CN100342673C - Cdma移动通信系统中下行功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CDMA移动通信系统中下行功率控制方法，包括以下步骤：检测小区内是否有用户终端(UE)的状态发生变化；如果UE的状态发生变化，确定基站对该UE的下行发射功率；根据前步骤所述的下行发射功率调整基站对小区内其他UE的下行发射功率，以保持其他UE的SIR稳定；基站采用调整后的下行发射功率进行发射。采用了本发明，当接入、结束以及切换等事件发生的时候，通过对小区内正在通信用户终端的下行功率进行调整，保证了下行链路SIR的稳定，提高了通信质量，增加了系统容量。

Description

CDMA移动通信系统中下行功率控制方法

技术领域

本发明涉及CDMA移动通信系统，尤其是涉及到CDMA移动通信系统中的功率控制。

背景技术

在CDMA移动通信系统中，位于同一小区的不同用户终端通过不同的扩频码实现多址，而占用的时间和频率是重叠的。在扩频码的设计当中，存在M序列、GOLD序列和OVSF码等方案，其中OVSF码是正交序列，在理论上不同的码道之间没有干扰，但前提条件是完全同步和单径信道。在实际的通信系统中，有的系统设计为异步系统，即使是同步系统也存在同步误差，而且实际的传播信道都存在多径，因此不同的码道之间的正交性无法保持，也就是CDMA系统存在多址干扰问题。

在移动通信系统当中，不同用户终端的信道条件有很大的差别。例如一个处于小区边缘的用户中断的路径损耗可能比在基站附近的用户的损耗高出70dB，这种信道条件的巨大差异造成CDMA系统的远近效应。

上行和下行链路的远近效应有不同的特点。上行链路是多点对一点，多个用户终端发射信号，在同一个基站中接收，不同的用户终端到达基站的损耗是不同的，而且由于多个发射机到达接收机的传播时延的差异造成不同发射机时序协调的困难性，因此上行同步实现比较困难，有些系统设计成为异步系统；而下行链路是一点对多点，由基站发射，多个用户终端接收，而对于某个特定的用户终端来说，所有的信号的损耗相同，而且是严格同步的。

CDMA系统通过快速闭环功率控制解决远近效应问题：接收机根据接收信号的SIR给出功率控制指令，并反馈给发射机调整其发射功率，从而使接收机的信干比(SIR)保持在恒定的水平。功率控制是CDMA移动通信系统的最关键的技术之一。

在移动通信系统当中，随时有呼叫的产生、终止和越区切换等事件的发生。当这些事件发生的时候，引起其他正在进行通信的用户终端的干扰水平的变化，从而使SIR产生波动。当这些事件发生后，其他正在通信的用户终端通过功率控制，经过一段时间可以重新达到一个新的稳定状态。如果这些事件频繁发生，而且引起其他用户SIR的大幅度的变化，结果是SIR会处于波动状态，使得通信质量的下降和系统容量的降低。

假设一个小区当中有K个用户终端正在进行通信，由于功率控制的结果达到一个稳定的状态，也就是所有用户终端都达到其目标SIR。假定给出如下条件：

P_UL，i，P_DL，i：用户终端i的上行和下行发射功率

G_UL，i，G_DL，i：用户终端i的上行和下行扩频增益

α_UL，i，α_DL，i：用户终端i的上行和下行从发射机到接收机的总损耗，包括天线增益、路径损耗和阴影衰落

β_UL，i，β_DL，i：用户终端i的上行和下行正交因子，由于同步和解调算法带来的正交性因子

N_UL，N_DL：上行和下行干扰噪声，包括白噪声、邻小区干扰、邻频干扰以及其他干扰

用户终端i的上行SIR可以表达为：

${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{UL},i}=\frac{G_{\mathrm{UL},i}{P}_{\mathrm{UL},i}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{UL},i}}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{UL},i}\underset{j=1,j\≠i}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{UL},j}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{UL},j}+N_{\mathrm{UL}}}$

