CN1118958C - 一种远程通信系统中的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在码分多址(CDMA)通信系统的基站中用于下行功率控制的一种方法。通过对具有数据通信连接的那些用户单独地调节下行信道中被适当地选择的子集所分配的位速率，将总的所分配的来自基站的下行功率调节到最大的下行功率水平。通过应用对于下行信道适当的选择准则，例如，瞬时所分配的位速率，所报告的路径损失，或用户预订的类型，检出所述的子集。

Description

一种远程通信系统中的方法

发明领域

本发明一般涉及远程通信系统中的方法，更具体而言，涉及在码分多址(CDMA)通信系统的基站中用于下行功率控制的方法。

发明背景

在码分多址(CDMA)通信系统中，多个基站每个覆盖一定的地理区域并对在这些区域内的用户提供通信服务。CDMA系统的特征在于通过分配专门的和唯一的码序列到基站与用户设备之间的上行和下行信道来共享公共的传输媒体。这些码序列被发射机用于将信号变换成宽带的扩频信号。在接收机单元，基站或用户设备中，来自特定发射机的所述的宽带信号通过利用与该发射机相同的码序列被重新变换为原先的带宽，而用不同的码标记的信号仍然是宽带信号，因而，被接收机解释为背景噪声的部分。

对于在CDMA中所用的多址技术特有的一个方面涉及到这样的事实，即所有的用户有潜在的可能在相同的时间和利用相同的带宽发送宽带信号。因此，在基于CDMA的系统中的一个限制因素是在通信信道中不断减小的信号-噪声比，这是由于其他的发射机产生的不断增长的干扰电平引起的。每个小区的所述的信号干扰电平是由在所述的小区内的发射机以及在邻近小区中的发射机引起的。由此很清楚，为了达到最大的系统容量和高的服务质量，无论对于上行信号还是下行信号的功率控制都是决定性的。这意味着对于上行信号，用户设备的发送功率必须被控制，例如，为了避免靠近他们的服务基站的用户对在较长距离上的用户占优势，和为了使最佳数目的用户能够在可接受的干扰水平的限度内就得如此去做。对于下行信号，即，为了使对其他小区的干扰为最小，和，相应地，补偿来自其它小区的干扰，功率控制是需要的。通过这种措施，基站能够最优地对在小区内任何位置上的用户服务，并且对邻近小区的干扰水平没有太强的贡献。对于下行功率控制的另一个重要方面涉及到这样的事实，即，增长的功率值导致扩展信号谱。因此，为了避免将总的下行信号谱扩展到所允许的，对于CDMA-基的通信系统的下行信号所保留的频率范围之外，对于一个基站所分配的总的下行功率必须被限制到最大功率水平。

因为这样一来，一个基站的下行发送功率是一种有限的资源，需要分配适当的功率水平到各个下行信道的方法，使得总的所分配的功率仍然低于所述的最大功率水平。对于所述的下行功率控制的一种解决方案涉及将最大的下行功率固定的分配给每个用户，使得所分配的功率水平的总和仍然低于最大阈值。这样做使所述的最大功率水平被超过的风险为最小，但由于缺乏灵活性，导致很差的系统容量。

发明概述

本发明的第一目的是实现一种用于管理基站的下行功率资源的有效率的方法。

本发明的另一个目的是实现一种在下行功率有限系统中，用于将功率分配到具有已建立数据连接的那些用户的每一个下行信道，使得对于基站所分配的下行功率的水平，作为一个整体，仍然低于所允许的最大下行功率水平。

本发明的另一个目的是实现一种用于分配所述的下行功率并对于每个所述的下行用户数据信道单独地调节到可用的下行功率水平的方法。

仍是本发明的再一个目的是实现一种能够限制总的所分配的下行功率而不恶化下行用户数据信道发送质量的方法。

简而言之，通过根据无线电环境参数和该下行用户数据信道的瞬时应用的位速率，周期性地执行对总的所分配的下行功率的评估的一种方法来实现本发明的这些和其他的目的。如果所述的分配功率超过了由所允许的最大下行功率给出的阈值，则将用户数据信道的位速率调节到适当选择的用户。

本发明是根据这样的理解发现的，即，对于一个基站的每个下行用户数据信道的发送功率取决于所发送的信号能量和发送位速率。因此，通过调节所述的信号能量，或者，最好是，对于某个信道或信道组的所述的发送位速率，可以控制所分配的下行发送功率。

