JP4065138B2 - 送信電力制御情報の生成を制御する方法および移動体端末装置 - Google Patents

送信電力制御情報の生成を制御する方法および移動体端末装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信電力制御情報の生成を制御する方法および移動体端末装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
CDMA通信方式において、送信電力制御は、いわゆる遠近問題を緩和し、加入者容量を増大させるために必須の技術である。
【0003】
例えば、下り回線に関して、基地局の送信電力は、移動局間における干渉を低減するために、通信品質を保証できる最低のレベルとする必要がある。移動局間における干渉のレベルが基地局の加入者容量を決定する。
【0004】
CDMA通信システムの加入者容量は、セル/セクタの構成や伝搬損失などをモデル化し、移動局の状態に応じて定まる送信電力が、基地局の最大送信電力を超えてしまう確率を推定することにより決定される。
【0005】
このような計算は複雑であり、常に、あいまいさを伴う。W−CDMAシステムでは、通信品質を確保しつつ、最大限の加入者を確保する必要がある。よって、送信電力制御の精度が悪いと、そのことがシステムの破綻の要因となってしまう。
【0006】
送信電力のクローズドループ制御が適用される場合には、基地局および移動局の双方において、受信信号に含まれるTPCビット(送信電力制御ビット)に基づいて送信電力制御が行われる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、TPCビットによる送信電力制御は、できるだけ高精度であることが望まれる。
【0008】
しかし、現実には、種々の要因でTPCビット自体に誤差が含まれる。本出願の発明者は、そのような誤差が生じる原因の一つとして、AD変換器の変換誤差に着目した。
【0009】
つまり、受信波は、フェージングの影響を受けており、その振幅が大きく変動する場合が多い。
【0010】
このとき、受信波の振幅が、受信機の入力段のAD変換器のダイナミックレンジを越えている場合で、かつ、AGC(オートゲインコントロール)による振幅調整がその振幅変動に追従できない場合には、AD変換器の変換出力は、そのAD変換器の出力の最大値あるいは最小値でクランプされてしまい、わずかではあるが情報の欠損が生じる。
【0011】
このようなAD変換に伴う誤差を含んだデータに基づく受信処理および送信電力制御情報の生成は、送信電力制御(パワーコントロール)に対して誤りを与えることになる。
【0012】
その誤差はわずかであっても、例えば、多数の移動局の各々から送信されるTCPビットに含まれる誤差が累積すれば、基地局における送信電力制御の精度が低下し、システムで許容される加入者数を確保できなくなる危険性もある。
【0013】
例えば、フィードバック制御(AGC)による受信機前段のアンプのゲイン補正では、制御の時定数よりも速い受信波の変動を吸収することはできない。よって、任意区間の受信電界強度を測定した場合、アンプのゲイン補正で吸収できずに、受信信号の振幅レベルがAD変換器のダイナミックレンジを超えてしまい、正確なAD変換結果が得られず、算出した電界強度値そのものに誤差が含まれる場合がある。
【0014】
受信電界強度は、移動体端末における現在の受信レベルを知るためだけでなく、基地局に対して送信する送信制御情報の生成の基礎ともなり、極めて重要な意味をもつ。したがって、受信電界強度に誤差を含むことは、受信品質の低下を引き起こす一因となる。このことは、送信および受信の電力をきめ細やかに制御するCDMA方式で特に、顕著となる。
【0015】
つまり、近年、CDMA通信システムの利用者が激増しており、このような加入者数の増大を考慮して、通信品質および加入者数を極限まで追求していくと、従来、見逃されていたAD変換器の飽和によるわずかな変換誤差(潜在的な誤差)といえども、移動体通信システムそのものに誤差を与える要因となり、問題になってくるということである。
【0016】
