CN101313487A - 用于无线通信系统中外环功率控制的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于移动通信系统的外环功率控制(OLPC)方法和装置，该方法和装置能够快速调整期望信干比目标(SIR_target)，以满足目标块差错率(BLER_target)。具体而言，称为“基于中断的OLPC”的本发明的外环功率控制方法提出期望信干比目标(SIR_target)由两个分量之和给出，也就是：第一分量(SIR_outage－tgt)和第二分量(SIR_BLER－tgt)；其中第一分量(SIR_outage－tgt)是利用动态调整函数比如神经网络计算出来的，它使基于中断概率的质量标准同基于目标块差错率(BLER_target)的质量标准相匹配，并将同所考虑的不同中断概率相关联的衰落余量作为输入；第二分量(SIR_BLER－tgt)用于纠正目标块差错率(BLER_target)的可能偏差，该偏差是由第一分量(SIR_outage－tgt)的非理想性能造成的。

Description

用于无线通信系统中外环功率控制的方法和装置

发明目的

本发明可应用于电信领域，特别是那些致力于给无线通信系统的蜂窝基础设施制造基站和移动设备的行业。

具体而言，本发明在通信领域内涉及蜂窝移动电话网络中用于外环功率控制系统的方法和装置。

本发明的一个目的是利用外环处理进行功率控制，加上本发明中被称作基于中断的OLPC(Outage-Based OLPC)的方法，本发明能够适应通信信道中变化的传播状况。

本发明的另一个目的是提供一种装置，用于结合到基站或移动设备的控制器中，根据所提出的基于中断的OLPC方法建立起来的所需信干比目标，对功率电平进行动态调整。

发明背景

1998年1月，欧洲电信标准协会(ETSI)选定了用于通用移动通信系统(UMTS)的基础技术(见ETSI，“The ETSI UMTS TerrestrialRadio Access(UTRA)ITU-R RTT Candidate Submission”，1998年6月)。所提出的主无线电接口是宽带码分多址(WCDMA)协议，这一协议的特性为完全满足第三代(3G)移动电话的要求提供了可能。由于3G中对数据传输速率和服务质量(QoS)的要求不断提高，因而有必要制定新的规划策略。功率控制系统策略，特别是用于实现所述系统外环处理的策略，可能是这些策略中研究得最多的。

下面一般性地描述所提到的功率控制系统，因为本发明的方法所针对的外环功能是这个系统其它分量的结果。

在基于WCDMA受到干扰限制的蜂窝网络中，功率控制系统是必需的，这是因为所有用户共享同一频谱，并且它们的码子不是完全正交的(见Holma和Toskala的“WCDMA for UMTS，Radio Access forThird Generation Mobile Communications”，John Wiley & Sons.)。

WCDMA中功率控制系统的最终目标是在特定链路中，比如在从基站到移动设备或终端设备的下行链路，或者从移动设备到基站的上行链路中，用最小的发射功率电平获得所需要的服务质量(本发明所关心的就是这一方面)。

WCDMA网络中功率控制系统的主要目的是：

·消除远近效应：当所有移动台向基站发射相同的功率而不考虑距离或衰落的影响时，离其最近的移动设备对于最远的终端而言，就成了严重的干扰。

·防止深度衰落。

·使后续扩容时网络干扰最小。

·延长移动台电池的持续工作时间。

作为一个整体，WCDMA的功率控制系统用三种不同的处理来实现：

·通过开环：在连接开始时的随机接入处理中，移动台/基站估计上行链路/下行链路中的功率损耗，然后根据这一损耗情况调整其发射功率。

·通过闭环或内环：也称为快速功率控制(1500Hz)，由以下三个步骤组成：

1)对应的接收机终端(基站或者移动单元)根据特定链路所需要的服务质量以及下述外环处理所设定的服务质量，将接收信干比(SIR_rec)同期望的信干比目标(SIR_target)进行比较。

2)同一个接收机终端发送功率控制位，表明必须将发射功率提高(如果SIR_rec＜SIR_target)或降低(如果SIR_rec＞SIR_target)一个特定值(通常是1dB)。

3)发射单元(基站或移动设备)将其发射功率提高或降低预置量。

·通过外环(OLPC，外环功率控制)：建立期望的信干比目标(SIR_target)，从而能够维持预定质量目标，它(10～100Hz)跟闭环相比要慢得多。链路质量的一个标准或衡量是帧差错率(FER)或者块差错率(BLER)，这两者是等效的，是信干比(SIR_rec)的函数。鉴于内环能够帮助信干比(SIR_rec)维持接近信干比目标(SIR_target)，所以，块差错率(BLER)最终由这个目标值决定。因此，为了在某一特定衰落环境中满足服务质量要求，需要将目标(SIR_target)调整到对于这一环境合适的值。

遗憾的是，没有任何目标(SIR_target)能够满足无线通信信道中所有衰落环境对块差错率(BLER)的要求。由于这个原因，如何动态调整这个期望信干比目标(SIR_target)是目前进行研究的理由，并且在这里描述了用合适的方式调整所述比率的机理。

