JP4818669B2 - 無線ネットワークにおける伝送電力を制御する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は一般にセルラー電話方式に関し、より詳細には、セルラー電話方式での電力消費の制御に関する。

この項は、以下に記載し、かつ／または頭記の特許請求の範囲に記載した本発明の様々な態様に関連する技術の様々な側面を読者に紹介することを目的とする。この論述は、読者に背景情報を提供して、本発明の様々な態様をよりよく容易に理解してもらう助けになると考えられる。したがって、こうした記述はこの観点から読まれるものであり、従来技術を容認するものではないことを理解されたい。

移動またはセルラー電話は、今日の社会で広範に使用されている。初期の移動電話サービスは、１９４０年代半ばに合衆国に登場した。当時の各移動電話はコストが非常に高かったため、移動電話の市場は依然として小さいものであった。移動サービスは、限られた移動電話市場にサーブするために、大都市地域内では単一のタワーまたは「基地局」を使用した。各移動電話は、単一の専用無線周波数（ＲＦ）を使用して基地局と通信した。

技術の向上によって移動電話はより小型で低価格になり、その数が急増した。各移動電話は基地局と単一の周波数を介して通信していたため、急増する電話をサポートするのに必要とされる周波数の数も増加した。しかし、ＲＦスペクトルで使用可能な周波数の数は、物理的にもＦｅｄｅｒａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎなど規制当局によっても限られている。こうした問題に対処するため、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｐｈｏｎｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ（ＡＭＰＳ）が１９７０年に導入され、ＡＭＰＳは米国の移動電話の規格になった。ＡＭＰＳシステムは、大都市中に複数の低電力基地局を散在させることによって、使用可能な周波数の数が限られている問題を解決した。その場合、移動電話が大都市地域を移動するときに、移動電話の呼が「ハンドオフ」される。したがって、各基地局は「セル」を定義し、顧客の移動電話または「セルラー」電話は、顧客の呼が１つのセルから別のセルにハンドオフされるときに様々な基地局と通信する。

通常、ハンドオフは「ハード」または「ソフト」として分類することができる。ハード・ハンドオフでは、移動電話とその現在のセルとの接続は、新しいセルとの接続が確立される前に中断される。反対に、ソフト・ハンドオフには、現在のセルとの接続が中断される前に新しいセルとの接続を行うことが含まれ、したがって移動電話が少なくとも２つ以上の基地局と並行して接続されることが可能になる。

多様なタイプのセルラー・アクセス・システムが存在し、各セルラー・アクセス・システムは、様々なタイプのハンドオフのうちの１つまたは複数を実行することができる。それぞれ使用可能なセルラー・アクセス・システムの基本的な相違は、２つの共通リソースである周波数および時間の使用方法である。周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）では、周波数を分割し、移動電話ごとに使用可能な全時間にわたって周波数スペクトルの一部が割り当てられる。時分割多元接続（ＴＤＭＡ）では、時間を分割し、各移動電話が使用可能な時間の一部にわたって使用可能な周波数スペクトルの一部を受信する。符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）では、各移動電話が全時間にわたって、全周波数を介して伝送できるようにする。固有の拡散コードを使用して、低周波数または「ベースバンド」データ（たとえば音声情報）を拡散してから、後のデータ伝送のためにデータをＲＦに変換する。各コードは固有ものであるため、複数のユーザが全時間にわたって使用可能な周波数帯域幅全体を共用することができる。

理解されるように、ＦＤＭＡは全周波数スペクトルを単一の移動電話に割り当てることができるようにする。その結果、所定の通信チャネル（周波数または時間）はいずれも隣接するセルによって再使用することができなくなる。したがってＦＤＭＡでは、移動電話が１つのセルとの通信を終了してから別のセルとの接続を確立するように、すなわちハード・ハンドオフを実行するように指令される。ＣＤＭＡは、ＦＤＭＡとは異なり、周波数および時間を共用することができるため「ソフト」容量を有する。すなわち、システムに許可されるユーザの数が厳密に限定されていない。したがってＣＤＭＡでは、移動電話は複数の基地局と同時に通信してソフト・ハンドオフを行うことができる。この点で、ＣＤＭＡは通常、他の複数のアクセス方式よりも大きいシステム容量を有する利点がある。

ＣＤＭＡシステムがサポートすることができる実際の移動電話の数の限度は、システムに存在する干渉または雑音の大きさに基づく。具体的には、雑音が増大するにしたがって、システム容量が減少する。移動電話は同じ周波数で伝送するため、単一の移動電話の信号の復号化には、受信された移動電話の信号全てからその特定の信号を区別することが含まれる。換言すれば、望まれていない電話信号は、所望の電話信号に関しては単なる雑音にすぎない。したがって、より多くの移動電話がシステムに追加されるとシステムの雑音が増大するために、所望の信号と所望でない信号の区別がますます難しくなる。電話の伝送によって生じる干渉の大きさは、電話の伝送電力を低く保つことによって低減することができる。反対に、各電話の伝送電力を十分に高く保持して、基地局がエラーなしに電話の信号を受信することができるようにしなければならない。すなわち、電話の伝送電力を制御して、所望の信号対雑音比（ＳＮＲ）を達成しなければならない。

