DE69624242T2

DE69624242T2 - Automatisches sendeleistungskontrollsystem für ein kodemultiplexvielfachzugriffsübertragungssystem

Info

Publication number: DE69624242T2
Application number: DE69624242T
Authority: DE
Inventors: John Kowalski; Gary Lomp; Fatih Ozluturk
Original assignee: InterDigital Technology Corp
Current assignee: InterDigital Technology Corp
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2016-06-28
Also published as: DE986187T1; DE1213845T1; JP5876456B2; US6983009B2; SA06270486B1; JP2006005957A; NO20052097L; NO976095L; JP4511796B2; ATE285640T1; AP682A; DE69633351T2; JP2006314143A; ES2147548T1; US20140348135A1; DE69634098T2; CN1909387A; JP5837667B2; US20050243897A1; DE69634275T2

Description

Hintergrund der Erfindung

Das Liefern qualitativ hochwertiger Telekommunikationsdienste an als entfernt eingestufte Benutzergruppen, wie zum Beispiel bei ländlichen Telefonsystemen und bei Telefonsystemen in unterentwickelten Ländern, hat sich in den letzten Jahren als eine Herausforderung herausgestellt. In der Vergangenheit wurde der bei diesen Systemen entstehende Bedarf teilweise durch drahtlose Funkdienste befriedigt, wie zum Beispiel stationäre oder mobile Frequenzmultiplex-(FDM), Frequenzvielfachzugriffs-(FDMA), Zeitmultiplex-(TDM), Zeitvielfachzugriffs-(TDMA)-Systeme, kombinierte Frequenz- und Zeitmultiplexsysteme (FD/TDMA) und andere landgestützte mobile Funksysteme. Oft haben es diese entfernten Dienste mit mehr potenziellen Benutzern zu tun, als gleichzeitig durch ihre Frequenz- oder Spektrumsbandbreitenkapazität unterstützt werden können.
Angesichts dieser Einschränkungen sind bei neueren Fortschritten in der drahtlosen Kommunikation Spreizspektrums-Modulationsverfahren zum Vorsehen gleichzeitiger Kommunikation durch viele Benutzer durch einen einzigen Kommunikationskanal verwendet worden. Bei der Spreizspektrumsmodulation wird ein Informationssignal mit einem Spreizcodesignal moduliert; wobei das Spreizcodesignal durch einen Codegenerator erzeugt wird, bei dem der Zeitraum Tc des Spreizcodes wesentlich kürzer ist als der Zeitraum des Informationsdatenbits- oder Symbolsignals. Der Code kann die Trägerfrequenz modulieren, auf der die Information gesendet wurde, was als "Frequenzsprungspreizung" (frequency-hopped spreading) bezeichnet wird, oder kann das Signal direkt modulieren, indem der Spreizcode mit dem Informationsdatensignal multipliziert wird, was als "Direktsequenzspreizung" (direct-sequence spreading/DS) bezeichnet wird. Die Spreizspektrumsmodulation erzeugt ein Signal mit einer Bandbreite, die wesentlich größer als diejenige ist, die zum Übertragen des Informationssignals benötigt wird. Durch synchrones Empfangen und Entspreizen des Signals beim Empfängerdemodulator wird die ursprüngliche Information wiederhergestellt. Der Synchrondemodulator verwendet ein Referenzsignal zum Sychronisieren der Entspreizungsspaltungen mit dem Eingangs-Spreizspektrumsmodulationssignal zum Wiederherstellen des Träger- und Informationssignals. Das Referenzsignal kann ein Spreizcode sein, der nicht durch ein Informationssignal moduliert wird.
Die Spreizspektrumsmodulation in drahtlosen Netzwerken bietet viele Vorteile, da viele Benutzer das gleiche Frequenzband nutzen können, wobei jedoch im Empfänger des jeweiligen Benutzers eine minimale Interferenz auftritt. Die Spreizspektrumsmodulation verringert außerdem die Auswirkungen anderer Interferenzquellen. Zusätzlich können Synchron-Spreizspektrumsmodulations- und -Demodulationsverfahren dadurch erweitert werden, dass viele Nachrichtenkanäle für einen Benutzer bereitgestellt werden, von denen jeder mit einem anderen Spreizcode gespreizt wurde, während immer noch ein einziges Referenzsignal an den Benutzer gesendet wird.
Ein weiteres Problem bei Vielfachzugriffs- Spreizspektrumskommunikationssystemen ist die Notwendigkeit der Verringerung der Gesamtsendeleistung von Benutzern im System, da es sein kann, dass den Benutzern nur eine begrenzte Leistung zur Verfügung steht. Ein damit zusammenhängendes Problem, was eine Leistungssteuerung in Spreizspektrumssystemen notwendig macht, hängt mit der inhärenten Eigenschaft von Spreizspektrumssystemen zusammen, dass das Spreizspektrumssignal eines Benutzers vom Empfänger eines anderen Benutzers als Rauschen mit einem bestimmten Leistungspegel empfangen wird. Folglich können mit einem hohen Signalleistungspegel sendende Benutzer den Empfang anderer Benutzer stören. Wenn sich außerdem ein Benutzer im Verhältnis zum geographischen Standort eines anderen Benutzers bewegt, so machen es Signalschwund und -Verzerrung notwendig, dass die Benutzer ihren Sendeleistungspegel anpassen, um eine bestimmte Signalqualität beizubehalten und die Leistung, welche die Basisstation von allen Benutzern empfängt, auf einem relativ konstanten Pegel zu halten. Schließlich sollte, weil es bei dem Spreizspektrumssystem möglich ist, dass es mehr entfernte Benutzer hat, als gleichzeitig unterstützt werden können, das Leistungssteuerungssystem auch ein Kapazitätsverwaltungsverfahren anwenden, das zusätzliche Benutzer abweist, wenn ein maximaler Systemleistungspegel erreicht wurde.
Bekannte Spreizspektrumssysteme haben eine Basisstation eingesetzt, die ein empfangenes Signal misst und ein Leistungsanpassungssteuerungs-(adaptive power control/APC)-Signal an die entfernten Benutzer sendet. Entfernte Benutzer haben einen Sender mit einer Schaltung zur automatischen Verstärkungssteuerung (automatic gain control/AGC), die auf das APC-Signal anspricht. In solchen Systemen überwacht die Basisstation die Gesamtsystemleistung oder die vom jeweiligen Benutzer empfange Leistung und setzt das APC-Signal entsprechend. Die Leistung dieses ohne Rückkopplung arbeitenden Systems kann durch das zusätzliche Vorsehen einer Messung der an der Basisstation gemessenen, vom entfernten Benutzer empfangenen Leistung und das Senden eines APC-Signals zurück zur Basisstation zum Erzielen eines Leistungsregelungsverfahrens (mit Rückkopplung) verbessert werden.
Das US-Patent Nr. 5,265,119 (Gilhousen et al.) offenbart ein Leistungsregelungssystem (mit Rückkopplung). Bei einer mobilen Einheit wird ein Codemultiplex-Vielfachzugriffs-Spreizspektrumssignal an einen Zellenstandort übertragen. Am Zellenstandort wird eine Fehlerrate für das empfangene Spreizspektrumssignal bestimmt. Auf der Grundlage der Fehlerrate sendet der Zellenstandort ein Befehlssignal an die mobile Einheit zum Erhöhen oder Verringern ihres Sendeleistungspegels. Die mobile Einheit verändert ihren Leistungspegel entsprechend.
Diese Leistungssteuerungssysteme haben jedoch mehrere Nachteile. Erstens muss die Basisstation komplexe Leistungssteuerungsalgorithmen ausführen, wodurch die Verarbeitungsmenge in der Basisstation erhöht wird. Zweitens erfährt das System tatsächlich mehrere Typen der Leistungsvariation: Die Variation der Rauschleistung, die von sich verändernden Benutzerzahlen verursacht werden, und Variationen in der empfangenen Signalleistung eines bestimmten Trägerkanals. Diese Variationen treten mit unterschiedlicher Frequenz auf, so dass einfache Leistungssteuerungsalgorithmen nur auf einen der zwei Typen der Variation optimiert werden können. Schließlich haben diese Leistungsalgorithmen die Tendenz, die Gesamtsystemleistung auf einen relativ hohen Pegel zu treiben. Es besteht daher der Bedarf nach einem Spreizspektrums-Leistungssteuerungsverfahren, das schnell auf Veränderungen von Trägerkanal-Leistungspegeln reagiert, während gleichzeitig die Sendeleistung aller Benutzerin Reaktion auf Veränderungen der Anzahl von Benutzern eingestellt wird. Außerdem besteht der Bedarf nach einem verbesserten Spreizspektrums-Kommunikationssystem, das ein Leistungsregelungssystem (mit Rückkopplung) verwendet, das die Gesamtleistungsanforderungen des Systems minimiert, während eine ausreichende BER bei den einzelnen entfernten Empfängern aufrechterhalten wird. Zusätzlich sollte ein solches System den anfänglichen Sendeleistungspegel eines entfernten Benutzers steuern und die Gesamtsystemkapazität verwalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung sieht ein CDMA-Kommunikationssystem nach den Ansprüchen 1 bis 4 und ein Verfahren zur Verwendung bei der Regelung eines Leistungspegels nach den Ansprüchen 5 bis 7 vor.
Die vorliegende Erfindung enthält ein System und ein Verfahren zur automatischen Leistungsregelung (APC) für eine Basis-Funkträgerstation (RCS) und eine Gruppe von Teilnehmereinheiten (SUs) eines Spreizspektrums- Kommunikationssystems. Die SUs senden Spreizspektrumssignale, die RCS akquiriert die Spreizspektrumssignale, und die RCS erfasst den empfangenen Leistungspegel der Spreizspektrumssignale plus aller interferierender Signale einschließlich Rauschen. Das APC-System enthält die RCS und mehrere SUs, wobei die RCS mehrere Vorwärts-Kanal-Informationssignale an die SUs als mehrere Vorwärts-Kanal-Spreizspektrumssignale mit einem entsprechendem Vorwärts-Sendeleistungspegel sendet, und jede SU sendet an die Basisstation mindestens ein Rück-Spreizspektrumssignal mit einem entsprechenden Rück- Sendeleistungspegel und mindestens ein Rück-Kanal-Spreizspektrumssignal enthält ein Rück-Kanal-Informationssignal.
