JP4057061B2 - 一連の基地局に対する集中化された電力制御の管理を提供するための方法及び装置 - Google Patents
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Description
I.発明の技術分野
本発明は、通信システム、より詳細には、通常の基地局の2つのセクタ間におけるハンドオフを実行するための方法及び装置に関する。
II.関連する技術の説明
CDMA(Code Division Multiple Access)(符号分割多重接続)セルラー電話、無線ローカル・ループ又はパーソナル通信システムにおいては、システムの中のすべての基地局との通信に共通の周波数帯域を使用している。共通の周波数帯域を使用することにより、リモート・ユニットと複数の基地局の間での同時通信が可能となる。この共通の周波数帯域に割り当てられる信号は、高速の擬似ノイズ(pseudonoise)(PN)コードを使用するスプレッド・スペクトラムCDMA波形の特性によって受信局において識別される。高速のPNコードは、基地局とリモート・ユニット(remote unit)の双方から送信される信号を変調するために使用される。異なるPNコード又は時間的なオフセットを持ったPNコードを使用する送信局では、受信局において分離して受信することのできる信号を生成する。高速のPN変調によれば、受信局において、無線チャンネルのマルチパス特性又は意図的に導入されたダイバーシティのために信号がいくつかの別個の伝播経路を通過した場合に、1つの送信局から送信された信号と同一の信号について複数の受信結果を得ることができる。
無線チャンネルのマルチパス特性により、送信局と受信局の間においていくつかの別個の伝播経路を経由したマルチパス信号が生成される。マルチパス・チャンネルの特性の1つとして、チャンネルを経由した信号に時間軸上での拡散が生じる。例えば、理想的なインパルスがマルチパルス・チャンネルを経由して伝送されると、受信信号は連続したパルス列として観測される。マルチパスのもう1つの特性としては、チャンネル内の各経路ごとに異なった減衰特性を与えることがある。例えば、理想的なインパルスがマルチパスのチャンネルを経由して伝送されると、受信パルス列の各パルスは、一般的に他の受信パルスと異なった信号の強度を持っている。マルチパス・チャンネルのもう1つの特性として、チャンネル内の各経路によって信号に位相差を生じさせることがある。例えば、理想的なインパルスがマルチパス・チャンネルを経由して伝送されると、受信されたパルス列の各パルスは、一般的に、他の受信パルスと異なった位相を持つ。
無線チャンネルでは、マルチパスは、その環境の中に含まれる建造物、樹木、自動車、人物などの障害物からの信号の反射によって生成される。一般的に、無線チャンネルは、マルチパスを生成する構造物の相対的な移動によって時間とともに変化するようなマルチパス・チャンネルである。例えば、理想的なインパルスがこのように時間とともに変化するマルチパスを経由して伝送されると、受信されるパルス列は、時刻、減衰特性、それにその理想的なインパルスが伝送された時刻の関数としてのフェーズによって変化を受けることになる。
チャンネルのマルチパスの特性は、信号のフェーディング(fading)を生じさせることがある。フェーディングは、マルチパス・チャンネルの位相特性によって生じるものである。フェードは、マルチパスのベクタ(vector)が打ち消し合う方向で加算されることにより、受信信号が各ベクトルのどれよりも小さくなった場合に発生する。例えば、正弦波が、減衰係数XdB、遅延時間δ、位相シフトθラジアンの第1の経路と、減衰係数XdB、遅延時間δ、位相シフト(θ+π)ラジアンの第2の経路の2つの経路を有するマルチチャンネルを経由して伝送された場合には、チャンネルの出力側においては信号は受信されない。
従来の無線電話システムにおいて採用されたアナログFM変調のような狭帯域変調システムにおいては、無線チャンネルに複数の経路が存在することにより、著しいマルチパス・フェーディングを生じていた。しかしながら広帯域のCDMAでは、前述したように、異なる経路は、受信局における復調のプロセスの中で識別することができる。このようにしてマルチパス信号を識別することにより、マルチパス・フェーディングの影響を大幅に削減することができるのみならず、CDMAシステムに利点をもたらすことができる。
基本的なCDMAシステムでは、各基地局は他の基地局のパイロット信号の符号フェーズとの間にオフセットを有する共通のPN拡散符号(PN spreading code)を持ったパイロット信号を送信する。システムの動作中には、リモート・ユニットは、通信を行っている基地局に隣接する基地局ごとの符号フェーズ・オフセットのリストを受け取る。リモート・ユニットは、隣接する基地局を含む一群の基地局からのパイロット信号の強度を探知するための検索エレメントを備えている。
ハンドオフ・プロセスの中で1つのリモート・ユニットと複数の基地局との間で通信をするための方法とシステムについては、本発明の譲受人に譲渡された1993年11月30日発行の米国特許No.5,267,261、"MOBILE ASSISTED SOFT HANDOFF IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM"に開示されている。このシステムを使用することにより、元の基地局から次の基地局へのハンドオフが発生した場合でも、リモート・ユニットとエンド・ユーザの間における通信が妨げられることはない。この種類のハンドオフは、元の基地局との通信が終了する前に次の基地局との通信が確立されることから、ソフトなハンドオフであるということができる。リモート・ユニットが2つの基地局と通信しているときには、リモート・ユニットは、各基地局から受信した信号を、1つの基地局からのマルチパス信号を組み合わせるのと同じ要領で組み合わせる。
典型的なマクロセルラー(macrocellular)システムでは、システム・コントローラを設けて各基地局によって受信された信号の中から他のエンドユーザへの信号を生成させることができる。各基地局では、同じリモート・ユニットから受信された信号を、デコードする前に組み合わせることができる。これにより、複数信号の受信による利点を最大限に利用することができる。各基地局でのデコード結果は、システム・コントローラに供給される。信号は、一旦デコードされると、他の信号と‘組み合わせる’ことができない。このため、システム・コントローラは、1つのリモート・ユニットとの間で通信が確立された各基地局により生成された複数のデコード信号の中から任意の信号を選択しうるものでなければならない。複数の基地局の中から最も状態の良いデコード信号が選択され、他の信号は破棄される。
リモート・ユニットによって実現されるソフト・ハンドオフは、リモート・ユニットによって計測される何組かの基地局のパイロット信号の強度に基づいて行われる。アクティブ・セット(Active Set)は、アクティブ(active)な通信が確立される基地局の組み合わせである。ネイバー・セット(Neighbor Set)は、アクティブな基地局の周囲の基地局の組み合わせであり、通信を確立するために十分な信号強度を持っている可能性が高いものにより構成される。キャンディデイト・セット(Candidate Set)は、通信を確立するために十分な信号レベルにあるパイロット信号強度を持っている基地局の組み合わせである。
通信が初めて確立されると、リモート・ユニットは最初の基地局を通じて通信を行い、この時アクティブ・セットはその最初の基地局のみを含む。リモート・ユニットは、アクティブ・セット、キャンディデイト・セット、ネイバー・セットの基地局のパイロット信号の強度を監視する。ネイバー・セットに含まれている基地局のパイロット信号が予め定められたしきい値レベルを超えると、その基地局は、リモート・ユニットにおいてキャンディデイト・セットに加えられるとともに、ネイバー・セットから削除される。リモート・ユニットは、新しい基地局を特定するメッセージを最初の基地局に送出する。セルラー又はパーソナル通信のシステム・コントローラは、新しい基地局とリモート・ユニットとの間で通信を確立するかどうかを決定する。セルラー又はパーソナル通信のシステム・コントローラが通信の確立を決定すると、セルラー又はパーソナル通信のコントローラは、新しい基地局にリモート・ユニットを特定するための情報及びそのリモート・ユニットと通信を確立するためのコマンドとともにメッセージを送出する。メッセージは、最初の基地局を通じてリモート・ユニットにも送信される。このメッセージは、最初の基地局と新しい基地局を含む新しいアクティブ・セットを特定する。リモート・ユニットは、新しい基地局の送信情報信号(transmitted information signal)を検索し、最初の基地局との通信を終了することなく新しい基地局との通信を確立する。このプロセスは、さらに多くの基地局との間でも継続して行うことができる。
リモート・ユニットは、複数の基地局と通信を行っているときには、アクティブ・セット、キャンディデイト・セット、ネイバー・セットの基地局の信号強度を継続的に監視する。アクティブ・セットの基地局に対応する信号強度が予め定められたしきい値を予め定められた期間にわたって下回ると、リモート・ユニットは、イベントの発生を告知するためのメッセージを生成して送信する。セルラー又はパーソナル通信のシステム・コントローラは、リモート・ユニットが通信を行っている基地局の中の少なくとも1つからこのメッセージを受信する。セルラー又はパーソナル通信のシステム・コントローラは、パイロット信号強度の弱い基地局を通じた通信の終了を決定することができる。
セルラー又はパーソナル通信のシステム・コントローラは、ある基地局を通じた通信の終了を決定すると、直ちに基地局の新しいアクティブ・セットを特定するメッセージを生成する。新しいアクティブ・セットは、通信が終了されようとしている基地局を含まない。通信が確立された基地局は、リモート・ユニットに対してメッセージを送出する。セルラー又はパーソナル通信のシステム・コントローラは、また、リモート・ユニットとの通信を終了するために基地局に対して情報を送信する。したがって、リモート・ユニットの通信は、新しいアクティブ・ユニットに含まれている基地局を通じてのみ行われる。
リモート・ユニットは、常にソフト・ハンドオフのプロセスを通じて少なくとも1つの基地局を介してエンドユーザとの通信を行うため、リモート・ユニットとエンドユーザとの間の通信が途切れることはない。ソフト・ハンドオフによれば、他のセルラー通信システムで用いられている“ブレーク・ビフォア・メーク”(接続前に切断)」(break before make)に対して、本質的に有利な“メーク・ビフォア・ブレーク”(切断前に接続)」(make before break)形式の通信により、重要な多くの利点をもたらすことができる。
セルラー又はパーソナル通信システムでは、システムの容量を最大限のものとし、同時に通話が可能な呼数をより多く確保することが極めて重要である。スペクトラム拡散通信システム(spread spectrum system)では、各リモート・ユニットの送信電力を各送信信号が基地局の受信器に同じレベルで届くように調節することによってシステムの容量を最大にすることができる。実際のシステムでは、各リモート・ユニットは、データの再生が受容可能なものであるような信号対雑音比を達成できるような最小限の信号レベルにより送信を行うように設定することができる。リモート・ユニットから送信された信号の基地局の受信器でのレベルが低すぎる場合には、他のリモート・ユニットからの妨害により、ビットエラー率が高すぎて高品質の通信を行うことができない。逆に、リモート・ユニットにより送信された信号の電力レベルが基地局の受信時に高すぎる場合には、そのリモート・ユニットとの通信には支障を生じないが、高い信号電力によって他のリモート・ユニットへの妨害を生じることとなる。この妨害により、他のリモート・ユニットとの通信に悪い影響が出ることになる。
このため、基本的なCDMAスペクトラム拡散通信システムにおいて容量を最大化するためには、基地局のカバー・エリア内の各リモート・ユニットの送信出力を基地局によって制御することにより、その基地局における公称受信信号電力(nominal received signal power)を等しくする。この理想的なケースでは、基地局でにおける公称受信電力の合計値は、各リモート・ユニットから受信される公称電力に基地局のカバー・エリアで送信を行っているリモートユニットの数を乗じたものに、隣接する基地局のカバー・エリアにいるリモート・ユニットから受信される電力を加えたものとなる。
無線チャンネルにおける経路損失は、2つの異なる現象である平均経路損失とフェーディングによって表すことができる。基地局からリモート・ユニットへのフォワード・リンクでは、リモート・ユニットから基地局へのリバース・リンクとは異なった周波数で動作している。ところが、フォワード・リンクとリバース・リンクの周波数は、同様な周波数帯域にあるため、2つのリンクの平均経路損失は強い相関を持っている。これに対して、フェーディングは、フォワード・リンクとリバース・リンクのそれぞれに独立した現象であり、時間の関数として変化する。
基本的なCDMAシステムでは、各リモート・ユニットは、リモート・ユニットに入力される電力の総計に基づいてフォワード・リンクの経路損失の評価を行う。電力の総計は、同じ周波数割り当てによって動作しているすべての基地局の電力を合計したものであり、リモート・ユニットによって把握される。フォワード・リンクの平均経路損失の評価から、リモート・ユニットは、リバース・リンクの信号の送信レベルを設定する。1つのリモート・ユニットに対するリバース・リンク・チャンネルが、同じリモート・ユニットに対するフォワード・リンク・チャンネルに比較して、2つのチャンネルでの独立したフェーディングによって急激に改善された場合には、基地局において受信されるリモート・ユニットからの信号の電力が増大することになる。この電力の増大は、同じ割り当て周波数を共有するすべての信号への妨害となる。このように、チャンネルの急激な改善に対してリモート・ユニットの送信電力を迅速に変化させることによってシステムの性能を向上させることができる。したがって、基地局を、常時、リモート・ユニットの電力制御メカニズムに関与させておくことが必要である。
