時分復用通信系統中的加權開環功率控制的製作方法
2023-06-01 22:11:56
專利名稱：時分復用通信系統中的加權開環功率控制的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及擴頻時分復用(TDD)通信系統。更具體地說，本發明涉及在TDD通信系統內用於控制發射功率的一種系統和方法。
背景技術：
圖1示出了無線擴頻時分復用(TDD)通信系統。該系統具有多個基站301至307。各基站301與在其所運行的區域內的用戶設備(UE)321至323進行通信。將從基站301發送到UE 321的通信稱為下行鏈路通信，而將從UE 321發送到基站301的通信稱為上行鏈路通信。
除了通過不同頻譜進行通信之外，擴頻TDD系統通過同一頻譜可以進行多個通信。利用它們各自的片碼序列(代碼)識別多個信號。此外，為了更有效地利用擴頻，如圖2所示的TDD系統使用被劃分為多個時隙361至36n的重複幀34，例如被劃分為15個時隙的重複幀。在此系統中，利用選定的代碼，在選定的361至36n時隙內發送通信。因此，一個幀34可以攜帶多個利用時隙361至36n和代碼識別的通信。在單個時隙內使用的單個代碼被稱為資源單元。根據支持通信所要求的帶寬，對該通信分配一個或多個資源單元。
大多數TDD系統適於對發射功率電平進行控制。在TDD系統內，許多通信可以共享同一個時隙和頻譜。當UE 321或基站301正在接收某個通信時，使用相同時隙和頻譜的所有其它通信會對此特定通信產生幹擾。提高一個通信的發射功率電平會降低該時隙和頻譜內的所有其它通信的信號質量。然而，將發射功率電平降低得太多會在接收機產生不良信噪比(SNR)和誤碼率(BER)。為了保持通信的信號質量並降低發射功率電平，所以採用發射功率控制。
在第5,056,109號美國專利(授予Gilhousen等人)中，公開了一種在碼分多址(CDMA)通信系統內採用發射功率控制的方法。發射機將通信發送到特定接收機。接收之後，對所接收的信號功率進行測量。將接收信號功率與要求的接收信號功率進行比較。根據比較結果，將控制位發送到發射機或者將發射功率增加固定值或者減小固定值。由於接收機將控制發射機發射功率的控制信號發送到發射機，所以這種功率控制技術常被稱為閉環控制技術。
在某些情況下，會降低閉環系統的性能。例如，如果在高動態環境下，例如由於UE 321運動導致的高動態環境，在UM 321與基站301之間發送通信，則這種系統不能以足夠快的速度適應對這種變化進行補償。典型TDD系統內閉環功率控制的更新速率為每秒100周，它不能滿足快速衰落信道。
EPO 462 952 A公開了一種用於對在數字行動電話系統內在移動站與基站之間傳送的信號的發射功率進行控制和調節的方法。為了確定發射功率電平，確定信號強度的平均值和信號發射質量的平均值。假定發射功率保持不變，根據這兩個平均值，為後續周期內計算預期信號強度和信號質量。根據預期值對後續周期內的發射功率電平進行調節。
WO 98 45962 A公開了一種在衛星通信系統內用於控制移動終端發射功率電平的方法。此功率控制方法具有閉環單元和開環單元。對於閉環單元，根據從移動終端接收的信號強度，基站計算移動終端的功率設置。基站考慮了功率設置確定過程中衛星系統的傳播延遲。對於開環單元，將在各幀內從基站接收的信號的強度與在先前幀內接收的信號的強度進行比較。與所觀察的信號強度的變化成反比地對移動終端的發射功率進行調節。因此，需要可以保持信號質量和低發射功率電平的其它方法。因此，需要可以保持信號質量和低發射功率電平的其它方法。
