蜂窩式無線系統中分布式功率控制的方法和設備的製作方法

2023-05-15 18:23:46

專利名稱：蜂窩式無線系統中分布式功率控制的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明一般地講涉及蜂窩式無線系統中的功率控制。更具體地說，本發明涉及對使用同一信道的蜂窩式無線發射設備所發射的信號的功率進行調節的方法和設備。
一個蜂窩式移動無線系統可以包括多個網孔，每個網孔至少有一個同時與許多移動臺或設備通信的基站。例如，當這些移動臺用於呼叫目的時，通過網孔中的基站發射和接收無線信號完成基站和移動站間的信號傳送。
有效信道重複使用在使用頻分多址(FDMA)或時分多址(TD-MA)技術這類大容量蜂窩無線系統的設計中特別重要。然而，在多網孔環境中，頻率重複使用造成的同信道幹擾是限定系統容量唯一主要因素。特別是，信號經長距離後經受的衰減不足以使網孔相互隔離。
一種採用發射機功率控制來控制同信道幹擾的方法已經引起注意。其基本設想是在每個基站移動站鏈路中調節發射機功率以使在其它接收機地點的幹擾電平最小。然而，在通信鏈路上保持發射質量是一關鍵約束因素。例如，如果一個移動臺發射的信號以太低的功率電平到達基站的接收機，比特差錯率則會太高以至不能提供高質量通信。但是，如果一個特定的移動臺發射的信號以太高的功率電平到達基站的接收機，該大功率將幹擾共用同一信道的其它基站發射的信號。因此，如果每個移動臺的發射機功率被控制在發射機信號以能使接受的數據恢復的最低信號噪聲幹擾比到達基站，則系統容量達到最大。
在早期的功率控制工作發現載波幹擾比(CIR)是蜂窩式系統設計中一種測量質量的好方法。Aein在文章中介紹了衛星系統領域中的CIR平衡概念。J.M.Aein，「採用頻率重複使用的系統中的功率平衡」COMSAT Tech.Rev，vol.3，no.2，pp.277—300(1973)，該篇文章和這裡涉及的所有其它出版物作為參考引入。功率平衡方法目的在於在所有通信鏈路中達到相同的CIR。在R.W.Nettleton和H.Alavi另一篇題為「用於擴頻蜂窩式移動無線系統的功率控制」Proc.IEEE Vehic.Tech.Conf.，VTC—83，pp.242—246(1983)的文章中，該平衡概念被使用在蜂窩式無線通信的文章中。
近來的工作已著重在分布即局部控制。在一個分布功率控制系統中，只使用局部測量控制每個發射機的功率電平以使所有接收機最終滿足給定的CIR要求。由於集中功率控制涉及到增加基本設施和網絡易損壞性，因此，分布功率控制特別有利。
分布功率控制領域中的數學分析採用兩種不同的途徑。第一種涉及使最小的CIR極大化。例如，J.Zander，在「蜂窩式無線系統中最佳發射機功率控制的特性」IEEE Trans.Vehic.Tech.，vol.41，no.1，pp，57—62(1992)一文中，提出了一種在無接收機噪聲的情況下的迭代方案，以使給定數量的用戶的信號功率達到他們能夠共同達到的最大CIR。但是，該方法忽略了接收機，熱和外部噪聲，而且發射機功率矢量收斂到一個比例常數內。
第二種方法考慮到噪聲的存在並要求設置所有鏈路的CIR不低於某一預定目標作為其目的，該預定目標是通過考慮服務質量確定的。例如，G.J Foschini，在「一種簡單分布自主功率控制算法和其收斂」IEEE Trans.Vehic.Tech.，vol.42.no.4，pp641—646(1993)一文中提供了一種所有用戶以迭代方式同時進行同步算法將他們對應的功率電平重調到具有每個用戶需要的接受特性的電平。每個用戶好象是在其他用戶將不改變他們的功率電平的情況下進行的。該分布同步算法按指數收斂。
Foschini討論的模式要求在各個用戶中的同步。然而，當加入同步要求時，將增加蜂窩式無線系統中功率控制的費用。為達到同步，必須使用昂貴的時鐘或定時裝置。另一方面，可以使用便宜的時鐘裝置和象鎖相環這樣的反饋形式一起達到同步功能。這兩種情況中，獲得的功率控制的費用都隨同步程度的增加而增加。
包括在蜂窩式無線系統中實施功率控制方法的系統已經被提出。美國專利No.5,267,262公開了一種用於使用碼分多址(CDMA)技術的蜂窩行動電話系統的功率控制系統。其中包括對由一個特定行動裝置產生並在其與之進行通信的特定基站接收的功率進行控制的裝置。行動裝置發射的功率在基站接收時被測量。將測出的信號強度與該特定行動裝置所需的信號強度電平進行比較。產生一個功率調節命令並送到該行動裝置。行動裝置響應基站的功率調節命令，將行動裝置發射機功率增加或降低一預定數量，通常小於1dB。然而，採用CDMA的系統不使用信道。因此，儘管使用功率控制在大系統容量和高傳送質量之間進行平衡的目的很重要，但是重複使用有效信道的想法與採用CDMA技術的系統無關。
