JP4302639B2 - 送信電力制御方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、セルラ式通信システムの送信機用の電力制御方法及び装置に関し、特に、低電力制御モードに移行するためのシステムに関する。

図１は、従来技術に基づく従来のセルラ式通信システム１００の原理を示す。地理的領域は、複数のセル１０１、１０３、１０５、１０７に分割され、各々、基地局１０９、１１１、１１３、１１５によってサービスが提供される。基地局は、基地局１０９、１１１、１１３、１１５間でデータ通信が可能な固定ネットワークによって相互接続される。移動局には、移動局が配置されたセルの基地局によって無線通信リンクを介してサービスが提供される。図１の例では、移動局１１７には、無線リンク１１９を介して基地局１０９によってサービスが提供され、移動局１２１には、無線リンク１２３を介して基地局１１１によってサービスが提供され、他の移動局も同様である。

移動局は、移動する際、１つの基地局の有効範囲から他の有効範囲に、即ち、１つのセルから他のセルに移動し得る。例えば、移動局１２５には、最初、無線リンク１２７を介して基地局１１３によってサービスが提供される。基地局１１５側に移動するにつれて、２つの基地局１１３及び１１５の重複有効範囲の領域に進入し、この重複領域内では、無線リンク１２９を介して基地局１１５によってサポートされるようになる。移動局１２５は、更にセル１０７内に移動するにつれて、基地局１１５によって継続的にサポートされる。このことは、セル間における移動局のハンドオーバ又はハンドオフとして公知である。

典型的なセルラ式通信システムでは、通常、有効範囲が国中に広がっており、何千又は何百万もの移動局をサポートする何百又は何千ものセルを含む。移動局から基地局への通信は、アップリンクとして公知であり、基地局から移動局への通信は、ダウンリンクとして公知である。

基地局を相互接続する固定ネットワークは、任意の２つの基地局間でデータの経路設定動作が可能であり、これによって、あるセルの移動局は、他の任意のセルの移動局と通信が可能である。更に、固定ネットワークは、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ：Public Switched Telephone Network ）等の外部ネットワークと相互接続するためのゲートウェイ機能を含み、これによって、移動局は、陸上通信線電話、及び陸上通信線によって接続された他の通信端末と通信が可能である。更に、固定ネットワークは、従来のセルラ方式通信ネットワークの管理に必要な多くの機能から構成され、その機能には、経路設定データ、接続制御、資源割当て、加入者課金、移動局認証等のための機能が含まれる。

現在、最も広く普及しているセルラ式通信システムは、移動体通信用地球規模システム（ＧＳＭ：Global System for Mobile communication）として公知の第２世代通信システムである。ＧＳＭは、時分割多元接続（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access ）として公知の手法を用いており、この場合、ユーザに個々に割当て可能な８つの離散的タイムスロットに搬送周波数を分割することによって、ユーザ分離が行われる。基地局には、１つの搬送波又は複数の搬送波が割り当てられ得る。１つの搬送波は、同報情報を更に含むパイロット信号に用いられる。この搬送波は、異なる基地局からの送信の信号レベルを測定するために移動局によって用いられ、また、得られた情報は、最初のアクセス又はハンドオーバ時の適切なサービス提供セルを決定するために用いられる。ＧＳＭ ＴＤＭＡ通信システムの更なる説明は、マイケル・モーリィ（Michel Mouly）及びマリー・バーナデット・パウテット（Marie Bernadette Pautet ）による「移動通信用ＧＳＭシステム(The GSM System for Mobile Communications)」（Bay Foreign Language Books,1992 年,ISBN2950719007 ）に見いだし得る。

現在、第３世代システムが登場し、移動ユーザに提供される通信サービスが更に強化されつつある。最も広く採用されている第３世代通信システムは、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access ）に基づいており、この場合、ユーザ分離は、同じ搬送周波数について異なるユーザに対して異なる拡散及びスクランブル符号を割り当てることによって得られる。送信は、割り当てられた符号が乗算されることによって拡散され、これによって信号は広い帯域幅全体で拡散する。受信機では、これらの符号を用いて受信信号を逆拡散し、これによって原信号を再生する。各基地局は、パイロット及び同報信号専用の符号を有し、これは、ＧＳＭの場合、サービス提供セルを決定するための複数のセルの測定に用いられる。この原理を用いた通信システムの例は、現在展開されているユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ：Universal Mobile Telecommunication System ）である。更なるＣＤＭＡの説明、特に、ＵＭＴＳの広帯域ＣＤＭＡ（ＷＣＤＭＡ：Wideband Code Division Multiple Access）モードの説明は、ハリー・ホルマ（Harri Holma ）（編集者）、アンティ・トスカラ（Antti Toskala ）（編集者）による「ＵＭＴＳ用ＷＣＤＭＡ(WCDMA for UMTS)」（Wiley&Sons,2001 年,ISBN0471486876 ）に見いだし得る。

