【手続補正書】
【提出日】平成19年2月2日(2007.2.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】  無線通信システムにおける閉ループ電力制御
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次局及び複数の二次局を有する無線通信システムであって、当該システムは前記一次局と二次局との間に通信チャネルを持ち、前記一次局及び二次局の一方（送信局）は、電力制御指令を他方の局（受信局）に送信して、該他方の局の出力伝送電力をステップ単位で調整するよう該他方の局に指示するための手段を持ち、前記受信局は、複数の前記電力制御指令からなるグループを一緒に処理し、該グループをなす複数の前記電力制御指令が全て等しいときにだけ、前記出力伝送電力を調整する決定を行う組合わせ手段を持つ無線通信システム。
【請求項２】
無線通信システムにおいて用いる一次局であって、前記無線通信システムは当該一次局と二次局との間に通信チャネルを持ち、当該一次局が、前記二次局によって送信される電力制御指令に応答して、該一次局の出力伝送電力をステップ単位で調整するための手段を持ち、複数の前記電力制御指令からなるグループを一緒に処理し、該グループをなす複数の前記電力制御指令が全て等しいときにだけ、前記出力伝送電力を調整する決定を行う組合わせ手段が設けられている一次局。
【請求項３】
無線通信システムにおいて用いる二次局であって、前記無線通信システムは当該二次局と一次局との間に通信チャネルを持ち、当該二次局が、前記一次局によって送信される電力制御指令に応答して、該二次局の伝送電力をステップ単位で調整するための手段を持ち、複数の前記電力制御指令からなるグループを一緒に処理し、該グループをなす複数の前記電力制御指令が全て等しいときにだけ、前記伝送電力を調整する決定を行う組合わせ手段が設けられている二次局。
【請求項４】
前記一次局によって送出される指令に応じて複数の利用可能な電力制御ステップサイズのうち１つを選択するための手段が設けられ、前記組合わせ手段は、所要のステップサイズが当該二次局の最小利用可能ステップサイズより小さい場合に動作することを特徴とする請求項３に記載の二次局。
【請求項５】
前記グループのサイズが前記最小利用可能ステップサイズ及び前記所要のステップサイズにより決定されることを特徴とする請求項４に記載の二次局。
【請求項６】
前記グループのサイズが前記最小利用可能ステップサイズと前記所要のステップサイズとの間の比に等しいことを特徴とする請求項５に記載の二次局。
【請求項７】
前記グループのサイズが予め決定されていることを特徴とする請求項３に記載の二次局。
【請求項８】
電力制御ステップサイズが予め決定されていることを特徴とする請求項７に記載の二次局。
【請求項９】
一次局及び複数の二次局を有する無線通信システムを動作させる方法であって、前記システムが前記一次局と二次局との間に通信チャネルを持ち、前記一次局及び二次局の一方（送信局）は、電力制御指令を他方の局（受信局）に送信して、該他方の局の電力をステップ単位で調整するよう該他方の局に指示し、前記受信局は、複数の前記電力制御指令からなるグループを一緒に処理し、該グループをなす複数の前記電力制御指令が全て等しいときにだけ、前記電力を調整する方法。
【請求項１０】
前記送信局が特定の電力制御ステップサイズを用いるよう前記受信局に指示し、所要のステップサイズが最小利用可能ステップサイズより小さい場合に、前記受信局が複数の前記電力制御指令からなる前記グループを一緒に処理することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記受信局が、前記最小利用可能ステップサイズ及び前記所要のステップサイズに依存して前記グループのサイズを決定することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記グループのサイズが前記最小利用可能ステップサイズと前記所要のステップサイズとの間の比に等しいことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記グループのサイズが予め決定されていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
