CN1871789B - 用于建立移动台余裕空间的系统、方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于通过确定(230)通信信道变化状态和基于该通信信道变化状态建立(245)余裕空间值，建立操作于无线通信系统的移动台的余裕空间的系统、方法和装置。可通过确定(260)移动台的电池状态是否与低电池电平相关，进一步修改余裕空间值，并增加(265)余裕空间值以减小最大数据率。修改余裕空间允许数据率适合于特定信道变化状态和电池状态。

Description

用于建立移动台余裕空间的系统、方法和装置
技术领域
本发明通常涉及无线通信技术，更具体涉及在变化的信道状态下的无线传输的功率控制。
背景技术
电子通信，特别是无线通信，在变化的信道状态下发生。为了在未知和变化的信道状态(condition)下保持语音或数据连接，许多无线通信系统发射机使用余量(margin)。通过保证如果信道被某些临时恶劣信道衰减而不利地影响，通信质量不降级到可接收的水平之下，该余量预留在通信期间衰落和其他通常不利的信道状态的空间。因此，余量提供在不利信道状态下的某些保证。
较高的余量导致在变化的信道状态期间的较高强度级，但代价是较低的可达到数据率。相反地，较低余量导致较高的可达到数据率，但代价是在变化的信道状态下增加的脆弱性。
在许多无线通信系统环境中，使用余裕空间(headroom)来提供余量。余裕空间是发射机最大功率和特定数据率所需的传输功率级之间的差。当移动台欲建立通信信道并且在它的缓冲器内具有数据时，移动台确定其最大传输功率，减去余裕空间，并使用剩余的可用发射功率来确定最大数据率。因此，最大数据率具有内建的余量以提供对变化的信道状态的某些保护。迄今为止，余裕空间已成为建立为解决信道状态中的许多(但不是全部)通常不利变化的恒定值。一个不利地变化的信道状态的通用模型是Rayleigh衰落模型。
尽管有信道变化多于Rayleigh衰落模型所预测的情况，通常信道状态不像Rayleigh衰落模型那样恶劣地变化。在例如Rician信道状态的更加良性的信道状态下，标准余裕空间是过度的。换句话说，即使余裕空间较低，通过更加良性的信道状态的传输不会超过最大比特误差率。
过量的余裕空间导致其他问题中的较低可达到数据率和相应地较低电池漏电(drain)。在另一方面，不适宜的余裕空间导致在变化信道状态下的较低的强度级。因此，有对于减少过量余裕空间的情况以获得更高数据率，同时保持在变化的信道状态下可接受的比特误差率的传输功率控制的要求。对于本领域技术人员来说，当认真考虑下文附图和详细说明书时，本公开的各个方面、特性和优势将更加清楚。
附图说明
图1示出根据第一优选实施例的简化的无线通信系统和示例分组通信传输。
图2示出根据第一优选实施例的由移动台使用的用于调节余裕空间的流程图。
图3示出根据第一优选实施例的由基站使用的用于分配余裕空间的流程图。
具体实施方式
通过确定通信信道变化状态并基于该通信信道变化状态建立余裕空间值，用于建立在无线通信系统中操作的移动台的余裕空间的系统、方法和装置。可以通过确定移动台中的电池状态是否与低电池电平相关并且增加余裕空间以减小最大数据率，来进一步修改余裕空间值。余裕空间的改变允许数据率适合于特定信道变化状态和电池状态。
图1示出根据第一优选实施例的简化的无线通信系统100和分组通信传输。该第一优选实施例说明操作于CDMA2000无线通信系统中的移动台110和基站190之间的数据流的建立和传输。其他无线通信系统使用相似数据传输建立协议，以及可将在本说明书中描述的原理施用到其他无线通信系统。当移动台110在其缓冲器内具有要发送的数据时，移动台110将数据传输请求130发送到它的服务基站190。在该第一优选实施例中，数据传输请求的内容包括移动台的可用发射功率。优选地，数据传输请求还包括在其缓冲器内的数据总量。替换实施例可包括移动台将在相反链接上发送的最大数据率，并可包括例如在其缓冲器内的数据总量、其增加率以及余裕空间值的相关参数。
