用於碼分多址(cdma)通信系統的自動功率控制系統的製作方法

2023-05-19 14:42:11

專利名稱：用於碼分多址(cdma)通信系統的自動功率控制系統的製作方法
本申請是於1996年6月27日提交的中國申請號為No.96195906.1的申請的分案申請。
背景技術：
近年來，向遠程用戶組提供優質的電信服務，諸如鄉村電話系統和發展中國家的電話系統，已被證明具有很大的挑戰性。通過無線服務可部分地滿足這些需要，例如固定或移動的頻分多路傳輸(FDM)、頻分多址(FDMA)、時分多路傳輸(TDM)、時分多址(TDMA)系統、頻分和時分組合系統(FD/TDMA)及其他陸地移動無線電系統。通常，這些遠程服務面對著比它們的頻率或頻譜帶寬容量所能同時支持的更多潛在用戶。
認識到這些局限性，最近在無線通信中已發展使用擴展頻譜調製技術，以通過單個通信信道提供多用戶的同時通信。擴展頻譜調製是指用擴展碼信號調製信息信號；擴展碼信號由碼發生器產生，其中擴展碼的周期Tc基本上小於信息數據位或碼元信號(Symbol signal)的周期。此碼可以調製發送信號的載波頻率，這被稱為跳頻擴展；或者通過擴展碼乘以信息數據信號來直接調製信號，這被稱為直接序列擴展(DS)。擴展頻譜調製產生的信號具有比發送信息信號所要求的要寬的頻帶。在接收機的解調器處同步接收和解擴展信號來恢復初始信息。同步解調器使用一參考信號來使解擴展電路與輸入的擴頻調製信號同步，以恢復載波和信息信號。參考信號可以是沒有用信息信號調製的擴展碼。
無線網絡中的擴展頻譜調製有很多優點，因為多個用戶可以使用相同頻率，並且對每個用戶的接收機的幹擾最小。另外，擴展頻譜調製減小了來自其它幹擾源的影響。還有，同步擴頻調製和解調技術可以通過為用戶提供多個報文信道而得以擴展(expanded)，每次都以不同擴頻碼擴頻，同時僅傳送一單一參考信號給用戶。
與多址、擴頻通信系統相關的另一問題是由於用戶也許已限制可用功率，因而需要減少系統中總的用戶發射功率。擴頻系統中要求功率控制的相關問題與擴頻系統的固有特徵有關，即一個用戶的擴頻信號由另一用戶接收為具有一定功率電平的噪聲。結果，用戶以很高的信號功率發射時可能干擾其它用戶的接收。還有，如果用戶相對於另一用戶的地理位置移動，則信號的衰落和變形要求用戶調整他們的發射功率電平，以維持特定的信號質量，並維持基站從所有用戶接收的功率。最後，由於擴頻系統可以有比它能同時支持的更多的遠程用戶，功率控制系統還應當採用在達到最大系統功率電平時拒絕額外用戶的容量管理方法。
現有擴頻系統已採用測量接收的信號並發射自適應功率控制(APC)信號給遠程用戶的基站。遠程用戶包括帶有響應此APC信號的自動增益控制(AGC)電路的發射機。在這樣的系統中，基站監測整個系統功率或從每個用戶接收的功率，並因而設置APC信號。此開環系統的性能可通過包括測量由遠程用戶從基站接收的信號功率，並將APC信號發送回基站以實現閉環功率控制方法來得以改進。
然而，這些功率控制系統表現出幾個缺點。第一，基站必須進行複雜的功率控制算法，增加了基站的處理量。第二，系統實際上要經歷幾種功率變化由於改變用戶數量引起的噪聲功率變化及特定承載信道的接收信號功率上的變化。這些變化以不同頻率產生，因而只能針對兩種變化之一優選簡單的功率控制算法。最後，這些功率算法趨向於將整個系統功率驅動到相對高的水平。結果，需要一種擴頻功率控制方法，它能迅速地響應承載信道功率電平的變化，而同時對所有用戶的發射功率做出調整，以響應用戶數量的變化。還有，改進的擴頻通信系統需要採用一閉環功率控制系統，它使得系統的整個功率要求最小並在每個遠程接收機處保持足夠的BER。另外，這樣的系統應當控制遠程用戶的初始發射功率電平並管理總的系統容量。
本發明概述本發明包括一種用於擴頻通信系統的無線電載波基站(RCS)和用戶機(SU)組的閉環自動功率控制(APC)系統和方法。SU發送擴頻信號，RCS獲取擴頻信號，並且RCS檢測收到的擴頻信號加上包括噪聲的任何幹擾噪聲的功率電平。APC系統包括RCS和多個SU，其中RCS發送多個前向信道信息信號給SU作為具有各自的前向發射功率電平的多個前向信道擴頻信號，而每個SU向基站發送至少一個具有各自的反向發射功率電平的反向擴頻信號及至少一個反向信道擴頻信號包括反向信道信息信號。
