CN1184762C - Wcdma系统中外环功率控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种WCDMA系统中外环功率控制的方法，克服了通常外环功率控制没有考虑信号不连续发射(DTX)情况下需要的特殊处理，建立起了非DTX情况和DTX情况下统一的外环功率控制，实时跟踪环境变化。本方法根据实际需要确定目标信干比的大小，从而达到在保证通信质量的条件下，最大限度增加系统容量的目的。

Description

WCDMA系统中外环功率控制的方法

                           技术领域

本发明涉及WCDMA中功率控制技术，尤其涉及外环功率控制的方法。

                           背景技术

常见的WCDMA功率控制技术可分为开环功率控制和闭环功率控制。开环功率控制的基本工作原理是根据用户接收功率与发射功率之积为常数的原则，先行测量接收功率的大小，并由此确定发射功率的大小。开环功率控制用于确定用户的初始发射功率，或用户接收功率突变时的发射功率调节，用来克服阴影和路径损耗。但是开环功率控制未考虑到上、下行信道电波功率的不对称性，因而其精确性难以得到保证。闭环功率控制可以很好地解决此问题，闭环功率控制用于克服多普勒频率产生的衰落，可同时呼叫发射的移动台数目(系统容量)达到最大值所要求的条件是使每个移动台信号达到基站时具有相同的功率，而且应在满足链路性能的前提下信号功率尽可能小。通过信干比(SIR)的测量估计与信干比目标值(SIRtarget)的对比，确定功率控制比特信息，然后通过信道把功率控制比特信息传送到发射端，并根据此调节发射功率的大小，这个目标值就是能够正确解调有用信号所需的信干比。然而在不同的多径环境下，这个值是不同的，因此需要一个外环功率控制(OLPC：Outer Loop Power Control)的机制。外环功率控制是根据通信的质量，通常是接收信号的误块率(BLER：Block Error Rate)、误码率(BER：Bit Error Rate)和误帧率(FER：Fame Error Rate)来调整内环功率控制的目标值，使系统能够始终用最小的功率来满足通信质量的要求。

WCDMA系统中功率控制基本框架如附图1所示，在UTRAN端(UMTS陆地无线接入网)，基站(NodeB)2和无线网络控制器(RNC)3之间的功率控制部分叫外环功率控制，基站(NodeB)2和移动台(UE)1之间的功率控制部分叫内环功率控制。因为一条链路最终质量是由该链路的误块率/误帧率/误码率(BLER/FER/BER)所决定的，外环功率控制的思路就是监测链路的BLER/FER/BER，使得该链路的BLER/FER/BER逼近其目标值，最终目的是保证链路的接收质量。如测量到的BLER/FER/BER低于其目标值，则降低内环功率的SIRtarget值；如测量到的BLER/BER/FER高于其目标值，则提高内环功率的SIRtarget值。WCDMA系统中外环功率控制的基本框架如附图2所示，根据满足业务性能的需要，设定BLER/FER/BER的目标值，再利用BLER/FER/BER的测量值，确定一个外环功率控制调整周期内目标信干比的大小。内环功率控制根据这个目标信干比和测量信干比的关系，来确定是增加还是降低发射功率。

在现有的技术中一般只考虑了信号连续发射(非DTX)情况，而没有考虑信号不连续发射(DTX情况)下的外环功率控制。但对于通信系统而言，不连续发射(DTX)的情况广泛的存在。例如，对于语音业务来说，没有说话的时候；对于数据业务来说，永远在线的情况等。由于专用物理控制信道(DPDCH)对应的BLER/FER/BER是最终通信质量的体现，所以通常基于DPDCH对应的BLER/FER/BER进行外环功率控制。然而，在DTX期间，对于语音业务，目标信干比要降低，当专用物理数据信道(DPCCH)的信干比低于同步门限要求时，会导致掉话；DTX结束后，影响通信性能的恢复。同样的，当目标信干比的值降低后，为了软切换，建立无线链路连接将会有困难。当新小区路径损耗超过当前服务小区的路径损耗时，新基站处的信号质量比较差，导致到基站收发器处的上行信道产生几乎无法接收的同步，因此，高路径损耗切换候选基站和移动台同步有困难，这也增加了掉话的机会。对于数据业务，DTX期间虽然不会降低目标信干比，但由于环境条件的变化，DTX结束后通信性能没能及时恢复，有一段时间通信性能可能会恶化。由于现有技术中没有建立非DTX和DTX情况下共同的外环功率控制导致通信质量下降。

