(57)【要約】  無線通信ネットワークで使用される電力制御方法である。受信ノードが送信ノードから無線信号を受信した後に、受信ノードは、受信した無線信号に従って自分のリンク間干渉電力を予測し、送信ノードに電力制御メッセージを送信する。送信ノードが受信ノードから電力制御メッセージを受信した後に、受信ノードにより予測されたリンク間干渉電力を抽出し、予測リンク間干渉電力に従ってその送信電力を調整する。
2007537643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信ノードによって行われ、無線通信ネットワークで使用される電力制御方法であって：
(a)送信ノードから無線信号を受信し；
(b)受信した無線信号に従って前記受信ノードでのリンク間干渉電力を予測し；
(c)前記送信ノードが電力制御メッセージに含まれる予測リンク間干渉電力に従ってその送信電力を調整することができるように、前記送信ノードに電力制御メッセージを送信することを有する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電力制御方法であって、
前記リンク間干渉電力は、前記受信ノードでの前記送信ノードを除く他の通信ノードの送信電力により生じた干渉電力の累計である方法。
【請求項３】
請求項２に記載の電力制御方法であって、
前記電力制御メッセージは、バックグラウンドノイズを更に有する方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の電力制御方法であって、
前記予測リンク間干渉電力は、カルマンフィルタを使用することによる前記無線信号の処理を通じて得られる方法。
【請求項５】
請求項４に記載の電力制御方法であって、
前記電力制御メッセージは、制御チャネルでブロードキャストされる方法。
【請求項６】
請求項５に記載の電力制御方法であって：
受信した無線信号に従ってTSCコマンドを生成し；
前記TSCコマンドを前記送信ノードに送信することを更に有する方法。
【請求項７】
送信ノードによって行われ、無線通信ネットワークで使用される電力制御方法であって：
(a)受信ノードから電力制御メッセージを受信し、
(b)前記電力制御メッセージから前記受信ノードでの予測リンク間干渉電力を抽出し、
(c)前記予測リンク間干渉電力に従って前記送信ノードの送信電力を調整することを有する方法。
【請求項８】
請求項７に記載の電力制御方法であって、
前記リンク間干渉電力は、前記受信ノードでの前記送信ノードを除く他の通信ノードの送信電力により生じた干渉電力の累計である方法。
【請求項９】
請求項８に記載の電力制御方法であって、
前記電力制御メッセージは、バックグラウンドノイズを更に有し、
前記方法は、前記バックグラウンドノイズに従って前記送信ノードの送信電力を調整することを更に有する方法。
【請求項１０】
請求項７ないし９のうちいずれか１項に記載の電力制御方法であって、
前記予測リンク間干渉電力は、前記受信ノードがカルマンフィルタを通じて前記無線信号を処理することを通じて得られる方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電力制御方法であって、
前記送信ノードは、制御チャネルを介して前記電力制御メッセージを受信する方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電力制御方法であって：
前記受信ノードからTSCコマンドを受信し；
前記TSCコマンドに従って前記送信ノードの送信電力を調整することを更に有する方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電力制御方法であって：
前記送信ノードと前記受信ノードとの間のチャネル利得を測定し；
前記チャネル利得に従って前記送信ノードの送信電力を調整することを更に有する方法。
【請求項１４】
他の移動端末から送信された無線信号を受信する受信ユニットと；
受信した無線信号に従って移動端末でのリンク間干渉電力を予測する予測ユニットと；
前記他の移動端末が電力制御メッセージに含まれる予測リンク間干渉電力に従ってその送信電力を調整することができるように、前記他の移動端末に電力制御メッセージを送信する送信ユニットと；
を有する移動端末。
【請求項１５】
請求項１４に記載の移動端末であって、
前記リンク間干渉電力は、前記移動端末での前記他の移動端末を除く他の通信移動端末の送信電力により生じた干渉電力の累計である移動端末。
