JP3871514B2 - 移動電気通信システムにおける電力制御のための方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は、移動電気通信システムに関し、特にソフトハンドオーバー中の基地局から移動局への平均ダウンリンク送信電力を減少させる方法及びシステムに関する。
【０００２】
【発明の背景】
符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）移動電気通信システムでは、全ての基地局との通信のために共通の周波数帯域が使用される。共通周波数帯域を占める信号は、受信局において高速疑似雑音（ＰＮ）符号により識別される。異なるＰＮ符号又は異なるＰＮ符号位相を使用する送信局は、受信局で別々に受信されることの出来る信号を生じさせる。
【０００３】
図１は、従来技術のＣＤＭＡ移動電気通信システムの関連部分を示している。各基地局（１０，１１）は、他の基地局のＰＮ拡散符号とは異なるＰＮ拡散符号で送信する。移動局２０は基地局１０を通して会話に従事している。移動局２０は受信装置を備えており、その受信装置は、該移動局が基地局１０の他に、隣接基地局１１を含む他の基地局のグループ（図示されていない）の信号強度を測定することを可能にする。移動局２０は、その測定結果を基地局１０を通してネットワークに伝える。移動ユニットが基地局１０を通して会話に従事して、基地局１１を充分な信号強度で受信できる場所へ移動しているとき、基地局１１との同時通信路が確立される。決定は、両方の基地局を制御する無線ネットワーク・コントローラ３０によってなされる。この状態はソフトハンドオーバーと呼ばれ、当該技術分野では周知されている。移動局は更に周知されているレーキ受信装置も備えており、これは、移動局が基地局１０及び１１からの通信メッセージを同時に拡散解除して結合させることを可能にする。模範的実施態様では、簡単のために、移動ユニットは２つの基地局間でのソフトハンドオーバーを実行するけれども、実際にはもっと多くの基地局が関係していることもある。
【０００４】
ＣＤＭＡ基地局は送信のために共通の周波数帯域を利用するので、送信された各信号が他の信号に干渉する。従って、最大容量を達成するためには、個々の基地局及び移動局のための効率的電力制御が極めて重要である。理想的には、各移動局は、受信側の基地局の受信装置で必要な信号対干渉比（ＳＩＲ）を達成するのになお充分なビットあたり最小電力即ち最小ビットあたりエネルギーで送信をするべきである。同様に、特定の移動局に向けられる各基地局通信メッセージは、その目的の移動ユニットの受信装置で必要なＳＩＲを達成するのになお充分な最小電力即ち最小ビットあたりエネルギーで送信されるべきである。ソフトハンドオーバーでは、特定の移動局向けの両方の基地局からの通信メッセージは、その目的の移動ユニットの受信装置で結合された信号について名目上のＳＩＲを達成するのになお充分な最小電力で送信されるべきである。もし１つの基地局が他の基地局より高い電力で送信すれば、ダイバーシティー利得は実質的に存在しない。ダイバーシティー利得から最大限に利益を得るためには、ソフトハンドオーバーに関わる基地局が確実になるべく等しい電力で送信することが重要である。これを達成することは、総ダウンリンク送信電力を最小限にするのに役立つ。
【０００５】
従来技術の移動電気通信システムでは、所定のステップだけ送信電力を増大又は減少させるように基地局に勧める電力制御コマンドを作ることによって移動局は自分たちに向けられる通信メッセージの基地局送信電力を制御することができる。電力制御コマンドは、受信された信号のＳＩＲ（又は電力）を測定して、それを所定スレショルドと比較することに応えて作られる。その後、電力制御コマンドは情報のアップリンク通信メッセージの中にインターリーブされる。基地局は、その通信メッセージを受け取り、該電力制御コマンドを復号化し、それに応じて自分の送信電力を調整する。これは、ダウンリンク閉ループ電力制御と呼ばれている。この閉ループ電力制御は、定調整ステップ又は適応調整ステップで実行され得る。適応閉ループ調整の１つの従来技術方法がＷＯ９７２６７１６に記載されている。
【０００６】
