CN1750675A - Wcdma系统中基站控制上行发射速率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种WCDMA系统中基站控制上行发射速率的方法，所述方法包括：用户终端通过功率估计获取其发射功率所能支持的最大传输格式组合；将获取的最大传输格式组合上报给基站；基站根据最大传输格式组合控制用户终端的上行发射速率。利用本发明，可以提高基站对用户终端上行发射速率控制的粒度。

Description

WCDMA系统中基站控制上行发射速率的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种WCDMA系统中基站控制上行发射速率的方法。

背景技术

WCDMA(宽带码分多址)是3G三种主流标准的一种。WCDMA系统可以分为无线接入和网络结构两部分。从无线接入侧看，WCDMA系统的结构如图1所示。整个WCDMA系统由3部分组成，即CN(核心网)、RNS(无线网络子系统)和UE(用户设备)。核心网处理WCDMA系统内语音呼叫和数据连接与外部网络的交换和路由；无线网络子系统处理所有与无线有关的功能。无线网络子系统又包括RNC(无线网络控制器)和Node B(基站)两个实体。RNC通过Iu接口与核心网相连。Node B是WCDMA系统的基站，通过Iub接口与RNC相连。UE是用户终端设备，通过Uu接口(无线接口)与网络设备进行交互，为用户提供电路域和分组域的各种业务功能，包括普通话音、移动多媒体、Internet(因特网)应用等。

为了很好地解决WCDMA系统覆盖与容量之间的矛盾，消除干扰，提升系统容量，满足用户业务需求，在WCDMA的后续发展中产生了许多新技术，其中最值得关注的就是HSDPA(高速下行分组接入)。HSDPA是3GPP在R5协议中为了满足上/下行数据业务不对称的需求而提出的一种调制解调算法，它可以在不改变已经建设的WCDMA网络结构的情况下，把下行数据业务速率提高到10Mbps。

HSDPA采用的关键技术是AMC(自适应调制编码)和HARQ(混合自动重复)。AMC根据信道的质量情况，选择最合适的调制和编码方式。信道编码采用R991/3Turbo码以及通过相应码率匹配后产生的其它速率的Turbo码，调制方式可选择QPSK(正交相移键控)、16QAM(16进制正交幅度调制)等。通过编码和调制方式的组合，产生不同的传输速率。而HARQ基于信道条件提供精确的编码速率调节，可自动适应瞬时信道条件，且对延迟和误差不敏感。

与之相对应，HSUPA(高速上行分组接入技术)也在标准的讨论中。HSUPA技术的核心目标是通过使用若干上行增强技术来提高上行分组数据的吞吐量，主要包括Node B控制的调度、HARQ等技术。基于基站的调度主要是通过测量上行干扰、UE上报给基站的相关状态信息，限制UE的TFCS(传输格式组合集)来达到调度的目的。由图2所示的不同TFC集的关系示意图可见，基站控制的TFC是RNC控制的TFC的子集。

目前，考虑到基站系统的硬件处理能力及实现成本，要完成基站对UE发送速率的控制，不仅需要UE向基站上报当前的发射功率或功率余量(UE的最大允许发射功率减去当前测量得到的发射功率)，除此之外，还需要UE上报一些其他信息，比如，UE的功率偏置等，然后，由基站测量控制信道的接收功率，根据测量值及UE的功率偏置计算出数据信道的接收功率，通过路径损耗估计判断UE的发射功率所能支持的速率，即所能支持的TFC的大小，完成基站对UE发射速率的控制。至于基站如何控制UE的发射速率，不同的设备制造商可能采用不同的策略。

由于基站无法仅仅根据UE上报的当前的发射功率或功率余量这两个信息判断UE的发射功率所能支持的速率，这样无疑增加了上行链路中的信令开销，浪费了信道资源；而且基站对UE的发射功率所能支持的速率进行判断时需要对上行干扰进行测量，估计路径损耗，这些测量和估计会和实际值存在较大的误差，准确率低，从而会降低基站的调度性能。在系统负载要求一定的情况下，如果分配给某一UE一定的发射速率，如果该UE无法支持该速率，实际发射速率将小于分配给它的发射速率，这样，会使其它UE丧失获取较高发射速率的机会，从而会降低系统吞吐量和容量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种WCDMA系统中基站控制上行发射速率的方法，以解决现有技术中由基站根据用户终端上报的信息判断用户终端设备发射功率支持的速率的方式准确度低、资源浪费的缺点，提升基站的调度性能。

