DE69729734T2

DE69729734T2 - Verfahren und gerät zum messen der verbindungsgüte in einem spreizspektrumübertragungssystem

Info

Publication number: DE69729734T2
Application number: DE69729734T
Authority: DE
Inventors: W. Keith SAINTS
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1997-09-23
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2017-09-24
Also published as: UA57747C2; PL186150B1; US5903554A; CA2265833A1; CN100456663C; ES2224272T3; AU722334B2; JP4658910B2; PL186141B1; CN1231085A; IL129077A; IL129077A0; CN1516377A; EA199900333A1; ATE270476T1; EP0931387A2; KR20000048662A; PL332510A1; BR9712074A; NO991497L

Description

I. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kommunikationen bzw. Nachrichtenübertragungen. Spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein neues und verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Sendeleistung einer entfernten Station in einem drahtlosen Kommunikations- bzw. Nachrichtenübertragungssystem.
II. Beschreibung der verwandten Technik
Die Verwendung von Codemultiplexvielfachzugriffs-(Code Division Multiple Access, CDMA)Modulationstechniken ist eine von mehreren Techniken zum Erleichtern von Kommunikationen bzw. Nachrichtenübertragungen bei denen eine große Zahl von Systemnutzern vorhanden ist. Andere Vielfachzugriffskommunikationssystemtechniken, wie beispielsweise Zeitmultiplexvielfachzugriff (Time Division Multiple Access, TDMA) und Frequenzmultiplexvielfachzugriff (Frequency Division Multiple Access, FDMA) sind in der Technik bekannt. Jedoch hat die Spreizspektrumsmodulationstechnik des CDMA signifikante Vorteile gegenüber diesen Modulationstechniken für Vielfachzugriffskommunikationssysteme. Die Verwendung der CDMA Techniken in einem Vielfachzugriffskommunikationssystem ist offenbart im U.S. Patent Nr. 4,901,307 mit dem Titel „SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS", das auf den Rechteinhaber der vorliegenden Erfindung übertragen ist. Die Verwendung der CDMA Techniken in einem Vielfachzugriffskommunikationssystem ist ferner offenbart im U.S. Patent Nr. 5,103,459 mit dem Titel „SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING SIGNAL WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", das auf den Rechteinhaber der vorliegenden Erfindung übertragen ist.
CDMA bietet durch seine inhärente Art, ein Breitbandsignal zu sein, eine Form der Frequenzdiversität durch Spreizen der Signalenergie über eine weite Bandbreite. Deshalb betrifft frequenzselektiver Schwund (fading) nur einen kleinen Teil der CDMA-Signalbandbreite. Raum- oder Pfaddiversität wird durch das Vorsehen mehrerer Signalpfade durch gleichzeitige Verbindungen von einem mobilen Nutzer durch bzw. über zwei oder mehrere Zellenstandorte (cell-sites) erreicht. Weiterhin kann Pfaddiversität durch das Ausnutzen der Mehrpfad- bzw. Mehrwegeumgebung mittels Spreizspektrumverarbeitung erreicht werden und zwar durch Vorsehen, dass ein Signal welches mit unterschiedlichen Ausbreitungsverzögerungen ankommt, separat empfangen und verarbeitet werden kann. Beispiele von Pfaddiversität sind erläutert im U.S.-Patent Nummer 5,101,501 mit dem Titel „METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING A SOFT HANDOFF IN COMMUNICATIONS IN A CDMA CELLUAR TELEPHONE SYSTEM" und im U.S.-Patent Nummer 5,109,390 mit dem Titel „DIVERSITY RECEIVER IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM"; die beide auf den Rechteinhaber der vorliegenden Erfindung übertragen sind.
Ein Verfahren zum Senden bzw. Übertragen von Sprache in digitalen Kommunikationssystemen, welches spezielle Vorteile durch Erhöhen der Kapazität bietet, wobei die hohe Qualität der wahrgenommenen Sprache erhalten bleibt, ist die Verwendung von Sprachcodierung mit variabler Rate. Das Verfahren und die Vorrichtung eines besonders nützlichen Sprachcodierers mit variabler Rate ist im Detail beschrieben im U.S.-Patent Nummer 5,414,796 mit dem Titel „VARIABLE RATE VOCODER"; das auf den Rechteinhaber der vorliegenden Erfindung übertragen ist.