本発明は、本発明者のこのような問題意識に基づいてなされたものであり、その目的の一つは、CDMA通信システムの誤動作、ひいてはシステムの破綻を確実に防ぎ、システムの信頼性を保障することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明では、受信信号が、受信機のAD変換器の許容入力ダイナミックレンジを超えた事実や、その頻度や分布等の情報を取得し、その情報に基づき、受信パワーや受信信号の品質を算出する過程に於けるAD変換された受信データに対する信頼度を判定する。
【0018】
そして、例えば、信頼性が低いデータは、受信パワーや受信信号の品質を算出する基礎としない。すなわち、TPCビット生成の基礎から除外することにより、誤ったTPCビットの送信を、可能な限り低減する。
【0019】
これにより、AD変換の誤差が、移動体通信システムに与える悪影響を軽減することができ、結果的にシステムの信頼性が保障される。
【0020】
また、AD変換器は、デジタル信号処理回路の入口に設けられているため、このAD変換器のオーバーフローの情報をすばやく利用することにより、従来にない高速な制御も可能となる。また、AD変換器のオーバーフローの情報は、AD変換器にわずかな冗長ビットを不可することにより簡単に取得することができ、実現が容易である。
【0021】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0022】
(実施の形態1)
図1は、本発明のCDMA通信装置(ここでは、移動体端末)の内部構成を示すブロック図である。
【0023】
図8に示すように、CDMA方式の移動体端末(701…703)は、基地局700が管轄するセル600内に位置しており、互いの電波の干渉を低減するために、各々が基地局700との間でクローズドループモードの送信電力制御を行っているものとする。
【0024】
送信電力制御の潜在的な小さな誤差が、結果的にはシステムが予定している加入者容量を確保できなくなる大きな要因となる。
【0025】
この点にかんがみて、本発明では、AD変換器のオーバーフローに起因する、従来無視されていた、潜在的な受信データの誤差(つまり、受信データの根底に存在する誤差)も考慮して、受信データの有効/無効を判定し、信頼度の低いデータについては、送信電力制御の基本データから除外する(破棄する)等の処理を柔軟に行う。
【0026】
図1のCDMA通信装置において、アンテナ90で受信された信号は、共用器100を介してAD変換器101に入力し、デジタル信号に変換される。
【0027】
AD変換器101のデジタル出力のダイナミックレンジは、2のn乗の階調(例えば256階調)を有する。さらに、AD変換器101は、冗長ビットとして、オーバーフロービットを有する。
【0028】
このオーバーフロービットは、入力信号の振幅がAD変換器101の入力ダイナミックレンジを越えており、AD変換器101においてオーバーフローが生じた場合に、その事実を示すビットである。
【0029】
オーバーフロービットは、オーバーフローエラー検出器103に入力され、オーバーフローの有無と、オーバーフローの出現方向(+側であるか−側であるか)が判定される。このオーバーフローの情報は、受信状態監視部104に与えられる。
【0030】
受信状態監視部104は、AD変換器101におおけるオーバーフローの発生の事実およびその出現方向を監視し、その監視情報を、受信品質判定部105に与える。
【0031】
また、AD変換器101の正規の変換出力は、受信処理部102(逆拡散部120,判定部121を有する)に入力され、逆拡散および復調処理が行われ、その結果、受信データが得られる。
【0032】
なお、判定部121は、復調処理を行うと共に、受信信号に含まれるTPCビット(基地局から送られてきたTPCビット)を取り出し、送信系の累積部107に与える。
【0033】
受信品質判定部105は、本来的には、逆拡散がなされた信号のSIR(Signal Interference Ratio:信号成分と雑音成分の比)を計算して干渉状態をチェックし、受信品質を判定する働きをする。
【0034】
ただし、本実施の形態では、受信品質判定部105は、SIRのみならず、受信状態監視部104から与えられるAD変換器101のオーバーフローに関する情報を考慮して、受信信号の品質を判定する。
【0035】
