CN1286832A - 无线系统的功率控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线系统中的一种功率调整方法,该无线系统包括在同一频率上发射的至少两个发射机,例如基站,以及多个接收机,例如移动台,这些接收机与发射机建立了无线通信。在按照本发明的方法中,在作出功率调整决定的过程中,除了需要转发的无线通信的测量结果之外,还利用了同信道相邻发射机信号的测量结果。根据同一频率且在同一时隙通过监控的无线通信发送的相邻发射机信号的测量结果,确定对无线通信引起的干扰的估计,该干扰通过调整所需信号的发射功率来补偿。

Description

无线系统的功率控制

本发明涉及无线系统，例如蜂窝无线系统中无线链路或者专设网络的功率调整。

在移动通信系统中，移动台MS和/或基站BTS为了降低网络的干扰值，补偿无线路径的衰落，需要调整发射功率。功率调整的目的一般总是以几乎相同的功率值保持接收的信号，该功率值尽可能低，但是需要保证接收信号的质量不会受损。如果移动通信网和移动台之间的无线通信中的信号值和/或质量将至所需值，则必须在基站和/或移动台MS进行发射功率的调整，以改进无线通信。移动台MS的发射功率一般从固定网通过特殊的功率调整算法来调整。

附图的图1示出了GSM系统的简化框图(全球移动通信系统)。移动台MS通过无线路径与一些基站BTS连接，在图1所示情况下，前述基站是基站BTS1。基站子系统BBS包括基站控制器BSC和从属的基站BTS。从属于移动业务交换中心MSC的基站BSC通常有多个。移动业务交换中心MSC连接到其它移动业务交换中心，GSM网络通过网关移动业务交换中心GMSC与其它网络，例如公用电话交换网PSTN，另一公用陆地移动网PLMN或者ISDN网络连接。整个系统的操作由运营和维护中心OMC监控。

移动台MS测量从服务小区的基站BTS1接收的下行信号的接收值(场强)和质量，二该部分的服务小区的基站BTS1测量从移动台MS接收的上行信号的接收值(场强)和质量。基于这些测量结果和确定的功率调整参数，功率调整算法确定基站和/或移动台中适当的发射功率值。在功率调整指令中将确定的移动台的发射功率值通知给该移动台。在呼叫期间持续进行功率调整，例如在TDMA类型的GSM系统中，一般是一秒两次，在CDMA类型的UMTS-WCDMA系统(全球移动电信系统-宽带CDMA)中是一秒1600次。

已知的功率调整算法是基于C的功率控制，其中发射功率的确定基于从无线通信接收的功率值C。在该算法中，对无线路径上的衰减相同的无线通信而言，发射功率是相同的。作为例子，图2示出了这种情况，其中与基站BTS1通信的移动台MS1和MS2的位置使得它们到该服务基站具有等距离衰减。在图2所示情况下，信号从服务基站BTS1以相等发射功率发送给移动台，尽管它们位于强度不同的干扰场，因为移动台MS1从基站BTS2接收的干扰多于工作于同一频率的移动台MS2。因此，C功率调整的问题是功率调整对同信道干扰而言无效。

另一已知的功率调整算法是基于C/I的功率控制，其中发射功率的确定基于从无线通信接收的信号的质量，后者从接收的有用信号中测量。因为除了接收功率值之外，有用信号的质量还受接收的干扰值的影响，所以在图2中作为例子示出的情况下，从基站BTS1到移动台MS1的发射功率高于到移动台MS2的发射功率。因此，使用下行发射功率来补偿移动台从其它基站接收的通信到干扰。但是，干扰变化较大是C/I功率调整的一个问题，因为C/I功率调整对干扰值的变化的反应有一个延迟，这种延迟的原因之一是测量结果的信令交互有时延。在功率调整能够补偿干扰的增加之前，有时间减小干扰的较大变幅，还能在功率调整有时间对较小的干扰作出反应，减小发射功率时，增加干扰的变幅，扰乱无线通信。这种干扰的变化出现在，例如使得干扰随机出现的技术，例如跳频和动态信道分配和/或分组数据传输中。

这样，上述功率调整算法的问题在于，干扰信号的发射频率与无线通信相同，尤其是在干扰发生变化时出现的同信道干扰中。

本发明的目的时提出一种有效的功率调整算法，尤其是在干扰出现变化的环境中。

该目的通过按照本发明的方法实现，该方法的特征在独立的权利要求书中公开。本发明的特殊实施例在相关的权利要求中给出。

本发明的基本思想在于，除了需要转发的无线通信的测量结果之外，功率调整决定还利用同信道相邻发射机信号的测量结果。根据相邻发射机信号的测量结果，确定对无线通信引起的干扰的估计，前述相邻发射机信号的发射频率和时隙与监控的无线通信相同，前述干扰通过调整所需信号的发射功率来补偿。对无线通信引起的干扰的估计最好基于干扰源的地理位置和干扰功率的长期行为。因此，功率调整值对平均干扰值作出反应，而不是对任一单独的瞬时干扰值作出反应。这样，在蜂窝无线网络中，功率调整基于从移动台角度看到的网络小区的隔离，即基于同信道小区的无线技术隔离程度。

