JP4550338B2 - 閉ループ・パワー制御システムにおけるsirしきい値を調整する装置と方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は無線通信システムに関する。さらに明確には、本発明は閉ループ(closed loop)・パワー制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
この出願に記述された発明は符号分割多重アクセス(CDMA)通信システムの関係において論じられる。しかしながら、当分野の技術者は、この発明はあらゆるタイプの無線通信システム、特にデータ送信がすべての情報の確実な送信を保証するのには十分な送信パワーが不足する可能性のある高速システム、における使用に適していることを認識するであろう。
【0003】
1.CDMA変調技術
符号分割多重アクセス(CDMA)変調技術の使用は、大規模無線通信システムでの通信を容易にするいくつかの技術の1つである。時分割多重アクセス(TDMA)及び周波数分割多重アクセス(FDMA)のような、他の多重アクセス通信システム技術は、周知技術である。多重アクセス通信システムにおけるCDMA技術の使用は、米国特許番号4,901,307号、標題“衛星または地上中継器使用のスペクトル拡散多重アクセス通信システム(SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS)”、及び米国特許番号5,103,459号、標題“CDMAセルラ電話システムにおける信号波形を発生するためのシステム及び方法(SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING SIGNAL WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM)”に開示されており、これらの両者は本発明の譲受人に譲渡され、そして引用されてここに組み込まれる。
【0004】
無線通信がより一般的となったので、ディジタル情報を高速で送信できる無線通信システムに対する需要の増加があった。遠隔局から基地局へ高速データを送信するための1つの方法は、遠隔局がCDMAのスペクトル拡散技術を使用してデータを送ることを可能とする。この方法は遠隔局が小さい組の直交チャネルを使用してその情報を送信することを可能にし、そして出願中の米国特許出願番号08/886,604号、標題“高データレートCDMA無線通信システム(HIGH DATA RATE CDMA WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM)”、に詳細に記述されており、本発明の譲受人に譲渡され、そして引用されてここに組み込まれる。
【0005】
しかしながら、より多くの顧客が無線通信システムを使用するので、通信信号を送信するために使用されるパワーまたはエネルギの制御はより重要になる。もし通信信号を高すぎるパワーレベルで送信すると、この送信は他の送信を妨害する可能性がある。もしそれが低すぎるパワーレベルで送信されると、信号内に含まれる情報は十分な信頼性をもって受信されない可能性がある。さらに、特に移動局内の送信器電池パワーを節約することができるので、信号をできるだけ低パワーで送信することが望ましい。
【0006】
2.パワー制御
一般に、閉ループ無線通信システムにおいて使用される最近の“高速”パワー制御技術は、内部ループと外部ループとから成る。この様式における送信パワーを制御するための既知で有用な方法及び装置は米国特許番号5,056,109号、標題“CDMAセルラ移動電話システムにおける送信パワーを制御するための方法及び装置(METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA CELLULAR MOBILE TELEPHONE SYSTEM)”に開示されており、本発明の譲受人に譲渡されそして引用されてここに組み込まれる。パワー制御コマンドをゲーティングし(gating)、キャッピングし(capping)、または無視する(ignoring)ことにより最大送信パワーを制御するために使用される他の技術は、米国特許出願番号09/239,454号、標題“送信が潜在的にゲートされまたはキャップされた通信システムにおける送信パワーを制御するための方法及び装置(METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRASMISSION POWER IN A POTENTIALLY TRANSMISSION GATED OR CAPPED COMMUNICATION SYSTEM)”、1999年1月28日出願、に開示されており、本発明の譲受人に譲渡され、そして引用されてここに組み込まれる。
【0007】
図1(a)に示されるように、内部ループは所望のまたは目標の信号対干渉比(SIR)を追尾(tracking)して送信パワーを制御する。目標のSIRが選択され、その後それぞれの局により受信された各送信のための推定SIRがこの目標SIRと比較される。もし受信された送信が目標SIR以下または以上であると、それから対応するアップまたはダウン(アップ/ダウン)パワー制御コマンドが、図1(b)に示されるように送信パワーを調整するために送信器に返送される。これらのパワー増加は一般に±0.5dBの増加量内で行われるので、パワーは図1(c)に示されるように、おおよそ理想的な送信パワーだけ増減する。