美國專利No.5,241,690也公開了一種在數字行動電話系統中調節功率的方法。調節行動裝置或基站的輸出功率以使發射功率保持在一個最佳電平。收集信號強度和傳送質量的測量值，並計算它們的平均值。在一個時間的未來點(future point)計算信號強度和傳送質量的預期值。根據這些預期值調節一個未來時間的傳送功率。當預期發射質量低於要求時，增加發射功率，當預期質量高於最高允許質量時或當預期信號強度大於最大允許值時，降低傳送功率。
本發明揭示了一種在數字移動無線系統中對從多個蜂窩式無線發射設備發射的信號的功率進行調節的方法和設備，其中每個發射設備正在經同一數字無線信道與一個相應的蜂窩式無線接收站通信。本發明的方法包括如下步驟對所述多個發射設備中的每一個設備執行一個修正程序，並對所述多個發射設備中的每一個設備以不要求多個發射單元同步或協調一致的方式反覆地執行所述的修正程序。該修正程序包括步驟計算發射設備和對應的接收站之間信號通路的增益，並在對應的接收站測量同信道幹擾功率電平。更新程序還包括步驟計算信號通路增益的倒數、同信道幹擾功率電平、以及與接收的載波功率和同信道幹擾功率比的最小目標值對應的預定值的積。該修正程序進一步包括步驟根據該乘積值調節發射設備發射的信號的功率。
本發明的其它特性和優點通過參考下面的詳細說明和附圖將是非常明顯的。


圖1是一個特別有利於本發明方法的典型的蜂窩式移動無線系統。
圖2是按照本發明的方法調節蜂窩式無線系統中一個移動臺發射的信號的功率的修正程序步驟流程圖。
圖3A是以同步和協調一致方式調節多個移動臺發射的信號的功率的典型時序圖(timing diagram)。
圖3B至3E是以不需在移動臺間同步的方式調節多個移動臺發射的信號的功率的典型時序圖。
圖4是按照本發明的方法優選執行的修正程序的流程圖。
圖5示出了按照本發明的一個典型移動臺和基站對的第一實施例。
圖6示出了按照本發明的一個典型移動臺和基站對的第二實施例。
圖1是一個特別有利於本發明方法的典型的移動蜂窩式無線系統。圖1示出了它們具有對應的地面基站10—16。圖1的系統1還包括五個可以在一個網孔中以及從一個到另一個網孔移動的移動臺或行動裝置(mobile)20—24。行動裝置例如可以是便攜蜂窩電話設備，雖然圖1隻給出七個基站和五個移動臺，但是，象系統1這樣的蜂窩系統一般可以有幾百個為數萬個行動電話服務的基站。移動系統1還包括至少一個為所有基站10—16和移動臺20—24所共有的雙工無線信道。該信道的實際實施可以採用，例如，頻分多址(FDMA)技術或碼分多址(TDMA)技術。雙工信道可以使兩個方向同時進行電話通話。它通常是採用一個頻帶用於出站鏈路或從基站的發射機向行動裝置的接收機傳送，另一個頻帶用於入站鏈路或從行動裝置的發射機向基站的接收機傳送來實現的。
圖1的系統1還包括一個系統控制器和交換機(switch)30，控制器30通過專用電話線，光纖鏈路或射頻通信這類的適當通信媒體連接到基站10—16。為清楚起見，只給出了一個連接系統控制器30和基站11的接線40。可以理解，在控制器30與剩餘的基站10和12—16之間存在著類似的接線。為向適當的移動臺傳送，控制器30控制從一個公共電話交換網向適當的基站的電話呼叫路由(rout-ing)。控制器30還控制經至少一個基站從移動臺向公共電話交換網呼叫的路由。
對於本領域的技術人員，許多數字蜂窩式移動無線系統是已知的。同樣，數字移動無線系統使用的基站和移動臺也是本領域中所熟知的。非本領域的技術人員需要有關使用TDMA的數字移動無線站的資料，可參考EIA/TIA，蜂窩式系統，雙模移動臺—基站兼容標準，IS—54。
本發明涉及一種如下所述的控制或調節移動臺和基站間傳送信號的功率的方法以將該功率電平保持在最佳電平。本發明總的實施目的是當為每個鏈路將載波幹擾比(CIR)保持在至少與某個預定目標值P一樣大時，將發射機的功率減到最小，預定目標值P是通過考慮服務質量得出的。這裡，CIR定義為特定基站或行動裝置接收的載波功率除以該基站或行動裝置總的同信道幹擾功率(CCIP)。滿足實施目的的發射機的最小功率是發射機發射的最佳功率電平。
隨後的討論中考慮入站鏈路。可以理解該討論僅作為例子，本發明的方法也可用於出站鏈路。
