CN1084968C - 控制无线发送器发送功率的方法以及蜂窝无线系统 - Google Patents

控制无线发送器发送功率的方法以及蜂窝无线系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及控制诸如CDMA系统的蜂窝通信系统中无线发送器发送功率的方法，上述方法包括：确定指示从无线发送器收到的信号质量的参考值(SIRm)，确定指示无线单元中当前业务负载的参考值(Pm，SIRpm)，和控制无线发送器调整发送功率。为了提供适应任何传输条件的快速可靠的方法，该方法包括比较接收信号质量参考值(SIRm)，业务负载参考值(Pm，SIRpm)和预定目标值(SIRt，Pt，SIRpt)从而根据上述比较结果控制无线发送器调整发送功率。

Description

控制无线发送器发送功率的方法以及蜂窝无线系统
本发明涉及控制蜂窝通信系统中无线发送器发送功率的方法，上述方法包括：确定指示从无线发送器收到的信号质量的参考值，确定指示无线单元中当前业务负载的参考值，控制无线发送器调整发送功率和将接收信号质量的参考值和业务负载的参考值与预定参考值进行比较，从而命令无线发送器根据比较结果调整发送功率。本发明也涉及一个蜂窝无线系统的基站，该系统包括使用无线频率信号与移动无线站通信的装置，上述基站包括：测量从移动站收到的信号质量的参考值的测量装置和确定无线单元中当前业务负载的参考值的装置；通过向上述移动站发送消息控制移动站增加或减少发送功率的控制装置。本发明还涉及一个蜂窝无线系统的移动站，该系统包括使用无线频率信号与基站通信的装置，上述移动站包括：测量从基站收到的信号质量的参考值的测量装置和确定无线单元中当前业务负载的参考值的装置。
本发明尤其涉及到扩展频谱通信系统，但也可以在其它类型的通信系统中使用本发明。
移动站使用的发送功率是诸如CDMA(码分多址)系统的扩展频谱通信系统中最重要的因素之一，其中系统中的多个移动站在同一频率上同时通信。CDMA系统中发送器功率控制过程的目的是产生从在单元内进行操作的各移动站发送器接收的信号的额定功率(功率电平)。换句话说，不管移动站位置或传播损耗如何在基站处均应以相同的功率电平接收各移动站的信号。
功率控制过程对CDMA系统的容量影响很大。如果对各个移动站的发送功率加以控制使得移动站发送的信号在到达单元时具有要求最小的信噪比，则系统的容量最大。如果移动站的信号在到达单元时站点的接收功率过低，则误码率对高质量的通信来说就显得太高了。如果接收功率过高，则该移动站的性能是可以接受的，这样会增加对所有共享信道则该移动站的性能是可以接受的，这样会增加对所有共享信道的其它移动站发送器的干扰，并且会产生对其它用户来说是不可接受的性能。
已知有一种反向链路闭合回路功率控制，在这种功率控制中站点起着积极的作用。其目标是提供从基站到移动站的快速纠错以便维持最恰当的发送功率。基站测量接收的各个相关移动站的信号的功率电平并把测量值与目标值相比较。每隔1.25ms就确定向移动站发送一个提高功率命令或降低功率命令。
上述已知方案的一个重要缺陷在于功率电平目标值必须被设得很高，以便确保在业务负载较重，即当许多移动站在同一发送频率上同时发送从而干扰电平很高时能够正确接收单独一个移动站的信号。这样目标值就比在业务负载较低的情况下所必需的值要高。这意味着移动站使用的发送功率比在业务负载较低时实际所必需的要高，而且移动站正在浪费能量并以比所必需的更快的速度消耗电池。
上述方案的另一个重要缺陷在于和目标值相比，基于接收功率电平的功率控制没有考虑来自外部源的实际干扰变化。在这里来自外部源的干扰是指来自除移动站之外的其它发生源的干扰。
已知有一种基于接收信号信噪比(SIR)的反向链路闭合回路功率控制系统。在该系统中基站把测量的信噪比与预定阀值比较并根据比较结果控制移动站增加或减少其发送功率。
