CN103220763A - 功率控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种功率控制方法和装置，涉及无线通信技术领域，用于提高功率控制的性能。本发明中，根据接收信号的信号强度值确定接收信号强度的标准偏差值，该标准偏差值为接收信号强度与接收信号强度均值的差值的统计平均值，根据该标准偏差值对信号发送功率进行补偿，从而在开环功率控制中对阴影衰落进行了补偿，弥补了在传播时延较大时闭环功率控制不能及时跟踪信道的阴影衰落的缺陷，进而提高了功率控制的性能。

Description

功率控制方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种功率控制方法和装置。

背景技术

功率控制是蜂窝移动通信中的基本概念，其主要目的是维持链路质量，减少设备发送功率。对于干扰受限的码分多址接入(Code Division MultipleAccess，CDMA)系统功率控制更为重要，CDMA系统必须尽可能地使每个移动台的发射功率维持在满足通信要求的最低水平上，并能保证无论它们距离基站的远近以及此刻信道变化如何，都能在接收端获得相同的接收功率，当每个移动台的信号到达基站时都能达到保证通信质量所需的最小信噪比时，CDMA系统的容量才会达到最大。

在CDMA系统中，传统的功率控制主要为开环功率控制、闭环功率控制和外环功率控制，其中开环功率控制是终端(或者基站)根据接收到的信号功率强度来确定其发送功率的方法，这种功率控制主要是补偿信道中的平均路损及阴影衰落，它对终端的发射功率的调整是一步到位式的，即信道衰落多少就补偿多少。在快变的信道中会产生误调，有时反而导致系统性能的恶化，为了克服开环功率控制的不足，一般会在开环功率控制的基础上引入更精确的闭环功率控制来补偿，终端(或者基站)依据开环功率控制发送信号后，基站(或者终端)对接收到的信号进行信号质量或信号强度的测量，并将信号质量或信号强度与预先设定的门限进行比较，如果高于门限，则通知终端(或者基站)减小发射功率，反之，则通知终端(或者基站)增加发射功率，终端(或者基站)每次按照功率控制步长调整发射功率，即发送功率P(n)＝P(n-1)+/-功率控制步长，其中P(n)为本次发送功率，P(n-1)为上次发送功率。确定信号质量或者信号强度门限的方法称为外环功率控制。以上三种功率控制方法的配合使用保证了功率控制的性能。从以上描述可以看出，开环功率控制的速度较慢，闭环功率控制的速度较快，传统的开环功率控制主要补偿信道大尺度衰落带来的影响，由于有闭环功率控制的配合使用，则传统开环功率控制的动态范围大，功率控制要求较低。

现有的功率控制结合了多种功率控制方法，因此降低了对开环功率控制的要求，但对于传播时延大(如GEO卫星移动通信系统)的通信系统，若还是采用低要求的开环功率控制结合闭环功率控制、外环功率控制的方法，由于传播时延的影响使得闭环功率控制不能及时跟踪信道的变化，闭环功率控制性能的下降意味着整个系统功率控制性能的下降，在这种情况下需要对开环功率控制的方法进行优化，以补偿传播时延对功率控制性能的影响。

发明内容

本发明实施例提供一种功率控制方法和装置，用于提高功率控制的性能。

一种功率控制方法，该方法包括：

根据接收信号的信号强度值确定接收信号强度的标准偏差值；该标准偏差值为接收信号强度与接收信号强度均值的差值的统计平均值；

根据所述标准偏差值对信号发送功率进行补偿，并按照补偿后的信号发送功率向对端发送信号。

一种功率控制装置，该装置包括：

标准偏差确定单元，用于根据接收信号的信号强度值确定接收信号强度的标准偏差值；该标准偏差值为接收信号强度与接收信号强度均值的差值的统计平均值；

功率补偿单元，用于根据所述标准偏差值对信号发送功率进行补偿；

信号发送单元，用于按照补偿后的信号发送功率向对端发送信号。

一种基站，该基站包括所述功率控制装置。

一种终端，该终端包括所述功率控制装置。

本方案中，根据接收信号的信号强度值确定接收信号强度的标准偏差值，该标准偏差值为接收信号强度与接收信号强度均值的差值的统计平均值，根据该标准偏差值对信号发送功率进行补偿，从而在开环功率控制中对阴影衰落进行了补偿，弥补了在传播时延较大时闭环功率控制不能及时跟踪信道的阴影衰落的缺陷，进而提高了功率控制的性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的方法流程示意图；

