JP2001520478A - 電力制御モードの選択装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ヤレス通信装置のための電力制御の新規かつ改良された装置及び方法に関する。
著しい人気を博している。ポータブルのようなハンドヘルド型ワイヤレス通信装
置は近年広範な成長を経験している。セルラ及びパーソナル通信サービス(PC
S)電話のようなポータブル装置は、今やビジネスあるいは個人ユーザに同様に
ありふれている。加えて、ポータブル、ハンドヘルド型及び移動体電話を用いた
衛星通信システムのような進歩したシステムが実現しそうである。
電力消費は、熱の発生を抑制し、長時間のバッテリー寿命を実現し、装置がさら
に有用になる。しばしば、低電力消費により、より小さな装置サイズが可能とな
り、あるいは小型化が導かれる。
クに必要とされる電力量を維持するために最小限に設定される。このことにより
、全体の通信システムの容量が最大化し、互いの干渉の許容レベル及び信号品質
が維持される。送信信号電力を最小レベルに制御することにより、他の通信装置
あるいは通信ユニットとの干渉が減少する。このような通信システムの電力制御
の技術の例が“符号分割多重接続システムにおける高速フォワードリンク電力制
御”と題された1995年1月17日に登録された米国特許第5,383,21
9号、“送信電力制御システムにおける制御パラメータの動的改良のための装置
及び方法”と題された1995年3月7日に登録された米国特許第5,396,
516号及び“送信機電力制御システム”と題された1993年11月30日に
登録された米国特許第5,267,262号に開示され、これらは参考のために
ここに組み込まれる。
化することである。しばしば、このことは信号ノイズ比(SNR)が許容レベル
未満に落ちることなしに、できる限り送信信号の電力量を減少させることにより
達成される。SNRが許容レベル未満に落ちると、電力は増加しSNRを許容レ
ベルに戻る。
な条件下で用いられることを可能にする。最適あるいは理想的な状況よりもよく
ない動作時、すなわち建物の中、悪天候、あるいはそのような時、送信電力は増
加して、許容されるSNR及び通信品質を維持する。
ヤレス通信システムのようなシステムでは、遠隔制御される。すなわち、装置及
び基地局トランシーバの間の通信バンド幅の一部は送信命令及びステータス情報
に捧げられる。このバンド幅の命令及びステータス部分は装置により送信される
信号の電力を調整するのに用いられる。基地局から受信した通信信号のSNRが
許容レベル未満に落ちると、基地局はワイヤレス装置に送信電力を増加するよう
に命令を送る。同様に、受信通信信号のSNRがうまく許容限界内に収まると、
基地局は装置に送信電力を減少するように命令を送る。
かつ改良された装置及び方法である。本発明によれば、送信機の電力制御のため
に2つのモードが提供される。この技術は、動作状況により適切なモードを選択
する技術と同様である。
ド”と呼ばれる。トラッキングモードでは、電力はSNRが許容レベル未満の時
にインクリメント増加する。バーストモードでは、トラッキングモードに適用さ
れた増加よりもより大きな電力増加となる。従って、トラッキングモードは、し
きい値を超え、あるいは下回るように変化するようなSNRにおける小さな摂動
を取り扱うのに最も適している。対照的に、バーストモードはSNRが許容レベ
ルを著しく下回ったとき、例えば送信パスが例えば建物のようなものにより遮断
されるような時の状況を取り扱うのに最も適している。
テムが公称動作する場合、電力制御の好ましいモードはトラッキングモードであ
る。一方、システム動作が公称範囲より落ちる場合、電力制御モードはバースト
モードに切り替わる。
の実施形態の1のモードでは、受信機(送信機)で受信された信号のSNRは所
定のしきいレベルと比較される。SNRがしきい値かまたはそれに近い場合、シ
ステムは公称動作する。しかしながら、SNRがあるレベルを下回ると、動作は
公称以下になる。
る。これは、エラーを有して受信されたフレーム数、受信信号のビットエラーレ
ート(BER)、あるいは他のエラートラッキング技術に基づいて決定されても
よい。
減少する。システム動作が監視され、電力が増加する量が適宜決定されるため、
状況が保証される電力増加が大きくなる。結果として、電力増加量が一定に維持
