CN100459451C - 发射功率控制方法及相应的无线通信系统和电台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在无线通信系统中用于发射功率控制的方法，所述的无线通信系统具有至少一个第一电台(UE)和至少一个与之进行通信的第二电台(NB)，另外还涉及用于执行该方法的通信系统和通信电台。为了在通信连接中断时实现改善的功率控制，规定由接收电台采用一个与通信数据无关的信号(BCH)来确定功率控制指令(TPC比特)。在激活的数据通信中断期间，为了推导发射功率控制指令，由进行接收的第一电台(UE)确定在所述第二电台(NB)的一个与所述数据信道无关的公共信令信道(BCH)内的信号的接收功率，从该确定的接收功率中推导出发射功率控制指令，并把该发射功率控制指令传输给进行发射的第二电台(NB)。

Description

发射功率控制方法及相应的无线通信系统和电台
技术领域
本发明涉及在无线通信系统中、尤其是在移动无线系统中用于发射功率控制的方法及相应的无线通信系统和电台。
背景技术
在无线通信系统中，例如在第二代欧洲移动无线系统GSM(全球移动通信系统)中，信息(例如语音，图像信息或其它数据)借助电磁波经无线接口传输。无线接口涉及一个基站与多个用户台之间的连接，其中用户台可以譬如是移动台或位置固定的无线电台。在此，电磁波的发射使用位于为有关系统所规定的频带内的载频进行。对未来的无线通信系统，例如UMTS(通用移动电信系统)或第三代其它系统，规定频率在约2000MHz的频带内。为第三代移动无线通信规定了两种模式，一种模式称为FDD工作方式(频分双工)，另一种模式称为TDD工作方式(时分双工)。这些模式应用于各不相同的频带内，其中两种模式支持一种所谓的CDMA用户分离方法(码分多址)。
在采用基于CDMA方法的用户分离法的移动无线系统中，需要进行快速的功率控制，以便确保在基站处可靠地接收所有存在的通信连接，并同时使相邻传输信道的干扰较低。在低速的情况下尤其需要快速的发射功率控制以用于诸如语音传输等实时业务。正如在文献ARIB“Japan’s Proposal for Candidate Radio Transmission Technologyon IMT-2000：W-CDMA(日本关于IMT-2000：W-CDMA的候选无线传输技术的建议)”，1998.6，日本，第39-42页所公开的一样，现有技术针对FDD模式是基于闭路和开路调节环来实现快速的发射功率控制。在此，所述开路或闭路的调节环的应用取决于相应传输信道的类型。该快速的闭合调节环是基于所谓的TPC比特(发射机功率控制)，而这些比特被周期性地从无线通信系统的控制设备发送到另一设备。基站由此控制用户台的发射功率，或者相反。
为了在UMTS移动无线系统的两个模式之间进行协调，发射功率的这种原理在原则上也应该适用于TDD模式。
为了在TDD模式下使干扰保持较低并在接收功率中调节衰落效应，在上行方向UL中使用开路的功率控制，而在下行方向DL使用闭路的功率控制。在该情形下，在下行方向中存在内调节环和外调节环。由外环测量输入信号的质量(譬如帧差错率)，并据此为信/噪比(SIR)预给定一个理论值(S IR-目标)，利用它可以提供所要求的质量。由内环测量接收信号的实际信/噪比，并将其与所述信/噪比的理论值进行比较。根据结果向对方传输一个功率控制指令，以相应地改变所述的发射功率。于是，所述的内环是面向帧并极快地进行工作的，而所述的外环只是缓慢地改变所述的理论值。但这种功率控制的前提条件是持续地进行发送和接收。下面尤其来考察所述闭环中的功率控制。
然而，在许多情况下，譬如在不需要发送数据时-例如当不连续地传输(DTX)无线帧时-，至少在一个方向上中断了位于终端设备(譬如移动无线台)和基站之间的传输。于是，要么不能传输功率控制指令，要么/并且不能提供用于接收测量的信号。在需要再次开始传输的时间点，后者是非常重要的，但由于较长的中断而不能确定发射功率。此外，在该没有输入信号的情形下，内部功率控制调节环和外部功率控制调节环均被中断。如果在不连续地传输的情况下短时间地中断传输，并由此也中断所述的功率控制调节环，那么所述的问题主要会在TDD系统中出现，譬如在UTRA-TDD中。
