JP5208357B2 - 無線システム内の逆リンクのＲｉｓｅｏｖｅｒＴｈｅｒｍａｌを決定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に電気通信に関し、特に無線通信に関する。

無線通信は、通常、地理的領域にわたって分散された複数の基地局と複数の移動体デバイスとを使用する。基地局は通常固定され、移動体デバイスは一般に地理的領域を移動して、特定の基地局で利用可能な通信品質などのいくつかの因子に応じて１つまたは複数の基地局と交互に通信することができる。

一般に、基地局で測定される全受信信号の合計の強度は、普通、ＲＳＳＩ（受信信号強度インジケータ）として表される。ＲＳＳＩは一般に少なくとも２つの成分、ノイズ・フロア成分と可変成分（ノイズ・ライズまたはＲＳＳＩ Ｒｉｓｅとしても知られている）からなる。ＲＳＳＩのノイズ・フロア成分は移動体デバイスと基地局との間で交換されるいかなる信号からも独立して存在する信号レベルである。すなわち、ノイズ・フロアは移動体デバイスと基地局とが通信していない時にも存在する信号である。他方、可変成分は、基地局と通信中の移動体デバイスによって引き起こされるＲＳＳＩの部分であり、重要なことには、逆干渉の表示であり、ほぼ同時に信号を送信している複数のデバイスによって引き起こされる逆リンク負荷の関数である。例えば、移動体デバイスＡとＢが信号を同時に送信中の場合、移動体デバイスＡからの信号は移動体デバイスＢからの信号に干渉し、またその逆でもある。基地局内のＲＳＳＩの可変成分の量に影響する１つの因子は、移動体デバイスの数とそれらが基地局とアクティブに通信する伝送速度である。したがって、ＲＳＳＩの可変成分は、無線電話システムの容量とパフォーマンスに直接影響する逆リンク負荷の有用なインジケータである。

無線システムでは、基地局は、普通、特定の信号を受信できる複数の経路を有する。例えば、特定の信号は基地局に到達する前にいくつかの目標物（建物、樹木、車両など）に反射することがある。したがって、同じ信号の複数の反射が基地局に到達することがある。これらの反射信号はほぼ同じであるが、時間が異なり、横断する異なる経路によって、異なるＲＦフェージングに遭遇することがある。複数の信号はダイバーシチ・ゲインを生成するのに役立ち、したがって、一般にダイバーシチ信号と呼ばれる。各受信経路は専用のＲＳＳＩ測定回路を備えることができる。理想的なケースでは、さまざまな異なるダイバーシチ信号からのＲＳＳＩ測定は同じである場合がある。これは、すべての信号が同じエネルギーと同じ経路損失で送信されるためである。

ただし、受信経路の各々は、受信チェイン内の異なる成分に関連する異なる利得／損失に起因する基地局受信機の利得変動を有することがある。ＲＳＳＩは一般に、受信チェイン内の多数の無線周波数（ＲＦ）成分を通過した後で測定される。したがって、これらの成分のいずれかがＲＳＳＩ測定値変動を引き起こすおそれがある。例えば、ダイバーシチ信号ＡのＲＳＳＩサンプルが−８６ｄＢｍで、ダイバーシチ信号ＢのＲＳＳＩ測定値が−８３ｄＢｍの場合がある。いくつかの極端なケース（例えば、１つうのダイバーシチ信号が動作不能の場合）には、２つのダイバーシチ信号の信号差は２０ｄＢに達することがある。この大きな差分はＲＳＳＩ処理に１つの課題を提示する。すなわち、マルチパス利得を利用しながらＲＳＳＩ測定値の完全性を犠牲にせずに異なるダイバーシチ信号から得た絶対ＲＳＳＩ測定値を処理する方法である。

従来のシステムでは、ＲＳＳＩの可変成分はＲＳＳＩ測定値および推定ノイズ・フロア値から計算される。これら両者は、ＲＳＳＩ測定値から得られる。ただし、ＲＳＳＩ測定値は１つのダイバーシチ信号から取り出すことができるが、ノイズ・フロア推定値は別のダイバーシチ信号に基づいていてもよい。これは、ＲＳＳＩの可変成分についての矛盾する考えをもたらし、逆リンク・トラヒック負荷制御の精度を低下させ、高速データ・サービスのエア・インタフェース上での逆リンクのパフォーマンスの低下を招く。
本発明は、上記の１つまたは複数の問題を克服するか、または少なくとも低減することを目的とする。