Bei einem brauchbaren Verfahren zum Steuern der Sendeleistung einer Mobilstation in einem Kommunikationssystem zählt die Mobilstation Rahmen, die fehlerhaft bzw. fälschlich empfangen wurden. Falls eine Schwelle überschritten wird, sendet die Mobilstation eine Nachricht an die Basisstation. Der Zähler bzw. die Zählung wird periodisch zurückgesetzt. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum derartigen Steuern der Sendeleistung ist offenbart im U.S.-Patent Nummer 5,056,109 mit dem Titel „METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", das auf den Rechteinhaber der vorliegenden Erfindung übertragen ist.
Ein Verfahren zum Vorsehen schnellerer Leistungssteuerung ist beschrieben im U.S.-Patent Nummer 5,568,483 mit dem Titel „METHOD AND APPARATUS FOR THE FORMATING OF DATA FOR TRANSMISSION", das auf den Rechteinhaber der vorliegenden Erfindung übertragen ist. Bei diesem Verfahren sendet die Mobilstation jeden Rückwärtsverkehrskanalrahmen (Reverse Traffic Channel frame) ein Bit, das die Qualität des vorhergehenden Vorwärtsverkehrskanalrahmens (Forward Traffic Channel frame) anzeigt. Das Bit ist eine '0', falls der Rahmen ohne Fehler empfangen wurde; das Bit ist eine '1', falls der Rahmen fehlerhaft empfangen wurde. Da diese Bits codiert und interleaved bzw. verschachtelt werden, werden sie fehlerfrei empfangen. Aufgrund des Rahmenqualitätsanzeigers (frame quality indicator) bei jedem Rahmen wird die Mobilstation befähigt, die Leistungssteuerbits, die wahrscheinlich fehlerhaft sind, zu verwerfen.
Diese Verfahren des Vorsehens von Leistungssteuerung sind jedoch beschränkt auf das Rückkoppeln von höchstens einem signifikanten Informationsbit pro empfangenen Datenrahmen. Die Schwundbedingungen können signifikant schnellere Informationsrückkopplung erfordern.
US-A-5,559,790 beschreibt ein Spreizspektrumkommunikationssystem, in dem eine einer Folge von orthogonalen Codes zum Spreizen des Spektrums einer Signalrauschverhältnismessung in einem Endgerät zugewiesen ist. Basierend auf einem detektierten Rauschsignal durch das Entspreizen eines von einer Antenne empfangenen Signals mit dem oben beschriebenen orthogonalen Code und einem Pilotsignal, leitet jedes Endgerät ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis ab. Jedes Endgerät sendet das Signal-zu-Rausch-Verhältnis an die Basisstation und zwar als ein Leistungssteuersignal. Basierend auf der von jedem Endgerät als das Leistungssteuersignal empfangenen Signal-zu-Rausch-Information steuert die Basisstation die Signalsendeleistung für jedes Endgerät.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist ein neues und verbessertes Verfahren zum Vorsehen einer Empfangssignalqualitätsmetrik, die optimal entworfen ist zum Steuern der Sendeleistung eines Senders in einem Leistungsregelsystem. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Zusammenhang eines Spreizspektrumkommunikationssystems beschrieben, aber sie sind in gleicher Weise anwendbar auf andere Arten von Kommunikationssystemen. In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Leistungssteuersystem beschrieben zum Steuern der Leistung von Ausstrahlungen bzw. Übertragungen von einer Basisstation zu einer Mobilstation, was als Vorwärtsverbindungsübertragungen (forward link transmissions) bezeichnet wird. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in gleicher Weise anwendbar auf das Steuern der Leistung der Rückwärtsverbindungsübertragungen (reverse link transmissions), und zwar Übertragungen von der Mobilstation zu der Basisstation.
