JP2005260974A - 無線通信システムにおいて所望のフレーム誤り率を維持するようにアップリンク電力を制御する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信システムにおいて所望のフレーム誤り率を維持するようにアップリンク電力を制御する方法および装置を提供すること。
【解決手段】移動局のパイロット信号の電力レベルを特定のフレーム誤り率に対応する所望の目標に維持するための移動局へのフィードバック用電力制御信号を基地局（３０３）が導出する、各送信フレームにＣＲＣを組み込んだ移動端末（３０１）からの連続的チャネルがない場合、基地局が移動端末から受信したパイロット信号自体を、フレーム形式で構成し、各パイロット・フレームが事前に知られている送信パイロット信号ビット・パターンと比較され、それが誤って受信されているかどうかが判定し、エラー信号が導出される。それは、その送信パイロット信号の電力レベルを増大または低下させるために移動端末にフィードバックされる逓増信号または逓減信号である。
【選択図】図３

Description

本発明は、無線通信に関し、より詳細には、無線通信システムにおけるアップリンク電力の制御に関する。

図１に例示する、音声通信のみをサポートする従来のＣＤＭＡ無線通信システムでは、移動端末１０１は、伝播チャネル１０２を介して基地局受信機１０３にディジタル形式で符号化音声信号およびパイロット信号を送信する。アナログ音声信号は、移動端末１０１によって基本チャネル（ＦＣＨ）１０４上で、各フレームに巡回冗長コード（ＣＲＣ）を組み込んだ固定フレーム形式で符号化され、送信される。パイロット信号は、固定ビット・パターンからなり、パイロット・チャネル（ＰＩＣＨ）１０５上で送信される。ＦＣＨおよびＰＩＣＨは、符号分割多重化（ＣＤＭ）され、異なるウォルシュ符号の使用により直交に保たれる。基地局受信機１０３では、ＦＣＨの検出にパイロット信号が用いられる。また、移動端末１０１では、パイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルと呼ばれるパイロット信号の電力レベルとＦＣＨの電力レベルの間で固定的関係が維持される。受信機では、受信ＣＤＭ信号からＦＣＨおよびパイロット信号が逆多重化された後で、逆多重化パイロット信号にチャネル推定器１０６が作用し、ＦＣＨ検出器／復号器１１０がそれを用いて、当分野で公知の方式でＦＣＨチャネル上を移動端末によって送信されたフレーム形式符号化音声信号を表すフレーム形式ビット・ストリームを導出する。受信フレーム中のＣＲＣを用いて、ＣＲＣ検査器１０７は、受信フレームとその受信フレーム中のＣＲＣを比較し、そのフレームが誤って受け取られているか否か判定する。次いで、モバイル目標Ｅ_ｂ／Ｎ_０セットアップ装置１０８は、その比較に応答して逓増または逓減信号を導出し、それが基地局１０２によってダウンリンク・チャネル１０９上で移動端末１０１に送信される。フレームがそのＣＲＣ検査に合格した場合、基地局１０３は、パイロット信号Ｅ_ｂ／Ｎ_０レベルおよびそれに付随する送信ＦＣＨの電力レベルを低下させるために、移動端末１０１に逓減信号を送信する。これは、その移動端末による、他の移動端末との混信を引き起こしかねないほど高い電力レベルでの連続送信を緩和する。受信フレームがそのＣＲＣ検査に失敗した場合、基地局は、そのパイロット信号Ｅ_ｂ／Ｎ_０レベルおよび、この場合もやはり、送信ＦＣＨの電力レベルを増大させるために移動端末に逓増信号を送信する。これは、移動端末による、基地局が正確に検出するには低すぎる電力レベルでの連続送信を緩和する。

図２に、ＦＣＨフレーム誤り率（ＦＥＲ）と移動端末１０１のパイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルの関係を示す。特定のＦＥＲを達成するためには、移動端末のＥ_ｂ／Ｎ_０レベルは、その特定のＦＥＲと一致するレベルとする必要がある。全体としての所望のＦＥＲ、Ｘを達成するために、