電力制御ステップサイズが予め決定されていることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記チャネル上の伝送はフレーム単位で行われ、前記電力制御指令のグループは各フレームの始まりに対して予め決定されている位置を持つことを特徴とする請求項９乃至１４の何れか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記グループのサイズが、１フレーム内で送信される電力制御指令の数に正確に分割可能であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は無線通信システムに関し、更に斯様なシステムに用いる二次局、及び斯様なシステムを動作させる方法に関する。本明細書はとりわけ台頭しつつある（emerging）ユニバーサル移動電話システム（Universal Mobile Telecommunication System ）(UMTS)に関するシステムについて記載しているが、斯様な技術は他の移動無線システムにおいて使用するために等しく適用可能であることを理解されたい。
【０００２】
【背景技術】
無線通信システムにおいて基地局（BS）と移動局（MS）との間で必要とされる通信の基本タイプは２つある。第１のタイプはユーザトラヒック、例えば音声データ又はパケットデータである。第２のタイプは、BS及びMSが所要ユーザトラヒックを交換することを可能にするために伝送チャネルの様々なパラメータを設定し、監視するのに必要とされる制御情報である。
【０００３】
多くの通信システムにおいて制御情報の機能の１つは、電力制御を可能にすることである。ＭＳからＢＳに送信される信号の電力制御は、ＢＳが異なるＭＳからほぼ同じ電力レベルで信号を受信する一方で、各ＭＳにより必要とされる伝送電力を最小化するために必要とされる。ＢＳによりＭＳに送信される信号の電力制御は、他のセル及び無線システムとの干渉を低減すべく伝送電力を最小化する一方で、ＭＳがＢＳから誤り率の小さい信号を受信するために必要とされる。双方向無線通信システム（two-way radio communication system）においては、電力制御は閉ループの手法で又は開ループの手法で動作され得る。閉ループシステムにおいては、ＭＳが、ＢＳからの伝送電力において必要とされる変更を決定し、この変更をＢＳに信号で伝え、またその反対にＢＳが、ＭＳからの伝送電力において必要とされる変更を決定し、この変更をＭＳに信号で伝える。ＴＤＤシステムにおいて用いられ得る開ループシステムでは、ＭＳがＢＳからの受信信号を測定し、この測定を使用して伝送電力において必要とされる変更を決定する。
【０００４】
電力制御を用いる時分割多元接続と周波数分割複合多元接続とが組合わされたシステム（combined time and frequency division multiple access system）の例に、ＢＳ送信機とＭＳ送信機との両方の伝送電力が２ｄＢのステップ単位で制御される移動体通信用グローバルシステム（Global System for Mobile communication）（ＧＳＭ）がある。同様に、スペクトル拡散符号分割多元接続（spread spectrum Code Division Multiple Access）（ＣＤＭＡ）技術を用いるシステムにおける電力制御の実施が、米国特許第５，０５６，１０９において開示されている。
【０００５】
