JP2007529133A - 高速パケットデータ伝送の電力制御方法 - Google Patents

高速パケットデータ伝送の電力制御方法 Download PDF

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Abstract

少なくとも第1のチャネルによる伝送に関する第1のスケジュールされたデータ(DATA2、DATA3)を受信する第1の装置(CM_SCHDR)と、第1のチャネルに関して各閉ループ電力制御信号(TCP_CMD)に応答可能な電力制御装置(PWR_CTRL)と、少なくとも第2のチャネルにおける実際の電力レベル(P_H(t))での伝送に関してHSPDAデータ等の第2のデータパケット(DATA1)をスケジューリングするパケットデータスケジューラ(HS_SCHDR)と、第1のスケジュールされたデータ及び第2のスケジュールされたデータを増幅して出力する電力増幅器(POWER_AMP)とを含む送信装置。出力された第1のチャネル及び第2のチャネルが相互に干渉を受ける。尚、電力制御装置の下、少なくとも送信電力レートの変化は、単位時間当たり所定の値に制限される。可能な電力(P_POS(t))は、ある時点において、先行する時点における実際の電力(P_HS(t−1))又は先行する時点において決定された可能な電力(P_POS(t−1))のうちの最大値から所定の値(d)を減算した値として決定される。更に、ある時刻において、許可電力(P_PERM(t))は、先行する時点の実際の電力(P_HS(t−1))に所定の値(d)を加算してなる値又は決定された可能な電力(P_POS(t))のうちの最大値として決定される。最後に、スケジューリングはそれらの範囲内で実行される。

Description

本発明は、通信システム、特にUMTS方式(W CDMA)等の符号分割多元接続(CDMA)方式における電力制御に関する。更に詳細には、本発明は、高速パケットダウンリンクパケットアクセス通信(HSPDA)に関する。
周知のように、広帯域直接拡散CDMA方式において、搬送波を変調するための異なる擬似ランダム2符号系列から信号が構成される。その結果、信号のスペクトルは、多数のチャネルに共通の広い周波数範囲にわたり拡散される。直接拡散符号化のために信号間の直交性が達成され、共通の周波数範囲の信号の個々の復号化が可能になる。
この符号化の原理は多くの利点を有する。例えば直接スペクトル拡散符号化は、マルチパスフェージングによる劣化を実質的に減少させるため、スペクトル資源を効率的に利用できる。
信号が周波数/時間領域において同一空間を占有するため、個々のチャネルの電力制御はCDMA方式の重要な側面となる。
CDMA方式は、アップリンク及びダウンリンク双方に対する電力制御を採用する。電力制御の1つの目的は、信号が各移動局の位置又は伝播損失に関わらず基地局受信機において同一の電力レベルでもって受信されるよう、基地局受信機のセルサイト内で動作する各移動局送信機を制御することである。尚、電力レベルは送信データ速度に比例する。
セルサイト内の全ての移動局送信機がそのように制御される場合、基地局受信機における総信号電力は 公称受信電力 × 移動局数 に等しい。
基地局で受信された各選択信号は狭帯域デジタル情報を搬送する信号に変換されるが、選択されなかった他の信号は広帯域雑音信号を構成する。しかし、復号化処理に従って実行される帯域幅の削減により、信号対雑音比が負の値から許容ビット誤り率での動作を可能にするレベルまで増加される。
セル内で同時に動作できるユーザ数等のシステム全体の容量は、最小の信号対雑音比に依存する。最小の信号対雑音比によって、一定の許容しうるビット誤り率が生じる。
ダウンリンクにおいて、セルは、移動局の要求に応答して移動局に対する各信号のダウンリンク電力を制御することにより電力制御をサポートする。その目的は、マルチパスフェージング及び遮蔽効果による影響又は他のセルの干渉を殆ど受けない相対的にセルサイトに近接する固定の装置に対する電力を減少させることである。それにより、全体の雑音レベルが減少することとなるため、より困難な環境にある移動局が利益を得ることになる。
