CN1256817A - 蜂窝系统中利用Nt/Io值的前向链路功率控制 - Google Patents

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Abstract

本发明教授了在通信系统中控制发送功率电平,该通信系统具有基站、移动站、通信信道和导频信道。移动站根据通信信道上接收到的通信信号确定信号强度值。根据导频信道上发送的导频信号确定导频信道信号。根据确定的信号强度值和导频信道信号确定通信信号的信噪比。根据该信噪比控制发送的功率电平。估计通信系统中的通信信道内的噪声电平。导频信道信号包括导频能量和导频噪声分量。除去导频能量分量,提供余下的导频信号。根据余下的导频信号控制通信系统的操作。通过确定通信信道中的信号的信噪比和确定差信号控制传输的功率电平。通过确定所确定的和所希望的信噪比之间的差值形成差信号。该差信号在基站和移动站之间传输。导频信号至少具有一帧,功率控制信号插入到该帧。因此,把表示通信信号强度的信息通过该帧内的导频信道发送给基站。导频信道可以具有两个信息帧,以多次发送功率控制信号。

Description

蜂窝系统中利用NT/IO值的前向链路功率控制
技术领域
本发明一般涉及一种通信系统，尤其涉及通信系统中的功率控制。
背景技术
已有技术中有许多通信系统需要测量移动站接收到的信号的强度。例如，在移动站从一个基站到另一个基站的切换期间，要确定移动站接收到的信号的强度，以便确定什么时候进行切换。在名称为“CDMA蜂窝通信系统中移动站协助的软切换”的美国专利No.5,267,261中揭示了这样一种切换技术，该专利已转让给本发明的受让人。
在美国专利6,267,261的改进的技术中，移动站监视系统中邻近基站发射的导频信号的信号强度。移动站通过该移动站正在通信的基站向系统控制器发送信号强度报文。利用响应于信号强度的从系统控制器到新基站和移动站的的命令报文而建立通过新基站和当前基站的通信。移动站检测对应于移动单元当前正在通信的至少一个基站的导频信号的信号强度低于预定电平的时间。移动站通过其正在通信的基站向系统控制器报告表示相应基站的测量信号强度。从系统控制器到识别出的基站和移动站的命令报文断开通过相应基站的通信，而使通过另一个或一些基站的通信继续。
已知，把移动站发射的功率控制信息插入到与话务信道分开的专用控制信道内。然而，仍希望减少对分开的控制信道的需求。此外，虽然最后把在话务信道上发送的信号能量功率用于确定功率控制参数，但是已知控制信息是基于差错率而不是信噪比，这是因为话务信道的信噪比难以测量。例中如，在目前的一些系统中，差错之间的时间用来指定差错率。然后把差错率用来确定话务信道的质量。而且，这难以获得功率控制信息，并及时地把它用来响应于功率控制信息中指出的情况。
发明内容
本发明教授了一种利用导频信道上表现出的噪声的计算量来估计话务信道上提供的功率相对量的系统和方法。这种估计可以用于几个目的，包括控制具有基站、移动站和包括通信信道和导频信道的多个信道的通信系统内的发送功率电平。移动站测量接收到的每个码元的能量值与接收到的干扰量之比。在导频信道上接收到的能量值用来确定在导频信道上接收到的噪声量。根据确定的信号强度值和导频信道噪声值来确定通信信号的信噪比。因而，在揭示的方法和装置的一个实施例中，发送的功率电平是根据计算得到的信噪比来控制的。
本发明还教授了一种在通信系统中估计通信信道内的噪声电平的系统和方法。导频信号包括导频能量分量和导频噪声分量。从导频信道信号中除去导频能量分量，提供余下的导频信号。如上所述，根据导频信道中的噪声量来估计信道中的噪声量。
如上所述，系统是根据打算接收的装置接收到的功率量的指示来控制发送的信号功率。在这种系统中，发送的功率电平是通过确定接收到的信号的信噪比与所希望的信噪比之间的差值来控制的。发射机发射基站与移动站之间的差信号。
把导频信道在时间上分成帧，然后把功率控制信号插入到每帧。因此，表示通信信号强度的信息通过每帧中的导频信道发送给基站。
附图概述
从下面结合符图的详细描述，本发明的特征、目的和优点将变得更明显，图中，相同的参照符号在所有图中表示相应的部分：
图1示出了蜂窝通信系统的典型示图；
图2示出了图1的蜂窝通信系统中的功率控制子信道；
