(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信部及び送信部を有する無線伝送システムにおける送信電力制御方法であって、所定の送信電力によって送信され、前記受信部において計測された受信誤り率推定値と受信信号強度とを前記送信部が受信し、前記受信誤り率推定値と、前記受信信号強度との相関分布を作成し、その後の送受信において、前記相関分布における受信誤り率推定値の極小値を探索し、前記受信誤り率推定値の極小値に対応する受信信号強度よりも大きい受信信号強度の場合には、前記送信電力を低減するように制御し、相関分布の作成において、前記受信信号強度を所定の閾値と比較し、前記受信信号強度が前記閾値以上の場合のみ前記相関分布の作成に組み入れることを特徴とする送信電力制御方法。
【請求項２】
前記受信部においてチャネルデコーダの誤り訂正処理のパスメトリック値を前記受信誤り率推定値の代わりとして前記相関分布に用いることを特徴とする請求項１に記載の送信電力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話や無線ＬＡＮをはじめとする無線伝送システムにおけるクローズドループ送信電力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線伝送技術は、信号配線の煩わしさを解放することから、情報通信機器のネットワーク機能には欠かせない技術となっている。無線伝送技術は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎなどの無線ＬＡＮ機器のみならず、ユビキタスネットワークの実現に向けた無線パーソナルエリアネットワークなども盛んに研究されている。こういった無線伝送は、今後もディジタル信号技術の進展により、高精細な映像データや大容量データをやりとりするために、無線伝送機器にはますます高ビットレート化が求められると予測される。
【０００３】
一般的に、電波の空間伝搬の特性から、電波の強度は伝搬距離に応じて減衰する。伝搬距離による損失はパスロスと呼ばれている。パスロスは、伝搬距離が遠ければ受信信号の強度は弱くなる。そのため、距離によって大きく変動する受信レベルを適正レベルで受信するには、受信電力に応じた送信電力の増減や、ＡＧＣによる受信信号の正規化の措置が取り入れられている。パスロスに応じた送信電力の最適化の問題は、遠近問題として知られており、移動体通信の分野ではセル内の干渉低減としても欠かせない技術となっている。
【０００４】
この遠近問題を回避する技術として例えばクローズドループ型送信電力制御方法がある。この方法では下り回線の逆拡散結果による信号対干渉比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）ＳＩＲ測定値に基づいて、上り回線の送信電力制御データを決定する。ここでのＳｉｇｎａｌとは逆拡散後の所望波の受信電力、Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅとは逆拡散後の干渉波の電力を示すことで、ＣＤＭＡ通信における受信尤度を示す指標の一つである。そして、受信ＳＩＲ測定値は、予め与えられている基準ＳＩＲとの比較が行われ、受信ＳＩＲ測定値が低かった場合は基地局の送信電力を上げるように指示する送信電力制御ビットが生成され、受信ＳＩＲ測定値が高かった場合は送信電力を下げるように指示するコマンド（送信電力制御ビット）が生成される。そして、この送信電力制御ビットは、上り回線の送信電力制御データとして埋め込まれて上り回線で送信される。基地局では、上り回線で基地局に送られた送信電力制御ビットに応じて、次のスロットで送信される下り回線の送信電力を制御する。ここで述べた代表的なクローズドループ型送信電力制御方法は、たとえば（特許文献１）で述べられている。
【０００５】
しかし、無線ＬＡＮや、今後普及が予想される携帯電話向けのフェムトセルなど、屋内で用いられ、送信機と受信機がともに屋内に設置される無線伝送機器では、設置ケース次第では伝搬距離が極端に短くなることが考えられる。この場合、パスロスが小さくなり、受信レベルが過剰となる。また、受信ダイナミックレンジの狭い安価な受信ＡＧＣでは、過剰な受信レベルによって受信ＡＧＣが飽和することで振幅正規化が正しく行えず、歪みを生じる。その結果、復調時にビット誤りを生じて、データのスループットが落ちる問題があった。
