CN100505575C - 多时隙上行链路的输出功率控制 - Google Patents

Abstract

在TDMA通信系统中，移动站(6a，6b)由基站给出时隙分配和输出功率级别。这能够导致这种情况，在该情况下，所要求的时隙分配大小和输出功率级别的组合超出移动站(6a，6b)的能力。为了解决这个问题，移动站(6a，6b)被赋予能够通过减少移动站的峰值输出功率或减少它们对所分配的时隙的占据，从而单方面地减少其平均输出功率的能力。

Description

多时隙上行链路的输出功率控制

发明领域

本发明涉及一种在TDMA网络中操作移动站的方法。

发明背景

在TDMA网络中提供高速数据业务给诸如移动电话和通话装置之类的移动站，已经导致需要移动站在每个TDMA帧内的不止一个时隙中进行传输。其困难在于，基站需要知道移动站的最大功率能力。

已经提出，允许移动站通过等级标志改变过程(classmark changeprocedure)或路由选择区域更新(routing area update)来改变其功率等级，但是这些过程被认为是太慢的并且也未被多个网络实现适当地支持。

发明概要

根据本发明，提供了一种在TDMA网络中操作移动站的方法，该方法包括从基站接收峰值输出功率设置命令和从基站接收传输时隙分配，其特征在于：

在移动站上，检测一个满足预定准则的移动站射频系统的参数；

通过修改在多个时隙上的移动站平均射频输出功率来响应所述检测，以致它下降到峰值输出功率设置命令已经在所有分配的时隙中被遵守时的平均输出功率级别之下。

该准则可以包括在时隙分配中的增加。当需要附加带宽时发生在时隙分配中的增加。另一个可用的准则是射频输出功率放大器的温度。多个时隙可以是连续的或不连续的。

响应可以包括通过在每个传输时隙期间减少瞬时射频输出功率来减少平均射频输出功率和/或通过减少所分配的时隙的占据(takeup)来减少平均射频输出功率。在时隙分配改变情况下，优选地在所述检测与所述响应之间有预定的时延。

根据本发明，还提供了TDMA网络的一种移动站，该移动站包括控制器和射频输出功率放大器，其特征在于，该控制器被配置用于控制移动站的操作，以便执行根据本发明的方法。

附图说明

图1示出一个根据本发明的移动通信系统；

图2是一个移动站的框图；

图3是一个基站收发信台的框图；

图4示出在本发明的一个实施例中所用的帧结构；

图5示出在本发明的一个实施例中的分组数据信道；

图6示出在本发明的一个实施例中在两个半速率(half-rate)分组信道之间的无线电信道共享；

图7示出在本发明的一个实施例中所用的协议栈的较低层；

图8是说明本发明第一实施例的流程图；

图9是说明本发明第二实施例的流程图；

图10和11是说明本发明第三实施例的流程图；

图12是说明本发明第四实施例的流程图；

图13是说明本发明第五实施例的流程图；

图14和15是说明本发明第六实施例的流程图。

优选实施例的详细说明

现在参考附图以实例的方式说明本发明的优选实施例。

参考图1，移动电话网络1具有包括第一和第二交换中心2a、2b的多个交换中心。第一交换中心2a连接到包括第一和第二基站控制器3a、3b的多个基站控制器。类似地，第二交换中心2b连接到多个基站控制器(未示出)。

第一基站控制器3a连接到基站收发信台4和多个其他的基站收发信台并控制它们。类似地，第二基站控制器3b连接多个基站收发信台并控制它们(未示出)。

在本例中，每个基站收发信台服务于各自的小区。因此，基站收发信台4服务于小区5。然而，多个小区可以借助于定向天线由一个基站收发信台提供服务。多个移动站6a、6b位于小区5内。应当理解，在任何指定小区内的移动站的数量和本体(identities)将随着时间发生改变。

移动电话网络1通过网关交换中心8连接到公共交换电话网7。

网络的分组业务方面包括多个分组业务支持节点(示出一个)9，这些分组业务支持节点连接到各自的多个基站控制器3a、3b。至少一个分组业务支持网关节点10将该分组业务支持节点10或者每个分组业务支持节点10连接到因特网11。