セルラ式通信システムに割り当てられる周波数帯域は、通常、厳しく制限されており、従って、資源は、移動局の間で効果的に分割しなければならない。セルラ式通信システムの基本的な特性は、資源が、異なるセルへの分割によって地理的に分割されることである。従って、特定の量の資源（例えば、周波数帯域）は、所定の時間に所定のセルに割り当てられ、これによって隣接セルへの資源割り当てが減少する。セルラ式通信システムの容量を最適化するために、他の移動局により生じる干渉又は他の移動局に対して生させる干渉の影響を最小化することが重要である。セルラ式通信システムの重要な利点は、距離と共に無線信号が減衰するため、１つのセル内の通信に起因する干渉は、充分遠くに離れたセルでは無視でき、従って、このセルでは資源の再利用が可能なことである。更に、資源は、通常、時間領域、周波数領域、及び／又は符号領域でその資源を分割することによって、１つのセル内及び複数のセル間で分割される。異なる通信システムは、異なる原理を用いて、この分割を行う。資源割り当ては、静的であっても、通信システムの現在の負荷に依存するような動的であってよく、通常、静的及び動的資源割り当ての組合せが用いられる。

従って、セルラ式通信システムが、利用可能な無線資源の用途を最適化することが最も重要である。しかしながら、異なるサービス及び異なる移動局に対する資源割り当ては、重要な信号送信を伴う複雑な管理や制御を必要とする傾向がある。このことは、特に、無線環境に大幅な変動がある状態での効率的な資源利用には適さない。

例えば、回線交換呼出しは、主に、通信パラメータを変えることによって極度な減衰状態に対処して、適切な品質を保証しようとする。具体的には、呼出しは、隣接セルにハンドオーバし得る。しかしながら、ハンドオーバは、基地局と移動局との間で相当な信号送信が必要な遅い処理である。従って、度重なるハンドオーバは、避けるべきであり、結果的に、ハンドオーバは、無線環境の恒久的な変動に最も適しており、短期的変動の処理には適さない。他の例として、パケット・ベースの通信は、高度なスケジューリング・アルゴリズムによって干渉変動に対処しようとする。しかしながら、これらのアルゴリズムは、複雑な信号送信が必要であり、従って、無線環境パラメータの短期的変動には適さない。

従って、無線インターフェイス資源利用を制御するためのシステム改善には利点があり、特に、無線環境特性の変動を考慮して、柔軟性を高め、複雑さを低減し、信号送信のオーバーヘッドを低減し、動作を高速化し、及び／又は資源利用を改善し得るシステムは利点がある。

従って、本発明は、１つ又は複数の上述した不利な点を個々に又はいずれかの組合せにより軽減、緩和、又は解消しようとするものである。

本発明の第１の側面によれば、セルラ式通信システムの送信機用の電力制御方法が提供される。本方法は、第１動作モードにおいて、基地局と通信装置との間の通信の品質パラメータに応じて、電力制御データを決定する段階と、基地局と通信装置との間で電力制御データを通信する段階と、を備える。更に、基地局と通信装置との間でパワーダウン電力制御データを通信することによって、低電力動作モードに移行する段階と、低送信電力レベルに対応する電力制御データを通信することによって、低電力モードで動作する段階と、基地局と通信装置との間でパワーアップ電力制御データを通信することによって、低電力モードを終了する段階と、を備える。

本発明は、基地局と通信装置との間の通信をサポートする送信機からの干渉を低減し得る。本方法は、複雑さの低減、高速化及び／又はオーバーヘッドの低減という利点を可能にする。本方法は、無線環境特性の変動に応じた送信制御に適する。本方法は、一時的に大きな干渉を生じる通信からの干渉を一時的に低減し得るため、通信システムの容量を改善し得る。電力制御データを超過した信号を通信する必要がなく、このため、容量は、信号送信データの減少によって、更に低減される。低電力モードは、通信の通信容量を阻害即ち低減するが、干渉が低減されると、他の通信が恩恵を受ける可能性があり、これによって通信システムの容量が全体として増大する。

本発明の一つの特徴によれば、電力制御は、アップリンク電力制御であり、電力制御データは、基地局から通信装置へ送信される。本方法は、通信装置の送信電力の制御に有利に適用し得る。これによって、固定ネットワーク及び基地局は、通信システムのニーズに全体的に適合するように通信の動作を制御し得る。現在の電力制御標準仕様を満足する標準の通信装置を、何の改造もせずに用い得る。従って、通信装置に改造を加えることなく、既に設置された既存の通信システムに配置することが可能である。通信装置は、低電力モードに移行していることを知る必要がない。

本発明の一つの特徴によれば、電力制御は、ダウンリンク電力制御であり、電力制御データは、通信装置から基地局へ送信される。本方法は、基地局の送信電力の制御に有利に適用し得る。これによって、個々の通信装置は、現在の無線環境に適合するように基地局の動作を制御し得る。

本発明の一つの特徴によれば、低送信電力レベルは、実質的にゼロである。これによって、干渉低減を最大化でき、従って、他の通信に最大の恩恵を与え得る。更に、簡単な具体化が可能にする。

本発明の一つの特徴によれば、低電力モードで通信される電力制御データは、パワーダウン制御値である。これによって、低電力期間において送信電力を低減する簡単な方法が可能になる。

電力制御値を連続的に送信すると、低電力モードの充分長い期間の間、送信電力は、実質的にゼロの送信電力に低減される。パワーダウン制御値を送信するだけで、所定の基準を満足するための適切な電力制御値の決定に対するあらゆる要件が排除され、従って、極めて簡単な運用が可能である。

本発明の一つの特徴によれば、低送信電力レベルは、通信装置と基地局との間の低速データ通信を可能にする。これによって、生じた干渉を低減しつつ、交信が可能である。具体的には、これによって、低電力モード中、制御及び信号送信情報を維持し得る。

