することによって、または干渉者を適応的に無効化する（所謂「時空間適応処理」）ことによって、方向的に分解可能な他のユーザからのＭＡＩを大幅に減少できる。米国特許第６，１０１，３９９号、第６，０７８，８２３号、および第５，９５３，３２５号がこの技法の例である。更に別の技法は、米国特許第６，０８１，５１６号、第６，０１４，３７３号、および第５，９５６，３３３号に示すように、受信機内で複雑な非線形アルゴリズムを利用して、多数のユーザからの信号を同時に推定するというものである。マルチユーザ検出（ＭＵＤ）と称されるこれらのアプローチは、受信機において大量の演算リソースを必要とするため、（ＢＳにおける）アップリンク用途には適するが（移動局での）ダウンリンクには適さない。
【０００５】
前述したように、スペクトラム拡散無線通信分野には中継装置の使用も導入されている。従来型中継装置は２つのカテゴリー、すなわちチャンネル変換またはマルチパスシミュレーションのいずれかに該当することが明らかである。チャンネル変換型中継装置は、中継装置で受信した信号を、別の周波数帯または別のチャンネルコード等、代替の無線リソースへ変換する。次世代、すなわち第３世代（３Ｇ）ＣＤＭＡシステムの業界規格団体は、かかる中継装置の一実装をその規格に含めている。機会駆動多重アクセス（ＯＤＭＡ）と称されるその構成は、第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）の技術報告書２５．９２４、１．０．０版で検討されている。米国特許第５，８８７，２６１号および第６，１４１，５３３号等、幾つかの特許は中継装置の使用に関するものである。具体的には、米国特許第５，８８７，２６１号は非選択的チャンネル変換型中継装置を記載し、米国特許第６，１４１，５３３号は選択したトラフィックおよび制御チャンネルを変換および中継する中継装置設計を記載している。この選択的な設計は、ネットワークインフラへのリンクが典型的なネットワーク音声、および実際のＢＳへの戻りがトラフィックチャンネルによって行われるという点を除いて、ＢＳの機能性をほぼ有するものとみなせる。これに対し、マルチパスシミュレーション型中継装置は一般に、受信したＲＦ信号全体に対して、数マイクロ秒オーダの遅延を与え、そしてその信号を再送信する。その目的は、中継装置が見たあらゆる信号ダイバーシティを、リンク終了時にＲＡＫＥ受信機で利用できるように保存しておくことである。米国特許第５，９３０，２９３号、第５，６５２，７６５号、第５，９９１，３４５号、および第６，０３５，２１８号がその例である。
【０００６】
加えて、米国特許第５，８３５，８４８号、第５，８１２，９３３号、および第６，１０８，３６４号は、周波数変換を行わない中継装置の送信および受信サブシステム間が相当に分離していることの必要性に焦点を当てている。最後に、米国特許第５，９３６，７５４号、第５，８６７，４８５号、および第５，８０９，４２２号等、帯域内無線周波数（ＲＦ）送信以外の手段を経由してＢＳへリンクされて、アップリンクおよびダウンリンクの両方をサポートする遠隔エミッタを提供する特許がある。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４，９０１，３０７号
【発明の開示】
【０００８】
ＢＳの潜在的に高い演算能力により、精巧な信号処理アルゴリズム（例えば浮動点小数計算、複雑な復調アルゴリズム、および多重アンテナストリーム）を利用して、スペクトラム拡散無線ネットワークにおいて、移動局から基地局への信号（アップリンク、すなわち逆方向リンク）の受信容量およびＭＡＩの緩和能力を増加させることが可能である。しかしながら、基地局から移動局へのリンク（ダウンリンク、すなわち順方向リンク）は、ＢＳと比較して精巧でないのが典型的な、携帯電話等の移動局ハードウェアによる制限を受ける。従って、移動局利用者側にそのような高い演算能力がないために、システム性能の最適化およびシステム容量のバランス化を妨げるネットワークのアンバランスが生じる。
【０００９】
前述のタイプの従来型中継装置および遠隔エミッタを使用して、ＭＡＩの緩和における上記のネットワークのアンバランスに対応してきた。従来型中継装置は、特定ユーザの放射パワーだけでなく全ての帯域内信号を増加させるのが典型的である。しかしながら、ネットワーク容量制限、すなわち極限容量に達したネットワーク状態は、新たなユーザの干渉を克服するために増加した信号パワーがほとんど役に立たないという点で独特である。信号パワーを増加させようとする際に全ユーザに対する送信パワーが増加するので、ＭＡＩレベルがほぼ比例して上昇し、その結果やはり不適正なＳＩＮＲ値になってしまう。このような状況において、従来型中継装置は、特にダウンリンクにおいて、極めて重要なＭＡＩ等の干渉を含む帯域内の全エネルギーを非弁別的に増幅してしまうので、効果的でない。
【００１０】
結果として、ほとんどの従来型中継装置は、遠距離でまばらな、陰になったユーザを伴う無線ネットワークについては有効範囲および容量の両方を極めて効果的に増加させることが可能な一方、ほとんどのユーザにとってＭＡＩが受信機の雑音に対して支配的であることがよくある、現代の都市部の高密度無線通信ネットワークにおいてはさほど効果的でない。そのため、都市部における従来型中継装置は、無線ネットワークにおいてよく用いられるセル式構造の基本的な地理単位であるネットワークセルの有効範囲のみ増加させ、その容量は実質的に増加させない。これらの従来型中継装置が本発明と異なるのは、それらの非選択的特性である。
【００１１】
前述のような従来型のチャンネル変換型中継装置の中には、何を中継するかという点で実際に選択的なものもある。しかしながら、これらの中継装置は、チャンネルを変換することによって余分なネットワーク無線リソースを消費し、そのため全体的なネットワーク計画の中で検討しなければならず、それらのネットワークへの統合を複雑化させている。加えて、これらの中継装置の選択機能は、ＢＳのアクセス、ページングおよびハンドオフ挙動を本質的に模倣することによって達成されている。このアプローチは、かかる中継装置のハードウェアおよびソフトウェア要件を大幅に複雑化させる。これらの従来型中継装置が本発明と異なるのは、それらを全体的な無線ネットワークインフラストラクチャへ統合する際の複雑さである。
【００１２】
