JP4806709B2

JP4806709B2 - 移動通信システムの接続制御方法及び基地局装置

Info

Publication number: JP4806709B2
Application number: JP2008517770A
Authority: JP
Inventors: 利行齋藤; 幹夫桑原; 大悟高柳
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2026-05-30
Also published as: WO2007138714A1; JPWO2007138714A1

Description

本発明は、無線通信システムの接続規制方法に関し、特に移動通信システムに適用すると好適な接続規制方法に関する。

図１に本発明のシステム構成を示す。複数の移動局１０３、１０４、１０５及び１０６が、無線を介して基地局１０１及び１０２と通信する。基地局１０１及び１０２は、基地局制御局１０７に制御され、前記移動局同士の通信、又は、移動局と固定網１０８に属する通信機器との間の通信が確立される。移動局と固定網１０８に属する通信機器との間で通信が確立される場合、所属する全移動局の中から一部の移動局が選択される。
このような無線通信システムにおいて、基地局から端末への通信のスループットを向上させるために、同じ基地局に所属する端末の中で通信可能な伝送速度が高いものを優先して選択する手段（スケジューリング）が知られている。例えばＡ．Ｊａｌａｌｉ，Ｒ．Ｐａｄｏｖａｎｉ，ａｎｄＲ．Ｐａｎｋａｊ，″ＤａｔａｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｏｆＣＤＭＡ−ＨＤＲａｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ−ｈｉｇｈｄａｔａｐｅｒｓｏｎａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｗｉｒｅｌｅｓｓｓｙｓｔｅｍ″ＩＥＥＥＶＴＣ−Ｓｐｒｉｎｇ２０００，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ，Ｍａｙ２０００に、所属する端末各々に測定させた伝搬路状況を受信可能な最大伝送速度という形で通知させ、受信可能な最大伝送速度と過去の所定の期間における平均レートとの比が最大の端末を送信対象として決定することによって、端末間の公平性を確保しつつ基地局のスループットを向上させる技術が開示されている。
また、端末から基地局への通信のスループットを向上させるために、同じ基地局及び同じ周波数に所属する端末は、異なる符号を用いて各々独立に符号多重通信を行う手段が知られている。この時、基地局側における受信品質を各端末で等しくし、また、各端末と基地局の間の伝搬路の変動を打ち消すために、端末の送信電力が制御される。この制御手順を図２に示す。
端末から送信されるパイロット信号又はデータ信号（２０１）を受信した基地局は、受信信号のＳＩＲを算出し（２０２）、データを復号する（２０３）。そして、算出されたＳＩＲの値に応じた送信電力制御信号（２０４）を生成し、端末へ通知する。送信電力が既知であるパイロット信号を用いてＳＩＲを算出する場合には、ＳＩＲから該端末についての伝搬路減衰を推定して該伝搬路減衰を考慮した送信電力値で上りデータを送信するように、送信電力制御信号によって端末を制御する。又は、データ信号のＳＩＲを算出する場合は、ＳＩＲが十分であるか否かによって、次のデータ送信のときの送信電力を制御する（送信電力を下げる、上げる、又は維持する等）の指示を送信電力制御信号として送信するとよい。また、基地局は、データ復号結果に応じたＡＣＫ又はＮＡＫを端末宛てに送信する。送信電力制御信号を受信した端末は、これに応じて、データ信号を送信する電力を制御する（２０６）。ＣＤＭＡ通信等における上り回線の送信電力制御についてはすでに様々な手法がよく知られている。
このように符号多重通信を行う状況において、移動局１０３、１０４及び１０５が、同じ周波数で、基地局１０１と通信する場合を考える。符号の直交性は、同期のずれ等によって保たれないことがあるため、他の端末の通信によって基地局側における干渉電力が増加し、通信品質が劣化する。
基地局側における、ある端末からの信号の受信品質ｋは、基地局側でのパイロット信号電力をＳ、該端末以外の端末に由来する総受信電力をＩ、熱雑音電力をＮとすると、式（１）によって表される。
更に、受信品質ｋは、符号拡散の拡散利得をＰＧ＿ＳＳ、送信電力のパイロット受信電力に対する比をｒ、基地局の接続端末数をｎとすると、式（２）によって表される。
よって、該基地局の総受信電力Ｐｔは、式（３）によって表される。式（４）によって表される接続数ｎで受信電力Ｐｔは発散する。
受信電力が発散する領域においては、各端末が送信電力を増加させ、最終的に送信電力の上限に達した端末が所望の受信電力Ｓを満たすことができずに受信品質ｋが劣化するという問題がある。この問題に対し、基地局側において受信電力Ｐｔを監視し、Ｐｔが設定した閾値を超えた場合は新規端末の接続を規制するという制御によって、ｎが一定以上になることを防止する方式が知られている（特開２００２−２１７９５６号公報参照）。なお、複数の周波数で同様の通信をしている場合、ある周波数で接続を規制された端末は他の周波数で受け入れを試みてもよい。
ところが、無線リンクを含むシステムでは、受信電力Ｐｔが発散しない領域においても受信品質ｋが所望の値を満たせない端末が発生する可能性がある。これは、伝搬路が非常に劣悪な場合、端末の送信電力に上限値があることによって、式（１）における所望の受信パイロット電力Ｓを満たすような送信電力を達成できないためである。
端末の送信電力に着目した制御として、送信電力が一定以上となる場合に端末側で送信を停止することによって、送信電力の浪費と他端末への妨害を抑止する方式が知られている（特開２００２−２９０３２６号公報参照）。