Die APC enthält ein automatisches Vorwärts-Leistungsregelungssystem (AFPC) und ein automatisches Rück-Leistungsregelungssystem (ARPC). Die AFPC enthält die folgenden Schritte: Jede SU misst einen Vorwärts- Rauschabstand des entsprechenden Vorwärts-Kanal-Informationssignal, es wird ein entsprechendes Vorwärts-Kanal-Fehlersignal erzeugt, das ein Maß des Vorwärtsfehlers zwischen dem entsprechenden Vorwärts-Rauschabstand und einem vorbestimmten Rauschabstands-Wert enthält. Das Vorwärts-Kanal- Fehlersignal enthält auch ein Maß des unkorrelierten Rauschens im Kanal. Das entsprechende Vorwärts-Kanal-Fehlersignal wird von der SU als ein Teil eines entsprechenden Rück-Kanal-Informationssignals übertragen. Die RCS enthält eine größere Anzahl von AFPC-Empfängern zum Empfangen der Rück-Kanal- Informationssignale und zum Extrahieren des Vorwärts-Kanal-Fehlersignals aus den entsprechenden Rück-Kanal-Informationssignalen. Die RCS stellt auch den entsprechenden Vorwärts-Sendeleistungspegel jedes einzelnen der entsprechenden Vorwärts-Spreizspektrumssignale in Reaktion auf das entsprechende Vorwärts-Fehlersignal ein.
Der Teil des ARPC-Systems in der RCS misst einen Rück-Rauschabstand eines jeden der entsprechenden Rück-Kanal-Informationssignale, erzeugt ein entsprechendes Rück-Kanal-Fehlersignal, das ein Maß des Fehlers zwischen dem entsprechenden Rück-Kanal-Rauschabstand und einem entsprechenden vorbestimmten Rauschabstandswert enthält. Das Rück-Kanal-Fehlersignal enthält auch ein Maß des unkorrelierten Rauschens im Kanal. Die RCS sendet das entsprechende Rück-Kanal-Fehlersignal als ein Teil eines entsprechenden Vorwärts-Kanal-Informationssignals. Jede SU enthält einen ARPC-Empfänger, der das Vorwärts-Kanal-Informationssignal empfängt, das entsprechende Rück- Fehlersignal aus dem Vorwärts-Kanal-Informationssignal extrahiert und den Rück- Sendeleistungspegel des entsprechenden Rück-Spreizspektrumssignals in Reaktion auf das entsprechende Rück-Fehlersignal einstellt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Codemultiplex-Vielfachzugriffs- Kommunikationssystems nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein Fließdiagramm eines beispielhaften Wartungs- Leistungsregelungsalgorithmus der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist ein Fließdiagramm eines beispielhaften automatischen Vorwärts- Leistungsregelungsalgorithmus der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist ein Fließdiagramm eines beispielhaften automatischen Rück- Leistungsregelungsalgorithmus der vorliegenden Erfindung
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Leistungsregelungssystems der vorliegenden Erfindung, wenn der Trägerkanal etabliert wurde.
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Leistungsregelungssystems der vorliegenden Erfindung während des Vorgangs des Etablierens des Trägerkanals.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das erfindungsgemäße System sieht einen lokalen Telefondienst unter der Verwendung einer Funkverbindung zwischen einer oder mehreren Basisstationen und mehreren entfernten Teilnehmereinheiten vor. Im Ausführungsbeispiel ist eine Funkverbindung für eine Basisstation beschrieben, die mit einer stationären Teilnehmereinheit (fixed subscriber unit/FSU) kommuniziert, das System ist jedoch genauso gut auch auf Systeme anwendbar, die mehrere Basisstationen mit Funkverbindungen sowohl zu FSUs als auch zu mobilen Teilnehmereinheiten (mobile subscriber units/MSUs) unterhalten. Demnach werden die entfernten Teilnehmereinheiten hier als Teilnehmereinheiten (SUs) bezeichnet.
Gemäß Fig. 1 weist eine Basisstation (BS) 101 eine Anrufsverbindung zu einem lokalen Amt (local exchange/LE) 103 oder zu einer beliebigen anderen Telefonnetz-Schaltschnittstelle auf und weist eine Funkträgerstation (RCS) 104 auf. Eine oder mehrere RCSs 104, 105, 110 stellen eine Verbindung zu einer Funkverteilereinheit (radio distribution unit/RDU) 102 über Verbindungen 131, 132, 137, 138, 139 her, und die RDU 102 bildet eine Schnittstelle mit LE 103 durch das Senden und Empfangen von Anrufs-Einrichtungs-, Steuerungs- und Informationssignalen durch Telekommunikationsverbindungen 141, 142, 150. SUs 116, 119 kommunizieren mit der RCS 104 über HF-Verbindungen 161, 162, 163, 164, 165. Alternativ dazu weist eine andere Ausführungsform der Erfindung mehrere SUs und eine "Master"-SU mit einer Funktionalität ähnlich der RCS auf Eine solche Ausführungsform kann eine Verbindung zu einem lokalen Telefonnetz haben oder nicht.
Auch wenn die beschriebene Ausführungsform verschiedene Spreizspektrumsbandbreiten verwendet, die um einen Träger für den Sende- und Empfangs-Spreizspektrumskanal zentriert sind, lässt sich das vorliegende Verfahren leicht auf Systeme erweitern, die mehrere Spreizspektrumsbandbreiten für die Sendekanäle und mehrere Spreizspektrumsbandbreiten für die Empfangskanäle verwenden. Weil Spreizspektrums-Kommunikationssysteme das inhärente Merkmal haben, dass die Sendung eines Benutzers für einen Entspreizungsempfänger eines anderen Benutzers als Rauschen erscheint, kann eine Ausführungsform alternativ dazu den gleichen Spreizspektrumskanal sowohl für den Sende- als auch für den Empfangs-Pfad-Kanal verwenden. Mit anderen Worten können Uplink- und Downlink-Übertragungen das gleiche Frequenzband besetzen. Eine Ausführungsform der Erfindung kann auch eine Vielzahl von Spreizspektrumskanälen verwenden, deren Frequenzen nicht benachbart sein müssen. In dieser Ausführungsform kann jeder Kanal für Uplink-, Downlink- oder Uplink- und Downlink-Übertragungen verwendet werden.
Im Ausführungsbeispiel wird die binäre Spreizspektrumssymbolinformation über die Funkverbindungen 161 bis 165 unter der Verwendung einer Quadratur- Phasenumsetzungs-Modulation (QPSK-Modulation) mit Nyquist-Impulsformung gesendet, auch wenn andere Modulationsverfahren verwendet werden können, wie zum Beispiel Offset-QPSK (OQPSK), minimale Verschiebungsumtastung (Minimum Shift Keying/MSK), M-ary Phasenumtastung (MPSK) und Gaußsche Phasenumtastung (GPSK), hierauf jedoch nicht eingeschränkt.
Der CDMA-Demodulator entweder in der RCS oder der SU entspreizt das empfangene Signal mit einer entsprechenden Verarbeitung zum Bekämpfen oder zur Ausnutzung von Mehrwegepropagationseffekten. Den Empfangsleistungspegel betreffende Parameter werden zum Erzeugen der automatischen Leistungsregelungsinformation (APC-Information) verwendet, die ihrerseits an das andere Ende übertragen wird. Die APC-Information wird zum Regeln der Sendeleistung der automatischen Vorwärts-Leistungsregelungs- (AFPC) und automatischen Rück-Leistungsregelungs-(ARPC)-Verbindungen verwendet. Zusätzlich kann jede RCS 104, 105 und 110 eine Wartungs- Leistungsregelung (MFC) in einer APC-ähnlichen Weise durchführen, um die anfängliche Sendeleistung einer jeden SU 111, 112, 115, 117 und 118 einzustellen. Die Demodulation ist kohärent, wo das Pilotsignal die Phasenreferenz liefert.
Die Sendeleistungspegel der Funkschnittstelle zwischen RCS 104 und SUs 111, 112, 115, 117 und 118 werden unter der Verwendung von zwei unterschiedlichen Leistungsregelungsalgorithmen gesteuert. Die automatische Vorwärts-Leistungsregelung (AFPC) bestimmt den Downlink-Sendeleistungspegel, und die automatische Rück-Leistungsregelung (ARPC) bestimmt den Uplink- Sendeleistungspegel. Der logische Steuerungskanal, durch den SU 111 und RCS 104 zum Beispiel Leistungsregelungsinformation übertragen, wird mit einer Aktualisierungsrate von mindestens 16 kHz betrieben. Andere Ausführungsformen können eine schnellere Aktualisierungsrate von 32 kHz verwenden. Diese Algorithmen stellen sicher, dass die Sendeleistung eines Benutzers eine akzeptable Bitfehlerrate (BER) beibehält, die Systemleistung auf ein Minimum hält, um Leistung zu sparen, und den Leistungspegel aller SUs 111, 112, 115, 117 und 118, wie er von der RCS 104 empfangen wird, auf fast dem gleichen Pegel gehalten wird.
Außerdem weist das System einen optionalen Wartungsleistungsalgorithmus auf, der während des inaktiven Modus einer SU verwendet wird. Wenn die SU 111 inaktiv oder abgeschaltet ist, um Leistung einzusparen, kann sich die Einheit von Zeit zu Zeit selbst einschalten und ihre anfängliche Sendeleistungspegeleinstellung in Reaktion auf ein Wartungs- Leistungsregelungssignal von der RCS 104 einstellen. Das Wartungs- Leistungssignal wird von der RCS 104 durch Messen des von der SU 111 empfangenen Leistungspegels und des vorhandenen Systemleistungspegels und durch Berechnen der notwendigen anfänglichen Sendeleistung bestimmt. Das Verfahren kürzt die Kanalakquisitionszeit der SU 111, wenn sie zum Beginnen einer Kommunikation eingeschaltet wird. Das Verfahren verhindert auch, dass der Sendeleistungspegel der SU 111 während der anfänglichen Sendung, bevor die Leistungsregelung die Sendeleistung auf einen Pegel regelt, der für den anderen Nachrichtenverkehr im Kanal geeignet ist, zu hoch wird und andere Kanäle stört.
Die RCS 104 erhält eine Synchronisation ihres Taktes von einer Schnittstellenleitung, wie zum Beispiel E1, T1 oder HDSL-Schnittstellen, jedoch hierauf nicht eingeschränkt. Jede RCS kann auch ihr eigenes internes Taktsignal aus einem Oszillator erzeugen, der von einem GPS-Empfänger gesteuert werden kann. Die RCS 104 erzeugt einen globalen Pilotcode für einen Kanal, der einen Spreizcode, jedoch keine Datenmodulation hat, der von entfernten SUs 111 bis 118 akquiriert werden kann. Alle Sendekanäle der RCS sind mit dem Pilotkanal synchron, und Spreizcodephasen (nicht gezeigter) Codegeneratoren, die für logische Kommunikationskanäle innerhalb der RCS 104 verwendet werden, sind ebenfalls mit der Spreizcodephase des Pilotkanals synchron. In ähnlicher Weise empfangen die SUs 111 bis 118 den globalen Pilotcode der RCS 104, synchronisieren die Spreiz- und Entspreiz-Codephasen der (nicht gezeigten) Codegeneratoren der SUs mit dem globalen Pilotcode.