【請求項１６】
請求項１４に記載の移動端末であって、
前記予測ユニットは、カルマンフィルタを用いて前記無線信号を処理し、前記予測リンク間干渉電力を得る移動端末。
【請求項１７】
他の移動端末から電力制御メッセージを受信する受信ユニットと；
前記電力制御メッセージから前記他の移動端末での予測リンク間干渉電力を抽出する抽出ユニットと；
前記予測リンク間干渉電力に従って移動端末の送信電力を調整することと；
を有する移動端末。
【請求項１８】
請求項１７に記載の移動端末であって、
前記リンク間干渉電力は、前記他の移動端末での前記移動端末を除く他の通信移動端末の送信電力により生じた干渉電力の累計である移動端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して無線通信ネットワークで使用される電力制御方法及び装置に関し、特にCDMA無線通信ネットワークで使用される電力制御方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の社会では、無線通信ネットワークは、ますます豊富且つ高速な情報サービスを提供することにより、日常生活でますます重要な役目を果たしている。
【０００３】
現在、２種類の無線通信ネットワークが存在し、一方は、セルラ電話ネットワークのように固定インフラストラクチャに基づき、他方は、アドホックネットワークのように固定インフラストラクチャを有さない。
【０００４】
インフラストラクチャ型ネットワークでは、セルのサイズはBS（基地局）又はAP（アクセスポイント）の送信範囲によって決定され、セル内の移動端末はBS又はAPと直接通信することができる。しかし、アドホックネットワークでは、移動端末は自己組織的であるため、２つの移動端末がこれらの間の直接の通信を確立することができる、又はこれらの間の他の移動端末の転送（マルチホップ）を通じて相互の通信を確立することができる。この性質で、アドホックネットワークは、PAN（Personal  Area  Network）、軍事環境及び捜索救助活動のような多数の分野で用途を見出しており、広範囲で有望な用途の将来性を有している。
【０００５】
過去数年間の間に、世界中の研究者は、欧州での“Fleetnet-Internet  on  the  Road”及び中国の863  high-tech  projectの“Self-organizing  wireless  network  based  on  3G  techniques”を含み、CDMA型アドホック無線通信ネットワークについて様々な研究を行っている。更に深く研究が進み、CDMA型アドホック無線通信ネットワークは、システムアーキテクチャ、情報ルーティング、電力制御、システム同期、アクセス制御、無線リソース割り当て等のような更に難しい問題に直面している。遠近効果（near-far  effect）のため、CDMAシステムは自己干渉又は干渉制限がある。従って、前記の問題の中で、電力制御がCDMA型アドホック無線通信ネットワークの性能に影響を及ぼす主要な要因になっている。
【０００６】
現在では、CDMA型アドホック無線通信ネットワークで行われる継続中の研究では、セルラ無線通信ネットワークで使用されている開ループ電力制御又は閉ループ電力制御機構に類似した方法が使用される。すなわち、送信ノードの送信電力は、履歴情報（例えば複数の前の無線フレームのBER）を参照して調整される。従来の電力制御方法は、R.Ramanathan及びR.Rosales-HainによりIEEE  INFOCOM,  vol.2に公開された“Topology  control  of  multi-hop  wireless  networks  using  transmit  power  adjustment”、Eun-Sun  Jung及びNitin  H.VaidyaによりACM  International  Conference  on  Mobile  Computing  and  Networking  (MobiCom),  September  2002に公開された“A  Power  Control  MAC  Protocol  for  Ad  Hoc  Networks”、並びにT.J.Kwon及びM.GerlaによりIEEE  MILCOM,  vol.2に公開された“Clustering  with  power  control”に詳細に説明されている。
