JP4557431B2 - Ｄｓ／ｃｄｍａセルラー・システムにおいてソフト・ハンドオフ中に電力制御コマンドを結合するシステムおよび方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にＤＳ／ＣＤＭＡ無線システムに関し、特にＤＳ／ＣＤＭＡ無線システムにおいて、移動局がソフト・ハンドオフ状態にあり２つ以上の基地局から電力制御コマンドを受信しているときに、移動局の出力電力を制御することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＳ-９５Ａ規格によって定められるようなセルラーＣＤＭＡシステムにおいては、サービス・モバイル・ユーザには複数の基地局が割り当てられる。基地局のカバーするエリアはセルとして知られている。セルは、典型的に重なり合う。通話中のモバイル・ユーザは、セルの端の方へ移動することがあり、従って２つ以上のセルが重なり合う領域に入ることがある。
【０００３】
基地局は、移動局から受信される信号の電力レベルを監視して、各移動局にその電力を増加するかまたは減少するように指示して、通信の維持に十分でありかつ他の移動局からの送信との干渉を排除するのに十分低いレベルの電力を供給することができる。
【０００４】
「ハンドオフ」プロシージャは、1つの基地局から別の基地局へとモバイル・ユーザを受け渡すための技術として当分野において周知である。移動局が現在の基地局との伝送を切断し、「ゼロから」新しい基地局との伝送を再開するとき、移動局は「ハード・ハンドオフ」を経ると言う。移動局がそのハンドオフに含まれる２つ以上の基地局と同時に通信することができる場合は、「ソフト・ハンドオフ」という。この場合、基地局の各々が移動局に電力制御コマンドを送信する。
【０００５】
移動局がこれら複数の電力制御コマンドに応答するための従来の方法は、基地局の何れかが電力の減少を要求する場合は電力を減少させ、全ての基地局が電力の増加を要求する場合にのみ電力を増加させるというものである。これは一般に「オア・オブ・ザ・ダウンズ（or of the downs）」ルールとして知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
無線伝送においては、基地局と移動局の間に信頼性の高い通信リンクを維持する際に、様々な困難に遭遇する。しばしば遭遇する困難のうちの1つは、無線伝送環境の性質と移動局の移動性のために起こる、時間変化する受信信号強度変動であり、これはフェージングとして知られている。フェージングチャネルにおいては、下りリンク（基地局から移動局へ）または上りリンク（移動局から基地局へ）のいずれかの無線リンク接続の一部が強くなることもあるし、他の一部が弱くなることもある。さらに、下りリンクおよび上りリンクにおけるマルチパス・フェージングは、リンクの時間変化する性質によって異なることもある。
【０００７】
上りリンクにおける電力を制御するために、電力制御コマンドは下りリンクに符号化されない状態で送信されて、符号化された情報の復号化に伴う遅延を回避する。従って、これらのコマンドの誤り率は情報ビットの誤り率より相対的に高い。従来のＤＳ／ＣＤＭＡセルラー・システムにおいては、良好な接続とみなされる接続として典型的な電力制御ビットの誤り率がおよそ５％となるように下りリンクが設計される。下りリンクにおける受信信号強度が公称操作信号強度より弱い場合、このレートはさらに高い値になりうる。電力制御ビットが特別な電力で送信される場合、この誤り率はさらに低い値になりうる。従って、(i)従来の「オア・オブ・ザ・ダウンズ」結合方法と、(ii)この５％誤り率を用いては、たとえ全ての基地局が電力の増加を要求したとしても、ただ１つの電力制御コマンドビットの伝送におけるエラーのために、移動局は誤ってその送信電力を減少させてしまう可能性がある。
【０００８】
電力制御コマンドが移動局で誤って解釈され、移動局が望ましい方向とは逆方向に動作するとき、他の移動局からの信号との干渉を増大させるおそれがあるので、システム容量に対するその影響は重大なものとなりうる。1つの基地局が受け持つ移動局（またはモバイル・ユーザ）の有効数が減少したり、またはサービスの品質が劣化したりする可能性がある。さらに、必要とされるより高い品質の信号を維持しようとして、移動局がその限られたバッテリの電力を不必要に消費する可能性がある。
