JP5281017B2 - 上りリンクの電力制御 - Google Patents

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Description

本発明の例示的諸実施形態は、概略として無線通信ネットワークにおける上りインクの電力制御に関する。
セルラー通信ネットワークは一般に、無線接続又は有線接続で結合され、様々なタイプの通信チャネルを介してアクセスされる種々の通信ノードを含んでいる。通信ノードのそれぞれは通信チャネルを介して送受信されるデータを処理するプロトコルスタックを含んでいる。通信システムのタイプによって、種々の通信ノードの動作及び構成は異なる可能性があり、異なる名称で呼ばれることが多い。このような通信システムには、例えばCDMA2000(Code Division Multiple Access 2000)システム、及びUMTS(Universal Mobile Telecommunications System)がある。
UMTSは一連のプロトコル標準を記述する無線データ通信及び電話通信の標準である。UMTSは基地局(BS)即ちノードBと移動機即ちユーザ装置(UE)との間の音声及びデータの伝送に関するプロトコル標準を示す。UMTSシステムは一般に複数の無線ネットワーク制御装置(RNC)を含む。UMTSネットワークの中のRNCはGSM/GPRSネットワークの中の基地局制御装置(BSC)の機能に相当する機能を提供する。しかし、RNCは、例えば移動交換局(MSC)及びサービングGPRS(General Packet Radio Service)の支援ノード(Support Node)(SGSN)を含まずにハンドオーバを自律的に管理するなど、さらなる能力を有することができる。ノードBはエアインタフェースの処理及びいくつかの無線リソース管理機能を担っている。UMTSネットワークの中のノードBはGSM/GPRSネットワークの中の無線基地局(Base Transceiver Station)(BTS)に相当する機能を提供する。ノードBは、一般に既存のGSMの無線基地局(BTS)と物理的に同一場所に配置されて、UMTSの実装コストを削減し、計画同意の制約事項を最小限に抑える。
図1にUMTSプロトコルにより動作している従来の通信システム100を示す。図1を参照すると、通信システム100はノードB120、122、及び124などいくつかのノードBを含むことができ、それぞれがそれぞれのカバレッジエリアの中でUE105及び110などのUEの通信要求を満たしている。ノードBはセルと呼ばれるカバレッジエリアをサービスすることができ、セルはいくつかのセクタに分割することができる。説明を簡単にするために、セルという用語はノードBがサービスするカバレッジエリア全体、或いはノードBの単一セクタを指すものとする。ノードBからUEへの通信は下りリンク又はダウンリンクと呼ぶ。UEからノードBへの通信は上りリンク又はアップリンクと呼ぶ。
ノードBはRNC130及び132などのRNCに接続されており、RNCはMSC/SGSN140に接続されている。RNCは、例えば上述のようにMSC及びSGSNを含まずに自動的にハンドオーバを管理するなど、一定の呼及びデータの処理機能を扱う。MSC/SGSN140は、呼及び/又はデータをネットワーク内の他の要素(例えばRNC130/132及びノードB120/122/124)に、或いは外部ネットワークにルーティングする処理をする。さらに図1には、これらの要素間に従来のインタフェースUu、Iub、Iur、及びIuが示されている。
3GPP LTE標準の上りリンクにおいて移動機即ちUEの送信電力を制御するために、フラクショナル(fractional)電力制御方式が提案されている。この開ループのフラクション電力制御技術は、パスロス(シャドウイングを含む)の一部を補償することができるようにUEの送信電力スペクトル密度を設定することを提案する。即ち、UEの送信電力スペクトル密度TxPSD_dBmは、次のように定めることができる:
TxPSD_dBm=min(Max_TxPSD_dBm,Target_SINR_dB+PathLoss_dB+UL_Interference_dBm) (1)
但し、
