CN1130928C - 码分多址系统中优化前向功率控制的方法和系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种PCS CDMA系统中的优化前向功率控制方法以及一种测试前向功率控制的系统。该方法包括：确定与前向功率控制有关的参数的多组值；对于每个组：根据所述组设定CDMA系统的基站管理器中的参数值；在移动台和基站之间建立测试呼叫；按照预定格式衰减前向链路上的信号；收集有关前向功率控制性能的数据；计算前向帧误差率、反向帧误差率、平均E_c/I_o和平均数字增益；计算跟踪误差；和在所述多个组中选择具有最佳性能的组。

Description

码分多址系统中优化前向 功率控制的方法和系统

技术领域

本发明涉及个人通信业务(personal communication services，PCS)码分多址(code division multiple access，CDMA)系统中的优化前向功率控制的方法和系统。本发明结合有关前向功率控制的参数，构成多种情况，并基于每一种构成的情况找出优化前向功率控制的参数。

背景技术

通常，基于IS-95标准的CDMA通信系统的容量由于干扰而受到限制。因此，功率控制是一关键因素。功率控制通常分为前向功率控制和反向功率控制。

在引入CDMA之前，广泛应用高级移动电话业务(Advanced Mobile PhoneService，AMPS)系统。与CDMA系统的有限干扰性能相比，AMPS系统的性能受到在指定频率存在于小区中的噪声的限制。因此，AMPS使用非常简单的功率控制方法。

PCS CDMA系统在每一帧中检验前向误差，并在反向帧中带有擦除指示器位(erasure indicator bit，EIB)，以便支持前向功率控制。与PCS CDMA系统的前向功率控制有关的参数包括Bigup_delta、smallup_delta、down_delta、down_frame_count、max_tx_gain、min_tx_gain和normal_gain。

基于IS-95的CDMA系统的前向功率控制技术力求通过按照每个用户的链接状态进行差分功率分配而使相邻小区的干扰最小。

我们先前已经研究出了一种在800MHz数字蜂窝CDMA系统中的优化前向功率控制方法，该方法利用实域环境的测试性能。

为进行前向功率控制性能的实域测试，需要含有移动诊断监视器的一测试van(test van)，和用于前向链接数据登录的一全球定位系统和用于数据收集平台(data collection platform，DCP)登录的一笔记本PC。

此外，需要准备一测试电话、用于数据备份的一zip驱动器和一交换虚拟连接(switched virtual commection，SVC)选择9，和构造与前向功率控制有关的参数的八种组合。

前向功率控制性能的实域测试包括下列步骤：

·检验一系统的接收/发送路径，并确认无故障；

·设定在CDMA系统的基站管理器(base station manager，BSM)中的所述第一表格中的每个组的参数值；

·产生包括多项的第二表格，用于评估每个组的参数是否是最佳的；

·为每个组收集第二表格中的项上的数据；

·分析每个组的数据；和

·根据预定的准则，在所述多个组中选择具有最佳性能的组。

一种CDMA工具分析前向功率控制性能，计算前向和反向平均帧误差率。并且还计算平均业务信道数据增益、平均Ec/Io和平均Rx_Pvpr。这些计算是在为每个组收集的数据上进行的。

PCS CDMA系统中的前向功率控制算法与传统的800MHz频带数字蜂窝CDMA系统中的不同，因而优化方法必须不同。

此外，前向功率控制的实域优化方法有一个问题是，不可能对每一参数组合构造相同的射频环境，因为它是在实域中进行的。

已知前向功率控制性能取决于相关的参数。因此，需要比较前向功率控制性能和参数的可替换组的准则。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供了一种用于PCS CDMA系统中的优化前向控制的方法，所述方法包括步骤：

确定与前向功率控制有关的参数的多组值；

对于每个组：

根据所述组设定CDMA系统的基站管理器中的参数值；

在移动台和基站之间建立测试呼叫；

按照预定格式衰减前向链路上的信号，以使移动台的Ec/Io在预定范围内变化；

收集有关前向功率控制性能的数据；

从所述数据计算前向帧误差率、反向帧误差率、平均Ec/Io和平均数字增益；

计算一跟踪误差，所述跟踪误差计算为 ${\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{\mathrm{measure}}-{\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{\mathrm{requirement}},$

