JP4738047B2 - 通信システムにおける電力過負荷制御の方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、通信システムにおける電力過負荷制御に関する。

ＣＤＭＡ（符号分割多重接続）ネットワークやＵＭＴＳ（欧州次世代移動体通信システム）などの第３世代（３Ｇ）無線通信システムは、一般に、サービスを提供する基地局の送受信機と通信する送受信機を有する複数の移動局を含むことができる。各移動局の送受信機は、１つまたは複数のリンクを介して、対応する基地局の受信機または送信機と通信する送信機および受信機を含むことができる。１つのリンクは、一般に、（たとえば、シグナリング・チャネルやトラフィック・チャネルなどの）複数の通信チャネルを含むことができる。トラフィック・チャネルは、ユーザがユーザ情報を伝達する（すなわち、送信および／または受信する）通信チャネルである。シグナリング・チャネルは、システム機器が、システムを管理、操作、もしくは制御するために用いるシグナリング情報を伝達するために使用できる。システム機器は、通常はサービス提供者が所有、保守、および操作でき、通信システムで使用される種々の知られた無線機器や処理機器を含むことができる。このシステム機器が、ユーザ機器（ＵＥ）（たとえば、移動局）とともに、シグナリング情報を生成し、受信する。

通信リンクを介して送信および受信される通信信号が、通信チャネルに存在する種々の異常によって歪むことがしばしばある。このようなチャネルの異常があると、信号が誤って受信されるおそれがある。たとえば、経路損失、レイリー・フェージング、周波数交換、位相ジッタなどのチャネル異常があると、しばしば信号電力が低下して、信号が送信時より大幅に低い電力レベルで受信されることがある。結果として、チャネル異常によって悪影響を受けた信号は、しばしば誤って受信される。エラーの発生を防ぐか、少なくとも、エラー発生の可能性を下げる１つの方法は、それらの通信システムに電力制御技術を適用することである。

一般に、電力制御アルゴリズムは、基地局で実施される。基地局は、移動局から受信した信号を調べて、信号が（たとえば、検知したＦＥＲ（フレーム・エラー・レート）などに基づいて）弱いようであれば、移動局の送信電力を増減するコマンドを送信できる。たとえば、音声システムにおいて品質が快適と感じられる場合のＦＥＲはおおよそ１％であろう。ＦＥＲが１％より非常に小さい場合（ＦＥＲ＜＜１％）は移動局が電力を無駄にしている可能性があるので、基地局に実装された電力制御アルゴリズムが、移動局に対し、送信電力を減らすよう要求するコマンドを送信できる。ＦＥＲが１％より非常に大きい場合（ＦＥＲ＞＞１％）は品質が劣化している可能性があるので、基地局が移動局に対し、品質を元に戻すために送信電力を増やすよう要求するコマンドを送信できる。

一般には、基地局での電力制御を実現するために、２つの電力制御ループを利用できる。これらは、内部ループ電力制御と外部ループ電力制御であって、連携して、「クローズド・ループ電力制御」と呼ばれる電力制御を可能にする。たとえば、一例示的ＣＤＭＡ通信システムでは、たとえば、８００Ｈｚの速度で動作できる内部ループ電力制御アルゴリズム（「内部ループ」または「高速電力制御」）を用いて、送信機側の電力を調整できる。そこで、基地局は、受信信号対雑音比（Ｅｂ／Ｎｔ）（信号対干渉比（ＳＩＲ）とも呼ぶ）を計測して、そのＳＩＲ値をしきい値と比較する。このしきい値を内部ループで用いて、電力制御の指定ＱｏＳ（サービス品質）を決定することができる。受信ＳＩＲが高すぎる（たとえば、しきい値を超える）場合は、基地局の送信機が、電力を減らすコマンドを移動局に送信できる。また、計測したＳＩＲが低すぎる場合は、逆に、電力を増やすコマンドを送信できる。

ＱｏＳは、いくつかの異なるサービス要件を表すことができる。たとえば、ＱｏＳは、ＵＭＴＳなどの所与のネットワークにおいて、保証された性能（たとえば、最小または最大データ・ネットワーク・スループット、最小遅延要件、パケット損失率、および／またはパケット・ダウンロード時間など）を提供することを示すことができる。ＵＭＴＳシステムやＣＤＭＡシステムなどのシステムまたはネットワークは、非リアルタイム・トラフィック（たとえば、間欠的および／またはバースト的なデータ転送、大量データの不定期送信）、リアルタイム・トラフィック（たとえば、音声、ビデオ）、その他を効率よく転送できるように、複数のＱｏＳ（サービス品質）レベルをサポートするよう設計できる。

ただし、基地局と移動局の間の通信経路は、視野方向（ＬＯＳ）であることはあまりなく、移動局の動きや移動局を取り巻く状況に応じて常に変化している可能性がある。たとえば、ＳＩＲが変化する原因として、高速フェージング（レイリー・フェージングやライス・フェージング）、シャドウイング（対数正規フェージング）、および／または干渉レベルの変化が考えられる。移動局での送信電力に無駄がない状態で（移動局から基地局への）逆方向リンク信号を良好に受信できるためには、受信ＳＩＲが常に一定であることが理想的である。

このように、基地局と移動局の間の無線チャネル状態は、常に変化していると考えられる。無線リンクのＱｏＳを維持するために、無線状態の変化に応じて、しきい値を調整することができる。しきい値を調整する（たとえば、しきい値の設定点を設定または調整する）機能を実施するシステムを、外部ループ電力制御（「外部ループ」または「低速電力制御」）と呼ぶ。内部ループとともに、外部ループもクローズド・ループ電力制御を形成する。