为此，本发明提供如下的技术方案：

一种WCDMA系统中基站控制上行发射速率的方法，所述方法包括：

A、用户终端通过功率估计获取其发射功率所能支持的最大传输格式组合；

B、将所述获取的最大传输格式组合上报给所述基站；

C、所述基站根据所述最大传输格式组合控制所述用户终端的上行发射速率。

所述步骤A包括：

A1、所述用户终端获取当前传输格式组合的发射功率；

A2、根据所述当前传输格式组合的发射功率估计其他传输格式组合所需的发射功率；

A3、根据所述其他传输格式组合所需的发射功率获取所述用户终端发射功率所能支持的最大传输格式组合。

所述步骤A1具体为：所述用户终端通过测量获取当前传输格式组合的发射功率。

所述步骤A2具体为：对于每个传输控制组合，按照公式 $P_i=\frac{(1+\frac{{{\mathrm{\β}}^2}_{d,i}}{{{\mathrm{\β}}^2}_{c,i}})}{(1+\frac{{{\mathrm{\β}}^2}_{d,j}}{{{\mathrm{\β}}^2}_{c,j}})}{\×P}_j$ 估计每个传输格式组合需要的发射功率，其中，

P_i为待估计传输格式组合所需的发射功率；

P_j为当前传输格式组合的发射功率；

β_d，j/β_c，j为当前传输格式组合的功率偏置；

β_d，j/β_c，j为待估计传输格式组合的功率偏置。

所述步骤A3包括：

A31、获取网络侧允许的用户终端最大发射功率；

A32、分别比较每个传输格式组合对应的估计发射功率与所述用户终端最大发射功率；

A33、当所有传输格式组合所对应的发射功率都大于所述用户终端最大发射功率时，定义所述用户终端发射功率没有可支持的传输格式组合；

A34、当有任意一个所述传输格式组合所对应的发射功率小于所述用户终端最大发射功率时，定义所有对应的发射功率小于所述用户终端最大发射功率的传输格式组合中最大的一个为所述用户终端发射功率支持的最大传输格式组合。

所述步骤B还包括：当所述用户终端发射功率没有可支持的传输格式组合时，上报所述基站无合适的传输格式组合可用。

由以上本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过UE直接对自己的发射功率所能支持的TFC的判断，将判断结果上报基站，不仅提高了判断的准确性，而且还减少了传送UE上报信息的信令开销，减轻了基站的工作负荷。基站根据UE上报的其发射功率所能支持的最大TFC，即可按照一定的控制策略控制UE的发射速率，更精细地完成基站控制的调度，满足用户对通信服务质量的要求，使系统获得更大的容量和吞吐量增益。

附图说明

图1是WCDMA系统的结构示意图；

图2是不同TFC集的关系示意图；

图3是WCDMA系统的上行链路专用物理信道帧结构；

图4是本发明方法的流程图；

图5是本发明方法中用户终端获取其发射功率支持的最大TFC的流程图。

具体实施方式

本发明的核心在于由UE(用户终端设备)自己根据对当前TFC(传输格式组合)的测量，估计其他TFC在满足通信质量的情况下所需要的发射功率，再和网络侧配置给UE的最大允许发射功率进行比较，以判断UE的发射功率所能支持的TFC，然后，UE将判断结果上报基站，基站根据UE上报的最大传输格式组合控制UE的上行发射速率。

本技术领域人员知道，WCDMA最重要的一个特点是功率对用户来说是共享资源。在下行链路上，基站中码分复用的用户分享总的功率，上行链路中，基站有一个最大干扰容限，这个功率在小区中产生干扰的移动台之间分配。共享功率使WCDMA能灵活地处理具有不同速率的业务。当数据速率变化时，无须对码字、时隙等重新分配，也即无须重新分配物理信道，只要调整功率分配即可保证业务传输质量不受影响。WCDMA中使用正交变扩频增益扩频码(OVSF)，这种码字保证了下行链路不同用户信道或同一用户不同业务信道的正交性，对于不同的数据速率，这种正交性仍然存在。这一措施也保证了WCDMA适应多种业务的要求。

