CN1281000C - Cdma移动通信系统中的功率控制 - Google Patents

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Abstract

公开了用于控制CDMA蜂窝通信系统中发射功率的一种方法和装置，其中第三(中间)控制环(30)位于内部环(40)和外部环(20)之间，形成一个级连起来的功率控制环(10)。特定的质量标志跟外部环(20)和中间环(30)连接。外部环(20)为中间环(30)产生一个质量目标值。中间环(30)产生所述SIR目标值。

Description

CDMA移动通信系统中的功率控制
技术领域
总的来说，本发明涉及移动通信领域，具体而言，涉及扩频或者码分多址(CDMA)蜂窝通信系统中发射功率的控制方法。
背景技术
本专利申请要求享受1999年9月14日提交，序列号是60/153797，共同未决的美国临时专利申请的优选权，同时将它的内容全部引作参考。
在宽带扩频蜂窝通信系统(常常叫做宽带CDMA或者WCDMA系统)里，经常地发射功率控制码元，以补偿不断变化着的状况对信道的影响，比如衰落和遮蔽。例如，基站能够发射一个功率控制命令，让得到服务的移动台提高或者降低它的发射功率。这个移动台就能够按照收到的功率控制命令决定是提高还是降低它的发射功率。
同样，CDMA系统中使用的功率控制算法被设计成保证所有活动用户数据信道具有商定质量是一个非常重要的前提。现有系统中使用的基本功率控制算法基本上都被设计成用两个控制环，使每个连接都具有这一能力。外部(慢速)功率控制环控制一个发射信干比(SIR)或者信噪比(SNR)的目标值，它被内部(快速)闭合功率控制环用来保证实际的服务质量(QoS)尽可能地接近商定的服务质量。内部功率控制环估计正向发射信道的信干比，将估计出来的信干比跟外部控制环送过来的信干比目标值进行比较，在比较结果的基础之上，在反向发射信道上发射特定的功率控制命令，“建议”正向信道上的发射机是提高还是降低发射功率。显然，可以将同样的功率控制原理用于控制上行链路和下行链路。
已有系统中使用的内部功率控制环被设计成根据能够以每秒1500的速率获得(通常是宽带码分多址系统)的信干比测量结果来进行工作。已有系统中使用的外部功率控制环被设计成根据每秒钟一次的速率获得的服务质量值来进行工作。一般情况下，这些服务质量值用帧差错率(FER)、比特差错率(BER)、数据包延迟或者语音质量指数(SQI)来表示。同样，这些服务质量值只能够按照上面描述的速率获得，每秒钟一次，或者每个码组一次(一般是每秒钟50～100次)。但是这些服务质量值应该在一个时间段内累计起来，以便得到统计意义上可靠的结果。
已有系统中使用的外部功率控制环能够更快地将信干比目标值改变指定的量(例如跟服务有关的变化，比如发射数据率变化)。同样，对于正确地设计的功率控制方法，外部功率控制环改变信干比目标值应该无法比内部功率控制环能够做出响应，改变实际的信干比还要快。这一方法能够保证实际的信干比在所有时刻都足够接近信干比目标值。
一般而言，在典型无线电通信系统的开始阶段(建立链路以前)，经常采用的方法是获得和使用关于发射环境和编码方案如何影响信干比需求这样的信息，以便设置初始的信干比目标值。对于宽带码分多址系统，在开始以后(一旦建立起一条链路)可以用多个不同的方法来控制信干比目标值。例如，共同转让的09/300079号美国专利申请描述了三个这样的方法，每个方法都假设能够从数据信道获得帧差错率信息，以便导出能够加到信干比目标值上面去的信干比目标调整值。同样，这些方法主要是考虑内部环不能够维持外部环计算出来的信干比目标值，从而使外部环毫无必要地改变信干比目标值的问题。
题为“建立在合并质量估计基础之上的功率控制”，共同转让的第09/344121号美国专利申请描述了控制宽带码分多址系统中信干比目标值的另外一种方法。虽然它提到了系统能够将数据信道的帧差错率测量结果跟比特差错率测量结果结合起来调整信干比目标值，但是它没有公开合并这些测量结果的任何具体方法。
