JP4065368B2 - 開ループ測定を用いて閉ループ電力を適応制御するための方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般的にスペクトル拡散通信システム、さらに詳しく言えば、信号ステータスを検出して、制御可能な素子を使用して検出されたステータスの変化をもたらす際に制御ループまたはパス遅延が存在するようなシステム中で信号パラメータを調整する方法と装置に関する。この発明はさらに、同時に動作する送信機間での干渉を最小限に抑え、しかも個々の通信の質を最大限に高めるように制御される１つのパラメータとして、送信電力を用いることに関する。
【０００２】
【従来の技術】
多数のシステムユーザ間で情報を伝達するのに、さまざまな多元接続通信システムと技術が開発されている。しかしながら、スペクトル拡散変調技術、例えば符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）スペクトル拡散技術などは、特に、多数の通信システムユーザにサービスを提供する場合には、他の変調方式を凌ぐ利点を持つ。多元接続通信システムにおけるＣＤＭＡ技術の使用は、「衛星または地上中継器を利用するスペクトル拡散多元接続通信システム」と題する１９９０年２月１３日発行の米国特許第４，９０１，３０７号、および「個々の受信位相、時刻、およびエネルギーを追跡するためにスペクトル拡散通信システムの全スペクトルの送信電力を使用する方法と装置」と題された米国特許出願第０８／３６８，５７０号で開示されており、両者とも、本発明の譲受人に譲渡されており、本書に引用することにより編入されている。
【０００３】
これら特許は、一般的に多数の移動または遠隔システムユーザまたは加入者ユニット（“移動ユニット”）が、他の移動ユニットとまたは例えば公衆電話交換網のような接続されている他のシステムのユーザと通信するのに、少なくとも１つのトランシーバを使用する通信システムを開示する。通信信号は、衛星中継器とゲートウェイを経由して、または直接地上基地局（セルサイトまたはセルと呼ばれることもある）に伝送される。
【０００４】
ＣＤＭＡ通信では、周波数スペクトルを複数回再利用でき、それによって移動ユニット数を増やすことが可能となる。ＣＤＭＡ使用の結果、他の多元接続技術を用いて達成し得るよりもかなり高いスペクトル効率を得ることができる。ただし、通信システムの全体的な容量を最大限に高め、相互干渉と信号品質を許容レベルに維持するため、システム内の信号の送信電力が、所定の通信リンクに必要な最低レベルの電力量に維持されるように制御されなければならない。
【０００５】
衛星を使用する通信システムでは、通信信号は一般に、ライス（rician）で表されるフェーディングを起こす。したがって、受信信号は、レイリーフェーディング統計量を持つ多重反射成分と合計される直接成分からなる。直接成分と反射成分の電力比は一般的に、６−１９ｄＢ台であり、移動ユニットのアンテナの特性と移動ユニットの動作環境により左右される。
【０００６】
衛星通信システムとは対照的に、地上通信システムの通信信号は一般的に、直接成分なしで、反射成分すなわちレイリー成分のみからなる信号フェーディングを起こす。したがって、地上通信信号は、ライスフェーディングがフェーディング特性のほとんどを占める衛星通信信号に比べて、さらに厳しいフェーディング環境にさらされている。
【０００７】
地上通信システムでのレイリーフェーディングは、物理的環境の中の色々な異なる形状物から反射される通信信号によって引き起こされる。その結果、信号はほとんど同時に、さまざまな方向から異なる伝送遅延で、移動ユニット受信機に届く。セルラ移動電話システムのＵＨＦ周波数帯を含む、移動無線通信が通例使用するＵＨＦ周波数帯では、異なるパスを通る信号にかなりの位相差が生じることがある。信号を弱めあう可能性のある合計は、時折強いフェーディングをもたらす結果となることがある。
【０００８】
例えば従来の有線電話システムにおいて可能な双方向の会話を同時に活動状態にする全二重チャネルを提供するため、ある周波数帯を、アウトバウンドリンクまたはフォワードリンク（すなわち、ゲートウェイまたはセルサイト送信機から移動ユニット受信機への伝送）に使用し、別の異なる周波数帯をインバウンドリンクまたはリバースリンク（すなわち、移動ユニット送信機からゲートウェイまたはセルサイト受信機への伝送）に使用する。この周波数帯の区別により、送信機から受信機へのフィードバックまたは干渉なしに、移動ユニット送受信機を同時に活動状態にすることができる。
【０００９】
しかしながら、異なる周波数帯を用いることは、電力制御と密接に関係している。異なる周波数帯を使用することにより、マルチパスフェーディングがフォワードおよびリバースリンクに対して独立プロセスとなった。フォワードリンクパス損失を簡単に測定することはできず、同じパス損失がリバースリンクにも現れると仮定することができない。
【００１０】
さらに、セルラ移動電話システムでは、移動電話機は、本書に引用することにより開示が本書に編入される、「ＣＤＭＡセルラ電話システムでの通信においてソフトハンドオフを行う方法とシステム」と題された１９８９年１１月７日出願の、同時係属出願中の米国特許出願第０７／４３３，０３０号に開示されている通り、複数のセルサイトを通して通信することができる。複数のセルサイトとの通信では、移動ユニットとセルサイトには、今述べた出願で開示され、さらに詳しくは「ＣＤＭＡセルラ電話システムにおけるダイバーシティ受信機」と題された１９８９年１１月７日出願の、同時係属出願中の米国特許出願第０７／４３２，５５２号で説明されているような複数受信機方式が含まれている。
【００１１】
電力制御の１つの方法は、移動ユニットまたはゲートウェイにまず受信信号の電力レベルを測定させる方法である。この電力測定値は、使われている各衛星のトランスポンダダウンリンク送信電力レベルの情報および移動ユニットとゲートウェイの受信機の感度の情報とともに、移動ユニットの各チャネルのパス損失を推定するのに使われる。その後、基地局または移動ユニットのトランシーバは、このパス損失推定値、送信データレート、および衛星受信機感度を考慮に入れて、移動ユニットへの信号送信に使うのに適した電力を求めることができる。移動ユニットのケースでは、このような測定値と決定に応答して、より多くの電力またはより少ない電力に対する要求をすることができる。同時に、ゲートウェイもこのような要求に応答して、またはゲートウェイ独自の測定値に応答して電力を増減することができる。
【００１２】
移動ユニットが衛星に送信した信号は衛星により中継され、ゲートウェイ、一般的に通信システム制御システムに届く。ゲートウェイまたは制御システムは、送信された信号から受信信号の電力を測定する。ゲートウェイはその後、受信電力レベルが所望の通信レベルを維持するのに必要な最低限の電力レベルからどれだけ偏移しているかを求める。好ましくは、所望の最低電力レベルとは、システム干渉を減らしながら通信品質を維持するのに必要な電力レベルである。
【００１３】
その後ゲートウェイは、移動ユニットの送信電力を調整または“微調整”できるように、電力制御コマンド信号を移動ユニットに送信する。移動ユニットはこのコマンド信号を使って、送信電力レベルを所望の通信を維持するのに必要な最低レベルに近づくように変更する。一般的に移動ユニットまたは衛星の動きによりチャネル状態が変化するので、移動ユニットはゲートウェイからの制御コマンドに応答して、適切な電力レベルを維持するように送信電力レベルを連続的に調整
する。
【００１４】
この構成では、ゲートウェイからの制御コマンドを電力制御フィードバックと呼ぶ。ゲートウェイからの電力制御フィードバックは通常、衛星による往復伝搬遅延のためにかなり遅くなる。移動ユニットまたはゲートウェイから衛星への伝搬遅延は４．７から１３ミリ秒台である。これは、一般的なＬＥＯ衛星軌道（たとえば、約８７９マイル）に対し、９．４から２６ミリ秒の一方向伝搬遅延（すなわち、移動ユニットから衛星へ、そしてゲートウェイへ、またはゲートウェイから衛星へ、そして移動ユニットへ）という結果を招く。したがって、ゲートウェイからの電力制御コマンドは、そのコマンド信号が送られてから、最長２６ミリ秒で移動ユニットに達することがある。同様に、電力制御コマンドに応答して移動ユニットが行った送信電力の変更は、変更が行われてから最長２６ミリ秒でゲートウェイによって検出される。
【００１５】
したがって、送信電力制御コマンドは、測定ユニットがコマンドの結果を検出できるようになる前に、一般的な処理遅延だけでなく往復伝搬遅延も受けることになる。残念なことに、特に伝搬遅延が大きい場合、電力制御コマンドに応答して移動ユニットが送信電力に対して行う調整は、ゲートウェイが次に受信電力を測定する前までに行われず、ゲートウェイが検出することもない。その結果、実行されている先の電力制御コマンドの利益なしで、送信電力を調整するために別の電力制御コマンドが送信されることになる。事実、伝搬遅延と電力制御ループの反復時間により、最初の電力制御コマンドに対して移動ユニットが応答し、ゲートウェイがその結果を検出する前に、複数の電力制御コマンドがペンディングまたは“伝搬中”状態になることがある。その結果、送信電力は、“リミットサイクル”と呼ばれる設定点当たりで変動する。すなわち、送信電力は、コマンドの到着と実行の遅れから、好ましい値を超えたり、好ましい値に届かなかったりする。
【００１６】
