(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標データ処理量を受け取り、該目標データ処理量に基づいて正規化閾値集合を選択するように構成された第１選択器と、
トラヒックチャネルの信号電力と該トラヒックチャネルの現在のデータレートとを受け取り、該トラヒックチャネルにおける送信ビットエネルギーを計算するビットエネルギー演算装置と、
前記送信ビットエネルギーを用いて、フレーム時間にわたって分布されたビットエネルギーを予測するように作動する予測器と、
前記予測ビットエネルギーを用いて前記フレーム時間における平均ビットエネルギーおよびその統計分布を計算するように構成された推定器と、
前記正規化閾値と前記平均ビットエネルギーおよびその統計分布とを受け取り、新データレートを決定する比較器と、を備えた無線送信機。
【請求項２】
前記ビットエネルギー演算装置が、前記トラヒックチャネルの前記現在のデータレートで前記信号電力を割ることにより、送信ビットエネルギーを計算することを特徴とする請求項１に記載の無線送信機。
【請求項３】
さらに、前記予測器に送られる前に前記送信ビットエネルギーをフレームあたりの指定のサンプル数に減数するように作動する減数器を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線送信機。
【請求項４】
さらに、前記減数ビットエネルギーの移動平均を計算するのに適した移動平均演算装置と、前記減数エネルギーから前記移動平均を減算するように作動する差分要素と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線送信機。
【請求項５】
前記推定器が、前記予測ビットエネルギーを平均化することにより前記フレーム時間における平均ビットエネルギーを計算するように構成された加重平均計算器を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線送信機。
【請求項６】
前記平均化が、指定加重値の合計が１に等しくなるように指定加重値を各予測ビットエネルギーに掛けることにより実行されることを特徴とする請求項５に記載の無線送信機。
【請求項７】
前記指定加重値により、様々な予測ビットエネルギー値からの寄与が前記フレーム時間における該値の位置に応じて変化可能であることを特徴とする請求項６に記載の無線送信機。
【請求項８】
目標データ処理量を用いて正規化閾値集合を選択する段階と、
トラヒックチャネルの信号電力と前記無線送信機の現在データレートとを受け取る段階と、
前記信号電力とデータレートとを用いて、前記トラヒックチャネルにおける送信ビットエネルギーを計算する段階と、
前記送信ビットエネルギーを用いてフレーム時間にわたって分布されたビットエネルギーを予測する段階と、
前記予測ビットエネルギーを用いて、前記フレーム時間における平均ビットエネルギーおよびその統計分布を計算する段階と、
前記正規化閾値と前記平均ビットエネルギーおよびその統計分布とに基づいて新データレートを決定する段階と、からなるデータレートを予測決定するための方法。
【請求項９】
ハウジングと、
前記ハウジング内の通信用電子機器と、
前記通信用電子機器に電力レベルとデータレートとを提供するように作動する電力増幅器と、
前記電力増幅器により提供された前記電力レベルを制御するように構成された電力制御装置と、
フレーム時間内における前記電力増幅器の前記データレートを予測制御するように作動するデータレート制御装置と、を備え、
前記データレート制御装置が、目標データ処理量を受け取り、正規化閾値集合を選択するように構成された第１選択器と、
トラヒックチャネルの信号電力と該トラヒックチャネルの現在データレートとを受け取り、該トラヒックチャネルにおける送信ビットエネルギーを計算するビットエネルギー演算装置と、
前記送信ビットエネルギーを用いてフレーム時間にわたって分布されたビットエネルギーを予測するように作動する予測器と、
前記予測ビットエネルギーを用いて前記フレーム時間における平均ビットエネルギーおよびその統計分布を計算するように構成された推定器と、
前記正規化閾値と前記平均ビットエネルギーおよび統計分布とを受け取り、新データレートを決定する比較器と、を含むことを特徴とする無線電話システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線送信機、データレートを予測決定するための方法および無線電話システムに関する。
【０００２】
【発明の背景】
電池式無線通信端末では、エネルギーとデータレート（データ速度）が非常に重要である。端末のエネルギー消費量は、電池から得られた電荷に比例し、ゆえに１回の充電で端末が動作可能な時間量を決定する。データレートは、ユーザが感じるサービス品質に直接関連する。例えばパケットデータの用途では、平均データレートつまり処理量（スループット）が、一定量のデータを伝送する際の待ち時間を決定する。オーディオまたはビデオの用途では、利用可能データレートがソースデータの圧縮度と、ひいては受信した音声または画像の品質とを決定する。
