CN1294477A - 码分多址移动通信系统中功率控制的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种码分多址移动通信系统中功率控制的方法,通过计算路径损耗的变化对将来时刻信干比的值进行预测来减少所述的闭环功率控制方法中由于功率控制命令的时延带来的功率控制误差,能够减少功率控制误差,对发射机的输出功率进行精确控制,从而有效降低对用户造成的额外干扰,提高通信质量,有利于增加系统容量。
Description
本发明属于移动通信领域，具体涉及一种在码分多址移动通信系统中功率控制的方法。
CDMA(码分多址)系统是一种使用频谱扩展技术的多址联接系统。常规的窄带CDMA系统在TIA／EIA／IS-95标准中已经提出。CDMA系统的特点是所有用户的信号是在同一频带同时发射，因此影响系统容量的主要因素是用户信号之间的相互干扰，而且在蜂窝系统中，每一个用户的发射功率还会对周围使用同一频带的小区造成干扰，因此，必须对CDMA系统的发射功率(前向和反向链路)进行有效控制，减少对其他移动台和小区的干扰。
在通常的闭环功率控制方法中，接收机测量所接收到信号的信干比，并与预先设定好的门限相比较，如果高于门限，就向发射机发出“降低”的功率控制命令；反之则发出“升高”的功率控制命令。发射机根据接收到的功率控制命令以预先确定的步长调整其发射功率，使发射机的发射功率既能满足一定的通信质量要求，又避免了额外的发射功率对其他用户造成的干扰。
这样的功率控制方法是根据当前时刻的信干比来产生功率控制命令，因为传输和处理有一定的时延，当前时刻产生的功率控制命令的执行将是在将来的某个时刻。由于移动台是不断运动的，发射机与接收机之间的路径损耗(包括传播损失、阴影衰落和快衰落)是不断变化的；另外从功率控制命令产生到执行期间，发射机可能已经执行了更早之前的功率控制命令，这些因素都造成了在功率控制命令执行时刻，接收机所接收到的信干比已经改变了。这样可能使当前时刻产生的功率控制命令不符合执行时刻的要求。使闭环的功率控制产生较大的误差，对其他用户造成额外的干扰，降低了系统的容量。
针对上述现有技术中功率控制的缺点和不足，本专利提出了一种码分多址移动通信系统中功率控制的方法，利用路径损耗在一定的时间内具有一定的相关性来预测路径损耗的变化，从而得到接收机接收到的信干比的变化，产生相应的功率控制命令，使接收机接收到的信干比的方差最小。
为了实现上述目的，本专利提供了一种码分多址移动通信系统中功率控制的方法，通过计算路径损耗的变化对将来时刻信干比的值进行预测来减少所述的闭环功率控制方法中由于功率控制命令的时延带来的功率控制误差，至少包括以下步骤：(1)接收机测量所接收到的信号的信干比(2)计算路径损耗的变化(3)预测将来时刻信干比的值(4)产生功率控制命令，调整发射机的发射功率
其中，步骤(2)中以路径损耗一阶差作为路径损耗的变化，计算步骤为：取出接收机存储的前一时刻测量得到的信干比，与当前时刻测量得到信干比相减，再加上前一时刻接收机发出的功率控制命令的影响，上述的功率控制命令的影响为发射机功率调整的步长与前一时刻功率控制命令相乘。
步骤(3)中所述的将来时刻信干比的值可以通过路径损耗一阶差、当前时刻测量到的信干比以及前一时刻发出的功率控制命令对将来时刻的信干比做线性一阶预测得到。也可以通过路径损耗的一阶差和二阶差以及当前时刻测量到的信干比和前一时刻发出的功率控制命令对将来时刻的信干比做线性二阶预测得到，所述的路径损耗二阶差可利用当前时刻计算得到的路径损耗的一阶差与接收机中存储的前一时刻的路径损耗的一阶差相减得到。
上述的前一时刻的大小可以根据闭环功率控制的时延进行调整，信干比的值是在一个测量周期内的平均值，功率控制命令、接收信号的信干比可以存储在寄存器、内存单元或任何类似的设备中。
上述的步骤(4)中发射机根据所预测的信干比和预先设定好的门限相比较，如果预测值大于门限，那么发出降低功率控制的命令，如果预测值小于门限，那么发出升高功率控制的命令，以此对发射功率进行调整。
同时，对上述的路径损耗的一阶差可以做进一步修正。
利用本专利的方法用来控制CDMA通信系统发射机的输出功率，能够减少闭环功率控制中由于功率控制命令的时延带来的功率控制误差，对发射机的输出功率进行精确控制，从而可以有效降低对用户造成的额外干扰，提高了通信质量，有利于增加系统容量。
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明，其中：
图1是路径损耗变化示意图；
图2是本发明方法和以前的功率控制方法的比较示意图；