在目前的系统中，在中断之后给发射功率增加一个可靠性增量，也就是说以更高的强度进行发送。但由此会产生不必要的干扰。
发明内容
本发明的任务是提供一种方法，以在无线通信系统中的数据传输中断时实现改善的发射功率控制。
此项任务通过以下的方法和通信系统来解决。
根据本发明的在无线通信系统中用于发射功率控制的方法，所述的无线通信系统具有至少短时间地彼此进行通信的至少第一和第二电台，其中，当在一个数据信道内激活数据通信时，由进行接收的第一电台确定从进行发射的第二电台在所述数据信道内所发送的信号的接收功率，从所确定的接收功率中推导出发射功率控制指令，以及把该发射功率控制指令传输给进行发射的第二电台；在激活的数据通信中断期间，为了推导发射功率控制指令，由进行接收的第一电台确定在所述第二电台的一个与所述数据信道无关的公共信令信道内的信号的接收功率，从该确定的接收功率中推导出发射功率控制指令，并把该发射功率控制指令传输给进行发射的第二电台。
优选地，所述的进行接收的第一电台是一种通信终端设备，尤其是移动台，由它把所述的发射功率控制指令在上行链路中传输给所述尤其是基站的进行发射的第二电台。
根据一种改进方案，许多单个的发射功率控制指令的值在所述的进行接收的第一电台和/或进行发射的第二电台内被相加成一个总和，以作为发射功率控制指令。
有益地，所述作为发射功率控制指令的被相加成的总和被用来控制所述进行发射的第二电台的发射功率。所述被相加成的总和可以以规则或不规则的间隔、或者在再次接收数据通信之前被传输到进行发射的第二电台。
优选地，所述的发射功率控制指令借助一个校正值被校正。基于所述被接收的发射功率控制指令的尤其被估测的检测可靠性，所述的校正值表现为一个可靠性增量或可靠性减量。所述的校正值可以采用变化的速率匹配和/或信道编码。
有利的是，在推导所述的发射功率控制指令时，在当前的和长期的路径衰减之间采用加权。
另外，所述的发射功率控制指令可以在所述进行发射的第二电台的内调节环内进行处理。
根据本发明的在无线通信系统中用于发射功率控制的系统，具有：至少一个移动台；和至少一个基站，该基站通过数据信道和公共信令信道与所述至少一个移动台通信，其中在激活通信时所述至少一个移动台确定所述至少一个基站在数据信道内所发送的信号的接收功率，以及通过该至少一个移动台发出功率控制指令，其中该功率控制指令是从所确定的接收功率中推导出，而且，所述至少一个移动台确定所述至少一个基站在一个与所述数据信道无关的公共信令信道内发送的信号的另一接收功率，其中在激活的数据通信中断期间确定所述另一接收功率以便推导另一发射功率控制指令，该另一发射功率控制指令是从该另一接收功率中推导出。
根据本发明的在无线通信系统中的移动台，具有：用于通过数据信道和公共信令信道与至少一个基站通信的装置，用于在激活通信时确定从所述至少一个基站在数据信道内所发送的信号的接收功率、以及用于在激活的数据通信中断期间确定所述至少一个基站在一个与所述数据信道无关的公共信令信道内发送的信号的另一接收功率的装置，和用于从所述至少一个基站接收功率控制指令和另一发射功率控制指令的装置，其中该功率控制指令是从所确定的接收功率中推导出，该另一发射功率控制指令是从该另一接收功率中推导出。
优选地采用一个“外来的”信号，以便在缺少数据信号的情况下继续控制所述的内部和外部功率调节环。在该情形下，优选为不变地把功率控制指令传输给发射机。由于缺少需发送的数据或数据信号，所以该发射机知道必须首先把这些指令累加起来，并在稍后用该累加值校正所述的发射功率。
原则上可以在发射机和接收机内累加所述的指令。在发射机内进行累加时，可以把该累加总和以时间上规则或不规则的间隔传输给接收机。由此，即便还不能规则地传输功率控制指令，该方法尤其也能进行工作。
