JPH09510335A - 受信電力を推定する方法及び受信器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、受信器に係ると共に、各セル内で少なくとも１つのベースステーション(BTS1,BTS2)がそのカバー域内の移動ステーション(MS)と通信するようなセルラー無線システムにおいて受信電力を推定する方法であって、上記システム内で移動ステーションはベースステーションから受け取った信号の強度を測定してその測定結果をベースステーション装置へ報告するような方法にも係る。電力調整を改善するために、信号の動的な振る舞いを記述するモデルを各接続における受信電力に対して形成し、そして上記モデルを電力の調整及び引渡判断の実行に利用する。

Description

【発明の詳細な説明】 受信電力を推定する方法及び受信器発明の分野 本発明は、各セル内で少なくとも１つのベースステーションがそのカバー域内 の移動ステーションと通信するようなセルラー無線システムにおいて受信電力を 推定する方法であって、上記システム内で移動ステーションはベースステーショ ンから受け取った信号の強度を測定してその測定結果をベースステーション装置 へ報告し、そしてベースステーションは移動ステーションから受け取った信号の 強度を測定するような方法に係る。先行技術の説明 セルラー無線の環境では、通常、無線波の伝播が常時変化する状態となる。こ れは、ベースステーションに対する移動ステーションの位置の変化と、移動ステ ーションの環境の変化とによるものである。従って、移動ステーションとベース ステーションとの間の接続において、無線経路上で無線波が受ける減衰も常に変 化する。その結果、特に、移動ステーションによって使用される送信電力を連続 的に監視しそして各々の瞬間に調整しなければならない。一般に、移動ステーシ ョンによって使用される送信電力を最小にして、ステーションの消費電力と、ス テーションにより他の接続に対して生じる干渉との両方を最小にすることが目的 となる。電力の調整は、特にＣＤＭＡシステムにおいて重要であり、この場合に は、ベースステーションが可能なときに同じ電力レベルを用いることによりその カバー域内の移動ステーションの送信を受信することを目的とする。 ベースステーションと移動ステーションとの間の無線路における減衰が変化す るときには、古いベースステーションへの接続が切れる前に、できるだけ迅速に 別のベースステーションのカバー域へ通信を常に引き渡すことができねばならな い。 電力調整及び引渡の両方の速度及び精度は、移動ステーションとベースステー ションとの間の接続の質の制御により左右される。実際に、これは、ベースステ ーション及び移動ステーションの両方が受信信号の電力レベルを測定するように 行われている。移動ステーションは測定結果をベースステーションへ報告し、ベ ースステーションは電力調整コマンドを移動ステーションへ送信し、信号が弱ま ったときに引渡の判断をする。 受信信号の電力レベルは、連続的に変化する変数であり、そして瞬時測定結果 は、実際の測定装置によって生じる測定ノイズ及び時間従属エラーのようなある 程度の不正確さを含んでいる。それ故、測定結果は有用なものではなく、測定エ ラーの影響を最小にするように何らかの方法で処理しなければならない。 公知のシステムにおいては、受信電力の測定結果が、あるサイズの時間窓内で フィルタされ、即ち平均されている。この手順を適用するときには、測定結果か ら最悪のエラーピークを推定することができる。この方法は、簡単に実施できる という効果を有するが、迅速に変化するデータの振る舞いに対して適用できない という欠点がある。この方法を改善する１つのやり方は、時間窓の巾を調整する ことであるが、この解決策は、変化する信号を充分良好にモデリングすることが できず、従って、信号のその後の振る舞いを予想するのに有用ではない。発明の要旨 そこで、本発明の目的は、測定結果の処理に統計学的な方法を使用することに より従来より良好に測定結果を利用することである。より詳細には、これら方法 は、信号の電力レベルの振る舞いを従来よりも相当に良好に予想でき、従って、 接続の質の変化に対し著しく迅速に反応することができる。それ故、電力調整は 従来よりも更に正確に行うことができ、突然の引渡状態に迅速に応答することが できる。予想に加えて、これら方法は、測定結果の信頼性を正確に推定できると 共に、あり得べき測定値の欠落も推定することができる。 