CN100348057C - 控制数据传输系统中发送功率的方法及蜂窝无线系统移动站和基站 - Google Patents

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Abstract

一种数据传输系统包括第一设备和第二设备以及在第一设备与第二设备之间的双工数据传输连接。第一设备在数据信道上发送用户数据给第二设备并在控制信道上发送控制信息给第二设备。在包括对应于数据信道的用户数据字段和一起对应于控制信道的至少第一与第二控制信息字段的帧中安排传输。为了实现发送功率的控制，具有确定的第一发送功率电平，第二发送功率电平和第三发送功率电平。通过采用所述第一发送功率电平传输用户数据字段，采用所述第二发送功率电平传输第一控制信息字段和采用所述第三发送功率电平传输第二控制信息字段来从第二设备发送一帧给第一设备。

Description

控制数据传输系统中发送功率的方法及蜂窝无线系统移动站和基站
一般地，本发明涉及无线系统中无线电接口的优化使用。具体地，本发明涉及利用无线接口有效地实现发送功率控制。这里，术语无线系统特别指其中移动站能与各种基站通信的蜂窝无线系统。
蜂窝无线系统具有给定数量的无线电资源供其支配，可以坐标系统来描述这些资源，其中坐标是频率、时间和位置等。换句话说，在每个区域中，有某些无线电频率可用于某个时间期间。为了使系统中的数据传输容量最大并使便携式终端的功耗最小，以最佳方式利用无线电资源是极为重要的。
在CDMA(码分多址)系统中，在同一频率上有几个利用代码分割隔开的同时的无线电连接，在优化无线电资源的使用时，发送功率是一个重要因素。在所谓的宏分集连接中，即在移动站与网络之间通过至少两个不同的基站发送基本相同数据的情形中，发送功率的选择尤为重要。在正确安排的宏分集连接中，发送功率能保持得如此低，以致其他同时连接所引起的干扰保持低于仅通过一个基站安排移动站与网络之间的连接的情况。不良安排的宏分集连接可以使干扰增加并显著减少系统的总容量。本专利申请涉及通过只一个基站的宏分集连接和常规连接两者。
在现有技术的CDMA系统中，时常应用所谓的两级功率控制。外控制环路，即所谓的质量环路，为连接的SIR(信号干扰比)，连接的BER(误码率)和/或FER(帧误差率)，和/或为描述所讨论连接的质量的某一其他因素试图找到合适的图标电平。内控制环路试图调整发送功率，以便能达到由外控制环路报告的最新目标电平。为了补偿快淡出和所谓的近远现象，内控制环路非常快速地操作，甚至每秒数千次。内控制环路操作的典型速率是每秒1600次。这种类型的控制环路起作用，以使接收设备探查SIR值或描述连接质量的某一因素超过目标电平或落在目标电平之下，并将那个影响反馈给发送设备。在最简单的形式中，所述反馈仅是增加或减少发送功率的一个命令，在这种情况中能以一个比特来表示例如，此比特值为零解释为减少发送功率的命令，而此比特值为1解释为增加发送功率的命令。事先能约定用于增加或减少发送功率的给定步长，例如，1dB。
让我们首先观察宏分集连接中的上行链路数据传输，其中移动站发送，而基站接收。每个基站为其自己的部分测量SIR值等，将它与目标电平进行比较并发送功率控制命令作为反馈给移动站，此移动站检查接收的功率控制命令并采用一算法，以确定应减少还是增加其发送功率。一个简单算法的作用是如果移动站从所有基站收到增加发送功率的命令，则此移动站增加其发送功率，而如果它从甚至一个基站收到减少发送功率的命令，则它减少其发送功率。也能使用其他算法。
在下行链路数据传输中，移动站将测量的SIR值等与目标电平进行比较，并根据此比较所得到的结果，发送由操作在所述宏分集连接中的所有基站接收的功率控制命令。
除了功率控制命令之外，也在移动站与基站之间发送其他所谓的控制信息。功率控制命令和其他控制信息与用户数据或实际数据的不同在于：其内容不表示用户的信息，但它们用于控制与连接的使用和功能性相联系的因素。除了功率控制命令之外，控制信息的另一示例是包含在要通过每个无线电连接发送的每个帧中的RI(速率信息)位并用于从发送设备中发送与所讨论的帧有关的数据速率的信息给接收设备。控制信息的第三个示例是在信道估算中使用的导频比特。可将发送控制信息的这种帧部分称为控制字段，能对每个控制字段设置有关包含在其中的控制信息必须如何可靠地在接收机中正确地加以理解的各种要求。
在现有技术的装置中，导致移动站与基站之间的数据传输不是无故障的问题是，因这种情况中接收设备可能误解由发送设备发送的控制信息。例如，如果功率控制命令是1(可能重复编码的)比特，其值可能由于出现在无线电连接中的干扰而改变为相反值，在这种情况中将使其发送功率进行调整的设备误解增加发送功率的命令并减少其发送功率，或反之亦然。总之，能假定误解接收的控制信息的概率是信道质量的降低函数，此信道质量例如利用SIR值来描述。
本发明的目的是引入一种方法和系统，从而能在宏分集连接和一个移动站与一个基站之间的连接中减少有关控制信息接收的问题。本发明的另一个目的是：根据本发明的方法和设备的实施不要求固定网络设施之间或基站与移动站之间的非合理数量的传信。本发明的还一目的是从而能有效地利用无线电资源。
本发明的这些目的的通过给基站和/或移动站提供以不同于要发送的实际数据的功率发送属于控制字段(例如，导频字段、功率控制字段和RI字段比特)的信息的可能性来达到。每个控制字段可以具有它自己的发送功率，将此发送功率定义为绝对功率值或定义为它与某一其他字段之间的功率差。另外，必须生成一个合适的通用功率控制系统来控制与控制信道有关的数据的发送功率。所述的与控制信道有关的数据在这特指涉及内环路控制的功率控制命令，也指与无线电连接的实际安排有关的其他数据。
