JP2000082992A

JP2000082992A - 電力制御装置

Info

Publication number: JP2000082992A
Application number: JP11207040A
Authority: JP
Inventors: Kouji Takeo; 幸次武尾
Original assignee: YRP IDO TSUSHIN KIBAN GIJUTSU; YRP IDO TSUSHIN KIBAN GIJUTSU KENKYUSHO KK; Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: YRP IDO TSUSHIN KIBAN GIJUTSU; YRP IDO TSUSHIN KIBAN GIJUTSU KENKYUSHO KK; Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1999-07-22
Filing date: 1999-07-22
Publication date: 2000-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＤＭＡ方式におけるトラヒック不均一性の
影響を抑制すると共に、セル境界移動に伴うハンドオフ
を減少させることが可能な電力制御装置を提供するこ
と。【解決手段】ＣＤＭＡ方式の移動無線通信システムに
おいて、基地局に、下り回線のパイロット信号電力の制
御手段１〜６ならびに上り回線受信目標電力の制御手段
１１〜１６を設ける。パイロット信号電力の制御によ
り、セルの範囲を増減することによってトラヒックの不
均一性に対処し、受信目標電力の制御により、通話品質
を一定に保つことができる。また、ハンドオフ回数を減
らすために、パイロット信号電力更新間隔を受信目標電
力更新間隔に対し長く取る、あるいは許容範囲を越えた
場合のみパイロット信号電力制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力制御装置に関
し、特に、符号分割多元接続（Code Devision Multiple
Access、以下CDMAと記す）方式の移動無線システムに
おける送信電力の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この様な分野の従来技術として、以下の
ような文献がある。“Performance ofSIR Based Power
Control in the Presence of Non-uniform Traffic Dis
tribution,”T. Dohi, M. Sawahashi and F. Adachi, I
EEE ICUPC'95。移動無線通信システムにおける収容移動
局数を増加させる有効な手段の１つにマイクロセル方式
がある。マイクロセル方式ではセルの細分化を行い、１
セルがカバーする領域を縮める。セル領域を狭める程、
周波数利用効率が上昇し、収容局数の増加が期待出来
る。しかし、セル領域が小さくなる程、その場所の環境
（高層ビルや道路等）や人口分布に大きく影響を受け、
１セルが受け持つトラヒック量（移動局数やデータ量の
総量）はセル毎に不均一となる。トラヒックの不均一性
は、システムの効率を低下させる。

【０００３】また、近年スペクトル拡散方式を応用した
CDMA通信方式が注目されている。CDMA方式では、全移動
局が同一の周波数帯域を使用することから、上り回線に
おける送信電力制御は必須技術となる。即ち、基地局に
おいて各移動局からの受信電力が常に等しくなるように
移動局は送信電力の制御を行う。CDMA方式においても不
均一トラヒックはシステム効率を低下させる。 CDMA方
式における上り回線の通信品質SIRは、次の様に示され
る。

【０００４】SIR = S / (A・S + B) (1)

【０００５】Ｓは信号電力で、例えば送信電力制御にお
いて基地局が受信する移動局電波の受信目標電力とな
る。Ａは自己セル内の他移動局数、Ｂは隣接セルからの
総干渉量を示す。不均一トラヒックにより、自己セル内
移動局が増加したり、隣接するセルからの干渉が増加し
た場合、品質SIRの劣化となる。逆にトラヒック量が少
ない場合には、SIRは品質の保証値よりかなり良い値と
なるが、システム全体では効率の低下となる。

【０００６】CDMA方式における不均一トラヒックに対処
する方法として、上り回線における送信電力制御の受信
目標電力を通信品質に応じて制御する方式がある。この
原理を図１１に示す。各基地局BS0、BS1での移動局から
の受信目標電力をTPR0、TPR1とする。移動局が受信目標
電力TPR0を達成するのに必要な送信電力をTM0、TPR1を
達成するのに必要な送信電力をTM1、TM2とする。ここで
移動局送信電力と受信目標電力の関係はおよそ次式とな
る。

