JP4305834B2 - Ｏｆｄｍａシステムにおける電力割振りおよび速度制御の方法 - Google Patents

Description

本発明は、遠隔通信に関し、より詳細には、電力割振りおよび速度制御に関する。

無線通信システムは、いくつかの地理的に分散したセルラー通信サイト、つまり基地局を使用する。各基地局は、静止した、または固定の無線通信デバイスまたは無線通信ユニットへの通信信号の送信、ならびにそのデバイスまたはユニットからの通信信号の受信をサポートする。各基地局は、セル／セクタと一般に呼ばれる特定の地域を範囲とする通信を扱う。無線通信システムの全体的なカバレッジ・エリアは、配備された基地局に関するセルの結合によって定義される。この場合、隣接する、または近隣のセル・サイトに関するカバレッジ・エリアが、可能な場合、システムの外周の境界内で連続した通信カバレッジを確実にするように互いに重なり合うことが可能である。

アクティブであるとき、無線ユニットは、順方向リンク、つまりダウンリンクを介して少なくとも１つの基地局から信号を受信し、逆方向リンク、つまりアップリンクを介して少なくとも１つの基地局に信号を送信する。例えば、ＴＤＭＡ（時間分割多重アクセス）、およびＣＤＭＡ（符号分割多重アクセス）を含め、セルラー通信システムにおけるリンクまたはチャネルを定義するためのいくつかの手法が開発されている。

ＴＤＭＡ通信システムでは、無線スペクトルがいくつかのタイム・スロットに分割される。各タイム・スロットは、１名のユーザだけが送信および／または受信を行うことを許す。したがって、ＴＤＭＡは、各ユーザが、割り振られた時間中に情報を伝送することができるように、送信機と受信機の間で正確な時間調整を必要とする。

ＣＤＭＡ通信システムでは、異なる無線チャネルが、異なるチャネル化符号またはチャネル化シーケンスで区別される。この別々のチャネル化符号は、異なる情報ストリームを符号化するのに使用され、次に、情報ストリームが、同時の伝送のために１つまたは複数の異なる搬送周波数で変調されることが可能である。受信機は、適切な符号またはシーケンスを使用して受信された信号から特定のストリームを回収して、受信された信号を復号化することができる。

音声アプリケーションの場合、従来のセルラー通信システムは、無線ユニットと基地局の間で専用リンクを使用する。音声通信は、本来的に、遅延を許容しない。したがって、無線セルラー通信システムにおける無線ユニットは、１つまたは複数の専用リンクを介して信号の送受信を行う。この場合、各アクティブな無線ユニットは、一般に、ダウンリンク上の専用リンクの割当て、ならびにアップリンク上の専用リンクの割当てを必要とする。

インターネットが爆発的に普及し、データ要求量が増大していることで、リソース管理が、セルラー通信システムにおいてますます大きな問題となっている。高速ダウンリンク・パケット・アクセス（「ＨＳＤＰＡ」）を使用するシステムなどの次世代の無線通信システムは、インターネット・アクセスおよびマルチメディア通信をサポートする高速パケット・データ・サービスを提供するものと予期されている。ただし、音声通信とは異なり、データ通信は、潜在的にバースト性である可能性があるが、比較的遅延を許容する。このため、データ通信は、ダウンリンク上またはアップリンク上で専用リンクを必要とせず、むしろ、１つまたは複数のチャネルが、いくつかの無線ユニットによって共用されることを可能にする可能性がある。この構成により、アップリンク上の無線ユニットのそれぞれが、可用リソースを奪い合う。アップリンクで管理されるべきリソースには、例えば、基地局における受信電力、ならびに各ユーザが同一のセクタ内またはセル内の他のユーザに対して、また他のセクタ内またはセル内の他のユーザに対して生じさせる干渉が含まれる。

