宏分集期间改进的下行链路功率控制
本发明涉及电信系统中发送信号的功率电平的控制,特别涉及扩频多址系统中发送信号的功率电平的控制。
好的发射功率控制方法对于具有许多同时发射机的通信系统可能是重要的,这是因为这样的方法减少这样的发射机的相互干扰。例如,发射功率控制对于在使用码分多址(CDMA)的通信系统中获得高系统容量是必需的,这对于上行链路即对于从远程终端至例如基站的网络的传输是重要的,上行链路有时也称为反向链路。
在当前的CDMA蜂窝系统中认识到上行链路中发射功率控制的需要,利用闭环方式来提供根据IS-95-A标准的上行链路功率控制,其中基站测量从远程站接收的信号的强度并随后每隔1.25毫秒发送一个功率控制比特给此远程站。根据此功率控制比特,此远程站将其发射(上行链路)功率增加或减少预定量。
在当前蜂窝与其他CDMA通信系统中认为发射功率控制的需要对于从网络至远程站的传输的下行链路不重要。
平常形式的下行链路功率控制由其中的远程终端测量其接收的下行链路功率电平并且仅将此测量报告给基站的通信系统来提供,此基站可以在预定环境中调整其发射功率。这样的通信系统描述在Gilhousen等人的公开号为WO95/12297国际专利中,此专利文件还描述其中根据帧差错率测量、接收的上行链路功率电平或接收的下行链路功率电平将下行链路发射功率电平减少预定量的通信系统。
在符合IS-95-A标准的系统中的下行链路功率控制基于远程站的帧差错率(FER)测量,此远程站发送FER报告给此系统。IS-95-A标准的6.6.4.1.1与7.6.4.1.1部分指出:能在超越门限时和/或周期性地发送这样的FER报告。(一般地,每1-5秒发送FER报告)。此方法的一个问题是:此方法花费长时间(几秒)来累加合适的FER统计值。结果,不可能跟踪瑞利衰落和阴影衰落。已证明此方法是如此之慢,以致与不使用下行链路功率控制相比,此方法通常几乎没有任何好处。
一些较新的个人通信系统(PCS)也使用CDMA。在ANSI J-STD-008(1995年8月)的“用于1.8-2.0GHZ码分多址(CDMA)个人通信系统的个人站-基站兼容性要求”中规定的U.S.PCS系统的特征在许多方面类似于蜂窝IS-95标准。然而,对于利用速率组2的操作,J-STD-008标准要求远程站无论何时下行链路帧差错出现都要报告。这使网络完全控制帧差错,但仍化费长时间来累加合适的统计值,这对于IS-95-A标准的方法仅具有微小的改善。
在类似于R2020/CSE/LC/DS/P/047/al,UMTS Code DivisonTestbed(CODIT),CSELT Centro Studi e Laboratori TelecomunicazioniS.P.A.ed.(1995年8月)的“对无线电子系统功能性的最终报告”“Final Report on Radio Subsystem Functionality”中所述的CODIT的其他通信系统概念中,通过估算大致的误码率(BER)而不是FER来确定信号质量。这里,能较快地获得好的统计值,并且远程站更频繁地(一般,每秒1-10次)发送BER报告给网络。与根据IS-95-A标准的使用下行链路发射功率控制的系统相比,系统性能显著改善,但此CODIT方法仍然太慢以致不能处理瑞利衰落。
人们可以将IS-95-A标准中所述的上行链路发射功率控制方法用于下行链路中的发射功率控制,这被描述在Dohi等人的欧洲专利公开号0680160中。该远程终端然后测量下行链路信号干扰比(SIR)并在上行链路上发送合适的功率控制指令。根据IS-95-A标准,每个功率控制指令是未编码的单个比特以使信令开销最小。然而,欧洲公开号0680160所针对的通信系统与IS-95-A标准所规定的系统有一些显著区别。例如,此欧洲系统具有为IS-95-A一半的帧长度、每秒几百千比特的比特速率、5MHZ的更宽的信道带宽,和每秒4百万片的CDMA片速率。
