JP2004515087A - 開ループ測定を用いて閉ループ電力を適応制御するための方法と装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】通信システム（１００）内の第１局（１２０）から第２局（１２４）に送信される第１信号（４１０）に関連するパラメータを制御する方法および装置は、送信された信号（４１０，４２０）に関連する伝搬状態を決定するために第２局から第１局（１２０）に送信される第２信号（４２０）を監視する。ループ利得は伝搬状態に基いて調整される。ループ利得は制御されるパラメータを調整（即ち、増加または減少）するのに用いられるコマンドのサイズを調整するのに使用される。伝搬状態が休止状態のとき、ループ利得は１に設定される。伝搬状態が作動状態のとき、ループ利得は１より大きいいくらかの値に設定され、それによってパラメータを制御するのに用いられるコマンド（５５５，６５５）のサイズを増加させる。本発明の好ましい実施形態において、制御されるパラメータは第１信号（４１０）の送信電力レベルである。
【選択図】図５
【選択図】図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般的に広帯域（スペクトル拡散）通信システム、さらに詳しく言えば、前記システムで、信号状態を検出するのに制御ループまたはパス遅延を用い、その検出された状態の変化を有効にするのに制御可能素子を用いて信号パラメータを調節する方法と装置に関する。この発明はさらに、同時に動作する送信機間での干渉を最小限に抑え、しかも個々の通信の質を最大限に高めるよう制御される１つのパラメータとして、送信電力を用いることに関する。
【０００２】
【従来の技術】
大量のシステムユーザ間で情報を伝達するのに、様々な多元接続通信システムと技術が開発されている。スペクトル拡散変調技術、例えば符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）スペクトル拡散技術などは、特に、大量のシステムユーザにサービスを提供する場合には、他の変調方式を凌ぐ利点を持つ。多元接続通信システムにおけるＣＤＭＡ技術の使用は、「衛星または地上中継器を利用するスペクトル拡散多元接続通信システム」と題する１９９０年２月１３日発行の米国特許第４，９０１，３０７号、および「個々の受信位相、時刻、およびエネルギーを追跡するのにスペクトル拡散通信システムの送信電力の全スペクトルを使用する方法と装置」と題された米国特許出願Ｎｏ．０８／３６８，５７０で開示されており、両者とも、本発明の譲受人に譲渡されており、本書に引用することにより編入されている。
【０００３】
これら特許は、大量の移動通信または遠隔通信システムユーザまたは加入者ユニット（“移動ユニット”）が、他の移動ユニットまたは例えば公衆電話交換網のような接続されている他のシステムのユーザと通信するのに、少なくとも１つの受信機を使用する通信システムを開示する。通信信号は、衛星中継器とゲートウェイを経由して、または直接地上基地局（セルサイトまたはセルと呼ばれることがある）に伝送される。
【０００４】
ＣＤＭＡ通信では、周波数スペクトルを何度も再利用でき、それによって移動ユニット数を増やすことが可能となる。ＣＤＭＡ使用の結果、他の多元接続技術を用いて達成し得るよりも高いスペクトル効率を得ることができる。ただし、通信システムの全体的な能力を最大限に高め、相互干渉と信号品質を許容レベルに維持するため、システム内の信号電力が、所要の通信リンクに必要な最低レベルの電力に維持されるよう調節しなければならない。
【０００５】
衛星を使用する通信システムでは、通信信号は一般に、ラシアンで表されるフェーディングを起こす。したがって、受信信号は、レイリーフェーディング統計量を持つ多重反射成分と合計される直接成分からなる。直接成分と反射成分の電力比は一般的に、６−１９ｄＢ台であり、移動ユニットのアンテナの特性と移動ユニットの動作環境により左右される。
【０００６】
衛星通信システムとは対照的に、地上通信システムの通信信号は一般的に、直接成分なしで、反射成分すなわちレイリー成分のみから成る単一フェーディングを起こす。したがって、地上通信信号は、ラシアンフェーディングがフェーディング特性のほとんどを占める衛星通信信号に比べて、さらに厳しいフェーディング環境にさらされている。
【０００７】
地上通信システムでのレイリーフェーディングは、物理的環境の中の色々な異なる形状物から反射される通信信号によって引き起こされる。その結果、信号はほとんど同時に、様々な方向から様々な伝送遅延で、移動ユニット受信者に届く。セルラ式移動電話システムのＵＨＦ周波数帯を含む、移動無線通信が通例使用するＵＨＦ周波数帯では、異なるパスを通る信号にかなりの位相差が生じることがある。信号を弱めあう可能性のある合計は、時折強いフェーディングをもたらす結果となることがある。
【０００８】
例えば従来の有線電話システムにおいて可能な双方向の会話を同時に作動状態にする全二重チャネルを提供するため、ある周波数帯を、アウトバウンドリンクまたはフォワードリンク（すなわち、ゲートウェイまたはセルサイト送信機から移動ユニット受信機への伝送）に使用し、別の異なる周波数帯をインバウンドリンクまたはリバースリンク（すなわち、移動ユニット送信機からゲートウェイまたはセルサイト受信機への伝送）に使用する。この周波数帯の区別により、送信機から受信機へのフィードバックまたは干渉なしに、移動ユニット送受信器を同時に作動状態にすることができる。
【０００９】
しかし、異なる周波数帯を用いることは、電力制御と密接に関係している。異なる周波数帯を使用することは、パルチパスフェーディングをフォワードおよびリバースリンクに対して独立プロセスにさせた。フォワードリンクパス損失を簡単に測定することはできず、同じパス損失がリバースリンクにも現れると想定される。
【００１０】
さらに、セルラ式移動電話システムでは、移動電話は、本書に引用することにより開示が本書に編入される、「ＣＤＭＡセルラ電話システムでの通信においてソフトハンドオフを行う方法とシステム」と題された１９８９年１１月７日出願の、同時係属出願中の米国特許出願Ｎｏ．０７／４３３，０３０により開示されているとおり、多数のセルサイトを通して通信することができる。多数のセルサイトとの通信では、移動ユニットとセルサイトには、今述べた出願で開示され、さらに詳しくは「ＣＤＭＡセルラ式電話システムにおけるダイバーシティ受信機」と題された１９８９年１１月７日出願の、同時係属出願中の米国特許出願Ｎｏ．０７／４３２，５５２で開示されている通りの複数受信系が含まれている。
【００１１】
電力制御の１つの方法は、移動ユニットまたはゲートウェイにまず受信信号の電力レベルを測定させる方法である。この電力測定値は、使われている各衛星の既知のトランスポンダダウンリンク送信電力レベルおよび移動ユニットとゲートウェイの受信機の既知の感度と共に、移動ユニットの各チャネルのパス損失を見積るのに使われる。その後基地局または移動ユニットのトランシーバは、このパス損失推定値、データ伝送速度、および衛星受信機感度を考慮に入れて、移動体ユニットへの信号送信に使うのに適した電力を求めることができる。移動体ユニットの場合、電力の増減を前記の測定値と決定値に応じて要求することができる。同時に、ゲートウェイも前記要請に応じて、またはゲートウェイ独自の測定値に基づいて電力を増減することができる。
【００１２】
移動ユニットが衛星に送信した信号は衛星により中継され、ゲートウェイ、一般的に通信システム制御システムに届く。ゲートウェイまたは制御システムは、送信された信号から受信信号の電力を測定する。ゲートウェイはその後、受信電力レベルが望ましい通信レベルを維持するのに必要な最低限の電力レベルからどれだけ偏移しているかを求める。好ましくは、望ましい最低レベルの電力とは、システム干渉を減らしながら通信品質を維持するのに必要な電力レベルである。
【００１３】
その後ゲートウェイは、移動ユニットの送信電力を調整または“微調整”できるよう、電力制御コマンド信号を移動ユニットに送信する。移動ユニットはこのコマンド信号を使って、送信電力レベルを好ましい通信を維持するのに必要な最低レベルの電力に近づくよう変更する。一般的に移動ユニットまたは衛星の動きによりチャネル状態が変化するため、移動ユニットはゲートウェイからの制御コマンドに応答する。
【００１４】
この構成では、ゲートウェイからの制御コマンドを電力制御フィードバックと呼ぶ。ゲートウェイからの電力制御フィードバックは通常、衛星による往復伝搬遅延のためにかなり遅くなる。移動ユニットまたはゲートウェイから衛星への伝搬遅延は４．７から１３ミリ秒台である。これは、一方向伝搬遅延（すなわち、移動体ユニットから衛星へ、そしてゲートウェイへ、またはゲートウェイから衛星へ、そして移動体ユニットへ）という結果を招く。このように、ゲートウェイからの電力制御コマンドは、そのコマンド信号が送られてから、最長２６ミリ秒で移動ユニットに達することができる。同様に、電力制御コマンドに応答して移動ユニットが行った送信電力の変更は、変更が行われてから最長２６ミリ秒でゲートウェイによって検出される。
【００１５】
従って、送信電力制御コマンドは、測定ユニットがコマンドの結果を検出できるようになる前に、一般的な処理遅延だけでなく往復伝搬遅延にもあうことになる。残念なことに、特に伝搬遅延が大きい場合、電力制御コマンドに応答して移動ユニットが行う調整は、ゲートウェイが次に受信電力を測定するまで、行われず、ゲートウェイが検出することもない。その結果、実行されている先の電力制御コマンドの利益なしで、送信電力を調整するため別の電力制御コマンドが送信されることになる。事実、伝搬遅延と電力制御ループの反復時間により、電力制御コマンドに対して移動ユニットが初めて応答し、ゲートウェイがその結果を検出する前に、複数の電力制御コマンドがペンディングまたは“伝搬中”状態になることがある。その結果、送信電力は、“リミットサイクル”と呼ばれる設定点当たりで変動する。すなわち、送信電力は、着信とコマンド実行の遅れから、好ましい値を越えたり、好ましい値に届かなかったりする。
【００１６】
この問題の解決策の１つとして、電力制御ループの反復時間が伝搬遅延と処理遅延にもっと厳密に近づくよう、単に反復時間を増やすという方法がある。しかし、通信信号が出会うことがある急激なフェーディングと突然の信号遮断の影響を考えると、突然の信号損失を防止するには、反復時間を短くする必要がある。そのため、送信電力がにわかに、不必要に増加され、電力の浪費とシステム干渉の増加がもたらされる結果となることがある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
必要なものは、送信信号電力の変化または他の信号パラメータや要求にすばやく応答し、しかも制御コマンドへの応答に関連する伝搬遅延と処理遅延の影響を防止する方法と装置である。そのような方法と装置は、複雑さや制御構造を追加する必要、またはゲートウェイでのプロトコル変更の必要もほとんどないことが望ましい。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、通信システムの信号パラメータの調節に役立つ方法と装置を目的としている。特に本発明は、例えば、信号伝搬に大きな遅れが生じる衛星を利用するような通信システムでの送信電力調整のための方法と装置を目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、送信された信号の伝搬状態を判定するため第２局（たとえば移動ユニット）から第１局（たとえばゲートウェイ）に送られた信号を監視することにより第１局から第２局に送信される信号の電力レベルを制御することに関連する伝搬遅延の影響を防止する。伝搬状態に基づき、ループ利得が求められる。第１局から第２局に送信される信号の電力レベルを制御するコマンドのサイズを調整するのに、ループ利得が使われる。伝搬状態により、第２局と第１局との通信チャネルが休止している（すなわち、切り換わらない）と示されると、ループ利得は１に設定される。伝搬状態により、第２局と第１局との通信チャネルが作動状態であると示されると、ループ利得は１より大きい値に設定され、それにより、制御コマンドのサイズが調整される。
【００２０】
本発明の１実施態様によると、状態検出器は、第２局と第１局間の通信チャネルの伝搬状態を判定する。状態検出器は、第２局から第１局に送信される信号の電力レベル変化の大きさが、それぞれの連続時間（たとえばループ反復時間）ごとのしきい値を越えていないかどうか判定する。越えている場合には、状態検出器は、伝搬状態が作動状態であると表示する。越えていなければ、状態検出器は、伝搬状態が休止状態であると表示する。
【００２１】
本発明の１つの特徴は、第１チャネルの信号（すなわち、第１局から第２局に送信された信号）は、第２チャネルに送信された信号（すなわち、第２局から第１局に送信される信号）を用いて制御されることである。もっと詳しく言えば、第１チャネルの送信信号電力レベルは、第２チャネルでの受信信号電力レベルを監視することにより制御される。第１チャネルと第２チャネルは部分的に相関している（特にフェーディングに関して）ため、第２チャネルでの信号の伝搬状態は、第１チャネルの信号伝搬状態の変化を示すと推定される。この推定に基づき、ループ利得を調整することにより、制御ループは、従来の技術に比べてかなり短い時間で、第１チャネルでの変化に応答できることになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明は特に、低地球軌道（ＬＥＯ）衛星を採用する通信システムでの使用に適している。しかし、当業者には当然のことながら、本発明のコンセプトを通信目的に利用されない衛星システムにも適用できる。本発明は、十分な大きさの信号伝搬遅延がある場合、低地球軌道外の軌道を回る衛星システム、または衛星以外の中継システムにも適用できる。
【００２３】
この発明の好ましい実施態様を以下に詳細に述べる。特定のステップ、構成、および配置について述べるが、これは具体的に説明することだけを目的としていると了解されたい。当業者は、他のステップ、構成および配列を本発明の精神およびその範囲から逸脱することなく使用できると認めるであろう。本発明は、位置測定、および衛星や地上セルラ電話システム向けでの使用を含め、様々な無線情報および通信システムでの使用が見いだされるかも知れない。好ましい用途は、移動または携帯電話サービス用ＣＤＭＡ無線スペクトル拡散通信システムである。
【００２４】
本発明が役立つ無線通信システムの例を図１に図解する。この通信システムは、ＣＤＭＡタイプの通信信号を使用するよう考えられているが、本発明によればその必要はない。図１に図解されている通信システム１００の一部では、２台の遠隔移動ユニット１２４と１２６を使った通信を有効にするための１つの基地局１１２、２個の衛星１１６と１１８、および２つの関連ゲートウェイまたはハブ１２０と１２２が示されている。一般的に、基地局と衛星／ゲートウェイは、別々の通信システムの構成部品であり、地上基地および衛星基地と呼ばれているが、これは必要ない。このようなシステムの基地局、ゲートウェイ、および衛星の総数は、必要なシステム容量および現在技術上既知のその他要因によって異なる。
【００２５】
移動ユニット１２４と１２６にはそれぞれ、例えばセルラ式電話、データトランシーバやデータ転送装置（例、コンピュータ、パーソナルデータアシスタント、ファクシミリ）、またはページャ（ポケットベル）や位置測定受信機といった、これらに限定されない、必要に応じて手持ちでまたは車に搭載して使用できる無線通信装置が含まれる。一般的に、このようなユニットは、必要に応じて手持ちされるか、車両に搭載される。ここでは、移動ユニットは携帯電話として図解されている。しかし、本発明が教示することは、‘屋内’ならびに‘屋外’配置の遠隔無線サービスが望ましい固定ユニットまたはその他タイプの端末に当てはまる。
【００２６】
この技術では、基地局、ゲートウェイ、ハブおよび固定局という言葉は、入れ換えて使われることがあり、ゲートウェイは通常、衛星を経由する通信を方向づけする専用基地局からなると理解されている。移動ユニットはまた、ある種の通信システムでは、好みによって加入者ユニット、ユーザ端末、移動局、または単に「ユーザ」、「移動体」、または「加入者」とも呼ばれる。
【００２７】
一般に、衛星１１６と１１８からのビームは、予め定められたパターンで地理学的地域を覆う。ＣＤＭＡチャネルまたは‘サブビーム’と呼ばれる異なる周波数のビームを、同じ地域に重なるよう方向づけることができる。多数の衛星、セルラ基地局のビーム範囲またはサービスエリアは、通信システムの設計と提供されるサービスの種類、およびスペースダイバーシティが達成されているかどうかにより、所定の領域を完全にまたは部分的に重ねて設計されることがあると、当業者には容易に理解できる。例えば、それぞれのシステムは、異なるユーザ集団に異なる特性を持って異なる周波数でサービスを提供できるか、または所定の移動ユニットが、それぞれの地理学的サービス範囲が重なり合っている複数の周波数および／または複数のサービスプロバイダを使うことができる。
【００２８】
４８以上の衛星を採用するシステム、多数の移動ユニットにサービスを提供するため低地球軌道の８つの異なる軌道面を通るシステムを例として、様々な複数衛星通信システムが提案されている。しかし、本発明の教示内容を、他の軌道距離と配列を含む、様々な衛星システムおよびゲートウェイ構成に適用する方法を、当業者は容易に理解する。同時に、本発明は様々な基地局構成の地上基地システムに等しく適用できる。
