CN102014474A

CN102014474A - 一种td-scdma集群下行共享信道的闭环功率控制方法

Info

Publication number: CN102014474A
Application number: CN2010106056801A
Authority: CN
Inventors: 唐宏; 吴财生; 陈前斌; 何春燕; 谢静
Original assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Current assignee: Shenzhen Tinno Wireless Technology Co Ltd
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2030-12-23
Also published as: CN102014474B

Abstract

本发明涉及一种TD-SCDMA集群中下行共享信道的闭环功率控制方法，包括以下六个步骤：基站广播初始发射功率、移动台计算调整的功率步长并根据各自优先级选择一个随机时间发射功率控制指令、基站接收功率控制指令按功率步长调整发射功率、基站记录最后发送功率增加指令的移动台号码及其所属群组号码、找到需要发射功率最大的用户、基站广播当前最远用户并判断是否需要调整功率。本发明可以降低集群系统中的发射功率、减少集群系统的干扰以及增大集群系统的容量，通过缩短优先级高且接收质量较差的用户的等待时间，使功率控制更好地满足用户的通话质量要求。

Description

一种TD-SCDMA集群下行共享信道的闭环功率控制方法

技术领域

本发明涉及TD-SCDMA技术领域，具体是TD-SCDMA集群通信中闭环功率控制方法。

背景技术

集群通信系统是一种高级指挥调度系统，由多用户共享下行信道，并动态使用所分配的信道。集群组内用户数量不限，一个组内某个时刻只有一个用户说话，其余用户共享下行信道。集群通信可以提供丰富的业务种类，包括单呼、组呼、紧急呼叫、多优先级、动态重组、遥毙/复活、故障弱化、终端直通、定位等服务类型。集群通信广泛应用在政府机关、工矿企业、公安、消防、军事调度、大型集会、能源交通、机场码头等，用于单位内部通信的需要。

从第一代的多频道模拟集群通信系统，到第二代的采用TDMA技术数字集群通信系统，要求集群通信系统的容量不断增大、性能不断增强，第三代移动通信技术已经发展成熟，因此采用我国自主提出的国际标准TD-SCDMA来提供集群通信服务就成为集群通信发展的一个重要方向。

TD-SCDMA集群通信系统在TD-SCDMA公众移动通信的基础上补充以下物理信道实现集群功能，分别是：

上行专用业务信道(T-PUCH)，T-PUCH用于传输上行集群用户的专用语音或数据，一个群组在一个时刻只能有一个用户进行上行业务的传输，因此只有该用户所在小区的T-PUCH是激活的，本群组其他小区的T-PUCH处于静默状态。

下行群组业务信道(T-PDCH)，T-PDCH用于对小区群组内所有用户进行下行集群语音或数据业务的广播，该群组所有小区的T-PDCH都在发射，并且只能采用全向波束。

上行共享控制信道(T-PUCCH)，T-PUCCH用于承载小区群组内所有用户的上行控制信息，包括上行呼叫请求、上行信令、终端上报测量量以及功控信息。T-PUCCH是个共享信道，小区群组内用户是随机抢占的，但必须先通过UpPCH(上行导频信道)进行随机接入，在没有冲突的情况下，Node B通过FPACH(前向物理接入信道)授权用户接入T-PUCCH，并同时进行上行同步定时调整。

下行共享控制信道(T-PDCCH)，T-PDCCH用于承载小区群组的下行控制信息，包括T-PUCH的授权信息、群组用户的寻呼信息、用于UE自主切换的邻区配置信息及可能的宏分集配置信息等。T-PDCCH同时还可以承载T-PUCH的同步功控命令字信息。T-PDCCH也是采用全向广播波束。

目前集群通信技术在下行共享信道采用全向广播的方式发射信号，为了覆盖小区边缘，基站使用最大发射功率。这种方式可以支持很多的小区用户接收组内的下行共享信号，但是当用户较为靠近基站时，发射功率过大既浪费功率资源，同时造成系统内干扰，由于TD-SCDMA系统容量受干扰影响的程度较大，因此将会导致系统容量减少且通信服务质量变差。

