CN1221086C - 通信系统中的功率控制方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明所提出的CDMA系统中的反向信道功率控制是通过测量远地单元发射的功率控制组(403)和确定下一个功率控制比特的传输时间来实现的。根据功率控制比特的传输时间和基站与远地单元之间的往复行程延迟中断对功率控制组的测量(405)，从而可以在下一个时隙将功率控制比特发射给远地单元(419)。

Description

通信系统中的功率控制方法和设备

技术领域

本发明与通信系统有关，具体地说，与通信系统中的功率控制有关。

背景技术

众所周知，一些通信系统应用各种功率控制方法来控制远地单元的发射能量。一种应用功率控制的通信系统是扩频通信系统。扩频系统中的功率控制有两个主要作用。第一，由于扩频系统中各远地单元的信号通常是以相同的频率发射的，因此伴随着接收信号的噪声(反比于单位噪声密度的比特能量Eb/no，它定义为每个信息比特的能量与噪声谱密度之比)大部分是由于其他远地单元发送的信号引起的。噪声值直接与接收到的其他各远地单元所发送的信号功率有关。所以，最好远地单元的尽可能低的功率进行发射。第二，希望能动态地调整所有远地单元的功率，使得它们的发射信号在基站接收到时功率近似相等。为此，必需使最近的发射机将它的功率减小到比最远的发射机的功率低80dB。

码分多址(CDMA)系统中控制反向信道功率的现有方法可参见电子工业协会/电信工业协会暂行标准95(TIA/EIA/IS-95A)的蜂窝系统远地单元-基站兼容性标准，该标准在此列作参考。(EIA/TIA的联系地址为：2001 Pennsylvania Ave.NW WashingtonDc20006)。如在TIA/EIA/IS-95A的7、1、3、1、7中所述，在正向业务信道上连续发送一个功率控制剂信道。在时隙“k”，基站接收到远地单元发出的一个功率控制组。在时隙“K+1”，基站计算出一个发送给远地单元的功率调整命令。在时隙“K+2”，基站将这个功率调整命令发送给远地单元。最后，在时隙“K+3”，基站接收到远地单元的校正的功率发送的符号。这种使一个远地单元功率得到调整的过程一直延迟到基站接收到一个功率控制组后第三个时隙才完成，这可能对反向信道的性能有着不好的影响。

因此，有必要使远地单元的功率调整在基站接收到远地单元的功率控制组后的第三个时隙以前就发生。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种在通信系统中控制功率的方法，其中延迟存在于由基站接收到的功率控制传输的测量和由该基站发送的功率调整命令的传输之间，所述方法包括步骤：确定远地单元的传输速率；和根据所述远地单元的传输速率，基站在上述接收到的功率控制传输的测量和功率调整命令的传输之间的两个时隙延迟和三个时隙延迟之间进行切换。

根据本发明的另一方面，提供了一种在码分多址(CDMA)通信系统中控制功率的方法，所述方法包括以下步骤：开始测量从远程单元发射的功率控制组；确定下一个功率控制位的传输时间；根据传输时间通过在完成前中断对功率控制组的测量产生对功率控制组的受中断的测量；根据功率控制组的测量，产生计算的功率控制位；以及将功率控制位发射到远程单元以产生一个发射的功率控制位。

附图说明

在本说明书的附图中：

图1为采用本发明的基站接收机的优选实施例的方框图；

图2为采用本发明的基站发射机的优选实施例的方框图；

图3例示了按照本发明优选实施例的接收功率控制组和发射功率调整命令的设备；

图4为按照本发明优选实施例在码分多址系统中控制反向信道功率的方法的流程图；

图5例示了按照本发明优选实施例在码分多址系统中控制反向信道功率的时域图；

图6为按照本发明另一实施例在码分多址系统中控制反向信道功率的方法的流程图；以及

图7例示了按照本发明优选实施例在次速率传输期间控制反向信道功率的设备。

具体实施方式

CDMA系统中的反向信道功率控制是通过调整远地单元发射的功率控制传输(功率控制组)的测量时间，以计算出功率调整命令(功率控制比特)并在下一个由基站发射的功率控制组中发送给远地单元来实现的。在下一个发射给远地单元的功率控制组中发射功率调整命令(功率控制比特)使基站可以在对功率控制组测量后的第二个时隙(K+2)中较收到功率控制调整，这使反向信道的性能在Eb/No上改善了1dB。