【０００７】TPR = TM ×（ rの-k乗） (2)

【０００８】ここで、ｒは移動局−基地局間の距離を表
し、ｋは伝搬減衰係数で、３〜４の値をとる。BS1にお
いて通信品質が劣化したとする。BS1では、受信目標電
力TPR1を増加させる。即ち、前記(1)式でのＳを増加さ
せる。Ｓの増加により隣接セル干渉量Ｂに基づくSIRの
劣化が抑制され、品質の改善が可能となる。セル境界CL
0-1上でBS0と接続している移動局からBS1への干渉量をI
M0とすると、BS1にてIM0はTPR1以下となる。Ｓを無限大
とすると、(1)式での品質SIRは1/Aで近似され、Ｂが無
視出来ることになる。

【０００９】図１０は、上記従来方式における基地局の
電力制御機能を示す機能ブロック図である。測定された
基地局での通信品質をSIR(t)とする。品質基準値保持器
１に品質基準値SIRoを設定し、品質が基準値に収束する
ように制御を行う。差分器２により求めた品質の基準値
からの差分をDSIR(t)とする。

【００１０】DSIR(t) = SIR(t) - SIRo (3)

【００１１】品質差分値を変換器Ａ３により受信目標電
力TPR(t)の更新差分値DTPR(t)に変換する。

【００１２】DTPR(t) = f( DSIR(t) ) (4)

【００１３】変換関数f( )は比例関数や階段関数等が考
えられる。加算器４は、保持器Ａ６に保持されている現
在のTPR(t)とDTPR(t)とを加算し、TPR(t)を更新する。
受信目標電力TPR(t)は短い更新時間間隔（例えば数百ミ
リ秒〜数秒）毎に更新される。なお、信号電力制限器Ａ
５は受信目標電力のダイナミックレンジ（上限および下
限）を設定する。基地局では、得られた受信目標電力TP
R(t)と、各移動局からの受信電力とを比較し、各移動局
からの受信電力がTPR(t)に収束するように、各移動局の
送信電力を制御する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記(1)式に
おける自己セル内移動局数Ａが増加した場合、受信目標
電力の増加によりSIR=1/Aとなり、隣接セルからの干渉
の影響が減るとしても、この値が品質の保証値を下回っ
ていれば、上記従来の方法では対処不能である。また、
受信目標電力の増加は移動局での送信電力を増加させ、
隣接セルへの干渉を増やすことになる。図１１におい
て、セル境界付近でBS1と接続する送信電力TM2の移動局
からBS0への干渉量をIM1とすると、BS0においてIM1は信
号電力TPR0以上となり、BS0での品質を劣化させてしま
うという問題点があった。

【００１５】図12は、上記方式における移動局数と品質
SIRとの関係を示した説明図である。横軸を時間とし、
縦軸を品質SIR及び自己セル内接続移動局数とし、時間
と共に移動局数が増加した場合を考える。前記したよう
な受信目標電力の制御を行った場合には、この方式にお
ける制御可能な移動局数をAcとすると、移動局数Acまで
は品質を一定に保つように制御されるが、それ以上では
対処不能となり、品質の劣化を生じるという問題点があ
った。

【００１６】本発明の目的は、前記のような従来技術の
問題点を解決し、CDMA方式におけるトラヒック不均一性
の影響を抑制すると共に、パイロット信号電力の変更に
伴うセル境界移動によるハンドオフを減少させることが
可能な電力制御装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、CDMA通信を行
う無線基地局における電力制御装置において、所定の間
隔で制御され、管轄する移動局数が所定の範囲内となる
ように、無線基地局からの下り回線におけるパイロット
信号送信電力を制御する下り回線電力制御手段と、基地
局における通信品質が所定の基準値に収束するように、
移動局からの上り回線における送信電力制御の目標値と
なる受信目標電力を常時制御する上り回線電力制御手段
とを備えたことを特徴とする。