と等しい逓増サイズ、ｓｔｅｐ＿ｕｐが使用され、式中、ｓｔｅｐ＿ｄｏｗｎはＸΔｄＢに等しい。例えば、典型的なＦＥＲ、１０^−２では、ｓｔｅｐ＿ｕｐは９９×ｓｔｅｐ＿ｄｏｗｎに設定される。Δは、通常、０．３から１の間の値である。したがって、１０^−２のＦＥＲを達成するためには、０．００３ｄＢから０．０１ｄＢの間の典型的な逓減サイズが使用され、対応する逓増サイズは約０．３から１．０ｄＢである。

ＣＤＭＡ２０００システムでは、共に移動端末から基地局への送信のために符号分割多重化されるＦＣＨチャネルおよびＰＩＣＨチャネルに加えて、移動端末は、制御データを送信するのに使用される専用制御チャネル（ＤＣＣＨ）、パケット・データを送信するのに使用される補足チャネル（ＳＣＨ）、ダウンリンク受信パイロット強度を指示するのに使用されるチャネル品質指示チャネル（ＣＱＩＣＨ）、およびダウンリンク上の受信データ・パケットが正常に復号化されているかどうか基地局に指示するのに使用される応答チャネル（ＡＣＫＣＨ）も符号分割多重化する。最後の２つのチャネルは、ダウンリンク高速データ伝送をサポートするのに使用され、移動端末がダウンリンク上でデータを受信していないとき、ＡＣＫＣＨはミュートにされる。移動端末によってＳＣＨまたはＤＣＣＨ上でパケット・データが送信されているとき、ＦＣＨは電力を維持するために送信されない。というのは、これをＮＵＬＬ状態に維持すると、移動端末の電力リソースを浪費するからである。したがって、ＦＣＨは、移動端末のパイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルを制御するフィードバック信号をそこから導出するために常に利用可能であるとは限らない。ＳＣＨおよびＤＣＣＨは、ＣＲＣを使用するが、それらの上でデータが送信されているときにだけアクティブであり、したがって、移動端末のパイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルを制御するフィードバック信号を導出するために常に利用可能であるとは限らない不連続チャネルである。ＡＣＫＣＨは、符号化されず、したがってＣＲＣを使用しない。ＣＱＩＣＨは、符号化されるが、ＣＲＣを使用しない。したがって、不連続ＦＣＨ、ならびに不連続ＤＣＣＨおよびＳＣＨを用いると、ＦＣＨ上で所望の全体的フレーム誤り率を達成するために、受信フレームとそれに関連付けられたＣＲＣとの比較に応答して移動端末のパイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルの上げ下げを連続的に調整するための機構を利用することができない。移動端末によって送信されるすべてのチャネル・レベルはパイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルを基準とするため、基地局において基準に基づくＦＣＨでの所望のフレーム誤り率が達成され、その他のチャネルがその対応する適当なレベルに維持されるようにパイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルをセットアップし、維持する機構が求められている。