图3-图5是本发明方法中的实施例的处理流程图；
图6-图7是本发明方法中对一阶差进行修正的流程图。
首先参见图1和图2，图1代表路径损耗的变化，在图2中，t0时刻的接收机测量接收到的信号的信干比SIR0，SIR0是大于预先设定好的门限值的，按照以前的功率控制方法，此时接收机应该发出“降低”的功率控制命令，由于功率控制命令的传输和处理具有一定的时延，因此在t0时刻产生的功率控制命令将t2时刻得到执行。
由图1可以看出，从t0时刻到t2时刻的路径损耗是不断增加的，这就造成了接收机接收到的信号的信干比SIR2在t2时刻将随着路径损耗的增加而低于门限。而t2时刻发射机执行的是在t0时刻产生的“降低”的功率控制命令，这样使接收机在t2时刻实际接收到的信干比SIR3更加偏离门限，如图2所示。
由上所述，传统的闭环功率控制方法的问题在于由于功率控制命令从产生到执行具有一定的时延，可能使在应该升高功率的时候反而降低了发射机的输出功率，造成了功率控制的误差。我们用以下方案解决这个问题：接收机首先测量所接收到信号的信干比，这个值与以前测量的值用来计算路径损耗的变化，并预测将来时刻的路径损耗的变化及信干比的值，从而产生功率控制命令。这个功率控制命令被发送到发射机用于调整发射机的输出功率。
我们假定功率控制命令的延时是两个时隙，即t0时刻产生的功率控制命令在t2时刻得到执行。当然如果实际系统中功率控制命令的延时为其他值，可以根据本发明方法的精神进行改动，仍不脱离本发明方法的范畴。
首先，接收机通过测量得到t0时刻接收信号的信干比SIR0，然后再根据本时刻和前一个时刻的测量值以及前两个时刻接收方发出的功率控制命令来计算路径损耗的一阶差。由于路径损耗在一定的时间内具有一定的相关性，因此可以假设路径损耗的一阶差在路径损耗的一个变化周期内保持不变。所以可以根据计算得到的路径损耗的一阶差和前一个时刻接收方产生的功率控制命令以及当前时刻的测量值SIR0来预测随着路径损耗的变化在t2时刻接收机将接收到的信号的信干比SIR*。用这个预测值和预先设定好的门限相比较，如果预测值大于门限，那么发出“降低”的功率控制命令；如果预测值小于门限，那么发出“升高”的功率控制命令。由图2可知，在t0时刻预测到t2时刻的信干比后发出“升高”的功率控制命令，使t2时刻的信干比实际上被控制到SIR*，减小了功率控制的误差。
下面结合实施例进行说明，图3是上述预测方法的处理流程图，处理过程从接收机接收到发射机发出的信号21开始，接收机测量接收到信号的信干比22，然后计算路径损耗的一阶差23。计算公式为：
△L(j)=SIR(j-1)+stepsize·TPC(j-2)-SIR(j) (1)
其中：SIR(j)是第j个时刻接收机测量到的接收信号的信干比(单位是dB)；SIR(j-1)是接收机存储的(j-1)时刻所测量得到的接收信号的信干比的值(单位是dB)；TPC(j-2)是接收机存储的(j-1)时刻发出的功率控制命令，以上两个值可以是存储在寄存器、内存单元或者任何类似的设备中；stepsize是发射机功率调整的步长(单位是dB)；△L(j)是第j个时刻计算得到的路径损耗的一阶差(单位是dB)。
接着，接收机对(j+2)时刻的信干比SIR^(j+2)进行预测24。由于功率控制命令的延时是两个时隙，在(j+1)时刻发射机会执行(j-1)时刻产生的功率控制命令。因此在对(j+2)时刻信干比进行预测的时候要考虑(j-1)时刻的功率控制命令的影响。根据路径损耗的一阶差所预测到的(j+2)时刻的信干比为：
SIR^(j+2)=SIR(j)+stepsize·TPC(j-1)-2*△L(j) (2)
接收机使用预测值与预先设定好的门限进行比较25，并发出功率控制命令26。最后将本时刻测量到的信干比的值与本时刻产生的功率控制命令存储起来27，以便下次计算使用。这两个值可以存储在寄存器、内存单元或者任何其它类似的设备中。
本实施例中，只考虑了路径损耗和发射功率变化对接收机接收到的信号的信干比的影响，而忽略了干扰功率的变化造成的信干比的变化。但由于在用户数比较多时，CDMA系统内的多址干扰可以看成是高斯过程，即干扰功率可以认为保持不变，因此忽略干扰功率的变动是合理的。以下的实施例中如非特别说明，均按此假设处理。
以上对本发明方法的第一种实施例进行了描述，下面介绍本发明方法的第二实施例。
图4是本发明方法第二实施例的处理流程图，处理过程从接收机接收到发射机发出的信号31开始，接收机测量接收到信号的信干比32，然后根据(1)式计算路径损耗的一阶差33。利用当前时刻计算得到的路径损耗的一阶差△L(j)与接收机中存储的上一个时刻的路径损耗的一阶差△L(j-1)可以计算得到路径损耗的二阶差34，计算公式为：
