JP4977015B2 - 通信システム、一次局、及び送信電力制御の方法 - Google Patents

Description

本発明は、一次局及び複数の二次局を備える通信システムに関し、その中で用いる一次局に関し、前述の通信システムにおける送信電力制御の方法に関する。

一次局及び複数の二次局を備える無線通信システム（例えば、移動電話システム）では、一次局から二次局への送信はダウンリンク・チャネル上で行われ、二次局から一次局への送信はアップリンク・チャネル上で行われる。二次局が、電力制御された受信ダウンリンク信号の品質を測定し、ダウンリンク・チャネル状態における変動にもかかわらず、過剰ではないが十分な受信信号レベルが二次局で維持されるように一次局に送信電力制御（TPC）コマンドを送信するダウンリンク閉ループ送信電力制御を用いることが知られている。

個々にアドレス指定された情報信号を複数の二次局がダウンリンク上で受信するポイント・ツー・ポイント通信では、別個の電力制御ループを二次局毎に動作させる。各二次局はそのそれぞれのダウンリンク信号の品質を判定し、その現行チャネル状態によってTPCコマンドを送信し、送信電力は二次局毎に個々に制御される。

同じデータがダウンリンク上で一次局から複数の二次局へ送信されるブロードキャスト・サービス（ユニバーサル移動通信システム（UMTS）におけるマルチメディア・ブロードキャスト・マルチキャスト・サービス（MBMS）など）を提供するためにポイント・ツー・マルチポイント伝送を導入するという要件が存在している。

ポイント・ツー・マルチポイント伝送を処理するやり方の１つとして、データを受信するうえで最悪の受信状態を二次局が蒙るのに十分な電力レベルで、ダウンリンク上で一定の電力レベルで伝送することがある。しかし、そうした手法は、電力を無駄にし、干渉をもたらし得る。

より効率的な処理方法には、ポイント・ツー・ポイント・ダウンリンク閉ループ送信電力制御手法をポイント・ツー・マルチポイント・シナリオに適合させることがある。このことを行う１つのやり方として、各参加二次局がポイント・ツー・マルチポイント電力制御ダウンリンク信号の品質を測定し、TPCコマンドを一次局に送信することがある。一次局は、TPCコマンドを各二次局から受信し、二次局の全て又は少なくとも過半数を充足することになる送信電力レベルを決定する。そうした手法を用いれば、一次局は、良好な受信状態を参加二次局全てが受ける場合に、より低い送信電力を用いることができる場合がある。そうした電力制御手法を用いる場合、個々のチャネルにおいてTPCコマンドを送信するのに十分なチャネル資源（すなわち、時間、周波数又は符号）を参加二次局に割り当てなければならない。参加二次局が多数の場合、多数の資源を割り当てなければならない。

本発明の目的は、改良されたポイント・ツー・マルチポイント・データ伝送サービスを提供することである。

本発明の第１の局面によれば、一次局及び複数の二次局を備える通信システムにおける送信電力制御の方法が提供され、この方法は各二次局で、
一次局によって送信される第１の信号を受信する工程と、
受信された第１の信号のパラメータを測定する工程と、
測定されたパラメータから第２の信号を得る工程と、
第２の信号を送信する工程と、
一次局で、
第１の信号を送信する工程と、
第２の信号を受信する工程と、
受信された第２の信号から電力制御信号を得る工程と、
電力制御信号によって第１の信号の送信電力を制御する工程とを備え、
第２の信号の送信は、共通の周波数割り当てにおける共通期間内に共通信号を複数の二次局が送信する工程を備える。

本発明の第２の局面によれば、一次局及び複数の二次局を備える通信システムが提供され、各二次局は、
一次局によって送信される第１の信号を受信する手段と、
受信された第１の信号のパラメータを測定する手段と、
測定されたパラメータから第２の信号を得る手段と、
第２の信号を送信する手段とを備え、
一次局は、
第１の信号を送信する手段と、
第２の信号を受信する手段と、受信された第２の信号から電力制御信号を得る手段と、電力制御信号によって第１の信号の送信電力を制御する手段とを備え、
第２の信号を送信する手段は、共通の周波数割り当てにおいて共通期間内に共通信号を送信するよう構成される。