这种通信系统相当好地跟踪瑞利衰落,并当远程终端不在软切换模式时,即当此远程终端不同时与两个或多个基站通信时,可以工作良好。有时将此称为宏分集。软切换描述在授与Uddenfeldt的U.S.专利NO.5109528和授与Uddenfeldt的U.S.专利NO.5327577中,将这两个专利专门引入在此作为参考。当该远程终端不在软切换模式中时,未编码的功率控制指令的差错率一般约为1%,这不会引起任何大的问题。
然而,当远程终端处于软切换模式时,未编码的下行链路功率控制指令的差错率可预期显著地增加。另外,在软切换中所涉及的不同基站中接收的指令差错几乎是独立的。由于根据Dohi等人所述的系统每秒发送1600个功率控制指令给软切换所涉及的两个基站,所以基站所获得的发射功率电平能预期相互漂移到对系统容量来说可能是不太好的电平。由于与处于软切换模式中的远程站通信的至少一个基站将以太高的功率电平发射,所以丢失容量发生。
解决下行链路发射功率控制中所遇到的问题的一种方法是频繁地调整从软切换所涉及的基站中发射的下行链路功率电平。这些基站发送其最新的下行链路发射功率电平值给无线电网络控制器(RNC),此无线电网络控制器比较这些值并将相应的调整指令ΔP1 DL(tn)与ΔP2 DL(tn)发回给基站。这个方案公开在1996年6月6日提交的US专利申请号NO.08/870867中。
此方法表示在图1中,其中基站BS1发送表示在时间tn其下行链路发射功率电平P1(tn)的消息P1 DL(tn)给无线电网络控制器(RNC)。在蜂窝通信系统中,控制器RNC可以是基站控制器或移动业务交换中心。基站BS2也发送表示在时间tn其下行链路发射功率电平P2(tn)的消息P2 DL(tn)给控制器RNC。在图1所示的软切换模式中,远程站RT从基站BS1中接收信号并从基站BS2接收具有基本上相同消息信息的信号。
控制器RNC发送基于消息P1 DL(tn),P2 DL(tn)的相应调整指令ΔP1 DL(tn)与ΔP2 DL(tn)给基站,使这些基站调整其下行链路发射功率电平,以保持P1(tn+1)与P2(tn+1)之间所需的关系。发射功率电平P1(tn),P2(tn)来源于较早的指令ΔP1 DL(tn-1)和ΔP2 DL(tn-1),如图1所示。
控制器RNC能以几种方式确定调整指令,如在US专利申请号NO.08/870867中所述的。一般地,每帧进行一次功率电平调整,保持在软切换所涉及的下行链路发射机的下行链路发射功率电平之间的漂移为低电平,例如,平均小于1dB。
更详细地在图2中表示远程站的功率控制指令中的独立差错如何出现,图2表示在无线电网络控制器RNC的控制下与两个基站BS1,BS2通信的远程终端RT。在图2所示的软切换模式中,如同在图1中,远程站RT利用功率电平P1从基站BS1中接收信号并利用功率电平P2从基站BS2中接收具有基本上相同的消息信息的信号。由远程站RT发送的功率控制指令PC由基站BS1作为指令PC′接收并由基站BS2作为指令PC″接收。由于可能来自于许多源的差错,指令PC可能不同于任何一个或指令PC′,PC″二者,并且指令PC′可能与指令PC″不同。
一个下行链路功率电平与另一个下行链路功率电平之间差的大小影响系统容量,这是因为一个基站的传输对于其他基站好像是干扰。另外,因为较快的速率通常要求更频繁地发出控制指令,所以每个下行链路功率电平漂移的速率是重要的,这增加必须利用基站BS1,BS2和控制器RNC之间的链路传送的消息负载。
根据US专利申请号NO.08/870867,利用基于质量的下行链路功率控制来避免这些问题。根据此方案,远程终端RT通过确定FER或BER来测量接收的下行链路信号的质量,并随后此远程终端RT通过发送合适的质量消息给此切换中所涉及的基站来将其质量测量报告给网络。每个基站将远程站的质量消息(层3消息)传送给RNC,这使该基站合适地调整其下行链路发射功率。
