CN1309845A - 在基于码分多址的系统中用于硬切换的自适应功率容限 - Google Patents

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Abstract

公开了一种在基于码分多址(CDMA)的系统中用于调整硬切换之后移动台发射功率电平的技术。在本发明的实施例中,根据对多个硬切换事件的统计收集可以得到与发射功率电平相关的数据的分布。根据该分布可以得到功率容限,这样使得功率容限可以根据系统内的负荷高低情况而变化。然后该功率容限可以应用于执行硬切换的移动台,使得移动台仅以满足小区内连接所要求的适当功率电平发射。本技术可以提供一种自动并且动态的功率容限,它可以根据系统内变化的负荷条件而增大或减小。本发明减小了硬切换后由移动台以不必要的大功率发射而引起的干扰量,因此改善了系统的整体性能和连接质量。

Description

在基于码分多址的系统中用于硬切换的自适应功率容限
发明领域
本发明总体涉及无线射频电信系统。本发明更具体地涉及到减小在硬切换之后由移动台以不适当的高功率电平发射而引起的干扰的方法。
发明背景
在基本蜂窝电信系统中(如图1所示)，系统控制器通过一系列数字传输链路115被链接到基站网络上。基站分布在地理区域内以形成系统的覆盖区域。每一个基站(BS)被指定去覆盖一个通常被称为小区的特定区域，其中在相关小区内可以在移动台与基站之间建立双向无线通信连接。在简化的示范描述中只示出了两个基站，然而实际上可以有多个基站来形成系统的功能覆盖区域。本领域内技术人员应该可以理解到，系统内还要典型地包括其它在本示范实例中没有示出的部件和设备。总之，由于MS在网络中各处移动，所以在被称为是切换的事件中，要通过把连接转移到相邻的基站来维持与网络的通信。为简明起见，术语移动工作台被简称为移动台。
在根据码分多址(CDMA)进行操作的电信系统内，在从起始BS切换到相邻BS之前，移动台可以同时与多于一个基站进行通信。在本领域中这被称做“软切换”，其中移动台在终止与起始BS通信之前，要启动与相邻BS的通信。当所有业务都工作于公共的扩频频率之上的时候，这种“中断之前接通”过程是可能的。软切换的一种变化是被称做“更软切换”的技术，其中移动台同时与同一BS的多个扇区进行通信。软切换存在有若干优点，例如减小了掉话的危险性、切换期间无话音中断、提高下行链路中的信噪比增益、以及更加能够对抗对数正态分布衰落和多径衰落(原因在于，平均来讲，来自衰落或多径影响的聚合不会发生在同一个时刻)。
在示范CDMA系统中，要在移动台检测到的相邻基站发出的导频信号的信号强度基础上进行切换判决。导频信号可以由伪随机序列(PN)来区分，使得移动台能够在清楚的分类组中判定并且分配基站。例如，这些组内包括活动组：该组是移动台正在活动地与之进行通信的一组基站；还有侯选组：该组是这样的一组基站，根据所述基站设定的系统参数，它们的导频信号强度是足以进行通信的；以及相邻组：该组是位于这样的区域内的一组基站，即在这些区域内的导频信号强度指示将有可能会满足与移动台的通信要求。在每一组内基站的分类可以根据移动台接收到的导频信号强度来作出修改。然后由系统控制器进行切换判决，典型地该判决是部分地基于报告的导频信号强度的。
CDMA系统内出现的另外一种切换就是“硬切换”，这种切换发生在例如两个频率间或当基站之间没有适当地同步而不能采用软切换时。由于在第二频率上的通信建立之前就已经中断了第一频率上的通信，所以这种切换的通常特点是“接通之前中断”。发生在同一小区内的硬切换被称为小区内硬切换，而发生在小区间的硬切换被称为小区间硬切换。硬切换典型地发生在供应商的设备限制阻止执行软切换的情况中，例如移动中的移动台的通信层发生变化、双模式系统内的模式切换、运营商网络之间的切换、以及要求频率内硬切换的资源分配问题。
