JP2007525864A - 移動リンクの電力制御方法 - Google Patents

Abstract

電力アップと電力ダウンとの比を１００対１から２００対１に動的に変化させて、後続のフレーム消去を最小にして、フレーム消去率（ＦＥＲ）を約１％に下げる方法である。コール開始期間は電力監視を緩める。連続的なフレーム消去の誤りバーストに対しては、電力しきい値を変化させない。この電力しきい値と受信信号のレベルとを比較して、電力アップや電力ダウンをする必要性を判断する。同様に、ＲＦフェージングでは電力しきい値を変化させない。更に、電力しきい値が最大値を超えた場合は工程（９０）によって再設定する。

Description

本発明は、移動体電気通信システムの電力制御に関し、特に基地局と移動局との間のリンクの電力制御に関する。

移動体電気通信システムは、携帯電話、ページャ、コンピュータ等の移動局間、および移動体電気通信システムの基地局、等の無線リンクを含む。これらのリンクは無線リンクなので、リンクは他の信号のノイズおよび干渉を受けやすい。移動局や基地局で受信した信号は、「フェージング」を起こす場合がある。すなわち、移動局や基地局が受信したデータ信号は、周囲のノイズおよび他の干渉よりも遥かに大きく減衰する場合がある。

電気無線通信の品質は、多くの場合、正確で明瞭なデータを受信する移動局や基地局の能力により測定される。信号のフェージングが検出された場合、移動体電気通信システムの基地局や移動局は、リンクの他端の入力に届くように使用中の送信電力を増大することができる。さらに、受信したデータ信号がフェージングを起こしていない場合には、基地局や移動局は、リンクの他端の入力にデータを送信している電力を低減することができる。

特定の無線リンク上で大きな電力を使用した場合には、電力のこの増大によって、他の移動局を基地局に接続している他のリンクに対して干渉が増大する。
符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）移動体電気通信システムの場合には、電力制御ビットが、約１．２５ミリ秒毎に連続的に送信され、リンクの他方の端部上の入力に一段の電力増大または一段の電力低減を要求する。すなわち、各移動局は、基地局に連続的に電力制御ビット（ＰＣＢ）を送信し、データ信号がフェージングを起こしているという理由で、基地局にもっと大きな電力で送信するように要求する。

フレーム消去率（ＦＥＲ）は、特に、逆方向チャネル、即ち、移動局から基地局へ送信するチャネルの場合は、ＦＥＲで１％が期待される。しかしながら、現在の逆方向チャネル制御法では２％に近いＦＥＲが生成される。現在の外部ループ電力制御法は相対的に高いＦＥＲを生成する。外部ループ電力制御法は電力制御信号と干渉との比の電力しきい値を調整して、移動局の電力アップとダウンの必要性を区別する。一般にこれらの方法は、誤りフレームが受信されると電力しきい値を増大し、良いフレームが受信されると電力を削減する。この現在の方法は、実際の状況下で一般的に発生する大きなバースト誤りを補償しない。その結果、ＦＥＲは通常、１％よりはかなり大きくなる。

それ故、移動局の順方向リンクと逆方向リンクの両方でＦＥＲを下げる、電力制御方法の開発が強く待望されている。

図１は、移動体電気通信システム１００のブロック図である。移動体電気通信システム１００は、移動ネットワーク装置２０、２５および３０および移動局１〜Ｎを含む。移動ネットワーク装置または通信インフラストラクチャは、例えば、基地局２０および２５および移動交換局３０を含む。典型的な基地局２０は、無線アクセス・ネットワーク（ＲＡＮ）２２および無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）２４を含む。無線ネットワーク制御装置２４は、移動交換局３０と結合している。

各移動局１〜Ｎは、移動リンクを介して基地局２０のＲＡＮ２２と結合している。これらの移動リンクは、例えば、基地局２０が移動局１に送信している順方向チャネル、および移動局１が基地局２０に送信している逆方向チャネルを含む。