按照本发明的功率调整的优点在于，它在干扰变化的环境中，尤其在不规则小区的无线网络和/或蜂窝无线网络中有效且稳定，前述环境中存在短频率重用距离。按照本发明的功率调整在变化较大的干扰场中，例如，在采用引起随机干扰的技术，例如跳频和分组形式传输时尤其有利。

按照本发明的功率调整的另一优点在于，它不需要传输路径的任何附加的业务量或者信令，尤其是针对C/I功率调整而言。

此外，按照本发明的功率调整的优点在于，它在网络中实现的C/I分布比利用已知功率调整技术实现的要好。

下面结合优选实施例，参看附图图3-6所示的例子详细描述本发明，其中：

图1示出了对本发明重要的移动通信网部件；

图2通过例子示出了蜂窝网络的情况；

图3是按照本发明的方法的第一实施例的流程图；

图4通过例子示出了蜂窝网络的另一情况；

图5示出了图4作为例子示出的情况下，已知的功率调整和按照本发明的功率调整；以及

图6通过例子比较了已知的功率调整和按照本发明的功率调整的C/I分布。

本发明可以应用于任何无线系统。下面，通过例子，主要针对数字GSM移动通信系统详细描述本发明。图1示出了前面描述的简化的GSM网络结构。有兴趣的读者可以从GSM建议和“The GSM Systemfor Mobile Communication”，M.Mouly & M.Pautet，Palaiseau，法国，1992，ISBN：2-9507190-0-7一书中找到对GSM系统的详细描述。

下面，参看图3，依照本发明的第一实施例详细描述本发明。

图3是按照本发明的功率调整的第一实施例的无线通信的下行方向的流程图。在点32，对无线通信的信号值，还可能对无线通信的信号质量进行现有技术测量，以及相邻基站测量。测量结果以现有技术方式，例如在可能出现的信道交换情况下，在报告消息中从移动台发送到服务基站，所以本发明的功率调整方法在测量结果方面不需要特殊信令交互。按照本发明，在点34根据测量结果确定有用信号和干扰同信道无线信号的信道放大，即无线路径的传播衰减。在点36中，借助从测量结果，例如根据后面给出的一些计算算法得到的信道放大来确定新的发射功率。服务基站以新确定的发射功率继续发射无线信号(点38)。

按照本发明的功率调整尤其适用于以下情况：接收点附近有至少两个发射机以同一无线频率/在同一无线信道上发送。具体而言，本发明适用于调整下行方向上的发射功率的移动通信系统。因此，基站发射功率的调整基于移动台中所需信号的测量结果，以及干扰基站信号的测量信号。如果移动台的位置靠近同时以同一无线频率发射的两个发射机，那么不论移动台的位置与服务基站相距多远，相邻基站的信号都可能会干扰移动台的无线通信。利用功率调整算法，为从服务基站发出的无线通信确定新的发射功率。该确定过程最好在服务基站进行。新的发射功率可以例如按照以下公式确定： $P_{\mathrm{lx}}=\frac{{(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i{P}_{\mathrm{mean}},i)}^{\mathrm{\α}}+\mathrm{SN}}{G_{\mathrm{own}}}------\left(1\right)$

其中G_i是无线路径上单个干扰的同信道基站信号所经受的信道放大，P_mean，i是在无线通信的时隙中，每个干扰的同信道基站的发射功率，例如平均发射功率的长期估计，α是优化参数，S是所需无线通信在接收中要求的信噪比，N是噪声功率，G_own是无线路径上所需信号，即服务无线通信经受的信道放大。累加和项∑用于计算引起同信道干扰的单个相邻基站信号所引起的总干扰，从而基站索引I在1和M之间。在公式1中，大小以线性单元形式给出，但是同一公式当然也可以通过对数数值给出。

信道放大G_i和G_own是无线信号的实际传播损失，作为系数，它们因此小于1。如果网络包含相邻基站的实时发射功率P_lh的信息，信道放大G_i根据移动台向网络提供的相邻基站信号的测量结果C_l，计算G_i=C_l/P_lh来确定。自然，信道放大G_i在发射暂停期间无法确定。因此，根据移动台发送给网络的无线通信的测量结果P_vast，通过计算例如G_own=P_vast/P_lh得到有用信号所经受的信道放大G_own。

