JP3550318B2 - 通信システムのキャリアの容量評価装置および方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信システム(例えば、CDMA通信システム)のキャリア(チャネル)の容量を評価する装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、隣接キャリアからの干渉がない場合について通信システムのキャリアの容量を評価する簡易式は各種存在したが、隣接キャリア干渉が存在する場合については、適切な計算手法がなかった。
【0003】
また、容量評価はその都度、計算機シミュレーションにより行われており、評価自体に時間がかかっていた。さらに、パラメータ変更等に対して容易に対応できないという問題もあった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、隣接キャリア干渉が存在する場合に、通信システムのキャリアの容量を簡易かつ正確に評価する装置および方法を提供することである。
【0005】
このような容量評価装置および方法は、例えばCDMA通信装置、特にW−CDMA(Wide−band Code Division Multiple Access)通信システム等において重要になるものと考えられる。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、通信システムのキャリアの容量を評価する装置であって、自キャリアにおいて観測される隣接キャリアからの干渉電力に対する前記隣接キャリア全体の送信電力の比率、および自キャリアの受信レベルに対する前記隣接キャリアの受信レベルの比率に基づき、自キャリアの容量の評価値を取得するようにしたことを特徴とする。
【0007】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の通信システムのキャリアの容量評価装置において、前記自キャリアの容量の評価値は、自キャリアの容量劣化Lであり、前記隣接キャリアからの干渉電力に対する前記隣接キャリア全体の送信電力の比率をπとし、自キャリアの受信レベルに対する前記隣接キャリアの受信レベルの比率をgとして、L=(g/π)/(1+(g/π))により表されることを特徴とする。
【0008】
請求項3に記載の発明は、通信システムのキャリアの容量を評価する方法であって、自キャリアにおいて観測される隣接キャリアからの干渉電力に対する前記隣接キャリア全体の送信電力の比率、および自キャリアの受信レベルに対する前記隣接キャリアの受信レベルの比率に基づき、自キャリアの容量の評価値を取得することを特徴とする。
【0009】
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の通信システムのキャリアの容量評価方法において、前記自キャリアの容量の評価値は、自キャリアの容量劣化Lであり、前記隣接キャリアからの干渉電力に対する前記隣接キャリア全体の送信電力の比率をπとし、自キャリアの受信レベルに対する前記隣接キャリアの受信レベルの比率をgとして、L=(g/π)/(1+(g/π))により表されることを特徴とする。
【0010】
以上の構成によれば、隣接キャリア干渉が存在する場合に、通信システムのキャリアの容量を簡易かつ正確に評価することができる。また、パラメータ変更等に対しても容易に対応できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【0012】
本実施形態では、2つの隣接するキャリアCA、CBを例に、キャリアの容量評価(容量劣化)について考える。通信システムとしては、キャリアCA、CBをそれぞれ用いた2つのCDMA通信システムA、Bのみが存在するものとし、上り(移動局から基地局への)リンクに注目して考える。
【0013】
CDMA通信システムにおいては、いわゆる遠近問題を除去するために送信電力制御が一般に用いられるが、本実施形態においても、移動局の送信電力は、基地局からのコマンドに従って制御される。送信電力制御を行っているため、キャリア間の干渉レベルはセル配置に影響される。
【0014】
図1は、セル配置と干渉電力との関係を示す図である。図1において、移動局はシステムBのセル端に位置し、キャリアCBを用いてシステムBの基地局と通信している。
【0015】
キャリアCAとキャリアCBとの間の干渉は、システムAの基地局の位置により、すなわちセル配置により異なる。図1には、システムAの基地局を3つの異なる位置に配置した場合の、システムAの基地局におけるキャリアCAおよびキャリアCBのスペクトラムを示すグラフ(周波数に対する受信レベル(受信電力))が示されている。各グラフにおいて、左側のスペクトラムがキャリアCAのものであり、右側のスペクトラムがキャリアCBのものである。本グラフにおいては、両スペクトラムにほとんど重なりがないように見えるが、実際には重なりがあり、両キャリアは互いに干渉する。
