CN1086945A - 用于调整发射功率的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在电信系统中，用于功率调整的方法和系统在接 收站将接收功率与目标值进行比较以便周期性地或 非周期性地调节发射站的功率。对发射站所需信号 强度的计算可利用接收站和发射站间的路径损耗在 两站之一进行。该目标值可以是常量或距基站距离 的函数，或发射站和接收站间路径损耗的函数。

Description

本发明涉及在移动无线电话通信中功率调整技术的应用，特别是对在接收站所接收信号强度的周期性和非周期性功率调整。
为了在移动无线电话系统中将不同发射机之间的干扰减至最少，移动站的发射功率和某些系统中基站的发射功率是被随时调整的。在功率调整中，目的是保证仅使用确实需要的、用以在移动站和基站之间保持满意呼叫发射的功率。通过将移动发射功率调整至一低电平而又有足够的发射质量，移动发射之间干扰的可能性减少了。
将移动发射功率保持在最低可能电平的另一个原因是为了减少移动站消耗的能量。相应地，用以驱动便携式移动站的电池将需要小些的容量。所需电池尺寸的相应减小又使便携式移动站能做得小一些。
在现有模拟蜂窝系统中，移动发射功率仅当绝对必要时由一个来自基站的指令调整。当发送功率调整指令时正在进行的通话被干扰，导致信道静音。因此，只有当基站接收的信号电平超出由一上阈值和下阈值界定的范围时，功率调整才出现。
在这种例如授给Webb等人的美国专利No.4，485，486中示出的现有技术系统中，功率调整是这样完成的，即在相应基站测量移动站发射来的信号强度，将该信号强度与标示表示正确接收的信号强度电平范围的上阈值和下阈值进行比较，若比较结果显示出需要则由基站向移动站发出功率调整指令。以相对大些的间隔进行监视，通常在每五秒一次的量级，而仅在指示出必要的时候执行调整。
尽管现代数字系统适用于功率调整，但还可进一步改进系统功能。当在已调整的模拟系统上干扰量减少时，这种干扰还是出现了问题。
本发明提供了用于上行线路和/或下行线路发射的功率调整，该上行或下行线路将所接收的信号强度值保持在比公知系统所能达到的更接近预计理想值处。另外，本发明适用于现代蜂窝系统，尤其是数字系统，其中指令是在与通话相分离的信道上发射的。因而，可以避免在功率指令发射期间的静音需要，且可以进行更频繁的功率电平调整。
根据本发明，通过计算一个最佳校正值而在系统标准（例如GSM规范）下进行功率调整，从而将所接收的信号电平保持在尽可能接近预计理想值处。功率调整指令是周期性发出的，例如每秒两次，而不是仅当所接收信号落在由两个阈值界定的范围之外才作出。在本发明中，若在某个时间点上需校正，可给出一个指令以便在相同的特定电平上发射或禁止该指令。
为获得最佳校正值，新的发送电平可以通过将发送机和接收机之间的路径损耗加至预定的接收电平上而计算出来。路径损耗可通过在前（old）的发送电平减去在前的接收电平而计算出来。路径损耗的计算导致仅在预定值附近有很小波动的改进的稳定性。通常，以dB级次作出计算，这样，和或差差距（step）可以采用dB级次。
在根据本发明的移动无线电通信系统中，所提供的用于在移动站和基站之间调整功率发射的方法包括以下步骤：测量从发射站接收的功率电平;利用预定接收的功率电平、已知发射功率电平和测得的接收功率电平计算新的发射功率电平;指示发射站以新的发射功率电平进行发射。在一个实施例中计算步骤还包括确定在基站和移动站间路径损耗的步骤，该路径损耗相应于已知发射功率电平和测得的接收功率电平间的差且将该路径损耗加到预定接收功率电平上以确定新的发射功率电平。该路径损耗可在发射站或接收站确定。
预定接收功率电平可被定义为任意函数或可为常量。例如在一个实施例中，它是发射站和基站间路径损耗的函数。根据另一个实施例，预定接收功率电平是发射站和基站间距离的函数。该距离例如可以通过测量与下行线路/上行线路时分多路联接（TDMA）时隙相关联的环行信号传输延迟来确定。
在本发明另一个实施例中，测量步骤还包括在测量期间以有规则间隔对来自发射站的接收功率电平值进行取样;对取样的功率电平值进行滤波;并计算测量期间所接收功率电平的平均值。
在另一个实施例中，用于调整移动站和基站间发射功率的方法包括测量来自发射站的信号质量并根据信号质量指示发射站以新的发射功率电平进行发射。该测量步骤可包括估计比特错误率、比特错误内容或通话质量（载波-干扰比C/I）。此外，仅当信号质量超过阈值时可指示发射站以低些的发射功率电平进行发射。
本发明将参考仅以示例方式给出的、并在附图中表示出的优选实施例进行更详细的描述，其中：
图1是示出蜂窝式移动无线电系统一个例子的示意图，表示出了包括网眼、移动转接中心、基站和移动站的不同单元的关系;
图2是根据本发明一个示例性功率调整方法的流程图;
图3是用于执行功率调整的一个示例性系统;
图4a是下行线路发射的一个示例性信息块表;
图4b是上行线路发射的一个示例性信息块表;
图5是图2所示功率调整方法一个子程序的流程图;
图6是图2所示功率调整方法一个子程序的流程图。
由于以下描述是关于包括了便携式或移动无线电话和/或个人通信网的峰窝式通信系统，本领域技术熟练者将会理解本发明也可用于其它无线通信设施。