移動局のパイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルを特定のフレーム誤り率に対応する所望の目標に維持するための移動局へのフィードバック用電力制御信号を基地局がそこから導出し得る、各送信フレーム中にＣＲＣを組み込んだ移動端末からの連続的チャネルがない場合、基地局が移動端末から受信したパイロット信号自体を用いて、フィードバック電力制御信号として働くエラー信号が導出される。本発明の実施形態では、連続して受信されるディジタル・パイロット・ビット・ストリームに対して、固定サイズのフレーム構造が課される。次いで、各パイロット・フレームが事前に知られている送信パイロット信号ビット・パターンと比較され、それが誤って受信されたかどうかが判定される。受信パイロット・フレームとそのパイロット・フレームの期待される既知のビット・パターンとの比較に応答して、エラー信号が導出され、それは、記述する実施形態では、それぞれ、その送信パイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルを増大または低下させるために移動端末にフィードバックされる逓増または逓減信号である。次いで、移動端末は、特定の所望のＦＣＨフレーム誤り率と等価であると判定されているパイロット・フレームでのフレーム誤り率によって決まる逓増ステップ・サイズまたは逓減ステップ・サイズだけ、それぞれ、そのパイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルを増大または低下させる。既知のパイロット信号パターンとの比較に使用されるパイロット・フレームの長さは、移動端末と基地局の間の特定の設置シナリオ（すなわち、チャネル条件、移動端末と基地局の間の距離など）を問わず、その特定のＦＣＨフレーム誤り率およびそれに対応する目標パイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルについて、その同じ目標Ｅ_ｂ／Ｎ_０レベルでのパイロット・フレームのフレーム誤り率が一定の値に留まる長さである。したがって、パイロット・フレームのフレーム誤り率をその一定値に維持することによって、パイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルは、ＦＣＨ上の所望の固定フレーム誤り率に対応する目標レベルに維持される。したがって、移動端末がＦＣＨを送信するときは常に、それは、基地局による受信信号が所望のフレーム誤り率を持つような電力レベルで送信される。さらに、その電力レベルがパイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルに関連して制御されるその他すべてのチャネルは、ＦＣＨが送信されているか否かを問わず、それらが送信されるときには、その適正な電力レベルに連続して維持される。

また、基地局によって、各パイロット・フレームの事前に知られているフレーム・パターンとの比較から導出されたエラー信号は、アップリンク信号品質の尺度としても使用され得る共に、基地局によって、基地局と移動端末の間の通信を継続すべきかそれとも打ち切るべきか決定する際の要因としても使用され得る。
本発明は、以下の非限定的実施形態の説明を、添付の図面を参照して読めば、より良く理解されるであろう。

図３を参照すると、移動端末３０１は、例示的ＣＤＭＡ２０００標準に従って動作する無線通信システム３０４において、伝播チャネル３０２を介して基地局３０３と通信する。本明細書ではＣＤＭＡ２０００標準に従って動作するシステムと共に説明するが、本発明は、例えば、ＵＭＴＳシステムなど、他の任意の種類のＣＤＭＡシステムにも組み込まれ得ることを理解すべきである。移動端末３０１では、個々のチャネル上の複数のビット・ストリームが、基地局３０３への送信のために異なるウォルシュ符号を用いて符号分割多重化される。ＣＤＭＡ２０００システムでは、これらのチャネルには、固定フレーム形式で符号化された音声を伝送する基本チャネルＦＣＨ３１０と、移動端末が送信すべきパケット・データを持つときにパケット・データを伝送する補足チャネルＳＣＨ３１１と、制御データを伝送する専用制御チャネルＤＣＣＨ３１２と、ダウンリンク受信パイロット強度がその上で基地局３０３に送信されるチャネル品質指示チャネルＣＱＩＣＨ３１３と、ダウンリンク上の受信データ・パケットが正常に復号化されているか否かの指示がその上で基地局３０３に送信される応答チャネルＡＣＫＣＨ３１４と、その上で移動端末パイロット信号が送信され、それを用いてＦＣＨ３１０の検出のために基地局３０３に振幅および位相基準が提供されるパイロット・チャネルＰＩＣＨ３１５が含まれる。基地局３０３で符号分割多重化チャネルのそれぞれが分離された後で、個々の検出器および／または復号器は、送信ビット・ストリームのそれぞれを回復する。例えば、ＦＣＨ検出器／復号器３１６は、そのチャネルが送信されているときに送信された符号化音声チャネル・フレーム形式ビット・ストリームを回復する。例えば、ＦＣＨ検出器／復号器３１６は、ＦＣＨチャネルが送信しているときに、送信された符号化音声チャネル・フレーム形式ビット・ストリームを回復する。同様に、ＣＱＩ検出器３１７は、送信されたＣＱＩを回復し、ＡＣＫ検出器３１８は、送信されたＡＣＫを回復する。ＳＣＨ検出器／復号器３１９は、ＳＣＨチャネルがデータ送信に使用されているとき、ＳＣＨチャネル上で送信されたパケット・データを回復し、ＤＣＣＨ検出器３２０は、専用制御チャネル上で送信された信号を回復する。