外部ループ電力制御は、無線ベアラ・サービスの要件に応じて、ビット・エラー・レート（ＢＥＲ）またはブロック・エラー・レート（ＢＬＥＲ）を指標として現在のリンク品質を制御するよう設計できる。ＳＩＲを内部ループ電力制御で制御しても、受信リンク品質が変化する可能性はまだある。前述のように、これらの変化の原因として、（都市部や丘陵地などでよく見られる）マルチパス遅延特性の変動、移動局の速度変化、および／または干渉特性の変化などが考えられる。そこで、外部ループ電力制御において、（しきい値の設定点を調整するなどして）内部ループの「目標ＳＩＲ」を、要求されるリンク品質を達成するよう適応させることができる。

したがって、ＵＭＴＳなどのＣＤＭＡシステムでは、経路損失の影響を克服するため、および種々のユーザ・サービス間でＱｏＳ（サービス品質）をバランスさせるために、電力制御メカニズムまたはアルゴリズムが必要である。ただし、状況によっては、ＣＤＭＡシステムが過負荷になる可能性がある。

図１は、ＵＭＴＳなどの通信システムにおける過負荷の問題を示すグラフである。図１によれば、負荷が１００％に近づくにつれ、各移動ユーザに対する干渉および送信電力が急激に上昇する可能性がある。高負荷領域では電力制御が効果的に働かず、ネットワークの動作が不安定になる可能性がある。最悪の場合、送信電力が限界に達し、移動局と基地局の間の同期が失われて、接続が遮断される可能性がある。こうした状況に陥るのを防ぐために、ＵＭＴＳなどのＣＤＭＡネットワークでは、効率的な過負荷制御アルゴリズムが必要である。

無線通信システムにおいて電力過負荷事象または状況に対処する従来の方法として、（ａ）負荷制御または過負荷制御、（ｂ）前述のクローズド・ループ電力制御などがある。ＵＭＴＳなどのネットワークでは、過負荷制御が一般的に用いられる。図１に示す、右端の領域の負荷状態は避けることが望ましい。その段階では、ネットワークまたはシステムが、干渉および送信電力の急激な上昇によって不安定になる可能性があるからである。したがって、図１では、その避けるべき領域を「使用不能領域」としている。

一般に、ＣＤＭＡネットワークにおける過負荷制御問題に対処するために、次に示す従来の方法が用いられる。１つは、コール・アドミッション制御（ＣＡＣ）と呼ばれる技術である。ＣＡＣ機能は、ネットワークまたはシステムへの新規ユーザのアクセスを制御することによって過負荷状況を避けようとする。したがって、ＣＡＣの基本的な機能は、負荷が所定のしきい値（たとえば、図１に示したｔｈｒ_{ａｄｍｉｔ}）を超えた場合に、システムへの新規ユーザのアクセスを許可しない（すなわち、ブロックする）よう動作することである。

過負荷に対処する別の従来の方法を、「輻輳制御」（ＣｏｎＣ）と呼ぶ場合がある。ＣＡＣルーチンが正常に機能していても、移動ユーザのシステム内での移動性が原因で無線通信システムが過負荷になる可能性がある。そのような場合、ＣｏｎＣ機能は、過負荷状況を克服する方向に働くことができる。図１に示すように、かつ一般に、ＣｏｎＣ手法は、負荷が第２の所定のしきい値（ｔｈｒ_ｄｒｏｐ）を超えた場合に、既存の接続を遮断することができる。一般に、しきい値ｔｈｒ_ｄｒｏｐは、ｔｈｒ_{ａｄｍｉｔ}より大きい値に設定できる。このように、上述の過負荷制御方法（ＣＡＣおよび／またはＣｏｎＣ）を用いると、ＵＭＴＳシステムやＣＤＭＡシステムのユーザにとっては、システムが過負荷状況になった場合の反応が比較的手荒なものになる可能性がある。

過負荷制御に関連する別の無線リソース管理機能として、クローズド・ループ電力制御がある。基地局に実装された電力制御（ＰＣ）アルゴリズムは、（ａ）要求される制限（たとえば、データ・レート、遅延、ＢＬＥＲなど）の範囲でシステムＱｏＳを維持するため、および（ｂ）干渉（すなわち、全体の電力消費）を低減および／または最小化するために、送信電力の設定を制御できる。ＰＣは、無線通信システムに対する環境（遅延拡散、ＵＥ速度など）の影響だけでなく、経路損失（遠近の問題）、シャドウイング（対数正規フェージング）、高速フェージング（レイリー・フェージングやライス・フェージング）などのような伝搬作用にも対処できる。

図２は、無線通信システムの基地局送受信機における従来のクローズド・ループ電力制御（ＣＬＰＣ）のブロック図を示している。前述のように、ＣＬＰＣは、内部ループ電力制御（ＩＬＰＣ）と外部ループ電力制御（ＯＬＰＣ）を含むことができる。図２では、ＵＥなどの、ユーザの送信機側２１０と、基地局送受信機の受信機側２２０のブロック図を示している（以下、用語の「基地局」と「ＮｏｄｅＢ」を適宜使い分ける）。

ＩＬＰＣは、ＯＬＰＣによって調整されている所望または所定のＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}を達成するために、送信機側２１０の送信電力設定を制御する。図２によれば、ＩＬＰＣの基本機能は次のようになる。ＮｏｄｅＢの受信機側２２０で、（２２５において）所与のＵＥのＳＩＲが、受信機２２１で受信した信号２２２から推定される。要素２２５では、受信信号２２２がＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}と比較される。この比較結果に基づいて、送信電力制御（ＴＰＣ）コマンド２２６が生成される。たとえば、ＳＩＲ＜ＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}であれば、所定のＮｏｄｅＢのＩＬＰＣが「電力を増やす」コマンドを、サービス対象のＵＥに対して生成でき、ＳＩＲ≧ＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}であれば、所定のＮｏｄｅＢのＩＬＰＣが「電力を減らす」コマンドをＵＥに対して生成できる。

