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JP4685076B2 - 可変マルチレート通信方式の高速適応電力制御 - Google Patents

可変マルチレート通信方式の高速適応電力制御 Download PDF

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Description

この発明は無線通信方式の電力制御に関し、詳細には可変マルチレート通信方式用の高速適応電力制御方式および方法に関する。
無線通信システム用の電力制御方法は多々知られている。単一レートデータ方式、すなわち単一データ速度方式用の開ループ電力制御送信機方式の一例を図１に示す。単一レートデータ方式用の閉ループ電力制御送信機方式の一例を図２に示す。
これら方式の目的は、データが許容可能な品質で相手側で受信できるようにしながら送信機の電力を最小にするために、フェ―ジング伝搬チャンネルおよび時間的に変化する干渉のある中で送信機の電力を高速で変化させることである。ディジタル装置では例えばRF増幅器の利得を変えるのではなくディジタルデータに変化するスケール係数を適用することで送信機電力を変化させるのが普通である。
第三世代パートナーシッププロジェクト（３GPP（Third Generation Partnership Project））方式、時分割二重（TDD（Time Division Duplex））方式および周波数分割二重（FDD (Frequency Division Duplex)）方式のような現在の通信方式では送信のために可変データ速度データの複数のチャンネルが組み合わされる。図３および図４は従来の開ループおよび閉ループ電力制御送信方式を夫々示している。これら方式についての背景仕様データは、３GPP TS２５．２２３ｖ３．３．０、３GPP TS２５．２２２ｖ３．２．０、３GPP TS２５．２２４ｖ３．６およびARIB（Association of Radio Industries Businesses）による３Gマルチプルシステムバージョン１．０、リビジョン１．０用エアーインターフェースの巻３仕様に記されている。
可変マルチレート（複数データ速度）無線通信方式のそのような開ループおよび閉ループ電力制御方式はデータ速度の変化に対し比較的低速で応答し、そのためその性能は過剰送信機電力および受信信号品質低下に関しては最適でない。その最適化のため、データ速度変化に対し高速の電力制御適応方法および方式を提供することが望まれる。
この発明は、ユーザデータをデータ速度N(t)の多レート信号として処理しデータ速度N(t)のユーザデータ信号を送信用にさらに高速のデータ速度M(t)の送信データ信号に変換するようにした無線通信方式における送信機電力を制御する方法を提供するものである。送信電力は送信されたデータの受信機での受信データの品質に基づく比較的低いデータ速度基準に基づいて調整される。送信機電力は、ユーザデータ信号のデータ速度の変化または送信データ信号のデータ速度の変化がその変化に関連したデータ品質に基づく調整に先立って補償されるように、N(t)/M(t)の関数として算定される。好ましくは、選択されたデータビットを繰り返すことによりビット当たりエネルギー対雑音スペクトル密度比が送信データ信号内において増加するようにデータ速度N(t)のユーザデータ信号がさらに高いデータ速度M(t)の送信データ信号に変換される。
この方法はスケール係数が送信機電力の制御に適用される開ループまたは閉ループ電力制御方式に適用出来る。開ループまたは閉ループ方式の送信機でこの発明を実施する際に、好ましくは√Ｎ（ｔ）／Ｍ（ｔ）をスケール係数に用いる。
この方法は、送信機が基準信号、基準信号電力データ、干渉電力データ測定値および信号対干渉比（SIR）データ目標値を受信する開ループ電力制御方式に適用出来る。このSIRデータは比較的低速で収集された受信信号品質データに基づいている。送信機は受信基準信号を測定してその電力を算定し、受信した基準信号の電力データとその算定した基準信号電力に基づき通信経路損失を計算する。次に送信機は経路損失算出値、受信した干渉電力測定データ、SＩＲデータ目標値および√Ｎ（ｔ）／Ｍ（ｔ））に基づきスケール係数を計算する。
この方法はまた、送信機が受信機の発生したステップアップ/ダウンデータを利用しそのステップアップ／ダウンデータと√（Ｎ（ｔ）／Ｍ（ｔ））とに基づきスケール係数を算出するようになった閉ループ方式にも適用できる。好ましくは、ステップアップ/ダウンデータは、受信機が送信機から受信した信号の干渉電力データ測定値と少なくとも部分的に比較的低速で収集した受信信号品質データに基づく信号対干渉比（SIR）データ目標値とを組み合わせて発生する。データ速度の変動が生じた際にSIRデータ目標値を直ちに調整するように、好ましくは、比較的低速で集められた受信信号品質データに基づく公称SIRデータ目標値に係数√（Ｎ（ｔ）／Ｍ（ｔ））を乗算してSIRデータ目標値を算出する。