【0008】
外部ループは、内部ループにより使用される目標SIRを設定する。典型的に、もし復号された受信信号の質がフレーム誤り検出或いは受け入れられないほど高いフレーム誤り率(FER)により通常トリガされるところの、受け入れ可能なレベル以下に劣化すると、外部ループは、目標SIRを実質的に増加させるアルゴリズムを使用する。しかしながら、以下で論じるように、送信された信号の選択的なデイープ・フェード(selective deep fade)が起こる時、あるいは送信器がその送信パワーを増加できない時に、いずれの量だけ目標SIRを増加することは適切な対応(response)ではないであろう。
【0009】
選択的なディープフェードは短期間のディープフェード状態である。図2(a)に示すように−ここで線202は理想的な受信信号の強度を示し、tは時間を示す−受信された信号204の強度が急に減少すると、それによって受信された信号の品質は受け入れ可能な範囲206の外に落ち、選択的なディープフェード状態が起こった。このパワー制御システムでは、この選択的なディープフェード状態が起こると−受信された信号204の品質を劣化させる−目標SIRを増加するであろう。しかし選択的なディープフェード状態の一時的な性質に起因して、目標SIRの増加は、適切なパワー制御コマンド対応ではない可能性がある、なぜならば、信号の信頼性を減少させる原因は不適切に設定された目標SIRには起因しないからである。
【0010】
このパワー制御技術のもう1つの限界は、送信された信号の伝播路内の突然の厳しい変化に追尾できないこと(the inability to)であり、このため信号を確実に受信するために信号送信パワーを大きく増加することが必要である。スロープ状過負荷(slope overload)問題としてここに記されるこの課題は、図2(b)に示される。図2(b)に示されるように、追尾される信号のパワー変動要求が更新された周波数及び実際のパワー変動の“ステップ”サイズと比べて大きい時に、信号の量子化は追従することができない。目標SIRは要求されるようなステップで増減されてもよいが、これは正しい対応ではない可能性があり、そして例えそうであっても、送信パワーにおける次の変化は常に十分ではないであろう。このシステムはパワー調整を一般に約±0.5dB(伝播路内での劣化(degeneration)量には無関係に)に制限する。図2(b)に図示されたスロープ状過負荷状態は、理想的なパワー要求Pが急速に上昇する時、現在のシステムの段階的(stepped) パワー増加Ptが持続できないことを示す。
【0011】
さらにこの既知のシステムのもう1つの限界は、通信システムがその要求を満足できない時でさえ内部ループがパワー増加要求を行い続けることである。このパワー・シーリング(power ceiling)問題は送信器が送信パワーを増加することができない時に起こる。例えば、送信器の電池が低いのかもしれないし、あるいはもしもより多くのパワーが使用されれば送信器の増幅器が飽和している可能性がある。これらの場合には、繰り返される“増加”パワー要求は内部ループ・パワー制御により行われ、満たすことができない。送信エネルギがキャップされる(capped)期間中、信号は不十分な信頼性で受信されるので、目標SIRは外部ループにより不必要に増加される可能性がある。
【0012】
必要なことは、“よりスマートな”外部ループ・パワー制御を使用したパワー制御技術である。外部ループ・パワー制御は、信号の送信パワーを増減することを禁止する事象(events)を検出することができなければならない。外部ループはまた、選択的なディープフェージング,スロープ状過負荷状態,または閉ループ・パワー制御が信号品質問題に正しく対応していないことを示すシステムの徴候(symptoms)を検出することができなければならない。理想的には、外部ループは着手される検出問題に比例してパワーを増減することもできるであろう。
【0013】
【課題を解決するための手段】
広く、本発明は無線通信システムにおいて使用する閉ループ・パワー制御方法及び装置に関する。より具体的には本発明は、閉ループ・パワー制御システムが受信された信号の品質のロスに適切に対応することを妨げる選択的なディープフェード状態、あるいは他の状態を検出できる閉ループ・パワー制御方法及び装置を供する。
【0014】
この発明は、送信パワー制御性能(performance)情報に基づいて目標の信号対干渉比(SIR)をダイナミックに調整するための装置に関する実施例において実施されることができる。この目標SIRは、無線通信ネットワークの閉ループ・パワー制御システムにおいて実施される。閉ループ・パワー制御システムは内部ループ及び外部ループを有することができ、そして不十分な(poor)閉ループ・パワー制御応答が起こるであろうことを示す典型的な内部ループ・パワー制御コマンドパターンを同定するための検出手段を含むことができる。これらのコマンドパターンは内部ループが送信パワーの増減を正確に調整して(coordinating)いないことを示す可能性がある。この装置は閉ループの過去のパワー制御性能に関する受信情報に従って目標SIRを調整するための外部ループ・パワー制御手段を含む。
【0015】