本発明の一態様では、無線通信システムを制御する方法が提供される。この方法は、第１のダイバーシチ信号の信号強度およびノイズ・フロアに基づいて前記第１のダイバーシチ信号の信号強度の上昇を決定する工程と、第２のダイバーシチ信号の信号強度およびノイズ・フロアに基づいて前記第２のダイバーシチ信号の信号強度の上昇を決定する工程と、前記決定された第１および第２のダイバーシチ信号の信号強度の上昇に基づいてＲｉｓｅ ｏｖｅｒ Ｔｈｅｒｍａｌを決定する工程とを含む。

本発明の別の態様では、無線通信システムを制御する方法が提供される。この方法は、第１および第２のダイバーシチ信号を受信する工程と、前記第１および第２のダイバーシチ信号の信号強度を測定する工程と、前記第１および第２のダイバーシチ信号のノイズ・フロアを推定する工程とを含む。それぞれ前記第１および第２のダイバーシチ信号の測定された信号強度および推定されたノイズ・フロアに基づいて、前記第１および第２のダイバーシチ信号について信号強度の上昇が決定される。次いで、前記決定された第１および第２のダイバーシチ信号の信号強度の上昇に基づいてＲｉｓｅ ｏｖｅｒ Ｔｈｅｒｍａｌが決定される。

本発明は、同様の参照番号が同様の要素を識別する添付図面と組み合わせて以下の説明を参照することで理解できよう。
本発明は、さまざまな変更と代替形態が可能であるが、図面には本発明の特定の実施形態が例を用いて示され、本明細書で詳述されている。ただし、本明細書内の特定の実施形態の説明は本発明を特定の開示された形態に限定するものではなく、添付の請求の範囲に記載する本発明の精神および範囲を逸脱しないすべての変形形態、等効形態、および代替形態を含むものである。

以下に本発明の例示的な実施形態について説明する。話を分かりやすくするために、本明細書では実際の実施形態のすべての特徴について記載してはいない。そのような実際の実施形態の開発にあたっては、実施形態ごとに異なるシステム関連およびビジネス関連の制約への適合などの、開発者の特定の目標を達成するために、多数の実施形態固有の決定をすることができる。さらに、そのような開発努力は複雑で時間がかかるが、それでも本開示の恩恵を受ける当業者にとっては日常の作業であることが理解されよう。

図１は、移動体デバイス１１０と、１つまたは複数のアンテナ１２２を含むことができる基地局１２０との間に形成できる例示的な通信チャネル１００の幾何学モデルの１つの実施形態の概念図である。図示された実施形態では、移動体デバイス１１０は携帯電話である。ただし、別の実施形態では、移動体デバイス１１０は通信チャネル１００を用いて基地局１２０と通信可能な任意のデバイスでよい。例えば、移動体デバイス１１０は、セル式携帯電話、パーソナル・データ・アシスタント、全地球測位システム受信機、ラップトップ・コンピュータ、デスクトップ・コンピュータ、無線モデムなどでよい。

移動体デバイス１１０からの信号１２５、１３０は、基地局１２０まで伝搬する間に歪み、その他の変化を受ける。一実施形態では、移動体デバイス１１０が移動しているため、この変化は部分的である。例えば、ユーザは歩行中、自動車に乗車中などに移動体デバイス１１０を使用する。移動体デバイス１１０からの信号１２５、１３０のドップラー散乱が信号周波数を変化させ、かつ／または信号１２５、１３０の一時的なフェージングを引き起こすことがある。あるいは、基地局１２０は移動していてもよい。例えば、強風でアンテナ１２２を支えるアンテナ塔（図示せず）が揺れることがある。信号１２５、１３０のドップラー散乱は、「ドップラー・フェージング」、「ドップラー・シフト」などと呼ばれることは当業者には明らかであろう。

