JP4486752B2 - 無線通信システムにおいて送信電力を加入者ユニットに配分する方法およびシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に無線通信システムに関し、さらに詳しくは無線通信システムにおいて送信電力を加入者ユニット送信するための送信機における送信電力を配分しかつ制限する改良された方法およびシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
典型的な無線通信システムでは、基地トランシーバは無線周波数の通信信号を無線通信システムのカバレージ・エリアに亘って無作為に配置された加入者ユニットへおよびから送信しおよび受信するために用いられる。各加入者ユニットを信頼性のある通信リンクを維持するために、トランシーバは各加入者ユニットのために、個別に選択された異なった電力総量を有する複合信号を送信することが可能である。例えば、図１を参照すると、無線通信システムのサービス・エリア５０は、複数の加入者ユニット５４−６２にサービスする基地局またはトランシーバ５２を含む。これらの加入者ユニットのいくつかは、加入者ユニット５４，５６，６０として図示されているように、音声データまたは他のリアルタイム・データを交換していてもよく、一方他の加入者ユニットは、加入者ユニット５８，６２として図示されているように、非リアルタイム・データをやり取りしていてもよい。ここに用いられているように、「リアルタイム・データ」は保証された到着時間を要求するデータ、または所定の時間総量より大きく遅延すると有用でなくなるデータとして定義される。リアルタイム・データは、デジタル化された音声，ビデオ・データ，リアルタイムで動作を制御するために用いられるセンサからのデータ，および他の類似のデータを含む。非リアルタイム・データは、ウェブ・ページまたはファイル転送プロトコル（FTP）セッション中に転送された他のファイル，一度全ファイルが転送されたら再生することが意図されたオーディオまたはビデオ・データ，および他の類似したデータを表現するインターネットからのデータを含めることができる。
【０００３】
図１に示されるように、加入者５４−６２は、それぞれ異なった送信電力を要求し、このような電力はトランシーバ５２によって配分される。加入者ユニットに配分された電力に影響を与える要因の１つは、トランシーバ５２からの距離である。図１に示されるように、加入者ユニット５４に配分された電力は、典型的には、無線通信システムのサービス・エリア５０の外縁上にある加入者ユニット６０に配分された電力より小さい。もう１つ比較すると、加入者ユニット６２は、トランシーバ５２への距離の差から、加入者ユニット５８より大きな電力が配分される。
【０００４】
加入者ユニットへ配分される全電力に影響する他の要因は、加入者ユニットとトランシーバとの間の伝搬経路にある減衰物体の存在である。例えば、図１において、ビルディング６４が加入者ユニット５６とトランシーバ５２との間に横たわっている。ビルディング６４は、信号を減衰させる結果、トランシーバ５２は、信頼性のある通信を確保するために、より多くの電力を加入者５６に配分しなければならない。
【０００５】
配分された電力に影響する第３の要因は、通信リンクのデータ速度である。一般に、ボイス・コールの加入者ユニットは、非リアルタイム・データを受信する加入者ユニットより少ない電力配分で済む。これは、非リアルタイム・データがむしろ非常に高いデータ速度で送信されるからであり、それ故に受信加入者ユニットでのビット当たり要求されるエネルギを維持するためにより高い電力配分を必要とする。ボイス・コールの典型的なビット速度は4Kbpsであるのに対し、非リアルタイム・データ・コールに対するビット速度は64Kbpsである。
【０００６】
加入者ユニットの数が変化し、送信機からの距離が変化し、かつデータのタイプおよび減衰物体の位置が変化する通信システムでは、トランシーバは、いくつかの場合、送信することのできるより多くの電力を送信するよう問い合わされることがある。このように、各トランシーバは、越えるべきではない最大トランシーバ電力を有する。従来の技術では、最大トランシーバ電力を越える送信は、そのトランシーバによって同時にサービスされる加入者ユニットの数を制限することにより避けられた。利用者数の制限は、大電力増幅の選択と結合して、最大トランシーバ電力を越えないであろう設計余裕および統計的予測を与える。この解決法は最適ではない、なぜなら設計余裕は送受信機にダメージを与えないで、システム運営者に利益をもたらすために用いられる容量であるからである。
