(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムユーザからの１つまたは複数の信号および干渉を備える、受信信号の複数の電力測定値をコンパイルする工程と、
複数の電力測定値の平均電力を決定する工程と、
前記複数の電力測定値のモーメントを決定する工程と、
ここで前記モーメントは分散量であり、そして
前記モーメントおよび前記平均電力に応えて、現在の負荷対予測容量の率として過負荷状態を決定する工程と、
を備える、過負荷検出の方法。
【請求項２】
前記過負荷状態を決定する前記工程が、前記モーメントを閾値に比較する工程を含み、前記閾値が前記システムユーザの予測される特徴に反応する、請求項１に記載される方法。
【請求項３】
前記過負荷状態を決定する前記工程が、前記モーメントを閾値に比較する工程を備え、前記閾値が前記システムユーザの実際の特徴に反応する、請求項１に記載される方法。
【請求項４】
さらに、前記過負荷状態に応えて接続発信要求を受け入れるのか、あるいは拒絶するのかを決定する工程を備える、請求項１に記載される方法。
【請求項５】
前記接続発信が新しい呼発信である、請求項４に記載される方法。
【請求項６】
前記接続発信がハンドオフ要求である、請求項４に記載される方法。
【請求項７】
１つまたは複数の遠隔装置から１つまたは複数の信号を備える受信信号の複数の電力測定値のモーメントを決定する工程と、
ここで前記モーメントは分散量であり、
前記複数の電力測定値の平均電力を決定する工程と、
前記モーメントおよび前記平均電力に応えて、現在の負荷対予測容量の率として過負荷状態を決定する工程と、
を備える、実行時に該方法を実行するプロセスを備える装置。
【請求項８】
前記過負荷状態を決定する前記工程が、さらに、前記モーメントを閾値に比較する工程を備え、前記閾値が前記システムユーザの予測される特徴に反応する、請求項７に記載される装置。
【請求項９】
過負荷状態を決定する前記工程が、前記モーメントを閾値に比較する工程を備え、前記閾値が、前記システムユーザの実際の特徴に反応する、請求項７に記載される装置。
【請求項１０】
さらに、前記過負荷状態に応えて接続発信要求を受け入れるのか、拒絶するのかを決定する工程を備える、請求項７に記載される装置。
【請求項１１】
システムユーザからの１つまたは複数の信号および干渉を備える受信信号の複数の電力測定値の平均電力を決定する工程と、
前記複数の電力測定値のモーメントを決定する工程と、
ここで前記モーメントは分散量であり、
前記モーメントおよび前記平均電力に応えて、現在の負荷対所定容量の率を決定する工程と、
前記率に応じて接続発信要求を受入れるか拒絶するかどうかを決定する工程とを
備える、実行時に方法を実行するプロセスを備える多元アクセス通信システム。
【請求項１２】
前記率が、
【数１】
0004602554.tif 000006
に等しく、
ｖａｒ（Ｐａ）が前記モーメントであり、
【数２】
0004602554.tif 000007
が前記平均電力であり、
αがシステム定数である、
請求項１１に記載される多元アクセス通信システム。
【請求項１３】
アルファが、前記複数のユーザからの前記信号の内の単一信号の予測される標準偏差に依存し、信号品質設定点に依存し、前記信号品質設定点が、複数のユーザからの前記信号のそれぞれが受信されるターゲット信号対干渉率である、請求項１２に記載される多元アクセス通信システム。
【請求項１４】
前記システム定数が、前記複数のユーザの予測される特徴に依存する、請求項１２に記載される多元アクセス通信システム。
【請求項１５】
前記システム定数の値が、前記複数のユーザの実際の特徴に依存する、請求項１２に記載される多元アクセス通信システム。
【請求項１６】
システムユーザからの１つまたは複数の信号および干渉を備える受信信号の複数の電力測定値の平均電力を決定する工程と、
前記複数の電力測定値のモーメントを決定する工程と、
ここで前記モーメントは分散量であり、
前記モーメントおよび前記平均電力に応えて、接続発信要求を受入れるか拒絶するかどうかを決定するために、現在の負荷対予測容量の率を決定する工程と、
を備える、負荷概算の方法。
【請求項１７】
前記率が
【数３】
0004602554.tif 000008
に等しく、
ｖａｒ（Ｐａ）が、前記複数の電力測定値の分散量に等しい前記モーメントであり、
【数４】
0004602554.tif 000009
が前記平均電力であり、
αがシステム定数である、請求項１６に記載される方法。
【請求項１８】
前記システム定数が、前記１つまたは複数の信号の単一信号の予測される標準偏差に依存し、単一品質設定点に依存し、そこでは前記信号品質設定店が、システムユーザからの前記１つまたは複数の信号が受信されるターゲット信号対干渉率である、請求項１７に記載される方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は通信システムに関する。さらに特定すると、本発明は、複数のアクセスシステムでの負荷概算および過負荷検出に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、地上無線通信システム１０の例示的な実施形態である。図１は、３つの遠隔装置１２、１３、および１５、および２つの基地局を示す。実際には、典型的な無線通信システムは、さらに多くの遠隔装置および基地局を有することがある。図１では、遠隔装置１２は車の中に設置された移動電話装置として示される。図１は、無線市内線システム内の固定位置遠隔装置１５、および標準セルラーシステムの携帯コンピュータ遠隔装置１３も示す。最も一般的な実施形態では、遠隔装置は通信装置の任意の型であってよい。例えば、遠隔装置は、携帯式パーソナル通信システム（ＰＣＳ）、携帯パーソナルデータアシスタントなどの携帯データ装置、あるいは計器読取り装置などの固定場所データ装置であってよい。図１は、基地局１４から遠隔装置１２、１３、および１５への順方向リンク信号１８、および遠隔装置１２、１３および１５から基地局１４への逆方向リンク信号１９を示す。