【０００６】
この問題を回避する先行技術としては、例えば（特許文献２）に記載の送信電力制御技術がある。これによれば、受信機では受信レベルと受信品質を測定しており、受信レベルが高くかつ受信品質が良好でない場合は、送信機に対して受信レベルを下げるよう指示することで、過剰な受信レベルの状態を回避している。しかしながら、（特許文献２）に記載の送信電力制御であっても、極端にパスロスが小さく受信ＡＧＣの飽和などの原因で正常に利得制御できないケースでは、正しい受信振幅が得られなくなるため受信信号強度（RSSI値）を正しく測定できなくなる。その結果、受信尤度は低下しても、送信電力制御を正しく絞る方向に制御することができず、受信機から送信機に対して送信レベルを下げる指示が正常に動作しない問題があった。すなわち、図３に示すようにスループットv.s. 伝搬距離の特性をとれば、比較的近距離である領域IIでスループットが劣化してしまう問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３０８７８７号公報
【特許文献２】特開２００６−５０２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、送受信の伝播距離の短い領域（図３の領域II）の劣化を解消することを目的とする。すなわち、受信部が過大入力によって線形増幅器が飽和し受信レベルが正確に測れない、あるいは、そのために報告値などが過小報告される等の問題点を解決し、近接の見通しできる送受信でも受信機のオーバレンジによる影響を受けない無線伝送装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の送信電力制御方法は、受信部及び送信部を有する無線伝送システムにおける送信電力制御方法であって、所定の送信電力によって送信され、前記受信部において計測された受信誤り率推定値と受信信号強度とを前記送信部が受信し、前記受信誤り率推定値と、前記受信信号強度との相関分布を作成し、その後の送受信において、前記相関分布における受信誤り率推定値の極小値を探索し、前記受信誤り率推定値の極小値に対応する受信信号強度よりも大きい受信信号強度の場合には、前記送信電力を低減するように制御し、相関分布の作成において、前記受信信号強度を所定の閾値と比較し、前記受信信号強度が前記閾値以上の場合のみ前記相関分布の作成に組み入れることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、屋内で使う無線システム（無線ＬＡＮ、フェムトセルなど）において、送信機と受信機とが近接してパスロスが小さい場合に、受信ＡＧＣの飽和を送信側で検知して送信電力を適宜制御する。その結果、利得制御範囲の小さな安価な受信ＡＧＣでの飽和を防ぐことでスループットの低下を防ぐことができる。また、誤った送信電力制御によって送信電力の増加を防ぐことで、システムの消費電力の低減と干渉電力の低減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における送信電力制御方法を示したブロック図
【図２】受信信号強度RSSInと受信誤り率推定値Enの特性を示した図
【図３】スループットと送受信間の距離の関係を示した特性図
【図４】受信側のＲＦ受信部の一構成を示した図
【図５】本発明の送信電力制御方法を具備する無線伝送装置の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施例１）
（受信信号強度RSSInが閾値RSSI_thを上回ったとき、超えた分を減ずるよう抑制する）
実施例１では、送信電力レベルと受信レベルの報告値をもとに受信信号強度RSSInと受信誤り率推定値En（受信尤度の逆数）の分布特性を生成し、その結果をもとに下り電力制御値を適正に制御することを第１のポイントとする。
【００１５】
まず、図５に実施例１と実施例２に述べる送信電力制御方法を具備する無線伝送装置の構成ブロック図を示す。１００は送信器側の端末装置、１１０は送信器のアンテナ、２００は受信機側の端末装置、２１０は受信機側のアンテナを示す。この図では、送信器側の端末装置１００からアンテナ１１０によってユーザービットが無線送信されて、受信機側のアンテナ２１０と端末装置２００で受信される。端末装置２００ではユーザービットが復調され、そのとき得られる受信信号強度RSSIと受信誤り率推定値とともに、新たなユーザービットをアンテナ２１０から送信アンテナ１１０に向けて無線送信する動作を示している。