ＨＳＤＰＡシステムに関して様々な実施態様が考査されてきた。１つのそのようなスキームが、直交周波数分割多重アクセス（「ＯＦＤＭＡ」）である。ＯＦＤＭＡで実施されるＨＳＤＰＡシステムでは、搬送波信号が、１組の数学的に時間が直交する連続波形を使用して伝送されるいくつかの（例えば、１０２４の）副搬送波またはトーンによって定義することができる。１組の直交する波形の一例は、固定の正の値の整数倍である周波数を有する正弦波のセットである。トーンの直交性により、トーンが互いに干渉し合うことを防止しながら、トーンを送信すること、および／または受信することが可能になる。各ユーザに１つまたは複数のブロックのトーンを割り当てることができるように、いくつかの近接するトーンを一緒にグループ化してトーンのブロックを形成することができる。各トーンは、その他のトーンに対して平坦フェージングを生じ、したがって、トーンのブロックの送信および／または受信における等化の要求を大幅に低減することができる。

ＨＳＤＰＡシステムでは、基地局は、ダウンリンク上のリソースを管理する必要がある可能性がある。その基地局リソースには、送信電力予算が含まれる。ＯＦＤＭＡは、基地局の送信電力予算を管理するための単純化された実施態様をサポートすることができる。ＯＦＤＭＡを使用する最適化されたＨＳＤＰＡシステムでは、送信電力予算が、一様に割り振られることが可能である。この場合、送信電力は、ＨＳＤＰＡサービスを要求している各無線ユニットに同一の仕方で割り振られる。

送信電力が割り振られると、基地局は、各無線ユニットに関する伝送速度を制御する。ＯＦＤＭＡで実施されたＨＳＤＰＡシステムでは、このプロセスは、各無線ユニットに１つまたは複数のパイロット信号を送信することに関わることが可能である。パイロット信号を受信した後、各無線ユニットは、チャネル条件情報を含む信号を基地局に送信する。トーンのブロックがダウンリンク上で伝送されるチャネルは、この場合、より一般的にはチャネル品質情報（「ＣＱＩ」）と呼ばれるこの信号を特徴とする。より詳細には、無線ユニットに指定されている可能性があるトーンのブロック数に関係なく、単一のＣＱＩが基地局に伝送される。基地局は、各無線ユニットからＣＱＩを受信したことに応答して、該当する無線ユニットに関する伝送速度を制御する。ユーザに指定されたブロック数は、ユーザのデータ要求量、およびシステムの能力を反映するものである。

ＯＦＤＭＡで実施されたＨＳＤＰＡシステムは、現在まで、最適化されていない。無線ユニットに割り当てられているトーンのブロックの数にかかわらず単一のＣＱＩが伝送されるので、１つの重要な問題は、フェージングである。１つの無線ユニットが、それぞれが異なる度合いでフェードする可能性があるいくつかのブロックを受信する可能性がある。したがって、単一のＣＱＩは、ダウンリンク上でいくつかのブロックが伝送される時間の経過に沿ったチャネル条件の変化を反映しない可能性がある。これにより、基地局の送信電力予算を管理することによって達することが可能な利得が減じられる。

以上に述べたことの結果として、基地局の送信電力予算および伝送速度制御を管理する方法の必要性が存在する。さらに、ＯＦＤＭＡで実施されるＨＳＤＰＡシステム向けに基地局のリソースを最適化する方法の必要性も存在する。

本発明は、基地局のリソースを管理するための方法を提供する。より詳細には、本発明は、基地局の送信電力予算および伝送速度制御を調整するための方法を提供する。本発明の方法は、ＯＦＤＭＡを使用して実施されるものを含むＨＳＤＰＡシステムに適用することができる。

本発明の実施形態では、基地局が、少なくとも１つのＣＱＩを各無線ユニットから受信する。この結果、基地局は、各ユニットのＣＱＩに応答して各無線ユニットに関する送信電力レベルを選択する。また、基地局は、各無線ユニットに関する送信電力レベルを選択している間に、可用な送信電力予算も考慮することができる。各無線ユニットに関する送信電力レベルが選択されると、本方法は、各ユニットに関するＣＱＩに応答して各無線ユニットに関する伝送速度を指定する。

