JP4467582B2 - 送信電力制御方法および移動端末装置 - Google Patents
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Description
かかる3GPP仕様における移動通信システムにおいて、基地局2,3および移動端末4,5では所定のエラーレートが得られるように、又、送信電力が過大にならない様に送信電力制御を行っている。図8はかかる送信電力制御(インナーループ電力制御)の説明図で基地局の送信電力を制御する場合を示している。
移動端末4の拡散変調部4aは指定された拡散コードを用いて送信データを拡散変調し、電力増幅器4bは、拡散変調後に直交変調、周波数変換などの処理を施されて入力した信号を増幅してアンテナより基地局2に向けて送信する。基地局の受信部の逆拡散部2aは受信信号に逆拡散処理を施し、復調部2bは受信データを復調する。SIR測定部2cは受信信号と干渉信号との電力比SIRを測定する。比較部2dは目標SIRと測定SIRを比較し、測定SIRが目標SIRより大きければTPC(Transmission Power Control)ビットで送信電力を下げるコマンド(downコマンド)を作成し、測定SIRが目標SIRより小さければTPCビットで送信電力をあげるコマンド(upコマンド)を作成する。目標SIRは例えば、10-3(1000回に1回の割合でエラー発生)を得るために必要なSIR値であり、目標SIR設定部2eより比較部2dに入力される。拡散変調部2fは送信データ及びTPCビットを拡散変調する。拡散変調後、基地局2はDA変換、直交変調、周波数変換、電力増幅などの処理を施してアンテナより移動端末4に向けて送信する。移動端末4の逆拡散部4cは、基地局2から受信した信号に逆拡散処理を施し、復調部4dは受信データ、TPCビットを復調し、該TPCビットで指示されたコマンドにしたがって電力増幅器4bの送信電力を制御する。
図9において、上りリンクのフレームは個別データチャネル (Dedicated Physical Data
Channel:DPDCH)と個別制御チャネル(Dedicated Physical Control Channel:DPCCH)を有している。個別データチャネルDPDCHは、送信データのみを送信し、個別制御チャネルはパイロットPilotやTPCビット情報等の制御データを多重して送信する。上りリンクの1フレームは10msecで、15スロット(slot#0〜slot#14)で構成されている。個別制御チャネルDPCCHの各スロットは10ビットで構成され、シンボル速度は15ksps一定であり、パイロットPILOT、送信電力制御データTPC、トランスポート・フォーマット・コンビネーション・インジケータTFCI、フィードバック情報FBIを送信する。
図10において、下りリンクのフレームは、1フレーム=10msec、15スロット#0〜#14で構成され、スロット毎に、第1データ部Data1、第2データ部Data2を送信する個別物理データチャネルDPDCHと、PILOT、TPC、TFCIを送信する個別物理制御チャネルDPCCHとを時分割多重する構成を有している。
アップリンクULの送信電力制御は、該アップリンクで送信されるパイロット信号等を基に行われるが、上記第4世代移動体通信システムにおいて送信中断期間において該パイロット信号の送信が行なわれるとは限らない。このため、アップリンクでのパケット伝送が行われない送信中断期間において、アップリンク送信電力制御の連続性が失われ、データパケットの送信再開時における送信電力が不適切な値になる問題が発生する。
データパケット再開時にも適切な送信電力で送信を行なうようにするために、図11に示すように移動端末4はパケットを送信しない時でも(送信中断区間A)、アップリンクULでパイロット信号(更に状況によっては制御信号)を基地局2へ送り続け、同時に、基地局2からTPCコマンドを受信し続けなければならない。しかし、かかる方法では、無線区間の有効利用を図れない問題が生じる。
また、データパケット再開時に、仕様で定められている送信電力値を使用することが考えられる。しかし、実際に必要としている値から大きく離れてしまう可能性が生じる。この場合、仕様で定められている送信電力値が実際に必要とされる値よりも小さければ、データパケット送信再開時に送信したデータパケットを基地局が正しく受信復号できなくなる問題が生じ、逆に実際に必要とする値よりも大きければ、基地局が受信復号を成功する可能性は高まるが、過剰パワーによる干渉発生が大きくなる問題が生じる。
送信電力=直前の送信電力+TPC×Δ ただし、Δ:増減ステップ幅
により決定する場合、増減ステップ幅Δを環境条件や端末移動速度に応じて変化させるもので、例えば端末移動速度が速い時はΔを大きくする。