【０００７】
しかし、アドホックネットワークの動的トポロジ及びアドホック無線通信ネットワークのノードの移動性のため、他の通信リンクにより生じた所定の受信ノードでのリンク間干渉は、動的に変動する可能性がある。SIR及び干渉の測定が受信ノードでの履歴情報に基づき、得られた電力制御メッセージが対応する送信ノードにフィードバックされると、電力制御情報は、現在のネットワークでの潜在的な干渉の影響を正確に反映することができない。従って、送信ノードが受信ノードからフィードバックされた電力制御メッセージに基づいてその送信電力を定期的に調整すると、電力制御方法の収束レートが非常に低くなり、これによって、エネルギー効率を低下させ、ネットワーク干渉を増加させ、アドホック無線通信ネットワークの性能を劣化させる。
【０００８】
システム性能の劣化の前記の問題を解決するため、新しい送信電力制御方法が必要になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、新しい電力制御方法及び装置を提供することであり、これにより、アドホック無線通信ネットワークの全てのノードがネットワークリソースを公平に共有することが可能になり、このため、エネルギー効率を効率的に増加させ、ネットワーク干渉を低減させ、ネットワーク性能を最適化する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
受信ノードによって行われ、本発明に従って無線通信ネットワークで使用される電力制御方法は、送信ノードから無線信号を受信し、受信した無線信号に従って受信ノードでのリンク間干渉電力を予測し、送信ノードが電力制御メッセージに含まれる予測リンク間干渉電力に従ってその送信電力を調整することができるように、送信ノードに電力制御メッセージを送信することを有する。
【００１１】
送信ノードによって行われ、本発明に従って無線通信ネットワークで使用される電力制御方法は、受信ノードから電力制御メッセージを受信し、電力制御メッセージから受信ノードでの予測リンク間干渉電力を抽出し、予測リンク間干渉電力に従って送信ノードの送信電力を調整することを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の完全な理解と共に、他の目的及び実現が、添付図面を考慮して以下の説明及び特許請求の範囲を参照することで明らかになると共に理解できる。
【００１３】
本発明の好ましい実施例の詳細な説明のため、添付図面に言及が行われる。
【００１４】
同じ参照符号は、全ての添付図面において類似の又は対応する特徴及び機能を示す。
【００１５】
本発明で提供される電力制御方法に従って、無線通信ネットワークの所定の受信ノードで、音声、画像、IPデータ等のようなトラヒックの特定のバースト及び自己相似性（self-similarity）に基づいて、他の通信リンクにより生じた受信ノードでのリンク間干渉電力を予測し、予測干渉電力を送信ノードにフィードバックし、これにより、送信ノードはフィードバック情報に基づいて無線信号を送信する電力を調整することができる。
【００１６】
図１に示すTDDモードでのアドホック無線通信ネットワークを例示することにより、本発明の電力制御方法の詳細な説明を以下に行う。
【００１７】
図１に示すように、複数の移動端末（ノード）により構築されるアドホックネットワークでは、ノードが隣接ノードと通信するときに、これらの間のリンク接続が維持される。異なるタイムスロットに割り当てられたノードでは、これらの間の通信リンクは信号干渉を生じない。しかし、同じタイムスロットに割り当てられているが、無線信号の送受信で異なる拡散コードを使用する送信ノードと受信ノードとの対では、リンク間干渉が生じる。
【００１８】
ネットワークに受信ノードiが存在し、送信ノードjから送信された無線信号を受信することを仮定する。受信ノードiでのSIR（Signal  Interference  Ratio）要件を満たすために、送信ノードjの送信電力は以下の式(1)を満たさなければならない。
【００１９】
【数１】
2007537643.tif 000003
ただし、
Gは処理利得であり、
tはタイムスロット番号（フレームの開始時点でゼロに設定される）であり、
pj(t)はでの送信ノードjの送信電力（mW）であり、
rij(t)は送信ノードjから受信ノードiへのチャネル利得であり、