实施硬切换的缺点包括：增加了掉话的概率、语音中断、并且损失了软切换增益。而且硬切换会有害地影响系统内连接的性能和整体质量。例如在示范CDMA系统内一个很明显的问题就是：如何能够在硬切换之后立即调整移动台的发射功率电平。该问题会发生在如下情况中：当位于覆盖区域边缘的移动台正与向其提供服务的BS通信时，会要求其发射功率相对比较大。这种情况下，移动台距离相邻BS可以非常近，因此，由于在新小区内只需要相对较小的功率便可以维持通信，所以在目前大功率电平的时候进行切换会在新小区内产生很大的干扰。这种现象还会在下列情况中显得更加严重，即由服务小区内用户数量的增加/减小而造成的小区收缩/扩张会导致小区边界的漂移。在现有技术中，与容量相关的小区扩张和收缩趋势被公认为是小区的呼吸效应，而且它是进行系统规划设计的重要因素。
硬切换之后，由于只要移动台还与起始服务BS保持连接，相邻BS就不能够控制该移动台的功率电平，所以移动台也不知道合适的发射功率电平。结果是，移动台会以过高的功率电平进入到新小区内，这就会产生突发的上行链路干扰，因此会降低共享同一频率的其它移动台的连接质量。一旦进入新小区，功率控制算法就会逐渐调整移动台的发射功率，使其可以工作在适当的范围之内。
已经提出的一种解决方案是预先估计硬切换之后的功率减小量。在例如根据IS-95B操作的CDMA网络中，小区参数INIT-PWR与功率控制算法共同使用，试图把功率电平减小到符合新小区内要求的功率电平上。小区参数INIT-PWR用于减小功率电平，即硬切换之后立即减小功率。这种功率电平的减小被称为功率容限，其典型数值是大约3dBm，而且可以由各个运营商设置到任何电平上。IS-95A中使用的INIT-PWR参数在开始的时候并不是用于与硬切换相关的功率控制问题，而是专用于移动台首次接入时，在不知道适当的功率电平是多少的情况下，减小移动台的发射功率。
按照这种方式使用INIT-PWR参数的缺点在于：由于满足通信所需要的功率电平是随时间变化的(例如由小区的呼吸效应造成)，所以指定的减小量可能不会适用于所有的操作条件。这可以通过描述在一天时间里，单个小区内的功率电平活动来说明。例如，白天由于系统内的移动台比较多，加之来自其它干扰源的干扰，而由此带来源自增大的干扰的小区呼吸，使得切换发生之前移动台的发射功率比较高。相反，夜晚的操作典型地呈现出切换事件发生前后发射功率电平相对比较恒定，因此对发射功率进行强制下降会不必要地降低信号质量。由于所要求减少的幅度会在一天内发生变化，所以现有解决方案的相对不灵活性(例如采用固定的INIT-PWR)可能不会导致最佳的操作水平。
综上所述，本发明的一个目的在于提供一种能够在切换之后供移动台使用的改进的功率调整技术。
发明概述
简而言之，并且参考其实施例，本发明公开了一种在基于码分多址的系统中所使用的、能够在硬切换之后减小移动台发射功率电平的方法。该方法包括建立一个包含与发射功率电平相关的数据在内的数据库，该数据源于对硬切换事件的统计收集。为了判定可供在特定的小区或特定位置之间进行硬切换的移动台使用的足够的功率容限，要求给出该数据的分布情况。然后可以在目前系统负荷或者其它相关因素的基础上，使用、按比例减小或者去除该功率容限。
本发明提供一种有效的装置用于减小由移动台以不必要的大功率电平进行发射所造成的干扰量，因而可以改善系统的整体性能和质量。通过阅读随后的详细描述以及研究各种附图，可以很明显地看到本发明的这些以及其它优点。
附图简述
参考随后的描述以及附图可以最好地理解本发明及其目的和优点，附图包括：
图1给出简化的示范无线电信系统；
