JP2011507368A - ピコセル基地局およびそこからのパイロット信号の送信電力を調整する方法 - Google Patents

Abstract

ピコセル基地局と無線接続にあるユーザ端末への無線通信のための、ピコセル基地局からのパイロット信号の送信電力を調整する方法が提供される。方法は、基地局が信号を第１の信号電力で送るステップと、ユーザ端末が受信信号レベルを測定し、受信信号レベルを示す情報信号を送るステップと、基地局が情報信号内に示された前記受信信号レベルに応じて、そのパイロット信号電力を調整するステップとを含む。

Description

本発明は、電気通信に関し、具体的には無線電気通信に関する。

無線電気通信システムは、良く知られている。多くのこのようなシステムは、無線カバレージが、セルとして知られている一束の無線カバレージ・エリアによってもたらされるという点でセルラである。無線カバレージをもたらす基地局は、各セル内に位置する。従来の基地局は比較的広い地理的エリアでのカバレージをもたらし、対応するセルはしばしばマクロセルと呼ばれる。

マクロセル内には、より小さなサイズのセルを確立することが可能である。マクロセルより小さなセルは、マイクロセル、ピコセル、またはフェムトセルと呼ばれることもあるが、出願人らはマクロセルより小さなセルに対して総称的にピコセルという用語を用いる。ピコセルを確立する１つの方法は、マクロセルのカバレージ・エリア内の比較的限られた範囲内で動作するピコセル基地局を設けることである。ピコセル基地局の使用の一例は、建物内に無線通信カバレージをもたらすものである。

ピコセルはたとえば、事務所または家庭内にピコセル基地局を設置するエンド・ユーザまたは熟練していない個人によって、詳細な集中化されたセル計画なしに配備することができる。その結果、しばしばピコセル基地局は、不適当な場所に置かれ得る。このようなピコセル基地局からの信号、特にパイロット信号が、建物の外側にありマクロセル基地局に接続されたユーザ端末によって検出される場合は、場所が不適当である。不適当な場所の一例は、窓の近くで通行量の多い道路に面している場合である。このような場所でのピコセル基地局は、マクロセル基地局への干渉を引き起こす。また、その外部のユーザ端末による、マクロセル基地局との接続から、ピコセル基地局との接続への望ましくないハンドオーバの試みが起動され得る。

ピコセル基地局は主として、特定の家庭または事務所に属するユーザのためのものである。外部ユーザ端末のピコセル基地局への無線接続のハンドオーバは、いくつかの理由により望ましくない。第１にハンドオーバは、信号トラフィックの点からかなりのリソースを必要とする。第２にその結果、ピコセル基地局へのまたはピコセル基地局からのハンドオーバのプロセスは、その時点でピコセル基地局が処理することができるデータ・トラフィック量を減少させる。その結果、ホーム・ユーザへのサービスの品質の低下となる。第３に、ネットワーク内のピコセル基地局の数が増加するのに従って、ピコセル基地局へのまたはピコセル基地局からのハンドオーバを処理するのに、より多くのネットワーク・リソースが必要となる。これにより、マクロセル・エリア内に配備できるピコセル基地局の数に実用的な制限が生じる。

ピコセル基地局は送信電力が比較的低いものであり、したがって各ピコセルは、マクロセルと比べて小さい。マクロセルの大きさとおよそ等価なエリア内に、多数のピコセルが存在し得る。したがって道路に沿って移動しているマクロセル・ユーザは、しばしばピコセル基地局の領域に入ったり出たりする場合があり、ピコセルへのまたはピコセルからのハンドオーバの試みのシーケンスを引き起こす。上述のように、これはピコセルのデータ処理性能にとって有害となる。

