JP4377060B2 - 符号分割多元接続システムにおけるハードハンドオフに対する適応パワーマージン - Google Patents

Description

【０００１】
発 明 の 分 野
本発明はワイヤレス無線通信システムに関する。より具体的には、本発明は、ハードハンドオフの終了後に移動機が不適切に高い出力レベルで送信することによって生じる干渉を低減する方法に関する。
【０００２】
発 明 の 背 景
基本的なセルラー通信システムにおいては、図１に示すように、システムコントローラ（System Controller）は一連のディジタル伝送路115によって基地局のネットワークにリンクされている。基地局は地理的に分散して配され、システムのカバレージエリアを形成する。各基地局（BS）は、セルとよばれる特定のエリアをカバーするよう指定され、同一セル内に属する移動機（mobile station）とBSとの双方向の無線通信接続が可能である。この簡単な例示では２つだけの基地局が示されているが、実際にはかなり多くの基地局がシステムの機能カバレージエリアを形成することになる。図示は省略しているが、通常システム中にはその他の構成要素や装置が含まれることは理解されよう。一般に、移動機がネットワーク中を移動するとき、ハンドオフとよばれるイベントにおいてコネクションを隣接基地局に転送することによって、そのネットワークで通信が維持される。
【０００３】
符号分割多元接続（CDMA）により動作する通信システムにおいては、元のBSから隣接BSへのハンドオフの前に、移動機は２以上の基地局と同時に通信することが可能である。これは「ソフトハンドオフ」とよばれ、移動機は元のBSとの通信を切断する前に隣接BSと通信を開始する。この「メイク・ビフォア・ブレイク（make before break）」手法は、すべてのトラフィックを共通の拡散スペクトル周波数上で処理することで可能となる。ソフトハンドオフの別形態は「ソフターハンドオフ」とよばれ、移動機は同一のBSの複数のセクタと同時に通信する。ソフトハンドオフは、呼損失の低減やハンドオフによる音声の遮断の回避、下りリンク信号対雑音比におけるゲインの増加、さらに、概してフェージングやマルチパスの影響による収斂が同時に生じないため、対数正規分布フェージングまたはマルチパス・フェージングからの強力な保護が可能である、といったいくつかの利点を有する。
【０００４】
典型的なCDMAシステムにおいて、ハンドオフの決定は一般に、隣接基地局より送信されるパイロット信号の信号強度の移動機による検出に基づいて行われる。移動機が異なる区分セット内の基地局を決定し、割り当てることが可能となるような疑似雑音系列（PN）によって、パイロット信号が識別される。そのセットは、例えば、移動機がアクティブに通信する基地局のセットであるアクティブセット（Active Set）、基地局によって設定されたシステムパラメータに基づく通信を行うのに十分なパイロット信号強度を有する基地局のセットである候補セット（Candidate Set）、あるいは、移動機と通信を行うのに十分なポテンシャルを示すパイロット信号強度を有するエリア内の基地局のセットである隣接セット（Neighbor Set）を含む。基地局の、あるセット内の区分は、移動機による受信パイロット信号強度に応じて変更されうる。ハンドオフの判断はシステムコントローラによって、一般的には報告されたパイロット信号強度に基づいてなされる。
【０００５】
CDMAシステムにおいて行われる異なるタイプのハンドオフとしては、「ハードハンドオフ」がある。これは、例えば、２つの周波数間で行われたり、あるいは基地局がソフトハンドオフに備えた適切な同期がなされていないときに行われるハンドオフである。このタイプのハンドオフは、通信が第２の周波数で確立される前に、第１の周波数での通信が切断されてしまうので、概して「ブレーク・ビフォア・メイク（break before make）」として特徴づけられる。同一セル内で生じるハードハンドオフは、セル内ハードハンドオフ（intra-cell hard handoff）とよばれ、セル間で生じるハードハンドオフは、セル間ハードハンドオフ（inter-cell hard handoff）とよばれる。ハードハンドオフは一般に、例えば、移動機の移動に対するレイヤーの変更、デュアルモードシステム等におけるモード切替え、オペレータ・ネットワーク（operator network）間の切替え、あるいは周波数内ハードハンドオフ（intra-frequency hard handoff）に必要なリソース割り当てといった、ベンダー装置の制約によりソフトハンドオフの実行が妨げられる状況で生じる。
【０００６】
ハードハンドオフの実行の問題点としては、呼損失率の増加、音声の遮断、およびソフトハンドオフ・ゲインの損失がある。さらに、ハードハンドオフはシステム内での接続の性能および総合品質に悪影響を及ぼす。例として、CDMAシステムにおいて注目すべき問題は、ハードハンドオフの直後に移動機より送出される送信出力レベルの調整にある。移動機がカバレージエリアの境界に位置して在圏するBSと通信し、そのために高出力で送信しているときにこの問題が発生することになる。この状況にある移動機は隣接BSにかなり近寄る場合があり、よって、この位置で現在の高出力レベルでハンドオフを実施すると新たなセルにおいて相当の干渉を生じてしまうであろう。新たなセルにおいて通信を維持するためには比較的低い電力で十分だからである。また、対応するセル内でのアクティブな移動機の数の増加／減少に伴いセルが縮小／拡大する結果、セル境界が移動することによっても、このような状況に陥りうる。キャパシティに対してセルを縮小または拡大させる動作は「セル・ブリージング（cell breathing）」とよばれ、システムの設計にあたっては注意すべき要素である。