概括地说，本发明包括测量功率控制传输和在完成前根据功率调整命令的传输时间中止功率控制传输测量。

另一个实施例是一种在码分多址(CDMA)通信系统中的功率控制方法，它包括开始测量功率控制组和确定下一个功率控制比特的传输时间的步骤。然后，根据这传输时间中止功率控制组测量。最后，将计算得到的功率控制比特发射给远地单元。

又一个实施例是一种在通信系统中控制功率的设备。这种设备包括一个测量功率控制传输的积分器和一个根据功率调整命令的传输时间中止功率控制传输测量的逻辑单元。

又一个实施例是一种在通信系统中控制功率的方法。这种方法包括确定功率调整命令的传输时间和在功率调整命令的传输时间低于一个门限时根据前一个功率调整命令估计功率调整命令的步骤。如果功率调整命令的传输时间超过这个门限，则根据对一个功率控制组较短时间的测量估计功率调整命令。

还有一个实施例是一种在通信系统中控制功率的方法。这种方法包括：确定远地单元的传输速率的步骤，和当施加功率控制命令时在两个时隙延迟和三个时隙之间切换的步骤，其中，根据传输速率进行上述切换。

图1为作为本发明优选实施例的用来接收远地单元发射的功率控制组的基站接收机100的方框图。由接收天线131接收的正交编码扩频数字信号130经接收机132放大后通过解扩和解调136成为同相分量140和正交分量138。然后，经解扩的数字样点的分量138、140划分成一系列由一些信号样值构成的长度预定的组(例如一系列64样点长度组)，分别输入呈快速Hadamard变换器142、144形式的正交解码器，从而这两个正交编码信号分量分别被解扩成多个经解扩的信号分量146和160(例如在输入的是64样点长度组时就产生64个经解扩信号)。此外，每个变换器的输出信号146、160都有一个对应的将每个特定的正交码从一组相互正交的码中识别出来的Walsh附标符号(例如，在输入的是64样点长度组时，可以将一个6比特长的附标数据符号与变换器输出信号对应，以指示变换器输出信号相应的那个特定的64比特长的正交码)。在从接收机100各支路输出的各组信号156中带有相同Walsh附标的能量值将在相加器164中相加，得出一组能量和值166。这组能量和值166中带有附标i的能量值相应于产生这组能量和值166的信号样点组与第i个walsh符号相应的可信程度的度量。带有对应附标的能量和值的组送至软判决度量产生器(诸如一个双最大值度量产生器)168，确定每个编码数据比特的单个度量，从而得到单组集合软判决数据170。集合软判决数据170由解交织器172解交织后，再由解码器176进行最终的最大似然解码。

图2为向远地单元发射功率调整命令的CDMA发射机200的优选实施例的方框图。在一个优选实施例中，功率调整命令是一个功率控制比特，例如：一个“0”比特指示远地单元增大平均输出功率，而一个“1”比特指示远地单元减小平均输出功率。发射机200最好是一个象TIA/EIA/IS-95A所规定的那样的发射机。发射机200包括卷积编码器212、交织器216、正交编码器220、调制器224、上变频器228和天线229。

在工作期间，信号210(业务信道数据比特)由卷积编码器212以特定比特速率(如为9.6kbit/s)接收。输入的业务信道数据210的比特典型地有由声码器变换成数据的语音、纯数据，或这两种数据的组合。卷积编码器212用一种便于以后将数据符号按最大似然解码为数据比特的编码算法(如卷积或块编码算法)以固定编码速率将输入的数据比特210编码成数据符号。例如，卷积编码器212以一个数据比特编成两个数据符号的固定编码率(即为1/2)对输入数据比特210(输入速率为9.6kbit/s)编码，则卷积编码器212输出数据符号214的速率为19.2ksymbol/s。

然后，数据符号214输入交织器216。交织器216对输入数据符号214进行符号级的交织。在交织器216中，数据符号214逐个输入一个规定数据符号214的预定长度块的矩阵。数据符号214以一列接一列地填入矩阵的方式输入矩阵内的存储单元，而以一行接一行地清空矩阵的方式从矩阵内的存储单元输出。通常，矩阵是个方阵，行数等于列数；然而也可选用其他形式的矩阵，以增加相继输入的未交织的数据符号之间的交织输出距离。交织器216以与输入相同的数据符号速率(即19.2ksymbol/s)输出经交织的数据符号218。由矩阵规定的数据符号块的预定长度取决于以预定符号率在一个预定时间长度传输块内能发射的最多的数据符号数。例如，如果传输块的预定长度为20ms，则数据符号块的预定长度为19.2ksymbol/s乘以20ms，等于384个数据符号，规定了一个16×24的矩阵。

