CN1298128C - 数据吞吐量调整方法 - Google Patents

Abstract

一种数据吞吐量调整方法，应用在宽带码分多址(Wideband Code DivisionMultiple Access，WCDMA)中的数据吞吐量调整，包括以下步骤：A.提供多个参数，包括有：一上边界功率、一下边界功率、一增加参数及一减少参数；B.接收一信号；C.根据控制该信号发射功率的一发射功率控制信息，检索一功率超出参数及一功率未满参数；D.判断是否该功率未满参数大于该增加参数？若为是，增加数据吞吐量，执行G，若为否，执行E；E：判断是否该功率超出参数大于该减少参数？若为是，减少数据吞吐量，执行G，若为否，执行F；F：保持该数据吞吐量，执行G；G：结束。

Description

数据吞吐量调整方法

技术领域

本发明是关于一种数据吞吐量调整方法，尤指一种应用在宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)中的数据吞吐量调整方法。

背景技术

随着科技的进步，移动电话也愈来愈普及，而人们对移动电话手机的要求也愈来愈高，除了基本的语音通信功能外，由于因特网的普及，使用者也希望手机能有数据传输的功能。当然，对数据传输速度的要求也愈来愈高。

在一样的传输环境中，能提供较高发射功率的手机通常可以得到较高的传输速度。然而，手机的发射功率不可能无限提高。再者，过高的发射功率容易干扰到附近的使用者，迫使其它使用者的发射功率也跟着提高，反过来干扰自身信号，于是就会产生类似军备竞赛般的正回馈。因此，一味地提高发射功率是一种损人也不利己的作法，并不是增加传输速度的最好方法，而且提高功率的使用也会使电池的使用时间降低，造成使用者的不便。

事实上，环境对无线通信的质量影响很大，包括路径损耗，噪声干扰，都是影响发射功率的因素，因此为了控制通信质量，在通信环境差的时候可以提高功率或是降低速率以减少比特差错率，或是在通信环境优良时，降低功率或是增加比特率，以增加吞吐量。因此，在第三代合作项目(3GPP，ThirdGeneration Partnership Project)中，对数据传输速度-功率的整合性的调整(adaptive power and rate jointly)作了原则性规范。请参阅图1，此为3GPP对数据传输速度规定示意图。3GPP的基站会对每一只手机的发射功率作一个限制，也就是说手机的发射功率限制在一个工作范围〔上限功率下限功率〕内。手机就在这个工作范围内寻找适当的传输速率。如果手机的发射功率大于上限功率，表示传输环境变差，需要用较大的发射功率维持数据吞吐量，然而此时应该作的却不是提高发射功率，而是要降低数据吞吐量，如前述，因为如果提高功率会使其它使用者受到更大的干扰，对本身也不见得有利。如果手机的发射功率小于下限功率，表示传输环境比预计中的还好，可以用比原来预估更低的发射功率达到预估的效果，所以就可以将发射功率提高到工作范围内，以增加数据吞吐量，虽然功率的增加会成对其它使用者的干扰，但在工作范围内的发射功率是预期内的干扰，因此可以被接受。如果发射功率是在工作范围〔上限功率下限功率〕内，表示在预期掌握中，维持目前的数据吞吐量。

3GPP只对数据吞吐量作了以上原则性的规范，所以针对这个问题，实际上是一个开放的议题(open issue)，每个人都可以有自己的作法。目前已知文献上提出的做法如3GPP TS 25.922，”Radio resource managementstrategies”V4.1.0，June，2001或C.W.Sung etc，“Power Control and Ratemanagement for Wireless Multimedia CDMA system”，IEEE Trans.OnCommunication，Vol 49，No 7，pp1215-1226，July 2001，为中央管理同时调整速率与功率，但其实际上其所提出的方法在硬件的设计复杂度高，难以实现；而又如Kin K.Leung etc，“Controlling QoS by integrated power control and linkadaptation in broadband wireless network”European Transaction onCommunication，July-August Issue，2000内所提基于对于每个帧(Frame)测量其信噪比(SNR：Signal to Noise Ratio)的来调整速率与功率，但在信噪比高的时候，下一个信号帧的信噪比可能急速下降，造成系统误判。另在实作上另有采用查表法的方式，来寻求解答。请参阅图2，此为目前一般采用的参考表示意图，其中横轴为信号强度，纵轴为数据传输量。通常，手机会发出一个测试信号给基站，基站根据接收信号的强度信息(以信噪比表示，signal-noiseratio，SNR)回馈给手机，这个过程称之为闭环过程。手机通过此信息及参考表，可以得到几组不同处理增益及其所对应的数据吞吐量，此时根据目前状况再决定采用哪一组。以一实例说明，当基站回馈的信号强度SNR为0时，手机视情况选择处理增益，一般都会选取较高的数据吞吐量，所以，会选择处理增益＝16(图2中—*—曲线)以及所对应的数据吞吐量。之后，再根据与基站所送来的信息对数据吞吐量作机动调整。