例えば、AD変換器101のオーバーフローが生じたデータについては、受信信号が正しく変換されていない誤差の多いデータであると判定し、その判定結果に従い、例えば、その信号を利用せずに無視する(捨てる)処理を行う。この場合、必要ならば、直前のデータを使用する等の代替処理を行う。
【0036】
受信品質判定部105の判定結果に応じて、TPCビット生成部106は、TPCビット(送信電力制御ビット)を生成する。
【0037】
この場合、AD変換器101にオーバーフローが生じて信頼度が低い受信データは、TPCビット生成の基礎から除外される。よって、送信電力制御の精度の低下が軽減される。
【0038】
一方、送信系は、フレーム作成部108、拡散部109、直交変調部110、バンドパスフィルタ(BPF)111、可変利得増幅器112および累積部107からなる。
【0039】
フレーム作成部108にて、送信フレームが組み立てられる際、TCPビット生成部106にて生成されたTPCビットが、制御チャネルに挿入される。送信フレームは、拡散部109にて拡散され、直交変調部110で直交変調され、BPF111にて帯域制限がなされた後、可変利得増幅器112により増幅され、共用器100およびアンテナ90を介して基地局に送信される。
【0040】
可変利得増幅器112の増幅率(ゲイン)は、累積部107に蓄積される、受信信号に含まれるTPCビットの状態に応じて、適応的に制御される。
【0041】
このように、本実施の形態によれば、移動体通信端末(移動局)が基地局に送信するTPCビットの誤差が低減される。
【0042】
(実施の形態2)
本実施の形態の特徴は、AD変換器にオーバーフローが発生した事実のみならず、そのオーバーフロー量も測定し、その情報を、受信信号の品質評価に役立てることである。
【0043】
図3(a)は、移動体端末(CDMA通信装置)の構成うち、本発明に特に関係する部分のみを示すブロック図である。全体の構成は、図1で示されているため、省略する。
【0044】
図3(a)の基本的構成は、図1で示したものと同じである。ただし、AD変換器101から出力されるオーバーフロービットのビット数を増やし、オーバーフローの発生の事実のみならず、その量も測定できるようにした点が異なる。
【0045】
図3(b)は、AD変換器101におけるオーバーフローの一態様を示している。
【0046】
図中、“RD”は、AD変換器101のダイナミックレンジであり、D1〜D4の4つのサンプリング点における電圧レベルがダイナミックレンジの外となっている。したがって、この4つの点の変換出力は、ダイナミックレンジの上限値ULや下限値LLでクランプされる。この結果、変換誤差が生じる。
【0047】
本実施の形態では、オーバーフローの発生のみならず、オーバーフローの量を、オーバーフローエラー検出器103で測定する。測定された情報は、受信状態監視部104を介して受信品質判定部105に送られ、受信品質の評価に利用される。
【0048】
例えば、入力信号の電圧レベルが、著しくダイナミックレンジを越えている場合には、そのデータをTPCビットの生成の基礎データから除外する、というような処理を行う。
【0049】
(実施の形態3)
本実施の形態の特徴は、AD変換器のオーバーフローを測定する区間を定め、その区間において、オーバーフローの発生、発生頻度およびオーバーフロー量を測定し、受信信号の品質評価(受信信号の有効/無効の評価)に役立てることである。
【0050】
図4(a)に示される移動体端末(CDMA通信装置)の基本的な構成は、図1や図3(a)の構成と同じである。ただし、本実施の形態の場合、処理区間設定部200とエラー累積カウンタ201を有する点が異なる。
【0051】
エラー累積カウンタ201は、処理区間設定部200が設定する区間においてのみ、オーバーフローの発生の事実、発生タイミングおよびオーバーフロー量の情報をカウントし、蓄積する。
【0052】
所定区間内で、オーバーフローエラーがどのくらい発生したか、その度合いはどうかというような情報は、受信状態監視部104を経由して受信品質判定部105に送られ、受信品質の評価に利用される。
【0053】
図4(b)に、AD変換器101におけるオーバーフローの一態様を示す。図中、時刻t1〜t5の区間TAが、オーバーフローエラーを判定するための区間である。
【0054】