しかし、従来技術1は、送信中断開始時と送信再開時の通信状況を考慮して、該送信再開時における送信電力を決定するものではないため、送信再開時に適切な送信電力で送信できない問題が生じる。特に、中断してから再開するまでの期間が長いほど上式における送信電力は信頼度が小さくなる。
P06=P05+Poffset
Poffset=f(P01,P02,P03,P04,P05) あるいは
Poffset=f(P01,P02,P03,P04,P05,TPC1,TPC2,TPC3,TPC4,TPC5)
により決定するものである。ただし、f(・)は・を変数とする関数である。
しかし、この方法は、送信中断期間が短い(例えば5−6ms以下)状況を想定してお
り、送信中断直前のある一定区間の送信電力あるいは送信電力コマンド値を使用するものであるため、送信再開時に適切な送信電力で送信できない問題が生じる。特に、中断してから再開するまでの期間が長いほど上式における送信電力は信頼度が小さくなる。
以上から本発明の目的は、アップリンクのデータパケット送信が中断している間にTPCコマンドを受信しなくても(あるいは、基地局がTPCコマンドを送信しなくても)、送信再開時に適切な送信電力でアップリンクのデータパケットの送信を再開できるようにすることである。
第1の送信電力制御方法は、基地局からタイムスロット毎に送信される共通パイロット信号の受信レベルを測定するステップ、基地局への信号送信中断時、直前のタイムスロットにおける送信電力と前記受信レベルを保存するステップ、基地局への送信再開時、該送信再開時における共通パイロット信号の受信レベルと前記保存してある送信中断時の受信レベルとの差を、前記保存してある送信中断時の送信電力に加算し、該加算により得られた電力を送信再開時における信号の送信電力とするステップを有している。
第2の送信電力制御方法は、基地局からタイムスロット毎に送信される共通パイロット信号の受信レベルを測定すると共に、タイムスロット毎に複数タイムスロット分の該受信レベルの移動平均を算出するステップ、基地局への送信中断時、直前のタイムスロットにおける送信電力と前記移動平均を保存するステップ、基地局への送信再開時、該送信再開時における移動平均と前記保存してある送信中断時の移動平均との差を、前記保存してある送信中断時の送信電力に加算し、該加算により得られた電力を送信再開時における信号の送信電力とするステップを有している。
第1、第2の送信電力制御方法は、更に、基地局から移動端末へのダウンリンクのRF信号周波数と移動端末から基地局へのアップリンクのRF信号周波数の差に応じて前記送信再開時における信号の送信電力を補正するステップを有している。
第1、第2の送信電力制御方法は、更に、移動端末の移動速度を推定するステップ、該移動速度に基づいて前記移動平均を算出するタイムスロット数を制御するステップを有している。
第1の移動端末は、基地局からタイムスロット毎に送信される共通パイロット信号の受信レベルを測定する受信レベル測定部、基地局への信号送信中断時、直前のタイムスロットにおける送信電力と前記受信レベルを保存する記憶部、基地局への送信再開時、該送信再開時における共通パイロット信号の受信レベルと前記保存してある送信中断時の受信レベルとの差を、前記保存してある送信中断時の送信電力に加算し、該加算により得られた電力を送信再開時における信号の送信電力とする送信電力決定部を備えている。
第2の移動端末は、基地局からタイムスロット毎に送信される共通パイロット信号の受信レベルを測定し、タイムスロット毎に複数タイムスロット分の該受信レベルの移動平均を算出する移動平均算出部、基地局への送信中断時、直前のタイムスロットにおける送信電力と移動平均を保存する記憶部、基地局への送信再開時、該送信再開時における前記移動平均と前記保存してある送信中断時の移動平均との差を、前記保存してある送信中断時の送信電力に加算し、該加算により得られた電力を送信再開時における信号の送信電力とする送信電力決定部を備えている。
第1、第2の移動端末は、更に、基地局から移動端末へのダウンリンクRF信号周波数と移動端末から基地局へのアップリンクのRF信号周波数の差に応じて前記送信再開時における信号の送信電力を補正する補正部を備えている。
第1、第2の移動端末は、更に、移動端末の移動速度を推定する移動速度推定部を備え、前記移動平均算出部は該移動速度に基づいて前記移動平均を算出するためのタイムスロット数を変更する。
本発明によれば、アップリンクのデータパケット送信が中断している間にTPCコマンドを受信しなくても、適切な送信電力でデータパケットの送信を再開できる。また、本発明によれば、無線区間の有効利用を図ることができ、しかも、送信再開時に基地局がデータパケットを正しく受信できる確率が高くなり、更には、過剰パワーによる干渉発生を防止することができる。