信号１２５、１３０は移動体デバイス１１０から基地局１２０に伝搬する際に散乱することがある。図１の概念図で、散乱は、樹木、車両、などの多数の相関または非相関散乱体１３５からのランダム散乱を含む。信号１２５、１３０は、建物、山などの１つまたは複数の主要な散乱体１４０によっても散乱される。散乱体１３５、１４０のサイズ、数、分布、および／または密度などのランダムおよび／または主要散乱体１３５、１４０のさまざまなパラメータは移動体デバイス１１０および／または基地局１２０の環境に依存する場合があることは当業者には明らかであろう。例えば、散乱体１３５、１４０の数と密度は郊外環境よりも都会環境ではるかに大きい。

移動体デバイス１１０から基地局１２０までの経路長は変動するので、信号１２５、１３０の散乱は、少なくとも部分的に、信号１２５、１３０の時間遅延を広げることがある。この時間遅延広がりは「マルチパス遅延広がり」などとも呼ばれることは当業者には明らかであろう。信号１２５、１３０の散乱は信号１２５、１３０の到来角を広げることがある。この角の広がりは「角度フェージング」、「空間フェージング」、「空間ダイバーシチ」などとも呼ばれることは当業者には明らかであろう。図１に示す実施形態では、名目到来角をθで示し、名目到来角からのランダム角偏差を記号φで表すことができる。一実施形態では、信号１２５、１３０の散乱は、名目到来角を広げて、角偏差φがバリアンスσ_φ ^２を備えたガウスまたは一様分布ランダム変数としてほぼ分布するようにする。角偏差の標準偏差σ_φはしばしば信号１２５、１３０の「角散乱」とも呼ばれる。ただし、名目到来角の分布および／または角散乱は必ずしもガウス分布ではなく、これに限定はされないが、送信信号１２５、１３０の分布、散乱体１３５、１４０の分布などを含む多数のパラメータに依存することがある。

図示の実施形態では、４つのアンテナ１２２を使用する基地局１２０が示されている。ただし、基地局１２０で使用されるアンテナ１２２の数は設計要素の数に応じて大幅に変化することは当業者には明らかであろう。さらに、本発明の原理は、本発明の精神と範囲を逸脱することなく任意の数のアンテナ１２２で構成されたシステム内で採用できることは当業者には明らかであろう。

制御装置１５０は基地局１２０、特にアンテナ１２２と通信可能に接続されている。制御装置１５０は、本発明のさまざまな態様で、ＲｏＴを正確に計算し、ＲｏＴを用いてチャネル１００上での通信を制御する際に使用できる。

図２を参照すると、ＲｏＴを計算するのに有用な制御装置１５０のセグメント２００の一実施形態が示されている。ＲｏＴを計算するプロセスはＲＳＳＩの測定から始まる。アンテナ１２２の各々で受信される信号Ｒｘ０〜ＲＸｎはＲＳＳＩ測定ブロック２０２に送達される。さまざまなアンテナ１２２から受信される信号Ｒｘ０〜ＲＸｎは、一般にダイバーシチ信号と呼ばれる。各ダイバーシチ信号について合計の信号強度が測定される。すなわち、各ダイバーシチ信号Ｒｘ０〜ＲＸｎについて計算が別々に実行され、各ダイバーシチ信号について別々の合計の信号強度ＲＳＳＩ ＤＶ０〜ＲＳＳＩ ＤＶｎが得られる。

各ダイバーシチ信号の合計の信号強度測定値ＲＳＳＩ ＤＶ０〜ＲＳＳＩ ＤＶｎはブロック２０４に送達され、ここでノイズ・フロアが推定され、これを用いて各ダイバーシチ信号のＲＳＳＩの可変成分が計算される。各ダイバーシチ信号のノイズ・フロアの推定には従来の方法が使用され、これらの推定値を用いて各ダイバーシチ信号のＲＳＳＩの可変成分（ＲＳＳＩ Ｒｉｓｅ ＤＶ０〜ＲＳＳＩ Ｒｉｓｅ ＤＶｎ）が計算される。各ダイバーシチ信号の該当する合計の信号強度測定値ＲＳＳＩ ＤＶ０〜ＲＳＳＩ ＤＶｎから各ダイバーシチ信号のノイズ・フロアを減算することで、各ダイバーシチ信号のＲＳＳＩの可変成分が計算される。例として、アンテナが４本のシステムの場合の計算を以下の表１に示す。