下行SIR可以表达为：

${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{DL},i}=\frac{G_{\mathrm{DL},i}{P}_{\mathrm{DL},i}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DL},i}}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DL},i}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{DL},i}\underset{j=1,j\≠i}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{DL},j}+N_{\mathrm{DL}}}$

比如当新增加一个用户终端K+1，则原来的平衡状态被打破，用户终端i的上行SIR变为：

${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{UL},i}^{\′}=\frac{G_{\mathrm{UL},i}{P}_{\mathrm{UL},i}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{UL},i}}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{UL},i}\underset{j=1,j\≠i}{\overset{K+1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{UL},j}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{UL},j}+N_{\mathrm{UL}}}$

下行SIR变为：

${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{DL},i}^{\′}=\frac{G_{\mathrm{DL},i}{P}_{\mathrm{DL},i}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DL},i}}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DL},i}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{DL},i}\underset{j=1,j\≠i}{\overset{K+1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{DL},j}+N_{\mathrm{DL}}}$

从上面的公式可以看出，用户终端i的SIR的变化程度取决于新接入用户终端对用户终端i的干扰功率在总干扰功率中的比重。如果该比重很小，则原通信用户终端的SIR变化不大，如果该比重很大，则引起原通信用户终端的SIR的剧烈变化。由于上、下行的远近效应的不同特点，新增加用户终端造成的影响有所不同。

对于上行链路，不同用户终端的损耗是不同的。如果所有用户终端的上行数据速率相同，通过适当的开环功率控制过程，可以使用户终端K+1到达基站的接收功率P_UL，K+1.α_UL，K+1与其他用户的接收功率相差不多，新用户终端的加入对原来通信用户终端的SIR值的影响不大。即使在最恶劣的情况下，比如只有一个低数据速率用户终端正在进行通信，新接入的是一个高数据速率用户终端，这是一种极少出现的情况。在这种情况下，由于有白噪声的存在，如果接入控制算法控制基站的接收功率不超过比白噪声高6dB，原来用户终端的上行SIR的下降也不超过6dB。因此通过快速的闭环功率控制可以使上行SIR比较平稳。

对于下行链路，由于远近效应的特点的不同而情况不一样。如果新增加的用户终端处在小区的边缘(比如从其他小区切换过来的用户终端)，其路径损耗比较大。为了达到所需要的SIR，要求比较大的发射功率P_DL，K+1，此发射功率对其他的用户终端造成干扰，对于用户终端i的干扰功率为P_DL，K+1.α_DL，i，如果用户终端i的路径损耗比较小，则新增加的用户终端K+1将对用户终端i形成强烈的干扰，造成用户终端i下行SIR的剧烈下降。同样的，在用户终端停止通信或者从本小区切换到其他小区的时候，其他用户终端的SIR会剧烈上升。在移动通信系统当中，通信的开始停止、以及切换等事件不断地发生，造成正在通信的用户终端的SIR的抖动，如图1所示。造成通信质量的下降，用户终端的掉线率增加，降低系统容量和频谱效率。

如图2所示，UE1和UE2离小区比较近，正在进行通信，下行链路由于闭环功率控制的结果处在一个平衡的状态。新增UE处在小区的边缘，该新增UE或者是新发起的呼叫，或者从其他的小区切换过来。由于新增UE离基站比较远，需要比较大的下行发射功率，这对于UE1和UE2是一个强干扰信号，导致UE1和UE2的下行SIR下降。

图2所示是一种极端的情况，如果正在通信的用户数量比较多，或者已经有位于小区边缘的用户在通信，情况就不这么严重。移动通信系统按照双工模式可以划分成FDD和TDD系统。对于TDD系统，如3GPP 1.28McpsTDD-CDMA，也就是TD-SCDMA，在一个时隙当中同时通信的用户终端的数量比较少，出现图2情况的几率就比较大；在FDD-CDMA系统当中，比如WCDMA/FDD系统，系统中存在连续导频信道和广播信道，覆盖整个小区，所以对于低数据率用户终端的接入，引起的矛盾不是很明显，但对于下行高速数据速率用户终端的接入或切换，会引起严重的情况。移动通信系统当中随时都有呼叫的产生、结束以及切换的发生，造成其他用户终端的下行链路的SIR的抖动，对通信带来不利的影响。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种用于CDMA移动通信系统中的下行功率控制方法，当小区一位用户终端状态发生变化时，其他用户终端的下行SIR尽量保持稳定。