【０００３】
ＣＤＭＡでは、近似直交拡散コード（ｎｅａｒ−ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ｓｐｒｅａｄｉｎｇ  ｃｏｄｅｓ）を使用することで分離された複数の送信機が、同じ周波数帯域内で作動する。しかし異なるＣＤＭＡ送信機から受信された信号の分離は、不完全であることが多い。一ユーザの信号を受信機で逆拡散した後、他のユーザの信号は付加的な白色ノイズとして現れる。したがってＣＤＭＡに基づく地上波無線通信システムでは、いわゆる「遠近」問題を緩和するため、しばしばリバース（移動局−基地局）リンクに複雑な送信電力制御を用いる。基地局から様々な距離に位置する複数の移動局と基地局とが通信する際に、問題が生じる。基地局のアンテナに同時に到達する複数の信号が存在すると、マルチパスとして知られる作用も生じる。位相が同じ信号は加算されるのに対して、位相が異なる信号は減算される。
【０００４】
地上波無線伝播に関連した高域通過損失のため、「近い」移動局と「遠い」移動局とから基地局で受信される電力レベルの相違は大きい。そのうえ、マルチパス伝播により生じる急速フェージングとともにシャドーウィング作用も、受信した電力の変動をさらに大きくする。マルチパスフェージングは、受信された信号に含まれる一つ以上の周波数成分の振幅または相対的位相の変動により、発生する。すなわち、マルチパスフェージングの結果、受信した電力は平均レベルを２０〜３０ｄＢ下回り、搬送波の周波数波長の約半分ごとに、連続的に最低値が発生する。その結果、移動局送信電力が一定であれば、基地局に近接した移動局から送信された信号が、基地局から離れた別の移動局から受信した信号の質を著しく低下させることがある。
【０００５】
フォワード（基地局−移動局）リンクにも同じ問題が当てはまる。無線ネットワークのハンドオフプロセスでは、移動局は最も強い信号を受信した基地局と常時確実に通信状態を維持しようとするが、電力制御により緩和されなければ、マルチパス伝播による受信信号強度の短時間変動と干渉レベルの変動とにより、システム容量にかなりの損失が生じる。
【０００６】
遠近問題に対する周知の解決策は、移動局の位置に関係なく、すべての信号が概ね同一の信号−干渉比（ＳＩＲ）で基地局に到達するような方法で、各移動局の送信電力を制御することである。ＳＩＲの関連測定値は、Ｅｂ／Ｉｏである（Ｅｂは目標移動局から受信されたビットあたりのエネルギー、Ｉｏはすべての移動送信機から受信された電力密度）。さらにシステム容量（つまり同時通話すべての最大合計データレート）は干渉レベルに反比例するので、目標ＳＩＲ値を、目標サービス品質（ＱｏＳ）を保証するのに必要な値以下に設定することが望ましい。ここにおいて、ＱｏＳは一般的に、フレームエラー率（ＦＥＲ）によって測定される。実際、要求されるＱｏＳとひいては目標ＳＩＲとは、ユーザごとに異なる。
【０００７】
ＣＤＭＡシステムは一般的に、電力制御に異なる二つのメカニズムを用いる。最初は、電波伝搬損失とシャドーウィング作用とにより生じる信号強度の大規模な変動を補正するための「開ループ」電力制御である。このような変動は、周波数依存であると考えられる。その結果、フォワードリンク（基地局から移動局へ）とリバースリンク（移動局から基地局へ）の大規模な変動は、二つのリンクが異なる周波数帯域で作動する時でも、同一であると考えられる。開ループ電力制御において移動局は、基地局から受信する電力に反比例して送信電力レベルを自律的に調整することで、この特定事実を利用する。大規模変動のみを確実に補正するため、開ループ電力制御は、測定された受信電力の長時間平均に基づいている。
【０００８】
第二の電力制御メカニズムは、「閉ループ」電力制御である。閉ループ電力制御は、比較的遅い開ループ電力制御では補正できないマルチパス伝播と、干渉レベルの変化と、突然のシャドーウィング作用とにより生じる急激な信号強度の変動を補正する。
【０００９】
閉ループ電力制御１００は、図１のように、フィードバックループ構成に基地局１０２と移動局１０４の両方を含む。システム時間は、持続時間ＴＰＣを持つ基本的電力制御（ＰＣ）時間に分割される。各電力制御時間に基地局１０２は、干渉送信機からの電力とともに、移動局１０４から受信された電力の短時間平均を計算する。次に二つの測定値を用いて、この時間のＳＩＲ（Ｅｂ／Ｉｏ）が計算され、計算されたＳＩＲ値１０６は目標ＳＩＲ値１０８と比較される。この比較に基づいて、基地局１０２は適当な電力補正命令１１０を計算し、次にこの命令がフォワードリンクを介して移動局１０４に返信される。ゆえに移動局１０４は、ＰＣ時間ごとに１回、送信電力を調整できる。
【００１０】