この発明はまたユーザデータをデータ速度N(t)の多レート信号として処理しデータ速度N(t)のユーザデータ信号を送信用にさらに高いデータ速度M(t)の送信データ信号に変換するようにした無線通信方式における送信機を提供するものである。この送信機の送信電力を、受信機での受信データの品質に基づき送信機電力にスケール係数を適用することにより比較的低速の基準で調整する。送信機は、ユーザデータ信号データ速度N(t)をデータ送信データ速度M(t)に上げるデータ信号変換器と、部分的に受信データの品質に関係して受信機の発生するデータに基づき送信電力のスケール係数を算出するプロセッサを含んでいる。このデータ信号データ速度変換器は、このプロセッサがN(t)/M(t)の関数として送信電力のスケール係数を計算しユーザデータ信号におけるデータ速度または送信データ信号のデータ速度の変化がその変化に関連した受信データ品質に基づく調整の前に補償されるようにそのプロセッサと関連動作する。
好ましくは、データ信号データ速度変換器は被選択データビットの繰返しによりビット当たりエネルギー対雑音スペクトル密度比が送信データ信号内において増加するようにデータ速度N(t)のユーザデータ信号を更に高いデータ速度M(t)の送信データ信号に変換する。
この送信機は開ループ電力制御方式の部分として構成できる。その場合、その送信機が受信機から、送信されたデータ、基準信号、基準信号電力データ、干渉電力データ測定値および比較的低速で収集した受信信号品質データに基づく信号対干渉比（SIR）データ目標値を受信する。その場合、送信機は受信基準信号の電力を測定する信号測定装置と受信した基準信号の電力データとその算定された基準信号電力に基づき通信経路損失を算出するための経路損失処理回路を含む。その送信機のプロセッサは経路損失計算値、受信した干渉電力測定データ、ＳＩＲデータ目標値および√Ｎ（ｔ）／Ｍ（ｔ））に基づき送信電力のスケール係数を算出する。
この送信機はまた、受信機からのステップアップ/ダウンデータを送信機で受信する閉ループ電力制御方式の部分として構成できる。その場合、送信機のプロセッサはそのステップアップ/ダウンデータと√（Ｎ（ｔ）／Ｍ（ｔ））とに基づきスケール係数を算出する。
この発明はまた、ユーザデータをデータ速度N(t)の多レート信号として処理し、データ速度N(t)のユーザデータ信号をそれより高いデータ速度M(t)の送信データ信号に変換し送信電力をステップアップ/ダウンデータに応じたスケール係数の適用により調整するようにした閉ループ送信電力制御方式を提供する。この方式は、データ速度M(t)の送信データ信号を受信しステップアップ/ダウンデータを発生する受信機を含んでいる。好ましくは、この受信機は受信した送信データのデータ速度M(t)を下げてデータ速度N(t)のユーザデータ信号を発生するデータ信号データ速度変換器と、ユーザデータ信号のデータ品質を測定するデータ品質測定装置と、ユーザデータ信号のデータ品質測定値に部分的に基づくステップアップ/ダウンデータを算出する回路装置とを有する。データ信号データ速度変換器は、その回路がＮ（ｔ）／Ｍ（ｔ）の関数としてステップアップ/ダウンデータを計算し、それによりユーザデータ信号のデータ速度の変化または送信データ信号のデータ速度の変化をその変化に関連したデータ品質ベースの調整の前に補償するようにその回路装置と関連動作する。
好ましくは、この方式は、選択されたデータビットを繰り返すことによりデータ速度N(t)のユーザデータ信号をそれよりも高いデータ速度M(t)の送信データ信号に変換し、それによりビット当たりエネルギー対雑音スペクトル密度比を送信データ信号において増大するようにするデータ信号データ速度変換器を有する送信機を含む。
好適な実施例においては、上記受信機はデータ速度M(t)の送信データ信号と共に受信した干渉信号の電力を測定するための干渉測定装置を有する。上記データ品質測定装置は比較的低速度で集めた受信データ品質のデータに基づき公称SIRデータ目標値を出力する。この受信機の回路装置は、データ速度の変化が生じた際にSIRデータ目標値を直ちに調整するように、信号送信機からの信号の干渉電力データ測定値と公称SIRデータ目標値および係数N(t)/M(t)の乗算により算出した信号対干渉比SIRデータ目標値との合成によりステップアップ/ダウンデータを計算する。
上記以外の目的および利点は次に述べる本発明の現在のところ好適である実施例の説明に基づき当業者には明かとなるであろう。
本発明によれば、過剰送信機電力および受信信号品質低下の最適化のため、データ速度変化に対し高速の電力制御が可能になる。
３GPPなどの無線方式の従来の電力制御方法はいわゆる内ループと外ループを利用している。その電力制御方式は、内ループが開ループであるか閉ループであるかによって開ループまたは閉ループと呼ばれている。いずれの形式の方式でも外ループは閉ループである。
「送信」通信局１０と「受信」通信局３０とを有する開ループ電力制御方式の関連する部分を図１に示す。局１０と３０はともに送受信局である。一般にその一方は基地局であり、他方はユーザ装置UEである。説明を明確にするため選ばれた構成要素のみを図示している。
送信局１０はユーザデータ信号を送信するためのデータ線１２を有する送信機１１を含む。ユーザデータ信号はプロセッサ１５の出力１３からの送信電力スケール係数を適用することにより送信電力レベルを調整して所望の電力レベルにされている。ユーザデータは送信機１１のアンテナシステム１４から送信される。