图2说明硬切换效应的示范描述。
图3给出根据本发明进行操作的移动台的发射功率的示范曲线图。
优选实施例的详细描述
如上所述，发生在CDMA系统内的硬切换典型地会对网络产生多方面的影响。总体来说，在大多数情况中最好采用软切换，但是由于不兼容以及设备所限，因此并不是所有情况中都可以使用软切换。由于新基站在切换过程中不能控制移动台的发射功率电平而在新小区内可能会引入不必要的高干扰电平，所以硬切换可以影响系统的性能。随后的描述就是针对一种能够在硬切换后减小移动台发射功率电平的改进技术。
考虑图2中的情况，其中给出一个简化的无线电信系统，描述了一个产生硬切换情形的示范过程。图中基站BS1为小区1提供通信服务，基站BS2为小区2服务。两个小区之间的界限由直线210表示，它代表各个小区的覆盖区域的边界。在典型的切换过程实例中，BS1开始与小区1内的MS建立连接。由于MS向BS2移动，所以当MS基本上位于小区2之内时，切换就会发生。在切换前的这一时刻，由于MS和BS1间的距离的路径损耗通常比较大，所以该MS要以相对较高的功率电平向BS1发送。此外，随着更多的用户开始在小区1内操作，小区的呼吸效应也会导致小区边界210向BS1方向移动，这样为维持与BS1的联系，就会进一步迫使移动台以较高的功率电平发送。由于MS可以非常接近BS2，所以与BS2进行连接所要求的功率电平就会比较低。这样以较高的功率电平发送而又没有适当的功率控制的硬切换初始阶段的效应就是：在小区2内造成突发干扰。
根据本发明的示范实施例，在进行小区间和扇区间硬切换的前后要收集移动台的发射功率电平数据。为了获得代表数据分布的分布图，在业务活动变化期间，系统控制器要收集整天的统计数据。该分布代表对数据的解释，而且可以通过使用各种公知的统计运算方法例如平均来得到。关于切换的统计数据要在若干天、几周甚至是几个月的时间内进行收集，这样得到的数据库就可以显示出切换前和切换后功率电平的指示图样。例如，为了衡量功率电平的差别，可以使用在切换前和切换后适当数量的功率电平样本。
对于系统控制器来说，一种获得样本的方法就是采用按先进后出(FILO)型运行的缓存器，其中存储大概4秒钟的功率电平样本，这样当切换事件发生时，可以采用事件发生后的附加的2秒钟的样本。由于移动台向系统以约每秒钟800次更新的速率更新功率电平，所以为了判定平均功率差别，保存在缓存器内的统计数据可以在切换前2秒钟和切换后2秒钟之内进行平均。另外一种技术是：根据移动台、BS或其它标识切换将要到来的相关事件所发出的切换请求，去触发对功率电平样本的记录。指示功率电平差别的统计信息可以被用于去估计足够的功率容限。这样，小区参数INIT-PWR(典型地由切换消息发送)可以被动态地调节到其最佳数值上。
足够的功率容限允许移动台以较低的功率电平进入新小区或扇区，但如果功率电平太低，则会使移动台的帧擦除概率(FER)比较大，直到由功率控制算法来修正。可以认为一个单独移动台的暂时性通信不便要好于其它正在工作的移动台都受到干扰，因为那样，则共享频率的所有移动台都要受到由游离移动台所生成干扰的影响。
正如本领域的技术人员公知的，工作在白天业务高峰条件下与夜晚业务低谷条件下的功率电平变化是非常大的。在白天的业务高峰期间，由于白天附加的业务和其它干扰源的影响，所以与低业务负荷时间相比，白天的干扰电平通常要相对高一些。一个与干扰电平相关的可用度量是EC/I0比值，其中EC/I0比值是每码片能量除以干扰的功率谱密度，它用于指示覆盖质量和强度。期望能够维持大体恒定的EC/I0值，这样整个系统内存在令人满意的质量。随着干扰电平I0的增加，为了维持相同的连接质量，则要求功率EC也必须要相应地增加。例如为响应由于更多的用户进入到系统当中或者移动台移动离开服务的BS而造成的小区呼吸效应，当功率控制算法指示移动台增加其功率时，这种情况就会发生。