本発明は、非限定的な実施形態の以下の説明を添付の図面を参照して読むことでよりよく理解される。

本適用例の図面は、一律の縮尺に従っておらず、単に概略図であり、したがって、本発明の特定の寸法を写したものではなく、特定の寸法は、本明細書の開示を検討することによって当分野の技術者が決めることができる。

図１を参照すると、本発明の一実施形態を描いた流れ図が示されている。より詳細には、ＨＳＤＰＡなどのデータ・サービスを提供する基地局のリソースを管理するための方法（１０）が描かれている。本開示の目的では、基地局のリソースには、ダウンリンク上の送信電力予算および伝送速度制御が含まれることが可能である。

ＨＳＤＰＡサービスを提供する無線通信システムは、ＯＦＤＭＡを含むいくつかのスキームによって実施することができる。ＯＦＤＭＡ実施態様を選択する際、基地局から各無線ユニットにデータを伝送するためのチャネルは、例えば、符号分割スキーム、時間分割スキーム、および／または周波数分割スキームを含むいくつかの多重アクセス・スキームのいずれか１つによって定義することができる。したがって、マルチコード伝送、符号分割多重化、およびリンク適合をＨＳＤＰＡと合わせて使用することができる。

本実施形態の方法（１０）によれば、最初、無線通信システムの基地局が、１つまたは複数のパイロット信号を生成する（２０）。生成されたパイロット信号は、いくつかの無線ユニットに伝送される。パイロット信号は、基地局と無線ユニットの間における任意の数のプロトコル交換の後に伝送されることが可能である。したがって、基地局は、パイロット信号を伝送した後、どの無線ユニットがＨＳＤＰＡサービスに対するアクセスを得ることを求めているのかを既に特定していることが可能である。

１つまたは複数のパイロット信号が基地局によって伝送されると（２０）、少なくとも１つのチャネル品質情報（「ＣＱＩ」）信号が各無線ユニットによって伝送される（３０）。方法（１０）の一例では、ＣＱＩ信号は、パイロット信号に応答して伝送されることが可能である。ＣＱＩ信号は、基地局によって受信され、チャネルの特性を提供する。各無線ユニットからのＣＱＩ信号は、ダウンリンク上でデータが伝送される可能性があるチャネルの様々な属性を定義する。この属性には、特定の無線ユニットから見た減衰パターンが含まれる。

各無線ユニットから受信された１つまたは複数のＣＱＩ信号を使用して、次に、基地局は、リソースを割り振ることができる。前述したとおり、このリソースには、例えば、送信電力および伝送速度制御が含まれる。したがって、基地局は、自らが受信するＣＱＩ信号の送信元の各無線ユニットに関する送信電力を選択する（４０）ことができる。このステップは、ダウンリンク・データ伝送の始めに行われることが可能である。その状況では、方法（１０）は、基地局からのデータの最初のダウンリンクに先立って無線ユニットに関する送信電力を選択する。別法として、このステップは、ダウンリンクを介するデータ伝送の最中に実行してもよい。

基地局の予算から送信電力を割り振るこのステップは、任意のいくつかの優先順位付けスキームまたはスケジュール設定スキームに従って実行することができる。この場合、受信されたＣＱＩ信号のプールが、評価され、ランク付けされる。この構成により、例えば、最低の減衰パターンを有する無線ユニットが、ＣＱＩ信号が受け取られている残りの無線ユニットと比べてより大きい分量の送信電力予算を受け取ることができる。