ソフトハンドオーバー中のダウンリンク閉ループ電力制御には問題がある。移動局２０からの同じ通信メッセージが両方の基地局１０及び１１で受信されるので、両方の基地局が同じ電力制御コマンドを受け取ることになる。移動局２０において受信された信号の品質がスレショルドより高ければ、移動局２０は、その送信電力を減少させるように基地局に勧める電力制御コマンドを送信する。しかし、基地局において、受信されたアップリンク通信メッセージは、基地局１０ではエラーを生じさせるけれども基地局１１ではエラーを生じさせないような種々の減衰と干渉とを被っていることがある。従って、基地局１０における“電力を減少させる”コマンドの通信エラーの結果として基地局１０はその電力を増大させるが基地局１１は意図通りにその電力を減少させることになる。この問題は“パワー・ドリフティング”と呼ばれている。もし補正処置を執らなければ、送信電力の差はソフトハンドオーバーが完了するまで続き、従って全体としてのシステムの性能を低下させる。
【０００７】
この問題についての１つの従来技術解決策は、ダウンリンク送信電力のダイナミックレンジを制限することである。そうすると、基地局が使用する電力が過剰となり、従って干渉を増大させるので、この解決策は良い選択肢ではない。
【０００８】
もう一つの公知解決策は、与えられた時間間隔で基地局の送信電力を等しくすることである。これは、低速な、或いはシグナリングを消費する解決策である。
【０００９】
更にもう一つの解決策は、各基地局のために異なる電力制御コマンドを作ることである。これは、エア・インターフェース資源を消費するものであり、また、これを全てのエア・インターフェースに適用することは出来ない。
【００１０】
【発明の要約】
従って、本発明の目的は、ソフトハンドオーバーに関与する基地局が実質的に等しくない送信電力或いはビットあたりエネルギーで送信するのを阻止することによってダウンリンク信号対干渉比を改善することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、電力補正パラメータ（電力補正間隔長さ、目標電力レベル或いは目標ビットあたりエネルギー、及び補正ステップ・サイズ限界）を決定し、電力補正アルゴリズムを実行するネットワーク要素に前記パラメータを信号することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、閉ループ電力制御コマンドが無いときには別々の基地局の個々の電力又はビットあたりエネルギーが電力補正間隔長さ及び／又は補正ステップ・サイズ限界により決定される率でそれぞれ全て前記目標電力又は前記目標ビットあたりエネルギーに収斂することとなるように、ダウンリンク閉ループ電力制御に追加される電力補正アルゴリズムでソフトハンドオーバーに関わる基地局のダウンリンク電力を補正することである。
【００１３】
更に、本発明の目的は、場合によっては始めは等しくない送信電力がダウンリンク閉ループ電力制御の実行時に収斂することとなるよう補正されたステップでソフトハンドオーバー中に個々の基地局のダウンリンク電力を調整することである。
【００１４】
本発明の更に他の目的は、ソフトハンドオーバー中にダウンリンク電力制御コマンドの送信エラーから立ち直る方法を提供することである。
【００１５】
本発明に従って、時間は電力補正間隔に分割される。目標電力又は目標ビットあたりエネルギーと補正ステップ限界とが各基地局のために決定される。該パラメータは基地局に信号される。各基地局は、その後、電力補正アルゴリズムを実行する。各基地局は、使用されている送信電力又はビットあたりエネルギーをそれぞれ前記目標電力又は前記目標ビットあたりエネルギーと比較する。この比較の結果は更に前記電力補正間隔内の電力補正ステップの所定数により割られるが、その数は、好ましくは、電力補正ステップを提供するために前記電力補正間隔内のダウンリンク電力制御コマンドの繰り返しの数に等しい。その後、ダウンリンク閉ループ電力制御と共同して電力補正が実行される。好ましい実施例では、閉ループ調整ステップは補正ステップと同時に使用され、実際上、補正された閉ループ調整ステップをもたらす。補正された閉ループ調整ステップは、後に、次の電力補正間隔内で移動局からのダウンリンク電力制御コマンドに従って送信電力を調整するために使用される。突然のアップリンク・フェードのために電力制御コマンドが存在しなければ、電力補正ステップが単独で使用される。
【００１６】
添付の略図を参照して本発明をいっそう詳しく説明する。