同様に、前述の従来型遠隔エミッタは、有効エリアを拡大するだけのために通信ダウンリンクおよびアップリンクの両方をサポートしなければならないが、アップリンクのサポートは、ダウンリンクのサポートと比べてはるかに複雑かつコストがかかる。そのため、高密度無線通信エリアにサービスを提供するスペクトラム拡散無線ネットワークのコール容量および有効エリアを、経済的に増加させるニーズが存在する。親出願は、遠隔ダウンリンク送信機（ＲＤＴ）を利用するデュアルスケールのセル式アーキテクチャの使用を示しており、アップリンクはマクロセルシステムを通過する一方、ダウンリンクはマイクロセルシステムを通過する。ＲＤＴおよび関連機能の利用により、アップリンク容量を増加させる種々の解決法を効率的に補完する、実効ダウンリンク容量を数倍に増加させるコスト効果的な解決法が提供されることを示した。親出願はまた、ＲＤＴ技術の適用により、無線サービスプロバイダが、いかなる既存容量への影響を無視できる程度としつつアップリンク物理層への変更をほとんど要さずに、ネットワークのダウンリンク上で高速なデータダウンロード能力を提供することを可能にする。
【００１３】
従って、本発明の好ましい実施の形態は更に、無線スペクトラム拡散ネットワークにおいてユーザの信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を他のユーザのＳＩＮＲを低下させることなく増加させることが可能で、そのため全体的なネットワーク容量を増加させる潜在性を有する中継装置技術を開示する。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態はまた、所望のチャンネル中の信号だけを中継可能なチャンネル選択型中継装置（ＣＳＲ）についての方法およびシステムを提供し、それによって望ましくない干渉を抑制するとともに、結果的にネットワーク容量を増加できるＣＳＲは、ＲＤＴアーキテクチャの主要な特長を維持しつつインテリジェント中継装置能力やその他の先進的な特長を組み込んだ、すなわち、ＣＳＲの既存ネットワークインフラストラクチャへの統合に伴うコストを低く、かつその影響を最低限にした、ＲＤＴ技術の発展型を表すものである。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態はまた、トラフィックチャンネル別に増幅パワー制御を行って、ネットワーク容量を更に増加させる適応型閉ループロジックを提供し、制御ロジックは、移動装置が報告する情報よりもむしろ、ＢＳおよびＣＳＲ間の通信リンクのＳＩＮＲによって駆動される。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態はまた、既存の無線通信ネットワークインフラストラクチャへの中継装置の統合に伴って生じる影響を最低限にした、低コストのインテリジェント信号中継装置についての方法およびシステムを提供し、中継装置はネットワークへ物理的に接続する必要がなく、既存のネットワーク層トポロジや制御構造の変更もほとんど、あるいは全くない。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態はまた、ネットワークの選択したトラフィックおよび制御信号だけを増幅および中継して、ネットワークの容量および有効範囲を増加させるインテリジェント中継装置を統合した無線通信ネットワークについての方法およびシステムを提供する。各中継装置は、次のタスクの内の１つ以上を実行できる：１）ネットワークの既存ＢＳダウンリンクからのリンクを受動的に観察および捕捉し；２）ディジタル表現から送信用信号を構成して、不必要な干渉および雑音の放出を回避し；３）ネットワークユーザへの送信信号を単純にＢＳ信号の新たなマルチパス成分として送信して、専用の制御機能、新たなネットワーク無線リソースあるいは複雑なネットワーク管理アルゴリズムの要件を回避し；そして、４）アップリンクおよびダウンリンクパスについて別個のモジュール式ソリューションを持つデュアルモードアーキテクチャを組み込む。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態はまた、アップリンクまたはダウンリンクのいずれかにおいて受信する、トラフィック信号のあらゆる組み合わせを自動的に中継する信号中継装置についての方法およびシステムを提供し、全ての帯域内無線周波数信号を中継するアナログモードを含む。
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態はまた、チャンネルコードの直交性をほぼ完璧に復元し、および中継装置受信機におけるセル外の干渉パワーを低減することによって、中継装置での中継用に選択したダウンリンク通信チャンネルの要求送信パワーを最小化する方法およびシステムを提供する。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態は加えて、信号中継装置の搬送波位相基準を、適切な標準によって規定されたネットワークの周波数公差内に維持する方法およびシステムを提供する。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態はまた、少なくとも１つのインテリジェント中継装置で増大した無線通信ネットワークについての方法およびシステムを提供し、かかる中継装置は：１）中継装置が信号受信、復調、チャンネル選択およびダウンリンク再構成できる範囲で、マルチパス遅延を許容し；２）中継装置がどのダウンリンクチャンネルに対してサービスを提供するのが最善かを、各中継装置が自立的に、かつ確実に決定できるように開発されたアルゴリズムを実装し；３）中継装置の受信機サブシステムおよび送信機サブシステム間の分離を幅広く保護し；４）ネットワークにとって許容可能な公差で、中継装置の周波数参照をＢＳと合致させ；５）各ダウンリンクトラフィックチャンネルに対する中継装置の利得を最適化してネットワーク容量を増加させ；および／または、６）中継装置が中継しているチャンネルについてＢＳおよび中継装置間の低パワーリンクを可能にして、更に容量を増加させる設計特長を組み込んでいる。
【００２２】
本発明の更なる態様および新規な特長は、その一部を以下に続く説明で提示し、またその一部は開示の検討によって当業者に明らかになろう。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
