專利名稱：改進(jìn)碼分多址中的信道自適應(yīng)快速功率控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是數(shù)字無線電通信。更精確地說，本發(fā)明涉及正如在獨立的權(quán)利要求中所述的信道自適應(yīng)功率控制的方法，涉及所述的一個CDMA收發(fā)信裝置和一個數(shù)字CDMA無線電通信系統(tǒng)。
功率控制方法應(yīng)用于調(diào)整一個基站中的一個發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，或用于在一個移動站中，分別地根據(jù)這個移動站通過無線電信道與移動站的對方通信收到的信息，分別地調(diào)整移動站中的一個發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率。
在CDMA系統(tǒng)中，所有的信道源都同時地分配給所有的用戶。一方面，必須適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償“近-遠(yuǎn)端(Near-Far)”效應(yīng)，使所有與這個基站通信的移動站，不論它們到基站的距離如何，它們對于在這個基站收到的總的信號有幾乎同樣的貢獻(xiàn)。另一方面，這個移動無線電信道有一個寬帶動態(tài)頻段。這些特性直接和移動用戶的性質(zhì)有關(guān)，并且通常受到無線電鏈路的多普勒(Doppler)衰落效應(yīng)和瑞利(Rayleigh)衰落效應(yīng)的影響。曾經(jīng)采用一些相應(yīng)的措施，以避免相對于干擾來說由于信號已經(jīng)被過分的衰減造成的連接退化或損耗。
在這種條件下，需要一個快速而準(zhǔn)確的功率控制，以保證向用戶提供適當(dāng)水平的傳輸質(zhì)量。同時功率控制使系統(tǒng)中的通信密度的水平達(dá)到最大。對于上行鏈路，如果基站對每個連接的移動站測量出的信號-干擾比率(SIR)盡可能接近以目標(biāo)的信號-干擾比率(SIRtarget)，就能夠做到這樣。
在已有的技術(shù)中，在例如“CDMA-Principles of Spread SpectrumCommunication(CDMA-擴(kuò)展頻譜通信原理)”Andrew J.Viterbi1998，Addison-Wesley，182-183頁，用一個開環(huán)或閉環(huán)功率控制方案實現(xiàn)上行鏈路的功率控制。
在這個開環(huán)控制方案中，一個移動站跟蹤這個基站在接收和發(fā)射業(yè)務(wù)量時發(fā)送的一個導(dǎo)頻信號。這個導(dǎo)頻信號的功率水平與SIRtarget值有關(guān)并且是這個移站已知的。于是下行鏈路路徑損失就可以隨時估計出來。假定在物理上，信道是完全對稱的，這個下行路徑損失也就是上行路徑損失，并且這個移動站可以隨時得出它必需使用的恰當(dāng)?shù)陌l(fā)射功率。
一個閉環(huán)功率控制考慮傳輸損失的動態(tài)部分是不對稱的，因為瑞利(Rayleigh)衰落受載頻的影響很大，它可能在這兩個方向上有很大的差別。在這種情況，發(fā)射的功率是根據(jù)在接收方的基站或移動站周期地測量來確定。這些測量可以估計被接收信號的SIR。在UMTS W-CDMA，ETSI XX.03，1.0.0版(Dec.1998)，適用于上行鏈路的Section 5.2.1(Page 6)，適用于下行鏈路的Section 5.3.1(Page 9)，其中規(guī)定每0.625ms時隙做一次SIR取樣。這個接收站把估計出的SIR與SIRtarget比較然后根據(jù)一個算法產(chǎn)生一個發(fā)射功率控制(TPC)命令指出對方的站應(yīng)當(dāng)把它現(xiàn)在的功率提高或降低的程度。這個TPC命令通過一個信令信道傳送回對方的站。這個對方的站按照TPC命令指出的方法改變它的發(fā)送功率。按照UMTS W-CDMA的規(guī)定，TPC命令的產(chǎn)生也是每0.625ms時隙做一次。
