JP2003536347A - 無線音声およびデータ通信システムにおける適応電力制御のための方法および装置 - Google Patents

無線音声およびデータ通信システムにおける適応電力制御のための方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】遠隔局の速度を用いて無線通信システムにおける電力レベルを適応的に制御する。 【解決手段】遠隔局の速度を決定することにより遠隔局から送信の電力レベルを適応的に制御するための方法および装置。遠隔局の速度の一般的分類は、閉ループ電力制御機構を選択的に実施するために使用することができる。電力レベルパラメータ[k1]は速度[k2]を決定するために使用される。静止、低速および高速[k3]の分類に従って、閉ループ電力制御が選択的に動作される。速度は種々の方法を介して基地局または遠隔局により決定することが出来る。一つの方法はレベル交差およびエクスカーションタイム[k4]を決定するために電力制御ビットおよび/または平均電力の使用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は無線音声およびデータ通信システムに関する。特に、この発明はデ
ータ伝送の電力レベルを適応的に制御するための新規で改良された方法および装
置に関する。
【0002】
【関連出願の記載】
無線通信の分野は、コードレス電話、ページング、無線加入回線、パーソナル
デジタルアシスタンス(PDAs)、インターネット電話技術、および衛星通信
システムを含む多くのアプリケーションを有する。特に重要なアプリケーション
は移動加入者のためのセルラ電話システムである。(ここで使用するように、「
セルラ」システムはセルラ通信サービス周波数とパーソナル通信サービス(PC
S)周波数を含む)。例えば周波数分割多元接続(FDMA)、時分割多元接続
(TDMA)、および符号分割多元接続(CDMA)を含む種々の無線インター
フェースがそのようなセルラ電話システムのために開発されてきた。それに関連
して、例えば、アドバンスト移動電話サービス(Advanced Mobile Phone Service
)(AMPS)、グローバルシステムフォーモバイル(Global System for Mobile
)(GSM)および暫定規格95(IS−95)を含む種々の国内規格および国
際規格が確立されてきた。特にIS−95およびその派生物、IS−95A、I
S−95B、ANSI J−STD−008(これらはしばしば集合的にIS−
95と呼ばれる)、データのための高データレートシステム案などが電気通信産
業協会(TIA)および他の良く知られた規格団体により公布されている。
【0003】 IS−95規格の使用に従って構成されたセルラ電話システムはCDMA信号
処理技術を用いて高効率で堅固なセルラ電話サービスを提供する。IS−95規
格の使用に従って実質的に構成された例示セルラ電話システムは、この発明の譲
受人に譲渡され、参照することによりこの明細書に組み込まれる米国特許第5,
103、459号および第4,901,307号に記載されている。CDMAシ
ステムにおいて、無線電力制御は、極めて重要な問題である。CDMAシステム
における電力制御の例示方法は、この発明の譲受人に譲渡され、参照することに
よりこの明細書に組み込まれる米国特許第5,056,109に記載されている
【0004】 CDMA無線インターフェースを使用する主な利点は、通信が同じ無線周波数
(RF)帯を介して行なわれることである。例えば、所定のセルラ電話システム
における各遠隔加入者装置(例えば、セルラ電話、パーソルナルデジタルアシス
タント、セルラ電話に接続されたラップトップ、ハンズフリーカーキット(hands
-free car kit)等)は同じ1.25MHzのRFスペクトルを介して逆方向リン
ク信号を伝送することにより同じ基地局と通信することができる。同様に、その
ようなシステムにおける各基地局は他の1.25MHzのRFスペクトルを介し
て順方向リンク信号を伝送することにより遠隔装置と通信することができる。同
じRFスペクトルを介して信号を伝送することにより、例えば、セルラ電話シス
テムの周波数再使用の増加および2以上の基地局の間でソフトハンドオフを行な
う能力を含む種々の利点がもたらされる。周波数再使用の増加によって、所定量
のスペクトルを介してより多数の呼を処理することができる。ソフトハンドオフ
は、同時に2つの基地局とインターフェースすることを含む2以上の基地局のカ
バーエリアから遠隔装置を遷移させる堅固な方法である。その一方、ハードハン
ドオフは、第2基地局とのインターフェースを確立する前に第1基地局とのイン
ターフェースを終了することを含む。ソフトハンドオフを行なう例示方法は、こ
の発明の譲受人に譲渡され、参照することによりこの明細書に組み込まれる米国
特許第5,267,261号に記載されている。
【0005】 一般的なセルラ電話システムにおいて、公衆電話交換網(一般には電話会社)
および移動交換局(MSC)は標準E1および/またはT1電話線(以下E1/
T1線と呼ぶ)を介して1つ以上の基地局コントローラ(BSCs)と通信する
。BSCsは基地局トランシーバサブシステム(BTSs)(基地局またはセル
サイトとも呼ぶ)と通信し、かつE1/T1線からなる迂回中継を介して互いに
通信し合う。BTSsは放送で送信されたRF信号を介して遠隔装置と通信する
【0006】 能力を増大するために、国際電気通信連合は、無線通信チャネルを介して高レ
ートデータおよび高品質音声を提供するための方法案の提案を要求した。この提
案はいわゆる「第三世代」または「3G]を記述する。例示提案であるcdma
2000ITU−R無線伝送技術(RTT)候補提案(ここではcdma200
0と呼ぶ)がTIAにより発行された。cdma2000のための規格はIS−
2000のドラフト版で与えられTIAにより承認された。cdma2000提
案は多くの点でIS−95システムと互換性がある。
【0007】 cdma2000システムは加入者に音声サービス及びデータサービスを運ぶ
ためにパイロットチャネルおよび複数の情報チャネルを使用する。遠隔局と基地
局との間の逆方向リンク上のシステム性能を最適化するために、パイロットチャ
