JP5292239B2 - 適応変調および符号化技術のための共通制御チャネルのアップリンク電力制御 - Google Patents

Description

本発明は、無線デジタル通信システムに関する。より詳細には、本発明は、適応変調および符号化のためのアップリンク電力制御を使用する符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）通信システムを対象としている。

ＣＤＭＡの第３世代（３Ｇ）地域別移動電話通信システム（cellular telecommunication systems）は、成し遂げるべき送信に適応変調および符号化（ＡＭ＆Ｃ）を適用して、無線資源の利用率を改善し、ユーザ・サービスに増大したデータ転送速度を提供する。ＡＭ＆Ｃ技術は、現在のＲＦ伝搬状態を最大限に活用する変調と符号化速度とを決定するために、送信に先だってＲＦ伝搬状態を考慮に入れる。

ＲＦ伝搬状態を決定する１つの方法は、各送信の前に受信機側で物理チャネル品質測定を実行することである。この測定結果は送信機に送られ、次いで、送信機は、物理チャネル品質測定結果に基づいて、特定の送信に対する適切な変調および符号化速度を決定する。

ＲＦ伝搬状態は、特に移動体の用途に対しては、急速に変化することがある。適切な変調および符号化を決定するために無線インターフェースの品質測定が使用されるので、また、このチャネル品質測定はＲＦ伝搬状態の変化に素早くに変化することになるので、適応性のある送信プロセス（adaptive transmission process）の性能は、品質測定が実行される時点とその送信が開始される時点の間の期間（すなわち、待ち時間）に、直接的に関わる。したがって、最適なＡＭ＆Ｃを求めるには、アクティブなデータ送信により、すべてのユーザに対して最小限の待ち時間でチャネル品質測定を実行することが必要である。

チャネル品質測定結果を受信機から送信機に転送するために、物理的または論理的制御チャネルが使用される。チャネル品質の信号送り（signaling；シグナリング）は、各ユーザ装置（ＵＥ；user equipment）に対する専用制御チャネルまたはすべてのＵＥが共有する共通制御チャネルを使用することができる。専用制御チャネルが使用される場合、各ＵＥについてチャネル品質測定値を伝搬する時間にわたって、連続的な信号送りチャネル（signaling channel）が使用可能である。性能に関しては、この品質測定結果が連続的に使用可能なので、これはＡＭ＆Ｃにとって最適な解決法である。送信は、適切な変調および符号化設定のためにその連続的に使用可能な品質測定を考慮に入れながら、何時でも行うことができる。さらに、専用制御チャネルがアップリンクでは常時使用可能なので、低速のアップリンク・データ送信をサポートするためにこのチャネルを使用することもできる。

専用制御チャネル方式の難点は、送信すべきデータがない場合にでも物理資源が連続的に割り振られるということである。ＡＭ＆Ｃ技術の主な応用例は、非リアルタイムの高データ転送速度サービス、例えば、インターネット・アクセスである。これらのクラスのサービスに対して、各送信間に、比較的長いアイドル期間を伴う、短い高速送信を使用して、最良のサービス品質（ＱｏＣ）が達成される。これらの長いアイドル期間は、専用資源についての非効率的な使用をもたらす。

この問題は、事前に構成された周期的な専用チャネル割り振りによって最低限に抑えることができる。しかし、これは品質測定値の周期的な使用不能の原因となる。任意の時間に送信する複数のＵＥに対して品質測定値が連続的に使用可能でない場合、それらＵＥの一部しか、最新のチャネル品質測定値を有さないことになる。

共通の制御チャネルが使用される場合、連続的な信号送りチャネルが１つのセルのすべてのＵＥによって共有される。第３世代の時分割全二重（３ＧＴＤＤ；Third Generation-Time Division Duplex）システムでは、アップリンクの共通制御チャネルは、通常、複数のタイム・スロットのうちの単一タイム・スロットを占有する。共通制御チャネルに対するＵＥのアクセスごとに手順が定義され、ＵＥ特有のトランザクションを区別するためにＵＥのＩＤを使用することができる。

