CN1369972A

CN1369972A - 一种反向外环功率控制的方法

Info

Publication number: CN1369972A
Application number: CN 01105343
Authority: CN
Inventors: 胡留军; 吴岩巍
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-09-18
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: CN1128513C

Abstract

本发明公开了一种反向外环功率控制的方法。接收机接收当前帧信号的速率指示和误符号率;根据接收的帧速率指示,进行运行状态判决;进入判决后的运行状态并统计误帧率;利用误帧率与相应状态下目标误帧率的差,调整目标误符号率;比较接收机得到的当前帧误符号率和目标误符号率的差;用得到的差值调整外环门限值;通过限幅器控制外环门限值在指定的范围之内。本发明综合考虑了实现速度和控制精度两方面因素,便于实现,速度较快。

Description

一种反向外环功率控制的方法

本发明涉及一种无线通讯系统的功率控制方法，尤其是码分多址通讯系统中的反向功率控制技术。

码分多址(CDMA)是移动通讯常用多址调制技术中的一种。图1给出了一个典型的CDMA蜂窝系统结构示意图。移动台(MS)12A或12B通过基站收发信机(BTS)16A或16B与基站控制器(BSC)14A进行通讯，某一段时间内移动台可能同时与两个基站都有联系。基站控制器又通过移动交换中心(MSC)与PSTN或ISDN进行网络通讯，同时一个MSC还可接其它的基站控制器，如BSC14B等。

实际上，在某个小区内存在多个移动用户。如果小区中的所有用户均以相同功率发射，则靠近基站的移动台到达基站的信号强(比如MS12B到BTS16B)，远离基站的移动台到达基站的信号弱(比如MS12A到BTS16B)，导致强信号掩盖弱信号，这就是移动通信中的“远近效应”问题。加之CDMA系统是一个自干扰系统，所有用户共同使用同一频率，所以“远近效应”问题更加突出。CDMA系统中某个用户信号的功率较强，对该用户被正确接收是有利的，但却会增加对共享的频带内其它用户的干扰，甚至淹没其他用户的有用信号，结果使其它用户通信质量劣化，导致系统容量下降。为了克服远近效应，必须根据通信距离的不同，实时地调整发射机所需的功率，这就需要进行“功率控制”。由于城市建筑及地面复杂地形的影响，接收机收到的信号是经过多次反射或散射路径传播的结果，它的幅度和相位都是随机变化的，称之“多径信号”，多径信号的衰落通常很严重的，也需要进行功率控制以弥补某段时间的衰落。此外，由于在电波传播路径上遇到高大建筑物、大山、树林等障碍物的阻挡形成电磁波传播的阴影，克服这种阴影效应也需要进行功率控制。因此，功率控制可以说是所有CDMA关键技术的核心。否则CDMA系统的许多优点就无法体现，高容量、高质量的CDMA系统也不可能实现。

为了实现精确的功率控制，CDMA系统通常采用了前向功率控制和反向功率控制相结合的技术。在CDMA系统的前向链路中引入功率控制，通过调整业务信道的基站发射机功率，使前向业务信道的发射功率在满足移动台解调最小需求信噪比的情况下尽可能小。

反向链路的功率控制一般包括三部分：开环功率控制、闭环功率控制和外环功率控制。CDMA系统的每一个移动台一直在计算从基站到移动台的路径损耗，当移动台接收到来自基站很强的信号时，表明该移动台要么离基站很近，要么有一个特别好的传播路径，这时移动台可降低它的发送功率，而基站依然可以正常接收；相反，当移动台接收到的信号很弱时，它就增加发送功率，以抵消衰耗，这就是开环功率控制。开环功率控制简单、直接，不需在移动台和基站之间交换控制信息，同时控制速度快并能节省开销。但CDMA系统中，前向和反向传输使用的频率不同(如IS-95规定的频差为45MHz)，频差远远超过信道的相干带宽，因而不能认为前向信道上衰落特性等于反向信道上衰落特性，这是开环功率控制的局限之处。

为了克服前向和反向链路上不相关的瑞利衰落，可以由基站检测来自移动台信号的信噪比，并把它与一个门限值比较，根据比较结果在前向信道上向移动台发送功率上升或功率下降的指令，移动台根据收到的指令来调节其发射功率，这就是闭环功率控制。实现闭环功率控制的关键是产生、传输、处理和执行功率控制指令的速度要快，以尽量跟踪反向链路的瑞利衰落。

