CN1135018C - 码分多址系统中基站发射功率的控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种码分多址系统中基站发射功率的控制方法及其装置。通过移动台对基站的特征帧的分集接收处理，使其在较小的信噪比的条件下仍然能够正确接收基站发出的特征帧，从而降低基站在接入阶段的发射功率，减少对系统的干扰，增加系统容量。本发明方法既可以通过移动台的硬件电路，也可以通过DSP单元中的软件控制来实现。本发明的技术稳定可靠，具有很强的实用性和经济效益。

Description

码分多址系统中基站发射功率的控制方法及其装置

                       技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及使用码分多址方式的移动通信系统的功率控制方法及其装置。

                       背景技术

移动通信中已经应用的多址方式主要有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)等。在TDMA和FDMA系统中，不同的信道分别是由不同的时隙或者不同的频率来区分的，而CDMA系统是按照信号码型不同来区分不同信道。常规的CDMA系统在TIA/EIA/IS-95标准中已经提出，其工作原理是：给每个信道分配不同的伪随机(PN)码，不同用户的信息通过与各自的PN码相乘而被扩展成为宽频带的信号，这样的一个宽频带信号再经过一定的调制被发射出去。在接收端，接收机使用与发射端相同的PN码与接收到的信号反乘，这样做的结果是接收到的信号的频带宽度被恢复到用户信息的频宽。在这样一个扩频与解扩的过程中，由于频带被展宽，干扰和噪声信号被削弱了。如果PN码之间的相关性很小，那么所有用户可以使用同一频带同时进行通信，而他们发射的信息仍然能够被分离开。

由上可知，由于所有用户的信号是在同一频带同时发射，那么影响系统容量的因素就是用户信号之间的相互干扰。而且在蜂窝系统中，一个基站的发射功率还会对周围使用同一频带的小区造成干扰，因此，必须对基站的发射功率进行有效控制，减少对其他移动台和小区的干扰。

在通常的前向功率控制方法中，在移动台接入阶段，基站是直接以当前所有用户的平均发射功率作为初始发射功率向该移动台发射前向业务信号，并以对数线性增长的方式逐步加大发射功率。移动台在接收到寻呼信道上的信道分配信令之后，开始工作在业务信道上，接收基站的前向业务信道数据。移动台接收机在解码之后产生误帧率的统计信息并向基站反馈。基站利用这种反馈信息计算出在对该移动台传送正常业务(信令或话音)时所需的发射功率(P)，这个功率依赖于移动台的反馈信息和基站当前对该移动台的发射功率。这样的接入过程所使用的基站发射功率较大，很容易对正在通话的用户和其他小区造成干扰，以至降低系统的容量。

                       发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，而提供一种发射功率降低的码分多址系统中基站发射功率的控制方法及其装置。

本发明的目的是这样实现的，现有CDMA系统中的基站在接入阶段向移动台发射的前向业务信号是空白帧，用来确保基站与移动台之间的前向链路正常建立。由于空白帧是全“0”或者全“1”或者其他具有一定特征的组合方式，在本文中称为特征帧，因此，移动台可以利用这种重复的信息来进行分集接收，降低接入阶段基站的发射功率。

本发明提供一种码分多址系统中基站发射功率的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)基站在前向业务信道上以预定的初始发射功率对接入阶段的移动台发射特征帧，并逐步加大发射功率；(2)移动台对接收到的特征帧进行叠加处理，并对处理后的特征帧进行检测；(3)移动台根据对特征帧的检测结果产生反馈信息，并将该反馈信息复用到移动台向基站发送的反向业务信道帧中；(4)基站根据接收到的所述反馈信息和基站当前对该移动台的发射功率计算出在对该移动台传送正常业务时所需的发射功率(P)。