【0016】
システムAの基地局をシステムBの基地局と同一地点に配置した場合には、システムAの基地局におけるキャリアCAの受信レベルとキャリアCBの受信レベルは同じレベルである。しかしながら、中間的な場合および最悪の場合では、送信電力制御のため、システムAの基地局におけるキャリアCBの受信レベルがキャリアCAの受信レベルより大きくなる。これは同一地点に配置した場合に比べて、システムAの基地局におけるキャリアCBの受信レベルが大きいからである。システムAのキャリアCAがシステムBのキャリアCBから受ける干渉(電力)は、同一地点に配置した場合が一番小さく、最悪の場合が一番大きい。
【0017】
ここで、パラメータπおよびgを導入する。
【0018】
パラメータπは、自キャリア(注目するキャリア)において観測される隣接チャネルからの干渉電力に対する隣接チャネル全体の送信電力の比率(隣接チャネル全体の送信電力/隣接チャネルからの干渉電力)である。
【0019】
隣接キャリアからの干渉電力は、電力増幅器の非線形特性および受信機フィルタの不完全特性により発生する。それゆえ、隣接キャリア間の干渉電力は、移動局および基地局における電力増幅器および受信機フィルタの特性に強く依存するが、本実施形態ではπがこれらの特性を代表している。
【0020】
【表1】
【0021】
パラメータgは、セル配置により決まる隣接キャリアの電力増大係数であり、自キャリアの受信レベルに対する隣接キャリアの受信レベルの比率(隣接キャリアの受信レベル/自キャリアの受信レベル)である。図1において、キャリアCAを自キャリアとし、キャリアCBを隣接キャリアとした場合には、gは同一地点に配置した場合が一番小さく、最悪の場合が一番大きい。表1はgの値の例である。なお、パラメータgは、π=1(0[dB])とした場合にシステム内の干渉に対するシステム間の干渉の比率に対応する。
【0022】
キャリアの容量を、容量劣化の点から評価すると、容量劣化Lはパラメータπおよびgを用いて以下のように表すことができる。
【0023】
【数1】
【0024】
容量劣化Lは、1から、隣接チャネルが存在しない場合(単一キャリアの場合)のキャリア容量(ユーザ数)に対する隣接チャネルが存在する場合のキャリア容量(ユーザ数)の比を引いたものである。式(1)からわかるように、容量劣化は2つのパラメータにより顕著に特徴づけられる。すなわち、パラメータπ、およびセル配置および伝搬環境に依存するパラメータ(信号レベル比)gにより特徴づけられる。
【0025】
式(1)を用いて通信システムのキャリアの容量を評価すれば、容量評価を簡易かつ正確に行うことができる。また、パラメータ変更等に対しても容易に対応できる。
【0026】
なお、キャリアの容量評価は必ずしも容量劣化の点から行わなくてもよく、また必ずしも式(1)により行わなくてもよい。例えば、単に、隣接チャネルが存在しない場合のキャリア容量に対する隣接チャネルが存在する場合のキャリア容量の比を用いて評価を行ってもよい。
【0027】
以下、キャリアの容量劣化を式(1)により表すことができる理由について説明する。
【0028】
キャリア容量(システム容量)に関し、例えば以下のような研究がある。
【0029】
K. S. Gilhousen, et al., ”On the Capacity of a Cellular CDMA System”, IEEE Trans. Veh. Technol., vol.40, pp.303−312, May 1991.
F. Adachi, et al., ”Coherent Multicode DS−CDMA Mobile Radio Access”, IEICE Trans. Commun., vol.E79−B, No.9, pp.1316−1325, Sept. 1996.
A. Baier, et al., ”Design study for a CDMA−based third−generation mobile radio system”, IEEE J. Select. Areas Commun., vol.12, pp.733−743, May
1994.
A. M. Viterbi et al., ”Erlang capacity of a power controlled CDMA system”, IEEE J. Select. Areas Commun., vol.11, pp.892−900, Aug. 1993.
Y. Ishikawa, et al., ”Capacity Design and Performance of Call Admission Control in Cellular CDMA Systems”, IEEE J. Select. Areas Commun., vol.15, pp.1627−1635, Oct. 1997.