送信データを含む無線信号２０は受信アンテナシステム３１を介して受信局３０で受信される。この受信アンテナシステムはまた受信データの品質に影響する干渉無線信号２１を受信する。受信局３０は受信信号を受け干渉電力データ測定値を出力する干渉電力測定装置３２を含む。受信局３０はまた、受信信号を受けデータ品質信号を発生するデータ品質測定装置３４を有する。データ品質測定装置３４は処理装置３６に接続する。この処理装置３６は信号品質データを受け、その入力３７からのユーザが決める品質基準パラメータに基づき信号対干渉比（SIR）データ目標値を計算する。
受信局３０もまた干渉電力測定装置３２とSIR目標値発生プロセッサ３８に接続した送信機３８を有する。受信局の送信機３８も夫々ユーザデータ、基準信号および基準信号の送信電力データ用の入力４０，４１および４２を有する。受信局３０はそのユーザデータと制御に関するデータおよび基準信号とを関連のアンテナシステム３９を介して送信する。
送信局１０は受信機１６とそれに関連するアンテナシステム３９を有する。送信局の受信機１６は受信局のユーザデータ４４と受信局３０で発生した制御信号およびデータ４５を含む、受信局３０から送信された無線信号を受信する。
送信局のプロセッサ１５は送信局の受信機１６と協働して送信電力のスケール係数を計算する。送信機１１は、経路損失計算回路１９と協働して受信した基準信号電力を測定する装置１８を有する。
送信電力スケール係数を計算するために、プロセッサ１５は受信局のSIR目標値発生プロセッサ３６で発生されたSIRデータ目標値用のSIR目標値データ入力２２、受信局の干渉電力測定装置３２で発生された干渉データ用の干渉電力データ入力２３および経路損失計算回路１９の出力である経路損失データ入力２４からデータを受ける。経路損失信号は、受信局３０から発生する基準信号の送信電力データ用の基準信号送信電力データ入力２５と送信機１１の基準信号電力測定装置１８の出力用の測定基準信号電力入力２６からのデータに基づき経路損失計算回路１９によって発生される。基準信号測定装置１８は送信局の受信機１６と協働して受信局の送信機３８から入る基準信号の電力を測定する。好ましくは、経路損失計算回路１９は入力２５の既知の基準電力信号強度と入力２６の測定された受信電力強度との差に基づき経路損失を算定する。
干渉電力データ、基準信号電力データおよびSIR目標値の値は伝搬チャンネルおよび干渉の時間変化より十分低い速度で送信局１０に送られる。この「内」ループはインターフェース測定値に依存するこのシステムの部分である。所要最小送信機電力推算値を示すこの伝搬チャンネルおよび干渉の時間変化に匹敵する速度でのアルゴリズムへの帰還は存在しないので、この方式は「開ループ」とみなすことが出来る。所要送信電力レベルが急激に変化する場合は、この方式はその変化に応答して十分に高速にスケール係数を調整することはできない。
図１の開ループ電力制御方式の外ループについては、受信局３０において受信データの品質を測定装置３４で評価する。ディジタルデータの品質についての典型的な測定基準はビット誤り率とブロック誤り率である。これら測定基準の計算には伝搬チャンネルおよび干渉の時間変化の期間より十分長い時間にわたり累積したデータが必要である。任意の測定基準についてはその測定基準とSIR受信値との間に理論的な関係がある。受信局に測定基準を評価するに十分なデータが累積されると、プロセッサ３６においてそれを計算し所要の測定基準（所要のサービス品質を表す）と比較し、更新ずみのSIR目標値を発生する。更新されたSIR目標値は、送信機の内ループに適用すると測定基準測定値を所要の値に収斂させる値（理論値）である。最後にこの更新されたSIR目標値を受信局の送信機３８および送信局の受信機１６を通じて送信機１１に送りその内ループで使用する。SIR目標値の更新の頻度は、電力制御された送信機へのシグナリングの頻度に対する品質の統計的且限界および実際的限界の累算に必要な時間に左右される。
図２は送信局５０と閉ループ電力制御方式を用いる受信局７０とを含む通信方式を示す。
送信局５０は送信用のユーザデータ信号を送るデータ線５２を有する送信機５１を含む。ユーザデータ信号の電力レベルはプロセッサ５５の出力５３からの送信電力スケール係数を与えることにより調整される所望のレベルとなっている。ユーザデータは送信機５１のアンテナシステム５４から送信される。
送信データを含む無線信号６０は受信アンテナシステム７１を介して受信局７０で受信される。受信アンテナシステム７１は受信データに影響する干渉無線信号６１も受信する。受信局７０は受信した信号を受ける干渉電力測定装置７２を含み、この測定装置７２がSIRデータ測定値を出力する。受信局７０はさらに受信信号を受けるデータ品質測定装置７４を含み、この測定装置７４がデータ品質信号を発生する。データ品質測定装置７４はプロセッサ７６に接続され、このプロセッサ７６が信号品質データを受け、入力７５からのユーザ画定品質標準パラメータに基づき信号対干渉比（SIR）目標値データを算出する。
好ましくは減算器から成る合成器７６は減算により装置７２からのSIRデータ測定値とプロセッサ７４からのSIR目標値データ算出値とを比較し、SIR誤差信号を出力する。合成器７６からのSIR誤差信号を処理回路７７に送り、それに基づき処理回路７７がステップアップ/ダウンコマンドを発生する。
受信局７０はさらにこの処理回路７７に接続した送信機７８を有する。受信局の送信機７８はユーザデータ用の入力８０を有する。受信局７０はそのユーザデータと制御に関連するデータを関連のアンテナシステム７９から送信する。