【０００９】
大きなトラフィックを有するセルラーＣＤＭＡシステムは、干渉が限定的であることが知られている。干渉の低減はシステム容量の増加に結び付く。干渉を低減するための方法の１つは、電力制御によるものである。電力制御は、下りリンク（基地局から移動局へ）及び上りリンク（移動局から基地局へ）の双方において使用される。上りリンク電力制御は２つの部分からなる。すなわち開ループと閉ループである。開ループは、通常両方のリンク（下りリンクおよび上りリンク）において相反する距離の差とシャドウイングの影響を補償するために使用される。マルチパス・フェージング条件は下りリンク及び上りリンクから独立しているので、基地局はフェージング補償（閉ループ）のためにその電力を調節する方法を移動局に伝える必要がある。
【００１０】
移動局から受信したビット・エネルギー/ノイズスペクトル密度（Ｅｂ/Ｎｏ（広く使われている信号対雑音比））が目標Ｅｂ/Ｎｏより高い場合は、基地局はその送信電力を減少させるように移動局に要求する電力制御コマンドを送信し、また逆に移動局から受信したＥｂ/Ｎｏが目標Ｅｂ/Ｎｏより低い場合は、基地局はその送信電力を増加させるように移動局に要求する。一般に１ビットのコマンドがこの目的のために使用され、例えば１は電力の減少を要求し、一方０は固定ステップΔだけ電力を増加させることを要求する。
【００１１】
時間の大部分は、移動局はソフト・ハンドオフの状態にあるが、これは典型的に移動局は２つ以上のセル間で重なり合う領域内にあるからである。ソフト・ハンドオフの間、移動信号は複数の異なる基地局で受信され、フレーム単位でその移動局の信号を表す信号を複数の信号から取り出すために選択的な結合が実行される。この場合、移動局は複数の異なる基地局から電力制御コマンドを受信していることになる。干渉を低減するために、移動局は「オア・オブ・ザ・ダウンズ」ルール（ その応用例を図１に示す）を適用する。
【００１２】
受信電力制御コマンドにエラーがなければ、「オア・オブ・ザ・ダウンズ」ルールは干渉を最小化するので適切な方式である。しかし現実には、電力制御コマンドはエラーを持って受信される可能性がある。
【００１３】
従って、電力制御コマンドの伝送が伝送におけるエラーに影響されるとき、基地局からの電力制御コマンドにより正確に応答するＣＤＭＡ移動局の電力制御に対する必要性がある。
【００１４】
本発明の目的は、移動局のサービス品質（ＱｏＳ）を改善することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、電力制御コマンドが送信におけるエラーに影響されるとき、基地局からの正確な電力制御コマンドに応答しかつ不正確な電力制御コマンドを区別するＣＤＭＡ移動局を提供することにある。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、ソフト・ハンドオフ中の干渉を最小にすることである。
【００１７】
本発明のさらに別の目的は、移動局のソフト・ハンドオフ中の移動局における電力消費を削減することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は先行技術の欠点を克服して、ソフト・ハンドオフ中の干渉の最小化、システム容量の改善、及び移動局のバッテリの電力消費の削減を含む目的を達成するものである。
【００１９】
本発明の一実施形態において、ソフト・ハンドオフ中に複数の関係する基地局からの複数の電力制御コマンドに応答するために移動局において「オア・オブ・ザ・ダウンズ」ルールを適用する代わりに、移動局は、受信した信号電力対雑音プラス干渉電力比（ＳＩＮＲ）に関して個々のリンクの品質を測定し、そのリンク品質に関連する各受信電力制御コマンドに重み付けをする。電力制御の判定は、重み付けされたコマンドからなされる。
【００２０】
本発明は、ある典型的な実施形態と関連して以下に説明される。しかし、本発明の範囲から逸脱することなく種々の修正、追加及び削減が可能であることは当業者には明らかであろう。