其中 ${\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{\mathrm{requirement}}$ 是要求保持帧误差率在所述预定值的Eb/No；

以及，在所述多个组中选择具有最佳性能的组，该选择依据下列各项，该各项以重要性顺序为：保持在预定值的前向帧误差率、最低平均数字增益和最低跟踪误差。

最好，在单小区和单路径中，导频的所述Ec/Io转换为 $\frac{E_b}{N_0}=\frac{E_c}{I_0}\·P\_G\·{\left(\frac{F_{\mathrm{traffic}}}{F_{\mathrm{pilot}}}\right)}^2,$ 其中P_G是处理增益，F_pilot是导频信道功率分配比，而F_traffic是业务信道功率分配比。

最好，所述预定格式是周期的。

最好，所述预定格式是正弦形。

最好，所述正弦格式的周期在0.25和4分钟之间。

最好，所述收集数据的步骤重复多次，每次使用不同周期的预定格式。

最好，所述收集数据的步骤重复4次，并且所述预定格式具有的周期为0.25、0.5、1、2和4分钟。

最好，所述预定范围是在-7dB和-15dB之间。

最好，所述方法还包括在所述前向链路上增加噪声的步骤。

最好，所述噪声是加性白高斯噪声。

最好，所述噪声是在衰减来自基站的信号后增加的。

最好，所述测试呼叫是环回呼叫。

最好，所述测试呼叫是用交换虚拟电路选择9建立的。

最好，所述参数是Bigup_delta、Smallup_delta、Down_delta、Down_frame_count、Max_Tx_Gain、Min_Tx_Gain和Normal_Gain。

在一种安排中，确定了8组参数，其中：Bigup_delta是5dB或10dB；Smallup_delta是3dB或5dB；Down_delta是1dB；Down_frame_count是60或80；Max_Tx_Gain是80dB或ll0dB；Min_Tx_Gain是35dB；且Normal_Gain是80dB。

最好，所述预定值是1％。

根据本发明的第二方面，提供了一种在PCS CDMA系统中，从与前向功率控制有关的多组参数中确定最佳参数组的方法，所述方法包括步骤：

对每组参数收集有关前向功率控制性能的数据，同时按照预定格式衰减前向链路上的信号；

对每个组从所述数据中计算前向帧误差率、反向帧误差率、平均Ec/Io、和平均数字增益；

对每个组计算一跟踪误差，所述跟踪误差计算为 ${\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{\mathrm{measure}}-{\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{\mathrm{requirement}},$

其中 ${\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{\mathrm{requirement}}$ 是要求保持帧误差率在所述预定值的Eb/No；

以及，在所述多个组中选择具有最佳性能的组，该选择依据下列各项，该各项以重要性顺序为：保持在预定值的前向帧误差率、最低平均数字增益和最低跟踪误差。

最好，在单小区和单路径中，导频的所述Ec/Io转换为 $\frac{E_b}{N_0}=\frac{E_c}{I_0}\·P\_G\·{\left(\frac{F_{\mathrm{traffic}}}{F_{\mathrm{pilot}}}\right)}^2,$ 其中P_G是处理增益，F_pilot是导频信道功率分配比，而F_traffic是业务信道功率分配比。

最好，所述预定格式是周期的。

最好，所述预定格式是正弦形。

最好，所述正弦格式的周期在0.25和4分钟之间。

最好，所述收集数据的步骤重复多次，每次使用不同周期的预定格式。

最好，所述收集数据的步骤重复4次，并且所述预定格式具有的周期为0.25、0.5、1、2和4分钟。

最好，所述方法还包括在所述前向链路上增加噪声的步骤。

最好，所述噪声是加性白高斯噪声。

最好，所述噪声是在所述衰减步骤后加上的。

最好，所述参数是Bigup_delta、Smallup_delta、Down_delta、Down_frame_count、Max_Tx_Gain、Min_Tx_Gain和Normal_Gain。