前述したように、ＦＣＨおよびＳＣＨは、各フレーム内にＣＲＣを持つ順次に受信したフレームのフレームごとの比較から連続したフレーム・エラー信号を導出するのに使用することのできない、不連続チャネルである。したがって、逓増および逓減信号は、このどちらのチャネルからも導出することができず、前述の従来技術でなされるように移動端末のＥ_ｂ／Ｎ_０パイロット・レベルを制御するために移動端末３０１に送信することもできない。そうではなく、本発明の実施形態では、基地局３０３は、代わりに、連続して受信するパイロット信号を監視し、パイロット信号が誤って受け取られているかどうか判定する。次いで、導出されたエラー信号が基地局３０３によって移動端末３０１に送り返され、パイロット信号での所望のＦＥＲを維持するように所定の固定量だけそのＥ_ｂ／Ｎ_０パイロット・レベルを逓増または逓減するよう通知される。そのようなエラー信号を作り出すために、ＰＩＣＨフレーム検出器３２１は、ＰＩＣＨ３１５上で受信する検出ビット・ストリームに、固定の１フレーム当たりビット数からなるフレーム形式を課す。次いで、フレーム検査器３２２は、各フレームのビット・パターンをパイロット信号の既知のビット・パターンと比較する。例えば、ＣＤＭＡ２０００システムでは、送信されたパイロット信号は、連続した「１」からなる。したがって、各パイロット信号フレーム中のビット・パターンを既知の期待されるパイロット・ビット・パターンと比較することによって、エラー信号が作成され得る。次いで、モバイル目標Ｅ_ｂ／Ｎ_０セットアップ装置３２３は、各フレーム比較に応答して逓増または逓減信号を導出し、それが基地局３０３によってダウンリンク・チャネル３２４上で移動端末３０１に送信される。

パイロット・フレームが誤っていると判定された比較ごとに、基地局３０３は移動端末に逓増信号を送信する。移動端末３０３は、それに応答して、そのＥ_ｂ／Ｎ_０レベルを（１−Ｙ）ΔｄＢだけ増大させる。他方、パイロット・フレームが正しいと判定された比較ごとに、基地局は移動端末に逓減信号を送信する。移動端末３０３は、それに応答して、そのＥ_ｂ／Ｎ_０レベルをＹΔｄＢだけ低下させる。

この記述の方法は、移動端末３０１、およびそれと通信している基地局３０３が互いに対して、どのように、どこに位置しているかも問わず、それらがどの種類の伝播チャネル３０２を介して通信しているかも問わず、ＦＣＨフレームでのフレーム誤り率Ｘが達成されるときのＥ_ｂ／Ｎ_０値で、パイロット・フレームでのフレーム誤り率Ｙが常に達成され得る場合に有効である。そのようなＹは、所望の結果をもたらすパイロット・フレーム・サイズを選択することによって見出される。理想的には、そのようなフレーム・サイズは、例えば、すべての設置シナリオでの同じＥ_ｂ／Ｎ_０レベルで、ＦＣＨ上での所望のフレーム誤り率、例えば１０^−２などと同じパイロット・チャネル上でのフレーム誤り率をもたらすフレーム・サイズのはずである。すべての可能なフレーム長での、広範な模擬設備に及ぶシミュレーションによって、そのような結果をもたらすフレーム・サイズは達成不能であることが示された。むしろ、多くのコンピュータ・シミュレーションを通じて、発明者らは、所望のＦＣＨフレーム誤り率に関連付けられた同じＥ_ｂ／Ｎ_０レベルで固定のパイロット・フレーム誤り率をもたらすパイロット信号のフレーム・サイズが、すべての設置シナリオにわたって見出され得るはずであると判断した。

