JP4384045B2 - Ｗｃｄｍａシステムにおける信号対妨害比（ｓｉｒ）を推定するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、無線通信ネットワークにおいてエア・インタフェース（ａｉｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を通して送信される信号の信号対妨害比（ＳＩＲ：ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｒａｔｉｏ）を推定するための方法及び装置に関する。より詳しくは、この発明は、ＷＣＤＭＡ（広帯域符号分割多元接続）無線アクセスネットワークにおける信号対妨害推定のための方法及び装置に関する。更により詳しくは、この発明は、雑音が伝送チャネルを妨害し、送信データの未知のコンテンツをもつ状況下での頑丈で正確なＳＩＲ推定に関する。

電力制御は、移動ＷＣＤＭＡシステムにおける能力及び効率に対して重要である。例えば、もし移動無線端末の様な、移動送信機／受信機ユニットが基地局に接近して置かれれば、基地局から移動ユニットへエア・インタフェースを越えて無線送信される信号の電力レベルは、調節がないならば比較的に高いであろう。これは、基地局から更に遠くに位置する他の移動ユニットへの送信を妨害することがあり得る。逆に、基地局から離れて位置する移動ユニットから送信の信号電力は比較的に弱いことがあり得る。従って、この様な無線通信システムにおいて送信電力制御を備えることが一般的な慣例となった。

現在、電力制御は、受信信号の信号対妨害比（ＳＩＲ）を推定することにより達成される。もし、移動ユニットにおいて受信される信号のＳＩＲが閾値より低いなら、送信電力を増加させるためコマンド又は調節信号が送信している基地局へ送られる。このコマンドは、どちらのリンクが制御されるかに依存して、アップリンク又はダウンリンクの何れかである、通信システムの逆リンク上で送られる。もし推定されたＳＩＲが閾値より高いなら、送信電力を減少させるためのコマンドが送られ、又はこの逆の場合は反対となる。

より詳しくは、当業者に周知の様に、信号対妨害比は内部ループ電力制御に決定的な量である。典型的電力制御システムにおいて、図１Ｂを見れば、外部ループは基準目標ＳＩＲを設定し、内部ループは送信される電力を調節し、この結果、推定されたＳＩＲは基準又は目標ＳＩＲに一致する。内部ループは、基地局と移動ユーザ機器との間の通信を制御し、逆の場合は反対となる。これは、電力アップ又は電力ダウンコマンドを与えることにより達成され、即ち、ＴＰＣ（前述の様に、送信電力制御）は、それぞれ１又は０に等しい。各輸送ブロックに対して、周期的な冗長検査（ＣＲＣ）がある。もしデコードされたＣＲＣが正しいと決定されると、ＣＲＣ誤りフラグ（ＣＲＣｅｆ）が０に、さもなければ１にセットされる。別の適切な方法でＣＲＣｅｆをフィルタ又は平均化するとブロック誤り率（ＢＬＥＲ）の推定値が得られる。通常、外部ループは、基準ＢＬＥＲと推定ＢＬＥＲとの間の不一致に依存して基準ＳＩＲ値を調節する適切なレギュレータから成る。電力制御の目的は、推定ＢＬＥＲを基準ＢＬＥＲに出来るだけ接近して保持することである。

内部ループは、通常あらゆるスロットに新しいＳＩＲ推定値が生成される様な周波数で動作する。３ＧＰＰ明細書においては、ＳＩＲ推定のためにパイロット記号が使用されることを示唆している。移動無線端末の様なユーザ機器（ＵＥ）は、５１２チップ内に、最初に到着した伝播チャネル経路から始めてＴＰＣコマンドを生成することを要求しており、図２を見よ。データ記号とパイロット記号との間の相対的電力差は知られている。送信電力変更は常にパイロットフィールドの始めにおいてなされる。しかし、ＳＩＲの推定においてパイロトのみを使用すると、極めて雑音の多い推定値を生成し、これは次には送信電力上に大きな変動を生じる。

この様な送信電力の変動を持つことは、ＵＥ及び基地局の両方は送信電力における低い変動から利益を得るので望ましくない。送信電力の低い変動の故に、例えば、低い平均送信電力が達成出来また従って基地局における追加の能力及びＵＥにおける少ない電力消費が達成出来る。