【００１６】
次に、この無線伝送システムにおける送信電力の制御方法を、図１を用いて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の送信電力制御方法の構成を示す。無線伝送装置は、端末装置１００と総称される部分と、端末装置２００と総称される部分から成る。また、端末装置１００で総称される部分は、チャネルエンコーダ１０１、変調部１０２、ＲＦ送信部１０３、ＲＦ受信部１０４、復調部１０５、チャネルデコーダ１０６、分布特性生成部１０７、送信電力制御部１０８、送信部アンテナ１１０から成る。チャネルエンコーダ１０１は、所定の畳み込み符号化とパンクチャとインタリーブ処理を行う。
【００１８】
また、端末装置２００で総称される部分は、ＲＦ受信部２０１、復調部２０２、チャネルデコーダ２０３、受信信号強度（RSSI）計算部２０４、チャネルエンコーダ２０５、変調部２０６、ＲＦ送信部２０７、アンテナ２１０から成る。ここでは、端末装置１００が送信装置に対応し、端末装置２００が、受信装置に対応する。チャネルデコーダ２０３は、デインタリーブ処理とデパンクチャ処理と所定の誤り訂正処理から成る。
【００１９】
図４は、ＲＦ受信部２０１の一構成を示す図である。図４に沿って受信ＡＧＣの動きを説明する。２０１６はＲＦフロントエンドの低雑音増幅器、２０１７は局部発振器ＬＯとミクサからなるダウンコンバート部、２０１８はベースバンド信号を取り出すための低域通過フィルタ（ＬＰＦ）、２０１９はＡ／Ｄ変換器２０１５の入力振幅が所定の目標値になるように制御するための受信ＡＧＣ部、２０１１は可変利得増幅器、２０１２は可変利得増幅器２０１１の信号振幅からパワーを計算するパワー検出部、２０１３は、Ａ／Ｄ変換部２０１５の入力レベルの目標値とパワー検出部２０１２のパワー値の差を計算する差分演算器、２０１４は差分演算器２０１３のパワー値の差から可変利得増幅器２０１１に設定する利得制御値を計算する利得計算部である。
【００２０】
図１の送信部１００において、チャネルエンコーダ１０１と変調部１０２と復調部１０５とチャネルデコーダ１０６と分布特性生成部１０７と送信電力制御部１０８をまとめて送信側ベースバンド処理部１２０とする。受信部２００において、復調部２０２とチャネルデコーダ２０３とチャネルエンコーダ１０１とビット比較部２０８とRSSI計算部２０４とチャネルエンコーダ２０５と変調部２０６をまとめて受信側ベースバンド処理部２２０とする。
【００２１】
以下、当該無線伝送装置の動作を、送信側から順を追って説明する。
【００２２】
端末装置１００では送信動作が行われる。まず送信すべきユーザデータはチャネルエンコーダ１０１に入力される。チャネルエンコーダ１０１では、送信すべきユーザデータがエンコードされ、さらに誤り訂正符号化される。誤り訂正符号化されたデータはディジタル変調部１０２で変調されて、ＲＦ送信部１０３に送られる。ＲＦ送信部１０３では、変調信号を送信電力指示値TxPownに対応する電力に増幅し、アンテナ１１０を介して送信する。
【００２３】
一方、端末装置２００では、アンテナ２１０を介して得られた受信信号をＲＦ受信部２０１で受ける。ＲＦ受信部２０１では、Ａ／Ｄ変換器２０１５が飽和しないよう、所定の目標値になるように可変利得増幅器２０１１で目標振幅になるように制御される。受信ＡＧＣの構成は、図４を用いて上述した通りである。復調部２０２は変調部１０２の変調方式に対応して復調することを目的としており、受信信号を復調する。チャネルデコーダ２０３では、復調信号をもとに所定の符号化仕様に基づいてデインタリーブとデパンクチャと誤り訂正復号が行われ、ユーザービットがデコードされる。さらに、デコードしたユーザービットをチャネルエンコーダ１０１によって所定の符号化仕様に基づいて再符号化を行う。すなわち、畳み込み符号化とパンクチャとインタリーブの処理を行ったビット列を受信側ベースバンド処理部２２０でも生成する。ビット比較部２０８ではチャネルデコーダ２０３の入力ビット列と再符号化されたビット列を比較することで受信誤り率推定値Enを得る。一方で、RSSI計算部２０４では、ＲＦ受信部２０１の出力振幅からＲＦ受信部２０１の利得値を差し引くことでアンテナ２１０における受信信号強度RSSInを計算する。