CN1295771A - 移动通信系统中功率控制方法和设备 - Google Patents

Abstract

按照本发明,时间被划分成功率纠正间隔。为各基站确定目标功率或者每比特目标能量和纠正量限制。把这些参数通知给基站。然后,各基站执行功率纠正算法。各基站分别比较所用的发射功率或者每比特能量和所述目标功率或者所述每比特目标能量。比较的结果在所述功率纠正间隔内进一步除上预定数量的功率纠正量,该数量最好等于所述功率纠正间隔内下行功率控制命令的重复次数,从而提供功率纠正量。然后,执行功率纠正和下行闭环功率控制。

Description

移动通信系统中功率控制方法和设备

本发明涉及移动通信系统，尤其涉及减少软越区切换期间从基站到移动台的平均下行发射功率的一种方法和系统。

在码分多址(CDMA)移动通信系统中，通过公用频段与所有基站通信。接收台通过高速伪噪声(PN)码区分占用公用频段的信号。使用不同PN码或者不同PN码相位的发射台生成的信号可以在接收台分别接收。

图1说明了现有技术CDMA移动通信系统的相关部件。各基站(10，11)用以发射的PN扩频码不同于其它基站。移动台20通过基站10进行通话。移动台20配备的接收机使得它除了能够测量基站10的信号强度之外，还能测量包括相邻基站11在内的一组其它基站(未示出)的信号强度。移动台20通过基站10向网络报告测量结果。因为该移动单元通过基站10进行通话，并且它移动到某个位置，它在该位置接收的基站11的信号具有足够强度，所以与基站11建立了同时的通信路径。该决定由控制这两个基站的无线网络控制器30作出。这种状态称为软越区切换，它在本领域内众所周知。移动台还配备了众所周知的瑞克接收机，后者使得移动台能够同时去扩频和组合基站10和11的发射信息。在示例性实施例中，为简明起见，移动单元在两个基站之间执行软越区切换，但实际上可以涉及更多的基站。

因为CDMA基站使用公用的频段进行传输，各发射信号会干扰其它信号。因此，为获得最大容量，对单个基站和移动台的有效的功率控制极其重要。理想情况下，各移动台应当以最小功率或者每比特最小能量发射，但需要确保接收基站的接收机仍足以实现所需的信噪比(SIR)。类似地，各基站发往特定移动台的信息应当以最小功率或者每比特最小能量发射，但需要确保接收移动单元的接收机仍足以实现所需的SIR。在软越区切换中，这两个基站发往特定移动台的信息应当以最小功率发射，但需要确保接收移动单元的接收机组合的信号仍具有标称SIR。如果一个基站发射的功率高于另一个基站，则实际上不会有分集增益。为了最大程度上从分集增益中获益，确保软越区切换中涉及的基站的发射功率尽可能相等是很重要的。实现这一点还有助于尽量减小总下行传输功率。

在现有技术移动通信系统中，移动台能够通过以下方式控制发送给它们的信息的基站发射功率：生成功率控制命令，建议基站以预定量增减发射功率。功率控制命令响应于接收信号的SIR(或者功率)的测量生成，并与预定阈值比较。之后，将功率控制命令插入上行信息传输。基站接收该传输，解码功率控制命令，相应调整其发射功率。这称为下行闭环功率控制。闭环功率控制可以以恒定或者变化的调整量完成。修改闭环调整量的一种现有技术方法在WO 9726716中给出。

在软越区切换期间，下行闭环功率控制存在一个问题。因为基站10和11都接收到来自移动台20的同一传输，这两个基站接收相同的功率控制命令。如果移动台20接收的信号质量高于阈值，移动台20生成并发射功率控制命令，建议基站减小其发射功率。但是，这两个基站接收的上行传输可能经历了不同的衰减和干扰，从而在基站10中出现差错，而基站11却正常。因此，基站10中“降低功率”命令的传输差错将导致基站10增加其功率，而基站11则按照预期的那样减小其功率。这种问题称为功率漂移。如果不采取纠正措施，发射功率的不同将持续到软越区切换的完成，从而降低了整体系统性能。

