JP4435986B2 - ダブルループ電力制御システムにおける可変ループゲイン装置及び方法 - Google Patents
ダブルループ電力制御システムにおける可変ループゲイン装置及び方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線通信システムに関する。さらに明確には、本発明は無線通信システムにおける電力制御の新規で改良されたシステム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信ネットワークは事業，工業及び個人生活のすべての局面において顕著な人気を得ている。それなりに、携帯用，手持ちの(hand-held) 通信装置は近年広く行き渡った成長を経験した。セルラ電話のような携帯型の装置は事業でも個人ユーザでも今では珍しくないものである。その上、携帯型，手持ち及び移動電話を使用している衛星通信システムのような進歩したシステムがあまねく配置されている。
【０００３】
無線通信システムでは、信号はフェージング(fading)を受ける。フェージングは送信器から受信器への信号送信の間、環境要因が信号の電力を減らす時に発生する。フェージングを示す(quantifies)１つの測定結果(measurement) は受信器で測定されるような受信信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）である。システムはフェージングを補償するために信号の送信電力を調整することを開発した。１つのこのようなシステムは“シングルループ”電力制御として知られている。
【０００４】
シングルループ電力制御システムでは、受信器は受信信号のＳＮＲをモニタし、そして受信器で指定された“しきい値”ＳＮＲを維持するように送信電力を調整するために送信器に命令を送る。従前のシングルループ電力制御システム一般に２または３タイプのそのような命令を使用する。命令の１タイプは送信器に送信電力を増加するよう命令する。命令命令のもう１つのタイプは送信器に送信電力を減少するよう命令する。送信電力がそのような命令に応じて増加または減少されるその量はループの“ゲイン”として引用される。あるシステムでは、第３のタイプの命令が送信器に送信電力を現行のレベルに維持することを命令するために使用される。
【０００５】
シングルループ電力制御は低速フェージングを有する環境内でよく働く。低速フェージングでは、電力制御命令が送信器に到達するために必要な、そして受信器で結果としての信号対雑音比を測定するために必要な、ループの“周期(period)”として知られる時間の間、実質的なフェージングはない。低速フェージング環境の一例は信号妨害(interference)としてサーマルノイズ(thermal noise) のみを有する環境である。
【０００６】
しかしながら、中速フェージングを持つ信号環境では、シングルループ電力制御は不適当である。中速フェージングでは、シングルループ周期の間に、実質的なフェージングがある。中速フェージング環境の一例は、送信器または受信器が固定障害(stationary obstruction)を通過して急速に移動して、信号減衰における急速な変化を引き起こしているところである。そのような中速フェージング環境では、ＳＮＲしきい値は信号の質を確保するのに不十分であるかもしれない。これはループが受信信号のＳＮＲにおける急速な変化に反応する(respond to)には余りに遅いからである。
【０００７】
ディジタル通信システムでは、ＳＮＲしきい値の妥当性(adequacy)は、受信されたエラー情報ビット対受信された全ビット数の比により示されてよい。この比は一般に各フレームごとに繰り返し計算される。このように計算された比は信号の“フレームエラーレート”（ＦＥＲ）として知られる。この問題を提起する(address) ために開発されたシステムの１タイプは“ダブルループ”電力制御システムとして知られる。
【０００８】
ダブルループ電力制御システムでは、上述されたシングルループ電力制御システムが“内部(inner) ”ループとして使用される。内部ループにより使用されたＳＮＲしきい値は受信信号のＦＥＲに基礎を置く“外部(outer) ”ループにより変更される。例えば、ＦＥＲが予め定められたＦＥＲしきい値以上に上昇すると、ＳＮＲしきい値は固定の，予め定められた量により増やされる。この手順はＦＥＲがＦＥＲしきい値以下に落ちるまで続く。
【０００９】
ダブルループ電力制御システムにおける１つの考察(consideration) は内部ループにより使用された固定ゲインの大きさの選択である。このゲインの選択は２つの相反する考察の間の折り合い(trade-off) である。中速フェージング環境では、急速なループ反応が要求される。この考察は大きな内部ループゲインの証拠となる(argues)。ＳＮＲしきい値を大きい量により変更するために、大きい内部ループゲインとともに、より小さいループ周期が要求される。しかしながら、低速フェージング環境では、大きいゲインはＳＮＲしきい値について大きいＳＮＲの振動に帰着するであろう。これらの振動は送信電力を浪費する。このように固定内部ループゲインは、信号が高速フェージングと低速フェージングの両方を経験するであろう環境への適用には向かない。
【００１０】
さらに、固定ゲインシステムは高速フェージング信号環境において困難を経験する。高速フェージングでは、ＳＮＲはシングル外部ループ周期（すなわち、１つまたはそれ以上のＦＥＲ量に基礎を置いてＳＮＲしきい値を調整するために必要な時間）内に数度の大きい振動を経験する。高速フェージング振動は典型的に数百ヘルツのオーダである。そのような環境では、内部ループは多分フェージングについていく(keep up with)ことができないので、内部ループの反応時間はもはや重要ではない。必要なものは、内部ループゲインがフェージングの速度に適するように変化され得るダブルループ電力制御システムである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は無線通信システムにおいてフェージングを補償するために送信器により受信器に送られた信号の電力を調整するための装置及び方法である。１実施例では、その方法は、第１のステーションで、第２のステーションにより送信された信号の信号対雑音比を測定する；ループゲイン，信号対雑音比，及び信号対雑音比のしきい値の関数として信号の送信信号電力を調整する；第１のステーションで、受信信号の信号の質を測定する；信号の質及び信号の質のしきい値の関数として信号対雑音比のしきい値を調整する；第１のステーションで、信号のフェージングレートを測定する；及びフェージングレートとフェージングレートのしきい値の関数としてループゲインを調整する工程を含む。
【００１２】
１実施例では、その方法は、第１のステーションで、第２のステーションにより送信された信号の信号対雑音比を測定する；ループゲイン，信号対雑音比，及び信号対雑音比のしきい値の関数として信号の送信信号電力を調整する；第１のステーションで、受信信号の信号の質を測定する；信号の質及び信号の質のしきい値の関数として信号対雑音比のしきい値を調整する；第２のステーションで、第１のステーションにより送信された後続の信号(further signal transmitted)のフェージングレートを測定する；及びフェージングレートとフェージングレートのしきい値の関数としてループゲインを調整する工程を含む。
【００１３】
本発明の１つの長所はそれが高速フェージングの影響を軽減することである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴，対象及び長所は、ここで及び全体を通して付記される参照符号を有する図面と関連して、下に述べる詳細説明からさらに明白になるであろう。
【００１５】
本発明は無線通信システムにおけるダブルループ電力制御のための装置及び方法である。好ましい実施例では、本発明は符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）通信システム内で動作する。このようなシステム内で動作している電力制御ループは米国特許出願番号０９／１６４，３８３，標題“電力制御モードを選択するためのシステム及び方法（Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｅｓ）”（弁護士ドケットＰＡ６６７）及び０９／１６４，３８４，標題“最適化電力制御のためのシステム及び方法（Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）”（弁護士ドケットＰＡ６６８）に開示されており、出願されたこれは本発明の譲受人に譲渡され、引用されてこの中に組み込まれる。このような通信システムにおける電力制御のための技術の他の例は、米国特許番号５，３８３，２１９，標題“符号分割多重アクセスシステムにおける高速順方向リンク電力制御（Ｆａｓｔ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｌｉｎｋ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｉｎ Ａ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍ）”１９９５年１月１７日発行；５，３９６，５１６，標題“送信器電力制御システムにおける制御パラメータの動的な変更のための方法及びシステム（Ｍｅｔｈｏｄ Ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｏｒ Ｔｈｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ Ｉｎ Ａ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）”１９９５年３月７日発行；及び５，２６７，２６２，標題“送信器電力制御システム（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）”１９９３年１１月３０日発行に見いだされ、これらは引用されてこの中に組み込まれる。