如上所述，WCDMA系统有一些功率控制问题需要解决。例如，需要合并不同速率不同类型质量标志的方法，它应该能够用于控制WCDMA系统中的SIR目标值。还需要一种方法来决定如何使用不同服务所需要的各种不同格式。例如，某些服务为每个译码后的数据块提供一个循环冗余校验(CRC)标志。这个标志说明这个数据块是否被正确地译码。其它服务提供一个数字，说明译码数据块的可靠性。同样可以使用大量的服务格式。在任何情况下，除了使用CRC以外，外部功率控制环毫无办法利用质量标志来控制SIR目标值。但是，如上所述，本发明成功地解决了这些问题和其它相关问题。
发明内容
按照本发明的优选实施方案，提供了一种装置和一种方法，用于控制WCDMA蜂窝通信系统中的发射功率，其中的第三个(中间)控制环在内部环和外部环之间，形成一个级联功率控制环。某些质量标志跟外部环和中间环连接。外部环为中间环产生一个质量目标值。中间环产生SIR目标值。
本发明的一个重要技术优点是提供了一个WCDMA功率和质量控制系统，其中的直接(商定)和间接(变换成商定的)质量估计信息能够一起被用于产生一个SIR目标值。
本发明另外一个重要技术优点是提供一个WCDMA功率控制系统，其中即使是失去了服务的质量标志，或者是只能够为中间周期计算出来也能够产生一个SIR目标值。
本发明还有一个重要技术优点，那就是提供了一个WCDMA功率控制系统，其中关于发射环境和编码方案会如何影响SIR需求的已有知识能够被用于产生SIR目标值。
附图说明
通过参考以下详细描述和附图，会更加全面地理解本发明的方法和装置。
图1是能够用于实现本发明第一个实施方案的一个示例性功率控制环系统的框图；
图2是图1所示第一功能块(fcn1)的一个框图，按照本发明的第一个实施方案，它能够被用于估计外部和中间功率控制环的质量误差；
图3是能够用于实现本发明第一个实施方案的一个示例性质量估计功能块(fcn3)的一个框图；
图4是能够用于实现本发明第一个实施方案的一个示例性变换功能块(fcn4)的一个框图；
图5是一个示例性的功能框图，它说明按照本发明的第二个实施方案，一项服务没有任何质量1标志信息的时候，如何能够实现外部环功率控制功能；和
图6是一个示例性质量(或者SIR)目标值计算功能块(fcn2)的一个框图，它能够被用于实现本发明。
具体实施方式
通过参考附图中的图1～6，能够更好地理解本发明的优选实施方案和它的优点，相似的数字用于说明相似和对应的部件。
按照本发明的第一个优选实施方案，提供一种方法和系统，用于控制CDMA蜂窝通信系统中的发射功率，其中第三个(中间)控制环位于内部环和外部环之间，形成一个级连的功率控制环系统。某些质量标志跟外部环和中间环连接。外部环为中间环产生一个质量目标值。中间环产生SIR目标值，提供给内部环。
具体而言，图1是一个示例性功率控制环系统10的一个框图，这个系统能够被用于例如在下行链路上实现本发明的第一个实施方案。注意，图10所示的示例性功率控制系统能够在基站或者移动台中实现。仅仅是为了进行说明，可以假设图示功率控制系统10能够用扩频或者CDMA蜂窝系统移动台中的软件和/或硬件实现。同样，最好是在WCDMA系统中实现的图示示例性系统10包括一个外部功率控制环20、一个中间功率控制环30和一个内部(闭合)功率控制环40。对于这个实施方案，中间和内部控制环被看成是级连起来的。
对于这个示例性实施方案，从正向数据信道向功能块(fcn1)22提供一个数据质量标志1(跟QoS有关)。这样的数据质量标志的实例有CRC数据、块差错率或者其它帧质量度量。例如在典型的WCDMA系统中，这样的数据质量标志能够以帧速率获得(例如每隔0.01～0.02秒)。在中间功率控制环30中从正向数据信道向功能块(fcn1)32提供一个链路质量标志2(也跟QoS有关)。典型情况下，跟获得数据质量标志相比，这样的链路质量标志能够以更高的速率获得(或者更低的估计误差)。这些链路质量标志的实例有译码器估计得到的原始BER，或者数据流中已知数据序列跟接收到的对应数据之间的比较估计出来的原始BER。