電力補正命令は、電力制御ループで考えられる最低の遅延を維持するため、エラー補正コーディングにより保護されない。さらに、補正命令によるフォワードリンク容量の損失を最小にするため、各命令を単一ビットとしてコード化することが望ましい。受信したＰＣビットの値に応じて、移動局１０４はＰＣステップサイズと呼ばれる所定量だけ、送信電力レベルを増減する。
【００１１】
【発明の概要】
本発明に係る無線送信機は、フレームに基づいてデータレートを選択することができる。平均データレートにより、データ１ビットあたりの平均送信エネルギー、ひいては送信機のエネルギー消費量が決定される。無線送信機は、トラヒックチャネルの前の送信ビットエネルギーレベルと目標データ処理量とを用いて、データのフレームについてトラヒックチャネルデータレートを予測決定するように作動するデータレート制御装置を含む。データレート制御装置は、選択器とビットエネルギー演算装置と予測器と推定器と比較器とを含む。選択器は、目標データ処理量を用いて正規化閾値集合を選択する。ビットエネルギー演算装置は、トラヒックチャネル信号電力とデータレートとに基づいて、トラヒックチャネルにおける送信ビットエネルギーを計算する。予測器は、前に送信されたビットのエネルギーレベルを用いて次のフレーム時間に送信されるビットエネルギーを予測する。推定器は、予測されたビットエネルギーを用いて、フレーム時間における平均ビットエネルギーの統計分布を計算するように構成されている。比較器は、正規化閾値と予測平均ビットエネルギーとその統計分布とを用いて、トラヒックチャネルのデータレートを決定する。
【００１２】
なお、本発明に係る種々の特徴は、特許請求の範囲における各請求項に記載された技術的事項によってそれぞれ把握される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
上述のように、無線送信におけるエネルギー量は、データレートの増加とトレードオフになることが多い。ゆえに、エネルギーとデータ処理量を相互にトレード可能なものとして扱えることが望ましい。二つの間の正確なトレードオフは、状況やユーザの好みによって選択できる。例えば、充電が足りない状況では、電池の寿命を延ばすためにデータレートを大幅に低下させることが考えられる。無線端末で最もエネルギーを消費する動作モードは送信機に見られるため、このようなエネルギー−処理量トレードオフでは、（受信または処理よりも）データの送信が注目される。無線端末が送信モードで作動中、その電力消費量は、電力増幅器（ＰＡ）段に伝達される電力に支配される。したがって、端末によりエネルギーがどれだけ良好に利用されるかを示す適切な測定値は、送信されたデータビットあたりに消費された平均送信エネルギーである。
【００１４】
本開示は、一定だが任意の量のデータを送信するのに必要なエネルギーが低下するような方法で、無線送信機のデータレートを制御するためのものである。制御には、ビットエネルギー要件が高いフレームにおける情報量、例えば送信されたビット数を低下させることが含まれる。逆に、ビットエネルギー要件が低いフレームでは、制御装置はビット数を増加させる。一つの側面として、制御装置が、所定の平均データレートつまり処理量を確保しながら、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）の移動局または基地局におけるビットあたりの送信エネルギーを低下させることが挙げられる。別の面において、制御装置はある範囲の処理量の中で可能な最大エネルギー低下を達成する。
【００１５】
平均送信ビットエネルギーの低下は、電池式端末の電池寿命を延長させるだけでなく、他のユーザに見られる干渉レベルを低下させる。この低下は、干渉レベルの低下が直接システム容量の増大につながるＣＤＭＡシステムでは重要である。したがって上述したようにビットあたりの平均送信エネルギーを低下させた送信機は、エネルギー消費量があまり重要でない基地局や、他の固定または移動端末にも用いられる。
【００１６】
ｃｄｍａ２０００やワイドバンドＣＤＭＡ（Ｗ−ＣＤＭＡ）等、ＣＤＭＡに基づく第三世代無線システムにおいて移動局は、リバースリンクで一つ以上のトラヒックチャネルと符号多重化された専用パイロットチャネルを送信する。これにより、リバースリンク閉ループ電力制御は、測定されたパイロット電力に基づくことが可能である。
【００１７】
図２は、ｃｄｍａ２０００のリバースリンク送信機構造２００を示す。未変調パイロットチャネル２０２とデータ搬送トラヒックチャネル２０４とは、直交ウォルシュコード２０６を用いて共に多重化され、直角位相に拡散される。複合直角位相信号は次に、アップコンバートおよびフィルタリングされ、リバースリンクで送信される。トラヒックチャネルの電力利得Ｇｔ２０８は、パイロットチャネルの利得と相対的に設定される。ｎ番目のＰＣ時間におけるトラヒックおよびパイロット電力がそれぞれＰｔ（ｎ）とＰｐ（ｎ）である場合、トラヒックチャネルにおけるビットあたりのエネルギーは以下のように計算される。
