JP3957629B2 - 移動体無線システムの電力制御方法及びシステム - Google Patents

Description

【０００１】
(技術分野)
本発明は、２つのインタラクティブ無線ユニットの間、例えば移動局と固定局との間の信号の受信/送信がそれぞれフレームとして構成され、送信方向がＴＤＤ（時分割二重化）アクセス技術に従って時間領域で、又はＦＤＤ（周波数分割二重化）アクセス技術に従って周波数領域で受信方向と区別されるディジタル通信システムに関するものである。フレームはＮ個のタイムスロットを具え、これらのタイムスロット内で所望信号の受信/送信がＴＤＭＡ（時分割多重アクセス）アクセス技術に従って生起する。第３世代のセルラーディジタルシステムでは、Ｍ個及び／又はＭ人までの信号及び／又はユーザをＣＤＭＡ（符号分割多重アクセス）アクセス技術に従って符号分割により各タイムスロットに多重することができる。
【０００２】
トリプレット（タイムスロット；符号；周波数）が物理チャネル又は無線リソースを規定する。図１はＴＤＤ技術ＵＭＴＳシステム用のフレーム構造の一例を示す。トラヒックのない場合でも、固定局は必要なシステム情報をネットワークサービスにアクセスする移動局に送るために常に少なくとも１つのリファレンスチャネル（ブロードキャストチャネル）をアクティブにしている。このブロードキャストチャネルは事前に知っている又はネットワークを介してシステム情報により信号される一定のパワーレベルで支給される。一定のパワーで支給されるリファレンスチャネルの存在により、移動局は固定局と対話する必要なしに、固定局への無線リンクのパスロスを推定することができる。固定局にアクセスする前に、移動局は固定局により放射された全てのシステム情報を読み取り、復号する必要がある。一般にセルラーシステムでは、特にＣＤＭＡ無線アクセス技術を使用する第３世代のシステムでは、送信信号の電力の調整が基本的な役割を有する。電力の正しい調整により、無線ユニットは必要な電力のみを発生し、エネルギー節約（移動局にとって特に重要）をもたらすことができるとともに、特に他のシステムユーザ又は他のシステムにより生ずる干渉／妨害を低減することができる。使用可能な無線リソースに対する制限が干渉のレベルに大きく依存するＣＤＭＡ技術システムに対しては、有効な電力調整方法が最も重要である。
【０００３】
(背景技術)
移動無線システムにおいては、２つの電力制御方法が現在使用されており、次のように定義される。
１． 開ループ電力制御
２． 閉ループ電力制御
【０００４】
開ループ電力制御（方法１）では、送信ユニット（移動局）を適切な電力レベルで送信可能とするための全ての情報を送信ユニットに送信するメカニズムを受信ユニット（例えば固定局）に組み込まない。このことは、送信局はインタラクティブユニットからのダウンリンク内のアクティブチャネルから得られた測定値に基づいて使用すべき電力レベルを自律的に決定することを意味する。固定局により事前に知っている（或いは知らされる）一定の電力レベルで支給される、サービスを保証するために連続的に使用可能なブロードキャストチャネルがこの目的のために一般に使用されている。受信ユニットとの対話が不要であれば、この方法は任意のタイプ（双方向又は単方向）のチャネルに、対話主体間の無線接続の任意のフェーズ中（例えば接続の開始前又は後）に適用することができる。
【０００５】
閉ループ電力制御（方法２）では、受信ユニット（固定局又は移動局）が送信ユニット（移動局又は固定局）に、次に送信すべき電力レベルに関する絶対コマンド又は補正コマンドを送信する。２つの無線ユニット間の対話が与えられるならば、この方法は、２つの対話ユニット間に無線接続が既に設定され、少なくとも１つの双方向リンクを提供している場合にのみ適用することができる。
【０００６】
方法１の制限は、送信ユニットは測定可能なパラメータ又は受信ユニットにのみ知られているパラメータ、例えば送信ユニットが使用準備中の物理チャネルで検出された干渉のレベル、又は例えば使用無線システムと関連する補正定数、を考慮しない点にある。このようなパラメータの使用は、放射すべき電力レベルのより精密な計算を容易にし、放射電力及び送信信号の正しい受信確率を最適にする。
【０００７】
方法２の主な制限は、接続が既にアクティブであり且つこの接続が少なくとも１つの双方向リンクを含む場合にしか適用し得ない点にある。この理由のために、この方法はハンドオーバ中又は単方向接続中又はアクセスフェーズ中に適用できない。
【０００８】
開ループ電力制御について概略説明した主な問題を解決する第１の試みはＣＤＭＡ−ＴＤＤディジタルコードレス電話システムに関する米国特許第５，２７８，９９２号（１９９１年１１月８日出願）に開示されている。特に、この特許は、遠隔送信信号の送信電力を次式（ｄＢｍ単位）：
