CN101080936A - 正交频分多路复用接入系统中的移动站及其发射功率控制方法 - Google Patents

正交频分多路复用接入系统中的移动站及其发射功率控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及OFDMA系统的移动站及其发射功率控制方法。该移动站包括：调制器(210)、可变增益放大器(240)、增益控制器(220)、和功率控制器。该调制器(210)根据所分配的子信道的数目来调制发射数据，而可变增益放大器(240)对发射数据进行放大。增益控制器(220)根据与子信道数目对应的子信道增益值，来控制输入到可变增益放大器(240)的发射数据的增益。功率控制器基于从基站接收的信号来计算除子信道增益值之外的、用于控制发射数据功率的功率控制增益，并输出该功率控制增益到可变增益放大器(240)。

Description

正交频分多路复用接入系统中的移动站及其发射功率控制方法
技术领域
本发明涉及一种正交频分多路复用接入(OFDMA)系统。更具体地，本发明涉及用于与子信道数目无关地保持已发射信号的信噪比(SNR)的移动站设备、及其发射功率控制方法。
背景技术
已经研究了基于正交频分多路复用(OFDM)方法的各种多路接入方法，作为用于下一代移动通信的、满足需要高速多媒体服务的用户的候选方法。在这些方法之中，基于OFDM方法的正交频分多路复用接入(OFDMA)方法是用于通过从全体正交子载波的子集(subset)形成相应用户数据而实现多路接入的。在OFDMA中，所述子载波的相应子集被分配给每个移动站，并且所分配的单位(即，子集)被称为子信道。
在移动通信系统的上行链路中，通过使移动站之间的干扰最小化而增加移动通信系统的容量，并且控制发射功率，使得基站可以以恒定强度从移动站接收信号，从而提高通信质量。
由于在传统的码分多路接入(CDMA)移动通信系统或IEEE 802.11正交频分多路复用(OFDM)方法中、所接收的信号强度(RSS)与基站和移动站之间的距离成反比，所以可通过增加远离基站的移动站的发射功率和减少距基站近的移动站的发射功率，而在基站中以恒定强度收到从移动站发射的信号。
在韩国专利公布No.2002-0081154“Method for control power of forwardcommunication channel on OFDMA mobile communication system”中已经公开了用于在传统OFDMA系统中控制发射功率的方法，在该方法中，还可通过根据基站和移动站之间的距离或者基站和移动站的变化位置而自适应地控制前向通信信道的功率，来使通信信道的可靠性最大化。
此外，由于在OFDMA系统中子信道数目根据通信环境而变化，所以调制器的输出信号的幅度根据子信道数目而变化。因此，在相同的地点，移动站的发射功率可根据子信道数目的变化而变化。
因此，需要通过综合考虑基站和移动站之间的距离、子信道数目、和调制电平，来控制用于OFDMA系统中的上行链路传送的移动站的发射功率。此外，需要控制发射功率，从而可以在基站中以恒定强度接收从移动站传送的信号，同时已传送信号的信噪比(SNR)保持在预定电平，而与子信道数目的变化无关。
然而，在传统CDMA移动通信系统或者IEEE 802.11 OFDM方法中，由于子信道的数目不根据通信环境而变化，所以调制器的输出信号的幅度恒定。因此，由于在控制上行链路功率时、SNR和发射输出没有根据子信道数目的变化而降低，所以还没有考虑到根据在OFDMA系统中使用的子信道数目来控制发射功率。
即使在OFDMA系统中，功率控制算法也已相对简单，这是因为传统上是通过根据基站和移动站之间的距离考虑所收到的信号强度来执行上行链路发射功率控制的。然而，SNR和发射输出根据在系统中使用的子信道数目的变化而降低，并因此需要加宽发射输出端的操作区域，以便能够处理所述降低。
在这个背景部分公开的上述信息仅仅是为了增强对本发明背景的理解，并因此其可能包括没有形成在这个国家对本领域普通技术人员而言已知的现有技术的信息。
发明内容
技术问题
已作出了本发明，来提供正交频分多路复用接入(OFDMA)系统的移动站，其具有通过根据子信道数目控制调制器的输出信号的增益值、来防止信噪比降低的优点。
技术方案
