無線電通信系統中的閉環功率控制的製作方法
2023-05-27 03:45:21
專利名稱：無線電通信系統中的閉環功率控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無線電通信系統，進一步涉及在此種系統中使用的一種輔助臺以及運行此種系統的一種方法。雖然，本技術規範特定地參照那出現的環球移動電信系統(UMTS)來說明一種系統，但應理解到，此類技術同等地適合於在其它的移動無線電系統中應用。
一個無線電通信系統中，在基站(BS)與移動臺(MS)之間要求有兩種基本的通信類型。第一種是用戶業務量，例如是語音或分組數據。第二種是控制信息，需要用它來設定和監測傳輸信道的各種參數，以使得BS和MS能交換所要求的用戶業務量。
許多通信系統中，控制信息的功能之一是啟動功率控制。對一個MS傳輸到BS的信號進行功率控制是需要的，以使得BS能在大致相同的功率電平上從不同的MS處接收到信號。同時可使每個MS所需的傳輸功率最小化。對BS傳輸到一個MS的信號進行功率控制也是需要的，以使得MS能以低的誤碼率從BS上接收到信號，同時使信號傳輸功率最小化，藉以減小與其它小區和無線電系統間的幹擾。在雙向無線電通信系統中，功率控制可以在閉環或開環的方式下工作。閉環系統中，MS確定出自BS上傳輸來的信號之所需功率變化，並將此種變化要求通知BS，反之亦然。在TDD(時分雙工)系統內可能應用的開環系統中，由MS測量出接收自BS之信號的強度，並應用此測量值來確定出傳輸功率中所需的變化。
使用了功率控制的組合式時分和頻分多址系統中，一個例子是全球移動通信系統(GSM)，那裡的BS和MS兩者的發射機其傳輸功率以2dB的步級進行控制。類似地，使用擴頻碼分多址(CDMA)技術的系統中，功率控制的實施公開於US-A-5056 109內。
考慮閉環功率控制時可以知道，對於任何給定的信道情況有一個最佳的功率控制步級級差，它可使所需的Eb/No(每比特的能量與噪聲功率密度之比)最小。當信道狀態變化很慢時，最佳步級級差可以小於1dB，因為這樣的步級值足以跟蹤信道狀態的變化，並可給出最小的跟蹤誤差。當都卜勒頻率增加時，較大的步級級差能給出更好的性能，最佳步級值達到2dB以上。然而，當都卜勒頻率進一步增加時會到達這樣一種工作點，即要很好地跟蹤信道狀態變化其功率控制環路的等待時間(或更新時間)將變得太長，那時最佳的步級級差又需減小，或許要小於0.5dB。這是因為，對快速的信道狀態變化不能夠那麼好地跟蹤住，而需要有跟隨影痕的能力，影痕通常是一種緩慢的過程。
由於最佳的功率控制步級級差能動態地變化，所以如果由BS通知MS，在向BS作出傳輸的上行鏈路中應使用哪一個功率控制步級級差值，便可改善跟蹤性能。可應用這樣一種方法的一個系統例子是UMTS頻分雙工(FDD)標準，那裡採用了CDMA技術，所以功率控制十分重要。儘管藉助於具有例如0.25dB那樣小的最小步級級差時能夠得到改善的跟蹤性能，但這將顯著地增大MS的成本。然而，如果MS不具有實現該最小步級級差的能力，則它將不能夠完成BS所要求的步級級差跟蹤。
本發明的一個目的是能做到精確的功率控制而不要求所有移動臺實現相同的最小功率控制步級級差。
按照本發明的第一方面，提供出一種無線電通信系統，它包含有一個主要臺和多個輔助臺，在該主要臺與一個輔助臺之間系統具有一個通信信道，主要臺和諸輔助臺中的一個臺(發射臺)內具有一個裝置，用以將功率控制指令傳輸給其它臺(接收臺)以通知它按步級調整其輸出的傳輸功率，這裡，接收臺內有一個功率控制指令組合裝置，用於處理多個功率控制指令以確定出是否要調整其輸出功率。