在已有的技術(shù)中，用一個所謂“乒乓(bang-bang)”算法產(chǎn)生TPC命令。這是在UMTS W-CDMA，ETSI XX.07，1.0.0版(Dec.1998)，適用于上行鏈路的Section 4.1.1(Page 5)，適用于下行鏈路的Section 4.2.1(Page 6)，中規(guī)定的。在每個取樣實刻，簡單地把估計出的SIR與SIRtarget比較，并且產(chǎn)生一個二進(jìn)制值，如果SIRtarget-SIRestimated(SIR目標(biāo)-SIR估計)差的符號是正的，這個值等于“向上(up)”，如果這個差的符號是負(fù)的，這個值等于“降”。改變這個發(fā)射功率的方法是量化的固定一個發(fā)射功率階值(TPS)。在接收到這個TPC消息后，這個移動站把值“向下”轉(zhuǎn)換成指示“把發(fā)射功率減少TPS dB(分貝)”和把值“向上”轉(zhuǎn)換成指示“把發(fā)射功率增加TPS dB”。
閉環(huán)功率控制和“乒乓”算法結(jié)合，特別是在市區(qū)的環(huán)境中，它的缺點就表現(xiàn)出來了。在市區(qū)中，移動信道衰減變化顯得這么快，以致由于環(huán)路形成的延遲，包括在基站中的測量，TPC命令的產(chǎn)生，它向移動站的傳輸和發(fā)送基功率的調(diào)整，造成一個明顯的可能性，即，這個TPC命令在這個移動站的這個發(fā)射機(jī)的這個命令的接收點可能已經(jīng)無效。也就是如果基站認(rèn)為被接收的功率過高，因此為了使這個移動站減少它的發(fā)射功率而產(chǎn)生一個TPC命令“向下”。當(dāng)這個TPC命令到達(dá)這個移動站中的發(fā)射機(jī)時，連接這個基站和這個移動站之間的無線電信道的衰減，可能已經(jīng)增加到這樣的程度，使這個SIR在這個TPC發(fā)生作用之前就以降低到SIRtarget以下，臨到這個TPC發(fā)生作用時，它實際上是使這個SIR更加偏離它的目標(biāo)值，而不是降低功率誤差。
這些效果使CDMA中的潛在用戶容量大為減少。為了降低這些作用，預(yù)測性的算法或許是有益的，但卻是不夠充分的。事實上這些預(yù)測性算法可能對某一類型的信道特性能很好地適應(yīng)，但是對其它類型的信道特性，它們的預(yù)測性可能與實際表現(xiàn)的值有相當(dāng)大的偏差。
本發(fā)明的一個目標(biāo)就是提供一個改進(jìn)功率控制的方法，使它能夠以一個信道自適應(yīng)的方式控制發(fā)射功率。
這些目標(biāo)由于各自獨立的權(quán)利要求的一些特性而達(dá)到。這些特性提供由各種需用的TPC算法(TPCAs)組成的一個任意大的集。每個TPCA應(yīng)當(dāng)與一個特定類型的信道特性很好地適應(yīng)。這個TPCA集當(dāng)它包含信道特性的最大可能范圍時就運行得更好。在任何時間，發(fā)射功率由從這個算法集里選擇的一些算法來控制，這些算法對這些實際的信道特性是最好的。這個方法具有在合適的時間采用合適的算法的優(yōu)點。
本發(fā)明的其它優(yōu)點在有關(guān)的權(quán)利要求中明確。
特別是使用一個第一和第二閾值的算法對一個受瑞利衰落影響的信道能很好的地適應(yīng)。
從下面結(jié)合一些附圖對一些實施例的敘述將使本發(fā)明更加明確，這些附圖有


圖1表示一個數(shù)字CDMA無線通信網(wǎng)絡(luò)的兩個收發(fā)信機(jī)，通過話務(wù)信道在單方向互相通信并且實現(xiàn)功率控制。
