CN105072677A - 使用比特率和未完成的用户业务进行功率控制 - Google Patents

Abstract

本申请涉及“使用比特率和未完成的用户业务进行功率控制”。本发明涉及蜂窝移动无线电系统，并且尤其涉及多小区干扰受限环境，例如正交频分多址OFDMA和码分多址CDMA蜂窝移动无线电系统。特别地，本发明涉及这样的系统中的传输功率分配。在此还公开了其中传输功率基于直接影响所感知的用户性能参数的方法和系统。

Description

使用比特率和未完成的用户业务进行功率控制

本分案申请的母案申请日为2007年4月23日、申请号为200780015205.5、发明名称为“使用比特率和未完成的用户业务进行功率控制”。

技术领域

本发明涉及蜂窝移动无线电系统，并且尤其涉及多小区干扰受限环境，例如正交频分多址OFDMA以及码分多址CDMA蜂窝移动无线电系统。特别地，本发明涉及这样的系统中的传输功率分配。

背景技术

WCDMA和Cdma2000是在由较小的子区域、小区组成的广阔地理覆盖区域上向用户设备提供无线电通信的CDMA蜂窝移动无线电系统的非排他性实例，所述子区域、小区是由各种基站来提供无线电覆盖的。此外，所述子区域可以重叠。

在具有多个小区的蜂窝系统中，如图1中示意性示出的那样，小区中的用户设备《UE1》、《UE2》、《UE3》、《UE4》、《UE5》由一个或多个接入点AP、《AP1》、《AP2》、《AP3》、《AP4》、《AP5》来服务。一些或所有接入点可以借助于诸如无线电网络控制器RNC之类的中心节点而受到集中式控制。

功率分配方案将传输功率动态分配给小区中的用户，以便平衡下行链路同信道干扰并且满足用户在多小区环境中的要求。这一点在多小区干扰受限环境中尤其重要，例如基于正交频分多址OFDMA且标准化(normalized)频率再用距离很小(例如再用距离1或3)的系统中。当每个小区是在频率信道群组上分配时，这可替换地被描述为少量频率分离的信道群组。

在基于OFDMA的系统中，可用带宽被细分成若干频率组块(chunk)。通常，组块是在时间和频率域这二者中定义的二维无线电资源，并且包括正交的子载波。每个用户估计每个组块上的下行链路信道质量，并且将测得(measured)质量(例如信道质量指示符CQI)报告给网络。CQI能够由UE在能够描述下行链路瞬时信道质量的导频符号或其他任何适当的可测量信号上测量。根据所报告的CQI，网络能够动态地分配组块，以便在下行链路上向用户传送数据。网络在选定组块上以某个功率电平进行传送。在CDMA系统和WCDMA系统中，整个载波频率都被分配给每个用户。但是，每个用户都被分配了一个或多个信道化码(channelizationcode)，所述信道化码在小区之间是正交的。

正如先前已知的那样，传输功率控制TPC把来自于无线电基站RBS的单个或多个TPC比特传送到移动站MS，从而向接收方通知：将传输功率电平增加或减少(可选地)指定量。而且还已知的是：在从一个RBS切换到另一个的过程中，把来自于两个不同RBS的TPC比特进行合并。

传输功率控制在接收机处对信号衰落和干扰动态进行补偿。依照现有技术的闭环功率控制是结合图2来描述的。在闭环功率控制中，接收的导频信道信号与干扰比SIR是在接收端(对上行链路来说是RBS)测量的。SIR的级别等于SIR或其量化值。SIR的级别将会与目标级别相比较。关于比较结果的信息在反方向上以TPC比特的形式反馈。在本专利申请中，这被称为常规传输功率控制。无线电波传播和功率控制处理在反馈环中引入了延迟。发射端响应于接收到的TPC比特来调整传输功率。接收端则在传播延迟时间接收以经调整的电平传送的导频信号，由此关闭功率控制环。如果测得SIR的级别大于目标级别，则接收端向发射端(对上行链路来说是MS)传送命令以便降低发射端的功率。如果测得SIR的级别小于目标级别，则相应地指示发射端增加传输功率。最后，如果测得SIR的级别等于目标级别，则接收端要么不会接收到命令，要么接收到不改变传输功率的命令，或是接收到增加和减少传输功率的更换(interchanging)命令以保持传输功率接近于恒定。增加或减少传输功率的命令是借助于一个或多个TPC比特来发送的。