ＴＰＣ ２２６は、適切なＭＵＸ ２２７によって、ＵＥの対応する送信機側２１０に送信されるデータ・ストリーム２１１に多重化される。送信機側２１０は、適切なＤＥＭＵＸ ２１２において、対応するデータ・ストリーム２１１からＴＰＣコマンド２２６を抽出する。送信機側２１０は、回線２１６を介してＤＥＭＵＸ ２１２から受信した、抽出されたＴＰＣコマンドに基づき、内蔵の電力増幅器（ＰＡ）２１７の送信電力を調整できる。たとえば、受信機側２２０から「電力を増やす」コマンドを受信した場合は、ＵＥの送信電力を指定量だけ増やすことができる。「電力を減らす」コマンドを受信した場合は、送信電力を指定量だけ減らすことができる。したがって、ＩＬＰＣは、ＵＥの送信機側２１０とＮｏｄｅＢの受信機側２２０の間のクローズド・ループである。

ＯＬＰＣは、（たとえば、特定のＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ} ２３０によって指定される）サービスのＱｏＳ要件を満たすために、ＩＬＰＣのＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}設定（しきい値）を制御する。図２によれば、ＯＬＰＣの基本機能は次のようになる。受信機側２２０内で、（２２８において）（復号器２２３によって復号された）復号信号２２４からサービスのＱｏＳ（たとえば、ＢＬＥＲ）が推定され、（たとえば、ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}で指定される）ＱｏＳ目標と比較される。ＩＬＰＣのために調整されたＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}は、２２８での比較結果に基づいて決定される（回線２２９）。たとえば、ＢＬＥＲ＞ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}であれば、ＯＬＰＣはＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}を増やし、ＢＬＥＲ≦ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}であれば、ＯＬＰＣはＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}を減らす。この修正されたＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}（しきい値）がＩＬＰＣに渡される。ＯＬＰＣもまた、ＮｏｄｅＢの受信機側２２０の中で主に動作するクローズド・ループである。

アップリンク（移動局から基地局への「逆方向リンク」）では、電力制御は、各移動ユーザに対して個別に実施され、ダウンリンク（基地局から移動局への「順方向リンク」）では、電力制御は、物理チャネルごとに実施される。現在の達成状況では、電力の過負荷状況が発生しても、具体的な電力制御操作は実施されない。過負荷状況の場合、従来の電力制御では、所望または目標のＢＬＥＲにまだ一度も到達していなくても、とにかく送信電力を上限まで増やす。これによって、送信機と受信機の間の同期が失われ、既存の接続が不意に遮断される可能性がある。

図３は、無線通信システムにおけるアップリンク電力制御の従来の仕組みを示している。システム３００は、たとえば、ＵＴＲＡＮ（ＵＭＴＳ地上無線アクセス・ネットワーク）３００として実施できる。ＵＴＲＡＮ ３００は、ＮｏｄｅＢ ３１０というセル・サイト（基地局）を含むことができ、ＮｏｄｅＢ ３１０は、一般にはＵｕインターフェース・プロトコルを用いて、１つまたは複数のＵＥ ３１５にサービスを提供できる。各ＮｏｄｅＢ ３１０は、Ｉｕｂプロトコルを用いて無線ネットワーク・コントローラ（ＲＮＣ）３２０および３２５と通信する無線送受信機を含むことができる。ここでは、ＲＮＣを、ＵＴＲＡＮ ３００の、制御ＲＮＣまたはサービスＲＮＣ（ＳＲＮＣ）３２０とドリフトＲＮＣ（ＤＲＮＣ）３２５として示している。ＳＲＮＣ ３２０とＤＲＮＣ ３２５は、（たとえば、Ｉｕｒプロトコルを用いて）互いに通信できる。

ＵＴＲＡＮ ３００はまた、１つまたは複数のコア・ネットワーク（ＣＮ）３４０（図３には簡潔さのために１つだけ示す）とインターフェースすることもできる。簡潔さのために図示していないが、ＣＮ ３４０は、移動交換局（ＭＳＣ）、１つまたは複数のＳｅｒｖｉｎｇ ＧＰＲＳ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｎｏｄｅ（ＳＧＳＮ）、および１つまたは複数のＧａｔｅｗａｙ ＧＰＲＳ Ｓｅｒｖｉｎｇ ＮｏｄｅまたはＧａｔｅｗａｙ ＧＰＲＳ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｎｏｄｅ（ＧＧＳＮ）を含むことができる。ＳＧＳＮおよびＧＧＳＮは、外部ネットワーク（図示せず）へのゲートウェイである。一般にＵＭＴＳでは、ＳＧＳＮおよびＧＧＳＮは、ＵＴＲＡＮ ３００経由で移動局とパケットを交換でき、他のインターネット・プロトコル（ＩＰ）・ネットワーク（本明細書ではパケット・データ、ネットワーク（ＰＤＮ）と呼ぶ）ともパケットを交換できる。外部ネットワークとしては、パケット交換電話網（ＰＳＴＮ）や統合サービス・ディジタル網（ＩＳＤＮ）などの様々な回線ネットワークやＰＤＮなどがある。

