控制下行鏈路發射功率或者比特率的無線電通信系統和方法
2023-07-22 06:47:36
專利名稱：控制下行鏈路發射功率或者比特率的無線電通信系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種無線電通信系統，它有一個下行鏈路正向接入控制信道(FACH)，用於主站向一個或者多個副站發射信號，還有一個上行鏈路隨機接入信道，用於從至少一個副站向主站發射信號，還涉及用於這種系統的主站和副站，以及控制這種系統的方法。儘管描述本發明的時候針對的是正在出現的通用移動通信系統(UMTS)，但是應當明白這裡描述的技術同樣能夠用於其它移動無線電系統。在這一說明中，隨機接入分組信道這個術語指的是這樣一個邏輯信道，在其中進行隨機接入數據包發射，它通常都包括多個不同的物理信道。
一次新的發射的初始發射功率可以被設置成在接收機那裡大致給出所需要的信號幹擾比(SIR)，如果已知無線電信道的大致路徑損耗(最好是接收機那裡的幹擾電平)。可以將路徑損耗和幹擾看成無線電信道的特性。
例如這一技術被用於在通用移動通信系統頻分雙工(FDD)模式中設置上行鏈路專用信道(DCH)的初始發射功率。在這種情況下，將下行鏈路公共導頻信道(CPICH)的發射功率告訴副站(在通用移動通信系統中叫作用戶設備UE)，它隨後測量收到的功率，並且利用這兩個值來計算下行鏈路的近似路徑損耗。假設這樣能夠給出上行鏈路路徑損耗的近似估計，從而能夠在是估計出來的上行鏈路路徑損耗的合適函數的一個功率上重新開始進行上行鏈路發射。
在通用移動通信系統規範中，正向接入控制信道(FACH)是公共下行鏈路信道的一個實例，它被用於傳遞包括信令信息的信息給用戶設備。但是，目前不可能為路徑損耗將正向接入控制信道的初始發射功率設置得非常適當，因為主站沒有任何連續的上行鏈路信道來測量，也沒有一個合適的上行鏈路信道用來將下行鏈路路徑損耗或者用戶設備的發射功率告訴主站。
發明簡述本發明的一個目的是在無補充上行鏈路信道的下行鏈路信道上控制主站的初始發射功率和/或比特率。
一方面，本發明提供一種方法，用於控制無線電通信系統，它有一條下行鏈路，用於主站向一個或者多個副站發射信號，還有一個上行鏈路隨機接入信道，用於從每個副站向主站發射信號，該方法包括副站，在隨機接入信道上發射一個上行鏈路信號，說明無線電信道特性，主站在考慮了給出的無線電信道特性的基礎之上以一個功率電平和/或比特率在下行鏈路上發射信號。
第二方面，本發明提供一種方法，用於控制無線電通信系統，該系統有一條下行鏈路信道，用於主站向一個或者多個副站發射信號，還有一條上行鏈路隨機接入信道，用於從每一個副站向主站發射信號，該方法包括副站在隨機接入信道上發射一個上行鏈路信號，這個上行鏈路信號可以被主站用來確定隨機接入信道的無線電信道特性，這個主站在確定了無線電信道特性以後，在下行鏈路信道上考慮了確定出來的無線電信道特性以後，以一個功率電平和/或比特率在下行鏈路上發射一個信號。
第三方面，本發明提供一種無線電通信系統，它包括一個主站，這個主站具有收發信裝置，用於在下行鏈路信道上發射信號，在至少一個副站裡有收發信裝置用來在隨機接入信道上向主站發射上行鏈路信號，副站擁有裝置，用於確定隨機接入信道的主要無線電信道特性，並且將這些特性信息發送給主站，主站具有這樣的裝置，用來接收無線電信道特性，從而根據這些無線電信道特性確定下行鏈路信號的功率電平和/或比特率。
第四方面，本發明提供一種副站，它包括收發信裝置，用於從主站接收下行鏈路信號，以及用於在隨機接入信道上發射上行鏈路信號，它還具有這樣的裝置，用於確定隨機接入信道的主要無線電信道特性，並且將這些特性發射給主站。