【０００７】
送受信機を保護する他の方法は、トランシーバ内の温度に敏感な部品の温度を測定し、かつもしこれらの部品が最大温度を越える場合、トランシーバの動作を遮断することである。この解決法は、望ましくない、なぜなら多くの呼が遮断され、トランシーバが冷却し安全な動作温度に戻るまでの間、加入者はイライラするからである。
【０００８】
したがって、無線通信システムにおける複数の加入者ユニットにサービスを提供するトランシーバの送信電力を配分する改良された方法およびシステムに対する必要性が存在し、その電力配分法は許される制限の範囲で多くの加入者サービスを保持しながら、トランシーバを保護する。
【０００９】
新規の特質であると信じられる本発明の特徴は添付の請求項に表わされている。しかしながら、好適な使用モード、目的およびその利点と同様に本発明自身は、次の図示した実施例の詳細な記述を参照して、添付する図面と共に読むと最もよく理解されるであろう。
【００１０】
【実施例】
さて、図２を参照して、本発明の方法およびシステムの動作を描く高レベルの論理フローチャートが示される。描かれた実施例に示されるように、このプロセスはブロック１００で開始し、その後ブロック１０２へ進むが、そのプロセスは各加入者ユニットに対し優先度および要求電力を決定する。加入者ユニットの優先度は、１つまたはそれ以上の要因、例えば加入者ユニットがリアルタイムまたは非リアルタイム・データを受信するために設定されているかどうか、利用者がシステム・オペレータと接触したサービスの程度、利用者ユニットが緊急事態で動作しているのどうか、および他の同種の要因に基づくことが認められる。
【００１１】
加入者ユニットの要求電力は、加入者ユニットからの直接の要求によって決められてもよく、またはフレーム消去率（FER:Frame Erase Rate）のような数値を検査することによって非直接的に決められてもよい。
【００１２】
次に、プロセスは、ブロック１０４に示されるように、全要求電力が最大トランシーバ電力を越えるかどうかを評価する。全要求電力は、そのトランシーバによってサービスされる各加入者ユニットによって要求される全電力の総和である。最大トランシーバ電力は、トランシーバがその回路に損傷を与えずあるいは他の傷害を起こさずに安全に送信できる最大電力である。全要求電力がその最大トランシーバ電力を越えない場合、プロセスはブロック１０２へ周期的に戻り、過電力状態を監視する。
【００１３】
全要求電力が最大トランシーバ電力を越えていることを評価すると、プロセスは、ブロック１０６に示されるように、必要とされる電力限界の総量を評価し、全トランシーバ送信電力を最大トランシーバ電力以下に削減する。
【００１４】
次に、プロセスは、ブロック１０８に示されるように、加入者ユニットの優先度に従って加入者ユニットをグループ分けする。その後、プロセスは、ブロック１１０に示されるように、各加入者ユニットからの要求送信電力の総量に従って、各優先度グループをソート（並べ替えを）する。
【００１５】
必要とされる電力制限を評価し、加入者を優先度のグループに分離し、そして要求電力に従って各グループをソートした後、プロセスは、配分された電力制限を有する１つまたはそれ以上の加入者ユニットを選択する。ブロック１１２に示されるように、プロセスは、まず最低の優先度グループ中で最も大きい電力を求めている加入者を選択する。この加入者は、必要とされる電力制限の総量が合致する範囲に、または最大加入者ユニット電力がその加入者ユニットに到達するまで、制限される。1を越える加入者ユニットが必要とされる電力制限に合致するために制限されなければならない場合、加入者ユニットに要求する２番目に大きな電力は、その全トランシーバ送信電力が最大トランシーバ電力より低くなるまで、またはその加入者ユニットが最小加入者ユニット電力に制限されるまで、制限される。この制限のプロセスは、必要とされる電力制限の総量が満足されるまで、または最も低い優先度のグループの全加入者ユニットが最小加入者ユニット電力に制限されるまで、要求された電力の下降順に続く。