【０００３】
後続の説明の中では、本発明は、一般的に既知である無線リンク業界規格に関して説明される。事実上、本発明の一般的な原則は、多くの多元アクセス通信システムに直接的に適用することができる。後述の説明は、一般的にＩＳ−９５と呼ばれている「二重モード広帯域スペクトル拡散セルラーシステム用の移動局−基地局互換性規格（Ｍｏｂｉｌｅ  Ｓｔａｔｉｏｎ−Ｂａｓｅ  Ｓｔａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ｆｏｒ  Ｄｕａｌ−Ｍｏｄｅ  Ｗｉｄｅｂａｎｄ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する米国電気通信工業会によって発行されているＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−９５−Ａに説明されるシステムに従う動作を仮定する。
【０００４】
図１に示されているシステムのような典型的な無線通信システムでは、複数のセクタを有する基地局がある。複数セクタの基地局は、個別の処理回路だけではなく、複数の独立した送信アンテナおよび受信アンテナも備える。ここに説明されている原則は、複数セクタ基地局の各セクタに、および単独セクタの個別基地局に等しく適用する。したがって、この説明の残りでは、「基地局」という用語は、複数セクタの基地局の１つのセクタ、または単一セクタの基地局のどちらかを指すと仮定することができる。
【０００５】
ＩＳ−９５を使用するシステムでは、装置は、システム内でのすべての基地局との通信のために１つの共通した周波数帯域幅を使用する。１つの共通した周波数帯域幅の使用は、柔軟性を増し、システムに多くの優位点を提供する。例えば、１つの共通した周波数帯域幅を使用すると、遠隔装置は、複数の基地局による受信のために単一の信号を送信できるだけではなく、複数の基地局から通信信号を同時に受信することもできる。遠隔装置は、スペクトル拡散ＣＤＭＡ波形特性を使用することにより、多様な基地局から同時に受信された信号を区別する。同様に、基地局は、複数の遠隔装置からお信号を区別し、別個に受信することができる。
【０００６】
ハンドオフとして知られているプロセスを通してある基地局から別の基地局からへの遠隔装置との通信を転送するための多様な方法が存在する。ハンドオフは、元の基地局のカバレージエリア内で動作している遠隔装置がターゲット基地局のカバレージエリアの中に移行する場合に必要である可能性がある。ＣＤＭＡシステムで使用されるハンドオフの１つの方法は、「ソフト」ハンドオフと呼ばれる。ソフトハンドオフを使用することにより、ターゲット基地局との通信は、元の基地局との通信の終結前に確立される。遠隔装置が２つの基地局と通信しているとき、遠隔装置と基地局両方とも複数の受信信号から単一の信号を作成する。ソフトハンドオフを使用することにより、遠隔装置とエンドユーザの間の通信は、元の基地局からターゲット基地局への最終的なハンドオフによって遮られていない。本発明の譲渡人に譲渡され、ここに参照して組み込まれている「ＣＤＭＡセルラー通信システムにおける移動局によって補助されるソフトハンドオフ（ＭＯＢＩＬＥ  ＳＴＡＴＩＯＮ  ＡＳＳＩＳＴＥＤ  ＳＯＦＴ  ＨＡＮＤＦＦ  ＩＮ  Ａ  ＣＤＭＡ  ＣＥＬＬＵＬＡＲ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ  ＳＹＳＴＥＭ）」と題される米国特許番号第５，２６７，２６１号は、ハンドオフプロセス中に複数の基地局を通して遠隔装置との通信を提供するための方法およびシステムを開示する。
【０００７】
無線システムにおいては、取扱可能なシステムの容量を同時呼の数という点で最大限にすることはきわめて重要である。スペクトル拡散システムでのシステム容量は、各遠隔装置から基地局で受け取られる電力が、それぞれの信号が、リンクを維持するために必要とされる最小レベルで基地局受信機に到達するように制御される場合に増大する。遠隔装置により送信される信号が低すぎる電力レベルで基地局受信機に達すると、干渉対信号の率は低すぎて、遠隔装置との高品質通信を可能にできない可能性がある。他方、遠隔装置信号が高すぎる電力レベルに達すると、この特定の遠隔装置との通信は許容されるが、高電力信号は他の遠隔装置に対する干渉の役割を果す。この過剰な干渉は、他の遠隔装置との通信に悪影響を及ぼす。このようにして、一般的には、基地局の近くに位置する遠隔装置は、カバレージエリアの端縁に位置する遠隔装置が相対的に大きな信号レベルを送信する間、低い信号電力を送信する。
【０００８】
容量を増大するためには、遠隔装置により逆方向リンクで送信される電力が、アクティブな通信がそれを通して確立される各基地局（つまり、遠隔装置がソフトハンドオフにある各基地局）によって制御されてよい。通信がそれを通して確立される各基地局は、受信信号対干渉率を測定し、それを所望の設定点に比較する。各基地局は、定期的に、電力調整コマンドを生成し、遠隔装置へ送信する。電力調整コマンドは、順方向リンクトラフィックチャネルでユーザトラフィックデータをパンクチュアする。
【０００９】