第五方面，本發明提供一種主站，它具有收發信裝置，用於在下行鏈路信道上向至少一個副站發射信號，以及在上行鏈路隨機接入信道上接收信號，這些信號能夠用來確定隨機接入信道的主要無線電信道特性，還具有這樣的裝置，用來確定將下行鏈路信號發射給至少一個副站所需要的功率電平和/或比特率。
在這些附圖中，相同的引用數字被用於表示對應的部件。
優選實施例參考
圖1，無線電通信系統的包括一個主站(BS)100和多個副站(MS)110，這些副站能夠在主站的覆蓋區內漫遊。主站100有一個微控制器(μC)102、跟天線106這樣的信號傳播/接收裝置連接的收發信機裝置(Tx/Rx)104、用於改變發射功率電平的功率控制裝置(PC)107和跟公共交換電話網或者其它合適網絡相連接的連接裝置108。每個副站110都有一個微控制器(μC)112、跟天線116這樣的信號傳播/接收裝置連接的收發信機裝置(Tx/Rx)114和用於改變發射功率電平的功率控制裝置(PC)118。主站100向副站110的通信是通過下行鏈路信道122進行的，從副站110到主站100的通信則是在上行鏈路信道124上進行的。
在通用移動通信系統中，有幾個信道用於在主站100和副站110之間進行通信。在非專用信道中有正向接入控制信道，它是從主站出發的一條下行鏈路信道，用於傳遞包括信令信息的信息給單個副站110、副站群或者所有副站。
另外一個非專用信道是隨機接入信道(RACH)，它使得副站能夠在上行鏈路上發送短消息給主站。這些短消息可以包括副站開機的時候發送給主站的信令、副站能夠通話或者不能通話的時候發送數據包給主站以及請求主站分配資源給副站使用，例如分配專用話音信道。
正向接入控制信道下行鏈路信道常常跟隨機接入信道上行鏈路信道一起使用，其中在下行鏈路信道上發送正向接入控制信道消息之前在上行鏈路信道上發射一個短的隨機接入信道消息。
圖2說明碼分多址分雙工系統中隨機接入信道的基本結構，為了方便起見，它包括一條下行鏈路信道122和一條上行鏈路隨機接入信道124。在這個隨機接入信道中發射的信號以一個1.067ms的接入前同步碼(AP)202A開始，其功率是按照估計出來的下行鏈路路徑損耗計算出來並且由網絡加以調整的。如果副站不接收接入前同步碼202A的應答信號ACK，它就以比第一個功率高出網絡設置預定量的一個發射功率重複接入前同步碼202B。副站繼續提高功率重複接入前同步碼，直到它收到應答或者這一過程被退出。如果接入前同步碼202B被應答206，副站就以比最後一個接入前同步碼202B功率高出網絡預定量的功率發射一個短(10ms或者20ms)消息。
主站不能從收到的隨機接入信道發射的信號估計上行鏈路的路徑損耗，因為它不知道副站估計的下行鏈路的路徑損耗，它也不知道發射了多少個接入前同步碼。
因此主站不能夠為隨後的正向接入控制信道消息220將初始發射功率設置成適當的值來補償主要路徑損耗。
本發明的方法為副站110提供一種裝置，讓它告訴主站100下行鏈路的路徑損耗是多少，或者告訴它隨機接入信道的發射功率，從而使主站能夠估計下行鏈路的路徑損耗，適當地設置正向接入控制信道的初始功率。主站100也可以獨立地控制發射給不同副站的比特的功率，將範圍和路徑損耗考慮在內。
對於隨機接入信道，在知道了發射功率以後，在接入前同步碼中下行鏈路的損耗可以通過接入前同步碼重新發送的次數來得到。在這裡，第一個前同步碼的功率是由預先確定的跟被測下行鏈路路徑損耗的功率偏移和主站的發射功率來獲得的，因此只要知道第一個接入前同步碼的發射功率就能獲得功率損耗。在知道了重複發射的次數和每一次的功率增量以後，就可以從最後的接入前同步碼的發射功率來獲得。