APC包括一自動前向功率控制(AFPC)系統和一自動反向功率控制(ARPC)系統。AFPC有這樣一些步驟每個SU測量各前向信道信息信號的前向信噪比，產生一各自的前向信道誤差信號，此誤差信號包括各前向信噪比與預定信噪比值之間的前向誤差測量值。前向信道誤差信號還包括信道中無關聯噪聲的測量值。各個前向信道誤差信號由SU發送為各個反向信道信息信號的一部分。RCS包括大量AFPC接收機，用來接收反向信道信息信號和從各個反向信道信息信號中提取前向信道誤差信號。RCS也調整各個前向擴頻信號中每一個的前向發射功率電平，以響應各個前向誤差信號。
RCS中ARPC系統的該部分測量各個反向信道信息信號的反向信噪比，產生各個反向信道誤差信號，此誤差信號包括各個反向信道信噪比和各個預定信噪比值之間的誤差測量值。反向信道誤差信號也包括信道中無關聯噪聲的測量值。RCU發射各個反向信道誤差信號作為各個前向信道信息信號的一部分。每個SU包括一ARPC接收機，用來接收前向信道信息信號，從前向信道信息信號中提取各個反向誤差信號，以及調整各個反向擴頻信號的反向發射功率電平，以響應各個反向誤差信號。


圖1是按照本發明的碼分多址通信系統的方框圖。
圖2是本發明的示例性維持功率控制算法的流程圖。
圖3是本發明的示例性自動前向功率控制算法的流程圖。
圖4是本發明的示例性自動反向功率控制算法的流程圖。
圖5是當建立了承載信道時本發明的示例性閉環功率控制系統的方框圖。
圖6是在建立承載信道的過程中本發明的示例性閉環功率控制系統的方框圖。
對實施例的描述本發明的系統使用一個或多個基站與多個遠程用戶機(subscribeunits)間的無線電鏈路提供區域環路電話服務。在示例性實施例中，只介紹用於一個基站與一個固定用戶機(FSU)通信的一個無線電鏈路，但本系統同樣適用於包括用無線電鏈路與FSU和移動用戶機(MSU)連接的多個基站的系統。因而，遠程用戶機在這裡被稱為用戶機(SU)。
參照圖1，基站(BS)101向局內交換機(LE)103或任何其他電話網交換接口提供呼叫連接，並包括無線電載波站(RCS)104。一個或多個RCS104、105、110經鏈路131、132、137、138、139與無線分配單元(RDU)102相連，而RDU102通過經電信鏈路141、142、150發射和接收呼叫建立、控制和信息信號而與LE103接口。SU116、119經RF鏈路161、162、163、164、165與RCS104通信。另外，本發明的另一實施例包括幾個SU和功能與RCS類似的「主」SU。這樣的實施例可以與局內電話網相連，也可以不與局內電話網相連。
儘管上述實施例使用以發射和接收擴頻信道的載波為中心的不同擴頻帶寬，但本方法很容易延伸到使用發射信道的多個擴頻帶寬和接收信道的多個擴頻帶寬的系統。另外，由於擴頻通信系統有這樣的固有特徵一個用戶的發射對於另一用戶的解擴展接收機呈現為一種噪聲，因而實施例能採用用於發射和接收信道的相同擴頻信道。換言之，上行鏈路和下行鏈路發射可佔用相同頻帶。本發明一個實施例也可採用在頻率上不必鄰近的多個擴頻信道。在此實施例中，上行鏈路、下行鏈路或上行鏈路和下行鏈路發射可使用任何信道。
在示例性實施例中，擴展二進位碼元信息使用帶Nyquist脈衝成形的正交相移鍵控(QPSK)調製經無線電鏈路161到165發射，儘管可以使用其它調製技術，包括但不限於偏移QPSK(OQPSK)，最小頻移鍵控(MSK)，多元相移鍵控(MPSK)和高斯相移鍵控(GPSK)。
RCS或SU中的CDMA解調器以適當的處理解擴收到的信號，以改變或利用多路傳播效應。使用有關接收功率電平的參數以產生自動功率控制(APC)信息，此信息依次發送到其它終端。使用APC信息來控制自動前向功率控制(AFPC)和自動反向功率控制(APPC)鏈路的發射功率。另外，每個RCS 104、105和110能進行維持功率控制(MPC)，以與APC類似的方式調整每個SU111、112、115、117和118的初始發射功率。解調是相干的，其中導頻信號提供相參考。
使用兩個不同閉環功率控制算法控制RCS104和SU111、112、115、117和118之間無線電接口的發射功率電平。自動前向功率控制(AFPC)確定下行鏈路發射功率電平，而自動反向功率控制(ARPC)確定上行鏈路發射功率電平。例如SU111和RCS104用以傳送功率控制信息的邏輯控制信道工作在至少16KHz更新速率上。其它實施例可以使用更快的32KHz更新速率。這些算法確保用戶的發射功率維持一可接受的比特誤差率(BER)，將系統功率維持在節省能量的最小值上，並將由RCS104接收的所有SU111、112、115、117和118的功率電平維持在大約相等水平上。