Somit ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen bzw. Generieren von Leistungssteuerkommandos bzw. Befehlen gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
Gemäß einem zweiten Aspekt ist eine Mobilstation gemäß Anspruch 8 vorgesehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der unten angegebenen detaillierten Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen deutlicher werden, wobei gleiche Bezugszeichen durchgehend Entsprechendes bezeichnen und wobei:
1 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in einer typischen Mobiltelefonumgebung;
2 zeigt ein Blockdiagramm des Leistungssteuersystems eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt ein Flussdiagramm, das das erste Ausführungsbeispiel zum Bestimmen einer Qualitätsmetrik illustriert; und
4 zeigt ein Flussdiagramm, das das zweite Ausführungsbeispiel zum Bestimmen einer Qualitätsmetrik darstellt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Bezugnehmend auf 1 empfängt die Systemsteuerung 10 Daten von und liefert Daten an das öffentliche Telefonvermittlungsnetzwerk (public switch telefone network, PSTN) (nicht gezeigt) und an andere Basisstationen (nicht gezeigt). Basisstationen 12 und 14 empfangen Daten von und liefern Daten an die Systemsteuerung 10. Basisstation 12 sendet Daten zur Mobilstation 18, was als Vorwärtsverbindungsübertragungen bezeichnet wird und zwar auf Signalpfaden bzw. Signalwegen 20 und 22. Der Signalpfad 22 ist ein direkter Pfad von der Basisstation 12 zur Mobilstation 18. Der Signalpfad 20 ist ein reflektierter Signalpfad, wobei das von der Basisstation 12 gesendete Signal von der Reflexionsquelle 16 reflektiert wird. Obwohl als ein Block in 1 dargestellt, ist die Reflexionsquelle 16 tatsächlich ein Artefakt der Umgebung in der die Mobilstation 18 operiert, typischerweise wäre sie ein Gebäude oder eine andere Struktur.
In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird die Mobilstation 18, die auf den Pfaden 20 und 22 empfangenen Signale separat demodulieren und die demodulierten Signale kombinieren. Der Entwurf und die Implementierung von Empfängern, die fähig sind auf verschiedenen Ausbreitungspfaden empfangene Signale zu kombinieren, ist im Detail in dem vorgenannten U.S.-Patent Nummer 5,109,390 beschrieben.
Zusätzlich überträgt bzw. sendet die Basisstation 14 Daten auf dem Pfad 24, der zum Empfang durch die Mobilstation 18 vorgesehen oder auch nicht vorgesehen ist. Falls die Mobilstation 18 nahe zu einer Zellgrenze zwischen Zel len, die von den Basisstationen 12 und 14 versorgt werden, ist, kann die Mobilstation 18 in soft handoff versetzt werden, wobei die Basisstationen 12 und 14 die Daten zur Mobilstation 18 redundant übertragen. In diesem Fall werden die Signale getrennt bzw. separat demoduliert und kombiniert werden. Das Verfahren des soft handoff ist im Detail in dem vorgenannten U.S.-Patent Nummer 5,101,501 beschrieben. Falls die von der Basisstation 14 gesendeten Signale nicht zum Empfang durch die Mobilstation 18 gedacht sind, dann wird in dem beispielhaften Ausführungsbeispiel das Signal als Inbandrauschen für die Mobilstation 18 auftreten.
Die Qualität der Übertragungen zur Mobilstation 18 wird bestimmt durch die Stärken der auf den Pfaden 20 und 22 gelieferten Signale und dem auf Pfad 24 gelieferten Signal, falls die Mobilstation im soft handoff ist. Basierend auf der Qualität der Übertragungen überträgt die Mobilstation 18 ein Signal zurück zu der Basisstation 12 auf einem Signalpfad 26 und zwar die Qualität der empfangenen Signale anzeigend. Falls die Mobilstation 18 im soft handoff ist, wird dieses Signal auch von der Basisstation 14 empfangen werden.
In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel werden Daten in 20 Millisekunden-Rahmen übertragen und anzeigend für die Qualität der empfangenen Rahmen werden 16-mal für jeden empfangenen Rahmen bzw. einmal pro 1,25 Millisekunden gesendet. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in gleicher Weise anwendbar auf Systeme mit kontinuierlicher Übertragung und Systeme, die unterschiedliche Rahmenlängen und -raten zum Liefern der Signalqualitätsanzeige verwenden.
