JP2004274755A - 無線ネットワークにおける逆方向リンク・チャネルの能力を向上させる方法 - Google Patents

Abstract

【課題】逆方向リンクの能力を向上させること。
【解決手段】データ・チャネル伝送の開始と連動して、パイロット・チャネル伝送電力（ＰＣＴＰ）およびデータ・チャネル対パイロット比（ＤＣＰＲ）を鮮鋭な変化させる方式を実現することによって、逆方向リンクの能力を向上させる。パイロット電力およびデータ・チャネル対パイロット電力比の変化は、複数のパイロットを使用し、および／または送信器および／または受信器において複数のアンテナを使用する移動体にも適用可能である。
【選択図】図３

Description

本発明は、無線通信ネットワークに関し、より具体的には、通信チャネルの逆リンクの能力を向上させることに関する。

無線ネットワークでは、通信は、順方向リンク（ＦＬ）および逆方向リンク（ＲＬ）の観点で記述される。順方向リンクおよび逆方向リンクは、それぞれ、ダウン・リンク（ＤＬ）およびアップ・リンク（ＵＬ）とも呼ばれる。順方向リンクは、セルとも呼ばれるベース局（ＢＳ）から移動局（ＭＳ）への伝送を指し、逆方向リンクは、ＭＳからＢＳへの伝送を指す。移動局は、音声端末またはデータ端末あるいはその組合せとすることができる。順方向リンクおよび逆方向リンクの両方とも、音声、データ、ビデオ、またはあらゆる他のデジタル情報の内容を一端から他端へ転送または搬送する。ベース局から特定の移動局に伝送された情報は、任意の所与の時間にシステムに存在する残りの移動局に伝送された情報と比較され、性質について一意に識別される。符合分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システムでは、一意性は、順方向リンクにおいて特有のユーザのデータを分散させるまたは変調するために使用される直交ウォルシュ関数によって管理される。しかし、逆方向リンクでは、特定のユーザのデータの一意性は、逆方向リンクの伝送を識別するそのユーザに特有のコードによって管理される。

図１は、無線ネットワーク１のセルとも呼ばれるベース局のクラスタを示す。このクラスタは、複数の他のセルによって囲まれた中心セル１からなる。中心セルの識別表示は、周囲のセルに関して中心セルの動作を議論するための単なる表記である。たとえば、議論がセル１を中心とするとき、ティア１セルと呼ばれる周囲セルは、セル１のすべての側面に隣接するセルである。図１では、これらは、セル２、セル３、セル４、セル５、セル６、およびセル７である。

音声ユーザおよびデータ・ユーザの両方からなるＣＤＭＡベース・システムの逆方向リンクのシステム設計の目的は、ベース局において受信されるデータのスループットに関してシステムの能力を最適化し、同時に、すべてのユーザを必要なサービス品質レベルに維持することである。設計の目的は、そのセルにおいて、各移動局からベース局において受信される信号強度が、理想的には互いに等しいことを保証することである。特定の移動局からベース局において受信された信号は、イントラセルと呼ばれるそのベース局のすべてのユーザから受信したすべての信号と、インターセルと呼ばれるすべての周囲のベース局のユーザから受信したすべての信号との累積和と干渉し、対象のベース局における受信品質は、その累積和によって低下する。ＣＤＭＡシステム設計の目的は、所与のベース局においてすべての種類の干渉を最小限に抑えることである。

ＣＤＭＡ無線システムの逆方向リンクでは、ベース局における受信信号電力は、共有される主なリソースである。このリソースは、信号のそれぞれを復号する能力を維持しながら、ネットワークのすべての移動体から信号を受信することにより累積することができる電力量によって制限される。信号の受信電力が高くなると、ベース局におけるその信号の復号能力は向上するが、一方、一ユーザからの受信電力が高い場合、同時にやはり伝送している他のユーザに対する干渉も強くなる。各移動体から受信する信号のレベルを最適化する目的は、ユーザからより高い電力の信号を受信することを予期し、同時にすべての他の移動体から受信した電力が復調可能であることを保証するというこれらの相反する要件の兼合いを取ることである。すなわち、目的は、特定のユーザから受信した電力を最大にし、一方、他のユーザが見る干渉を最小限に抑えることである。