【００２１】
本発明は、以下に詳細に述べる典型的な実施形態を添付の図面と共に参照することによってより明確に理解されるであろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】
ソフト・ハンドオフの間、移動局はソフト・ハンドオフに関連する全ての基地局から電力制御信号を受信しそれらを結合する。これらの信号のうち一つ以上は弱い可能性があり、これは高い誤り確率につながる。従って、弱い電力制御コマンドを誤って解釈することによって、たとえ全ての基地局が電力の増加を要求しているとしても、移動局はその電力を減少しつづける可能性がある。信号の強度は、基地局と移動局との間のパス損失と、信号に割り当てられる（当分野において周知のRakeレシーバにおける）Rakeフィンガーの数に左右される。移動局は、異なる信号に割り当てるための限られた数のフィンガーを有している。
【００２３】
本発明は、ソフト・ハンドオフの間に移動局において受信される電力制御（ＰＣ）コマンドを結合するための新しい方式を提供する。移動局は、ソフト・ハンドオフ・プロセスに関連する基地局ｍから受信したＳＩＮＲを測定し、この測定に基づいて対応する電力制御コマンドに重み（Ｗ_ｍ）を割り当てる。移動局は、重みと関連する信頼性の測定に従って、全ての電力制御コマンドを結合する。干渉を低減するために、信頼の高い接続をしている任意の基地局が電力の減少を要求すると、移動局は、所定のステップサイズΔだけその電力を減少させる（λを所定のしきい値とするとき、Ｗ_ｃ＞λならば接続cは信頼性が高いとみなされる）。
【００２４】
電力の減少を要求する信頼性の高い信号が受信されないときは、移動局はγだけその電力を調節する（但し、−Δ≦γ≦Δである）。実際の実施形態では、γは所定の値のセットから選択することもできる。
【００２５】
本発明の方式が図２においてフローチャートの形態で示される。これは、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの結合において実施されることができる。
【００２６】
ｎ個の基地局と通信している移動局は、１からｎの基地局から信号を受信する。この信号には電力制御（ＰＣ）ビットＰＣ_１からＰＣ_ｎが含まれ、値０を有するそれぞれのビットは対応する基地局が移動局の送信電力の増加を要求していることを示し、値１を有するそれぞれのビットは送信電力の減少を要求していることを示す。しかし、上述したように、これらのビットは正しく受信されなかった可能性がある（当業者は、別の実施形態において反対のビット値を採用したり、または１ビットより多いフィールドを採用したりすることもできることを認めるであろう）。
【００２７】
信号対雑音比推定器２‐１から２−ｎは、基地局１からｎについて伝送品質Ｅｂ/Ｎｏ_１からＥｂ/Ｎｏ_ｎを評価する。品質の評価は、その基地局と移動局との間のチャネル状態を移動局が正確に測定することが可能な基地局からの任意の伝送信号に基づいて行うことができる。重み計算器３は、各基地局からのＥｂ/Ｎｏに従って、各基地局からの伝送品質について重みＷ_１からＷ_ｎを決定する。
【００２８】
判定ブロック４は、すべての基地局に対して、重みが所定のしきい値λを超えているか否か、及び受信した電力制御ビットが１であるかを判定する。肯定（高い信頼性で受信されている基地局が電力の減少を要求したことを示す）であれば、電力はブロック５において 所定の量Δだけ減少される。
【００２９】
判定ブロック４が電力の減少を要求する信頼性の高い伝送を検出しない場合は、ブロック６は次式によってγ（-Δ≦γ≦Δ）を計算する。
【数１】
γ＝ｆ(Ｗ_１,Ｗ_２,…Ｗ_ｎ,ＰＣ_１,ＰＣ_２,…ＰＣ_ｎ,Δ)

【００３０】
そして、γだけ送信電力を変更する。γを計算するために使用される実行可能な関数の１つは、次の通りである。
【数２】
ＰＣ_ｉ＝１（減少の要求）ならば、Ｃ_ｉ＝−１
ＰＣ_ｉ＝０（増加の要求）ならば、Ｃ_ｉ＝１
Ｗ_Ｔ＝Ｗ_１＋Ｗ_２＋…Ｗ_ｎ （式１）
ｘ＝Ｗ_１/Ｗ_Ｔ*Ｃ_１＋Ｗ_２/Ｗ_Ｔ*Ｃ２…＋Ｗ_ｎ/Ｗ_Ｔ*Ｃ_ｎ（式２）
γ=ｘ*Δ （式３）
【００３１】