リモート・ユニットの送信電力は、1つあるいはそれ以上の基地局によっても制御することができる。リモート・ユニットとの通信を行っている各基地局は、リモート・ユニットから受信した信号の強度を測定する。測定された信号の強度は、そのリモート・ユニットに対して最適な信号強度レベルと比較される。各基地局は、電力調整コマンドを生成し、フォワード・リンクを通じてリモート・ユニットに送出する。基地局から電力調整コマンドを受け取ると、リモート・ユニットは、送信電力を予め定められた量だけ増加させ又は減少させる。この方法によれば、チャンネルの変化に対して迅速に応答することができ、平均的なシステムの性能を向上させることができる。典型的なセルラー・システムでは、基地局間は密接に接続されてなく、システム中の各基地局は、他の基地局でのリモート・ユニットの信号の受信レベルを把握していないことに注意する必要がある。
リモート・ユニットが、複数の基地局と通信しているときには、電力調整コマンドは、各基地局から供給される。リモート・ユニットは、これらの複数の基地局からの電力調整コマンドに基づいて動作を決定することにより、他のリモート・ユニットの通信の妨害となるような電力レベルを避けながら、リモート・ユニットから少なくとも1つの基地局に対する通信をサポートするために十分な電力を維持する。この電力制御のメカニズムは、リモート・ユニットが通信を行っている基地局のすべてが電力の増加を要求するときにだけ、リモート・ユニットの送信信号レベルを増加させることによって実現される。リモート・ユニットは、通信を行っている基地局のいずれかが電力の減少を要求する場合には、送信信号レベルを減少させる。基地局とリモート・ユニットによる電力制御のシステムは、本発明の譲受人に譲渡された1991年10月8日発行の米国特許No.5、056、109、"METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA CELLULAR MOBILE TELEPHONE SYSTEM"に開示されている。
リモート・ユニットにおける基地局のダイバーシティは、ソフト・ハンドオフのプロセスにおいては、重要な検討事項である。前述した電力制御の方法によれば、リモート・ユニットが通信の可能な個々の基地局と通信を行っている場合には、電力の制御を最適に行うことができる。このためには、リモート・ユニットは、リモート・ユニットからの信号がレベルが高すぎるために基地局との通信が妨害されているが、そのリモート・ユニットとの通信が確立されていないため、電力制御コマンドを送ることができないという事態に陥ることがないようにしなければならない。
典型的なセルラー又はパーソナル通信のシステムでは、複数のセクタを持った基地局をいくつか含んでいる。複数セクタの基地局は、複数の独立した送信及び受信のアンテナにより構成される。同じ基地局の2つのセクタを使用した同時通信のプロセスは、ソフター・ハンドオフ(softer handoff)と呼ばれる。ソフト・ハンドオフのプロセスとソフター・ハンドオフのプロセスは、リモート・ユニットの立場から見ると同じである。ところが、ソフター・ハンドオフにおける基地局の動作は、ソフト・ハンドオフのものとは異なる。リモート・ユニットが同一の基地局の2つのセクタと通信しているときは、両方のセクタの復調されたデータ信号は、セルラ又はパーソナル通信のシステム・コントローラに受け渡される前に、基地局の内部でこれらを組み合わせることができる。1つの基地局の中に2つのセクタは、回路及び制御機能を共有しているため、1つの基地局の中の2つのセクタでは、別々の基地局の間では利用できないような様々な情報をいつでも利用することができる。また、1つの基地局の中の2つのセクタは、リモート・ユニットに対して、同じ電力制御情報を送る(以下にその様子を述べる)。
ソフター・ハンドオフにおける組み合わせのプロセスは、異なるセクタからの復調されたデータをデコードする前に組み合わせて、1つのソフト決定による出力値を生成することができる。組み合わせのプロセスを各信号の相対信号レベルに基づいて行うことにより、組み合わせのプロセスを最も信頼できる形で行うことができる。
上述のとおり、基地局は、同じリモート・ユニット信号の複数のインスタンス(instance)を受信することができる。受信信号に対応する個々の復調されたインスタンスは、復調エレメントに割り当てられる。復調エレメントの復調出力は、組み合わされる。組み合わされた信号は、デコードされる。復調エレメントは、単一のセクタに割り当てるのではなく、基地局のセクタのいずれか1つの組からの信号に割り当てることとしてもよい。このようにして、復調エレメントを利用可能な信号のうち最も強いものに割り当てることにより、基地局の資源を効率よく使用することができる。
同一の基地局の複数のセクタからの信号を組み合わせることにより、セクタ化された基地局では、リモート・ユニットの電力制御のための単一の電力制御コマンドを生成させるようにすることもできる。このように、1つの基地局の中の各セクタからの電力調整コマンドは同一のものとなる。このような電力制御における同一性によって、リモート・ユニットにおけるセクタのダイバーシティが電力制御プロセスにとってクリティカルなものではなくなるという点において、ハンドオフの動作に柔軟性を与えることができる。ソフター・ハンドオフのプロセスの詳細については、本発明の譲受人に譲渡されている1993年10月30日出願の米国特許出願シリアル番号No.08/144,903、"METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING HANDOFF BETWEEN SECTORS OF A COMMON BASE STATION"に開示されている。ソフター・ハンドオフの利点と応用例の詳細については、いずれも本発明の譲受人に譲渡されている、1993年10月30日出願の米国特許出願シリアル番号No.08/144,901、"METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING THE AVERAGE TRANSMIT POWER GROM A SECTORIZED BASE STATION"及び1994年9月30日出願の米国特許出願シリアル番号No.08/316,155、"METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING THE AVERAGE TRANSMIT POWER OF A BASE STATION"に開示されている。
セルラー・システムの各基地局は、フォワード・リンク・カバーエリアとリバース・リンク・カバーエリアを持っている。これらのカバーエリアはリモート・ユニットとの通信が劣化する物理的な境界を示すものである。言い換えれば、リモート・ユニットが基地局のカバーエリアの中にあれば、リモート・ユニットは基地局との通信を行うことができるが、リモート・ユニットがカバーエリアの外にあれば、通信の品質は低下する。基地局は、1つあるいは複数のセクタを持っている。1セクタの基地局は、ほぼ円形のカバーエリアを有している。複数セクタの基地局は、基地局から放射されるローブを形成する独立したカバーエリアを有している。
基地局のカバー・エリアには、2つのハンドオフ境界がある。ハンドオフ境界とは、リモート・ユニットが第一又は第二の基地局のどちらと通信しているかに関係なく、リンクが同一の動作をするような2つの基地局の間の物理的位置と定義される。各基地局は、フォワード・リンクのハンドオフ境界と、リバース・リンクのハンドオフ境界を持っている。フォワード・リンクのハンドオフ境界は、どちらの基地局から受信しているかに関係なく、リモート・ユニットの受信器が同一の動作をするような位置と定義される。リバース・リンクのハンドオフ境界は、2つの基地局の受信器がリモート・ユニットに対して同一の動作をするようなリモート・ユニットの位置と定義される。
理想的には、これらの境界は、バランスしている、すなわち同じ物理的位置であることが求められる。これらがバランスしていない場合には、電力制御のプロセスが乱され又はハンドオフの領域が不当に拡大するため、システムの容量が減少する。ハンドオフ境界は、リモート・ユニットの数が増加するにつれてリバース・リンクのカバーエリアが縮小するという点において、時間の関数であることに注意しなければならない。リバース・リンク電力は、リモート・ユニットの数に従って増大するが、リバース・リンクのカバーエリアと反比例する。受信電力が増加すると、基地局のリバース・リンク・カバーエリアの実効的なサイズが減少し、リバース・リンクのハンドオフ境界が基地局に向かう内側に移動する。
CDMA又は他のセルラー・システムにおいて高い性能を達成するためには、システムの中の基地局とリモート・ユニットの送信電力レベルの制御を注意深くかつ正確に行う必要がある。送信電力の制御は、システムによって発生する自己妨害の量を制限する。さらに、フォワード・リンクにおいては、送信電力を正確に調整することによって、1つの基地局又は複数セクタの基地局の1つのセクタのフォワード及びリバース・リンクのハンドオフ境界をバランスさせることができる。このようにしてバランスの調整をすることによって、ハンドオフの領域のサイズを減少させ、システム全体の容量を増加させ、ハンドオフ領域のリモート・ユニットの性能を向上させることができる。
既存のネットワークに新しい基地局を追加する前に、新しい基地局のフォワード・リンク(即ち、送信)電力とリバース・リンク(即ち、受信)信号電力がほとんど0となっている。新しい基地局を追加するプロセスを開始するには、新しい基地局の受信経路のアッテネータ(attenuator)を高い減衰値に設定して、人工的に雑音受信電力が高い状態を作り出す。送信経路のアッテネータも高い減衰値に設定して、低い送信レベルとする。人工的な雑音受信電力が高いレベルにあるため、新しい基地局のリバース・リンク・カバーエリアは非常に小さいものとなる。同様に、フォワード・リンク・カバーエリアは、送信電力に比例するため、送信電力レベルを非常に低く設定すると、フォワード・リンク・カバーエリアも非常に小さくなる。
次に、受信及び送信経路のアッテネータを同時に調節してプロセスを続行する。受信経路にあるアッテネータの減衰レベルは減少され、それによって人工的な雑音受信電力は減少し、本来の信号のレベルが上昇し、リバース・リンク・カバーエリアのサイズが増大する。送信経路にあるアッテネータの減衰レベルは減少され、それによって新しい基地局の送信電力レベルが上昇し、フォワード・リンク・カバーエリアが広がる。新しい基地局をシステムに追加し又はこれを削除するときには、送信電力の増加と人工的な雑音受信電力の減少は、新しい基地局と周囲の基地局の間での呼のハンドオフを可能とするために、十分にゆるやかに行わなければならない。
システムの中の各基地局は、ロードされていない受信経路のノイズと希望するパイロット電力の合計が一定の値となるように、初期設定時に較正される。較正定数は、システムの基地局のすべてについて共通である。システムがロードされた状態になる(即ち、リモート・ユニットが基地局と通信を始めると)、補償ネットワークが基地局によって受信されるリバース・リンク電力と基地局から送信されるパイロット電力の関係を一定に保つ。基地局をロードすると、リバース・リンクのハンドオフ境界は基地局の方向に移動する。このため、フォワード・リンクにおいて同様の操作を行うには、ロードが増加するにつれてパイロット電力を減少させる。フォワード・リンクのハンドオフ境界をリバース・リンクのハンドオフ境界にバランスさせるプロセスは、基地局のブリージング(breathing)と呼ばれ、本発明の譲受人に譲渡されている1996年発行の米国特許"METHOD AND APPARATUS FOR BALANCING THE FORWARD LINK HANDOFF BOUNDARY TO THE REVERSE LINK HANDOFF BOUNDARY IN A CELLULAR COMMUNICATION SYSTEM"に開示されている。システムに基地局を追加し又はこれを削除する場合にフォワード・リンクのハンドオフ境界をリバース・リンクのハンドオフ境界とバランスさせるプロセスは、基地局のブラッサミング(blossoming)とウィルティング(wilting)と呼ばれ、本発明の譲受人に譲渡されている1995年12月12日発行の米国特許No.5,475,870、"APPARATUS AND METHOD FOR ADDING AND REMOVING A BASE STATION FROM A CELLULAR COMMUNICATION SYSTEM"に詳細が開示されている。
基地局によって送信される各フォワード・リンク信号の中で使用される相対電力については、各リモート・ユニットによって送信される制御情報に応じた制御を行うことが望ましい。このような制御を行う主な理由としては、フォワード・リンクが場所によって非常に悪い条件となるという事実に対応するためである。不利な条件にあるリモート・ユニットに送信される電力を増加しなければ、信号の品質は受容できないものとなる。このような位置の例としては、隣接する1つ又は2つの基地局に対する経路損失がリモート・ユニットが通信している基地局への経路損失とほぼ等しい地点が挙げられる。このような位置では、総合的な妨害の量は、基地局に比較的近い位置でのリモート・ユニットにおける妨害の3倍にまで増加する。さらに、隣接する基地局からの妨害は、アクティブな基地局からの妨害の場合とは異なり、アクティブな基地局からの信号に同調して減少するわけではない。このような状態にあるリモート・ユニットについては、十分な動作を行うために、アクティブな基地局からの信号電力を3から4dB程度増加させる必要があるかも知れない。