经交织的数据符号218输入正交编码器220。正交编码器220将每个经交织和加密的数据符号218与一个正交码(例如为一个64元Walsh码)模2相加。例如，在64元正交编码中，经交织和加密的数据符号218每个都用一个有64个符号的正交码或它的反码来代替。这些64元正交码最好与从64×64的Hadamad矩阵得出的名Walsh码相应，一个Walsh码只与矩阵中的一行或一列对应。正交编码器220不断输出与以固定符号速率(例如为19.2ksymbl/s)输入的数据符号218相应的Walsh码或它的反码222。

Walsh码222的序列由调制器224调制成可在一个通信信道上传输的形式。扩频码是一个用户专用符号序列或者说是一个独有的用户码，以固定的契普速率(ship rate，例如为1.228Mchip/s)输出。此外，经用户码扩频编码所得到的各契普由一对短伪随机码(所谓短是与长码相对而言)加密，产生I信道和Q信道码扩频序列。I信道和Q信道码扩频序列通过驱动一对正交的正弦信号的功率控制来对这对正弦信号进行二相调制。这对正弦输出信号经上变频器228相加、带通滤波，变换成RF频率，再经放大、滤波后由天线229辐射，完成信道数据比特210的发送。

图3例示了按照本发明优选实施例的接收功率控制组(通过图1所示接收机)和发射功率调整命令(通过图2所示发射机)的设备300。设备300包括复合能量随机存取存储器(复合能量RAM)301、积分器305、开关303、能量校准单元307、功率控制状态机309、状态开关310、长码产生器311、长码超前补偿器314和逻辑单元315。按照本发明优选实施例的设备300的工作原理如下：一个功率控制组进入复合能量RAM301，在这个功率控制组中发射的N个调制符号的能量(对于IS-95A，N＝6)在此得到测量和存储。在许多情况下，将需要中断对功率控制组内所有N个调制符号的测量，以便在由基站发射的下一个功率控制组内发射一个功率控制比特。需要中断功率控制组测量的时间由逻辑电路315决定。

长码产生器311将一个长码输出给长码超前补偿器314。长码超前补偿器314使这个长码提前至少功率控制比特计算时间(Tcalc)加上往返行程延迟时间(Trtd)，即Tcalc+Trtd。这样做是为了确定长码的值，计算出功率控制比特在下一个功率控制组内的位置。逻辑单元315接收到来自长码超前补偿器314的提前长码316，根据提前长码316确定在16个可能开始位置中的哪个位置上发射功率控制比特。在一个优选实施例(采用TIA/EIA/IS-95A标准)中，功率控制比特在下一个功率控制组中T(b)＝1.25*b/24ms时发射，其中“b”为发射功率控制比特处的调制符号的序号(0至15)。为了使基站准时发射功率控制比特，必需考虑基站和远地单元之间的Trtd。如果还考虑Talc的话，那么功率控制组测量必需缩短至少Tadv，其中：

Tadv＝Tcalc-T(b)+Trtd    如果Tcalc-T(b)+Trtd≥0

Tadv＝0如果Tcalc-T(b)+Trtd＜0

采用TIA/EIA/IS-95A(功率控制组为1.25ms长)，则测量功率控制组的总时间为

Tmeasure≤1.25ms-Tadv

一旦逻辑单元315计算出测量功率控制组必需的时间，就将这时间发送给开关303，使开关303在相应时间闭合，将有关所获取的各调制符号的能量的信息送至积分器305。积分器305将所获取的各调制符号相加，输出一个和值，送至能量校准单元307。能量校准单元307根据这个将这几个调制符号相加所得的值估计出如果功率控制组内所有N个调制符号都获取时的值。在这个优选实施例中，这是通过将和值乘以因子0.00125/Tmeasure直接实现的，其中0.00125是一个功率控制组传输的总时间。

经校准的调制符号和值送至功率控制状态机309。功率控制状态机构309利用经校准的调制符号和值确定功率控制比特的值(“0”或“1”)，并将这值送至状态开关310。状态开关310根据长码产生器311所产生的长码确定应在16个可能开始的位置中的哪个位置上发射功率控制比特，然后相应发射功率控制比特。

图4为按照本发明优选实施例在CDMA系统中控制反向信道功率的方法的流程图。在步骤401逻辑流程开始，确定测量功率控制组所需的时间。在一个优选实施例中，测量功率控制组的时间为