在一些情況下，上行鏈路和下行鏈路上的快速衰落、測量誤差和其它誤差會引入差錯。
在主站100和選中的副站110之間確定信號路徑無線電信道特性的系統方法有(a)主站在它發射的下行鏈路消息中包括它的發射功率電平值，副站測量接收信號的強度並且確定信道特性，它可以包括在上行鏈路信號中，比方說接入前同步碼中；(b)(a)的另外一種形式，副站只是在上行鏈路信號中說明它的接收信號強度，衰減特性由主站確定；和(c)副站確定下行鏈路消息的信幹比，並且將確定出來的信幹比在接入前同步碼或者隨機接入信道消息部分(PKT)這樣的信號中傳遞過去。
圖3是發送和處理圖2所示信號的操作序列流程圖。這個流程圖從方框300開始，它說明副站110以低功率在隨機接入信道上發射一個接入前同步碼。副站隨後在下行鏈路上收聽應答消息ACK，方框302。方框304說明副站確定是否收到了應答消息。如果在方框306中答案是否定的(N)，副站就提高它的發射功率，從而在方框300中用較高的功率發射接入前同步碼。如果答案是肯定的(Y)、那麼在方框308中副站就以比成功地收到接入前同步碼的功率高的功率發射一個數據包。方框310說明主站正在估計信道衰減特性，估計結果用於在方框312中調整它的發射機功率。最後在方框314中，主站在正向接入控制信道中發射一個數據包。
理想情況下上行鏈路路徑損耗、初始發射功率、當前發射功率或者接入前同步碼重新發射的次數這些信息中的一個或者多個的發射不會明顯地增加系統的信令系統開銷。
對於通用移動通信系統，可以採用以下方法中的一種或者多種。首先在隨機接入信道的消息部分，例如在PKT中，發射信號。其次在時間上將每個接入前同步碼偏移對應於通知量的碼片周期。第三，產生多個接入子信道，例如12個隨機接入子信道，並且按照通知的量選擇接入子信道中的一個。第四，分配多個編碼特徵字，例如16個特徵字，在隨機接入信道上發出請求，並且按照通知的數量為接入前同步碼選擇這些特徵字中的某一個。
子信道和/或特徵字的選擇用前面一段中給出的圖給出196個組合。利用時間偏移能夠顯著地增加組合的個數，從而不僅能夠發送功率/信道信息，還能夠發送其它信息，而不會明顯地增加系統的信令系統開銷。
圖4給出了如何進行時間偏移的一個實例。接入前同步碼202A的發射時間可以相對於接入時隙(它本身是相對於主站100發射的時序信號定義的)的邊界302偏移Toff。接入前同步碼202A、202B包括4096個碼片，而接入時隙的長度則是5120個碼片。通過讓時間偏移Toff等於256個碼片的倍數，Toff有多達19個不同的非0值而不會在哪個時隙包括接入前同步碼202A、202B的問題上出現岐義。當Toff＝0的時候系統的表現跟系統沒有時間偏移的情況相同，從而能夠跟不能夠處理時間偏移的副站110保持向後兼容。
時間偏移Toff最好是超前接入前同步碼202A、202B的發射時間，因為任何發射延遲都可能意味著主站100不能夠及時地檢測到前同步碼，從而在適當的時隙中發射接入應答信號ACK 206。
在下行鏈路信道122中最好是沒有任何時間偏移，從而使接入前同步碼202A、202B的應答206相同而不管是否使用了時間偏移。
能夠獲得更多的信令組合(比這裡描述的實施方案多19倍)能夠明顯更加有效地分配資源。例如，在信道分配中，有比特徵字還要多的比特率。它還降低了衝突概率，而如果有許多的副站110請求同樣的比特率，它就是不可接受的。
通知數量的範圍可以規定在多個預定範圍內，具體取決於時隙個數、子信道個數和特徵字個數，它們被分配給通知數量。