另外，此系統包括一在SU的停機模式之中使用的優選維持功率算法。當SU111停機或供電停止以節省能量時，此用戶機可不時地啟動它自己並調整其設置的初始發射功率電平，以響應來自RCS104的維持功率控制信號。RCS104通過測量SU111的接收功率電平和本系統功率電平並計算必要的初始發射功率來確定維持功率信號，當SU111接通以開始通信時此方法縮短了SU111的信道獲取時間。在閉環功率控制將發射功率調整到適合信道中的其它報文通訊的電平之前，此方法還避免在初始發射中SU111的發射功率電平變得太高以及幹擾其他信道。
RCS104從諸如但不限於E1、T1或HDSC接口的接口線獲得其時鐘的同步。每個RCS也能從一可由全球定位系統(GPS)接收機調整的振蕩器產生它自己的內部時鐘信號。RCS104為一具有擴展碼但沒有數據調製的信道產生全球導頻碼，它可由遠程SU111到118獲取。RCS的所有發射信道與導頻信道同步，並且用於RCS104中邏輯通信信道的碼發生器(未示出)的擴展碼相位也與導頻信道的擴展碼相位同步。類似地，接收RCS104的全球導頻碼的SU111到118使SU的碼發生器(未示出)的擴展和解擴碼相位與全球導頻碼同步。
邏輯通信信道現有技術中的「信道」通常被認為是一通信通路，它是接口的一部分並且能夠不考慮其內容從接口的其他通路中區分出來。然而，在CDMA的情況下，分開的通信通路只能根據它們的內容來區分。詞語「邏輯信道」用來區分分開的數據流，它在邏輯上與傳統意義的信道相當。本發明的所有邏輯信道和子信道與公用每秒64K碼元(ksym/s)QPSK流一一對應。有些信道與所產生的有關導頻碼同步，並執行與系統全球導頻碼相似的功能。然而系統導頻信號並不認為是邏輯信道。
在RCS和SU間的RF通信鏈路上使用幾個邏輯通信信道。每個邏輯通信信道或者具有固定的、預定擴展碼，或者有一動態分配的擴展碼。對於預定和分配的碼這兩者，其碼相位均與導頻碼同步。邏輯通信信道分為兩組全局信道(GC)組和分配信號(AC)組。GC組包括或者從基站RCS傳送到所有遠程SU或者不管SU的標識從任何SU傳送到基站的RCS的信道。這些信道典型地包含所有用戶的給定類型的信息。這些信道包括由SU使用以得到系統入口的信道。分配信道(AC)組中的信道是那些專用於RCS和特定SU間通信的信道。
功率控制概述利用本發明的功率控制性能來使RCS和任何與其處於通信狀態的SU間所用的發射功率最小。在承載信道連接之中更新發射功率的功率控制子性能被定義為自動功率控制(APC)。在前向APC信道上將APC數據從RCS傳送到SU，而在反向APC信道上則從SU傳送到RCS。當在此兩者間沒有接通數據鏈路時，則維持功率控制子性能(MPC)控制SU的發射功率。
由APC算法來控制前向和反向分配信道及反向全局信道的發射功率電平，以便在這些信道上維持足夠的信號功率與幹擾噪聲功率之比(SIR)，並使系統輸出功率穩定和最小。本發明使用閉環功率控制系統，其中接收機控制其相關的發射器，以逐步提高或降低其發射功率。這一控制經APC信道上的功率控制信號傳遞到相關發射器。接收機在兩個誤差信號的基礎上作出判定，以增加或降低發射器的功率。一個誤差信號表示測量的與要求的解擴信號功率之間的差值，而另一個誤差信號表示平均接收的總功率。
如本發明的所述實施例中使用的一樣，術語「近端」(near-end)功率控制用來表示按照在APC信道上從另一端接收的APC信號調整發射器的輸出功率。這意味著用於SU的反向功率控制和用於RCS的前向功率控制；而術語「遠端」(far-end)APC用來表示用於SU的前向功率控制和用於RCS的反向功率控制(調整在信道相對端的用戶機的發射功率)。
為了節省功率，SU數據機在等待呼叫(定義為睡眠狀態)時終止發送並停止供電。由來自SU控制器的叫醒信號終止睡眠狀態。響應此信號，SU數據機獲取電路自動進入重獲取狀態，並開始獲取下行鏈路導頻的過程，如下述。
閉環功率控制算法近端功率控制包括兩步第一，設置初始發射功率；第二，按照從遠端接收的信息使用APC不斷地調整發射功率。
對於SU，將初始發射功率設置為最小值，然後逐漸上升，例如為1dB/ms的速度，直到或者上升到計時器停止(來示出)或者RCS將FBCH上相應通訊燈值變為「紅」，「紅」表示RCS已鎖定SU的短導頻信號(SAXPT)計時器的停止引起SAXPT發送中斷，除非通訊燈值首先設置為紅，在這種情況下SU繼續抬升發射功率，但其速度要比檢測到「紅」信號之前低得多。
對於RCS，將初始發射功率設置在一固定值，與針對服務類型和當前系統用戶數目通過實驗確定的進行可靠操作所需要的最小值相當。諸如全球導頻或快速廣播信道(FBCH)的全局信道通常以固定初始功率發射，而通訊信道轉換為APC。
