控制無線發送器發送功率的方法
2023-06-09 19:29:01
專利名稱：控制無線發送器發送功率的方法
技術領域：
本發明涉及控制蜂窩通信系統中無線發送器發送功率的方法，上述方法包括確定指示從無線發送器收到的信號質量的參考值，確定指示無線單元中當前業務負載的參考值，控制無線發送器調整發送功率和將接收信號質量的參考值和業務負載的參考值與預定參考值進行比較，從而命令無線發送器根據比較結果調整發送功率。本發明也涉及一個蜂窩無線系統的基站，該系統包括使用無線頻率信號與移動無線站通信的裝置，上述基站包括測量從移動站收到的信號質量的參考值的測量裝置和確定無線單元中當前業務負載的參考值的裝置；通過向上述移動站發送消息控制移動站增加或減少發送功率的控制裝置。本發明還涉及一個蜂窩無線系統的移動站，該系統包括使用無線頻率信號與基站通信的裝置，上述移動站包括測量從基站收到的信號質量的參考值的測量裝置和確定無線單元中當前業務負載的參考值的裝置。
本發明尤其涉及到擴展頻譜通信系統，但也可以在其它類型的通信系統中使用本發明。
移動站使用的發送功率是諸如CDMA(碼分多址)系統的擴展頻譜通信系統中最重要的因素之一，其中系統中的多個移動站在同一頻率上同時通信。CDMA系統中發送器功率控制過程的目的是產生從在單元內進行操作的各移動站發送器接收的信號的額定功率(功率電平)。換句話說，不管移動站位置或傳播損耗如何在基站處均應以相同的功率員平接收各移動站的信號。
功率控制過程對CDMA系統的容量影響很大。如果對各個移動站的發送功率加以控制使得移動站發送的信號在到達單元時具有要求最小的信噪比，則系統的容量最大。如果移動站的信號在到達單元時站點的接收功率過低，則誤碼率對高質量的通信來說就顯得太高了。如果接收功率過高，則該移動站的性能是可以接受的，這樣會增加對所有共享信道的其它移動站發送器的幹擾，並且會產生對其它用戶來說是不可接受的性能。
已知有一種反向鏈路閉合迴路功率控制，在這種功率控制中站點起著積極的作用。其目標是提供從基站到移動站的快速糾錯以便維持最恰當的發送功率。基站測量接收的各個相關移動站的信號的功率電平並把測量值與目標值相比較。每隔1.25ms就確定向移動站發送一個提高功率命令或降低功率命令。
上述已知方案的一個重要缺陷在於功率電平目標值必須被設得很高，以便確保在業務負載較重，即當許多移動站在同一發送頻率上同時發送從而幹擾電平很高時能夠正確接收單獨一個移動站的信號。這樣目標值就比在業務負載較低的情況下所必需的值要高。這意味著移動站使用的發送功率比在業務負載較低時實際所必需的要高，而且移動站正在浪費能量並以比所必需的更快的速度消耗電池。
上述方案的另一個重要缺陷在於和目標值相比，基於接收功率電平的功率控制沒有考慮來自外部源的實際幹擾變化。在這裡來自外部源的幹擾是指來自除移動站之外的其它發生源的幹擾。
已知有一種基於接收信號信噪比(SIR)的反向鏈路閉合迴路功率控制系統。在該系統中基站把測量的信噪比與預定閥值比較並根據比較結果控制移動站增加或減少其發送功率。
這種已知方案的最大缺陷在於功率不穩定，尤其是在業務負載較高時。如果業務負載快速變化則基站很難調節信噪比目標值。這種變化通常是由非連續傳輸(DTX)，傳輸速率改變，以及在建立或拆除連接時產生的。
本發明的目標是解決上述問題並提供一種控制無線發送器發送功率的方法，該方法在任何傳輸條件下均比已知方法可靠和快速。用一種方法可以達到這些目標，該方法的特徵在於它包括將接收信號質量的參考值和業務負載參考值與預定目標值相比較，其步驟包括根據質量參考值和其目標值的關係計算第一比較值；根據業務負載的參考值和其目標值的關係計算第二比較值；組合第一和第二比較值以得出加權比較值，其中第一比較值的加權大於第二比較值；將加權比較值與預定參考值相比以確定是否應增加或減少發射的發射功率。