根据US专利申请号NO.08/870867,该远程站RT或可以周期性地发送其接收的下行链路信号强度的报告给此网络,或可以在利用高于任何其他当前接收的下行链路信号强度的强度从新的下行链路发射机中接收信号时发送此报告。在这样的通信系统中,网络控制器RNC将通过只使其下行链路信号以最高强度在远程终端RT上接收的基站发射来响应此远程站的信号强度报告。
这种情况描述在图3中,图3表示在远程终端从基站BS1接收的下行链路功率电平P1大于从基站BS2接收的下行链路功率电平P2时,由基站BS1发射的下行链路功率电平P1大于零,而由基站BS2发射的下行链路功率电平P2为零。(实际上,功率电平P2只需要基本上小于功率电平P1)。较弱的基站BS2否则应正常地操作在软切换模式中。虽然不同的基站对于软切换模式中的远程站一般看起来是相同的,但一旦此系统决定改变发射基站来调节诸如不同的伪噪声信号的基站差异时,此网络通知远程终端RT。
在US专利申请号NO.08/870867中所公开的另一方案是在宏分集连接期间采用开环功率控制替代闭环功率控制。根据此方案,测量软切换所涉及的基站中每帧的上行链路SIR并将这些SIR测量传送给RNC,此RNC处理来自软切换中所涉及的基站的SIR值并仅使在远程终端上接收的下行链路功率电平是最高的那个基站发射。
这种情况描述在图4中,图4表示在时间tn+1上由基站BS1发射的下行链路功率电平P1(tn+1)大于零,并且在时间tn+1上由基站BS2发射的下行链路功率电平P2(tn+1)是零。这种情况作为由无线电网络控制器RNC分别发送给基站BS1,BS2的相应下行链路发射功率控制设置指令SetP1 DL,SetP2 DL的结果出现。此RNC根据基站的相应确定和前一时间tn的上行链路SIR值SIR1(tn),SIR2(tn)的报告产生功率设置指令。
因此,在例如基站BS1的基站上接收的上行链路功率高于在例如站BS2的另一基站上接收的上行链路功率的情况中,此RNC发送使站BS1开始发射给远程站的消息给基站BS1,发送使站BS2停止给远程终端RT发射的消息给基站BS2,并发送使终端RT从特定帧号开始只收听基站BS1而不收听基站BS2的消息给远程终端RT。
图5A,5B与5C还表示根据US专利申请号NO.08/870867的通信系统的操作。在方框501中,基站BS1从移动站RT中接收数据并发送功率调整指令。基站BS1识别和解码通常具有+1或-1值的在第一时刻接收的调整指令,并因此在下一时刻调整其下行链路发射功率电平。例如,如图5A的方框503所示,如果移动站发送调整指令PC=1,则基站的发射功率电平相对其先前的发射功率电平P1(tn)为P1(tn+1)=+1dB。同样地,如果移动站发送调整指令PC=-1,则基站的发射功率电平相对其先前的发射功率电平P1(tn)为P1(tn+1)=-1dB。,在方框505中,表示时间tn上的下行链路发射功率电平P1(tn)的消息P1 DL(tn)由基站BS1发送给控制器RNC。该基站最好不像移动站发送功率调整指令那样频繁地发送这样的消息,以便减少基站-控制器连接上的信令负载。例如,该基站可以计数接收的调整指令数量n并且在每一个第N调整指令发送消息,其中N是乘以数量n的因数。对于某些通信系统,系数a可以是约16--约1600范围内的整数。在方框507中,基站BS1将其下行链路发射功率电平设置为所指定的数量。