もう1つのバージョンでは、この発明は無線通信ネットワークにおいて使用される閉ループ・パワー制御システムの目標SIRを調整するための方法として実施できる。内部ループと外部ループとが閉ループ・パワー制御システムを特徴付ける。1つの方法の実施例では、この方法は推定されたSIRと目標SIRとの間の比較に従って内部ループ・パワー制御コマンドを発生し、そして推定されたSIRに従って目標SIRを調整する工程から成る。この方法は、内部ループ・パワーコマンドが近い将来に(at hand)その状態にとって十分でないことを示さなければ、第2の品質メトリック(quality metric)が続けられる。もし内部ループ・パワーコマンドが十分でないと、そのときこの方法は、目標SIRのそれを停止する(suspends)か、あるいはもし調整が第1の品質メトリックのみに基づいて行われたならばその調整が行われた量以下の量により目標SIRを調整する。もう1つの実施例では、失敗した巡回冗長検査(CRC)ビット・チェックのような、受信された情報の最終フレームについての検証(verification)検査がもしも失敗すると、第2の品質メトリックのみが使用される。
【0016】
この発明はそのユーザに多くの明確な利益を与える。これらの利益は、閉ループ・パワー制御の外部ループが“スマートな”外部ループであることから得られる(realized)。外部ループは、信号の送信パワーの増減を禁止する事象を検出することができ、従って目標SIRを調整することができる。もう1つの利益は、外部ループが、選択的なディープフェード状態,スロープ過負荷状態,あるいは内部ループ・パワー制御コマンド応答が伝播路内の突然の変化を追尾することに一時的に失敗していることを示すシステムの徴候に、答えることができることである。そしてさらにもう1つの実施例では、本発明の外部ループは、検知された問題に直接比例したパワーの増減を開始せねばならないことを合図する(signals) 。
【0017】
当分野の技術者には容易に認められるように、この発明はまた、この発明の下記の説明を再レビュー(reviewing)後に明白になるであろう多くの他の利点及び利益を提供する。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴,対象及び長所は、ここで及び全体を通して付記される参照符号を有する図面と関連して、下に述べる詳細説明からさらに明白になるであろう。
【0019】
この発明の性質,対象及び長所は、添付の図面と関連して下記の詳細説明を考慮した後、当分野の熟練技術者にさらに明白になるであろう。上述したように、この発明は電気通信ネットワークにおいて改良された閉ループ・パワー制御を提供するための方法及び装置に関する。
【0020】
動作方法
図3は基地局300が移動局306に無線通信信号302を送信する無線通信システムを示す。基地局300から移動局306への送信は順方向リンク送信と呼ばれ、そして移動局306から基地局300への送信は逆方向リンク送信として知られる。例示的な実施例では、無線通信信号は、米国特許番号4,901,307と5,103,459とに詳細に記述された、及び電気通信工業協会の臨時標準TIA/EIA/IS−95−A、標題“デュアルモード・ワイドバンド・スペクトル拡散セルラシステム用の移動局−基地局互換性標準(MOBILE STATION−BASE STATION COMPATIBILITY STANDARD FOR DUAL−MODE WIDEBAND SPREAD SPECTRUM CELLULAR SYSTEM)”に標準化された、符号分割多重アクセス (CDMA)変調を使用して送信される。しかしながら、本発明は閉ループ・パワー制御システムを使用しているいかなる無線通信システムにも等しく適用可能である。
【0021】
国際電気通信連合(ITU)の標題“cdma2000 ITU−R RTT 候補者寄託(THE cdma2000 ITU−R RTT CANDIDATE SUBMISSION)”に服従して(in a submission to)、電気通信工業協会(TIA)は高速データ送信を提供するために上記IS−95の展開(evolution) を提案した。同様に、欧州電気通信標準事業(ETSI)はITUへのプロポーザル、標題“ETSI UMTS 地上アクセス(UTRA) ITU−R RTT 候補者寄託(THE ETSI UMTS TERRESTRIAL ACCESS(UTRA) ITU−R RTT CANDIDATE SUBMISSION)”において代わりの展開を提案した。高速データ送信は、しばしば信頼できるデータ送信を保証するのに十分な送信パワーが不足するが、本発明はcdma2000またはUTRA候補申し立てのいずれかに基づいたシステムでの使用によく適合する。このように、例示的な実施例では、順方向リンク信号302は周知のそしてcdma2000またはUTRA提案に記述されたCDMA高速データ信号であってもよい。
【0022】
1実施例では、順方向リンク信号302は種々の独特な(distinct)信号を含んでもよい。例えば、信号は、移動局306によるコヒーレント復調(coherent demodulation)を考慮にいれたパイロット信号,音声データのような1次トラフィックデータ信号,ファクシミリ送信のような補足的な高速データ信号,及びパワー制御信号を含むことができる。これらのタイプの情報−順方向リンク信号302内で送信されることが可能な情報−は包括的(inclusive)でも排他的(exclusive)でもない。情報及び信号は本発明の種々の実施例において異なってもよい。例えば、順方向リンクは1次トラフィックデータを含まなくてよい。さらに、本発明が逆方向リンク信号のパワー制御に等しく適用できることは明白であるだろう。
