JP4587263B2 - 送信局の送信電力制御方法および送信局 - Google Patents
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Description
従来の技術
まだ公開されていないドイツ連邦共和国特許出願 199 58 383.8 号明細書からすでに、伝送システムにおける送信局の送信電力を受信局における信号対妨害比の予測に依存して制御する方法が知られている。この場合、受信局の命令に基づき送信局の送信電力が変更される。
【0002】
発明の利点
これに対して、独立請求項の特徴部分に記載の構成を備えた本発明による送信局の送信電力制御方法ならびに本発明による送信局によって得られる利点とは、送信電力変化量を実際の送信電力と送信電力の時間的平均値との電力比に依存して、この電力比の値が上昇していれば送信電力変化量も高められるように調整される。このようにして送信電力をいっそう迅速かつ精確に伝送システムの伝送チャネル特性に合わせて整合することができる。このようにして受信局において測定された信号対妨害比と所定の目標値との偏差をできるかぎり小さく抑えることができる。殊に送信局と受信局との間の相対速度が比較的高いときにこれら2つの局間の伝送チャネルにおいて発生する急速で深い減衰の落ち込みを、このようにして取り除くことができる。これにより伝送誤りが低減される。
【0003】
さらに別の利点によれば、本発明による方法の実施のためには慣用の送信局を変更するだけでよく、その変更によれば評価ユニットが設けられており、この評価ユニットは受け取った受信局の命令に依存して本発明による方法に従い送信局の送信電力を変更する。本発明による方法の実施のために受信局の変更は不要である。
【0004】
従属請求項により、独立請求項記載の送信局の送信電力制御方法ならびに送信局の有利な実施形態が可能である。
【0005】
殊に有利であるのは、電力比と送信電力変化量との関係を非線形に選択することである。このようにして送信局の送信電力をさらに迅速に追従制御できるようにすることで、送信局から受信局への信号の伝送にあたり急速で深い減衰の落ち込みをいっそう迅速に補償することができる。これにより信号対妨害比の予測と所定の目標値との偏差をさらに小さく抑えることができるようになる。
【0006】
図面
図面には本発明の実施例が示されており、次にこれについて詳しく説明する。図1は送信局と受信局との間の電力制御のブロック図であり、図2は本発明による方法の動作を示すフローチャート、図3は受信局における受信電界強度と送信局の最適な送信電力の時間経過特性を示すダイアグラム、さらに図4は電力比に関連づけられて送信電力の値を変更するための非線形特性曲線を示すダイアグラムである。
【0007】
実施例の説明
移動無線システムたとえばCDMA(Code Division Multiple Access)による伝送システムの場合、電力制御は重要な要素を成している。この場合、送信電力について伝送品質と他の加入者に対する妨害との間で妥協を見出さなければならない。送信電力が大きくなるにつれて伝送品質が改善されるし、送信電力が小さくなるにつれて他の加入者に対する妨害が少なくなる。さらにこの場合、移動局は一般にバッテリー駆動されることも留意しなければならない。したがって動作持続時間は電力消費に依存し、つまりは移動局の送信電力にも依存する。
【0008】
たとえばUMTS移動無線システム(Universal Mobile Telecommunications System)において該当するように、妨害を制限するCDMA伝送システムの場合に殊に、たとえば所定のコネクション品質で同時にアクティブになる加入者数として表すことのできるようなシステム容量は、送信電力の制御に左右される。この場合、送信電力制御の役割は、各移動無線コネクションごとに基地局から移動局へのダウンリンク伝送方向についても、移動局から基地局へのアップリンク伝送方向についても、基地局もしくは移動局の個々の受信アンテナにおいて信号対妨害比SIR(Signal to Interference Ratio)の所定の目標値SIRZ が維持されるよう、それぞれ調整することである。
【0009】
以下ではUMTS移動無線システムについて考察する。UMTS移動無線システムの場合、刊行物 "TS 25.201 V3.0.0: Physical Layer - General Description" 3GPPP TSG-RAN-WG1, 1999 によって知られているように、エアインタフェースを介した2つの異なるデュプレックス伝送方式が行われる。ここではFDD方式(周波数分割多重 Frequency Division Duplex)とTDD方式(時分割多重 Time Division Duplex)を対象とする。これらの両方において、少なくともダウンリンク伝送方向について送信電力制御のための制御閉ループが設けられている。