作为第一优点，本发明使一个基站能够管理所分配的下行功率，使之不超过所允许的最大下行发送功率。

本发明的另一个优点是依据，例如单独的用户需求或网络条件可调节所述的分配下行功率，而不恶化信道质量。

本发明的又一个优点是通过减少中断的呼叫率来改进用户的服务覆盖。对于用户数据信道所分配的下行功率可以这样的方式调节，使得接收良好服务质量的用户数目可被显著地增加。

因此，本发明的再一个优点，涉及到最佳化信息吞吐量和/或系统容量。

从以下结合附图和权利要求的本发明详述，将使本发明的其他目的，优点和新的特征变得更明显。

附图简述

为了更好地理解，参考以下的附图和本发明的最佳实施方案。

图1示出一个CDMA-基通信系统，更具体而言，一个包括由一个基站服务的多个用户设备的小区的概貌。

图2示出依据本发明的方法的一种实施方案。通过调节被分配给各个下行用户数据信道的位速率，调节所分配的下行功率。

图3示出依据本发明的方法的流程图。

详细描述

图1示出一种基于CDMA的无线电通信系统的概貌，将该系统分成多个小区11，每个小区装备有一个基站12，用于提供通信服务，例如，语音或数据连接，到达和来自基站12覆盖区内的用户设备13a-13d。本发明涉及从基站12到那些所述的已经建立数据连接的用户设备13a-13d的下行信道14a-14d。尤其涉及到控制和有效率地分配对于所述的数据连接所应用的所述的下行信道的功率。

对于基站12，为了对它的小区11内给定数量的用户设备13a-13d服务，必须分配的下行功率Pout可表达为： $P_{\mathrm{out}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{i,\mathrm{speech}}+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{i,\mathrm{data}}<P_{\max }.$

在此，将总的所分配的下行功率Pout解释为分配给数量N个下行语音信道和数量M个下行用户数据信道的发送功率Pi之和。对于两种类型下行信道所分配的下行功率Pout必须不超过所允许的最大下行功率水平Pmax，如上所述，这个最大值是由不希望谱扩展限制的。然而，Pmax也可被定义为目标功率水平，低于取决于实际系统负载的所述的临界值，通过这种措施，总的所允许的下行功率可在足够高的系统容量的情况下被使用，而在较少通信业务量时可降低所述的目标值。

因为语音连接必须满足某些最低限度的要求，因而，事先分配所允许的下行功率Pmax中一定数量的Pspeech，所述的所允许的下行功率的最大可用的份额对于下行用户数据信道来说，仍然随下行语音信道的数目N改变。相应地，对于每个用户数据信道的下行功率总和必须被调节，以便仍然低于下行功率的所述的最大可用份额。在本发明的范围内，每个下行用户数据信道所分配的功率Pi，data被通过每位所发送的信号能量Eb，i和发送位速率Ri表达，也就是， $\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{i,\mathrm{data}}=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{E}_{b,i}\&CenterDot;R_i.$

本发明的第一方面涉及到这样的事实，即，基站12的总的所分配的下行功率Pout可被调节，使得所述的所允许的最大下行功率Pmax最好通过对于每个下行用户数据信道单独地调节功率水平Pi，data，而不是对这些信道确定静态的最大下行功率水平。这意味着每个所述的下行用户数据信道被依据它对于所分配的功率数量的特定要求进行调节，所述的要求主要取决于来自各个用户13a-13d的需求和对于所述的信道无线电环境给定的条件，其他的要求可以涉及到网络总的利用程度，例如，关于系统容量或信息吞吐量。

各个用户对数据连接的影响通常涉及到预订的类型，例如，可安排的或被保证的服务质量，更具体地涉及实际所需的服务，例如，关于所需的带宽或用户活动性。关于无线电传播条件必须被考虑的环境参数是，例如，一般的地形特性和不同种类的障碍物，如影响无线电信道的树15或建筑物16。由于某些用户13b不断增长的移动性，所述的环境参数可能快速地变化，必须相应地快速调节。其他的影响是由于来自小区内其它用户的环境噪声或发送引起的总的干扰水平造成的。另外，特别在小区的边界上，当来自服务基站的下行信道质量可能降低时，用户设备13d可能也受到来自，例如，邻近小区中的基站17a，17b或用户18的信号干扰的影响。因此，籍助于依据本发明的方法所述的第一方面，将可被用于数据通信业务的下行功率的最大可用份额，在所允许的下行功率Pmax的限度内单独奉献给下行用户数据信道是可能的，同时如上所述，仍然能够以灵活的方式满足变化的要求。