UMTSと呼ばれることもある第3世代移動通信システムに対する現在の第3世代パートナーシッププロジェクト(3GPP)の仕様は、種々のユーザに対して種々のユーザデータ速度をサポートする。特定のユーザエンティティに対する送信ダウンリンク電力は、実際のセルにおける干渉レベル、一般に用いられるチャネルの品質、ユーザデータ速度及びデータ伝送に対して要求されるサービスの品質により決定される。
UMTS方式において、伝送に使用される基本的な種類の物理チャネルが2つ存在する。それは、専用チャネル及び共通チャネルである。同時に1人のユーザのみが専用チャネルを使用でき、多くのユーザが共通チャネルを共用できる。
通常、特定のユーザエンティティに対するダウンリンク干渉は、他のユーザエンティティ(他の直交チャネルにおける)宛ての相対的に低い電力の信号が届いてしまうことが原因である。干渉は、ソフトハンドオーバに関与する当該基地局又はその他の基地局だけでなく、隣接する基地局から生じることとなる。
送信電力制御(TPC)ループは、専用チャネルに対して使用される。TPCループの目的は、干渉の絶対値が変動しても受信電力と干渉との比が一定に維持されるように、個々のユーザエンティティに対してダウンリンク電力を制御することである。それにより、ユーザへのダウンリンクデータについて所望の伝送品質が達成される。
TPCループは、ユーザエンティティから基地局へ1スロット(1スロットは0.67msに対応する)毎に1度転送されるTPCコマンドを使用する。TPCコマンドは、複数のステップで「電力を増加」又は「電力を低下」させてもよい。各コマンドに対する電力ステップの制御値は、通常1dBである。これは、TPCループが送信電力を1スロットで最大1dB制御できることを意味する。他のソースからの干渉レベル及びチャネル品質の変化のために、基地局から送信された電力は、ある時間にわたり変動する。TPCループを利用することにより、個々の当該ユーザエンティティに対する干渉レベルが相対的に一定となる。
近年、新しいダウンリンクサービスである高速ダウンリンクパケットアクセス(HSDPA)が3GPPにおいて導入された。T.E.Kolding他による「Performance Aspects of WCDMA Systems with High Speed Downlink Packet Access (HSPDA)」において、その動作原理が簡単に説明されている。
HSPDA伝送は、2msの送信時間間隔(3タイムスロット)、QPSK及び16QAM変調等の適応変調符号化(AMC)マルチモード伝送、高速物理層(L1)、ハイブリッド自動要求(H ARQ)を使用する。スケジューラは、無線ネットワーク制御器から基地局セット又はBSSと呼ばれることもある、いわゆるノードBへ転送される。図6において、種々のユーザエンティティUEに対するデータ伝送、アップリンク電力制御及びダウンリンク電力制御を示し、その概要を説明する。
図1は、HSPDAで利用される主なチャネルを示す。
ダウンリンク側において、いくつかの共通データチャネル1、HSPDA伝送を使用する各ユーザに対する専用信号無線ベアラ2、並びにHSPDAデータが臨機応変に割り当てられる制御信号用の共通チャネル3及び多数の共通ユーザデータチャネル4〜5が提供される。
アップリンク側において、特にチャネル品質情報CQI及びHSPDA自動要求信号H ARQのための専用チャネル6、制御情報及びデータの双方を含む各HSPDAユーザに関連付けられたアップリンク専用チャネル7が提供される。
UMTS方式において高速ダウンリンクパケットアクセス(HSDPA)を導入することにより、干渉レベルは徐々に変動しなくなる。HSDPAチャネルがデータ伝送を行なっていない状態から最大データ速度で伝送を行なう状態に変化すると、数dBの大きな瞬時干渉が発生する。他の移動局は、高電力HSPDA伝送の開始時に性能の低下を被ることとなる。この問題は、「フラッシュ効果問題」と呼ばれることが多い。
図2は、典型的なユーザエンティティに対するダウンリンク干渉レベルの一例を示す図である。ユーザエンティティは、あるレベルの熱雑音N_THを被り、隣接するセルのダウンリンクチャネルからの干渉I_ADJも被る。更に、特定のユーザエンティティが存在するセルの他のダウンリンクチャネルからの非HSPDA干渉I_NON_HSPDA_CELLは、干渉レベルに影響を与える。非HSPDA干渉のレベルは、最初の2つのソースと比較して、相当大きなレベルである場合が多い。最後に、未制御のHSPDA伝送からの干渉I_HSPDA_CELLが示される。上述したように、これらの伝送においては、干渉が大きい可能性があり、また急激に変化する可能性もある。
