CN1976248B - 一种外环功控方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种宽带码分多址中部分专用物理信道(F-DPCH)外环功控的实现方法及其装置，其通过获取发射功率控制(TPC)符号编码误码率(BER)与比特编码误码率(BER)间的映射关系，量化制成表格，外环功控实现时首先通过查表完成上层所配TPC目标符号BER到比特BER的转换，然后在外环功控周期内实时地估计比特BER，并基于该比特BER进行外环功控，从而间接地实现以TPC符号BER为目标服务质量(QOS)的外环功控。本发明提出的外环功控实现方法及其装置，计算量与处理时延小，具有明显的实现方面的优势。

Description

一种外环功控方法及其装置 

【技术领域】

本发明是有关于一种无线通信中的外环功控方法及其装置，特别是一种部分专用物理信道(Fractional Dedicated Physical Channel，F-DPCH)的外环功控方法及其装置。 

【背景技术】

在宽带码分多址(Wide-band Code Division Multiple Access，WCDMA)系统中，功率是重要的无线资源之一，功率管理是无线资源管理中非常重要的一个环节。 

功率控制通过对基站和移动台发射功率的限制和优化，可以克服远近效应和角效应，补偿衰落，提高系统容量，因此，功率控制技术是WCDMA系统中最为重要的关键技术之一。 

按照功率控制的目的，功率控制可以分为开环和闭环功控，其中闭环功控又分为内环功控和外环功控。 

外环功控根据测量的接收质量动态地调整快速功控的目标信噪比(Signal Interference Ratio，SIR)值。常用的接收质量可以采用译码误块率(Block Error Rate，BLER)或编码误码率(Bit Error Rate，BER)来表征，前者通过循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，CRC)来获得，后者的获取比较困难，在无法确知发送序列时，只能采用一些估计方法来获得。 

部分专用物理信道(Fractional Dedicated Physical Channel，F-DPCH)是WCDMA R6阶段提出的一个下行物理信道，目的是在高速下行分组接入(High Speed Downlink Packet Access，HSDPA)服务小区中替代原有下行专用物理数据信道(Dedicated Physical Data Channel，DPDCH)/专用物理控制信道(Dedicated Physical Control Channel，DPCCH)，用于承载上行信道的功控命令比特，以及用于下行接收的同失步判决等功能。F-DPCH的帧结构如附图1所示，其特点是仅在每个时隙的第2个符号发送发射功率控制(TPC)命令，其它符号发送非连续发送(Discontinuous Transmission，DTX)。

为了提高下行功率效率，F-DPCH采用内外环功控，其功控算法与传统的DPDCH/DPCCH基本相同。但由于F-DPCH没有信道编码和CRC校验，因此，协议明确规定其外环功控的目标质量为TPC符号BER。而由于无法确知真实的TPC命令，因此就无法获取准确的TPC符号BER，只能采用一些估计方法来获得。同时，因为F-DPCH中每个时隙只有一个符号，换句话说，每个TPC命令仅通过一个符号来传输，这就使得BER实时估计的方差较大，导致较差的外环功控收敛性能，因此，TPC符号BER的准确估计或其替代方案就成为保证外环功控性能的关键点。 

现有的一种基于矩估计的符号BER估计方法，它估计所接收到的TPC符号幅度的矩，并计算矩的比率(比如2阶矩与4阶矩的比)，同时统计TPC符号BER(理想的)，如此，基于仿真即可得到各典型无线信道下的上述比率到TPC符号BER的映射关系，将该映射关系量化成表格，实际应用中通过统计外环功控周期中矩的比率，查表得到对应的TPC符号BER，然后基于该BER实现外环功控。 

上述矩估计方法的理论依据是某些矩的比率(例如2阶矩和4阶矩)是对应符号信号噪声比(Signal-To-Noise Ratio，SNR)的一元函数，而符号BER也是SNR的函数，如此，即可推断出BER与矩的比率具有某种函数关系，从而可以通过仿真获得各种无线信道下的映射关系。但相关文献指出，加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise，AWGN)和衰落信道下，矩的比率(例如2阶矩和4阶矩)与符号SNR具有不同的函数关系，如此，难以保证不同无线信道下具有一致的映射关系。实际仿真也表明，即使在估计周期较长的情况下，基于该方法的BER估计方差也较大。 

