CN101044700A - 在时分双工移动通信中根据移动状态自适应改变上型链路功率控制方案的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种在TDD移动通信系统中根据移动状态改变上行链路功率控制方案的装置和方法。用户台向基站发送功率控制改变请求消息，该消息包括关于所请求的功率控制方案的信息。基站在接收到功率控制改变请求消息后，选择用户台的上行链路的功率控制方案，并且向用户台发送功率控制改变命令消息，该消息包括关于所选的功率控制方案的信息。用户台在从基站接收到功率控制改变命令消息后，从功率控制改变命令消息中提取功率控制方案信息，并且根据所提取的信息选择功率控制方案。

Description

在时分双工移动通信中根据移动状态自适应改变上型链路功率控制方案的装置和方法
技术领域
本发明总的涉及一种用于确定时分双工(TDD)移动通信系统中的功率控制方案的装置和方法，具体涉及一种用于根据用户台(SS)的状态改变上行链路功率控制方案的装置和方法。
背景技术
作为双工方案之一，时分双工(TDD)对于从基站(BS)到用户台(SS)的上行链路和从SS到BS的下行链路在相同频率上使用在两个不同的时隙集合。另一种主要的双工方案是频分双工(FDD)。FDD对于上行链路和下行链路使用两个不同的频率。
与FDD不同，在TDD中上行链路和下行链路共享同一频率，并且通过专属于它们的时隙来分隔它们。即，对上行链路信号和下行链路信号分别地预设时隙。因此，上行链路信号和下行链路信号仅在它们所分配的时隙中被发送。TDD具有高频率使用效率的优点。
移动通信系统调度突发上行链路/下行链路分组。特别地，BS在对SS的上行链路/下行链路分组调度中，确定对于要分配的资源和已经分配的资源的调制和编码方案(MCS)。要使用的MCS级取决于SS的状态。对于上行链路调度，BS考虑SS的最大发射功率。由于SS的发射功率限于设定的级别，因此BS考虑所分配的资源、要对资源应用的MCS级、和SS的发射功率极限来执行调度。为此，BS的调度器必须了解SS的功率余裕(headroom)或发射功率。
典型地，移动通信系统使用下行链路和上行链路功率控制来增加呼叫容量并获得好的呼叫质量。即，如果通过控制所有SS的发射功率，BS从SS接收到处于确保最低要求的呼叫质量的信扰比(SIR)的信号，则系统容量可被最大化。在BS接收到来自SS的、较高功率级的信号的情况下，该SS的性能增加，但这是以增加对共享同一信道的其他SS的干扰为代价的。结果，系统容量降低，或者其他用户的呼叫质量下降。
最近提出了正交频分复用(OFDM)正交频分多址(OFDMA)，作为第4代移动通信系统的物理层方案。上述功率控制对于OFDM/OFDMA系统也成为棘手的问题。
OFDM/OFDMA是基于IEEE 802.16标准的传输方案，其中串行调制符号序列作为并行数据传输。OFDM/OFDMA以TDD工作。在OFDM中，256个调制符号被快速傅里叶变换(FFT处理)为一个OFDM符号，而在OFDMA中，一个OFDM符号由更多调制符号形成。根据基于IEEE 802.16的OFDMA，一个OFDM符号的副载波被集合成子信道，并且多个OFDM符号形成一帧。
图1示出IEEE 802.16规定的OFDMA帧结构。水平轴表示OFDM符号索引，而垂直轴表示子信道索引。
参照图1，OFDMA帧包括多个脉冲串(burst)，每一个用时间-频率平面上的方格标记。由于该帧是时分双工的，因此可以灵活地控制下行链路周期和上行链路周期。例如，第k到第(k+8)个符号被分配给下行链路，而第(k+9)到第(k+12)个符号被分配给上行链路，如图1所示。在该OFDMA帧中，DL/ULMAP脉冲串提供关于分配给该帧的多个下行链路/上行链路脉冲串的配置信息(例如，位置、长度和MCS级)。DL/UL MAP脉冲串以外的脉冲串传送DL/UL媒体访问控制(MAC)层控制消息和下行链路/上行链路数据分组。特别地，控制消息脉冲串可以是功率控制改变请求/命令消息脉冲串，用于控制每个SS的功率控制方案，或者是功率控制消息脉冲串，用于控制每个SS的功率控制方案。脉冲串在SS与BS之间是时分多址的。在下行链路周期和上行链路周期之间插入称为发射/接收转换间隙(TTG)和接收/发射转换间隙(RTG)的传输间隙。
此外，每个SS执行初始调整(ranging)和周期性调整，来校正上行链路脉冲串的时间和频率误差以及控制功率。当SS尝试调整时，BS测量来自SS的信号的功率，并且向SS发送MAC消息，该消息包括对由路径衰减和快速信号功率变化引起的信号功率损失的补偿值。
现在将对OFDM/OFDMA TDD系统中的正常模式下的上行链路功率控制方法进行描述。按两个步骤执行上行链路功率控制。
在第一步骤中，BS执行功率控制。BS调度器通过下式在感兴趣的SS的发射功率内确定用于上行链路传输的可用资源和可用MCS级：
ΔP＝SNRreq-SNRUL，RX+(BWreq-BWRX)+MARGINTX≤Headroom
                                                    .....(1)
其中，SNRreq和BWreq分别表示对要调度的当前分组应用MCS级所需要的SNR和带宽。SNRUL，RX和BWRX分别表示参考信号的接收SNR和分配的带宽。参考信号是之前接收的上行链路脉冲串信号、数据信号或控制信号。MARGINTX是表示信道变化的项。即，考虑基于等式(1)的调度的时间与上行链路信号的实际传输时间之差，设置该余量(margin)。Headroom(余裕)是通过从SS的最大发射功率减去当前发射功率所计算出的SS的发射功率的余量。假设BS了解SS的最大发射功率。
满足等式(1)的ΔP确保SS用在有限功率内调度的资源和MCS级发送上行链路信号。