(a)構成
図1は本発明の送信電力制御機能を備えた移動端末の要部構成図、図2はアップリンク、ダウンリンクの送受信信号説明図である。
図2に示すように、基地局50は、図7の従来技術と同様に、移動端末10から受信した個別パイロット信号に基づいて受信品質を測定し、該測定受信品質が目標受信品質に近づくようにスロット毎にTPCビット(TPCコマンド)を作成して個別物理チャネルを介して移動端末10に送信する。また、基地局50は共通パイロットチャネルCPICHを介して常時、共通パイロット信号を送信する。
移動端末10の送受信アンテナ11(図1)は基地局50から送信された信号を受信し、分波器12を介して受信信号を無線部13に入力する。無線部13はRF信号の周波数を
べースバンド周波数にダウンコンバートした後、直交復調して逆拡散・復号部14とパイロット信号抽出部15に入力する。逆拡散・復号部14は所定の拡散コードで逆拡散すると共に逆拡散結果に復号処理を施して個別物理チャネルの受信データ、制御データ(TPCコマンド等)を出力する。また、パイロット信号抽出部15は所定の拡散コードで逆拡散して共通パイロットチャネルCPICHにより基地局から送信されている共通パイロット信号を抽出して移動平均算出部16に入力する。移動平均算出部16は、基地局からスロット毎に送信された共通パイロット信号の受信レベルを測定し、最新nスロット分の受信レベルの移動平均Pavrをスロット毎に算出して送信電力決定制御部17に入力する。なお、移動平均Pavrは、最新nスロット分の受信レベルをPo1〜Ponとすれば、
Pavr=(Po1+P02+…+Pon)/n
である。
送信電力決定制御部17は、通信開始時、送信電力PUPを仕様で規定した送信電力値とし、また、送信中は次式
PUP=直前スロットの送信電力PUP+Δ・TPC (1)
により送信電力を決定する。なお、TPCは−1,0,+1のいずれかの値をとり、Δは増減ステップ幅である。また、送信電力決定制御部17は、送信再開時における送信電力を計算できるように、送信中断に際して中断直前のスロットにおける送信電力PUPをPUP OLDとしてメモリ18に記憶すると共に、移動平均Pavrを
PavrOLDとしてメモリ18に保存する。そして、基地局への送信再開時に送信電力決定制御部17は、該送信再開時における最新の移動平均Pavrとメモリ18に保存してある送信中断時の移動平均PavrOLDとの差Poffsetを求め、ついで、該差Poffsetをメモリ18に保存してある送信中断時の送信電力PUP OLDに加算することにより送信再開時における送信電力PUPを決定する。すなわち、送信電力決定部17は、次式
Poffset=Pavr−PavrOLD (2)
PUP=PUP OLD+Poffset (3)
により、送信再開時における送信電力PUPを決定して送信電力制御部19に入力する。
送信電力制御部19は入力された送信電力で送信するよう無線部20の図示しない電力増幅器のゲインを制御する。送信信号処理部21は送信データに誤り訂正復号処理等の処理を施し、拡散変調部22は送信データ及び制御データのそれぞれを所定の拡散コードを用いて拡散処理し、それぞれを直交信号として無線部20に入力する。無線部20は直交変調、周波数変換、電力増幅制御を行って分波器12、アンテナ11を介して基地局に向けてデータを送信する。
図3はダウンリンクDLにおける共通パイロット信号の受信レベル説明図で、横軸は時間、縦軸は受信レベルである。受信レベルは基地局と移動端末間の距離により増減し、距離が短いほど受信レベルが大きくなる。又、受信レベルはフェージング環境により変動する。従って、たとえば移動端末が基地局から遠ざかる時、受信レベルは図3の曲線Aで示すようにフェージング環境により変動しながら全体的に時間と共に右下がりになる。受信レベルの変動は曲線Bで示すように移動平均することにより小さくすることができる。以上から、移動平均算出部16はスロット毎に、最新の所定スロット分の受信レベルを用いて移動平均Pavrを演算して送信電力決定制御部17に入力する。なお、受信レベルが変動しない環境、あるいは変動がわずかな環境では、移動平均算出部16は移動平均する必要がなく瞬時の受信レベルを送信電力決定制御部17に入力するように構成することもできる。
アップリンクULとダウンリンクDLのフェージング環境はアップリンクの送信周波数fULとダウンリンクDLの送信周波数fDLが異なると同じにならない。しかし、fUL=1.9GHz、fDL=2.1GHzのように周波数比((fDL−fUL)/fDL)が所定差以下(約10%以下)の場合には基地局と移動端末の受信レベルの平均値はほぼ同じとみなせる。従って、移動端末