                           发明内容

本发明的目的是考虑DTX的特点，建立了非DTX和DTX情况下统一的外环功率控框架，来更好的跟踪环境变化，保证通信质量，提高系统容量。

本发明的目的是这样实现的，在信号连续发射(非DTX)和信号不连续发射(DTX)两种情况下建立统一的外环功率控制，设参数N为外环功率控制中调整目标信干比(SIR)所需传输时间间隔(TTI)的个数，参数N1为信号连续发射(非DTX)期间的传输时间间隔(TTI)的个数，参数N2为信号不连续发射(DTX)期间的传输时间间隔(TTI)的个数，同时满足N1+N2＝N，系统给出外环功率控制的调整周期T，所述调整周期除以所述传输时间间隔(TTI)后取整得到N，MAC层对N个所述传输时间间隔(TTI)内的传输情况进行统计，并且依据N对N1和N2分别进行计数，每计N次后清零，这样有如下三种情况：

(a)当N1≠0，N2＝0，则对应信号连续发射(非DTX)情况，系统按照基于DPDCH对应的误块率/误帧率/误码率(BLER/FER/BER)三种方法进行进行外环功率控制。

如按照基于DPDCH对应的误块率(BLER)进行外环功率控制，则根据测量误块率(BLER)和目标误块率(BLERtarget)的差值确定目标信干比(SIR)的大小，即

$\mathrm{SIRt}\arg \mathrm{et}(n+1)=\mathrm{SIRt}\arg \mathrm{et}\left(n\right)+(1-r)\left(\frac{\mathrm{BLER}}{\mathrm{BLERt}\arg \mathrm{et}-1}\right)\mathrm{SP}$

步长因子SP是大于零的实数，在变步长中引入调整因子r，r是大于等于零小于等于1的实数。如果用基于误码率(BER)和误帧率(FER)进行外环功率控制时，上述公式中的BLER用BER和FER替代即可。

(b)当N1≠0，N2≠0，则对应信号不连续发射(DTX)和信号连续发射(非DTX)混合情况，系统不进行外环功率控制；

(c)当N1＝0，N2≠0，则对应信号不连续发射(DTX)情况，系统按照基于DPCCH对应的误码率(BER)进行外环功率控制，分为非软切换时和软切换时两种情况。

如果是非软切换时，则进行基于DPCCH对应的BER进行外环功率控制。其目标值选取的方法是：DTX之前，系统能够获得正常外环功率控制下的DPCCH的误码率(BER)，即外环功率控制调整周期内的平均值，则把此数值作为误码率(BER)的目标值BERtarget，也就是说离DTX最近的非DTX时的BER，但在无法获得的情况下，只能用典型值，比如一开始就是DTX的情况下得到的BER。设数据帧中上报的BER分别为BER1，BER2，...，BERN，求均值BERm＝(BER1+...+BERN)/N，则

当BERm＞BERtarget+BERtarget1，将目标信干比(SIR)提高

当BERm＜BERtarget-BERtarget2时，将目标信干比(SIR)降低

其它情况下目标信干比(SIR)保持不变，

小于内环功率控制的步长， 和BERtarget1、BERtarget2均是由仿真确定的参数。

在软切换时，则进行同样基于DPCCH对应的误码率(BER)进行外环功率控制，选取各条链路中最小的目标值为系统的目标值。当有多条链路上报DPCCH的误码率(BER)的情况下，可以先分别对各条链路进行处理并判断该条链路是否升高目标信干比(SIR)，再利用处理结果进行判断，当所有的链路都要求升高目标信干比(SIR)时，才进行升高目标信干比(SIR)，只要有一条链路要求降低目标信干比(SIR)，那就降低目标信干比(SIR)。

也可以采用如下较为保守的方法，假设外环功率控制算法对每条链路的单个处理结果为SIRtempi，i＝1……n，也即只有三种结果，升高、不变和降低，分别用1、0和-1表示，最后的合并结果用SIRtemp表示，采用如下公式：