Ｉ．実例環境
本発明を非常に詳細に記述する前に、本発明が実施され得る実例の環境を記述することは有用である。本発明はいかなる無線通信システム、特に送信器により供給される電力量を制御することが望ましいシステムにおいて実施されてよい。そのような環境は、制限無しに、セルラ通信システム，個人通信システム，衛星通信システム，及び多くの他のシステムを含む。
【００１６】
図１は例示的な通信システム１００を示す図である。図１を参照して、システム１００は２つのトランシーバ１０２と１０４とを有する。トランシーバ１０２は送信器１０６と受信器１０８とを有する。トランシーバ１０４は送信器１１２と受信器１１０とを有する。
【００１７】
データまたは他の情報は送信チャネル１２２を通してトランシーバ間を送信される。衛星，セルラ及び他の無線通信システムでは、チャネル１２２は無線リンクである。衛星通信システムでは、チャネル１２２は１つまたはそれ以上の中継衛星を含む。チャネル１２２は“順方向”信号１１６と“逆方向”信号１１８とを含む双方向チャネルである。
【００１８】
ある環境では、チャネル１２２はデータがデータパケット内に送信されるパケット化データパスである。これはしばしば情報がディジタルデータの形式内にある場合である。他の環境では、アナログデータが搬送波の上で変調され、チャネル１２２を渡って送信される。
【００１９】
セルラ通信システムの例では、トランシーバ１０２は手持ちの または移動型セルラ電話機であり、そしてトランシーバ１０４は電話機の現エリアにおけるサービスを供給するローカルセルサイト(local cell site) での基地局である。衛星通信システムの例では、トランシーバ１０２は手持ち型，移動型，または固定型トランシーバ（例えば、衛星電話機）であり、そしてトランシーバ１０４は地上ゲートウエー内に置かれる。衛星通信システムの例では、衛星はチャネル１２２を通してトランシーバ１０２と１０４との間で信号を中継するために使用される。
【００２０】
本発明はこの実例環境の表現で(in terms of) 記述される。これらの用語における記述は便宜のためにのみ用意される。本発明がこの実例環境における実施に限られることは意図されない。実際に、次の記述を読んだ後は、本発明が代わりの環境においていかに実施されるかは関連分野の技術者に明らかになるであろう。
ＩＩ．パワー制御
本発明は送信信号電力を調整することで無線通信システムにおける高速フェージングを補償するシステム及び方法である。高速フェージングでは、いくつかの信号フェード(fades) がシングルの外部ループ周期(period)中に発生する。このように外部ループは高速フェージングを弱める(mitigate)のに効果はない。そのような高速フェージングはしばしばより低速なフェージングの方向(trend) に重ねられる。発明者は高速フェージングの場合への１つの良好な解決は、フェージングの高速な（高周波）要素を無視し、そして代わりにフェージングの多少低速な（低周波）要素を追跡することであるのを見いだした。本発明に従って、高速フェージングが検出されるとき、システムは高速フェージングを追跡することを試みるよりもむしろ下にある(underlying)低速フェージングを追跡することを試みる。本発明の好ましい実施例では、これは小さい内部ループゲインを使用することによりなし遂げられる。
【００２１】
図２はトランシーバ１０２をより詳細に示すブロック図である。トランシーバ１０２は送信器１０６，受信器１０８，測定要素２０２，プロセッサ２０４，メモリ２０６，データ目的先２１０及びデータソース２１２を含む。動作では、受信器１０８は信号１１６を受信して、それをデータ目的先２１０にパスする。データ目的先２１０は、コーデック，モデム，ディジタル信号プロセッサ，及び同種類のもののような、データの使用を行ういずれかの要素であり得る。受信器１０８は、周知のように、信号１１６に、復調のような、ある(certain) 仕事を行ってよい。
【００２２】
下に詳細に記述されるように、測定要素２０２は信号１１６の特性のある測定を行う。例えば、これらの測定はＳＮＲ，１つまたはそれ以上のエラー発生（ＦＥＲのような）及びフェージングレート（ＦＲ）の存在に基づく信号の質の測定を含む。好ましい実施例では、測定要素２０２はＳＮＲ測定回路２１４とフレームエラー測定回路２１６とを含む。ＳＮＲ測定回路２１４は受信信号１１６のＳＮＲの量(measurements)を得る。フレームエラー測定回路２１６は受信信号１１６のエラーレート，あるいは１つまたはそれ以上の他のエラー発生の量を得る。これらの機能をなし遂げる回路は関連分野において周知である。これらの量はプロセッサ２０４にパスされ、プロセッサ２０４は周知のものまたはこの後開発されたいずれかのプロセッサであってもよい。プロセッサ２０４はＳＮＲ，ＦＥＲ，及びＦＲ量のようなデータ，及びこれらの量と比較するためのしきい値のような他の値(values)の蓄積のためメモリ２０６を使用する。
データソース２１２は送信用のデータを発生する。データソース２１２は複数のコーデック，モデム，ディジタル信号プロセッサ，及び周知の技術である、同種類のもののような要素を含むことができる。送信器１０６はデータソース２１２からデータを受信して、変調のような仕事を行う。プロセッサ２０４はハードウェア，ソフトウェアまたはそれの組み合わせを使用して実施されてもよく、そしてコンピュータシステムまたは他の処理システムとして実施されてもよい。１実施例では、プロセッサ２０４は１つまたはそれ以上のコンピュータシステムとして実施される。もう１つの実施例では、プロセッサ２０４は主としてハードウェアで、例えば、複数の特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣｓ）のようなハードウェア要素を使用して、実施される。ここに記述された機能を行うようにハードウェア ステートマシン(stste machine)の実施は関連分野の技術者には明らかであろう。なおもう１つの実施例では、プロセッサ２０４はハードウェアとソフトウェアとの両方の組み合わせを使用して実施される。
【００２３】
図３はトランシーバ１０４をより詳細に示すブロック図である。トランシーバ１０４は送信器１１２，受信器１１０，測定要素３０２，プロセッサ３０４，メモリ３０６，データ目的先３１０及びデータソース３１２を含む。動作では、受信器１１０は信号１１８を受信して、それをデータ目的先３１０にパスする。データ目的先３１０は、コーデック，モデム，ディジタル信号プロセッサ，及び同種類のもののような、データの使用を行ういずれかの要素であり得る。受信器１１０は、周知のように、信号１１８に、復調のような、ある(certain) 仕事を行ってよい。
【００２４】
下に詳細に記述されるように、測定要素３０２は信号１１８の特性のある測定を行う。例えば、これらの測定はフェージングレート（ＦＲ）の測定を含む。好ましい実施例では、測定要素３０２はＳＮＲ測定回路３１４を含む。ＳＮＲ測定回路３１４は受信信号１１８のＳＮＲの測定結果(measurements)を得る。この機能をなし遂げる回路は関連分野において周知である。これらの測定結果は送信器１１２及び／または信号１１６の部分として送信のためのデータソース３１２にパスされる。これらの測定結果はプロセッサ３０４にパスされ、これは周知のものまたはこの後開発されたいずれかのプロセッサであってもよい。プロセッサ３０４はデータ，そのような測定結果，及びこれらの測定結果と比較するためのしきい値のような他の値(values)の蓄積のためメモリ３０６を使用する。
【００２５】
データソース３１２は送信用のデータを発生する。データソース３１２は複数のコーデック，モデム，ディジタル信号プロセッサ，及び周知の技術である同種類のもののような要素を含むことができる。送信器１１２はデータソース３１２からデータを受信して、信号１１６を送信する前に変調のような仕事を行う。送信器１１２はまた信号１１６を生ずるために送信に先だって信号の電力を増幅するための可変利得増幅器３０８を含む。増幅器３０８のゲインはプロセッサ３０４により制御される。
【００２６】
図４乃至６は好ましい実施例に従って本発明の動作を描写するフローチャートである。図４は本発明の内部電力制御ループの動作を描写する。内部電力制御ループの機能は送信器１１２により送信される信号電力を調整することである。好ましい実施例では、送信された信号電力は、下に記述したように、受信器１０８で受信された信号電力のレベルに従って調整される。
【００２７】
送信器１１２はチャネル１２２を通して信号１１６を送信する。信号１１６は受信器１０８により受信される。ステップ４０２に示されたように、手順は測定要素２０２による信号１１６の電力の測定と共に始まる。好ましい実施例では、測定要素２０２は信号１１６の信号対雑音比（ＳＮＲ）を測定する。より明確に、本発明は量Ｅｂ／Ｎｏ，ここでＥｂはビット当たりのエネルギーであり、Ｎｏはパワー／サイクルの単位における雑音密度である。もちろん、信号電力の他の測定は本発明の範囲から逸脱すること無く使用されてよい。好ましい実施例では、ＳＮＲは受信データの各フレームのため測定される。
【００２８】