本発明の一つの特徴によれば、終了する段階は、送信電力が、品質パラメータに応じて決定された電力レベルに相当するまで、パワーアップ電力制御データを送信することを備える。これによって、送信電力は、後続の通信のサポートに適するレベルに素早く戻ることができる。

本発明の一つの特徴によれば、終了する段階は、送信電力が、低電力モードに移行する以前の電力レベルに対応する電力レベルに相当するまで、パワーアップ電力制御データを送信することを備える。これによって、送信電力は、適切な電力制御レベルを最初に決定する必要なく、後続の通信のサポートに適するレベルに素早く戻ることができる。

本発明の一つの特徴によれば、低電力モードの期間は、通信装置と基地局との間の通信に関連するデータ再送信間隔より小さい。これによって、低電力モード中に欠落したデータはいずれも再送信によって回復し得る。具体的には、通信に再送信方式を指定でき、こうして、限られた期間の低電力モード動作中のあらゆる欠落データが再送信によって自動的に回復される。

本発明の一つの特徴によれば、本方法は、更に、通信装置と基地局との間の通信の品質レベルに到達できないと判断し、それに応じて、低電力モードに移行する段階を備える。具体的には、充分な時間の間、パワーアップ電力制御データを通信したにも係わらず、品質レベルに到達できない場合、このことは、送信機が飽和状態に達したという兆候であると解釈し得る。このことは、深刻なフェージング状態に起因する可能性があるが、これは直ちに消滅する。品質レベルは、誤り率、信号対雑音比及び／又は信号対干渉比であってもよい。これによって、低電力モードに移行すると有利であろうと判断する適切な手段が提供される。

本発明の一つの特徴によれば、本方法は、更に、送信機の送信電力がしきい値を超過していると判断し、それに応じて、低電力モードに移行する段階を備える。送信電力は、総送信電力、又は送信機の資源単位の送信電力であってもよく、例えば、符号毎、搬送波毎、もしくは通信装置毎の送信電力等であってもよい。これによって、無線特性が通信にとって現時点で不利であること、また、低電力モードに移行すると有利であると判断する効率的な手段が可能になる。

本発明の一つの特徴によれば、本方法は、更に、干渉レベルがしきい値を超過していると判断し、それに応じて、低電力モードに移行する段階を備える。具体的には、干渉レベルは、基地局、他の基地局、通信装置及び／又は他の通信装置での干渉レベルであってもよい。これによって、無線特性が、通信にとって現時点で不利であること、また、低電力モードに移行すると有利であると判断する効率的な手段が可能になる。

本発明の一つの特徴によれば、本方法には、更に、伝搬特性がしきい値を超過していると判断し、それに応じて、低電力モードに移行する段階を備える。好適には、伝搬特性は、通信装置と基地局との間の通信をサポートする通信リンクの経路損失である。

基地局と通信装置との間の通信に関連するパラメータ及び特性は、通常、セルラ式通信システムでは頻繁に求められる。これらの特性は、例えば、干渉レベル、経路損失、フェージング状態、遅延拡散及び／又は雑音レベルに関連し得る。これらの特性によって、無線特性が、通信にとって現時点で不利であること、また、低電力モードに移行すると有利であると判断する効率的な手段が提供される。

本発明の一つの特徴によれば、本方法は、更に、低電力モードの期間がしきい値を超過していると判断し、それに応じて、低電力モードを終了する段階を備える。しきい値は、具体的には、予め決められ一定の時間間隔又は擬似ランダムな時間間隔に関係し得る。従って、電力制御は、所定期間後、自動的に低電力制御を終了する。これによって、低電力モードが、許容できない影響を通信に及ぼさないほど充分に短いこと、また、伝搬状態の変動に追随できることを保証する簡単で効率的な手段が可能になる。

本発明の一つの特徴によれば、本方法は、更に、通信装置と基地局との間のデータ通信の品質特性が改善しつつあると判断し、それに応じて、低電力モードを終了する段階を備える。具体的には、電力制御が低電力モードであるにも係わらず、信号対干渉比、信号対雑音比、又は誤り率が改善しつつあると判断し得る。このことは、無線特性が改善しつつあり、もはや好ましくない状態ではないという兆候であり得る。従って、無線特性が通信にとって現時点では不利ではなく、低電力モードを終えると有利であると判断する効率的な手段を提供し得る。

本発明の一つの特徴によれば、本方法は、更に、干渉レベルがしきい値より小さいと判断し、それに応じて、低電力モードを終了する段階を備える。具体的には、干渉レベルは、基地局、他の基地局、通信装置及び／又は他の通信装置での干渉レベルであってもよい。これによって、無線特性が、通信にとって現時点で不利でないこと、また、低電力モードを終えると有利であると判断する効率的な手段が可能になる。

本発明の一つの特徴によれば、本方法は、更に、伝搬特性がしきい値より小さいと判断し、それに応じて、低電力モードを終了する段階を備える。好適には、伝搬特性は、通信装置と基地局との間の通信をサポートする通信リンクの経路損失である。基地局と通信装置との間の通信に関連するパラメータ及び特性は、セルラ式通信システムでは頻繁に求められる。これらの特性は、例えば、干渉レベル、経路損失、フェージング状態、遅延拡散及び／又は雑音レベルに関連し得る。これらの特性によって、無線特性が、通信にとって現時点で不利でないこと、また、低電力モードを終えると有利であると判断する効率的な手段が提供される。