        SIRtemp＝DTXSIR(SIRtemp1，SIRtemp2，...，SIRtempn)，

其中函数DTXSIR定义如下：

若 $\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{SIRtempi}>0.5,\mathrm{SIRtemp}=1;$

若 $\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{SIRtempi}<-0.5,\mathrm{SIRtemp}=-1;$

若为其它值，SIRtemp＝0；

当SIRtemp＝1时，升高目标信干比SIR 当SIRtemp＝-1时，降低目标信干比SIR

当SIRtemp＝0时，目标信干比保持不变。

本发明提出外环功率控制方法，克服了通常外环功率控制没有考虑不连续发射(DTX)情况下需要的特殊处理，建立起了非DTX情况和DTX情况下的统一的外环功率控制框架，实时跟踪环境变换。根据实际需要确定目标信干比的大小，从而达到在保证通信质量的条件下，最大限度地增加系统容量的目的。

                              附图说明

图1是WCDMA系统中上行功率控制的基本框架

图2是WCDMA系统中外环功率控制的基本框架

图3是外环功率控制的结构图

                            具体实施方式

下面结合附图和实施例来进一步说明本发明。

WCDMA系统中功率控制基本框架如附图1所示，在UTRAN端(UMTS陆地无线接入网)，基站(NodeB)2和无线网络控制器(RNC)3之间的功率控制部分为外环功率控制，基站(NodeB)2和移动台(UE)1之间的功率控制部分为内环功率控制。

如图3所示，N为外环功率控制中调整目标SIR所需传输的传输时间间隔(TTI)个数，N1为非DTX期间的TTI个数，N2为DTX期间的TTI个数；在这里N1+N2＝N。

本实施例的操作过程如下：

1.给出外环功率控制的调整周期(单位毫秒)T，T除以传输时间间隔(TTI)然后取整，就得到进行一次外环功率调整所需观测的TTI个数N；

2.MAC层对N个TTI内的传输情况进行统计，判断这N个TTI是非DTX隋况、DTX情况、非DTX和DTX混合情况中那一种。MAC层每计N个后清零，重新计数。

3.如果N1≠0，N2＝0，是非DTX情况，则实施通常情况下基于DPDCH对应的BLER的外环功率控制，比如根据测量BLER和目标BLER的差值确定目标信干比的大小，也即

$\mathrm{SIRt}\arg \mathrm{et}(n+1)=\mathrm{SIRt}\arg \mathrm{et}\left(n\right)+(1-r)(\frac{\mathrm{BLER}}{\mathrm{BLERt}\arg \mathrm{et}}-1)\mathrm{SP}$

步长因子SP由仿真得到，是一个大于零的数。在该变步长中引入调整因子r，一个大于等于零小于等于1的数，以便灵活处理各种情况。这里仅以通信质量指标BLER为例来说明该公式，如果用基于误码率(BER)和误帧率(FER)进行外环功率控制时，上述公式中的BLER用BER和FER替代即可。

4.如果N1≠0，N2≠0是非DTX和DTX混合情况，则不进行外环功率控制，因为外环功率控制调整比较快，通常情况下周期性地出现这种情况的可能性很小，而且DPCCH对应BER和DPDCH对应的BLER/FER/BER之间缺乏精确的转换关系，因此不进行外环功率控制。事实上，拿语音业务来说，由于外环功率控制的调整周期比较短，一个人几十毫秒时间说话、几十毫秒时间又不说话，这种情况几乎不可能。需要说明的是，由于Iub接口发送延迟而导致的“空包”现象，不作为DTX处理。

5.如果N1＝0，N2≠0，是DTX情况(非软切换时)，则进行基于DPCCH的BER的外环功率控制。目标值的选取原则是：DTX之前，能够获得正常外环功率控制下的DPCCH的BER(N个TTI内的平均值)，则把此数值作为BER的目标值BERtarget，也就是说，离DTX最近的非DTX时的BER，但在无法获得的情况下，只能用典型值，比如，一开始就是DTX情况。当DPDCH对应的BLER/FER/BER为某一常数时，DPCCH的BER可以有一个小的变化范围。考虑到这样一个特点，我们采用如下处理方法，以避免不必要的“乒乓”现象。

设数据帧中上报的BER分别为BER1，BER2，...，BERN，求均值BERm＝(BER1+...+BERN)/N，当BERm＞BERtarget+BERtarget1，那么将目标SIR提高