ネルエネルギーと情報チャネルエネルギーはバランスが取られる。各チャネルは
最初にウオルシュコードで分散され、それによりチャネル化とフェーズエラーに
対する抵抗を提供する。従って所定のサービスの質(QoS)を得るために相対
ウオルシュチャネル利得
【数1】 が情報チャネルに加えられる。ウオルシュチャネル利得のための最適な値は、
【数2】 であり、Rはデータレート、Bはチャネル推定器帯域幅、γはデータレートRに
おいて所望のフレームエラーレート(FER)を得るためにデコーダにとって必
要な信号対雑音比(SNR)である。(所望のFERを得るために符号化とアン
テナダイバーシティも使用することは暗黙的である)。この利得は良好なチャネ
ル推定のためにパイロットチャネルにより多くのエネルギーを費やすことと、パ
イロットオーバヘッド(pilot overhead)を低減することとの間で最適なオーバヘ
ッドを与える。実際経路探索のために十分高いパイロット電力レベル選択しなけ
ればならず、FをFOPTより低くする。さらに、cdma2000システムに
おけるある情報チャネルの場合、電力制御はパイロットチャネルから派生する情
報に基づいて行なわれるかもしれない。ある事例において、伝送レートが基地局
に未知かもしれないとき、基地局はパイロットチャネルから派生する情報のみに
基づいて電力制御を行なうので、パイロット電力は伝送レートに対して一定に保
たなければならない。
【0008】 データレート、インタリーバレングス(interleaver length)、およびコーディ
ングタイプは使用されるウオルシュチャネルに関係無く上述した電力比を決定す
る。所定のレートγbpsに対し、所定のQoSを得るのに必要なビット(デシ
ベルでEb/No=β)あたりの信号対雑音比は、合計伝送電力を含み、合計伝
送電力はパイロットを含む。チップレートc cpsおよびトラヒック比に対し
て所定のパイロット=ρdBを有したシステムの場合、干渉スペクトル密度(デ
シベルでEc/Io=σ)により分割されるチップ当りのエネルギーは以下のよ
うに表すことができる。
【0009】
【数3】 所定のQoSを得るのに必要な合計エネルギー量は遠隔局の速度に依存するこ
とがわかる。所定のQoSを得るために必要な電力を推定する方法はこの発明の
譲受人に譲渡され、参照することにより、この明細書に組み込まれる、2000
年3月3日に出願された米国出願シリアル番号第09/519,004号(発明
の名称:「速度推定に基づく利得テーブル」)に記載されている。速度推定が無
いときは、所定のQoSを得るのに必要な電力量を推定するための方法が無い。
この現象の一例として、図1は異なる速度において、パイロット/トラヒック電
力比と遠隔局に対するEb/Noとの間の関係を示す。この例において、cdm
a2000逆方向リンクは、キャリア周波数f=2GHz、チップレート=1
.2288MHz、データレートr=9600bps、フレームレングス20m
sおよび電力制御ビットに関して4%ビットエラーレートと1.25msの遅延
を有し、+/−1dBによる800−Hz電力制御に対して2つの受信アンテナ
(すなわち2つの経路)を用いて動作される。図1に示すように、乗り物の速度
変化は1%FERを得るのに必要なEb/Noを広く変化させる。線100によ
り表される静止した位置において、1%FERを得るのに必要なEb/Noレベ
ルは2dBと2.5dBとの間に分布する。しかしながら、移動している乗り物
の場合、線101、102、および103により表されるように、同じ1%FE
R得るのに必要なEb/Noは3dBと3.5dBとの間に分布する。それゆえ
、9600逆方向リンクの場合、1%FERを得るのに必要なEb/Noは広範
囲に変化し、標準以下の最適システムになる。遠隔局の移動により生じる非能率
を訂正する改良の必要性がある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明は、遠隔局の速度を用いて無線通信システムにおける電力レベルを適
応的に制御するための新規で改良された方法および装置に向けられている。この
方法は下記工程から構成される:基地局の範囲内の遠隔局の移動プロフィールを
決定する、遠隔局は開ループ電力制御機構と閉ループ電力制御機構を用いて、基
地局に複数の信号を伝送し、移動プロフィールが好ましくないならば閉ループ電
力制御機構をオフにする。それゆえ、この方法は、電力レベル統計データに従っ
て電力レベル統計値の決定および閉ループ電力制御機構の選択的動作に有利に向
けられている。
【0011】 この発明の観点によれば、電力レベル統計データは遠隔局の速度分類を決定す
るために使用される平面交差の決定およびエクスカーションタイム(excursions
times)の決定を有利に含む。
【0012】 この発明の他の観点によれば、平面交差の決定およびエクスカーションタイム
の決定は遠隔局の将来の速度値を予測する適応アルゴリズムに有利に使用される
【0013】
【発明の実施の形態】
この発明の特徴、目的、および利点は、同一部に同符号を付した図面とともに
以下に述べる詳細な説明からより明らかになるであろう。
【0014】 図2に示すように、無線通信ネットワーク10は一般に複数の移動局または遠
隔加入者装置12a−12d、複数の基地局14aー14c、基地局コントロー
ラ(BSC)またはパケット制御機能16、移動局コントローラ(MSC)また
はスイッチ18、パケットデータサービングノード(packet data serving node)
(PDSN)またはインターネットワーキング機能20、公衆電話交換網(PS
TN)22(一般には電話会社)、およびインターネットプロトコル(IP)ネ
ットワーク24(一般にはインターネット)を含む。簡単の目的のために、4つ
の遠隔局12a−12d、3つの基地局14a−14c、1つのBSC16、1
つのMSC18、および1つのPDSN20が示される。いかなる数の遠隔局1
2、基地局14、BSC16、MSC18、およびPDSN20も存在し得るこ
とは当業者により理解されるであろう。
【0015】 一実施例において、無線通信ネットワーク10はパケットデータサービスネッ
トワークである。遠隔局12a−12dは、セルラ電話、IPベースで作動され