根据本发明的方法可用于在包括第一设备与第二设备以及其间的双向数据传输连接的数据传输系统中控制发送功率，其中第一设备发送用户数据给第二设备，并且第二设备发送用户数据和控制信息给第一设备。此方法的特征在于，它包括以下步骤：
确定第一发送功率电平、第二发送功率电平和第三发送功率电平，和
通过将所述第一发送功率电平用于用户数据字段的发送、将所述第二发送功率电平用户第一控制信息字段的发送并将所述第三发送功率电平用于第二控制信息字段的发送，来从第二设备发送数据帧给第一设备。
本发明还涉及蜂窝无线系统中的移动站和基站，所述站的特征在于，假定它们在上述的方法中起作第一或第二设备的作用。
根据本发明，能通过以高于或低于属于同一帧的某一其它字段的比特的功率发送属于给定的控制字段的比特，来调整接收控制信息的可靠性。当找到用于控制字段比特的最佳发送功率时，接收控制信息的可靠性已达到所需电平，并且系统中的总干扰保持为尽可能低。自然地，发送功率的增加改善接收的可靠性，并且发送功率的降低相应地削弱可靠性。
最好根据接收设备怎么可靠地解释它们，或假定有多少质量削弱干扰出现在无线电连接中，来选择控制字段比特的发送功率。另一方面，也能根据在相同或相反传输方向中接收与发送设备之间所测量的连接质量来调整控制信息的不同部分的发送功率。例如，涉及下行链路连接的功率控制命令的发送功率能根据同一帧中包含的其余比特的发送功率来改变，如果上行链路连接质量不必好或太坏的话。以类似的方式，如果上行链路连接质量严格与目标电平一致，涉及下行链路连接的功率控制命令的发送功率能相对包含在同一帧中的其余比特的发送功率进行减少。在那种情况中，该连接质量一般利用SIR值来描述。
上述RI比特的发送功率相对包含在同一帧中的其余比特的发送功率的增加改善了由接收机执行的RI比特解释的可靠性，在这种情况中接收机能利用较高的概率正确处理属于此帧的数据比特。导频比特与数据比特之间的功率差能根据描述在给定测量时间期间导频比特平均连接的连接质量的量值怎么好来进行调整。导频比特发送功率的增加主要目的在于改善信道估算(和SIR估算)的可靠性。
单独对于每个控制字段的发送功率的控制改善了无线电资源的使用效率，这是因为不将不必要的高功率用于发送这样的控制命令和其他控制信息，这些控制命令和其他控制信息即使在以较低功率发送时也能以足够的可靠度来接收。
下面通过参考附图举例描述一些最佳实施例更详细地解释本发明，其中：
图1表示下行链路连接中的帧结构；
图2表示上行链路连接中的帧结构；
图3表示根据本发明的方法的许多功能选择；
图4表示根据本发明的移动站；
图5表示根据本发明的基站；和
图6表示其中能应用本发明的蜂窝无线系统的一部分，
特别有益地，本发明能应用于未来的UMTS(通用移动电信系统)，并因此在下面简单解释如何在UMTS中实现内功率控制环路。然而，本发明不限于UMTS应用，并且本发明能用于在移动站与基站之间发送与接收功率控制命令和/或类似控制信道信息的所有蜂窝无线系统。作为这样的系统的一个示例，指出IS-95移动电话系统，在此系统中在数据中以伪随机刺刻(puncture)功率控制命令。在那种情况中，在根据本发明的方法中，控制比特发送功率与数据发送功率的比率根据应怎么可靠地接收控制信息来进行调整，通过增加控制比特发送功率与数据发送功率的比率来获得高的可靠性。
图1表示下行链路连接中的超帧101，所述超帧包括72个连续帧102，更详细地表示第J帧103如何划分为16个时隙104，以及第i时隙105如何划分为导频字段106、功率控制字段107、RI(速率指示)字段108和数据字段109。从本发明的观点来说，虽然功率控制字段107中有益数量的比特以下面将解释的方式波动，但单独字段的长度不重要。根据标准建议，整个时隙105的长度是0.625ms并且它包括20□2K个比特，其中参数K∈[0.6]与所采用的扩展因素有关。字段106、107与108一起构成用于下行链路连接的DPCCH(专用实际控制信道)，并且数据字段109构成用于下行链路连接的DPDCH(专用实际数据信道)。在图1的情况中，本发明特别涉及控制包含在导频字段106、功率字段107与RI字段108中的比特的发送功率。相应的导频字段、功率控制字段和RI字段包含在超帧的每个帧的每个时隙中，但本发明不要求所有导频字段、功率控制字段和RI字段的所有比特应以相同方式来使用。
图2表示上行链路连接中相应的安排。甚至在这，超帧长度是720ms，并且它包含72个连续帧202。在包含在更详细表示的第J帧203中的时隙204之中，特别示出第i时隙205，在此时隙205期间同时并且并行发送DPCCH部分206和DPDCH部分207，所述部分利用代码分割相互分开，即在发送DPCCH部分206时使用不同于发送DPDCH部分207的扩展码。前一部分包含导频字段208、功率控制字段209和RI字段210。本发明特别涉及包含在导频字段208、功率控制字段209与RI字段210中的比特的使用。以类似于下行链路连接情况中的方式，相应的导频字段、功率控制字段和RI字段包含有超帧的每个帧的每个时隙中，但本发明不要求所有导频字段、功率控制字段和RI字段的所有比特应以相同方式来使用。