ＣＤＭＡでは電力制御技法が使用され、別の理由で別の拡散スペクトル・システムが使用される。ＣＤＭＡシステムでは、電話が同じ周波数を使用するため、ＣＤＭＡシステムは「遠近」の問題を有する。すなわち、電話の伝送電力が適切に制御されないと、基地局に近い電話の電力が基地局から遠い電話の電力よりも大きくなることがある。たとえば、２つの電話が同じ大きさの電力を伝送するが、１つの電話は他方の電話よりも基地局に実質的に近いと仮定する。ＣＤＭＡシステム、またはこの２つの電話が同じ周波数を使用する任意の他のシステムでは、基地局に近い電話が基地局から遠い電話よりも大きい電力を有することがある。したがって、セル電話の伝送電力を制御する方法が望ましい。

独自に特許請求する本発明と同じ範囲にある幾つかの態様を以下に述べる。理解されるように、こうした態様は、本発明の幾つかの形態の簡単な要約を読者に単に提供するために示すものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、実際、以下で述べられない多様な態様も包含するものである。

本発明は、着信信号の強度を決定し、それを初期閾値と比較することによって、上記で論じた問題に対処する。着信信号の強度がこの初期閾値を満たさない場合は、基地局の信号対雑音比閾値が上昇されない。したがって、基地局のＳＮＲ閾値は、全般的に低レベルのままであるため、移動電話の伝送電力を低レベルに維持するようにさせる。

本発明の一態様により、無線ネットワーク・サービスをもたらす方法を提供する。この方法は、第１の閾値を外部ループ電力制御部から内部ループ電力制御部に提供すること、受信信号の強度を決定すること、および受信信号の強度が第２の閾値よりも大きい場合に、受信信号がエラーを含むかどうかに基づいて第１の閾値を調整することを含む。

本発明の他の態様により、無線通信システムで使用するための基地局を提供する。この基地局は、内部ループ電力制御部、および内部ループ電力制御部に結合された外部ループ電力制御部を備え、外部ループ電力制御部は、内部ループ電力制御部に第１の閾値を提供し、基地局によって受信された信号の強度が第２の閾値よりも大きいかどうかを判断し、受信信号の強度が第２の閾値よりも大きい場合は、受信信号がエラーを含むかどうかに基づいて第１の閾値を修正するように構成される。

本発明の他の態様により、無線ネットワーク・サービスをもたらす方法を提供する。この方法は、セルラー・デバイスからの着信信号の強度を決定すること、着信信号の強度と初期閾値を比較すること、着信信号の強度が初期閾値を超えた場合は着信信号がエラーを含むかどうかを判断すること、着信信号がエラーを含む場合は信号対雑音閾値を上げること、および着信信号がエラーを含まない場合は信号対雑音閾値を下げることを含む。

本発明の他の態様により、有形媒体を提供する。この媒体は、セルラー・デバイスからの着信信号の強度を決定するためのコード、着信信号の強度と初期閾値を比較するためのコード、着信信号の強度が初期閾値を超えた場合に着信信号がエラーを含むかどうかを判断するためのコード、着信信号がエラーを含む場合に信号対雑音閾値を上げるためのコード、および着信信号がエラーを含まない場合に信号対雑音閾値を下げるためのコードを含む。

本発明の１つまたは複数の特定の実装形態を以下に記載する。こうした実装形態の簡単な説明を提供するために、実際の実装形態の特徴全てはこの明細書に記載しない。理解されるように、技術または設計プロジェクトなど、こうした実際のいずれの実装形態の開発においても、実装形態によって変わるシステム関連およびビジネス関連の制約などにしたがって、開発者の特定の目的を達成するには、多数の実装に特有の決定がなされる。また、理解されるように、こうした開発努力は複雑で時間を要することもあるが、それでもなお本開示の恩典を有する当業者には、設計、制作、および製造の日常的業務であろう。

上記で述べたように、ＣＤＭＡなど拡散スペクトル・システムでの伝送電力の制御により、システム動作を向上することができる。拡散スペクトル・システムにより複数の移動電話が複数の基地局と同時に通信することができるようになるため、電力制御に特有の問題が起こる。従来技術で認識されなかった１つの特有の電力制御問題は、ソフト・ハンドオフ中に発生する。ソフト・ハンドオフ中に、各移動電話の電力伝送レベルの決定に使用される幾つかの閾値が非常に高くなり、移動電話に過剰な電力を伝送させることがある。具体的には、基地局が特定の移動電話によって伝送された信号の復号化を試みるときに、基地局が他の移動電話から受信した信号が雑音として現れる。したがって、各基地局は通常、内部ループ電力制御部および外部ループ電力制御部を備え、それらは、各移動電話の伝送電力を最低電力レベルに、すなわち各電話によって伝送される信号が受入れ可能なフレーム・エラー・レートで基地局に到達する電力レベルに制御しようと試みる。電話の伝送電力を低く維持すると、受信信号がそれほど雑音を発生しないため、チャネル容量が増加し、信号の復号化が容易になる。