当BERm＜BERtarget-BERtarget2时，那么将目标SIR降低

其它情况目标信干比保持不变。

小于内环功率控制的步长，它和BERtarget1、BERtarget2均是由仿真确定的算法参数。需要说明的是，当有多条传输信道时，MAC可以同时从多个数据帧获取DPCCHBER，因此我们规定DPCCH BER是从测量BLER/FER/BER的那条传输信道所对应的数据帧中获得的。

6.如果是DTX情况(软切换时)，则进行同样基于DPCCH BER的外环功率控制。目标值的选取原则是：选取各条链路中最小的目标值为系统的目标值。软切换时，当有多条链路上报DPCCH BER的情况下，可以先分别对各条链路进行处理并判断是否要求升高目标信干比(SIR)，再利用处理结果进行判断。具体方法如下：

(1)当所有的链路都要求升高目标SIR时，才进行升高，只要有一条链路要求降低目标SIR，那就降低目标SIR。也就是说，在软切换状态，降低目标信干比要比升高目标信干比容易。这是基于这样一个事实：功率控制的目的就是要在保证通信质量的情况下尽量使发射功率最小。在软切换状态，只要有一路或N路中的几路链路质量优良就能进行正常的通信，为了尽量节省资源，让移动台在多数链路质量较差时升高功率，而在某条或几条质量较好时降低功率，以减少对系统的干扰。可以采用如下较为保守的方法：

(2)假设外环功率控制算法对每条链路的单个处理结果为SIRtempi，i＝1-n，也即只有三种结果，升高、不变和降低，不妨分别用1、0和-1表示，最后的合并结果用SIRtemp表示，采用如下公式：

         SIRtemp＝DTXSIR(SIRtemp1，SIRtemp2，...，SIRtempn)，

其中函数DTXSIR定义如下：

若 $\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{SIRtempi}>0.5,\mathrm{SIRtemp}=1;$

若 $\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{SIRtempi}<-0.5,\mathrm{SIRtemp}=-1;$

若为其它值，SIRtemp＝0。

当SIRtemp＝1时，升高目标SIR ；当SIRtemp＝-1时，降低目标SIR

；当SIRtemp＝0时，目标信干比保持不变。

以上实施例是针对UTRAN端(UMTS陆地无线接入网)来说明，但根据对等原则，本发明的方法同样适用于移动台端。

Claims (8)

1、一种WCDMA系统中外环功率控制的方法，其特征在于，在信号连续发射和信号不连续发射两种情况下建立统一的外环功率控制，设参数N为调整目标信干比所需传输时间间隔的个数，参数N1为信号连续发射期间的传输时间间隔个数，参数N2为信号不连续发射期间的传输时间间隔个数，满足N1+N2＝N，系统给出外环功率控制的调整周期T，所述调整周期除以所述传输时间间隔后取整得到N，媒体接入控制层对N个所述传输时间间隔内的传输情况进行统计，同时，所述媒体接入控制层根据N对N1和N2分别进行计数，每计N次后清零，当

(a)N1≠0，N2＝0，则对应信号连续发射情况，系统按照基于专用物理数据信道对应的误块率/误帧率/误码率进行外环功率控制；

(b)N1≠0，N2≠0，则对应信号不连续发射和信号连续发射混合情况，系统不进行外环功率控制；

(c)N1＝0，N2≠0，则对应信号不连续发射情况，系统按照基于专用物理控制信道对应的误码率进行外环功率控制。

2、如权利要求1所述的一种WCDMA系统中外环功率控制的方法，其特征在于，在第(a)种情况，信号连续发射情况下，系统可以按照基于专用物理数据信道对应的误块率BLER进行外环功率控制，根据测量误块率BLER和目标误块率BLERtarget的差值确定目标信干比SIR的大小，即

$\mathrm{SIRt}\arg \mathrm{et}(n+1)=\mathrm{SIRt}\arg \mathrm{et}\left(n\right)+(1-r)(\frac{\mathrm{BLER}}{\mathrm{BLERt}\arg \mathrm{et}}-1)\mathrm{SP}$

