CN1132336C - 码分多址移动通信系统中的功率控制 - Google Patents

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Abstract

提供一种供扩频或码分多址移动通信系统使用的发射功率控制方法和系统，其中把获得的SIR的估算值作为用于外部功率控制环路函数(108)使用的附加参数。当QoS和获得的SIR都太低时，忽略QoS而用获得的SIR来控制SIR目标值。类似地，当QoS和获得的SIR都太高时，忽略QoS而用获得的SIR来控制SIR目标值。

Description

码分多址移动通信系统中的功率控制
技术领域
本发明一般涉及移动通信领域，具体地说，涉及用于控制扩频或码分多址(CDMA)蜂窝通信系统中发射功率电平的方法。
背景技术
在宽带扩频蜂窝通信系统(常称作宽带CDMA或WCDMA系统)中，功率控制符号是定期发送的、以便补偿影响信道的变化条件、如衰落和阴影的影响。例如，基站可发射功率控制指令，后者向被服务的移动台发信号、通知其增加或减小发射功率电平。移动台则可响应所接收的功率控制指令，决定是否增加或减小其发射功率电平。
因此，重要的是，CDMA系统中使用的功率控制算法要设计成维持所有有效用户所用的数据信道的商定质量。实际上，现有系统中使用的基本的功率控制算法是设计成在每次连接中用两个嵌套的控制环路来实现这种功能。外部(较慢)功率控制环路控制发射的信干比(SIR)或信噪比(SNR)目标值、供内部(较快)闭合功率控制环路使用，使得实际的服务质量(QoS)接近于商定的QoS。内部功率控制环路估算前向传输信道的SIR，把估算的SIR与SIR目标值比较，并且根据比较结果在反向传输信道上发送功率控制指令，该指令对前向信道上的发射机提出关于是否增加或减小其发射功率电平的“建议”。一般，对于上行和下行传输都可应用相同的功率控制原理。
常规的内部功率控制环路被设计成根据SIR测量结果来起作用，该测量结果(一般对于WCDMA系统)可在每秒1600次的速率下得到。常规的外部功率控制环路被设计成根据QoS值来起作用，QoS值可在每秒1次的典型速率下得到。一般，这些QoS值用误帧率(FER)、误码率(BER)、分组时延、或者话音质量指数(SQI)来表示。因此，这些QoS值可以仅在上述的每秒一次的速率下、或者每码组一次(一般，每秒50到100次)的速率下得到。但是，应该在相当长的一段时间上把这些QoS值累积起来，以便产生统计上可靠的结果。
当由于服务改变而已经知道有关的变化时(例如，当传输数据速率改变时)，现有的外部功率控制环路可较快地改变SIR目标值。在这方面，图1A和1B是相关的示意图，它们说明现有的外部功率控制环路如何分别(通过改变SIR目标值)响应信道环境的变化或已知的服务改变。因此，对于适当设计的功率控制实施方案，外部功率控制环路应该不能比内部功率控制环路能响应和改变实际SIR更快地改变SIR目标值。这种方法确保实际的SIR值总是非常紧地跟随SIR目标值。
当使用上述功率控制方法时，出现很大的问题。由于多个不同的原因，内部功率控制环路或许不能象外部功率控制环路能改变SIR目标值一样快地得到SIR目标值。这种问题可能是由对控制环路的带宽或发射机的输出功率范围的限制所引起的。关于此问题的一个原因是，可能修改了所用的外部功率控制环路，以便利用除QoS值之外的参数来估算QoS并且以更高速度来跟随商定的QoS。例如，所用参数可能是多个码组的原始BER的平均和标准偏差，或者涉及的传输信道类型的表征。而且，传输信道中的干扰电平可能是由语音传输中的不连续数据或中断变化所导致的。因此，比内部环路快的外部控制环路的总影响、连同快速变化的传输信道可能导致SIR目标值与信道中实际得到的SIR之间的显著差异。
