CN1108668C - 非连续传输中的功率控制方法 - Google Patents

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Abstract

按照所提出的方法，功率控制信道上发送的功率控制命令的频率根据业务量变化。如果在至少一个方向上因为DTX状态、较低的传送速率、非对称数据传送或任一其它原因而使业务量降低，则功率控制命令的频率也降低。基站和个人台可以降低它们发送命令的频率。改变功率控制命令频率的一种替代方案是改变功率控制比特的能量。因此，如果需要标准的误码率，则必须延长功率控制比特的持续时长。如果系统是频分和/或时分系统，并且采用若干比特的频率控制命令，则除了改变频率之外(或者作为一种替换方案)，命令字的长度可以缩短。在业务连接期间，功率控制算法可以多次改变。

Description

非连续传输中的功率控制方法
技术领域
本发明涉及一种在无线通信期间控制基站和个人台之间的发送功率的系统。本发明尤其涉及一种用于蜂窝网络的方法，通过该方法将功率控制命令发送给个人台，以及从个人台发送功率控制命令给基站。
背景技术
所有的蜂房系统都必须至少能够控制个人台的发送功率，从而不论个人台和基站之间的距离远近，其传输到达基站时都具有足够的信噪比。下面以CDMA系统(码分多址)为例解释功率传输。图1示出了CDMA前向业务信道。这包括下述码信道(code canal)：导频信道、一个同步信道、1到7个寻呼信道以及不多于61个业务信道。当同步信道之外仅有一个寻呼信道时，业务信道达到最大数量。每一个码信道正交散列，因而通过与随机噪声序列的90°相差耦合进行扩展。基站通过频分复用可以使用若干前向业务CDMA信道。图1所示结构在联合技术委员会(JTC)1994年9月23日的CDMA PCS标准提案中出现。该提案又被称作IS-95。尽管本发明适用于任何类型的系统，下面的描述参照按照该标准的CDMA系统进行。
未解调的扩频信号在导频信道上持续发送，PS(personal station)(个人台)适用该信号进行同步。
同步信道上发送一种编码、交织并且扩频的已调扩频信号。个人台利用该信号实现初步时间同步。信道比特速率是1200bps，帧长是26666ms。没有子信道转发，功率控制命令必须包含在同步信道中。
寻呼信道上发送一种编码、交织并且扩频的已调扩频信号。数据速率是9600或4800bps，帧长是20ms。基站使用寻呼信道发送额外的信息和与特定个人台相关的信息。一个CDMA前向业务信道中这些信道的数量可以有所变化，但是最大数量是7个信道。
业务信道用于向PS(个人台)发送用户和信令信息。一个CDMA业务信道同时支持的前向业务信道的最大数量是63减工作在同一个CDMA业务信道上的呼叫和同步信道数量。
在前向业务信道和反向业务信道上帧结构本身是相同的。信息以帧的形式发送，其长度为20ms。基站和个人台可以以变化的数据速率发送信息。如果使用速率集1，则数据传送速率是9600、4800、2400和1200bps，不同速率对应的帧比特数分别是192、96、48和24比特。如果使用速率集2，则数据传送速率是14400、7200、3600和1800bps，对应的帧比特数是288、144、72和36比特。帧比特由信息比特、帧质量指示比特和编码器尾比特(encoder tail bit)组成。重要的是在两个方向上不同传送速率的业务帧的结构是不同的，所以在识别帧结构时，还需要知道传送速率。
这种以较低数据速率传送的已调码元也以较低的能量发送，但是尽管帧与帧之间的数据速率不同，码元调制速率却是恒定的。如果每个码元输入Es能量，每个信息比特输入Eb能量，则按照标准采用下面的表1：
    数据速率     每个已调码元的能量
    9600     Es＝Eb/2
    4800     Es＝Eb/4
    2400     Es＝Eb/8
    1200     Es＝Eb/16
    14400     Es＝Eb/4