对于外环功率控制(OLPC)，被普遍接受的设计是基于目标块差错率(BLER_target)的，并被称作基于BLER的OLPC，它测量这个度量，并根据目标块差错率(BLER_target)是高于还是低于期望门限，据此改变所期望的信干比目标(SIR_target)(见Sampath A，Kumar P S和Holtzman J M(1997)，“On setting reverse link target SIR in a CDMAsystem”，Proceedings of the IEEE Vehicular Technology Conference，凤凰城，亚利桑那州，第920～933页)。缺点是考虑到以现有技术测量块差错率(BLER)非常慢，特别是对于高质量服务，在短时间内衰落特性不断变化的动态环境中，这些系统的性能明显下降(见HolmaH.，“WCDMA for UMTS”，John Wiley & Sons，LTD，2002)。对于要求块差错率(BLER)(比如0.1％)低的服务，所提到的速度缓慢由以下事实所造成：基于BLER的OLPC方法建立在利用循环冗余码(CRC)对差错进行计数的基础之上，这样做牵涉到的数据块数量太大，难以准确估计其块差错率(BLER)。

最严重的问题是：传播状况发生有利变化的时候，由于基于BLER的OLPC方法对此反应很慢，使得所述外环功率控制方法设定的期望信干比目标(SIR_target)长时间高于实际需要，导致干扰增大，系统容量下降。

为了解决前面说明的在基于BLER的OLPC中功率控制方法的慢收敛问题，人们进行了大量研究。最常用的解决办法之一包括：修改前面提到的基于BLER的OLPC方法所设定的期望信干比目标(SIR_target)的调节跳数(又见Sampath A，Kumar P S和Holtzman J M(1997)，“On setting reverse link target SIR in a CDMA system”，Proc.IEEE Vehicular Technology Conference，凤凰城，亚利桑那州，第920～933页)。然而，这一办法并没有解决这种功率控制方法的固有问题，这是因为它要准确估计块差错率(BLER)也涉及相当多的数据块。基于目标块差错率(BLER_target)所遵循的这一质量标准原理，以下美国专利申请给出了一些方法：US 2004/0137860，US2004/0157636和US 2003/0031135。

为了解决基于BLER的OLPC方法的慢收敛问题，另一个常用的办法是考虑其它的度量(所谓的软度量)，包括：位差错率(BER)、重编码码元差错率(SER)、重编码功率度量、译码迭代次数、改进山本度量和欧几里德距离(ED)(见Rege Kiran，“On Link QualityEstimation for 3G Wireless Communication Networks”，Proceedings ofthe IEEE VTS Fall VTC2000，第52届Vehicular TechnologyConference)。相比块差错率(BLER)而言，这些度量的优点在于能够更快地估计它们。

因为OLPC的目的是保持恒定的块差错率目标(BLER_target)，并根据信道的传播状况适当地改变块长，所以在块差错率(BLER)和提到的软度量之间建立一个实际固定的比率，由此才可能基于所述度量中任意度量的估计找到目标块差错率(BLER_target)。作为示例，以这些度量为基础，以下专利给出了一些方法：US 6434124和US6763244。

然而，当信道的传播状况变化显著地影响块长时，基于这些度量的外环功率控制的缺点也显露出来。在这种情况下，块差错率(BLER)和被看成软度量的度量之间的相关性就不再固定，也就无法维持恒定的块差错率(BLER_target)(见Avidor，Dan，“Estimating the Block ErrorRate at the Output of the Frame Selector in the UMTS System”，Proceedings of the Wireless Networks and Emerging Technologies(WNET`02)，Wireless and Optical Communications(WOC 2002)，2002年7月，Banff，Alberta，加拿大)。

另外，在专利申请US 6449462中，Jonas Blom、Fredrik Gunnarson和Fedrik Gustafsson为控制期望信干比目标(SIR_target)建立了一套方法，该方法也是基于测量块差错率(BLER)的，但同时也估计在无线电信道的不同状况和干扰信号的统计分布中的一些有代表性的参数。这一方法基于确定一个质量函数，这个函数被定义为以提到的参数为条件的错误帧的概率。虽然这一策略使得容量增加大约30％，但是为了得到所述质量函数，处理过程中带来了延迟，使这种模型性能变差。另外，同一作者在发表于《ACM无线网络》的文章“Estimationand Outer Loop Power Control in Cellular Radio Systems”中描述了该发明的更多技术细节，指出系统性能会因为无线电信道的衰落而下降。

本申请人

López Medran，在西班牙专利申请ES 200202947(又见

López-Medrano的文章：“Optimal SIR targetdetermination for Outer-Loop Control in the W-CDMA System”，Proceedings of the IEEE Vehicular Technology Conference(VTC)Fall2003，2003年10月6～9日，奥兰多(美国)和“Optimal SIR targetdetermination for Outer-Loop Control in the W-CDMA System：InverseSIR Cumulative Distribution Function computation throughout theNewton-Raphson Method”，Proceedings of the 12th IST Summit onMobile and Wireless Communications(第2卷)，第732～736页，2003年6月15～18日，Aveiro，葡萄牙)中，基于不同于目标块差错率(BLER_target)的一种质量标准，提出了3G系统中功率控制系统的一种外环。在ES 200202947中描述的方法的这种质量标准是基于中断概率(P_outage)的，从而避免已提到的“基于BLER的OLPC”方法固有的慢收敛问题。