この問題の解決策の１つとして、電力制御ループの反復時間が伝搬遅延と処理遅延にもっと密接に近づくように、単に反復時間を増やすという方法がある。しかしながら、通信信号が出会うことがある急激なフェーディングと突然の信号遮断の影響を考えると、突然の信号損失を防止するには、反復時間を短くする必要がある。そのため、送信電力が突然に、不必要に増加され、電力の浪費とシステム干渉の増加がもたらされる結果となることがある。
【００１７】
必要なものは、送信信号電力の変化または他の信号パラメータや要求にすばやく応答し、しかも対応する制御コマンドに関係する伝搬遅延と処理遅延の影響を防ぐ方法と装置である。そのような方法と装置は、複雑さや制御構造を追加する必要、またはゲートウェイでのプロトコル変更の必要もほとんどないことが望ましい。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、通信システムの信号パラメータの調整に役立つ方法と装置を目的としている。特に本発明は、例えば、信号伝搬に大きな遅れが生じる衛星を利用するような通信システムで送信電力を調整する方法と装置を目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、送信された信号の伝搬状態を決定するために第２局（たとえば移動ユニット）から第１局（たとえばゲートウェイ）に送られた信号を監視することにより、第１局から第２局に送信される信号の電力レベルを制御することに関係する伝搬遅延の影響を防ぐ。伝搬状態に基づき、ループ利得が求められる。第１局から第２局に送信される信号の電力レベルを制御するコマンドのサイズを調整するのに、ループ利得が使われる。第２局と第１局との間の通信チャネルが無活動である（すなわち、変化していない）ことを伝搬状態が示した場合、ループ利得は１に設定される。第２局と第１局との間の通信チャネルが活動状態である（すなわち、変化している）ことを伝搬状態が示した場合、ループ利得は１より大きい値に設定され、それにより、制御コマンドのサイズが調整される。
【００２０】
本発明の１つの実施形態によると、状態検出器は、第２局と第１局間の通信チャネルの伝搬状態を決定する。状態検出器は、第２局から第１局に送信される信号の電力レベル変化の大きさが、一連の連続時間（たとえばループ反復期間）ごとにしきい値を超えていないか否かを決定する。超えている場合には、状態検出器は、伝搬状態が活動状態であることを示す。超えていなければ、状態検出器は、伝搬状態が無活動状態であることを示す。
【００２１】
本発明の１つの特徴は、第１チャネルの信号（すなわち、第１局から第２局に送信される信号）は、第２チャネルに送信される信号（すなわち、第２局から第１局に送信される信号）を用いて制御されることである。もっと詳しく言えば、第１チャネルの送信信号電力レベルは、第２チャネルでの受信信号電力レベルを監視することにより制御される。第１チャネルと第２チャネルは（特にフェーディングに関して）部分的に相関しているため、第２チャネルでの信号の伝搬状態の変化は、第１チャネルの信号の伝搬状態の変化を示すと仮定される。この仮定に基づき、ループ利得を調整することにより、制御ループは、従来の技術に比べてかなり短い時間で、第１チャネルでの変化に応答できることになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明は特に、低地球軌道（ＬＥＯ）衛星を使用する通信システムでの使用に適している。しかしながら、当業者には当然のことながら、本発明のコンセプトを通信目的に利用されない衛星システムにも適用できる。本発明は、十分な大きさの信号伝搬遅延がある場合、衛星が非ＬＥＯ軌道を通る衛星システム、または衛星以外の中継システムにも適用できる。
【００２３】
この発明の好ましい実施形態を以下に詳細に述べる。特定のステップ、構成、および配置について述べるが、これは具体的に説明することだけを目的としていると了解されたい。当業者は、他のステップ、構成および配置を本発明の精神およびその範囲から逸脱することなく使用できると認めるであろう。本発明は、位置決定向けのものを含むさまざまな無線情報および通信システム、および衛星や地上セルラ電話システムでの使用が見いだされるかも知れない。好ましい用途は、移動または携帯電話サービス用のＣＤＭＡ無線スペクトル拡散通信システムである。
【００２４】
本発明が役立つ例示的な無線通信システムが図１に図示されている。この通信システムは、ＣＤＭＡタイプの通信信号を使用するように考えられているが、本発明はこれを要求するものではない。図１に図示されている通信システム１００の一部では、２台の遠隔移動ユニット１２４と１２６との通信を行うために、１つの基地局１１２、２つ衛星１１６と１１８、および２つの関係ゲートウェイまたはハブ１２０と１２２が示されている。一般的に、基地局と衛星／ゲートウェイは、別々の通信システムの構成要素であり、地上ベースおよび衛星ベースのものとして呼ばれているが、このことは必要とされるものではない。このようなシステムの基地局、ゲートウェイ、および衛星の総数は、所望のシステム容量および現在技術上既知のその他要因によって異なる。
【００２５】
移動ユニット１２４と１２６にはそれぞれ、これらに限定されないが、例えばセルラ電話機、データトランシーバやデータ転送装置（例、コンピュータ、パーソナルデータアシスタント、ファクシミリ）、またはページャや位置決定受信機といった無線通信装置が含まれ、移動ユニット１２４と１２６は必要に応じて手持ちまたは車載とすることができる。一般的に、このようなユニットは、必要に応じて手持ちされるか、車載される。ここでは、移動ユニットは手持ち電話機として図示されている。しかしながら、本発明が教示することは、「屋内」とともに「屋外」位置も含む遠隔無線サービスが望まれる固定ユニットまたはその他タイプの端末に当てはまることも理解される。
【００２６】
この技術では、基地局、ゲートウェイ、ハブおよび固定局という用語は、入れ換えて使われることがあり、ゲートウェイは通常、衛星を経由する通信を方向付けする専用基地局を構成すると理解されている。移動ユニットはまた、ある種の通信システムでは、好みによって、加入者ユニット、ユーザ端末、移動局、または単に「ユーザ」、「移動体」、または「加入者」とも呼ばれる。
【００２７】
一般に、衛星１１６と１１８からのビームは、予め定められたパターンで異なる地理的領域をカバーする。ＣＤＭＡチャネルまたは‘サブビーム’とも呼ばれる異なる周波数のビームを、同じ地域に重なるように方向付けることができる。複数の衛星、またはセルラ基地局のビームカバレッジまたはサービス領域は、通信システムの設計と提供されるサービスのタイプ、および空間ダイバーシティが達成されているかどうかにより、所定の地域で完全にまたは部分的に重なるように設計されることがあることが、当業者には容易に理解できる。例えば、それぞれは、異なるユーザ集団に異なる特性を持って異なる周波数でサービスを提供してもよく、または所定の移動ユニットが、それぞれ地理的カバレッジが重なり合っている複数の周波数および／または複数のサービスプロバイダを使ってもよい。
【００２８】
さまざまな複数衛星通信システムが提案されており、例示的なシステムは、多数の移動ユニットにサービスを提供するためＬＥＯ軌道の８つの異なる軌道面を通る４８以上の衛星を使用する。しかしながら、本発明の教示内容を、他の軌道距離と配列を含む、さまざまな衛星システムおよびゲートウェイ構成に適用する方法を当業者は容易に理解する。同時に、本発明はさまざまな基地局構成の地上ベースシステムに等しく適用できる。
【００２９】
図１では、移動ユニット１２４や１２６と基地局１１２との間、または衛星１１６や１１８を経由して、ゲートウェイ１２０や１２２との間で確立される通信について考えられるいくつかの信号パスを図示する。基地局と移動ユニットとの通信リンクは、線１３０と１３２により図示されている。衛星１１６や１１８と移動ユニット１２４や１２６との間の衛星と移動ユニットとの通信リンクは、線１４０、１４２、および１４４によって示されている。ゲートウェイ１２０や１２２と衛星１１６や１１８との間のゲートウェイと衛星との通信リンクは、線１４６、１４８、１５０および１５２により示されている。ゲートウェイ１２０や１２２と基地局１１２を、一方向または双方向通信システムの一部として使ったり、単にメッセージやデータを移動ユニット１２４や１２６に伝送するために使ったりすることができる。
【００３０】
移動ユニット１２４や１２６に使用するための例示的なトランシーバ２００を図２に示す。トランシーバ２００は少なくとも１本のアンテナ２１０を使って、アナログ受信機２１４に送られる通信信号を受信する。そのアナログ受信機では通信信号がダウンコンバートされ、増幅され、デジタル化される。同じ１本のアンテナに送信と受信の両方の機能を果させるため、一般的にデュプレクサ素子２１２が使われる。しかしながら、異なる送受信周波数で動作するために、別々のアンテナを使用するシステムもある。
【００３１】
アナログ受信機２１４により出力されるデジタル通信信号は、少なくとも１つのデジタルデータ受信機２１６Ａと、少なくとも１つのデジタルサーチャー受信機２１８に転送される。当業者に明らかなように、付加的なデジタルデータ受信機２１６Ｂ−２１６Ｎを使って、ユニットの受入れ可能なレベルの複雑さに基づいて所望のレベルの信号ダイバーシティを獲得することができる。
【００３２】