發明內容
在擴頻時分復用通信站內，利用本發明可以控制發射功率電平。第一通信站向第二通信站發送通信。第二通信站接收此通信並對其接收的功率電平進行測量。部分地根據接收的通信功率電平和通信發射功率電平，確定路徑損耗估計。部分地根據加權路徑損耗估計和長期路徑損耗估計，設置從第二通信站發射到第一通信站的通信的發射功率電平。
根據本發明的一個方面，提供了一種使用擴頻時分復用技術的用戶設備，該擴頻時分復用技術使用具有用於通信的時隙的幀，包括用於在第一時隙中接收具有功率電平的第一通信的裝置；用於測量該第一通信的功率電平的裝置；用於部分根據所測量的功率電平及所接收的功率電平來確定路徑損耗估計的裝置；用於根據先前接收的路徑損耗估計來確定長期路徑損耗估計的裝置；以及用於部分根據由第一係數所加權的該路徑損耗估計及由第二係數所加權的該長期路徑損耗估計來設定第二時隙中的第二通信的發射功率電平的裝置，其中該第一及第二係數是該第一及第二時隙的時間分隔的函數；以及用於以所設定的發射功率電平在該第二時隙中發送該第二通信的裝置。
根據本發明的另一個方面，提供了一種用戶設備，該用戶設備的發射功率電平被控制，且該用戶設備使用擴頻時分復用技術，該擴頻時分復用技術使用具有用於通信的時隙的幀，包括天線，用於在第一時隙中接收第一通信，並在第二時隙中發送放大第二通信；功率測量裝置，用於響應信道信息以產生該第一通信的接收功率電平的測量值；路徑損耗估計裝置，用於響應所測量的接收功率電平以產生該第一通信的路徑損耗估計；質量測量裝置，用於至少部分根據該第一時隙及第二時隙的時間分隔來產生質量測量值；發射功率計算裝置，用於響應該路徑損耗估計及該質量測量值以至少部分根據由第一係數所加權的該路徑損耗估計及由第二係數所加權的長期路徑損耗估計來產生功率控制信號，其中該第一及第二係數是部分根據該質量測量值；以及放大器，用於響應該功率控制信號及在該第二時隙中發送的第二通信以放大該第二通信來作為該功率控制信號的函數，以產生該放大第二通信。
圖1示出了現有技術的TDD系統；圖2示出了TDD系統的重複幀內的各時隙；圖3示出了加權開環功率控制過程的流程圖；圖4示出了採用加權開環功率控制方法的兩個通信站的各部件的示意圖；圖5示出了對於以每小時30公裡(km/h)速度移動的UE採用加權開環功率控制系統、開環功率控制系統以及閉環功率控制系統的性能曲線圖；圖6示出了對於以60km/h移動的UE上述三種系統的性能曲線圖。
具體實施例方式
以下將參考附圖對優選實施例進行說明，在所有附圖中相同的標號表示相同的部件。利用圖3所示的流程圖以及如圖4所示的兩個簡化通信站110和112的各部件，對加權開環功率控制方法進行說明。為了進行後續討論，將對其發射功率進行控制的通信站稱為發射站112，而將接收受控功率通信的通信站稱為接收站110。由於可以對上行鏈路通信、下行鏈路通信或兩種通信採用加權開環功率控制，所以具有功率控制的發射機可以位於基站301、UE 321或位於基站301和UE321。因此，如果採用上行鏈路和下行鏈路功率控制，則接收站的部件和發射站的部件可以位於基站301和UE 321。為了估計接收站110與發射站112之間的路徑損耗之用，接收站110將通信發送到發射站112。可以通過多個信道中的任何一個信道發送此通信。通常，在TDD系統中，將用於估計路徑損耗的信道稱為基準信道，但是也可以使用其它信道。如果接收站110為基站301，則優先通過下行鏈路公共信道或公共控制物理信道(CCPCH)發送此通信。
