CN1181666A - 无线电通信系统 - Google Patents

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山野千晴
白木裕一
关根清生
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Abstract

本发明的目的是提供能跟随衰减变化的无线电通信系统。为达到此目的,本发明系统中的发射机,基于接收机通知的指明当前时刻衰减状态的衰减状态信号,预测特定时间后的衰减状态,由此,根据预测的衰减状态放大传输信号。

Description

无线电通信系统
本发明涉及通信设备和通信系统，如包括基地台和移动台按照CDMA通信方式的通信系统。
在数字移动无线通信方式中，衰减将引起SNR(信噪比)降低变坏，从而使通信质量降低。
在CDMA通信系统等的频谱扩展通信方式中，多路径引起的频率选择性衰减和移动台相对基地台高速移动而产生的衰减将成为问题。
作为解决这一问题、提高通信质量的方法，从下述文献所记载的移动台向基地台进行无线传输时，在移动台通过进行反向链路功率控制(反向链路功率控制)，将基地台的接收电平保持一定的方法是大家所熟知的。
文献『Andrew J.Viterbi著、「扩频通信CDMA原理」、pp.113119、Addison Wesley发行、1995年」
使用该反向链路功率控制方法的无线通信系统的简略结构示于图2。
受了衰减影响的信号供给基地台1，该接收信号在数字解调器10中进行数字解调，变换为接收数据信号，由功率测量电路(POW)11测量变换后的接收数据信号的功率(接收功率电平)，并供给功率控制信息生成电路12。在功率控制信息生成电路12中，由减法器13得到该接收功率电平与目标电平保持部(M)14保持的目标功率电平之差，由量化电路(Q)15根据该信号差形成指示提高或降低移动台2的发送功率的1个比特的反向链路功率控制信息，该反向链路功率控制信息在数字调制器16中叠加到发送数据上后进行数字调制，并向移动台2发送。
在移动台2中，通过传输通路到达的基地台的接收信号由数字解调器20进行数字解调，从通过解调而得到的接收数据信号中分离出反向链路功率控制信息，供给反向链路功率控制电路21内的逆量化电路(Q1)22，例如，如果是增加功率，就从该逆量化电路22输出+0.5dB的功率变化步长，如果是减小功率，就输出-0.5dB的功率变化步长。该步长由加法器23与1个采样延迟电路(Z1)24的以前的功率控制值相加，形成新的功率控制值，由线性区域变换电路(EXP)25变换为线性区域的功率控制值，并加到可变放大器即发送功率放大器(A)26到控制端子上，控制向基地台1发送信号的功率。
总之，上述处理将接收功率电平与目标功率电平之差用1位量化后进行传输，传输信号通过积分将衰减信号复原，通过处理的相反特性，控制可变放大器26，将衰减信号消除了。处理基于于衰减信号在短时间内不变化的假设。这里，衰减信号表示衰减特征，衰减信号定义为基站的接收功率Pb与移动台的发射功率Pm之比，即衰减信号X＝(接收功率Pb)/(发射功率Pm)。衰减信号随时间变化。所以，衰减信号函数定义为X(n)，n指时间。
但是，基于这种假定，反向链路功率控制不能跟踪移动台高速移动时发生的急剧的衰减变化。
另外，虽然移动台的反向链路功率控制需要从基地台反向链路功率控制信息，但是，从基地台向移动台传送反向链路功率控制信息时，存在处理延迟，处理延迟越大，在该处理延迟期间衰减将发生大的变化，所以，这时，在先有的反向链路功率控制方法中，跟踪性也很差。反向链路功率控制的误差越大，通信质量越坏。
因此，本发明的目的是提供一种无线电通信系统，可以跟随空间传播路径中的衰减变化，用预测衰减所需的电功率发射信号。
根据本发明的一个方面，无线通信系统，包括通过空间路径向接收机发射第一信号的发射机，接收机接收经空间路径有了衰减的第二信号，其中发射机包括：预测装置，用于基于接收装置通知的当时的衰减状态信号，预测特定时间之后的衰减状态；放大器装置，用于基于预测的衰减状态放大第一信号；和发射装置，用于发射第一信号；