通信システム１００では、“ＳＮＲしきい値”として参照される、所定のＳＮＲレベルは受信器１０８と関連する。ＳＮＲしきい値はデータの質を確保するために受信器１０８により信号が受信された最小のＳＮＲを表現する(represents)。ＳＮＲしきい値は関連技術分野において周知である方法に従って選択されてよい。そのような方法の１つは、データエラーを１％のような、あるパーセンテージ以下に保つであろうＳＮＲを選択することである。ステップ４０４では、受信器１０８はステップ４０２において測定されたＳＮＲをＳＮＲしきい値と比較する。
【００２９】
もしも測定されたＳＮＲがＳＮＲしきい値よりも低いならば、そのときはトランシーバ１０２の送信器１０６は、ステップ４０６に示されるように、トランシーバ１０４に“電力増加”命令を送信する。好ましい実施例では、命令は信号１１８の部分としてチャネル１２２を通して送信される。これに答えて、送信器１１２は信号１１６の信号電力を内部ループの“ゲイン”または“内部ループゲイン”と呼ばれる予め定められた量により増加させる。好ましい実施例では、内部ループゲインの値，及び増幅器３０８により適用された信号ゲインの値はメモリ３０６に保管される。信号ゲインの値はプロセッサ３０４により処理される。
【００３０】
もしも測定されたＳＮＲがＳＮＲしきい値を超えるならば、そのときはトランシーバ１０２の送信器１０６は、ステップ４０８に示されるように、トランシーバ１０４に“電力減少”命令を送信する。これに答えて、送信器１１２は信号１１６の信号電力を内部ループゲインにより減少させる。いずれの場合も、手順はステップ４０２で再び続ける。
【００３１】
図５は本発明の外部電力制御ループ（“外部ループ”とも呼ばれる）の動作を描写する。外部電力制御ループの機能は受信器１０８のＳＮＲしきい値を調整することである。好ましい実施例では、ＳＮＲしきい値は受信された信号の質に従って調整される。好ましい実施例では、信号の質は現フレームのためばかりでなく、ある番号の前フレームのためにも考慮される。また、好ましい実施例では、使用された信号の質の尺度(measure) は、１つまたはそれ以上のエラー発生であり、例えばフレームエラーレート（ＦＥＲ）の使用である。しかしながら、パリティチェックのような、信号の質の他の尺度は、本発明の範囲から逸脱すること無しに使用されてよい。さらに、平均及び加重平均(weighted averages) のような、信号の質の履歴を評価する他の方法が使用されてよい。
【００３２】
しばしば遭遇したエラーのタイプは“バースト(burst) ”タイプのものである。バーストエラーは短い持続により特徴付けられる。大抵、バーストエラーの持続は内部ループ期間より少ない。したがって、内部ループはこれらのエラーを補償できない。この理由で、内部ループをバーストエラーの影響から隔離することが望ましい。バーストエラーはまた複式の(multiple)連続フレームにおけるエラーにより特徴付けられる。外部ループはバーストエラーを検出するためにこの特徴を使用する。外部ループが複式連続フレーム内にエラーを検出すると、それはバーストエラーが発生したと決定する。バーストエラーが検出されると、外部ループは内部ループのＳＮＲしきい値を変更しない。外部ループは非バーストタイプエラーに応じてのみ内部ループのＳＮＲしきい値を変更し、それによって内部ループをバーストエラーから隔離する。
【００３３】
図５を参照して、ステップ５０２に示されるように、手順はエラー、例えばＦＥＲの存在を表示する量の測定を行うことにより始まる。ステップ５０４に示されるようように、そのような測定の結果を使用して手順は現フレームにエラーが存在するか否かを決定する。もしも現フレーム内にエラーが存在しないならば、ステップ５０４に“Ｎ”ブランチにより示したように、そのときはトランシーバ１０２は、ステップ５０６に示されるように、予め定められた量によりＳＮＲしきい値を減少させる。しかしながら、もしもエラーが現フレーム内に存在すれば、ステップ５０４に“Ｙ”ブランチにより示したように、そのときは受信信号の質の履歴が、ステップ５０８に示されるように、再調査される(reviewed)。好ましい実施例では、エラーの履歴は所定の数の前フレーム(previous frames)Ｎを含む。もちろん、エラーの歴史は本発明の範囲から逸脱すること無しに他の方法において選択されてよい。エラーの履歴はメモリ２０６に蓄積される。もしも複数の以前のＮフレームのどれかがエラーを含むならば、そのときはトランシーバ１０２は、ステップ５０６に示されるように、下で検討するように望ましいフレームまたは時限遅延(timing delay)に従って、外部ループゲインによりＳＮＲしきい値を減少させる。
【００３４】
しかしながら、もしも前Ｎフレームがエラーを含まないならば、そのときはステップ５１０に示されるように、トランシーバ１０２はＳＮＲしきい値を増加させる。好ましい実施例では、２つの変化値が用いられ：１つはＳＮＲしきい値を減少させるためのもの、そして他はＳＮＲしきい値を増加させるためのものである。ＳＮＲしきい値、及び内部ループの活動によって送信信号電力は、エラーの無い(error-free)環境において徐々に縮小されるので、ＳＮＲしきい値を減少させるための変化値は小さい。逆に、ＳＮＲしきい値、及び内部ループの活動によって送信信号電力は、エラーがちな(error-prone) 環境において急激に増加されるので、ＳＮＲしきい値を増加させるための変化値は大きい。
【００３５】
さらに、少なくともあるシステムでは、エラーの存在の有無には関係なく増加が行われた後に、ある番号のフレームがＳＮＲしきい値を急激に変えることは一般に望ましくないことが分かった。従って、１実施例では、ＳＮＲにおける最初の増加は、丁度ここに記述されたように、ある番号のエラー無しフレームの後でフレームエラーに遭遇する時に発生するが、しかし事前に選択された番号のフレームＺのためにはこの調整の後追加の増加が発生することは許されない。すなわち、フレームエラーの検出か否かは、Ｚフレームまたはフレーム周期までのしきい値における後続の増加が１つの増加の後に起こったのを選択するためのメカニズムを供給しない。これは質の歴史チェッキングのステップ５０８としきい値調整のステップ５１０との間に位置するオプションのステップ５１２により示される。ステップ５１２では、チェックは、最後のＳＮＲしきい値増加以後、Ｚデータフレームが処理されたか否かを見るためになされる。この処理ステップのためのフレームカウント(frame count) は初めにＺに等しく設定され、セット／リセットのステップ５１４に示されるように、最初に調整はそれが作られることを要求される。続いて起こる調整はその後フレームカウントから決定されるであろう。
【００３６】
Ｚフレームがまだ処理されなかったかまたは通過された(passed through)ときは何時でも、ステップ５１６に示されるように、各Ｚフレームのため、ＳＮＲしきい値は相当に少ない量を、または低いレートで、減少することが可能である。すなわち、各フレーム周期の間またはその終期でＳＮＲしきい値レベルは漸減され(decremented) または小パーセンテージか少量を、つまり0.004dB のオーダに減少される。当分野の技術者は、希望するように、０ｄＢを含んで他の量が使用されてよいことを容易に認めるであろう。処理はその後測定が続くなどのステップ５１２に戻る。いったん事前に選択されたフレームＺの必要な数に達すると、ＳＮＲしきい値はステップ５１６における漸減の代わりにステップ５１０において再び増加される（またはステップ５０６において減少される）。いったんＳＮＲしきい値の増加が発生すると、ステップ５１２において使用されたフレームカウントはゼロにリセットされ、そして計数の手順はＺフレームが再びパスされるまで新規にされる。
【００３７】
この漸減手順または周期は、先のアクションが取られる前にシステムが“安定する(settle)”ことを可能とし、そして信号状態にもっと予測可能で再現可能な反応を保証する。さらに、あるエラーのバーストは的(bursty)性質及びあるシステム（衛星）または状態において出会った電力増加命令の実施における最小量の遅延のため、電力に対して短期間の要求をするのに役立たない、すなわちりっぱな影響力を持つであろう。しかしながら、少数のフレームを待つことは使用電力量を減らすのに役立つ。
【００３８】
事前に選択した番号のＺフレームが通過した後、ＳＮＲは前のように発生する。前Ｎフレームがエラーを含まないという条件で、エラーの検出はＳＮＲしきい値の増加を再び引き起こす。１実施例では、Ｚは、いかなる追加の増加も発生せずそして漸減が実施される間、ＳＮＲしきい値における増加を発生しまたはそのきっかけとなるフレームの後の６フレームであるように選択される。しかしながら、当分野の技術者は、本発明が使用される通信システムの応答特性に従って他の値が選ばれてよいことを理解するであろう。
【００３９】
図６は本発明の好ましい実施例に従って可変利得内部ダブルループ電力制御ループの動作を描写するフローチャートである。ステップ６０２では、受信器１０８は送信器１０４Ａから受信された信号のフェージングレートを測定する。好ましい実施例に従って、受信器１０８は一連の測定結果(measurements)を生ずるために各フレームのコース(course)によって何度か受信された信号のＳＮＲを測定する。この連続(series)は高速フェージングの存在を示すＳＮＲにおける急変を検出するためにハイパスフィルタに供給される。ステップ６０４に示されるように、“フェージングレート(fading rate)”と呼ばれるハイパスフィルタの出力は、予め定められたフェージングしきい値と比較される。
【００４０】
フェージングレートがしきい値を超えないときは、ステップ６０４から“Ｎ”ブランチにより示されるように、フェージングが高速であると特徴付けられるほど十分に急速ではない。この場合には、ステップ６０６に示されるように、内部ループゲインは予め定められた第１のゲインレベルＧ１に設定される。
【００４１】