除了在用户较为靠近基站的情况下浪费功率资源外，当某小区只有一个组内用户时，下行共享信道采用最大发射功率是没有必要的，因为可以对该用户在前向信道进行功率控制，其方式与公众移动通信系统中的功率控制方式类似。但当某小区的组内用户较多时，进行下行共享信道功率控制的方法与公众移动通信是有很大区别的，目前没有对集群通信中的下行共享信道进行有效的闭环功率控制的方法。

在专利03139737.9中公开了一种用于CDMA蜂窝集群系统的前向功率控制方法，通过设置两个集中控制点分别处理功率控制命令和功率分配，该方法仅对前向补充信道进行控制。专利03155269.2中公开了一种码分多址集群通信系统前向功率控制方法，按照保证当前集群组内所有集群终端正确接收的原则，调整当前集群组前向共享信道发射功率，该功率控制方法没有区分用户优先级。专利03157034.8中公开了一种依据前向误帧率进行功率控制的方法，该方法没有考虑终端如何上报功率控制消息。专利200510115651.6中公开了一种CDMA制式集群系统反向共享功率控制方法，采用外环功率控制，仅适用于集群的呼叫接入过程，对于其它情况则不适用。

发明内容

本发明针对目前集群通信系统中没有对下行共享信道进行有效的闭环功率控制，根据TD-SCDMA集群通信技术的特点，提出了一种实现TD-SCDMA集群通信系统中下行共享信道闭环功率控制的方法。

为实现上述目的，本发明采用的下行共享信道闭环功率控制方法包括以下步骤：

步骤一：基站以初始功率发射下行共享信号，该初始功率为系统参数，可由实际情况决定其大小，并将其在广播信道发送给各移动台。

步骤二：各移动台在各自小区接收下行共享信号后，根据该功率下接收信号的SIR和BER等信息决定是需要增加功率还是需要减少功率，移动台通过竞争获得上行共享控制信道(T-PUCCH)，获得该信道的移动台将发射功率调整指令，竞争信道的移动台根据优先级决定其随机接入的等待时间范围，优先级高的用户随机等待时间范围小，令(0，T_i)表示第i个用户随机等待的时间范围，P_i表示用户的优先级，如果P_i＞P_j，则T_i＜T_j。

步骤三：基站接收到功率控制指令并判断是增加功率还是减少功率，如果接收到的是增加功率的指令，则判断调整后的功率是否超过基站最大发射功率，如果是，则以最大发射功率发射，否则，增加相应步长的功率。如果接收到的是减少功率的指令，则判断该基站是否已进入稳定功率控制状态，如果是则减少相应步长的功率，否则不改变发射功率，所述相应步长的功率由该用户的当前接收功率与目标接收功率的比值决定。

可采用如下方法确定功率步长，移动台i测量当前接收到的干扰功率以及有用信号功率，计算第i个移动台的信号干扰比(SIR_i)，由于接收信号的误码率通常是SIR的函数，代入公式：P_b＝f(SIR_i)，所述函数f(SIR_i)是由TD-SCDMA集群通信系统采用的调制方式决定的函数，P_b为误码率大小。由误码率的门限值得到所需SIR_i的门限值，假设移动台i接收到的干扰功率变化较慢，此时可以算出所需的有用信号功率S_ineed，由其与目前有用信号功率S_inow的比值可以计算出功率改变的步长step_i，计算公式是

由于集群系统中移动台需要采用竞争上行信道的方式发送功率控制指令，因此每个移动台获得功率控制的机会有限，如果沿用公众移动通信系统的定步长、变步长或自适应步长等常规功率控制方法，需要不断的信令交互和不断的调整发射功率，这将使集群系统的功率控制的有效性和实时性都难以满足要求。本发明的功率控制方法在一步之内即将功率调整到该移动台所需的功率范围。

步骤四：基站记录最后发送功率增加指令的移动台号码及其所属群组号码，上述稳定功率控制状态是指小区中该群组所有的移动台均发射过上行功率控制指令，通过比较基站中的呼叫用户与记录下的发送过功率控制指令的用户判断基站是否进入稳定功率控制状态。此时，所有该群组移动台均通过发送上行功率控制指令，调整了所需步长的功率，从而满足了通信的基本要求。

稳定功率控制状态判断方法可采用：基站通过无线网络控制器(RNC)从集群归属寄存器(PHR)中获得本小区中该群组的所有移动台号码，依次判断成功发送上行信号的移动台号码，当全部移动台号码的发送计数器均大于等于1时，基站判断进入稳定功率控制状态。