ＵＳ ６ ０７０ ０８６ は、ＳＩＲの推定のためにデータビットは勿論、パイロットの使用を開示する。データビットは、コヒーレントに付加され、それによって送られるビットは知られなければならない。ＵＳ ６ ０７０ ０８６において、データビットについて困難な決定がなされる。これは、もしチャネル品質が良好であれば、送られるデータビットのデコードにおいて誤りが殆ど生じないことを意味する。従って、これらは、より正確なＳＩＲの推定において結果として有益であり得る。しかし、もしチャネルが例えば、雑音又は他の妨害に起因して品質が悪ければ、逆もまた真である。

更に、上述の最先端高度技術の方法において、パイロット及びデータ記号は等しい重みが与えられ、また送られるＴＰＣコマンドは常に正しく受信されると仮定される。実際において、これは常に当て嵌まるとは限らず、従って不正確なＳＩＲ推定を生じる結果となる。電力は１つの方向、即ち、ＴＰＣデータに依存してアップ又はダウンにおいて変化すると信じられており、しかし、実際においては、受信ＴＰＣデータは伝送誤りにより修正されてしまうので、他の方向においても変化する。これは、不正確なＳＩＲ推定を生じる結果となり、また、前述の様に、送信電力の高い変動を生じる。

従って、雑音に妨害される伝送チャネルと送信データの未知のコンテンツを持つ状況の下で頑丈で正確なＳＩＲ推定に対する要求が存在する。

本発明は、上に明らかにした従来技術における欠陥を、独立請求項による頑丈で正確なＳＩＲ推定を与えることにより克服する。

このＳＩＲ推定は、広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）無線通信システムにおける第１のユニットから遠隔に位置する第２のユニットへ送信される信号に対して遂行され、それによって信号はエア・インタフェースを通して送信される。送信電力制御（ＴＰＣ）検証が遂行されまたＳＩＲ推定はＴＰＣ検証の結果に依存する。

発明の一つの局面によれば、方法が提供され、これは送信される送信電力制御（ＴＰＣ）コマンドを検証し、そして前記ＴＰＣ検証の結果に依存してＳＩＲ推定を与えるそれぞれのステップを包含する。

発明の別の局面によれば、装置が提供され、これは、出力信号をもつ送信電力制御（ＴＰＣ）検証（４０）のための手段と、ＳＩＲ推定（５０）のための手段を包含し、それによりＳＩＲ推定は前記ＴＰＣ検証ユニットの前記出力に依存する。

発明の更に別の局面によれば、計算機読み取り可能媒体が提供され、これは発明による方法を遂行するための複数の計算機実行可能命令を持つ。

発明によるＳＩＲ推定は、雑音により妨害される伝送チャネル及び送信データの未知のコンテンツをもつ状況下で動作可能である。発明によるＳＩＲ推定は、従来技術のそれらより正確かつ頑丈である。

平均化は１つの記号についてのみ遂行されまた記号についての困難な決定を行なう必要性は除去され、従って簡単な電力推定器が得られる結果となる。しかし、平均化はまた１つの記号より多くについて遂行することが出来る。

この発明による方法及び装置のより完全な理解は、付随する図面及び請求項と共に以下の発明の実施例の詳細な説明から得られる。この目的のため幾つかの用語の定義を与える。

図３において、Ｉ_１ ^（ｎ）は、時間ｎにおけるパイロット記号を示し、Ｉ_２ ^（ｎ）は、データフィールド１におけるデータ記号及びＴＰＣ記号を示し、Ｉ_３ ^（ｎ）は、データフィールド２におけるＴＰＣＩ（輸送フォーマットインディケータ）記号及びデータ記号を示す。図３に示す様に、ＴＰＣコマンドはインターバルＩ_２ ^（ｎ）の終わりにおいて計算されるべきである。以下の推論の容易な理解のために、Ｉ_２ ^（ｎ）及びＩ_３ ^（ｎ）におけるデータ記号のみがダウンリンク電力推定のために使用されるであろう。

図４において、Ｉ_１ ^（ｎ）は、パイロット記号、ＴＰＣ，ＴＦＣＩ，及びＦＢＩ（フィードバック情報）記号を示し、またＩ_２ ^（ｎ）はデータ記号を示す。分析を簡単化するためパイロット記号のみがＩ_１ ^（ｎ）において使用されるであろう。