根据本发明实施例的、具有可变数目子信道的正交频分多路复用接入(OFDMA)系统的示范移动站包括：调制器、可变增益放大器、增益控制器和功率控制器。该调制器根据所分配的子信道的数目来调制发射数据，并输出该发射数据。该可变增益放大器对调制器所输出的发射数据进行放大，并通过天线将已放大的发射数据传送到基站。该增益控制器根据与子信道数目对应的子信道增益值，来控制输入到可变增益放大器的发射数据的增益。该功率控制器参考通过天线从基站接收的信号，而生成除子信道增益值之外的用于控制发射数据功率的功率控制增益，并输出该功率控制增益到可变增益放大器。
根据本发明另一实施例的一种用于在正交频分多路复用接入(OFDMA)系统的移动站中控制发射功率的示范方法，该OFDMA系统根据通信环境而具有可变的子信道数目，
a)根据所分配的子信道的数目来调制发射数据，并输出该发射数据；b)根据与子信道数目对应的子信道增益值来控制已调制的发射数据的增益；以及c)根据为了控制b)中的增益控制后的发射数据的功率而生成的功率控制增益值，来对发射数据进行放大，并输出该发射数据到基站。c)中的功率控制值是通过从将开环功率控制值与闭环功率控制值相加所获得的值中减去子信道增益值而建立的，该开环功率控制值用于参考基站和移动站之间的距离而控制发射功率，该闭环功率控制值是参考与从基站传送的信号的强度有关的信息而生成的，该基站接收从移动站传送来的信号。
技术效果
根据本发明的示范实施例，可以通过根据子信道数目的变化控制调制器的输出增益值、而将D/A转换器的输出值控制为恒定，来执行上行链路功率控制，同时将发射信号的SNR保持为恒定。
附图说明
图1示出了用于在CDMA移动通信系统中执行上行链路功率控制的移动站的框图。
图2示出了根据本发明示范实施例的OFDMA系统的移动站的框图。
图3示出了在图2中示出的开环功率控制器的详细框图。
具体实施方式
下文中将参考附图详细描述本发明的实施例。
在接下来的详细描述中，已经简单地通过图示而仅仅示出和描述了本发明的某些示范实施例。如本领域的技术人员将认识到的，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，以各种不同的方式对所描述的实施例进行修改。因此，所述图和描述被认为是本质上说明性的而非限制性的。在说明书中相同的附图标记始终指的是相同的元件。
将参考图来描述根据本发明示范实施例的正交频分多路复用接入(OFDMA)系统的移动站。
图1示出了用于在码分多路接入(CDMA)移动通信系统中执行上行链路功率控制的移动站的框图。
如图1所示，在码分多路接入(CDMA)移动通信系统的移动站中，调制器110对要传送到基站的数据进行调制，数模(D/A)转换器120将所调制的数据转换为模拟信号，可变增益放大器130对所转换的模拟信号的增益进行放大，并且天线140传送信号到基站。
移动站可通过参考功率控制值而控制由可变增益放大器130放大的信号的增益，从而控制传送到基站的发射功率，其中所述功率控制值是通过对由天线140从基站接收的已接收信号强度(RSS)执行开环功率控制和闭环功率控制而获得的。开环功率控制值是通过由开环功率控制器150对通过天线140接收的信号进行控制而获得的，并且在接近基站的移动站中，将发射功率生成为较小，而在远离基站的移动站中，将发射功率生成为较大。此外，由于从基站周期性地传送关于RSS的信息，该基站接收从移动站传送来的信号，所以在移动站收到关于RSS的信息之后，生成闭环功率控制值，用于将传送到基站的信号的输出控制为恒定。
开环功率控制值和闭环功率控制值通过加法器160而彼此相加，通过脉冲密度调制器170而调制为具有与相加后的值对应的脉冲密度的信号，并作为用于控制可变增益放大器130的放大增益的信号而输入。
如上所述，移动站如在数学式(MathFigure)1中所示的而将传送到基站的发射功率控制为恒定：
数学式1
Mean_Tx_Power(dBm)＝-Mean_Rx_Power(dBm)
                    -Power_offset
                    +闭环功率控制校正(dB)
其中，Power_offset表示当移动站的已接收信号强度最小时、允许移动站使用最大发射输出的常量，并且其被获得为-Min_sensitivity-Mean_Tx_Power。