如ES 200202947中所说明的一样，中断概率(P_outage)是通常应用于蜂窝基础设施的另一个质量参数，这个参数是根据通信链路所覆盖的服务类别，小区和每个小区内的特点，并且根据服务区的特点，在通信网络的规划阶段预先建立的。基于这一中断概率(P_outage)，提到的专利申请提出：确定出对应于期望信干比的衰落余量(M_(sii)(dB))，因此为服务质量标准建立期望信干比目标(SIR_target)，该服务质量标准由中断概率(P_outage)和无线电信道的统计矩量特点给出。

前面那段所叙述的内容最先被S.Kandukuri和S.Boyd转化为数学问题(IEEE Transactions on Wireless Communications，第1卷，第1期，第46～55页，2002年1月)，也就是“Optimal power control ininterference-limited fading wireless channels with outage-probabilityspecifications”。这个问题已经被

 López Medran在他上述专利申请中解决了，在这一申请中对外环功率控制使用了迭代Newton-Raphson方法(见H.R.Schwarz，J.Waldvogel“NumericalAnalysis”，John Wiley & Sons)。

简而言之，由López Medrano在上述专利申请ES 200202947中提出的外环功率控制方法是基于中断概率(P_outage)质量标准的，但是外环的最终任务是必须保持对应于某一服务的目标块差错率(BLER_target)恒定(见3GPP第三代标准的规范文件：TS 25.101，‘UEradio transmission and reception(FDD)，第8.8.1节’和TS 25.104，‘Base Station(BS)radio transmission and reception(FDD)，第8节’)。因此不可能在所有传播状况下保持恒定的中断概率(P_outage)，因为块差错率(BLER)本身并不保持恒定。这一点归因于以下事实：在中断概率(P_outage)和块差错率(BLER)之间没有固定的比率，而是精确地取决于当时无线电链路的传播状况。

因为在ES 200202947中描述的外环功率控制方法以结果的形式给出的衰落余量取决于这一中断概率(P_outage)和其它变数，所以它的动态自适应过程也牵涉到所述余量的变化。总而言之，期望信干比目标(SIR_target)应该可以根据衰落余量的变化进行调整，从而，不管传播状况如何，外环都将功率电平调整到最小的发射功率。

发明内容

本发明解决了背景技术部分所介绍的各个不同方面的前述问题以及其它问题。

提出的特别为基于一个或多个标准化码分多址(CDMA)协议的第三代技术(3G)而设计的用于移动通信系统的外环功率控制方法和装置，一方面确保达到预设块差错率(BLER)服务质量(QoS)标准，另一方面除了前面基于中断概率的标准(BLER标准)以外，能够根据一个新的质量标准迅速地适应无线电信道的变化状况。

因此，本发明的一个方面是用于无线通信系统的外环功率控制方法，该方法基于从基站或移动设备处接收到的数据信号，包括以下步骤：

1)建立目标块差错率(BLER_target)；

2)估计期望信干比(SIR_rec)和体现接收信号所经历的信道(706)衰落特性的一些参数；

3)用Newton-Raphson方法，基于信道中的衰落参数(信道衰落参数)和中断概率，估计衰落余量；

4)基于循环冗余码(CRC)的校验确定数据块状态；

5)基于所述数据块状态、目标块差错率(BLER_target)和同所考虑的中断概率相关的衰落余量估计值，为外环建立期望信干比目标(SIR_target)。

所提出的功率控制方法(在这里称为“基于中断的OLPC”)建立的期望信干比目标(SIR_target)是由称为SIR_outage-tgt和SIR_BLER-tgt的两个分量之和计算得到的，尽管一个动态调整函数实现基于目标块差错率(BLER_target)的质量标准和基于中断概率的另一个质量标准之间的映射。

于是，所需要的服务质量(QoS)由必要的最小功率电平来保证，根据数据信号的传播状况迅速、动态地调整功率，因此，在这是一种受干扰限制的技术的假设下，系统的容量也得到最优化。

期望信干比目标(SIR_target)由提到的两个分量之和得到(SIR_tgt＝SIR_outage-tgt+SIR_BLER-tgt)所利用的动态调整函数最好由神经网络组成。

在本文描述的范围中，神经网络被理解为一种工具，用于实现一个一般参数化函数，在这个神经网络中使用代表函数参数的权和偏移，这些权和偏移能够调整，以获得特定的期望性能，这也就是人们所知的神经网络训练。