Power＝Ａ＋（Ｂ−Ｃ）
に従って制御することを請求の範囲に記載している。ここで、Ａは基地デバイスにより受信される遠隔送信信号の所望の電力を表し、Ｂは基地デバイスにより送信される基地送信信号の電力を表し、Ｃは遠隔デバイスにより受信される基地送信信号の測定電力を表す。この方法は顕著な進歩をもたらすが、電力パラメータＡの表示に干渉の影響が考慮されない欠点を有する。括弧で括った項（Ｂ−Ｃ）は、項Ｂの暗黙知識及び基地局により制御チャネルで放送される項Ａの読み取りに基づいて移動局により計算されるダウンリンクにおけるパスロスである。
【０００９】
タナカマサト、サンペイセイイチ及びモリナガノリヒコの論文「Fast Initial Acquisition of Transmitter Power for the Reverse Link DS/CDMA Cellular Systems」１ＥＥＥ、１９９８年発表、には、前項Ａで目立つギャップを埋めるＣＩＲ-based ＴＰＣ(Carrier-to-Interference Power Ratio)-based（Transmitter Power Control）が開示され、これは次のように表される。
(Ｒｘ_target)_j ⁿ ＝(ＣＩＲ)_target×Ｉ_j ⁿ
ここで、ｎは第ｎ番のタイムスロット、ｊは第j番の基地局を示し、Ｉ_j ⁿは第ｊ番の基地局に接続される全ての移動局に対し平均化した第ｎ番のタイムスロットにおける干渉信号レベルである。項(Ｒｘ_target)_j ⁿは基地局により放送される。この論文の教えは開ループ電力制御に確実な進歩をもたらすにもかかわらず、この制御は使用する干渉が全く一般的であるために依然として最適でない。
【００１０】
以上から、現在使用されている電力制御方法は移動体システム送信電力レベルの完全な設定を実行できない。その理由は、アクセスされたネットワークは移動体システムにより必要とされる全ての情報を送信しないためであり、例えば開ループ電力制御の場合には、ネットワークはブロードキャストチャネル電力を信号し、最終的には一般的な干渉レベルを信号するのみであるためであり、閉ループ電力制御方法の場合には、対話する無線エンドポイント間に既に設定された二重接続を必要とするためである。
【００１１】
（発明の目的）
本発明の目的は、上述した代表的な従来技術の欠点を克服し、アップリンク（即ち移動局から固定局）送信方向における電力レベルの調整を固定局にアクセスする移動局に対し固定局により調整し、固定局との双方向リンクの前提条件を必要とすることなく移動局からの送信を最適化する方法及びメカニズムを提供することにある。
【００１２】
（発明の概要）
本発明は現在使用されている上述した２つの電力制御方法（即ち、開ループ電力制御及び閉ループ電力制御）を組み合わせ、任意のタイプ（双方向又は単方向）のリンクに適用可能であるとともに任意の接続状態（アクセスフェーズ、接続フェーズ又はハンドオーバフェーズ）において適用可能であり、且つ受信無線ユニットにのみ知られているパラメータも考慮する。
【００１３】
本発明は、請求項１の記載に従って実現される方法を提供する。
本発明は、２つのインタラクティブ無線ユニットの間、即ち移動局と固定局との間の信号の送信及び受信がそれぞれフレームとして構成され、送信方向が、ＴＤＤ（時分割二重化）アクセス技術に従って時間領域で、又はＦＤＤ（周波数分割二重化）アクセス技術に従って周波数領域で、受信方向と区別されるディジタル移動通信システム、特に第３世代ＣＤＭＡ（符号分割多重アクセス）無線アクセス技術セルラーシステムに適用する。本発明は、このようなシステムにおいて、アップリンク（即ち移動局から固定局）送信方向における電力レベルの調整を固定局にアクセスする移動局に対し固定局により調整し、固定局との双方向リンクの前提条件を必要とすることなく移動局からの送信を最適化する方法を明示する。本発明の方法は、移動局が送信すべき正しい電力レベルの決定に強い影響を与える、固定局のみから知らされる又は測定し得るパラメータ、例えば干渉レベル及び移動局が送信する特定の物理チャネルで搬送される情報フローに必要な品質パラメータ、を考慮して、ネットワークのみの制御下にあるこの情報を使用するとともに移動局のみの制御下にある情報、例えば無線リンク減衰、を加えることにより、移動局が、あたかも完全な閉ループ電力制御が実行されているかのように、ネットワークに正しい電力レベルでアクセスすることができるようにする。
【００１４】
使用する干渉が一般的である前記タナカマサト他の論文と異なり、本発明の方法によれば、移動体システムは、完全な送信電力レベルの設定に必要な全ての情報、即ち移動局が使用しようとしている物理チャネル及び特定情報（従って期待品質）に基づくアクセスネットワークにおける正確な期待電力レベル、及び、無線リンク減衰及びローカル送信機パラメータ等の移動体システムの特定パラメータを、アクセスする移動体システムがアクセスしたネットワークで知られる前に、得ることができる。