Logische Kommunikationskanäle

Ein "Kanal" des Standes der Technik wird normalerweise als ein Kommunikationspfad betrachtet, der ein Teil einer Schnittstelle ist und der von anderen Pfaden der Schnittstelle ohne Ansehen seines Inhalts unterschieden werden kann. Im Fall von CDMA sind jedoch getrennte Kommunikationspfade nur durch ihren Inhalt zu unterscheiden. Der Begriff "logischer Kanal" wird verwendet, um die getrennten Datenströme zu unterscheiden, die logisch den Kanälen im herkömmlichen Sinn äquivalent sind. Alle logischen Kanäle und Unterkanäle der vorliegenden Erfindung werden auf einen gemeinsamen QPSK-Strom mit 64 Kilosymbolen pro Sekunde (ksym/s) abgebildet. Manche Kanäle sind mit zugeordneten Pilotcodes synchronisiert, die erzeugt werden, und erfüllen eine ähnliche Funktion wie der globale Pilotcode des Systems. Die System-Pilotsignale werden jedoch nicht als logische Kanäle betrachtet.
Mehrere logische Kommunikationskanäle werden über die HF- Kommunikationsverbindung zwischen der RCS und der SU verwendet. Jeder logische Kommunikationskanal hat entweder einen festen vorbestimmten Spreizcode oder einen dynamisch zugewiesenen Spreizcode. Für sowohl den vorbestimmten als auch den zugewiesenen Code ist die Codephase synchron mit dem Pilotcode. Logische Kommunikationskanäle sind in zwei Gruppen aufgeteilt: die Globalkanalgruppe (GC-Gruppe) und die Gruppe der zugewiesenen Kanäle (assigned channel/AC). Die GC-Gruppe enthält Kanäle, die unabhängig von der Identität der SU entweder von der Basisstation RCS an alle entfernten SUs oder von einer SU an die RCS der Basisstation gesendet werden. Diese Kanäle enthalten typischerweise Information eines vorgegebenen Typs für alle Benutzer. Diese Kanäle enthalten die Kanäle, die von den SUs zum Erhalten von Systemzugang verwendet werden. Kanäle in der Gruppe zugewiesener Kanäle (AC) sind diejenigen Kanäle, die der Kommunikation zwischen der RCS und einer bestimmten SU dienen.

Leistungsregelung

Allgemein

Das Leistungsregelungsmerkmal der vorliegenden Erfindung wird zum Minimieren der Sendeleistung verwendet, die zwischen einer RCS und beliebigen Sus eingesetzt wird, mit denen sie in Kommunikation ist. Das Leistungsregelungs- Teilmerkmal, das die Sendeleistung während der Trägerkanalverbindung aktualisiert, ist als automatische Leistungsregelung (APC) definiert. APC-Daten werden von der RCS an eine SU auf dem Vorwärts-APC-Kanal und von einer SU an die RCS auf dem Rück-APC-Kanal übertragen. Wenn es keine aktive Datenverbindung zwischen den beiden gibt, steuert das Wartungs- Leistungssteuerungs-Teilmerkmal (MPC) die Sendeleistung der SU.
Sendeleistungspegel der zugewiesenen Vorwärts- und Rück-Kanäle und von Rück-Globaikanälen werden durch den APC-Algorithmus zum Erhalten eines ausreichenden Verhältnisses zwischen der Signalleistung zum Interferenzrauschen (SIR) auf diesen Kanälen und zum Stabilisieren und Minimieren der Systemausgangsleistung gesteuert. Die vorliegende Erfindung verwendet ein Leistungsregelungssystem (mit Rückkopplung), in welchem ein Empfänger seinen zugeordneten Sender zum inkrementellen Erhöhen oder Verringern seiner Sendeleistung steuert. Diese Steuerung wird an den entsprechenden Sender über das Leistungssteuerungssignal auf dem APC-Kanal gesendet. Der Empfänger trifft die Entscheidung zum Erhöhen oder Verringern der Senderleistung auf der Grundlage von zwei Fehlersignalen. Ein Fehlersignal ist eine Anzeige der Differenz zwischen der gemessenen und der erforderlichen entspreizten Signalleistung und das andere Fehlersignal ist eine Anzeige der durchschnittlichen empfangenen Gesamtleistung.
In der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird der Begriff der endnahen Leistungssteuerung so verwendet, dass er sich auf die Einstellung der Ausgangsleistung des Senders gemäß dem APC-Signal bezieht, das auf dem APC-Kanal vom anderen Ende empfangen wurde. Dies bedeutet die Rück- Leistungssteuerung für die SU und Vorwärts-Leistungssteuerung für die RCS; und der Begriff endfern-APC wird so verwendet, dass er sich auf eine Vorwärts- Leistungssteuerung für die SU und eine Rück-Leistungssteuerung für die RCS bezieht (Einstellung der Sendeleistung der Einheit am entgegengesetzten Ende des Kanals).
Zur Leistungseinsparung beendet das SU-Modem das Senden und schaltet ab, während es auf einen Anruf wartet, was als die Schlafphase definiert ist. Die Schlafphase wird durch ein Aufwachsignal von der SU-Steuerung beendet. In Reaktion auf dieses Signal tritt die SU-Modem-Akquisitionsschaltung automatisch in die Reakquisitionsphase ein und beginnt den Vorgang der Akquisition des Downlink-Piloten, wie unten beschrieben ist.