然而，目前的作法有一个重大的缺点，就是可能产生乒乓效应(Ping-pongeffect)，当环境变化较大，SNR值会受影响，数据吞吐量会不稳定，以致可能产生一下子提高，一下子又要降低的现象，乒乓效应对数据传输不是一个好的现象，因为容易造成数据分组的遗失。因此必需加以改进。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种稳定、不会产生乒乓效应的数据吞吐量调整方法。

本发明的次要目的是提供一种以最省最少功率传出最多数据量的数据吞吐量调整方法。

为达上述目的，本发明提供一种数据吞吐量调整方法，应用在一通信系统中的数据吞吐量调整，包括以下步骤：

A：提供多个参数，包括有：一上边界功率、一下边界功率、一增加参数及一减少参数；

B：接收一信号；

C：根据控制该信号发射功率的一发射功率控制信息，检索一功率超出参数及一功率未满参数；

D：判断是否该功率未满参数大于该增加参数？若为是，增加数据吞吐量，执行G，若为否，执行E；

E：判断是否该功率超出参数大于该减少参数？若为是，减少数据吞吐量，执行G，若为否，执行F；

F：保持该数据吞吐量，执行G；

G：结束。

本发明还提供一种数据吞吐量调整方法，应用在一通信系统中，包括以下步骤：

A：由一传输功率传输决定一第一比特噪声率；

B：提供多个参数，包括有：一上边界功率、一下边界功率、一增加参数及一减少参数；

C：接收一信号，周期性的每隔一第一预定时间检索该信号的一第二信噪比；

D：比较该第一比特噪声率与该第二比特噪声率，当该第一比特噪声率大于该第二比特噪声率时，该传输功率加一预定值，当该第一比特噪声率小于该第二比特噪声率时，该传输功率减一预定值；

E：当该传输功率大于该上边界功率时，使一功率超出参数加1，当该传输功率小于该下边界功率时，使一功率未满参数加1；

F：重复步骤C，直到超过一第二预定时间，该第二预定时间包括多个第一预定时间；

G：当该功率未满参数大于该增加参数，增加数据吞吐量，当功率超出参数大于该减少参数，减少数据吞吐量；

H：当该功率未满参数小于该增加参数与当功率超出参数大于该减少参数，保持该数据吞吐量。

附图说明

图1是3GPP对数据传输速度规定示意图；

图2是参考表示意图；

图3是本发明的流程图；

图4是图3中步骤的一具体实施例流程图；

图5是本发明与传统方法的比较图。

具体实施方式

为使本领域技术人员对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，现在配合附图详细说明如后：

本发明的原理在利用信号中所带的发射功率控制信息来适当调整数据吞吐量。在W-CDMA中，上行链路(Up link，UL)与下行链路(down link，DL)的数据信道皆被分割成时隙与帧，其中一个时隙的长度为666.667μsec，相当于系统码片传输速率下2560个码片的长度，而十五个时隙被串联成为一个10ms的帧，帧是信道编码与数据交织处理时的基本单位，然而某些与时间关系密切的关键信息，例如发射功率控制比特，会附加在每一个时隙中，通常是一个比特的数据，当该比特为「1」时，表示提高发射功率一单位；当该比特为「0」时，表示降低发射功率一单位。目前常用的单位是1分贝(dB)，也就是说当该比特为「1」时，表示发射功率提高1dB；当该比特为「0」时，表示发射功率降低1dB。本发明即利用此发射功率控制比特所带的信息，来达到控制数据吞吐量的目的。