【００１８】
【数１】
0003562479.tif 000002
【００１９】
数式１において、Ｒｂはトラヒックチャネルにおけるデータレートである。
【００２０】
パイロットチャネルとトラヒックチャネルはパス損失およびフェージングにより同一の影響を受けるので、この関係は送信機側と受信機側の両方に当てはまる。移動局がトラヒックチャネルのデータレートを変更する場合、Ｅｂを同じ値に維持するようにトラヒックチャネル利得Ｇｔを調整しなければならない。さらに、電力増幅器（ＰＡ）利得設定の変更により、パイロット電力Ｐｐも変更する必要がある。ゆえに、測定された受信パイロット電力から受信Ｅｂを正確に計算するには、受信基地局がデータレートの変化に気づかなければならない。これは、各フレームの開始時に速度インジケータを送信することにより、または受信波形から直接的にデータレートを推定することにより、実行できる。
【００２１】
図３は、基地局受信機で最大比が組み合わされた２つのパスのレイリーフェージングチャネルにおける、データレートが一定な閉ループ電力制御のシミュレーションを示す。図は、送信および受信されたトラヒックチャネル電力（ともに適切に正規化された）と、反転フェージング振幅とを示す。すべて対数（ｄＢ）法で測定されたものである。目標受信電力レベルは任意で０ｄＢに設定された。二つのマルチパスフェージング成分は、ジェークのマルチパスモデルを用いてシミュレーションされ、第２パスの平均電力は第１パスを下回る３ｄＢに設定され、最大ドップラーシフトは１０Ｈｚであった。ジェークのモデルでは、ドップラー周波数軸に沿った受信電力の分布は、−ｆＤから＋ｆＤ（ｆＤは最大ドップラーシフト）まで延在するＵ字形を取る。これによりフェージング速度はｆＤの約２倍、つまりこの場合は２０Ｈｚとなる。シミュレーションに用いられたシステムパラメータはｃｄｍａ２０００から取られたもので、ここでは基地局はＴｐｃ＝１．２５ｍｓごとに、つまり毎秒８００ビットの速度で電力制御（ＰＣ）ビットを送信する。ＰＣステップサイズは１．０ｄＢに設定された。ｃｄｍａ２０００のループ遅延は、実行依存であるが、１ＰＣ時間（ＴＰＣ）と２ＰＣ時間の間で変わることが多い。図３のシミュレーションで、ループ遅延は１ＰＣ時間（１．２５ｍｓ）に設定された。
【００２２】
無線システムの多くでは、一定時間Ｔｆのフレームでユーザデータが送信される。フレームは複数のＰＣ時間にわたる。例えばｃｄｍａ２０００では、フレーム時間は２０ｍｓであるのに対してＰＣ時間の持続時間は１．２５ｍｓであるので、フレームあたり１６ＰＣ時間となる。フレーム送信中、送信ビットエネルギーは、基地局から受信された電力制御命令を受けて変動する。したがってフレーム内の全ＰＣ時間における平均ビットエネルギーを検討する必要がある。Ｅ−ｂ，ｆｒａｍｅがある特定フレームについてのこのような平均を示す場合、このフレームで送信された総エネルギーは以下のように表される。
【００２３】
【数２】
0003562479.tif 000003
【００２４】
Ｎｂ＝ＲｂＴｆは、このフレームで送信されたビットの数である。エネルギーの単位は、ある任意の基準レベルに対するデシベルで測定される。
【００２５】
送信機はＥ−ｂ，ｆｒａｍｅを自律的に制御しないため、Ｅ−ｂ，ｆｒａｍｅは時間につれてかなりの多様性を持つことが多い。しかし、パケット切換接続等、一定データレートが必要でない用途では、無線送信機は各フレームで送信されたビットの数Ｎｂを制御できる。これにより、フレームに基づいたデータレートが効果的に変化する。一実施形態では、データレートの変化には、正方向エラー補正コードの速度変化と、コード記号の反復とが含まれる。
【００２６】
ある一定のデータ量で構成されるパケットの送信について考察可能であるという一面もある。例えば、Ｎｂ（ｊ）とＥ−ｂ，ｆｒａｍｅ（ｊ）がそれぞれ、パケットのｊ番目のフレームで送信されたビット数と平均ビットエネルギーを示すものとする。次に、パケットの平均ビットエネルギーが以下のようにして得られる。
【００２７】
【数３】
0003562479.tif 000004
【００２８】
パケット内のデータを送信するのに必要なフレームすべてが加算される。数式３の分母はパケット内の総ビット数である。
【００２９】
数式３では、パケットにわたって所定の平均データレートを確保しながら各フレームに適切なＮｂ（ｊ）を選択することにより、平均ビットエネルギーの低下を達成することが望ましい。一定パケットサイズの場合、パケットの平均ビットエネルギーを最小にすることは、総パケットエネルギーを最小にすることに等しい。実際、パケットの平均ビットエネルギーを最小にするビットレートの割当てを発見することは、将来的なビットエネルギー要件の知識が必要なので、困難である。しかしマルチパスフェージングには、一般的に、数十波長に対応する距離に静止作用が見られる。したがって移動局がフェージングパターンを取ると、平均、変数、フェージング速度等、受信した振幅の統計的性質は複数フレームにわたって同じままである。さらに、閉ループ制御がフェージングを追跡してこれを補正するかぎり、送信されたビットエネルギーは図３のように、同様の短時間静止作用を見せる。本発明は、前に送信されたビットエネルギー値を用いて次のフレームの送信ビットエネルギー要件を予測することにより、この事実を利用する。送信機のデータレート制御装置が、上述したデータレート制御を実行する。
