JP5042439B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

【０００１】
［技術分野］
本発明は、無線通信システムに関連し、特に、そのようなシステムで使用される一次局および二次局並びにそのようなシステムにおける動作方法に関連する。本明細書は、最近注目されているユニバーサル移動テレコミュニケーション・システム（ＵＴＭＳ）を特に参照するシステムを説明するが、本発明は他の無線システムにも等しく適用化能である。
【０００２】
［背景技術］
無線通信システムには、基地局（ＢＳ）および移動局（ＭＳ）の間に必要とされる基本的な２種類の通信がある。その第１はユーザ・トラフィックであり、例えば音声やパケット・データである。第２は制御情報であり、これは伝送チャネルの様々なパラメータを設定および監視するめに必要とされ、ＢＳおよびＭＳが必要なユーザ・トラフィックを交換可能にするものである。
【０００３】
多くの通信システムにおける制御情報の機能の１つは、電力制御を可能にすることである。ＭＳからＢＳへ伝送される信号の電力制御は、ＢＳがほぼ同一の電力レベルで異なるＭＳから信号を受信する一方、各ＭＳに必要とされる送信電力を最小化することが必要とされる。ＭＳに対してＢＳから送信される信号の電力制御は、ＭＳが送信電力を最小にしつつ低いエラー・レートでＢＳから信号を受信し、他のセルおよび無線システムとの干渉を減少させることが必要とされる。双方向無線通信システムにおいて、電力制御は通常閉ループ方式で行われ、これにより、ＭＳはＢＳからの送信電力における必要な変化、およびＢＳへの信号変化を判定し、およびその逆が行われる。
【０００４】
電力制御を行う時間および周波数分割アクセスの結合したシステム例は、移動通信に関するグローバル・システム（ＧＳＭ）であり、ＢＳおよびＭＳ送信機両者の送信電力が２ｄＢのステップで制御される。同様に、拡散スペクトル符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）を利用するシステムにおける電力制御は、ＵＳ−Ａ−５０５６１０９に開示されている。
【０００５】
これら既存の技術の問題は、送信開始時において、または送信が割り込まれた場合に、電力制御ループが充分に収束するまでにいくらかの時間を要することである。そのような収束が達成されるまでの間に、電力レベルが低すぎるならばデータ伝送は劣化した状態で受信されることになり、また、電力レベルが高すぎるならば余分な干渉を発生してしまう。
【０００６】
この問題に対する１つの手段は、我々の国際特許出願ＷＯ００／４２７１６に開示されており、これは、データ伝送の良好な受信が可能になるように電力制御が収束する程度に充分な時間だけ、データ伝送の開始を遅延させるものである。制御伝送の開始およびデータ伝送の開始の間の期間は、電力制御プレアンブルとして知られている。しかしながら、システムによっては、電力制御プレアンブル期間の部分が同期に使用されている（そこでは、例えばＣＤＭＡシステムのＭＳによって使用されるコードにロックすることによって、ＢＳがＭＳ送信の受信タイミングを導出する。）。したがって、ＭＳの送信電力が、ＢＳが同期する前に許容されない干渉を生じさせるレベルに増加する虞がある。
【０００７】
この問題は、ＵＭＴＳ実施例において部分的に対処され、これは、同期が達成される前に、電力制御命令の特定パターンをＢＳが送信することによって行われ、そのパターンは、ＭＳが送信電力を急速に変化させないものである。
【０００８】
［発明の開示］
本発明は、送信の開始時に適切な電力制御を行うことを目的とする。
【０００９】
本発明の第１の形態によれば、第１及び第２局の間で通信チャネルを持つ無線通信システムであって、前記第２局は、前記第１局からの電力制御命令を受信する受信手段と、前記電力制御命令に応答して前記第１局に対する送信の電力を調整する電力制御手段とを有し、前記第１局は、前記第２局からの送信に同期したことを判定する手段と、同期が確立されたことを前記第２局に信号送信する信号送信手段とを有し、前記第２局は、同期が確立したことの通知に応答し、送信電力の変化率を、前記第１局による同期の信号送信の後に以前よりも大きくすることができるよう前記第２局の動作を修正する手段を有する無線通信システムが提供される。