图2为本发明实施例中的信号强度与传播距离的变化示意图；

图3为本发明实施例提供的装置结构示意图。

具体实施方式

为了提高功率控制的性能，本发明实施例提供一种功率控制方法，本方法中，根据接收信号的信号强度值确定接收信号强度的标准偏差值，根据该标准偏差值对信号发送功率进行补偿，并按照补偿后的信号发送功率向对端发送信号。

参见图1，本发明实施例提供的功率控制方法，包括以下步骤：

步骤10：根据接收信号的信号强度值确定接收信号强度的标准偏差值；该标准偏差值为接收信号强度与接收信号强度均值的差值的统计平均值，即接收信号的瞬时功率值与接收信号的平均功率值的偏差量的统计平均值；

步骤11：根据确定的标准偏差值对信号发送功率进行补偿，并按照补偿后的信号发送功率向对端发送信号。

步骤10中，根据接收信号的信号强度值确定接收信号强度的标准偏差值，具体实现可以如下：

首先，在一定时间内测量接收信号的信号强度值，并确定测量得到的信号强度值的均值P(n)，对该均值P(n)进行平滑处理，得到平滑处理后的接收信号强度均值

然后，根据测量得到的信号强度值以及平滑处理后的接收信号强度均值

确定接收信号强度的标准偏差值σ_p(n)。

上述可以按照如下公式确定测量得到的信号强度值的均值P(n)：

$P\left(n\right)=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i;$

其中，N为不小于1的整数，P_i为第i次测量得到的接收信号的信号强度值。

上述可以按照如下公式对该均值P(n)进行平滑处理，得到平滑处理后的接收信号强度均值

$\stackrel{\‾}{P}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}P\left(n\right)& n=1\\ (1-\mathrm{\α})P\left(n\right)+\mathrm{\α}\stackrel{\‾}{P}(n-1)& n>1\end{array}\right.;$ 其中，α为平滑因子，α在[0，1]中取值；

为上一次平滑处理后的接收信号强度均值；n为进行功率控制的次数。N的初始值为1，每进行一次功率控制，n的值加1。

上述可以按照如下公式确定接收信号强度的标准偏差值σ_p(n)：

其中，N为不小于1的整数；P_i为第i次测量得到的接收信号的信号强度值。

步骤11中，根据标准偏差值对信号发送功率进行补偿，具体实现可以如下：

首先，对标准偏差值σ_p(n)进行平滑处理，得到平滑处理后的标准偏差值

然后，根据平滑处理后的标准偏差值

对信号发送功率进行补偿。

上述可以按照如下公式对标准偏差值σ_p(n)进行平滑处理，得到平滑处理后的标准偏差值

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_p}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\σ}}_p\left(n\right)& n=1\\ (1-p){\mathrm{\σ}}_p\left(n\right)+p{\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}}_p(n-1)& n>1\end{array}\right.;$