【００１７】
【発明の詳細な説明】
本発明が図２に示されている。最初のステップ６０で、電力補正アルゴリズムにより使用されるパラメータが決定される。そのパラメータは、少なくとも：電力補正間隔の長さ、補正ステップ・サイズ限界、及び目標電力レベル又は目標ビットあたりエネルギー・レベルを含む。次のステップ７０で、決定されたパラメータは、補正アルゴリズムを実行するネットワーク要素へ信号される。最後のステップ８０で、その信号されたパラメータに従って電力補正アルゴリズムが実行される。
【００１８】
本発明の好ましい実施例の新しい機能要素が図３に示されている。従来技術の電気通信システムに加えて、集中電力制御処理ユニット（centralised Power Control Processing Unit）５０が含まれている。このＰＣＰＵ５０は、制御情報を基地局１０及び１１に伝えることができる。ＰＣＰＵ５０は、移動局測定値と、ダウンリンク信号の使用されている電力レベル又は使用されているビットあたりエネルギー・レベルとを基地局１０及び１１から受け取る。その情報に基づいて、ＰＣＰＵは、基地局のための目標電力レベル又は目標ビットあたりエネルギー・レベルを計算し、それを他の必要とされるパラメータと共に開始メッセージで基地局に信号する。好ましい実施例では、電力補正間隔と補正ステップ限界とは、ネットワークのオペレータによって設定されるパラメータである。好ましい実施例では、電力制御処理ユニットは、基地局を制御し、且つ基地局に接続されているネットワーク要素にある。それは、使用されるネットワーク構成に応じて、移動交換機或いは無線ネットワーク・コントローラであって良い。集中電力制御処理ユニットは、別の処理ユニット又は既存の処理ユニットにおいてソフトウェア・プロセスとして実現されて良い。移動局が別々のＰＣＰＵ（図示されていない）の制御の元で基地局と通信しているとき、１つのＰＣＰＵがマスターＰＣＰＵとされ、電力補正パラメータを示す情報は、そのマスターＰＣＰＵから第２ＰＣＰＵへ信号される。
【００１９】
別の付加的要素は好ましくは基地局１０及び１１にそれぞれ置かれる補正ステップ計算ユニット４０及び４１である。このＣＳＣＵ４０及び４１は、ＰＣＰＵ５０によって送られる目標電力レベル或いは目標ビットあたりエネルギー・レベルを含む開始メッセージを受け取って、電力制御コマンドに従って基地局の電力レベルを調整するときに閉ループ調整ステップと組み合わされて使用される補正ステップを計算する。補正ステップ計算ユニットは、別の処理ユニットで、或いは既存の処理ユニットで、ソフトウェア・プロセスとして実現されることができる。
【００２０】
図４は、ＰＣＰＵ５０の決定フローチャートを示している。ステップ１００において、ＰＣＰＵは、好ましくは使用された基地局送信電力レベル或いは使用されたビットあたりエネルギー・レベルと共に、移動局２０測定値を受け取って蓄積する。ステップ１１０において、その受信された情報に基づいて、ＰＣＰＵはダウンリンクチャネル減衰及びダウンリンクチャネル干渉についての推定値を計算する。その推定値が計算されると、ＰＣＰＵはステップ１２０に移行して、個々の基地局１０及び１１について目標電力或いは目標ビットあたりエネルギーを計算する。実際の計算方法は当該技術分野で周知されているので、それを詳しくは説明しない。最後のステップ１３０において、ＰＣＰＵは、計算された目標電力或いは目標ビットあたりエネルギーを含む開始メッセージを基地局１０及び１１に送る。
【００２１】
図５は、好ましい実施例の補正ステップ計算ユニット４０及び４１における決定プロセスの模範的フローチャートを示している。同様のプロセスが両方のＣＳＣＵで実行されるけれども、ＣＳＣＵ４０で行われるプロセスだけについて説明をする。最初のステップ２００において、ＣＳＣＵ４０は新しい電力補正間隔が始まっていると判定する。開始は、好ましくは、ＰＣＰＵ５０からの目標電力或いは目標ビットあたりエネルギーを含む開始メッセージの受信により決定される。好ましい実施例では電力補正間隔はネットワークのオペレータにより設定されるパラメータであるけれども、ＰＣＰＵ５０により適応的に調整されても良い。それがもしＰＣＰＵによって適応的に調整されるのであれば、新しい値は新しい目標電力或いは目標ビットあたりエネルギーと共に開始メッセージで伝えられる。好ましい実施例では、開始メッセージは各電力補正間隔で送信される。