JP2010516184A - 上りリンクの電力制御 - Google Patents

Abstract

一実施形態では、ユーザ装置の上りリンクの送信電力は第１のパスロス及び第２のパスロスに基づいて決定される（Ｓ９０）。第１のパスロスはサービング局とユーザ装置との間のパスロスであり、サービング局はユーザ装置の通信要求を満たす。第２のパスロスは隣接局とユーザ装置との間のパスロスであり、隣接局はサービング局に隣接している。

Description

本発明の例示的諸実施形態は、概略として無線通信ネットワークにおける上りインクの電力制御に関する。

セルラー通信ネットワークは一般に、無線接続又は有線接続で結合され、様々なタイプの通信チャネルを介してアクセスされる種々の通信ノードを含んでいる。通信ノードのそれぞれは通信チャネルを介して送受信されるデータを処理するプロトコルスタックを含んでいる。通信システムのタイプによって、種々の通信ノードの動作及び構成は異なる可能性があり、異なる名称で呼ばれることが多い。このような通信システムには、例えばＣＤＭＡ２０００（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ２０００）システム、及びＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）がある。

ＵＭＴＳは一連のプロトコル標準を記述する無線データ通信及び電話通信の標準である。ＵＭＴＳは基地局（ＢＳ）即ちノードＢと移動機即ちユーザ装置（ＵＥ）との間の音声及びデータの伝送に関するプロトコル標準を示す。ＵＭＴＳシステムは一般に複数の無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）を含む。ＵＭＴＳネットワークの中のＲＮＣはＧＳＭ／ＧＰＲＳネットワークの中の基地局制御装置（ＢＳＣ）の機能に相当する機能を提供する。しかし、ＲＮＣは、例えば移動交換局（ＭＳＣ）及びサービングＧＰＲＳ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ）の支援ノード（Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｎｏｄｅ）（ＳＧＳＮ）を含まずにハンドオーバを自律的に管理するなど、さらなる能力を有することができる。ノードＢはエアインタフェースの処理及びいくつかの無線リソース管理機能を担っている。ＵＭＴＳネットワークの中のノードＢはＧＳＭ／ＧＰＲＳネットワークの中の無線基地局（Ｂａｓｅ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ）（ＢＴＳ）に相当する機能を提供する。ノードＢは、一般に既存のＧＳＭの無線基地局（ＢＴＳ）と物理的に同一場所に配置されて、ＵＭＴＳの実装コストを削減し、計画同意の制約事項を最小限に抑える。

図１にＵＭＴＳプロトコルにより動作している従来の通信システム１００を示す。図１を参照すると、通信システム１００はノードＢ１２０、１２２、及び１２４などいくつかのノードＢを含むことができ、それぞれがそれぞれのカバレッジエリアの中でＵＥ１０５及び１１０などのＵＥの通信要求を満たしている。ノードＢはセルと呼ばれるカバレッジエリアをサービスすることができ、セルはいくつかのセクタに分割することができる。説明を簡単にするために、セルという用語はノードＢがサービスするカバレッジエリア全体、或いはノードＢの単一セクタを指すものとする。ノードＢからＵＥへの通信は下りリンク又はダウンリンクと呼ぶ。ＵＥからノードＢへの通信は上りリンク又はアップリンクと呼ぶ。

ノードＢはＲＮＣ１３０及び１３２などのＲＮＣに接続されており、ＲＮＣはＭＳＣ／ＳＧＳＮ１４０に接続されている。ＲＮＣは、例えば上述のようにＭＳＣ及びＳＧＳＮを含まずに自動的にハンドオーバを管理するなど、一定の呼及びデータの処理機能を扱う。ＭＳＣ／ＳＧＳＮ１４０は、呼及び／又はデータをネットワーク内の他の要素（例えばＲＮＣ１３０／１３２及びノードＢ１２０／１２２／１２４）に、或いは外部ネットワークにルーティングする処理をする。さらに図１には、これらの要素間に従来のインタフェースＵｕ、Ｉｕｂ、Ｉｕｒ、及びＩｕが示されている。