本发明还提供实现本发明方法的一种装置，包括基站收发装置和移动台收发装置。其中，基站收发装置包括可变增益发射放大器(11)、功率控制单元(12)、自动增益接收机(13)和解调单元(14)，其特征在于，所述的可变增益发射放大器(11)向移动台发射基站对该移动台的数据信号，且其功率增益由功率控制单元(12)来控制，而功率控制单元(12)接收基站控制单元发来的信息或者从解调单元(14)解调出来的移动台的反馈信息来计算对该移动台的发射功率增益，自动增益接收机(13)将接收到的移动台信号转化为基带信号提供给解调单元(14)进行解调。另外，移动台收发装置包括解调解扩单元、反馈信息产生单元、CDMA数据产生单元和发射器。其特征在于，所述的移动台的数字解调解扩单元包括并行设置且积分清洗时间延长的n路累加器，锁存及控制选通单元和数字信号处理(DSP)单元，其中n为不小于2的整数。移动台接收到的数据同时输入所述n路累加器，所述n路累加器的输出分别经过锁存及控制选通单元进入DSP处理单元；锁存及控制选通单元和DSP单元均输出控制信号到反馈信息产生单元；反馈信息产生单元产生的反馈信息被送入CDMA数据产生单元，然后由发射器发送给基站。

本发明的码分多址系统中基站发射功率的控制方法及其装置，通过移动台对基站的特征帧的分集接收处理，使其在较小的信噪比的条件下仍然能够正确接收基站发出的特征帧，从而降低基站在接入阶段的发射功率，减少对系统的干扰，增加系统容量。本发明的技术稳定可靠，具有很强的实用性和经济效益。

                       附图说明

图1是本发明方法中基站的收发功能框图；

图2是本发明方法中移动台的收发功能框图；

图3是本发明方法中移动台的数字解调和解扩功能框图；

图4是DSP单元对两个和四个符号进行合并处理的流程图。

                       具体实施方式

为进一步说明本发明的内容，下面通过实施例结合上述附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，基站的收发功能是通过可变增益发射放大器11、功率控制单元12、自动增益接收机13和解调单元14来实现的。其中，可变增益发射放大器11用来发射基站对该移动台的数据信号，可变增益放大器11的功率增益由功率控制单元12来控制，而功率控制单元12接收基站控制单元发来的信息或者从解调单元14解调出来的移动台的反馈信息来计算对该移动台的发射功率增益，自动增益接收机(13)将接收到的移动台信号转化为基带信号提供给解调单元(14)进行解调。

在移动台接入阶段，基站通过寻呼信道向移动台指配了前向业务信道后，先在前向业务信道上向该移动台发射特征帧(全“1”、全“0”或其它特征方式)让移动台接收，以确保前向业务链路的建立。在发射特征帧期间，功率控制单元12按照如下的方法设定可变增益放大器的增益：

第一步，基站控制单元预定一个初始发射功率，该预定初始发射功率可以是当前所有用户的平均发射功率，或按其他功率控制算法或策略算得的功率值，并将这个值传送给功率控制单元12。

第二步，功率控制单元12将收到的预定发射功率的值乘以一个衰减因子，作为对该移动台发射的第一个特征帧的功率。

这个衰减因子是由于移动台采取特殊处理方式而使基站能减小的最低发射功率，它与调制解调的方式、小区的环境、移动台移动速度的快慢等因素有关。这个衰减因子可以预先设定好，也可以隔一段时间进行一次调整。例如，在IS-95中，基站发射前向业务信道信号时是使用QPSK扩频调制，移动台接收前向业务信号时采用导频辅助的相干解调，利用非调制的导频信号来对多径的振幅和相位进行估计。考虑各个多径成分为相独立的随机变量，服从瑞利分布，并且对振幅和相位的估计具有一定误差的情况下，解调器输出的错误概率的上界为： $\mathrm{Pe}<\underset{l=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Pi;}}}\frac{1}{(1-\frac{64n}{A_0^2\&CenterDot;N_p})\&CenterDot;(1+n\&CenterDot;{\mathrm{\&alpha;}}_l^2\&CenterDot;E/I_0)}---\left(1\right)$

这里，Pe表示叠加码片后被降低了的符号的能量；A₀是导频的增益；N_p是用来估计振幅和相位的导频的码片数；n是叠加的调制符号的数目；E是业务信道每个符号的能量。由这个式子可以计算出在保证差错概率不变的条件下，通过叠加码片所能使符号能量降低的最小值。衰减因子就是这个最小值与不采用码片叠加时所需的符号能量的比值。计算结果得到衰减因子的最小值为0.4。在不同的系统中，由于调制解调方式的不同，计算的公式会有所不同，但其原理仍不脱离本发明的范畴。