本発明のリソース割付け方法の実施形態は、移動パイロット・チャネル伝送電力および移動データ・チャネル対パイロット比（ＤＣＰＲ）を伝送リソースの一部として計算して、スケジュール済みデータ・ユーザ情報に、伝送の開始時に使用する実際のパイロット・チャネル伝送電力（ＰＣＴＰ）を決定するための情報を伝達し、伝送中に使用するデータ・チャネル対パイロット比（または所定のルックアップ表の適切なデータ・チャネル対パイロット比のデフォルト値からのずれ）を伝達する。
単に例示として与えられている以下に提供する詳細な記述および添付図面から、本発明は、より完全に理解される。参照符合は、様々な図面の対応する要素を指す。

この受信電力リソースは、ＭＳがデータ内容を伝送するために使用することができる伝送速度および伝送時間間隔に変換される。データ伝送速度は、ＢＳへのＲＬ伝送においてＭＳによって使用される電力量に依存する。データ・ユーザの伝送速度が速くなると、伝送電力は大きくなり、逆方向リンクの相互干渉特性が与えられると、ベース局において他のユーザから受信した他の信号の品質は低下する。特定のユーザから受信した逆方向リンク信号を復調するために、ベース局は、そのユーザまたは移動局の逆方向リンクに関連付けられたパイロット信号に関連するあるチャネル・パラメータを推定する必要がある。これらのチャネル・パラメータを使用して、ユーザから受信した信号を復調する。受信したパイロット信号の推定品質は、チャネル推定パラメータの精度に比例する。チャネル・パラメータ推定の信頼度は、受信信号の品質の低下と共に低下する。したがって、ベース局において受信された特定ユーザの信号の電力量に基づいて実行されるベース局でのリソース割当ては、ユーザ・データを精確に復調するための許容可能な信号品質を保証するように十分でなければならない。

本発明の一実施形態について、ＣＤＭＡ２０００システムに関して記述する。しかし、本発明の原理は、１ｘＥＶ−ＤＯ（ａｋａ ＨＲＰＤ）、ＵＭＴＳシステムなど、他のＣＤＭＡシステムにも適用可能である。

チャネル推定および信号復調を補助するために、移動ユーザは、逆方向リンク上で、パイロット・チャネルと呼ばれるチャネルにおけるパイロット信号として既知の事前に確定された信号を伝送する。チャネル推定および復調手順の信頼度は、受信パイロット・チャネルの品質に比例する。パイロット・チャネルの品質は、それが受信される電力に比例し、それと干渉するすべての信号の受信電力を組み合わせた電力に反比例する。

受信パイロット・チャネル信号の品質が許容可能であることを保証するために、電力制御と呼ばれる手順が使用される。各移動ユーザについて、ベース局は、その移動体からの信号品質に周期的にアクセスし、この評価に応じて、規則的な時間間隔でパイロット・チャネル伝送電力を固定量だけ増大させるまたは減少させるように、連続的なフィードバックを各移動体に提供する。

パイロット・チャネルの他に、移動ユーザは、逆方向リンク上で少数の他のチャネルを伝送することが可能である。ユーザが出るすべてのチャネルは、並行して伝送される。パイロット・チャネル以外の各チャネルでは、伝送電力は、パイロット・チャネルの伝送電力の倍数である。この倍数は、チャネル対パイロット比と呼ばれ、任意の正の実数とすることができる。各チャネルについて、移動体は、平均的な条件下でそのチャネルを許容可能に受信するように設計された、チャネル対パイロット比の事前に確定されたデフォルト値を使用する。データ移動体について、ユーザ・データまたはペイロードを搬送するチャネルは、データ・チャネルと呼ばれる。データ・チャネルは、ベース局からの命令に基づいて伝送される。ＢＳがスケジュールの決定を行ってある特定の移動体が逆方向リンクを介してデータを送信することが可能となる瞬間とその移動体がデータの送信を開始する瞬間との間のタイミング関係は、システム内で使用されるスケジュール方法に基づく。このスケジュール決定は、他の実施形態では、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）、または移動切替えセンタ（ＭＳＣ）、あるいは図２に示すような媒体ゲートウエイにおいて行うことができる。

