JP4629205B2 - リバース・リンク過負荷制御のためのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は無線通信に関する。
【0002】
【従来の技術】
モバイル加入者端末(モバイル・ユニット)へ異なるタウム・スロットを割り付け、且つRFバンドを複数のサブバンドに細分することによって一つの高周波(radio frequency;RF)帯域幅から複数の通信チャネルを新規に作る時分割多重アクセス(Time Division Multiple Access;TDMA)技法及び周波数分割多重アクセス(Frequency Division Multiple access;FDMA)技法とは異なり、コード分割多重アクセス(Code Division Multiple Access;CDMA)システムのような、スペクトラム拡散技法に基づくシステムは直交符合系列(orthogonal code sequences)を使用することによってモバイル・ユニットを識別する"ソフトウエア能力"(soft capacity)を発揮する。換言すると、CDMAシステムの一つのセル/セクターが一回にサポートすることが出来るモバイル・ユニットの数が固定されず、むしろ一般的には単に同一のまたは隣接するセル/セクターの中の他のモバイル・ユニットからの干渉妨害によって引き起こされるサービス品質の劣化によって制限される。
【0003】
ネットワーク容量とサービス品質の何れを採るかのこの兼ね合いに答えるために、CDMAシステム・アーキテクチャは代表的にはリバース・リンク電力制御技術、即ち、モバイル・ユニットから基地局への送信電力制御技術が使用され、この電力制御技術によって基地局は各モバイル・ユニットの送信電力が十分な性能(この十分な性能は、通常、基地局においてビット当たりエネルギー量Eb対干渉妨害Noの比を目標のEb/No値と比較することによって評価される)を維持するために必要な最低レベルでサービスを提供されるように適応的に設定する。ネットワーク基地局での干渉妨害がリバース・リンク負荷レベル(以下、負荷レベルと言う)の上昇に連れて増加するとき、基地局は必要に応じてモバイル・ユニット送信電力増加調整コマンドを発行する。高負荷レベルでは、基地局で発生しやすい大幅な干渉妨害が、より多くの数の電力増加調整コマンドを特に外周セル/セクター境界におけるそれらモバイル・ユニットへ発行するように基地局に促し、その結果基地局でより大きな干渉妨害が起きる。もし別途の対処が為されない場合は、そのような干渉妨害の増加は、遠方のモバイル・ユニットは十分な呼品質を得るために必要とされる電力レベルで送信することが出来ないから最終的には基地局サービス・エリアの減損(即ち、セル/セクターの縮小)が生じる。その結果、高負荷状態の下ではそのような遠方のモバイル・ユニットからの呼が途絶する可能性が有る。
【0004】
そのようなネットワーク不安定及び基地局サービス・エリアの減損を防止するために、CDMAネットワークは呼許可スキームに依存するのが一般的であり、それによって重負荷のセル/セクター中のモバイル・ユニットが対応する基地局からのサービスを拒否されることがある。静的環境を想定すると、1つのCDMAセル/セクターがサービスを提供することが可能な最大ユーザ数Nmax、100%の負荷レベルは次式(1)で表すことが出来る。
Nmax = {PG/ (Eb/No)} (1/ ) (1)
なお、ここでPGはCDMAシステムの処理利得(processing gain)であり、使用される帯域幅対得られたデータ・レートの比として定義される。 は音声活性度(voice activity)である。 はCDMAセルラー方式によるアプローチの再利用効率であり、他のセル/セクターからの干渉妨害対セル/セクター内の干渉妨害の比として定義される。
【0005】
セル/セクターがN人のユーザにサービスを提供するとき、負荷レベルは次式(2)で表すことが出来る。
L = N/Nmax = {N (Eb/No)/PG} (2)
【0006】
但し、得られたEb/No、音声活性度 及びCDMA再利用効率(CDMA reuse efficiency) は代表的には変化する量である。特に、 を正確に計測する実現可能なアプローチが知られておらず、従っては実際には上記の式(2)を負荷レベルを判定するために使用することは出来ない。
【0007】
現在有る1つのアプローチでは負荷レベルを基地局で計測された総受信電力レベル増加量対バックグラウンド・ノイズの比として計算する。更に具体的には、R. Padovani, Reverse Link Performance of IS~95 Based Cellular Systems, IEEE Personal Communications, pp. 28~34, 1994に記載されているように、負荷レベルと総受信電力レベル増加量対バックグラウンド・ノイズの比との間には直接的な関係が有り、次式(3)で表すことが出来る。