第三步，在随后发射的特征帧中，发射功率按照对数线性的方式以一设定的步长增长，每帧或每几帧增长一次，直到基站捕获移动台的反向业务信道。

图2是移动台的接收和发射功能框图。它的接收部分是一种CDMA接收机的实现方式，也由常规的滤波器、模/数(A/D)变换、数字解调解扩以及解码单元组成。滤波器21输出的基带信号经A/D转换器22转变成数字信号，再通过一个数字滤波器23输入到数字解扩单元24中，信号在数字解扩单元24中与用户的长码做相关处理，进行解扩，带宽恢复到基带信息的带宽，最后经过解码单元25得到用户数据。在常规的CDMA功率控制中，移动台接收机在解码之后产生误帧率的统计信息并向基站反馈。本发明的方法中，移动台在接入阶段接收基站的特征帧，并于接收到连续有效帧后从解调单元直接产生反馈信息，通过反向业务信道发送给基站。基站利用接收到的反馈信息计算发射正常业务所需的功率。

图3是本发明方法中移动台的数字解调和解扩单元的详细功能图。经数字滤波器31处理后的I、Q支路的数据与用户专用的长码相关后在加法器32中合并成一路，进入累加器(实际上是一个数字积分器)。常规的解调器中只有一路累加器，由积分清洗信号控制对一个调制符号的时间内的所有码片进行累加，累加的结果经过锁存器输入到DSP单元中进行判决，产生符号输出到解码器，从而解出用户的信息。这里的DSP也可以是其他种类的判决或处理电路，并不脱离本发明方法的范畴。

本发明方法中设置了三个累加器(也可以更多)。第一累加器33a的积分清洗信号的周期与上面所讲的常规解调器中的累加器的积分清洗信号周期相同，即在一个符号的时间内进行累加。控制第二累加器33b的积分清洗信号是由控制累加器33a的积分清洗信号经过二分之一分频器34a之后得到，其周期增加了一倍，因此累加器33b是在两个调制符号的时间内对码片进行累加，实际是将两个调制符号进行叠加。由于已知特征帧中的信息是有规律重复的，因此这样的累加实际上是进行了时间分集接收，可以在信噪比比较低的条件下解出正确的信息。控制第三累加器33c的积分清洗信号是由累加器33b的积分清洗信号经过二分之一分频器34b后得到，由上面所描述的同理可知，累加器33c是对四个调制符号进行叠加，可以在更低的信噪比条件下解出正确信息。除了这种靠增加积分清洗时间来实现符号的叠加的方式外，还有其他的方法可以实现这个目的，在第二实施例中将加以具体说明。

从图3可以看出，三个累加器33a，33b，33c是并行工作的，它们的输出都经过锁存及控制选通单元35进入DSP处理单元36进行判决。锁存及控制选通单元35也由一定的时钟进行控制(图中未示出)，每次将一路累加器的输出送入DSP单元36中进行处理。例如，在第一个符号时间结束时选通第一路累加器33a来的数据；在第二个符号时间结束时分别选通第一33a和第二路累加器33b的数据(不是同时选通，而是依次送入DSP单元36)；在第三个符号时间结束时仅选通第一路累加器33a的数据；在第四个符号时间结束时分别选通第一33a、第二33b和第三路33c累加器的数据，依此类推。

DSP单元36(或其它类型的硬件电路)对经锁存及控制选通单元35由三路累加器来的数据分别进行处理和判决，得到各自的符号输出，然后判断哪一个符号是正确的，并将其输出。

锁存及控制选通单元35和DSP单元36均输出控制信号到反馈信息产生单元26。反馈信息产生单元26在移动台的接收电路接收到连续有效帧后产生反馈信息复用到反向业务信道帧中。反馈信息产生单元26按照如下的方式工作：如果接收到的有效帧是使用第一路累加器33a的数据，那么反馈信息置为“01”；如果使用第一路累加器33a数据不能解出正确信息，而使用第二路累加器33b的数据能接收到有效帧，那么反馈信息置为“10”；同理，如果使用第三路累加器33c的数据才能接收到有效帧，反馈信息置为“11”。如果累加器的路数多于三个，可以使用三位或者更多位来表示。

