JP3943792B2 - ワイアレス通信システムのパワー制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイアレス通信システムに関し、特に複数の情報レートを有するワイアレス通信システムのパワー制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイアレス通信システムは、システム性能を上げシステムの容量を増加させるためにパワー制御方法を用いている。パワー制御は基地局から送信されている信号のパワーを管理する（フェージングを補償する）ために、通信チャネルのフェージングを追跡しこの追跡されたフェージングを用いている。ＩＳ−９５標準に基づく従来のＣＤＭＡワイアレス通信システムは、基地局においてパワーの伝送を制御するためにエラーインディケータビットを用いている。パワー制御は通常以下の方法で行われる。
【０００３】
ＣＤＭＡワイアレス通信システムにおいて、呼びが設定されると基地局と移動局とは順方向リンクと逆方向リンクを介して通信をする。この順方向リンクは、基地局から移動局へ信号を送信するための通信チャネルを有し、一方、逆方向リンクは移動局から基地局への信号を送信するための通信チャネルを有する。基地局は、制御情報を移動局に順方向制御チャネルと称する通信チャネルを介して送信し、一方移動局は制御情報を逆方向制御チャネルと称する通信チャネルを介して基地局に送っている。
【０００４】
基地局は、音声またはデータを移動局に順方向トラフィックチャネルを介して送信し、一方、移動局は音声またはデータを逆方向トラフィックチャネルを介して基地局に送信している。いずれのトラフィックチャネルにおいても音声またはデータは、フレームと称する２０ミリ秒（ｍｓ）の時間間隔で送信される。
【０００５】
ある数の音声またはデータのビットが各フレーム内で送信され、通常１秒間に送信されるビットの数をチャネルレートと称する。このチャネルレートは変化せず、通常システムのコーダ（符号化器）のレートに依存している。即ち、音声あるいはデータコーダのレートに依存している。しかし信号の各フレーム内の情報量は、音声信号に対しては変動する。そのため１秒当たり送信される情報のビット数（情報レート）は、変化しうる。
【０００６】
４つの異なる情報レートがトラフィックチャネル内には存在する。即ち、フルレート，１／２レート，１／４レート，１／８レートである。大量の情報が基地局から移動局に送信される場合には、順方向トラフィックチャネルの情報レートはフルレートである。少量の情報が基地局から移動局に送信される場合には、順方向トラフィックチャネルの情報レートは１／８レートである。
【０００７】
１／２レートと１／４レートは、遷移レートである。例えば、移動局の第１のユーザと第２のユーザとの間での電話の会話においては、第２のユーザからの音声信号は逆方向トラフィックチャネルを介して基地局に送られ、そしてこの基地局がこの情報を順方向トラフィックチャネルを介して第１のユーザ（移動局）に送る。会話のある期間では第２のユーザはしゃべり続けている。
【０００８】
そのため第１のユーザへの順方向トラフィックチャネルの情報レートは高い。その理由は大量の情報がこの順方向トラフィックチャネル上で送信されるからである。この場合、情報レートはフルレートである。会話の別の期間においては、第２のユーザは聞いているだけである。そのため第１のユーザへの順方向トラフィックチャネルの情報レートは低い、その理由は少量の情報がこの順方向トラフィックチャネル上で伝送されるだけだからである。この場合、情報レートは１／８レートに等しい。
【０００９】
情報レートが１／２、１／４または１／８の場合には、チャネルレートは情報レートよりも高く、情報は１フレーム毎数回繰り返される。例えば、１／２レートにおいては、情報は各フレームで２度繰り返される。１／４レートにおいては、情報はフレーム毎に４回繰り返される。１／８レートにおいては、情報はフレーム毎に８回繰り返される。フレーム毎に数回情報を繰り返すことによりそれに応じた低いパワーで情報を送信できる。このパワーは、情報レート換算係数により換算され、これは情報レートに等しい。情報レートが１／８レートに等しいフレームの場合には、情報レートの換算係数は１／８であり、パワーはフルレートのフレームのパワーの１／８に減少している。