【0023】
移動局306では、順方向リンク信号302は基地局300から受信されそして復調される。移動局306は以下に非常に詳細に記述されるように順方向リンク信号302の受信された信号パワーの妥当性(adequacy)を決定する。もし受信された各フレームに関するパワーが信号内に含まれる情報を確実に復調及び復号させるのに十分であれば受信された信号パワーは適切である。順方向リンク信号302の受信信号エネルギの決定された妥当性に従って、移動局306は一連のパワー制御コマンドを発生する。1実施例では、パワー制御コマンドは基地局300が順方向リンク信号302の送信エネルギを増減することにより、それに対応する一連の1ビット(アップ/ダウン)パワー制御コマンドから成る。
【0024】
移動局306は順方向リンク信号302のための信号対干渉比−またはそれに関連する代表的メトリック−を推定し、そしてこの推定された信号対干渉比を目標SIRと比較する。もし推定されたSIRが目標SIRよりも低ければ、順方向リンク信号302の送信パワーを増加させるために“アップ”パワー制御コマンド信号が基地局300宛てに送出される。もし推定されたSIRが目標SIRよりも高ければ、そのとき順方向リンク信号302の送信パワーを減少させるために“ダウン”パワー制御コマンド信号が基地局300宛てに送出される。
【0025】
目標SIRは、望ましいフレーム誤り率,望ましい記号誤り率,またはビットのような、望ましい信号品質を供給するように設定される。この望ましい信号品質は、順方向リンク信号302上に供されているサービスのタイプに基づいて異なってもよい。受信された信号が“高品質”過ぎると言うと奇妙に思われるかもしれないが、しかしこの過度の品質は順方向リンク信号302の移動局306への送信において使用されている不必要なエネルギと等しいことは明記されねばならない。不必要なエネルギを使用することは基地局300によりサービスされる他のすべての移動局へのサービスの低下に、そして基地局300によりサービスされることができる移動局306の数の減少に帰着する。従って受信された順方向リンク信号302の実際の品質レベルが望ましい品質レベルと異なる時には、目標SIRは順方向リンク信号302が望ましい品質レベルで受信されるように変更される。目標SIRの調整は今後は外部ループ・パワー制御と呼ばれる。
【0026】
内部ループ・パワー制御
本発明の1実施例では、移動局306はパワー制御コマンドを発生し、それらをトラフィックデータ及びパイロット記号データと一緒に逆方向リンク信号304に乗せて基地局300に返送する。例示的な実施例では、逆方向リンク信号304はETSI UTRA,TIA cdma2000,ARIBのW−CDMA,あるいはT1P1のWIMS候補者寄託(candidate submission)のいずれかに従って送信されるCDMA信号である。上に強調されたように、本発明は他の形式のCDMA信号に、及び閉ループ・パワー制御システム内で使用されるTDMAやGSMのような他の変調スキームに、等しく適用可能である。
【0027】
通常、基地局300はパワー制御コマンドを移動局306から受信し、そしてこれらのコマンドに答えて(in response to)順方向リンク信号302の送信エネルギを増減する。しかしながら、種々の理由のため内部ループ・パワー制御コマンドがフォローできない時があるかもしれない。例えば、もし基地局300が順方向リンク信号302を送信するための追加のエネルギ割当てが、基地局300がサービスする他の移動局への信号送信に対して容認できない劣化を引き起こすであろうと決定すれば、基地局300はパワー制御コマンドに答えて順方向リンク信号302のエネルギを増加できない。もし逆方向リンクのパワーが制御されていれば、移動局306内の低い電池はいずれの送信パワー増加も防ぐことができる。
【0028】
どの基地局300が送信されたパワー制御コマンドに答えることができたかを決定するために、閉ループシステム内の送信器に送られた連続的な(consecutive)“アップ”コマンドの数が本発明の1実施例においてモニタされる。連続的な過大な数の“アップ”コマンドは、上で検討したように、スロープ状過負荷状態かパワーを増加することへの送信器の無力を表示する。そのようなパターンが検出される時には、目標SIRへの調整は禁止されてよい。もう1つの実施例では、所定数のより初期の内部ループ・パワー制御コマンド内で起こった、連続的またはその逆の、“アップ”コマンド数(Nup)は外部ループ応答の制御に使用されてよい。もう1つの実施例では、順方向リンク信号302の推定されたSIRは目標SIRと比較される。もし2つの間の差がしきい値を超えると、目標SIRに関する調整は禁止される。
【0029】
上述された両方法では、内部ループ・パワー制御から得られた情報は目標SIRを決定することにおいて使用される。内部ループ情報は外部ループに連続的に通信される。そして各内部ループ法はアップ/ダウン・コマンドを使用する種々の実施例において説明されたが、これらの方法は、1つまたは数個のアンテナ,キャリヤまたは指向性アンテナアレー上で送信パワーを調整するために送信器への高速フィードバックを使用しているいずれのシステム内での使用に関して適用されることができる。
【0030】
外部ループ・パワー制御