【００１８】本発明においては、パイロット信号送信電
力を制御することによって移動局数を適正な範囲に制御
し、また該送信電力の更新制御を長い周期で実行するこ
とにより、ハンドオフの多発を防止する。更に、管轄す
る移動局からの受信目標電力を制御することによって通
信品質を基準値に収束させるように制御する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図３は、本発明における電
力制御の原理を示す説明図である。図３(a)が下り回線
における基地局パイロット信号電力と移動局での受信電
力の関係、図３(b)が上り回線における基地局受信目標
電力と移動局送信電力の関係を示したものである。(a)
においてPPS0〜2を基地局パイロット信号送信電力と
し、RP0〜2を移動局での受信電力曲線とする。

【００２０】移動局は、パイロット信号の受信電力が最
も強い基地局と接続される。このため、セル境界CL0-
1、CL1-2は各基地局からの距離に応じたパイロット信号
受信電力曲線RPが交わる位置となる。BS1において通信
品質が劣化した場合、パイロット送信電力PPS1を下げ
る。これにより、セル境界がBS1側に移動し、BS1のセル
が縮小される。この結果、BS1と接続されていた移動局
の内、境界外となった移動局が隣接セルに振り分けら
れ、ハンドオフが実行される。この結果、前記(1)式に
おける移動局数Ａが減少し、品質劣化の直接的な要因が
解消される。

【００２１】しかし図３(b)に示されるように、セル境
界が移動したことで、セル境界付近の移動局での送信電
力TM0,2が大きくなり、BS1への干渉電力が増加してしま
う。これに対処するため、BS1における受信目標電力TPR
1を増加させることで、隣接セルからの干渉を抑制す
る。各セルは、移動局数並びに通信品質に応じてパイロ
ット信号電力並びに受信目標電力を制御することで、セ
ル領域を変動させ、通信品質が一定となるように制御を
行う。これにより、不均一トラヒックに対応して通話品
質を保ちながら効率のよい接続制御をすることが出来
る。

【００２２】但し、パイロット信号電力の制御によりセ
ル境界を移動した場合、移動局は移動していない状態で
も接続先基地局が変更され、ハンドオフを生じてしま
う。このため、パイロット信号電力の更新を頻繁に行う
ことは、通信の安定性を保つ上で抑制したい。また、図
１２に示されるように、従来技術である目標電力の制御
のみにより、ある程度の不均一性は解消可能である。そ
こで、パイロット信号電力制御と目標電力制御を独立に
行い、パイロット信号電力制御の間隔を目標電力制御間
隔に比べ、長めに設定する。ある程度の不均一性は目標
電力制御により対処し、それ以上の不均一性に対しては
パイロット信号電力制御により対処する。これにより、
トラヒック不均一性抑制効果を損ねること無く、ハンド
オフ数を減少させることが出来る。

【００２３】図２は、本発明が適用される移動通信シス
テムの基地局および移動局の構成を示すブロック図であ
る。基地局２０には、基地局送信器２１、基地局受信器
２２および基地局制御装置２３が備えられている。基地
局受信器２２は移動局２４からの電波を受信し、復調し
たデジタル音声信号を図示しない交換機へ出力する。ま
た、符号により分離した各チャネルの信号電力および帯
域全体の信号電力を測定し、その比である各移動局の受
信品質情報SIR(t)を基地局制御装置２３に出力する。

【００２４】電力制御を行う基地局制御装置２３は、品
質情報SIR(t)および該セルの移動局数A(t)を入力し、後
述する処理を行って、パイロット信号電力値PPS(t)およ
び受信目標電力TPR(t)を出力する。基地局送信器２１
は、交換機から入力されるデジタル音声信号を変調し、
周波数拡散処理して送信する。送信器２１の送信電力は
PPS(t)によって制御される。また、制御装置２３から出
力される受信目標電力TPR(t)は、受信器２２によって測
定された各移動局からの受信電力と比較され、その差に
基づいて、移動局の送信電力制御情報が生成される。そ
して、該制御情報は、基地局送信器２１、移動局受信器
２５、移動局制御装置２６を経由して、移動局送信器２
７の送信電力を制御する。このようにして、基地局にお
ける各移動局からの受信電力がTPR(t)に収束するよう
に、各移動局の送信電力が制御される。