さまざまなダイバーシチ信号からＲＳＳＩサンプルを収集してこれらのダイバーシチ信号から得たＲＳＳＩ測定値について直接に平均／選択アルゴリズムを実行する代わりに、本発明は各ダイバーシチ信号のＲＳＳＩの可変成分を処理してＲＳＳＩの可変成分の測定値の完全性を維持することに主眼を置く。こうして、ＲＳＳＩの可変成分の計算で、（各ダイバーシチ信号のＲＳＳＩ測定値からノイズ・フロアを減算することで）個別の受信経路の利得変動はほぼ打ち消される。

各経路についてＲＳＳＩの可変成分（ＲＳＳＩ ＤＶ０〜ＤＶｎ）が個別に得られると、制御はブロック２０６に移行し、さまざまなアルゴリズムを用いて全体のＲｉｓｅ ｏｖｅｒ Ｔｈｅｒｍａｌ（ＲｏＴ）を決定する他の後処理を実行できる。例えば、さまざまなダイバーシチ信号の中でＲＳＳＩの最も大きい可変成分をＲｏＴとして選択するようにアルゴリズムを組み立ててもよい。あるいは、さまざまなダイバーシチ信号についてＲＳＳＩの平均可変成分を計算してもよい。さらに、ある種の選択されたダイバーシチ信号により大きい重要性を割り当てる重み付けアルゴリズムを用いてＲＳＳＩの個々の可変成分を組み合わせることもできる。

ＲｏＴが計算されると、基地局１２０はこれを用いて基地局の負荷を制御／制限することができる。すなわち、基地局は基地局１２０が受ける負荷を増加するサービス要求を受信することができる。例えば、基地局１２０は、基地局１２０と通信中の移動体デバイス１１０の伝送速度を増加する要求を受信することができる。あるいは、基地局１２０は、移動体デバイス１１０からの新しい呼を処理する要求を受信することができる。

図３のＲＳＳＩの可変成分対負荷のグラフから分かるように、基地局１２０が受けるＲＳＳＩの可変成分はニー・ポイント３００まで比較的ゆっくりと増加する。その後、ＲＳＳＩの可変成分（干渉インジケータ）は急激に増加する。したがって、ニー・ポイント３００に達すると、呼を１つ確立するたびに、基地局１２０と通信中の全ての移動体デバイス１１０が観測する干渉レベルが増加するということである。移動体デバイス１１０はその送信電力を増加して呼の完全性を維持する。このプロセスは新たに呼が発生するたびに繰り返される。その結果、移動体デバイス１１０はその最大送信電力に達した後では、この干渉レベルを克服して必要な信号対雑音比（例えば、Ｅｂ／Ｎｔ）を達成することができるだけの電力を有していないので、システムのパフォーマンスは大幅に低下する。このパフォーマンスの低下からシステムを守るために、ＣＤＭＡ負荷を、図示の実施形態ではニー・ポイント３００に対応するしきい値３０５などの限度に設定することができる。しきい値は、本発明が配備される基地局および／または無線ネットワークのさまざまな設計上の考慮点および動作特性に応じて変化させることができる。

図４を参照すると、ＲｏＴを用いた基地局１２０の動作を制御する方法の一実施形態の図が示されている。プロセスはＲｏＴの受信を受けてブロック４００から始まる。新しい呼を受け付けるパスと伝送速度を更新するパスの２つの可能な制御パスがある。移動体デバイス１１０が新しい呼を開始しようとすると、制御は受け付けブロック４０５に移行し、ここでＲｏＴが事前選択されたしきい値と比較される。現在、ＲｏＴがしきい値を超えている場合、基地局１２０は新しい呼を受け付けることを拒否し、ブロック４１０で、新しい呼を受け付けられない旨の要求元移動体デバイス１１０へのメッセージを生成する。あるいは、ＲｏＴが現在しきい値より小さい場合、基地局１２０は新しい呼を受け付け、ブロック４１０で、新しい呼を受け付ける旨の要求元移動体デバイス１１０へのメッセージを生成する。