基地局は、各無線ユニットに関する送信電力を選択する前の時点、選択するのと同時の時点、または選択した後の時点で、各無線ユニットに関する伝送速度を選択する（５０）ことができる。この選択ステップは、各無線ユニットのＣＱＩ信号に応答して行われる。このステップは、ダウンリンク・データ伝送の始めに行われることが可能である。この場合、データの最初のダウンリンクに先立ち、方法（１０）は、無線ユニットに関する適切なデータ伝送速度を無線ユニットのＣＱＩ信号に鑑みて決定することを要求する。別法として、このステップは、ダウンリンクを介するデータ伝送の最中に実行してもよい。

ＣＱＩ信号を伝送する各無線ユニットに関して送信電力および伝送速度が選択されると、基地局は、ダウンリンク上でデータを伝送することを始める（６０）ことができる。この伝送は、指定されたチャネルを介して実行される。ＨＳＤＰＡサービスがＯＦＤＭＡを使用して実施される場合、ダウンリンク・チャネルを介して各ユーザに伝送されるデータは、少なくとも２つのトーン（例えば、副搬送波）の１つまたは複数のブロックを含むことが可能である。実際には、各ブロックは、むしろ、例えば、５０、１００、または２００のトーンを含む可能性がある。

各トーンは、１つまたは複数のデータ・ビットに対応することが可能である。さらに、ブロック内の各トーンは、１つまたは複数の時間が直交する連続波形を含むことが可能である。以上に述べたことに鑑みて、送信電力および伝送速度が選択されると、１つまたは複数のブロックの直交する連続波形を伝送することができる。各ブロック内の時間が直交する連続波形は、定められた正の値の整数倍である周波数を有する１つまたは複数の正弦波を含む。したがって、トーンのブロックは、互いの周波数の整数倍である規定の数の正弦波を含む。この正弦波は、直交するように揃えられる。干渉の可能性を最小限に抑えるため、正弦波の数は、例えば、最大で８にしばしば、制限される。

したがって、ＣＱＩ信号に応答する各無線ユニットに関する伝送速度は、特定の数のブロックをユーザに割り振ることによって制御することができる。例えば、比較的高い方の伝送速度を有するように選択された無線ユニットには、３つのブロックのトーンが割り振られることが可能である。反対に、基地局は、比較的低い方の伝送速度がふさわしいと考えられる別のユーザに１つのブロックのトーンだけを割り振ることが可能である。

各トーンに関する最適化された電力の割振りは、各トーンに関するチャネル条件が伝送の時点で受信機において既知である場合、容易に計算することが可能であることに留意されたい。ＨＳＤＰＡでは、各無線ユニットが、自らのチャネル条件の特徴を表すＣＱＩ信号を定期的に伝送することができる。これに応答して、基地局は、スケジュール設定を行う際、そのような情報を活用することができる。

この点を敷衍すると、１つのブロックのトーンは、スケジュール設定のための基本的な単位として定義することができる。ブロックのトーンは、定められた数の近接するトーンから成ることが可能である。この場合、所与の伝送時間間隔（「ＴＴＩ」）に関して、無線ユニットに１つまたは複数のブロックのトーンが割り当てられることが可能である。ただし、この割当ては、バッファの中に記憶されるデータ量に依存することも可能である。

各回のスケジュール設定で、基地局は、１つまたは複数の選択基準に基づいて無線ユニットをスケジュール設定することができる。その基準には、例えば、最大搬送波対干渉（Ｃ／Ｉ）比、ラウンド・ロビン、または釣り合いのとれた公正さ（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｆａｉｒ）が含まれることが可能である。その後、基地局は、最新のＣＱＩ信号に基づいて各無線ユニットに関して必要とされる送信電力を計算することができる。

無線ユニットに電力レベルが割り振られると、それに応じて変調およびデータ転送速度を選択することができる。図２を参照すると、合計の送信電力と、ＣＱＩ信号と、実際のチャネル応答の間の関係の例が示されている。送信電力は、以下の数式を使用してスケジュール設定される無線ユニットに関して決定することができる。