別の状況では、信号対妨害比が非常に良い位置にリモート・ユニットが置かれる場合も考えられる。このようなケースでは、基地局は、公称送信器出力よりも低い信号出力によって対応するフォワード・リンク信号を送信することにより、システムによって送信される他の信号への妨害を減少させることができる。
上記の目的を達成するために、リモート・ユニットの受信器に信号対妨害比の測定能力を持たせることができる。信号対妨害比の測定は、対象となる信号の電力を妨害及び雑音電力の合計値と比較することにより行うことができる。測定された比の値が予め定めておいた値より小さい場合には、リモート・ユニットは、基地局へフォワード・リンクでの電力を増加するリクエストを送信する。比が予め定めておいた値を超える場合には、リモート・ユニットは、電力減少のリクエストを送信する。リモート・ユニットの受信器により信号対妨害比を監視する方法の1つとして、再生される信号のフレーム誤り率(frame error rate)(FER)を監視する方法がある。
基地局は、各リモート・ユニットから電力調整のリクエストを受信し、対応するフォワード・リンクの信号に割り当てられている電力を予め定められた量だけ調節することによってこれに応答する。調整量は、ほとんどの場合微量であり、典型的には0.5dBから1.0dBのオーダー、即ち12%程度である。電力の変化率は、リバース・リンクにおける変化よりも幾分遅い程度とし、場合により毎秒1回程度とする。好ましい実施例においては、フォワード・リンク調整のダイナミック・レンジは、典型的には、公称値の4dB下から公称送信電力の6dB上までのように制限されている。
CDMAの基地局は、送信電力レベルに対して正確な制御を行うことができる。電力の制御を正確に行うためには、基地局の送信チェイン(transmit chain)を構成する様々な部品におけるゲインのばらつきを補償する必要がある。このようなゲインのばらつきは、典型的には、温度や劣化の問題から、時間の経過により、装置を配備する際の簡単な較正の手順によっては正確な出力送信レベルを保証することができなくなることにより発生する。ゲインのばらつきは、送信チェインの全体としてのゲインを、基地局の実際の送信電力が計算された希望する送信電力に一致するように調整することによって補うことができる。基地局の各セクタは、様々なデータレートと相対的な信号レベルで動作する複数のシグナリング(signaling)チャンネルを形成し、それらの組み合わせによって生の無線周波数送信信号を生成する。チャンネル・エレメント変調器は、それぞれが1つのチャンネルに対応しており、各チャンネルの信号について予想される電力を計算する。基地局は、また、基地局トランシーバー・システム・コントローラ(base station transceiver system controller)(BTSC)を有している。BTSCは、各チャンネルの予想電力を合計することにより、セクタの希望出力電力を生成する
上述したように、典型的なセルラー・システムは、互いに間隔を置いて配置され、それぞれが1セットの分配アンテナ(a set of associated collocated antennas)を有する基地局によって構成される。典型的なセルラー基地局は、3つ又はこれを超えるセクタを含むものであってもよい。セクタは、基地局を細分化したものであって互いに密接な関係を持っている。各セクタは、同じ基地局の他のセクタによって送信される信号の組とは異なる信号の組を送信する。セクタの回路は並列に配置されているため、セクタ間における共有と相互接続を容易に行うことができる。典型的な3セクタからなる基地局のアンテナ・パターンを図1に示す。図1では、カバー・エリア300Aは、最も細い線で示されている。カバー・エリア300Bは、中間の太さの線で示されている。カバー・エリア300Cは、最も太い線で示されている。図1に示す3つのカバー・エリアの形は、それぞれ、標準的な指向性ダイポール・アンテナによって生成される形状である。カバー・エリアの端は、リモート・ユニットの受信器がそのセクタを介した通信をサポートするための必要最小限の信号レベルを受信できる位置に対応する。リモート・ユニットがセクタの内部に移動するにつれ、基地局から受信される信号の強度は、リモート・ユニットからみてより大きなものとなる。位置302にあるリモート・ユニットは、セクタ300Aを介して通信を行うことができる。位置303にあるリモート・ユニットは、セクタ300A及び300Bを介して通信を行うことができる。位置304にあるリモート・ユニットは、セクタ300Bを介して通信を行うことができる。リモート・ユニットがセクタの端を超えて移動すると、そのセクタを介する通信の品質は劣化する。図1に示されている基地局と図1に示されていない基地局との間でソフト・ハンドオフ・モードでの動作をしているリモート・ユニットは、セクタの1つの端の近くに位置している場合が多いと考えられる。
図2は、標準的なセルラー・システムの基本的な実施例を示したものであり、3つの単一セクタの基地局362、364及び368により構成される。図2においては、アンテナ310、326、及び344のそれぞれは、それぞれ基地局362、364及び368の受信アンテナに対応する。基地局362、364及び368は互いに近接して設置されており、アンテナ310、326及び344は互いにオーバーラップしたカバー・エリアを持っていて、1つのリモート・ユニットの信号が同時に3つの基地局との間でソフト・ハンドオフの状態となりうるような構成となっている。
アンテナ310、326及び344は、それぞれ受信信号を受信処理部312、328及び346に供給する。受信処理部312、328及び346は、RF信号を処理し、その信号をディジタルのビットに変換する。また、受信処理部312、328及び346は、ディジタル・ビットをフィルタすることもできる。受信処理部312は、フィルタ処理されたディジタル・ビットを復調エレメント316A−316Nに供給する。受信処理部328は、フィルタ処理されたディジタル・ビットを復調エレメント332A−332Nに供給する。同様に、受信処理部346は、フィルタ処理されたディジタル・ビットを復調エレメント350A−350Nに供給する。
復調エレメント316A−316Nは、相互接続320を介してコントローラ318によって制御される。コントローラ318は、復調エレメント316A−316Nを基地局362によって同じリモート・ユニットであると認識されるリモート・ユニットからの情報信号の1つのインスタンスに割り当てる。環境のマルチパス特性によって、信号のはっきりしたインスタンスが生成されることがある。復調エレメント316A−316Nは、データ・ビット322A−322Nを生成し、これらはシンボル・コンバイナ324の中で組み合わされる。シンボル・コンバイナ324の出力は、ビタビ・デコーディングに適したソフト判定データの集合である。組み合わされたデータは、デコーダ314によってデコードされ、メッセージ1として出力され、セルラー又はパーソナル通信のシステム・コントローラ370に受け渡される。
復調エレメント316A−316Nによって復調されたすべての信号の信号強度の組み合わせに従って、基地局362からリモート・ユニットへの電力調整コマンドが、コントローラ362によって生成される。コントローラ318は、リモート・ユニットへ中継される電力制御情報を基地局362の送信回路(図示せず)に受け渡すことができる。
復調エレメント332A−332Nは、相互接続336を通じてコントローラ334により制御される。コントローラ334は、復調エレメント332A−332Nを同じリモート・ユニットからの情報信号の1つのインスタンスに割り当てる。復調エレメント332A−332Nは、シンボル・コンバイナ340の中で組み合わされるデータビット338A−338Nを生成する。シンボル・コンバイナ340の出力は、ビタビ・デコーディングに適したソフト判定データの集合であっても良い。組み合わされたデータは、デコーダ342によってデコードされ、メッセージ2として出力され、セルラー又はパーソナル通信のシステム・コントローラ370に受け渡される。
リモート・ユニットへの電力調整コマンドは、復調エレメント332A−332Nによって復調されたすべての信号の信号強度の組み合わせに従ってコントローラ334によって生成される。コントローラ334は、リモート・ユニットへ中継される電力制御情報を基地局364の送信回路(図示せず)に受け渡すことができる。
復調エレメント350A−350Nは、相互接続352を介してコントローラ352によって制御される。コントローラ352は、復調エレメント350A−350Nを基地局368によって同じリモート・ユニットであると認識されるリモート・ユニットからの情報信号の1つのインスタンスに割り当てる。復調エレメント350A−350Nは、シンボル・コンバイナ358の中で組み合わされるデータビット356A−356Nを生成する。シンボル・コンバイナの出力は、ビタビ・デコーディングに適したソフト判定データの集合であっても良い。組み合わされたデータは、デコーダ360によってデコードされ、メッセージ3として出力され、セルラー又はパーソナル通信のシステム・コントローラ370に受け渡される。
リモート・ユニットへの電力調整コマンドは、復調エレメント350A−350Nによって復調されたすべての信号の信号強度の評価信号に従ってコントローラ352によって生成される。コントローラ352は、リモート・ユニットへ中継される電力制御情報を基地局368の送信回路(図示せず)に受け渡すことができる。
システムの中でソフト・ハンドオフのモードで動作している各リモート・ユニットに対し、セルラー又はパーソナル通信のシステム・コントローラ370は、少なくとも2つの基地局からデコードされたデータを受信する。例えば図2では、セルラー又はパーソナル通信システムのコントローラ370は、それぞれ基地局362、364及び368から、共通リモート・ユニットからのメッセージ1、2及び3の形でデコードされたデータを受信する。デコードされたデータを組み合わせることによって、データをデコード処理の前にデータを組み合わせることによって達成することのできる非常に有利な効果を得ることはできない。このため、典型的なセルラー又はパーソナル通信システムのシステム・コントローラ370は、各基地局からのデコードされたデータを組み合わせることはしないで、メッセージ1、2又は3の中から最も高い信号品質のインデックスを持っているものを選択して残りの2つを破棄する。図2では、セレクタ372がフレーム毎に選択処理を実行し、その結果をボコーダ又はその他のデータ処理ユニットに供給する。選択処理の詳細については、1995年8月25日に出願され、本発明の譲受人に譲渡された出願中(co-pending)の米国特許出願シリアル番号08/519、670、"COMMUNICARTION SYSTEM USING REPEATED DATA SELECTION"に説明されている。
シンボル・コンバイナ324、340及び358からの組み合わされているがデコードされていないデータ出力が、それぞれ基地局362、364及び368からシステム・コントローラ370に送られない理由は、復調処理では、データが非常に速いレートで生成されるためである。大きなデータのブロックは、デコード処理の中で使用されて、デコードされたシンボルを生成する。1つのデータ・シンボルをデコードするために必要なデータの量とデコードされたシンボル及び品質インデックスの指定に使用されるデータの量の比は、1000対1にもなる。この複雑さに加えて、このような大量のデータを転送する場合に不可欠な時間遅れは、非常に高速なリンクを使用しないかぎり、妨げることはできない。このため、システムの中の数百の基地局(このうちほとんどは、図2に示されていない)とシステム・コントローラ370の間を相互接続するシステムは、組み合わせに適したデコードされていないデータのかわりにデコードされたデータと品質表示のみを送出することによって、大幅に簡略化される。
組み合わされているがデコードされていない大量のデータを送信する複雑さに加えて、コストの面でもほとんど実現不可能なものとなる。システムの基地局は、一般的にシステム・コントローラから離れたところにある。基地局からシステム・コントローラのまでの経路は、一般的にT1インターフェイス・ラインのようなリースされた回線によって構成される。これらのラインのコストは、ほとんど搬送するデータの量によって決定される。このため、基地局からシステム・コントローラに送信されるデータの量を増加することは、コスト面から実現を困難なものとし、技術的にも実現を難しくする。
最適化されていないシステムでは、図2に関して説明されたソフト・ハンドオフの選択方法は、同じ基地局の各セクタを別個の独立した基地局として扱うことにより、セクタ化されている基地局にそのまま応用することができる。基地局の各セクタは、同じリモート・ユニットからのマルチパス信号を組み合わせ、デコードする。デコードされたデータは、基地局の各セクタによって直接にセルラ又はパーソナル通信システムのシステム・コントローラに送ることができ、あるいはデータの比較と選択を基地局において行い、結果をセルラー又はパーソナル通信のシステム・コントローラに送ることもできる。しかしながら、同一の基地局のセクタ間でのハンドオフの取扱いにおいてさらに有利な方法は、前述した米国特許出願シリアル番号No.08/144,903に説明されている。ソフター・ハンドオフを提供するための回路は、図3との関係で説明する。
