CN1259000A - 移动通信系统中的发送功率控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了在采用码分多址(CDMA)方法的移动通信系统中的一种发送功率控制方法,可以在终端的接入操作过程中一次调节发送功率能级至合适值。其包括两个过程:在接入模式中的功率控制过程和在话务模式中的功率控制过程,通过在接入模式和话务模式中使用不同的发送功率控制方法,终端的发送功率可得到迅速控制,从而降低了终端的功率消耗,防止了用户间的干扰,使整个系统的容量提高。

Description

移动通信系统中的发送功率控制方法
本发明涉及一种移动通信系统，更具体地说是涉及在采用码分多址(CDMA)方法的移动通信系统中的一种发送功率控制方法。
在使用码分多址(CDMA)方法的移动通信系统中，例如蜂窝移动通信系统和个人通信服务系统，多个移动站通过一个基站或蜂窝站发送/接收由代表数字化语音或其它数据的符号所组成的帧。
一般来说，移动站(终端)的最大发送功率是根据具有最大半径的蜂窝单元设置的。但是，移动站经常在一个给定蜂窝单元内移动。因此，当某些移动站位于基站附近时，其它移动站就可能不在该基站附近。在基站附近的终端具有较强的信号。当具有较强信号的终端不受控制时，它们可能对其它终端造成与发送帧相关的不应有的干扰。
反之，当使用过低的发送功率发送信号时，所发送帧的数据无法恢复，因此造成数据丢失。因此，基站或移动站要对帧发送功率进行控制从而使经多通路的衰减或干扰最小化，以及完整地恢复所发送的数据。
发送功率控制是一种在通信过程中根据信号质量对发送功率进行适当设置的功能，其是通过在移动站(终端)和基站间进行动态功率控制实现的。
下面参考附图对在移动站和基站之间的发送功率控制过程进行说明。
图1是显示使用CDMA方法的常规移动通信系统的方框图。公共交换电话网(PSTN)是用于由一个通信网络提供者提供的普通电话用户的通信网络。PSTN与一个移动交换中心(MSC)11形成一个有线通信通路，在用户间交换线路并处理中继呼叫，从而使移动通信用户通过使用移动通信服务与另一个移动通信用户或者一个普通有线网络用户通信。
此外，一个基站控制器(BSC)12通过使用所接收帧的差错率来控制功率，由此产生一个功率控制命令，从而使移动站13采用合适的发送功率从基站A 14A或B 14B发送/接收数据。
图2是显示使用CDMA方法的常规移动通信系统中基站的功率控制装置的部分方框图。
从移动站(未显示)发送的一个扩展一频谱信号被接收天线20接收并输入至一个RF接收器21。RF接收器21对输入信号进行降频处理，将该信号转换为基带信号然后将该转换信号输出。
由RF接收器21降频处理的信号在A/D转换器22中被转换为数字信号。一个伪噪声(PN)关联器(correlator)23通过使用由PN代码发生器(未示出)提供的PN码对该数字信号进行关联。
然后，从PN关联器23输出的信号被输入至解码器24，还被输入至功率检测单元25从而检测发送该信号的移动站(未示出)的发送功率。
解码器24对输入信号解码，同时向外层环路功率控制器26输出一个表示CDMA信号质量的码差错标量。
由此，外层环路功率控制器26获知移动站(未示出)发送数据所需的发送功率大小，设置功率控制参考值Po用于控制反向链路的功率，并将其提供至比较器27。
比较器27对功率检测单元25检测的移动站(未示出)的发送功率能级Pm和外层环路功率控制器26提供的功率控制参考值Po进行比较，计算出检测发送功率值Pm和功率控制参考值Po的功率偏差Pd，并将其提供至功率控制比特发生器28。
功率控制比特发生器28向发送器29施加一个一比特的功率控制比特，根据输入的功率偏差Pd使发送功率比当前功率能级增加或降低1dB。