对于这个实施方案，外部功率控制环20和中间功率控制环30在结构和功能上相似。每个这样的环都包括第一功能块(fcn1)22、32和第二功能块(fcn2)24、34。外部控制环20产生质量(2)目标值，输入给中间控制环30，中间控制环30产生SIR目标值，输入给内部控制环40。第一功能块(fcn1)22、32中的每一个产生相应的质量误差值。第二功能块(fcn2)24、34中的每一个将第一功能块(fcn1)22、32提供的相应质量误差值累加起来。第二功能块(fcn2)24、34中累加得到的质量误差值被用于产生系统10中低一级环的质量目标值。例如，外部控制环20中的第二功能块(fcn2)24产生一个质量(2)目标值，提供给中间控制环30中的第一功能块(fcn1)32。中间控制环30中的第二功能块(fcn2)产生一个SIR目标值，提供给内部控制环40中的加法器。
级联系统10中每个低一级环(例如这个实施方案中的环30和40)产生的误差值估计被提交给“上一级”控制环(例如20、30)中的功能块(例如fcn1、fcn2)22、24、32、34。这些误差值估计能够用于对接收功能块中的功率控制算法进行“细调”。还能够将特定的接收机测量信息输入给功能块，并且用于对相应的功率控制算法进行“细调”。例如，能够从信道估计器向第一功能块(fcn1)22、32提供延迟扩展这样的接收机测量信息。瑞克接收机使用的分支数这样的其它接收机测量信息也可以输入第一功能块，并且用于对它们的相应功率控制算法进行“细调”。此外，第一功能块(fcn1)22、32中的功率控制算法还利用功率控制环处理跟链路有关的服务信息。例如，可以用具体的源、格式和收到的质量标志的速率来确定特定的服务。对于这个示例性实施方案，不管第一个功能块(fcn1)收到的质量标志是什么类型，这一组可能的质量标志值被扩展为包括所有“缺少了的”质量标志值，从而使外部控制环20或者中间控制环30在这种情况下完成适当的功能。
图2是图1所示第一功能块(fcn1)22或者32的一个框图，它能够被用于按照本发明的第一个实施方案估计外部和中间功率控制环22、32的质量误差。第一个功能块(fcn1)22或者32有一个质量估计功能块(fcn3)26或者36，和一个变换功能块(fcn4)28或者38。能够用来实现图3中的框图所说明的第一个实施方案的示例性质量估计功能块(fcn3)26或者36的有关细节在图3中说明。能够用于实现第一个实施方案的示例性变换功能块(fcn4)28或者38的有关细节在图4中说明。
对于这个实施方案，参考图3所示的质量估计功能块(fcn3)26(或者36)，质量(1或者2)估计功能可以用具有非线性增益的一个指数滤波器(F)29实现。质量(1或者2)标志信息可以提交给加法器27，加到(作为一个负反馈)功能块26或者36输出的延迟(33)质量(1或者2)估计信号的负值上去。可调整增益(F)29的输出提交给加法器31，加到延迟(33)质量1或者2估计信号的正值上去。利用图3所示的结构，质量估计器功能块(fcn3)26或者36可以计算和输出质量标志(1或者2)输入信号的平均值。
如图3所示，可调整增益(F)29也可以用一个或者多个接收机测量值或者从有关网络或者系统提供的服务类型信息跟级连功率控制环中其它功能的信号来控制。例如，参考图1和图3，质量2误差信号从中间控制环30质量误差估计功能块(fcn1)32传递给可调整增益(F)29。SIR误差信号也从内部功率控制环40提交给可调整增益(F)29。
能够用来设置可调整增益(F)29的其它信息是缺少质量标志信息，如图3所示。同样，缺少质量标志能够提供关于跟级连控制环其它地方的功能有关的故障或者问题的信息。例如，缺少质量标志能够说明内部控制环40的SIR误差值，或者内部控制环30的质量2误差值，已经明显地偏离了零误差值。如果是这样，缺少质量标志信息就能够被用于控制可调整增益(F)29，以便使误差信号回到零值。对于这种情形，质量估计器(fcn3)最好是不改变质量估计值，使它维持最后能够获得有效质量标志的时候，或者是最后报告的误差值相对较小的时候，计算出来的值。这个目的可以通过让估计器(fcn3)26或者36监视输入(例如SIR或者质量)误差值的平均值，并且选择出现相对较大误差或者不能获得质量标志值作为输入的时候跟零相乘的一个可调整增益(F)29值。