フェージングの高周波内容がしきい値を超えると、ステップ６０４内に“Ｙ”ブランチにより示されるように、フェージングが高速と特徴付けられるのに十分に急速である。この場合には、ステップ６０８に示されるように、内部ループゲインは予め定められた第２のゲインレベルＧ２に設定される。どちらの場合も、処理はステップ６０２で続ける。
【００４２】
好ましい実施例では、第１のゲインレベルＧ１は第２のゲインレベルＧ２よりも大きい。言い換えれば、高速フェージングの間に適用される内部ループゲインはその他の状態で適用される内部ループゲインよりも小さい。その結果は、高速フェージングの間は、電力制御ループは高速フェージングに起因する急速な信号電力レベル変動を追跡しようとせず、むしろより低速のフェージングに起因するより低い電力レベル変動を追跡ということである。１実施例では、Ｇ１は約 0.5ｄＢ、そしてＧ２は約0.1ｄＢである。
【００４３】
１実施例では、ユーザ端末はゲートウエイからユーザ端末に送信された信号における高速フェージングを検出する。この実施例では、ユーザ端末は高速フェージング状態をゲートウエイに報告し、ゲートウエイは電力制御ループの内部ループゲインを調整することにより応答する。図１を参照して、信号１１６における高速フェージングはステップ６０４においてトランシーバ１０２により検出される。詳細に上述したように、トランシーバ１０２は信号１１６のＳＮＲにおける変動を評価することにより信号１１６における高速フェージングを検出する。高速フェージングはＳＮＲを評価することにより検出される。送信器１０６はそれから内部ループゲインを調整するために受信器１１０に命令を送信する。この命令に従って、トランシーバ１０４はステップ６０６及び６０８において内部ループゲインを調整する。
【００４４】
もう１つの実施例では、ゲートウエイは、ユーザ端末によりゲートウエイに送信された信号の高速フェージングを検出することによって、ゲートウエイからユーザ端末に送信された信号内に高速フェージングが存在すると推断する。図１を参照して、信号１１６のフェージングレートは、詳細に上述したように、ステップ６０２および６０４で信号１１８におけるＳＮＲの変動を評価することによりトランシーバ１０４によって推断される。トランシーバ１０４はそれからその評価に基づいてステップ６０６および６０８で内部ループゲインを調整する。
【００４５】
好ましい実施例の前の説明は、この分野のいかなる技術者も本発明を製作または使用することを可能とする。これらの実施例へのいろいろな変更は、この分野の技術者にはすぐに明白になるであろうし、ここに定義された包括的な原理は後続の発明を必要とせずに他の実施例に適用されてよい。従って本発明はその中に示された実施例に制限されるつもりはなく、しかしむしろこの中に開示された原理及び新規な特徴と矛盾しない最も広い範囲が許容されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 例示的な通信システムを示すブロック図である。
【図２】 図１のトランシーバをより詳細に示すブロック図である。
【図３】 図１のトランシーバをより詳細に示すブロック図である。
【図４】 本発明の好ましい実施例に従って内部電力制御ループの動作を描写するフローチャートである。
【図５】 本発明の好ましい実施例に従って外部電力制御ループの動作を描写するフローチャートである。
【図６】 本発明の好ましい実施例に従って可変利得内部ダブルループ電力制御ループの動作を描写するフローチャートである。
【符号の説明】
１００…通信システム，１０２…トランシーバー，１０６…送信器，１０８…受信器，１１０…通信システム，１１２…送信機,１１８…逆方向信号，１１６…順方向信号，１２２…チャネル，２１０…データ目的先，２０６…メモリ，２１２…データソース,２０２…測定要素，２１４…ＳＮＲ測定回路，２１６…フレームエラー測定回路,３１０…データ目的先，３１２…データソース，３０８…可変利得増幅器，３０２…測定要素，３１４…ＳＮＲ測定回路，３０４…プロセッサ，３０６…メモリ
【発明の属する技術分野】
本発明は無線通信システムに関する。さらに明確には、本発明は無線通信システムにおける電力制御の新規で改良されたシステム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信ネットワークは事業，工業及び個人生活のすべての局面において顕著な人気を得ている。それなりに、携帯用，手持ちの(hand-held) 通信装置は近年広く行き渡った成長を経験した。セルラ電話のような携帯型の装置は事業でも個人ユーザでも今では珍しくないものである。その上、携帯型，手持ち及び移動電話を使用している衛星通信システムのような進歩したシステムがあまねく配置されている。
【０００３】
無線通信システムでは、信号はフェージング(fading)を受ける。フェージングは送信器から受信器への信号送信の間、環境要因が信号の電力を減らす時に発生する。フェージングを示す(quantifies)１つの測定結果(measurement) は受信器で測定されるような受信信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）である。システムはフェージングを補償するために信号の送信電力を調整することを開発した。１つのこのようなシステムは“シングルループ”電力制御として知られている。
【０００４】
シングルループ電力制御システムでは、受信器は受信信号のＳＮＲをモニタし、そして受信器で指定された“しきい値”ＳＮＲを維持するように送信電力を調整するために送信器に命令を送る。従前のシングルループ電力制御システム一般に２または３タイプのそのような命令を使用する。命令の１タイプは送信器に送信電力を増加するよう命令する。命令命令のもう１つのタイプは送信器に送信電力を減少するよう命令する。送信電力がそのような命令に応じて増加または減少されるその量はループの“ゲイン”として引用される。あるシステムでは、第３のタイプの命令が送信器に送信電力を現行のレベルに維持することを命令するために使用される。
【０００５】
シングルループ電力制御は低速フェージングを有する環境内でよく働く。低速フェージングでは、電力制御命令が送信器に到達するために必要な、そして受信器で結果としての信号対雑音比を測定するために必要な、ループの“周期(period)”として知られる時間の間、実質的なフェージングはない。低速フェージング環境の一例は信号妨害(interference)としてサーマルノイズ(thermal noise) のみを有する環境である。
【０００６】
しかしながら、中速フェージングを持つ信号環境では、シングルループ電力制御は不適当である。中速フェージングでは、シングルループ周期の間に、実質的なフェージングがある。中速フェージング環境の一例は、送信器または受信器が固定障害(stationary obstruction)を通過して急速に移動して、信号減衰における急速な変化を引き起こしているところである。そのような中速フェージング環境では、ＳＮＲしきい値は信号の質を確保するのに不十分であるかもしれない。これはループが受信信号のＳＮＲにおける急速な変化に反応する(respond to)には余りに遅いからである。
【０００７】
ディジタル通信システムでは、ＳＮＲしきい値の妥当性(adequacy)は、受信されたエラー情報ビット対受信された全ビット数の比により示されてよい。この比は一般に各フレームごとに繰り返し計算される。このように計算された比は信号の“フレームエラーレート”（ＦＥＲ）として知られる。この問題を提起する(address) ために開発されたシステムの１タイプは“ダブルループ”電力制御システムとして知られる。
【０００８】
ダブルループ電力制御システムでは、上述されたシングルループ電力制御システムが“内部(inner) ”ループとして使用される。内部ループにより使用されたＳＮＲしきい値は受信信号のＦＥＲに基礎を置く“外部(outer) ”ループにより変更される。例えば、ＦＥＲが予め定められたＦＥＲしきい値以上に上昇すると、ＳＮＲしきい値は固定の，予め定められた量により増やされる。この手順はＦＥＲがＦＥＲしきい値以下に落ちるまで続く。
【０００９】
ダブルループ電力制御システムにおける１つの考察(consideration) は内部ループにより使用された固定ゲインの大きさの選択である。このゲインの選択は２つの相反する考察の間の折り合い(trade-off) である。中速フェージング環境では、急速なループ反応が要求される。この考察は大きな内部ループゲインの証拠となる(argues)。ＳＮＲしきい値を大きい量により変更するために、大きい内部ループゲインとともに、より小さいループ周期が要求される。しかしながら、低速フェージング環境では、大きいゲインはＳＮＲしきい値について大きいＳＮＲの振動に帰着するであろう。これらの振動は送信電力を浪費する。このように固定内部ループゲインは、信号が高速フェージングと低速フェージングの両方を経験するであろう環境への適用には向かない。
【００１０】
さらに、固定ゲインシステムは高速フェージング信号環境において困難を経験する。高速フェージングでは、ＳＮＲはシングル外部ループ周期（すなわち、１つまたはそれ以上のＦＥＲ量に基礎を置いてＳＮＲしきい値を調整するために必要な時間）内に数度の大きい振動を経験する。高速フェージング振動は典型的に数百ヘルツのオーダである。そのような環境では、内部ループは多分フェージングについていく(keep up with)ことができないので、内部ループの反応時間はもはや重要ではない。必要なものは、内部ループゲインがフェージングの速度に適するように変化され得るダブルループ電力制御システムである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は無線通信システムにおいてフェージングを補償するために送信器により受信器に送られた信号の電力を調整するための装置及び方法である。１実施例では、その方法は、第１のステーションで、第２のステーションにより送信された信号の信号対雑音比を測定する；ループゲイン，信号対雑音比，及び信号対雑音比のしきい値の関数として信号の送信信号電力を調整する；第１のステーションで、受信信号の信号の質を測定する；信号の質及び信号の質のしきい値の関数として信号対雑音比のしきい値を調整する；第１のステーションで、信号のフェージングレートを測定する；及びフェージングレートとフェージングレートのしきい値の関数としてループゲインを調整する工程を含む。