Δ_ＴＰＣは、ｄＢにおける電力の変化を示し、これはＴＰＣコマンドからの結果であり、またΔ_ｒｅｌは、ｄＢにおけるパイロットとデータ記号との間の相対的電力不一致である。Δ_ｒｅｌは通常知られている。さもなければ、Δ_ｒｅｌは、パイロットとデータ記号との間の推定電力の商をフィルタすることにより見いだされる。

一般にｘは複素数であり、またｘ^＊は共役でありまた｜ｘ｜は、絶対値である。もしｘが確率変数であれば、期待値はＥ（ｘ）で示される。

分散されない（ｄｅｓｐｒｅａｄ）受信記号はｙ_ｊにより与えられ、それにより
ｙ_ｊ＝ｈ_ｊｘ_ｊ＋ｎ_ｊ。

ここに、伝播チャネルは、ｈ_ｊにより記号ｊに対してモデル化され、送られる記号はｘ_ｊであり、また熱雑音、量子化雑音、並びに内部／相互セルラー干渉雑音は記号ｊに対してｎ_ｊにより与えられる。複素記号ｘ_ｊは、長さ１を持つために拡大縮小される。雑音は、零平均で、分散σ^２と相関なしと仮定される。ここでは、１つの多重経路遅延のみが考慮される。数個の多重経路遅延に対する推論は、下の各遅延に対する推論を適用して同じ方法で行なわれる。下の推論はまたダウンリンクに限定され、何故ならそれは少し複雑な場合でありまたアップリンク状態に対しては、もし望むなら修正されるからである。

図５は、この発明による方法の実施例を示す。図５において、ＴＰＣ検証及びＳＩＲ推定は以下の様に遂行される。Ｐ_ｉ ^（ｎ）は、インターバルＩ_ｉ ^（ｎ）における記号または記号のサブセットに対する平均受信電力である。Ｉ_ｉ ^（ｎ）における記号のサブセットをｙ_ｊｋ ^{（ｎ，ｉ）}の様に示し、ｋ＝１．．．．，Ｎ_ｉ
ここに、Ｎ_ｉは、インターバルＩ_ｉ ^（ｎ）において使用される記号の数であり、ｊ_ｋは、選択された記号の数え上げであり、ここにｋはサブセットに対するインデックスである。平均受信電力は５．１０において

として計算され、またＰ_ｉ ^（ｎ）の期待値は、

により与えられる。

この場合、我々は送信ダイバーシティをもたないと仮定する。しかし、データ記号が空間時間送信ダイバーシティ（ＳＴＴＤ）及び２つの送信アンテナを使用してエンコードされる送信ダイバーシティの場合においては、同じ公式が正しくこれは以下に示されるであろう。

妨害は、パイロット記号から５．２０において

として推定される。
この妨害は、しばしば緩やかに変化するプロセスとしてモデル化される。この場合、より良い推定を得るために変数Ｎ^（ｎ）をフィルタすることは可能である。しかし、以下の残りの推論は、フィルタされたか又はフィルタされない雑音推定が使用されるかを考える。

ＳＩＲは、時間ｎにおいて

として推定される。
ここに、Ｐ^（ｎ）は、推定された電力で、５．３０として示され、

により与えられる。

雑音を説明するため１が方程式（１）から減算される。ここに、ｉ＝１．．．．３に対してｗ_ｉ≧０であり、またそれはｗ_１＋ｗ_２＋ｗ_３＝１である。

好ましくは、重みが選択され、例えば、貢献されるエネルギに関してである。即ち、

時間ｎ−１におけるＴＰＣコマンドは基地局において正しく受信されたと仮定する。方程式（１）により与えられるＳＩＲ推定器は、古い情報を使用するように拡張され、即ち、もし望むなら、全部のＴＰＣコマンドは正しく受信されると仮定することにより、ｎ−１より前の時間に送信されているスロットからの情報である。しかし、伝播チャネルはフェージングに起因して変化する故にこれは制限される。もし、伝播チャネルの変化の状態についての知識が利用できれば、古い情報の量を、伝播チャネルの変化率に依存して制御するＳＩＲ推定器が使用される。

ＴＰＣは、５．４０において次のように検証される。
それは、Δ_ＴＰＣ ^{（ｎ−１）}＝±Δ_ＴＰＣｄＢ、であり我々が電力アップ（＋）又は電力ダウン（−）コマンドをもつかに依存する。

