JP2005039511A

JP2005039511A - 高速送信レート時の可変レート通信方法および装置

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Publication number: JP2005039511A
Application number: JP2003274230A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Nakayama; 政彦中山
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2023-07-14
Also published as: JP4186212B2

Abstract

【課題】端末の送信電力限界以上であってもユーザデータの高い送信レートでの送信を可能な限り維持することができる手段を提供する。
【解決手段】送信電力指示部１０３において、基地局から指定される初期送信電力と送信するデータ量から端末の現在の送信電力を演算する。次に、ＤＰＣＣＨ（個別物理制御チャネル）＋ＤＰＤＣＨ（個別物理データチャネル）の送信電力がこの端末が持つMAX power（送信電力限界）以上になっているかどうかを判定し、MAX powerを超えている場合は、ＤＰＣＣＨの送信データフォーマットを変更するか、またはＤＰＣＣＨのpilot情報をBurst的に送信することにより、ＤＰＣＣＨの送信電力を減らし、減らした分の電力をＤＰＤＣＨの送信電力に回す。
【選択図】図１

Description

本発明は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）方式を用いた、携帯電話システム等の移動通信システムにおける送受信装置に関し、特に上り方向の送信装置に関するものである。

ＣＤＭＡ通信方式では、１つの基地局に対して多数の端末が接続されている場合、基地局に到達する複数の端末の通信品質を同じにする（干渉を防ぐ）ことで、１基地局辺りの端末利用数を獲得している。つまり、基地局−端末間では、基地局で、上り通信品質を一定に保つように端末の電力制御を細かく行っている。

また、送信レートと送信電力の関係から、従来、送信データの通信品質を一定に保つために、送信電力を下げて、且つ誤り訂正処理を工夫するなどにより、端末の電力消費を抑えるものや、通信品質を保つ目的で、複数の通信方式の中から最適な通信方式を変更するもの等、様々な技術が提案されている。

例えば特許文献１では、移動局に、移動局と基地局間の距離を求める手段を設け、その距離に応じて前記移動局の送信電力を制御することにより、基地局に到達する複数の移動局からの通信品質を均一化して干渉を防いでいる。

特許文献２では、伝送レートを判定してそれにより、送信電力と畳み込み符号器の拘束長を可変する構成とし、伝送レートが下がった場合には、送信電力を下げる代わりに畳み込み符号器の拘束長を長くすることによって、受信側における誤り訂正利得を上げて送信電力の低下分を補償している。

特許文献３では、断続的な送信情報信号の沈黙時間を検出し、この沈黙時間の間はパイロット信号の送信パワーを低下させることにより送信品質を低下させることなく干渉を低下させて、データ信号通信速度を増加させる技術が記載されている。

特許文献４では、ＣＤＭＡ−ＦＤＤシステム及びＣＤＭＡ−ＴＤＤシステムを含む複数のシステムを有する無線通信システムにおいて、移動局がＣＤＭＡ−ＦＤＤシステム及びＣＤＭＡ−ＴＤＤシステムの内から所望の接続を希望するシステムを選択し、選択したシステムと通信を行うことにより、伝送レートが高い回線を含むシステムにおいて、カバーエリアのエッジで伝送レート（スループット）が低下することを防止している。

特開２０００−２３２６８２号公報特開平１１−１７６５０号公報特開２０００−３１５９７７号公報特開２００１−３４６２６５号公報

従来技術によって電力制御を行う場合、基地局から端末が離れているときの動作としては、通信品質を確保するために、送信電力を上げる方向で、基地局から制御が働くが、端末が送信できる最大送信電力には制限があるので、送信レートを下げて通信品質を保つことになる。つまり、基地局から遠い位置にある端末で、送信電力が高い状態では、マルチコードの追加、送信レートを高くするような変更ができないと言うことになる。