Das optimale Maß bzw. Messwert für Signalqualität zum Steuern der Sendeleistung einer entfernten Basisstation, ist das Signal-zu-Rausch-Verhältnis auf dem Verkehrskanal (Traffic Eb/Nt bzw. Verkehr Eb/Nt). In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel misst das Signalqualitätsmesssystem die Werte des (Traffic Eb(f)/Nt(f)) pro Finger und generiert dann ein Gesamt (Traffic Eb/Nt) und zwar gemäß den Kombiniergewichten (combining weights) des Diversitätsempfängers wie durch folgende Gleichung (1) beschrieben ist.
wobei ω_f der vom Diversitätsempfänger zum Kombinieren der demodulierten Finger verwendete Gewichtsfaktor ist, und zwar zum Vorsehen verbesserter Schätzung der gesendeten Daten, Eb(f) ist die Energie eines Bits mit Verkehrsdaten auf Finger (f) und Nt(f) ist die vom Signal auf Finger (f) erfahrene Interferenz.
Wenn optimales Kombinieren stattfindet, ist das Gesamtverkehrs-Eb/Nt die Summe der Eb(f)/Nt(f)-Werte pro Finger. Deshalb ist ein alternatives Verfahren, einfach die Werte pro Finger aufzuaddieren um das Gesamtverkehrs-Eb/Nt abzuleiten.
Nt(f) umfasst thermisches Rauschen, Interferenz von anderen Zellen und Interferenz von anderen Signalpfaden der gleichen Zelle.
Falls ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Qualität des Empfangsfingers auf dem Signalpfad 22 bestimmt, der von der Basisstation 12 zur Mobilstation 18 gesendet wird, dann würde Nt(f) die Interferenz umfassen, die durch Sendungen von der Basisstation 14 verursacht werden und zwar über den Signalpfad 24 und Mehrpfadinterferenz durch Signalpfad 20.
In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Interferenz auf das Verkehrskanalsignal auf Finger (f) berechnet durch Messen der gesamten Inbandenergie und Heraussubtrahieren der nicht störenden (non-interfering) Energie, die auf dem selben Pfad geliefert wird und zwar gemäß folgender Gleichung 3. Nt(f) = Io – Îor(f) (3)wobei Io die innerhalb des Frequenzbandes empfangene Gesamtenergie ist und Îor(f) die Gesamtleistung des Signals ist, welches von der Basisstation 14 (einschließlich Sendungen bzw. Übertragungen zu anderen Nutzern) ausgeht und zwar auf einem einzelnen Pfad auf dem Finger (f) eingerastet ist. Weil bei CDMA die auf einem einzelnen Pfad gesendeten Signale orthogonal zueinander sind, ist der Wert Îor(f) ein Maß für die nicht störende Leistung, die nicht zu der Degradation des Empfangssignals beiträgt.
Pilotteilverfahren bzw. Pilotbruchteilsverfahren
Das erste beispielhafte Ausführungsbeispiel zum Erzeugen einer Qualitätsmetrik, welches hierin als das Pilotteilverfahren bezeichnet wird, ist durch das Flussdiagramm der 3 dargestellt. In dem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel wird das Qualitätsmaß im Zusammenhang der Qualitätsmessung des auf dem Pfad 22 gelieferten Signals beschrieben. Zum Vorsehen der ultimativen Leistungssteuerungsrückkopplung werden ähnliche Operationen durchgeführt und zwar zum Schätzen des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses der auf den Pfaden 20 und 24 empfangenen Signale, die dann gemäß obiger Gleichung (1) kombiniert werden.