受信されたＰＣビットが電力を増加するべきことを示すときには、Ｃ_ｎビットに＋１の値を与え、電力を減少するべきことを示すときには−１の値を与える。品質標識Ｗ_１,Ｗ_２,…Ｗ_ｎは各ＰＣビットに対して計算される。一つの実施形態では、品質標識の大きさが所与のしきい値より大きい場合は、対応するＣ_ｎビットは変更されない。しきい値より大きくない場合は、Ｃ_ｎビットはゼロにセットされる。このゼロは、電力を変更しないでおくべきことを示すために使用される。もし−１が得られた場合は、電力はΔだけ減少される。−１はないが少なくとも１つ＋１がある場合は、γは上述の式１、式２、及び式３によって決定され、電力はγだけ増加される 全てのＣ_ｎビットが０にセットされる場合は、電力は変更されない。
【００３２】
上述の実施形態の一変形では、受信信号はｍビット（ｍは１より大きい値）からなる電力制御フィールドを含む。特定の基地局からの電力制御フィールドに含まれる値が所定の第１のしきい値を上回るとき、対応するＣ_ｎビットは＋１にセットされる。電力制御フィールドに含まれる値が第１のしきい値より低い第２のしきい値より小さいときは、Ｃ_ｎビットは−１にセットされる。電力制御フィールドに含まれる値が２つのしきい値の間にあるときは、Ｃ_ｎビットは０にセットされる。−１が得られる場合は、電力はΔだけ減少される。−１はないが少なくとも1つの＋１がある場合は、γが上述したように計算されて、電力はγだけ増加される。全てのＣ_ｎ値が０と等しいならば、電力は変更されない。
【００３３】
本発明により上述の目的が効果的に達成されることは、以上の説明から明らかであろう。本発明は、ソフト・ハンドオフ中の干渉を最小化し、移動局における電力消費を最小化する、改善されたＣＤＭＡ無線伝送を提供しする。当業者は、電力制御コマンドが伝送におけるエラーの可能性に影響されるとき、ＣＤＭＡ移動局が基地局からの電力制御コマンドを評価し応答する方法が図２に示す構成によって改善されることを認めるであろう。
【００３４】
上記構造において、また本発明の範囲から逸脱しない上述の動作のシーケンスにおいて、種々の変更をすることができることを理解されたい。従って、上述の説明に含まれ、また添付の図面に示される全ての事項は、限定された意味ではなく例示として解釈されるように意図されている。
【００３５】
請求項は、本明細書において記述した本発明の一般的な及び特定の特徴の全てを包含するように意図されており、また本発明の範囲の全ての記載は、言語の問題として、それらの特徴の間にあるということもできることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】「オア・オブ・ザ・ダウンズ」ルールの応用例を示す図である。
【図２】本発明の動作を示す図である。

Claims (15)

1. 移動局と通信状態にある基地局を有し、該基地局が前記移動局の送信電力を調整するよう前記移動局に指令する電力制御コマンドを通信する無線通信システムにおいて、
   １つの移動局が２つ以上の基地局と通信状態にあるときに、前記電力制御コマンドに応答するための前記移動局における装置であって、
   各基地局からの前記電力制御コマンドの品質評価を生成する品質評価手段と、
   前記基地局からの電力制御コマンド及び前記基地局からの電力制御コマンドの品質評価の関数として決定される調整値を求める評価手段と、
   各基地局についての前記電力制御コマンドの品質評価が所定のしきい値を超えるかどうかを判定する比較手段と、
   任意の基地局から電力の減少を指示する電力制御コマンドが受信され、該電力の減少を指示する電力制御コマンドの品質評価が前記所定のしきい値を超える場合には、所定の量だけ前記送信電力を減少し、また、何れの基地局からも前記所定のしきい値を超える品質評価の電力の減少を指示する電力制御コマンドが受信されない場合には、前記調整値に従って送信電力を調整する電力調整手段と、
   を含む装置。
2. 前記品質評価手段はチャネルＳＩＮＲ及び電力制御コマンドＳＩＮＲのうちの１つに従って前記品質評価を生成する、請求項１に記載の装置。
3. 前記評価手段は、
   前記基地局の全てについて前記品質評価の総和を求める手段と、