Leistungsregelungsalgorithmus (mit Rückkopplung)

Die endnahe Leistungssteuerung enthält zwei Schritte: erstens, Setzen der anfänglichen Sendeleistung; zweitens, ständiges Nachstellen der Sendeleistung gemäß vom anderen Ende empfangener Information unter der Verwendung von APC.
Für die SU wird die anfängliche Sendeleistung auf einen Minimalwert gesetzt und dann zum Beispiel mit einer Rate von 1 dB/ms hochgefahren, bis entweder eine (nicht gezeigte) Hochfahr-Zeituhr abläuft oder die RCS den entsprechenden Ampelwert auf dem FBCH auf "rot" ändert, wodurch angezeigt wird, dass die RCS sich mit dem kurzen Pilotsignal (SAXPT) der SU synchronisiert hat. Ein Ablauf der Zeituhr veranlasst, dass die SAXPT-Sendung beendet wird, wenn nicht vorher der Ampelwert auf rot gesetzt wird, in welchem Fall die SU mit dem Hochfahren der Sendeleistung fortfährt, jedoch mit einer viel geringeren Rate als zu der Zeit, bevor das "rote" Signal erfasst wurde.
Für die RCS wird die anfängliche Sendeleistung auf einen festen Wert gesetzt, der dem Mindestwert entspricht, der für einen zuverlässigen Betrieb notwendig ist, wie experimentell für den Diensttyp und die aktuelle Anzahl von Systembenutzern bestimmt wurde. Globale Kanäle, wie zum Beispiel der globale Pilot oder der schnelle Ausstrahlungskanal (FBCH), werden immer mit einer festen anfänglichen Leistung gesendet, während Verkehrskanäle auf APC geschaltet werden.
Das APC-Signal wird als Ein-Bit-Signale auf dem APC-Kanal gesendet. Das Ein-Bit-Signal repräsentiert einen Befehl zum Erhöhen (das Signal hat seinen logischen hohen Wert) oder Verringern (das Signal hat seinen logischen niedrigen Wert) der entsprechenden Sendeleistung. In der beschriebenen Ausführungsform ist der 64-kbps-APC-Datenstrom nicht kodiert oder verschachtelt.
Die endferne Leistungssteuerung besteht aus der endnahen Sendeleistungs-Steuerungsinformation für das ferne Ende zur Verwendung bei der Einstellung ihrer Sendeleistung.
Der APC-Algorithmus verursacht, dass die RCS oder die SU +1 sendet, wenn die folgende Ungleichung zutrifft, ansonsten -1 (logischer Tiefstand).
α&sub1;e&sub1; - α&sub2;e&sub2; > 0 (1)
Hier wird das Fehlersignal e&sub1; wie folgt berechnet
e&sub1; = Pd - (1 + SNRREF)PN (2)
wobei 1% das entspreizte Signal plus die Rauschleistung, PN die entspreizte Rauschleistung und SNRREF der erwünschte entspreizte Rauschabstand für den bestimmten Diensttyp ist; und
e&sub2; = Pr - Po (3)
wobei Pr ein Maß der empfangenen Leistung und Po der Sollwert für die automatische Leistungssteuerungsschaltung ist. Die Gewichte α&sub1; und α&sub2; in der Gleichung (3) werden für jeden Dienst und für die APC-Aktualisierungsrate gewählt.

Wartungsleistungssteuerung

Während der Schlafphase der SU wechselt die Schnittstellen- Rauschleistung des CDMA-HF-Kanals. Als eine Alternative zu dem oben beschriebenen Verfahren mit einem anfänglichen Leistungs-Hochfahren kann die vorliegende Erfindung ein Wartungsleistungssteuerungsmerkmal (MPC-Merkmal) aufweisen, das periodisch die anfängliche Sendeleistung der SU bezüglich der Interferenz-Rauschleistung des CDMA-Kanals einstellt. Die MPC ist der Vorgang, bei dem der Sendeleistungspegel einer SU in enger Nachbarschaft zum Minimalpegel gehalten wird, der für die RCS benötigt wird, um das SU-Signal zu erfassen. Der MPC-Vorgang kompensiert kleine Frequenzveränderungen der erforderlichen SU-Sendeleistung.
Das Wartungssteuerungsmerkmal verwendet zwei globale Kanäle: Einer wird als Statuskanal (STCH) auf der Rückverbindung bezeichnet und der andere wird als Überprüfungskanal (CUCH) auf der Vorwärtsverbindung bezeichnet. Die auf diesen Kanälen übertragenen Signale tragen keine Daten, und sie werden auf die gleiche Weise wie die Kurzcodes erzeugt, die beim anfänglichen Leistungs- Hochfahren verwendet werden. Der STCH- und der CUCH-Code wird aus einem "reservierten" Zweig des Globalcodegenerators erzeugt.
Der MPC-Vorgang ist wie folgt. An zufälligen Intervallen sendet die SU einen Spreizcode in der Länge einer Symbollänge periodisch 3 ms lang auf dem Statuskanal (STCH). Wenn die RCS die Sequenz erfasst, antwortet sie durch Senden einer Codesequenz der Länge einer Symbollänge innerhalb der nächsten 3 ms auf dem Überprüfungskanal (CUCH). Wenn die SU die Antwort von der RCS erfasst, verringert sie ihre Sendeleistung um eine bestimmte Schrittgröße. Wenn die SU innerhalb des Zeitraums von 3 ms keine Antwort von der RCS erfasst, erhöht sie ihre Sendeleistung um die Schrittgröße. Unter Verwendung dieses Verfahrens wird die RCS-Antwort mit einem Leistungspegel übertragen, der zur Aufrechterhaltung einer Erfassungswahrscheinlichkeit von 0,99 bei allen SUs ausreicht.
Die Veränderungsrate der Verkehrslast und die Anzahl aktiver Benutzer hängt mit der Gesamtinterferenz-Rauschleistung des CDMA-Kanals zusammen. Die Aktualisierungsrate und Schrittgröße des Wartungs-Leistungs- Aktualisierungssignals für die vorliegende Erfindung wird unter Verwendung von Verfahren der Warteschlangentheorie bestimmt, die in der Kommunikationstheorie wohl bekannt sind. Durch Modellieren des Anrufs-Ursprungsvorgangs als eine exponentielle Zufallsvariable mit einem Mittel von 6,0 Minuten zeigt die numerische Berechnung, dass der Wartungs-Leistungspegel einer SU alle 10 Sekunden oder weniger aktualisiert werden sollte, damit er unter der Verwendung einer Schrittgröße von 0,5 dB den Veränderungen des Interferenzpegels folgen kann. Ein Modellieren des Anruf-Ursprungsvorgangs als eine Poisson- Zufallsvariable mit exponentiellen Zwischen-Ankunftszeiten, einer Ankunftsrate von 2 · 10&supmin;&sup4; pro Sekunde pro Benutzer, einer Dienstrate von 1/360 pro Sekunde und einer Gesamt-Teilnehmerpopulation von 600 RCS-Dienstbereich ergibt durch numerische Berechnung ebenfalls, dass eine Aktualisierungsrate von ein Mal alle 10 Sekunden für eine Schrittgröße von 0,5 dB ausreicht.
Die Wartungs-Leistungseinstellung wird periodisch von der SU vorgenommen, die von der Schlafphase in die Aufwachphase wechselt und den MPC-Vorgang durchführt. Folglich ist der Vorgang für das MPC-Merkmal in Fig. 2 gezeigt und ist wie folgt beschaffen: erstens werden bei Schritt 201 Signale zwischen der SU und der RCS ausgetauscht, wobei ein Sendeleistungspegel aufrecht erhalten wird, der in der Nähe des zur Erfassung nötigen Pegels ist: Die SU sendet periodisch einen Spreizcode in der Länge einer Symbollänge im STCH, und die RGS sendet periodisch als Antwort einen Spreizcode in der Länge einer Symbollänge auf dem CUCH.
Als nächstes verringert die SU bei Schritt 202, wenn sie eine Antwort innerhalb von 3 ms nach dem Senden der STCH-Nachricht erhält, ihre Sendeleistung um eine bestimmte Schrittgröße bei Schritt 203; wenn die SU jedoch innerhalb von 3 ms nach der STCH-Nachricht keine Antwort erhält, erhöht sie ihre Sendeleistung um die gleiche Schrittgröße bei Schritt 204.
Die SU wartet bei Schritt 205 über einen Zeitraum, bevor sie eine weitere STCH-Nachricht sendet, wobei dieser Zeitraum durch einen Zufallsvorgang bestimmt wird, dessen Durchschnitt 10 Sekunden beträgt.
Auf diese Weise wird die Sendeleistung der STCH-Nachrichten von der SU auf der Grundlage der RCS-Antwort periodisch nachgestellt, und die Sendeleistung der CUCH-Nachrichten von der RCS ist fest.

