專利名稱：電話系統(tǒng)中功率控制的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在控制網(wǎng)絡(luò)中從第一傳輸及接收單元到第二傳輸及接收單元的傳輸功率，特別是在單元是處在固定位置的網(wǎng)絡(luò)中。
自動功率控制是人所共知并且廣泛用于GSM移動網(wǎng)絡(luò)的，特別是GSM的05．05和05．08規(guī)范中所描述的。在GSM網(wǎng)絡(luò)中，自動功率控制用于控制從每個移動臺到基站的傳輸功率，并且也可選擇地用于控制從基站傳輸?shù)墓β?。在GSM中，自動功率控制用于使傳輸?shù)墓β孰娖綖樽畹?。由移動臺使用的初始傳輸功率的指示符作為消息從基站發(fā)出，移動臺則照此消息執(zhí)行。
本發(fā)明提供一種在第一傳輸及接收單元和第二傳輸及接收單元之間、在固定長度時間幀中的預(yù)定時隙中傳輸消息的方法，其中從至少一個單元來的消息的功率電平被重復(fù)地檢測，并且當(dāng)其落在預(yù)定目標(biāo)功率電平附近的一連串范圍之一以外時，待傳輸?shù)南乱幌⒌墓β孰娖奖徽{(diào)節(jié)，以使下一消息的功率電平落在所述范圍以內(nèi)，檢測和可能的調(diào)節(jié)步驟重復(fù)進(jìn)行，并且至少一次的范圍小于前次使用的范圍，而且每次的范圍都小于或等于前次使用的范圍。
連續(xù)的測量步驟可以具有愈加延長的測量周期，以便以越來越高的精度確定功率電平。這有利于使目標(biāo)電平更快更精確地獲得。
第一單元最好是基站，而第二單元最好是多個用戶單元之一。從用戶單元傳輸?shù)男盘柕墓β首詈帽粰z測和調(diào)節(jié)。用戶單元最好處于固定位置。而最好采用無線電進(jìn)行傳輸。
本發(fā)明還涉及用于在定長時間幀中的預(yù)定時隙內(nèi)傳輸消息的第一傳輸及接收單元和第二傳輸及接收單元，至少一個單元包含功率電平檢測及控制裝置，其中對接收的消息的功率電平重復(fù)進(jìn)行檢測，并且當(dāng)電平落在預(yù)定目標(biāo)功率電平附近的一連串范圍之一以外時，待傳輸?shù)南乱幌⒌墓β孰娖奖徽{(diào)節(jié)，以使下一消息的功率電平落在所述范圍以內(nèi)，檢測和可能的調(diào)節(jié)步驟被重復(fù)，并且至少一次的范圍小于前次使用的范圍，而且每次的范圍都小于或等于前次使用的范圍。
本發(fā)明也涉及包含基站和多個用戶單元的通信裝置，該基站通過在定長時間幀中的預(yù)定時隙內(nèi)發(fā)送和接收消息而與每個用戶單元通信，其中來自用戶單元的消息的功率電平被基站重復(fù)地檢測，基站根據(jù)檢測到的功率電平發(fā)送控制信號，以有選擇地調(diào)節(jié)由所述用戶單元隨后傳輸?shù)南⒌墓β孰娖剑總€檢測和調(diào)節(jié)步驟包括確定功率是否落在目標(biāo)功率值附近的預(yù)定值范圍內(nèi)，并根據(jù)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，在至少某些相繼的檢測步驟中，所需的功率范圍要小于在前面的檢測步驟中的范圍。
在優(yōu)選的網(wǎng)絡(luò)中包括多個小區(qū)，每個小區(qū)都具有基站和用戶單元，用戶單元的傳輸功率被調(diào)節(jié)直到在基站上接收的功率滿足目標(biāo)功率為止。這稱為“閉環(huán)”控制。在此優(yōu)選網(wǎng)絡(luò)中，來自用戶單元傳輸功率被控制，從而在基站上接收的功率落在目標(biāo)功率附近的預(yù)定范圍內(nèi)。