るラップトップコンピュータに接続されるセルラ電話、ウエブブラウザアプリケ
ーション、相関するハンズフリーカーキットを有するセルラ電話、IPベースで
作動するPDA、ウエブブラウザアプリケーションであり得る。遠隔局12a−
12dは、例えばEIA/TIA/IS−707規格に記載されるような1つ以
上の無線パケットデータプロトコルを実行するように有利に構成し得る。特定の
実施例において、遠隔局12a−12dは、IPネットワーク24に向かうこと
になっているIPパケットを発生し、IPパケットをポイントツーポイントプロ
トコル(PPP)を用いてフレームにパケット化する。
【0016】 一実施例において、IPネットワーク24はPDSN20に接続され、PDS
N20はMSC18に接続され、MSCはBSC16およびPSTN22に接続
され、BSC16は、例えばE1、T1、非同期転送モード(ATM)、IP、
PPP、フレームリレイ、HDSL、ADSL、またはxDSLを含むいくつか
の知られたプロトコルのいずれかに従って音声および/またはデータパケットの
転送のために構成された無線を介して基地局14a−14cに接続される。他の
実施例において、BSC16は直接PDSN20に接続され、MSC18はPD
SN20に接続されない。一実施例において、遠隔局12a−12dは、参照す
ることによりこの明細書に組み込まれるTIA/EIA/IS2000−2A(
ドラフト、編集版30)(1999年11月19日)として発行された、第三世
代パートナーシッププロジェクト2”3GPP2”、”cdma2000スペク
トル拡散システムのための物理層規格”3GPP2ドキキュメント番号C.P0
002−A、TIAPN−4694に規定されたRFインタフェースを介して基
地局14a−14cと通信する。
【0017】 無線通信ネットワーク10の一般的な動作の期間、基地局14a−14cは通
話、ウエブブラウジング、あるいは他のデータ通信に関与する種々の遠隔局12
a−12dからの逆方向リンク信号のセットを受信し復調する。所定の基地局1
4a−14cにより受信された各逆方向リンク信号はその基地局14a−14c
内で処理される。各基地局14a−14cは順方向リンク信号のセットを変調し
遠隔局12a−12dに送信することにより複数の遠隔局12a−12dと通信
することができる。例えば、基地局14aは第1および第2の遠隔局12a、1
2bと同時に通信し、基地局14cは第3および第4遠隔局12c、12dと同
時に通信する。その結果、得られたパケットはBSC16に供給される。BSC
16は一方の基地局14a−14cから他方の基地局14a−14cに、特定の
遠隔局12a−12dのための呼のソフトハンドオフの調和を含む呼資源配分お
よび移動管理機能性を供給する。例えば、遠隔局12cは2つの基地局14b、
14cと同時に通信している。最終的に遠隔局12cが基地局の一方14cから
十分離れて移動すると、その呼は他の基地局14bにハンドオフされる。
【0018】 送信が一般的な電話呼であるならば、BSC16は受信したデータをMSC1
8に経路選択し、MSC18はPSTN22とのインタフェースのためのさらな
るルーチングサービスを提供する。その送信がIPネットワーク24に向けられ
たデータ呼のようなパケットベースの送信であるならば、MSC18はそのデー
タパケットをPDSN20に経路選択するであろう。PDSN20はそのパケッ
トをIPネットワーク24に送信するであろう。あるいは、BSC16はそのパ
ケットを直接PDSN20に経路選択するであろう。PDSN20はそのパケッ
トをIPネットワーク24に送信する。
【0019】 逆方向チャネルは、遠隔局12a−12dから基地局14a−14cへの送信
である。逆方向リンク送信の性能は、パイロットチャネルのエネルギーレベルと
他の逆方向情報チャネルのエネルギーレベルとの間の比として測定可能である。
パイロットチャネルは、受信した情報チャネルのコヒーレントな復調を供給する
ために情報チャネルに伴って起こる。cdma2000システムにおいて、逆方
向情報チャネルは、これらに制限されないが、cdma2000を用いた各個々
の加入者ネットワークの無線構成により規定されるように、アクセスチャネル、
エンハンストアクセスチャネル、逆方向共通制御チャネル、逆方向専用制御チャ
ネル、逆方向基本チャネル、逆方向補足チャネル、および逆方向補足符号チャネ
ルを含む複数のチャネルから構成することができる。
【0020】 基地局の範囲内の異なる遠隔局により送信された信号は直交しないが、所定の
遠隔局により送信される異なるチャネルは直交ウオルシュコードの使用により相
互に直交する。各チャネルは最初にウオルシュコードを用いて拡散される。ウオ
ルシュコードは、チャネライゼーション(channelization)と受信器のフェーズエ
ラー(phase error)に対する抵抗を供給する。
【0021】 上述したように電力制御はCDMAシステムにおいて、極めて重要な問題であ
る。一般的なCDMAシステムにおいて、基地局は電力制御ビットを基地局の範
囲内の各遠隔局に送信される送信にパンクチャする。電力消費と他の遠隔局との
干渉が低減できるように、電力制御ビットを用いて、遠隔局は送信の信号強度を
有利に調節する。このようにして、基地局の範囲にある各個々の遠隔局の電力は
ほぼ同じになり、最大システム能力を可能にする。遠隔局は出力電力調節のため
の少なくとも2つの手段を備えている。一つは遠隔局により実行される開ループ
推定プロセスであり、もう一つは遠隔局と基地局の両方を包含する閉ループ訂正
プロセスである。
【0022】 開ループ電力制御機構において、正しい電力制御ビットの受信は遠隔局の平均
出力値を所定量だけ増加的に増大または減少するであろう。cdma2000シ
ステムにおいて、正しい電力制御ビットのためのインクリメンタルステップサイ
ズ(incremental step size)は1dBである。それゆえ、”0”が受信されると
、送信の電力レベルが1dBだけ低減する。”1”が受信される送信の電力レベ
ルが1dBだけ増大する。他の実装において、出力電力レベル変化の大きさは入
力電力レベル変化の大きさにより決定することができる。しかしながら、開ルー
