JP4629205B2

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

Info

Publication number: JP4629205B2
Application number: JP2000287890A
Authority: JP
Inventors: イルキムクン
Original assignee: アルカテル−ルーセントユーエスエーインコーポレーテッド
Priority date: 1999-09-23
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: AU6125500A; CA2320534A1; US7173904B1; BR0004140A; KR100699193B1; EP1087633A1; EP1087633B1; JP2001148888A; KR20010050591A; CN1290074A

Description

【０００１】
【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

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Ｎ_new及びＮ_old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Ｐ_new及びＰ_oldとした場合に、負荷レベルＬ_newが次式；
Ｌ_new (Ｎ_new, Ｐ_new) ＝
｛Ｎ_new (Ｐ_new−Ｐ_old)｝／｛Ｎ_new (Ｐ_new−Ｐ_old)＋Ｐ_old (Ｎ_new−Ｎ_old)｝
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Ｌ_old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Ｎ_new及びＮ_oldとした場合に、計算された負荷レベルＬ_newが次式；
Ｌ_new ＝Ｌ_old×（Ｎ_new／Ｎ_old）
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Ｌ_old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Ｐ_new及びＰ_oldとした場合に、計算された負荷レベルＬ_newが次式；
Ｌ_new ＝１−（Ｐ_new／Ｐ_old）×（１−Ｌ_old）
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Ｐ_oldとして、前に計算された負荷レベルをＬ_oldとした場合に、推定電力計測値Ｐ_new'が前記計算された負荷レベルＬ_newに基づいて次式；
Ｐ_new' = {Ｐ_old（１−Ｌ_old）}／（１−Ｌ_new）
を解くことによって計算され、前記検証ステップではＰ_new'を実際の電力計測値Ｐ_newと比較することによってＬ_new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Ｐ_new'がＰ_new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；
Ｌ_new ＝１−（Ｐ_new／Ｐ_old）×（１−Ｌ_old）
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Ｎ_new及びＮ_old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Ｐ_newとＰ_oldとした場合に、負荷レベルＬ_newが次式；
Ｌ_new (Ｎ_new, Ｐ_new) ＝
｛Ｎ_new (Ｐ_new−Ｐ_old)｝／｛Ｎ_new (Ｐ_new−Ｐ_old)＋Ｐ_old (Ｎ_new−Ｎ_old)｝
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Ｌ_old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Ｎ_new及びＮ_oldとした場合に、計算された負荷レベルＬ_newを次式；
Ｌ_new ＝Ｌ_old×（Ｎ_new／Ｎ_old）
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Ｌ_old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Ｐ_new及びＰ_oldとした場合に、計算された負荷レベルＬ_newを次式；
Ｌ_new ＝１−（Ｐ_new／Ｐ_old）×（１−Ｌ_old）
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Ｐ_oldとして、前に計算された負荷レベルをＬ_oldとした場合に、推定電力計測値Ｐ_new'を、前記計算された負荷レベルＬ_newに基づいて次式；
Ｐ_new' = {Ｐ_old（１−Ｌ_old）}／（１−Ｌ_new）
を解くことによって計算し、前記検証手段がＰ_new'を実際の電力計測値Ｐ_newと比較してＬ_new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Ｐ_new'はＰ_new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；
Ｌ_new ＝１−（Ｐ_new／Ｐ_old）（１−Ｌ_old）
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。