図3において、ノードBにおいて使用されるHSPDA電力に対応する図1のHSPDA伝送を更に示す図である。
図4は、未制御のHSPDA伝送に対する図2に示した干渉寄与分の合計量D_PWRを示す図である。専用チャネルのある実際の電力はA_PWRで示される。TCPが1dB/0.67msの最大変化に対応するため、一般に用いられる信号対干渉レベルS/I_1が、HSDPAが発生した干渉の上昇についての最小検出閾値以下へと減少してしまう可能性がある。
本発明の第1の目的は、パケットのスループットを最適化することで、少なくとも優先される専用チャネルへパケットデータ伝送が干渉となることを回避することである。
この目的は、請求項1記載の送信装置及び請求項7記載の方法により達成されうる。
本発明の別の目的は、送信装置がHSPDA伝送に関連する干渉を回避することである。
この目的は、請求項6により達成されうる。
更なる目的及び利点は、本発明の好適な実施形態の以下の詳細な説明から明らかとなるだろう。
本発明の第1の実施形態によると、フラッシュ効果を防止するため、HSPDA伝送に対して使用されるダウンリンクCDMAチャネルは、電力制御及びスケジュールの対象とされる。
上述したように、専用の非HSPDAチャネルのダウンリンク送信電力は、当該移動局の受信条件に依存する閉ループ(TPC)制御に従って制御される。その制御によると、少なくとも許可された送信電力の増加レートは、所定の単位時間当たり第1の値へと制限される。CDMA方式において、端末は、単位時間当たり1dBのダウンリンク送信電力、すなわち最大で1dB/0.67msで増加又は減少を要求してもよい。
実際のシステムに依存して、別のレートが適切な場合もある。
高速パケットデータ伝送は、TPCループの点に関して制限されないという特性を有する。
HSDPAは、伝送されるべきデータ量及び使用されるべき送信電力をノードB(基地局)が決定するサービスである。伝送されるべきデータ量は、利用可能な送信電力の関数となる。新しいHSDPA送信が3スロット(=2ms)毎に存在する。
ノードBの機能には次のものがある。・エアインタフェース送信/受信 ・変調/復調 ・CDMA物理チャネル符号化 ・マクロダイバーシティ ・エラー処理 ・閉ループ電力制御(TPC)。
RNCの機能には以下のものがある。 ・無線リソース制御 ・許可制御 ・チャネル割当 ・電力制御設定 ・ハンドオーバ制御 ・マクロダイバーシティ ・暗号化 ・セグメント化/再アセンブリ ・ブロードキャスト信号 ・開ループ電力制御。
図5において、本発明による送信装置BSSの実施形態の一例が示される。送信装置は、多数の専用チャネル装置D_UNIT、多数の対応する電力制御装置PWR_CTRL、加算段SUM、共通チャネル装置C_UNITを含む。共通チャネルデータDATA2(図1のチャネル1を参照)及び専用チャネルデータDATA3(図1のチャネル2を参照)は、加算段SUMにおいて加算され、電力増幅器段POWER_AMPに対して出力部P_OUTでDATA23として出力される。
本発明の一実施形態によると、共通装置C_UNIT及び専用装置D_UNITは、スケジュールされたデータDATA2及びDATA3をそれぞれ受信する。スケジュールされたデータDATA2及びDATA3は、他の標準的な装置又はノード(不図示)によりスケジュールされたものである。また、物理層チャネル符号化も実行される。実際のスケジューリングは、装置C_UNIT及びD_UNITにおいて実行されてもよい。
各専用チャネルに対する各電力制御装置PWR_CTRLは、各閉ループ電力制御信号TCP_CMDに対して応答可能であり、各電力制御装置の下、少なくとも送信電力レートの変化は、単位時間当たり所定の値に制限される。
電力増幅器POWER AMPは、第1のスケジュールされたデータ及び第2のスケジュールされたデータを増幅して出力する。従って、出力された第1のチャネル及び第2のチャネルは、相互に干渉を受けることになる。
各電力制御装置は、個々のユーザエンティティからの閉ループ電力要求コマンド(TCP_CMD)に対して応答可能である。