送信局５０は受信機５６と受信アンテナシステム５７を有する。送信局の受信機５６は、受信局のユーザデータ８４と受信局の発生した制御データ８５とを含む受信局７０からの無線信号を受信する。
送信局のスケール係数プロセッサ５５は送信局の受信機１６に接続する入力５８を有する。プロセッサ５５は入力５８から入るアップ/ダウンコマンド信号を受け、それに基づき送信電力スケール係数を計算する。
閉ループ電力制御方式の内ループに関しては、送信局の送信機５１が受信局７０の発生した高速の「ステップアップ」および「ステップダウン」コマンドに基づきその電力を設定する。受信局７０において、受信データのSIRを測定装置７２が測定しその測定値を合成器７６によりプロセッサ７４で発生したSIR目標値と比較する。SIR目標値はデータがその値で受信された場合に所望のサービス品質となる値(理論値)である。受信したSIR測定値がSIR目標値より小さい場合は処理回路７７により「ステップダウン」コマンドを受信局の送信機７８および送信局の受信機５６経由で送信局の送信機５１に送り、そうでない場合は「ステップアップ」コマンドを送る。伝搬チャンネルおよび干渉の時間変化に実時間で応答する「ステップアップ」および「ステップダウン」コマンドの高速帰還があるのでこの電力制御方式は「閉ループ」とみなすことができる。時間的に変化する干渉および伝搬により所要送信電力レベルが変化する場合は、この方式は速やかにそれに応答し、それにしたがって送信電力を調整する。
この閉ループ電力制御方式の外ループに関しては、受信データの品質を受信局７０の測定装置７３で評価する。ディジタルデータ品質についての通常の測定基準はビット誤り率とブロック誤り率である。これら測定基準の計算には伝搬チャンネルおよび干渉の時間変化の期間より十分長い時間にわたり累積されたデータが必要である。与えられた任意の測定基準についてはその測定基準と受信SIRと間に理論的な関係がある。測定基準を評価するに十分なデータが受信局に累積されると、プロセッサ７４においてそれが計算され所要の測定基準（所要のサービス品質を表す）と比較され、更新ずみのSIR目標値が発生される。更新ずみのSIR目標値は、送信機の内ループに適用すると測定基準測定値を所要の値に収斂させる値（理論値）である。次ぎにこの更新ずみのSIR目標値を受信局の電力スケール計数発生プロセッサ５５に送り、送信機５１の電力制御用ステップアップ/ダウンコマンドの方向の決定のために内ループで使用する。
図１と図２は単一データ速度のデータ伝送用の電力制御方式を示している。しかしながら、ディジタル通信方式では、データは与えられたビットデータ速度および与えられたブロックサイズ、あるいは与えられたブロック当たりのビット数および与えられたブロックデータ速度をもってブロック単位に処理することが出来る。例えば３GPP FDDやTDDシステムなどのこの種のシステムでは、その通信方式内で与えられた時点に二以上のデータ速度が存在し得るのであり、そのようなデータ速度は時々刻々変り得る。図３は開ループ電力制御方式の変形を示し、図４は可変データ速度を有する多データチャンネルを用いて通信を行なう無線方式用の閉ループ電力制御方式の変形を示す。
多チャンネル可変データ速度データ伝送に適応するように図１の開ループ電力制御方式は図３に示すとおり、送信局１０にアップコンバータ２７を備え、受信局３０にダウンコンバータ４７を備えている。
伝送用のユーザデータをデータ速度N(t)の信号に組み込む。速度M(t)の送信データ信号を搬送する出力２８を有するデータアップコンバータ２７により、データ速度N(t)のデータストリームをそれより高いデータ速度M(t)のデータストリームに変換する。
受信局３０で受信したデータ速度M(t)のユーザデータ信号を変換器４７により元のデータ速度N(t)にダウンコンバートする。干渉電力測定装置３２はデータ速度M(t)で受信した信号の干渉電力を測定する。データ品質測定装置３４は変換器４７の下流でユーザデータ経路に接続され、そのデータをN(t)にダウンコンバートした後のそのデータの品質を測定する。
多チャンネル可変データ速度データ伝送に適応するように図２の閉ループ電力制御方式は、図４に示すとおり、送信局５０にアップコンバータ６７を備え、受信局７０にダウンコンバータ８７を備える。伝送用のユーザデータをデータ速度N(t)の信号に組み込む。データ速度M(t)の送信データ信号を搬送する出力６８を有するデータアップコンバータ６７により、データ速度N(t)のデータストリームをそれより高いデータ速度M(t)のデータストリームに変換する。
受信局７０で受信したデータ速度M(t)のユーザデータ信号を変換器８７により元のデータ速度N(t)にダウンコンバートする。干渉電力測定装置７２はデータ速度M(t)で受信した信号の干渉電力を測定する。データ品質測定装置７３は変換器８７の下流でユーザデータ経路に接続され、そのデータをN(t)にダウンコンバートした後のそのデータの品質を測定する。
これら二種類の多チャンネル可変データ速度方式の両方において、受信局の受信機３０，７０への送信用の送信機１１，５１に入力するユーザデータのデータ速度はN(t)であり、その受信機から出力されるユーザデータのデータ速度も同じである。データ速度N(t)は、共通のベアラを通じた伝送のために多重化した互いに異なるデータチャンネルのいくつかのデータ速度の複合であり得る。このNが（ｔ）の関数であるということは、そのデータ速度が変動し得ること、すなわち時間の経過と共にまたはブロックごとに異なることを示している。この変動は、パケットサービスの場合に通常そうであるように、データチャンネルの付加や削除および現行のチャンネルにおける実際のデータ速度の変動などによるものである。