这种已知方案的最大缺陷在于功率不稳定，尤其是在业务负载较高时。如果业务负载快速变化则基站很难调节信噪比目标值。这种变化通常是由非连续传输(DTX)，传输速率改变，以及在建立或拆除连接时产生的。
本发明的目标是解决上述问题并提供一种控制无线发送器发送功率的方法，该方法在任何传输条件下均比已知方法可靠和快速。用一种方法可以达到这些目标，该方法的特征在于它包括：将接收信号质量的参考值和业务负载参考值与预定目标值相比较，其步骤包括：根据质量参考值和其目标值的关系计算第一比较值；根据业务负载的参考值和其目标值的关系计算第二比较值；组合第一和第二比较值以得出加权比较值，其中第一比较值的加权大于第二比较值；将加权比较值与预定参考值相比以确定是否应增加或减少发射的发射功率。
本发明的基本思想是，当在控制无线发送器发送功率中考虑到无线单元内接收信号质量和当前业务负载时，对于整个系统来说可以获得更好的结果。所测的功率电平和其目标值间的关系最好与所测的信噪比与其目标值之间的关系相组合以得出信噪比关系被加权的比较值。从而有可能实现最佳控制算法。在发送功率的调节中考虑接收功率电平，就可使调节算法更稳定。然而考虑到功率电平会减弱信噪比值(即连接质量)，所以调节发送功率时，也应对信噪比进行加权。本发明的方法可以较好地用于CDMA系统中的上行链路和下行链路方向上，换句话说，本发明的方法可以用来控制基站的发送功率和移动站的发送功率。
上述指示从无线发送器接收的信号质量的参考值可以以测量信噪比，误码率或帧出错率为根据。业务负载参考值可以以接收信号功率电平或无线单元内进行中呼叫数为根据。
用于不同的使用同样服务的移动站的目标值最好相同，这样保证了连接质量对于使用类似服务的用户是相同的。本发明使操作者能够针对不同的服务确定不同的目标值，这样就可以保证特殊连接所需的高质量。
基于本发明的反向链路闭合回路功率控制方法非常快速地对单各移动站的信噪比变化作出反应。但如果系统总负载增加和干扰电平增加，则所有的移动站只把发送功率增加到实际需要的水平，从而与已知方案相比可以距离信噪比目标值更远。
本发明最大的优点是在各种情况下无线发送器发送功率均可保持在所需的最低电平上，这意味着各无线发送器进行发送所需的能量可以保持最小，可以比以前的方案更快地调整无线发送器使用的发送功率，而且在不需任何不同连接之间的信号传输的情况下可以针对各个正在进行的连接分别进行功率控制。
本发明的另一个目的是提供一个本发明的方法可以使用的基站。通过一个基站可以实现该目的，该基站的特征在于上述控制装置适于把质量参考值，业务负载参考值和预定目标值相比较并根据上述比较控制移动站增加或减少发送功率。
本发明的又一个目标是提供一个可以使用本发明的方法的移动站。该移动站的特征在于上述移动站包括把质量参考值，业务负载参考值和预定目标值相比较并根据上述比较通过向上述基站发送消息控制基站增加或减少发送功率的控制装置。
下面根据有关基于本发明的基站和移动站的最优实施例并参照附图更详细地描述本发明，其中
图1说明了可使用本发明的蜂窝通信网；
图2说明了单独一个移动站的发送功率控制过程；
图3说明了一个基站的发送功率控制过程。
图1说明了可使用本发明的蜂窝通信网。图1的蜂窝通信网是一个CDMA系统的一部分。图1的蜂窝通信网的各个无线单元至少包括一个与位于单元无线覆盖范围内的移动站MS1-MS4通信的基站1。移动站MS1-MS4均在相同的频段上与基站1通信。通过移动站使用的信元编码(chip code)，基站1能够从其它移动站MS1-MS4发送的信号中识别出由具体一个移动站MS1-MS4发送的信号。
图1的基站1也可以使用一个其它的(或几个其它的)频段与一个其它的(或几个其它的)移动站组通信。在这种情况下两个使用不同频段的组的信号不会互相干扰。对于本发明来说，由于不同组的移动站的功能可被认为是彼此独立的，所以基站使用一个其它的频段的可能性不会对本发明有任何影响。