一种CDMA移动通信系统中下行功率控制方法，包括以下步骤：

a.检测小区内是否有用户终端(UE)和本小区基站的无线连接状态发生变化；

b.如果UE的状态发生变化，确定基站对该UE的下行发射功率；

c.根据步骤b所述的下行发射功率调整基站对小区内其他UE的下行发射功率，以保持其他UE的SIR稳定；

d.基站采用步骤c中调整后的下行发射功率进行发射。

所述步骤a进一步是指检测小区内是否增加新的UE。

所述的小区内增加新的UE包括：小区内有新的UE开机或者有新的UE开始通信，或者有新的UE从其他小区切换到本小区。

当小区内有新的UE开机或者有新的UE开始通信，或者有新的UE从其他小区切换到本小区时，步骤c中所述的基站对小区内其他UE的下行发射功率增加

其中P_DL，total为调整前基站总的下行发射功率，P_DL，K+1为基站对新接入的UE的下行发射功率。

所述的步骤a进一步是指检测小区内是否有UE的减少。

所述小区内UE的减少包括：小区内有UE关机或者正在通信的UE结束通信或者UE从本小区切换到其他小区。

当小区内有UE关机或者正在通信的UE结束通信或者UE从本小区切换到其他小区时，步骤c中所述的基站对小区内其他UE的下行发射功率增加

其中P_DL，total为调整前基站总的下行发射功率，P_DL，K为基站对离开本小区的UE的下行发射功率。

采用了本发明，当接入、结束以及切换等事件发生的时候，通过对小区内正在通信用户终端的下行功率进行调整，保证了下行链路SIR的稳定，提高了通信质量，增加了系统容量。

附图说明

图1是用户终端状态发生的变化对其他用户终端影响的示意图；

图2是新用户终端接入小区的示意图；

图3是本发明下行功率控制的流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式。

假设一个小区中有K个用户终端正在进行通信，由于功率控制的结果达到一个稳定状态，也就是所有用户终端都达到其目标SIR。假定给出如下条件：

P_UL，i，P_DL，i：用户终端i的上行和下行发射功率

G_UL，i，G_DL，i：用户终端i的上行和下行扩频增益

α_UL，i，α_DL，i：用户终端i的上行和下行从发射机到接收机的总损耗，包括天线增益、路径损耗和阴影衰落

β_UL，i，β_DL，i：用户终端i的上行和下行正交因子，由于同步和解调算法带来的正交性因子

N_UL，N_DL：上行和下行干扰噪声，包括白噪声、邻小区干扰、邻频干扰以及其他干扰

用户终端i下行SIR可以表达为：

${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{DL},i}=\frac{G_{\mathrm{DL},i}{P}_{\mathrm{DL},i}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DL},i}}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DL},i}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{DL},i}\underset{j=1,j\≠i}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{DL},j}+N_{\mathrm{DL}}}$

为了简化算法，忽略分母中的N_DL项，上式变成：

${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{DL},i}=\frac{G_{\mathrm{DL},i}{P}_{\mathrm{DL},i}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DL},i}}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{DL},i}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{DL},i}\underset{j=1,j\≠i}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{DL},j}}=\frac{G_{\mathrm{DL},i}{P}_{\mathrm{DL},i}}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{DL},i}\underset{j=1,j\≠i}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{DL},j}}=\frac{G_{\mathrm{DL},i}{P}_{\mathrm{DL},i}}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{DL},i}(P_{\mathrm{DL},\mathrm{total}}-P_{\mathrm{DL},i})}$