上に検討された内部ループ・パワー制御情報を使用して、外部ループ・パワー制御の性能は改良されることができる。IS−95システムでは、目標SIRはフレーム誤りの検出上で0.5dBずつ増加され、フレームが確実に受信される時は0.5dB/99ずつ減少される。静的チャネルの条件下では、目標SIRへのこれらの調整は1%のフレーム誤り率に終わる。IS−95システムでは、フレーム誤りは、それの実施の形態が周知であるCRC検査によって検出される。図4のブロック410では、目標SIRは、ブロック402において確実に受信されたフレームの検出時に所定の量を減少される。ブロック412では、目標SIRはフレーム誤りの検出時に増加される。これは、もしも内部ループ・パワー制御が目標SIRを追尾し、そして直近に受信された情報のフレームが事前に選択された品質レベルを満たさなかったならば、そのとき目標SIRは低過ぎて設定されたに違いないという仮定に基づいている。しかしこの仮定はいつも真実とは限らない。例えば、内部ループ・パワー制御が、電源故障,パワー制御情報のフィードバック中断,スロープ状過負荷,選択的なディープフェージング,または他の同様の理由により、受信SIRを目標SIRの近くに維持できない可能性がある。これらの場合には、目標SIRを増加させることは不正確な応答であり、続くフレームにおいて過剰パワーとなり、、そしてそれによってパワーを浪費し、上で論じた問題を引き起こす。
【0031】
よって、タスク402において、フレームに関するCRC検査が失敗すると、本発明は、内部ループ・パワー制御の章で前述し、そしてタスク404に示されるように、内部ループ・パワー制御情報を使用し、タスク406において目標SIRを変更するか否かを決定する。もし、この情報に基づいて、内部ループ・パワー制御がそのとき伝播路内の変化を追尾していなかったならば、その後目標SIRへの変更はブロック408で禁止される。例えば、もし送信局に送られた連続的な“アップ”コマンドの数がスロープ状過負荷を表示するパターンを示すならば、そのとき目標SIRへの調整は禁止されてよい。
【0032】
上述した種々の方法の実施例に加え、この発明の種々の観点は図3,5,及び6に記述されるように種々のハードウェア構成要素と相互接続(interconnections)とに関係する。
【0033】
ハードウェア構成要素と相互接続
図5は図3に示されそして上で論じられた基地局300の単純化したブロック図を示す。順方向リンク信号302上で送信される情報はエンコーダ/インターリーバ502に供給され、該データに順方向誤り訂正を供給し、そしてそれから送信された信号内にタイムダイバーシティを供給するために所定のインターリーバ・フォーマットに従って記号を再配置する。インターリーブされ復号された記号は変調器504に供給される。1実施例では、変調器504はCDMA変調器であり、その設計及び実施の形態は周知であり、上に引用された米国特許番号4,901,307及び5,103,459に詳細に記述される。例示的な1実施例では、変調器504は前述のUTRA及びcdma2000仕様書に記述されるような高速データを送信することができるCDMA変調器である。
【0034】
変調された信号は、送信用の信号を変換し、増幅し,濾波する送信器(TMTR)506に供給される。1実施例では、送信器506は
4相(quaternary)位相シフトキーイング(QPSK)変調フォーマットを使用して送信用の信号を変調する。しかしながら、本発明はBPSK,QAMまたはFSK変調のようなどのフォームの変調にも適用可能である。変調された信号はパワー制御プロセッサ510からのパワー制御信号に従って送信エネルギのレベルまで増幅される。QPSK信号はアンテナ508を介して送信用の送信器506から順方向信号302として供給される。
【0035】
図6に戻って、順方向リンク信号302は図3にも示されるように、アンテナ602で移動局306により受信され、そしてデュプレクサ(D)604を通して受信器(RCVR)606に供給される。受信器606は受信された順方向リンク信号302をダウンコンバートし、濾波し及び増幅し、そして信号を復調器608に供給する。さらに、受信器606は帯域内信号エネルギの表示を、両者の動作が下に記述されているSIR計算612としきい値発生器618に送信する。
【0036】
復調器608は受信された信号を復調しそして復調された記号データをデインターリーバ/デコーダ(DEINT/DECODE)610に供給する。さらに、復調器608は復調された信号エネルギの表示をSIR計算612及びしきい値発生器618に供給する。DEINT/DECODE610は復調された記号を再配置し、そして畳み込み復号またはターボ復号フォーマットのような所定の誤り訂正フォーマットに従って再配置された記号を復号し、そしてこの復号されたデータストリームを移動局306のユーザに供給する。復号されたデータストリームは移動局306のユーザに供給される前にさらに処理されることができる。その上、DEINT/DECODE610はフレームが確かに復号されたかを表示する信号を、あるいは代替として、データの復号されたフレーム内の記号誤り率の表示を、しきい値発生器618に供給する。
【0037】
もう1つの実施例では、受信器606からの及び復調器608からの情報は順方向リンク・パワー制御プロセッサ620に供給される。プロセッサ620は、SIRを推定し、目標SIR(しきい値)が変更されねばならないかどうかを決定し、このSIRを目標SIRと比較し、そしてパワーを増加または減少するかどうかのインディケータを発生する機能を少なくとも実行する。
【0038】