將待通過基準信道傳送到發射站112的數據稱為基準信道數據。基準信道數據由基準信道數據發生器56產生。根據通信帶寬的要求，將基準數據分配到一個或多個資源單元。擴展與訓練(tranining)序列插入裝置58擴展基準信道數據並在適當時隙和分配資源單元的編碼內使擴展基準數據與訓練序列時分復用。將獲得的序列稱為通信短脈衝串。然後，利用放大器60對通信短脈衝串進行放大。求和裝置62將放大的通信短脈衝串與通過諸如數據發生器50、擴展與訓練序列插入裝置52以及放大器54的各裝置產生的任何其它通信短脈衝串相加。調製器64對合計的通信短脈衝串進行調製。在步驟38，調製信號通過隔離器66後被如圖所示的天線78發射，或者通過天線陣列發射。發射的信號通過無線電信道80到達發射站112的天線82。對發射通信進行調製的方式可以是本領域技術人員公知的任何一種方式，例如直接相移鍵控(DPSK)或正交相移鍵控(QPSK)。
發射站112的天線82，或天線陣列接收各種射頻信號。所接收的信號通過隔離器84到達解調器86以產生基帶信號。在時隙內利用對通信短脈衝串分配合適的代碼，例如利用信道估計裝置88和數據估計裝置90對基帶信號進行處理。信道估計裝置88通常利用基帶信號內的訓練序列分量提供信道信息，例如信道脈衝響應。信道信息被數據估計裝置90和功率測量裝置92使用。在步驟40，利用功率測量裝置92對與基準信道對應的處理過的通信的功率電平RTS進行測量並發送到路徑損耗估計裝置94。信道估計裝置88可以將基準信道從所有其它信道中分離出來。如果自動增益控制裝置或放大器用於處理所接收的信號，則可以在功率測量裝置92或者在路徑損耗估計裝置94對測量的功率電平進行調節以對這些裝置的增益進行校正。
為了確定路徑損耗L，發射站112還需要通信的發射功率電平TRS。可以將發射功率電平RRS與通信數據一起發送或在信令信道內進行發送。如果將功率電平TRS與通信數據一起發送，則數據估計裝置90對功率電平進行解碼，然後將解碼後的功率電平發送到路徑損耗估計裝置94。如果接收站110為基站301，則優選通過廣播信道(BCH)從基站301發送發射功率電平TRS。在步驟42，通過從所發送的以dB為單位的通信發射功率電平TRS中減去接收的以dB為單位的通信功率電平RTS，路徑損耗估計裝置94對接收站110與發射站112之間的路徑損耗L進行估計。此外，在步驟44，對路徑損耗的長期平均值L0進行更新。在某些情況下，接收站110不是發送發射功率電平TRS，而是發送發射功率電平的基準。在這種情況下，路徑損耗估計裝置94提供路徑損耗的基準電平L和路徑損耗的長期平均值L0。
由於TDD系統以同一頻譜發送下行鏈路通信和上行鏈路通信，所以這些通信所經歷的條件相似。將這種現象稱為互易。因為互易，所以上行鏈路將承受下行鏈路所承受的路徑損耗，同樣下行鏈路將承受上行鏈路所承受的路徑損耗。通過將估計的路徑損耗與要求的接收功率電平相加，可以確定從發射站112發送到接收站110的通信的發射功率電平。這種功率控制技術被稱為開環功率控制技術。
開環系統存在缺陷。如果在估計路徑損耗與發射的通信之間存在時間延遲，則發射通信所承受的路徑損耗會與所計算的路徑損耗不同。在以不同時隙361至36n中發送通信的TDD系統中，接收通信與發射通信之間的時隙延遲會降低開環功率控制系統的性能。在步驟46，為了克服這些缺陷，加權開環功率控制器100內的質量測量裝置96確定所估計的路徑損耗的質量。在步驟48，質量測量裝置96還對估計的路徑損耗L和路徑損耗的長期平均值L0進行加權以利用發射功率計算裝置98設置發射功率電平。如圖4所示，加權開環功率控制器100包括功率測量裝置92、路徑損耗估計裝置94、質量測量裝置96以及發射功率計算裝置98。