プ電力制御機構は遅く、フェーディング条件にうまく追従することができない。
チャネル条件が急速に変化するとき、送信電力レベルの変更のための必要性が示
されるかもしれない。この必要性を満足するために、開ループ電力制御機構の最
終出力値は通常閉ループ電力制御機構により調節される。この場合、正しい閉ル
ープ電力制御ビットの受信は遠隔局の平均出力電力レベルを、開ループ電力制御
機構により決定される値前後の所定の範囲内の量だけ変更するであろう。閉ルー
プ電力制御機構は、チャネル条件を変更することに適応させ、逆方向リンクの性
能を最適化するために送信電力を調節するために使用される。閉ループ電力制御
機構の実装に関する問題を明らかにする、逆方向リンクの性能に関する拡張シミ
ュレーションが行なわれた。いくつかの観測可能な事例において、閉ループ電力
制御機構は、開ループ電力制御機構に対して何らの利益にもならず、実際にシス
テムの逆方向リンク性能に損害を与える。
【0023】 図3は定常速度および高速でのフレームエラーレート(FER)およびビット
あたりの信号対雑音比(Eb/No)との間の関係を示すグラフである。各々閉
ループ電力制御機構を使用しておよび使用せずに示してある。静止遠隔局は加法
的白色ガウス雑音(AWGN)チャネルでモデル化することができる。なぜなら
、静止した遠隔局はAWGNにより改悪された信号として考えることができるか
らである。添付した図面にそのように示している。線200は閉ループ電力制御
機構を使用しない場合の静止遠隔局の性能を表す。線210は閉ループ電力制御
機構を使用した場合の静止遠隔局の性能を表す。線220は閉ループ電力制御機
構を使用せずに高速で移動する遠隔局の性能を表す。線230は閉ループ電力制
御機構を用いて高速で移動する遠隔局の性能を表す。高速で静止の場合には、閉
ループ電力制御機構の実装はシステムの性能に役立たないことがわかる。高速の
場合に、閉ループ電力制御機構はシステムの性能を補助したり、損害を与えたり
しない。しかしながら、AWGNの場合、閉ループ出力制御機構は指定された点
でFERを増大することによりシステムの性能に損害を与える。例えば、2dB
において、FERはほぼ10の換算係数だけ悪くなる。
【0024】 図3bは種々の低速でFERとEb/No間の関係を表すグラフである。各速
度は閉ループ電力制御機構を使用した場合と使用しない場合とで表される。線3
00は閉ループ電力制御機構を使用しない場合の非常に低速な遠隔局の性能を表
す。線310は閉ループ電力制御機構を使用した場合の非常に低速な遠隔局の性
能を表す。線300および310を観察すると、閉ループ電力制御機構の使用は
、非常に大きいように観察されるシステムの性能の改良を与える。例えば、0.
05%のFERを得るために、閉ループ電力制御機構を使用するシステムは2d
Bを必要とするであろう。しかしながら、閉ループ電力制御機構を使用しないシ
ステムは0.05%のFERを得るために約8dBを必要とするであろう。
【0025】 線320は閉ループ電力制御機構を使用せずに低速で移動する遠隔局の性能を
表す。線330は閉ループ電力制御機構を使用して低速で移動する遠隔局の性能
を表す。低速において、閉ループ電力制御機構の実装は、ほとんどのEb/No
値に対して低いFERを与えることがわかる。線340は閉ループ電力制御機構
を使用せずに中速で移動する遠隔局の性能を表す。線350は閉ループ電力制御
機構を用いて中速で移動する遠隔局の性能を表す。中速において、閉ループ電力
制御機構の実装は、ほとんどのEb/No値に対して低いFERを与えることが
わかる。
【0026】 図3aおよび図3bの評価はマルチチャネル無線通信システムにおける閉ルー
プ電力制御機構の不能率な利用の問題を提示する。ここに開示された実施例は、
無線通信システムの性能を最適にするために閉ループ電力制御機構を有利に利用
する方法および装置に向けられている。
【0027】 図4は逆方向リンクの性能の利益になるために閉ループ電力制御機構のオペラ
ビリティを制御するための方法に関係するこの発明の例示実施例を示すフローチ
ャートである。説明の目的のために、ここに記載した方法は基地局で実行される
が、実施例の種々の方法ステップが遠隔局または基地局で実行可能であることに
留意する必要がある。ステップ400において、信号パラメータのセットが、受
信した信号から基地局において決定される。次に、制御フローはステップ401
に進む。ステップ401において、基地局は、信号パラメータのセットを使用し
て、遠隔局の速度を推定する。ステップ402において、遠隔局が高速で移動中
または静止位置にあることを速度推定値が示しているなら、基地局は、正しい電
力制御ビットを送信するのをやめる、またはコマンドを遠隔局に送信することに
より閉ループ電力制御機構をオフにする動作に進む。遠隔局はコマンドの受信に
応答して閉ループ電力制御機構をオフにする。cdma2000システムに従っ
て動作する基地局は電力制御機構をオフにする柔軟性を有する。遠隔局が低速で
移動していることを速度推定値が示しているなら、閉ループ電力制御機構が実施
される。説明の目的のために、遠隔局が時速100km以上で移動しているとき
高速であるとして速度値が分類される。しかし、個々のシステムパラメータに従
って実施例で使用するために他の速度制限を選択することができる。この実施例
の場合、静止の分類は時速0kmに設定され、低速の分類は時速0kmと時速1
00kmとの間の値に設定される。図4で記載した方法は、プロセッサ、メモリ
、およびプロセッサにより実行可能な命令モジュールを用いて有利に実施可能で
ある。または他の均等なハードウエアおよび/またはソフトウエアを用いて実施
可能である。
【0028】 例示実施例の一つの観点において、この発明の譲受人に譲渡され、参照するこ
とによりこの明細書に組み込まれる、2000年3月3日に出願された米国特許
出願番号09/519,004(発明の名称:「速度推定ベース利得テーブル」
)に記載された速度推定値機構をステップ401に使用して、遠隔局の速度を決
定することができる。一般的な観察は、高速フェージング(fading)状態の場合に
、受信したパイロット電力は所定の電力レベルしきい値をより高速に交差するで
あろう。包絡レベル交差レート(LCR)は1秒あたりの所定のレベル、Rを横