接收机包括：接收装置，用于接收第二信号；生成装置，用于产生表示当前时刻衰减状态的衰减状态信号；通知装置，用于将衰减状态信号通知给发射机。
从下面的详述及本发明最佳实施例附图可更深刻理解本发明，但本发明不局限于用于说明和理解本发明的特定实施例。
图1是表示实施例1通信系统的结构的框图。
图2是表示先有的结构的框图。
图3是实施例1的量化电路的处理说明用的图表。
图4是实施例1的标度自适应电路的处理说明用的图表。
图5是实施例1的逆量化电路的处理说明用的图表。
图6是表示实施例2通信系统的结构的框图。
图7是表示实施例2通信系统的结构的框图。
(A)实施例1
下面，参照附图详细说明将本发明的通信系统和通信设备应用于移动通信系统、基地台和移动台的实施例1。
图1是表示实施例1的移动通信系统的反向链路功率控制方法的功率控制结构的框图，对于与上述图2相同或对应的部分，标以相同的标号。
首先，说明基地台1A的反向链路功率控制方法的功率控制结构及其动作。
在基地台1A中，作为用于控制移动台2A的发送功率的结构部分是数字解调器10、功率测量电路(POW)11、功率控制信息生成电路30和数字调制器16。
受了衰减影响的移动台2A的接收信号输入数字解调器10，将该接收信号进行数字解调后，将该解调数据信号RBS(i)(i表示采样序号，是大于0的整数；是与信息编码周期对应的采样序号)供给图中未示出的解调数据信号的处理电路，同时也供给功率测量电路11
功率测量电路11根据解调数据信号RBS(i)，测量其功率P(n)[dB]，作为接收电平信息(移动台2A的发送功率信息)。具体地说，功率测量电路11输入是通过数字解调器10而按信息编码周期32KHz输出的解调数据信号RBS(i)，如(1)式所示的那样，将每20采样的平方平均值变换为分贝而计算出功率P(n)。
  P(n)＝10log10(∑RBS(ik)2/20)         …(1)
这里，供计算平均的采样数20由反向链路功率控制周期和信息编码周期决定，本实施例的情况是按1.6KHz(32KHz/20)的周期进行控制。另外，n表示功率控制的采样时刻。(1)式中的总和∑是从(n-1)×20+1到n×20。作为用于计算接收功率P(n)的平均方法，还可以使用加权平均及指数平滑的方法等。
功率控制信息生成电路30由减法器31、目标电平保持部(M)32、量化电路(Q)33和标度自适应电路(S)34构成。
减法器31和目标电平保持部32构成将目标电平M[dB]从测量的移动台的发送功率P(n)中减去的目标电平减法电路，减法运算后的信号E(n)供给量化电路33。即，如(2)式所示的那样，计算接收功率P(n)与目标功率M(n)的差值信号E(n)[dB]。为了将通话质量限制在某一容许范围内，目标功率M(n)可以任意设定，通常是固定值。在基地台1A和移动台2A中也有预先收发目标功率的通信系统，但是，进行功率控制时，作为固定值进行处理。
  E(n)＝P(n)-M(n)                              …(2)
量化电路33使用标度自适应电路34的标度(量化步长)S(n)(如后所述，基本上与差值信号E(n)的标准偏差相等)将差值信号E(n)规格化，以使离散成为1，然后，按照图3的图表，获得量化值PC(n)，作为反向链路功率控制信息向标度自适应电路34和数字调制器16输出。
量化值PC(n)为「01」，表示移动台2A的发送功率很大；量化值PC(n)为「00」，表示移动台2A的发送功率大；量化值PC(n)为「10」，表示移动台2A的发送功率小；量化值PC(n)为「11」，表示移动台2A的发送功率很小。
标度自适应电路34利用从现在到过去6采样的量化值PC(n)、…、PC(n-5)，如下述那样输出标度S(n+1)。首先，按照图4的图表，将2位的量化值PC(n)变换为表示正负的大小的值F(PC(n))，然后，按照(3)式求其绝对值的平均m(n)。最后，按照(4)式求下一时刻的标度S(n+1)。(3)式中的总和∑是k从0到5的总和。