また図３および図４に示す上記の両方式では、データ速度は送信データ経路においてN(t)からM(t)に変わり受信局においてN(t)に戻される。データ速度N(t)はユーザデータ速度であり、データ速度M(t)は送信中のデータ速度である。両者は互いにまったく独立している。
例えば３GPP TDD方式においては、M(t)は与えられた数のタイムスロットおよび与えられた拡散率の直交可変拡散率符号における１０msec.フレーム当たりのビット数である。Mが（ｔ）の関数であるということはそのデータ速度が変化し得ること、すなわち時間により異なること、より詳しくいうと、フレームごとに異なることを示している。変化するMは拡散率やフレーム当たりの使用物理チャンネル数などを変化させることと等価であり、変化するNは１以上のトランスポートチャンネルにおけるデータ速度の変化と等価である。データ速度M(t)は１０msecのフレーム当たりのNdata,jビットと等価であり、N(t)はTFCjが有効なとき期間ｔにおいて１０msecフレーム当たり
Figure 0004685076
ビットと等価である。ここで３GPPに定義されているように、
Nij TrCHiとトランスポートフォーマットコンビネーションｊとのデータ速度整合前の無線フレームのビット数。
RMi 上位層からシグナリングされるTrCHiについての半静的伝送速度整合属性。
PL 物理的チャンネルの数を最小にするために加えるパンクの量を制限する値を有し、上位層からシグナリングされるパンク限界。
Ndataj トランスポートフォーマットコンビネーションｊの無線フレームにおける符号化複合TrCHに振り向けられるビットの総数。
TFi(j) トランスポートフォーマットコンビネーションｊについてのTrCHiのトランスポートフォーマット。
TB トランスポートブロックであって、L１とMACとの間で交換される基本データ単位として定義される。トランスポートブロックの等価用語は「MACPDU」である。
TBS トランスポートブロックセットであって、同一のトランスポートを用いて同一時刻に層L１とMACとの間で交換される一セットのトランスポートブロックとして定義される。
TrCH トランスポートチャンネルであって、同等の層L1間のデータトランスポートのために物理層より層L2に提供されチャンネル。エンテイテイが記されている。
TF トランスポートフォーマットであって、トランスポートチャンネルでのトランスミッションタイムインターバルにおいてトランスポートブロックセットのデリバリー用に層L1からMACに提供されるフォーマットとして定義される。このトランスポートフォーマットは二つの部分からなり、一は動的部分、二は半静的部分である。
TFC トランスポートフォーマットコンビネーションであって、すべてのトランスポートチャンネルの、すなわち各トランスポートチャンネルからの一つのトランスポートフォーマットを含む現用トランスポートフォーマットの組み合わせとして定義される。
TFCSトランスポートフォーマットコンビネーションセットであって、１セットのトランスポートフォーマットコンビネーションとして定義される。
MACメディアムアクセスコントロールであって、論理チャンネルでの否定データ転送サービスとトランスポートチャンネルへのアクセスを与える無線インターフェース層L2のサブレイヤーである。
PDU プロトコルデータユニットであって、（N）−プロトコル層に特定され、（N）-プロトコル制御情報と（N）−ユーザデータとからなるデータの単位である。
データ速度N(t)からデータ速度M(t)への変換は送信局１０，５０のコンバータ２６，６７で行なわれ、これは係数M(t)/N(t)によるアップコンバージョンである。データ速度M(t)からデータ速度N(t)への変換は受信局３０，７０のコンバータ４７，８７で行なわれ、これは係数N(t)/M(t)によるダウンコンバージョンで
ある。
図３と図４に示す方式では、データ速度M(t)はデータ速度N(t)よりも高いものとしている。これはよく考えた末のものである。その変換がこの発明の目的であるが、データ速度アップ変換の予期しない効果は後述の送信機における繰り返しによるデータ速度のアップ変換の場合にのみ生じる。この効果はN(t)=M(t)では起きず、N(t)>M(t)ではその効果は異なっていてこの発明の主題ではない。
データ速度のアップ変換は繰り返し、すなわち速度Nのブロックの選ばれたビットを速度Mのブロックと同じビット数になるまで繰り返すことによって行なわれ、繰り返しによるダウン変換は受信繰返し「ソフト」ビットの数値的合成により行なう。繰り返しによるアップ変換の例を図５に示しており、Biはデータ速度を６ビット/ブロックから８ビット/ブロックに増加する場合についての入力シーケンスにおけるi番目の「ハード」ビット、すなわち±１、である。この例では、２個のビット、２と５、が繰り返されてブロックのサイズを６から８に変えている。図６はｂi+njは「ソフト」ビット、すなわち、８個の「ソフト」ビットから成る入力でのダウン変換プロセスにおいて受信機における時刻ｊでの送信ビットBiと雑音成分ｎｊの和のディジタルサンプルを示している。受信された「ソフト」ビット２と３は数値的に加算されて元のビット２と３のスケーリングされたものであり、同様に受信された「ソフト」ビット６と７も数値的に加算されて元のビット５のスケーリングされたものを作っている。