由于不同环境条件下，维持给定的通讯质量需要的信噪比门限值有所不同。因此在闭环功率控制中，信噪比的门限值也不是恒定的，而是可以在外环功率控制下动态变化的。所谓外环功率控制实际上是一种发生在基站内或基站与移动交换中心之间的一种功率控制过程，它以接收的话音质量信息作为控制的输入来调整信噪比门限值，从而改变功率控制命令判别的基准。

在实际系统中，反向功率控制是由上述三种功率控制共同完成的。即首先对移动台发射功率作开环估计，然后由闭环功率控制和外环功率控制对开环估计作进一步修正，力图做到精确的功率控制。这种反向功率控制方法中，外环方法具有很大的灵活性，信噪比门限值调整的好坏在很大程度上决定着控制的性能。因此，需要一种有效的外环功率控制方法，在外界条件变化时自动修正信噪比门限值，以改变移动台的发射功率，使接收的反向链路质量始终维持在一定的目标值附近。

目前的外环功率控制方法有多种。一般可将他们归为两类：一是基于路径补偿的原理，保持接收信号强度为常数；一是基于接收信号质量的方案。前者最大优点是简单，但是这种方法在完全补偿了路径损耗的同时，几乎不能获得容量的增加。基于这种思路的一些改进方案，只弥补了部分路径损耗，可获得一些容量的提升，但常常可能出现控制过程的发散现象。后者使所有的用户具有相同的质量，基本上不会出现发散问题，它实现了容量的提升。美国专利US5396516，“Method and System for the Dynamic Modification of ControlParameters in A Transmitter Power Control System”，其基本技术方案是将通讯过程分为几种状态(比如全速率运行，可变速率运行，删除状态等)，在接收到好帧时门限值下降一步长，接收到坏帧时门限值上升一步长，但在不同状态下上升下降步长采用不同的值。这样的方法，会使门限值调整剧烈，即门限值的方差大，不能很好利用系统容量。

另一份美国专利US5745520，“Method and Apparatus for Power Controlin A Spread Spectrum Communication System Using Threshold Step-down SizeAdjustment”，它提出的方法是直接利用误帧率FER和目标误帧率的差值来调整上升步长或下降步长，通过该步长来调整外环门限值的，这种方法调整门限值的方差仍偏大，影响系统容量的充分利用。此外，美国专利US5732328“Method forPower Control Threshold in Wireless Networks for Communication MultipleInformation Classes”，其思想是利用误符号率与目标误符号率的差值来控制门限值的调整，目标误符号率又是根据误帧率进行调整的。该方法实现较简单，但直接根据两个参数很难在误帧率(FER)和误符号率(SER)之间折衷，最终也不易达到良好性能。

本发明的目的是为了克服现有基于接收信号质量的外环控制方法中实现难度、控制速度、系统容量之间的矛盾，提出一种在保证目标控制质量的前提下，可提高系统容量的外环功率控制方法。

为实现发明目的，本发明提出的方法主要包括以下步骤：

(1)接收机得到当前帧信号的速率指示和误符号率；

(2)根据接收的帧速率指示，进行运行状态判决；

(3)进入判决后得出的运行状态并统计误帧率；

(4)利用误帧率与相应状态下目标误帧率的差，调整目标误符号率；

(5)比较接收机得到的当前帧误符号率和目标误符号率的差；

(6)用(5)中得到的差值调整外环门限值；

(7)通过限幅器控制外环门限值在指定的范围之内。

所述的外环功率控制方法中，步骤(4)和步骤(5)之间还可以包括以下步骤：得到目标误符号率的调整值后，抽样模块250根据选择的抽样率大小，每隔一定时间对缓存区的状态进行抽样，然后将抽样结果送入累加器252用以控制目标SER值的调整速率。

采用本发明所述的方法，相对现有的方法，综合考虑了外环控制方法的实现速度和控制精度两方面因素，控制的方差相对小，节省了发射机的功率，平衡了接收信号的质量，提高了系统容量和电池的使用时间。下面结合附图和实施例对本发明做详细的说明。