在接收并解码数据传输请求130之后，基站190将请求准许140发送到移动台110，该请求准许包括：信道分配、移动台的数据率分配或关于数据率的其他参数，并可选地包括移动台的余裕空间分配。
接下来，移动台110以特定数据率在所分配信道上将数据传输150发送到基站190。在数据传输150期间，移动台检测导致其从当前传输数据率请求变化的环境的改变。如果是这样，移动台发送速率调整请求160。在第一优选实施例中，该速率调整请求使用在CDMA2000的数据率控制模式中所使用的移动状态指示位(MSIB)的形式。
图2示出根据第一优选实施例的由移动台所使用的调整余裕空间的流程图200。图1所示的移动台110能够实现该流程图200。在步骤210中，移动台接收在其缓冲器中将要发送的数据。在这点上，在步骤220将余裕空间值(Ph)设置为默认值。在第一优选实施例中，该默认值是从服务基站接收的最新余裕空间分配。如果服务基站不提供余裕空间分配，移动台默认值将是由网络所特定的预设值，例如5dB，该网络说明大多数衰落信道状态。
在步骤230，移动台检测其通信信道变化状态。使用移动窗口的主导频(pilot)功率变化的测量可以用来估计变化的信道状态位于恶劣(比Rayleigh衰落信道要恶劣)到良性(高K因数Rician衰落信道)的频谱上的何处。替换的和额外的信道测量包括：使用可变窗口大小的主导频功率变化、衰落周期和衰落深度的估计、适应的(adaptive)测量间隔内的峰值对平均估计、以及关于信道变化的其他测量。
步骤240确定实际状态是否为良性。如果信道状态是良性的，在步骤245，基于所检测的通信信道变化状态修改余裕空间Ph。此外，调度间隔的持续时间能够影响余裕空间。例如，在具有信道变化较大危险的较长传输时间上调度，需要更高的余裕空间。可以使用公式、查找表或矩阵、或者其他已知方法来实现余裕空间修改，以将至少一个输入映射到输出。在该第一优选实施例中，将余裕空间Ph初始地设置为在步骤220中来自基站的最新余裕空间分配，并且由于良性信道状态的任何修改减小余裕空间Ph的值。尽管这样，可以将余裕空间值初始化为最高允许值例如5dB，并基于所检测的信道状态减小余裕空间。或者，可将余裕空间值初始化地设置为中间值，基于所检测到的信道状态，具有将余裕空间向上或向下的修改。
一旦修改了余裕空间，或者如果由于信道状态不是良性的而没有修改余裕空间，步骤250检测移动台的电池状态。相比于较小的余裕空间值，较大的余裕空间值导致减小的最大数据率。然而，如果在步骤260确定电池低，可有利地增加余裕空间Ph以施加较低的数据率。由于增大的余裕空间不影响功率控制的范围，所发送信号的质量将是足够的，同时移动台保持较低平均功率，并因此产生功率节省。该节省可以例如用于扩展移动台语音呼叫的持续时间。因此，步骤265基于所检测的电池状态修改余裕空间值。
在修改余裕空间值之后，或者由于电池不为低而没有修改余裕空间，步骤270发送具有适宜值的请求。在第一优选实施例CDMA2000系统中，该请求使用如上参照图1说明的数据传输请求或速率调整请求的形式。在数据传输请求中，移动台包括可用发射功率和其缓冲器中的数据量。某些CDMA2000版本期望数据传输请求包括移动台的最大数据率，而不是它的可用传输功率和在它的缓冲器内的数据量。在这种情况下，移动台应从其最大传输功率中减去余裕空间，以得到可用传输功率值。该可用传输功率值映射到包括在数据传输请求中的最大数据率。另一个替换可以是发送最大传输功率、余裕空间、缓冲器中的数据量、及其增长率。
如果该请求是速率调整请求，如由例如CDMA2000速率控制模式的某些操作模式所支持的那样，移动台基于修改的余裕空间值和如上所述的其他参数计算期望的传输速率，并且比较该期望速率和其当前传输速率。如果期望速率不同于当前速率，移动台将通过例如发送指示位(MSIB)作为其速率调整请求来通知基站。