【００２９】
図１では、移動ユニット１２４や１２６と基地局の間、または衛星１１６や１１８を経由して、ゲートウェイ１２０や１２２を使って確立される通信について考えられる信号パスを図解する。基地局と移動ユニットの通信リンクは、線１３０と１３２により図解されている。衛星１１６や１１８と移動ユニット１２４と１２６の間の衛星と移動ユニットの通信リンクは、線１４０、１４２、および１４４によって示されている。ゲートウェイ１２０や１２２と衛星１１６や１１８の間のゲートウェイと衛星の通信リンクは、線１４６、１４８、１５０および１５２により示されている。ゲートウェイ１２０や１２２と基地局１１２を、一方向または双方向通信システムの一部として使ったり、単にメッセージやデータを移動ユニット１２４や１２６に伝送するために使ったりすることができる。
【００３０】
移動ユニット１０６に使用するための例としてのトランシーバ２００を図２に示す。トランシーバ２００は少なくとも１本のアンテナ２１０を使って、アナログ受信機２１４に送られる通信信号を受信する。そのアナログ受信機では通信信号がダウンコンバートされ、増幅され、デジタル化される。同じ１本のアンテナに送信と受信の両方の機能を果させるため、一般的にデュプレクサ素子２１２が使われる。しかし、送信周波数と異なる受信周波数で動作するため別々のアンテナを採用するシステムもある。
【００３１】
アナログ受信機２１４により出力されるデジタル通信信号は、少なくとも１つのデジタルデータ受信機２１６Ａと、少なくとも１つのサーチャー受信機２１８に伝送される。付加的なデータ受信機２１６Ｂ−２１６Ｎを使って、当業者には明らかなユニットの受入れ可能な複雑さに基づいて必要なレベルの信号ダイバーシティを獲得することができる。
【００３２】
少なくとも１つの移動ユニット制御プロセッサ２２０がデジタルデータ受信機２１６Ｂ−２１６Ｎとサーチャー受信機２１８に接続されている。制御プロセッサ２２０は、他の機能もあるが、基本信号処理、タイミング、電力とハンドオフの制御または調整、および信号搬送に使う周波数の選択を行う。制御プロセッサ２２０がしばしば実行するもう一つの基本制御機能は、ＰＮ符号シーケンスまたは通信信号の波形を処理するのに使われる直交関数の選択または操作である。制御プロセッサ２２０による信号処理には、相対的な信号強さの測定および様々な関連信号パラメータの計算を含めることができる。例えばタイミングや周波数のような、該信号パラメータの計算には、効率または測定速度を高めるか、制御処理リソースの割当てを改善するための付加的なまたは別の専用回路の使用を組み込むことができる。
【００３３】
デジタルデータ受信機２１６Ａ−２１６Ｎの出力を、移動ユニット内のデジタルベースバンド回路２２２へ結合する。ユーザのデジタルベースバンド回路２２２は、移動ユニットユーザへの情報の送受信に使われる処理素子とプレゼンテーション素子からなっている。すなわち、一時または長期デジタルメモリなどの信号やデータの記憶素子、ディスプレイ画面、スピーカー、キーパッド端末、および受話器；Ａ／Ｄ素子、ボコーダ、およびその他音声信号とアナログ信号の処理素子など、この技術で良く知られている素子を用いるユーザデジタルベースバンド回路２２２のあらゆる形式の部品からなっている。ダイバーシティ信号処理を採用する場合、ユーザデジタルベースバンド回路２２２は、ダイバーシティ結合器とデコーダから構成することができる。これら素子のいくつかは、制御プロセッサ２２０の制御の下で、または制御プロセッサ２２０と通信して動作することもできる。
【００３４】
音声データまたはその他データが、移動ユニットから生じる出力メッセージまたは通信信号として準備される場合、ユーザデジタルベースバンド回路２２２は、受信、保存、プロセス（処理）、および他に伝送についてようなデータの準備に使われる。ユーザデジタルベースバンド回路２２２は、このデータをプロセッサ２２０の制御の下で動作する送信変調器２２６に提供する。送信変調器２２６の出力は、アンテナ２１０からゲートウェイへの出力信号の最後の伝送のために出力電力制御を送信電力増幅器２３０に提供する電力制御装置２２８に伝えられる。
【００３５】
移動ユニット２００も、出信号の周波数を調整するため送信パス内で必要に応じて１つ以上の前補正素子を採用することができる。これは、１つのまたは様々な既知の技術を使って行うことができる。移動ユニット２００は、送信波形で遅延を加算または減算する既知の技術を用いて出信号のタイミングを調整するため、送信パス内に前補正素子を採用することもできる。
【００３６】
受信した通信信号または１つ以上の共有リソース信号について測定された１つ以上の信号パラメータに対応する情報やデータを、技術上周知である様々な技術を使ってゲートウェイへ送信できる。例えば、情報を、ユーザデジタルベースバンド回路２２２により、単独の情報信号として伝送したり、作成された他のメッセージに添付することができる。別の方法として、制御プロセッサ２２０の制御の下で送信変調器２２６または送信電力制御装置２２８により、情報を予め定められた制御ビットとして挿入することもできる。例として、「符号分割多元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日発行の米国特許第５，３８３，２１９号、「送信電力制御システムにおける制御パラメータのダイナミックモディフィケーションの方法とシステム」と題された１９９５年３月７日発行の米国特許第５，３９６，５１６号、および「送信電力制御システム」と題された１９９３年１１月３０日発行の米国Ｎｏ．５，２６７，２６２を参照のこと。
【００３７】
アナログ受信機２１４は、受信した信号の電力またはエネルギーを示す出力を提供する。別の方法として、受信電力検出器２２１が、アナログ受信機の出力をサンプリングし、技術上周知の処理を行って、この値を求めることができる。送信電力増幅器２３０または送信電力制御装置２２８がこの情報を直接使って、移動体ユーザ２００が伝送する信号の電力を調整することができる。
【００３８】
デジタル受信機２１６Ａ−Ｎとサーチャー受信機２１８は、特定の信号を復調し、追跡するため、信号相関素子と共に構成されている。サーチャー受信機２１８は、パイロット信号または他の比較的固定されたパターンの強力な信号を探すのに使われる一方、デジタル受信機２１６Ａ−Ｎは、検出されたパイロット信号に対応する他の信号の復調に使われる。従って、これらユニットの出力を監視して、パイロット信号または他の信号のエネルギーまたは周波数を求めることができる。これら受信機は、復調されている信号に関して現在の周波数とタイミング情報を制御プロセッサ２２０に提供するため、監視可能な周波数追跡素子も採用している。
【００３９】
ゲートウェイ１２０と１２２で使用するための、具体例としての送受信装置３００を図３に示す。図３に示されているゲートウェイ１２０、１２２の一部は、その後技術上周知の様々な機構を使ってダウンコンバートされ、増幅され、デジタル化される通信信号を受信するためのアンテナ３１０に接続された１つ以上のアナログ受信機を持っている。アナログ受信機３１４によって出力されるデジタル化された信号は、３２４として点線で囲って示された少なくとも１つのデジタル受信機モジュールへの入力として提供される。
【００４０】
ある種の変形が技術上周知であるが、各デジタル受信機モジュール３２４は、ゲートウェイ１２０，１２２と１つの移動ユニット１２４、１２６の間の通信を管理するのに使われる信号処理素子に相当する。１つのアナログ受信機３１４は、多くのデジタル受信機モジュール３２４に入力を提供することができ、いくつかのこのようなモジュールが、所定の時間に扱われる衛星ビームおよびダイバーシティモード信号のすべてを調整するため、ゲートウェイ１０２、１２２で一般的に使用される。各デジタル受信機モジュール３２４には、１つ以上のデジタルデータ受信機３１６と１つのサーチャー受信機３１８がある。サーチャー受信機３１８は一般に、パイロット信号以外の適切なダイバーシティモードの信号を探し出す。通信システムで実行される場合、複数のデジタルデータ受信機３１６Ａ−Ｎがダイバーシティ信号受信に使われる。
【００４１】
デジタルデータ受信機３１６の出力は、技術上周知の、ここではさらに詳しく図解されていない装置で構成される次のベースバンド処理素子に提供される。具体例としてのベースバンド装置は、マルチパス信号を各加入者ごとの１つの出力に結合するダイバーシティ結合器とデコーダを含んでいる。具体例としてのベースバンド装置はまた、一般的にデジタルスイッチやネットワークに出力データを提供するためのインターフェイス回路を含んでいる。
【００４２】
入力側では、例えばボコーダ、データモデム、およびデジタルデータ切換えおよび保存構成部品などを含むが、これらに限定されない、様々な他の既知の素子が、ベースバンド処理素子３２２の一部を形成することができる。これらの素子は、音声信号とデータ信号の１つ以上の送信モジュール３３４への伝送を処理し、制御し、または指示するために動作する。
【００４３】
移動ユニットに送信される信号はそれぞれ、１つ以上の適切な送信モジュール３３４に繋がれる。代表的なゲートウェイは、いくつかの送信モジュール３３４を使って、多くの移動ユニット１２４、１２６へ一度にサービスを提供し、複数の衛星およびビームにも一度に提供する。ゲートウェイ１２０、１２２が使用する送信モジュール３３４の数は、システムの複雑さ、送受信範囲内の衛星の数、加入者容量、選択されるダイバーシティの程度などを含む、技術上周知の素子によって決まる。
【００４４】
各送信モジュール３３４には、送信のためにデータをスペクトル拡散変調する１つの送信変調器が含まれている。送信変調器３２６には、デジタル送信電力制御装置３２８に繋がれる出力がある。デジタル送信出力制御装置３２８は、干渉低減のために最低レベルの電力を印加し、リソース割当てを行うが、送信パスでの減衰および他のパス伝送特性を補正する必要がある場合、適切なレベルの電力を印加する。送信変調器３２６は信号拡散する際、少なくとも１つのＰＮ発生器３３２を使用する。この符号生成はまた、ゲートウェイ１２２、１２４で使われる１つ以上のプロセッサまたは保存素子の機能的な一部を形成することができる。
【００４５】
送信電力制御装置３２８の出力は、合計器３３６に伝送される。この合計器では、前記出力は他の送信制御回路からの出力と合計される。これら出力が、同一周波数での、送信電力制御装置３２８の出力と同じビームの範囲内の他の移動ユニット１２４、１２６への送信用信号となる。合計器３３６の出力は、デジタル−アナログ変換、適切なＲＦ搬送周波数への変換、さらなる増幅と移動ユニット１２４、１２６に放射するための１本以上のアンテナ３４０への出力のために、アナログ送信機３３８に提供される。アンテナ３１０と３４０は、システムの複雑さと構成によって、１本の同一アンテナであってもよい。
【００４６】
移動ユニット２００の場合のように、１つ以上の前補正素子または前補正装置（表示されていない）を、通信が確立されるリンクの既知のドップラに基づいて出力周波数を調整するため、送信パスに配置することができる。送信の前の周波数調整に使われる技術または素子は、技術上周知である。加えて、同一の、またはもう一つの前補正装置は、既知の伝搬遅延と通信が確立されるリンクの符号ドップラに基づいて出力タイミングを調整する働きをする。送信前の信号タイミングの調整に使われる技術または素子も、技術上周知である。
【００４７】
少なくとも１つのゲートウェイ制御プロセッサ３２０を、受信機モジュール３２４、送信モジュール３３４、およびベースバンド回路３３２に結合する。これらユニットを互いに物理的に分離することができる。制御プロセッサ３２０は、例えば信号処理、タイミング信号生成、電力制御、ハンドオフ制御、ダイバーシティ結合、およびシステムインターフェイス連結といった機能を含むが、これらに限定されない機能を有効にするコマンド信号および制御信号を提供する。加えて、制御プロセッサ３２０は、ＰＮ拡散符号、直交符号シーケンス、および加入者通信で使うための特定の送信機と受信機を割り当てる。
【００４８】
制御プロセッサ３２０はまた、パイロット信号、同期信号、およびページングチャネル信号の生成と電力を制御し、それら信号を送信電力制御装置３２８に結合するのを制御する。パイロットチャネルは、データによって変調されていない単なる信号であり、切換えなしの反復パターンまたは送信変調器３２６への不変フレーム構造タイプ入力信号を使用してもよく、ＰＮ発生器３３２から適用されるＰＮ拡散符号のみの効率的な送信を行う。
【００４９】
制御プロセッサ３２０を、例えば送信モジュール３２４や受信モジュール３３４といったモジュールの素子に直接結合することができる。各モジュールは一般に、それぞれのモジュールの素子を制御する、例えば送信プロセッサ３３０や受信プロセッサ３２１といったモジュール固有のプロセッサからなっている。このように、好ましい実施態様では、制御プロセッサ３２０は、図３に示す通り、送信プロセッサ３３０と受信プロセッサ３２１に接続される。この方法では、１つの制御プロセッサ３２０が、多数のモジュールの動作およびリソースをより効率的に制御できる。送信プロセッサ３３０は、パイロット信号、同期信号およびページング信号の生成、トラフィックチャネル信号、およびそれらそれぞれの電力制御装置３２８への接続を管理する。受信プロセッサ３２１は、受信した電力を復調し、監視するためサーチング、ＰＮ拡散符号を制御する。
【００５０】
ユーザ端末について上で検討してきた通り、受信電力検出器３２３を使って、受信アナログ受信機３１４により、またはデジタル受信機３１６の出力のエネルギーを監視することによって決定されたような信号の電力を検出することができる。この情報は、以下でさらに詳しく述べる通りの電力制御ループの一部として出力電力を調整するため、送信電力制御装置３２８に与えられる。またこの情報を、必要に応じて、受信機プロセッサ３２１または制御プロセッサ３２０にも提供できる。この情報を、受信プロセッサ３２１に関数として組み込むこともできる。
【００５１】
ある一定の動作、例えば共有リソース電力制御では、ゲートウェイ１２０と１２２は、例えば受信信号強度、周波数測定値、または移動ユニットからの通信信号中の他の受信信号パラメータといった情報を受信する。受信プロセッサ３２１は、この情報をデータ受信機３１６の復調された出力から導き出すことができる。別の方法として、この情報は、制御プロセッサ３２０または受信プロセッサ３２１が監視する信号の予め定められた場所での発生として検出することができ、しかも、制御プロセッサ３２０に伝送することができる。制御プロセッサ３２０はこの情報を使って、送信され、しかも送信電力制御装置３２８とアナログ送信機３３８を使って処理される信号の出力電力ならびにタイミングと周波数を制御することができる。
【００５２】
通信システム１００が動作している間、フォワードリンク信号と呼ばれる通信信号ｓ（ｔ）は、ゲートウェイ（１２０，１２２）が生成する搬送周波数Ａ０を使って、ゲートウェイにより移動ユニット（１２４，１２６）に送信される。フォワードリンク信号は、時間遅延、伝搬遅延、ドップラによる周波数偏移、およびその他の影響を受ける。フォワードリンク信号は、ゲートウェイから衛星に送信される間（すなわちフォワードリンク信号のアップリンク部分で）、まずこれらの影響を受ける。次に衛星から移動ユニットに送信される時（すなわち、フォワードリンク信号のダウンリンク部分で）、同様の影響を受ける。信号がいったん受信されれば、戻り信号またはリバースリンク信号を送信する際にさらに遅延が生じる。移動ユニットから衛星への（すなわち、リバースリンク信号のアップリンク部分で）送信では伝搬遅延とドップラが生じ、また衛星からゲートウェイへの間（すなわち、リバースリンク信号のダウンリンク部分で）でも伝搬遅延とドップラが生じる。
【００５３】
図４は、１つ以上の衛星中継器１１６を採用する通信システム１００で送信される様々な信号を図示している。ゲートウェイ１２０は、衛星中継器１１６を経由して移動ユニット１２４にフォワードリンク信号４１０を送信する。フォワードリンク信号４１０は、ゲートウェイ１２０から衛星中継器１１６へのアップリンク部分４１２と、衛星中継器１１６から移動ユニット１２４へのダウンリンク部分４１４からなっている。移動ユニット１２４はリバースリンク信号４２０を、衛星中継器１１６を経由してゲートウェイ１２０に送信する。リバースリンク信号４２０は、移動ユニット１２４から衛星中継器１１６へのアップリンク部分４２２と、衛星中継器１１６からゲートウェイへのダウンリンク部分４２４からなっている。
【００５４】
図５は、リバースリンク制御ループ５００を示している。リバースリンク制御ループ５００は、通信システム１００に関連するパラメータの制御、好ましくは通信システム１００に送信された信号の電力レベルを制御するのに役立つ。リバースリンク制御ループ５００には、移動ユニット送信機５１０、第１遅延ブロック５２０、リバースパスチャネルプロセス５３０、第２遅延ブロック５４０、ゲートウェイ受信機５５０、および第３遅延ブロック５６０が含まれる。本発明の１実施態様では、移動ユニット送信機５１０には、トランシーバ２００内の電力制御ループ機能、特に、図２で示されている通りの制御プロセッサ２２０とデジタル送信電力制御装置２２８が含まれている。さらに、本発明のこの実施態様に関して、ゲートウェイ受信機５５０には、図３で示されている通りの受信モジュール３２４、制御プロセッサ３２０、および送信モジュール３３４内の電力制御ループ機能が含まれている。