步长因子SP是大于零的实数，在变步长中引入调整因子r，r是大于等于零小于等于1的实数。

3、如权利要求1所述的一种WCDMA系统中外环功率控制的方法，其特征在于，在第(a)种情况，信号连续发射情况下，系统可以按照基于专用物理数据信道对应的误帧率进行外环功率控制，根据测量误帧率FER和目标误帧率FERtarget的差值确定目标信干比SIR的大小，即

$\mathrm{SIRt}\arg \mathrm{et}(n+1)=\mathrm{SIRt}\arg \mathrm{et}\left(n\right)+(1-r)(\frac{\mathrm{FER}}{\mathrm{FERt}\arg \mathrm{et}}-1)\mathrm{SP}$

步长因子SP是大于零的实数，在变步长中引入调整因子r，r是大于等于零小于等于1的实数。

4、如权利要求1所述的一种WCDMA系统中外环功率控制的方法，其特征在于，在第(a)种情况，信号连续发射情况下，系统可以按照基于专用物理数据信道对应的误码率进行外环功率控制，根据测量误码率BER和目标误码率BERtarget的差值确定目标信干比SIR的大小，即

$\mathrm{SIRt}\arg \mathrm{et}(n+1)=\mathrm{SIRt}\arg \mathrm{et}\left(n\right)+(1-r)(\frac{\mathrm{BER}}{\mathrm{BERt}\arg \mathrm{et}}-1)\mathrm{SP}$

步长因子SP是大于零的实数，在变步长中引入调整因子r，r是大于等于零小于等于1的实数。

5、如权利要求1所述的一种WCDMA系统中外环功率控制的方法，其特征在于，第(c)种情况，在非软切换时，系统按照基于专用物理控制信道对应的误码率进行外环功率控制的方法为：

信号不连续发射之前，系统能够获得正常外环功率控制下的专用物理控制信道的误码率，即外环功率控制调整周期内的平均值，则把此数值作为误码率的目标值BERtarget，设数据帧中上报的误码率BER分别为BER1，BER2，...，BERN，求均值BERm＝(BER1+...+BERN)/N，则

当BERm＞BERtarget+BERtarget1，将目标信干比提高

当BERm＜BERtarget-BERtarget2时，将目标信干比降低

其它情况下目标信干比保持不变，

小于内环功率控制的步长， 和BERtarget1、BERtarget2均是由仿真确定的参数。

6、根据权利要求5中所述的一种WCDMA系统中外环功率控制的方法，其特征在于，在信号不连续发射之前，系统无法获得正常外环功率控制下的专用物理控制信道的误码率，则把典型值作为误码率的目标值BERtarget，所述典型值指信号连续发射时系统获得的误码率。

7、如权利要求1所述的一种WCDMA系统中外环功率控制的方法，其特征在于，第(c)种情况，在软切换时，当有多条链路上报专用物理控制信道的误码率的情况下，选取各条链路中最小的误码率作为系统的目标值，媒体接入控制层可以先分别对各条链路进行处理并判断该条链路是否要求升高目标信干比，再利用处理结果进行判断，当所有的链路都要求升高目标信干比时，才进行升高目标信干比，只要有一条链路要求降低目标信干比，那就降低目标信干比。

8、如权利要求1所述的一种WCDMA通信系统中外环功率控制的方法，其特征在于，第(c)种情况，在软切换时，当有多条链路上报专用物理控制信道的误码率的情况下，选取各条链路中最小的误码率作为系统的目标值，媒体接入控制层可以先分别对各条链路进行处理并判断该条链路是否要求升高目标信干比，再利用处理结果进行判断，假设外环功率控制算法对每条链路的单个处理结果为SIRtempi，i＝1……n，也即只有三种结果，目标信干比升高、不变和降低，分别用1、0和-1表示，最后的合并结果用SIRtemp表示，采用如下公式：

SIRtemp＝DTXSIR(SIRtemp1，SIRtemp2，...，SIRtempn)，

其中函数DTXSIR定义如下：

若 $\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{SIRtempi}>0.5,\mathrm{SIRtemp}=1;$

若 $\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{SIRtempi}<-0.5,\mathrm{SIRtemp}=-1;$

若为其它值，SIRtemp＝0；

当SIRtemp＝1时，升高目标信干比 当SIRtemp＝1时，降低目标信干比

当SIRtemp＝0时，目标信干比保持不变。

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