其中，p为平滑因子，p在[0，1]中取值；

为上一次计算得到的平滑处理后的接收信号强度的标准偏差值。

上述可以按照如下公式对信号发送功率进行补偿，得到补偿后的信号发送功率P_tx：

其中，P_{期望接收功率}为对端的期望接收功率，P_{期望接收功率}的取值可以由对端预先通知；Pathloss为路径损耗；ΔP为上下行信道功率修正值。

上述可以按照如下公式确定路径损耗Pathloss：

其中，P_tx(对端)为对端的信号发送功率，P_tx(对端)的取值可以由对端预先通知。

上述可以按照如下公式确定上下行信道功率修正值ΔP：

ΔP＝K log10(f_t/f_r)；

其中，K为传播损耗与频率相关的系数，f_t为发送载波频率，f_r为接收载波频率。K为大于0的数值。

下面对本发明进行具体说明：

图2给出信号强度与传播距离的变化示意图。由图2可以看出，对于传播时延大的通信系统功率控制很难跟踪多径快衰落的变化，因此，功率控制的作用主要是跟踪传播损耗和阴影衰落的变化。本发明主要利用上下行信道的相关性进行信道衰落的补偿，本发明可以适用于采用时分双工(TDD)方式的系统中、采用频分双工(FDD)方式且上下行信道的载频间距小于信道相关带宽的系统中等。对于室外通信，阴影衰落在10m～100m的距离会变化，由此可见，阴影衰落除了与天线增益、障碍物及工作频率有关，还与终端的移动速度有关。基于以上考虑，优化后的开环功率控制的方法如下描述：

第一步，获取接收信号，并测量接收信号的信号强度P_i，P_i表征第i次测量到的接收信号的信号强度；

第二步，计算测量得到的信号强度值的均值P(n)，即

第三步，为消除快速信道衰落对开环功率控制的影响，对P(n)进行平滑处理，得到平滑处理后的接收信号强度均值

即：

$\stackrel{\‾}{P}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}P\left(n\right)& n=1\\ (1-\mathrm{\α})P\left(n\right)+\mathrm{\α}\stackrel{\‾}{P}(n-1)& n>1\end{array}\right.;$

第四步，接收信号强度的标准偏差值σ_p(n)，即

第五步，对于计算获得的标准偏差值进行平滑处理，得到平滑处理后的标准偏差值

即：

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_p}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\σ}}_p\left(n\right)& n=1\\ (1-p){\mathrm{\σ}}_p\left(n\right)+p{\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}}_p(n-1)& n>1\end{array}\right.;$

第六步，对信号发送功率进行补偿，得到补偿后的信号发送功率P_tx，并按照P_tx向对端发送信号。

信号发送功率补偿包括两方面，一方面对传播损耗的补偿，两外一方面对阴影衰落的补偿，以上计算出的

用于传播损耗的补偿，

用于阴影衰落的补偿。

根据

和对端的信号发送功率计算得到路径损耗Pathloss，即

则补偿后的信号发送功率为：

其中，ΔP为上下行信道功率修正值，以补偿由于上下行信道的相关性对发送功率的影响，该值主要与发送频率的差异有关，为简单起见，该值可用ΔP＝K log10(f_t/f_r)计算得到，其中K为传播损耗与频率相关的系数，f_t和f_r分别为发送载波频率和接收载波频率。

参见图3，本发明实施例提供一种功率控制装置，该装置包括：

标准偏差确定单元30，用于根据接收信号的信号强度值确定接收信号强度的标准偏差值；该标准偏差值为接收信号强度与接收信号强度均值的差值的统计平均值；

功率补偿单元31，用于根据所述标准偏差值对信号发送功率进行补偿；

信号发送单元32，用于按照补偿后的信号发送功率向对端发送信号。

进一步的，该装置还包括：

信号强度测量单元33，用于测量接收信号的信号强度值；

信号强度均值确定单元34，用于确定测量得到的信号强度值的均值P(n)；

信号强度平滑处理单元35，用于对该均值P(n)进行平滑处理，得到平滑处理后的接收信号强度均值

所述标准偏差确定单元30用于：

根据测量得到的信号强度值以及平滑处理后的接收信号强度均值

确定接收信号强度的标准偏差值σ_p(n)。

进一步的，所述信号强度平滑处理单元35用于：

按照如下公式对该均值P(n)进行平滑处理，得到平滑处理后的接收信号强度均值

$\stackrel{\‾}{P}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}P\left(n\right)& n=1\\ (1-\mathrm{\α})P\left(n\right)+\mathrm{\α}\stackrel{\‾}{P}(n-1)& n>1\end{array}\right.;$ 其中，α为平滑因子，α在[0，1]中取值；

