JP2000500302A - 電話システムに於ける電力制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 固定長の時間フレーム内の所定タイムスロットでメッセージを伝送する装置及び方法に於いて、受信機で受信した電力レベルが検出される。もし、この電力レベルが所定の目標電力レベルを中心とした一連の範囲の一つの外にある場合には、次に伝送されるメッセージの電力レベルは、その範囲にはいるように調整される。電力の検出及び可能な調整処理は、徐々に精度を上げた電力レベルの目標範囲について繰り返される。

Description

【発明の詳細な説明】 電話システムに於ける電力制御方法及び装置 本発明は、ネットワーク中の第１送受信ユニットから第２送受信ユニットへの 伝送電力の制御に関し、特にそれら送受信ユニットの位置が固定されている場合 の伝送電力制御に関する。 自動電力制御は公知であって、特にＧＳＭ仕様０５．０５及び０５．０８に記 載されている移動ＧＳＭネットワークで広く用いられている。このＧＳＭネット ワークに於ける自動電力制御は、各移動局から基地局への伝送電力を制御するの に用いられるが、基地局からの伝送電力の制御に随意に使用することもできる。 ＧＳＭネットワークに於いて、自動電力制御は伝送電力レベルを最小限にとどめ るのに使用される。移動局によって使用される初期伝送電力の指示は基地局から メッセージの形で送られ、移動局はこのメッセージに応答する。 本発明は第１送受信ユニットと、第２送受信ユニットとの間で、固定長の時間 フレーム内の所定のタイムスロットでメッセージを伝送する方法を提供する。こ の方法は、少なくとも一つのユニットからのメッセージの電力レベルを検出し、 もし検出電力レベルが所定の目標電力レベルを中心とした一定範囲の外にあれば 、次に伝送するメッセージの電力レベルは上記範囲に入るように調整すると共に 、この電力レベルの検出及び可能な調整処理は、各範囲がその前に適用した範囲 より狭いか、又は等しく、そして少なくとも一つの範囲がその前に適用した範囲 より狭く設定された一連の範囲に関して反復実行されることを特徴としている。 連続測定処理では、連続的により高い精度で電力レベルを決定す るため、測定期間の長さを徐々に増加させることが可能である。こうして、目標 電力レベルは有利に、正確且つ迅速に達成される。 第１送受信ユニットは基地局であって、第２送受信ユニットは複数の加入者ユ ニットの一つであるのが好ましい。また、加入者ユニットから伝送される信号の 電力は検出され、かつ調整されるのが好ましい。更に、加入者ユニットは固定位 置に配置され、伝送は無線によるのが好ましい。 また、本発明は、固定長の時間フレーム内の所定のタイムスロットでメッセー ジを送受信する第１送受信ユニット、及び第２送受信ユニットを含み、これらユ ニットの少なくとも一つは電力レベルを検出及び制御する手段を含むメッセージ 伝送装置に関する。この装置は上記ユニットの少なくとも一つに於いて受信した メッセージの電力レベルを検出すると共に、もしその電力レベルが所定の目標電 力レベルを中心とした一定範囲の外にあれば、次に伝送されるメッセージの電力 レベルを上記範囲に入るように調整すると共に、この電力レベルの検出及び可能 な調整処理は、少なくとも一つの範囲がその前に適用した範囲より狭く、かつ各 範囲がその前に適用した範囲より狭いか、又は等しい一連の範囲に関して反復し て実行されることを特徴としている。 また更に、本発明は、基地局と複数の加入者ユニットを含み、この基地局が固 定長の時間フレーム内の所定タイムスロットでメッセージを送受信することによ って各加入者ユニットと通信するように構成した通信手段に関する。この通信手 段では、加入者ユニットからのメッセージの電力レベルが基地局によって繰り返 し検出され、基地局は検出した電力レベルに基づいて制御信号を加入者ユニット に送って、加入者ユニットが次に伝送するメッセージの電力レベルを選択的に調 整すると共に、各電力レベルの検出及び調整処理は、 検出電力が目標電力値を中心とした所定の値の範囲に在るか否かを決定する段階 と、所定の範囲に入らない電力に基づいて電力を調整をする段階とを含み、少な くとも或る連続した検出段階で適用する必要な電力範囲は、その前の検出段階で 適用した電力範囲よりも狭いことを特徴としている。 