JP4313952B2 - 基地局と加入者局との間の出力制御のための方法および無線通信システム - Google Patents

基地局と加入者局との間の出力制御のための方法および無線通信システム Download PDF

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Description

【0001】
本発明は、広帯域伝送チャネルのCDMA伝送方式のための、基地局と加入者局との間の出力制御のための方法および無線通信システムに関する。
【0002】
無線通信システムの場合、電磁波により無線インタフェースを介してメッセージ(たとえば音声、画像情報または他のデータ)が伝送される。無線インタフェースは基地局と加入者局との間のコネクションに係わり、その際、加入者局を移動局または定置された無線局とすることができる。これによれば電磁波の放射は、個々のシステムのためにまえもって定められた周波数帯域内にある搬送波周波数により行われる。将来の無線通信システムたとえばUMTS(Universal Mobile Telecommunication System)または第3世代の他のシステムについては、約2000MHzの周波数帯域における周波数が用意されている。
【0003】
第3の移動無線世代のために広帯域(たとえばB=5MHz)の無線インタフェースが設けられており、これは様々な伝送チャネルを区別するためにCDMA伝送方式(CDMA code division multiple access)を利用している。CDMA伝送方式のためには連続的な出力制御が必要であり、これは一般に両方の伝送方向に対し閉じた制御ループのかたちで機能する。アップリンク(移動局から基地局への無線伝送)に関しては基地局が移動局の送信の伝送品質について判定して加入者局に調整命令すなわち送信出力補正命令を送り戻し、加入者局はこの命令を以降の送信について送信出力制御のために利用する。
【0004】
1998年8月25日の ETSI STC SMG2 UMTS-L1, Tdoc SMG2 UMTS-L1 221/98 第29〜30頁から、送信出力を高くしたり低くしたりするために一定の増分量を指定することが知られており、これは無線セルごとにしか変えられない。つまり送信出力補正の増分量はスタティックなパラメータである。しかしながらこのように増分量をスタティックに設定したのでは、無線インタフェースを介した伝送特性における特定のダイナミック特性が無視される。このようなダイナミック特性によって一時的に、送信出力が高すぎるときには無線通信システムにおいて不必要に大きな干渉が引き起こされ、もしくは送信出力が低すぎるときには伝送品質が過度に劣化してしまう。
【0005】
本発明の課題は伝送特性を改善することにある。
【0006】
この課題は、請求項1の発明では、
第1の無線局と第2の無線局との間の無線インタフェースを備えた無線通信システムにおける出力制御方法であって、
第1の無線局において第2の無線局の送信を受信して第2の無線局の送信出力のための調整命令を求め、
第1の無線局から第2の無線局への後続の送信時に前記調整命令を伝送し、
第2の無線局は送信出力調整のため以降の送信にあたり前記調整命令を考慮し、
前記調整命令を、加入者および時間に依存して第2の無線局の送信出力調整の可変の増分量により変化させ、
無線局において時間的に繰り返し各無線局間の伝送の状態を評価する形式の出力制御方法において、
測定目的で、連続的な伝送状態が中断された伝送の状態を形成し、
該中断後、前記送信出力調整の増分量を一時的に高めること」によって解決され、
請求項9の発明では、
無線インタフェースを介して互いに接続されている第1の無線局および第2の無線局と、
情報を送信するために前記第2の無線局に配置された、送信出力調整のために調整命令を考慮する送信手段と、
前記第2の無線局の送信を受信するために前記第1の無線局に配置された受信手段と、
前記第2の無線局の送信出力の調整命令を求めるために第1の無線局に配置されたコントロール手段と、
前記第1の無線局に、前記第1の無線局から前記第2の無線局への以降の送信にあたり調整命令を伝送するための伝送手段が設けられており、
前記第1の無線局のコントロール手段は、前記第2の無線局に関する伝送状態を評価し、該伝送状態が変化していれば前記送信出力調整の可変の増分量として該増分量を加入者または時間に依存して高くするかまたは低くする、無線通信システムにおいて、