図3では、アンテナ222A−222Cは、それぞれ各セクタに対する受信アンテナであり、アンテナ230A−230Cは、1つのセクタに対する送信アンテナである。アンテナ222Aとアンテナ230Aは、共通するカバー・エリアに対応し、理想的な状態では同じアンテナパターンを持っている。同様に、アンテナ222Bと230B、それにアンテナ222Cと230Cは、それぞれ、共通のカバー・エリアに対応する。図3は、アンテナ222A−222Cがオーバーラップしたカバー・エリアを持っており、単一のリモート・ユニットの信号が同時に2以上のアンテナで受信されるような一般的な基地局を示したものである。アンテナ222A−222Cは、図1に示すようなアンテナ・パターンを持っていても良いし、あるいはアンテナ222A−222Cのうちの1つ又は複数が分配アンテナであっても良い。
二度、図3を参照すると、アンテナ222A、222B及び222Cは、それぞれ受信した信号を受信処理部224A、224B及び224Cに供給する。受信処理部224A、224B及び224Cは、RF信号を処理し、その信号をディジタル・ビットに変換する。受信処理部224A、224B及び224Cは、ディジタル・ビットをフィルタ処理し、その処理結果であるディジタル・ビットをインターフェース・ポート226に供給するような構造としてもよい。インターフェイス・ポート226は、相互接続212を介したコントローラ200による制御の下で、3つの入力信号経路の1つを復調エレメント204A−204Nに接続してもよい。
復調エレメント204A−204Nは、相互接続212を通じてコントローラ200によって制御される。コントローラ200は、復調エレメント204A−204Nを単一のリモート・ユニットからの情報信号の1つのインスタンスに割り当てる。復調エレメント204A−204Nは、それぞれが単一のリモート・ユニットからのデータの評価を示すデータ・ビット220A−220Nを生成する。データ・ビット220A−220Nは、シンボル・コンバイナ208によって組み合わせられ、リモート・ユニットからのデータについての単一の評価を生成する。シンボル・コンバイナ208の出力は、ビタビ・デコーディングに適したソフト判定データの集合であっても良い。組み合わされたシンボルは、デコーダ228に受け渡される。
復調エレメント204A−204Nは、また、相互接続212を介して複数の出力制御信号をコントローラ200に供給する。コントローラ200に渡されるデータには、特定の復調エレメントに割り当てられた信号の信号強度の評価が含まれる。復調エレメント204A−204Nのいずれかは、復調している信号の信号強度評価を測定し、その評価をコントローラ200に供給する。
シンボル・コンバイナ208は、1つのセクタだけからの信号を組み合わせて出力を生成し又はインターフェース・ポート226により選択された複数のセクタからのシンボルを組み合わせることができる点に注意すべきである。単一の電力制御コマンドは、信号が受信されたすべてのセクタからの信号強度の評価に従ってコントローラ200によって生成される。コントローラ200は、電力制御情報を基地局の各セクタの送信回路に受け渡す。このように、基地局の各セクタは、単一のリモート・ユニットに対して同じ電力制御情報を送信する。
シンボル・コンバイナ208は、1つ以上のセクタを通じて通信を行っているリモート・ユニットからの信号を組み合わせているときは、そのリモート・ユニットはソフタ・ハンドオフの状態にある。基地局は、デコーダ228の出力をセルラー又はパーソナル通信システム・コントローラに送るような構造であっても良い。セルラー又はパーソナル通信システムのシステム・コントローラでは、この基地局又は他の基地局からのリモート・ユニットに対応する信号は、前述した選択処理を用いることによって、単一の出力を生成するために使用しても良い。
図3に示す送信プロセスは、エンド・ユーザからセルラー又はパーソナル通信システムのシステム・コントローラを通じたリモート・ユニットへのメッセージを受信する。このメッセージは、アンテナ230A−230Cのうちの1つ又は複数によって送出することができる。インターフェイス・ポート236は、このリモート・ユニットへのメッセージをコントローラ200による設定により、復調エレメント234A−234Cのうちの1つ又は複数に接続する。変調ユニット234A−234Cは、このリモート・ユニットへのメッセージを適当なPN符号によって変調する。変調エレメント234A−234Cによって変調されたデータは、送信処理部232A−232Cにそれぞれ受け渡される。送信処理部232A−232Cは、メッセージをRF周波数に変換し、その信号をアンテナ230A−230Cからそれぞれ適当な信号レベルで送信する。インターフェイス・ポート236とインターフェイス・ポート226は、特定のリモート・ユニットからの信号をアンテナ222A−222Cのいずれかを介して受信することは、必ずしも対応する送信アンテナ230A−230Cがその特定のリモート・ユニットへの送信を意味するものではないということから、独立に動作するといえることに注意しなければならない。また、各アンテナを通じて送られる電力制御コマンドは同じものであり、同一の基地局からのセクタ・ダイバーシティは、最適な電力制御動作にとってクリティカルなものではないということにも注意しなければならない。これらの優位性は、さらに、送信ゲーティング(transmit gating)と呼ばれる処理を通じて、前述した米国特許出願シリアル番号08/144,901及び08/316,155に示すように、システムの優位性とすることができる。
前述した電力制御の複雑さに加えて、2つの基地局が異なるスイッチによって制御されているときに、2又はそれ以上の基地局の間でのソフトなハンドオフを試みる場合には、電力制御の処理は一層複雑なものとなる。ブリージングの処理もまた、従来の電力制御の機構を複雑なものにする。本発明は、ブリージングを行っている1連の基地局を通じて、これらの基地局が異なるスイッチによって制御されている場合も含めて、電力制御の管理を提供するための方法と装置に関するものである。
[発明の概要]
集中化された電力制御方法及び装置によって一連の基地局に対する集中化された電力制御が実現される。集中化された電力制御は、無線リンク・管理装置(radio link manager)(RLM)によって行われる。リモート・ユニットがトラフィック・チャンネルを確立している各基地局は、各リバース・トラフィック・フレームに対応するパケットをセレクタに送出する。各フレームについては、利用可能な場合には、リモート・ユニットによって受信された最後のフォワード・リンク・フレームが削除されたもの(an erasure)としてデコードされたかどうかを示す削除表示ビット(erasure indication bit)(EIB)を含む。RLMは、フォワード・リンク電力制御計算システムを動作させフレーム毎の計算結果を得る。このフレーム毎の計算結果は、トラフィック・チャンネル利得(traffic channel gain)とパイロット・チャンネル利得(pilot channel gain)の望ましい比、GTc/Gpilot、を与える。このように計算される比は、リモート・ユニットとの間で通信を確立しているすべての基地局に送信される。
本発明では、リバース・リンクの電力制御の管理についての集中化も行っている。本発明の好ましい実施の形態においては、RLMは、選択処理の出力における合計フレーム誤り率(aggregate frame error rate)を計算する。RLMは、絶対リバース・スレッショルド値(absolute reverse threshold value)を算出し、リモート・ユニットとの間で通信を確立している各基地局に受け渡す。このリバース・スレッショルド値は、フレーム毎に受け渡すことができる。
【図面の簡単な説明】
本発明の特徴、目的、優位性は、以下に示す詳細な説明を、全体を通して対応する部分には同じ参照記号を付した付す空の図面に照らして解釈することによって、さらに明白なものとなろう。ここで、図面には、以下の内容が含まれている。
図1は、典型的な3セクタ基地局のアンテナ・パターンを示す図である。
図2は、3つの単一セクタ基地局からなる標準的なセルラー・システム(cellular system)の基本的な実施例を示す図である。
図3は、標準的なセルラー・システムの3セクタ基地局の基本的な実施例を示す図である。
図4は、それぞれが異なるスイッチによって制御される2つの異なる動作領域により構成される、基本的なCDMA通信システムを示す図である。
図5は、同一のスイッチによって制御される2つの異なる動作領域により構成される、基本的なCDMA通信システムを示す図である。
[好ましい実施の形態の詳細説明]
図4は、それぞれが異なるスイッチによって制御される2つの異なる動作領域により構成される、基本的な無線符号分割多重接続(CDMA)通信システムを示す。動作領域36は、無線通信システムを公衆電話網(public switch telephone network)(PSTN)に接続するスイッチ32によって制御される。動作領域38は、無線通信システムを公衆電話網(PSTN)に接続するスイッチ34によって制御される。動作領域36は、複数の基地局によって構成されるが、図4には、そのうち基地局14及び基地局16の2つのみが示されている。CDMA相互接続サブシステム(CDMA interconnect subsystem)(CIS)6は、動作領域36の基地局とセレクタのバンク(bank)並びに図4に示されていない他の装置とを相互接続する機能を実現する。特に、CDMA相互接続サブシステム6は、リモート・ユニット10及びリモート・ユニット10に対応する呼出信号(call signal)を処理するセレクタ24との間での接続を確立することのできる基地局間での接続を提供する。
リモート・ユニット10が基地局14のみを介してアクティブ(active)なトラフィック・チャンネル通信リンクを確立しているときには、基地局14は、CIS6を介してデコードされたフレーム・データをセレクタ24に受け渡す。セレクタ24は、ボコードされたフレームをパルス・コード変調された(pulse code modulated)(PCM)データに変換するボコーダにより構成され、PCMデータをスイッチ32に受け渡す。基地局14からセレクタ24に到達するデータ・パケットは、基地局14とリモート・ユニット10の間の無線リンクについての情報を構成することもできる。セレクタ24は、無線リンクについての情報を無線リンク管理装置(RLM)22に受け渡す。
公衆電話網(PSTN)からリモート・ユニット10へのPCMエンコードされたデータは、スイッチ32からセレクタ24に受け渡される。PCMデータは、セレクタ24によってボコーダ・フレーム・データに変換される。ボコードされたフレームは、CIS6を介して基地局14に受け渡される。RLM22により、制御データをボコードされたフレームに付加(append)することもできる。リモート・ユニット10は、自動車電話(a vehicle based telephone)、携帯型ユニット(a hand-held portable unit)、PCSユニット又は固定的な無線ローカル・ループ・ユニット(a fixed location wireless local loop unit)若しくはその他の音声(voice)あるいはデータ通信装置とすることができる。
動作領域36では、RLM22がリモート・ユニット10と、リモート・ユニット10との間でアクティブな通信を確立している任意の基地局との間における無線リンクの無線インターフェイス(air interface)を制御する。本実施例では、RLM22の主要な機能の1つは、フォワード・リンクの電力制御及びリバース・リンクの電力制御の双方の動作を制御することである。フォワード・リンクの電力制御は、基地局が、リモート・ユニットによって測定されるフォワードフォワード・リンクの性能(performance)に基づいてリモート・ユニットに送信するフォワード・リンク・トラフィック・チャンネル信号のレベルを制御することによって行われる。リバース・リンクの電力制御は、リモート・ユニットが、リバース・リンクの性能に基づいて基地局に送信するリバース・リンク・トラフィック・チャンネル信号のレベルを制御することによって行われる。
リモート・ユニットは、ビット・エネルギーとノイズ電力密度との比(Eb/No)の定期的な測定又は削除されたもの(an erasure)としてデコードされたフレームの数がスレッショルド値を超える毎にメッセージを送出する等のいくつかの方法のいずれかによってフォワード・リンクの性能を測定することができる。好ましい実施の形態では、リモート・ユニットからのフォワード・リンク電力制御情報は、一般的に単にIS−95と呼ばれる”Mobil Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System”、TIA/EIA/IS−95に基づいている。
IS−95においては、基地局がフォワード・トラフィック・チャンネル電力制御をイネーブル(enable)すると、リモート・ユニットは、電力測定報告メッセージ(Power Measurement Report Message)を使用してフレーム誤り率(FER)の統計結果を基地局に報告する。基地局は、リモート・ユニットが特定の時間間隔におけるフレーム誤り率の統計結果を報告するように、周期的な報告動作をイネーブルすることができる。基地局は、また、リモート・ユニットがフレーム誤り率が所定のスレッショルド値に達した場合にフレーム誤り率の統計結果を報告するように、スレッショルド報告動作をイネーブルすることができる。これは、IS−95のセクション7.6.4.1.1、the base station may use the reported frame error rate statistics to adjust the transmit power on the forward traffic channel"に基づく。注目すべき事実として、IS−95は、基地局がフレーム誤り率に基づいてフォワード・リンクの電力制御を行う際の具体的な方法を規定していないため、基地局を設計する各製造業者は、フォワード・リンクの電力制御を行うために異なる方法を自由に設計することができることである。
