CN1105429C - 调节通信系统用户功率电平的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

调节用户功率电平以增强DS-CDMA通信系统中的干扰消除。该通信系统的基站(503)从多个用户(509-512)接收信号和对每个信号进行评估。根据这种评估，命令特定的用户控制它们的功率电平，以便保持这些特定用户的不同预定的目标。这些预定的目标包括但不限于接收功率、帧消除率、误码率和信号质量。在基站(503)接收的结果功率电平基本上是不同的，这有利地用于增强DS-CDMA通信系统中的干扰消除。

Description

调节通信系统用户功率电平的方法和设备
参照相同申请日的、含有相关主题事物并已转让给本发明受让人的Kotzin等人于1994年6月3日提交的、申请号为08/253895、题为“消除已遭受多径干扰的信号中干扰的方法和设备”的美国专利申请。
本发明涉及用户功率电平调节，具体涉及通信系统中的用户功率电平调节。
在通信系统诸如直接序列扩频码分复用系统(DS-CDMA)中，上行信号(从用户到基站的信号)包括来自用户的多个重叠的编码信号。这些信号的每个信号同时占用相同的射频(RF)载波带宽，它们的区别只是它们的具体编码。上行信号在基站接收机被接收作为复合接收信号。
在常规的DS-CDMA系统中，基站接收机通过将每个相应用户的独特的扩频码施加到该复合接收信号中分别对每个用户解码。借此每个个别用户的信号从复合的接收信号“解扩”。由于所用的码系列的特性，其它的用户信号仍为带宽扩频形式，直到它们以它们的特定码被解扩为止。这就为特定用户的用户数据比特的解码作好了准备。
传统的DS-CDMA系统力图迫使从不同用户接收的上行接收信号强度达到相同的电平。这是通过使用用户功率控制技术来实现的。在IS-95中，从基站不断地给用户有关如何根据在基站进行的测量来调节它们的功率电平的指令。如果接收的用户功率下降低于预定目标，则告诉用户增加其功率。如果接收的用户信号上升高于该目标，则告诉用户降低其功率。这个功率控制过程试图通过保持每个用户的功率在需要的最小值以取得特别的质量水平来优化系统容量。这是因为在解扩之后从所有其它用户来的接收功率的一部分作为所需用户的解扩信号的附加噪声(干扰)出现。在这个干扰保持在可能的最小量时取得最佳的系统性能。
另一种技术调节用户单元的功率电平，以使由基站测量的每个用户单元的解码帧删除率(或者另一种质量度量)是相同的。但是，在任一种技术中，接收信号强度的特性和不可避免的变化可导致容量降低。例如，两用户之间3dB的差别可导致容量的1/3损失，因为一个用户对系统好像两倍的(另一个用户)干扰。净影响是仅当存在两个用户时该系统接收三个用户的等效功率，导致1/3的容量损失。
用于减少干扰的现有的干扰删除技术是已知的。这种技术允许增加灵敏度和/或多用户系统的容量。最普通的技术是在特定用户的接收信号已恰当地解码之后合成该信号的复制信号，和利用合成的复制信号消除在接收信号的存储版本中的干扰(用减法)。
在实现干扰消除的系统中，接收信号强度的特性和不可避免的变化可通过解码较强的信号开发并且首先消除它们。实际上这构成了在实施干扰消除的系统中交互过程解码的顺序的基础，但是，上述自然的变化只导致容量的稍微增加，因为它非常小而且不能控制。尚且，在行人应用中，典型的陆地移动无线信道的衰落变得非常慢，导致比典型的陆地移动无线信道更少的变化。在任一情况下，如果由用户发送的多个信号的每个信号大约为相同的功率电平，则干扰消除器的性能大大地降低了。还需要以连续方式跟踪这个自然的变化，以便知道用户信号解码的序列。
据此，现在需要一种用以利用干扰消除改善系统性能的方法和设备。
图1概括性地示出有利于实现干扰消除的接收机单元的方框图。
图2概括性地示出实现干扰消除的串级接收机单元的方框图。
图3示出现有技术的用于设定用户发射机功率的典型结果。
图4示出根据本发明的用户功率电平调节的结果。
图5示出根据本发明的有利于采用用户功率电平调节的通信系统。
图6概括性地示出根据本发明可实现用户功率电平调节的基站。
调节用户功率电平以增强在DS-CDMA通信系统中的干扰消除。通信系统的基站接收来自多个用户的信号并对每个信号进行评估；根据评估计，命令特定用户控制他们的功率电平，以保持特定用户的不同预定的指标。预定的指标包括但是不限于接收功率、帧删除率、误码率和信号质量。在基站接收到的结果功率电平基本上是不同的，这样有利于增强DS-CDMA通信系统中的干扰消除。
实施在通信系统中用户功率电平调节的方法是通过接收多个用户发送的信号和对这些接收的信号进行评估来实现的。该方法然后根据该评估以一种实现不同预定目标(对于不同的用户)的方式控制一些用户的发送功率。在优选的实施例中，该通信系统是一个采用干扰消除的直接序列码分多址(DS-CDMA)通信系统。在优选的实施例中，预定的指标包括接收的功率、帧消除率、误码率和信号质量。
在对信号进行评估时，在一个实施例中，该系统可估计该信号已经历的多径的数量，然后控制使其信号估计经历了少量多径干扰的那些用户以高于使其信号估计经历了大量多径干扰的那些用户的功率电平的电平发送。在另一个实施例中，该系统可估算多个用户的每个用户到基站的距离(根据接收信号强度指示)，然后控制被估算是接近该基站的那些用户以高于被估算是离开该基站更远的那些用户的功率电平的一个功率电平发送。控制是通过发送功率控制消息到该用户以指示该用户增加或减少其功率电平实现的。
在已转让给本发明受让人的Stilwell等人的美国专利5235612“消除扩频噪声的方法和设备”中，叙述了一种扩频噪声消除器，引用在这里供参考。在干扰消除器的一个实施例中，提供使用常规DS-CDMA解扩操作解码单个用户信号的技术。通过恰当地解码用户信号，能够从存储的复合接合信号的复制信号中有效地消除这种用户信号。使用“随后的”复合接收信号(即在干扰消除之后)而无需第一用户的影响作用，以较高的精度解码第二用户信号是可能的。这个过程可交互地应用到所有的用户信号。