步骤五：进入稳定功率控制状态后，基站继续接收上行功率控制指令。记录下最后一个发射功率增加指令的移动台的号码及其群组号码，将其作为当前最远用户(指需要的发射功率最大的用户)，如果基站的发射功率能满足此移动台的通信要求，则认为此时的发射功率为满足该小区所有组内用户的发射功率。

步骤六：基站判断接收到的功率控制指令是要求增加功率还是减少功率，如果是增加功率，则记录下发射该指令的移动台号码及其群组号，将其作为新的当前最远用户，如果是减少功率，则判断发射此指令的移动台的群组号码和移动台号码是否为当前最远用户，如果是，则减少相应步长的功率，否则，不改变发射功率。

还可采用如下方法确定最远用户：基站在进入稳定功率控制状态后向所有移动台发送功率控制广播消息，消息中包含以下内容：小区号、基站已进入稳定功率控制状态的标志、目前最远用户号码及所属群组。用户根据接收到的下行共享信道的功率与满足自身SIR和BER要求所需的功率的差值决定是否发送上行功率控制指令，当接收功率比SIR和BER要求的功率大一个以上步长时，该用户根据接收到的功率控制广播消息判断自己是否为最远用户，如果是则发送减少功率的指令，否则不发送功率控制指令。如果接收功率不满足SIR和BER要求，则该用户在(0，T_i×α_i)内随机等待一个时间抢占上行信道发送功率增加指令，其中α_i表示该用户的当前接收功率与目标接收功率的比值，接收功率越大则等待时间的范围越长，接收功率越小则时间范围越小，从而保证信号质量较差的用户具有较高的抢占优先权。

本发明将基站状态分为稳定功率控制状态和非稳定功率控制状态，在非稳定功率控制状态只对接收到的增加功率指令执行增加基站发射功率的操作，对接收到的减少功率的指令不予执行，这是为了防止由于减少功率对其他用户造成的影响。当系统进入稳定功率控制状态时，表示已经找到了最远用户，此时可以对该最远用户进行功率控制，当有新的用户需要增加功率时，将其设置为新的最远用户。本发明由移动台发送功率控制指令，基站判断决定发射功率，基站无需对从上行信道接收的功率控制指令消息发送一个应答消息，移动台将根据测量到的接收功率判断基站是否接收到自身发送的功率控制指令。此方法可以很大程度上减少基站与移动台的信令交互。

本发明所述的TD-SCDMA集群系统下行共享信道的闭环功率控制方法，以TD-SCDMA集群通信系统为基础，提供了一种用于进行下行共享信道功率控制的有效方法，解决了当前集群系统中下行共享信道采用最大功率发射信号从而造成较大干扰和系统容量下降的问题。

附图说明

图1本发明的TD-SCDMA集群通信系统的网络结构图

图2本发明的基站和移动台的功率控制模块中包含的具体单元模块

图3本发明的下行共享信道的闭环功率控制流程图

图4本发明的功率控制信令过程一

图5本发明的功率控制信令过程二

具体实施方式

以下针对附图和具体实例，对本发明的实施作具体描述。

图1所示为本发明提出的一种基于TD-SCDMA标准的集群通信系统的示意图。该集群系统包括集群用户终端UE(移动台端)、基站Node B、无线网络控制器RNC、集群调度服务器PDS、集群归属寄存器PHR、调度台服务器DAS和调度客户端DC。

系统中的集群调度服务器通过IuDS接口与RNC相连，调度服务器用于处理集群调度业务，完成各种集群服务，是调度通信的核心部分。集群归属寄存器用于存储集群用户信息，包括群组信息、移动台信息、各移动台所属群组信息、各移动台状态信息以及各移动台优先级信息等。调度台服务器用于连接各个调度台，完成调度台与调度台服务器的信息交互。调度台用于运营商管理和维护网络。

图2中移动台端的功率控制模块包括：功率差值计算模块、随机时间设置模块、功率步长设置模块、广播消息接收模块、指令发送模块、功率测量模块。基站端的功率控制模块包括：指令接收读取模块、最远用户记录模块、消息发送模块、发射功率计算模块、稳定状态判断模块。