Iinter(t)は受信ノードiでのこの送信ノードjを除く他の通信ノードの送信電力により生じた干渉電力の累計（mW）（すなわち、受信ノードiでの他の通信リンクにより生じたリンク間干渉）である。この他のノードにより使用される伝搬チャネルは、同じタイムスロット内にあるが、異なる拡散コードを使用する。
Nbkはバックグラウンドノイズ（mW）である。
SIRtargetij(t)は送信ノードjにより送信された信号を抽出するための受信ノードiでの目標SIRである。通常では、SIRtargetij(t)は無線リソース管理レイヤにより設定され、通信リンクの品質に従って調整され得る。例えば、SIRtargetij(t)は計算されたBER（Bit  Error  Rate）に従って調整され得る。BERが高い場合にSIRtargetij(t)が増加し、BERが低いときにSIRtargetij(t)が減少する。
【００２０】
前記の式(1)は以下のようにも記述され得る。
【００２１】
【数２】
2007537643.tif 000004
ただし、
【００２２】
【数３】
2007537643.tif 000005
である。
【００２３】
送信ノードjの送信出力は、式(2)及び式(3)に従って計算され得る。
【００２４】
しかし、Iinter(t)（受信ノードiでのリンク間干渉）は、リアルタイムの確率過程であり、リンク間干渉Iinter(t)は、アドホックネットワークの変動性のため、時間によって動的に変動する。従って、Iinter(t)の正確な情報を予測できる見込みが少ない。
【００２５】
前記の式(2)及び(3)から、ノードjがその送信電力をタイムリー且つ正確に調整するための主要な要因は、Iinter(t)の現在の情報を取得することであることがわかる。
【００２６】
現在及び将来の無線通信ネットワークでは、音声、画像及びIPデータが依然としてネットワークで配信される主要なトラヒックである。これらのトラヒックでは、バースト及び自己相似性が最も重要な統計的特性であり、受信ノードiでのリンク間干渉が１つのタイムスロットから次のタイムスロットに相関することを意味する。Iinter(t)の時間相関に従って、Iinter(t)の値を予測するため、受信ノードiで受信した無線信号を検出するためにカルマンフィルタ（Karman  filter）が使用され得る。予測されたIinter(t)が取得されると、前記の式(3)は次のように変更され得る。
【００２７】
【数４】
2007537643.tif 000006
ただし、
〔外１〕
2007537643.tif 000007
はIinter(t)の予測値である。
【００２８】
Iinter(t)が
iinter(t)=10lg[Iinter(t)]  (dBm)
として規定されると、リンク間干渉電力（dBm）の動的過程は、１次マルコフ過程（Markov  process）により次のように表され得る。
【００２９】
【数５】
2007537643.tif 000008
ただし、αは重み係数（0＜α＜1）であり、αは次のように規定され得る。
【００３０】
【数６】
2007537643.tif 000009
ただし、νは受信ノードiの速度であり、ηは電力制御レートであり、c及びΔはそれぞれ一定の係数及び一定のオフセットであり、これらは高レイヤで規定される。
【００３１】
式(5)のW(t)はσ2W(t)としての分散でのゼロ平均のガウス白色ノイズ系列である。
【００３２】
iinter(t)の分散は次のように記述され得る。
【００３３】
【数７】
2007537643.tif 000010
Y(t)をタイムスロットtでの測定干渉電力とする。
【００３４】
【数８】
2007537643.tif 000011
ただし、U(t)は測定ノイズであり、これもσ2Uとしての分散でのゼロ平均のガウス白色ノイズである。
【００３５】
iinter(t)はU(t)と独立であるため、Y(t)の分散が以下のように得られる。
【００３６】
【数９】
2007537643.tif 000012
受信ノードiで干渉信号を処理するためにカルマンフィルタが採用されるとき、カルマフィルタの式は以下のように表され得る。
【００３７】
【数１０】
2007537643.tif 000013
【００３８】
【数１１】
2007537643.tif 000014
【００３９】
【数１２】
2007537643.tif 000015
【００４０】
【数１３】
2007537643.tif 000016
【００４１】