为上一次平滑处理后的接收信号强度均值；n为进行功率控制的次数。

进一步的，所述标准偏差确定单元30用于：

按照如下公式确定接收信号强度的标准偏差值σ_p(n)：

其中，N为不小于1的整数；P_i为第i次测量得到的接收信号的信号强度值。

进一步的，该装置还包括：

标准偏差平滑处理单元36，用于对所述标准偏差值σ_p(n)进行平滑处理，得到平滑处理后的标准偏差值

所述功率补偿单元31用于：

根据平滑处理后的标准偏差值

对信号发送功率进行补偿。

进一步的，所述标准偏差平滑处理单元36用于：

按照如下公式对所述标准偏差值σ_p(n)进行平滑处理，得到平滑处理后的标准偏差值

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_p}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\σ}}_p\left(n\right)& n=1\\ (1-p){\mathrm{\σ}}_p\left(n\right)+p{\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}}_p(n-1)& n>1\end{array}\right.;$

其中，p为平滑因子，p在[0，1]中取值；

为上一次计算得到的平滑处理后的接收信号强度的标准偏差值。

进一步的，所述功率补偿单元31用于：

按照如下公式对信号发送功率进行补偿，得到补偿后的信号发送功率P_tx：

其中，P_{期望接收功率}为对端的期望接收功率；Pathloss为所述路径损耗；ΔP为所述上下行信道功率修正值。

进一步的，所述功率补偿单元31还用于：按照如下公式确定所述路径损耗Pathloss：

其中，P_tx(对端)为对端的信号发送功率。

进一步的，所述功率补偿单元31还用于：按照如下公式确定所述上下行信道功率修正值ΔP：

ΔP＝K log10(f_t/f_r)；

其中，K为传播损耗与频率相关的系数，f_t为发送载波频率，f_r为接收载波频率。

本发明实施例还提供一种基站，该基站包括所述功率控制装置。

本发明实施例还提供一种终端，该终端包括所述功率控制装置。。

综上，本发明的有益效果包括：

本发明实施例提供的方案中，根据接收信号的信号强度值确定接收信号强度的标准偏差值，该标准偏差值为接收信号强度与接收信号强度均值的差值的统计平均值，根据该标准偏差值对信号发送功率进行补偿，从而在开环功率控制中对阴影衰落进行了补偿，弥补了在传播时延较大时闭环功率控制不能及时跟踪信道的阴影衰落的缺陷，进而提高了功率控制的性能。

本发明提供了一种优化的开环功率控制方法，对不能有效使用闭环功率控制进行功率补偿通信系统有利，能有效提高功率控制的性能，从而降低系统干扰，提升系统性能。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (20)

1.一种功率控制方法，其特征在于，该方法包括：

根据接收信号的信号强度值确定接收信号强度的标准偏差值；该标准偏差值为接收信号强度与接收信号强度均值的差值的统计平均值；

根据所述标准偏差值对信号发送功率进行补偿，并按照补偿后的信号发送功率向对端发送信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据接收信号的信号强度值确定接收信号强度的标准偏差值，具体包括：

测量接收信号的信号强度值，并确定测量得到的信号强度值的均值P(n)，对该均值P(n)进行平滑处理，得到平滑处理后的接收信号强度均值

根据测量得到的信号强度值以及平滑处理后的接收信号强度均值

确定接收信号强度的标准偏差值σ_p(n)。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，按照如下公式对该均值P(n)进行平滑处理，得到平滑处理后的接收信号强度均值

$\stackrel{\‾}{P}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}P\left(n\right)& n=1\\ (1-\mathrm{\α})P\left(n\right)+\mathrm{\α}\stackrel{\‾}{P}(n-1)& n>1\end{array}\right.;$ 其中，α为平滑因子，α在[0，1]中取值；

为上一次平滑处理后的接收信号强度均值；n为进行功率控制的次数。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，按照如下公式确定接收信号强度的标准偏差值σ_p(n)：

其中，N为不小于1的整数；P_i为第i次测量得到的接收信号的信号强度值。

5.如权利要求2-4中任一所述的方法，其特征在于，根据所述标准偏差值对信号发送功率进行补偿，具体包括：

对所述标准偏差值σ_p(n)进行平滑处理，得到平滑处理后的标准偏差值

根据平滑处理后的标准偏差值

对信号发送功率进行补偿。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，按照如下公式对所述标准偏差值σ_p(n)进行平滑处理，得到平滑处理后的标准偏差值