图1是CDMA蜂窝移动通讯系统结构图。图2是反向链路闭环功率控制示意图。图3是本发明提出的反向外环功率控制方法的流程图。图4是本发明方法的一个实施例。

外环调整方法在反向功率控制过程中的作用可用图2清楚地表示。在反向链路闭环控制中，基站首先接收移动台天线发射来的衰落信号，在模块200完成接收信号的解调和解码，可以得到一段时间内(比如一个功率控制组时间)接收信号的归一化能量或接收信号的信噪比，还可以从解码的数据字段中判断出当前接收信号帧的质量信息(比如帧速率指示、帧校验字以及误符号率SER等)。将每一段时间内接收到的信噪比值送入比较器270进行与门限值的比较。同时模块220接收当前帧的质量信息，作为外环控制调整模块240的输入，在此完成信噪比门限值的调整，并将调整结果提供给比较器270，以动态改变比较器比较的基准。根据比较器的结果，产生相应的功率控制比特，如果当前接收的信噪比大于门限值，在模块285内产生表征功率下降的控制比特，反之则在模块280内产生表征功率上升的控制比特。然后在模块290中按空中接口协议规定的法则插入到相应的前向业务信道的功率控制子信道上，通过前向链路将功率控制命令送给移动台。移动台在模块110中接收前向链路的信号并检测出有效的功控命令(对应有效发射的功率控制组)，在发射功率调整模块100内按一定步长对发射功率进行调整；如果移动台处于软切换状态，同时接收多个功率控制命令，将尽量执行让它功率下降的命令。

本发明提出的外环功率控制方法如图3所示。首先在300中接收机解调并解码接收信号，得到当前帧速率指示和误符号数；在310中根据接收的帧质量指示进行运行状态判决；在320中进行相应状态下误帧率的统计；然后通过330中比较误帧率和目标误帧率的差，调整目标误符号率；在340中将接收帧的误符号率和目标误符号率进行比较，将差值用来修改外环门限值；在350中利用限幅器将门限值控制在一定的范围之内，以避免某一用户外环门限值设置过高或过低；最后在360中输出调整后的外环设置值给比较器进行功率控制比特的判别。

图4给出了外环功率控制方法一个实施例的详细工作过程。

在此实施例中，移动台具有一个速率可变的声码器，它可以以全速率、1/2速率、1/4速率或1/8速率工作。基站通过解调解码过程得到的数据信息，采用某种速率判决方法，可提供当前帧速率的判决，或产生帧速率的信息。

首先接收帧质量信息的输入，在这里主要是速率判决得到的帧速率和每帧的误符号率SER。在状态判决模块242中，根据速率判决信息(包括四种正确的帧指示和几种错误的帧指示信息)，确定当前帧统计应归入的状态。该状态的划分是根据不同速率下对质量要求的不同进行的，质量要求相同的速率可归入一种状态。根据判别的状态选择不同的统计支路a、b和c。以统计支路a为例，首先在一个环形缓存器244a内统计一定时间段(比如360帧)内的误帧率，该环形缓存器遵循先进先出(FIFO)的原则统计最近一段时间内的FER，以反映当前接收信号的质量。在比较器246a内，当前接收信号的质量与目标通讯质量进行比较，即将统计FER与目标FER1进行比较，得到通讯质量的差值，在这里该差值反映在误帧率FER的差别上。

乘法器248利用转换常数C1将通讯质量的差值转换成对目标误符号率的调整值后，抽样模块250根据选择的抽样率大小，每隔一定时间对缓存区的状态进行抽样，然后将抽样结果送入累加器252用以控制目标SER值的调整速率。抽样模块250的抽样率是要在调整目标SER值的速率和控制精度上折衷考虑的。之所以要进行这种抽取操作，因为缓存区是以一种循环缓存的形式进行工作，一个错误帧从产生到被新来的帧覆盖需要一段时间，该时间取决于设置的缓存区长度。显然在同一状态的保持过程中，每一帧都抽样一次没有意义。因此，抽样模块250需要以一定的比率对缓存区中的“状态”进行抽样，抽样率的大小可根据具体情况视目标SER的调整要求而定，抽样率加快可增大每次调整目标SER的幅度，抽样率降低则可减小每次调整目标SER值的幅度，使目标SER的变化趋缓。

调整后的目标SER值作为比较器254的一个输入端，比较器254的另一个输入端是接收滤波器256的输出。滤波器256对当前接收帧的误符号率SER进行滤波处理，该滤波过程可采用一定阶数的有限冲激响应滤波器来实现。在比较器254内将滤波输出与调整后的目标误符号率进行比较，比较结果送到乘法器258，乘以转换常数C2，实现由误符号率的误差到信噪比门限值修正量的转换，转换的结果再送到信噪比门限值累加器260产生调整后的门限值。