【００１２】
１実施例では、その方法は、第１のステーションで、第２のステーションにより送信された信号の信号対雑音比を測定する；ループゲイン，信号対雑音比，及び信号対雑音比のしきい値の関数として信号の送信信号電力を調整する；第１のステーションで、受信信号の信号の質を測定する；信号の質及び信号の質のしきい値の関数として信号対雑音比のしきい値を調整する；第２のステーションで、第１のステーションにより送信された後続の信号(further signal transmitted)のフェージングレートを測定する；及びフェージングレートとフェージングレートのしきい値の関数としてループゲインを調整する工程を含む。
【００１３】
本発明の１つの長所はそれが高速フェージングの影響を軽減することである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴，対象及び長所は、ここで及び全体を通して付記される参照符号を有する図面と関連して、下に述べる詳細説明からさらに明白になるであろう。
【００１５】
本発明は無線通信システムにおけるダブルループ電力制御のための装置及び方法である。好ましい実施例では、本発明は符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）通信システム内で動作する。このようなシステム内で動作している電力制御ループは米国特許出願番号０９／１６４，３８３，標題“電力制御モードを選択するためのシステム及び方法（Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｅｓ）”（弁護士ドケットＰＡ６６７）及び０９／１６４，３８４，標題“最適化電力制御のためのシステム及び方法（Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）”（弁護士ドケットＰＡ６６８）に開示されており、出願されたこれは本発明の譲受人に譲渡され、引用されてこの中に組み込まれる。このような通信システムにおける電力制御のための技術の他の例は、米国特許番号５，３８３，２１９，標題“符号分割多重アクセスシステムにおける高速順方向リンク電力制御（Ｆａｓｔ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｌｉｎｋ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｉｎ Ａ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍ）”１９９５年１月１７日発行；５，３９６，５１６，標題“送信器電力制御システムにおける制御パラメータの動的な変更のための方法及びシステム（Ｍｅｔｈｏｄ Ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｏｒ Ｔｈｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ Ｉｎ Ａ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）”１９９５年３月７日発行；及び５，２６７，２６２，標題“送信器電力制御システム（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）”１９９３年１１月３０日発行に見いだされ、これらは引用されてこの中に組み込まれる。
Ｉ．実例環境
本発明を非常に詳細に記述する前に、本発明が実施され得る実例の環境を記述することは有用である。本発明はいかなる無線通信システム、特に送信器により供給される電力量を制御することが望ましいシステムにおいて実施されてよい。そのような環境は、制限無しに、セルラ通信システム，個人通信システム，衛星通信システム，及び多くの他のシステムを含む。
【００１６】
図１は例示的な通信システム１００を示す図である。図１を参照して、システム１００は２つのトランシーバ１０２と１０４とを有する。トランシーバ１０２は送信器１０６と受信器１０８とを有する。トランシーバ１０４は送信器１１２と受信器１１０とを有する。
【００１７】
データまたは他の情報は送信チャネル１２２を通してトランシーバ間を送信される。衛星，セルラ及び他の無線通信システムでは、チャネル１２２は無線リンクである。衛星通信システムでは、チャネル１２２は１つまたはそれ以上の中継衛星を含む。チャネル１２２は“順方向”信号１１６と“逆方向”信号１１８とを含む双方向チャネルである。
【００１８】
ある環境では、チャネル１２２はデータがデータパケット内に送信されるパケット化データパスである。これはしばしば情報がディジタルデータの形式内にある場合である。他の環境では、アナログデータが搬送波の上で変調され、チャネル１２２を渡って送信される。
【００１９】
セルラ通信システムの例では、トランシーバ１０２は手持ちの または移動型セルラ電話機であり、そしてトランシーバ１０４は電話機の現エリアにおけるサービスを供給するローカルセルサイト(local cell site) での基地局である。衛星通信システムの例では、トランシーバ１０２は手持ち型，移動型，または固定型トランシーバ（例えば、衛星電話機）であり、そしてトランシーバ１０４は地上ゲートウエー内に置かれる。衛星通信システムの例では、衛星はチャネル１２２を通してトランシーバ１０２と１０４との間で信号を中継するために使用される。
【００２０】
本発明はこの実例環境の表現で(in terms of) 記述される。これらの用語における記述は便宜のためにのみ用意される。本発明がこの実例環境における実施に限られることは意図されない。実際に、次の記述を読んだ後は、本発明が代わりの環境においていかに実施されるかは関連分野の技術者に明らかになるであろう。
ＩＩ．パワー制御
本発明は送信信号電力を調整することで無線通信システムにおける高速フェージングを補償するシステム及び方法である。高速フェージングでは、いくつかの信号フェード(fades) がシングルの外部ループ周期(period)中に発生する。このように外部ループは高速フェージングを弱める(mitigate)のに効果はない。そのような高速フェージングはしばしばより低速なフェージングの方向(trend) に重ねられる。発明者は高速フェージングの場合への１つの良好な解決は、フェージングの高速な（高周波）要素を無視し、そして代わりにフェージングの多少低速な（低周波）要素を追跡することであるのを見いだした。本発明に従って、高速フェージングが検出されるとき、システムは高速フェージングを追跡することを試みるよりもむしろ下にある(underlying)低速フェージングを追跡することを試みる。本発明の好ましい実施例では、これは小さい内部ループゲインを使用することによりなし遂げられる。
【００２１】
図２はトランシーバ１０２をより詳細に示すブロック図である。トランシーバ１０２は送信器１０６，受信器１０８，測定要素２０２，プロセッサ２０４，メモリ２０６，データ目的先２１０及びデータソース２１２を含む。動作では、受信器１０８は信号１１６を受信して、それをデータ目的先２１０にパスする。データ目的先２１０は、コーデック，モデム，ディジタル信号プロセッサ，及び同種類のもののような、データの使用を行ういずれかの要素であり得る。受信器１０８は、周知のように、信号１１６に、復調のような、ある(certain) 仕事を行ってよい。
【００２２】
下に詳細に記述されるように、測定要素２０２は信号１１６の特性のある測定を行う。例えば、これらの測定はＳＮＲ，１つまたはそれ以上のエラー発生（ＦＥＲのような）及びフェージングレート（ＦＲ）の存在に基づく信号の質の測定を含む。好ましい実施例では、測定要素２０２はＳＮＲ測定回路２１４とフレームエラー測定回路２１６とを含む。ＳＮＲ測定回路２１４は受信信号１１６のＳＮＲの量(measurements)を得る。フレームエラー測定回路２１６は受信信号１１６のエラーレート，あるいは１つまたはそれ以上の他のエラー発生の量を得る。これらの機能をなし遂げる回路は関連分野において周知である。これらの量はプロセッサ２０４にパスされ、プロセッサ２０４は周知のものまたはこの後開発されたいずれかのプロセッサであってもよい。プロセッサ２０４はＳＮＲ，ＦＥＲ，及びＦＲ量のようなデータ，及びこれらの量と比較するためのしきい値のような他の値(values)の蓄積のためメモリ２０６を使用する。
データソース２１２は送信用のデータを発生する。データソース２１２は複数のコーデック，モデム，ディジタル信号プロセッサ，及び周知の技術である、同種類のもののような要素を含むことができる。送信器１０６はデータソース２１２からデータを受信して、変調のような仕事を行う。プロセッサ２０４はハードウェア，ソフトウェアまたはそれの組み合わせを使用して実施されてもよく、そしてコンピュータシステムまたは他の処理システムとして実施されてもよい。１実施例では、プロセッサ２０４は１つまたはそれ以上のコンピュータシステムとして実施される。もう１つの実施例では、プロセッサ２０４は主としてハードウェアで、例えば、複数の特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣｓ）のようなハードウェア要素を使用して、実施される。ここに記述された機能を行うようにハードウェア ステートマシン(stste machine)の実施は関連分野の技術者には明らかであろう。なおもう１つの実施例では、プロセッサ２０４はハードウェアとソフトウェアとの両方の組み合わせを使用して実施される。