    7200     Es＝Eb/8
    3600     Es＝Eb/16
    1800     Es＝Eb/32
              表1
每个前向业务信道包含一个功率控制子信道，用于在通信期间发送这种功率控制命令给个人台，个人台根据该命令改变其发送功率。功率控制信道在前述提案的3.1.3.1.8中描述。
从接收到个人台信号开始，基站一直以1.25ms的间隔计算信号功率，该时间对应于16个已调码元。通过信号功率的判断，基站命令个人台增减发送功率。因此，形成了一个大的功率控制循环，包括个人台、基站和两者间的双向无线信道。基站还可以控制它自身的发送功率，使之与它从个人台接收的功率测量报告保持一致。这样做还因为个人台不断统计帧差错，并定期或在超过特定阈值时发送功率测量报告。
功率控制子信道的形成方式如下：在正常的业务信道比特中间不断发送功率控制比特。功率控制比特以1.25ms的间隔周期重复。从而功率控制信道的比特速率是800bps。比特0意味着个人台必须增加发送功率，相应地，比特1意味着需要降低发送功率。这些比特在帧中的位置使得从完整的业务帧(根据已调码元生成的进行卷积编码并交织的帧)中以固定间隔删去两个连续的已调码元，将其替换成功率控制比特。这样，一个功率控制比特的时间宽度是104.166ms。该过程在本领域中众所周知，称作码元提取(symbol puncturing)。提取图示出了从帧中删去哪些码元并替换成功率控制比特。功率控制比特以能量Eb发送。
接收到功率控制比特之后，个人台在该比特所指示的方向上增减其发送功率。如果功率控制比特在1.25ms时隙(它是从个人台在其上发送的时隙算起的第二时隙)中接收，则认为它是真实的。功率值的改变是一小步，标准确定一个比特改变功率值1dB。因此，功率值的较大改变需要发送若干功率控制比特。
如同FDD/TDMA系统一样，DTX(非连续传送)也应用于CDMA系统。从广义角度来讲，DTX还包括一种不对称的情况，其中信息仅在一个方向上传送，而相反方向上传送确认。Internet连接是这种情况的一个类子。即使接收方仅偶然地发送信息，功率控制命令也以通常的频率发送给该接收方。
可以通过不同方式转移到DTX状态。首先，当个人台发现它所需要的数据传送速率正在降低，它首先将在下一无线帧中使用的数据速率信息发送给基站，然后从下一帧开始采用它声明的速率。其次，个人台可以在连接期间立即改变传送速率。基站根据帧结构得知传送速率，因为如上所述，一旦识别了帧结构，则也会得知所用的传送速率，因为帧结构随着不同的传送速率变化。
在现有CDMA系统以及其它已知的CDMA系统中存在着一个问题，即一个或多个比特的功率控制命令总是以相同的标准频率和能量发送。功率控制非常快，使得发送功率尽可能快地适应无线路径的变化。此外，功率控制命令在前向和反向上同时以相同频率发送，从而功率控制不受所用的传送速率、数据传输的不对称性或者任一方处于DTX状态的影响。结果是在DTX状态中，如果采用一种降低的数据传送速率，功率控制将采用一种不成比例的较大的无线链路容量份额。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提出一种功率控制方法，它适应于数据传送情况，在DTX状态下采用降低的数据传送速率时，释放无线链路容量以作它用。
本发明提供一种在系统的数字无线链路上采用的控制发送功率的方法，该系统中基站和个人台是无线连接的两方，它们在操作期间任一方可以发送改变另一方发送功率的功率控制命令，其特征在于，当第一方的发送速率变化时，它将新速率通知给第二方，第二方响应于该消息改变向第一方发送的功率控制命令，使之与新速率一致，第一方改变其自身的功率控制命令的接收，使之与新速率一致。