图1是示出在蜂窝式移动无线电话系统中十个网眼C1至C10的示意图。根据本发明的方法一般可用于包括比十个多的网眼的蜂窝式移动无线电系统中。为了便于说明，本发明描述的系统可以认为是一个已被分割的较大系统的一个分离出的部分。
每个网眼C1至C10分别有基站B1至B10。图1示出了基站处于各网眼中心附近并具有不定向天线。但相邻网眼的基站也可设在网眼边界附近并具有定向天线。
图1还示出了九个移动站M1至M9，它们在一个网眼内可移动且可从一个网眼移至另一个网眼。根据本发明的方法可以在包括比十个多的移动站的蜂窝式移动无线电系统中实现。尤其是一般有比基站多的移动站。
图1中还示出了一个移动转接中心（MSC）。该MSC通过电缆连至所有十个示出的基站。移动转接中心固定地连至固定的公众转接电话网（PSTN）或类似的固定网络。从MSC至基站的所有电缆和至固定网络的电缆均未示出。另外，也可采用其它介质代替用于从基站至MSC通信的电缆，例如固定无线电线路和光纤线路。
图1示出的蜂窝式移动无线电系统包括多个无线电信道。该系统可用于模拟信息，例如通话;数字化的模拟信息，例如数字化的通话;纯数字信息，例如纯数字数据;和编码信息，例如编码的数字数据。
从移动站向基站有效发射并具有最小干扰所必需的功率能够由固定连接至基站的地面系统或只由利用移动站和基站间路径损耗的基站来确定。每次从基站发出一个功率指令，就计算一次新的发射功率电平并发送给移动站。所计算的发射功率电平不必与先有的发射功率电平相区别，但它有赖于先有的发射功率电平。移动站和基站间路径损耗是移动站中先有（Old）的发射功率电平（MSPWRold）减去基站中测得的接收信号强度（SSfilt）。SSfilt不是一个瞬时值，而是代表了在某时间期间上测得的信号强度。为了确定新的移动站发射功率电平（MSPWRnew），将所要求的接收信号强度（SSdes）加至中径损耗上。在数学上，新的移动站发射功率电平表示为：
MSPWRnew＝SSdes+（MSPWRold-SSfilt）
另一方面，可以利用向地面系统报告的移动站中的测量结果和由基站向移动站发送的信号功率电平来计算路径损耗。所要求的接收信号强度可被设置成常量或根据本发明不同实施例中的函数而变化。例如，在一个实施例中所要求接收的信号是移动站和基站间距离的函数。在另一个实施例中，所要求信号强度值是基站和移动站间路径损耗的函数。在1990年6月21日提交、题为“Method    For    Regulating    Power    In    A    Digital    Mobile    Telephony    System”的相应PCT申请No.PCT/SE90/00309中描述了示例性的移动站功率调整，该文献在此引作参考。
图2中示出了一流程图，它代表了执行本发明一个示例性功率调整方法所必需的步骤。图3表示的是包括了用于完成功率调整的发射站（移动站或基站）和接收站（移动站或基站）的一个示例性系统的相应各单元。在美国专利申请No.712，930中，该申请的图2和图3示出了移动站和基站的特殊单元并作了描述。
本发明示例性系统的操作将参照图3进行描述。发射站10的发射装置30向接收站50发送无线电信号。接收装置60接收射频信号并测量所接收信号的信号电平和信号发射质量。这些幅度的每一个均在接收站50处由接收装置60测量，接收站50在示例性实施例中既可以是基站也可以是移动站。信号电平及信号发射质量被送至处理装置80。处理装置80完成必需的发射功率调整。新的发射功率电平由处理装置80计算。随后，发射装置70指示发射站10以新的发射功率电平进行发射。该指令由接收装置40接收，接收装置40向处理装置20发送指令，处理装置20随后指示发射装置30以新的发射功率电平进行发射。
在若干最新测量期间接收的信号强度值（SSmeas）被送入有限脉冲响应（FIR）滤波器。该被滤波过的信号强度SSfilt可由如下关系表示：
SS filt = MSPWR old + 1 / c * Σ i ( w i * ( SS i - MSPWR i ) )
其中c是所有加权值wi的和，i是滤波过程中表示特定测量期间的相应时间下标，而SSi是表示特定测量期间的SSmeas，MSPWRi是一个相关联的发射功率。注意：SSmeas是以单个测量期间为依据而SSfilt是以若干个测量期间为依据，该若干个测量期间的数目由滤波器长度确定。实际的滤波是在接收的信号强度和发射功率电平间的差被滤波处的路径损耗中进行的。该结果随后通过加上MSPWRold而“变换”回信号强度。这种滤波方法可保证控制算法的稳定性。
新的移动站发射功率电平MSPWRnew是利用前述数学关系计算的。随后，新的发射功率电平指令被发送至移动站。在这个实施例中，功率电平设置指令以有规则间隔发向移动站，而不管功率电平幅度的变化甚或是否有可能必须改变功率。
功率调整可分成两段：起始功率调整和稳定功率调整。稳定调整可直到滤波器满足给定的长度才开始。在一个示例性实施例中，直到功率电平等于或低于预设所要求的起始调整目标电平才仅执行下行调整。当这个条件被满足或若信号强度滤波器被填满时，起始调整结束而稳定调整开始。稳定调整在前述说明书中已事先作了描述。