在数据信道与控制信道之间，可能存在恒定幅度的功率差，利用此能补偿不同扩展因素对于接收码元能量比率的影响。总之，在上行链路连接中，控制信道(在UMTS应用中是DPCCH信道)的发送功率低于数据信道(DPDCH信道)的发送功率，这是因为在上行链路连接中控制信道的扩展因素一般高于数据信道的扩展因素。在UMTS中，芯片速率是4.096Mchip/S，并且如果我们例如观察上行链路DPCCH信道的比特速率是16Kb/s和DPDCH信道的比特速率是32Kb/s并且接收的信道码元能量的比率应保持为相同的情况，数据信道必须以双倍于控制信道的发送功率发送，这是因为它的扩展因素(128)是控制信道的扩展因素(256)的一半。
总之，在上行链路连接中，在DPDCH信道的比特率超过32Kb/s时，由基站接收的DPCCH信道与DPDCH信道的信道码元能量的比率(扩展因素的比率)分别高于DPCCH信道与DPDCH信道的发送功率比率。在那种情况中，利用比特数(或利用比特率)划分的上信链路连接的DPCCH信道中的比特发送功率高于利用比特数(或利用比特率)划分的DPCDH信道的发送功率，在这种情况以高于数据比特的能量接收控制信息比特(DPCCH信道的比特)。
根据本发明，功率差不仅限于在图4与图2中利用字段106、107、108、208、209与210表示的各个字段中不同的信道，而且限于信道内，要发送的比特的发送功率能具有不同的值，并且能随时或甚至在给定的连接期间调整发送功率。
根据本发明的最佳实施例，上行链路连接内所需的DPCCH信道与DPDCH信道的信道码元能量比能根据上行链路或下行链路连接质量进行调整。所述质量利用某一测量的或估算的例如SIR值的特征来描述。在提到增加或减少控制信道(或其中一部分)与数据信道之间的发送功率差时，有必要考虑所述功率可能的原始值，这个值随后进行调整。
本发明包括大量的功能与实施的可选方案。所述可选方案的相互关系表示在图3中，图3分为5个子图3a、3b、3c、3d和3e。在由所述子图形成的总图中，上下安排这些子图，以致最上面是子图3a，而最下面是子图3e。表示在附图中的功能的可选方案以分级顺序进行安排即在给定的较高级功能下面，有给定数量的下一最高级的功能，其中部分功能能是相互替换的。直接与同一个较高级功能有关的给定的较低级功能之间的可选特性利用表所述功能的模块的左上角中的点或十字形记号来表示。例如，观察子图3b中所示的功能333，在此功能下面有较低级功能334、335、336、337和338。除此之外，功能334与335是相互可替换的(点)，并且功能336与337是相互可替换的(十字形)。描述功能分级顺序的线从一个子图继续至另一个子图，并且在子图之间的接缝处，给所述线标上代码字母和数字。例如，位于子图3a左边沿上的向下方向的线A1在点A1上在子图3b的顶部边沿上继续。功能317、321、322、323、324和325是要以这个顺序执行的较变功能部分，这利用所述功能之间所画的箭头来表示。
模块301代表本发明的概念，根据本发明概念，控制字段的发送功率能选择为相互不同，并且也不同于数据字段的发送功率。由于在图3中我们特别观察本发明如何应用于UMTS系统中，在此系统中帧中的控制字段与数据字段的位置对应图1和2，并且功率控制命令302的发送功率的选择、RI比特发送功率371的选择和导频比特发送功率383的选择设置在模块301中。现在让我们观察功率控制命令的发送功率的选择。
为了根据本发明方法选择给定字段的发送功率，有三种可选方式。第一可选方式303是：在系统规范中永久定义给定的字段(而在模块302的标题中：功率控制字段)与数据字段之间发送功率的功率差。虽然这在最少复杂性方面是有益的，但这不是使系统适应改变条件的最佳可能的方式。第二可选方式304是：无线电网络控制器RNC决定每种情况中采用的给定的(功率)控制字段的发送功率与数据字段的发送功率之间的功率差。术语“无线电网络控制器”一般指包括在网络固定部分中的设备，所述设备控制包含n个基站子系统中或蜂窝无线系统的某一部分中的无线电资源的使用。第三可选方式365是：每个基站独立确定单独字段中发送功率差。根据可选方式304将进行决定处理集中于无线电网络控制器与基站集中进行决定的方式365相比尤其从宏分集连接观点来说是有利的，这是因为在前一种情况中无需特定机构来在基站之间发送功率控制信息。
在可选方式304中，让我们单独观察要在下行链路方向305中发送的功率控制命令和要在上行链路方向350中发送的功率控制命令。在下行链路情况中，根据模块306，参与宏分集连接的基站能在功率控制命令与数据字段之间采用不同的发送功率的功率差是有利的。根据模块307，能以规则间隔调整功率差，例如每当在连接308中(根据内环路)执行实际功率控制或利用某一控制频率309调整功率差，本发明不限制多长时间应调整功率。规则性在此不表示严格的规则性，而且功率控制命令的功率控制频率能是灵活的，例如能根据此系统容量的一部分多大来为此分配功率控制频率。