图3是确定接收到的话务信号的信噪比进行的步骤的流程图；
图4是图3中一些步骤的详细流程图；以及
图5是被揭示装置的框图。
本发明的实施方式
图1提供了蜂窝通信系统的典型示图。图1所示的系统可以使用各种多址调制技术，以便于大量的系统移动站(或移动通信装置)之间以及基站之间的通信。这些技术包括CDMA频谱扩展调制。
在典型的CDMA系统中，基站在相应的导频信道上发送独特的包括导频载波的导频信号。例如，根据被揭示的方法和装置的一个实施例，导频信号是未调制的、直接序列的扩展频谱信号，在所有时间上，由每个基站利用公共的伪随机噪声(PN)扩展码发送。导频信号除了提供相干解调的相位基准和信号强度测量的基准之外，还可以使移动站获得初始系统同步。而且，接收到的导频信号可以用来估计接收到的话务信号的到达时间、相位和幅度。根据被揭示的方法和装置的一个实施例，每个基站传输导频信号是用具有不同的码相位偏移的同一个PN扩展码来调制的。
系统控制器10，也称为移动交换中心(MSC)10一般包括接口和处理电路，向基站提供系统控制。控制器10还控制从网络(例如公共交换电话网(PST N))到适当基站的通信设备呼叫的路由，以传输给适当的移动站。移动站通过基站到PSTN的路由也由控制器10来控制。
控制器10可以利用各种装置，例如专用电话线、光纤链路或微波通信链路耦接到基站12、14、16上。在图1中，示出了三个基站12、14、16和通信装置(例如移动站)18。移动站18至少由接收机、发射机和处理机组成。基站12、14、16一般包括控制基站12、14、16的功能的处理电路和与移动站18和系统控制器10通信的接口电路。
图1中的箭头20A-20B表示基站12和移动站18之间可能的通信链路。图1中的箭头22A-22B表示基站14与移动站18之间可能的通信链路。同样，图1中的箭头24A-24B表示基站16与移动站18之间可能的通信链路。
在移动站18处理了接收到的信号之后，得到的信号是所要的信号与噪声信号的组合。在一时间周期上的平均信噪比是接收到的信号强度的较好度量。例如，在CDMA系统中，接收到的信号的信噪比可以是在一块上的平均。因此移动站18可以估计信噪比，并把该估计与移动站18的实际接收值进行比较。根据被揭示的方法和装置的一个实施例，移动站18向基站12、14、16发送信噪比值的测得值与期望值之间的差值，作为参数(FWD_SNR_DELTA)(以分贝为单位)。该参数(FWD_SNR_DELTA)最好在反向链路功率控制子信道上发送。
在确定期望信噪比时，移动站18计算信噪比，这将产生等于由基站12、14、16构成的正向链路基本块擦除率的平均正向链路基本块擦除率。在计算期望信噪比时，移动站18假设以低于每个PN码片的功率的三分贝来传输连续较低的速率块。根据被揭示的装置的一个实施例，移动站18接收路径的最大组合比。
除了计算期望信噪比之外，移动站18必须确定接收到的话务信号的信噪比。图3的流程是较高层的流程，它示出了为确定接收到的话务信号的信噪比所进行的步骤。起初，接收话务和导频信号(与该信道上的噪声一起)(步骤300)。虽然滤波器除去了其频带(在该频带上可以传输话务和导频信号)之外的噪声，但是带内的噪声仍能通过。利用用于复用话务信道的特定的Walsh码对接收到的话务信号去覆盖(decover)。同样，利用用于复用导频信道的特定Walsh码对导频信道去覆盖(步骤302)。一旦导频和话务信道被去覆盖，则估计每个码元信号对干扰比，ES/IO(步骤304)。接着测量噪声/干扰，Nt/Io(步骤306)。一旦测得了这些值，用Nt/Io来除每个码元信号/干扰，Es/Io以各出每个码元对噪声比Es/Nt(步骤306)。然后把该值提供给使用该每个码元噪声比Es/Nt来控制系统(例如对正向链路发送信号进行功率控制)的设备(步骤310)。至于步骤304和306如何进行的详细描述则在图4中的流程图中描述。
本技术领域的熟练人员应当理解，为了去覆盖以分离出正交信道，每个话务信道必须包括在导频信道的噪声中。同样，除了所关心的话务信道之外，导频信号和每个话务信道都要包括在所关心的话务信道的噪声中。一旦完成了去覆盖，则话务信道内的噪声仅包括与非正交信号相关的能量。本技术领域的熟练人员应当理解，一般用自动增益控制装置来确保接的总接收信号基本上为恒值。因而，所有信号值都与总接收信号强度Io有关。然而，这在下面的公式中没的标注出。因此，总接收话务信号可以表示成：