本発明の一つの特徴によれば、本方法は、更に、通信装置を含む複数の通信装置の予想干渉レベルを決定する段階と、総予想干渉レベルを決定する段階と、総予想干渉レベルがしきい値を超過している場合、通信装置を低電力モードに移行する段階と、を備える。これによって、干渉しきい値を超過しないように、無線資源を割り当てる効率的な方法が可能である。

本発明の一つの特徴によれば、電力制御は、第３世代パートナーシップ・プロジェクト技術仕様ＴＳ２５．２１４に基づき運用される。従って、電力制御方法が改善され、第３世代セルラ式通信システムの性能及び／又は容量が向上する。

本発明の第２の側面によれば、セルラ式通信システムの送信機用の電力制御装置が提供される。本装置には、第１動作モードにおいて、基地局と通信装置との間の通信の品質パラメータに応じて電力制御データを決定するための手段と、基地局と通信装置との間で電力制御データを通信するための手段と、を備える。更に、基地局と通信装置との間でパワーダウン電力制御データを通信することによって低電力動作モードに移行するための手段と、低送信電力レベルに対応する電力制御データを通信することによって低電力モードで動作するための手段と、基地局と通信装置との間でパワーアップ電力制御データを通信することによって低電力モードを終了するための手段と、を備える。

本発明のこれらの及び他の側面及び利点は、後述する実施形態からそれらを参照して明らかになる。
本発明の実施形態は、図面を参照して一例としてのみ説明する。

以下の説明では、ユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ）に適用可能な本発明の実施形態に焦点を当てる。具体的には、本説明では、電力制御が、第３世代パートナーシップ・プロジェクト技術仕様ＴＳ２５．２１４に基づき行われる実施形態に的を絞る。しかしながら、本発明は、この用途に限定されず、例えば、ＧＳＭ及びＧＰＲＳベースの通信システム等、第２世代通信システムを含む他の多くのセルラ式通信システムに適用され得ることを認識されたい。

以下の説明では、更に、アップリンク電力制御を用いて通信装置の送信電力を低減する説明に焦点を当てる。しかしながら、本発明は、この用途に限定されず、例えば、ダウンリンク電力制御にも同様に適用可能なことは明らかである。

以下、図１のセルラ式通信を参照して、本発明の実施形態に基づく電力制御の方法について説明する。
セルラ式通信システムでは、基地局１０９、１１１、１１３、１１５と通信装置１１７、１２１、１２５との間の無線リンク１１９、１２３、１２７、１２９を管理して、所定の通信リンクにより用いられる資源をできるだけ少なくしなければならない。従って、通信装置１１７、１２１、１２５間の通信に起因する干渉の最小化は重要であり、その結果として、できるだけ小さい送信電力を用いることが重要である。必要な送信電力は、瞬間的な伝搬条件に依存するため、送信電力は、その条件に厳密に適合するように動的に制御される。この目的のために、基地局１０９、１１１、１１３、１１５及び通信装置１１７、１２１、１２５は、電力制御ループを動作させるが、この場合、受信側は、受信品質情報に関する報告を送信側に返信し、それに応じて、送信側は、その送信電力を調整する。

ＵＭＴＳでは、ダウンリンク電力制御は、通信装置によって動作し、受信信号の誤り率を報告する。基地局は、それに応じて送信電力を調整する。具体的には、基地局は、誤り率が所望のダウンリンク誤りしきい値未満であれば、送信電力を減らし、そうでなければ増やす。アップリンク方向では、基地局は、受信誤り率を測定してアップリンク誤りしきい値と比較する。誤り率がアップリンク誤りしきい値未満であれば、基地局は、通信装置にパワーダウン電力制御データを送信する。誤り率が、アップリンク誤りしきい値を超過している場合、基地局は、通信装置にパワーアップ電力制御データを送信する。

ＵＭＴＳでは、内部電力制御ループ及び外部電力制御ループ双方が実施される。内部ループ電力制御は、次のように動作する。無線リンクの受信構成要素は、受信信号対干渉比（ＳＩＲ：Signal to Interference Ratio）を測定し、ローカルに記憶した目標ＳＩＲと比較する。測定したＳＩＲが目標未満であれば、コマンドが送信機に返信され、送信電力が増える。逆に、測定したＳＩＲが目標よりも大きい場合、コマンドが送信機に送信され、送信電力が減る。

目標ＳＩＲは、外部ループ電力制御と称する公知の機能によって設定される。その機能は、無線リンクのフレーム誤り率（ＦＥＲ：Frame Error Rate）を所定の値もしくはしきい値に又はそれ未満に維持することである。受信信号のフレーム誤り率は、数多くの公知の手法の１つによって測定され、ＳＩＲ目標は、ＦＥＲが確実に所定値又は所定値未満になるように調整される。

好適な実施形態では、基地局１１１は、無線リンク１２３を介して通信装置１２１と通信を行っている。基地局１１１は、電力制御データ決定するための手段を含む。電力制御データは、当分野で公知なダウンリンク通信で送信電力制御（ＴＰＣ：Transmit Power Control）ビットとして通信装置１２１に通信される。ＴＰＣビットは、００に設定されると通信装置の送信機の送信電力を減少（パワーダウン）させ、また、１１に設定されると送信電力を増大（パワーアップ）する。ＴＰＣビットは、周波数１．５ｋＨｚで送信され、これにより通信装置１２１は、０．６６７ｍｓ毎にパワーアップ又はパワーダウン電力制御データ値を受信する。従って、通信装置１２１の送信電力は、正確に制御され、変動する伝搬条件を満たす。