例えば、現在、ＩＭＴ−２０００（International Mobile Telecommunications 2000）で仕様化が進められている、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband-Code Division Multiple Access）がある。この仕様では、端末の装置能力で送信電力の限界(ＭＡＸ)が決められており、さらに、送信データを送るためのフォーマット（ＴＦＣ：Transport Format Combination）の選択によって送信電力比が変動する仕様となっている。これは、ユーザの要求するサービスによって、送信チャンネルの追加や送信レートを変更するためにＴＦＣが変更されることを意味している。

さらに、端末が移動している場合には利用する電波環境が絶えず変化しているため、基地局の受信能力等から指示されるclose loop動作（ＴＰＣ動作：Transmit Power Control）により、送信電力が常に変動を行っている。

特に基地局から端末が離れている場合や電波環境が悪い場合、ＴＰＣ動作により送信電力が高くなっているが、そのような条件下でさらにユーザーからの要求で、送信レートを上ようとすると、端末は送信電力の限界となり、ＤＰＣＣＨ／ＤＰＤＣＨの送信電力比率は同じでも、各物理チャネルの電力は下がってしまうため、端末装置の最大送信可能な（最大送信に張り付いた）電力で送信することになる。

一方、基地局は通信品質を保持させるような動作を行うので、ＴＰＣによる動作で送信電力を持ち上げる方向に制御が働くが、端末の送信できる電力の制限により、これ以上通信品質を改善できない。従って、送信レートを下げて通信品質を保つことになり、基地局から遠く離れた場所では端末は、通信品質を維持するために低レートの送信を選択せざるをえない。

このように従来技術では、設定された通信品質を保つためには端末の送信電力の限界に到達するような送信レートの設定は行わないように、現在の送信レベルを見て、現在の送信データ量を調節（Change of TFC）しているが、これは、利用している送信電力のリソースのなかで、ギリギリまで使い切っていないということになる。

上記の問題点を、図２を用いてさらに説明する。図２において、横軸は基地局と端末の距離を表し、縦軸は端末の送信電力を表している。端末の初期送信電力は、アンテナ端のＤＰＣＣＨの電力で指定されるため、端末のトータルの送信電力はＤＰＣＣＨ＋ＤＰＤＣＨとなり、ＤＰＣＣＨの電力に対してａで示す分だけ持ち上がる。端末と基地局間の距離が大きくなると、一般的に電波は距離の２乗で減衰するのでその分、端末の送信電力は上げる方向で制御される。

端末と基地局間の距離がｂで示す区間に入ると、本来なら、ＤＰＣＣＨ＋ＤＰＤＣＨのトータルの送信電力は点線ｃで示すように加算されるはずであるが、端末の送信電力限界以上となっているため、それ以上送信電力を上げることができず、基地局での受信品質は保てないことになる。

ＣＤＭＡ方式の通信では、送信レートにより拡散率（ＳＦ：spreading factor）が変わる。低レートの場合は、拡散率が高く（ＳＦ＝２５６）、高レートの場合は、拡散率が低くなる（ＳＦ＝４）、つまり、高レートの場合、拡散利得が小さくなるので、その分、送信電力を上げなければならない。

例えば、ＤＰＤＣＨとＤＰＣＣＨの送信レートがそれぞれ、
ＤＰＤＣＨ：送信レート２４０ｋｓｐｓ（k-symbol/sec）
ＤＰＣＣＨ：送信レート１５ｋｓｐｓ
である場合、ＤＰＣＣＨ，ＤＰＤＣＨそれぞれの重み付けβｃ，βｄを、βｃ＝４，βｄ＝１５とすることにより、高レートＤＰＤＣＨにより多くの電力を割り当てることによって、ＤＰＤＣＨ，ＤＰＣＣＨともに同じ通信品質にする。

従って、この場合ＤＰＤＣＨの電力は、をＤＰＣＣＨに対し１１．７８ｄＢ（＝１０×ｌｏｇ（（βｄ＾２＋βｃ＾２）／βｃ＾２））分大きくしなければならず、端末が基地局から離れていて現在の送信電力が高い場合などには、高レートを維持した送信ができなくなるという欠点があった。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、端末の送信電力限界以上であってもユーザデータの高い送信レートでの送信を可能な限り維持することができる手段を提供することにある。