发送器29将功率控制比特发生器28输出的一比特大小的功率增加或降低比特与经升频处理后的用户数据经一个发送天线30发送至移动站(未示出)。
移动站(未示出)根据来自基站的功率增加/降低命令调节发送功率，并使用该合适的发送功率发送数据。
此处，由功率检测单元25，比较器27和功率控制比特发生器28执行的功率控制是一个闭环功率控制。基站根据从移动站发送的信号的发送速度预测接收功率，将该预测接收功率与在每个基站中预设的功率控制参考值Po比较，并将合适功率控制命令与用户数据发送至移动站，从而使移动站能使用根据功率控制命令调节的发送功率发送信号。
当进行闭环功率控制时，每个移动站根据不同的参数，例如移动站的移动速度及其环境状态，设置不同的功率控制参考值Po。此处，基站控制器(BSC)根据由外层环路功率控制器26接收的数据的帧差错率对功率控制参考值Po进行适当地调节。以上所述功率控制是一种外层环路功率控制。
另一方面，功率控制比特发生器28根据从比较器27输入的功率偏差Pd产生功率增加或降低比特。一般使用一个一比特功率控制比特来使当前发送功率能级增加或降低1dB。
也就是说，如图3a所示，当检测的发送功率能级Pm大于功率控制参考值Po时，则Pm被重复地降低1dB。如图3b所示，当检测的发送功率能级Pm小于功率控制参考值Po时，Pm被重复地增加1dB。
由此，当检测功率能级Pm和参考能级Po的偏差很大时，所存在的问题是需要较长的时间来控制检测功率Pm成为足够的合适能级。
当终端试图接入时，通过使用开环功率控制方法决定一个初始发送功率。该发送功率通过使用终端当前接收的功率由下式决定。
平均输出功率(dBM)＝-平均输入功率(dBM)
                   -偏移功率
                   +NOR_PWR 16*NOR_PWR_EXT
                   +INIT_PWR
平均输入功率表示终端所接收从对应基站发送的信号的平均功率。用于蜂窝移动通信系统的偏移功率是73dBM，用于PCS的偏移功率是76dBM，这是由现场试验确定的。NOR_PWR和INT_PWR是由从基站发送的一个接入参数消息决定的系统参数。NOR_PWR_EXT由一个扩展切换引导消息决定。
此处，偏移功率一般通过由当前蜂窝单元内工作的用户的数量决定的蜂窝单元负载平均地决定。即，终端不能获知在当前蜂窝单元内工作的用户数量，由此就不知道在该蜂窝单元内的干扰量。因此，在蜂窝系统或PCS系统中使用的偏移功率是平均地决定的。
如果用户试图接入处所属的蜂窝单元处于过载状态，或者基站由于某些阻碍原因无法从终端接收接入信号，则终端就不能接收到表示基站已接收到接入信号的一个确认信号。因此，终端逐渐地增加接入的功率以发送接入信号，直至基站接收到该接入信号。
因此，如果偏移功率设置的较小，则基站很难检测到接入信号。在这种情况下，如果终端持续地增加接入信道的功率，则需要较长时间才能接入。因此，为了使基站能容易地识别接入信号，通常把接入期间的初始发送功率设置为足够高的能级。
但是，即使当终端位于基站附近或者蜂窝单元的负载很小时，终端也试图使用相同的功率接入，因此消耗了不必要的功率，导致了终端电池的使用时间缩短。
此外，终端以不必要的高功率接入，因而可能造成对其它用户的干扰，使得整个系统的容量降低。
当终端成功接入时，其由基站提供一个信道，该终端经一个话务信道发送数据，终端通过使用与其试图通过接入信道接入时相同的功率能级发送话务信道。而后，如上所述，终端持续地使功率降低1dB，因此需要较长时间才能使功率能级调节至合适值，这会导致高的功率消耗。
因此本发明的一个目的是提供一种在移动通信系统中的发送功率控制方法，可以在一个终端的接入操作过程中一次调节发送功率能级至合适值。