これは、冒頭で述べた形式の方法において、受信した測定結果の助けにより、 信号の動的な振る舞いを記述するモデルを各接続における受信電力に対して形成 し、上記モデルを形成するときに、その接続に干渉する少なくとも１つの信号を 考慮に入れ、そして上記モデルを電力の調整及び引渡判断の実行に利用すること を特徴とする方法により達成される。 又、本発明は、各セル内で少なくとも１つのベースステーションがそのカバー 域内の移動ステーションと通信するようなセルラー無線システムに使用するため の受信器であって、上記システム内で移動ステーションはベースステーションか ら受け取った信号の強度を測定してその測定値をベースステーション装置へ報告 し、そしてベースステーションは移動ステーションから受け取った信号の強度を 測定し、上記装置は移動ステーションから得た測定結果を記録する手段を備えて いるような受信器にも係る。この受信器は、受信した測定結果の助けにより、各 接続における受信電力に対して信号の動的な振る舞いを記述するモデルを、その 接続に干渉する少なくとも１つの信号を考慮して形成するための手段と、上記の 予想データを電力の調整及び引渡判断の実行に利用するための手段とを備えたこ とを特徴とする。 本発明による解決策は、特に街角の状況でのマイクロセル環境において電力の 調整を改善することができる。このような場合、交差する街路から接近する移動 ステーションは、新たなベースステーションからの命令に基づいてその信号強度 を迅速に調整しなければならない。本発明によって可能となる迅速な電力調整は この種の状況における電力調整動作を著しく改善できる。図面の簡単な説明 以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態を一例として詳細に説明する。 図１は、本発明の方法を適用できるセルラー無線システムの一部分を示す図で ある。 図２は、電力調整状態における本発明の方法の作用を公知の方法に比して示し た図である。 図３は、迅速な電力調整が必要とされる街角の状況を示す図である。 図４は、本発明の受信器の構造を示す図である。好ましい実施形態の詳細な説明 本発明の方法において、無線チャンネルの測定結果を処理するために統計学的 な方法が使用される。従って、測定結果から無線チャンネルの質の将来の変化に ついてこれまで以上の結論を引き出すことができ、この場合には、欠落した測定 値も推定することができる。 信号の動的な振る舞いを記述するモデルは、受信信号の測定結果から形成され る。以下に、測定結果の処理をカルマンフィルタ動作と共に説明するが、本発明 の方法において測定結果を処理するのに他の統計学的方法を使用してもよい。カ ルマンフィルタ動作は、線型モデルに対する最適な時間ドメインの予想方法であ る。線型モデルの精度は、短時間予想で充分である。カルマンフィルタ動作に関 連し、測定結果に基づいて、いわゆる状態スペースモデルが形成される。状態ス ペースモデルの式は、次の観察式（１）として表される。 ｙ_t＝Ａ_tｘ_t＋ｖ_t （１） 但し、ｙは観察ベクトルを表し、Ａは非観察状態ベクトルｘを観察ベクトルｙに いかに変換できるかを決定するマトリクスであり、そしてｖは観察ノイズベクト ルを表す。状態遷移は、次の式で表される。 Ｘ_t＝Ｂｘ_t-1＋ｗ_t （２） 但し、Ｂは遷移マトリクスであり、そしてｗはノイズベクトルである。両方の式 において、ｔ＝１、２・・・Ｔである。ノイズベクトルｖ及びｗは相互に独立し ていると仮定することができ、そしてそれらのデフォールト値はゼロにセットす ることができる。 信号の振る舞いは、次の式に基づいて自動回帰式にモデリングすることができ る。 ｘ_t＝ａ₁ｘ_t-1＋ａ₂ｘ_t-2＋ｗ_t （３） ｙ_t＝ｘ_t＋ｖ_t これらは、次のように表すこともできる。 ｙ_t＝（１ ０）（ｘ_tｘ_t-1）^T＋ｖ_t 但し、一般式で生じるマトリクスは、更に容易に識別することができる。 以下の説明において、本発明の方法はベースステーションに関連して説明する が、本発明は、これに限定されるものではない。この方法は、当然、移動ステー ションの受信器にも適用できる。 従って、図１は、本発明の方法を適用できるセルラーネットワークシステムを 示している。この図は、２つのベースステーションＢＴＳ１及びＢＴＳ２を示し ており、各ベースステーションはそれ自身のカバー域をサービスする。