△2L(j)=△L(j)-△L(j-1) (3)
其中：△2L(j)是第j个时刻计算得到的路径损耗的二阶差(单位是dB)。
接着，接收机对(j+2)时刻的信干比SIR^(j+2)进行预测35。由于功率控制命令的延时是两个时隙，在(j+1)时刻发射机会执行(j-1)时刻产生的功率控制命令。因此在对(j+2)时刻信干比进行预测的时候要考虑(j-1)时刻的功率控制命令的影响。根据路径损耗的一阶差及二阶差所预测到的(j+2)时刻的信干比为：
SIR^(j+2)=SIR(j)+stepsize·TPC(j-1)-2·△L(j)-3·△2L(j)(4)
接收机使用预测值与预先设定好的门限进行比较36，并发出功率控制命令37。最后将本时刻测量到的信干比的值与本时刻产生的功率控制命令以及本时刻计算得到的路径损耗一阶差存储起来37，以便下次计算使用。在实际的系统中，由于接收机对信干比的测量有一定的误差，另外由于干扰功率也会有一定的波动，可能使预测值有较大的随机波动，从而造成误判断，以下的实施例中介绍了降低这种随机波动的方法。
如图5所示，处理过程从接收机接收到发射机发出的信号41开始，接收机测量接收到信号的信干比42，然后根据(1)式计算路径损耗的一阶差43。然后对计算出的路径损耗一阶差进行修正44。将路径损耗一阶差值的修正值代入公式(2)中，预测(j+2)时刻的信干比45。然后接收机使用预测值与预先设定好的门限进行比较46，并发出功率控制命令47使发射机改变发射功率。最后将本时刻测量到的信干比的值与本时刻产生的功率控制命令以及本时刻计算得到的路径损耗一阶差存储起来48，以便下次计算使用。
图6给出了对计算出的路径损耗一阶差进行修正的处理流程图，这是对路径损耗的一阶差进行修正的一种方法。首先，根据公式(1)计算出当前的路径损耗一阶差50。然后取出存储在接收机中的前n次计算的路径损耗一阶差值51。这样加上当前值就一共有n+1个路径损耗的一阶差值。检查当前计算得到的一阶差与上一时刻的一阶差符号是否相同52，如果相同则对这n+1个值求平均53，并以这个平均值作为当前路径损耗一阶差的修正值(54)，将这个修正值代入公式(2)中预测(j+2)时刻的信干比55。同时存储本时刻计算得到的路径损耗一阶差57以便下次计算使用。如果当前时刻和上一时刻的符号不相同，则刷新以前的存储值55，并不对当前值做修正56，直接代入公式(2)中预测(j+2)时刻的信干比58。同时存储本时刻计算得到的路径损耗一阶差57以便下次计算使用。
图7给出了对路径损耗的一阶差进行修正的另一种方法。首先，根据公式(1)计算出当前的路径损耗一阶差60。然后取出存储在接收机中的前n次计算的路径损耗一阶差的修正值61。这样加上当前计算出的一阶差值就一共有n+1个值。检查当前计算得到的一阶差与上一时刻的一阶差符号是否相同62，如果相同则对这n+1个值求平均63，并以这个平均值作为当前路径损耗一阶差的修正值64，将这个修正值代入公式(2)中预测(j+2)时刻的信干比68。同时存储本时刻计算得到的路径损耗一阶差的修正值67以便下次计算使用。如果当前时刻和上一时刻的符号不相同，则刷新以前的存储值65，并不对当前值做修正66，直接代入公式(2)中预测(j+2)时刻的信干比68。同时存储本时刻计算得到的路径损耗一阶差67以便下次计算使用。
通过上述本发明方法的实施例都是基于定步长的闭环功率控制的描述，不难判断本发明方法也可以用于多步长调整的功率控制。
同时，本发明方法的上述实施例都是使用的线性一阶或二阶预测法，当然也可以采用其他形式的预测方法，仍不脱离本发明方法的范畴。
另外，在发明中使用求平均的方法对路径损耗一阶差进行修正，可以预见，还有其他方法能够进行类似的修正而不脱离本发明方法的范畴。
本发明方法适用于通信系统尤其是CDMA通信系统的闭环功率控制过程。
至此已参考特定实施例阐述了本发明，但本发明不限于这些实施例，可以理解，本领域的技术人员在不脱离本发明范围和精神的情况下可以修改或改进本发明，但不会超出本发明所保护的范围。
Claims (8)
1、码分多址移动通信系统中功率控制的方法，用闭环功率控制方法对发射机的发射功率进行控制，其特征在于：通过计算路径损耗的变化对将来时刻信干比的值进行预测来减少所述的闭环功率控制方法中由于功率控制命令的时延带来的功率控制误差，至少包括以下步骤：
(1)接收机测量所接收到的信号的信干比
(2)计算路径损耗的变化
(3)预测将来时刻信干比的值
(4)产生功率控制命令，调整发射机的发射功率
