CN1278128A - 一种外环功率控制的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在WCDMA中进行外环功率控制的方法和系统,系统包括用户终端(120)、基站(110)和基站控制器(100);所述方法包括下列步骤:1)计算测量BER对目标BER的误差及误差变化;2)确定误差及误差变化的等级;3)计算SNR门限调整步长的等级;4)确定实际的SNR门限调整步长;5)调整SNR门限。本发明运用模糊控制理论可省却对SNR门限与SNR测量值之间对应函数关系的确定和实现,自适应地实时跟踪,从而提高了控制质量。

Description

一种外环功率控制的方法和系统

本发明涉及宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)系统，特别是涉及WCDMA系统中的功率控制的方法及系统。

CDMA是一种以扩频通讯为基础的调制和多址连接技术。在CDMA通讯系统中，由于基站和移动台使用同一CDMA无线频带，基站对每一个移动台的信号发射对本小区其它移动台及相邻小区移动台而言都是干扰，基站对每一个移动台的信号接收也都受到本小区其它移动台及相邻小区移动台的干扰。为了减小干扰，最大化系统容量，应在满足信道性能的条件下，最小化基站和移动台的发射功率。因此，在CMDA系统中对功率进行控制是必须的。

在美国专利No.5812938中提供了CDMA系统中一种闭环功率控制的方法：基站定期测量移动台发射来的信号的信噪比(Signal to Noise Ratio，SNR)，然后将该测量值与给定的SNR门限比较，根据比较的结果产生功率控制命令，并把功控命令发送到移动台；移动台依照功控命令调整自己的发射功率，以使得达到基站的SNR能逼近SNR门限。根据不同速率数据的不同误码率(Bit Error Rate，以下简称BER)要求，对每种速率的数据设置不同的最低所需SNR门限。BER是衡量链路质量的一个标准。BER越低，表示链路质量越好；BER越高，表示链路质量越差。由于实际的移动无线传输环境在不断变化，移动台的速度也在不断变化，满足链路质量要求BER的最低SNR门限会在一定范围内不断变化。此外，由于缺乏SNR门限与SNR测量值之间的对应函数关系，SNR测量的误差对内环功控的控制精度也会造成一定的影响。因此，基于固定SNR门限的闭环功率控制难以保证BER要求。

本发明的目的是提供一种宽带码分多址系统中的关于外环功率控制的方法及系统。具体地说，本发明在基站控制器中，根据基站测量到的BER与给定BER指标的比较结果，运用模糊控制理论自适应地调整基站中闭环功控所用到的SNR门限，以保证链路BER指标的要求。

本发明的所述系统及方法分别按以下方案实现：

所述在WCDMA中进行外环功率控制的系统至少包括一个用户终端、一个基站和一个基站控制器。用户终端接收从基站发送来的功率控制命令，并且根据功控命令调整发射功率；基站测量用户终端发送来的信号的SNR和BER，将BER送至基站控制器，根据SNR的测量值和基站控制器送来的SNR门限值来确定功率控制命令并发送给用户终端；基站控制器根据预先设定的目标BER和基站测量的实际BER计算出SNR门限并送至基站。

所述在WCDMA中进行外环功率控制的方法包括以下步骤：

1.计算测量BER对目标BER的误差及误差变化；

2.确定误差及误差变化的等级；

3.计算SNR门限调整步长的等级；

4.确定实际的SNR门限调整步长；

5.调整SNR门限。

下面将参照本发明的一个实施例及其附图详细描述本发明，附图中：

图1是采用本发明的WCDMA无线通信系统的方框图。

图2是本发明外环功率控制方法运用的模糊控制理论的原理框图。

图3是采用本发明的WCDMA无线通信系统的外环功率控制方法的流程图。

图4是本发明优选实施例的基站控制器100记录的SNR门限和美国专利No.5812938固定SNR门限为2dB的对照图。

图5是本发明优选实施例的基站110测得的上行链路(即信号由用户终端传向基站)BER和根据美国专利No.5812938的装置测得的上行链路BER的对照图。

图1显示了采用本发明的方案的WCDMA无线通信系统。该图的WCDMA无线通信系统包括一个基站控制器100、一个基站110和一个用户终端120。在该图的方案中，基站控制器100和基站110相连接，用户终端120和基站110也相连接，并且用户终端120以可变速度在系统的不同小区范围内移动。