rT＝sT+nT                                     公式(1)
其中，sT表示所希望的话务信号，nT表示接收到的话务信号中的噪声。应当理解：
sr＝∑dkEs，k 1/2                              公式(2)
其中，dk是话务信号中码元流或数据流中第k个码元；ET，K是码元上的话务信道总接收能量。计算所有k(从1至n)之和，其中，n是一帧内的码元总数。应当注意，在被揭示的方法和装置的另一个实施例中，码元数n可以与一帧内的码元数不同。
在许多情况下，使用“瑞克”接收机来组合从不同源接收到的信号或从同一个源接收到的但具有不同传播路径的信号(因此，彼此有延迟)。在这些情况下，通过把在每个独立的路径上接收到的话务信号乘相关的导频信号获得总接收话务信号。该乘法使得每个接收到的话务信号被相关导频信号的相对强度加权。然后把这些乘积相加形成总接收话务信号rT。下面的公式表示该和：
rT＝∑rT，i<rP，i>                   公式(3)
其中，在从1至m的下标i上求和，rT，i是第i条路径上的接收话务信号，m是路径总数，包含了项rp，i的括号指示导频信号可以被低通滤波器滤除，以减少导频信号幅度在短时间上的波动。
特定路径的总接收导频信号可以被表示成：
IP，i＝SP，i+nP，i                   公式(4)
其中Sp表示接收导频信号，Np表示导频噪声。
此外，导频信号值Sp，i等于数据乘以每个码元的能量Es的平方根和换算系数。该关系可以被表示成：
sP，i＝α∑(dkES，k 1/2)              公式(5)
其中，α是换算系数，它考虑了话务和导频信道的相对传输增益以及每条信道的综合长度；在从1至n的下标k上求和；n是码元总数；dk是导频信道的码元流或数据流中第k个码元；Es，k是在第k个码元上的导频信道的总接收能量。码元流d基本上要么为正1，要么为负1，表示导频信道上调制的信息的状态。在导频信号的情况下，一般该数据为恒值1。因此，数据d可以从该公式中除去。在把话务信号与导频信号相乘时，公式(2)可以代替公式(1)，公式(5)可以代替公式(4)。然后得到乘积：
rT＝[(∑dkES，k 1/2)i+nT，i]·[α∑(dkES，k 1/2)i+np，i]＝dαEs+噪声    公式(6)
然而，如果导频信号的噪声nP和话务信号的噪声nT是不相关的，则乘积rT基本上是话务数据乘以话务信号能量的经换算的无偏差的估计值。这是因为不相关的噪声将不求和。然而，相关数据要求和。因而，可以这样假设，噪声是可以可忽略的(即，是无关重要的，可以忽略)。有理由假设导频信号rP的噪声和话务信号rT的噪声nT是不相关的，因为导频信号rP和话务信号rT是在正交信道上传输的。
由于d基本上是随机和未知的，因此，期望根据公式(6)来估计d。根据被揭示的方法和装置，为了从公式(6)中除去d，要进行点积。点积是在对接收话务信号解码和重编码之后，在估计值dαET与码元流d之间进行的(步骤400)。通过解码话务信息，基本上从接收信号中取出该信息。重编码信息把该信息返回到在解码之前存在的状态。由于数据序列在解码操作之后相对来说是已知的，所以进行这种点积可以在确定接收信号的能量时考虑数据序列。即，点积把该数据投射到接收信号上。因而，对信息码元中的能量求和，而不是对噪声能量求和，因为噪声是不相关的。自然地，求和的码元越多，码元能量对噪声比越大。点积运算的结果是：
αET·αET＝(αET)2                        公式(7)
为了估计话务信道信号能量，从公式(7)除去换算系数α。换算系数可以表示成：
α＝Gp/GT·Lp/LT                           公式(8)
其中，GP是导频信号传输增益，GT是话务传输信号传输增益，LP是导频信号的累积周期，LT是话务信号的累积周期。虽然导频累积周期LP和话务累积周期LT是已知的，但是在功率控制系数改变话务信道的增益的情况下，导频信号增益GP和业务信号增益GT之间的关系是未知的。