【００２３】
図３はトランシーバ１０４をより詳細に示すブロック図である。トランシーバ１０４は送信器１１２，受信器１１０，測定要素３０２，プロセッサ３０４，メモリ３０６，データ目的先３１０及びデータソース３１２を含む。動作では、受信器１１０は信号１１８を受信して、それをデータ目的先３１０にパスする。データ目的先３１０は、コーデック，モデム，ディジタル信号プロセッサ，及び同種類のもののような、データの使用を行ういずれかの要素であり得る。受信器１１０は、周知のように、信号１１８に、復調のような、ある(certain) 仕事を行ってよい。
【００２４】
下に詳細に記述されるように、測定要素３０２は信号１１８の特性のある測定を行う。例えば、これらの測定はフェージングレート（ＦＲ）の測定を含む。好ましい実施例では、測定要素３０２はＳＮＲ測定回路３１４を含む。ＳＮＲ測定回路３１４は受信信号１１８のＳＮＲの測定結果(measurements)を得る。この機能をなし遂げる回路は関連分野において周知である。これらの測定結果は送信器１１２及び／または信号１１６の部分として送信のためのデータソース３１２にパスされる。これらの測定結果はプロセッサ３０４にパスされ、これは周知のものまたはこの後開発されたいずれかのプロセッサであってもよい。プロセッサ３０４はデータ，そのような測定結果，及びこれらの測定結果と比較するためのしきい値のような他の値(values)の蓄積のためメモリ３０６を使用する。
【００２５】
データソース３１２は送信用のデータを発生する。データソース３１２は複数のコーデック，モデム，ディジタル信号プロセッサ，及び周知の技術である同種類のもののような要素を含むことができる。送信器１１２はデータソース３１２からデータを受信して、信号１１６を送信する前に変調のような仕事を行う。送信器１１２はまた信号１１６を生ずるために送信に先だって信号の電力を増幅するための可変利得増幅器３０８を含む。増幅器３０８のゲインはプロセッサ３０４により制御される。
【００２６】
図４乃至６は好ましい実施例に従って本発明の動作を描写するフローチャートである。図４は本発明の内部電力制御ループの動作を描写する。内部電力制御ループの機能は送信器１１２により送信される信号電力を調整することである。好ましい実施例では、送信された信号電力は、下に記述したように、受信器１０８で受信された信号電力のレベルに従って調整される。
【００２７】
送信器１１２はチャネル１２２を通して信号１１６を送信する。信号１１６は受信器１０８により受信される。ステップ４０２に示されたように、手順は測定要素２０２による信号１１６の電力の測定と共に始まる。好ましい実施例では、測定要素２０２は信号１１６の信号対雑音比（ＳＮＲ）を測定する。より明確に、本発明は量Ｅｂ／Ｎｏ，ここでＥｂはビット当たりのエネルギーであり、Ｎｏはパワー／サイクルの単位における雑音密度である。もちろん、信号電力の他の測定は本発明の範囲から逸脱すること無く使用されてよい。好ましい実施例では、ＳＮＲは受信データの各フレームのため測定される。
【００２８】
通信システム１００では、“ＳＮＲしきい値”として参照される、所定のＳＮＲレベルは受信器１０８と関連する。ＳＮＲしきい値はデータの質を確保するために受信器１０８により信号が受信された最小のＳＮＲを表現する(represents)。ＳＮＲしきい値は関連技術分野において周知である方法に従って選択されてよい。そのような方法の１つは、データエラーを１％のような、あるパーセンテージ以下に保つであろうＳＮＲを選択することである。ステップ４０４では、受信器１０８はステップ４０２において測定されたＳＮＲをＳＮＲしきい値と比較する。
【００２９】
もしも測定されたＳＮＲがＳＮＲしきい値よりも低いならば、そのときはトランシーバ１０２の送信器１０６は、ステップ４０６に示されるように、トランシーバ１０４に“電力増加”命令を送信する。好ましい実施例では、命令は信号１１８の部分としてチャネル１２２を通して送信される。これに答えて、送信器１１２は信号１１６の信号電力を内部ループの“ゲイン”または“内部ループゲイン”と呼ばれる予め定められた量により増加させる。好ましい実施例では、内部ループゲインの値，及び増幅器３０８により適用された信号ゲインの値はメモリ３０６に保管される。信号ゲインの値はプロセッサ３０４により処理される。
【００３０】
もしも測定されたＳＮＲがＳＮＲしきい値を超えるならば、そのときはトランシーバ１０２の送信器１０６は、ステップ４０８に示されるように、トランシーバ１０４に“電力減少”命令を送信する。これに答えて、送信器１１２は信号１１６の信号電力を内部ループゲインにより減少させる。いずれの場合も、手順はステップ４０２で再び続ける。
【００３１】
図５は本発明の外部電力制御ループ（“外部ループ”とも呼ばれる）の動作を描写する。外部電力制御ループの機能は受信器１０８のＳＮＲしきい値を調整することである。好ましい実施例では、ＳＮＲしきい値は受信された信号の質に従って調整される。好ましい実施例では、信号の質は現フレームのためばかりでなく、ある番号の前フレームのためにも考慮される。また、好ましい実施例では、使用された信号の質の尺度(measure) は、１つまたはそれ以上のエラー発生であり、例えばフレームエラーレート（ＦＥＲ）の使用である。しかしながら、パリティチェックのような、信号の質の他の尺度は、本発明の範囲から逸脱すること無しに使用されてよい。さらに、平均及び加重平均(weighted averages) のような、信号の質の履歴を評価する他の方法が使用されてよい。
【００３２】
しばしば遭遇したエラーのタイプは“バースト(burst) ”タイプのものである。バーストエラーは短い持続により特徴付けられる。大抵、バーストエラーの持続は内部ループ期間より少ない。したがって、内部ループはこれらのエラーを補償できない。この理由で、内部ループをバーストエラーの影響から隔離することが望ましい。バーストエラーはまた複式の(multiple)連続フレームにおけるエラーにより特徴付けられる。外部ループはバーストエラーを検出するためにこの特徴を使用する。外部ループが複式連続フレーム内にエラーを検出すると、それはバーストエラーが発生したと決定する。バーストエラーが検出されると、外部ループは内部ループのＳＮＲしきい値を変更しない。外部ループは非バーストタイプエラーに応じてのみ内部ループのＳＮＲしきい値を変更し、それによって内部ループをバーストエラーから隔離する。
【００３３】
図５を参照して、ステップ５０２に示されるように、手順はエラー、例えばＦＥＲの存在を表示する量の測定を行うことにより始まる。ステップ５０４に示されるようように、そのような測定の結果を使用して手順は現フレームにエラーが存在するか否かを決定する。もしも現フレーム内にエラーが存在しないならば、ステップ５０４に“Ｎ”ブランチにより示したように、そのときはトランシーバ１０２は、ステップ５０６に示されるように、予め定められた量によりＳＮＲしきい値を減少させる。しかしながら、もしもエラーが現フレーム内に存在すれば、ステップ５０４に“Ｙ”ブランチにより示したように、そのときは受信信号の質の履歴が、ステップ５０８に示されるように、再調査される(reviewed)。好ましい実施例では、エラーの履歴は所定の数の前フレーム(previous frames)Ｎを含む。もちろん、エラーの歴史は本発明の範囲から逸脱すること無しに他の方法において選択されてよい。エラーの履歴はメモリ２０６に蓄積される。もしも複数の以前のＮフレームのどれかがエラーを含むならば、そのときはトランシーバ１０２は、ステップ５０６に示されるように、下で検討するように望ましいフレームまたは時限遅延(timing delay)に従って、外部ループゲインによりＳＮＲしきい値を減少させる。
【００３４】
しかしながら、もしも前Ｎフレームがエラーを含まないならば、そのときはステップ５１０に示されるように、トランシーバ１０２はＳＮＲしきい値を増加させる。好ましい実施例では、２つの変化値が用いられ：１つはＳＮＲしきい値を減少させるためのもの、そして他はＳＮＲしきい値を増加させるためのものである。ＳＮＲしきい値、及び内部ループの活動によって送信信号電力は、エラーの無い(error-free)環境において徐々に縮小されるので、ＳＮＲしきい値を減少させるための変化値は小さい。逆に、ＳＮＲしきい値、及び内部ループの活動によって送信信号電力は、エラーがちな(error-prone) 環境において急激に増加されるので、ＳＮＲしきい値を増加させるための変化値は大きい。
【００３５】
さらに、少なくともあるシステムでは、エラーの存在の有無には関係なく増加が行われた後に、ある番号のフレームがＳＮＲしきい値を急激に変えることは一般に望ましくないことが分かった。従って、１実施例では、ＳＮＲにおける最初の増加は、丁度ここに記述されたように、ある番号のエラー無しフレームの後でフレームエラーに遭遇する時に発生するが、しかし事前に選択された番号のフレームＺのためにはこの調整の後追加の増加が発生することは許されない。すなわち、フレームエラーの検出か否かは、Ｚフレームまたはフレーム周期までのしきい値における後続の増加が１つの増加の後に起こったのを選択するためのメカニズムを供給しない。これは質の歴史チェッキングのステップ５０８としきい値調整のステップ５１０との間に位置するオプションのステップ５１２により示される。ステップ５１２では、チェックは、最後のＳＮＲしきい値増加以後、Ｚデータフレームが処理されたか否かを見るためになされる。この処理ステップのためのフレームカウント(frame count) は初めにＺに等しく設定され、セット／リセットのステップ５１４に示されるように、最初に調整はそれが作られることを要求される。続いて起こる調整はその後フレームカウントから決定されるであろう。