在APC信道上APC信號被發射為一個比特信號。此一比特信號表示增加(信號是邏輯高)或降低(信號是邏輯低)相關發射功率的命令。在所述實施例中，64kbps APC數據流不是編碼的或交織的。
遠端功率控制包括用於遠端的近端發射功率控制信息，用於調整其發射功率。
如果下列不等式成立，則APC算法使RCS或SU發射+1，否則發射-1(邏輯低)。
α1e1-α2e2＞0 (1)這裡，誤差信號e1按下式計算e1＝Pd-(1+SNRREF)PN(2)式中Pd是解擴信號加噪聲功率，PN是解擴噪聲功率，以及SNRREF是特定服務類型所希望的解擴信號與噪聲之比；以及
e2＝Pr-Po(3)式中Pr是收到功率的測量值，而Po是自動增益控制(AGC)電路的設定點。針對每種服務類型和APC更新速率選擇方程式(30)中的權重α1和α2。
維持功率控制在SU的睡眠狀態之中，CDMA的RF信道的幹擾噪聲功率改變。作為上述初始功率升高方法的另一種選擇，本發明可以包括一維持功率控制性能(MPC)，它針對CDMA信道的幹擾噪聲功率周期性地調整SU的初始發射功率。MPC是一個過程，通過此過程將SU的發射功率電平維持在與RCS檢測SU的信號所要求的最小電平極接近的範圍內。此MPC過程補償所要求的SU發射功率中的低頻變化。
維持控制性能使用兩個全局信道一個稱之為反向鏈路上的狀態信道(STCH)，另一個稱之為前向鏈路上的核查信道(CUCH)。在這些信道上發送的信號沒有攜帶數據，並且以與產生用於初始功率提升的短碼相同的方式產生這些信號。從全局碼發生器的「反向」支路產生STCH和CUCH碼。
MPC過程如下。在隨機的間隔中，SU在狀態信道(STCH)上周期地發送碼元長度擴展碼達3ms。如果RCS檢測到此序列，則它通過在核查信道(CUCH)上在下一個3ms內發送碼元長度碼序列作出應答。當SU檢測到來自RCS的應答時，它以特定步長減少它的發射功率。如果SU在3ms時間內沒有檢測到來自RCS的任何響應，則它以此步長增加發射功率。使用這一方法，以足夠維持所有SU的0.99檢測可能性的功率電平發射RCS響應。
通訊負載的變化率和有效用戶的數目與CDMA信道總幹擾噪聲功率有關。使用通信理論領域公知的排隊理論方法來確定本發明的維持功率更新信號的更新率和步長。通過將呼叫起源過程模擬為隨平均6.0分鐘而變化的指數隨機變量，數字計算表明SU的維持功率電平應當每10秒或更少時間更新一次，以便能使用0.5dB的步長跟上幹擾電平的變化。將呼叫起源過程模擬為隨指數的呼叫發生次數而變化的泊松隨機變量，則通過數字計算，每個用戶每秒2×10-4的呼叫發生率、每秒1/360的服務率以及RCS服務區內為600的總用戶人數也表明當使用0.5dB步長時每10秒一次的更新速度足夠了。
由從睡眠狀態變為醒著狀態的SU周期地進行維持功率調整。結果，MPC性能的處理流程如圖2所示，並為如下步驟第一，在步驟201，在SU和維持在接近於檢測所要求的發射功率電平的RCS之間交換信號SU在STCH中周期地發送碼元長度擴展碼，而RCS在CUCH中周期地發送碼元長度擴展碼作為應答。
下面，在步驟202，如果SU在它發送的STCH報文之後在3ms內收到應答，則在步驟203以特定步長減少其發射功率；但如果SU在STCH報文後在3ms內沒有收到應答，則在步驟204以相同步長增加其發射功率。
在步驟205，SU在發送另一STCH報文之前等待一段時間，該段時間由平均為10秒的隨機過程來確定。
因此，根據RCS應答周期地調整來自SU的STCH報文的發射功率，並且來自RCS的CUCH的發射功率是固定的。
將功率控制信號與APC的邏輯信道一一對應將功率控制信號與具體的邏輯信道一一對應，用來控制前向和反向分配信道的發射功率電平。反向全局信道也由APC算法控制，以便在這些反向信道上維持足夠的信號功率與幹擾噪聲功率比(SIR)，並使得系統輸出功率穩定和最小。本發明使用閉環功率控制方法，其中接收機周期地決定逐步升高或降低另一端發射機的輸出功率。此方法也將此決定返回給各個發射機。
表1 APC信號信道分配
前向和反向鏈路分別獨立控制。對於進行中的呼叫/連接，由在反向APC信道上傳送的APC位控制前向鏈路通訊信道(TRCH)APC和傳號線(OW)功率。在呼叫/連接建立過程中，反向鏈路訪問信道(AXCH)功率也由在前向APC信道上傳送的APC位來控制。表11總結了所控制信道的具體功率控制方法。
任何特定SU的分配信道TRCH、APC和OW及反向分配導頻信號的規定SIR在相互比例關係上保持不變，並且這些信道具有大致相同的衰落，因此它們一起進行功率控制。