１つ以上の基地局２５は、同じデータを複数の移動局に送信することにより一定の通信を行うために、移動局１〜Ｎと結合している無線データ・リンクを提供することもできる。

基地局２０〜２５は、移動局１〜Ｎが逆方向リンクによりデータを送信する電力を制御する。同様に、移動局１〜Ｎは、順方向リンクにより送信したデータに対して基地局２０、２５が送信した信号の電力を制御する。

移動局１〜Ｎが送信する電力は非常に重要なものである。何故なら、この電力は、通常、バッテリーにより供給されるからである。送信電力は、順方向チャネルおよび逆方向チャネルの両方のチャネル上で制御される。すなわち、基地局は、基地局に移動局がデータを送信する電力を制御し、移動局は、移動局に基地局がデータを送信する電力を制御する。移動局が送信するために使用する電力を制御する基地局を使用して、電力制御方法を以下に説明する。しかし、この電力制御方法は、順方向リンクにより基地局が送信した電力を制御するために、移動局内でも使用するこができることに留意されたい。

ここで図２と３は、電力制御方法のフローチャートである。
工程５０は、線内の実際のＦＥＲを所望の目標ＦＥＲでを持っていくために、ある時間、通常のＦＥＲ目標からより低いＦＥＲ目標へＦＥＲ目標を変化させる。先ず、ブロック５１は受信したフレームが誤りか又は消去されたフレームかを判断する。誤りが検出されなければ、即ち良いフレームを受信したのならば、ブロック５１は「ノー」の経路を介して、工程５０のブロック５３に制御を移す。ブロック５３は、ＦＥＲカウンタがゼロか否かを判断する。ＦＥＲがゼロならば、目標ＦＥＲは１％ＦＥＲのコースにいると考えられ、ブロック５３は、「イエス」の経路を介してブロック５７に制御を移す。ブロック５７は電力しきい値を全電力段階の０.０１だけ減らす。即ち、電力しきい値は１％減る。これで工程が終了する。

ＦＥＲカウンタがゼロでない場合は、現在のＦＥＲが目標の１％ＦＥＲよりも高くなることを示唆するが、ブロック５３は「ノー」の経路を介してブロック５５へ制御を移動する。ブロック５５は電力しきい値を全電力段階の０.００５だけ減ずる。即ち、ブロック５５は電力しきい値を０.５％下げて、それによって、電力しきい値の減少の傾斜または率を変化させる。これは、所望のＦＥＲより高い現状を目標の１％値に下げるために、ＦＥＲ目標を０.５％変化させる効果を有する。次に、ブロック５９は、低ＦＥＲカウンタから１を引き算する。これで工程は終了する。

ブロック５１が、消去されたフレームまたは誤りがあったと判断した場合、ブロック５１は「イエス」の経路を介して工程６０のブロック６１に制御を移す。工程６０はコールの最初の１秒間動作する。コールの初期に、コールの主要部分の間のしきい値の増加を最小化することによる誤りのバーストの影響を最小化しながら、初期のしきい値の設定予測は大きく下がる。したがって、最初の１秒間、すべての削除されたフレームは、しきい値の適切な設定に迅速に収束するようにしきい値を増加させる。
ブロック６１は、移動局へのコールがコール開始モードであるか否かを判断する。そうである場合は、ブロック６１は「イエス」経路を介してブロック６３に制御を移動する。コール開始モードは、コール開始の約１秒、又は、移動局と基地局との間で送信される情報の約５０フレーム、として定義される。

フレーム消去があったので、ブロック６３は電力しきい値を全電力段階の１つアップさせる。その結果、密集した誤りバーストやフレーム消去でさえも、それによって、コール開始工程の間にフルパワーに設定される。次に、最初の1秒間のコール（５０フレーム）での１つの誤りでさえも、所望の１％目標よりも高い、最低２％のＦＥＲになるので、ブロック６５は低ＦＥＲカウンタに２００を加えて、次の２秒間（２００フレーム）、期待されるＦＥＲを０．５％に下げる。これでこの工程は終了する。