切る正の交差値の平均数として定義される。実施例の一実施において、レベル交
差速度推定技術は、ゼロ交差レート(ZCR)を用いた信号の同相(I)成分ま
たは直交(Q)成分に適用される。
【0029】 λcをキャリア波長とすると、
【数4】 が成り立ち、
【数5】 は1秒あたりのレベル交差の数であり、
【数6】 はゼロ交差の数(信号がゼロを交差する回数)であり、eは自然対数(ln)の
底である定数である。
【0030】 次に、
【数7】 はレベル交差を用いた推定された速度であり、
【数8】 はゼロ交差を用いた推定された速度である。
【0031】 例示実施例の他の観点において、遠隔局の速度は共分散推定を介して決定でき
る。フェーデッドサンプル(faded sample)r[i]間の自己共分散が推定される
。フェーデッドサンプルr[i]は包絡サンプル、方形包絡サンプルあるいはロ
グ包絡サンプルであり得る。値τは1サンプルあたり秒単位で間隔の空けられ
たサンプルとして定義される。値μrr(0)は受信した信号r[k](μrr (k)は供分散である)のエネルギーとして定義される。方形包絡の場合、遠隔
局の速度は以下の式に従って推定することができる。
【0032】
【数9】 ただし、
【数10】 kはサンプルインデックス、Nは移動窓サイズ、
【数11】 はVの平均値である。信号エネルギーμrr(0)は当業者に知られた多数の方
法に従って推定することができる。
【0033】 例示実施例の他の観点において、遠隔局の速度は、遠隔局の速度に比例するド
ップラー周波数推定を通して推定することができる。ドップラー推定は、遠隔局
または基地局において、送信された電力制御ビットの知識を用いても実行するこ
とができる。
【0034】 実施例の一実施において、電力制御ビットは有利に使用され、チャネル条件を
推定する。観察を通して、電力制御ビットは4%のエラーレートで遠隔局により
受信されることが判断される。それゆえ、遠隔局の送信電力レベルと、実際の電
力制御ビットにより示される送信電力レベルとは約4%だけ異なるにすぎない。
この情報は、遠隔局により受信される電力制御ビットの数を用いてまたは基地局
により送信された電力制御ビットの数を用いて送信電力レベルの推定を行なうこ
とは合理的であることを示している。電力制御ビットの累積和の知識は基地局ま
たは遠隔局により使用され、遠隔局の送信の平均電力を決定することができる。
次にその平均電力を用いて遠隔局の速度を決定することができる。受信した信号
の電力レベルを用いて包絡レベル交差レート(LCR)、エクスカーションタイ
ム、およびエクスカーションデプス(excursion depth)を決定することができる
。この決定は、送信された制御電力ビットにより成された1秒あたりの正方向の
交差値の数を直接観察することにより行なわれる。次に、レベル交差レートとエ
クスカーションタイムを用いて速度情報を決定することができる。包絡LCRの
プロファイルは遠隔局の送信電力プロファイルに類似していることに留意する必
要がある。実施例において、遠隔局の電力プロファイルは1dBインクリメンタ
ルステップから構成され、包絡LCRのプロファイルにより交換可能であり、包
絡LCRのプロファイルはPCGあたりの受信した波形エネルギーの連続する電
力の幾何平均およびその値に適合する曲線を取ることにより平滑化可能である。
【0035】 図5および図6はシミュレーションを表すグラフである。このシミュレーショ
ンにおいて、1%のFERを達成するために閉ループ電力制御機構が使用された
。または1%のFERを達成するために固定しきい値が使用された。この際、閉
ループ電力制御機構は使用されなかった。固定しきい値は1フレームあたり送信
されたエネルギーの合計量に基づく。1電力制御ビットは800Hzのレートに
対して1.25msごとに送信され、電力制御グループ(PCG)と呼ばれる。
【0036】 レベル交差値は1フレームあたり20msで、500フレームのためのセット
ポイントに対してカウントされた。その結果として8000PCGを生じる。エ
クスカーションタイムはPCG単位で測定される。図5は速度対(PCGで測定
された)エクスカーションタイムの行動を示すグラフである。この際、エクスカ
ーションタイムの平均値と標準偏差は、閉ループ電力制御機構を実施しておよび
実施しないで決定される。線501および503は、閉ループ電力制御機構をオ
ンした場合のエクスカーションタイムのそれぞれ平均値と標準偏差を表す。線5
00および502は、閉ループ電力制御機構をオフした場合のエクスカーション
タイムのそれぞれ平均値と標準偏差を表す。図6は速度対ゼロ交差の数の行動を
示すグラフである。線600は閉ループ電力制御がオンのとき種々の速度で生じ
るゼロ交差の数を表す。線601は閉ループ電力制御がオフのとき種々の速度で
生じるゼロ交差の数を表す。
【0037】 静止の場合は多数のゼロ交差値と小さなエクスカーションタイムを呈示するこ
とが図5および図6から観察することができる。遅いフェードは大きなエクスカ
ーションタイムを有した少ないレベル交差の領域で検出される。速度が増大する
につれ、レベル交差が増大し、エクスカーションタイムが減少する。例示実施例
はレベル交差の数とエクスカーションタイムを用いて速度の一般的カテゴリを決
定し、次に、閉ループ電力制御機構の選択的動作を通してシステム性能を最適化
することに進む。
【0038】 図7は、速度の分類を決定するための方法を示すフローチャートである。ステ
ップ700において、平均電力の決定が電力制御ビットを用いてなされる。次に
制御フローはステップ701に進む。ステップ701において、レベル交差の数
とエクスカーションタイムの数が、ステップ700において決定された平均電力
から決定される。次に、制御フローはステップ702に進む。ステップ702に
おいて、レベル交差の数がメモリ素子に記憶された第1しきい値と比較される。
レベル交差の数が第1しきい値以下であるなら、プロセスはステップ704に進
む。レベル交差の数が第1しきい値より大きければ、プロセスはステップ703
に進む。ステップ703において、エクスカーションタイムは第2しきい値と比
較される。エクスカーションタイムが第2しきい値未満であるなら、速度は「静
