CN102111862B - 基于上下行信道的互惠性的上行功率调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于上下行信道的互惠性的上行功率调节方法，首先由用户端根据自身所在小区的基站和邻近各小区基站所发射的信号和自身所接收到的各信号确定自身与各小区基站之间通信的下行信道响应，进而依据上下行信道的互惠性原则确定其自身与各小区基站之间通信的上行信道响应，再由所述用户端根据自身所在小区的基站的上行调度指令、自身与各邻近小区的基站间的上行信道响应和损耗，计算各邻近小区在被调度资源块上的干扰信号的强度，最后根据所计算出的各干扰信号强度判断是否超出预设的范围，如果超出范围，则用户端调整自身上行信号的发射功率，由此实现功率的实时控制。

Description

基于上下行信道的互惠性的上行功率调节方法

技术领域

本发明涉及一种上行功率调节方法，特别涉及一种基于上下行信道的互惠性的上行功率调节方法。

背景技术

正交频分复用/正交频分多址(OFDM/OFDMA)是下一代宽带移动通信系统的核心传输技术，具有更高的频谱效率。在3GPP LTE标准化进程中，我国主导的TD-LTE标准是TD-SCDMA的演进，它将从技术、专利和标准三大环节保证TD-SCDMA产业的健康发展。然而，TD-LTE系统同频组网情况下的小区间干扰问题一直没有得到很好地解决，而基于TDD双工方式的技术优势(即上下行信道频率响应的对称性)也没有得到充分体现。

小区间干扰使TD-LTE系统组网呈现许多新的特点，它使OFDM/OFDMA技术在小区边缘覆盖效果、系统频谱效率、链路自适应和多小区组网等方面面临挑战。

在3GPP LTE系统标准化中，上行功率控制已成为一种控制上行小区间干扰的有效手段，其上行链路第i子帧共享信道的发射功率可以表示为：

P_PUSCH(i)＝min{P_MAX，10log₁₀(M_PUSCH(i))+P_{O_PUSCH}(j)+α·PL+Δ_TF(i)+f(i)}

其中：

P_MAX为终端允许发射的最大功率(24dBm)；

M_PUSCH(i)是用户端在第i子帧分配的资源块数；

P_{O_PUSCH}(j)为小区级特定参数P_{O_NOMINAL_PUSCH}和用户级特定参数P_{O_UE_PUSCH}之和，P_{O_NOMINAL_PUSCH}动态范围为[-126dBm，24dBm]；P_{O_UE_PUSCH}动态范围为[-8dBm，7dBm]，分辨率均为1dB；这两个参数均由无线资源控制(RRC)进行配置；

α是小区特定的路径损耗补偿参数(可以设成1或小于1，分别实现完全路径损耗补偿和部分路径损耗补偿)，α可能的设定值为0，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0；

PL是根据下行导频测量出的路径损耗；

Δ_TF(i)为与传输格式相关的调整量；

f(i)根据功率控制的类型分别计算。如果为累计功率控制，则f(i)＝f(i-1)+δP_USCH(i-K_PUSCH)；如果为绝对功率控制，则f(i)＝δ_PUSCH(i-K_PUSCH)，f(0)＝0；δ_PUSCH为一个用户特定的调整值，K_PUSCH为功率控制命令和功率控制产生作用的延时，FDD系统中K_PUSCH＝4，而在TDD系统中K_PUSCH与上下行配置相关，见表1。

表1TDD不同配置中的K_PUSCH

从上述功率控制方案可见，目前3GPP LTE系统的功率控制方案主要针对小区内，对小区间的功率控制只能通过基站之间交互过载指示的方式进行。然而基站之间交互过载指示只能获取过去时的小区间干扰情况，对小区间的功率控制有明显的滞后效应，另外，过载指示需要额外的信令开销。对FDD LTE系统而言，这样的小区间功率控制方法可以说是无奈之举，因为FDD上下行链路使用不同的频带，链路不具有互惠性，用户终端无法及时获取自己对邻近基站的干扰，而对TD-LTE系统而言，系统上下行链路信道互惠性的特点正是其相对于FDDLTE系统的优点。

因此，如何充分利用FDD LTE系统的上下行链路信道的互惠性，来实现有效及时的功率控制，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于上下行信道的互惠性的上行功率调节方法，以实现通信系统上行功率的实时控制，进而实现对上行小区间干扰的控制。