圖2表示仿真和評估部件和圖3中包括一個流程卡表示根據(jù)本發(fā)明的實現(xiàn)功率控制的方法的步驟。
圖1中表示的數(shù)字式CDMA無線系統(tǒng)由一個裝置A1和一個裝置B2組成。在這個例子說明中，裝置A是一個移動站1和裝置B是一個基站2。這兩個裝置都包括一個發(fā)射機(jī)12，22和一個接收機(jī)11，21。移動站1用發(fā)射機(jī)12發(fā)出一個話務(wù)信息，它在取樣實例i的發(fā)射功率是STX i。這個信息通過一個無線電通信話務(wù)信道31進(jìn)入基站2和接收機(jī)21?；?的發(fā)射機(jī)22在一個信令信道32上向移動站1的接收機(jī)11發(fā)送信令信息。在基站2中，接收機(jī)21連接到一個控制電路4以實現(xiàn)改進(jìn)的功率控制?？刂齐娐?的任務(wù)是從話務(wù)信道31取得接收到的信號，并在取樣實例i在輸出端產(chǎn)生一個發(fā)射功率控制命令TPC i?？刂齐娐?連接到基站2的發(fā)射機(jī)22。TPC i由基站2的發(fā)射機(jī)22通過信令信道31發(fā)送到移動站1的接收機(jī)11。
在CDMA傳輸?shù)南乱粋€時隙中，計算一個新的TPC i并且發(fā)送出去。
基站2的發(fā)射機(jī)12在取樣實例i+1新的發(fā)射功率(STX i+1)計算如下(STX i+1)＝STX i*TPC i實現(xiàn)改進(jìn)的功率控制的控制電路4由一個連接到接收機(jī)21的估計部件41和一個操作部件43組成。操作部件43的輸出端連接到基站2的發(fā)射機(jī)22的輸入端。估計部件41和操作部件43的輸出端連接到通向一個重構(gòu)部件42的輸入端的第二條線路。重構(gòu)部件42通過并聯(lián)的仿真部件441...44n連接到一個選擇部件45。這個選擇部件45有一條觸發(fā)線可以切換開關(guān)3，3′。
- 一個估計部件43負(fù)責(zé)在每個取樣實例得到SIR。SIR i的估計如下基站的接收機(jī)通過話務(wù)信道收到的信號功率SRX i除以在裝置B的接收機(jī)部分的干擾功率IRX iSIR i＝SRX i/IRX i。
-一個包含n個算法A1，A2，...An的操作部件43。圖1中在取樣實例i，A1是操作的算法，并且由A1控制TPC的產(chǎn)生。TPC i用于調(diào)整裝置A的發(fā)射機(jī)部分的發(fā)射功率。在取樣實例i，其它算法不參與一個調(diào)整基站發(fā)射功率的TPC的產(chǎn)生。
-一個重構(gòu)部件42負(fù)責(zé)重構(gòu)在實時的信道性質(zhì)。這個信道性質(zhì)特征在于，通過以下每一步驟確定絕對信道損失ACL i的隨時間的變化在移動站1的信號發(fā)射功率STX i，除以在該基站的同一信號的經(jīng)過無線電信道衰減后的功率SRX iACLi＝STX i/SRX i。
這個重構(gòu)部件42把估計部件41給出的測量的SIR值和由操作部件43產(chǎn)生TPC命令的值作為輸入。
由重構(gòu)部件42操作得到的實時的信道重構(gòu)的結(jié)果在每個取樣實例i被存儲到n個存儲器中備用。
-n個仿真部件441，442...44n中的每個部件負(fù)責(zé)一個算法的仿真和有效性檢驗。這n個仿真部件441，442...44n同時運行而且互不相干。它們并行地產(chǎn)生虛擬的TPCs(VTPCs)。這些VTPCs只用于仿真。它們不直接影響功率控制，因為它們不被發(fā)送到移動站1。請注意，操作的算法也可以按這個方法被仿真和進(jìn)行有效性檢驗。