在一种安排中，使用了8组参数，其中：Bigup_delta是5dB或10dB；Smallup_delta是3dB或5dB；Down_delta是1dB；Down_frame_count是60或80；Max_Tx_Gain是80dB或110dB；Min_Tx_Gain是35dB；且Normal_Gain是80dB。

最好，所述预定值是1％。

根据本发明的第三方面，提供了一种利用在移动台和基站之间建立的测试呼叫，测试PCS CDMA系统中的前向功率控制的系统，该系统包括：

用于按照预定格式衰减前向链路上的信号的装置；和

用于从所述基站和/或移动台收集有关前向功率控制的数据的装置。

最好，所述系统还包括用于在所述前向链路上产生噪声的装置，所述前向链路提供于所述用于衰减的装置和所述移动台之间。

最好，所述用于产生噪声的装置包括一加性白高斯噪声产生器。

最好，所述用于衰减的装置包括可变衰减装置和控制装置，所述可变衰减装置提供于所述基站和所述移动台的中间，而安排所述控制装置用于根据所述预定格式控制所述可变衰减装置。

最好，所述预定格式是周期的。

最好，所述预定格式是正弦形。

最好，所述正弦格式的周期在0.25和4分钟之间。

最好，所述用于收集数据的装置包括一移动诊断监视器。

最好，所述用于收集数据的装置包括一数据收集平台。

最好，所述系统还包括用于屏蔽所述移动台的装置。

附图说明

下面将参照本发明的一个实施例及其附图描述本发明，附图中：

图1是根据本发明的优选实施例的用于测试前向功率控制性能的系统的方框图；

图2是根据本发明的优选实施例使用的与前向功率控制有关的8组参数的表格；

图3是根据本发明的优选实施例，说明当正弦周期是1分钟时，情况1的Ec/Io、数字增益和帧误差率的分配的图；

图4是根据本发明的优选实施例的在PCS CDMA系统中的优化前向功率控制的方法的流程图；和

图5是根据本发明的优选实施例的在PCS CDMA系统中确定用于前向功率控制的最佳参数组的方法的流程图。

具体实施方式

本实施例致力于PCS CDMA系统中的优化前向功率控制的方法和系统。本实施例的CDMA系统包括基站管理器(BSM)101、基站控制器(base stationcontroller，BSC)102和基站(BTS)103。

在此实施例中，跟踪误差用作前向功率控制性能的评估准则。为达到本发明的目的，跟踪误差定义为在移动台测量的Eb/No，和要求保持1％的前向帧误差率的Eb/No之间的差值。

图1示出用在本实施例中的系统，用于评估前向功率控制性能。该系统包括频谱分析仪104、控制计算机105、噪声产生器106、衰减器107、可变衰减器108、第一分离器109、双工器110、屏蔽盒111、一对移动诊断监视器112和第二分离器113。

频谱分析仪104通过衰减器107连接到BTS103的Tx天线端口。频谱分析仪104使BTS103的输出的频谱被监视。频谱分析仪104由控制计算机105控制。

可变衰减器108连接到BTS103的Tx D/C输出。控制计算机105连接到可变衰减器108，并控制可变衰减器108的衰减。

可变衰减器108和噪声产生器106的输出连接到第一分离器109。第一分离器109安排为一组合器，以使来自可变衰减器108和噪声产生器106的信号被组合并输出给双工器110。

移动台提供于屏蔽盒11中。这就减小了来自相邻小区的干扰和同一小区内其它呼叫对数据的影响。移动台连接到一个MDM112并连接到双工器110。移动台通过双工器110从第一分离器109接收组合的信号。

双工器110还连接到第二分离器113。第二分离器113安排成对来自双工器110的任何信号分离，并将其发送给数字收集平台(DCP)114，数字收集平台(DCP)114处于设在BTS103中的高容量IPC节点板组件(high capacityIPC node board assembly，HINA)中。