为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的基于上下行信道的互惠性的上行功率调节方法，包括步骤：1)用户端根据自身所在小区的基站所发射的信号和自身所接收到的所述发射信号确定自身与自身所在小区的基站之间通信的下行信道响应，进而依据上下行信道的互惠性原则确定其自身与自身所在小区的基站之间通信的上行信道响应；2)根据用户端各邻近小区的各基站所发出的信号和所述用户端接收到的各邻近小区的基站所发出的信号，所述用户端确定自身与各邻近小区的基站之间通信的下行信道响应，进而依据上下行信道的互惠性原则确定自身与各邻近小区的基站之间通信的上行信道响应；3)所述用户端根据自身所在小区的基站的上行调度指令、自身与所在小区的基站间的上行信道响应和损耗、及自身与各邻近小区的基站间的上行信道响应和损耗，计算自身所在小区和各邻近小区在被调度资源块上的干扰信号的强度；以及4)所述用户端根据所计算出的各干扰信号强度判断是否超出预设的范围，如果超出范围，则用户端调整自身上行信号的发射功率。

其中，所述用户端可根据S_DL＝S_B*H_DL来确定自身与自身所在小区的基站之间通信的下行信道响应、根据 $I_{\mathrm{DL}}={S_B}^I*H_{\mathrm{DL}}^I$ 来确定自身与各邻近小区内的基站之间的下行信道响应，进而根据所述互惠性原则确定：H_DL≈H_UL、 $H_{\mathrm{DL}}^I=H_{\mathrm{UL}}^I,$ 其中，S_DL为用户端接收到其所在小区的基站发送的信号，S_B为用户端所在小区的基站发射的信号，H_DL为用户端与其自身所在小区的基站之间通信的下行信道响应，H_UL为用户端与其自身所在小区的基站之间通信的上行信道响应，I_DL为用户端接收到邻近小区的基站发送的信号，S^I _B为邻近小区的基站发射的信号，H_DL ^I为用户端与邻近小区的基站之间通信的下行信道响应，H_UL ^I为用户端与邻近小区的基站之间通信的上行信道响应。

再有，所述用户端可根据P_k*PL_n*||H_n ^k||²计算出自身对各干扰信号强度，其中，n＝1，...，M表示第n个小区，k表示资源块，P_k为用户端在资源块k上的发射功率，PL_n为用户端与第n个小区之间的损耗，H_n ^k为用户端与第n个小区之间资源块的信道响应；所述损耗可包括路损、阴影以及天线增益等。

此外，所述预设的范围可由用户端所在小区的基站进行配置。

综上所述，本发明的基于上下行信道的互惠性的上行功率调节方法利用上下行链路信道响应互惠性的特点，通过用户端对所在小区以及邻近小区下行链路的测量，预测所在小区资源调度后将会对邻近小区产生的干扰情况，并由用户端根据此干扰情况对自身的发射功率进行调整以控制对邻近小区的干扰，实现功率的及时控制。

附图说明

图1为本发明的基于上下行信道的互惠性的上行功率调节方法的操作流程示意图。

图2为本发明的基于上下行信道的互惠性的上行功率调节方法上下行链路互惠性示意图。

图3为本发明的基于上下行信道的互惠性的上行功率调节方法的功率调节示意图。

具体实施方式

请参阅图1及图2，本发明的基于上下行信道的互惠性的上行功率调节方法可以分为三个阶段：用户端下行链路测量、各邻近小区上行干扰预测、用户终端根据对各邻近小区干扰大小是否超过门限进行功率调整。

为简化描述，下面以两个小区(一个为用户端自身所在小区和一个邻近小区，如图2所示)为例进行详细描述，同时本发明可以扩展到多个邻近小区环境。在多个邻近小区环境下可优先考虑强干扰邻近小区。

第一阶段：用户端链路测量：

对TD-LTE系统而言，在非时变或慢时变信道条件下，其上下行链路信道响应具有互惠性，从图2可以看出，用户端从所在小区接收到的信号可以表示为：S_DL＝S_B*H_DL，其中S_DL为用户端接收信号(即下行传输信号)，S_B为基站发射信号，H_DL为此用户端在调度资源块上的下行信道响应；所在小区基站接收信号可以表示为S_UL＝S_U*H_UL，其中S_UL为基站接收信号(即上行传输线信号)，S_U为用户端发射信号，H_UL为此用户端在调度资源块上的上行信道响应。在TDD系统中，根据互惠性原则，上下行在相同的频率上传输，信道的时变性可忽略，即H_DL≈H_UL＝H，由此，用户端、所在小区的基站接收信号可分别表示为：