における送信再開時と送信停止時における受信レベルの平均値の差Poffsetは、基地局が移動端末から受信する受信レベルの送信再開時と送信停止時における平均値の差と見なすことができる。そして、中断してなければ、このPoffsetに相当する電力の増減を基地局は移動端末にTPCビットで指示していると推定できる。
以上から、本発明では上記平均値の差(移動平均差)Poffsetを(2)式により計算し、(3)式にしたがって送信再開時の送信電力PUPを決定する。図3の例では、送信再開時刻t20における移動平均Pi20と送信中断時刻t5における移動平均Pi5との差Poffset(負)を送信中断時刻t5における送信電力に加えて送信再開時刻の送信電力PULとする。すなわち、送信再開時刻の送信電力を送信中断時の送信電力PUPOLDより|Poffset|下げて、移動端末は送信を再開する。 ここで、ダウンリンクとアップリンクの周波数差を考慮し、(2)式により計算されるPoffsetの値を補正することも可能である。通常の無線伝搬環境は見通し外伝搬であることが多く、基地局と端末間の無線伝搬損失とRF周波数の関係を一意に定義するのは容易ではなく実験結果に基づく近似式で表現することが多い。例えば、fUL/fDLをPoffsetに対し乗算することで、簡易的に補正を行なうことが可能である。
図4は本発明の移動端末における送信電力決定制御処理フローである。
通信開始時、移動端末の送信電力決定制御部17は、仕様で規定されている送信電力を送信電力PUPとして送信電力制御部19に入力し(ステップ101)、送信電力制御部19は該送信電力PUPで信号(パケット、パイロット、制御データ)を基地局へ向けて送信する(ステップ102)。すなわち、通信開始時は、現行3GPPシステムで採用されているように、既定仕様値に基づく送信信号出力初期値を用いて送信を開始する。
以上と並行して移動平均算出部16は、最新nスロット分のダウンリンク共通パイロット信号の受信レベルを用いてスロット毎に移動平均を算出し、送信電力決定制御部17に入力する(ステップ103)。
送信中、送信電力決定制御部17は、基地局からスロット毎にTPCコマンドを受信しているから、スロット毎に次式
PUP=(直前スロットの送信電力PUP)+Δ・TPC
により送信電力PUPを決定する(ステップ104)。
ついで、送信電力決定制御部17はパケット送信継続か、パケット一時送信中断か、送信完了になったかを送信制御部(図示せず)からの信号により判別し(ステップ105)、送信完了であれば処理を終了し、パケット送信継続中であればステップ104において決定した送信電力PUPを送信電力制御部19に入力する。送信電力制御部19は該送信電力PUPで信号(パケット、パイロット、制御データ)を基地局へ向けて送信する(ステップ102)。以後、ステップ103以降の処理を繰返す。
以後、最新の移動平均Pavrを計算すると共に(ステップ107)、パケット送信再開になったか監視し(ステップ108)、パケット送信再開にならなければステップ107以降の処理を繰返し、パケット送信再開になれば、送信再開時における送信電力PUPを(2),(3)式に従って決定して送信電力制御部19に入力する(ステップ109)。送信電力制御部19は該送信電力PUPで信号(パケット、パイロット、制御データ)を基地局へ向けて送信し(ステップ102)、以後、ステップ103以降の処理を繰返す。
以上第1実施例によれば、アップリンクのデータパケット送信が中断している間にTPCコマンドを受信しなくても、適切な送信電力でデータパケットの送信を再開できる。また、第1実施例によれば、無線区間の有効利用を図ることができ、しかも、送信再開時に基地局がデータパケットを正しく受信できる確率が高くなり、更には、過剰パワーによる干渉発生を防止することができる。
図5は本発明の第2実施例の構成図であり、第1実施例と同一部分には同一符号を付している。第1実施例と異なる点は、基地局から移動端末へのダウンリンクDLのRF信号周波数と移動端末から基地局へのアップリンクULのRF信号周波数の比に応じて送信再開時における信号の送信電力PUPを補正するUL/DL周波数比補正部31を設けた点である。
ダウンリンクDLのRF信号周波数とアップリンクULのRF信号周波数に差があっても、該周波数間の比が小さければ、基地局と移動端末の受信レベルの移動平均値Pavrはほぼ同じになり、(2)、(3)式に基づいて送信再開時における送信電力を決定できる。しかし、周波数比が大きくなると、伝播損失が若干異なり基地局と移動端末における受信レベルの移動平均値Pavrに差が生じ、送信電力PUPを正しく計算できなくなる。
そこで、UL/DL周波数比補正部31は周波数比の大きさに基づいて(2)、(3)式により計算された送信電力PUPを補正する。補正方法としては、例えば、fUL/fDLをPoffsetに対し乗算することで、補正を行なう。