另外，从实现角度看，该方法要计算矩(比如4阶矩)，如果采用中心矩的话，必须存储外环功控周期中的TPC符号，存储、计算开销比较大。 

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种简单有效的F-DPCH信道外环功控实现方法。 

本发明的另一目的在于提供一种执行简单有效的F-DPCH信道外环功控的装置。 

根据本发明的上述目的，本发明提出一种外环功控方法，包括如下步骤： 

确定TPC符号BER与TPC比特BER间的映射关系； 

通过TPC符号BER与TPC比特BER间的映射关系完成上层所配TPC目标符号BER到比特BER的转换，并将该比特BER作为目标BER； 

在外环功控周期内估计所述TPC比特BER的值； 

基于所述TPC比特BER的估计值调整快速功控的目标信噪比进行外环功控。 

根据本发明的另一目的，本发明一种外环功控的装置，其包括：映射模块、转换模块、估算模块及执行模块； 

所述映射模块用于确定TPC符号BER与TPC比特BER间的映射关系； 

所述转换模块用于通过TPC符号BER与TPC比特BER间的映射关系完成上层所配TPC目标符号BER到比特BER的转换，并将该比特BER作为目标BER； 

所述估算模块用于在外环功控周期内估计TPC比特BER的值； 

所述执行模块用于基于所述TPC比特BER的估计值调整快速功控的目标信噪比进行外环功控。 

如上所述，本发明外环功控方法及其装置通过利用TPC的符号BER与比特BER间的映射关系，间接地实现了以TPC符号BER为目标服务质量的外环功控，并利用了实际可统计的事件概率，设计了一种简单有效的比特BER估计方法，从而有效地解决了F-DPCH外环功控的实现问题。本发明提出的外环功控实现方法及其装置，计算量与处理时延小，具有明显的实现方面的优势。 

【附图说明】

图1是现有技术F-DPCH信道的信道结构图。 

图2是本发明在AWGN，CASE4，PA3，VA30，VA120信道下TPC符号BER到比特BER的映射关系图。 

图3、4分别是本发明AWGN和Case4信道下基于比特BER的外环功控收敛特性图。 

图5是本发明外环功控方法的流程图。 

图6是本发明外环功控装置的结构方框图。 

【具体实施方式】

本发明的思路是采用一种新的统计量代替TPC符号BER做外环功控，通过找出TPC符号BER与该统计量间的映射关系，间接地实现基于TPC符号BER的外环功控。 

能够胜任的上述新统计量必须符合以下两点：一是TPC符号BER与该统计量之间具有较好的映射关系，具体指在不同的无线信道下具有相对一致的映射关系；二是以该统计量为目标服务质量(Quality of Service，QOS)的外环功控必须收敛，且收敛特性较优。 

为了便于说明，首先介绍一下F-DPCH信道接收中的TPC符号BER和比特BER的定义。设解调后的TPC符号为r，其实部与虚部分别为r^I和r^Q，TPC命令比特为c_t，正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)调制中的映射方法为0→1，1→-1，TPC命令译码方法为：令  $\stackrel{\‾}{r}=r^I+r^Q$ ，则if $\stackrel{-}{r}\≥0$ ，then c_t＝0；else c_t＝1。将该TPC命令译码BER称为TPC符号BER。另外，将r的实部r^I和虚部r^Q视为2个比特符号，对这两个比特符号采用上述译码方法分别进行译码，该译码BER定义为TPC比特BER。 

基于上述要求，本发明采用TPC比特BER作为替代统计量。图2给出了AWGN，类型4(CASE4)，步行信道模型3(PA3)，车载信道模型30(VA30)，车载信道模型120(VA120)信道下TPC符号BER到比特BER的映射关系图，图中仿真结果均为内外环功控下的结果，外环功控基于实时估计的比特BER进行，功控周期为160ms，为了使比特BER的范围覆盖到20％左右，内环功控中没有设置发射功率的下限。图中所示各条曲线在仿真值的基础上进行了拟和，符号BER为理想统计值，其实时统计周期与功控周期相同。仿真表明不同的无线信道下TPC的符号BER与比特BER之间具有相对一致的映射关系。这说明能够较好地满足上述要求中 的第一点。而能否满足第二点，关键取决于TPC的比特BER估计精度，如此难点就转化为对比特BER的实时估计，下面即介绍本发明提出的ber实时估计方法： 