该问题的一种现有技术方案是限制下行发射功率的动态范围。这不是一种很好的选择，因为它导致基站使用的功率过多，从而增加干扰。

另一种已知方案是以给定间隔将基站发射功率设成相等。这是一种相当缓慢或者耗费信令的方案。

另一种方案是为各基站生成不同的功率控制命令。这耗费空中接口资源，并且无法应用于所有空中接口。

因此，本发明的一个目的是通过阻止软越区切换中涉及的基站以实际不等的发射功率或者每比特能量发射来改进下行信噪比。

本发明的另一目的是确定功率纠正参数：功率纠正间隔长度，目标功率值或者每比特值的目标能量和纠正量大小限制；以及将所述参数以信令形式通知执行功率纠正算法的网元。

本发明的另一目的是除了下行闭环功率控制之外，还利用一种功率纠正算法纠正软越区切换中涉及的基站的下行功率，使得在没有闭环功率控制命令时，不同基站的功率或者每比特能量都分别集中在所述目标功率或者所述每比特目标能量，其比率由功率纠正间隔长度和/或纠正量大小限制决定。

本发明的另一目的是在软越区切换期间，以这种纠正量调整单个基站的下行功率，使得最初可能不等的发射功率集中在下行闭环功率控制的执行上。

本发明的另一目的是提供一种软越区切换期间从下行功率控制命令的传输差错中恢复的方法。

按照本发明，时间被划分成功率纠正间隔。为各基站确定目标功率或者每比特目标能量和纠正量限制。把这些参数通知给基站。然后，各基站执行功率纠正算法。各基站分别比较所用的发射功率或者每比特能量和所述目标功率或者所述每比特目标能量。比较的结果在所述功率纠正间隔内进一步除上预定数量的功率纠正量，该数量最好等于所述功率纠正间隔内下行功率控制命令的重复次数，从而提供功率纠正量。然后，执行功率纠正和下行闭环功率控制。在优选实施例中，闭环调整量与纠正量同时采用，有效地生成了纠正闭环调整量。之后，根据下一功率纠正间隔中移动台的下行功率控制命令，使用该纠正闭环调整量调整发射功率。如果因为突然出现的上行衰落而丢失功率控制命令，则只使用功率纠正量。

下面结合附图，详细描述本发明，在附图中：

图1示出了现有技术CDMA移动通信系统的相关部件；

图2是说明本发明方法的流程图；

图3说明了按照本发明的CDMA移动通信系统的优选实施例的相关部件；

图4是功率控制处理单元30的判决流图；

图5是纠正量计算单元40和41的判决流图；

图6说明了一个功率纠正间隔期间下行闭环功率控制的执行，其纠正闭环调整量按照本发明优选实施例确定。

本发明在图2中说明。在初始步骤60中，确定功率纠正算法所用的参数。这些参数至少包括：功率纠正间隔长度，纠正量大小限制，目标功率值或者每比特值的目标能量。在下一步骤70中，将确定的参数以信令形式通知执行纠正算法的一个或多个网元。在最后的步骤80中，根据信令中的参数执行功率纠正算法。

按照本发明优选实施例的新的功能元在图3中说明。除了现有技术通信系统之外，还包括了一个集中功率控制处理单元50。PCPU 50能够与基站10和11交换控制信息。PCPU 50从基站10和11接收移动台测量和所用的下行信号功率值，或者所用的每比特能量值。基于该信息，PCPU计算基站的目标功率值或者每比特的目标能量，在初始化消息中将其与其它所需参数一起通知给基站。在该优选实施例中，功率纠正间隔和纠正量限制是网络运营商设置的参数。在该优选实施例中，功率控制处理单元安置在控制并连接到基站的网元中。它可以是移动交换机或者无线网络控制器，这由所用的网络体系结构决定。集中功率控制处理单元可以以单独的处理单元或者已有的处理单元中的软件进程的形式实现。在一种情况下，如果移动台与独立的PCPU(未示出)控制的基站通信，则一个PCPU被指定为主PCPU，主PCPU将指示功率纠正参数的信息以信令形式通知第二PCPU。

附加元件是纠正量计算单元40和41，它们最好分别位于基站10和11。CSCU 40和41接收PCPU 50所发送的包含目标功率值和每比特值目标能量的初始化消息，计算按照功率控制命令调整基站功率值时，与闭环调整量一起使用的纠正量。纠正量计算单元可以作为单独的处理单元或者已有处理单元中的软件进程实现。