好適な実施形態では、基地局は、第１動作モードで動作するように運用可能であり、この場合、電力制御データは、通信装置１２１から基地局１１１への通信の品質パラメータに応じて決定される。このモードでは、基地局１１１は、技術仕様ＴＳ２５．２１４に基づき電力制御装置を動作させる。具体的には、品質パラメータは、上述したＳＩＲである。決定した電力制御データは、ダウンリンク送信によって通信装置に通信される。具体的には、ＴＰＣビットを決定し送信する。

好適な実施形態では、基地局は、更に、通信装置１２１から基地局１１１への通信の現在の伝搬条件が悪条件であること判断するための手段を含む。具体的には、基地局１１１は、伝搬損失が、許容不可能なほど大きいと判断し得る。

この検出に応答して、基地局１１１は、低電力動作モードに移行する。本実施形態の場合、低電力モードは、基地局１１１が通信装置の送信電力を制御して減少させることを意味し、基地局１１１の送信電力には関係がないことを認識されたい。基地局１１１は、パワーダウン電力制御データ値ストリームを送信することによってこのモードに移行する。従って、所定期間中、全ＴＰＣビットが００に設定される。これによって、通信装置１２１の送信電力が大幅に減少し、従って、通信装置１２１は低電力動作モードに移行する。

基地局１１１は、低送信電力レベルに対応する電力制御データを送信することによって低電力モードで動作する。具体的には、パワーダウン制御値のみ通信され、これによって、送信電力を最小化する。従って、通信装置１２１に起因する干渉は、大幅に減少する。

好適な実施形態では、基地局１１１は、所定の時間間隔中、低電力モードで動作し、その後、低電力モードを終了する。基地局１１１は、基地局から通信装置にパワーアップ電力制御データを通信することによって低電力モードを終了する。具体的には、ＴＰＣビットは、所定の間隔中、１１に設定され、あるいは、代わりに又は更に、基地局１１１が、第１動作モードに直ちに戻ることによって低電力モードを終了する。送信電力が必要なレベル未満であるため、電力制御の標準動作が第１モードであると、基地局１１１は、パワーアップ電力制御データを送信する。

従って、好ましくない伝搬条件に応じて、通信装置は、短い間隔の間、低電力モードに移行する。このことは、通信装置１２１にデータ欠落を生じ得るが、干渉も大幅に減少し、これによって、通信システム全体の通信容量を増大し得る。

特に、ＣＤＭＡベースのセルラ式通信システムの場合、所定のサービスを通信することによって用いられる無線資源は、好ましい伝搬条件より好ましくない伝搬条件の場合の方が極めて多い。従って、伝搬条件が好ましくない時に低電力モードに移行すると、通信装置１２１による資源使用量を大幅に低減し得る。多くの場合、低電力モード期間中のあらゆるデータ欠落は、問題にならない。具体的には、ＵＭＴＳ等の通信装置は、あらゆる欠落データが後で再送信される再送信方式を含む。

図２は、本発明の好適な実施形態に基づく電力制御方法のフローチャートを示す。本方法は、図１に示したようなセルラ式通信システムに適用可能である。本方法については、図１のセルラ式通信を参照して詳細に後述する。

ステップ２０１では、基地局１１１は、第１動作モードで動作する。基地局１１１は、従来技術で公知のＴＳ２５．２１４に基づき標準電力制御アルゴリズムを実行する。具体的には、基地局は、アップリンクＳＩＲを決定し、決定したＳＩＲが好適な値を下まわる場合、パワーアップ・データを生成し、また、好適な値を超過している場合、パワーダウン・データを生成する。従って、生成した電力制御データは、通信装置１２１に送信され、ここで送信電力が増大又は低減される。

ステップ２０１後のステップ２０３において、基地局１１１が、低電力モードに移行するべきか、或いは第１動作モードに留まるべきかの判断がなされる。基地局１１１が、第１動作モードに留まるべきだと判断した場合、本方法は、引き続きステップ２０１を繰り返す。基地局１１１が、低電力モードに移行するべきであると判断した場合、本方法は、ステップ２０５に進む。

低電力モードを起こすために、任意の適切な方法を用いることは、本発明の意図する範囲内にある。しかしながら、好適な実施形態では、基地局は、通信装置と基地局との間の通信の条件が好ましくなくなったという判断に応じて低電力モード動作に移行する。

一つの実施形態では、ステップ２０３は、通信装置の送信機が、所定のしきい値を超過しているか否かを判断する段階を含む。このことは、幾つかの実施形態では、通信装置が現在の送信値の情報を定期的に送信することによって判断し得る。具体的には、送信機が、飽和状態であるか否かを判断し得る。そうであれば、通信装置の送信電力をそれ以上増大できない。従って、生じた干渉は、最大レベルである。この状況は、フェージングが深い場合生じる可能性があり、また、低電力モードに移行することによって、基地局は、通信装置の送信電力を一時的に低減し、これによって干渉を低減し得る。

代わりに又は更に、ステップ２０３は、通信装置と基地局との間の通信の品質レベルに到達し得ないと判断する段階を含み得る。具体的には、基地局１１１は、受信誤り率又はＳＩＲを連続的に判断し得る。パワーアップ電力制御データを連続的に送信したにもかかわらず所定のしきい値に到達できない場合、このことは、通信装置１２１が、最大電力であること、或いは、許容可能な品質に到達できないような無線条件であることの徴候である。従って、これによって、基地局は、通信装置１２１から受信された通信信号にのみ基づき、低電力モードに移行するのが有利であろうと判断する。