しかし、パラメータが変化していなければ、開始メッセージの送信を控えることも可能である。その場合には、内部タイマー或いはカウンターが所定のスレショルドを越えたことを利用することによって開始の決定を行うことができる。ＣＳＣＵ４０は、新しい電力補正間隔が始まっていると判定すると、ステップ２１０に移行して、使用されている基地局送信電力或いは使用されているビットあたりエネルギーをそれぞれ目標電力或いは目標ビットあたりエネルギーと比較する。好ましい実施例では、この比較の結果は電力比或いはビットあたりエネルギー比であり、これはｄＢｓで表現されるのが最も便利である。しかし、測定の結果は、他の何らかの方法で電力差として表現されても良い。ＣＳＣＵ４０は、比較ステップ２１０を終えた後、ステップ２２０に移行して１電力補正間隔内の電力補正ステップの所定数で電力比を割ることによって電力補正ステップを決定する。好ましい実施例では補正ステップはダウンリンク閉ループ電力制御調整ステップと同時に実行されるので、１電力補正間隔内の補正ステップの個数は１電力補正間隔内のダウンリンク閉ループ電力制御コマンドの個数に等しい。
【００２２】
ステップ２２０を終えた後、ＣＳＣＵ４０はステップ２３０に移行して、計算された補正ステップを補正ステップ・サイズ限界と比較する。補正ステップ・サイズ限界は、好ましくは、ネットワークのオペレータによって設定されるパラメータであるけれども、ＰＣＰＵ５０により各間隔について計算されても良い。それらがＰＣＰＵによって計算されるならば、新しい値は、新しい目標電力或いは目標ビットあたりエネルギー並びに随意に調整された電力補正間隔と共に開始メッセージで伝えられる。もし補正ステップが限界内であれば、プロセスはステップ２４０に直接移行する。もし否であれば、ステップ２４０に移行する前に、補正ステップの現在の値はステップ２３５において最も近い限界の値と取り替えられる。ステップ２４０においてＣＳＣＵ４０は、基地局１０の電力制御ユニット（図示されていない）に補正ステップを知らせる。基地局１０の電力制御ユニットは、後に、該補正ステップを閉ループ調整ステップと組み合わせて使って、次の電力補正間隔の際にダウンリンク閉ループ電力制御コマンドに従って基地局１０の送信電力を調整する。アルゴリズムが開始された後、それは電力制御間隔内の目標に収斂するか、或いはステップ・サイズ限界が使用されるならば、それは少なくとも使用された限界で増大した間隔内での補正ステップの個数の補正を実行する。アルゴリズムは、全ての間隔で或いはもっと頻繁に開始される。
【００２３】
図６は、１電力補正間隔の間の、本発明の好ましい実施例の電力制御の例を示している。好ましい実施例では、電力補正間隔の長さは、ネットワークのオペレータにより、３０電力制御コマンド・サイクルに設定される。簡単のために、一定のビットレートが仮定される。基地局１０及び１１の初期電力はそれぞれ１５ｄＢｍ及び５ｄＢｍである。新しい電力制御間隔の開始時に、ＰＣＰＵ３０は、別々の基地局の移動測定値、実際の送信電力或いはビットあたりエネルギー、並びにあり得るその他のデータに基づいて、両方の基地局のための目標電力を計算する。ビットレートは一定であるので、目標ビットあたりエネルギーの代わりに目標電力を使うことができる。目標電力（７ｄＢｍ）は、開始メッセージで両方の基地局に伝えられる。その後、両方の基地局のＣＳＣＵが新しい補正ステップを決定し始める。基地局１０では、補正ステップは（７ｄＢｍ−１５ｄＢｍ）／３０＝−０．２７ｄＢである。基地局１１では補正ステップは（７ｄＢｍ−５ｄＢｍ）／３０＝０．０７ｄＢである。各基地局で補正ステップが決定されると、それは補正ステップ・サイズ限界、即ち−０．５ｄＢ及び０．５ｄＢ、と比較される。好ましい実施例では、その限界はネットワークのオペレータによって設定される。両方の補正ステップが該限界内にあるので、取り替えを行う必要はない。補正ステップは同時に閉ループ調整ステップと組み合わされて使用されるので、効果は、補正ステップによって閉ループ調整ステップを補正する場合と同じである。閉ループ調整ステップ即ち−１ｄＢ及び１ｄＢは、実際にはＣＳＣＵ４０において、それぞれ−１．２７ｄＢ及び０．７３ｄＢの補正された閉ループ調整ステップに補正される。基地局１１のＣＳＣＵ４１において、対応する補正プロセスにより−０．９３ｄＢ及び１．０７ｄＢの補正済み閉ループ調整ステップがもたらされる。次の電力補正間隔の間、基地局１０は各“電力を増大させる”ダウンリンク電力制御コマンドでその電力を０．７３ｄＢだけ増大させ、各“電力を減少させる”ダウンリンク電力制御コマンドでその電力を−１．２７だけ減少させるが、基地局１１における増大及び減少は１．０７ｄＢ及び−０．９３ｄＢである。好ましい実施例では補正ステップは閉ループ調整ステップとは独立に使用されるので、アップリンクが突然フェードした場合に閉ループ電力制御コマンドが無くても補正ステップが行われる。
