CN1264286C - 移动无线电系统中的功率控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明定义一种用于监控从固定站向接入它的移动台上行链路链路(即从移动台到固定站)发射方向上的功率电平的方法，从而有助于移动台的最优发射而无需与固定站的双向链路。所提出的方法特别适合于网络接入阶段、转交操作过程或单向发射(例如，分组发射)，其中，不存在(尚不存在)固定站和移动台之间的双向链路。应该注意的是，对于分组发射，该链路可能仅是单向的，这意味着数据流只发生在一个方向上(例如，上行链路链路)。假定监控上行链路链路功率的命令来自接入网络，并且排除从所要监控的移动台接收的信号，因此对于但不限于频分复用(FDD)频分无线电接入技术，其中，上行链路链路传播信道的特征一般与下行链路方向(即从固定站到移动台)相区分，在此描述的方法尤其有利。本发明适用于数字无线电通信系统，例如全球移动系统(GSM)，特别是第三代通用移动通信系统(UMTS)接入技术蜂窝系统，其中，功率监控对于无线电资源的最优使用因而对于整个系统容量具有重要的作用。

Description

移动无线电系统中的功率控制方法和系统
发明描述
本发明涉及数字移动通信系统，其中，按照帧在移动台和固定站的两个交互无线电单元之间分别进行接收/发射，并且发射方向在时域中根据TDD(Time Division Duplex，时分双工)接入(access)技术或者在频域中根据FDD(Frequency Division Duplex，频分双工)接入技术与接收方向相区分。
帧包括N个时隙，其中根据TDMA(Time Division Multiple Access，时分多址)接入技术发生所需信号的接收/发射。对于第三代蜂窝数字系统，最大可达M个信号和/或不同用户可以根据CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)接入技术在每个时隙中通过码分来进行复用。
三元组(时隙；码；频率)定义物理信道或无线电资源。图1示出用于TDD技术UMTS系统的帧结构的例子。即使在没有业务时，固定站也将总是具有至少一个现用的(active)基准信道(广播信道)，用于发送必要的系统信息给移动台以接入网络业务。该广播信道是以在先已知或者通过系统信息由网络通知的固定功率电平发出的。以固定功率发出的基准信道的存在使得移动台能估计向固定站的无线电链路的路径损耗，而无需与它进行交互。在接入固定站之前，移动台必须已对由固定站发射的所有系统信息进行读取和解码。
在一般蜂窝系统中，特别是在使用CDMA无线电接入技术的第三代系统中，发射信号的功率调节起基本作用。正确的功率调节使得无线电单元仅能发出所需的功率，从而带来能量节省(对于移动台尤其重要)，并且尤其是减小由其他系统用户或系统产生的干扰/扰动。对于其中对可用无线电资源的限制在很大程度上依赖于所受干扰电平的CDMA技术系统，可以理解，有效的功率调节方法具有根本的重要性。
现有技术
在移动无线电系统的环境中，目前所使用的有两种功率控制方法，分别定义如下：
1.开环功率控制
2.闭环功率控制
开环功率控制(方法1)没有加入一种使接收单元(例如，固定站)发射所有信息给发射单元(例如，移动台)以使得后者能以适当的功率电平进行发射的机制；这意味着发射站根据对来自交互单元的下行链路现用的信道的测量，自主定义需采用的功率电平；为此一般使用持续可用以保证业务且由固定站以在先已知(或使得已知)的固定功率电平发出的广播信道。假定不需要与接收单元进行任何交互，因此该方法可以应用于任何类型的信道(双向或单向)和交互实体间无线电连接的任何阶段(例如，起动连接之前或之后)。
闭环功率控制(方法2)意味着接收单元(固定站或移动台)将有关以后所要发射的功率电平的绝对或校正命令发送给发射单元(相应为移动台或固定站)。假定准备两个无线电单元之间的交互，因此该方法仅可以应用于已经在两个交互单元之间建立无线电连接从而满足至少一个双向链路的情况。