電力調整コマンドは、遠隔装置に、それが逆方向リンク信号を送信している電力を増加または減少のどちらかをするように命令する。遠隔装置は、あらゆる基地局が増加を命令する場合にだけ、その送信電力レベルを上げる。このようにして、ソフトハンドオフの遠隔装置の送信信号電力は、その信号を最高の信号対干渉率で受信する基地局によっておもに制御される。基地局および遠隔装置の電力制御用のシステムは、ここに組み込まれている、米国特許番号第５，０５６，１０９号、第５，２６５，１１９号、第５，２５７，２８３号、および第５，２６，２６２号に開示される。
【００１０】
電力調整コマンドは、無線チャネル内での時間変化する経路損失を補償する。無線チャネルでの経路損失は、それが遠隔装置と基地局の間で移動するにつれて信号によって被られる劣化または損失として定義される。経路損失は、平均経路損失およびフェージングという２つの別個の現象により特徴付けられる。典型的な無線システムにおいては、順方向リンクおよび逆方向リンクは異なる周波数で動作する。それにも関わらず、順方向リンクおよび逆方向リンクは同じ周波数バンド内で動作するため、重大な相関関係が２つのリンクの平均経路損失の間に存在する。他方、フェージングは、順方向リンクおよび逆方向リンクにとって独立した現象であり、特に遠隔装置が移動中であるとき、あるいは移動中のオブジェクトの近くに位置するときに、時間の関数として急激に変化する。
【００１１】
地上環境においては、マルチパスは、建物、木、車および人などの環境での障害物からの信号の反射によって生じる。理想的なインパルスがマルチパスチャネルで送信されると、受信された信号はパルスのストリームとして出現する。一般的には、地上チャネルは、マルチパスを生じさせる構造の相対的な移動のための時間変化するマルチパスチャネルである。理想的なインパルスが時間変化するマルチパスチャネルで送信される場合、パルスの受信されたストリームは、理想的なインパルスが送信される時間の関数として、時間オフセット、減衰および位相で変化する。
【００１２】
チャネルのマルチパス特徴は、信号フェージングを生じさせることがある。フェージングとは、マルチパスチャネルのフェージング特徴の結果である。マルチパスベクタが破壊的に追加されるときにフェージングが発生し、どちらかの個別のベクタより小さい受信信号を生じさせる。例えば、正弦波が、第１経路がＸ  ｄＢという減数係数、２ラジアンという移相でデルタという時間遅延を有し、第２経路がＸ  ｄＢという減数係数、２＋Ｂラジアンという移相でデルタという時間遅延を有する２つの経路を有するマルチパスチャネルを通して送信される場合、チャネルの出力では信号は受信されないだろう。
【００１３】
例示的な無線システムでは、各遠隔装置は、遠隔装置の入力での総電力に基づき順方向リンクの経路損失を概算する。総電力とは、遠隔装置によって感知されるのと同じ周波数割当てで動作するすべての基地局からの電力の合計である。平均順方向リンク経路損失の概算から、遠隔装置は逆方向リンク信号の送信電力レベルを設定する。前記に注記されたように、遠隔装置が通信を確立した各基地局は、順方向リンクでの経路損失と逆方向リンクでの経路損失の間の差異、フェージング、および誤差のそれ以外のソースを補償するために、遠隔装置に電力調整コマンドを送信する。
【００１４】
システム内の各基地局は、基地局が遠隔装置にサービスを提供しているカバレージエリアを画定する。各基地局のカバレージエリアは、ハンドオフ境界を有する。ハンドオフ境界は、リンクが、遠隔装置が第１基地局または第２基地局と通信しているかどうかに関係なく、それを実行する２つの基地局間の物理的な場所として定義される。逆方向リンクの性能は、対応する基地局受信機で感知される干渉の関数である。この理由から、ハンドオフ境界の場所および、したがってカバレージエリアのサイズは、基地局で受信される干渉の関数である。したがって、他のすべての状態は静的なままであるが、基地局を通して通信するユーザ数の増加が基地局のカバレージエリアの有効サイズを減少させ、ハンドオフ境界に、基地局に向かって内向きに移動させる。
【００１５】
最小許容信号品質が指定される場合、基地局を通して通信できる同じユーザの数に対する上限を計算することができる。この上限が、通常極容量と呼ばれる。ユーザの実施数対極容量の率は、システムの負荷として定義される。実際のユーザ数が極容量に近づくと、負荷は１に近づく。１に近い負荷は、システムの潜在的に不安定な動作を暗示する。不安定な動作は、音声品質、ハンドオフ失敗、および呼減少（ｄｒｏｐｐｅｄ）という点で劣化した性能につながる可能性がある。加えて、負荷が１に近づくにつれて、基地局のカバレージエリアの大きさは、無負荷カバレージエリアの外側端縁にいるユーザがもはや許容信号品質で基地局と通信するのに十分な電力を送信できないように縮小する。
【００１６】
これらの理由から、負荷が、極容量の指定されたパーセンテージを超えないように、システムにアクセスするユーザ数を制限することは有利である。システムの負荷を制限する１つの方法とは、いったんシステムの付加が所定レベルに達したら、システムへのアクセスを拒絶することである。例えば、負荷が極容量の７０％を超えて増加する場合、追加接続発信に対する要求を拒絶し、既存の接続のハンドオフを受け入れることを差し控えることが有利である。
【００１７】
逆方向リンクに対する負荷を指定レベルに制限するために、逆方向リンク負荷を測定することが必要である。基地局の逆方向リンク負荷は、基地局のカバレージエリア内で動作している遠隔装置の数の関数にすぎないわけではない。逆方向リンク負荷は、他のソースからの干渉の関数でもある。基地局自体のフロントエンド雑音は重大な干渉ソースである。加えて、近傍の基地局のカバレージエリア内の同じ周波数で動作しているそれ以外の遠隔装置は、重大な干渉に貢献することがある。