【0010】
ここで図1には一例として、たとえばUMTS移動無線システムなどのような移動無線システムにおいて送信電力Pを制御するための閉じられた制御ループのブロック図が描かれている。図1ではこの制御ループに参照符号1が付されている。これには送信局10と受信局20が含まれている。以下では一例として、ダウンリンク伝送方向のための送信電力Pの制御についてのみ考察する。さらにこの実施例では送信局10はUMTS移動無線ネットワークの基地局として構成されており、受信局10はその移動局として構成されている。また、図1において基地局10から移動局20へのダウンリンク伝送チャネルには参照符号31が付されており、移動局20から基地局10へのアップリンク伝送チャネルには参照符号32が付されている。
【0011】
基地局10は第1の送信ユニット14と第1の受信ユニット11を有している。第1の受信ユニット11は、第1の評価ユニット12および第2の評価ユニット13を介して第1の送信ユニット14と接続されている。本発明を理解するうえで必要のない基地局10におけるその他のモジュールは、見やすくするため図1には描かれていない。移動局20は第2の受信ユニット21と第2の送信ユニット24を有している。第2の受信ユニット21にはSIR予測器22が接続されており、これは第3の評価ユニット23を介して第2の送信ユニット24と接続されている。本発明を理解するうえで必要のない移動局20におけるその他のモジュールは、見やすくするため図1には描かれていない。
【0012】
次に、一例としてTDD方式に基づき本発明について説明する。この場合、基地局10は第1の送信ユニット14を用いて、1つのタイムスロットにわたり一定の送信電力Pをもつ信号をダウンリンク伝送チャネル31を介して移動局20へ送信する。移動局20は第2の受信ユニット21を用いてこの信号を受け取る。ついでSIR予測器22は伝送における信号対妨害比SIRを求める。そして第3の評価ユニット23は、予測された信号対妨害比SIRとそれに対してまえもって与えられた目標値SIRZとの比較を実行し、この比較に従いTPC命令(Transmit Power Control)を発生して、基地局10における送信電力Pの変更を行う。この場合、TPC命令によって決定されるのは、送信電力Pを上げるのか下げるのかということだけである。アップリンク伝送チャネル32を介してTPC命令は、第2の送信ユニット24からの別の信号といっしょに基地局10へ伝達される。
【0013】
基地局10において、TPC命令を伴う信号は第1の受信ユニット11により受信され、第1の評価ユニット12へ転送される。第1の評価ユニット12は受信信号からTPC命令を抽出する。ついで、TPC命令および第1の送信ユニット14においてそのつど実際に用いられている送信電力Pが第2の評価ユニット13へ供給される。その後、第2の評価ユニット13において、図2を参照しながら説明するフローチャートに従い第1の送信ユニット14における送信電力Pの変化量ΔPが求められ、その目的は送信電力Pをダウンリンク伝送チャネル31の目下の特性に適応的に整合させることにある。
【0014】
刊行物 "TS 25.214 V3.0.0: Physical Layer Procedures (FDD)", 3GPP TSG-RAN-WG1, 1999 および "TS 25.215 V3.0.0: Physical Layer Procedures (TDD)" 3GPP TSG-RAN-WG1, 1999 に準拠したUMTS移動無線システムに関する仕様書の現状によれば、送信電力Pの変化量ΔPはTPC命令を送信局10において受け取った後、常にまえもって定められた値たとえば1dBだけ生じるにすぎない。このため非線形の制御が行われることになり、この場合には信号対妨害比SIRと所定の目標値SIRZとの実際の偏差が考慮されない。ここでは、送信電力をたとえば1dBというように所定値だけ上げるのか下げるのか、という決定しか行われない。このため、たとえばTDD方式などで僅かなタイムスロットのうちに約20dBというような急激な深いフェージングによる落ち込みが発生しても、送信局10における送信電力Pを相応に高めたところでこれを補償することはできない。
【0015】
図3には一例として、電力制御のない事例について第2の受信ユニット21における受信電界強度Eの値が時間軸t上に実線で描かれている。深い落ち込みを伴うこの経過特性は一般に高速フェージングと呼ばれ、移動無線チャネルに典型的なものである。図3に破線で描かれている線は第1の送信ユニット14において理論的に必要とされる送信電力Pを表しており、これは第2の受信ユニット21において一定の妨害電力のときに一定の信号レベルを得ることを目的としており、換言すればフェージング作用の補償を目的としている。この場合、送信電力Pの経過特性は時間軸tにおいて受信電界強度Eの経過特性の逆数を成している。