基地局と移動局との間のコールが開始モードでない場合は、ブロック６１は「ノー」経路を介してブロック７１に制御を移動して、ＲＦフェード工程７０を起動する。移動局１〜Ｎが、基地局２０で得られる信号が、所望のしきい値よりすべて低く計測されるようなフェード状態が検出されて、フレーム消去が発生すると、移動局はすでにその点より下にいるので、しきい値を増加させる点がない。したがって、しきい値を上げるのは、最終的にフェードから外れたときに移動局の電力を上げるのに寄与するだけであり、電力を消費する。しきい値を上げずに所望の目標ＦＥＲを維持するという事実を補償するためには、工程５０はある時間ＦＥＲ目標を下げて、所望のＦＥＲを補償する。

ブロック７１は、受信データのフレームに誤りフェードが発生したか否かを判断する。各受信フレームに送られる、１６段階の電力制御決定がある。この実施例における誤りフェードは、１６段階の伝送された電力制御決定と派生するフレーム消去から、15以上の電力段階として規定される。多くの電力アップ命令（１６から15以上への）は、受信された信号は、そのとき受信されたしきい値よりも低く、したがって電力しきい値の更なる増加が必要であるということを含む。したがって、ブロック７１が、ＲＦフェード状態の間にこの消去が発生したと判断した場合、ブロック７１は、このチャネルの電力しきい値を変化させないブロック７３へ制御を移動する。次に、ブロック７５は低ＦＥＲカウンタに２００を加えて、この誤りが、次の２００フレームの０．５％ＦＥＲ率へ進むことによって、全体で１％ＦＥＲ率に相殺される。ここで工程が終了する。この方法で、電力しきい値は、必要がない場合は増加されない。これは、一時的なフェードから回復しない場合に、移動局が過剰な高電力上がるのを防止する。これによって移動局の電力を節減し、バッテリー寿命を伸ばし、システムの干渉を減少させる。このフレームがＲＦフェード状態を経験しない場合は、ブロック７１は「ノー」経路を介してブロック８１に制御を移す。

次に工程８０が起動する。工程８０はバースト誤りを扱う。従来技術の外部ループしきい値工程においては、受信したすべての消去フレームに対してしきい値は増大する。しかしながら、誤りバーストが受信されると、干渉やそのようなイベントによって、しきい値はバースト中の第1のＦＥＲに対して常に上がるが、それに続く連続近傍バーストの大部分に対しては上がらない。好ましい実施例の工程８０では、バーストの４番目の誤りに対してしきい値が上がる。バースト誤りは一般的で、時には第1のバーストに応答して起こるので、各消去フレームに対してしきい値を上げないのは好ましい。誤りバーストが停止した場合、ステップアップを最小にすることは、移動局が使用させられる過剰電力を最小化する。受信したすべてのＦＥＲに対して必ずしもしきい値が上がらないということを補償するために、工程５０は移動局の電力を、所望のＦＥＲを得るための低ＦＥＲ目標に変える。

ブロック８１は、このフレーム消去が前のフレーム消去の近傍か否かを判断する。この実施例において、「近傍」とは、フレーム消去を経験した特定のチャネル上の連続したフレームと定義する。しかしながら、別例では、近傍消去は１つ以上の良好フレームによって分離されていてもよい。このフレーム消去が連続フレームならば、ブロック８１は「イエス」経路を介してブロック８３に制御を移動する。ブロック８３は近傍ＦＥＲカウントに１を加える。これは、このチャネルに少なくとも１つの連続フレームがあることを示す。

