CN1148891C - 在通信系统中提供三元功率控制的方法和设备 - Google Patents

在通信系统中提供三元功率控制的方法和设备 Download PDF

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Abstract

一种用于通信系统的功率控制系统，利用三元信令方案来减少或消除使用二元信令方案所引起的限制循环。对功率控制值(每个具有三个可能值之一)不进行编码，把它们穿插到数据上，以提高功率控制回路的响应时间，并允许动态地调节发送功率。功率增加、功率降低和不操作命令分别由正、负和零值(例如，+1，-1和0)来表示。远程站(6)在任何基站发出功率降低命令时降低其发送功率，在基站(4)都不发出功率降低命令且至少一个基站发出不操作命令时保持其发送功率，并在所有基站都发出功率增加命令时增加其发送功率。

Description

在通信系统中提供三元功率控制的方法和设备
技术领域
本发明涉及数据通信。尤其是，本发明涉及用于在通信系统中提供功率控制的改进的新方法和设备。
背景技术
使用码分多址(CDMA)调制技术是有助于其中存在大量系统用户的通信的几个技术中的一个技术。在本领域内公知诸如时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)等其它技术。然而，CDMA的扩展频谱调制技术明显地优于这些多址通信系统的其它调制技术。在名为“使用卫星或地面转发器的扩展频谱多址通信系统”的4,901,307号美国专利中揭示了在多址通信系统中使用CDMA技术，该专利已转让给本发明的受让人，在这里通过引用而引入其内容。在名为“在CDMA蜂窝式电话系统中产生信号波形的系统和方法”的5,103,459号美国专利中进一步揭示了在多址通信系统中使用CDMA技术，该专利也已转让给本发明的受让人，在这里通过引用而引入其内容。此外，可依据“双模式宽带扩展频谱蜂窝式系统的TIA/EIA/IS-95移动站-基站兼容性标准”来设计CDMA系统，以下把该标准叫做IS-95标准或TIA/EIA/IS-95。
由于CDMA是宽带信号的固有性质，CDMA通过在宽的带宽上扩展信号能量提供了频率分集的形式。因此，频率的选择性衰落仅影响CDMA带宽的一小部分。通过两个或更多基站给移动用户或远程站提供通过同步链路的多信号路径获得了空间或路径分集。此外，通过分开地接收和处理以不同的传播延迟到达的信号来开发通过扩展频谱处理的多路径环境，可获得路径分集。在名为“在CDMA蜂窝式电话系统的通信中提供软越区切换的方法和系统”的5,101,501号美国专利以及在名为“CDMA蜂窝式电话系统中的分集接收机”的5,109,390号美国专利中示出路径分集的例子，这两个专利都已转让给本发明的受让人，在这里通过引用而引入其内容。
反向链路指从远程站至基站的发送。在反向链路上，每个在发送的远程站成为对网络中其它远程站的干扰。反向链路的容量受到从其它远程站发射的总干扰的限制。CDMA系统通过发送较少的位增加了反向链路的容量，从而当用户不说话时使用了较少的功率并减少了干扰。
为了把干扰减到最少并把反向链路容量增到最大，由三个反向链路功率控制回路来控制每个远程站的发送功率。第一功率控制回路通过设定发送功率反比于接收到的前向链路信号的功率来调节远程站的发送功率。在IS-95系统中，远程站的发送功率由Pout＝-73-Pin给出，这里Pin是以dBm给出的远程站接收到的功率，Pout是以dBm给出的远程站的发送功率，-73是一常数。此功率控制回路也叫做开环。
第二功率控制回路如此调节远程站的发送功率，从而把在基站处接收到的反向链路信号的信号质量(通过每比特能量对噪声加干扰Eb/Io测得)保持在预定水平。把此水平叫做Eb/Io设定点。基站测量在基站处接收到的反向链路信号的Eb/Io，并响应于测得的Eb/Io在前向话务信道上把一反向功率控制位发送到远程站。对于IS-95通信系统，反向功率控制位对每一20毫秒的帧发送16次，或者对于800bps的有效速率，每一功率控制组发送一个功率控制位。前向话务信道把此反向功率控制位与来自基站的数据一起传送到远程站。此第二回路也叫做闭环。
CDMA通信系统通常以分立的数据帧发送数据分组。因而，通常由帧差错率(FER)来测量所需的性能水平。第三功率控制回路如此调节Eb/Io设定点，从而保持通过FER测得的所需性能水平。保持给定FER的所需Eb/Io与传播条件有关。此第三回路也叫做外环(outer loop)。在名为“控制CDMA蜂窝式移动电话系统中的发送功率的方法和设备”的5,056,109号美国专利中揭示了反向链路的功率控制机构，该专利已转让给本发明的受让人，在这里通过引用而引入其内容。
前向链路指从基站至远程站的发送。在前向链路上，由于几个原因来控制基站的发送功率。来自基站的高发送功率可能引起对远程站处接收到的其它信号的过度干扰。另一方面，如果基站的发送功率太低，则远程站可能接收错误的数据发送。地面信道衰落和其它公知的因素可能影响远程站接收到的前向链路信号的质量。结果，每个基站测试调节其发送功率，以在远程站处保持所需的性能水平。
对前向链路的功率控制对数据发送尤其重要。数据发送通常是不对称的，在前向链路上发送的数据量大于反向链路上所发送的数据量。由于前向链路上存在把发送功率控制到保护所需性能水平的有效功率控制机构，可提高整个前向链路的容量。
在1995年3月31日提交的名为“在移动通信系统中进行快速前向功率控制的方法和设备”的08/414,633号美国专利申请中揭示了控制前向链路发送功率的方法和设备，该申请已转让给本发明的受让人，在这里通过引用而引入其内容。在08/414,633号美国专利申请中所揭示的方法中，当错误地接收到所发送的数据帧时，远程站把一差错指示位(EIB)消息发送到基站。EIB可以是包含在反向话务信道帧中的一位或在反向话务信道上发送的个别消息。响应于此EIB消息，基站增大或减小它至远程站的发送功率。