３ＧＰＰ ＬＴＥ標準の上りリンクにおいて移動機即ちＵＥの送信電力を制御するために、フラクショナル（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ）電力制御方式が提案されている。この開ループのフラクション電力制御技術は、パスロス（シャドウイングを含む）の一部を補償することができるようにＵＥの送信電力スペクトル密度を設定することを提案する。即ち、ＵＥの送信電力スペクトル密度ＴｘＰＳＤ＿ｄＢｍは、次のように定めることができる：
ＴｘＰＳＤ＿ｄＢｍ＝ｍｉｎ（Ｍａｘ＿ＴｘＰＳＤ＿ｄＢｍ，Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＩＮＲ＿ｄＢ＋ＰａｔｈＬｏｓｓ＿ｄＢ＋ＵＬ＿Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ＿ｄＢｍ） （１）
但し、
Ｍａｘ＿ＴｘＰＳＤ＿ｄＢｍは、最大ＵＥ送信電力スペクトル密度（ｔｏｎｅあたりの電力）であり、これはＵＥの電力クラス及び割り当てられた伝送帯域幅の関数であり（例えば２１ｄＢｍのＵＥの電力クラスを割り当てられた１２のサブキャリアの単一リソースユニットは、ｔｏｎｅあたり最大の伝送電力、１０．２１ｄＢｍを有することになる）、
ＵＬ＿Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ＿ｄＢｍは、ＵＥにサービスしているノードＢによって測定されたリンク即ちアップリンクの干渉であり（一般的にノードＢはこれを、全受信エネルギー−ノードＢがサービスしているＵＥから受信したエネルギー、と定める）、例えば制御チャネルを介してＵＥに報告され、
ＰａｔｈＬｏｓｓ＿ｄＢは、ノードＢとＵＥとの間のパスロスであり、
Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＩＮＲ＿ｄＢは、ｔｏｎｅあたりの各アンテナの目標の信号対雑音比（ＳＩＮＲ）である。文字通り利用可能であるフラクショナル電力制御方式は、目標ＳＩＮＲを次のようにサービングセルに対するパスロスの関数となるように設定する：
Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＩＮＲ＿ｄＢ＝Ａ＋（Ｂ−１）＊（ＰａｔｈＬｏｓｓ＿ｄＢ） （２）
但し、Ａ及びＢは設計パラメータである。（１）中のＭａｘ＿ＴｘＰＳＤ＿ｄＢｍの限界を無視すると、ＵＥの送信電力スペクトル密度は次のように与えられる：
ＴｘＰＳＤ＿ｄＢｍ＝Ａ＋Ｂ＊ＰａｔｈＬｏｓｓ＿ｄＢ＋ＵＬ＿Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ＿ｄＢｍ （３）
Ｂ＝０の場合、パスロスの補償はなく、全てのＵＥが同じ送信電力スペクトル密度（最大可能電力）で送信し、その結果干渉レベルが高くなり、セル端のパフォーマンスが落ちるということに注目されたい。Ｂ＝１の場合、これはパスロスが完全に補償され、全てのＵＥが同じＳＩＮＲで受信される従来のスロー電力制御である。この結果、スペクトル効率が落ちる。０＜Ｂ＜１と設定することにより、パスロスの一部だけが補償され、スペクトル効率及びセル端のパフォーマンスのバランスを保つ際の柔軟性をもたらす。

上記の開ループのフラクショナル電力制御に伴う少なくとも１つの問題は、この電力制御はＵＥが隣接セル／セクタに発生させる干渉の量を直接考慮に入れないということである。本発明の少なくとも１つの実施形態は、ＵＥの送信電力スペクトル密度を決定する際に、ＵＥが隣接セル／セクタに発生させる干渉のレベルを使用する。従って、干渉分布の分散をより小さくすること、スループットをより高くすること、及び／又はその他を実現することが利点に含まれる。