信号対干渉比を計算する過度に単純化した方法は、すべての帯域内エネルギが干渉エネルギの代表であると仮定することであろう。受信器606は典型的に、帯域内エネルギの量に基づいて信号を正規化する自動利得制御要素(図示せず)を含むので、この値は受信器606からSIR計算612に直接供給されることが可能である。復調器608は受信信号を復調し、基地局300によりサービスされる他の移動局に送信する予定の複数の信号から該順方向リンク信号302を抽出する。復調された記号のエネルギは信号エネルギ推定値を供給するために合計される。供給された信号エネルギ推定値はそれからSIRの概略推定値を供給するために帯域内エネルギ値により分割される。
【0039】
例示的な実施例では、順方向リンク信号302は可変レート送信信号であり、その中でレートは移動局306にアプリオリに(apriori) 未知である。例示的な可変レート順方向リンク信号302では、各送信された信号はデータの固定長フレームを満たすためにできるだけ多くの時間送信信号内で繰り返される。本発明の目的にとってもっと重要なことだが、信号のエネルギは順方向リンク信号302における反復量に逆比例して変化する。これは一定の記号エネルギ及びレートの全域で(across the rates)ほぼ一定の性能となる。
【0040】
これは信号エネルギの推定を複雑にする。これは記号エネルギが時間にわたって拡散され、そして記号エネルギの充足(sufficiency)を決定するために、信号エネルギ推定アルゴリズムは情報の未知のレートで変化しない固定基準(fixed reference)を持たねばならないからである。例示的な1実施例では、パワー制御ビットまたはパイロット記号は順方向リンク信号302に挿入またはパンクチャされ(punctured) 、そしてこれらのビットのエネルギは最大レートの情報信号の送信に使用されるエネルギに対して固定された関係で設定される。1実施例では、パワー制御信号及び順方向リンク信号302は、広帯域cdma(wcdma)アプリケーションに固有な(inherent)多重化スキームのようなチャネル内で多重化される。
【0041】
これらの不変レート・パワー制御記号は、2つの方法の内の1つで使用可能である。それらは固定エネルギ・パワー制御記号間の比率を推定することにより情報信号のレートの予備推定を行うためにも使用することができる。トラフィックデータのエネルギはそのトラフィックデータが作られることができるレートの予備推定値であり、そしてこれは単一不変の信号対干渉比しきい値との比較のための計算されたトラフィックエネルギを修正するために使用することができる。代わりに、予備レート推定値は、信号対干渉比が1組のレート従属しきい値(rate dependent threshold)と比較されるように使用することができる。
【0042】
最大レート情報信号の送信エネルギに対して固定送信エネルギ関係を有するパワー制御ビットを使用するための代替の方法は、パワー制御ビット自身を使用して信号エネルギを計算することである。この方法の下でパワー制御ビットのエネルギは信号エネルギを表し、そしてこのエネルギは計算されて信号対干渉の計算に直接使用される。
【0043】
受信されたCDMA信号の信号対干渉比を計算することにおけるもう1つの困難は、図3に示される基地局300から移動局306へのシングルパス信号の直交性に由来する。問題は、移動局306が基地局300の視野(sight)の線内にある時のような強力なシングルパス受信シナリオにおいて、帯域内エネルギが干渉エネルギを正確に表さないことである。帯域内エネルギは順方向リンク信号302と直交するエネルギを含むであろうし、そして直交エネルギは、それが復調処理内で完全に除去されることが可能なのでノイズを制限する干渉には貢献しない。
【0044】
例示的な実施例では、基地局300は、まずデータを直交チャネル化に従って拡散することにより、そしてその結果の直交拡散されたデータを疑似ノイズ(PN)シーケンスに従って拡散することにより、信号を変調する。PNシーケンスはそれらの発生が周知であるゴールド符号(Gold codes)及び最大長符号(maximal length codes)を含む。直交帯域内エネルギの追加の複雑性を処理する(dealing with)1つの方法はPN拡散を取り除くことであり、そして逆拡散された信号のエネルギを計算することである。このエネルギをそれから帯域内エネルギから引き去り(subtracted)、ノイズ信号の推定の推定値を供給する。干渉を推定するためのもう1つの方法は、固定エネルギのパイロット信号のような、順方向リンク信号302の部分である固定エネルギ信号上の変動を計算することである。
【0045】
直交拡散を使用している可変レートCDMA信号内の信号対干渉比を計算することの複雑さは、出願中の米国特許出願番号08/722,763号、1996年9月27日出願、標題“スペクトル拡散通信システムにおけるリンク品質を測定するための方法及び装置(METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING LINK QUALITY IN A SPREAD SPECTRUM COMMUNICATION SYSTEM)”、及び出願中の米国特許出願シリアル番号09/239,451号、1999年1月28日出願、標題“CDMA通信システムにおける送信パワーを制御するための方法及び装置(METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA COMMUNICATION SYSTEM)”に提起され(addressed) ており、それらの開示は本発明の譲受人に譲渡され、そして引用されてここに組み込まれる。本発明がしきい値と比較するために使用される信号のクォリティ・メトリックを計算するためのどんな方法にも等しく適用可能であることは当分野の技術者により理解されるであろう。