在第二步骤中，SS执行功率控制。以两种方式考虑上行链路功率控制：闭环功率控制和开环功率控制。
上行链路闭环功率控制是根据来自BS的命令控制SS的发射功率的方案。BS将需要的功率增量/减量ΔP以及通过等式(1)调度的资源和MCS级通知给SS。
上行链路开环功率控制是在SS自身中决定上行发射功率的方案。BS简单地把由等式(1)决定的资源和MCS级告诉SS，然后SS通过下式使用所分配的资源计算要发送的上行链路信号的上行链路发射功率：
P＝PLUL+SNRreq+NIUL，RX+BWreq+MARGINRX
 ＝PLDL+SNRreq+NIUL，RX+BWreq+MARGINRX
 ＝PLDL，TX-PLDL，RX+SNRreq+NIUL，RX+BWreq+MARGINRX
                                                    .....(2)
其中，PLUL和PLDL分别表示上行链路和下行链路路径损耗。考虑到是TTD系统，这两个值几乎相同。SS可以使用BS的发射功率PDL，TX和SS的下行链路接收功率PDL，RX估计PLDL。NIUL，RX是在BS的接收机处测量的、对于所有SS共同的信号和干扰的功率。SNRreq和BWreq分别表示要对分组应用MCS级所需要的SNR和带宽。MARGINRX是表示应用等式(2)的计算时间与实际上行链路传输时间之间的差的项。
图2是示出传统闭环功率控制的信号流的图。
参照图2，在步骤201中，SS在上行链路脉冲串中向BS发送参考信号和关于参考信号的上行链路发射功率(UL_Tx，Power)的信息。
在步骤203中，BS(调度器)计算参考信号的接收SNR，并且通过等式(1)确定SS的资源、MCS级和功率增量ΔP。可以使用发射功率(UL_Tx，Power)的信息计算等式(1)中涉及的余裕。
在步骤205中，BS根据调度(UL_MAP)为SS分配上行链路资源，并且向SS发送功率控制命令(或者功率增量)。在UL-MAP脉冲串中递送资源分配(UL_MAP)信息，并且在包含预定控制消息的DL脉冲串中设置功率控制命令。
SS在步骤207中根据功率控制命令确定其上行链路发射功率，并且在步骤209中使用所分配的资源发送分组。然后，重复步骤203(BS调度)到步骤209(上行链路发送)。
如前面所述，在闭环功率控制中有选择地发送功率控制命令。仅当信道状态改变并且上行链路接收信号的SNR改变时，BS才向SS发送功率控制命令。在缺少功率控制命令时，SS通过下式基于之前上行链路发射功率确定其上行链路发射功率：
Pnew＝PLast+SNRNew-SNRLast+(BWNew-BWLast)
                                                    .....(3)
其中Pnew和PLast分别表示新发射功率和之前发射功率，SNRNew和SNRLast分别表示要求的新SNR和之前要求的SNR，而BWNew和BWLast分别表示新分配的SNR和之前分配的SNR。
图3是示出传统开环功率控制的信号流的图。
参照图3，在步骤301中，SS在上行链路脉冲串中向BS发送参考信号和关于参考信号的上行链路发射功率(UL_Tx，Power)的信息。
在步骤303中，BS(调度器)计算参考信号的接收SNR，并且通过等式(1)确定SS的资源、MCS级和功率增量ΔP。可以使用发射功率的信息(UL_Tx，Power)计算等式(1)中涉及的余裕。
在步骤305中，BS根据调度(UL_MAP)为SS分配上行链路资源，并且向SS发送上行链路资源分配(UL-MAP)信息。与闭环功率控制相比，在开环功率控制中不发送功率控制命令。相反，BS在DL-MAP脉冲串中向所有SS广播计算等式(2)所必需的PDL，TX和NIUL，RX。
SS在步骤307中通过等式(2)，使用资源分配信息确定其上行链路发射功率，并且在步骤309中使用所分配的资源发送上行链路信号。同时，SS告诉BS当前的发射功率。然后，重复步骤303(BS调度)到步骤309(上行链路发送)。
如前面所描述的，与闭环功率控制相反，开环功率控制方案连同上行链路传输一起向BS提供关于当前上行链路发射功率的信息，这是因为SS可以自由地改变上行链路发射功率。SS用来决定发射功率的等式(2)包括BS未知的信道变化，因此SS的余裕在BS不知道的情况下被改变。因此，SS在每次上行链路传输中告诉BS当前发射功率，从而BS可以更新余裕。
另一方面，在闭环功率控制中，通过来自BS的功率控制命令或BS已知的发射功率计算公式(等式(3))来改变SS的发射功率。因此，BS可以在上行链路信号的SNR估计中区分发射功率变化与信道变化。即，BS可以考虑信道变化执行功率控制，如等式(1)所示。也可以使用之前余裕和之前功率控制命令，或者使用基站可以通过等式(3)估计的SS的发射功率来计算余裕。因此，在闭环功率控制中，SS不需要在每次上行链路传输中将其发送功率通知给BS。
下面表1中归纳了这两种功率控制方案的特征。
表1
  闭环功率控制   开环功率控制
  下行链路反馈   功率控制命令   PDL，TX，NIUL，RX
  上行链路反馈   无   上行链路发射功率
  调度余量   MARGINTX   MARGINTX
  最大发射功率余量   MARGINTX   MARGINRX
从表1中可以看出，闭环和开环功率控制方案在上行链路/下行链路反馈、调度余量和最大发射功率余量上不同。上行链路/下行链路反馈已经在前面描述了。调度余量在两种功率控制方案中都是MARGINTX，这是因为在这两种方案中调度时间点与实际上行链路传输时间是一致的。最大发射功率余量被定义为满足在接收机处的SNRreq所要求的发射功率与实际发射功率之间的最大差。对于闭环功率控制，由于实际发射功率是在调度时决定的，因此最大发射功率余量是MARGINTX。对于开环功率控制，实际发射功率是由等式(2)决定的，因此最大发射功率余量是MARGINRX。调度余量导致资源分配损失，而最大发射功率余量引起总系统干扰的增加。