因此，在隨後的討論中，象行動裝置20這樣的移動臺可以稱為發射設備，象基站11這樣的基站可以稱為接收站，應該理解，移動臺和基站的作用可以調換，移動臺和基站可以既作為發射設備又作為接收站。為了便於說明，進一步假設在時刻T0圖1中的每個行動裝置20—24在同一信道上正在與不同的基站10—16通信。例如，行動裝置20正與基站11通信。同樣，每個行動裝置21，22，23和24正在分別與基站13，15，16和14通信。在時刻T0，行動裝置20正在以平均功率P(T0)向基站11發射。基站11從行動裝置20接收的載波功率可以寫作C＝G×P(T0)，其中G是行動裝置20和基站11間鏈路的入站的信號通路的增益。
圖2是按照本發明的方法調節移動臺或其它發射設備傳送功率的修正程序步驟流程圖。在後面的討論中將傳送功率被調節或正在被調節的移動臺稱作修正移動臺。按照本發明的方法，在步驟210計算修正移動臺(例如移動臺20)和其正在與之進行通信的基站(這裡是基站11)之間的入站信號通路的增益G。如步驟230所示，基站11的同信道幹擾功率電平CCIP也被測量或計算。接著，如步驟230所示，計算CIR預定目標值與算出的信號通路的增益的倒數以及測出的同信道幹擾功率電平的積。得出的乘積值是移動臺20應該調整發射的功率電平。步驟240中，修正移動臺20將其發射信號的功率修改為前一步算出的值。接著時刻T0，在時刻T1的功率調整修正了移動臺20的發射功率，行動裝置的發射功率的修正可以歸納為在其發射功率的增加，降低，或不變。對於移動臺20，圖2所示的修正程序是重複進行的，不增加如下所述的同步要求。
對於其它各個移動臺21—24也重複執行步驟210—240，對每個移動臺或發射臺設備實施功率修正程序是在不對各個移動或發射設備中增加如再下一步所述的同步和協調一致要求的情況下進行的。
圖3A給出同步情況，其中所有移動臺20—24在同一時刻同時修正其對應的傳送功率，連續功率修正之間的持續時間保持相同。圖3A，3B，3C，3D和3E中「X」表示修正或調節特定發射設備的傳送功率的時刻。
對於圖3A所示的同步和協調一致要求，可以作為幾項放寬(relaxation)。一項放寬的是通過取消連續功率修正之間或修正程序連續循環之間的持續時間保持不變的要求達到的。這種情況如圖3B所示，其中連續功率修正之間的持續時間不同。當行動裝置20—24繼續協調一致其對應的傳送功率修正時，連續功率修正之間的持續之間不需保持不變。
如圖3C所示，另一項放寬是通過取消所有行動裝置20—24同時修正其對應的傳送功率的要求達到的。當每個行動裝置20—24以與其它行動裝置同樣的恆速修正其傳送功率時，實際上，在一個行動裝置的功率修正與至少一個其它行動裝置的功率修正之間存在相位延遲。因此，行動裝置20—24的相位延遲可能是不同的。
對於同步要求的另一項放寬是通過取消所有行動裝置20—24以相同速率修正其對應的傳送功率，或所有行動裝置20—24以相同速率重複執行修正程序的要求達到的。圖3D示出這種情況。對於一個特定行動裝置，功率修正速率保持恆定。但行動裝置之間傳送功率的修正速率可以不同。
當然，應該理解，根據同步或協調一致要求可以產生符合本發明範圍的其它放寬項。特別是允許上述放寬項的任意組合，例如圖3E所示的情況。
還應該理解以非同步方式修正傳送功率或執行修正程序不要求連續功率修正之間的持續時間完全隨機或不嘗試各傳送設備間的協調一致。特別是，這裡描述的功率修正ad最好以大約每毫秒一次的速率進行。該速率允許跟蹤每小時在20—50英裡範圍內移動的車載設備在850MHz頻帶進行移動通信的信號衰落過程。因此，一個特定發射設備中的連續功率修正間持續時間的間隔大致保持不便，或各發射設備間大致相同。以非同步方式修正傳送功率或執行修正程序只需如圖3A所示，在某個時間間隔傳送設備之間不完全同步或協調一致。此外，還應該理解，對於每個接收站，通過考慮服務質量得出的CIR目標值可以不同。
如前所述，按照步驟210—240改變或修正行動裝置傳送功率電平的方法的特性和優點是功率電平以幾何速率收斂到最佳功率電平，即使放寬同步和協調一致的要求仍然如此。這樣，每個行動裝置或發射設備以可使接受數據還原的功率電平發射信號時可以改善系統容量。
本發明功率控制方法的另一個重要特性是通過放寬對各發射設備間隔一致或同步的要求，放寬了對嚴格時鐘同步的需求。放寬要求嚴格時鐘同步的意義在於不再需要昂貴的時鐘或定進裝置，從而降低移動臺和基站的成本。
本發明方法的另一個特性是即使出現一般發生在衛星系統中的無法預料的有界(bounded)傳播延遲，仍會發生收斂。例如，假設使用一特定信道的所有行動裝置已經修正了一次其對應的功率。一個特定行動裝置向基站發射時，在該基站以幹擾工率形式接收其它行動裝置第一次功率修改結果之前，該特定行動裝置可以第二次修改其功率。因此，該特定行動裝置根據基站測定的不反映其它行動裝置前一次修正的功率電平的幹擾功率調節其傳送功率。儘管如此，傳送功率以幾何速率快速收斂到最佳功率電平。然而，應該理解，傳播延遲中的約束越小，幾何收斂的速率越快。收斂特性數字分析本發明方法的收斂特性表示如下。