【０００７】
ハードハンドオフの後、移動機は適切な送信出力レベルを知ることができない。その移動機が元々在圏していたBSに未だ接続されているかぎり、隣接BSはその移動機の出力レベルを制御できないからである。その結果、移動機は高すぎる出力レベルで新たなセルに入り、そのために上りリンク干渉のバーストが発生し、それによって同一周波数を共用している別の移動機の接続品質が劣化する場合がある。いったん新たなセルに入ると、電力制御アルゴリズムによって移動機を適切な動作限界に収まるよう、出力レベルは徐々に調整される。
【０００８】
これまでに提案されている解決手法の一つには、ハードハンドオフの後の出力低減量を予想するものがある。例えばIS-95Bにより動作するCDMAシステムにおいては、電力制御アルゴリズムとともにセルパラメータINIT_PWRを用いて、新たなセルにおける出力レベルを適切な所望の出力レベルに低下させる。このセルパラメータINIT_PWRを用いた出力レベルの低減は、ハードハンドオフの後に出力を直ちに出力を低下させることができる。この出力レベルの低減はパワーマージン（power margin）とよばれる。このパワーマージンは通常３dBm程度であるが、個々のオペレータによりいかなるレベルに設定することもできる。IS-95BにおけるパラメータINIT_PWRはもともと、ハードハンドオフにまつわる電力制御の問題のために導入されたわけではなく、適切な出力レベルが分からない最初のアクセスにおける移動機送信出力の低減を目的として用いられたものである。
【０００９】
このようなパラメータINIT_PWRの使用による問題点は、これによる出力の低減はすべての状況に対して適切であるとは限らないことである。十分な通信を行うために要求される出力レベルは、例えばセル・ブリージングによって、時間変動するためである。このことは、個々のセルに対する一日を通した出力レベルの変動を表示することで説明される。例えば、システム内で動作する移動機の増加、あるいは別の干渉源による干渉の増加によるセル・ブリージングが原因で行われるハンドオフの前では、昼間帯の移動機送信出力は通常、高レベルである。対照的に、夜間帯の動作は一般に、ハンドオフ・イベントの前でも後でも、送信出力は比較的一定しており、したがって、送信出力を強制的に落とすことは、かえって不必要に信号品質を劣化させてしまう可能性がある。要求される低減量は一日を通して変動するだろうから、従来手法における、どちらかといえば固定的な手法（例えば固定されたINIT_PWR）では、最適な動作レベルを常に得ることができるとは限らないであろう。
【００１０】
上述した観点より、本発明の目的は、ハードハンドオフ実施後の移動機の、改善された電力制御手法を提供することにある。
【００１１】
発 明 の 概 要
本発明の実施形態に基づき概観すれば、本発明は符号分割多元接続によるシステムにおいて、ハードハンドオフ実施後の移動機より送信される出力レベルを低減する方法を開示する。この方法は、ハードハンドオフ・イベントの統計収集から得られる送信出力レベルに係るデータを含むデータベースの構築を含む。特定のセル間または特定の位置間でハードハンドオフを行う移動機に適用される適正なパワーマージンを決定するために、データのプロファイルが生成される。その後、システムの現在の負荷またはその他の関連する要素に基づいてそのパワーマージンを低減して適用し、またはパワーマージンの適用を撤回することが可能になる。
【００１２】
本発明は、移動機が必要以上に高い出力レベルで送信することによって生じた干渉量を低減するための効果的な手段を提供し、これによってシステムの総合性能および品質を改善する。本発明のこれらの利点またはその他の利点は、以下の詳細な説明および各図面を検討することで明らかとなろう。
【００１３】
好 適 な 実 施 形 態 の 説 明
先述したように、CDMAシステムにおいて行われるハードハンドオフは一般に、ネットワーク上で多くの効果を有する。通常、多くの場合にはソフトハンドオフを行うことが望ましいものの、不適合であったり装置の制約がある等のため、いかなる場合にも可能なわけではない。新たなセルにおいて必要以上に高いレベルの干渉を招き、ハンドオフ期間中には新たな基地局に移動機の出力レベルを制御させることができないことから、ハードハンドオフはシステム性能に影響を及ぼす場合がある。以下、ハードハンドオフの後に移動機送信出力レベルを低減する、改善された技術について説明する。
【００１４】