【００１０】
同期を達成した第１局による信号送信は、第２局が、送信電力の変化率を増加させた範囲における振る舞いを修正することを可能にする。例えば、第２局は同期後に電力制御ステップ・サイズを増加させることが可能である。第２局は、同期が達成される前に、可能であれば受信機をターン・オフさせることによって、いくつかの電力制御命令を無視することも可能である。
【００１１】
本発明の第２形態によれば、局であり、前記局と他の局の間で通信チャネルを持つ無線通信システムで使用される局であって、前記他の局からの送信に同期したことを判定する手段が設けられ、同期が確立したことを前記他の局に信号送信を行う信号送信手段が設けられる局が提供される。
【００１２】
本発明の第３形態によれば、局であり、前記局と他の局の間で通信チャネルを持つ無線通信システムで使用される局であって、前記他の局からの電力制御命令を受信する受信手段が設けられ、前記電力制御命令に応答して前記他の局に対する送信の電力を調整する電力制御手段が設けられ、同期が確立したことの通知に応答して、送信電力の変化率を、前記他の局による同期の信号送信の後に以前よりも大きくすることができるように前記局の動作を修正する手段が設けられる局が提供される。
【００１３】
本発明の第４形態によれば、第１及び第２局の間で通信チャネルを持つ無線通信システムの動作方法であって、前記第２局は、前記第１局からの電力制御命令を受信する受信機と、前記電力制御命令に応答して前記第１局に対する送信の電力を調整する電力コントローラとを有し、前記第１局が、前記第２局からの送信に同期したことを判定し、および同期が確立されたことを前記第２局に信号送信し、前記第２局が、同期が確立したことの通知に応答して、送信電力の変化率を、前記第１局による同期の信号送信の後に以前よりも大きくすることができるようにその動作を修正する方法が提供される。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【００１４】
図中、同一の参照番号を利用して、対応する要素を示すことにする。
【００１５】
［発明の実施の形態］
図１を参照するに、無線通信システムは、一次局（ＢＳ）１００および複数の二次局（ＭＳ）１１０より成る。ＢＳ１００は、マイクロコントローラ（μＣ）１０２と、アンテナ手段１０６に結合された送受信手段（Ｔｘ／Ｒｘ）１０４と、送信電力レベルを切り替える電力制御手段（ＰＣ）１０７と、ＰＳＴＮその他の適切なネットワークへの接続のための接続手段１０８より成る。各ＭＳ１１０は、マイクロコントローラ（μＣ）１１２と、アンテナ手段１１６に結合された送受信手段（Ｔｘ／Ｒｘ）１１４と、送信電力レベルを切り替える電力制御手段（ＰＣ）１１８より成る。ＢＳ１００からＭＳ１１０への通信は、ダウンリンク周波数チャネル１２２を利用するが、ＭＳ１１０からＢＳ１００への通信はアップリンク周波数チャネル１２４を利用する。
【００１６】
ＵＴＭＳ周波数分割多重システムの例は、ＭＳ１１０およびＢＳ１００の間の通信リンクを確立するために、図２に概略的に描かれているような手法を使用する。このリンクはＭＳ１１０がアップリンク・チャネル１２４の資源に対する要求２０２（ＲＥＱ）を送信することによって始まる。要求を受信し、利用可能な資源を有するならば、ＢＳ１００はダウンリンク・チャネル１２２で認証２０４（ＡＣＫ）を送信し、設定する通信に必要な情報を提供する。認証２０４が送信された後に、アップリンク制御チャネル２０６およびダウンリンク制御チャネル２０８の２つの制御チャネル（ＣＯＮ）が設定され、アップリンク・データ・チャネル２１０がＭＳ１１０からＢＳ１００へのデータ伝送に設定される。いくつかのＵＭＴＳ例において、認証２０４と制御およびデータ・チャネルの設定との間に付加的な信号送信が行われ得る。