在第三代合作伙伴计划(3GPP)：TechnicalSpecificationGroupRadioAccessNetwork,PhysicalLayerProcedures,3GTS25.214v3.3.0法国，2006年6月的第4.3节规定了上行链路同步原语(primitives)、无线电链路集状态以及无线电链路监视。该技术规范还描述了多时隙TPC命令的处理。快速功率增加是通过传送一系列用以指示功率增加的TPC比特来实现的。相应地，快速功率减少是通过传送一系列用以指示功率减少的TPC比特来实现的。慢速或中速功率增加/减少是通过在交替的增加或减少的系列中传送TPC比特来实现的。如果指示功率增加的TPC比特的数量超过指示功率减少的TPC比特的数量，那么所实现的将会是净增。相应地，如果指示功率减少的TPC比特数量超过指示功率增加的TPC比特的数量，那么所实现的将会是净减。用于指示增加或减少的TPC比特的相对数量越大，功率增加或减少分别也就相应地越快。

欧洲专利申请EP0975185公开了用于在软切换过程中传送、接收和检测来自多个基站的TPC比特的方法、基站和移动站。该专利申请对所接收和检测的TPC比特进行合并，以便将其用于移动站的传输功率控制。

欧洲专利申请EP0680160还公开了软切换过程中的功率控制方法。移动站使用两个RBS所指示的传输功率电平中的最低传输功率电平来将传输功率保持在低电平。

国际专利申请WO9952310涉及用于移动电信系统中的闭环传输功率控制的方法和设备。传输功率被与目标电平进行比较。差值被细分为功率校正步(correctionstep)。所述功率校正步是根据闭环功率控制来调整的。

国际专利申请WO9953630揭示了与下行链路信息有关的传输功率控制命令的功率偏移调整的方法。

在增加和减少传输功率时，德国专利申请DE19850849分别使用了不同的步长。

在C.Yih、E.Geraniotis于1998年9月发表于Proc.IEEEPIMRC第2卷第544-548页的“Analysisofco-channelinterferenceinmulti-cellOFDMnetworks”一文中研究了多小区OFDMA中的同信道干扰的影响。

在G.Kulkami、M.Srivastava于2002年发表于Proc.IEEEGlobecom'02第92-96页的“SubcarrierandBitAllocationStrategiesforOFDMAbasedWirelessAdHocNetworks”一文中研究了用于OFDMA蜂窝系统的功率分配方案。基于路径损耗的功率分配是针对基于OFDMA的固定无线adhoc(自组织)网络而提出的。作者致力于解决在存在同信道干扰和瑞利衰落的情况下将子载波和比特分配给点对点无线链路的问题。其目的是使整个网络上的总的发射功率最小且同时满足每个链路的数据速率要求。

在J.Zander于1992年9月发表于IEEETrans.OnVehic.Techn.第41卷第1期第57-62页的“PerformanceofOptimumTransmitterPowerControlinCellularRADIOSystems”研究了用于对同信道干扰进行控制以获得可接受的载波干扰(C/I)比的干扰管理方案。作为性能量度，干扰(停机(outage))概率被使用，即随机选择的链路遭受过度干扰的概率。

在J.Rohwer、C.Abdullah、A.Al-Osery于2003年3月发表于美国的“PowerControlAlgorithmsinWirelessCommunications”第1-11页中给出了关于已发布的用于蜂窝系统的功率控制算法的回顾。虽然少部分回顾的文献涉及频分多址FDMA和时分多址TDMA，但其注意力主要放在码分多址CDMA系统上。

美国专利申请号US20050105589涉及一种用于在使用正交频分多址(OFDMA)方案的移动通信系统中对从基站传送到订户站的下行链路功率进行控制的方法，其中数据是通过子信道而被从基站运送到订户站的，其中每个子信道都被分配了多个子载波。基于CQI报告的功率控制是针对OFDMA而提出的。