按照本發明的第二方面，提供出一個主要臺，它應用在該主要臺與一個輔助臺之間具有一個通信信道的一種無線電通信系統中，該主要臺具有一個裝置，用以對輔助臺傳輸出的功率控制指令起響應而按步級調整其輸出的傳輸功率，這裡，提供的指令組合裝置用於處理多個功率控制指令以確定出是否要調整其輸出功率。
按照本發明的第三方面，提供出一種輔助臺，它應用在該輔助臺與一個主要臺之間具有一個通信信道的一種無線電通信系統中，該輔助臺具有一個裝置，用以對主要臺傳輸出的功率控制指令起響應而按步級調整其傳輸功率，這裡，提供的指令組合裝置用於處理多個功率控制指令以確定出是否要調整其輸出功率。
按照本發明的第四方面，提供出一種方法，用以使包含有一個主要臺和多個輔助臺的一種無線電通信系統進行工作，該系統在該主要臺與一個輔助臺之間具有一個通信信道，該方法中包含了由該主要臺和諸輔助臺中的一個臺(發射臺)向其它臺(接收臺)傳輸出功率控制指令，以通知它按步級調整其功率，這裡，由接收臺對多個功率控制指令進行處理，以確定出是否要調整其輸出的傳輸功率。
本發明基於在先有技術中未出現的識別方法，由MS所做的小的功率控制步級級差仿真能提供出良好的性能。
現在，參照附圖、以示例的方式說明本發明的實施例；諸附圖中
圖1是一個無線電通信系統的方框示意圖；圖2是一個流程圖，示例出按照本發明的一種方法用以在一個輔助臺中實施功率控制；圖3示明當MS以300公裡/小時的速度移動時，誤碼率為0.01下所需之接收信號的Eb/No(單位dB)與功率控制步級級差(單位dB)之間的關係曲線；以及圖4示明當MS以1公裡/小時的速度移動時，誤碼率為0.01下所需之接收信號的Eb/No[dB]與功率控制步級級差[dB]的關係曲線。
參看圖1，能在頻分雙工或時分雙工模式下工作的一個無線電通信系統中包含一個主要臺(BS)100和多個輔助臺(MS)110。BS100中包含有微控制器(μc)102；連接於無線電發射天線106上的收發信機(Tx/Rx)104；用以改變傳輸之功率電平的功率控制裝置(PC)107；以及用以連接至PSTN或其它合適網絡上的連接裝置108。每個MS110中包含有微控制器(μc)112；連接於無線電發射天線116上的收發信機(Tx/Rx)114；以及用以改變傳輸之功率電平的功率控制裝置(PC)118。從BS100到MS110的通信在下行鏈路信道122上進行，從MS110到BS100的通信在上行鏈路信道124上進行。
在一個UMTS FDD系統中，數據以10ms的幀傳輸，每幀中有15個時隙。BS100在每個時隙上傳輸一個功率控制指令(由2比特組成)，比特代碼11(為簡單起見，此後稱之為數值1)是要求MS110增大其功率，比特代碼00(此後稱之為數值0)是要求MS110減小其功率。所需的功率控制步級級差的變化是通過一個控制信道獨立地給出通知的。
按照本發明的一個系統中，當要求MS110實現的功率控制步級級差小於它所能達到的最小步級級差值時，便修正上面的工作行為。此種情況下，MS110不發生動作，除非它接收到一連串同樣的功率控制指令，於是對MS110的性能進行仿真而達到較精密的功率控制。
考慮一種情況，例如所要求的步級級差為0.5dB，而MS110可實現的最小步級級差為1dB。MS110便處理一對功率控制指令，如果兩個指令相同，才改變其輸出功率。因此，如果接收到的指令為11，便增大功率；如果為00，便減小功率；而如果是10或01，則不改變功率。這樣，有利於對傳輸的各幀作標準比較，因而可以將一幀之時隙1和2內傳輸的功率控制指令組合起來，然後將一幀之時隙3和4內傳輸的指令組合起來，如此等等。