測定目的のため連続的な伝送の状態を中断する手段を有し、
該中断後、前記送信出力調整の増分量を一時的に高める手段を有すること」
によって解決される。従属請求項には有利な実施形態が示されている。
【0007】
本発明によれば、第1の無線局において第2の無線局の送が受信され、第2の無線局の送信出力のための調整命令が求められる。この調整命令は、第1の無線局から第2の無線局への後続の送信時に伝送され、それに応じて第2の無線局は送信出力調整のため以降の送時に調整命令を考慮する。広帯域のCDMA伝送方式における従来技術とは異なり送信出力変更にあたり時間とともに変化しない一定の増分量が使われるのではなく、送信出力調整における可変の増分量に関連づけられた調整命令すなわち送信出力補正命令が使われる。この可変の増分量は加入者および時間に依存して無線局により調整される。
【0008】
増分量が大きくなると誤った送信出力がいっそう迅速に補正されるけれども、制御が不精確になっていくという犠牲が生じる。また、増分量が小さいと制御がいっそう精確になるが、大きな偏差が補正されるまでの遅延が長くなる。可変の増分量により、加入者および時間に依存してすべての伝送条件に合わせて制御を整合させることができ、つまりは制御を改善することができる。そして改善された制御によって干渉が小さくなり、すべてのコネクションについて伝送品質が保証されるようになる。
【0009】
本発明の1つの有利な実施形態によれば、無線局において時間的に繰り返してコネクションのために伝送状態を評価し、伝送状態が変わったときには増分量を上げたり下げたりする。この場合、伝送状態は、送信出力調整のための制御ループの変化を引き起こす以下のパラメータのうちの1つまたはそれらの組み合わせである:
−測定目的での連続的な伝送モードの中断(スロットモード)
−アップリンクとダウンリンクとの間のTDDモードにおける無線インタフェースの無線技術的リソースの利用に関する非対称性の変化
−加入者局の運動速度
−利用されている送信アンテナおよび/または受信アンテナの個数
−受信側における信号評価の時間平均長
−信号検出時に利用されるチャネルインパルス応答の長さ
−マクロダイバーシチ伝送方式において加入者局と無線コンタクト状態にある基地局の個数
これらの伝送状態の変化により所定の時間にわたり制御ループが遮断され、もしくは遮断時間が変えられ、あるいは伝送された情報の検出品質が急に変化する。可変の増分量によって、これに対しいっそう良好に対応することができる。
【0010】
この制御方法は、広帯域の伝送チャネルでCDMA加入者分離方式を利用し、制御ループを変化させる多数の伝送状態が生じる可能性のあるような無線インタフェースに殊に適している。典型的な適用事例は、第3世代の移動無線システムにおけるFDD(frequency division duplex)およびTDD(time division duplex)である。
【0011】
どの増分量を使用するのかは、伝送された調整命令内に暗黙的に符号化されているシグナリングから、あるいは様々な伝送状態と使用すべき増分量とを結びつける対応表または計算規則に従い得られる。これらの措置の組み合わせも使用できる。どの伝送状態のためにどの設定が有利であるのかについては実施例で説明する。
【0012】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施例について詳しく説明する。
【0013】
図1は、無線通信システムの概略図である。
【0014】
図2は、「スロットモード」における増分量の設定について示す図である。
【0015】
図3は、様々な非対称状態における増分量の設定について示す図である。
【0016】
図4は、様々な移動局速度における増分量の設定について示す図である。
【0017】
図5は、受信ダイバーシチ方式を適用した場合の増分量の設定について示す図である。
【0018】
図6は、移動局における「ソフトハンドオーバ」における増分量の設定について示す図である。
【0019】
図7は、送信出力制御のための制御ループについて示す図である。
【0020】