自動前向功率控制在呼叫/連接之中AFPC系統儘量維持前向信道上的最小規定SIR。圖3所示的AFPC循環程序包括在步驟301中SU形成兩個誤差信號e1和e2的步驟，其中e1＝Pd-(1+SNRREF)PN(4)e2＝Pr-Po(5)Pd是解擴信號加噪聲功率，PN是解擴噪聲功率，SNRREF是該服務類型的規定信噪比，Pr是總接收功率的測量值，而Po是AGC設定點。下一步，SU數據機在步驟302形成組合誤差信號α1e1+α2e2。這兒，為每種服務類型和APC更新率選擇權重α1和α2。在步驟303，SU嚴格限制組合誤差信號，並形成單個APC位。在步驟304，SU將APC位傳送給RCS，在步驟305，RCS數據機接收該位。在步驟306，RCS增加或減少其給SU的發射功率，然後此算法從步驟301開始重複。
自動反向功率控制在呼叫/連接建立之中和呼叫/連接進行之中，ARPC系統維持反向信道上的最小規定SIR，以使總的系統反向輸出功率最小。從步驟401開始圖4所示的ARPC循環程序，在步驟401，RCS數據機形成兩個誤差信號e1和e2，其中e1＝Pd-(1+SNRREF)PN(6)
e2＝Pπ-Po(7)Pd是解擴信號加噪聲功率，PN是解擴噪聲功率，SNRREF是該服務類型的參照信噪比，Pπ是由RCS接收的平均總功率的測量值，而Po是AGC設定點。在步驟402，RCS數據機形成組合誤差信號α1e1+α2e2，並在步驟403嚴格限制此誤差信號以確定單個APC位。在步驟404，RCS發送APC位給SU，並在步驟405由SU接收此位。最後，在步驟406，SU按照接收的APC位調整其發射功率，並且此程序從步驟401開始重複。
SIR和多信道類型鏈路上信道的所要求SIR是信道格式(例如TRCH，OW)、服務類型(例如ISDNB，32Kb/s ADPCM POTS)及在其上分配數據位的碼元數(例如將兩個64kb/s碼元集合以形成單個32kb/sADPCM POTS碼元)的函數。預定與每個信道和服務類型所要求的SIR相對應的解擴器輸出功率。在呼叫/連接處於進行之中時，幾個用戶CDMA邏輯信道同時啟動；這些信道的每一個在每個碼元周期發送一碼元。測量來自標稱最大SIR信道的碼元的SIR，與閾值相比較，並用來在每個碼元周期確定APC升高/降低決定。表2表示由服務和呼叫類型用於APC計算的碼元(和閾值)。
表2用於APC計算的碼元/閾值
APC參數APC信息通常轉換為單個位的信息，並且APC數據率與APC更新率相當。APC更新率是64kb/s。這一速率足夠高，能夠適應預期的Rayleigh和Doppler衰退，並允許在上行鏈路和下行鏈路APC信道中有相對高(～0.2)的比特誤差率(BER)，這使得用於APC的容量最小。
由APC位表示的功率升高/降低在標稱上處於0.1和0.01dB之間。對於本系統的示例性實施例，功率控制的動態範圍在反向鏈路上為70dB而在前向鏈路上為12dB。
多路復用APC信息的另一實施例前面說明的專用APC和OW邏輯信道也能在一個邏輯信道中一起多路復用。APC信息以64kb/s連續地傳送，由此OW信息出現在數據脈衝串中。另一多路復用邏輯信道包括例如同相信道上的非編碼、非交織64kb/s APC信息和QPSK信號90°相差信道上的OW信息。
閉環功率控制的運行在呼叫連接之中的閉環功率控制響應於整個系統功率中的兩個不同變量。第一，此系統響應於諸如SU的功率電平變化的本地行為，第二，此系統響應於系統中全組的有效用戶的功率電平變化。
本發明的示例性實施例的功率控制系統如圖5所示。如其所示，用來調整RCS的發射功率的電路(如RCS功率控制模塊501所示)和用於SU的電路(如SU功率控制模塊502所示)相似。從RCS功率控制模塊501開始，反向鏈路RF信道信號在RF天線處被接收並解調，以產生供給可變增益放大器(VGA1)510的反向CDMA信號RMCH。VGA1 510的輸出信號供給自動增益控制(AGC)電路511，此電路產生進入VGA1510的可變增益放大器控制信號。此信號將VGA1 510的輸出信號電平維持在一近似恆值。VGA1的輸出信號由解擴-解多路復用器(demux)512解擴，它產生一解擴用戶報文信號MS和前向APC位。前向APC位供給集成器513，以產生前向APC控制信號。前向APC控制信號控制前向鏈路VGA2 514，並將前向鏈路RF信道信號維持在通信所需要的最小電平。