几个移动站在同一频段上同时发送的事实意味着移动站不会相互干扰。为了使它们的相互干扰最小，基站1控制在同一频段上通信的移动站MS1-MS4调整其发送功率，使得从不同移动站MS1-MS4接收的信号的功率电平相同，而不论单元内移动站的位置如何或传播损耗有多大。
图2说明了单独一个移动站的发送功率控制过程。图2只给出了基站1和移动站MS1中涉及移动站MS1的发送功率控制的部分。对于基站1的各个连接(进行中的呼叫)来说发送功率控制过程是分别的和单独的。
基站1用其接收天线3连续监视从移动站MS1接收的信号。为此基站1包括适于测量从移动站MS1接收的信号的功率电平的采样装置4和一个功率电平测量单元5。
天线3接收的信号被解调器6解调，而被解调的信号被馈送给一个去交错器/解码单元7和SIR测量单元8。去交错器/解码单元7适于在网络中进一步传递接收的电信信号。
SIR测量单元8连续测量从移动站MS1接收的信号的信噪比(SIR)。SIR比指示移动站MS1发送的信号和干扰移动站MS1与基站1之间通信的信号之间的比率。
基站1还包括一个控制单元9，该单元根据SIR测量单元8输出的测量信噪比SIRm，功率电平测量单元5输出的测量功率电平Pm，操作者确定的目标信噪比值SIRt和操作者确定的目标功率电平值Pt进行操作。对基站提供的使用同一频段的各个连接(进行中的呼叫)最好是相同的目标值(SIRt和Pt)是可以调整的。操作者以可以针对不同的连接定义不同的目标值，这可以保证使用同类服务的所有移动站具有相同的质量。
控制单元9适于通过使用预定数学公式比较测量值和目标值并每隔1.25ms做一次决定向移动站MS1发送增加功率或减少功率命令。预定的公式可以是：
CV＝(SIRm/SIRt)*(Pm/Pt)″，其中SIRw  是测量信噪比SIPt  是信噪比目标值Pm    是测量功率电平Pt    是功率电平目标值n      是加权因子。
公式中使用的SIR和P值应以绝对值形式给出并且不具有dB形式。选择的加权因子n最好是使测量信噪比和信噪比目标值之间的关系比测量功率电平和功率电平目标值之间的关系更为紧密。根据本发明这将保证发送功率调整稳定与快速。加权因子n的合理值可以是n＝0,25。
如果计算出的比较值CV＜1则控制单元9命令移动站MS1增加其发送功率(增加功率)。另一方面如果比较值CV＞1则控制单元9命令移动站MS1减少其发送功率(减少功率)。
借以向移动站MS1发送增加功率或减少命令的消息CNT从控制单元9被馈送给选择器10，该选择器把CNT消息插到合适的信令帧中以便把CNT消息传递给移动站MS1。选择单元10具有一个第二输入，该输入被用于接收来自网络其它部分的电信信号以便通过发送器单元11和天线12把它们传递给移动站MS1。
为图2的基站1提供两个单独的天线3和12只是为了说明一个最优实施例。当然也可以使用只有一个用于发送和接收的天线的基站。
图2的移动站MS1包括一个混合接收和发送的天线13，该天线与用于区分用天线发送的RF信号和用天线接收的RF信号的电路单元14相连。接收的信号被馈送给数字解调器15。
被解调的电信信号从解调器15被馈送给去交错器/解码器16，其中基站1的控制单元9产生的CNT消息被馈送给移动站中的发送单元17。根据CNT消息中的命令，即增加功率或减少功率，发送单元17在预定步骤调整移动站MS1使用的发送功率。
图3说明了基站BTS′的发送功率控制过程。图3的基站和移动站可以是CDMA系统的一部分。图3中只给出基站BTS′和移动站MS1′中的涉及基站BTS′用于向移动站MS1′发送信号的业务信道上的发送功率控制的那些部分。对于基站的各个连接(信道)发送功率控制过程是分别的和单独的。