好ましい実施の形態を以下の図面によって例示的に説明するが、それらによって限定されることはないものとする。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明の説明的例示を添付の図面に示し、図面は、選択した通信チャンネルを増幅することによって、都市部の高密度スペクトラム拡散（例えばＣＤＭＡ）無線ネットワークにおける容量拡張を提供できるインテリジェントチャンネル選択型中継装置（ＣＳＲ）の方法およびシステムを示す。なお、本明細書でいう選択チャンネルの増幅とは、選択したチャンネル内の信号の増幅を意味する。参照のため、親出願で開示されているＲＤＴを敷設したネットワークアーキテクチャを図１Ａに示す。親出願で述べているように、ＲＤＴを装備したネットワークにおいて、ＢＳが移動ユーザのアップリンクを継続的に提供し、一方でＲＤＴがダウンリンクを提供している。ＲＤＴはまた、本発明のＣＳＲが移動ユーザに対してサービスを提供するのに用いるものとは異なるソースを用いて、選択チャンネルのダウンリンクトラフィックをＢＳから受信する。ＲＤＴを装備したネットワークは、どのユーザをＲＤＴでサービスを提供するのが最良であるかを判断し、その決定を順方向リンクマネジャが利用してＲＤＴを制御する。図１Ａと同様のネットワークであって、ＲＤＴをＣＳＲで代用したものを図１Ｂに示す。図１Ｂは、本発明の実施の形態に従うＣＳＲを装備した無線ネットワークの１セルの基準アーキテクチャ１００を示す。本発明を組み込む無線ネットワークは、アーキテクチャ１００を有する１つ以上のかかるセルを含み得ることが理解されよう。セル１００の基本的な動作は以下の通りである。ユーザ装置（ＵＥ）１１０（例えば携帯電話または無線通信可能なその他の装置）を持つ移動ユーザ１は、セル１００内に配置されたＣＳＲ１３０によって彼／彼女が好ましくサービスを提供されるような場所にいる。ＣＳＲ１３０は移動ユーザ１を選択し、彼／彼女のＵＥ１１０のトラフィックチャンネルを反響させる。別の携帯電話等のＵＥ１２０を持つ移動ユーザ２は、彼／彼女がＢＳ１５０によって最良にサービスを提供されるような場所にいる。移動ユーザ２のＵＥ１２０からのリンクは、ＣＳＲ１３０で受信できるにもかかわらず、ＣＳＲ１３０によって中継されることはない。
【００２５】
本発明の実施の形態によれば、ＣＳＲ１３０は、個々の選択チャンネル内の信号を復調および復号し、そして当該選択チャンネル内のかかる信号を多重化および再変調することによって、選択したトラフィックチャンネル内の信号を選択的に増幅できる。このようにして、ＣＳＲ１３０は、ＵＥ１１０および１２０の両方への、およびそれらからのリンクを受信できるが、ＵＥ１１０への、およびそれからのリンクだけ反響させる、すなわち中継する。ＣＳＲによるチャンネル選択のロジックは後述する。本発明の根底にある思想は、ＣＳＲ信号をＢＳの高パワーマルチパス成分のように見せるというものである。そうすることにより、ＣＳＲを装備したネットワークにおいて、既存のマルチパス利用アルゴリズムでＣＳＲ信号およびＢＳ信号間でユーザをシームレスに遷移できる。
【００２６】
ＣＳＲを装備したネットワークの容量拡張を確認するため、詳細で高忠実度のネットワークモデルを開発し、それを用いて、１）基準となるＩＳ−９５Ｂ準拠の都市型ネットワーク、２）従来型アナログ中継装置で強化した基準ネットワーク、および、３）本発明のＣＲＳで強化した基準ネットワークの容量を評価した。当該技術分野で理解されるように、ＩＳ−９５Ｂは無線通信産業におけるディジタルＣＤＭＡ規格である。前述のシミュレーションは、各セルが３セクタ、およびセル半径が２ｋｍの３７個のセルで構成されるネットワークに基づいている。現実のネットワークに即した物理層パラメータおよびパワー制約を用いた。各中継装置（従来型アナログ中継装置およびＣＳＲ）は、セルの中心とセルの境界との中程に配置した。本発明の実施の形態に従う、ＢＳおよび中継装置を配置したネットワークモデルの単一セルのセクタ化の例を図２に示す。ＢＳは、セルの各セクタの境界を区切る３本の黒線の共通の端点である中央に配置される。各セクタの中継装置は大ドット２１０として示す。環状の境界２３０で囲まれた各ドットは、中継装置によってサービスを提供されるネットワーク利用者（すなわち移動ユーザ）を表し、環状境界２３０の外側の各ドットは、中央のＢＳによってサービスを提供されるネットワーク利用者を表す。結果として得られた容量を表１に詳細に記載する。表１は、ＩＳ−９５Ｂネットワークにおいて種々の構成で維持される最大ｋｂｐｓ／セルという観点での、高忠実度ネットワークモデルの分析結果を示す。最大負荷は、ユーザ（すなわち、彼ら／彼女らのＵＥ）の５％以上がサービスを提供されない状態として定義する。
【００２７】
【表１】
2006501759.tif 000003
【００２８】
前述したように、従来型ダウンリンク中継装置は、中継装置経由のユーザだけでなく全ユーザに対するトラフィックチャンネルの信号を増幅するため、セル領域の外側における干渉レベルを不必要に増加させてしまう。この事実が、従来型中継装置が都市部の高密度ダウンリンクに対してそれほど容量を増加できないことに対する主な説明である。更なる分析では、セル毎のｋｂｐｓ容量は、特定品質のサービスの混合、すなわち音声対データリンクによっては、ほとんど影響を受けないことが分かった。また、ネットワーク負荷を地理的に集中させて増加した場合は、図３に示すように、ＣＳＲの容量拡張はアップリンクおよびダウンリンクパスについて１００％を超えることができる。換言すれば、ネットワークセル全体に均等に分散させるのではなく、「ホットスポット」として地理的に集中させてネットワーク負荷を増加した場合に、容量向上の観点でのセルにおけるＣＳＲの利点が顕著になる。
【００２９】
本発明のＣＳＲが特定トラフィックチャンネル内の信号を選択的に増幅するのに用いる技法は、ＣＳＲの入力および出力間に待ち時間を生じる。これは、ＣＳＲが所与の時間制約内に以下の機能の実行を課されるためである。すなわち、１）受信信号内のウォルシュコードの６４個の連続チップ（すなわち単一のデータビットで変調され、拡散信号内で用いられるビット）を受信し；２）各受信信号内のスクランブルを発生する短い擬似ランダム雑音（ＰＮ）コードまたはシーケンスを除去し；３）各コードチャンネルにより搬送されるビットをコヒーレントに復調し；４）増幅するコードチャンネルを選択してチャンネル別の利得係数を適用し；５）選択したコードチャンネルを合計し；６）適切な短いＰＮシーケンスでスクランブル化し；そして、７）ダウンリンク搬送波上に再変調する機能である。これには、５０μ秒（ウォルシュコード全体の受信に必要な時間）が必要なこともある。演算を行ったところ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）設計は後続の上記ステップ２から７の処理を３０μ秒未満で実行し、全体的な遅延は８０μ秒未満であった。本発明の一実施の形態によれば、ＣＳＲを無線ネットワークに組み込むための待ち時間要件は、ＩＳ−９５Ｂ仕様における１つのネットワークソフトウェアパラメータ、ＳＲＣＨ＿ＷＩＮ＿Ａの修正により吸収できる。
【００３０】