實施目的是達到(CIR)i≥ρ(i＝1，2，…，M)(1)其中(CIR)是第i條鏈路的CIR，p是考慮服務質量得出的預定目標值，M是使用同一信道的移動臺至基站鏈路的數量。上面的等式(1)中，(CIR)i=GiiPi[jiGijPj+Vi]-----(2)]]>其中Pi是第i個行動裝置發射的功率，Gij是第i個基站和第j個移動臺間的增益，Vi是局部附加外部噪聲功率。等式(1)表示的實施目的可以與等式(2)組合以下面的矩陣形式表示[I－ρF]P≥u， (3)(a)P≥0， (3)(b)其中P是發射機功率向量，I是M×X單位矩陣，F是下面的非負矩陣，Fij＝0如果i＝jFij＝Gij/Gij如果i≠ju是具有各元素的向量ui＝ρVi/Gii(1≤i≤M).假設F不可約，u為元素式(element—wise)正量，換句話說，u＞0，如果至少存在一個解向量P，可以得出等式(3)的解。
等式(3)(a)中，矩陣〔I—PF〕有非負非對角項。這類矩陣在許多應用中出現過並被廣泛地研究過。下面的論據是根據標準結果和論據得出的。
非負不可約矩陣F的Perron—Frobenius特徵值，即最大模的特徵值，為一次(simple)正量實數，用τF表示，對應的特徵值W為元素式正量，換句話說，Fω＝τFω，ω＞0.(4)同樣，下面的論據相同(i)ρτF＜1； (5)(ii)等式(3)的解存在；(iii)〔I－ρF〕-1存在並且是元素式正量。
如果論據(5)成立，等式(3)的一個特定解是P*，其中P*＝〔I－ρF〕-1u (6)該解是巴利多(Pareto)最佳值，其中滿足(3)的任何其它P要求每個發射機至少同樣的功率而且至少一個發射機的功率要更大，換句話說，P≥P*。
對於(6)中的功率分配，每條鏈路的CIR是ρ，換句話說，根據要求的服務質量在等式(1)中允許CIR與ρ同樣低。
非同步功率改變模式如下Pi(n+1)=jiFijPj(n-d(n,i,j))+ui]]>如果i∈U(n) (7)Pi(n＋1)＝Pi(n) 如果 這裡n是用戶功率中的「修正」係數。修正是指至少一個行動裝置改變其功率的事件。集合U(n)表示同時進行修正的行動裝置的係數集，因此U(n)是(1、2、…M)的一個子集，修正範圍可以從只有一個行動裝置改變其功率到所有行動裝置同時修正其對應功率。連續修正間經過的時間是隨機的。
等式(7)中「延遲項」d(n，i，j)為非負有界整數。在第i條鏈路第n次和第(n＋1)次修正功率的間隔中，其它鏈路可能使其功率被修正了不止一次。設j為任何這類鏈路的係數。該情況通過使d(n，i，j)等於修正次數映入等式(7)中的模式。
進一步假設(A1)Pi(0)＞0(i＝1，2，…，M)；(A2)延遲項均勻有界，換句話說，d(n，i，j)≤d＜∞(n≥0；1≤i≤M；1≤j≤M)；和(A3)存在的有限整數s使行動裝置在每s個連續修正中至少修正其功率一次。
下面的證法總的思想是按行對角優勢適用於擴展系統，其中考慮到最不利的延遲情況d，增加狀態向量的維數，對角優勢在下面的等式(9)中提供了固有(natural)Lyapunov函數。
建議如果除假設(A1)、(A2)和(A3)外敘述(5)成立，等式(7)中同步模式成幾何級數快速收斂。換句話說，‖Xd(n)‖≤c(ρτF)t(n＝0，1，2，…) (8)其中根據Perron—Frobenius特徵向量ω定義範數||xd(n)||=0dmax1iMmax|Pi(n-)-Pi*|/i,---(9)]]>t＝[n/(d＋s)]和c＝‖xd(0)‖.通過下面的證法可以證明其收斂特性。從等式(7)和等式(6)中P*的定義，得到xi(n+1)=jiFijxj(n-d(n,i,j))]]>如果i∈U(n)(10)xi(n＋1)＝xi(n)如果 其中xi(n)PI(n)-Pi*(i=1,2,,M);(n=0,2,1,).(11)]]>如果i∈u(n)，則|xi(n+1)|jFij|xj(n-d(n,i,j))|jj]]>||xd(n)||jiFijj]]>≤ρτF‖Xd(n)‖ωi最後一個等式可改寫為|xi(n＋1)|/ωi≤ρτF‖xd(n)‖.(12)還有|xi(n＋1)|/ωi≤‖Xd(n)‖ 如果 因此，||Xd(n)||不隨n的增加而增加。
下一步，可以將其表面成1imaxM{|xi(n)|/i}F||xd(n)||(0nn-s).(13)]]>為證明等式(13)，在一系列連續修正〔n′－s，n′－1〕中，要注意第i條鏈路的功率必須至少修正一次。如果最後一次修正標為τ，則|xi(n′)|/ωi＝|xi(τ＋1)|/ωi≤ρτF‖Xd(τ)‖≤ρτF‖Xd(n)‖.