アップリンクの共通制御チャネルへの競合（contention）ベースのアクセスを防止するには、個別の割り振りをダウンリンク共通制御チャネルで信号送りする必要がある。別法として、ダウンリンク割り振りとアップリンク割り振りの間のマッピングの一部を定義することができる。この場合、各ＵＥは、その割り振りに従ってアップリンク共通制御チャネルにアクセスする。アップリンク送信は、ネットワークによって常に予測しておくことはできないので、またアップリンク送信は稀であるため（応用例によっては、５％の時間だけ送信する）、アップリンク共通制御チャネルの定期的な割り振りは、アップリンクのユーザ・データをサポートするためにアップリンク無線資源要求を伝搬するためにも必須である。さらに、ＡＭ＆Ｃ動作のために共通制御チャネルが使用される場合、各ＵＥには内部ループ電力制御機構は存在しない。何故ならば、共通制御チャネルは連続的に使用可能でないからである。

このような方法を実行するために必須のオーバーヘッドを最低限に抑えながら、電力制御を実行する効率的な方法が求められている。電力制御は、アップリンク共通制御チャネルによってもたらされる干渉を最小限に抑える。

本発明は、最適化された電力レベルを達成するために、アップリンクの共通制御チャネル送信に先だってダウンリンクで情報を信号送りするオープン・ループ技術を使用して、アップリンクの共通制御チャネル送信についての電力レベルを決定する。基地局は、アップリンクの干渉と、任意選択でそのタイム・スロットについて品質マージンとの指示を示す特定のアップリンク制御チャネルを割り振る。ＵＥはその特定のチャネルを介して送信し、ＵＥによって計算された経路損失（path loss）と基地局から受信したデータとに基づいて、適切な送信の電力レベルを決定する。

本発明の基地局の簡約化したブロック図である。 本発明のユーザ装置の簡約化したブロック図である。 本発明の基地局の代替形態の簡約化したブロック図である。 本発明の共通制御チャネルのアップリンク電力制御のプロセスの好ましい一実施形態の簡約化したブロック図である。 本発明の一代替形態を示す流れ図である。

次に、本発明を、図面全体を通して類似の要素を類似の参照番号で示す各図面を参照しながら、説明する。

図１Ａは、ＲＦリンク２５を介してＵＥ３０（図１Ｂを参照のこと）に無線で通信するユニバーサル・モバイル移動電話通信システム地上無線アクセス・ネットワーク（ＵＴＲＡＮ）の基地局１２（以下ＢＳ１２とする）を簡約化したブロック図である。ＵＥ３０は、無線携帯電話、ＰＤＡ、またはページング、電子メールのような追加機能を含むことができる他の類似の装置であってよい。

ＢＳ１２は、アンテナ２４（または複数のアンテナ）、アイソレータ／スイッチ２２（または類似の装置）、タイム・スロット干渉測定装置２６、アップリンク共通制御チャネル受信機２８、共通制御チャネル品質監視装置１８、集計（summing）装置２０、および基準ダウンリンク・チャネル拡散／変調装置１４を含む。ＢＳ１２は、アンテナ２４によって無線リンク２５を介した通信を受信する。受信した信号は、アイソレータ／スイッチ２２を介して干渉測定装置２６とアップリンク共通制御チャネル受信機２８に結合される。

干渉測定装置２６は、アップリンク共通制御チャネルのタイム・スロット干渉を測定する。例えば干渉測定装置２６は、干渉信号符号電力（ＩＳＣＰ）を測定することができる。干渉測定装置２６は、アップリンク共通制御チャネルの干渉量のインジケータである出力（Ｉｃｃ）を提供する。

マッチドフィルタ、ＲＡＫＥまたは類似の装置であってよい受信機２８は、アップリンク共通制御チャネルのチャネル品質（ＣＱ）を監視して所与のＵＥに品質マージン（ＱＭ）を提供するために、アップリンク共通制御チャネルで信号を受信し、この信号をチャネル品質（ＣＱ）測定装置１８に印加する。

ＱＭは、例えばＵＥ送信で達成することが期待される計算された信号対干渉比目標値（ＳＴＲ_{ｔａｒｇｅｔ}）として信号送りされる。ＱＭは、ＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}、ＲＦ伝搬状態および／または、ＵＥ３０によって所望されるサービスに対するＱｏＳ要件、を含む要因の組み合わせに基づいてもよい。次に、ＳＩＲ_{ｔａｒｇｅｔ}は、ブロックエラーレート（ＢＬＥＲ）など、特定ＵＥからの以前の送信の測定値に基づくこともできる。アップリンク干渉レベルとは異なり、ＱＭは、個々のアップリンク共通制御割り振りに必要とされず、１つの選択肢として、ＢＳ１２によって別個に指定し、図１Ｃに示すように、場合によっては排除することができる。