ＵＥは、ＣＳＲからの中継信号を適切に処理するために、まずその信号を好適な信号レプリカ（すなわちＢＳ信号のマルチパス成分）として識別でき、そしてかかる信号を、プライマリセル内のＢＳからの、あるいはＵＥとソフトハンドオフ関係にある各セルのＢＳからの受信信号と、コヒーレントに結合できなければならない。当該技術分野で理解されるように、ソフトハンドオフとは、あるセクタから他のセクタへの（すなわち、ある送信機から他の送信機への）セル式送信の切り替えを意味し、ＵＥが同時に複数のＢＳからの信号を受信および結合することを通常要求する。従って、ＣＳＲによる８０μ秒（〜１００チップ）の遅延によって、ＵＥのＲａｋｅ受信機において中継信号の利用が妨害されることはないことを示さなければならない。当該技術分野で理解されるように、携帯電話等の各ＵＥはＲａｋｅ受信機を用いて、ＢＳから生成される信号のマルチパス成分を処理する。同様に、各ＢＳもＲａｋｅ受信機を用いて、ＵＥから生成される信号のマルチパス成分を処理できる。ＩＳ−９５Ｂ仕様は、各ＵＥが、パイロット信号を探索して求め、それらのうちＲａｋｅ受信機による処理における使用に好適な強度のものを識別することを課される別々の処理素子を維持することを要求している（ＡＮＳＩ／ＴＩＡ／ＥＩＡ−９５−Ｂ−１９９９、第６．２．２．１項）。そのため、この探索器によるＣＳＲパイロット信号（すなわちＣＳＲパイロットチャンネルからのパイロットビット）の検出を確実にするために、ネットワークにおけるＳＲＣＨ＿ＷＩＮ＿Ａパラメータ値を（ＡＮＳＩ／ＴＩＡ／ＥＩＡ−９５−Ｂ−１９９９、表６．６．６．２．１−１に従って）１３に設定するのが望ましい。これによって各ＵＥは強制的に、識別したあらゆるパイロットチャンネルを通じた±１１３チップの窓を、関連するマルチパス成分を求めて探索することになる。より大きな検索窓でもよいが、ＩＳ−９５Ｂ仕様はこれを超える値の使用はＵＥに要求していない。ＵＥが初期にＣＳＲパイロットチャンネルまたはＢＳパイロットチャンネルのいずれに同期していても、ＵＥ探索器は両方をＵＥのＲａｋｅ受信機に取り込む候補として継続的に評価することになる。ＩＳ−９５Ｂ仕様は更に、各ＵＥが、ダウンリンクトラフィックチャンネルを復調できる少なくとも３つの独立した処理素子（Ｒａｋｅ相関器またはフィンガ）をサポートすることを規定している。各素子は、関連するＲａｋｅフィンガパイロットを用いてこの機能を実行すると想定されている。そのため、Ｒａｋｅフィンガが、中央のＢＳ、ＣＳＲ、またはソフトハンドオフ関係にある別のＢＳのいずれからの信号を処理しても、ＵＥのＲａｋｅ受信機にとっては大差ない。重要な数量を強調した検索窓を概略的に図４に示す。アクティブセットに含まれる各パイロット信号について、探索機能専用の処理素子が、アクティブセットパイロットを中心としてネットワークパラメータＳＲＣＨ＿ＷＩＮ＿Ａによって規定される幅を持つ遅延スペースを走査する。全ＵＥが対応しなければならない最大値は、前述したように±１１３チップに設定されている。
【００３１】
遅延した中継信号をＵＥが実際に検出するであろうと判断した場合、ＵＥのＲａｋｅ受信機は、その程度で遅延された信号を確実に結合できなければならない。ＩＳ−９５Ｂ仕様の第６．６．６．２．７．１項は、ＵＥは１５０μ秒（１９２チップ）もの遅延を伴うチャンネルのダイバーシティ結合にも対応することと規定している。そのため、中継信号の遅延が８８μ秒（１１３チップ）以下という要件は、中継信号がＲａｋｅ受信機で処理できることを確実にするのに十分なものである。要約すると、ネットワークパラメータＳＲＣＨ＿ＷＩＮ＿Ａの値を１３に設定することによって、ＣＳＲ設計の待ち時間要件に十分対応できるようになる。その結果、ネットワークパラメータの再設定および待ち時間の制御によって、ＣＳＲは事実上、「プラグアンドプレイ」のネットワーク追加部品となり、ネットワークオペレータは発生する容量要件を迅速かつ容易に満足できるようになる。
【００３２】
本発明の別の実施の形態によれば、ＣＳＲの技法および設計は、ネットワークのアップリンクおよびダウンリンク要件および動作条件が異なり得ることを認識した上で、アップリンクとダウンリンクとでチャンネル選択手法が異なるデュアルモード動作を可能にする。モジュール式設計テンプレートを採用することによって、所与のネットワークについてＣＳＲのコストおよび性能を最適化できる。デュアルモード設計の価値を示す例として、表１のシミュレーション結果を検討する。ＣＳＲの選択性によってダウンリンク利得は従来型中継装置に対して顕著だった一方、アップリンクではかろうじて得られる選択性のアドバンテージは僅かであった。かかる場合は、アナログ中継モードをアップリンクに使用するデュアルモード設計が望ましいであろう。この場合、アップリンクパスを扱う従来型のアナログ中継装置要素をＣＳＲ内で使用し、ダウンリンクパスを扱う本発明のチャンネル選択型要素を同じＣＳＲ内で使用すればよい。しかしながら、実装上の制約によって中継装置におけるアップリンク受信機のため高バックローブを除去する能力が制限される可能性がある場合は、チャンネルの選択性をアップリンクにも適用することにより、ＢＳによってサービスを提供されているＵＥリンクの増幅および送信（すなわち、ネットワーク内のＭＡＩレベルの増加およびそれに伴う容量の低減）を避けられる。この場合は、本発明のチャンネル選択型要素をＣＳＲ内で使用してアップリンクおよびダウンリンクパスの両方を扱う。アップリンクのチャンネル選択では、追加の処理モジュールを使用してアップリンク信号の復調をサポートすることが可能である。具体的には、ＵＥのアップリンク信号のスクランブル化に用いた特定のロングコードが提供されなければならない。スクランブルコードの生成に使用した特定のユーザロングコードマスク（各ＵＥにユニーク）をＣＳＲが利用可能としてもよい。それらの情報を得るための方法が存在し、当業者には周知である。このように、アップリンクおよびダウンリンクの独立設計の柔軟性は、従来型中継装置とは一線を画している。s
本発明の更に別の実施の形態によれば、ＣＳＲがセル内のＭＡＩレベルを低減するメカニズムには２つの主要なものがある。第１のメカニズムは、適切な信号だけをインテリジェントに中継するもので、先に検討した。第２のメカニズムは、ＢＳと、ＣＳＲの中継信号でサポートされる利用者向けのＣＳＲとの間のリンクに関するものである。このリンクを受信および復号するＣＳＲの能力を低下させることなく、そのリンクに割り当てられる送信パワーを低減させることが可能なすべての手法によって、ネットワーク全体のＭＡＩレベルが低下することになる。ＣＳＲによる送信信号レベルは、ＣＳＲの利得およびＣＳＲにおける受信信号の強度によって決定される。ＣＳＲは、チャンネルを復調して選択機能をサポートする能力を維持できる限り、ＢＳからの低い送信パワーを高い利得で補償することが可能である。すなわち、ＣＳＲにおいて高利得アンテナを使用してＢＳから信号を受信することは、熱雑音およびセクタ外のＭＡＩがＣＳＲの復号性能に影響を与え、それが更に、ＢＳを「ターンダウン」させたりＣＳＲによって中継されるリンクへのパワーを低下させたりするのを抑制するのに効果的である。これは、更に後述するように、ＣＳＲ適応型パワー制御ロジックにおいても実装可能である。