これらの ベースステーションは、デジタル送信リンク１０を経てベースステーションコン トローラＢＳＣへ接続される。図１に示す状態では、移動ステーションＭＳが２ つのベースステーション間のエリアに配置され、両ベースステーションから信号 １１、１２を受信することができる。 移動ステーションは、ベースステーションから受け取った信号の強度を測定し そしてその測定結果をベースステーションに報告する。移動ステーションにより 送信される測定結果をｙ（ｔ）で表す。但し、ｔ＝１、２・・・Ｔである。ベー スステーションコントローラは、移動ステーションからの測定結果を分析する。 カルマンフィルタ推定子は、ここで、次の式を有する。 ｘ（t｜ｔ−1）＝Ｂｘ（ｔ−１ｔ−１） （５） ｘ（t｜ｔ）＝ｘ（ｔ｜ｔ−１）＋Ｋ（ｔ） 〔y（ｔ）−Ａ（ｔ）ｘ（ｔ｜ｔ−１）〕 但し、遷移マトリクスＢは、各セルにおいて、チャンネルの動的なプロセスに基 づいて決定される。上記マトリクスを用いて色々な種類のセルをモデリングする ことができる。このマトリクスは、例えば、信号の指数関数的なフェージングを 距離の関数としてモデリングすることができる。マトリクスの次元は、状態スペ ースモデルの次数を決定する。上記の例では（式３及び４）、次数が２である。 実際には、モデルは、測定結果を検討することによって決定できる。ドップラー 分散のような既知のリンクパラメータをモデルの選択に使用することができる。 ドップラー分散が小さいときには、移動ステーションが、都市エリアにおいてし ばしばそうであるようにゆっくりと移動し、従って、マトリクスの次元を小さく 選択することができる。利得マトリクスＫ（ｔ）は、予想エラー共変量マトリク スに基づいて繰り返し選択することができる。 １段階予想ｘ（t｜ｔ−１）は、手前の予想値に基づいて直接計算されるが、 現在データ値を伴う最良の推定子ｘ（ｔ｜ｔ）は、１段階予想ｘ（ｔ｜ｔ−１） と、ｙ（ｔ）を予想する際に生じるエラーとの重み付けされた平均である。 ベースステーションは、測定値を推定することにより移動ステーションの送信 電力を最適に調整することができる。本発明は、ＣＤＭＡセルラー無線ネットワ ークに特に適用することができ、この場合に、ベースステーションは、セルの容 量を最大にするために、全ての移動ステーションを同じ信号強度で受信するよう に移動ステーションの送信電力を調整しなければならない。この場合、本発明の 方法によって可能となる正確且つ迅速な電力調整が特に効果的である。 又、本発明は、同じチャンネル内に干渉が生じるセルラー無線システムにも効 果的に適用できる。例えば、高い周波数の効率を得るためにＴＤＭＡシステムに おいて周波数再利用が増加した場合には、同じ周波数チャンネル内で干渉が生じ る。 図２は、測定結果から計算された推定に基づく電力調整の精度を公知の方法に 比較して示している。図２において、水平軸は時間を表し、垂直軸は電力値を表 す。この図において、従来の非予想方法で得られた値２１と、２つの異なる推定 方法で得られた信号推定値２２及び２３とが実際の信号２０上に引かれている。 予想１段階推定２２は、非予想方法２１よりも更に正確な信号値を与えることが 明らかである。線型推定２３では、なお更に正確な信号推定が得られる。図２に 示す状態は、２路のレイリーチャンネルに１．８ＧＨｚの周波数を使用すること によって模擬され、移動ステーションの速度は２５ｋｍ／ｈであると仮定され、 そして電力の調整は２ｍｓの間隔で行われる。 又、本発明は、２つのベースステーションのカバー域間の境界エリアで引渡を 行う場合にも適用できる。移動ステーションＭＳにより送信された測定結果から 計算された推定値に基づいて、ベースステーションコントローラＢＳＣは、図１ に示す状況において引渡に対して最適な時点を推定することができる。本発明の 方法を用いることにより、ベースステーションコントローラは、フェージングチ ャンネルにおいて信号の振る舞いを予想し、そして公知方法に比してより迅速に 引渡手順を開始することができる。 信号の伝播環境が非常に急激に変化する街角の状況においては、迅速な電力調 整が必要となる。本発明の方法では、ベースステーションは、測定結果に基づい て送信電力を非常に迅速に調整することができる。図３は、ベースステーション ＢＴＳ１と通信している移動ステーションが街角にさしかかり、そしてベースス テーションＢＴＳ２のカバー域に入る状況を示している。