【００１０】
フレーム内のビットは、時間的に拡散している。これはインタリーブされていると称する。インタリービングは、時間的に重要な情報を拡散させ、その結果深いフェードあるいはノイズのバーストがある場合には、重要な情報は１つの深いフェードあるいはノイズバーストによっては破壊されることはない。これによりエラーを含むフレームの数を減らしている、これをフレームエラーレートと称する。
【００１１】
システム条件が同じときには、チャネルレートよりも低い情報レートを有するフレームは、情報レートがフルレートに等しいフレームよりも低いフレームエラーレートを有する。これは、フレーム内のビットの繰り返しとインタリービングを組み合わせることのシナジー（合成）効果に起因する。低い情報レートを有するフレームの低いフレームエラーレートによりさらに低いパワーでもってこれらのフレームを送信することができる。例えば、情報レートが１／８のフレームに対してはパワーは、情報レートがフルレートのフレームのパワーの１／８に減らすことができる。基地局はフルレートより低い情報レートを有するフレームのパワーを調整することができる。
【００１２】
図１を参照すると、従来のＣＤＭＡシステムにおいては、各順方向トラフィックフレーム１０（即ち、順方向トラフィックチャネルを介して送信されるフレーム）は、音声またはデータとエラー制御情報を巡回性冗長コード（cyclical redundancy code＝ＣＲＣ）の形態で有する。これに対し、各逆方向トラフィックフレーム２０（即ち、逆方向トラフィックチャネルを介して送信されるフレーム）は、音声またはデータと、最後の順方向トラフィックフレームが良好なフレームかあるいは消去された（即ち、不良フレーム）であるかを示すエラーインジケータビット（error indicator bits＝ＥＩＢ）を有する。
【００１３】
基地局３０が順方向トラフィックフレーム１０を送信すると、この順方向トラフィックフレーム１０を受信する移動局４０は、ＣＲＣをチェックして順方向トラフィックフレーム１０が良かまたは不良かを決定する。移動局４０は、このような決定結果を移動局が送信する次の逆方向トラフィックフレーム内のＥＩＢを用いて送信する。例えば、ゼロのエラーインディケータビットは、順方向トラフィックフレームにはエラーがないことを示し、ポジティブ（正）のエラーインディケータビットは、順方向トラフィックフレームが不良フレームであることを示す。
【００１４】
基地局は、移動局から逆方向トラフィックフレームを受信すると、ＥＩＢを検査してその移動局への順方向ビットがフェージング状態にあるか否かを決定し、その順方向リンクのパワーを調整する。例えば、基地局がエラー状態にある順方向トラフィックフレームを示す１つあるいは連続するＥＩＢを受信した場合には、基地局はその順方向リンクはフェージング状態にあると決定し、順方向リンクのパワーを増加する。これはフレームエラーレートが許容されるパーセント（通常所望のシステムパーセントによっては１％ないし３％の間）に維持することを可能としている。
【００１５】
そのため従来のＣＤＭＡワイアレス通信システムにおいては、パワーを調整するかあるいはパワーを現在のレベルに維持するかのいずれかのパワー制御の決定が、ＥＩＢを受信すると各フレーム毎に行われている。新たに提案されたＣＤＭＡワイアレス通信システム（以下、ＣＤＭＡ２０００と称する）においては、順方向リンクのパワー制御は遙かに高速である。
【００１６】
順方向リンクのパワー制御は、８００Ｈｚのレートで行われ、このことはパワー制御情報（以下、パワー制御ビットと称する）は、１．２５ミリ秒ごとに送信され、あるいはパワー制御グループ毎に１回送信される。そのため基地局はパワーを調整すべきか否かを決定するために、順方向トラフィックフレームの最後まで待つことはできない。
【００１７】