優(yōu)選網(wǎng)絡(luò)在小區(qū)中重用RF載頻，以在采用限制帶寬分配時仍使在任何時間上可構(gòu)成的呼叫數(shù)達(dá)到最大。這樣，同信道干擾電平必須仔細(xì)控制，以便對使用同樣頻率分配的其它單元產(chǎn)生最小的干擾。本發(fā)明在其優(yōu)選實施例中，特別是通過確保功率電平處在良好的接收所需的基本上為最低的水平，從而有利地降低了因用戶單元傳輸造成的干擾量。
現(xiàn)以示例形式并參照附圖，將對本發(fā)明的優(yōu)選實施例予以說明，附圖中

圖1的示意圖說明包括基站(BTE-基站終端設(shè)備)和用戶單元(NTE-網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備)的系統(tǒng)；圖2的示意圖說明了雙工鏈路的幀結(jié)構(gòu)和時序；圖3是表示每個均具有基站和用戶單元的4個小區(qū)的優(yōu)選網(wǎng)絡(luò)的一部分的拓?fù)鋱D；圖4示出功率電平容限對應(yīng)時間的圖形；圖5的圖形表示了功率電平檢測和調(diào)節(jié)的一個示例。
基本系統(tǒng)如圖1所示，該優(yōu)選系統(tǒng)是電話系統(tǒng)的一部分，其中從交換機(jī)到用戶的局部有線環(huán)路已由固定基站和固定用戶單元之間的全雙工無線鏈路替代。該優(yōu)選系統(tǒng)包括雙工無線鏈路及用于實施必要的協(xié)議的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。該優(yōu)選系統(tǒng)與本技術(shù)領(lǐng)域中所周知的諸如GSM的數(shù)字蜂窩移動電話系統(tǒng)有相似之處。該系統(tǒng)采用基于分層模型的協(xié)議，具體地說采用一種具有如下層的分層模型PHY(物理層)、MAC(介質(zhì)訪問控制層)、DLC(數(shù)據(jù)鏈路控制層)、NWK(網(wǎng)絡(luò)層)。
與GSM相比，一個不同之處在于在該優(yōu)選系統(tǒng)中，用戶單元位于固定位置處，不需要越區(qū)切換(hand-off arrangement)和與移動性相關(guān)的其它特征。這意味著，例如，在該優(yōu)選系統(tǒng)中，可采用方向性天線和市電。
該優(yōu)選系統(tǒng)中的每個基站均設(shè)有以從整個頻率分配中選出的12個頻率運行的6個雙工無線鏈路，從而使附近的基站之間的干擾最小。該雙工鏈路的幀結(jié)構(gòu)和時序示于圖2中。每個雙工無線鏈路均包括從用戶單元到基站的上行鏈路，以及具有固定頻率偏移的從基站到用戶單元的下行鏈路。下行鏈路是TDM，而上行鏈路是TDMA。對所有鏈路的調(diào)制采用π／4-DQPSK，所有鏈路的基本幀結(jié)構(gòu)是每2560個比特的幀為10個時隙，即每個時隙256個比特。比特率是512kbps。下行鏈路為連續(xù)傳輸，并設(shè)有用于基本系統(tǒng)信息的廣播信道。當(dāng)沒有用戶信息傳輸時，下行鏈路傳輸繼續(xù)采用基本幀和時隙結(jié)構(gòu)，并包括適當(dāng)?shù)某涮钅Ｊ?fill pattern)。
對于上行鏈路和下行鏈路傳輸兩者而言，具有兩種時隙普通(normal)時隙，其在呼叫設(shè)置之后使用；和導(dǎo)頻時隙，其在呼叫設(shè)置期間使用。
每個下行鏈路普通時隙均包括24個比特的同步信息，其后為24個比特的指定的S字段(其包括8比特首標(biāo))，再后是160個比特的指定的D字段。這之后是24個比特的前向糾錯，和8比特填充符，之后是12個比特的廣播信道。該廣播信道由一個幀的每個時隙中的多個段組成，各段共同形成由基站傳輸?shù)南滦泄残帕钚诺溃搹V播信道還包括控制消息、無連接(connectionless)消息和該系統(tǒng)的操作所必需的其他信息，該控制消息包括時隙表(slot lists)等鏈路信息、多幀和超幀信息。
在呼叫設(shè)置期間，每個下行導(dǎo)頻時隙均包括頻率校正數(shù)據(jù)和僅具有短S字段而無D字段信息的用于接收機(jī)初始化的訓(xùn)練序列。