【００３０】
送信機は、一定数Ｍのフォールバック（低い）レートｒ１，ｒ２，…，ｒＭとともに、ある最大データレートｒ０で作動する。レートは、ｒｉ＞ｒｉ＋１となるように、降順で定められる。レートｒｉで作動する時、送信機はフレームあたりｎｉの情報ビットを送信する（ｎｉ＝ｒｉ＊Ｔｆ）。特殊な場合、ｎＭ＝０となることがあり、その場合には、Ｍ番目のレートが選択されるとトラヒックチャネルが閉じられる。
【００３１】
各フレーム開始前に、データレート制御装置は、図４に示されたフローチャートに従って以下の作業を実行することにより、ｒ１，ｒ２，…，ｒＭの集合から送信機により使用されるデータレートを選択する。
【００３２】
ステップ４００においてデータレート制御装置は、トラヒックチャネル信号電力と現在データレートとを用いて、最近送信されたデータフレーム内のビットあたりの送信エネルギーを計算する。データレート制御装置は次にステップ４０２で、直近のフレームからの送信ビットエネルギー値を用いて、次のフレーム時間に均一に分布されたＮｓの点におけるビットエネルギーを予測する。ビットエネルギーはデシベル（ｄＢ）で測定される。データレート制御装置は、ステップ４０２で得られたビットエネルギー予測値Ｅｂ＾（１），Ｅｂ＾（２），…，Ｅｂ＾（Ｎｓ）を用いて、次のフレームの平均ビットエネルギーの推定値を計算する（ステップ４０４）。平均ビットエネルギーの推定値は、以下のようにして得られる。
【００３３】
【数４】
0003562479.tif 000005
【００３４】
ここで加重値ｗ（ｋ）の総計は１に達する。加重値により、様々なビットエネルギー推定値の寄与度がフレーム内での位置に応じて変化する。例えば、フレームの初期に獲得された推定値はより正確であると予想されるため、この値には比較的大きな重みが加えられる。データレート制御装置は次に、ステップ４０６で、現在および前のＺの値に基づいて最後の数フレームにおけるＺの統計分布を推定する。実施形態によっては、これはＺの平均または標準偏差を推定することに等しい。
【００３５】
推定されたＺの短時間統計分布から、データレート制御装置は、Ｔｉ＜Ｔｉ＋１となるように昇順で配置されたＭ個の閾値Ｔ１，Ｔ２，…，ＴＭも計算する（ステップ４０８）。一般的に閾値は、パケットのフレーム全体で所定の平均ビットレートが得られるように設定される。さらにステップ４１０で、次のフレームで使用されるデータレートが、推定された平均ビットエネルギーＺを閾値集合と比較することにより選択される。比較は、ＺがＴｉとＴｉ＋１の間隔に入った時にレートｒｉが選択されるように行われる（Ｔ０＝−∞，ＴＭ＋１＝＋∞）。その結果、推定された平均ビットエネルギーが高いほど、次のフレームで使用されるデータレートは低くなる。
【００３６】
要約すると、パケットにわたって得られた平均データレートは、Ｚの将来値に左右されるため、前もって決定できないのである。本開示は、Ｚの将来値を周知の分布を持つ乱数として扱う統計的方法を取ることにより、この問題を解消する。閾値は、Ｚの分布全体にわたって予測データレートが得られるように設定される。伝播環境の変動によるＺの統計上の変化を追跡するため、この分布のパラメータは送信中に連続的に推定される。分布の種類は、実際に観察されたＺの統計的性質と一致するように選択できる。
【００３７】
実施形態によっては、Ｚが正規分布であると仮定すると、実行がかなり単純となる。正規分布は通常、ビットエネルギーがデシベルで測定されると良好な一致を見せる。正規分布を用いると、フレームでｎｉビットを送信する確率は、以下のようにして得られる。
【００３８】
【数５】
0003562479.tif 000006
【００３９】
Ｑ（ｘ）は正規分布の補足累積分布関数、μとσはそれぞれＺの平均と標準偏差である。上述の確率Ｐｉは、ＺがＴｉとＴｉ＋１の間隔に含まれる確率に等しい。さらにフレームあたりの予想ビット数は、以下のようにして得られる。
【００４０】
【数６】
0003562479.tif 000007
【００４１】
ユーザが指定した処理量は、フレームあたりの目標平均ビット数Ｎｂ＊として表される。ある一面によると、閾値は予想ビット数＜Ｎｂ＞がＮｂ＊と等しくなるように設定される。これは、最初に数式６に代入した時に＜Ｎｂ＞＝Ｎｂ＊となる確立分布Ｐ０，Ｐ１，…，ＰＭを見つけて、それから数式５で閾値の解を得ることにより達成される。