L = 1 − 1/Z
(3)
なお、ここでZは総受信電力レベル増加量対バックグラウンド・ノイズの比である。
【0008】
バックグラウンド・ノイズには熱雑音だけでなく、妨害信号電力のような非CDMA干渉妨害も包含される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このアプローチには、動的なネットワーク環境でバックグラウンド・ノイズ、特に熱雑音の正確な計測値を求めることが難しい欠点が有り、従って、代表的には上記の式(3)を使用して正確なリバース・リンク負荷レベル計算を達成することが出来ない。
【0010】
【発明の目的】
本発明は、ワイヤレス通信ネットワークにおいて負荷レベルを基地局受信電力の変化及び/またはセル/セクター内のモバイル・ユニットの数(以下、ユーザ数と言う)の変化の関数として推定し、呼許可制御を行うためのシステム及び方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施例による、CDMA基地局のようなワイヤレス・ネットワーク基地局の呼許可コントローラは複数の負荷レベル推定方法を使用する。その第1の負荷レベル推定方法によって最初の負荷レベル推定値を生成し、少なくとも1つのの別の推定方法によって更新された負荷レベル推定値をユーザ数の変化及び/または基地局受信電力の変化の関数として再帰的に生成する。
【0012】
一実施例では、呼許可コントローラが当初のユーザ数及び更新されたユーザ数と基地局受信電力計測値とを受けて次式(4);
Lnew (Nnew, Pnew) =
{Nnew (Pnew−Pold)}/{Nnew (Pnew−Pold)
+ Pold (Nnew−Nold)} (4)
により負荷レベルLnewを推定する。なお、ここでLnew及びNoldはそれぞれ現在のユーザ数値及び前のユーザ数値を表す整数値であり、Pnew及びPoldはそれぞれ現在の基地局受信電力計測値及び前回の基地局受信電力計測値である。
【0013】
次に、呼許可コントローラは次式(5);
Lnew = Lold (Nnew/Nold) (5)
を計算することによって、負荷レベル推定値をそれがユーザ数の変化に正比例するものとして再帰的に更新する。なお、ここでLoldは前回の負荷レベル推定値を表す。
【0014】
例えばバックグラウンド・ノイズまたは隣接セル/セクターのモバイル・ユニットからのリバース・リンク電力に顕著な変化が起きるときのように、ある一定の条件の下では負荷レベルがユーザ数の変化に正比例して変化することが出来ないことを認識すると、呼許可コントローラは、ユーザ数の変化の関数として前に推定されている負荷レベルを、次式(6);
Pnew' = {Pold(1−Lold)}/(1−Lnew) (6)
に従って推定基地局受信電力Pnew'を推定負荷レベルの関数として計算し、且つPnew'を実際の基地局受信電力と比較することにより検証することが出来る。Pnew'が計測された基地局受信電力に十分に近い値でないときは、呼許可コントローラは、次式(7);
Lnew = 1−(Pnew/Pold) (1−Lold) (7)
を計算することによって負荷レベルを基地局受信電力の変化の関数として再帰的に推定する第3の負荷レベル推定方法を使用する。
【0015】
負荷レベルをユーザ数の変化及び/または基地局受信電力計測値の関数として推定することによって、本発明による負荷推定はバックグラウンド・ノイズの判定に依存しなくなる。更に、複数の技法を用いて負荷レベル推定値を再帰的に更新することによって、推定誤りを回避することが出来る。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明は、ワイヤレス通信ネットワークにおいて負荷レベルを基地局受信電力及び/またはユーザ数の変化の関数として推定し、呼許可制御を行うためのシステム及び方法である。本発明の一実施例による、CDMA基地局のようなワイヤレス・ネットワーク基地局の呼許可コントローラは第1の負荷レベル推定方法を使用する。その第1の負荷レベル推定方法によって最初の負荷レベル推定値を生成し、少なくとも1つのの別の推定方法によって更新された負荷レベル推定値をユーザ数の変化及び/または基地局受信電力計測値の変化の関数として再帰的に生成する。本発明により、ワイヤレス通信ネットワークで呼許可制御を行うためのシステム及び方法の実施例を以下に述べる。
【0017】