众所周知，神经网络中的神经元是分层排列的，一层神经元定义为共享相同输入的一组神经元。一层神经元的输出是下一层的输入。

在神经网络内部，多层神经网络比单层网络用途更广(见MartinT.Hagan，Howard B.Demuth，Mark H.Beale，“Neural NetworkDesign”，PWS Pub.Co.，第一版，1995)。比如，经过训练，含有两层(第一sigmoid层和第二线性层)的网络能够以任意精度逼近大多数函数。针对上述问题，为建立功率控制外环期望信干比目标(SIR_target)的方法的神经网络实现这个结构：

所提出的神经网络有两层：第一层有许多神经元，其数量取决于所考虑的中断概率的数量；第二层仅有一个神经元，这是因为输出只有一个：期望信干比目标(SIR_target)值。输入参数是为不同中断概率计算的衰落余量。为了结合跟基于目标块差错率(BLER_target)的质量标准对应的校正项，输出层神经元的偏移与最终期望信干比目标(SIR_target)的分量(SIR_BLER-target)相匹配。

另一分量(SIR_{outage-target})用所描述的神经网络产生，并能适应变化的传播状况，因而它必须有快速变化性能。

为实现这一快速性能，这个分量(SIR_{outage-target})必须跟引起衰落的物理信号的参数相联系，比如中断概率。然而，最终的质量目标建立在目标块差错率(BLER_target)的基础之上，因此将物理信号参数、中断概率映射到对应于块差错率(BLER)的质量参数的这个参数化函数是必需的。因此神经网络将跟不同中断概率相联系的衰落余量作为输入。通过利用已知的Newton-Raphson方法，对接收到的期望信干比(SIR_rec)的分布函数进行求逆处理，所述余量可以按照专利申请ES 200202947所描述的一样进行估计。

然而，对于为外环功率控制建立的期望信干比目标(SIR_target)，其第一分量(SIR_BLER-tgt)提供的自适应并不总是理想的，并且不是将所有信道变化都考虑进来。因此，外环自身不能保证预先建立的目标块差错率(BLER_target)标准。这就是为什么为了覆盖非理想性能而将第二分量(SIR_BLER-target)包括在最终期望信干比目标(SIR_target)中，后者负责有效地保证服务中由目标块差错率(BLER_target)定义的质量。

后一个分量(SIR_BLER-target)理想情况下会保持恒定，这是因为它的变化意味着期望信干比目标(SIR_target)的另一分量(SIR_{outage-target})没有合适的值，原因是信道变化没有被正确地考虑进来。因此，实际上，为了保证目标块差错率(BLER_target)，分量(SIR_BLER-target)将会有些小变化，但是它没有必要立即对信道变化作出反应。

在实验室仿真或理想环境下，以及在实际存在的无线通信系统范围内执行方法的环境下，每当分量(SIR_BLER-target)出现变化时，这种方法的神经网络都要经受训练。提到的神经网络由给不同余量加权的参数和特定偏移量定义。为了计算它们，要针对多个传播环境进行仿真，在仿真中针对所考虑的每个环境获得期望信干比目标(SIR_target)的有效值。在得到这些值的过程中，将目标块差错率(BLER_target)作为质量目标，神经网络参数借助它们，使期望信干比目标(SIR_target)的误差最小化，从而使所有传播状况最优化。因此，所考虑的两个质量标准是相互联系的：基于目标块差错率(BLER_target)的标准和基于中断概率(P_outage)的标准。

一旦已经在工作于真实环境的系统中执行这一方法，动态地进行调整使得由目标块差错率(BLER_target)给出的服务质量标准得到满足，并且每次通信的功率消耗进一步减小，就能够根据仿真数据得到神经网络参数。考虑两件事，测得的接收到的期望信干比(SIR_rec)随时间的变化，以及通信中得到的平均块差错率(BLER)，两者都作为输入数据。借助这些数据，会针对移动网络每个小区的环境调整神经网络参数。

因此，本发明的方法允许使用在不同于已知目标块差错率(BLER_target)标准的质量标准的基础之上的外环功率控制机制，提出基于中断概率(P_outage)的标准，根据前述专利申请ES 200202947中所描述的原因，这不仅不会削减基于所述目标块差错率(BLER_target)的服务质量(QoS)，反而能够提高外环的性能。

本发明的另一方面涉及用于无线通信系统的外环功率控制装置，该装置包含至少一个按照上述方法工作的可编程电子装置。该可编程电子装置可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)和可编程卡(FPGA)或者以上装置的任意组合。通用处理器完全可以是一个微处理器或者其它可行的替代物：常规处理器、微控制器或者任何状态机。可编程电子装置甚至可以包含多个微处理器、一个微处理器和一个或多个DSP装置的组合，或者是能够使前述方法所包含的各步骤以串行或并行方式执行的任何其它结构。

所提出的用于无线通信系统的外环功率控制装置可以选择包含射频接收机，该接收机可以接收来自基站或移动设备的数据信号。在所述装置中还可以加入可以发送功率控制信息给对应基站或移动设备的射频发射机。因此，这个外环功率控制装置可以结合在无线通信网络控制器中，或者无线通信系统的用户终端设备或移动设备中。

