CN1205763C - 基于组合的传输质量估值的功率控制 - Google Patents

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Abstract

描述了这样一种无线电信系统，其中移动台功率控制受到信号对干扰采样、误码率采样、和误帧率采样的功能性组合的影响。信号对干扰的采样过程提供快速功率控制调节，而误码率和误帧率因子提供较低速度的、但是性能较好的功率控制调节。移动台功率控制功能具有在单个链路和多个链路功率控制调节中的可应用性。

Description

基于组合的传输质量估值的功率控制
                      发明领域
本发明涉及无线通信系统，更具体地，涉及用于有效地控制移动无线台中功率电平的方法和设备。
                   发明背景和概要
在典型的蜂窝无线系统中，地理区域被划分成由被连接到无线网的基站提供服务的小区。蜂窝无线系统中的每个用户(移动用户)配备有便携式、袖珍式、手持式、或安装在汽车上的移动台，用于与移动网进行话音和/或数据通信。每个基站包括多个信道单元，它们包含发射机、接收机和控制器，并且配备有全向天线以用于在所有的方向上相等地发射，或配备有定向天线，每个定向天线服务于一个特定的扇区形小区。每个移动台也包括发射机、接收机、控制器和用户接口，以及由特定的移动台识别号来进行标识。每个移动用户由另一个识别号(例如国际移动用户号码(IMSI))来进行标识。
本发明以图1所示的示例的通用移动电信(UMTS)10的非限制的示例环境来说明。一个代表性的、面向连接的外部核心网被显示为云12，它例如可以是公共交换电话网(PSTN)和或综合业务数字网(ISDN)。一个代表性的、面向非连接的外部核心网，被显示为云14，例如可以是互联网。这两个核心网被耦合到相应的业务节点16。PSTN/ISDN面向连接的网络12被连接到一个面向连接的业务节点，诸如移动交换中心(MSC)节点18，它可以提供电路交换的业务。在现有的GSM模型中，MSC 18通过接口A被连接到基站子系统(BSS)22，后者又通过接口A’被连接到无线基站23。互联网面向非连接的网络14被连接到通用分组无线业务(GPRS)节点20，后者被定制用来提供分组交换类型的业务，该节点20有时被称为服务的GPRS业务节点(SGSN)。每个核心网业务节点18和20通过无线接入网(RAN)接口连接到UMTS地面无线接入网(UTRAN)24。UTRAN 24包括一个或多个无线网控制器26。每个RNC26被连接到多个基站(BS)28和UTRAN 24中的任何其它的RNC。
优选地，无线接入是基于具有通过使用CDMA扩频码分配的各个不同无线信道的宽带码分多址(WCDMA)。当然，也可以采用其它的接入方法。WCDMA提供宽的带宽以用于多媒体业务和其它高的传输速率要求以及可靠的特性(例如分集越区切换和RAKE接收机)从而确保高的质量。
移动台30使用传输码，这样，基站28能识别来自特定的移动台30的传输。在当前的WCDMA标准中，假定代码按如下方式分配给专用信道：
(a)上行链路和下行链路传输正在使用信道化代码，以及在它的顶部是加扰码；
(b)信道化代码确定扩频因子，以及扩频因子确定最大比特率；
(c)那些在同一个小区中使用同一个频率和同一个扩频因子的移动台将不同的信道化代码用于下行链路信道，但是使用同一个加扰码；
(d)在其它小区中的移动台使用同一个信道化代码，但使用不同的加扰码。
加扰码确保在使用同一个信道化代码、但是处在不同的小区中的下行链路传输之间的整体性。在上行链路中使用的加扰码确保在同一个或不同的小区中在来自不同的移动台的上行链路传输之间的整体性。
因此，MS得到它自己的加扰码，而在专用信道上向特定的移动台的BS传输将使用公共的加扰码但是使用独特的信道化代码。MS具有对使用不同的加扰码和不同的信道化代码的下行链路传输进行组合的能力(今天的一个限制是：信道化代码的扩频因子对所有的小区必须是相同的)。