本発明の第３の局面によれば、複数の二次局を備える通信システムに用いる一次局が提供され、一次局は、
第１の信号を送信する手段と、
二次局から第２の信号を受信する手段と、
受信された第２の信号から電力制御信号を得る手段であって、第２の信号が、共通の周波数割り当てにおいて共通期間内に受信された複数の共通信号を備える手段と、
電力制御信号によって第１の信号の送信電力を制御する手段とを備える。

共通の周波数割り当てにおいて共通の期間内に（すなわち、共通のチャネル資源を利用して）共通の第２の信号を複数の二次局が送信することを可能にすることによって、電力制御に必要なチャネル資源は少なくなる。このことは、より多くのチャネル資源を他のサービスに利用可能にさせるという利点を有する。更に、一次局は共通信号を合成したものを受信することになるので二次局の送信電力を削減することが可能である。このことは、干渉を削減するという利点を有する。

一実施例では、二次局は、受信された第１の信号の測定パラメータが所定の規準を充足している場合のみ第２の信号を送信する。別の実施例では、二次局は、測定の結果にかかわらず第２の信号を送信する。

別の実施例では、二次局は別々の複数の第２の信号の何れかを送信するよう構成されており、この信号は、受信された第１の信号のパラメータの測定の結果に応じて選択される。こうした別々の第２の信号のそれぞれは、別々の符号の利用、別々の期間における送信、又は別々の周波数割り当てにおける送信によって区別される。区別するこうした特性の組み合わせを用いることができる。対照的に、別々の二次局によって送信される同一の第２の信号は、共通の周波数割り当てにおいて共通期間内に共通符号を用いて送信される。

別の実施例では、特定の第２の信号の送信は、１でない確率で行い得る。送信の確率は、受信された第１の信号の測定パラメータの値によって変わってくる場合がある。送信確率と測定パラメータ値との間の関係は予め定めてよく、あるいは、二次局に通知してよく、あるいは、送信確率を二次局に直接に通知してよい。この実施例は、送信される第２の信号の数を削減し、よって干渉を削減する。異なる送信確率が別々の第２の信号に施される場合、この実施例によって、別のタイプの第２の信号（良好な受信品質に相当するものなど）よりも頻繁に一タイプの第２の信号（劣悪な受信品質に相当するものなど）が送信されることが可能になる。送信電力の変更によってダウンリンク受信品質を制御するのに必要な情報は、より少ないアップリンク伝送によって一次局に利用可能にし、よって干渉を削減することが可能である。この実施例は、測定パラメータ値によって異なる確率で単一のタイプの第２の信号を送信することを可能にするものでもある。

本発明は次に、添付図面を参照しながら例としてのみ説明する。

図１を参照すれば、一次局１００及び複数の二次局２００を備えた無線通信システム５０を示す。

一次局１００は、第１の信号（例えば、ブロードキャスト・データ信号）をダウンリンク３１０上で各二次局２００に送信する送信器１１０を備える。送信器１１０は、結合手段１３０（例えば、サーキュレータや切替スイッチであり得る）を介してアンテナ１２０に結合された出力を有する。結合手段１３０は又、アンテナ１２０からアップリンク（３２０）信号を受信する受信器１４０の入力に結合される。二次局２００から受信される信号を処理し、その信号から電力制御信号を得る制御手段（μC）１５０（例えば、プロセッサ）が、送信器１１０及び受信器１４０に結合される。制御手段１５０によって得られる電力制御信号に応じて送信器１１０の送信電力を制御する電力制御手段１６０が、制御手段（μC）１５０及び送信器１１０に結合される。