第2実施例によれば、ダウンリンクDLのRF信号周波数とアップリンクULのRF信号周波数との比の大きさに基づいて送信電力PUPを補正するようにしたから、周波数差が大きくなっても正しい送信電力PUPを計算して送信再開を行なうことができ、送信再開時に基地局がデータパケットを正しく受信できる確率が高くなり、更には、過剰パワーによる干渉発生を防止することができる。
図6は本発明の第3実施例の構成図であり、第1実施例と同一部分には同一符号を付している。第1実施例と異なる点は、共通パイロット信号の受信レベルの平均化を行なう際の平均数(スロット数)を可変にする点である。フェージング環境(フェージング周波数)は移動端末の移動速度に従って変動し、共通パイロット信号の受信レベルは移動速度が速くなるほど大きく変化する。そこで、移動端末の移動速度が遅い場合には、移動平均計算に使用するスロット数を少なくし、移動速度が速ければ移動平均計算に使用するスロット数を多くする。
このようにすれば、移動速度が遅ければ移動平均の計算に使用するスロット数を少なくして正確で、かつ即応性に優れた制御ができ、又、移動速度が速ければ移動平均計算に使用するスロット数を多くして正確な制御ができる。
以上より、速度測定部41のドプラー周波数推定部41aは、共通パイロット信号を用いてドプラー周波数を推定し、端末移動速度推定部41bは該推定されたドプラー周波数に基づいて移動端末の移動速度を推定し、移動平均算出部16に入力する。移動平均算出部16は、移動端末の移動速度が応じて移動平均計算に使用するスロット数を制御する。
Claims (5)
- 基地局において移動端末から受信した信号に基づいて所定のタイムスロット毎に電力制御データを作成して該移動端末に送信し、該移動端末において該電力制御データに基づいて該基地局に対する信号の送信電力を制御する送信電力制御方法において、
基地局からタイムスロット毎に送信される共通パイロット信号の受信レベルを測定し、
基地局への信号送信中断時、直前のタイムスロットにおける送信電力と前記受信レベルを保存し、
基地局への送信再開時、該送信再開時における共通パイロット信号の受信レベルと前記保存してある送信中断時の受信レベルとの差を、前記保存してある送信中断時の送信電力に加算し、該加算により得られた電力を送信再開時における信号の送信電力とする、
ことを特徴とする送信電力制御方法。 - 基地局において移動端末から受信した信号に基づいて所定のタイムスロット毎に電力制御データを作成して該移動端末に送信し、該移動端末において該電力制御データに基づいて該基地局に対する信号の送信電力を制御する移動端末において、
基地局からタイムスロット毎に送信される共通パイロット信号の受信レベルを測定する受信レベル測定部、
基地局への信号送信中断時、直前のタイムスロットにおける送信電力と前記受信レベルを保存する記憶部、
基地局への送信再開時、該送信再開時における共通パイロット信号の受信レベルと前記保存してある送信中断時の受信レベルとの差を、前記保存してある送信中断時の送信電力に加算し、該加算により得られた電力を送信再開時における信号の送信電力とする送信電力決定部、
を備えたことを特徴とする移動端末。 - 基地局において移動端末から受信した信号に基づいて所定のタイムスロット毎に電力制御データを作成して該移動端末に送信し、該移動端末において該電力制御データに基づいて該基地局に対する信号の送信電力を制御する移動端末において、
基地局からタイムスロット毎に送信される共通パイロット信号の受信レベルを測定し、タイムスロット毎に複数タイムスロット分の該受信レベルの移動平均を算出する移動平均算出部、
基地局への送信中断時、直前のタイムスロットにおける送信電力と前記移動平均を保存する記憶部、
基地局への送信再開時、該送信再開時における移動平均と前記保存してある送信中断時の移動平均との差を、前記保存してある送信中断時の送信電力に加算し、該加算により得られた電力を送信再開時における信号の送信電力とする送信電力決定部、
を備えたことを特徴とする移動端末。 - 基地局から移動端末へのダウンリンクのRF信号周波数と移動端末から基地局へのアップリンクのRF信号周波数の比に応じて前記送信再開時における信号の送信電力を補正する補正部、
を備えたことを特徴とする請求項2又は3記載の移動端末。 - 移動端末の移動速度を推定する移動速度推定部、
を備え、前記移動平均算出部は該移動速度に基づいて前記移動平均を算出するためのタイムスロット数を変更する、
ことを特徴とする請求項3記載の移動端末。
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