【００１７】
この手法において、アップリンク１２４およびダウンリンク１２２の両者において、別々の電力制御ループが動作し、その各々が内側(inner)および外側(outer)ループより成る。内側ループは目標電力に合致する受信電力に調整する一方、外側ループは、サービスに必要な品質（例えば、ビット・エラー・レート）を維持する最小レベルに目標電力を調整する。しかしながら、この手法が問題を起こすのは、送信が制御チャネル２０６，２０８およびデータ・チャネル２１０で開始する場合において、初期電力レベルおよび品質目標が開ループ測定値から導出される場合であり、測定の行われるチャネルが、新たに始まるチャネルと異なる性質を有する傾向にあるので、その測定値は充分に正確でない虞がある。その結果、低すぎる電力レベルで送信されたならば、データ・チャネル２１０の開始時におけるデータ伝送は劣化した状態で受信されるようになるし、高すぎる電力レベルで送信されたならば余分な干渉を発生してしまう。
【００１８】
この問題に対する既知の手段は、我々の国際特許出願ＷＯ００／４２７１６および図３に述べられており、これは、期間３１２だけアップリンク・データ送信２１０の開始を遅延させることであり、この期間はＢＳ１００のデータ伝送を良好に受信されるように電力制御が充分に収束する程度の期間である。期間３１２は電力制御プレアンブル（ＰＣＰ）として知られ、一般に１つ又はそれ以上のフレーム遅延より成る（例えば各フレームは１０ｍｓである。）。遅延３１２は予め決定することが可能であり、または、（ダウンリンク電力制御情報を監視することによってその収束を検出することの可能な）ＭＳ１１０またはＢＳ１００のいずれかによって動的に決定することが可能である。制御チャネル２０６，２０８の余分な制御情報の送信における付加的なオーバーヘッドは、データ・チャネル２１０に関するＢＳ１００の受信したユーザ・データに対するＥｂ／Ｎｏ（ビット当たりのエネルギ／ノイズ密度）の減少によってバランスがとられる。
【００１９】
電力制御プレアンブル期間３１２の目的は、内側電力制御ループが、アップリンク１２４およびダウンリンク１２２チャネルにおける送信電力を、データ送信の開始前にそれら各自の要求されるレベルに収束可能にすることである。したがって、電力制御プレアンブル３１２の際に、アップリンク・チャネル１２４に対して、通常より大きな電力制御ステップ・サイズが使用される。これを実現する１つの手法が我々の国際特許出願ＷＯ００／４１４６６に開示されており、大きな電力制御ステップ・サイズが最初に使用され、必要な電力調整の指示が変わるとそのステップ・サイズが減少するものである。
【００２０】
しかしながら、大きな電力制御ステップ・サイズを使用すると、更なる問題を引き起こす。アップリンク電力制御プレアンブル３１２の初期部分は、ＢＳにより要求され、アップリンク制御チャネル伝送２０６に同期可能にするものである。ＢＳ１００が同期する前に大きなステップ・サイズを使用すると、ＭＳは、セル内で許容されない干渉レベルを引き起こす程度に大きな送信電力まで増加させてしまう。
【００２１】
この問題は、本発明によるシステムにおいて解決されることが可能であり、それは、電力制御プレアンブル３１２の開始からいくらか時間が経過するまで、大きな電力制御ステップ・サイズの使用を遅延させることにより行われる。この解決手法は図４に示されており、電力制御プレアンブル３１２が２つの部分に分割され、それらは、ＢＳ１００がＭＳ１１０からの送信に同期することを可能にする同期部分４１４と、電力制御収束部（Ｃ）４１６である。同期部分４１４の間では、小さな（又はゼロ）電力制御ステップ・サイズが使用されるが、電力制御収束部４１６では大きなステップ・サイズが最初から使用される。より小さな電力制御ステップ・サイズを使用する代替例として、電力制御命令が発行されるレート（変化率）を減少させることが可能である。我々の国際特許出願ＷＯ００／７４２６（本願の優先日では未公開であった）において説明されるように及びいくつかのＵＭＴＳ例で必要とされるように、更なる代替例として、より小さな電力制御ステップ・サイズの使用は、ＢＳ１００からの複数の電力制御命令を受信した後に、ＭＳ１１０がその出力電力のみを調整することによって、代行することが可能である。他の技術に適用することも可能であり、例えば、ＭＳ１１０がゲート受信回路を利用して、所定の期間の間は受信機をターン・オフにすることが可能である。