図1に無線通信システムの実例として示されている移動無線システムは多数の移動交換局MSCから成り、それらは相互にネットワークでつながっているし、あるいは固定ネットワークに対するアクセスを形成する。さらにこれらの移動交換局MSCはそれぞれ、無線技術上のリソースの割り当てのための少なくとも1つの装置RNMと接続されている。さらにこれらの装置RNMの各々によって、少なくとも1つの基地局BSとのコネクションが可能となる。
【0021】
このような基地局BSは無線インタフェースを介して、加入者局たとえば移動局MSあるいは他の移動体端末機器や定置型端末機器とのコネクションを確立することができる。各基地局BSにより少なくとも1つの無線セルが形成される。図1には、基地局BSと移動局MSとの間で有効情報を伝送するためのコネクションVが描かれている。無線インタフェースを介した無線コネクションの送信出力制御についてはのちほど説明するが、その際、移動局MSの送信出力の調整についてのみ示す。逆の伝送方向についても同等の措置を適用することができる。
【0022】
オペレーションおよび保守センタOMCによって、移動無線システムもしくはその一部分のためのコントロールならびに保守機能が実現される。このような構造の機能は他の無線通信システムに転用可能であり、たとえば無線加入者アクセスを有する加入者アクセスネットワークに転用することができる。
【0023】
送信出力制御については、アップリンクULにおける無線伝送に関して示す。移動局MSの送信手段TXからアップリングULで情報が送信され、その際、送信出力制御のために調整命令すなわち送信出力補正命令TPC(transmission power correction)が考慮される。この送信出力補正命令TPCは次のようにして形成される。すなわち、基地局BSにおいて受信手段RXが移動局MSの送信を受け取り、コントロール手段MPCが送信出力補正命令TPCを検出し、ついでその命令がダウンリンクDLで移動局MSへ伝送される。
【0024】
この場合、移動局MSの送信出力は任意に変えられるのではなく、段階ごとに変えられる。移動局MSが以前に送信出力Pxで送信を行っていたならば、送信出力制御にあたり後続の送のためにこの送信出力が上げられたり下げられたりする。伝送エラーが発生した場合には送信出力がそのまま維持される。基地局BSから移動局MSへ送信出力補正命令TPCがシグナリングされることにより、3つの事例のいずれであるかが通報される。とはいえ増加や低減は、任意ではなくまえもって定められた増分量ΔTPCによってのみ行われる。本発明によればこの増分量ΔTPCは加入者および時間に依存する。
【0025】
送信出力補正命令TPCおよび先行の送信出力と合わせて送信出力制御のための明確な規則を与える増分量ΔTPCを定めるために、3つの方法を用いることができる。
【0026】
方法1:
使用すべき増分量ΔTPCもシグナリングする。増分量ΔTPCの変更が告げられないかぎり、目下の増分量ΔTPCが維持される。したがって増分量ΔTPCを新たに設定できる速度はシグナリングの能力に依存する。
【0027】
方法2:
使用すべき目下の増分量ΔTPCを相応の符号化により送信出力補正命令TPCに暗黙的に含める。1998年8月25日の ETSI STC SMG2 UMTS-L1, Tdoc SMG2 UMTS-L1 221/98 第29〜30頁に示されているように、1つのビット(出力+(増加)または出力−(低減))しか必要としない送信出力補正命令が従来技術によれば2つのビットで符号化される。増分量ΔTPCの付加的なシグナリングは、2つのビットよりも多くのビットをシグナリングに用いるかまたはシグナリングにあたり冗長性を低減することにより行うことができる。
【0028】
方法3:
使用すべき増分量ΔTPCは特定のイベントまたは伝送モードと結びついており、そのことを以下では伝送状態と称する。伝送状態と増分量ΔTPCとの結びつきは割り当てテーブル内に格納されており、これは両方の無線局MS,BSとつなげられている。
【0029】
以下では、いくつかの伝送状態における増分量ΔTPCの設定について説明する。それらはこれまで送信出力のために満足できない制御特性を引き起こしていたものである。
【0030】
「スロットモード」("slotted mode")