図２に示された状況を考える。同図には、ハードハンドオフの状態に至る推移の例を示す、単純化された無線通信システムが示されている。同図には、セル（cell）１に対して通信サービスを提供する基地局BS1および、セル２に対してサービスを提供する基地局BS2が示されている。２つのセルの境界は線210で示され、これは各々のセルのカバレージエリアの境界を示している。典型的なハンドオフ処理の例においては、まず初めにBS1がセル１内で移動機（MS）と接続を確立する。BS2に向けてMSが移動すると、MSが実質的にセル２内にいる間にハンドオフが行われることになる。ハンドオフの直前で、（MSとBS1との）距離で通常、パス損失を生じるために、MSはBS1に比較的高い出力レベルで送信する。さらに、セル１内でより多くのユーザが動作を始めると、セル・ブリージングの効果によってセル境界210がBS1に向けて移動し、これによって移動機は、BS1と通信を維持するために、さらに高い出力レベルで送信せざるを得なくなるであろう。MSはBS2にかなり近寄ることになるので、BS2とのコネクションのために要する送信出力レベルは低くてよい。そのため、適切な電力制御を行うことなく過去の高出力レベルで送信してしまうハードハンドオフの初期効果によって、セル２での干渉のバーストが発生する。
【００１５】
本発明の実施形態によれば、セル間またはセクタ間のハードハンドオフの実行前または実行後に、移動機の送信出力レベルデータが収集される。変動するトラフィックの状況の期間中の統計値はシステムコントローラによって一日を通して収集され、その分布を代表するプロファイルを得る。プロファイルはデータ変動を示すものであって、いくつかの周知の統計処理（例えば平均化）を用いて得られる。ハンドオフの統計量は複数の日、週、あるいは月にわたって収集することができ、それによりハンドオフ前およびハンドオフ後の出力レベルを示すことのできるパターンを表すデータベースが作成される。例えば、出力レベルの差を測定するために、ハンドオフ前およびハンドオフ後において、適当な数の出力レベルのサンプルがとられる。
【００１６】
サンプルを得る一方法としては、システムコントローラに約４秒間の出力レベルサンプルの先入れ後出し（FILO）型ランニング・バッファを保持させ、ハンドオフ・イベントが発生したとき、その後追加的に２秒間のサンプルをとるものがある。移動機はシステムに向けて、毎秒800回程度の頻度で出力レベルを更新するので、バッファ内の、ハンドオフ前２秒間およびハンドオフ後２秒間における統計データを平均化して、平均電力の差分を計算することができる。他の方法としては、移動機またはBSによるハンドオフ要求、または、ハンドオフが行われるべき旨を通知するその他の関連イベント、からの出力レベルサンプルの記録を開始するものがある。この手法によれば、セルパラメータINIT_PWR（これは一般にはハンドオフ・メッセージとともに送信される）を、動的に最適な値に調整することができる。
【００１７】
適正なパワーマージンによって、移動機は低い出力レベルで新たなセルまたはセクタに入ることができ、この出力レベルが低すぎると、高いフレーム消失率（FER）を移動機に負わせる原因となるので、電力制御アルゴリズムによって増加されていく。この状況はその移動機にとっては一時的に不便なものとなるが、他の動作中の移動機が受ける外乱の点では望ましいと考えられる。その周波数を共用するすべての移動機は、不適切な出力レベルで移動する移動機のために生じた干渉の影響を受けるからである。
【００１８】
負荷の低い夜間よりも負荷の高い状況である昼間での動作中、出力レベルは大きく変動することが知られている。昼間の高負荷時の間、トラフィックや他の干渉源が増加するため、干渉は一般に、低負荷時に比べ相対的に高い。干渉レベルの有益な測定値の１つに、E_c/I₀がある。ここで、E_c/I₀は、チップあたりのエネルギーを干渉の電力スペクトル密度で割った値であり、カバレージの品質および強度を示している。十分な品質をシステムに行き渡らせるためには、E_c/I₀をおおよそ一定に保つことが望ましい。干渉レベルI₀が増加すると、同等の接続品質を維持すべく、それに対応して電力E_cを増加させる必要がある。これは例えば、システム内のユーザが増加したり在圏するBSから移動機が遠ざかる場合のセル・ブリージングに応じて、電力制御アルゴリズムが移動機に出力を増加するよう指示する場合に行わせることが可能である。
【００１９】
夜間または干渉の低い状況の下では、パワーマージンの適用によって、良好なコネクションに要するレベルよりも出力レベルを低くしてしまうために、システム性能に悪影響を及ぼす場合がある。このため本発明の実施形態では、収集した統計情報に基づいて、昼間帯にはパワーマージンのパラメータINIT_PWRを使用し、夜間帯にはそれを完全に撤回または非常に小さくして使用することを可能とする。
【００２０】
図３は、本発明による、ハードハンドオフ直前および直後の時間帯の、移動機の送信出力のグラフを示している。曲線320は昼間に動作中の移動機による送信出力レベルを示している。時刻０でハンドオフ・イベントが発生し、これは線300で示されている。ハンドオフの直前の時間帯では、例えば、在圏するBSのセル境界付近に位置しているか、セルの負荷のために、移動機は比較的高い出力レベルで送信している。ハンドオフの直後には、パワーマージンの適用によって、送信出力が６dbm程度落ち込む。このレベルは、新たなセルにおける良好なコネクションのための適切なレベル（線310で示されている）に近づいている。曲線330は、パワーマージンの低減処理が行われない、夜間に動作中の移動機の送信出力を示している。出力レベルはハンドオフ前後を通じてほぼ一定であり、よって、実質的にはかかる状態でのハードハンドオフに伴う影響は見られない。