在夜晚或低干扰条件下，功率容限的应用可能会对系统性能造成负面影响，因为它可以使功率电平降低到满足连接所要求的数值之下。这样在本发明的实施例中，在收集到的统计数据的基础上，在白天可以使用该功率容限INIT-PWR参数，而在夜晚可以完全地去除或者大大地降低该参数。
图3给出了在刚刚发生硬切换前后的时间内，根据本发明操作的移动台发射功率的示范曲线图。曲线320表示在白天操作的移动台的发射功率电平。切换事件发生在0时刻(图中由直线300表示)。在切换将要发生之前的那段时间内，由于移动台靠近服务的BS的小区边界或由于小区的负荷较高，所以该移动台以相对较高的功率电平进行发射。在切换刚刚发生之后，功率容限的应用会使发射功率下降大概6dBm到接近新小区内满足连接所需要的适当功率电平(图中由直线310所示)。曲线330表示夜晚工作的移动台的发射功率电平，其中没有采用功率容限。在整个切换过程中，功率电平保持得相当恒定，这样显示：在这些条件下实际上没有出现与硬切换相关的影响。
本发明考虑使用动态功率容限，用于改善基于CDMA的系统内硬切换的功率控制，并且特别适用于抵消小区呼吸效应的影响。功率容限参数可以自动地适用于基于小区到小区或者扇区到扇区的各种情况，以适应各种业务水平。改善的功率控制所带来的结果会减小系统内的干扰，因此改善了整个连接质量。
应该可以理解到，在此给出的实施例仅仅起到示范作用，对于本领域内的技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对实施例进行修改和加以变化。特别是除了功率电平之外，还可以收集其它类型的统计信息，例如误比特率(BER)、帧擦除率(FER)，以及指示与硬切换相关的问题的干扰。而且，本发明还可以适用于其它类型的基于CDMA的系统，因而并不限于在此讨论的特定功率容限参数。所有的这些变化和修改都将包括在所附权利要求所定义的本发明的范围之内。

Claims (9)

1．在基于码分多址的无线电信系统内用于调整硬切换之后移动台发射的功率电平的方法，它包括如下步骤：
收集包含与多个硬切换事件相关的功率电平数据的统计数据；
根据该收集到的统计数据生成发射功率电平的分布；
根据该分布判定适当的功率容限；以及
在硬切换之后，对该移动台应用该功率容限。
2．权利要求1中的方法，其中要根据硬切换事件的统计收集来生成该分布。
3．权利要求1中的方法，其中判定适当功率容限的步骤要基于多个硬切换事件的平均功率电平的变化值。
4．权利要求1中的方法，其中功率容限要基于系统的负荷情况。
5．权利要求1中的方法，其中所述应用步骤包括：当工作在系统的大负荷条件下时应用该功率容限，而当工作在系统的小负荷条件下时功率容限要被大大地减小或去除。
6．在基于码分多址的无线电信系统内用于调整硬切换之后移动台发射的功率电平的装置，所述无线电信系统包括系统控制器、多个基站、以及能够与所述基站进行通信的多个移动台，所述装置包括：
包含与多个硬切换事件相关的发射功率电平数据在内的数据库；
从该功率电平数据得到的所述数据的分布，所述分布用于判定合适的功率容限以便供硬切换使用；以及
包含用于调整移动台发射功率电平的功率容限的功率控制算法。
7．权利要求6中的系统，其中该数据库位于该系统控制器之内。
8．权利要求6中的系统，其中该分布表示与硬切换的统计收集相关的功率电平数据图样。
9．权利要求6中的系统，其中该功率容限被包括在切换消息中，该消息从系统控制器经过相关基站发送到移动台。
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