基站BTS′包括发送在CDMA系统中常用的导频信号的装置30。当前与基站BTS′通信的所有移动站均接收和使用相同的导频信号。导频信号是一种用固定发送功率发送并使用单独的信元编码的非调制信号。导频信号被移动站在越局切换时进行的相干接收和测量过程中用作相位参考。
导频信号被馈送给混合器31，混合器31也从发送器32接收信号，而发送器32则在一个业务信道上发送数据。混合器31的输出被接到基站BTS′的发送天线33上。
移动站MS′包括一个被用于接收和发送的天线34。天线34接收的信号被电路35传送到数字解调器36。
数字解调器36适于从单独针对图3的移动站MS’的业务信道TCH中区分导频信号PILOT(对正与基站BTS′通信的所有移动站是公共的)。
移动站MS′包括通过测量业务信道上的信噪比SIRm来测量接收信号质量的测量单元37。在图3的情况下通过比较信噪比SIRm和信噪比目标值SIRt来确定接收信号的质量。
移动站MS′还包括测量导频信号信噪比SIRpm的测量单元38。在图3的情况下通过比较导频信号信噪比SIRpm和导频信号信噪比目标值SIRpt来确定无线单元内的当前业务负载。
移动站MS′的控制单元39通过下述公式计算基站BTS′的业务功率比较值：
CV＝(SIRm/SIRt)*(SIRpt/SIRpm)n，其中SIRm   是业务信道上的测量信噪比SIRt   是业务信道上的信噪比目标值SIRpm  是导频信号的测量信噪比SIRpt  是导频信号信噪比目标值n       是加权因子(最好是n＜1)。
控制单元39连续监视接收的信号并确定基站BTS′是否应增加或减少在移动站MS′使用的业务信道上的发送功率。如果CV＜1，则移动站命令基站增加功率，如果CV＞1则移动站命令基站减少所涉及的业务信道上的发送功率。
控制单元39通过向基站BTS′发送CNT消息来控制基站增加或减少发送功率。上述消息被控制单元39馈送给选择器40，该选择器40通过发送器41把消息传递给移动站的电路35和天线34。
消息CNT被基站BTS′的接收天线42接收并被数字调解器43传送给所涉及的业务信道的发送器，其中根据CNT消息中的命令(增加/减少功率)来调整发送器32的发送功率。
虽然已描述到根据测量的导频信号SIR来确定无线单元内的传输负载，但是也可以用其它的方式来确定传输负载。一种可能的方式是向移动站发送一个消息，其中进行中的呼叫号被表示成一个数。
另一种可能的方式是移动站通过每当发送″增加功率″命令给基站时在参考值上增加一个预定值，并且每当发送″减少功率″命令时减少上述参考值来保持记录基站使用的发送功率。在这种情况下当连接建立时移动站必须知道基站使用的初始发送功率。在这种情况下的功率控制可以以通过下面公式计算出的比较值为依据：
CV＝(SIRm/SIRt)*(Ptx/Pt)n，其中SIRm  是测量信噪比SIRt  是信噪比目标值Ptx   是基站使用的功率电平Pt    是功率电平目标值n      是加权因子。
在另一个实施例中可以以这样的方式实现基站的功率控制，即使得移动站测量业务信道上接收的信号的信噪比并向基站发送指示测量SIRm的消息。在这种情况下图3的控制单元39被一个信今单元所取代。上述信今单元向基站BTS′中的控制单元(与图2的控制单元9类似)报告测量的SIRm。在这种情况下控制单元(基站中的)调整基站使用的发送功率。
应当明白前面的描述和所涉及的附图只是为了说明本发明。对于本领域的技术人员来说在不偏离所附权利要求书提到的本发明的范围和宗旨的情况下不同的修改和变化是显而易见的。

Claims (9)

1.一个控制蜂窝通信系统中无线发送器发送功率的方法，上述方法包括：
确定指示从无线发送器收到的信号质量的参考值(SIRm)，
确定指示无线单元中当前传输负载的参考值(Pm，SIRpm)，和
控制无线发送器调整发送功率，
比较接收信号质量的参考值(SIRm)，传输负载的参考值(Pm，SIRpm)和预定目标值(SIRt，Pt，SIRpt)，从而根据上述比较结果控制移动站调整发送功率，