此方法的一个缺点是响应时间长。处理延迟包含从基站以不足的功率发送帧的时间到基站响应于来自远程站的差错消息调节其发送功率的时间的时间间隔。此处理延迟包括(1)基站以不足的功率发送数据帧，(2)远程站接收该数据帧，(3)远程站检测帧差错(例如，帧擦除)，(4)远程站把差错消息发送到基站以及(5)基站接收此差错消息并适当地调节其发送功率所花费的时间。必须在产生EIB消息前接收、解调和解码前向话务信道帧。然后，必须在可使用该位来调节前向话务信道的发送功率前产生、编码、发送、解码及处理携带此EIB消息的反向话务信道帧。
通常，所需的性能水平是百分之一的FER。因此，平均来说，远程站每100个帧发送一个表示帧差错的差错消息。依据IS-95标准，每个帧为20毫秒长。这种基于功率控制的EIB适用于调节前向链路发送功率，以处理遮蔽(shadowing)情况，但由于其速度慢，所以不适合除最慢的衰落情况以外的衰落。
控制前向链路发送功率的第二种情况利用在远程站处接收到的信号的Eb/Io。由于FER与接收到的信号的Eb/Io有关，所以可把功率控制机构设计成把Eb/Io保持在所需的水平。如果以可变速率在前向链路上发送数据，则此设计碰到了难题。在前向链路上，依据数据帧的数据速率来调节发送功率。在数据速率较低时，通过如TIA/EIA/IS-95中所述重复调制码元(symbol)，从而以较长的时间周期发送每个数据。每比特能量Eb是一位时间周期上接收到的功率的累加，它是通过累加每个调制码元中的能量而获得的。对于相等数量的Eb，可以较低的数据速率成正比地减少的发送功率来发送每个数据位。通常，远程站事先不知道发送速率，而且不可能计算接收到的每比特能量Eb，直到已对整个数据帧进行了解调、解码并已确定了该数据帧的数据速率。因而，此方法的延迟约为上述08/414,633号美国专利申请中所述的，速率为每帧一个功率控制消息。这不同于上述的反向链路功率控制机构(其中如TIA/EIA/IS-95所规定，一个功率控制消息(位)在每帧发送十六次)。
在上述08/414,633号美国专利申请、在1995年11月15日提交的名为“在移动通信系统中进行快速前向功率控制的方法和设备”的08/559,386号美国专利、在1996年9月27日提交的名为“用于测量扩展频谱通信系统中的链路质量的方法和设备”的08/722,763号美国专利申请、1996年9月16日提交的名为“进行分布式前向功率控制的方法和设备”的08/710,335号美国专利申请以及在1996年11月20日提交的名为“通过预设还未执行的功率控制命令来调节功率控制阈值/测量”的08/752,860号美国专利申请中揭示了进行快速前向链路功率控制的其它方法和设备，所有这些申请都已转让给本发明的受让人，在这里通过引用而引入其内容。
对于IS-95系统，前向与反向链路之间的基本差别在于，不需要知道反向链路上的发送速率。如上述5,056,109号美国专利中所述，在速率较低时，远程站不连续发送。当远程站在进行发送时，远程站以使用同一波形结构的同一功率电平进行发送，而不管发送速率如何。基站根据接收到的反向链路信号的Eb/Io测量值来确定功率控制位的值，并在每帧把此功率控制位发送到远程站16次。基站可忽略相应于远程站不发送时的功率控制位。这使得可进行快速反向链路功率控制。然而，有效的功率控制速率随发送速率而改变。对于TIA/EIA/IS-95，此速率对于全速率帧而言为800bps，对于1/8速率帧而言为100bps。
在1996年5月28日提交的名为“高数据速率CDMA无线通信系统”的08/654,443号美国专利申请中描述了另外的反向链路体系结构，该申请已转让给本发明的受让人，在这里通过引用而引入其内容。依据08/654,443号美国专利申请，在反向链路上引入辅助导频。该导频的电平与反向链路上的发送速率无关。这使得基站可测量该导频电平并以恒定的速率把反向功率控制位发送到远程站。
已有技术中对前向和反向链路提供功率控制的各种方法都利用一位功率控制命令，以指导源单元(远程站或基站)依据在接收单元(基站或远程站)处接收到的信号的测得Eb/Io来增加或减少其发送功率。此一位命令把用于功率控制功能所发送的位数减到最少，因而把系统所需的开销减到最少，而且保留更多的资源用于数据发送。然而，此一位命令固有地引起功率控制的来回切换(toggle)(或限制循环(limit cycling))，这是因为依据接收到的功率控制位的值在每个功率控制组处增加或减少发送功率。此外，由于处理延迟，在进行修正前，可能沿错误的方向调节几个功率控制组的发送功率，从而扩大了限制循环的影响。限制循环可降低通信系统的效率和性能。需要一种利用最少的位数来控制源的发送功率同时减少或消除一位功率控制机构所固有的发送功率的限制循环的方法。
发明概述
本发明是一种利用三元信令方案对通信系统提供功率控制的改进的新方法和设备。本发明通过减少或消除二元信令方案所固有的限制循环来提高通信系统的性能。在示例实施例中，把功率控制值(每个都具有三个可能值之一)穿插(puncture)到数据上，以提高功率控制回路的响应时间并允许对发送功率进行动态调节。可在前向链路和/或反向链路上利用本发明的功率控制机构。然而，为了简单，以反向链路功率控制来描述本发明。
本发明的一个目的是提供一种三元功率控制信令方案。在示例的三元信令方案中，由正值(例如，+1)来代表功率增加(power up)命令，由负值(例如，-1)来代表功率降低(power down)命令，由零来代表不操作命令。三元信令方案把为功率控制功能所分配的位数减到最少，从而保留更多的资源用于数据发送。