一実施形態では、第１のパスロス及び第２のパスロスに基づいて、ユーザ装置の上りリンクの送信電力が決定される。第１のパスロスはサービング局とユーザ装置との間のパスロスであり、サービング局はユーザ装置の通信要求を満たす。第２のパスロスは隣接局とユーザ装置との間のパスロスであり、隣接局はサービング局に隣接している。

別の実施形態では、ユーザ装置がサービング局からの受信ダウンリンク電力を測定する。サービング局はユーザ装置の通信要求を満たす。ユーザ装置はまた、隣接局からの受信ダウンリンク電力も測定する。隣接局はサービング局に隣接している。ユーザ装置は測定したサービング局からの受信ダウンリンク電力及び測定した隣接局からの受信ダウンリンク電力に基づいて上りリンクの送信電力を決定する。

以下に提供する詳細な説明、及び単に実例として示す添付の図面から、本発明はさらに十分に理解されるようになるであろう。図面では同じ参照符号が様々な図面の中で対応する部分を表している。

ＵＭＴＳプロトコルにより動作している従来の通信システム１００を示す図である。 ＵＥが隣接セル内で干渉を引き起こす可能性がある例を示す図である。 切片パラメータ及び公平性パラメータの第１及び第２の例示的な組について、目標ＳＩＮＲ対パスロスのグラフである。 本発明の一実施形態により送信電力スペクトル密度を決定する際にＵＥによって行われる処理の流れ図である。 以下に示す表１に記載されている想定について電力制御方式のパフォーマンスをセル端のレート（５％のＣＤＦのユーザスループットと定義する）対平均セルスループットとして表す図である。

図１に示すＵＭＴＳシステムに関して、本発明の例示的諸実施形態を説明する。しかし、本発明はこのシステム即ちＵＭＴＳシステムに限定されないことを理解されたい。

上述のように、開ループのフラクショナル電力に伴う１つの問題は、これはＵＥが隣接セル／セクタに発生させる干渉の量を直接考慮に入れないことである。例えば図２は、ＵＥが隣接セル／セクタ（以後まとめてセルと呼ぶ）内に干渉を引き起こす可能性がある一例を示している。図２では、ＵＥ Ｔ１はノードＢ１によってサービスされ、ノードＢ２に干渉を発生させる。しかし、ＵＥ Ｔ１がノードＢ２に強いシャドウフェードを有する場合は、ＵＥ Ｔ１がノードＢ２に小さいシャドウフェードを有する場合と比べるとより高い送信電力スペクトル密度で送信することを許可されるべきである。別の例は、ノードＢ２の方がかなり大きいセル半径を有する均一でない配置の場合であり、この場合はＵＥ Ｔ１は、より高い電力レベルで送信することを許可されるべきである。