この例での繰返し特定ビットは繰り返しビットの均一な分布を表し、これはインターリーバとの関係において３GPP方式で用いられる特別なスキームである。しかしながら、繰り返しのためのビットの選択は本発明に深く関係する。
データ速度変換の上記の方法は３GPP TDDおよびFDD方式で用いられる繰り返し機能を用いる、所謂「データ速度整合」の一要素である。これは、ダミービット（例えば２ビット）を送信してデータ速度を変更する単純な方法と比べ、元の短いブロックと送信される長いブロックとのエネルギーの差が、信号品質の改善のために使えるという利点を有する。すなわち、この例では受信したビット２と５のエネルギー対ビット雑音スペクトル密度比（Eb/No）は他の受信したビットの２倍である。従って、ビットの繰り返しではなく２個のダミービットを送信する品質基準を持つものに比べると受信データのビット誤り率およびブロック誤り率の全体的な改善が得られる。６単位のエネルギーだけで十分なデータの伝送に８単位のエネルギーを使うのはもちろんである。その結果、意図しないものの結
果的に増大した送信エネルギーの効果と受信データ品質の改善効果がある。
可変マルチデータ速度データの図３および図４に示す開ループおよび閉ループ電力制御方式は単一速度データについての図１および図２のものと実質的に同じである。図３および図４は３GPP TDD通信方式についての開ループおよび閉ループ電力制御方式を示す。しかしながら、これら開ループおよび閉ループ電力制御方式は可変多速度データについてのデータ速度変化の効果を得るに際しては最適ではない。
安定状態においてN(t)がM(t)に等しくフェ―ディングチャンネルの変化または
可変干渉を無視する図３の開ループ方式では、SIR目標値が静止点に設定されて所望のデータ品質を得ている。この条件は図１の単一データ速度の例と等価である。しかしながら、多チャンネル可変データ速度方式では、ｔ、NまたはMが変化する場合がある。上述のようにデータの品質基準測定値の改善を得るには実際に必要なエネルギーより多くのエネルギーが送信される。比較的低いデータ速度で動作する外ループは結局改善された信号品質を検出し、次ぎに内ループについてのSIR目標値を下げて送信機電力を下げることで高すぎる信号品質として認識されるものを補償する。一方、送信機１１はデータ（所要品質で受信されるべきデータ）を送信するに実際に必要なエネルギーより大きいエネルギーを用いている。開ループ電力制御の送信局が電池駆動の移動装置である場合（３GPP方式の場
合）、不必要な電池電力が消費されてしまう。
可変多データ速度データ用の開ループ電力制御にこの発明を適用した場合を、対応の構成要素を図３と同じ参照数字で示す図７に示す。図７に示すとおり、送信局の変換器２７はスケール係数発生プロセッサ１５に接続した入力２９を有する。この変換器は送信電力スケール係数の計算における係数としてその入力２９経由でプロセッサ１５に√（Ｎ（ｔ）／Ｍ（ｔ））と等価の信号を供給する。従って、修正ずみのスケール係数を送信データに適用する際には、直ちにＮ（ｔ）またはＭ（ｔ）のデータ速度変化を補償するように送信電力を
Ｎ（ｔ）／Ｍ（ｔ）
の係数で調整する。
この修正ずみのスケール係数を、式１から導かれる送信電力設定用の慣用のスケール係数と同様に適用する。
PTS = SIRTARGET + IRS + α(L ? L0) + L0 + 定数 式１
ここで加法項はｄBで表される乗算係数である。実際にはスケール係数を発生する際に用いられる付加係数は上式の他の項となり、上式は式２のようになる。
PTS = SIRTARGET + IRS + α(L ? L0) + L0 + 定数 + N(t)/M(t) 式2
ここで、
PTSは送信局の送信電力レベル（ｄB）である。
SIRTARGETは受信局で定まる。
IRSは受信局での干渉電力レベルである。
Lは経路損が判断された直近の時間スロットについての経路損推算値（ｄB）である。
L0は経路損の長期間平均値（ｄB）であって、経路損推算値Lの動作中平均値である。
定数は修正項である。この定数はアップリンク利得とダウンリンク利得の差を補償するなどの目的で、アップリンクチャンネルとダウンリンクチャンネルの差を修正するものである。さらに、この定数は、実際の送信電力ではなく受信局の送信電力基準レベルでの送信が行なわれた場合にそれを修正するものである。
αは経路損推算値の品質の目安である重み付け値であって、好ましくは最後の経路損推算の時間スロットと送信局により送信された通信の最初の時間スロットとの間の時間スロットの数に基づいている。αは０と１の間の値である。一般に、時間スロット間の時間差が小さい場合は、直近の経路損推算値は極めて正確であり、αは１に近い値に設定される。他方、その時間差が大きいときは経路損推算値は正確でなく、経路損のより良い推算値には長期間の平均経路損測定が望ましい。従って、αは１により近い値に設定される。式３および式４はαを決定するための式である。
α = 1 ? (D - 1)/(Dmax ?1) 式３