受信ＡＧＣは可変利得増幅器２０１１の出力信号をパワー検出して所定の目標値との差分をフィードバックして可変利得増幅器の利得を制御することでＡ／Ｄ変換器２０１５の入力レベルを一定とする働きがある。ここでの目標値とは、ＡＧＣ出力もしくはＡ／Ｄ変換器の入力値を指す。しかし、もしパスロスが極端に小さく、可変利得増幅器２０１１に大信号が加わった場合、パワー検出部２０１２にも極端な大信号が入力されると正しくパワー検出できなくなる。または、可変利得増幅器自体の制御範囲が（利得を絞る方向に）狭い、また、パワー検出が可変利得増幅器の利得を極端に小さくしないように設定できる利得の下限値を設けている場合など、いずれの場合も出力信号が目標値よりも大きくなる問題となる。その場合、Ａ／Ｄ変換器でオーバレンジとなる。一般的に、受信信号強度RSSInはパワー検出部２０１２の出力か、Ａ／Ｄ変換後のディジタルベースバンドの振幅値から計算されるので、飽和が生じる。
【００２４】
チャネルエンコーダ２０５では、アップリンクのユーザービットと、RSSI計算部２０４で得られた受信信号強度RSSInと、チャネルデコーダ２０３で得られたパケット信号の受信誤り率推定値Enを多重化して誤り訂正符号化する。
【００２５】
受信誤り率推定値Enを得る方法としては、参考文献１に示した誤り訂正復号を行ったビット系列を再符号化することで期待値のビット系列を作り、照合する方法が使える。誤り訂正符号化された信号は、変調部２０６とＲＦ送信部２０７とアンテナ２１０を介して端末装置１００に送信される。
【００２６】
端末装置１００では、アンテナ２１０から放射された電波をアンテナ１１０で受信し、受信処理が行われる。アンテナ１１０で受信した信号は、受信ＡＧＣ機能をもつＲＦ受信部１０４で増幅、正規化され、復調部１０５に送られる。復調部１０５では、変調部２０６の変調方式に対応した復調が行われる。続いて、復調された信号はチャネルデコーダ１０６で誤り訂正復号され、受信信号強度RSSInと、チャネルデコーダ２０３で得られたパケット信号の受信誤り率推定値Enがデコードされる。
【００２７】
続いて、分布特性生成部１０７では、受信信号強度RSSInと閾値RSSI_thを比較する。なお、閾値RSSI_thは、以下で得られるRSSImaxよりも低くなるよう設定する。受信信号強度RSSInが閾値RSSI_thを上回った受信サンプルでは、受信信号強度RSSInと、受信誤り率Ｅnが関連付けされ、時系列サンプルとして図２に示す分布特性が生成される。もし受信信号強度RSSInが閾値以下の場合は、受信部における上記の飽和はないと考えて、サンプルを反映せずに破棄する。この処理によって分布特性の関連付けに必要なメモリの使用量を減らすことが可能となる。以降、送信電力TxPownと、受信信号強度RSSInと、受信誤り率Ｅn を合わせて分布特性Xnと呼ぶこととする。ここでnは、送信サンプルと対応する受信サンプルのインデックス番号を表す。
【００２８】
分布特性Xnはメモリ上に展開され、最新の結果からある所定の過去のサンプルまでが分布特性生成部１０７に保持される。次に受信誤り率Ｅnの極小値（図２のEmin）と対応する受信信号強度RSSImax、 送信電力TxPownが毎サンプル探索されて更新される。ここで、送信電力制御部１０８からの送信電力TxPownと受信信号強度RSSInとの関係は、下記式１と式２に関係付けられる。分布特性生成部１０７から、送信電力制御部１０８に対しては、図２に示す分布特性上のどこに現在の結果があるかの結果が出力される。続いて送信電力制御部１０８では、分布特性生成部１０７からの現在位置の結果に基づいて、受信誤り率Ｅnの増加傾向を検知して送信電力補正値ΔTxPowが計算される。まず現在の受信信号強度RSSInと極小値Eminとなる受信信号強度RSSImaxが比較される。その結果もしRSSIn > RSSImaxの場合は、U点からB点の延長上にあると判定されて、送信電力補正値ΔTxPowの対象となる。この場合は（式１）によって送信電力補正値ΔTxPowが計算される。
【００２９】
ΔTxPown = k*(RSSImax -RSSIn)・・・（式１）
ここで、kは１以上の係数を表す。式１は、受信品質の極小値Uと区間B〜Uにおける現在のPathlossnとの差を計算している。そして係数k（≧1）を掛けられて補正値ΔTxPownとなる。そして次の送信電力制御における指示値TxPown+1に対して、式２に示されるようにΔTxPownだけ送信電力を低減するよう制御が行われる。
