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

Description

【０００１】
【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（Ｎ_up）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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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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