図３に示すように、ＵＴＲＡＮ ３００は、たとえば、Ｉｕ ｃｓやＩｕ ｐｓなどの適切なＩｕインターフェース（簡潔のために図示せず）を介してＣＮ ３４０にリンクできる。あるいは、ＵＴＲＡＮ ３００は、たとえば、Ｔ１／Ｅ１、ＳＴＭ−ｘなどのバックホール設備（図示せず）を介してＣＮ ３４０にリンクできる。Ｉｃｓ（インターフェース・ユニット（回路交換））インターフェースは、ＵＭＴＳにおいてＲＮＣをＭＳＣにリンクするインターフェースである。Ｉｐｓ（インターフェース・ユニット（パケット交換））インターフェースは、ＵＭＴＳにおいてＲＮＣをＳＧＳＮにリンクするインターフェースである。

３ＧＰＰ ＴＳ ２５．４０１、Ｖ６．２．０（２００３−１２）、「ＵＴＲＡＮ ｏｖｅｒａｌｌ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ」などの３ＧＰＰ ＵＭＴＳ標準に従って、様々なアップリンクＰＣ機能を様々なネットワーク・エンティティに配置できる。図３は、ＮｏｄｅＢ ３１０間でソフト・ハンドオフを行う場合のアップリンク制御機能の配置例を示している。ソフト・ハンドオーバーは、ＵＥが同時に複数のセルに接続されるコール構成である。この例では、ＵＥ ３１５は、異なる複数のＮｏｄｅＢ ３１０と、異なるＲＮＣ ３２０および３２５に接続される。各ＮｏｄｅＢ ３１０は、それぞれ対応する制御ＲＮＣ ３２０／３２５に、Ｉｕｂインターフェースを介して接続されている。ソフト・ハンドオフに関与するＮｏｄｅＢ ３１０に対する制御ＲＮＣが複数ある場合は、１つのＲＮＣが、接続を制御するＳＲＮＣ ３２０の役割を担い、別のＲＮＣがＤＲＮＣ ３２５として動作する。図に示すように、ＲＮＣ ３２０とＲＮＣ ３２５の間のＵＥ ３１５のデータ・フローおよび制御フローは、Ｉｕｒ論理インターフェースを介して送信できる。

従来、ＩＬＰＣ機能は各ＮｏｄｅＢ ３１０に配置され、それによって、所与のＵＥ ３１５と各ＮｏｄｅＢ ３１０の間に個別のＩＬＰＣループが提供されていた。３ＧＰＰ ＵＭＴＳ標準では、それらの個別ループからのＴＰＣコマンドが競合した場合の、ＵＥ ３１５に関するルールが指定されている。フレーム・セレクタ３２２は、ＳＲＮＣ ３２０に到達する複数のアップリンク・ソフト・ハンドオーバー経路の中から最も信頼できるデータ・ストリームを選択するよう構成でき、ＳＲＮＣ ３２０内に配置できる。さらに、ＯＬＰＣ機能３２４も、通常は、たとえば、図３に示すように、ＳＲＮＣ ３２０内に配置できる。

したがって、従来の電力制御の実装では、（特にアップリンクにおける）過負荷状態に効率的に対処することができない。たとえば、（たとえば、コンマ何秒の）短時間の過負荷については、ＰＣによるいかなる操作も手荒すぎ、ＣＡＣおよび／またはＣｏｎＣ．などの従来の過負荷制御アルゴリズムで現在行われているようにユーザをブロックしたり遮断したりするなどの悪影響をユーザに及ぼす可能性がある。

さらに、過負荷状況に対して何の措置も講じられない場合、特定数のユーザに対する各電力制御ループがそれぞれ対応する限界に達する可能性があり、そうなると、サービス性能が不意に制御できなくなり劣化する可能性がある。極端な場合は、所与のＵＥ ３１５とそのサービスＮｏｄｅＢ ３１０の間の同期が失われ、コールが遮断される可能性がある。
欧州特許出願第０１３０９５２０．３号（ＥＰ１３１１０７６として公開）（Ｃｈａｒｒｉｅｒｅら、「Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ａ ＣＭＤＡ ｂａｓｅｄ ｓｙｓｔｅｍ」、２００１年１１月１２日申請）

本発明の一例示的実施形態は、１人または複数の、少なくとも１つのセルのユーザにサービスを提供する少なくとも１つの基地局を有する通信システムにおいて、電力過負荷を制御する方法を対象としている。この方法では、通信システムの負荷を過負荷状態にならないよう維持するために、基地局によって実施される内部ループ電力制御の目標信号対干渉比（ＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}）を制御できる。

本発明の別の例示的実施形態は、１人または複数の、少なくとも１つのセルのユーザにサービスを提供する少なくとも１つの基地局を有する通信システムにおいて、電力過負荷を制御する方法を対象としている。この方法では、通信システムの負荷を過負荷状態にならないよう維持するために、基地局によって実施される外部ループ電力制御の目標ブロック・エラー・レート（ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}）を制御できる。

本発明の例示的実施形態は、本明細書の以降の詳細説明および添付図面から、より完全に理解されよう。類似要素は類似の参照符号で表してある。これらの説明および図面は例示のみを目的としており、したがって、本発明の例示的実施形態だけに制限するものではない。

本発明の例示的実施形態の原理は特に、ＵＭＴＳの技術、標準、および手法に基づく無線通信システムによく適合するものであり、その例示的文脈で説明を行うが、本明細書で表示および説明する例示的実施形態は例示的のみを意図したものであり、いかなる制限も意図しないものであることに注意されたい。たとえば、本発明の例示的実施形態は、通信システム向けの、よく知られたＩＳ−９５、ＩＳ ２０００、ＣＤＭＡ ２０００などの技術にも適用できる。したがって、他の無線通信システムに適用しようとする当業者から見れば、種々の変更が可能であることは明らかであり、種々の変更は、本明細書での教示から予想されるところである。

