CN100456661C - 用于码分多址系统的传输功率控制系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种传输功率控制法应用于一码分多址的通讯系统，其中该系统在一基站与多个行动台之间进行通讯，该方法包含下列步骤：传送一上行功率，该上行功率由该多个行动台到该基站；接收并且测量该上行功率，其中该上行功率来自多个行动台的一且以对该基站有不同的信噪比的要求；采用一演算法以收敛来自多个行动台的该上行功率；以及计算并由一功率调整因子来调整该功率，该传输功率控制法只需要在基站知道部分信息且可以因为适当原理对行动台达到不同的信噪比的要求，此外，本发明的传输功率控制法不仅可以快速地收敛，并且可以使传送功率在一合理的范围内。

Description

用于码分多址系统的传输功率控制系统与方法

技术领域

本发明涉及一码分多址(code division multiple access)系统，特别是一多媒体的直接序列(direct-sequence)的码分多址系统，使用一完全分散上传功率控制方法。

背景技术

在一码分多址系统中，多个行动用户分享相同频带去与单一的基站做通讯。因此，举例来说，若行动台A与行动台B传送调变后的弦波讯号至该基站时，由行动台B传送的该讯号(不见得被接收)会干扰到由行动台A传送的该讯号(不见得被接收)，且行动台A与基站之间的通讯已被建立。该干扰的程度依赖该基站所接收到的讯号(不见得被接收)而定。如果干扰的程度对变大至一些特定位准(level)，在行动台与基站之间的通讯将变成不可能。

如果每一个行动台的传输功率可以被控制到总是限制在基站的该讯号位准到一最小且接受的功率，则由该基站所能通讯的最大通道容量将是可能的。该传输功率愈是远离最小需要且可接受的功率，则该基站所能通讯的通道容量将愈少。

当码分多址的行动通讯系统的传输功率控制，一IS-95传输功率方法已被熟知且叙述在TIA/IA/IS-95系统，亦即一被北美洲所采用的数字蜂巢(digital cellular phones)标准系统。该IS-95传输功率方法将叙述如下。

由于双向通讯在蜂巢式系统中是必须的，即一上传的移动通道与一下传的移动通道被使用于该基站与该行动台之间的通讯。该上传的移动通道是一种将资料由行动台传送到基站的通道，而该下传的移动通道是一种将资料由基站传送至行动台的通道。

现参照图1，其指出一行动通讯网络的结构图。一公共交换电话网络200连结至一固定终端201，比如说一电话机或一行动通讯网络202。该行动通讯网络202连接至多个基站203a、203b，而每一基站203在其所服务的小区内经由无线电通道而与行动台204a、204b作通讯。

现参照图2，其指出一码分多址的通讯系统图，其中该系统包含了一行动台10、一基站20，一上传(反向链)30，该上传表示由行动台10到基站20的电磁波通讯连结通道，以及一下传(顺向链)40，该下传表示由基站20至行动台10的电磁波通讯连结通道。

一种用以在码分多址的通讯系统中控制干扰的位准的方法由功率控制，亦即，该功率由行动台10传送到基站20时(上传、反向链)或该功率由基站20传送至行动台10时(下传、顺向链)，是皆受控制或可变的。因为所谓的“近/远”问题，功率控制在上传(反向链)被要求。该问题发生在：当一行动台靠近一基站会经历或遭受到相当低的功率传播损失，因此该基站会看到来自行动台的一相当高准位的功率，反之当一行动台远离一基站会经历或遭受到相当高的功率传播损失，因此该基站会看到来自行动台的一相当低准位的功率。对于上传的功率控制被使用到控制指挥该靠近或远离的行动台以减少或增加至该基站的传送功率，此即熟知的技术。

见于颁给Edwards等人的美国专利第6,216,010号，其标题为“对固定式无线接取的上传功率控制”，揭示该上传功率控制用于固定式无线接取通讯网络。本发明中，一射频通讯上传功率控制系统其中介于外部台(outstation)与基站之间的距离信息相关于信道损耗，该信道损耗利用一功率控制演算法，因而该讯号功率传送可被理想化地控制。该发明提供一功率控制策略，该策略不只适合于所有的信道损耗，而且适合于元件的个别损失。所有的信道损耗由接受到的讯号功率与传送出的讯号功率(该传送出的讯号功率讯号被编码且被接受台所知)间的差异计算而得。