【００１８】
逆方向リンク負荷を測定できる１つの手段とは、カバレージエリア内のすべてのアクティブ接続の干渉動作点に測定信号を平均化することによる。このアプローチには複数の欠点がある。アクティブ接続の信号対干渉動作統計は、システム性能の表示を提供する。しかしながら、それらは、他の基地局のカバレージエリア内に位置する遠隔装置からの干渉の量に関する情報を提供しない。さらに、遠隔装置が２つまたは３つ以上の基地局間尾ソフトハンドオフにあるとき、逆方向リンク信号が任意の１つの基地局で受信される実際の信号相干渉率は、システムによって決定される信号対干渉率設定点よりはるかに低く、このようにしてきわめて高いレベルを不正に示す。これらの理由から、ある基地局内のすべてのアクティブ接続の平均的な信号対干渉動作点を測定することは、逆方向リンク負荷の正確な測定を提供しない。
【００１９】
逆方向リンク負荷を決定する第２の簡略な手段とは、基地局内のアクティブユーザの数を単に数えることである。しかしながら、他のソースからの干渉のレベルが負荷に著しく影響を及ぼすことがあるため、ユーザ数が必ずしも逆方向リンク負荷の正しいしるしではないことは明らかでなければならない。加えて、ソフトハンドオフの影響は、アクティブユーザ数と基地局の実際の負荷の間の相関関係を大幅に減少させる。
【００２０】
逆方向リンク負荷の第３の概算手段とは、順方向リンク負荷の概算に基づいて逆方向リンク負荷を引き出そうと試みることである。しかしながら、前記に注記されたように、典型的なシステムにおいては、順方向リンクおよび逆方向リンクは、同じ周波数で動作しない。したがって、順方向リンク性能は、逆方向リンク性能と完璧に相関しない。例えば、隣接する基地局のカバレージエリアからの干渉は、逆方向リンクでより順方向リンクで異なる可能性がある。加えて、前記に注記されたように、フェージングの影響は、順方向リンクおよび逆方向リンクとは無関係である。
【００２１】
逆方向リンク負荷を概算するこれらの不正確な方法の１つが使用されると、システムは、接続阻止が必要である角かを正確に判断することはできない。呼が不必要に阻止されると、システムの容量は不必要に減少する。他方、負荷が極容量に近づくことが許されると、多大な数のアクティブ接続を減少する（ｄｒｏｐｐｉｎｇ）確率が上がる。この理由から、逆方向リンク負荷の正確な概算を有することが重要である。
【００２２】
逆方向リンク負荷は、基地局受信機で感知される総受信電力の関数として定められる。逆方向リンク負荷Ｘは、以下の公式に従って基地局により受け取られる総電力に直接的に関する。
【数５】
0004602554.tif 000002
【００２３】
ここでは、Ｐａは、基地局で受け取られる実際の電力であり、
Ｐｎは、外部負荷で受け取られる電力（つまり、基地局の熱雑音フロアのための電力）であり、および
Ｘは、実際の負荷対極容量の率という点での逆方向リンク負荷である。
あるいは同等に、Ｘという点で表現され、式１は、以下に示す式を取る。
【数６】
0004602554.tif 000003
【００２４】
例えば、この公式は、５０％負荷（Ｘ＝０．５）で、基地局で受け取られる総電力が、無負荷で受け取られる電力の２倍であることを述べている。
【００２５】
式１に示される関係性を考慮すると、現在の基地局負荷Ｘは、既知の無負荷電力レベル、および基地局で受け取られる総電力の実際の測定値に基づいて求めることができる。実際の電力測定値が、電力制御動作が遠隔装置の送信電力を変える時間定数という点で適切な時間定数で濾波されなければならないことに注意する。加えて、逆方向リンクが遠隔装置からのゲート制御された送信を生じさせる可変データ転送速度で動作する場合、実際の電力測定値は、瞬間電力測定値でのゲート制御された送信の影響を平均化するために濾波されなければならない。
【００２６】
相対的な電力測定値（Ｐａ／Ｐｎ）の動的範囲は、典型的なシステムでは大きくない。例えば、負荷Ｘが極容量の０％から９０％に増加するにつれて、（Ｐａ／Ｐｎ）の率は０デシベルから１０デシベル（ｄＢ）に増加する。典型的には、基地局のカバレージエリアの大きさでの大きな削減を回避するために、基地局負荷Ｘは、極容量の約６０％から７５％に制限される。Ｘが０．６から０．７に増加するにつれて、（Ｐａ／Ｐｎ）の率は約４ｄＢから約６ｄＢに増加する。したがって、逆方向リンクの負荷を正確に制限するためには、（Ｐａ／Ｐｎ）の率は、１ｄＢ未満の誤差で測定されなければならない。
【００２７】
このアプローチは率直であると考えられるが、実際には、相対電力測定値の必須精度を一貫して達成することは困難である。例えば、動作環境内で基地局の雑音フロア（Ｐｎ）を正確に測定することは困難である。加えて、雑音フロアの正確な測定が一度に行われない場合には、雑音フロアは温度、エージング、およびその他の減少のための利得および雑音の数時の変動に敏感であるため、時間の関数として変化する。実際のフィールドトライアルでこのアプローチで得られる精度は、実際の負荷の概算を大きく上回るまたは下回るリスクなしに式２の使用を可能にするほど十分ではない。その結果、式２に基づく任意の許可制御アルゴリズムは、阻止が必要とされないときにおそらく接続を阻止するか、あるいは潜在的に不安定なシステムの動作に直面して接続を許可するだろう。
【００２８】
これらの理由のため、業界では、システムの逆方向リンク負荷を正確に概算するための方法および装置に対する必要性が長く感じられていた。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