止」として分類される。エクスカーションタイムが第2しきい値以上であるなら
ば、速度は「高速」として分類される。レベル交差の数が第3しきい値未満であ
るならば、プロセスはステップ705に進む。ステップ705において、エクス
カーションタイムは第2しきい値と比較される。エクスカーションタイムが割当
てられた回数以上、第2しきい値より大きければ、速度は「低速」であると分類
される。説明の目的のために第3しきい値は1200に設定され、割当てられた
回数は5であるが、例示実施例に従って他の値を用いてもよい。
【0039】 図8はこの発明の例示実施例において使用可能な速度分類を決定するための他
の方法を示すフローチャートである。このフローチャートにおいて、レベル交差
の実際に観察された値、エクスカーションタイムおよびエクスカーションデプス
が速度を予測する適応アルゴリズムへの入力として使用される。ステップ800
において、電力制御ビットを用いて平均電力の決定がなされる。次に、制御フロ
ーはステップ801に進む。ステップ801において、複数のレベル交差、エク
スカーションタイム、およびエクスカーションデプスが、ステップ800におい
て決定される平均電力から決定される。この際、エクスカーションデプスは指定
されたエクスカーションタイムにおける波形のデシベル表示での振幅/利得であ
る。次に制御フローはステップ802に進む。ステップ802において、レベル
交差の数、エクスカーションタイムおよびエクスカーションデプスのための値が
適応アルゴリズムにより使用され、システム性能を最適に調整するために使用さ
れるであろう将来の速度値を予測する。適応アルゴリズムは、レベル交差の数、
エクスカーションタイムおよびエクスカーションデプスの将来値を予測するため
に、入力の過去の値を使用するために、リカーシブ最小2乗(RLS)推定のよ
うな技術を使用することができる。ステップ803において、これらの将来値を
用いて将来の速度値を予測することができる。
【0040】 他の実施例において、レベル交差の数、エクスカーションタイムおよびエクス
カーションデプスの確立密度関数(pdfs)はステップ801においてさらに
決定することができるので、ステップ802において、最小2乗(LMS)推定
を用いた適応アルゴリズムへの入力のために、pdfs、レベル交差の実際の値
、エクスカーションタイムおよびエクスカーションデプスが使用される。
【0041】 さらに他の実施例において、現在のおよび/または将来の速度を、エクスカー
ションデプスを用いずに、レベル交差の数とエクスカーションタイムを用いるこ
とにより決定することができる。RLS推定、LMS推定および確率変数である
pdfsの導出のような技術は技術的に知られており、ここでは詳細に記載しな
い。
【0042】 図9aおよび9bは図5に示す情報の他の観点を示すグラフである。この際、
閉ループ電力制御を使用した場合および使用しない場合のエクスカーションタイ
ムの行動が指定された速度で記載される。0、5、30、60、および120k
m/時において外側ループ電力制御を使用しないエクスカーションタイムの相補
的累積分布関数(cdfs)が、それぞれ線901、902、903、904お
よび905により表される。0、5、30、60、および120km/時におい
て外側ループ電力制御を使用したエクスカーションタイムのcdfsが、それぞ
れ線911、912、913、914および915により表される。一般に、各
速度カテゴリに対してエラーレートは1%未満であろうと観察することができる
。エラーレートはエクスカーションタイムが増大するにつれ減少する。
【0043】 以上無線送信の電力レベルを適応的に制御するための新規で改良された方法お
よび装置について述べた。当業者は、ここに開示した実施例に関連して記載した
種々の説明的な論理ブロック、モジュール、回路およびアルゴリズムステップは
、電子ハードウエア、コンピュータソフトウエア、あるいはそれらの組合せとし
て実現できることを理解するであろう。種々の実例となる部品、ブロック、モジ
ュール、回路、およびステップは一般にそれらの機能の点から述べた。その機能
がハードウエアとしてまたはソフトウエアとして実現されるかどうかは、特定の
アプリケーションおよびシステム全体に課せられた設計上の制約に依存する。当
業者は、これらの環境下においてハードウエアおよびソフトウエアの互換性を認
識する。そして、各特定のアプリケーションに対して記載された機能をどのよう
にして最善に実現するかを認識する。実例として、ここに開示した実施例に関連
して記載された種々の実例的論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリ
ズムステップは、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回
路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)または他
のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲートまたはトランジスタ
ロジック、例えばレジスタやFIFOのようなディスクリートハードウエア部品
、ファームウエア命令のセットを実行するプロセッサ、何らかの一般的なプログ
ラマブルソフトウエアモジュールおよびプロセッサ、あるいはそれらのいかなる
組合せによっても実現または実施できる。プロセッサは便宜的にはマイクロプロ
セッサであり得るが、別の方法では、プロセッサは何らかの一般的なプロセッサ
、コントローラ、マイクロコントローラ、あるいは状態機械であり得る。ソフト
ウエアモジュールは、RAMメモリ、フラッシュメモリ、ROMメモリ、EPR
OMメモリ、EEPROMメモリ、レジスタ、ハードディスク、着脱可能ディス
ク、CD−ROM、あるいは技術的に知られている他の形態の記憶媒体に常駐す
ることができる。当業者はさらに、上述した記載で参照可能なデータ、命令、コ
マンド、情報、信号、ビット、シンボルおよびチップは便宜的に電圧、電流、電
磁波、磁界、粒子、オプティカルフィールド(optical field)または光粒子また
はそれらの組合せで表すことができることを理解する。
【0044】 以上この発明の好適実施例について図示し記載した。しかしながら、当業者に