本发明的第二方面涉及到这样的事实，即，每个下行用户数据信道所述的所分配的功率原则上可利用两种不同的可选方案进行调节：一种方案是通过改变一个或多个所述的下行信道所发送的信号位能量Eb，i调节功率水平。然而，因为降低功率值导致由于降低信号对干扰比Eb/Io引起的无线电信道较低的质量，这种方案可能导致降低信息吞吐量，这是由于可能增加帧差错数目和包重发所致。另外，由于某些用户设备接收到的信号功率水平不够，呼叫中断率可能增加，尤其在小区边界上。依据本发明被优先采用的另一种可选方案是，调节对于一个或多个所述的下行用户数据信道的发送位速率Ri，同时信号功率被保持在足够高的电平，以保持给定的目标信号对干扰比Eb/Io。对于不断降低的位速率，这种可选方案也导致降低信息吞吐量；然而，因为发送位速率可依据各个用户的实际需要调节，同时发送差错率仍然未被改变，因而这种解决方案是比较方便的并且产生，例如，较少额外的信号。

图2在第一简图中将一个基站总的所分配下行功率Pout表示为时间的函数。所述的所分配的下行功率是由分配给所有的语音连接的下行功率，Pspeech，和分配给所有的数据连接的下行功率，Pdata的份额组成。依据本发明的第一方面，依据本发明的方法指望通过单独调节在可用于数据通信业务的最大可用功率范围内下行用户数据信道的功率水平来控制总的所分配的下行功率Pout。这是藉助于对于所述的数据信道位速率的一种初始设置估计所分配的下行功率Pout和控制在某个时刻Ti的所述的功率完成的。如果必要的话，依据本发明的第二方面的一种迭代过程调节所述的位速率。如果所述的总的所分配的下行功率Pout超过所允许的最大下行功率水平Pmax一定的数量211，如时间间隔[t_i，t_i+1]内所示，所述的对于下行用户数据信道的调节意味着对阈值水平Pmax的一种限制。相应地，只要所分配的下行功率仍然低于所述的所允许的下行功率水平Pmax一定的数量221，如时间间隔[t_j，t_j+1]内所示。除了下行用户数据信道外，可以分配其余的功率。因此，本发明的又一方面涉及到用于选择要调节的适当的下行用户数据信道的途径，以便实现最大可用下行功率资源的最佳分配。如上所述，选择准则涉及到用户需求，无线电环境条件，和网络的维护。在简图212和222中所示的例子中，所应用的选择准则是被分配给下行用户数据信道[1，M]的位速率(BR)。如果Pout大于Pmax，简图212表明对于超过所述的最大值的那些下行用户数据信道，所分配的位速率被降低到最大位速率(BRmax)，如果Pout小于Pmax，简图222表明对于低于所述的最大值的那些下行用户数据信道，所分配的位速率被增加到最大位速率(BRmax)。以下将描述其他适合的选择准则，对于在一个小区内各个下行用户数信道位速率的选择是在一定的时刻上执行的，例如每隔10ms，最好利用比用于上行和下行信道的系统功率控制的报告间隔长的周期。

图3示出表示依据本发明的方法的各个步骤的流程图。最初，方框31，在开始依据本发明的方法以前，需要对每个下行用户数据信道计算某些无线电环境参数，以便能够执行对所述的信道的位速率选择，为了保持瞬时传输质量。必须对每个下行用户数据信道确定路径损失和信号对干扰比。路径损失相应于由用户设备到它的服务基站的距离引起的信号衰减。这个值是由下行信道的用户设备所报告的下行信号强度算得的。信号对干扰比(Eb/Io目标)是在下行外部环路功率控制中进行计算，或者位于网络中或者位于用户设备中，所述的下行功率控制将下行信道的信号位能量调节到足够高的目标值，对用于由用户设备指明的上行信道的比例值作出响应。这些值被系统在比用于位速率选择的决策时间周期短得多的时间周期内更新。因此，可以假定所述的方法一直应用实际有效的值。影响无线电信道的其他参数是，例如，外部噪声，可以被假定为具有恒定谱密度N的高斯噪声，和相关因数，描述由于所应用的下行扩谱码的不完善正交性引起的在不同信道之间的相关。这些值对于依据本发明的方法可以被认为是常数。