【００２５】図１は、図２の基地局制御装置２３の第１
の実施例の機能を示す機能ブロック図である。図１の上
部が移動局からの上り回線の電力制御手段であり、この
電力制御手段の構成および動作は図１０に示した従来例
と同一である。上り回線電力制御手段は、通話品質SIR
が所定の品質基準値に収束するように、短い間隔で受信
目標電力TPR(t)を更新制御する。

【００２６】図１の下部が移動局からの下り回線電力制
御手段である。図示しない基地局全体の制御装置から入
力される現在の接続移動局数をA(t)とする。基準移動局
数保持器１１は基準移動局数Aoを保持、出力し、減算器
１２は、移動局数の基準値からの差分DA(t)を演算す
る。

【００２７】DA(t) = A(t) - Ao (7)

【００２８】変換器Ｂ１３は移動局数差分値DA(t)をパ
イロット信号電力PPS(t)の更新差分値DPPS(t)に変換す
る。

【００２９】DPPS(t) = f( DA(t) ) (8)

【００３０】f( )としては比例関数や階段関数等が考え
られる。加算器１４は、保持器Ｂ１６に保持されている
現在のPPS(t)とDPPS(t)とを加算し、PPS(t)を更新す
る。パイロット信号電力TPR(t)の更新周期は受信目標電
力の更新周期に対し、十分長い更新周期、例えば数秒〜
数分毎に更新される。これにより、ハンドオフの多発を
防止することができる。なお、信号電力制限器Ｂ１５は
パイロット信号電力のダイナミックレンジ（上限および
下限）を設定する。基地局では、得られたパイロット信
号電力PPS(t)に基づき、基地局のパイロット信号送信電
力を制御する。

【００３１】図４は、第１の実施例における移動局数お
よび通話品質の変化例を示す説明図である。この例にお
いては、該セルにおいて、移動局数が単調増加した場合
を示している。更新時間毎にパイロット信号電力が負に
更新され、セル領域が狭まる。この結果、移動局数は基
準値まで減少する。更新時間内は、目標電力制御のみが
行われるが、移動局数が目標電力制御における制御可能
な移動局数（図１２のAc）を越えていない為、品質SIR
は一定に保たれる。更新時間は、トラヒックの変動状況
に応じて設定される。

【００３２】図５は、本発明の第２の実施例の構成を示
す機能ブロック図である。図５の上部の目標電力制御部
は図１と同一である。下部の下り回線電力制御手段にお
いて、第１の実施例と異なるのはDPPSの発生手段であ
る。第２の実施例においては、現在の接続移動局数をA
(t)、最大許容移動局数をAmax、最小許容移動局数をAmi
nとした場合に、接続移動局数が許容移動局数範囲内に
常時入るようにパイロット信号電力の制御を行う。

【００３３】比較器４０において接続移動局数A(t)と許
容移動局数Amax、Aminとの比較を行い、移動局数が最大
許容値Amaxを越えた時点でパイロット信号更新値DPPSを
送出する。この場合、DPPSは負の一定値とする。逆に、
移動局数が最小許容値Aminを下回った場合、正の更新値
DPPSを送信し、パイロット信号電力を増加させる。この
構成では、受信目標電力の制御は、短い一定間隔毎に行
われ、パイロット信号電力制御は不定期に行われる。