図1において、呼許可コントローラ100は負荷推定器110、メモリー装置115及びコンパレータ120を包含する。負荷推定器110は、例えば基地局受信電力計測回路(図示無し)からの基地局受信電力値、及び、更に例えば基地局呼処理ユニット(図示無し)からのユーザ数値を受け入れる。呼許可コントローラ100は基地局呼処理ユニット・ソフトウエアのルーチンとして実行することが出来、モバイル・ユニットが高負荷状態の下で基地局と通信しようとする要求を拒否する。以下に述べるように、負荷推定器110は基地局受信電力計測値及びユーザ数値を使用して負荷レベルを推定し、その推定結果をコンパレータ120の第1入力端へ出力する。この技術分野でよく知られているように、基地局受信電力計測値は受信信号強度インデックス(Received Signal Strength Index;RSSI)値で表すことが出来、これらRSSI値は代表的にはネットワーク基地局で収集される。メモリー装置115にはコンパレータ120の第2入力端で受け取られる負荷レベル閾値、例えば0.7が格納されている。コンパレータ120で負荷推定器110から受理された負荷レベル推定値がメモリー装置115から受理された負荷レベル閾値を超えたことが判定されると、コンパレータ120は基地局呼処理ユニットに対し別のモバイル・ユニットが基地局と通信する要求を阻止するように指令する呼阻止コマンド信号を出力する。負荷レベルが閾値を超えたときに呼阻止コマンド信号を出力することによって、呼許可コントローラ100がネットワークを上述したような不安定及びセル/セクターのサービス・エリアの減損を招く可能性が有るセル/セクター過負荷状態を防止する。
【0018】
次に負荷推定器110が当初の負荷レベル及び更新された負荷レベルを推定する動作を図2のフロー・チャートを参照して述べる。負荷推定器110は、以下に詳述する動作を実行するために、コンピュータ実行アルゴリズムとして実現され、或いはプログラマブル・ロジック回路または専用ロジック回路として実現されることが認識されるべきである。
【0019】
最初に、負荷推定器110はカウンター・インデックスcounter及びタイム・インデックスtimeを零に設定する(ステップ202)。次に、負荷推定器110は当初の基地局受信電力値Poldを最後に受理された基地局受信電力計測値に設定する。実際には、Poldは或るサンプリング期間に渡って取られた複数の基地局受信電力計測値、例えば100個のRSSIサンプルの統計平均に設定することが出来、それによって精度が向上する。基地局受信電力計測値は好適にはdBmでの値であるが、しかしワット(Watt)値で表すことも可能である。Poldに当初の値を設定するのとは別に、負荷推定器110は前のユーザ数値Noldを基地局の呼処理装置から受理されたユーザ数値に設定する(ステップ204)。
【0020】
次に、負荷推定器110はtimeを1だけインクレメントし(ステップ206)、それぞれPnew及びNnewを設定するために使用される新たな基地局受信電力計測値及びユーザ数値を求める(ステップ208)。現在サービスを受けているモバイル・ユニットが僅かであるとき、負荷レベルは負荷レベル閾値に比して低く、従って負荷推定器はNnewが或るレベルNinitを超えるまでは負荷を推定しようとの試みは行わないものと想定することが出来る。こうして負荷推定器110はNnewとNinitとを比較し(ステップ210)、Nnewが少なくともNinitと同じ値でないときはステップ206に戻ってtimeを1だけインクレメントし、Nnewが少なくともNinitと同じ値であるときはcounterを1だけインクレメントする(ステップ212)。ステップ210でNnewがNinitを超えていることを判定し、且つステップ212でcounterを1だけインクレメントした後、負荷推定器110はcounter = 1であるかどうかを判定する(ステップ214)。
【0021】
counter = 1であるとき、負荷推定器110は|Nnew−Nold|と閾値Nthとを比較する(ステップ216)。|Nnew−Nold|が少なくとも閾値Nthと同じ値でないとき、負荷推定器110はcounterを0にリセットし(ステップ218)、ステップ206へ戻る。他方、|Nnew−Nold|が少なくとも閾値Nthと同じ値であるとき、負荷推定器110は第1の推定方法に従って負荷レベルLnewを推定する(ステップ220)。|Nnew−Nold|が少なくともNth、例えばNth = 3と同じ値になるまで負荷レベル推定値を計算しないことによって、更に安定で且つ正確な計算が達成される。
【0022】
本発明の一実施例によれば、第1の推定方法により、Nnewが基地局受信電力計測値の変化及びユーザ数値の変化の関数として求められる。具体的には、負荷推定器110は次式(4);
Lnew (Nnew, Pnew) =
{Nnew (Pnew−Pold)}/{Nnew (Pnew−Pold)
+ Pold (Nnew−Nold)} (4)
の計算を行う。
【0023】