内部功率控制环路或许不能得到SIR目标值的另一原因与功率控制功能和其他系统管理功能(例如，许可控制和拥塞控制)之间的交互作用有关。例如，在下行链路上，由于过载或拥塞情况，可能要求基站发射机限制其输出功率电平。类似地，由于允许接入新用户或者改变用户的数据率，系统管理器可能希望改变正在传输的总数据量。
由于上述问题，现有的内部功率控制环路不能使实际的SIR维持在所需的SIR目标值，并且外部功率控制环路要通过进一步增加SIR目标值来尽量补偿这种不足。但是，当或者由于内部环路已达到满足商定QoS的实际SIR、或者系统成功地减小了负载、因而这些环境不同时，已经使SIR目标改变到适当值以上。在这些环境下，内部功率控制环路驱使前向信道上的功率电平朝着这个“虚假”目标值变化，直到通过外部功率控制环路对其适当地调整。因此，这种过控制状态可能导致在SIR附近的振荡和不必要的高系统负载。
图2是说明这种过控制振荡和高系统负载的示意图，其中SIR目标是仅受QoS参数控制的。如图2中所示，当QoS超出范围时，改变SIR目标值，并且当发射功率受限制时，商定QoS是不可能达到的。但是，如下面详细描述的，本发明成功地解决了这些及其他相关问题。
发明概述
按照本发明的最佳实施例，提供一种发射功率控制方法和系统、供扩频或CDMA移动通信系统使用，由此，使用获得的SIR的估算值作为外部功率控制环路功能所用的附加参数。当QoS和获得的SIR都太低时，忽略该QoS，而用获得的SIR来控制SIR目标值。类似地，当QoS和获得的SIR都太高时，忽略该QoS，而用获得的SIR来控制SIR目标值。
本发明的一个重要的技术优点在于，有可能提高外部功率控制环路的适应速度、而不会有由发射功率限制引起SIR目标的无界振荡的风险。
本发明的另一个重要的技术优点在于，所述功率控制方法和系统是完全包含在通信网络的节点中的，不需要额外的信令。
本发明的又一重要的技术优点在于，所述功率控制方法和系统确保在拥塞情况之后、每个移动台会请求基站的发射功率缓慢增加，这防止总发射功率的快速增加，因而还可以防止出现又一次拥塞情况。
因此，本发明的一个目的是提供一种功率控制方案，它能完全抑制内部功率控制环路不能象外部功率控制环路能改变SIR目标值一样快地达到SIR的上述缺点。
附图简介
通过参照以下结合附图的详细描述，可得到对本发明的方法和装置的更全面理解，图中：
图1A和1B是说明现有外部功率控制环路如何能通过改变SIR目标值来分别响应信道环境中的变化或者已知的服务改变的相关示意图；
图2是说明关于其中仅通过QoS参数来控制SIR目标的现有功率控制环路的过控制振荡和高系统负载的示意图；
图3是说明按照本发明的最佳实施例、由QoS参数以及SIR目标值与实际得到的SIR之间的差异控制的SIR目标值的示意图；
图4是说明按照本发明的最佳实施例、也是受QoS参数以及SIR目标值与实际得到的SIR之间的差异控制的SIR目标值的示意图；
图5A是可用于实现本发明的最佳实施例的示例性功率控制环路系统的框图；
图5B是说明图5A中所示外部功率控制环路中外部功率控制环路函数fcn的示例性实施方案的示意图；
图6A是按照本发明的实施例、可用于实现图5A中所示外部环路算法的示例性外部环路算法的框图；
图6B是说明对于图6A中所示外部环路算法的不同映射函数的实例的示意图；
图7是可用于实现图5A中所示的外部环路算法的第二示例性方法的流程图；以及
图8是可用于实现图5A中所示的外部环路算法的第三示例性方法的流程图。
附图的详细说明
通过参照附图的图1A-8，可以很好地理解本发明的最佳实施例及其优点，对于不同的图中类似和对应的部分使用类似的标号。
实际上，按照本发明的最佳实施例，提供一种发射功率控制方法和系统供扩频或CDMA移动通信系统使用，由此，使用实际获得的(或者滤波后的)SIR的估算值作为外部功率控制环路函数所用的附加参数。当QoS和获得的SIR都太低时，忽略该QoS，而用获得的SIR来控制SIR目标值。类似地，当QoS和获得的SIR都太高时，忽略该QoS，而用获得的SIR来控制SIR目标值。