见于颁给Tsunehara等人的美国专利第6,307,844号，其标题为“码分多址系统及其传送功率控制方法”，揭示一用于执行单一方向通讯的码分多址行动通讯系统的上传通道传送功率控制方法。一基站测量由每一行动终端机于每一通道所传送的资料的接收位准，并且产生每一上传交流通道的传送功率控制讯号；该传送功率控制讯号是多路传输且一般的多路传输传送功率控制讯号由使用一般行动终端机的通道分享被传送到所有的行动终端机。每一个行动终端机从被接收的一般传送功率控制讯号中取得该终端机所使用的上传交流通道的传送功率控制讯号，并且控制该讯息包的传送功率。

另外，功率控制规划表是集中的或分散的依赖其控制的本质(nature of control)。对于集中式控制，该基站具有连结增益的完整知识，以决定每依各行动台的功率调整，但对于分散式机构，该基站仅具有接收功率(比如说，信噪比)的部分信息(local information)。许多文献探讨到用于分频多工接取及分时多工接取系统的分散式功率控制法是假设在所有行动台皆有相同要求的信噪比的门限下，着重于研究功率控制过程的收敛速度。

在吴坤在IEEE Trans.On Vehicular Technology，pp.1424-1429，Vol.49，No.4，July 2000所发表“码分多址小区式行动系统中传输功率特性”的论文中，吴先生首先提出一个扩充自他的研究结果的方式，该方式可在码分多址系统中决定出集中是功率控制的合理的解答，另外进一步提出一个分散式功率控制演算法，该法用于具有不同信噪比的要求门限的多媒体直接序列的分频多工接取系统。

对于具有不同信噪比的要求门限的多媒体直接序列的分频多工接取系统，由参考吴先生所提出的分散式功率控制演算法的功率调整公式如下：

$P_i^{(n+1)}=c^n\frac{{\mathrm{\β}}_i}{{\mathrm{\γ}}_i^{\left(n\right)}}{P}_i^{\left(n\right)}$

其中P_i ⁽ⁿ⁾是第i个行动台在第n次迭代中的传送功率，β_i是第i个行动台在基站中的最小信噪比的要求门限，γ_i ⁽ⁿ⁾是在第n次迭代中所接收到第i个行动台的信噪比，c⁽ⁿ⁾是功率控制因子且 $\frac{1}{c^{\left(n\right)}}=P_{\max }^{\left(n\right)}$ 是在所有小区中在第n次迭代中的行动台的最大传送功率。再每一次迭代中，行动台i将由

调整其功率，其中

是来自基站的信息。由数值分析的结果，显示该接收到的信噪比可以由此演算法收敛。然而，该演算法有一缺点：对基站而言，它并不实用于得到最大的功率除非经由上传信号或在所有的小区中更改。

但是，为了实现过去所提的功率控制过程，该基站须知道所有小区中的所有行动台的最大传送功率P_max ⁽ⁿ⁾，因此该法对分散式系统并不实用。

因此，有需要提供一种传输功率控制法应用于一码分多址的通讯系统，其中该方法只需要在基站知道部分信息，且可以因为适当原理对行动台达到不同的信噪比的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提供一种传输功率控制法应用于一码分多址的通讯系统，特别是多媒体的直接序列的码分多址的系统。

本发明的次要目的是提供一种传输功率控制法应用于一码分多址的通讯系统，其中该方法只需要在基站知道部分信息且可以因为适当原理对行动台达到不同的信噪比的要求。

本发明的更次要目的是提供一种传输功率控制法应用于一码分多址的通讯系统，其中该方法不仅可以快速地收敛，并且可以使传送功率在一合理的范围内。

为达上述目的，本发明提供一种传输功率控制法，应用于一码分多址的通讯系统，该系统在一基站与多个行动台之间进行通讯，该方法包含下列步骤：

传送一上行功率，该功率由该多个行动台到该基站；

接收并且测量该上行功率，其中该上行功率是来自多个行动台之一且以对该基站有不同的信噪比的要求；

采用一迭代演算法以得到一收敛的传输功率，该迭代演算法表示了所有N个行动台中的第i个行动台的第n+1次迭代中的传送功率等于一收敛因子乘上第i个行动台的第n次迭代中的传送功率，在此行动台i(1≤i≤N)表示任意的一个行动台，其中在第n次迭代中的该收敛因子等于在第n次迭代中的一功率收敛因子c⁽ⁿ⁾除以一在第n次迭代中的一决定因子ρ⁽ⁿ⁾；