国际专利申请号WO0074261描述了无线电通信系统中的闭环功率控制，每个站都向其他的一个或多个站传送功率控制命令。响应于命令，接收站分段(insteps)调整其输出功率。通过对多个接收的功率控制命令加以考虑，接收站可以模拟使用不同于其直接实施的功率步长的其他功率控制步长的能力，例如小于其最小值的步长，或是介于所实施的步长之间的步长。

上述文件均未公开与用户的未完成(outstanding)业务或测得用户性能相关的传输功率分配，所述用户性能例如用户感知的比特率、吞吐量或延迟。

发明内容

基于信号与干扰比或信号与干扰噪声比的功率分配难以适当应用。这种功率分配通常被设计成保持某些信号特定参数(例如SINR)，并且其仅仅间接优化或调整期望的参数，例如用户感知的比特率、吞吐量或延迟。此外，在尝试改进性能的过程中，基于信号与干扰比的闭环功率控制通常会与基于误帧率FER的外部开环功率控制相结合。但是，在最需要外环传输功率控制的时候，其收敛趋于很慢。此外，软切换还会在外部开环收敛中引入另外的延迟。作为替换，如果实施固定功率分配，则这会引起自身小区吞吐量的降级，原因在于所传送下行链路功率小于所要建立或保持的特定通信链路所需的功率，或是因为能够传送分组数据的时间部分相比于用户要求过小。通常，提供过小的传输功率涉及资源的浪费，例如，在信道资源根本无法使用时或是在用户之间重新分配资源的时间期间浪费了有限的信道资源时的情形。

由此，本发明优选实施例的一个目的是提供一种直接满足用户需求或用户要求的传输功率分配的方法和系统。

此外，本发明优选模式的一个目的是提供在无线电通信系统中用于接入点与用户设备之间的无线电传输的传输功率分配的方法和系统，所述方法和系统基于：在接入点测量用户分组比特率或分组延迟，由此确定用户感知性能，以及测量缓冲器(buffer)大小，由此确定未完成的用户业务，以及根据以上两个测量来分配传输功率。

本发明的一个模式的目的是提供根据用户业务或缓冲器中未完成的业务进行传输功率分配的方法和系统。

此外，本发明的实施例的一个目的是提供相对于所需的性能目标来证明用户性能和传输功率的收敛所需的短暂时间的功率分配的方法和系统。

最后，本发明的实施例的一个目的是提供在比特率、吞吐量或延迟方面直接满足用户需求或用户要求的传输功率分配的方法和系统。

这些目的是通过用于分配传输功率的方法和系统来满足的，其中所述方法和系统直接基于用户性能参数，例如用户业务、速率要求或延迟要求，并且优选使用特定的一个或多个阈值以及查找表来选择适当的传输功率步长。

本发明的优选实施例是参考以下附图而被举例说明的。

附图说明

图1示意性图示出蜂窝系统中的用户设备《UE1》、《UE2》、《UE3》、《UE4》、《UE5》，其中所述蜂窝系统具有由一个或多个接入点AP、《AP1》、《AP2》、《AP3》、《AP4》、《AP5》所服务的多个小区。

图2提供了根据现有技术的闭环功率控制的时序图。

图3图示出根据本发明在两个小区的简单示例性系统中改变缩放(scaling)参数的影响。

图4图示出在评估传输功率增量(increment)P的过程中引入用户比特率作为参数的本发明的非排他性第一实施例。

图5图示出其中(正或负)功率控制增量受用户比特率和缓冲器填充状态这二者影响的本发明的第二非排他性实施例。

图6示意性图示出具有影响功率分配的多于一个阈值的第三非排他性实施例。

图7示意性图示出用于具有两个阈值的示例性分配方案的多阈值传输功率分配。

图8图示出以时隙号衡量的标准化比特率与时间的关系。

图9图示出以时隙号衡量的传输功率与时间的关系。

图10示意性图示出根据本发明的通信实体的选定块元素。

具体实施方式

根据本发明，传输功率控制优选地定位于接入点。由此，本发明并不依赖于接入点是否受到集中式控制。

接入点调整传输功率来实现某些质量目标，从而缓解例如变化的同信道干扰的影响。

负责传输功率控制的设备(例如接入点)为在传输功率控制设备的控制下的各种用户设备分配传输。传输功率是被定期地调整，优选地是以量化的增量或减量(decrement)来调整的。对用户设备号i、信道j以及小区k来说，在时间间隔mτ＜t≤(m+1)τ(其中整数m≥0)中，某个特定时刻t的传输功率能够被表述为：