方法1的限制是发射单元不考虑仅对接收单元可测量的参数或者已知的参数，例如在发射单元准备使用的物理信道上检测的干扰电平，或者例如与所使用的发射系统相关联的校正常数；使用这些参数将有助于更精确地计算所要发射的功率电平，因此优化发射功率和正确接收发射信号的概率。
方法2的主要限制是它只能应用于连接已经处于现用的状态且该连接包括至少一个双向链路的情况。因此，这种方法不能应用于转交(handover)期间、单向连接或接入阶段期间。
用来解决在开环功率控制中存在的主要问题的第一尝试公开于涉及CDMA-TDD数字无绳电话系统的1991年11月8目申请的5,278,992号美国专利。特别是它从文本上提出根据下面表达式控制远端发射信号的发射功率(用dBm隐含表示)：
功率＝A+(B-C)
其中，A表示由基站设备接收的远端发射信号的期望功率；B表示由基站设备发射的基站发射信号的功率；并且C表示由远端设备接收的基发射信号的测量功率。虽然该方法带来相当大的进步，但是它也存在一个缺点是在功率参数A的表示中未考虑干扰影响。括号项(B-C)是移动台根据B项的隐含知识和读取在控制信道上由基站广播的A项而计算的下行路径损耗。
在IEEE 1998发表的一篇文章，作者为Masato Tanaka、Seiichi Sampei和Norihiko Morinaga，标题为“Fast Initial Acquisition of Transmitter Power forReverse Link DS/CDMA Cellular Systems(用于反向链路DS/CDMA蜂窝系统的发射功率快速初始获取)”公开了一种基于CIR(Carrier-to-Interference powerRatio，载干功率比)的TPC(Transmitter Power Control，发射功率控制)，填补前面A项所强调的空缺，现表示如下：
(Rxtarget)n j＝(CIR)target×In j
其中，n表示第n时隙，j表示第j基站，并且In j是对连接到第j基站的所有移动台平均的第n时隙的干扰信号电平。(Rxtarget)n j项由基站进行广播。此文章内容给开环功率控制带来无可置疑的进步，但是该控制尚不是最优的，这主要是因为所使用的干扰具有相当的一般性。
从上面可以看到，目前使用的功率控制方法不能理想地设置移动系统发射功率电平，或者因为接入网络不发送移动系统所需的所有信息，如对于开环功率控制方法，其中网络通知广播信道功率并最终只是一般性的干扰电平，或者对于闭环功率控制方法，需要在交互无线电端点之间已经建立的双工连接。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述一般缺点，并且提出一种方法和机制用来由固定站向接入它的移动台调节上行链路(即从移动台到固定站)发射方向上的功率电平，从而优化移动台的发射而无需以与固定站的双向链路为前提条件。
本发明方法包括目前使用的上述两种功率控制方法(即开环功率控制和闭环功率控制)，并且适用于任何类型(双向或单向)和任何连接状态(接入阶段；连接阶段；或转交阶段)，并且还考虑仅对接收无线电单元已知的参数。
本发明涉及一种用于调节由至少一个移动台向数字蜂窝网络的固定站上行链路发射的无线电信号的功率的方法，其中，所述数字蜂窝网络最适合采用由频率、时隙、码三元组定义的、用于在交互站之间进行信号发射和接收的物理无线电信道，所述方法包括如下步骤：a)固定站测量将由移动台用来发送第一接入信号的上行链路物理信道上的干扰I的功率；b)固定站通过将在前一步骤a)中测量的干扰I的对数功率加到表示在上行链路中预期的功率电平和干扰电平之间的比率的对数目标参数SIRtarget，来计算用于表示在所述上行物理链路上的预期功率电平的预期参数Rx_PL；c)固定站在广播信道上发射所述预期参数Rx_PL；d)移动台通过将所接收的预期参数Rx_PL加到由移动台测量的Path_Loss的对数，设置发射功率电平Tx_PL，其中，假设已知在所述广播信道上发射的功率电平；e)移动台采用功率电平Tx_PL接入网络，其特征在于，在步骤b)中，固定站将基于在所接入的网络知道接入移动系统之前移动台要使用哪个特定上行链路物理信道和哪个特定信息以及由此而预期的质量的知识，来使用SIRtarget参数，SIRtarget参数是在所述特定上行链路物理信道上预期的正确接收消息/信号类型所需的一个参数。