基地局と加入者ユニットとを持つ複数のセルを含む好適通信ネットワークに於 いて、加入者ユニットの伝送電力は、基地局の受信電力が目標電力に達するまで 調整される。これは「閉ループ」制御として知られている。好適な通信ネットワ ークに於いて、加入者ユニットからの伝送電力は、基地局における受信電力が目 標電力を中心とした所定の範囲に入るように制御される。 好適な通信ネットワークは、限られた帯域割付にも拘わらず、複数のセルの中 でＲＦキャリヤー周波数を再使用して、如何なる時にもコール（呼）数を最大に することができる。それ故、同一割付周波数を使用する他のセルとの干渉を最小 にするため、同一チャンネル干渉は慎重に制御されなければならない。本発明に よる好適な実施例では、加入者ユニットからの伝送によって生ずる干渉量を有利 に減少させ、特に良好な受信に必要な電力レベルを、実質的に最小レベルに確保 することによって干渉量を減少させている。 以下、添付図面を参照して、本発明の好適実施例を説明する。添付図中： 図１は基地局（ＢＴＥ−基地局端末装置）及び加入者ユニット（ＮＴＥ−ネッ トワーク端末装置）を含むシステムを示す概略図、 図２は２重リンク用のフレーム構造及びタイミングを示す図、 図３は、それぞれ基地局ユニット及び加入者ユニットを有する４つのセルを示 す好適なネットワーク部分のトポロジー（位相幾何学的）概略図、 図４は時間ごとに適用される電力レベル許容度を示すグラフ、そして 図５は電力レベルの検出及び調整の一例を示す図である。 基本システム 図１に示すように、本発明の好適なシステムは電話システムであって、このシ ステムに於いては、交換局から加入者へのローカル配線ループは、固定基地局と 固定加入者ユニットとの間の全２重無線リンクによって置き換えられている。本 発明の好適なシステムは２重無線リンク、及び必要なプロトコル実施する送受信 機を含んでいる。本発明の好適システムと公知のＧＳＭ等のディジタル移動電話 システムとの間には、幾つかの類似点がある。このシステムは層モデル(layered model)、特に以下の層モデル、即ちＰＨＹ(Physical)、ＭＡＣ(Medium Access Control)、ＤＬＣ（Data Link Control）、ＮＷＫ(Netowork)等に基づいたプロ トコルを用いる。 本発明の好適なシステムとＧＳＭとの相違点の一つは、加入者ユニットが固定 した位置にあって、ハンドオフ装置或いは移動局に関して必要なその他の特徴を 必要としない点である。このことは、本発明の好適なシステムに於いては、例え ば指向性アンテナ及び主幹線電気の使用が可能であることを意味する。 本発明の好適なシステムに於ける各基地局は、各基地局間の干渉を最小限にす るために、全割り当て周波数から選んだ１２の周波数を持つ６つの２重リンクを 用意する。２重リンク用のフレーム構造及びタイミングを図２に示す。各２重リ ンクは加入者ユニットから基地局へのアップリンクと、基地局から加入者リンク への固定周波数分オフセットしたダウンリンクを含んでいる。ダウンリンクはＴ ＤＭ、そしてアップリンクはＴＤＭＡである。全リンクに対する変調はπ／４− ＤＱＰＳＫであり、全リンクの基本フレーム構造は２ ５６０ビットのフレームあたり１０スロット、即ち２５６ビット／スロットであ る。情報転送速度、即ちビットレートは５１２Kbpsである。ダウンリンクは連続 的に伝送され、基本システム情報のための放送チャンネルを組み入れている。伝 送すべきユーザー情報がないときには、ダウンリンク伝送は基本フレーム及びス ロット構造の使用を継続し、適当なフィルパターン(fill pattern)を含んでいる 。 アップリンク及びダウンリンク両伝送に関しては、コール設定後に使用するノ ーマルスロット、及びコール設定中に使用するパイロットスロットの２種類のス ロットがある。 各ダウンリンクスロットは、２４ビット指定のＳ−フィールドが後に続く２４ ビットの同期情報を含み、このＳ−フィールドは１６０ビット指定のＤ−フィー ルドが後に続く８ビットのヘッダを含んでいる。この後には、２４ビットの順方 向誤り修正と、１２ビットの放送チャンネルが後に続く８ビットのフィラーとが 続く。