閉ループ電力制御を考察する際には、いかなる任意のチャネル条件に対しても所要Ｅｂ／Ｎ０（ビット当たりのエネルギー／雑音密度）を最小にする電力制御の最適ステップサイズがあることを示すことが出来る。チャネルが非常にゆっくり変化する場合、最適ステップサイズは１ｄＢよりも小さくなり得る。これは、斯様な値がトラッキングエラー（tracking error）を最小にしながらチャネルにおける変化を追跡する（track）のに十分であるからである。ドップラー周波数（Doppler frequency）が増大するにつれ、ステップサイズが大きいほど性能が良くなり、最適値は２ｄＢよりも大きくなる。しかしながら、ドップラー周波数がさらに増加するときに、電力制御ループの待ち時間（又は、更新速度）が非常に大きくなってチャネルを適切に追跡できなくなり、最適ステップサイズは再び減少して、恐らく０．５ｄＢよりも小さくなる。この理由は、速いチャネルの変化は追跡できないので、必要となるのはただ、一般に遅いプロセスである遮蔽（shadowing）を追う能力だけであるからである。
【０００６】
最適電力制御ステップサイズは動的に変化し得ることから、ＢＳがＢＳへのアップリンク伝送に用いるべき電力制御ステップサイズの値をＭＳに指示する場合には性能を改善し得る。斯様な方法を使用し得るシステムの例には、ＵＭＴＳ周波数分割双方向（Frequency Division Duplex）（ＦＤＤ）規格がある。この規格においてはＣＤＭＡ技術を使用するため電力制御が重要である。小さな最小ステップサイズ、例えば０．２５ｄＢを持つことによって性能を改善させることは出来るが、このことはＭＳのコストを相当に増大させるだろう。しかしながら、ＭＳが最小ステップサイズを実施する必要がない場合には、ＭＳはＢＳにより必要とされるステップサイズを実施することが出来なくても良い。
【０００７】
【発明の開示】
本発明の目的は、全ての移動局が同じ最小電力制御ステップサイズを実施することを必要としない、正確な最適電力制御を可能にすることにある。
【０００８】
本発明の第１の特徴によれば、一次局及び複数の二次局を有する無線通信システムを供し、当該システムは前記一次局と二次局との間に通信チャネルを持ち、前記一次局及び二次局の一方（送信局）は、電力制御指令を他方の局（受信局）に送信して、該他方の局の出力伝送電力をステップ単位で調整するよう該他方の局に指示するための手段を持ち、前記受信局は、複数の電力制御指令を処理して、該受信局の出力電力を調整すべきかどうかを決定するための組合わせ手段を持つ。
【０００９】
本発明の第２の特徴によれば、無線通信システムにおいて用いる一次局を供し、前記無線通信システムは当該一次局と二次局との間に通信チャネルを持ち、当該一次局が、前記二次局によって送信される電力制御指令に応じて該一次局の出力伝送電力をステップ単位で調整するための手段を持ち、複数の電力制御指令を処理して、該一次局の出力電力を調整すべきかどうかを決定するための組合わせ手段が設けられている。
【００１０】
本発明の第３の特徴によれば、無線通信システムにおいて用いる二次局を供し、前記無線通信システムは当該二次局と一次局との間に通信チャネルを持ち、当該二次局が、前記一次局によって送信される電力制御指令に応じて該二次局の伝送電力をステップ単位で調整するための手段を持ち、複数の電力制御指令を処理して、該二次局の出力電力を調整すべきかどうかを決定するための組合わせ手段が設けられている。
【００１１】
本発明の第４の特徴によれば、一次局及び複数の二次局を有する無線通信システムを動作させる方法を供し、前記システムが前記一次局と二次局との間に通信チャネルを持ち、前記一次局及び二次局の一方（送信局）は、電力制御指令を他方の局（受信局）に送信して、該他方の局の電力をステップ単位で調整するよう該他方の局に指示し、前記受信局は、複数の電力制御指令を処理して、該受信局の出力伝送電力を調整すべきかどうかを決定する。
【００１２】
本発明は、従来技術では存在しなかったことであるが、ＭＳによる小さな電力制御ステップサイズのエミュレーションが優れた性能を供することが出来るという認識に基づいている。
【００１３】
一例として、添付の図面を参照して本発明の実施例を以下に説明する。
【００１４】
【本発明を実施するための最良の形態】