  m(n)＝∑|F(PC(n-k))|/6                       …(3)
  S(n+1)＝S(n)×2((m|n)|50/4)                   …(4)
标度S(n)合适时，量化值PC(n)的系列可以随机地取4个编码，绝对值平均m(n)取1.5附近的值.这时，标度S(n)基本上与差值信号E(n)的标准偏差相等，下一时刻的标度S(n+1)则更新为与当前时刻的标度S(n)相等。
标度S(n)小于差值信号E(n)的标准偏差时，量化值PC(n)的系列，多数取「01」、「11」的值，因为绝对值平均m(n)大于1.5，所以，下一时刻的标度S(n+1)更新为大于当前时刻的标度S(n)。
相反，标度S(n)大于差值信号E(n)的标准偏差时，通过进行相反的操作，则下一时刻的标度S(n+1)更新为小于当前时刻的标度S(n)。
如上所述，标度S(n+1)总是适当地更新为与差值信号E(n)的标准偏差相等。
标度的更新所利用的采样数(即6采样)及对向下一时刻的标度的更新量给予影响的(4)式中的「4」等参量，影响功率控制对衰减的跟踪速度，在实施例1中，使用了在经验上求出的值。
数字调制器16将从量化电路33输出的2位的量化值PC(n)作为反向链路功率控制信息多路叠加到发送数据上后，进行数字调制并向移动台2A发送。
下面，说明移动台2A的反向链路功率控制方法的功率控制结构及其动作。
在移动台2A中，作为用于控制发送功率的结构部分，是数字解调器20、反向链路功率控制电路40、目标电平保持部(M)28、加法器27、线性区域变换电路25和发送功率放大器26。
反向链路功率控制电路40由逆量化电路(Q1)41、标度自适应电路(S)42、加法器43、滤波电路(P)44和预测系数计算电路(AP)45构成。
数字解调器20把从基地台1A的接收信号进行数字解调，在该解调数据信号中，分离作为每隔反向链路功率控制周期(0.625msec＝1/1.6kHz)插入的反向链路功率控制信息的2位的量化值PC(n)的系列，供给标度自适应电路42和逆量化电路41。
标度自适应电路42进行和基地台1A的标度自适应电路34相同的处理，利用过去的6个采样的量化值PC(n-1)、…、PC(n-6)，形成标度S(n)，输入到逆量化电路41。
逆量化电路41根据数字解调器20的量化值PC(n)和标度自适应电路42的标度S(n)，如图5的图表所示的那样得到和基地台1A的接收电平与目标电平的差值信号E(n)对应的经过逆量化处理的差值信号Eq(n)，并向加法器43输出。
滤波电路44根据从后面所述的加法器43在每一时刻输出的从内部管理的时刻n到时刻n-p+1的衰减信号的复原信号Xq(n)、Xq(n-1)、…、Xq(n-p+1)和从预测系数计算电路44供给的p个在时刻n的系数A1(n)、A2(n)、…、Ap(n)，利用(5)式所示的线性预测，在时刻n生成下一时刻n+1的衰减信号的预测值Xe(n+1|n)，并供给加法器43。(5)式中的总和∑是k从1到p的总和。
Xe(n+1|n)
＝-(∑Ak(n)×Xq(n-k+))                         …(5)
此外，滤波电路44利用(5)式表示的衰减信号的估计值，利用(6)式计算从时刻n开始经过时间D后的时刻n+D的衰减信号的估计值Xc(n+D|n)，并向加法器27输出。(6)式中的第1个总和∑是k从j+1到p到总和。另外，j是2～D。
Xe(n+j|n)
＝-(∑Ak(n)×Xe(n+j-k|n)
+(∑Ak(n)×Xq(n-k+j+1))                        …(6)
这里，时间D可以选定与基地台1A的功率测量电路11测量功率后到移动台2A的发送功率放大器26的放大倍数发生变化的处理延迟相当的时间。在传输通路中的传输延迟与基地台1A及移动台2A的处理延迟相比，非常小，因此，该时间D在设计阶段基本上就可以正确地决定。处理延迟时间D的一大半在数字调制器16中是将反向链路功率控制信息向发送数据中插入的等待时间。
预测系数计算电路45按下述方式形成滤波电路44使用的线性预测系数A1(n)、A2(n)、…、Ap(n)。