第１実施形態においては、基地局で受信される信号の電力レベル測定値の集合がサンプリングされる。電力レベル測定値の集合の、分散量などのモーメントが決定される。モーメントから、許可制御プロセス、基地局ブレシング（ｂｒｅａｔｈｉｎｇ）プロセス等で使用できる負荷レベルが決定される。
【００３０】
別の実施形態では、基地局で受信される信号の電力レベル測定値の集合がサンプリングされる。電力レベル測定値の集合の、分散量な度のモーメントが決定される。モーメントは、過負荷閾値に比較される。モーメントが過負荷閾値を越えると、過負荷状態が検出され、追加の接続発信は拒絶されてよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴、目的および優位点は、図面とともに解釈されるときに、以下に述べられる詳細な説明からさらに明らかになるだろう。
式３は、受信電力の測定分散量の関数として、システムの負荷の経験的な関係性を示す。
【数７】
0004602554.tif 000004
【００３２】
ここでは、
Ｘは、実際負荷対極容量の率という点での逆方向リンク負荷であり、
Ｐａは、基地局で受信される実際の電力であり、
ｖａｒ（Ｐａ）は、基地局で受信される実際の電力の偏差であり、
【数８】
0004602554.tif 000005
は、基地局で受信される実際の電力の平均であり、
αは、実験的に求められるシステム定数である。
【００３３】
式３によると、負荷の測定値は実際の電力測定値だけではなく、実際の電力測定値の分散量も使用し、基地局で受信される実際の電力の絶対値の正確な測定にはより依存していない。
【００３４】
一般的な実施形態では、αの値は、遠隔装置の複数のカテゴリの概算された特徴（つまり、モーメントおよび信号品質設定点）の関数である。αは、１つまたは複数のカテゴリでのユーザの実際数または予想数、あるいは率の関数であってよい。例えば、結合されたセルラーおよび無線市内線システムでは、αの値は、移動遠隔装置数対固定位置遠隔装置数の予想率の関数として変化してよい。別の実施形態では、αは、基地局で受け取られる電力（つまり、システムの熱雑音フロアのための電力）に依存する。別の実施形態では、αは、例えば、平均干渉電力密度に対するビットあたりのエネルギーに関して、表記されるシステムの信号品質設定点に依存する。また別の実施形態では、αは、基地局で受信されるように単一遠隔装置の信号品質の予測される標準偏差に依存する。加えて、αは、これらの係数の１つまたは複数の関数であってよい。
【００３５】
式３に示されるように、分散量と負荷の実験的な関係性は、無線システムが動作する方法のためである。典型的なシステムでは、各遠隔装置の送信電力は、遠隔装置から基地局で受信される電力を、所定レベルに調整しようとして制御される。いくつかのシステムでは、所定レベルは、信号対干渉率などの、信号が受信される信号品質を検出することにより測定される。動作中、各遠隔装置から基地局で受信される電力は、所定レベルの上下である程度変化する。例えば、遠隔装置から基地局への経路が突然の深いフェードを経験すると、基地局での電力レベルは、フェードの間、または電力制御ループがそれを調整するために反応するまで所定レベルを下回る。典型的なシステムでは、電力調整コマンドが基地局から遠隔装置に、毎秒８００  ｄＢという最大調整速度で毎秒８００回送信される。典型的な移動環境では、３０ｄＢというフェードが、約２５０ミリ秒という帰還内で発生することがある。このようにして、オペレーティングシステムでは、各遠隔装置から基地局で受け取られる電力レベルは、所定設定点にほぼ等しい平均電力を有し、電力レベルが設定点から逸脱する予測可能分散量を有する。分散量は、電力制御ループ遅延の関数である。電力制御ループに関わるさらに多くの遅延は、より高い予想分散量につながる。
【００３６】
ＩＳ−９５に準拠する遠隔装置は、フォーマットされたデータをフレームに変換する。フレーム内のデータは、可変速度ボコーダまたはデジタルデータソースによって生成される。ＩＳ−９５に従って、可変速度データは、フレーム内のユーザ情報の量に従って、４つの速度の内の１つを取る。例えば、音声信号が単に背景雑音にすぎない場合、データ転送速度は完全速度の４分の１、完全速度の２分の１、あるいは完全速度まで加速する。新しいデータ転送速度は、１．２５ミリ秒（ｍｓｅｃｓ）ごとに決定できるので、データ転送速度は短期間音声信号特徴に反応する。各フレームでの電力レベルは、データ転送速度に比例する。例えば、８番目の速度フレームは、完全速度フレームの８分の１の電力のを有する。このため、各遠隔装置から基地局で受信される電力レベルは、その結果音声信号の特徴の関数となる遠隔装置が送信しているデータ速度の関数である。可変速度フレームにフォーマットされた音声信号は、予測可能な平均速度および平均速度について予測可能な分散量を有するとして特徴付けることができる。その場合、当然ながら、音声モードで動作している各遠隔装置から基地局で受け取られる電力レベルも、予測可能な平均レベルおよび平均値について予測可能な分散量によって特徴付けることができる。
【００３７】
加えて、近隣の基地局のカバレージエリア内で動作している遠隔装置からの干渉は、アクティブユーザと同じように特徴付けられ、基地局で受け取られる平均電力に貢献する。基地局で受け取られる電力は時間の関数として変化するため、それは平均的なレベルおよび分散量を有するとして特徴付けることができる。基地局での受信電力の分散量は、基地局を通って通信する遠隔装置およびそれ以外の基地局と通信している遠隔装置からの干渉の関数である。このようにして、分散量とは、基地局の負荷の関数である。負荷が増すにつれて、受け取られる電力の分散量も増す。本発明が動作するのはこの原則に基づいてである。