WCDMA信道可分为专用信道和公共信道两大类。专用信道包括：业务信道、独立专用控制信道、伴随专用控制信道。公共信道包括：广播控制信道、前向接入信道、伴随专用控制信道。这些信道通过不同的方式映射到相应的物理信道。

上行链路专用物理信道分为：DPDCH(专用物理数据信道)和DPCCH(专用物理控制信道)。公用物理信道为PRACH(物理随机接入信道)。

在WCDMA系统中，应用层的数据传到RLC(无线链路控制)层，再由RLC层传到MAC层(媒体接入控制层)。上行链路专用物理数据信道就是用来承载MAC层通过传输信道(其传输格式组合用TFC表示)发送来的数据。

专用物理控制信道用来承载第一层产生的控制信息，包括：用于信道估计的导频信号(Pilot)、UE到基站的反馈信息(FBI)、功率控制信号(TPC)以及传送格式指示比特(TFCI)。

TFC越大，表示速率越高，在编码、调制等相同的情况下，满足其通信质量所需要的功率越大。

WCDMA中，上行链路采用开环功控和闭环功控两种方式。当上行链路没有建立时，开环功控用来调节物理随机接入信道的发射功率。链路建立之后，使用闭环功控。闭环功控包括内环功控和外环功控。外环功控以误码率或者误帧率作为控制目标，内环功控以信噪比作为控制目标。

上行链路存在传送格式选择的可能性，对RACH(随机接入信道)，MAC向物理层指明与PDU(协议数据单元)相关的ASC(接入业务分类)；对CPCH(公共分组信道)，MAC可以向物理层指明与PDU相关的ASC。

RRC(无线资源控制)可以根据所给的逻辑信道的优先权值来控制上行链路数据的调度，每一个逻辑信道对应于1至8之间的一个值。其中1是最高优先级，8是最低优先级。UE中的TFC的选择将根据RRC所指明的逻辑信道之间的优先级进行。逻辑信道具有相对的优先级，一条逻辑信道上的传送块的一部分可以被停止传输，以便传送来自一条逻辑信道上下一个优先级较低的数据。如果该部分设置为0，则说明优先级安排将是绝对的优先级。在一条逻辑信道上为利于下一个低优先级数据的传输而可能被停止传输的传送块的最大部分是由RRC信令给出的，将采用周期的方式选择被停止的传送块，周期为最小可能的周期。如果可以通过多种方法获取最小周期，则两个被停止的传送块之间的距离将尽可能大，以确保被停止的帧是均匀分布的。当使用RACH或CPCH时，TFC选择原则将适用于TF(传输格式)选择。

当UE输出功率接近UE最大传送功率，同时由于覆盖原因用于功率控制的内环不再保持，则UE选择下一个较低比特率的TFC，即不再使用当前的全比特率的TFC；如果一条逻辑信道的比特率受到影响，则将采用编译码器数据速率。UE将不断地评估最大发射机功率是否可以有效地支持临时停止TFC，当最大发射机功率有效时，将在TFC选择中再次考虑临时停止TFC。

在本发明方法中，需要用户终端自己判断其发射功率所能支持的TFC，然后上报基站，基站根据UE上报的最大TFC控制UE的上行发射速率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参照图4，图4是本发明方法的流程图，包括以下步骤：

步骤401：用户终端通过功率估计获取其发射功率所能支持的最大TFC(传输格式组合)；

步骤402：将获取的最大TFC上报给基站；

步骤403：基站根据最大TFC控制用户终端的上行发射速率。

很显然，本发明与现有技术的根本区别在于用户终端自己通过功率估计获取其发射功率所能支持的最大TFC。由于用户终端能准确地获知自己当前TFC的发射功率，并且根据该值能准确估计其他TFC在满足通信质量的情况下所需要的发射功率，因此，由用户终端自己判断得到的该值相对于现有技术中由基站根据用户终端上报的当前发射功率或功率余量，以及UE的功率偏置等信息来计算用户终端的发射功率所支持的最大TFC来说，有较高的准确性。

