CN1090412C - 码分多址通信系统的功率控制 - Google Patents

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Abstract

发射机利用连续的负载循环以低于全速率的传输速率发送所需的信号。每个功率控制组中使用的能量与该传输速率有关。通过重复各功率控制组，提供时分分集(图6)。分析接收机的接收功率控制组和与几个能量阈值的电平相比较(73，75，77，79)。该比较的结果被转换成功率控制信号(74，76，78，80，81)并返回到移动站。移动站能够选择合适的比特(93)和调整它们的功率(94)。另一种可替换的方案是，传输速率的一个指示符可在帧之前传送(155)。在接收机处把一个功率估计与被指明的传输速率的阈值相比较(166)。

Description

码分多址通信系统的功率控制
本发明涉及码分多址(CDMA)通信系统，特别涉及CDMA通信系统的功率控制。
现有的CDMA暂定标准(以下称“IS-95”)是由TIA(电信工业协会)和EIA(电子工业协会)制定的。在IS-95中，当使用的传输速率小于全速率时，发送一个不连续的(突发型)信号。这个信号被分成多个20毫秒长的逻辑帧。这些帧细分成为称作“功率控制组”的16个更小的部分(即，时隙)。基站解调器估计从移动站接收的每个功率控制组的能量。如果该能量高于一阈值(ES)，则基站将向移动站发回一个功率控制信号，令移动站减少其发送功率一个等级。如果该能量低于ES，则该功率控制信号将令移动站增加其发送功率一个等级。对于全速率传输，每个功率控制组都被使用，不存在什么问题。
在非全速率诸如1/4速率的传输速率时问题发生。目前，1/4速率传输将仅在功率控制组中的1/4(即，4个)进行发送，与剩下的12个功率控制组中所发送的这次发送的内容无关。然而，未被使用的功率控制组的能量仍被测量。这种测量导致从基站到移动站传输功率控制信号。当前，由于监视哪些功率控制组已被使用和忽略由未被使用的功率控制组的能量测量而导致传送功率控制命令是由移动站负责的。
因为当前的系统传输信号的速率不是全速率，故使用了突发的占空度(burst duty cycle)(即不使用一帧中的所有时隙)，又因为仅有一个阈值功率电平，故为了具有一个精确的读取，每个突发脉冲串必须满足与连续的全速率传输相同的ES阈值。
美国专利5528593是与本发明最为接近的现有技术。
本发明提供一种用以在CDMA通信系统中控制功率的方法，所述方法包括以下步骤：处理以第一传输速率从移动站发送到基站的连续信号的第一帧；把所述连续信号的所述的第一帧存储在一个移动站里；处理以第二传输速率从所述移动站发送到所述基站的连续信号的第二帧；在所述的连续信号的第一帧中插入第二帧的所述第二传输速率的一个指示符，以用于控制所述的CDMA通信系统的功率；以及发送所述连续信号的所述第一帧。
发射机利用连续的负载循环以低于全速率的传输速率发送所需的信号。每个功率控制组中使用的能量与该传输速率有关。通过重复各功率控制组，提供时分分集。分析接收机的接收功率控制组和与几个能量阈值的电平相比较。该比较结果被转换成功率控制信号并返回到移动站。移动站能选择合适的比特和调整它们的功率。
该方法通过以减小的功率执行连续的占空度从而可使操作者避免了使用突发的占空度所涉及的各种问题。此外，由于传输时间分集提供重复性信号因而得到的ES/NO导致容量的改进。它通过对较低速率传输使用多个具有较低能量电平的能量阈值，允许以任何传输速率使用连续的信号。
图1示出现有技术的CDMA反向信道结构的方框图；
图2示出现有技术的一种按照传输速率划分的功率控制组的矩阵；
图3示出现有技术的一种CDMA前向信道的方框图；
图4示出一种现有技术基站的现有技术功率控制过程的流程图；
图5示出一种现有技术移动站的功率控制过程的流程图；
图6示出由本发明使用的一种按照传输速率划分的功率控制组的矩阵；
图7示出使用本发明的一种基站功率控制过程的流程图；