【００５５】
図６は、フォワードリンク制御ループ６００を示している。フォワードリンク制御ループ６００は、通信システム１００で送信された信号に対応するパラメータを制御するのに、また好ましくは、通信システム１００で送信された信号の電力レベルを制御するのに役立つ。フォワードリンク制御ループ６００には、１つのゲートウェイ送信機６１０、第２遅延ブロック５４０、フォワードパスチャネルプロセス６３０、第１遅延ブロック５２０、１つの移動ユニット受信機６５０、そして第３遅延ブロック５６０がある。本発明の１実施態様では、ゲートウェイ送信機６１０には、送信モジュール３３４内の電力制御ループ機能、とりわけ、図３に示されている通りの送信プロセッサ３３０と送信電力制御装置３２８の電力制御ループ機能、および制御プロセッサ３２０の電力制御ループ機能が含まれている。さらに、本発明のこの実施態様に関して、移動ユニット受信機５５０には、トランシーバ２００内の電力制御ループ機能、とりわけ図２で示されている通りの制御プロセッサ２２０の電力制御ループ機能が含まれている。
【００５６】
リバースリンク制御ループ５００の動作は、主として図５を参照し、次に図４に関連して述べる。移動ユニット送信機５１０は、特定の送信電力レベルで信号５１５（図５ではｘｒ（ｔ１）として表示）を出力する。本発明の好ましい実施態様では、信号５１５は、移動ユニット１２４からゲートウェイ１２０へのリバースリンク信号４２０のアップリンク部分４２２に相当する。信号５１５は遅延ブロック５２０を通りτ１の遅延にあう。遅延ブロック５２０に会った結果、信号５１５は信号５２５（図５ではｘｒ（ｔ−τ１）と表示）に変形される。信号５２５は、τ１の時間だけ遅延した信号５１５に相当する。
【００５７】
リバースパスチャネルプロセス５３０が信号５２５を受信する。信号５２５が移動ユニット１２４からゲートウェイ１２０に伝搬される時、リバースパスチャネル５３０は、減衰およびフェーディングなどのその他の影響を表す。言い換えれば、リバースパスチャネルプロセス５３０は、信号５２５が移動ユニット１２４から衛星１１６を経由してゲートウェイ１２０に伝搬されるため、信号５２５が通過する大気／環境の伝達関数を表す。信号５３５（図５ではｙｒ（ｔ−ｔ１）と表示）は、プロセス５３０の結果として生成される。信号５３５は、明らかなように、減衰され、フェーディングされた信号５２５に相当する。
【００５８】
次に、信号５３５は、第２遅延ブロック５４０によって遅延させられる。信号５３５は、第２遅延ブロックを通り、ｔ２の遅れに会う。第２遅延ブロック５４０の結果として、信号５３５は、信号５４５（図５ではｙｒ（ｔ−τ１−τ２）と表示）に変形される。信号５４５は、τ２の時間だけ遅れた信号５３５に対応する。遅延ｔ２は、上で述べたとおりのリバースリンク信号４２０のダウンリンク部分４２４の伝搬遅延を表している。
【００５９】
信号５４５は、移動ユニット１２４が送信したときゲートウェイ１２０が受信する信号を表す。特に、信号５４５は、移動ユニット１２４により送信され、τ１およびτ２だけ遅らされ、プロセス５３０に従って減衰され、フェーディングされた後の信号を表す。
【００６０】
ゲートウェイ受信機５５０は信号５４５を受信し、信号５４５の電力レベルを周知の方法によって求める。先に述べたように、信号５４５の電力レベルは、最低必要電力レベルに適合していることが望ましい。例えば、信号５４５の電力レベルが必要な電力レベルより低い場合、ゲートウェイ受信機５５０は、移動ユニット送信機５１０に信号５１５の送信電力を増やすよう指示する電力制御コマンドを発する。逆に信号５４５の電力レベルが必要な電力レベルより高い場合、ゲートウェイ受信機５５０は、移動ユニット送信機５１０に信号５１５の送信電力レベルを下げるよう指示する電力制御コマンドを発する。
【００６１】
本発明の好ましい実施態様では、ゲートウェイ受信機５５０はシングルビットの電力制御コマンドを発する。言い換えれば、ゲートウェイ受信機５５０は、電力ップコマンドかまたは電力ダウンコマンドを発する。このような電力制御システムの概論が、本発明の譲受人に譲渡され、引用することにより本書に編入される「信機電力制御システムでの制御パラメータのダイナミックモディフィケーションの方法と装置」題された、１９９５年３月７日発行の米国特許第５，３９６，５１６号で開示されている。本発明の好ましい実施態様では、電力ップコマンドは、移動ユニット送信機５１０に、信号５１５の送信電力を定められた値、例えば１ｄＢだけ増やすよう指示する。明らかなように、様々な調整固定値を用いることができる。さらに明らかなように、様々な電力制御調整レベルを提供するであろうビット数の多い電力制御コマンドを実行できる。
【００６２】
さらに、本発明の好ましい実施態様では、ゲートウェイ受信機５５０は、信号５４５の電力レベルが必要な電力レベルより低い場合に、電力アップコマンドを発する。その他の時は何時も、ゲートウェイ受信機５５０は電力ダウンコマンドを発する。信号５４５の受信電力レベルが望ましい電力レベルの特定の範囲内にある場合、ゼロ電力コマンドを提供する付加的な第１のレベルを実行することができる。
【００６３】
本発明の別の実施態様では、電力ップコマンドは、第１の固定値分だけ信号５１５の電力レベルを上げ、電力ダウンコマンドは別の固定値分だけ信号５１５の電力レベルを下げる。ここで第１の固定値は、別の固定値より少ない。この実施態様では、リバースリンク制御ループ５００は、信号５１５の電力レベルを上げるのに比べてより早く信号５１５の電力レベルを下げる。この実施態様は、ＣＤＭＡ通信システムでの信号の電力レベルを下げるのに迅速に応答する。これは、上で述べたように、どれか特定の信号が受ける干渉の量を減らす。
【００６４】
図６のフォワードリンク制御ループ６００は、図５のリバースリンク制御ループ５００と類似の方法で動作する。フォワードリンク制御ループ６００は、電力制御コマンド６５５を送信してから、信号６４５としてその電力制御コマンド６５５への応答を検出するまでの間に類似の伝搬遅延を経験する。とりわけ、フォワードリンク制御ループ６００は、τ１＋τ２＋τ３の伝搬遅延に会う。リバースリンク制御ループ５００に関して先に述べた事柄に基づき、当業者は、フォワードリンク制御ループ６００の動作を理解できるであろう。従って、フォワードリンク制御ループ６００の動作は、これ以上詳細には述べない。
【００６５】
本発明は、独自に使うこともでき、また本発明の譲受人に譲渡され、ここに引用することにより本書に編入される、本書と同時に出願された出願番号（未決、代理人事件整理番号ＱＣＰＡ２３６）の「ループ遅延を用いる予測的パラメータ制御の方法と装置」が示す解決策とともに用いることができる解決策を提供している。とりわけ、本発明の１実施態様は、リバースリンク制御ループ５００から得た測定値を使って、フォワードリンク制御ループ６００に対応するフォワードリンクループ利得を調整する、および／またはフォワードリンク制御ループ６００から得た測定値を使ってリバースリンク制御ループ５００に関連するリバースリンクループ利得を調整する。
【００６６】
先に説明した通り、異なる周波数帯の使用は電力制御とかなり密接な関係を持っている。特に、異なる周波数帯の使用は、例えばフェーディングといった帯域間で密接な相互関係を持つ大気または環境の影響を引き起こす。拡散散乱がマルチパスフェーディングを引き起こす場合、複数の反射のフェージングが、２つの異なる周波数で独立した結果を生み出す。しかし鏡面反射成分（直接的な見通し線成分）における影響は、いくらか相関関係のある結果を持つ傾向となる。言い換えれば、移動ユニット送信機が直接的な見通し線を遮るブロック壁の背後に移動すると、フォワードリンク４１０とリバースリンク４２０に対応する信号、すなわち２つの送信周波数がほぼ同時にブロック壁によって減衰される。しかし、拡散散乱はまだ独立した反射を提供し、全体的な信号を構成する。この現象の主な影響は、直接的な見通し線成分に一般的に関連するゆっくりしたフェーディングプロセスで相関関係を持つフォワードパスチャネルプロセス６３０とリバースパスチャネルプロセス５３０との間に独立性があることである。
【００６７】
従って、移動ユニット送信機５１０と衛星１１６の間の直接的な見通し線に障害物がなければ、フォワードパスチャネルプロセス６３０とリバースパスチャネルプロセス５３０のフェーディングプロセスは、Ｋ係数がかなり高いラシアンになる。直接的な見通し線が、例えば木のような植生によって遮られる場合、直接的な見通し線成分の減衰は、チャネル５３０と６３０の両方で、Ｋ係数の小さいラシアンフェーディングプロセスを誘発する。最後に、直接的な見通し線が固形物によって遮断される場合、フェーディングプロセスは、チャネル５３０と６３０の両方でレイリー現象となる。
【００６８】
図７は、周波数ダイバーシティがあるパラメータ、特に、高い相関関係を持つプロセス間の電力レベルにどのように影響するかを示している。図８は、周波数ダイバーシティが、相関関係の乏しいプロセス間の同一パラメータにどのように影響するかを示している。図７では、急激な変動は、直接的な見通し線成分の減衰と高い相関関係を持つ２つのチャネルプロセス６３０と７３０間の独立にあることが示されている。このチャネルの影響は、チャネルプロセス５３０、６３０に関して、移動体ユーザ１２４が直接的な見通し線を遮るビル建物の背後に移動した場合のチャネルの影響と一致する。フォワードリンク受信電力９１０は、移動ユニット受信機６５０で受信する信号６４５の電力レベルを示す。リバースリンク受信電力９２０は、ゲートウェイ受信機５５０で受信する信号５４５の電力レベルを示す。建物の背後に移動することによる影響は、直接的な見通し線成分と相関関係を持っているため、受信電力９１０，９２０は、影響９３０（例えばフェーディング）により類似の損失を示す。
【００６９】
図８では、このプロセスは、フェーディングプロセス中に異なる特性を明らかにする。これは、比較的小さい形状の構造物の背後に移動した移動体ユーザ１２４と対応付けることができる。当業者は、妨害によって引き起こされる直接的な見通し線成分の減衰量は、物体によって遮られる第１のわずかなフレネルゾーンの量に対応していると認めるであろう。フレネルゾーンの大きさは、送信周波数に反比例する。従って、高周波数では、構造物は第１フレネルゾーンのかなりの部分を遮ることができる。定周波数では、フレネルゾーンのサイズが大きいため、その周波数では同じ構造物はかなりの量を遮ぎることはない。このように、ゲートウェイ受信機５５０と移動ユニット受信機６５０で受信する電力レベルは、図８に示された電力レベルと非常によく類似することがある。特に、フォワードリンク受信電力８２０は、移動ユニット受信機６５０が受信する信号６４５の電力レベルを示す。リバースリンク受信電力８１０は、ゲートウェイ受信機５５０が受信する信号５４５の電力レベルを表す。この場合、チャネルプロセス５３０、６３０の相互関係は強くないため、受信電力８１０、８２０は、影響８３０により類似の損失を示さず、フォーワードリンク制御ループ６００から得た測定値を、リバースリンク制御ループ５００で直接使うこと、またその逆も可能になる。
【００７０】
ただし、本発明は、受信電力８１０、８２０が同一損失を示す程度に基づいていない。むしろ、本発明は、例えばフェーディングのような影響がフォワードリンク４１０に現れたとき、その影響は、リバースリンク４２０でも非常によく似た状態で現れるという事実に基づいている。本発明は、制御ループの１つのプロセス５３０、６３０通して伝搬する信号の状態変化を検出し、他の制御ループに送信される電力レベルを変更するのに使われるループ利得を調整する。もっと詳しく言えば、ゲートウェイ受信機５５０は、リバースリンク制御ループ５００の信号５４５の「伝搬状態」の変化を検出し、その後ゲートウェイ送信機６１０は、フォワードリンク制御ループ６００のゲートウェイ送信機６１０により送信される信号６１５の電力レベルの変更に使われる制御コマンド６６５のステップサイズを調整する。同様に、移動ユニット受信機６５０は、フォワードリンク制御ループ６００で信号６４５の伝搬状態の変化を検出し、その後移動ユニット送信機５１０は、リバースリンク制御ループ５００の移動ユニット送信機５１０が送信する信号５１５の電力レベルを変更するのに使われる制御コマンド５６５のステップサイズを調整する。本発明の好ましい実施態様では、伝搬状態の変化は、以下でさらに詳しく述べる通りの信号の電力レベルの監視によって検出される。
【００７１】
以下では、明確さと簡潔さのために、リバースリンク制御ループ５００のみを引用して説明する。この説明は、フォワードリンク制御ループ６００にも当てはまることは明らかであろう。本発明の１実施態様では、制御コマンド５６５のステップサイズを増やすことは、ループ利得を使うことによって行える。この実施態様では、信号５１５の送信電力レベルを調整するのに制御コマンド５６５を使用する前に、制御コマンド５６５のステップサイズを乗算するのに、ループ利得を使う。例えば、移動ユニット受信機６５０が信号６４５の伝搬状態に変化があることを検出すれば、移動ユニット送信機５１０は予め定められた係数（例えば２）によってループ利得を調整する。その後移動ユニット送信機５１０は調整済みループ利得と制御コマンド５６５を乗算し、それによって制御コマンド５６５の友好ステップサイズを増やす。
【００７２】
図９は、本発明の１実施態様によるフォワードおよびリバースリンク制御ループ６００と５００を示している。特に図９は、移動ユニット状態検出器９１０を介してリバースリンク制御ループ５００内の移動ユニット送信機５１０に結合されたフォワードリンク制御ループ６００内の移動ユニット受信機６５０、およびゲートウェイ状態検出器９３０を介してフォワードリンク制御ループ６００内のゲートウェイ送信機６１０に結合されたリバースリンク制御ループ５００内のゲートウェイ受信機５５０を図解している。
【００７３】
一般に、移動ユニット状態検出器９１０は、移動ユニット受信機６５０が受信した信号６４５の電力測定値９０５を受信する。１つ以上の電力測定値９０５に基づき、移動ユニット状態検出器９１０は、フォワードパスチャネルプロセス６３０が休止状態または作動状態のいずれで動作しているか判定する。この判定に基づき、移動ユニット状態検出器９１０は、移動ユニット送信機５１０が送信する信号５１５の電力レベルの変化量を調整するため制御コマンドに適用されるフォワード制御ループ利得９１５を出力する。
【００７４】
同様に、ゲートウェイ状態検出器９３０は、ゲートウェイ受信機５５０が受信する信号５４５の電力測定値９２５を受信する。１つ以上の電力測定値９２５に基づき、ゲートウェイ状態検出器９３０は、リバースパスチャネルプロセス５３０が、休止状態または作動状態のいずれで動作しているか判定する。この判定に基づき、ゲートウェイ状態検出器９３０は、ゲートウェイ送信機６１０が送信する信号６１５の電力レベルの変化量を調整する制御コマンド６６５に適用されるリバース制御ループ利得９３５を出力する。
【００７５】
リバースパスチャネルプロセス５３０とフォワードパスチャネルプロセスが、休止状態と作動状態の間を同じように変化するという仮定に基づき、本発明の状態検出器９１０、９３０により、制御ループ５００、７００は、状態検出器９１０、９３０なしで動作している制御ループ５００、６００よりも影響８３０（例えばフェーディングなど）に対してかなり早く応答できる。このことについて、以下でさらに詳しく論じる。
【００７６】
先に述べた休止状態と作動状態はまとめて伝搬状態（すなわち信号がプロセス５３０、６３０を経てどのように伝搬していくか）とも呼ばれる。休止伝搬状態は、プロセス５３０、６３０がゲートウェイ１２０と衛星１１８の間、および移動ユニット１２４と衛星１１８の間で直接的な見通し線送信であることを表す状態に相当する。作動伝搬状態は、プロセス５３０、６３０がゲートウェイ１２０と衛星１１８の間、および／または移動ユニット１２４と衛星１１８の間で強力な直接的な見通し線送信成分を持っていない状態に相当する。上で論じた通り、直接的な見通し線成分が減衰されるとき、フェーディングが起きる。これは、受信信号電力レベルに激しい変化をもたらす。本発明はこれを補正する。
【００７７】
ここでは本発明を、図１０と関連付けて論じる。図１０は、移動ユニット状態検出器９１０ならびに移動ユニット受信機６５０と移動ユニット送信機５１０の関連部分についてさらに詳しく図解している。以下の論考は、特にリバース制御ループ５００と移動ユニット状態検出器９１０に向けるが、なおこの論考をフォワード制御ループ５００およびゲートウェイ状態検出器に当てはめる方法も明らかであろう。
【００７８】
移動ユニット受信機６５０には、電力レベル検出器１０１０がある。電力レベル検出器１０１０には、明らかなように移動ユニット受信機６５０が受信した信号６４５の電力レベルを周知の技術により判定できるようにする、移動ユニット受信機６５０の成分（構成要素）が含まれている。電力レベル検出器１０１０は、受信した信号６４５の電力レベルを状態検出器９１０に出力する。
【００７９】
