CN100345394C - 一种控制信息发射功率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动通信系统的功率控制技术，特别提供根据发射概率进行发射功率控制的方法。发射端分别确认系统配置的第一信息和第二信息的发射概率，所述第一信息和所述第二信息通过同一个信令发射；发射端确定在所述发射概率下，发射所述第一信息和所述第二信息的平均功率达到最小值时的功率偏置；接收端对应确定在所述功率偏置下，第一信息和第二信息的误码率不超过系统误码率门限时，区别所述第一信息和所述第二信息的判决门限；发射端按照所述功率偏置控制发射所述第一信息和所述第二信息的功率，接收端以所述判决门限判决接收到的信息是所述第一信息还是所述第二信息。发射端和接收端也可以周期性统计所述发射概率，再进行相关的计算和控制。

Description

一种控制信息发射功率的方法

技术领域

本发明涉及移动通信系统的功率控制技术，特别提供一种同一信令需要发送两种不同信息时，根据两种信息的发射概率控制信息发射功率方法。

背景技术

在数据通信系统中，发送的信息比特通常情况下其概率分布是未知的，因此没有必要根据各信息的概率分布来区分各信息比特的功率。但有些信息的发射概率是不等的，例如在上行增强技术中的下行ACK/NACK信令，ACK信令的发射概率为80～90％，NACK信令的发射概率为10～20％。对这类信息的发送方式值得研究。

在ARQ系统中，接收端送给发送端的确认信息包括ACK和NACK，ACK表示接收端正确接收数据，发端可以发送新数据；NACK表示接收端检测到数据有误，请求发端重传上一次的数据，确认信息必须以较低的误码率传输。如果确认信息出错，则会对系统性能带来严重的影响。如果ACK被误译为NACK，则发端将启动一次无效的重传，降低系统的吞吐率；如果NACK被误译为ACK，则会造成丢包。为了可靠的传输确认信息ACK/NACK，一般采用的方式是提升确认信息ACK/NACK的发射功率和增加确认信息ACK/NACK的冗余比特数，增加确认信息ACK/NACK的冗余比特数相当于用于发送确认信息ACK/NACK的总功率提高，我们统称为提高确认信息ACK/NACK的发射功率，即提高确认信息ACK/NACK的信噪比。但确认信息ACK/NACK的发射功率过高，占用系统的功率过高，一方面，使系统可以同时支持的H-ARQ信道数降低，另一方面，对其它信道的干扰加大，因此，确认信息ACK/NACK的功率也不可过高。上行增强技术支持ARQ技术，因此需要下行ACK/NACK信令的支持。增加下行信令显而易见会减少下行容量，因此在不降低性能的条件下降低发射功率就变得非常有意义。

因此，我们提出一种根据不等概信息的发射概率来设置发送信息之间功率偏置的方法，其目的是发射端的平均功率达到最小。

在现有的技术中，以上行技术的下行ACK/NACK信令为例，将ACK映射为1，将NACK映射为-1，接收端UE采用零作为判决门限，而Node B根据对ACK和NACK的性能要求分别确定发射功率。采用现有的技术方案虽然在UE端的判决方法非常简单，但是在Node B的发射功率较高，从而影响到下行容量。

发明内容

本发明为降低发射端发射不等概信息的平均发射功率，以减少系统干扰，提高系统容量，提供一种根据两种信息的发射概率进行信息发射功率控制方法包括下列步骤：

发射端分别确认系统配置的第一信息和第二信息的发射概率，所述第一信息和所述第二信息通过同一个信令发射；

发射端确定在所述发射概率下，发射所述第一信息和所述第二信息的平均功率达到最小值时的功率偏置；

接收端对应确定在所述功率偏置下，第一信息和第二信息的误码率不超过系统误码率门限时，区别所述第一信息和所述第二信息的判决门限；

发射端按照所述功率偏置控制发射所述第一信息和所述第二信息的功率，接收端以所述判决门限判决接收到的信息是所述第一信息还是所述第二信息。

所述的发射概率由系统预先固定配置，接收端按照系统固定配置的参数控制确认信息的发射功率；或者，所述的发射概率由接收端在每个调整周期内统计，并根据统计结果在每个调整周期内确定一次所述功率偏置和所述判决门限，周期性的调节确认信息的发射功率以及判决门限。