本発明の可変レート通信方法は、ＤＰＤＣＨ（個別物理データチャネル）とＤＰＣＣＨ（個別物理制御チャネル）からなり、これらのチャネルの信号を多重してＣＤＭＡ（符号分割多元接続）方式により端末から基地局へ送信する方法において、基地局への送信に必要な現在の送信電力が、前記端末の装置能力で可能な最大送信出力を超えているとき、ＤＰＣＣＨのシンボルレートを変更する、あるいはＤＰＣＣＨのpilot情報をBurst的に送信して、前記ＤＰＣＣＨと前記ＤＰＤＣＨの電力配分を変更することにより、ユーザデータの高い送信レートの送信を可能な限り維持するように制御することを特徴とする。

即ち本発明は、現在の送信電力とＤＰＤＣＨとＤＰＣＣＨの相対電力比を判断し、ＤＰＣＣＨの送信レートあるいはタイミングを変更することにより、トータルの送信電力を制御する機構を備え、ＤＰＣＣＨの電力制御を細かく設定するアルゴリズムを実装することにより実現される。

つまり、ＤＰＣＣＨとＤＰＤＣＨのトータルの電力が端末の送信電力限界を超える場合には、図２のｄに示すように、ＤＰＣＣＨへの電力配分を減らし、ユーザデータの高い送信レートの送信を可能な限り維持するように制御することを特徴としている。

本発明によれば、例えば、基地局から離れた場合にＤＰＣＣＨのslot formatを変更し、Pilot分のビット数を減らし、他の制御情報ｂｉｔ長を２倍にすることで、ＤＰＣＣＨの実質のレートを下げることにより拡散利得を得ることになるのでその分ＤＰＣＣＨの電力を下げることが出来る（図２のｂ区間中の点線ｄに相当）。このため図２のｂ区間でもＤＰＤＣＨの送信レートを下げずに済む効果が得られる。

また、端末は基地局と一度通信が確立されて送信をしているのですでに同期が取れており、従って端末はＤＰＣＣＨ中のPilot情報を常に送信する必要はないので、ＤＰＣＣＨの送信レートを下げることが可能であり、その分ＤＰＤＣＨ分に送信電力を割り当てることが可能となる。

実施例１，２の場合では、ＤＰＣＣＨのPilot情報が少なくなるので、端末の利用している環境によっては、基地局との同期が外れる場合も予想される。その場合、ＤＰＣＣＨの送信レートをＢｕｒｓｔに送信することにより、基地局で同期補足を定期的に行ない、同期外れを防ぎながら効果を継続することも可能である。

このように本発明では、基地局から遠いところでも、従来に比べて送信レートを継続、あるいは上げることが可能となる（ユーザデータの通信量を可能な限り下げなくて済む）ため、従来に比べて、送信電力が同じでも、高速な送信レートを保てる。

図１は、本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。本実施形態では、現在の送信電力の状態から、ＤＰＣＣＨのシンボルレートを変更することにより、ＤＰＣＣＨへの電力配分を減らす構成となっている。

本実施形態では、送信される送信データが入力される送信信号系列入力端子１０１と、畳み込み符号部１０２、送信電力指示部１０３、データフォーマット生成部１０４、一次変調部１０５、拡散処理部１０６、デジタルデータをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部１０７、送信無線部１０８、送信アンテナ１０９、受信（基地局）側から設定されるＴＰＣ符号系列入力端子１１０からなる。

図３は、本実施形態における送信信号フォーマットを示しており、ＤＰＤＣＨとＤＰＣＣＨはChannelization Codesにより多重化され、トータルの信号として送信される。また、図４は、図１の一次変調部１０５および拡散処理部１０６におけるＤＰＤＣＨとＤＰＣＣＨの処理の概略を示す図である(実際の装置では、ＤＰＤＣＨは複数ある)。