１Ａを再び参照すると、ＢＳ１２によって指定されなかった場合、またはＵＥ３０によって、しばしば更新されなかった場合、ＱＭを記憶することができ、最新のＱＭが使用される。

ＩｃｃおよびＱＭ値が集計装置（summing device）２０の第１と第２の入力に印加される。集計装置２０の出力は、拡散／変調装置１４に入力される。図示するように加算装置２０によってＱＭとＩｃｃを組み合わせることができるが、これらは単一のパラメータに符号化することもでき、これによりダウンリンクの信号送りのオーバーヘッドがさらに低減される。さらに別法として、Ｉｃｃは、単独に、例えば、放送チャネルで信号送りすることができる。これは、ＱＭを信号送りすることがない場合である。ＩｃｃとＱＭは、単一のパラメータに、組み合わされる場合あるいは符号化されていない場合、拡散／変調装置１４に別個に入力して、別個のダウンリンク・チャネルで送信することができる。拡散／変調装置１４からの出力は、ＵＥ３０に送信するためにアイソレータ／スイッチ２２を経由してアンテナ２４に渡される。ＱＭおよびＩｃｃは、１つまたは複数のダウンリンク制御チャネルを介して信号送りされる。経路損失測定（これは、以下で詳細に説明するようにＵＥ３０によって実行される）は、基準チャネル（reference channel）で実行される。

図示するように、図１Ａ〜１Ｃは、基準チャネル（および１つ以上の制御チャネル）を示す。本発明は、基地局１２とＵＥ３０の間で実行される信号送りの一部だけを備えるということに留意されたい。本明細書に記載の測定値が単一の基準チャネルを介して送信されるか、単一の制御チャネルを介して送信されるか、または複数の基準および／または制御チャネルを介して送信されるか、は本発明では重要でない。本発明の趣旨および範囲内で基準および／または制御チャネルの組み合わせを使用することができるということを意図する。

図１Ｂを参照すると、ＵＥ３０は、アンテナ３２、アイソレータ／スイッチ３４、基準チャネル受信機３６、経路損失計算装置４２、電力レベル計算装置４４、適応変調／符号化コントローラ（図示せず）、信号送り受信機（signaling receiver）４８、および電力増幅機５０を含む。アンテナ３２は、ＲＦリンク２５を介してＢＳ１２から通信を受信し、その通信をアイソレータ／スイッチ３４を介して、基準チャネル受信機３６（すなわち、１つ以上の基準チャネル）または信号送り受信機４８（すなわち、１つ以上の制御チャネル）の何れか一方に印加する。

基準チャネル受信機３６は、当業者には周知の方法で１つまたは複数の基準チャネルを受信し、処理する。したがって、このような処理の詳細は本明細書には含めない。基準チャネル受信機３６は、データ検出用の基準チャネルの推定（estimate）を実行し、受信した信号の電力レベルを経路損失計算装置４２に提供する。経路損失計算装置４２は、電力レベルを使用して、ダウンリンク送信の経路損失を決定する。

ＢＳ１２によって送信されたＱＭおよびＩｃｃ情報は、信号送り受信機（signaling receiver）４８によって受信され、この信号送り受信機４８はこの情報を電力レベル計算装置４４に渡す。電力レベル計算装置４４は、経路損失計算装置４２と信号送り受信機４８の出力を使用して、ＲＦリンク２５の経路損失と干渉との関数としての、ＢＳ１２への送信に使用する適切な電力レベルを決定する。

電力レベル計算装置４４の出力４４ａは、電力増幅機５０の制御によりＵＥ１０の出力電力を調整する。電力増幅器５０は、それに見合った増幅度で増幅する。

増幅器５０の出力は、アイソレータ／スイッチ３４とアンテナ３２を介してＢＳ１２に送信される。

当業者ならば理解するように、ＴＤＤは、それぞれが複数のタイム・スロットを含むフレームが送信される送信構造を使用する。送信されるデータはセグメント化されており、次いでそのセグメント化されたデータは１つまたは複数のタイム・スロットで送信するよう予定に組み込まれる。ＴＤＤの場合、前のフレームの同じスロットからのＣＱ干渉の測定は現在のフレームの変調／符号化率を決定する際に非常に有益である。以下でより詳細に説明するように、ＢＳ１２で測定されるＣＱ干渉測定値は、共通制御アップリンク送信の前にダウンリンクで信号送りされる。