在[数学式1]中，Mean_Rx_Power的符号(-)代表开环功率控制值，其在所接收功率弱时，增加发射功率，并且在所接收功率强时，降低发射功率。闭环功率控制值补偿由移动通信信道中的上行链路和下行链路信道特性之间的差异导致的误差。
如上所述，由于在CDMA移动通信系统和IEEE 802.11正交频分多路复用(OFDM)方法中、没有根据子信道数目的变化来降低SNR和发射输出，所以如数学式1所示、通过根据基站和移动站之间的距离考虑RSS、来执行功率控制。因此，简化了功率控制算法。
然而，因为在OFDMA系统中子信道数目根据通信环境变化，所以调制器的输出信号的幅度根据所使用的子信道数目而变化。因此，当执行数学式1所示的功率控制时，可导致各种问题，这是因为在相同地点、发射功率可根据所使用的子信道数目而变化。
为了解决所述问题，如数学式2中所示来控制发射功率，以便将发射功率控制为恒定，而与OFDMA系统中的子信道数目的变化无关。
数学式2
Mean_Tx_Power(dBm)＝-Mean_Rx_Power(dBm)
                    -Power_offset
                    +No_SCH_Correction(dB)
                    +闭环功率控制校正(dB)
其中，Power_offset表示当移动站的RSS最小时、允许移动站使用最大发射输出的常量，并且其被获得为-Min_sensitivity-Max_Tx_Power，而No_SCH_Correction表示发射输出根据子信道数目变化的增量。
如描述的，当可变增益放大器130通过使用数学式2获得的增益来控制发射信号的输出、以便根据子信道数目的变化控制上行链路功率时，可以没有任何问题地执行OFDMA系统的上行链路功率控制。
然而，在使用D/A转换器120将调制器110的输出转换为模拟信号的处理中，由于当所使用的子信道的数目降低时、调制器的输出信号的幅度降低，所以出现了这样的问题：SNR降低，并且需要增加可变增益放大器130的操作范围，以便使用通过将根据基站和移动站之间的距离的补偿值与根据子信道数目的变化的补偿值相加而获得的值。
因此，为了解决上面的问题，在根据本发明的示范实施例的OFDMA系统的移动站中，直接根据子信道数目的变化，来控制调制器的输出信号的增益值，并通过从施加到可变增益放大器的增益值中去除上面的所控制的增益值，来控制发射功率。
图2示出了根据本发明示范实施例的OFDMA系统的移动站的框图。
如图2所示，根据本发明示范实施例的OFDMA系统的移动站包括：调制器210、增益控制器220、D/A转换器230、可变增益放大器240、天线250、子信道数目确定器260、增益值存储单元270、开环功率控制器280、加法器290、和脉冲密度调制器300。
调制器210参考分配给将被传送到基站的数据的子信道数目，来调制发射数据。
增益控制器220控制从调制器210输出的信号的增益，从而信号的幅度可以恒定。利用从增益值存储单元270输出的增益值来执行增益控制，这将在后面描述。因此，从增益控制器220输出的信号的幅度是恒定的，而与分配给信号的子信道数目无关。
D/A转换器230将来自增益控制器的信号转换为模拟信号。此时，由于来自增益控制器220的信号的幅度保持为恒定，所以来自D/A转换器230的信号的SNR和幅度也保持为恒定。
可变增益放大器240对来自D/A转换器230的信号进行放大，并通过天线250输出信号到基站。此时，可变增益放大器240可控制信号放大的增益值，并且从脉冲密度调制器300输出增益值。
子信道数目确定器260确定分配给发射数据的子信道数目。
增益值存储单元270存储与子信道数目对应的增益值，找到与从子信道数目确定器260输出的子信道数目对应的增益值，并将该增益值输出到增益控制器220。在增益值存储单元270中存储的增益值是根据子信道数目而有差别地建立的，使得从调制器到D/A转换器230的信号的幅度可以保持为恒定，而与子信道数目无关。
开环功率控制器280根据由天线250从基站接收的信号的幅度，生成控制值，用于控制将被传送到基站的信号的开环功率。