【数１４】
2007537643.tif 000017
ただし、
〔外２〕
2007537643.tif 000018
及び
〔外３〕
2007537643.tif 000019
は、それぞれiinter(t)の事後及び事前の推定を示す。すなわち、iinter(t)の検出値及び予測値である。K(t)はカルマン利得であり、
〔外４〕
2007537643.tif 000020
及び
〔外５〕
2007537643.tif 000021
は事前及び事後の推定誤差の分散である。
【００４２】
通常の状態で、測定されたiinter(t)について±4dBの測定精度が必要であることを仮定する。σU=3dB（すなわちσ2U=9）であることを仮定すると、式(7)及び式(9)に従って、次を得る。
【００４３】
【数１５】
2007537643.tif 000022
最後のLのタイムスロットの干渉の測定に基づいて、式(16)〜(18)に従ってσ2W(t)の推定
〔外６〕
2007537643.tif 000023
を得ることができる。
【００４４】
【数１６】
2007537643.tif 000024
【００４５】
【数１７】
2007537643.tif 000025
【００４６】
【数１８】
2007537643.tif 000026
受信ノードiはタイムスロット毎に干渉を測定し、これらの干渉の測定が
〔外７〕
2007537643.tif 000027
を推定するために式(16)〜(18)の入力として使用される。推定された
〔外８〕
2007537643.tif 000028
及び現在の干渉の測定は、干渉電力
〔外９〕
2007537643.tif 000029
を予測するためにカルマンフィルタの式(10)〜(14)の入力として使用される。
【００４７】
実際に、式(11)はdBmで
〔外１０〕
2007537643.tif 000030
を生じる。mWでの
〔外１１〕
2007537643.tif 000031
は以下のように得られる。
【００４８】
【数１９】
2007537643.tif 000032
〔外１２〕
2007537643.tif 000033
が計算された後に、これは送信ノードjの送信電力pjを計算するために式(4)及び(2)で予測干渉電力として使用される。
【００４９】
前記の説明から、データトラヒックの固有のバースト及び自己相似性は、受信ノードがリンク間干渉電力（すなわち前記の式(4)の
〔外１３〕
2007537643.tif 000034
）を予測することに役立ち得ることがわかる。受信ノードが予測されたリンク間干渉電力をネットワークの送信ノードにフィードバックした後に、送信ノードはフィードバック情報に従ってその送信電力を調整し得る。
【００５０】
以下の説明は、図２と共に、アドホックネットワークにおいて送信ノードj及び対応する受信ノードiの間で行われる送信電力制御方法について行われる。
【００５１】
まず、図２に示すように、送信ノードjから無線信号を受信した後に、受信ノードiは無線信号のバックグラウンドノイズを検出し、リンク間干渉
〔外１４〕
2007537643.tif 000035
を推定するために、ここでカルマンフィルタを使用する（ステップS10）。
【００５２】
次に、受信ノードiは、受信信号に従って従来の方法で受信チャネルのビット誤り率（BERest）を推定し、以下の規則に従ってSIRtargetijを調整する（ステップS20）。
【００５３】
【数２０】
2007537643.tif 000036
ただし、Δは固定の電力制御ステップであり、BERreqはQoSを満たすために必要なBERである。
【００５４】
次に、受信ノードiは従来の方法でTSC（目標SIR制御）コマンドを生成し、これを以下の規則に従って対応する送信ノードjに送信する（ステップS30）。
【００５５】
【数２１】
2007537643.tif 000037
次に、受信ノードiは式(4)に従ってEを計算する（ステップS40）。
【００５６】
その後、受信ノードiは、制御チャネルを介して、計算されたEを含む電力制御メッセージをその隣接ノードにブロードキャストする（ステップS50）。対応する送信ノードjは、電力制御メッセージに従ってその送信電力を調整することができ、他の隣接ノードも、アクセス情報及びルート情報を得るために、チャネル推定にこのブロードキャストメッセージを使用することができる。
【００５７】
受信ノードiから電力制御メッセージを受信した後に、送信ノードjは、電力制御メッセージからEの情報を抽出する（ステップS60）。