在第n次迭代中的该决定因子ρ⁽ⁿ⁾等于该第i个行动台在第n次迭代中所接收到的第j个行动台的信噪比γ_j ⁽ⁿ⁾除以在基站中对于第j个行动台的信噪比门限要求β_j，其中该第j个行动台为该第i个行动台以外的行动台；

该迭代演算法在第n次迭代中更进一步选择在第n次迭代中的该功率收敛因子c⁽ⁿ⁾去相近于在第n次迭代中的该决定因子ρ⁽ⁿ⁾，亦即 $c^{\left(n\right)}\≈{\mathrm{\ρ}}_i^{\left(n\right)}=\left(\frac{{\mathrm{\γ}}_j^{\left(n\right)}}{{\mathrm{\β}}_j}\right),$ 其中i与j为正整数。且i≠j。

根据本发明的一种传输功率控制法的一特征，其中该迭代演算法在第n次迭代中更进一步选择在第n次迭代中的该功率收敛因子c⁽ⁿ⁾去相近于在第n次迭代中的该决定因子ρ⁽ⁿ⁾，亦即 $c^{\left(n\right)}\≈{\mathrm{\ρ}}_i^{\left(n\right)}=\left(\frac{{\mathrm{\γ}}_j^{\left(n\right)}}{{\mathrm{\β}}_j}\right).$

根据本发明的一种传输功率控制法的一特征，其中该功率收敛因子由所在目标小区中接收到的信噪比的部分信息，以及该信噪比门限要求所决定，也就是，由在此小区中所有基站中的最大值、在此小区中所有基站中

的最小值或在此小区中所有基站中

的平均值来决定。

本发明的一种传输功率控制法的一优点是该方法只需要在基站知道部分信息，且可以因为适当原理(fair principle)对行动台达到不同的信噪比的要求。

本发明的一种传输功率控制法的一优点是该方法不仅可以快速地收敛，并且可以使传送功率在一合理的范围内。

本发明的其他特征与优点将结合附图在具体实施方式中进一步详细描述。

附图说明

图1为一移动式通讯网络的结构图；

图2为一分频多工进接系统的现有技术的表示图；

图3a为根据本发明的实施例的一分频多工进接系统表示图；

图3b为本发明中一显示有19个小区的分频多工进接通讯系统；

图4为根据本发明ρ⁽ⁿ⁾的收敛速度与不同的M值的结果图，该结果是使用部分的最大、最小及平均因子；

图5为根据本发明的传输功率的变动准位图，该结果是在M＝7使用不同的功率收敛因子；

图6为根据本发明的传输功率的变动准位图，该结果是在M＝9使用不同的功率收敛因子。

图号说明

10  行动台              20    基站       100  基站

30  一上传(反向链)      40    一下传(顺向链)

110、120、130、140和150       行动台

200  公共交换电话网络   201   固定终端

202  行动通讯网络       203a  基站

203b 基站               204a  行动台

204b 行动台

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的具体实施方式。

虽然本发明容许以各种型式的具体实施例加以实施，于图中显示且将在稍后描述一本发明的特定具体实施例。需了解的是，所揭示者应为本发明的一例示，而非意图用以限制本发明于所示的特定具体实施例。

图3a为根据本发明的实施例的一分频多工进接系统表示图。

图3a显示出多个行动台110、120、130、140和150伴随着一举例用基站100，以上包含一蜂巢式系统被介绍。需注意到将有N个行动台在此系统中。在此行动台I(1≤I≤N)表示任意的一个行动台。箭头111-112定义了在基站100与行动台110之间的可能通讯。相同地，箭头121-122、131-132、141-142和151-152分别定义了在基站100与行动台120、130、140和150之间的可能通讯。该行动台110、120、130、140和150传送上传功率至该基站100。该基站100接收并且测量该功率，其中该功率来自每一多个行动台之一，且对该基站有不同的信噪比的要求。该基站100采用一修正型的演算法以收敛来自多个行动台的该功率，以及该基站100计算并由一功率调整因子来调整该功率，其中该功率是来自每一多个行动台之一。