用户终端120中有关功率控制的部分包括功控命令处理器121和发射功率调整装置123。功率控制命令处理器121接收来自基站110的功控命令116。功控命令116的值可以取1、0或-1。功控命令处理器121根据功控命令116的取值相应地设置功率调整步长122为Δ_TPC、0、-Δ_TPC。发射功率调整装置123按照功率调整步长122的值调整发射功率。

基站110中有关功率控制的部分包括BER测量单元111、SNR测量单元113和功控命令产生器115。SNR测量单元113测量从用户终端120发来的数据流124的SNR114，并将其送至功控命令产生器115。功控命令产生器115比较SNR测量单元113送来的SNR 114和基站控制器100送来的SNR门限102，然后根据以下原则产生功控命令116：

如果SNR114大于SNR门限102，则功控命令116的值为-1；

如果SNR114小于SNR门限102，则功控命令116的值为1；

如果SNR114等于SNR门限102，则功控命令116的值为0。

美国专利No.5812938中所述的内环功率控制的方法和上述大致相同。不同点只是SNR门限102不是由基站控制器100实时给出，而是对每种速率的数据预先分别设定好。

使用固定SNR门限的缺陷前文已有说明，下面主要描述本发明在美国专利No.5812938上的改进措施。

在基站110中，本发明增加了BER测量单元111，用来定时测量自用户终端120发来的数据流124的BER 112，并送至基站控制器100。

基站控制器100有关功率控制的部分是SNR门限产生单元101。SNR门限产生单元101比较基站110送来的BER112和预先设定的目标BER，并依照图3所示的方法产生SNR门限102，然后将其送至基站110的功控命令产生器115。

图2显示了本发明运用的自动控制领域的模糊控制理论的基本原理框图，其核心部分是模糊控制器200，在图中由虚线框标出。模糊控制算法可概括为以下的步骤：

计算控制变量201：根据本次采样所得的被控对象205的输出值210和目标值，计算所选择的系统的输入变量的精确值206；

模糊量化处理202：将输入变量的精确值206变为模糊量207；

模糊推理203：根据输入变量的模糊值207，按模糊推理合成规则计算控制量的模糊值208；

非模糊化处理204：由上述得到的控制量的模糊值208计算精确的控制量209，最后送至被控对象205。

图3是关于图2的一个具体实施例，它显示了在SNR门限产生单元101中执行的运用模糊控制理论的外环功控的流程图。这个逻辑流程开始于步骤300，对应于图2的计算控制变量201，SNR门限产生单元101接收到基站110送来的BER测量值112和目标BER后，进行如下处理，得出BER112对目标BER的误差及误差变化：若BER112＝0，则误差＝-10；若BER112≠0，则误差＝log10(BER112/目标BER)；误差变化＝这次计算出的误差-上次计算出的误差。

在这里对BER进行取对数运算是考虑到BER的误差以数量级差来表征比用绝对差表征更有实际意义。

在步骤301，对应于图2的模糊量化处理202，SNR门限产生单元101要确定误差和误差变化的模糊值。根据模糊理论，人在日常生活中总是习惯于把事物分为三个等级，如物体的大小可分为大、中、小；运动的速度可分为快、中、慢；人的身高可分为高、中、矮等等。所以，可选用“大、中、小”三个模糊量词汇来描述精确量的状态。由于人的行为在正、负两个方向的判断基本上是对称的，将大、中、小、在加上正、负两个方向并考虑变量的零状态，共有七个状态，即{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，用数字对应表示成模糊值，就是{-3，-2，-1，0，1，2，3}。当然也可以再分得细些，但复杂度也相应增加。各模糊值对应的误差及误差变化的取值范围应根据实际环境而定，本发明认为，从-3到+3能基本涵盖误差及误差变化所有可能的取值。在本发明的优选实施例中，误差及误差变化的精确值和模糊值的对应关系如表1所示：

                                  表1

模糊值	-3	-2	-1	0	1	2	3
								误差	＜-0.7	[-0.7，-0.3]	[-0.3，-0.05]	[-0.05，0.05]	[0.05，0.3]	[0.3，0.7]	＞0.7
误差变化	＜-0.7	[-0.7，-0.3]	[-0.3，-0.1]	[-0.1，0.1]	[0.1，0.3]	[0.3，0.7]	＞0.7

步骤302对应于图2中的模糊推理203，需计算出SNR门限调整步长的模糊值。把SNR门限调整步长模糊值的取值范围也定义为{-3，-2，-1，0，1，2，3}。调整步长的取值是由误差及误差变化决定的。因此，可用类似如下的语言描述控制策略：

