JP4542162B2 - パイロット信号に基づく送信電力制御 - Google Patents

Description

この発明は、無線周波信号通信に関わる。とりわけ、この発明は、斬新で改善された電力制御を行なう方法に関わる。

ＩＳ−９５空間インターフェイス標準は、ディジタルセルラ電話システムを実施するための一般にＲＦ信号の変調手順を定義している。ＩＳ−９５標準および、（ひとまとめにＩＳ−９５標準と呼ばれる）ＩＳ−９５ＡやＡＮＳＩ Ｊ−ＳＴＤ００８といった、その派生物は、異なる事業者によって製造された通信機器間の操作性を保証する、通信工業会（ＴＩＡ）によって広められている。

ＩＳ−９５標準は、以前より存在するセルラ電話技術より効果的に利用可能なＲＦ帯幅を用いるので、熱心なもてなしを受けている。この効率の増大は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）信号処理技術と、大規模な送信電力制御との併用によって、セルラ電話システムの周波数再利用を促進をもたらす。

図１は、ＩＳ−９５の使用に調和するように設定された、きわめて単純化されたディジタルセルラ電話システムを示している。オペレーションを通じて、電話や他の通信は、加入者端末１（一般にセルラ電話）と基地局２の間でＲＦ信号を用いたデータの交換によって伝えられる。一般に、通信は、基地局２から有線接続を通じて、基地局コントローラ（ＢＳＣ）４とモバイル交換センタ（ＭＳＣ）６を通じて公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）８あるいは他の加入者端末１へと、さらに遠くに伝送される。ＢＳＣ４とＭＳＣ６は、一般に、移動度制御、呼処理、および呼中継機能を提供する。

基地局２から加入者端末１の受信機に送信されたＲＦ信号は、フォワードリンク信号と呼ばれ、加入者端末１から基地局２に送信されたＲＦ信号は、リバースリンク信号と呼ばれる。ＩＳ−９５標準は、リバースリンク信号を通じたディジタル音声信号のようなユーザデータを送信することによって、電話通信サービスを提供する加入者端末１を必要とする。リバースリンク信号は、単一のトラヒックチャネルで構成され、それゆえに、パイロットチャネルを含まないから、しばしば“非コヒーレント”信号と呼ばれる。

リバースリンク信号内では、ユーザデータは、最大データレート８．６あるいは１３．３５ｋｂｐｓで送信され、選択されたＩＳ−９５によって提供されるレートセットの受信機からのレートセットに依存する。単一チャネル、非コヒーレントを用いるリバースリンク信号は、単一の基地局２と通信する加入者ユニット１の受信機との間で同期をとるための要求を削除することによって、ＩＳ−９５のセルラ電話システムの実現を容易にする。

上述したように、利用可能なＲＦ帯幅をより効果的に利用するために、ＩＳ−９５は、大規模な送信電力制御を取り入れている。ＩＳ−９５に従って、この電力制御は、基地局にて受信された時に、リバースリンクトラヒックチャネルの強度あるいは品質を計測し、そしてこの計測結果に基づく電力制御コマンドを生成
することによって実施される。この電力制御コマンドは、フォワードリンク信号を通じて加入者ユニットに送信される。

加入者ユニットは、電力制御コマンドに基づいて、リバースリンク信号の送信電力を増加あるいは減少することにより、電力制御コマンドに反応する。この電力制御調整は、通信を伝えるために最低必要なリバースリンク信号の送信電力を維持するために、毎秒８００回のオーダーの割合で繰り返し実施される。加えて、ＩＳ−９５はまた、２０ミリ秒毎に、音声の動特性に応じて、調整されたリバースリンク信号の送信デューティーサイクルを必要とする。このように、送信デューティーサイクルが下げられた時、信号は、セットポイントで送信されるか、あるいは信号はゲートされ結局送信されない。リバースリンク信号がゲートされた期間において、基地局は、リバースリンク信号が検出されないから、誤った電力制御増大コマンドを生成する。加入者ユニットは、リバースリンク信号が送信されるときと送信されないときとが分かっており、それゆえ誤った増大コマンドが生成されたときが分かっているから、これらの誤った増大コマンドを無視できる。