【0046】
図6に戻って、SIR計算612は信号対干渉比推定値を比較器614及びしきい値発生器618に供給する。比較器614では、信号対干渉比推定値は目標SIRと比較される。例示的な実施例では、単一のしきい値が使用され、そして信号対干渉比推定値が目標SIRより大きいか小さいかを表示する比較器614からシングルビットが供給される。このシングルパワー制御ビットはパワー制御ビット発生器(PC BIT GEN)616に供給される。PC BIT GEN 616は比較器614による比較に従ってパワー制御コマンドを発生する。パワー制御コマンドは、図3に示される逆方向リンク信号304上への送信のための移動局306の送信サブシステム622に供給される。
【0047】
上述したように、デインターリーバ/デコーダ610はフレームが正確に復号されたかまたはフレーム抹消が宣言されたかを表示する信号を供給する。しきい値発生器618はフレーム誤り率,記号誤り率の統計値、及び内部ループ・パワー制御により発生された前のパワー制御の履歴を編集する。他の一般に知られるメトリックデータも種々の実施例において計算されそして維持されることができる。正常な動作では、もしこの内部ループ履歴情報が、パワー制御システムが正確にまたは十分な迅速さで応答していないことを表示するならば、上記方法の章において論じたように、そのときしきい値発生器618は目標SIRを増加しないであろう。代わりに、しきい値発生器618は目標SIRを0と0.5dBとの間、またはそれより高く増加してよい。もし内部ループデータが内部ループはシステムにおける変化に正確に応答していることを指摘するならば、そのときしきい値発生器618は新しいより高い目標SIRを比較器614に供給する。さらに、正常な動作では、フレーム誤り率が望ましいフレーム誤り率しきい値よりも低下すると、しきい値発生器618は目標SIRを低下させ、そして新しいより低い目標SIRを比較器614に供給する。
【0048】
逆方向リンク送信サブシステム622の動作に戻って、逆方向リンク信号304上の送信用の情報はエンコーダ/インターリーバ624に供給され、それはデータ上に順方向誤り訂正を供給し、そしてその後送信信号内にタイムダイバーシティを供給するために所定のインターリーバ・フォーマットに従って記号を再配置する。インターリーブされ符号化された記号は、パワー制御記号を出データ(outgoing data)にパンクチャしまたは多重化するパワー制御パンクチャリング要素(PC SYMBOL PUNCTURING)626に供給される。信号はその後変調器628に供給される。例示的な実施例では、変調器628はCDMA変調器であり、それの設計及び実施の形態は周知であり、そして前述した米国特許番号4,901,307号及び5,103,459号に詳細に記述される。特に、例示的な1実施例では、変調器628は上述の寄託に記述され、及び前記出願中の米国特許出願番号08/886,604に記述されたような高速データを送信可能なCDMA変調器である。
【0049】
変調器628からの変調された信号は、送信用の信号をアップコンバートし、増幅しそして濾波する送信器(TMTR)630に供給される。例示的な実施例では、送信器630は4相位相シフトキーイング(QPSK)変調フォーマットを使用して送信のための信号を変調する。代わりの実施例では、本発明はBPSK,QAMまたはFSK変調のような、どのフォームの変調にも適用可能である。QPSK信号はアンテナ602を通して送信のためのデュプレクサ604を通して逆方向リンク信号304として供給される。
【0050】
図5に戻って、逆方向リンク信号304はアンテナ520で基地局300により受信されそして受信器518に供給される。受信器518は受信された信号をダウンコンバートし、濾波し及び増幅しそして信号を復調器516に供給する。復調器516は受信された信号を復調しそしてこの復調された記号をデマルチプレクサ(DEMUX)514に供給する。デマルチプレクサ514はパワー制御コマンドをこの信号から分離し、そしてそれらのコマンドをパワー制御プロセッサ510に供給する。
【0051】
トラフィックデータはデインターリーバ/デコーダ(DEINT/DECODE)512に供給される。デインターリーバ/デコーダ512はこの復調された記号を再配置し、そして畳み込み復号またはターボ復号フォーマットのような所定の誤り訂正フォーマットに従ってこの再配置された記号を復号し、そしてこの復号されたデータストリームを基地局コントローラ(図示せず)に出力する。
【0052】
正常な動作の下で、パワー制御プロセッサ510は受信されたパワー制御コマンドに従って順方向リンク信号302の送信のための新しい送信パワーを発生する。しかしながら、パワー制御コマンドプロセッサ510はまた送信制御データに従って順方向リンク信号302の送信エネルギも決定する。送信制御データは、1例では、順方向リンク信号302の送信のための最大送信エネルギを供給する。受信されたパワー制御コマンドに答えて、送信エネルギが順方向リンク信号302の許容された最大送信エネルギを超えると、そのとき順方向リンク信号302の送信エネルギは増加されない。