P_i,j,k(t)＝P_i,j,k(t-τ)+ΔP_i,j,k(t)(1)

传输功率增量ΔP_i,j,k(t)将被调整，以便平衡同信道干扰和系统吞吐量，这一点将会在下文中被详细描述。

等式(1)中的传输功率影响系统吞吐量。在包括WCDMA在内的CDMA系统中，下行链路功率控制或ΔP基于用户设备反馈，所述反馈依赖于一个或多个信道质量估计。

根据本发明的优选实施例，同信道干扰的影响是通过引入用于递增(incremental)传输功率调整的缩放参数γ来补偿的。于是经过干扰补偿的传输功率被确定为：

P_i,j,k(t)＝P_i,j,k(t-τ)+γ·ΔP_i,j,k(t),mτ＜t≤(m+1)τ(2)

其中整数m≥0。在满足小区或用户性能要求的同时，缩放参数γ将会使系统更为稳定。优选地，缩放参数是自适应的，例如以使得在实现了性能要求时缩放参数将会较小，而在未实现性能要求时缩放参数将会较大。

图3图示出在两个小区的简单示例性系统中改变缩放参数γ的影响。在这两个小区中的一个小区(小区2)中，缩放参数恒等于1，而在另一个小区(小区1)中，缩放参数《γ(小区1)》在0.1与1之间改变。对不同小区《小区1》、《小区2》来说，对在以比特/赫兹为单位的吞吐量方面的系统容量的影响将会影响每个小区的容量，以及作为单独小区容量的总和而确定的总容量。此外，该简单的示例性说明还证明：不同小区中的容量可以相对于不同小区或小区区域的相应需求来平衡。通过适当地控制接入点AP，能够相应地对小区吞吐量进行控制，从而满足目标容量。

优选地，正或负的功率增量ΔP是根据测得用户性能、用户未完成业务或这二者来确定的。

根据本发明的用户测得性能与诸如误帧率FER、信号与干扰比或信号与干扰噪声比SINR之类的现有技术度量(measure)是有区别的。现有技术度量与FER和SINR目标相关，其中所述目标包含外环收敛的扩展延迟，尤其是处于范围1％或更小的误帧率，并且不会直接映射到用户满意度，例如在比特率或分组延迟方面。根据本发明的用户测得性能直接反映了一个或多个用户满意度参数，并且非排他性地包含了用户感知的比特率、延迟或等待时间。例如，用户测得性能能够是瞬时的一个或多个参数、选定时间帧上的平均、选定时间帧上的加权或过滤平均、中值、百分位数或置信区间。

特定时刻的用户未完成业务是在该时刻保存于一个或多个缓冲器中等待传输的用户业务量。例如，用户未完成业务能够用一个或多个缓冲器中的字节或比特数来表述。由于实际性的原因，用于确定用户未完成业务的处理和信令间隔是不能无限短的。

图4图示出本发明的非排他性第一实施例，其中该实施例在评估用于功率(重新)分配的传输功率增量ΔP的过程中引入用户比特率作为参数。在该图中，Ω表示用户比特率，并且ω₁表示特定阈值。当用户比特率小于阈值时，传输功率增量大于或等于零，并且当用户比特率大于阈值ω₁时，传输功率增量小于或等于零，也就是说，该增量实际是减量。优选地，所述特定阈值ω₁对应于待满足的用户目标比特率或所需的比特率。