在往下的步骤，方框32中，初始位速率被分配给每个下行用户数据信道。对于有某些数据要发送的那些信道，这是，例如，最高可能的位速率。没有数据要发送的信道选择保持下行功率控制运行足够的最低可能的位速率。因此，在一个相继的时间周期内从一个基站到所有下行用户数据信道的输出通信业务量可被通过循环检查对于每个所述的下行信道的输出发送缓存器进行估计。

然后，方框33，从这些初始设置，估计对于所分配的下行功率的初步值。

方框34，由于所分配的下行功率Pout的所述的值与所允许的最大下行功率水平Pmax作比较。只要所分配的功率小于所述的所允许的功率水平，系统目前并不是下行功率受限制的。

然而，如果所述的对于功率需求的估计值高于所允许的下行功率，系统需要将对于一个或多个下行用户数据信道的位速率调节到较低的位速率。这是通过选择下行用户数据信道的子集，方框351，和重新选择这些信道的位速率，方框352的步骤，在一种迭代过程中实现的。从这些重选的位速率，对于总的所分配的下行功率Pout，估计一个被调节的值，方框353，并且只要Pout超过所允许的最大下行功率Pmax，所述的迭代过程被重复。所述的选择可依据某些选择准则进行，并被描述在以下可被单独或组合使用的途径中。

相应地，当所分配的下行功率Pout仍然低于由所允许的最大下行功率Pmax所给出的阈值时，依据本发明的方法也可被应用。然后，其余的下行功率可被使用以便改进吞吐量，也就是通过对于所有的或下行用户数据信道的某个子集增加位速率改进服务质量。这是藉助于上述的迭代重选过程完成的，包括选择下行用户数据信道的子集，方框361，和将所述的子集的位速率重新选择为较高位速率，方框362的步骤。从所重选的位速率，对于总的所分配的下行功率Pout估计一个被调节的值，方框363，只要Pout未超过下行功率目标值，所述的迭代过程被重复，方框364。

在第一途径中，相对于每个信道所分配的下行位速率，每个下行用户数据信道被等同地处理。因此，在所分配的下行功率超过由所允许的最大下行功率所给定的阈值值，所述的所分配的下行功率被通过修改一个适合的下行用户数据信道的子集，或另一方案，所有下行用户数据信道的传输特性进行调节。所述的适合的子集可通过随机选择许多下行用户数据信道被重新得到。在另一种可选方案中，一个子集是通过循环选择代表要在下行用户数据信道上发送的数据的下行发送缓存器中起始位置的指数值的子集重新得到的。利用这种措施，在一定的时间周期内，每个所述的下行用户数据信道具有一个瞬时降低的位速率。从基站的观点看来，这种途径是容易实现和维护的；然而，没有理会这样的事实，即，对于在小区中各种位置上的用户的下行信道在关于它们的下行功率需要方面有不同的前提。因此，在所分配的下行功率水平低于所允许的最大下行功率水平的情况下第一途径是对于每个有效的下行用户数据信道等同地增加位速率。然而，这意味着对于每个单独的用户只有很少的增加。

因此，选择下行用户数据信道一个子集的另一种途径涉及到将所述的下行信道的物理性质作为选择准则，例如，关于所报告的路径损失，对于所述的下行信道所需的功率水平，或者瞬时被分配的位速率，在必须降低所分配的下行功率的情况下，这意味着具有不可接受的高路径损失的信道，例如在小区边界上，被用较低的优先权处理，因为这相当少数量的用户消耗相当大部分的可用下行功率，对许多其他的用户不利。另一种可选方案是，首先选取具有最高所分配的位速率的那些信道，然后可以考虑路径损失和/或所需的功率水平。这样，从系统观点看来，这种途径想要使基站能够提供在，例如，位速率和路径损失方面良好的下行信道质量的那些下行用户数据信道数量为最佳而不是仅仅使受支持的用户数目最大。然而，对于消耗太多总的下行功率的那些用户，依据本发明的方法可以指明另一种可选方案处理的必要性。当考虑，例如，在一个重负载的小区的小区边界上的用户时，所述的方法可以着手转交到具有较少通信业务量的邻近小区。因此，如果位速率被朝较高位速率的方向重新选择，最好选择已经具有良好信道质量的那些下行信道，以便显著地增加对这些用户的服务质量。