図１を参照して、周波数分割二重通信モード（frequency division duplex mode）又は時分割二重通信モード（time division duplex mode）で動作することが出来る無線通信システムは、一次局（ＢＳ）１００及び複数の二次局（ＭＳ）１１０を含む。ＢＳ１００は、マイクロコントローラ（μＣ）１０２、無線伝送手段１０６に接続されたトランシーバ手段（Ｔｘ／Ｒｘ）１０４、伝送電力レベルを変更するための電力制御手段（ＰＣ）１０７、及びＰＳＴＮ又は他の適当なネットワークに接続するための接続手段１０８を含む。各ＭＳ１１０は、マイクロコントローラ（μＣ）１１２、無線伝送手段１１６に接続されたトランシーバ手段（Ｔｘ／Ｒｘ）１１４、及び伝送電力レベルを変更するための電力制御手段（ＰＣ）１１８を含む。ＢＳ１００からＭＳ１１０への通信は、ダウンリンクチャネル１２２上で行われ、一方で、ＭＳ１１０からＢＳ１００への通信はアップリンクチャネル１２４上で行われる。
【００１５】
ＵＭＴＳ ＦＤＤシステムで、データは、各々が１５のタイムスロットを有する１０ｍｓのフレームで送信される。ＢＳ１００は、スロット当たり１つの電力制御指令（２ビットで構成される）を送信する。ここで、ビット１１（今後簡単にするために１の値と呼ぶ）は、ＭＳ１１０に電力を増加させるように要求し、ビット００（今後０と呼ぶ）はＭＳ１１０に電力を減少させるように要求する。必要な電力制御ステップサイズの変更は、制御チャネル上で別途通知される。
【００１６】
本発明によるシステムでは、ＭＳ１１０が、ＭＳ１１０の可能な最小ステップサイズよりも小さな電力制御ステップサイズを実施するように要求された時に、この動作が修正される。この状況で、ＭＳ１１０が一連の同一電力制御指令を受信しない場合、ＭＳ１１０は何も処置を講じないで、それによって、より正確な電力制御を有するＭＳ１１０の性能をエミュレートする。
【００１７】
例えば、要求されたステップサイズが０．５ｄＢであり、ＭＳ１１０で実施される最小ステップサイズが１ｄＢである場合を考えよう。ＭＳ１１０は、電力制御指令を２つずつ処理し、両方の指令が等しい場合にだけ、出力電力を変える。したがって、受信された指令が１１である場合は電力を増加させる。受信された指令が００である場合は、電力を減少させる。受信された指令が１０か０１である場合は、電力を変えない。この比較をフレームの伝送と整列させて、したがって、フレームのスロット１と２で送信された電力制御指令、それからスロット３と４で送信された指令、その他を組み合わせるのが有利である。
【００１８】
同様に、要求されたステップサイズが０．２５ｄＢであり、最小ステップサイズが１ｄＢである場合、ＭＳ１１０は、電力制御指令を一度に４つ処理し、４つの指令が全て等しいときにだけ、出力電力を変える。したがって、受信された指令が１１１１である場合は、電力を増加させ、００００である場合は、電力を減少させ、そうでない場合は、変えない。再び、この比較をフレーム伝送と整列させて、スロット１から４で送信された指令、それからスロット５から８で送信された指令、その他を組み合わせるのが有利である。
【００１９】
３又は５のスロットで受信された指令を組み合わせることは、考察しているＵＭＴＳの実施例においてとりわけ有利である。その理由は、この場合、１５スロットのフレームと整列が維持されるからである。しかし、本方法は斯様なシステムに限定されない。ＭＳ１１０で実施される最小ステップサイズがＳであり、ＢＳ１００で要求されたステップサイズがＲである一般的な場合を考えよう。この場合に、電力制御指令はＧのグループに組み合わせることが出来る。ここで、Ｇ＝Ｓ／Ｒである。
【００２０】