【００２２】
上記の手法における共通事項は、電力制御プレアンブル３１２の同期部分４１４の期間は電力収束部４１６の期間よりも電力調整のレートが低いことである。同期部分４１４の長さは予め定めることが可能である。例えば、ＵＭＴＳの例において、電力制御プレアンブル３１２の長さが１フレーム（これは１５スロットに分割される。）であり、いくつかのシミュレーションによれば同期部分４１４の適切な長さは６スロットとすることが可能である。これは電力制御収束部に９スロット残して実行するものである。
【００２３】
あるいは、ＢＳ１００は、同期が得られたときに、ＭＳ１１０に信号送信することも可能である。図５は、そのような手法の一実施例を図示するフロー・チャートであり、これは、転送フォーマット結合インジケータ(TFCI: Transport Format Combination Indicator)フィールドを利用するＵＭＴＳ例において実行するのに特に有利な方法である。ＴＦＣＩフィールドは、ダウンリンク１２２における送信のスロット・フォーマットの過半数に存在し、現在のＵＭＴＳ仕様ではスロット当たり２，４，８または１６ビットより成る。電力制御プレアンブル３１２の際に、ＴＦＣＩビットは一般に総て‘０’に設定される。
【００２４】
この方法は、ステップ５０２において、同期部分４１４の開始時において、ＭＳ１１０が電力制御調整レートを小さな（又はゼロの）値に設定する。ステップ５０４において、ＭＳはＴＦＣＩビットを繰り返し受信し、ステップ５０６においてそのビットが‘１’に設定されるか否かを検査する。ＢＳ１００は、‘１’に設定されたＴＦＣＩビットの送信に切り替えることにより、同期が確立したことを信号送信し、これにより、同期部分４１４の終了および電力制御収束部４１６の開始を信号送信する。この変化を検出すると、ステップ５０６における検査を通過して、ＭＳ１１０はステップ５０８において電力制御調整レートを増加させ、電力制御の収束性を向上させる。本発明の実施例は、同期が確立する前は通常よりも低いレートの電力制御を行い、および／または同期が確立した後は直ちに通常よりも高いレートの電力制御を行う。
【００２５】
ステップ５０６における検査は、受信されるような各ＴＦＣＩビットの値の検査を必要とする。あるいは、検査５０６はスロットで受信した総てのＴＦＣＩビットの値で実行することが可能である。この場合、スロット内のＴＦＣＩビットのパターンは総て等しいことを要しない。しかしながら、１スロットにつき４ビットの場合を想定すると、００００から１１１１への変化は、例えばノイズの存在により０１０１から１１１１へ変化する場合よりも適切に検出される可能性が非常に高い。総てのビットが同一であることを要求する更なる利点は、各ＴＦＣＩビットが受信される毎に検査５０６が動作するか（すなわち、電力制御プレアンブル３１２の同期部分の長さを最小化するか）、又はスロット内で受信したビット群について動作するか（すなわち、受信におけるエラーに対するロバスト性(robustness)を改善するか）を、ＭＳ１１０を実現する際の選択肢として残すことが可能なことである。
大きな電力制御調整レートが使用される期間は、我々の国際特許出願ＷＯ００／４１４６６で説明しているのと同様に決定することが可能であり、ダウンリンク電力制御命令が第１の時間の間に符合を変化させる場合に、ステップ・サイズを減少させることによって行われ得る。あるいは、所定数のスロットの後に、大きな調整レートの利用を終了することも可能である。すなわち、電力制御収束部４１６は、電力制御プレアンブル３１２の終了まで持続することは必ずしも必要でない。