本发明的另一个目的是通过减少或消除功率控制回路中的限制循环来提高通信系统的性能。在示例实施例中，功率控制值包括一功率增加、一功率降低或一不操作命令。在示例实施例中，如果接收到的信号的质量(例如，通过每比特能量对噪声加干扰之比Eb/Io测得)在预定范围内，则基站发送不操作命令。不操作命令把二元信令方案中所固有的限制循环减到最少。不操作命令还把因基站处接收到的Eb/Io的测量值不确定性而引起的远程站发送功率的变化减到最少。
本发明的又一个目的是提高功率控制回路的响应时间。在示例实施例中，把功率控制值发送到远程站而不进行编码。此外，把功率控制值穿插到经编码的数据上。在远程站处，可快速地解调并检测功率控制值而不必忍耐长的解码过程。快的响应时间提高了功率控制回路的性能，并可提高通信系统的性能并增加容量。
本发明的再一个目的是提供一种支持越区切换(handoff)的功率控制机构。远程站可与多基站进行软越区切换，并接收来自这些基站的相同或不相同的功率控制值。在远程站处，接收所发送的功率控制值并进行解调和滤波。组合来自多基站或多信号路径的相同功率控制值，以产生改进的功率控制值的测量值。把每个独立的功率控制值与一组阈值相比较，以产生相应的接收到的功率控制值。然后，以逻辑方式组合从与此远程站进行通信的所有基站接收到的功率控制值，从而远程站在任何基站发送功率降低命令时减少其发送功率，在没有基站发送功率降低命令而至少一个基站发送不操作命令时不操作，并在所有基站发送功率增加命令时增加其发送功率。
本发明还有一个目的是提供一种可靠的功率控制机构。可通过例如保持发送功率，省略在功率控制回路中使用被认为不可靠的反向功率控制位。
依据本发明的一个方面，提供了一种用于控制通信系统的发送功率的方法，其特征在于包括以下步骤：测量接收到的信号的质量；把所述接收到的信号的所述质量与一组设定点相比较，所述一组设定点包括第一设定点和第二设定点；以及响应于所述比较步骤产生功率控制值；其中所述功率控制值包括三个值之一，所述三个值相应于功率增加命令、功率降低命令和不操作命令，且所述功率控制值在所述接收到的信号的所述质量低于所述第一设定点时相应于所述功率增加命令，在所述接收到的信号的所述质量超过所述第二设定点时相应于所述功率降低命令，在所述接收到的信号的所述质量在所述第一和第二设定点之间时相应于所述不操作命令；把所述功率控制值发送到目的站；以及其中依据接收到的功率控制值来调节所述目的站的所述发送功率；在所述目的站处处理所发送的功率控制值，以提供所述接收到的功率控制值；其中所述处理步骤包括以下步骤：接收相应于所述发送功率控制值的至少一个信号路径；对所述至少一个信号路径中的每一个进行解调，以获得导频信号和经滤波的数据；计算所述导频信号和所述滤波数据的点积，以获得经解调的功率控制码元；以及在所述功率控制值的周期内累加所述经解调的功率控制码元，以获得所述接收到的功率控制值。
在上述方法中，所述接收到的信号的所述质量基于对所述接收到的信号测得的每比特能量对噪声加干扰之比Eb/Io。
在上述方法中，根据所述通信系统的性能要求来调节所述一组设定点。
在上述方法中，所述性能要求基于所述接收到的信号的帧差错率。
在上述方法中，如果所述帧差错率高于需要，则降低所述第一设定点。
在上述方法中，如果所述帧差错率低于需要，则增加所述第二设定点。
在上述方法中，根据所述接收到的信号的测量不确定性来设定所述第一和第二设定点。
在上述方法中，设定所述第一和第二设定点之差等于或大于所述接收到的信号的所述质量的所述测量不确定性。
在上述方法中，所述处理步骤还包括以下步骤：把来自所述累加步骤的输出与一组阈值相比较，以获得所述接收到的功率控制值。
在上述方法中，不对所述功率控制值进行编码。
在上述方法中，把所述功率控制值穿插到一数据发送上。
在上述方法中，把所述功率控制值伪随机定位于一功率控制组内。
依据本发明的另一个方面，提供了一种用于调节通信系统的发送功率的方法，其特征在于包括以下步骤：接收至少一个发送功率控制值；处理所述至少一个发送功率控制值，以获得功率控制命令；以及依据所述功率控制命令来调节所述发送功率；其中所述功率控制命令包括三个值之一，所述三个值相应于功率增加命令、功率降低命令和不操作命令，且如果在发送所述功率控制值的基站处接收到的信号的质量低于第一设定点，则所述功率控制值相应于所述功率增加命令，如果发送所述功率控制值的所述基站处的所述接收到的信号的所述质量超过所述第二设定点，则所述功率控制值相应于所述功率降低命令，如果发送所述功率控制值的所述基站处的所述接收到的信号的所述质量在所述第一和第二设定点之间，则所述功率控制值相应于所述不操作命令；接收相应于所述至少一个发送功率控制值的至少一个信号路径；对所述至少一个信号路径中的每一个进行解调，以获得经解调的功率控制码元；在所述功率控制值的周期内累加所述经解调的功率控制码元；组合来自所述累加步骤的相同功率控制值，以获得独立的功率控制值；逻辑地组合所述独立功率控制值，以获得所述功率控制命令。
在上述方法中，所述处理步骤还包括以下步骤：把独立功率控制值与相应的阈值组相比较，以获得接收的功率控制值；以及其中对所述接收的功率控制值进行所述逻辑组合步骤，以获得所述功率控制命令。
在上述方法中，如果至少一个独立功率控制值为功率降低命令，则向下调节所述发送功率。
在上述方法中，如果独立功率控制值都不是功率降低命令且至少一个独立功率控制值为不操作命令，则保持所述发送功率。
在上述方法中，如果所有的独立功率控制值都为功率增加命令，则增加所述发送功率。
虽然就反向链路功率控制描述了本发明，但本发明的概念完全适用于前向链路功率控制。
附图概述
从以下详细描述并结合附图将使本发明的特征、目的和优点变得更加明显起来，其中相同的标号表示相应的部分，其中：
图1是示出与远程站通信的多个基站的本发明的通信系统的图；
图2是基站与远程站的示例方框图；
图3是前向话务信道的示例方框图；
图4是远程站内的解调器的示例方框图；
图5是远程站内的功率控制处理器的示例方框图；
图6是基站内的功率检测器的示例方框图；以及
图7是反向链路功率控制信号的示例时序图。
本发明的较佳实施方式