下面将详细说明用户终端如何判断其发射功率所能支持的最大TFC。

参照图5，图5是本发明方法中用户终端获取其发射功率支持的最大TFC的流程图，包括以下步骤：

步骤501：用户终端通过测量获取当前TFC的发射功率。

步骤502：用户终端根据当前TFC的发射功率估计其他TFC所需的发射功率。

用户终端对其他TFC进行功率估计的方法如下：

对于每个TFC，按照公式 $P_i=\frac{(1+\frac{{{\mathrm{\β}}^2}_{d,i}}{{{\mathrm{\β}}^2}_{c,i}})}{(1+\frac{{{\mathrm{\β}}^2}_{d,j}}{{{\mathrm{\β}}^2}_{c,j}})}{\×P}_j$ 估计其需要的发射功率，其中，

P_i为待估计传输格式组合所需的发射功率；

P_j为当前传输格式组合的发射功率；

β_d，j/β_c，j为当前传输格式组合的功率偏置；

β_d，i/β_c，i为待估计传输格式组合的功率偏置。

在WCDMA系统的传输信道复用中，因为在速率匹配前不同的速率需要达到相同误码率的情况下，每个比特所需要的SIR(信噪比)是相同的，所以可以用某一已知速率的SIR粗略地估算另一已知速率的SIR。根据这一原理，有下面的表示式：

$\frac{{\mathrm{SIR}}_{\mathrm{ref}}}{256}\×\frac{{{\mathrm{\β}}_{d,\mathrm{ref}}}^2}{{{\mathrm{\β}}_{c,\mathrm{ref}}}^2}\×\mathrm{SFref}\×\frac{{\mathrm{Vafter}}_{\mathrm{ref}}}{{\mathrm{Vbefore}}_{\mathrm{ref}}}=\frac{\hat{E}{b}_{\mathrm{ref}}}{N0}---\left(1\right)$

$\frac{{\mathrm{SIR}}_i}{256}\×\frac{{{\mathrm{\β}}_{d,i}}^2}{{{\mathrm{\β}}_{c,i}}^2}\×\mathrm{SFi}\×\frac{{\mathrm{Vafter}}_i}{{\mathrm{Vbefore}}_i}=\frac{\hat{E}{b}_i}{N0}---\left(2\right)$

其中，“ref”表示参考TFC对应的变量，“i”表示某一TFC对应的变量，“after”表示速率匹配后，“before”表示速率匹配前。

SIR为信噪比，β_d/β_c为功率偏置，SF为扩频因子，V_after/V_before为速率匹配后和速率匹配前的比特数之比，

为第i个TFC速率匹配前满足业务质量所需要的信噪比，

为第ref个TFC速率匹配前满足业务质量所需要的信噪比。

本技术领域人员知道，不同TFC的功率偏置是相等的，其计算公式为：

$A_j=\frac{{\mathrm{\β}}_{d,i}}{{\mathrm{\β}}_{c,i}}=\frac{{\mathrm{\β}}_{d,\mathrm{ref}}}{{\mathrm{\β}}_{c,\mathrm{ref}}}\·\sqrt{\frac{L_{\mathrm{ref}}}{L_j}}\sqrt{\frac{K_j}{K_{\mathrm{ref}}}}---\left(3\right)$

其中， $K_j=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{RM}}_i\·N_i,K_{\mathrm{ref}}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{RM}}_i\·N_i.$ β_d，ref和β_c，ref是相对于参考ref的TFC的增益因子，β_d，i和β_c，i是相对于第j个TFC的增益因子，L_ref是相对于参考TFC的DPDCH(专用物理数据信道)的个数，L_i是相对于第j个TFC的DPDCH(专用物理控制信道)的个数，RM_i是相对于传输信道i的半静态速率匹配因子，N_i是相对于传输信道i从无线帧分离块输出的比特数，求和是相对于参考TFC或第j个TFC中所有传输信道i。