好ましい実施の形態では、リモート・ユニットからのフォワード・リンク電力制御情報は、また、一般的にJ−Standard 8と呼ばれる”Personal Station-Base Station Compatibility Requirements for 1.8 to 2.0 GHz Code Division Multiple Access(CDMA)Personal Communication Systems”AN−SI J−STD−008又は一般的にIS−95−Aと呼ばれる”Mobil Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System + Telecommunication System Bulletin: Support for 14.4kbps Data Rate and PCS Interaction for Wideband Spread Spectrum Cellular Systems”TIA/EIA/IS−95-A + TSB74に対応させることができる。IS−95−Aにおいては、リモート・ユニットは、モービル・ステーション(a mobile station)と呼ばれる。J-Standard8では。リモート・ユニットは、パーソナル・ステーション(personal station)と呼ばれる。
IS−95−A及びJ-Standard8では、リモート・ユニットは、2つのモードのうちのいずれかで動作する。第一のモードは、IS−95標準におけるリモート・ユニットの動作に基づくものであり、レート・セット1(Rate Set1)と呼ばれる。動作の第二の形式は、異なるデータ・レート(date rate)のセットでの動作に基づくものであり、レート・セット2(Rate Set2)と呼ばれる。レート・セット2のデータ・レートは、レート・セット1のデータ・レートよりも高い。リモート・ユニットがレート・セット2で動作しているときは、リバース・リンクで送信される各フレームは、削除表示ビット(EIB)を構成する。このEIBビットは、削除されたものとしてデコードされるフォワード・リンク・フレームを受信した後に‘1’にセットされる。その他のすべての場合には、EIBは‘0’にセットされる。表Iに、2つのレート・セットのそれぞれの4つのレート・セットについて、フレーム当りの情報ビットの数を示す。リバース・トラフィック・チャンネルにおける削除には、情報ビットは割り当てられない。
フォワード・リンク電力レベルを制御するための一般的に用いられる従来技術においては、各基地局が、リモート・ユニットとの間で通信を行っている可能性のある他の基地局によって使用されるレベルを参照することなく、各トラフィックチャンネル信号のフォワード・リンク電力レベルの絶対値を個別に決定する。従来技術による典型的なシステム構成では、リモート・ユニットによって報告されるFERをスレッショルド値と比較して、FERがスレッショルド値を僅かに上回るように対応するトラフィック・チャンネル信号の電力レベルを更新する。
従来技術における典型的な例としては、図4に示すRLM22のような無線リンク・管理装置がスレッショルド値を制御する。このため、リモート機器の‘スーパー・ユーザ’(super user)について他のシステム・ユーザより低いFERが保証された場合には、そのリモート・ユニットとの通信を確立している各ベース・ステーションに対して無線リンク管理装置からメッセージを送出することによってスレッショルド値を変更することができる。
リモート・ユニットがハンドオフの状態にあるときには、図2に示す基地局のセクタと関連して説明されている方法に非常によく似た方法により、複数の基地局からのマルチパス信号の数を組み合わせることによって生成される総合計信号(total aggregation signal)に基づいてFERを測定する。基地局における変復調の動作とリモート・ユニットにおける変復調の動作の違いは、リモート・ユニットは、ハンドオフの間2つの異なる信号源(source)からの信号を受信するのに対し、基地局は、リモート・ユニットがハンドオフの状態にあるかどうかにかかわらず、同一のリモート・ユニットからの複数のマルチパス伝達信号(multipath propagation signal)を受信するという点にある。リモート・ユニットは、信号を生成した基地局の別に関係なく信号の各マルチパス・インスタンス(instance)に対応するパイロット信号の相対信号強度に基づいて復調エレメントの出力を組み合わせる。このように、IS−95では、リモート・ユニットは、合計デコード信号に基づいて1つのFER測定を実行して、このFER測定結果をリモート・ユニットが通信を行っている各基地局に送信する。IS−95−A及びJ-Standard8では、リモート・ユニットは、FER測定結果ではなく合計信号に基づいて、単に、各フレームと共にEIBを送出することとすることができる。
リモート・ユニットとの通信を行っている各基地局は、FERをスレッショルド値と比較して、対応するフォワード・リンク・トラフィック・チャンネルの送信電力レベルを増大させ、減少させ、又はこれをそのまま維持する。ここで、このようなシステムの欠点に留意されたい。各基地局が同じ計算方法と同じスレッショルド値を用いている場合でも、リモート・ユニットのサービスに対して同じ優先順位を持った2つの基地局は、そのリモート・ユニットに対して異なるレベルで信号を送信する場合がありうる。このような異なるレベルは、各基地局の出力の絶対電力レベルが、計算システムの動作が開始される際の初期値に依存していることにより発生する。リモート・ユニットが動作領域の中を移動すると、ハンドオフがランダムな時間間隔によって開始し、新しく追加された基地局のトラフィック・チャンネル電力レベルの初期絶対値は、リモート・ユニットがすでに通信を行っている他の基地局によって用いられているトラフィック・チャンネル電力レベルとは無関係である。ここで、新しい基地局が追加された時点で、リモート・ユニットがすでに適正なFERで動作している場合を考える。新しく追加された基地局のトラフィック・チャンネル電力レベルの初期値が低い場合には、新しく追加された基地局の信号電力がリモート・ユニットのFERに与える影響は最小限のものとなる。リモート・ユニットにおけるFERがすでに受容可能なものであるため、新しく追加された基地局の送信電力は初期値のままである。このように、もとの基地局の優先順位が新しく追加された基地局と同じ優先順位を持っており、もとの基地局が新しく追加された基地局によって使用される初期値よりも高い電力レベルで送信を行っている場合には、これらの基地局の双方における送信レベルは一定であるが異なる値となる。このように、あるリモート・ユニットに対して同じ優先順位を持った2つの基地局が、2つの異なる絶対電力レベルでトラフィック・チャンネル信号を生成する場合がありうる。システム的な観点からは、このようなバランスを欠いた動作によって、最も高いレベルで信号を送信する基地局から他のリモート・ユニットに対する不当な妨害を引き起こすことが考えられる。
2つの異なるトラフィック・チャンネルが異なる値を持っている場合でも、リモート・ユニットへのサービスについて同じ優先順位を持っている場合には、各基地局のパイロット信号強度は、リモート・ユニットによって測定されるものと同じになる。リモート・ユニットでは、パイロット信号の相対信号強度に基づいて組み合わせ動作が行われる。組み合わせ処理は、同じ強度を持ったパイロット信号に基づいて強度の異なるトラフィック・チャンネル信号を組み合わせる場合には、最適状態には及ばない状態において(in a suboptimal fashion)行われる。
また、上述した理由から、各セクタによって送信される相対電力を適正に制御することによってハンドオフの境界が各基地局の間で適正に配置されるようにすることが重要である。このバランスを保持するための処理は、“基地局ブリージング”(base station breathing)の処理によって実現される。前述した米国特許に詳述されているように、基地局ブリージングの処理の間では、基地局の総出力電力は送受信電力にもとづいて制御される。ブリージング処理は、基地局の総合計出力電力に基づいて行われるため、任意のトラフィック・チャンネルに対して電力制御機能(power control mechanism)によって生成される‘絶対値’は、基地局によって実際に送信されるレベルの評価にすぎない。ブリージングによる優先順位処理効果(overriding effect)のため、電力制御機能によって返される同一の‘絶対値’は、基地局の負荷状態に応じて随時変化する実際の送信電力レベルの変動を反映する。
このシステムのもう1つの優位性は、大規模な通信システムに様々な最大信号レベルを持った基地局が含まれている場合に発揮される。例えば、大きな基地局では合計20ワットの送信を行うことができるのに対し、小さな基地局では1ワット又はそれ以下の出力のみを送信可能な小さなカバー・エリアに対するサービスを行っている。このように、‘絶対的な’レベルを算出するための計算システムは、さらに不明確なものとなる。
本発明による構成のさらなる優位性としては、電力制御機能を集中化し、システム全体を通じてパイロット信号強度に関連した統一的な電力制御を行うことによって、従来技術の欠点を克服できることが挙げられる。
前述したように、各基地局から送信される合計フォワード・リンクCDMA信号の電力は、合計フォワード・リンク・信号を生成するために組み合わされる信号の数とその相対電力の関数となる。例えば、合計フォワードリンク信号には、ページング・チャンネル、パイロット信号、同期チャンネル及び複数のトラフィック・チャンネルを含めてもよい。このように、システム中の各セクタは、そのセクタが送信する信号の数、相対信号強度及びデータ・レートに基づいて独立した合計信号強度を持っている。好ましい実施の形態では、フォワード・リンク信号出力を生成する各変調エレメントは、その生成する信号レベルを示すディジタル信号を出力する。各変調エレメントの出力表示は、他の出力表示に加算される。このような方法により、合計信号レベルの表示が生成される。合計信号強度を示すフォワード・リンク・ゲイン信号を生成するするための方法及び装置については、本発明の譲受人に譲渡された1995年9月8日出願の米国特許出願シリアル番号No.08/525,899、”APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CELLULAR COMMUNICATIONS SYSTEM”に詳述されている。
このような電力制御構造により、基地局から送信されたパイロット信号のレベルに対して、各トラフィック・チャンネル信号の電力を相対的に定めることが容易となる。例えば、基地局についてトラフィック・チャンネル利得(GTc)対パイロット・チャンネル利得(Gpilot)の値が与えられている場合には、基地局は、そのように与えられた比の値にパイロット・チャンネル電力を乗じてトラフィック・チャンネル電力の計算値を得ることができる。このように、基地局は、電力制御のアルゴリズムを実行せずに、単に、比に送信しているパイロット信号電力を乗ずる。
本発明では、集中化された電力制御はRLMによって制御される。RLMは、電力制御計算システムを動作させる。ここで再び図4を参照すると、動作領域36においてリモート・ユニット10との間でトラフィック・チャンネルを確立している各基地局は、各フレームに対応するパケットをセレクタ24に送出する。パケットは、使用中のデータ・セット、複数の基地局からのアライニング・データ(aligning data)のシーケンス番号及びフレームに対応するデータ・レートを含んでいる。対応するフレームがレート・セット1で動作している場合には、リモート・ユニットは、FERを含むメッセージを繰り返し送出する。対応するフレームがレート・セット2で動作している場合には、EIBが含められる。
リモート・ユニットがレート・セット1で動作している場合には、セレクタ24は、FER情報をRLM22に受け渡す。RLM22は、フォワード・リンク電力制御計算システムを動作させて、フレームあたり1つの計算結果を得る。フレーム当たりの計算結果は、望ましいGTc/Gpilotの比である。この望ましい比は、リモート・ユニット10との間で通信を確立している基地局に送信される。リモート・ユニットによるFERの測定結果は、実際にはフレームのセットにわたるFERの平均値である。このため、このような電力制御システムにおいては、本質的に遅延が存在する。
リモート・ユニットがレート・セット2で動作している場合には、セレクタ24は、EIB情報をRLM22に受け渡す。RLM22は、フォワード・リンク電力制御計算を実行してフレームあたり1つの計算結果を得る。このフレーム当たりの計算結果もまた、望ましいGTc/Gpilotを与えるものである。計算された比は、リモート・ユニット10と通信を確立している基地局に送信される。EIBは、リモート・ユニットからフレーム毎に送出される。このため、FERの測定に固有の遅延を取り除くことができる。EIBを用いる場合の他の利点としては、1ビットの長さを持つに過ぎないため、パケット内でのより効率的なビット割り当てが可能になるという点がある。
本発明の優位性は、システム全体としての容量を制御しうる点にある。また、最小動作FERを選択することによってもシステムの容量を設定することができる。より高いFERを用いる場合には、より小さなFERを用いる場合よりも多くの容量で動作することができるため、より多くのユーザに対応することができる。システムのFERが集中的に制御されるため、システム全体のFERの値は、RLMによって使用される計算のシステムを変更することによって制御することができる。このようにして、大きなトラフィックが要求される場合には、その領域内でおいて対応するFERの値を一時的に大きな値とすることにより、すべてのユーザについての信号品質の劣化と引き換えにより多くのユーザに対応することができる。