在本发明中，基站在前向话务信道上与数据一起发送反向功率控制值。远程站使用反向功率控制值来控制其发送功率，以在基站处保持所需的性能水平(例如，预定的帧差错率FER)，同时把对网络中其它远程站的干扰减到最小。在示例实施例中，每个功率控制值包括一功率增加命令(例如，+1)、一功率降低命令(例如，-1)或一不操作命令(例如，0)。在示例实施例中，为了把处理延迟减到最小，不对功率控制值进行编码，并把它们穿插到数据上(见图3)。在此意义上，穿插是以功率控制值来替换一个或多个代码码元的过程。
在示例实施例中，基站依据上述5,506,109号美国专利中所述的方法来测量接收到的反向链路信号的质量。在示例实施例中，由测得的Eb/Io来表示接收到的反向链路信号的质量。在另一实施例中，可通过测量远程站所发送的反向链路导频信号的幅度或前向功率控制位(如果利用一位)来确定基站处接收到的反向链路信号的质量。在此另一实施例中，不直接测量数据位的质量，而是从测得的反向链路导频信号的幅度或前向功率控制位来推断。这是合理的，因为前向功率控制位与反向链路信号同等地受到广播环境变化的影响。此另一实施例适用于将数据位的幅度保持为导频信号的幅度或前向功率控制位幅度的已知的比例。可使用测量基站处的反向链路信号的质量的其它方法，这些方法在本发明的范围内。
在示例实施例中，基站把测得的Eb/Io与包括第一和第二设定点的一组设定点相比较。如果测得的Eb/Io测超过第一设定点，则基站发出功率降低命令。如果测得的Eb/Io低于第二设定点，则基站发出功率增加命令。最后，如果测得的Eb/Io在第一与第二设定点之间，则基站发出不操作命令。可根据一组参数来调节设定点，这组参数包括系统的性能要求及接收到的反向链路信号测量的不确定性。
在示例实施例中，对于每个功率控制组，把一功率控制值发送到各个远程站。对于示例的IS-95通信系统，每个功率控制组的持续时间为1.25毫秒。以均匀隔开的间隔来发送功率控制值可导致基站把功率控制值同时发送到多远程站。这可导致发送功率出现峰值，该峰值有可能减少容量。为了避免这一现象，可把功率控制值伪随机定位在功率控制组中。这可通过把功率控制组分成预定数目的位置(例如，对于IS-95系统为24)并伪随机选择(例如，以长PN序列)功率控制值中要穿插的位置来实现。对于IS-95系统，仅选择前16个位置之一作为功率控制值的起始位置，而不选择后8个位置。
在示例实施例中，使用具有上述示例值(例如，+1，0，-1)的三元信令方案来发送功率控制值。通过使用三元信令方案，可能不必使功率控制值的位置随机化。最好，通过把功率控制值置于功率控制组中较前的部分，可减少功率控制回路的处理延迟，从而提高性能。然而，可把此功率控制值置于功率控制组中的各种位置来满足其它系统考虑，这在本发明的范围内。
在远程站处，接收所发送的功率控制值并进行解调和处理。尤其是，在功率控制值的持续时间内累加经解调的功率控制码元。接着，累加来自多基站或多路径的相同功率控制值。然后，把每个获得的独立功率控制值与一组阈值相比较，以提供相应的接收到的功率控制值，其值为+1，0或-1。然后，以逻辑方式组合接收到的功率控制值(每个对应于每个独立功率控制值)，以提供单个功率控制命令，该命令指导远程站在任何基站发出功率降低命令时降低其发送功率，在码元基站发出功率降低命令且至少一个基站发出不操作命令时不操作，以及在所有基站发出功率增加命令时增加其发送功率。
通常，以低的发送功率电平把反向功率控制值发送到远程站。此外，可从通信系统内的多个基站发送此功率控制值。提高接收来自各基站或同一基站的多路径的功率控制值、依据来自各基站或多路径的导频信号的相位和幅度来调节功率控制值的相位和幅度并对经调节的功率控制值的幅度进行滤波，可更准确地测量功率控制值的幅度。可组合经滤波的功率控制值的幅度(在适时)并用它来控制远程站的发送功率，从而把在基站处接收到的反向链路信号的质量保持在所需的水平。
为了提高功率控制机构的效率，例如对抗信道中的慢衰落，功率控制回路设计成以高速率进行操作。在示例的IS-95系统中，以800bps来发送功率控制值。因而，可高达每秒800次的速率来调节远程站的发送功率。然而，由于所发送的功率控制值未经编码且能量很小，所以会在远程站处不能令人满意地接收某些功率控制值。远程站可作出选择，以忽略它认为不充分可靠的任何功率控制值。
在速率实施例中，为了把处理延迟减到最少，发送功率控制值而不进行编码，并把它们穿插到数据上。然而，对于需要更高的可靠性水平的通信系统，可把功率控制值与数据或仅为此功率控制值所提供的分开的代码一起进行编码。使用编码来提高接收到功率控制值的可靠性在本发明的范围内。
为了简单，就反向链路功率控制来描述本发明，其中基站命令远程站调节其各个发送功率。本领域内的技术人员容易理解，本发明可应用于前向链路功率控制。因而，利用这里所述的本发明概念的前向链路功率控制在本发明的范围内。
I.电路描述
参考附图，图1示出本发明的示例通信系统，它包括与多个远程站6(为了简单只示出一个远程站6)进行通信的多个基站4。系统控制器2连到通信系统中的所有基站4及公共电话交换网(PSTN)8。系统控制器2协调连到PSTN 8的用户与远程站6上的用户之间的通信。通过信号路径10发生从基站4至远程站6的数据发送，通过信号路径12发生从远程站6至基站4的发送。信号路径可以是笔直的路径，诸如信号路径10a或诸如信号路径14等反射路径。当从基站4a发送的信号反射离反射源16并通过不同于视线路径10a的路径到达远程站6时，产生了反射路径14。虽然在图1的方框图中已示出，但反射源16是远程站6的操作环境中的人工因素(例如，建筑物或其它结构)的结果。