Abbildung von Leistungssteuerungssignalen auf logische Kanäle zur APC

Leistungssteuerungssignale werden auf bestimmte logische Kanäle abgebildet, um die Sendeleistungspegel des zugewiesenen Vorwärts- und des zugewiesenen Rück-Kanals zu steuern. Globale Rück-Kanäle werden ebenfalls durch den APC-Algorithmus gesteuert, um ein ausreichendes Verhältnis von Signalleistungen zu Interferenzrauschleistung (SIR) auf diesen Rückkanälen zu erhalten und um die Ausgangsleistung des Systems zu stabilisieren und zu minimieren. Die vorliegende Erfindung verwendet ein Leistungsregelungsverfahren (mit Rückkopplung), bei dem ein Empfänger periodisch entscheidet, dass er die Ausgangsleistung des Senders am anderen Ende inkrementell erhöht oder verringert. Das Verfahren sendet diese Entscheidung auch an den entsprechenden Sender zurück. Tabelle 1:
Vorwärts- und Rückwärts-Verbindungen werden unabhängig voneinander gesteuert. Für einen laufenden Anruf beziehungsweise eine laufende Verbindung wird der Vorwärtsverbindungs-Verkehrskanal (TRCH) APC-gesteuert und die Leistung der Dienstleitung (Order Wire/OW) durch die auf dem Rück-APC-Kanal gesendeten APC-Bits gesteuert. Während des Anrufs/Verbindungs- Einrichtungsvorgangs wird die Leistung des Rückverbindungs-Zugangskanals (AXCH) ebenfalls von den auf dem Vorwärts-APC-Kanal gesendeten APC-Bits gesteuert. Die Tabelle 1 fasst die spezifischen Leistungsregelungsverfahren für die gesteuerten Kanäle zusammen.
Die erforderlichen SIRs der zugewiesenen Kanäle TRCH, APC und OW und das zugewiesene Rück-Pilotsignal für eine beliebige bestimmte SU sind im Verhältnis zueinander fest, und diese Kanäle unterliegen einem fast identischen Schwund, weswegen sie gemeinsam leistungsgesteuert werden.

Automatische Vorwärts-Leistungssteuerung

Das AFPC-System versucht, das minimal erforderliche SIR auf den Vorwärts-Kanälen während eines Anrufs beziehungsweise einer Verbindung aufrecht zu erhalten. Der in Fig. 3 gezeigte rekursive AFPC-Vorgang besteht aus den folgenden Schritten: Man lässt eine SU die zwei Fehlersignale e&sub1; und e&sub2; in Schritt 301 bilden, wobei
e&sub1; = Pd - (1 + SNRREF)PN (4)
e&sub2; = Pr - Po (5)
und Pd das entspreizte Signal plus die Rauschleistung, PN die entspreizte Rauschleistung, SNRREF der erforderliche Rauschabstand für den Diensttyp, Pr ein Maß der empfangenen Gesamtleistung und Po der AGC-Sollwert ist. Als Nächstes bildet das SU-Modem das kombinierte Fehlersignal α&sub1;e&sub1; + α&sub2;e&sub2; in Schritt 302. Hier werden die Gewichte α&sub1; und α&sub2; für jeden Diensttyp und jede APC- Aktualisierungsrate gewählt. In Schritt 303 setzt die SU für das kombinierte Fehlersignal ein hartes Limit und bildet ein einziges APC-Bit. Die SU sendet das APC-Bit an die RCS in Schritt 304, und das RCS-Modem empfängt das Bit in Schritt 305. Die RCS erhöht oder verringert ihre Sendeleistung an die SU im Schritt 306, und der Algorithmus wiederholt ab Schritt 301.

Automatische Rück-Leistungssteuerung

Das ARPC-System enthält das minimal erforderliche SIR auf den Rück- Kanälen zum Minimieren der Rück-Ausgangsleistung des Gesamtsystems während sowohl der Einrichtung von Anrufen/Verbindungen als auch während laufender Anrufe/Verbindungen. Der in Fig. 4 gezeigte rekursive ARPC-Vorgang beginnt bei Schritt 401, wo das RCS-Modem im Schritt 401 die zwei Fehlersignale e&sub1; und e&sub2; bildet, wobei
e&sub1; = Pd - (1 + SNRREF) PN (6)
e&sub2; = Prt - Po (7)
und Pd das entspreizte Signal plus die Rauschleistung, PN die entspreizte Rauschleistung, SNRREF der Referenz-Rauschabstand für den Diensttyp, Prt ein Maß für die durchschnittlich von der RCS empfangene Gesamtleistung, und Po der AGC-Sollwert ist. Das RCS-Modem bildet das kombinierte Fehlersignal α&sub1;e&sub1; + α&sub2;e&sub2; in Schritt 402 und setzt ihrem Fehlersignal ein hartes Limit, um ein einziges APC- Bit in Schritt 403 zu bestimmen. Die RCS sendet das APC-Bit an die SU in Schritt 404, und das Bit wird in Schritt 405 von der SU empfangen. Schließlich stellt die SU ihre Sendeleistung gemäß des empfangenen APC-Bits in Schritt 406 ein, und der Vorgang wird ab Schritt 401 wiederholt. Tabelle 2:

SIR und mehrfache Kanaltypen

Das erforderliche SIR für Kanäle auf einer Verbindung ist vom Kanalformat (z. B. TRCH, OW), dem Diensttyp (z. B. ISDN B, 32 kb/s ADPCM POTS) und der Anzahl von Symbolen abhängig, über welche Datenbits verteilt sind (z. B. zwei 64 kb/s-Symbole werden zum Bilden eines einzigen 32-kb/s-ADPCM-POTS-Symbols integriert). Die Entspreizer-Ausgangsleistung, die dem erforderlichen SIR für jeden Kanal und Diensttyp entspricht, ist vorbestimmt. Während ein Anruf bzw. eine Verbindung läuft, sind gleichzeitig mehrere logische CDMA-Benutzerkanäle aktiv; jeder dieser Kanäle überträgt in jeder Symbolperiode ein Symbol. Das SIR des Symbols vom nominell höchsten SIR-Kanal wird gemessen, mit einem Schwellenwert verglichen und zum Bestimmen der APC- Erhöungsschritt/Verringerungsschritt-Entscheidung in jeder Symbolperiode verwendet. Tabelle 2 gibt das Symbol (und den Schwellenwert) an, der für die APC-Berechnung vom Dienst- und Anrufstyp verwendet wird.

APC-Parameter

APC-Information wird immer als ein einziges Bit Information gesendet, und die APC-Datenrate ist äquivalent zur APC-Aktualisierungsrate. Die APC- Aktualisierungsrate ist 64 kb/s. Diese Rate ist zur Bewältigung erwarteter Rayleigh- und Doppler-Schwünde hoch genug und erlaubt eine relativ hohe (~0,2) Bitfehlerrate (BER) im Uplink- und Downlink-APC-Kanal, was die der APC gewidmete Kapazität minimiert.
Die schrittweise Erhöhung beziehungsweise Verringerung der Leistung, die vom APC-Bit angezeigt wird, ist nominell zwischen 0,1 und 0,01 dB. Der dynamische Bereich für die Leistungssteuerung ist für das Ausführungsbeispiel des vorliegenden Systems 70 dB auf der Rückwärtsverbindung und 12 dB auf der Vorwärtsverbindung.

Eine alternative Ausführungsform zur Multiplexierung von APC-Information

Die zuvor beschriebenen dedizierten APC- und OW-Logikkanäle können auch zusammen in einem logischen Kanal multiplexiert werden. Die APC- Information wird mit 64 kb/s kontinuierlich übertragen, während die OW- Information in Daten-Bursts auftritt. Der alternative multiplexierte Logikkanal enthält die unkodierte, nicht verschachtelte 64 kb/s-APC-Information zum Beispiel auf dem in Phase befindlichen Kanal und die OW-Information auf dem Quadraturkanal des QPSK-Signals.