-一個選擇部件45負(fù)責(zé)根據(jù)普遍的質(zhì)量準(zhǔn)則選擇最好的算法。如果最好的算法不同于操作的算法，選擇部件就觸發(fā)開關(guān)3的切換，進(jìn)行在步驟i的操作算法和這個最好的算法之間的轉(zhuǎn)換，這個最好的算法成為在步驟i+1的操作算法。
在每個步驟i，對于算法Ak的仿真部件44k表示于圖2，其中包含
●一個快速存儲器42k，在每個取樣實例i由重構(gòu)部件42把信道信息存入到快速存儲器42k中。
●一個計算部件Ak，按照算法Ak計算在步驟i的VTPC(VTPC k，i)。
●一個第二存儲器46k，其中存儲在每個取樣實例i由算法Ak的仿真而重構(gòu)的虛擬SIR信息(VTPC k，i)。
●一個有效性檢驗部件45k，在這里根據(jù)對所有算法都適用的一個普遍質(zhì)量準(zhǔn)則，用一個定量的質(zhì)量估計，檢驗由算法Ak的仿真提供的結(jié)果的有效性。這個定量的質(zhì)量估計指出由算法Ak產(chǎn)生的序列VTPC k，i怎樣使序列VSIR k，i接近當(dāng)前信道條件下的SIRtarget。有效性檢驗是由n個并行的部件同時提供n個定量的質(zhì)量估計而進(jìn)行的。
在本發(fā)明敘述的實施例中，由它的實刻A1和A1′表示的一個TPCA是“乒乓”算法●TPCi＝+TPS dB如果SIRi＜SIRtarget●TPCi＝-TPS dB如果SIRi＞SIRtarget另一個由它的實刻A2和A2′表示的TPCA是專門對一個受瑞利衰落現(xiàn)象影響的信道進(jìn)行的。當(dāng)測量出的SIRi低于SIRtarget但高于另一個稱為“預(yù)制動SIR”的恒定SIR閾值(SIRpb)而且檢測到SIRi至少按一個最低的比率增長(即每個控制循環(huán)增長dpb dB，這里dpb可以是正的，零或負(fù)的)時，就發(fā)送一個“向下”TPC命令，使這個TPCA偏離標(biāo)準(zhǔn)的“乒乓”算法。
●TPCi＝-TPS dB如果SIRi＞SIRtarget或(SIRi＞SIRpb和SIRi-1+dpb＜SIRi)●在其它的情況TPCi＝+TPS dB
它可以為認(rèn)為是當(dāng)SIR達(dá)到要求的SIR值之前把TPC命令翻轉(zhuǎn)而對這個SIR的正向變化進(jìn)行“制動(braking)”，稱為正斜率預(yù)制動(PSPB)算法。
這個PSPB算法的一個變化是檢測ACL值的下降而不是這個SIR值的增長。
●TPCi＝-TPS dB如果SIRi＞SIRtarget或(SIRi＞SIRpb和ACLi-1+dpb＞ACLi)●在其它的情況TPCi＝+TPS dB由負(fù)責(zé)實時重構(gòu)信道性質(zhì)的部件給出ACL的變化。如果發(fā)射功率是從移動站或基站通過信令信道發(fā)射，則這種變化還可以直接得到。
另外的TPCAs由它們的實例A3，A3′，...An，An′表示，它們可能是預(yù)測性的或非預(yù)測性的算法。這些TPCAs彼此間的差異程度是可以變化的，例如算法集的一部分或全部除其中有一個或幾個參數(shù)的數(shù)值不同之外其它相同，但它們也可以并行進(jìn)行完全不同的算法操作。一個算法并不限于一類算法。
一個根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)改進(jìn)的功率控制的方法的實施例表示在流程卡圖3中。這個方法包含下列步驟●步驟S1初始化參數(shù)。根據(jù)在一算法集相互之間的外部判斷，選擇一個操作算法作為開始的算法。
●步驟S2測量在信息信道上接收的信號。對取樣實例i進(jìn)行估計SIRi。
●步驟S3根據(jù)操作的算法產(chǎn)生在取樣實例i的TPCi。
以后，步驟S4和包含S5到S11的步驟并行進(jìn)行。
●步驟S4操作算法產(chǎn)生的TPCi通過信令信道被送回到裝置A。