される場合よりも短い時間で、システム動作が公称範囲あるいは好ましい限界に
戻ることができる。
と、以下に示す本発明の実施形態の詳細な説明からさらに明らかになるであろう
。図面では、同様の参照符号が同様であると識別される。
通信システム中で動作する装置内で送信される信号電力を調節するのに使用され
るしきい値レベルを最適に決定するシステムあるいは装置および方法に向けられ
ている。これを達成する方法を以下に説明する。
説明することが有用である。広い意味では、本発明は任意の有線またはワイヤレ
ス通信システムで実現することができ、特に送信機により提供される電力量を制
御することが好ましいものにおいて実現することができる。このような環境には
、これらに限定されないが、セルラ通信システム、パーソナル通信システム、衛
星通信システム、および他の多くの既知の通信システムが含まれる。
と、例示的な通信システムは2つのトランシーバ104aおよび104bを備え
ている。トランシーバ104aおよび104bは、それぞれ送信機108aおよ
び108b、受信機112aおよび112bを持っている。
122を通して、信号が向けられている他のトランシーバ104(104a、1
04b)中の受信機112(112a、112b)に送られる。衛星、セルラお
よび他のワイヤレス通信システムでは、送信パス122は空中である。しかしな
がら、本発明はこのような適用に限定されるものではなく、送信パス122は技
術的に知られている有線あるいは他の信号伝送媒体とすることができる。
ット化データパスである。これは通常、情報がデジタルデータの形態であるケー
スである。他の環境では、アナログデータが搬送波に変調され、送信パス122
を通して送信される。
b)をハンドヘルド型あるいは移動体セルラ電話機に配置することができ、ある
いは配置し、ワイヤレス装置または電話機の現在の領域すなわち物理的な位置で
サービスを提供しているローカルセルサイトの基地局に他のトランシーバ104
(104b、104a)を配置する。衛星通信システムの例では、1つのトラン
シーバ104(104a、104b)はハンドヘルド型、移動体、あるいは固定
トランシーバ(すなわち衛星電話機)とすることができ、他のトランシーバ10
4(104b、104a)はゲートウェイ(すなわち地球局ゲートウェイ)に配
置する。衛星通信システムの例では、技術的によく知られているように、(図示
されていない)衛星が使用されてトランシーバ104(104b、104a)間
で信号が中継される。代わりに、衛星通信システムの例では、1つのトランシー
バ104を衛星自体に搭載して配置することができる。
ためだけに提供されるものである。本発明をこの例示的な環境における適用に制
限するように意図するものではない。実際、以下の説明を読むと、ワイヤレス装
置の電力が遠隔的に制御されるあるいは遠隔的に制御できる代替環境において本
発明をどのように実現すればよいか関連技術の当業者に明らかになるであろう。
て電力を制御することができる。この説明のために、少なくとも“トラッキング
モード”と“バーストモード”の2つの電力制御モードがある。電力制御のトラ
ッキングモードとバーストモードの両者は、システム性能が許容可能なレベルよ
り下に落ちたときに電力の増加をもたらす。しかしながらバーストモードでは、
トラッキングモードで提供されるものよりも電力増加量が多い。
能に基づいてなされる。特に、システム性能が予め選択された公称範囲内である
場合にはトラッキングモードが利用される。しかしながら、システム性能がこの
公称範囲より下に落ちた場合には、バーストモードの電力制御が利用される。バ
ーストモードの利用により、トラッキングモードに対するケースよりもより速く
システム性能が公称範囲になる。
上下して変化する公称動作状態で電力を制御するのによく適合する。これに対し
てバーストモードは、大きな電力低下を受ける状態で電力を制御するのによく適
合する。このような状態は、例えば通信パスが大きなビルあるいは他の干渉構造
物または条件によりブロックされる場合から生じる。
うな)送信機により送信される信号の信号対雑音比(SNR)に基づく。この実
施形態では、トラッキングモードは、信号対雑音比(SNR)が許容可能なレベ
ルより下に落ちたときにわずかなインクリメントだけ電力を増加させる。バース
トモードも、信号対雑音比(SNR)が許容可能なレベルより下に落ちたときに
電力を増加させる。しかしながらバーストモードでは、電力増加量はトラッキン