按照提出的方法，功率控制信道上发送的功率控制命令的频率根据业务量改变。如果业务量至少在一个方向上因为DTX状态、较低的传送速率、非对称数据传送或者任一其它原因而减少，功率控制命令的频率也降低。基站和个人台都可以降低它们发送命令的频率。也可以使得向较少需要发送数据或者根本没有发送的一方发送的命令非常少，而同一方本身或者以正常的频率(如果它以较高速率接收信息)，或者以降低的频率(如果接收速率(其它方的发送速率)降低)发送功率控制命令。
改变功率控制命令频率的一种可选方案是，改变功率控制比特的能量。如果需要接收功率控制比特的误码率保持恒定，功率控制比特的持续时长必须得到延长，因为接收机必须在较长的时间段上搜集能量，以能够可靠地表示该比特。如果在接收中允许误码率的增加，功率控制比特的持续时长可以保持恒定，尽管它的能量减少。后一种情况的一个优点是，接收机不需要作任何改变。
如果系统是时分的，并且使用若干比特的频率控制命令，除了改变频率之外(或者作为一种替代方案)，命令字的长度可以缩短。
因为降低的功率控制不会象功率控制那样快速地适应变化的环境，所以可能会引起所控制的发射机发送功率的差错。为此，需要增加功率控制步进量，使之大于快速功率控制步进量来补偿较慢的功率控制所引起的差错。
附图说明
下面结合附图详细描述本发明，其中
图1示出了CDMA系统中的无线信道；
图2说明了已知的功率控制；
图3示出了DTX状态中反向信道链路的功率控制；
图4示出了DTX状态中前向信道链路的功率控制；
图5示出了非对称传送中的功率控制；
图6a-6b示出了发送能量作为时间函数的不同情况；
图7是一种可能的实施例的框图；以及
图8是该实施例的框图。
具体实施方式
图2示出了CDMA系统中个人台PS和基站BTS之间的业务连接。至于功率控制命令，这里的数据传送是按照已知的技术进行的，所以在前向信道中，基站以标准频率在信息比特流中发送功率控制命令。为简明起见，此处通过大箭头示出信息，而通过小箭头示出功率控制命令。相应地，在反向信道中，个人台PS以标准频率在信息比特流中发送功率控制命令。如前所述，在已知系统中，功率控制命令在反向信道和前向信道上都以标准频率发送，而与信息传送速率以及是否发送信息无关。但是在提出的方法中，减少了发往较少需要发送或者根本不发送的一方的那些功率控制命令的频率。
图3示出了基站BTS发送信息给个人台，但是个人台不向基站发送信息的一种情况。因此，反向信道处于DTX状态。它的信息速率较低，信道发送功率需求较低，类似地，它的接收功率较低。如果个人台处于Internet连接(主要的信息流从网络流向个人台)，则这种情况非常普遍。因为个人台仅偶然地发送上层确认等，所以仅有少量信息在反向信道上发送，因而不需要个人台发送功率的快速控制。为此，按照本发明减少发送给个人台的功率控制命令的频率。这在该图中通过每隔一个功率控制命令略去一个功率控制命令来说明，因此虚线形成的小箭头示出了已被略去的命令。另一方面，反向信道上必须例如以系统正常频率频繁发送功率控制命令，因为个人台必须控制发送许多信息的基站的发送。
图4示出了个人台向基站BTS发送信息，但是基站不向个人台发送信息的一种情况。因此，前向信道处于DTX状态。如果个人台向网络发送传真或者文件，则这种情况非常普遍。按照本发明，现在减少在反向信道上向基站发送的功率控制命令。这在该图中通过每隔一个功率控制命令略去一个功率控制命令来说明，其中通过虚线形成的小箭头示出了已被略去的命令。另一方面，前向信道上例如以系统正常频率频繁发送功率控制命令，因为基站必须控制发送许多信息的个人台的发送。
以上说明了反向信道或者前向信道处于DTX状态的各种情况。该方法也可以用于非对称数据传送的情况，使得两个方向上都有传送，但是一个方向上的速率高于另一个方向。因此，该链路上的功率控制命令的发送频率高于发送较少信息的链路。这种类型的一种情况在图5中说明。该图中反向信道上发送的信息少于前向信道，所以功率控制命令在反向信道上发送的频率高于前向信道。
该方法也适于通信期间传送速率在一个方向或者两个方向上变化的数据传送。因此，一个方向上发送的功率控制命令的发送频率可以根据相反方向上数据传送速率变化进行成比例控制。
以上描述的情况中通过降低功率控制命令的发送频率来释放无线信道资源。同样的结果还可以以其它方式实现。