如果SS缓慢移动，则闭环功率控制整体上运行得更好。因为在低移动速度下信道不会改变很多，所以不频繁地发出功率控制命令，从而下行链路反馈信息的量较小。受信道变化影响的MARGINTX也很小。另外，如等式(1)中那样，根据实际上行链路信道状态完成调度和决定发射功率。因此，可以以高可靠性执行上行链路功率控制。
相反，如果SS快速移动，则开环功率控制要胜过闭环功率控制。在高移动速度下信道大大改变，因此在闭环功率控制中功率控制命令的发生次数大致与在开环功率控制中发射功率反馈次数相等。然而，因为MARGINTX≥MARGINRX，所以闭环功率控制消耗大量资源跟踪信道变化，或者完全不能跟踪信道变化。结果，在SS快速移动的情况下，闭环功率控制引起比开环功率控制大的干扰。
发明内容
如上所述，闭环和开环功率控制方案根据移动终端的速度提供它们的好处。然而，传统系统仅采用这两种功率控制方案之一。在另一情况下，对初始访问应用开环功率控制，而在之后应用闭环功率控制。因此，传统系统未充分利用闭环和开环功率控制方案的优点。
本发明的一个目的是基本解决至少上述问题和/或缺点，以及提供至少下面优点。因此，本发明的一个目的是提供一种在移动通信系统中根据移动速度自适应地确定功率控制方案的装置和方法。
本发明的另一目的是提供一种在OFDM/OFDMA TDD移动通信系统中根据移动速度自适应地确定功率控制方案的装置和方法。
上述目的是通过提供一种在TDD移动通信系统中根据移动状态自适应地改变上行链路功率控制方案的装置和方法来实现的。
根据本发明的一个方面，在一种支持多个上行链路功率控制方案的移动通信系统中的基站中，移动性估计器通过估计用户台的速度来生成移动性索引，功率控制器通过将移动性索引与阈值进行比较，从所述多个功率控制方案中选择用户台的上行链路的功率控制方案。
根据本发明的另一个方面，在一种支持多个功率控制方案的移动通信系统中的用户台设备中，MAC实体在接收到来自基站的功率控制改变命令消息后，从该功率控制改变命令消息中提取关于该基站所请求的功率控制方案的信息，功率控制器根据从MAC实体接收的提取信息，选择功率控制方案，并且根据所选的功率控制方案，确定上行链路脉冲串的发射功率。
根据本发明的再一个方面，在一种在支持多个上行链路功率控制方案的移动通信系统中确定上行链路功率控制方案的方法中，基站根据用户台的状态，选择用户台的上行链路的功率控制方案，并且向用户台发送功率控制改变命令消息，该消息包括关于所选的功率控制方案的信息。用户台在从基站接收到功率控制改变命令消息后，从功率控制改变命令消息中提取功率控制方案信息，并且用户台根据所提取的信息选择功率控制方案。
根据本发明的再一个方面，在一种在支持多个上行链路功率控制方案的移动通信系统中确定上行链路功率控制方案的方法中，用户台向基站发送功率控制改变请求消息，该消息包括关于所请求的功率控制方案的信息。基站在接收到功率控制改变请求消息后，选择用户台的上行链路的功率控制方案，并且向用户台发送功率控制改变命令消息，该消息包括关于所选的功率控制方案的信息。用户台在从基站接收到功率控制改变命令消息后，从功率控制改变命令消息中提取功率控制方案信息，并且根据所提取的信息选择功率控制方案。
根据本发明的再一个方面，在一种在支持多个上行链路功率控制方案的移动通信系统中确定上行链路功率控制方案的方法中，基站通过估计用户台的速度来生成移动性索引，根据移动性索引选择用户台的上行链路的功率控制方案，如果所选的功率控制方案与之前的功率控制方案不同，则向用户台发送功率控制改变命令消息，该消息包括关于所选的功率控制方案的信息。
根据本发明的再一个方面，在一种在支持多个上行链路功率控制方案的移动通信系统中确定上行链路功率控制方案的方法中，用户台在接收到来自基站的功率控制改变命令消息后，从功率控制改变命令消息中提取关于基站所请求的功率控制方案的信息，根据所提取的信息选择功率控制方案，并且根据所选功率控制方案确定上行链路突发流的发射功率。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加清楚，其中：
图1示出在IEEE 802.16OFDMA系统中的OFDMA上行链路/下行链路帧结构；
图2是示出传统闭环功率控制的信号流的图；
图3是示出传统开环功率控制的信号流的图；
图4是根据本发明实施例的TDD通信系统中的BS的框图；
图5是在根据本发明实施例的TDD通信系统中、BS根据选择哪个功率控制方案的功率控制状态转换的图；
图6是在根据本发明实施例的TDD通信系统中、在BS中用于确定上行链路功率控制方案的操作的流程图；
图7是根据本发明实施例的TDD通信系统中的SS的框图；
图8是在根据本发明实施例的TDD通信系统中、SS根据选择哪个功率控制方案的功率控制状态转换的图；
图9是在根据本发明实施例的TDD通信系统中、在SS中用于确定上行链路功率控制方案的操作的流程图；
图10是示出在根据本发明实施例的TDD通信系统中、在SS中向BS请求功率控制改变的操作的流程图；以及
图11是示出在根据本发明实施例的TDD通信系统中、在BS与SS之间交换的消息流的图。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的优选实施例。在下面的描述中，公知的功能或结构将不再详细描述，因为对其不必要的累述将会使本发明不清楚。
本发明意图提供一种在移动通信系统中根据移动状态对上行链路功率控制选择闭环功率控制方案或开环功率控制方案的装置和方法。尽管为了方便起见将在IEEE 802.16e通信系统的上下文中描述本发明，但本发明的功率控制方案改变方法可以应用于所有其他的时分双工(TDD)通信系统。