基地局側の受信電力を基準とした制御（特開２００２−２１７９５６号公報参照）は、無線伝搬路を経由した受信値しか参照することができないため、端末側の送信電力不足に起因する接続品質の劣化を予測することができないという問題があった。これらの端末は所望の通信品質を達成できないだけでなく、上限の送信電力で通信することによって他端末の通信を妨害するため、接続を規制する必要がある。
また、送信電力が一定以上となる場合に送信を停止する方式（特開２００２−２９０３２６号公報参照）によって、上限の送信電力での通信は回避できるが、常時通信を要求される場合、送信を停止すると通信品質が劣化するという問題がある。そもそも、送信電力が上限近くとなる端末の接続を規制する必要がある。
そこで、本発明では、端末送信電力に基づき通信品質の達成度を予測し、適切に接続規制を行う方式を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］
本発明の代表的な一形態では、端末から通信開始の希望を受けた際、その端末がその通信を行う場合の平均送信電力の期待値を取得し、取得した期待値を閾値と比較することによって、その端末の受け入れ可否を決定する。
本発明の一形態によれば、送信電力の不足によって所望の通信品質を達成できない端末の予測が可能となる。このような通信品質を達成できない端末は、基地局側の受信値を基準とする接続規制方式では検知されない。これによって、端末は所望の品質に満たない通信による課金を回避し、他周波数の利用等によって所望の通信品質を達成することが期待できる。
また、システム側は、所望の通信品質を達成できない端末が、上限の送信電力で通信することによって他の端末の通信を妨害することを抑止できる。

図１は、移動通信システムの全体の構成図である。
図２は、移動通信システムのデータ送信電力を制御するシーケンス図である。
図３は、本発明の第１の接続規制方法（発呼及びハンドオーバ時）の制御シーケンス図である。
図４は、本発明の第１の端末受け入れ可否の決定方法の概念図である。
図５は、本発明の第２の接続規制方法の制御シーケンス図である。
図６は、本発明の第１の接続規制方法（着呼時）の制御シーケンス図である。
図７は、本発明の第３の接続規制方法の制御シーケンス図である。
図８は、本発明の第２の端末受け入れ可否の決定方法の概念図である。
図９は、本発明の第１の接続規制方法の端末の動作のフローチャートである。
図１０は、本発明の第１の接続規制方法の基地局の動作のフローチャートである。
図１１は、本発明の第２の接続規制方法の端末の動作のフローチャートである。
図１２は、本発明の第２の接続規制方法の基地局の動作のフローチャートである。
図１３は、本発明の第３の接続規制方法の端末側の動作のフローチャートである。
図１４は、本発明の第２の端末受け入れ可否の決定方法の基地局側動作フローチャートである。
図１５は、本発明の第１及び第２の接続規制方法による端末側無線通信機の構成例のブロック図である。
図１６は、本発明の第１及び第２の接続規制方法による基地局側無線通信機の構成例のブロック図である。
図１７は、本発明の第３の接続規制方法による端末側無線通信機の構成例のブロック図である。
図１８は、本発明の第２の端末受け入れ可否決定方法による基地局側無線通信機の構成例のブロック図である。