【0053】
好ましい実施例の上記記述は、この分野のいかなる技術者も本発明を製作または使用することを可能とする。これらの実施例への種々の変更または修正はこの分野の技術者には容易に明白であるだろうし、その中に定義された包括的な原理はさらなる発明を必要とせずに他の実施例に適用されてもよい。このように、本発明はその中に示された実施例に制限されるつもりはなく、しかしむしろこの中に開示された原理及び特徴と矛盾しない最も広い範囲が許容されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)は、時間に渡る信号の受信SIRを目標SIRと比較する。(b)は、内部ループ・パワー制御により行われた代表的な連続アップ/ダウン命令を図示する。(c)は、実際に送信されたパワーPtを時間の関数としての理想的送信パワーPと比較する。
【図2】 (a)は、無線通信システムにおいて発生する可能性のある選択的なディープフェード問題を図示する。(b)は、無線通信システムにおいて発生する可能性のあるスロープ状過負荷問題を図示する。
【図3】 本発明に従った無線通信システムの基本的な構成要素を図示するブロック図である。
【図4】 本発明の1実施例に従う外部ループ・パワー制御法のフロー図である。
【図5】 図1に示された基地局300の1実施例のブロック図である。
【図6】 本発明の図1に示された移動局306の1実施例のブロック図である。
【符号の説明】
202…理想的な受信信号の強度,204…受信された信号,206…受け入れ可能な範囲,300…基地局,302…順方向リンク信号,304…逆方向リンク信号,306…移動局,620…順方向リンク・パワー制御プロセッサ,622…送信サブシステム。
Claims (12)
- 下記を具備する、無線通信ネットワークの閉ループ・パワー制御システムにおいて使用される信号対干渉比(SIR)しきい値を調整するために使用される装置、前記閉ループ・パワー制御システムは内部ループ及び外部ループを有する:
代表的な内部ループ・パワー制御コマンドパターンを同定するための検出手段、前記代表的な内部ループ・パワー制御コマンドパターンは、送信パワーが変更されることを前記内部ループが正確に命令しないことを表示する;及び
前記内部ループ・パワー制御コマンドパターンに従って前記SIRしきい値を調整するための、前記検出手段に通信的に結合された、外部ループ・パワー制御手段。 - 送信パワーが変更されることを前記内部ループが正確に命令していないことを表示する前記内部ループ・パワー制御コマンドパターンは、N以上の数の連続するパワーアップ・コマンドが該内部ループにより該送信器に通信される時に発生する、請求項1に記載される装置。
- 送信パワーが変更されることを前記内部ループが正確に命令していないことを表示する前記内部ループ・パワー制御コマンドパターンは、受信された情報の最終フレームに関する推定SIRが実質的に該SIRしきい値より低い時に発生する、請求項1に記載される装置。
- 前記外部ループ制御手段は、もし受信された情報の最終フレームの検証検査が失敗すると、送信パワーが変更されることを前記内部ループが正確に命令しないことを表示する前記典型的な内部ループ・パワー制御コマンドパターンを受信する、請求項1に記載される装置。
- 前記検証検査が巡回冗長検査(CRC)である、請求項4に記載される装置。
- 前記外部ループは前記内部ループ・パワー制御パターンと及び、該最終のK番のコマンドの間前記内部ループにより作られる、連続的または非連続的な、アップパワー・コマンドの数とに従って、前記SIRしきい値を調整する、請求項3に記載される装置。
- 下記工程を具備する、無線通信ネットワークを使用した閉ループ・パワー制御システムの信号対干渉比(SIR)しきい値を調整するための方法、前記閉ループ・パワー制御システムは内部ループ及び外部ループを有する:
第1のクォリティ・メトリックと可変しきい値との間の比較に従って内部ループ・パワー制御コマンドを発生する;
もし第2のクォリティ・メトリックが前記内部ループ・パワー制御コマンドは適切でないことを指示しなければ、前記第1のクォリティ・メトリックに従って前記可変しきい値を調整する、及びもし前記内部ループ・パワー制御コマンドが適切でないならば、下記のいずれかである:
(a)前記可変しきい値の調整を保留する、または
(b)もし前記調整が前記第1のクォリティ・メトリックのみに基づいて行われたならば、該調整がなされた量より小さい量により前記可変しきい値を調整する。 - N以上の数の連続するパワーアップ・コマンドが該内部ループにより該送信器に通信される時は、前記内部ループ・パワー制御コマンドは適切でない、請求項7に記載の方法。
- 前記可変しきい値への前記調整が前記第2のクォリティ・メトリック及び、最終のK番のコマンドの間前記内部ループにより作られる、連続的または非連続的な、該アップパワー制御コマンドの数に従って行われる、請求項7に記載の方法。
- 受信された情報の最終フレームに関する推定SIRが実質的に該可変しきい値より低い時に、前記内部ループ・パワー制御コマンドは適切でない、請求項7に記載の方法。
- もし受信された情報の最終フレームの検証検査が失敗すると、前記第2のクォリティ・メトリックが使用される、請求項7に記載の方法。
- 前記検証検査が巡回冗長検査(CRC)である、請求項11に記載の方法。
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