街角からベースステー ションＢＴＳ１までの距離ｄ１が、ベースステーションＢＴＳ２の距離ｄ２より も長いと仮定する。更に、両ベースステーションが同じ周波数帯域を用いて送信 するシステムを仮定する。これは、例えば、ＣＤＭＡマルチアクセス方法を用い るセルラー無線システムの場合である。 ベースステーションＢＴＳ１により制御される移動ステーションは、高い送信 電力を用いて送信を行う。移動ステーションが街角に来ると、その送信はベース ステーションＢＴＳ２とその高い送信電力で干渉する。それ故、移動ステーショ ンは、その送信電力を迅速に下げそしてＢＴＳ２のカバー域へ切り換わらなけれ ばならない。この種の場合には、街角に近づくときに、移動ステーションがベー スステーションＢＴＳ２の送信電力が徐々に増加することを知らせるようにして 本発明の予想方法を使用することができる。ＢＴＳ２の信号が推定されるときに その振る舞いを予想することができ、従って、必要な引渡を、それが可能になる や否や迅速に開始することができる。従って、セルの他の接続へと生じる干渉は 公知方法に比して小さくなる。 又、この方法は、移動ステーションの欠落した測定値を推定するのにも使用で きる。測定結果は、例えば、それがベースステーションに送られたときに無線経 路上での干渉により破壊されることがある。この欠落した測定値は、上記の形式 の方程式を用いた繰り返しの計算で推定することができる。 更に、この方法は、移動ステーションから受け取った測定結果の信頼性を推定 するのにも使用できる。移動ステーションから受け取った測定結果が推定値から 著しくずれる場合には、データ送信にエラーが生じそしてその送信された測定結 果はおそらく正しくないと仮定することができる。 従って、本発明の方法においては、セルに適したモデルが最初に選択される。 この選択においては、既に測定されている電力値が、上記式（１）、（２）及び （５）のマトリクスＢ及びＡを選択するためのベースとして使用される。適当な モデルが選択されると、受信されるべき信号が予想されるか或いは欠落した測定 値が推定されるかに基づいて推定アルゴリズムが前進的に又は反復的に計算され る。このようにして得られた推定値は、更に、引渡又は電力調整アルゴリズムに おいて真の電力値として処理することができる。カルマンフィルタ作用及びそれ に関連した計算は、参考としてここに取り上げる１９８８年プレンティック・ホ ールに掲載されたロバート・シュムウェイ著の「応用統計学的時間シリーズ分析 (Applied statistical time series analysis)」及び１９９０年スプリンガー・ バーラグに掲載されたＰ．ストロバッチ著の「線型予想理論(Linear Prediction Theory)」に詳細に説明されている。 本発明の好ましい実施形態によれば、信号の動的な振る舞いを記述するモデル が形成されるときに、実際に信号に加えて、１つ以上の干渉信号も考慮される。 このような場合には、信号間の相関関係を考慮することができる。例えば、ＣＤ ＭＡシステムでは、種々の接続に対して使用される分散コードは完全に独立した ものではなく、従って、接続間に相関関係が生じる。 図４は、本発明の方法が適用される受信器の構造を示すブロック図である。こ の受信器は、アンテナ３０と、信号を基本帯域に切り換える手段３１と、信号を インターリーブ解除する手段３２と、信号を復調する手段３３とを備えている。 更に、受信器は、他のブロック及び受信器の動作を制御するための手段３４も備 えている。受信器は、当然、コンバータやフィルタのような他の部品も備えてお り、そして受信器の性質によっては、スピーチデコーダも備えているが、これら の部品は、本発明にとって重要ではないから、ここでは説明しない。 本発明の方法が適用される受信器は、移動ステーション及びベースステーショ ンによって得られた測定結果に基づいて受信信号を推定するための手段３４を備 えている。手段３４は、例えば、デジタル信号プロセッサによって実施すること ができる。 