二次局２００は、ダウンリンク３１０上で一次局１００によって送信される信号を受信する受信器２４０を備える。受信器２４０は、結合手段２３０（例えば、サーキュレータや切替スイッチであり得る）を介してアンテナ２２０に結合された出力を有する。結合手段２３０は、アンテナ２２０を介してアップリンク信号を送信する送信器２１０の出力にも結合される。一次局１００から受信される信号に対する測定を行い、一次局１００での電力制御を行うよう送信器２１０によってアップリンク３２０上で送信される第２の信号をその測定から得る制御手段（μC）２５０（例えば、プロセッサ）が、送信器２１０及び受信器２４０に結合される。任意的には、一次局２００から受信される電力制御コマンドに応じて送信器２１０の送信電力を制御する電力制御手段２６０が、制御手段（μC）２５０及び送信器２１０に結合される。

無線通信システム５０の動作を次に図２の流れ図を参照しながら説明する。図２では、図の左側の工程が一次局１００によって行われ、右側の工程が各二次局２００によって行われる。

工程５１０では、一次局は、各二次局２００に向けてその送信器１１０を介して第１の信号の送信を開始する。第１の信号によって伝えられる情報は、複数の二次局２００によって受信されることが意図されている。この情報を受信したい各二次局は、以下の工程を実施する。

工程５２０では、第１の信号が、受信器２３０を介して受信される。

工程５３０では、二次局２００の制御手段２５０が、受信された第１の信号のパラメータを測定する。

測定パラメータは、多くの形態の何れかを呈し得る。測定パラメータの例の一部として、信号対雑音比（SNR）、信号対混信比（SIR）、信号レベル、ビット・エラー・レート、ブロック・エラー・レート、又はこれらの組み合わせがある。当業者は、上記パラメータ例の代わりに、又は上記パラメータ例と組み合わせて用い得る他のパラメータを容易に認識することが可能である。

工程５４０では、制御手段２５０は、送信電力制御の目的で一次局２００に送信する第２の信号を測定パラメータから得る。第２の信号の情報コンテンツは、測定されたパラメータによって変わってくる。単独で用いるか、組み合わせで用いることが可能な例の一部は以下の通りである。

a)第２のアップリンク信号それぞれは、二次局２００がダウンリンク送信電力を増加させたいか減少させたいかについての示標（TPCコマンドなど）を備え得る。上記示標は、測定パラメータの値を閾値と比較することによって得ることができる。

b)第２のアップリンク信号それぞれは、測定パラメータの値の示標（ビット・エラー・レート、ブロック・エラー・レート、SNR、SIR、信号レベルなど）を備え得る。一部の実施例では、上記示標は、測定パラメータの値が閾値を超えるか否かを示すものを備える。

c)第２のアップリンク信号それぞれは、ダウンリンク・データ・パケットを首尾良く復号化したか、回復不能エラーを伴って復号化したかについての示標を備え得る。
当業者は、上記例の代わりに、又は上記例と組み合わせて第２の信号に備える他の示標を容易に識別することが可能である。
第２の信号の更なる特性は以下に示す。

工程５５０では、第２の信号が送信器２１０によって送信される。

工程５６０では、一次局１００の受信器１４０は、２次局２００によって送信される第２の信号のそれぞれを受信する。

工程５７０では、制御手段１５０は、受信された第２の信号を処理し、電力制御信号を得る。この工程では、制御手段１５０は、一次局１００の送信電力を増加させるか、減少させるかを判定する。任意的には、制御手段１５０は、送信電力を変えない状態にすることにしてもよい。電力制御信号を得るのに用いるアルゴリズムは、第２の信号に備えられるタイプの示標によって変わってくる。考えられるアルゴリズムの例は、以下の通りである。

a)制御手段１５０は、第１のダウンリンク信号の正確な受信を確実に行うためにより高い信号レベルを何れかの二次局２００が必要としているか否かを判定し、何れかの二次局２００について当てはまる場合に送信電力を増加させ得る。

b)制御手段１５０は、第１のダウンリンク信号の正確な受信を確実に行うためにより高い信号レベルを必要とする、二次局２００の数又は割合を推定し、この数又は割合が閾値を超えた場合にのみ、送信電力を増加させ得る。こうした状況下では、劣悪な受信状態を蒙る一部の二次局２００は、制御手段１５０の選択で、低信頼度の受信に留まり得る。別々の二次局２００から同時に送信される同一の信号を区別するやり方の１つは、第２の信号の検出時に生成される別々の相関ピークによって示される相対的な伝搬遅延を検査することである。