本発明の方法１０の一実施形態を図２の流れ図に示す。この方法でＢＳ１２では、ステップＳ１で、ＵＥ３０に知られている電力レベルで、基準チャネルが送信される。ＵＥ３０は、ステップＳ２で経路損失を連続的に計算する。ＢＳ１２は、ステップＳ３で、ＵＥからの送信に基づいて（簡約化のため図２にはＵＥ３０を１つしか示さない）、および他の基地局（簡約化のためＢＳ１２は１つしか示さない）からの送信に基づくこともできるが、すべてのタイム・スロットでアップリンク干渉を連続的に測定する。

ＢＳ１２は、ステップＳ４で、例えば、１）ＡＭ＆Ｃ測定報告、または２）ハイブリッド自動報告要求（Ｈ−ＡＲＱ）制御情報など、アップリンク共通制御チャネルに対する要求を決定する。この決定は、任意選択でデータ・ブロックの受信に応答してもよい。ステップＳ５でＢＳ１２は、そのタイム・スロットについてアップリンク干渉レベルＩｃｃを示している特定のアップリンク共通制御チャネルを割り振る。ＢＳ１２はステップＳ６で、使用されるべきアップリンク共通制御チャネルと割り振られたチャネルについてのアップリンク干渉レベル（Ｉｃｃ）を、信号送りする。これらのパラメータは、ダウンリンク制御チャネルを介して信号送りされる。特定のアップリンク制御チャネルのパラメータは暗黙的に知られている場合があるということに留意されたい。

ＵＥ３０はステップＳ７で、ＵＥ３０によってステップＳ２で測定された現在の経路損失とＢＳ１２から取得された干渉レベルＩｃｃとに基づいて、ＢＳ１２に送信するための適切なアップリンク電力レベルを決定する。

上述のように、代替形態では、ＱＭは干渉レベルＩｃｃと共に、または別個に信号送りすることもできる。本発明の代替実施形態の方法２０を図３に示す。この方法は、アップリンク共通制御チャネル電力レベルのさらなる最適化を提供する。図２と同様に、付番した図３のこれらのステップは、同じステップの手順を実施する。しかし、アップリンク共通制御チャネル割り振りと共に、要求されたＱＭを付加的に信号送りすることにより、さらなる最適化が達成される。このＱＭは、別の局面の期間中に、ステップＳ３で受信した特定のＵＥからの前の送信に基づく。図３は、ステップＳ６Ａのように変更されたステップＳ６とステップＳ７Ａのように変更されたステップＳ７とを示している。図２と３の両方に示すように、ＢＳ１２は、データ・ブロックの受信に応答して、またはデータ・ブロックが受信されたか否かにかかわらず独立して、ステップＳ４を実行することができる。

再び図２を参照すると、ＵＥの送信電力レベル（Ｔｕｅ；transmit power level of a UE）は次式によって表すことができる。

Ｔ_ＵＥ＝ＰＬ＋Ｉｃｃ 式（１）
上式で、ＰＬはアップリンク共通制御チャネル通信の経路損失であり、Ｉｃｃはその干渉レベルである。経路損失（ＰＬ）は次のように計算することができる。

ＰＬ＝Ｔ_ＲＥＦ−Ｒ_ＵＥ 式（２）
上式で、Ｔ_ＲＥＦはＢＳ１２での基準信号の電力であり、Ｒ_ＵＥはＵＥ３０での基準信号の受信電力である。

ＵＥ３０はステップＳ８で、式１および式２を使用して計算されるアップリンク送信電力レベルでアップリンク共通制御送信を開始し、この送信は、ＢＳ１２によりステップＳ９で受信される。

図３の代替方法２０に示すように、ＱＭがＢＳ１２からＵＥ３０に送信される場合、ＵＥ（Ｔ_ＵＥ）の送信電力レベルは次式によって表すことができる。

Ｔ_ＵＥ＝ＰＬ＋ＱＭ＋Ｉｃｃ 式（３）
上式で、ＰＬはアップリンク共通制御チャネル通信の経路損失であり、ＱＭはその所望の品質マージンであり、Ｉｃｃはその干渉レベルである。経路損失（ＰＬ）は次のように計算することができる。