本発明の第１の接続規制方法の制御シーケンスを図３に示す。通信の開始を希望する端末は、まずデータを送信しない状態で送信電力を制御し（３０１）、データを送信しない状態の送信電力を算出する。次に、データを送信する場合の送信電力を、データを送信しない状態の送信電力及び通信のデータレートに基づいて予測し（３０２）、予測される送信電力の情報と接続希望を基地局へ通知する（３０３）。
基地局は通知された予測電力に基づいて通信開始の可否を決定し（３０４）、決定した受け入れ可否の情報を端末へ通知する（３０５）。受け入れ可の場合は、この後に接続設定手続が行なわれ、データの送信が開始される。
端末から基地局へ送信されるデータ信号に対しても、データを送信しない状態での送信電力制御３０１と同様に、送信電力が制御される。例えば、図２に示したような送信電力制御が行われる。なお、端末の受け入れ可否の決定（３０４）は、基地局の負荷に基づく制御と組み合わせてもよい。また、送信電力予測（３０２）で予測に用いられる送信電力は、瞬時値を降順に並べた時の、初めから数％の値等を利用してもよい。
データを送信しない状態の送信電力制御３０１では、例えば、端末から基地局へ送信される送信電力制御のための制御信号及び／又は上りパイロット信号が利用される。基地局では、端末からの信号を受信して受信電力を測定し、（例えば、各端末からの信号受信電力が等しくなることを目標として）送信電力をより高くする又は低くするように端末へ指示する。又は、端末からの制御信号及び／又は上りパイロット信号の送信電力が基地局において既知である場合には、基地局における受信電力から伝搬路における減衰が求められる。このため、目標受信電力に合わせるために必要な送信電力を計算し、必要な送信電力を各端末に通知してもよい。
データ以外の制御信号を用いて送信電力を制御することによって、より少ない送信信号量で（すなわち、通信リソースを圧迫することなく）、送信電力制御手順を行なうことができる利点がある。また、データ以外の制御信号を用いるので、データ通信用の接続前に該端末の接続要求を受け入れるべきか否かを基地局で判断することができる。よって、接続を許可したときに他の端末の干渉となったり、又は、接続を許可しても通信路状況が劣悪なために実際は効率よくデータ通信を行なえない端末の接続を、予め抑制することができる。
また、データ送信を行なう場合の送信電力の予測（３０２）としては、例えば、データを送信しない場合の送信電力制御（３０１）の、最終的な制御結果値を用いることができる。
本発明の第１の端末受け入れ可否の決定方法を図４に示す。基地局は端末によって通知される予測送信電力（３０３）と送信電力に関する閾値（４０１）とを比較し、閾値以下の送信電力で通信を開始できそうな端末（４０２）は受け入れを許可し、閾値を超過した送信電力で通信することが予想される端末（４０３）の受け入れを拒否する制御をすることによって、上限近い送信電力で通信を行う端末の受け入れを回避する。なお、閾値（４０１）は固定されている必要はない。例えば、基地局の受信電力と連動させて、閾値を変更してもよい。
なお、図３は端末の新規接続（発呼）及びハンドオーバの場合の動作を示す。着呼の場合はシステム側から通信開始が希望され、制御シーケンスは図６のようになり、基地局からの着呼処理をトリガとして送信電力制御３０１以降の手順が開始される。
本発明の第１の接続規制方法の端末の動作のフローチャートを図９に示す。端末は通信開始の希望の発生（９０１）をトリガとして、データを送信しない状態の送信電力制御（９０２）を開始する、一定の送信電力制御（９０２）が行われている期間において得られた送信電力の情報に基づいて通信中の送信電力を予測し（９０３）、接続の希望及び予測される送信電力を基地局へ通知する（９０４、９０５）。
また、本発明の第１の接続規制方法の基地局の動作のフローチャートを図１０に示す。端末から接続の希望及び予測される送信電力の通知を受信すると（１００１、１００２）、通知された送信電力（１００２）と基地局側で設定した閾値とを比較する（１００３）。その結果、通知された送信電力が閾値以下であれば端末の接続の受け入れを決定し（１００４）、通知された送信電力が閾値を超えていれば端末の接続の拒否を決定する（１００５）そして、決定された受け入れ可否の情報を端末側へ通知する（１００６）。