图5图示出本发明的第二非排他性实施例，其中(正或负)功率控制增量受到用户比特率和缓冲器填充状态这二者的影响。对于第一实施例，传输功率增量的正负(即其是绝对增量还是减量)受到是否满足用户比特率要求的影响。然而，传输功率增量的幅度由比特率和缓冲器填充状态这二者来确定。在图5中，所述幅度用量化值来表示。对超出比特率要求ω₁的比特率来说，功率增量为Δρ_ij≤0，其中i表示第一间隔中的缓冲器填充状态，i∈[1,M]，并且j表示第二间隔中的比特率，j∈[1,N]，其中M和N是正整数。缓冲器填充级别越高，传输功率增量的幅度|Δρ_ij|就越小。对小于比特率要求ω₁的比特率来说，功率增量为Δσ_ij≥0，其中i表示第一间隔中的缓冲器填充状态，i∈[1,M]，j表示第二间隔中的比特率，j∈[1,N]。对这些比特率来说，缓冲器填充级别越高，所分配的传输功率增量幅度|Δσ_ij|就越大。优选地，传输功率分配或传输功率增加/减少是通过将分配映射保存在用于表格查找的存储器中以及通过将相应的比特率间隔和缓冲器填充状态间隔映射到功率分配增量/减量Δρ_ij、Δσ_ij来实现的。在图5中图示了这种分配。在本发明的另一个模式中，存在着用于定义间隔的三个或更多阈值，对于不同间隔而言具有预定义的传输功率增加/减少。

根据图6中示意性图示出的第三非排他性实施例，多于一个阈值被用于功率分配。各种应用和协议适应于可用比特率中的变化。关于应用和协议的非排他性实例是自适应多速率AMR、语音编码以及流协议。根据第三实施例，在不需要传输功率调整的范围内，没有比特率被允许改变。在图6中，比特率分别被允许在下阈值ω₂与上阈值ω₃之间改变。多阈值实施例在选择功率增量/减量方面提供了更多的灵活性。对于图4和5，Ω指的是比特率，例如在某个时间间隔上测量的比特率；μ是缓冲器填充状态；Δρ_ij和Δσ_ij指的是功率分配增量/减量。

对于大于下阈值ω₂并小于上阈值ω₃的比特率Ω来说，传输功率将会在功率控制精度以内保持恒定。如果比特率Ω大于ω₃，则传输功率将会减少(ΔP≤0)。优选地，传输功率减少是从预定义的量化值Δρ_ij中选择的。缓冲器填充状态越高，传输功率减少幅度|Δρ_ij|就越小。如果比特率小于ω₂，则传输功率增加。优选地，从预定义的量化值Δσ_ij中再次选择传输功率减少。对这些比特率来说，缓冲器填充状态越高，传输功率减少幅度|Δσ_ij|就越大。对于结合图5所描述的实施例，传输功率分配或传输功率增加/减少优选地通过将分配映射保存在用于表格查找的存储器中以及将相应的比特率间隔和缓冲器填充状态间隔映射到功率分配增量/减量Δρ_ij、Δσ_ij来实现。

用户感知的传输延迟是对作为传输功率控制参数的用户感知比特率的替换或补充。在某种程度上，传输延迟与比特率成反比。因此，上述功率分配实质上能够通过用用户感知传输延迟的逆来替换或补充比特率而得以应用。在后一种情况下，分配过程将所考虑的维数加1，于是比特率和延迟跨越二维平面。

优选地，与一个或多个目标相比较的比特率在某个时间间隔上被时间平均成平均值。

图7示意性图示出用于具有两个阈值的示例性分配方案的多阈值传输功率分配。用户设备感知延迟Φ是测得性能。如果测得延迟Φ小于下阈值φ₁，则分配不大于零的传输功率增量，即实际上是传输功率减少。对这样的延迟来说，延迟Φ越小，减少的幅度就越大。如果测得延迟大于上阈值φ₂，φ₂≥φ₁，则分配不小于零的传输功率增加，即实际上分配的是绝对传输功率增加。对这样的延迟来说，延迟Φ越大，传输功率增加也就越大。

由于稳定性的原因，传输功率分配应该适应随时间的改变。已经验证了包括比特率和传输功率收敛性在内的性能实现。在检测到的比特率改变之后，一旦功率分配收敛，它就在静态或准静态环境中保持基本恒定。这对于那些在速率阈值之间具有足够小间隔的多阈值环境来说也是成立的。相应的图8和9图示出针对具有两个活动用户《用户1》、《用户2》的示例性情形，以时隙号衡量的标准化比特率和传输功率收敛与时间之间的关系。在本实例中，这两个用户的传输功率是根据第三实施例来调整的，所述第三实施例具有两个阈值，以便在平均的意义上满足指定的目标比特率性能。一旦传输功率和比特率已经收敛，它们就保持稳定。稳定性区域对应的是阈值间具有较小分隔的双阈值方案中的无变化区域。相应地，当目标比特率不同时，同样会实现传输功率和标准化比特率的收敛和稳定结果。