所述的功率偏置为所述第一信息和所述第二信息发射概率之比的平方；所述的判决门限为所述第一信息和所述第二信息的发射概率和误码率门限乘积的差值。

本发明所述的功率偏置的配置方法是在平均发射功率最小的意义下的优化方法，采用本发明可以减少发射端的发射功率，降低了系统干扰，提高了系统容量。

附图说明

图1为本发明所述方法流程图。

具体实施方式

下面以上行增强技术中，NodeB控制下行ACK/NACK信令的发射功率为例详细说明本发明所述的方法，流程图如图1所示。该实施例并非用以限定保护范围。

步骤一：确定下行ACK/NACK信令的发射概率。

ACK/NACK信令的发射概率由系统预先配置给NodeB，一般的，ACK信令的发射概率为80～90％，NACK信令的发射概率为10～20％，系统可以在上述范围内选取合适的值固定配置给NodeB。

步骤二：NodeB确定在所述发射概率下，发射ACK/NACK信令的平均功率达到最小值时的功率偏置，功率偏置量可以通过本文的公式9计算得到。

步骤三：UE对应确定在所述功率偏置下，低于或不超过系统误码率门限时，区别ACK/NACK信令的判决门限，判决门限可以通过本文的公式10计算得到。

下面在不考虑调制方式时，在实数域上详细说明采用公式9公式10计算功率偏置和判决门限推导过程，该计算公式在加上调制方式将问题映射到复数域上时同样适用，最后的结论和不考虑调制方式一样。

由于仅有两种消息需要发送，因此普遍的方法是将他们映射为±1后以一定的功率发送出去，设发送数据为s(其中s为±1)，则接收端收到的信号为 $r=g\sqrt{p}s+n$ (其中p为发射功率；n为接收信号时的噪声，为实数；g为接收信号增益，这里的增益包含信号衰落和扩频等的增益，在同一时刻是一个固定的常数)。为方便，设g为1，因此

$r=\sqrt{p}s+n=\left\{\begin{array}{cc}\sqrt{p_1}+n& s=1\\ -\sqrt{p_{-1}}+n& s=-1\end{array}\right.$

其中：p₁为发射1要求的功率，p_-1为发射-1要求的功率。

由于实际发射中仅有两种情况，因此在接收中只有四种可能发生：

a)发射端发1，同时接收方判决为1。在发1的条件下，而接收方判决为1的概率称为1的检测概率；

b)发射端发1，但接收方判决为-1。在发1的条件下，而接收方判决为-1的概率称为1的误码率；

c)发射端发-1，同时接收方判决为-1。在发-1的条件下，而接收方判决为-1的概率称为-1的检测概率；

d)发射端发-1，但接收方判决为1。在发-1的条件下，而接收方判决为1的概率称为-1的误码率。

很明显a)和b)中提到的概率之和为1，同样c)和d)中提到的概率之和为1。因此我们在对性能进行研究是只需要选择a)和b)之一，c)和d)之一；在大多数情况下，人们更关心b)和d)，即两个误码率作为性能的要求，对性能要求的普遍提法是误码率低于某个常数。

假设对1或-1的接收性能要求(误码率的最大要求)是已知的，同时n的分布是已知的(正态或其它任何分布)。

为下文讨论方便，假设n为连续分布。设对1的误码率要求为不高于x％，则存在a，使得

        P(n≤-a)＝x％                                …1

因此任意门限c，只要 $c\≤$ $\sqrt{p_1}-a,$ 则有下式成立：

$p(r\≤c|s=1)\≤p(r\≤\sqrt{p_1}-a|s=1)=P(n\≤-a)=x\%$ …2

设对-1的误码率要求为不高于y％，则存在b，使得

P(n＞b)＝y％                                    …3

因此任意门限d，只要 $d\≥-\sqrt{p_{-1}}+b,$ 则有下式成立：

$P(r>d|s=-1)\≤P(r>-\sqrt{p_{-1}}+b|s=-1)=P(n>b)=y\%$ …4

结合(1)和(2)式，如果 $\sqrt{p_1}-a\≥-\sqrt{p_{-1}}+b,$ 即

$\sqrt{p_1}+\sqrt{p_{-1}}\≥a+b$ …5

则只要取区间 中任何一个数值作为门限，都可以满足对1或-1的接收性能要求。

设发射1和-1的概率分别为e和f(不妨假设e＞f)，则发射两种消息的总的平均功率为：

            P＝e*p₁+f*p_-1                    …6

下面分不同准则来讨论发射功率问题。

首先来分析平均功率最小的原则。即在发射1和-1的概率已知且在5式约束的条件下，求解p₁和p_-1使得6式中的P值达到最小。

经计算，当

$\left\{\begin{array}{c}{p}_1=f^2{(a+b)}^2\\ p_{-1}=e^2{(a+b)}^2\end{array}\right.$ …7