图8示出使用本发明的一种移动站功率控制过程的流程图；
图9示出一种被设计得可使用本发明的、CDMA反向信道结构的方框图；
图10示出一种CDMA正向信通结构的方框图；
图11示出使用本发明的另一种移动站功率控制过程的流程图；
图12示出使用本发明的另一种基站功率控制过程的流程图。
首先参考图1，图中示出以参考数字10表示的一种现有技术的CDMA反向信道结构的方框图。这是一个移动站发射机的设计图。待发送的信号由方框11接收。在方框11中，一个帧质量指示符加到该信号中。接着，在方框12，再加上末尾比特。随后，在方框13，对该信号进行卷积编码，和在方框14，执行码元重复。然后，方框15数据被交错和方框16进行调制。
接着，利用一个数据子帧随机函数发生器17选择出功率控制组中的哪个将用于该信号的传输。参考图2，该图示出用参考数字29表示的以速率划分的功率控制组的矩阵。在本例中，每帧具有16个逻辑功率控制组(PCG)。当选择全速率传输时，所有16个PCG都被使用。当选择半速率传输时，仅一半的PCG被使用。如图所示，所使用的一半的PCG并不以偶数或奇数编号的PCG来划分，这就是随机函数发生器17的功能。它随机地选择待用的16个PCG中的8个。对于1/4和1/8速率也是类同的；随机函数发生器分别选择4个或2个PCG以供传输使用。请注意，每个PCG所使用的功率电平(正如该方框的高度所表示的)是相同的。再参考图1，长码发生器18向混合器19提供一个信号，该信号与来自数据子帧随机函数发生器17的输出相组合。由此得到的信号通过划分而被分为I和Q分量；通过与1.2288MHz信号混合而上变换；在延迟器23中延迟Q信号。然后，该I和Q分量分别在滤波器22和24中被滤波；再分别与一个信号φ的余弦和正弦相混合。再后，这两个信号在求和器27中合并，以提供待发送的信号。
对于图1所示的发射机的操作的详细描述可在TIA/EIA/IS-95的6.1.3节的开头找到。
图3用参考数字30示出了CDMA前向信道结构的方框图。信道结构30接收待发送的信号，并通过大致与图1描述的相同的过程进行处理。待发送的信号通过加上帧质量指示符31和尾编码32而被修改。该信号在方框33-35通过卷积编码、码元重复、和块交错而被进一步处理。随后，块交错器35的输出与长码发生器37产生的一个长码相混合，并在抽取器38中被抽取，以将其从1.2288Mcps(每秒兆字符)减小到19.2ksps(每秒千符号)。
然后，混合信号被输入到多路复用器(MUX)39，在那里它与功率控制比特多路复用。多路复用器39由在抽取器40中已被抽取的长码定时到800Hz。MUX 39用于收缩(puncture)数据流，和把功率控制比特插入到待发送的信号中。
然后，该信号被分开，并在加法器41中与一个I信道PN(伪随机数)相加，在加法器42中与一个Q信道PN(伪随机数)相加。这两个由此得到的信号分别在滤波器43和44中被滤波。滤波器43和44的输出在混合器45和46中分别与信号φ的余弦和正弦相混合。由此得出的信号在求和器47中相加在一起，以便提供待发送的信号(S(t))。
当该信号被移动站接收时而被处理；对功率控制比特加以识别；据此，移动站调整其功率。
参考图4的流程图，图中示出概括地用参考数字50表示的一种现有技术基站使用的控制功率的方法。在步骤51，当基站接收到PCG时，方法50开始。在实际操作中，PCG为在一特定时段期间由该基站接收的信号的全部，不管它是由一特定移动站发送的还是从某些其他源发送的。然后在步骤52，对所接收的第一部分，即第一PCG，进行分析，以估计能量(即接收的功率电平)。
然后在步骤53，该能量估计与一个阈值(ES)相比较。如果该估计超过ES，则在步骤54在向移动站的下一次发送中插入一个向下功率控制比特。如果该估计未超过ES，则在步骤55在向移动站的下一次发送中插入一个向上功率控制比特。然后将含有功率控制比特的发送内容发送给移动站。