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_p}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\σ}}_p\left(n\right)& n=1\\ (1-p){\mathrm{\σ}}_p\left(n\right)+p{\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}}_p(n-1)& n>1\end{array}\right.;$

其中，p为平滑因子，p在[0，1]中取值；

为上一次计算得到的平滑处理后的接收信号强度的标准偏差值。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，按照如下公式对信号发送功率进行补偿，得到补偿后的信号发送功率P_tx：

其中，P_{期望接收功率}为对端的期望接收功率；Pathloss为所述路径损耗；ΔP为所述上下行信道功率修正值。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，按照如下公式确定所述路径损耗Pathloss：

其中，P_tx(对端)为对端的信号发送功率。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，按照如下公式确定所述上下行信道功率修正值ΔP：

ΔP＝K log10(f_t/f_r)；

其中，K为传播损耗与频率相关的系数，f_t为发送载波频率，f_r为接收载波频率。

10.一种功率控制装置，其特征在于，该装置包括：

标准偏差确定单元，用于根据接收信号的信号强度值确定接收信号强度的标准偏差值；该标准偏差值为接收信号强度与接收信号强度均值的差值的统计平均值；

功率补偿单元，用于根据所述标准偏差值对信号发送功率进行补偿；

信号发送单元，用于按照补偿后的信号发送功率向对端发送信号。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

信号强度测量单元，用于测量接收信号的信号强度值；

信号强度均值确定单元，用于确定测量得到的信号强度值的均值P(n)；

信号强度平滑处理单元，用于对该均值P(n)进行平滑处理，得到平滑处理后的接收信号强度均值

所述标准偏差确定单元用于：

根据测量得到的信号强度值以及平滑处理后的接收信号强度均值

确定接收信号强度的标准偏差值σ_p(n)。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述信号强度平滑处理单元用于：

按照如下公式对该均值P(n)进行平滑处理，得到平滑处理后的接收信号强度均值

$\stackrel{\‾}{P}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}P\left(n\right)& n=1\\ (1-\mathrm{\α})P\left(n\right)+\mathrm{\α}\stackrel{\‾}{P}(n-1)& n>1\end{array}\right.;$ 其中，α为平滑因子，α在[0，1]中取值；

为上一次平滑处理后的接收信号强度均值；n为进行功率控制的次数。

13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述标准偏差确定单元用于：

按照如下公式确定接收信号强度的标准偏差值σ_p(n)：

其中，N为不小于1的整数；P_i为第i次测量得到的接收信号的信号强度值。

14.如权利要求11-13中任一所述的装置，其特征在于，该装置还包括：标准偏差平滑处理单元，用于对所述标准偏差值σ_p(n)进行平滑处理，得到平滑处理后的标准偏差值

所述功率补偿单元用于：

根据平滑处理后的标准偏差值

对信号发送功率进行补偿。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述标准偏差平滑处理单元用于：

按照如下公式对所述标准偏差值σ_p(n)进行平滑处理，得到平滑处理后的标准偏差值

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_p}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\σ}}_p\left(n\right)& n=1\\ (1-p){\mathrm{\σ}}_p\left(n\right)+p{\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}}_p(n-1)& n>1\end{array}\right.;$

其中，p为平滑因子，p在[0，1]中取值；

为上一次计算得到的平滑处理后的接收信号强度的标准偏差值。

16.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述功率补偿单元用于：

按照如下公式对信号发送功率进行补偿，得到补偿后的信号发送功率P_tx：

其中，P_{期望接收功率}为对端的期望接收功率；Pathloss为所述路径损耗；ΔP为所述上下行信道功率修正值。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述功率补偿单元还用于：按照如下公式确定所述路径损耗Pathloss：

其中，P_tx(对端)为对端的信号发送功率。

18.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述功率补偿单元还用于：按照如下公式确定所述上下行信道功率修正值ΔP：

ΔP＝K log10(f_t/f_r)；

其中，K为传播损耗与频率相关的系数，f_t为发送载波频率，f_r为接收载波频率。

19.一种基站，其特征在于，该基站包括如权利要求10-18中任一所述的装置。

20.一种终端，其特征在于，该终端包括如权利要求10-18中任一所述的装置。

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