内部ループ電力制御部は、所与の電話から受信した信号のパイロット・エネルギーを測定し、それを信号対雑音比（ＳＮＲ）閾値と比較する。受信電力がＳＮＲ閾値を超えた場合は、電話の伝送電力が高すぎるため、基地局は「ダウン」コマンドを電話に送信して電話の伝送電力を低下させる。反対に、受信信号がＳＮＲ閾値未満の場合は、電話の伝送電力が低すぎるため、基地局は「アップ」コマンドを送信して電話の伝送電力を上げる。換言すれば、内部ループ電力制御部は、電話の伝送電力を制御することによって、受信電力をＳＮＲ閾値付近に維持しようと試みる。

外部ループ電力制御部は、内部ループ電力制御部によって使用されるＳＮＲ閾値を調整して、受信信号についての所望のフレーム・エラー・レートを達成しようと試みる。フレーム・エラー・レートは受信信号の電力の関数であるから、外部ループ電力制御部は、フレーム・エラーが受信された場合はこのＳＮＲ閾値を上げ、エラーがないフレームが受信された場合はこのＳＮＲ閾値を下げる。すなわち、フレーム・エラーが発生した場合、外部ループ電力制御部は内部ループ電力制御部のＳＮＲ閾値を上げ、それによって内部ループ電力制御部が電話の伝送電力を上げてフレーム・エラー・レートを改善しようと試みるが、フレーム・エラーが発生しない場合は、外部ループ電力制御部は内部ループ電力制御部のＳＮＲ閾値を下げ、それによって内部ループ電力制御部が電話の伝送電力を下げて雑音を最低限に抑えようと試みるようにさせる。

この電力制御方式に関する問題は、ソフト・ハンドオフ中などに起こることがある。この例では、第１の基地局が第２の基地局よりも強い信号を受信し、両方の基地局が等しいＳＮＲ閾値を有すると仮定する。第１の基地局は、より強い信号を受信しているため、その基地局は電話を制御し、「ダウン」信号と「アップ」信号の両方を電話に送信して電話の伝送電力を調整する。第２の基地局は比較的弱い信号を受信しており、フレーム・エラー・レートもより大きくなっているため、通常は主に「アップ」信号を電話に送信して、電話の伝送電力を上げてフレーム・エラー・レートを低下させようと試みる。しかし、電話は、電力の上昇を要求しない基地局のために、「アップ」信号を送信する基地局を無視する。電話が電話の電力を十分に上げないため、第２の基地局はその基地局の内部ループ電力制御部のＳＮＲ閾値を上げてフレーム・エラー・レートを低下させようと試み、ＳＮＲ閾値をたとえば１ｄＢ単位のかなり速いレートで上げて、フレーム・エラー・レートをできるだけ早く下げようとする。

次に、移動電話が第２の基地局に近づいて、第２の基地局によって受信される信号の電力が上がると仮定する。ある時点で、第２の基地局はその電話を制御することができるが、現在、電話は第２の基地局のＳＮＲ閾値が上げられたためにかなり高い電力レベルで伝送している。その結果、チャネルの雑音が大きくなり、チャネル容量が減少する。第２の基地局は、追加の「ダウン」信号を電話に送信し始め、第２の基地局の内部ループ電力制御部のＳＮＲ閾値を低下し始めるが、ＳＮＲ閾値を上げたときよりもはるかにゆっくりと、たとえば０．０１ｄＢ単位でＳＮＲ閾値を低下させる。したがって、この期間中、電話は第２の基地局での受入れ可能なフレーム・エラー・レートの達成に実際に必要とされる電力よりもかなり高い電力で伝送するため、電話の電池寿命が短くなり、第２の基地局の容量が減少される。

この問題に対処するため、以下に記載する本発明の技法では、外部ループ電力制御部が特定の初期閾値未満で受信される信号を無視するようにさせる。換言すれば、外部ループ電力制御部は、着信信号が特定の初期閾値を満たすまで内部ループ電力制御部のＳＮＲ閾値を調整しない。その結果、内部ループ電力制御部のＳＮＲ閾値は上記に記載したように急激に上昇することはなく、したがって、電話の伝送電力も急激に上昇されない。こうした本発明の技法の例を例示のセルラー・システムのコンテキストで以下に記載するが、理解されるように、こうした技法は、当業者の理解により、現時点で予測可能および現時点で予測不可能な他のタイプのシステムにも適用可能である。

図１は、電力制御問題を示すために使用される例示のセルラー・システム１０を示す。電話間の有線接続を使用する伝統的な陸上回線電話とは異なり、セルラー・システム１０は無線周波数（ＲＦ）信号を使用して空気を介して音声通信をブロードキャストする。システム１０は、１つまたは複数の基地局１２Ａ〜Ｂを含む。通常、基地局１２Ａ〜Ｂとは、アンテナ１４Ａ〜Ｂ、並びにアンテナ１４Ａ〜Ｂに結合されたセルラー通信装置１５Ａ〜Ｂを指す。アンテナ１４Ａ〜ＢはＲＦ信号を送受信する。通常、基地局１２Ａ〜Ｂは定常の基地局であるが、実装形態によっては、基地局１２Ａ〜Ｂは、たとえば緊急状況で使用されるトラック式携帯用基地局でもよい。各基地局１２Ａ〜Ｂは、通常、様々な地理的領域に配置される。基地局１２Ａ〜Ｂの特定の間隔は、セルラー・システム１０の地形、システム１０内の特定領域にある電話の数、および使用されるアクセス・システムのタイプ（たとえばＣＤＭＡ）など様々な要因に依存する。たとえば、ＣＤＭＡ基地局１２Ａ〜Ｂは、通常、０．５から３０マイル離れて配置される。