【００１５】
本発明の他の有利な特徴は、ＴＤＤ−ＣＤＭＡアクセス技術システムのフレームワークの一例を示す図１を参照して以下に記載する一例の説明から明らかになるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１６】
（本発明の好適例の説明）
本発明では、
・移動無線ユニットは、ネットワークにアクセス可能になる前に、選択された固定局によりそのブロードキャストチャネルを経て放射された全てのシステム情報を読み取り、復号する必要がある；
・移動局は選択された固定局がそのブロードキャストチャネルを放射する電力レベルを知ることができるため（事前に知らされている又はシステム情報で知らされる）、例えば固定局がそのブロードキャストチャネルを送信する電力から移動局がこのブロードキャストチャネルを受信する電力を差し引くことによりパスロス(Path_Loss)を当該固定局に転換することができる；
・移動局は最初のアクセス信号をネットワークに送るためにどの物理チャネルが構成されたかを知ることができる（事前に知らされている又はシステム情報で知らされる）；
であるものとする。
【００１７】
ここに記載する本発明の第１の特徴は、規定されたシステム情報に加えて、ネットワークは、最初のアクセス信号を送信するのに使用する割当て物理チャネルにアクセスする移動局により受信されるべき期待電力レベルを、下記の法則に従って、ブロードキャストチャネルで送信することを提案する。
Ｒx_ＰＬ＝ＳＩＲtarget＋Ｉ＋Ｋ1 (1)
ここで、
Ｒx_ＰＬ： 移動局からの特定の物理チャネルにおけるネットワーク期待電力レベル（ｄＢｍ）を示す；
ＳＩＲtarget： 特定の物理チャネルで期待されるメッセージ/信号のタイプの正しい受信のために必要とされる所望信号と干渉信号との比（ｄＢ）を示す；このパラメータはオペレータにより構成することができ、また、サービス中にネットワークから得られる統計的データに基づいて計算/最適化することができる；
Ｉ：アクセスする移動体システムが最初のアクセス信号の送信に使用する物理チャネルにて固定局により測定された干渉のレベル（ｄＢｍ）を示す；
Ｋ1： 補正定数である；これは、例えば、固定局のアンテナ利得、もしあれば、移動局に知られているものと仮定されるブロードキャストチャネル上の電力レベルの補正；あり得る測定誤差等の補正係数等を含む。
【００１８】
従って、移動局は、最初のアクセス信号をこの信号の送信のためにネットワークが使用する物理チャネルで送信する電力レベルを、次式を用いて決定することができる。
Ｔx_ＰＬ＝Ｒx_ＰＬ＋Ｐath_Ｌoss＋Ｋ2 (2)
ここで、
Ｔx_ＰＬ： 移動局が選択された固定局に最初のアクセス信号を送信する電力レベルを示す；
Ｒx_ＰＬ： 固定局で法則(1)に従って計算され、ブロードキャスト送信される、移動局からの特定の物理チャネルにおける期待電力レベルを示す；
Ｋ2： 例えば、移動局などにおける不正確な測定値に関するファクタなどを考慮に入れる補正定数である；
【００１９】
本発明の第２の特徴は、初期信号又はアクセス要求に応答して、及び、一般に、固定局が移動局に専用のメッセージを送信して、この移動局がこのメッセージの受信に続いて送信する新しい物理チャネルを知らせるときは、固定局は前記メッセージに移動局からの前記新しい物理チャネルにおける期待電力レベルに関する情報を含めることを提案する。この期待電力レベルは新しい物理チャネルのホストである固定局（ハンドオーバのために前記メッセージを送信する固定局と異なることもある）により計算され、干渉パラメータＩ及びＳＩＲtargetパラメータを新しい物理チャネル上で測定される干渉値及び該チャネルを流れる情報のタイプにそれぞれ適合させる。上述のメッセージは、例えば、初期アクセス要求に応答する場合には、接続を開始するチャネルの割り当てメッセージとすることができ、また、接続が設定されているが新しい物理チャネルを占有する必要がある場合にはハンドオーバメッセージとすることができる。後者の場合には、ハンドオーバが現在サービス中の固定局と異なる固定局に対し起こるとき、ハンドオーバメッセージの内容は受取固定局によりコンパイルされなければならない。
【００２０】
現在サービス中の局に属する新しい物理チャネルのハンドオーバによる割り当ての場合における本発明の更なる拡張として、固定局は割り当てメッセージ内に、割り当てメッセージが送信される電力レベルも示すようにすることができる。移動局はこの情報を使用して、固定局のブロードキャストチャネルを読み取ることなく(現在アクティブな接続チャネルは別)、送信に使用すべき最適電力レベルの決定に必要なパスロスを計算することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＴＤＤ技術ＵＭＴＳシステムのフレーム構造の一例を示す図である。