为了实现本发明的目的，提供了一种在使用码分多址(CDMA)的移动通信系统中的发送功率控制方法，包括两个过程：在接入模式中的一个功率控制过程，其包括以下步骤：检测由一个终端发送的一个初始接入信道的发送功率；对检测到的接入信道的发送功率能级与一个预设足够功率能级进行比较；根据比较结果发送一个发送功率调节消息至终端；终端根据由一个基站发送的发送功率调节消息调节一个话务信道的发送功率至足够功率能级。在话务模式中的一个功率控制过程，其包括以下步骤：检测从终端发送的话务信道的发送功率；对检测到的发送功率能级与预设足够功率能级进行比较；根据比较结果发送一个一比特功率控制比特至终端；对终端发送功率进行微调，根据基站发送的功率控制比特增加/降低话务信道的发送功率一特定数量。
参考附图可以对本发明有更好的理解，附图在此仅起演示作用，因此不是对本发明的限制，其中：
图1是显示一个常规CDMA移动通信系统的方框图；
图2是显示一个基站常规功率发送控制装置方框图；
图3a和3b分别显示根据常规发送功率控制方法改变一个终端的发送功率能级的一种状态；
图4是显示根据本发明的发送功率控制方法的流程图；
图5是显示根据本发明的发送功率控制装置的方框图；
图6是显示根据本发明的发送功率控制方法改变一个终端的发送功率能级的一种状态。
下面参考附图对根据本发明优选实施例的在码分多址(CDMA)移动通信系统中的发送功率控制方法进行说明。
图4是根据本发明的使用CDMA方法的移动通信系统中一个基站的发送功率控制方法的流程图。
如图4A所示，该发送功率控制方法大致可分为在接入模式中的功率控制过程(S1-S5)和在话务模式中的功率控制过程(S6-S11)。
在接入模式中的功率控制方法包括以下步骤：从一个终端接收一个接入信道(S1)；检测接入信道的发送功率能级Pm，对检测的功率能级Pm与一个足够功率能级Po进行比较并计算出二者的功率偏差Pd(S2)；判断是否有功率偏差Pd(S3)；根据功率偏差Pd产生一个n比特的功率调节消息(S4)；发送携带功率调节消息的寻呼信道至终端(S5)。
此外，在话务模式中的功率控制过程包括以下步骤：接收从终端发送的话务信道(S6)；检测话务信道的发送功率能级Pm，并将其与预设足够功率能级Po进行比较，计算二者的偏差Pd(S7)；判断偏差Pd大于还是小于“0”(S8)；当Pd大于或等于“0”时发送一个功率降低比特至终端(S9)；当偏差Pd小于“0”时发送一功率增加比特至终端(S10)；判断呼叫是否结束，当呼叫未结束时进行话务模式的功率控制过程(S6-S10)，当呼叫结束时结束功率控制过程(S11)。
图5是显示根据本发明的基站发送功率控制装置的方框图。
如图5所示，根据本发明优选实施例的功率控制装置还包括一个微处理器31，用于根据功率偏差Pd产生n比特的功率调节消息，Pd是检测到的当前发送的接入信道的发送功率能级Pm与预设足够功率能级Po之间的偏差，还用于发送功率调节消息至发送器29。其它部件与常规发送功率控制装置中的部件执行相同的操作，因此使用了相同的标号，不再进行说明。
下面对根据本发明实施例的发送功率控制过程进行详细说明。
首先，如在常规技术说明中所述，为建立一个呼叫，终端(未示出)通过使用由开环功率控制方法计算的初始发送功率能级发送接入信道至基站。此处，当多个移动站开始试图接入基站以便接收话务信道时，接入信道被公共使用。
基站通过接收天线接收接入信道(S1)，接收到的信号被输入至RF接收器21。RF接收器21对输入信号进行降频处理，将信号转换为一个基带信号并输出。
被RF接收器21降频处理的信号在A/D转换器22中被转换为数字信号。伪噪声(PN)关联器23通过使用一个PN码发生器(未示出)提供的一PN码对数字信号进行关联。