In dem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sendet die Basisstation 12 mittels Signalisierungsdaten eine Anzeige des Teils der Gesamtenergie des durch Basisstation 12 gesendeten Signals, der zum Senden des Pilotsignals verwendet wird. Dieser Wert ist durch folgende Gleichung (4) gegeben:
Pilot Ec ist die Energie in einem von Basisstation 12 gesendeten „Chip", wobei die Dauer eines Chips indirekt proportional zu der Spreizrate ist und Ior ist die Gesamtenergie des Signals und zwar normalisiert mit der durch Basisstation 12 gesendeten Empfangsbandbreite. Somit ist der Pilotteil (Pilot Fraction) einheitslos.
Bezugnehmend auf 2 wird das Pilotteilsignal durch einen Nachrichtengenerator (message generator, MSG GEN) 57 generiert. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird die Pilotteilnachricht an einen Encoder 55 geliefert und mit Vorwärtsverbindungsverkehrsdaten kombiniert. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird die Pilotteilnachricht separat als Signalisierdaten auf dem Verkehrskanal (traffic channel) oder einem separaten Signalisierkanal wie beispielsweise dem Sync-Kanal geliefert. Der Encoder 55 kombiniert die Pilotteilnachricht mit Vorwärtsverbindungsdaten. Die codierten Symbole werden dann an einen Modulator 53 geliefert, der die Daten zur Übertragung moduliert. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist der Modulator 53 ein Codemultiplexvielfachzugriffs-(code division multiple access, CDMA)Modulator wie im Detail in den vorgenannten U.S.-Patenten Nummer 4,901,307 und 5,103,459 beschrieben. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird die Pilotteilnachricht auf den Verkehrskanal aufmoduliert. Es ist jedoch vorgesehen, dass, weil dieser Wert der gleiche ist, unabhängig von der Mobilstation, an die Kommunikationen gesendet werden, die Information auf einem gemeinsamen Kanal geliefert werden könnte und zwar einem gemeinsamen Kanal, der von allen Mobilstationen die mit Basisstation 18 in Kommunikation sind, überwacht wird.
Das modulierte Signal wird an einen Sender (TMTR) 62 geliefert, der das Signal, welches durch eine Antenne 64 gesendet wird, nach oben konvertiert und verstärkt.
Das gesendete Signal wird von der Mobilstation 18 (Block 102 der 3) über eine Antenne 66 empfangen und durch einen Duplexer 68 an einen Empfänger (RCVR) 78 geliefert. Der Empfänger 78 wird das Empfangssignal herabkonvertieren, verstärken und filtern und liefert das Signal zum Pseudozu fallsrausch-Entspreizer (pseudorandom noise despreader, PN DESPREAD) 80. Der Entspreizer 80 entspreizt das Empfangssignal in Übereinstimmung mit einem Pseudozufallscode wie im Detail in den vorgenannten U.S.-Patenten Nummer 4,901,307 und 5,103,459 beschrieben ist. Das PN entspreizte Signal wird an einen Entspreizer (WALSH DESPREAD) 90 geliefert, der das Signal in Übereinstimmung mit der zugewiesenen Verkehrskanal-Walsh-Sequenz entspreizt wie im Detail in den vorgenannten U.S.-Patenten Nummer 4,901,307 und 5,103,459 beschrieben ist.
Das Walsh entspreizte Signal wird an einen Decodierer 96 geliefert, der das Signal decodiert und das decodierte Signal an einen Demultiplexer (DE-MUX) 98 liefert, der die Pilotteilnachricht aus den Vorwärtsverbindungsverkehrsdaten separiert. Die Pilotteilnachricht wird an einen Leistungssteuerprozessor 100 geliefert. Der Leistungssteuerprozessor 100 kann unter Verwendung eines Microprozessors oder Microcontrollers implementiert werden, der zum Durchführen der hierin beschriebenen Funktionen programmiert ist. Die verbleibenden Verkehrsdaten werden an den Nutzer der Mobilstation 18 geliefert.