以下是一種優選的加權開環功率控制算法。利用公式1確定發射站的以dB為單位的功率電平PTS。
PTS＝PRS+α(L-L0)+L0+常數 公式1PRS為以dB為單位的接收站110要求接收發射站的通信的功率電平。利用接收站110要求的SIR，SIRTARGET，和位於接收站110的幹擾電平IRS確定PRS。
為了確定位於接收站的幹擾電平IRS，利用解調器68對從發射站112接收的通信進行解調。例如利用信道估計裝置70和數據估計裝置72在時隙內並利用分配到發射站通信的合適的代碼對得到的基帶信號進行處理。幹擾測量裝置74利用信道估計裝置70產生的信道信息確定幹擾電平IRS。信道信息還可以用於控制接收站110的發射功率電平。將信道信息輸入到數據估計裝置72和發射功率計算裝置76。數據估計裝置72產生的數據估計和發射功率計算裝置76的信道信息被用於對放大器54進行控制，放大器54控制接收站的發射功率電平。
利用公式2確定PRS。
PRS＝SIRTARGET+IRS公式2或者將IRS從接收站110發送到發射站112，或者將IRS從接收站110廣播到發射站112。對於下行鏈路功率控制，在發射站112已知SIRTARGET。對於上行鏈路功率控制，將SIRTARGET從接收站110發送到發射站112。利用公式2，可以將公式1重寫為公式3或公式4。
PTS＝SIRTARGET+IRS+α(L-L0)+L0+常數 公式3PTS＝αL+(1-α)L0+IRS+SIRTARGET+常數 公式4L為dB為單位的路徑損耗估計，TRS-RTS對於估計路徑損耗的最近時隙361至36n。路徑損耗的長期平均值L0是路徑損耗估計L的遊動平均值。常數為校正項。常數對上行鏈路信道和下行鏈路信道之間的差值進行校正，例如對上行鏈路增益與下行鏈路增益之間的差值進行補償。此外，如果發射接收站的發射功率基準電平，而非發射實際發射功率TRS，則常數可以提供校正。如果接收站為基站301，則優先利用層3信令發送常數。
質量測量裝置96確定的加權值α是估計路徑損耗質量的測量值，並優選根據最後路徑損耗估計的時隙n與發射站112發射的通信的第一時隙之間的時隙361至36n的數進行測量。α的值在0至1之間。通常，如果時隙之間的時間差小，則最近路徑損耗估計會十分準確並將α值設置為接近1。相反，如果此時間差大，則路徑損耗估計就不準確，而且長期平均值路徑損耗測量大概不會成為對路徑損耗的較好估計。因此，將α設置為接近0。
公式5是一個用於確定α的公式，但是也可以採用其它公式。
α＝1-(D-1)/Dmax公式5D是最後一次路徑損耗估計的時隙與發射通信的第一時隙之間的時隙361至36n的數目，可以將它稱為時隙延遲。如果此延遲為一個時隙，則α為1。Dmax是最大可能延遲。具有15個時隙的幀的典型值是6。如果延遲為Dmax或更大，則α接近0。在步驟48，利用發射功率計算裝置98確定的發射功率電平PTS，加權開環功率控制器100設置發射通信的發射功率。
數據發生器102產生將由發射站112發射的通信中發送的數據。在合適時隙內並利用分配資源單元的代碼，擴展與訓練序列插入裝置104對通信數據進行擴展並與訓練序列時分復用。放大器106對擴展信號進行放大並利用調製器108將它調製為射頻信號。
加權開環功率控制器100控制放大器106的增益以獲得通信的確定發射功率電平PTS。通信通過隔離器84，然後被天線82發射。