Umsetzung der Leistungsregelung (mit Rückkopplung)

Die Leistungsregelung während einer Anrufsverbindung reagiert auf zwei unterschiedliche Variationen der Gesamtsystemleistung. Erstens reagiert das System auf lokales Verhalten, wie zum Beispiel Veränderungen des Leistungspegels einer SU, und zweitens reagiert das System auf Veränderungen des Leistungspegels einer ganzen Gruppe aktiver Benutzer im System.
Das Leistungsregelungssystem des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt. Wie gezeigt, sind die zum Einstellen der Sendeleistung verbindeten Schaltungen für die RCS (als das RCS- Leistungssteuerungsmodul 501 gezeigt) und die SU (als das SU- Leistungssteuerungsmodul 502 gezeigt) einander ähnlich. Beginnend mit dem RCS-Leistungssteuerungsmodul 501 wird das Rückwärtsverbindungs-HF- Kanalsignal an der HF-Antenne empfangen und demoduliert, um das Rück- CDMA-Signal RMCH zu erzeugen, das an den Regelverstärker (VGA1) 510 angelegt wird. Das Ausgangssignal des VGA1 510 wird an die Schaltung 511 zur automatischen Verstärkungssteuerung angelegt, das ein Regelverstärker- Steuerungssignal an den VGA1 510 erzeugt. Dieses Signal erhält den Pegel des Ausgangssignals von VGA1 510 auf einem fast konstanten Wert. Das Ausgangssignal des VGA1 wird vom Entspreiz-Demultiplexer (demux) 512 entspreizt, der ein entspreiztes Benutzer-Nachrichtensignal MS und ein Vorwärts- APC-Bit erzeugt. Das Vorwärts-APC-Bit wird an den Integrator 513 zum Erzeugen des Vorwärts-APC-Steuerungssignals angelegt. Das Vorwärts-APC- Steuerungssignal steuert den Vorwärtsverbindungs-VGA2 514 und erhält das Vorwärtsverbindungs-HF-Kanalsignal auf einem zur Kommunikation erforderlichen Minimalpegel.
Die Signalleistung des entspreizten Benutzer-Nachrichtensignals MS des RCS-Leistungsmoduls 501 wird von der Leistungsmessschaltung 515 zum Erzeugen einer Signalleistungsanzeige gemessen. Das Ausgangssignal des VGA1 510 wird ebenfalls durch den AUX-Entspreizer 581 entspreizt, der das Signal durch die Verwendung eines unkorrelierten Spreizcodes entspreizt und daher ein entspreiztes Rauschsignal erhält. Die Leistungsmessung dieses Signals durch den Leistungsmesser 582 wird mit 1 plus dem erforderlichen Rauschabstand (SNRR) vom Multiplizierer 583 multipliziert, um das Schwellensignal 51 zu erzeugen. Die Differenz zwischen der entspreizten Signalleistung und dem Schwellenwert 51 wird vom Subtraktor 516 erzeugt. Diese Differenz ist das Fehlersignal ES1, das ein Fehlersignal ist, das sich auf den Sendeleistungspegel der bestimmten SU bezieht. In ähnlicher Weise wird das Steuersignal für den VGA1 510 an die Ratenskalierungsschaltung 517 angelegt, um die Rate des Steuersignals für den VGA1 510 zu verringern. Das Ausgangssignal der Skalierungsschaltung 517 ist ein skaliertes Systemleistungspegelsignal SP1. Die Schwellenwertberechnungslogik 518 berechnet den Systemsignal-Schwellenwert SST aus dem RCS-Benutzerkanal- Leistungsdatensignal (RCSUSR). Das Komplement des skalierten Systemleistungspegelsignals SP1 und des Systemsignalleistungsschwellenwerts SST werden an den Addierer 519 angelegt, der ein zweites Fehlersignal ES2 erzeugt. Dieses Fehlersignal bezieht sich auf den Systemsendeleistungspegel aller aktiver SUs. Die eingegebenen Fehlersignale ES1 und ES2 werden im Kombinierer 520 zum Erzeugen eines kombinierten Eingangs-Fehlersignals an den Deltamodulator (DM1) 521 kombiniert, und das Ausgangssignal des DM1 ist das Rück-APC-Bitstromsignal, das Bits eines Werts +1 oder -1 aufweist und das für die vorliegende Erfindung als ein 64 kb/s-Signal übertragen wird.
Das Rück-APC-Bit wird an die Spreizschaltung 522 angelegt, und das Ausgangssignal der Spreizschaltung 522 ist das Spreizspektrums-Vorwärts-APC- Nachrichtensignal. Vorwärts-OW- und Verkehrs-Signale werden ebenfalls an die Spreizschaltungen 523, 524 geliefert, die Vorwärts-Verkehrs-Nachrichtensignale 1, 2, ... N erzeugen. Der Leistungspegel des Vorwärts-APC-Signals, der Vorwärts- OW- und der Verkehrs-Nachrichtensignale werden durch die entsprechenden Verstärker 525, 526 und 527 zum Erzeugen der in ihrer Leistung eingestellten APC-OW- und TRCH-Kanal-Signale eingestellt. Diese Signale werden durch den Addierer 528 kombiniert und an den VGA2 514 angelegt, der ein Vorwärtsverbindungs-HF-Kanalsignal erzeugt.
Das Vorwärtsverbindungs-HF-Kanalsignal, welches das Spreiz-Vorwärts- APC-Signal enthält, wird von der HF-Antenne der SU empfangen und zum Erzeugen des Vorwärts-CDMA-Signals FMCH demoduliert. Dieses Signal wird an den Regelverstärker (VGA3) 540 geliefert. Das Ausgangssignal des VGA3 wird an die automatische Verstärkungssteuerungsschaltung (AGC) 541 angelegt, die ein Regelverstärker-Steuerungssignal an den VGA3 540 liefert. Dieses Signal erhält den Pegel des Ausgangssignals des VGA3 540 auf einem fast konstanten Pegel. Das Ausgangssignal des VGA3 540 wird vom Entspreiz-Demultiplexer 542 entspreizt, der ein entspreiztes Benutzernachrichtensignal SUMS und ein Rück- APC-Bit erzeugt. Das Rück-APC-Bit wird an den Integrator 543 angelegt, der das Rück-APC-Steuerungssignal erzeugt. Dieses Rück-APC-Steuerungssignal wird an den Rück-APC-VGA4 544 zum Erhalten des Rückverbindungs-HF-Kanalsignals auf einem minimalen Leistungspegel geliefert.
Das entspreizte Benutzer-Nachrichtensignal SUMS wird ebenfalls an die Leistungsmessschaltung 545 angelegt, die ein Leistungsmesssignal erzeugt, das im Addierer 546 zum Komplement des Schwellenwerts S2 addiert wird, um ein Fehlersignal ES3 zu erzeugen. Das Signal ES3 ist ein Fehlersignal, das sich auf den RCS-Sendeleistungspegel für die bestimmte SU bezieht. Zum Erhalten eines Schwellenwerts 52 wird die entspreizte Rauschleistungsanzeige aus dem AUX- Entspreizer 585 und Leistungsmesser 586 mit 1 plus dem erwünschten Rauschabstand SNRR vom Multiplizierer 587 multipliziertl Der AUX-Entspreizer 585 entspreizt die Eingabedaten unter Verwendung eines unkorrelierten Spreizcodes, und daher ist ihr Ausgangssignal eine Anzeige für die entspreizte Rauschleistung.
In ähnlicher Weise wird das Steuersignal für den VGA 540 an die Ratenskalierungsschaltung 570 zum Verringern der Rate des Steuersignals für den VGA 540 angelegt, um einen skalierten empfangenen Leistungspegel RP1 zu erzeugen (siehe Fig. 5). Die Schwellenwert-Berechnungsschaltung 598 berechnet den empfangenen Signalschwellenwert RST aus dem bei der SU gemessenen Leistungssignal SUUSR. Das Komplement des skalierten empfangenen Leistungspegels RP1 und des empfangenen Signalschwellenwerts RST werden an den Addierer 594 angelegt, der ein Fehlersignal ES4 erzeugt. Dieses Fehlersignal bezieht sich auf die RCS-Sendeleistung an alle anderen SUs. Die Eingabe-Fehlersignale ES3 und ES4 werden im Kombinierer 599 kombiniert und in den Deltamodulator DM2 547 eingegeben, und das Ausgangssignal des DM2 547 ist das Vorwärts-APC-Bitstromsignal, das Bits mit einem Wert von +1 oder -1 aufweist. Im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird dieses Signal als ein 64 kb/s-Signal übertragen.