图2所示的无线网控制器26和基站28是一些无线网节点，其中每个节点包括相应的数据处理和控制单元32和33，用于执行对于在RNC26与移动台30之间进行通信所需要的大量无线和数据处理操作。由基站数据处理和控制单元33控制的设备的一部分包括多个射频收发信机34，它们被连接到一个或多个天线35。图6所示的移动台30也包括数据处理和控制单元36，用于控制移动台所需要的各种操作。移动台的数据处理和控制单元36将控制信号以及数据提供到被连接到天线38的射频收发信机37。
本发明可以在图1所示的示例的移动通信系统10的环境中被采用，其中无线网控制器26和基站28形成在核心网节点(像MSC 16)与移动台30之间的无线接入网。
重要的是，移动台30当与基站28通信时要保持适当的功率电平，以防止一个移动台淹没来自传输区域中其它移动台的通信。因为移动台的功率电平是对于保持在特定的小区内良好的通信质量的关键的参量，尽可能经常地执行功率控制是有价值的。理想地，每个移动台被连续地监视以便确保它的功率电平足够高，从而提供良好的传输质量，同时该功率电平还应不高于为提供该传输质量所必须的，以及不致于产生对其它的移动台通信不合理的干扰。本发明也适用于保持在基站传输中适当的功率电平。
在现有的系统中，移动台通信的非常快速的功率控制典型地是由图1的网络通过使用信号对干扰(Eb/I0)的测量而执行的。信号对干扰的测量典型地是在被包含在每个时隙中的一对导引符号上被执行的。对于上行链路时隙的已测量的Eb/I0与一个目标进行比较，以及在下一个下行链路时隙中的发射功率控制(“TPC”)比特被设置以便规定移动台功率有一个步长的增加或减小。虽然信号对干扰的测量值是极快速的功率控制参量，变化的和不同的传播条件使得Eb/I0参量在确定是否应当命令移动台增加或减小它的发射功率时不太精确。这种不精确性是由于以下的几个可能原因：
·如果由于移动台快速移动所以Eb/I0改变很快，则功率控制延迟很大，以及功率调节将到来得太迟，因而不能抵销改变的Eb/I0。
·由于在时隙内的非测量的时间间隔期间中真实的Eb/I0改变，所测量的Eb/I0估值在整个时隙内也将不正确。
·无线传播条件(例如所使用的无线路径的数目的快速变化)将负面地影响Eb/I0估值。
另外，就基于Eb/I0的功率控制的精确性而言，Eb/I0估值不可能反映真实的最终用户感知的质量也是一个问题。通过使用估值的误帧率，可以更精确地估值最终用户感知的质量。
为了提高精度，建议使用误帧率(FER)作为更精确的功率控制参量。误帧率标识帧传输的精度，以及是功率控制的良好的指示。不幸地，FER参量被缓慢地计算，这样，在使用FER作为测量值时，不能快速达到功率控制。
为了显示这种差别，图4显示WCDMA帧协议。每个移动台MS通过使用所显示的WCDMA帧协议来与一个基站通信。上行链路物理控制信道被使用来载送包括已知的导引比特在内的控制信息，以便支持用于相干检测的信道估值、发送功率控制(TPC)命令、反馈信息(FBI)、和任选的输送格式组合指示符(TFCI)。输送格式组合指示符将有关被复接在上行链路信道上的不同的输送信道的瞬时参量的信息通知给接收机，以及该指示符对应于在同一个帧中发送的数据。
图4显示上行链路专用物理信道的帧的结构。长度10ms的每个帧被分割为16个时隙，每个时隙长度Tslot＝0.625ms，它对应于一个功率控制周期。一个超帧对应于72个接连的帧，即超帧长度是720ms。
控制在移动台MS与基站BS之间的功率电平是连续的过程。如果它是按照Eb/I0公式逐个比特地(或逐个符号地)完成的话，则移动台将接收非常快速的功率控制校正值，但这样的校正不一定特别精确。对于图4的示例性实施例，10毫秒持续时间的帧包括16个时隙，这样，每个时隙一次的Eb/I0测量，将会在每0.625毫秒产生一个Eb/I0校正值，从而以一个预定的dB数(例如，1dB)来调节功率。另一方面，如果使用误帧率，功率控制能够较好地在半静态条件期间保持想要的最终用户感知质量，但功率控制发生得太慢，因为仅仅确定一个帧错误就至少需要10ms(这是接收该帧所需要的时间)。对于快速移动的移动台，慢的功率校正引起很大的问题：移动台不断地结束在高功率/低功率条件，它在很大的时间间隔内保持为不可校正的。另外，估值的Eb/I0对真实的Eb/I0的接近性会随着改变的无线条件而改变，在Eb/I0与最终用户质量之间的对应关系也是如此，(这二者都受首先移动的移动台影响)。