α = max{1 ? (D - 1)/(Dmax-allowed ?1), 0} 式4
ここでDは最終経路損推算値の時間スロットと送信された通信信号の最初の時間スロットとの間となる時間スロットの数であって、時間スロット遅延と呼ばれている。この遅延が時間スロット１個分であれば、αは１である。Dmaxは可能な遅延の最大値である。１５個の時間スロットを有するフレームについての通常の値は７である。遅延がDmaxであれば、αは０である。Dmax-allowedは開ループ電力制御を用いるための最大許容時間スロット遅延である。遅延がDmax-allowedを越えると開ループ電力制御はα＝０に設定することでオフ状態になる。
データ速度N(t)とM(t)は時々刻々変化するので、図７に示すこの発明の方式は、データ速度の変化を補償するための外ループにより定まる修正ずみのSIR目標値を待つのではなく、所要の電力の変化を補償する。このようにして、開ループ電力制御のためにこの発明はデータ速度の変化により過剰な電力で送信信号が送信される時間を実質的に推算する。
フェ―ディングチャンネルの変化或いは可変の干渉を無視し、安定状態においてN(t)がM(t)に等しい図４の閉ループ方式に関しては、SIR目標値は所望のデータ品質が得られる静止点に置かれる。これは図２の単一データ速度の方式と等価である。しかしながら、可変多データ速度ではある時刻ｔにおいてNそしてまたはMが変化する。上述のように、これはデータ品質基準測定値に改善をもたらすが、実際に必要なエネルギーより大きなエネルギーで送信がおこなわれる。しかしながら、繰り返されるビット毎のEb／No(またはSIR)における余計なものを増加させるダウン変換の前にSIRの測定が行なわれるので、測定されたSIRはNとMの変化によって変化することはない。外ループは短い期間比較的低速で動作するから、送信機に返送される電力制御コマンドはもはや正確ではない。しかしながら、外ループは改善後の信号品質を検出し高すぎる信号品質と認識されるものを補償するために内ループ用の低いSIR目標値を算出する。それが生じると、この低すぎるSIR目標値はステップアップ/ダウンの決定を下向きにし、送信機電力を減少させる。これにより、受信機に所要より低い信号品質がもたらされる。外ループはより高いSIR目標値で劣化した信号品質に応答しそしてこの方式は安定状態で正しい電力レベルに収束させる。そのときまで受信された信号は劣化することになる。
図８は可変マルチデータ速度データ用の閉ループ電力制御方式に適用したこの発明を示しており、対応の構成要素は図４と同じ参照数字で示してある。送信局５０の送信機５１において、変換器６７はスケール係数発生プロセッサ５５に接続した入力６９を有する。この変換器は、出力５３経由でプロセッサ５５から出力されるスケール係数が図７の開ループ方式に関連して述べたとおりＮ（ｔ）／Ｍ（ｔ）の関数になるように√（Ｎ（ｔ）／Ｍ（ｔ））と等価な信号を出力する。
受信機において、変換器８７は好ましくは乗算器で構成した合成器８８にN(t)/M(t)と等価な信号を出力する。SIR目標値プロセッサ７４の出力は合成器８８に入力する。合成器８８は変換器８７からの速度変更データとプロセッサ７４からのSIR目標値データを合成し、合成器７６に調整ずみのSIR目標値を出力する。
この構成によりプロセッサ７４は公称SIR目標値を出力する。信号品質測定値で定まる公称SIR目標値に係数N(t)/M(t)を適用することで、より高速の応答がデータ速度の変化による受信電力の変化の補償または調整のためになされる。
データ速度N(t)とM(t)は時々刻々変化するので、図８の方式は、データ速度の変化の補償のために外ループを待つのではなく、送信機での所要電力の変化および受信機での所要電力強度の変化を速やかに補償する。このようにして、図８のクローズドル−プ電力制御方式において、受信信号がデータ速度変化により許容品質より低い状態で受信される時間を短くする。
送信局および受信局内で種々の構成要素を互いに別々のものとしてＵＥに説明してきたが、種々の要素は組み合わせできることは当業者には明らかであろう。例えば、図８の方式における合成器８８はプロセッサ７４と同一のプロセッサとして具体化できる。上記以外のこの発明の改変および変形は当業者には明らかである。
単一データ速度無線通信用の従来秘術による開ループ電力制御方式の概略図。 単一データ速度無線通信用の従来秘術による閉ループ電力制御方式の概略図。 可変多データ速度無線通信用の従来技術による開ループ電力制御方式の概略図。 可変多データ速度無線通信用の従来技術による閉ループ電力制御方式の概略図。 繰り返しを用いるブロック当たり６から８ビットへのデータ速度アップ変換のブロック図。 ブロック当たり８から６ビットのデータ速度ダウン変換のブロック図。 発明による可変多データ速度無線通信用の高速適応開ループ電力制御方式の概略図。 発明による可変多データ速度無線通信用の高速適応閉ループ電力制御方式の概略図。
符号の説明
１０ 開ループ電力制御送信局
５０ 閉ループ電力制御送信局
３０，７０ 受信局
１６，５６ 受信機
３８，７８ 送信機
１４，１７，３１，３９，５４，５７、７１，７９ アンテナシステム
１５，５５ 送信電力スケール係数計算装置
１８ 基準信号電力測定装置
１９ 経路損失計算装置
２７，６７ ステップアップ変換器
４７，８７ ステップダウン変換器
