用於建立移動臺餘裕空間的系統、方法和裝置的製作方法
2023-10-23 20:49:07
專利名稱：用於建立移動臺餘裕空間的系統、方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及無線通信技術，更具體涉及在變化的信道狀態下的無線傳輸的功率控制。
背景技術：
電子通信，特別是無線通信，在變化的信道狀態下發生。為了在未知和變化的信道狀態(condition)下保持語音或數據連接，許多無線通信系統發射機使用餘量(margin)。通過保證如果信道被某些臨時惡劣信道衰減而不利地影響，通信質量不降級到可接收的水平之下，該餘量預留在通信期間衰落和其他通常不利的信道狀態的空間。因此，餘量提供在不利信道狀態下的某些保證。
較高的餘量導致在變化的信道狀態期間的較高強度級，但代價是較低的可達到數據率。相反地，較低餘量導致較高的可達到數據率，但代價是在變化的信道狀態下增加的脆弱性。
在許多無線通信系統環境中，使用餘裕空間(headroom)來提供餘量。餘裕空間是發射機最大功率和特定數據率所需的傳輸功率級之間的差。當移動臺欲建立通信信道並且在它的緩衝器內具有數據時，移動臺確定其最大傳輸功率，減去餘裕空間，並使用剩餘的可用發射功率來確定最大數據率。因此，最大數據率具有內建的餘量以提供對變化的信道狀態的某些保護。迄今為止，餘裕空間已成為建立為解決信道狀態中的許多(但不是全部)通常不利變化的恆定值。一個不利地變化的信道狀態的通用模型是Rayleigh衰落模型。
儘管有信道變化多於Rayleigh衰落模型所預測的情況，通常信道狀態不像Rayleigh衰落模型那樣惡劣地變化。在例如Rician信道狀態的更加良性的信道狀態下，標準餘裕空間是過度的。換句話說，即使餘裕空間較低，通過更加良性的信道狀態的傳輸不會超過最大比特誤差率。
過量的餘裕空間導致其他問題中的較低可達到數據率和相應地較低電池漏電(drain)。在另一方面，不適宜的餘裕空間導致在變化信道狀態下的較低的強度級。因此，有對於減少過量餘裕空間的情況以獲得更高數據率，同時保持在變化的信道狀態下可接受的比特誤差率的傳輸功率控制的要求。對於本領域技術人員來說，當認真考慮下文附圖和詳細說明書時，本公開的各個方面、特性和優勢將更加清楚。
圖1示出根據第一優選實施例的簡化的無線通信系統和示例分組通信傳輸。
圖2示出根據第一優選實施例的由移動臺使用的用於調節餘裕空間的流程圖。
圖3示出根據第一優選實施例的由基站使用的用於分配餘裕空間的流程圖。
具體實施例方式
通過確定通信信道變化狀態並基於該通信信道變化狀態建立餘裕空間值，用於建立在無線通信系統中操作的移動臺的餘裕空間的系統、方法和裝置。可以通過確定移動臺中的電池狀態是否與低電池電平相關並且增加餘裕空間以減小最大數據率，來進一步修改餘裕空間值。餘裕空間的改變允許數據率適合於特定信道變化狀態和電池狀態。
圖1示出根據第一優選實施例的簡化的無線通信系統100和分組通信傳輸。該第一優選實施例說明操作於CDMA2000無線通信系統中的移動臺110和基站190之間的數據流的建立和傳輸。其他無線通信系統使用相似數據傳輸建立協議，以及可將在本說明書中描述的原理施用到其他無線通信系統。當移動臺110在其緩衝器內具有要發送的數據時，移動臺110將數據傳輸請求130發送到它的服務基站190。在該第一優選實施例中，數據傳輸請求的內容包括移動臺的可用發射功率。優選地，數據傳輸請求還包括在其緩衝器內的數據總量。替換實施例可包括移動臺將在相反連結上發送的最大數據率，並可包括例如在其緩衝器內的數據總量、其增加率以及餘裕空間值的相關參數。
在接收並解碼數據傳輸請求130之後，基站190將請求準許140發送到移動臺110，該請求準許包括信道分配、移動臺的數據率分配或關於數據率的其他參數，並可選地包括移動臺的餘裕空間分配。