【００１６】
最小加入者ユニット電力は好ましくはデータが最小ビット速度で伝送される電力で、それは呼またはデータ・セッションが切断されることなく続くことを保証することに注意されたい。さらに、このような最小ビット速度は加入者ユニットに配分された電力を削減する結果として与えられる。例えば、加入者ユニットの電力が要求した電力を下回り始めると、その加入者ユニットはより高いエラー率を許容することになる。そのエラー率が増加し続けると、加入者ユニットとトランシーバはより低いビット速度で通信することに同意する点に達する。これは、ビット時間が増加するためリンクの信頼性を増し、それによりビット当たりのエネルギ総量を増加させる。
【００１７】
次に、プロセスは、ブロック１１４に示されるように、必要とされる電力制限の総量が最低の優先度グループの１つまたはそれ以上の加入者ユニットを制限することにより満たされるかどうかを評価する。電力制限の総量が満たされた場合、プロセスはブロック１０２に戻り、続いて要求される電力増加の結果として、追加の電力制限が必要とされるかどうかを評価する。必要とされる電力制限の総量がブロック１１４で満たされない場合、プロセスは、ブロック１１２に関して議論したのと同様の方法でより高い優先度グループ中の加入者への電力を制限し始める。この結果、ブロック１１６で示されるように、多くの加入者ユニットが全トランシーバ送信電力を最大トランシーバ電力より低く制限されるまで、より高い優先度グループ中の最小数の最大電力利用者が最小加入者ユニット電力を下回らない電力に制限される。
【００１８】
全ての優先度グループの全加入者ユニットを制限した後、必要とされる電力制限の総量がいまだ満たされていない場合、ブロック１１８，１２０に示されるように、プロセスは、必要とされる電力制限の総量が満たされるまで、最大量の電力を要求する加入者から始めて、最低の優先度グループ中の加入者ユニットを連続して不活性状態に置くことを続ける。最低の優先度の加入者を不活性状態に置いた後、電力制限の総量がいまだ満たされない場合、ブロック１２２，１２４に示されるように、必要とされる電力制限の総量が満たされるまで、プロセスは高優先度の必要数の加入者を不活性状態に置く。
【００１９】
図２には示されていないが、加入者ユニットがより少ない電力を求め、または加入者ユニットがその呼を完了すると、加入者ユニットに割り当てた電力を増加させてよく、その結果最終的に全加入者ユニットは要求した電力総量が割り当てられる。その結果、電力が有効となり、また追加の容量が有効となると、電力制限は、最早その必要性がなくなるので、除かれる。
【００２０】
さて、図３を参照して、図２のフローチャートに示されたプロセスがさらに示される。図２のブロック１０２に関して議論したように、そのプロセスは、まず各加入者ユニットに対して要求された電力の総量を評価する。これは、参照番号２００で図式的に示されるが、加入者ユニット５４−６２（図１を参照）によって要求された電力の総量は、対応する参照番号２５４−２６２で示される。図１を検証することから予期できるように、加入者ユニット５４は、図３の参照番号２５４で示されるように、最小の電力総量を要求している一方、加入者ユニット６２は、図３の参照番号２６２で示されるように、最大の電力総量を要求している。
【００２１】
各加入者によって要求される電力が評価されると、要求された全電力が全ての要求電力を合算することにより算出される。この値は、その後図３に図式的に示されるように、最大トランシーバ電力２０４に比較される。この要求された全電力の総量が最大トランシーバ電力２０４を超える場合、プロセスは、参照番号２０６で示されるように、要求された要求された送信電力に従って加入者ユニットをソートする。
【００２２】
次に、選択された加入者ユニットのために配置された送信電力は、必要とされるレベルで制限され、全トランシーバ送信電力を最大トランシーバ電力２０４以下に削減する。これは参照番号２０８で示され、加入者ユニット６２によって要求される電力は、参照番号３６２で示される配分された電力に制限される。
【００２３】