本发明可应用于支持一个或多个CDMA协议标准的任何无线通信系统，比如WCDMA、IS-95、CDMA2000标准、HDR规范，等等。

附图说明

为了帮助读者根据其中一个优选实施例更好地理解本发明的内容，并作为对以上描述的补充，给出一组附图，作为所述描述的必要组成部分。在这些附图中示出了以下内容，用于说明而不是限制：

图1示出了现有技术中已知移动通信系统的一部分，包括与本发明目标相关的以下元素：蜂窝基础设施、用户移动终端、基站和远程网络控制器；

图2是现有技术中与本发明有关的基站或移动设备一部分的框图；

图3示意性地说明一个神经元，以及基本元素，从这些基本元素及其互联，根据现有技术中的公知定义来定义神经网络；

图4说明在神经网络中通常用作传递函数的几个可能函数；

图5示意性地描述了两层神经网络，借助这个网络，能够实现符合本发明目标和优选实施例的外环功率控制方法；

图6说明神经网络现有技术中所定义的神经网络的一般训练模型；

图7是本发明中移动通信系统外环功率控制方法的输入和输出参数的框图，该方法被称为“基于中断的OLPC”；以及

图8是本发明中移动通信系统的外环功率控制方法的框图，它说明将期望信干比目标(SIR_target)分解为两个分量(SIR_outage-tgt、SIR_BLER-tgt)，这两个分量与合适的输入参数相加。

优选实施例

图1示出了WCDMA移动通信系统的一部分(100)。跟本发明不同，图中示出的元素被人们所熟知因此不再详细描述。感兴趣的一个元素是用户终端设备或者移动台(104)，该元素用车辆图标的形式示出；WCDMA移动通信系统还包含一些基站(102，103)或者在UMTS网络中的节点B，包括嵌入式软件程序、接口卡、存储器和处理器。系统的这部分包括无线电网络控制器(101)或者RNC，用于提供呼叫处理和其它功能。两个基站(102，103)和移动台(104)代表无绳接口的端点。每个基站(102，103)通过陆线(105，106)同无线电网络控制器(101)相关联。在这以后，假设移动台(104)利用下行链路数据信号(107)和上行链路数据信号(108)同基站(102)进行通信。

图2示出了两个站的部分(200)：基站(102)和移动台(104)，包括本发明所基于的原理。因为现有技术对射频发射机(202)和接收机(203)进行了详细描述，所以不讨论提到的图中所示出的元素的已知方面。基站(102)和移动台(104)都含有控制器(201)、发射机(202)和接收机(203)。因此，对于基站(102)，收到的信号对应于上行链路(108)，对于移动台(104)，收到的信号是下行链路(107)，它们两者都通过接收机(203)到达控制器(201)。本发明的功率控制装置安装于控制器(201)内，并根据下述外环功率控制方法的结果，通过发射机(202)发出指令，向接收台表明提高或降低其功率，该方法的目的是建立期望信干比目标(SIR_target)，作为功率控制中闭环的门限。

本发明的方法，在这里称为“基于中断的OLPC”，考虑到了基于中断概率的另一个质量标准，它是一种确保目标块差错率(BLER_target)形式质量标准的外环功率控制(OLPC)，此外还能迅速地根据无线电信道状况调整功率。该方法是根据控制器(201)中的和以下所描述的步骤发展来的。

本发明提出用于外环的期望信干比目标以两个分量之和的形式给出：第一分量(SIR_outage-tgt)和第二分量(SIR_BLER-tgt)，比如：

SIR_tgt＝SIR_outage-tgt+SIR_BLER-tgt

第一分量(SIR_outage-tgt)是衰落余量(M₁，M₂，…，M_N)的函数，在前面利用Newton-Raphson方法计算，或者用另一种可用方法计算，并关联所考虑的中断概率(p_o1，p_o2，…，p_oN)。因此，这个分量(SIR_outage-tgt)有快速变化性能，使得它能够适应不断变化的传播状况，尽管所述性能并不总是理想，也就是说，不是所有的信道变化都被提到的(SIR_outage-tgt)考虑进来，如果它不是被另一个分量(SIR_BLER-tgt)所补充，那么它自己并不能确保预先建立的目标块差错率标准(BLER_target)。

第二分量(SIR_BLER-tgt)覆盖了信道的非理想性能，确保确实能够维持服务的目标块差错率(BLER_target)。这一分量(SIR_BLER-tgt)在理想环境中将保持恒定，但实际上，它会有小的变化，它没有必要对信道中的变化立即做出反应。因此在这个分量中需要保持已知的基于BLER的OLPC方法的典型环箍处理(characteristic hoop process)(又见Sampath A，Kumar P S和Holtzman J M(1997)，“On setting reverselink target SIR in a CDMA system”，Proc.IEEE Vehicular TechnologyConference，凤凰城，亚利桑那州，第929～933页)，该方法具有慢反应的特性，但它能够准确地保证指定的目标块差错率(BLER_target)。