接下來，移動臺110以特定數據率在所分配信道上將數據傳輸150發送到基站190。在數據傳輸150期間，移動臺檢測導致其從當前傳輸數據率請求變化的環境的改變。如果是這樣，移動臺發送速率調整請求160。在第一優選實施例中，該速率調整請求使用在CDMA2000的數據率控制模式中所使用的移動狀態指示位(MSIB)的形式。
圖2示出根據第一優選實施例的由移動臺所使用的調整餘裕空間的流程圖200。圖1所示的移動臺110能夠實現該流程圖200。在步驟210中，移動臺接收在其緩衝器中將要發送的數據。在這點上，在步驟220將餘裕空間值(Ph)設置為默認值。在第一優選實施例中，該默認值是從服務基站接收的最新餘裕空間分配。如果服務基站不提供餘裕空間分配，移動臺默認值將是由網絡所特定的預設值，例如5dB，該網絡說明大多數衰落信道狀態。
在步驟230，移動臺檢測其通信信道變化狀態。使用移動窗口的主導頻(pilot)功率變化的測量可以用來估計變化的信道狀態位於惡劣(比Rayleigh衰落信道要惡劣)到良性(高K因數Rician衰落信道)的頻譜上的何處。替換的和額外的信道測量包括使用可變窗口大小的主導頻功率變化、衰落周期和衰落深度的估計、適應的(adaptive)測量間隔內的峰值對平均估計、以及關於信道變化的其他測量。
步驟240確定實際狀態是否為良性。如果信道狀態是良性的，在步驟245，基於所檢測的通信信道變化狀態修改餘裕空間Ph。此外，調度間隔的持續時間能夠影響餘裕空間。例如，在具有信道變化較大危險的較長傳輸時間上調度，需要更高的餘裕空間。可以使用公式、查找表或矩陣、或者其他已知方法來實現餘裕空間修改，以將至少一個輸入映射到輸出。在該第一優選實施例中，將餘裕空間Ph初始地設置為在步驟220中來自基站的最新餘裕空間分配，並且由於良性信道狀態的任何修改減小餘裕空間Ph的值。儘管這樣，可以將餘裕空間值初始化為最高允許值例如5dB，並基於所檢測的信道狀態減小餘裕空間。或者，可將餘裕空間值初始化地設置為中間值，基於所檢測到的信道狀態，具有將餘裕空間向上或向下的修改。
一旦修改了餘裕空間，或者如果由於信道狀態不是良性的而沒有修改餘裕空間，步驟250檢測移動臺的電池狀態。相比於較小的餘裕空間值，較大的餘裕空間值導致減小的最大數據率。然而，如果在步驟260確定電池低，可有利地增加餘裕空間Ph以施加較低的數據率。由於增大的餘裕空間不影響功率控制的範圍，所發送信號的質量將是足夠的，同時移動臺保持較低平均功率，並因此產生功率節省。該節省可以例如用於擴展移動臺語音呼叫的持續時間。因此，步驟265基於所檢測的電池狀態修改餘裕空間值。
在修改餘裕空間值之後，或者由於電池不為低而沒有修改餘裕空間，步驟270發送具有適宜值的請求。在第一優選實施例CDMA2000系統中，該請求使用如上參照圖1說明的數據傳輸請求或速率調整請求的形式。在數據傳輸請求中，移動臺包括可用發射功率和其緩衝器中的數據量。某些CDMA2000版本期望數據傳輸請求包括移動臺的最大數據率，而不是它的可用傳輸功率和在它的緩衝器內的數據量。在這種情況下，移動臺應從其最大傳輸功率中減去餘裕空間，以得到可用傳輸功率值。該可用傳輸功率值映射到包括在數據傳輸請求中的最大數據率。另一個替換可以是發送最大傳輸功率、餘裕空間、緩衝器中的數據量、及其增長率。
如果該請求是速率調整請求，如由例如CDMA2000速率控制模式的某些操作模式所支持的那樣，移動臺基於修改的餘裕空間值和如上所述的其他參數計算期望的傳輸速率，並且比較該期望速率和其當前傳輸速率。如果期望速率不同於當前速率，移動臺將通過例如發送指示位(MSIB)作為其速率調整請求來通知基站。
不論請求中的信息如何，移動臺能夠在各種預設條件下修改其餘裕空間，例如良性的信道狀態或低電池狀態。在良性信道狀態下的餘裕空間的減小允許更高的峰值數據率，這促進了改進的性能。另一方面，在低電池狀態期間的增加的餘裕空間提供了較低的峰值數據率，這延長了電池壽命。