一般に、状態検出器９１０は、リバースパスチャネルプロセス５３０の状態を判定する。本発明の好ましい実施態様では、状態検出器９１０は、リバースパスチャネルプロセス５３０が休止状態（すなわち安定状態）かまたは作動状態（すなわち変化状態）のいずれで動作しているかを判定する。リバースパスチャネルプロセス５３０の状態に基づき、状態検出器９１０は、移動ユニット送信機５１０に利得９１５を出力する。利得９１５は、信号５１５の送信電力を変更するのに使われるループ利得を調整するのに使われる。リバースパスチャネルプロセス５３０が休止状態で動作している場合、状態検出器９１０は利得９１５の利得として１を出力する（すなわち、制御コマンド５６５のステップサイズは、デフォルトレベルまたは予め定められたレベルに留まる）。リバースパスチャネルプロセス５３０が作動状態で動作している場合、状態検出器９１０は、利得９１５に対して利得Ｇを出力する（すなわち、制御コマンド５６５のステップサイズは、係数Ｇだけ増やされる）。本発明の好ましい実施態様では、Ｇは２に設定されている。従って、本発明の好ましい実施態様では、状態検出器９１０は、作動状態で動作している場合、移動ユニット送信機５１０に、係数２だけ制御コマンド５６５のステップサイズを増やすよう指令する。明らかなとおり、例えばステップサイズ、時間遅延、予想電力フェーディングなどのシステムパラメータに基づき、Ｇに他の値を用いることができる。さらに、明らかなとおり、例えば、送信された信号５１５の電力レベルの変化の大きさや他のシステム測定値により、変数Ｇを使うことができる。
【００８０】
移動ユニット送信機５１０は状態検出器９１０から利得９１５を受信し、ゲートウェイ受信機５５０から制御コマンド５６５を受信する。移動ユニット送信機５１０は、利得９１５を制御コマンド５６５に適用し、調整された制御コマンド１０４５を得る。本発明の好ましい実施態様では、移動ユニット送信機５１０は、制御コマンド５６５に利得９１５を乗数１０４０とともに掛け合わせて、調整済制御コマンド１０４５を出す。本発明の他の実施態様は、製品形成ロジックまたは類似のデバイスや技術を使って同じタスクを遂行する。
【００８１】
移動ユニット送信機５１０内の電力レベル調整１０５０が、調整済制御コマンド１０４５を受信する。電力レベル調整１０５０には、移動ユニット送信機５１０が送信された信号５１５の電力レベルを明らかな周知の技術により調整できるようにする、送信電力制御装置３２８のこれらの成分が含まれている。
【００８２】
図１０はさらに、本発明の状態検出器９１０の１つの実施態様を図解している。特に図１０は、状態ダイアグラム１０２０による状態検出器９１０の動作を示している。状態ダイアグラム１０２０には、状態Ｘ０、状態Ｘ１、および状態Ｘ２の３つの状態が含まれている。状態検出器９１０を始動時に状態Ｘ０に初期化する。本発明のこの実施態様では、状態の遷移は、電力レベル測定値９０５（図１０でΔＰと表示）の変化に基づいている。特に、本発明のこの実施態様では、休止状態と作動状態間の遷移は、電力レベル測定値の連続する２回の変化がそれぞれ、予め定められたしきい値（図１０ではＴと表示）を越えるかどうかに基づいて起きる。
【００８３】
状態Ｘ０から始まり、電力レベル測定値９０５の変化が予め定められたしきい値を越えると、状態検出器９１０は状態Ｘ０から状態Ｘ１に遷移する。電力レベル測定値９０５の変化が予め定められたしきい値を越えない場合、状態検出器９１０は状態Ｘ０のままで、予め定められたしきい値を越えるまで、その状態にとどまる。
【００８４】
状態Ｘ１から、電力レベル測定値９０５の変化が予め定められたしきい値を越えると、状態検出器９１０は、状態Ｘ１から状態Ｘ２に遷移する。電力レベル測定値９０５の変化が予め定められたしきい値を越えない場合、状態検出器９１０は状態Ｘ０に戻る。
【００８５】
状態Ｘ２から、電力レベル測定値９０５が予め定められたしきい値を越えつづける限り、状態検出器９０１は、状態Ｘ２にとどまる。電力レベル測定値９０５の変化が予め定められたしきい値を越えない場合、状態検出器９１０は、状態Ｘ２に戻る。
【００８６】
状態検出器９１０が状態Ｘ０または状態Ｘ１にある限り、状態検出器９１０は、利得９１５を利得１として出力する。本発明のこの実施態様によれば、状態Ｘ０と状態Ｘ１は、リバースパスチャネルプロセス５３０が休止状態で動作していることを示す。この場合、制御コマンド５６５のステップサイズは変更されない。
【００８７】
状態検出器９１０が状態Ｘ２にあるとき、状態検出器９１０は、利得９１５をＧとして出力する。本発明のこの実施態様により、状態Ｘ２は、リバースパスチャネルプロセス５３０は作動状態で動作していることを示す。この場合、制御コマンド５６５のステップサイズを、係数Ｇだけ増やす。
【００８８】
図１０は、本発明の１実施態様のある表現を示している。明らかなことながら、同じ実施態様の異なる表現が存在する（すなわち、状態ダイアグラム以外の表現）。例えば、擬似符号は、本発明の類似実施形態の異なる表現を示している：
【００８９】
明らかなことながら、予め定められたしきい値を越える電力レベル測定値９０５の付加的な数の連続的な変化が用いられることがある。例えば、連続して４回の電力レベル測定値９０５がしきい値を越える変化は、休止状態から作動状態への変化を示すのに使われることがあるかもしれない。他の回数であっても、使われることがあるかもしれない。
【００９０】
予め定められるしきい値は、明らかである様々なシステムパラメータに基づいて設定される。これらパラメータには、伝搬遅延、ループ反復速度、コマンドステップサイズ、および予想される電力レベルの変化などがあるが、これらに限定されるわけではない。
【００９１】
ここで、本発明を図１１と図１２のフロー図から説明する。図１１は、制御ループ５００、６００に類似の例としてあげた制御ループの動作を説明するフロー図である。図１２は、状態検出器９１０、９３０に類似の例として上げた状態検出器の動作を説明するフロー図である。
【００９２】
図１１に関し、ステップ１１１０では、第１局が第２局から送信された信号を受信する。第１局が受信した信号は、第２局が第１局に送信した信号で、その信号の電力レベルは、制御されていることが望ましい。ステップ１１２０では、第１局は受信した信号の電力レベルを周知の技術により測定する。ステップ１１３０では、第１局は、第２局が送信する信号の電力レベルを調整するよう第２局に指示する制御コマンドを生成する。先に説明した通り、本発明の好ましい実施態様では、制御コマンドは、電力レベルを予め定められたステップサイズによって調整するよう指示する。当然ながら、他の実施様態は可変ステップサイズを使用できる。
【００９３】
ステップ１１４０では、第１局は制御コマンドを第２局に伝達する。ステップ１１５０では、第２局は受信した制御コマンドにループ利得係数を掛け、送信される信号の電力レベルの調整値を求める。ステップ１１６０では、第２局は送信される信号の電力レベルを、ステップ１１５０で求めた調整値によって調整する。
【００９４】
図１２に関し、ステップ１２１０では、第２局は第１局から送信された信号を受信する。この信号は、図１２に関しては先の説明の信号と異なる。この信号は、第１局から第２局に送信される、その電力レベルを有効に監視できるどのような信号でもよい。この信号は、その電力レベルが制御されることが望ましい信号である必要はない。この信号は、第１局と第２局の間で信号が送信されるプロセスだけを示すことだけが必要である。
【００９５】
ステップ１２２０では、第２局は、第１局から受信した信号の電力レベルを監視する。本発明の１実施態様では、第２局は受信信号の電力レベルを測定する。本発明の別の実施態様では、第２局は信号を１つ以上のしきい値と比較する。本発明の好ましい実施態様では、第２局は受信信号の電力レベルを測定し、信号のその後のサンプル間での電力レベルの変化を求める。当然のことながら、他の実施態様は、受信信号の電力レベルを監視するのに他の技術を用いることができる。
【００９６】
ステップ１２３０では、第２局は受信信号に関連する伝搬状態を監視された電力レベルに基づいて判定する。言い換えれば、第２局は、信号が送信される時のプロセスが上記の通りの休止状態か作動状態のいずれで動作していたかを判定する。
【００９７】
ステップ１２４０では、第２局はステップ１２３０で判定された伝搬状態に基づいてループ利得を調整する。上で論じた通り、伝搬状態が休止状態の場合、ループ利得は１に設定される。伝搬状態が作動状態の場合、１より大きい利得係数に設定される。好ましい実施態様では、利得係数は２に設定される。当然ながら、非整数利得係数を含む他の利得係数を使うことができる。
【００９８】
図１３は本発明の好ましい実施態様に従う、ステップ１２３０の動作をさらに詳しく説明するフロー図である。決定ステップ１３１０では、第２局は、受信信号の電力レベルの変化がしきい値を越えるかどうか、および受信信号の電力レベルの先の変化がしきい値を越えているかどうかを判定する。言い換えれば、第２局は、電力レベルの変化がしきい値を越えることが２回連続して起きているかどうか判定する。特に、第２局は、変化の大きさがしきい値を越えているかどうか（すなわち電力レベルの増加または減少を等しく適用する）を判定する。
【００９９】
ステップ１３２０に示されている、電力レベルの変化が２回連続してしきい値を越えている場合、ループ利得が１以外の利得係数に設定される。ステップ１３３０に示されている、電力レベルの変化が２回連続してしきい値を越えない場合、ループ利得は利得係数１に設定される。
【０１００】
当然のことながら、本発明の適用範囲から外れることなく、ステップ１３２０の動作に様々な修正を加えることができる。チャネルの伝搬状態を推定するどのような技術でも用いることができる。例えば、変化には、最後のＮ個のサンプルの受信電力の平均と最後のＭ個のサンプルの受信電力の平均を比較する必要があるかもしれない。この場合、Ｍ＞Ｎである。したがって、平均信号電力が、しきい値を下回っていたと判定することができる。別の実施態様は、ループ利得の減少に対立するものとしてループ利得の増加を求めるのに異なるアルゴリズム規定することがある。加えて、本発明は、他の情報源や電力レベルの変化を検出するセンサ以外のセンサを含む手段によってプロセスの伝搬状態を判定するための指標を使用することを考えている。
【０１０１】
図１１、１２および１３を、「第１局」と「第２局」の観点から説明する。上記では、第２局での動作として説明したが、当然ながら本発明を第１局または第１局と第２局の両方で同時に使用することができる。その上、本発明をゲートウェイ１２０、移動ユニット１２４、または受信機と共に送信機が配置される他のこのような通信システム構成部品に関して実行することができる。
【０１０２】
先に示したように、本発明により、制御ループ５００、７００は影響８３０（例えばフェーディングなど）に対して、状態検出器９１０、９３０なしで動作している制御ループ５００、６００と比較して、ループ利得の増加に基づいてより早く応答できる。上で論じた通り、制御ループ５００、６００の応答時間は、往復伝搬時間による影響を受ける。言い換えれば、往復伝搬時間は、制御コマンド５５５が、例えばゲートウェイ受信機５５０により送信されてから、その制御コマンド５５５に対する応答（すなわち、信号５４５の電力レベルの変化）がゲートウェイ受信機５５０によって検出されるまでの間の時間である。
【０１０３】
応答がさらに早くなったことに加え、状態検出器９１０、９３０も、実際の電力レベルと望ましい電力レベルの間の誤差が近づく速度に影響を与える。これはスルーレートと呼ばれる。Ｇに設定された利得９１５の場合、スルーレートは利得なしの制御コマンド５６５のＧ倍の速さとなる。従って、例えばＧ＝２の時、スルーレートは、利得なしのスルーレートの２倍の速度になる。適正な利得の決定は、伝播遅延、ループ反復速度、コマンドステップのサイズ、および予想される変化と受信電力レベルの変化率といった要因に左右される。
【０１０４】
フォワードおよびリバースチャネルプロセス５３０、６３０の影響を理解することにより、移動ユニット１２４およびゲートウェイ１２０の前後で信号が経験する変化について同様の判定を行うことができる。従って、電力以外のパラメータを本発明により制御できるはずである。通信システムによっては、同一の、または付加的な制御ループを使って、例えば周波数、符号タイミングなどの通信信号のその他動作パラメータを制御できることがある。上下または前進と抑制といったコマンドを適宜生成でき、それらを使って、該パラメータの変更を実行できる。例えば、移動ユニット１２４の局部発振器の中心周波数のドリフトを押しとどめるため帰還リンク信号の動作周波数を調整するよう、移動ユニット１２４に命ずること、またはドップラ効果を補正するため符号タイミングを変更することなどができる。コマンドを用いて補正を実行できる多くのパラメータやプロセスが知られているが、同時にコマンドを受けたり、上で論じた電力制御コマンドにより伝送遅延を受けたりする。
【０１０５】
衛星をベースとする通信システム１００に関して本発明を説明したが、衛星を採用しないシステムでも本発明を実行できることがある。例えば、地上システムでは、セルサイトと移動ユニット１２４間の伝搬が、電力制御ループ５００のループ反復時間に比べて大きい場合、リミットサイクルと類似の問題が生じる。
【０１０６】
送信機５１０、６１０に一定の量だけ送信電力を増減するよう指示する電力ップコマンドまたは電力ダウンコマンドが受信機５５０、６５０によって発せられるシングルビットシステムに関して本発明を説明した。しかし、電力制御コマンド５５５、６５５が、必要な電力レベル６１０と受信電力レベル５４５の差によって定量化される、別の構成を実行することも当然できるはずである。
【０１０７】
先の好ましい実施態様の説明は、当業者が本発明を利用できるよう提供されている。これら実施態様の様々な変形は、当業者には容易に明らかとなるであろう。また、本書に定義された包括的な原理を、発明力を用いることなく別の実施態様に適用することができる。従って、本発明は本書に示した実施態様に限定されるものではなく、本書で開示した原理と新規特性に一致する広い範囲に認められることとする。
【０１０８】
基準特性を対応的に確認できる下記図面と詳細説明を関連付ければ、本発明の特徴、目的、および長所は、さらに明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明を用いる代表的な無線通信システムを図解する。
【図２】
図２は、移動体ユーザが使用するトランシーバ装置の具体例を図解する。
【図３】
図３は、ゲートウェイで使うための送受信装置の具体例を図解する。
【図４】
図４は、ゲートウェイと移動体ユーザ間のフォワードリンクとリバースリンク伝送を図解する。
【図５】
図５は、リバースリンク制御ループを図解する。
【図６】
図６は、フォワードリンク制御ループを図解する。
【図７】
図７は、フォワードパスプロセスとリバースパスプロセスが相関している時の、フォワードリンクとリバースリンクの受信電力レベルの比較例を図解するプロットである。
【図８】
図８は、フォワードパス名プロセスとリバースパスプロセスが部分的にしか相関していない時の、フォワードリンクとリバースリンクの受信電力レベルの比較例を図解するプロットである。
【図９】
図９は、本発明の１つの実施態様に従う状態検出器を用いるフォワードおよびリバースリンク制御ループを図解する。
【図１０】
図１０は、さらに詳しいリバースリンク制御ループと共に使われる場合の状態検出器を図解する。
【図１１】
図１１は、本発明のループ利得を使用する制御ループ具体例の動作を図解するフローチャート。
【図１２】
図１２は、本発明に従うループ利得の判定を図解するフローチャート。
【図１３】
図１３は、本発明の１実施態様によって伝搬状態の判定をさらに詳しく図解するフローチャート。
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般的に広帯域（スペクトル拡散）通信システム、さらに詳しく言えば、前記システムで、信号状態を検出するのに制御ループまたはパス遅延を用い、その検出された状態の変化を有効にするのに制御可能素子を用いて信号パラメータを調節する方法と装置に関する。この発明はさらに、同時に動作する送信機間での干渉を最小限に抑え、しかも個々の通信の質を最大限に高めるよう制御される１つのパラメータとして、送信電力を用いることに関する。
【０００２】
【従来の技術】
大量のシステムユーザ間で情報を伝達するのに、様々な多元接続通信システムと技術が開発されている。スペクトル拡散変調技術、例えば符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）スペクトル拡散技術などは、特に、大量のシステムユーザにサービスを提供する場合には、他の変調方式を凌ぐ利点を持つ。多元接続通信システムにおけるＣＤＭＡ技術の使用は、「衛星または地上中継器を利用するスペクトル拡散多元接続通信システム」と題する１９９０年２月１３日発行の米国特許第４，９０１，３０７号、および「個々の受信位相、時刻、およびエネルギーを追跡するのにスペクトル拡散通信システムの送信電力の全スペクトルを使用する方法と装置」と題された米国特許出願Ｎｏ．０８／３６８，５７０で開示されており、両者とも、本発明の譲受人に譲渡されており、本書に引用することにより編入されている。
【０００３】
これら特許は、大量の移動通信または遠隔通信システムユーザまたは加入者ユニット（“移動ユニット”）が、他の移動ユニットまたは例えば公衆電話交換網のような接続されている他のシステムのユーザと通信するのに、少なくとも１つの受信機を使用する通信システムを開示する。通信信号は、衛星中継器とゲートウェイを経由して、または直接地上基地局（セルサイトまたはセルと呼ばれることがある）に伝送される。
【０００４】