本发明应用于数字移动通信系统，其中，按照帧分别在移动台和固定站的两个交互无线电单元之间进行信号发射和接收，并且发射方向在时域中根据TDD(时分双工)接入技术或者在频域中根据FDD(频分双工)接入技术与接收方向相区分，特别是应用于第三代CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)无线电接入技术蜂窝系统，其中，本发明定义一种方法用于由无线电接入网络向接入它的移动台调节上行链路(即从移动台到固定站)发射方向上的功率电平，从而优化移动台的发射而无需以与固定站的双向链路为前提条件。本发明所涉及的方法考虑严重影响移动台所要发射的正确功率电平定义的仅对固定站已知的参数或仅可从固定站测量的参数，包括，例如干扰电平和在移动台将要发射的特定物理信道上承载的信息流所需的质量参数，从而，通过使用仅处于网络控制下的该信息并且加入仅处于移动台控制下的信息，例如无线电链路衰减，移动台能以正确的功率电平接入网络，就像正在运行理想的闭环功率控制一样。
在Masato Tanako等人的文章中所使用的干扰是一般性的，与之不同，本发明的方法使得移动系统能具有用于理想发射功率电平设置的所有需要信息，它们是：基于移动台准备使用的哪个物理信道和哪个特定信息(因此为预期质量)的知识的接入网络的准确预期功率电平，以及在接入移动系统之前就在接入网络已知的移动系统特定参数，如无线电链路衰减和本地发射器参数。
附图简述
通过下面参照附图1给出的描述，本发明的其他优点特性将变得清楚，其中，图1只是作为示例而不起限制作用，它示出用于TDD-CDMA接入技术系统的帧结构的例子。
优选实施例
考虑如下：
-移动无线电单元必须在能够接入网络之前对所选固定站通过其广播信道发射的所有系统信息进行读取和解码，
-移动台知道(在先或者假定在系统信息中报告)所选固定站发射其广播信道的功率电平，因此能够例如通过从固定站发射其广播信道的功率中减去移动台接收该广播信道的功率，得出那个固定站的Path_Loss，
-移动台知道(在先或者假定在系统信息中报告)哪个物理信道被配置为发送第一接入信号给网络；
在此描述的本发明最初阶段提出，除所规定系统信息之外，网络还通过广播信道发送由接入所分配要使用的物理信道的移动台进行接收的预期功率电平，以用来根据下面规则发送第一接入信号：
Rx_PL＝SIRtarget+I+K1         (1)
其中：
Rx_PL：表示来自移动台的特定物理信道上的网络预期功率电平(dBm)；
SIRtarget：表示在特定物理信道上预期的正确接收消息/信号类型所需的有用信号与干扰信号之比(dB)；该参数可以由操作员进行配置，或者根据业务期间从网络获得的统计数据进行计算/优化；
I：表示在将要由接入移动系统用来发送第一接入信号的物理信道上由固定站测量的干扰电平(dBm)；
K1：校正常数，例如包括固定站天线增益；如果存在，广播信道上的功率电平校正，假定对移动台已知；用于可能测量不准确的校正因子等。
因此，移动台能够定义在由网络为此用来在物理信道上发送第一接入信号所用的功率电平，其中，应用如下公式：
Tx_PL＝Rx_PL+Path_Loss+K2         (2)
其中：
Tx_PL：表示移动台将第一接入信号发射给所选固定站所用的功率电平；
Rx_PL：表示根据规则(1)在固定站中计算且由它广播发送的特定物理信道上的来自固定站的预期功率电平；
K2：加以考虑的校正常数，例如有关移动台中不准确测量的因子等。
在此描述的本发明第二阶段提出，响应初始信号或接入请求，并且一般是无论何时固定站发送一个专用消息给移动台，在接收到上述消息之后该移动台知道它将在哪个新物理信道上进行发射，则固定站将在那个消息中包含那个新物理信道上的来自移动台的预期功率电平信息。预期功率电平将由将在新物理信道上的固定站(对于转交，该固定站可能不同于发送上述消息的固定站)进行计算，分别使干扰参数I和SIRtarget参数适应于在新物理信道上测量的干扰值和在其上流动的信息类型。假定如果响应初始接入请求，上述消息例如可以是起动一个连接的信道分配消息，或者如果连接已经被建立，则可以是转交消息，但是都必须占据新物理信道。在后一情况下，如果关于不同于当前服务站的固定站发生转交，则必须由接收固定站编译转交消息的内容。