一种可选方案是缩短命令字由若干比特组成的系统中命令字的长度。这种系统是时分和/或频分系统。
另一种可选方案是控制单个功率控制比特的能量。如果例如在一个方向上变化到DTX状态，则降低相反方向上发送的功率控制比特的能量。如果接收功率控制比特误码率需要保持恒定，则必须延长功率控制比特的持续时长，因为接收机必须在较长时间段上搜集能量，以能够可靠表示该比特。通过在若干部件中发送比特来延长比特的持续时长。这种方案在按照联合技术委员会(JTC)的CDMA PCS标准提案的系统中尤其有利，因为不需要对接收机进行修改，而是将必需的改动限制在功率控制算法。如果接收中允许误码率增加，那么尽管能量减少，功率控制比特的持续时长还是可以保持恒定。这种情况具有接收机不需要进行修改的优点。
图6a-6c说明了提出的方法的实现方式。这些图说明了发送能量是时间的函数。图6a示出了现有技术方法，其中在信息流中以标准频率发送功率控制命令，其发送能量Eb与发送信息码元的能量相同。
图6b示出了按照本发明的方法的实施例，其中降低了功率控制命令的发送频率，但是其发送能量Eb与信息相同。
图6c示出了一种实施例，其中功率控制比特的能量降低到了低于信息码元的发送能量Eb。因此，通过在两个部件中发送该比特，例如比特a来延长功率控制比特的持续时长，这样，在较长的时间段上接收一个功率控制比特，从而接收机能够可靠地表示该功率控制比特。
图7示出了个人台PS和基站BTS中某些可能事件的框图。假定PS和BTS首先通过正常，即快速功率控制进行通信。如果个人台PS注意到它所需要的数据传送速率在下降，步骤711，那么它将它需要的较低数据传送速率的信息置入业务帧，通过空中接口将该帧发送给基站，步骤712、该信息可能例如仅涉及个人台的发送(即反向信道)、个人台的接收(即前向信道)或者涉及两个方向的信息。因此，该信息可能说明现在反向信道上不发送信息，从而在该信道上个人台处于DTX状态。
基站将新传送速率的信息从它接收的帧中分离出来，步骤713，并根据改变的传送速率改变其功率控制处理，步骤714。在反向信道处于DTX状态的情况下，它很少以降低的能量发送功率控制命令，或者它缩短命令字的长度。在此之前，个人台调整其自身的功率控制，使之适应改变后数据传送速率，从而它能够从它接收的帧中正确析取功率控制命令。同样，它能够以按照本发明的方式向基站发送功率控制命令，使之符合基站的发送速率。
数据传送速率可以一直保持相同，直至通信结束或者需要再次改变速率，步骤716。后一种情况意味着返回步骤711，从该步骤开始如前所述进行处理。因此，可以再次使用正常的数据传送速率，或者任一其它降低的速率，或者断开。虚线示出了PS和BTS之间在断开时需要的信令。
图8示出了与图7相同的主要属性，但是适应了按照标准提案IS-95的系统。不同点在于，因为按照该标准，业务帧的结构随不同的传送速率变化，个人台不需要单独说明改变后的传送速率。它立即使用按照新传送速率的帧结构，步骤812。基站从接收的帧结构中识别出新传送速率，步骤813，改变其功率控制以与本发明一致，步骤714。个人台还改变其自身的功率控制，步骤714，所以操作可以采用按照本发明的方法继续。在通信期间，功率控制可以再次改变，或者可以使用该改变后的功率控制，直至断开，如同结合图7所描述的那样。
图7和8中提出了个人台发起改变，但是基站也可以是发起者，它可以将新速率通知给个人台，从而双方都按照新情况改变其功率控制算法。还可以是个人台和网络在操作之前进行协商，或者它们在操作期间就速率达成一致，并约定它们相应设置其功率控制算法。
如果按照提出的方法计算功率控制命令的频率或能量，与以较高频率发送功率控制命令的情况相比，链路需求Eb/N0(接收信号能量/噪声能量)将增加。这是因为较慢的功率控制无法跟踪所有的信号变化。但是，Eb/N0需求的增加非常小，所以可以衡量系统，尽管存在Eb/N0需求的所述增加，但是仍可以实现总的收益。还应当注意，因为DTX连接所需的接收功率远小于活跃用户的接收功率，较慢功率控制引起的较少差错并不重要。此外，通过增加功率控制命令所引起的发射机功率的步进改变，可以补偿这些差错。
