CN1199368C - 无线电通信系统 - Google Patents

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Abstract

一种无线电通信系统具有用于改进对在传输中断之后的数据传输的通信信道的功率控制的装置，这是通过利用从中断之前所使用的功率中确定的一个偏置调节紧接在中断之后的发送功率来完成的。该偏置可以是固定的，或者可以从中断之前的周期中的发送功率中确定。平均起来看，这种技术减少为重建功率控制所花费的时间，从而解决了这样的问题，即如果功率电平太低，在紧接在中断之后的数据传输有可能被破坏，或者，如果功率电平太高，则产生额外的干扰。

Description

无线电通信系统
技术领域
本发明涉及无线电通信系统和在这样一种系统中使用的主站和副站，并涉及操作这样一种系统的方法。虽然本技术说明书描述一种系统，特别参考新推出的通用移动远程通信系统(UMTS)，但应该理解，这样的技术同样可应用在其他的移动无线电系统中。
背景技术
在无线电通信系统中的基站(BS)和移动站(MS)之间所需的通信的基本类型有两种。第一种是用户通信业务，例如语音或分组数据。第二种是控制信息，为设置和监测传输信道的各种参数所需，使BS和MS能交换所需的用户通信业务。
在许多通信系统中，控制信息的功能之一是使能功率控制。从MS发送到BS的信号的功率控制是所需的，使得BS在近似相同的功率电平上从不同的MS接收信号，同时使每个MS所需的发送功率为最小。由BS发送到MS的信号的功率控制是需要的，使得MS以低的差错率从BS接收信号，同时使发送功率为最小，以便降低与其他呼叫和无线电系统的干扰。在双向无线电通信系统中，功率控制通常是以闭环方式进行的，由此MS确定来自BS的传输功率中所需的变化并将这些变化传送给BS，反过来也一样。
采用功率控制的一种组合式时间和频率划分多址系统的例子是全球移动通信系统(GSM)，其中BS和MS发射机的发送功率以2dB的步距进行控制的。同样地，在US-A-5056109中公开了一种采用扩谱码分多址(CDMA)技术的系统中的功率控制的实施方案。
利用这些已知技术的问题是在传输开始，或在传输被中断之后，功率控制环路可能要花费一些时间才能满意地收敛。在这样的收敛被达到之前，如果它们的功率电平太低，数据传输可能在一种恶化的状态下被接收，如果它们的功率电平太高，则会产生额外的干扰。
发明内容
本发明的一个目的是解决以上的问题。
依据本发明的第一方面，提供一种无线电通信系统，包括一个主站和多个副站，该系统在主站和副站之间有通信信道，所述信道包括用于传送包括功率控制命令的控制信息的上行链路和下行链路控制信道以及用于传送数据的数据信道，其中提供功率控制装置，用于根据功率控制命令来调节控制信道和数据信道的功率，并提供用于将传输暂停(pause)之后的初始发送功率设置为利用一个偏置(offset)调节的暂停之前的发送功率的装置。
依据本发明的第二方面，提供一种在无线电通信系统中使用的主站，该系统在主站和副站之间具有通信信道，所述信道包括用于传送包括功率控制命令的控制信息的上行链路和下行链路控制信道以及用于传送数据的数据信道，其中提供功率控制装置，用于根据功率控制命令来调节控制信道与数据信道的功率，和提供用于将传输暂停之后的初始发送功率设置为利用一个偏置调节的暂停之前的发送功率的装置。
依据本发明的第三方面，提供一种在无线电通信系统中使用的副站，该系统在副站和主站之间具有通信信道，所述信道包括用于传送包括功率控制命令的控制信息的上行链路和下行链路控制信道以及用于传送数据的数据信道，其中提供功率控制装置，用于根据功率控制命令来调节控制信道和数据信道的功率，和提供用于将传输暂停之后的初始发送功率设置为利用一个偏置调节的暂停之前的发送功率的装置。
依据本发明的第四方面，提供一种用于操作包括一个主站和多个副站的无线电通信系统的方法，该系统在主站和副站之间具有通信信道，所述信道包括用于传送包括功率控制命令的控制信息的上行链路和下行链路控制信道以及用于传送数据的数据信道，和至少主站和副站之一具有功率控制装置，用于根据功率控制命令来调节控制信道和数据信道的功率，所述方法包括将传输暂停之后的初始发送功率设置为利用一个偏置调节的暂停之前的发送功率。