移动站的功率范围可被基站限定。以下关系可被用于设置功率限定：
MS_PWR_MAX≥MS_PWR≥（MS_PWR_MAX-PWR_DYN_RANGE）
移动站的最大功率容量由MS_PWR_MAX代表。PWR_DYN_RANGE，即动态功率范围是由移动站操作者规定的参数，其中：
PWR_DYN_RANGE≤（MS_PWR_MAX-MS_PWR_MIN）
移动站最小功率容量由MS_PWR_MIN表示。当所接收信号强度超过值SS_MAX时，允许移动站以低于MS_PWR_MAX-PWR_DYN_RANGE的功率电平发射。因而，所要求的信号强度，即SSdes被设置成SS_MAX并能够完成功率调整而不用采用功率范围限定。
信号发射质量影响到怎样进行功率调整。在按照GSM规范或EIA/TIA    IS-54规范的移动无线电系统中，信号质量是通过估算比特错误率/数字符号错误内容，即错误比特数对全部比特数的比来测量的，其中采用了许多本领域公知的方法，例如在题为GSM/WP2    Doc.17/88的GSM文献中描述的方法。
必须保持的信号质量有一个可接受的范围。在GSM系统中，质量级次和比特错误率间的关系示于表1。
表1
                  比特错误率                                            质量级次
                    <0.2%                                                          0
                0.2%-0.4%                                                      1
                0.4%-0.8%                                                      2
                0.8%-1.6%                                                      3
                1.6%-3.2%                                                      4
                3.2%-6.4%                                                      5
                6.4%-12.8%                                                    6
                    >12.8%                                                        7
质量级次和路径通话质量间的关系是依据作为质量判定的人而变化的。这种关系的一个例子在表2中示出。
表2
                          质量级次                                    通话质量
                            0－3                                                好
                                4                                                一般
                                5                                                    差
                              6-7                                                很差
在一个实施例中，可能的质量值范围被分成三个子范围。可在任意给定时间降低功率的最大阶次范围（size）是依据质量值落入其中的范围。允许的下行调整范围是由平均的质量级次设定的。在某个质量范围中的质量提供了调整范围限度。例如，若接收的信号质量差，最大下行调整阶次范围设置为零，亦即若质量差，则仅允许增加的功率电平指令。类似地，若发射信号的质量好，功率调整的最大减低是可能的，该最大减低是基于在下一个调整间隔期间由移动站获得的功率设定。由于质量差而用于下行调整的具有三个子范围的本系统的一个例子在表3中示出。当然，其它的系统也可采用不同的质量范围。
表3
                质量范围                                                最大下行调整
                    0－1                                                    16dB(即无限定）
                    2－3                                              2dB（仅有中等调整阶次）