交换中心3a、3b和分组业务支持节点9可以访问归属位置寄存器12。

在移动站6a、6b与基站收发信台4之间的通信采用时分多址(TDMA)方案。

参考图2，第一移动站6a包括天线101、射频子系统102、基带DSP(数字信号处理)子系统103、模拟音频子系统104、扬声器105、麦克风106、控制器107、液晶显示器108、小键盘109、存储器110、电池111和电源电路112。

射频子系统102包含移动电话发射机和接收机的中频和射频电路，还包含用于调谐移动站发射机和接收机的频率合成器.将天线101耦合到射频子系统102以接收和发射无线电波。

将基带DSP子系统103耦合到射频子系统102，以便从该射频子系统102接收基带信号以及将基带调制信号发送给该射频子系统102.基带DSP子系统103包含在本技术领域熟知的编解码器功能。

模拟音频子系统104被耦合到基带DSP子系统103并且从那里接收解调的音频。模拟音频子系统104放大解调的音频并将其施加给扬声器105。由麦克风106所检测的声音信号由模拟音频子系统104预放大，并且被发送到基带DSP子系统4用于编码。

控制器107控制移动电话的操作。它被耦合到射频子系统102以便向频率合成器提供调谐指令，并且被耦合到基带DSP子系统103以便提供针对传输的控制数据和管理数据。控制器107依照在存储器110中存储的程序来操作。存储器110被与控制器107相分离地示出。然而，它可以与控制器107集成在一起。

将显示装置108连接到控制器107以接收控制数据，而将小键盘109连接到控制器107以向那里提供用户输入数据信号。

将电池111连接到电源电路112，该电源电路112提供调整过的、由移动电话组件所使用的、在不同电压上的电力。

控制器107被编程以控制用于语音和数据通信的移动站，并且带有应用程序、例如WAP浏览器，这些应用程序利用移动站的数据通信能力。

类似地配置第二移动站6b。

参考图3，大量简化地，基站收发信台4包含天线201、射频子系统202、基带DSP(数字信号处理)子系统203、基站控制器接口204和控制器207。

射频子系统202包含基站收发信台发射机和接收机的中频和射频电路，还包含用于调谐基站收发信台发射机和接收机的频率合成器。将天线201耦合到射频子系统202以接收和发射无线电波。

将基带DSP子系统203耦合到射频子系统202，以便从该射频子系统202接收基带信号以及将基带调制信号发送给该射频子系统202。基带DSP子系统203包含在本技术领域熟知的编解码器功能.

基站控制器接口204使基站收发信台4与它的控制基站控制器3a对接。

控制器207控制基站收发信台4的操作。它被耦合到射频子系统202以便向频率合成器提供调谐指令，并且被耦合到基带DSP子系统203以便提供针对传输的控制数据和管理数据。控制器207依照在存储器210中存储的程序来操作.

基站控制器3a、3b负责分配无线电链路资源给移动站并且促使基站收发信台4发射功率命令信号给移动站6a、6b。在正常情况下，移动站6a、6b以根据这些命令信号的功率级别进行发射。但是，根据本发明，并不总是这种情况，如下面所解释的。

参考图4，用于在移动站6a、6b和基站收发信台4之间通信的每个TDMA帧包含八个0.577ms的时隙。一个“26复帧”具有26个帧而一个“51复帧”具有51个帧。五十一个“26复帧”或二十六个“51复帧”组成一个超帧(superframe).最后，一个超高帧(hyperframe)具有2048个超帧。

时隙内的数据格式依照时隙的功能而变化。一个正常的脉冲串(burst)，也就是时隙，具有三个尾部比特(tail bit)、其后是58个加密数据比特、一个26比特的训练序列、另一个58加密数据比特的序列和另外的三个尾部比特。在脉冲串末端提供一个八又四分之一比特持续时间的保护期间。一个频率纠正脉冲串具有相同的尾部比特和保护期间。但是，它的有效负荷包含一个固定的142比特序列。一个同步脉冲串类似于正常的脉冲串，除了加密数据减少到两个39比特时钟以及训练序列由一个64比特的同步序列代替。最后，一个接入脉冲串具有八个初始尾部比特，接着有一个41比特的同步序列、36比特的加密数据和另外的三个尾部数据。在这种情况下，保护期间长为68.25比特。