回到已确定的第一分量(SIR_outage-tgt)，如前所述，利用与所考虑的不同中断概率(p_o1，p_o2，…，p_oN)相关联的衰落余量(M₁，M₂，…，M_N)的函数，不考虑单一中断概率并且不考虑由此得到的单一关联的衰落余量这一事实是因为不可能在所有传播状况中保持中断概率恒定，块差错率(BLER)也不能保持恒定，导致不能保持外环目标。前面的中断概率与块差错率(BLER)之间的偏差是由以下事实造成：两种标准之间没有恒定的比率，而比率精确地取决于当时的无线电状况。

以下提出寻找函数的几种方法，这个函数基于衰落余量(M₁，M₂，…，M_N)提出第一分量(SIR_outage-tgt)作为结果，使得基于中断的OLPC方法满足目标块差错率(BLER_target)施加的质量标准，在发射中与最小功率消耗一致。

可以提出的一个最简单的实施例选择是衰落余量(M₁，M₂，…，M_N)的线性组合，借助该组合，第一分量(SIR_outage-tgt)是所述衰落余量(M₁，M₂，…，M_N)的加权或者乘以合适的衰落余量常数(K₁，K₂，…，K_N)后的和，得到期望信干比目标(SIR_target)：

SIR_tgt＝SIR_BLER-tgt+k₁·M₁+k₂·M₂+...+k_N·M_N    (1)

在这里有一个特例，即作为背景技术文件的专利申请ES200202947中所描述的方法；事实上，如果在前面的等式中除一个之外的所有常数全部消掉，得到单一衰落余量：

k₁＝1

$k_i=0\∀i\≠1$

就得到：

SIR_target＝SIR_outage+k₁·M₁

为了将这个问题推广到考虑所有传播状况的更多情形，此时牵涉到非线性函数，将神经网络用作一种工具，以便能够定义那些不必线性并且能够适应真实通信环境传播状况的函数。

将用下面的神经网络模型来说明本发明的原理：图3示出了一个神经元(300)，以及基本元素，从这些基本元素及其互联，根据现有技术中的公知定义来定义神经网络。一般神经元(300)有N个输入(p₁，p₂，…，p_N)，一完成加权(w₁，w₂，…，w_N)处理，就将它们送入加法器(301)。此外，还将偏移量(b)应用于加法器，将这个偏移量同加权过后的神经元(300)输入相加，这样，加法器(301)输出的值(n)是：

$n=b+\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i\·p_i$

这个值(n)是传递函数(302)的输入自变量，它可以引入比如非线性性能，其结果是神经元(300)的最终输出(a)。图4说明通常用作传递函数(302)的几个函数：第一个图(401)对应于线性传递函数，而图(402)对应于双曲正切形式的sigmoid函数。

对于在基于中断概率(p_o1，p_o2，…，p_oN)的质量标准和基于目标块差错率(BLER_target)的质量标准之间实现映射的函数，一个体现本发明方法特点的优选实施是图5所示的神经网络(500)，这个网络可能是两层结构。这个神经网络(500)对应着估计出来的衰落余量(M₁，M₂，…，M_N)有N个输入，如前所述，这些输入同中断概率(p_o1，p_o2，…，p_oN)和体现接收的数据信号(107，108)特点的信道衰落参数(706)相关联。所述信道衰落参数(706)可以是统计矩量，比如那些在提到的专利申请ES 200202947中所提到的：对应于对数正态衰落(σ_N)的标准偏差，期望信号的Rice因子(K)，以及跟描述干扰信号变化的分布对应的标准偏差(σ_I)。

神经网络(500)包括至少一个输入层和一个单一输出层，尽管在可能的实施例，比如图5中，它也被简化为单一输入层。

神经网络(500)的输入层或者神经元的第一层由S个神经元组成，在相关参数中以上标1示出。每个神经元的第一步是由加法器(501，502，503)组成，该加法器有N个输入，对应着神经网络(500)用权(w_i，j，)加权过的N个输入，其中i表示每个输入的索引而j表示每个神经元的索引。此外，每个加法器(501，502，503)将偏移量(b_j)加入神经元加权后的输入中，这样，它的加法器(501，502，503)的输出值(n_j)是：

$n_j=b_j+\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{i,j}^1\·M_i$

每个值(n_j)都代入一个传递函数(504，505，506)，分别产生各自的输出(a_j)，并可引入比如非线性性能。所述的第一层神经元的输出(a_j)将会成为下面一层神经元的输入。

这个模型可以推广至任意多层的神经元，尽管为了简洁，仅示出了两层。

图5中，第二层神经元的性能和组成第二层神经元的块同第一层在概念上相同，尽管一些特性是出于这是神经网络(500)的输出层这一事实。这基本上影响了三个方面。首先，后一层是由单一神经元组成，提供神经网络(500)的仅有输出，也就是用于外环的期望信干比目标(SIR_target)。为了让输出层产生所需值，必须对应地选择传递函数(508)的输出范围。在提出的例子中选择了一个输出范围无穷大的线性函数。最后，如前所述，应用于这个输出神经元的加法器(507)的偏移对应着基于目标块差错率(BLER_target)的修正形式，也就是最终期望信干比目标(SIR_target)的第二分量(SIR_BLER-tgt)，因此有：