放送チャンネルは、各フレームスロットのセグメントから構成され、これ らセグメントは基地局から伝送されるダウンリンク共通信号チャンネルを形成す ると共に、スロットリスト、マルチ−フレーム及びスーパーフレーム情報、無接 続メッセージ、その他システム動作に必要な基本情報等のリンク情報を含む制御 メッセージを含んでいる。 コールの設定中、各ダウンリンクのパイロットスロットは、周波数修正データ 及び受信側初期化用トレーニングシーケンスを短いＳ−フィールド情報と共に含 むが、Ｄ−フィールド情報は含まない。 アップリンクスロットは、基本的に２種の異なるデータパケットを含んでいる 。第１のパケットはパイロットパケットと呼ばれ、接続完了前に例えばＡＬＯＨ Ａコールをリクエストし、適応タイムアラインメントを可能にするのに用いられ る。他のデータパケットは ノーマルパッケットと呼ばれ、コールが成立した時に用いられ、適応タイムアラ インメントを使用するため、より大きなデータパケットとなる。 各アップリンクノーマルパケットは、２４４ビットのデータパケットを含み、 このデータパケットの前後には４ビット長さのランプが続いている。これらラン プ及び２５６ビットスロットの残りのビットは、タイミングエラーに起因する近 隣スロットからの干渉に抗する保護ギャップを構成する。各加入者ユニットはそ のスロット伝送タイミングを調整して、信号が基地局に到達する時間を補償する 。各アップリンクノーマルデータパケットは２４ビットの同期データを含み、こ の同期データの後には各ダウンリンクノーマルスロットと同じビット数のＳ−フ ィールド及びＤ−フィールドが続いている。 各アップリンクパイロットスロットは、１９２ビット長さのパイロットデータ パケットを含み、このデータパケットの前後には６０ビットの延長保護ギャップ を定義する４ビットのランプが続いている。このより大きな保護ギャップが必要 な理由は、使用可能なタイミング情報がないこと、及びこの保護ギャップ無しで は、伝搬遅延によって近隣スロット間に干渉が発生するからである。パイロット パケットは１０４ビットのＳ−フィールドが後に続く６４ビットの同期データを 含んでいる。Ｓ−フィールドは８ビットのヘッダから始まり、１６ビットの巡回 冗長検査、２ビットの予約ビット、１４ビットのＦＥＣビット、及び８ビットの テールビットで終わる。Ｄ−フィールドは含まれていない。 上記データパケットに於けるＳ−フィールドは、２種の信号方式に使用が可能 である。第１の方式はＭＡＣ信号方式（ＭＳ）で、基地局のＭＡＣ層と加入者ユ ニットのＭＡＣ層との間のタイミングを 重視した信号伝送に使用される。第２の信号方式は対応信号方式と呼ばれ、緩速 又は急速伝送が可能であって、ＤＬＣ又はＮＷＫ層に於ける基地局−加入者ユニ ット間の信号伝送に使用される。 Ｄ−フィールドは最も大きいデータフィールドであって、正常電話の場合、デ ィジタル化した音声を含むが、非音声データサンプルを含むこともできる。 本発明による好適なシステムでは、チャレンジ応答プロトコルを使用する加入 者ユニットの確認のため、プロビジョンが構成される。一般的な暗号化は音声又 はデータと、伝送されたスーパーフレーム数に同期したキーストリーム発生器に よって作られる暗号ビットの非予測シーケンスとの組み合わせによって行われる 。 さらに、伝送信号は直流成分を排除するためのスクランブルを受ける。 自動電力制御 自動電力制御は、すべてのＲＦ周波数／タイムスロット設定に対し、即ちＭＡ Ｃレベルで以下のように動作する。ＭＡＣ層に於いてコールの接続開始時点で、 加入者ユニットは所定の電力でＭＳ制御信号の伝送を開始する。基地局で受信さ れた電力は測定されて、調整命令が加入者ユニットに送られる。加入者ユニット はこれらの命令に応答して、その伝送電力を基地局の指示する増分だけ変化させ る。コールの期間中、基地局は受信電力を測定して、適当な命令を加入者ユニッ トに送る。ＭＡＣの初期化に際して、この過程は、最初に短い初期測定期間及び 緩和した目標公差を使用することによって加速される。 この過程全体の主な利点は、ネットワークに於ける干渉の低減にある。 干渉 干渉には２つの形態があり、その一つは同一チャンネル干渉であり、他の一つ は以下に述べる隣接チャンネル干渉である。図３は典型的なセルのトポログラフ ィーである。