图1概括性地示出利用根据本发明有利地实现干扰消除的接收机单元121的通信单元190。如图1所示，为了清楚起见只画出一个接收机(只接收N个用户中的用户1104)。复合的接收信号102包括N个用户的用户信息(表示为用户1、用户2…、用户N)。复合的接收信号102由振荡器116下变频并输入到接收机单元121。将该信号被分别输入到延迟电路126和瑞克(RAKE)接收机122。关于在通信系统中使用瑞克接收机的背景情况，参见1989年美国“数字通信”第二版第728-739页John G.Proakis的文章。在优选的实施例中以模拟消除信号124形式的一个合适的消除源按照Stilwell的教导那样产生。然后消除源124经过求和节点128与存储的复合接收信号102相加，以使用户1造成的任何干扰基本上消除了。由此得到的信号130代表“清除”了用户1造成的任何干扰的复合接收信号。
这种技术有利于用在串级的接收机中。在图2和图1中相同的单元具有相同的标号。图2概括性地示出根据本发明实现干扰消除的串级接收机单元121、231、241。每个接收机单元121、231、241的工作与对照图1叙述的单元121相同，除了瑞克接收机122、232、242专用于解码特定用户亦即用户1、用户2、用户N的信息之外。如前所述，所得到的信号130输入到接收机单元231，“清除”了用户1造成的任何干扰，以此类推。
对于CDMA系统功率的控制是众所周知的。例如，有一个现有技术已在1991年5月19-22日美国密苏里州罗易斯市第41届IEEE车辆技术会议论文第57-62页上Allen Salmasi和Klein S.Gilhousen的文章“有关应用于数字蜂窝与个人通信网络的码分多址(CDMA)的系统设计”中叙述了。图3示出使用现有的功率控制技术时对于多个用户的接收功率的典型曲线图。请注意，接收的功率基本上相同，但因有限功率控制设定精度、连续地改变信道特性等有一些非常小的变化。
与传统的DS-CDMA相比，利用干扰消除，一般能够提供较高的容量。如上所述，正如对照图1和图2所述的在基站接收机处干扰消除技术的性能主要依赖于不同用户的接收功率中自然可变性。
为此，根据本发明采用了确保不同的用户以不同的功率电平接收的功率控制技术。根据本发明的一个方面，对不同的用户建立不同的接收功率阈值目标。使功率控制环路工作以驱动个别用户到这些不同的阈值，这又促成接收功率的可变性。图4示出了这样的变化，亦即根据本发明采用用户功率电平调节的多个用户的接收功率曲线图。请注意，接收功率的变化是非常明显的。这个变化改善了干扰消除方案的性能(因为最强的信号较容易解码和“删除”)，而且由于无需再确定所接收的哪个用户信号作为在有限变化情况下的最强信号，因而也简化了其使用。
图5示出根据本发明有利于采用用户功率电平调节的DS-CDMA通信系统500。图5示出了在网孔506中、从多个用户509-512接收信号的基站503。为了清楚起见只示出一个基站503和一个网孔506；实际上，可使用很多基站和网孔服务于一个特定的覆盖区。如图4所示，用户509-512以不同的接收功率(如由基站503接收)发送信号USER 1-USER N(使用者1至使用者N)基站503连接到维护与交换中心(MSC)515，MSC515本身连接到公共交换电话网(PSTN，未示出)。图6概括性地示出基站503，它一般包括一个接收机609、一个发射机606和一个微处理器(μp)603，该微处理器603根据本发明实现用户功率电平调节。关于DS-CDMA通信系统的详情请见上面引用的Salmasi和Gilhousen的文章“有关应用于数字峰窝与个人通信网络的码分多址(CDMA)的系统设计”。
根据本发明的另一个方面，可采用对特定用户的最佳功率控制阈值的指定以进一步优化系统的性能。例如，经受过多的多径的接收信号将不会如具有较少相关的多径的信号那样有效地被消除。因此，增加从较少经受多径的信号中接收的功率的策略导致系统性能的改善，因为这些信号是首先被消除的并且具有改进的精度地被消除。
从瑞克接收机参数中可以估计经受延迟扩散(Spread)的幅度。另外，可利用其它的标准，根据该标准给基站指定功率控制阈值。例如，用户越接近基站，信号由于多径而降级的可能性越小。因此，这个用户的信号将优先地被指定发送较高功率控制目标。在其它方面这也是一种偶然性指定。这个用户较少可能对相邻网孔干扰，因为它较远。而且，很可能这个用户具有发射机功率容限以便可靠地取得所需要的较高阈值电平。
很明显，基站可使用很多参数的任一参数建立各种用户远端的相应功率电平目标，并且因此指令相应的远端经过下行链路功率控制信道来调节它们相应的功率电平。这些参数的一些参数和标准包括：
1.用户发送功率电平，
2.用户接收功率电平，
3.用户接收的信号噪声比，
4.到基站位置的物理接近度，
5.有关它接收相邻网孔的导频电平的用户报告，特别是有关在越区切换中的情况，
6.来自瑞克接收机有关多径情况的信息，
7.能够解码特定用户的需要性——可能由费率、用户到操作者的值等驱动。
几个标准可分开或一起地使用来决定用户的特定顺序以取得上面的功率顺序。
应该指出，接收的信号强度不是用于建立功率控制阈值标准的唯一准则。例如，一个可替代的有用的度量是解码的帧消除率。在任何情况下，传统的做法是控制用户功率，以便所有用户的标准目标是相同的。
虽然业已具体地示出并对照特定实施例叙述了本发明，但本领域的技术人员懂得，在不脱离本发明的精神和范围下可在其中进行形式上和细节上的各种改变。