どの１つまたは複数のデータ・ユーザがＲＬ上で伝送するためにスケジュールするかの決定は、ベース局において周期的に行われる。スケジュール決定が行われる（周期的な）瞬間は、スケジュール瞬間と呼ばれ、スケジュール瞬間とスケジュール瞬間との間の時間期間は、スケジュール間隔と呼ばれる。

特定のユーザ（または複数のユーザ）のスケジュールは、スケジュール済みユーザ（複数のユーザ）からＲＬ伝送する時間のベース局におけるリソースの予期可用度に基づいて、ＢＳにおいて作成される。ユーザ（複数のユーザ）がＲＬ上で伝送を開始することを可能にする決定は、演繹的に行われ、この決定は、「スケジュール・グラント」と呼ばれるメッセージを介して特定の移動体（複数の移動体）に通知される。このスケジュール・グラント・メッセージは、伝送速度および伝送間隔の情報と組み合わされる。これらのパラメータは、これらのスケジュール済みユーザがベース局において予期する電力レベルによって直接管理される。以前に記述したように、システム設計の目的は、システムの他のユーザによって生じた全干渉の累積和が存在する状態で、各受信ユーザ信号が復調可能であることを保証することである。

ＢＳは、等しい間隔の時間間隔にわたってリソース割付けプロセスを補助するために、ある測定を実施する。これらの時間間隔は、測定間隔と呼ばれる。本発明の通常の実施形態では、ＢＳは、データ・チャネル・リソース割当てプロセスにおける制御エンティティである。図３からわかるように、各スケジュール瞬間におけるオペレーションのシーケンスは、以下の通りである。

最終測定間隔（Ｔ０−Ｔ１）の測定に基づいて、ベース局が、適格データ・ユーザ・ポピュレーションの中から、どの伝送リソースと共にどのデータ・ユーザがＲＬ上のデータ・チャネル上で伝送することが可能であるかを決定する。適格ユーザは、サービス品質または加入者プロファイル状況または事前設定実時間要求に基づいてある基準を満たすユーザである。
ベース局が、Ｔ２におけるメッセージを使用して、決定を選択ユーザに伝達する。
ある伝播および処理の遅延（Ｔ３−Ｔ４）の後、選択ユーザが伝送を開始する。
伝送が、割り当てられたリソースを使用して、Ｔ４において開始される。

Ｔ５におけるデータ伝送の終了時に、ベース局が、信号を処理して、信号にエラーがあるか否かを判定する。通常、データの伝送では（音声とは対照的に）、ベース局は、ユーザに伝送の有効性を通知するために、肯定応答（または否定応答あるいは他の所定のプロトコル応答）を送信する。これにより、ユーザは、伝送が成功したか失敗したかを確認することが可能である。伝送が失敗した場合、ベース局は、受信信号を破棄する、または破棄しないことが可能である。受信信号が破棄されない場合、ベース局は、その信号を移動局からの同じ情報ブロックの将来の受信と組み合わせて、それにより、その特定のパケットの復号を成功させる可能性を増大させることを選択することが可能である。複数の伝送にわたる信号の組合せに備えるプロトコルは、ハイブリッド自動要求（ＨＡＲＱ）と呼ばれる。