如上所述，图4是能够用于实现第一个实施方案的一个示例性变换功能块(fcn4)28或者38的一个框图。任何合适的变换算法(例如基于软件或者基于硬件的算法)都能够被用于实现变换功能算法35，以便将质量1或者2估计值从质量估计功能块(fcn3)26或者36(图3)变换成质量1或者2误差值。如图4所示，变换功能算法35将输入质量1或者2估计值变换成对应的SIR值。在加法器37那里，从变换功能算法35输出的SIR值中减去质量1或者2目标值，产生对应的质量1或者2误差值。
显然，根据本发明，图4说明关于发射环境和编码方案如何影响SIR要求的已有知识能够被用于将质量1或者2估计值和质量1或者2目标值变换成对应的SIR值。要使用的发射环境信息能够用接收机测量值和对SIR误差和质量2误差值的特定计算来确定。这些计算可以包括，例如，计算某一段预定时间内SIR误差和/或质量2误差值的平均、标准偏差和平均绝对导数。同样，要计算质量1或者2目标值(并且通过功能块35进行变换)的时候，变换过的(计算出来的)质量误差值能够被随后用跟SIR值相同的单位来表示。通过变换功能块35变换过的目标和SIR值被随后加起来(37)，产生对应的质量1或者2误差值。
图5是说明按照本发明的第二个实施方案，一项服务不能获得任何质量1标志信息的时候如何能够实现外部环功率控制功能的一个框图。例如，对于图5所示的外部功率控制环20’，可以看出没有任何质量1或者2估计信息输入变换功能块21。换句话说，在图2中没有任何质量1标志信息输入估计功能块(fcn3)26，因此无法获得相应的任何质量估计信息。但是对于第二个实施方案，如图5所示，对于不能获得任何质量1标志信息的服务，质量1目标信息能够直接变换(通过变换功能块21)到质量2目标值，它的单位跟SIR的单位相同。再一次利用上面图4中关于变换功能块35所描述的方法，关于发射环境和编码方案如何影响SIR要求的已有知识能够被用于将质量1目标值变换成用SIR的单位表示的质量2目标值。
图6是一个示例性质量(或者SIR)目标值计算功能块(fcn2)24或者34(图1)的一个框图，这个功能块能够被用于本发明的第一个或者第二个实施方案。质量1或者2误差信息被输入给质量目标值计算功能块(fcn2)24或者34的加法器54。这个输入误差信息是数据信道实际实现的质量值达到质量目标(商定)值所需改变量的一个估计。如果其它较低级控制环中的功能块在适当的极限范围内工作(例如相对较小的S IR误差值和如果可行的话相对较小的质量2误差值)，那么质量1或2误差输入值能够被提交给包括第一个增益元件(G1)56、第二个增益元件(G2)62、延迟元件60和加法器58的一个滤波器环。如图1所示，这个滤波器的输出信号形成级连的功率控制环中下一个控制环的质量2目标值或者SIR目标值。但是，如果其它较低级控制环中的功能块不在适当的范围内工作(例如相对较大的SIR误差值和如果可行的话相对较大的质量2误差值)，以便防止质量2目标值或者SIR目标值变成太大的值，可以将滤波器、相加和比例功能块52的适当值加(54)到输入的质量1或者2误差值上去，以便将滤波器(G1、G2、延迟等等)的输入设置成零。也可以将滤波器、相加和比例功能块52用于对ISR误差值(如果可行的话，质量2误差值)适当地进行过滤和比例变换，以便将偏差设置成滤波器的输入，它能够适当地限制质量目标值计算块(fcn2)24或者34输出的质量2目标值或者SIR目标值。
回到图1，按照本发明的第一个实施方案，其中画出了(例如下行链路上)包括一个加法器42的内部闭合功率控制环40的一部分。对于这个实施方案，从正向发射(下行链路)信道收到的实际SIR跟中间控制环30里功能块(fcn2)的SIR目标值(的负数)相加(42)，产生SIR差(误差)值。移动台(没有画出)可以在反向(上行链路)发射信道上发射SIR差(误差)值给提供服务的基站(没有画出)。
虽然在附图中说明，在前面的详细描述中描述了本发明的优选实施方案，但是应该明白本发明并不限于这里公开的实施方案，而是能够有各种重新布局、改进和替换而不会偏离后面的权利要求的实质。

Claims (29)

1.一种用于移动通信系统的功率控制环系统，包括：