RCS功率模塊501的解擴用戶報文信號MS的信號功率由功率測量電路515測量，以產生信號功率指示。VGA1的輸出也由AUX解擴器來解擴，該解擴器使用不相關擴展碼解擴信號，因此得到解擴噪聲信號。此信號的功率測量值乘以1加上所要求的信噪比(SNRR)，以形成閾值信號S1。由減法器516產生解擴信號功率和閾值S1之間的差值。該差值是誤差信號ES1，它是與特定SU發射功率電平相關的誤差信號。類似地，VGA1 510的控制信號供給速率變換(scaling circuit)電路517，以減少用於VGA1的控制信號的速率。變換電路517的輸出信號是變換後系統功率電平信號SP1。閾值計算邏輯電路518計算來自RCS用戶信道功率數據信號(RCSUSR)的系統信號閾值SST值。變換的系統功率電平信號的補數SP1和系統信號功率閾值SST供給加法器519，它產生第二誤差信號ES2。這一誤差信號與所有有效SU的系統發射功率電平相關。輸入的誤差信號ES1和ES2在合併器520中合併，產生輸入到增量調製器(DM1)521中的合併誤差信號，並且DM1的輸出信號是反向APC比特流信號，具有+1或-1的比特值，本發明的反向APC比特流信號被發射為64kb/s信號。
反向APC位供給擴展電路(spreading circuit)522，並且擴展電路522的輸出信號是擴頻前向APC報文信號。前向OW和通訊信號也供給擴展電路523、524，產生前向通訊報文信號1、2、…N。前向APC信號、前向OW和通訊報文信號的功率電平由各自的放大器525、526和527調整，以產生功率電平調整後的前向APC、OW和TRCH信道信號。這些信號由加法器528合併，並供給VAG2 514，它產生前向鏈路RF信道信號。
包括擴頻前向APC信號的前向鏈路RF信道信號由SU的RF天線接收，並解調以產生前向CDMA信號FMCH。此信號供給可變增益放大器(VGA3)540。VGA3的輸出信號供給自動增益控制電路(AGC)541，它產生進入VGA3 540的可變增益放大器控制信號。此信號將VGA3的輸出信號電平維持在一近似恆值電平。VAG3 540的輸出信號由解擴解多路復用器542解擴，產生解擴用戶報文信號SUMS和反向APC位。此反向APC位供給集成器543，它產生反向APC控制信號。該反向APC控制信號供給反向APC VGA4 544，以將反向鏈路RF信道信號維持在最小功率電平。
解擴用戶報文信號SUMS也供給產生功率測量值信號的功率測量電路545，該功率測量值信號在加法器546中加上閾值S2的補數，以產生誤差信號ES3。信號ES3是與特定SU的RCS發射功率電平相關的誤差信號。為得到閾值S2，來自AUX解擴器的解擴噪聲功率指示乘以1加希望的信噪比SNRR。AUX解擴器使用不相關擴頻碼解擴輸入數據，因此其輸出是解擴噪聲功率的指示。
類似地，用於VGA3的控制信號供給速率變換電路以減少用於VGA3控制信號的速率，從而產生變換的接收功率電平RP1(見圖5)。閾值計算電路計算來自SU測量功率信號SUUSR的接收信號閾值RST。變換後的所接收功率電平RP1的補數和所接收信號閾值RST供給產生誤差信號ES4的加法器。此誤差與供給所有其它SU的RCS發射功率相關。輸入誤差信號ES3和ES4在合併器中合併，並輸入δ調製器DM2 547，DM2 547的輸出信號是前向APC比特流信號，此信號具有+1或-1的比特值。在本發明的示例性實施例中，此信號發送為64kb/s信號。
前向APC比特流信號供給擴展電路2948，以產生輸出反向擴頻APC信號。反向OW和通訊信號也輸入擴展電路549、550，產生反向OW和通訊報文信號1、2、…N，並且由反嚮導頻生成器551生成反嚮導頻。反向APC報文信號、反向OW報文信號、反嚮導頻及反向通訊報文信號的功率電平由放大器552、553、554、555調整，以產出由加法器556合併並輸入給反向APC VGA4 544的信號。該VGA4 544產生反向鏈路RF信道信號。
在呼叫連接和承載信道建立過程中，修改本發明的閉環功率控制，如圖6所示。如其所示，用來調整發射功率的電路是不同的對於RCS，是如圖所示的初始RCS功率控制模塊601；對於SU，是如圖所示的初始SU功率控制模塊602。從初始RCS功率控制模塊601開始，反向鏈路RF信道信號在RF天線處接收，並解調，產生由第一可變增益放大器(VGA1)603接收的反向CDMA信號IRMCH。VGA1的輸出信號由自動增益控制電路(AGC1)604檢測，此電路將可變增益放大器控制信號供給VGA1 603，以將VAG1的輸出信號電平維持在一近似恆值。VGA1的輸出信號由解擴解多路復用器605解擴，而後產生解擴用戶報文信號IMS。前向APC控制信號ISET被設置為固定值，並供給前向鏈路可變增益放大器(VGA2)606，以將前向鏈路RF信道信號設置在一預定電平。