Max_TxPSD_dBmは、最大UE送信電力スペクトル密度(toneあたりの電力)であり、これはUEの電力クラス及び割り当てられた伝送帯域幅の関数であり(例えば21dBmのUEの電力クラスを割り当てられた12のサブキャリアの単一リソースユニットは、toneあたり最大の伝送電力、10.21dBmを有することになる)、
UL_Interference_dBmは、UEにサービスしているノードBによって測定されたリンク即ちアップリンクの干渉であり(一般的にノードBはこれを、全受信エネルギー−ノードBがサービスしているUEから受信したエネルギー、と定める)、例えば制御チャネルを介してUEに報告され、
PathLoss_dBは、ノードBとUEとの間のパスロスであり、
Target_SINR_dBは、toneあたりの各アンテナの目標の信号対雑音比(SINR)である。文字通り利用可能であるフラクショナル電力制御方式は、目標SINRを次のようにサービングセルに対するパスロスの関数となるように設定する:
Target_SINR_dB=A+(B−1)*(PathLoss_dB) (2)
但し、A及びBは設計パラメータである。(1)中のMax_TxPSD_dBmの限界を無視すると、UEの送信電力スペクトル密度は次のように与えられる:
TxPSD_dBm=A+B*PathLoss_dB+UL_Interference_dBm (3)
B=0の場合、パスロスの補償はなく、全てのUEが同じ送信電力スペクトル密度(最大可能電力)で送信し、その結果干渉レベルが高くなり、セル端のパフォーマンスが落ちるということに注目されたい。B=1の場合、これはパスロスが完全に補償され、全てのUEが同じSINRで受信される従来のスロー電力制御である。この結果、スペクトル効率が落ちる。0<B<1と設定することにより、パスロスの一部だけが補償され、スペクトル効率及びセル端のパフォーマンスのバランスを保つ際の柔軟性をもたらす。
上記の開ループのフラクショナル電力制御に伴う少なくとも1つの問題は、この電力制御はUEが隣接セル/セクタに発生させる干渉の量を直接考慮に入れないということである。本発明の少なくとも1つの実施形態は、UEの送信電力スペクトル密度を決定する際に、UEが隣接セル/セクタに発生させる干渉のレベルを使用する。従って、干渉分布の分散をより小さくすること、スループットをより高くすること、及び/又はその他を実現することが利点に含まれる。
一実施形態では、第1のパスロス及び第2のパスロスに基づいて、ユーザ装置の上りリンクの送信電力が決定される。第1のパスロスはサービング局とユーザ装置との間のパスロスであり、サービング局はユーザ装置の通信要求を満たす。第2のパスロスは隣接局とユーザ装置との間のパスロスであり、隣接局はサービング局に隣接している。
別の実施形態では、ユーザ装置がサービング局からの受信ダウンリンク電力を測定する。サービング局はユーザ装置の通信要求を満たす。ユーザ装置はまた、隣接局からの受信ダウンリンク電力も測定する。隣接局はサービング局に隣接している。ユーザ装置は測定したサービング局からの受信ダウンリンク電力及び測定した隣接局からの受信ダウンリンク電力に基づいて上りリンクの送信電力を決定する。
以下に提供する詳細な説明、及び単に実例として示す添付の図面から、本発明はさらに十分に理解されるようになるであろう。図面では同じ参照符号が様々な図面の中で対応する部分を表している。
UMTSプロトコルにより動作している従来の通信システム100を示す図である。 UEが隣接セル内で干渉を引き起こす可能性がある例を示す図である。 切片パラメータ及び公平性パラメータの第1及び第2の例示的な組について、目標SINR対パスロスのグラフである。 本発明の一実施形態により送信電力スペクトル密度を決定する際にUEによって行われる処理の流れ図である。 以下に示す表1に記載されている想定について電力制御方式のパフォーマンスをセル端のレート(5%のCDFのユーザスループットと定義する)対平均セルスループットとして表す図である。
図1に示すUMTSシステムに関して、本発明の例示的諸実施形態を説明する。しかし、本発明はこのシステム即ちUMTSシステムに限定されないことを理解されたい。