少なくとも１つの移動ユニット制御プロセッサ２２０がデジタルデータ受信機２１６Ａ−２１６Ｎとサーチャー受信機２１８とに結合されている。制御プロセッサ２２０は、他の機能もあるが、基本信号処理、タイミングや電力やハンドオフの制御または調整、および信号搬送波に使う周波数の選択を行う。制御プロセッサ２２０がしばしば実行するもう一つの基本制御機能は、ＰＮ符号シーケンスまたは通信信号の波形を処理するのに使われる直交関数の選択または操作である。制御プロセッサ２２０による信号処理には、相対的な信号強さの決定およびさまざまな関連信号パラメータの計算を含めることができる。例えばタイミングや周波数などの、このような信号パラメータの計算には、測定の効率または速度を高めるか、制御処理リソースの割当てを改善するために、付加的なまたは別の専用回路の使用を含めることができる。
【００３３】
デジタルデータ受信機２１６Ａ−２１６Ｎの出力は、移動ユニット内のデジタルベースバンド回路２２２に結合されている。ユーザデジタルベースバンド回路２２２は、移動ユニットユーザへの情報の送受信に使われる処理素子とプレゼンテーション素子とを備えている。すなわち、一時または長期デジタルメモリなどの信号やデータの記憶素子；ディスプレイ画面、スピーカー、キーパッド端末、および受話器のような入出力機器；Ａ／Ｄ素子、ボコーダ、およびその他の音声信号とアナログ信号の処理素子などであり、これらはすべて、この技術でよく知られている素子を用いるユーザデジタルベースバンド回路２２２の部品を形成している。ダイバーシティ信号処理を使用する場合、ユーザデジタルベースバンド回路２２２は、ダイバーシティ合成器とデコーダを備えることができる。これら素子のいくつかは、制御プロセッサ２２０の制御の下で、または制御プロセッサ２２０と通信して動作することもできる。
【００３４】
音声データまたはその他データが、移動ユニットから生じる出力メッセージまたは通信信号として準備される場合、ユーザデジタルベースバンド回路２２２は送信用の所望のデータを、受信し、記憶し、処理し、および、さもなければ準備するのに使われる。ユーザデジタルベースバンド回路２２２は、このデータを制御プロセッサ２２０の制御の下で動作する送信変調器２２６に提供する。送信変調器２２６の出力は電力制御装置２２８に転送され、電力制御装置２２８はアンテナ２１０からゲートウェイへの出力信号の最終的な送信のために出力電力制御を送信電力増幅器２３０にもたらす。
【００３５】
移動ユニット２００は必要に応じて送信パス内で１つ以上の前補正素子を使用して、送出信号の周波数を調整することもできる。これは、１つのまたはさまざまな既知の技術を使って行うことができる。移動ユニット２００は送信パス内で前補正素子を使用し、送信波形に遅延を加算または減算するよく知られた技術を用いて、送出信号のタイミングを調整することもできる。
【００３６】
受信した通信信号または１つ以上の共有リソース信号に対する１つ以上の測定された信号パラメータに対応する情報やデータは、技術上知られているさまざまな技術を使ってゲートウェイに送信できる。例えば、この情報は、独立した情報信号として転送したり、ユーザデジタルベースバンド回路２２２により作成された他のメッセージに添付することができる。別の方法として、制御プロセッサ２２０の制御の下で、送信変調器２２６または送信電力制御装置２２８により、情報は予め定められた制御ビットとして挿入することもできる。例として、「符号分割多元接続システムにおける高速フォワードリンク電力制御」と題された１９９５年１月１７日発行の米国特許第５，３８３，２１９号、「送信機電力制御システムにおける制御パラメータの動的修正の方法とシステム」と題された１９９５年３月７日発行の米国特許第５，３９６，５１６号、および「送信機電力制御システム」と題された１９９３年１１月３０日発行の米国特許第５，２６７，２６２号を参照のこと。
【００３７】
アナログ受信機２１４は、受信した信号の電力またはエネルギーを示す出力を提供することができる。別の方法として、受信電力検出器２２１が、アナログ受信機の出力をサンプリングし、技術上周知の処理を行って、この値を求めることができる。送信電力増幅器２３０または送信電力制御装置２２８がこの情報を直接使って、移動ユーザ２００が送信する信号の電力を調整することができる。
【００３８】
デジタル受信機２１６Ａ−Ｎとサーチャー受信機２１８は、特定の信号を復調し、追跡するために、信号相関素子で構成されている。サーチャー受信機２１８は、パイロット信号または他の相対的に固定されたパターンの強力な信号を探すのに使われる一方、デジタル受信機２１６Ａ−Ｎは、検出されたパイロット信号に関係する他の信号の復調に使われる。したがって、これらのユニットの出力を監視して、パイロット信号または他の信号のエネルギーまたは周波数を決定することができる。これらの受信機は、復調されている信号に関して現在の周波数とタイミングの情報を制御プロセッサ２２０に提供するために、監視可能な周波数追跡素子も使用している。
【００３９】
ゲートウェイ１２０と１２２で使用するための、例示的な送受信装置３００が図３に示されている。図３に示されているゲートウェイ１２０、１２２の一部は、通信信号を受信するためにアンテナ３１０に接続された１つ以上のアナログ受信機３１４を持っており、受信信号は技術上周知のさまざまな方式を使ってダウンコンバートされ、増幅され、デジタル化される。いくつかの通信システムでは複数のアンテナが使用される。アナログ受信機３１４によって出力されるデジタル化された信号は、３２４において一般的に破線により示されている少なくとも１つのデジタル受信機モジュールへの入力として提供される。
【００４０】
ある種の変形が技術的に知られているが、各デジタル受信機モジュール３２４は、ゲートウェイ１２０、１２２と１つの移動ユニット１２４、１２６との間の通信を管理するのに使われる信号処理素子に相当する。１つのアナログ受信機３１４は、多くのデジタル受信機モジュール３２４に入力を提供することができ、多数のこのようなモジュールが、所定の時間に扱われる衛星ビームおよび可能性あるダイバーシティモード信号のすべてに対処するために、ゲートウェイ１０２、１２２で一般的に使用される。各デジタル受信機モジュール３２４には、１つ以上のデジタルデータ受信機３１６と１つのサーチャー受信機３１８がある。サーチャー受信機３１８は一般に、パイロット信号以外の適切なダイバーシティモードの信号を探し出す。通信システムで実行される場合、複数のデジタルデータ受信機３１６Ａ−Ｎがダイバーシティ信号受信に使われる。
【００４１】
デジタルデータ受信機３１６の出力は、技術上周知の、ここではさらに詳しく図示されていない装置を構成する次のベースバンド処理素子３２２に提供される。例示的なベースバンド装置は、マルチパス信号を加入者ごとの１つの出力に合成するダイバーシティ合成器とデコーダを含んでいる。例示的なベースバンド装置はまた、一般的にデジタルスイッチやネットワークに出力データを提供するためのインターフェイス回路も含んでいる。
【００４２】
入力側では、これらに限定されないが、例えばボコーダ、データモデム、およびデジタルデータスイッチングおよび記憶構成要素などのようなさまざまな他の既知の素子が、ベースバンド処理素子３２２の一部を形成することができる。これらの素子は、１つ以上の送信モジュール３３４への音声信号とデータ信号の転送を処理し、制御し、または指示するように動作する。
【００４３】
移動ユニットに送信される信号はそれぞれ、１つ以上の適切な送信モジュール３３４に結合される。代表的なゲートウェイは、多数のこのような送信モジュール３３４を使って、多くの移動ユニット１２４、１２６へ一度にサービスを提供し、いくつかの衛星およびビームにも一度に対応する。ゲートウェイ１２０、１２２が使用する送信モジュール３３４の数は、システムの複雑さ、視野内の衛星の数、加入者容量、選択されるダイバーシティの程度などを含む、技術上周知の要因によって決まる。
【００４４】
各送信モジュール３３４には、送信のためにデータをスペクトル拡散変調する１つの送信変調器３２６が含まれている。送信変調器３２６は、デジタル送信電力制御装置３２８に結合された出力を持ち、デジタル送信電力制御装置３２８は出力デジタル信号に使われる送信電力を制御する。デジタル送信出力制御装置３２８は、干渉低減およびリソース割当てのために最低レベルの電力を適用するが、送信パスでの減衰および他のパス伝送特性を補償する必要がある場合、適切なレベルの電力を適用する。送信変調器３２６は信号拡散する際、少なくとも１つのＰＮ発生器３３２を使用する。この符号発生はまた、ゲートウェイ１２０、１２２で使われる１つ以上のプロセッサまたは記憶素子の機能的な一部を形成することができる。
【００４５】
送信電力制御装置３２８の出力は、合計器３３６に転送される。合計器では、この出力は他の送信電力制御回路からの出力と合計される。これら出力は、送信電力制御装置３２８の出力と同一周波数で同じビーム内の他の移動ニット１２４、１２６への送信用信号である。合計器３３６の出力は、デジタル−アナログ変換、適切なＲＦ搬送波周波数への変換、さらなる増幅と移動ユニット１２４、１２６に放射するための１本以上のアンテナ３４０への出力のために、アナログ送信機３３８に提供される。アンテナ３１０と３４０は、システムの複雑さと構成によって、１本の同一アンテナであってもよい。
【００４６】