加算段SUMは、信号DATA23の出力電力の電力レベルを示す信号P_DATA23を報告する。信号P_DATA23は、残電力決定段DET_REMに提供される。
出力電力P_OUTは、規制上のレベルにより制限されるか、又は少なくとも電力増幅器の物理的な制限により制限される可能性がある。そのため、全伝送に対して利用可能な有限となる電力レベルのバジェットP_OUTMAXが存在する。音声及び制御信号に対応する機能があるため、専用チャネル及び共通チャネル、DATA2及びDATA3の優先度は相対的に高い。そのため、信号P_REMは、P_OUTMAX P_DATA23と定義される。これは、共通チャネル及び専用チャネルのスケジューリング及び電力割当の後に利用可能である残電力を示している。この信号は、残電力決定段DET_REMから提供され、HSPDAスケジューラHS_SCHDRに配信される。
HSPDAスケジューラは、本発明により提供されるルーチンに従って、HSPDAデータDATA1を符号化し、スケジュールする。これにより、合計電力レベルがP_HとなるチャネルHS_PDSCH及びHS_SCCHへとHSPDAデータDATA1がスケジュールされる。
図7は、HSPDAスケジューラを示す図である。上述したように、スケジューリングインスタンス(時点)tにおける実際の電力レベルP_H(t)は、HSPDA信号の送信電力に関連する。先行する時点における実際の電力レベルの値P_H(t−1)が取得されて格納される。
更に、スケジューラは、利用可能な電力レベルP_AVBL(t)を算出する。
図示された実施形態によると、チャネル符号化に対して利用可能な符号は、チャネル品質Qと共に外部ソースから提供されてもよい。
ある時点において利用可能なHSPDAデータDATA1の量、利用可能な符号及びHSPDA伝送に対して指示された品質レベルに基づいて、スケジューラHS_SCHDRは、現在のスケジューリング時点においてHSPDA伝送に対する所望の電力を決定する。
図8を参照して、この決定に対する本発明によるルーチンを以下で更に詳細に説明する。
高速パケットデータの各スケジューリング区間に対して、送信装置BSSは、パケットデータスケジューラHS_SCHDRを動作させ、以下のステップを実行する。
1 各スケジューリング区間ごとに
2 専用装置及び共通装置は、共通チャネル及び専用チャネルに関連して、第1のスケジュールされたデータDATA2、DATA3を受信する。
3 送信装置は、装置DET_REMにより残電力P_REM(t)を決定する。
4 可能な電力P_POS(t)で示される測定値は、先行する時点における実際の電力(P_HS(t−1))又は先行する時点において決定された可能な電力(P_POS(t−1))のうち、最大値から所定の値(d)を減算して決定される。すなわち、P_POS(t) := MAX[P_H(t-1), P_POS(t-1)] - dである。
5 許可電力P_PERM(t)で示される測定値は、ある時点において、先行する時点の実際の電力(P_HS(t−1))に所定の値(d)を加算した値又は決定された可能な電力(P_POS(t))のうちの最大値として決定される。すなわち、P_PERM(t) := MAX[P_H(t-1) + d, P_POS(t)]である。
6 利用可能な電力(P_AVBL(t))は、許可電力又は残電力(P_REM(t))のうちの最小値として決定される。すなわち、P_AVBL(t) := MIN[P_PERM(t), P_REM(t)]である。
7 最後に、スケジューラは、出力電力P_H(t)が、決定された利用可能な電力P_AVBL(t)以下となるように、利用可能な符号及びチャネル品質に従い、一般に用いられる到着してきた高速データの量に依存して高速パケットデータをスケジュールする。
HSPDA伝送が開始された場合、P_H(t−1)=0及びP_POS(t−1)=0である。UMTS方式において、TPCステップが1dBに設定される場合、値dは約3dBの値に選択される。各スケジューリング時点は、TTI=2msの期間を有する。
尚、残電力を決定するステップは、ステップ6の前に随時行なわれる。