本發明的基本思想是，當在控制無線發送器發送功率中考慮到無線單元內接收信號質量和當前業務負載時，對於整個系統來說可以獲得更好的結果。所測的功率電平和其目標值間的關係最好與所測的信噪比與其目標值之間的關係相組合以得出信噪比關係被加權的比較值。從而有可能實現最佳控制算法。在發送功率的調節中考慮接收功率電平，就可使調節算法更穩定。然而考慮到功率電平會減弱信噪比值(即連接質量)，所以調節發送功率時，也應對信噪比進行加權。本發明的方法可以較好地用於CDMA系統中的上行鏈路和下行鏈路方向上，換句話說，本發明的方法可以用來控制基站的發送功率和移動站的發送功率。
上述指示從無線發送器接收的信號質量的參考值可以以測量信噪比，誤碼率或幀出錯率為根據。業務負載參考值可以以接收信號功率電平或無線單元內進行中呼叫數為根據。
用於不同的使用同樣服務的移動站的目標值最好相同，這樣保證了連接質量對於使用類似服務的用戶是相同的。本發明使操作者能夠針對不同的服務確定不同的目標值，這樣就可以保證特殊連接所需的高質量。
基於本發明的反向鏈路閉合迴路功率控制方法非常快速地對單各移動站的信噪比變化作出反應。但如果系統總負載增加和幹擾電平增加，則所有的移動站只把發送功率增加到實際需要的水平，從而與已知方案相比可以距離信噪比目標值更遠。
本發明最大的優點是在各種情況下無線發送器發送功率均可保持在所需的最低電平上，這意味著各無線發送器進行發送所需的能量可以保持最小，可以比以前的方案更快地調整無線發送器使用的發送功率，而且在不需任何不同連接之間的信號傳輸的情況下可以針對各個正在進行的連接分別進行功率控制。
本發明的另一個目的是提供一個本發明的方法可以使用的基站。通過一個基站可以實現該目的，該基站的特徵在於上述控制裝置適於把質量參考值，業務負載參考值和預定目標值相比較並根據上述比較控制移動站增加或減少發送功率。
本發明的又一個目標是提供一個可以使用本發明的方法的移動站。該移動站的特徵在於上述移動站包括把質量參考值，業務負載參考值和預定目標值相比較並根據上述比較通過向上述基站發送消息控制基站增加或減少發送功率的控制裝置。
下面根據有關基於本發明的基站和移動站的最優實施例並參照附圖更詳細地描述本發明，其中
圖1說明了可使用本發明的蜂窩通信網；圖2說明了單獨一個移動站的發送功率控制過程；圖3說明了一個基站的發送功率控制過程。
圖1說明了可使用本發明的蜂窩通信網。圖1的蜂窩通信網是一個CDMA系統的一部分。圖1的蜂窩通信網的各個無線單元至少包括一個與位於單元無線覆蓋範圍內的移動站MS1-MS4通信的基站1。移動站MS1-MS4均在相同的頻段上與基站1通信。通過移動站使用的信元編碼(chip code)，基站1能夠從其它移動站MS1-MS4發送的信號中識別出由具體一個移動站MS1-MS4發送的信號。
圖1的基站1也可以使用一個其它的(或幾個其它的)頻段與一個其它的(或幾個其它的)移動站組通信。在這種情況下兩個使用不同頻段的組的信號不會互相干擾。對於本發明來說，由於不同組的移動站的功能可被認為是彼此獨立的，所以基站使用一個其它的頻段的可能性不會對本發明有任何影響。
幾個移動站在同一頻段上同時發送的事實意味著移動站不會相互幹擾。為了使它們的相互幹擾最小，基站1控制在同一頻段上通信的移動站MS1-MS4調整其發送功率，使得從不同移動站MS1-MS4接收的信號的功率電平相同，而不論單元內移動站的位置如何或傳播損耗有多大。
圖2說明了單獨一個移動站的發送功率控制過程。圖2隻給出了基站1和移動站MS1中涉及移動站MS1的發送功率控制的部分。對於基站1的各個連接(進行中的呼叫)來說發送功率控制過程是分別的和單獨的。