【００２４】
電力補正間隔が始まるとき、移動局２０は、基地局１０からは１５ｄＢｍの電力で通信メッセージ（円が付されている）を、基地局１１からは５ｄＢｍの電力で通信メッセージ（正方形が付されている）をそれぞれ受け取る。簡単のために、ダウンリンク減衰及び干渉は無視されている。従って、移動局２０で受信される累積電力は１５．４１ｄＢｍである（三角形が付されている）。移動局におけるダウンリンク電力制御ループＳＩＲスレショルドは１０ｄＢｍであるとする。すると、移動局２０は“電力を減少させる”電力制御コマンドを作って送信する。このコマンドは両方の基地局で受信され、その後に基地局１０はその電力を−１．２７ｄＢだけ減少させ、基地局１１は−０．９３ｄＢだけ減少させる。また、移動局２０で受信される累積電力はスレショルドより高くて、それはもう一つの“電力を減少させる”コマンドを作って送信する。同じことが連続する５つの電力制御コマンドで続く。その後、受信される累積電力は１０ｄＢｍより減少し、移動局２０は“電力を増大させる”コマンドを作って送信する。第６電力制御コマンド後は、移動局２０で受信される累積電力はスレショルド１０ｄＢｍの周りをジグザグ形に進み始める。しかし、図５の最も重要な特徴は、受信される累積電力を該スレショルドに保ちながら個々の基地局の電力がその目標電力値７ｄＢｍに収斂することである。電力補正間隔の終わりには、最初の１０ｄＢｓの差は０．２ｄＢｓという取るに足りない差まで減少している。
【００２５】
好ましい実施例についての前の説明は、当該技術分野に精通している如何なる人も本発明を作り或いは使用することができるようにするために与えられている。当該技術分野に精通している人達は、この実施例についてのいろいろな修正に直ぐに想到するであろう。そして、ここで定義されている一般原理は、発明の才を用いることなく他の実施例に応用され得るものである。従って、本発明はここに示されている実施例に限定されるべきものではなくて、ここに開示されている原理及び新奇な特徴と矛盾しない最も広い範囲が与えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術のＣＤＭＡ移動電気通信システムの関連部分を示している。
【図２】 本発明の方法を示すフローチャートである。
【図３】 本発明のＣＤＭＡ移動電気通信システムの好ましい実施例の関連部分を示している。
【図４】 電力制御処理ユニット３０の決定フローチャートである。
【図５】 補正ステップ計算ユニット４０及び４１の決定フローチャートである。
【図６】 本発明の好ましい実施例に従って決定された補正された閉ループ調整ステップでの、１電力補正間隔の間のダウンリンク閉ループ電力制御の実行を示している。

Claims (16)

1. 移動局と基地局とを含む電気通信システムにおいて基地局送信電力を制御する方法であって、移動局は多数の基地局から同時に情報信号を受け取るようになっており：
   前記移動局に送信をしている前記の多数の基地局の各々の間で使用される電力又は使用されるビットあたりエネルギーの差は：
   複数の基地局からの送信レベルを電力補正間隔の間に前記複数の基地局で共通の送信電力値である目標電力レベル又は目標エネルギー・レベルに収斂させるように制御する電力補正アルゴリズムを実行するために、少なくとも電力補正間隔、補正ステップ・サイズ限界及び目標電力レベル又は目標エネルギー・レベルを含む電力補正パラメータを前記の多数の基地局の各々について決定し；
   前記の多数の基地局の各々で電力補正アルゴリズムを実行することによって、減少されることを特徴とする方法。
2. 該システムは多数の基地局制御要素を更に含んでおり、それらの要素は、それらの要素により管理される基地局に各々接続され；