グモードでもたらされるものよりも多い。2つのモード間の選択は、どれぐらい
SNRが許容可能なレベルよりも下に落ちるかに基づいてなされる。すなわち、
通信リンクの性能が公称であると考えられるか否かに基づく。他の実施形態では
、システム性能はSNRとは独立した受信信号強度に基づく。
この実施形態では、受信機が所定の時間期間に多量のエラーフレーム(あるいは
特定数の連続したエラーフレーム)を受信した場合に、電力制御のためにバース
トモードが選択される。一方、受信機がたまにフレームエラーを受信するだけで
ある場合には、トラッキングモードが選択される。
すなわち、電力を増加させるための所定の命令または決定に対して、電力は予め
選択されたインクリメント量だけ増加される。再度電力を増加させる後続する命
令または決定がなされるまで電力は再度増加されない。代替実施形態では、電力
を増加させるための所定の命令または決定に対して、電力増加を終了するために
後続する命令が受信されるまで電力は徐々に増加される。いずれの実施形態にお
いても、バーストモードはトラッキングモードよりもより大きな電力増加をもた
らす。すなわち、バーストモードは第1の実施形態ではより大きなインクリメン
ト量の電力増加をもたらし、第2の実施形態ではより速いレートの増加をもたら
す。
示している図である。図2では、水平軸は時間を表しており、垂直軸はSNRを
表している。しきい値SNRは水平線204により図示されている。送信信号の
実際のSNRの例は、時間的に変化する線208により図示されている。図2に
図示されている例では、装置は時間T1まで公称的に動作している。この領域で は、送信機108のSNR208はSNRしきい値204に関してわずかな量だ
け変化する。わずかなインクリメント量で送信電力に対して調整がなされる。S
NR208がしきい値204より下に落ちたときには、電力はインクリメント的
に増加される。逆に、SNF208がしきい値204より上に上昇したときには
、電力はインクリメント的に減少される。電力調整は技術的に命令または制御お
よび操作技術を使用して行われる。
電力はインクリメント的に増加されてSNRを改善させる。しかしながら、トラ
ッキングモードでは電力はインクリメントごとにわずかに増加するだけであるこ
とから、SNRが再び許容可能なレベルに到達する前にかなりの時間が経過する
。これは時間帯ttにより図示されている。
御される例示的な動作シナリオを示している図である。図2と同様に、図3では
、水平軸は時間を表し、垂直軸はSNRを表している。しきい値SNRは水平線
204により図示されている。送信信号の実際のSNRの例は時間的に変化する
線208により図示されている。図3に図示されている例では、装置は時間T1 まで公称的に動作している。この領域では、送信機108の送信信号のSNR2
08はSNRしきい置204に関してわずかな量だけ変化する。この時間の間で
は、送信機108はトラッキングモードで動作し、わずかなインクリメント量で
送信電力に対して調整がなされる。SNR208がしきい値204より下に落ち
たときには、電力はインクリメント的に増加される。
したように、バーストモードでは電力増加はトラッキングモードよりさらに顕著
である。このように、SNRが許容可能なレベルに戻るまでにかかる時間量tb はトラッキングモードで要求される時間ttよりもかなり短い。時間T2において
SNR208がしきい値204に到達したときには、送信機108はトラッキン
グモードにスイッチングされる。
いことに留意すべきである。これは、SNRのわずかな減少がバーストモードで
は送信電力の大きな増加となるからである。これは送信電力が過剰となるために
しきい値204より十分上にSNR208を増加させ、過度の電力量を消費させ
る。これは電力を無駄にし、電力が制限されたシステムでは、電力は容量に影響
を与え、これは非常に好ましくないことが分かる。システムが補償を行ってしき
い値レベルに戻そうと試み、各方向にオーバーシュートするときには、状況によ
ってはこれは振動的動作も生じさせるかもしれない。
この実施形態では、受信機112(112a、112b)は(対向するトランシ
ーバ104の)送信機108(108b、108a)に命令して、必要なときに
電力制御モードをスイッチングさせる。これは例えば送信信号の命令部分で行う
ことができる。代替実施形態では、受信機112は情報を送信機104に戻して