【００２６】
電力制御調整レートを過度に急速に減少させる電力制御命令のエラーの影響を克服する更なる改善は、ＭＳ１１０からの目標とする信号対干渉比（ＳＩＲ）に達した場合に、ＢＳ１００が信号送信することである。この改善の１つの実施例も図５に示されている。ＭＳ１１０がステップ５０８で電力制御調整レートを増加させた場合に、ステップ５１０においてＴＦＣＩビットを受信し続け、ステップ５１２において、そのビットが‘０’に設定されるか否かを検査する。ステップ５１２における検査を通過し、ＭＳ１１０がステップ５１４で電力制御調整レートを減少させたことに応答して、ＴＦＣＩを‘０’の設定に戻すことによって、ＢＳ１００は収束が達成されたことを信号送信する。検査５１２は、検査５０６の場合と同様に、単独のＴＦＣＩビットで動作する、又はビットの集合で動作することが可能である。
【００２７】
また、本発明が適用可能なシステムは、電力制御プレアンブル３１２が存在しない、すなわち制御及びデータ送信が同時に開始するシステム、または、同期が確立される前にデータ伝送が開始するシステムである。そのようなシステムにおいて、ＢＳ１００は、ＭＳ１１０からの送信に同期したことを判定する場合に、その情報をＭＳ１１０に信号送信する。信号送信は、ダウンリンク制御チャネル２０８の利用、上述したようなＴＦＣＩビットの利用または電力制御命令の所定のパターンの利用を含めて、任意の適切な手法で行い得る。
【００２８】
ＭＳ１１０は、同期が信号送信される前に電力制御調整レートが後のものより低くなるように制御される。電力制御ステップ・サイズを変化させることに加えて、上述したように、ＭＳ１１０がＢＳ１００から送信された電力制御命令のいくつかの部分を無視することによって、実現することも可能である。同期が確立されたことの信号送信がなされるまで、ＭＳ１１０は所定の期間の間送受信機１１４の受信部をターン・オフさせることも可能である。当業者にとって他の等価的な手法を採用することも可能である。
【００２９】
上記の説明はアップリンク１２４のデータ送信を調査するものであるが、この技術はダウンリンク・チャネル１２２におけるデータ伝送にも同様に適用可能であり、また、双方向の伝送に適用することも可能である。本発明は、２つの局間の送信の開始時における電力制御を改善する観点から説明されたが、同期が一次的に失われた状況にも適用することが可能である。
【００３０】
本発明の実施例は、例えばＵＭＴＳ例において使用される拡散スペクトル符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）技術を利用して説明された。しかしながら、本発明はＣＤＭＡシステムでの使用に制限されない。同様に、本発明の実施例は、周波数分割多重を想定して説明したが、本発明はそのようなシステムに限定されない。例えば時分割多重のような、他の多重化手法にも適用化能である（そのようなシステムにおける電力制御レートは送信バースト当たり１回に制限される。）。
【００３１】
本願の説明により、当業者にとっては他の変形も明白であろう。そのような変形は、無線通信システムおよびその関連部分の設計、製造および使用において既知の他の特徴、およびここで既に説明した特徴に代えて又はそれに加えて使用される他の特徴を包含し得る。特許請求の範囲は、特定の特徴の組み合わせの形式でまとめられているが、本願の開示範囲には、明示的に若しくは黙示的に又はそれら一般的に包含される任意の新規な特徴または任意の新規な特徴の組み合わせが含まれ、先行する請求項記載発明と同一の関係にあるか否かによらず、および本発明が解決するような同一の技術的課題の任意の１つ又は全部に対応する否かによらない。本願または本願から派生する更なる任意の出願の権利化の際に、新たな請求項はそのような特徴および／または特徴の組み合わせにより規定され得る。
【００３２】