さらに、以下で用いるように、「ユーザ機器」（ＵＥ）という用語は、移動局、移動端末、移動ユーザ、加入者、ユーザ、リモート局、アクセス端末などと同義であると見なすことができ、無線通信ネットワークにおける無線リソースのリモート・ユーザを表すことができる。「ＮｏｄｅＢ」という用語は、基地局または無線基地局（ＢＴＳ）と同義であると見なすことができ、ネットワークと１つまたは複数のＵＥの間のデータおよび／または音声の接続を提供する機器を表すことができる。システムやネットワーク（アクセス・ネットワークなど）は、１つまたは複数の基地局を含むことができる。

本発明の例示的実施形態は、アップリンクにおける電力過負荷制御方法を対象としているが、ダウンリンクにおける過負荷状況への対象にも適用可能であり、それは当業者にとっても明らかであろう。以下で説明する例示的方法は、たとえばコール・アドミッション制御（ＣＡＣ）および輻輳制御（ＣｏｎＣ）などの、従来の負荷制御方法の代わりとして、かつ／またはそれらとともに適用可能であろう。_Ｆ

一般的に、本明細書で説明する、無線通信システムにおいて電力過負荷制御を実施する例示的方法は、負荷の上限を下回る特定の負荷をサポートする通信システムでは有限時間の過負荷状況が発生しうるという原理に基づいている。したがって、ＣＡＣやＣｏｎＣなどの従来の負荷制御方法で行われているような、新規ユーザをブロックしたり、既存ユーザを遮断したりするなどのより厳しい操作を実施するのではなく、たとえば一定時間だけＢＬＥＲを増やすなど、システムからサービスを提供されているユーザに対するＱｏＳを制限することが好ましい。

以下でさらに詳細に説明するように、一例示的実施形態では、通信システムが過負荷状態にならないように、ＩＬＰＣの目標信号対干渉比（ＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}）を制御できる。これは、送信電力（したがって、システムの全体負荷）が内部ループ電力制御の調整されたＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}に直接依存するであろうという知識に基づいて行うことができる。

別の例示的実施形態でさらに詳細に説明するように、特定の時点でのシステム負荷に基づいて、ＩＬＰＣの目標ブロック・エラー・レート（ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}）を調整できる。したがって、別の例示的実施形態は、ＩＬＰＣのＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}がＯＬＰＣ機能を通じてＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}に依存する電力過負荷制御方法を対象としている。

図４は、本発明の一例示的実施形態による、通信システムの電力過負荷制御方法を示すフロー図である。図４は、内部ループ電力制御のＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}の制御に基づく過負荷制御方法を大まかに示している。

図４の「電力過負荷制御ループ」４００は、ＩＬＰＣに追加して実装できる。ＣＤＭＡシステムやＵＭＴＳシステムでは、ＩＬＰＣによって制御されるＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}は、（ＮｏｄｅＢからサービスを提供される１つまたは複数のＵＥを含む）特定のセルの干渉（したがって、負荷）に対して大きな影響力を持ちうる。

ＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}を下げると、セルの負荷も減り、それによって、一時的な過負荷状況を克服しやすくなる。その反面、ＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}を下げると、通信システムのＢＬＥＲ性能も低下する。したがって、過負荷状況が続く間はＱｏＳも低下する可能性がある。本明細書で説明する例示的方法は、過負荷状況を克服する能力と、システム性能が低下する可能性とのトレードオフを伴う。

図４によると、ＮｏｄｅＢは、所与のセルの現在の負荷を定期的に推定する（工程４１０）。アップリンクでは、この負荷を、全体的な受信干渉に基づいて推定できる。たとえば、ＮｏｄｅＢは、サービス対象の特定セルのセル干渉レベルを計測することによって負荷を監視できる。このアップリンク負荷の推定値は、たとえばＣＡＣやＣｏｎＣなどの他の負荷制御機能の代わりに、またはそれらとともに、ループ４００で利用できる。図４の例として、サービスを提供するＮｏｄｅＢが、たとえばＵＴＲＡＮなどのネットワークの制御ＲＮＣに、各セルの１つまたは複数のＵＥの負荷推定値を報告できる。

過負荷状況をＮｏｄｅＢで検知するために、負荷推定値を所定の過負荷しきい値（ｔｈｒ_{ｏｖｅｒｌｏａｄ}）と比較する（工程４２０）。この比較結果に基づいて、ＳＩＲ倍率（ｆａｃ_ＳＩＲ）を調整する（工程４３０）。たとえば、負荷推定値がｔｈｒ_{ｏｖｅｒｌｏａｄ}に等しいか、これを超える（≧）場合は、ｆａｃ_ＳＩＲを特定量だけ減らすことができる（すなわち、ｆａｃ_ＳＩＲが所定の最小値（ｍｉｎ（ｆａｃ_ＳＩＲ））を下回らない割合だけ又は設定された値だけ減らすことができる）。負荷推定値がｔｈｒ_{ｏｖｅｒｌｏａｄ}より小さい（＜）場合は、ｆａｃ_ＳＩＲを特定量だけ増加又は増分することができる（すなわち、ｆａｃ_ＳＩＲが所定の最大値（ｍａｘ（ｆａｃ_ＳＩＲ））を上回らない割合だけ又は設定された値だけ増やすことができる。この例では、ｍａｘ（ｆａｃ_ＳＩＲ）＝１とすることができるが、当業者であれば、他の値（１未満の小数、１以上の小数、１以外の整数など）もｍａｘ（ｆａｃ_ＳＩＲ）として使用する可能性がある。

