CN1383281A

CN1383281A - Cdma系统中控制前向发射功率的方法

Info

Publication number: CN1383281A
Application number: CN01112723A
Authority: CN
Inventors: 徐�明; 姚春波; 吴岩巍
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: CHINA TECHNOLOGY EXCHANGE CO., LTD.; State Grid Beijing Electric Power Co Ltd; State Grid Economic and Technological Research Institute
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2002-12-04
Anticipated expiration: 2021-04-26
Also published as: CN1219375C

Abstract

本发明公开了CDMA系统中控制前向发射功率的方法。本发明提出的方法同时利用移动台发回的当前帧信息和一段时间内的平均帧质量信息,通过对一段时间内平均误帧率的监控并结合删除指示比特的值获得某一链路的发射功率。本发明提出的方法,能克服以往方法中的频繁提升功率的弊端,在保证链路质量的前提下,尽可能降低基站发射功率,同时也降低了系统间的干扰和有效地增加系统的容量。

Description

CDMA系统中控制前向发射功率的方法

本发明涉及无线通讯系统中控制前向发射功率的方法，尤其涉及CDMA系统中快速控制前向发射功率的方法。

在CDMA系统中，信号由基站传送至移动台的发射功率大小受如下因素制约，这些因素包括：基站到移动台的距离、阴影、衰落以及其它基站的干扰。正是由于这些因素的存在，基站的发射功率是随机变化的。合理地分配基站的发射功率可以达到节约发射功率和降低干扰的目的。由于CDMA系统是干扰受限系统，降低干扰将有效地增加系统的容量，另外，减小每一链路的平均前向发射功率，也会增加系统所能承载的用户数。如果从一个基站到达某一个移动台的功率过大，将会带来对其它移动台的干扰问题。但反过来，如果从基站到移动台的功率过小，将会在移动台侧产生误帧，严重时导致掉话。建筑物引起的阴影效应以及移动引起的衰落都会影响移动台的接收功率。因此，必须采取一种有效而快速的功率控制方法来控制基站发送的功率。

CDMA系统中，前向功率控制的主要作用就是合理分配每条链路的前向发射功率。一个常用的办法是移动台周期性地报告有关前向误帧的信息，该信息可能是功率测量报告消息，基站通过该信息来计算前向误帧率，系统基于该误帧率与某一门限的比较来决定增加或减小前向发射功率。美国专利US5265119《CDMA移动蜂窝通讯系统中控制传送功率的方法和装置》中描述了该方法。由于基于功率测量报告，控制周期一般较长，为1秒左右，如此慢的控制速度将难以保证系统对由于基站发射功率低而引起的前向误帧作出一个快速响应。另外，从基站以某一功率发送出一帧开始到收到有关该帧质量好坏的信息为止，不可避免地存在一定的延迟。这个延迟又将进一步影响功率控制的快速性。如果手机通过删除指示比特(EIB)来通知基站其接收到前向帧的好坏，那么，系统可以通过判断接收帧的好坏来直接决定增加还是减小本链路的发射功率。美国专利US05893035《集中式前向链路功率控制》中提及这种控制方法，控制由BTS和BSC协调完成。该专利给出的上升步长是一个固定步长，对于不同的通讯环境，这种固定步长将会带来不同的结果。另外，利用EIB信息后，系统放弃使用功率测量报告信息，这就相当于只利用了局部信息。另一美国专利US05461639《CDMA系统中快速前向功率控制》中采用了一种新方法，在该方法中，移动台针对不同速率帧进行误帧率的计算，同时移动台根据前向帧的对错来插入功率控制比特。基站对不同速率帧进行误帧率统计，根据统计结果决定各自的功率调整大小。不过，该种方法不能被IS-95支持。

本发明的目的是针对CDMA系统提出一种适用于不同速率帧的前向功率控制方法，本方法不仅能保证系统对基站发射功率的快速而有效的响应，还能降低基站发射功率，增加系统的容量。