当也缺少功率控制指令的数据输入时，已传输的值在接收机内优选地保持不变。
作为替换或补充的方案，也可以在接收机或发射机内对功率控制指令自动地求和，其中在上行方向传输中断的情况下，所述的总和是时间偏移地进行传输的。
优选地，利用一个“不可靠因子”来对所述的总和进行校正，该因子譬如可以从不能解码的功率控制指令的数目中得出。
附图说明
现借助附图详细阐明几个实施例。其中：
图1示出了无线通信系统、尤其是移动无线系统的框图，
图2示出了TDD无线接口的结构示意图，以及
图3示出了内调节环和外调节环在基站或移动台的发射/接收设备中的典型实现框图。
具体实施方式
图1示出了移动无线系统的一部分，以作为无线通信系统结构的实施例。移动无线系统总是包括许多移动交换局MSC，它们属于一个交换网(SSS交换子系统)，并且相互连接成网以及建立进入固定网的入口，还各自包括一个或多个与这些移动交换局MSC连接的基站系统BSS(BSS基站子系统)。基站系统BSS又具有至少一个用于分配无线技术资源的装置RNC(RNC无线网络控制器)以及至少一个分别与之相连接的基站NB(NB节点B)。基站NB可以经无线接口建立通向通信终端设备或用户台UE(UE-用户设备)的连接，所述的用户台譬如是移动台或其它的移动或静止终端设备。每个基站NB构成至少一个无线小区Z。无线小区Z的大小一般取决于由基站NB1、NB2以各自规定和恒定的发射功率所发射的公共信令信道(BCH广播控制信道)的作用距离。在分成扇区的或在分层的小区结构中，每个基站NB也可以管理多个无线小区Z。这种结构的功能性可以被转用到在其中可以应用下述改进方案的无线通信系统上。
图1的实施例示出了被实施为移动台的用户台UE，它以速度V在基站NB的无线小区Z内移动。用户台UE已经各自建立了一个通向基站NB的通信连接，在此连接上在上行方向UL和下行方向DL实现所选业务的信号传输。在通信连接期间，由用户台UE周期性地分析通向那个服务于它的基站NB的、以及通向位于该用户台UE周围的其它基站NB的无线接口的传输特性，以便在传输质量变坏的情况下请求提高基站NB的发射功率，或譬如请求连接到另一相邻的基站NB上。射功率控制。在基站NB和用户台UE的外调节环“外环”中，求出信噪比“目标”的目标值，并分别用信令将其发送出去。信噪比的目标值“目标-SIR”确保了足够的传输质量，并必须相应地与当前的传输条件相匹配。在该情形下相应的内部调节环可以执行极快的发射功率控制。该快速的发射功率控制是通过TPC比特来实现的，该TPC比特的作用是分别以某个分贝值提高或降低发射功率。
在图3中示例地示出了本发明的内调节环“内环”和外调节环“外环”在基站NB或用户台UE的发射/接收设备内的组合实现。该结构对应于ARIB的现有技术的图3.5-5、第40页的结构。接收信号在所谓的匹配滤波器内进行滤波，并被输入到检测设备中。在该实施例中，所述的检测设备被实施为已知的分离多径组合器(RAKE-Combiner)。在内调节环“内环”中，从检测信号求出信噪比SIR。该信噪比SIR被用于快速的发射功率控制，以作为最佳发射功率调节的基础，因为接收机上的干扰情况表现为可靠地接收信号的最重要的标准。
在外调节环中，接收信号在连接于检测设备之后的解码设备、譬如维特比解码器中进行解码。然后求出相应的特征质量值BER。在本电路中，此时是对特征值BER求平均。随后，该特征值BER在外调节环“外环”中与该特征质量值的目标值“目标BER”进行比较，并计算出两个值的差dBER。该差值dBER随后譬如利用加权因子和其它可能的非线性运算被换算成所述信噪比的校正值dSIR。随后，再加上前一控制间隔j的信噪比SIR(j)的目标值。由此产生的、用于信噪比SIR(j+1)的当前目标值或目标-SIR以同样的方式借助延迟单元“延迟”被在此延迟一个j步距，并随后被考虑用于计算下一目标值。当前的理论值“目标-SIR”被用于内调节环“内环”中的快速发射功率控制，以作为通过TPC比特信令来提高或降低发射功率的基础。