図２は、ＭＳ１１０の最小ステップよりも小さな電力制御ステップをエミュレートする方法を図示する。２０２で、ＭＳ１１０がグループに組み合わせるべき指令の数Ｇを決定し、受信された電力制御指令用の計数器ｉをゼロに設定することから方法は始まる。２０４で、ＭＳ１１０は、電力制御指令を受信し、計数器ｉをインクリメントする。次に、２０６で、ｉの値をＧと比較する。ｉがＧよりも小さい場合、受信された指令は格納され、ＭＳ１１０は次の指令を受信するのを待つ。そうでない場合、必要な数の電力制御指令が受信されており、ＭＳ１１０は、２０８で、受信された電力制御指令に基づいて電力を調整すべきかどうかを決定する。これが行われると、計数器ｉはゼロ（ｉがＧに等しい場合）か１（ｉがＧよりも大きい場合、これはＧが整数でないときに起こる）にリセットされ、ＭＳ１１０は次の電力制御指令を受信するのを待つ。
【００２１】
他の実施例においては、電力制御指令をＧのグループに組み合わせないで、ＭＳ１１０は要求された電力変化の現在の合計（running total）を保持し、合計の要求された電力変化が最小ステップサイズに達した時に、変更を行う。例えば、要求されたステップサイズが０．２５ｄＢであり、最小ステップサイズが１ｄＢである場合、受信された指令のシーケンス１１０１０１１１で、電力が１ｄＢだけ増加されることになる。その時にＭＳ１１０は、要求された電力変化の現在の合計から実際に実施されたステップを差し引く。しかし、斯様な方法は実施するには比較的複雑であり（というのは、要求された電力変化の現在の合計を維持することが必要であるから）、方法の性能に最小限度の改善をもたらすに過ぎないようである。
【００２２】
この他の実施例の変形例においては、ＭＳ１１０は、個々の電力制御指令各々に対する硬判定を採用しないで、要求された電力変化の現在の合計の保持に軟判定方法を使用する。各電力制御指令は、現在の合計に加えるまえに、ＭＳ１１０が正しくその指令を解釈している可能性の目安として、その指令の受信信号の振幅の関数で重み付けする。例えば、シーケンス１１０１０１１１０１１は、重み付けされると、要求された電力変化のシーケンス０．８、０．３、−０．３、０．４、−０．１、０．５、０．９、０．８、−０．４、０．７、０．５（０．２５ｄＢの単位で）に相当するかもしれない。このシーケンスの現在の合計は４．１であり、これによって、ＭＳ１１０は１ｄＢの上向きのステップを実行し、現在の合計を０．１に減らすように起動される。この変形例で、方法の性能は僅かに改良される筈である。
【００２３】
本発明による方法の有効性を例証するために、２つのシミュレーションを行った。これらのシミュレーションは、１ｄＢの最小ステップサイズを有するＭＳ１１０の性能を、０．２５ｄＢの最小ステップサイズを有するＭＳ１１０の性能と比較して調べる。シミュレーションでは、次のいくつかの理想化の仮定を行う。
・ 電力制御ループに１スロットの遅延があること、
・ チャネル符号化はないこと、
・ 受信機による完全なチャネル推定があること、
・ 受信機での等化は完全なＲＡＫＥ受信機で実行されること、
・ 制御チャネルオーバヘッドはＥｂ／Ｎ０指数に含まれないこと、
・ 電力制御指令の伝送の誤り率は一定であること、
・ チャネルは単純なＮ経路レイリーチャネルとしてモデル化されること。
【００２４】
第１のシミュレーションは急速に変化するチャネルと関係があり、ここで、ＭＳ１１０は、電力制御指令の誤り率０．０１で、単一経路レイリーチャネル中を毎時３００ｋｍで移動している。図３は、ｄＢ単位で使用された電力制御ステップサイズに対する０．０１のアップリンクビット誤り率を得るのに必要なｄＢ単位の受信されたＥｂ／Ｎ０のグラフである。実線は、０．２５ｄＢ又はそれより小さい最小電力制御ステップサイズを有するＭＳ１１０についての結果を示す。一方で、破線は、１ｄＢの最小ステップサイズを有するＭＳ１１０についての結果を示し、ここで、ＭＳ１１０は電力制御ビットを２又は４のグループで組み合わせて、それぞれ０．５ｄＢ及び０．２５ｄＢの電力制御ステップサイズをエミュレートする。
【００２５】
この状況で、最良の性能は１ｄＢ未満の小さなステップサイズで得られる。０．２５ｄＢ及び０．５ｄＢステップのエミュレーションで約０．０５ｄＢだけの小さな実施損失となり、これは、エミュレーションが行われない場合の約０．６ｄＢに比べると、エミュレーション方法の有効性を実証している。電力制御指令の誤り率を０．１に増すと、受信されたＥｂ／Ｎ０は一般に約０．２ｄＢ低下するが、エミュレートされた小さなステップを有するＭＳ１１０の性能は、依然として、小さなステップを直接実施するＭＳ１１０の性能に近くなっている。