在使用不同時間偏移來發送發射功率信息(初始的或者當前的)的情況中可以用兩個偏移來說明這個數量在兩個範圍中的哪一個內，例如
或者可以用偏移集合來說明發射功率。這種方法使得每一集合內的偏移能夠被用於其它信號傳輸
類似地，可以通過將發射功率量化成更小的範圍，比方說TxPwr＜-20dBm，-20dbM≤TxPwr＜-0dBm，0dBm≤TxpWr等等，更加精確地將發射功率告訴主站。
在另外一種情況下，將數量告訴主站，比方說將接入前同步碼的重新發射次數或者當前功率告訴主站，可以通過提高或者調整接入前同步碼跟每次隨後重新發射的時間偏移來完成。
在另外一種情況下，向主站報告被測量，比如接入前同步碼發射功率，可以通過隨機接入信道消息數據包PKT中的少量信令比特來完成。
可以將類似的程序用於信道而不是正向接入控制信道。也可以用於下行鏈路信道例如DPCH或者CPCH消息部分的初始功率，在它們前面是隨機接入信道(或者隨機接入信道之類的)接入前同步碼發射信號。
本發明中的方法能夠用於FDD(頻分雙工)、TDD(時分雙工)、CDMA、TDMA和/或CDMA/TDMA/FDMA系統。
雖然這裡的具體描述涉及如何調整正向接入控制信道的發射功率，但是初始比特的速率也會跟發射功率一起被選擇。
在這裡的說明和權利要求中，說「一個」單元不排除存在多個這樣的單元。此外，「包括」這個詞不排除存在其它的單元或者步驟。
通過閱讀這一說明，本領域中的技術人員能夠想到其它的改進。這些改進可能涉及到在無線電通信系統和部件的設計、製造和使用過程中已經知道的其它特徵，它們可以用來替換這裡描述的特徵或者跟它們一起使用。雖然本申請中的權利要求針對的是特徵的某些組合，但是應當明白，本發明的範圍還應該包括這裡公開的所有新特徵或者新特徵的組合。本申請人在這裡說明有可能在本申請的辦理過程中對這些特徵和/或這些特徵的組合提出新的權利要求。
權利要求
1.一種控制無線電通信系統的方法，它有一個下行鏈路信道用於主站向一個或者多個副站發射信號，還有一個上行鏈路隨機接入信道用於從每個副站向主站發射信號，該方法包括副站在隨機接入信道上發射上行鏈路信號說明無線電信道特性，以及主站在下行鏈路信道上發射信號，其功率電平和/或比特率的選擇考慮了說明的無線電信令信道特性。
2.一種控制無線電通信系統的方法，它具有下行鏈路信道用於主站向一個或者多個副站發射信號，還有一個上行鏈路隨機接入信道用於從每個副站向主站發射信號，該方法包括副站在隨機接入信道上發射一個上行鏈路信號，這個上行鏈路信號能夠被主站用來確定隨機接入信道的主要無線電信道特性，主站根據確定的無線電信道特性在下行鏈路上發射一個信號，選擇它的功率電平和/或比特率的時候考慮了確定的無線電信道特性。
3.權利要求1或者2的方法，其特徵在於主站發射一個信號，說明發射功率電平，其特徵還在於接收所述信號的副站測量接收信號強度，並且確定下行鏈路的信道特性，發射一個信號，說明隨機接入信道的特性。
4.權利要求1或者權利要求2的方法，其特徵在於主站發射一個信號，說明發射功率電平，其特徵還在於接收所述信號的副站測量接收信號強度，並且發射一個信號，說明隨機接入信道上的接收信號強度。
5.權利要求1或者2的方法，其特徵在於副站連續不斷地提高功率重新發射接入前同步碼信號，直到從主站收到一個應答信號，這個副站在收到應答信號以後發射一則消息，主站可以從被應答的接入前同步碼信號的重新發射用它來確定主要的無線電信道特性。
6.權利要求1或者2的方法，其特徵在於副站不斷地提高功率重新發射接入前同步碼信號，直到從主站收到一個應答信號，發射接入前同步碼信號中的每一個信號都包括它的功率信息，其特徵還在於主站說明接入前同步碼信號的最低發射功率，開且通過獲得最低發射功率和收到並且應答的接入前同步碼信號的功率之間的差，來確定信道特性。