预测系数计算电路45首先根据从后面所述的加法器43在每一时刻输出的内部管理的衰减的复原信号Xq(n)、Xq(n-1)、…，，由7式计算自相关值Rxx(0)、Rxx(1)、…、Rxx(p)。在(7)式中，T是0、1、…、p，总和∑是k从0～63的总和。
Rxx(T)＝∑Xq(n-k)×Xq(n-k-T)/64         …(7)
然后，预测系数计算电路45通过求解对于线性预测法已导出的图6中(8)式所示的联立方程，求出预测系数A1(n)～Ap(n)，并供给滤波电路44。
另外，为了求解上述联立方程，作为高速解法也可以利用大家所熟知的Rabinson-Davin法和Bague法等求线性预测系数的方法，取代直接求解上述联立方程。另外，为了进一步减少处理，也可以利用LMS)最小均方根值(算法的系数更新方法。
如(9)式所示，加法器43将滤波电路44的下一时刻n+1的衰减信号的预测值Xe(n+|n)与逆量化电路41的在时刻n+1经过逆量化处理的差值信号Eq(n+1)相加，得到时刻n+1的衰减信号的复原信号Xq(n+1)，并向滤波电路44和预测系数计算电路45输出。
Xq(n+1)＝Eq(n+1)+Xe(n+1|n)               …(9)
从滤波电路44输出的从时刻n开始经过时间D后的时刻n+D的衰减信号的估计值Xe(n+1|n)供给加法器27。加法器27目标电平保持部(M)28保持的目标功率电平M(n+D)与该估计值Xe(n+1|n)相加，计算出时刻n+D的该移动台2A的发送信号受衰减影响后的功率电平。
并且，线性区域变换电路25以该逆特性按照(10)式将应控制发送功率的该输出变换为发送功率放大器26的放大倍数A(n+D)，并加到发送功率放大器26到控制端子上。因为线性区域变换电路25之前的处理是处理数字表示的值，所以，需要该线性区域变换电路25。
Λ(n+D)＝10(((Xe+n+D/n)+M(n+D))/10)     …(10)如上所述，按照实施例1，考虑从基她台的功率测量到进行与该功率测量相应的移动台的功率控制的处理延迟时间D，在移动台，在时刻nD时形成时刻n的衰减信号X(n)的估计值Xe(n|n-D)，进行抵消该时刻n的衰减(基本上与X(n)相等)的反向链路功率控制，所以，与不进行这种预测的情况相比，对衰减信号具有良好的跟踪特性，从而可以提供高质量的通信。
这里，作为功率控制信息，使用2位的信息，比以往增多了阶段数，所以，可以获得良好的预测精度，从而可以有效地发挥上述效果。另外，在量化为2位的功率控制信息时，相应地也使标度改变，所以，在这一方面，也可以提高时间D后的衰减信号的预测精度，从而可以有效地发挥上述效果。
实施例2
下面，将参照附图详细说明本发明实施例2的通信设备和通信系统。
图7是表示实施例2的移动通信系统的反向链路功率控制方法的功率控制结构的框图，对于和上述实施例1的图1相同或对应的部分标以相同的标号。
实施例2的移动台2B的结构和功能与实施例1的移动台2A的结构和功能相同，所以，说明从略，下面，说明实施例2的基地台1B。
实施例2的基地台1B与实施例1的基地台1A相比，主要是功率控制信息生成电路50的内部结构不同。该功率控制信息生成电路50除了实施例1的功率控制信息生成电路30的结构要素外，还具有本机反向链路功率控制电路60、时间D延迟电路51、加法器52和减法器53，对目标电平的差值信号的编码采用了预测编码。
局部反向链路功率控制电路60具有和移动台2B的反向链路功率控制电路40相同的结构。即，局部反向链路功率控制电路60包括逆量化电路(Q1)61、标度自适应电路(S)34、加法器63、滤波电路(P)64和预测系数计算电路(AP)65构成，并进行和移动台2B的反向链路功率控制电路40相同的操作。
由量化电路33利用的标度自适应电路34，是局部反向链路功率控制电路60的结构单元之一。
局部反向链路功率控制电路60在时刻n提供时刻n+D的衰减信号估计值Xe(n+D|n)给时间D延迟电路51，并且，在时刻n-1也提供时刻n的衰减信号估计值Xe(n|n-1)。