移動ユニット２００のケースのように、１つ以上の前補正素子または前補正装置（表示されていない）を送信パスに配置して、通信が確立されるリンクに対する既知のドップラに基づいて出力周波数を調整することができる。送信前に信号の周波数を調整するのに使われる技術または素子は、技術上周知である。加えて、同一のまたはもう一つの前補正装置が、通信が確立されるリンクに対する既知の伝搬遅延と符号ドップラとに基づいて出力タイミングを調整するように動作することができる。送信前に信号タイミングを調整するのに使われる技術または素子も、技術上周知である。
【００４７】
少なくとも１つのゲートウェイ制御プロセッサ３２０が、受信機モジュール３２４、送信モジュール３３４、およびベースバンド回路３２２に結合される。これらユニットは互いに物理的に分離することができる。制御プロセッサ３２０は、これらに限定されないが、例えば信号処理、タイミング信号発生、電力制御、ハンドオフ制御、ダイバーシティ合成、およびシステムインターフェイス処理といった機能を実行するコマンドおよび制御信号を提供する。加えて、制御プロセッサ３２０は、ＰＮ拡散符号、直交符号シーケンス、および加入者通信で使うための特定の送信機と受信機を割り当てる。
【００４８】
制御プロセッサ３２０はまた、パイロット信号、同期信号、およびページングチャネル信号の発生と電力を制御し、それら信号を送信電力制御装置３２８に結合することを制御する。パイロットチャネルは、データによって変調されない単なる信号であり、変化しない反復パターンまたは送信変調器３２６に対する不変フレーム構造タイプ入力を使用して、ＰＮ発生器３３２から適用されるＰＮ拡散符号のみの効率的な送信を行うことができる。
【００４９】
制御プロセッサ３２０は、例えば送信モジュール３３４や受信モジュール３２４といったモジュールの素子に直接結合することができる。各モジュールは一般に、モジュールの素子を制御する、例えば送信プロセッサ３３０や受信プロセッサ３２１といったモジュール固有のプロセッサを備えている。したがって、好ましい実施形態では、制御プロセッサ３２０は、図３に示す通り、送信プロセッサ３３０と受信プロセッサ３２１に結合される。この方法では、１つの制御プロセッサ３２０が、多数のモジュールおよびリソースの動作をより効率的に制御できる。送信プロセッサ３３０は、パイロット信号、同期信号、ページング信号およびトラフィックチャネル信号の発生と信号電力を制御し、ならびにそれらそれぞれの電力制御装置３２８への結合を制御する。受信プロセッサ３２１は、サーチング、復調のためのＰＮ拡散符号および受信した電力の監視を制御する。
【００５０】
ユーザ端末について上で検討したように、受信電力検出器３２３を使って、アナログ受信機３１４により決定される信号の電力を検出することができる。すなわち、デジタル受信機３１６の出力のエネルギーを監視することによって、信号の電力を検出することができる。この情報は、以下でさらに詳しく述べる通り、電力制御ループの一部として出力電力を調整するために、送信電力制御装置３２８に与えられる。またこの情報は、必要に応じて、受信プロセッサ３２１または制御プロセッサ３２０にも提供できる。この情報は、受信プロセッサ３２１に関数として組み込むこともできる。
【００５１】
ある一定の動作、例えば共有リソース電力制御では、ゲートウェイ１２０と１２２は、例えば受信信号強度、周波数測定値、または他の受信信号パラメータといった情報を移動ユニットから通信信号で受信する。この情報は受信プロセッサ３２１により、データ受信機３１６の復調された出力から導き出すことができる。別の方法として、この情報は、制御プロセッサ３２０または受信プロセッサ３２１が監視する信号の予め定められた場所で発生したときに検出することができ、制御プロセッサ３２０に転送することができる。制御プロセッサ３２０はこの情報を使って、送信電力制御装置３２８とアナログ送信機３３８を使って処理され、送信される信号の、タイミングと周波数とともに出力電力を制御することができる。
【００５２】
通信システム１００が動作している間、フォワードリンク信号と呼ばれる通信信号ｓ（ｔ）は、ゲートウェイ（１２０，１２２）が発生させる搬送周波数Ａ_０を使って、ゲートウェイにより移動ユニット（１２４，１２６）に送信される。フォワードリンク信号は、時間遅延、伝搬遅延、ドップラによる周波数偏移、およびその他の影響を受ける。フォワードリンク信号は、ゲートウェイから衛星に送信される間（すなわち、フォワードリンク信号のアップリンク部分で）、まずこれらの影響を受ける。次に衛星から移動ユニットに送信される時（すなわち、フォワードリンク信号のダウンリンク部分で）、同様の影響を受ける。信号がいったん受信されれば、戻り信号またはリバースリンク信号を送信する際のさらなる遅延、移動ユニットから衛星への（すなわち、リバースリンク信号のアップリンク部分で）送信での伝搬遅延とドップラ、また衛星からゲートウェイへの（すなわち、リバースリンク信号のダウンリンク部分で）送信でも再度伝搬遅延とドップラが生じる。
【００５３】
図４は、１つ以上の衛星中継器１１６を使用する通信システム１００で送信されるさまざまな信号を図示している。ゲートウェイ１２０は、衛星中継器１１６を経由して移動ユニット１２４にフォワードリンク信号４１０を送信する。フォワードリンク信号４１０は、ゲートウェイ１２０から衛星中継器１１６へのアップリンク部分４１２と、衛星中継器１１６から移動ユニット１２４へのダウンリンク部分４１４とからなっている。移動ユニット１２４はリバースリンク信号４２０を、衛星中継器１１６を経由してゲートウェイ１２０に送信する。リバースリンク信号４２０は、移動ユニット１２４から衛星中継器１１６へのアップリンク部分４２２と、衛星中継器１１６からゲートウェイ１２０へのダウンリンク部分４２４とからなっている。
【００５４】
図５は、リバースリンク制御ループ５００を示している。リバースリンク制御ループ５００は、通信システム１００に関係するパラメータを制御するのに、好ましくは通信システム１００で送信される信号の電力レベルを制御するのに役立つ。リバースリンク制御ループ５００には、移動ユニット送信機５１０、第１遅延ブロック５２０、リバースパスチャネルプロセス５３０、第２遅延ブロック５４０、ゲートウェイ受信機５５０、および第３遅延ブロック５６０が含まれる。本発明の１つの実施形態では、移動ユニット送信機５１０には、トランシーバ２００中の電力制御ループ機能、特に、図２で示されているような、制御プロセッサ２２０とデジタル送信電力制御装置２２８の電力制御ループ機能が含まれている。さらに、本発明のこの実施形態に関して、ゲートウェイ受信機５５０には、図３で示されているような、受信モジュール３２４、制御プロセッサ３２０、および送信モジュール３３４中の電力制御ループ機能が含まれている。
【００５５】
図６は、フォワードリンク制御ループ６００を示している。フォワードリンク制御ループ６００は、通信システム１００に関係するパラメータを制御するのに、また好ましくは、通信システム１００で送信される信号の電力レベルを制御するのに役立つ。フォワードリンク制御ループ６００には、ゲートウェイ送信機６１０、第２遅延ブロック５４０、フォワードパスチャネルプロセス６３０、第１遅延ブロック５２０、移動ユニット受信機６５０、そして第３遅延ブロック５６０がある。本発明の１つの実施形態では、ゲートウェイ送信機６１０には、送信モジュール３３４中の電力制御ループ機能、とりわけ、図３に示されているような、送信プロセッサ３３０、送信電力制御装置３２８、および制御プロセッサ３２０中の電力制御ループ機能が含まれている。さらに、本発明のこの実施形態に関して、移動ユニット受信機６５０には、トランシーバ２００中の電力制御ループ機能、とりわけ図２で示されているような制御プロセッサ２２０の電力制御ループ機能が含まれている。
【００５６】
リバースリンク制御ループ５００の動作を、主として図５を参照し、次に図４に関連して説明する。移動ユニット送信機５１０は、特定の送信電力レベルで信号５１５（図５ではｘ_ｒ（ｔ）として表示）を出力する。本発明の好ましい実施形態では、信号５１５は、移動ユニット１２４からゲートウェイ１２０へのリバースリンク信号４２０のアップリンク部分４２２を表す。信号５１５は遅延ブロック５２０を通りτ_１の遅延を受ける。遅延ブロック５２０の結果として、信号５１５は信号５２５（図５ではｘ_ｒ（ｔ−τ_１）と表示）に変形される。信号５２５は、τ_１の時間だけ遅延した信号５１５に相当する。
【００５７】
信号５２５は、リバースパスチャネルプロセス５３０により受け取られる。信号５２５が移動ユニット１２４からゲートウェイ１２０に伝搬されるときに、リバースパスチャネルプロセス５３０は、減衰、およびフェーディングなどのその他の影響を表す。言い換えれば、リバースパスチャネルプロセス５３０は、信号５２５が移動ユニット１２４から衛星１１６を経由してゲートウェイ１２０に伝搬されるときに、信号５２５が通過する大気／環境の伝達関数を表す。信号５３５（図５ではｙ_ｒ（ｔ−τ_１）と表示）は、プロセス５３０の結果として発生される。信号５３５は、明らかなように、減衰され、フェーディングされた信号５２５を表す。
【００５８】
次に、信号５３５は、第２遅延ブロック５４０によって遅延される。信号５３５は、第２遅延ブロック５４０を通り、τ_２の遅延を受ける。第２遅延ブロック５４０の結果として、信号５３５は、信号５４５（図５ではｙ_ｒ（ｔ−τ_１−τ_２）と表示）に変形される。信号５４５は、τ_２の時間だけ遅れた信号５３５に対応する。遅延τ_２は、上で述べた通り、リバースリンク信号４２０のダウンリンク部分４２４の伝搬遅延を表している。
