CN102474823B - 自干扰所调整的闭环功率控制的方法 - Google Patents

Abstract

用于控制移动通信网络中移动装置的传送功率的方法和设备将自干扰的级别考虑在内以执行内环功率控制。对于普通内环功率控制，比较信号质量估计和信号质量目标，并且基于比较而生成功率控制命令。在自干扰是接收信号中的主导损害时，引入“快攻”以更改内环功率控制命令生成。自干扰的量基于信道的延迟扩展来确定。

Description

自干扰所调整的闭环功率控制的方法

技术领域

本发明一般涉及用于移动通信网络中高速分组数据接入的功率控制。

当前通用移动电信系统(UMTS)标准实现上行链路功率控制以控制上行链路信道上移动终端的传送功率。上行链路传送功率控制过程同时控制专用物理控制信道(DPCCH)及其对应专用物理数据信道(DPDCH)、高速专用物理控制信道(HS-DPCCH)及增强专用物理控制和数据信道(E-DPCCH和E-DPDCH)的功率。UMTS中的功率控制过程包括内环功率控制和外环功率控制。内环功率控制比较来自移动终端的接收信号的信号干扰比(SIR)和SIR目标以生成传送功率控制(TPC)命令，指示移动终端增大或降低其传送功率。外环功率控制调整SIR目标以获得某个服务质量(QoS)。例如，SIR目标的调整可被进行以保持期望的块错误率(BLER)。

背景技术

由于在上行链路中有更高的数据率，需要更高的码片能量噪声比(E_c/N₀)以便支持期望的吞吐量。多径传播与高传送功率(E_c/N₀＞0dB)的组合可造成严重的自干扰，自干扰在一些情况下主导了接收信号中的其它干扰，并且降低了移动终端的总体性能。在自干扰是主导性时，接收的SIR可能不能达到SIR目标，而无论移动终端传送功率如何，因为增大传送功率也增大自干扰。在此情形中，内环功率控制继续要求移动终端增大其传送功率，这导致不合需要的功率冲击、可能的系统不稳定及影响其它用户的性能的严重干扰。

对此问题的一个可能解决方案是从SIR估计过程中排除自干扰。例如，诸如GRAKE接收器等干扰抑制接收器可用于在解调接收信号时抑制自干扰。随后，在GRAKE组合后可估计SIR。此方法具有直接的优点，并且估计的SIR反映调制解调器遇到的实际SIR。然而，使用干扰抑制接收器抑制自干扰可能不足以避免在高数据率时的功率冲击。

另一种可能的解决方案是计算排除自干扰的修改的SIR并将修改的SIR用于内环功率控制。TPC命令随后基于排除了自干扰的修改的SIR与SIR目标之间的关系生成。然而，始终有一些不能删除的残余自干扰。此外，可能难以准确地估计在高数据率时修改的SIR。另外，即使在计算SIR时不考虑自干扰，信号质量实际上也受自干扰影响。从SIR估计消除自干扰的结果产生了对于给定SIR目标的更差信号质量，并造成外环功率控制补偿自干扰。

另一种可能的解决方案是在确定移动终端的数据传送率时将自干扰考虑在内。在自干扰是主导性时，上行链路调度器可避免调度高数据率传送。然而，在调度过程中存在固有的延迟。因此，调度器不能足够快地响应以快速更改信道条件。

2008年1月30日提出的名称为“Method of Closed Loop PowerControl Adjusted by Self-Interference”的美国专利申请No.12/22346描述了在生成功率控制命令时将接收信号中自干扰的级别考虑在内的闭环功率控制的方法。在自干扰的级别低时，可使用普通内环功率控制过程，其中，比较接收信号的信号干扰比(SIR)和SIR目标以生成功率控制命令。在自干扰的级别高时，将“快攻(fast break)”过程用于内环功率控制以约束移动终端传送功率的进一步增大，直至自干扰的级别返回可接受的级别。“快攻”过程可降低移动台传送功率，保持移动台传送功率在当前级别，或者限制移动终端传送功率的进一步增大。快攻过程的使用基于会难以计算的正交性因素的瞬间估计来触发。