因此，Eb/I0提供快速的功率控制，但Eb/I0在确定对于这以后的发射的适当的功率条件时并不特别精确。误帧率提供更精确的功率控制，但是它出现得太慢。本发明利用一个由Eb/I0(快速但不精确)、误码率BER(较慢但较精确)、和FER(更慢但更精确)来确定的函数作为确定功率控制的方法。
本发明同样可应用于单个链路和多个链路(软越区切换)。
本发明还可应用于基站发射机的功率控制和/或移动台发射机的功率控制。因此，虽然本说明是通过参照上行链路(MS发射机)的功率控制而提供的，但本发明也覆盖和可应用于下行链路(基站发射机)的功率控制。
                      附图简述
通过优选实施例的以下参照附图中的说明，将会明白本发明的上述的和其它的目的、特性、和优点，图上的参考字符在全文中指的是相同的部件。虽然在许多图上显示了各个功能块和部件，但本领域技术人员将会看到，这些功能也可以通过各个硬件电路、通过适当地编程的数字微处理器、通过专用集成电路(ASIC)、和/或通过一个或多个数字信号处理器(DSP)而被实施。
图1显示其中可采用本发明的示例的移动无线通信系统；
图2是图1所示的基站的功能性方框图；
图3是图1所示的移动台的功能性方框图；
图4是示例的WCDMA传输帧协议；以及
图5以流程图的形式显示按照本发明的示例的实施例执行的示例的子程序。
                    附图详细说明
为了解释而不是限制，在以下的说明中阐述特定的细节，诸如特定的实施例、数据流、信令实施方案、协议、技术等等，以便提供对本发明的了解。然而，本领域技术人员将会看到，本发明可以用不同于这些具体细节的其它的实施例来实施。在其它的事例中，熟知的方法、接口、设备、和信令技术的详细说明被忽略，以免用不必要的细节干扰对本发明的说明。
调节移动台功率的处理过程被显示于图5的示例性实施例中。这里，在步骤99，由移动台进行发射。在步骤100，在基站处进行Eb/I0信号对干扰的测量，这通常是对每个时隙中的导引符号进行的。这种采样非常快速地进行(每次全部的测量约为0.625ms)，从而提供快速的功率校正测量值。在步骤101，目标Eb/I0被检索。在步骤102，所检索的Eb/I0目标数字与在步骤100进行的Eb/I0测量值相比较。在步骤103，按照在步骤102作出的比较来调整移动台功率控制。
按照本发明，移动台发射根据下式得出的功率：
MS(TX功率)＝f(FER，Eb/I0，BER)
同样地，BS(TX功率)＝f(FER，Eb/I0，BER)
按照图5的示例的实施例，功率校正测量步骤103也受到在步骤104-106的较慢的但更精确的误码率(BER)和误帧率(FER)测量值的影响。在步骤104，BER是从步骤99的发射的采样中进行测量的。每个BER样本被包括在大约每10ms内，因此，比步骤100发生得更慢，步骤100大约每0.625ms发生一次。而且，在步骤105测量的FER反映感知的最终用户质量，但每2秒才发生一次。在步骤104和105的BER测量和FER测量的结果与目标BER和FER值进行比较，在步骤106，该比较结果被使用来修正目标Eb/I0数字。只要出现关于BER或FER的新的信息(即在所描述的例子中的每个帧)，在步骤106的目标变化就立即改变。然而，典型的平均目标变化频率预期要慢得多，因此比起步骤100的恒定的Eb/I0测量值更慢地发生。这样，在步骤106处的改变的目标被存储起来，以及成为在步骤100的下一个以后的Eb/I0的测量后面的步骤101中被采用的新的“当前的目标”。
FER测量可遵循标准类型的误帧率测量，其中包括CRC计算和比较。如果CRC不一致，则记录一个帧错误。预定数目的接连的帧错误(或重复的帧错误的某些其它协议)表示不适当的发射功率。CRC错误典型地在步骤106影响Eb/I0目标，但有可能直接引起发布一个功率增加命令。因此，在步骤103，移动台可能被命令增加发射功率1dB。