目標ＳＩＲを決定する際に、不安定さを避けるために、倍率ｆａｃ_ＳＩＲをフィルタリングする（工程４４０）。たとえば、例示的な式（１）に従って、比較的単純な忘却要素を適用できる。
ｆａｃ_{ＳＩＲａｖｅ}（ｉ）＝（１−ａ）・ｆａｃ_{ＳＩＲａｖｅ}（ｉ−１）＋ａ・ｆａｃ_ＳＩＲ（ｉ）（１）
式（１）において、ｆａｃ_{ＳＩＲａｖｅ}（ｉ）はフィルタリング後の現在の出力値を表し、ｆａｃ_{ＳＩＲａｖｅ}（ｉ−１）は直前の出力値を表し、「ａ」はフィルタ係数を表し、ｆａｃ_ＳＩＲ（ｉ）は、工程４３０で得られた現在の倍率値を表す。

工程４４０でのｆａｃ_{ＳＩＲａｖｅ}（ｉ）の決定に基づき、例示的な式（２）に示すように、ＩＬＰＣの目標ＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}を調整する（工程４５０）。
ＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}＝ＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔＯＬＰＣ}・ｆａｃ_{ＳＩＲａｖｅ}（２）

式（２）において、ＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔＯＬＰＣ}は、ＯＬＰＣによって調整された元の目標ＳＩＲを表す。次に、ＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}の修正値を、ＮｏｄｅＢで実施されるＩＬＰＣに渡す（工程４６０）。工程４１０から４６０を反復した結果、（ＮｏｄｅＢにおいてＩＬＰＣ手法によって実装された現在のＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}より）ＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}が低くなった場合は、ＮｏｄｅＢで実施されるＩＬＰＣが、従来の操作で（すなわち、適切な「電力を減らす」コマンドをＵＥに送信して）要求送信電力を減らす。したがって、（電力過負荷状態に近づくか、達した場合に）発生する負荷を効率よく減らすことができる。さらに、（たとえば別の時点で）工程４１０で次の負荷推定値を決定するために、修正したＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}のシステム性能に対する影響に関する情報を用いることができる（工程４７０）。ＩＬＰＣ動作の詳細は既に概説したとおりなので、ここでの詳細説明は簡潔さのために割愛する。

したがって、例示的方法をＮｏｄｅＢに効率的に適用でき、ＮｏｄｅＢではＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}を決定するためのセル負荷情報を利用できるようになり、それによって、電力過負荷制御とＩＬＰＣの間の待ち時間を比較的低く保つことができる。負荷の低減をより一層効率的に行うために、図４に示した電力過負荷制御ループをセル内のすべてのＵＥ、または少なくとも一部のＵＥに用いることができる。ソフト・ハンドオフの場合は、過負荷になっているセルのＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}設定にのみ作用する。

ＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}がＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔＯＬＰＣ}より低い場合は、さらなる操作を行わなくても、ＯＬＰＣが、ＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔＯＬＰＣ}を再度増やす。これは、たとえばＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}で示される目標量に到達していなかったためと考えられる。この効果を「ワインド・アップ」効果と呼ぶことがある。この効果は、ＵＭＴＳなどのＣＤＭＡシステムでの深刻な問題の原因となることがある。

「ワインド・アップ」効果を避けるには、ＮｏｄｅＢによって実施されるＯＬＰＣがＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔＯＬＰＣ}を不必要に上げないように、目標量（ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}）をＯＬＰＣに通知しなければならない。このシグナリングは、欧州特許出願第０１３０９５２０．３号（ＥＰ１３１１０７６として公開）（Ｃｈａｒｒｉｅｒｅら、「Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ａ ＣＭＤＡ ｂａｓｅｄ ｓｙｓｔｅｍ」、２００１年１１月１２日申請）で説明されているような、分散ＯＬＰＣアーキテクチャと、適切な電力制御シグナリング方法を適用することにより、自ずと与えられる。ＥＰ１３１１０７６の内容は、説明されている電力制御シグナリング方法が関連するとして、参照により本明細書に組み込まれている。

以下、電力過負荷制御方法のある特定のパラメータの、システム性能への影響について説明する。過負荷しきい値ｔｈｒ_ｌｏａｄは、ＮｏｄｅＢに対する負荷点、言い換えると、本明細書で説明した例示的電力過負荷制御方法を開始すべきトリガを直接与える。この過負荷しきい値ｔｈｒ_ｌｏａｄは、たとえばＣＡＣの過負荷しきい値ｔｈｒ_ＣＡＣおよびＣｏｎＣの過負荷しきい値ｔｈｒ_ＣｏｎＣで与えられる、セルの最大許容負荷に従って調整されなければならない。

ＣＡＣおよびＣｏｎＣの機能性は、大規模過負荷状況を克服するためには依然として必要である。特に、その状況が数秒以上続く場合には必要である。それは、電力過負荷制御によって、ＢＬＥＲ性能が所与のセルのＵＥにとって受け入れがたいレベルになる可能性があるためである。ｍｉｎ（ｆａｃ_ＳＩＲ）などの下限を用いて、たとえば、特定サービスの許容品質の下限を調整することができる。式（１）で示したフィルタ係数ａは、電力過負荷制御の動作にかなりの影響を及ぼしうる。さらに、過負荷状況を克服する能力と、ｔｈｒ_ｌｏａｄ、ｍｉｎ（ｆａｃ_ＳＩＲ）、フィルタ係数ａのうちの１つまたは複数を調整することによってＱｏＳが劣化する可能性との間にはトレードオフが存在しうる。