上述のように、開ループのフラクショナル電力に伴う1つの問題は、これはUEが隣接セル/セクタに発生させる干渉の量を直接考慮に入れないことである。例えば図2は、UEが隣接セル/セクタ(以後まとめてセルと呼ぶ)内に干渉を引き起こす可能性がある一例を示している。図2では、UE T1はノードB1によってサービスされ、ノードB2に干渉を発生させる。しかし、UE T1がノードB2に強いシャドウフェードを有する場合は、UE T1がノードB2に小さいシャドウフェードを有する場合と比べるとより高い送信電力スペクトル密度で送信することを許可されるべきである。別の例は、ノードB2の方がかなり大きいセル半径を有する均一でない配置の場合であり、この場合はUE T1は、より高い電力レベルで送信することを許可されるべきである。
一実施形態によれば、開ループのフラクショナル電力制御方法は次のように修正することができる:目標SINRを、サービングセル/サービングノードBと最も強い隣接セル/隣接ノードBとの間のパスロス差に応じて設定することができる。例えば、一実施形態はこの修正される目標SINR、Modified_Target_SINR_dBを次のように決定する:
Modified_Target_SINR_dB=min(A+B*(PathLoss_Diff_dB),Max_Target_SINR_dB) (4)
但し、PathLoss_Diff_dBは、最も強い隣接ノードBと現在のサービングノードBとの間のパスロス(シャドウイングを含む)の差である。この測定は、次のように受信ダウンリンクパイロット電力の測定値の比を求めることによって容易に行うことができる。
PathLoss_Diff_dB=10*log10(DL_Rx_PilotPower_ServingCell/DL_Rx_PilotPower_StrongestNeighborCell) (5)
但し、DL_Rx_PilotPower_ServingCellは、サービングノードBからの受信ダウンリンクパイロット電力であり、DL_Rx_PilotPower_StrongestNeighborCellは最も強い隣接ノードBからの受信ダウンリンクパイロット電力である。括弧内の数量は平易にはダウンリンクのパイロット電力比(PPR)と呼ぶ。式(4)において、切片パラメータAは「セル端」(即ちPathLoss_Diff_dB=0のとき)における目標SINRを指定する。正勾配パラメータBは、UEがセル内部に向かって移動するにつれて目標SINRがどのような速さで増大するかを指定し、従って電力制御方式の公平性を制御する。Max_Target_SINR_dBは最大許容目標SINRである。
図3に切片パラメータA及び公平性パラメータBの第1及び第2の例示的な組について目標SINR対パスロスのグラフを示す。具体的には、図3はサービングセルと最も強い非サービングセルとの間のパスロス差が増加するにつれて(即ちUEがセルの内部に向かって移動するにつれて)増加する目標SINRを示す。図3は切片パラメータが−5かつ公平性パラメータが0.5であるときについてはひし形で表わされた第1の曲線を含み、また切片パラメータが−5かつ公平性パラメータが0.7であるときについては正方形で表わされた第2の曲線を含んでいる。図のように、公平性パラメータBの値を大きくすると、高配置のユーザの目標SINRをより積極的に増加させる。
図4に、本明細書では上りリンクの電力とも呼ぶ送信電力スペクトル密度のレベルを決定する際に、UEによって行われる処理の流れ図を示す。図のように、ステップS10においてUEは現在のサービング局(例えば現在UEの通信要求を処理しているノードB)からの受信ダウンリンクパイロット電力を測定する。多くの場合、これはサービングセクタ又はセルからの受信ダウンリンクパイロット電力を測定すると表現される。この測定はおよそ100ms〜200ms毎に行うことができ、高速フェージングの影響を平均するために、この区間で受信パイロット電力の平均値を求める。次にステップS20において、UEがその受信範囲内にある他の隣接局(例えばサービングノードBに隣接するカバレッジエリア(セル又はセクタ)を有するノードB)からの受信ダウンリンクパイロット電力を測定する。多くの場合、これは隣接セクタ又はセルからの受信ダウンリンクパイロット電力を測定すると表現される。この測定はおよそ100ms〜200ms毎に行うことができ、高速フェージングの影響を平均するためにこの区間で受信パイロット電力の平均値を求める。