圖5和圖6所示的曲線圖82、84示出採用公式4的加權開環系統的性能。公式5用於計算α。曲線圖82、84示出了對用於控制發射站112的發射功率電平的加權開環系統、開環系統以及閉環系統的性能進行比較的模擬結果。此模擬給出這些系統在處於備用狀況下的快速衰落信道內的性能。在此例中，接收站為基站301，發射站為UE 321。為了進行模擬，UE 321為移動站。所模擬的基站301使用兩個天線分集進行接收，每個天線具有一個3指瑞克接收機。在存在附加高斯白噪聲(AWGN)情況下，根據短脈衝串類型1欄位的中大序列，此模擬可以近似估計真實信道和SIR。模擬過程採用國際電信聯合會(ITU)普通B型信道和QPSK調製。假定明確知道幹擾電平。不考慮信道編碼方法。將常數和L0均設置為0dB。
對於各種功率控制技術，圖5中的曲線圖82示出了，利用以每小時30公裡移動的UE 321，對於各種時隙延遲D保持1％BER所要求的所發射的複雜碼元的以dB為單位的能量(Es/No)。如圖所示，在較低時隙延遲情況下，加權開環和開環的性能優於閉環的性能。對於較高時隙延遲，加權開環的性能優於開環和閉環的性能。如圖6的曲線圖84所示，如果UE 321以60km/h的速度移動，會產生類似的結果。
權利要求
1.一種使用擴頻時分復用技術的用戶設備，該擴頻時分復用技術使用具有用於通信的時隙的幀，包括用於在第一時隙中接收具有功率電平的第一通信的裝置；用於測量該第一通信的功率電平的裝置；用於部分根據所測量的功率電平及所接收的功率電平來確定路徑損耗估計的裝置；用於根據先前接收的路徑損耗估計來確定長期路徑損耗估計的裝置；以及用於部分根據由第一係數所加權的該路徑損耗估計及由第二係數所加權的該長期路徑損耗估計來設定第二時隙中的第二通信的發射功率電平的裝置，其中該第一及第二係數是該第一及第二時隙的時間分隔的函數；以及用於以所設定的發射功率電平在該第二時隙中發送該第二通信的裝置。
2.如權利要求1所述的用戶設備，其中該用於確定該長期路徑損耗估計的裝置是至少部分響應所接收的通信的路徑損耗估計的平均。
3.一種用戶設備，該用戶設備的發射功率電平被控制，且該用戶設備使用擴頻時分復用技術，該擴頻時分復用技術使用具有用於通信的時隙的幀，包括天線，用於在第一時隙中接收第一通信，並在第二時隙中發送放大第二通信；功率測量裝置，用於響應信道信息以產生該第一通信的接收功率電平的測量值；路徑損耗估計裝置，用於響應所測量的接收功率電平以產生該第一通信的路徑損耗估計；質量測量裝置，用於至少部分根據該第一時隙及第二時隙的時間分隔來產生質量測量值；發射功率計算裝置，用於響應該路徑損耗估計及該質量測量值以至少部分根據由第一係數所加權的該路徑損耗估計及由第二係數所加權的長期路徑損耗估計來產生功率控制信號，其中該第一及第二係數是部分根據該質量測量值；以及放大器，用於響應該功率控制信號及在該第二時隙中發送的第二通信以放大該第二通信來作為該功率控制信號的函數，以產生該放大第二通信。
全文摘要
本發明可以對擴頻時分復用通信站內的發射功率電平進行控制。第一通信站(110)將通信發射到第二通信站(112)。第二通信站接收該通信並對其接收的功率電平進行測量。部分地根據接收的通信功率電平，確定路徑損耗估計和長期路徑損耗估計。還根據路徑損耗估計與之後的發射時隙之間的時差確定路徑損耗估計的質量。從第二通信站發射到第一通信站的通信的發射功率電平部分地基於根據估計質量對路徑損耗估計和長期路徑損耗估計進行加權後得到的值。
文檔編號H04J14/08GK1956344SQ20061009589
公開日2007年5月2日 申請日期2000年3月22日 優先權日1999年3月22日
發明者阿里埃拉·蔡拉, 辛承爀 申請人:交互數位技術公司