類似地，如果所要求的步級級差為0.25dB，而最小步級級差為1dB，則MS110每次處理四個功率控制指令，當四個指令相同時，MS110才改變其輸出功率。因此，如果接收到的指令為1111，則增大功率；如果為0000，則減小功率；而為其它值時功率不改變。同樣，這樣有利於對傳輸的幀作校準比較，將時隙1至4中傳輸的指令組合起來，然後將時隙5至8中傳輸的指令組合起來，如此等等。
在所考慮的UMTS實施例中，將接收到的指令以三個或五個時隙組合起來特別有利，因為這樣可以保持15個時隙一幀的時間校準。然而，本方法是並非限制於此種系統的。考慮一下一般的情況，設MS110可實現的最小步級級差為S,BS100所要求的步級級差為R，此種場合，功率控制指令可以以G個為一組進行組合，這裡G=S/R。
圖2示例出對於功率控制步級小於MS110之步驟最小值進行仿真的一種方法。本方法開始於202上，在這裡MS110確定了G值，即要組合於一個組內的指令數目，並將接收的功率控制指令計數器值i設置為0。在204上，MS110接收一個功率控制指令，並使計數器i值加1。然後，在206上，將i值與G值進行比較。如果i小於G，則將接收的指令存儲起來，MS110等待著接收下一個指令。當所需的G個功率控制指令都接收到時，在208上由MS110確定出，根據所接收的功率控制指令是否應調整其功率。完成這個工作後，計數器的i值復位至0(如果i等於G)或者復位至1(如果i大於G,G不是整數時會發生這種情況)，MS110等待著再接收下一個功率控制指令。
另一個實施例中，不是將G個功率控制指令組合成一組，而是由MS110保持好要求改變功率的接連指令的總數，一旦要求改變功率的總數到達其最小步級級差，便作出改變。例如，如果所要求的步級級差為0.25dB，而最小步級級差為1dB，則接收到的指令序列為11010111時將使得功率增加1dB。然後，MS110從要求改變功率的接連指令的總數中減去實際上已實施的該步級。然而，這樣一種方案在實現上更複雜(因為它要求保持好請求改變功率的接連指令的總數)，而對本發明之性能只是提供出一個最小的改善。
這種另一個實施例有一種變型，MS110不是對個別的每一個功率控制指令採用硬判決，而是應用一種軟判決方法來保持好請求改變功率的接連指令的總數。對每個功率控制指令用一個關於該指令之接收信號幅度的函數進行加權，作為MS110正確地解釋該指令的一個似然量度，然後再加到接連的指令總和上。例如，在加權後，序列11010111011可能對應於請求改變功率的序列為0.8 0.3-0.3 0.4-0.1 0.5 0.9 0.8-0.4 0.7 0.5(單位為0.25dB)。這個序列的接連總和為4.1，它將觸發MS110執行一個向上的1dB步級，並將接連總和減小為0.1。該變型對本方法的性能可給出少許改善。
已經實現了兩個仿真來示例說明按照本發明之方法的有效性。它們驗證了最小步級級差為1dB的MS110之性能可以與最小步級級差為0.25dB的MS110之性能相比擬。仿真時作出了多項理想化的假設·功率控制環路中有一個1時隙的延時；·沒有進行信道編碼；·接收機上有完善的信道估值；·接收機中的信道均衡由一個完善的Rake(瑞克)接收機來實現；·在Eb/No數值中不包括控制信道的開銷；·功率控制指令的傳輸中有一個固定的誤碼率；以及·信道是作為一種有簡單的N條路徑的瑞利(Rayleigh)信道來建模的。
第一個仿真涉及一種快速變化的信道，MS110以300km/hr的速度在一個單條路徑的瑞利信道中移動，功率控制指令的誤碼率為0.01。圖3上是上行鏈路誤碼率0.01下所需之接收信號的Eb/No(單位dB)與所用的功率控制步級級差(單位dB)之間的關係曲線。實線表明MS110的最小功率控制步級級差為0.25dB或更小時的結果，而虛線表明MS110的最小步級級差為1dB、但將兩個或四個功率控制比特作為一組組合起來以分別仿真0.5dB和0.25dB功率控制步級級差時的結果。