ＣＤＭＡ通信では、周波数スペクトルを何度も再利用でき、それによって移動ユニット数を増やすことが可能となる。ＣＤＭＡ使用の結果、他の多元接続技術を用いて達成し得るよりも高いスペクトル効率を得ることができる。ただし、通信システムの全体的な能力を最大限に高め、相互干渉と信号品質を許容レベルに維持するため、システム内の信号電力が、所要の通信リンクに必要な最低レベルの電力に維持されるよう調節しなければならない。
【０００５】
衛星を使用する通信システムでは、通信信号は一般に、ラシアンで表されるフェーディングを起こす。したがって、受信信号は、レイリーフェーディング統計量を持つ多重反射成分と合計される直接成分からなる。直接成分と反射成分の電力比は一般的に、６−１９ｄＢ台であり、移動ユニットのアンテナの特性と移動ユニットの動作環境により左右される。
【０００６】
衛星通信システムとは対照的に、地上通信システムの通信信号は一般的に、直接成分なしで、反射成分すなわちレイリー成分のみから成る単一フェーディングを起こす。したがって、地上通信信号は、ラシアンフェーディングがフェーディング特性のほとんどを占める衛星通信信号に比べて、さらに厳しいフェーディング環境にさらされている。
【０００７】
地上通信システムでのレイリーフェーディングは、物理的環境の中の色々な異なる形状物から反射される通信信号によって引き起こされる。その結果、信号はほとんど同時に、様々な方向から様々な伝送遅延で、移動ユニット受信者に届く。セルラ式移動電話システムのＵＨＦ周波数帯を含む、移動無線通信が通例使用するＵＨＦ周波数帯では、異なるパスを通る信号にかなりの位相差が生じることがある。信号を弱めあう可能性のある合計は、時折強いフェーディングをもたらす結果となることがある。
【０００８】
例えば従来の有線電話システムにおいて可能な双方向の会話を同時に作動状態にする全二重チャネルを提供するため、ある周波数帯を、アウトバウンドリンクまたはフォワードリンク（すなわち、ゲートウェイまたはセルサイト送信機から移動ユニット受信機への伝送）に使用し、別の異なる周波数帯をインバウンドリンクまたはリバースリンク（すなわち、移動ユニット送信機からゲートウェイまたはセルサイト受信機への伝送）に使用する。この周波数帯の区別により、送信機から受信機へのフィードバックまたは干渉なしに、移動ユニット送受信器を同時に作動状態にすることができる。
【０００９】
しかし、異なる周波数帯を用いることは、電力制御と密接に関係している。異なる周波数帯を使用することは、パルチパスフェーディングをフォワードおよびリバースリンクに対して独立プロセスにさせた。フォワードリンクパス損失を簡単に測定することはできず、同じパス損失がリバースリンクにも現れると想定される。
【００１０】
さらに、セルラ式移動電話システムでは、移動電話は、本書に引用することにより開示が本書に編入される、「ＣＤＭＡセルラ電話システムでの通信においてソフトハンドオフを行う方法とシステム」と題された１９８９年１１月７日出願の、同時係属出願中の米国特許出願Ｎｏ．０７／４３３，０３０により開示されているとおり、多数のセルサイトを通して通信することができる。多数のセルサイトとの通信では、移動ユニットとセルサイトには、今述べた出願で開示され、さらに詳しくは「ＣＤＭＡセルラ式電話システムにおけるダイバーシティ受信機」と題された１９８９年１１月７日出願の、同時係属出願中の米国特許出願Ｎｏ．０７／４３２，５５２で開示されている通りの複数受信系が含まれている。
【００１１】
電力制御の１つの方法は、移動ユニットまたはゲートウェイにまず受信信号の電力レベルを測定させる方法である。この電力測定値は、使われている各衛星の既知のトランスポンダダウンリンク送信電力レベルおよび移動ユニットとゲートウェイの受信機の既知の感度と共に、移動ユニットの各チャネルのパス損失を見積るのに使われる。その後基地局または移動ユニットのトランシーバは、このパス損失推定値、データ伝送速度、および衛星受信機感度を考慮に入れて、移動体ユニットへの信号送信に使うのに適した電力を求めることができる。移動体ユニットの場合、電力の増減を前記の測定値と決定値に応じて要求することができる。同時に、ゲートウェイも前記要請に応じて、またはゲートウェイ独自の測定値に基づいて電力を増減することができる。
【００１２】
移動ユニットが衛星に送信した信号は衛星により中継され、ゲートウェイ、一般的に通信システム制御システムに届く。ゲートウェイまたは制御システムは、送信された信号から受信信号の電力を測定する。ゲートウェイはその後、受信電力レベルが望ましい通信レベルを維持するのに必要な最低限の電力レベルからどれだけ偏移しているかを求める。好ましくは、望ましい最低レベルの電力とは、システム干渉を減らしながら通信品質を維持するのに必要な電力レベルである。
【００１３】
その後ゲートウェイは、移動ユニットの送信電力を調整または“微調整”できるよう、電力制御コマンド信号を移動ユニットに送信する。移動ユニットはこのコマンド信号を使って、送信電力レベルを好ましい通信を維持するのに必要な最低レベルの電力に近づくよう変更する。一般的に移動ユニットまたは衛星の動きによりチャネル状態が変化するため、移動ユニットはゲートウェイからの制御コマンドに応答する。
【００１４】
この構成では、ゲートウェイからの制御コマンドを電力制御フィードバックと呼ぶ。ゲートウェイからの電力制御フィードバックは通常、衛星による往復伝搬遅延のためにかなり遅くなる。移動ユニットまたはゲートウェイから衛星への伝搬遅延は４．７から１３ミリ秒台である。これは、一方向伝搬遅延（すなわち、移動体ユニットから衛星へ、そしてゲートウェイへ、またはゲートウェイから衛星へ、そして移動体ユニットへ）という結果を招く。このように、ゲートウェイからの電力制御コマンドは、そのコマンド信号が送られてから、最長２６ミリ秒で移動ユニットに達することができる。同様に、電力制御コマンドに応答して移動ユニットが行った送信電力の変更は、変更が行われてから最長２６ミリ秒でゲートウェイによって検出される。
【００１５】
従って、送信電力制御コマンドは、測定ユニットがコマンドの結果を検出できるようになる前に、一般的な処理遅延だけでなく往復伝搬遅延にもあうことになる。残念なことに、特に伝搬遅延が大きい場合、電力制御コマンドに応答して移動ユニットが行う調整は、ゲートウェイが次に受信電力を測定するまで、行われず、ゲートウェイが検出することもない。その結果、実行されている先の電力制御コマンドの利益なしで、送信電力を調整するため別の電力制御コマンドが送信されることになる。事実、伝搬遅延と電力制御ループの反復時間により、電力制御コマンドに対して移動ユニットが初めて応答し、ゲートウェイがその結果を検出する前に、複数の電力制御コマンドがペンディングまたは“伝搬中”状態になることがある。その結果、送信電力は、“リミットサイクル”と呼ばれる設定点当たりで変動する。すなわち、送信電力は、着信とコマンド実行の遅れから、好ましい値を越えたり、好ましい値に届かなかったりする。
【００１６】
この問題の解決策の１つとして、電力制御ループの反復時間が伝搬遅延と処理遅延にもっと厳密に近づくよう、単に反復時間を増やすという方法がある。しかし、通信信号が出会うことがある急激なフェーディングと突然の信号遮断の影響を考えると、突然の信号損失を防止するには、反復時間を短くする必要がある。そのため、送信電力がにわかに、不必要に増加され、電力の浪費とシステム干渉の増加がもたらされる結果となることがある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
必要なものは、送信信号電力の変化または他の信号パラメータや要求にすばやく応答し、しかも制御コマンドへの応答に関連する伝搬遅延と処理遅延の影響を防止する方法と装置である。そのような方法と装置は、複雑さや制御構造を追加する必要、またはゲートウェイでのプロトコル変更の必要もほとんどないことが望ましい。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、通信システムの信号パラメータの調節に役立つ方法と装置を目的としている。特に本発明は、例えば、信号伝搬に大きな遅れが生じる衛星を利用するような通信システムでの送信電力調整のための方法と装置を目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、送信された信号の伝搬状態を判定するため第２局（たとえば移動ユニット）から第１局（たとえばゲートウェイ）に送られた信号を監視することにより第１局から第２局に送信される信号の電力レベルを制御することに関連する伝搬遅延の影響を防止する。伝搬状態に基づき、ループ利得が求められる。第１局から第２局に送信される信号の電力レベルを制御するコマンドのサイズを調整するのに、ループ利得が使われる。伝搬状態により、第２局と第１局との通信チャネルが休止している（すなわち、切り換わらない）と示されると、ループ利得は１に設定される。伝搬状態により、第２局と第１局との通信チャネルが作動状態であると示されると、ループ利得は１より大きい値に設定され、それにより、制御コマンドのサイズが調整される。
【００２０】
本発明の１実施態様によると、状態検出器は、第２局と第１局間の通信チャネルの伝搬状態を判定する。状態検出器は、第２局から第１局に送信される信号の電力レベル変化の大きさが、それぞれの連続時間（たとえばループ反復時間）ごとのしきい値を越えていないかどうか判定する。越えている場合には、状態検出器は、伝搬状態が作動状態であると表示する。越えていなければ、状態検出器は、伝搬状態が休止状態であると表示する。
【００２１】
本発明の１つの特徴は、第１チャネルの信号（すなわち、第１局から第２局に送信された信号）は、第２チャネルに送信された信号（すなわち、第２局から第１局に送信される信号）を用いて制御されることである。もっと詳しく言えば、第１チャネルの送信信号電力レベルは、第２チャネルでの受信信号電力レベルを監視することにより制御される。第１チャネルと第２チャネルは部分的に相関している（特にフェーディングに関して）ため、第２チャネルでの信号の伝搬状態は、第１チャネルの信号伝搬状態の変化を示すと推定される。この推定に基づき、ループ利得を調整することにより、制御ループは、従来の技術に比べてかなり短い時間で、第１チャネルでの変化に応答できることになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明は特に、低地球軌道（ＬＥＯ）衛星を採用する通信システムでの使用に適している。しかし、当業者には当然のことながら、本発明のコンセプトを通信目的に利用されない衛星システムにも適用できる。本発明は、十分な大きさの信号伝搬遅延がある場合、低地球軌道外の軌道を回る衛星システム、または衛星以外の中継システムにも適用できる。
【００２３】
この発明の好ましい実施態様を以下に詳細に述べる。特定のステップ、構成、および配置について述べるが、これは具体的に説明することだけを目的としていると了解されたい。当業者は、他のステップ、構成および配列を本発明の精神およびその範囲から逸脱することなく使用できると認めるであろう。本発明は、位置測定、および衛星や地上セルラ電話システム向けでの使用を含め、様々な無線情報および通信システムでの使用が見いだされるかも知れない。好ましい用途は、移動または携帯電話サービス用ＣＤＭＡ無線スペクトル拡散通信システムである。
【００２４】
本発明が役立つ無線通信システムの例を図１に図解する。この通信システムは、ＣＤＭＡタイプの通信信号を使用するよう考えられているが、本発明によればその必要はない。図１に図解されている通信システム１００の一部では、２台の遠隔移動ユニット１２４と１２６を使った通信を有効にするための１つの基地局１１２、２個の衛星１１６と１１８、および２つの関連ゲートウェイまたはハブ１２０と１２２が示されている。一般的に、基地局と衛星／ゲートウェイは、別々の通信システムの構成部品であり、地上基地および衛星基地と呼ばれているが、これは必要ない。このようなシステムの基地局、ゲートウェイ、および衛星の総数は、必要なシステム容量および現在技術上既知のその他要因によって異なる。
【００２５】
移動ユニット１２４と１２６にはそれぞれ、例えばセルラ式電話、データトランシーバやデータ転送装置（例、コンピュータ、パーソナルデータアシスタント、ファクシミリ）、またはページャ（ポケットベル）や位置測定受信機といった、これらに限定されない、必要に応じて手持ちでまたは車に搭載して使用できる無線通信装置が含まれる。一般的に、このようなユニットは、必要に応じて手持ちされるか、車両に搭載される。ここでは、移動ユニットは携帯電話として図解されている。しかし、本発明が教示することは、‘屋内’ならびに‘屋外’配置の遠隔無線サービスが望ましい固定ユニットまたはその他タイプの端末に当てはまる。
【００２６】
この技術では、基地局、ゲートウェイ、ハブおよび固定局という言葉は、入れ換えて使われることがあり、ゲートウェイは通常、衛星を経由する通信を方向づけする専用基地局からなると理解されている。移動ユニットはまた、ある種の通信システムでは、好みによって加入者ユニット、ユーザ端末、移動局、または単に「ユーザ」、「移動体」、または「加入者」とも呼ばれる。
【００２７】
一般に、衛星１１６と１１８からのビームは、予め定められたパターンで地理学的地域を覆う。ＣＤＭＡチャネルまたは‘サブビーム’と呼ばれる異なる周波数のビームを、同じ地域に重なるよう方向づけることができる。多数の衛星、セルラ基地局のビーム範囲またはサービスエリアは、通信システムの設計と提供されるサービスの種類、およびスペースダイバーシティが達成されているかどうかにより、所定の領域を完全にまたは部分的に重ねて設計されることがあると、当業者には容易に理解できる。例えば、それぞれのシステムは、異なるユーザ集団に異なる特性を持って異なる周波数でサービスを提供できるか、または所定の移動ユニットが、それぞれの地理学的サービス範囲が重なり合っている複数の周波数および／または複数のサービスプロバイダを使うことができる。
【００２８】
４８以上の衛星を採用するシステム、多数の移動ユニットにサービスを提供するため低地球軌道の８つの異なる軌道面を通るシステムを例として、様々な複数衛星通信システムが提案されている。しかし、本発明の教示内容を、他の軌道距離と配列を含む、様々な衛星システムおよびゲートウェイ構成に適用する方法を、当業者は容易に理解する。同時に、本発明は様々な基地局構成の地上基地システムに等しく適用できる。
【００２９】
図１では、移動ユニット１２４や１２６と基地局の間、または衛星１１６や１１８を経由して、ゲートウェイ１２０や１２２を使って確立される通信について考えられる信号パスを図解する。基地局と移動ユニットの通信リンクは、線１３０と１３２により図解されている。衛星１１６や１１８と移動ユニット１２４と１２６の間の衛星と移動ユニットの通信リンクは、線１４０、１４２、および１４４によって示されている。ゲートウェイ１２０や１２２と衛星１１６や１１８の間のゲートウェイと衛星の通信リンクは、線１４６、１４８、１５０および１５２により示されている。ゲートウェイ１２０や１２２と基地局１１２を、一方向または双方向通信システムの一部として使ったり、単にメッセージやデータを移動ユニット１２４や１２６に伝送するために使ったりすることができる。
【００３０】
移動ユニット１０６に使用するための例としてのトランシーバ２００を図２に示す。トランシーバ２００は少なくとも１本のアンテナ２１０を使って、アナログ受信機２１４に送られる通信信号を受信する。そのアナログ受信機では通信信号がダウンコンバートされ、増幅され、デジタル化される。同じ１本のアンテナに送信と受信の両方の機能を果させるため、一般的にデュプレクサ素子２１２が使われる。しかし、送信周波数と異なる受信周波数で動作するため別々のアンテナを採用するシステムもある。
【００３１】
アナログ受信機２１４により出力されるデジタル通信信号は、少なくとも１つのデジタルデータ受信機２１６Ａと、少なくとも１つのサーチャー受信機２１８に伝送される。付加的なデータ受信機２１６Ｂ−２１６Ｎを使って、当業者には明らかなユニットの受入れ可能な複雑さに基づいて必要なレベルの信号ダイバーシティを獲得することができる。
【００３２】
少なくとも１つの移動ユニット制御プロセッサ２２０がデジタルデータ受信機２１６Ｂ−２１６Ｎとサーチャー受信機２１８に接続されている。制御プロセッサ２２０は、他の機能もあるが、基本信号処理、タイミング、電力とハンドオフの制御または調整、および信号搬送に使う周波数の選択を行う。制御プロセッサ２２０がしばしば実行するもう一つの基本制御機能は、ＰＮ符号シーケンスまたは通信信号の波形を処理するのに使われる直交関数の選択または操作である。制御プロセッサ２２０による信号処理には、相対的な信号強さの測定および様々な関連信号パラメータの計算を含めることができる。例えばタイミングや周波数のような、該信号パラメータの計算には、効率または測定速度を高めるか、制御処理リソースの割当てを改善するための付加的なまたは別の専用回路の使用を組み込むことができる。
【００３３】