当然，FER本身并不是一个关于在何时去减小功率的良好的指示，因为一系列接连的良好的帧恢复(无帧错误)并不一定表示移动台功率可被减小。因此，在步骤104，把一帧的接收的比特数目与在一个时隙区中报告的已知数目进行比较。比特错误的数目被除以时隙(10ms)，从而确定每10ms的BER。这个BER数字在步骤104与目标进行比较，从而在步骤106确定对Eb/I0的调整。本领域技术人员将会看到，BER恢复的滞后分析和标准偏差分析也可以是在步骤106确定目标改变时的有用的统计分析。因为每帧发送一个输送块以及输送块由CRC进行差错检测，被包含在输送块中的数据通过前向纠错编码(FEC)被纠错。因此，BER典型地将在步骤104每帧被产生一次。以下的步骤可以估计BER：
1.保存接收的输送块；
2.使用FEC来纠错FEC比特的比特错误；
3.检验译码块的CRC；
4.如果CRC＝OK，则使用与发送侧相同的操作，通过FEC使数据返回到编码的形式；
5.把1中存储的数据与4中的编码的数据相比较；
6.在5中的比特数目的差值是错误地接收的比特的数目；
7.在6中的比特错误的数目除以在原先的输送块中总的FEC数据比特的数目就是BER。
在步骤104的例子中，采用时隙(10ms)的一帧，但大于或小于时隙的一帧的时隙的某个数字或多或少是有利的，这取决于不同的环境而定。
同样地，在步骤105的FER测量将每10ms发生一次(每帧一次)，但一个FER的计算统计上并不精确，因此，必须平均多个帧。在步骤105的例子中，可以采用2秒内的各个帧。当然，在统计采样时可以根据规定的业务的质量而使用或多或少的数目的帧。例如，对于步骤105显示的2秒的统计采样，可以获得10％的FER业务质量。替换地，通过将样本扩展到5到10秒统计采样间隔，可以确定1％的FER业务质量。
虽然就步骤106中Eb/I0目标如何被改变而言，在步骤104和105中的BER和FER测量值的使用对于本发明并不是特定的，但在步骤106中确定Eb/I0目标改变的一个方法是把在步骤104和105的各个BER和FER测量值与预定的目标BER和FER数字进行比较。滞后分析可被使用来确定在步骤104和105所测量的BER/FER与目标BER/FER之间的差值。也就是，在步骤106的目标改变时的增量大小取决于在比较步骤104和105中所测量的BER/FER与目标BER/FER的滞后分析中指定的环路的速度。较快速的环路产生在步骤106的更小的目标增量，而较慢的环路产生在步骤106的更大的增量。而且，在BER对目标BER和FER对目标FER中的幅度改变也将是步骤106的目标改变的指示。
如果采用例如在一个移动台与多个基站之间的多个无线链路，则本发明的示例的实施例考虑每个链路的FER。在这个事例中，对于每个链路，目标要适合于一个或几个链路被组合的情形。通过能够对每个链路使用FER和BER，Eb/I0目标调整可以本地地完成，而不必通过在无线网核心(RNC)与基站之间的接口被发送。由于目标调整可以经常地进行，这将节省传输容量。
假定RNC完成无线链路的最后的组合。如果只使用一个链路，用于该链路的FER目标与组合后目标的相同，以及BER目标也匹配于能给出想要的FER的典型的BER。如果使用两个链路，则用于每个链路的FER和BER目标被加以调整，以使得FER和BER目标典型地被增加，从而能够考虑到组合的正面影响。
例如，如果需要一个10％的组合后的总FER以及该连接只使用一个链路，则它也是基站使用的FER目标。如果使用两个链路以及链路上的FER是独立的，则对于每个链路的FER目标典型地可被调整为：
         0.10.5＝0.32＝32％
由于在每个链路上的FER多半是不独立的，因此也需要考察组合的FER以及相应地调整各个FER目标，但这些调整预期是不经常的。
虽然在以上的示例性实施例中本发明是相对于移动台的上行链路信息传输来描述的，但对于从基站到移动台的下行链路信息的测量，本发明也可以提供同样的可应用性。
虽然本发明是结合当前被认为最实际的和优选的实施例被描述的，但应当看到，本发明并不限于所揭示的实施例，相反，本发明意图覆盖被包括在附属权利要求的精神和范围内的各种修改和等同的安排。

Claims (21)