あるいは、移動体デバイス１１０が新しいより高い伝送速度でデータを送信することを要求する場合、制御は伝送速度制御ブロック４１５に移行し、ここでＲｏＴが事前選択されたしきい値と比較される。本発明のいくつかの実施形態では、ブロック４０５および４１５で使用される事前選択されたしきい値は異なっていてもよいことは当業者には明らかであろう。すなわち、いくつかの適用例では、新しい呼を受け付けるためのしきい値は伝送速度を上げてよいか決定するためのしきい値と異なっていてもよい。ＲｏＴが現在しきい値を超えている場合、基地局１２０は移動体デバイス１１０が新しいより高い速度でデータを伝送することを許可しない。ブロック４２０で、基地局１２０は、移動体デバイスに新しいより高い速度でデータを受け付けることができない旨のメッセージを送信する。あるいは、ＲｏＴが現在しきい値より小さい場合、基地局１２０はより高い伝送速度を受け入れ、ブロック４２０で、移動体デバイスが新しいより高い速度でデータを伝送できる旨の要求元移動体デバイス１１０へのメッセージを生成する。

特に断りのない限り、または説明から明らかなように、「処理」または「演算」または「計算」または「決定」または「表示」などの用語は、コンピュータ・システムまたは、コンピュータ・システムのレジスタおよびメモリ内の物理、電子量として表されるデータを操作してコンピュータ・システムのメモリまたはレジスタまたはその他の類似の情報記憶、伝送もしくは表示デバイス内の物理量として同様に表される他のデータに変換する同様の電子計算デバイスの動作およびプロセスを指す。

本明細書に記載のさまざまな実施形態に例示されたシステム・レイヤ、ルーチン、またはモジュールは実行可能な制御ユニットでよいことは当業者には理解されよう。制御ユニットは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ディジタル信号プロセス、プロセッサ・カード（１つまたは複数のマイクロプロセッサまたは制御装置を含む）、またはその他の制御またはコンピュータ・デバイスを含むことができる。本明細書に記載する記憶デバイスは、データおよび命令を記憶する１つまたは複数のマシン可読記憶媒体を含むことができる。記憶媒体は、ダイナミックまたはスタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭまたはＳＲＡＭ）、消去可能およびプログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能およびプログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）およびフラッシュ・メモリ、固定、フロッピー（登録商標）、着脱式ディスクなどの磁気ディスク、テープを含むその他の磁気媒体、およびコンパクト・ディスク（ＣＤ）またはディジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）などの光媒体などの半導体メモリを含むさまざまな形式のメモリを含むことができる。さまざまなシステム内のさまざまなソフトウェア・レイヤ、ルーチン、またはモジュールを形成する命令はそれぞれの記憶デバイスに記憶できる。それぞれの制御ユニット２２０によって実行された命令は、対応するシステムにプログラミングされた処理を実行させる。

上に開示された特定の実施形態は、例示的なものであり、本発明は本明細書の教示の恩恵を有する当業者には明らかな別の等価な方法で変更し実施できる。さらに、請求の範囲に記載する以外に、本明細書に示す構成または設計の詳細に制限はない。したがって、上記の特定の実施形態は変更または修正が可能であり、そのような全ての変更は本発明の範囲と精神を逸脱するものではないと考えられる。したがって、本明細書で追求する保護は請求の範囲内に記載するとおりである。

例示の通信チャネルの幾何学モデルの一実施形態の概念図である。 ＲｏＴを決定する際に有用な図１の制御装置の一部の一実施形態のブロック図である。 ＲｏＴ対負荷のグラフである。 図１の制御装置内で実施できる制御方法の流れ図表現の一実施形態を示す図である。

Claims (8)