请参阅图3，此为本发明的流程图。在基站将信号强度信息提供给手机之后，即可利用本发明。本发明包括有以下步骤：

步骤1：提供多个参数，包括：一增加参数及一减少参数；首先界定几个重要的参数：增加参数与减少参数则是跟增加或减少数据吞吐量有关，至于如何设定以上参数，稍后再加以详述。

步骤2：接收一信号；在W-CDMA中，传输信号如前述，帧是处理时的基本单位，每个帧包括有15个时隙。

步骤3：根据控制该信号发射功率的一发射功率控制信息，检索一功率超出参数及一功率未满参数；由于每个时隙都会包括基站给手机的发射功率控制信息，因此计算会使手机发射功率超过上边界功率或未满下边界功率的次数，利用这两个次数作为判定的依据。并请同时参阅图4，此为步骤3的一具体实施例。步骤3更可以下列步骤达成：

步骤31：将功率超出参数及功率未满参数设定为0，一次序参数x为1；

步骤32：x是否等于15？若为是，执行步骤35；否则执行步骤33；

步骤33：计算第x个时隙中的该发射功率控制信息要求的发射功率，若该时隙的发射功率高于一上边界功率，则该超出参数+1；若该时隙的发射功率低于一下边界功率，则该未满参数+1；其中，该上边界功率及该下边界功率的范围就是手机容许的发射功率范围；

步骤34：将x往上递增1；

步骤35：结束。

步骤4：判断是否该功率未满参数大于该增加参数？若为是，执行步骤7，若为否，执行步骤5；如果功率未满参数大于增加参数，表示通信环境不错，可以增加数据吞吐量。

步骤5：判断是否该功率超出参数大于该减少参数？若为是，执行步骤8，若为否，执行步骤6；如果功率超出参数大于减少参数，表示通信环境不良，需降低数据吞吐量。

步骤6：保持该数据吞吐量，执行步骤9；如果功率未满参数未大于增加参数，或功率超出参数未大于减少参数，表示通信环境在预估中，所以不作任何调整。

步骤7：增加数据吞吐量，执行步骤9。

步骤8：减少数据吞吐量，执行步骤9。

步骤9：结束。

接着讨论如何设定所需要的参数值。首先要定义的是手机的工作功率范围，也就是找出上边界功率及下边界功率，通常，基站会送给一个消息通知手机希望收到多少功率，排除环境的影响，就是手机理想的发射功率，可以表示成：