通信装置１５Ａ〜Ｂは、ＲＦ信号を送受信し、ＣＤＭＡなど特定のアクセス規格にしたがって呼を処理することができる電気通信デバイスを備える。したがって、通信装置１５Ａ〜Ｂは、ときにベース・トランシーバ局（ＢＴＳ）と呼ばれる無線トランシーバ装置を備えることができる。こうしたベース・トランシーバ局は、屋内または屋外に配置することができる。通信装置１５Ａ〜Ｂの例示の一実装形態は、Ｌｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって製造されるＦｌｅｘｅｎｔ（登録商標）Ｍｏｄｕｌａｒ Ｃｅｌｌ ４．０である。

通信装置１５Ａ〜Ｂは、通常、幾つかある機能の中で特に通信および電力制御を容易にするための信号プロセッサ１６Ａ〜Ｂを備える。この信号プロセッサ１６Ａ〜Ｂは、たとえば、汎用プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、および／またはフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）を備えることができ、信号プロセッサ１６Ａ〜Ｂはコードを実行してその機能を果たすことができる。たとえば、信号プロセッサ１６Ａ〜Ｂを、実行可能なコードを格納する記憶媒体１７Ａ〜Ｂに結合することができる。記憶媒体１７Ａ〜Ｂは、たとえば、ハード・ディスク、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュ・メモリ、および電気的プログラマブル読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）を含むことができ、記憶媒体１７Ａ〜Ｂを固定することができ、またはフロッピー（登録商標）・ディスク、インターネット・ダウンロード、リフラッシングなどによってアップグレードすることもできる。例示の一実装形態では、信号処理ＩＣ１６Ａ〜Ｂを、Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒによって製造されるＭＰＣ７５５を使用して実装することができる。他の一実装形態では、信号処理ＩＣ１６Ａ〜Ｂと記憶媒体１７Ａ〜Ｂの両方を、Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒによって製造されるＭＳＣ８１０１を使用して実装することができる。

システム１０は、移動デバイス１８Ａ〜Ｄなどセルラー・デバイスを備える。各移動デバイス１８Ａ〜Ｄは、独立型トランシーバとして動作することができる。移動デバイス１８Ａ〜Ｄは、たとえば、家屋または移動する乗り物内に置かれたセルラー電話（たとえばデバイス１８Ａ、１８Ｂ、および１８Ｄ）でもよく、移動デバイスは、コンピュータ、携帯情報端末、またはナビゲーション・システム内に配置されたセルラー回路（たとえばポータブル・コンピュータ１８Ｃ）でもよい。電話呼がシステム１０内で発信されたとき、移動デバイス１８Ａ〜Ｄは基地局１２Ａ〜Ｂと通信する。各移動デバイス１８Ａ〜Ｄと各基地局１２Ａ〜Ｂの間の通信は、主にそれぞれ移動デバイス１８Ａ〜Ｄと基地局１２Ａ〜Ｂのアンテナの間に介在するエア・インターフェースを介したＲＦ通信によって行われる。各通信経路には、２つのチャネルまたはリンク、すなわち順方向リンク１９Ａ〜Ｅおよび逆方向リンク２０Ａ〜Ｅが含まれる。図１で示したように、順方向リンク１９Ａ〜Ｅは、基地局１２Ａ〜Ｂから移動デバイス１８Ａ〜Ｄに来る通信を指す。同様に、逆方向リンク２０Ａ〜Ｅは、移動デバイス１８Ａ〜Ｄから基地局１２Ａ〜Ｂに来る通信を指す。

呼は、通信装置１５Ａ〜Ｂによって受信された後、他の移動デバイス１８Ａ〜Ｄの１つまたは伝統的な陸上回線電話（図１で示さず）など所望の宛先に経路指定される。したがって、基地局１２Ａ〜Ｂは通常、移動交換局（ＭＳＣ）２１に結合されて、公衆サービス電話網（ＰＳＴＮ）２２を介した移動デバイス１８Ａ〜Ｄと陸上回線電話の間、または２つの移動デバイス１８Ａ〜Ｄの間の音声経路接続を提供する。基地局１２Ａ〜ＢとＭＳＣ２１の間の通信は、たとえばＴ−１回線またはマイクロ波接続でもよい。実装形態によっては、ＭＳＣ２１は、Ｎｏｒｔｅｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓによって製造されるＤＭＳ Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ、Ｆｕｊｉｔｓｕによって製造されるＦＥＴＥＸ−１５０ ＣＤＭＡ ＭＳＣ、またはＬｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって製造される５ＥＳＳでもよい。