图10示意性图示出根据本发明的通信实体《CE》的选定块元素。例如，通信实体构成或被包含在接入点或用户设备中。通信实体包括处理装置《μ》以及存储装置《S》。例如，存储装置能够通过使用现有技术中的存储器技术或是磁介质来实现。处理装置适于如上所解释的那样直接根据通过测得用户感知性能来分配传输功率。优选地，处理装置能够通过缩放参数来缩放传输功率增量。

当包含在处理装置中或是与处理装置相连接时，本发明还包括用于存储例如一个或多个查找表的《S》的装置，其中所述查找表包括传输功率电平或用于各种性能测量级别的增量/减量，所述性能测量级别例如涉及比特率、吞吐量或延迟。

根据优选实施例，通信实体还被安排成将测得用户感知性能与一个或多个指定的用户性能要求进行比较。对用户感知性能的测量能够由通信实体CE来实施，也能够在外部确定并且被输入到通信实体。用户性能的非排他性实例是感知比特率、吞吐量或延迟。在本发明的优选实现方式中，无论未完成业务量是否保存在与通信实体相同的位置处，都针对未完成的业务量来确定传输功率。在上文中已经相当详细地对此进行了描述。

本领域技术人员很容易理解，AP或用户设备的接收机和发射机属性在本质上是通用的。在本专利申请中，虽然使用了诸如AP、MS、RBS、RNC、OFDMA或CDMA之类的概念，但这并非意在将本发明局限于与这些首字母缩写词相关联的设备。它涉及所有以相应方式工作或是本领域技术人员很容易结合本发明来适配的所有设备。作为明确的非排他性实例，本发明涉及没有用户身份模块SIM的移动站，以及包含一个或多个SIM的用户设备。

本发明并非意在局限于以上详细描述的实施例。在不脱离本发明的情况下，可以进行各种改变和修改。本发明涵盖落入后续权利要求的范围以内的所有修改。

Claims (10)

1.一种在无线电通信系统中用于接入点与用户设备之间的无线电传输的传输功率分配方法，所述方法的特征在于：

在接入点处测量用户分组比特率或分组延迟，由此确定用户感知性能；以及

测量保存在缓冲器中的等待传输的业务量，由此确定未完成的用户业务；以及

根据用户感知性能和未完成的用户业务来分配传输功率。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

将传输功率改变一传输功率增量，由此对传输功率的分配进行干扰补偿；

其中通过缩放参数对所述传输功率增量进行缩放，所述缩放参数基于测得用户感知性能。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

将传输功率改变一传输功率增量，由此对传输功率的分配进行干扰补偿；

其中根据用户感知性能来确定所述传输功率增量的正负，并且其中所述缩放参数的幅度基于所述用户感知性能和所述未完成的用户业务。

4.根据权利要求1-3所述的方法，进一步包括：

借助于表格查找来分配一个或多个传输功率改变。

5.根据权利要求1-4所述的方法，进一步包括：

将测得感知性能与一个或多个指定用户性能要求进行比较。

6.根据权利要求1-5所述的方法，进一步包括：

使用测得用户感知性能的平均值、加权或过滤平均、中值、百分位数或置信区间。

7.根据权利要求1-6所述的方法，进一步包括：

如果测得用户感知性能不满足或者不优于指定性能级别，则分配传输功率增加。

8.根据权利要求1-6所述的方法，进一步包括：

如果测得用户感知性能满足或者优于指定性能级别，则分配传输功率减少。

9.根据权利要求1-6所述的方法，进一步包括：

如果测得用户感知性能满足或者等于指定性能级别，则分配不变的传输功率。

10.根据权利要求1-6所述的方法，进一步包括：

如果测得用户感知性能满足或者优于第一指定性能级别，但是不满足或者不优于第二指定性能级别，则分配不变的传输功率。