在图2中示出本发明的基站4与远程站6的示例方框图。前向链路上的数据发送从给编码器22提供数据的数据源20始发。在图3中示出编码器22的一个示例方框图。在编码器22内，信道编码器212依据系统的编码格式对数据进行编码。对于示例的IS-95系统，信道编码212如上述5,103,359号美国专利所述进行CRC编码、码尾位内插(code tail bit insertion)、卷积编码和码元重复。把获得的码元提供给块交错器(interleaver)214，该交错器214记录这些码元并把经交错的数据提供给调制器(MOD)24。
在图3中示出依据IS-95标准的调制器24的示例方框图。在调制器24内，乘法器222以长的PN码对经交错的数据进行扰频，从而只能由数据到达的远程站6来接收此交错数据。通过多路复用器(MUX)226多路复用此长PN码扩展数据，并把它提供给乘法器228，该乘法器228以相应于分配给目的地远程站6的话务信道的Walsh码覆盖该数据。把Walsh覆盖的数据提供给乘法器230a和230b，且进一步分别以短的PNI和PNQ码进行扩展。把来自乘法器230a和230b的短PN扩展数据分别提供给滤波器232a和232b，这两个滤波器对数据提供低通滤波。把来自滤波器232a和232b的I信道数据和Q信道数据分别提供给个发射器(TMTR)26(见图2)，发射机26对该信号进行滤波、调制、上变频和放大。通过双工器28按路由传送经调制的信号，并通过信号路径10由天线30在前向链路上发送。在某些基站设计中可不使用双工器28。
在图3所示的示例实现中，功率控制值包括功率控制位和功率控制使能。在此示例实施例中，功率控制位为一位命令，这位为高(例如，1)时命令远程站6增加其发送功率，当它为低(例如，0)时命令降低发送功率。在此示例实施例中，功率控制使能为一位命令，这位为高(例如，1)时允许处理功率控制位并提供给滤波器232的输出，当它为低(例如，0)时使滤波器232的输出复位到不操作命令的中间标度值(0)。如图7所示，其中虚线示出低功率控制使能，实线示出高功率控制使能。可注意，在图7中，当如虚线所示功率控制使能低时所发送的序列(例如，I信道数据和Q信道数据)处于中间标度。
在此示例实施例中，分别通过同相和正交正弦曲线来调制I信道数据和Q信道数据。通过使不操作与零值相等，在功率控制值的持续时间内，经调制的I和Q信号为零。因而，在发送不操作命令时，基站4在功率控制值的持续时间内不把任何能量发送到远程站6。
在此示例实施例中，把一反向功率控制值穿插到每个功率控制组的数据流上。每个功率控制值的持续时间是预定的，且可使它与话务信道上的数据速率有关。此外，可固定反向链路功率控制值穿插的位置，或该位置可以来自长PN发生器224(如图3所示)的长PN序列加以伪随机选择。MUX 226用来把反向功率控制位穿插到数据流中。MUX 226的输出包含经编码的数据位及反向功率控制位。在表1中列出功率控制位和功率控制使能的示例定义。
                          表1
功率控制位 功率控制使能 功率控制值   远程站动作
    1     1     +1     功率增加
    0     1     -1     功率降低
    X     0     0     不操作
或者，可通过插在混合器230与滤波器232(在图3中未示出)之间的一对MUX把功率控制值(例如，+1，0和-1)直接穿插到提供给滤波器232的数据上。在此实施例中，把短PN扩展数据映射到相应于功率控制值的新的信号空间。例如，可把短PN控制数据中的高映射到+1，并把PN控制数据中的低映射到-1。
参考图2，在远程站6处，前向链路信号由天线102接收，通过双工器104按路由传送，并被提供给接收器(RCVR)106。接收器106对此信号进行滤波、放大、解调和量化，以获得数字化的I和Q基带信号。把此基带信号提供给解调器(DEMOD)108。解调器108以短的PNI和PNQ码对此基带信号进行解扩展，以与基站4处所使用的Walsh码相同的Walsh码对解扩展的数据进行去覆盖，以长的PN码对Walsh去覆盖的数据进行解扩展，并把经解调的数据提供给解码器110。
在解码器110内，块去交错器记录经解调的数据的码元并把去交错的数据提供给信道解码器，该信道解码器依据在信道编码器212处所使用的编码格式对此数据进行解码。把经解码的数据提供给数据汇(sink)112。
II.功率控制值的检测
在图4中示出用于检测接收到的反向链路功率控制值的示例解调器108的方框图。把来自接收器106的数字化I和Q基带信号提供给一组相关器310。可把每个相关器310分配给来自同一基站4的不同信号路径或来自不同基站4的不同发送。在每个所分配的相关器310内，乘法器312a和312b分别以短的PNI和PNQ码对基带信号进行解扩展。每个相关器310内的短PNI和PNQ码具有一独有的偏移，该偏移与从中发送该信号的基站4有关的特定偏移匹配，且进一步相应于该相关器310所解调的信号所经历的传播延迟。乘法器314以分配给相关器310所接收的话务信道的Walsh码对此短PN解扩展数据进行去覆盖。把去覆盖的数据提供给滤波器318，该滤波器318累加一个码元时间内的去覆盖数据的能量。
对于在分开的导频信道(它叠加在话务信道)上发送导频信号的IS-95系统，来自乘法器312的短PN解扩展数据也包含此导频信号。对于IS-95系统，以相应于Walsh码0的全0序列覆盖此导频信号。因而，不需要进行Walsh去覆盖来获得导频信号。把此短PN解扩展数据提供给导频相关器316，该相关器316对解扩展的数据进行低通滤波和/或码元累加，以从接收到的信号中提取导频信号。