图4是根据本发明实施例的TDD通信系统中的BS的框图。BS包括连接到更高层的MAC实体401、TDD发送MODEM 403、TDD接收MODEM405、双工器407、上行链路功率控制器409、移动性估计器411和调度器413。
参照图4，MAC实体401按照TDD发送MODEM 403的连接协议接收来自更高层的传输数据，并且处理所接收的数据。MAC实体401按照更高层的连接协议接收来自TDD接收MODEM 405的数据，处理所接收的数据，并且将处理的数据提供给更高层。
TDD发送MODEM 403包括信道编码器、调制器和RF发射单元，它将从MAC实体401接收的数据转换成适合无线电发射的形式。调制器执行码分多址(CDMA)通信系统中的扩频和OFDM通信系统中的OFDM调制(IFFT)。
TDD接收MODEM 405包括RF接收单元、解调器和信道解码器，它恢复从双工器407接收的无线电信号，并且将恢复的信号提供给MAC实体401。
双工器407将在TDD中从天线接收的信号(上行链路信号)提供给TDD接收MODEM 405，并且将从TDD发送MODEM 403接收的发射信号(下行链路信号)提供给天线。
调度器413根据各个SS的数据传输状态和信道状态调度上行链路和下行链路数据传输，并且命令用户台(SS)按照调度发送和接收数据。在IEEE 802.16通信系统中，例如，调度器413生成UL-MAP和DL-MAP作为上行链路和下行链路配置信息，并且MAC实体401根据来自调度器413的UL-MAP和DL-MAP，接收上行链路信号并且发送下行链路信号。
移动性估计器411通过根据从SS接收的无线电信号估计各个SS的移动性状态，来确定移动性索引。有许多可用的移动性状态估计算法，这里假设可以使用它们中的任一个。根据本发明的实施例，较高的移动性索引指示较高的移动速度。
上行链路功率控制器409负责闭环或开环功率控制。它以预定方法(例如等式(1))确定每个移动终端可用的资源和MCS级，并且将所确定的资源和MCS级告诉调度器413。在闭环功率控制的情况下，上行链路功率控制器409生成对各SS的功率控制命令到MAC实体401。已经详细描述了功率控制方案，这里不再提供对它们的描述。
根据本发明，上行链路功率控制器409基于从移动性估计器411接收的移动性索引确定SS的功率控制方案。可以在每个设置的时间周期、或者在从SS接收到功率控制改变请求时，做出该确定。如果对该SS改变功率控制方案，则上行链路功率控制器409向MAC实体401提供该SS的功率控制命令。MAC实体根据功率控制改变命令生成功率控制改变命令消息，并且将其提供给TDD发送MODEM 403。
图5是示出在根据本发明实施例的TDD通信系统中、BS根据选择哪个功率控制方案的功率控制状态转换的图。
参照图5，在决定功率控制方案中，使用称为功率控制模式改变(PMC)的状态变量。如果PMC为‘0’，那么它指示选择闭环功率控制。如果PMC为‘1’，那么它指示选择开环功率控制。
在PMC＝0的状态下，如果从移动性估计器411接收的移动性索引小于阈值，则保持状态PMC＝0，如附图标记505所示。如果移动性索引大于阈值，则状态PMC＝0转换到状态PMC＝1，如附图标记511所示。类似地，在PMC＝1的状态下，如果移动性索引大于阈值，则保持状态PMC＝1，如附图标记509所示。如果移动性索引小于阈值，则状态PMC＝1转换到状态PMC＝0，如附图标记507所示。如果PMC值改变，则这意味着选择了与前一个不同的功率控制方案。于是，向SS发送功率控制改变命令，通知SS功率控制方案的改变。
下文将参照图5的状态转换图描述BS的操作。
图6是示出在根据本发明实施例的TDD通信系统中、在BS中用于确定上行链路功率控制方案的操作的流程图。如前面所述，可以在设置的时间周期或者在接收到来自SS的功率控制改变请求时，做出关于使用哪个功率控制方案的判定。也可以组合使用这两种方法。下面的描述是基于周期性地做出判定的假设而进行的。
参照图6，在步骤601中，BS确定是否经过了预定时间周期，以及是否到了设置功率控制方案的时间。如果到了设置功率控制方案的时间，则移动性估计器411在步骤603中将计算出的移动性索引与阈值进行比较。在步骤605中，BS将移动性索引与阈值进行比较。如果移动性索引小于阈值，则BS在步骤607中将PMC设为0。由于移动性索引小于阈值意味着SS缓慢移动，因此功率控制方案被设为闭环功率控制。相反，如果移动性索引大于阈值，则BS在步骤609中将PMC设为1。由于移动性索引大于阈值意味着SS快速移动，因此功率控制方案被设为开环功率控制。
在步骤611中，BS通过将当前设置的功率控制方案与先前功率控制方案进行比较，确定PMC是否已转换。如果PMC未改变，则BS返回步骤601。如果PMC已改变，则BS在步骤613中向SS发送包括改变后的功率控制方案信息的功率控制改变命令消息，并且返回步骤601。功率控制改变命令消息的具体结构在下面表3中示出。
如上所述，BS决定是否改变功率控制方案，并且SS仅按照从BS接收的功率控制改变命令来改变其功率控制方案。
图7是根据本发明实施例的TDD通信系统中的SS的框图。
本发明的SS包括连接到更高层的MAC实体701、TDD发送MDOEM703、TDD接收MODEM 705、双工器707、功率控制器709和移动性估计器711。
参照图7，MAC实体701按照TDD发送MODEM 703的连接协议接收来自更高层的传输数据，并且处理所接收的数据。MAC实体701接收来自TDD接收MODEM 705的数据，按照更高层的连接协议处理所接收的数据，并且将处理的数据提供给更高层。按照BS调度器413的命令，执行MAC实体701的功能。在IEEE 802.16通信系统中，例如，调度器413生成UL-MAP和DL-MAP作为上行链路和下行链路配置信息，并且SS的MAC实体701根据来自调度器413的UL-MAP和DL-MAP，接收下行链路信号并且发送上行链路信号。