                    4－7                                                    0dB（无下行调整）
在本发明的系统中，功率调整指令是在与通话信道隔开的通道上传送的，因而避免了在调整指令发送期间的通话静音需要。每一通信信道有一个相关的控制信道被称为慢相关控制信道（SACCH）。该SACCH是与通话通路并行的连续信号信道，用于在基站和移动站之间控制和监控信息的传送。功率调整指令可通过该SACHH从基站向移动站发送。
图4a和4b示出的是GSM系统的示例性SACCH信息表，该系统中移动站功率是由基站调整的。图4a表示的是下行线路块表而图4b表示的是上行线路块表。在这种情况下，功率指令是在下行线路SACCH（地面站至移动站）上被传送的，而功率收到确认是在上行线路（移动站至地面站）上被传送的。当基站功率电平（由基站）调整时，不必在SACCH上发送功率指令和收到确认。而基站调整所必需的信息是在基站内部获得的。但是，移动站必须在SACCH上将测量的信号强度SSmeas发送给基站。在GSM系统中这种系统的信息结构可从GSM04.08中获知。移动站和基站功率调整的基本差别在于功率指令站是否与其功率被调整的站处于无线电线路的同侧。
当描述和图示了本发明的特定实施例后，应该理解的是本发明并不局限于此，因为本领域技术熟练者可对其作出修改。本申请预期到任何落入本发明所公开的精神和范围之内的修改都在权利要求保护之中。

Claims (34)

1、在以多个无线信道工作的时分多路存取移动无线电通信系统中，每个无线信道由某个射频及成帧时隙形式的时隙所界定，用于在移动站和基站间调整发射功率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在一个特定的所述无线信道上测量来自发射站的接收功率电平；
通过确定所述发射站和接收站间的路径损耗，利用预定接收功率电平、所述信道的已知发射功率电平和所述测得的接收功率电平计算所述特定无线信道的新发射功率电平，所述的路径损耗相应于所述已知发射功率电平和所述测得的接收功率电平之间的差；
根据所述路径损耗和预定接收功率电平计算所述新的发射功率电平；以及
指示所述发射站以所述新的发射功率电平进行发射。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述路径损耗是在所述接收站被确定的。
3、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述接收站是所述移动站而所述发射站是所述基站。
4、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述接收站是所述基站而所述发射站是所述移动站。
5、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述预定接收功率电平是所述发射站和所述接收站之间距离的函数。
6、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述测量步骤进一步包括以下步骤：
在测量期间以有规则间隔对所述接收功率电平进行取样;
对所述接收功率电平取样值进行滤波;以及
计算所述测量周期的一个平均功率值。
7、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述指示步骤包括当所述新发射功率电平低于阈值时将所述新发射功率电平设置为所述已知发射功率电平的步骤。
8、根据权利要求7的方法，其特征在于，所述阈值是所述已知发射功率电平。
9、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述指示步骤包括以下步骤：
指示所述发射站以所述新的发射功率电平进行发射，其中若所述已知发射功率电平小于或等于所述新发射功率电平，所述新发射功率电平被置成所述已知发射功率电平。
10、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述指示步骤包括当所述新发射功率电平高于阈值时将所述新发射功率电平设置成所述已知发射功率电平的步骤。
11、根据权利要求10的方法，其特征在于，所述阈值是所述已知发射功率电平。
12、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述指示步骤包括以下步骤：
指示所述发射站以所述新发射功率电平进行发射，其中若所述已知发射功率电平大于或等于所述新发射功率电平，所述新发射功率电平被设置为所述已知发射功率电平。
13、在以多个无线信道工作的时分多路存取移动无线电通信系统中，每个无线信道由某个射频及成帧时隙形式的时隙所界定，用于在移动站和基站之间周期性地调整发射功率的方法，所述方法其特征在于包括以下步骤：
在一个特定的所述无线信道上，以有规则间隔对从发射站接收的信号强度进行取样;
在测量期间周期性地从取样的信号强度计算信号强度测量值;
根据所述信号强度测量值周期性地计算所述特定无线信道的新发射功率电平，所述信号强度测量值是所述移动站和基站间路径损耗的函数;以及