図4(b)の場合、D5〜D12の各サンプリング点において、オーバーフローが発生している。したがって、これらのサンプリング点における変換出力は、ダイナミックレンジの上限値ULや下限値LLでクランプされる。なお、図中、“ER4”〜“ER8”はそれぞれ、オーバーフロー量を示している。
【0055】
受信品質判定部105では、例えば、オーバーフロー量が所定値を超えるエラーが、所定の回数以上発生する場合に、その区間の受信データは信頼性が低いと判断し、TPCビット生成の基礎から除外する、というような処理を行う。
【0056】
本実施の形態では、動的に変化していく受信状態を監視していくという方法を採用する。
【0057】
この方法によると、オーバーフローエラーの発生の様子を総合的に判定することができ、よって、受信データの有効/無効の判定を、より正確にかつ効率的に行うことができる。
【0058】
(実施の形態4)
図5(a)は、本実施の形態にかかる移動体端末(CDMA通信装置)の要部の構成を示すブロック図である。
【0059】
図5(a)の構成は、図4(a)と基本的に同じである。ただし、エラー量分布テーブル301が設けられている点と、エラー量分布比較器401が設けられている点が異なる。
【0060】
本実施の形態の特徴は、あらかじめ取得されているエラー量の分布の情報を用いてオーバーフローエラーのタイプを調べ、その調査の結果の情報も、受信信号の品質評価に利用することである。
【0061】
エラー量分布テーブル301には、図5(b)に示すような、オーバーフローエラーの大きさ(エラー量)に対するエラーの発生頻度の分布の情報が蓄積されている。
【0062】
図5(b)において、分布A,分布B,分布Cは、各々が特徴的な形を有しており、どのような場合にこれらの分布が生じやすいのかが、統計的データに基づく解析により、すでに知られているものとする。
【0063】
エラー量分布比較器401は、処理区間設定部200が設定する区間において、オーバーフローの発生の事実、発生タイミングおよびオーバーフロー量の情報を蓄積し、エラーの大きさに対する発生頻度の分布の情報を取得し、その分布を、エラー量テーブル301に蓄積されている分布と比較し、両者の類似度を判定する。
【0064】
その結果、エラー量分布テーブル301に格納されている分布との類似が確認されれば、エラーが発生した原因や、移動体端末が現在、置かれている環境などを推定することができる。例えば、そのようなエラーが突発的なものであるか、あるいは、かなり長く続くものであるかといった推定が可能である。
【0065】
このようなエラーの分布情報も加味することで、より効率的に、かつより総合的に受信信号の有効/無効を判定することができる。
【0066】
以上の実施の形態で説明した、受信装置における送信電力制御の手順の特徴点をまとめると図2のようになる。
【0067】
すなわち、AD変換器のオーバーフローに関する情報を取得し(ステップ10)、所定の条件に合致しているかを判定する(ステップ20)。
【0068】
例えば、オーバーフローが所定期間継続する、所定期間において所定回数以上発生する、エラー量が所定値を超えるエラーが所定回数以上発生する、あるいは、あらかじめ取得されている分布に類似した分布でもってエラーが生じる等、所定の条件に合致するかを判定する。
【0069】
所定の条件に合致していれば、受信データをTPCビット生成の基礎から除外し(ステップ30)、そうでなければ受信データに基づき、TPCビットを生成する(ステップ40)。
【0070】
このような方法を採用すると、従来、まったく考慮されていなかった受信信号の誤差(AD変換器のオーバーフローによる変換エラー,潜在的なエラー)までも考慮して、受信信号の有効/無効を判定して、正確にTPCビットを生成するため、潜在的誤差による送信電力の精度低下が軽減される。
【0071】
これにより、CDMAシステム全体に与える悪影響が軽減されることになる。よって、誤った制御情報により、端末(あるいは基地局)が誤差を含む送信電力制御を行ってしまうことが最小限にとどめられる。
【0072】
(実施の形態5)
本実施の形態は、AD変換器のオーバーフローに関する情報を受信品質の判定に用いるだけでなく、回路の特性の帰還制御にも利用することを特徴とする。つまり、AD変換器のエラーの情報の利用範囲を拡大するものであり、前掲の実施の形態の構成をそのまま利用しつつ、さらに機能を追加した応用例として位置付けられるものである。