デジタルデータ受信機２１６Ａ−２１６Ｎの出力を、移動ユニット内のデジタルベースバンド回路２２２へ結合する。ユーザのデジタルベースバンド回路２２２は、移動ユニットユーザへの情報の送受信に使われる処理素子とプレゼンテーション素子からなっている。すなわち、一時または長期デジタルメモリなどの信号やデータの記憶素子、ディスプレイ画面、スピーカー、キーパッド端末、および受話器；Ａ／Ｄ素子、ボコーダ、およびその他音声信号とアナログ信号の処理素子など、この技術で良く知られている素子を用いるユーザデジタルベースバンド回路２２２のあらゆる形式の部品からなっている。ダイバーシティ信号処理を採用する場合、ユーザデジタルベースバンド回路２２２は、ダイバーシティ結合器とデコーダから構成することができる。これら素子のいくつかは、制御プロセッサ２２０の制御の下で、または制御プロセッサ２２０と通信して動作することもできる。
【００３４】
音声データまたはその他データが、移動ユニットから生じる出力メッセージまたは通信信号として準備される場合、ユーザデジタルベースバンド回路２２２は、受信、保存、プロセス（処理）、および他に伝送についてようなデータの準備に使われる。ユーザデジタルベースバンド回路２２２は、このデータをプロセッサ２２０の制御の下で動作する送信変調器２２６に提供する。送信変調器２２６の出力は、アンテナ２１０からゲートウェイへの出力信号の最後の伝送のために出力電力制御を送信電力増幅器２３０に提供する電力制御装置２２８に伝えられる。
【００３５】
移動ユニット２００も、出信号の周波数を調整するため送信パス内で必要に応じて１つ以上の前補正素子を採用することができる。これは、１つのまたは様々な既知の技術を使って行うことができる。移動ユニット２００は、送信波形で遅延を加算または減算する既知の技術を用いて出信号のタイミングを調整するため、送信パス内に前補正素子を採用することもできる。
【００３６】
受信した通信信号または１つ以上の共有リソース信号について測定された１つ以上の信号パラメータに対応する情報やデータを、技術上周知である様々な技術を使ってゲートウェイへ送信できる。例えば、情報を、ユーザデジタルベースバンド回路２２２により、単独の情報信号として伝送したり、作成された他のメッセージに添付することができる。別の方法として、制御プロセッサ２２０の制御の下で送信変調器２２６または送信電力制御装置２２８により、情報を予め定められた制御ビットとして挿入することもできる。例として、「符号分割多元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日発行の米国特許第５，３８３，２１９号、「送信電力制御システムにおける制御パラメータのダイナミックモディフィケーションの方法とシステム」と題された１９９５年３月７日発行の米国特許第５，３９６，５１６号、および「送信電力制御システム」と題された１９９３年１１月３０日発行の米国Ｎｏ．５，２６７，２６２を参照のこと。
【００３７】
アナログ受信機２１４は、受信した信号の電力またはエネルギーを示す出力を提供する。別の方法として、受信電力検出器２２１が、アナログ受信機の出力をサンプリングし、技術上周知の処理を行って、この値を求めることができる。送信電力増幅器２３０または送信電力制御装置２２８がこの情報を直接使って、移動体ユーザ２００が伝送する信号の電力を調整することができる。
【００３８】
デジタル受信機２１６Ａ−Ｎとサーチャー受信機２１８は、特定の信号を復調し、追跡するため、信号相関素子と共に構成されている。サーチャー受信機２１８は、パイロット信号または他の比較的固定されたパターンの強力な信号を探すのに使われる一方、デジタル受信機２１６Ａ−Ｎは、検出されたパイロット信号に対応する他の信号の復調に使われる。従って、これらユニットの出力を監視して、パイロット信号または他の信号のエネルギーまたは周波数を求めることができる。これら受信機は、復調されている信号に関して現在の周波数とタイミング情報を制御プロセッサ２２０に提供するため、監視可能な周波数追跡素子も採用している。
【００３９】
ゲートウェイ１２０と１２２で使用するための、具体例としての送受信装置３００を図３に示す。図３に示されているゲートウェイ１２０、１２２の一部は、その後技術上周知の様々な機構を使ってダウンコンバートされ、増幅され、デジタル化される通信信号を受信するためのアンテナ３１０に接続された１つ以上のアナログ受信機を持っている。アナログ受信機３１４によって出力されるデジタル化された信号は、３２４として点線で囲って示された少なくとも１つのデジタル受信機モジュールへの入力として提供される。
【００４０】
ある種の変形が技術上周知であるが、各デジタル受信機モジュール３２４は、ゲートウェイ１２０，１２２と１つの移動ユニット１２４、１２６の間の通信を管理するのに使われる信号処理素子に相当する。１つのアナログ受信機３１４は、多くのデジタル受信機モジュール３２４に入力を提供することができ、いくつかのこのようなモジュールが、所定の時間に扱われる衛星ビームおよびダイバーシティモード信号のすべてを調整するため、ゲートウェイ１０２、１２２で一般的に使用される。各デジタル受信機モジュール３２４には、１つ以上のデジタルデータ受信機３１６と１つのサーチャー受信機３１８がある。サーチャー受信機３１８は一般に、パイロット信号以外の適切なダイバーシティモードの信号を探し出す。通信システムで実行される場合、複数のデジタルデータ受信機３１６Ａ−Ｎがダイバーシティ信号受信に使われる。
【００４１】
デジタルデータ受信機３１６の出力は、技術上周知の、ここではさらに詳しく図解されていない装置で構成される次のベースバンド処理素子に提供される。具体例としてのベースバンド装置は、マルチパス信号を各加入者ごとの１つの出力に結合するダイバーシティ結合器とデコーダを含んでいる。具体例としてのベースバンド装置はまた、一般的にデジタルスイッチやネットワークに出力データを提供するためのインターフェイス回路を含んでいる。
【００４２】
入力側では、例えばボコーダ、データモデム、およびデジタルデータ切換えおよび保存構成部品などを含むが、これらに限定されない、様々な他の既知の素子が、ベースバンド処理素子３２２の一部を形成することができる。これらの素子は、音声信号とデータ信号の１つ以上の送信モジュール３３４への伝送を処理し、制御し、または指示するために動作する。
【００４３】
移動ユニットに送信される信号はそれぞれ、１つ以上の適切な送信モジュール３３４に繋がれる。代表的なゲートウェイは、いくつかの送信モジュール３３４を使って、多くの移動ユニット１２４、１２６へ一度にサービスを提供し、複数の衛星およびビームにも一度に提供する。ゲートウェイ１２０、１２２が使用する送信モジュール３３４の数は、システムの複雑さ、送受信範囲内の衛星の数、加入者容量、選択されるダイバーシティの程度などを含む、技術上周知の素子によって決まる。
【００４４】
各送信モジュール３３４には、送信のためにデータをスペクトル拡散変調する１つの送信変調器が含まれている。送信変調器３２６には、デジタル送信電力制御装置３２８に繋がれる出力がある。デジタル送信出力制御装置３２８は、干渉低減のために最低レベルの電力を印加し、リソース割当てを行うが、送信パスでの減衰および他のパス伝送特性を補正する必要がある場合、適切なレベルの電力を印加する。送信変調器３２６は信号拡散する際、少なくとも１つのＰＮ発生器３３２を使用する。この符号生成はまた、ゲートウェイ１２２、１２４で使われる１つ以上のプロセッサまたは保存素子の機能的な一部を形成することができる。
【００４５】
送信電力制御装置３２８の出力は、合計器３３６に伝送される。この合計器では、前記出力は他の送信制御回路からの出力と合計される。これら出力が、同一周波数での、送信電力制御装置３２８の出力と同じビームの範囲内の他の移動ユニット１２４、１２６への送信用信号となる。合計器３３６の出力は、デジタル−アナログ変換、適切なＲＦ搬送周波数への変換、さらなる増幅と移動ユニット１２４、１２６に放射するための１本以上のアンテナ３４０への出力のために、アナログ送信機３３８に提供される。アンテナ３１０と３４０は、システムの複雑さと構成によって、１本の同一アンテナであってもよい。
【００４６】
移動ユニット２００の場合のように、１つ以上の前補正素子または前補正装置（表示されていない）を、通信が確立されるリンクの既知のドップラに基づいて出力周波数を調整するため、送信パスに配置することができる。送信の前の周波数調整に使われる技術または素子は、技術上周知である。加えて、同一の、またはもう一つの前補正装置は、既知の伝搬遅延と通信が確立されるリンクの符号ドップラに基づいて出力タイミングを調整する働きをする。送信前の信号タイミングの調整に使われる技術または素子も、技術上周知である。
【００４７】
少なくとも１つのゲートウェイ制御プロセッサ３２０を、受信機モジュール３２４、送信モジュール３３４、およびベースバンド回路３３２に結合する。これらユニットを互いに物理的に分離することができる。制御プロセッサ３２０は、例えば信号処理、タイミング信号生成、電力制御、ハンドオフ制御、ダイバーシティ結合、およびシステムインターフェイス連結といった機能を含むが、これらに限定されない機能を有効にするコマンド信号および制御信号を提供する。加えて、制御プロセッサ３２０は、ＰＮ拡散符号、直交符号シーケンス、および加入者通信で使うための特定の送信機と受信機を割り当てる。
【００４８】
制御プロセッサ３２０はまた、パイロット信号、同期信号、およびページングチャネル信号の生成と電力を制御し、それら信号を送信電力制御装置３２８に結合するのを制御する。パイロットチャネルは、データによって変調されていない単なる信号であり、切換えなしの反復パターンまたは送信変調器３２６への不変フレーム構造タイプ入力信号を使用してもよく、ＰＮ発生器３３２から適用されるＰＮ拡散符号のみの効率的な送信を行う。
【００４９】
制御プロセッサ３２０を、例えば送信モジュール３２４や受信モジュール３３４といったモジュールの素子に直接結合することができる。各モジュールは一般に、それぞれのモジュールの素子を制御する、例えば送信プロセッサ３３０や受信プロセッサ３２１といったモジュール固有のプロセッサからなっている。このように、好ましい実施態様では、制御プロセッサ３２０は、図３に示す通り、送信プロセッサ３３０と受信プロセッサ３２１に接続される。この方法では、１つの制御プロセッサ３２０が、多数のモジュールの動作およびリソースをより効率的に制御できる。送信プロセッサ３３０は、パイロット信号、同期信号およびページング信号の生成、トラフィックチャネル信号、およびそれらそれぞれの電力制御装置３２８への接続を管理する。受信プロセッサ３２１は、受信した電力を復調し、監視するためサーチング、ＰＮ拡散符号を制御する。
【００５０】
ユーザ端末について上で検討してきた通り、受信電力検出器３２３を使って、受信アナログ受信機３１４により、またはデジタル受信機３１６の出力のエネルギーを監視することによって決定されたような信号の電力を検出することができる。この情報は、以下でさらに詳しく述べる通りの電力制御ループの一部として出力電力を調整するため、送信電力制御装置３２８に与えられる。またこの情報を、必要に応じて、受信機プロセッサ３２１または制御プロセッサ３２０にも提供できる。この情報を、受信プロセッサ３２１に関数として組み込むこともできる。
【００５１】
ある一定の動作、例えば共有リソース電力制御では、ゲートウェイ１２０と１２２は、例えば受信信号強度、周波数測定値、または移動ユニットからの通信信号中の他の受信信号パラメータといった情報を受信する。受信プロセッサ３２１は、この情報をデータ受信機３１６の復調された出力から導き出すことができる。別の方法として、この情報は、制御プロセッサ３２０または受信プロセッサ３２１が監視する信号の予め定められた場所での発生として検出することができ、しかも、制御プロセッサ３２０に伝送することができる。制御プロセッサ３２０はこの情報を使って、送信され、しかも送信電力制御装置３２８とアナログ送信機３３８を使って処理される信号の出力電力ならびにタイミングと周波数を制御することができる。
【００５２】
通信システム１００が動作している間、フォワードリンク信号と呼ばれる通信信号ｓ（ｔ）は、ゲートウェイ（１２０，１２２）が生成する搬送周波数Ａ０を使って、ゲートウェイにより移動ユニット（１２４，１２６）に送信される。フォワードリンク信号は、時間遅延、伝搬遅延、ドップラによる周波数偏移、およびその他の影響を受ける。フォワードリンク信号は、ゲートウェイから衛星に送信される間（すなわちフォワードリンク信号のアップリンク部分で）、まずこれらの影響を受ける。次に衛星から移動ユニットに送信される時（すなわち、フォワードリンク信号のダウンリンク部分で）、同様の影響を受ける。信号がいったん受信されれば、戻り信号またはリバースリンク信号を送信する際にさらに遅延が生じる。移動ユニットから衛星への（すなわち、リバースリンク信号のアップリンク部分で）送信では伝搬遅延とドップラが生じ、また衛星からゲートウェイへの間（すなわち、リバースリンク信号のダウンリンク部分で）でも伝搬遅延とドップラが生じる。
【００５３】
図４は、１つ以上の衛星中継器１１６を採用する通信システム１００で送信される様々な信号を図示している。ゲートウェイ１２０は、衛星中継器１１６を経由して移動ユニット１２４にフォワードリンク信号４１０を送信する。フォワードリンク信号４１０は、ゲートウェイ１２０から衛星中継器１１６へのアップリンク部分４１２と、衛星中継器１１６から移動ユニット１２４へのダウンリンク部分４１４からなっている。移動ユニット１２４はリバースリンク信号４２０を、衛星中継器１１６を経由してゲートウェイ１２０に送信する。リバースリンク信号４２０は、移動ユニット１２４から衛星中継器１１６へのアップリンク部分４２２と、衛星中継器１１６からゲートウェイへのダウンリンク部分４２４からなっている。
【００５４】
図５は、リバースリンク制御ループ５００を示している。リバースリンク制御ループ５００は、通信システム１００に関連するパラメータの制御、好ましくは通信システム１００に送信された信号の電力レベルを制御するのに役立つ。リバースリンク制御ループ５００には、移動ユニット送信機５１０、第１遅延ブロック５２０、リバースパスチャネルプロセス５３０、第２遅延ブロック５４０、ゲートウェイ受信機５５０、および第３遅延ブロック５６０が含まれる。本発明の１実施態様では、移動ユニット送信機５１０には、トランシーバ２００内の電力制御ループ機能、特に、図２で示されている通りの制御プロセッサ２２０とデジタル送信電力制御装置２２８が含まれている。さらに、本発明のこの実施態様に関して、ゲートウェイ受信機５５０には、図３で示されている通りの受信モジュール３２４、制御プロセッサ３２０、および送信モジュール３３４内の電力制御ループ機能が含まれている。
【００５５】
図６は、フォワードリンク制御ループ６００を示している。フォワードリンク制御ループ６００は、通信システム１００で送信された信号に対応するパラメータを制御するのに、また好ましくは、通信システム１００で送信された信号の電力レベルを制御するのに役立つ。フォワードリンク制御ループ６００には、１つのゲートウェイ送信機６１０、第２遅延ブロック５４０、フォワードパスチャネルプロセス６３０、第１遅延ブロック５２０、１つの移動ユニット受信機６５０、そして第３遅延ブロック５６０がある。本発明の１実施態様では、ゲートウェイ送信機６１０には、送信モジュール３３４内の電力制御ループ機能、とりわけ、図３に示されている通りの送信プロセッサ３３０と送信電力制御装置３２８の電力制御ループ機能、および制御プロセッサ３２０の電力制御ループ機能が含まれている。さらに、本発明のこの実施態様に関して、移動ユニット受信機５５０には、トランシーバ２００内の電力制御ループ機能、とりわけ図２で示されている通りの制御プロセッサ２２０の電力制御ループ機能が含まれている。
【００５６】
リバースリンク制御ループ５００の動作は、主として図５を参照し、次に図４に関連して述べる。移動ユニット送信機５１０は、特定の送信電力レベルで信号５１５（図５ではｘｒ（ｔ１）として表示）を出力する。本発明の好ましい実施態様では、信号５１５は、移動ユニット１２４からゲートウェイ１２０へのリバースリンク信号４２０のアップリンク部分４２２に相当する。信号５１５は遅延ブロック５２０を通りτ１の遅延にあう。遅延ブロック５２０に会った結果、信号５１５は信号５２５（図５ではｘｒ（ｔ−τ１）と表示）に変形される。信号５２５は、τ１の時間だけ遅延した信号５１５に相当する。
【００５７】
リバースパスチャネルプロセス５３０が信号５２５を受信する。信号５２５が移動ユニット１２４からゲートウェイ１２０に伝搬される時、リバースパスチャネル５３０は、減衰およびフェーディングなどのその他の影響を表す。言い換えれば、リバースパスチャネルプロセス５３０は、信号５２５が移動ユニット１２４から衛星１１６を経由してゲートウェイ１２０に伝搬されるため、信号５２５が通過する大気／環境の伝達関数を表す。信号５３５（図５ではｙｒ（ｔ−ｔ１）と表示）は、プロセス５３０の結果として生成される。信号５３５は、明らかなように、減衰され、フェーディングされた信号５２５に相当する。
【００５８】
次に、信号５３５は、第２遅延ブロック５４０によって遅延させられる。信号５３５は、第２遅延ブロックを通り、ｔ２の遅れに会う。第２遅延ブロック５４０の結果として、信号５３５は、信号５４５（図５ではｙｒ（ｔ−τ１−τ２）と表示）に変形される。信号５４５は、τ２の時間だけ遅れた信号５３５に対応する。遅延ｔ２は、上で述べたとおりのリバースリンク信号４２０のダウンリンク部分４２４の伝搬遅延を表している。
【００５９】
信号５４５は、移動ユニット１２４が送信したときゲートウェイ１２０が受信する信号を表す。特に、信号５４５は、移動ユニット１２４により送信され、τ１およびτ２だけ遅らされ、プロセス５３０に従って減衰され、フェーディングされた後の信号を表す。