$\underset{j=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{1,j}^2+{\mathrm{SIR}}_{\mathrm{BLER}-\mathrm{tgt}}={\mathrm{SIR}}_{\mathrm{outage}-\mathrm{tgt}}+{\mathrm{SIR}}_{\mathrm{BLER}-\mathrm{tgt}}={\mathrm{SIR}}_{\mathrm{tgt}}$

必须考虑的是所述期望信干比目标(SIR_target)第一分量(SIR_outage-tgt)的特性，与用于计算它的衰落余量(M₁，M₂，…，M_N)相反，它可以是负数。

图6描述了用于一般神经网络(601)的训练模型。为了调整它的内部参数、权重和组成神经网络(500，601)的各神经元的偏移，需要有一组输入数据(602)和一组该网络为所述输入所必须达到的目标(603)。现有已知的用于训练网络的算法，使来自比较器(606)的输出值(604)和目标值(603)之间的误差(605)最小。

在提出的神经网络(500)中，在已知的传播环境下，以下内容是必须的：选定的必须作为输入数据的中断概率(p_o1，p_o2，…，p_oN)的余量(M₁，M₂，…，M_N)，以及作为神经网络(500)的输出调整依据的各环境的最佳期望信干比目标(SIR_target)。所有层的权重(w_i)和偏移(b_i)利用误差反向传播算法进行调整，目的是最小化在不同传播状况下的输出误差。

不难发现，最初考虑的线性组合解决方法作为特例包含在这个另一解决方法中。事实上，甚至调整系数的处理都非常相似，在线性组合情形下，利用最小二乘处理来力图减小输出误差。

训练神经网络(500)所必需的数据可以由以下方法得到：仿真或者在不同传播状况的受控环境下进行测量。要得到作为神经网络(500)的输出调整依据的期望信干比目标(SIR_target)的最佳值，就要将某一特定目标块差错率(BLER_target)作为质量目标。这是神经网络(500)分别基于所述目标块差错率(BLER_target)和中断概率(p_o1，p_o2，…，p_oN)建立质量标准之间映射的基础。此外，覆盖有最大可能性的各种传播状况用于数据收集是有用的，其目的是使在最大数量的可能环境中的总体误差最小。

所考虑的另一个可能性是本发明中工作于真实系统的外环功率控制方法可以调整其外环参数，以使它们适应通信用户所处的环境。为此，在期望信干比目标(SIR_target)的第二分量(SIR_BLER-tgt)中测量的变化提供了关于神经网络(500)产生的误差的信息，这是因为如果它是理想的，那么提到的分量(SIR_BLER-tgt)应该在任何状况下都保持恒定。事实上，可以基于这个分量(SIR_BLER-tgt)的变化再训练神经网络(500)。

参考图7中图表(700)各模块，本发明中提出的基于中断的外环功率控制(OLPC)方法所使用的输入数据定义如下：

首先利用对应的硬件结构估计(701)接收到的信干比(SIR_rec)(见Sáez Ruiz，Juan Carlos：“Una Arquitectura Hardware para laEstimación de la Relación  a Interferencia en Sistemas WCDMA”，Department of Electroscience，Digital ASIC University of Luna)。认为适用于表现接收信号(107，108)特性的信道衰落参数(706)包含在估计(701)中。比如，在前述专利申请ES 200202947中，考虑到信道衰落参数(706)是：对应于对数正态衰落(σ_N)的标准偏差和期望信号的Rice因数(K)，以及跟描述干扰信号变化的分布对应的标准偏差(σ_I)。

与前面信道衰落参数(706)相关联的衰落余量(M₁，M₂，…，M_N)也是所考虑的对应中断概率(p_o1，p_o2，…，p_oN)的函数，因此这些中断概率(p_o1，p_o2，…，p_oN)是本发明的基于中断的外环功率控制(OLPC)方法所必需的另一个输入(702)。

继续看图7中的模块，通信中每一帧的解码数据传送到CRC校验器(703)中，通过校验加到数据帧尾部的循环冗余码(CRC)比特来确定或表明该帧是否被正确解码，或者相反地包含错误。对于每个接收到的和解码的帧，CRC校验器(703)提供有一个帧的数据块状态(707)，表明数据帧是否被适当地解码，或者，由于没有适当地解码而被删除。应当注意到，这是前面基于BLER的外环功率控制(OLPC)方法已知的工作原理，该方法中期望信干比目标(SIR_target)为外环随着所述CRC校验器(703)提供的结果而改变。

本发明的方法，在这里称为基于中断的外环功率控制(OLPC)，发生在模块(705)中，并且处理所有前面提到的输入(702，706，707)，包括引入(704)目标块差错率(BLER_target)，其方式在下面的段落中描述。