ステップS30において、UEはステップS20で隣接局が検出されたかどうかを判定する。検出されなかった場合、ステップS40において、UEは修正される目標SINRを最大許容値に設定する(ステップS70参照)。一方、ステップS20で隣接局が検出された場合、UEはステップS50において最も強い非サービング隣接局を、ステップS20で検出された最高の受信ダウンリンクパイロット電力を有する局と判定する。ステップS60において、UEはサービングセクタからの受信ダウンリンクパイロット電力を最も強い非サービングセクタからの受信ダウンリンクパイロット電力で割ってパイロット電力比(PPR)を算出する。次にUEはPathLoss_Diff_dB=10*log10(PPR)のようにdBの尺度でパスロス差を測定する。
サービング局は、ブロードキャストチャネル上でフラクショナル電力制御のパラメータA、B、アップリンクの干渉、及びMax_Target_SINR_dBをブロードキャストし、この局によってサービスされている全てのUEがこのパラメータを復号できるようにする。従って、ステップS70において、UEはこれらの値を取得する。しかし、これらの値の取得はこの処理の前に又はこの処理のいずれかのステップと同時に行われる場合があることは理解されるであろう。
次にステップS80において、UEは式(5)により修正される目標SINRを算出する。
ステップS40又はS80の後にUEは、ステップS90において、以下の式(6)に示すように、修正された目標SINRを使用した式(1)により送信電力スペクトル密度を決定する:
Tx_PSD_dBm=min(Max_Tx_PSD_dBm,Modified_Target_SINR_dB+PathLoss_dB+UL_Interference_dBm) (6)
但し、PathLoss_dBは、式(1)と同様に測定されたサービング局までのパスロスである。
以下の表1に記載したシステムのシミュレーションの想定を用いて、(式1と同様に)パスロスのみを使用したフラクショナル電力制御のパフォーマンス、及び(式6と同様に)パイロット電力比の測定を使用したフラクショナル電力制御のパフォーマンスをシミュレートした。このフラクショナル電力制御方式について、セルスループットとセル端のレートとの間のトレードオフを示すためにBの値域を選択した。Bの各値について、4.5dBの中央値IoT(interference over thermal)の動作点を求めるためにAを選択した。実際には、上りリンクの制御チャネルのリンクバジェット要件によって、所望のIoT動作点を定めることができる。このフラクショナル電力制御の場合の双方において、25dBの最大目標SINRを使用した。
Figure 0005281017
図5に、表1に記載した想定の電力制御方式のパフォーマンスをセル端のレート(5%のCDFのユーザスループットと定義する)対平均セルスループットとして表して示す。フラクショナル電力制御のパフォーマンスは、サービングセルから最も強い隣接セルまでのパスロスの差を利用することによって、サービングセルまでのパスロスのみを利用する場合と比較して大きく向上することに注目されたい。即ち、所与のセル端のレートに対してより高いセルスループットを獲得することができ、所与のセルスループットに対してより高いセル端のレートを獲得することができる。
サービングセルと最も強力な隣接セルとの間のパスロス差を使用する開ループのフラクショナル電力制御は、サービングセルからのパスロスのみを使用する場合と比較してパフォーマンスを大きく向上させる。
本発明を上記のように説明しているが、同様のものを様々に変更することができることが明らかであろう。例えば、パラメータA及びBは固定され、システムオペレータにより設定され、システムオペレータにより更新され、負荷、時刻などの要因に基づいて変わるように構成されることができる。このような変形形態は本発明からの逸脱とみなされてはならず、このような変更形態は全て本発明の範囲内に含まれるものとする。

Claims (10)

  1. 上りリンクの電力制御の方法であって、
    第1のパスロス第2のパスロスとの間のパスロス差に基づいてユーザ装置のために上りリンクの送信電力を決定するステップ(S90)であって、前記第1のパスロスがサービング局と前記ユーザ装置との間のパスロスであり、前記サービング局が前記ユーザ装置の通信要求を満たし、前記第2のパスロスが隣接局と前記ユーザ装置との間のパスロスであり、前記隣接局が前記サービング局に隣接しており、該パスロス差が前記サービング局からの受信ダウンリンク電力と前記隣接局からの受信ダウンリンク電力との間の比率に基づいて判定される、決定するステップと、
    前記判定されたパスロス差に基づいて、前記ユーザ装置のための目標の信号対雑音比(SINR)を決定するステップ(S80)と、を備え、