移動デバイス１８Ａ〜Ｄがシステム１０内で移動するときに呼を維持するには、音声および（電力制御情報を含む）制御情報が移動デバイス１８Ａ〜Ｄと基地局１２Ａ〜Ｂの間で順方向リンク１９Ａ〜Ｅおよび逆方向リンク２０Ａ〜Ｅを介して通信される。図２ＡおよびＢは、それぞれ例示の順方向および逆方向リンクを示す。図２Ａを参照すると、（基地局１２Ａ〜Ｂから移動デバイス１８Ａ〜Ｄに伝送される）各順方向リンク１９Ａ〜Ｅは、所定の帯域幅を占め（たとえばＣＤＭＡ２０００では帯域幅は１．２５ＭＨｚである）、一意のコードによって区分けされた複数の論理チャネルを含む。上記で論じたように、ＣＤＭＡにより各移動デバイスが周波数の全帯域幅および時間を使用することができるようになるため、こうした一意のコードは呼の処理中に移動デバイスを識別するために使用される。各順方向リンク１９Ａ〜Ｅは、４つのチャネル、すなわちパイロット・チャネル５６、同期（「ｓｙｎｃ」）チャネル５８、ページング・チャネル６０、および順方向トラフィック・チャネル６２を使用して、音声および制御情報を移動デバイス１８Ａ〜Ｄに伝送する。トラフィック・チャネル６２はさらに、以下に詳細に記載するトラフィック・データおよび電力制御サブチャネル６３を含む。

基地局１２Ａ〜Ｂはパイロット・チャネル５６を伝送し、移動デバイス１８Ａ〜Ｄの伝送電力は、以下で開ループ電力制御に関して論じるように、パイロット・チャネル５６の測定によって初期に構成される。基地局１２Ａ〜Ｂは、移動デバイス１８Ａ〜Ｄが基地局１２Ａ〜Ｂと同期化することができるようにする同期チャネル５８も連続的に伝送する。基地局１２Ａ〜Ｂと同期化することによって、移動デバイス１８Ａ〜Ｄに各基地局１２Ａ〜Ｂからシステム時間および識別情報が提供される。たとえば、ＣＤＭＡはページング・チャネル６０を７つまで使用する。ページング・チャネル６０は、トラフィック・チャネル６２に関するセットアップ情報などオーバヘッド情報を移動デバイス１８Ａ〜Ｄに伝送する。トラフィック・チャネル６２が確立された後に、音声通信が発信され、移動デバイス１８Ａ〜Ｄはページング・チャネル６０を無視する。電話呼の完了後、移動デバイス１８Ａ〜Ｄはページング・チャネル６０に再び同調してコマンドを受信し、ページングする。

図２Ｂを参照すると、（移動デバイス１８Ａ〜Ｄから基地局１２Ａ〜Ｂに伝送される）各逆方向リンク２０Ａ〜Ｅは、通常、順方向リンク１９Ａ〜Ｅと同じ帯域幅を占め、一意のコードによって区分けされた複数の論理チャネルを含む。各逆方向リンク２０Ａ〜Ｅはさらに、アクセス・チャネル６４、および音声と制御情報を基地局１２Ａ〜Ｂに戻す逆方向トラフィック・チャネル６６を含む。

移動デバイス１８Ａ〜Ｄは、逆方向トラフィック・チャネル６６が割り当てられない場合（呼が発信されない場合）は、アクセス・チャネル６４を使用する。より具体的には、移動デバイス１８Ａ〜Ｄはアクセス・チャネルを使用して、システム１０に登録し、電話呼を発信し、基地局１２Ａ〜Ｂからのページングに応答し、オーバヘッド・メッセージを基地局１２Ａ〜Ｂに伝送する。一方、逆方向トラフィック・チャネル６６は、呼が発信された場合に使用される。電話呼中、逆方向トラフィック・チャネル６６は音声および制御情報を基地局１２Ａ〜Ｂに伝送する。順方向トラフィック・チャネル６２および逆方向トラフィック・チャネル６６は、通常「フレーム」に細分されることに留意されたい。例示のフレーム長は、約２．５ミリ秒から８０ミリ秒である。

システム１０によって実装される逆方向リンク２０Ａ〜Ｅ電力制御戦略には、開ループ電力制御および閉ループ電力制御が含まれる。以下で論じるように、開ループ電力制御は、呼が接続される前に使用され、閉ループ電力制御は呼の接続中に使用される。

開ループ電力制御中、移動デバイス１８Ａは、基地局１２Ａ〜Ｂから来るパイロット・チャネル５６の信号強度を測定することによって伝送電力を推定する。移動デバイス１８Ａがシステム１０内で移動すると、パイロット・チャネル５６の信号強度は上昇または低下し、移動デバイス１８Ａはそれに応じてその伝送電力を調整する。この推定は、順方向リンク１９Ａの信号の測定に基づいており、逆方向リンク２０Ａの信号の低下は順方向リンク１９Ａと一致することが想定されていることに留意されたい。このタイプの開ループ推定技法は、移動デバイス１８Ａが電話呼を行っていない場合は十分である。しかし、閉ループ電力制御は、音声情報が逆方向リンク２０Ａを介して送られる場合は、通常、電話呼中に行われる。