图8具体说明图7中模块(705)中的步骤，也就是说，它示出了本发明的基于中断的外环功率控制(OLPC)方法的一个优选实施例。

基于前述专利申请ES 200202947中提出的方法，可以计算(708)或估计对应着中断概率(p_o1，p_o2，…，p_oN)的衰落余量(M₁，M₂，…，M_N)，这些中断概率(p_o1，p_o2，…，p_oN)被作为它们的输入参数(702)，还对应着由收到的信干比(SIR_rec)的估计器(701)给出的信道衰落参数(706)。提到的衰落余量(M₁，M₂，…，M_N)是神经网络(500)的输入(710)之一，同输入(709)引入的目标块差错率(BLER_target)一起，用来得到期望信干比目标(SIR_target)的第一分量(SIR_outage-tgt)。另外，通过再引入(704)目标块差错率(BLER_target)和CRC校验器(703)生成的数据块状态(707)，获得第二分量(SIR_BLER-tgt)。最后，两个分量相加，得到用于外环功率控制的期望信干比目标(SIR_target)。

前面的设计已用来描述本发明的原理；然而，在这里没有详细描述的其它变形也是可能的，但是它们都包含相同的要素和目的。比如，尽管在这里利用可在无线通信网络控制器(201)中执行的离散的功能模块说明了本发明，但是任何一个这样的模块的功能可以用一个或多个合适的已编程处理器实现。

同样，本发明可应用于WCDMA之外的其它标准，也可以应用于对基站和用户终端设备或移动台接收到的任何信号的功率控制。

Claims (11)

1.一种用于无线通信系统的外环功率控制方法，根据从基站(102，103)或者移动台(104)接收到的数据信号(107，108)，包括以下步骤：

建立目标块差错率(BLER_target)，

估计(701)期望信干比(SIR_rec)和体现所述接收信号(107，108)特性的信道衰落参数(706)，

估计与中断概率(p_o1，p_o2，…，P_oN)和所述信道衰落参数(706)相关联的衰落余量(M₁，M₂，…，M_N)，

在校验循环冗余码(CRC)的基础上，表明数据块状态(707)，

其特征在于它基于所述数据块状态(707)、所述衰落余量(M₁，M₂，…，M_N)和所述外环的目标块差错率(BLER_target)，借助在基于所述中断概率(p_o1，P_o2，…，P_oN)的质量标准和基于所述目标块差错率(BLER_target)的质量标准之间实现映射的动态调整函数，建立外环的期望信干比目标(SIR_target)，使得所述功率适应所述数据信号(107，108)的传播状况。

2.如权利要求1所述的用于无线通信系统的外环功率控制方法，其特征在于所述调整函数利用神经网络(500)来实现，该神经网络(500)包括至少一个输入层，该输入层的输入是所述衰落余量(M₁，M₂，…，M_N)，还包括为所述外环建立所述期望信干比目标(SIR_target)的输出层，在这之前该输出层已经针对所述输入衰落余量(M₁，M₂，…，M_N)、所述数据块状态(707)和所述外环的所述目标块差错率(BLER_target)受到训练。

3.如权利要求2所述的用于无线通信系统的外环功率控制方法，其特征在于所述神经网络(500)的输入层生成所述期望信干比目标(SIR_target)的分量(SIR_outage-tgt)，该分量适应所述数据信号(107，108)的传播状况。

4.如权利要求3所述的用于无线通信系统的外环功率控制方法，其特征在于所述神经网络(500)的输出层给所述分量(SIR_outage-tgt)增加另一分量(SIR_BLER-tgt)，这个另一分量(SIR_BLER-tgt)是利用所述外环功率控制方法，应用基于所述目标块差错率(BLER_target)的质量标准，从所述数据块状态(407)和所述外环的目标块差错率(BLER_target)得到的。

5.如权利要求4所述的用于无线通信系统的外环功率控制方法，其特征在于每当所述分量(SIR_BLER-tgt)产生变化时，所述神经网络(500)都要接受训练。

6.用于无线通信系统的外环功率控制装置，其特征在于它包括按照如权利要求1～5中任一权利要求所述的方法工作的至少一个可编程电子装置。

7.如权利要求6所述的用于无线通信系统的外环功率控制装置，其特征在于所述可编程电子装置选自通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)和可编程卡(FPGA)或者以上装置的任意组合。

8.如权利要求6或7所述的用于无线通信系统的外环功率控制装置，其特征在于它包括射频接收机(203)，该射频接收机(203)能够接收来自所述无线通信系统中的基站(102，103)或移动台(104)的数据信号(107，108)。

9.如权利要求6～8中任一权利要求所述的用于无线通信系统的外环功率控制装置，其特征在于它包括射频发射机(202)，该射频发射机(202)能够向所述无线通信系统中的基站(102，103)或移动台(104)发送功率控制信息。

10.如权利要求7～9中任一权利要求所述的用于无线通信系统的外环功率控制装置，该装置结合在无线通信网络控制器中。

11.如权利要求7～9中任一权利要求所述的用于无线通信系统的外环功率控制装置，该装置结合在用于无线通信系统的移动台中。

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