【００５９】
信号５４５は、移動ユニット１２４から送信され、ゲートウェイ１２０が受信した信号を表す。特に、信号５４５は、移動ユニット１２４により送信され、τ_１およびτ_２だけ遅らされ、プロセス５３０にしたがって減衰され、フェーディングされた後の信号を表す。
【００６０】
ゲートウェイ受信機５５０は信号５４５を受信し、信号５４５の電力レベルを周知の方法によって決定する。先に述べたように、信号５４５の電力レベルは、最小の所望電力レベルと一致していることが望ましい。例えば、信号５４５の電力レベルが所望の電力レベルより低い場合、ゲートウェイ受信機５５０は、移動ユニット送信機５１０に信号５１５の送信電力を増やすように指示する電力制御コマンドを発する。逆に信号５４５の電力レベルが所望の電力レベルより高い場合、ゲートウェイ受信機５５０は、移動ユニット送信機５１０に信号５１５の送信電力レベルを下げるように指示する電力制御コマンドを発する。
【００６１】
本発明の好ましい実施形態では、ゲートウェイ受信機５５０はシングルビットの電力制御コマンドを発する。言い換えれば、ゲートウェイ受信機５５０は、電力アップコマンドかまたは電力ダウンコマンドを発する。このような電力制御システムの一般的な説明が、本発明の譲受人に譲渡され、引用することにより本書に編入される「送信機電力制御システムでの制御パラメータの動的修正の方法と装置」と題された、１９９５年３月７日発行の米国特許第５，３９６，５１６号で開示されている。本発明の好ましい実施形態では、電力アップコマンドは、移動ユニット送信機５１０に、信号５１５の送信電力を固定量、例えば１ｄＢだけ増やすように指示する。電力ダウンコマンドは、移動ユニット送信機５１０に、信号５１５の送信電力を固定量、例えば１ｄＢだけ減らすように指示する。明らかなように、さまざまな調整固定値を用いることができる。さらに明らかなように、さまざまな電力制御調整レベルを提供するであろうさらにビット数の多い電力制御コマンドを実行できる。
【００６２】
さらに、本発明の好ましい実施形態では、ゲートウェイ受信機５５０は、信号５４５の電力レベルが所望の電力レベルより低い場合に、電力アップコマンドを発する。その他の時はいつも、ゲートウェイ受信機５５０は電力ダウンコマンドを発する。明らかなように、信号５４５の受信電力レベルが所望の電力レベルの特定の範囲内にある場合にゼロ電力コマンドを提供する付加的なレベルを実現することができる。
【００６３】
本発明の別の実施形態では、電力アップコマンドは、第１の固定量だけ信号５１５の電力レベルを上げ、電力ダウンコマンドは第２の固定量だけ信号５１５の電力レベルを下げる。ここで第１の固定量は、第２の固定量より少ない。この実施形態では、リバースリンク制御ループ５００は、信号５１５の電力レベルを上げるのに比べてより早く、信号５１５の電力レベルを減少させる。この実施形態は、ＣＤＭＡ通信システムでの信号の電力レベルを下げるのに迅速に応答する。これは、上で述べたように、どれか特定の信号が受ける干渉の量を減らす。
【００６４】
図６のフォワードリンク制御ループ６００は、図５のリバースリンク制御ループ５００と類似した方法で動作する。フォワードリンク制御ループ６００は、電力制御コマンド６５５を送信してから、信号６４５としてその電力制御コマンド６５５への応答を検出するまでの間に類似した伝搬遅延を受ける。とりわけ、フォワードリンク制御ループ６００は、τ_１＋τ_２＋τ_３の伝搬遅延を受ける。リバースリンク制御ループ５００に関して先に述べた事柄に基づき、当業者は、フォワードリンク制御ループ６００の動作を理解できるであろう。したがって、フォワードリンク制御ループ６００の動作は、これ以上詳細には述べない。
【００６５】
本発明は、独自に使うこともでき、また本発明の譲受人に譲渡され、ここに引用することにより本書に編入される、本書と同時に出願された出願番号（未決、代理人事件整理番号ＱＣＰＡ２３６）の「ループ遅延を用いる予測的パラメータ制御の方法と装置」が示す解決策とともに用いることができる解決策を提供している。とりわけ、本発明の１つの実施形態は、リバースリンク制御ループ５００から得た測定値（たとえば、受信信号の電力レベル）を使って、フォワードリンク制御ループ６００に関係するフォワードリンクループ利得を調整し、および／またはフォワードリンク制御ループ６００から得た測定値を使って、リバースリンク制御ループ５００に関係するリバースリンクループ利得を調整する。
【００６６】
先に説明した通り、異なる周波数帯の使用は電力制御とかなり密接な関係を持っている。特に、異なる周波数帯の使用は、例えばフェーディングといった、大気または環境の影響に、帯域間で緩やかな相関関係を持たせる。拡散散乱がマルチパスフェーディングを引き起こす場合、複数の反射の位相は、２つの異なる周波数において独立した結果を生み出す。しかしながら、鏡面反射成分（直接的な見通し線成分）における影響は、いくらか相関関係のある結果を持つ傾向がある。言い換えれば、移動ユニット送信機５１０が直接的な見通し線を遮るブロック壁の背後に移動すると、フォワードリンク４１０とリバースリンク４２０にそれぞれ関係する信号、したがって２つの送信周波数がほぼ同時にブロック壁によって減衰される。しかしながら、拡散散乱は依然として独立した反射をもたらし、全体的な信号を構成する。この現象の主な影響は、フォワードパスチャネルプロセス６３０とリバースパスチャネルプロセス５３０とにおける急速な変動の間には独立性があり、直接的な見通し線成分に一般的に関係するゆっくりしたフェーディングプロセスではいくらかの相関関係を持つことである。
【００６７】
したがって、移動ユニット送信機５１０と衛星１１６との間の直接的な見通し線に障害物がなければ、フォワードパスチャネルプロセス６３０とリバースパスチャネルプロセス５３０の両方に対するフェーディングプロセスは、Ｋ係数がかなり高いライスになる。直接的な見通し線が、例えば木のような植生によって遮られる場合、直接的な見通し線成分の減衰は、チャネル５３０と６３０の両方で、Ｋ係数のより小さいライスフェーディングプロセスを誘発する。最後に、直接的な見通し線が固形物体によって遮断される場合、フェーディングプロセスは、チャネル５３０と６３０の両方でレイリーとなる。
【００６８】
図７は、周波数ダイバーシティがパラメータ、特に、高い相関関係を持つプロセス間の電力レベルにどのように影響するかを示している。図８は、周波数ダイバーシティが、相関関係の低いプロセス間の同一パラメータにどのように影響するかを示している。図７では、急激な変動が２つのチャネルプロセス５３０と６３０間で独立であり、直接的な見通し線成分が高い相関関係の減衰を持つことが示されている。このチャネルの影響は、チャネルプロセス５３０、６３０の両方に関して、移動ユーザ１２４が直接的な見通し線を遮るビル建物の背後に移動した場合のチャネルの影響と一致する。フォワードリンク受信電力７２０は、移動ユニット受信機６５０で受信する信号６４５の電力レベルを示す。リバースリンク受信電力７１０は、ゲートウェイ受信機５５０で受信する信号５４５の電力レベルを示す。建物の背後に移動することによる影響は、直接的な見通し線成分について相関関係を持っているため、受信電力７１０、７２０は、影響７３０（例えばフェーディング）により類似した損失を示す。
【００６９】
図８では、プロセスは、フェーディングプロセス中の異なる特性を明らかにする。これは、比較的小さい形状の構造物の背後に移動した移動ユーザ１２４と関係付けることができる。当業者は、妨害によって引き起こされる直接的な見通し線成分の減衰量は、物体によって遮られる第１のわずかなフレネルゾーンの量に関係していると認めるであろう。フレネルゾーンのサイズは、送信周波数に反比例する。したがって、より高い周波数では、構造物は第１フレネルゾーンのかなりの部分を遮ることができる。より低い周波数では、フレネルゾーンのサイズがより大きくなるため、その周波数では同じ構造物でかなりの量を遮ることができない。したがって、ゲートウェイ受信機５５０と移動ユニット受信機６５０で受信する電力レベルは、図８に示された電力レベルとさらによく類似しているかもしれない。特に、フォワードリンク受信電力８２０は、移動ユニット受信機６５０により受信される信号６４５の電力レベルを示す。リバースリンク受信電力８１０は、ゲートウェイ受信機５５０により受信される信号５４５の電力レベルを表す。このケースでは、チャネルプロセス５３０、６３０の相関関係は強くないため、受信電力８１０、８２０は、フォワードリンク制御ループ６００から得た測定値を、リバースリンク制御ループ５００で直接使うこと、またその逆も可能になるような、影響８３０による類似した損失を示さない。
【００７０】
しかしながら、本発明は、受信電力８１０、８２０が同一の損失を示す程度に基づいていない。むしろ、本発明は、例えばフェーディングのような影響がフォワードリンク４１０に存在するとき、その影響は、リバースリンク４２０でも存在する可能性が非常に高いという事実に基づいている。本発明は、制御ループの１つにおけるプロセス５３０、６３０通して伝搬する信号の状態変化を検出し、他の制御ループで送信される電力レベルを変更するのに使われるループ利得を調整する。もっと正確に言えば、ゲートウェイ受信機５５０が、リバースリンク制御ループ５００における信号５４５の「伝搬状態」の変化を検出した場合、その後ゲートウェイ送信機６１０は、フォワードリンク制御ループ６００でゲートウェイ送信機６１０により送信される信号６１５の電力レベルを変更するのに使われる制御コマンド６６５のステップサイズを調整する。同様に、移動ユニット受信機６５０が、フォワードリンク制御ループ６００における信号６４５の伝搬状態の変化を検出した場合、その後移動ユニット送信機５１０は、リバースリンク制御ループ５００で移動ユニット送信機５１０により送信される信号５１５の電力レベルを変更するのに使われる制御コマンド５６５のステップサイズを調整する。本発明の好ましい実施形態では、伝搬状態の変化は、以下でさらに詳しく述べる通り、信号の電力レベルを監視することによって検出される。