本発明の第１の接続規制方法に関する端末側の無線通信機の構成を図１５に示す。アンテナより入力された受信信号は無線周波数回路（１５０１）によってベースバンド帯域の信号に変換され、電力制御信号抽出部（１５０２）によって電力制御情報が抽出される。抽出された電力制御情報と、送信電力情報記憶部（１５０３）に記憶された前回の送信時における送信電力情報とに基づいて、送信電力更新部（１５０４）が次に送信する際の送信電力を決定する。
送信電力制御部（１５０８）は、更新された送信電力を用いて、次の送信データ又は制御信号を送信する（但し、送信電力を送信電力一定の上りパイロット信号を用いて制御する場合には、パイロット信号は送信電力制御部を経ずに送信される。）。接続を希望する場合、接続希望を通知するタイミングを制御部（１５０５）が判断して接続希望通知（１５０７）を送信し、送信電力情報記憶部（１５０３）に記憶されている前回の送信時における送信電力情報とタイミングを制御部（１５０５）から得られる通信の情報に基づいて、通知送信電力決定部（１５０６）が通信中の送信電力を予測し、基地局へ通知する。
電力制御信号抽出部（１５０２）、送信電力情報記憶部（１５０３）、送信電力更新部（１５０４）及び送信電力制御部（１５０８）は、データ信号及び制御信号の送信電力制御に共通して用いられる。
本発明の第１の接続規制方法に関する基地局側の無線通信機の構成を図１６に示す。アンテナより入力された受信信号は無線周波数回路（１６０１）によってベースバンド帯域の信号に変換され、接続希望通知抽出部（１６０２）によって接続を希望する通信の情報が抽出され、送信電力情報抽出部（１６０３）によって通信の際の予測送信電力情報が抽出される。予測送信電力取得部（１６０４）は、送信電力情報抽出部（１６０３）によって得られた予測送信電力情報を、接続可否決定部（１６０６）へ入力する。予測送信電力閾値決定部（１６０５）は基地局の受信電力等に基づき閾値を設定し、接続可否決定部（１６０６）へ入力する。接続可否決定部（１６０６）は、予測送信電力取得部（１６０４）から入力された予測送信電力と、予測送信電力閾値決定部（１６０５）から入力された閾値とを比較して、当該端末の接続可否を決定し、決定された接続可否の情報（１６０７）を端末へ通知する。送信電力制御信号生成部（１６０８）では、端末からの送信電力を制御するために、端末から受信したデータ信号又は受信した制御信号の受信ＳＩＲを測定し、受信ＳＩＲに応じた送信電力制御信号を生成し、生成した送信電力制御信号を端末へ送信する。
本発明の第２の接続規制方法の制御シーケンスを図５に示す。３０１、３０４及び３０５の動作は、前述した第１の方法と同じである。端末はデータを送信していない状態の送信電力情報を接続希望と共に基地局側へ通知し（５０１）、基地局は通知された電力情報及びデータレートの情報に基づいて、データ送信中の送信電力を予測する（５０２）。
本発明の第２の接続規制方法の端末の動作のフローチャートを図１１に示す。９０１、９０２及び９０４の動作は、前述した第１の接続規制方法と同じである。第２の方法は、データを送信しない状態の送信電力の情報をそのまま基地局へ通知する（１１０１）点で、前述した第１の方法と異なる。
また、本発明の第２の接続規制方法の基地局の動作のフローチャートを図１２に示す。１００１、１００３、１００４、１００５及び１００６の動作は、前述した第１の接続規制方法と同じである。端末からデータを送信しない状態の送信電力情報の通知を受け（１２０１）、接続希望（１００１）で通知された通信の情報と１２０１で通知された送信電力の情報に基づいた通信中の送信電力の予測（１２０２）が加わる。
本発明の第２の接続規制方法が適用される端末側の無線通信機の構成は図１５と同様である。但し、通知送信電力決定部（１５０６）は、送信電力情報記憶部（１５０３）に記憶されている送信電力情報に基づいて、データを送信しない状態の送信電力情報を基地局へ通知する。
本発明の第２の接続規制方法に関する基地局側の無線通信機の構成は図１６と同様である。但し、送信電力情報抽出部（１６０３）は通信を行わない場合の予測送信電力情報が抽出し、予測送信電力取得部（１６０４）は、送信電力情報抽出部（１６０３）によって得られた送信電力情報と、接続希望通知抽出部（１６０２）によって得られた通信の情報とに基づいて、通信中の送信電力を予測し、予測結果を接続可否決定部（１６０６）へ入力する。