ワールドワイドウェブのように、ネットワーク技術によって生まれたディジタルデータを送信するための増大要求を満たすために、より高レートで、多重チャネル、コヒーレント、リバースリンク信号を併合する一層複雑な送信システムが、１９９６年５月２８日に出願された、同時に出願中の“高データレートＣＤＭＡ無線通信システム”と題される米国特許出願、第０８／６５４，４４３号に示され、この特許は本発明の譲受人に譲渡されており、参考（‘４４３出願）のためにここに組み込んだ。特に、上記参照した特許出願は、トラヒックチャネル、電力制御チャネル、およびパイロットチャネルの少なくとも１つを含むリバースリンク信号について述べている。

多重チャネルリバースリンク信号の使用は、チャネルのセットを通じて同時に送信された異なる型のデータであるから、柔軟性の増大を含むさまざまな利点を提供する。加えて、多重チャネルリバースリンク信号内のパイロットチャネルを供給することは、処理能力を改善するリバースリンク信号コヒーレント処理を促進する。

利用可能なＲＦ帯幅を効果的に利用させ続けるために、前に参照した特許出願で述べられている高速リンクにとってリバースリンク電力制御を行うことは好ましい。しかしながら、前に参照した特許出願で述べられている高速データレートシステムの実施形態の１つでは、リバースリンク信号は、一般に、音声の動特性の変化によって引き起こされるデータレートの変化に応じて、２０ミリ秒ごとにトラヒックチャネルの送信電力を増大させて、継続的に送信される。つまり、トラヒックチャネルは、データレートが低下した時には、２０ミリ秒毎に、デューティーサイクルを減じるよりもむしろ減じられた電力レベルで送信される。一般に、送信電力は、４つの音声の動特性の増加の１つとして用いられる４つのレベルのうちの１つのはずであるが、しかし、多くの送信電力レベルが用いられる。

このように、高データレートシステムのための送信電力は、ＩＳ−９５のシステムよりもより広い範囲の値にわたって変化し、ここでは、セットポイントで送信されるか、完全にゲートされるかの一方である。高レートシステムにおける送信電力もまた、ＩＳ−９５が各フレームにおいて、少なくともいくつかのセットポイント送信を要求するから、ＩＳ−９５のシステムよりも長い期間の間、低い状態を保つことができるのに対して、もし、データレートが低い状態のままならば、より高いレートのシステムに関して、数個のフレームでセットポイント送信が生じない。高レートリンクを受信するシステムは、この減少が距離の増加によるものか、単にデータレートの減少の結果なのか分からないから、送信すべき適切な電力制御コマンドを決めるのが難しいであろう。この高レートシステムにおいてリバースリンク電力制御を実施することは望ましいが、それにも関わらず、リバースリンク電力制御の新しい方法が求められている。

図２は、この発明の一実施形態として構成される加入者ユニットあるいはセルラ電話のブロックダイヤグラムである。動作中、エンコーダ１２は、ユーザデータ１０を畳込みにより符号化して、符号化されたシンボル１４を生成する。いかなる形式のディジタルデータを送信してもよいが、ユーザデータ１０は、一般に、可変データレートで供給されるボコード化音声情報である。このユーザデータは、２０ミリ秒ごと、すなわちフレーム毎に処理され、ここで各フレームに含まれるデータの総量がデータレートの変化に応じて変化する。

トラヒックチャネル変調器１６は、トラヒックチャネルシンボル１８を生成するためのトラヒックチャネル符号を用いて、符号化されたシンボル１４を変調する。その上、トラヒックチャネル変調器１６は、後述するようなチャネルゲイン調整コマンド６２に応じて、トラヒックチャネルのゲインを増加させたり、あるいは減少させたりする。トラヒックチャネルのゲインは、さらに、２０ミリ秒のフレーム毎に送信されるデータの総量の変化に応じて、トラヒックチャネル変調器１６によって調整される。

パイロットチャネル変調器７０は、パイロットチャネルシンボル２２を生成し、そしてまたチャネルゲイン調整コマンド６２に応じて、パイロットチャネルの振幅を調整する。同様に、電力制御チャネル変調器７２は、フォワードリンクの電力制御コマンド６６に応じて、電力制御シンボル７４を生成し、そしてチャネルゲイン調整コマンド６２に応じて、電力制御シンボル７４の振幅を調整する。