干扰发射功率的估计P_mean，i例如根据测量报告的测量结果，或者根据每个基站的实际发射功率来计算。P_mean，i还可以根据网络的实际业务量来确定，从而甚至可能预测干扰发射功率，因为基站控制器知道基站的后一发射功率。如果希望确保功率调整的充分性，可以将最大功率用作干扰发射功率估计，即P_mean，i=P_max，i。因此在需要时，P_mean，i还可以替换成其它常量，或者不同于平均值的某个其它值，该值由发射功率决定。P_mean，i值可以在网络中以信令形式发送给需要该信息的那些网元。

优化参数α用于优化通过计算算法得到的发射功率值。该参数可以设置成任何适当的值，例如，运营商可以将该参数设置成由实验证实良好的某个值。

信噪比S根据移动台所需的信噪比和/或按照业务来确定。网络运营商通常设置该值。噪声功率N视网络中定义的标准参数。在计算信发射功率时，如果最小功率就已足够，例如室内的情况，则可以忽略SN项。

最好以干扰次序将干扰基站加入累加和∑，使得干扰最大的基站最先计算。因此，当累加和的上限值M=1时，该干扰是唯一的干扰或主要干扰，在计算中不需要考虑其它干扰。

如果移动通信系统采用干扰消除以从接收信号中完全或者部分消除最强的干扰信号，则利用按照公式2的算法可以确定新的发射功率。

其中，除了公式(1)中出现的幅值，系数r_i对引起最大干扰的基站之外的基站而言，其值为1，因此在干扰消除过程中，消除了引起最大干扰的基站的信号，并且f(I_dom/I_others)在范围0-1中保持恒定。这样，因为例如移动台所进行的干扰消除，干扰最大的相邻基站信号可以完全排除在功率调整算法的计算之外，或者可以将其考虑在内，但它的权值比其它值小。

在前面给出的功率调整算法的累加和项中，可以包括所有测到的同信道干扰或者仅包括一组测得的同信道干扰。在干扰项的值增加时，利用上述公式确定的P_tx会增加，在干扰项的值减小时，P_tx也减小。因此，对位于平均干扰较高的域的移动台而言，服务基站的发射功率较高。

利用按照本发明的方法，网络中还可以调整多个基站的发射功率使其适合各个无线通信，因而其它设备所引起的任何干扰都由新的发射功率补偿。以下是按照本发明的3个基站的功率调整中的调整算法的一个例子：

其中信道放大G和功率P的子索引中，号码表示该值所关联的基站。信道放大G_i根据该无线通信，基于移动台测量结果确定。按照公式(3)，如果新发射功率P_tx1、P_tx2和P_tx3都不小于最小功率或大于最大功率，则它们可以根据该组方程得到。

对上述计算算法而言，信道放大G_i的确定可以在网络侧，例如在基站或者基站控制器中进行，也可以在移动台中进行，网络已向该移动台发送了实际发射功率信息。如果新发射功率的确定在移动台MS中确定，则移动台将根据计算结果向网络发送功率调整指令，调整下行方向的发射功率。尽管干扰具有可变特性，但借助信道放大，可以在功率调整过程中，有效地将干扰的同信道相邻基站信号考虑在内，因为信道放大的幅值比干扰稳定，在移动台只作些微移动时，信道放大基本保持不变。

图4通过例子示出了蜂窝网络中的另一情况，其中同信道基站BTS1和BTS2的覆盖区域在建筑物40-46的交会区域彼此交叉。如果移动台MS与基站BTS1通信，例如以呼叫或者数据传输的形式通信，并且MS同时正沿该图箭头所示方向移动，则该移动台会从该图所示的点P开始，短时间内进入基站BTS2的覆盖区域。利用按照本发明的功率调整，该图所示例子中形成的干扰情况可以迅速得到补偿，其方式比已知的功率调整方法更为有效，尤其是在基站BTS2的干扰的同信道发射采用分组形式，或者具有可变值时。

为了进行比较，图5示出了图4所示情况下不同功率调整方法的效果。该图中下面的曲线给出了移动台所承受的同信道干扰值I，而水平线G_own示出了无线通信的信道放大如何随距离减小。因此，为了时表示更为清楚，示出的G_own值是标准的，尽管按照图4所示的例子，它随着移动台从基站BTS1径向远离而均匀减小。

在图5中，用水平线C来表示对基站BTS1的发射功率进行已知的C功率调整的调整效果。因此，C功率调整无论如何不会将图5的竖直线所标记的点P处出现的增加的干扰值考虑在内。实际上，在C功率调整中必须使用相对较大的干扰边界。

曲线C/I表示了已知的C/I功率调整对干扰值的变化所作的反应。基站BTS1的发射功率根据干扰值的变化不断调整，但具有轻微的延时，这一点例如从该图的辅助线a的点上可以看出。持续进行发射功率的调整以将干扰值的所有变化都考虑在内，使得C/I曲线随干扰值曲线I变化。