因此，为了估计换算系数α，移动站18通过计算导频信号与其本身的点积，确定导频能量。这产生了导频能量EP的有偏估计，是信号能量的换算的有偏估计，EP＝α2ET。因此，话务信号能量ET的有偏估计可以通过对无偏估计值(话务信号能量的αET)进行平方，然后把它除以导频信号能量的有偏估计值EP来确定：
ET＝(αET)2/(α2ET)                       公式(9)
如公式(7)所注的，每个码元的能量Es可以通过把ET相对于码元进行归一化(即除以在其上确定ET的码元数，例如每帧码元数)获得。因此：
ET/n＝ES                                  公式(10)
其中n是在其上确定ET的码元数。
如果接收话务信号的基本块率是已知的(步骤404)，则选择与该块率相关联的归一化点积(步骤406)。然而，如果基本块率是未知的(步骤404)，则选择具有最大值的点积(步骤408)。
被揭示的方法和装置具有这样的优点，即导频信号具有已知的恒数据序列。由于数据序列是已知的，所以导频信道信号可以容易地区分出，以分开噪声内容(步骤410)。根据被揭示的方法和装置的一个实施例，这是这样来完成的，即反转导频信道，相对于未偏移的导频信道信号，在时间上把被反转的导频信道信号偏移一个码元，把经偏移和反转的导频信道信号与未偏移的导频信道信号相加。也可以这样来完成，用Walsh码W64 128对导频信道进行去覆盖，并在该帧上累积。这个特定的Walsh码是另一些正1和负1的图形。因此，导频信道内在离散码元数上的能量和为零，因此，分离了其余的NT项。这可以确定导频信道的归一化噪声。
所要的信噪比ES/NT的值可以简单地把ES值除以值NT来获得。
图5是被揭示的装置的简单框图。射频(RF)接收机501接收输入信号，并以已知的方式进行RF处理。然后把接收到的信号耦合给处理器503。处理器503中的Walsh去覆盖电路511对每个话务信道和导频信道进行去覆盖。本技术领域的熟练人员应当理解，Walsh去覆盖电路511可以是在处理器511上运行的软件来实现，作为一个电路，或者利用分立元件来实现，或者与处理器511不同的专用集成电路(ASIC)来实现，或者可以实现去覆盖过程的本技术领域已知的其它任何方式来实现。一当去覆盖，话务信道信号被耦合到解码器507。类似于去覆盖电路，解码器507可以利用分立元件、与处理器511不同的专用集成电路(ASIC)或本技术领域内公知的可以实现解码过程的任何其它方式来实现。解码处理得到由发送被接收信号的发射机原始编码的信息。然后把该信息耦合到再编码器509。再编码器509可以利用分立元件、与处理器511不同的专用集成电路(ASIC)或本技术领域内公知的可以实现解码过程的任何其它方式来实现。一旦完成了重编码功能，则处理器503进行上述的确定ES/NT值的功能。然后把该值耦合给通信网控制器505，例如基站内的用来控制正向链路功率控制的处理器，或者用来传送应当调整的正向链路功率控制量以维持所希望的传输功率的移动蜂窝电话内的处理器。应当注意，对ES/NT值的特定使用并不受到这里揭示的特定实施例的限制，而应理解，它可以包括对该量值的所有可能的应用。
移动站18也可以计算每帧基上的测得的归一化信噪比Ef/Nt。测量归一化每帧信号干扰比Ef/R，其中R是接收到的总信号，Ef是在信号帧期间所要的信号能量。然后测量每帧噪声干扰比Nt/R。然后，把Ef/Io除以Nt/R以计算Ef/Nt。
可以如下计算用来计算归一化每帧信号的归一化每帧信噪比Ef/No。可以对基本块的每种速率计算重编码码元d与软判定dαET/Io的点积。可以对得到的结果进行平方，并除以估计的导频能量，其如下所示：
EP/Io＝α2ET/Io                            公式(11)
对基本块的每种速率的点积可以利用全速率块中的码元数对该块中的码元数之比来归一化。如果基本块速率未知，则可以选择最大归一化点积。然后在正向码信道内累加在该帧上的能量，可以测量每帧噪声干扰比Nt/Io。