一般にセルラ電気通信システムでは、パイロット信号の送信電力は通常、基地局の最大送信電力のうちの所定の一部分、たとえば１０％に設定される。これはパイロット信号が、基地局のセル内の任意の場所でアイドル・モードにあるユーザ端末が受信するのに十分な強度となることを確実にするためである。それによって基地局のカバレージおよび能力が最大化される。しかしピコセルに関しては、この手法は、ピコセル基地局が位置する建物の内部から、たとえば窓を通じて建物の外部へ、かなりのパイロット信号の「漏洩」を引き起こし得るので望ましくない。言い換えれば建物の外部のマクロセル・ユーザは、ピコセル基地局からのパイロット信号を受信する場合があり、したがってピコセル基地局の範囲内に入り得る。これは上述した過度のハンドオーバの試みの問題を有し、その結果としてデータ処理性能に対して有害となる。

これらの問題を軽減するための知られている技法は、たとえばピコセル基地局の設置時点で、パイロット信号送信電力を建物の内部に適した最小値に調整することである。もう１つの知られている技法は、たとえば通行量の多い道路に近い窓から離して、建物内のピコセル基地局の最良の配置を注意深く選択することである。しかしこれらの技法を用いても建物内で適当なカバレージをもたらすパイロット信号送信電力が、依然として窓の存在によりかなりの「漏洩」を生じ得る。

アクティブ・モード接続、すなわちコール状態にある端末が存在するピコセルにおいて、知られている手法は、ピコセル基地局からアクティブ・モードにあるユーザ端末へのパイロット電力を一定の最大レベルに維持することである。これは適当なパイロット信号が、ピコセル内の任意の場所でアクティブ・モードにあるユーザ端末によって受信できることを確実にするためのである。

読者は、添付の独立請求項を参照されたい。いくつかの好ましい特徴は、従属請求項に記載される。

ピコセル基地局と無線接続にあるユーザ端末への無線通信のための、ピコセル基地局からのパイロット信号の送信電力を調整する方法が提供される。方法は、基地局が信号を第１の信号電力で送るステップと、ユーザ端末が受信信号レベルを測定し、受信信号レベルを示す情報信号を送るステップと、基地局が前記情報信号内に示された前記受信信号レベルに応じて、そのパイロット信号電力を調整するステップとを含む。

好ましい実施形態ではパイロット電力は、アクティブ・モードにあるユーザ端末からの測定値を用いて調整される。好ましい実施形態ではパイロット電力は、ピコセル基地局が対象とする家庭などの建物内での適切なカバレージを確実にするのに十分大きく設定される。しかしパイロット電力は、これを達成するための最小レベルに調整される。これにより、ピコセルの使用が許可されていない「外部」ユーザ端末からの多くの不要なハンドオーバ要求を生じることになる、建物の外側へのピコセルの過度の拡がりが避けられる。

好ましい実施形態ではピコセル基地局は、アクティブ・モードにあるユーザ端末が必要とするレベルに、そのパイロット電力を調整することができる。これは、アクティブ・モードでのパイロット電力を、実際にはワーストケースのシナリオにおいてのみ必要となる一定の最大レベルに維持する知られている手法とは対照をなす。その結果、好ましい実施形態では、マクロセルに接続されているがピコセルの使用は許可されていないユーザ端末が、リソースを消費するが最終的には無駄となる、ハンドオーバ要求を送ることによってピコセル基地局へのハンドオーバを求めるプロセスに入る可能性が低くなる。

次に本発明の実施形態について例として、および図面を参照して説明する。

本発明の第１の実施形態による無線通信ネットワークを示す図である。 図１に示されるピコセル基地局ユニットに関連付けられたピコセルを示す図である。 建物内に位置する図１に示されるピコセル基地局ユニットを示す図である。 図１〜３に示されるピコセル基地局ユニットを示す図である。 図１〜４に示されるピコセル基地局ユニットの動作を示すフローチャートである。 ピコセル内に１つの許可されたアクティブ・モードのユーザ端末があるが、他も許可されているときの、時間に対するパイロット信号送信電力の例示のグラフである。 ピコセル内に２つの許可されたアクティブ・モードのユーザ端末があるときの、時間に対するパイロット信号送信電力の例示のグラフである。