閉ループ電力制御では、基地局１２Ａは、コマンドを順方向リンク１９Ａを介して移動デバイス１８Ａに送信して、移動デバイス１８Ａの伝送電力を上昇または低下させる。基地局１２Ａは、逆方向リンク２０Ａを介して移動デバイス１８Ａから受信された信号の品質に基づいてこうしたコマンドを決定する。閉ループ電力制御部は、内部ループ電力制御部および外部ループ電力制御部を備える。以下に詳細に論じるように、基地局１２Ａによって設けられる内部ループ電力制御部および外部ループ電力制御部は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアの任意の適した組み合わせによって実装することができる。

内部ループ電力制御部および外部ループ電力制御部を有する閉ループ電力制御技法を提供するのではなく、上記に記載したように、本発明の技法では、セルラー・デバイスから受信した信号の電力を任意の適した方法で決定して、それが受信された電力閾値を超えているかどうかを判断する。受信信号の電力がこの初期閾値に達するまで、閉ループ電力制御技法は、受信信号に基づいて動作しない。換言すれば、受信信号が十分強くなるまで、閉ループ電力制御技法では、信号のフレーム・エラーを監視せず、外部ループ電力制御部の信号対雑音（ＳＮＲ）閾値を変更せず、またはセルラー・デバイスの伝送電力を上げるようと試みない。

全般的に参照番号３００で示した本発明の閉ループ電力制御技法の一例を図３で示す。この技法３００を基地局１２Ａおよび１２Ｂで使用して、任意の移動デバイス１８Ａ〜Ｄの伝送電力を管理することができる。この技法は、１つまたは複数の移動デバイス１８Ａ〜Ｄが、上記に記載のソフト・ハンドオフ状態のときに、複数の基地局１２ＡおよびＢと同時に通信する場合に、特に有用であることが判明している。具体的には、本発明の技法は、移動デバイスからの受信信号を「事前予備選択」して、さらなる処理を行うべきかどうかを判断するため、基地局の電力制御部が弱い信号に基づいてＳＮＲ閾値を上げる傾向が全般的に制限される。

移動デバイス１８Ａ〜Ｄがシステム１０中を移動するときに、移動デバイス１８Ａ〜Ｄの信号強度が変化することがあり、移動デバイス１８Ａ〜Ｄからの信号が基地局１２Ａおよび１２Ｂによって受信されたときに、基地局は受信信号の強度を決定する。（ブロック３０２）。各受信信号の強度が初期閾値と比較されて、その信号がさらなる処理を保証する十分な強度であるかどうかが判断される。（ブロック３０４）。受信信号の強度がこの初期閾値に達しない場合、外部ループ電力制御部は内部ループ電力制御部のＳＮＲ閾値を調整せず、基地局１２Ａ〜Ｂは単に次の受信信号を待つ。しかし、受信信号の強度が初期閾値に達した場合、この信号は本発明の閉ループ電力制御技法の残りの部分にしたがって処理される。

この技法の残りの部分を記載する前に、受信信号の強度は任意の適した方法で判断することができることに留意されたい。第１の例として、各フレーム、または各フレームの一部の電力を測定することができる。一例では、順方向トラフィック・チャネル６２と逆方向トラフィック・チャネル６６の両方を、たとえば２０ミリ秒フレームに細分することができる。各フレームを、たとえば１区分当たり１．２５ミリ秒継続する１６の電力制御グループ（ＰＣＧ）にさらに細分することができる。したがって、受信信号をフレーム・エラーについて監視する前に、外部ループ電力制御部はＰＣＧごとに移動デバイスからの受信信号エネルギーを測定して、受信フレームの各部分の強度を決定することができる。さらに、フレーム・エネルギーを、それぞれ１６のＰＣＧ中に測定されたエネルギーを単に合計することによって測定または計算することができる。しかしそのように測定しても、信号強度を次いで初期閾値と比較して、その信号がさらなる処理を保証するのに十分な強度であるかどうかを判断することができる。

第２の例として、信号強度の実際の測定値が得られない、または使用不可能な状況がある。たとえば、ＰＣＧエネルギーをＡＳＩＣの内部で計算することができても、外部ループ電力制御部には使用不可能なままであることがある。この場合、特定の基地局１２Ａまたは１２Ｂが、移動デバイスがその伝送電力を上げる、かつ／または下げるよう指令を出した回数を考慮することによって、受信信号の強度を推定することができる。理解されるように、内部ループ電力制御部は毎秒多数回、たとえば１秒当たり８００回、移動デバイスの伝送電力の変更を要求することができる。それぞれこうした状況の間、内部ループ電力制御部は通信している移動デバイスが伝送電力を上げ、伝送電力を下げ、または伝送電力を維持するように要求する。所与の期間にわたって、内部ループ電力制御部が、移動デバイスにその伝送電力を下げるように要求した回数よりも多く、移動デバイスにその伝送電力を上げるように要求した場合は、移動デバイスの伝送電力がさらなる処理を保証するのに十分な強度ではない可能性が高い。反対に、所与の期間にわたって、内部ループ電力制御部が、移動デバイスにその伝送電力を上げるように要求した回数よりも多く、移動デバイスにその伝送電力を下げるように要求した場合は、移動デバイスから受信された信号の強度がさらなる処理を保証するのに十分な強度である可能性が高い。したがって、このアクティビティを監視することによって受信信号の強度を決定することができる。