图4示出了PCPU 50的判决流图。在步骤100中，PCPU接收并存储移动台20的测量结果，最好将其与所用的基站发射功率值或者所用的每比特能量值一起存储。根据接收的信息，PCPU在步骤110中计算下行信道衰减和下行信道干扰估计。一旦计算完估计，PCPU进入步骤120，为单个基站10和11计算目标功率或者每比特的目标能量。因为实际计算方法在本领域中众所周知，此处不再详细讨论。在最后的步骤130中，PCPU发送包含计算的目标功率或每比特目标能量的初始化消息给基站10和11。

图5是优选实施例中纠正量计算单元40和41中判决处理的示例性流程图。两个CSCU中都执行类似的处理，但只描述CSCU 40中运行的进程。在初始步骤200中，CSCU 40确定新的功率纠正间隔已经开始。这种开始最好通过从PCPU 50接收到初始化消息来确定，前述消息包含目标功率或者目标每比特能量。在该优选实施例中，功率纠正间隔是网络运营商所设置的参数，但它可以由PCPU 50调整。如果它由PCPU调整，则将新值在初始化消息中与新目标功率或者每比特能量一起发出。在该优选实施例中，初始化消息在各功率纠正间隔内发射，但是，如果参数保持不变，则可以不发射初始化消息。这种情况下，可以利用内部定时器或者计数器超过预定阈值来实现开始的确定。一旦CSCU 40确定了新的功率纠正间隔开始，则前进到步骤210，分别比较所用的基站发射功率或者所用的每比特能量和目标功率或目标每比特能量。在该优选实施例中，比较的结果是功率比率或者每比特能量比率，这可以最为方便地表示成分贝形式。但是，该结果也可以表示成其它方式，例如功率差。在CSCU 40完成比较步骤210之后，它前进到步骤220，其中如下确定功率纠正量：在一个功率纠正间隔内将功率比率除上预定数量的功率纠正量。因为在该优选实施例中，纠正量与下行闭环功率控制调整量同时生效，所以一个功率纠正间隔中纠正量的数量等于一个功率纠正间隔中下行闭环功率控制命令的数量。

在完成步骤220之后，CSCU 40前进到步骤230，它比较计算得到的纠正量和纠正量大小限制。纠正量大小限制最好是网络运营商设置的参数，尽管PCPU 50可以为各间隔计算这些参数。如果这些参数由PCPU计算，则将新值在初始化消息中与新目标功率或者每比特能量，以及可选的调整后的功率纠正间隔一起发出。如果纠正量在限制内，则处理直接进入步骤240。如果不是，则纠正量的当前值在步骤235中被替换成最近限制的值，然后进入步骤240。在步骤240中，CSCU 40将该纠正量通知给基站10的功率控制单元(未示出)。之后，基站10的功率控制单元结合该纠正量和闭环调整量，在下一功率纠正间隔内按照下行闭环功率控制命令调整基站10的发射功率。现在，在算法开始之后，它或者在功率控制间隔内集中在该目标上，或者如果应用量大小限制，那么它至少在该间隔乘上应用的限制范围内完成纠正量数量的纠正。

图6说明了在一个功率纠正间隔内，按照本发明优选实施例的功率控制的例子。在该优选实施例中，网络运营商设定功率纠正间隔长度是30个功率控制命令周期。为简明起见，假定比特率恒定。基站10和11的初始功率分别是15dBm和5dBm。在新功率纠正间隔开始时，PCPU30基于移动台的测量结果，不同基站的实际发射功率或每比特能量，以及可能的其它数据，计算这两个基站的目标功率。因为比特率是恒定的，可以用目标功率来取代目标每比特能量。在初始消息中，将目标功率7dBm发送给这两个基站。之后，两个基站中的CSCU都开始确定新的纠正量。在基站10中，纠正量是(7dBm-15dBm)/30=-0.27dB。相应在基站11中，纠正量是(7dBm-5dBm)/30=-0.07dB。一旦确定了各基站中的纠正量，检查它是否超过了纠正量大小限制，-0.5dB和0.5dB。在该优选实施例中，限制由网络运营商给出。因为这两个纠正量都位于限制内，所以不需要进行替换。因为纠正量与同一时间的闭环调整量一起使用，所以效果与利用纠正量纠正闭环调整量相同。在CSCU40中有效地纠正闭环调整量，-1dB和1dB，分别纠正为纠正的闭环调整量-1.27dB和0.73dB。在基站11的CSCU 41中，相应的纠正处理导致了-0.93dB和1.07dB的纠正闭环调整量。因此，在下一功率纠正间隔内，基站10的每个“增加功率”下行功率控制命令增加其功率0.73dB，每个“减小功率”下行功率控制命令减小其功率-1.27dB，而基站11的增量和减量是1.07dB和-0.93dB。因为在该优选实施例中，纠正量的使用独立于闭环调整量，即使因突然的上行衰落而丢失闭环功率控制命令，也可以进行纠正步骤。