图5概括地用参考数字60示出了一种由现有技术移动站使用的控制功率的方法。当一次发送由该移动站接收到时，方法60在步骤61开始。在步骤62，分析该信号，以恢复由基站发送的功率控制比特。在步骤63，移动站响应由其发送的PCG脉冲串，确定该功率控制比特是否发送。如上所述，如果移动站正以一个低于全速率的速率发送，则不是所有的PCG都使用。在这种情况下，来自基站的功率控制比特可能是该移动站不使用的PCG的结果。如果移动站不使用PCG，则不应根据基站测量值校正它的功率。由于掌握了传输延迟时间，移动站就拥有了与功率控制比特相关联的PCG的预先知识。如果功率控制比特是对所用的PCG的响应，则在步骤64移动站根据指令调整其功率。如果功率控制比特不是对所用PCG的响应，则该功率控制比特被忽略，方法60在步骤65结束。
参考图6，图中概括地用参考数字68示出一种按照传输速率划分功率控制组的矩阵。图2与本图的矩阵之间存在着两点不同。第一是本发明以所有传输速率使用了每个PCG。这是通过数据的冗余传输实现的。例如，在半速率时PCG1被传输两次，第一次为1A，再一次为1B。这就提供了一种可由接收机使用的时间分集以提高质量。由于时间分集而使ES/NO(每比特能量/噪声)得到改进，从而导致容量的改进。如矩阵68所示和由各方框高度所表示的，半速率PCG的传输处于全速率的半功率。其结果是在CDMA通信系统中传送的总能量无变化，而质量提高了。
图7概括地用参考数字70示出利用本发明的一种基站功率控制过程的方法流程图。在步骤71，当基站接收PCG时，在步骤72，估计能量。然后，在步骤73，把该估计与第一阈值比较。该第一阈值为最高阈值，并将是与全速率传输相关的阈值，如果该估计能量超过该阈值，则在步骤74将设置三个功率控制比特为向下控制比特(1，0，0)。当移动站接收到该多速率功率控制命令时，它将向下控制其发送的功率，而与传输速率无关。如果该估计未超过该第一阈值，则在步骤75把它与第二阈值比较。该第二阈值将是半速率传输时使用的阈值。如果该估计超过该第二阈值，则步骤76将该多速率功率控制命令设置为(0，1，0)。该命令将令半、1/4、和1/8速率发射机向下控制发送功率，和令全速率发射机向上控制其发送功率。在步骤77和78，过程70继续针对第三阈值(1/4速率传输)进行设定，并在步骤79和80，针对第四阈值(1/8速率传输)进行设定。如果这两个阈值无一被超过，则在步骤81将多速率功率控制命令设置为(0，0，0)。当这个命令由移动站接收时，它将向上控制其发送功率，而与传输速率无关。然后，在步骤82，该功率控制命令被插入到下次向移动站的发送中，并在步骤83被发送出去。
图8概括地用参考数字90示出利用本发明的移动站的功率控制方法的流程图。方法90在步骤91开始，接收信号。然后，在步骤92，处理该信号，以恢复该功率控制命令。然后，在步骤93，方法90估计该功率控制命令，以确定以其得到速率将要采取的相应行动。随后，在步骤94，该移动站按照该功率控制命令的指令调整其功率，在步骤95，该过程直到接收到下一个信号时为止而结束。
该方法通过以减小的功率执行连续的占空度从而可使操作者避免了使用突发的占空度所涉及的各种问题。此外，由于传输时间分集提供重复性信号因而得到的ES/NO导致容量的改进。
参考图9，该图概括地用参考数字100示出使用本发明的一种CDMA反向信道结构的方框图。如现有技术那样，待传送的信号在方框111接收，在方框111中，将一个帧质量指示符加到该信号上。接着，在方框112加尾比特。在方框113，对该信号卷积编码；和在方框114执行码元重复。然后，对该数据进行交错(115)和调制(116)。
在本设计方案中，由于所有的PCG都被用于所有的传输速率，故无需随机函数发生器。为此，由调制器116产生的信号直接输入到混合器119，在那里该信号与来自长码发生器118的长码混合。
来自混合器119的信号被分成I和Q分量；通过与一个1.2288MHz的信号混合上变换；和在延迟器123中延迟Q信号。然后，分别在滤波器122和124中对I和Q成分量滤波；并与信号φ的余弦和正弦相混合。然后，两个信号在求和器127中被组合到一起。