【００３８】
前記に注記されたように、絶対電力の決定が意味のある結果を提供するために下されなければならない精度のために、絶対受信電力を概算することは困難である。約＋／−０．５ｄＢの絶対電力測定値が必要となるが、受信経路利得に対する測定の依存のために得るのは困難である。受信経路利得は、それ以外の要因だけではなく、温度、エージング、構成部品公差にも依存して＋／−３ｄＢ以上変化することがある。ただし、ｄＢで測定される受信電力の短期分散量の正確な測定値は、これらの要因にはるかに敏感ではない。ゆっくりと変化する受信経路利得分散量は、受信電力レベルの短期間分散量に貢献しない実際には一定の加算項である。
【００３９】
基地局で受信される電力レベルの変動は、無線リンク特徴に依存する。例えば、電力レベルの変動に影響を及ぼす無線リンク特徴は、システム内でのフェージングの影響を増加する大きな反射体の存在である。別の特徴は、電力制御が電力レベル変動を補正するために動作する速度および遅延などの物理層インタフェースの設計である。加えて、遠隔装置自体の特質が、電力レベルの変動に影響を及ぼす。例えば、無線市内線システム内の固定場所遠隔装置は、移動中の遠隔装置によって経験される急激なフェージングのために、移動架橋における携帯遠隔装置より低いレベルの変動を示す。加えて、オフィスビル内に設置される無線システムなどの、歩行中のユーザによって支配される移動システムは、移動中の車両に搭載される装置によって支配されるシステムより低い分散量を示す。加えて、データ信号を送信する遠隔装置は、音声信号を送信する遠隔装置より低い分散量を示すらしい。一般的には、基地局で受け取られる電力レベルの変動は、近隣ステーションのカバレージエリア内からの干渉を生成する遠隔装置だけではなく、それがサービスを提供している多様な遠隔装置からの基地局で受信される信号の電力レベルの標準偏差の関数でもある。
【００４０】
図２Ａは、時間の関数として基地局で（１秒間隔で平均化される）短期平均受信電力を示すグラフである。垂直軸は、ミリワット（ｄＢｍ）と呼ばれるデシベル単位で受信される電力レベルであり、水平軸は秒単位の時間である。４つの異なる負荷レベルが図２Ａに描かれている。曲線７０、７２、７４および７６は、１つの遠隔装置接続、７つの遠隔装置接続、１０の遠隔装置接続、および１６の遠隔装置接続に相当する。電力レベルは、それ以外の要因だけではなく、音声活動、フェージング、電力制御のためにも時間の関数として変化することに注意する。
【００４１】
図２Ｂは、図２Ａに示されるように、同じ時間期間での基地局での受信電力の標準偏差を示すグラフである。垂直軸は、デシベル（ｄＢ）単位での受信電力レベルの標準偏差であり、水平軸は秒単位の時間である。同じ４つの負荷レベルが図２Ａに描かれており、曲線８０、８２、８５および８６は１つの遠隔装置接続、７つの遠隔装置接続、１０の遠隔装置接続、および１６の遠隔装置接続に相当する。標準偏差の平均値は、遠隔装置接続の増加する数とともに上昇する。
【００４２】
１つの実施形態では、負荷は、前記に指定されたように計算し、基地局の１つまたは複数の関数を制御するために使用することができる。例えば、予測される負荷は、基地局での信号品質設定点に影響を及ぼすために使用できる。予測される負荷は、電力制御機構の動作に影響を及ぼすためにも使用できる。予測される負荷は、「セルラー通信システムにおいて、順方向リンクハンドオフ境界を逆方向リンクハンドオフ境界に均衡するための方法および装置（ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＢＡＬＡＮＣＩＮＧ  ＦＯＲ  ＴＨＥ  ＦＯＲＷＡＲＤ  ＬＩＮＫ  ＨＡＮＤＯＦＦ  ＢＯＵＮＤＡＲＹ  ＴＯ  ＴＨＥ  ＲＥＶＥＲＳＥ  ＬＩＮＫ  ＨＡＮＤＯＦＦ  ＢＯＵＮＤＡＲＹ  ＩＮ  Ａ  ＣＥＬＬＵＬＡＲ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ  ＳＹＳＴＥＭ）」と題される米国特許番号第５，５４８，８１２号に開示されている機構のような基地局息抜き（ｂｒｅａｔｈｉｎｇ）機構で使用することもできる。加えて、負荷は、可変速度遠隔装置がデータを送信してよい速度を制限するために使用されるデータ転送速度制御アルゴリズムでも使用できる。
【００４３】
図３は、負荷検出装置を組み込むシステムの例示的な実施形態を示すブロック図である。図３のシステムは、無線通信システムの基地局内の受信機である。アンテナ２０は、無線周波数無線リンク信号を受信する。アンテナ２０は、無線周波数信号を低雑音増幅器２２に渡す。低雑音増幅器２２は、受信信号レベルを有効レベルに増幅する。典型的には、アンテナ２０および低雑音増幅器２２は、所望のカバレージエリア内でアンテナ２０が信号を受信できるようにする場所で互いに近接して位置している。基地局の残りの要素は、多くの場合、アンテナ２０および低雑音増幅器２２から一定の距離で配置される。例えば、セルラーシステムにおいて、アンテナ２０および低雑音増幅器２２は、基地局回路の残りを収容する建物の上部に取り付けられてよい。低雑音増幅器２２は、図３内のケーブル布線損失ブロック２４によって示されるように１本のケーブルにより基地局回路の残りに結合されてよい。基地局回路内では、ミクサ２６は、ＲＦ信号をベースバンドまたは中間周波数に変換する。ベースバンド復調装置２８は、ミクサ２６の出力を受信し、データサンプルを作成する。システムコントローラ３０は、データサンプルを受け取り、多岐に渡る機能を実行する。例えば、システムコントローラ３０は、変調された上方および信号品質設定点に基づき、遠隔装置への送信のために電力制御調整コマンドを計算してよい。