基站1用其接收天線3連續監視從移動站MS1接收的信號。為此基站1包括適於測量從移動站MS1接收的信號的功率電平的採樣裝置4和一個功率電平測量單元5。
天線3接收的信號被解調器6解調，而被解調的信號被饋送給一個去交錯器/解碼單元7和SIR測量單元8。去交錯器/解碼單元7適於在網絡中進一步傳遞接收的電信信號。
SIR測量單元8連續測量從移動站MS1接收的信號的信噪比(SIR)。SIR比指示移動站MS1發送的信號和幹擾移動站MS1與基站1之間通信的信號之間的比率。
基站1還包括一個控制單元9，該單元根據SIR測量單元8輸出的測量信噪比SIRm，功率電平測量單元5輸出的測量功率電平Pm，操作者確定的目標信噪比值SIRt和操作者確定的目標功率電平值Pt進行操作。對基站提供的使用同一頻段的各個連接(進行中的呼叫)最好是相同的目標值(SIRt和Pt)是可以調整的。操作者以可以針對不同的連接定義不同的目標值，這可以保證使用同類服務的所有移動站具有相同的質量。
控制單元9適於通過使用預定數學公式比較測量值和目標值並每隔1.25ms做一次決定向移動站MS1發送增加功率或減少功率命令。預定的公式可以是CV＝(SIRm/SIRt)*(Pm/Pt)n，其中SIRm是測量信噪比SIRt是信噪比目標值Pm是測量功率電平Pt是功率電平目標值n 是加權因子。
公式中使用的SIR和P值應以絕對值形式給出並且不具有dB形式。選擇的加權因子n最好是使測量信噪比和信噪比目標值之間的關係比測量功率電平和功率電平目標值之間的關係更為緊密。根據本發明這將保證發送功率調整穩定與快速。加權因子n的合理值可以是n＝0，25。
如果計算出的比較值CV＜1則控制單元9命令移動站MS1增加其發送功率(增加功率)。另一方面如果比較值CV＞1則控制單元9命令移動站MS1減少其發送功率(減少功率)。
藉以向移動站MS1發送增加功率或減少命令的消息CNT從控制單元9被饋送給選擇器10，該選擇器把CNT消息插到合適的信令幀中以便把CNT消息傳遞給移動站MS1。選擇單元10具有一個第二輸入，該輸入被用於接收來自網絡其它部分的電信信號以便通過發送器單元11和天線12把它們傳遞給移動站MS1。
為圖2的基站1提供兩個單獨的天線3和12隻是為了說明一個最優實施例。當然也可以使用只有一個用於發送和接收的天線的基站。
圖2的移動站MS1包括一個混合接收和發送的天線13，該天線與用於區分用天線發送的RF信號和用天線接收的RF信號的電路單元14相連。接收的信號被饋送給數字解調器15。
被解調的電信信號從解調器15被饋送給去交錯器/解碼器16，其中基站1的控制單元9產生的CNT消息被饋送給移動站中的發送單元17。根據CNT消息中的命令，即增加功率或減少功率，發送單元17在預定步驟調整移動站MS1使用的發送功率。
圖3說明了基站BTS′的發送功率控制過程。圖3的基站和移動站可以是CDMA系統的一部分。圖3中只給出基站BTS′和移動站MS1′中的涉及基站BTS′用於向移動站MS1′發送信號的業務信道上的發送功率控制的那些部分。對於基站的各個連接(信道)發送功率控制過程是分別的和單獨的。
基站BTS′包括發送在CDMA系統中常用的導頻信號的裝置30。當前與基站BTS′通信的所有移動站均接收和使用相同的導頻信號。導頻信號是一種用固定發送功率發送並使用單獨的信元編碼的非調製信號。導頻信號被移動站在越局切換時進行的相干接收和測量過程中用作相位參考。
導頻信號被饋送給混合器31，混合器31也從發送器32接收信號，而發送器32則在一個業務信道上發送數據。混合器31的輸出被接到基站BTS′的發送天線33上。