加算器２０は、パイロットチャネルシンボル２２と電力制御シンボル７４とトラヒックチャネルシンボル１８とを加算して、加算されたシンボル２４を生成する。拡散器２６は、加算されたシンボル２４を１つ、あるいはそれ以上の疑似ランダム雑音（ＰＮ）拡散符号で変調し、拡散データ２８を生成する。送信機３０は、拡散データ２８を、リバースリンク信号３２を生成するのに必要とされるＲＦ周波数にアップコンバートし、リバースリンク信号３２は、ディプレクサ３６を通じて、アンテナシステム３２より送信される。さらに、送信機３０は、リバースリンクゲイン調整コマンド６４に応じて、リバースリンク信号３２の送信電力を調整する。この発明の好ましい実施形態としては、拡散器２６からのデータの帯域幅は、前述の出願‘４４３で述べたように、高レートシステムに従った１．２２８８ＭＨｚである。

さらに、この発明の実施形態の１つでは、電力制御システム６０はまた、フォワードリンク信号Ｅ_FLの受信エネルギの変化に応じたリバースリンクゲイン調整コマンド６４を調整することにより、“開ループ”電力制御を行う。特に、フォワードリンク信号Ｅ_FLの電力レベルが減少した時、リバースリンク信号の送信電力は、ゲイン調整コマンド６４を増大することにより、比例して増大される。リバースリンク信号は類似した送信状態となる可能性があり、そしてまたそれゆえにリバースリンク信号の受信電力が基地局にて減少するから、リバースリンク信号のゲインは、減少フォワードリンク信号に応じて増大される。フォワードリンク電力の変化の検知でリバースリンク送信電力の変化に着手することにより、この変化の補償が電力制御コマンドだけを用いる場合より迅速に始められる。

前述の送信処理と同時に、加入者ユニット内の受信機４０は、アンテナシステム３４とディプレクサ３６を通じて、１つ、あるいはそれ以上のフォワードリンクＲＦ信号を受信する。これらのフォワードリンク信号は、一般に、図１に示したような基地局内にて生成される。受信機４０は、フォワードリンク信号をディジタル化およびダウンコンバートして、ディジタル化されたベースバンドデータ４２を生じる。ディジタル化されたベースバンドデータ４２は、逆拡散器４４により、疑似ランダム雑音（ＰＮ）拡散符号を用いて復調され、逆拡散されたサンプル４６を生じる。チャネル復調器４８は、チャネル符号を用いて逆拡散されたサンプル４６を復調し、軟判定データ５０、リバースリンク電力制御コマンド５２、強度計測結果５３を生じる。デコーダ５４は、軟判定データ５０をデコードして、ユーザデータ５６を生成する。トレリスデコードやビタビデコードを含む、さまざまなデコードの形式が技術に知られている。

リバースリンク電力制御コマンド５２と、強度計測結果５３は、電力制御システム６０によって受信される。電力制御システム６０は、フォワードリンク電力制御コマンド６６と同様に、ゲイン調整コマンド６２と６４を生成することにより応答する。この発明の好ましい実施形態では、リバースリンク電力制御コマンド５２は、電力制御ビットの形態でフォワードリンク信号内で受信され、そして強度計測結果５３は、受信フォワードリンク信号（Ｅ_FL）の計測されたエネルギ値である。電力制御システム６０は、一般に、一組のソフトウエア命令により制御されるマイクロプロセッサによって構成され、これの使用はよく知られている。

ゲイン調整コマンド６２と６４を生成するために、電力制御システム６０は、リバースリンク電力制御コマンド５２を試験して、増大かあるいは減少のどちらのコマンドが受信されたか、そしてそのコマンドがある特定のリバースリンクチャネルに向けられたものか、あるいは一組のリバースリンクチャネルに向けられたものか決定する。例えば、リバースリンク電力制御コマンド５２は、トラヒックチャネルの送信電力の増大を要求することができる。もしそうなら、電力制御システム６０はトラヒックチャネルの振幅を増大する。増大は、チャネルゲイン調整コマンド６２をトラヒックチャネル変調器１６に適用することにより行われる。