以上の研究によると、単一キャリアの場合のキャリア容量(セクタ内のユーザ数、C0)は、以下に示す式(2)により計算され、または式(2)に比例する。
【0030】
【数2】
【0031】
式(2)において、pgは処理利得を表し、(Eb/I0)reqはあらかじめ定められた通信品質を維持するために必要なEb/I0であり、fはセル間干渉とセル内干渉との比を表し、ρは有音率を表す。パラメータηはη=I0, max/N0として表現される。ここで、I0, maxおよびN0はそれぞれ、最大許容雑音電力密度(受信機の熱雑音および干渉の双方を含む)および受信機の熱雑音電力密度である。そして、式(2)においてηの定義を用いて、最大許容干渉レベル(N0を含まない)を、以下のように計算する。
【0032】
【数3】
【0033】
以下の2つのキャリアの場合の計算では、2つのキャリアに対して同一のパラメータpg、(Eb/I0)req、f、ρ、ηおよびN0を仮定する。さらに、キャリア容量の計算は、最大許容干渉電力が単一キャリアの場合と同じであると仮定して行う。この仮定に基づくと、移動局の最大送信電力が一定に保たれれば、セル半径は一定に保たれる。各キャリアがC人のユーザにより同等に占有されると仮定すると、最大許容干渉電力密度は式(4)により表される。
【0034】
【数4】
【0035】
式(4)において式(3)を用い、さらに数学的演算を行うと、以下のように容量劣化Lが得られる。
【0036】
【数5】
【0037】
以下、式(1)(式(5)と同じ)を用いて計算した結果を、コンピュータ・シミュレーションによる結果と比較して式(1)の有効性を示す。
【0038】
【表2】
【0039】
シミュレーションにおいては、各試行ごとにシミュレーション対象の全領域にわたって、多数のユーザを発生させ、一様に分布させた。SIR(Signal to Interference power Ratio)に基づく送信電力制御を仮定し、各移動局の送信電力のバランスをとり、誤差なく所要SIRを実現している。パラメータ設定のリストを表2に示す。表2に示す伝搬特性等を仮定すると、表1に示すgの値がコンピュータ・シミュレーションにより得られる。
【0040】
図2は、式(1)を用いて計算した結果(「計算値」)、およびコンピュータ・シミュレーションによる結果(「シミュレーション」)を示す図である。計算は表1に示すgの値を用いて行った。計算した結果と、コンピュータ・シミュレーションによる結果とがよく合致することが示されている。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、隣接キャリア干渉が存在する場合に、通信システムのキャリアの容量を簡易かつ正確に評価することができる。また、パラメータ変更等に対しても容易に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】セル配置と干渉電力との関係を示す図である。
【図2】式(1)を用いて計算した結果、およびコンピュータ・シミュレーションによる結果を示す図である。
Claims (4)
- 通信システムのキャリアの容量を評価する装置であって、
自キャリアにおいて観測される隣接キャリアからの干渉電力に対する前記隣接キャリア全体の送信電力の比率、および自キャリアの受信レベルに対する前記隣接キャリアの受信レベルの比率に基づき、自キャリアの容量の評価値を取得するようにしたことを特徴とする通信システムのキャリアの容量評価装置。 - 請求項1に記載の通信システムのキャリアの容量評価装置において、
前記自キャリアの容量の評価値は、自キャリアの容量劣化Lであり、前記隣接キャリアからの干渉電力に対する前記隣接キャリア全体の送信電力の比率をπとし、自キャリアの受信レベルに対する前記隣接キャリアの受信レベルの比率をgとして、
L=(g/π)/(1+(g/π))
により表されることを特徴とする通信システムのキャリアの容量評価装置。 - 通信システムのキャリアの容量を評価する方法であって、
自キャリアにおいて観測される隣接キャリアからの干渉電力に対する前記隣接キャリア全体の送信電力の比率、および自キャリアの受信レベルに対する前記隣接キャリアの受信レベルの比率に基づき、自キャリアの容量の評価値を取得することを特徴とする通信システムのキャリアの容量評価方法。 - 請求項3に記載の通信システムのキャリアの容量評価方法において、
前記自キャリアの容量の評価値は、自キャリアの容量劣化Lであり、前記隣接キャリアからの干渉電力に対する前記隣接キャリア全体の送信電力の比率をπとし、自キャリアの受信レベルに対する前記隣接キャリアの受信レベルの比率をgとして、
L=(g/π)/(1+(g/π))
により表されることを特徴とする通信システムのキャリアの容量評価方法。
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