図２を参照すると、ＣＤＭＡ２０００のパワー制御は、低速のアウターループ１００と高速のインナーループ１１０とを用いて行われる。アウターループ１００においては、移動局１２０はフレームエラーレートの目標値１２４を用いて目標とするＳＮ比を決定する。この値は通常所望のシステム性能に依存し１％から３％の間である。ＳＮ比は通常Ｅ_b／Ｎ₀とも表される。ここで、Ｅ_bは情報ビット当たりのエネルギで、Ｎ₀は受信機から見た干渉のパワースペクトラム密度である。かくしてＥ_b／Ｎ₀目標値１３０は、目標とするＳＮ比として用いることができる。このＥ_b／Ｎ₀目標値１３０は各フレーム毎に決定される。
【００１８】
かくして２０ｍｓの長さのフレームにおいては、アウターループ１００の速度は５０Ｈｚである。Ｅ_b／Ｎ₀目標値１３０が決定されると、それはインナーループ１１０に送られる。インナーループ１１０内でＥ_b／Ｎ₀目標値１３０は、受信信号のＥ_b／Ｎ₀測定値１６０と比較される。この受信信号は、最後の比較から１．２５ｍｓの間に測定されたものである。Ｅ_b／Ｎ₀測定値１６０がＥ_b／Ｎ₀目標値１３０より小さいときには、移動局１２０はパワーの増加を要求する。Ｅ_b／Ｎ₀測定値１６０がＥ_b／Ｎ₀目標値１３０より大きいときには、移動局１２０はパワーの減少を要求する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
この現在のシステムの問題点は、チャネルレートよりも低い情報レートを有するフレームは、情報レート換算係数により換算されたフルレートのパワーよりも低いパワーで送信することができない点である。例えば、あるシステムにおいては、１／８レートに等しい情報レートを有し、フルレートのフレームのパワーの１／１６で送信されるフレームでも、許容可能なフレームエラーレートを有する。しかし、現在のシステムでは、情報レートは１／８であるために、このＥ_b／Ｎ₀目標値１３０は、情報レートがフルレートに等しいときのＥ_b／Ｎ₀目標値１３０の１／８となる。
【００２０】
基地局１８０は、１／８の情報レートを有するフレームをフルレートのフレームのパワーの１／１６で送信し、これによりＥ_b／Ｎ₀目標値１３０の半分のＥ_b／Ｎ₀測定値を生成する。移動局１２０はフレームの最初の１．２５ｍｓでビットを受信し、このビットのＥ_b／Ｎ₀を測定する。その後移動局１２０は、このＥ_b／Ｎ₀測定値１６０とＥ_b／Ｎ₀目標値１３０とを比較する。Ｅ_b／Ｎ₀目標値１３０はＥ_b／Ｎ₀の測定値１６０よりも大きいために、移動局はフレームがフルレートのフレームの１／８のパワーで送信されるようになるまでパワーの増加を要求し続ける。そのためフレーム内のビットの繰り返しと、インタリービングを組み合わせたシナジー効果に起因して得られるパワーの減少の利点が得られなくなってしまう。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の問題点をパワー制御の可変換算係数を移動局に送信することにより解決する。本発明によれば、移動局は信号を送信するために信号品質の目標基準を決定し、この信号品質の目標基準をパワー制御可変換算係数で換算する。このパワー制御可変換算係数を移動局に送ることにより、フルレートより低い情報レートを有するフレームは、情報換算係数とフルレートに等しい情報レートを有するフレームのパワーの乗算値よりもさらに低いパワーでもって送信することができる。
【００２２】
本発明の他の実施例によれば、基地局は送信すべき信号の情報送信レートを決定する。その後基地局は、この情報送信レートに基づいてパワー制御可変換算係数を得て、このパワー制御の可変換算係数を送信する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図３は本発明に使用される基地局２１０と移動局２２０とを有するワイアレス通信システム２００を示す。基地局２１０と移動局２２０は、公知のＣＤＭＡ２０００の技術を採用した順方向リンク２３０と逆方向リンク２４０を用いて通信する。しかし、本発明はＣＤＭＡ２０００の技術を採用した基地局と移動局に限定されるものではない。本発明は他のＣＤＭＡ技術および他の多重アクセス技術を採用した基地局と移動局にも等しく適用可能である。
【００２４】
各順方向トラフィックフレーム（即ち、順方向トラフィックチャネルを介して送信されるフレーム）は、音声またはデータとエラー制御情報をＣＲＣの形態で含む。パワーレート換算係数２４５は、順方向トラフィックチャネル上で送信される。上記したように、順方向トラフィックフレームの情報内容は異なる情報レートを含む。通常、４個の情報レート、即ち、フルレート，１／２レート，１／４レート，１／８レートがある。