随着功率纠正间隔的开始，移动台20以15dBm(标记为圆)的功率从基站10接收发射，以5dBm(标记为方)的功率从基站11接收发射。为简明起见，忽略了下行衰减和干扰。这样，移动台20接收的累积功率是15.41dBm(标记为三角形)。假定移动台的下行功率控制环SIR阈值为10dBm。这样，移动台20生成并发送“减小功率”功率控制命令。两个基站都接收该命令，之后基站10减小其功率-1.27dB，基站11减小功率-0.93。同样，移动台20接收的累积功率高于该阈值，它生成并发送另一“减小功率”命令。为一行中5个功率控制命令进行同样的处理。这样，接收的累积功率减小到10dBm，移动台20生成并发送“增加功率”命令。在第6个功率控制命令之后，移动台20接收的累积功率开始在阈值10dBm附近波动。但是，图5中最重要的特性是在保持接收的累积功率为该阈值的同时，单个基站的功率集中到其目标功率值7dBm。在该功率纠正间隔结束时，10dB的初始差减小到可以忽略不计的0.2dB。

前面对优选实施例的描述用于使本领域技术人员生产或使用本发明。该实施例的不同改进对本领域技术人员而言非常明显，此处定义的一般原理可以应用于不使用本创新能力的其它实施例。因此，本发明并不局限于此处给出的实施例，而是需要符合此处公开的原理和新颖特性的最为广泛的范围。

Claims (13)

1．包括移动台和基站的电信系统中控制基站发射功率的一种方法，其中移动台同时从多个基站接收信息信号，如下减少所述多个基站向所述移动台发射使用功率或者每比特使用能量的差别：为所述多个基站的每个基站确定功率纠正参数，后者至少包括功率纠正间隔，纠正量大小限制和目标功率值或者目标能量值；以及在所述多个基站的每个基站中执行功率纠正算法。

2．根据权利要求1的方法，其特征在于，该系统还包括控制元件的多个基站，这些元件的每一个都在其监控下连接到基站，以及所述移动台同时从其接收信息信号的所述多个基站由不同基站控制元件控制，其中所述不同基站控制元件之一被指派为主基站控制元件，以及所述指派主基站控制元件将指示至少一个所述功率纠正参数的信息通过信令通知其它所述不同基站控制元件。

3．根据权利要求1的方法，其特征在于，将指示所述功率纠正参数的信息通过信令通知所述基站。

4．根据权利要求1的方法，其特征在于，所述纠正量大小限制是最大增量和最大减量。

5．根据权利要求4的方法，其特征在于，所述最大增量和所述最大减量的绝对值相等。

6．根据权利要求1的方法，其特征在于，所述功率纠正算法的执行包括分别比较所用基站发射功率或者每比特能量和所述目标功率或所述每比特目标能量。

7．根据权利要求6的方法，其特征在于，所述比较结果是功率比率或每比特能量比率。

8．根据权利要求6的方法，其特征在于，所述比较结果是功率差或每比特能量差。

9．根据权利要求7的方法，其特征在于，在所述功率纠正间隔内，所述功率比率或所述每比特能量比率进一步除以预定数量的纠正量，以提供所述纠正量。

10．根据权利要求9的方法，其特征在于，所述预定数量的纠正量等于所述功率纠正间隔内下行闭环功率控制调整量的数量。

11．根据权利要求9的方法，其特征在于，所述基站中的每一个的发射功率或者每比特能量在预定时刻通过所述纠正量和所述下行环路功率控制调整量纠正。

12．一种基站系统，它能够执行功率纠正算法，将所述基站所发射的功率或每比特能量集中到预定目标值，其特征在于，该基站系统包括接收装置(10，11)，用以接收指示功率纠正算法参数的信息。

13．根据权利要求12的基站系统，其特征在于，该基站系统包括发射装置，用以发射指示所用功率值或者所用每比特能量值的信息。

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