1.用于为无线网络和移动无线台之间的连接提供发射功率控制的无线台功率控制电路，包括：
第一功率控制环路，在第一时间尺度上工作，用于估计通信信道的信号干扰比，比较该估计的信号干扰比和目标信号干扰比，以便产生信号干扰比的差值，和根据信号干扰比的差值产生用于在通信信道上发射信号的功率控制命令；
第二功率控制环路，在慢于第一时间尺度的第二时间尺度上工作，用于估计通信信道的误码率，比较该估计的误码率和目标误码率，以便产生误码率的差值，和根据误码率的差值更新该目标信号干扰比；和
第三功率控制环路，在慢于第二时间尺度的第三时间尺度上工作，用于估计通信信道的误帧率，比较该估计的误帧率和目标误帧率，以便产生误帧率的差值，和根据该误帧率的差值更新该目标信号干扰比。
2.根据权利要求1的无线台功率控制电路，其中第一时间尺度对应于一个时隙的持续时间。
3.根据权利要求1的无线台功率控制电路，其中第二时间尺度相应于包括一个或多个时隙的帧的持续时间。
4.根据权利要求1的无线台功率控制电路，其中第三时间尺度相应于两个帧的持续时间，每个帧包括一个或多个时隙。
5.根据权利要求1的无线台功率控制电路，其中信号干扰比是为由移动无线台发送的每个导频符号而近似确定的。
6.根据权利要求1的无线台功率控制电路，其中误码率是为由移动无线台发送的每个帧而近似确定的。
7.根据权利要求1的无线台功率控制电路，其中每个帧包括代码指示符，和误帧率是通过对实际的CRC失配与预定的失配频率门限值进行比较而确定的。
8.根据权利要求1的无线台功率控制电路，其中通过多个无线链路支持连接，该电路还包括对应于每一个无线链路的第一、第二和第三功率控制环路，每一个功率控制环路调节信号至其相对应的无线链路的干扰比目标。
9.根据权利要求8的无线台功率控制电路，其中每一个无线链路的误码率目标和每一个链路的误帧率目标被修改，以考虑来自跟该连接相关联的每一个无线链路的信号组合的效应。
10.根据权利要求1的无线台功率控制电路，其中该无线台功率控制电路被包括在移动无线台中。
11.根据权利要求1的无线台功率控制电路，其中该无线台功率控制电路被包括在无线网络中。
12.一种用于在移动无线台和通信网络之间通信的发射功率控制的方法，包括：
在在第一时间尺度上工作的第一功率控制环路中，为通信信道估计接收的信号干扰比，
在长于第一时间尺度的第二时间尺度上的接收信道误码率，比较该估计的信号干扰比和信号干扰比目标，以便产生信号干扰比的差值，和根据信号干扰比的差值产生用于在通信信道上发射信号的功率控制命令；
在在慢于第一时间尺度的第二时间尺度上工作的第二功率控制环路中，估计通信信道的误码率，比较该估计的误码率和目标误码率，以便产生误码率的差值，和根据误码率的差值更新该信号干扰比目标；和
在在慢于第二时间尺度的第三时间尺度上工作的第三功率控制环路，估计通信信道的误帧率，比较该估计的误帧率和目标误帧率，以便产生误帧率的差值，和根据该误帧率的差值更新该信号干扰比目标。
13.根据权利要求12的方法，其中第一时间尺度对应于一个时隙的持续时间。
14.根据权利要求12的方法，其中第二时间尺度相应于包括一个或多个时隙的帧的持续时间。
15.根据权利要求12的方法，其中第三时间尺度相应于至少两个帧的持续时间，每个帧包括一个或多个时隙。
16.根据权利要求12的方法，其中信号干扰比是为由移动无线台发送的每个导引符号而近似确定的。
17.根据权利要求12的方法，其中每个帧包括CRC指示符，和误帧率是通过对实际的CRC失配与预定的失配频率门限值进行比较而确定的。
18.根据权利要求12的方法，其中通过多个无线链路支持连接，该电路还包括对应于每一个无线链路的第一、第二和第三功率控制环路，每一个功率控制环路调节信号至其相对应的无线链路的干扰比目标。
19.根据权利要求18的方法，其中每一个无线链路的误码率目标和每一个链路的误帧率目标被修改，以考虑来自跟连接相关联的每一个无线链路的信号的组合的效应。
20.根据权利要求18的方法，其是在移动无线台中被执行。
21.根据权利要求12的方法，其是在无线网络中被执行。
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