次に、ブロック８５は、近傍ＦＥＲカウントが４に等しいか否かを判断する。このカウンタは消去フレームのバーストの影響を最小化するために使用される。ＲＦ環境において、フェードはしばしばバースト誤りの原因になる。これは短期間フェード又は一時的干渉と考えられるので、列のなかで４つの近傍消去が判定されるまで、電力しきい値は上がらない。これも、一時的なバースト状態で電力しきい値が上がるのを防止する。近傍が３以下で、４にまでにならないと、ブロック８５は「ノー」経路を介してブロック８７に制御を移行する。ブロック８７はこのチャネルでの電力しきい値を上げない。次に、ブロック８９は低ＦＥＲカウンタに２００を加える。低ＦＥＲカウンタに２００を加えることは、電力を下げるステップは、１％ではなくて０.５％であることを示す。これは、後続のフレーム消去バーストを回避して、正味のフレーム消去率を全体で１％に下げるために、どの電力で下げるかの比率を変える。行程８０はこれで終了する。

ブロック８１が、この特定のフレーム消去が前のフレーム消去の近傍ではないと判断すると、ブロック８１はブロック９１に制御を移行する。更に、ブロック８５が、近傍ＦＥＲカウントが４であると判断すると、ブロック８５は「イエス」経路を介してブロック９１に制御を移行する。ブロック９１は、近傍ＦＥＲカウントを１に戻して設定する。別言すれば、フレーム消去のバーストに対して、所定数の連続フレーム消去に達するまで、電力しきい値は全電力ステップの増加はしない。ここでは、連続フレーム消去数は４に設定している。しかしながら、この変数はシステムの要求によって調整されうる。ブロック９２は電力しきい値のステップを１つ増やす。

次に、工程９０に入る。最大電力限界は超えられないから、この最大電力限界は更にしきい値を増大させ、所望の目標ＦＥＲを維持するために一時的に目標ＦＥＲ率を下げるべく、工程５０を使用して、工程９０はＦＥＲ目標を維持する。

ブロック９３は、電力しきい値が最大限界か、あるいは超えたかを判断する。電力しきい値が最大限界でなければ、工程９０は終了する。電力しきい値が最大限界を超えていれば、ブロック９０は「イエス」経路を介してブロック９５に制御を移行する。電力しきい値は無制限には増大しないので、ブロック９５は電力しきい値を最大限界に再設定する。次に、ブロック９７は低ＦＥＲカウンタに２００を加える。これは電力アップを、実際に行われる１％ではなくて０．５％の傾斜にして、正味のフレーム消去率を全体で１％にする効果がある。ここでこの工程は終了する。

次に、図４で性能チャートのダイヤグラムを示す。これは移動局のトラヒックの中程度の負荷を用いたシミュレーションテストの結果である。チャートから分かるように、従来のＦＥＲ率を左側に示す。この率は本発明を使用しない結果である。基地局から移動局への正方向の場合は約１．２７％のフレーム消去率である。逆方向の、移動局から基地局への送信データでは、フレーム消去率は約１．３３％である。

本発明の正逆方向のフレーム消去率をダイヤグラムの右側に示す。正方向フレーム消去率は、１．２７％から１．２１％へ少々下がった。しかしながら、逆方向のフレーム消去率は、上記の本発明の方法によって、１．３３％から約１．０３％へ大きく下がった。このように、約１％のフレーム消去率は本発明によって達成された。

本発明は、逆方向リンクのフレーム消去率を１％にするのにロバスト性を示したが、正方向リンクでの使用にも適しており、ＣＤＭＡの基地局や移動局でもフレーム消去率を下げる。上述の本発明は、送信に必要な電力を最小にしながら、約１％のフレーム消去率に下げる。従来の外部ループ電力制御法は２％までのフレーム消去率である。本発明によって、静的条件で外部ループ電力制御法での１％のフレーム消去率を実現した。

本発明による移動体電気通信システムのブロック図。 本発明による電力制御方法のフローチャート。 本発明による電力制御方法のフローチャート。 本発明と従来技術とのＦＥＲの図。

Claims (22)