为表示简单起见，首先以单传输信道单业务为例。

因为 $\frac{\hat{E}{b}_{\mathrm{ref}}}{N0}=\frac{\hat{E}{b}_i}{N0},$ 所以可以有如下的表示式：

$\frac{{\mathrm{SIR}}_{\mathrm{ref}}}{{\mathrm{SIR}}_i}\×\frac{N_{\mathrm{ref}}}{N_i}\×\frac{{\mathrm{SF}}_{\mathrm{ref}}}{{\mathrm{SF}}_i}\×\frac{{\mathrm{Vafter}}_{\mathrm{ref}}/{\mathrm{Vbefore}}_{\mathrm{ref}}}{{\mathrm{Vafter}}_i/{\mathrm{Vbefore}}_i}=1---\left(4\right)$

因此得到 $\frac{{\mathrm{SIR}}_{\mathrm{ref}}}{{\mathrm{SIR}}_i}=1---\left(5\right)$

对于单物理信道多传输信道有如下表示式：

$\frac{{\mathrm{SIR}}_{\mathrm{ref}}}{{\mathrm{SIR}}_i}\×\frac{N_{\mathrm{ref}}}{N_i}\×\frac{{\mathrm{SF}}_{\mathrm{ref}}}{{\mathrm{SF}}_i}\×\frac{{\mathrm{Vafter}}_{\mathrm{ref}}/{\mathrm{Vbefore}}_{\mathrm{ref}}}{{\mathrm{Vafter}}_i/{\mathrm{Vbefore}}_i}$

$=\frac{{\mathrm{SIR}}_{\mathrm{ref}}}{{\mathrm{SIR}}_i}\×\frac{K_{\mathrm{ref}}}{K_i}\×\frac{{\mathrm{SF}}_{\mathrm{ref}}}{{\mathrm{SF}}_i}\×\frac{\frac{38400}{{\mathrm{SF}}_{\mathrm{ref}}}\×\frac{{\mathrm{RM}}_{\mathrm{ref}}\×N_{\mathrm{ref}}}{K_{\mathrm{ref}}}/{\mathrm{Vbefore}}_{\mathrm{ref}}}{\frac{38400}{{\mathrm{SF}}_i}\×\frac{{\mathrm{RM}}_i\×N_i}{K_i}{/\mathrm{Vbefore}}_i}=\frac{{\mathrm{SIR}}_{\mathrm{ref}}}{{\mathrm{SIR}}_i}=1---\left(6\right)$

由此可见，不同TFC对应的SIR估计值是基本相等的。

由于不同TFC的信噪比＝DPCCH上的信号功率除以干扰功率，

UE的发射功率＝DPCCH的功率+DPDCH的功率，

DPDCH的功率/DPCCH的功率＝β² _d/β² _c，

并且，不同TFC对应的DPCCH的功率相等，

因此可以得出上述公式 $P_i=\frac{(1+\frac{{{\mathrm{\β}}^2}_{d,i}}{{{\mathrm{\β}}^2}_{c,i}})}{(1+\frac{{{\mathrm{\β}}^2}_{d,j}}{{{\mathrm{\β}}^2}_{c,j}})}{\×P}_j.$

另外，通过对WCDMA系统进行外场测试得到下表1所示一组测试数据：

表1：

业务	功率偏置βc∶βd	外场测试数据组1	外场测试数据组2	外场测试数据组3
					144k TB4	7∶15	2.7980	2.8024	2.7944
144k TB2	10∶15	2.9380	2.9955	2.9617

由该实验数据可以看出，同一业务不同TFC达到相同BLER(误块率)目标值时其SIR的差异是比较小的，为0.1dB左右。

因此，通过该实验数据进一步验证了上述公式 $P_i=\frac{(1+\frac{{{\mathrm{\β}}^2}_{d,i}}{{{\mathrm{\β}}^2}_{c,i}})}{(1+\frac{{{\mathrm{\β}}^2}_{d,j}}{{{\mathrm{\β}}^2}_{c,j}})}{\×P}_j$ 的正确性。