为了限制由于某条链路的过分恶劣导致该链路发射功率的异常，从而对整个系统的其他用户造成巨大干扰，影响整个系统的性能，通过限幅器262的作用，采用限制信噪比门限值调整的最大门限值(MAX_threshold)和最小门限值(MIN_threshold)进行限幅，使每次输出的门限值都控制在该上下限之间。经过此限幅器的作用后，就得到了最终输出信噪比门限值的调整结果。

该控制过程初始化状态可选择一个出现概率较低的帧速率所归入的状态。同时需要对三个统计FER环形缓冲器进行初始化，这一过程需要根据目标通讯质量和统计的总时间算出误帧数目，均匀地填入到缓冲器中，使初始时刻缓冲器内统计的质量正好与目标通讯质量一致。

上面给出的仅仅是本发明的一个典型实施例。本发明所述方法还存在其它许多明显的变化。

如另一个实施例中可将统计FER的状态分为全速率状态(即接收全速率帧)和子速率状态(接收低速率帧，包括1/2、1/4、1/8等速率)两种状态分别进行统计。同样地，也可以细致地将统计状态分为四种统计状态，以相应地与四种速率对应，这都不脱离本发明技术方案的描述。

本发明还可采取其它的质量信息作为调整的输入信息。比如，不只是可采用上述实施例中的两种接收帧质量指示信息，即速率判决结果和误符号率SER，还可采用帧质量校验字，甚至其它附加的当前链路质量的一些信息，如移动速度、通讯环境等级等。

本发明几乎可以不加任何修改地用在采用8K、13K和EVRC等声码器的链路中，只要该接收链路能提供一定的接收质量指示信息即可。

进一步扩充，本发明可应用在所有的闭环功率控制方法中，而不仅仅用在反向闭环功率控制方法中。比如，在反向链路也增加了功率控制子信道的情况下，本发明就可以用在移动台中根据接收的前向链路的通讯质量调整信噪比门限值，比较接收信号的信噪比和门限值产生合适的功率控制命令，在反向功率控制子信道上传送到基站，基站接收并解调该功率控制命令，从而控制相应的前向链路的发射功率。

总之，本发明采用线性运算，实现方便，速度较快，同时控制方差相对较小，在保证目标控制质量的前提下，可提高自干扰系统的容量。

Claims

1、一种反向外环功率控制的方法，其特征在于主要包括以下步骤：(1)接收机接收当前帧信号的速率指示和误符号率；(2)根据接收到的帧速率指示，进行运行状态判决；(3)进入根据判决得出的运行状态并统计误帧率；(4)利用误帧率与相应状态下目标误帧率的差，调整目标误符号率；(5)比较接收机得到的当前帧误符号率和目标误符号率的差；(6)用步骤(5)中得到的差值调整外环门限值；(7)通过限幅器调整使外环门限值控制在指定的范围之内。

2、如权利要求1所述的一种反向外环功率控制的方法，其特征在于步骤(4)和步骤(5)之间还可以包括：得到目标的调整值后，抽样模块(250)根据选择的抽样率大小，每隔一定时间对缓存区的状态进行抽样，然后将抽样结果送入累加器(252)用以控制目标误符号率的调整速率。

3、如权利要求1或2所述的一种反向外环功率控制的方法，其特征在于步骤(2)中的运行状态是根据不同速率下对质量要求的不同来划分的，质量要求相同的速率归入一种状态。

4、如权利要求1或2所述的一种反向外环功率控制的方法，其特征在于步骤(4)具体包括：将统计得到的误帧率与目标误帧率进行比较，得到通讯质量的差值，然后在乘法器(248)中利用转换常数C1将通讯质量的差值转换成对目标误符号率的调整值。

5、如权利要求1或2所述的一种反向外环功率控制的方法，其特征在于步骤(6)包括：对当前接收帧的误符号率进行滤波处理后的结果与调整后的目标误符号率进行比较，比较结果送到乘法器(258)，乘以转换常数C2，实现由误符号率的误差到信噪比门限值修正量的转换，转换的结果再送到信噪比门限值累加器(260)产生调整后的外环门限值。