ただし、合計は、すべてのブロックのトーンを対象に行われ、Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は、データに関する合計の送信電力であり、Ｐ_ｉは、第ｉ番の周波数ブロックに関する送信電力であり、ｖは、第ｉ番の無線ユニットに割り振られた電力とその無線ユニットに関する雑音対信号比の和であり、Ｎ_ｉは、第ｉ番の無線ユニットに関する受信された雑音対信号比であり、Σ Ｎ_ｉは、周波数帯域全体にわたる合計の雑音対信号比を表し、Σ_ｉは、可用なＣＱＩの総数を表し、ＣＱＩ_ｉは、第ｉ番の無線ユニットに関するチャネル品質指標を表す。

有利には、ＯＦＤＭＡを使用して実施されるＨＳＤＰＡシステムにおいて、送信電力の割振り、および伝送速度の最適化は、合併して、または同時に行うことができる。この利点を実現するのに、それぞれの該当する無線ユニットからのＣＱＩ信号の受信が必須である。各無線ユニットが減衰パターンおよび／または様々な他の特性を計算すると、ＣＱＩ信号が生成されて、スケジュール設定のために基地局に送り返される。

送信電力および速度制御を合併して最適化することにより、チャネル条件およびダウンリンク全体の容量によって規定される容量に各トークンが近づくことができる可能性を最大化することができる。この場合、多重アクセス向けに設計された基地局は、１つまたは複数の無線ユニットをスケジュール設定することにより、全体的なダウンリンク伝送速度、およびそれぞれのスケジュール設定される無線ユニットに関する速度を最適化することができる。さらに、スケジュール設定の時点で可用なＣＱＩ信号に応答して１回のスケジュール設定で各無線ユニットに関する１つまたは複数のブロックの副搬送波を選択することにより、全体的なダウンリンク伝送速度、およびそれぞれのスケジュール設定される無線ユニットに関する速度が最適化されることが可能である。

各無線ユニットに関する送信電力が最適化された後、次に、基地局は、割り振られた電力に従って各無線ユニットに関して差し障りのないデータ転送速度を選択することができる。この結果、より魅力的なＣＱＩ値を有する無線ユニットに、優先的な扱いを与えることができる。より詳細には、より魅力のあるＣＱＩ値を有する無線ユニットに、基地局のリソースからデータを伝送するのに割り振る電力をより多くすることができる。反対に、それほど魅力のないチャネル条件を有する無線ユニットには、基地局のリソースからデータ伝送するのに割り振る電力をより少なくすることができる。

本発明を例示的な実施形態に関連して説明してきたが、この説明は、限定する意味で解釈されるべきものではない。本発明を説明してきたが、例示的な実施形態の様々な変形形態、ならびに本発明の追加の実施形態が、頭記の特許請求の範囲に記載する本発明の趣旨を逸脱することなく、この説明を参照することで、当分野の技術者には明らかとなることが理解されよう。したがって、本発明の方法、システム、および部分、ならびに説明した方法およびシステムの部分は、ネットワーク要素、無線ユニット、基地局、基地局コントローラ、モバイル交換センタ、および／またはレーダ・システムなどの異なる場所で実施することが可能である。さらに、説明したシステムを実施し、使用するのに必要とされる処理回路は、本開示を利用する当分野の技術者に理解されるとおり、特定用途向け集積回路、ソフトウェアによって駆動される処理回路、ファームウェア、プログラマブル論理デバイス、ハードウェア、前述した構成要素の個々の構成要素または構成で実施することが可能である。本明細書で図示し、説明した例示的な適用例に厳密に従うことなく、また本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、以上、およびその他の様々な変更、構成、および方法を本発明に行うことができることが、当分野の技術者には認められよう。したがって、頭記の特許請求の範囲が、本発明の真の範囲に含まれるあらゆるそのような変形形態または実施形態を含むことが企図されている。

本発明の実施形態を描いた図である。 本発明の例示的な態様を描いた図である。

Claims (19)