作为本发明的进一步扩展，在通过转交分配属于当前服务站的新物理信道的情况下，固定站还可以在分配消息中指示该分配消息的当前发射功率电平；该信息然后可以由移动台用来计算路径损耗，它是定义发射所用最优功率电平的前提条件，而无需读取那个固定站的广播信道(与当前现用的连接信道无关)。

Claims (9)

1.一种用于调节由至少一个移动台向数字蜂窝网络的固定站上行链路发射的无线电信号的功率的方法，其中，所述数字蜂窝网络最适合采用由频率、时隙、码三元组定义的、用于在交互站之间进行信号发射和接收的物理无线电信道，所述方法包括如下步骤：
a)固定站测量将由移动台用来发送第一接入信号的上行链路物理信道上的干扰I的功率；
b)固定站通过将在前一步骤a)中测量的干扰I的对数功率加到表示在上行链路中预期的功率电平和干扰电平之间的比率的对数目标参数SIRtarget，来计算用于表示在所述上行物理链路上的预期功率电平的预期参数Rx_PL；
c)固定站在广播信道上发射所述预期参数Rx_PL；
d)移动台通过将所接收的预期参数Rx_PL加到由移动台测量的Path_Loss的对数，设置发射功率电平Tx_PL，其中，假设已知在所述广播信道上发射的功率电平；
e)移动台采用功率电平Tx_PL接入网络，
其特征在于，
在步骤b)中，固定站将基于在所接入的网络知道接入移动系统之前移动台要使用哪个特定上行链路物理信道和哪个特定信息以及由此而预期的质量的知识，来使用SIRtarget参数，SIRtarget参数是在所述特定上行链路物理信道上预期的正确接收消息/信号类型所需的一个参数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据业务期间从网络获得的统计数据计算/优化所述目标参数SIRtarget。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一校正常数K1加到所述预期参数Rx_PL，以考虑固定站的天线增益，和/或在所述广播信道上发射的信号功率电平校正，和/或对可能不准确测量的校正。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，第二校正常数K2加到所述发射功率电平Tx_PL，以考虑移动台中的测量不准确。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，物理信道构成连续重复的基本帧，并且发射方向在时域中根据时分双工(TDD)接入技术与接收方向相区分。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，物理信道构成连续重复的基本帧，并且发射方向在频域中根据频分双工(FDD)接入技术与接收方向相区分。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在下列期间执行所述功率控制：启动状态、接入阶段、连接阶段、转交阶段。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，网络响应由移动台发出的接入请求或者自主地将一个专用消息发送给移动台来指示切换到新分配的物理信道，并且还指示用于那个新物理信道的预期参数Rx_PL，其中，预期参数Rx_PL是由将在新物理信道上的固定站使目标参数SIRtarget适应于在新物理信道测量的干扰I和在其上流动的信息类型来计算的。
9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在通过转交分配属于当前服务固定站的新物理信道的情况下，网络还在分配消息中指示上述消息的当前发射功率电平。
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