不论请求中的信息如何，移动台能够在各种预设条件下修改其余裕空间，例如良性的信道状态或低电池状态。在良性信道状态下的余裕空间的减小允许更高的峰值数据率，这促进了改进的性能。另一方面，在低电池状态期间的增加的余裕空间提供了较低的峰值数据率，这延长了电池寿命。
如果移动台期望发送两个或更多数据流(或同时保持语音和数据连接)，增加的自由度允许移动台有意地在一个数据流上增加余裕空间，以降低该数据流的优先级。这将导致例如用更长的时间从移动台发送文本消息，但是允许以最佳数据率发送数字图片。
移动台，或基站，或者移动台和基站能够调节余裕空间。图3示出根据本发明的第一优选实施例的由基站使用的用来调节余裕空间的流程图300。在步骤310，基站从移动台接收数据传输请求，该数据传输请求包括移动台的可用发射功率和优选地在移动台的缓冲器中的数据量。可选地，该请求可包括在移动台缓冲器中的数据量加上它的最大发射功率和余裕空间，其可以用来计算移动台的可用发射功率。在移动台的缓冲器中的数据量的增长率也是有用的。
在步骤320，基站估计通信信道变化状态。内环功率控制位流的校验用来确定变化的信道状态位于包括恶劣(比Rayleigh衰落信道要恶劣)和良性(高K因数Rician衰落信道)的频谱的何处。其他能够影响信道状态的确定的测量包括从移动台的导频信道的测量。
步骤330基于所估计的通信信道变化状态建立移动台的余裕空间。如果信道状态是良性的，余裕空间Ph小于如果信道状态是恶劣的。此外，调度间隔的持续时间会影响余裕空间。例如，较长的调度间隔产生较长的传输时间，这意味着导致更高余裕空间的信道变化的更大危险。可使用公式、查找表或矩阵来，或者其他已知方法来建立余裕空间，以将至少一个输入映射到输出。一旦建立余裕空间，在步骤340将余裕空间发送到移动台。在特定的实现中，不支持或不期望将余裕空间发送到移动台。因此，步骤340是可选的。
来到步骤350，在步骤310基站接收数据传输请求之后，基站直接地或间接地从在请求分组中的信息获得移动台的可用发射功率。在步骤360，基站基于余裕空间(在步骤330中建立)和移动台的可用发射功率确定移动台的数据率。在步骤370，基站接收反向链路容量，并且基站发送包括在步骤380的移动台数据率分配的请求准许。该请求准予还可以包括所建立的余裕空间值。
根据第一优选实施例，基站和移动台都参与余裕空间调节。基站的请求准许140(在图1中)根据由基站190确定的余裕空间将某数据率指定给移动台110。移动台的余裕空间确定用于速率控制模式，在该速率控制模式中基于可调节的余裕空间值和其他参数计算期望的传输速率，并比较该期望速率和它的当前速率。如果期望速率大于当前速率，例如，移动台将通过在它的速率调节请求160中发送指示位(MSIB)来通知基站。
在第二替换实施例中，移动台和基站使用略微不同的方法来参与余裕空间调节。在数据传输请求130(在图1中)之前，基站190已经将余裕空间值指定给移动台。因此，在步骤220将余裕空间值设定为默认值仅仅是将余裕空间值设置为由基站分配的最新余裕空间值。在步骤330中(在图3中)基站还更新并改善余裕空间值，并将该余裕空间分配发送到移动台。在移动台和基站之间的这种循环可以在数据传输设定协议之外发生，并且可以将余裕空间调节循环应用于无线通信系统中的其他信令协议。
第三替换实施例允许移动台调节它的余裕空间而没有基站的参与。流程图200(在图2中)使得移动台通过将它的余裕空间值设定为标准默认值，例如有5dB，而不是由基站分配的值，来独立地调节它的余裕空间。优选地，由网络指定标准默认值，并且在呼叫建立期间通过层3消息将该标准默认值存储在移动台中。
在第四替换实施例中，如果将移动台配备为接受余裕空间分配(并不是所有的移动台都这样配备)，基站可以独立地调节余裕空间。
因此，用于余裕空间调节的方法和装置提供了适应于变化的信道状态、来自移动台的特定数据流、以及移动台电池电平的余量和相关数据率。当信道状态是有利的时，该余量更加有效地控制功率以促进更快的数据率，并且当电池电平是低的时，增加电池寿命。