如果实测BER很低(即误差为负大，模糊值为-3)且实测BER继续很快下降(即误差变化为负大，模糊值为-3)，此时链路的BER远小于目标BER且有继续大幅度减小的趋势，则应大幅度降低SNR门限(即SNR门限调整步长为负大，模糊值为-3)，以使BER很快升高；

如果实测BER很高(即误差为正大，对应的模糊值为3)且实测BER继续很快上升(即误差变化为正大，模糊值为3)，此时链路的BER远大于目标BER且有继续大幅度上升的趋势，则应大幅度升高SNR门限(即SNR门限调整步长为正大，模糊值为3)，以使BER很快下降。将以上分析归纳成如下的公式：

若|误差等级|＜2，则SNR门限调整步长等级＝int(α₁*误差等级+(1-α₁)*误差变化等级)；

若|误差等级|≥2，则SNR门限调整步长等级＝int(α₂*误差等级+(1-α₂)*误差变化等级)。

其中，int(x)表示取整，α₁，α₂为0≤α₁≤α₂≤1的可调系数，分别表示在误差较小较大时误差的权重。当误差较大时，应主要着眼于消除误差，因此误差的权重应取大一些；当误差较小时，应主要着眼于平缓误差变化，因此误差的权重应相对小一些。在本发明的优选实施例中，α₁，α₂分别取为0.5，0.7。

然后，对应于图2中的非模糊化处理204，SNR门限产生单元101在步骤303中根据计算出的SNR门限调整步长的模糊值确定实际的SNR门限调整步长。对应于模糊值的实际SNR门限调整步长应根据相关的经验来确定。在本发明的优选实施例中，SNR门限调整步长的模糊值和实际值的对应关系如表2所示：

                                        表2

模糊值	-3	-2	-1	0	1	2	3
								SNR调整步长	-0.6	-0.3	-0.1	0	0.1	0.3	0.6

最后，在步骤304，SNR门限产生单元101按下式确定SNR门限102：

SNR门限临时值＝SNR门限调整步长+上次计算出的SNR门限；

如果SNR门限临时值＞预先设定的上限，则SNR门限＝预先设定的上限；

如果SNR门限临时值＜预先设定的下限，则SNR门限＝预先设定的下限；

其余情况，SNR门限＝SNR门限临时值。

图4是在BER门限为10^-3，用户终端的移动速度中途(即用户终端在传送了5000帧数据时)由120(公里/小时)变为30(公里/小时)的极端情况下，本发明优选实施例的基站控制器100记录的SNR门限和美国专利No.5812938固定SNR门限为2dB的对照图。其中401表示应用本发明的SNR门限，402表示应用美国专利的SNR门限。

图5是在BER门限为10^-3，用户终端的移动速度中途由120(公里/小时)变为30(公里/小时)的极端情况下，在图4所示的SNR门限值的作用下，本发明优选实施例的基站110测得的上行链路(即信号由用户终端传向基站)BER和根据美国专利No.5812938的装置测得的上行链路BER的对照图。其中501表示应用本发明测得的BER，502表示应用美国专利No.5812938测得的BER。

综合图4和图5，由于用户终端的速度发生很大变化，导致满足信道性能要求的SNR门限值也发生很大变化，在美国专利No.5812938中因为缺乏调整SNR门限的机制，在图4所示的恒定SNR门限402的作用下，无法保证链路质量。使得图5中其上行链路测得的BER 502在用户终端速度变化时急剧升高；而本发明因为采用了外环功控，能够调整SNR门限，使SNR门限401在用户终端速度变化时自适应地升高到保证链路质量所需的水平，因而其测得的上行链路BER 501能大致保持在所要求的水平上。

由于模糊控制的主要优点是无须知道控制量和被控对象之间的对应函数关系，只需模拟人脑的决策方式就可实施控制。因此，本发明运用模糊控制的方法可省却对SNR门限与SNR测量值之间对应函数关系的确定和实现，可以自适应地实时跟踪，从而提高了控制质量。

Claims (12)