周期性地指示所述发射站以所述新发射功率电平进行发射。
14、根据权利要求13的方法，其特征在于，所述周期性计算步骤进一步包括以下步骤：
对所述信号强度测量值进行滤波;以及
将所述滤波的信号强度测量值与预定接收功率电平进行比较。
15、根据权利要求14的方法，其特征在于，所述预定接收功率电平是所述移动站和所述基站间距离的函数。
16、根据权利要求14的方法，其特征在于，所述预定接收功率电平是常量。
17、在以多个无线信道工作的时分多路存取移动无线电通信系统中，每个无线信道由某个射频及成帧时隙形式的时隙所界定，用于在移动站和基站间调整发射功率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
测量来自发射站的信号质量;
根据所述信号质量指示所述发射站以新发射功率电平进行发射;
在一个特定的所述无线信道上测量来自发射站的接收功率电平;以及
根据预定接收功率电平、所述信道的已知发射功率电平和所述测得的接收功率电平计算所述特定无线信道的所述新发射功率电平。
18、在以多个无线信道工作的时分多路存取移动无线电通信系统中，每个无线信道由某个射频及成帧时隙形式的时隙所界定，用于在移动站和基站间调整发射功率的系统，其特征在于，包括：
用于在一个特定的所述无线信道上测量来自发射站的接收功率电平的装置;
通过确定所述发射站和接收站间的路径损耗，利用预定接收功率电平、所述信道的已知发射功率电平和所述测得的接收功率电平计算所述特定无线信道的新发射功率电平的装置，所述路径损耗相应于所述已知发射功率电平和所述测得的接收功率电平之间的差;
根据所述路径损耗和预定接收功率电平计算所述新发射功率电平的装置;以及
指示所述发射站以所述新发射功率电平进行发射的装置。
19、根据权利要求18的系统，其特征在于，所述路径损耗在所述接收站确定。
20、根据权利要求18的系统，其特征在于，所述接收站是所述移动站而所述发射站是所述基站。
21、根据权利要求18的系统，其特征在于，所述接收站是所述基站而所述发射站是所述移动站。
22、根据权利要求18的系统，其特征在于，所述预定功率电平是所述发射站和所述接收站间距离的函数。
23、根据权利要求18的系统，其特征在于，所述测量装置以有规则间隔在测量期间内取样所述接收功率电平、对所述接收功率取样值滤波并计算所述测量周期的一个平均功率电平。
24、根据权利要求18的系统，其特征在于，当所述新发射功率电平低于阈值时，所述指示装置将所述新发射功率电平设置为所述已知发射功率电平。
25、根据权利要求24的系统，其特征在于，所述阈值是所述已知发射功率电平。
26、根据权利要求18的系统，其特征在于，所述指示装置指示所述发射站以所述新发射功率电平进行发射，其中若所述已知发射功率电平小于或等于所述新发射功率电平，则所述新发射功率电平被置为所述已知发射功率电平。
27、根据权利要求18的系统，其特征在于，当所述新发射功率电平高于阈值时，所述指示装置将所述新发射功率电平置为所述已知发射功率电平。
28、根据权利要求27的系统，其特征在于所述阈值是所述已知发射功率电平。
29、根据权利要求18的系统，其特征在于，所述指示装置指示所述发射站以所述新发射功率电平进行发射，其中若所述已知发射功率电平大于或等于所述新发射功率电平，则所述新发射功率电平被置为所述已知发射功率电平。
30、在以多个无线信道工作的时分多路存取移动无线电通信系统中，每个无线信道由某个射频及成帧时隙形式的时隙所界定，用于在移动站和基站之间周期性地调整发射功率的系统，其特征在于，包括：
在一个特定的所述无线信道上，以有规则间隔对从发射站接收的信号强度进行取样的装置;
在测量期间周期性地从取样的信号强度计算信号强度测量值的装置;
根据所述信号强度测量值周期性地计算所述特定无线信道的新发射功率电平的装置，所述信号强度测量值是所述移动站和基站间路经损耗的函数;以及
周期性地指示所述发射站以所述新发射功率电平进行发射的装置。
31、根据权利要求30的系统，其特征在于用于周期性计算的所述装置滤波所述信号强度测量值并将所述滤波的信号强度测量值与预定接收功率电平进行比较。
32、根据权利要求31的系统，其特征在于，所述预定接收功率电平是所述移动站和所述基站间距离的函数。
33、根据权利要求31的系统，其特征在于，所述预定接收功率电平值是常量。
34、在以多个无线信道工作的时分多路存取移动无线电通信系统中，每个无线信道由某个射频及成帧时隙形式的时隙所界定，用于在移动站和基站间调整发射功率的系统，其特征在于，包括：
测量来自发射站的信号质量的装置;
根据所述信号质量指示所述发射站以新发射功率电平进行发射的装置;
在一个特定的所述无线信道上测量来自发射站的接收功率电平的装置;以及
根据预定接收功率电平、所述信道的已知发射功率电平和所述测得的接收功率电平计算所述特定无线信道的所述发射功率电平的装置。
CN93117254A 1992-09-04 1993-09-03 用于调整发射功率的方法和设备 Expired - Lifetime CN1054952C (zh)

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