を取ると、これは送信電力変化の後パイロット及びデータ記号のみを使用する。それから、それは

、これは以前のスロットにおける電力で、そこからカウントされてパイロットが始まる。

方程式（２）及び（３）における重みは、上に述べた様に、方程式（１）における重みと同じ条件に従う。

もし電力アップコマンドが基地局へ送られると、このコマンドはもし

であれば、正しく受信された。

ここに、ｃは、定数である。もしｃ＝１であれば、それは、時間ｎ−１における以前の推定電力からの距離における相違、

は、電力アップ又は電力ダウンコマンドが与えられるとスロットｎにおける推定電力，

と比較されることを意味する。もしｃがｃ＞１にセットされると、そのときは送られるＴＰＣコマンドを摘み取る方のバイアスが導入される。これは電力推定値が、多くの雑音により腐敗した時に使用される。

５．５０において、ＳＩＲは、５．４０からのＴＰＣ検証の結果に依存して次の様に推定される。もし、方程式（４）が真、即ち、電力コマンドが正しく受信されていれば、時間ｎにおける推定ＳＩＲは、発明の１つの実施例により、

他方、もし方程式（４）が偽、即ち、電力コマンドが正しく受信されていないならば、時間ｎにおける推定ＳＩＲは、発明の別の実施例により、

同様に、発明の別の実施例において、送られたコマンドがダウンコマンドであれば、

が履行されたかを検査する。

これは、ＴＰＣ検証及びＳＩＲは、方程式（５）又は（６）を使用して推定されたことを結論づける。もし要求すれば、より多くの前の情報を方程式（４）における

の中に含めることが可能である。しかし、上に述べた様に、もし伝播チャネルが急速に変化するなら注意すべきである。

発明のそれ以上の実施例において、データ記号はＳＴＴＤ（空間時間送信ダイバシティ）コード化される。この場合電力は、記号の絶対値を取り計算される。しかし、記号は、以下の推論から明らかなように対として合計しなければならない。

データ記号がＳＴＴＤコード化される時、２つの連続して受信される記号は、

ここにｈ^（１）及びｈ^（２）は、アンテナ１及び２に対する真の伝播チャネル推定値である。
それは、

二乗記号を付加すると、

これは、送信ダイバシティの無い場合に一致する。

図６は、発明の装置１００の実施例を示す。装置１００は、平均された受信電力を計算するための手段１０、妨害を推定するための手段２０、電力を推定するための手段３０、ＴＰＣ検証のための手段４０、及び手段４０の出力に依存してＳＩＲ推定のための手段５０を包含する。

発明のそれ以上の実施例において、それぞれの信号３は基地局２から送信され移動ユニット１において受信される。

発明の更に別の実施例において、それぞれの信号３は移動ユニット１から送信され基地局２において受信される。

従って、発明の原理は、ダウンリンク及びアップリンクの両方に適用可能であることは強調されるべきである。

更に、強調すべきは、用語「包含する／包含し」は、この明細書において使用される時は、述べられた特徴、完全体（ｉｎｔｅｇｅｒ）、ステップ又はコンポーネントの存在を特定するものと解されるが、１つ又はそれより多くの他の特徴、完全体、ステップ、コンポーネント又はそのグループの存在又は追加を排除するものではない。

本発明は、特定の実施例を参照して上に記載された。しかし、上の好ましい以外の他の実施例も等しく付随する請求項の範囲内であることは可能である。

発明の実施例を採用する無線通信システムを示すブロック図。 専用の物理的チャネルに対するＷＣＤＭＡにおける電力制御の上面図。 ＷＣＤＭＡに対する送信制御電力タイミングのタイミング図。 ＵＥにおけるダウンリンクのためのスロットの仕切り図。 ＵＴＲＡＮにおけるアップリンクのためのスロットの仕切り図で、これにより制御チャネルは専用物理的制御チャネル（ＤＰＣＣＨ）であり、またデータチャネルは専用物理的データチャネル（ＤＰＤＣＨ）である。 発明による方法の実施例を示す流れ図。 発明による装置の実施例を示す図。

Claims (15)