该偏置可以被预先规定。另一种方案是，可从传输暂停之前的最后发送功率和在一个周期(可能是预先规定的)上发送功率的加权平均之间的差中来确定此偏置，或者可从传输暂停之前所采用的功率控制命令的加权和来确定此偏置。在这样的情况下，该偏置应该在应用之前被量化为可得到的功率控制步距尺寸。
例如，从JP-A-10224294知道可使用多于一个功率控制步距尺寸。但是，在这份引用文献中它的应用是限于功率控制已经建立但传播条件一直在迅速地起伏的情况下。这份引用文献并未阐述在传输开始时或在中断之后获得功率控制快速收敛的问题。
附图说明
现在将通过举例，参考附图描述本发明的实施方案，其中：
图1是无线电通信系统的方框简图；
图2示出一种用于建立通信链路的通常的方案；
图3示出一种用于建立具有延时启动数据传输的通信链路的方案；
图4是示出用于执行具有可变步距的功率控制操作方法的流程图；
图5是对不同功率控制算法，接收到的信号功率(P)(dB)与时间(T)(ms)的图表，实线指明无功率控制的结果，点划线指明带有单步距功率控制的结果，虚线指明带有两个步距的功率控制的结果；和
图6是对不同功率控制算法，接收到的信号功率(P)(dB)与时间(T)(ms)的图表，实线指明无功率控制的结果，点划线指明带有单步距功率控制的结果，虚线指明带有三个步距功率控制的结果。
在这些图中，相同的参考号码被用于指明相应的特性。
具体实施方式
参考图1，一种可以在频分双工模式中工作的无线电通信系统包括一个主站(BS)100和多个副站(MS)110。BS 100包括一个微控制器(μc)102，连到天线装置106的发送接收机装置(Tx/Rx)104，用于改变所发送的功率电平的功率控制装置(PC)107，用于连接到PSTN或其他适当的网络的连接装置108。每个MS 110包括微控制器(μc)112，连到天线装置116的发送接收机装置114，和用于改变所发送的功率电平的功率控制装置(PC)118。从BS 100到MS 110的通信在下行链路频道122上进行，而从MS 110到BS 100的通信在上行链路频道124上进行。
无线电通信系统的一种实施方案利用图2中用于建立MS 110和BS 100之间的通信链路的简化形式中所示的方案。由MS 110发送请求202(REQ)上行链路信道124资源启动链路。如果BS接收到请求并具有可用的资源，就在下行链路信道122上发送确认204(ACK)，为建立通信提供必要的信息。在确认204已经发出后，两个控制信道(CON)被建立，一个上行链路控制信道206和一个下行链路控制信道208，并为发送数据从MS 110到BS 100建立上行链路数据信道210。在某些UMTS实施方案中在确认204和建立控制与数据信道之间可以有附加的信号。
在本方案中，分离的功率控制环路在上行链路124和下行链路122信道中工作，每个包括一个内部和一个外部环路。内部环路调节接收到的功率以匹配目标功率，而外部环路调节目标功率到维持所需服务质量(也就是位差错率)的最低限度水平。然而，这种方案有问题，当在控制信道206，208和数据信道210上传输开始时，初始功率电平和质量目标是从开环测量结果得到的，当进行测量的信道可能与新的要启动的信道具有不同的特性时，就可能不够精确。这样的结果是：如果它们在太低的功率电平上发送，则在数据信道210开始时数据传输可能在恶化的状态中接收，或者如果它们在太高的功率电平上发送，则产生附加的干扰。
一种已知的对这个问题的部分解决方案是BS 100测量接收到的请求202的功率电平，并在确认204期间，指示MS 110，为上行链路数据传输210提供合适的功率电平。这样改善了情况，但仍然存在由请求202和上行链路数据传输210之间的暂时分离引入的差错。
图3示出一种对该问题的解决方案，在其中上行链路数据传输210被延时一段时间302，足够功率控制充分收敛，使BS 100能满意地接收数据传输。一或两帧(10或20ms)可能是足够的，虽然如果必要的话更长的延时302可被允许。在控制信道206，208上额外的控制信息传输中的附加开销被对在数据信道210上由BS 100接收到的用户数据采用降低的Eb/No(每位能量/噪声密度)所平衡。延时302可由MS110(它可通过监测下行链路功率控制信息检测收敛情况)或BS 100预先规定或动态地确定。