在這種情況下，對於小於1dB的小步級級差可得到最好的性能。0.25dB和0.5dB步級的仿真只是造成大約0.05dB那樣小的執行損失，相比起來，不實施仿真時損失約為0.6dB，這示範出了仿真方法的有用性。功率控制指令的誤碼率增加至0.1時，在接收信號的Eb/No中產生出大約0.2dB的總體劣化，但配置有仿真小步級的MS110之性能依然很接近直接執行小步級的MS110之性能。
第二個仿真涉及一種緩慢變化的信道，MS110以1公裡/小時的速度在一個六條路徑的瑞利信道中移動，功率控制指令的誤碼率為0.01。圖4上是上行鏈路誤碼率0.01下所需之接收信號的Eb/No(單位dB)與所用的功率控制步級級差(單位dB)之間的關係曲線。曲線圖中的線條用圖3中那樣相同的方式來標識。
此種情況下，一個小的優點是應用了小於1dB的功率控制步級。如第一種仿真那樣，這裡應用仿真的小步級所得到的結果也十分接近直接執行小步級的結果。
在本方法的進一步應用中，如果考慮到對傳輸的功率控制指令作解釋中，諸如減少差錯的影響是有其理由的，(例如在一段較大的時間期上對指令進行平均)，則G的值可以設定在不等於S/R的值上。所以，某些環境下MS110可以選擇應用一種比之它能實現的最小步級級差要大的步級級差。
上面的詳細說明涉及到一種系統，那裡的BS100將功率控制指令與其它指令分離開地傳輸給MS110，以設定其功率控制步級級差。然而，本發明也適合應用於其它系統範圍內。尤其是任一個這樣的系統，即其中有可變的功率控制步級級差、以及其中BS100可指令MS110對此步級應用一個特定值的系統。它又能應用於那樣的系統中，即其中功率控制步級級差是固定的、或者當應用功率控制步級級差仿真方法時至少為固定的系統。由BS100指令MS110去應用一個特定步級級差的這種方法，也可以取代以通過在BS100與MS110之間進行協商來確定出一個步級級差的方法。
此外，儘管上面的說明涉及的是由一個MS110來仿真功率控制步級級差，但此種方法也可以同樣好地使用於一個BS100中，用以控制下行鏈路傳輸的功率。
在閱讀本公開的內容後，對本技術領域內的熟練人員來說顯然可對之作其它的修改。此類修改可能關聯到無線電通信系統中已經周知的其它特性，也可能應用來對這裡已經說明的特性進行取代或作出添加。
在本技術規範及其權利要求書中，元件之前的冠詞「一個」或「一種」並不排除可有多個此類元件的存在。此外，動詞「包含」並不排除不在羅列中的那些其它元件或步驟的存在。
本發明適用於無線電通信系統之類的範圍，例如是UMTS系統。
權利要求
1．一種包含有一個主要臺和多個輔助臺的無線電通信系統，在該主要臺與一個輔助臺之間該系統具有一個通信信道，該主要臺和諸輔助臺中的一個臺(發射臺)內具有一個裝置，用以將功率控制指令傳輸給其它臺(接收臺)，以通知它按步級調整其輸出的傳輸功率，其中，接收臺內具有一個功率控制指令組合裝置，用於處理多個功率控制指令，以確定出是否要調整其輸出功率。
2．用在無線電通信系統中的一種主要臺，在該主要臺與多個輔助臺之間具有著一個通信信道，該主要臺內有一個裝置，它對輔助臺傳輸出的功率控制指令起響應而按步級調整自身臺輸出的傳輸功率，自身臺中提供的功率控制指令組合裝置用於處理多個功率控制指令，以確定出是否要調整其輸出功率。