は、この発明の精神と範囲を逸脱することなく、ここに開示した実施例に対して
種々の変更を行なうことができることは、明らかであろう。それゆえ、この発明
は以下のクレームに従う場合を除いて限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は種々の速度で1%FERを得るのに必要なEb/Noを説明するための
グラフである。
【図2】 図2は例示データ通信システムの図である。
【図3a】 図3aは効果のない電力制御領域の比較グラフである。
【図3b】 図3bは効率的な電力制御領域の比較グラフである。
【図4】 図4は適応電力制御方法のフローチャートである。
【図5】 図5はPCG対速度におけるエクスカーションタイムを説明するためのグラフ
である。
【図6】 図6はゼロ交差対速度の数を説明するためのグラフである。
【図7】 図7は速度分類を決定するための方法のフローチャートである。
【図8】 図8は速度分類を決定するための適応アルゴリズムのフローチャートである。
【図9a】 図9aは例示実施例に相関するエラーレートを説明するグラフである。
【図9b】 図9bは例示実施例に相関するエラーレートを説明するグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CO,CR,CU,CZ,DE ,DK,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD, GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,I S,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK ,LR,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG, MK,MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,P T,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL ,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,UZ, VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 ジョウ、ユ−チェウン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92129 サン・ディエゴ、リバーヘッド・ ドライブ 9979 Fターム(参考) 5K067 AA33 CC10 EE02 EE10 GG08 HH22

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記工程を具備する、無線通信システム内の送信電力レベル
    を適応的に制御するための方法: 基地局の範囲内の遠隔局の移動プロファイルを決定する、前記遠隔局は開ルー
    プ電力制御機構および閉ループ電力制御機構を用いて複数の信号を前記基地局に
    送信する;および 前記移動プロファイルが好ましくないなら前記閉ループ電力制御をオフにする
  2. 【請求項2】 前記遠隔局の移動プロファイルを決定する工程は、 前記複数の信号のフレームに相関する平均送信電力レベルを用いてレベル交差
    値およびエクスカーションタイムを決定する工程と; 前記レベル交差値および前記エクスカーションタイムを用いて前記遠隔局のた
    めの速度分類を決定し、前記速度分類は高速、低速または静止のいずれかである
    工程と;および 前記速度分類が高速または静止であるなら、前記移動プロファイルを好ましく
    ないと指定する工程と; から構成される、請求項1の方法。
  3. 【請求項3】 前記レベル交差値とエクスカーションタイム値を用いて前記
    遠隔局の速度分類を決定する工程は、 (a)前記レベル交差値を第1しきい値と比較する工程と; (b)前記レベル交差値が前記第1しきい値より大きいならば、前記エクスカ
    ーションタイムを第2しきい値と比較する工程と; (i)前記エクスカーションタイム値が前記第2しきい値未満であるならば
    、前記速度分類を静止として設定し、そうでなければ、前記速度分類を高速とし
    て設定する工程と; (c)前記レベル交差値が前記第1しきい値以下であるならば、前記レベル交
    差値を第3しきい値と比較する工程と; (i)前記レベル交差値が前記第3しきい値未満であるならば、 前記エクスカーションタイム値を前記第2しきい値と比較し、および 前記エクスカーションタイム値が前記第2しきい値より大きければ、所定
    期間に前記エクスカーションタイムが前記第2しきい値より大きい回数を決定し
    ; 前記所定期間に前記エクスカーションタイムが前記第2しきい値より大き
    い回数が割当てられた数より大きいならば、前記速度分類を低速として設定し、
    そうでなければ前記速度分類を高速として設定し;および (ii)前記レベル交差値が前記第3しきい値以上であるならば、前記速度
    分類を高速として設定する工程; とから構成される、請求項2の方法。
  4. 【請求項4】 前記遠隔局の前記移動プロファイルを決定する工程は、 複数の送信された電力制御ビットを用いてレベル交差値とエクスカーションタ
    イムを決定する工程と; 前記レベル交差値と前記エクスカーションタイム値とを用いて前記遠隔局の速
    度分類を決定し、前記速度分類は高速、低速または静止である工程と;および 前記速度分類が高速または静止であるならば前記移動プロファイルを好ましく
    ないと指定する工程と; から構成される、請求項1の方法。
  5. 【請求項5】 前記レベル交差値とエクスカーションタイム値を用いて前
    記遠隔局の速度分類を決定する工程は、 (a)前記レベル交差値を第1しきい値と比較する工程と; (b)前記レベル交差値が前記第1しきい値より大きいならば、前記エクスカ
    ーションタイムを第2しきい値と比較する工程と; (i)前記エクスカーションタイム値が前記第2しきい値未満であるならば