其特征在于对接收信号质量参考值(SIRm)，传输负载的参考值(PmSIRpm)和预定目标值(SIRt，Pt)的比较包括下述步骤：
根据质量参考值(SIRm)和质量参考值目标值(SIRt)之间的关系计算第一比较值；
根据传输负载参考值(Pm)和传输负载参考值目标值(Pt)之间的关系计算第二比较值；
组合第一比较值和第二比较值以获取依赖第一比较值更胜过依赖第二比较值的加权比较值(CV)；并
比较加权值和预定参考值以确定是否应增加或减少无线发送器的发送功率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于通过测量从无线发送器接收的信号的信噪比，误码率或帧出错率来确定指示从无线发送器接收的信号的质量的上述参考值(SIRm)，并且通过测量从上述无线发送器接收的无线信号的功率电平，或通过接收指示上述发送器使用的功率电平的参考值来确定指示无线单元内当前传输负载的上述参考值(Pm)。
3.如权利要求1-2中任何一个所述的方法，其特征在于所述比较包括：
根据下式计算加权比较值：
  CV＝(SIRm/SIRt)*(Pm/Pt)″，其中SIRm是测量信噪比
根据下式计算加权比较值：
   CV＝(SIRm/SIRt)(Pm/Pt)″，其中SIRm是测量信噪比SIRt是信噪比目标值Pm  是测量功率电平Pt  是功率电平目标值n    是加权因子；
比较比较值CV和参考值K，从而控制无线发送器在CV＜K时增加发送功率并在CV＞K时减少发送功率。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于上述参考值K＝1且加权因子n＜1。
5.一种包括使用无线频率信号与移动无线站(MS1-MS4)通信的蜂窝无线系统的基站(1)，上述基站包括：
用于测量从移动站(MS1)收到的信号质量的参考值(SIRm)的测量装置(8)，以及用于确定无线单元中传输负载的参考值(Pm)的装置(4，5)；
通过向上述移动站(MS1)发送一个消息(CNT)控制移动站(MS1)增加或减少发送功率的控制装置(9)；其特征在于上述控制装置(9)用于比较质量参考值(SIRm)，传输负载参考值(Pm)和预定目标值(SIRt，Pt)并根据上述比较结果控制移动站(MS1)增加或减少发送功率。
6.如权利要求5所述的一个基站，其特征在于上述基站(1)是一个扩展频谱系统。
7.如权利要求5或6所述的一个基站，其特征在于通过测量从无线发送器接收的信号的信噪比，误码率或帧出错率来确定指示从移动站接收的信号的质量的上述参考值(SIRm)，并且通过测量从上述移动站接收的无线信号的功率电平来确定指示无线单元内当前传输负载的上述参考值(Pm)。
8.一种包括使用无线频率信号与一个基站(BTS’)通信的蜂窝无线系统的移动站(MS’)，上述移动站包括：
测量从基站收到的信号质量的参考值(SIRm)的测量装置(37)和确定无线单元中传输负载参考值(SIRpm)的装置(38)；其特征在于上述移动站包括一个比较质量参考值(SIRm)，传输负载参考值(SIRpm)和预定目标值(SIRt，Pt)并根据上述比较结果通过向上述基站(BTS’)发送一个CNT消息控制基站(BTS’)增加或减少发送功率的控制装置(39)。
9.如权利要求8所述的一个移动站，其特征在于
所述移动站(MS’)是一个扩频通信系统；以及
通过测量从无线发送器接收的信号的信噪比，误码率或帧出错率来确定指示从基站接收的信号的质量的上述参考值(SIRm)，并且通过测量从上述基站(BTS’)发送的导频信号的信噪比来确定指示无线单元内当前传输负载的上述参考值(SIRpm)。
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