ＰＬ＝Ｔ_ＲＥＦ−Ｒ_ＵＥ 式（４）
上式で、Ｔ_ＲＥＦはＢＳ１２での基準信号の電力であり、Ｒ_ＵＥはＵＥでの基準信号の受信電力である。

本発明は、従来技術の方法に優るいくつかの利点を有する。測定されたアップリンク干渉レベルは割り振りメッセージ内で指定することができ、これによって、非常に低い待ち時間のアップリンク干渉測定値がＵＥに使用可能になるが保証される。別法として、測定されたアップリンク干渉レベルをダウンリンク共通制御チャネルまたは他の手段を介して提供することができる。ＡＭ＆Ｃアップリンク制御チャネルは単一の３Ｇ ＴＤＤモードのタイム・スロットに存在することが期待されるが、さらなる効率が認められる。通常、類似のオープン・ループ電力制御機構を使用するスロット・システムでは、適切な動作のために干渉をスロットごとに報告する必要がある。アップリンク共通制御チャネルにはスロットは１つしか使用されず、したがって、１つのスロットに関するアップリンク干渉だけを信号送りするだけでよいので、アップリンク無線資源をより効率良く使用するための、ダウンリンク割り振りの信号送りには最低限のオーバーヘッドしか挿入されない。

以上、本発明を好ましい実施形態に関して説明したが、特許請求の範囲で概要を示すような本発明の範囲内にある他の変形形態も当業者には明らかになろう。

１２ 基地局
１４ 拡散／変調装置
１８ 共通制御チャネル品質監視装置
２０ 集計（summing）装置
２２ アイソレータ／スイッチ
２４ アンテナ
２５ 無線リンク
２６ タイム・スロット干渉測定装置
２８ アップリンク共通制御チャネル受信機
３０ ユーザ装置ＵＥ
３２ アンテナ
３４ アイソレータ／スイッチ
３６ 基準チャネル受信機
４２ 経路損失計算装置
４４ 電力レベル計算装置
４８ 信号送り受信機（signaling receiver）
５０ 電力増幅機

Claims (5)

1. アップリンク電力レベルを決定するための、基地局により実装される方法であって、
   アップリンクチャネル上でユーザ装置（ＵＥ）から第１の通信信号を受信するステップと、
   前記受信した第１の通信信号に応じて前記アップリンクチャネルのチャネル品質を測定するステップと、
   前記第１の通信信号から導出される品質マージンを提供するステップと、
   前記ＵＥが前記基地局に適応変調および符号化の報告を送信すべきであることを決定するステップと、
   ここで、前記適応変調および符号化の報告は、特定のアップリンクチャネル送信に対する適切な変調および符号化速度を含み、
   前記ＵＥが前記適応変調および符号化の報告を送信すべきであることを決定するステップに応じて、前記ＵＥにダウンリンク制御チャネル上でアップリンクチャネルの割り振りと前記品質マージンとを送信するステップと、
   前記アップリンクチャネルの割り振りと前記品質マージンとに応じて割り振られたアップリンクチャネルの少なくとも１つのタイムスロットにおいて前記ＵＥから第２の通信を受信するステップであって、前記第２の通信は、前記品質マージンから導出される送信電力レベルにおける前記適応変調および符号化の報告を含む、ステップと
   を具えたことを特徴とする方法。
2. 測定された干渉と前記品質マージンとを組み合わせるステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記測定された干渉と前記品質マージンとを単一のパラメータに符号化するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 測定された干渉をブロードキャストチャネル上で送信するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 基地局であって、
   アップリンクチャネル上でユーザ装置（ＵＥ）から第１の通信信号を受信するように構成された回路と、
   前記受信した第１の通信信号に応じて前記アップリンクチャネルのチャネル品質を測定するように構成された回路と、
   前記第１の通信信号から導出される品質マージンを提供するように構成された回路と、
   前記ＵＥが前記基地局に適応変調および符号化の報告を送信すべきであることを決定するように構成された回路と、
   ここで、前記適応変調および符号化の報告は、特定のアップリンクチャネル送信に対する適切な変調および符号化速度を含み、
   前記ＵＥが前記適応変調および符号化の報告を送信すべきであることを決定することに応じて、前記ＵＥにダウンリンク制御チャネル上でアップリンクチャネルの割り振りと前記品質マージンとを送信するように構成された回路と
   を具え、
   前記第１の通信信号を受信するように構成された回路は、前記アップリンクチャネルの割り振りと前記品質マージンとに応じて割り振られたアップリンクチャネルの少なくとも１つのタイムスロットにおいて前記ＵＥから第２の通信を受信するようにさらに構成され、前記第２の通信は、前記品質マージンから導出される送信電力レベルにおける前記適応変調および符号化の報告を含むことを特徴とする基地局。

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