S_DL＝S_B*H_DL＝S_B*H

S_UL＝S_U*H_UL＝S_U*H

同样，此用户端受到的干扰以及对邻近小区基站的干扰可以表示为：

$I_{\mathrm{DL}}=S_B*H_{\mathrm{DL}}^I=S_B*H^I$

$I_{\mathrm{UL}}=S_U*H_{\mathrm{UL}}^I=S_U*H^I$

其中， $H_{\mathrm{DL}}^I=H_{\mathrm{UL}}^I=H^I,$ H_DL ^I和H_UL ^I分别表示用户端与邻近小区基站在调度资源块上的下行信道响应和上行信道响应。

由上可见，用户端可以根据自身所在小区的基站所发射的信号S_B和自身所接收到的所述发射信号S_DL确定自身与自身所在小区的基站之间通信的下行信道响应H_DL，进而依据上下行信道的互惠性原则确定其自身与自身所在小区的基站之间通信的上行信道响应H_UL；接着再根据各邻近小区的各基站所发出的信号S^I _B和所述用户端接收到的各邻近小区的基站所发出的信号I_DL，所述用户端确定自身与各邻近小区的基站之间通信的下行信道响应H_DL ^I，进而依据上下行信道的互惠性原则确定自身与各邻近小区的基站之间通信的上行信道响应H_UL ^I。通常同一通信系统中的各基站发射的信号S^I _B都相同，即S^I _B＝S_B。

第二阶段：上行小区间干扰预测：

此阶段用户端需要根据所在小区对自身的资源调度情况预测可能对邻近小区可能产生的上行干扰，尤其是产生最强干扰的邻近小区。以7个小区为例，其中，一个小区为用户端所在小区，其余6个为邻近小区，则用户端对所在小区的信号和邻近小区的干扰为P_k*PL_n*||H_n ^k||²，其中n＝1，...，M，n表示小区编号，k表示资源块，P_k为用户端在资源块k上的发射功率，PL_n为用户端与小区n之间的路损、阴影以及天线增益等之和，H_n ^k为用户端与小区n之间资源块k的信道响应。由此用户端可以得到其对邻近各个小区的干扰为：

$I_n=P_k*{\mathrm{PL}}_n*{\left|\right|H_n^k\left|\right|}^2,n=2,...,M$

第三阶段：终端功率调整：

为简化实现，本实施例中，仅根据用户端可能产生最强干扰的小区进行计算，设用户端对小区2可能产生最强的干扰。在第X调度时刻，资源块Y分配给了此用户端，根据常规功率控制，此用户端在资源块Y的发射功率为P_Y，则此用户端对小区2的Y资源块产生的干扰为： $I_2=P_Y*{\mathrm{PL}}_2*{\left|\right|H_2^Y\left|\right|}^2,$ 若预先设定的干扰与噪声比(IoT，interference over noise)上门限T_h和下门限T_h-min，如果I₂/N≥T_h(其中，N为相应资源块上的热噪声功率，为热噪声功率谱密度与资源块带宽乘积)，即用户端在资源块Y上对小区2产生的干扰超过了可以容忍的门限，需要降低自身的发射功率；如果I₂/N＜T_h-min(其中，T_h-min和T_h由用户端所在小区的基站予以配置)，则用户端在资源块Y上对小区2几乎没有干扰，用户端可以适当的增加发射功率；如果T_h-min≤I₂/N＜T_h，则用户端仍然按照现有方案的功率控制调整发射功率。用户端对自身的发射功率进行调整，可以表示为：

$\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{UE}}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&Delta;}}_{P1}<0& I/N\&GreaterEqual;T_h\\ {\mathrm{\&Delta;}}_{P2}>0& I/N<T_{h-\min }\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.,$ 其中T_h，T_h-min和Δ_P1，Δ_P2都是可以优化的参数，N为噪声功率。

如此，用户端每个调度周期的发射功率都是在现有功率控制的基础上进行进一步的调整，可以实时的根据情况调整发射功率，提高功率控制的时效性。此外，上下门限值可以根据实际情况进行参数优化。

由上可见，在TD-LTE系统中，本发明的功率控制可以修订为：

P_PUSCH(i)＝min{P_MAX，10log₁₀(M_PUSCH(i))+P_{O_PUSCH}(j)+α·PL+Δ_TF(i)+f(i)+ΔP_UE}(2)