以上、添付図面に示された実施形態について本発明を参照したが、本発明は、 これらの例に限定されるものではなく、請求の範囲に開示された本発明の概念の 範囲内で種々の仕方で変更し得ることが明らかであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キエマ アルト フィンランド エフイーエン‐24280 サ ロ エルッキレンカテュ ８アズ２ (72)発明者 ヨルマ ペトリ フィンランド エフイーエン‐90650 オ ウル ヒンタンティエ 78アー３ (72)発明者 キューン インゴー フィンランド エフイーエン‐90100 オ ウル プータルハーカテュ 14アズ５ (72)発明者 サヴサロ ヤリ フィンランド エフイーエン‐90500 オ ウル ヴァルタティエ 73アー16 (72)発明者 ウオラ リスト フィンランド エフイーエン‐90100 オ ウル ヌムミカテュ 19ベー５ (72)発明者 シーラ アン イギリス ハンプシャー ジーユー14 ８ エルワイ ファーンボロー ナポレオン アベニュー ６ (72)発明者 ケルッケイネン アリ フィンランド エフイーエン‐79999 ヴ ァルカウス サルカメーキ （番地なし)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．各セル内で少なくとも１つのベースステーション(BTS1,BTS2)がそのカバ ー域内の移動ステーション(MS)と通信するようなセルラー無線システムにおいて 受信電力を推定する方法であって、上記システム内で移動ステーションはベース ステーションから受け取った信号の強度を測定してその測定結果をベースステー ション装置へ報告し、そしてベースステーションは移動ステーションから受け取 った信号の強度を測定するような方法において、 受信した測定結果の助けにより、信号の動的な振る舞いを記述するモデルを各 接続における受信電力に対して形成し、 上記モデルを形成するときに、その接続に干渉する少なくとも１つの信号を考 慮に入れ、そして 上記モデルを電力の調整及び引渡判断の実行に利用する、 ことを特徴とする方法。 ２．各所与の時間ｔにおいて、それに続く時間ｔ＋ΔＴに上記移動ステーショ ン(MS)により受け取られる電力を上記モデルに基づいて予想する請求項１に記載 の方法。 ３．各所与の時間ｔにおいて、上記移動ステーション(MS)により行われる測定 の正しい値を、その測定結果を上記モデルに基づいて計算した推定値と比較する ことにより計算する請求項１又は２に記載の方法。 ４．上記移動ステーション(MS)は、ΔＴの時間間隔で受信電力の測定を実行す る請求項３に記載の方法。 ５．各所与の時間ｔに上記移動ステーション(MS)から受け取った測定結果に対 する推定値を計算する際に、カルマンフィルタアルゴリズムを適用する請求項３ に記載の方法。 ６．それに続く時間に上記移動ステーション(MS)により受け取られた電力の予 想値を計算するときに、カルマンフィルタアルゴリズムを適用する請求項３に記 載の方法。 ７．各接続に対する状態スペースモデルを、上記移動ステーション(MS)により 行われた受信電力の測定に基づいて常に更新する請求項の前記いずれかに記載の 方法。 ８．所与の時間に上記移動ステーション(MS)により行われた測定の結果が欠落 した場合に、状態スペースモデルに基づいて上記結果に対する推定値を計算する 請求項の前記いずれかに記載の方法。 ９．各セル内で少なくとも１つのベースステーション(BTS1,BTS2)がそのカバ ー域内の移動ステーション(MS)と通信するようなセルラー無線システムに使用す るための受信器であって、上記システム内で移動ステーションはベースステーシ ョンから受け取った信号の強度を測定してその測定結果をベースステーション装 置へ報告し、そしてベースステーションは移動ステーションから受け取った信号 の強度を測定し、上記装置は上記測定結果を記録する手段(34)を備えているよう な受信器において、 受信した測定結果の助けにより、各接続における受信電力に対して信号の動的 な振る舞いを記述するモデルを、その接続に干渉する少なくとも１つの信号を考 慮して形成するための手段(34)と、 上記予想データを電力の調整及び引渡判断の実行に利用するための手段(34)と を備えたことを特徴とする受信器。 １０．各所与の時間ｔにおいて、それに続く時間ｔ＋ΔＴにおける受信電力を 上記状態スペースモデルに基づいて予想するための手段(34)を備えた請求項９に 記載の受信器。 １１．各所与の時間tに上記移動ステーションにより行われる測定の正しい値 を、その測定結果を上記状態スペースモデルに基づいて計算した推定値と比較す ることにより計算する手段(34)を備えた請求項９又は１０に記載の受信器。 １２．ベースステーションに使用される請求項１１に記載の受信器。 １３．移動ステーションに使用される請求項１１に記載の受信器。