Tmeasare≤1.25ms-Tadv

其中：

Tadv＝Tcalc-T(b)+Trtd  如果Tcalc-T(b)+Trtd＞0

Tadv＝0  如果Tcalc-T(b)+Trtd＜0

然后，在步骤403，在功率控制组的开始处开始测量。在步骤405，确定对功率控制组的连续测量是否超过Tmeasure。如果还没有，则在步骤407继续测量功率控制组。在对功率控制组的连续测量超过Tmeasure时，逻辑流程转至步骤409，将所测得的功率控制组积分。然后，在步骤411估计在功率控制组中所有N个调制符号均被获取时的情况。在一个优选实施例中，这是通过将积分所得到的和值乘以因子0.00125/Tmeasure直接实现的。

在步骤413确定功率控制比特后，在步骤415确定功率控制比特在功率控制组内的位置。然后，在步骤417确定是否到了发送功率控制比特的时刻。如果是，在步骤419向远地单元发送功率控制比特；否则，逻辑流程就返回步骤417。

在一个优选实施例中，希望远地单元能在一个扩频符号的开始改变功率，因此可以规定一个有一定控制消息的新场，使得远地单元可以从3功率控制组延迟改变为2功率控制组延迟，或者相反。具体地说，远地单元在建立呼叫时告知基站它是能2功率控制组延迟的；这样基站一旦取得足够的统计量，保证Trtd不大于一个预定的量，就从3功率控制组延迟转到2功率控制组延迟。在这个优选实施例中，可以根据一个随机存取消息作出一个立即的延迟判决，在信道指配消息中转发这个命令。在呼叫建立了一段时间后，Trtd可能成为太大，于是基站可以向远地单元指示转回3功率控制组延迟模式。

图5例示了按照本发明优选实施例在CDMA系统中控制反向信道功率的时域图。如图5所示，在时隙“K”对功率控制组测量一段最多是(1.25-Tadv)ms的时间。在时隙K+1，基站估计接收功率的值，确定功率控制比特的值(“0”或“1”)后将功率控制比特发射给远地单元。最后，在时隙K+2以前基站接收到远地单元的正确的功率发射的信号。由于现有方法要使一个远地单元的功率调整延迟到基站接收到一个功率控制组后第三个时隙，因此对反向信道的性能有不良影响。通过使功率调整发生在功率控制组测量后第二个时隙，使反向信道的性能在Eb/No上改善了1dB。

图6为按照本发明另一实施例在CDMA系统中控制反向信道功率的方法的流程图。每当功率控制比特时隙对要在下个时隙发射的功率控制比特进行的1.25ms能量测量来说出现得过早时，这个实施例就利用一个算法来估计功率控制比特的值，而不是缩短功率控制组测量时间。假设功率控制和Trtd在50ms内，那么平均每16次功率控制组测量中只有一次需要调用这个算法。

在步骤601逻辑流程开始，计算出测量功率组所需的并在下一个时隙仍能发射功率控制比特的时间。在步骤603，确定可用于测量功率控制组的时间是否太短(例如小于1.25ms)。如果在步骤603确定可用于测量功率控制组的时间不小于1.25ms，那么就进行标准的功率控制测量和存储(步骤607)，再进行功率控制比特的标准计算(步骤613)。最后，在步骤621发射功率控制比特。

如果在步骤603确定可用于测量功率控制组的时间小于1.25ms，则在步骤609确定上一次功率控制组的测量结果是否小于或大于一个预定的值。如果上次测量结果是小于或大于这个预定的值，则在步骤611将上一个功率控制比特的值用作当前功率控制比特的值，在步骤621发射。如果在步骤609确定上一次功率控制组的测量结果不小于或不大于预定的值，则在步骤615确定再上一个功率控制比特(即上一个功率控制比特的上一个功率控制比特)的值是否与上一个功率控制比特的值相同。如果相同，则将上一个功率控制比特的值用作当前功率控制比特的值，在步骤621发射。否则，将上一个功率控制比特的相反值用作当前功率控制比特的值，在步骤621发射。

在又一个实施例中，功率控制比特的估计利用前面的功率控制比特来实现(如上所述)，但仅当Tmeasure将小于某个最小值(例如400μs)时。例如，如果Tmeasure小于400μs，功率控制比特就利用前面的功率控制比特的值进行估计；否则，如果Tmeasure大于400μs，功率控制比特就如前面所述通过测量在一段缩短了的时间内的功率控制组进行估计。