代わりとして、リバースリンク電力制御コマンド５２は、全リバースリンク信号の送信電力を増大する要求を行ってもよい。もしそうなら、電力制御システム６０は、送信機３０に適用されたリバースリンクゲイン調整コマンド６４を通じて、リバースリンク信号の送信電力を増大する。同様に、リバースリンク電力制御コマンド５２は、送信電力制御パイロットチャネルにおける増大する要求を行ってもよい。もしそうなら、電力制御システム６０は、ゲインチャネル調整コマンド６２を通じて、パイロットチャネルの振幅を増大する。

この技術に熟練した者は、振幅や送信電力が、示したステージよりもむしろ、送信処理の他のステージで調整できることが分かるであろう。例えば、リバースリンク信号の全送信電力が、拡散器２６、あるいは送信処理シーケンスが導入された他のシステム内で調整される。

電力制御システム６０はまた、受信されたフォワードリンク信号（Ｅ_FL）の計測されたエネルギ値を受信する。電力制御システム６０は、電力制御チャネル変調器７２に適用されるフォワードリンク信号の送信電力を増大させるか、減少させるかどちらか一方を要求するフォワードリンク電力制御コマンド６６を生成することにより、フォワードリンク信号（Ｅ_FL）の計測されたエネルギ値に反応する。電力制御チャネル変調器７２は、電力制御チャネル符号で電力制御コマンドを変調して、電力制御シンボル７４を生成し、これは、加算器２０に適用され、そしてそれゆえにリバースリンク信号で基地局に送信される。この発明の好ましい実施形態としては、フォワードリンク電力制御コマンド６６は、“スペクトラム拡散通信システムにおけるリンク品質の計測方法および装置”と題され、１９９６年９月２７日に出願された、米国特許出願、第０８／７２２，７６３号に従って生成され、この特許は本発明の譲受人に譲渡されており、参考のためにここに組み込んだ。

図３は、この発明の使用に従って構成される基地局のブロックダイヤグラムである。図２の加入者端末から送信されたリバースリンク信号は、アンテナシステム１００によって受信され、そしてディプレクサ１０４を通じて受信機１０２に適用される。受信機１０２は、リバースリンク信号をディジタル化してダウンコンバートし、ディジタル化されたベースバンドサンプル１０５を生成する。逆拡散器１０６は、ＰＮ拡散符号を用いて、ディジタル化されたベースバンドサンプル１０５を逆拡散し、逆拡散されたデータ１０７を生成する。トラヒックチャネル復調器１０８は、トラヒックチャネル符号を用いて逆拡散されたデータを復調し、トラヒックチャネル軟判定データ１１０を生成する。パイロット復調器１１２は、パイロットチャネル符号を用いて、逆拡散されたデータ１０７を復調し、パイロットデータ１１４を生成する。位相回転器１１６は、パイロットデータ１１４を用いて、位相回転トラヒックチャネル軟判定データ１１０を位相回転し、調整されたトラヒックデータ１１８を生じる。

電力制御コマンドジェネレータ１２０は、リバースリンクパイロットチャネルエネルギ（Ｅ_P）を計測し、そしてそれを要求されるパイロットチャネルエネルギ閾値（Ｅ_PT）と比較する。この発明の最初の実施形態では、もしリバースリンクパイロットチャネルエネルギ（Ｅ_P）が要求されるパイロットチャネルエネルギＥ_PTを越えるならば、全リバースリンク信号の送信電力を減少するように要求するリバースリンク電力制御コマンド１２１が、電力制御コマンドジェネレータ１２０にて生成され、そしてマルチプレクサ１２２に適用される。もしリバースリンクパイロットエネルギ（Ｅ_P）が要求されるパイロットエネルギ（Ｅ_PT）より少ない場合には、全リバースリンク信号の送信電力を増大するように要求するリバースリンク電力制御コマンド１２１が、電力制御コマンドジェネレータ１２０にて生成され、そしてまたマルチプレクサ１２２に適用される。電力制御コマンドは、一般にビット、あるいはビットのセットの形を取る。