2、根据权利要求1所述的码分多址移动通信系统中功率控制的方法，其特征在于：所述的步骤(2)中以路径损耗一阶差作为路径损耗的变化，计算步骤为：取出接收机存储的前一时刻测量得到的信干比，与当前时刻测量得到信干比相减，再加上前一时刻接收机发出的功率控制命令的影响，所述的功率控制命令的影响为发射机功率调整的步长与前一时刻功率控制命令相乘。
3、根据权利要求1所述的码分多址移动通信系统中功率控制的方法，其特征在于：所述的步骤(3)中所述的将来时刻信干比的值可以通过路径损耗一阶差、当前时刻测量到的信干比以及前一时刻发出的功率控制命令对将来时刻的信干比做线性一阶预测得到。
4、根据权利要求1所述的码分多址移动通信系统中功率控制的方法，其特征在于：所述的步骤(3)中所述的将来时刻信干比的值可以通过路径损耗的一阶差和二阶差以及当前时刻测量到的信干比和前一时刻发出的功率控制命令对将来时刻的信干比做线性二阶预测得到，所述的路径损耗二阶差可利用当前时刻计算得到的路径损耗的一阶差与接收机中存储的前一时刻的路径损耗的一阶差相减得到。
5、根据权利要求2至4中所述的码分多址移动通信系统中功率控制的方法，其特征在于：所述的前一时刻的大小可以根据闭环功率控制的时延进行调整，所述的信干比的值是在一个测量周期内的平均值，所述的功率控制命令、接收信号的信干比可以存储在寄存器、内存单元或任何类似的设备中。
6、根据权利要求1所述的码分多址移动通信系统中功率控制的方法，其特征在于：所述的步骤(4)中发射机根据所预测的信干比和预先设定好的门限相比较，如果预测值大于门限，那么发出降低功率控制的命令，如果预测值小于门限，那么发出升高功率控制的命令，以此对发射功率进行调整。
7、根据权利要求1至4中所述的码分多址移动通信系统中功率控制的方法，其特征在于：所述的路径损耗的一阶差可以用下述方法进行修正：
(1)取得以前存储的路径损耗一阶差值；
(2)判断当前时刻的一阶差值和上一时刻的值符号是否相同；
(3)如果符号相同，则对当前值和存储的值求平均，用平均值做为路径损耗一阶差的修正值；
(4)如果符号不相同，则刷新存储值，不对当前值做修正；
(5)存储当前时刻的一阶差值。
8、根据权利要求1至4中所述的码分多址移动通信系统中功率控制的方法，其特征在于：所述的路径损耗的一阶差可以用下述方法进行修正：
(1)取得以前存储的路径损耗一阶差的修正值；
(2)判断当前时刻的一阶差值和上一时刻的值符号是否相同；
(3)如果符号相同，则对当前值和存储的值求平均，用平均值做为路径损耗一阶差的修正值；
(4)如果符号不相同，则刷新存储值，直接以当前值做为修正值；
(5)存储当前时刻的一阶差修正值。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| BB1A | Publication of application | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Applicant after: Huawei Technologies Co., Ltd. Applicant before: Huawei Technology Co., Ltd., Shenzhen City |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: SHENZHEN HUAWEI TECHNOLOGY CO., LTD TO: HUAWEI TECHNOLOGY CO., LTD. |
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| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Huawei Technologies Co., Ltd. Document name: Notification to Pay the Fees |
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| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Huawei Technologies Co., Ltd. Document name: Notification of Termination of Patent Right |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20030709 Termination date: 20161028 |