时间D延迟电路51使输入信号延迟时间D后输出。因此，在衰减信号估计值Xe(n+D|n)输入时间D延迟电路51的时刻n，从时间D延迟电路51输出衰减信号估计值Xe(n|n-D)，该衰减信号估计值Xe(n|n-D)供给加法器52。
在实施例2中，功率测量电路11的输出P(n)供给加法器52。加法器52将时间D延迟电路51的衰减信号估计值Xe(n|n-D)与功率测量电路11的输出P(n)相加，并将该加法运算结果供给减法器53。通过该加法运算处理，消除移动台2B的功率控制信号-Xe(n|n-D)后，供给减法器53。
减法器53将根据n-1时刻的信息预测的该时刻n的衰减信号估计值Xe(n|n-1)从加法器52的输出中减去，并将该减法运算结果供给减法器31。减法器31以后的处理和实施例1相同。
上述减法器53进行实际的衰减信号与其估计值(预测值)之间的减法运算，所以，使运算结果在动态范围变成很小，几乎除去了衰减的影响。因此，其量化误差在编码中也很小。
除了获得和实施例1相同的效果外，实施例2的通信系统还产生了如下效果。从测量功率中去掉基于移动台2B的预测处理的功率的影响，和通过基地台1B的预测处理除去衰减的影响，然后，将与目标电平的差值信号进行量化处理，所以，量化误差更小，提高了移动台2B的衰减信号的复原和预测精度，因此，实施例2的通信系统与实施例1的相比，可以更精确地跟踪衰减的变化，由于掌握了传输路径的实际状况即不含预测控制下被放大成份的接收信号，从而可以提供很高的通信质量。
其他实施例
在上述实施例中，量化编码是2位的数，但是，也可以许多位以上的。另外，量化步长(标度)也可以是固定的。
也可以用例如线性函数或2次函数等函数逼近到达时刻n为止的过去的衰减信号的变化，利用该近似函数在时刻n预测时间D后的衰减信号。例如，将1次函数或2次函数作为近似函数时，将最小平方法应用于利用滤波电路44的系数的计算方法。
本发明也可以应用于按照TDMA通信方式及FDMA通信方式等其他通信方式的移动通信系统。另外，本发明还可以应用于进行通信的2个台都是移动台的通信系统及进行通信的2个台都是基地台的通信系统。
如上所述，在本发明的通信系统和通信设备中，反向链路功率控制的第2通信设备考虑从对方的第1通信设备测量功率开始到本装置进行功率控制的处理延迟时间D，形成从现在时刻开始时间D后未来时刻的衰减信号的估计值，进行反向链路功率控制以抵消那个未来时刻的衰减，对衰减信号具有良好的跟踪特性，从而可以提供高质量的通信。

Claims (7)

1.一种无线通信系统，包括通过空间路径向接收机发射第一信号的发射机，接收机接收经空间路径有了衰减的第二信号，其中
发射机包括：预测装置，用于基于接收装置通知的当时的衰减状态信号，预测特定时间之后的衰减状态；放大器装置，用于基于预测的衰减状态放大第一信号；和发射装置，用于发射第一信号；
接收机包括：接收装置，用于接收第二信号；生成装置，用于产生表示当前时刻衰减状态的衰减状态信号；通知装置，用于将衰减状态信号通知给发射机。
2.如权利要求1所述的无线电通信系统，其中特定时间等于从接收机将衰减状态信号反馈给发射机的时间。
3.如权利要求1所述的无线电通信系统，其中预测装置基于当时的衰减状态信号，通过采用线性预测来预测特定时间之后的衰减状态。
4.如权利要求1所述的无线电通信系统，其中生成装置包括量化装置，用一些毕特位量化衰减状态信号；预测测装置包括反量化装置，对无量化的衰减状态信号进行反量化。
5.如权利要求4所述的无线电通信系统，其中生成装置包括量化步长确定装置，用于确定在由量化装置进行量化中衰减态状信号的量化步长。
6.如权利要求5所述的无线电通信系统，其中量化步骤确定装置通过判断当前量化步长是否适于量化，来改变量化步长。
7.如权利要求1所述的无线电通信系统，其中生成装置包括排除装置，用于基于预测的衰减状态从第二信号的电功率中消除对应于放大装置放大作用的电功率；以及其中生成装置基于与放大装置的放大不相关的第二信号，产生衰减状态信号。
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