把相应于来自导频相关器316的导频信号及来自滤波器318的滤波数据的这两个复信号(或矢量)提供给点积电路320，该电路320以本领域内公知的方式计算这两个矢量的点积。在名为“导频载波点积电路”的5,506,865号美国专利中描述了点积电路310的一个例子，该专利已转让给本发明的受让人，在这里通过引用而引入其内容。点积电路320把相应于滤波数据的矢量投影到是相应于滤波导频信号的矢量上，把这些矢量的幅度相乘，并把信号标量输出Sm(j)提供给解多路复用器(DEMUX)322。符号Sm(j)用来代表在第j个码元周期内来自低m个相关器320m的输出。远程站6已知道当前帧的第j个码元周期是对应于一数据位还是对应于一反向功率控制值。相应地，DEMUX 322按路由把相关其输出的矢量 S(j)＝{s1(j)，s2(j)，...，sM(j)}发送到数据组合器324或控制处理器120。数据组合器324对其矢量输入求和，使用长PN码对该数据进行解扩展，并把经解调的数据提供给解码器110。
把包括经解调的功率控制码元的功率控制数据提供给图5所示的功率控制处理器410。可把功率控制处理器410装入图2所示的控制处理器120中。在功率控制处理器410内，把经解调的功率控制码元提供给码元累加器412，该累加器412在功率控制值的持续时间内累加经解调的功率控制码元Sm(j)，以产生经解调的功率控制值bm(i)。例如，对于IS-95系统，每个功率控制值具有两个调制码元或128个PN片码(chip)的持续时间。在此情况下，码元累加器412在128个PN片码内累加经解调的功率控制码元，以产生经解调的功率控制值bm(j)。符号bm(j)用来代表对于第i个功率控制组，相应于第m个相关器310m的反向功率控制值。把经解调的功率控制值的矢量b(j)＝{b1(j)，b2(j)，...，bM(j)}提供给相同位累加器414。
依据IS-95标准，当不止一个基站4在与同一远程站6进行通信时，基站4可配置成发送相同或不相同的的反向链路功率控制值。当基站4实际上处于同一位置时，诸如当基站是一小区的不同扇区(sector)时，基站4通常配置成发送相同的功率控制值。不发送相同的功率控制值的基站4通常实际上处于不同的位置。IS-95标准还规定了这样一种机构，通过该机构来识别配置成把相同的功率控制值发送到远程站6的基站4。此外，当远程站6在接收单个基站4通过多个传播路径的发送时，这些路径上接收到的反向功率控制值固有地相同。相同位累加器414组合已知相同的反向功率控制值bm(i)。因而，相同位累加器414的输出是独立反向功率控制值的矢量B′(i)＝{b′1(i)，b′2(i)，...，b′N(i)}，它相应于N个独立的反向功率控制流。每个独立功率控制流b′n(i)包括相应于该流(例如，来自与远程站6进行通信的不同扇区或来自不同的多路径)的相同功率控制值。可依据以下公式计算独立功率控制值：
b n ′ ( i ) = 1 K Σ k = 0 K - 1 b k ( i ) - - - - ( 1 )
这里，K为接收第n个独立反向功率控制流(例如，来自不同基站4或不同多路径)的相同功率控制值的相关器310的数目。
通常也把本发明的三元信道叫做擦除信道。替代使用一个阈值(对于二元+/-的通信信道，它通常为零)，对本发明的三元信道通常使用两个阈值。把第一阈值设定为超过零，把第二阈值设定为低于零。如果接收到的信号的幅度超过第一阈值，则宣布+1，如果该幅度低于第二阈值，则宣布-1，如果该幅度在第一与第二阈值之间，则宣布擦除。
把独立功率控制值的矢量 B′(i)提供给阈值比较电路416，该电路416把每个电路的功率控制值b′n(i)与相应的一组预定阈值相比较。如果b′n(i)超过第一阈值th1n，则把相应于b′n(i)的接收到的功率控制值b″n(i)设定为+1，如果b′n(i)低于第二阈值th1n，则把相应于b′n(i)的接收到的功率控制值b″n(i)设定为-1，如果b′n(i)在第一阈值th1n与第二阈值th1n之间，则把接收到的功率控制值b″n(i)设定为零。
可依据一组参数来设定相应于每个独立功率控制值的第一和第二阈值，这些参数诸如经组合而产生独立功率控制值的相同功率控制值的数目及接收到的信号的测得幅度的变化。作为一个例子，可把第一阈值设定在额定全标度值的0.5，可把第二阈值设定在额定全标度值的-0.5，依据上述参数来调节这些阈值。来自阈值比较电路416的输出包括接收到的功率控制值的矢量B″(i)＝{b″1(i)，b″2(i)，...，b″N(i)}，每个接收到的功率控制值b″n(i)的值为+1，-1或零。把接收到的功率控制值的矢量 B″(i)提供给功率控制逻辑418。
依据IS-95标准，如果任一个基站4发出功率降低命令，远程站6降低其发送功率。此机构把干扰减到最小并提高了系统容量，同时保证了在至少一个基站4处适当地接收反向链路信号。在示例实施例中，结合本发明的三元功率控制信令方案利用同一功率控制机构。在示例实施例中，如果任何接收到的功率控制值b″n(i)为负，则远程站6降低其发送功率。此外，如果接收到的功率控制值b″n(i)都不为负，且至少一个接收到的功率控制值b″n(i)为零，则移动站6不调节其发送功率。最后，如果所有接收到的功率控制值b″n(i)都为正，则远程站6增加其发送功率。功率控制逻辑418使用上述逻辑方案处理接收到的功率控制值的矢量 B″(i)。功率控制逻辑418的输出为单个功率控制值(或功率控制命令)，它指示远程站6增加、降低或保持其发送功率。把此功率控制值提供给发射器136(见图2)，该发射器136相应地调节远程站6的发送功率。
在此示例实施例中，不对反向功率控制值进行编码，因此，它们尤其容易受到干扰所产生的差错的影响。闭环反向链路功率控制的快速响应时间把这些差错对反向链路功率控制性能的影响减到最少，这是因为可补偿随后的功率控制组中远程站6的发送功率的这些误调节或不调节。
在这里所述的示例实施例中，如此描述了反向链路功率控制，从而可与IS-95标准兼容。本发明的实践与任何特定通信系统或实现无关。对本领域内的技术人员明显的是，可尝试其它实现来进行这里所述的功率控制处理，它们也在本发明的范围内。
III.产生功率控制值