移動站MS′包括一個被用於接收和發送的天線34。天線34接收的信號被電路35傳送到數字解調器36。
數字解調器36適於從單獨針對圖3的移動站MS′的業務信道TCH中區分導頻信號PILOT(對正與基站BTS′通信的所有移動站是公共的)。
移動站MS′包括通過測量業務信道上的信噪比SIRm來測量接收信號質量的測量單元37。在圖3的情況下通過比較信噪比SIRm和信噪比目標值SIRt來確定接收信號的質量。
移動站MS′還包括測量導頻信號信噪比SIRpm的測量單元38。在圖3的情況下通過比較導頻信號信噪比SIRpm和導頻信號信噪比目標值SIRpt來確定無線單元內的當前業務負載。
移動站MS′的控制單元39通過下述公式計算基站BTS′的業務功率比較值CV＝(SIRm/SIRt)*(SIRpt/SIRpm)n，其中SIRm是業務信道上的測量信噪比SIRt是業務信道上的信噪比目標值SIRpm是導頻信號的測量信噪比SIRpt是導頻信號信噪比目標值n 是加權因子(最好是n＜1)。
控制單元39連續監視接收的信號並確定基站BTS′是否應增加或減少在移動站MS′使用的業務信道上的發送功率。如果CV＜1，則移動站命令基站增加功率，如果CV＞1則移動站命令基站減少所涉及的業務信道上的發送功率。
控制單元39通過向基站BTS′發送CNT消息來控制基站增加或減少發送功率。上述消息被控制單元39饋送給選擇器40，該選擇器40通過發送器41把消息傳遞給移動站的電路35和天線34。
消息CNT被基站BTS′的接收天線42接收並被數字調解器43傳送給所涉及的業務信道的發送器，其中根據CNT消息中的命令(增加/減少功率)來調整發送器32的發送功率。
雖然已描述到根據測量的導頻信號SIR來確定無線單元內的傳輸負載，但是也可以用其它的方式來確定傳輸負載。一種可能的方式是向移動站發送一個消息，其中進行中的呼叫號被表示成一個數。
另一種可能的方式是移動站通過每當發送「增加功率」命令給基站時在參考值上增加一個預定值，並且每當發送「減少功率」命令時減少上述參考值來保持記錄基站使用的發送功率。在這種情況下當連接建立時移動站必須知道基站使用的初始發送功率。在這種情況下的功率控制可以以通過下面公式計算出的比較值為依據CV＝(SIRm/SIRt)*(Ptx/Pt)n，其中SIRm是測量信噪比SIRt是信噪比目標值Ptx是基站使用的功率電平Pt是功率電平目標值n 是加權因子。
在另一個實施例中可以以這樣的方式實現基站的功率控制，即使得移動站測量業務信道上接收的信號的信噪比並向基站發送指示測量SIRm的消息。在這種情況下圖3的控制單元39被一個信令單元所取代。上述信令單元向基站BTS′中的控制單元(與圖2的控制單元9類似)報告測量的SIRm。在這種情況下控制單元(基站中的)調整基站使用的發送功率。
應當明白前面的描述和所涉及的附圖只是為了說明本發明。對於本領域的技術人員來說在不偏離所附權利要求書提到的本發明的範圍和宗旨的情況下不同的修改和變化是顯而易見的。
權利要求
1.一個控制蜂窩通信系統中無線發送器發送功率的方法，上述方法包括確定指示從無線發送器收到的信號質量的參考值(SIRm)，確定指示無線單元中當前傳輸負載的參考值(Pm，SIRpm)，和控制無線發送器調整發送功率，比較接收信號質量的參考值(SIRm)，傳輸負載的參考值(Pm，SIRpm)和預定目標值(SIRt，Pt，SIRpt)，從而根據上述比較結果控制移動站調整發送功率，其特徵在於對接收信號質量參考值(SIRm)，傳輸負載的參考值(Pm，SIRpm)和預定目標值(SIRt，Pt)的比較包括下述步驟根據質量參考值(SIRm)和質量參考值目標值(SIRt)之間的關係計算第一比較值；根據傳輸負載參考值(Pm)和傳輸負載參考值目標值(Pt)之間的關係計算第二比較值；組合第一比較值和第二比較值以獲取依賴第一比較值更勝過依賴第二比較值的加權比較值(CV)；並比較加權值和預定參考值以確定是否應增加或減少無線發送器的發送功率。