从PN关联器23输出的信号被输入至解码器24，还被输入至功率检测单元25以便检测发送接入信道的移动站(未示出)的发送功率。
解码器24对输入信号的码元解码，同时将表示CDMA信号质量的码差错标量提供至外层环路功率控制器26。
由此，外层环路功率控制器26获知移动站(未示出)发送数据所需的足够发送功率量，并设置功率控制参考值Po用于反向链路的功率控制，并将其提供至比较器27。
比较器27对功率检测单元25检测的从移动站(未示出)发送的接入信道的发送功率能级Pm与由外层环路功率控制器26提供的足够功率参考值Po进行比较，并将检测的发送功率能级Pm与足够功率参考值Po之间的偏差Pd(S2)提供至微处理器31。
微处理器31用来根据输入的功率偏差值Pd产生n比特数据，并将其发送至发送器29(S4)。
发送器29将微处理器31提供的n比特功率调节消息通过使用寻呼信道经发送天线30发送至终端(S5)。此处，寻呼信道用来向终端发送一个确认信号，用于表明基站接收到接入信号。
然后，终端根据基站发送的寻呼信道的确认信号确定基站为其分配了一个信道，并开始通过所分配的话务信道发送数据。
此处，初始话务信道的发送功率由经寻呼信道发送的表示功率偏差Pd的n比特数据决定。
即，如图6a和6b所示，通过使在初始接入中的预设发送功率能级Pm增加或降低功率偏差Pd，发送功率被一次调节为足够功率能级。
接着，话务信道的发送功率控制过程与常规技术一样进行。
即，基站接收从终端发送的话务信道(S6)，功率检测单元25检测话务信道的发送功率并将检测结果提供至比较器27。
比较器27计算外层环路功率控制器26提供的足够功率参考值Po与检测的功率能级Pm之间的偏差Pd(S7)，根据从比较器27输入的功率偏差Pd(S8)，当功率偏差Pd大于或等于“0”时，功率控制比特发生器28发送一比特功率降低比特(S9)，当功率偏差Pd小于“0”时，则发送一比特功率增加比特(S10)，从而以1dB降低或增加当前的功率能级。
此处，该一比特功率控制比特是经话务信道与用户数据一起发送至终端的。
话务信道的功率控制过程以特定的时间间隔重复进行，直至呼叫结束(S11)。
根据本发明，通过在接入模式和话务模式中使用不同的发送功率控制方法，终端的发送功率可得到迅速控制。
即，初始接入的发送功率与足够功率能级有显著的差别。在常规技术中，发送功率以1dB为单位逐步地控制，因而延迟了接入时间并消耗了大量功率。而根据本发明，功率偏差被数据处理后通过初始寻呼信道发送，因此克服了上述不足。
而且，当接入结束时，对话务信道的发送功率控制使用与常规技术相同的1比特功率控制方法，终端的发送功率控制以1dB为单位进行微调。其结果是，可以对话务信道的发送功率无延迟地控制。
如前所述，根据本发明，未使用不必要的大功率，因此降低了终端的功率消耗，防止了用户间的干扰，从而使整个系统的容量提高。
由于本发明在不偏离其本质精髓的情况下可以体现为多种形式，因此应理解，除特别指明外，所述实施例不应局限于以上说明的任何细节，而应在如所附权利要求给定的主旨和范畴内广义地理解，因此所有落在权利要求范围内的变型和修改或其等同物都应被权利要求所包含。

Claims (20)

1.一种在码分多址移动通信系统中的发送功率控制方法，包括以下步骤：
计算由一终端发送的初始接入信道的发送功率值与一预设足够功率值之间的偏差；
通过将所述偏差值插入从基站发送至终端的一发送功率调节消息中，从而将终端的话务信道的发送功率一次调节为足够功率能级；
对从终端发送的话务信道的发送功率值与所述预设足够功率值进行比较，对话务信道的发送功率进行微调。
2.根据权利要求1的发送功率控制方法，其中所述计算偏差的步骤包括：
检测从终端发送的初始接入信道的发送功率；