图4是表示另一种对该问题的解决方案的流程图，其中功率控制步距是可变的。因为在传输开始时或空闲周期之后功率控制差错可能是最大的，因而最佳功率控制步距将大于通常操作时所用的步距。
本方法在402随控制信道206，208和数据信道210传输开始(或中断之后它们重发开始)启动。然后在404确定接收到的功率和目标功率之间的差别。接着在406测试功率控制步距，确定是否大于最小值。如果是的，在410调节功率之前，在408调节功率控制步距。步距的变化可根据以前的功率控制调节或某些质量的测量结果来确定。然后功率控制环路在404开始重复。
在一种实施方案中，优先将功率控制步距一开始就设置为大的数值，然后逐步减小直到达到为正常操作所设置的值为止(可是蜂窝或专用)。在逐级步距之间的比例不大于2，以便有可能校正传输中或其他因素引起的差错。功率控制步距既可在上行链路信道124也可在下行链路信道122中改变。
作为一个例子，考虑功率控制步距的初始序列，3.0，2.0，1.5，1.0，0.75，0.75，0.5，0.5，0.25(dB)，其中0.25dB是最小步距。将这种序列每隔1ms用于功率控制信号，最多10dB的初始差错可在半帧(5ms)内被校正，相比之下利用正常使用的最小功率控制步距要用2.5帧。虽然如在此描述的那样，步距是对称的(也就是相同的步距适用于功率的增加或减少)，大家知道(例如，从US-A-5 056 109)，这并不总是适当的。在一个可以更简单地实现的类似的例子中，初始步距(例如2dB)被用作功率控制命令的预定数值，然后步距被减小(例如：减到1dB)。
初始步距和变化速率的选择可以是预先规定的，或动态地确定。例如，如果在确认204中被告知的功率电平调节是大的，那么初始步距可增加。作为另一个例子，如果MS 110能够通过其他手段确定，相对于BS 100它具有中等的高速，则较大的步距可能是适当的。
一种固定的功率控制调节可应用在传输的开始。这甚至在接收任何有效的功率控制命令之前就可进行，但大小和方向可被预先规定或动态地确定，例如，利用信息，如从接收机测量结果得到的信道衰减的变化速率。在某些信道条件下，这改进了性能。用这种方法增加功率尤其适合于在一次中断后重新开始传输的情况，在其中功率控制环路的状态(例如当前的功率电平)可被从中断前保留。中断是传输中的一次暂停或空隙，在此期间一个或多个控制与数据信道或者未被发送或者未被接收(或者两者)，但BS 100和MS 110之间的逻辑连接被保持。它可以是由信号临时丢失引起的无意的中断，或者是故意中断，典型的情况是由于MS 110或BS 100没有数据要发送，或者希望执行某些其他的功能，如扫描替代信道。
在迅速变化的衰落信道中，传输暂停之后的信号衰减可能与紧接在暂停之前的情况不相关。在这样的情况下，可以表明在间隙(gap)之后初始发送功率的最佳值将等于其平均值(不考虑其他慢衰落的影响，如屏蔽作用)。然后这将使初始值和由于信道衰落引起的最佳瞬时值之间的差别为最小。实际上，在一种实施方案中，在间隙之后的发送功率是从间隙之前某个扩展的周期上功率的加权平均值中确定的。一种适当的平均周期取决于特定的条件，但可以是20个时隙的数量级(也就是20个功率控制周期)。一种附加的偏置或固定的功率调节可有选择地应用于这初始功率电平。对于特定情况的这种偏置的最佳值可由经验确定。
在一种替代的方案中，初始功率是从功率控制命令的加权和中确定的，而不是所发送功率的测量结果。在这方案中，例如，可以利用以下方法递归地计算出在一次传输间隙之后需要被采用的功率变化(dB)：
P(t)＝Poff+K1×(P(t-1)-Poff)-K2×PC(t)×PS(t)其中：
ΔP(t)是在有效传输期间在时间t递归地计算出的一次间隙之后被采用的功率变化；
ΔP(0)可以被初始化为零；
Poff是附加的功率偏置(可以是零)；
K1和K2是经验确定的常数，可以相等，最好如0≤K≤1。这些常数值可被选择，以反映在计算功率变化中所使用的有效平均周期；
PC(t)是在时间t上所施加的功率控制命令；和
PS(t)是在时间t上所使用的功率控制步距。