また、本発明によれば、ある基地局の動作点(operating point)を他の基地局との関係において変更することが容易である。例えば、ネットワーク計画の不備により、ある基地局が要求カバー・エリアを提供できない場合がある。また、基地局が、例えばアンテナが損傷すると、一時的に障害を発生する場合がある。GTc/Gpilotの値を隣接する基地局における値に比べて大きく設定することにより、その基地局の相対的な性能を向上させ、リモート・ユニットにおける隣接基地局からの信号への依存度を低下させることができる。
本発明の他の大きな優位性は、各フレームの利得を独立に調整できることである。シーケンスの中の特定のフレームが、他のフレームよりも重要度が大きい場合を考える。例えば、あるフレームが他のシステムへのハード・ハンドオフの表示を含んでいる場合には、リモート・ユニットによってメッセージが受信されなければならず、受信が行われない場合には、通信は維持されない。受信を確実に行うためには、このようなメッセージをリモート・ユニットに供給する際の相対電力を増加させることが有利である。本発明では、特定のフレーム又はフレームのセットについての電力の増加を比較的容易に行うことができる。RLMは、問題とされるフレームに対応するGTc/Gpilotの比を増加させ、問題とされるフレームが終了した後にGTc/Gpilotの比を通常の動作状態におけるレベルに戻す。
各基地局が、その送信するパイロット信号に比較して同じ相対レベルでトラフィック・チャンネルを送信しているときには、同じ優先順位を持った基地局がリモート・ユニットに異なる信号レベルを持つ場合の問題は解消される。また、この場合には、トラフィック・チャンネル及びパイロット・チャンネル利得は基地局間で一定の比を持っているため、最適化されない組み合わせ動作(suboptimal combining)の問題も解消される。ブリージング及びブラッサミングの処理は、ブリージング及びブラッサミングの動作の双方が基地局の合計送信電力に基づいて行われ、トラフィック・チャンネル利得対パイロット・チャンネル利得の比を変更しないものであるため、本発明とよく整合する。
集中化された電力制御は、リバース・リンクの電力制御動作においても大きな優位性を持っている。図2は、基地局362、364及び368がボコーダ・データのフレームをセレクタ372に供給する典型的な構成を示したものである。好ましい実施の形態では、図4では、図2に示した構造を組み込んでいる。図4では、選択の処理は、好ましい実施の形態では、前述した米国特許出願シリアル番号No.08/519,670に対応するセレクタ24によって実行される。
リモート・ユニットとの間で通信を行っている各基地局は、各フレーム毎に、評価データ・レート(estimated data rate)、評価データ(estimated data)及び信頼性ファクタ(confidence factor)を含むデータ・パケットを供給する。セレクタ24は、最も大きな信頼性ファクタを持ったフレームを選択して、これをボコーダに受け渡す。セレクタ24は、受信した評価データの残りを破棄する。セレクタ24の出力における誤り率が算出される。リモート・ユニットがソフト・ハンドオフの状態にあるときには、選択処理に対してデータを供給する複数の基地局が存在するため、各基地局からの入力FERは、選択処理の出力において得られる望ましいFERを遥かに超えたものとなる。例えば、典型的なCDMAシステムにおいて、3つの基地局が選択処理にフレームを供給している場合には、各基地局はFERの値として30%もの値を持っていたとしても、選択処理の出力ではFERとして1%程度の望ましい値を得ることができる。各基地局からのFERの値は、最も好ましいEb/Noの値を持ったリモート・ユニット信号を受信する基地局においてFERの平均値が最低となる場合には、他の基地局からの値とは一般的に異なったものになる。
リバース・リンクにおける電力制御は、リモート・ユニットが通信を行っている相手方の基地局によって制御されるリモート・ユニットからのリバース・リンク信号の送信電力レベルによって設定される。各基地局は、受信するマルチパス信号を組み合わせる。基地局がソフト・ハンドオフの機能を有する場合には、基地局は、異なるセクタからの信号を組み合わせることによってデコーダへ入力する1つの信号を生成することができる。デコーダは、合計復調データを受信してリモート・ユニットによってエンコードされる信号のデータ・レート、実際のデータの評価及び信頼性ファクタの決定を試みる。信頼性ファクタは、デコーダがそれによって評価データを選択する、信頼性を羽根医する。このようなデコーダの動作についての情報は、本発明の譲受人に譲渡された1994年4月26日出願の米国特許出願シリアル番号No.08/233,570、”METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING DATA RATE OF TRANSMITTED VARIABLE RATE DATE IN A COMMUNICATIONS RECEIVER”に開示されている。
各基地局のデコーダ出力においては、FERが計算される。従来技術によるリバース・リンク電力制御ループでは、フレーム毎にFERをスレッショルド値と比較する。FERがFERのスレッショルド値を超えると、基地局は、リモート・ユニットに送信電力レベルを増加させるためのコマンドを送出する。FERがFERのスレッショルド値より小さい場合には、基地局はリモート・ユニットに送信電力レベルを減少させるためのコマンドを送出する。リモート・ユニットは、そのリモート・ユニットが通信を行っているすべての基地局が電力レベルの増加を要求する場合に限り、送信信号レベルを増加させる。リモート・ユニットは、そのリモート・ユニットが通信を行っている基地局のいずれかが電力レベルの減少を要求する場合には、送信信号レベルを減少させる。一般的には、リモート・ユニットと通信を行っている1つの基地局が、そのリモート・ユニットに対する最も優位な通信経路を持っている。他の基地局は、そのリモート・ユニットからの電力レベルの増加を絶え間なく要求するであろう。このように最も有利な接続を有する基地局は、増加の要求を他の要求とともに送出し、リモート・ユニットはその送信電力を増加させる。したがって、通常のハンドオフ動作では、最も有利な接続を持った基地局が、リモート・ユニットの出力電力を実際に制御する。
従来技術によるフォワード・リンク構成と同様に、従来技術によるリバース・リンクの電力制御構成では、FERスレッショルド比較値は、RLM22によって制御される。RLM22は、各基地局に対して選択処理の出力における合計FERに基づいてその使用しているスレッショルド値を増加又は減少させるコマンドを伝送する。従来技術によるフォワード・リンク制御機構と同様に、各基地局が同じアルゴリズムによって動作している場合には、各基地局は計算システムの動作を同時に開始せずあるいはスレッショルド値を共通とするための関連付けもなされていないため、スレッショルド値は基地局ごとに異なる場合がある。このため、同じFERを持ったリモート・ユニットからの信号を受信する2つの基地局は、FERを異なるスレッショルド値と比較することがある。リモート・ユニットからの信号をより大きなスレッショルド値と比較する基地局が、実際にリモート・ユニットの電力レベルを制御することとなる。より小さなFERのスレッショルド値を持つ基地局は、リモート・ユニットに対してその送信電力レベルを増加させるためのコマンドを連続して送信する場合があるが、リモート・ユニットは、少なくとも他の1つの基地局が送信電力レベルの増加を要求していない限りこのようなコマンドには応答しない。選択処理の出力における合計FERが受容可能なものである限り、RLMは、いずれの基地局においてもスレッショルド値を変更しない。
このような構成においては、より高いFERのスレッショルド値を持っており、リモート・ユニットの電力レベルを実際に適正なレベルに制御している基地局が、リモート・ユニットとの接触(contact)を失った場合に問題を生じる。この場合には、より小さなFERのスレッショルド値を用いている基地局が、リモート・ユニットの動作を制御することを開始する。このようにして、リモート・ユニットは、その送信電力を増加させ始める。しかしながら、リモート・ユニットは、すでに、セレクタの出力側で適正なFERを生成するように動作しているため、一般には電力の増加は必要とされない。このように、リモート・ユニットは、RLMスレッショルド値制御ループがFERの不適当な減少を検出するまで、その送信電力を不必要に増加させ、そのような不適切な動作をしている基地局(offending base station)を含むすべての基地局のFERのスレッショルド値を増加させる。FERのスレッショルド値が増加してリバース・リンク電力制御ループが応答するまで、システム中で動作する他のリモートユニットに不当な妨害を与え、また、これにより、これらのユニットからの誤り率を高いものとする。不適当な動作をする基地局でのスレッショルド値が必要なFERのスレッショルド値に比べて非常に高い場合には、ループの応答時間は、かなり長いものとなる。このように電力制御動作が最適に行われない場合には、システム全体としての容量が減少する。
この問題を緩和するために、本発明では、電力制御の機能を再びRLMに移行させる。好ましい実施の形態では、RLM22は、選択処理の出力での合計FERを計算する。合計FERは、リモート・ユニット10との間でアクティブな通信が確立されている各基地局によって使用される絶対リバース・スレッショルド値を計算するシステムに入力される。再び、このリバース・スレッショルド値は、フレーム毎に渡される。セレクタ24及びRLM22に渡される情報は、従来技術と本発明において同一であることに注意されたい。本発明のもう1つの優位性として、システム全体の容量を制御できる点がある。選択された最小動作FERも、システムの容量を設定する。より高いFERのレートが使用される場合には、低いFERを使用した場合に比べて容量が大きくなるため、同じシステムでより多くのユーザに対応することができる。システムのFERは、計算システムによって制御されるため、システム全体のFERは、RLPによって使用される計算システムを変更することによって制御することができる。このように、トラフィックが大きい時には、その領域内の対応するFERを一時的に増加させることによって、すべてのユーザの信号品質の劣化と引き換えにより多くのユーザに対応することができる。
基地局において、リモート・ユニットからのデコードされたフレームのFERを計算して、その結果を絶対FERの形で与えられるリバース・スレッショルド値と比較することとしてもよい。しかしながら、絶対スレッショルド値は、必ずしもFERスレッショルド値の形をとる必要がないことに注意されたい。例えば、好ましい実施の形態では、リバーズ・スレッショルド値は、対応するリモート・ユニットによって生成される復調されたウォルシュ・シンボル(Walsh symbol)のエネルギーとRFチャンネルにおける総合電力スペクトル密度の比である。リバース・リンクの性能の測定としては、任意のものを使用することができる。
システムの各基地局がリバース・スレッショルドを用いて動作しており、1つの基地局との間における通信が失われた場合には、残りの基地局は、直ちにそのリモート・ユニットへの有効な電力制御コマンドの供給を開始する。このようにして、電力制御が最適な状態から外れることはなく、また、システム全体としての容量は維持される。
他の優位性としては、新しい基地局がリモート・ユニットとの通信を開始すると、これらの基地局に対して適正な動作レベルが渡されることである。従来技術による方法では、新しい基地局がリモート・ユニットとの通信を開始してからその基地局がリバース・リンク動作のための適正なリバース・スレッショルド値に追従するまでの間に、固有の遅延時間が存在していた。本発明では、絶対及び適正な値が、動作が開始するときに直ちにリモート・ユニットに伝送される。
集中化された電力制御の簡潔性は、相互接続動作が行われるときにより明白となる。再び図4を参照すると、動作領域38は、第二のシステムに対応する。動作領域38は、ことなるキャリアによって動作するものでもよい。動作領域38は、異なる会社によって製造された設備を含んでいてもよく、動作領域36の設備と異なる方法で動作をするものであってもよい。
動作領域38は、複数の基地局を含むものであり、図4には、このうち基地局18及び20の2つのみが示されている。CDMA相互接続システム(CIS)8は、動作領域38の基地局とセレクタのバンク並びに図4に示されていない他の装置とを相互に接続する機能を提供する。特に、CIS8は、リモート・ユニット12との接続を確立しうる基地局とリモート・ユニット12に対応する呼出信号を処理しうるセレクタ28との間の接続を提供する。
リモート・ユニット12が基地局18のみを介してアクティブなトラフィック・チャンネル通信を確保したときは、基地局18は、デコードされたフレーム・データをCIS8を介してセレクタ28へ渡す。セレクタ28は、ボコードされたフレームをパルス・コード変調(PCM)データに変換するボコーダにより構成され、PCMデータをスイッチ34に受け渡す。基地局18からセレクタ28に到達するデータ・パケットは、基地局18とリモート・ユニット12の間の無線リンクについての情報を含むこともできる。セレクタ28は、無線リンクについての情報を無線リンク管理装置(RLM)26に受け渡す。
PCMエンコードされたデータは、スイッチ34からセレクタ28へ渡される。PCMデータは、セレクタ28内でボコードされたフレーム・データに変換される。ボコードされたフレームは、CIS8を介して基地局18に渡される。RLM26により、無線リンク制御データをボコードされたフレームに付加することもできる。