发明内容

本发明提供一种闭环功率控制的复杂性降低的方法，它在生成功率控制命令时将接收信号中自干扰的级别考虑在内。基站基于信道的延迟扩展而改变传送功率控制命令生成。通常，自干扰量随延迟扩展的增大而增大。因此，延迟扩展能够用作自干扰的指示。在自干扰的级别低时，可使用普通内环功率控制过程，其中，比较接收信号的信号干扰比(SIR)和SIR目标以生成功率控制命令。在自干扰的级别高时，将“快攻”过程用于内环功率控制以约束移动终端传送功率的进一步增大，直至自干扰的级别返回可接受的级别。“快攻”过程可降低移动台传送功率，保持移动台传送功率在当前级别，或者限制移动终端传送功率的进一步增大。在一些实施例中，在自干扰的级别高时，可修改外环功率控制设置的SIR目标以防止功率冲击。此外，自干扰的级别可被提供到上行链路调度器，以便在自干扰的级别高时调度器可避免调度高数据率传送。

使用延迟扩展估计来触发快攻过程，显著降低了闭环功率控制机制的复杂性，并避免了自干扰的级别高时的功率冲击和可能的系统不稳定。

附图说明

图1是移动通信网络的示意图。

图2是示范内环功率控制过程的流程图。

图3是移动通信网络中示范基站的框图。

图4是用于移动通信网络中基站的示范功率控制单元的框图。

具体实施方式

现在参照图形，本发明将在诸如UMTS网络等第三代(3G)移动通信网络的上下文中描述。然而，本领域技术人员将领会，本发明适用于实现其它标准的系统。因此，描述不应视为将本发明限于UMTS网络。

图1显示了用于通过多个移动终端50支持无线通信的移动通信网络10的简化图示。虽然图1示出与移动终端50通信的单个基站20，但本领域技术人员将领会到，典型的通信网络10包括许多基站20。基站20通过一个或多个下行链路信道将数据传送到移动终端50，并且通过一个或多个上行链路信道从移动终端50接收数据。下行链路和上行链路信号可包括专用信道、公共信道或其混合。在UMTS标准的当前发行版中，用于上行链路的物理信道包括专用物理控制信道(DPCCH)、专用物理数据信道(DPDCH)、增强专用物理控制信道(E-DPCCH)、增强专用物理数据信道(E-DPDCH)及高速专用物理控制信道(HS-DPCCH)。

基站20同时控制DPCCH、DPDCH、E-DPCCH、E-DPDCH及HS-DPCCH上移动终端50的传送功率。内功率控制环通过比较接收的DPCCH信号的信号干扰比(SIR)和SIR目标，设置DPCCH上移动终端50的传送功率。SIR目标由外环功率控制来设置，并且能够由DPDCH上的块错误率(BLER)或E-DPDCH的重新传送次数来驱动。相对于DPCCH的传送功率来设置DPDCH、E-DPCCH、E-DPDCH及HS-DPCCH上的移动终端传送功率。因此，单一功率控制机制控制所有上行链路物理信道上移动终端50的传送功率。

DPCCH上的SIR可建模为：

$\mathrm{SIR}=\frac{E_c}{I_{\mathrm{ISI}}+I_{\mathrm{other}}+N_0},---\left(1\right)$

其中，E_c表示码片能量。I_ISI表示符号间干扰(例如，自干扰)，I_other表示来自其它用户的干扰，以及N₀表示热噪声。在本文中表示为MSIR的修改的SIR是抑制了自干扰的SIR，并且由下式给出：

$\mathrm{MSIR}=\frac{E_c}{I_{\mathrm{other}}+N_0}.---\left(2\right)$

根据本发明的实施例，在执行上行链路功率控制中将自干扰的级别考虑在内。当自干扰是主导损害(主导总SIR)时，修改功率控制命令生成以避免功率冲击和系统不稳定。功率控制命令生成的更改可通过更改内环功率控制生成功率控制命令的方式和/或通过调整内环功率控制所使用的SIR目标来实现。自干扰的级别可基于信道的延迟扩展来确定。例如，通过比较表示为τ_rms的信道的延迟扩展和阈值ψ_rms，可确定自干扰是否是主导性的。大于阈值ψ_rms的延迟扩展τ_rms可用作自干扰是SIR估计中的主导因素的指示。