基準セルは基地局ＢＴＥ１を含むセルである。利用可能な周波数は サブセットの数だけ分割される。この図ではｆｓ１、ｆｓ２、ｆｓ３に分割され る。 同一チャンネル干渉 基地局ＢＴＥ１及び基地局ＢＴＥ４を含むセルは同一周波数セットで動作する 。加入者ユニットＮＴＥ１から基地局ＢＴＥ１への伝送は、基地局ＢＴＥ４に対 し同一チャンネル干渉を起こす結果となる。干渉の正確なレベルは２つのセル間 の経路損失に依存する。それにも拘わらず、加入者ユニットＮＴＥ１からの伝送 電力を最小にすることは、基地局ＢＴＥ４にあるアップリンク干渉レベルを最小 にする。 隣接チャンネル干渉 基地局ＢＴＥ１、ＢＴＥ２、ＢＴＥ３を含むセルは、それぞれ互いに独立な周 波数セットｆｓ１、ｆｓ２、ｆｓ３を有している。各周波数セットは多くの選択 された周波数ｆｎからなり、ここでｎは周波数の増加と共に増加する。しかし、 利用可能な周波数セットの最適使用法は、周波数セットの中の隣接周波数を持つ 基地局ＢＴＥ１、ＢＴＥ２、ＢＴＥ３を含んで使用する方法である。即ち、ｎで 示す選択されたｒｆ周波数を基地局ＢＴＥ１で使用する場合、基地局ＢＴＥ２又 はＢＴＥ３はｎ±１で示す選択されたｒｆ周波数を使用する。もし、隣接チャン ネル（上記の記号ｎ±１）にある加入者ユニットＮＴＥ１によって伝送された電 力が、十分に減衰せず、かつ加入者ユニットＮＴＥ１と、基地局ＢＴＥ２又は基 地局ＢＴＥ３との間の経路損失が低い場合には、干渉が起こりうる。この影響も 、基地局による受信を成功させるために、加入者ユニットＮＴＥ１ が確実に最小電力になるべく近い電力で送信することによって緩和される。 最適電力レベルへの調整 ＭＡＣレベルでの接続開始に際し、基地局は特定の加入者ユニットから伝送さ れた受信信号強度を短時間（０．２５秒）に測定する。これによって、その精度 が伝搬条件に依存はするものの、典型的には最大範囲（図４のしきい値ｊ）を超 えるとは予期されない測定が与えられる。もし、受信信号の強度がこの範囲（± ｊ）外に在れば、基地局は加入者ユニットに対しその伝送電力を変えるように命 令する。この場合、基地局は加入者ユニットに対し伝送電力の増加、減少、或い は無変更を要求することができる。次に、平均受信信号強度の更に正確な測定を 行うため、より長い測定期間を使用する。もし、受信信号の強度が再度±ｋの範 囲外に在れば、基地局は加入者ユニットに対しその伝送電力の変更を命令する。 第３の測定期間をその後のすべての測定に適用し、最も正確な平均受信電力の測 定を行う。もし、伝送電力が±ｎの範囲外で移行する場合には、基地局は加入者 ユニットに対しその伝送電力を変えるように命令する。 上記３つの範囲の各々を含む典型的な過程を図５に示す。この図は、最初の０ ．２５秒に基地局が受信した信号強度が±ｊの範囲外にあるため、基地局からは 加入者ユニットに対して、基地局に伝送する信号強度を±ｋの範囲には入るが、 ±ｎの範囲には入らないよう調整することを命令する最初の電力変更命令が送ら れた状態を示している。もし、平均信号強度が±ｎの範囲外に在れば、第３の測 定期間後も更に追加の電力変更命令が発せられる。 この処理方法の利点は、加入者ユニットの伝送電力がＭＡＣ接続の初期段階で 殆ど調整される点にある。また、この処理方法は、同 一チャンネル干渉そして／又は隣接チャンネル干渉量が過剰になり得る適当な累 積時間の後に、初めて測定の有効性を宣言する従来の処理方法に比べて有利であ る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ (72)発明者 ピエシー，ネイル，フィリップ イギリス国，ケンブリッジ シービー２ ５ピーエー，ニュートン，ハーストン ロ ード 13 (72)発明者 ショア，クリストファー，ジョン イギリス国，ケンブリッジ シービー４ １ユーピー，チェスタートン，エバーグリ ーンズ 10 (72)発明者 グッディングス，ルパート，レスレ，アレ クサンダー イギリス国，ケンブリッジ シービー４ １ディーディー，エリザベス ウェイ 33