当用于电路交换语音通信时，在GSM中采用该信道化方案。

参考图5，全速率分组交换信道利用覆盖一个“52复帧”的12个4时隙无线电块。空闲时隙跟随第三、第六、第九和第十二个无线电块。

参考图6，针对半速率分组交换信道，专用时隙和共用时隙都交替地被分配给两个子信道。

移动站6a、6b和基站收发信台4的基带DSP子系统103、203和控制器107、207被配置用于实现两种协议栈。第一协议栈用于电路交换通信并且实际上与在传统的GSM系统中所采用的协议栈相同。第二协议栈用于分组交换通信。

参考图7，与在移动站6a、6b和基站控制器4之间的无线电链路相关的层是无线电链路控制层401、媒体接入控制层402和物理层403。

无线电链路控制层401具有两种模式：透明和非透明。在透明模式，数据仅仅向上或向下经过无线电链路控制层，未被修改。

在非透明模式，无线电链路控制层401提供链路适配，并且根据从更高层接收的数据单元、必要时通过将数据单元分段或级联来构造数据块，而且针对正向上经过栈的数据实施相逆的处理。它还负责检测丢失的数据块或者对数据块重新排序以便向上传送其内容，依赖于是否正在使用确认模式。在确认模式中，该层也可以提供后向纠错。

媒体接入控制层402负责将来自无线电链路控制层401的数据块分配给适当的传送或逻辑信道，并且将来自传送或逻辑信道的接收数据块传递给无线电链路控制层403。

物理层403负责从经过传送或逻辑信道的数据来创建发射的无线电信号，并且负责将所接收的数据向上经由正确的传送或逻辑信道传递给媒体接入控制层402。

与无线电块定时同步地，在媒体接入控制层402和物理层403之间交换块，也就是，在每个无线电块间隔上将块传递给物理层.

因为对于带宽的需求增长以支持增长的传送或逻辑信道吞吐量，所以需要更多的时隙。增长的时隙使用能够导致移动站功率放大器的过热和不可支持的电流需求。

在第一实施例中，根据时隙使用/功率的组合的阈值，移动站立即改变其输出功率.

参考图8，当对于时隙的需求改变时，移动站6a、6b的控制器107确定是否当前瞬时功率放大器输出功率级别超出针对在改变后所用时隙数量设置的第一阈值(步骤s1)。第一阈值是给出可接受的平均输出功率级别的瞬时输出功率级别。如果超出第一阈值，那么控制器107确定所需的功率减少并且将其与第二阈值进行比较，该第二阈值被设置在通过由服务基站控制器3a、3b所要求的移动站6a、6b的功率级别减去“允许的减少”余量、例如3dB。如果这个减少的功率级别下降到第二阈值之下，那么控制器107通知应用，即不能提供需要额外时隙的服务(步骤s3)。如果该功率的减少没有让功率放大器输出功率级别低于第二阈值，那么控制器107相应地减少输出功率(步骤s4)。在步骤s3和s4后离开该过程。

如果未超出第一阈值(步骤s1)，那么控制器107确定，是否当前功率放大器输出功率级别小于当前由服务基站控制器3a、3b要求的移动站6a、6b的功率级别(步骤s5)。当正在减少时隙使用时可能发生这种情况。如果当前输出功率级别不小于所要求的级别，则退出该过程。然而，如果当前功率级别低于所要求级别，则将当前功率放大器输出功率级别在不超出第二阈值情况下增加到尽可能接近所要求的级别，(步骤s6)，然后退出该过程。

在第二实施例中，移动站根据其射频功率放大器的温度来改变其输出功率，该温度通过监控一个便利的在放大器中的直流DC电压或一个提供用于该目的的温度传感器(未示出)来感应。在这种情况下，峰值输出功率在所有时隙上保持在由BSS所请求的级别上，直到温度超出阈值级别，此后在规定界限内减少输出功率。

参考图9，控制器107定期地将移动站射频功率放大器的温度与第一阈值进行比较(步骤s101)，该第一阈值相应于最大允许的操作温度。如果超出第一阈值，则控制器107减小功率(步骤s102)。在步骤s102后离开该过程。