【００３３】
ＣＳＲ内でチャンネルを復号する前にディジタル等化フィルタを使用することによっても、セクタ内のＭＡＩの影響を大幅に低減し、ＣＳＲの利点を拡大できる。セルセクタ内の各ダウンリンクチャンネルは、理想的には直交するチャンネルコードが割り当てられている。しかしながら、ＢＳおよびＣＳＲ間の通信チャンネルにおけるマルチパスの存在により、これらのコードの直交性が低下し、それによって、相関する受信機出力において、それらが互いに与える干渉レベルが上昇する。適応型ディジタル等化フィルタをＣＳＲ内に組み込むことによって、元々のコードの直交性を復元し、ＢＳからの送信パワーレベルをより低くできる。なお、ＢＳおよびＣＳＲ間のリンクがネットワークに全く干渉を与えない限定的な場合には、親出願で開示したように、ＣＳＲは本質的に遠隔ダウンリンク送信機（ＲＤＴ）として作用する。適切な線形タップ遅延フィルタを計算することによってディジタル等化フィルタを実装し、チャンネル分散の影響を排除する無数の方法が、当該技術分野で周知である。例えば、確率的勾配ベースのアルゴリズム（ＬＭＳ）およびカルマンフィルタベースの技法（逐次最小２乗）等の適応技法を用いて、ＣＳＲ内にディジタル等化フィルタを形成できる。
【００３４】
ソフトハンドオフプロトコルおよび／またはＲａｋｅ受信機を使用する、無線ＣＤＭＡネットワーク等のスペクトラム拡散無線ネットワークにおいては、移動ユニット、すなわち利用者ユニット内でコヒーレントに結合されることになるいかなるダウンリンク信号を構成するのに用いる搬送波周波数が、他のダウンリンク信号の他の搬送波周波数と高い公差で合致することが重要である。ダウンリンク信号をコヒーレントに結合するために、利用者は、各ダウンリンクチャンネルに関連するパイロットチャンネルの位相を継続的に追跡しなければならない。この追跡レートは、利用者の移動の影響に対応するように設定される。搬送波の周波数オフセットが約１０８分の１より大きい場合は、利用者ユニット（すなわちＵＥ）が十分速く搬送波の位相変化を追跡できない可能性があるため、利用者ユニットにおける位相基準の推定値が不正確でＲＡＫＥ性能が低下することになるだろう。残念ながら、この公差を満足する周波数基準は高コストなものになる。この要件を満足するための代替方法は、内部周波数基準に依存するいかなる中継装置のコストも大幅に削減する可能性を秘めている。本発明の実施の形態によれば、中継装置が常にＢＳのパイロット信号にさらされているという利点を認識することによって、中継装置の周波数基準の緩やかな公差を補償する新規かつ安価な手段が実現可能である。具体的には、相対的に高パワーのＢＳのパイロットチャンネル信号によって駆動される位相ロックループ（ＰＬＬ）によって、ＵＥには許容される公差（例えば１０８分の１よりも１〜数桁緩和された公差）を持つ低コスト周波数基準の周波数ドリフト率を容易に補償できる。かかるディジタルまたはアナログのＰＬＬは、本発明の開示に基づいて当業者により考案および実装できる。
【００３５】
ＣＳＲのチャンネル選択ロジックを本発明の各種の実施の形態に従って説明する。１つの好ましいＣＳＲ設計は、外部のロジックループと協調して、どのチャンネルを中継するように選択すべきかを判定する固定の利得係数を伴う。例えば、どのＵＥが隣接するセルとソフトハンドオフ関係にあるかを識別する位置特定アルゴリズムを実装してもよい。これらのＵＥが外部のセルの有効エリア内にあるという結論をもって、それらを選択するとともに、ソフトハンドオフ関係にないＵＥを除外することが可能である。このアルゴリズムは、本発明の以下の２つの基準に基づいて、当業者により考案可能である。すなわち、１）選択したチャンネルに対して固定の利得係数／値を定義し；および、２）ネットワーク内のソフトハンドオフ関係にあるＵＥ（例えばセル縁部のＵＥ）を識別および選択し、そしてその固定利得係数をそれらのＵＥの選択チャンネルに適用するとともに、ゼロ利得を非選択ＵＥのチャンネルに適用する。分析を行ったところ、全中継チャンネルを同一の固定利得係数で増幅する固定利得ＣＳＲが、図５に示すように、その利得係数値の厳密な選択に対して敏感であり得ることが分かった。図面は、高忠実度ネットワークモデルにおけるアップリンク（上側の黒い曲線）およびダウンリンク（下側の赤い曲線）の両方について、ＣＳＲで拡張したＩＳ−９５Ｂネットワークの予想される容量の計算を固定利得係数の関数として示している。図に示すように、可変利得システムの性能（セクタ毎２２ユーザ付近）に近いものを示した一方、システムは依然として利得値の厳密な設定に敏感である。
【００３６】
固定の所定利得係数が低過ぎる場合には、ネットワークパワー制御アルゴリズムが、ＢＴＳ−ＣＳＲリンク（すなわちＣＳＲで受信される選択ダウンリンクチャンネル）を不必要に高いＳＩＮＲにし、貴重なネットワークリソースを浪費してしまうことがある。一方、固定の所定利得係数が高過ぎる場合には、ネットワークパワー制御アルゴリズムが、ＢＴＳ−ＣＳＲリンクを、信頼性の高い復調を行うには適正でないＳＩＮＲにしてしまうことがある。そのため、本発明の別の実施の形態は、各選択チャンネルに対して可変の利得係数をサポートすることによって、前述のような場合に対応できる。本実施の形態では、ＣＳＲが、受信したＢＴＳ−ＣＳＲリンクのＳＩＮＲを測定するとともに、各リンクに対して適切な個々の固定の利得係数を算出する能力を有する。具体的には、所定利得係数を個々に一度初期調整を行って、受信したＳＩＮＲ値と各リンクの所定目標値との間の差異に対応させることが可能である。本発明の別の実施の形態では、選択手順とリンクの利得制御とを組み合わせて、両方のタスクを遂行する単一の適応型処理にすることが可能である。チャンネル選択機能の実行と、各チャンネルに対する適切な利得係数の設定とを同時に行う、かかる処理のための新規なブラインド適応型ロジックを説明する。
【００３７】
本発明の一実施の形態によれば、全てＣＳＲ内で動作し、受信および送信ＣＳＲパワーを管理するように作用する適応型パワー制御ロジックが提供される。ロジックはソフトウェアで実装可能で、ＣＳＲで適切にサポートされないリンクの利得を最小値（ゼロ、すなわち非選択状態にすることも可能）にする一方、ＣＳＲでサポートされるべきリンクを「捕捉」および選択できる。ここで、中央のＢＳと、ＵＥとの間で適切な中継ページングチャンネルを介して、ダウンリンクトラフィックチャンネルが初期に成立していると仮定する。ＣＳＲが新たなダウンリンクトラフィックチャンネルを検出し、受信したＳＩＮＲが初期の閾値を満足すると、そのチャンネルが選択および中継される。初期のＳＩＮＲ閾値が満足されない場合は、そのチャンネルは中継されない。一旦チャンネルが選択されると、ネットワーク閉ループパワー制御ロジックを操作することによって、ＣＳＲの中継装置利得を用いて、ＣＳＲにおける受信ＳＩＮＲを所定のＥｂ／Ｎｏ、すなわちＥｂ／Ｉｏ（干渉＋雑音エネルギー対ビット毎エネルギー）目標値（例えば１０ｄＢ）にする。ＣＳＲロジックは、以下を含む幾つかの状態および規則を有する。