其中P_DL，total为基站的总下行发射功率。

如图3所示，当检测到新的UE开机或者新的UE开始通信或者从其他小区切换到本小区，小区内新增加一个用户终端K+1，则原来的平衡状态被打破，用户终端i的下行SIR变为：

${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{DL},i}^{\′}=\frac{G_{\mathrm{DL},i}{P}_{\mathrm{DL},i}}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{DL},i}(P_{\mathrm{DL},\mathrm{total}}+P_{\mathrm{DL},K+1}-P_{\mathrm{DL},i})}={\mathrm{SIR}}_{\mathrm{DL},i}\frac{P_{\mathrm{DL},\mathrm{total}}-P_{\mathrm{DL},i}}{P_{\mathrm{DL},\mathrm{total}}+P_{\mathrm{DL},K+1}-P_{\mathrm{DL},i}}$

新增用户终端对不同的用户终端的影响是不同的，这增加了实现的复杂性，为了使实现更加容易，忽略公式中的P_DL，i后，公式变成：

${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{DL},i}^{\′}={\mathrm{SIR}}_{\mathrm{DL},i}\frac{P_{\mathrm{DL},\mathrm{total}}}{P_{\mathrm{DL},\mathrm{total}}+P_{\mathrm{DL},K+1}}$

由上式得出基站对小区内正在通信的其他所有用户终端的下行发射功率调整增加量为

同样的，如果检测到第k个UE关机或者结束通信或者从本小区切换到其他小区，基站对小区内正在通信的其他用户终端的下行发射功率调整增加量为

由于基站对原来用户终端下行发射功率的调整，也使新增用户终端的SIR受到影响，更加准确的做法可以采用递归计算。即使只进行一次调整，也可以明显提高用户终端下行SIR的稳定性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1、一种CDMA移动通信系统中下行功率控制方法，其特征在于包括以下步骤：

a、检测小区内是否有用户终端和本小区基站的无线连接状态发生变化；

b、如果用户终端的状态发生变化，确定基站对该用户终端的下行发射功率；

c、根据步骤b所述的下行发射功率调整基站对小区内其他用户终端的下行发射功率，以保持其他用户终端的信干比稳定；

d、基站采用步骤c中调整后的下行发射功率进行发射。

2、如权利要求1所述的CDMA移动通信系统中下行功率控制方法，其特征在于：所述步骤a进一步是指检测小区内是否增加新的用户终端。

3、如权利要求2所述的CDMA移动通信系统中下行功率控制方法，其特征在于所述的小区内增加新的用户终端包括：小区内有新的用户终端开机或者有新的用户终端开始通信，或者有新的用户终端从其他小区切换到本小区。

4、如权利要求3所述的CDMA移动通信系统中下行功率控制方法，其特征在于：当小区内有新的用户终端开机或者有新的用户终端开始通信或者有新的用户终端从其他小区切换到本小区时，步骤c中所述的基站对本小区内其他用户终端的下行发射功率增加

其中P_DL，total为调整前基站总的下行发射功率，P_DL，K+1为基站对新接入的用户终端的下行发射功率。

5、如权利要求1所述的CDMA移动通信系统中下行功率控制方法，其特征在于所述的步骤a进一步是指检测小区内是否有用户终端的减少。

6、如权利要求5所述的CDMA移动通信系统中下行功率控制方法，其特征在于：小区内用户终端的减少包括：小区内有用户终端关机或者正在通信的用户终端结束通信或者用户终端从本小区切换到其他小区时。

7、如权利要求6所述的CDMA移动通信系统中下行功率控制方法，其特征在于：当小区内有用户终端关机或者正在通信的用户终端结束通信或者有用户终端从本小区切换到其他小区时，步骤c中所述的基站对本小区内其他用户终端的下行发射功率增加 其中P_DL，total为调整前基站总的下行发射功率，P_DL，K为基站对离开本小区的用户终端的下行发射功率。

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