最初にLnewを推定した後、次の再帰的負荷レベル推定を可能にするために、LoldがLnewと同じ値に設定され、PoldがPnewと同じ値に設定され、且つNoldがNnewと同じ値に設定される(ステップ222)。次に、負荷推定器110は、例えば呼処理ソフトウエアの更新が要求されるとき、或いは他に必要が有るときに、リセット状態が発生したかどうかを判定する(ステップ224)。リセットが発生すると、負荷推定器110は初期化ステップ202へ戻る。リセット状態が発生しなかったとき、負荷推定器110はステップ206へ戻り、timeを1だけインクレメントする。
【0024】
ステップ214でcounter ≠ 1であるとき、負荷推定器110は第2の推定方法を使用して負荷レベルを推定する(ステップ226)。第2の推定方法は代表的には負荷レベルの変化がユーザ数値の変化と正比例することを認識する。具体的には、第2の負荷レベル推定方法は次式(5);
Lnew = Lold (Nnew/Nold) (5)
のように表される。
【0025】
第2の負荷レベル推定方法が相当に正確な結果を生じることを確認するために、負荷推定器110は、第2の負荷レベル推定方法で得られたLnew値を用いてPnewの推定値Pnew'を計算する(ステップ228)。具体的には、負荷推定器110は次式(6);
Pnew' = {Pold(1−Lold)}/(1−Lnew) (6)
を計算する。
【0026】
次に、負荷推定器110はPnew'を実際の基地局受信電力計測値と比較する(ステップ230)。Pnew'が実際の基地局受信電力計測値と相当近い値(例えば、+/−5%)であるとき、負荷推定器110は第2の負荷レベル推定方法で得られた結果をコンパレータ120へ出力し、ステップ222へ戻る。Pnew'が計測された電力値に十分に近い値でないとき、負荷推定器110は第3の負荷レベル推定方法を使用してLnewを求める(ステップ232)。第3の負荷レベル推定方法は、負荷レベルが基地局受信電力計測値の変化の関数として変化することを見極める。具体的には、負荷推定器110は次式(7);
Lnew = 1−(Pnew/Pold) (1−Lold) (7)
の計算を行う。
【0027】
負荷推定器110は第3の負荷レベル推定方法で得られた結果をコンパレータ120へ出力してステップ222へ戻り、その結果負荷レベルを再帰的(例えば、2秒毎)に更新することが出来るようになる。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、上述の方法のような、複数の再帰的負荷レベル推定方法を使用することによって、誤りを回避することが出来る。更に、負荷レベル、基地局受信電力計測値及びユーザ数間の差異関係を認識することによって、負荷レベルがバックグラウンド・ノイズ計測値に依存すること無く、正確に推定される。
【0029】
当該技術分野の技術者には当然理解されているように、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく本発明の種々の改変及び応用が実現されるものと考えられる。
【0030】
なお、特許請求の範囲に記載した参照符号は発明の理解を容易にするためのものであり、特許請求の範囲を制限するように理解されるべきものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例による呼許可コントローラの選ばれた構成要素を示す図である。
【図2】 本発明の実施例による呼許可コントローラによって使用される負荷レベル推定動作を示すフロー・チャートである。
【符号の説明】
100 呼許可コントローラ
110 負荷推定器
115 メモリー装置
120 コンパレータ
Claims (21)
- 通信ネットワークにおいて呼許可制御を行う方法であって、
負荷レベルを、現在の電力測定値と前の電力測定値の差及び現在のユーザ数値と前のユーザ数値の差の関数として計算するステップ、及び
前記計算された負荷レベルに基づいて呼許可制御を行うステップ
からなり、前記計算するステップは更新された負荷レベルを再帰的に計算するものである、方法。 - 前記計算ステップでは、負荷レベルが電力計測値の変化及びユーザ数値の変化の関数として推定される請求項1の方法。
- 前記計算ステップでは、現在のユーザ数値及び前のユーザ数値をそれぞれNnew及びNoldとして、現在の電力計測値及び前の電力計測値をそれぞれPnew及びPoldとした場合に、負荷レベルLnewが次式;
Lnew (Nnew, Pnew) =
{Nnew (Pnew−Pold)}/{Nnew (Pnew−Pold)+ Pold (Nnew−Nold)}
を解くことによって推定される請求項1の方法。 - 前記計算ステップでは、負荷レベルがユーザ数値の変化の関数として再帰的に更新される請求項1の方法。