図３に示される例で、単一の加入者ユニットがその全送信電力を最大トランシーバ電力以下に削減するために制限される。本発明の動作の例として、さらに図４は、参照番号３６２，３６０で示されるように、２つの加入者ユニットが制限される状況を描く。図４において、最大トランシーバ電力２２０は非常に低いため、必要とされる電力制限の総量は加入者ユニット６２への電力だけを制限することにより満たされることがないことに注意されたい。この例では、加入者ユニット６２に配分された電力は最小加入者ユニット電力に制限され、それは加入者ユニット６２への呼を継続し続けるに十分な電力である。必要とされる電力制限の残りの総量は、参照番号３６０で示されるように、加入者ユニット６０へ配分される電力から取られる。
【００２４】
図２のフローチャートおよび図３，４における図示を検討すると、好適な実施例では、最大の送信電力量を求める加入者ユニットが必要とされる加入者ユニットを最小数に抑えるようにまず制限され、最大トランシーバ電力以下に全トランシーバ送信電力を削減する。この理由は、意に反して影響を受ける加入者ユニットを最小にする一方、必要とされる総量によって配分される電力の総量を制限することである。このような加入者における意に反する影響は、データ・フレームを受信する際の遅延または要求した電力の不足に起因する通信特性の劣化を含む。
【００２５】
さて図５を参照して、本発明の方法およびシステムを実施するために用いられるトランシーバが描かれる。図示されるように、トランシーバ４６は、利用者データを受信し、その利用者データを加入者ユニットへ送信するために編集しかつ変調するための複数のチャンネル・プロセッサ４００を含む。
【００２６】
チャンネル・プロセッサ４００の出力は合算器４０２で合算される。合算器４０２に続いて、全加入者からのデータを含む複合データ(composite data)は、無線周波数送信機４０４で逓倍され(up-coverted)、変調され、かつ増幅される。無線周波数送信機４０４の出力は、アンテナ４０６に結合される。
【００２７】
また、アンテナ４０６に結合される電力制御データ受信機４０８は、加入者ユニットからのデータを受信するために用いられ、そのデータはトランシーバ４６における電力を配分するために用いられる。いくつかのシステムでは、このようなデータはトランシーバ４６へ向けられる周期的なビット・ストリームを含み、特定の加入者ユニットに配分された電力をプリセット量によって増加させまたは減少させる。代わって、加入者ユニットは、絶対値電力の設定を要求してもよく、あるいは特定の量の増加または減少を求めてもよい。
【００２８】
電力制御データ受信機４０８は、電力管理４１０に結合され、各加入者ユニットによって要求された電力を追跡し続けるとともに更新する。
【００２９】
電力管理４１０からの出力は、各チャネル・プロセッサ４００中に設けられたチャネル電力制御４１２に結合される。このチャネル電力制御４１２は、特定の加入者ユニットに配分されている電力に応じて利用者データを評価するために用いられてもよい。
【００３０】
電力管理４１０は、また要求電力合算器４１４および電力制限制御４１６に結合される。電力管理４１０によってこれら２つの機能に伝送されるデータは、各加入者ユニットの要求電力を示すデータを含む。要求電力合算器４１４の機能は、全ての要求電力配分を加え、トランシーバ４６によってサービスされる全加入者ユニットに対し全要求電力を出力することである。この出力は全要求電力と最大トランシーバ電力４２０との差を算出するコンパレータ４１８に結合される。最大トランシーバ電力４２０は、プリセット値であってもよく、トランシーバ４６で測定された他の限界値に基づいて算出されてもよい。例えば、最大トランシーバ電力４２０は無線周波数送信機４０４の増幅器で測定された温度から算出されてもよい。
【００３１】
このように、コンパレータ４１８の出力は、無選周波数送信機４０４中の部品を守るために制限されなければならない電力総量を示す。この値は電力制限制御４１６に結合され、それは全トランシーバ送信電力を最大トランシーバ電力以下に削減するために制限された電力を有する加入者ユニットを選択する責任がある。
【００３２】