尽管本公开包括当前被认为是优选实施例的内容并且以由发明人建立其所有权的方式描述了本发明的最佳模式，并且使得本领域技术人员使用本发明，在此应理解并意识到有许多在此公开的优选实施例的等同，并且可以做出各种改进和变化而不背离本发明的精神和实质，本发明的精神和实质不被优选实施例所限制而是由所附权利要求，包括在本发明的审查期间所做出的任何修改和发布的权利要求的所有等同所限定。
还应理解，例如第一和第二，上和下等关系术语的使用仅仅用于从其他实体、项目或操作中分辨其中一个，而不一定需要或指示在这些实体、项目或操作之间任何实际的这种关系或顺序。可使用或以软件程序或指令来实现许多创造性的功能和创造性的原理。期望本领域普通技术人员，尽管可能有相当的努力和由例如足够的时间、当前技术和经济的考虑所启发的许多设计选择，在此公开的概念和原理的引导下，将能够用最少的经验而容易地生成这种软件指令和程序。因此，如果有的话，这种软件的说明将被限制为简洁的方面，并且最小化使根据本发明的原理和概念模糊的危险。

Claims (15)

1.一种用于为在无线通信系统中操作的移动台建立余裕空间以提供余量来确定可用传输功率值的方法，包括步骤：
利用所述移动台，确定通信信道变化状态，其中所述通信信道变化状态是使用移动窗口的主导频功率变化、使用可变窗口大小的主导频功率变化、衰落周期和衰落深度的估计、或适应的测量间隔内的峰值对平均估计的至少一种；以及
利用所述移动台，基于通信信道变化状态建立余裕空间值。
2.如权利要求1的方法，其中移动台基于余裕空间值确定最大数据率并将该最大数据率发送到基站。
3.如权利要求1的方法，其中移动台基于余裕空间值确定最大数据率并将速率调节请求发送到基站。
4.如权利要求1的方法，还包括步骤：
检测移动台的电池状态；以及
基于电池状态修改余裕空间值。
5.如权利要求4的方法，其中基于电池状态修改余裕空间值的步骤包括：
确定电池状态是否与低电池电平相关；以及
如果电池状态与低电池电平相关，增加余裕空间值。
6.如权利要求1的方法，其中确定通信信道变化状态的步骤包括测量主导频功率的变化。
7.一种用于为在无线通信系统中操作的移动台建立余裕空间以提供余量来确定可用传输功率值的设备，包括：
用于利用移动台确定通信信道变化状态的装置，其中，所述通信信道变化状态是使用移动窗口的主导频功率变化、使用可变窗口大小的主导频功率变化、衰落周期和衰落深度的估计、或适应的测量间隔内的峰值对平均估计的至少一种；以及
用于利用移动台基于通信信道变化状态建立余裕空间值的装置。
8.如权利要求7的设备，还包括：
用于基于余裕空间值确定最大数据率的装置；以及
用于将最大数据率发送到基站的装置。
9.如权利要求7的设备，还包括：
用于基于余裕空间值确定最大数据率的装置；以及
用于将速率调节请求发送到基站的装置。
10.如权利要求7的设备，还包括：
用于检测移动台的电池状态的装置；以及
用于基于电池状态修改余裕空间值的装置。
11.一种无线通信系统，包括：
基站；
至少一个移动台，以及所述至少一个移动台用于；
确定通信信道变化状态，其中，所述通信信道变化状态是使用移动窗口的主导频功率变化、使用可变窗口大小的主导频功率变化、衰落周期和衰落深度的估计、或适应的测量间隔内的峰值对平均估计的至少一种；以及
基于通信信道变化状态建立余裕空间值。
12.如权利要求11的无线通信系统，所述至少一个移动台还用于：
基于余裕空间值确定数据率。
13.如权利要求12的无线通信系统，所述至少一个移动台还用于：
在基站和所述至少一个移动台之间发送数据率。
14.如权利要求11的无线通信系统，所述至少一个移动台还用于：
确定所述至少一个移动台的电池状态；以及
基于电池状态修改余裕空间值。
15.如权利要求14的无线通信系统，所述至少一个移动台还用于：
基于余裕空间值确定数据率；以及
在所述至少一个移动台和基站之间发送数据率。
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