特定のユーザ（複数のユーザ）のスケジュールは、スケジュール済みユーザ（または複数のユーザ）からＲＬ伝送する時間におけるリソースの予期可用度に基づいてＢＳにおいて作成される。このリソースは、伝送速度および伝送間隔からなる。これらのパラメータは、これらのスケジュール済みユーザが予期する受信電力レベルの寄与によって直接管理される。以前に記述したように、システム設計の目的は、各受信ユーザ信号が、システムの他のユーザによって生じた全干渉の累積和が存在する状態で、復号可能であることを保証することである。割り当てられたデータ・ユーザが伝送を開始したとき、ユーザのそれぞれのパイロット・チャネルは、他のデータ・ユーザの受信信号によって干渉される。これにより、受信パイロット・チャネル信号の品質は低下し、電力制御機構は、移動ユーザに命令して、パイロット・チャネル伝送電力を増大させるように促される。さらに、割当てデータ・ユーザのバーストのために干渉が増大することが予期されることに加えて、ＭＳとＢＳとの間において無線リンクの性質が迅速に変化するために、パイロット信号電力の現行受信値自体が低く、ある望ましい値と比較して不十分である可能性がある。

電極制御によって提供されるパイロット伝送電力（したがって受信パイロット・チャネル信号品質の向上）の変化率は、緩慢であり、したがって、干渉の急増、またはチャネルが１つ存在する場合のチャネルにおけるディープ・フェードを追跡することはできない。したがって、割当て伝送時間間隔が比較的短い状況では、電力制御による伝送持続期間中のパイロット・チャネル信号品質の向上は、申し分のないチャネル推定には十分ではない可能性がある。この文脈では、「短い」は、電力制御コマンドの周波数および細分性に対して確定される。すなわち、パイロット・チャネル信号品質をたとえば電力について４単位上げなければならないが、伝送がわずかに時間について２単位である場合、電力制御ループによって実施されるパイロット・チャネルの段階的な改善は、電力についてわずかに２単位であり、これは、必要とされる電力レベルより低い。より一般的には、パイロット・チャネルにおいて予期される受信電力が、事前に確定された閾値より低いとき、ベース局は、チャネルの特性を推定することができない。この誤りチャネル推定により、受信データの復号は失敗することになる。受信パイロット電力が、チャネル推定には十分であるが、データ・チャネル対パイロット電力比（ＤＣＰＲ）が、必要な値より小さい場合では、データ検出は失敗する。すなわち、ＰＣＴＰおよびＤＰＰＲの両方とも、適切なチャネルおよびデータを検出するために、ある閾値を満たさなければならない。したがって、伝送を成功させる見込みを高めるために解決しなければならない問題は、以下の通りである。

逆方向リンク・データ・チャネル伝送の開始と連動して、移動局パイロット・チャネル伝送電力（ＰＣＴＰ）を鮮鋭に変化させる様式を実現する。パイロット電力の変化は、複数のパイロットをも使用するシステムに、送信器および受信器に複数のアンテナが存在する状態で、適用可能である可能性がある。
使用する送信アンテナおよび受信アンテナの数と関係なく機能する適切な逆方向リンク・データ・チャネル対パイロット比（ＤＣＰＲ）を実施する方式を実現する。

上記の両方の方式とも、ハイブリッドＡＲＱ（ＨＡＲＱ）プロトコルがさらに存在する状態で十分に機能するべきであり、移動局に対して透過的であるべきである。
このリソース割付け方法は、伝送リソースの一部として、移動パイロット・チャネル伝送電力および移動データ・チャネル対パイロット比（ＤＣＰＲ）を計算して、実際のパイロット・チャネル伝送電力（ＰＣＴＰ）を伝送の開始時に使用し、データ・チャネル対パイロット比（または所定のルックアップ表の適切なデータ・チャネル対パイロット比のデフォルト値からのずれ）を伝送中に使用するために、このデータをスケジュール済みデータ・ユーザに伝達する。