如果移動臺期望發送兩個或更多數據流(或同時保持語音和數據連接)，增加的自由度允許移動臺有意地在一個數據流上增加餘裕空間，以降低該數據流的優先級。這將導致例如用更長的時間從移動臺發送文本消息，但是允許以最佳數據率發送數字圖片。
移動臺，或基站，或者移動臺和基站能夠調節餘裕空間。圖3示出根據本發明的第一優選實施例的由基站使用的用來調節餘裕空間的流程圖300。在步驟310，基站從移動臺接收數據傳輸請求，該數據傳輸請求包括移動臺的可用發射功率和優選地在移動臺的緩衝器中的數據量。可選地，該請求可包括在移動臺緩衝器中的數據量加上它的最大發射功率和餘裕空間，其可以用來計算移動臺的可用發射功率。在移動臺的緩衝器中的數據量的增長率也是有用的。
在步驟320，基站估計通信信道變化狀態。內環功率控制位流的校驗用來確定變化的信道狀態位於包括惡劣(比Rayleigh衰落信道要惡劣)和良性(高K因數Rician衰落信道)的頻譜的何處。其他能夠影響信道狀態的確定的測量包括從移動臺的導頻信道的測量。
步驟330基於所估計的通信信道變化狀態建立移動臺的餘裕空間。如果信道狀態是良性的，餘裕空間Ph小於如果信道狀態是惡劣的。此外，調度間隔的持續時間會影響餘裕空間。例如，較長的調度間隔產生較長的傳輸時間，這意味著導致更高餘裕空間的信道變化的更大危險。可使用公式、查找表或矩陣來，或者其他已知方法來建立餘裕空間，以將至少一個輸入映射到輸出。一旦建立餘裕空間，在步驟340將餘裕空間發送到移動臺。在特定的實現中，不支持或不期望將餘裕空間發送到移動臺。因此，步驟340是可選的。
來到步驟350，在步驟310基站接收數據傳輸請求之後，基站直接地或間接地從在請求分組中的信息獲得移動臺的可用發射功率。在步驟360，基站基於餘裕空間(在步驟330中建立)和移動臺的可用發射功率確定移動臺的數據率。在步驟370，基站接收反向鏈路容量，並且基站發送包括在步驟380的移動臺數據率分配的請求準許。該請求準予還可以包括所建立的餘裕空間值。
根據第一優選實施例，基站和移動臺都參與餘裕空間調節。基站的請求準許140(在圖1中)根據由基站190確定的餘裕空間將某數據率指定給移動臺110。移動臺的餘裕空間確定用於速率控制模式，在該速率控制模式中基於可調節的餘裕空間值和其他參數計算期望的傳輸速率，並比較該期望速率和它的當前速率。如果期望速率大於當前速率，例如，移動臺將通過在它的速率調節請求160中發送指示位(MSIB)來通知基站。
在第二替換實施例中，移動臺和基站使用略微不同的方法來參與餘裕空間調節。在數據傳輸請求130(在圖1中)之前，基站190已經將餘裕空間值指定給移動臺。因此，在步驟220將餘裕空間值設定為默認值僅僅是將餘裕空間值設置為由基站分配的最新餘裕空間值。在步驟330中(在圖3中)基站還更新並改善餘裕空間值，並將該餘裕空間分配發送到移動臺。在移動臺和基站之間的這種循環可以在數據傳輸設定協議之外發生，並且可以將餘裕空間調節循環應用於無線通信系統中的其他信令協議。
第三替換實施例允許移動臺調節它的餘裕空間而沒有基站的參與。流程圖200(在圖2中)使得移動臺通過將它的餘裕空間值設定為標準默認值，例如有5dB，而不是由基站分配的值，來獨立地調節它的餘裕空間。優選地，由網絡指定標準默認值，並且在呼叫建立期間通過層3消息將該標準默認值存儲在移動臺中。
在第四替換實施例中，如果將移動臺配備為接受餘裕空間分配(並不是所有的移動臺都這樣配備)，基站可以獨立地調節餘裕空間。
因此，用於餘裕空間調節的方法和裝置提供了適應於變化的信道狀態、來自移動臺的特定數據流、以及移動臺電池電平的餘量和相關數據率。當信道狀態是有利的時，該餘量更加有效地控制功率以促進更快的數據率，並且當電池電平是低的時，增加電池壽命。