如图5B的方框509所示,RNC接收消息P1 DL(tn)并且有可能从软切换中所涉及的其他站中接收例如P2 DL(tn)的消息。为此可以包括特殊电路或可编程处理器的RNC随后确定新的相应的调整指令ΔP1 DL(tn+1)和ΔP2 DL(tn+1),如图5B的方框513所示,这可以基于基站BS1,BS2的下行链路发射功率电平P1(tn),P2(tn)之间的差(方框511)。在所示的示例中,P1 DL(tn)>P2 DL(tn),并因此新的调整指令ΔP1 DL(tn+1)对应第一基站前一功率电平减去功率电平之间差的一半,而且新的调整指令ΔP2 DL(tn+1)对应第二基站的前一功率电平加上同一差的一半。如果ΔP2 DL(tn)>ΔP1 DL(tn),将执行基本上相同的操作,但将相互改变基站的识别。将这些指令随后以任一常规方法传送给相应基站,如方框515所示。
这种类型通信系统的操作还表示在图5C中,其中由基站BS1从控制器RNC接收调整指令ΔP1 DL,如方框517所示。在响应中,基站在时间tn+tm调整其发射功率电平,如方框519所示,其中间隔tm是常规的时间间隔,诸如整数量的通信帧。在其他基站(站BS2)中执行类似的操作。另外,如果利用方框511-519所示的操作指定较弱基站的功率电平基本上为零,该较弱的基站则有可能有益地在上述的所有其他方面中保持在软切换模式中。
上面结合图1所述的闭环下行链路功率控制方法包括该基站与RNC之间的额外信令。例如,基站需要约每隔10毫秒发送功率消息给此RNC,以便利用高速率未编码或几乎未编码的功率控制指令和1dB的功率调整步长使漂移在系统中保持在1-2dB左右。虽然结合图3与4所公开的其它方案导致RNC与基站之间相当少数量的控制信令,但在宏分集传输期间仍需要与从RNC发送功率控制数据给相关基站的方法组合的有效的闭环功率控制。
因此,本发明的一个目的是提供在传输至特定移动站的宏分集中所涉及的基站的有效闭环功率控制。本发明的还一目的是减少在宏分集传输中所涉及的基站与调整基站功率电平的控制器之间的信令要求。
根据本发明,利用在具有基站与远程站的通信系统中控制基站发射的信号的功率电平的方法来满足这些与其它目的。从远程站中发送功率电平控制指令给此远程站正从中接收信号的基站,以便控制由这些基站发送的信号的功率电平。确定此远程站是否正在同时接收包括基本上相同消息信息的由第一基站发送的第一信号和由至少一个第二基站发送的至少一个第二信号。从第一基站中发送第一信号的功率电平的第一报告给控制器。从至少一个第二基站中发送至少一个第二信号的功率电平的至少一个第二报告给控制器。在此控制器中比较第一报告与至少一个第二报告。从此控制器中发送用于调整第一信号的功率电平的第一指令给第一基站,并从此控制器中发送用于调整至少一个第二信号的功率电平的至少一个第二指令给至少一个第二基站。
根据本发明的第一实施例,在此远程站从多于一个的基站中接收信号时,以减少的比率从此远程站中发送功率电平控制指令给这些基站。根据第一方面,从此远程站中几次发送相同的功率电平控制指令给这些基站。根据第二方面,将更多的冗余度在从此远程站中发送给这些基站的功率电平控制指令中进行编码。根据第三方面,发送对于一个或多个基站是特定的功率控制指令给那些基站。
根据本发明的第二实施例,在此远程站从多于一个的基站中接收信号时,由控制器将功率电平调整的步长设置得比此远程站从一个基站中接收信号时低。
图1表示在软切换期间下行链路发射功率控制的方法;
图2表示涉及远程站与两个基站的软切换;
图3表示克服在软切换模式期间利用太低的信号电平接收的远程站的功率控制指令的问题的一个方法;
图4表示克服在软切换模式期间利用太低的信号电平接收的远程站的功率控制指令的问题的另一方法;和
图5A与图5B表示通信系统操作;和
图6表示根据本发明示例实施例的方法流程图。
现在将结合优选示例实施例和附图更具体地描述本发明。
应理解:由于本发明范畴内的各种变化和修改对于本领域技术人员来说是显而易见的,所以在表示本发明优选实施例的同时仅利用示例给出以下的描述。
例如,如在US专利号NO.08/807867中所公开的,将通信网络中的RNC或另一实体用于调整基站输出功率电平是在宏分集期间将业务信道输出功率保持在适当电平上的有效方法。然而,这导致RNC与基站之间额外的信令。根据本发明,能采用几种方法来减少RNC与基站之间的信令。