初始RCS功率模塊601的解擴用戶報文信號IMS的信號功率由功率測量電路607測量，並且在減法器608中從閾值S3裡減去輸出功率測量值，以產生誤差信號ES5，這是與特定SU的發射功率電平相關的誤差信號。通過將從AUX解擴器得到的解擴功率測量值乘以1加希望的信噪比SNRR來計算閾值S3。AUX解擴器使用不相關擴頻碼解擴信號，因此其輸出信號是解擴噪聲功率的指示。類似地，VGA1控制信號供給速率變換電路609，以減少VGA1控制信號的速率，以便產生變換的系統功率電平信號SP2。閾值計算邏輯電路610確定從用戶信道功率數據信號(IRCSUSR)計算的初始系統信號閾值(ISST)。變換的系統功率電平信號SP2的補數和ISST供給加法器611，它產生第二誤差信號ES6，這是與所有有效SU的系統發射功率電平相關的誤差信號。ISST的值是具有特定配置的系統的希望發射功率。輸入誤差信號ES5和ES6在合併器612中合併，產生輸入到δ調製器(DM3)613的合併誤差信號。DM3產生初始反向APC比特流信號，此信號具有+1或-1的比特值，本發明的反向APC比特流信號發射為64kb/秒信號。
此反向APC比特流信號供給擴展電路614，以產生初始擴頻前向APC信號。控制信道(CTCH)信息由擴展器616擴展，以形成擴展CTCH報文信號。擴展APC和CTCH信號由放大器615和617變換，並由合併器618合併。合併的信號供給VAG2 606，它產生前向鏈路RF信道信號。
前向鏈路RF信道信號包括擴展前向APC信號，由SU的RF天線接收，並解調，以產生初始前向CDMA信號(IFMCH)，此信號供給可變增益放大器(VGA3)620。VGA3的輸出信號由自動增益控制電路(AGC2)621檢測，它產生用於VGA3 620的可變增益放大器控制信號。此信號將VGA3 620的輸出功率電平維持在一近似恆定值。VAG3的輸出信號由解擴解多路復用器622解擴，產生一初始反向APC位，此反向APC位依賴於VGA3的輸出電平。反向APC位由集成器623處理，以產生反向APC控制信號。反向APC控制信號供給反向APC VGA4624，以將反向鏈路RF信道信號維持在一確定功率電平。
全局信道AXCH信號由擴展電路625擴展，以提供擴展AXCH信道信號。反嚮導頻生成器626提供一反嚮導頻信號，並且AXCH的信號功率和反嚮導頻信號由各個放大器627和628調整。擴展AXCH信道信號和反嚮導頻信號由加法器629相加，以產生反向鏈路CDMA信號。反向鏈路CDMA信號由反向APC VGA4 624接收，它產生輸出到RF發射器的反向鏈路RF信道信號。
系統容量管理本發明的系統容量管理算法為一稱之為單元的RCS區優選最大用戶容量。當SU達到最大發射功率的一定值時，SU發送報警報文給RCS。RCS將控制訪問系統的通訊燈設置為「紅」，如前述這是禁止SU訪問的標誌。這種狀態保持有效，直到報警SU終止其呼叫，或直到在SU處測量的報警SU的發射功率小於最大發射功率的值。當多個SU發送報警報文時，此狀態保持有效，直到要麼來自報警SU的所有呼叫終止，要麼在SU處測量的報警SU的發射功率小於最大發射功率。另一實施例在前向誤差糾正(FEC)解碼器中測量比特誤差率測量值，並保持RCS通訊燈為「紅」，直到比特誤差率小於預定值。
本發明的阻止策略方法包括使用從RCS發送到SU的功率控制信息和RCS處的接收功率測量值的方法。RCS測量其發射功率電平，檢測達到的最大值，並確定什麼時侯阻止新的用戶。如果在成功地完成承載信道分配之前SU到達最大發射功率，則準備進入系統的SU阻止它自己。
系統中的每個額外用戶具有增加所有其它用戶的噪聲電平的效應，這減少了每個用戶經歷的信噪比(SNR)。功率控制算法維持每個用戶所希望的SNR。因此，在缺乏任何其他限制時，增加新用戶到系統中僅有短暫影響，並會重新獲得希望的SNR。
通過測量基帶合併信號的均方根(rms)值或者通過測量RF信號的發射功率並反饋給數字控制電路來在RCS中進行發射功率測量。發射功率測量也可由SU來進行，以確定此用戶機是否已達到其最大發射功率。通過測量RF放大器的控制信號並在服務類型的基礎上變換此值，由此確定SU發射功率電平，這些服務類型例如普通老式電話服務(POTS)，FAX或綜合業務數字網(ISDN)。
SU已達到最大功率的信息在所分配信道的報文中由SU發送給RCS。RCS也通過測量反向APC變化來確定此狀況，因為如果RCS發送APC報文給SU以增加SU發射功率，而RCS處測量的SU發射功率沒有增加，則SU已達到最大發射功率。