该对MDM112的另一个MDM112通过RS-422串行接口连接到BTS103。

在使用中，控制计算机105控制可变衰减器108的衰减。依次控制噪声产生器106所加的噪声的相对电平。噪声产生器106安排成产生加性白高斯噪声(additive white gaussian noise，AWGN)。

来自BTS103的组合的衰减信号和噪声发送给移动台并通过分离器113发送给DCP114。来自移动台的反向帧通过分离器113发送给BTS103。

利用MDM112和DCP114收集有关前向功率控制性能的数据。

图4是按照本发明的实施例的在码分多址(CDMA)系统中的优化前向功率控制的方法的流程图。本方法与图1所示的系统结合使用。

首先，选择与前向功率控制有关的8组参数值。这些参数是Bigup_delta、Smallup_delta、Down_delta、Down_frame_count、Max_Tx_Gain、Min_Tx_Gain和Normal_Gain。这8个组在图2的表中示出，并且标为“情况1”至“情况8”。

接下来，下面的步骤对8个组的每一个重复。

1.根据当前组设定CDMA系统的基站管理器101中的参数值；

2.在移动台和基站之间建立测试呼叫。BSM101利用交换虚拟连接(SVS)选择9建立该测试呼叫；

3.按照预定格式衰减前向链路(从BTS103到移动台)上的信号，以使移动台的Ec/Io在-7dB至-15dB范围内变化。在该实施例中，采用正弦格式。正弦格式的周期最初设定为0.25分钟。由控制计算机105和可变衰减器108完成对前向链路上的信号的衰减。

4.收集有关前向功率控制性能的数据。DCP114收集关于参数Max_Tx_Gain的的数据，而MDM112收集关于其它参数的数据。对数据收集5分钟。

5.然后，控制计算机105改变正弦格式的周期为0.5分钟，并重复步骤4。6.进一步对1、2和4分钟的周期重复步骤4。

在改变BSM101中的参数值到下一组后，重复步骤2至6。

接下来，对每个组分析收集的数据，并选择一个组作为前向功率控制的最佳组(图5)，如下所述：

·对于每个组，从所述数据中计算一前向帧误差率、反向帧误差率、平均Ec/Io、和平均数字增益。

·对每个组计算跟踪误差。该跟踪误差计算为 ${\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{\mathrm{measure}}-{\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{\mathrm{requirement}},$ 其中 ${\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{\mathrm{requirement}}$ 是要求保持帧误差率为想要的值1％的Eb/No，Eb表示每比特的能量，而No表示噪声频谱密度。 ${\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{\mathrm{measure}}$ 是如下从Ec/Io中计算的： $\frac{E_b}{N_0}=\frac{E_c}{I_0}\·P\_G\·{\left(\frac{F_{\mathrm{traffic}}}{F_{\mathrm{pilot}}}\right)}^2$

其中P_G是处理增益，F_pilot是导频信道功率分配比，而F_traffic是业务信道功率分配比。上述公式施加给单小区中的移动台，并将单路径施加给BTS103。图1所示的系统满足这些条件。

·最后，从8个组中选择出具有最佳性能的组作为最佳组。该选择依据下列各项，该各项以重要性顺序为：保持在想要的值1％的前向帧误差率、最低平均数字增益和最低跟踪误差。

图3示出随着具有1分钟周期的前向链路的衰减，利用图2的情况1的参数值进行的测试中的Ec/Io、数字增益和帧误差率数据的图。从中得出结果：跟踪误差为0.73dB、平均数字增益为63.35、平均帧误差率为0.49％。

利用跟踪误差作为评估前向功率控制的性能的准则，本发明提供了相对的评估性能的准则。

虽然在此通过附图中的例子和详细描述说明了本发明的具体实施例，但本发明容易接收各种修改和替换形式。然而，应当理解，本发明并不限于在此公开的特定形式，相反，本发明包括落入所附权利要求定义的本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和替代形式。

Claims (39)