   移動局がそれらから情報信号を同時に受け取る前記の多数の基地局は種々の基地局制御要素により制御されるようになっており、前記の種々の基地局制御要素のうちの１つはマスター基地局制御要素とされ；
   前記のマスターとされた基地局制御要素は、前記電力制御パラメータのうちの少なくとも１つを表す情報を前記の種々の基地局制御要素のうちの他の制御要素に信号するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記電力補正パラメータを示す情報は前記基地局に信号されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記電力補正パラメータのうちの少なくとも１つを示す前記情報は、各電力補正間隔で開始メッセージとして一度信号されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記開始メッセージは、該電力補正パラメータが変わっていなければ送られないことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記電力補正パラメータのうちの少なくとも１つを示す前記情報は、前記電力補正パラメータとしての目標電力レベル又は目標エネルギー・レベルであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
7. 前記補正ステップ限界は最大増加量及び最大減少量であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記最大増加量及び前記最大減少量の絶対値は等しいことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記電力補正アルゴリズムの実行は、使用される基地局送信電力又はビットあたりエネルギーを前記目標電力又は前記目標ビットあたりエネルギーとそれぞれ比較することから成ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記比較の結果は電力比又はビットあたりエネルギー比であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記比較結果は電力差又はビットあたりエネルギー差であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. 前記電力比又は前記ビットあたりエネルギー比は、前記補正ステップを与えるために前記電力補正間隔内の補正ステップの所定数で更に割られることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
13. 補正ステップの前記所定数は、前記電力補正間隔内のダウンリンク閉ループ電力制御調整ステップの数に等しいことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記基地局の各々の送信電力又はビットあたりエネルギーは、前記ダウンリンク閉ループ電力制御調整ステップと結合して所定時点で前記補正ステップにより補正されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
15. 複数の基地局と該複数の基地局から同時に情報信号を受け取る複数の移動局とを含む電気通信システムで使用される基地局によって移動局に送信される、情報信号の電力又はビットあたりエネルギーを、複数の基地局からの送信レベルを電力補正間隔の間に前記複数の基地局で共通の送信電力値である目標電力レベル又は目標エネルギー・レベルに収斂させるための電力補正アルゴリズムを実行して制御することの出来る前記基地局であって、該基地局は：
    少なくとも電力補正間隔、補正ステップ・サイズ限界及び目標電力レベル又は目標エネルギー・レベルを含む電力補正アルゴリズム・パラメータを示す情報を受信するための受信手段（１０，１１）と、
    前記電力補正アルゴリズムを実行するための手段（４０，４１）と、
    を含むことを特徴とする基地局。
16. 該基地局は、使用される電力レベル又は使用されるビットあたりエネルギー・レベルを示す情報を送信するための送信手段（３０）を含むことを特徴とする請求項１５に記載の基地局。

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