Claims (10)

1. 周波数、タイムスロット、及び符号のトリプレットで規定される物理無線チャネルを使用して対話局の間で信号を送受するディジタルセルラーネットワークにおける固定局に向け少なくとも１つの移動局によりアップリンク送信される無線信号の電力レベルを調整するために、
   (a ）前記固定局が、前記移動局が最初のアクセス信号の送信に使用するアップリンク物理チャネルにおける干渉Ｉの電力を測定するステップと、
   (b) 前記固定局が、前記ステップ (a) で測定された干渉Ｉの対数電力に、アップリンクで期待される電力レベルと前記干渉の電力レベルとの比を示す対数目標パラメータＳＩＲ target を加算することにより、前記アップリンク物理チャネルにおける期待電力レベルを示す期待パラメータＲ x_ ＰＬを計算するステップと、
   (c) 前記固定局が、前記期待パラメータＲx_ＰＬをブロードキャストチャネルで送信するステップと、
   (d) 前記移動局が、前記ブロードキャストチャネルで送信された電力レベルを知って、該移動局により測定されるパスロスの対数に、受信した期待パラメータＲx_ＰＬを加算することにより送信電力レベルＴx_ＰＬを設定するステップと、
   (e) 前記移動局が前記送信電力レベルＴx_ＰＬを用いてネットワークにアクセスするステップと含む送信電力調整方法において、
   前記ステップ (b) において、前記固定局は、アクセスする移動体システムがネットワークで知られる前に、移動局が使用しようとしている特定のアップリンク物理チャネルと特定情報、従って期待される品質に基づくＳＩＲ target パラメータを使用し、該ＳＩＲ target パラメータを前記特定のアップリンク物理チャネルで期待されるメッセージ / 信号のタイプの正しい受信に必要とされる特定のものとすることを特徴とする送信電力調整方法。
2. 前記目標パラメータＳＩＲtargetはサービス中にネットワークから得られる統計的データに基づいて計算され最適化されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 固定局のアンテナ利得、及び/又は、前記ブロードキャストチャネルで送信される信号の電力レベルの補正、及び/又は、あり得る測定誤差に対する補正を考慮するために第１の補正定数Ｋ1を前記期待パラメータＲx_ＰＬに加えることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 前記移動局における不正確な測定を考慮するために第２の補正定数Ｋ2を前記送信電力レベルＴx_ＰＬに加えることを特徴とする請求項１−３の何れかに記載の方法。
5. 物理チャネルは連続的に繰り返される基本フレームに構成され、送信方向が、ＴＤＤ（時分割二重化）アクセス技術に従って時間領域で受信方向と区別されることを特徴とする請求項１−４の何れかに記載の方法。
6. 物理チャネルは連続的に繰り返される基本フレームに構成され、送信方向が、ＦＤＤ（周波数分割二重化）アクセス技術に従って周波数領域で受信方向と区別されることを特徴とする請求項１−４の何れかに記載の方法。
7. 前記電力調整は、初期状態中、アクセスフェーズ中、接続フェーズ中、ハンドオーバフェーズ中に行うことを特徴とする請求項１−６記載の何れかに記載の方法。
8. ネットワークは、移動局により発行されたアクセス要求に応答して、又は自律的に、専用のメッセージを、新しく割り当てられた物理チャネルへの切替え指示及び該新しい物理チャネルのホスト固定局により計算される、該新しい物理チャネルに対する期待パラメータＲx_ＰＬの他の指示と一緒に移動局に送信し、目標パラメータＳＩＲtargetを前記新しい物理チャネルで測定された干渉Ｉ及び該チャネルを流れる情報のタイプに適合させることを特徴とする請求項１−７の何れかに記載の方法。
9. 現在サービス中の固定局に属する新しい物理チャネルのハンドオーバによる割り当ての場合に、ネットワークは割り当てメッセージに、当該メッセージが送信される電力レベルを指示することもできることを特徴とする請求項１−８の何れかに記載の方法。
10. 前記固定局は、最初のアクセス信号をネットワークに送信するためにどの物理チャネルが構成されるか事前に知っている、或いは、システム情報で報告されることを特徴とする請求項１−９の何れかに記載の方法。

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