TDD发送MODEM 703包括信道编码器、调制器和RF发射单元，它将从MAC实体701接收的数据转换成适合无线电传输的形式。特别地，TDD发送MODEM 703根据从功率控制器709接收的上行链路发射功率值，调节上行链路信号的发射功率。
TDD接收MODEM 705包括RF单元、解调器和信道解码器，它恢复从双工器707接收的无线电信号，并且将恢复的信号提供给MAC实体701。双工器707将在TDD中从天线接收的信号(下行链路信号)提供给TDD接收MODEM 705，并且将从TDD发送MODEM 703接收的发射信号(上行链路信号)提供给天线。
移动性估计器711通过根据从BS接收的无线电下行链路信号估计SS的移动性状态，来确定移动性索引，并且将移动性索引提供给功率控制器709。有许多可用的移动性状态估计算法，这里可以使用它们中的任一个。根据本发明的实施例，假设较高的移动性索引指示较高的移动速度。
功率控制器709负责闭环或开环功率控制。对于闭环功率控制，功率控制器709根据从BS接收的功率控制命令或者通过等式(3)确定上行链路发射功率，并且向TDD发送MODEM 703提供上行链路发射功率值。对于开环功率控制，功率控制器709通过等式(2)确定上行链路发射功率，并且将其提供给TDD发送MODEM 703。在通过等式(2)或等式(3)计算上行链路发射功率的情况下，由从BS接收的资源分配信息(UL-MAP)获得关于所要求的带宽和SNR的信息。前面已经详细描述了这些功率控制方案，这里不再提供对其的描述。
根据本发明，功率控制器709根据从BS接收的功率控制改变命令，自适应地选择功率控制方案。更具体地说，通过TDD发送MODEM 703向MAC实体701提供功率控制改变命令消息。MAC实体701从该消息中提取指示功率控制方案的功率控制改变命令。功率控制器709然后根据从MAC实体701接收的功率控制改变命令，选择功率控制方案。
功率控制器709可以向BS请求改变上行链路功率控制方案。具体地说，功率控制器709根据从移动性估计器711接收的移动性索引选择功率控制方案，如果所选的功率控制方案与前一个不同，则功率控制器709向MAC实体701发送功率控制改变请求。于是，MAC实体701生成功率控制改变请求消息并将其发送到BS。以这种方式，SS只需要请求功率控制方案的改变，而BS进行关于功率控制方案的最终判定。
图8是示出在根据本发明实施例的TDD通信系统中、SS根据选择哪个功率控制方案的功率控制状态转换的图。
参照图8，在决定功率控制方案中使用PMC。如果PMC为‘0’，那么它指示选择闭环功率控制。如果PMC为‘1’，那么它指示选择开环功率控制。
在PMC＝0的状态下，如果从BS接收的功率控制改变命令指示闭环功率控制，则保持状态PMC＝0(闭环功率控制)，如附图标记805所示。如果功率控制改变命令指示开环功率控制，则状态PMC＝0转换到状态PMC＝1(开环功率控制)，如附图标记811所示。类似地，在PMC＝1的状态下，如果功率控制改变命令指示开环功率控制，则保持状态PMC＝1(开环功率控制)，如附图标记809所示。如果功率控制改变命令指示闭环功率控制，则状态PMC＝1转换到状态PMC＝0(闭环功率控制)，如附图标记807所示。以这种方式，SS根据来自BS的功率控制改变命令来确定功率控制方案。
下文将参照图8的状态转换图描述SS的操作。
图9是示出在根据本发明实施例的TDD通信系统中、在SS中用于确定上行链路功率控制方案的操作的流程图。
参照图9，在步骤901中，SS确定是否从BS接收到功率控制改变命令消息。在接收到功率控制改变命令消息时，SS在步骤903中检查该消息中设置的功率控制改变命令。在步骤905中，SS确定功率控制改变命令是否指示闭环功率控制。如果是的话，SS在步骤907中将PMC设为0(闭环功率控制)，并且返回步骤901。如果功率控制改变命令指示开环功率控制，则SS在步骤909中将PMC设为1(开环功率控制)，并且返回步骤901。
图10是示出在根据本发明实施例的TDD通信系统中、在SS中向BS请求功率控制改变的操作的流程图。
参照图10，SS在步骤1001中将由移动性估计器711计算出的移动性索引与预定阈值进行比较，并且在步骤1003中确定移动性索引是否小于阈值。如果移动性索引小于阈值，则SS在步骤1005中将PMC设为0(闭环功率控制)。由于移动性索引小于阈值意味着SS缓慢移动，因此功率控制方案被设为闭环功率控制。相反，如果移动性索引大于阈值，则SS在步骤1007中将PMC设为1(开环功率控制)。由于移动性索引大于阈值意味着SS快速移动，因此功率控制方案被设为开环功率控制。
在步骤1009中，SS通过将当前设置的功率控制方案(PMC’)与先前功率控制方案(PMC)进行比较，确定PMC是否已转换。如果PMC未改变，则SS返回步骤1001。如果PMC已改变，则SS在步骤1011中向BS发送包括关于改变后的功率控制方案的信息的功率控制改变请求消息，并且返回步骤1001。功率控制改变请求消息的具体结构在下面表2中示出。
图11是示出在根据本发明实施例的TDD通信系统中、在BS与SS之间交换的消息流的图。特别地，这些消息被用在SS向BS请求改变功率控制方案以及BS在接收到功率控制改变请求后确定功率控制方案的过程中。
参照图11，当有必要改变功率控制方案时，SS在步骤1011中向BS发送功率控制请求消息，该消息包括关于所请求的功率控制方案的信息。功率控制改变请求消息的格式在下面表2中示出。