●步驟S5重構(gòu)在取樣實例i的信道影像。在圖1表示的配置中，信道的性質(zhì)可以從只適用于基站2的信息推演出
- 估計部件41給出的SIRi-由操作算法產(chǎn)生的TPCi如果假定對于每個i，IRXi是恒定的ACLi+1/ACLi＝STXi+1/STXi*SRXi/SRXi+1＝TPCi*SIRi/SIRi+1。
使用重構(gòu)的信道數(shù)值，并行地仿真所有算法的性質(zhì)。
●步驟S6按照以下的公式，在每個步驟i，由VSIRk，i-1，VTPC k，i-1，ACL i-1和ACLi推導(dǎo)VSIR k，i的值VSIR k，i/VSIR k，i-1＝VTPC k，i-1 ACL i-1/ACL i當(dāng)1≤k≤n時●步驟S7為在取樣實例i的每個算法Ak產(chǎn)生VTPCk，i，仿真算法Ak用來把VSIR k，i輸入，以產(chǎn)生VTPC k，i。
VTPC k，i＝Ak(VSIR k，i) 當(dāng)1≤k≤n●步驟S8根據(jù)一個普遍的質(zhì)量準(zhǔn)則對每個算法的質(zhì)量進(jìn)行評估。所有的算法都用同樣的方法檢驗有效性，例如它們的質(zhì)量用VSIR相對于SIRtarget的差距的均方差Qk來衡量。這樣，當(dāng)Qk的數(shù)值最小時就達(dá)到最好的質(zhì)量Qk=av((SIRtarget-VSIRk,i)2)=n-1Σi=0n-1(SIRtarget-VSIRk,i)2]]>●步驟S9選擇達(dá)到最好質(zhì)量的算法。
●步驟S11如果選擇的算法不同于操作算法，用選擇的算法代替操作算法，其它什么都不變。
●步驟S12增加步驟的計數(shù)，過程從步驟S2再開動。
本發(fā)明不限于一個可以處理另外的算法的基站。它也可以是一個具備能夠按本發(fā)明的方法，適用于TPC(發(fā)射功率控制)的所有必需的裝置的移動站。
所有的線路與一個能夠處理輸入數(shù)據(jù)的處理器一起集成在一個單獨的模塊中。
本發(fā)明不限制一個在每個時隙發(fā)送TPC的方法。它允許在測量后的下一個時隙發(fā)送TPC。在某些情況下，它足以按一個較低的頻率來調(diào)整功率。
決定把操作的算法轉(zhuǎn)換到另一個算法可以在檢測到一個能達(dá)到更好質(zhì)量的算法后立刻進(jìn)行。也可以由于一個確定的閾值而作出這個決定。只有當(dāng)一個算法的質(zhì)量優(yōu)于這個閾值時才觸發(fā)這個開關(guān)。
另一個可能的辦法是如果一個算法在某一段時間是最好的就做出這樣決定。
權(quán)利要求
1.在采取一個閉環(huán)功率控制方案的一個數(shù)字式CDMA無線電發(fā)射系統(tǒng)中由一個部件根據(jù)一個操作算法控制發(fā)射功率的方法，這個算法根據(jù)信道的特性產(chǎn)生命令以調(diào)整發(fā)射的功率，特征在于-處理至少另一個與上述操作算法有差別的與之競爭的算法；-根據(jù)一個普遍的質(zhì)量準(zhǔn)則評估所有上述算法的性能；-如果上述與之競爭的諸算法中的某一個的性能更好，就用它代替當(dāng)前的操作算法。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于這些競爭的算法-提供關(guān)于無線電信道的信息；-同時而且獨立地計算各個發(fā)射功率控制(TPC)命令，由此來仿真每個算法的性質(zhì)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于在減少發(fā)射功率時，這個普遍的質(zhì)量準(zhǔn)則確定由一個算法產(chǎn)生的TPC命令能夠在多大程度上接近在CDMA無線傳輸系統(tǒng)中的一個目標(biāo)傳輸質(zhì)量。