1. 共有通信システムを制御する方法であって、
   通信チャネルを介して第１および第２のダイバーシチ信号を受信する工程と、
   前記第１および第２のダイバーシチ信号の信号強度を決定する工程と、
   前記第１および第２のダイバーシチ信号のノイズ・フロアを決定する工程と、
   それぞれ前記第１および第２のダイバーシチ信号の決定された信号強度および決定されたノイズ・フロアに基づいて、前記第１および第２のダイバーシチ信号について信号強度の上昇を決定する工程と、
   前記決定された第１および第２のダイバーシチ信号の信号強度の上昇に基づいてＲｉｓｅ ｏｖｅｒ Ｔｈｅｒｍａｌを決定する工程とを含み、
   前記第１および第２のダイバーシチ信号の前記決定された信号強度の上昇に基づいてＲｉｓｅ ｏｖｅｒ Ｔｈｅｒｍａｌを決定する工程が、重み付けアルゴリズムを用いて前記第１および第２のダイバーシチ信号の前記決定された信号強度の上昇を組み合わせる工程をさらに含む方法。
2. 前記第１および第２のダイバーシチ信号の信号強度を決定する工程が、第１および第２のダイバーシチ信号の信号強度を測定する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
3. それぞれ前記第１および第２のダイバーシチ信号の決定された信号強度および決定されたノイズ・フロアに基づいて、前記第１および第２のダイバーシチ信号について信号強度の上昇を決定する工程が、前記決定された信号強度から推定されたノイズ・フロアを減算することで信号強度の上昇を決定する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
4. 無線通信システムを制御する方法であって、
   第１のダイバーシチ信号の信号強度とノイズ・フロアに基づいて前記第１のダイバーシチ信号の信号強度の上昇を決定する工程と、
   第２のダイバーシチ信号の信号強度とノイズ・フロアに基づいて前記第２のダイバーシチ信号の信号強度の上昇を決定する工程と、
   前記第１および第２のダイバーシチ信号の前記決定された信号強度の上昇に基づいてＲｉｓｅ ｏｖｅｒ Ｔｈｅｒｍａｌを決定する工程とを含み、
   前記第２のダイバーシチ信号の前記信号強度とノイズ・フロアに基づいて前記第２のダイバーシチ信号の信号強度の上昇を決定する工程が、測定された第２のダイバーシチ信号の信号強度から前記第２のダイバーシチ信号のノイズ・フロアを減算することで前記第２のダイバーシチ信号の信号強度の上昇を決定する工程をさらに含み、
   前記第１および第２のダイバーシチ信号の前記決定された信号強度に基づいてＲｉｓｅ ｏｖｅｒ Ｔｈｅｒｍａｌを決定する工程が、重み付けアルゴリズムを用いて前記第１および第２のダイバーシチ信号の前記決定された信号強度の上昇を組み合わせる工程をさらに含む方法。
5. 前記第１および第２のダイバーシチ信号の前記決定された信号強度に基づいてＲｉｓｅ ｏｖｅｒ Ｔｈｅｒｍａｌを決定する工程が、前記第１および第２のダイバーシチ信号の前記決定された信号強度の上昇を平均する工程をさらに含む請求項４に記載の方法。
6. 前記第１および第２のダイバーシチ信号の前記決定された信号強度の上昇に基づいてＲｉｓｅ ｏｖｅｒ Ｔｈｅｒｍａｌを決定する工程が、重み付けアルゴリズムを用いて前記第１および第２のダイバーシチ信号の前記決定された信号強度のうち最高の信号強度を選択する工程をさらに含む請求項４に記載の方法。
7. 前記第１のダイバーシチ信号の前記信号強度とノイズ・フロアに基づいて前記第１のダイバーシチ信号の信号強度の上昇を決定する工程が、前記第１のダイバーシチ信号の信号強度から前記第１のダイバーシチ信号のノイズ・フロアを減算することで前記第１のダイバーシチ信号の信号強度の上昇を決定する工程をさらに含む請求項４に記載の方法。
8. 前記信号強度から前記ノイズ・フロアを減算することで前記第１のダイバーシチ信号の信号強度の上昇を決定する工程が、前記第１のダイバーシチ信号の測定された信号強度から前記第１のダイバーシチ信号の推定されたノイズ・フロアを減算することで前記第１のダイバーシチ信号の信号強度の上昇を決定する工程をさらに含む請求項７に記載の方法。

Images