好適な実施例では、電力制限制御４１６はソータ４２２および最小配分送信電力登録４２４を含む。ソータ４２２は、要求電力のリストをソートするために用いられ、その結果最大の電力総量を要求する加入者ユニットが素早く特定される。最小配分送信電力登録４２４は、それより低くは加入者ユニットが制限されない電力レベルを表わす可変数を格納するために用いられる。この最小配分送信電力値は、トランシーバと加入者ユニットとの間であるデータ伝送を維持できるように、または、呼の欠落を回避するレベルに選択される。しかしながら、いくつかの実施例では、最小配分送信電力はゼロに設定されてもよい。
【００３３】
電力制限制御４１６の出力は、各チャネル・プロセッサ４００中のチャネル電力制限４２６に結合される。チャネル電力制限４２６の目的は、利用者データが合算器４０２に送られる前に利用者データ信号の電力を削減することである。
【００３４】
当業者には明らかであるように、本発明は、マルチキャリアの符合分割多元接続(CDMA)システムに用いられ得る。このようなマルチキャリア・システムでは、加入者ユニットに送信されるデータは同時に複数の周波数で送信され、加入者ユニットはそのデータを集めかつ復調するためにこの周波数の全てを受信する。したがって、マルチキャリア・システムでは、複数の搬送周波数のために用いられる各トランシーバは本発明の方法およびシステムによって独立して保護され得る。このように、いくつかの搬送周波数がマルチキャリアの加入者ユニットによって用いられる複数搬送波のただ１つだけを使用する加入者ユニットを含む場合、ある搬送波上の制限は他の残りの搬送波上に要求される制限と異なっていてもよい。
【００３５】
上記記述を読めば、本発明がトランシーバ内の繊細な回路を保護する一方、無線通信システムの容量を同時に増加させることが明らかとなろう。これは、トランシーバを保護するために先行技術に用いられる設計余裕を実質的に減少させることにより、また追加の利用者にサービスを与えかつ容量を増やすためにこの設計余裕に含まれる容量を用いることにより、効果的に達成される。
【００３６】
本発明の好適な実施例の前記記述は、図示および説明の目的のために提示された。本発明を開示された厳格な形式に固執し限定する目的ではない。修正または変形は上記教示に照らすと可能である。実施例は、本発明の原則およびその具体的な適用例を示す最良の形を提供するために選択されかつ提供され、当業者が様々な実施例および様々な変形にかかる発明を特定の意図された使用に適するように使用することを可能にする。全ての修正および変形は、公正、法的、かつ公平に付与される範囲に従って解釈すると、添付の請求項で示される発明の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 複数の加入者ユニットをサービスするトランシーバを有する無線通信システムのサービス・エリアを示す。
【図２】 本発明の方法およびシステムの動作を示す高レベルの論理フローチャートである。
【図３】 異なる環境における本発明の方法およびシステムの動作をさらに示す。
【図４】 異なる環境における本発明の方法およびシステムの動作をさらに示す。
【図５】 本発明の方法およびシステムに従うトランシーバである。

Claims (14)

1. 無線通信システム中の加入者ユニットに送信電力を配分するためのトランシーバにおける方法において、
   前記トランシーバから加入者ユニットにデータを送信する段階であって、各加入者ユニットは要求送信電力および配分送信電力を有し、前記配分送信電力は前記要求送信電力に基づく、前記段階と、
   全要求電力が最大トランシーバ電力を超えさせる追加の電力配分の要求を検出する段階と、
   全トランシーバ送信電力を前記最大トランシーバ電力より低く削減するために必要な総量だけ制限された送信電力を配分した、最少数の加入者ユニットを決定する段階と、
   前記最少数の加入者ユニットの決定に応答して、配分送信電力を制限するために加入者ユニットを選択する段階と、
   前記全トランシーバ送信電力を前記最大トランシーバ電力より低く削減するために必要とされる総量だけ前記選択加入者ユニットのための配分送信電力を制限する段階であって、前記選択加入者ユニットのための配分送信電力は、前記選択加入者ユニットの進行中の通信セッションを切断しないで継続することを可能とする総量だけ制限する、段階と、
   から構成されることを特徴とする方法。