在该图中，按照本发明的功率调整对基站BTS1的发射功率的影响由标记有“新”字的曲线表示。因此，尽管干扰值会有些许变化，但基站的发射功率将基本保持在标准值，它会对点P之后干扰平均值的增加作出快速反应。

图6进一步示出了在图4作为例子示出的情况下，当移动台承受的干扰值出乎意料地增加，并且干扰传输采用分组形式时，上述功率调整方法的C/I分布。在图6中，不同功率调整方法的分布还是分别由索引C、C/I和NEW标注。从该图中可以看出，按照本发明的功率调整提供的C/I分布最窄，从而效果最好。

以上解释主要是蜂窝无线系统中基站的发射功率的调整的描述。按照本发明的方法还适用于其它无线系统中发射机-接收机对之间的无线通信的功率调整。因此，上述基站一般是指发射机，而移动台是指接收机，从而按照本发明，根据无线通信信号的测量结果，以及接收机进行的相邻发射机信号的的测量结果来调整发射机的发射功率。在这种无线系统中，接收机因为其它功能而不将测量结果传送给发射机，但如果按照本发明的功率调整方法需要，可以将测量结果从接收机传送到发射机。

图和相关的解释仅用于说明创新思想。在细节方面，按照本发明的功率调整可以在权利要求书所定义的范围内有所变化。尽管以上主要针对GSM系统解释了本发明，但本发明也可以应用于其它无线系统，例如可以应用于GSM EDGE系统，它是未来具有调制适配功能的GSM系统，可以在出现首次功率调整之前，应用于WLAN系统(无线局域网)和公用信道的CDMA系统，尤其是WCDMA系统(宽带码分多址)。在CDMA系统中，按照本发明的功率调整在以下方面优于基于SIR的功率调整：在发射每个数据脉冲串之前，不需要从移动台请求SIR估计，所以用户数据速率增加，在干扰值变化很大的情况下，按照本发明的干扰估计比单个SIR估计更为精确。按照本发明的新发射功率的确定还可以借助其它计算算法来实现，这些算法不同于前述基站/发射机和/或移动台/接收集中采用的算法。在本申请中，无线系统还意味着无线链路和专设网络。

Claims (11)

1．无线系统中的功率调整方法，该无线系统包括在同一频率上发射的至少两个发射机(BTS1、BTS2)，以及多个接收机(MS1、MS2)，这些接收机与某个发射机(BTS1)建立了无线通信，在该方法中，接收机(MS)中测量无线通信信号以及另一发射机(BTS2)的信号，其特征在于，在该方法中，根据进行的无线通信和相邻发射机信号的测量结果，调整无线通信中发射机(BTS1)的发射功率。

2．根据权利要求1的方法，其特征在于，根据相邻发射机信号的测量结果，确定无线路径上至少一个相邻发射机信号的衰减，根据无线通信信号和确定的衰减来调整发射功率。

3．根据权利要求2的方法，其特征在于，借助每个相邻发射机信号的确定的衰减和长期发射功率估计，计算相邻发射机(BTS2)所引起的总干扰，根据无线通信信号和计算得到的总干扰调整发射功率。

4．根据权利要求2或3的方法，其特征在于，在相邻发射机信号所引起的干扰较大时，增加发射机(BTS1)的发射功率，在相邻发射机信号所引起的干扰较小时，减小发射机(BTS1)的发射功率。

5．根据权利要求2的方法，其特征在于，

测量结果从接收机(MS)向无线通信发射机(BTS1)传送，以及

相邻发射机信号的衰减在无线通信的发射机(BTS1)中确定。

6．根据权利要求2的方法，其特征在于，

相邻发射机信号的衰减在接收机(MS)中确定，以及

发射功率调整信息从接收机(MS)向无线通信发射机(BTS1)传送。

7．根据权利要求3的方法，其特征在于，基站控制器(BSC)中计算相邻发射机所引起的总干扰。

8．根据权利要求7的方法，其特征在于，基站控制器(BSC)中确定多个无线通信的功率调整需求，使得在确定每个无线通信的新的发射功率时，将其它通信的新的发射功率考虑在内。

9．根据权利要求1的方法，其特征在于，无线通信中采用跳频。

10．根据权利要求1或9的方法，其特征在于，无线通信中的传输采用分组形式。

11．移动通信系统中的功率调整方法，该系统包括在同一频率上发射的至少两个基站(BTS1、BTS2)，以及多个移动台(MS1、MS2)，这些移动台与某个基站(BTS1)建立了无线通信，在该方法中，移动台(MS)中调整无线通信信号以及相邻基站(BTS2)的信号，其特征在于，在该方法中，根据进行的无线通信信号和相邻基站信号的测量结果，测量无线通信中基站(BTS1)的发射功率。

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