反馈信息产生后输出到图2中的CDMA数据产生单元27中，复用到反向业务信道帧中。例如在IS-95中，移动台在接收到连续两个有效帧后，向基站发射反向业务信道前缀，由196个“0”组成，这是为了让基站确认反向业务链路的建立。也可以发射其他具有一定特征的反向业务信道帧。此处假设移动台发射这种反向业务信道前缀给基站，本发明方法的反馈信息可以采用如下方法复用到反向业务信道前缀中：如果反馈信息是两位，那么反向业务信道前缀的最后八个比特用来传输反馈信息，并将此信息重复三次，以确保基站能正确接收；如果反馈信息是三位或者三位以上，那么可以灵活地改变重复次数或者占据的比特数。如果移动台是发射其它具有一定特征的帧，反馈信息也可以以类似的方法复用到其中，仍不脱离本发明方法的范畴。

如图1所示，基站接收机解调出反馈信息后，将移动台的反馈信息输入到功率控制单元12，功率控制单元12根据当前基站对该移动台的发射功率和接收到的反馈信息计算在传送正常业务时基站对该移动台的发射功率。功率控制单元12根据下面的公式来计算通话开始时的发射功率：

P＝f·2^n-1·P₀                  (2)

其中，P₀是基站对该移动台的当前发射功率；n是移动台的反馈信息，代表移动台接收机中的DSP使用第n路累加器的数据能够做出正确的判决；f是衰减因子。之所以乘上一个衰减因子是因为基站发射空白业务信道帧时会不断增加发射功率(一帧一次)，直到捕获反向业务信道为止，那么从移动台接收到连续有效帧并开始发射反向业务信道前缀到基站捕获移动台的反向业务信道这段时间内基站发射功率的增长都是不必要的，衰减因子f就是为了防止基站发射功率增加得太高。

衰减因子可以根据基站捕获移动台反向业务信道的平均时间和基站功率增长的步长来确定。例如在IS-95中，由于反向功率控制的作用，移动台的反向业务信道通常能在发射第一帧时就被基站捕获，而基站是每一帧的时间增加一个步长的功率，如果基站增加功率的步长为0.5dB，那么基站在接收反向业务信道的这一帧的时间内所增加的不必要的功率为0.5dB，因此在计算正常通话所需功率时应该减去这0.5dB，相当于乘上衰减因子0.89。在别的系统中，这个捕获时间和功率增长的步长不同，衰减因子的值也不同，但其原理不脱离本发明方法的范畴。

以上对本发明方法的第一种实施例进行了描述。下面介绍本发明方法的第二实施例。

在本发明方法的第二实施例中，基站的处理过程与第一实施例一样，发射第一个空白帧的功率是当前所有用户的平均功率乘上一个衰减，然后逐步增加。在移动台的接收处理过程中采用了另外一种实现形式来进行符号的合并。

参照图3，对多个调制符号的叠加可以在DSP单元36中用软件来实现。如图4所示，DSP单元36对两个和四个符号进行合并处理的流程图，其步骤如下：

(1)数据x由锁存器输入存储器A，并用计数器对输入的数据进行计数n；

(2)当输入一个数据时，检查计数器的计数n，并进行判断；

(3)如果n＝3，那么加上新输入的数据就一共有四个数据，这时进行4个数据的合并：M1+M2+M3+A，另外对最新的两个数据进行合并：M3+A，合并后的数据分别送入判决，同时也将最新的一个数据送去进行判决，并将计数器的计数n复位为零。这里M1、M2和M3是缓存，并转(7)；

(4)如果n不等于3，即没有四个最新的数据，则判断n是否等于1，即是否有了两个最新的符号的数据；

(5)如果n等于1，有就对其进行合并：M3+A，合并后的数据送去判决，同时将最新的一个数据送去进行判决，将计数器n加1，并转(7)；

(6)如果n也不等于一，那么直接将新进来的数据A送去进行判决，并将计数器n加1；

(7)更新缓存，准备接收下一个数据进行处理。

可见，图4的处理流程完成了图3中三个累加器和控制选通的功能，可以节约硬件的开销。

合并判决后，DSP单元36传送给反馈信息产生单元26是哪一路合并后判决得到了正确的结果。在移动台正确接收到连续有效帧后，反馈信息产生单元26产生一个如第一实施例中所说的反馈信息给基站。基站接收到移动台的反馈信息后按照公式(2)计算正常通话时对该移动台的发射功率。