儘管本公開包括當前被認為是優選實施例的內容並且以由發明人建立其所有權的方式描述了本發明的最佳模式，並且使得本領域技術人員使用本發明，在此應理解並意識到有許多在此公開的優選實施例的等同，並且可以做出各種改進和變化而不背離本發明的精神和實質，本發明的精神和實質不被優選實施例所限制而是由所附權利要求，包括在本發明的審查期間所做出的任何修改和發布的權利要求的所有等同所限定。
還應理解，例如第一和第二，上和下等關係術語的使用僅僅用於從其他實體、項目或操作中分辨其中一個，而不一定需要或指示在這些實體、項目或操作之間任何實際的這種關係或順序。可使用或以軟體程序或指令來實現許多創造性的功能和創造性的原理。期望本領域普通技術人員，儘管可能有相當的努力和由例如足夠的時間、當前技術和經濟的考慮所啟發的許多設計選擇，在此公開的概念和原理的引導下，將能夠用最少的經驗而容易地生成這種軟體指令和程序。因此，如果有的話，這種軟體的說明將被限制為簡潔的方面，並且最小化使根據本發明的原理和概念模糊的危險。
權利要求
1.一種用於建立在無線通信系統中操作的移動臺的餘裕空間的方法，包括步驟確定通信信道變化狀態；以及基於通信信道變化狀態建立餘裕空間值。
2.如權利要求1的方法，其中移動臺執行確定和建立的步驟。
3.如權利要求2的方法，其中移動臺基於餘裕空間值確定最大數據率並將該最大數據率發送到基站。
4.如權利要求2的方法，其中移動臺基於餘裕空間值確定最大數據率並將速率調節請求發送到基站。
5.如權利要求2的方法，還包括步驟檢測移動臺的電池狀態；以及基於電池狀態修改餘裕空間值。
6.如權利要求5的方法，其中基於電池狀態修改餘裕空間值的步驟包括確定電池狀態是否與低電池電平相關；以及如果電池狀態與低電池電平相關，增加餘裕空間值。
7.如權利要求2的方法，其中確定通信信道變化狀態的步驟包括測量主導頻功率的變化。
8.如權利要求1的方法，其中基站執行確定和建立的步驟。
9.如權利要求8的方法，其中確定通信信道變化狀態的步驟包括校驗內環功率控制位流。
10.如權利要求8的方法，還包括步驟將餘裕空間值發送到移動臺。
11.如權利要求8的方法，還包括步驟使用餘裕空間值確定移動臺的數據率分配並將該數據率分配發送到移動臺。
12.一種移動臺，包括用於確定通信信道變化狀態的裝置；以及用於基於通信信道變化狀態建立餘裕空間值的裝置。
13.如權利要求12的移動臺，還包括用於基於餘裕空間值確定最大數據率的裝置；以及用於將最大數據率發送到基站的裝置。
14.如權利要求12的移動臺，還包括用於基於餘裕空間值確定最大數據率的裝置；以及用於將速率調節請求發送到基站的裝置。
15.如權利要求12的移動臺，還包括用於檢測移動臺的電池狀態的裝置；以及用於基於電池狀態修改餘裕空間值的裝置。
16.一種無線通信系統，包括基站；至少一個移動臺；用於檢測通信信道變化狀態的裝置；以及用於基於通信信道變化狀態建立餘裕空間值的裝置。
17.如權利要求16的無線通信系統，還包括用於基於餘裕空間值確定數據率的裝置。
18.如權利要求17的無線通信系統，還包括用於在基站和所述至少一個移動臺之間發送數據率的裝置。
19.如權利要求16的無線通信系統，還包括用於確定所述至少一個移動臺的電池狀態的裝置；以及用於基於電池狀態修改餘裕空間值的裝置。
20.如權利要求19的無線通信系統，還包括用於基於餘裕空間值確定數據率的裝置；以及用於在所述至少一個移動臺和基站之間發送數據率的裝置。
全文摘要
用於通過確定(230)通信信道變化狀態和基於該通信信道變化狀態建立(245)餘裕空間值，建立操作於無線通信系統的移動臺的餘裕空間的系統、方法和裝置。可通過確定(260)移動臺的電池狀態是否與低電池電平相關，進一步修改餘裕空間值，並增加(265)餘裕空間值以減小最大數據率。修改餘裕空間允許數據率適合於特定信道變化狀態和電池狀態。
文檔編號H04B1/38GK1871789SQ200480026577
公開日2006年11月29日 申請日期2004年8月31日 優先權日2003年9月16日
發明者約翰·D·理德, 畢皓 申請人:摩託羅拉公司(在德拉瓦州註冊的公司)