本発明の上述した実施形態によると、専用チャネルに対するTPCループが電力の上昇に対処できるように、HSDPAチャネルに対して使用された電力が徐々に増加していくことにより、2つの連続するHSDPA送信信号間の電力差が制限される。2つのHSDPA送信信号に使用された送信電力の増加を規制することにより、干渉の増加が制限される。従って、専用チャネルの伝送は影響を受けない状態になる。更に、TPC限定の専用チャネルの下降状態から利益を得るように、HSPDAの送信電力は、先行するHSPDA送信信号を送信した後の区間で制御され、それによりHSPDAのスループットが向上する。
図8に示される本発明の別の実施形態によると、高速パケットデータDATA1の各スケジューリング区間に対して、送信装置BSSは、ステップ1〜5に従って高速パケットデータスケジューリングを実行し、利用可能な電力の代わりに許可電力P_PERM(t)内となるように実際の電力P_H(t)を制御する。
本発明の機能性及び効果について、図9〜13を参照して説明する。これらの図は、図8に示されるような制御方法を利用する到着してきたパケットデータDATA1のある仮想的な一例にすぎない。
スケジューリング時点t=Aにおいて、HSPDAのパケットデータが完全に一定の電力レベルH(t)で、ある時間にわたり伝送され、専用チャネルがP_H(t)で示されるHSPDAレベルと均衡がとれた状態であると考えられる。
図9において、可能な電力P_POS(t)がステップ4に従って計算される。
図10において、先行するスケジューリング時点において使用された電力レベルP_H(t−1)に定数dが加算されたものが示されている。
従って、ステップ5で定義されるP_Permは、図10のP_H(t−1)+d及び図9のP_POS(t)のうちの最大値であることが、図から分かるであろう。P_PERM(t)が図11に示されている。
図12において、P_REM(t)及びP_PERM(t)が示されている。図13は、ステップ6で定義されるP_AVBL(t)を示す。
各スケジューリング区間に対して、スケジューラは、十分なHSPDAデータがすぐに使用可能であるかによって、P_AVBL(t)により定義された電力レベル以下の電力レベルでデータをスケジュールする。
図14において、ある入力データに対する別の例が示される。図14において、使用されるHSPDA電力P_H(t)及び可能な電力P_POS(t)は、上述された方法が適用されたものであり、ある時間にわたり示されている。
図示されているように、測定値P_POSは、専用チャネルの電力ループが増加量に合致するような低い電力の立ち上がり期をHSPDA伝送が有するということに対応する。測定値P_POSは、HSPDAトラフィックの割込み後に相対的に高いレベルのHSPDA電力が使用されることも示されている。
図1は、HSPDAにおいて利用される主なチャネルを示す図である。 図2は、ユーザエンティティに対するダウンリンク干渉レベルの一例を示すグラフである。 図3は、使用されるHSPDA電力に対応する図1のHSPDA伝送を更に示すグラフである。 図4は、未制御HSPDA伝送に対する図2の干渉の影響を開示するグラフである。 図5は、本発明による送信装置の実施形態の一例を開示する図である。 図6は、移動通信システムを示す図である。 図7は、本発明の好適な実施形態によるパケットデータスケジューラを開示する図である。 図8は、本発明による好適なルーチンを示すフローチャートである。 図9〜図13は、入力パケットデータのある仮想上の例に対する本発明の機能性及び効果を示すグラフである。 図14は、ある入力データに対する本発明の別の例及び効果を示すグラフである。

Claims (7)

  1. 送信装置であって、
    少なくとも第1のチャネルにおいて伝送するためにスケジュールされた第1のデータ(DATA2、DATA3)を受信する第1の装置(CM_SCHDR)と、
    前記第1のチャネルに関して各閉ループ電力制御信号(TCP_CMD)の下で、少なくとも送信電力の変化レートが単位時間あたり所定値以下に制限されるよう該閉ループ電力制御信号に応じて動作する電力制御装置(PWR_CTRL)と、
    少なくとも第2のチャネルにおいて、電力レベル(P_H(t))で実際に伝送されるよう第2のデータ(DATA1)をスケジュールするパケットデータスケジューラ(HS_SCHDR)と、
    スケジュールされた前記第1のデータ及び前記第2のデータを増幅して出力する電力増幅器(POWER_AMP)と