加法器290输出通过从另一个值减去增益值存储单元270所输出的增益值而获得的值，其中该另一个值是通过将开环功率控制器280生成的开环功率控制值与由另一模块计算的闭环功率控制值相加而获得的。也就是说，由于将增益值存储单元270所确定的增益值施加到要传送的信号上，所以需要去除被施加到可变增益放大器240上的增益值。
脉冲密度调制器300对具有与加法器290输出的功率控制值对应的脉冲密度的信号进行调制，并将已调制的信号输出到可变增益放大器240。因此，可变增益放大器240根据除了由子信道数目确定的增益值之外的开环功率控制值和闭环功率控制值来对从D/A转换器230输出的信号进行放大，并将该信号传送到基站。
图3示出了在图2中示出的开环功率控制器的详细框图。
如图3所示的，开环功率控制器280包括接收放大器、自动增益控制器、和环路(loop)滤波器。
接收放大器281对由天线250接收的信号进行放大，并输出该信号。
自动增益控制器283根据从接收放大器281输出的已接收信号的幅度来自动控制为开环功率控制进行补偿的增益，并输出该增益。
环路滤波器285对从自动增益控制器283输出的增益值执行环形滤波操作，并输出该增益值到加法器290。
现在将描述在根据本发明示范实施例的OFDMA系统的移动站中的发射功率控制的操作。
对于将通过根据本发明示范实施例的OFDMA系统的移动站而传送到基站的发射数据而言，被分配载波的子信道的数目是预定的。例如，在良好的通信环境中可以使用大量的子信道，并且在通信环境恶化时，可确定通过降低子信道的数目而使用少量的子信道。
如描述的，由调制器210根据预定的调制方法对子信道数目预定的发射数据进行调制，并传送该发射数据。调制器210所调制的数据根据被分配到发射数据的子信道数目而变化。例如，当子信道数目降低时，调制器210所输出的数据的幅度降低。
如上面描述的，由于调制器210所输出的信号的幅度根据子信道数目而变化，所以需要根据子信道数目来控制增益，从而将信号幅度保持为恒定。为了将信号幅度保持为恒定，子信道数目确定器260接收发射数据，并确定分配给发射数据的子信道数目，而增益值存储单元270检测与由子信道数目确定器260确定的子信道数目对应的增益值，并将该增益值输出到增益控制器220。该增益值被预定为用于对调制器210所输出的信号的幅度进行补偿的值，并且其根据子信道的数目而变化。
因此，增益控制器220根据增益值存储单元270所输出的增益值来控制调制器210所输出的数据的增益，并输出该增益到D/A转换器230。因此，从调制器输出并通过增益控制器220输入到D/A转换器的数据的幅度被保持为恒定。
D/A转换器230将增益控制器控制其增益的数据转换为模拟信号，并将该模拟信号输出到可变增益放大器240。此时，由于输入到D/A转换器230的信号的幅度保持为恒定，所以通过D/A转换器230转换的模拟信号的SNR也保持为恒定，并然后将模拟信号输出到可变增益放大器240。
如上所述，由于增益控制器220根据子信道数目的变化来控制调制器210所输出的信号的增益，所以当分配给发射数据的子信道数目减少时，发射信号的SNR没有减少。
现在将描述用于生成输入到可变增益放大器240的增益值、以便通过利用可变增益放大器240控制接收信号的放大增益来控制发射信号的功率的处理。
接收放大器281对通过天线250接收的信号进行放大。自动增益控制器283根据已接收信号的强度生成用于自动控制增益值的信号，该增益值用于对将传送到基站的数据执行开环功率控制，并且环路滤波器285对信号进行环形滤波并将该信号输出到加法器290。
在这个处理中，生成开环功率控制值，并将其输入到加法器290，闭环功率控制值是参考与来自基站的已接收信号的强度有关的信息而生成的，其被输入到加法器290，并与开环功率控制值相加。由于已经通过增益控制器220而向发射数据施加了用于根据子信道数目的变化来控制调制器的输出数据的增益的子信道增益值，所以加法器290通过从开环功率控制值和闭环功率控制值之和中减去增益控制器220所输出的子信道增益值，而生成最终功率控制增益值，并输出该最终功率控制增益值。
通过脉冲密度调制器300将加法器290所生成的功率控制增益值调制为对应的脉冲密度，并作为用于控制可变增益放大器240的放大增益的值而输入。
可变增益放大器240放大从D/A转换器230输出的模拟信号，并输出该信号到天线250。此时，可变增益放大器240根据脉冲密度调制器300所输出的功率控制增益值来对输入信号进行放大。因此，可变增益放大器240将信号放大如下的增益值，即除了在增益控制器220中施加的、根据子信道数目的变化的子信道增益值之外的增益值。