在QoS和获得的SIR都同时或者太高或者太低的这些时段中，外部环路可以以较低的速率改变SIR目标值，使SIR目标值保持恒定(如图3中所示)，或者在与已改变SIR目标值而使外部环路仅响应QoS(如图4中所示)的方向相反的方向上改变SIR目标值。例如，如图3中所示，SIR目标值受到QoS参数、以及SIR目标值与实际得到的SIR之间的差值的控制。按照本发明的最佳实施例，当内部环路不能得到SIR目标值时，不让SIR目标值改变。因此，不发射不必的高电平功率。类似地，如图4中所示，SIR目标值也受QoS参数以及SIR目标值与实际得到的SIR之差的控制。应该注意，提出增加SIR意味着QoS太低或反之。按照最佳实施例，当内部环路不能得到SIR目标值时，朝获得的SIR的方向改变SIR目标值。在这种情况下，不发射不必的高电平功率，并且在去掉发射功率限制后，缓慢地开始内部环路的工作。
另一方面，由于某些设计考虑，当QoS太低或太高时，用于SIR目标控制的方法可能是不同的。为了一直使发射功率电平保持尽可能低，外部环路可例如在QoS和获得的SIR都太高时保持SIR目标值，而在QoS和获得的SIR都太低时降低SIR目标值。利用这种方法，在最大功率限制情况之后，发射功率电平会被迫缓慢增加。但是，在最小功率限制情况之后，发射功率电平会迅速降低。
具体来讲，图5A是例如在下行链路上、可用于实现本发明的最佳实施例的示例性功率控制环路系统100的框图。应该指出，所示的示例性功率控制系统100可以在基站或移动台中实现。仅为说明起见，可假定，所示功率控制系统100可以用扩频或CDMA蜂窝系统的移动台中的软件和/或硬件来实现。因此，外部功率控制环路102包括外部环路算法104，后者从前向(下行)数据信道接收QoS参数。下面参照图6A、6B、7和8描述可用于实现本发明的示例性外部环路算法。外部环路算法104的输出是提议的SIR目标调整值，后者连到函数发生器108的输入端。
滤波器110接收在前向传输信道上测量的实际达到的SIR信息。实际上，滤波器110计算自SIR目标值最后更新以来的时段上实际得到的SIR信息的平均值。滤波器110可以用例如IIR(无限冲激响应)滤波器、FIR(有限冲激响应)滤波器或者在调整SIR目标值时复位的累加器来实现。滤波器110的输出连接到加法器112，后者把(负的)当前SIR目标值与实际达到的SIR用代数方法相加以产生SIR误差值。函数发生器108产生SIR目标调整信号，后者是组合后的提议的SIR目标调整值与SIR误差值的函数(fcn)。加法器114和延迟器116合起来形成积分器，后者将SIR目标调整信号积分以产生上述SIR目标值。换言之，外部环路算法104(以及其他类似的外部环路算法)把调整值加到SIR目标值上。因此，调整值加到以前计算的SIR目标值上，以便朝所需方向推进新SIR目标值。根据所用的具体外部环路，可以为每一帧、为每一批预定数目的帧、或者为不规则数目的帧计算调整值。
图中示出包括第三加法器120的内部闭合功率控制环路118的一部分(例如在下行链路)。把从前向传输(下行)信道接收的实际获得的SIR与来自外部功率控制环路102的(负的)SIR目标值用代数方法相加，从而产生SIR差值。移动台(未示出)在反向(上行)传输信道上向服务的基站(未示出)发射SIR差值。