在功率控制命令发送中采用的功率的表示式为简洁起见称为功率差的表示式，这是因为一个非常有利的实践是仅表示功率控制命令与数据之间的发送功率差，而不表示功率控制命令的任何绝对发送功率值。无线电网络控制器则必须根据模块310指示要在下行链路连接中的功率控制命令发送中采用的功率差给基站，这作为无线网络控制器信令(RNC信令)311或作为网络312的固定部分之间的内部信令部分来完成。所有或一些功率差的信息也能根据模块313最好利用RNC信令314发送给移动站。例如，仅传送形成宏分集连接的每个基站的导频比特字段与数据比特之间的功率差给移动站，在这种情况中有关其余控制信息与数据之间的功率差的信息不传送给移动站。在移动站知道不同基站上功率控制命令的发送功率解释时，它能使用所接收的功率控制命令来根据模块315进行信道估算和SIR值的估算。定义下行链路功率差的基础可以是下行链路连接316的质量和/或上行链路连接339的质量。在前一种情况中，由移动站根据模块317通过应用已知的Perch(每个)信道318的SIR值的测量或基站319的距离衰减估算(如果这些是可获得的)来测量连接质量。移动站能根据模块320平均给定时间周期的测量，可选方案是每个测量的值立即通过基站传送给无线电网络控制器，但这将占用移动站与基站之间显著数量的无线电资源。在平均320中，能采用加权，给最新的值加权最多。
从质量测量317开始一系列的动作，所述系列动作的示例实现表示在图3中。根据模块321，移动站传送平均的SIR值(或距离衰减估算)给无线电网络控制器，此控制器找到所传送的值中的最高值并根据模块322将它设置为基准值。此后，根据模块323计算每个宏分会集连接基站的称为距离衰减因素的数量，它是所述基站的下行链路连接的Perch信道的平均SIR值或被基准值除或乘的相应数量。利用距离衰减因素，根据模块324计算每个基站合适的功率差。
例如，假定：宏分集连接包括n个基站，其中n≥1，而且与其下行链路连接有关的并由移动站测量的Perch信道的绝对SIR值(不以分贝为单位)对于基站数1为X1，对于基站2为X2，并且一般对于基站K≤n为XK。我们还假定：所述值中最高值与基站数据1有关的值X1。现在，为基站1设置的功率差是(X1/X1)☆Z，为基站2设置的功率差是(X1/X2)☆Z，并且0一般地为基站为K≤n设置的功率差是(X1/XK)☆Z。在这些功率差计算分式中，Z是在移动站处理与基站的宏分集连接的情况中功率控制命令和数据比特的所需功率差，以致所述基站的下行链路连接中的Perch信道的SIR值或据此计算的平均距离衰减因素相等。现在(根据计算分式)以分为单位基站K≤n的功率控制命令的发送功率是高于数据信道发送功率的10☆log10((X1/XK)☆Z)dB。以这种方式计算的功率差在此能称为基于距离衰减的功率差。具有最高的下行链路连接的SIR值的基站1的功率差在移动站处于与n个基站的宏分集连接中时是10☆log10((X1/X1)☆Z)dB，其中Z的值能例如选择为n。
因此，首先选择参数Z为例如与在移动站和网络之间的宏分集连接中采用的这样的基站数量相同。参数Z的任务是改善功率控制命令的可靠性，这通过增加参数Z的值来达到。例如，如果有三个基站，为Z选择的值能首先是3，但在必要时，能调整参数Z的值，以便在功率控制命令的可靠性不足够好时增加它的值，而在功率控制命令的可靠性(例如，功率控制命令的SIR值)不必好时减少其它的值。
在模块322-324中，基本上从下行链路连接的Perch信道所测量的SIR值中或从其他相应数量中定义功率差。另外，在功率差中根据言框325中所表示程序也能加上每个基站326的各自可靠性边缘或宏分集连接的所有基站的同一可靠性边缘。这种类型的基站方面可靠性边缘能用于控制由宏分集连接中采用的所有基站发送的功率控制命令的发送功率，并用于从而实现功率控制命令的可靠性。总之，可靠性边缘增加改善由移动站接收的功率控制命令的可靠性，并且可靠性边缘的减少降低可靠性。由于可靠性边缘对于不同的基站能是不同的，所以能根据模块327中的数据传送所测量的质量来改善单个基站的功率控制命令的可靠性，此测量根据所述连接中的下行链路328和/或上行链路329数据进行，例如以致如果质量(例如功率控制命令的SIR值或数据的SIR值)已足够好，能减少可靠性边缘，而在其他情况中增加可靠性边缘。如果可靠性边缘要根据基站所经历的上行链路连接的平均质量来调整，增加可靠性边缘是有利的，如果质量(例如，SIR值)不够或太差的话，而在其他情况中减少可靠性边缘是有利的。
能单独使用可靠性界限来确定每个基站的功率控制比特与数据比特的功率差而不考虑基站的距离衰减与参数Z的差，在这种情况中基于距离衰减的功率差是1(0dB)。
调整可靠性边缘和从而根据上行链路连接质量分别调整每个基站的功率差的另一个可选方案基于如下的规则：如果质量足够好(即，例如SIR值的质量因素值超过给定的上限)，增加可靠性边缘，并且如果质量太差(即，质量因素值下降低于小于或等于上限值的给定的下限)，减少可靠性边缘，而如果上行链路连接质量既不太好也不太坏(即，质量因素值保持在上限与下限之间，即在所谓的质量窗口330中)，则可靠性边缘保持不变。一般选择正的可靠性边缘331(例如1dB；322)是有益处的，在这种情况中移动站比在不使用可靠性边缘的情况中更可靠地接收所述基站的功率控制命令。
而且，能根据数据传输速率(比特率)333调整可靠性边缘值，以便生成函数或查找表，此函数或表将所采用的数据传佃速率变换为可靠性边缘值。在那种情况中，要发送的数据的传输速率主要指在涉及功率控制命令的同一数据传方向中的数据传输速率，命令的发送功率差相对数据比特功率进行调整。因此，如果在下行链路连接中发送的功率控制命令的功率差相对下行链路连接的数据比特的功率进行调整，则能根据上行链路连接的数据传输速率调整功率差(可靠性边缘)的值。