從等式(13)和等式(9)中的定義，‖Xd(n′)‖≤ρτF‖Xd(n)‖ (0≤n≤n′－(d＋s)).(14)等式(8)和等式(9)中的建議是從等式(14)直接得出的。
圖4是本發明方法優選實施例的流程圖，一種估算信號通路增益的典型方式是使用本領域熟知的導頻信號。步驟305中，例如，行動裝置20以預定功率電平產生一個導頻信號。步驟310中，從行動裝置20發射該導頻信號，基站11接收，步驟315中，測量其功率電平。步驟320中，基站11利用該測量結果與行動裝置20發射的導頻信號的預定功率電平和基站11的天線增益一起，通過將行動裝置20發射的導頻信號的預定功率的倒數與步驟315測出的接收功率和基站天線增益的倒數相乘計算信號通路的增益。
在步驟335，在基站11測量或計算同信道幹擾功率電平(CCIP)。在步驟340，計算CIR預定目標值與算出的信號通路的增益的倒數以及測出的同信道幹擾功率電平的積。接著，在步驟342，將包括算出的乘積值的功率控制數據發射到行動裝置20。可替換是在步驟344，基站11首先向行動裝置20發射功率控制數據以代替剛剛提到的步驟340和342。該數據包括算出的信號通路的增益。測到的同信道幹擾功率電平和CIR的預定目標值。然後，在步驟346，行動裝置20計算CIR預定目標值與算出的信號通路的增益的倒數以及測出的同信道幹擾功率電平的積。兩種方案的主要區別在於是由基站11還是由行動裝置20計算該乘積。
在步驟355中，行動裝置20確定算出的乘積是否大於該行動裝置最大許可功率電平。如果算出的乘積大於最大許可功率電平，則如步驟360所示將該行動裝置的功率改變或修正到最大許可功率電平。如果算出的乘積不大於最大許可功率電平，則在步驟365，行動裝置20確定算出的乘積是否低於該行動裝置最小許可功率電平。如果算出的乘積低於最小許可功率電平，則如步驟370所示將該行動裝置的功率改變或修正到最小許可功率電平。最後，在步驟375，如果算出的乘積不低於最小許可功率電平，行動裝置20將其傳送功率電平改變成算出的乘積。一旦行動裝置20在步驟360、370、375中任何一步改變或修正其傳送功率電平，整個過程在步驟305重新開始。如上所述，其它各個行動裝置21—24也按照該程序調節其發射信號的功率。
圖5說明用於實現本發明的一對典型無線收發信機400和401的第一個實施例。每對無線收發信機400和401可以分別作為系統1中的基站和行動裝置。例如，無線收發信機400可以作為基站，無線收發信機401可以作為行動裝置20。應該理解，兩個無線收發信機的作用可以互換。進一步假設無線收發信機400和401可經一全雙工無線信道通信。為此目的，無線收發信機400有一個接收無線收發信機401在第一頻帶發射的無線信號的接收機410，和一個在第二頻帶向無線收發信機401發射無線信號的發射機412。同樣無線收發信機401有一個接收無線收發信機400在第二頻率帶發射的無線信號的接收機450，和一個在第一頻帶發射無線信號的發射機452。
無線收發信機401有一個連接接收機450和發射機452的天線455。一個產生導頻信號的導頻信號發生器460連接天線455，無線收發信機401以一預定功率電平發射該導頻信號。無線收發信機401還有一個存儲象從無線收發信機400接收或在無線收發信機401中計算的功率控制數據這類信息的存儲單元465。存儲單元465連接接收機450。圖5所示的第一實施例中，存儲單元465有分別用於存儲算出的信號通路增益、測出的同信道幹擾功率電平、和CIR預定目標值的存儲器466—468。
存儲單元465接到一個象中央處理器這類的通用處理器475。功能元件476為處理器475編程，響應從一時鐘或定時裝置472接收的電信號檢索目前存儲在存儲單元465中的功率控制數據。時鐘裝置472一般以近似恆速向處理器475提供信號。時鐘裝置472可以是一便宜的非同步定時裝置。功能元件477也為處理器475編程以計算CIR預定目標值、測出的同信道幹擾功率電平和算出的信號通路的增益的倒數的積。另外還用功能元件478為處理器475編程以確定得出的積是否大於一最大允許功率或小於一最小允許功率。如果得出的積大於最大允許值，處理器475通過調整其等於最大允許值改變得出的積。同樣，如果得出的積小於最小允許值，處理器475通過調整其等於最小允許值改變得出的積。其它情況下，處理器475不改變得出的乘積值。
處理器475的一路輸出連接發射功率控制電路471。發射功率控制電路471連接發射機452，根據功能元件477和478確定的值調節發射機452發射信號的功率。結果是發射功率控制電路471這樣調節發射機452發射信號的功率當得出的積在最大和最小功率電平範圍內時，發射機452發射信號的功率乘天線455的增益等於處理器預先算出的乘積值。
無線收發信機400也有一個連接接收機410和發射機412的天線415。天線415有一預定增益。也有一個導頻信號功率檢測器電路420連接天線415，該導頻信號功率檢測器電路420檢測其接收的由無線收發信機401發射的導頻信號的功率電平。用於在接收機410檢測同信道幹擾功率電平的同信道幹擾功率(CCIP)檢測器電路421也連到接收機410。一個存儲單元425連接導頻信號功率檢測器420和同信道幹擾功率檢測器421。存儲單元425有一存儲接收的導頻信號功率電平當前值的存儲器426和一個存儲同信道幹擾功率電平的存儲器427。存儲單元425也有分別用於存儲無線收發信機401發射的導頻信號的預定功率電平、天線415的增益值、和CIR預定目標值的存儲器428—430。
