CN1531785A - 用于开环功率控制和比特速率选择的方法 - Google Patents

Abstract

在无线电信网络中，特别是在开环功率控制环境下，用于选择发射功率和比特速率的方法和设备，其中发射功率和比特速率响应于输入参数被选择，使得代表感应干扰和传输延迟的费用函数最小化。

Description

用于开环功率控制和比特速率选择的方法

                          发明背景

技术领域

本发明涉及无线电信网中信号传输的领域，更具体地，涉及功率控制。

相关技术讨论

在开环功率控制系统中，发射功率的选择不借助于立即的反馈，因此也不用精确地知道为保证在传输的另一端处无错误地接收信号所需的功率电平。因此，在开环功率控制系统中的典型的发送设备必须根据不完全的信息作出功率估计。如果功率估值太低，则在传输的另一端将接收不到信号；如果功率估值太高，则信号会不必要地干扰其他用户。在现有技术中，由于不适当的估值方法而出现了低功率估值和高功率估值的问题。例如，参阅：第三代伙伴计划；技术规范组GERAN；数字蜂窝电信系统，2t阶段；无线电子系统链路控制(3GPP TS 05.08 V8.6.0，September 2000，Annex B，第85-88页)。这是在从基站到移动设备的下行链路中的问题，也是上行链路中的问题。

现有技术的另一个问题是固定的比特速率的问题。当比特速率是固定的和恒定的时，发射功率相应地被限制。如果固定的比特速率为高，则需要高的发射功率，这会引起过大的干扰。然而，如果固定的比特速率为低，则传输较慢(即，大的输送时间)以及在损害其他用户的情况下传输信道被较长地占用。所以，显然，固定的比特速率很难或不可能调节发射功率而使得传输时间和感应干扰都被最小化。这是现有技术中的主要问题，其中比特速率典型地是一个常数，多半是根据业务量估值而选择的。

即使在现有技术采用固定的比特速率时，也常常不能利用发射功率的有限的灵活性。例如，在下行链路中，现有技术的发射功率可以是通过无线网规划选择的常数。在上行链路中，功率发送可能是可调节的，但仅仅是按照被假设为等于测量的下行链路路径损耗的上行链路路径损耗(即，信号衰减)进行的。上行链路发射功率也可以根据移动发射机位于哪个扇区而被调节；扇区特定的恒定的偏移值可以在每个扇区中被广播。所有这些现有技术的未完善的性质导致引起过大干扰的发射功率，以及导致产生过大传输延迟的比特速率。

                      发明概要

本发明的中心思想是选择比特速率和发射功率，使得减小感应干扰问题和传输延迟问题。按照本发明，无论比特速率还是发射功率都不是恒定的。与固定的比特速率或发射功率的方法相比较，本方法在不同的负载条件下更好地利用可提供的无线资源，以及结果是在较低的系统干扰下的更高的吞吐量。

本发明的方法和设备提供具有适当的发射功率和比特速率的无线传输信号。为了达到这一点，一组输入参数被使用来计算比特速率和发射功率，它们使得代表感应干扰和传输延迟的费用函数最小化。命令信号响应于由输入参数信号提供的输入参数来指示计算的比特速率和计算的发射功率。本发明然后提供具有由该命令信号规定的比特速率和发射功率的发送信号。

命令信号由计算模块响应于该输入参数信号而提供。该命令信号被发射机模块接收，后者提供具有由该计算模块确定的比特速率和发射功率的发送信号。

本发明可以在无线电信系统的上行链路方向(即，从移动设备到基站)，或下行链路方向(即，从基站到移动设备)，或在这两个方向上运行。本发明特别地是对于采用开环功率控制的系统设计的。

                      附图简述

图1是显示本发明的实施例的步骤的流程图。

图2是显示本发明在上行链路方向上是如何工作的图。

图3是显示本发明在下行链路方向上是如何工作的图。

图4是显示不管传输是上行链路还是下行链路的情形下，本发明是如何工作的图。

图5显示按照本发明的移动设备的结构。

图6显示按照本发明的实施例的基站的结构。

图7显示按照本发明的实施例，移动设备、基站和无线网控制器是如何交互作用的。

                实现本发明的最佳模式

如图1的流程图所示，用于实现本发明的最佳模式基本上包括：提供一组输入参数，从这些参数计算使得费用最小的比特速率和发射功率，然后发送具有计算的比特速率和计算的发射功率的发送信号。这个方法在无线电信系统中，例如在采用宽带码分多址接入(WCDMA)的电信系统中，提供具有适当的发射功率和比特速率的发送信号。典型地，这将涉及在开环功率控制系统28的环境下，如图2所示的、在移动设备20与基站26之间发送的信号。费用函数代表感应干扰和传输延迟，因此，本发明的目的是使得干扰和延迟最小化。