在接收到功率控制改变请求消息后，BS在步骤1103中基于SS的移动性索引确定功率控制方案。如果所确定的功率控制方案与前一个不同，则BS在步骤1105中向SS发送功率控制改变命令消息，该消息包括关于所确定的功率控制方案的信息。功率控制改变命令消息的格式在下面表3中示出。
在接收到功率控制改变命令消息后，SS在步骤1107中根据接收的消息中设置的功率控制改变命令，设置功率控制方案。
如上所述，SS请求功率控制方案的改变，并且BS响应于该功率控制请求，向SS发送功率控制改变命令。在另一种情况下，BS可以根据移动性索引向SS发送功率控制改变命令，而不用接收功率控制改变请求。功率控制改变请求消息在UL脉冲串中被发送到BS，而功率控制改变命令消息在DL脉冲串中被发送到SS，如图1所示。关于UL脉冲串和DL脉冲串的配置信息在UL-MAP脉冲串和DL-MAP脉冲串中被递送给SS。即，SS使用从BS接收的MAP信息，发送功率控制改变请求消息，并且接收功率控制改变命令消息。
下面的表2示出在IEEE 802.16通信系统中图11所示的可以从SS发送的功率控制改变请求消息的示例。在UL脉冲串中将其递送给BS。
表2
  句法   大小   说明
 PMC_REQ message format{
  Management Message Type＝62   8位   Type＝62
  Power control mode change   1位   0：闭环功率控制模式1：开环功率控制模式
  UL TX power   8位   承载该头(11.1.1)的脉冲串的UL Tx功率级。当Tx功率在时隙之间不同时，报告最大值
  Reserved   7位
 }
参照表2，‘Management Message Type’(管理消息类型)是标识IEEE 802.16通信系统中的消息的序列号。它可以根据系统标准而改变。‘Power controlmode change’(功率控制模式改变)指示所请求的功率控制方案。对闭环功率控制它被设为‘0’，而对开环功率控制它被设为‘1’。‘UL Tx power’(UL Tx功率)指示递送该功率控制改变请求的上行链路脉冲串的发射功率值。按照IEEE 802.16执行发射功率值的编码，这里将不再详细描述。BS可以利用该发射功率值来进行功率控制，在具有功率控制改变请求的上行链路脉冲串中设置。‘Reserved’(预留)表示为了使消息的总字节大小匹配而插入的位。
下面的表3示出在IEEE 802.16通信系统中图11所示的可以从BS发送的功率控制改变命令消息的示例。在DL脉冲串中将其递送给SS。
表3
  句法   大小   说明
 PMC_RSP message format{
  Management Message Type＝63   8位   Type＝63
  Power control mode change   1位   0：闭环功率控制模式1：开环功率控制模式
  Start frame   3位   当所指示的功率控制模式被激活时帧号的3个LSB
  If(Power control mode change＝0)   7位
   Power adjust   8位   带符号整数，表示SS应当对其当前发射功率应用的功率级改变(0.25dB的倍数)。当采用子信道化时，用户应当将功率偏移调节解释为需要对发射功率强度的改变。
 else
  OffsetperSS   8位   带符号整数，表示SS应当对8.4.10.3.1中的开环功率控制公式应用的功率级的改变(0.2dB的倍数)。
  Reserved   4位
 }
参照表3，‘Management Message Type(管理消息类型)’是标识IEEE 802.16通信系统中的消息的序列号。它可以根据系统标准而改变。‘Power controlmode change(功率控制模式改变)’指示所请求的功率控制方案。对闭环功率控制它被设为‘0’，而对开环功率控制它被设为‘1’。‘Start frame’(起始帧)指示在IEEE 802.16通信系统中所指示的功率控制方案开始被应用的帧。如果所指示的功率控制方案是闭环功率控制，则发送关于SS的发射功率的功率控制命令‘Power adjust’(功率调节)。在开环功率控制的情况下，发送偏移值‘OffsetperSS’以便在等式(2)的MARGINRX中反映。该偏移值是特定于SS的，象由于信道选择性和BS天线的分集增益引起的链路性能的改变。在这种情况下，MARGINRX反映SS的信道状态以及在应用功率控制方案之前的时间延迟。
下面的表4示出在IEEE 802.16通信系统中可以由BS发送的带宽请求和上行链路发射功率报告消息的示例。
表4
  MSB
  HT＝1(0)   EC＝1(0)   Type(3)＝011                   BR(11)
           UL Tx Power(8)        CID MSB(8)
           CID LSB(8)        HCS(8)
参照表4，带宽请求和上行链路发射功率报告消息是对现有IEEE 802.16带宽请求消息的修改。总的来说，在IEEE 802.16通信系统中上行链路通信以来自SS的带宽请求开始。因此，在IEEE 802.16通信系统中定义了带宽请求消息。假设上行链路通信以来自SS的带宽请求开始，那么在图2或图3所示的过程中从SS发送的上行链路消息可以是带宽请求消息。然而，该消息不能被用作该过程中的功率控制的参考信号，这是因为它没有关于上行链路发射功率的信息。因此，在本发明中SS一同发送带宽请求和上行链路发射功率值。在该上下文中，指定表4所示的带宽请求和上行链路发射功率报告消息来用作功率控制的参考信号。特别地，该消息是控制消息的格式(按照IEEE 802.16称为头)。