如果未超出第一阈值(步骤s101)，将所述温度与较低的第二阈值进行比较(s103)。较低的第二阈值被用于将少许滞后引入到功率控制中。如果温度不低于第二阈值，则退出该过程。但是，如果温度低于第二阈值，那么控制器107确定，当前功率是否低于由服务基站控制器3a、3b所要求的级别(步骤s104)，并且如果是这样则增加移动站的输出功率级别、例如一个2dB，步骤s105，然后退出该过程。否则，简单地退出该过程，无须改变移动站的输出功率。

在第三实施例中，允许相对较高的平均功率级别。然而，这样的高的功率级别在延迟后被调低，以便避免当允许短期高带宽使用时过热。

参考图10，当对于时隙的需求发生改变时，移动站6a、6b的控制器107确定，是否当前瞬时功率放大器输出功率级别超出第一阈值(步骤s201)。第一阈值是给出可接受平均输出功率级别的瞬时输出功率级别。如果超出第一阈值，那么控制器107确定，是否设置了冷却标志(步骤s202)，并且如果没有则设定一个定时器(步骤s203)，除非定时器已经在运行，控制器107增加输出功率级别(步骤s204)并且离开该过程。否则，警告应用，即不能够提供需要额外时隙的服务(步骤s205)并退出该过程。

如果未超出第一阈值(步骤s201)，那么控制器107确定，是否当前瞬时功率放大器输出功率级别低于当前由服务基站控制器3a、3b要求的移动站6a、6b的功率级别(步骤s206)。当正在减少时隙分配时可能出现这种情况。如果当前瞬时输出功率级别不低于所要求的级别，则退出该过程。然而，如果当前功率级别低于所要求级别，则在不超出第二阈值情况下将其增加到尽可能接近所要求级别(步骤s204)，并退出该进程。

参考图11，当定时器到期时，控制器107确定所需的功率减少，并且将其与第二阈值进行比较，该第二阈值设置在由服务基站控制器3a、3b所要求的移动站6a、6b的功率级别减去“允许的减少”余量、例如6dB，步骤s207。如果减少的功率降到第二阈值之下，那么控制器107通知应用，不能提供需要额外时隙的服务(步骤s208)。如果该功率的减少没有让功率放大器输出功率低于第二阈值，那么控制器107相应地减少输出功率(步骤s209)。当定时器到期后还将冷却标志置位(步骤s210)。

减少瞬时输出功率的一种替代方案是，通过不使用由服务基站控制器3a、3b分配给移动站的所有时隙来减少平均输出功率。

在第四实施例中，根据准许时隙使用/功率的组合的阈值，移动站立即改变其实际时隙使用.

参考图12，当对于时隙的需求发生改变时，移动站6a、6b的控制器107确定，是否新的平均功率放大器输出功率级别将超出针对在改变后所用时隙数量设置的第一阈值(步骤s301)。如果超出第一阈值，那么控制器107确定将平均功率级别降低到第一阈值以下所需的分配时隙占据(take up)的减少。将新的时隙占据值与第二阈值进行比较(步骤s302)，第二阈值也就是支持当前服务级别所需的最小数量的时隙。如果该减少的分配时隙占据下降到第二阈值之下，那么控制器107通知应用，不能提供需要额外时隙的服务(步骤s303)。如果该时隙占据的减少没有让时隙占据低于第二阈值，那么控制器107就减少所用的分配时隙的比例(步骤s304)。在步骤s303和s304后离开该过程。

如果未超出第一阈值(步骤s301)，那么控制器107确定，是否新的平均功率放大器输出功率将小于对应于当前由服务基站控制器3a、3b所要求的移动站6a、6b的功率级别的平均值(步骤s305)。当正在减少时隙使用时可能发生这种情况。如果新的平均输出功率级别不小于对应于所要求级别的平均值，则退出该过程。然而，如果新的平均功率级别低于对应于所要求瞬时功率级别的平均值，则将时隙占据在不超出第一阈值情况下增加到尽可能接近分配级别(步骤s306)，然后退出该过程。

在第五实施例中，移动站根据其射频功率放大器的温度来改变其分配时隙占据，该温度通过监控一个便利的在放大器中的直流DC电压或一个特别提供用于该目的的温度传感器来感应。

参考图13，控制器107定期地将移动站射频功率放大器的温度与第一阈值进行比较(步骤s401)，该第一阈值相应于最大允许的操作温度。如果超出第一阈值，则控制器107确定，是否可能在不放弃服务的情况下减少分配时隙占据(步骤s402)。如果分配时隙占据降低到最小可接受级别以下，可能会由于资源不够而丢失服务，并且通知应用缺少资源(步骤s403)。否则，减少时隙占据(步骤s404)。在步骤s403和s404后离开该过程。