本发明方法的第二实施例中，移动台对重复信息的合并采用了不同于第一实施例的方法，是对累加后的数据直接相加，并用软件来实现。当然也可以用其他硬件电路来实现这样的一种叠加，仍不脱离本发明方法的范畴。

至此已参考特定实施例阐述了本发明，但本发明不限于这些实施例。可以理解，本领域的技术人员在不脱离本发明范围和精神的情况下可以修改或改进本发明。

Claims (10)

1.一种码分多址系统中基站发射功率的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)基站在前向业务信道上以预定的初始发射功率对接入阶段的移动台发射特征帧，并逐步加大发射功率；(2)移动台对接收到的特征帧进行叠加处理，并对处理后的特征帧进行检测；(3)移动台根据对特征帧的检测结果产生反馈信息，并将该反馈信息复用到移动台向基站发送的反向业务信道帧中；(4)基站根据接收到的所述反馈信息和基站当前对该移动台的发射功率计算出在对该移动台传送正常业务时所需的发射功率(P)。

2.根据权利要求1所述的码分多址系统中基站发射功率的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述预定的初始发射功率是以当前所有用户的平均发射功率乘以一个衰减因子而得出。

3.根据权利要求2所述的码分多址系统中基站发射功率的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述衰减因子为通过叠加码片所得到的降低了的符号能量与不采用码片叠加时所需的符号能量的比值。

4.根据权利要求1所述的码分多址系统中基站发射功率的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，基站的发射功率是按照对数线性的方式以一设定的步长增长，直到基站捕获移动台的反向业务信道。

5.根据权利要求1所述的码分多址系统中基站发射功率的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，通过在移动台的接收装置中使用n路并行工作且积分清洗时间延长的累加器，用延长积分时间的方法来对接收到的基站的特征帧进行叠加处理，其中n为不小于2的整数。

6.根据权利要求1所述的码分多址系统中基站发射功率的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，通过移动台的接收装置的DSP单元中对接收到的数据进行存储、计数、合并，在软件的控制下，来对接收到的基站的特征帧进行叠加处理。

7.根据权利要求1所述的码分多址系统中基站发射功率的控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述的反馈信息的复用可以采用将该反馈信息复用到移动台向基站发送的反向业务信道帧的前缀中的方法。

8.根据权利要求1所述的码分多址系统中基站发射功率的控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中，基站对移动台的发射功率的计算公式为：

                    P＝f·2^n-1·P₀

其中，P₀是基站对该移动台的当前发射功率；n代表移动台接收机中的DSP单元是使用第n路累加器而做出正确的判决；f是衰减因子。

9.一种实现权利要求1所述的码分多址系统中基站发射功率的控制方法的装置，包括基站收发装置和移动台收发装置，其中，基站收发装置包括增益发射放大器(11)、功率控制单元(12)、自动增益接收机(13)和解调单元(14)，其特征在于，所述的可变增益发射放大器(11)向移动台发射基站对该移动台的数据信号，且其功率增益由功率控制单元(12)来控制，而功率控制单元(12)接收基站控制单元发来的信息或者从解调单元(14)解调出来的移动台的反馈信息来计算对该移动台的发射功率增益，自动增益接收机(13)将接收到的移动台信号转化为基带信号提供给解调单元(14)进行解调；另外，移动台收发装置包括解调解扩单元、反馈信息产生单元(26)、CDMA数据产生单元(27)和发射器(28)，其特征在于，所述的移动台的数字解调解扩单元包括并行设置且积分清洗时间延长的n路累加器，锁存及控制选通单元(35)和DSP单元(36)，其中n为不小于2的整数；移动台接收到的数据同时输入所述n路累加器，所述n路累加器的输出分别经过锁存及控制选通单元(35)进入DSP单元(36)；锁存及控制选通单元(35)和DSP单元(36)均输出控制信号到反馈信息产生单元(26)；反馈信息产生单元(26)产生的反馈信息被送入CDMA数据产生单元(27)，然后由发射器(28)发送给基站。

10.根据权利要求9所述的码分多址系统中基站发射功率的控制方法的装置，其特征在于，所述移动台的n路累加器中，第n路累加器的积分清洗时间由第n-1路累加器的积分清洗时间经1/2分频器分频得来，其中n不小于2的整数。

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