、電力制御モードをスイッチングさせるか否かの決定を送信機104が行えるよ
うにする。例えば、この代替実施形態では、受信機112はフレームエラー表示
、ビットエラーレート値、SNR値、またはシステムの性能が許容可能なレベル
にあるか否かを示す他の何らかの表示のような1つ以上の表示を送信機108(
受信機104)に送信してもよい。
スのを一般的に示す動作フロー図である。ステップ304で、受信機112(1
12a,112b)は送信機108(108a,108b)により送信される信
号を受信する。上述の代表的な実施形態では、信号は送信パス122を通って送
信される。
のしきい値204を超えているか、しきい値か、あるいはしきい値に満たないか
にかかわらず決定する。これは、通信システムが動作中の電力制御モードにかか
わらずなされる。この決定は、決定ステップ308により示される。受信信号の
SNR208がしきい値204を超えた場合、電力は下方調整され、動作はステ
ップ304に戻り、そこでは受信機108は送信信号の受信を続ける。これはス
テップ310及びフロー線362により示される。
ロー線364により示されるステップ304に戻る。ある実施形態では、しきい
値204は単一の値として実行されないが、代わりにSNR値の許容範囲を包含
する。
2に進む。ステップ312では、受信機112はSNR208のデグラデーショ
ンが好ましい公称値よりも大きいか否かにかかわらず決定する。換言すれば、受
信機112はSNR208がしきい値204未満の許容量よりも大きいか否かを
決定し、従って、SNR208をしきい値204に戻すのが望まれるよりも長く
かかるためにトラッキングモードは好ましくないか否かを決定する。
ック316により示されているように、トラッキングモードを用いあるいは選択
することにより電力が制御される。電力制御モードがすでにトラッキングモード
の場合、送信機108はトラッキングモードを維持する。しかしながら、現在の
電力制御モードがバーストモードの場合、ステップ316はバーストモードから
トラッキングモードに変化することを示している。ステップ320では、送信機
の電力はトラッキングモード動作時にあるいは動作中に調整される。受信機11
2はフロー線366,364により示されるような送信を受信する。
ステップあるいはブロック326により示されるようなバーストモードとして選
択される。電力制御モードがすでにバーストモードの場合、送信機108はバー
ストモードを維持する。しかしながら、現在の電力制御モードがトラッキングモ
ードの場合、ステップ326はトラッキングモードからバーストモードへの変化
を示している。ステップ330では、電力はバーストモード動作時あるいは動作
中に調整される。受信機112はフロー線368により示されるように送信を受
信する。
ョンに適用するのに選択可能である。ある実施形態では、しきい値204は単一
の値ではないが、受信信号のSNRがある値の範囲内に落ちる限り、信号がしき
い値であると示されるように、しきい値204は値の範囲である。
基づいてなされるのではなく、代わりに1あるいはそれ以上のエラーを受信した
フレーム数に基づいてなされる。例えば、この実施形態のあるモードでは、受信
機112は、過去のフレーム数Xのうち何個のフレームがエラーを有して受信さ
れたかを決定する。この例では、最後のXフレームを除くYよりも多くエラーを
有して受信された場合、このことは、エラーレートが公称値を超え、好ましい電
力制御モードがバーストモードであることを示している。
続するフレーム数を決定する。エラーをもって受信された連続するフレーム数が
所定の限界を満たし、あるいは超えた場合、このことは、エラーレートが公称の
範囲を超え、好ましい電力制御モードがバーストモードであることを示している
。エラーを持って受信されたフレーム数の決定は、例えば、巡回冗長検査(CR
C)コードを用いるような周知の技術を用いて達成される。
を見る。BERの増加がしきい値を超えることは、SNR208の減少がしきい
値204未満になることと類似する。BERの増加が所定量よりも多い量だけし
きい値を超えた場合、システムはもはや公称動作せず、好ましい電力制御モード
はバーストモードである。
ラメータがどれほど用いられるかはこの技術に明るい当業者にとって明らかにさ
れるであろう。
い値を超え、あるいはしきい値未満であるか否か、及びシステムが公称動作する