【００３４】図６は、第２実施例における移動局数と通
話品質の変化例を示す説明図である。移動局数が不規則
に変動した場合を示してある。パイロット信号電力更新
を一定間隔毎に行うと、局数増加に追従しきれない場合
や不必要に更新してしまう場合が生じる。図６では、移
動局数が最大あるいは最小許容移動局数に達した時（t
3,t4,t5）にのみ、不定期にパイロット信号電力更新を
行い、接続移動局数を減少あるいは増加させ、移動局数
が常に許容範囲内に入るように制御を行う。

【００３５】図７は、本発明の第３の実施例の構成を示
す機能ブロック図である。現在の通信品質をSIR(t)とす
る。最大許容通信品質をSIRmax、最小許容通信品質をSI
Rminとし、通信品質が許容通信品質範囲内に常時入るよ
うにパイロット信号電力の制御を行う。比較器５０にお
いて現在の通信品質と許容通信品質の比較を行い、通信
品質が最大許容値を越えた時点でパイロット信号更新値
DPPSを発生する。この場合、DPPSは負の一定値とする。
逆に、通信品質が最小許容値を下回った場合、正の更新
値DPPSを発生し、パイロット信号電力を増加させる。こ
の実施例においては、通常は受信目標電力の制御により
SIRを一定に保ち、該制御ではSIRを維持できなくなった
場合にのみPPSの制御を行うので、ハンドオフの発生を
少なくできる。

【００３６】図８は、本発明の第４の実施例の構成を示
す機能ブロック図である。現在の受信目標電力をTPR(t)
とする。最大許容受信目標電力をTPRmax、最小許容受信
目標電力をTPRminとし、受信目標電力が許容受信目標電
力範囲内に常時入るようにパイロット信号電力の制御を
行う。比較器６０において受信目標電力と許容目標電力
の比較を行い、受信目標電力が最大許容値を越えた時点
でパイロット信号更新値DPPSを送出する。この場合、DP
PSは負の一定値とする。逆に、受信目標電力が最小許容
値を下回った場合、正の更新値DPPSを送信し、パイロッ
ト信号電力を増加させる。

【００３７】以上の実施例においては、パイロット信号
電力の更新を行うことで、(1)式における通信品質の状
態が変わる為、受信目標電力を最適値に収束させる必要
がある。図１、５、７、８に示す第１〜第４の実施例の
構成では、受信目標電力の更新時間が短いものとして、
パイロット信号電力の更新とは独立に受信目標電力の更
新を行い、収束させるものとした。しかし、受信目標電
力の更新間隔を長めに取った場合、あるいは受信目標電
力変換器の変換係数（(4)式におけるf()の係数）を小さ
めに設定した場合（実際にはシステムの暴走を防ぐ為、
小さめに設定される）、最適値に収束するまで時間がか
かることが考えられる。

【００３８】図９は、上記問題点を解決するための、本
発明の第５の実施例の構成を示す機能ブロック図であ
る。図９に示すように、目標電力算出部７０を設け、更
新されたパイロット信号電力値PPS(t)に合わせて、受信
目標電力TPR(t)を算出し、保持器Ａ６に設定する構成が
考えられる。上り／下り回線における伝搬損特性が同一
の場合、パイロット信号電力PPSと受信目標電力TPRを PPS × TPR = 定数 (9) とすることで、釣り合いが保たれる。従って、パイロッ
ト信号電力が更新された場合、目標電力算出部７０で
は、(9)式より目標電力TPRを算出し、出力することで、
受信目標電力の最適値により早く収束することが出来
る。図９は、図１の第１実施例に対するものであるが、
図５、７、８の第２〜第４実施例に対しても同様に適用
できる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
CDMA方式の移動無線基地局において、下りのパイロット
信号電力及び上り回線受信目標電力を通信品質や移動局
数に応じて適応的に制御することにより、トラヒック不
均一に対処することが可能であり、パイロット信号電力
更新間隔を受信目標電力更新間隔に対し長くとる、ある
いは許容範囲を越えた場合のみ制御を行うことでセル境
界の移動を少なくし、ハンドオフ回数を減らすことが可
能となるという効果がある。従って、通話品質を保ちな
がら移動無線システム全体の効率を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基地局制御装置２３の第１実施例の機能ブロッ
ク図である。