【００６０】
ゲートウェイ受信機５５０は信号５４５を受信し、信号５４５の電力レベルを周知の方法によって求める。先に述べたように、信号５４５の電力レベルは、最低必要電力レベルに適合していることが望ましい。例えば、信号５４５の電力レベルが必要な電力レベルより低い場合、ゲートウェイ受信機５５０は、移動ユニット送信機５１０に信号５１５の送信電力を増やすよう指示する電力制御コマンドを発する。逆に信号５４５の電力レベルが必要な電力レベルより高い場合、ゲートウェイ受信機５５０は、移動ユニット送信機５１０に信号５１５の送信電力レベルを下げるよう指示する電力制御コマンドを発する。
【００６１】
本発明の好ましい実施態様では、ゲートウェイ受信機５５０はシングルビットの電力制御コマンドを発する。言い換えれば、ゲートウェイ受信機５５０は、電力ップコマンドかまたは電力ダウンコマンドを発する。このような電力制御システムの概論が、本発明の譲受人に譲渡され、引用することにより本書に編入される「信機電力制御システムでの制御パラメータのダイナミックモディフィケーションの方法と装置」題された、１９９５年３月７日発行の米国特許第５，３９６，５１６号で開示されている。本発明の好ましい実施態様では、電力ップコマンドは、移動ユニット送信機５１０に、信号５１５の送信電力を定められた値、例えば１ｄＢだけ増やすよう指示する。明らかなように、様々な調整固定値を用いることができる。さらに明らかなように、様々な電力制御調整レベルを提供するであろうビット数の多い電力制御コマンドを実行できる。
【００６２】
さらに、本発明の好ましい実施態様では、ゲートウェイ受信機５５０は、信号５４５の電力レベルが必要な電力レベルより低い場合に、電力アップコマンドを発する。その他の時は何時も、ゲートウェイ受信機５５０は電力ダウンコマンドを発する。信号５４５の受信電力レベルが望ましい電力レベルの特定の範囲内にある場合、ゼロ電力コマンドを提供する付加的な第１のレベルを実行することができる。
【００６３】
本発明の別の実施態様では、電力ップコマンドは、第１の固定値分だけ信号５１５の電力レベルを上げ、電力ダウンコマンドは別の固定値分だけ信号５１５の電力レベルを下げる。ここで第１の固定値は、別の固定値より少ない。この実施態様では、リバースリンク制御ループ５００は、信号５１５の電力レベルを上げるのに比べてより早く信号５１５の電力レベルを下げる。この実施態様は、ＣＤＭＡ通信システムでの信号の電力レベルを下げるのに迅速に応答する。これは、上で述べたように、どれか特定の信号が受ける干渉の量を減らす。
【００６４】
図６のフォワードリンク制御ループ６００は、図５のリバースリンク制御ループ５００と類似の方法で動作する。フォワードリンク制御ループ６００は、電力制御コマンド６５５を送信してから、信号６４５としてその電力制御コマンド６５５への応答を検出するまでの間に類似の伝搬遅延を経験する。とりわけ、フォワードリンク制御ループ６００は、τ１＋τ２＋τ３の伝搬遅延に会う。リバースリンク制御ループ５００に関して先に述べた事柄に基づき、当業者は、フォワードリンク制御ループ６００の動作を理解できるであろう。従って、フォワードリンク制御ループ６００の動作は、これ以上詳細には述べない。
【００６５】
本発明は、独自に使うこともでき、また本発明の譲受人に譲渡され、ここに引用することにより本書に編入される、本書と同時に出願された出願番号（未決、代理人事件整理番号ＱＣＰＡ２３６）の「ループ遅延を用いる予測的パラメータ制御の方法と装置」が示す解決策とともに用いることができる解決策を提供している。とりわけ、本発明の１実施態様は、リバースリンク制御ループ５００から得た測定値を使って、フォワードリンク制御ループ６００に対応するフォワードリンクループ利得を調整する、および／またはフォワードリンク制御ループ６００から得た測定値を使ってリバースリンク制御ループ５００に関連するリバースリンクループ利得を調整する。
【００６６】
先に説明した通り、異なる周波数帯の使用は電力制御とかなり密接な関係を持っている。特に、異なる周波数帯の使用は、例えばフェーディングといった帯域間で密接な相互関係を持つ大気または環境の影響を引き起こす。拡散散乱がマルチパスフェーディングを引き起こす場合、複数の反射のフェージングが、２つの異なる周波数で独立した結果を生み出す。しかし鏡面反射成分（直接的な見通し線成分）における影響は、いくらか相関関係のある結果を持つ傾向となる。言い換えれば、移動ユニット送信機が直接的な見通し線を遮るブロック壁の背後に移動すると、フォワードリンク４１０とリバースリンク４２０に対応する信号、すなわち２つの送信周波数がほぼ同時にブロック壁によって減衰される。しかし、拡散散乱はまだ独立した反射を提供し、全体的な信号を構成する。この現象の主な影響は、直接的な見通し線成分に一般的に関連するゆっくりしたフェーディングプロセスで相関関係を持つフォワードパスチャネルプロセス６３０とリバースパスチャネルプロセス５３０との間に独立性があることである。
【００６７】
従って、移動ユニット送信機５１０と衛星１１６の間の直接的な見通し線に障害物がなければ、フォワードパスチャネルプロセス６３０とリバースパスチャネルプロセス５３０のフェーディングプロセスは、Ｋ係数がかなり高いラシアンになる。直接的な見通し線が、例えば木のような植生によって遮られる場合、直接的な見通し線成分の減衰は、チャネル５３０と６３０の両方で、Ｋ係数の小さいラシアンフェーディングプロセスを誘発する。最後に、直接的な見通し線が固形物によって遮断される場合、フェーディングプロセスは、チャネル５３０と６３０の両方でレイリー現象となる。
【００６８】
図７は、周波数ダイバーシティがあるパラメータ、特に、高い相関関係を持つプロセス間の電力レベルにどのように影響するかを示している。図８は、周波数ダイバーシティが、相関関係の乏しいプロセス間の同一パラメータにどのように影響するかを示している。図７では、急激な変動は、直接的な見通し線成分の減衰と高い相関関係を持つ２つのチャネルプロセス６３０と７３０間の独立にあることが示されている。このチャネルの影響は、チャネルプロセス５３０、６３０に関して、移動体ユーザ１２４が直接的な見通し線を遮るビル建物の背後に移動した場合のチャネルの影響と一致する。フォワードリンク受信電力９１０は、移動ユニット受信機６５０で受信する信号６４５の電力レベルを示す。リバースリンク受信電力９２０は、ゲートウェイ受信機５５０で受信する信号５４５の電力レベルを示す。建物の背後に移動することによる影響は、直接的な見通し線成分と相関関係を持っているため、受信電力９１０，９２０は、影響９３０（例えばフェーディング）により類似の損失を示す。
【００６９】
図８では、このプロセスは、フェーディングプロセス中に異なる特性を明らかにする。これは、比較的小さい形状の構造物の背後に移動した移動体ユーザ１２４と対応付けることができる。当業者は、妨害によって引き起こされる直接的な見通し線成分の減衰量は、物体によって遮られる第１のわずかなフレネルゾーンの量に対応していると認めるであろう。フレネルゾーンの大きさは、送信周波数に反比例する。従って、高周波数では、構造物は第１フレネルゾーンのかなりの部分を遮ることができる。定周波数では、フレネルゾーンのサイズが大きいため、その周波数では同じ構造物はかなりの量を遮ぎることはない。このように、ゲートウェイ受信機５５０と移動ユニット受信機６５０で受信する電力レベルは、図８に示された電力レベルと非常によく類似することがある。特に、フォワードリンク受信電力８２０は、移動ユニット受信機６５０が受信する信号６４５の電力レベルを示す。リバースリンク受信電力８１０は、ゲートウェイ受信機５５０が受信する信号５４５の電力レベルを表す。この場合、チャネルプロセス５３０、６３０の相互関係は強くないため、受信電力８１０、８２０は、影響８３０により類似の損失を示さず、フォーワードリンク制御ループ６００から得た測定値を、リバースリンク制御ループ５００で直接使うこと、またその逆も可能になる。
【００７０】
ただし、本発明は、受信電力８１０、８２０が同一損失を示す程度に基づいていない。むしろ、本発明は、例えばフェーディングのような影響がフォワードリンク４１０に現れたとき、その影響は、リバースリンク４２０でも非常によく似た状態で現れるという事実に基づいている。本発明は、制御ループの１つのプロセス５３０、６３０通して伝搬する信号の状態変化を検出し、他の制御ループに送信される電力レベルを変更するのに使われるループ利得を調整する。もっと詳しく言えば、ゲートウェイ受信機５５０は、リバースリンク制御ループ５００の信号５４５の「伝搬状態」の変化を検出し、その後ゲートウェイ送信機６１０は、フォワードリンク制御ループ６００のゲートウェイ送信機６１０により送信される信号６１５の電力レベルの変更に使われる制御コマンド６６５のステップサイズを調整する。同様に、移動ユニット受信機６５０は、フォワードリンク制御ループ６００で信号６４５の伝搬状態の変化を検出し、その後移動ユニット送信機５１０は、リバースリンク制御ループ５００の移動ユニット送信機５１０が送信する信号５１５の電力レベルを変更するのに使われる制御コマンド５６５のステップサイズを調整する。本発明の好ましい実施態様では、伝搬状態の変化は、以下でさらに詳しく述べる通りの信号の電力レベルの監視によって検出される。
【００７１】
以下では、明確さと簡潔さのために、リバースリンク制御ループ５００のみを引用して説明する。この説明は、フォワードリンク制御ループ６００にも当てはまることは明らかであろう。本発明の１実施態様では、制御コマンド５６５のステップサイズを増やすことは、ループ利得を使うことによって行える。この実施態様では、信号５１５の送信電力レベルを調整するのに制御コマンド５６５を使用する前に、制御コマンド５６５のステップサイズを乗算するのに、ループ利得を使う。例えば、移動ユニット受信機６５０が信号６４５の伝搬状態に変化があることを検出すれば、移動ユニット送信機５１０は予め定められた係数（例えば２）によってループ利得を調整する。その後移動ユニット送信機５１０は調整済みループ利得と制御コマンド５６５を乗算し、それによって制御コマンド５６５の友好ステップサイズを増やす。
【００７２】
図９は、本発明の１実施態様によるフォワードおよびリバースリンク制御ループ６００と５００を示している。特に図９は、移動ユニット状態検出器９１０を介してリバースリンク制御ループ５００内の移動ユニット送信機５１０に結合されたフォワードリンク制御ループ６００内の移動ユニット受信機６５０、およびゲートウェイ状態検出器９３０を介してフォワードリンク制御ループ６００内のゲートウェイ送信機６１０に結合されたリバースリンク制御ループ５００内のゲートウェイ受信機５５０を図解している。
【００７３】
一般に、移動ユニット状態検出器９１０は、移動ユニット受信機６５０が受信した信号６４５の電力測定値９０５を受信する。１つ以上の電力測定値９０５に基づき、移動ユニット状態検出器９１０は、フォワードパスチャネルプロセス６３０が休止状態または作動状態のいずれで動作しているか判定する。この判定に基づき、移動ユニット状態検出器９１０は、移動ユニット送信機５１０が送信する信号５１５の電力レベルの変化量を調整するため制御コマンドに適用されるフォワード制御ループ利得９１５を出力する。
【００７４】
同様に、ゲートウェイ状態検出器９３０は、ゲートウェイ受信機５５０が受信する信号５４５の電力測定値９２５を受信する。１つ以上の電力測定値９２５に基づき、ゲートウェイ状態検出器９３０は、リバースパスチャネルプロセス５３０が、休止状態または作動状態のいずれで動作しているか判定する。この判定に基づき、ゲートウェイ状態検出器９３０は、ゲートウェイ送信機６１０が送信する信号６１５の電力レベルの変化量を調整する制御コマンド６６５に適用されるリバース制御ループ利得９３５を出力する。
【００７５】
リバースパスチャネルプロセス５３０とフォワードパスチャネルプロセスが、休止状態と作動状態の間を同じように変化するという仮定に基づき、本発明の状態検出器９１０、９３０により、制御ループ５００、７００は、状態検出器９１０、９３０なしで動作している制御ループ５００、６００よりも影響８３０（例えばフェーディングなど）に対してかなり早く応答できる。このことについて、以下でさらに詳しく論じる。
【００７６】
先に述べた休止状態と作動状態はまとめて伝搬状態（すなわち信号がプロセス５３０、６３０を経てどのように伝搬していくか）とも呼ばれる。休止伝搬状態は、プロセス５３０、６３０がゲートウェイ１２０と衛星１１８の間、および移動ユニット１２４と衛星１１８の間で直接的な見通し線送信であることを表す状態に相当する。作動伝搬状態は、プロセス５３０、６３０がゲートウェイ１２０と衛星１１８の間、および／または移動ユニット１２４と衛星１１８の間で強力な直接的な見通し線送信成分を持っていない状態に相当する。上で論じた通り、直接的な見通し線成分が減衰されるとき、フェーディングが起きる。これは、受信信号電力レベルに激しい変化をもたらす。本発明はこれを補正する。
【００７７】
ここでは本発明を、図１０と関連付けて論じる。図１０は、移動ユニット状態検出器９１０ならびに移動ユニット受信機６５０と移動ユニット送信機５１０の関連部分についてさらに詳しく図解している。以下の論考は、特にリバース制御ループ５００と移動ユニット状態検出器９１０に向けるが、なおこの論考をフォワード制御ループ５００およびゲートウェイ状態検出器に当てはめる方法も明らかであろう。
【００７８】
移動ユニット受信機６５０には、電力レベル検出器１０１０がある。電力レベル検出器１０１０には、明らかなように移動ユニット受信機６５０が受信した信号６４５の電力レベルを周知の技術により判定できるようにする、移動ユニット受信機６５０の成分（構成要素）が含まれている。電力レベル検出器１０１０は、受信した信号６４５の電力レベルを状態検出器９１０に出力する。
【００７９】
一般に、状態検出器９１０は、リバースパスチャネルプロセス５３０の状態を判定する。本発明の好ましい実施態様では、状態検出器９１０は、リバースパスチャネルプロセス５３０が休止状態（すなわち安定状態）かまたは作動状態（すなわち変化状態）のいずれで動作しているかを判定する。リバースパスチャネルプロセス５３０の状態に基づき、状態検出器９１０は、移動ユニット送信機５１０に利得９１５を出力する。利得９１５は、信号５１５の送信電力を変更するのに使われるループ利得を調整するのに使われる。リバースパスチャネルプロセス５３０が休止状態で動作している場合、状態検出器９１０は利得９１５の利得として１を出力する（すなわち、制御コマンド５６５のステップサイズは、デフォルトレベルまたは予め定められたレベルに留まる）。リバースパスチャネルプロセス５３０が作動状態で動作している場合、状態検出器９１０は、利得９１５に対して利得Ｇを出力する（すなわち、制御コマンド５６５のステップサイズは、係数Ｇだけ増やされる）。本発明の好ましい実施態様では、Ｇは２に設定されている。従って、本発明の好ましい実施態様では、状態検出器９１０は、作動状態で動作している場合、移動ユニット送信機５１０に、係数２だけ制御コマンド５６５のステップサイズを増やすよう指令する。明らかなとおり、例えばステップサイズ、時間遅延、予想電力フェーディングなどのシステムパラメータに基づき、Ｇに他の値を用いることができる。さらに、明らかなとおり、例えば、送信された信号５１５の電力レベルの変化の大きさや他のシステム測定値により、変数Ｇを使うことができる。
【００８０】
移動ユニット送信機５１０は状態検出器９１０から利得９１５を受信し、ゲートウェイ受信機５５０から制御コマンド５６５を受信する。移動ユニット送信機５１０は、利得９１５を制御コマンド５６５に適用し、調整された制御コマンド１０４５を得る。本発明の好ましい実施態様では、移動ユニット送信機５１０は、制御コマンド５６５に利得９１５を乗数１０４０とともに掛け合わせて、調整済制御コマンド１０４５を出す。本発明の他の実施態様は、製品形成ロジックまたは類似のデバイスや技術を使って同じタスクを遂行する。
【００８１】
移動ユニット送信機５１０内の電力レベル調整１０５０が、調整済制御コマンド１０４５を受信する。電力レベル調整１０５０には、移動ユニット送信機５１０が送信された信号５１５の電力レベルを明らかな周知の技術により調整できるようにする、送信電力制御装置３２８のこれらの成分が含まれている。
【００８２】
図１０はさらに、本発明の状態検出器９１０の１つの実施態様を図解している。特に図１０は、状態ダイアグラム１０２０による状態検出器９１０の動作を示している。状態ダイアグラム１０２０には、状態Ｘ０、状態Ｘ１、および状態Ｘ２の３つの状態が含まれている。状態検出器９１０を始動時に状態Ｘ０に初期化する。本発明のこの実施態様では、状態の遷移は、電力レベル測定値９０５（図１０でΔＰと表示）の変化に基づいている。特に、本発明のこの実施態様では、休止状態と作動状態間の遷移は、電力レベル測定値の連続する２回の変化がそれぞれ、予め定められたしきい値（図１０ではＴと表示）を越えるかどうかに基づいて起きる。
【００８３】
状態Ｘ０から始まり、電力レベル測定値９０５の変化が予め定められたしきい値を越えると、状態検出器９１０は状態Ｘ０から状態Ｘ１に遷移する。電力レベル測定値９０５の変化が予め定められたしきい値を越えない場合、状態検出器９１０は状態Ｘ０のままで、予め定められたしきい値を越えるまで、その状態にとどまる。
【００８４】