【0073】
図6(a)の受信装置の構成は、図4(a)の構成と、基本的に同じであるが、エラー累積カウンタ201の出力を、オフセット調整器400にフィードバックしている点が異なる。
【0074】
オフセット調整器400は、例えば、図4(b)に記載されるように、2つの可変抵抗R1,R2によって、電圧VCを分圧することにより、AD変換器101の入力端の直流バイアスを発生させる回路である。
【0075】
この直流バイアスの設定は、製品出荷時のみに行われるが、実際の使用中に、経時的な変化により直流バイアスが変化してオフセットが生じる場合がある。
また、図4(c)に示すように、直流カットコンデンサC1を介して信号が入力される場合には、AD変換器101内でオフセットが生じる場合がある。
【0076】
このようなオフセットがAD変換器101のオーバーフロー発生の一因となっていることもあり得る。このような場合には、DCオフセットを調整することにより、AD変換器101におけるオーバーフローの発生が軽減される可能性がある。
【0077】
そこで、図6の受信装置では、エラー累積カウンタ201の出力をオフセット調整器400にフィードバックして、可変抵抗R1,R2の抵抗値を調整し、DCオフセットを縮小させる。
【0078】
図7は、AD変換器のオーバーフローの情報をAGC(オートゲインコントロール)に利用する例を示している。
【0079】
図7に示される受信装置の基本的な構成は、図5(a)と同じである。ただし、図7では、AD変換器101のオーバーフローに関する情報を、AGC(AD変換器101の前段に設けられている可変利得受信アンプ500の利得の微調整)に利用する点が異なる。
【0080】
図7において、正規のAGCループによる可変利得アンプ500の利得調整は、受信処理部102,電界強度測定部502およびゲイン制御部501を経由して行われる。
【0081】
図7では、この正規のAGCループの他に、エラー量分布比較器401,受信状態監視部104,ゲイン補正処理部503を経由するゲイン補正ループを形成している。
【0082】
このゲイン補正ループは、AD変換器101のエラー情報を主体とした極めて単純な信号処理による高速なAGCループ(正規のAGCループのようなSIR測定等は不要)であり、簡単かつ高速なゲインの微調整として役立つ。
【0083】
可変利得受信アンプ500のゲインを高速かつ適切に微調整することは、AD変換器101のオーバーフローの発生を低減することにもつながる。
【0084】
なお、図7では、電界強度測定部502の情報が受信状態監視部104にも与えられているため、上述のゲイン調整の際に、その電界強度の情報も加味することも可能である。
【0085】
また、受信信号の信頼性評価の際に、オーバーフローエラー情報のみならず、受信電界強度の情報を加味することも可能である。
【0086】
このように、AD変換器のオーバーフローに関する情報は、受信信号の有効/無効判定のみならず、回路の特性制御にも活用することができる。
【0087】
AD変換器のオーバーフローに関する情報は、AD変換の直後に、すばやく、かつ容易に取得することができるため、この情報を活用すれば、簡易な構成により、従来にない、高速な回路の微調整が可能となる。
【0088】
このように、AD変換器のオーバーフローの情報を、送信電力制御を行うための制御ビットの生成のみならず、AD変換器の入力端のバイアスや受信アンプのゲインの微調整にも役立てることにより、簡易な構成でもって、CDMA通信システムの信頼性を保障しつつ、CDMA通信装置の性能を高めることができる。
【0089】
なお、以上の説明では、主に、本発明を移動体端末に適用した場合について説明したが、基地局側に、本発明を適用してもよいことはいうまでもない。
【0090】
【発明の効果】
以上説明したように本発明を用いると、AD変換器のオーバーフローに起因する潜在的なエラー量を考慮して、受信データの信頼度(有効/無効)を確認しつつ、適切なTPCビットの生成を行える。すなわち、基地局等へのフィードバック情報の確度を高めることが可能となる。
【0091】
つまり、基地局や移動体端末が、潜在的なエラーを含む制御情報に基づいて、誤差を含む送信電力制御(パワーコントロール)行うことが、最小限に留められる。これにより、極めて安定したCDMA通信システムの動作が保障される。システムの破綻の危険性も軽減される。