【図２】本発明が適用される移動通信システムの構成を
示すブロック図である。

【図３】本発明における電力制御の原理を示す説明図で
ある。

【図４】第１実施例の移動局数、通話品質の変化例を示
す説明図である。

【図５】本発明の第２実施例の構成を示す機能ブロック
図である。

【図６】第２実施例の移動局数と通話品質の変化例を示
す説明図である。

【図７】本発明の第３実施例の構成を示す機能ブロック
図である。

【図８】本発明の第４実施例の構成を示す機能ブロック
図である。

【図９】本発明の第５実施例の構成を示す機能ブロック
図である。

【図１０】従来方式における基地局の電力制御機能を示
す機能ブロック図である。

【図１１】従来の電力制御方式の原理を示す説明図であ
る。

【図１２】従来の電力制御方式における移動局数と通話
品質の変化例を示す説明図である。

【符号の説明】

１…品質基準値保持器、２…減算器、３…変換器Ａ、４
…加算器、５…信号電力制限器Ａ、６…保持器Ａ、１１
…基準移動局数保持器、１２…減算器、１３…変換器
Ｂ、１４…加算器、１５…信号電力制限器Ｂ、１６…保
持器Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣＤＭＡ通信を行う無線システムにおける
電力制御装置において、通信の品質を測定する品質測定手段と、短い周期毎に動作し、基地局における通信品質が所定の
基準値に収束するように、移動局からの上り回線におけ
る送信電力制御の目標値となる受信目標電力を制御する
上り回線電力制御手段と、セルが管轄する移動局数を検出する移動局数検出手段
と、前記移動局数検出手段によって検出された移動局数が所
定の許容範囲を越えた場合のみ下り回線電力制御手段を
起動する起動手段と、前記起動手段によって起動され、セルの管轄する移動局
数が前記許容範囲内となるように、無線基地局からの下
り回線におけるパイロット信号送信電力を制御する下り
回線電力制御手段と、を備えたことを特徴とする電力制
御装置。
【請求項２】ＣＤＭＡ通信を行う無線システムにおける
電力制御装置において、通信の品質を測定する品質測定手段と、短い周期毎に動作し、基地局における通信品質が所定の
基準値に収束するように、移動局からの上り回線におけ
る送信電力制御の目標値となる受信目標電力を制御する
上り回線電力制御手段と、前記品質測定手段によって測定された通信品質が所定の
許容範囲を越えた場合のみ下り回線電力制御手段を起動
する起動手段と、前記起動手段によって起動され、前記通信品質が前記許
容範囲内となるように、無線基地局からの下り回線にお
けるパイロット信号送信電力を制御する下り回線電力制
御手段とを備えたことを特徴とする電力制御装置。
【請求項３】ＣＤＭＡ通信を行う無線システムにおける
電力制御装置において、通信の品質を測定する品質測定手段と、短い周期毎に動作し、基地局における通信品質が所定の
基準値に収束するように、移動局からの上り回線におけ
る送信電力制御の目標値となる受信目標電力を制御する
上り回線電力制御手段と、前記受信目標電力が所定の許容範囲を越えた場合のみ下
り回線電力制御手段を起動する起動手段と、前記起動手段によって起動され、前記受信目標電力が所
定の許容範囲内となるように、無線基地局からの下り回
線におけるパイロット信号送信電力を制御する下り回線
電力制御手段とを備えたことを特徴とする電力制御装
置。
【請求項４】前記上り回線電力制御手段は、前記下り回
線電力制御手段が前記パイロット信号送信電力の更新制
御を行った時に、該パイロット信号電力値に基づいて受
信目標電力を設定することを特徴とする請求項１乃至３
に記載の電力制御装置。