図５は、本発明の別の例示的実施形態による、通信システムの電力過負荷制御方法を示すフロー図である。図５は、外部ループ電力制御のＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}を設定することに基づく過負荷制御を大まかに示している。ＣＤＭＡシステムでは、所与のサービスのＢＬＥＲが、ＮｏｄｅＢで実施されるＯＬＰＣおよびＩＬＰＣを通じて送信電力に対して大きな影響力を持つ可能性があり、したがって、所与のセルの負荷にかなりの影響を及ぼす可能性がある。

図５によれば、１つまたは複数のＵＥが接続されている所与のセルの現在の負荷を、ＮｏｄｅＢが定期的に推定する（工程５１０）。アップリンクでは、この負荷を、全体的な受信干渉に基づいて推定できる。このアップリンク負荷の推定値は、たとえばＣＡＣやＣｏｎＣなどの他の負荷制御機能の代わりに、またはそれらとともに利用できる。図５の例として、サービスを提供するＮｏｄｅＢが、たとえばＵＴＲＡＮなどのネットワークの制御ＲＮＣに、各セルの１つまたは複数のＵＥの負荷推定値を通知できる。

この負荷推定値は、ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}の調整内容の決定（工程５２０）に利用できる。ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}を設定または調整するために、負荷推定値をいくつかの領域に分割し（工程５２１）、サービスの要求に応じて領域ごとにＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}設定を定義することができる。簡単な例として、２つの領域を考える（当業者であれば、領域数が２つより少ない場合でも多い場合でも定義できることを理解されたい）。たとえば、２つの例示的な負荷領域を、それぞれ、「低負荷」領域および「高負荷」領域とする。各領域が、たとえば、特定のＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}設定を有するとする。これらの領域の間の対応付けと、ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}の調整内容の決定について、以下、説明する。

低負荷領域と判断された（工程５２２の結果がＹＥＳである）領域については、ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔｌｏｗ}を割り当てる（工程５２３）。高負荷領域と判断された（工程５２４の結果がＹＥＳである）領域については、ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔｈｉｇｈ}を割り当てる（工程５２５）。一態様では、ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}が増えると、負荷／電力消費が減るので、ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔｌｏｗ}＜ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔｈｉｇｈ}と設定することが好ましい。判定した領域に基づいて修正または調整したＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}値を、図５に示すように、ＮｏｄｅＢで実施されるＯＬＰＣに渡す（工程５３０）。

図５に示した方法は、新規サービスの開始時に初期ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}を取得するために開始されるか、かつ／または選択されたサービスが存在する間にＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}を動的に（すなわち、基本的に実時間で）更新することによって開始される。図５の方法は、エンド・ユーザが知覚する性能に影響する可能性があるので、特定のセルの特定タイプのコールについてのみ実施することが好ましい。図５の方法をどのＵＥに適用するかの決定は、たとえば、サービスのＱｏＳ要件や、他の何らかの優先度またはパラメータに基づく場合がある。ソフト・ハンドオフの場合は、すべてのリンクが、新しいＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}設定の影響を受ける可能性がある。

図５に示した方法は、ＲＮＣに効率的に適用できる。ＲＮＣでは、ＵＭＴＳ内にフレーム選択機能があるおかげで（たとえば、図３のフレーム選択機能３２２を参照）、サービスの品質情報（たとえば、ＢＬＥＲ）を利用できる。さらに、ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}設定の調整内容の決定に利用できる一般負荷情報（たとえば、隣接セルの負荷情報）もＲＮＣで使用可能になる。ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}の調整には時間がかかるのが普通なので、ＮｏｄｅＢとＲＮＣの間に待ち時間があってもＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}の調整には関係しない。ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}の調整方法は、欧州特許出願第０１３０９５２０．３号で説明されているように、分散ＯＬＰＣアーキテクチャと電力制御シグナリング方法で効率的にサポートされる。

これらの例示的実施形態は、無線通信システムの電力制御の領域において様々な恩恵を提供できる。たとえば、図４の例示的方法は、ＩＬＰＣのＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}を一時的に下げることによって短時間の過負荷状況に効率的に対処できる。これにより、従来のＣＡＣやＣｏｎＣの機能で実施されるような、新規コールのブロックや既存コールの遮断などのより厳しい措置を講じる必要がなくなる。さらに、図４で示した方法は、ｔｈｒ_ｌｏａｄ、ｍｉｎ（ｆａｃ_ＳＩＲ）、フィルタ係数ａのうちの１つまたは複数など、所定のパラメータを選択することによって、ＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}を調整することでＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}が低くなる場合の、短時間の過負荷を克服する電力過負荷制御能力と、ＢＬＥＲ性能を下げることによるＱｏＳ劣化の間の望ましいトレードオフを達成できる。

図４の方法を、ＣＡＣやＣｏｎＣなどの既存の過負荷制御方法と組み合わせると、長時間の過負荷状況を克服できる。そのような構成では、電力過負荷制御を二重にすることができる。第１に、過負荷が短時間の場合は、電力過負荷制御によって、ユーザに影響を及ぼさずにＱｏＳを一時的に減らす。第２に、何らかの原因で、過負荷状況が長時間に及ぶ場合は、ＣＡＣおよびＣｏｎＣの機能を実施して、コールをブロックまたは遮断することにより、長時間の電力過負荷状況を克服できる。ただし、電力過負荷制御を行う場合は、図４の拡張過負荷制御ループ４００を用いない場合より、過負荷事象のしきい値が高く設定されることが予想される。