【0092】
AD変換器のオーバーフローを防止する対策として、ダイナミックレンジの広い高ビットのAD変換器を使用することも考えられるが、高ビットのAD変換器は極めて高コストであり、消費電力の増大、実装面積の増大等実現に対する課題が多い。このような観点からも、本発明はスペクトル拡散方式を用いたCDMA方式のシステム制御に用いられるパワコントロール制御に対して、簡易に高安定な性能を与えるものであり、極めて有効である。また、本発明は、携帯端末の小型化や低コスト化にも資するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のCDMA通信装置の一例の全体構成を示すブロック図
【図2】本発明のCDMA通信装置における特徴的な動作手順を示すフロー図
【図3】(a)本発明のCDMA通信装置の一例の要部構成を示すブロック図
(b)AD変換器におけるオバーフローの一態様を示す図
【図4】(a)本発明のCDMA通信装置の他の例の要部構成を示すブロック図
(b)AD変換器におけるオバーフローの一態様を示す図
【図5】(a)本発明のCDMA通信装置の他の例の要部構成を示すブロック図
(b)エラー量分布テーブルに蓄積されているエラー量分布の一例を示す図
【図6】(a)本発明のCDMA通信装置の他の例の要部構成を示すブロック図
(b)AD変換器の入力端の直流バイアスを決定する回路の構成例を示す図
(c)AD変換器の内部のオフセットを調整するための回路の構成例を示す図
【図7】本発明のCDMA通信装置の他の例の要部構成を示すブロック図
【図8】CDMA通信システムにおける送信電力のクローズドループ制御を説明するための図
【符号の説明】
90 アンテナ
100 共用器
101 AD変換器
102 受信処理部
103 オーバーフローエラー検出器
104 受信状態監視部
105 受信品質判定部
106 TPCビット生成部
107 累積部
108 フレーム作成部
109 拡散部
110 直交変調部
111 バンドパスフィルタ
112 可変利得送信アンプ

Claims (3)

  1. CDMA方式の通信を行う移動体端末装置と基地局との間でクローズドループモードの送信電力制御を行うために、前記移動体端末装置が、受信した信号の品質に関する情報に基づいて送信電力制御情報を生成するに際し、その生成を制御する方法であって、
    前記移動体端末装置が受信した信号のレベルが、入力段に設けられているAD変換器の入力ダイナミックレンジ外となってオーバーフローが生じた場合に、その事実、その頻度、オーバーフロー量、オーバーフロー量に対する発生頻度の分布の少なくとも一つの情報を取得し、その取得した情報に基づいて受信信号の信頼度を評価し、信頼度が所定の基準に達しないと判定される受信信号については、前記送信電力制御情報の生成の基礎データから除外することを特徴とする送信電力制御情報の生成を制御する方法。
  2. 基地局との間でクローズドループモードの送信電力制御を行う移動体端末装置であって、
    受信信号をディジタル信号に変換するAD変換器と、
    前記AD変換器におけるオーバーフローの発生、その頻度、オーバーフロー量あるいはオーバーフロー量に対する発生頻度の分布の少なくとも一つの情報を取得する受信状態監視部と、
    この受信状態監視部が取得した前記情報に基づいて前記受信信号の信頼度を評価する受信品質判定部と、
    前記基地局に送信する送信制御情報を生成する送信制御情報生成部と、を有し、
    前記受信品質判定部の判定の結果、信頼度が所定の基準に達しないと判定された受信信号は、前記送信制御情報生成部における送信制御情報生成の基礎データとされないことを特徴とする移動体端末装置。
  3. 請求項2において、
    さらに、前記AD変換器の入力端の直流バイアスを与えるバイアス回路および前記AD変換器の前に設けられている、前記受信信号を増幅するための可変利得増幅器とを有し、
    前記受信状態監視部が取得した情報に基づき、前記バイアス回路のバイアス電圧あるいは前記可変利得増幅器の増幅率が調整されることを特徴とする移動体端末装置。
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