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１の送受信ユニットと第２の送受信ユニットとの間で、固定長の時間フ レーム内の所定タイムスロットでメッセージを伝送する方法であって、少なくと も一つのユニットからのメッセージの電力レベルを検出し、その電力レベルが所 定の目標電力レベルを中心とした一定範囲の外にある場合には、次に伝送される メッセージの電力レベルを前記範囲に入るように調整し、前記電力レベルの検出 及び可能な調整処理は、一連の範囲に関して反復実行され、このときの各範囲は その前に適用した範囲より狭いか、又は等しく、かつ少なくとも一つの範囲はそ の前に適用した範囲より狭く設定されることを特徴とするメッセージ伝送方法。 ２．前記連続検出処理は、連続的により高い精度で電力レベルを決定するため 、検出期間の長さを徐々に増加させて行くことを特徴とする請求項１に記載の方 法。 ３．前記第１送受信ユニットは、基地局であることを特徴とする請求項１又は ２に記載の方法。 ４．前記第２送受信ユニットは、加入者ユニットであることを特徴とする請求 項１乃至３の何れか１項に記載の方法。 ５．前記第２送受信ユニットは、複数の加入者ユニットの一つであることを特 徴とする請求項４に記載の方法。 ６．前記加入者ユニット又はその各々から伝送される信号の電力は検出され、 かつ調整されることを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。 ７．加入者ユニットは固定した位置に配置されていることを特徴とする請求項 ４乃至６の何れか１項に記載の方法。 ８．伝送は無線で行われることを特徴とする上記請求項の何れか に記載の方法。 ９．固定長の時間フレーム内の所定タイムスロットでメッセージを送受信する 第１送受信ユニットと、第２の送受信ユニットとを含み、前記ユニットの少なく とも一つは電力レベルを検出し、かつ制御する手段を含むメッセージ伝送装置で あって、少なくとも一つの前記ユニットに於いて受信したメッセージの電力レベ ルが検出され、その電力レベルが所定の目標電力レベルを中心とした一定範囲の 外にある場合には、次に伝送されるメッセージの電力レベルを前記範囲に入るよ うに調整し、前記電力レベルの検出及び可能な調整処理は、少なくとも一つの範 囲がその前に適用した範囲より狭く設定された一連の範囲に関して反復実行され 、各範囲はその前に適用した範囲より狭いか、又は等しく設定されていることを 特徴とするメッセージ伝送装置。 １０．前記電力レベルを検出し、かつ制御する手段は、連続的により高い精度 で電力レベルを決定するため、検出期間の長さを徐々に増加させて適用する手段 を含むことを特徴とする請求項９に記載の装置。 １１．前記第１送受信ユニットは基地局であって、前記第２送受信ユニットは 、複数の加入者ユニットの一つであることを特徴とする請求項９又は１０に記載 の装置。 １２．前記加入者ユニットは固定した位置に配置されていることを特徴とする 請求項１１に記載の装置。 １３．伝送は無線で行われることを特徴とする請求項９乃至１２の何れかに記 載の装置。 １４．基地局と複数の加入者ユニットを含み、この基地局が固定長の時間フレ ーム内の所定タイムスロットでメッセージを送受信することによって各加入者ユ ニットと通信するように構成した通信手 段であって、加入者ユニットからのメッセージの電力レベルは基地局によって繰 り返し検出され、基地局は検出した電力レベルに基づいて制御信号を加入者ユニ ットに送って、加入者ユニットが次に伝送するメッセージの電力レベルを選択的 に調整し、各電力レベルの検出及び調整処理は、検出電力が目標電力値を中心と した所定の値の範囲に在るか否かを決定する段階と、この所定の範囲に入らない 電力に基づいて電力を調整をする段階とを含み、少なくとも或る連続した検出段 階に対して必要な電力範囲は、その前の検出段階に対する電力範囲よりも狭いこ とを特徴とする通信手段。 １５．前記加入者ユニットは固定した位置に配置されていることを特徴とする 請求項１４に記載の通信手段。 １６．複数のセルを含むと共に、各セルが請求項１４又は１５に記載の通信手 段を有していることを特徴とする通信ネットワーク。 １７．限られた帯域割付にも拘わらず、ＲＦキャリヤー周波数はセル内で再使 用されて、如何なる時にもコール数を最大にすることができる請求項１６に記載 の通信ネットワーク。 １８．電力レベルを調整して通信間の干渉量を低減する請求項１７に記載の通 信ネットワーク。