図５に示した方法は、長時間にわたってＱｏＳを負荷状況に適合させることができる。負荷が低い場合は、（ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}を小さくすることによって）高いＱｏＳを個々のユーザに提供できる。負荷が高いほど、ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}を大きくする必要がある。さらに、当業者であれば明らかであるように、図４および５の方法を組み合わせると、要求されるサービスのＱｏＳを加減することによって負荷の変動に対処する効率的な仕組みを実現できる。

また、図４の方法は、アップリンク方向でのみ直接インターフェースをＩＬＰＣに与えるので、アップリンクにより適しているが、図５の方法は、ＵＴＲＡＮのサービスＲＮＣまたは制御ＲＮＣにおいて両方向のＯＬＰＣ目標を設定できるので、ダウンリンクにも用いることができる。したがって、品質が一時的に低下しても、早い段階でコールを不必要に遮断することを避けることができる。このため、ＵＭＴＳなどの通信システムで発生する電力過負荷状況に対して、前述の電力過負荷制御方法の観点で高い対処能力を有することができる。

ここまで本発明の例示的実施形態を説明してきたが、同じものを様々に変形させることが可能であるのは明らかである。たとえば、図２から５の論理ブロックは、ハードウェアおよび／またはソフトウェアで実装できる。ハードウェア／ソフトウェアの実装は、プロセッサと製造物の組み合わせを含むことができる。製造物はさらに、記憶媒体、プロセッサが本方法を実行するために読み込むコード部分を有するコンピュータ可読媒体、および実行可能コンピュータ・プログラムを含むことができる。実行可能コンピュータ・プログラムは、所望の操作および本方法を実行する命令を含むことができる。また、実行可能コンピュータ・プログラムは、外部から伝達される信号の一部として供給されることも可能である。そのような変形形態は本発明の例示的実施形態の範囲からの逸脱の見なされるべきではなく、当業者であれば明らかであるそのような変更はすべて、本願請求項の範囲に含まれるものとする。

ＵＭＴＳなどの通信システムにおける過負荷の問題を示すグラフである。 無線通信システムの基地局送受信機における従来のクローズド・ループ電力制御（ＣＬＰＣ）のブロック図である。 無線通信システムにおけるアップリンク電力制御の従来の仕組みを示す図である。 本発明の一例示的実施形態による、通信システムの電力過負荷制御方法を示すフロー図である。 本発明の別の例示的実施形態による、通信システムの電力過負荷制御方法を示すフロー図である。

Claims (10)

1. 通信システムにおいて電力過負荷制御を実施する方法であって、
   システム内の所与のセルの負荷を推定する工程と、
   前記負荷推定値を、倍率を決定するためのしきい値と比較する工程と、
   負荷推定値の変動に対応するフィルタ係数に基づいて前記倍率をフィルタリングする工程と
   フィルタリングされた前記倍率に基づき、目標信号対干渉比（ＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}）を調整してセル内の電力過負荷状態を制御する工程とを含む方法。
2. 前記比較結果に基づいて、システム内の電力過負荷状態を検知し、
   前記比較結果に基づいて、設定された下限と設定された上限との間で前記倍率を加減する、請求項１に記載の方法。
3. 前記比較する工程が、過負荷しきい値を基準として前記負荷推定値を評価する工程を含み、
   前記決定する工程が、
   前記負荷推定値が前記過負荷しきい値に等しいか、前記過負荷しきい値を超える場合に前記倍率を所定の量だけ減らす工程と、
   前記負荷推定値が前記過負荷しきい値より小さい場合に前記倍率を所定の量だけ増やす工程とを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記調整する工程が、前記フィルタリングした倍率と、前記セルにサービスを提供する基地局によって実施される外部ループ電力制御で設定された現在のＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}しきい値とに基づいて、前記基地局によって実施される内部ループ電力制御のＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}を調整する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記電力過負荷状態を制御するために調整された、前記セルのすべてのユーザまたは前記セルの少なくとも一部のユーザのＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}が、前記セル・レベルおよびネットワーク・レベルのいずれかの過負荷状態の制御に適用できる、請求項１に記載の方法。
6. 通信システムにおいて電力過負荷制御を実施する方法であって、
   システム内の所与のセルの１人または複数のユーザの負荷を推定する工程と、
   前記負荷推定値を１つまたは複数の負荷領域に分割し、前記負荷領域のそれぞれが所定の目標ブロック・エラー・レート（ＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}）に関連付けられる工程と、
   前記システム内の電力過負荷状態を回避するために、所与の評価された負荷領域に基づいてＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}を調整して前記セル内のユーザの送信電力を制御する工程とを含む方法。
7. 前記分割する工程が、前記評価された負荷を、関連付けられた第１のＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}値を有する第１の負荷領域と、関連付けられた第２のＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}値を有する第２の負荷領域とに分割する工程を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記第１の負荷領域が、比較的高い負荷の領域を表し、前記第２の負荷領域が、比較的低い負荷の領域を表し、
   前記第１のＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}値が前記第２のＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}値より大きい、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１の負荷領域が、比較的低い負荷の領域を表し、前記第２の負荷領域が、比較的高い負荷の領域を表し、
   前記第１のＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}値が前記第２のＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}値より小さい、請求項７に記載の方法。
10. 前記調整する工程が、前記所与の評価された負荷領域に基づいて調整されたＢＬＥＲ_{ｔａｒｇｅｔ}を、前記少なくとも１つのセルのユーザにサービスを提供する基地局で実施される外部ループ電力制御に渡す工程を含み、前記外部ループ電力制御が、電力過負荷状態を回避するために、前記基地局と前記セルの間のリンクの品質を制御する、請求項６に記載の方法。

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