为实现发明目的，本发明提出的前向功率控制方法主要包括：

1、系统判断接收的反向帧是否是误帧；

2、如果接收的反向帧不是误帧，系统对前向链路的误帧率进行监控，并基于删除指示比特EIB值计算前向发射功率；

3、如果接收的反向帧是误帧，则统计连续误帧的值，如果连续误帧的值大于门限值，则增加前向发射功率；

4、判断当前发送帧是否是信令帧，如果是则增加前向发射功率；

5、通过限幅器控制发射功率值在指定的范围之内。

所述前向功率控制方法中，步骤4和步骤5之间还可以包括：

对于不同帧速率，其发射功率值乘以一个修正系数。

所述前向功率控制方法中，步骤2具体包括如下步骤：

(2.1)判断前向是否有误帧，如果没有，执行步骤(2.5)；

(2.2)统计一段时间内的误帧率，如果该误帧率不大于阈值，则执行步骤(2.7)；

(2.3)如果延迟计数器处于激活状态，则将延迟计数减1，对连续好帧计数器清零，发射功率不变，执行步骤(2.7)；

(2.4)如果延迟计数器不处于激活状态，则增加发射功率，延迟计数器赋值为S，连续好帧计数器清零，继续执行步骤(2.7)；

(2.5)将连续好帧计数器加1，判断连续好帧计数器的值是否大于连续好帧的门限值，如果大于则减小发射功率；

(2.6)如果连续好帧计数器的值小于连续好帧的门限值，则判断延迟计数器是否处于激活状态：如果处于激活状态，则将功率下降D1步长值，同时延迟计数器减1；否则将发射功率下降D2步长值；

(2.7)回到主流程步骤3。

所述前向功率控制方法中，对于步骤(2.4)中增加的发射功率来说，应该满足小发射功率所对应的增加步长大于等于大发射功率所对应的增加步长。

下面结合附图和实施例对本发明作详细的介绍。

图1为一个简单的蜂窝通讯系统的示意图。

图2为一个完整的蜂窝移动通信系统图。

图3是移动台处于两方软切换状态下系统的简单框图，用来解释集中式闭环前向功率控制。

图4是本发明给出的用来控制系统前向发射功率的方法流程图。

图5是本发明方法中用于监控和控制功率环节的程序流程。

图6是本发明给出的不同功率值的增加步长曲线的一个示例。

图7是本发明给出的不同功率值的增加步长曲线的一个示例。

如图1所示，在蜂窝移动通讯系统中，前向链路是指从基站2到移动台8这一传播链路，即图中的4A。基站2通过前向链路4A传送信号到移动台8，移动台8通过反向链路4B传送信号到基站2。

图2给出了当前发明可以应用的蜂窝通讯系统的框图结构，该框图描述的移动台12A和12B正处于软切换过程中，移动台同时与基站16A和16B联系，基站16A和16B与同一个基站控制器(BSC)14A相联系。移动交换中心10同时与基站控制器14A和其他基站控制器14B相联系。

图3给出了一个相对详细的蜂窝通讯系统的框图，框图描述的移动台20正处于软切换过程中，在移动台20和基站21之间可以采用扩频调制技术如CDMA方式等。在图2中，移动台20与基站控制器22的通讯通过一个或多个基站21a、21b进行。基站控制器22包含适当的软硬件用以对基站21a、21b等进行控制。图2对应于移动台处于两方软切换的情况。

图4给出了前向功率控制方法的主要流程。根据本方法，功率控制器首先判断收到的当前反向帧是否是误帧，如果收到的不是误帧，将进入前向误帧率(FER)监控和计算前向发射功率的环节。如果收到的是误帧，系统中的误帧计数器的值将加1。在系统初始化过程中，该误帧计数器将被赋值为0。当误帧计数器的值大于门限值时，如10，功率控制器将增加发射功率。经过以上的环节处理后的功率值还不一定是当前帧的发射功率，还要进行该接收信号是否是信令帧的判断。如果是普通话音帧，系统将不调整功率。如果是信令帧，为保证信令帧传送的正确，在与传送话音帧发射相同功率的基础上增加功率，这就使得信令帧有足够的能量来对付传送途中的干扰与衰落。之后，通过限幅器将得到的功率值限定在指定的范围之内。即，如果运算得出的功率值大于系统预先设置的最大功率值，则将以最大功率值取代该运算的功率值。如果运算得出的功率值小于系统预先设置的最小功率值，则将以最小功率值取代该运算的功率值。具体实现中，该功率值可以是与导频功率的一个比值，或是一个增益比值。经过以上运算后所得的功率值可以通过前向层3数据传送至基站21a。

在软切换的状态下，相同的功率值将同时传送到参与软切换的各基站，如21a和21b等。系统实现中，传送到基站的功率值作用于除功率控制比特外的所有信息。对于功率控制比特，可根据当前移动台所处的软切换状态来决定它的发送功率。

实际前向功率控制中，如果遵循不同速率帧分配以相同比特能量(Eb)的准则，系统将不可避免要发射更多的功率。因此，在将功率值进行限幅之前，我们还可以增加一个环节，即对不同的速率帧进行发射功率的修正。在一个可能的实现中，可以在基站21a实现系数的修正。对于全速率，其发射功率的修正系数为K1，对于半速率，其发射功率的修正系数为K2，对于1/4和1/8速率其发射功率的修正系数分别为K3和K4。如果要求不同速率帧的情况下，系统的误帧率保持在一个相同的水平，系数K1、K2、K3、K4满足