一個象中央處理器這類的通用處理器435連接到存儲單元425和發射機412。用功能元件436為處理器435編程以檢索存儲在存儲單元425中的信息。功能元件437也為處理器435編程，根據接收的如上所述導頻信號功率電平計算信號通路的增益。另外還用功能元件438為處理器435編程以指示發射機412向無線收發信機401發射包括CIR預定目標值、測出的同信道幹擾功率電平、和算出的信號通路增益的功率控制數據。
圖6說明一對典型無線收發信機500和501的第二個實施例。正如前對無線收發信機400和401，每對無線收發信機500和501可以分別作為系統1中的基站和行動裝置。如前所述，假設無線收發信機500和501可經一全雙工無線信道通信。同樣應該理解，兩個無線收發信機500和501的作用可以互換。兩個實施例的主要區別是兩對無線收發信機中哪個無線收發信機有計算CIR預定目標值與測出的同信道幹擾功率電平和算出的信號通道增益的積的元件。
無線收發信機500有一個接收無線收發信機501在第一頻帶發射的無線信號的接收機510，和一個在第二頻帶向無線收發信機501發射無線信號的發射機512。同樣，無線收發信機501有一個接收無線收發信機500在第二頻帶發射的無線信號的接收機450，和一個在第一頻帶發射無線信號的發射機452。
無線收發信機501有一個連接接收機550和發射機552的天線555。一個產生導頻信號的導頻信號發生器560連接天線555，無線收發信機501以一預定功率電平發射該導頻信號。無線收發信機501還有一個存儲象從無線收發信機500接收的功率控制數據這類信息的存儲單元465。存儲單元565與接收機550連接並有一個用於存儲CIR預定目標值與算出的信號通路增益的倒數和測出的同信道幹擾功率電平相乘算到的積的存儲器570。第二個實施例中，積被從無線收發信機500向無線收發信機501發射後存儲在存儲器570中。
用功能元件576為一個象中央處理器這樣的通用處理器575編程，響應從時鐘裝置572接收的信號檢索存儲器570的內容，時鐘裝置572可以與時鐘裝置472相同。如第一個實施例，功能元件578為處理器575編程以確定來自存儲器570的修正值是否大於一最大允許功率或小於一最小允許功率。如果修正值大於最大允許功率，處理器475被進一步編程，通過調整其等於最大允許功率改變修正值，如果修正值小於最小允許功率，通過調整其等於最小允許功率改變修正值。其它情況下，處理器575不改變來自存儲器570的修正值。
同樣，如第一個實施例，處理器575的一路輸出連接發射功率控制電路571。發射功率控制電路571根據從處理器575接收的值調節發射機552發射信號的功率。結果是發射功率控制電路571這樣調節發射機552發射信號的功率當得出的的積在最大和最小功率電平範圍內時，發射機552發射信號的功率乘天線555的增益等於無線收發機550預先發射的乘積值。
無線收發信機500的配置如第一個實施例，也有一個天線515、一個接收機510和一個發射機512。天線515有一預定增益。同樣有一個導頻信號功率檢測器電路520連接天線515，該導頻信號功率檢測器電路520檢測其接收的由無線收發信機501發射的導頻信號的功率電平。另外，同信道幹擾功率(CCIP)檢測器電路521連到接收機510用於在接收機510檢測同信道幹擾功率電平。一個存儲單元525連接導頻信號功率檢測器520和同信道幹擾功率檢測器521。存儲單元525有一存儲接收的導頻信號功率電平當前值的存儲器526和一個存儲同信道幹擾功率電平的存儲器527。存儲單元525也有分別用於存儲無線收發信機501發射的導頻信號的預定功率電平、天線515的增益值、和CIR預定目標值的存儲器528—530。
一個象中央處理器這樣的通用處理器535連接到存儲單元525，並用功能元件536為處理器535編程以檢索存儲在存儲單元525中的信息。功能元件537也為處理器535編程，根據接收的如上所述導頻信號功率電平計算信號通路的增益。另外還用功能元件539為處理器535編程，計算CIP預定目標與測出的同信道幹擾功率電平和算出的信號通路增益一起相乘的積。最後，用功率元件540為處理器535編程，以指示發射機512向無線收發信機501發射包括算出的積的功率控制數據。
雖然本發明是通過具體實施例描述的，如上面所述，這些實施例是用來說明本發明。很明顯，對於該領域的普通技術人員，從上面給出和討論的具體實施例，在不脫離本發明精神和範圍的情況下可以做出修改。因此，本發明只由附屬的權利要求限定。
權利要求