【0016】
図3には第1の時点t1が描かれており、そこでは受信電界強度Eの値が高いので送信電力Pはそれに応じて低くなっている。この場合、SIR予測器22により測定された信号対妨害比SIRを所定の目標値SIRZに整合させるために、たとえば1dBなどのような送信出力Pの変化量ΔPは最良の事例では不要である。さて、本発明によれば、送信電力Pが上昇したときに送信電力Pの変化量ΔPが大きくなるようにする。送信電力Pの上昇は、補償する必要のある受信電界強度Eに減衰の落ち込みが存在する徴候である。図3によれば、必要とされる送信電力Pは第1の時点t1後、第4の時点t4における最大値まで連続的に上昇している。図3によれば第2の時点t2と第3の時点t3において送信電力Pの中間値がとられ、ここでt1<t2<t3<t4であって、受信電界強度Eの補償に必要とされる送信電力Pはさしあたり勾配が増大しながら非線形に大きくなる。つまり図3に描かれている送信出力Pの経過特性を実現し、ひいてはSIR予測器22において求められた信号対妨害比SIRをできるかぎり迅速に所定の目標値SIRZに整合させる目的で、変化量ΔPの値も第1の時点t1から第4の時点t4まで上昇させる必要のあることを意味する。
【0017】
したがってここでたとえば必要となる可能性のあるのは、第1の時点t1で行われた変化量ΔPより大きい送信電力Pの変化量ΔPたとえば2dBを、第3の時点t3ですでにとらせることである。そして第4の時点t4において送信電力Pの変化量ΔPについて、第3の時点t3で選定された送信電力Pの以前の変化量ΔPよりもさらに大きい値たとえば4dBが選ばれることになるかもしれない。
【0018】
したがって図3に描かれているように送信電力Pをできるかぎり迅速に追従制御してフェージングによる落ち込みを補償するためには、第1の送信ユニット14における目下の送信電力Pが大きくなるよう調整すればするほど、送信電力Pの変化量ΔPもいっそう大きく選定しなければならない。このことはたとえば図4に示す非線形の特性曲線によって行うことができる。この図によれば一例として、変化量ΔPがdBとして第1の送信ユニット14の送信電力Pに依存して描かれており、ここでは送信電力Pは送信電力Pの時間平均値Pmeanに関連づけられている。送信電力Pを時間平均値Pmeanに関連づけなければならない理由は、送信電力Pの絶対値は移動局20から基地局10までの距離に依存しており、したがってそれだけでは受信電界強度Eの経過特性における落ち込みついて表現しきれないからである。この場合、送信電力Pの時間平均値Pmeanは、第1の送信ユニットにおけるダウンリンク伝送チャネル31中の先行のタイムスロットの送信電力Pの値から形成される。
【0019】
図4には、送信電力Pの変化量ΔPの値の経過特性が送信電力Pと時間平均値Pmeanの商から形成される電力比P/Pmeanに依存して、一組の値(1/1)のところに頂点をもつ放物線カーブとして描かれている。0と1との間の電力比P/Pmeanの値について、図4によれば送信電力Pの変化量ΔPに対し1dBが選ばれる。しかし送信電力Pの変化量ΔPと電力比P/Pmeanとの間で別の非線形の関係をとるようにしてもよい。変化量ΔPと電力比P/Pmeanとの非線形の関係により、SIR予測器22において予測された信号対妨害比SIRを所定の目標値SIRZに非常に迅速に追従できるようになる。とはいえ変化量ΔPと電力比P/Pmean との間で線形の関係を選択してもよい。しかし線形関係の場合、急峻なフェージングによる落ち込みが発生したときに非線形関係の場合のように迅速には所定の目標値SIRZへの整合を追従制御できない。
【0020】
次に、図2に示されているフローチャートを参照しながら本発明による送信電力Pの制御方法について説明する。基地局10と移動局20との間で通信コネクションが確立された後、まずはじめにプログラムポイント40において送信電力Pの初期値と送信電力Pの変化量ΔPのステップ幅が決められる。このステップ幅は図4に示されているようにたとえば1dBとすることができる。その際、送信電力Pに対する初期値と送信電力Pの変化量ΔPのステップ幅に対する初期値は、たとえば第1の送信ユニット14により選定することができる。ついてプログラムポイント41において第1の受信ユニット11は、基地局10と移動局20との間のコネクションがまだ存続しているか否かをチェックする。これはたとえば第1の受信ユニット11が、アップリンク伝送チャネル32を介してコネクション遮断要求を受信したか否かをチェックすることによって行うことができる。プログラムポイント41においてコネクションがまだ存続していることを第1の受信ユニット11が確認した場合、プログラムポイント42へ進み(イエスの判定)、そうでなければプログラムは終了する(ノーの判定)。プログラムポイント42において、ダウンリンク伝送チャネル31における先行のタイムスロットの送信電力Pの値から、時間平均値Pmeanが形成される。この平均値形成は第2の評価ユニット13において行われる。このために第2の評価ユニット13へ、図1および図2に示されているように第1の送信ユニット14から目下の送信電力Pも供給される。さらにプログラムポイント42では第2の評価ユニット13において、目下の送信電力Pとプログラムポイント42において求められた時間平均値Pmeanとから電力比P/Pmeanが形成される。