图2显示最佳模式的优选实施例，其中发送信号22在上行链路方向上从移动设备20传送到基站26。然而，在最佳模式的其他实施例中，本发明可以工作在下行链路方向上，正如在图3的开环功率控制系统28中看到的。

不管发送信号22是在下行链路方向还是在上行链路方向上传送，从图4可以看到本发明的方法和装置，它是与传输方向无关的。图4显示：响应于输入参数信号47来提供命令信号39。命令信号具有表示计算的传输比特速率和计算的发射功率的量，而它们进而又具有被选择来使得代表感应干扰和传输延迟的费用函数最小化的量。图4也显示：响应于该命令信号39而提供发送信号22，以及发送信号22采用计算的传输比特速率和计算的发射功率。

回到图2，它涉及上行链路发送信号22，附加的步骤包括由基站26提供广播参数信号24。这个广播参数信号24具有表示至少一个输入参数的量。换句话说，至少一个输入参数可被广播到移动设备20。图4所示的输入参数信号47是响应于该广播参数信号24提供的，以及它可包括该广播参数以及不必从该基站26广播的其他参数。

图3涉及从基站36到移动设备30的下行链路发送信号22，以及该图示例地说明其中命令信号39由无线网控制器31提供到基站36的情形。然而，当然有可能完全地在基站36内生成和发送该命令信号39而不用无线网控制器31的介入。

为了正确地和全面地了解本发明，了解基本原理是很重要的。高的发射功率被期望来保证在另一端的设备处的接收，以及高的发射功率也被期望来使得可以用高的比特速率(b)进行数据传输而不会过多利用信道和耽误其他用户。在比特速率(b)与发射功率(p)之间的相互关系的简单模型可由下式给出：

$p=\frac{E\·L\·I}{C}\·b,-----\left(1\right)$

这表示在WCDMA系统中较高的发射功率(p)允许较高的比特速率(b)。在公式(1)中，“L”代表量度信号衰减的量的路径损耗，“I”是总的干扰，“C”是码片速率，以及“E”代表“ebno”，它是正确的信号译码所要求的接收比特能量与接收的总干扰密度的比。

尽管较高的发射功率(p)有期望的益处，但较高的发射功率也将易于造成更多的感应干扰(I_i)，这进而又会打扰其他用户。换句话说，提高和降低比特速率(b)和发射功率(p)涉及到在感应干扰(I_i)和传输延迟(d)之间的折衷。因此，选择高的发射功率(p)和/或比特速率(b)具有相关的费用，正如选择低的发射功率(p)和/或比特速率(b)具有不同的相关费用一样。

本发明的优选实施例使得线性费用函数F(b)最小化，该费用函数线性地依赖于感应干扰(I_i)和传输延迟(d)，且因此该费用函数代表上述的折衷：

         K(b)＝K₁I_i+K₂d.                            (2)

在本揭示内容中，具有下标的“K”表示与比特速率(b)无关的量。可以假设感应干扰(I_i)正比于比特速率(b)，这样I_i＝K₃b。同样地，可假设传输延迟(d)反比于比特速率(b)和正比于分组尺寸(S)，这样，d＝S/b给出分组的传输时间。所以，公式(2)导致下式，其中我们设K₄＝K₁K₃：

$F\left(b\right)=K_{4}b+\frac{K_2\·S}{b}------\left(3\right)$

为了使得这个费用函数最小化，我们可简单地相对于比特速率(b)对公式(3)求微分，并把这个微商设为等于零。通过使用这个程序过程，可以发现：当比特速率由以下公式给出时费用被最小化：

$b=\sqrt{\frac{K_2\·S}{K_4}}----\left(4\right)$

应当指出，对于大的比特速率，公式(3)规定函数F近似等于K₄b。同样地，对于大的延迟，按照以上讨论的公式d＝S/b我们有小的比特速率，所以公式(3)告诉我们，F近似等于K₂S/b＝K₂d。因为我们的目的是限制费用，我们假设超过最大量的费用(F)是不允许的，所以，我们发现K₂D可以等于K₄B，其中“D”是传输延迟(d)的最大值而“B”是比特速率(b)的最大值。把这个结果代入公式(4)，使公式(4)被重写为如下：