【００２１】
本発明は、動的なパワーマージンを使用してCDMAによるシステムにおけるハードハンドオフに対する電力制御を改善することを意図したものであり、特に、セル・ブリージングの影響への対処に用いるのに好適である。パワーマージンのパラメータは、セルからセルまたはセクタからセクタへの移動に際しての各状況に対して自動的に設定されうる。電力制御が改善された結果、システムにおける干渉が減少し、これによって全体の接続品質が向上する。
【００２２】
上述した実施形態はあくまで例示にすぎないものであって、この発明の主旨ならびに発明の範囲を逸脱することなくバリエーションまたは改良物をつくり出すことができることは理解されよう。特に、出力レベルに加えて、ハードハンドオフに係る問題の大きさを示すことのできるビット誤り率（BER）、フレーム消失率（FER）、あるいは干渉といった、異なるタイプの統計データを収集してもよい。さらに、本発明は異なるタイプのCDMAによるシステムにも適用することができる。すなわち、本発明は上述した特定のパワーマージンパラメータに限定されるものではない。すべてのバリエーションや改良物は、特許請求の範囲によって画定される本発明の範囲内に包含されることを意図したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 無線通信システムの一例を示す概略構成図である。
【図２】 ハードハンドオフの効果について説明するための図である。
【図３】 本発明による移動機の送信出力のグラフ例を示す図である。

Claims (9)

1. 符号分割多元接続による無線通信システムにおける、ハードハンドオフの後に移動機の送信出力レベルを調整する方法であって、
   第１基地局から第２基地局へハンドオフした他の移動機の複数のハードハンドオフ・イベントに係る送信出力レベルデータを含む統計情報を収集するステップと、
   前記収集された統計情報から送信出力レベルのプロファイルを生成するステップと、
   該プロファイルから適正なパワーマージンを決定するステップと、
   前記第１基地局から前記第２基地局へハードハンドオフした後の前記移動機に、前記パワーマージンを供給するステップと、
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記プロファイルは、ハードハンドオフ・イベントの統計収集から作成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 適正なパワーマージンを決定する前記ステップは、前記他の移動機の前記複数のハードハンドオフ・イベントの平均送信出力レベルの変動に基づくことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記パワーマージンは、当該システムにおける負荷状況に基づくことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記パワーマージンを前記移動機に供給する前記ステップは、
   当該システムの負荷が高い状況の期間中に動作しているときに前記パワーマージンを適用し、かつ、当該システムの負荷が低い状況の期間中に、該パワーマージンを大幅に低減させ、または撤回することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. システムコントローラと、複数の基地局と、該基地局と無線通信を行うことの可能な複数の移動機と、ハードハンドオフの後に移動機の送信出力レベルを調整する装置とを備える符号分割多元接続による無線通信システムにおいて、
   第１基地局から第２基地局へハンドオフした他の移動機の複数回のハードハンドオフ・イベントに係る送信出力レベルデータを含むデータベースと、
   ハードハンドオフに対する適正なパワーマージンを決定するための、前記送信出力レベルデータから得られるデータのプロファイルと、
   前記第１基地局から前記第２基地局へハードハンドオフした後の前記移動機の前記送信出力レベルを調整するための、前記パワーマージンを含む電力制御アルゴリズムと、
   を備えることを特徴とするシステム。
7. 前記データベースは、前記システムコントローラに配置されることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
8. 前記プロファイルは、ハードハンドオフの統計収集に関する前記他の移動機の送信出力レベルデータのパターンの代表であることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
9. 前記パワーマージンは、前記システムコントローラから、関係する基地局を経由して前記移動機に送信されるハンドオフ・メッセージに含まれることを特徴とする請求項６に記載のシステム。

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