リモート・ユニット12は、好ましい実施の形態では、IS−95、J-Standard、IS-95-A又はその他の技術基準に基づいて動作するリモート・ユニット10と同様な動作をする。リモート・ユニット12は、自動車電話、携帯型ユニット、PCSユニット又は固定的な無線ローカル・ループ・ユニットあるいはその他の音声もしくはデータ通信装置とすることができる。
動作領域38の中だけで動作するときには、RLM28は、リモート・ユニット12と、リモート・ユニット12との間でアクティブな通信を確立している任意の基地局との間の無線インターフェイスを制御する。再び、RLM26の主要な機能の1つは、フォワード・リンクの電力制御機能及びリバース・リンクの電力制御機能の双方の動作を制御することである。
相互接続動作は、リモート・ユニット12が動作領域38にある基地局18との間でアクティブな通信の状態にあり、動作領域36に近づいたときに開始する。リモート・ユニット12が基地局16のカバー・エリアに入ると、リモート・ユニットはこれを基地局18に通知する。この時点では、理想的なシステムにおいては、リモート・ユニット12は、基地局16と基地局18との間でのソフトなハンドオフの状態となる。しかしながら、異なる動作領域にある基地局の間でのソフトなハンドオフには、いくつかの問題点がある。
第1の問題点は、CIS8が基地局16に対して直接に接続されない点である。この問題点は、いくつかの方法のいずれかによって克服できる。EIA/TIA/IS−41C、”Cellular Radio Intersystem Operations”は、一般にIS−41と呼ばれる。IS−41は、異なる動作領域のスイッチ間における通信に対して、ハードなハンドオフをサポートするための技術標準を定義する。IS−41では、現在のところシステム間におけるソフトなハンドオフをサポートするためのプロトコルを提供していない。ある実施例においては、リモート・ユニット12からの必要な情報は、セレクタ24、スイッチ32を介して基地局16からCIS6へ渡すことができる。スイッチ32からは、この情報は、IS−41のような接続又はその他の接続を用いてスイッチ34に渡される。スイッチ34からは、この情報はセレクタ28に渡すことができる。ここに説明した経路のミラー処理を行うリバース経路は、リモート・ユニット10へ送信するために、情報をセレクタ28から基地局16へ返送する。このようなスイッチ・トゥ・スイッチ接続(switch−to−switch connection)における引き伸ばされた特質は、不必要な遅延時間を発生し、不必要な資源の消費にもつながる。
第二の接続の方法を図5に示す。EIA/TIA/IS−634、”MSC-BS Interface for Public 800MHz”IS−634は、動作領域間における接続の技術基準を定めるものであり、ソフトなハンドオフをサポートする。IS−634の基本的な実施例を図5に示す。図5では、図4に示したのと同様のエレメントには同様の参照識別子を用いている。スイッチ34は取り除かれ、スイッチ32により、動作領域38にある基地局とPSTNの間及び動作領域36にある基地局とPSTNとの間の接続を行っている。
基地局16とセレクタ28の接続を行うためのより効率的な第三の方法は、CIS6をCIS8に接続することである。CIS6とCIS8の間の接続も図5に示す。この接続は便利であるが、異なるシステムにおいてアーキテクチャが大きく異なるため、現実の産業界においては効果的な方法ではない。接続40のような接続を設けることができるのは、動作領域36と動作領域38が非常によく似た構造となっている場合に限られる。しかしながら、このような効率的な接続を利用できる場合には、本発明の原理を直接に適用することができる。
第二の問題は、電力制御のパラメータを算出するために用いられる方法が2つの動作領域において異なることである。本発明では、2つのシステムの間で3つの電力制御制御情報、即ち、EIB(又はFER)、GTc/Gpilot及びリバース・スレッショルド値が伝送される。これらの3つの情報から、いくつかの方法の1つが、電力制御ループを制御するために用いることができる。従来技術における値は、2つのシステムの間で伝送されるパラメータを本発明の電力制御プロトコルにしたがって積算することによって得られることに注意されたい。
例えば、リモート・ユニット12が基地局16のカバー・エリアに入る上述の例を再び参照し、動作領域38が、従来技術に基づいてモデル化された電力制御方法を使用しているものとする。また、リモート・ユニット12は、レート・セット2によって動作しているものとする。このようなケースでは、フォワード・リンクの電力制御ループを制御するために、RLM26は、各基地局が用いているスレッショルドを認識しないままに、その制御の基でターン・アップ(turn-up)及びターン・ダウン(turn-down)スレッショルド表示を基地局に送出し、リモート・ユニット12は、各フレームとともにEIBを送出する。動作領域36は、本発明の電力制御プロトコルにしたがって(また、動作領域36が集中化された電力制御で動作しているかどうかに関係なく)動作するため、RLM26は、IS−634リンクを介して基地局16からEIB表示を受け取る。RLM26は、動作領域38にある基地局で用いられているものと類似の又は異なる計算システムを用いて基地局16に対して対応するGTc/Gpilotの値を計算することができる。RLM26は、さらに、GTc/Gpilotの値をIS−634リンクを介してCIS−6に渡す。
動作領域36が本発明に対応する電力制御機能を使用している場合には、基地局16は、GTc/Gpilotの値を用いて、対応するフォワード・リンク・トラフィック・チャンネルの電力レベルを直接に設定することができる。動作領域36が従来技術による電力制御機能を使用している場合には、基地局16は、リモート・ユニット12に対して送信している信号の電力レベルを増加又は減少すべきことを示すコマンドの受信を待つ。この場合には、基地局16又はRLM22が、最後のGTc/Gpilotの値を現在のGTc/Gpilotの値と単に比較し、適正な増加又は減少のコマンドを生成する。このように、本発明の電力制御プロトコルによれば、従来技術による電力制御システムとの強調動作を容易に行うことができる。
上述の類似の機能は、リバース・リンクの電力制御において実現可能なことに留意されたい。本発明の電力制御プロトコルは、通信がIS−634リンク、IS−41リンク又は他のリンクのいずれにおいて行われる場合でも等しく良好に動作する。現実のアーキテクチャでは、本発明の電力制御プロトコルを使用する場合でも、機能の割り当てと通信リンクの経路は2つの動作領域の間でかなり異なったものとなる。
本発明の電力制御プロトコルのもう1つの特徴は、動作システムの間で3つのデータを転送するために使用される実際のビット割り当てとフォーマットである。データのフォーマットは、動作システム間で一致していなければならず、したがって通信業界において標準化されるべきものである。IS−634は、それによって統一したシステム間の通信が定義される機能を提供するものである。
一般的には、動作領域は、標準的な64キロビット毎秒(kbit)又は56kbitのディジタル・チャンネルであるDSΦリンクによって接続される。DSΦリンクは、物理インターフェイス層又はレイヤ1と呼ばれる。各ディジタル・チャンネルは、ソフト・ハンドオフで単一のリモート・ユニットをサポートするために使用される。64kbitのディジタル・チャンネルは、4つの16kbitサブレート・チャンネル(subrate channel)に分割される。56kbitディジタル・チャンネルは、3つの16kbitサブレート・チャンネルに分割される。サブレート・チャンネルは、例えば、各サブレート・チャンネルがDSΦの8ビットのうちの2ビットを占めるといった方法でディジタル・チャンネルの上にマルチプレクス(multiplexed)される。1つのディジタル・チャンネルは、そのリモート・ユニットが通信を行っている最大4つまでの異なる基地局からの単一のリモート・ユニットへの対応するデータを伝送するために使用される。
好ましい実施の形態では、レイヤ2のフレーム構造は320ビットを占める。最初の16ビットによってフラグが指定される。このフラグは、データ・フレームの開始を示す。好ましい実施の形態では、フラグの値は16進において06B9である。次のビットのセットによって、情報フィールドが構成される。情報フィールドの中の情報ビットの数は、以下に説明するようにレート・セットとデータ・レートによって異なったものとなる。情報フィールドに続いて、フレーム・チェック・シーケンスが置かれる。このフレーム・チェック・シーケンスは、標準的なLAPフレーム・チェック・シーケンスにより構成される。LAPとは、リンク・アクセス手順(Link Access Procedure)の意味であり、レイヤ2において、データ・リンクの確立、フレーム・アライメント(frame alignment)、フレーム・シーケンシング(frame sequencing)、フロー・コントロール(flow control)、フレーム・エラー検出及び再送のために使用される。LAPフレーム・チェック・シーケンス(FCS)は、たいていの場合、LAPフレームの全体(例えば、スタート・フラグとFCS自身の間にあるものすべて)をカバーするCRC(Cyclic Redundancy Check)である。最後に、レイヤ2の320ビットフのレームを完了するためのフィル・ビット(fill bits)のセットが置かれる。表IIは、フォワード及びリバースのレイヤ2のフレームそれぞれに対する4つのデータ・レートにおけるフレーム当たりのフィル・ビット数とリバースのレイヤ2のフレームに対しての削除表示(erasure indication)及びアイドル表示(idle indication)を示す。“アイドル”の状態は、基地局が、リモート・ユニットからの情報信号をデコードするためのコマンドを受け取っているが、まだそのリモート・ユニットからの情報信号を受け取っていないような場合に発生する。
レート・セット2、フル・レートフレームを除く各レイヤ2のフレームの同期動作のために88個の同期ビットが使用される。選択された同期ビットの数により、同期ビットがフラグ・フィールド・ビットの先行し、集合シーケンス(aggregate sequence)がそれ自体と比較されるとき、ビットの値が一致しているビットの数がビットの数104と等しくなる。理想的には、フラグ及びそれに先行する同期ビットが任意のビット数のオフセットを与えられた状態でそれら自身と比較されるとき、オフセットされたシーケンスが一致するビット位置の数は、オフセットされたシーケンスが一致しないビット位置の数に等しい。現実には、オフセットされたシーケンスが一致する位置の数とオフセットされたシーケンスが一致しない位置の数との間の差異は104に比べて小さい。好ましい実施の形態では、7次の生成多項式g(x)=x7+x4+x3+x2+1によって生成された127ビット長の長さの最大長シーケンスのは、切り捨てられて次の88ビットの同期パターンのシーケンスを生成する。
0011000011110111110101101010011011001110110111010010010110001110010000101110000011010000
可変長の情報フィールドは、本発明に従った情報を含む。情報ビットは、レイヤ3の情報と呼ばれる。レイヤ3の情報の好ましい実施の形態を表IIIに示す。表IIIのコラム2に、フォワード・リンク、レート・セット2、フルレート・フレームについてのビット・フォーマットを示す。表IIIのコラム1に、他のすべてのフォワード・リンク・フレームについてのビット・フォーマットを示す。表IIIのコラム4に、リバース・リンク、レートセット2、フルレート・フレームについてのビット・フォーマットを示す。表3のコラム3に、他のすべてのリバース・リンク・フレームについてのビット・フォーマットを示す。
4種類のフレームのそれぞれの最初のビットは、そのパケットがフォワードのパケットであるかリバースのパケットであるかを示す。フォワード/リバースの表示を最初に置くことにより、パケット全体を受け取る前にパケットの処理を直ちに開始することができる。次の3ビットは、フレームを時間的に整列させるために使用するシーケンス番号である。シーケンス番号は、CDMAのシステム時間であり8の剰余系である。シーケンス番号は、CDMAのフレームの空中における(over the air)送信時間に対応する。シーケンス番号を2番めに置くことにより、アライメント(alignment)及びアサイメント(assignment)を、そのシーケンス番号に対応する他のフレームを待つための適当な格納位置に置くことができる。シーケンス番号を始めの部分に置くことにより、全パケットの到達が遅すぎた場合にこれを無視することもできる。
フォワード・リンク・フレームの次の8ビットであるビット5−12は、フォワード・トラフィック・チャンネル利得と呼ばれるGTc/Gpilotの比である。フォワード・トラフィック・チャンネル利得比は、次のように計算される。
フォワード・トラフィック・チャンネル・利得比
=Min([(At/Ap)*128],255)
ここで、At=フルレート・フォワード・トラフィック・チャンネル利得
Ap=パイロット・チャンネル利得
[X]=Xを超えない最大の整数
Min(X,Y)=X又はYのうちより小さいもの
を示し。
フォワード・フレームの次の8ビットであるビット13−20は、リバース・トラフィック・チャンネルEW/NTである。リバース・スレッショルド値は、EWを合計復調ウォルシュ・シンボルのエネルギーの比、NTをRFチャンネルの合計受信電力スペクトル密度としたときに、EW/NTで示される。リバース・スレッショルド値EW/NTのフィールドは、0.1dB単位で0から255までの範囲を持っており、それぞれ0から25.5dBに対応する。