本发明不限于根据给定传输方向的数据传输速率控制功率差，而不管调整相对数据比特功率的功率控制命令(或其他控制信息字段)的相对功率的方向如何，都能根据任何方向334、335中发送的数据的数据传输速率调整与功率差有关的可靠性边缘或一般调整整个功率差。最有利地，可靠性边缘是数据传输速率338的增加函数：可靠性边缘的值在数据传输速率增加时增加，并在数据传输速率降低时减少。实际解决方法是将此函数表示为表，数据传输速率值在一列中，而可靠性边缘值在相邻列中(查找表336)。现在能查找与所采用的数据传输速率有关的可靠性边缘值。如果在此表中未找到所讨论的数据传输速率，最接近的值用于插入可靠性边缘值或数据传输速率列中最接近的项用于查找此可靠性边缘值。确定数据传输速率与可靠性边缘值的比率的函数f也能是连续函数337。因而能利用下行链路(和/或上行链路)连接质量和所采用的数据传输速率影响在宏分集连接的每个基站中使用的可靠性边缘值。
还有一个可能性是如上所述以类似于上面描述根据数据传输速率的可靠性边缘控制的方式根据数据传输速率控制参数Z的值。在那种情况中，可靠性边缘不再依赖于数据传输速率。
替代位于模块316下面的上述动作，能根据模块339依据上行链路连接质量控制在下行链路连接中发送的功率控制命令的发送的功率。从这个实施例的观点来说，基本因素是利用在上行链路时隙中完成的传输之后所测量的SIR值340或利用某一相应数据的上行链路连接的描述。此SIR值或相应数量在此上下文中以及在本专利申请描述SIR值的使用的其他上下文中一般能称为质量因素342。除SIR值之外，其他可能的质量因素例如是S/N(信噪比)、S/(N+I)(信号-噪声与干扰比)、BER(误码率)和FER(帧差错率)。除了质量因素之外，或替代质量因素，能使用有关由基站341接收的功率控制命令可靠性的信息；照此，接收的命令或某一其他值的可靠性研究仅是确定连接质量的一种方式。例如通过观察所述命令的接收形式如何定位于值轴上容易获得接收命令的可靠性估算，在此值轴上已知值是确定对应正确接收的所述命令值的那些值。在同一申请人的号为FI-980809的早先专利申请中解释接收命令可靠性的评估，此申请引入在此作为参考。
根据本发明，在下行链路连接中发送的功率控制命令的发送功率和/或与控制信道有关的其他数据(或其发送功率与数据比特的发送功率的比率)甚至可以在属于宏分集连接的每个基站中分开进行控制。在这种情况中，最有利的是首先调整数据比特的发送功率，并随后或作为绝对功率值346或通过定义控制命令的发送功率与数据比特的发送功率之间的功率差为例如分贝值347调整功率控制命令的发送功率和/或与控制信道345有关的其他数据，在这种情况中功率控制命令的发送功率不必依赖于数据比特发送功率。在开始时，功率差能通过将它设置为例如0dB、+3dB或-3dB来进行初始化。功率差0dB表示发送功率值相等，3dB表示功率控制命令和/或与控制信道有关的其他数据的发送功率是数据比特的发送功率的两倍，在这种情况中更可靠地接收以较高比率发送的比特，而功率差-3dB表示控制命令和/或与控制信道有关的其他数据的发送功率是数据比特发送功率的一半。此后，功率差能利用无线电资源控制信令以规则间隔连续进行调整，或能复位349为无线电网络控制器所希望的功率差目标值。
尽管功率控制命令的发送功率的调整，移动站接收在下行链路方向中利用起伏可靠性电平发送的功率控制命令在宏分集连接中从具有不同可靠性电平的各个基站中接收功率控制命令。根据本发明的先进实施例，有可能要求指示发送功率减少的命令必须足够可靠地在移动站中接收，以使移动站减少其发送功率。所应用的可靠性测量又能是上述的给定轴上所接收的命令形式的位置，其中已知点是正确接收的所述命令值。另一个可能的可靠性测量是SIR值或描述连接质量的相应特征，以致如果为数据比特或功率控制比特所估算的SIR值或相应值超过给定的预定目标电平，此功率控制命令解释为可靠的。在其他情况中，功率控制命令解释为不可靠的。
与一个基站有关的功率控制命令所要求的最小可靠性仅表示移动站不服从它解释为不可靠的这样的功率控制命令。在宏分集连接中，能要求必须以给定的可靠性电平接收每个功率控制命令，以便每个功率控制命令接受为此移动站据此控制其发送功率的算法的输入信息。例如，假定：此移动站与两个基站处于宏分集连接中。第一基站发送一个命令给此移动站，以增加其发送功率，并且此移动站利用比最小电平更好的可靠性电平接收所述命令。第二基站发送一个命令给此移动站，以减少发送功率，但此移动站利用比最小电平更差的可靠性电平接收此命令。由于不执行由第二基站发送的并解释为不可靠的命令，所以此时此移动站增加其发送功率。
现在让我们来观察选择要在上行链路方向中发送的功率控制命令的发送功率的有益实施例。在图3中，这个观察位于模块350中。我们还假定：由无线电网络控制器完成功率差的决定，在这种情况中此控制器必须最好作为RNC信令351发送决定信息给移动站，并作为RNC信令353或作为网络354的固定部分的内部信令发送决定信息给基站352。当基站知道移动站中功率控制命令的发送功率时，它能利用接收的功率控制命令进行信道估算和用于估算SIR值355。
所采用的影响上行链路连接中发送的功率控制命令的发送功率选择的上行链路连接(356)的质量因素值可以是给定周期363的平均值或与正好前一时隙362有关的一个值。如果质量因素是控制信道的或数据信道357的SIR值，根据本发明，功率控制命令的发送功率控制中所采用的质量因素极限值和/或与控制信道有关的其他信息可与是(由外功率控制环路，即所谓的质量环路给定的)整个连接358的共用SIR值目标电平的值相同。另一个可能性是采用由质量环路给定的高于或低于给定边缘数量的连接的SIR目标电平的一个值。一般选择这个可靠性边缘为正是有益，即保持在调整涉及下行链路连接的功率控制命令的发送功率和/或与控制信道有关的其他信息的发送功率中采用的描述连接质量的极值高于在此连接的数据传输中采用的目标电平是有益的。此质量因素值由基站364测量并传送给RNC。在其网孔中，基站能根据模块365进行有关功率控制命令的发送功率的独立决定。现在网孔内，在较小规模上应用基本上与上述的有关基站子系统程序的相同，其中由无线电网络控制器进行此决定。在下行链路连接366中，基站集中进行决定自动导致不同发送功率值367在属于不同基站的网孔中用于发送功率控制命令的情形。