3．用在無線電通信系統中的一種輔助臺，在該輔助臺與一個主要臺之間具有著一個通信信道，該輔助臺內有一個裝置，它對主要臺傳輸出的功率控制指令起響應而按步級調整自身臺的傳輸功率，自身臺中提供的功率控制指令組合裝置用於處理多個功率控制指令，以確定出是否要調整其輸出功率。
4．如權利要求3中所述的一種輔助臺，其特徵在於，由臺內提供的裝置對主要臺發出的指令起響應，用以選擇出多個可應用的功率控制步級級差之一，如果所要求的步級級差小於輔助臺的最小可應用步級級差，則功率控制指令組合裝置工作。
5．如權利要求4中所述的一種輔助臺，其特徵在於，由臺內提供的裝置對組成一組的諸功率控制指令一起進行處理，功率控制指令組的大小由最小可應用的步級級差和要求的步級級差作出決定。
6．如權利要求5中所述的一種輔助臺，其特徵在於，功率控制指令組的大小等於最小可應用步級級差與要求的步級級差之間的比值。
7．如權利要求3中所述的一種輔助臺，其特徵在於，功率控制指令組合裝置在工作上響應於由主要臺發出的指令，對組成一組的諸功率控制指令一起進行處理，功率控制指令組的大小是預先確定的。
8．如權利要求7中所述的一種輔助臺，其特徵在於，功率控制步級級差是預先確定的。
9．一種使一個無線電通信系統工作的方法，該系統中包含一個主要臺和多個輔助臺，在該主要臺與一個輔助臺之間該系統具有一個通信信道，該方法中包含了由該主要臺和諸輔助臺中的一個臺(發射臺)向其它臺(接收臺)傳輸出功率控制指令，以通知它按步級調整其功率，其中，由接收臺處理多個功率控制指令，以確定出是否要調整其輸出的傳輸功率。
10．如權利要求9中所述的一種方法，其特徵是由發射臺通知接收臺去應用一個特定的功率控制步級級差，並當要求的步級級差小於最小可應用的步級級差時由接收臺將功率控制指令組合起來。
11．如權利要求10中所述的一種方法，其特徵是由接收臺對組成一組的諸功率控制指令一起進行處理，以及功率控制指令組的大小取決於最小可應用步級級差和要求的步級級差。
12．如權利要求11中所述的一種方法，其特徵是功率控制指令組的大小等於最小可應用步級級差與要求的步級級差之間的比值。
13．如權利要求9中所述的一種方法，其特徵是接收臺響應於發射臺發出的指令而對組成一組的諸功率控制指令一起進行處理，以及功率控制指令組的大小是預先確定的。
14．如權利要求13中所述的一種方法，其特徵是功率控制步級級差為預先確定的。
15．如權利要求9至14中所述的任一種方法，其特徵是在信道中的傳輸發生於各數據幀內，以及相對於每一幀的起始點來說成組的諸功率控制指令在幀內有著預定的位置。
16．如權利要求15中所述的一種方法，其特徵是功率控制指令組的大小能正好整除在一個幀內傳輸的功率控制指令的數目。
全文摘要
在具有一個主要臺和多個輔助臺的一種無線電通信系統中,該主要臺與一個輔助臺之間上行鏈路和下行鏈路信道中的功率是通過向另外的臺傳輸出功率控制指令的每個臺以一種閉環方式進行控制的。接收臺對這類指令起響應而按步級值調整其輸出功率。接收臺在調整其輸出功率之前藉助於將多個接收到的功率控制指令組合起來,可以仿真出比之其最小步級級差更小的步級級差能力供應用,從而在某些信道情況下改善了性能。在要求的功率控制步級級差小於一個特定臺的最小步級級差之一個實施例中,該特定臺對一組功率控制指令進行處理,以確定是否要用其最小步級級差調整其輸出功率。在另一個實施例中,當應用功率控制指令的組合算法時功率控制步級級差是固定的。本發明的功率控制方法兼適用於主要臺和輔助臺兩者中。
文檔編號H04B7/005GK1316137SQ00801307
公開日2001年10月3日 申請日期2000年5月8日 優先權日1999年5月26日
發明者T·J·莫斯利, B·亨特, M·P·J·貝克 申請人:皇家菲利浦電子有限公司