1.一種在數字移動無線系統中調節正在與一對應接收站通信的一個發射設備發射信號的功率的方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟(a)計算發射設備和對應的接收站之間信號通路的增益；(b)在該對應接收站測量同信道幹擾功率電平；(c)計算所述信號通路增益的倒數，所述同信道幹擾功率電平，和對應一接收載波與一同信道幹擾功率比的最小目標值的預定值的積；(d)根據所述積的值調節發射設備發射信號的功率；(e)重複執行步驟(a)、(b)、(c)和(d)，其中，連續執行調節信號功率的步驟間的持續時間改變。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於計算信號通路增益的步驟包括以一預定功率電平產生一個從發射設備向對應接收站發射的導頻信號；根據所述導頻信號在對應接收站測量收到的功率電平；將導頻信號預定功率電平的倒數，在對應接收站測量的接收功率電平，和與對應接收站有關的增益的倒數一起相乘。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於還包括從對應接收站向發射設備發射功率控制數據的步驟。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於計算所述積的步驟在對應的接收站進行，而且所述功率控制數據包括所述積。
5.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於所述功率控制數據包括所述信號通路增益，所述同信道幹擾功率電平，所述預定值，而且計算所述積的步驟在發射設備中進行。
6.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於根據所述積的值調節發射設備發射信號的功率的步驟包括調整發射設備發射信號的功率等於所述積的步驟。
7.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於根據所述積的值調節發射設備發射信號的功率的步驟包括以下步驟如果所述積小於一最大允許功率並大於一最小允許功率，調整發射設備發射信號的功率等於所述積；如果所述積等於或大於所述最大允許功率，調整發射設備發射信號的功率等於所述最大允許功率；如果所述積等於或小於上述最小允許功率，調整發射設備發射信號的功率等於所述最小允許功率。
8.一種在數字移動無線系統中調節多個發射設備發射信號的功率的方法，其中所述各個發射設備經同一數字無線信道正在與對應的多個接收站中的一個進行通信，所述方法包括步驟(a)對所述多個發射設備中的每一個設備執行步驟；(i)計算發射設備和對應的接收站之間信號通路的增益；(ii)在該對應接收站測量同信道幹擾功率電平；(iii)計算所述信號通路增益的倒數，所述同信道幹擾功率電平，和對應一接收載波與一同信道幹擾功率比的最小目標值的預定值的積；(iv)根據所述積的值調節發射設備發射信號的功率；(b)對所述多個發射設備中的各個設備以一異步方式執行步驟(i)，(ii)，(iii)和(iv)。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於對於所述多個發射設備中的至少一個設備，其連續執行調節信號功率的步驟間的持續時間不同。
10.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於對於所述多個發射設備之一與所述多個發射設備中的至少一個其它設備，它們執行調節信號功率的步驟間存在一相位延遲。
11.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於對於所述多個發射設備之一與所述多個發射設備中的至少一個其它設備，它們以不同速率重複執行調節信號功率的步驟。
12.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於(a)對於所述多個發射設備中的至少一個設備，其連續執行調節信號功率的步驟間的持續時間不同；(b)對於所述多個發射設備之一與所述多個發射設備中的至少一個其它設備，它們執行調節信號功率的步驟間存在一相位延遲；(c)對於所述多個發射設備之一與所述多個發射設備中的至少一個其它設備，它們以不同速率重複執行調節信號功率的步驟。
13.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於計算一信號通路增益的步驟包括以一預定功率電平產生一個從發射設備向對應接收站發射的導頻信號；根據所述導頻信號在對應接收站測量收到的功率電平；將導頻信號預定功率電平的倒數，在對應接收站測量的接收功率電平，和與對應接收站有關的增益的倒數一起相乘。
14.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於還包括從對應接收站向發射設備發射功率控制數據的步驟。
15.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於計算所述積的步驟在對應的接收站進行，而且所述功率控制數據包括所述積。
16.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於所述功率控制數據包括所述信號通路增益，所述同信道幹擾功率電平，所述預定值，而且計算所述積的步驟在發射設備中進行。
17.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於根據所述積的值調節發射設備發射信號的功率的步驟包括調整發射設備發射信號的功率等於所述積的步驟。