【００５８】
次に、送信ノードjは、以下の規則を参照して受信ノードiからのTSCコマンドに従ってSIRtargetij(t)を調整する（ステップS70）。
【００５９】
【数２２】
2007537643.tif 000038
次に、送信ノードjは従来の方法でチャネル利得rijを予測する（ステップS80）。
【００６０】
送信ノードjは、抽出されたE、調整されたSIRtargetij(t)及び予測されたチャネル利得rijに従って式(2)で送信電力pjを計算し、その送信電力を調整する（ステップS90）。
【００６１】
図２と共に前記の説明からわかるように、受信ノードiが式(2)でEを計算すると、リンク間干渉電力
〔外１５〕
2007537643.tif 000039
がカルマンフィルタを使用することにより予測される。従って、送信ノードjが受信した電力制御メッセージからEを抽出し、式(2)から計算された電力pjに従って送信電力を調整するときに、送信ノードjは、従来のモードでの履歴情報に基づいて送信電力を調整するのではなく、受信ノードでの干渉電力の現在の予測情報を使用する。
【００６２】
本発明のCDMA無線通信システムで使用される前記の電力制御方法は、コンピュータソフトウェア若しくはコンピュータソフトウェア又は双方の組み合わせで実装され得る。
【００６３】
図３は、本発明の一実施例に従ってCDMA無線通信システムで電力制御を実装する移動端末のハードウェアアーキテクチャを示している。従来の移動端末と同じ構成要素はここに図示されていない。
【００６４】
図３に示すように、（前記の送信ノードjとしての）移動端末10の送信ユニット40が無線信号を（前記の受信ノードiとして動作する）他の移動端末10に送信すると、受信ノードiとしてのこの他の移動端末10の受信ユニット20が無線信号を受信した後に、予測ユニット30はカルマンフィルタを使用することにより無線信号を処理し、受信ノードiでのリンク間干渉電力を予測する。その後、受信ノードiの送信ユニット40は、電力制御メッセージを送信ノードjに送信し、これにより、送信ノードjは電力制御メッセージに含まれる予測リンク間干渉電力に従ってその送信電力を調整することができる。
【００６５】
送信ノードjの受信ノード20が受信ノードiから電力制御メッセージを受信すると、抽出ユニット50は受信ノードiでの予測リンク間干渉電力を抽出し、電力制御メッセージに含まれるバックグラウンドノイズを調整ユニット60に提供する。これにより、調整ユニット60は、予測リンク間干渉電力及びバックグラウンドノイズに従って、前記の式(2)を用いて送信ノードjの送信ユニット40の送信電力を調整することができる。
【００６６】
＜本発明の有益な結果＞
前記のように、本発明で提供される電力制御方法及び装置に関して、受信ノードは、データトラヒックの固有のバースト及び自己相似性に従ってリンク間干渉電力を予測して計算するためにカルマンフィルタを使用し、予測値を送信ノードにフィードバックすることができる。これにより、CDMA型アドホックネットワークの全てのノードがネットワークリソースを公平に共有することができる。従って、対応する送信ノードは、従来の方法での履歴情報に基づくのではなく、受信ノードでの干渉電力の現在の予測情報を使用することにより、その送信電力を調整する。従って、本発明の電力制御方法により、従来のものと比較して、高いエネルギー効率、低い干渉及び優れたシステム性能を有する全体ネットワークが実現可能になる。
【００６７】
本発明について例示的な実施例に関して図示及び説明したが、本発明で開示されたCDMA無線通信ネットワークで使用される電力制御方法及び装置は、本発明の要旨及び範囲を逸脱することなく、様々な変更が行われ得ることが当業者にわかる。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】典型的なアドホック無線通信ネットワークを示す概略図
【図２】本発明の電力制御方法のフローチャート
【図３】本発明の実施例による電力制御方法を実行する移動端末のアーキテクチャ
【図１】
2007537643.tif 000040
【図２】
2007537643.tif 000041
【図３】
2007537643.tif 000042
【国際調査報告】
2007537643.tif 000043
2007537643.tif 000044
2007537643.tif 000045