例如,所需的功率控制指令比率,即,到达SIR目标所需的由移动站发射给基站的功率控制指令的比率可以在软切换期间降低,例如降低系数4。此方案的目的是:如果发送较少的消息给基站,漂移将更小,这是因为较少的消息将由基站不同地进行解释。由于快速闭环功率控制的目的是跟踪快衰落,所以这是可行的。在软切换中,快衰落由于好的空间分集而不如正常情况下严重。
降低RNC与基站之间信令要求的另一方法是减小功率调整步长,即,为响应RNC功率调整指令而调整输出功率的相对量。根据示例实施例,在宏分集期间可以将1dB的步长减小为0.25dB。由于每当不同地接收到控制消息时只导致小的漂移,所以减小步长的目的是使漂移减慢。这意味着:如果在必须调整之前允许同样大的漂移,则RNC不必如同它对于较大步长所必须做的一样频繁地调整基站的输出功率。此方案的一个好处是它几乎不要求或不要求空中接口上的信令。
为了进一步减少RNC与基站之间所要求的信令,可以从此移动站中几次发射同一功率控制指令给基站。因此,由于在所考虑的比特数量增加时正确接收大多数接收比特的概率增加,所以正确接收此功率控制指令的概率增加。例如,不太可能比不正确接收2比特长的指令中的一个或多个比特更不正确地接收8比特功率控制指令中的4个或更多比特。
减少基站与RNC之间信令要求的还一方案是对从移动站发射给基站的功率控制指令使用更多的编码,即,增加宏分集期间功率指令的编码冗余度。
在这些方案中,在从移动站发射的功率控制指令中使用额外的比特来增加宏分集期间由基站正确接收功率控制指令的概率。
较低的功率控制指令比率也使之有可能发送不同的功率控制指令给不同的基站。因此,通过几乎不增加或不增加额外的信令能使从不同基站输出的功率增益相关。由于此移动站能通过以减少功率漂移的方式选择发送给不同基站的功率控制指令来抵消功率漂移,所以此方案具有减少不想要的功率漂移的附加好处。然而,为了发送合适的功率控制指令给不同的基站,此移动站需要知道不同基站上的输出功率电平。因此,基站发送有关其输出功率电平的信息给此移动站。如果此移动站发送同一功率指令给它当前所连接的基站,此移动站不可能抵消功率漂移。
当然,能组合上述的方案。通过引入额外的信令,也能支持其它的输出功率方案。
根据本发明,用于减少基站与RNC之间信令要求的方法作为流程图表示在图6中。此方法在步骤600开始,在此步骤上确定是否正在进行宏分集传输。如果是这样的话,此方法利用步骤620继续。否则,在步骤610上从移动站中发送功率控制指令给有效的基站,并且此方法返回到步骤600。
在步骤620上,以减少的比率从移动站中发送功率控制指令给宏分集传输所涉及的基站。步骤620可以包括一个或多个步骤621、622和623,这些步骤可以并行完成。
在步骤621上,通过重复至少一些功率控制指令以减少的比率从移动站中发送功率控制指令给宏分集传输所涉及的基站。多个连续和相同的功率控制指令增加正确接收这些指令的概率,这减少基站与RNC之间所要求的信令量。
在步骤622上,通过在指令中编码更多的冗余度以减少的比率从移动站中发送功率控制指令给宏分集传输所涉及的基站。较高的编码比率增加正确接收功率控制指令的概率,这减少基站与RNC之间所要求的信令量。
在步骤623上,通过发送特定的功率控制指令给宏分集传输所涉及的每个基站以减少的比率从移动站中发送功率控制指令给宏分集传输所涉及的基站。因此,减少基站与RNC之间所要求的信令,并使此系统更灵活。
在步骤630上,确定时间计数参数t是否超过预定门限。此参数t表示自RNC与基站之间最后的功率电平调整信令以来的时间。此门限表示需要基站与RNC之间的功率电平调整信令的次数。如果此时间计数参数t不大于此门限,此方法返回到步骤600。否则,此时间计数参数t表示这是调整宏分集所涉及的基站上的下行链路输出功率电平的时间。因此,在步骤640上,从基站传送测量的功率电平报告给RNC,并且从此RNC中发送新的下行链路输出功率电平给基站。随后,此方法返回到步骤600。