【００７１】
以下では、明確さと簡潔さのために、リバースリンク制御ループ５００のみを参照して説明する。この説明が、フォワードリンク制御ループ６００にも当てはまることは明らかであろう。本発明の１つの実施形態では、制御コマンド５６５のステップサイズを増やすのは、ループ利得を使って行われる。この実施形態では、信号５１５の送信電力レベルを調整するのに制御コマンド５６５を使用する前にループ利得を使用して、制御コマンド５６５のステップサイズを乗算する。例えば、移動ユニット受信機６５０が信号６４５の伝搬状態に変化があることを検出すれば、移動ユニット送信機５１０が予め定められた係数（例えば２）によってループ利得を調整する。その後移動ユニット送信機５１０は調整されたループ利得と制御コマンド５６５とを乗算し、それによって制御コマンド５６５の有効ステップサイズを増やす。
【００７２】
図９は、本発明の１つの実施形態によるフォワードおよびリバースリンク制御ループ６００と５００を示している。特に図９は、移動ユニット状態検出器９１０を介してリバースリンク制御ループ５００内の移動ユニット送信機５１０に結合されたフォワードリンク制御ループ６００内の移動ユニット受信機６５０、およびゲートウェイ状態検出器９３０を介してフォワードリンク制御ループ６００内のゲートウェイ送信機６１０に結合されたリバースリンク制御ループ５００内のゲートウェイ受信機５５０を図示している。
【００７３】
一般に、移動ユニット状態検出器９１０は、移動ユニット受信機６５０により受信された信号６４５の電力測定値９０５を受け取る。１つ以上の電力測定値９０５に基づき、移動ユニット状態検出器９１０は、フォワードパスチャネルプロセス６３０が無活動状態または活動状態のいずれで動作しているか決定する。この決定に基づき、移動ユニット状態検出器９１０は制御コマンド５６５に適用されるフォワード制御ループ利得９１５を出力し、それにより、移動ユニット送信機５１０により送信される信号５１５の電力レベルの変化量を調整する。
【００７４】
同様に、ゲートウェイ状態検出器９３０は、ゲートウェイ受信機５５０により受信される信号５４５の電力測定値９２５を受け取る。１つ以上の電力測定値９２５に基づき、ゲートウェイ状態検出器９３０は、リバースパスチャネルプロセス５３０が、無活動状態または活動状態のいずれで動作しているか決定する。この決定に基づき、ゲートウェイ状態検出器９３０は制御コマンド６６５に適用されるリバース制御ループ利得９３５を出力し、それにより、ゲートウェイ送信機６１０により送信される信号６１５の電力レベルの変化量を調整する。
【００７５】
リバースパスチャネルプロセス５３０とフォワードパスチャネルプロセス６３０が、無活動状態と活動状態との間を同じように遷移するという仮定に基づき、本発明の状態検出器９１０、９３０により、制御ループ５００、６００が、状態検出器９１０、９３０なしで動作している制御ループ５００、６００よりも、影響８３０（例えばフェーディングなど）に対してかなり早く応答できる。このことについて、以下でさらに詳しく論じる。
【００７６】
先に述べた無活動状態と活動状態はまとめて伝搬状態（すなわち信号がプロセス５３０、６３０を経てどのように伝搬していくか）とも呼ばれる。無活動伝搬状態は、プロセス５３０、６３０が、ゲートウェイ１２０と衛星１１８との間の、および移動ユニット１２４と衛星１１８との間の、直接的な見通し線送信であることを表す状態に相当する。活動伝搬状態は、プロセス５３０、６３０がゲートウェイ１２０と衛星１１８との間の、および／または移動ユニット１２４と衛星１１８との間の、強力な直接的な見通し線送信成分を持っていない状態に相当する。上で論じた通り、直接的な見通し線成分が減衰されるとき、フェーディングが起きる。これは、受信信号電力レベルに急激な変化をもたらす。本発明はこれを補償する。
【００７７】
ここでは本発明を、図１０と関連付けて論じる。図１０は、移動ユニット状態検出器９１０とともに、移動ユニット受信機６５０と移動ユニット送信機５１０の関連部分についてさらに詳しく図示している。以下の論考は、特にリバース制御ループ５００と移動ユニット状態検出器９１０に向けられているが、なおこの論考をフォワード制御ループ６００およびゲートウェイ状態検出器９３０に同様に当てはめる方法も明らかであろう。
【００７８】
移動ユニット受信機６５０には、電力レベル検出器１０１０が含まれている。電力レベル検出器１０１０には移動ユニット受信機６５０の構成要素が含まれ、明らかなようにこの構成要素は移動ユニット受信機６５０が周知の技術に基づいて、受信した信号６４５の電力レベルを決定できるようにする。電力レベル検出器１０１０は、受信した信号６４５の電力レベルを状態検出器９１０に出力する。
【００７９】
一般に、状態検出器９１０は、リバースパスチャネルプロセス５３０の状態を決定する。本発明の好ましい実施形態では、状態検出器９１０は、リバースパスチャネルプロセス５３０が無活動状態（すなわち安定状態）かまたは活動状態（すなわち変化状態）のいずれで動作しているかを決定する。リバースパスチャネルプロセス５３０の状態に基づき、状態検出器９１０は、移動ユニット送信機５１０に利得９１５を出力する。利得９１５は、信号５１５の送信電力を変更するのに使われるループ利得を調整するのに使われる。リバースパスチャネルプロセス５３０が無活動状態で動作している場合、状態検出器９１０は利得９１５に対して単位利得を出力する（すなわち、制御コマンド５６５のステップサイズは、デフォルトレベルまたは予め定められたレベルに留まる）。リバースパスチャネルプロセス５３０が活動状態で動作している場合、状態検出器９１０は、利得９１５に対して利得Ｇを出力する（すなわち、制御コマンド５６５のステップサイズは、Ｇ倍だけ増やされる）。本発明の好ましい実施形態では、Ｇは２に設定されている。したがって、本発明の好ましい実施形態では、活動状態で動作している場合、状態検出器９１０は、移動ユニット送信機５１０に、２倍だけ制御コマンド５６５のステップサイズを増やすように指令する。明らかなように、例えばステップサイズ、時間遅延、予想電力フェーディングなどのシステムパラメータに基づき、他の値のＧを用いることができる。さらに、明らかなように、例えば、送信された信号５１５の電力レベルの変化の大きさや他のシステム測定値に依存して、変数Ｇを使うことができる。
【００８０】
移動ユニット送信機５１０は状態検出器９１０から利得９１５を受け取り、ゲートウェイ受信機５５０から制御コマンド５６５を受け取る。移動ユニット送信機５１０は、利得９１５を制御コマンド５６５に適用し、調整された制御コマンド１０４５を得る。本発明の好ましい実施形態では、移動ユニット送信機５１０は乗算器１０４０を通して、利得９１５により制御コマンド５６５を乗算して、調整された制御コマンド１０４５を得る。本発明の他の実施形態は、積形成ロジックまたは類似のデバイスや技術を使って同じタスクを遂行する。
【００８１】
移動ユニット送信機５１０内の電力レベル調整１０５０により、調整された制御コマンド１０４５が受け取られる。電力レベル調整１０５０には送信電力制御装置３２８内の構成要素が含まれ、これらの構成要素は、明らかな周知の技術に基づいて、移動ユニット送信機５１０が送信される信号５１５の電力レベルを調整できるようにする。
【００８２】
図１０はさらに、本発明の状態検出器９１０の１つの実施形態を図示している。特に図１０は、状態図１０２０による状態検出器９１０の動作を示している。状態図１０２０には、状態Ｘ_０、状態Ｘ_１、および状態Ｘ_２の３つの状態が含まれている。状態検出器９１０は始動時に状態Ｘ_０に初期化される。本発明のこの実施形態では、状態の遷移は、電力レベル測定値９０５の変化（図１０でΔＰとしても示されている）に基づいている。特に、本発明のこの実施形態では、無活動状態と活動状態間の遷移は、電力レベル測定値９０５の連続する２回の変化が、それぞれ予め定められたしきい値（図１０ではＴとして示されている）を超えているか否かに基づいて起きる。
【００８３】
状態Ｘ_０から始まり、電力レベル測定値９０５の変化が予め定められたしきい値を超えていると、状態検出器９１０は状態Ｘ_０から状態Ｘ_１に遷移する。電力レベル測定値９０５の変化が予め定められたしきい値を超えていない場合、状態検出器９１０は状態Ｘ_０のままで、予め定められたしきい値を超えるまで、その状態にとどまる。
【００８４】
状態Ｘ_１から、電力レベル測定値９０５の変化が予め定められたしきい値を超えると、状態検出器９１０は状態Ｘ_１から状態Ｘ_２に遷移する。電力レベル測定値９０５の変化が予め定められたしきい値を超えない場合、状態検出器９１０は状態Ｘ_０に遷移して戻る。
【００８５】
状態Ｘ_２から、電力レベル測定値９０５の変化が予め定められたしきい値を超え続ける限り、状態検出器９０１は状態Ｘ_２にとどまる。電力レベル測定値９０５の変化が予め定められたしきい値を超えない場合、状態検出器９１０は、状態Ｘ_０に遷移して戻る。