上行鏈路時隙基本上包括兩種不同類型的數(shù)據(jù)分組(data packet)。第一種分組，稱作導(dǎo)頻分組，被例如在設(shè)置連接之前用于ALOHA(阿樂哈)呼叫請求，并進(jìn)行自適應(yīng)時間校準(zhǔn)。數(shù)據(jù)分組的另一種類型被稱作普通(normal)分組，其用于在已經(jīng)建立呼叫時，并且由于使用自適應(yīng)時間校準(zhǔn)，因此是較大的數(shù)據(jù)分組。
每個上行鏈路普通分組包括前后各有4比特持續(xù)時間斜坡(ramp)的244個比特的數(shù)據(jù)分組。該斜坡和256比特時隙的其余比特提供了防護(hù)間隔(guardgap)，用于防止由于時序差錯而引起的來自相鄰(neighbouring)時隙的干擾。每個用戶單元調(diào)整其時隙傳輸?shù)臅r序，以補償信號到達(dá)基站所需的時間。每個上行鏈路普通數(shù)據(jù)分組包括24個比特的同步數(shù)據(jù)，之后為相同數(shù)目比特的S字段和D字段，這就象每個下行鏈路普通時隙的情況一樣。
每個上行鏈路導(dǎo)頻時隙均包括導(dǎo)頻數(shù)據(jù)分組，該導(dǎo)頻數(shù)據(jù)分組為192個比特長，前后各有4比特斜坡，該斜坡定義了60個比特的擴(kuò)展的防護(hù)間隔。由于沒有可用的時序信息，而如果沒有它，則傳播延遲引起相鄰時隙產(chǎn)生干擾，因此這種更大的防護(hù)間隔是必要的。該導(dǎo)頻分組包括64個比特的同步，之后為104個比特的S字段，該S字段以8比特首標(biāo)開始，并以16個比特循環(huán)冗余校驗、2個保留比特、14個FEC比特、和8個尾部比特結(jié)束。這里沒有D字段。
上述數(shù)據(jù)分組中的S字段可用于兩種類型的信令。第一種類型為MAC信令(MS)，并被用于基站的MAC層與用戶單元的MAC層之間的信令，此時時序是比較重要的。第二種類型稱作輔助(associated)信令，其可慢可快，并被用于DLC或NWK層中的基站與用戶單元的信令。
D字段是最大數(shù)據(jù)字段，在普通(normal)電話的情況下包含數(shù)字化語音，但還可包含非語音數(shù)據(jù)樣本。
在該優(yōu)選系統(tǒng)中規(guī)定，用戶單元鑒別(authentication)采用詢問響應(yīng)協(xié)議(challenge response protocol)。通過將語音或數(shù)據(jù)與由密鑰流發(fā)生器產(chǎn)生的密碼比特的不可預(yù)測序列進(jìn)行組合來進(jìn)行一般的加密，該密鑰發(fā)生器被同步到傳輸?shù)某瑤?super-frame number)。
此外，傳輸?shù)男盘柋患訑_以去除dc分量。自動功率控制對全部RF頻率／時隙設(shè)定，即在MAC電平上，自動功率控制按以下方式工作。建立在MAC層的呼叫連接開始時，用戶單元以預(yù)定功率開始傳輸控制MS信號?；窘邮盏男盘柋粶y量，并且將調(diào)整命令發(fā)送給用戶單元。用戶單元根據(jù)基站增加功率的建議改變其傳輸功率以響應(yīng)這些命令。基站測量呼叫期間接收的功率，并且發(fā)送合適的命令給用戶單元。在MAC初始化時，首先通過用短的起始測量周期和放松的目標(biāo)容限，此過程被加速。
全部處理的主要優(yōu)點在于降低網(wǎng)絡(luò)中的干擾。干擾有兩種干擾同信道干擾和相鄰信道干擾，如后所述。圖3中示出典型的蜂窩拓?fù)鋱D?；鶞?zhǔn)小區(qū)是包括基站BTE 1的小區(qū)。可用頻率被分成數(shù)個子集，標(biāo)號為fs1、fs2、fs3。