図１に示されるように通信システム２０には、無線電気通信用の基地局２２がある。基地局は、しばしばマクロセルと呼ばれる無線カバレージ・エリア２４を有する。マクロセル２４の地理的拡がりは、基地局２２の能力および周囲の地形に依存する。

マクロセル２４内では、ピコセル基地局ユニット（ＰＣＢＳＵ：Ｐｉｃｏｃｅｌｌ Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）３０は、ピコセル３２内の無線通信をもたらす。ピコセル３０の無線カバレージ・エリアは、マクロセル２４のそれよりずっと小さい。たとえばピコセル３２は、ユーザの家庭の大きさに相当する。

別のＰＣＢＳＵ３４は、ピコセル３６内の無線カバレージをもたらす。さらに別のピコセル３８は、ピコセル４０内の無線カバレージをもたらす。

マクロセル２４内の移動端末４４は、知られている方法でマクロセル基地局２２と通信することが可能である。移動端末４４が、その移動端末がピコセル基地局３０との通信が許可されているピコセル３２内に入るときは、その移動端末との接続をマクロセルからピコセルへハンドオーバすることが望ましい。図１に示された例では、移動端末４４のユーザはピコセル３２を使用するのに好ましいユーザである。

図２に示されるようにピコセル基地局ユニット３０は、無線カバレージのエリアであるピコセル３２内にパイロット信号２９を送信する。

図３に示されるように、ピコセル基地局ユニット３０は、窓３１を有する建物３３内に位置するものと想像する。ピコセル３２は、ある程度窓３１を通じて建物３３を超えて拡がり得る。建物の外部へのこのようなパイロット信号の「漏洩」を低減するために、以下で説明するようにパイロット信号電力制御が行われる。

パイロット電力制御
ユーザ端末は、ＰＣＢＳＵからの低電力パイロット信号を受けるとすぐに、そのＰＣＢＳＵにキャンプ・オンするように設定され、言い換えればＰＣＢＳＵへのアイドル・モード接続を受ける。しかしアクティブ・モードではこのような低いパイロット電力では、許容できる精度でユーザ端末がチャネル推定などの必要な情報を受け取ることは可能にならない。したがってアクティブ・モードにあるユーザ端末には、より大きなパイロット信号電力が必要となり、これが厳密に制御されなければならない電力となる。

この電力制御は、アクティブ・コールで用いられる、言い換えればアクティブ・モード接続にある、すなわちコールが接続された、サービス・セッションにあるユーザ端末へのパイロット信号の電力の制御である。電力制御については以下でより詳しく説明する。アクティブ・モードでは、ユーザ端末からパイロット信号受信に関してのフィードバックが利用可能となる。

ピコセル基地局ユニット
図４に示されるように、ピコセル基地局ユニット（ＰＣＢＳＵ）３０は、無線送信器４６および無線受信器４８を含む。受信器４８は、パイロット電力フィードバック検出ステージ５０に接続される。パイロット電力フィードバック検出ステージ５０は、電力制御ステージ５２に接続される。電力制御ステージ５２は、パイロット信号発生器ステージ５４に接続される。パイロット信号発生器ステージ５４は、送信器４６に接続される。

パイロット電力制御
図２および４を参照すると、使用時には送信器４６によってパイロット信号２９が送信される。用いられるべきパイロット電力は、ユーザ端末による測定値から決定される。ユーザ端末４４は、ユーザ端末でのパイロット信号電力を測定し、その測定された値の情報を含む信号（図示せず）を送り返す。これがフィードバック信号である。このフィードバック信号は受信器４８によって受信され、ユーザ端末でのパイロット信号電力の情報がパイロット電力フィードバック検出ステージ５０で求められる。このパイロット電力フィードバック検出ステージ５０は、求められたパイロット信号電力に応じて、パイロット信号発生器５４の出力電力を調整するように動作可能な制御信号を供給する。パイロット信号発生器５４によって生成されたパイロット信号は送信器４６に供給され、次いでそこから送信される。