ΔP(t)实际上是当前功率和加权平均功率之间的差值，并在被使用之前应被量化为一个可用的功率控制步距。
一种动态确定步距选择的实施方案的例子利用接收到的功率控制位的符号确定步距。当MS 110开始接收功率控制命令时，使用最大可用的步距，并继续使用此步距直到步距被减小时接收到相反符号的功率控制命令时为止。下一个步距被使用，直到步距再次被减小，功率控制命令被反向为止。此过程继续进行，直到达到最小步距为止。
图5示出具有两个步距可用的系统中本方法的效果的图表。该图示出接收到的信号功率(P)(dB)，相对于目标功率(0dB)，是如何随时间(T)变化的。实线示出未利用功率控制时接收到的信号功率。接收到的功率的改变可以是，例如，由于MS 110的移动。点划线示出利用具有单步距为1dB的功率控制时接收到的功率。虚线示出利用依据以上方法的功率控制时接收到的功率。
在本方法中，当利用功率控制开始时，在大约4ms期间使用最大步距2dB。一开始，接收到的功率小于目标功率，所以所有功率控制命令都要求增加功率，并继续使用2dB步距。最后，在大约6ms期间，接收到的功率超过目标功率。一旦这种情况发生，功率控制命令的符号反向，请求降低功率，也实现降低步距到标准步距1dB。然后继续使用此步距，对后续的功率控制命令作出响应。
从图5很明显，使用所描述的方法使接收到的功率达到它的目标要比利用单步距可能达到的速度快。一旦目标已经达到，步距降低到标准步骤，使其能够保持精确的功率控制。这样一种方法使这样一些情况成为可能，即初始差错大或信道快速改变成被有效地处理，以及收敛迅速达到。
本方法也可使用较大数目的可用步距。图6示出与图5相同的例子，不同之处是虚线示出利用具有三个步距，4dB，2dB和1dB可用的功率控制时接收到的功率。一开始使用4dB步距，结果是功率达到目标远比以前的例子快。当功率控制命令的符号反向时，请求降低功率，步距被降低到2dB。当功率控制命令再次反向时，请求降低功率，步距降低到标准步距1dB，并在此保持。
以上方法的变型是在功率控制命令的符号改变以后为一个时隙继续使用较大的步距，这样可以帮助校正任何过冲。然而，这对于本方法的平均性能不可能有大的影响。
以上描述的技术的组合可很容易用于提供改进的结果。
虽然以上的描述已经查看在上行链路信道124上的数据传输，该技术同样适用于在下行链路信道122上的数据传输或双向传输。
利用如在UMTS实施方案中所使用的扩谱码分多址(CDMA)技术，已对本发明的实施方案作了描述。然而，应该理解，本发明并不限于在CDMA系统中使用。同样，虽然本发明的实施方案已假定频分双工作了描述，本发明并不限于在这样的系统中使用。也可应用于其他的双工方法，例如时分双工(虽然在这样一种系统中功率控制速率通常限于每个传输脉冲串一次)。
对于本领域的技术人员来说，通过阅读本公开内容，其他的修正将是明显的。这样的修改可包含其他的在无线电通信系统和其组成部件中已经了解的特征，可用来替代或补充在此已经描述过的特征。
在本技术说明书和权利要求中，在部件前面的词“一个”或“一种”并不排斥存在多个这样的部件，而且词“包括”并不排斥存在那些未列举的其他部件或步骤。
工业可应用性
本发明适用于无线电通信系统的范围，例如UMTS。

Claims (16)

1.一种包括主站和副站的无线电通信系统，该系统在主站和副站之间具有通信信道，所述信道包括用于传送包括功率控制命令的控制信息的上行链路和下行链路控制信道以及用于传送数据的数据信道，其中提供功率控制装置，用于根据功率控制命令来调节所述控制信道和数据信道的功率，并用于将传输暂停之后的初始发送功率设置为利用一个偏置调节的暂停之前的发送功率。
2.根据权利要求1的系统，其特征在于，提供一种装置，用于根据紧接在暂停之前的发送功率和在传输暂停之前的一个预定周期上发送功率的加权平均值之间的差值来确定该偏置。
3.根据权利要求1的系统，其特征在于，提供一种装置，用于根据传输暂停之前所应用的功率控制命令的加权和来确定该偏置。