【００８６】
状態検出器９１０が状態Ｘ_０または状態Ｘ_１にある限り、状態検出器９１０は、利得９１５を単位利得として出力する。本発明のこの実施形態によれば、状態Ｘ_０と状態Ｘ_１は、リバースパスチャネルプロセス５３０が無活動状態で動作していることを示す。このケースでは、制御コマンド５６５のステップサイズは変更されない。
【００８７】
状態検出器９１０が状態Ｘ_２にあるとき、状態検出器９１０は、利得９１５をＧとして出力する。本発明のこの実施形態にしたがうと、状態Ｘ_２は、リバースパスチャネルプロセス５３０は活動状態で動作していることを示す。このケースでは、制御コマンド５６５のステップサイズを、Ｇ倍だけ増やさなければならない。
【００８８】
図１０は、本発明の１つの実施形態のある表現を示している。明らかなように、同じ実施形態の他の表現が存在する（すなわち、状態図以外の表現）。例えば、以下の擬似符号は、本発明の類似実施形態の異なる表現を示している：
If ((|(PowerLevel_k - PowerLevel_k-1)| > Threshold) and
(|(PowerLevel_{k-1 -} PowerLevel_k-2)| > Threshold)))
then
Gain = G
else
Gain = 1
ここで、Powerlevel_iはｉ番目の電力レベル測定値である。
【００８９】
明らかなように、予め定められたしきい値を超える電力レベル測定値９０５の付加的な回数の連続的な変化を用いることができる。例えば、電力レベル測定値９０５が連続して４回しきい値を超えるということを、無活動状態と活動状態との間の変化を示すのに使うことができる。他の回数であっても、同様に使用することができる。
【００９０】
明らかなように、予め定められたしきい値は、さまざまなシステムパラメータに基づいて設定される。これらパラメータには、伝搬遅延、ループ反復レート、コマンドステップサイズ、および電力レベルの予想される変化などがあるが、これらに限定されるわけではない。
【００９１】
ここで、本発明を図１１と図１２のフロー図から説明する。図１１は、制御ループ５００、６００に類似した例示的な制御ループの動作を説明するフロー図である。図１２は、状態検出器９１０、９３０に類似した例示的な状態検出器の動作を図示するフロー図である。
【００９２】
図１１を参照すると、ステップ１１１０では、第１局が第２局から送信された信号を受信する。第１局により受信された信号は、第２局から第１局に送信される、その電力レベルが制御されることが望ましい任意の信号とすることができる。ステップ１１２０では、第１局は周知の技術に基づいて、受信された信号の電力レベルを測定する。ステップ１１３０では、第１局は制御コマンドを発生させ、この制御コマンドは第２局により送信される信号の電力レベルを調整するように第２局に指示する。先に説明した通り、本発明の好ましい実施形態では、制御コマンドは、電力レベルが予め定められたステップサイズによって調整されるべきことを示す。当然ながら、他の実施形態は可変ステップサイズを使用してもよい。
【００９３】
ステップ１１４０では、第１局は制御コマンドを第２局に送信する。ステップ１１５０では、第２局は受信した制御コマンドにループ利得係数を乗算し、送信される信号の電力レベルの調整値を決定する。ステップ１１６０では、第２局は送信される信号の電力レベルを、ステップ１１５０で決定された調整値によって調整する。
【００９４】
図１２を参照すると、ステップ１２１０では、第２局は第１局から送信された信号を受信する。この信号は、図１１を参照して先に説明した信号とは異なる。この信号は、第１局から第２局に送信される、その電力レベルを有効に監視できる任意の信号とすることができる。この信号は、その電力レベルが制御されることが望ましい信号である必要はない。この信号は、第１局と第２局の間で信号が送信されるプロセスを示すことだけが必要である。
【００９５】
ステップ１２２０では、第２局は、第１局から受信された信号の電力レベルを監視する。本発明の１つの実施形態では、第２局は受信信号の電力レベルを測定する。本発明の別の実施形態では、第２局は信号を１つ以上のしきい値と比較する。本発明の好ましい実施形態では、第２局は受信信号の電力レベルを測定し、信号の後続サンプル間での電力レベルの変化を決定する。当然のことながら、他の実施形態は、受信信号の電力レベルを監視するのに他の技術を用いることができる。
【００９６】
ステップ１２３０では、第２局は監視された電力レベルに基づいて、受信信号に関係する伝搬状態を決定する。言い換えれば、第２局は、信号が送信されたプロセスが上記のような無活動状態か活動状態のいずれで動作していたかを決定する。
【００９７】
ステップ１２４０では、第２局はステップ１２３０で決定された伝搬状態に基づいてループ利得を調整する。上で論じた通り、伝搬状態が無活動状態の場合、ループ利得は単位に設定される。伝搬状態が活動状態の場合、１より大きい利得係数に設定される。好ましい実施形態では、利得係数は２に設定される。当然ながら、非整数利得係数を含む他の利得係数を使うことができる。
【００９８】
図１３は本発明の好ましい実施形態にしたがったフロー図であり、ステップ１２３０の動作をさらに詳しく説明している。決定ステップ１３１０では、第２局は、受信信号の電力レベルの変化がしきい値を超えているか否か、および受信信号の電力レベルの前の変化がしきい値を超えているか否かを決定する。言い換えれば、第２局は、電力レベルの変化がしきい値を超えることが２回連続して起きているかどうか決定する。特に、第２局は、変化の大きさがしきい値を超えているか否かを決定する（すなわち電力レベルの増加または減少に等しく適用する）。
【００９９】
ステップ１３２０において、電力レベルの変化が２回連続してしきい値を超えている場合、ループ利得が非単位の利得係数に設定される。ステップ１３３０において、電力レベルの変化が２回連続してしきい値を超えていない場合、ループ利得は単位利得係数に設定される。
【０１００】
当然のことながら、本発明の範囲から逸脱することなく、ステップ１２３０の動作にさまざまな修正を加えることができる。チャネルの伝搬状態を推定するどのような技術でも用いることができる。例えば、変更は、最後のＮ個のサンプルの受信電力の平均と最後のＭ個のサンプルの受信電力の平均とを比較することを必要とするかもしれない。この場合、Ｍ＞Ｎである。したがって、平均信号電力が、しきい値を下回っていたと決定することができる。第２の実施形態は、ループ利得の減少とは反対にループ利得の増加を決定するのに異なるアルゴリズムを提供してもよい。加えて、本発明は、他の情報源や、電力レベルの変化を検出するもの以外のセンサを含む手段によって、プロセスの伝搬状態を決定するための指標を使用することも意図している。
【０１０１】
図１１、１２および１３は、「第１局」と「第２局」の観点から説明してきた。上記では、第２局での動作として説明したが、当然ながら本発明は第１局で、または第１局と第２局の両方で同時に使用することができる。その上、本発明はゲートウェイ１２０、移動ユニット１２４、または受信機とともに送信機が配置される他のこのような通信システム構成要素に関して実施することができる。
【０１０２】
先に示したように、本発明により、制御ループ５００、６００は状態検出器９１０、９３０なしで動作している制御ループ５００、６００と比較して、ループ利得の増加に基づいて、かなり早く影響８３０（例えばフェーディングなど）に対して応答できる。上で論じた通り、制御ループ５００、６００の応答時間は、往復伝搬時間による影響を受ける。言い換えれば、往復伝搬時間は、制御コマンド５５５が、例えばゲートウェイ受信機５５０により送信される時間と、その制御コマンド５５５に対する応答（すなわち、信号５４５の電力レベルの変化）がゲートウェイ受信機５５０によって検出される時間との間で経過する。
【０１０３】
応答がさらに早くなったことに加え、状態検出器９１０、９３０は、実際の電力レベルと所望の電力レベルとの間の誤差が近づく速度にも影響を与える。これはスリューレートと呼ばれる。Ｇに設定された利得９１５の場合、スリューレートは利得なしの制御コマンド５６５のＧ倍の速さとなる。したがって、例えばＧ＝２の時、スリューレートは、利得なしのスリューレートの２倍の速度になるなどである。適正な利得の決定は、伝播遅延、ループ反復レート、コマンドステップのサイズ、および予想される変化、受信電力レベルの変化のレートといった要因に左右される。
【０１０４】
フォワードおよびリバースチャネルプロセス５３０、６３０の影響を理解することにより、移動ユニット１２４とゲートウェイ１２０との間で行き来する信号が受ける変化について同様の決定を行うことができる。したがって、電力以外のパラメータを本発明により制御することができる。通信システムによっては、同一のまたは付加的な制御ループを使って、例えば周波数、符号タイミングなどの通信信号のその他の動作パラメータを制御できる。上げるおよび下げる、または進めるおよび遅らせるといったコマンドを適宜発生させることができ、それらを使って、これらのパラメータの変更を実行できる。例えば、帰還リンク信号の動作周波数を調整して、移動ユニット１２４の局部発振器の中心周波数のドリフトを押しとどめるように、移動ユニット１２４に命ずることができ、またはドップラ効果を補償するために符号タイミングを変更することなどができる。コマンドを用いて補償を実行できる多くのパラメータやプロセスがよく知られているが、上で論じた電力制御コマンドが受けるのと同じ時間遅延すなわち伝送遅延も被る。