参考图2，在基站4处，反向链路信号由天线30接收，通过双工器28按路由传送，并被提供给接收器(RCVR)50。接收器50对此信号进行滤波、放大、解调和量化，以获得数字化的I和Q基带信号。把此基带信号提供给解调器(DEMOD)52。解调器52以短的PNI和PNQ码对此基带信号进行解扩展。对于IS-95系统，解调器52信号把接收到的Walsh序列映射到相应的Walsh码。尤其是，把解扩展的数据分组成为64个片码的块，并给数据分配具有最接近于解扩展数据的块的Walsh序列的Walsh码。如上述5,103,459号美国专利中所述，提高快速Hadamard转换来进行此信号映射。此Walsh码包括提供给解码器54的解调数据。
在解码器54内，块去交错器记录经解调的数据的码元并把去交错的数据提供给信道解码器，该信道解码器依据在编码器132处所使用的编码格式对此数据进行解码。对于IS-95系统，解码器54对经解码的数据进行Viterbi解码和CRC校验。把经CRC校验的数据提供给个数据汇56。在5,103,459号美国专利中进一步描述了IS-95系统的接收器50和解调器52的功能。
在示例的IS-95系统中，调节远程站6的发送功率，以保持所需的反向链路信号质量(例如，以基站4处接收到的反向链路信号的每比特能量对噪声加干扰之比Eb/Io来测得)。在此示例实施例中，把测得的Eb/Io与Eb/Io设定点相比较，与其响应而产生一功率控制值。继而，调节Eb/Io设定点，以保持所需的的帧差错率(FER)。
如图6所示，把经解调的数据提供给控制器40内的功率检测器430。在功率检测器430内，把经解调的数据提供给功率测量电路432，该电路432计算接收到的反向话务信道的功率及接收到的总功率。在上述5,506,109号美国专利中详细地描述了测量接收到的信号的质量的方法和设备。总之，可从经解调的数据中计算接收到的反向话务信道的功率，并可从解扩展数据中计算接收到的总功率。这两个测量值之比包括测得的Eb/Io，然后把此Eb/Io提供给滤波器436。滤波器436在预定间隔内对测得的Eb/Io求平均，并把平均Eb/Io提供给比较电路438。可把滤波器436实现为有限脉冲响应(FIR)滤波器或本领域内所公知的其它滤波器设计。此外，可如此设计滤波器436，从而可对于特定系统要求，获得可靠测量与最小响应时间之间的折衷。
在此示例实施例中，把接收到的反向链路信号的质量指示(诸如FER)提供给阈值调节电路434，该电路434对其响应而设定两个Eb/Io设定点(包括第一和第二设定点)。在示例实施例中，如果平均Eb/Io超过第一设定点，则接收到的Eb/Io比所需的好，通过发出-1的功率控制值向下调节远程站6的发送功率。或者，如果平均Eb/Io低于第二设定点，则接收到的Eb/Io比所需的差，通过发出+1的功率控制值向上调节远程站6的发送功率。最后，如果平均Eb/Io在第一与第二设定点之间，则接收到的Eb/Io近似于所需，通过发出功率控制值为零的不操作命令而保持移动站6的发送功率。第一与第二设定点之差包括接收到的Eb/Io的所需操作范围，并可把此差处理成特定应用。尤其是，可设定第一与第二阈值之差，以计入接收到的Eb/Io测量的不确定性。例如，如果只能以±0.5dB的确定性来测量接收到的Eb/Io，则应把第一与第二设定点之设定为分开至少1.0dB。
可根据系统的性能要求(例如，通过接收到的反向链路信号的FER来确定)来调节第一和第二阈值。如果接收到的FER高于所需，则可增大设定点，从而使功率控制回路向上调节远程站6的发送功率并提高接收到的Eb/Io。或者，如果接收到的FER低于所需，则可降低设定点，从而使功率控制回路向下调节远程站6的发送功率来提高容量。
如上述5,109,390号美国专利中所述，远程站6可与多个基站4进行软越区切换，或与多个基站4(或扇区)进行更软的越区切换。而在越区切换中，基站4可把相同或不相同的功率控制值发送到远程站6。如果发送不相同的功率控制值，则每个基站4的动作独立于其它基站4。然而，如果发送相同的功率控制值，则把这些功率控制值发送到诸如系统控制器2等中央处理器，该处理器评估来自所有基站4的功率控制值。在示例实施例中，系统控制器2指导远程站6在任何基站4发出功率降低命令时降低其发送功率，指导远程站6在基站4都不发出功率降低命令且至少一个基站4发出不操作命令时保持其发送功率，以及指导远程站6在所有基站4都发出功率增加命令时增加其发送功率。然后，系统控制器2把相同的功率控制值发送给与远程站6进行通信的所有基站4，以在前向链路上进行发送。
已就IS-95通信系统的反向链路功率控制详细地描述了本发明。本领域内的技术人员容易理解，可对其它通信系统的反向链路功率控制利用本发明的三元信令方案。一个这样的其它通信系统是在1997年11月3日提交的名为“高速率分组数据发送的方法和设备”的08/963,386号美国专利申请中所述的示例高速率分组数据通信系统，该申请已转让给本发明的受让人，在这里通过引用而引入其内容。在此分组数据通信系统中，把功率控制子信道分配给与发送基站进行通信的每个远程站。每个功率控制子信道用来在每个时隙把一功率控制值发送到各移动站，以命令该移动站功率增加、功率降低或保持其发送功率。在此分组数据通信系统中，在多路复用到每个发送时隙内固定位置处的话务信道上的一个功率控制脉冲串(burst)期间发送用于多个远程站的功率控制值。
已就通信系统的反向链路功率控制详细地描述了本发明。对本领域内的技术人员也很明显的是，本发明的三元信令方案可延伸到前向链路功率控制，这在本发明的范围内。
本发明的三元信令方案可进一步延伸到发送需要不止两个状态的其它控制信号。例如，在能以许多数据速率之一进行发送的通信系统中，基站可把一速率控制值发送到远程站，以把速率增加、速率降低或即将来临的数据发送的速率不变通知该移动站。使用三元信令方案把发送控制信号所需的位数减到最少，同时防止或消除了由发送二元控制值所引起的限制循环。