一実施形態によれば、開ループのフラクショナル電力制御方法は次のように修正することができる：目標ＳＩＮＲを、サービングセル／サービングノードＢと最も強い隣接セル／隣接ノードＢとの間のパスロス差に応じて設定することができる。例えば、一実施形態はこの修正される目標ＳＩＮＲ、Ｍｏｄｉｆｉｅｄ＿Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＩＮＲ＿ｄＢを次のように決定する：
Ｍｏｄｉｆｉｅｄ＿Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＩＮＲ＿ｄＢ＝ｍｉｎ（Ａ＋Ｂ＊（ＰａｔｈＬｏｓｓ＿Ｄｉｆｆ＿ｄＢ），Ｍａｘ＿Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＩＮＲ＿ｄＢ） （４）
但し、ＰａｔｈＬｏｓｓ＿Ｄｉｆｆ＿ｄＢは、最も強い隣接ノードＢと現在のサービングノードＢとの間のパスロス（シャドウイングを含む）の差である。この測定は、次のように受信ダウンリンクパイロット電力の測定値の比を求めることによって容易に行うことができる。
ＰａｔｈＬｏｓｓ＿Ｄｉｆｆ＿ｄＢ＝１０＊ｌｏｇ_１０（ＤＬ＿Ｒｘ＿ＰｉｌｏｔＰｏｗｅｒ＿ＳｅｒｖｉｎｇＣｅｌｌ／ＤＬ＿Ｒｘ＿ＰｉｌｏｔＰｏｗｅｒ＿ＳｔｒｏｎｇｅｓｔＮｅｉｇｈｂｏｒＣｅｌｌ） （５）
但し、ＤＬ＿Ｒｘ＿ＰｉｌｏｔＰｏｗｅｒ＿ＳｅｒｖｉｎｇＣｅｌｌは、サービングノードＢからの受信ダウンリンクパイロット電力であり、ＤＬ＿Ｒｘ＿ＰｉｌｏｔＰｏｗｅｒ＿ＳｔｒｏｎｇｅｓｔＮｅｉｇｈｂｏｒＣｅｌｌは最も強い隣接ノードＢからの受信ダウンリンクパイロット電力である。括弧内の数量は平易にはダウンリンクのパイロット電力比（ＰＰＲ）と呼ぶ。式（４）において、切片パラメータＡは「セル端」（即ちＰａｔｈＬｏｓｓ＿Ｄｉｆｆ＿ｄＢ＝０のとき）における目標ＳＩＮＲを指定する。正勾配パラメータＢは、ＵＥがセル内部に向かって移動するにつれて目標ＳＩＮＲがどのような速さで増大するかを指定し、従って電力制御方式の公平性を制御する。Ｍａｘ＿Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＩＮＲ＿ｄＢは最大許容目標ＳＩＮＲである。

図３に切片パラメータＡ及び公平性パラメータＢの第１及び第２の例示的な組について目標ＳＩＮＲ対パスロスのグラフを示す。具体的には、図３はサービングセルと最も強い非サービングセルとの間のパスロス差が増加するにつれて（即ちＵＥがセルの内部に向かって移動するにつれて）増加する目標ＳＩＮＲを示す。図３は切片パラメータが−５かつ公平性パラメータが０．５であるときについてはひし形で表わされた第１の曲線を含み、また切片パラメータが−５かつ公平性パラメータが０．７であるときについては正方形で表わされた第２の曲線を含んでいる。図のように、公平性パラメータＢの値を大きくすると、高配置のユーザの目標ＳＩＮＲをより積極的に増加させる。

図４に、本明細書では上りリンクの電力とも呼ぶ送信電力スペクトル密度のレベルを決定する際に、ＵＥによって行われる処理の流れ図を示す。図のように、ステップＳ１０においてＵＥは現在のサービング局（例えば現在ＵＥの通信要求を処理しているノードＢ）からの受信ダウンリンクパイロット電力を測定する。多くの場合、これはサービングセクタ又はセルからの受信ダウンリンクパイロット電力を測定すると表現される。この測定はおよそ１００ｍｓ〜２００ｍｓ毎に行うことができ、高速フェージングの影響を平均するために、この区間で受信パイロット電力の平均値を求める。次にステップＳ２０において、ＵＥがその受信範囲内にある他の隣接局（例えばサービングノードＢに隣接するカバレッジエリア（セル又はセクタ）を有するノードＢ）からの受信ダウンリンクパイロット電力を測定する。多くの場合、これは隣接セクタ又はセルからの受信ダウンリンクパイロット電力を測定すると表現される。この測定はおよそ１００ｍｓ〜２００ｍｓ毎に行うことができ、高速フェージングの影響を平均するためにこの区間で受信パイロット電力の平均値を求める。