设“TPC符号I，Q路极性相反”的出现概率为p₁，其基于统计的估计值为 ；并设TPC比特BER为ber，其估计值为 

。首先给出2个先验条件： 

1)TPC符号的I，Q路相互独立； 

2)基于简单的硬判，I，Q两路具有相同的BER，且均为ber。 

考虑事件“TPC符号判错且I，Q路极性相同”，设其概率为p₂，估计值为 

，由上述条件，则 

p₂＝ber²    (1) 

基于全概率公式，可知： 

$\mathrm{ber}=\frac{1}{2}{p}_1+p_2---\left(2\right)$

将式2代入式1中，即得： 

$p_2={(\frac{1}{2}{p}_1+p_2)}^2---\left(3\right)$

变换一下： 

$p_2-p_2^2=\frac{1}{4}{p}_1^2+p_1{p}_2---\left(4\right)$

将p₁视作参量，此为p₂的2次方程，要解方程，必须进行平方跟运算，或者采用Newton法之类的数值运算，都不方便实现，因此需进行简化，考虑到ber＜0.2(根据外环功控范围所定)时， $p_2^2<<1$ ，所以该项可以忽略，即得到简单的方程解 

$p_2\&ap;\frac{1}{4}\left(\frac{p_1^2}{1-p_1}\right)---\left(5\right)$

由式2和式5可得 

$\mathrm{ber}\&ap;\frac{1}{2}{p}_1+\frac{1}{4}\left(\frac{p_1^2}{1-p_1}\right)---\left(6\right)$

实际应用中，采用估计值 代替p₁，即可得ber的估计值 

$\hat{b}\mathrm{er}=\frac{1}{2}{\hat{p}}_1+\frac{1}{4}\left(\frac{{\hat{p}}_1^2}{1-{\hat{p}}_1}\right)---\left(7\right)$

由上述公式可知，ber的估计值可以由“TPC符号I，Q路极性相反”的出现概率的基于统计的估算值 

来估算，而不难发现，“TPC符号的I，Q路极性相反”的出现概率是可以实际统计的，因此ber的实时估计也即可实现。 

附图3、4给出了基于上述比特BER估计方法实现的外环功控在两种典型无线信道下的收敛性能，图3、4分别是AWGN和Case4信道下基于比特BER的外环功控收敛特性图。对每种信道，分别给出了比特BER为0.005和0.15时(基本能够覆盖同步状态下F-DPCH的工作范围)的收敛过程曲线。仿真表明，随工作点的不同，符号BER的最大估计误差在30％左右，平均估计误差在10％左右，能够满足协议规定的性能需求。从中可知，动态比特BER具有较好的收敛特性，从而验证了替代统计量要求中的第二点，从而验证了本发明提出的外环功控方法的有效性。 

请参阅图5所示，为本发明的外环功控的流程图。其包括如下步骤 

步骤51：确定TPC符号BER与TPC比特BER间的映射关系；其中该映射关系可通过仿真获得。 

步骤52：通过TPC符号BER与TPC比特BER间的映射关系完成上层所配TPC目标符号BER到比特BER的转换，并将该比特BER作为目标BER；其中在确定TPC符号BER与TPC比特BER间的映射关系之后可将TPC符号BER与TPC比特BER间的映射关系制成表格，在将上层所配TPC目标符号BER转换成比特BER时，可通过查表来完成该转换。在其他实施方式中也可不需制作前述表格，而直接通过TPC目标符号BER与比特BER间的映射关系计算而实现上层所配TPC目标符号BER到比特BER的转换。 

步骤53：在外环功控周期内估计所述TPC比特BER的值；所述估计TPC比特BER的值具体为：统计外环功控周期中“TPC符号I，Q路极性相反”事件出现的概率为p₁，其估计值为 

，通过该估计值计算即获得TPC比特BER的实时估计值。在本实施方式中该计算是通过公式  $\hat{b}\mathrm{er}=\frac{1}{2}{\hat{p}}_1+\frac{1}{4}\left(\frac{{\hat{p}}_1^2}{1-{\hat{p}}_1}\right)$ 计算获得TPC比特BER的实时估计值。 