【００３８】
１．チャンネルが選択されたもののＣＳＲにおける受信ＳＩＮＲがＥｂ／Ｉｏ目標値を下回っている場合は、そのダウンリンクチャンネルに対するＣＳＲ利得を所定の増分だけ減少させる。
【００３９】
ａ．ＣＳＲ信号がＵＥの受信パワーに対して支配的な場合は、この利得の減少によって、ネットワーク閉ループパワー制御が、ＢＳにおけるダウンリンクパワーを上昇させてＣＳＲにおける受信ＳＩＮＲをＥｂ／Ｉｏ目標値に至るまで増加させるとともに、ＵＥにおける要求Ｅｂ／ＩｏをＣＳＲ利得がより低い条件下で復元する。
【００４０】
ｂ．しかしながら、ＣＳＲ信号がＵＥにおけるＲａｋｅ受信機出力に対して支配的でない場合は、利得の減少によってＢＳ−ＣＳＲリンクが改善することはない。ＣＳＲは利得を低下させ続けて、利得は予め設定された最低レベルに達することになる。ネットワークは信号を中継しようとするＣＳＲの試行に応答できないため、この時点で、チャンネルが効果的に中継の「選択解除」される。このように、ダウンリンクチャンネルが初期にはＣＳＲで中継可能であっても、中央のＢＳによってＵＥがより適切にサービスを提供される場合には、ＣＳＲは最終的にその信号を放棄することになろう。
【００４１】
２．ＣＳＲにおける受信ＳＩＮＲが所定のＥｂ／Ｉｏ目標値より大きい場合は、そのダウンリンクチャンネルに対するＣＳＲ利得を所定の増分だけ増加させる。
【００４２】
ａ．ＣＳＲ信号がＵＥの受信パワーに対して支配的な場合は、利得の増加によって、ネットワーク閉ループパワー制御が、ＣＳＲにおけるＳＩＮＲが所定のＥｂ／Ｉｏ目標値に低下するまで、ＢＳからのダウンリンクパワー（すなわちＢＳ利得）を低下させるとともに、ＢＳ利得がより低い条件下で、ＵＥにおける要求Ｅｂ／Ｉｏが復元される。定常状態においては、ＣＳＲにおける高さおよび等化の増加のＵＥに対する利点によって、ＢＳによる送信パワーが減少することになる（それらが相当量あることによって、そのチャンネルに対するＢＳからのダウンリンクパワーが最小値に減少することになる）。
【００４３】
ｂ．ＵＥダウンリンクに対してＣＳＲが支配的であるべき（例えば、ＵＥの場所がＣＳＲの場所よりもセル内のはるかに外側にある）時にＢＳが支配的な場合は、ＣＳＲにおける受信ＳＩＮＲが依然として過剰であろう（すなわち、ＳＩＮＲ＞所定のＥｂ／Ｉｏ目標値）。ＣＳＲは、リンクを制御するようになるまで利得を増加させるように応答する。一旦閉ループネットワークパワー制御がＣＳＲ利得によって行われるようになると、ＢＳからのダウンリンクパワーは大幅に減少してＣＳＲにおける受信ＳＩＮＲが所定のＥｂ／Ｉｏ目標値に低下し、ＢＳ利得がより低い条件下でＵＥにおける要求Ｅｂ／Ｉｏが復元される。このように、ＣＳＲから制御されるべきであるものの実際にはされていないダウンリンクを持ついかなるＵＥも、最終的には「捕捉」されるようになる。状態チェックとして、ＣＳＲパワー（すなわちＣＳＲ利得）がパワー閾値を上回っている場合、ＣＳＲは周期的にパワーを減少させてＢＳ−ＣＳＲリンクが応答するかをチェックする。応答しない場合は、ダウンリンクはそれ以上ＣＳＲによって制御されず、ＣＳＲリンクはゆっくりと放棄される。ＳＩＮＲの選択閾値の設定を利用して、セル内のＢＳに対するＣＳＲの有効範囲を調整できる。
【００４４】
３．初期のＢＳのダウンリンクパワーが低過ぎてＣＳＲのチャンネルの復調をサポートできない（すなわちＣＳＲにおける受信ＳＩＮＲが初期閾値を満足しない）ため、ＣＳＲがそもそも中継するチャンネルを選択しない場合、ＵＥはＢＳによって、より適切にサービスを提供されることが明らかで、その状態は変わらないだろう。ＣＳＲの受信利得の利点およびこの閾値の設定能力によって、ＣＳＲで中継すべきダウンリンクを中継しない確率をかなり低くできる。チャンネルが中継されるべきでないものの実際にはされている場合であっても、前述のロジックは、条件１で述べたように本質的に「選択解除」されるまで、そのチャンネルに対する利得をターンダウンさせる。
【００４５】
上記ロジックの例を概略的に図６に示す。ＢＳの動作については、Ｓ６１に示すように、無線ネットワークの各セル内のＢＳが典型的な制御チャンネル（例えばパイロット、同期、およびページングチャンネル）を経由して制御情報を継続的に発信し、権限を与えられたＵＥが無線ネットワークにアクセスできるようにする。ＣＳＲの動作については、Ｓ６０に示すように、セル内の各ＣＳＲがＢＳからのかかる制御情報を固定の利得レベルで中継する。Ｓ６３において、ＢＳが新しいダウンリンクトラフィックチャンネルを開始すると、ＣＳＲは、Ｓ６２において、その新チャンネルを検出し、ＣＳＲにおける受信ＳＩＮＲが予め設定された閾値を満足する場合は、新チャンネル内の信号を予め設定された初期利得レベルで中継することになる。こうして、新ダウンリンクチャンネルは中継のためＣＳＲによって選択される。Ｓ６４において、ＣＳＲにおける受信ＳＩＮＲは更に、予め設定されたＥｂ／Ｉｏレベル、すなわち目標値と比較される。Ｓ６６において、ＳＩＮＲが予め設定されたＥｂ／Ｉｏ目標値を上回る場合は、先に条件２で検討したように、ＣＳＲはダウンリンクチャンネルに対する利得を最大レベルに至るまで増加させることになる。ＣＳＲからの利得が増加したためＳＩＮＲが改善したとのＵＥの報告に応答して、Ｓ６５において、ＢＳはそのＵＥに対するパワーを低下させ、それによって、ＣＳＲにおける受信ダウンリンクのＥｂ／Ｉｏが、予め設定されたＥｂ／Ｉｏ目標値を満足するまで低下することになる。しかしながら、Ｓ６８において、ＳＩＮＲが予め設定されたＥｂ／Ｉｏ目標値を下回る場合は、先に条件１で検討したように、ＣＳＲは、ダウンリンクチャンネルに対する利得を最小レベル、すなわち０まで減少させ、かかるチャンネルからの信号を中継しないようになる。Ｓ６７において、ＣＳＲからの利得が減少したためＳＩＮＲが減少したとのＵＥの報告に応答して、ＢＳはそのＵＥに対するパワーを増加させ、それによって、ＣＳＲにおける受信ダウンリンクのＥｂ／Ｉｏが、ＵＥの無線ネットワークへの接続を許容するレベルまで上昇することになる。
【００４６】
様々な場合におけるダウンリンクの利得制御ループロジックの挙動を以下に要約する。
【００４７】
１）ＵＥがＣＳＲによってサービスを提供されるべきで、かつ実際にされている場合−利得制御ループロジックは可変の利得レベルを適切に設定して、ＢＳ−ＣＳＲリンクおよびＣＳＲ−ＵＥリンクの両方を最適化する。