当自干扰主导SIR估计时，功率控制单元将“快攻”过程用于内环功率控制。否则，使用普通的基于SIR的内环功率控制。在一个示范实施例中，将“快攻”引入内环功率控制过程以中断正常的基于SIR的功率控制命令生成。在一个示范实施例中，内环功率控制可配置成降低或保持移动终端50的当前传送功率级别，而不考虑接收的SIR与SIR目标之间的关系。此过程实际上将功率控制命令生成与接收的SIR分离。

各种技术可用于实现内环功率控制中的快攻。在一个实施例中，甚至在SIR低于SIR目标时可通过命令移动终端50降低其传送功率来实现快攻。在一备选实施例中，可通过将当前SIR估计替换为大于SIR目标的值来实现内环功率控制中的“快攻”。例如，当前SIR估计可替换为高达当前SIR估计的10000倍的值。将当前SIR估计替换为比SIR目标更高的值保证了内环功率控制生成降低传送功率的命令。

在本发明的其它实施例中，可通过调整SIR目标来更改功率控制命令生成。降低SIR目标促使内环功率控制发出更少的上升命令。SIR目标调整可用于替代内环功率控制的快攻过程、或者组合快攻过程来使用。例如，在快攻过程未能将自干扰级别降到可接受级别时，可使用SIR目标调整。

本领域技术人员将领会到，快攻过程和SIR目标调整过程造成出错率的增大。在此情况下，诸如混合ARQ等重新传送协议可用于请求重新传送错误接收的数据块。然而，这实际上降低了数据吞吐量，因为在使用快攻过程或SIR目标调整过程时，将重新传送更多数据块。

图2示出由基站20实现的示范内环功率控制过程100。此过程在每个功率控制间隔期间重复进行。过程开始于确定信道的延迟扩展τ_rms(框102)和测量SIR(框104)。在计算信道的延迟扩展后，基站20通过比较延迟扩展和阈值ψ_rms而确定自干扰是否主导接收的SIR中的其它干扰(框106)。如果自干扰不是主导性的(τ_rms≤ψ_rms)，则内环功率控制基于DPCCH上测量的SIR而生成传送功率控制(TPC)命令(框108)。更具体地说，比较测量的SIR和外环功率控制所设置的SIR目标。如果该SIR低于SIR目标，则内环功率控制生成传送功率控制(TPC)命令，指示移动终端50增大其传送功率。相反，如果接收的SIR大于SIR目标，则内环功率控制生成TPC命令，指示移动终端50降低其传送功率。回到框106，如果自干扰是接收的SIR中的主导干扰(τ_rms＞ψ_rms)，则内环功率控制使用备选的“快攻”命令生成过程以生成TPC命令(框110)。例如，内环功率控制可配置成生成TPC命令，指示移动终端50降低其传送功率，而不考虑SIR与SIR目标之间的关系。备选的是，内环功率控制可配置成生成交替的TPC命令以保持移动终端50的当前传送功率级别。其它“快攻”过程也可被使用。

在一些实施例中，在自干扰主导SIR时，可防止在基站20的上行链路调度器调度移动终端50进行高数据率传送。在此情况下，延迟扩展可提供到调度器以便调度器在为移动终端50调度数据率时可将自干扰的级别考虑在内(框112)。

在一些实施例中，MSIR可替代SIR用于内环功率控制。例如，对于正常内环功率控制，可使用MSIR而不是SIR实现图2所示的过程。在此情况下，比较MSIR和外环功率控制所设置的SIR目标。为内环功率控制选择SIR或MSIR能够基于估计的SIR或估计的MSIR。

信道的延迟扩展能够从功率延迟分布(PDP)和路径搜索器所报告的延迟来估计。在常规RAKE或GRAKE接收器中，路径搜索器生成PDP并且从PDP估计信道的延迟为了确定延迟扩展，基站20可先根据以下等式来计算总功率P：

$P=\underset{k=0}{\overset{N_p}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{PDP}}_{{\mathrm{\τ}}_k}.---\left(3\right)$