表示信噪比的信号可以用来在本发明的系统和方法中控制功率传输电平。在本发明的较佳实施例中，例如基站12、14、16可以使用移动站18发送给它的FWS_SNR_DELTA值。FWS_SNR_DELTA值通过移动站18在反向帧n的功率控制子信道上传送给基站，以调整正向增益(FWD_GAIN)，应用于正向帧n+1上。
为了计算FWS_SNR_DELTA值，移动站18可以与计算得到的信号/噪声值一起使用期望信号/噪声值。可以如下计算每帧期望信噪比Ef/Nt。移动站18可以把初始期望值设置成等于成功解码的第一基本块的速率。如果基本块被擦除，则移动站18增加期望值Ef/Nt。否则，移动站18减小期望值Ef/Nt。
利用所要的正向链路基本块擦除率Re和Ef/Nt的最大增加率确定增加步长Pi和减少步长Pd。该增加的最大速率可以定义成Pm。则Pd＝(RePm)(Re-1)和Pi＝(Pd/Re)的值可以是一半。
如果基站12、14、16没有擦除功率控制子信道FWS_SNR_DELTA，则正向每码元信噪比Δ标记(FWS_SNR_DELTA)被置为1。否则，基站12、14、16把FWS_SNR_DELTA和FWD_SNR_VALID值都设置成0。然后如下计算由基站发射机加到正向传输帧n+1上的正向增益：FWD_GAIN[n+1]＝｜FWD_GAIN_MIN，其中FWD_GAINadj＜FWD_GAIN_MIN
           ｜FWD_GAIN_MAX，其中FWD_GAINadj＞FWD_GAIN_MAX
           ｜FWD_GAINadj；其它情况                    公式(12)
其中，FWD_GAINadj＝FWD_GAIN[N]*10-X，上标X根据FED_SNR_DELTA和FWD_SNR_VALID确定。然而，应当理解，根据本发明的系统和方法，任何计算FWD_GAIN的方法都可以使用。
现在参照图2，图2示出了一部分功率控制子信道30。功率控制子信道30适用于图1的通信系统。例如功率控制子信道30可以用来从移动站18向基站12、14、16发送FWD_SNR_DELTA，以控制向移动站18的发送功率电平。
功率控制子信道30可以位于载送多个功率控制组34的导频信道内。例如16个功率控制组34可以在导频信道内形成多个帧38中的每个帧。每个功率控制组34可以包含多个伪随机噪声字38。在实现本发明的方法时，可以除去一个或多个伪随机噪声字38，用功率控制信息40代替。
被除去的伪随机噪声字38可以是功率控制组34长度中的任何噪声字34。然而，在较佳实施例中，使用了位于功率控制组34的中心之前的噪声字38。较佳地，如公式(12)所示，功率控制信息40指示发射机增加或减小发送功率电平一指定的量，或者保持发送功率电平不变。而且，以这种方式重复几次发送包含功率控制信息40的帧38以提高可靠性也是较佳的。
应当理解，把功率控制信息插入到功率控制组34中所选择的位置上可以发送任何功率控制信息。此外，还应理解，把功率控制信息插入到导频信道的这种方法可以有利地应用于前述的确定功率控制信息的任何方法中。
已提供了本发明的较佳实施例的描述，它可以使本技术领域的熟练人员制作或使用这里要求保护的本发明。本技术领域的熟练人员无需创造性劳动能容易地对这些实施例进行改变，并可以把描述的原理应用于其它实施例。因此，本发明不局限于上面揭示的具体实施例的限制，而应是与这里揭示的原理和新颖特征一致的最宽的范围。

Claims (2)

1、一种确定在包括通信信道和导频信道的通信系统中接收到的信噪比传输的方法，其特征在于，包含下列步骤：
(a)在预定时间量上测量每个码元信号/干扰比；
(b)在第二预定时间量上测量噪声/干扰比；
(c)把测得的每个码元信号/干扰比除以测量噪声/干扰比；以及
(d)向网络控制器提供该商。
2、一种在通信系统中控制发送功率电平的系统，该通信系统具有基站、移动站和多个包括通信信道和导频信道的信道；其特征在于，该系统包含：
(a)根据通信信道接收到的通信信号由移动站确定的信号强度值；
(b)根据导频信道发送的导频信号确定的导频信道信号；
(c)根据信号强度值和导频信道信号确定的通信信号的信噪比；以及
(d)发射机，根据信噪比控制发送功率电平。
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