【００２５】
フレームの情報レートがチャネルレートより低い場合には、フレームはフルレートに等しい情報レートを有するフレームのパワーと情報レート換算係数とを掛けた値よりもさらに低いパワーでもって送信することができる。より低い情報レートを有するフレームのパワーを減らし、さらに許容可能なフレームエラーレートを有する換算係数は、パワー制御可変換算係数である。
【００２６】
このパワー制御可変係数は、システムの移動性とシステム内のユーザの数、セルと称するシステム内の基地局によりカバーされる領域の広さ、ビルあるいは他の障害物からシステムが受ける干渉、あるいは許容可能なフレームエラーレートを維持するために必要なパワーの量を決定する他の係数等のシステム条件に依存する。さらにまたこれらの条件はセル毎に変動するために、各基地局は自分自身のパワー制御可変換算係数を決定することができる。このパワーレート換算係数２４５は、ドライブテストで経験的に得られる。
【００２７】
一般的なシステムにおいては、パワーレート換算係数２４５は、フルレートに等しい情報レートを有するフレームに対しては約１で、１／２レートに等しい情報レートを有するフレームに対しては７／８で、１／４レートに等しい情報レートを有するフレームに対しては３／４で、１／８レートに等しい情報レートを有するフレームに対しては１／２である。
【００２８】
パワー制御可変換算係数は、順方向トラフィックチャネルのメッセージの一部として、例えばハンドオフの方向メッセージあるいはパワー制御パラメータメッセージとして送信される。別法として、基地局はパワー制御可変換算係数を制御チャネル上でメッセージとして、例えばページングチャネルのメッセージとして送信することができる。好ましくは、パワーレート換算係数２４５はシステムパラメータメッセージ内あるいはページングチャネルのチャネル割当てメッセージ内にある。パワー制御可変換算係数は、順方向リンクとして説明したが、これは順方向リンクのパワー制御に本発明が限定されるものではない。本発明は逆方向リンクのパワー制御にも適用可能である。
【００２９】
各逆方向トラフィックフレーム（即ち、逆方向トラフィックチャネルを介して送信されるフレーム）は音声を含む。しかし、パワー制御ビットは、逆方向パイロットチャネル上で送信されている。逆方向パイロットチャネルの各フレームは、１６個の１．２５ｍｓ時間のインターバル（以下、パワー制御グループと称する）を含み、各グループは、送信パワーが最後の順方向トラフィックのパワー制御グループに基づいて増加すべきかあるいは減少すべきかを示すパワー制御ビットを含む。
【００３０】
ワイアレス通信システム２００においては、順方向リンクのパワー制御は、低速のアウターループ１００と高速のインナーループ２５０を用いて行われる。アウターループ１００においては移動局２２０は、信号品質の目標基準（好ましくはＥ_b／Ｎ₀目標値１３０）をフレームエラーレートの目標値１２４を用いて決定する。この値は、所望のシステム性能に依存し、通常１％ないし３％の間である。信号品質の基準は、移動局２２０が基地局２１０から受信した信号の品質を表す基準値である。
【００３１】
好ましくは、信号品質基準値はＳＮ比あるいはＥ_b／Ｎ₀比（これはＳＮ比を表すものとして用いられている）のいずれかである。Ｅ_b／Ｎ₀目標値１３０は、各フレームに対し決定される。Ｅ_b／Ｎ₀目標値１３０が決定された後、それはインナーループ２５０に送られる。インナーループ２５０においてＥ_b／Ｎ₀目標値１３０はパワーレート換算係数２４５により換算され、Ｅ_b／Ｎ₀フルスケール値２６０を生成する。このＥ_b／Ｎ₀フルスケール値２６０が受信信号（最後の比較から１．２５ｍｓの間に測定された）のＥ_b／Ｎ₀測定値１６０と比較される。
【００３２】
Ｅ_b／Ｎ₀測定値１６０がＥ_b／Ｎ₀フルスケール値２６０より小さいときには、移動局２２０はパワーを増加すべきであることを表す情報を送信する。基地局２１０は、この要求に順方向トラフィックチャネルのパワーを増加することにより応える。Ｅ_b／Ｎ₀測定値１６０がＥ_b／Ｎ₀フルスケール値２６０より大きいときには、移動局２２０はパワーを減少すべきであるという情報を送信する。基地局２１０はこの要求に対し、順方向トラフィックチャネルのパワーを減少させることにより応答する。