为了在数据传输中断的情况下改善发射功率控制，接下来讲述一种方法和一种扩展的电路，其中使用另一种具有已知特性的信道来进行测量，并且还进一步发送功率控制指令。
当在下行链路传输中采用不连续的数据传输(DTX)时，便譬如在UTRA-TDD中就会存在中断的数据传输。在中断期间，用户台UE在数据信道上再也不能执行测量。但在下行链路中总是存在一个公共控制信道，譬如消息信道或广播信道BCH，它可以由每个用户台UE进行接收，而且既不被调整也不被进行功率控制。
由用户台UE规则地测量接收功率ELBC和广播信道BCH的质量QBC，并且还附加地测量数据的干扰功率。通常可以从如下方面出发，即广播信道BCH上的这种接收功率ELBC尤其相对于在数据信道上所接收的数据的接收质量而波动。因此可以继续采用已知的、用于控制内环的算法来在传输中断时进行功率控制，因为从其它的测量中可以维持测量值的供给。
在下行方向的数据传输中断期间，用户台UE在其内环中使用第i个虚的信噪比值
SIRvirt(i)＝RSCPvirt(i)-ISCP(i)。
在数据传输中断或间歇期间，指数i针对数据传输帧而从1开始增加。
RSCPvirt(i)表示虚的接收的信号功率，而ISCP(i)表示相关数据信道内的干扰信号功率。在该情形下还适合：
RSCPvirt(i)＝RSCP(0)+L(0)-L(i)+∑TPC(k)。
L(0)表示在传输中断之前的最后一个“路径损耗”值，而L(i)则表示当前的路径损耗(路径损耗＝路径衰减)。所述的路径损耗从广播信道BCH的已知发射功率与其测量的接收功率之差得出。上述公式中的所有参数都可理解为对数的，也即以B或dBm为单位。于是，值RSCPvirt(i)考虑了在中断之前所最后实际测量的RSCP值、在广播信道BCH上所测量的且用dB表示的路径损耗L(i)、在中断之前所最后确定的路径损耗L(0)、以及在中断期间在i-1个帧上以dB表示的功率控制指令TPC(k)的总和。在TPC比特只具有两种逻辑状态“0”或“1”的情况下，譬如TPC比特“1”表示提高一个x dB高度的步距，而TPC比特“0”表示降低一个x dB高度的步距，也就是说TPC＝+x或-x。
在中断期间，借助所述基于譬如广播信道BCH的接收功率测量的虚信噪比测量来计算TPC指令，就如同否则在激活数据信道的情况下利用实信噪比测量一样。
在图3简要示出的典型电路中，在数据信号中断的情况下，在检测设备内研究广播信道BCH的信号，以相应地替代数据信道的信号。
当在UE内计算功率控制指令时，还可以考虑在广播信道BCH的时隙和数据信道的时隙之间有多个时隙的延迟。该延迟可能导致基于广播信道时隙的、用于数据时隙的估测的不可靠。因此，根据该延迟还可以对广播信道BCH上的测量值进行长时间的求平均。也就是说，在较长的延迟情况下，当前的测量值相对于该平均值被较弱地加权，在较短的延迟情况下对当前的测量值进行较强的加权。由于在TDD系统中上行和下行链路是互逆的，所以也可以根据该加权来采取加权方式，正如其譬如被用于上行方向中的开路功率控制一样。
下面来讲述广播信道BCH的接收功率的典型过程。如果不再接收数据，则利用广播信道BCH上的测量来维持所述的外部功率调节环。该测量是相对于质量Qo(譬如比特差错率)、广播信道BCH的接收功率ELBC、以及直接在数据传输中断之前的干扰功率Io而进行解释的。如果最后接收的数据信号段的信噪比SIR偏离信噪比理论值“SIR-目标”，则为它考虑相应的校正，其中，在下面所讲述的方法或算法中优选地一起考虑该最后“正确的”功率控制指令。此时，由内环来测量广播信道BCH的接收功率同最后所测量的功率Po的偏差。从此和借助继续测得的、在存在数据时对此产生作用的干扰功率来计算出虚信噪比值SIRvirt，并与最后算出的数据的信噪比理论值“SIR-目标”进行比较。所述偏差的每次变化将根据功率控制步宽而产生一些功率控制指令“TPC指令”，这些指令被传输给发射机或基站NB。
在数据信号中断的情况下，在图3简略地示出的典型电路中将研究广播信道BCCHBCH的信号，以相应地替代数据信道的信号。