来自求和器127的信号随后由一个可调放大器129放大。根据其传输速率对放大器129进行调整。对于全速率，该信号将以全功率输出。对于半速率，该功率将是如在图6的矩阵中所表示的半功率。
参考图10，该图概括地用参考数字130示出一种CDMA正向信道结构的方框图。如图3所示的信道结构那样，该信号通过加帧质量指示符131和尾编码器132使待送的信号修改了。在方框133-135通过卷积编码、码元重复和块交错而得到进一步处理。随后，块交错器135的输出与长码发生器137中产生的长码混合，并在抽取器138中被抽取，以将其从1.2288Mcps(每秒兆字符)减小到19.2ksps(每秒千符号)。
然后，已混合的信号输入到多路复用器(MUX)139，在那里与四个功率控制比特多路复用。多路复用器139由抽取器140中已被进一步抽取的长码定时到800Hz。MUX 139用于使数据流收缩(puncture)，和把功率控制比特插入到待发送的信号中。具有四个比特的收缩前向链路对下行链路质量性能无明显的影响。当前的IS-95下行链路使用一种速率等于以800bps(比特/秒)收缩的1/2卷积码。这与0.522的速率相对应。在本建议中，一种速率等于以2400bps收缩的1/2卷积码将导致速率为0.570。另一种可替换的方案是，利用控制信道诸如SACCH(慢相关的控制信道)发送速率信息。减小收缩影响的另一种方法是减少尾比特的数量，从8比特减少到6比特。
图11和12示出了利用本发明方法的通信系统的另一个实施例。图11概括地用参考数字150示出使用本发明的移动站的方法的流程图。方法150在步骤151开始其发送序列。在步骤152，第一帧以发送的第一传输速率被处理，在步骤153被存储。然后，在步骤154，第二帧以第二传输速率被处理。在步骤155，将该第二传输速率的一个指示符插入第一帧中，并在步骤156发送该帧。然后，在步骤157，通过插入随后发送的传输速率的各指示符，该方法继续进行。
图12概括地用参考数字160示出使用本发明的基站的方法的流程图。在步骤161，当接收到信号时，方法160开始。在步骤162，接收第一帧。在步骤163，利用指示符确定第二传输速率。在步骤164，当接收到第二帧时，估计该第二帧的功率，并在步骤166与用于第二传输速率的阈值相比较。然后，可以确定一个功率控制命令，并在下一基站传输中将其返回到移动站。
据此，现已提供了一种操作的方法，它通过对于较低速率传输使用多个具有较低能量电平的能量阈值，允许以任何传输速率使用连续的信号。
虽然现已结合特定实施例描述了本发明，但本领域的技术人员根据上文的描述可以做出各种替换、修改和变型是显而易见的。据此，在所附权利要求中意旨包括了所有上述的各种替换、修改和变型。

Claims (2)

1.一种用以在CDMA通信系统中控制功率的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
处理(152)以第一传输速率从移动站发送到基站的连续信号的第一帧；
把所述连续信号的所述的第一帧存储在一个移动站里；
处理(154)以第二传输速率从所述移动站发送到所述基站的连续信号的第二帧；
在所述的连续信号的第一帧中插入(155)第二帧的所述第二传输速率的一个指示符，以用于控制所述的CDMA通信系统的功率；和
发送(156)所述连续信号的所述的第一帧。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：
在基站接收(162)所述的连续信号的所述第一帧；
根据所述的第一帧中的所述的指示符，确定(163)所述的第二传输速率；
在所述基站接收(164)所述连续信号的所述第二帧；
估计(165)所述的连续信号的所述第二帧的被接收功率电平；和
把所述第二帧的所述被接收功率电平与所述第二传输速率的阈值功率电平相比较(166)。
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