【００３３】
ワイアレス通信システム２００により、チャネルレートよりも低い情報レートを有するフレームは、フルレートに等しい情報レートを有するフレームのパワーを情報レート換算係数で換算したパワーよりも低いパワーで送信することができる。例えば、パワー制御可変換算係数が、１／８の情報レートを有するフレーム対して１／２のときには、基地局はフルレートに等しい情報レートを有するフレームのパワーの１／１６でフレームを送信する。
【００３４】
【発明の効果】
これによりＥ_b／Ｎ₀目標値１３０の半分のＥ_b／Ｎ₀測定値を生成する。移動局２２０は、フレームの最初の１．２５ｍｓでビットを受信し、このビットのＥ_b／Ｎ₀を測定する。その後移動局２２０は、このＥ_b／Ｎ₀の測定値を換算したＥ_b／Ｎ₀フルスケール値２６０と比較する。情報レート換算係数１４０は１／８であるので、Ｅ_b／Ｎ₀目標値１３０はフルレートに等しい情報レートを有するフレームのＥ_b／Ｎ₀目標値１３０の１／８である。
【００３５】
パワーレート換算係数２４５は１／２であるので、Ｅ_b／Ｎ₀フルスケール値２６０はＥ_b／Ｎ₀目標値１３０の１／２である。フェージングやノイズバーストが存在しないときには、Ｅ_b／Ｎ₀の測定値とＥ_b／Ｎ₀の換算値とは等しい。移動局はパワーの変更を要求しない。そのためシステムは、フレーム内のビットの繰り返しとインタリービングを組み合わせたシナジー効果に起因して得られるパワーの減少を利用することができる。
【００３６】
上記したパワー制御可変換算係数は、逆方向リンクのパワー制御にも用いることができる。基地局は、逆方向リンク上の受信信号に対し信号品質の目標基準値を決定する。基地局は、パワー制御の可変換算係数を得て、その後このパワー制御可変換算係数により信号品質の目標基準値を換算する。この換算された信号品質の目標基準値が受信信号の信号品質の測定した値と比較される。信号品質の測定値が、換算した目標信号品質値よりも小さいときには、基地局は移動局は送信パワーを増加するよう要求する。測定した信号品質値が、換算した目標信号品質値よりも大きいときには基地局は移動局が送信パワーを減少させるよう要求する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＣＤＭＡシステムのパワー制御方法を表す図
【図２】ＣＤＭＡ２０００システムのパワー制御方法を表す図
【図３】ＣＤＭＡ２０００システムのパワー制御可変変換係数を用いたパワー制御方法を表す図
【符号の説明】
１０ 順方向トラフィックフレーム
２０ 逆方向トラフィックフレーム
３０，１８０，２１０ 基地局
４０，１２０，２２０ 移動局
１００ アウターループ
１１０，２５０ インナーループ
１２４ フレームエラーレートの目標値
１３０ Ｅ_b／Ｎ₀目標値
１４０ 情報レート換算係数
１６０ Ｅ_b／Ｎ₀測定値
２００ ワイアレス通信システム
２３０，２７０ 順方向リンク
２４０ 逆方向リンク
２４５ パワー制御可変換算係数
２６０ Ｅ_b／Ｎ₀フルスケール値

Claims (12)

1. ワイアレス通信システムのパワー制御方法であって、
   受信信号のデータのフル情報レートのフレームに対して必要な信号品質を達成するための信号品質パラメータの目標値を決定するステップ、
   該受信信号の分数情報レートのフレームに対して該信号品質パラメータの目標値を、該分数情報レートのフレームからフル情報レートを生成するような分数に相当する、該フルレートに対する目標値の分数として決定するステップ、
   パワー制御可変換算係数によって該分数レートに対する目標値を調整するステップであって、該パワー制御可変換算係数が、該フレームに対する必要な信号品質を維持させつつ該分数レートに対する目標値を減少させられる換算係数を表しているステップ、及び
   該分数情報レートで送信されたフレーム内のパワー制御グループに対する該信号品質パラメータの受信値を、調整された該分数レートに対する目標値に対して評価し、該受信値と該目標値との差の関数としてパワーを調整するステップ