一例として、ダウンおよびアップ・コマンドの比率を監視することができる。ダウン・コマンドのアップ・コマンドに対する比が初期閾値を超えた場合は、受信信号の強度がさらなる処理を保証するのに十分であるとみなされる。反対に、ダウン・コマンドのアップ・コマンドに対する比が初期閾値に達しない場合は、受信信号の強度がさらなる処理を保証するのに十分な強度ではないとみなされる。

当然理解されるように、ダウン・コマンドのアップ・コマンドに対する比率の使用は、この技法を実装する単なる一例にすぎない。他の例では、閉ループ電力制御は、単に任意の所与の期間に送出されたアップ・コマンドの数またはダウン・コマンドの数を考慮する。第１の場合では、所与の期間に送出されたアップ・コマンドの数が一定の閾値を超えた場合は、信号の強度がさらなる処理に対して十分な強度ではなく、アップ・コマンドの数がこの初期閾値を超えない場合は、信号の強度がさらなる処理に対して十分な強度であることが示される。後者の場合、所与の期間に送出されたダウン・コマンドの数が初期閾値を超えた場合は、受信信号の強度がさらなる処理に対して十分な強度であるが、ダウン・コマンドの数がこの初期閾値を超えない場合は、信号の強度がさらなる処理に対して十分な強度ではないことが示される。

受信信号の強度が決定される方法に関わらず、受信信号の強度が初期閾値に達し、またはそれを超えた後、内部ループ電力制御部は、フレーム・エラーについて受信信号を監視する。（ブロック３０６）。一例では、移動デバイスは、伝送前にフレーム・データに関する値またはチェックサムを計算し、この値またはチェックサムを伝送したデータに含めることができる。基地局１２Ａおよび１２Ｂは、次いで、受信信号について同様の計算を行う。伝送されたチェックサムおよび受信されたチェックサムが一致した場合は、移動デバイス１８Ａ〜Ｄから基地局１２Ａ〜Ｂまでの伝送中にフレーム・エラーが発生しなかったことになる。（ブロック３０８および３１０）。フレーム・エラーが発生しなかった場合、外部ループ電力制御部は内部ループ電力制御部のＳＮＲ閾値を下げることができる。（ブロック３１２）。その後、外部ループ電力制御部は次の受信信号の強度の監視に戻る。（ブロック３０２）。ＳＮＲ閾値の低下により、内部ループ電力制御部が、追加の「ダウン」コマンドを移動デバイスに伝送することによって、移動デバイスの伝送電力を下げようとさせることができる。

しかし、チェックサム計算および比較の結果、フレーム・エラーが発生したことが示された場合、外部ループ電力制御部は内部ループ電力制御部のＳＮＲ閾値を上げることができる。（ブロック３１６）。その後、外部ループ電力制御部は次の受信信号の電力を決定する。（ブロック３０２）。このＳＮＲ閾値の上昇により、内部ループ電力制御部が追加の「アップ」コマンドを移動デバイスに送信することによって、移動デバイスの伝送電力を上げようと試みさせることができる。

さらなる処理の前に各受信信号の強度が決定され、初期閾値と比較されるため、外部ループ電力制御部は内部ループ電力制御部のＳＮＲ閾値をあまり頻繁に上げることがなく、したがって内部ループ電力制御部は移動デバイス１８Ａ〜Ｄの伝送電力をあまり頻繁に上げようとを試みることがない。その結果、移動デバイス１８Ａ〜Ｄから基地局１２ＡおよびＢによって受信される信号の強度は、全般的に低レベルに維持されるため、チャネルに雑音があまり発生せず、基地局１２Ａおよび１２Ｂの容量が増える。さらなる利益として、移動デバイス１８Ａ〜Ｄは、全般的に比較的低電力レベルで伝送するため、移動デバイス１８Ａ〜Ｄの電池寿命が延びる。

初期に受信された電力閾値は本発明の技法の効率全体における役割を果たすことに留意されたい。すなわち、初期閾値の設定が低すぎると、この技法はあまり効果的ではない。なぜなら、移動デバイスから比較的弱い信号を受信する基地局がＳＮＲ閾値を上げようと試みるため、移動デバイスの伝送電力が従来の技法に近いレートでなされるからである。反対に、初期閾値の設定が高すぎると、基地局が移動デバイスを十分初期に制御しないことがあるため、事実上、基地局の容量が減少し、システム１０の容量も減少する可能性がある。

この問題を考えて、初期閾値の決定または調整の適切な方法を考慮しなければならない。たとえば、基地局１２Ａおよび１２Ｂの製造者は、初期閾値をシステム１０の仕様に合うレベルに設定することができる。こうした仕様は、たとえば顧客によって提供され、またはシステム１０の構成を考えて製造者によって適切であると判断される容量および／または性能仕様でもよい。当然、顧客および／またはシステム要件が変わると、製造者または他の適したサービス技術者は、プログラマブル・ユーザ・インターフェースまたはソフトウェアの更新など任意の適切な方法で初期閾値を変更することができる。あるいは、初期閾値のレベルは、顧客によってたとえばプログラマブル・ユーザ・インターフェースを介して調整可能でもよい。