ステップＳ３０において、ＵＥはステップＳ２０で隣接局が検出されたかどうかを判定する。検出されなかった場合、ステップＳ４０において、ＵＥは修正される目標ＳＩＮＲを最大許容値に設定する（ステップＳ７０参照）。一方、ステップＳ２０で隣接局が検出された場合、ＵＥはステップＳ５０において最も強い非サービング隣接局を、ステップＳ２０で検出された最高の受信ダウンリンクパイロット電力を有する局と判定する。ステップＳ６０において、ＵＥはサービングセクタからの受信ダウンリンクパイロット電力を最も強い非サービングセクタからの受信ダウンリンクパイロット電力で割ってパイロット電力比（ＰＰＲ）を算出する。次にＵＥはＰａｔｈＬｏｓｓ＿Ｄｉｆｆ＿ｄＢ＝１０＊ｌｏｇ１０（ＰＰＲ）のようにｄＢの尺度でパスロス差を測定する。

サービング局は、ブロードキャストチャネル上でフラクショナル電力制御のパラメータＡ、Ｂ、アップリンクの干渉、及びＭａｘ＿Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＩＮＲ＿ｄＢをブロードキャストし、この局によってサービスされている全てのＵＥがこのパラメータを復号できるようにする。従って、ステップＳ７０において、ＵＥはこれらの値を取得する。しかし、これらの値の取得はこの処理の前に又はこの処理のいずれかのステップと同時に行われる場合があることは理解されるであろう。

次にステップＳ８０において、ＵＥは式（５）により修正される目標ＳＩＮＲを算出する。

ステップＳ４０又はＳ８０の後にＵＥは、ステップＳ９０において、以下の式（６）に示すように、修正された目標ＳＩＮＲを使用した式（１）により送信電力スペクトル密度を決定する：
Ｔｘ＿ＰＳＤ＿ｄＢｍ＝ｍｉｎ（Ｍａｘ＿Ｔｘ＿ＰＳＤ＿ｄＢｍ，Ｍｏｄｉｆｉｅｄ＿Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＩＮＲ＿ｄＢ＋ＰａｔｈＬｏｓｓ＿ｄＢ＋ＵＬ＿Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ＿ｄＢｍ） （６）
但し、ＰａｔｈＬｏｓｓ＿ｄＢは、式（１）と同様に測定されたサービング局までのパスロスである。

以下の表１に記載したシステムのシミュレーションの想定を用いて、（式１と同様に）パスロスのみを使用したフラクショナル電力制御のパフォーマンス、及び（式６と同様に）パイロット電力比の測定を使用したフラクショナル電力制御のパフォーマンスをシミュレートした。このフラクショナル電力制御方式について、セルスループットとセル端のレートとの間のトレードオフを示すためにＢの値域を選択した。Ｂの各値について、４．５ｄＢの中央値ＩｏＴ（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｏｖｅｒ ｔｈｅｒｍａｌ）の動作点を求めるためにＡを選択した。実際には、上りリンクの制御チャネルのリンクバジェット要件によって、所望のＩｏＴ動作点を定めることができる。このフラクショナル電力制御の場合の双方において、２５ｄＢの最大目標ＳＩＮＲを使用した。

図５に、表１に記載した想定の電力制御方式のパフォーマンスをセル端のレート（５％のＣＤＦのユーザスループットと定義する）対平均セルスループットとして表して示す。フラクショナル電力制御のパフォーマンスは、サービングセルから最も強い隣接セルまでのパスロスの差を利用することによって、サービングセルまでのパスロスのみを利用する場合と比較して大きく向上することに注目されたい。即ち、所与のセル端のレートに対してより高いセルスループットを獲得することができ、所与のセルスループットに対してより高いセル端のレートを獲得することができる。

サービングセルと最も強力な隣接セルとの間のパスロス差を使用する開ループのフラクショナル電力制御は、サービングセルからのパスロスのみを使用する場合と比較してパフォーマンスを大きく向上させる。

本発明を上記のように説明しているが、同様のものを様々に変更することができることが明らかであろう。例えば、パラメータＡ及びＢは固定され、システムオペレータにより設定され、システムオペレータにより更新され、負荷、時刻などの要因に基づいて変わるように構成されることができる。このような変形形態は本発明からの逸脱とみなされてはならず、このような変更形態は全て本発明の範囲内に含まれるものとする。