下面假定利用步宽1dB进行控制的例子。接收功率首先持续地以比率1dB/帧增加10dB，然后以比率2dB/帧增加20dB，再恒定地保持在Po＝+30dB。在首先15个帧上的干扰功率为恒定的，并随后以每帧2dB增加到Io＝-10dB。从移动台UE依次发送20个指令以降低发射功率1dB，然后是使发射功率保持恒定的指令。
倘若在通信系统或所参与的电台中不需要实现恒定发射功率的指令，则可以交替地发送更高和更低发射功率的信令。也就是说，在SIRvirt相对于SIR目标的偏差将得出发射的功率控制指令的总和S或Δ0。
根据一种优选的实施方案，在发射机内对该时期所接收的TPC指令进行累加，并存储该总和。在传输中断之后，在发射中断之前利用功率S*步宽+’最后的发射功率来发射数据的第一信号段。在某些情况下，如果自最后的传输以来速率匹配已发生改变，则还可以对发射功率进行校正。此外，还对发射功率施加一种可由外部调整的校正项。
优选地在所述的校正项中根据一种优选的实施方案，在发射机内对该时期所接收的TPC指令进行累加，并存储该总和。在传输中断之后，在发射中断之前利用功率S*步宽+’最后的发射功率来发射数据的第一信号段。在某些情况下，如果自最后的传输以来速率匹配已发生改变，则还可以对发射功率进行校正。此外，还对发射功率施加一种可由外部调整的校正项。
优选地在所述的校正项中还考虑所述速率匹配和/或信道编码的变化。如果譬如在一个帧内传输较少的数据，则可以更好地保护这些数据，而且在同样的SIR情况下，将在解码之后得出更高的质量。
在TPC指令从移动台UE传输至基站NB时可能出现差错，所以基站NB可以不读取或解码这些指令。在该情形下在求和计算∑TPC(k)中产生不可靠性。但可以假定“更高”和“更低”-指令在统计上均消失了，而且消除了所述的效应。此外，接收机可以根据不能解码的指令数量而在发射功率中考虑一个可靠性增量或可靠性减量。
如果上行方向中的传输被中断，则产生如下情况，即移动台UE虽然能够执行所有的测量，但它不能把所产生的功率控制指令传输给所述的网络(节点B)。在该情形下，一种实施方案规定，由移动台UE对所有产生的功率控制指令TPC进行累加。累加出的总和要么周期性地、要么根据某个诱因-譬如超过一个阈值-譬如经高层的信道被传输给基站NB。作为替换或附加的方案，也可以规定在重新接收数据传输之后把该总和传输给基站NB。可选地，也可以传输在该发射时间点有效的、位于SIR目标和SIR或SIRvirt之间的偏差，而不是所述的总和。
除了上述的内调节环之外，还可以继续运行所述的外调节环。由该外调节环测定那些不能利用所述信噪比SIR调节的偏差。于是在同样的信噪比SIR的情况下，如果传输信道或譬如移动台UE的速度发生变化，则信号的质量是不同的。在该情形下，所述的外调节环“外环”必须跟踪内调节环的理论值SIR目标。为了使广播信道BCH上的测量也能确保该机理，必须在BCH的质量中考虑广播信道的当前信噪比(SIRbc(i))同其初始值(SIRbc(0))的偏差。
外调节环把传输中断开始时的广播信道BCH的初始质量值作为理论量值，并由此比较所述广播信道BCH的当前质量值，以便从此为内调节环推导出信噪比SIR的理论值“SIR-目标”。在此，也应该考虑所述广播信道BCH的信噪比SIR可能已经变化，而且其质量也发生了变化。所述广播信道BCH的信号质量中的这种效应应该相应地得到补偿。如果广播信道BCH的信噪比SIR向上偏离初始值譬如3dB，则在与初始的质量值Qo进行比较之前利用值dQ来校正该质量Q，其中所述的值dQ是从高出3dB的信噪比SIR中得出的。利用该补偿，所述信噪比SIR的影响可以同信道的影响去耦。也就是说，如果在用dQ校正之后在初始质量值Qo和经校正的广播信道质量值QBC+dQ之间还存在偏差，则该偏差可纯粹地归因于传输信道的变化。
校正值dQ至信噪比SIR偏差之间的分配可以从表格或矩阵中该取。矩阵中的录入项可以从过去的经验值中自动推导出来，或固定地给定。