最終測定間隔における測定に基づいて、ベース局は、逆方向リンク上のデータ・チャネル上で、どの伝送リソースと共に、適格データ・ユーザ・ポピュレーションからどのデータ・ユーザが伝送することが可能であるかを決定する。伝送リソースは、伝送の開始時に使用されるパイロット・チャネル伝送電力（絶対電力）またはその調整量と、データ・チャネル対パイロット比（または適切なデータ・チャネル対パイロット比のデフォルト値からのずれ）を含む。これらの量は、絶対量、または送信器および受信器の両方に既知のある事前に確定されたデータに対する量とすることができる。さらに、事前に確定されたデータ値は、表１にも示すように、伝送速度に特有とすることが可能である。

パイロット・チャネル伝送電力およびデータ・チャネル・パイロット調整ファクタを示すためにフィールド（固定または可変）において割り当てられるビットを確定する方法は、システム設計に基づいて適応させることができる。

ＰＣＴＰおよびＤＣＰＲの例：
パイロット・ブースト／デブーストは、｛−３，０，３，５，６，７，８，９｝ｄＢと示す８つの値の事前に確定された組から拾い出される。この構成は、３ビットのビット・フィールド長を必要とする。
ＤＣＰＲは、１ｄＢのステップにおいて［−１５，０］と示す１６の値の事前に確定された組から拾い出される。上記の構成は、４ビットのビット・フィールド長を必要とする。

ベース局は、スケジュール決定をスケジュール済みユーザに伝達する。伝送のスケジュールをしたデータ・ユーザについて、リソースの割当ては、伝送の開始時に使用するためのパイロット伝送電力または現行パイロット伝送電力に対する調整ファクタと、伝送中に使用するためのデータ・チャネル対パイロット比（適切なデータ・チャネル対パイロット比のデフォルト値からのずれ）を含む。ある伝播および処理の遅延の後、割り当てられたデータ・ユーザは、伝送を開始する。伝送の開始時、ユーザは、リソース割当てメッセージにおいて示された電力レベル（または調整レベル）においてパイロット・チャネルを伝送する。その後、電力制御機構が引き継ぎ、データ伝送の残りについてパイロット・チャネル伝送電力を調整する。伝送中に使用されるデータ・チャネル対パイロット比は、リソース割当てメッセージに示されたものである。

中心セルが周囲セルの１つのティアで囲まれているセルのクラスタを示す図である。 本発明の実施形態におけるネットワークの例を示す図である。 本発明の実施形態の段階的な手順を示す図である。

Claims (10)

1. スケジュール済みデータ伝送の開始時に使用されるパイロットの電力を制御するための情報を伝送することと、
   スケジュール済みデータ伝送に使用されるデータ・チャネル対パイロット電力比を決定することができる情報を伝送することと
   を備える無線通信システムにおける方法。
2. 前記スケジュール済みデータ伝送の開始時に使用される前記パイロットの前記電力を制御するための前記情報が、使用される絶対電力である、請求項１に記載の方法。
3. 前記スケジュール済みデータ伝送の開始時に使用される前記パイロットの前記電力を制御するための前記情報が、正、負にパイロット電力を調整するため、または全く調整しないための情報である、請求項１に記載の方法。
4. 前記パイロット電力を正、負に調整するため、または全く調整しないための前記情報が、複数の値の事前に確定された組から選択される、請求項３に記載の方法。
5. 前記調整が、事前に確定されたデータ値に対するものである、請求項３または４に記載の方法。
6. 前記事前確定データ値が、前記スケジュール済み伝送の伝送速度に特有である、請求項５に記載の方法。
7. データ・チャネル対パイロット・チャネル電力比を決定することができる前記情報が、前記スケジュール済みデータ伝送に使用される絶対比である、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
8. データ・チャネル対パイロット電力比を決定することができる前記情報が、デフォルト・データ・チャネル対パイロット比からの正、負、またはゼロのずれである、請求項１、２、３、４、５、または６に記載の方法。
9. 前記データ・チャネル対パイロット・チャネル電力比が、事前に確定された値の組の１つである、請求項７または８に記載の方法。
10. 前記デフォルト・データ・チャネル対パイロット比が、前記スケジュール済み伝送の伝送速度に特有である、請求項８または９に記載の方法。
    

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