18.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於根據所述積的值調節發射設備發射信號的功率的步驟包括以下步驟如果所述積小於一最大允許功率並大於一最小允許功率，調整發射設備信號的功率等於所述積；如果所述積等於或大於所述最大允許功率，調整發射設備發射信號的功率等於所述最大允許功率；如果所述積等於或小於所述最小允許功率，調整發射設備發射信號的功率等於所述最小允許功率。
19.一種安排分布功率控制並使用具有第一和第二頻帶的雙工無線信道的蜂窩式無線系統，所述蜂窩式無線系統包括一個第一無線收發信機，包括(a)一個接收在所述第一頻帶發射的無線信號的接收機；(b)一個在所述第二頻帶發射無線信號的發射機；(c)一個具有一天線增益的天線；(d)在所述第一無線收發信機的接收機測量一同信道幹擾功率電平的同信道幹擾功率電平電路；一個第二無線收發信機，包括(a)一個接收在所述第二頻帶發射的無線信號的接收機；(b)一個在所述第一頻帶發射無線信號的發射機；(c)一個存儲功率控制數據的存儲單元；(d)一個時鐘裝置；(e)一個天線；為從所述第二無線收發信機向所述第一無線收發信機發射的信號計算信號通路增益的裝置；用於計算(i)所述信號通路增益的倒數；(ii)所述同信道幹擾功率電平，和(iii)對應一接收載波與一同信道幹擾功率比的最小目標值的預定值的積的裝置；其中所述第二無線收發信機進一步包括由所述時鐘裝置確定速率，根據所述積調節所述第二無線收發信機的發射機發射信號的功率的發射功率控制電路。
20.根據權利要求19所述的系統，其特徵在於計算一信號通路增益的裝置包括一個在所述第二無線收發信機產生導頻信號的導頻信號發生器，該導頻信號由所述第二無線收發信機以預定功率發射；在所述第一無線收發信機中與其天線連接、根據第二無線收發信機發射的導頻信號檢測接收功率電平的導頻信號檢測器電路；一個在所述第一無線收發信機中存儲所述第二無線收發信機發射的導頻信號的預定功率電平和所述天線的增益的存儲單元；一個在所述第一無線收發信機中被編程將所述導頻信號預定功率電平的倒數、所述導頻信號檢測器電路檢測的接收功率電平和天線增益的倒數一起相乘的處理器。
21.根據權利要求20所述的系統，其特徵在於計算所述積的裝置包括一個在所述第一無線收發信機中的存儲單元，用於另外存儲載波功率與同信道幹擾功率比的預定目標值、所述同信道幹擾功率電平電路測量的同信道幹擾功率電平、和所述計算信號通路增益裝置計算的信號通路增益；所述第一無線收發信機中的處理器另外還被編程執行下列功能(a)檢索來自所述第一無線收發信機中存儲單元的載波功率與同信道幹擾功率比的預定目標值、所述同信道幹擾功率電平電路測量的同信道幹擾功率電平、和所述計算信號通路增益裝置計算的信號通路增益；(b)指示第一無線收發信機中的發射機發射載波功率與同信道幹擾功率比的預定目標值、所述同信道幹擾功率電平電路測量的同信道幹擾功率電平、和所述計算信號通路增益裝置計算的信號通路增益；和一個在所述第二無線收發信機中被編程將(i)載波功率與同信道幹擾功率比的預定目標值、(ii)所述同信道幹擾功率電平電路測量的同信道幹擾功率電平、和(iii)所述計算信號通路增益裝置計算的信號通路增益一起相乘的處理器。
22.根據權利要求20所述的系統，其特徵在於計算所述積的裝置包括一個在所述第一無線收發信機中的存儲單元，用於另外存儲載波功率與同信道幹擾功率比的預定目標值、所述同信道幹擾功率電平電路測量的同信道幹擾功率電平、和所述計算信號通路增益裝置計算的信號通路增益；在所述第一無線收發信機中的處理器，其中所述處理器另外還被編程執行下列功能(a)檢索來自所述第一無線收發信機中存儲單元的載波功率與同信道幹擾功率比的預定目標值、所述同信道幹擾功率電平電路測量的同信道幹擾功率電平、和所述計算信號通路增益裝置計算的信號通路增益；(b)將載波功率與同信道幹擾功率比的預定目標值、所述同信道幹擾功率電平電路測量的同信道幹擾功率電平、和所述計算信號通路增益裝置計算的信號通路增益一起相乘。
23.一種在數字移動無線系統中調節多個發射設備發射信號的功率的方法，其中所述各個發射設備經同一數字無線信道正在與對應的多個接收站中的一個進行通信，所述方法包括以下步驟(a)對所述多個發射設備中的每一個設備執行以下步驟(i)計算發射設備和對應的接收站之間信號通路的增益；(ii)在該對應接收站測量同信道幹擾功率電平；(iii)計算所述信號通路增益的倒數，所述同信道幹擾功率電平，和對應一接收載波與一同信道幹擾功率比的最小目標值的預定值的積；(iv)根據所述積的值調節發射設備發射信號的功率；(b)對所述多個發射設備中的各個設備，以不需要多個發射設備間以同步或協調一致的方式重複執行步驟(i)，(ii)，(iii)和(iv)。
全文摘要
本發明公開了一種調節象移動臺或基站這類在蜂窩式無線系統中使用同一信道的發射設備發射信號的功率的方法和設備。信號功率以幾何級數的速度收斂到最佳發射功率，其中最佳發射功率定義為保持載波功率與同信道幹擾功率比至少與考慮服務質量得出的某個預定目標值一樣大所需的最小功率。由於放寬對同步和協調一致的要求，不再需要昂貴的定時裝置，從而降低了功率控制的成本。
文檔編號H04B7/26GK1120293SQ9510734
公開日1996年4月10日 申請日期1995年6月7日 優先權日1994年6月8日
發明者德巴西斯·邁特 申請人:美國電報電話公司