Ｐｍａｘ
基地局からのパイロット信号送信電力は常に、上限のＰｍａｘより低く保つ必要がある。Ｐｍａｘを課する目的は、アクティブ・モード（アクティブ・コール接続）においてピコセル基地局ユニット（ＰＣＢＳＵ）からのパイロット信号が、建物の外部に過度に放射しないようにするためである。Ｐｍａｘの値は予め設定されたデフォールト値であり、この実施例ではＰＣＢＳＵが送信できる最大電力である。

Ｐｍｉｎ
１つより多い許可されたユーザが存在するときは、パイロット電力は特定の下限Ｐｍｉｎより高く保たれる必要がある。

Ｐｍｉｎは、ピコセルに入るユーザ端末がピコセル基地局ユニット（ＰＣＢＳＵ）を検出でき、それにキャンプ・オン（アイドル・モードで）できることを確実にするのに必要な最小パイロット信号電力である。言い換えればＰｍｉｎは、ピコセル内の任意の場所にあるユーザ端末がＰＣＢＳＵに接続することを可能にする最小パイロット電力レベルである。

このアイドル・モード・キャンピングのために必要なパイロット電力レベルは、アクティブ・モードで必要なものよりも小さい。この実施例ではＰｍｉｎの値は、予め設定されたデフォールト値である。

動作
図５に示されるように、ＰＣＢＳＵでのパイロット信号の電力制御は以下の通りである。

パイロット信号電力は、パイロット信号発生器５４において最初にＰｍｉｎに設定される（ステップａ）。ユーザ端末によるパイロット信号の受信のレベルについてのフィードバックは、ＰＣＢＳＵ３０の受信器４８で受信され（ステップｂ）、パイロット電力フィードバック・ステージ５０で復号される。このフィードバックは、アクティブ・モードにあるユーザ端末からのものである。パイロット電力フィードバック・ステージ５０において、ユーザ端末でのパイロット電力受信が許容できないほど低かったかどうかのチェックが行われる（ステップｃ）。

「Ｙｅｓ」の場合は、電力制御ステージ５２において、パイロット電力がＰｍａｘであるかどうかのチェックが行われる（ステップｄ）。「Ｎｏ」の場合、すなわち電力がＰｍａｘ未満の場合（ステップｅ）はパイロット信号電力の段階的な増加が行われる（ステップｆ）が、「Ｙｅｓ」の場合はステップｂへの復帰が行われる（ステップｇ）。

ステップｃで行われたチェックが、アクティブ・モードにあるユーザ端末によって受信されたパイロット電力が低過ぎないことを示す場合（ステップｈ）は、そのＰＣＢＳＵに対して登録された、すなわち許可されたユーザが１つだけかどうかについて照会が行われる（ステップｉ）。

「Ｎｏ」（ステップｊ）である場合は、１つより多い登録ユーザが存在し、パイロット電力がＰｍｉｎであるかどうかのチェックが行われる（ステップｋ）。「Ｎｏ」（ステップｌ）の場合、すなわちパイロット電力がＰｍｉｎでない場合は、パイロット電力レベルは所定の減分値だけ減少され（ステップｍ）、その後にステップｂへの復帰が行われる。「Ｙｅｓ」（ステップｎ）である場合は、パイロット電力はＰｍｉｎであり、ステップｂへの復帰が行われる。

ステップｉで、登録ユーザが１つだけ存在すると判定された場合（ステップｏ）は、パイロット電力は、パイロット電力がＰｍｉｎに達しているかどうかに関わらず減少される（ステップｍ）。