FDDモード(frequency division duplex)におけるいわゆる「スロットモード」(これについては1998年8月25日の ETSI STC SMG2 UMTS-L1, Tdoc SMG2 UMTS-L1 221/98 の第33〜34頁には、たとえば別の基地局BSへの移動局MSのハンドオーバを準備するため測定目的で連続的な伝送を中断することが示されている。この中断はアップリンクまたはダウンリンクで行うことができる。中断期間中は制御ループは有効でないため、伝送再開にあたり以前に設定されていた送信出力が最適な送信出力から大きく隔たっていることが多い。送信出力を迅速に補正するため、中断後に増分量が一時的に高められる。この場合、中断が長くかかればかかるほど、上昇を大きくするのがよい。
【0031】
図2aによれば通常は0.5dBの増分量ΔTPCが適用され、これは5msの中断のときには3つのタイムスロットにわたり1.5dBに高められ、10msの中断のときには2.0dBまで高められ、その後、再びΔTPC=0.5dBが適用される。これは方法1に従ってまえもって定められており、つまりは移動局MSにとっても基地局BSにとっても既知である。
【0032】
これに対する代案として図2bによれば、「スロットモード」("slotted mode")を通告するシグナリングにおいて、引き続き用いるべき増分量ΔTPCをシグナリングすることができる。したがって増分量を中断期間に依存して設定することができる。その際、変更された増分量ΔTPCの有効期間を、たとえば3つのタイムスロットなどとまえもって定めておくか、あるいはシグナリングに含めるようにする。図2cにはさらに別の可能性が示されている。この場合、3つのタイムスロットの期間または1つのフレームの残りの期間にわたり拡張されたTPC符号が用いられ、つまり増分量ΔTPCが送信出力補正命令TPCといっしょに暗黙的に伝送され、これによって送信出力補正にあたりいっそう大きなステップを実現することができる。
【0033】
TDDにおける非対称性
無線通信システムのTDDモード(time division duplex)は、周波数帯域内の1つのフレームのタイムスロットを選択的にアップリンクまたはダウンリンクに割り当てることができる。このようにすることで、非対称なサービスも最適なリソース活用によって良好に支援する目的で、必要に応じて伝送容量をアップリンクまたはダウンリンクに配分することができる。しかしながらトラヒックの非対称性は送信出力の制御ループにも作用を及ぼす。FDDモードとは異なり、アップリンクとダウンリンクのために周波数帯域が共通していることから、送信出力補正命令TPCのシグナリングにあたり予測される遅延を組み込むことはできない。非対称性が大きくなればなるほど制御ループの性能が下がり、その結果、伝送条件が急速に変化することになる。
【0034】
したがって増分量ΔTPCは非対称性に依存して定められる。非対称性が大きいときには送信出力制御を加速する目的で、図3に示されているように非対称性が小さいときよりも大きい増分量ΔTPCが設定される。非対称性が小さいときには調整精度を向上させるため、増分量ΔTPCが小さくなる。図3に示されているように方法3が有利であるが、方法1によるシグナリングも可能である。なぜならば非対称性の変化は比較的大きいタイムインターバルで行うことができ、いずれにせよこれに関連するシグナリングが行われるからである。
【0035】
移動局の速度
いわゆる「高速フェージング」("fast fading)とは、無線インタフェースにおける伝送条件の変化であって移動局MSの速度が増すにつれてその速度が高くなる。急速な送信出力制御であっても一時的に一定の増分量ΔTPCにより機能するので、大きい増分量ΔTPCの効果は移動局MSの速度が増すにつれて再び低下する。したがって図4に示されているように低速時および高速時にもたとえば0.5dBという小さい増分量ΔTPCが設定され、中庸な速度のときにはたとえば1dBという比較的大きい増分量ΔTPCが有利である。低速時には送信出力制御の精度は良好であり、中速時にはフェージングを補償するための送信出力の迅速な追従制御が重要な位置を占める。増分量ΔTPCを設定するため有利には方法1が用いられ、つまり基地局BSから移動局MSへの増分量ΔTPCのシグナリングが用いられる。なぜならば移動局MSの速度は基地局BSにおいて推定されるからである。
【0036】
ダイバーシチ利得/フェージング分散
各ダイバーシチ利得により、高速フェージングによって発生する受信出力の落ち込みが制限される。したがって各ダイバーシチ利得により受信出力の分散が低減される。このため、ダイバーシチ利得が増分量ΔTPCが多く発生すればするほど、増分量ΔTPCをいっそうたくさん低減できるようになる。ダイバーシチ利得は、