工程５８０では、電力制御手段１６０は、制御手段１５０によって得られる電力制御信号によって送信器１１０の送信電力を制御する。

フローは次いで工程５１０に戻る。工程５１０では、第１の信号が送信され続けている間、当該処理が繰り返される。

本発明によれば、それぞれの第２の信号の送信は、共通の周波数割り当てにおいて共通期間内に共通信号を送信する複数の二次局２００を備える。二次局２００は全て、同じ周波数割り当てにおいて同じ期間内に共通信号を用いてアップリンク送信上で同じ示標を送信する。複数の二次局２００は、そのそれぞれの第２の信号の送信に同じチャネル資源（すなわち、符号、時間及び周波数）を用いるので、必要なチャネル資源は少なくなる。

以下の例は、第２のアップリンク信号の、一部の選択肢を示す。

a）TPCコマンドに相当する利用可能な２つのアップリンク示標が存在し得る。二次局２００が、送信電力の増加又は送信電力の減少のためのTPCコマンドを送信する場合、「アップ」コマンドが１つの第２の信号として送信され、「ダウン」コマンドが別の第２の信号（「アップ」信号とは別）として送信される。「アップ」コマンドは電力の増加を要求している二次局２００全てによって送信され、「ダウン」コマンドは電力の減少を要求している二次局２００全てによって送信されることになる。こうした別々の２つの第２のアップリンク信号は、別々の符号の利用、別々の期間における伝送、又は別々の周波数割り当てにおける伝送によって区別し得る。例えば、「アップ」コマンド及び「ダウン」コマンドは一期間内で伝送し、別々の信号符号の利用によって区別することができる。別の例として、「アップ」コマンドは一期間に送信し、「ダウン」コマンドは別の期間に送信するが、同じ信号符号を用い得る。別の例として、「アップ」コマンド及び「ダウン」コマンドは一期間内に同じ信号符号を用いて伝送し、別々の周波数割り当ての利用によって区別することができる。区別するこうした特性の組み合わせ（例えば、別々の期間と組み合わせた別々の符号）を用いることができる。

b)３つ以上の別個の信号（例えば、４つ）を用いて、測定パラメータの別々の値（４つの範囲のエラー・レートやSIRなど）を表すことができる。信号は、別々の４つの符号、別々の４つの期間、又は別々の４つの周波数割り当てを用いることによって区別することができる。

c)３つ以上（例えば、４つ）の別個の信号を用いて、別々のグレードの受信信号レベルの示標と組み合わせて「アップ」コマンド及び「ダウン」コマンドを表すことができる。この例では、「ダウン」コマンドを送信する二次局２００は単一の期間内に送信する一方、「アップ」コマンドを送信する二次局２００は、中間の信号レベル、低い信号レベル、又は非常に低い信号レベルを示すことが可能であり、送信は、３つの別個の期間に分離することができ、それによって、一次局１００による検出を容易にすることが可能である。

d)受信された第１の信号の測定パラメータの1つ又は複数の値について、二次局２００は、第２の信号を得ること、又は送信することを控え得る。これは、二次局２００における干渉及び電力消費を削減するという利点を有する。例えば、二次局２００は、「ダウン」コマンドの送信を控え、「アップ」コマンドのみに相当する第２の信号を送信することができる。この場合、一次局１００は、デフォールトで「ダウン」値を呈する。別の例として、二次局２００は、受信された第１のダウンリンク信号の品質が閾値未満である旨を測定パラメータが示す場合に第２の信号のアップリンク伝送を行うことを控え得る。このことによって、電力増加によって克服するには二次局２００の受信状態が悪すぎる場合に、送信電力の無駄な増加を妨げ、干渉を削減することが可能である。任意的には、一次局１００は、第２の信号を得るか又は送信することを控えるか否かを判定するうえで二次局２００が用いるものとする基準の示標を二次局２００に送信することができる。

e)特定の第２の信号の送信は、１でない確率（受信された第１の信号の測定パラメータの値によって変わってくる場合がある）で起こり得る。送信確率と測定パラメータ値との間の関係は、予め定めてよく、又は二次局に通知してよい。