【００４８】
２）ＵＥがＢＳによってサービスを提供されるべきで、かつ実際にされている場合−ＣＳＲにおける受信Ｅｂ／Ｉｏが低過ぎる（すなわち、所定のＥｂ／Ｉｏ目標値より少ない）場合は、ＣＳＲ利得が低下する。ＵＥはＣＳＲリンクに応答していないため、ＣＳＲ利得はターンオフされるまで継続的にターンダウンされる。ＣＳＲにおける受信Ｅｂ／Ｉｏが高過ぎる場合は、ＣＳＲ利得は最大値に至るまで漸増される。ＣＳＲにおける受信Ｅｂ／Ｉｏが依然として高い場合は、ＣＳＲリンクはターンダウンおよびターンオフされる。この状態は発生する可能性が低いことを再確認されたい。
【００４９】
３）ＵＥがＢＳによってサービスを提供されるべきところ、ＣＳＲによってサービスを提供されている場合（ハンドオフ状態）−ＵＥがＢＳに接近するにつれ、ＣＳＲのリンクが劣化する。ＢＳはパワーを増加させ、それに伴ってＣＳＲもパワーを増加させる。やがてＣＳＲのパワーが最大値に達する。ＣＳＲにおける受信Ｅｂ／Ｉｏが依然として高い場合は、ＣＳＲリンクはターンダウンおよびターンオフされ、リンクはハンドオフされる。
【００５０】
４）ＵＥがＣＳＲによってサービスを提供されるべきところ、ＢＳによってサービスを提供されている場合（ハンドオフ状態）−ＵＥがＣＳＲに接近するにつれ、ＢＳのリンクが劣化する。ＢＳはパワーを増加させ、それに伴ってＣＳＲもパワーを増加させる。やがてＣＳＲがリンクを捕捉することになる。
【００５１】
図７は、本発明の一実施の形態に従うＣＳＲ実装の機能ブロック図７００を示す。図は、信号の受信されてから送信すなわち「反響」される（中継）までに信号に施される処理を詳細に示している。（ＢＳからダウンリンクまたはＵＥからアップリンクされ、）受信アンテナ７０５で傍受されたＲＦ信号は、受信機サブシステム７１０内で、アナログ−ディジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、続いてディジタルダウンコンバータ（ＤＤＣ）で処理される。その結果発生したディジタルストリームは、全通信（トラフィック／データおよび制御）チャンネルを等化および復調すべく、サブシステム７２５によって順次処理される。ＲＦキャンセル回路７６０は、送信機サブシステム７５０および受信機サブシステム７１０間の信号分離が適正であることを確実にする。
【００５２】
サブシステム７２５は、携帯電話やその他の無線通信装置に典型的に見られる、入力信号を受信するための回路構成を含む。そのため、サブシステム７２５は、トラフィックチャンネル検出（ウォルシュコードを適用）、パイロット信号追跡、および最大比合成（ＭＲＣ）処理等の典型的な機能を提供する。サブシステム７２５はまた、受信したＲＦ信号内の通信チャンネルに関連するトランスポートチャンネルのビットを復調し、更に、前述のディジタル等化フィルタを含んでもよい。サブシステム７２５が行う動作は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）内でプログラム可能であるとともに、それによって実行可能である。一般的なプロセッサで実装可能なサブシステム７２０は、サブシステム７２５と並行動作して、入力ＲＦ信号を監視するとともに前述のチャンネル選択ロジックを実行し、どのチャンネルを送信機サブシステム７５０内で構成および変形してＲＦへ戻し、高利得送信機アンテナ７９５で発信するかを識別する。サブシステム７３０は、携帯電話やその他の無線通信装置に典型的に見られる、アップリンクまたはダウンリンク信号を処理／生成するための回路構成を含む。本例では、サブシステム７３０は、サブシステム７２５によって復調されたトランスポートチャンネルのビットからのＤＰＣＣＨおよびＤＰＤＤＨチャンネルの再構成を含む、典型的なトラフィックおよび制御チャンネルのセットアップを提供し、サブシステム７２０からのチャンネル選択ロジックの結果として選択チャンネルからの信号を送信させる。
【００５３】
図８は、図７に示す各機能を実行するための、ＣＳＲに含まれる代表的な構成要素のブロック図である。図は、受信から再送信すなわち反響までに、信号に施される処理を詳細に示している。ＢＳおよび／またはＵＥからのＲＦ信号は、まず受信アンテナ８０１によって受信され、ＣＤＭＡ無線ネットワークにおいて要求される周波数範囲内の信号だけを保持すべく８０２においてフィルタ処理され、そして８０３において増幅される。アンテナ８０１、フィルタ８０２、およびＲＦ増幅器８０３は、図７に示す高利得アンテナ７０５に対応する。同様に、図７における高利得送信機アンテナ７９５は、図８におけるアンテナ８１９、フィルタ８１８、およびＲＦ増幅器８１７で表される。図７のＲＦキャンセル回路７６０は、（搬送波の生成に用いる局部発信器をも組み込み、）ミキサまたは多重器８０４および８１５と連携するアナログキャンセル回路８１６を含み、当業者によって理解されるように、ＣＳＲの受信機側および送信機側間の分離が適正であることを確実にするように機能する。そしてミキサ８０４の出力は、図７に示す受信機サブシステム７１０の各部であるＬＰＦ８０５、ＲＦ増幅器８０６、Ａ／Ｄコンバータ８０７、およびＤＤＣ８０８へ送られる。ＤＤＣ８０８の出力は、図７に示すサブシステム７２５および７３０の各機能を扱う、先に検討したＦＰＧＡ８１０へ送られる。汎用ディジタル信号プロセッサ（ＧＰ  ＤＳＰ）等の汎用コンピュータまたはプロセッサ８０９は、トラフィックチャンネルの測定基準チェック、およびサブシステム７２０の適応型チャンネル選択ロジックを扱うのに使用される。ＣＳＲ機能のための演算の大部分がフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）のアーキテクチャと整合するようにロジックを設計すると、かかるアレイをＣＳＲ内で使用することによってコスト面および性能面で大幅な利点が得られる可能性がある。チャンネル選択ならびにトラフィックおよび制御チャンネルのセットアップの後に、ＣＳＲによって「反響」されるべきチャンネル内の信号は結合され、図７に示す送信機サブシステム７５０の各部であるディジタルアップコンバータ（ＤＵＣ）８１１、Ｄ／Ａ８１２、ＲＦ増幅器８１３、およびフィルタ８１４へ変調のため出力される。信号は次に、ＲＦ増幅器８１７、フィルタ８１８、およびアンテナ８１９によって表される図８の高利得アンテナ７９５によって送信される。標準的な無線周波数のダウンコンバージョン、フィルタリング、およびアップコンバージョンとは異なり、主要な信号処理はＧＰ  ＤＳＰ８０９およびＦＰＧＡ８１０の両方を用いて実行される。
【００５４】