    目標SINRを決定する前記ステップが、前記判定されたパスロス差、第1のパラメータ、及び第2のパラメータに基づいて前記目標SINRを決定し、前記第1のパラメータは前記サービング局のカバレッジエリアの端部での望ましい目標SINRを指定し、前記第2のパラメータは前記ユーザ装置が前記カバレッジエリアの内部に向かって移動するにつれて前記目標SINRがどのような速さで増大するかを指定する、方法。
  2. 請求項1に記載の方法であって、
    複数の隣接局からの受信ダウンリンク電力を測定するステップ(S20)、及び
    前記複数の隣接局のうち最大受信ダウンリンク電力を有する1つを判定するステップ(S50)をさらに備え、
    前記第2のパスロスが前記最大受信ダウンリンク電力を有する前記隣接局と前記ユーザ装置との間にある方法。
  3. 請求項1に記載の方法であって、
    前記サービング局からの前記受信ダウンリンク電力を測定するステップ(S10)、及び
    前記隣接局からの前記受信ダウンリンク電力を測定するステップ(S20)、
    を更に備える、方法。
  4. 請求項に記載の方法であって、前記隣接局が、前記ユーザ装置で最大受信ダウンリンク電力を有する隣接局である方法。
  5. 請求項に記載の方法であって、
    上りリンクの送信電力を決定する前記ステップが、前記決定された目標SINRに基づいて前記上りリンクの送信電力を決定する方法。
  6. 請求項に記載の方法であって、目標SINRを決定する前記ステップが、前記目標SINRを、
    PathLoss_Diffを前記パスロス差、Aを前記第1のパラメータ、Bを前記第2のパラメータ、Max_Target_SINRを最大目標SINRとして、
    目標SINR=min(A+B*(PathLoss_Diff),Max_Target_SINR)
    として決定する方法。
  7. 請求項に記載の方法であって、上りリンクの送信電力を決定する前記ステップが、前記上りリンクの送信電力を、
    UL_Interferenceを前記サービング局におけるアップリンクの干渉として、
    上りリンクの送信電力=min(最大送信電力,目標SINR+第1のパスロス+UL_Interference)
    として決定する方法。
  8. 請求項6に記載の方法であって、上りリンクの送信電力を決定する前記ステップが、前記パスロス差及び前記サービング局におけるアップリンクの干渉に基づいて前記上りリンクの送信電力を決定する方法。
  9. 上りリンクの電力制御の方法であって、
    ユーザ装置において、サービング局からの受信ダウンリンク電力を測定するステップ(S10)であって、該サービング局が前記ユーザ装置の通信要求を満たす、測定するステップと、
    前記ユーザ装置において、隣接局からの前記受信ダウンリンク電力を測定するステップ(S20)であって、該隣接局が前記サービング局に隣接している、測定するステップと、
    前記サービング局からの前記測定された受信ダウンリンク電力と前記隣接局からの前記測定された受信ダウンリンク電力との間の比率に基づいて、ユーザ装置のために上りリンクの送信電力を決定するステップ(S90)と、
    前記サービング局からの前記測定された受信ダウンリンク電力と前記隣接局からの前記測定された受信ダウンリンク電力との間の前記比率に基づいて、前記ユーザ装置のための目標の信号対雑音比(SINR)を決定するステップ(S80)と、を備え、
    目標SINRを決定する前記ステップが、前記サービング局からの前記測定された受信ダウンリンク電力と前記隣接局からの前記測定された受信ダウンリンク電力との間の前記比率、第1のパラメータ、及び第2のパラメータに基づいて前記目標SINRを決定し、前記第1のパラメータは前記サービング局のカバレッジエリアの端部での望ましい目標SINRを指定し、前記第2のパラメータは前記ユーザ装置が前記カバレッジエリアの内部に向かって移動するにつれて前記目標SINRがどのような速さで増大するかを指定する、方法。
  10. 請求項9に記載の方法であって、
    前記隣接局は、前記ユーザ装置において最大受信ダウンリンク電力を有する隣接局である、方法。
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