代わりに又は更に、ステップ２０３は、干渉レベルが、しきい値を超過していると判断する段階を含み得る。例えば、基地局１１１は、基地局１１１において総干渉レベルを連続的に測定し得る。干渉レベルが増大して所定のしきい値を超過している場合、基地局１１１は、過負荷状態になり、それに応じて、１つ又は複数の通信装置にとって低電力モードに一時的に移行すると有利なことがある。これによって、干渉は一時的に減少する。多くの場合、無線伝搬特性は、通信装置が低電力モードを終了する時変化しており、これによって、干渉レベルを超過することなく通信が可能である。

他の例として、干渉しきい値は、他の通信装置に関係することがある。例えば、２つの通信装置が互いに近接しており、一方の通信装置の干渉レベルが所定レベルを超過している場合、基地局は、他方の通信装置の低電力モードに移行し、これによって干渉レベルが減少することが知られている。これによって、通信装置への信頼性の高い信号送信を保証するために、例えば、通信装置のハンドオーバを起こすために用い得る短い低干渉期間を提供し得る。

代わりに又は更に、ステップ２０３は、伝搬特性がしきい値を超過していると判断する段階を含み得る。例えば、幾つかの通信システムでは、通信装置の送信電力レベルは、基地局に通信し得る。それに応じて、基地局は、送信電力レベルと受信信号レベルとの間の差として通信リンクの経路損失を判断し得る。この伝搬損失がしきい値を超過している場合、経路損失が減少するまで通信を一時的に停止することは有利であり、また、基地局は、その通信装置の低電力モードに移行し得る。

ステップ２０５では、基地局は、通信装置にパワーダウン電力制御データを通信することによって低電力モードに移行する。好適な実施形態では、基地局は、ＴＰＣ００ビットを連続的に送信する。これによって、通信装置の送信電力は、通信の現在の品質に関わらず減少する。従って、通信装置は、同様に低電力モードに移行する。

ステップ２０５は、送信電力が所定のレベルに達するまで、又は充分なレベルまで送信電力レベルを低減することが保証された所定の時間間隔の間、継続し得る。
ステップ２０５に続くステップ２０７において、基地局及び通信装置は、低電力モードで動作する。基地局は、低送信電力レベルに対応する電力制御データを通信することによってこのモードで動作する。具体的には、基地局は、パワーアップ及びパワーダウン制御メッセージを通信して、通信装置の送信電力が減少するという基準を満たす。

簡単な実施形態では、基地局は、単にパワーダウン制御値のストリームを送信する。これによって、送信電力が最小限になるまで送信電力は減少するが、このことは、具体的には、ほぼゼロの送信電力に対応し得る。更なるパワーダウン制御値によって、送信電力は、最小レベルに維持される。本実施形態では、ステップ２０５及び２０７は、同等であり、パワーダウン制御値を連続して送信する段階を含む。

更に複雑な実施形態では、ステップ２０７は、通信装置と基地局との間の通信が依然可能であるように、電力制御値を送信する段階を含む。従って、送信電力は、減少するがほぼゼロの送信電力レベルまでは減少しない。例えば、第１モード電力制御と同様の電力制御を、低品質要件以外に対して行い得る。例えば、低ＳＩＲが要求されると、送信電力は小さくなるが、誤り率が増大することがある。しかしながら、このことは、幾つかの通信システムでは、通信のデータ速度を小さくすることによって補償し得る。例えば、改善型前方誤り訂正方式を用い得る。

ステップ２０７に続くステップ２０９では、基地局１１１が低電力モードに留まるべきか、或いは第１動作モードに移行するべきかを判断する。基地局１１１が低電力モードに留まるべきであると判断した場合、本方法は、継続してステップ２０７を繰り返す。基地局１１１が低電力モードを終了すべきであると判断した場合、本方法は、ステップ２１１に進む。

一つの実施形態では、ステップ２０９は、低電力モード期間がしきい値を超過していると判断する段階を含む。例えば、低電力モード期間は、予め決めておいてもよい。ステップ２０９では、現在の低電力モード期間が、この所定値を超過しているか否かを確認し、もしそうであれば、ステップ２１１に進む。本実施形態では、低電力モード期間は、一定期間であってもよい。従って、基地局１１１は、好ましくない伝搬特性の検出に応じて低電力モードに入り、また、一定期間後、低電力モードを終了する。一定期間は、伝搬特性が変化したという確率が適度に高くなるように充分長いことが好ましい。伝播特性が変化していなかった場合は、基地局は、このことを検出し、再度低電力モードに移行し得る。

好適には、一定期間は、通信装置と基地局との間の通信に関連するデータ再送信間隔よりも小さい。多くの通信システムは、欠落データを再送信するための再送信方式を含む。例えば、パケット・データ方式は、受信側が受取通知していないあらゆるデータ・パケットを再送信する段階を含む。従って、欠落データ・パケットを再送信し得るデータ再送信間隔より低電力モードの期間が短ければ、低電力モード中のあらゆるデータ欠落は、再送信によって補償し得る。