表１は、本実施形態で用いるＤＰＣＣＨのフォーマットにおけるビット数の一例を示しており、本実施形態では、Slot Format #ｉに対して、それよりも送信レートの低いSlot Format #ｉ-A1、Slot Format #ｉ-A2を用意し、ＤＰＣＣＨとＤＰＤＣＨのトータルの電力が端末の送信電力限界を超える場合には、ＤＰＣＣＨを適宜、Slot Format #ｉからSlot Format #ｉ-A1、Slot Format #ｉ-A2に切り換える。

図５は、本実施形態の動作を示すフローチャートである。以下、図１〜図５、及び表１を用いて本実施形態の動作を説明する。

まず、送信データの流れから説明する。送信信号系列入力端子に送信データ系列が入力されると、畳み込み符号化部１０２に伝わる。ここでは、必要なパラメータを上位からもらい、基地局で誤り訂正を行うための畳み込み符合化処理が行われる。符号化処理された送信データは、データフォーマット生成部１０４に送られる。ここで、送信データは、ＤＰＤＣＨ（個別物理データチャネル）に、制御データは、ＤＰＣＣＨ（個別物理制御チャネル）に割り当てられる。

生成されたＤＰＤＣＨとＤＰＣＣＨの信号系列は、次の一次変調部１０５によって、それぞれ拡散率ＳＦに従って生成されるコードＣｄ、Ｃｃ（Channelization Codes）が掛け合わされることにより、拡散率に従って拡散変調された広帯域をもつＣＤＭＡ信号に変換される。このときＤＰＤＣＨとＤＰＣＣＨの信号系列は、重み付けであるβ比で電力調整される。

一次変調部１０５で拡散され、ＩＱ平面にマッピングされたＣＤＭＡ信号に対して、拡散変調部１０６でスクランブリングコードが掛けられる。このスクランブリングは、（１）送信ＣＤＭＡ信号に対して送信データに秘匿性を持たせる、（２）スクランブリングコードにより基地局が端末の固体識別を行う、（３）他端末との直交制の信号を作り出して他端末との間の干渉を無くす、等の目的のために実施される。

拡散変調されたＣＤＭＡ信号は、Ｄ／Ａ変換部１０７に入力され、Ｄ／Ａ変換部１０７でデジタル信号からアナログ信号へ変換される。アナログ信号に変換された信号は送信無線部１０８によって、送信電力の制御を受け、無線帯域（Radio frequency）信号へ変換され、送信アンテナ１０９より送信される。

また、送信電力指示部１０３では、畳み込み符合化部１０２からの送信レート情報と、ＴＰＣ符号系列端子１１０から入力される基地局からの送信電力制御信号を元に、ＤＰＣＣＨ，ＤＰＤＣＨの重み付けを計算し、その結果をデータフォーマット生成部１０４へ重み付け情報βとして通知する。さらに、基地局から通知されるＴＰＣ符号によって現在の送信電力値を上げるかあるいは下げるか判定し、送信電力確定毎に送信無線部１０８内にあるＧＣＡ（Gain Control AMP）を制御する。

次に、図５のフロー図を用いて、電力制御に関する動作を説明する。

まず、送信電力指示部１０３において現在の送信電力を演算する（Ｓ３０１）。基地局から指定される初期送信電力と送信するデータ量から、ＤＰＣＣＨの基準となる送信電力が演算できる。また、ＴＰＣ符号系列端子よりある周期で入力されてくる電力制御情報をもとに、常に現在の送信電力を演算しておく。

次に、ＤＰＣＣＨ＋ＤＰＤＣＨの送信電力がこの端末が持つMAX power(送信電力限界値)以上になっているかどうかを判定する（Ｓ３０２）。ＤＰＤＣＨ＋ＤＰＣＣＨの電力が閾値を超えていなければ（Ｓ３０２、Ｎｏの場合）、通常動作のＴＰＣ制御で動作をする。もし、超えていた場合（Ｓ３０２，Ｙｅｓ）は、送信データフォーマット変更（Ｓ３０３）へ進む。