一次局２００では、共通期間及び共通の周波数割り当てにおいて受信される共通の第２の信号は、受信器１４０によって合成されることになる。受信器１４０によって検出されるのは合成信号であるため、アップリンク信号の送信電力レベルは、例えば、一次局２００によって送信されるTPCコマンドに応じて二次局電力制御手段２６０によって削減することができる。

任意的には、ダウンリンク送信電力を決定するのに十分なアップリンク情報を一次局１００が受信した場合、一次局１００は、不完全な第２のアップリンク信号を終結させるか、又は、まだ始まっていない第２のアップリンク信号の送信に取って代わる第３のダウンリンク信号を送信することができる。このようにして、二次局２００の電力消費を削減し、干渉を削減することが可能である。特に、この選択肢は、第２の信号中の送信電力を二次局２００が増加させる（例えば、第３の信号又は期間の満了を待っている間に、送信電力を漸増させて複数回、第２の信号を送信することによって）場合に適用することができる。電力増加は例えば、直線的な増加であっても、段階的な増加であってもよい。一部の実施例では、第２の信号の情報担持部分は、送信電力を漸増させたいくつかのプリアンブル信号後に送信することができ、第３の信号の受信に応じてプリアンブル信号の送信を止めると、二次局は、第２の信号の送信を終結させないが、第２の信号の情報担持部分を送信し続け得る。

本明細書及び特許請求の範囲を通して、本発明は、送信電力の制御に関して説明している。しかし、本発明は、送信電力の制御の代わりに、又は送信電力の制御に加えて他の送信特性を制御することにも適用可能である。前述の他の更なる特性には、例えば、ビット・レート、エラー制御符号化、変調手法があり得る。

本明細書及び特許請求の範囲では、構成要素に「a」又は「an」の語が先行していることは、前述の構成要素が複数存在することを排除するものでない。更に、「comprising」という語は、特許請求の範囲記載の構成要素又は工程以外の構成要素又は工程が存在することを排除するものでない。

特許請求の範囲記載の括弧内に参照符号が備えられていることは、理解の手助けを意図しているものであり、限定することを意図するものでない。

本明細書及び特許請求の範囲を読めば、他の修正が当業者には明らかであろう。前述の修正には、通信の分野において既知の他の特徴（本明細書及び特許請求の範囲に既に記載されている特徴の代わりに、又はそうした特徴に加えて用いることができる）が関係し得る。

通信システムの略構成図である。 送信電力制御の方法の流れ図である。

Claims (16)