−チャネルインパルス応答において使用されるエコーの個数の上昇
−独立した送受信アンテナの個数の上昇
−拡散またはインタリーブによる時間平均長の上昇
とともに増大する。
【0037】
この措置は送信出力補正命令TPCの伝達よりもまれであるので、方法1(シグナリング)が有利である。図5には、様々な受信アンテナ数を利用した場合の実例が示されている。1つよりも多い個数の受信アンテナを利用した場合、受信アンテナダイバーシチが生じる。受信側で1つよりも多い個数のアンテナを利用した場合、送信側ではいっそう小さい増分量ΔTPCで処理することができる。増分量ΔTPCはシグナリングごとにたとえば0.25dBだけ低減される。
【0038】
「ソフトハンドオーバ」("soft handover")
いわゆるソフトハンドオーバとは、移動局MSが1つの基地局BSとの無線コンタクトをとるだけでなく、少なくとも一時的に少なくとも1つの別の基地局BSと無線コンタクトをとることである。ソフトハンドオーバの間は、アップリンクでもダウンリンクでも移動局MSの情報が1つよりも多くの基地局BSにより受信され、もしくは1つよりも多くの基地局BSにより情報が送信される。ある移動局MSの管轄である基地局BSはアクティブセット(active set)にエントリされている。したがってアップリンクおよびダウンリンクにおいて基地局BSがアクティブセットに取り込まれるたびに、あるいはそこから取り除かれるたびに、マクロダイバーシチ利得およびダウンリンクにおける総送信出力が変化する。それに対し送信出力調整をできるかぎり迅速に追従させなければならない。
【0039】
アクティブセットが拡大されたときには、システムが不必要に干渉による負荷を受けないようにするため、送信出力をできるかぎり迅速に低減すべきである。また、アクティブセットが小さくされたときには、十分な信号品質を確保するため、送信出力を迅速に高めるようにすべきである。これら両方の事例において増分量ΔTPCが一時的に拡大される。その場合に有利であるのは、アクティブセットが拡大されたときには送信出力を低減する方向(−TPC)でのみ増分量ΔTPCを増大し、アクティブセットが小さくされたときには送信出力が増大する方向(+TPC)でのみ増分量ΔTPCを増大することである。増分量ΔTPCの変化はダウンリンク方向においていっそう大きくすることができる。なぜならばその場合には、ダイバーシチ利得のほかに総送信出力も変化するからである。
【0040】
図6a,6b,6cに示されているようにすべての方法を使用することができ、その際、増分量ΔTPCの上昇は制限された期間でのみ、たとえば2つのタイムスロットまたはフレームの残りでのみ適用される。その後は、小さい増分量ΔTPCによるできるかぎり精確な送信出力調整を使用すべきである。
【0041】
基地局BSによりアクティブセットの拡大または縮小がシグナリングされるので、そのことから設定により移動局MSに対する増分量ΔTPCが対応表に従い決定される(図6a参照)。これに対する代案として図6bに示されているようにして変更のシグナリングを行うこともできるし、あるいは図6cに従い送信出力補正命令TPCの符号化を変えることで送信出力設定を改善することができる。
【0042】
次に図7を参照しながら、アップリンクにおける伝送のための送信出力制御について簡単に説明する。
【0043】
コネクション確立後、伝送状態が基地局BSのコントロール手段MPCにより求められる。移動局MSの送信手段TXによりアップリンクULで送信が行われる。この送信は基地局BSの受信手段RXにより受信される。さらにコントロール手段MPCは、伝送状態がその間に変化したか否かについて問い合わせる。変化しているならば増分量ΔTPCが新たに求められ、そうでなければコネクション開始時に設定された増分量ΔTPCがそのまま維持される。さらにコントロール手段MPCにより送信出力補正命令TPCが決定され、それによってその送信出力補正命令をダウンリンク方向で基地局BSの伝送手段TXから移動局MSへ伝送できるようになる。
【0044】