又一种途径可以涉及到用户的预订类型，例如，一种主要的预订类型，保证在任何条件下至少一定的最低限度的位速率或者一种低预算的类型，在接入点或位速率方面没有任何保证。附加的用户有关的选择准则是，例如，包到达时间或包等待时间，以便能够以较好的方式观察各个用户的需要。这意味着各个下行用户数据信道发送缓存器的状态被用作选择准则。因此，瞬时地请求大量数据的用户可被分配较高的位速率，以便尽可能好地满足他们的瞬时需要，和避免基站的输出发送缓存器溢出。因而，藉助于这些选择准则避免某些用户在较长的时间周期内未被理会。

Claims (14)

1.一种在远程通信系统中的方法，该系统包括多个基站，每个基站通过所分配的下行信道对所选数量的用户设备提供通信服务，其中数据通信服务被通过具有所分配的初始位速率的下行用户数据信道提供给一部分所述的用户设备，该方法的特征在于：

在每个基站中，有规则的时间间隔上执行以下步骤：

从一个基站的所有下行信道估计总的分配下行功率，

如果所述的总的分配下行功率与一个基站的所允许的最大下行功率水平不同，对瞬时有效的用户选择所有的或一个子集的下行用户数据信道，

通过对于所述的选择下行用户数据信道调节位速率，将总的分配的下行功率调节到所允许的最大下行功率水平。

2.依据权利要求1的方法，

其特征在于：

如果所述的总的分配的下行功率超过一个基站所允许的最大下行功率水平，选择所有的或一个子集的下行用户数据信道，

通过分配较低的位速率调节所选的下行用户数据信道。

3.依据权利要求2的方法，

其特征在于：

通过从具有超过阈值的分配位速率的下行用户数据信道中选择适当的数量，来选择一个子集的下行用户数据信道。

4.依据权利要求2的方法，

其特征在于：

通过从具有超过阈值的路径损失的下行用户数据信道中选择适当的数量，来选择一个子集的下行用户数据信道。

5.依据权利要求2的方法，

其特征在于：

通过从没有主要速率预订类型的那些用户的下行用户数据信道中选择适当的数量，来选择一个子集的下行用户数据信道。

6.依据权利要求1的方法，

其特征在于：

如果所述的总的分配的下行功率低于一个基站的所允许的最大下行功率水平，选择所有的或一个子集的下行用户数据信道，

通过分配较高的位速率来调节所选的下行用户数据信道。

7.依据权利要求6的方法，

其特征在于：

通过从具有低于阈值的分配位速率的下行用户数据信道中选择适当的数量来选择一个子集的下行用户数据信道。

8.依据权利要求6的方法，

其特征在于：

通过从具有低于阈值的路径损失的下行用户数据信道中选择适当的数量，来选择一个子集的下行用户数据信道。

9.依据权利要求6的方法，

其特征在于：

首先通过从具有主要速率预定类型的那些用户的下行用户数据信道中选择适当的数量，来选择一个子集的下行用户数据信道。

10.依据权利要求2或6的方法，

其特征在于：

通过从指明对于所述的下行用户数据信道的下行发送缓存器的起始位置的规定值中，循环地选择适当的范围，来选择一个子集的下行用户数据信道。

11.依据权利要求2或6的方法，

其特征在于：

通过随机地选择适当数量的下行用户数据信道，来选择一个子集的下行用户数据信道。

12.依据权利要求2或3的方法，

其特征在于：

通过接连地应用一种以上的选择标准从下行用户数据信道中接连地实施适当数量的选择，来选择一个子集的下行用户数据信道。

13.依据权利要求2或3的方法，

其特征在于：

在显著长于从用户设备报告无线电信道参数的间隔的规律的时间间隔上实施所述的方法。

14.依据权利要求4的方法，

其特征在于：

对于具有最高路径损失的用户设备，着手转交到邻近的小区。