ここでは、ＤＰＣＣＨのフォーマットをslot format#0から#0-A1へ変更する（表１参照）。Slot formatが変更された場合は、データフォーマット生成部１０４へ通知し、ＤＰＣＣＨのフォーマットの生成を変更する。さらに、ＤＰＤＣＨとＤＰＣＣＨの重み付けが変更されるため一次変調部１０５へ制御値更新を行ない、送信無線部１０８へもまた、ＴＸＡＧＣ制御値も更新を行う。

即ち、Pilotの情報については基地局とは一度同期が取れているため、常時送付する必要がないことから６ビットから２ビットに減らして情報量を削減し、その代わり、TFCI、TPCの情報量はそのままで長さを２倍に引き伸ばして、受信側で積分して受信してもらうようにする。例えば、通常に送信が可能なslot format#0のときのTPCが“０１”の場合、図２のｂ区間に入って、slot format#0から#0-A1へ変更されると、TPCは“００１１”というように２倍に引き伸ばされる。

このため、実質的にＤＰＣＣＨの送信レートが下がったことと同等の効果が生じ、ＤＰＣＣＨの誤り率を改善することができるので、その分ＤＰＣＣＨの送信出力を下げることができ、ＤＰＣＣＨの送信出力の低下分をＤＰＤＣＨの送信出力に廻すようにＤＰＤＣＨ側のβ比を調整して、ＤＰＤＣＨの品質及び高レートを維持するように制御する。

本実施形態によれば、ＤＰＣＣＨ＋ＤＰＤＣＨの送信電力がこの端末が持つMAX power(送信限界値)以上になっているような場合に、ＤＰＣＣＨのシンボルレートを下げる、あるいは同等処理を行うことによるＤＰＣＣＨ送信電力の低下分をＤＰＤＣＨのPowerに廻すことができ、ユーザデータの通信量を可能な限り下げなくて済むため、従来に比べて、送信電力が同じでも高速な送信レートを保つことができる。

図６は、本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。本実施形態では、第１の実施形態に対して、位置検出部３０１を追加したものであり、その他の構成は第１の実施形態と同様である。

本実施形態では、位置検出部３０１において、基地局と端末局との間の距離及び位置関係等の位置情報が求められ、送信電力指示部１０３に通知される。送信電力指示部１０３はこの位置情報を、データフォーマット生成部１０４、一次変調部１０５、送信無線部１０８の制御のための判断基準とする。位置検出部３０１による位置情報の算出は、ＧＰＳ回路等により算出される移動局の位置情報と基地局との位置関係を元に算出する。

位置検出部３０１の機能としては、（ａ）基地局と端末の距離情報、（ｂ）ある特定地域の情報を提供する機能等がある。このある特定地域の情報とは、建物等の影響により電波が届きにくい場所があらかじめ分かっている場合、その情報をＲＯＭ等に記録しておき、端末がその特定地域にいる場合には、ＤＰＣＣＨの送信レートを下げるように制御する。このように、基地局と端末の距離情報あるいはある特定地域の情報により送信データフォーマットを変更するフローとしても同様な効果が得られる。

図７は、本発明の第３の実施形態を示す送信信号フォーマットを示している。第１及び第２の実施形態では、ある送信電力、ある特定地域によってＤＰＣＣＨの送信レートを変更する方法をとっているのに対し、本実施形態では、ＤＰＣＣＨのpilot情報を常に出力するのではなく、Burst的に送信することを特徴としており、ＤＰＣＣＨのburst送信によって、タイミング同期を間欠にして電力分散している。