如描述的，由于已经将根据子信道数目的变化的增益值施加到调制器210的输出数据，并且可变增益放大器240使用根据基站和移动站之间的距离的增益，所以可以在没有增加可变增益放大器240的操作范围的情况下，执行上行链路功率控制。
尽管已经结合目前考虑的实践示范实施例描述了本发明，但应该理解的是，本发明不限于这里公开的实施例，而是相反，本发明意欲覆盖在所附权利要求的精神和范围内包括的各种修改和等效配置。

Claims (9)

1.一种正交频分多路复用接入(OFDMA)系统中的移动站，该OFDMA系统根据通信环境而具有可变数目的子信道，该移动站包括：
调制器，用于根据所分配的子信道的数目来调制发射数据，并输出该发射数据；
可变增益放大器，用于对调制器所输出的发射数据进行放大，并通过天线将已放大的发射数据传送到基站；
增益控制器，用于根据与子信道数目对应的子信道增益值来控制从调制器输入到可变增益放大器的发射数据的增益(该子信道增益值是根据子信道数目而预定的，以便将从调制器输入到可变增益放大器的输出值保持为恒定)；以及
功率控制器，用于参考通过天线从基站接收到信号，而生成除了该子信道增益值之外的、用于控制发射数据的功率的功率控制增益，并输出该功率控制增益到可变增益放大器。
2.如权利要求1所述的移动站，其中所述增益控制器包括：
子信道数目确定器，用于确定被分配给发射数据的子信道数目；以及
增益值存储单元，用于存储与由子信道数目确定器确定的子信道数目对应的子信道增益值。
3.如权利要求1所述的移动站，还包括：
D/A转换器，用于将增益控制器所输出的数据转换为模拟信号，并输出该模拟信号到可变增益放大器。
4.如权利要求1到权利要求3之一所述的移动站，其中所述功率控制器包括：
开环功率控制器，用于根据由天线接收的信号的强度，而生成用于控制将传送到基站的信号的开环功率的开环功率控制值，并输出该开环功率控制值；
加法器，用于通过从将开环功率控制值与预定的闭环功率控制值相加而获得的另一值中减去所述子信道增益值来计算一值，并将该值作为最终功率控制值输出；以及
脉冲密度调制器，用于调制具有与所述加法器所输出的功率控制值对应的脉冲密度的信号，并输出该已调制的信号到可变增益放大器。
5.根据权利要求4的移动站，其中该开环功率控制器包括：
接收放大器，用于对通过天线接收的信号进行放大，并将其输出；
自动增益控制器，用于根据从接收放大器输出的已接收信号的强度，来自动控制为开环功率控制而补偿的控制值，并输出该控制值；以及
环路滤波器，用于对由自动增益控制器输出的控制值执行环形滤波操作，并将该控制值输出到加法器。
6.如权利要求4所述的移动站，其中该闭环功率控制值是参考与从基站传送的已接收信号的强度有关的信息而生成的，作为用于将传送到移动站的信号的输出控制为恒定的值，其中该基站接收从移动站传送来的信号。
7.如权利要求1所述的移动站，其中，当移动站的已接收信号强度最小时，输入到可变增益放大器的功率控制增益值具有用于允许移动站使用最大发射输出的值。
8.一种用于在正交频分多路复用接入(OFDMA)系统的移动站中控制发射功率的方法，该OFDMA系统根据通信环境而具有可变数目的子信道，该方法包括：
a)根据所分配的子信道的数目来调制发射数据，并输出该发射数据；
b)根据与子信道数目对应的子信道增益值来控制已调制的发射数据的增益(该子信道增益值是根据子信道数目预定的，以便将输入到可变增益放大器的输出值保持为恒定)；以及
c)根据为了控制b)中的增益控制后的发射数据的功率而生成的功率控制增益值，来对发射数据进行放大，并输出该发射数据到基站，
其中从c)中使用的功率控制增益值中排除在b)中用于控制发射数据的增益的子信道增益值。
9.如权利要求8的方法，其中c)中的功率控制值是通过从将开环功率控制值与闭环功率控制值相加所获得的值中减去子信道增益值而建立的，该开环功率控制值用于参考基站和移动站之间的距离来控制发射功率，该闭环功率控制值是参考与从基站传送的已接收信号的强度有关的信息而生成的，该基站接收从移动站传送来的信号。
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