【００３６】
Ｚフレームがまだ処理されなかったかまたは通過された(passed through)ときは何時でも、ステップ５１６に示されるように、各Ｚフレームのため、ＳＮＲしきい値は相当に少ない量を、または低いレートで、減少することが可能である。すなわち、各フレーム周期の間またはその終期でＳＮＲしきい値レベルは漸減され(decremented) または小パーセンテージか少量を、つまり0.004dB のオーダに減少される。当分野の技術者は、希望するように、０ｄＢを含んで他の量が使用されてよいことを容易に認めるであろう。処理はその後測定が続くなどのステップ５１２に戻る。いったん事前に選択されたフレームＺの必要な数に達すると、ＳＮＲしきい値はステップ５１６における漸減の代わりにステップ５１０において再び増加される（またはステップ５０６において減少される）。いったんＳＮＲしきい値の増加が発生すると、ステップ５１２において使用されたフレームカウントはゼロにリセットされ、そして計数の手順はＺフレームが再びパスされるまで新規にされる。
【００３７】
この漸減手順または周期は、先のアクションが取られる前にシステムが“安定する(settle)”ことを可能とし、そして信号状態にもっと予測可能で再現可能な反応を保証する。さらに、あるエラーのバーストは的(bursty)性質及びあるシステム（衛星）または状態において出会った電力増加命令の実施における最小量の遅延のため、電力に対して短期間の要求をするのに役立たない、すなわちりっぱな影響力を持つであろう。しかしながら、少数のフレームを待つことは使用電力量を減らすのに役立つ。
【００３８】
事前に選択した番号のＺフレームが通過した後、ＳＮＲは前のように発生する。前Ｎフレームがエラーを含まないという条件で、エラーの検出はＳＮＲしきい値の増加を再び引き起こす。１実施例では、Ｚは、いかなる追加の増加も発生せずそして漸減が実施される間、ＳＮＲしきい値における増加を発生しまたはそのきっかけとなるフレームの後の６フレームであるように選択される。しかしながら、当分野の技術者は、本発明が使用される通信システムの応答特性に従って他の値が選ばれてよいことを理解するであろう。
【００３９】
図６は本発明の好ましい実施例に従って可変利得内部ダブルループ電力制御ループの動作を描写するフローチャートである。ステップ６０２では、受信器１０８は送信器１０４Ａから受信された信号のフェージングレートを測定する。好ましい実施例に従って、受信器１０８は一連の測定結果(measurements)を生ずるために各フレームのコース(course)によって何度か受信された信号のＳＮＲを測定する。この連続(series)は高速フェージングの存在を示すＳＮＲにおける急変を検出するためにハイパスフィルタに供給される。ステップ６０４に示されるように、“フェージングレート(fading rate)”と呼ばれるハイパスフィルタの出力は、予め定められたフェージングしきい値と比較される。
【００４０】
フェージングレートがしきい値を超えないときは、ステップ６０４から“Ｎ”ブランチにより示されるように、フェージングが高速であると特徴付けられるほど十分に急速ではない。この場合には、ステップ６０６に示されるように、内部ループゲインは予め定められた第１のゲインレベルＧ１に設定される。
【００４１】
フェージングの高周波内容がしきい値を超えると、ステップ６０４内に“Ｙ”ブランチにより示されるように、フェージングが高速と特徴付けられるのに十分に急速である。この場合には、ステップ６０８に示されるように、内部ループゲインは予め定められた第２のゲインレベルＧ２に設定される。どちらの場合も、処理はステップ６０２で続ける。
【００４２】
好ましい実施例では、第１のゲインレベルＧ１は第２のゲインレベルＧ２よりも大きい。言い換えれば、高速フェージングの間に適用される内部ループゲインはその他の状態で適用される内部ループゲインよりも小さい。その結果は、高速フェージングの間は、電力制御ループは高速フェージングに起因する急速な信号電力レベル変動を追跡しようとせず、むしろより低速のフェージングに起因するより低い電力レベル変動を追跡ということである。１実施例では、Ｇ１は約 0.5ｄＢ、そしてＧ２は約0.1ｄＢである。
【００４３】
１実施例では、ユーザ端末はゲートウエイからユーザ端末に送信された信号における高速フェージングを検出する。この実施例では、ユーザ端末は高速フェージング状態をゲートウエイに報告し、ゲートウエイは電力制御ループの内部ループゲインを調整することにより応答する。図１を参照して、信号１１６における高速フェージングはステップ６０４においてトランシーバ１０２により検出される。詳細に上述したように、トランシーバ１０２は信号１１６のＳＮＲにおける変動を評価することにより信号１１６における高速フェージングを検出する。高速フェージングはＳＮＲを評価することにより検出される。送信器１０６はそれから内部ループゲインを調整するために受信器１１０に命令を送信する。この命令に従って、トランシーバ１０４はステップ６０６及び６０８において内部ループゲインを調整する。
【００４４】
もう１つの実施例では、ゲートウエイは、ユーザ端末によりゲートウエイに送信された信号の高速フェージングを検出することによって、ゲートウエイからユーザ端末に送信された信号内に高速フェージングが存在すると推断する。図１を参照して、信号１１６のフェージングレートは、詳細に上述したように、ステップ６０２および６０４で信号１１８におけるＳＮＲの変動を評価することによりトランシーバ１０４によって推断される。トランシーバ１０４はそれからその評価に基づいてステップ６０６および６０８で内部ループゲインを調整する。
【００４５】
好ましい実施例の前の説明は、この分野のいかなる技術者も本発明を製作または使用することを可能とする。これらの実施例へのいろいろな変更は、この分野の技術者にはすぐに明白になるであろうし、ここに定義された包括的な原理は後続の発明を必要とせずに他の実施例に適用されてよい。従って本発明はその中に示された実施例に制限されるつもりはなく、しかしむしろこの中に開示された原理及び新規な特徴と矛盾しない最も広い範囲が許容されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 例示的な通信システムを示すブロック図である。
【図２】 図１のトランシーバをより詳細に示すブロック図である。
【図３】 図１のトランシーバをより詳細に示すブロック図である。
【図４】 本発明の好ましい実施例に従って内部電力制御ループの動作を描写するフローチャートである。
【図５】 本発明の好ましい実施例に従って外部電力制御ループの動作を描写するフローチャートである。
【図６】 本発明の好ましい実施例に従って可変利得内部ダブルループ電力制御ループの動作を描写するフローチャートである。
【符号の説明】
１００…通信システム，１０２…トランシーバー，１０６…送信器，１０８…受信器，１１０…通信システム，１１２…送信機,１１８…逆方向信号，１１６…順方向信号，１２２…チャネル，２１０…データ目的先，２０６…メモリ，２１２…データソース,２０２…測定要素，２１４…ＳＮＲ測定回路，２１６…フレームエラー測定回路,３１０…データ目的先，３１２…データソース，３０８…可変利得増幅器，３０２…測定要素，３１４…ＳＮＲ測定回路，３０４…プロセッサ，３０６…メモリ
Claims (16)
- 受信された、複数のフレームを含む信号の信号対雑音比を測定する手段；
前記信号対雑音比と信号対雑音比しきい値との比較結果に応じて、前記信号を送信したトランシーバの送信電力をループゲインだけ増加または減少させる手段；
受信された前記信号中のフレームのエラーを測定する手段；
（１）現フレームにエラーが存在し、かつ、現フレームより前の予め定められた数のフレームにエラーが存在せず、かつ、前回前記信号対雑音比しきい値を増加させたときから、予め選択された最小の期間が経過しているとき、前記信号対雑音比しきい値を増加させる手段、及び、（２）現フレームにエラーが存在しないとき、または、現フレームより前の予め定められた数のフレームにエラーが存在するとき、前記信号対雑音比しきい値を減少させる手段、を含む、前記信号対雑音比しきい値を調整する手段；
受信された前記信号のフェージングレートを測定する手段；
前記フェージングレートが、予め定められたフェージングレートしきい値以下の時、前記トランシーバがもつ前記ループゲインを第１のループゲインに設定するための手段；及び
前記フェージングレートが、予め定められたフェージングレートしきい値より大きい時、前記トランシーバがもつ前記ループゲインを、第１のループゲインより小さい第２のループゲインに設定するための手段；
を含む装置。 - 前記信号対雑音比しきい値は前記最小の期間の間、予め選択された少量だけ減少される、請求項１の装置。
- 前記増加させる手段は、前記信号対雑音比しきい値を予め定められた量だけ増加させ；及び
前記減少させる手段は、前記信号対雑音比しきい値を前記予め定められた量よりも少ない量を減少させる請求項１の装置。 - 受信された信号の信号対雑音比を測定する手段；
前記信号対雑音比と信号対雑音比しきい値との比較結果に応じて、前記信号を送信したトランシーバの送信電力をループゲインだけ増加または減少させる手段；
前記信号中のフレームのエラーを測定する手段；