P＝P_T+P_L-P_G+N；

P表示理想发射功率；

P_T表示目标功率，也就是基站期望手机信号的强度；

P_L表示信号在空间中传递所损耗的功率；

P_G表示处理增益；

N表示噪声功率，为噪声干扰功率。

其中，为简化叙述，等式中的每一项皆可以分贝(dB)形式表示。

将理想发射功率稍微上下放宽，就可以取得上边界功率及下边界功率，可表示成

上边界功率：P_U＝P+t₁；

下边界功率：P_D＝P-t₂；

其中，t₁表示容许误差一，t₂表示容许误差二，t₁、t₂可以依情况调整，在一般的状况下，经过发明人实验模拟，测得t₁、t₂为3dB时，可以得到最好的效果。

其次，是如何设定增加参数及减少参数。增加参数及减少参数其实就是本发明判断是否该增加或减少数据吞吐量的标准：当功率超出参数大于减少参数时，降低数据吞吐量，或是功率未满参数大于增加参数，增加数据吞吐量。所以如何适当设定增加参数及减少参数，就是本发明的重点。在选择增加参数及减少参数有几个考量的因子，首先，增加参数及减少参数不应该太大，以本实施例而言，就是增加参数及减少参数不应该太接近15，因为如果数值设太大，就意味改变数据吞吐量的条件就较严苛，造成不是使用者错失增加数据吞吐量的机会，失去本发明的意义，就是使用者在非常糟的通信环境下以过高数据吞吐量传输数据，造成分组的遗失。其次，增加参数及减少参数也不能太小，因为如果过小，使得功率未满参数或功率超出参数容易达到增加参数及减少参数，使得系统变得太灵敏，除了可能发生所作的调整并不适合目前的通信环境外，数据吞吐量也可能因为经常改变，而容易形成乒乓效应。所以，发明人经过实验，模拟各种状况，归纳其结果后认为，增加参数应该是中间的数字，而减少参数以为较小的数字为宜。也就是说，采取保守策略可以得到较好的效果。如果发射功率过高，应立即减少以维持传输质量，而如果发射功率未达下边界功率，应该再观察一下，确定通信环境真的变好后再提高数据吞吐量。在本实施例中，将增加参数设定成12及减少参数设定成5可以得较佳的结果。

请参阅图5，此为本发明与传统方法的比较图。横轴依次为本发明、传统方法、以及完全掌握通信环境的最佳理想条件。纵轴为数据吞吐量除以传输功率，就物理意义而言，就是每单位功率可以送出多少数据量。明显可以看出，除了本发明远优于传统方法外，跟最佳状况比起来，本发明也不遑多让，只稍稍略低一点，然而最佳状况在实际上几乎不可能达到，由此更可以看多本发明的优越性。每单位功率可以送出多少数据量这个数值最直接影响的就是电池的使用时间。电池的使用时间一直是手机设计的重点，采用本发明即可在不变动其它部分下，只用软件就可以达到省电的目的，更是本发明卓越之处。

上述仅为本发明的优选实施例，当不能以此限制本发明的范围。即大凡依本发明权利要求书所做的均等变化及修改仍将不失本发明的要义所在，也不脱离本发明的精神和范围，故都应视为本发明的进一步实施状况。

Claims (6)

1.一种数据吞吐量调整方法，应用在一通信系统中的数据吞吐量调整，包括以下步骤：

A：提供多个参数，包括：一增加参数及一减少参数；

B：接收一信号，该信号包括多个时隙；

C：针对所述多个时隙的每一个，计算发射功率控制信息要求的发射功率，并检索一功率超出参数及一功率未满参数，在检测每个时隙时，如果该发射功率高于一上边界功率，则该超出参数往上递增1，如果该发射功率低于一下边界功率，则该未满参数往上递增1；

D：判断是否该功率未满参数大于该增加参数？若为是，增加数据吞吐量，执行G，若为否，执行E；

E：判断是否该功率超出参数大于该减少参数？若为是，减少数据吞吐量，执行G，若为否，执行F；

F：保持该数据吞吐量，执行G；

G：结束。

2.如权利要求1所述的数据吞吐量调整方法，其中该上边界功率及该下边界功率可以分贝形式表示。

3.如权利要求1所述的数据吞吐量调整方法，其中该B步骤，该信号可为一帧。

4.如权利要求1所述的数据吞吐量调整方法，其中该信号包括有15个时隙，该C步骤还包括以下步骤：

C1：将该功率超出参数及该功率未满参数设定为0，一次序参数为1；

C2：该次序参数是否等于15？若为是，结束，否则执行C3；

C3：计算第次序参数个时隙中的该发射功率控制信息要求的发射功率，若该时隙的发射功率高于一上边界功率，则该超出参数往上递增1；若该时隙的发射功率低于一下边界功率，则该未满参数往上递增1。

C4：次序参数往上递增1。

5.如权利要求4所述的数据吞吐量调整方法，其中该C3步骤的该上边界功率可以为：

该上边界功率＝目标功率+路径损耗功率-处理增益+噪声功率+第一容许误差；

其中该目标功率为所要求的功率，该路径损耗功率为信号传递中损失的功率，该处理增益为将一信号扩频处理所需的功率，该噪声功率为噪声干扰功率。

6.权利要求4所述的数据吞吐量调整方法，其中该C3步骤的下边界功率可以为：

该下边界功率＝目标功率+路径损耗功率-处理增益+噪声功率-第二容许误差；

其中该目标功率为所要求的功率，该路径损耗功率为信号传递中损失的功率，该处理增益为将一信号扩频处理所需的功率，该噪声功率为噪声干扰功率。

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