$b=\sqrt{\frac{B}{D}\·S}-----\left(5\right)$

从公式(1)直接得到在费用(F)为它的最大值时的特定情形下施加的发射功率(p)的最大值“P”的公式，

$P=\frac{E\·L\·I}{C}\·B.-----\left(6\right)$

这个公式(6)现在被使用来从方程(1)和(5)消除最大比特速率(B)，所以它在求解发射功率(p)和比特速率(b)时是有用的。因此，我们能够根据分组尺寸(S)、码片速率(S)、最大发射功率(P)、最大传输延迟(D)、ebno(正确的信号译码所要求的接收比特能量与接收的总干扰密度之间的比“E”)、路径损耗(L)、和总的干扰(I)得到以下的、对于比特速率(b)和发射功率(p)的两个新公式：

$b=\sqrt{\frac{S\·C\·P}{D\·E\·L\·I}}.-------\left(7\right)$

$p=\sqrt{\frac{S\·E\·L\·I\·P}{D\·C}}.-------\left(8\right)$

公式(7)和(8)示例地说明在使用开环功率控制时，对于上行链路和/或下行链路，可以如何按照本发明选择比特速率(b)和发射功率(p)。在公式(7)和(8)的右端的所有的量都是可被包括在图4所示的输入参数信号47中的输入参数。

为了补偿可能的偏置，ebno参数(E)可以被定期地调节，使得当检测到帧错误时，它略微增加，以及当正确地接收到一个帧时减小。增加和减小的量可被选择，以给出平均的目标帧错误率。上行链路帧错误可由无线网控制器(RNC)直接检测；对于检测下行链路帧错误，RNC可使用有关重发请求的信息。

当上行链路方向发送信号的费用要被最小化时，在特定的地理扇区中ebno(E)和总的干扰(I)可被广播给用户设备(UE)，以及UE然后可使用这些广播值，来按照公式(7)和(8)确定比特速率和发射功率。而且，UE可以根据公共广播信道的测量的信号干扰比(SIR)来近似估计路径损耗(L)，该广播信道的发射功率(BCTP)也被广播。

公式(7)和(8)也可被使用来选择用于该下行链路的比特速率(b)和发射功率(p)。在这种情形下，无线网控制器(RNC)可近似估计路径损耗(L)与总的干扰(I)的乘积，因为需要该乘积来计算发射功率和比特速率。

对于RNC近似估计路径损耗与总的干扰的乘积，有各种不同的可选方法。第一个方法假设RNC最近已接收到来自UE的测量报告，包括公共广播信道的信号干扰比(SIR)，也假设该测量的SIR是接收的公共信道功率对总的宽带干扰的比。该测量的SIR连同扇区总发射功率(STTP)、广播信道发射功率(BCTP)、和规划或测量的下行链路码正交性(DCO)，产生路径损耗与总的干扰的乘积：

$L\·I=\frac{\mathrm{BCTP}}{\mathrm{SIR}}-\mathrm{DCO}\·\mathrm{STTP}.-----\left(9\right)$

图3显示由移动设备30提供到基站36的测量报告信号35，以及这个测量报告信号35可以具有表示所测量的SIR的量。应当指出，公式(9)可以非常容易地从以下的四个公式用代数方法推导出：

$I_W=I_{\mathrm{INTRA}}+I_{\mathrm{INTER}}+I_{\mathrm{NOISE}}.-----\left(10a\right)$

$I=(1-\mathrm{DCO})I_{\mathrm{INTRA}}+I_{\mathrm{INTER}}+I_{\mathrm{NOISE}}.------\left(10b\right)$

$\mathrm{SIR}=\frac{\mathrm{BCTP}}{L\·I_W}.------\left(10c\right)$

$I_{\mathrm{INTRA}}=\frac{\mathrm{STTP}}{L}.------\left(10d\right)$

公式(10a)仅仅是关于总的宽带干扰(I_W)可被定义为小区内干扰(I_INTA)、小区间干扰(I_INTER)和诸如热噪声那样的噪声(I_NOISE)的总和的说明。公式(10b)表示：在下行链路中，由于码的正交性，观察到的总的干扰(I)稍低于由公式(10a)给出的总的宽带干扰(I_W)。公式(10c)仅仅是SIR测量标准的结果。公式(10d)表示小区内干扰(I_INTRA)等于扇区总发射功率(STTP)除以在扇区天线与UE之间的路径损耗(L)。

用于RNC近似估计路径损耗(L)与总的干扰(I)的乘积的第二个方法是：基于扇区中工作用户的发射功率来估计该扇区中的平均路径损耗干扰因子。快速闭环功率控制调节该发射功率，以刚好超过下行链路路径损耗-干扰因子，因此各个路径损耗-干扰因子，可以根据各个发射功率(p_i)、比特速率(b_i)、规划的ebno(E_i)和码片速率(C)来确定，从而产生对于扇区中“N”个用户的这个平均路径损耗-干扰因子：