1.一种用于PCS CDMA系统中的优化前向控制的方法，所述方法包括步骤：

确定与前向功率控制有关的参数的多组值；

对于每个组：

根据所述组设定CDMA系统的基站管理器中的参数值；

在移动台和基站之间建立测试呼叫；

按照预定格式衰减前向链路上的信号，以使移动台的Ec/Io在预定范围内变化；

收集有关前向功率控制性能的数据；

从所述数据计算前向帧误差率、反向帧误差率、平均Ec/Io和平均数字增益；

计算一跟踪误差，所述跟踪误差计算为 ${\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{\mathrm{measure}}-{\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{\mathrm{requirement}}$ 其中 ${\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{\mathrm{requirement}}$ 是要求保持帧误差率在所述预定值的Eb/No；

以及，在所述多个组中选择具有最佳性能的组，该选择依据下列各项，这些项以重要性顺序为：保持在预定值的前向帧误差率、最低平均数字增益和最低跟踪误差。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在单小区和单路径中，导频的所述Ec/Io转换为 $\frac{E_b}{N_0}=\frac{E_c}{I_0}\·P\_G\·{\left(\frac{F_{\mathrm{traffic}}}{F_{\mathrm{pilot}}}\right)}^2,$ 其中P_G是处理增益，F_pilot是导频信道功率分配比，而F_traffic是业务信道功率分配比。

3.如前面任意一个权利要求所述的方法，其中所述预定格式是周期的。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述预定格式是正弦形。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述正弦格式的周期在0.25和4分钟之间。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述收集数据的步骤重复多次，每次使用不同周期的预定格式。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述收集数据的步骤重复4次，并且所述预定格式具有的周期为0.25、0.5、1、2和4分钟。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述预定范围是在-7dB和-15dB之间。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述方法还包括在所述前向链路上增加噪声的步骤。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述噪声是加性白高斯噪声。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述噪声是在衰减来自基站的信号后加上的。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述测试呼叫是环回呼叫。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述测试呼叫是用交换虚拟电路选择9建立的。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述参数是Bigup_delta、Smallup_delta、Down_delta、Down_frame_count、Max_Tx_Gain、Min_Tx_Gain和Normal_Gain；其中Bigup_delta表示较大数字增益值增量、Smallup_delta表示较小数字增益值增量、Down_delta表示数字增益的减小值、Down_frame_count表示帧计数的减小值、Max_Tx_Gain表示通信信道的最大数字增益值、Min_Tx_Gain表示通信信道的最小数字增益值以及Normal_Gain表示通信信道的初始发射功率的数字增益值。

15.如权利要求14所述的方法，其中确定了8组参数，其中：Bigup_delta是5dB或10dB；Smallup_delta是3dB或5dB；Down_delta是1dB；Down_frame_count是60或80；Max_Tx_Gain是80dB或110dB；Min_Tx_Gain是35dB；且Normal_Gain是80dB；其中Bigup_delta表示较大数字增益值增量、Smallup_delta表示较小数字增益值增量、Down_delta表示数字增益的减小值、Down_frame_count表示帧计数的减小值、Max_Tx_Gain表示通信信道的最大数字增益值、Min_Tx_Gain表示通信信道的最小数字增益值以及Normal_Gain表示通信信道的初始发射功率的数字增益值。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述预定值是1％。

17.一种在PCS CDMA系统中，从与前向功率控制有关的多组参数中确定最佳参数组的方法，所述方法包括步骤：

对每组参数收集有关前向功率控制性能的数据，同时按照预定格式衰减前向链路上的信号；

对每个组从所述数据中计算前向帧误差率、反向帧误差率、平均Ec/Io、和平均数字增益；

对每个组计算一跟踪误差，所述跟踪误差计算为 ${\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{\mathrm{measure}}-{\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{\mathrm{requirement}},$ 其中 ${\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_{\mathrm{requirement}}$ 是要求保持帧误差率在所述预定值的Eb/No；