所述移动台端的功率差值计算模块实现判断接收功率是否满足当前移动台的需求，计算差值得到是否需要发送功率控制指令以及优先级。随机时间设置模块实现设置移动台等待的随机时间的范围为(0，T_i)，从中取某个时间值t_i，在发送前等待时间t_i，该时间范围的取值由两方面决定，一是该用户的优先级，以满足高优先级用户的通信质量；另一方面是该用户的当前接收功率与目标接收功率的差值，以兼顾信号较差的用户通过功率控制可以获得较好的通信质量。功率步长设置模块通过上述步骤三计算得到相应功率改变的步长。广播消息接收模块用于接收基站发送的广播当前最远用户的消息。指令发送模块用于发送功率控制消息。功率测量模块用于测量接收信号的干扰功率和有用信号功率。

所述基站端的功率控制模块中的指令接收读取模块用于接收上行信道中的功率控制指令。最远用户记录模块用于记录以及更新群组中的当前最远用户。消息发送模块用于广播当前最远用户。发射功率计算模块用于通过移动台发送的功率控制指令获得相应功率改变的步长来计算现在的发射功率。稳定状态判断模块如何实现在步骤四中已详细说明。

图3所示为本发明的下行共享信道的闭环功率控制流程图。首先基站发送初始功率，移动台接收到初始功率后，在上行共享控制信道(T-PUCCH)发送功率控制指令，基站接收到功率控制指令后判断是否进入功控稳定状态，如果否，则判断指令是增加功率还是减少功率，如果是增加功率指令则判断增加后是否超过最大发射功率，如果未超过最大发射功率，则增加相应步长的功率，否则取最大发射功率。如果是减少功率指令则不改变发射功率。返回到接收上行信道功率控制指令状态。

如果进入功控稳定状态，记录最后发送功率增大指令的移动台号码及其所属群组号码，将其作为最远用户，继续接收上行信道发来的功控指令，如果是减少功率的指令则判断此移动台是否为最远用户，如果是，则降低相应步长的功率，否则不改变功率。如果接收到的是增加功率的指令，则判断增加后是否超过最大发射功率，如果是则取最大发射功率，否则增加相应步长的功率并记录此移动台号码及所属群组号，返回继续接收功控指令状态。具体包括如下步骤：

步骤一：基站以初始功率发射下行共享信号，该初始功率为系统参数，将其在广播信道发送给各移动台；

步骤二：各移动台在各自小区接收下行共享信号后，移动台的功率差值计算模块根据该功率下接收信号的SIR和BER决定需增加功率还是减少功率，移动台通过竞争获得上行共享控制信道T-PUCCH，并通过指令发送模块发射调整指令，随机时间设置模块根据优先级决定其随机接入的等待时间范围；

步骤三：基站利用指令接收读取模块接收到功率调整指令后进行判断，如果功率调整指令要求增加功率，则判断调整后的功率是否超过基站最大发射功率，如果超过，则以最大发射功率发射，否则，增加相应步长的功率；如果功率调整指令要求减少功率，则利用稳定状态判断模块判断该基站是否已进入稳定功率控制状态，如果是则利用发射功率计算模块减少相应步长的功率，否则不改变发射功率；

步骤四：基站通过最远用户记录模块记录发送此功率的移动台号码及其群组号码；

步骤五：进入稳定功率控制状态后，基站继续接收上行功率控制指令，记录下最后一个发射功率增加指令的移动台的号码及其群组号码，将其作为当前最远用户，判断基站的发射功率是否能满足此移动台的通信要求，如果能则此发射功率为该小区的发射功率，否则转步骤六；

步骤六：如果基站接收的是要求增加功率的指令，则记录发射该指令的移动台号码及其群组号，将其作为当前最远用户，如果基站接收的是要求减少功率的指令，则判断发射此指令的移动台号码及其群组号码是否为当前最远用户，如果是，则利用发射功率计算模块减少相应步长的功率，否则，不改变发射功率。