图5B是说明在图5A中所示外部功率控制环路102中外部功率控制环路函数fcn(108)的示例性实施方案的示意图。如上所述，SIR目标调整信号是由fcn控制的，fcn是提议的SIR目标调整值与SIR误差值的函数。实际上，如前面提到的，提议增加SIR意味着太低的QoS，反之亦然。如图5B中所示，当SIR误差接近零时，外部环路102起到质量控制环路的作用，它在QoS太低时增大SIR目标值，并且在QoS太高时减小SIR目标值。当QoS太低而实际得到的SIR高于SIR目标值时，或者当QoS太高而实际得到的SIR低于SIR目标值时，外部环路102以同样方式工作。换言之，在图5B中所示区域I和III中SIR目标值是由QoS控制的。
至于图5B中所示区域II和IV所说明的，内部环路118已经不能把获得的SIR调整到非常接近SIR目标值的范围内。例如，如区域II中所示，QoS太高而SIR目标值保持恒定，这时，在对内部环路的限制消失后，允许内部环路118尽可能快地降低发射功率电平。但是，如区域IV所示，在对内部环路的限制消失后，在其中实际得到的SIR与QoS都太低的情况下，输出功率以外部环路的速度缓慢增加。
图6A是按照本发明的实施例的示例性外部环路算法204的框图(以函数的形式)，它可用来实现图5A中所示的外部环路算法104。实际上，外部环路算法104或204(以及类似算法)起接收差错标记流(例如，关于对接收数据的循环冗余校验或CRC是否成功的指示)以及QoS目标值的作用。来自数据信道的输入统计还可包括来自前向误差校正解码器和/或其他质量估算信息的BER估算值。按照本发明，所用的外部环路算法产生提议的SIR目标调整值。先有算法使用提议的SIR目标调整值作为实际的SIR目标调整值。而且，按照本发明，SIR误差还用于确定实际SIR目标值。
具体来讲，参照图6A，示例性的外部环路算法204包括帧差错解码器206，它检测是否发生帧差错(例如根据从数据信道接收的差错标记流)。帧差错检测器的输出端连接到FER估算器208的输入端，后者产生在某段可变或预定的时间的FER的估算值。把估算的FER值(208)用代数方法加到(负的)FER目标值(即QoS目标值)，以便产生FER误差值。来自加法器210的FER误差值连接到映射器212的输入端，映射器把输入FER误差值(例如用数据库中的表)映射到提议的SIR目标调整值。外部环路算法204所用的不同映射函数的三个实例(a、b、c)示于图6B中。
图7是可用于实现图5A中所示外部环路算法104的第二示例性方法300的流程图。如图所示，如果帧差错检测器302(图6A中的206)在步骤304确定已发生帧差错，则使外部环路算法104的输出(提议的SIR目标调整值)等于KΔ[其中输入FER目标值等于1/(K+1)]。否则，如果在步骤304未检测到帧差错，则使外部环路算法104的输出等于-Δ。
图8是可用于实现图5A中所示外部环路算法104的第三示例性方法400的流程图。如图所示，如果帧差错检测器402(图6A中的206)在步骤404确定已发生帧差错，则使外部环路算法104的输出(提议的SIR目标调整值)等于+Δ[其中输入FER目标值等于1/(N+N/2)]。否则，如果在步骤404未检测到帧差错，则在步骤406，帧差错检测器402确定行中(row)是否已有N个正确的帧。如果是，则在步骤406，使外部环路算法104的输出等于-Δ。否则，在步骤406，如果行中尚没有N个正确帧，则使提议的SIR目标调整值等于零。
尽管已参照附图说明了、且在以上详细描述中描述了本发明的方法和装置的最佳实施例，但是应该明白，本发明不限于所公开的实施例，只要不违背本发明如下列权利要求书所给出和定义的精神，就能够进行各种再配置，修改和替换。

Claims (18)

1.一种供扩频移动通信系统使用的包括外部功率控制环路(102)的功率控制环路系统(100)，所述系统(100)的特征在于：
用于比较测量的质量参数与目标质量参数、以便产生提议的SIR目标调整值的外部环路块(104)；
连接到所述外部环路块、用于从SIR误差值和所述提议的SIR目标调整值产生SIR目标调整值的函数发生器(108)；