如果未超出第一阈值(步骤s401)，将所述温度与较低的第二阈值进行比较(s402)。较低的第二阈值被用于将少许滞后引入到时隙占据控制中。如果温度不低于第二阈值，则退出该过程。但是，如果温度低于第二阈值，那么控制器确定，是否当前平均射频放大器输出功率级别低于相应于由服务基站控制器3a、3b所要求的功率级别的那一个(步骤s406)，并且如果是这样则增加移动站的分配时隙占据(步骤407)并且退出该过程。否则，简单地退出该过程，无须改变分配时隙占据。

在第六实施例中，在延迟后调低分配时隙占据，以便避免当允许短期高带宽使用时过热。

参考图14，当对于时隙的需求发生改变时，移动站6a、6b的控制器107确定，是否新的平均功率放大器输出功率级别超出第一阈值(步骤s501)。第一阈值是给出可接受平均输出功率级别的瞬时输出功率级别。如果超出第一阈值，那么控制器107确定是否设置了冷却标志(步骤s502)，并且如果没有则设定一个定时器(步骤s503)，除非定时器已经在运行，控制器107增加输出功率级别(步骤s504)并且离开该过程。否则，警告应用，不能够提供需要额外时隙的服务(步骤s505)并退出该过程。

如果未超出第一阈值(步骤s501)，那么控制器107确定，是否新的平均功率放大器输出功率级别低于对应于当前由服务基站控制器3a、3b所要求的移动站6a、6b的功率级别的那一个(步骤s506)。当正在减少时隙分配时可能出现这种情况。如果新的平均输出功率级别不低于对应于所要求级别的那一个，则退出该过程。然而，如果新的平均功率级别低于对应于所要求级别的那一个，则在不超出第二阈值情况下增加分配时隙占据，以便平均输出功率级别尽可能地接近对应于所要求级别的那一个(步骤s504)，然后退出该进程。

参考图15，当定时器到期时，控制器107确定所需的分配时隙占据的减少，并且将其与第二阈值进行比较，该第二阈值设置在支持当前服务的最小可用的时隙占据，步骤s507。如果减少的时隙占据降到第二阈值之下，那么控制器107通知应用，不能提供需要额外时隙的服务(步骤s508)。如果该功率的减少没有让功率放大器输出功率低于第二阈值，那么控制器107相应地减少输出功率(步骤s509)。当定时器到期后还将冷却标志置位(步骤s510)。

上面所提到的功率平均是根据在移动窗口中的瞬时功率级别来计算的。窗口的长度依赖于射频功率放大器的热特性和时隙与帧的持续时间和在一个帧中时隙的数量。

Claims (4)

1.一种在TDMA网络中操作移动站的方法，该方法包括：

从基站接收峰值输出功率设定命令；

从基站接收传输时隙分配；

在所述移动站，检测在该移动站的时隙分配中的增长；和

通过以下方式响应所述检测，即确定是否所接收的峰值输出功率超出阈值，并且如果是，则通过减少在每个传输时隙期间的瞬时射频输出功率或通过减少所分配时隙的占据来修改在多个时隙之上的移动站平均射频输出功率，以致它降低到峰值输出功率设定命令在所有分配时隙中被遵守时的平均输出功率级别之下，

其特征在于，在确定所述阈值已被超出和执行随后的平均输出功率的修改之间，等待预定的时间。

2.按照权利要求1的方法，其中，在所述预定时间的末端将一个冷却标志置位，并且当超出所述阈值且该冷却标志未被置位时设定一个定时器，该定时器定义所述预定的时间，并且当该定时器超时时执行所述随后的平均输出功率的修改。

3.按照权利要求2的方法，包括在所述移动站上运行应用程序，并且若当所述定时器期满时确定，所需的功率减少让输出功率低于另一个较低的阈值，则警告该应用程序，不能够支持需要在时隙分配中增加的服务。

4.TDMA网络的一种移动站，该移动站具有控制器和射频输出功率放大器，其特征在于，该控制器被配置用于控制移动站的操作，以便执行根据权利要求1、2或3的方法。

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