在基站中该接收到的信噪比来自第i个行动台是：

${\mathrm{\γ}}_i^{\left(n\right)}=\frac{G_{i,1}{P}_i^{\left(n\right)}}{\underset{j\≠i}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{j,1}{P}_j^{\left(n\right)}(1+\mathrm{\ξ})}$

其中G_j，1是由行动台j到基站1的通道增益，ξ是其他的小区干扰因子，且M是该小区中行动台的数目。值得注意的是无论β_i是合理 $({\lim }_{n\→\∞}{\mathrm{\γ}}_i^{\left(n\right)}\≥{\mathrm{\β}}_i)$ 或不合理皆强烈地依赖来自其他台的接收功率(也就是，G_j，1P_i ⁽ⁿ⁾或是所要求的β_i，对于j≠i)以及M的值。由于对大部分的例子中 ${\mathrm{\γ}}_i^{\left(n\right)}\≠{\mathrm{\β}}_i,$ 在公平的原则下，可以合理的要求 ${\mathrm{\γ}}_i^{\left(n\right)}={\mathrm{\ρ}}_i^{\left(n\right)}\·{\mathrm{\β}}_i$

以及

${\lim }_{n\→\∞}{\mathrm{\ρ}}_i^{\left(n\right)}=\mathrm{\ρ}$

对于所有的i。如此表示所有的信噪比要求{β_i}是合理的当ρ≥1时。但是另一方面，如果ρ＜1且特性的劣化细部被允许时，移除方法(removal methods)将被使用。

由上述讨论，我们可以知道

$P_i^{(n+1)}=\left(\frac{c^{\left(n\right)}}{{\mathrm{\ρ}}_i^{\left(n\right)}}\right)P_i^{\left(n\right)}=\underset{j=0}{\overset{n}{\mathrm{\Π}}}\left(\frac{c^{\left(j\right)}}{{\mathrm{\ρ}}_i^{\left(j\right)}}\right)P_i^{\left(o\right)}$

为了得到一收敛的传输功率，选择 $c^{\left(n\right)}\≈{\mathrm{\ρ}}_i^{\left(n\right)}=\left(\frac{{\mathrm{\γ}}_j^{\left(n\right)}}{{\mathrm{\β}}_j}\right)$ 似乎是一个好方法。因此，根据本发明的实施例的方法提供如下：

1.第一种方法使用部分最大因子

令 $c^{\left(n\right)}={\left(\frac{{\mathrm{\γ}}_j^{\left(n\right)}}{{\mathrm{\β}}_j}\right)}_{\max },$ 亦即该功率收敛因子

是在此小区中所有基站的最大值。

2.第二种方法使用部分最小因子

令 $c^{\left(n\right)}={\left(\frac{{\mathrm{\γ}}_j^{\left(n\right)}}{{\mathrm{\β}}_j}\right)}_{\min },$ 亦即该功率收敛因子

是在此小区中所有基站的最小值。

3.第三种方法使用部分平均因子

令 $c^{\left(n\right)}={\left(\frac{{\mathrm{\γ}}_j^{\left(n\right)}}{{\mathrm{\β}}_j}\right)}_{\mathrm{avg}},$ 亦即该功率收敛因子

是在此小区中所有基站的平均值。

参照图3b，图3b为本发明中一显示有19个小区的分频多工进接通讯系统图。被其他18个六角形结构的小区所包围的该中心小区为目标小区。假设有M个行动台均匀地分布于每一个小区中，且具有不同的讯号对准杂讯比门限要求{βi}＝{-15，-14，…，-15+(M-1)}。每一个行动台的初始传输功率随机分布且超过在30dB范围。需注意该数值仅是一比例，真正的传输功率须由当时系统来决定，因此不在本专利的关心范围。

一种大规模衰减传播模型被考虑用于上行过程。由经验知道，该大规模衰减增益经常被表示成

$L\left(t\right)=k\·{\mathrm{\γ}}^{-\mathrm{\α}}{10}^{\frac{\mathrm{\η}}{10}}$

其中k是一常数，γ为距离，α为路径损失指数且η是一均匀分布的随机变数，该变数具有零均值及变率σ_L ²。在模拟中，我们采取α＝4和σ_L＝8。该大规模衰减传播模型假设对每一计算过程中的任何特定行动者固定，但对于每一行动使用者是可变的。