对接入信道的检测到的发送功率能级与所述预设足够功率能级进行比较并计算其偏差。
3.根据权利要求1的发送功率控制方法，还包括一个步骤：终端根据从基站发送的发送功率调节消息将话务信道的发送功率调节成足够功率能级。
4.根据权利要求1的发送功率控制方法，其中所述发送功率调节消息是通过将检测的发送功率能级与足够功率能级之间的偏差转换为一n比特数字信号而形成的。
5.根据权利要求1的发送功率控制方法，其中所述发送功率调节消息经一寻呼信道发送至终端。
6.根据权利要求1的发送功率控制方法，其中对终端话务信道的发送功率进行微调的步骤包括：
检测从终端发送的话务信道的发送功率；
对所检测的发送功率能级与所述预设足够功率能级进行比较；
根据比较结果发送一个1比特功率控制比特至终端；
终端根据从基站发送的功率控制比特值以1dB为单位增加/降低话务信道的发送功率。
7.根据权利要求6的发送功率控制方法，其中所述功率控制比特是一个二进制数，用于当检测的发送功率能级小于足够功率能级时使发送功率增加1dB，当检测的发送功率大于足够功率能级时使发送功率降低1dB。
8.根据权利要求6的发送功率控制方法，其中所述功率控制比特经所述话务信道发送至终端。
9.根据权利要求1的发送功率控制方法，其中所述从终端发送的初始接入信道的发送功率由终端从基站接收的发送信号的平均功率以及从基站发送的消息控制。
10.根据权利要求1的发送功率控制方法，其中所述足够功率能级由移动站的移动速度，移动站的环境状态和基站接收的数据的差错率调节。
11.一种在码分多址移动通信系统中的发送功率控制方法，包括以下步骤：
计算由一终端发送的初始接入信道的发送功率值与一预设足够功率值之间的偏差；
通过将所述偏差值插入从基站发送至终端的一发送功率调节消息中，从而将终端的话务信道的发送功率一次调节为足够功率能级；
终端根据从基站发送的发送功率调节消息将话务信道的发送功率调节成足够功率能级。
12.根据权利要求11的发送功率控制方法，其中所述计算偏差的步骤包括：
检测从终端发送的初始接入信道的发送功率；
对接入信道的检测到的发送功率能级与所述预设足够功率能级进行比较并计算其偏差。
13.根据权利要求11的发送功率控制方法，其中所述发送功率调节消息是通过将检测的发送功率能级与足够功率能级之间的偏差转换为一n比特数字信号形成的。
14.根据权利要求11的发送功率控制方法，其中所述发送功率调节消息经一寻呼信道发送至终端。
15.根据权利要求11的发送功率控制方法，还包括一个步骤；对从终端发送的话务信道的发送功率值与所述预设足够功率值进行比较，对话务信道的发送功率进行微调。
16.根据权利要求15的发送功率控制方法，其中所述对终端话务信道的发送功率进行微调的步骤包括：
检测从终端发送的话务信道的发送功率；
对所检测的发送功率能级与所述预设足够功率能级进行比较；
根据比较结果发送一个1比特功率控制比特至终端；
终端根据从基站发送的功率控制比特值以1dB为单位增加/降低话务信道的发送功率。
17.根据权利要求16的发送功率控制方法，其中所述功率控制比特是一个二进制数，用于当检测的发送功率能级小于足够功率能级时使发送功率增加1dB，当检测的发送功率大于足够功率能级时使发送功率降低1dB。
18.根据权利要求16的发送功率控制方法，其中所述功率控制比特经所述话务信道发送至终端。
19.根据权利要求11的发送功率控制方法，其中所述从终端发送的初始接入信道的发送功率由终端从基站接收的发送信号的平均功率以及从基站发送的消息控制。
20.根据权利要求11的发送功率控制方法，其中所述足够功率能级由移动站的移动速度，移动站的环境状态和基站接收的数据的差错率调节。
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