【００２６】
第２のシミュレーションはゆっくり変化するチャネルに関係があり、ここでＭＳ１１０は、０．０１の電力制御指令の誤り率で、６経路レイリーチャネルで毎時１ｋｍで移動している。図４は、ｄＢ単位で使用された電力制御ステップサイズに対する０．０１のアップリンクビット誤り率を得るのに必要なｄＢ単位の受信されたＥｂ／Ｎ０のグラフである。グラフの線は図３と同様に識別される。
【００２７】
この場合、１ｄＢ未満の電力制御ステップを使用する方が少し有利である。第１のシミュレーションに関するように、エミュレートされた小さなステップを使用して得られた結果は、小さなステップを直接実施した結果に非常に近い。
【００２８】
この方法の他の応用では、（例えば、より長い期間にわたって平均することで）送信された電力制御指令の解釈の誤りの影響を軽減するような理由のために有利であると考えられる場合に、Ｇの値はＳ／Ｒ以外の値に設定することが出来る。したがって、いくつかの環境では、ＭＳ１１０は、実施可能な最小ステップサイズよりも大きなステップサイズを使用することを選ぶ可能性がある。
【００２９】
上の詳細な説明は、ＢＳ１００が、電力制御ステップサイズを設定するためのＭＳ１１０への指示とは別個に電力制御指令を送信するシステムに関係している。しかし、本発明は他のシステムの範囲での使用にも適応する。とりわけ、本発明は、電力制御ステップサイズが可変であり、かつＢＳ１００がこのステップに対し特定の値を用いるようＭＳ１１０に指示する任意のシステムにおいて用いることが出来る。また、本発明は、電力制御ステップサイズが一定であるシステム、又は、電力制御ステップサイズのエミュレーション方法が使用されている間は少なくとも一定であるシステムでも使用することが出来る。ＢＳ１００が特定のステップサイズを用いるようＭＳ１１０に指示する代りに、ＢＳ１００とＭＳ１１０との間のネゴシエーションによって用いられるべきステップサイズを決定することも出来る。
【００３０】
更に、上記の説明は、ＭＳ１１０による電力制御ステップサイズのエミュレーションに関するものであるが、斯様な方法はダウンリンク伝送の電力を制御するためＢＳ１００においても等しく良好に用いられ得る。
【００３１】
本開示を読むことから、他の修正形態が当業者には明らかになるであろう。斯様な修正形態は、無線通信システムで既に知られており、かつここで既に記述された特徴の代わりに、又はそれに付け加えて使用することが出来る他の特徴を包含することが出来る。
【００３２】
本明細書及び特許請求の範囲で、要素の前にある「１つ」は、複数の斯様な要素を除外するものではない。さらに、「有する」という用語は、他の要素又は列挙されたステップ以外のステップの存在を除外するものではない。
【００３３】
【産業上の応用範囲】
本発明は無線通信システムの範囲、例えばＵＭＴＳに応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】無線通信システムのブロック概略図である。
【図２】二次局において電力制御をなすための本発明による方法を例示する流れ図である。
【図３】時間当たり３００Ｋｍで移動するＭＳに対してｄＢ単位で使用される電力制御ステップサイズと０．０１のビット誤り率を得るのに必要なｄＢ単位の受信Ｅｂ／Ｎ０のグラフ。
【図４】時間当たり１Ｋｍで移動するＭＳに対してｄＢ単位で使用される電力制御ステップサイズと０．０１のビット誤り率を得るのに必要なｄＢ単位の受信Ｅｂ／Ｎ０のグラフ。
【符号の説明】
１００  一次局（ＢＳ）
１０２  マイクロコントローラ
１０４  トランシーバ手段
１０６  無線伝送手段
１０７  電力制御手段
１１０  二次局（ＭＳ）
１１２  マイクロコントローラ
１１４  トランシーバ手段
１１６  無線伝送手段
１１８  電力制御手段
１２２  ダウンリンクチャネル
１２４  アップリンクチャネル