7.權利要求1到6中任意一個的方法，其特徵在於信道特性包括無線電衰減特性。
8.權利要求1或者2的方法，其特徵在於副站確定主站發射的信號的信幹比(SIR)，還包括一個信號說明在隨機接入信道上發射的信號的確定的信幹比。
9.權利要求1到8中任意一個的方法，其特徵在於上行鏈路信號包括隨機接入信道信號的一個消息部分。
10.權利要求1到8中任意一個的方法，其特徵在於隨機接入信道包括副站發射接入前同步碼，其特徵在於接入前同步碼是用多個特徵字中被選中的一個來編碼的，其特徵還在於選中的特徵字是按照通知數量選擇的。
11.權利要求1到8中任意一個的方法，其特徵在於隨機接入信道包括多個接入子信道，其特徵還在於接入子信道是由副站選擇的，用於按照通知數量發射接入前同步碼。
12.權利要求1到8中任意一個的方法，其特徵在於隨機接入信道是一個碼分多址信道，其特徵還在於發射的接入前同步碼在時間上偏移了對應於通知數量的碼片周期。
13.一種無線電通信系統，包括一個主站，有一個收發信裝置用於在下行鏈路信道上發射信號，還有至少一個副站，它有收發信裝置用於在隨機接入信道上向主站發射上行鏈路信號，副站具有裝置用來確定隨機接入信道的主要無線電信道特性，將這些特性信息發射給主站，主站有裝置在接收無線電信道特性信息以後按照無線電信道特性確定下行鏈路信號的功率電平和/或比特率。
14.權利要求13的系統，其特徵在於每個副站都有編碼裝置，用於將接入前同步碼信號作為碼分多址信號發射，其特徵還在於所述編碼裝置包括信號偏移裝置，用於在時間上將接入前同步碼信號偏移對應於無線電信道特性的碼片周期。
15.一種副站，包括收發信裝置，用於從主站接收下行鏈路信號，還用於在隨機接入信道上發射上行鏈路信號，還包括裝置用來確定隨機接入信道的主要無線電信道特性，並且將這些特性信息發射給主站。
16.權利要求15的副站，其特徵在於副站還包括編碼裝置用於將接入前同步碼信號作為碼分多址信號發射，其特徵還在於所述編碼裝置包括信號偏移裝置，用於在時間上將接入前同步碼信號偏移對應於無線電信道特性的碼片周期數。
17.一種主站，包括收發信裝置用於在下行鏈路信道上發射信號給至少一個副站，還用於接收上行鏈路隨機接入信道信號，其中包括能夠用於確定隨機接入信道主要無線電信道特性的信息，還包括裝置在收到標誌信號以後確定發射給至少一個副站的上行鏈路信號的功率和/或比特率。
18.權利要求17的主站，其中的上行鏈路信號包括碼分多址接入前同步碼信號，其中的標誌信號包括接入前同步碼信號相對於參考時間的時間偏移，其特徵在於主站包括裝置用來確定時間偏移，以及用來按照時間偏移調整發射功率電平。
全文摘要
一種無線電通信系統,包括一個主站(100),用於在下行鏈路信道(122)上發射信息信號,在上行鏈路隨機接入分組信道(RACH)(124)上從一個或者多個副站(110)接收信號,下行鏈路和上行鏈路信道互相獨立。通過至少一個副站發射標誌信號說明上行鏈路信道的主要無線電信道特性,在發射下行鏈路信號的時候進行功率控制,這個標誌被主站用來對下行鏈路信號進行功率控制。如果上行鏈路信號是碼分多址信號,這個標誌就可以包括時間偏移信息,它的值跟要通知的數量相關。
文檔編號H04B7/26GK1383626SQ01801647
公開日2002年12月4日 申請日期2001年3月28日 優先權日2000年4月7日
發明者M·P·J·巴克, T·J·莫斯利 申請人:皇家菲利浦電子有限公司