図９は、ＧＰ  ＤＳＰ８０９およびＦＰＧＡ８１０間のトップレベルインターフェースを示す。前述したように、ＧＰ  ＤＳＰ８０９は９０１において、パイロット探索、選択および同調（すなわちパイロット信号追跡）を課され、図８に示すＤＤＣ８０７から受信した入力ベースバンドデータのパイロットオフセットを決定できる。このコードオフセットは、先に説明したようにＦＰＧＡ８１０で実装可能なＰＬＬへ転送される。また、ＧＰ  ＤＳＰ８０９は９０２において、検出したパイロットチャンネルを使用して前述のように適応型ディジタル等化技法を実行し、ＦＰＧＡ８０１で用いるディジタル等化フィルタのフィルタ加重値を導き出す。ＧＰ  ＤＳＰ８０９は当然、適応型利得ロジック処理を課され、各選択チャンネルコード（すなわちＣＳＲによって増幅および再送信するため選択されたチャンネル）の利得を決定する。先に説明したように、チャンネル選択ロジックに関して、算出した利得は各チャンネルコードの測定振幅値に基づいている。９０４において、ＧＰ  ＤＳＰ８０９は更に、親出願において既に説明されているように、システム健全性の監視および報告を課される。
【００５５】
図１０は、ＦＰＧＡ８１０におけるチャンネル検出、選択、増幅および信号再構成に伴う詳細な信号処理ステップを示す。ＧＰ  ＤＳＰ８０９およびＦＰＧＡ８１０間のインターフェースポイントを点線矢印で表す。例えば、ＧＰ  ＤＳＰ８０９からのフィルタ係数または加重値は、ディジタル等化およびＰＬＬフィルタ１０１０へ送られる。前述したように、周波数公差要件を緩和するために、ＢＳパイロットチャンネルによって（ＧＰ  ＤＳＰ８０９からのコードオフセットを介して）駆動されるＰＬＬ１０２０をＦＰＧＡ８１０において実装し、ＣＳＲおよびＢＳ間の残存搬送波周波数オフセットを排除する。等化およびＰＬＬフィルタ１０１０を一旦通過すると、ベースバンドデータはショートコード発生器１０１５で逆拡散（すなわち、ショートＰＮコードを除去）され、チャンネルコードｗ０、ｗ１、ｗ２、…、ｗｎが得られる。ここで、ｗ０は業界標準仕様に従うパイロットチャンネル、ｗｎはｎ番目のチャンネルコードを表す。各コードチャンネルによって搬送されるトランスポートチャンネルのビットは、パイロットチャンネルｗ０に基づいてコヒーレントに復調される。各コードチャンネルの振幅はＧＰ  ＤＳＰ８０９へ戻され、適応型チャンネル選択ロジックに基づいてコード利得の計算が行われる。かかる計算においては、各コード利得１０３０値をそれぞれ設定することによって、１つ以上のコードチャンネルが選択される。選択されたコードチャンネルは次に、１０４０において合計すなわち結合され、再拡散（すなわち、ショートコード発生器１０１５からのショートＰＮコードとスクランブル化）され、そして図８に示すようにＤＵＣ８１１へ出力される。
【００５６】
本発明の上記の実施の形態は、基準スペクトラム拡散無線ネットワーク、すなわちＢＳだけを持ち遠隔エミッタを持たないネットワークにおけるＣＳＲの実装を対象としている。しかしながら、本発明のＣＳＲは、米国特許出願第０９／９５３，１５７号に開示されている遠隔ダウンリンク送信機（ＲＤＴ）で既に増大されている無線ネットワークにおいても実装可能で、ＲＤＴおよびＣＳＲが提供する全ての利点をそれらのネットワークに提供できる。これは、ＲＤＴがＣＳＲに対してはＢＳとしての役割を果たし、ＣＳＲはＲＤＴの信号とＢＳの信号とを区別しないからである。ＲＤＴで拡張した無線ネットワークにおいて、ＣＳＲは各ネットワークセル内の各ＲＤＴとＢＳとの間に追加可能で、ＲＤＴとセル縁部との間に配置可能である。ＣＳＲはまた、ＢＳとＲＤＴとの間に、あるいはセル内で容量拡張に役立つと考えられるところであればどこにでも、配置可能である。
【００５７】
以上、本発明の例示的な実施の形態をほんの幾つか詳細に説明してきたが、これらの例示的な実施の形態において、本発明の新規性のある教示および利点から実質的に逸脱することなく、数多くの修正が可能であることを当業者は容易に理解するであろう。それ故、全てのかかる修正は、以下の各請求項において定義する本発明の特許請求の範囲に含まれることを意図する。更に、各請求項におけるミーンズプラスファンクション項（明確に記載した場合のみ適用する）は、記載の機能を果たすものとして本明細書で説明した構成、ならびにかかる構成の、構成的均等物、均等な構成、およびその他の均等物を含む、かつそれらには限定されない、全ての均等物を網羅することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１Ａ】図１Ａは、親出願における開示に従うＲＤＴを装備したネットワークアーキテクチャを示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の実施の形態に従うＣＳＲを装備したネットワーク基準アーキテクチャを示す。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に従うシミュレーション用ネットワークモデルの典型的な単一セル実現形態を示す。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に従うＣＳＲを装備した無線通信ネットワークにおける容量拡張を示す。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に従う時間遅延およびパイロット強度のマルチパス探索窓の図式を示す。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に従う固定利得係数の関数として計算したＣＳＲで拡張したＩＳ−９５Ｂネットワークのアップリンクおよびダウンリンクの予想容量グラフを示す。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に従うチャンネル選択制御ロジックのフロー図を示す。
【図７】図７は、本発明の一実施の形態に従うＣＳＲ実装のハイレベル機能ブロック図を示す。
【図８】図８は、図７のブロック図における各機能を実行するための様々なハードウェア構成要素を示す。
【図９】図９は、ＦＰＧＡに課される各処理タスクのハイレベルビューを示し、各ブロックがＦＰＧＡにおいて実行されるアルゴリズムのサブセットを包含している。
【図１０】図１０は、図９の各ＲＡＫＥフィンガ内で実施されるロジックの詳細図を示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【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】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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