Claims (10)

1. 上りリンクの電力制御の方法であって、
   第１のパスロス及び第２のパスロスに基づいてユーザ装置のために上りリンクの送信電力を決定するステップ（Ｓ９０）であって、前記第１のパスロスがサービング局と前記ユーザ装置との間のパスロスであり、前記サービング局が前記ユーザ装置の通信要求を満たし、前記第２のパスロスが隣接局と前記ユーザ装置との間のパスロスであり、前記隣接局が前記サービング局に隣接しているステップを備える方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   複数の隣接局からの受信ダウンリンク電力を測定するステップ（Ｓ２０）、及び
   前記複数の隣接局のうち最大受信ダウンリンク電力を有する１つを判定するステップ（Ｓ５０）をさらに備え、
   前記第２のパスロスが前記最大受信ダウンリンク電力を有する前記隣接局と前記ユーザ装置との間にある方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   前記サービング局からの受信ダウンリンク電力を測定するステップ（Ｓ１０）、
   前記隣接局からの受信ダウンリンク電力を測定するステップ（Ｓ２０）、及び
   前記サービング局からの前記測定された受信ダウンリンク電力及び前記隣接局からの前記測定された受信ダウンリンク電力に基づいて、前記第１のパスロスと前記第２のパスロスとの間のパスロス差を測定するステップ（Ｓ６０）をさらに備え、
   上りリンクの送信電力を決定する前記ステップが、前記測定されたパスロス差に基づいて前記上りリンクの送信電力を決定する方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、前記パスロス差を測定する前記ステップが、前記サービング局からの前記測定された受信ダウンリンク電力を前記隣接局からの前記測定された受信ダウンリンク電力で割ることに基づいて前記パスロス差を測定する方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、前記隣接局が、前記ユーザ装置で最大受信ダウンリンク電力を有する隣接局である方法。
6. 請求項４に記載の方法であって、
   前記測定されたパスロス差に基づいて前記ユーザ装置のための目標の信号対雑音比（ＳＩＮＲ）を決定するステップ（Ｓ８０）をさらに備え、
   上りリンクの送信電力を決定する前記ステップが、前記決定された目標ＳＩＮＲに基づいて前記上りリンクの送信電力を決定する方法。
7. 請求項６に記載の方法であって、目標ＳＩＮＲを決定する前記ステップが、前記測定されたパスロス差、第１のパラメータ、及び第２のパラメータに基づいて前記目標ＳＩＮＲを決定し、前記第１のパラメータは前記サービング局のカバレッジエリアの端部での望ましい目標ＳＩＮＲを指定し、前記第２のパラメータは前記ユーザ装置が前記カバレッジエリアの内部に向かって移動するにつれて前記目標ＳＩＮＲがどのような速さで増大するかを指定する方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、目標ＳＩＮＲを決定する前記ステップが、前記目標ＳＩＮＲを、
   ＰａｔｈＬｏｓｓ＿Ｄｉｆｆを前記パスロス差、Ａを前記第１のパラメータ、Ｂを前記第２のパラメータ、Ｍａｘ＿Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＩＮＲを最大目標ＳＩＮＲとして、
   目標ＳＩＮＲ＝ｍｉｎ（Ａ＋Ｂ＊（ＰａｔｈＬｏｓｓ＿Ｄｉｆｆ），Ｍａｘ＿Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＩＮＲ）
   として決定する方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、上りリンクの送信電力を決定する前記ステップが、前記上りリンクの送信電力を、
   ＵＬ＿Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅを前記サービング局におけるアップリンクの干渉として、
   上りリンクの送信電力＝ｍｉｎ（最大送信電力，目標ＳＩＮＲ＋第１のパスロス＋ＵＬ＿Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）
   として決定する方法。
10. 請求項６に記載の方法であって、上りリンクの送信電力を決定する前記ステップが、前記パスロス差及び前記サービング局におけるアップリンクの干渉に基づいて前記上りリンクの送信電力を決定する方法。

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