根据本发明调整的控制信息发送功率即在UMTS中DPCCH信道的不同字段的发送功率必须不超过总的功率控制动态368的极限值，即不超过最高允许的发送功率，也不低于最低允许的发送功率。除此之外，限制控制比特(DPCCH的比特)的发送功率是有益的，以致控制信道中每个字段的发送功率值或多或少与同一时隙中发送的DPDCH信道369的发送功率值相联系。例如，DPCCH信道字段的发送功率能限制在一个间隔中，在此间隔中下限是同一时隙中使用的DPDCH的发送功率的一半，而上限是同一时隙370中使用的DPDCH的发送功率的5倍。例如，通过实验能找到其他下限与上限。
接下来，将更详细解释如何根据本发明的有益实施例控制尤其在发送RI比特时的发送功率。在图3中，观察模块371。在控制RI比特的发送功率时，能应用与控制功率控制命令的发送功率中相同的原理，这利用位于模块371下面的一般模块来表示并利用三个点来标记。一般模块372代表与功率控制命令的发送功率调整有关的所有模块303-324，一般模块374代表模块326-330，并且一般模块379代表模块334-336和言框339-370。
RI比特的发送功率在根据本发明的方法中能不同于功率控制命令的发送功率。在一个宏分集连接基站中RI比特与功率控制比特之间的功率差例如能是以下事实引起的：RI比特和功率控制比特的功率与数据比特动率的关系根据宏分集连接的基站的距离衰减估算或相应数量和/或根据基站与移动站之间的连接以相同方式进行计算，除了RI比特与数据之间的功率差的可靠性边缘373不同于功率控制比特与数据之间的功率差的可靠性边缘。与RI比特的数据比特之间功率差有关以及与功率控制比特和数据比特之间功率差有关的可靠性边缘例如能以不同的方式取决于要发送的数据的数据传输速率377。要加在功率控制命令与数据比特之间功率差中的可靠性边缘(通常独立于连接质量)和数据传输速率之间的函数f在模块380中能是不同于要加在RI比特和数据比特之间功率差中的可靠性边缘与数据传输速率之间函数g的函数。以与控制功率控制命令与数据比特之间功率差相同的方式，并且也在控制RI比特与数据比特之间功率差中，不必观察基于距离衰减的功率差(即，既不观察基站距离衰减估算之间的差或类似数量，也不观察参数Z的值)，但宏分集连接的各个基站中采用的功率差能直接根据可靠性边缘来定义，在这种情况中这样的可靠性边缘能称为功率差。
一般地，函数f，即数据传输速率和与功率控制命令和数据比特之间的功率差有关的可靠性边缘之间的函数的值最好对于每一个数据传输速率值选择为至少等于或大于函数g的值，即数据传输速率和与RI比特和数据比特之间的功率差有关的可靠性边缘之间的函数的值。这是由于功率控制命令的高可靠性要求和保持与RI比特和数据比特之间功率差有关的可靠性边缘相当窄通常是合理的事实，因为如果没有很好地接收数据，正确接收的RI比特不必具有任何大值，这在模块376中利用接近0dB的可靠性边缘来表示。与低数据传输速率有关的函数g的值自然能高于函数f的值，但选择函数f以使其任何点上(数据传输速率值上)的增长率高于函数g的增长率，即函数g以慢于函数f的比率增长仍然是有利的。
在上面说明中有关控制RI比特的发送功率与数据比特的发送功率之间功率差所描述的几乎完全能应用于模块383中控制导频比特与数据比特之间的功率差，这利用一般模块384(对应模块303-324)、一般模块386(对应模块326-338)和一般模块388(对应模块339-370)来表示。图3所示的唯一差别是与导频比特和数据比特之间功率差有关的可靠性边缘值根据模块387一般是好选择为高于与RI比特和数据比特之间功率差有关的可靠性边缘值。另一方面，本发明中没有阻止RI比特的发送功率与数据比特的发送功率之间的功率差大于导频比特的发送功率与数据比特的发送功率之间的功率差。导频比特的发送功率的可靠性边缘能根据与RI比特的发送功率的可靠性边缘和功率控制命令的发送功率的可靠性边缘相同的原理进行调整，但所有这些可靠性边缘能具有不同的大小。在蜂窝无线系统中，正确接收导频比特的可靠性要求高，并因此(至少在导频比特也属于的控制信息和数据比特在时间上分开的下行链路连接中)以高于同一功率控制时隙的数据比特的功率发送导频比特一般是有利的，在这种情况中改善信道估算的可靠性和准确性。
图4是蜂窝无线系统中移动站400的示意图，所述移动站包括发送分支中的话筒401、放大器402、A/D变换器403和发射机404以及接收分支中的接收机411、D/A变换器412、放大器413和扬声器414。发送与接收分支以及天线409之间信号的传送由双工模块408控制。最好利用微处理器来实现控制模块405，从此微处理器中提供至显示器406与键盘407以及存储器410的连接，在存储器410中存储由微处理器405运行的程序，并且存储器410在操作期间用作数据存储器。为了将本发明应用于图4所示的移动站，必须提供发射机模块404，以便在由A/D变换器403产生的代表用户语音的比特流和由控制模块405产生的控制信息流在所述发射机模块中传送时，发射机模块能应用不同的发送功率值来发送代表用户语音的比特流和所需部分的控制信息流。为了实际使用本发明，也必须提供控制模块405和接收机模块411，以便包含在接收的无线电资源，控制信令中的有关发送功率指标的通知能发送给控制模块，并根据所述信息，控制模块能控制发射机模块404中采用的功率控制命令的发送功率。