   からなる方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記信号品質パラメータがＳＮ比又はＥ_ｂ／Ｎ_０である方法。
3. 請求項１記載の方法において、該評価するステップが、さらに、
   該受信信号の信号品質値が調整された該分数情報レートに対する目標値よりも小さいことに応答して送信信号のパワーを増加させるよう要求するステップ、及び
   該受信信号の信号品質値が調整された該分数情報レートに対する目標値よりも大きいことに応答して送信信号のパワーを減少させるよう要求するステップ
   からなる方法。
4. 請求項１記載の方法において、前記パワー制御可変換算係数がページングチャネル又はトラフィックチャネルのメッセージ内で受信される方法。
5. 請求項１記載の方法において、該（目標値を）調整するステップが該フレーム内のパワー制御グループのインターバルで動作する方法。
6. ワイアレスシステムの送信機パワーを制御する方法であって、
   受信信号のデータのフル情報レートのフレームに対して必要な信号品質を達成するための信号品質パラメータの目標値を決定するステップ、
   該受信信号の分数情報レートのフレームに対して該信号品質パラメータの目標値を、該分数情報レートのフレームからフル情報レートを生成するような分数に相当する、該フルレートに対する目標値の分数として決定するステップ、
   パワー制御可変換算係数を決定するステップであって、該パワー制御可変換算係数が、該フレームに対する必要な信号品質を維持させつつ該分数レートに対する目標値を減少させられる換算係数を表しているステップ、
   該パワー制御可変換算係数によって該分数情報レートに対する該信号品質パラメータの目標値を換算するステップ、及び
   分数情報レートのフレームにおけるパワー制御グループのインターバルに対する送信パワーを、該インターバルに対して測定されたサービス品質についてのパラメータ値と該換算された信号品質パラメータの目標値との間の差の関数として調整するステップ
   からなる方法。
7. 請求項６記載の方法において、該パワー制御可変換算係数が順方向制御チャネル、ページングチャネル又は順方向トラフィックチャネルのメッセージ内で送信される方法。
8. 請求項６記載の方法であって、さらに、該送信パワーをパワー制御可変換算係数により換算するステップを含む方法。
9. 情報信号がフル情報レート及び１以上の分数情報レートで送信され、特定の信号品質を達成するために必要な信号品質パラメータの目標値がフルレート情報フレーム及び少なくとも１つの分数レート情報フレームに与えられ、該分数レートに対する目標値が該分数情報レートのフレームからフル情報レートを生成する比をもってフルレートに 対する目標値に比例しているワイアレス通信システムにおいて、該ワイアレス通信システムの送信パワーを制御する方法であって、
   パワー制御可変換算係数によって該分数レートに対する目標値を調整するステップであって、該パワー制御可変換算係数が、該フレームに対する必要な信号品質を維持させつつ該分数レートに対する目標値を減少させられる換算係数を表しているステップ、及び
   該分数情報レートで送信されたフレーム内のパワー制御グループに対する該信号品質パラメータの受信値を、調整された該分数レートに対する目標値に対して評価し、該受信値と該目標値との差の関数としてパワーを調整するステップ
   からなる方法。
10. 請求項９記載の方法において、該信号品質パラメータがＳＮ比又はＥ_ｂ／Ｎ_０である方法。
11. 請求項９記載の方法において、該評価するステップが、さらに、
    該受信信号の信号品質値が換算された信号品質目標値よりも小さいことに応答して送信信号のパワーを増加させるよう要求するステップ、及び
    該受信信号の信号品質値が換算された信号品質目標値よりも大きいことに応答して送信信号のパワーを減少させるよう要求するステップ
    からなる方法。
12. 請求項９記載の方法において、該（目標値を）調整するステップが、該フレーム内のパワー制御グループのインターバルで動作する方法。

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