- 前記計算ステップでは、負荷レベルが電力計測値の変化の関数として再帰的に更新される請求項1の方法。
- 前記計算ステップでは、前に計算された負荷レベルをLoldとして、現在のユーザ数値及び前のユーザ数値をそれぞれNnew及びNoldとした場合に、計算された負荷レベルLnewが次式;
Lnew = Lold×(Nnew/Nold)
を解くことによって再帰的に更新される請求項4の方法。 - 前記計算ステップでは、前に計算された負荷レベルをLoldとして、現在の電力計測値及び前の電力計測値をそれぞれPnew及びPoldとした場合に、計算された負荷レベルLnewが次式;
Lnew = 1−(Pnew/Pold)×(1−Lold)
を解くことによって再帰的に更新される請求項5の方法。 - 更に、前記制御ステップにおいて前記計算された負荷レベルを使用する前に計算された負荷レベルを検証するステップからなる請求項1の方法。
- 前記検証ステップでは、前の電力計測値をPoldとして、前に計算された負荷レベルをLoldとした場合に、推定電力計測値Pnew'が前記計算された負荷レベルLnewに基づいて次式;
Pnew' = {Pold(1−Lold)}/(1−Lnew)
を解くことによって計算され、前記検証ステップではPnew'を実際の電力計測値Pnewと比較することによってLnewが相当に正確であるか否かが判定される請求項8の方法。 - 前記検証ステップで前記Pnew'がPnewに十分に近い値でないことが示されたとき、前記計算ステップで次式;
Lnew = 1−(Pnew/Pold)×(1−Lold)
を解くことによって、計算された負荷レベルが再帰的に更新される請求項9の方法。 - 通信ネットワークにおいて呼許可制御を行うシステムであって、
負荷レベルを、以前及び現在の電力計測値並びに以前及び現在のユーザ数値の関数として計算するための負荷計算手段(110)、及び
前記計算された負荷レベルに基づいて呼許可制御を行うための制御手段(100)
からなり、前記負荷計算手段は計算された負荷レベルを再帰的に更新するものである、システム。 - 前記負荷計算手段(100)が負荷レベルを電力計測値の変化及びユーザ数値の変化の関数として推定する請求項11のシステム。
- 前記負荷計算手段(100)では、現在のユーザ数値及び前のユーザ数値をそれぞれNnew及びNoldとして、現在の電力計測値及び前の電力計測値をそれぞれPnewとPoldとした場合に、負荷レベルLnewが次式;
Lnew (Nnew, Pnew) =
{Nnew (Pnew−Pold)}/{Nnew (Pnew−Pold)+ Pold (Nnew−Nold)}
を解くことによって推定される請求項12のシステム。 - 前記負荷計算手段(100)が負荷レベルをユーザ数値の変化の関数として再帰的に更新する請求項11のシステム。
- 前記負荷計算手段(100)が負荷レベルを電力計測値の変化の関数として再帰的に更新する請求項11のシステム。
- 前記負荷計算手段(100)が、前に計算された負荷レベルをLoldとして、現在のユーザ数値及び前のユーザ数値をそれぞれNnew及びNoldとした場合に、計算された負荷レベルLnewを次式;
Lnew = Lold×(Nnew/Nold)
を解くことによって再帰的に更新する請求項14のシステム。 - 前記負荷計算手段(100)が、前に計算された負荷レベルをLoldとして、現在の電力計測値及び前の電力計測値をそれぞれPnew及びPoldとした場合に、計算された負荷レベルLnewを次式;
Lnew = 1−(Pnew/Pold)×(1−Lold)
を解くことによって再帰的に更新する請求項15のシステム。 - 更に、前記制御手段(100)において前記計算された負荷レベルを使用する前に計算された負荷レベルを検証する検証手段からなる請求項11のシステム。
- 前記検証手段が、前の電力計測値をPoldとして、前に計算された負荷レベルをLoldとした場合に、推定電力計測値Pnew'を、前記計算された負荷レベルLnewに基づいて次式;
Pnew' = {Pold(1−Lold)}/(1−Lnew)
を解くことによって計算し、前記検証手段がPnew'を実際の電力計測値Pnewと比較してLnewが相当に正確であるか否かを判定する請求項18のシステム。 - 前記検証手段が前記Pnew'はPnewに十分に近い値でないことを示すとき、前記計算手段が次式;
Lnew = 1−(Pnew/Pold) (1−Lold)
を解くことによって、計算された負荷レベルを再帰的に更新する請求項19のシステム。 - 更に、電力計測値及びユーザ数値を受信するための入力手段からなる請求項11のシステム。
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