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於通過測量從無線發送器接收的信號的信噪比，誤碼率或幀出錯率來確定指示從無線發送器接收的信號的質量的上述參考值(SIRm)，並且通過測量從上述無線發送器接收的無線信號的功率電平，或通過接收指示上述發送器使用的功率電平的參考值來確定指示無線單元內當前傳輸負載的上述參考值(Pm)。
3.如權利要求1-2中任何一個所述的方法，其特徵在於所述比較包括根據下式計算加權比較值CV＝(SIRm/SIRt)*(Pm/Pt)n，其中SIRm是測量信噪比SIRt是信噪比目標值Pm是測量功率電平Pt是功率電平目標值n 是加權因子；比較比較值CV和參考值K，從而控制無線發送器在CV＜K時增加發送功率並在CV＞K時減少發送功率。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於上述參考值K＝1且加權因子n＜1。
5.一個包括使用無線頻率信號與移動無線站(MS1-MS4)通信的蜂窩無線系統的基站(1)，上述基站包括測量從移動站(MS1)收到的信號質量的參考值(SIRm)和無線單元中傳輸負載參考值(Pm)的測量裝置(4，5，8)；通過向上述移動站(MS1)發送一個消息(CNT)控制移動站(MS1)增加或減少發送功率的控制裝置(9)；其特徵在於上述控制裝置(9)用於比較質量參考值(SIRm)，傳輸負載參考值(Pm)和預定目標值(SIRt，Pt)並根據上述比較結果控制移動站(MS1)增加或減少發送功率。
6.如權利要求5所述的一個基站，其特徵在於上述基站(1)是一個擴展頻譜系統，最好是CDMA系統的基站。
7.如權利要求5或6所述的一個基站，其特徵在於通過測量從無線發送器接收的信號的信噪比，誤碼率或幀出錯率來確定指示從移動站接收的信號的質量的上述參考值(SIRm)，並且通過測量從上述移動站接收的無線信號的功率電平來確定指示無線單元內當前傳輸負載的上述參考值(Pm)。
8.一個包括使用無線頻率信號與一個基站(BTS′)通信的蜂窩無線系統的移動站(MS′)，上述移動站包括測量從基站收到的信號質量的參考值(SIRm)的測量裝置(37)和確定無線單元中傳輸負載參考值(SIRpm)的裝置(38)；其特徵在於上述移動站包括一個比較質量參考值(SIRm)，傳輸負載參考值(SIRpm)和預定目標值(SIRt，Pt)並根據上述比較結果通過向上述基站(BTS′)發送一個CNT消息控制基站(BTS′)增加或減少發送功率的控制裝置(39)。
9.如權利要求8所述的一個移動站，其特徵在於所述移動站(MS』)是一個擴頻通信系統；最好是CDMA系統的移動站，以及通過測量從無線發送器接收的信號的信噪比，誤碼率或幀出錯率來確定指示從基站接收的信號的質量的上述參考值(SIRm)，並且通過測量從上述基站(BTS′)發送的導頻信號的信噪比來確定指示無線單元內當前傳輸負載的上述參考值(SIRpm)。
全文摘要
本發明涉及控制諸如CDMA系統的蜂窩通信系統中無線發送器發送功率的方法，上述方法包括確定指示從無線發送器收到的信號質量的參考值(SIR
文檔編號H04B7/26GK1148756SQ96113010
公開日1997年4月30日 申請日期1996年8月30日 優先權日1995年8月31日
發明者漢納·哈金恩 申請人:諾基亞電信公司