    、前記速度分類を静止として設定し、そうでなければ、前記速度分類を高速とし
    て設定する工程と; (c)前記レベル交差値が前記第1しきい値以下であるならば、前記レベル交
    差値を第3しきい値と比較する工程と; (i)前記レベル交差値が前記第3しきい値未満であるならば、 前記エクスカーションタイム値を前記第2しきい値と比較し、および 前記エクスカーションタイム値が前記第2しきい値より大きければ、所定
    期間に前記エクスカーションタイムが前記第2しきい値より大きい回数を決定し
    ; 前記所定期間に前記エクスカーションタイムが前記第2しきい値より大き
    い回数が割当てられた数より大きいならば、前記速度分類を低速として設定し、
    そうでなければ前記速度分類を高速として設定し;および (ii)前記レベル交差値が前記第3しきい値以上であるならば、前記速度
    分類を高速として設定する工程; とから構成される、請求項4の方法。
  6. 【請求項6】 前記遠隔局の移動プロファイルを決定する工程は、 複数の送信された電力制御ビットを用いてレベル交差値を決定する工程と; 前記レベル交差値、キャリア信号周波数および定数、eを乗算し、積を発生す
    る工程と; 前記積を2πの平方根で割り、概算の速度値を発生する工程と;および 前記概算の速度値がゼロ(0)kphまたは120kph以上ならば前記移動
    プロファイルを好ましくないと指定する工程と; から構成される、請求項1の方法。
  7. 【請求項7】 前記遠隔局の移動プロファイルを決定する工程は共分散近似
    技術を用いて前記遠隔局の概算速度を推定する工程から構成される、請求項1の
    方法。
  8. 【請求項8】 前記閉ループ電力制御機構をオフにする工程は基地局により
    実行され、前記基地局は前記遠隔局からの閉ループ電力制御要求を無視する、請
    求項1の方法。
  9. 【請求項9】 前記閉ループ電力制御機構をオフにする工程は基地局により
    実行され、前記基地局はコマンドを前記遠隔局に送信し前記閉ループ電力制御機
    構を無効にする、請求項1の方法。
  10. 【請求項10】 前記移動プロファイルが高速または静止速度を示すなら前
    記移動プロファイルは好ましくない、請求項1の方法。
  11. 【請求項11】 下記工程を具備する、遠隔局の送信電力レベルを適応的に
    制御するための方法: 前記遠隔局が静止しているか、低速で移動しているか、高速で移動しているか
    を決定する;および 前記遠隔局が静止状態または高速で移動するならば閉ループ電力制御機構を実
    施するのをやめる、前記閉ループ電力制御機構は開ループ電力制御機構を調節す
    るために使用される。
  12. 【請求項12】 前記遠隔局が静止状態、低速で移動または高速で移動かを
    決定する工程は、 電力統計値のセットから複数のレベル交差値、複数のエクスカーションタイム
    値および複数のエクスカーションデプス値を決定する工程と; 複数のレベル交差値、複数のエクスカーションタイム値、および複数のエクス
    カーションデプス値を適応アルゴリズムに入力し、速度値を決定し、前記適応ア
    ルゴリズムはリカーシブ最小2乗(RLS)推定プロセスを使用し、前記速度値
    が、前記遠隔局が静止か低速で移動かまたは高速で移動かを示す。
  13. 【請求項13】 前記遠隔局が静止状態、低速で移動または高速で移動かを
    決定する工程は、 電力統計値のセットから複数のレベル交差値、複数のエクスカーションタイム
    値および複数のエクスカーションデプス値を決定する工程と; 複数のレベル交差値、複数のエクスカーションタイム値、および複数のエクス
    カーションデプス値を適応アルゴリズムに入力し、将来速度値を決定し、前記適
    応アルゴリズムはリカーシブ最小2乗(RLS)推定プロセスを使用し、前記将
    来速度値が、前記遠隔局が静止か低速で移動かまたは高速で移動かを示す。
  14. 【請求項14】 前記遠隔局が静止状態、低速で移動または高速で移動かを
    決定する工程は、 電力統計値のセットから、複数のレベル交差値に相関する第1確率密度関数(
    PDF)と、複数のエクスカーションタイム値に相関する第2PDFと、複数の
    エクスカーションデプス値に相関する第3PDFを決定する工程と; 前記第1PDF、前記第2PDF、前記第3PDF、前記複数のレベル交差値
    、前記複数のエクスカーションタイム値、および前記複数のエクスカーションン
    デプス値を適応アルゴリズムに入力して速度値を決定し、前記適応アルゴリズム
    は最小2乗(LMS)推定プロセスを使用し、前記速度値は前記遠隔局が静止状
    態か、低速で移動か、あるいは高速で移動かを示す、請求項11の方法。
  15. 【請求項15】 下記を具備する無線通信システム内の送信電力レベルを適
    応的に制御するための装置: 基地局の範囲内の遠隔局の移動プロファイルを決定するように構成された基地
    局内のプロセッサ、前記遠隔局は開ループ電力制御機構および閉ループ電力制御
    機構を用いることにより前記基地局に複数の信号を送信し、前記プロセッサは、
    前記移動プロファイルが好ましくなければ前記閉ループ電力制御機構をオフにす
    る。
  16. 【請求項16】 前記プロセッサは、前記遠隔局の移動プロファイルを決定
    し前記閉ループ電力制御機構をオフにするように前記プロセッサにより実行可能
    な命令セットを含むプロセッサ読み出し可能な記憶素子に接続されている、請求
    項15の装置。
  17. 【請求項17】 下記を具備する無線通信システム内の送信電力レベルを適
    応的に制御するための装置: 基地局の範囲内の遠隔局の移動プロファイルを決定する手段、前記遠隔局は、
    開ループ電力制御機構および閉ループ電力制御機構を用いて複数の信号を前記基
    地局に送信する;および 前記移動プロファイルが好ましくなければ前記閉ループ電力制御機構をオフに
    する手段。
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