先前对较佳实施例提供了描述，以使本领域内的技术人员可制造或利用本发明。对这些实施例的各种修改将对本领域内的技术人员变得明显起来，可把这里所述的普遍原理应用于其它实施例而不使用创造性。因而，本发明将不限于这里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最宽范围。

Claims (17)

1.一种用于控制通信系统的发送功率的方法，其特征在于包括以下步骤：
测量接收到的信号的质量；
把所述接收到的信号的所述质量与一组设定点相比较，所述一组设定点包括第一设定点和第二设定点；以及
响应于所述比较步骤产生功率控制值；
其中所述功率控制值包括三个值之一，所述三个值相应于功率增加命令、功率降低命令和不操作命令，且所述功率控制值在所述接收到的信号的所述质量低于所述第一设定点时相应于所述功率增加命令，在所述接收到的信号的所述质量超过所述第二设定点时相应于所述功率降低命令，在所述接收到的信号的所述质量在所述第一和第二设定点之间时相应于所述不操作命令；
把所述功率控制值发送到目的站；以及
其中依据接收到的功率控制值来调节所述目的站的所述发送功率；
在所述目的站处处理所发送的功率控制值，以提供所述接收到的功率控制值；
其中所述处理步骤包括以下步骤：
接收相应于所述发送功率控制值的至少一个信号路径；
对所述至少一个信号路径中的每一个进行解调，以获得导频信号和经滤波的数据；
计算所述导频信号和所述滤波数据的点积，以获得经解调的功率控制码元；以及
在所述功率控制值的周期内累加所述经解调的功率控制码元，以获得所述接收到的功率控制值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述接收到的信号的所述质量基于对所述接收到的信号测得的每比特能量对噪声加干扰之比Eb/Io。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于根据所述通信系统的性能要求来调节所述一组设定点。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述性能要求基于所述接收到的信号的帧差错率。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于如果所述帧差错率高于需要，则降低所述第一设定点。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于如果所述帧差错率低于需要，则增加所述第二设定点。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于根据所述接收到的信号的测量不确定性来设定所述第一和第二设定点。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于设定所述第一和第二设定点之差等于或大于所述接收到的信号的所述质量的所述测量不确定性。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述处理步骤还包括以下步骤：
把来自所述累加步骤的输出与一组阈值相比较，以获得所述接收到的功率控制值。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于不对所述功率控制值进行编码。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于把所述功率控制值穿插到一数据发送上。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于把所述功率控制值伪随机定位于一功率控制组内。
13.一种用于调节通信系统的发送功率的方法，其特征在于包括以下步骤：
接收至少一个发送功率控制值；
处理所述至少一个发送功率控制值，以获得功率控制命令；以及
依据所述功率控制命令来调节所述发送功率；
其中所述功率控制命令包括三个值之一，所述三个值相应于功率增加命令、功率降低命令和不操作命令，且如果在发送所述功率控制值的基站处接收到的信号的质量低于第一设定点，则所述功率控制值相应于所述功率增加命令，如果发送所述功率控制值的所述基站处的所述接收到的信号的所述质量超过所述第二设定点，则所述功率控制值相应于所述功率降低命令，如果发送所述功率控制值的所述基站处的所述接收到的信号的所述质量在所述第一和第二设定点之间，则所述功率控制值相应于所述不操作命令；
接收相应于所述至少一个发送功率控制值的至少一个信号路径；
对所述至少一个信号路径中的每一个进行解调，以获得经解调的功率控制码元；
在所述功率控制值的周期内累加所述经解调的功率控制码元；
组合来自所述累加步骤的相同功率控制值，以获得独立的功率控制值；
逻辑地组合所述独立功率控制值，以获得所述功率控制命令。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于所述处理步骤还包括以下步骤：
把独立功率控制值与相应的阈值组相比较，以获得接收的功率控制值；以及
其中对所述接收的功率控制值进行所述逻辑组合步骤，以获得所述功率控制命令。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于如果至少一个独立功率控制值为功率降低命令，则向下调节所述发送功率。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于如果独立功率控制值都不是功率降低命令且至少一个独立功率控制值为不操作命令，则保持所述发送功率。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于如果所有的独立功率控制值都为功率增加命令，则增加所述发送功率。
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