用于比较当前的SIR目标值与获得的SIR值、以便产生所述SIR误差值的第一加法器(112)；以及
连接到所述函数发生器和所述第一加法器的第二加法器(114)，它用于至少部分地根据所述SIR目标调整值和以前计算的SIR目标值、产生新的SIR目标值。
2.如权利要求1所述的功率控制环路系统(100)，其特征在于还包括连接到所述第一环路块的输入端、用于产生所述测量质量参数的差错率估算器。
3.如权利要求2所述的功率控制环路系统(100)，其特征在于：所述测量质量参数包括测量的帧差错率。
4.如权利要求1所述的功率控制环路系统(100)，其特征在于：所述测量的质量参数、所述目标质量参数以及所述提议的SIR目标调整值分别包括测量的帧差错率、目标帧差错率以及帧差错率误差。
5.如权利要求1所述的功率控制环路系统(100)，其特征在于还包括：连接到所述第二加法器(114)的内部功率控制环路(118)，所述内部功率控制环路(118)配置成接收所述新的SIR目标值并且响应所述新的SIR目标值与所述获得的SIR值之间的差异而启动功率调整。
6.如权利要求5所述的功率控制环路系统(100)，其特征在于：由所述内部功率控制环路(108)使用的所述获得的SIR值包括由所述第一加法器使用的相同的获得的SIR值。
7.如权利要求1所述的功率控制环路系统(100)，其特征在于：所述扩频移动通信系统包括码分多址(CDMA)蜂窝系统或宽带CDMA(WCDMA)蜂窝系统。
8.一种供扩频移动通信系统使用的功率控制环路装置，所述装置的特征在于：
用于接收提议的SIR目标调整值和SIR误差值的装置(108)，其中所述SIR误差值是从获得的SIR值与当前的SIR目标值的比较中导出的；以及
用于产生作为所述提议的SIR目标调整值和所述SIR误差值的函数的新的SIR目标值的装置(114)。
9.如权利要求8所述的功率控制环路装置，其特征在于还包括用于从测量的质量参数和目标质量参数产生所述提议的SIR目标调整值的装置。
10.如权利要求9所述的功率控制环路装置，其特征在于：所述测量质量参数和所述目标质量参数分别包括测量的帧差错率和目标帧差错率。
11.如权利要求8所述的功率控制环路装置，其特征在于还包括连接到所述用于产生的装置、用于响应所述新的SIR目标值与所述SIR误差值之间的差异而启动功率调整的内部功率控制环路(118)。
12.如权利要求8所述的功率控制环路装置，其特征在于：所述扩频移动通信系统包括CDMA蜂窝系统或WCDMA蜂窝系统。
13.一种供扩频移动通信系统使用的功率控制方法，所述方法的特征在于以下步骤：
比较测量的质量参数与目标质量参数、从而产生提议的SIR目标调整值；
从SIR误差值和所述提议的SIR目标调整值产生SIR目标调整值；
比较当前的SIR目标值与已获得的SIR值、从而产生所述SIR误差值；以及
至少部分地根据所述SIR目标调整值和以前计算的SIR目标值、产生新的SIR目标值。
14.如权利要求13所述的功率控制方法，其特征在于还包括估算所接收信号的差错率、以便产生所述测量质量参数的步骤。
15.如权利要求14所述的功率控制方法，其特征在于：所述测量质量参数包括测量的差错率或测量的帧差错率。
16.如权利要求13所述的功率控制方法，其特征在于：所述测量质量参数、所述目标质量参数以及所述提议的SIR目标调整值分别包括测量的帧差错率、目标帧差错率以及帧差错率误差。
17.如权利要求13所述的功率控制方法，其特征在于还包括响应所述更新的SIR目标值与所述获得的SIR值之间的差异而启动功率调整的步骤，所述启动步骤是用内部功率控制环路来执行的。
18.如权利要求13所述的功率控制方法，其特征在于：所述扩频移动通信系统包括CDMA蜂窝系统或WCDMA蜂窝系统。
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