基站20随后根据以下等式计算延迟的重心τ_COG：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{COG}}\frac{1}{P}\underset{k=0}{\overset{N_p-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{PDP}}_{{\mathrm{\τ}}_k}{\widehat{\mathrm{\τ}}}_k.---\left(4\right)$

最后，基站20根据以下等式，基于计算的重心τ_COG来计算延迟扩展τ_RMS：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{rms}}-\sqrt{\frac{1}{P}\underset{k=0}{\overset{N_p-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{PDP}}_{{\mathrm{\τ}}_k}{\widehat{\mathrm{\τ}}}_k^2-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{COG}}^2}.---\left(5\right)$

SIR或MSIR能够以常规方式来计算。在GRAKE接收器中，可根据以下等式计算组合权重：

$w={\hat{R}}^{-1}\hat{h},---\left(6\right)$

其中，表示对应于DPCCH的净信道响应向量，并且表示损害协方差矩阵。等式(6)中的损害协方差矩阵可根据以下等式计算：

$\hat{R}=f_1{R}_{\mathrm{ISI}}\left(\hat{g}\right)+f_2{R}_n,---\left(7\right)$

其中，表示参数估计的自干扰损害相关的矩阵，其表示符号间干扰(ISI)的协方差，R_n表示一个矩阵，该矩阵表示其它用户干扰和热噪声的协方差，表示对应于DPCCH的媒体信道响应估计，以及参数f₁和f₂分别表示与基站传送功率和噪声功率有关的拟合参数。在一个示范实施例中，为简明起见，忽略了其它用户干扰，f₁＝E_c/E_P和f₂＝N₀，其中，E_C表示传送功率(每码片能量)，E_P表示导频符号能量，以及N₀表示热噪声和其它用户干扰功率。

在GRAKE接收器中，DPCCH上接收的信号的SIR可根据以下等式来计算：

$\mathrm{SIR}=\frac{{\left(w^H\hat{h}\right)}^2}{f_1{w}^H{\hat{R}}_{\mathrm{ISI}}\left(\hat{g}\right)w+f_2{w}^H{R}_{n}w}.---\left(8\right)$

如G.E.Bottomley、T.Ottosson和Y.E.Wang的“A generalized RAKEReceiver for Interference Suppression”(IEEE Journal on Selected Areasin Communications，vol.18.no.8.2000年8月)(Bottomley等人)和名称为“Method and apparatus for parameter estimation in a generalizedRAKE receiver”的美国专利No.7539240中所述，可使用参数GRAKE的参数估计部分来计算等式(8)中的量，这两个文档均通过引用结合于本文中。

通过比较SIR估计和SIR目标，等式(8)给出的SIR估计可如前面所述用于内环功率控制。外环功率控制模块基于解码器30(图3)提供的块错误率(BLER)或帧错误率(FER)，以常规方式设置SIR目标。如果使用MSIR而不是SIR用于内环功率控制，则丢弃等式(8)的分母中的第一项，并且可根据以下等式计算MSIR：

$\mathrm{MSIR}=\frac{{\left(w^H\hat{h}\right)}^2}{f_2{w}^H{R}_{n}w}.---\left(9\right)$

图3示出实现如本文中所述功率控制过程的示范基站20。基站20包括通用RAKE(GRAKE)接收器22、路径搜索器24、解码器26及功率控制模块30。接收信号r(t)被输入GRAKE接收器22。GRAKE接收器22例如可包括如Bottomley等人中和美国公布的专利申请No.2005/0201447中所述的参数GRAKE接收器。GRAKE接收器22将接收信号解调，并且提供接收符号估计的向量z到解码器26。路径搜索器24生成接收信号的PDP，并且确定估计多径信号的信号延迟所述信号延迟由GRAKE接收器22用于解调。路径搜索器还提供PDP和信号延迟到功率控制模块30。在解调过程期间，GRAKE接收器22计算接收信号的SIR或备选计算其MSIR。计算的SIR或MSIR提供到功率控制模块30。解码器26将接收符号解码，并生成块错误率(BLER)的估计，该估计还提供到功率控制模块30。基于从GRAKE接收器22、路径搜索器24和解码器26的输入，功率控制模块30执行内环和外环功率控制。基站20还可包括用于调度来自移动终端50的上行链路传送的上行链路调度器40。