通常、送信データを送信するときは、あるまとまった時間の単位で畳み込み符号化部１０２にて処理される。ＴＴＩ（Transmission Timing Interval）と呼ばれる。端末は基地局と一度通信が確立されて送信をしているので、同期が取れている。従って端末はＤＰＣＣＨ中のPilot情報を常に送信する必要はない。従って、畳み込み符号化部１０２の処理タイミングにあわせて、ＤＰＣＣＨのPilotを送信するframeと、送信を行なわないframeを繰り返すことにより、ＤＰＣＣＨの送信レートを変更する。

図７のType Aのframeでは通常のslot format＃０（表１参照）を選択する。Type Bのframeでは、ＤＰＣＣＨのpilot情報をなくし、ＤＰＣＣＨの送信レートを下げたslot format#0-A2を選択する。以下ＴＴＩ単位で送信を繰り返す。図７は、ＴＴＩ＝４の場合の実施例である。

本発明の実施形態を示す送信側ブロック構成図である。基地局から離れた場合の送信電力関係を示す図である。本実施形態における送信信号フォーマットを示す図である。図１の一次変調部１０５および拡散処理部１０６におけるＤＰＤＣＨとＤＰＣＣＨの処理の概略を示す図である。本実施形態の動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。ＤＰＣＣＨのpilot情報をburst送信にした場合の説明図である。

符号の説明

１０１送信信号系列入力端子
１０２畳み込み符号化部
１０３送信電力指示部
１０４データフォーマット生成部
１０５一次変調部
１０６拡散変調部
１０７Ｄ／Ａ変換部
１０８送信無線部
１０９アンテナ
１１０ＴＰＣ符号系列入力端子
３０１位置検出部

Claims

ＤＰＤＣＨ（個別物理データチャネル）とＤＰＣＣＨ（個別物理制御チャネル）からなり、これらのチャネルの信号を多重してＣＤＭＡ（符号分割多元接続）方式により端末から基地局への送信する方法において、
基地局への送信に必要な現在の送信電力が、前記端末の装置能力で可能な最大送信出力を超えているとき、前記ＤＰＣＣＨと前記ＤＰＤＣＨの電力配分を変更することによって、ユーザデータの高い送信レートの送信を可能な限り維持するように制御することを特徴とする可変レート通信方法。
前記ＤＰＣＣＨと前記ＤＰＤＣＨの電力配分は、前記ＤＰＣＣＨのシンボルレートを変更することにより変更されることを特徴とする請求項１に記載の可変レート通信方法。
前記ＤＰＣＣＨと前記ＤＰＤＣＨの電力配分は、前記ＤＰＣＣＨのpilot情報をBurst的に送信することにより変更されることを特徴とする請求項１に記載の可変レート通信方法。
ＤＰＤＣＨ（個別物理データチャネル）とＤＰＣＣＨ（個別物理制御チャネル）の信号を多重してＣＤＭＡ（符号分割多元接続）方式により基地局へ送信する機能を有する無線携帯端末において、
基地局への送信に必要な現在の送信電力を演算する送信電力演算手段と、該送信電力演算手段による演算結果が当該端末の装置能力で可能な最大送信出力を超えているとき、前記ＤＰＣＣＨの送信レートを、より低い送信レートに切り替えるＤＰＣＣＨ送信レート変更手段を備えていることを特徴とする無線携帯端末。
前記ＤＰＣＣＨ送信レート変更手段は、前記ＤＰＣＣＨのシンボルレートを変更することにより前記ＤＰＣＣＨの送信レートを変更する手段によって構成されていることを特徴とする請求項４に記載の無線携帯端末。
前記ＤＰＣＣＨ送信レート変更手段は、前記ＤＰＣＣＨのpilot情報をBurst的に送信することにより前記ＤＰＣＣＨの送信レートを変更する手段によって構成されていることを特徴とする請求項４に記載の無線携帯端末。
前記無線携帯端末は該端末の位置を検出する位置検出手段を備えており、前記送信電力演算手段は、前期位置検出手段の情報を元に、前記基地局への送信に必要な現在の送信電力を演算することを特徴とする請求項４〜６に記載の無線携帯端末。