则P可以取得最小值

    P_min＝ef(a+b)²                           …8

从7式容易计算出：

${\mathrm{\Δ}}_{p_1/p_{-1}}=\frac{p_1}{p_{-1}}=\frac{f^2}{e^2}=20(\log f-\log e)\left(\mathrm{dB}\right)$ …9

9式中Δ_p1/p-1为发射端发1时相对于发-1的功率偏置，功率偏置为1的发射功率P1和-1的发射功率P2的比值，由9式可以推导出，该比值恰好等于为发射-1的概率与发射1的概率的比值。

到当采用7式的功率配置时，在接收端需要采用下面的公式10计算判决门限。

        Threshold＝f*b-e*a                    …10

具体到该实施例，对于下行ACK/NACK信令，由于ACK信令的发射概率为80～90％，NACK信令的发射概率为10～20％。因此由9式可以计算出Δ_p1/p-1为-19～-12dB，即发送ACK时的发送功率比发送NACK时低12～19dB。

实际上，可以采用两种方式可以完成ACK和NACK的功率偏置的配置。

其一：固定配置

即ACK相对于NACK的功率偏置由Δ_p1/p-1确定，为-19～-12以内的一个固定常数。门限的计算方法和给定Δ_p1/p-1有关，具体的方法是假设重传概率是个常数，然后利用9和10式计算出功率偏置和门限。举个例子，假设重传概率为15％(就是理想的重传概率的中间值)，即发NACK信令的概率为15％，则由(9)式Δ_p1/p-1为15dB，利用(10)式接收端的门限为0.85b-0.15a，具体参数由系统选择配置。

其二：周期性控制

在设定的调整周期内，Node B实时统计ACK和NACK的概率，利用公式9计算功率偏置。在接收端，根据对过去时间重传概率的统计，利用10式自适应调整判决门限，从而可以根据系统的情况自适应的周期性调整。

步骤四：按照步骤二和步骤三的计算结果调整发射功率和判决门限。

以下具体分析该方法达到的技术效果：

对于两信息发送的判决方法一般采用零门限判决，即当接收信号r＞0时判决为1，否则判决为-1。从上文的分析来看，如果要判决门限为0，则必须要求1和2式同时成立，两式都取等号，则此时的平均功率为

            P＝e*a²+f*b²                        …11

显然，8式的平均功率比11式的小，具体小多少与发射概率有关，与对性能的要求有关。

最后我们在n为零均值方差为σ²的条件下来比较一下8式和11式，给定ACK和NACK的误码率要求，利用公式1、3、8、11，容易计算出零门限判决的平均功率和最小平均功率的功率比，这个比值记为P_zero/P_min。假定重传概率为10～20％，下表中给了三种误码条件下的P_zero/P_min，从表中可以看出采用最小平均功率的性能要比零门限判决的平均发射功率要低2～4dB。：

ACK误码	NACK误码	Pzero/Pmin(dB)
			1％	1％	1.94～4.44
1％	0.1％	2.41～3.53
			0.1％	0.1％	1.94～4.44

本发明所述的功率偏置的配置方法是在平均发射功率最小的意义下的优化方法，采用本发明可以减少发射端的发射功率，降低了系统干扰，提高了系统容量。

Claims (6)

1、一种控制信息发射功率的方法，其特征在于，包括下列步骤：

发射端分别确认系统配置的第一信息和第二信息的发射概率，所述第一信息和所述第二信息通过同一个信令发射；

发射端确定在所述发射概率下，发射所述第一信息和所述第二信息的平均功率达到最小值时的功率偏置；

接收端对应确定在所述功率偏置下，第一信息和第二信息的误码率不超过系统误码率门限时，区别所述第一信息和所述第二信息的判决门限；

发射端按照所述功率偏置控制发射所述第一信息和所述第二信息的功率，接收端以所述判决门限判决接收到的信息是所述第一信息还是所述第二信息。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的发射概率由系统预先固定配置。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，接收端以设定的调整周期循环进行所述控制信息发射功率的方法，在每个调整周期内，接收端统计该调整周期内的发射概率，并根据统计结果确定并调整一次所述功率偏置和所述判决门限。

4、如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，还包括系统预先分别设定所述第一信息和所述第二信息误码率门限的步骤。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的功率偏置为所述第一信息和所述第二信息发射概率之比的平方。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的判决门限为所述第一信息和所述第二信息的发射概率和误码率门限乘积的差值。

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