Claims (6)

1.一种用于在蜂窝通信系统的基站中控制用户功率电平的方法，该方法包括以下步骤：
在基站的接收机中接收从多个用户发送的信号，产生接收的信号；
基于该接收信号的差错率以及接收机内信号干扰消除的质量，对接收的信号进行评估；和
根据所述估计步骤，控制用户的发送功率电平，对于各个用户实现其各自的功率阈值目标，以便增强该接收机内的信号干扰消除。
2.根据权利要求1的方法，该通信系统还包括一个直接序列码分多址通信系统。
3.根据权利要求1的方法，基于该接收信号的差错率对接收信号进行评估的步骤，还包括根据接收信号的帧消除率、接收信号的误码率或者接收信号的信号质量对接收信号评估的步骤。
4.一种用于调节蜂窝通信系统中用户功率电平的设备，该设备包括：
在基站的接收机中接收从多个用户发送的信号，以产生接收信号的装置；
基于该接收信号的差错率以及接收机内信号干扰消除的质量，对接收的信号进行评估；以及根据接收信号的差错率，控制用户的发送功率电平，对某些用户实现不同的预定功率阈值目标，以便增强该接收机内的信号干扰消除的装置。
5.根据权利要求4的设备，其中该通信系统还包括一个直接序列码分多址通信系统。
6.根据权利要求4的设备，其中对接收信号进行评估的装置还包括根据接收信号的帧消除率、接收信号的误码率对接收信号评估的装置。
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