1. 広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）無線通信システムにおいて、第１のユニットから遠隔に位置する第２のユニットへ送信される信号の信号対妨害比を推定する方法であって、前記信号は、エア・インタフェースを通して送信され、パイロット記号とデータ記号とを含み、
   送信された送信電力制御（ＴＰＣ）コマンドを前記第２のユニットによって検証するＴＰＣ検証ステップ（５．４０）と、
   前記ＴＰＣ検証（５．４０）の結果に依存して前記第２のユニットによってＳＩＲ推定を与えるステップ（５．５０）と、を備え、
   前記ＴＰＣ検証ステップは、前記送信された送信電力制御（ＴＰＣ）コマンドが前記第１のユニットによって正しく受信されたかどうかを検査するステップを含み、
   前記ＳＩＲ推定を与えるステップは、前記検査の結果が正しく受信されたことを示す場合、前記送信された送信電力制御（ＴＰＣ）コマンドに基づいて計算される推定電力を用いてＳＩＲ推定を与え、前記検査の結果が正しく受信されなかったことを示す場合、前記送信された送信電力制御（ＴＰＣ）コマンドの反対のコマンドに基づいて計算される推定電力を用いてＳＩＲ推定を与えるステップを含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１による方法であって、更に、前記ＴＰＣ検証ステップ（５．４０）は、
   前記パイロット記号とデータ記号を重み付けするステップを包含することを特徴とする方法。
3. 請求項１による方法であって、更に、前記データ記号を、空間時間トランジットダイバーシティ（ＳＴＴＤ）を使用してコード化することを特徴とする方法。
4. 請求項１による方法であって、更に、妨害は、前記パイロット記号（５．２０）から推定されることを特徴とする方法。
5. 請求項４による方法であって、更に、推定された妨害は、フィルタされることを特徴とする方法。
6. 請求項１による方法であって、第１のユニットは基地局であり、第２のユニットは移動ユニットであることを特徴とする方法。
7. 請求項１による方法であって、第１のユニットは移動ユニットであり、第２のユニットは基地局であることを特徴とする方法。
8. 広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）無線通信システムにおいて、第１のユニットから遠隔に位置する第２のユニットへ送信される信号の信号対妨害比（ＳＩＲ）を推定するための装置（１００）であって、前記信号は、エア・インタフェースを通して送信され、パイロット記号とデータ記号とを含み、前記装置は、
   出力信号をもち、電力制御（ＴＰＣ）検証を送信するためのＴＰＣ検証手段（４０）、
   ＳＩＲ推定のための手段（５０）を包含し、またＳＩＲ推定は前記ＴＰＣ検証ユニットの前記出力に依存し、
   前記ＴＰＣ検証手段は、前記送信された送信電力制御（ＴＰＣ）コマンドが前記第１のユニットによって正しく受信されたかどうかを検査し、
   前記ＳＩＲ推定のための手段は、前記検査の結果が正しく受信されたことを示す場合、前記送信された送信電力制御（ＴＰＣ）コマンドに基づいて計算される推定電力を用いてＳＩＲ推定を与え、前記検査の結果が正しく受信されなかったことを示す場合、前記送信された送信電力制御（ＴＰＣ）コマンドの反対のコマンドに基づいて計算される推定電力を用いてＳＩＲ推定を与えることを特徴とする装置。
9. 請求項８による装置（１００）であって、更に、前記ＴＰＣ検証手段は、前記パイロット及びデータ記号を重み付けすることを特徴とする装置。
10. 請求項８による装置（１００）であって、更に、前記データ記号は、空間時間トランジットダイバーシティ（ＳＴＴＤ）を使用してコード化されることを特徴とする装置。
11. 請求項８による装置（１００）であって、更に、前記パイロット記号から妨害を推定するための手段を特徴とする装置。
12. 請求項１１による装置（１００）であって、更に、前記推定された妨害をフィルタするためのフィルタを特徴とする装置。
13. 請求項８による装置（１００）であって、更に、第１のユニットは基地局であり、第２のユニットは移動ユニットであることを特徴とする装置。
14. 請求項８による装置（１００）であって、更に、第１のユニットは移動ユニットであり、第２のユニットは基地局であることを特徴とする装置。
15. 複数の計算機実行可能命令を持ち、請求項１による方法を遂行する計算機により読み取り可能な媒体であって、
    計算機に命令を与えているＴＰＣ検証のためのプログラムモジュール、及び
    送信電力制御（ＴＰＣ）検証に依存して、計算機に命令を与えているＳＩＲ推定のためのプログラムモジュールを特徴とする計算機により読み取り可能な媒体。

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