未在图6中示出的用于减少RNC与基站之间功率控制信令的一种选择是由RNC降低输出功率电平调整的步长。
可以在采用宏分集的任何系统中实施修改功率控制的这个方法。此方法对于使用下行链路功率控制并时常更新基站的输出功率电平的系统特别有益。
以下的描述解释如何可以实施各种示意性情况的传信,但本领域技术人员将意识到:可以以其它方式执行传信。以下的描述仅考虑移动站与一个新基站进入宏分集并且此移动站初始地未参与宏分集传输的情况。其它情况容易想到,例如,此移动站连到多于两个的基站的情况、移动站与一个或几个基站离开宏分集并同时与一个或几个基站进入宏分集的情况、或基站连到不同的RNC的情况。
在第一种情况中,在移动站中决定使用哪一种类型的方案。在连接新的宏分集基站和闭环功率控制开始并运行时,此移动站通过发送消息给基站来表示它想修改功率控制指令。此消息包含有关此移动站的信息以及有关应如何改变功率控制指令的信息。在打算接收此消息的基站接收到此消息时,那个基站利用肯定的确认信号(ACK)进行响应。为了避免只有一个基站接收此消息,例如,要求固定网络中的一些信令来验证所有有关的基站知道并准备好建议的修改,而且使RNC知道并让此RNC准备好修改。
只要此移动站从基站中接收到至少一个ACK,此移动站就发送表示它正开始使用新的功率控制方案的消息。此移动站随后自己准备好新的功率控制方案并开始遵循此方案。
在基站接收到表示此移动站已开始使用新的功率控制方案的消息时,它通知其它有关的基站以及RNC。同时,这些基站开始遵循此新的功率控制方案。
为了使用编码的包括重复的功率控制指令,基站得在调整其输出功率之前缓冲接收的功率控制指令。如果此移动站发送不同的消息给不同的基站,则这能通过将地址放在每个功率控制指令消息中或更好地通过让基站知道它们应收听哪个功率控制指令来实现,这可以通过使用功率控制指令的模式来实现。例如,每个其它时隙的功率控制指令可以用于特定基站。然而,假定:基站未注意到此移动站正改变功率控制指令比率或丢失ACK,则此移动站得重新发送丢失的消息。
当然,有可能改变宏分集期间的功率控制指令。此移动站可以正好在宏分集结束之前回到普通的功率控制方案。由于网络和此移动站知道这何时发生,所以几乎不要求或不要求附加的信令。
在另一情况中,在网络中,例如,在RNC中确定改变功率控制方案。在这种情况中,只要移动站与新的基站进入宏分集而且闭环开始并运行时,RNC将所需的功率控制方案通知有关的基站,此消息也发送给此移动站。基站和此移动站都自己准备好新的方案,并且此移动站发送表示它已开始使用新的功率控制方案的消息给基站,基站利用ACK进行响应。由于基站利用固定网络相互通信,所以此移动站只需接收一个ACK。如果在某一时间内未接收到ACK,则此移动站发送新的开始消息。
至于改变步长的情况,此移动站不必参与任何传信,除非此移动站决定使用哪个步长,这是因为此网络知道宏分集何时开始,并且RNC能简单地命令有关的基站改变其步长。
在此移动站离开宏分集时,应恢复普通的功率控制方案,这可以不增加空中接口上太多的信令来实现。
根据本发明,显著减少宏分集传输期间基站与RNC之间用于调整基站的输出功率的信令。利用基站与RNC之间减少的信令在整个对话期间可以支持闭环功率控制。另外,增加基站从移动站中接收功率控制指令的准确性。还有,此移动站可以发送不同的指令给不同的基站,提供灵活的电信系统和避免功率漂移。
虽然对本发明进行了如此描述,但显然可以以许多方式对本发明进行改变。这样的改变不认为脱离本发明的精神与范畴,所有这样的修改注定包括在以下权利要求书的范畴内,对于本领域技术人员是显然的。