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于根據(jù)這個普遍的質(zhì)量準(zhǔn)則確定最適合的算法(Ak)，并且觸發(fā)這些算法之間的開關(guān)，使該算法(Ak)成為操作算法，而原來的操作算法作為一個競爭的算法保留。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，用一個算法處理一個測量得到的信號干擾比(SIR測量)與一個第一閾值(SIR閾)的關(guān)系，由此產(chǎn)生一個發(fā)射功率控制命令(TPC)，其特征在于當(dāng)這個測量得到的信號干擾比(SIR測量)以一個大于一個預(yù)定的閾值的梯度的梯度增長并且這個測量得到的信號干擾比(SIR測量)大于一個第二閾值(SIR預(yù)制動)時，要求降低這個發(fā)射功率。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，用一個算法處理一個測量得到的信號干擾比(SIR測量)以及一個估計的絕對或相對信道損失(ACL測量，RCL測量)與一個第一閾值(SIR閾)的關(guān)系，由此產(chǎn)生一個發(fā)射功率控制命令(TPC)，其特征在于當(dāng)這個絕對或相對信道損失(ACL測量，RCL測量)以一個低于一個預(yù)定的閾值的梯度的梯度降低并且這個測量得到的信號干擾比(SIR測量)大于一個第二閾值(SIR預(yù)制動)時，要求降低這個發(fā)射功率。
7.基于CDMA的數(shù)字無線通信系統(tǒng)，其中包含至少一個發(fā)射機(jī)，至少一個接收機(jī)和一個控制發(fā)射功率的裝置，其特征在于-一個測量和處理信道信號的估計部件(41)-一個提供純信道信息的重構(gòu)部件(42)-一個產(chǎn)生發(fā)射功率控制命令的操作部件(43)-n個計算一個競爭的算法的集合的仿真部件(441...44n)-一個從競爭算法集中激活其中一個算法的選擇部件(45)。
8.一個用在CDMA的數(shù)字無線通信信道中的收發(fā)信機(jī)，其中包含一個控制發(fā)射功率的控制電路(4)，其特征在于-一個測量和處理信道信號的估計部件(41)-一個提供純信道信息的重構(gòu)部件(42)-一個產(chǎn)生發(fā)射功率控制命令的操作部件(43)-n個計算一個競爭的算法的集的仿真部件(441...44n)-一個從一個競爭算法的集中激活其中一個算法的選擇部件(45)。
9.如權(quán)利要求8所述的用于一個數(shù)字式CDMA無線通信系統(tǒng)的收發(fā)信裝置，其特征在于上述收發(fā)信裝置是裝在一個移動站中的。
10.如權(quán)利要求8所述的用于一個數(shù)字CDMA無線通信系統(tǒng)的收發(fā)信裝置，其特征在于上述收發(fā)信裝置是裝在一個基站中的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個信道自適應(yīng)功率控制的方法。根據(jù)本發(fā)明,這個方法采用任意大的一組的不同的TPC算法(TPCAs),可以按照一種信道自適應(yīng)方式控制發(fā)射功率。每個TPCA應(yīng)當(dāng)與一個特定類型的信道特性很好地適應(yīng)。當(dāng)這個TPCA組包含信道特性的最大可能范圍時就運行得更好。在任何時間,發(fā)射功率由從這個算法組里選擇的一些算法來控制,這些算法對這些實際的信道特性是最好的。
文檔編號H04B7/005GK1270459SQ0010642
公開日2000年10月18日 申請日期2000年4月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月12日
發(fā)明者保羅·布內(nèi) 申請人:阿爾卡塔爾公司