2. 各選択加入者ユニットは、リアルタイム・データを受信しない加入者ユニットであることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 各選択加入者ユニットは、低い優先度の利用者である加入者ユニットであることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 各選択加入者ユニットは、選択されなかった各加入者ユニットと少なくとも同じ大きさの要求送信電力を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 全要求電力が最大トランシーバ電力を超えさせる追加の電力配分の要求を検出する前記段階は、さらに全要求電力が最大トランシーバ電力を超えさせる追加の電力配分を求める新しい加入者ユニットからの要求を検出する段階を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記制限する段階は、配分された送信電力を最少数の必要とされる選択加入者ユニットに制限し、全トランシーバ送信電力を前記最大トランシーバ電力より低く削減する段階であって、各選択加入者ユニットは最小配分送信電力より低く制限されないことを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 要求送信電力に従って前記加入者ユニットをソートする段階と、
   最大の送信電力を要求する前記加入者ユニットから始めて前記選択加入者ユニットを順に選択する段階と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
8. 無線通信システム中の加入者ユニットに送信電力を配分するためのトランシーバにおいて、
   前記トランシーバから加入者ユニットにデータを送信する手段であって、各加入者ユニットは要求送信電力および配分送信電力を有し、前記配分送信電力は前記要求送信電力に基づく、前記手段と、
   全要求電力が最大トランシーバ電力を超えさせる追加の電力配分の要求を検出する手段と、
   全トランシーバ送信電力を前記最大トランシーバ電力より低く削減するために必要な総量だけ制限された送信電力を配分した、最少数の加入者ユニットを決定する手段と、
   前記最少数の加入者ユニットの決定に応答して、配分送信電力を制限するための加入者ユニットを選択する手段と、
   前記全トランシーバ送信電力を前記最大トランシーバ電力より低く削減するために必要とされる総量だけ前記選択加入者ユニットのための配分送信電力を制限する手段であって、前記選択加入者ユニットのための配分送信電力は、前記選択加入者ユニットの進行中の通信セッションを切断しないで継続することを可能とする総量だけ制限する、手段と、
   から構成されることを特徴とするトランシーバ。
9. 各選択加入者ユニットは、リアルタイム・データを受信しない加入者ユニットであることを特徴とする請求項８記載のトランシーバ。
10. 各選択加入者ユニットは、低い優先度の利用者である加入者ユニットであることを特徴とする請求項８記載のトランシーバ。
11. 各選択加入者ユニットは、選択されなかった各加入者ユニットと少なくとも同じ大きさの要求送信電力を有することを特徴とする請求項８記載のトランシーバ。
12. 全要求電力が最大トランシーバ電力を超えさせる追加の電力配分の要求を検出する前記手段は、さらに全要求電力が最大トランシーバ電力を超えさせる追加の電力配分を求める新しい加入者ユニットからの要求を検出する手段を含むことを特徴とする請求項８記載のトランシーバ。
13. 前記制限する手段は、配分された送信電力を最少数の必要とされる選択加入者ユニットに制限し、全トランシーバ送信電力を前記最大トランシーバ電力より低く削減する手段であって、各選択加入者ユニットは最小配分送信電力より低く制限されないことを特徴とする請求項８記載のトランシーバ。
14. 要求送信電力に従って前記加入者ユニットをソートする手段と、
    最大の送信電力を要求する前記加入者ユニットから始めて前記選択加入者ユニットを順に選択する手段と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項８記載のトランシーバ。

Images