この発明の他の実施形態としては、さらに複雑な電力制御コマンドのセットが利用され、それには、一組の可能な増加量の１つによって、あるいは増量なく、送信電力を調整すべきであることを、あるいはリバースリンク信号の特定のチャネル１つだけが調整されるべきであることを示すコマンドが含まれる。例えば、トラヒックチャネルの送信電力における調整を要求する電力制御コマンドが生成される。

送信処理期間において、エンコーダ１３１は、ユーザデータ１３２を畳込み符号化して、符号シンボル１３４を生成する。ユーザデータ１３２は、ディジタルデータの他の形式が用いられていてもよく、一般にディジタル化され、そしてボコードされる。マルチプレクサ１２２は、電力制御コマンドジェネレータ１２０からのリバースリンク電力制御コマンド１２１を、符号シンボル１３４と多重化する。この発明の他の実施形態としては、電力制御コマンド１２１は、符号シンボル１３４に入れられるようにしたり、あるいは第２のチャネル符号を独立した電力制御コマンドチャネルを生成するのに用い、このチャネルを通じて電力制御コマンド１２１を送信するようにしてもよい。

チャネル変調器と拡散器１２８は、マルチプレクサ１２２からのデータをチャネル符号とＰＮ拡散符号の両方で変調し、拡散データ１３０を生成する。拡散データ１３０は、加算器１３５によって、他のフォワードリンクチャネルからの他の拡散データと加算され、加算されたデータ１３６を生成する。送信機１３８は、加算されたデータ１３６をアップコンバートし、そしてこのアップコンバートされたＲＦ信号が、ディプレクサ１０４を通じアンテナシステム１００より送信される。

トラヒックチャネルでなく、パイロットチャネルのエネルギに基づいて電力制御コマンド１２１を生成することにより、パイロットチャネルが比較的一定か、あるいは変化の遅い送信電力で送信されることから、より正確な電力制御コマンドが生成される。これは、前述したように、音声の動特性の変化に応じて変化する送信電力で送信されるトラヒックチャネルと対照的である。各リバースリンク信号の送信電力が通信を行うのに必要な最低値により近づけられるため、より正確なリバースリンク電力制御コマンドを生成することは、ＣＤＭＡセルラ電話システム全体のパフォーマンスを高める。ＣＤＭＡセルラ電話システム、あるいは他のＣＤＭＡ無線通信システムのパフォーマンスを増大することは、より効果的に利用可能なＲＦ帯幅を利用する。

このように、リバースリンク電力制御を提供するために改善された方法を述べた。この発明は、地球上に限らず衛星をベースとする無線通信システム、および、同軸ケーブルシステムのような正弦波曲線特性の信号が送信される有線ベースの通信システムに適用することも可能である。また、ここでは、１．２２８８ＭＨｚの帯域幅の信号を背景に述べたが、他の帯域幅を用いる２．５ＭＨｚや５．０ＭＨｚのシステムにこの発明の操作を適用してもよい。さらには、ここでは、この発明は、リバースリンク信号を背景に述べたが、フォワードリンク信号を含む他の送信形式に用いてもよい。好ましい実施形態としては、ここで述べた種々のシステムは、伝導、誘導、容量の結合よりなる半導体集積回路を用い、この技術でよく知られた技術を用いて完成される。

上述した好ましい実施形態は、この技術に熟練した者なら誰でもこの発明を作り、あるいは用いることができるように用意した。これらの実施形態の種々の変形は、この技術に熟練したものにはたやすく明白であり、ここの定義した一般的な原理は、発明の機能を用いることなく他の実施形態に適用できる。このように、この発明は、ここに示した実施形態に限定しようとするものではなく、ここに開示された原理と斬新な特徴に矛盾しない最大範囲に調和されるものである。

セルラ電話システムのブロックダイヤグラム。 この発明の一実施形態に従って構成された加入者ユニットあるいはセルラ電話のブロックダイヤグラム。 この発明の模範的な実施形態に従って構成された基地局のブロックダイヤグラム。

Claims (12)