【００４２】
Ｚが正規分布を取る時、平均がゼロで標準偏差が１に等しい場合に推定値Ｚに関する上記の処理量要件を満たす正規化閾値集合Ｔ〜１，Ｔ〜２，…，Ｔ〜Ｍを予め計算することにより、かなりの単純化が可能である。次に、パケット送信中に閾値Ｔ〜ｉ＝σＴ〜ｉ＋μを用いることによりデータレートがＺの実際の統計値に関して調整される。パラメータμとσは、それぞれ平均と標準偏差の短時間推定値である。正規化閾値の計算は、パケット送信開始前に実行可能である。計算は、目標処理量のみに基づく。実際に正規化閾値の集合は、様々な目標処理量の数について送信機で予め計算され、永久に記憶される。しかし特定処理量に関する閾値設定は、データレート集合、または同じく数ｎ０，ｎ１，…，ｎＭの集合に左右される。レート集合が一つ以上認められる場合には、処理量とデータレート集合のあらゆる組合せについて、閾値集合が記憶される。
【００４３】
データレート制御装置５００の好適な実施形態が、図５に示されている。パケット送信開始前に、ルックアップテーブル５０４から正規化閾値５０６の集合を読み取るために入力目標処理量５０２が用いられる。送信中、各ＰＣ時間に、トラヒックチャネル電力Ｐｔ（ｎ）５０８と現在データレート５４０とから、ビットエネルギー演算装置５１０により送信ビットエネルギー５１２が計算される。送信ビットエネルギー５１２はデシベルで測定される。Ｐｔ（ｎ）５０８は、開または閉ループ電力制御から得られる。
【００４４】
減数器（ｄｅｃｉｍａｔｏｒ）５１４は、ＰＣビットレートに到達するビットエネルギー値のストリームをフレームあたりＮｓ個のサンプルに減数する。移動平均５１６が計算され、差分要素（ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）５１８により減数列から減算される。次にマルチステップ予測器５２０を用いて、最後のビットエネルギー値が現在フレームに到着した後の次のフレームにおけるＮｓ個のサンプル５２２が予測される。
【００４５】
最小平方（ＬＳ）エラー基準（Ｌｅａｓｔ−Ｓｑｕａｒｅｓ  （ＬＳ）  ｅｒｒｏｒ  ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ）に基づく標準的な線形予測方法を含む時系列分析から周知の幾つかの予測方法が適用できる。短時間定常値に基づかない非線形予測方法も、この作業には適切であることが証明されている。それから、次のフレームの平均ビットエネルギー５２６が、加重平均要素５２４で予測ビットエネルギーサンプルを平均化することにより、推定される。各フレームでは、推定値Ｚ５２６の値を用いて標準偏差推定器５２８で局所的推定値σ５３０が更新される。
【００４６】
実際の閾値Ｔ〜ｉ＝σＴ〜ｉを得るため、乗算器５３２で正規化閾値５０６にσが掛けられる。移動平均５１６を減算することによりμは０に等しいと仮定できることに注意すべきである。次に比較器５３６で、推定値Ｚ５２６が実際の閾値５３４の集合と比較される。比較結果は、ルックアップテーブル５３８で次のフレームのデータレート５１４を読み取るのに用いられる。
【００４７】
Ｎｓはできるだけ小さくすることが望ましい。一方、Ｎｓは減数波形のエイリアシングを回避するのに十分な高さを持たなければならない。入力波形のピッチ（基本的周波数成分）がフレームレート１／Ｔｆを越える時、フレーム平均ビットエネルギーの変動は比較的小さく、複数フレームで達成された平均ビットエネルギーの低下は小さい。ゆえに有効範囲をカバーするには、Ｎｓは少なくとも２であるべきである。実際には、Ｎｓ＝４であれば良好な動作が得られる。値が大きくても、動作の向上はほとんどまたはまったく見られない。
【００４８】
移動平均５１６と短時間標準偏差推定値σ５３０の計算に使用される時定数（つまり平均度）は、フェージング統計の予想最大変化率に関連して設定されるべきである。
【００４９】
単一のフォールバック率（Ｍ＝１）の場合、＜Ｎｂ＞＝Ｎｂ＊で数式６を解くことにより、ユニークな確率分布Ｐ０とＰ１が得られる。その結果は以下の通りである。
【００５０】
【数７】
0003562479.tif 000008
【００５１】
Ｐ０＝１−Ｐ１である。次に単一正規化閾値Ｔ〜１が、やはり正規分布を用いてｉ＝１で数式５を解くことにより得られる。こうして
【００５２】
【数８】
0003562479.tif 000009
【００５３】
となる。Ｑ−１（ｘ）はＱ（ｘ）の逆数である。
【００５４】
フォールバック率が１以上（Ｍ＞１）の場合には、目標処理量で数式６を満たす多くの確率分布Ｐ０，Ｐ１，…，ＰＭが存在する。適当な方策は、パケットの予想平均ビットエネルギーを最小化する複数の実行可能閾値設定を設けることである。予想平均ビットエネルギーは以下のようにして概算される。
【００５５】
【数９】
0003562479.tif 000010
【００５６】