在一个远地单元工作在低于全速率的情况下(即不是按照一定的帧发射时)，现行的TIA/EIA/IS-95A标准要求这个远地单元在它没有发射功率控制组时不应用相应时间所产生的功率控制比特。由于远地单元预期在发送功率控制组后第三个时隙接收功率控制比特，因此TIA/EIA/IS-95A标准要求远地单元略去在它没有发射功率控制组的时隙后三个时隙内接收到的功率控制比特。由于本发明的一个优选实施例具有由远地单元在发射功率控制组后一个时隙接收的功率控制比特，因此现行的TIA/EIA/IS-95A标准将要求远地单元略去不应略去的功率控制比特而应用不应应用的功率控制比特。这个问题的解决方法将结合图7加以说明。

图7例示了按照本发明优选实施例在次速率传输期间控制反向信道功率的设备700。设备700包括功率控制比特计算器707、速率判决电路701、规则表703、功率控制比特选择电路705和功率控制比特插入器709。在一个优选实施例中，功率控制比特计算器707具有两个输出。第一个输出是与远地单元反射的最后一个功率控制组对应的功率控制比特的值。(如以上结合图5所述)，而第二个输出是与两个功率控制组前远地单元发射的功率控制组对应的功率控制比特的值(见EIA/TIA/IS-95A规范)。设备700的工作情况如下：速率判决电路701确定当前工作速率(全速率或1/2、1/4、1/8速率)。速率信息从速率判决电路701送至功率控制比特选择电路705。功率控制比特选择电路705利用速率信息和规则表703确定用哪个功率控制组(是前一个控制组还是前两个控制组)来确定需插入的功率控制比特。然后，功率控制比特选择电路705选择相应的功率控制比特(来自功率控制比特计算器707)送至功率控制比特插入器709。

有许多帧速率估计器可供速率判决电路701选用。在一个优选实施例中，速率判决电路701利用根据远地单元发射的最近四个功率控制组所进行的能量和相位测量。设定了一些门限以使总判决错误率保持低于最大可接受值。所接收的前四个功率控制组的振幅和相位的测量结果(A，Φ)送至一个判决机构。速率判决电路701所执行的操作步骤示于下表1。

(1)启动

(2)设置初始门限

(3)根据先前帧速率修改门限

(4)检查功率控制组0-3

每个功率控制组的{A，Φ}

功率控制组之间的{A，Φ}

(5)作出初始帧速率估计

(6)调整门限

(7)检查下一组4个功率控制组

每个功率控制组的{A，Φ}

功率控制组之间的{A，Φ}

包括先前功率控制组的数据

(8)修改帧速率估计

(9)如果帧结束，返回步骤(2)；否则，返回步骤(7)

(10)结束

表1：速率判决电路操作步骤

用来选择适当的功率控制比特(pcb)的规则表703的情况如下。第一列标记的是远地单元所发射的功率控制组的序号(0至15)，而其他三列是对于各速率的，头上都作了标记。这个表的内容是在计算相应功率控制比特时需使用的功率检测组(pcg)的序号。每第四个功率控制组后进行一次速率估计更新。对于1/2速率帧所列出的“规则”(表中标为“rule”)是在上一个和再上一个时隙为有效时使用上一个功率控制比特，否则使用再上一个功率控制比特。功率控制比特的计算如以下表2所示。

PCG序号根据功率控制组的序号选择pcb：

0        15如果时隙15有效；否则根据时隙14选择pcb

1        0如果对于1/8速率时隙0有效，和时隙15有效；否则15

2        0

3        1

         8/1或1/4速率         1/2速率  全速率

4        2                    rule        3

5        3                    rule        4

6        4                    rule        5

7        5                    rule        6

8        6                    rule        7

9        7                    rule        8

(8如果时隙7和8有效)

10       8                    rule        9

11       9                    rule        10

12       10                   rule        11

13       11                   rule        12

14       12                   rule        13

15       13                   rule        14

             表2：功率控制比特的选用

以上对本发明、本发明具体细节和附图的说明并不意味着是本发明的范围限制。例如，每当功率控制比特插入时刻过早而来不及完成能量估计时，可以就用上一个功率控制比特的值，而不用上面提到的估计功率控制比特的过程。本发明者认为在不背离本发明的精神和范围的情况下可以对本发明进行种种修改，因此，所有这些修改都应属于以下权利要求所规定的本发明专利保护范围。

Claims (1)

1.一种在通信系统中控制功率的方法，其中延迟存在于由基站接收到的功率控制传输的测量和由该基站发送的功率调整命令的传输之间，所述方法包括步骤：

确定远地单元的传输速率；和

根据所述远地单元的传输速率，基站在上述接收到的功率控制传输的测量和功率调整命令的传输之间的两个时隙延迟和三个时隙延迟之间进行切换。

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