Der nächste Schritt in dem Prozess (Block 104) ist für die Mobilstation 18, die Energie eines empfangenen Pilotchips zu messen. Das durch die Basisstation 12 gesendete Pilotsignal wird durch die Antenne 66 der Mobilstation 18 empfangen und durch den Duplexer 68 an den Empfänger 78 geliefert. Der Empfänger 78 wird das Empfangssignal herabkonvertieren und verstärken und liefert es an den PN-Entspreizer 80. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist das Empfangssignal ein quadraturphasenumgetastetes bzw. quadraturphasenmoduliertes (quadrature phase shift keyed, QPSK) Signal mit I- und Q-Komponenten. Es sei bemerkt, dass das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in gleicher Weise anwendbar auf andere Signaltransformationen wie beispielsweise binärphasenumgetastete (binary phase shift keyed, BPSK) Modulationen ist.
Das entspreizte Pilotsignal wird an einen Filter 86 geliefert, der Rauschen von Pilotsymbolen entfernt. Die gefilterten Symbole werden an Quadriermittel (I² + Q²) 88 geliefert, die die entspreizte Signalamplitude des Pilotsignals auf dem I-Kanal und Q-Kanälen quadrieren und summieren. Die quadrierten Werte liefern eine Schätzung der Energie eines Chips auf dem Pilotkanal (Pilot Ec) an den Leistungssteuerprozessor 100.
Der Leistungssteuerprozessor 100 (im Block 106) berechnet eine Schätzung des Gesamtwerts der nicht störenden Energie (Îor(f)) auf Finger (f) aus der nachstehenden Gleichung (5). Îor(f) = Pilot Fraction–1 × Pilot Ec (5)
Der Empfänger 78 (im Block 108) misst und liefert ein Signal, das die Inbandenergie anzeigt, an den Steuerprozessor 100. Es sei bemerkt, dass, weil der Empfänger 78 typischerweise einen Verstärker (nicht gezeigt) mit automatischer Verstärkungssteuerung (automatic gain control, AGC) beinhaltet, die Messung der Inbandenergie ein Artefakt bzw. Produkt der Empfängeroperation bzw. Empfängerbetriebs ist.
Im Block 110 berechnet der Steuerprozessor 100 einen Wert für die vom Finger (f) wahrgenommene bzw. erfahrene Interferenz, mit Nt(f) bezeichnet und zwar gemäß nachstehender Gleichung (6). Nt(f) = Io – Îor(f) (6)
Pilotstreuverfahren (Pilot Scatter Method)
In Fällen bei denen die Mobilstation 18 nicht mit dem Pilotteil versorgt wird, kann das nicht störende Rauschen (Nt(f)) durch das Zusammenstellen von Information geschätzt werden und zwar basierend auf der Energie der Variationen bezüglich der Energie des empfangenen Pilotsignals.
Im Block 152 (4) wird das geschätzte Rauschen auf dem Finger (f) durch den Leistungssteuerprozessor 100 berechnet. Im Allgemeinen wird die Schätzung von Nt(f) durch das Beobachten des Stroms der Pilotsymbole durchgeführt. Ein Weg zum Bilden einer Schätzung für Nt(f) ist in 2 gezeigt unter Verwendung von Quadriermitteln 82 und 88 und Filter 84 und 86. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel sind die Filter 84 und 86 einfache Mittelungsfilter und Nt(f) wird gemäß nachstehender Gleichung (7) bestimmt:
wobei N die Anzahl der Tastungen bzw. Abtastungen ist, die zum Liefern der Statistik akkumuliert werden. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist N 24.
Nachdem das Rauschen auf dem Verkehrskanal im Block 112 berechnet wurde, misst die Mobilstation 18 die Symbolenergie der empfangenen Verkehrskanalsymbole. Das PN entspreizte Signal vom Entspreizer 80 wird an den Walsh-Entspreizer 90 geliefert, der das empfangene Verkehrskanalsignal in Übereinstimmung mit einer zugewiesenen Verkehrskanal-Walsh-Sequenz entspreizt, wie im Detail in den vorgenannten U.S.-Patenten Nummer 4,901,307 und 5,103,459 beschrieben ist.
Das Walsh entspreizte Signal wird dann an Quadriermittel 92 geliefert. Wie oben angegeben, ist in dem beispielhaften Ausführungsbeispiel das Empfangssignal ein QPSK-Signal obwohl Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in gleicher Weise anwendbar auf andere Modulationstechniken sind. Quadriermittel 92 quadrieren und summieren Amplituden der Walsh entspreizten I- und Q-Komponenten und liefern die Werte an Filter 94. Filter 94 entfernt Rauschen von der Verkehrskanalsymbolenergieschätzung (Traffic E_s) und liefert die gefilterte Schätzung an den Leistungssteuerprozessor 100.