第一控制环，所述第一控制环包括耦合到第一质量目标值计算器的第一质量误差值估计器；
第二控制环，所述第二控制环的输入端跟所述第一控制环的输出端连接，所述第二控制环包括耦合到第二目标值计算器的第二质量误差值估计器；和
第三控制环，所述第三控制环的输入端跟所述第二控制环的输出端连接，所述第三控制环包括一个信噪比误差值产生器。
2.权利要求1的功率控制环，其中，如果无法获得质量误差值信息，所述第一控制环将质量目标值映射到信噪比域。
3.权利要求1的功率控制环系统，其中，所述移动通信系统包括CDMA移动通信系统。
4.权利要求1的功率控制环系统，其中，所述移动通信系统包括扩频系统和WCDMA系统中的至少一个。
5.权利要求1的功率控制环系统，其中，所述第一控制环、第二控制环和第三控制环以一种级联的方式连接在一起。
6.权利要求1的功率控制环系统，其中，所述第一质量误差值估计器可操作用来：
估计质量标志值的质量值；和
将所述估计出来的质量值转换成质量误差值。
7.权利要求6的功率控制环系统，其中，所述质量值的估计由具有可调增益的指数滤波器来执行。
8.权利要求1的功率控制环系统，其中，所述第一控制环产生对应于质量误差值的质量目标值。
9.权利要求6的功率控制环系统，其中：
所述估计出来的质量值被映射到信噪比域；和
所述估计出来的质量值被转换成所述质量误差值。
10.权利要求1的功率控制环系统，其中，所述第二质量误差值估计器可操作用来：
从质量标志值估计质量值；和
将所述估计出来的质量值转换成质量误差值。
11.权利要求10的功率控制环系统，其中，所述质量值的估计由具有可调增益的指数滤波器执行。
12.权利要求10的功率控制环系统，其中：
所述估计出来的质量值被映射到信噪比域；和
所述估计出来的质量值被转换成所述质量误差值。
13.权利要求1的功率控制环系统，其中，所述第二控制环产生对应于所述质量误差值的信噪比目标值。
14.权利要求1的功率控制环系统，其中，所述第三控制环产生对应于信噪比目标值的信噪比误差值。
15.权利要求1的功率控制环系统，其中，所述第一控制环和第二控制环包括多个用软件实现的功率控制算法模块。
16.一种用于在移动通信系统中控制发射机功率的方法，包括以下步骤：
第一控制环估计第一质量误差值并计算第一质量目标值；
第二控制环估计第二质量误差值并计算第二质量目标值；和
第三控制环产生对应于所述第二质量目标值的信噪比误差值。
17.权利要求16的方法，还包括如果不能获得质量误差值信息，就将质量目标值映射到信噪比域的步骤。
18.权利要求16的方法，其中，所述移动通信系统包括CDMA移动通信系统。
19.权利要求16的方法，其中，所述移动通信系统包括扩频系统和WCDMA系统中的至少一个。
20.权利要求16的方法，还包括将所述第一控制环、第二控制环和第三控制环级联在一起的步骤。
21.权利要求16的方法，还包括以下步骤：
所述第一控制环从质量标志值估计质量值，并将所述估计出来的质量值转换成质量误差值。
22.权利要求21的方法，其中，所述第一控制环估计质量值的步骤还包括，用具有可调增益的指数滤波器来估计所述质量值。
23.权利要求16的方法，还包括以下步骤：
所述第一控制环产生对应于质量误差值的质量目标值。
24.权利要求21的方法，还包括以下步骤：
将所述估计出来的质量值映射到SIR域，并将所述估计出来的质量值转换成所述质量误差值。
25.权利要求16的方法，还包括以下步骤：
所述第二控制环从质量标志值估计质量值，并将所述估计出来的质量值转换成质量误差值。
26.权利要求25的方法，其中，所述第二控制环估计质量值的步骤还包括，用具有可调增益的指数滤波器来估计所述质量值。
27.权利要求25的方法，还包括以下步骤：
将所述估计出来的质量值映射到信噪比域，并将所述估计出来的质量值转换成所述质量误差值。
28.权利要求16的方法，还包括以下步骤：
所述第二控制环产生对应于质量误差值的信噪比目标值。
29.权利要求16的方法，还包括以下步骤：
所述第三控制环产生对应于信噪比目标值的信噪比误差值。
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