同信道干擾包含基站BTE 1和基站BTE 4的小區(qū)以相同的頻率集進(jìn)行操作。從用戶單元NTE 1至基站BTE 1的傳輸引起對基站BTE 4的同信道干擾。干擾的準(zhǔn)確電平取決于兩個小區(qū)之間的路徑損耗。不過，使來自用戶單元NTE 1的傳輸功率最小化可使出現(xiàn)在基站BTE 4上的上行鏈路干擾的電平最小。
相鄰信道干擾包含基站BTE 1、BTE 2和BTE 3的小區(qū)具有彼此獨立的頻率集，其分別標(biāo)號為fs1、fs2和fs3。每個頻率集均包括數(shù)個所選擇的頻率，標(biāo)號為fn，其中n隨頻率的增大而增大。然而，可用頻率集的最佳使用涉及具有出現(xiàn)在該頻率集中的相鄰頻率的基站BTE 1、BTE 2和BTE 3(即，如果標(biāo)號為n的所選擇的rf頻率被用在基站BTE 1上，則標(biāo)號為n±1的所選擇的rf頻率將由基站BTE 2或BTE 3使用)。如果在相鄰信道(采用上述標(biāo)記法為n±1)中由用戶單元NTE 1傳輸?shù)墓β蕸]有足夠衰減并且用戶單元NTE 1與基站BTE 2或基站BTE 3之間的路徑損耗較低，則可能出現(xiàn)干擾。通過保證用戶單元NTE 1以不超過成功接收的接近最小功率進(jìn)行傳輸，可進(jìn)一步減輕這種效應(yīng)。調(diào)節(jié)以優(yōu)化功率電平MAC電平的連接開始時，基站在短周期(0．25秒)上測量接收的從特定用戶單元傳輸?shù)男盘枏姸?。給出的測量其精度取決于傳播條件，但通常不希望大于最大范圍(閾值(j)，如圖4所示)。如果接收信號強度落在此范圍(+／-j)之外，則基站命令用戶單元改變其傳輸功率?；究赡芤笤黾印p小或不改變。隨后使用更長的測量周期來更精確地測量平均接收信號強度。如果接收信號強度處在(+／-k)范圍之外，則基站再次命令改變從用戶單元傳輸?shù)墓β?。第三個測量周期用在整個后繼測量過程中，并能夠最精確地測量平均接收功率。如果傳輸功率移出(+／-n)的范圍，則基站命令用戶單元改變其傳輸功率。
包括每個上面三個范圍的典型處理過程在圖5中予以敘述。這表示了這樣一種情況，即，在0．25秒上基站接收的信號強度的測量是處在(+／-j)范圍之外，因此第一個改變功率的命令被發(fā)送，用以調(diào)整用戶單元的傳輸功率，使得基站接收的信號強度應(yīng)落在(+／-k)范圍而不是(+／-n)范圍。如果接收的平均信號強度處在(+／-n)范圍之外，則在第三個測量周期以后發(fā)出進(jìn)一步改變功率的命令。
此方法的優(yōu)點在于，用戶單元的傳輸功率幾乎在MAC連結(jié)建立之初就受到調(diào)節(jié)。它具有超出常規(guī)方法的優(yōu)點，其中只有在一合適的累積時間期間以后，才宣布測量有效，該時間期間是指同信道和／或鄰近信道干擾量過大。
權(quán)利要求
1．一種在第一傳輸及接收單元和第二傳輸及接收單元之間在定長時間幀中的預(yù)定時隙內(nèi)傳輸消息的方法，其中從至少一個單元來的消息的功率電平被重復(fù)地檢測，并且當(dāng)其落在預(yù)定目標(biāo)功率電平附近的一連串范圍之一以外時，待傳輸?shù)南乱幌⒌墓β孰娖奖徽{(diào)節(jié)，以使下一消息的功率電平落在所述范圍以內(nèi)，檢測和可能的調(diào)節(jié)步驟重復(fù)進(jìn)行，并且每次的范圍都小于或等于前次使用的范圍，并且至少一次的范圍小于前次使用的范圍。
2．按照權(quán)利要求1所述的傳輸消息的方法，其中連續(xù)的檢測步驟具有愈加延長的檢測周期，以便以越來越高的精度確定功率電平。
3．按照權(quán)利要求1或2所述的傳輸消息的方法，其中第一單元是基站。
4．按照權(quán)利要求1到3中的任意一個所述的傳輸消息的方法，其中第二單元是用戶單元。
5．按照權(quán)利要求4所述的傳輸消息的方法，其中第二單元是多個用戶單元其中之一。
6．按照權(quán)利要求4或5所述的傳輸消息的方法，其中從該用戶單元或每個用戶單元傳輸?shù)男盘柟β时粰z測和被調(diào)節(jié)。