1. 基地局及び複数の移動局を備える通信システムにおける送信電力制御の方法であって、各移動局で、
   前記基地局によって送信される第１の信号を受信する工程と、
   該受信された第１の信号のパラメータを測定する工程と、
   該測定されたパラメータに応じて別々の複数の第２の信号から１つの第２の信号を選択する工程と、
   該選択された第２の信号を送信する工程と、
   前記基地局で、
   前記第１の信号を送信する工程と、
   前記第２の信号を受信する工程と、
   該受信された第２の信号から電力制御信号を得る工程と、
   該電力制御信号によって前記第１の信号の送信電力を制御する工程とを備え、
   前記選択された第２の信号を送信する工程は、共通の周波数割り当てにおいて共通期間内に同一の第２の信号を複数の前記移動局が送信する工程を備え、前記選択された第２の信号の送信は、１未満の確率で移動局それぞれにおいて行われ、前記１未満の確率は前記受信された第１の信号の前記測定されたパラメータの値に依存することを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法であって、各移動局で、前記第２の信号を選択する工程は、複数の組み合わせから符号、期間及び周波数割り当ての組み合わせを選択する工程であって、該選択が、前記測定されたパラメータの値によって変わってくることを特徴とする方法。
3. 請求項２記載の方法であって、前記複数の組み合わせは、共通の期間内に送信するための別々の符号を備えることを特徴とする方法。
4. 請求項２記載の方法であって、前記複数の組み合わせは、別々の期間内に送信するための共通符号を備えることを特徴とする方法。
5. 請求項２記載の方法であって、前記複数の組み合わせは、別々の周波数割り当てを用いて共通の期間内に送信するための共通符号を備えることを特徴とする方法。
6. 請求項１記載の方法であって、前記確率は、前記受信された第１の信号の前記測定されたパラメータの値によって変わってくることを特徴とする方法。
7. 請求項１又は２に記載の方法であって、各第２の信号は、
   前記送信電力を増加させる旨の示標と、
   前記送信電力を減少させる旨の示標と、
   前記第１の信号が首尾良く復号化された旨の示標と、
   前記第１の信号が回復不能エラーを有していた旨の示標と、
   前記第１の信号のエラー・レートが閾値を超えている旨の示標と、
   前記第１の信号の品質レベルの示標と
   のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする方法。
8. 請求項７記載の方法であって、前記品質レベルの示標は、
   エラー・レートの示標、
   信号対混信比の示標、
   信号対雑音比の示標、及び、
   信号レベルの示標のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする方法。
9. 移動局であって、
   基地局によって送信される第１の信号を受信する手段と、
   該受信された第１の信号のパラメータを測定する手段と、
   該測定されたパラメータに応じて別々の複数の第２の信号のうちの１つの第２の信号を選択する手段と、
   前記第１の信号の送信電力を制御するために前記選択された第２の信号を基地局に送信する手段と、
   該電力制御信号によって前記第１の信号の送信電力を制御する手段とを備え、
   前記選択された第２の信号を送信する手段は、共通の周波数割り当てにおいて共通期間内に同一の第２の信号を送信するよう構成され、前記第２の信号を送信する手段は、前記第２の信号を１未満の確率で送信するよう構成され、前記１未満の確率は前記受信された第１の信号の前記測定されたパラメータの値に依存することを特徴とする移動局。
10. 請求項９記載の移動局を複数備え、基地局を備える通信システムであって、
    前記基地局は、
    前記第１の信号を送信する手段と、
    前記第２の信号を受信する手段と、
    該受信された第２の信号から電力制御信号を得る手段と、
    該電力制御信号によって前記第１の信号の送信電力を制御する手段とを備えることを特徴とする通信システム。
11. 請求項10記載の通信システムであって、前記第２の信号を選択する手段は、複数の組み合わせから符号、期間及び周波数割り当ての組み合わせを選択するよう構成され、前記選択は、前記測定されたパラメータの値によって変わってくることを特徴とする通信システム。
12. 請求項11記載の通信システムであって、前記複数の組み合わせは、共通の期間内に送信するための別々の符号を備えることを特徴とする通信システム。
13. 請求項11記載の通信システムであって、前記複数の組み合わせは、別々の期間内に送信するための共通符号を備えることを特徴とする通信システム。
14. 請求項11記載の通信システムであって、前記複数の組み合わせは、別々の周波数割り当てを用いて共通の期間内に送信するための共通符号を備えることを特徴とする通信システム。
15. 請求項10又は11に記載の通信システムであって、各第２の信号は、
    送信電力を増加させる旨の示標と、
    送信電力を減少させる旨の示標と、
    前記第１の信号が首尾良く復号化された旨の示標と、
    前記第１の信号が回復不能エラーを有していた旨の示標と、
    前記第１の信号のエラー・レートが閾値を超えている旨の示標と、
    前記第１の信号の品質レベルの示標とのうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする通信システム。
16. 請求項15記載の通信システムであって、前記品質レベルの示標は、
    エラー・レートの示標、
    信号対混信比の示標、
    信号対雑音比の示標、及び、
    信号レベルの示標のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする通信システム。

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