【0021】
図4に示されている特性曲線に従って、求められた電力比P/Pmeanから送信電力Pの変化量ΔPに対応する値が決定される。ついでプログラムポイント43に進む。プログラムポイント43において第2の評価ユニッ13は、アップリンク伝送チャネル32を介してTPC命令を受信したか否かをチェックする。受信しているのであればプログラムポイント44に進み、そうでなければプログラムポイント41に戻る。プログラムポイント44では第2の評価ユニット13は受信したTPC命令に基づき、送信ユニット14の送信電力Pを変更する必要があるという情報を得ており、その際、受信したTPC命令によってさらに第2の評価ユニット13に対し、この変化についていずれの極性符号をもたせる必要があるのかも通知される。このようにして第2の評価ユニット13はプログラムポイント44において第1の送信ユニット14に対し、プログラムポイント42で求められた送信電力Pの変化量ΔPの分だけ送信電力Pを変化させるよう指示する。ここで変化に対する極性符号は受信したTPC命令によって与えられる。ついでプログラムポイント41に戻る。
【0022】
既述の方法をもちろんアップリンク伝送方向における送信電力制御にも適用することができ、その際には参照符号10は移動局を表し、参照符号20は基地局を表すことになる。
【0023】
さらにまた、これまで説明してきた本発明による電力制御方法を、アップリンク伝送方向にもダウンリンク伝送方向にも適用されるように構成可能である。この場合、受信信号のSIR予測と対応するTPC命令の生成も行い、かつ受信したTPC命令の評価と送信電力Pの整合も実現できるようにする目的で、基地局10も移動局20も第1の評価ユニット12と第2の評価ユニット13と第3の評価ユニット23とSIR予測器22を備えている必要がある。
【0024】
また、本発明による方法をFDDシステムに適用することもできる。一例にすぎないが、本発明による方法をUMTS移動無線システムにおいて利用することも考えられる。さらにたとえば本発明による方法をGSM(Global System for Mobile Communications)移動無線ネットワークにおいても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 送信局と受信局との間の電力制御のブロック図である。
【図2】 本発明による方法の動作を示すフローチャートである。
【図3】 受信局における受信電界強度と送信局の最適な送信電力の時間経過特性を示すダイアグラムである。
【図4】 電力比に関連づけられて送信電力の値を変更するための非線形特性曲線を示すダイアグラムである。
Claims (4)
- 伝送システムにおける送信局(10)の送信電力(P)を、受信局(20)における信号対妨害比(SIR)の予測に基づき制御し、該受信局(20)の命令(TPC)に基づき送信局(10)における送信電力(P)を変更する形式の、
送信局(10)における送信電力(P)の制御方法において、
送信電力(P)の変化量(ΔP)を、目下の送信電力(P)と送信電力(P)の時間平均値(Pmean)との電力比(P/Pmean)に依存して形成し、電力比(P/Pmean)の値が上昇すれば送信電力(P)の変化量(ΔP)も高めることを特徴とする、
送信電力制御方法。 - 電力比(P/Pmean)と送信電力(P)の変化量(ΔP)との関係を非線形に選定する、請求項1記載の方法。
- 請求項1または2記載の方法を実施するための送信局(10)において、
受信ユニット(11)が設けられており、該受信ユニット(11)は送信局(10)の送信電力(P)を変更(ΔP)する命令(TPC)を受信局(20)から受け取り、
評価ユニット(13)が設けられており、該評価ユニット(13)は受信した命令(TPC)に依存して送信局(10)の送信電力(P)を変更し、
送信電力(P)の変化量(ΔP)は、送信局(10)の目下の送信電力(P)と送信局(10)の送信電力(P)の時間平均値(Pmean)との電力比(P/Pmean)により形成され、送信電力(P)の変化量(ΔP)は電力比(P/Pmean)の値が上昇すると高められることを特徴とする送信局。 - 電力比(P/Pmean)と送信電力(P)の変化量(ΔP)との関係は非線形である、請求項3記載の送信局。
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