他の代替形態として、初期閾値のレベルは内部ループ電力制御部のＳＮＲの関数でもよい。たとえば、初期閾値のレベルをＳＮＲ閾値からの固定または可変のオフセットに設定することができる。この技法を理解する一方法として、受信信号の強度が決定されるたびに、その信号が、基地局が移動デバイスを制御するのに十分な強度を有するかどうかについての判断が行われると考えることができる。換言すれば、信号の強度がＳＮＲ閾値に十分近い場合、その信号は、基地局が信号を制御するのに十分な強度である可能性が高い。したがって、受信信号が初期閾値を超えてもフレーム・エラーが生じる場合は、外部ループ電力制御部が内部ループ電力制御部のＳＮＲ閾値を上げ、したがって初期閾値も上げることが妥当である。同様に、受信信号の強度が初期閾値未満であり、したがってＳＮＲ閾値よりもかなり低い場合は、基地局は恐らく移動デバイスを制御しないであろうから、外部ループ電力制御部はＳＮＲ閾値を変更せずそのままにすることが妥当である。

一例では、初期閾値のレベルを、たとえば１から３デシベルだけＳＮＲ閾値のレベルよりも低い、たとえば数デシベルの固定オフセットに設定することができる。他の例では、ＳＮＲ閾値に対する初期閾値のオフセットを可変にして、ＳＮＲ閾値が比較的低レベルに設定されている場合はオフセットが比較的小さくなるようにし、ＳＮＲ閾値が比較的高レベルに上がる場合はオフセットが比較的大きくなるようにすることができる。

理解されるように、本発明の技法を上記に一例として記載したが、こうした技法は他の状況にも適用することができる。実際、本発明の技法は、上記に一例として記載したソフト・ハンドオフ・モード以外の状況でも有用であることが分かるであろう。たとえば、本発明の技法は、移動デバイス１８Ａが最大電力で伝送し、単一の基地局１２Ａによってサーブされる状況で有用である。この状況では、基地局１２Ａは、移動デバイス１８Ａの電力を上げる能力を失っている。基地局１２Ａは、「アップ」コマンドを移動デバイス１８Ａに送信し続けるが、移動デバイス１８Ａはその電力をこれ以上上げることができない。従来の技法を使用すると、基地局１２Ａは、基地局１２ＡのＳＮＲ閾値を上げて、移動デバイスの伝送電力を上げようと試みるであろう。しかし、本発明の技法を使用すると、移動デバイス１８Ａからの弱い信号が初期閾値を満たさず、またはこれを超えない場合は、基地局１２Ａの外部ループ電力制御部は内部ループ電力制御部のＳＮＲ閾値を上げない。

本発明には、様々な修正形態および変更形態が可能であるが、特定の実装形態を、図面に一例として示し、かつ／または本明細書に詳細に記載した。しかし理解されるように、本発明は開示の特定の形態に限定されないものとする。むしろ本発明は、頭記の特許請求の範囲によって定義されるように、全ての修正形態、等価のもの、および変更形態が本発明の精神および範囲内にあるものとして包含するものである。

本発明の例示の実装形態による例示のセルラー・システムを示す図である。 本発明の例示の実装形態による例示の順方向リンクを示す図である。 本発明の例示の実装形態による例示の逆方向リンクを示す図である。 本発明の例示の実装形態による、無線通信システムにおける電力伝送を管理するための例示の技法を示す図である。

Claims (6)

1. 無線通信の方法であって、
   信号対雑音比閾値を外部ループ電力制御部から内部ループ電力制御部に提供するステップと、
   受信信号の電力レベルを測定することで、移動デバイスからの該受信信号の強度を決定するステップと、
   該受信信号がエラーを含むか否かを判定するのに先立って、該受信信号の該強度と初期閾値とを比較するステップであって、該初期閾値のレベルは、該信号対雑音比閾値からの固定の又は可変のオフセットに設定することができるステップと、
   該受信信号の該強度が該初期閾値を超える場合に、該受信信号がエラーを含むか否かを判定するステップと、
   該受信信号がエラーを含む場合に、該信号対雑音比閾値を増加させるステップと、
   該受信信号がエラーを含まない場合に、該信号対雑音比閾値を減少させるステップとを含む、無線通信の方法。
   
2. 請求項１に記載の方法において、
   複数の基地局と同時に通信するセルラー電話から該受信信号を受信するステップを含む方法。
   
3. 請求項１に記載の方法において、
   該受信信号の電力レベルの測定が該受信信号の少なくとも１つの電力制御グループの電力レベルを測定することを含む方法。
   
4. 請求項３に記載の方法において、
   該少なくとも１つの電力制御グループの電力レベルの測定が、該受信信号のフレームの各電力制御グループの電力レベルを測定することを含む方法。
   
5. 請求項１に記載の方法において、
   該受信信号の電力レベルの測定が該受信信号の少なくとも１つのフレームの電力レベルを測定することを含む方法。
   
6. 請求項１に記載の方法において、
   決定するステップが、ある期間中に送出されたアップ・コマンドの数及びダウン・コマンドの数のうちの少なくとも１つに基づいて該受信信号の強度を推定するステップを含む方法。

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