か否かを決定するように説明される。この実施形態では、受信機112(112
a,112b)は送信機108(108a,108b)に命令を送り、送信機1
08に適切な時にモードを変えるように指示する。代替的な実施形態では、受信
機112は単に送信機108に遠隔測定を提供する。この遠隔測定は、好ましい
モードがトラッキングモードかバーストモードかを決定するために充分な情報を
送信機108に提供する。
インジケータはメッセージあるいは命令のビットの形をとる。一つのビットは“
トラッキングモードのアップ/ダウン命令”を示し、もう一方は“バーストモー
ド送信レベルの調整”を示す。送信機は、何が動作され、あるいは実行されるの
かを決定することができる。決定は送信機により、例えば連続的なフレームエラ
ー数等のような因子に基づいてなされるが、これに限定されるものではない。こ
のアプローチでは、システムにより速い反応が提供される。なぜなら、電力制御
目的で消費されるバンド幅が増加するにもかかわらず、エラーのような特定の事
象が送信機に即座に報告されるからである。
ることを命令する場合、命令は送信中に失われる可能性がある。このシナリオは
、いくつかの異なる技術のうちのいずれかを用いることにより取り扱われる。あ
る技術は、命令の受け取りを確認するために認識メッセージを用いる。
の限界を超えて動作する場合、受信機112はシステムが公称動作に戻るまで、
各命令フレームの間のバーストモードでトラックするための命令を送信する。命
令は繰り返されるため、及びこの繰り返しは多くの場合不必要であるため、この
技術は必要とされるよりも多くのバンド幅を消費する。このため、この技術は好
ましくないだろう。
される。すなわち、送信機108が命令通りに電力制御モードを全く切り換える
かどうかを決定する検査がない。この実施形態は直感的でないようにも見えるが
、実際には好ましい実施形態である。それがなぜかを理解するため、受信機11
2により送られ、送信機108により受信されない切換モードを命令する場合の
2つの状況を考えてみる。第1の状況では、SNR208は実質的に減少し、受
信機112は送信機108に電力制御モードをバーストモードに切り換えること
を命令する。送信機108がこの命令を受信しない場合、唯一の否定的な結果は
、送信機108はトラッキングモードでの電力を制御し続ける。すなわち、命令
が送信機108により受信された場合よりも公称動作に戻るのに時間がかかる。
戻る。送信機108は受信機112からトラッキングモードへの変化を指令する
命令を受信しない場合、電力は必要とされるよりも非常に増加する。しかしなが
ら、このことはシステムが動作を継続するのに致命的なエラーではない。唯一の
欠点は、必要とされるより多くの電力が消費されることである。
あるいはそれに付加して代替的な電力制御モード間の選択を用いた本発明を実施
することは、当該技術に長けた者にとって明らかであろう。例えば、もどりリン
ク信号を増加及び減少させるのに用いられる一般的な命令が、モードの分類にか
かわらずこの技術を用いた大きなステップで増大あるいは減少させることができ
る。
るように提供される。本発明が特に示され、好ましい実施形態で参照されて説明
されている一方で、本発明の精神及び視野から外れることなく形態及び詳細を種
々変形できることは当業者にとって理解できるであろう。
ロー図。
Claims (18)
- 【請求項1】 通信システム内で動作する送信機のための複数の電力制御モ
ードのうちの一つを選択する装置であって、この通信システムは、1あるいはそ
れ以上の第1の量の電力増加を提供する第1のモードと、1あるいはそれ以上の
第2の量の電力増加を提供する第2のモードとを有し、この装置は、 通信システムの動作が公称範囲内かを決定する手段と、 通信システムの動作が公称範囲内である場合に送信機の電力を制御する電力制
御の第1のモードを選択する手段と、 通信システムの動作が公称範囲内でない場合に送信機を制御する電力制御の第
2のモードを選択する手段とを具備してなり、 電力制御の前記第2のモードは、システム動作がしきい値未満である時の電力
制御の第1のモードよりも電力を多く増加させることを特徴とする装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の装置において、前記通信システムの動作は、
信号ノイズ比、受信信号強度、フレームレートエラー頻度、連続フレームエラー