7．按照權(quán)利要求4到6中的任意一個所述的傳輸消息的方法，其中用戶單元處在固定位置。
8．按照前述權(quán)利要求中的任意一個所述的傳輸消息的方法，其中傳輸是通過無線電進(jìn)行的。
9．一種包含第一傳輸及接收單元和第二傳輸及接收單元的設(shè)備，用于在定長時間幀中的預(yù)定時隙內(nèi)傳輸消息，至少一個單元包含功率電平檢測和控制裝置，其中對接收的消息的功率電平重復(fù)進(jìn)行檢測，并且當(dāng)電平落在預(yù)定目標(biāo)功率電平附近的一連串范圍之一以外時，待傳輸?shù)南乱幌⒌墓β孰娖奖徽{(diào)節(jié)，以使下一消息的功率電平落在所述范圍以內(nèi)，檢測和可能的調(diào)節(jié)步驟重復(fù)進(jìn)行，并且至少一次的范圍小于前次使用的范圍，而且每次的范圍都小于或等于前次使用的范圍。
10．按照權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中功率電平檢測和控制裝置包含應(yīng)用越來越長的檢測周期的裝置，以便以更高的精度確定功率電平。
11．按照權(quán)利要求9或10所述的設(shè)備，其中第一單元是基站，而第二單元是多個用戶單元其中之一。
12．按照權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中用戶單元處在固定位置。
13．按照權(quán)利要求9到12中的任意一個所述的設(shè)備，其中傳輸是以無線電進(jìn)行的。
14．一種包括基站和多個用戶單元的通信裝置，該基站通過在定長時間幀中的預(yù)定時隙內(nèi)發(fā)送和接收消息而與每個用戶單元通信，其中來自用戶單元的消息的功率電平被基站重復(fù)地檢測，基站根據(jù)檢測到的功率電平發(fā)送控制信號，以有選擇地調(diào)節(jié)隨后由所述用戶單元傳輸?shù)南⒌墓β孰娖?，每個檢測和調(diào)節(jié)步驟包括確定功率是否落在目標(biāo)功率值附近的值的預(yù)定范圍內(nèi)，并據(jù)此進(jìn)行調(diào)節(jié)，在至少某些連續(xù)的檢測步驟中所需的功率范圍小于前次的檢測步驟中的范圍。
15．按照權(quán)利要求14所述的通信裝置，其中用戶單元處于固定位置。
16．一種通信網(wǎng)絡(luò)，包含多個小區(qū)，每個小區(qū)具有按照權(quán)利要求14或權(quán)利要求15所述的通信裝置。
17．按照權(quán)利要求16所述的通信網(wǎng)絡(luò)，其中RF載頻在小區(qū)中被重復(fù)利用，以在采用限制帶寬分配時仍使在任何時間上可構(gòu)成的呼叫數(shù)達(dá)到最大。
18．按照權(quán)利要求17所述的通信網(wǎng)絡(luò)，其中功率電平被調(diào)節(jié)到足夠低，以基本避免通信之間的干擾。
全文摘要
在定長時間幀中的預(yù)定時隙內(nèi)傳輸消息的裝置和方法中,其中由接收機(jī)接收的消息的功率電平被檢測。如果功率電平落在預(yù)定目標(biāo)功率電平附近的一連串范圍之一以外,則待傳輸?shù)南乱幌⒌墓β孰娖奖徽{(diào)節(jié),以使下一消息的功率電平落在該范圍以內(nèi)。檢測和可能的調(diào)節(jié)的步驟使用越來越精細(xì)的功率電平目標(biāo)范圍重復(fù)進(jìn)行。
文檔編號H03L5/02GK1205811SQ9619932
公開日1999年1月20日 申請日期1996年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月7日
發(fā)明者保羅·M·馬丁, 理查德·J·奧爾布羅, 尼爾·P·皮爾西, 克里斯托弗·J·肖爾, 魯珀特·L·A·古丁斯 申請人:艾奧尼卡國際有限公司