図４および図５に、２つの異なるチャネル・シナリオでのシミュレーションを示す。図４は、付加白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）チャネルを想定し、図５はマルチパス・レイリー・フェージング・チャネルを想定している。図４の曲線４０１は、そのようなＡＷＧＮチャネル上のＦＣＨでのフレーム誤り率対Ｅ_ｂ／Ｎ_０を示すものであり、図５の曲線５０１は、マルチパス・レイリー・フェージング・チャネル上のフレーム誤り率対Ｅ_ｂ／Ｎ_０を示すものである。例示の所望のフレーム誤り率１０^−２では、Ｅ_ｂ／Ｎ_０パイロット・レベルは、移動端末と基地局がＡＷＧＮチャネルを介して通信しているときは約２ｄＢに、移動端末と基地局がマルチパス・レイリー・フェージング・チャネルを介して通信しているときは約５ｄＢに調整される。曲線４０２、４０３、４０４は、ＡＷＧＮチャネル上の、それぞれ、８ビット、１２ビット、２０ビットのパイロット・フレームでの模擬パイロット・フレーム誤り率対Ｅ_ｂ／Ｎ_０を示すものであり、曲線５０２、５０３、５０４は、マルチパス・レイリー・フェージング・チャネル上の、それぞれ、８ビット、１２ビット、２０ビットのパイロット・フレームでの模擬パイロット・フレーム誤り率対Ｅ_ｂ／Ｎ_０を示すものである。図４および図５の各フレーム長ごとにパイロット・フレーム誤り率対Ｅ_ｂ／Ｎ_０を比較することによって、１０^−２のＦＣＨフレーム誤り率では、約１２ビットのパイロット・フレーム長だけが、そのＦＣＨフレーム誤り率に関連付けられたそれぞれのＥ_ｂ／Ｎ_０レベルで、両図において等しいパイロット・フレーム誤り率を生じることが認められる。例えば、１２ビット・フレームでは、０．５×１０^−２のパイロット・フレーム誤り率は、両シナリオでのＦＣＨフレーム誤り率１０^−２と等価である。この同じ結果は、様々な設置シナリオにわたる他のコンピュータ・シミュレーションでも達成される。ゆえに、ＦＣＨ上の所望のフレーム誤り率が１０^−２の場合、１２ビットパイロット・フレームが用いられ、そこから生成されたフレーム誤り信号を用いて、そのパイロット・チャネル上で０．５×１０^−２のフレーム誤り率を生じる値に移動端末のＥ_ｂ／Ｎ_０パイロット・レベルが設定され、維持される。そのようにパイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルを維持することによって、符号化音声信号がその上を送信されるときのＦＣＨのフレーム誤り率は所望の１０^−２に維持され、その電力レベルがパイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルに関連して個々に制御されるＦＣＨ、ＳＣＨおよびその他のチャネルのレベルは、その適正な送信レベルに維持される。

前述の実施形態では、基地局でパイロット信号から導出されるエラー信号を用いて移動端末のＥ_ｂ／Ｎ_０パイロット・レベルが制御されるが、このエラー信号を、基地局が、アップリンク信号品質の尺度として直接用いることもでき、基地局と移動端末の間の通信を継続すべきか、それとも打ち切るべきかの判定に使用される要因とすることもできる。そのエラー信号は、異なる形を取ることができ、フレーム化パイロットと既知のパイロット部分の間の不一致の度合いを指示することができる。