Das Vorwärts-APC-Bitstromsignal wird an die Spreizschaltung 548 angelegt, um das Ausgangs-Rück-Spreizspektrums-APC-Signal zu erzeugen. Rück-OW- und Verkehrssignale werden auch in die Spreizschaltungen 549, 550 eingegeben, wodurch Rück-OW- und Verkehrsnachrichtsignale 1, 2, ... N erzeugt werden, und der Rück-Pilot wird durch den Rück-Pilot-Generator 551 erzeugt. Der Leistungspegel des Rück-APC-Nachrichtensignals, des Rück-OW- Nachrichtensignals, des Rück-Filots und der Rück-Verkehrs-Nachrichtensignale werden durch die Verstärker 552, 553, 554, 555 zum Erzeugen derjenigen Signale eingestellt, die durch den Addierer 556 kombiniert und dem Rück-APC-VGA4 544 eingegeben werden. Es ist dieser VGA4 544, der das Rückverbindungs-HF- Kanalsignal erzeugt.
Während des Vorgangs der Anrufsverbindung und der Trägerkanaleinrichtung wird die Leistungsregelung der vorliegenden Erfindung modifiziert, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Es wird gezeigt, dass die zum Einstellen der Sendeleistung verwendeten Schaltungen unterschiedlich sind für die RCS, was als das Anfangs-RCS-Leistungssteuerungsmodul 601 gezeigt ist; und für die SU, was als das Anfangs-SU-Leistungssteuerungsmodul 602 gezeigt ist. Beginnend mit dem Anfangs-RCS-Leistungssteuerungsmodul 601 wird das Rückwärtsverbindungs-HF-Kanalsignal von der HF-Antenne empfangen und demoduliert, wobei das Rück-CDMA-Signal IRMCH erzeugt wird, das von dem ersten Regelverstärker (VGA1) 603 empfangen wird. Das Ausgangssignal des VGA1 603 wird von der automatischen Verstärkungssteuerungsschaltung (AGC1) 604 erfasst, die ein Regelverstärkersteuerungssignal an den VGA1 603 liefert, um den Pegel des Ausgangssignals des VGA1 603 auf einem fast konstanten Wert zu halten. Das Ausgangssignal des VGA1 wird vom Entspreizungs-Demultiplexer 605 entspreizt, der ein entspreiztes Benutzernachrichtensignal IMS erzeugt. Das Vorwärts-APC-Steuerungssignal, ISET, wird auf einen festen Wert gesetzt und an den Vorwärtsverbindungs-Regelverstärker (VGA2) 606 angelegt, um das Vorwärtsverbindungs-HF-Kanalsignal auf einen vorbestimmten Pegel zu setzen.
Die Signalleistung des entspreizten Benutzer-Nachrichtensignals IMS des Anfangs-RCS-Leistungsmoduls 601 wird von der Leistungsmessschaltung 607 gemessen, und die Ausgangs-Leistungsmessung wird von einem Schwellenwert S3 im Subtraktor 608 zum Erzeugen eines Fehlersignals ES5 subtrahiert, das ein Fehlersignal ist, das sich auf den Sendeleistungspegel einer bestimmten SU bezieht. Der Schwellenwert S3 wird durch Multiplizieren beim Multiplizierer 683 der entspreizten Leistungsmessung, die vom AUX-Entspreizer 681 erhalten wurde, und der gemessenen Leistung 682 mit 1 plus dem erwünschten Rauschabstand SNRR berechnet. Der AUX-Entspreizer 681 entspreizt das Signal unter der Verwendung eines unkorrelierten Spreizcodes, weswegen ihr Ausgangssignal eine Anzeige der entspreizten Rauschleistung ist. In ähnlicher Weise wird das VGA1-Steuerungssignal an die Ratenskalierungsschaltung 609 zum Verringern der Rate des VGA1-Steuerungssignals angelegt, um ein skaliertes Systemleistungspegelsignal SP2 zu erzeugen. Die Schwellenwert- Berechnungslogik 610 bestimmt einen Anfangs-Systemsignal-Schwellenwert (ISST), der aus dem Benutzerkanal-Leistungsdatensignal (IRCSUSR) berechnet wird. Das Komplement des skalierten Systemleistungspegelsignals SP2 und des (ISST) werden an den Addierer 611 geleitet, der ein zweites Fehlersignal ES6 erzeugt, das ein Fehlersignal ist, das sich auf den Systemsendeleistungspegel aller aktiver SUs bezieht. Der Wert von ISST ist die erwünschte Sendeleistung für ein System mit der bestimmten Konfiguration. Die Eingabe-Fehlersignale ES5 und ES6 werden im Kombinierer 612 zum Erzeugen eines kombinierten Fehlersignals kombiniert und in den Deltamodulator (DM3) 613 eingegeben. Der DM3 erzeugt das Anfangs-Rück-APC-Bitstromsignal, das Bits mit Werten von +1 oder -1 aufweist, die für die vorliegende Erfindung als ein 64 kb/s-Signal übertragen werden.
Das Rück-APC-Bitstromsignal wird an die Spreizschaltung 614 angelegt, um das Anfangs-Spreizspektrums-Vorwärts-APC-Signal zu erzeugen. Die Steuerkanal(CTCH)-Information wird vom Spreizer 616 zum Bilden des gespreizten CTCH-Nachrichtensignals gespreizt. Das gespreizte APC- und CTCH- Signal werden von den Verstärkern 615 und 617 skaliert und vom Kombinierer 618 kombiniert. Das kombinierte Signal wird an den VGA2 606 angelegt, der das Vorwärtsverbindungs-HF-Kanalsignal erzeugt.
Das Vorwärtsverbindungs-HF-Kanalsignal, das das gespreizte Vorwärts- APC-Signal enthält, wird von der HF-Antenne der SU empfangen und zum Erzeugen des Anfangs-Vorwärts-CDMA-Signals (IFMCH) demoduliert, das an den Regelverstärker (VGA3) 620 angelegt wird. Das Ausgangssignal des VGA3 620 wird von der automatischen Verstärkungssteuerungsschaltung (AGC2) 621 erfasst, die ein Regelverstärker-Steuerungssignal für den VGA3 620 erzeugt. Dieses Signal hält den Ausgangsleistungspegel des VGA3 620 auf einem fast konstanten Wert. Das Ausgangssignal des VGA3 wird vom Entspreizungs- Demultiplexer 622 entspreizt, der ein Anfangs-Rück-APC-Bit erzeugt, das vom Ausgangspegel des VGA3 abhängt. Das Rück-APC-Bit wird vom Integrator 623 zum Erzeugen des Rück-APC-Steuerungssignals verarbeitet. Das Rück-APC- Steuerungssignal wird an den Rück-APC-VGA4 624 geliefert, um das Rückverbindungs-HF-Kanalsignal auf einem vorbestimmten Leistungspegel zu halten.
Das Globalkanal-AXCH-Signal wird von den Spreizschaltungen 625 zum Liefern des Spreiz-AXCH-Kanalsignals gespreizt. Der Rück-Pilotgenerator 626 liefert ein Rück-Pilotsignal, und die Signalleistung des AXCH und des Rück- Pilotsignals werden durch die entsprechenden Verstärker 627 und 628 eingestellt. Das gespreizte AXCH-Kanalsignal und das Rück-Pilotsignal werden durch den Addierer 629 zum Erzeugen des Rückverbindungs-CDMA-Signals addiert. Das Rückverbindungs-CDMA-Signal wird vom Rück-APC-VGA4 624 empfangen, der das Rückverbindungs-HF-Kanalsignal erzeugt, das an den HF-Sender ausgegeben wird.