本発明の第３の接続規制方法の制御シーケンスを図７に示す。３０１及び３０２の動作は、前述した第１の方法と同じである。基地局は現在の負荷状況を端末に通知する（７０１）。端末は予測されたデータ送信中の送信電力と通知された負荷状況に基づいて、接続を希望するか否かを決定する（７０２）。
負荷状況としては、例えば、基地局に現在接続されていて上りデータを送信している端末数、及び／又は基地局でデータを受信している端末の合計受信電力を用いることができる。
本発明の第３の接続規制方法の端末の動作のフローチャートを図１３に示す。９０１、９０２及び９０３の動作は、前述した第１の接続規制方法と同じである。基地局から負荷情報を取得し（１３０１）、取得した負荷情報に基づいて送信電力の閾値を決定する（１３０２）。送信電力予測（９０３）で得られる通信中の予測送信電力と１３０２で決定された閾値とを比較し（１３０３）、予測送信電力が閾値以下であれば接続希望の実行を決定し（１３０４）、予測送信電力が閾値を超えていれば接続希望の中止を決定する（１３０５）。
送信電力の閾値の決定１３０２では、例えば、基地局における負荷がより高い場合に、送信電力の閾値をより低く設定するとよい。基地局の負荷がすでに高い場合は、必要送信電力が高い端末の接続をより厳しく制限するとよいからである。
本発明の第３の接続規制方法に関する端末側無線通信機の構成を図１７に示す。１５０１、１５０２、１５０３、１５０４、１５０５、１５０６及び１５０８の動作は、前述した第１の接続規制方法と同じである。無線周波数回路（１５０１）の出力信号から、基地局負荷情報抽出部（１７０１）が基地局の負荷情報を抽出する。送信電力閾値決定部（１７０２）は、抽出された負荷情報に基づいて、通信中の端末送信電力に関する閾値を決定する。接続希望判定部（１７０３）は、通知送信電力決定部（１５０６）が出力する通信中の予測送信電力と送信電力閾値決定部（１７０２）が出力する閾値とを比較し、接続希望（１７０４）を基地局へ通知するか否かを決定する。
本発明の第２の端末受け入れ可否の決定方法を図８に示す。この第２の端末受け入れ可否の決定方法は、前述した第１の端末受け入れ可否の決定方法（図４）の代替として用いることができる。端末によって通知される予測送信電力（３０３）の全端末分の合計値に基づいて新規接続を規制する。劣悪な無線環境で通信を受けている端末が多いほど、予測電力の合計値は増加する。予測送信電力の全端末分の合計値と、合計値に関する閾値（４０１）とを比較し、合計値が閾値以下である場合（８０２）は全ての新規接続の受け入れを許可し、合計値が閾値を超過している場合（８０３）は全ての新規接続の受け入れを拒否する。これによって、劣悪な無線環境で通信をしている端末を考慮した制御を行う。なお、第１の端末受け入れ可否の決定方法と組み合わせてもよい。
本発明の第２の端末受け入れ可否の決定方法の基地局の動作のフローチャートを図１４に示す。１００１及び１００２の動作は、前述した第１の接続規制方法と同じである。１００２で通知される予測送信電力に基づいて、接続を許可した場合の全端末分の予測電力合計値を予測する（１４０１）。予測される合計値を閾値と比較し、合計値が閾値以下であれば端末の接続の受け入れを決定し（１４０２）、豪華位置が閾値を超えていれば端末の接続の拒否を決定する（１４０３）。
本発明の第２の端末受け入れ可否の決定方法に関する基地局側の無線通信機の構成を図１８に示す。１６０１、１６０２、１６０３、１６０４、１６０６、１６０７及び１６０８の動作は、前述した第１の接続規制方法と同じである。予測送信電力取得部（１６０４）によって出力される予測送信電力情報と、予測送信電力合計値記憶部（１８０１）に記憶された予測送信電力合計値情報から、予測送信電力合計値更新部（１８０２）が接続を許可した場合の予測送信電力合計値を算出する。予測送信電力合計値更新部（１８０２）によって出力される合計値と予測送信電力合計値閾値決定部（１８０３）によって出力される閾値を１６０６とを比較し、端末の接続可否を決定する。