K1＞K2＞K3＞K4

一个可能的好的K1、K2、K3、K4的取值范围为(1～0.1)。

图5给出了图4中监控环节和功率计算主环节的流程图。首先，系统通过反向帧信息来判断前向帧的对错。检测链路的质量可以采用信扰比(STR)，测量接收的功率，解码的一些参数如误符号率和“山本质量指示(Yamamoto)”等。在本系统实现上，移动台通过编码，调制，放大和上变频后将有关前向帧质量信息通过双工器和天线发送出去。接收系统通过下变频，放大，解调以及解码来获得反向帧。移动台通过在反向帧的固定位置添入当前接收前向帧好坏指示比特EIB或通过在反向帧中发送功率测量报告的方式来指示前向链路帧质量，即，通过对EIB值的判断或通过对功率测量报告消息的判断来决定前向链路是否收到了误帧。如EIB为0，代表前向帧是一个好帧，那么就减少发射功率；如EIB为1，代表前向帧是一个误帧，那么就保持发射功率或增加发射功率。功率控制器在检测EIB的同时决定前向发射增益的大小。在系统接收到前向帧质量信息的同时，监控器将统计某一段时间内的FER值，这一段时间可为320帧。将此FER值与一门限值进行比较，该门限值的一个典型取值为0.5％。如果监控器获得的FER值小于该门限值，系统将不改变其发射功率，以静观下一帧的情况。如果下一帧为好帧，说明误帧可能是由于一个瞬间干扰或快衰落造成的，功率控制方法回到原有流程继续执行，即减小发射功率。这样，在监控器作用下，系统的前向发射功率得到了降低。在具体的系统中，前向功率控制器送出增益值后，以该增益值发送的帧的好坏消息至少需要5帧的时间才能被前向功率控制器所捕获。为了防止在这一过程中，控制器做出不必要的反应，如增加不必要的发射功率，实现中采用了一个延迟计数器，在如图2的一个实现中，延迟计数器可设为5，它等于某一帧发出后到控制器收到有关信息的时间间隔。系统实现中还有一个好帧计数器，该计数器的目的是统计连续正确帧的长度，如果该长度超过门限值，如100，控制器将降低发射功率。如果发现连续好帧计数器的值没有大于该门限值，那么，系统将查看延迟计数器的值。如果延迟计数器还处于激活状态，则使功率下降D1步长值，并且延迟计数器的值减1；否则，使功率下降D2步长值。在实际系统中，D1的值应大于D2的值。

由于系统在每一时刻的发射功率值都不一定相同，对于在不同功率值下的误帧情况应区别对待。如果某一次产生误帧时的发射功率值小于另一次发生误帧时的发射功率值，那么对于增加的步长来说，应该满足小发射功率所对应的增加步长大于等于大发射功率所对应的增加步长。若将增加步长记为Delta，它与当前发射功率P(n)的关系可以用下式描述：

Delta＝f(P(n))

图6给出了该函数关系的一个典型实施例。在此例中，f(P(n))是一个递减的阶梯函数。如图所示，如果现有功率大于P2，则功率增加的步长为Delta3；如果现有功率小于P1，则增加的步长为Delta1；否则增加的步长为Delta2。并且有Delta1＞Delta2＞Delta3。

图7给出了该函数关系的另一个实施例，它是一个线性递减的函数，也同样满足上述关系。

根据以上的详细描述，可以看出本发明提出的方法，对于不同速率的帧分配以不同的比特能量(Eb)，能有效降低基站发射功率，也就是降低了系统间的干扰和有效地增加系统的容量。同时，采用本发明的前向功率控制方法可以有效地克服软切换过程中由于链路的不平衡性所带来的问题。本发明中采用的延迟计数器针对控制的延迟问题，克服以往方法中的频繁提升功率的弊端，在保证链路质量的前提下，尽可能减小发射功率。

Claims

1、CDMA系统中控制前向发射功率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)系统判断接收的反向帧是否是误帧；

(2)如果接收的反向帧不是误帧，系统对前向链路的误帧率进行监控，并基于删除指示比特EIB值计算前向发射功率；

(3)如果接收的反向帧是误帧，则统计连续误帧的值，如果连续误帧的值大于门限值，则增加前向发射功率；

(4)判断当前发送帧是否是信令帧，如果是则增加前向发射功率；

(5)通过限幅器控制发射功率值在指定的范围之内。

2、如权利要求1所述的CDMA系统中控制前向发射功率的方法，其特征在于，步骤(4)和(5)之间还可以包括：

对于不同的帧速率，其发射功率值可以乘以一个修正系数。

3、如权利要求1所述的CDMA系统中控制前向发射功率的方法，其特征在于，步骤(2)具体包括：

(2.1)判断前向是否有误帧，如果没有，执行步骤(2.5)；

(2.7)回到主流程步骤(3)。

4、如权利要求3所述的CDMA系统中控制前向发射功率的方法，其特征在于，所述步骤(2.4)中增加的发射功率，应该满足对应小发射功率所增加的步长大于等于对应大发射功率所增加的步长。