在表4中，‘HT(Header Type)’指示头类型。它始终被设为‘1’。‘EC(Encryption Control)’(加密控制)指示头后面的净荷是否被加密。‘EC’总是被设为‘1’。带宽请求和上行链路发射功率报告消息被配置成只具有头，没有净荷。‘Type’指示带宽请求头的类型。它可以根据标准而改变。‘BR’是带宽请求的缩写。它指示上行链路数据量(以字节为单位)。‘UL Tx Power’指示承载带宽请求和上行链路发射功率报告消息的UL脉冲串的发射功率值。按照IEEE 802.16执行发射功率的编码，这里将不再提供对其描述。BS可以利用该发射功率值来进行功率控制，在具有带宽请求和上行链路发射功率报告消息的上行链路脉冲串中设置。‘CID(Connection ID)’(连接ID)是16位IEEE 802.16连接ID。‘HCS(Header Check Sequence)’(头校验序列)是该消息的8位循环冗余校验(CRC)值，用于BS中的错误检测。CRC运算是基于IEEE802.16的，这里将不再提供对其描述。
根据如上所述的本发明，在TDD通信系统中改变了上行链路功率控制方案。因此，可以更高效地执行上行链路功率控制。即，通过充分利用闭环和开环功率控制方案的优点来提供高效的上行链路功率控制。
尽管参照本发明的特定优选实施例示出和描述了本发明，但它们仅仅是示例性应用。例如，尽管描述了闭环功率控制和开环功率控制作为可用的功率控制方案，但本发明可应用于另外划分的功率控制方案。因此，本领域技术人员应当理解，可以对其进行形式和细节上的各种改变，而不背离权利要求书限定的本发明的宗旨和范围。

Claims (33)

1.一种支持至少两个上行链路功率控制方案的移动通信系统中的基站设备，包括：
移动性估计器，通过估计用户台的速度来生成移动性索引；和
功率控制器，通过将移动性索引与阈值进行比较，从至少两个功率控制方案中选择用户台的上行链路的功率控制方案。
2.如权利要求1所述的基站设备，其中，如果移动性索引大于阈值，则功率控制器选择开环功率控制方案，而如果移动性索引小于阈值，则选择闭环功率控制方案。
3.如权利要求1所述的基站设备，还包括媒体访问控制(MAC)实体，用于如果所选的功率控制方案与之前的功率控制方案不同，则生成功率控制改变命令消息以便发送给用户台。
4.如权利要求3所述的基站设备，其中，功率控制改变命令消息包括：功率控制模式改变字段，指示所请求的功率控制方案；起始帧字段，指示应用所指示的功率控制方案的开始时间；功率调节字段，如果所指示的功率控制方案是闭环功率控制方案，则该字段指示关于用户台的发射功率的功率控制命令；和OffsetperSS字段，如果所指示的功率控制方案是开环功率控制方案，则该字段指示考虑到计算用户台的发射功率的时间点与实际上行链路发送时间点之间的差而设置的余量。
5.如权利要求1所述的基站设备，其中，功率控制器周期性地、或者在接收到来自用户台的功率控制改变请求消息后选择功率控制方案。
6.如权利要求5所述的基站设备，其中，功率控制改变请求消息包括：功率控制模式改变字段，指示用户台所请求的功率控制方案；和UL Tx功率字段，指示承载该功率控制改变请求消息的上行链路脉冲串的发射功率。
7.如权利要求1所述的基站设备，其中，移动通信系统是正交频分复用/正交频分多址-时分双工(OFDM/OFDMA-TDD)通信系统。
8.一种支持至少两个功率控制方案的移动通信系统中的用户台设备，包括：
媒体访问控制(MAC)实体，在接收到来自基站的功率控制改变命令消息后，从该功率控制改变命令消息中提取关于该基站所请求的功率控制方案的信息；和
功率控制器，根据从MAC实体接收的提取信息，选择功率控制方案，并且根据所选的功率控制方案，确定上行链路脉冲串的发射功率。
9.如权利要求8所述的用户台设备，其中，功率控制改变命令消息包括：功率控制模式改变字段，指示基站所请求的功率控制方案；起始帧字段，指示应用所指示的功率控制方案的开始时间；功率调节字段，如果所指示的功率控制方案是闭环功率控制方案，则该字段指示关于用户台的发射功率的功率控制命令；和OffsetperSS字段，如果所指示的功率控制方案是开环功率控制方案，则该字段指示考虑到计算用户台的发射功率的时间点与实际上行链路发送时间点之间的差而设置的余量。
10.如权利要求8所述的用户台设备，还包括移动性估计器，通过估计用户台的速度来生成移动性索引，
其中，如果移动性索引大于阈值，则功率控制器选择开环功率控制方案，而如果移动性索引小于阈值，则选择闭环功率控制方案，并且
其中，如果所选的功率控制方案与之前的功率控制方案不同，则MAC实体生成功率控制改变请求消息以便发送给基站。
11.如权利要求10所述的用户台设备，其中，功率控制改变请求消息包括：功率控制模式改变字段，指示用户台所请求的功率控制方案；和UL Tx功率字段，指示承载该功率控制改变请求消息的上行链路脉冲串的发射功率。
12.如权利要求8所述的用户台设备，其中，如果用户台向基站请求带宽，则MAC实体生成包括关于发射功率的信息的带宽请求消息。
13.如权利要求12所述的用户台设备，其中，带宽请求消息包括：带宽请求(BR)字段，指示要发送的上行链路数据量；和UL Tx功率字段，指示承载该带宽请求消息的上行链路脉冲串的发射功率。
14.如权利要求8所述的用户台设备，其中，移动通信系统是正交频分复用/正交频分多址-时分双工(OFDM/OFDMA-TDD)通信系统。
15.一种在支持至少两个上行链路功率控制方案的移动通信系统中自适应地确定上行链路功率控制方案的方法，包括步骤：
(1)基站根据用户台的状态，判断用户台的上行链路的功率控制方案；
(2)基站向用户台发送功率控制改变命令消息，该消息包括关于所选的功率控制方案的信息；以及
(3)用户台在从基站接收到功率控制改变命令消息后，从功率控制改变命令消息中提取功率控制方案信息，并且用户台根据所提取的信息选择功率控制方案。