用户终端根据该公式获得其他TFC所需要的发射功率后，

进到步骤503：获取网络侧允许的用户终端最大发射功率。该值是网络侧在用户终端注册时由基站配置给用户的。

然后，进到步骤504：分别比较每个TFC，包括当前TFC和其他TFC，对应的估计发射功率与用户终端最大发射功率，也就是说，判断TFC是否小于用户终端的最大允许发射功率。

当所有TFC所对应的发射功率都大于用户终端最大发射功率时，说明用户终端发射功率没有可支持的传输格式组合，比如，UE总共有8种TFC(1个当前TFC，7个其他TFC)，当这8种TFC对应的发射功率都大于用户终端最大发射功率时，说明用户终端发射功率没有可支持的TFC。

此时，进到步骤505：上报基站无合适的传输格式组合可用。

当有任意一个TFC所对应的发射功率中小于用户终端最大发射功率时，说明用户终端发射功率有可支持的传输格式组合，同样比如，UE总共有8种TFC(1个当前TFC，7个其他TFC)，当这8种TFC中只要有一个对应的发射功率小于用户终端最大发射功率时，说明用户终端发射功率有可支持的TFC。当然，也可能有2个、3个或更多TFC对应的发射功率小于用户终端最大发射功率。

此时，进到步骤506：获取所有对应的发射功率小于用户终端最大发射功率的TFC中最大的一个作为用户终端发射功率支持的最大TFC。

然后，进到步骤507：向基站上报最大TFC。

这样，基站就可以根据用户终端上报的最大TFC为其分配合适的发射速率，实现对用户终端发射速率的控制。至于具体如何为用户终端分配发射速率，在实际中，不同的设备制造商将可能采用不同的策略，比如，除了本发明方案中需要考虑的上报信息(UE发射功率支持的最大TFC)外，还可能需要上报UE缓冲区状态、业务优先级等，通过对这些信息进行综合考虑，实现对用户终端的最佳控制。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (6)

1、一种WCDMA系统中基站控制上行发射速率的方法，其特征在于，所述方法包括：

A、用户终端通过功率估计获取其发射功率所能支持的最大传输格式组合；

B、将所述获取的最大传输格式组合上报给所述基站；

C、所述基站根据所述最大传输格式组合控制所述用户终端的上行发射速率。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括：

A1、所述用户终端获取当前传输格式组合的发射功率；

A2、根据所述当前传输格式组合的发射功率估计其他传输格式组合所需的发射功率；

A3、根据所述当前传输格式组合及所述其他传输格式组合所需的发射功率获取所述用户终端发射功率所能支持的最大传输格式组合。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A1具体为：所述用户终端通过测量获取当前传输格式组合的发射功率。

4、根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述步骤A2具体为：对于每个传输控制组合，按照公式 $P_i=\frac{(1+\frac{{{\mathrm{\β}}^2}_{d,i}}{{{\mathrm{\β}}^2}_{c,i}})}{(1+\frac{{{\mathrm{\β}}^2}_{d,j}}{{{\mathrm{\β}}^2}_{c,j}})}\×P_j$ 估计每个传输格式组合需要的发射功率，其中，

P_i为待估计传输格式组合所需的发射功率；

P_j为当前传输格式组合的发射功率；

β_d，j/β_c，j为当前传输格式组合的功率偏置；

βd_，i/β_c，i为待估计传输格式组合的功率偏置。

5、根据权利要求2或3或4所述的方法，其特征在于，所述步骤A3包括：

A31、获取网络侧允许的用户终端最大发射功率；

A32、分别比较每个传输格式组合对应的发射功率与所述用户终端最大发射功率；

A33、当所有传输格式组合所对应的发射功率都大于所述用户终端最大发射功率时，定义所述用户终端发射功率没有可支持的传输格式组合；

A34、当有任意一个所述传输格式组合所对应的发射功率小于所述用户终端最大发射功率时，定义所有对应的发射功率小于所述用户终端最大发射功率的传输格式组合中最大的一个为所述用户终端发射功率支持的最大传输格式组合。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤B还包括：当所述用户终端发射功率没有可支持的传输格式组合时，上报所述基站无合适的传输格式组合可用。

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