    を含み、
    スケジュールされた前記第1のデータ及び前記第2のデータは、前記第1のチャネルおよび前記第2のチャネルとして出力された後で相互に干渉を与え合うことになるものであり、
    前記送信装置(BSS)は、
    高速パケットデータの各スケジュール区間ごとに、
    スケジュールされた前記第1のデータ(DATA2、DATA3)を受信し、
    所与の時点において、先行する時点における実際の電力(P_HS(t−1))と前記先行する時点において決定された可能な電力(P_POS(t−1))とのうちの最大値から所定の値(d)を減算して得られた値を今回の可能な電力(P_POS(t))として決定し、
    所与の時点において、先行する時点における前記実際の電力(P_HS(t−1))に前記所定の値(d)を加算してなる値と、決定された前記可能な電力(P_POS(t))とのうちの最大値を許可電力(P_PERM(t))として決定する
    よう前記パケットデータスケジューラを動作させることを特徴とする送信装置。
  2. 高速パケットデータの各スケジュール区間ごとに、
    送信対象となっている前記第2のデータ(DATA1)に依存して、前記第2のデータ(DATA1)の電力レベルが前記許可電力(P_PERM(t))以下となるようにスケジュールするよう
    前記パケットデータスケジューラを動作させることを特徴とする請求項1に記載の送信装置。
  3. 高速パケットデータの各スケジュール区間ごとに、
    トータルでの電力バジェットのうち、共通チャネルと専用チャネルとについてスケジュールが終わった後で高速パケットデータ伝送用に残っている残電力(P_AVBL(t))を決定し、
    前記許可電力と前記残電力とのうちの最小値を利用可能電力(P_AVBL(t))として決定し、
    前記トータルでの電力バジェットのうち、前記共通チャネルと前記専用チャネルとについてスケジュールが終わった後で前記高速パケットデータ伝送用に残っている残電力(P_AVBL(t))を決定する
    よう前記パケットデータスケジューラを動作させることを特徴とする請求項1に記載の送信装置。
  4. 高速パケットデータの各スケジュール区間ごとに、
    送信対象となっている前記第2のデータ(DATA1)に依存して、前記第2のデータ(DATA1)の電力レベルが前記利用可能電力(P_AVBL(t))以下となるようにスケジュールする
    よう前記パケットデータスケジューラを動作させることを特徴とする請求項3に記載の送信装置。
  5. 前記前記第1のチャネルと前記第2のチャネルとが符号分割多元接続(CDMA)の符号処理を用いて符号化されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載された送信装置。
  6. 前記第2のデータ(DATA1)は、高速データレートパケット(HSDPA)であることを特徴とする請求項5に記載された送信装置。
  7. 相互にチャネルが干渉を与え合う状況下でデータパケットをスケジュールしてユーザエンティティへ送信する方法であって、
    少なくとも第1のチャネルに関してスケジュールされた第1のデータ(DATA2、DATA3)を受信するステップと、
    所与の時点において、先行する時点における実際の電力(P_HS(t−1))と前記先行する時点において決定された可能な電力(P_POS(t−1))とのうちの最大値から所定の値(d)を減算して得られた値を今回の可能な電力(P_POS(t))として決定するステップと、
    所与の時点において、先行する時点における前記実際の電力(P_HS(t−1))に前記所定の値(d)を加算してなる値と、決定された前記可能な電力(P_POS(t))とのうちの最大値を許可電力(P_PERM(t))として決定するステップと、
    実際の電力(P_HS(t))が少なくとも前記許可電力(P_PERM(t))以下に維持されるよう、少なくとも第2のチャネルにおいてパケットデータをスケジュールして送信するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
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