16.如权利要求15所述的方法，其中步骤(1)是周期性地执行的。
17.如权利要求15所述的方法，其中步骤(1)包括步骤：通过将指示用户台速度的移动性索引与阈值进行比较，选择用户台的上行链路的功率控制方案。
18.如权利要求15所述的方法，其中步骤(2)包括步骤：
将所选的功率控制方案与之前的功率控制方案进行比较；以及
如果所选的功率控制方案与之前的功率控制方案不同，则向用户台发送具有功率控制方案信息的功率控制命令消息。
19.如权利要求15所述的方法，其中，功率控制改变命令消息包括：功率控制模式改变字段，指示基站所请求的功率控制方案；起始帧字段，指示应用所指示的功率控制方案的开始时间；功率调节字段，如果所指示的功率控制方案是闭环功率控制方案，则该字段指示关于用户台的发射功率的功率控制命令；和OffsetperSS字段，如果所指示的功率控制方案是开环功率控制方案，则该字段指示考虑到计算用户台的发射功率的时间点与实际上行链路发送时间点之间的差而设置的余量。
20.一种在支持至少两个上行链路功率控制方案的移动通信系统中自适应地确定上行链路功率控制方案的方法，包括步骤：
(a)用户台向基站发送功率控制改变请求消息，该消息包括关于所请求的功率控制方案的信息；
(b)基站在接收到功率控制改变请求消息后，判断用户台的上行链路的功率控制方案；
(c)基站向用户台发送功率控制改变命令消息，该消息包括关于所选的功率控制方案的信息；以及
(d)用户台在从基站接收到功率控制改变命令消息后，从功率控制改变命令消息中提取功率控制方案信息，并且用户台根据所提取的信息选择功率控制方案。
21.如权利要求20所述的方法，还包括步骤：用户台基于用户台的速度确定是否改变功率控制方案。
22.如权利要求20所述的方法，其中步骤(b)包括步骤：通过将指示用户台速度的移动性索引与阈值进行比较，选择用户台的上行链路的功率控制方案。
23.如权利要求20所述的方法，其中步骤(c)包括步骤：
将所选的功率控制方案与之前的功率控制方案进行比较；以及
如果所选的功率控制方案与之前的功率控制方案不同，则向用户台发送具有功率控制方案信息的功率控制命令消息。
24.如权利要求20所述的方法，其中，功率控制改变请求消息包括：功率控制模式改变字段，指示用户台所请求的功率控制方案；和UL Tx功率字段，指示承载该功率控制改变请求消息的上行链路脉冲串的发射功率。
25.如权利要求20所述的方法，其中，功率控制改变命令消息包括：功率控制模式改变字段，指示基站所请求的功率控制方案；起始帧字段，指示应用所指示的功率控制方案的开始时间；功率调节字段，如果所指示的功率控制方案是闭环功率控制方案，则该字段指示关于用户台的发射功率的功率控制命令；和OffsetperSS字段，如果所指示的功率控制方案是开环功率控制方案，则该字段指示考虑到计算用户台的发射功率的时间点与实际上行链路发送时间点之间的差而设置的余量。
26.一种在支持至少两个上行链路功率控制方案的移动通信系统中的基站中确定上行链路功率控制方案的方法，包括步骤：
通过估计用户台的速度来生成移动性索引；
根据移动性索引判断用户台的上行链路的功率控制方案；以及
如果所选的功率控制方案与之前的功率控制方案不同，则向用户台发送功率控制改变命令消息，该消息包括关于所选的功率控制方案的信息。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述功率控制方案选择步骤是周期性地或应来自用户台的请求而执行的。
28.如权利要求26所述的方法，其中功率控制改变命令消息包括：功率控制模式改变字段，指示基站所请求的功率控制方案；起始帧字段，指示应用所指示的功率控制方案的开始时间；功率调节字段，如果所指示的功率控制方案是闭环功率控制方案，则该字段指示关于用户台的发射功率的功率控制命令；和OffsetperSS字段，如果所指示的功率控制方案是开环功率控制方案，则该字段指示考虑到计算用户台的发射功率的时间点与实际上行链路发送时间点之间的差而设置的余量。
29.一种在支持至少两个上行链路功率控制方案的移动通信系统中的用户台中确定上行链路功率控制方案的方法，包括步骤：
在接收到来自基站的功率控制改变命令消息后，从功率控制改变命令消息中提取关于基站所请求的功率控制方案的信息；
根据所提取的信息判断功率控制方案；以及
根据所选的功率控制方案确定上行链路脉冲串的发射功率。
30.如权利要求29所述的方法，其中功率控制改变命令消息包括：功率控制模式改变字段，指示基站所请求的功率控制方案；起始帧字段，指示应用所指示的功率控制方案的开始时间；功率调节字段，如果所指示的功率控制方案是闭环功率控制方案，则该字段指示关于用户台的发射功率的功率控制命令；和OffsetperSS字段，如果所指示的功率控制方案是开环功率控制方案，则该字段指示考虑到计算用户台的发射功率的时间点与实际上行链路发送时间点之间的差而设置的余量。
31.如权利要求29所述的方法，还包括步骤：
根据用户台的状态确定上行链路功率控制方案；和
如果所确定的功率控制方案与之前的功率控制方案不同，则向基站发送功率控制改变请求消息。
32.如权利要求31所述的方法，其中，功率控制改变请求消息包括：功率控制模式改变字段，指示用户台所请求的功率控制方案；和UL Tx功率字段，指示承载该功率控制改变请求消息的上行链路脉冲串的发射功率。
33.一种在支持开环功率控制和闭环功率控制的宽带无线通信系统中确定上行链路功率控制模式的方法，包括步骤：
从用户台(SS)向基站(BS)发送功率控制改变请求消息，以改变功率控制模式；
BS判断在开环功率控制和闭环功率控制之间功率控制模式的改变；以及
从BS向SS发送包括所判断的功率控制模式的功率控制改变响应消息。
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