图4所示为本发明的功率控制信令过程一，也即上述步骤六中的第一种方法的信令过程。具体包括以下流程：

401与402：基站发射初始功率，并在小区信息中广播该初始功率值。

403与404：移动台各自发送功率控制指令消息，该消息包括：移动台号码、所属群组号码、增加还是减少功率的标志、需改变的功率步长等。

405与406：基站根据接收到的功率控制指令调整发射功率并以调整后的功率发射信号。

407与408：进入稳定功率控制状态后，记录当前最远用户也就是最后一个发送功率增加指令的移动台。各移动台在通信过程中继续在上行共享控制信道发送功率控制指令。

409与410：基站判断是增加功率指令，记录此移动台号码及所属群组号码，以增加后的功率发射下行共享信号。

411与412：基站判断是减少功率的指令，判断该用户是否为当前最远用户，如果不是，则不改变发射功率，如果是，则减少相应步长的发射功率。

图5所示为本发明的功率控制信令过程二，也即步骤六中的另一种信令过程。具体包括以下流程：

501至506与上述的401至406步骤相同，不再赘述。

507与508：进入稳定功率控制状态后，记录当前最远用户也就是最后一个发送功率增加指令的移动台。基站在下行共享信道发送功率控制广播消息，该消息包括：小区号、基站已进入稳定功率控制状态的标志、目前最远用户号码及所属群组号码等。

509：需要增加功率的用户发送上行功率控制指令。

510：当前最远用户发送减少功率的指令。

511：基站接收到增加功率的指令后，增加相应步长的发射功率或取最大发射功率，并记录新的最远用户移动台号码及所属群组号码。

512：基站接收到当前最远用户的减少功率的控制指令后减少相应的发射功率。

最后所应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非限制，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术的精神和范围的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种TD-SCDMA集群通信的下行共享信道闭环功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤二：各移动台在各自小区接收下行共享信号后，根据该功率下接收信号的信号干扰比(SIR)和误码率(BER)决定需增加功率或减少功率，移动台通过竞争获得上行共享控制信道T-PUCCH，并发射对基站进行功率调整的指令，根据优先级决定其随机接入的等待时间范围；

步骤三：基站接收到功率调整指令后对功率进行调整，如果指令要求增加功率，首先判断调整后的功率是否超过基站最大发射功率，如果超过，则以最大发射功率发射，否则，增加相应步长的功率；如果指令要求减少功率，则判断基站是否已进入稳定功率控制状态，如果是则减少相应步长的功率，否则不改变发射功率；

步骤四：基站记录发送此功率的移动台号码及其群组号码；

步骤五：进入稳定功率控制状态后，基站继续接收上行功率控制指令，并记录下最后一个发射功率增加指令的移动台的号码及其群组号码，将其作为当前最远用户，判断基站的发射功率是否能满足此移动台的通信要求，如果能则此发射功率为该小区的发射功率，否则转步骤六；

步骤六：如果基站接收的是要求增加功率的指令，则记录发射该指令的移动台号码及其群组号，将其作为当前最远用户，如果基站接收的是要求减少功率的指令，则判断发射此指令的移动台号码及其群组号码是否为当前最远用户，如果是，则减少相应步长的功率，否则，不改变发射功率。

2.根据权利要求1所述的TD-SCDMA集群通信的下行共享信道闭环功率控制方法，其特征在于，所述步骤三中的功率步长确定方法是：根据移动台i所需的有用信号功率S_ineed与目前有用信号功率S_inow的比值调用公式计算功率改变的步长step_i。

3.根据权利要求1所述的TD-SCDMA集群通信的下行共享信道闭环功率控制方法，其特征在于，所述步骤四中稳定功率控制状态是指小区中该群组所有的移动台均发射过上行功率控制指令，由基站中的呼叫用户与记录下的发送过功率控制指令的用户比较判断系统是否进入稳定功率控制状态。

4.根据权利要求1所述的TD-SCDMA集群通信的下行共享信道闭环功率控制方法，其特征在于，所述步骤六进一步包括，基站在进入稳定功率控制状态后向所有移动台发送功率控制广播消息，消息中包含以下内容：小区号、基站已进入稳定功率控制状态的标志、目前最远用户号码及所属群组。

用户根据接收到的下行共享信道的功率与满足自身SIR和BER要求所需的功率的差值决定是否发送上行功率控制指令，当接收功率比SIR和BER要求的功率大一个步长以上时，该用户判断自己是否为最远用户，如果是则发送减少功率的指令，否则不发送功率控制指令，如果接收功率不满足SIR和BER要求，则该用户在(0，T_i×α_i)内随机等待一个时间抢占上行信道发送功率增加指令，其中α_i表示该用户的当前接收功率与目标接收功率的比值。