在权利要求书所定义的范围内，提出的方法可以通过许多方式具体实现。例如，可以仅有基站改变功率控制频率或者它发送的功率控制比特能量，而个人台总是以相同方式工作。本发明可以容易地在IS-95系统中实现。某些个人台可以配备按照本发明的特性，而那些具有按照规范的快速功率控制的个人台以正常方式工作，尽管功率控制命令以降低的频率到达。个人台仅需注意到，例如功率控制命令每隔一个就有一个并没有到达。
在某些情况下，功率控制频率或者功率控制比特的能量可以反比于相反传送方向上负荷变化。例如，如果在某一时刻，大多数操作在前向信道(即从基站到个人台)上发生，而反向信道上仅有少量业务量，则反向信道上的功率控制频率可以保持较低。这种情况是，例如如果5个个人台同时从网络接收信息，而仅有一个在网络方向上发送。

Claims (11)

1.在系统的数字无线链路上采用的控制发送功率的方法，该系统中基站和个人台是无线连接的两方，它们在操作期间任一方可以发送改变另一方发送功率的功率控制命令，其特征在于，
当第一方的发送速率变化时，它将新速率通知给第二方，
第二方响应于该消息改变向第一方发送的功率控制命令，使之与新速率一致，
第一方改变其自身的功率控制命令的接收，使之与新速率一致。
2.根据权利要求1中的方法，其特征在于，当第二方传送速率变化时：
第一方改变发送给第二方的功率控制命令，
第二方改变其自身的功率控制命令的接收。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，功率控制命令由多条功率控制命令组成，如果第一方的发送速率减慢，则第二方降低向第一方发送功率控制命令的频率，相应地，如果发送速率加快，则第二方增加功率控制命令的频率。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，功率控制命令由多条若干比特的功率控制命令组成，如果第一方的发送速率减慢，则第二方缩短功率控制命令的长度，相应地，如果发送速率加快，则第二方增加功率控制命令的长度。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，功率控制命令由多条功率控制命令组成，如果第一方的发送速率减慢，则第二方降低向第一方发送功率控制命令的能量，相应地，如果第一方的发送速率加快，则第二方增加功率控制命令的能量。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，第一方发送速率的变化在为此保留的发送帧的一个域中声明。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，在每个传送速率都有单独发送帧的情况下，通过改变发送帧结构，使之直接与新传送速率一致来声明第一方的发送速率的改变。
8.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，功率控制命令具有一个快速状态和一个慢速状态，其中慢速状态用于被控方的发：送处于DTX状态时。
9.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，功率控制命令有几个状态，从而当一方的传送速率改变时，相对方将发送位于这些状态之一的功率控制命令。
10.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，当功率控制命令变化时，发射机功率控制步进量也发生变化。
11.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，一个方向上的功率控制命令的变化反比于相反传送方向上的负荷。
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