步骤54：基于所述TPC比特BER的估计值调整快速功控的目标信噪比进行外环功控。 

基于上述分析和设计，请参阅图6所示，本发明的外环功控装置，其主要包括映射模块61、转换模块62、估算模块63以及执行模块64。实现时由映射模块61通过仿真找出不同无线信道下TPC的符号BER与比特BER间的映射关系，在本实施例中还设置有一个制表模块65将TPC的符号BER与比特BER间的映射关系量化制成表格，外环功控实现时首先通过转换模块62查询该制表模块65的映射关系表格完成上层所配TPC目标符号BER到比特BER的转换，并将该比特BER作为目标BER。在其他实施方式中也可不需制作前述表格，而直接通过转换模块62对TPC目标符号BER与比特BER间的映射关系计算而实现上层所配TPC目标符号BER到比特BER的转换。然后估算模块63在外环功控周期内实时地估计TPC的比特BER，其中该比特BER的估算方法是通过统计外环功控周期中“TPC符号I，Q路极性相反”事件出现的概率p₁，其估计值为 ，通过该估计值计算即获得TPC比特BER的实时估计值。在本实施方式中该计算是通过公式 $\hat{b}\mathrm{er}=\frac{1}{2}{\hat{p}}_1+\frac{1}{4}\left(\frac{{\hat{p}}_1^2}{1-{\hat{p}}_1}\right)$ 计算获得TPC比特BER的实时估计值。 

最终执行模块64基于该比特BER进行外环功控，从而间接地实现以TPC的符号BER为目标服务质量的外环功控。 

由上所述者仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，所以，凡有在相同发明精神下所做有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种外环功控方法，其特征在于包括如下步骤：

确定发射功率控制(TPC)符号编码误码率(BER)与TPC比特BER间的映射关系；

通过TPC符号BER与TPC比特BER间的映射关系完成上层所配TPC目标符号BER到比特BER的转换，并将该比特BER作为目标BER；

然后在外环功控周期内估计所述TPC比特BER的值；

基于所述TPC比特BER的估计值调整快速功控的目标信噪比进行外环功控。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在完成上层所配TPC目标符号BER到比特BER的转换的步骤中，还包括在确定TPC符号BER与TPC比特BER间的映射关系之后将该映射关系量化制成表格，在将上层所配TPC目标符号BER转换成比特BER时，可通过查表来完成该转换。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述估计TPC比特BER的值具体为：统计外环功控周期中“TPC符号I，Q路极性相反”事件出现的概率的估计值为

通过该估计值计算即获得TPC比特BER的实时估计值。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述计算是通过公式 $\hat{b}\mathrm{er}=\frac{1}{2}{\hat{p}}_1+\frac{1}{4}\left(\frac{{\hat{p}}_1^2}{1-{\hat{p}}_1}\right)$ 计算获得TPC比特BER的实时估计值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：通过仿真获得所述TPC符号BER与所述TPC比特BER间的映射关系。

6.一种外环功控的装置，其特征在于包括：映射模块、转换模块、估算模块及执行模块；

所述映射模块用于确定发射功率控制(TPC)符号编码误码率(BER)与TPC比特BER间的映射关系；

所述转换模块用于通过TPC符号BER与TPC比特BER间的映射关系完成上层所配TPC目标符号BER到比特BER的转换，并将该比特BER作为目标BER；

所述估算模块用于在外环功控周期内估计TPC比特BER的值；

所述执行模块用于基于所述TPC比特BER的估计值调整快速功控的目标信噪比进行外环功控。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：其还包括一个制表模块，用于确定TPC符号BER与TPC比特BER间的映射关系之后将该映射关系量化制成表格，所述转换模块通过查询该表格而完成上层所配TPC目标符号BER到比特BER的转换。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述估算模块估计TPC比特BER的值具体为通过统计外环功控周期中“TPC符号I，Q路极性相反”事件出现的概率的估计值为

通过该估计值计算即获得TPC比特BER的实时估计值。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于：所述计算是通过公式 $\hat{b}\mathrm{er}=\frac{1}{2}{\hat{p}}_1+\frac{1}{4}\left(\frac{{\hat{p}}_1^2}{1-{\hat{p}}_1}\right)$ 计算获得TPC比特BER的实时估计值。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述制表模块通过仿真获得所述TPC符号BER与所述TPC比特BER间的映射关系。

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