３２ 干渉電力測定装置
３４，７３ データ品質測定装置
３６、７４ SIR目標値計算装置
４０ ユーザデータ線
７４ 公称SIR目標値計算装置
７６，８８ 合成器

Claims (11)

  1. 時間関数である第１データ信号速度の可変速度信号として処理されるユーザデータに対する閉ループ送信電力制御を有する無線通信システム用の受信局であって、前記第１データ信号速度のユーザデータ信号が伝送に際して前記第１データ信号速度よりも速い第２データ信号速度の伝送データ信号に変換され、送信電力がセットアップ／ダウンに応答してスケール係数を適用することにより調整される受信局であり、
    送信局からの前記第２データ信号速度の伝送データ信号を受信し、前記送信局用の前記セットアップ／ダウンコマンドを生成する受信器であって、
    受信した伝送データの前記第２データ信号速度を減じて前記第１データ信号速度のユーザデータ信号を生成するデータ信号速度変換器と、
    前記ユーザデータ信号のデータ品質を測定するデータ品質測定装置と、
    前記ユーザデータ信号のデータ品質の測定結果に基づきセットアップ／ダウンコマンドを計算する回路と、
    を備えた受信器
    を備え、伝送データ信号の前記第１データ信号速度又は第２データ信号速度の変化がデータ速度変化に関連したデータ品質に基づく調整に先立って補償される第１及び第２データ信号速度の関数として、前記回路がセットアップ／ダウンコマンドを計算するように前記回路と関連する前記データ信号速度変換器が速度データを提供することを特徴とする受信局。
  2. 前記受信器は、
    前記第２データ信号速度の伝送データ信号とともに受信した干渉信号の電力を測定する干渉電力測定装置と、
    集められた受信したデータ品質データに基づき、目標ＳＩＲデータを出力する前記データ品質測定装置と関連付けられた処理装置と、
    を備え、前記回路は、目標信号を含む前記受信信号の測定された干渉電力データを、前記目標ＳＩＲデータがデータ速度の変化が生じたときに調整されるように、目標ＳＩＲデータに速度係数を掛けることにより計算された干渉率ＳＩＲデータと組み合わせることによって前記セットアップ／ダウンコマンドを計算することを特徴とする請求項１に記載の受信局。
  3. 雑音スペクトル密度比に対する単位ビット当たりの電力が伝送される伝送データ信号において増加する選択されたデータビットの反復により、前記第１データ信号速度のユーザデータ信号を第２データ信号速度の伝送データ信号に変換するデータ信号変換器を有する送信器をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載の受信局。
  4. 前記送信局から前記第１及び第２データ信号速度で受信したセットアップ／ダウンコマンドの関数としてスケール係数を計算する処理装置を有する送信器をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の受信局。
  5. 前記データ信号速度変換器は、反復データビットを加算して、受信した伝送データの第２データ信号速度を減じて、第１データ信号速度のユーザデータ信号を生成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の受信局。
  6. 前記送信局としての無線ネットワークの基地局と通信する請求項１乃至５のいずれかに記載された受信局を備えたことを特徴とするユーザ装置。
  7. 前記送信局としてのユーザ装置と通信する請求項１乃至５のいずれかに記載の受信局を備えたことを特徴とする無線ネットワークの基地局。
  8. 時間関数である第１データ信号速度のユーザデータが可変速度信号として処理される無線通信システム用の送信電力制御装置を有する送信局であって、前記第１データ信号速度のユーザデータ信号が伝送に際して前記第１データ信号速度よりも速い第２データ信号速度の伝送データ信号に変換され、送信電力がセットアップ／ダウンに応答してスケール係数を適用することにより調整される送信局であり、
    前記第１及び第２データ信号速度の関数としてスケール係数を計算する処理装置と、
    前記第１データ信号速度のユーザデータ信号を前記第２データ信号速度の伝送データ信号に変換するデータ信号速度変換器と、
    伝送の際に計算されたスケール係数と伝送データ信号を結合する結合器と、
    を含む送信器を備えたことを特徴とする送信局。
  9. 雑音スペクトル密度比に対する単位ビット当たりの電力が、伝送される伝送データ信号において増加する選択されたデータビットの反復により、前記送信局が送信している受信局から受信したセットアップ／ダウンコマンドに基づくスケール係数を計算する送信器を備え、前記データ信号速度変換器が、前記第１のデータ信号速度のユーザデータ信号から前記第２データ信号速度の伝送データ信号に変換することを特徴とする請求項８に記載の送信局。
  10. 前記受信局としての無線ネットワークの基地局と通信する請求項８又は９に記載の送信局を備えたことを特徴とするユーザ装置。
  11. 前記受信局としてのユーザ装置と通信する請求項８又は９に記載の送信局を備えたことを特徴とする無線ネットワークの基地局。
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