RCS不使用通訊燈來阻止已使用短碼完成了功率逐步抬升的新用戶。通過否認它們的撥號音並使它們時間用盡來阻止這些用戶。RCS在APC信道上發送所有的「1」(下降命令)，以使SU降低其發射功率。RCS也發送沒有CTCH的報文或帶有無效地址的報文，這迫使FSU放棄訪問程序並重新開始。SU並不立即開始獲取程序，因為通訊燈是紅色的。
當RCS達到其發射功率極限時，它以與當SU達到其發射功率極限時相同的方式進行阻止。RCS關閉FBCH上的所有通訊燈，開始發送所有「1」APC比特(下降命令)給那些已完成它們的短碼功率抬升但還沒有給出撥號音的用戶，而後發送沒有CTCH的報文給這些用戶或發送帶無效地址的報文以迫使它們放棄訪問程序。
SU的自阻止算法如下。當SU開始發射AXCH時，APC使用AXCH啟動其功率控制操作，並且SU的發射功率升高。當發射功率在APC的控制下升高時，它由SU控制器監測。如果達到發射功率極限，SU放棄訪問過程並重新啟動。
儘管本發明已按照示例性實施例進行了說明，本領域的專業人員應理解可以對下面權利要求中確定的發明範圍裡的實施例進行修改，由此實施本發明。
權利要求
1.一種用於估算接收機的需要的接收信號的頻譜中的噪聲水平的方法，該需要的接收信號利用碼分多址來擴頻，該估算的噪聲水平用於發送該接收的信號的發射機的功率控制，該方法包括在接收機處接收頻譜上的信號和噪聲；解調接收的信號和噪聲以產生解調的信號；利用與需要的接收信號有關的碼所不相關的碼解擴解調的信號；及測量該去解調的信號的功率作為估算的該頻譜的噪聲水平。
2.根據權利要求1的方法，其中該解擴是由不同於用於解擴該需要的接收信號的解擴器的AUX解擴器完成的。
3.根據權利要求1的方法，其中在解擴之前，接收信號和噪聲的增益被利用可變增益放大器調整。
4.根據權利要求3的方法，其中該接收信號和噪聲利用需要的接收信號碼進行解擴，該解擴的需要的信號的功率水平被測量作為接收的需要的信號的功率水平以用於發射機的功率控制。
5.一種利用碼分多址通信的無線擴頻用戶機單元，一需要的信號由該用戶機單元在一頻譜上接收，該用戶機單元包括一個解擴器，具有一輸入端，用於接收該頻譜上的解調的接收信號和噪聲，及用於利用與需要的接收信號有關的碼不相關的碼解擴該接收的解調的信號和噪聲；一功率測量裝置，用於測量該解擴的信號的功率水平作為相對於該需要的接收信號的噪聲水平的估算值。
6.根據權利要求5的用戶機單元，其中該解擴器是把同於需要的接收信號的解擴器的一個AUX解擴器。
7.根據權利要求5的用戶機單元，還包括一個可變增益放大器，用來在接收信號和噪聲輸入到解擴器之前調整其增益。
8.根據權利要求7的用戶機單元，還包括需要的信號解擴器，用於利用該需要的接收信號解擴該接收的解調信號和噪聲；該功率測量裝置測量該需要的信號解擴器的解擴結果的功率水平。
9.一種利用碼分多址通信的擴頻無線載波基站(RCS)，一需要的信號由RCS在一頻譜上接收，該RCS包括一解擴器，具有用於接收該頻譜上的解調的接收信號和噪聲的輸入端，及用於利用與該需要的接收信號有關的碼不相關的碼解擴該接收的解調信號和噪聲；功率測量裝置，用於測量解擴的信號的功率水平作為相對於需要的接收信號的噪聲水平的估算值。
10.根據權利要求9的RCS，其中該解擴器是不同於該需要的接收信號的解擴器的一個AUX解擴器。
11.根據權利要求9的RCS，還包括一個可變增益放大器，用來在接收信號和噪聲輸入到解擴器之前調整其增益。
12.根據權利要求11的RCS，還包括需要的信號解擴器，用於利用該需要的接收信號解擴該接收的解調信號和噪聲；該功率測量裝置測量該需要的信號解擴器的解擴結果的功率水平。
全文摘要
擴頻通信系統的自動功率控制(APC)系統包括自動前向功率控制(AFPC)系統和自動反向功率控制(ARPC)系統。AFPC中用戶機測量前向信道信息信號前向信噪比生成前向信道誤差信號(包括信道不相關噪聲和前向信噪比和預定信噪比間誤差)。從前向信道誤差信號生成的控制信號作為反向信道信息信號的一部分發送。基本單元包括AFPC接收機，接收反向信道信息信號並提取前向信道誤差信號以調整前向擴頻信號功率電平。ARPC系統中基本單元測量反向信道信息信號反向信噪比生成反向信道誤差信號(包括信道不相關噪聲和反向信噪比和預定信噪比間誤差)。基本單元發送從反向信道誤差信號生成控制信號作為前向信道信息信號的一部分。
文檔編號H04J13/00GK1492609SQ0214397
公開日2004年4月28日 申請日期1996年6月27日 優先權日1995年6月30日
發明者加裡·隆, 法提赫·厄茲呂蒂爾克, 約翰·科瓦爾斯基, 厄茲呂蒂爾克, 加裡 隆, 科瓦爾斯基 申請人:交互數位技術公司