予想値は、確率分布Ｐ０，Ｐ１，…，ＰＭとＥ−ｂ，ｆｒａｍｅの分布にわたる。数式９の分母は目標ビットレートによって決定されるので、数式９の最小化は、予測フレームエネルギー＜ＮｂＥ−ｂ，ｆｒａｍｅ＞を最小化することに等しい。さらにＥ−ｂ，ｆｒａｍｅにその予測値Ｚを代入すると、＜ＮｂＺ＞により予想フレームエネルギーが概算できる。平均がゼロで単位標準偏差を持つ正規分布Ｚについては、予想フレームエネルギーは以下のようにして求められる。
【００５７】
【数１０】
0003562479.tif 000011
【００５８】
数式１０の対象関数を最小にしながら同時に目標処理量で数式６を満たす閾値集合が決定できる。このために、周知の幾つかの数値最適化方法が用いられる。故に最初に述べた面によれば、ある目標処理量が指定され、予想処理量が目標処理量と等しくなるように正常化閾値が設定される。上述した閾値設定方法は、一例を示したものに過ぎない。提示された方法以外の他の方法も可能である。
【００５９】
第二の側面として、最小限必要な処理量のみが指定されるということがある。閾値は、許容処理量の範囲で可能な最小平均ビットエネルギーを達成するように設定される。このような閾値集合は、許容範囲内の多数の処理量について正規化閾値を計算して、数式１０の最小値をもたらす特定の閾値集合を選択することにより、数値的に発見できる。閾値集合は次にこの方法で予め計算され、複数の処理量範囲についてデータレート制御装置に永久的に記憶される。
【００６０】
図６は、図５の好適な実施形態による一フォールバック率を用いたレート適応化のシミュレーションを示す。マルチパスフェージングとシステムパラメータは、図３のシミュレーションで使用されたものと同一である。図７には、シミュレーションに用いられたシステムのパラメータ値が挙げられている。予想正規化処理量Ｎｂ＊／ｎ０を０．３５にするため、数式７と数式８を用いて正規化閾値が計算された。シミュレーションには、１０番目の線形ＬＳ予測器が使用された。線形予測器は、共分散方法を用いて計算される。
【００６１】
図８は、本開示の一実施形態によるセルラー電話７００の正面斜視図である。電話７００は、電力増幅器７１２に所定のデータレートを提供するための上述した送信機５００を使用する。セルラー電話７００はまた、キーパッド７０２と、他に様々なボタンやインジケータ７０４とを含む。電話７００は、スピーカ７０６、マイクロフォン７０８、アンテナ７１０、その他、電話ハウジング７１４に収容される他の通信用電子機器７１６も含む。表示ユニット７１８は、ユーザによる入力を容易にするため、キーパッド７０２と関連して使用される。
【００６２】
図９は、図５に記された予測データレート制御装置５００を備える無線通信システム８００のブロック線図である。基地局受信機８０４は、無線チャネルを介して移動局送信機８０２から信号を受信する。基地局８０４のローノイズ増幅器８１２と通信用電子機器８１４は、移動局送信機８０２からの信号を受信してダウンコンバートする。電力制御（ＰＣ）ビット発生器８０８は信号の電力レベルを測定し、特定の電力制御時間にわたってＰＣビットを発生させる。電力制御ビットは、移動局受信機（図示せず）により移動局送信機８０２に送信が行われるフォワードリンクを介して送られる。
【００６３】
送信機電力制御装置８１６はＰＣビットを処理して、電力増幅器８０６に電力レベル信号を送る。送信電力制御装置８１６はまた、電力レベル信号をデータレート制御装置５００に送る。データレート制御装置５００は、トラヒックチャネルにおける前の送信ビットエネルギーと目標データ電力とを用いて、データフレームのデータレートを予測決定する。次にデータレートの表示が、データ符号化・変調・拡散回路８１０に送られる。
【００６４】
図１０は、本発明の実施形態による送信電力制御装置８１６を示す。ＰＣビットの入力ストリーム９００とステップサイズ△９０２とは、変調器９０４によって処理され、電力補正値ｄ（ｎ）９０６が発生する。前の送信電力レベルＰ（ｎ−１）９０８は、バッファやフリップフロップ等の遅延要素９１２を介して現在の電力レベルＰ（ｎ）９１０を時間遅延することにより得られる。
【００６５】
一定レート送信機と比較した、本開示にしたがって作動する送信機による平均ビットエネルギーの低下が、シミュレーションによって評価された。平均ビットエネルギーの低下は、ビットエネルギー推定値Ｚの多様性、つまりはフェージング無線チャネルの統計に左右される。
【００６６】