1. 移動通信システムにおける基地局の電力制御法であって、
   データのフレーム消去が発生したか否かを基地局によって判断する工程と、
   フレーム消去が発生していなければ、電力しきい値をより低い電力しきい値一段下げる工程と、
   同より低い電力しきい値を所定時間維持する工程と、
   からなる制御法。
2. 移動通信システムにおける電力制御法であって、
   前記所定時間の終了後、前記より低い電力しきい値を更に一段下げる工程、から更になる請求項１に記載の方法。
3. 移動通信システムにおける電力制御法であって、フレーム消去が発生した場合は、コール開始状態にあるか否かを基地局によって判断する工程から更になる請求項１に記載の方法。
4. 移動通信システムにおける電力制御法であって、
   コール開始状態にある場合は、電力しきい値を一段上げる工程から更になる請求項３に記載の方法。
5. 移動通信システムにおける電力制御法であって、フレーム消去が発生した場合は、ＲＦフェード状態があるか否かを基地局によって判断する工程から更になる請求項１に記載の方法。
6. 移動通信システムにおける電力制御法であって、ＲＦフェード状態がある場合は、電力しきい値を維持する工程から更になる請求項５に記載の方法。
7. 移動通信システムにおける電力制御法であって、フレーム消去が発生した場合は、フレーム消去バースト状態があるか否かを基地局によって判断する工程から更になる請求項１に記載の方法。
8. 移動通信システムにおける電力制御法であって、前記フレーム消去バースト状態がある場合は、該フレーム消去バースト状態のフレーム消去の数よりも少なく、電力しきい値変化させる工程から更になる請求項７に記載の方法。
9. 移動通信システムにおける電力制御法であって、フレーム消去バースト状態の４番目のフレーム消去毎に電力しきい値を変化させる工程、からなる請求項８に記載の方法。
10. 移動通信システムにおける電力制御法であって、フレーム消去が発生した場合に、電力しきい値が最大限界にあるか否かを基地局によって判断する工程を更に含む請求項１に記載の方法。
11. 移動通信システムにおける電力制御法であって、電力しきい値を維持する工程から更になる請求項１０に記載の方法。
12. 移動通信システムにおける移動局の電力制御法であって、
    データのフレーム消去が発生したか否かを移動局によって判断する工程と、
    フレーム消去が発生していなければ、電力しきい値をより低い電力しきい値一段下げる工程と、
    同より低い電力しきい値を所定時間維持する工程と、
    からなる制御法。
13. 移動通信システムにおける電力制御法であって、
    前記所定時間の終了後、前記より低い電力しきい値を更に一段下げる工程から更になる請求項１２に記載の方法。
14. 移動通信システムにおける電力制御法であって、フレーム消去が発生した場合は、コール開始状態にあるか否かを移動局によって判断する工程、から更になる請求項１２に記載の方法。
15. 移動通信システムにおける電力制御法であって、
    コール開始状態にある場合は、電力しきい値を一段上げる工程から更になる請求項１４に記載の方法。
16. 移動通信システムにおける電力制御法であって、フレーム消去が発生した場合は、ＲＦフェード状態があるか否かを移動局によって判断する工程から更になる請求項１２に記載の方法。
17. 移動通信システムにおける電力制御法であって、ＲＦフェード状態がある場合は、電力しきい値を維持する工程から更になる請求項１６に記載の方法。
18. 移動通信システムにおける電力制御法であって、フレーム消去が発生した場合は、フレーム消去バースト状態があるか否かを移動局によって判断する工程から更になる請求項１２に記載の方法。
19. 移動通信システムにおける電力制御法であって、前記フレーム消去バースト状態がある場合は、該フレーム消去バースト状態のフレーム消去の数よりも少なく、電力しきい値変化させる工程から更になる請求項１８に記載の方法。
20. 移動通信システムにおける電力制御法であって、フレーム消去バースト状態の４番目のフレーム消去毎に電力しきい値を変化させる工程からなる請求項１９に記載の方法。
21. 移動通信システムにおける電力制御法であって、フレーム消去が発生した場合に、電力しきい値が最大限界にあるか否かを移動局によって判断する工程を更に含む請求項１２に記載の方法。
22. 移動通信システムにおける電力制御法であって、電力しきい値を維持する工程、から更になる請求項２１に記載の方法。

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