数及びビットエラーレートからなる群のうちの1つあるいはそれ以上により測定
されることを特徴とする装置。 - 【請求項3】 請求項1に記載の装置において、前記通信システムの動作が
公称範囲内かを決定する前記手段は、送信信号がしきい値か、しきい値を超えて
いるか、あるいはしきい値未満かを決定する手段からなることを特徴とする装置
。 - 【請求項4】 請求項1に記載の装置において、電力制御の前記第1のモー
ドはトラッキングモードであり、電力制御の前記第2のモードはバーストモード
であることを特徴とする装置。 - 【請求項5】 請求項1に記載の装置において、前記通信システムの動作が
公称範囲内かを決定する前記手段は、通信システムのパラメータが規定の範囲内
にあるかを決定する手段からなることを特徴とする装置。 - 【請求項6】 請求項5に記載の装置において、前記パラメータは、信号ノ
イズ比、受信信号強度、フレームレートエラー頻度、連続フレームエラー数及び
ビットエラーレートからなる群から選択されることを特徴とする装置。 - 【請求項7】 請求項1に記載の装置において、前記電力の増加はインクリ
メント電力増加であることを特徴とする装置。 - 【請求項8】 請求項1に記載の装置において、電力の前記第1及び第2の
モードの選択手段は、送信機に設けられてなることを特徴とする装置。 - 【請求項9】 請求項8に記載の装置において、電力の前記第1及び第2の
モードの選択手段は、受信機位置に設けられてなり、さらに好ましいモードを選
択するために前記受信機位置から前記送信機へ命令を送信する手段を有すること
を特徴とする装置。 - 【請求項10】 通信システムで動作する送信機のための複数の電力制御モ
ードのうちの一つを選択する方法であって、この通信システムは、1あるいはそ
れ以上の第1の量の電力増加を提供する第1のモードと、1あるいはそれ以上の
第2の量の電力増加を提供する第2のモードとを有し、この方法は、 通信システムの動作が公称範囲内かを決定するステップと、 通信システムの動作が公称範囲内である場合に送信機の電力を制御する電力制
御の第1のモードを選択するステップと、 通信システムの動作が公称範囲内でない場合に送信機を制御する電力制御の第
2のモードを選択するステップとを有し、 電力制御の前記第2のモードは、システム動作がしきい値未満である時の電力
制御の第1のモードよりも電力を多く増加させることを特徴とする方法。 - 【請求項11】 請求項10記載の方法において、前記通信システムの動作
は、信号ノイズ比、受信信号強度、フレームレートエラー頻度、連続フレームエ
ラー数及びビットエラーレートからなる群のうちの1つあるいはそれ以上により
測定されることを特徴とする方法。 - 【請求項12】 請求項10に記載の方法において、前記通信システムの動
作が公称範囲内かを決定するステップは、送信信号がしきい値か、しきい値を超
えているか、あるいはしきい値未満かを決定するステップからなることを特徴と
する方法。 - 【請求項13】 請求項10に記載の方法において、電力制御の前記第1の
モードはトラッキングモードであり、電力制御の前記第2のモードはバーストモ
ードであることを特徴とする方法。 - 【請求項14】 請求項10に記載の方法において、前記通信システムの動
作が公称範囲内かを決定するステップは、通信システムのパラメータが規定の範
囲内にあるかを決定するステップからなることを特徴とする方法。 - 【請求項15】 請求項14に記載の方法において、前記パラメータは、信
号ノイズ比、受信信号強度、フレームレートエラー頻度、連続フレームエラー数
及びビットエラーレートからなる群から選択されることを特徴とする方法。 - 【請求項16】 請求項10に記載の方法において、前記電力の増加はイン
クリメント電力増加であることを特徴とする方法。 - 【請求項17】 請求項10に記載の方法において、電力の前記第1及び第
2のモードを選択するステップは、送信機でなされることを特徴とする方法。 - 【請求項18】 請求項17に記載の方法において、電力の前記第1及び第
2のモードを選択するステップは、受信機位置でなされ、さらに好ましいモード
を選択するために前記受信機位置から前記送信機へ命令を送信するステップを有
することを特徴とする方法。
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