以上、例示的実施形態を参照して具体的な発明を説明してきたが、この説明を限定的な意味で解釈すべきではない。本発明を以上のように記述したが、この説明を参照すれば、当分野の技術者には、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなく、例示的実施形態の様々な改変形態、ならびに本発明の他の実施形態が明らかになるであろう。さらに、本発明は、基地局、基地局制御装置および／または移動交換局など、あるいは本発明が用いられるシステムの種類に応じた他の場所など様々な場所において実施され得る。さらに、前述の発明を実施し、使用するのに必要とされる処理回路は、特定用途向け集積回路、ソフトウェア駆動処理回路、ファームウェア、プログラム可能論理回路、ハードウェア、個別部品、あるいは本開示の恩恵を受ける分野の技術者によって理解されるはずの前述の部品の構成として実施され得る。本明細書で図示し、説明した例示的適用例に厳密に従うことなく、かつ本発明の精神および範囲を逸脱することなく、本発明に対して、上記その他様々な改変、構成および方法を行われ得ることを当分野の技術者は容易に理解するであろう。ゆえに、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲内に含まれるそのような任意の改変形態や実施形態を包含するものであることが企図されている。

ＦＣＨに組み込まれたＣＲＣを用いて、所望のフレーム誤り率を達成するようにパイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルを制御する移動端末へのフィードバック信号が導出される従来技術の無線通信システムを示す図である。 パイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルとフレーム誤り率の関係を示す図である。 フレーム・エラー信号が受信パイロット信号自体から直接導出され、次いで、それを用いて、ＦＣＨ上で所望のフレーム誤り率を達成するようにパイロットＥ_ｂ／Ｎ_０を制御するフィードバック信号が導出される、本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態による、ＦＣＨと異なるフレーム長のパイロット・フレームでのパイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルとフレーム誤り率の関係を示す図である。 本発明の実施形態による、ＦＣＨと異なるフレーム長のパイロット・フレームでのパイロットＥ_ｂ／Ｎ_０レベルとフレーム誤り率の関係を示す図である。

Claims (6)

1. パイロット信号を受信するステップ
   を含む方法であって、
   前記パイロット信号を、前記受信したパイロット信号からのそれぞれ所定の長さの順次的フレームにフレーム化するステップと、
   少なくとも１つのフレームを、前記パイロット信号の知られているパターンと比較するステップと、
   前記比較ステップから、前記パイロット信号の送信を制御するために使用されるエラー信号を作成するステップと
   をさらに含むことを特徴とする方法。
2. 前記エラー信号は、前記比較ステップが、前記少なくとも１つのフレームが前記知られているパイロット・フレーム・パターンと異なることを指示したとき、前記パイロット信号のＥ_ｂ／Ｎ_０電力レベルを増大させるために送信される逓増信号と、前記比較ステップが、前記少なくとも１つのフレームが前記知られているパイロット・フレーム・パターンと同じであることを指示したとき、前記パイロット信号の前記Ｅ_ｂ／Ｎ_０電力レベルを低下させるために送信される逓減信号とを含む請求項１に記載の方法。
3. 前記逓増および逓減信号が、前記パイロット信号のＥ_ｂ／Ｎ_０電力レベルを増大および逓減させて、前記受信パイロット信号の前記順次的フレーム上の所定のフレーム誤り率を維持するために送信される請求項２に記載の方法。
4. 前記パイロット信号がそこから送信されている場所と前記パイロット信号がそこで受信されている場所の間の設置シナリオを問わず、前記フレーム化パイロット信号の前記各フレームの前記所定の長さが、前記受信パイロット信号の前記順次的フレーム上の前記所定のフレーム誤り率が、受信基本チャネルの一定の所定のフレーム誤り率に関連付けられるように選択される請求項３に記載の方法。
5. 前記エラー信号が、前記フレーム化パイロット信号と前記知られているパイロット・パターンの間の不一致の度合いを指示し、アップリンク信号品質の尺度を表す請求項１に記載の方法。
6. 前記エラー信号の大きさを用いて、通信を続行すべきか、それとも打ち切るべきかが判定される請求項５に記載の方法。
   

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