Claims

基地局と複数の端末を有し、各端末からの信号が少なくとも一つの周波数で多重される送信の送信電力を制御する通信システムにおける接続制御方法であって、
データ通信開始を要求する端末は、通信を開始する場合に、該端末がデータを送信していない状態における送信電力の情報を通知し、
前記基地局は、前記端末からの送信電力の情報の通知、及び、該端末が希望する通信の情報に基づいて、該端末からの信号送信に必要な予測送信電力を推定し、
前記基地局は、該推定された予測送信電力と所定の閾値との比較結果に基づいて、通信のための接続可否を決定することを特徴とする接続制御方法。
請求項１に記載の接続制御方法であって、
前記所定の閾値は、前記基地局の負荷の状態に基づいて決定されることを特徴とする接続制御方法。
請求項１に記載の接続制御方法であって、
前記基地局は、前記推定された予測送信電力が前記所定の閾値を超える場合、該端末の接続を拒否することを特徴とする接続制御方法。
請求項１に記載の接続制御方法であって、
前記基地局は、前記端末のデータ送信のための接続の前及び後において、該端末からの送信電力を制御するために用いられる送信電力制御信号を生成し、前記生成された送信電力制御信号を該端末へ送信することを特徴とする接続制御方法。
基地局と複数の端末とを有し、前記各端末に対して上り回線の送信電力を制御する無線通信システムに用いられる基地局であって、
前記端末からデータを送信するための接続希望通知を抽出する接続希望通知抽出部と、
前記接続希望通知に基づいて、前記端末の接続を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
データ通信開始を要求する端末が通信を開始した場合に、前記端末がデータを送信していない状態における送信電力の情報の通知を受け、前記送信電力の情報の通知及び該端末が希望する通信の情報に基づいて、該端末からの信号送信に必要な予測送信電力を推定し、
該推定された予測送信電力と所定の閾値との比較結果に基づいて、通信のための接続可否を決定することを特徴とする基地局。
請求項５に記載の基地局であって、
前記所定の閾値は、前記基地局の負荷の状態に基づいて決定されることを特徴とする基地局。
請求項５に記載の基地局であって、
前記制御部は、前記予測送信電力が前記所定の閾値を超える場合、該端末の接続を拒否することを特徴とする基地局。
請求項５に記載の基地局であって、
前記端末から送信される信号の送信電力制御に用いられる送信電力制御信号を生成し、前記生成された送信電力制御信号を該端末へ送信する送信電力制御信号生成部を備え、
前記送信電力制御信号生成部は、前記端末のデータ送信のための接続の前及び後において、該端末からの送信電力を制御するための信号を生成することを特徴とする基地局。