【００４４】
ミクサ２６からのエネルギー出力の少なくとも一部が検出器３４に渡される。検出器３４は、基地局によって受信される瞬間電力を概算するアナログ装置またはデジタル装置であってよい。例えば、検出器３４は、毎秒６４回、電力レベルをサンプリングしてよい。検出器３４の出力は、負荷検出装置３６に渡される。代替実施形態においては、電力レベルは、データサンプルに関して決定される。
【００４５】
代替実施形態においては、検出器の機能は、受信信号強度インジケータ回路により実行される。受信信号強度インジケータ回路は、受信信号強度に応えて受信機の利得を設定するために使用される自動利得制御レベルから引き出されるサンプルを作成する。
【００４６】
ある実施形態では、負荷検出装置３６は、受け取られる短期電力および電力の高位モーメントを決定するプロセスを備える。ある例では、プロセスは短期平均電力レベルおよび分散量を決定するために１秒という期間で検出器３４から受信される測定値のそれぞれを使用する。加えて、ある実施形態では、負荷検出装置３６は、モーメントおよび平均電力に応えて、電力負荷体所定容量の率を決定するプロセスを備える。ある実施形態では、負荷検出装置３６は、概算システム負荷レベルを決定するために、式３で示される計算を実行するプロセスを備える。
【００４７】
ある実施形態では、システムコントローラ３０は、システムユーザの数を調整する許可制御アルゴリズムを実現するために、負荷の計算値を使用する。多岐に渡る許可制御アルゴリズムは、本発明とともに使用されてよい。ある例では、システムコントローラ３０は、システム負荷が５秒以上、過負荷閾値を越えた場合、すべての新規接続発信を拒絶する。代わりに、システムコントローラ３０は、システム負荷が１０秒以上過負荷閾値を超える場合にソフトハンドオフ要求により生じる接続を含む、すべての新規接続を拒絶する。ある実施形態では、アルゴリズムは、いったん負荷が所定閾値を超えると、接続発信が、負荷が、一定期間、過負荷閾値（あるいはそれ以外のなんらかの閾値）を下回るまで拒絶されるという点でヒステリシスを組み込む。例えば、接続発信は、システム負荷が３秒以上、過負荷閾値を下回るまで、拒絶され続ける。
【００４８】
図４は、本発明のある実施形態に従った例示的な動作を示すフローチャートである。プロセスは開始ブロック５０で始まる。フローは、実際の測定値の集合が基地局で受け取られるブロック５２まで続く。例えば、検出器３４は、ｄＢｍ単位で毎秒あたりの６４の実際の電力測定値を生じさせ、それらを負荷検出装置３６に渡す。ブロック５４では、実際の電力測定値の集合の短期間ｄＢ平均が決定される。図３の例示的な実施形態では、負荷検出装置３６は、ブロック５４の計算を実行するプロセスを備える。ブロック５６では、電力測定値の集合のｄＢ分散量が決定される。定義により、分散量は、短期間平均ｄＢ電力測定値と実際の電力ｄＢ測定値のそれぞれの間の差異の二乗を総計することにより求められる。図３の例示的な実施形態では、負荷検出装置３６は、ブロック５６で示される計算を実行するプロセスを備える。ブロック５８では、予測された負荷が、式３に従って計算される。図３の例示的な実施形態では、ブロック５８の計算は、システムコントローラ３０ないで処理装置により決定されるという値に基づき、負荷検出装置３６内でプロセスによって実行される。
【００４９】
図４では、ブロック６０、６２、および６４は、非常に単純な許可制御アルゴリズムを定める。図３に示されている例示的な実施形態では、ブロック６０、６２、および６４の機能は、システムコントローラ３０内の処理装置により実行される。ブロック６０は、予測される負荷が所定閾値を超えるかどうかを決定する。超える場合、フローは、任意の新しい接続が拒絶されなければならない旨を示す１に設定されるブロック６２に続く。予測負荷がブロック６０の所定閾値を超えない場合、接続拒絶レジスタは、ブロック６４に設定され、接続の発信が許容されなければならないことを示す。好ましい実施形態では、フローはブロック５２に続行する。
【００５０】
別の実施形態では、本発明は、基地局で受信される電力レベルのモーメントの値に基づき過負荷状態を検出する過負荷検出機構を備える。この実施形態では、式３に従った概算負荷は計算される必要はなく、このようにして処理電力を節約する。
【００５１】
本発明は、図３に示されているシステムに類似したシステムで実現されてよい。この代替実施形態においては、負荷検出装置３６は、過負荷検出装置と置換される。過負荷検出装置は、電力レベルサンプルの、分散量などのモーメントを決定するプロセスを備える。過負荷検出装置は、モーメントを閾値に比較するプロセスを備えることなどによって、モーメントを使用して過負荷状態を決定するプロセスも備える。モーメントの値が閾値を超える場合、システムは、潜在的に不安定な点で動作していると宣言され、ある実施形態では、将来の接続発信は拒絶される。モーメントの値が閾値を下回ると、新規接続発信は再び受け入れられる。システムは、過負荷の決定の一貫性を増すためにヒステリシスを使用してよい。
【００５２】
閾値は実験的に作成できる。特に、閾値は、システムのフェージングの影響を強める大きな反射体の存在、電力制御が電力レベル変動を補正するために動作する速度などの物理層インタフェースの設計、および遠隔装置の移動性などの電力レベルの変動に影響を及ぼす無線リンク特徴に依存することがある。ある実施形態においては、閾値は、システムを使用する遠隔装置の予測される、あるいは実際の特徴に反応する。ある実施形態では、過負荷検出装置が、前記過負荷状態に応えて接続発信要求を受け入れるか、あるいは拒絶するかを決定するプロセスを備える。