1.一种在WCDMA中进行外环功率控制的系统，至少包括一个用户终端(120)、一个基站(110)和一个基站控制器(100)；其特征在于：

所述用户终端(120)接收从基站(110)发送来的功率控制命令，并且根据

功控命令调整发射功率；

所述基站(110)测量用户终端发送来的信号的SNR和BER，将BER送至所述

基站控制器(100)，根据SNR的测量值和所述基站控制器(100)送来的SNR

门限值来确定功率控制命令并发送给用户终端(120)；

所述基站控制器(100)根据预先设定的目标BER和所述基站(110)测量的

实际BER计算出SNR门限并送回至所述基站(110)。

2.如权利要求1所述的外环功率控制系统，其特征在于：所述用户终端(120)包括功率命令控制器(121)和发射功率调整装置(123)，所述功率命令控制器(121)接收来自所述基站(110)的功控命令，所述发射功率调整装置(123)根据功控命令调整发射功率。

3.如权利要求1或2所述的外环功率控制系统，其特征在于：所述基站(110)包括功控命令产生器(115)，SNR测量单元(113)和BER测量单元(111)，所述SNR测量单元(113)测量从用户终端(120)发来的数据流(124)的SNR值(114)，并将其送至所述功控命令产生器(115)。所述功控命令产生器(115)比较所述SNR测量单元(113)送来的SNR值(114)和所述基站控制器(100)送来的SNR门限102，产生功控命令(116)。

4.如权利要求1或2所述的外环功率控制系统，其特征在于：所述基站控制器(100)包括SNR门限产生单元(101)；所述SNR门限产生单元(101)比较所述基站(110)送来的BER值(112)和预先设定的目标BER值，产生SNR门限值(102)，并将其送至所述基站(110)的所述功控命令产生器(115)中。

5.如权利要求3所述的外环功率控制系统，其特征在于：所述功控命令产生器(115)根据如下原则产生功控命令(116)：

如果SNR值(114)大于SNR门限值(102)，则功控命令(116)的值为-1；

如果SNR值(114)值小于SNR门限值(102)，则功控命令(116)的值为1；

如果SNR值(114)等于SNR门限值(102)，则功控命令(116)的值为0。

6.一种在如权利要求1所述系统中进行外环功率控制的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)计算测量BER对目标BER的误差及误差变化；

2)确定误差及误差变化的等级；

3)计算SNR门限调整步长的等级；

4)确定实际的SNR门限调整步长；

5)调整SNR门限。

7.如权利要求6所述的进行外环功率控制的方法，其特征在于：步骤1)中，所述计算测量BER对目标BER的误差及误差变化是这样处理的：若BER的测量值＝0，则误差＝-10；若BER的测量值≠0，则误差＝log10(BER测量值/目标BER)；误差变化＝本次计算出的误差-上次计算出的误差。

8.如权利要求6或7所述的进行外环功率控制的方法，其特征在于，步骤2)中，所述误差及误差变化的等级即模糊值是按下表来确定的：     模糊值  -3     -2     -1     0     1     2     3 误差 ＜-0.7   [-0.7，-0.3]   [-0.3，-0.05]    [-0.05，0.05]    [0.05，0.3]    [0.3，0.7]  ＞0.7     误差变化 ＜-0.7   [-0.7，-0.3]   [-0.3，-0.1]    [-0.1，0.1]     [0.1，0.3]    [0.3，0.7]  ＞0.7 。

9.如权利要求6所述的进行外环功率控制的方法，其特征在于，所述步骤3)中，按照如下公式计算SNR门限调整步长的等级：

SNR门限调整步长等级＝int(α₁*误差等级+(1-α₁)*误差变化等级)，若|误差等级|＜2；

SNR门限调整步长等级＝int(α₂*误差等级+(1-α₂)*误差变化等级)，若|误差等级|≥2。其中，int(x)表示取整，α₁，α₂为0≤α₁ ≤α₂≤1的可调系数。

10.如权利要求9所述的进行外环功率控制的方法，其特征在于：所述的可调系数α₁＝0.5，α₂＝0.7。

11.如权利要求6所述的进行外环功率控制的方法，其特征在于，所述步骤4)中，实际的SNR门限调整步长是按下表确定的：   模糊值     -3     -2    -1    0      1      2      3  SNR调整步长    -0.6    -0.3    -0.1    0     0.1     0.3     0.6 。

12.如权利要求6所述的进行外环功率控制的方法，其特征在于，所述步骤5)中，按照下式调整所述SNR门限：

SNR门限临时值＝SNR门限调整步长+上次计算出的SNR门限；

如果SNR门限临时值＞预先设定的上限，则SNR门限＝预先设定的上限；

如果SNR门限临时值＜预先设定的下限，则SNR门限＝预先设定的下限；

其余情况，SNR门限＝SNR门限临时值。

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