【００３０】
TxPown+1= TxPown+1−ΔTxPown・・・（式２）
k≧1とすることで、B点の状態を確実にU点からA点の延長線上に制御される。
【００３１】
（実施例２）
（極小点をみつけるためにTxPownを大小に変化させる）
実施例２については、実施例１の分布特性Xnにおいて、極小値Eminを探索するために、実施例１で説明した本発明の送信利得制御を行う前に予め送信電力指示値TxPown（RSSIn）を大小に変化させることで分布特性を生成することがポイントである。これは、無線ＬＡＮや屋内無線機器など、送信機と受信機の移動が少ない準固定通信では、パスロスの変動が小さいために、分布特性生成部１０７におけるRSSIn v.s. E nの分布特性の分布が得られにくいケースに対応する措置である。本実施例の特徴は、極小値Eminを探索するためにTxPownを事前に大小に変化させてRSSI分布の広がりを作ることで、分布特性Xnの広がりが十分でなくとも極小値を明確に判別でき、閾値を設けなくとも制御を行うことができる点にある。また、端末ごとに極小値Eminがばらつく場合でも、個別に最適に制御を行うことができる。
【００３２】
この無線伝送システムにおける送信電力の制御方法を、図１を用いて説明する。
【００３３】
チャネルサーチを経て通信の初期手順において、端末装置１００と端末装置２００での通信路が確立した後、送信電力制御部１０８では、送信電力TxPownを所定のレベル１から所定のレベル２に増す。そして、実施例１で述べた動作によって、受信信号強度RSSIn（送信電力TxPown）と、受信誤り率Ｅn からなる分布特性Xnを分布特性生成部１０７で生成する。その終了後、通常の通信動作とする。この働きによって、もし端末装置１００と端末装置２００が固定設置されて分布特性Xnの広がりが得られ難い環境であっても、図２のU点からＢ点のプロファイルを知ることが出来る。
【００３４】
なお、上記実施例１および実施例２において用いた図４のＡＧＣの構成で、パワー検出部２０１２の入力信号は、Ａ／Ｄ変換器２０１５の出力以降のディジタルベースバンド部から得る構成も考えられる。
【００３５】
なお、上記実施例１および実施例２において、チャネルエンコーダ２０５に入力される受信品質は受信パケットのビット誤り率推定値Enで説明したが、このほかにもパケットのＡＣＫ／ＮＡＣＫまたはチャネルデコーダ２０３の誤り訂正処理から得られるパスメトリックなどの受信尤度値を用いることが出来る。またＣＤＭＡ通信では復調における逆拡散のＳＩＲ測定値を使うことができる。なお、受信品質は復調部２０２からもってくる構成も考えられる。
【００３６】
なお、上記実施例１および実施例２において、ビット誤り率推定値Enの代わりにチャネルデコーダ２０３で得られるパスメトリック値やパケットの誤り検出符号の結果を受信尤度として用いることで、処理を簡易化することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明にかかる送信電力制御方法は、制御範囲の小さな安価な受信ＡＧＣでスループットの低下抑制、システムの消費電力の低減、送信電力の抑制による同一周波数の繰り返し利用効率の向上が可能となり、携帯電話や無線ＬＡＮをはじめとする無線伝送システムに有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１００  端末装置
１０１  チャネルエンコーダ
１０２  変調部
１０３  ＲＦ送信部
１０４  ＲＦ受信部
１０５  復調部
１０６  チャネルデコーダ
１０７  分布特性生成部
１０８  送信電力制御部
１１０  送信部アンテナ
１２０  送信側ベースバンド処理部
２００  端末装置
２０１  ＲＦ受信部
２０１１  可変利得増幅器
２０１２  パワー検出部
２０１３  差分演算器
２０１４  利得計算部
２０１５  Ａ／Ｄ変換器
２０２  復調部
２０３  チャネルデコーダ
２０４  RSSI計算部
２０５  チャネルエンコーダ
２０６  変調部
２０７  ＲＦ送信部
２０８  ビット比較部
２１０  アンテナ
２２０  受信側ベースバンド処理部
【図１】
0005515494.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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