ビット位置21は、トラフィック・チャンネル情報がレート・セット2のフルレートに対応するかどうかを示す。トラフィック・チャンネル情報がレート・セット2のフルレートに対応する場合には、コラム2に示すように、トラフィック・チャンネル情報はビット22から始まる。フレームがレート・セット2のフルレートでない場合には、次の3ビットによって、表IVに示すように、データのエンコードに使用されたその他のデータ・レートを指定する。ビット位置25から、実際のトラフィック・チャンネル情報が開始する。
表IIIのコラム2は、ビット21が示すとおり、レート・セット2のフルレートにのみ使用されることに注意されたい。このレートセットは、接続が確立したときに、サービスについてのネゴシエーション(negotiation)の結果として選択される。接続が確立された後に、レート・セットが変更されることは殆どない。レート・セットが通信の途中で変更される場合には、そのレートの変更はサービスについての再度のネゴシエーションの結果として行われる。これ以外の実施の形態においては、レート・セットが固定された既知のものであるため、ビット効率の観点から各フレーム内にレート・セットの指定は送出されない。
最後に、レイヤ3のフィル・ビットがレイヤ3のフレームを完了するために使用される。表Vにフォワード方向の各レート・セットについての4つのデータ・レートにおけるフレーム当たりレイヤ3のフィル・ビットの数を示す。
フォワード・トラフィック・チャンネル情報は、基地局からリモート・ユニットに送出される情報である。好ましい実施の形態では、IS−95又はIS−95Aに従って、この情報ビットは、マルチプレクス・オプション・サブレイヤ(multiplex option sublayer)から供給される。IS−95及びIS−95Aにおいては、情報内でのビットの配列をも規定する。
コラム3及び4に示すリバース・フレームの最初の4ビットは、フォワード・リンクのフレームの場合と同じである。ビット5−9は、クロック微調整のためのものである。クロック微調整は、フォワード方向のレイヤ2のフレームが基地局に到達すべき時間についての要求された変更を125マイクロ秒(μsec)の単位で指定する。クロック微調整の値が正の値をとる場合にはフォワード方向のレイヤ2のフレームが早く到達することを要求し、一方負の値をとる場合には遅く到達すべきことを示す。次のビットであるビット10は、将来の指定のために予約されている。
次の8ビットであるビット11−18は、リバース・トラフィック・チャンネルの品質を示す。8ビットのうち7ビットは基地局によって計算されるシンボル誤り率(symbol error rate)を、1ビットは基地局によって計算されるCRCを示すために使用される。シンボル誤り率及びCRCは、これに続く処理において、最も有利なリバース・リンク・フレームを選択する選択処理によって使用される。リバース・フレームがこれに関連するCRCを持っており、そのCRCが渡されると、基地局はビット11を‘1’に設定する。フレームのCRCが異常である場合又はフレームがCRCと関連がない場合には、基地局はビット11を‘0’に設定する。シンボル誤り率は、次の7ビットであるビット12−18を占める。シンボル誤り率の2進数における値は、以下のように計算される。
127−[Min(Re-Encoded Symbol Error Rate*α,255)/2]
ここで、Re-Encoded Symbol Error Rate=畳み込みコード・デコーダの入力における受信シンボルと畳み込みコード・再デコーダの出力における再エンコードされたシンボルを比較した際に検出されたエラーの数
α=1、各レート・セットのフルレート・フレームに対応
α=2、各レート・セットのハーフレート・フレームに対応
α=4、各レート・セットのクォーターレート・フレームに対応
α=8、各レート・セットのエイツレート・フレームに対応
[X]=Xを超えない最大の整数
Min(X,Y)=X又はYのうちより小さいもの
を示す。
再エンコードされたシンボル誤り率(Re-Encoded Symbol Error Rate)の計算は、利用可能であれば削除表示ビット、情報ビット、利用可能であればフレーム品質表示ビット及びエンコーダ終端ビットを含む。これらの情報ビットについての詳細は、IS−95を参照されたい。再エンコードされたシンボル誤り率についての詳細は、前述した米国特許出願シリアル番号No.08/233,570、”METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING DATA RATE OF TRANSMITTED VARIABLE RATE DATE IN A COMMUNICATIONS RECEIVER”を参照されたい。
ビット位置19は、トラフィック・チャンネル情報がレート・セット2のフルレート・フレームに対応するかどうかを示す。ビット20は、削除表示ビット(Erasure Indicator Bit)である。削除表示ビットは、レート・セット1が使用されている場合には、削除表示ビットは‘0’に設定される。レート・セット2が使用されている場合には、リモート・ユニットから受信された削除表示ビットが‘1’であれば、基地局はビット20を‘1’に設定し、これ以外であれば、ビット20を‘0’に設定する。
トラフィック・チャンネル情報がレート・セット2、フルレートのフレームに対応する場合には、そのトラフィック・チャンネル情報は、コカラム4に示すように、ビット22から開始する。フレームがレートセット2、フルレートでない場合には、次の4ビットが、表VIに示すように、データをエンコードするために残りのデータ・レートの中のどれかを指定する。IS−95によれば、レート決定のアルゴリズムは、レート・セット1、フルレートのフレームが受信された可能性が高いことを示す表示を返す。対応するレートの表示は、表VIの最後の列に示されている。ビット位置25から、実際のトラフィック・チャンネル情報が開始する。
リバース・トラフィック・チャンネル情報は、基地局がリモート・ユニットから受信した評価情報に設定される。基地局は、リバース・トラフィック・チャンネル・フレームの送信レートに対応する情報の中のレイヤ3のフィル・ビットの数を持っている。基地局は、この情報ビットを、IS−95及びIS−95Aに説明されているように、マルチプレクス・サブレイヤに対応するリモート・ユニットから受信した情報ビットに設定する。リバース・チャンネルの各データ・レートでのビット数は、フォワード・チャンネルの場合と同じであり、表VIIに示されている。
フルレートのフレームを含まないパケットでは、そのパケットのフォーマットは、対応するリモート・ユニットがレート・セット1又は2のいずれで動作しているかにかかわりなく同じであることに留意されたい。好ましい実施の形態では、IS−95のレート・セット1で動作するリモート・ユニットは、パケットのデータ・ペイロード(payload)の中にあるFERデータを送出する。他のレート情報ビットによりリバース・パケットがレート・セット1のフレームを搬送するときには、EIBビットであるビット20は、EIBがレート・セット1のデータに関連しないという理由により単に無視される。
本発明については、簡単なアーキテクチャの変更を含め様々な修正を加えることができる。前述したように、本発明の優位性は、異なる動作領域の様々なアーキテクチャの間で実施しうることにある。例えば、選択とボコーディングの機能をスイッチに含めることとしてもよい。あるいは、ボコーダーを、特定のセレクタに対して割り当てられない資源のバンクに配置することとしてもよい。本発明は、音声接続と同様に、データ接続についても良好に動作するものである。データ接続では、選択されたフレーム・データをPCMデータに変換し、またスイッチからのPCMデータをフレーム・データに変換するためにボコーダではなくモデムを使用する。データ接続における基本的な実施例については、1995年12月26日に付与された米国特許No.5,479,475、”METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING COMMUNICATION BETWEEN STANDARD TERMINAL EQUIPMENT USING A REMOTE COMMUNICATION UNIT”を参照されたい。
本発明は、また、様々の異なる通信システムにおいて使用できるものである。例えば、本発明の集中化された電力制御の機能は、パイロット信号を用いないシステムにも容易に組み込むことができる。さらに、様々な異なるパラメータを用いて同じ機能を実現することもできる。例えば、EIBを単一ビットの復調又は変調の品質表示(quality index)で置き換えることができる。
好ましい実施の形態についてのこれまでの説明は、この分野における技術を有する者が、本発明を実現し又はこれを利用することができるように提供されている。これらの実施例に対して様々な修正を加えることは、この分野における技術を有する者にとっては容易に明らかである。ここに定義された一般的な原理は、発明の能力を要することなく、他の実施例に適用することができる。このように、本発明は、ここに示した実施例に限定して解釈されるべきものではなく、ここの開示された原理と新規な特徴に反しない限り最も広い範囲を与えられるものと解釈すべきである。
Claims (5)
- フォワード・リンク・フレーム・データが少なくとも1つのアクティブな基地局からリモート・ユニットに送信され、リバース・リンク・フレーム・データが前記リモート・ユニットから前記少なくとも1つのアクティブな基地局に送信されるシステムにおける集中化された電力制御を提供する方法であって、第一のアクティブな基地局から前記リモート・ユニットへ第一のフォワード・リンク・フレームのデータを第一の電力レベルで送信し、パイロット信号を第一の基地局のパイロット電力レベルで送信するステップと、前記リモート・ユニットにおいて前記第一のフォワード・リンク・フレームのデータを受信し、前記第一のフォワード・リンク・フレームのデータをデコードして第一のフォワード・リンク評価フレームのデータ又は削除ビットを生成するステップと、前記リモート・ユニットから前記第一のアクティブな基地局に対し、前記第一のフォワード・リンク・フレームのデータが削除されたものとしてデコードされたかどうかを示す削除表示ビットを送信するステップと、前記第一のアクティブな基地局において前記削除表示ビットを受信し、前記削除表示ビットを無線リンク管理装置に渡すステップと、前記無線リンク管理装置において第二のフォワード・リンク・フレームのデータの電力レベルとパイロット電力レベルとの望ましい比であって、前記削除表示ビットの論理値に基づく望ましい比を計算するステップと、前記無線リンク管理装置から前記少なくとも1つの基地局に対し、前記望ましい比及び前記第二のフォワード・リンク・フレームのデータを送信するステップと、前記第一のアクティブな基地局から前記第二のフォワード・リンク・フレームのデータを、前記第一の基地局のパイロット電力レベルに前記望ましい比を乗じて得られる値に等しい第二の電力レベルで送信するステップとを備える方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記第二のフォワード・リンク・フレームのデータが所定のタイプのフレームのものであった場合には、前記無線リンク管理装置における前記望ましい比を増加する方法。
- リモート・ユニットと通信する少なくとも1つのアクティブな基地局を有するシステムにおいて該システム内で送信される電力を制御するための方法であって、
第一のアクティブな基地局から前記リモート・ユニットへ第一のフォワード・リンク・フレームのデータを第一の電力レベルで送信し、パイロット信号を第一の基地局のパイロット電力レベルで送信するステップと、
前記リモート・ユニットにおいて前記第一のフォワード・リンク・フレームのデータを受信して、第一のフォワード・リンク・フレームの品質表示を生成するステップであって、該第一のフォワード・リンク・フレームの品質表示が(1)前記第一のフォワード・リンク・フレームのデータに関連するフォワード誤り率、もしくは(2)前記第一のフォワード・リンク・フレームのデータに関連する削除表示ビットの論理値のいずれかに基づいて決定されるステップと、
前記リモート・ユニットから前記第一のアクティブな基地局に対し、前記第一のフォワード・リンク・フレームの品質表示を送信するステップと、
前記第一のアクティブな基地局において前記第一のフォワード・リンク・フレームの品質表示を受信するステップと、
システムコントローラにおいて、前記第一のフォワード・リンク・フレームの品質表示に基づいて、第二のフォワード・リンク・フレームのデータの電力レベルとパイロット電力レベルとの望ましい比を計算するステップと、
前記システムコントローラから、前記パイロット電力レベルと前記望ましい比に基づいて決定される電力レベルで第ニのフォワード・リンク・フレームを送信するステップと、
を有する方法。 - 請求項3に記載の方法であって、前記第一のアクティブな基地局から前記リモート・ユニットに、リバース・リンクの性能レベルと前記第一のアクティブな基地局におけるリモート・ユニット信号の品質測定とに基づいて、電力調整コマンドを与えるステップと、
第ニのアクティブな基地局から前記第二のフォワード・リンク・フレームを、前記第2の基地局のパイロット電力レベルと前記望ましい比とに従って決定した電力レベルで送信するステップとを備える方法。 - 請求項3に記載の方法であって、前記第一のフォワード・リンク・フレームの品質表示を生成するステップは、
前記第一のフォワード・リンク・フレームのデータをデコードするステップと、
前記第一のフォワード・リンク・フレームのデータが削除としてデコードされたときには、前記リモート・ユニットによって送信されるリバースリンクパケットにおいて、削除表示ビットを所定の論理値に設定するステップと、
を有する方法。
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