4.根据权利要求1的系统，其特征在于，提供一种装置，用于从依据等式ΔP(t)＝K1ΔP(t-1)-K2PC(t)PS(t)的功率控制命令的加权和中确定该偏置，其中ΔP(t)是在暂停之前的最后功率控制命令的在时刻t上计算的偏置，ΔP(t-1)是以前确定的偏置，PC(t)是在时刻t上所应用的功率控制命令，PS(t)是在时刻t上所应用的功率控制步距，K1和K2是常数，以及ΔP(0)在传输开始时或紧接在间隙之后被设置为零，而且提供一种装置，用于将该偏置量化为由发送该信道的站所支持的最小功率控制步距的整数倍。
5.一种在无线电通信系统中使用的主站，该系统在主站和副站之间具有通信信道，所述信道包括用于传送包括功率控制命令的控制信息的上行链路和下行链路控制信道以及用于传送数据的数据信道，其中提供功率控制装置，用于根据功率控制命令来调节控制信道和数据信道的功率，并用于将传输暂停之后的初始发送功率设置为利用一个偏置调节的暂停之前的发送功率。
6.根据权利要求5的主站，其特征在于，提供一种装置，用于根据传输暂停之前的最后发送功率和一个预定周期上发送功率的加权平均值之间的差值来确定该偏置。
7.根据权利要求5的主站，其特征在于，提供一种装置，用于根据传输暂停之前所应用的功率控制命令的加权和来确定该偏置。
8.根据权利要求5的主站，其特征在于，提供一种装置，用于从依据等式ΔP(t)＝K1ΔP(t-1)-K2PC(t)PS(t)的功率控制命令的加权和中确定该偏置，其中ΔP(t)是在暂停之前的最后功率控制命令的在时刻t上计算的偏置，ΔP(t-1)是以前确定的偏置，PC(t)是在时刻t上所应用的功率控制命令，PS(t)是在时刻t所应用的功率控制步距，K1和K2是常数，并且ΔP(0)在传输开始时或紧接在间隙之后被设置为零，而且提供一种装置，用于将该偏置量化为由主站支持的最小功率控制步距的整数倍。
9.一种在无线电通信系统中使用的副站，该系统在副站和主站之间具有通信信道，所述信道包括用于传送包括功率控制命令的控制信息的上行链路和下行链路控制信道以及用于传送数据的数据信道，其中提供功率控制装置，用于根据功率控制命令来调节控制信道和数据信道的功率，并用于将传输暂停之后的初始发送功率设置为利用一个偏置调节的暂停之前的发送功率。
10.根据权利要求9的副站，其特征在于，该偏置还包括一个附加的偏置。
11.根据权利要求9的副站，其特征在于，提供一种装置，用于根据传输暂停之前的最后发送功率和在一个预定周期上发送功率的加权平均值之间的差值来确定该偏置。
12.根据权利要求9的副站，其特征在于，提供一种装置，用于根据传输暂停之前所应用的功率控制命令的加权和来确定该偏置。
13.根据权利要求11或12的副站，其特征在于，提供一种装置，用于将该偏置量化为可用的功率控制步距。
14.根据权利要求9的副站，其特征在于，提供一种装置，用于从依据等式ΔP(t)＝K1ΔP(t-1)-K2PC(t)PS(t)的功率控制命令的加权和中确定该偏置，其中ΔP(t)是在暂停之前的最后功率控制命令的在时刻t上计算的偏置，ΔP(t-1)是以前确定的偏置，PC(t)是在时刻t所应用的功率控制命令，PS(t)是在时刻t所应用的功率控制步距，K1和K2是常数，并且ΔP(0)在传输开始时或紧接在间隙之后被设置为零，而且提供一种装置，用于将该偏置量化为由副站所支持的最小功率控制步距的整数倍。
15.一种用于操作包括主站和多个副站的无线电通信系统的方法，该系统在主站和副站之间具有通信信道，所述信道包括用于传送包括功率控制命令的控制信息的上行链路和下行链路控制信道以及用于传送数据的数据信道，并且至少主站和副站之一具有功率控制装置，用于根据功率控制命令来调节控制信道和数据信道的功率，该方法包括将传输暂停之后的初始发送功率设置为利用一个偏置调节的暂停之前的发送功率。
16.根据权利要求15的方法，其特征在于，从依据等式ΔP(t)＝K1ΔP(t-1)-K2PC(t)PS(t)的功率控制命令的加权和中确定该偏置，其中ΔP(t)是在暂停之前的最后功率控制命令的在时刻t计算的偏置，ΔP(t-1)是以前确定的偏置，PC(t)是在时刻t所应用的功率控制命令，PS(t)是在时刻t所应用的功率控制步距，K1和K2是常数，并且ΔP(0)在传输开始时或紧接在间隙之后被设置为零，而且将该偏置量化为由发送信道的站所支持的最小功率控制步距的整数倍。
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