   前記品質評価の総和で除算された前記品質評価と等しい重み値を各基地局について求め、電力の減少を指令する基地局については前記重み値を負にする手段と、
   前記重み値の合計に等しい第３の値を求める手段と、を含み、
   前記調整値は前記所定の量と前記第３の値との積に等しい、請求項１に記載の装置。
4. 前記評価手段は、
   前記基地局の全てについて前記品質評価の総和を求める手段と、
   各基地局について該基地局の前記品質評価を前記総和で除算し、
   1)前記品質評価が前記所定のしきい値を超えない基地局については０を、
   2)電力の増加を指令し、かつ前記品質評価が前記所定のしきい値を超える基地局については＋１を、
   乗算した値を求める手段と、
   前記各基地局について求めた前記乗算した値の合計に等しい第３の値を求める手段と、
   前記所定の量と前記第３の値との積に等しい前記調整値を求める手段と、
   を含む請求項１に記載の装置。
5. 前記基地局からの前記電力制御コマンドはそれぞれ所定の値のセットから値を取り、
   前記評価手段は、
   前記基地局の全てについて前記品質評価の総和を求める手段と、
   各基地局について該基地局の前記品質評価を前記総和で除算し、
   1)前記電力制御コマンドがとる前記値が第１の所定のしきい値を超える基地局については＋１を、
   2)前記電力制御コマンドがとる前記値が第２の所定のしきい値を超えるが前記第１の所定のしきい値を超えない基地局については０を、
   乗算した値を求める手段と、
   前記各基地局について求めた前記乗算した値の合計に等しい第３の値を求める手段と、
   前記所定の量と前記第３の値との積に等しい前記調整値を求める手段と、
   を含む請求項１に記載の装置。
6. 移動局と通信状態にある基地局を有し、該基地局が前記移動局の送信電力を増加または減少させるよう移動局に指令する電力制御コマンドを少なくとも送信する無線通信システムにおいて
   １つの移動局が２つ以上の基地局と通信状態にあるときに、前記電力制御コマンドに応答するために前記移動局において実施される方法であって、
   各基地局からの前記電力制御コマンドの品質評価を生成するステップと、
   前記基地局からの電力制御コマンド及び前記基地局からの電力制御コマンドの品質評価の関数として調整値を求めるステップと、
   各基地局についての前記電力制御コマンドの品質評価が所定のしきい値を超えるかどうかを判定するステップと、
   任意の基地局から電力の減少を指示する電力制御コマンドが受信され、該電力の減少を指示する電力制御コマンドの品質評価が前記所定のしきい値を超える場合には、所定の量だけ前記送信電力を減少し、また、何れの基地局からも前記所定のしきい値を超える品質評価の電力の減少を指示する電力制御コマンドが受信されない場合には、前記調整値に従って送信電力を調整するステップと、
   を含む方法。
7. 前記品質評価を生成するステップはチャネルＳＩＮＲ及び電力制御コマンドＳＩＮＲのうちの１つに従って前記品質評価を生成する、請求項６に記載の方法。
8. 前記調整値を求めるステップは、
   前記基地局の全てについて前記品質評価の総和を求めることと、
   前記品質評価の総和で除算された前記品質評価と等しい重み値を各基地局について求め、
   電力の減少を指令する基地局については −１を、
   電力の増加を指令する基地局については＋１を、前記重み値に乗ずることと、
   前記重み値の合計に等しい第３の値を求めることと、
   前記所定の量と前記第３の値との積に等しい前記調整値を求めることと、
   を含む請求項６に記載の方法。
9. 前記調整値を求めるステップは、
   前記基地局の全てについて前記品質評価の総和を求めることと、
   各基地局について該基地局の前記品質評価を前記総和で除算し、
   1)前記品質評価が前記所定のしきい値を超えない基地局については０を、
   2)電力の増加を指令し、かつ前記品質評価が前記所定のしきい値を超える基地局については＋１を、
   前記重み値に乗ずることと、
   前記各基地局について求めた前記乗算した値の合計に等しい第３の値を求めることと、