図１１には、数千フレームにわたって獲得された平均ビットエネルギーの低下が、測定された正規化処理量に相関させて図示されている。この図は、マルチパス成分の数が異なる３種類のレイリーフェージングチャネルを示し、最大ドップラーシフトは１０Ｈｚである。２つのパスのチャネルの場合、第２パスの平均電力は第１電力より３ｄＢより低く設定された。３つのパスのチャネルの場合、第２および第３パスの平均電力はそれぞれ第１パスより３ｄＢと６ｄＢ低く設定された。システムパラメータは図７のものと同じであった。達成されたエネルギー低下は、マルチパス成分の数が増加するにつれて減少した。これは、受信側のフェージング振幅の多様性はマルチパス成分の数が増加するにつれて減少するという事実によるものである。シミュレーションによるすべての例で、目標処理量からの測定処理量の偏差は、数パーセント以下であり、多くの場合、１パーセントの何分の１かであった。これは、ビットエネルギー推定値Ｚの統計的モデルとして正規分布が有効であることを実証している。
【００６７】
図１２には、最大ドップラーシフトが５，１０，２０，３０Ｈｚに等しい２つのパスのレイリーフェージングチャネルについて、ビットエネルギーの低下と正規化処理量の関係を示したものである。第２パスの平均電力は第１パスより３ｄＢ下に設定された。フェージング率が上昇すると、予測の精度が低下するだけでなくフレーム平均ビットエネルギーの変動が小さくなる。その結果、エネルギーの低下は、ドップラーシフトの上昇につれて、または同様にフェージング率の上昇につれて低下する。
【００６８】
予測の不正確さによって生じる性能損失を調査するため、ビットエネルギーの最小平方予測の代わりに実際に送信されたビットエネルギーを用いたシミュレーションも実施された。実際のビットエネルギーは理想的（ゼロエラー）予測器に対応する。図１３は、ドップラーシフトが１０および３０Ｈｚである同じ２つのパスのレイリーフェージングチャネルについて理想的予測と線形ＬＳ予測とにより得られた、エネルギーの低下と正規化処理量の関係を示す図である。この結果から、予測の不正確さによって重大な性能損失が発生することが分かる。さらにドップラーシフトが上昇するにつれて性能損失が増大する。この性能損失を低下させるには、他の予測器構造も使用できる。
【００６９】
図１１、図１２、図１３で観察されたエネルギー低下は、正規化処理量が０．３付近の場合に、最大値に達する。さらなるエネルギー低下は可能でないので、目標処理量をこの値未満に低下させても、ほとんど役に立たない。一般的に最大のエネルギー低下が達成される処理量は、使用される特定のデータレート集合に左右される。したがって所与のデータレート集合については、利用可能な目標処理量の範囲に下限が見られる。さらに、送信エネルギーを最小にする必要のある電力保存方式では、広範囲なフェージング分布とドップラーシフトにわたって一定の近最小送信電力を得るのに使用できる特定の目標処理量が存在する。
【００７０】
他の実施形態および変形も可能である。例えば、上記ではリバースリンク電力制御に焦点が当てられていたが、パイロットをベースとする電力制御を含む同じ原理はフォワードリンク電力制御にも適用される。さらに、様々なデータレートを達成するために送信機でデータが符号化および変調される特定方法に関する推定は行われていない。また、電力制御は移動局と基地局に等しく適用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の閉ループ電力制御システムのブロック線図である。
【図２】ｃｄｍａ２０００におけるリバースリンク送信機構造を示す図である。
【図３】基地局受信機で最大比が組み合わされた２つのパスのレイリーフェージングチャネルにおける、データレートが一定な閉ループ電力制御のシミュレーションを示す図である。
【図４】データレート制御プロセスのフローチャートである。
【図５】予測データレート制御装置のブロック線図である。
【図６】一フォールバックレートでのレート適応のシミュレーションを示す図である。
【図７】図６のシミュレーションに使用されたシステムパラメータを示す図表である。
【図８】本発明の一実施形態によるセルラー電話の正面斜視図を示す。
【図９】予測データレート制御装置を備える無線通信システムのブロック線図である。
【図１０】本発明の実施形態による送信電力制御装置を示す図である。
【図１１】数千フレームにわたって獲得された平均ビットエネルギーの低下と正規化処理量の関係を示す図である。
【図１２】最大ドップラーシフトが５，１０，２０，３０Ｈｚに等しい２つのパスのレイリーフェージングチャネルについて、ビットエネルギーの低下と正規化処理量の関係を示す図である。
【図１３】ドップラーシフトが１０および３０Ｈｚである同じ２つのパスのレイリーフェージングチャネルについて理想的予測と線形ＬＳ予測とにより得られた、エネルギーの低下と正規化処理量の関係を示す図である。
【符号の説明】
５００…データレート制御装置、５０４…ルックアップテーブル、
５１０…ビットエネルギー演算装置、５１４…減数器、
５２０…マルチステップ予測器、５２８…標準偏差推定器、５３６…比較器、
５３８…ルックアップテーブル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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