以及，在所述多个组中选择具有最佳性能的组，该选择依据下列各项，该各项以重要性顺序为：保持在预定值的前向帧误差率、最低平均数字增益和最低跟踪误差。

18.如权利要求17所述的方法，其中，在单小区和单路径中，导频的所述Ec/Io转换为 $\frac{E_b}{N_0}=\frac{E_c}{I_0}\·P\_G\·{\left(\frac{F_{\mathrm{traffic}}}{F_{\mathrm{pilot}}}\right)}^2,$ 其中P_G是处理增益，F_pilot是导频信道功率分配比，而F_traffic是业务信道功率分配比。

19.如权利要求17至18中任意一个权利要求所述的方法，其中所述预定格式是周期的。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述预定格式是正弦形。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述正弦格式的周期在0.25和4分钟之间。

22.如权利要求21所述的方法，其中所述收集数据的步骤重复多次，每次使用不同周期的预定格式。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述收集数据的步骤重复4次，并且所述预定格式具有的周期为0.25、0.5、1、2和4分钟。

24.如权利要求23所述的方法，其中所述方法还包括在所述前向链路上增加噪声的步骤。

25.如权利要求24所述的方法，其中所述噪声是加性白高斯噪声。

26.如权利要求25所述的方法，其中所述噪声是在所述衰减步骤后加上的。

27.如权利要求26所述的方法，其中所述参数是Bigup_delta、Smallup_delta、Down_delta、Down_frame_count、Max_Tx_Gain、Min_Tx_Gain和Normal_Gain；其中Bigup_delta表示较大数字增益值增量、Smallup_delta表示较小数字增益值增量、Down_delta表示数字增益的减小值、Down_frame_count表示帧计数的减小值、Max_Tx_Gain表示通信信道的最大数字增益值、Min_Tx_Gain表示通信信道的最小数字增益值以及Normal_Gain表示通信信道的初始发射功率的数字增益值。

28.如权利要求27所述的方法，其中使用了8组参数，其中：Bigup_delta是5dB或10dB；Smallup_delta是3dB或5dB；Down_delta是1dB；Down_frame_count是60或80；Max_Tx_Gain是80dB或110dB；Min_Tx_Gain是35dB；且Normal_Gain是80dB；其中Bigup_delta表示较大数字增益值增量、Smallup_delta表示较小数字增益值增量、Down_delta表示数字增益的减小值、Down_frame_count表示帧计数的减小值、Max_Tx_Gain表示通信信道的最大数字增益值、Min_Tx_Gain表示通信信道的最小数字增益值以及Normal_Gain表示通信信道的初始发射功率的数字增益值。

29.如权利要求28所述的方法，其中所述预定值是1％。

30.一种利用在移动台和基站之间建立的测试呼叫，测试PCS CDMA系统中的前向功率控制的系统，该系统包括：

用于按照预定格式衰减前向链路上的信号的装置，包括可变衰减装置，提供在所述基站和移动台之间；和

用于从所述基站和/或移动台收集有关前向功率控制的数据的装置，连接到所述基站和/或移动台。

31.如权利要求30所述的系统，所述系统还包括用于在所述前向链路上产生噪声的装置，所述产生噪声的装置提供于所述用于衰减的装置和所述移动台之间。

32.如权利要求30或31所述的系统，其中所述用于产生噪声的装置包括一加性白高斯噪声产生器。

33.如权利要求32所述的系统，其中所述用于衰减的装置还包括控制装置，安排用于根据所述预定格式控制所述可变衰减装置。

34.如权利要求33所述的系统，其中所述控制装置周期地控制所述可变衰减装置。

35.如权利要求34所述的系统，其中所述控制装置根据正弦形格式控制所述可变衰减装置。

36.如权利要求35所述的系统，其中所述控制装置根据周期在0.25和4分钟之间的正弦格式控制所述可变衰减装置。

37.如权利要求36所述的系统，其中所述用于收集数据的装置包括一移动诊断监视器。

38.如权利要求37所述的系统，其中所述用于收集数据的装置包括一数据收集平台。

39.如权利要求38所述的系统，其中所述系统还包括用于屏蔽所述移动台的装置。

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