图4示出功率控制模块30的主要功能元件。功率控制模块30包括延迟扩展估计器32、内环功率控制单元34及外环功率控制单元36。图4所示的功能元件可由一个或多个处理器、微控制器、硬件或其组合来实现。延迟扩展估计器32基于路径搜索器24报告的信号延迟和PDP，生成延迟扩展估计τ_rms，并且将延迟扩展估计提供到内环功率控制单元34。基于GRAKE接收器22提供的SIR和/或MSIR及延迟扩展估计器32提供的延迟扩展τ_rms，内环功率控制单元34执行如图2所示的内环功率控制。外环功率控制单元36基于来自解码器26的BLER，生成用于内环功率控制的SIR目标。

当然，在不脱离本发明范围和基本特性的情况下，本发明可以在不同于本文所述那些方式的其它特定方式中来实现。因此，所示实施例在所有方面均要视为说明性而不是限制性的，并且在随附权利要求的意义和等同范围内的所有更改旨在涵盖于其中。

Claims (10)

1.一种控制移动通信网络中移动装置的传送功率的方法，所述方法包括：

通过比较来自移动装置的接收信号的接收信号质量和信号质量目标，生成用于控制所述移动装置的传送功率的功率控制命令；

确定来自所述移动装置的所述接收信号的延迟扩展；以及

当所述延迟扩展大于预定阈值时：

通过中断在内环功率控制中正常的基于信号干扰比的功率控制命令的生成，基于所述延迟扩展来修改功率控制命令生成，以限制所述移动装置传送功率中的增大，直到自干扰级别返回到可接受级别。

2.如权利要求1所述的方法，其中确定来自所述移动装置的所述接收信号的延迟扩展包括：

基于功率延迟分布和估计的信号延迟，确定所述接收信号的重心；以及

基于所述重心来计算延迟扩展。

3.如权利要求1所述的方法，其中基于所述延迟扩展来修改功率控制命令生成包括：生成功率控制命令以降低所述移动装置传送功率而不考虑所述接收信号的信号质量。

4.如权利要求1所述的方法，其中基于所述延迟扩展来修改功率控制命令生成包括：生成功率控制命令以保持所述移动装置的传送功率在当前传送功率级别而不考虑所述接收信号的信号质量。

5.如权利要求1所述的方法，其中基于所述延迟扩展来修改功率控制命令生成包括修改所述信号质量目标。

6.一种在移动通信网络中用于控制移动装置的传送功率的功率控制设备，包括：

信号质量估计器，用于生成对应于来自所述移动装置的接收信号的信号质量估计；以及

功率控制模块，包括内环功率控制单元以基于所述信号质量估计而生成用于控制所述移动装置的传送功率的功率控制命令，所述内环功率控制单元配置成：

确定来自所述移动装置的所述接收信号的延迟扩展；以及

当所述延迟扩展大于预定阈值时：

通过中断在内环功率控制中正常的基于信号干扰比的功率控制命令的生成，基于所述延迟扩展来修改功率控制命令生成，以限制所述移动装置传送功率中的增大，直到自干扰级别返回到可接受级别。

7.如权利要求6所述的功率控制设备，其中所述功率控制模块通过以下步骤来计算所述延迟扩展：

基于功率延迟分布和估计的信号延迟，确定所述接收信号的重心；以及

基于所述重心来计算延迟扩展。

8.如权利要求6所述的功率控制设备，其中所述内环功率控制单元配置成生成功率控制命令以降低所述移动装置传送功率而不考虑所述接收信号的信号质量。

9.如权利要求6所述的功率控制设备，其中所述内环功率控制单元配置成生成功率控制命令以保持所述移动装置的传送功率在当前传送功率级别而不考虑所述接收信号的信号质量。

10.如权利要求6所述的功率控制设备，其中所述功率控制模块还包括配置成在自干扰是所述接收信号中的主导损害时修改信号质量目标的外环功率控制单元。