次に、いくつかの具体的な例示のパイロット電力制御のシナリオについて説明する。

（Ａ）複数のユーザ端末が許可され、１つのユーザ端末がアクティブ・モードにある
図６に示されるように、このシナリオではＰｍａｘとＰｍｉｎの両方が適用される。図６は、ピコセル内の１つのユーザ端末とのアクティブ・コール接続の前、その間、およびその後のピコセル基地局ユニット（ＰＣＢＳＵ）から送信されるパイロット信号の電力レベルの例示のグラフである。図６に示されるようにアクティブ・コールがないときは、パイロット電力はＰｍｉｎにある。コールが開始するとすぐにパイロット電力レベルは、電力制御フィードバックを用いて、その時点でコール接続されたユーザ端末に適する最小電力に調整される。このパイロット電力は、様々なフェージング、減衰、マルチパス信号損失などに関わらずユーザ端末で許容できるパイロット信号受信が得られるように、ユーザ端末の位置または移動に応じて変化する。

たとえばユーザ端末が庭または街路へまたは地下室内へ移動するときに、電力制御が、ユーザ端末がより大きな電力を要求するようなものであっても、パイロット電力がＰｍａｘを超えることは許されない。たとえばユーザ端末がＰＣＢＳＵのすぐ隣りにあり、より低いパイロット電力でもユーザ端末が許容できるように受信されるであろうときにも、パイロット電力がＰｍｉｎより低くなることは許されない。これは上述のように、ピコセルに入る他の許可されたユーザ端末がパイロット信号を受信することが必要になるからである。

コール接続が終了するとすぐに、パイロット電力はＰｍｉｎに戻る。

（Ｂ）１つのユーザ端末が許可されている
このシナリオでは、Ｐｍｉｎは適用されない。１つのユーザ端末だけがＰＣＢＳＵの使用を許可されているので、もしパイロット信号がユーザ端末が受信するのに十分大きいならば、考慮すべき他の許可されたユーザ端末は存在しないのでパイロット信号をＰｍｉｎより高く保つ必要はない。

１つのユーザ端末だけが許可されているので、そのユーザ端末がピコセル基地局ユニット（ＰＣＢＳＵ）にコール接続を行い、したがってアクティブ・モードにあるときは、もしそのユーザ端末によるパイロット信号の受信が許容できるものであれば、パイロット電力はＰｍｉｎ未満に低下することができる。これは、他のユーザのためのカバレージを確実にする必要がないからである。この場合は建物の外側への無線「漏洩」の影響は、ユーザ端末がアイドル・モードにあるときよりも低いレベルに実際に低減される。パイロット電力のＰｍｉｎ未満への減少が生じる一例は、唯一の許可されたユーザ端末がＰＣＢＳＵに隣接しているときである。この電力減少は、その結果としての干渉のリスクの軽減と共に、ユーザ端末がたとえばストリーミング・ラジオ、モバイル・テレビ、企業内の仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｒｉｖａｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ウェブサーフィンなど長い期間にアクティブ・モードにあるときに特に有益である。

（Ｃ）複数のユーザ端末が許可され、複数のユーザ端末がアクティブ・モードにある
図７に示されるように、たとえばＰＣＢＳＵに２つの許可されかつアクティブなユーザ端末が存在するときは、パイロット電力は、より高いパイロット電力要件を有するユーザ端末に適するように、しかしＰｍａｘおよびＰｍｉｎによって定義される範囲から出ることなく調整される。パイロット電力は、２つのユーザ端末のパイロット電力要件のうちの現在、より高いすなわち要求の大きい方に適合するように調整される。

図７に示されるようにこの例では、パイロット電力は、第２のユーザ端末の要件が第１のユーザ端末の要件を超える「Ｃ」で示される期間を除いて、第１のユーザ端末の要件に適合するように調整される。期間「Ａ」では、パイロット電力はＰｍａｘである。期間「Ｂ」では、パイロット電力はＰｍｉｎである。