图5是基站500的示意图，基站500包括天线501和利用双工模块502的中介连到天线501的发射机/接收机单元503，通过单元501还经过路径504提供至控制模块505和至发送单元506的连接；利用所述单元506的中介，基站500连到传输系统507，连接基站子系统的基站和基站控制器/无线电网络控制器。为了将本发明应用于根据图5的基站，必须提供发射机/接收机单元503中的发射机模块，以便在要发送的数据通过路径504从发送506进入发射机模块并且与控制信道有关的信息以及与发射机模块中采用的发送功率值有关的信息通过路径504从控制模块505进入发射机模块时，发射机模块能在发送要发送的数据比特和与所需的控制信道有关的信息比特时采用所需的功率电平。为了采用本发明，也必须提供控制模块505、发射机/接收机单元503的发送单元506与接收机模块，以便通过路径504有关包含在从传输系统中接收的无线电资源控制信令中的发送功率的指标的信息能发送给控制模块，并且控制模块能根据所述信息改变在发射机/接收机单元503的发射机模块中采用的功率控制命令的发送功率以及其他控制信息的发国率。
图6表示蜂窝无线系统中的部分600，其中移动站601与网络602之间的宏分集连接通过基站603与604以及无线电网络控制器605。这里，我们假定：无线电网络控制器605也用作基站控制器，也有可能将无线电网络控制器与移动交换中心或网络的某一固定设备连接。在特别适于应用于此系统的本发明优选实施例中，无线电网络控制器605将根据本发明的功率控制指标传送给基站603与604，并通过基603瑟604利用无线电资源控制信令将此指标传送给移动站601。在那种情况中，除了上面所述的之外，必须提供无线电网络控制器605来结合本发明的各个优选实施例进行和表达上述的有关功率控制的决定。

Claims (25)

1.一种用于控制数据传输系统中发送功率的方法，所述数据传输系统包括第一设备和第二设备以及第一与第二设备之间的双向数据传输连接，其中第一设备在数据信道上发送用户数据给第二设备，并且第二设备在数据信道上发送用户数据给第一设备并在控制信道上发送控制信息给第一设备，而且在包括对应于数据信道的用户数据字段和一起对应于控制信道的至少第一与第二控制信息字段的帧中安排传输，其特征在于此方法包括以下步骤：
确定第一发送功率电平、第二发送功率电平和第三发送功率电平；和
通过将所述第一发送功率电平应用于用户数据字段的传输、将所述第二发送功率电平应用于第一控制信息字段的传输和将所述第三发送功率电平应用于第二控制信息字段的传输，从第二设备发送一帧给第一设备。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述第二与第三发送功率电平相等并且不同于所述第一发送功率电平，利用一个发送功率电平对应于数据信道的传输，并利用另一个发送功率电平对应于控制信道的传输。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述第二与第三发送功率电平不相等，利用相互不同的发送功率电平对应于数据信道的至少两个控制信息字段的传输。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，此方法另外包括以下步骤：
检测第一设备与第二设备(316，339，356)之间连接的质量因素，和
根据所检测的第一与第二设备之间的质量因素相对所述第一发送功率电平调整所述第二和第三发送功率电平(304，365)中至少一个发送功率电平。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，调整所述第二和第三发送功率电平中至少一个发送功率电平的步骤包括以某一种方式调整所述第二发送功率电平和根据同一检测的质量因素以不同的方式调整所述第三发送功率电平的子步骤。
6.根据权利要求4的方法，其特征在于，在包括移动站及许多基站和控制其操作的无线电网络控制器的数据传输系统中，此方法包括以下步骤：
检测移动站与基站之间连接的质量因素，
传送代表所检测的质量因素的值给无线电网络控制器，
在无线电网络控制器中决定根据所述传送的值调整第二与第三发送功率电平中至少一个发送功率电平，
传送代表所决定的发送功率电平调整的功率控制信息给所述基站与所述移动站中的至少一个，和
根据所述传送的功率控制信息在所述基站与所述移动站中至少一个站中实施所决定的发送功率电平的调整。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，在所述基站与所述移动站之间给定的连接期间，重复检测质量因素，并且作为对检测质量因素的每一种情况的响应，无线电网络控制器进行有关发送功率电平的新决定(307)。
8.根据权利要求6的方法，其特征在于，将基站使用的至少一个调整的发送功率电平报告给移动站(313)。
9.根据权利要求6的方法，其特征在于，无线电网络控制器根据所检测的基站与移动站之间下行链路连接的质量进行有关由基站使用的第二与第三发送功率电平中至少一个发送功率电平的决定(316)。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于，此方法包括以下步骤：