参照图4，为根据本发明的收敛速度ρ⁽ⁿ⁾与不同的M值的结果图，该结果是使用部分的最大、最小及平均因子。注意到，由于功率收敛因子将不影响到接收的信噪比，对于所提出的方法，我们可以得到相同的图形。由图中可知，ρ⁽ⁿ⁾是在少于5个迭代步骤内收敛，并且该系统特性(信噪比)要求在M＞9之后将不可行。

参照图5与图6，它们显示根据本发明的传输功率的变动准位图，该结果是分别在M＝7与M＝9使用不同的功率收敛因子。该功率收敛因子的设立将确切地影响到该传输功率的范围。虽然本发明提出的三种功率控制因子在收敛的速度上可以提供几乎相同的操作特性，但很清楚的是使用部分最大因子在传输功率上将达到一严格增加的趋势，且使用部分最小因子在传输功率上将达到一严格减少的趋势。因此可知，使用部分平均因子在传输功率上将落在该两种结果之间。

虽然对于传输功率准位并没有特别指出单位(如瓦、毫瓦等)(此即表示出我们可以对功率任意指定单位)，该近似于初始传输功率的稳态传输功率较佳，因为它将减少行动台的传输功率的动态范围的要求。根据此观点，因此使用部分平均因子的演算法将是较好的一个。

虽然本发明已以前述较佳实施例揭示，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种传输功率控制法，应用于一码分多址的通讯系统，其特征在于，该系统在一基站与多个行动台之间进行通讯，该方法包含下列步骤：

传送一上行功率，该功率由该多个行动台到该基站；

接收并且测量该上行功率，其中该上行功率是来自多个行动台之一且以对该基站有不同的信噪比的要求；

采用一迭代演算法以得到一收敛的传输功率，该迭代演算法表示了所有N个行动台中的第i个行动台的第n+1次迭代中的传送功率等于一收敛因子乘上第i个行动台的第n次迭代中的传送功率，在此行动台i(1≤i≤N)表示任意的一个行动台，其中在第n次迭代中的该收敛因子等于在第n次迭代中的一功率收敛因子c⁽ⁿ⁾除以一在第n次迭代中的一决定因子ρ⁽ⁿ⁾；

在第n次迭代中的该决定因子ρ⁽ⁿ⁾等于该第i个行动台在第n次迭代中所接收到的第j个行动台的信噪比γ_j ⁽ⁿ⁾除以在基站中对于第j个行动台的信噪比门限要求β_j，其中该第j个行动台为该第i个行动台以外的行动台；

该迭代演算法在第n次迭代中更进一步选择在第n次迭代中的该功率收敛因子c⁽ⁿ⁾去相近于在第n次迭代中的该决定因子ρ⁽ⁿ⁾，亦即 $c^{\left(n\right)}\≈{\mathrm{\ρ}}_i^{\left(n\right)}=\left(\frac{{\mathrm{\γ}}_j^{\left(n\right)}}{{\mathrm{\β}}_j}\right),$ 其中i与j为正整数，且i≠j。

2.根据权利要求1的一种传输功率控制法，其特征在于，该功率收敛因子由所在目标小区中接收到的信噪比的部分信息，以及该信噪比门限要求所决定。

3.根据权利要求2的一种传输功率控制法，其特征在于，该功率收敛因子是在此小区中所有基站中

的最大值。

4.根据权利要求2的一种传输功率控制法，其特征在于，该功率收敛因子是在此小区中所有基站中

的最小值。

5根据权利要求2的一种传输功率控制法，其特征在于，该功率收敛因子是在此小区中所有基站中

的平均值。

6.根据权利要求1的一种传输功率控制法，其特征在于，该演算法在以下状况下模拟：

假设有M个行动台均匀地分布于每一个小区中，且具有不同的信噪比门限要求；以及

使用一大规模衰减传播模型于上行过程，该大规模衰减传播模型被表示成

$L\left(t\right)=k\·{\mathrm{\γ}}^{-\mathrm{\α}}{10}^{\frac{\mathrm{\η}}{10}}$

其中k是一常数，γ为距离，α为路径损失指数且η是一均匀分布的随机变数，该变数具有零均值及变率σ_L ²。

7.根据权利要求6的一种传输功率控制法，其特征在于，该大规模衰减传播模型是假设在每一计算过程中对任何特定行动者固定，但对于特定行动者外的每一行动者是可变的。

8.根据权利要求1的一种传输功率控制法，其特征在于，该码分多址的通讯系统是一直接序列的码分多址的通讯系统。

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