【０１０５】
衛星をベースとする通信システム１００に関して本発明を説明したが、衛星を使用しないシステムでも本発明を実行できることがある。例えば、地上システムでは、セルサイトと移動ユニット１２４と間の伝搬が、電力制御ループ５００のループ反復時間に比べて大きい場合、リミットサイクルと類似の問題が生じる。
【０１０６】
送信機５１０、６１０に一定の量だけ送信電力を増減するように指示する電力アップコマンドまたは電力ダウンコマンドが受信機５５０、６５０によって発せられるシングルビットシステムに関して本発明を説明した。しかしながら、明らかなように、電力制御コマンド５５５、６５５が、所望の電力レベルと受信電力レベル５４５との差に基づいて量子化される、異なる方式も実現することができる。
【０１０７】
先の好ましい実施形態の説明は、当業者が本発明を作り、利用できるように提供されている。これら実施形態のさまざまな変形は、当業者には容易に明らかとなるであろう。また、ここで規定された一般的な原理を、発明力を用いることなく別の実施形態に適用することができる。したがって、本発明はここに示される実施形態に限定されることを意図しているものではなく、ここに開示されている原理と新規な特徴に一致する最も広い範囲にしたがうべきである。
【０１０８】
本発明の特徴、目的および効果は、同じ参照符号が全体を通して対応したものを識別している図面を参照すると、詳細な説明からさらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明が使用される典型的な無線通信システムを図示している。
【図２】 図２は、移動ユーザにより使用される例示的なトランシーバ装置を図示している。
【図３】 図３は、ゲートウェイで使用するための例示的な送受信装置を図示している。
【図４】 図４は、ゲートウェイと移動ユーザとの間のフォワードリンクとリバースリンク送信を図示している。
【図５】 図５は、リバースリンク制御ループを図示している。
【図６】 図６は、フォワードリンク制御ループを図示している。
【図７】 図７は、フォワードパスプロセスとリバースパスプロセスとが相関している時の、フォワードリンクとリバースリンクの受信電力レベルの例示的な比較を図示しているプロットである。
【図８】 図８は、フォワードパスプロセスとリバースパスプロセスとが部分的にしか相関していない時の、フォワードリンクとリバースリンクの受信電力レベルの比較を図示しているプロットである。
【図９】 図９は、本発明の１つの実施形態にしたがった状態検出器を用いるフォワードおよびリバースリンク制御ループを図示している。
【図１０】 図１０は、リバースリンク制御ループととともに使用される状態検出器をさらに詳細に図示している。
【図１１】 図１１は、本発明のループ利得を使用する例示的な制御ループの動作を図示しているフローチャートである。
【図１２】 図１２は、本発明にしたがったループ利得の決定を図示しているフローチャートである。
【図１３】 図１３は、本発明の１つの実施形態にしたがった伝搬状態の決定をさらに詳しく図示しているフローチャートである。

Claims (20)

1. 第１局、第２局、および第１局と第２局の間の信号を結合する衛星リンクを具備し、各局は信号送信手段と信号受信手段を備える衛星通信システムの電力を制御する方法において、
   第２局において、第１局から送信された第１信号を受信するステップと、
   第１局において、第２局から送信された第２信号を受信するステップと、
   第１局において、前記受信した第２信号の電力レベルを測定するステップと、
   第１局において、前記受信した第２信号の前記測定された電力レベルに基づいて電力制御コマンドを発生させるステップと、
   前記電力制御コマンドを第１局から第２局に送信するステップと、
   第２局において、前記電力制御コマンドにループ利得係数を適用するステップと、
   第２局において、前記電力制御コマンドに基づいて、第２局から送信される前記第２信号の送信電力レベルを調整するステップと、
   第２局において、前記受信した第１信号の電力レベルを監視するステップと、
   前記受信した第１信号の前記電力レベルに基づいて、前記受信した第１信号の伝搬状態を決定するステップと、
   前記第１信号の前記伝搬状態の関数として前記ループ利得係数を調整するステップとを含み、
   前記ループ利得係数は第１の固定量だけ利得を増加させる電力アップ係数であるか、または第２の固定量だけ利得を減少させる電力ダウン係数であり、
   前記第１の固定量は前記第２の固定量よりも少ない方法。
2. 前記伝搬状態を決定するステップは、前記受信した第１信号がフェーディング中で動作しているか否かを決定するステップを含む請求項１記載の方法。
3. 前記伝搬状態を決定するステップは、
   連続的な回数において受信した、前記受信した第１信号の前記電力レベル間の電力レベルの変化を決定するステップと、
   前記電力レベルの変化としきい値と比較するステップと、
   前記電力レベルの変化が前記しきい値を超えているか否かに基づいて、前記伝搬状態を決定するステップとを含む請求項１記載の方法。
4. 前記伝搬状態を決定するステップは、
   前記電力レベルの変化が前記しきい値を超えていない場合に、前記伝搬状態を無活動状態として決定するステップと、
   前記電力レベルの変化が前記しきい値を超えている場合に、前記伝搬状態を活動状態として決定するステップとを含む請求項３記載の方法。
5. 前記ループ利得係数を調整するステップは、前記伝搬状態が前記活動状態である場合に、前記ループ利得係数を非単位利得係数に設定するステップを含む請求項４記載の方法。
6. 前記ループ利得係数を調整するステップは、前記伝搬状態が前記無活動状態である場合に、前記ループ利得係数を単位利得係数に設定するステップを含む請求項４記載の方法。
7. 前記ループ利得係数を設定するステップは、前記伝搬状態が前記活動状態である場合に、前記ループ利得係数を２に設定するステップを含む請求項５記載の方法。
8. 第１局はゲートウェイであり、第２局は移動ユニットである請求項１記載の方法。
9. 第１局は移動ユニットであり、第２局はゲートウェイである請求項１記載の方法。
10. 通信システムのパラメータを制御する装置において、
    制御されるパラメータを有する第１信号を送信する手段と、制御コマンドを受信する手段を含む第２信号を受信する手段とを備えた第１局と、
    前記第１信号を受信する手段と、前記第２信号を送信する手段とを備えた第２局と、
    前記第２局に配置されて前記第１信号のパラメータを測定する手段と、前記第２局に配置されて前記測定されたパラメータに基づいて前記制御コマンドを発生させる手段と、前記第１局に配置されて前記制御コマンドとループ利得係数とに基づいて前記第１信号のパラメータを調整する手段とを備えた制御ループと、
    前記第２信号が前記第２局から前記第１局に送信されるプロセスの伝搬状態を決定する手段と、前記伝搬状態に基づいて前記ループ利得係数を調整する手段とを備え、前記第１局に配置された状態検出器とを具備し、
    前記ループ利得係数を調整する手段のループ利得係数は、第１の固定量だけ利得を増加させる電力アップ係数であるか、または第２の固定量だけ利得を減少させる電力ダウン係数であり、
    前記第１の固定量は前記第２の固定量よりも少ない装置。
11. 前記伝搬状態を決定する手段は、前記第２信号に関係するパラメータを監視する手段を含み、前記パラメータは前記第１信号に関して制御されるパラメータと同じ性質である請求項１０記載の装置。
12. 前記伝搬状態を決定する手段は、前記第２信号に関係する前記パラメータの変化がしきい値を超えたか否かを決定する手段を含む請求項１１記載の装置。
13. 前記伝搬状態を決定する手段は、前記第２信号に関係する前記パラメータの変化の大きさがしきい値を超えたか否かを決定する手段を含む請求項１１記載の装置。
14. 前記伝搬状態を決定する手段は、複数の連続的な期間にわたって、前記第２信号に関係する前記パラメータの変化の大きさがしきい値を超えたか否かを決定する手段をさらに含む請求項１３記載の装置。
15. 前記伝搬状態を決定する手段は、
    前記複数の連続的な期間にわたって、前記変化の大きさが前記しきい値を超えていない場合に、前記伝搬状態を無活動状態として決定する手段と、
    前記複数の連続的な期間にわたって、前記変化の大きさが前記しきい値を超えている場合に、前記伝搬状態を活動状態として決定する手段とをさらに含む請求項１４記載の装置。
16. 前記ループ利得係数を調整する手段は、
    前記伝搬状態が前記無活動状態の場合に、前記ループ利得係数を単位利得係数に調整する手段と、
    前記伝搬状態が前記活動状態の場合に、前記ループ利得係数を非単位利得係数に調整する手段とを含む請求項１５記載の装置。
17. 前記非単位利得係数は２である請求項１６記載の装置。
18. 前記制御されるパラメータは前記第１信号の電力レベルである請求項１０記載の装置。
19. 前記第１局はゲートウェイであり、前記第２局は移動ユニットである請求項１８記載の装置。
20. 前記第１局は移動ユニットであり、前記第２局はゲートウェイである請求項１８記載の装置。

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