現フレーム及び現フレームより前の予め定められた数のフレームのエラーの有無と、前回前記信号対雑音比しきい値を増加させたときから、予め選択された最小の期間が経過しているか否かと、に基づき、前記信号対雑音比しきい値を調整する手段；
前記信号のフェージングレートを測定する手段；及び
（１）前記フェージングレートが、予め定められたフェージングレートしきい値以下の時、前記トランシーバがもつ前記ループゲインを第１のループゲインに設定するための手段、及び、（２）前記フェージングレートが前記フェージングレートしきい値より大きい時、前記トランシーバがもつ前記ループゲインを、前記第１のループゲインより小さい第２のループゲインに設定するための手段、を含む、前記ループゲインを調整する手段；
を含む装置。 - 第１のステーションと第２のステーションとを備えた通信システムで用いられる装置であって、
前記第２のステーションにより送信された、複数のフレームを含む第１の信号の信号対雑音比を測定する手段；
前記信号対雑音比と信号対雑音比しきい値との比較結果に応じて、前記第２のステーションの送信電力をループゲインだけ増加または減少させる手段；
受信された前記第１の信号中のフレームのエラーを測定する手段；
（１）現フレームにエラーが存在し、かつ、現フレームより前の予め定められた数のフレームにエラーが存在せず、かつ、前回前記信号対雑音比しきい値を増加させたときから、予め選択された最小の期間が経過しているとき、前記信号対雑音比しきい値を増加させる手段と、（２）現フレームにエラーが存在しないとき、または、現フレームより前の予め定められた数のフレームにエラーが存在するとき、前記信号対雑音比しきい値を減少させる手段と、を含む前記信号対雑音比しきい値を調整する手段；
前記第１のステーションにより送信された第２の信号のフェージングレートを測定する手段；及び
前記フェージングレートが、予め定められたフェージングレートしきい値以下の時、前記第２のステーションの送信電力の増減量であるループゲインを第１のループゲインに設定し、前記フェージングレートが前記フェージングレートしきい値より大きい時、前記ループゲインを、前記第１のループゲインより小さい第２のループゲインに設定する手段；
を含む装置。 - 前記信号対雑音比しきい値は前記最小の期間の間、予め選択された少量だけ減少される、請求項５の装置。
- 前記増加させる手段は、前記信号対雑音比しきい値を予め定められた量だけ増加させ、
前記減少させる手段は、前記信号対雑音比しきい値を前記予め定められた量よりも少ない量を減少させる、請求項５記載の装置。 - 第１のステーションと第２のステーションとを備えた通信システムで用いられる装置であって、
前記第２のステーションにより送信された第１の信号の信号対雑音比を測定する手段；
前記信号対雑音比と信号対雑音比しきい値との比較結果に応じて、前記第２のステーションの送信電力をループゲインだけ増加または減少させる手段；
受信された前記第１の信号中のフレームのエラーを測定する手段；
現フレーム、及び現フレームより前の予め定められた数のフレームとのエラーの有無と、前回前記信号対雑音比しきい値を増加させたときから、予め選択された最小の期間が経過しているか否かとに基づき、前記信号対雑音比しきい値を調整する手段；
前記第１のステーションにより送信された第２の信号のフェージングレートを測定する手段；及び
（１）前記第２の信号の前記フェージングレートが、予め定められたフェージングレートしきい値以下の時、前記第２のステーションの送信電力の増減量であるループゲインを第１のループゲインに設定する手段と、（２）前記第２の信号の前記フェージングレートが前記フェージングレートしきい値より大きい時、前記第２のステーションの送信電力の増減量であるループゲインを、前記第１のループゲインより小さい第２のループゲインに設定する手段、を含む前記ループゲインを調整する手段；
を含む装置。 - 受信された、複数のフレームを含む信号の信号対雑音比を測定すること；
前記信号対雑音比と信号対雑音比しきい値との比較結果に応じて、前記信号を送信したトランシーバの送信電力をループゲインだけ増加または減少させること；
受信された前記信号中のフレームのエラーを測定すること；
現フレームにエラーが存在し、かつ、現フレームより前の予め定められた数のフレームにエラーが存在せず、かつ、前回前記信号対雑音比しきい値を増加させたときから、予め選択された最小の期間が経過しているとき、前記信号対雑音比しきい値を増加させること；
現フレームにエラーが存在しないとき、または、現フレームより前の予め定められた数のフレームにエラーが存在するとき、前記信号対雑音比しきい値を減少させること；
受信された前記信号のフェージングレートを測定すること；及び
前記フェージングレートが、予め定められたフェージングレートしきい値以下の時、前記トランシーバがもつ前記ループゲインを第１のループゲインに設定すること；及び
前記フェージングレートが、予め定められたフェージングレートしきい値より大きい時、前記トランシーバがもつ前記ループゲインを、第１のループゲインより小さい第２のループゲインに設定すること；
を含む方法。 - 前記信号対雑音比しきい値は前記最小の期間の間、予め選択された少量だけ減少される、請求項９の方法。
- 前記増加させることは、前記信号対雑音比しきい値を予め定められた量を増加させ、
前記減少させることは、前記信号対雑音比しきい値を前記予め定められた量よりも少ない量を減少させる、請求項９の方法。 - 受信された信号の信号対雑音比を測定すること；
前記信号対雑音比と信号対雑音比のしきい値との比較結果に応じて、前記信号を送信したトランシーバの送信電力をループゲインだけ増加または減少させること；
前記信号中のフレームのエラーを測定すること；
現フレーム及び現フレームより前の予め定められた数のフレームのエラーの有無と、前回前記信号対雑音比しきい値を増加させたときから、予め選択された最小の期間が経過しているか否かと、に基づき、前記信号対雑音比しきい値を調整すること；
前記信号のフェージングレートを測定すること；
前記フェージングレートが、予め定められたフェージングレートしきい値以下の時、前記トランシーバがもつ前記ループゲインを第１のループゲインに設定すること；及び
前記フェージングレートが前記フェージングレートしきい値より大きい時、前記トランシーバがもつ前記ループゲインを、前記第１のループゲインより小さい第２のループゲインに設定すること；
を含む方法。 - 第１のステーションと第２のステーションとを含むシステムにおける方法であって、
前記第１のステーションが、前記第２のステーションにより送信された、複数のフレームを含む第１の信号の信号対雑音比を測定すること；
前記第１のステーションが、前記信号対雑音比と信号対雑音比しきい値との比較結果に応じて、前記第２のステーションの送信電力をループゲインだけ増加または減少させること；
前記第１のステーションが、受信された前記第１の信号中のフレームのエラーを測定すること；
現フレームにエラーが存在し、かつ、現フレームより前の予め定められた数のフレームにエラーが存在せず、かつ、前回前記信号対雑音比しきい値を増加させたときから、予め選択された最小の期間経過しているとき、前記第１のステーションが、前記信号対雑音比しきい値を増加させること；
現フレームにエラーが存在しないとき、または、現フレームより前の予め定められた数のフレームにエラーが存在するとき、前記第１のステーションが、前記信号対雑音比しきい値を減少させること；
前記第２のステーションが、前記第１のステーションにより送信された第２の信号のフェージングレートを測定すること；及び
前記フェージングレートが、予め定められたフェージングレートしきい値以下の時、前記第２のステーションの送信電力の増減量である前記ループゲインを第１のループゲインに設定し、前記フェージングレートが前記フェージングレートしきい値より大きい時、前記ループゲインを、前記第１のループゲインより小さい第２のループゲインに設定すること；
を含む方法。 - 前記信号対雑音比しきい値は前記最小の期間の間、予め選択された少量だけ減少される、請求項１３の方法。
- 前記増加させることは、前記信号対雑音比しきい値を予め定められた量だけ増加させ、
前記減少させることは、前記信号対雑音電力比しきい値を前記予め定められた量よりも少ない量を減少させる、
請求項１３記載の方法。 - 第１のステーションと、第２のステーションとを含むシステムにおける方法であって、
前記第１のステーションが、前記第２のステーションにより送信された第１の信号の信号対雑音比を測定すること；
前記第１のステーションが、前記信号対雑音比と信号対雑音比しきい値との比較結果に応じて、前記第２のステーションの送信電力をループゲインだけ増加または減少させること；
前記第１のステーションが、受信された前記第１の信号中のフレームのエラーを測定すること；
前記第１のステーションが、現フレーム及び現フレームより前の予め定められた数のフレームのエラーの有無と、前回前記信号対雑音比しきい値を増加させたときから、予め選択された最小の期間が経過しているか否かとに基づき、前記信号対雑音比しきい値を調整すること；
前記第２のステーションが、前記第１のステーションにより送信された第２の信号のフェージングレートを測定すること；
前記第２の信号の前記フェージングレートが、予め定められたフェージングレートしきい値以下の時、前記第２のステーションの送信電力の増減量である前記ループゲインを第１のループゲインに設定すること；及び
前記第２の信号の前記フェージングレートが前記フェージングレートしきい値より大きい時、前記第２のステーションの前記ループゲインを前記第１のループゲインより小さい第２のループゲインに設定すること；
を含む方法。
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