$L\·I=\frac{C}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{p_i}{b_i{E}_i}--------\left(11\right)$

这个统计公式(10)的精确度取决于扇区中用户的数目和分布，以及取决于所规划的ebno值的精确度。作为该平均公式(11)的替代，其他的统计公式可被证明是正确的；例如，可以采样小于扇区中所有N个用户的用户，和/或可以采用加权平均，和/或可以把偏移值加到路径损耗(L)与总的干扰(I)的乘积上。

用于RNC近似估计路径损耗(L)与总的干扰(I)的乘积的第三个方法为如下：

       L·I＝(1+ICI-DCO)·STTP.                 (12)

这个公式(12)假设移动设备位于扇区中，其中来自该扇区外部的干扰与来自该扇区内部的干扰具有固定的比值(ICI)，还假设噪声(INOISE)是可忽略的。应当指出，公式(12)可以容易地从公式(10b)和(10d)用代数方法推导出。ICI数值是可测量的，或替换地，可以使用由无线网规划假设的恒定的数值(典型地为0.5的ICI数值)。

如前所讨论的，本发明涉及一种方法和用于实现该方法的设备。图4显示用于实现本发明的最佳模式的两个重要的部件：即，计算模块43和发射机模块44。计算模块43主要取输入参数和使用它们来计算适当的传输比特速率和适当的发射功率，并且那两个适当的数值然后被传送到发射机模块44，后者接着发送具有由计算模块43规定的比特速率和发射功率的发送信号。

图5显示按照本发明的移动设备50，以及这个移动设备50与基站56交互作用。当然，本领域技术人员将会很好地理解，图5和其他图显示具体与本发明有关的部件和信号；这些图没有详细显示可能被包括在移动设备50和基站56中的、许多其他特性。在图5所示的实施例中，参数贮存模块55保存和更新通过输入参数信号47提供给计算模块43的输入参数。该输入参数的至少一部分的一个来源是从基站56到参数贮存模块55的广播参数信号51。计算模块43通过提供命令信号59到发射机模块44而应答该输入参数信号47，以及发射机模块44又以由命令信号59规定的比特速率和功率把发送信号22提供到基站56。应当强调指出，正如本领域技术人员将会看到的，这里描述的所有的部件和信号可以被适当地认为是优选地结构和交互作用，可通过各种各样的不同硬件和软件组合以各种不同的方式实施。

正如从图6看到的，基站66配备有在下行链路传输时使用的发射机模块44和计算模块43。发送信号22从基站66行进到移动设备60。图6没有像图5那样明显地显示参数贮存模块，但这样的参数贮存模块可以容易地被添加；然而，也可以假设，计算模决43包括执行参数贮存模块的功能的部件。图6上的测量报告信号65可比拟于已参照图3讨论的测量报告信号35，以及这个测量报告信号65具有可以表示已测量的SIR的量。在图6上，命令信号69在基站66内被发送和接收，因为计算模块43和发射机模块44都位于基站66内。

图7显示另一个实施例，其中发射机模块74位于基站76内，但计算模块43位于RNC 71内。因此，命令信号79从RNC 71行进到基站76。当然，发送信号72从基站76行进到移动设备70。

虽然本发明是对于本发明的最佳模式实施例显示和描述的，但本领域技术人员应当看到，可以在其细节和形式上作出上述的和各种其他改变、省略和添加，而不背离本发明的精神和范围。

Claims (30)

1.一种在无线电信系统中提供具有适当的发射功率和比特速率的发送信号的方法，其特征在于，

响应于一个输入参数信号(47)，提供具有表示计算的传输比特速率和计算的发射功率的量的命令信号(39)，所述计算的传输比特速率和计算的发射功率具有被选择以最小化代表感应干扰和传输延迟的费用函数的量，以及

响应于该命令信号(39)，提供具有该计算的传输比特速率和计算的发射功率的发送信号(22)。

2.权利要求1的方法，其特征在于，所述步骤在开环功率控制系统(28)中实行。

3.权利要求2的方法，其特征在于，费用函数包括该感应干扰和传输延迟的线性函数。

4.权利要求2的方法，其特征在于，提供一个广播参数信号(24)，其中该发送信号(22)是从移动设备(20)到基站(26)的，该广播参数信号(24)具有表示至少其中一个输入参数的量，以及响应于该广播参数信号(24)而提供该输入参数信号(47)。