【００５３】
図５は、分散量が過負荷状態を決定するために使用される本発明の実施形態に従った例示的な動作を示すフローチャートである。プロセスは開始ブロック９０で始まる。フローは実際の電力測定値の集合が受け取られるブロック９２へ続く。ブロック５６では、電力測定値の集合の分散量が決定される。定義によって、分散量は、平均電力測定値と実際の電力測定値のそれぞれの差異の二乗を総計することにより求められる。
【００５４】
ブロック９６は、接続拒絶レジスタが現在１に設定されているかどうかを決定する。接続拒絶レジスタが１に設定されているとき、新規接続発信は許可されない。接続拒絶レジスタがゼロに設定されているとき、新規接続発信は許可される。接続拒絶レジスタがゼロに等しく設定されると、フローはブロック９８で続く。ブロック９８は、分散量が所定閾値より大きいかどうかを決定する。大きくない場合、フローはブロック９２に戻って続行する。大きい場合には、過負荷レジスタに記憶されている値がブロック１００で１、増加される。ブロック１０２では、安定レジスタ内の値がゼロにリセットされる。ブロック１０４は、過負荷レジスタ内の値が５を越えているかどうかを決定する。超えていない場合、フローはブロック９２で続行する。超えている場合、システムは、不安定な運転状態に近づきつつあると見なされ、接続拒絶レジスタは、ブロック１０６で１に設定される。フローはブロック９２で続行する。このようにして、システムが接続発信を受け入れる間、分散量が閾値を５つの連続する計算の間上回ると、システムは過負荷状態を検出し、接続拒絶レジスタを１に設定する。
【００５５】
再びブロック９６に戻ると、接続拒絶レジスタが１に等しく設定されると、フローはブロック１０８で続行する。ブロック１０８は、分散量が、ある実施形態ではブロック９８で使用されるのと同じ値である所定の閾値未満であるかどうかを決定する。未満ではない場合、フローはブロック９２に戻って続行する。未満である場合、安定レジスタに記憶されている値はブロック１１０で１、増加される。ブロック１１２では、過負荷レジスタ内の値はゼロにリセットされる。ブロック１１４は、安定性レジスタ内の値が３を越えるかどうかを決定する。超えない場合、フローはブロック９２で続行する。超える場合、システムは、不安定な運転状態から抜け出たと見なされ、接続拒絶レジスタはブロック１１６でゼロにリセットされる。フローはブロック９２で続行する。
【００５６】
当業者にとって、ちょうど説明された本発明の無数の代替実施形態は容易に明らかになるだろう。例えば、電力検出または受信信号強度しるし測定は、無線周波数（ＲＦ）、中間周波数（ＩＦ）、またはベースバンドで発生してよい。平均電力測定値の計算は、アナログ低域フィルタまたはデジタル低域フィルタによって補足または置換されてよい。本発明は複数の基地局を備えるセルラーシステムに関して前記に説明されたが、本発明は、有限リソースに対するアクセスを複数のユーザが争う多岐に渡るシステムで実現されてよい。
【００５７】
当業者に容易に明らかになるだろう式３の複数の変形がある。例えば、式３では、システム性能設定点は、平均干渉電力密度に対するビット単位エネルギーという点での信号対干渉率である。接続拒絶レジスタは、すべての新しい呼発信、ハンドオフ要求または両方を支配してよい。
【００５８】
発明および本発明を備えるプロセスは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサで実行中のソフトウェア、プログラムされた記憶装置またはその他のこのような媒体を含む多岐に渡る媒体で実現されてよい。
【００５９】
本発明は、その精神または本質的な特徴から逸脱することなく他の特定の形式で実現されてよい。説明された実施形態は、すべての点において、制限的としてではなく、例示的としてだけ見なされるべきであり、したがって本発明の精神は、前記説明によってよりむしろ添付クレームによって示される。クレームの同等性の意味および範囲内に該当するすべての偏向は、その範囲内に包含されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、地上無線通信システムの例示的な実施形態を示す概念図である。
【図２】  図２Ａは、基地局での平均受信電力を時間の関数として示すグラフである。
図２Ｂは、基地局での受信電力の標準偏差を示すグラフである。
【図３】  図３は、負荷検出装置を組み込むシステムの例示的な実施形態を示すブロック図である。
【図４】  図４は、本発明の１つの実施形態に従った例示的な動作を示すフローチャートである。
【図５】  図５は、本発明の別の実施形態に従った例示的な動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…地上無線通信システム
１２…遠隔装置
１２．１３…遠隔装置
１３…携帯コンピュータ遠隔装置
１４…基地局
１５…固定位置遠隔装置
１８…順方向リンク信号
１９…逆方向リンク信号
２０…アンテナ
２２…低雑音増幅器
２４…ケーブル布線損失ブロック
２６…ミクサ
２８…ベースバンド復調装置
３０…システムコントローラ
３４…検出器
３６…負荷検出装置
【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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