代わりに又は更に、ステップ２０９は、通信装置と基地局との間のデータ通信の品質特性が良くなりつつあると判断する段階を含む。通信装置の送信電力が減少するにつれて、予想されることは、誤り率が増大し、これに伴ってＳＩＲが減少することである。しかしながら、基地局が、誤り率が減少するか、或いはＳＩＲが増大すると検出する場合、これは、その通信に対して伝搬特性が改善されているという徴候である。従って、過度の干渉を生じることなく通信が可能であり、低電力モードを終了する。

代わりに又は更に、ステップ２０９は、干渉レベルがしきい値未満であると判断する段階を含む。例えば、基地局は、総受信干渉レベルが、全処理量に対応するレベル未満になること、またこれに伴い、資源が、通信装置との通常動作モードでの継続的通信に利用可能であると判断し得る。

代わりに又は更に、ステップ２０９は、伝搬特性がしきい値未満であると判断する段階を含む。具体的には、基地局は、通信装置の受信信号レベル及び低送信電力の情報から伝搬損失を連続的に判断し得る。伝搬損失が減少して所定のしきい値未満になった場合、通信は、過度な干渉を生じることなく継続され、従って、低電力モードを終了する。

ステップ２１１では、基地局は、通信装置にパワーアップ電力制御データを通信することによって低電力モードを終了する。好適な実施形態では、基地局は、通信装置の送信電力が、低電力モードに移行する以前の電力レベルに対応する電力レベルに相当するまで、パワーアップ電力制御データを送信する。従って、基地局は、送信電力が低電力モードに移行する以前の送信電力に等しくなるように、何個のパワーアップ制御コマンドを送信する必要があるかを判断する。これによって、送信電力が適切なレベルに戻る確率が高くなる。

他の実施形態では、パワーアップ電力制御データは、送信電力が品質パラメータに応じて決定される電力レベルに相当するまで送信される。具体的には、所定のＳＩＲ又は誤り率に到達するまで、パワーアップ・メッセージを送信し得る。

一つの実施形態では、低電力モードは、資源配分に用いられる。例えば、低電力モードは、アップリンク方向でのパケット・データ・トラフィックのスケジューリングに用い得る。

このような１つの実施形態では、スケジューリングは、送信時間間隔（ＴＴＩ：Transmission Time Interval）の初めに生じる。過去のアップリンク送信情報を用いて、動作中の通信装置がＴＴＩにおいてデータ・パケットを送信する確率についての確率分布が推定され得る。更に、動作中の通信装置が、過去のｋ個のＴＴＩの間にビジー状態であった場合、次のＴＴＩの間に通信を行う条件付き送信確率ｐ（ｋ＋１｜ｋ）を求め得る。更に、予想干渉レベルは、各動作中の通信装置に対して求め得る。

本実施形態では、総予想干渉レベルは、各動作中の通信装置における送信の確率及び予想干渉レベルを考慮して、ＴＴＩの初めに求められる。具体的には、総予想干渉レベルは、

のように求められる。
ここで、Ｉ_ｉ（ｋ）は、通信装置ｉの予想干渉レベルであり、また、Θ（ｋ）は、動作中の全通信装置の指標集合である。

が、所定のしきい値Ｉ_ＴＨよりも大きい場合、１つ又は複数の通信装置が低電力モードに移行する。そうでない場合、全通信装置が通常の通信を継続し得る。

が、しきい値Ｉ_ＴＨよりも大きい場合、基地局は、最も高い送信確率ｐ_ｉ（ｋ＋１｜ｋ）を有する通信装置に対して、低電力モードに移行する。総予想干渉レベルは、このことを考慮して再計算される。この処理は、総予想干渉レベルがＩ_ＴＨ未満になるまで他の通信装置に対して繰り返される。

他の実施形態では、通信装置は、その通信装置の干渉レベルに応じて、又は干渉レベル及び送信確率の双方に応じて、低電力モード動作に選択し得る。
上述した実施形態は、アップリンク電力制御、及び、遠隔通信装置の送信電力の制御に係わることを認識されたい。しかしながら、本発明は、ダウンリンク電力制御及び基地局の送信電力の制御にも同様に適用可能なことが明らかであろう。この場合、制御対象の送信電力は、好適には、通信装置への通信に関連する送信電力である。

上記説明では、明瞭簡潔にするために、１つの通信装置が低電力モードに移行することに焦点を当てた。しかしながら、本方法は、セルや通信システムにおける複数の又は実際には全ての通信装置に対して繰り返し得ることは明らかであろう。基地局によってサービスが提供される全通信装置に本方法が連続的に適用される場合、好ましくない伝搬条件で動作し結果的に不均衡な干渉を生じる通信装置を一時的に停止する傾向がある。従って、それらの通信装置は、生じた干渉が小さい時、通信が助長され、こうして基地局の容量は、大幅に増大し得る。

本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの任意の組合せを含む任意の適切な形態で実現し得る。しかしながら、好適には、本発明は、１つ又は複数のデータ・プロセッサ及び／又はデジタル信号プロセッサ上で動作するコンピュータ・ソフトウェアとして実現される。本発明の実施形態の要素及び構成要素は、任意の適切な方法で、物理的に、機能的に、及び論理的に実現し得る。実際、この機能は、単一の装置、複数の装置、又は他の実用的な装置の一部として実現し得る。このように、本発明は、単一の装置で実現したり、異なる装置とプロセッサとの間で物理的に且つ機能的に分散したりできる。