其中ΔP_UE为用户端(UE)的自适应功率调整量，如图3所示。

需要说明的是，本实施例中，为简化实现，仅根据用户端可能产生最强干扰的小区来进行计算，但并非以此为限，可以扩展到根据对邻近小区的总体干扰影响进行功率调整，在此不再予以详细说明。

综上所述，本发明的基于上下行信道的互惠性的上行功率调节方法可由用户端通过估计邻近基站的下行信道预测其上行链路对邻近各小区的上行干扰，在干扰预测的基础上，用户端可以主动调节自己的发射功率以控制对邻近小区的干扰。通过设定干扰上门限和下门限，如果用户端通过预测对邻近小区产生的最强干扰高于上门限则用户端降低自身发射功率；如果用户端通过预测对邻近小区产生的最强干扰小于下门限，则用户端提升自身的发射功率；如果用户端通过预测对邻近小区产生的最强的干扰处于上、下门限之间则仍按照基站功率控制命令发射功率，干扰的上门限和下门限可以通过基站配置得到，由此实现实时的功率控制，提高小区边缘和系统频谱利用率，而且仅需要增加干扰门限的配置信令，开销极小，适用于任何TDD系统的上行功率控制。

上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (6)

1.一种基于上下行信道的互惠性的上行功率调节方法，其特征在于包括步骤：

1)用户端根据自身所在小区的基站所发射的信号和自身所接收到的所述发射信号确定自身与自身所在小区的基站之间通信的下行信道响应，进而依据上下行信道的互惠性原则确定其自身与自身所在小区的基站之间通信的上行信道响应；

2)根据用户端各邻近小区的各基站所发出的信号和所述用户端接收到的各邻近小区的基站所发出的信号，所述用户端确定自身与各邻近小区的基站之间通信的下行信道响应，进而依据上下行信道的互惠性原则确定自身与各邻近小区的基站之间通信的上行信道响应；

3)所述用户端根据自身所在小区的基站的上行调度指令、及自身与各邻近小区的基站间的上行信道响应和损耗，计算自身对各邻近小区在被调度资源块上的干扰信号的强度；

4)所述用户端根据所计算出的各干扰信号强度判断是否超出预设的范围，如果超出范围，则用户端调整自身上行信号的发射功率。

2.如权利要求1所述的基于上下行信道的互惠性的上行功率调节方法，其特征在于：所述用户端根据S_DL＝S_B*H_DL来确定自身与自身所在小区的基站之间通信的下行信道响应，进而根据所述互惠性原则确定：H_DL≈H_UL，其中，S_DL为用户端接收到其所在小区的基站发送的信号，S_B为用户端所在小区的基站发射的信号，H_DL为用户端与其自身所在小区的基站之间通信的下行信道响应，H_UL为用户端与其自身所在小区的基站之间通信的上行信道响应。

3.如权利要求1所述的基于上下行信道的互惠性的上行功率调节方法，其特征在于：所述用户端根据 $I_{\mathrm{DL}}={S_B}^I*H_{\mathrm{DL}}^I$ 来确定自身与各邻近小区内的基站之间的下行信道响应，进而根据所述互惠性原则确定： $H_{\mathrm{DL}}^I=H_{\mathrm{UL}}^I,$ 其中，I_DL为用户端接收到邻近小区的基站发送的信号，S^I _B为邻近小区的基站发射的信号，H_DL ^I为用户端与邻近小区的基站之间通信的下行信道响应，H_UL ^I为用户端与邻近小区的基站之间通信的上行信道响应。

4.如权利要求1所述的基于上下行信道的互惠性的上行功率调节方法，其特征在于：所述用户端根据P_k*PL_n*||H_n ^k||²计算出自身对各干扰信号强度，其中，n＝1，...，M表示第n个小区，k表示资源块，P_k为用户端在资源块k上的发射功率，PL_n为用户端与第n个小区之间的损耗，H_n ^k为用户端与第n个小区之间资源块的信道响应。

5.如权利要求4所述的基于上下行信道的互惠性的上行功率调节方法，其特征在于：所述损耗包括路损、阴影以及天线增益。

6.如权利要求1所述的基于上下行信道的互惠性的上行功率调节方法，其特征在于：所述预设的范围由用户端所在小区的基站进行配置。