状態Ｘ１から、電力レベル測定値９０５の変化が予め定められたしきい値を越えると、状態検出器９１０は、状態Ｘ１から状態Ｘ２に遷移する。電力レベル測定値９０５の変化が予め定められたしきい値を越えない場合、状態検出器９１０は状態Ｘ０に戻る。
【００８５】
状態Ｘ２から、電力レベル測定値９０５が予め定められたしきい値を越えつづける限り、状態検出器９０１は、状態Ｘ２にとどまる。電力レベル測定値９０５の変化が予め定められたしきい値を越えない場合、状態検出器９１０は、状態Ｘ２に戻る。
【００８６】
状態検出器９１０が状態Ｘ０または状態Ｘ１にある限り、状態検出器９１０は、利得９１５を利得１として出力する。本発明のこの実施態様によれば、状態Ｘ０と状態Ｘ１は、リバースパスチャネルプロセス５３０が休止状態で動作していることを示す。この場合、制御コマンド５６５のステップサイズは変更されない。
【００８７】
状態検出器９１０が状態Ｘ２にあるとき、状態検出器９１０は、利得９１５をＧとして出力する。本発明のこの実施態様により、状態Ｘ２は、リバースパスチャネルプロセス５３０は作動状態で動作していることを示す。この場合、制御コマンド５６５のステップサイズを、係数Ｇだけ増やす。
【００８８】
図１０は、本発明の１実施態様のある表現を示している。明らかなことながら、同じ実施態様の異なる表現が存在する（すなわち、状態ダイアグラム以外の表現）。例えば、擬似符号は、本発明の類似実施形態の異なる表現を示している：
明らかなことながら、予め定められたしきい値を越える電力レベル測定値９０５の付加的な数の連続的な変化が用いられることがある。例えば、連続して４回の電力レベル測定値９０５がしきい値を越える変化は、休止状態から作動状態への変化を示すのに使われることがあるかもしれない。他の回数であっても、使われることがあるかもしれない。
【００９０】
予め定められるしきい値は、明らかである様々なシステムパラメータに基づいて設定される。これらパラメータには、伝搬遅延、ループ反復速度、コマンドステップサイズ、および予想される電力レベルの変化などがあるが、これらに限定されるわけではない。
【００９１】
ここで、本発明を図１１と図１２のフロー図から説明する。図１１は、制御ループ５００、６００に類似の例としてあげた制御ループの動作を説明するフロー図である。図１２は、状態検出器９１０、９３０に類似の例として上げた状態検出器の動作を説明するフロー図である。
【００９２】
図１１に関し、ステップ１１１０では、第１局が第２局から送信された信号を受信する。第１局が受信した信号は、第２局が第１局に送信した信号で、その信号の電力レベルは、制御されていることが望ましい。ステップ１１２０では、第１局は受信した信号の電力レベルを周知の技術により測定する。ステップ１１３０では、第１局は、第２局が送信する信号の電力レベルを調整するよう第２局に指示する制御コマンドを生成する。先に説明した通り、本発明の好ましい実施態様では、制御コマンドは、電力レベルを予め定められたステップサイズによって調整するよう指示する。当然ながら、他の実施様態は可変ステップサイズを使用できる。
【００９３】
ステップ１１４０では、第１局は制御コマンドを第２局に伝達する。ステップ１１５０では、第２局は受信した制御コマンドにループ利得係数を掛け、送信される信号の電力レベルの調整値を求める。ステップ１１６０では、第２局は送信される信号の電力レベルを、ステップ１１５０で求めた調整値によって調整する。
【００９４】
図１２に関し、ステップ１２１０では、第２局は第１局から送信された信号を受信する。この信号は、図１２に関しては先の説明の信号と異なる。この信号は、第１局から第２局に送信される、その電力レベルを有効に監視できるどのような信号でもよい。この信号は、その電力レベルが制御されることが望ましい信号である必要はない。この信号は、第１局と第２局の間で信号が送信されるプロセスだけを示すことだけが必要である。
【００９５】
ステップ１２２０では、第２局は、第１局から受信した信号の電力レベルを監視する。本発明の１実施態様では、第２局は受信信号の電力レベルを測定する。本発明の別の実施態様では、第２局は信号を１つ以上のしきい値と比較する。本発明の好ましい実施態様では、第２局は受信信号の電力レベルを測定し、信号のその後のサンプル間での電力レベルの変化を求める。当然のことながら、他の実施態様は、受信信号の電力レベルを監視するのに他の技術を用いることができる。
【００９６】
ステップ１２３０では、第２局は受信信号に関連する伝搬状態を監視された電力レベルに基づいて判定する。言い換えれば、第２局は、信号が送信される時のプロセスが上記の通りの休止状態か作動状態のいずれで動作していたかを判定する。
【００９７】
ステップ１２４０では、第２局はステップ１２３０で判定された伝搬状態に基づいてループ利得を調整する。上で論じた通り、伝搬状態が休止状態の場合、ループ利得は１に設定される。伝搬状態が作動状態の場合、１より大きい利得係数に設定される。好ましい実施態様では、利得係数は２に設定される。当然ながら、非整数利得係数を含む他の利得係数を使うことができる。
【００９８】
図１３は本発明の好ましい実施態様に従う、ステップ１２３０の動作をさらに詳しく説明するフロー図である。決定ステップ１３１０では、第２局は、受信信号の電力レベルの変化がしきい値を越えるかどうか、および受信信号の電力レベルの先の変化がしきい値を越えているかどうかを判定する。言い換えれば、第２局は、電力レベルの変化がしきい値を越えることが２回連続して起きているかどうか判定する。特に、第２局は、変化の大きさがしきい値を越えているかどうか（すなわち電力レベルの増加または減少を等しく適用する）を判定する。
【００９９】
ステップ１３２０に示されている、電力レベルの変化が２回連続してしきい値を越えている場合、ループ利得が１以外の利得係数に設定される。ステップ１３３０に示されている、電力レベルの変化が２回連続してしきい値を越えない場合、ループ利得は利得係数１に設定される。
【０１００】
当然のことながら、本発明の適用範囲から外れることなく、ステップ１３２０の動作に様々な修正を加えることができる。チャネルの伝搬状態を推定するどのような技術でも用いることができる。例えば、変化には、最後のＮ個のサンプルの受信電力の平均と最後のＭ個のサンプルの受信電力の平均を比較する必要があるかもしれない。この場合、Ｍ＞Ｎである。したがって、平均信号電力が、しきい値を下回っていたと判定することができる。別の実施態様は、ループ利得の減少に対立するものとしてループ利得の増加を求めるのに異なるアルゴリズム規定することがある。加えて、本発明は、他の情報源や電力レベルの変化を検出するセンサ以外のセンサを含む手段によってプロセスの伝搬状態を判定するための指標を使用することを考えている。
【０１０１】
図１１、１２および１３を、「第１局」と「第２局」の観点から説明する。上記では、第２局での動作として説明したが、当然ながら本発明を第１局または第１局と第２局の両方で同時に使用することができる。その上、本発明をゲートウェイ１２０、移動ユニット１２４、または受信機と共に送信機が配置される他のこのような通信システム構成部品に関して実行することができる。
【０１０２】
先に示したように、本発明により、制御ループ５００、７００は影響８３０（例えばフェーディングなど）に対して、状態検出器９１０、９３０なしで動作している制御ループ５００、６００と比較して、ループ利得の増加に基づいてより早く応答できる。上で論じた通り、制御ループ５００、６００の応答時間は、往復伝搬時間による影響を受ける。言い換えれば、往復伝搬時間は、制御コマンド５５５が、例えばゲートウェイ受信機５５０により送信されてから、その制御コマンド５５５に対する応答（すなわち、信号５４５の電力レベルの変化）がゲートウェイ受信機５５０によって検出されるまでの間の時間である。
【０１０３】
応答がさらに早くなったことに加え、状態検出器９１０、９３０も、実際の電力レベルと望ましい電力レベルの間の誤差が近づく速度に影響を与える。これはスルーレートと呼ばれる。Ｇに設定された利得９１５の場合、スルーレートは利得なしの制御コマンド５６５のＧ倍の速さとなる。従って、例えばＧ＝２の時、スルーレートは、利得なしのスルーレートの２倍の速度になる。適正な利得の決定は、伝播遅延、ループ反復速度、コマンドステップのサイズ、および予想される変化と受信電力レベルの変化率といった要因に左右される。
【０１０４】
フォワードおよびリバースチャネルプロセス５３０、６３０の影響を理解することにより、移動ユニット１２４およびゲートウェイ１２０の前後で信号が経験する変化について同様の判定を行うことができる。従って、電力以外のパラメータを本発明により制御できるはずである。通信システムによっては、同一の、または付加的な制御ループを使って、例えば周波数、符号タイミングなどの通信信号のその他動作パラメータを制御できることがある。上下または前進と抑制といったコマンドを適宜生成でき、それらを使って、該パラメータの変更を実行できる。例えば、移動ユニット１２４の局部発振器の中心周波数のドリフトを押しとどめるため帰還リンク信号の動作周波数を調整するよう、移動ユニット１２４に命ずること、またはドップラ効果を補正するため符号タイミングを変更することなどができる。コマンドを用いて補正を実行できる多くのパラメータやプロセスが知られているが、同時にコマンドを受けたり、上で論じた電力制御コマンドにより伝送遅延を受けたりする。
【０１０５】
衛星をベースとする通信システム１００に関して本発明を説明したが、衛星を採用しないシステムでも本発明を実行できることがある。例えば、地上システムでは、セルサイトと移動ユニット１２４間の伝搬が、電力制御ループ５００のループ反復時間に比べて大きい場合、リミットサイクルと類似の問題が生じる。
【０１０６】
送信機５１０、６１０に一定の量だけ送信電力を増減するよう指示する電力ップコマンドまたは電力ダウンコマンドが受信機５５０、６５０によって発せられるシングルビットシステムに関して本発明を説明した。しかし、電力制御コマンド５５５、６５５が、必要な電力レベル６１０と受信電力レベル５４５の差によって定量化される、別の構成を実行することも当然できるはずである。
【０１０７】
先の好ましい実施態様の説明は、当業者が本発明を利用できるよう提供されている。これら実施態様の様々な変形は、当業者には容易に明らかとなるであろう。また、本書に定義された包括的な原理を、発明力を用いることなく別の実施態様に適用することができる。従って、本発明は本書に示した実施態様に限定されるものではなく、本書で開示した原理と新規特性に一致する広い範囲に認められることとする。
【０１０８】
基準特性を対応的に確認できる下記図面と詳細説明を関連付ければ、本発明の特徴、目的、および長所は、さらに明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明を用いる代表的な無線通信システムを図解する。
【図２】
図２は、移動体ユーザが使用するトランシーバ装置の具体例を図解する。
【図３】
図３は、ゲートウェイで使うための送受信装置の具体例を図解する。
【図４】
図４は、ゲートウェイと移動体ユーザ間のフォワードリンクとリバースリンク伝送を図解する。
【図５】
図５は、リバースリンク制御ループを図解する。
【図６】
図６は、フォワードリンク制御ループを図解する。
【図７】
図７は、フォワードパスプロセスとリバースパスプロセスが相関している時の、フォワードリンクとリバースリンクの受信電力レベルの比較例を図解するプロットである。
【図８】
図８は、フォワードパス名プロセスとリバースパスプロセスが部分的にしか相関していない時の、フォワードリンクとリバースリンクの受信電力レベルの比較例を図解するプロットである。
【図９】
図９は、本発明の１つの実施態様に従う状態検出器を用いるフォワードおよびリバースリンク制御ループを図解する。
【図１０】
図１０は、さらに詳しいリバースリンク制御ループと共に使われる場合の状態検出器を図解する。
【図１１】
図１１は、本発明のループ利得を使用する制御ループ具体例の動作を図解するフローチャート。
【図１２】
図１２は、本発明に従うループ利得の判定を図解するフローチャート。
【図１３】
図１３は、本発明の１実施態様によって伝搬状態の判定をさらに詳しく図解するフローチャート。
Claims (20)
- 第１局、第２局、および第１局と第２局の間の信号を結合する衛星リンクを具備し、各局は信号送信手段と信号受信手段を備える衛星通信システムの電力を制御する方法において、
第２局において、第１局から送信された第１信号を受信し、
第１局において、第２局から送信された第２信号を受信し、
第１局において、前記受信した第２信号の電力レベルを測定し、
第１局において、前記受信した第２信号の前記測定された電力レベルに基いて電力制御コマンドを生成し、
前記電力制御コマンドを第１局から第２局に送信し、
第２局において、前記電力制御コマンドにループ利得を適用し、
第２局において、前記乗算された電力制御コマンドに基いて、第２局から送信された前記第２信号の送信電力レベルを調整し、
第２局において、前記受信した第１信号の電力レベルを監視し、
前記受信した第１信号の前記電力レベルに基いて、前記受信した第１信号の伝搬状態を決定し、
前記第１信号の前記伝搬状態の関数として前記ループ利得係数を調整するステップを含む方法。 - 前記伝搬状態を決定するステップは、前記受信した第１信号がフェーディング中で動作しているか否かを決定するステップを含む請求項１記載の方法。
- 前記伝搬状態を決定するステップは、
連続的な時間において受信した、前記受信した第１信号の複数の前記電力レベル間の電力レベルの変化を決定し、
前記電力レベルの変化としきい値と比較し、
前記電力レベルが前記しきい値を越えるか否かに基いて、前記伝搬状態を決定するステップを含む請求項１記載の方法。 - 前記伝搬状態を決定するステップは、
前記電力レベルの変化が前記しきい値を越えないとき、前記伝搬状態を休止状態として決定し、
前記電力レベルの変化が前記しきい値を越えるとき、前記伝搬状態を作動状態として決定するステップを含む請求項３記載の方法。 - 前記ループ利得係数を調整するステップは、前記伝搬状態が前記作動状態であるとき、前記ループ利得係数を非単位利得係数に設定するステップを含む請求項４記載の方法。
- 前記ループ利得係数を調整するステップは、前記伝搬状態が前記休止状態であるとき、前記ループ利得係数を単位利得係数に設定するステップを含む請求項４記載の方法。
- 前記ループ利得係数を設定するステップは、前記伝搬状態が前記作動状態であるとき、前記ループ利得係数を２に設定するステップを含む請求項５記載の方法。
- 第１局はゲートウェイであり、第２局は移動ユニットである請求項１記載の方法。
- 第１局は移動ユニットであり、第２局はゲートウェイである請求項１記載の方法。
- 通信システムのパラメータを制御する装置において、
制御されるパラメータを有する第１信号を送信する手段と、制御コマンドを受信する手段を含む第２信号を受信する手段とを備えた第１局と、
前記第１信号を受信する手段と、前記第２信号を送信する手段とを備えた第２局と、
前記第２局に配置されて前記第１信号のパラメータを測定する手段と、前記第２局に配置されて前記測定されたパラメータに基いて前記制御コマンドを生成する手段と、前記第１局に配置されて前記制御コマンドとループ利得に基いて前記第１信号のパラメータを調整する手段とを備えた制御ループと、
前記第２局から前記第１局に送信される前記第２信号が通過するプロセスの伝搬状態を決定する手段と、前記伝搬状態に基いて前記ループ利得を調整する手段とを備えた前記第１局に配置された状態検出器とを具備する装置。 - 前記伝搬状態を決定する手段は、前記第２信号に関連するパラメータを監視する手段を含み、前記パラメータは前記第１信号に関して制御されるパラメータと同じ性質である請求項１０記載の装置。
- 前記伝搬状態を決定する手段は、前記第２信号に関連する前記パラメータの変化がしきい値を越えたか否かを決定する手段を含む請求項１１記載の装置。
- 前記伝搬状態を決定する手段は、前記第２信号に関連する前記パラメータの変化の大きさがしきい値を越えたか否かを決定する手段を含む請求項１１記載の装置。
- 前記伝搬状態を決定する手段は、複数の連続的な期間にわたって、前記第２信号に関連する前記パラメータの変化の大きさがしきい値を越えたか否かを決定する手段をさらに含む請求項１３記載の装置。
- 前記伝搬状態を決定する手段は、
前記複数の連続的な期間にわたって、前記変化の大きさが前記しきい値を越えないとき、前記伝搬状態を休止状態として決定する手段と、
前記複数の連続的な期間にわたって、前記変化の大きさが前記しきい値を越えたとき、前記伝搬状態を作動状態として決定する手段とをさらに含む請求項１４記載の装置。 - 前記ループ利得を調整する手段は、
前記伝搬状態が休止状態のとき、前記ループ利得を単位利得係数に調整する手段と、
前記伝搬状態が作動状態のとき、前記ループ利得を非単位利得係数に調整する手段とを含む請求項１５記載の装置。 - 前記非単位利得係数は２である請求項１６記載の装置。
- 制御されるパラメータは前記第１信号の電力レベルである請求項１０記載の装置。
- 前記第１局はゲートウェイであり、前記第２局は移動ユニットである請求項１８記載の装置。
- 前記第１局は移動ユニットであり、前記第２局はゲートウェイである請求項１８記載の装置。
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