いくつかの変形形態
代替実施形態ではパイロット電力は、ユーザ端末での受信されたパイロット信号電力の測定値ではなく、ユーザ端末でなされた、パイロット・チャネル受信品質の推定値に基づいて調整される。

代替実施形態ではユーザ端末は、ダウンリンク電力制御に用いられる信号、たとえばＲＡＣＨチャネル信号またはページング・チャネル信号など、パイロット信号以外の信号の受信電力レベルを測定する。これは現在の「レガシ」ユーザ端末が、受信電力レベルの測定を行い、報告できることを意味する。

いくつかの代替実施形態では、Ｐｍａｘおよび／またはＰｍｉｎの値は、自動構成セル・サイジング技法によって設定し、かつ定期的に更新することができる。

概括
本発明は、その本質的な特性から逸脱せずに、他の特定の形で実施することができる。説明された実施形態は、すべての点において例示としてのみであり、限定するものではないとみなされるべきである。したがって本発明の範囲は、上記の説明によってではなく添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の同等物の意味および範囲内にあるすべての変更は、それらの範囲内に包含されるものである。

Claims (8)

1. ピコセル基地局と無線接続にあるユーザ端末への無線通信のための前記ピコセル基地局からのパイロット信号の送信電力を調整する方法であって、
   前記基地局が信号を第１の信号電力で送るステップと、
   前記ユーザ端末が、受信信号レベルを測定し、前記受信信号レベルを示す情報信号を前記基地局に送るステップと、
   前記基地局が、前記情報信号内に示された前記受信信号レベルに応じて、そのパイロット信号電力を調整するステップとを含み、前記ピコセル基地局に関して許可された他のユーザ端末はなく、前記パイロット電力は、前記ユーザ端末によって許容し得るパイロット・パケット受信を依然として可能にするレベルまで低く調整される、方法。
2. 前記ユーザ端末はアクティブ・モードにあり、それにより前記無線接続はコール接続である、請求項１に記載の方法。
3. 前記基地局が信号を第１の信号電力で送る前記ステップが、パイロット信号を第１のパイロット電力レベルで送るステップを含み、前記受信信号レベルが受信パイロット信号レベルである、請求項１に記載の方法。
4. 前記ユーザ端末が受信信号レベルを測定し前記受信信号レベルを示す情報信号を送るステップと、前記基地局が示された受信信号レベルに応じてそのパイロット信号電力を調整するステップとが、繰り返される、請求項１に記載の方法。
5. 前記電力が所定の最大パイロット電力レベルを超えないように制御され、前記最大パイロット電力レベルは他のセルまたはピコセルに対して許容し得る干渉のレベルをもたらす、請求項１に記載の方法。
6. ピコセル基地局であって、
   信号を第１の電力で送るように動作可能な送信器と、
   ユーザ端末で測定された受信信号レベルの示度を受信するように動作可能な受信器と、
   前記受信信号レベルの前記示度を復号するように動作可能なプロセッサと、
   前記受信信号レベルの前記示度に応じて、送信されるべきパイロット信号の電力を調整するように動作可能なパイロット電力制御ステージとを含み、前記送信器は前記パイロット信号を送信するように動作可能であり、前記基地局は、許可された単一のユーザ端末を有し、そして前記ユーザ端末による許容し得るパイロット・パケット受信のために必要なレベルまで低くパイロット電力を調整する手段を含む、基地局。
7. 前記パイロット信号はさらなるパイロット信号であり、第１の電力での前記信号はパイロット信号である、請求項６に記載のピコセル基地局。
8. 前記電力制御ステージは所定の最大パイロット電力レベルを超えないように動作可能であり、前記最大パイロット電力レベルは他のセルまたはピコセルに対して許容し得る干渉のレベルをもたらすように選択されている、請求項６に記載のピコセル基地局。

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