本願の原文明細書および原文請求の範囲における要素に先行する用語“ａ”または“ａｎ”は、そのような要素が複数存在することを排除しない。さらに、用語“comprising”は、列挙されたもの以外の要素またはステップを排除しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、無線通信システムの概略ブロック図である。
【図２】 図２は、通信リンクを確立するための従来の手法を示す。
【図３】 図３は、データ伝送の遅延した開始点を有する通信リンクを設定する既知の手法を示す。
【図４】 図４は、データ伝送の遅延した開始点を有する通信リンクを設定する改善された手法を示す。
【図５】 図５は、電力制御プレアンブル期間における送信電力の変化率を調整する本発明による方法のフロー・チャートである。

Claims (9)

1. 第１及び第２局の間で通信チャネルを持つ無線通信システムであって、前記第２局は、前記第１局からの電力制御命令を受信する受信手段と、前記電力制御命令に応答して前記第１局に対する送信の電力を調整する電力制御手段とを有し、前記第１局は、前記第２局からの送信に同期したことを判定する手段と、同期が確立されたことを前記第２局に信号送信する信号送信手段とを有し、前記第２局は、同期が確立したことの通知に応答し、送信電力の変化率を、前記第１局による同期の信号送信の後に以前よりも大きくすることができるよう前記第２局の動作を修正する手段を有することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記第２局から前記第１局への通信チャネルが、制御情報を伝送するための制御チャネルと、データを伝送するためのデータ・チャネルとを有し、前記第２局が前記データ・チャネルの初期伝送を、制御チャネルの初期伝送の後まで遅延させる手段を有することを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 局であり、前記局と他の局の間で通信チャネルを持つ無線通信システムで使用される局であって、前記他の局からの電力制御命令を受信する受信手段が設けられ、前記電力制御命令に応答して前記他の局に対する送信の電力を調整する電力制御手段が設けられ、同期が確立したことの通知に応答して、送信電力の変化率を、前記他の局による同期の信号送信の後に以前よりも大きくすることができるように前記局の動作を修正する手段が設けられることを特徴とする局。
4. 同期が確立したことの信号送信に応答して、受信した電力制御命令に対する前記電力制御手段の応答を修正する手段が設けられることを特徴とする請求項３記載の局。
5. 前記電力制御手段は、同期が確立した後に以前よりも大きな電力制御ステップ・サイズを利用するよう動作することが可能であることを特徴とする請求項４記載の局。
6. 前記電力制御手段は、同期が確立される前に受信した前記電力制御命令を利用しないよう動作することが可能であることを特徴とする請求項３ないし５の何れか１項に記載の局。
7. 前記受信手段が、前記電力制御命令を利用しない場合にオフされることを特徴とする請求項６記載の局。
8. 第１及び第２局の間で通信チャネルを持つ無線通信システムの動作方法であって、前記第２局は、前記第１局からの電力制御命令を受信する受信機と、前記電力制御命令に応答して前記第１局に対する送信の電力を調整する電力コントローラとを有し、前記第１局が、前記第２局からの送信に同期したことを判定し、および同期が確立されたことを前記第２局に信号送信し、前記第２局が、同期が確立したことの通知に応答して、送信電力の変化率を、前記第１局による同期の信号送信の後に以前よりも大きくすることができるようにその動作を修正することを特徴とする方法。
9. 前記第１局が規則的に送信される信号を修正することによって同期の確立を信号送信することを特徴とする請求項８記載の方法。

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