   前記所定の量と前記第３の値との積に等しい前記調整値を求めることと、
   を含む請求項６に記載の方法。
10. 前記基地局からの前記電力制御コマンドはそれぞれ所定の値のセットから値を取り、
    前記調整値を求めるステップは、
    前記基地局の全てについて前記品質評価の総和を求めることと、
    各基地局について該基地局の前記品質評価を前記総和で除算し、
    1)前記電力制御コマンドがとる前記値が第１の所定のしきい値を超える基地局については＋１を、
    2)前記電力制御コマンドがとる前記値が第２の所定のしきい値を超えるが前記第１の所定のしきい値を超えない基地局については０を、
    乗算した値を求めることと、
    前記各基地局について求めた前記乗算した値の合計に等しい第３の値を求めることと、
    前記所定の量と前記第３の値との積に等しい前記調整値を求めることと、
    を含む請求項６に記載の方法。
11. 移動局と通信状態にある基地局を有し、該基地局が前記移動局の送信電力を調整するよう前記移動局に指令する電力制御コマンドを通信する無線通信システムにおいて、
    １つの移動局が２つ以上の基地局と通信状態にあるときに、前記電力制御コマンドに応答するための前記移動局における装置であって、
    各基地局からの前記電力制御コマンドの品質評価を生成し、
    前記基地局からの電力制御コマンド及び前記基地局からの電力制御コマンドの品質評価の関数として決定される調整値を求め、
    各基地局についての前記電力制御コマンドの品質評価が所定のしきい値を超えるかどうかを判定し、
    任意の基地局から電力の減少を指示する電力制御コマンドが受信され、該電力の減少を指示する電力制御コマンドの品質評価が前記所定のしきい値を超える場合には、所定の量だけ前記送信電力を減少させる指令をし、また、何れの基地局からも前記所定のしきい値を超える品質評価の電力の減少を指示する電力制御コマンドが受信されない場合には、前記調整値に従って送信電力を調整する指令をするように適応されている、算術論理演算ユニット（ＡＬＵ）を含む装置。
12. 前記品質評価はチャネルＳＩＮＲ及び電力制御コマンドＳＩＮＲのうちの１つに従って生成される、請求項１１に記載の装置。
13. 前記基地局の全てについて前記品質評価の総和が求められ、
    前記品質評価の総和で除算された前記品質評価と等しい重み値が各基地局について求められ、
    電力の減少を指令する基地局については前記重み値が負にされ、
    前記重み値の合計に等しい第３の値が求められ、
    前記調整値は前記所定の量と前記第３の値との積に等しい、
    請求項１１に記載の装置。
14. 前記基地局の全てについて前記品質評価の総和が求められ、
    各基地局について該基地局の前記品質評価が前記総和で除算され、
    1)前記品質評価が前記所定のしきい値を超えない基地局については０が、
    2)電力の増加を指令し、かつ前記品質評価が前記所定のしきい値を超える基地局については＋１が、
    乗算された値が求められ、
    前記各基地局について求められた前記乗算された値の合計に等しい第３の値が求められ、
    前記所定の量と前記第３の値との積に等しい前記調整値が求められる、
    請求項１１に記載の装置。
15. 前記基地局からの前記電力制御コマンドはそれぞれ所定の値のセットから値を取り、
    前記ＡＬＵは、
    前記基地局の全てについて前記品質評価の総和を求め、
    各基地局について該基地局の前記品質評価を前記総和で除算し、
    1)前記電力制御コマンドがとる前記値が第１の所定のしきい値を超える基地局については＋１を、
    2)前記電力制御コマンドがとる前記値が第２の所定のしきい値を超えるが前記第１の所定のしきい値を超えない基地局については０を、
    乗算した値を求め、
    前記各基地局について求めた前記乗算した値の合計に等しい第３の値を求め、
    前記所定の量と前記第３の値との積に等しい前記調整値を求めるように適応されている、請求項１１に記載の装置。

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