Systemkapazitätsverwaltung

Der Systemkapazitäts-Verwaltungsalgorithmus der vorliegenden Erfindung optimiert die maximale Benutzerkapazität für einen RCS-Bereich, der eine Zelle genannt wird. Wenn die SU innerhalb eines bestimmten Werts einer maximalen Sendeleistung kommt, sendet die SU eine Alarmnachricht an die RCS. Die RCS setzt die Ampeln, die den Zugang zum System steuern, auf "rot", was, wie zuvor beschrieben, ein Flag ist, der einen Zugang durch die SUs verhindert. Diese Bedingung bleibt gültig, bis die das Alarmsignal sendende SU ihren Anruf beendet oder bis die Sendeleistung der das Alarmsignal sendenden SU, wie sie von der SU gemessen wird, einen Wert hat, der kleiner als die maximale Sendeleistung ist. Wenn mehrere SUs Alarmnachrichten senden, bleibt die Bedingung gültig, bis entweder alle Anrufe von die Alarmnachricht sendenden SUs beendet sind oder bis die Sendeleistung der die Alarmnachricht sendenden SUs, wie sie an der SU gemessen werden, einen Wert hat, der kleiner als die maximale Sendeleistung ist. Eine alternative Ausführungsform misst die Bitfehlerratenmessungen von dem Vorwärts-Fehlerkorrektur(FEC)-Dekoder und hält die RCS-Ampeln auf "rot", bis die Bitfehlerrate geringer als ein vorbestimmter Wert ist.
Die Blockierungsstrategie der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren, das die von der RCS an eine SU gesendete Leistungssteuerungsinformation und die bei der RCS empfangenen Leistungsmessungen verwendet. Die RCS misst ihren Sendeleistungspegel, erfasst, dass ein Maximalwert erreicht wurde, und bestimmt, wann neue Benutzer zu blockieren sind. Eine SU, die sich darauf vorbereitet, in das System einzutreten, blockiert sich selbst, wenn die SU den maximalen Sendeleistungspegel erreicht, bevor eine Trägerkanalzuweisung erfolgreich abgeschlossen wurde.
Jeder zusätzliche Benutzer im System hat den Effekt des Erhöhens des Rauschpegels für alle anderen Benutzer, wodurch der Rauschabstand (SNR) verringert wird, den jeder Benutzer erfährt. Der Leistungssteuerungsalgorithmus erhält einen erwünschten SNR für jeden Benutzer. Daher hat in Abwesenheit anderer Einschränkungen das Hinzufügen eines neuen Benutzers im System lediglich einen vorübergehenden Effekt, und der erwünschte SNR wird wiedererlangt.
Die Sendeleistungsmessung bei der RCS wird durch Messen entweder des Effektivwerts (RMS-Werts) des kombinierten Basisbandsignals oder durch Messen der Sendeleistung des HF-Signals und Rückkoppeln dieses Signals an die digitalen Steuerungsschaltungen durchgeführt. Die Sendeleistungsmessung kann auch durch die SUs durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob die Einheit ihre maximale Sendeleistung erreicht hat. Der SU-Sendeleistungspegel wird dadurch bestimmt, dass das Steuersignal des HF-Verstärkers gemessen wird und der Wert auf der Grundlage des Diensttyps, wie zum Beispiel des schlichten alten Telefondienstes (POTS), Fax oder eines integrierten digitalen Dienstnetzes (integrated services digital network/ISDN), bestimmt.
Die Information, dass eine SU die maximale Leistung erreicht hat, wird in einer Nachricht auf den zugewiesenen Kanälen von der SU an die RCS gesendet. Die RCS bestimmt ebenso den Zustand durch Messen von Rück-APC- Veränderungen, weil die SU die maximale Sendeleistung erreicht hat, wenn die RCS APC-Nachrichten an die SU sendet, damit die SU die Sendeleistung erhöht, und die SU-Sendeleistung, wie sie bei der RCS gemessen wurde, nicht erhöht wird.
Die RCS verwendet keine Ampeln zum Blockieren neuer Benutzer, die ihr Hochfahren unter Verwendung der Kurzcodes beendet haben. Diese Benutzer werden dadurch blockiert, dass ihnen der Wählton verweigert wird und sie eine Zeitüberschreitung erfahren. Die RCS sendet alle 1-en (Verringerungsbefehle) auf dem APC-Kanal, damit die SU ihre Sendeleistung verringert. Die RCS sendet auch entweder keine CTCH-Nachricht oder eine Nachricht mit einer ungültigen Adresse, die die FSU dazu zwingen würde, den Zugangsvorgang abzubrechen und von vorne anzufangen. Die SU startet den Akquisitionsvorgang nicht unmittelbar, weil die Ampeln rot sind.
Wenn die RCS ihren Sendeleistungsgrenzwert erreichen, erzwingt sie ein Blockieren in der gleichen Weise, als wenn eine SU ihren Sendeleistungsgrenzwert erreicht. Die RCS schaltet alle Ampeln auf dem FBCH aus, beginnt damit alle Ein-APC-Bits (Verringerungsbefehle) an diejenigen Benutzer zu senden, die ihr Kurzcode-Hochfahren beendet haben, jedoch noch keinen Wählton erhalten haben, und sendet entweder keine CTCH-Nachricht an diese Benutzer oder sendet Nachrichten mit ungültigen Adressen, um sie zu zwingen, ihren Zugangsvorgang abzubrechen.
Der Selbstblockierungsalgorithmus der SU ist wie folgt. Wenn die SU mit dem Senden auf dem AXCH beginnt, beginnt die APC ihren Leistungssteuerungsbetrieb unter der Verwendung des AXCH, und die SU- Sendeleistung wird erhöht. Während die Sendeleistung unter der Steuerung der APC erhöht wird, wird sie von der SU-Steuerung überwacht. Wenn der Sendeleistungs-Grenzwert erreicht ist, gibt die SU ihren Zugangsvorgang auf und beginnt von vorne.
Auch wenn die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, versteht es sich für den Fachmann, dass die Erfindung auch mit Modifikationen an der Ausführungsform in die Praxis umgesetzt werden kann, die im Umfang der Erfindung liegen, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Codemultiplex-Vielfachzugriff-Spreizspektrum-Kommunikationssystem, mit einer ersten (501; 502) und einer zweiten (502; 501) Kommunikationsstation, bei dem der Sendeleistungspegel der zweiten Station (501, 502) durch automatische Leistungssteuerung gesteuert wird, wobei die erste Station (501; 502) ein Spreizspektrum-Informationssignal von der zweiten Station (502; 501) empfängt, wobei das System dadurch gekennzeichnet, dass:

die erste Station aufweist:

Einrichtungen (511, 517, 518, 541, 570, 598) zum Bestimmen eines skalierten Systemleistungspegels;

Einrichtungen (518, 519, 598, 594) zum Hinzufügen eines Komplements des skalierten Systemleistungspegels zu einem Schwellenwert als ein erstes Fehlersignal;

Einrichtungen (581, 582, 585, 586) zum Messen einer nichtkorrelierten Rauschsignalleistung;

Einrichtungen (512, 515, 542, 545) zum Messen eines Leistungspegels, welcher Rauschen enthält, des entspreizten, empfangenen Informationssignals der zweiten Station;

Einrichtungen (583, 516, 587, 546) zum Multiplizieren der nichtkorrelierten Rauschsignalleistung mit einem vorbestimmten Signal-/Rauschverhältniswert, und zum Erzeugen einer Differenz zwischen dem Informationssignal- Leistungspegel des entspreizten Signals der zweiten Station und einem Ergebnis der Multiplikation;

Einrichtungen (520, 521, 599, 547) zum Kombinieren des ersten Fehlersignals mit der erzeugten Differenz zu einem automatischen Leistungssteuersignal; und

Einrichtungen (522, 525, 548, 552) zum Senden des automatischen Leistungssteuersignals an die zweite Station; und

wobei die zweite Station aufweist:

Einrichtungen (512, 513, 514, 542, 543, 544) zum Empfangen des automatischen Leistungssteuersignals und zum Justieren des Leistungspegels der zweiten Station als Antwort auf das empfangene automatische Leistungssteuersignal.

2. System nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (517, 570) zum Skalieren des Systemleistungspegels an eine Schaltung zur automatischen Regelungsverstärkung (511, 541) angeschlossen sind, um eine Verstärkung eines empfangenen Signals zu steuern.

3. System nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsmeßeinrichtungen (581, 582, 585, 586) für das nichtkorrelierte Rauschsignal aufweisen: Einrichtungen (581, 585) zum Entspreizen empfangener Signale mit einem nichtkorrelierten Spreizcode als das nichtkorrelierte Rauschen, und Einrichtungen (582, 585) zum Messen eines Leistungspegels des nichtkorrelierten Rauschens als die Leistung des nichtkorrelierten Rauschsignals.

4. System nach Anspruch 3, weiter gekennzeichnet durch das Entspreizen mit einer Einrichtung für nichtkorrelierte Spreizcodes, die einen Hilfsentspreizer (581, 585) umfaßt.

5. Verfahren zur Verwendung bei der Steuerung eines Leistungspegels einer ersten Kommunikationsstation (501; 502) in einem Codemultiplex-Vielfachzugriff- Spreizspektrum-Kommunikationssystem, wobei das System die erste (501; 502) und eine zweite (502; 501) Kommunikationsstation aufweist, wobei die erste Station (501; 502) ein erstes Spreizspektrum-Informationssignal an die zweite Station (502; 501) sendet, die das erste Informationssignal empfängt, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist, bei der zweiten Station, durch:

Bestimmen eines skalierten Systemleistungspegels; Addieren des Komplements des skalierten Systemleistungspegels zu einem Schwellenwert eines ersten Fehlersignals (301, 401);

Messen einer nichtkorrelierten Rauschsignalleistung;

Messen eines Leistungspegels, der Rauschen enthält, des entspreizten empfangenen ersten Signals;

Multiplizieren der nichtkorrelierten Rauschsignalleistung mit einem vorbestimmten Signal-/Rauschwert und Erzeugen einer Differenz zwischen dem entspreizten Informationssignal-Leistungspegel der zweiten Station und einem Ergebnis der Multiplikation (301, 401);

Kombinieren des ersten Fehlersignals mit der erzeugten Differenz als ein automatisches Leistungssteuersignal (302, 303, 402, 403);

Senden bei der zweiten Station des automatischen Leistungssteuersignals an die erste Station (304, 404); und

Empfangen des automatischen Leistungssteuersignals und Anpassen des Leistungspegels der ersten Station als Antwort auf das empfangene automatische Leistungssteuersignal (305, 306, 405, 406).

6. Verfahren nach Anspruch 5, weiter gekennzeichnet durch den Schritt des Messens nichtkorrelierten Rauschens, umfassend:

Entspreizen von Signalen im Kanal des ersten Signals mit einem nichtkorrelierten Spreizcode als das nicht korrelierte Rauschen; und

Messen des Leistungspegels des nichtkorrelierten Rauschens als das nichtkorrelierte Rauschleistungssignal.

7. Verfahren nach Anspruch 6, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Entspreizen mit einem nichtkorrelierten Spreizcode durch einen Hilfsentspreizer bewirkt wird.