Claims (15)

1、在无线通信系统中用于发射功率控制的方法，所述的无线通信系统具有至少短时间地彼此进行通信的至少第一和第二电台(UE，NB)，其中，
-当在一个数据信道内激活数据通信时，由进行接收的第一电台(UE)确定从进行发射的第二电台(NB)在所述数据信道内所发送的信号的接收功率，从所确定的接收功率中推导出发射功率控制指令，以及把该发射功率控制指令传输给进行发射的第二电台(NB)，
其特征在于：
-在激活的数据通信中断期间，为了推导发射功率控制指令，由进行接收的第一电台(UE)确定在所述第二电台(NB)的一个与所述数据信道无关的公共信令信道(BCH)内的信号的接收功率，从该确定的接收功率中推导出发射功率控制指令，并把该发射功率控制指令传输给进行发射的第二电台(NB)。
2、按权利要求1的方法，其中，
所述的进行接收的第一电台(UE)是一种通信终端设备，由它把所述的发射功率控制指令在上行链路(UL)中传输给所述的进行发射的第二电台(NB)。
3、按权利要求2的方法，其中，
所述的进行接收的第一电台(UE)是一种移动台。
4、按权利要求1的方法，其中，
所述的进行接收的第一电台(UE)是一种通信终端设备，由它把所述的发射功率控制指令在上行链路(UL)中传输给基站。
5、按权利要求1的方法，其中，
许多单个的发射功率控制指令的值在所述的进行接收的第一电台(UE)和/或进行发射的第二电台(NB)内被相加成一个总和，以作为发射功率控制指令。
6、按权利要求5的方法，其中，
所述作为发射功率控制指令的被相加成的总和被用来控制所述进行发射的第二电台(NB)的发射功率。
7、按权利要求5的方法，其中，
所述被相加成的总和以规则或不规则的间隔、或者在再次接收数据通信之前被传输到进行发射的第二电台(NB)。
8、按权利要求1的方法，其中，
所述的发射功率控制指令借助一个校正值被校正。
9、按权利要求8的方法，其中，
基于所述被接收的发射功率控制指令的被估测的检测可靠性，所述的校正值表现为一个可靠性增量。
10、按权利要求8的方法，其中，
基于所述被接收的发射功率控制指令的被估测的检测可靠性，所述的校正值表现为一个可靠性减量。
11、按权利要求8的方法，其中，
所述的校正值采用了变化的速率匹配和/或信道编码。
12、按权利要求1的方法，其中，
在推导所述的发射功率控制指令时，在当前的和长期的路径衰减之间采用加权。
13、按权利要求1的方法，其中，
所述的发射功率控制指令在所述进行发射的第二电台(NB)的内调节环内进行处理。
14、在无线通信系统中用于发射功率控制的系统，具有：
至少一个移动台(UE)；和
至少一个基站(NB)，该基站通过数据信道和公共信令信道与所述至少一个移动台通信，其中在激活通信时所述至少一个移动台(UE)确定所述至少一个基站(NB)在数据信道内所发送的信号的接收功率，以及通过该至少一个移动台发出功率控制指令，其中该功率控制指令是从所确定的接收功率中推导出，
而且，所述至少一个移动台(UE)确定所述至少一个基站(NB)在一个与所述数据信道无关的公共信令信道(BCH)内发送的信号的另一接收功率，其中在激活的数据通信中断期间确定所述另一接收功率以便推导另一发射功率控制指令，该另一发射功率控制指令是从该另一接收功率中推导出。
15、在无线通信系统中的移动台，具有：
用于通过数据信道和公共信令信道与至少一个基站通信的装置，
用于在激活通信时确定从所述至少一个基站(NB)在数据信道内所发送的信号的接收功率、以及用于在激活的数据通信中断期间确定所述至少一个基站(NB)在一个与所述数据信道无关的公共信令信道(BCH)内发送的信号的另一接收功率的装置，和
用于从所述至少一个基站接收功率控制指令和另一发射功率控制指令的装置，其中该功率控制指令是从所确定的接收功率中推导出，该另一发射功率控制指令是从该另一接收功率中推导出。
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