移動局MSは送信出力補正命令TPCを受信し、後続の送信のためそれに応じて送信出力を調整し、その際に同時に増分量TPCが考慮される。増分量TPCは方法2に従い送信出力補正命令TPC内に含められているかまたは、方法1に従いシグナリングされるかまたは、方法3に従い移動局によりそのときの伝送状態から再構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 無線通信システムの概略図である。
【図2】 「スロットモード」における増分量の設定について示す図である。
【図3】 様々な非対称状態における増分量の設定について示す図である。
【図4】 様々な移動局速度における増分量の設定について示す図である。
【図5】 受信ダイバーシチ方式を適用した場合の増分量の設定について示す図である。
【図6】 移動局における「ソフトハンドオーバ」における増分量の設定について示す図である。
【図7】 送信出力制御のための制御ループについて示す図である。

Claims (9)

  1. 第1の無線局と第2の無線局(BS,MS)との間の無線インタフェースを備えた無線通信システムにおける出力制御方法であって、
    第1の無線局(BS、MS)において第2の無線局(MS,BS)の送を受信して第2の無線局(MS,BS)の送信出力のための調整命令(TPC)を求め、
    第1の無線局(BS,MS)から第2の無線局(MS,BS)への後続の送信時に前記調整命令(TPC)を伝送し、
    第2の無線局(MS,BS)は送信出力調整のため以降の送信にあたり前記調整命令(TPC)を考慮し、
    前記調整命令(TPC)を、加入者および時間に依存して第2の無線局(MS,BS)の送信出力調整の可変の増分量(ΔTPC)により変化させ
    無線局(BS,MS)において時間的に繰り返し各無線局間の伝送の状態を評価する形式の出力制御方法において、
    測定目的で、連続的な伝送状態が中断された伝送の状態を形成し
    該中断後、前記送信出力調整の増分量を一時的に高めることを特徴とする、
    出力制御方法。
  2. 前記増分量を高める尺度は前記中断の長さに依存する、請求項1記載の方法。
  3. 前記無線インタフェースのために広帯域の伝送チャネルにおいてCDMA伝送方式を利用する、請求項1または2記載の方法。
  4. 前記第1の無線局は基地局(BS)であり、前記第2の無線局は加入者局(MS)である、請求項1から3のいずれか1項記載の方法。
  5. 前記第1の無線局は加入者局(MS)であり、前記第2の無線局は基地局(BS)である、請求項1から3のいずれか1項記載の方法。
  6. 用いるべき増分量(ΔTPC)をシグナリングする、請求項1から5のいずれか1項記載の方法。
  7. 用いるべき増分量(ΔTPC)を伝送される調整命令(TPC)により定める、請求項1から5のいずれか1項記載の方法。
  8. 用いるべき増分量(ΔTPC)を、様々な伝送状態と用いるべき増分量(ΔTPC)とを結びつける対応表または計算規則により定める、請求項1から5のいずれか1項記載の方法。
  9. 無線インタフェースを介して互いに接続されている第1の無線局(BS,MS)および第2の無線局(MS,BS)と、
    情報を送信するために前記第2の無線局(MS,BS)に配置された、送信出力調整のために調整命令(TPC)を考慮する送信手段(TX)と、
    前記第2の無線局(MS,BS)の送を受信するために前記第1の無線局(BS,MS)に配置された受信手段(RX)と、
    前記第2の無線局(MS,BS)の送信出力の調整命令(TPC)を求めるために第1の無線局(BS,MS)に配置されたコントロール手段(MPC)と、
    前記第1の無線局(BS,MS)に、前記第1の無線局(BS,MS)から前記第2の無線局(MS,BS)への以降の送にあたり調整命令(TPC)を伝送するための伝送手段(TX)が設けられており、
    前記第1の無線局(BS,MS)のコントロール手段(MPC)は、前記第2の無線局(MS,BS)に関する伝送状態を評価し、該伝送状態が変化していれば前記送信出力調整の可変の増分量(ΔTPC)として該増分量(ΔTPC)を加入者または時間に依存して高くするかまたは低くする、無線通信システムにおいて、
    測定目的のため連続的な伝送の状態を中断する手段を有し
    該中断後、前記送信出力調整の増分量を一時的に高める手段を有することを特徴とする無線通信システム。
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