5.权利要求2的方法，其特征在于，该输入参数信号(47)具有表示包括路径损耗(L)和总的干扰(I)作为乘积(L·I)的输入参数的量。

6.权利要求5的方法，其特征在于，该输入参数也包括最大延迟(D)、最大功率(P)、ebno值(E)、码片速率(C)和分组尺寸(S)。

7.权利要求6的方法，其特征在于，比特速率(b)被给出为

$b=\sqrt{\frac{P\·C\·S}{D\·E\·L\·I}}.$

8.权利要求7的方法，其特征在于，发射功率(p)被给出为

$p=\sqrt{\frac{S\·E\·L\·I\·P}{D\·C}}.$

9.权利要求5的方法，其特征在于，发送信号(22)从基站(36)发送到移动设备(30)，以及在发送信号(22)被发送之前近似计算路径损耗与干扰的乘积，以便确定该发送信号(22)的比特速率和发射功率。

10.权利要求9的方法，其特征在于，传输比特速率和发射功率在无线网控制器(31)处进行计算。

11.权利要求9的方法，其特征在于，路径损耗与干扰的乘积通过使用来自移动设备(30)的测量报告信号(35)而被近似，该测量报告信号(35)具有表示所测量的信号干扰比的量。

12.权利要求9的方法，其特征在于，路径损耗与干扰的乘积通过统计地检查在扇区中的其他工作用户而被近似。

13.权利要求9的方法，其特征在于，路径损耗与干扰的乘积是基于以下假设而被估计的，即：移动设备(30)位于一个扇区，其中来自该扇区外部的干扰与来自该扇区内部的干扰成一个固定比例。

14.权利要求6的方法，其特征在于，当检测到帧错误时增加ebno值，以及当正确地接收帧时减小ebno值。

15.权利要求2的方法，其特征在于，无线电信系统采用宽带码分多址接入。

16.一种在无线电信系统中发送具有适当的发射功率和比特速率的信号的设备，其特征在于，

发射机模块(44)，响应于具有表示计算的传输比特速率和计算的发射功率的量的命令信号(39)，而提供具有该计算的传输比特速率和计算的发射功率的发送信号(22)，以及

计算模块(43)，响应于一个输入参数信号(47)，而提供该命令信号(39)，所述传输比特速率和发射功率具有被选择以最小化代表感应干扰和传输延迟的费用函数的量。

17.权利要求16的设备，其特征在于，采用开环功率控制系统。

18.权利要求17的设备，其特征在于，费用函数是该感应干扰和传输延迟的线性函数。

19.权利要求17的设备，其特征在于，参数贮存模块(55)响应于一个广播参数信号(51)，而提供该输入参数信号(47)；发射机模块(44)、参数贮存模块(55)和计算模块(43)位于移动设备(50)内；以及该广播参数信号(51)具有表示至少其中一个输入参数的量。

20.权利要求17的设备，其特征在于，输入参数信号(47)具有表示包括路径损耗(L)和总的干扰(I)作为乘积(L·I)的输入参数的量。

21.权利要求20的设备，其特征在于，输入参数也包括最大延迟(D)、最大功率(P)、ebno值(E)、码片速率(C)和分组尺寸(S)。

22.权利要求21的设备，其特征在于，比特速率(b)被给出为

$b=\sqrt{\frac{P\·C\·S}{D\·E\·L\·I}}.$

23.权利要求22的设备，其特征在于，发射功率(p)被给出为

$p=\sqrt{\frac{S\·E\·L\·I\·P}{D\·C}}.$

24.权利要求20的设备，其特征在于，发射机模块(44)位于基站(66)内；以及计算模块(43)被配备和被编程为近似计算路径损耗与干扰的乘积，以便确定该发送信号(22)的比特速率和发射功率。

25.权利要求24的设备，其特征在于，计算模块(43)位于无线网控制器(71)内。

26.权利要求24的设备，其特征在于，路径损耗与干扰的乘积通过使用来自该移动设备的测量报告信号(65)而被近似，该测量报告信号(65)具有表示所测量的信号干扰比的量。

27.权利要求24的设备，其特征在于，路径损耗与干扰的乘积通过统计地检查在扇区中的其他工作用户而被近似。

28.权利要求24的设备，其特征在于，路径损耗与干扰的乘积是基于以下假设而被估计的，即：移动设备位于一个扇区，其中来自该扇区外部的干扰与来自该扇区内部的干扰成一个固定比例。

29.权利要求21的设备，其特征在于，当检测到帧错误时增加ebno值，以及当正确地接收帧时减小ebno值。

30.权利要求17的设备，其特征在于，无线电信系统采用宽带码分多址接入。

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