本発明を、好適な実施形態と共に説明したが、本明細書に述べた特定の形態に限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ限定される。請求項では、用語「備える」は、他の要素又はステップの存在を除外しない。更に、個々に記載したが、複数の手段、要素、又は方法のステップは、例えば、単一の装置又はプロセッサによって実現し得る。更に、個々の特徴を異なる請求項に含み得るが、これらは、有利に組み合わせることが可能であり、また、異なる請求項への包含は、特徴の組合せが実現可能でない及び／又は有利でないことを意味しない

従来技術に基づくセルラ式通信システムを示す図。 本発明の実施形態に基づく電力制御方法のフローチャート。

Claims (22)

1. セルラ式通信システムにおける基地局による通信装置の送信機の電力制御方法であって、
   前記基地局と前記通信装置との間の通信の品質パラメータに応じて、電力制御データを決定する段階と、
   前記通信装置へ前記電力制御データを送信する段階と、
   前記通信装置を含む複数の通信装置の送信確率を決定する段階と、
   前記通信装置を含む前記複数の通信装置の予想干渉レベルを決定する段階と、
   前記通信装置を含む前記複数の通信装置の送信確率と予想干渉レベルとに基づいて総予想干渉レベルを決定する段階と、
   前記総予想干渉レベルがしきい値を超過しているか否かを判断する段階と、
   前記総予想干渉レベルがしきい値を超過している場合に、前記通信装置へパワーダウン電力制御データを送信することによって、低電力動作モードに移行させる段階と、
   低送信電力レベルに対応する電力制御データを送信することによって、前記低電力モードで動作させる段階と、
   前記通信装置へパワーアップ電力制御データを送信することによって、前記低電力モードを終了させる段階と、
   を備える方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記電力制御はアップリンク電力制御であり、前記電力制御データは前記基地局から前記通信装置へ送信される、方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、前記低送信電力レベルは実質的にゼロである、方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法において、前記低電力モードで送信される前記電力制御データはパワーダウン制御値である、方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、前記低送信電力レベルは、前記通信装置と前記基地局との間の低速データ通信を可能にする、方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法において、前記終了する段階は、前記送信電力が前記品質パラメータに応じて決定された電力レベルに相当するまで、パワーアップ電力制御データを送信することを備える、方法。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法において、前記終了する段階は、前記送信電力が前記低電力モードに移行する以前の電力レベルに対応する電力レベルに相当するまで、パワーアップ電力制御データを送信することを備える、方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法において、前記低電力モードの期間は、前記通信装置と前記基地局との間の通信に関連するデータ再送信間隔より小さい、方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法であって、更に、前記通信装置と前記基地局との間の前記通信の品質レベルに到達できないと判断し、それに応じて、前記通信装置に前記低電力モードに移行させる段階を備える、方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法であって、更に、前記送信機の送信電力がしきい値を超過していると判断し、それに応じて、前記通信装置に前記低電力モードに移行させる段階を備える、方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法であって、更に、干渉レベルがしきい値を超過していると判断し、それに応じて、前記通信装置に前記低電力モードに移行させる段階を備える、方法。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法であって、更に、伝搬特性がしきい値を超過していると判断し、それに応じて、前記通信装置に前記低電力モードに移行させる段階を備える、方法。
13. 請求項１２に記載の方法において、前記伝搬特性は、前記通信装置と前記基地局との間の通信をサポートする通信リンクの経路損失である、方法。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法であって、更に、前記低電力モードの期間がしきい値を超過していると判断し、それに応じて、前記通信装置に前記低電力モードを終了させる段階を備える、方法。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法であって、更に、前記通信装置と前記基地局との間のデータ通信の品質特性が改善しつつあると判断し、それに応じて、前記通信装置に前記低電力モードを終了させる段階を備える、方法。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法であって、更に、干渉レベルがしきい値未満であると判断し、それに応じて、前記通信装置に前記低電力モードを終了させる段階を備える、方法。
17. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法であって、更に、伝搬特性がしきい値未満であると判断し、それに応じて、前記通信装置に前記低電力モードを終了させる段階を備える、方法。
18. 請求項１７に記載の方法において、前記伝搬特性は、前記通信装置と前記基地局との間の通信をサポートする通信リンクの経路損失である、方法。
19. 請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法において、前記電力制御は、第３世代パートナーシップ・プロジェクト技術仕様ＴＳ２５．２１４に基づき行われる、方法。
20. 請求項１９に記載の方法の実行を可能にするコンピュータ・プログラム。
21. 請求項２０に記載のコンピュータ・プログラムを備える記録媒体。
22. セルラ式通信システムの送信機用の電力制御装置であって、
    基地局と通信装置との間の通信の品質パラメータに応じて、電力制御データを決定するための手段と、
    前記基地局と前記通信装置との間で前記電力制御データを通信するための手段と、
    前記通信装置を含む複数の通信装置の送信確率を決定する手段と、
    前記通信装置を含む前記複数の通信装置の予想干渉レベルを決定する手段と、
    前記通信装置を含む前記複数の通信装置の送信確率と予想干渉レベルとに基づいて総予想干渉レベルを決定する手段と、
    前記総予想干渉レベルがしきい値を超過しているか否かを判断する手段と、
    前記判断に基づいて、前記基地局と前記通信装置との間でパワーダウン電力制御データを通信することによって、低電力動作モードに移行する手段と、
    低送信電力レベルに対応する電力制御データを通信することによって、前記低電力モードで動作する手段と、
    前記基地局と前記通信装置との間でパワーアップ電力制御データを通信することによって、前記低電力モードを終了する手段と、
    を備える装置。

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