1. トラヒックチャネル送信電力で送信されるトラヒックチャネルと、パイロットチャネル送信電力で送信されるパイロットチャネルとを有し、リバースリンク送信電力で送信されるリバースリンク信号に対し、加入者ユニットにおいて送信電力制御を行う方法であって、
   前記加入者ユニットにおいて、基地局で計測されたリバースリンクパイロットチャネルの受信エネルギーの比較に基づいて生成される電力制御コマンドを受信する工程と、
   コマンドがリバースリンクトラフィックチャネル、リバースリンクパイロットチャネル、リバースリンク信号全体のいずれに与えられるのかを決定するために、前記加入者ユニットにおいて前記電力制御コマンドを検査する工程と、
   検査工程に従って、リバースリンクパイロットチャネル、リバースリンクトラフィックチャネル、リバースリンク信号全体のいずれかの送信電力を選択的に調整する工程とを具備することを特徴とする方法。
2. フォワードリンク信号を介して前記電力制御コマンドを送信する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記選択的調整工程は、フォワードリンク受信エネルギーの計測に応じても行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記選択的調整工程は、フォワードリンク信号の受信エネルギーが減少する場合に、少なくとも一つのリバースリンクチャネルの送信電力を増大させることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 電力制御コマンドは、電力増大コマンド、電力減少コマンド、無変更コマンドのいずれかを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. トラヒックチャネル送信電力で送信されるトラヒックチャネルと、パイロットチャネル送信電力で送信されるパイロットチャネルとを有し、リバースリンク送信電力で送信されるリバースリンク信号に対し、加入者ユニットにおいて送信電力制御を行うシステムであって、
   前記加入者ユニットにおいて、電力制御コマンドを受信する受信機と、
   リバースリンクパイロットチャネルの受信エネルギ測定とエネルギ閾値との比較に応じて基地局で生成される前記電力制御コマンドが、リバースリンクトラフィックチャネル、リバースリンクパイロットチャネル、リバースリンク信号全体のいずれに与えられるのかを決定するために、前記加入者ユニットにおいて前記電力制御コマンドを検査する検査システムと、
   前記検査システムの検査に従って、リバースリンクパイロットチャネル、リバースリンクトラフィックチャネル、リバースリンク信号全体のいずれかの送信電力を選択的に調整する電力制御装置とを具備することを特徴とするシステム。
7. 前記受信機は、フォワードリンク信号を介して前記電力制御コマンドを受信する請求項６に記載のシステム。
8. 前記電力制御装置は、更にフォワードリンク受信エネルギーの計測に応じて、リバースリンクパイロットチャネル、リバースリンクトラヒックチャネル、リバースリンク信号全体の何れかの送信電力を選択的に調整する請求項６に記載のシステム。
9. 前記電力制御装置は、前記フォワードリンク信号の受信エネルギーが減少した場合に、少なくとも一つのリバースリンクチャネルの送信電力を増大させる請求項６に記載のシステム。
10. 前記電力制御コマンドは、電力増加コマンド、電力減少コマンド、及び無変更コマンドの一つを含む請求項６に記載のシステム。
11. トラヒックチャネル送信電力で送信されるトラヒックチャネルと、パイロットチャネル送信電力で送信されるパイロットチャネルとを有し、リバースリンク送信電力で送信されるリバースリンク信号に対し、加入者ユニットにおいて送信電力制御を行うシステムであって、
    前記加入者ユニットにおいて、電力制御コマンドを受信する手段と、
    リバースリンクパイロットチャネルの受信エネルギー測定とエネルギー閾値との比較に応じて基地局で生成される前記電力制御コマンドが、リバースリンクトラフィックチャネル、リバースリンクパイロットチャネル、リバースリンク信号全体のいずれに与えられるのかを決定するために、前記加入者ユニットにおいて前記電力制御コマンドを検査する手段と、
    前記検査手段の検査に従って、リバースリンクパイロットチャネル、リバースリンクトラフィックチャネル、リバースリンク信号全体のいずれかの送信電力を選択的に調整する手段とを具備することを特徴とするシステム。
12. 前記受信手段は受信装置であり、前記検査手段は検査システムであり、前記送信電力を選択的に調整する手段は電力制御器であることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。

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