1. 高速データ・パケット接続（ＨＳＤＰＡ）を使用し複数の無線ユニットを含む通信システムにおける電力を調整する方法であって、
   複数のチャネル品質情報を受信するステップであって、各チャネル品質情報が無線ユニットへ送信されるトーンのブロックに相当し、少なくとも１つの無線ユニットが少なくとも２つのトーンのブロックを受信する、ステップ、
   前記受信したチャネル品質情報に基づき、チャネルを介して、少なくとも１つのトーンのブロックを送信するために、少なくとも１つの送信電力を選択するステップ、そして、
   トーンのブロックの各々を合計することにより、前記少なくとも１つの送信電力を計算するステップを含む方法。
   
2. 前記チャネルが符号分割多元接続、時間分割多元接続、および／または周波数分割多元接続のうちの少なくとも１つによって規定されている請求項１記載の方法。
   
3. 少なくとも１つのチャネル品質情報信号が、送信されている少なくとも１つのパイロット信号に応答して受信される請求項１記載の方法。
   
4. 前記少なくとも１つのブロックが、少なくとも２つの時間が直交する連続波を有する少なくとも２つのトーンを含む請求項３記載の方法。
   
5. 前記少なくとも２つの時間が直交する連続波が、固定された正の値の整数倍の周波数を有する少なくとも２つの正弦波を含む請求項４記載の方法。
   
6. 各正弦波が少なくとも１つのデータ・ビットを含む請求項５記載の方法。
   
7. 前記少なくとも１つの送信電力がダウンリンク・データ送信のために選択される請求項３記載の方法。
   
8. 前記受信されたチャネル品質情報に基づき、少なくとも１つの送信速度を選択するステップをさらに含む請求項７記載の方法。
   
9. 前記少なくとも１つの送信速度がダウンリンク・データ送信のために選択される請求項８記載の方法。
   
10. 少なくとも１つの送信電力を選択する前記ステップおよび少なくとも１つの送信速度を選択する前記ステップが、同時に行われる請求項８記載の方法。
    
11. 複数の無線ユニット間での基地局のリソースを調整する方法であって、
    複数のチャネル品質情報を受信するステップにおいて、各チャネル品質情報信号が各無線ユニットへ送信されるトーンのブロックに相当し、少なくとも１つの無線ユニットが少なくとも２つのトーンのブロックを受信する、ステップ、
    前記受信されたチャネル品質情報に基づき、各無線ユニットのための、少なくとも１つの送信電力および少なくとも１つの送信速度を選択するステップ、そして、
    トーンのブロックの各々を合計することにより、少なくとも１つの送信電力を計算するステップを含む方法。
    
12. 少なくとも１つの送信電力を選択する前記ステップおよび少なくとも１つの送信速度を選択する前記ステップが、同時に行われる請求項１１記載の方法。
    
13. 前記選択された送信電力及び送信速度を使用する各無線ユニットへ、チャネルを介して、少なくとも１つの直交連続波のブロックを送信するステップをさらに含む請求項１２記載の方法。
    
14. 少なくとも１つのチャネル品質情報が、各無線ユニットへ送信される少なくとも１つのパイロット信号に応答して、受信される請求項１３記載の方法。
    
15. 前記チャネルが符号分割多元接続、時間分割多元接続、および／または周波数分割多元接続のうちの少なくとも１つによって規定されている請求項１３記載の方法。
    
16. 前記少なくとも１つの直交連続波のブロックが、固定された正の値の整数倍の周波数を有する少なくとも２つの正弦波を含む請求項１３記載の方法。
    
17. 前記各正弦波が少なくとも１つのデータ・ビットを含む請求項１６記載の方法。
    
18. 前記少なくとも１つの送信電力が、ダウンリンク・データ送信のために選択される請求項１３記載の方法。
    
19. 前記少なくとも１つの送信速度がダウンリンク・データ送信のために選択される請求項１３記載の方法。

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