在移动站上检测基站与移动站之间下行链路连接的质量(317)，
由移动站报告所检测的下行链路连接的质量给无线电网络控制器(321)，
在无线电网络控制器上计算由所述基站使用的初始调整的发送功率电平(322，323，324)，
在无线电网络控制器上将可靠性界限(325)加到初始调整的发送功率电平以获得最后调整的发送功率电平，和
传送最后调整的发送功率电平给基站。
11.根据权利要求9的方法，其中还采用宏分集连接，其中在由无线电网络控制器控制的基站之中，具有第一和第二基站，第一和第二基站同时处于与同一个移动站的数据传输连接中，其特征在于，此方法包括以下步骤：
在移动站上检测第一基站与此移动站之间和第二基站与此移动站之间的下行链路连接的质量(317)，
由移动站报告所检测的下行链路连接质量给无线电网络控制器(321)，
在无线电网络控制器上选择描述更好的报告连接质量的报告质量作为基准值(322)，
在无线电网络控制器上通过计算所报告的有关那个基站的质量与所述基准值之间的比率来计算每个基站的距离衰减因素(323)，
在无线电网络控制器上通过将所述距离衰减因素乘以未调整的第二或第三发送功率电平分别与第一发送功率电平的比率，来分别为每个基站计算由那个基站使用的第二与第三发送功率电平中至少一个发送功率电平相对由那个基站使用的第一发送功率电平的关系(324)，
在无线电网络控制器上将可靠性界限加到所计算的第二或第三发送功率电平(325)，和
传送如此获得的最后调整的发送功率电平给基站。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，对于每个基站分别进行确定所述可靠性界限的大小(326)。
13.根据权利要求11的方法，其特征在于，根据在所讨论的连接中采用的数据传输速率选择所述可靠性界限的大小(333)。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于，所述可靠性界限的大小是数据传输速率的增加函数(338)。
15.根据权利要求6的方法，其特征在于，无线电网络控制器根据基站与移动站之间所检测的上行链路连接质量进行有关由基站使用的第二与第三发送功率电平中至少一个发送功率电平的决定。
16.根据权利要求6的方法，其特征在于，无线电网络控制器首先决定由基站使用的第一发送功率电平，并随后相对所决定的由所述基站使用的第一发送功率电平，决定由所述基站使用的第二与第三发送功率电平中至少一个发送功率电平(345)。
17.根据权利要求6的方法，其特征在于，无线电网络控制器根据所检测的基站与移动站之间上行链路连接质量进行有关由移动站使用的第二与第三发送功率电平中至少一个发送功率电平的决定(356)。
18.根据权利要求4的方法，其特征在于，所检测的质量因素是以下之一：SIR，S/N，S/(N+1)，BER，FER或接收值的可靠性的估算。
19.根据权利要求1的方法，其特征在于，在第一设备同时处于与主第二设备和辅助第二设备的数据传输连接中的宏分集连接中，此方法包括下以步骤：
分别为所述主和辅助第二设备确定所述第一、第二和第三发送功率电平；
通过采用为主第二设备确定的第一、第二和第三发射功率电平从主第二设备发送一帧给第一设备，并通过采用为辅助第二设备确定的第一、第二和第三发送功率电平从辅助第二设备发送一帧给第一设备(306)。
20.根据权利要求1的方法，其特征在于，限制第一、第二和第三发送功率电平的确定，以使这些发送功率电平的每个至少总是与数据传输系统中预定义的最小允许的发送功率电平那样高，并且至多与数据传输系统中预定义的最高允许的发送功率电平一样高(368)。
21.根据权利要求1的方法，其特征在于，还限制第二与第三发送功率电平的确定，以使这些发送功率电平的每一个至少总是与和被给定的第一因素相乘的第一发送功率电平一样高，并且至多与和被给定的第二因素相乘的第一发送功率电平一样高(369，370)。
22.根据权利要求1的方法，其中数据传输系统包括移动站与基站，使第一设备是移动站，而第二设备是基站，并且控制信息包括由基站发送给移动站的功率控制命令，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在移动站上估算从基站接收的至少大多数功率控制命令的可靠性；和
在调整它自己的发送功率时，在移动站上仅观察其估算的接收可靠性超过预定的最小可靠性的这样的功率控制命令。
23.根据权利要求22的方法，其特征在于，移动站通过估算接收的SIR值来估算接收的功率控制命令的可靠性，在这种情况中所述预定的最小可靠性对应于预定的SIR值。
24.一种蜂窝无线系统移动站(400)，包括用于发送要发送的数据和控制数据给基站的装置(404，408，409)，和用于从基站接收发送的数据与控制数据的装置(409，404，118)，其特征在于，此移动站被提供用作如上面权利要求1所述的方法中的第一或第二设备。
25.一种蜂窝无线系统基站，包括用于发送要发送的数据与控制数据给移动站的装置(503，502，501)，和用于从移动站中接收要发送的数据与控制数据的装置(501，502，503)，其特征在于，此基站被提供用作如上面权利要求1所述的方法中的第一或第二设备。
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