Leistungssteuerprozessor 100 konvertiert dann den geschätzten Verkehrsymbolenergiewert (Traffic E_s) an einen geschätzten Verkehrsbitenergiewert (Traffic E_b) gemäß nachstehender Gleichung (8).
wobei R_s die Symbolrate des Sendesignals und R_b die Bitrate des Sendesignals ist. Diese Berechnung wirft eine zusätzliche Komplexität in Kommunikationssystemen mit variabler Rate auf, weil die Mobilstation 18 die Bitrate (R_b) des Sendesignals Apriori nicht kennt.
Eine mögliche Lösung für das variable Ratenproblem ist, für den Leistungssteuerprozesser 100 die Bitrate R_b der Übertragung mit variabler Rate zu schätzen. Ein mögliches Verfahren zum Schätzen der Bitrate der Übertragung ist, für die Mobilstation 18 eine Schätzung der Rate des aktuellen Rahmens zu machen und zwar basierend auf Statistiken und der Historie der empfangenen Rahmen. Ein beispielhaftes Ausführungsbeispielsverfahren ist es anzunehmen, dass der Rahmen des aktuellen Rahmens der gleiche wie der vorhergehende Rahmen ist.
Wie im Telecommunication Industry Association's Interim Standard TIA/EIA IS-95-A Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System beschrieben ist, variiert die Vorwärtsverbindungssendeleistung proportional mit der Rate. In einem zweiten beispielhaften Ausführungsbeispiel schätzt der Leistungssteuerprozessor 100 die Rate des Signals aus der empfangenen Verkehrssymbolenergie E_s. In einem verbesserten Ausführungsbeispiel verwendet der Leistungssteuerprozes sor 100 die relative Verkehrssymbolenergie (Traffic Es) zu Pilotchipenergie (Pilot Ec) zum Schätzen der Rate, was inkorrekte Schätzungen der Rate verhindert, die durch Ausbreitungspfadwechsel wie beispielsweise fading bzw. Schwund verursacht werden, da die Pilotenergie mit der selben Rate wie der Verkehrskanal abnimmt bzw. schwindet.
Im Block 114 berechnet der Leistungssteuerprozessor 100 den Wert E_b(f)/Nt(f) für den Ausbreitungspfad (f) und macht es ebenso für die anderen Ausbreitungspfade. Die Werte für jeden Finger werden dann gewichtet und summiert und zwar durch den Leistungssteuerprozessor 100 im Block 116.
In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel vergleicht der Leistungssteuerprozessor 100 den berechneten E_b/Nt-Wert mit einem Schwellenwert und liefert ein einzelnes Informationsbit, das anzeigt, ob der berechnete E_b/Nt über oder unter der Schwelle ist.
Die Nutzerdaten werden in Rahmen an einen Paketierer 76 geliefert, der in dem beispielhaften Ausführungsbeispiel einen Satz von zyklischen Redundanzüberprüfungs-(cyclic redundancy check, CRC)Bits erzeugt und anhängt und einen Satz von Terminierungsbits (tail bits) anhängt, wie im Detail in den vorgenannten U.S.-Patenten Nummer 4,901,307 und 5,414,796 beschrieben ist. Die paketierten Nutzerdaten werden an einen Codierer 74 geliefert, der das Paket faltungscodiert (convolutionally encode). In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird das Leistungssteuerbit durch den Codierer 74 codiert und in das codierte Paket hineinpunktiert. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird das Leistungssteuerbit in das Paket, ohne codiert zu werden, hineinpunktiert. In einem zweiten alternativen Ausführungsbeispiel kann das Leistungssteuerbit mit den paketierten Nutzerdaten codiert werden, aber das könnte unerwünscht sein und zwar wegen der zusätzlichen Verzögerung, die daraus resultiert, dass man das gesamte Paket decodieren muss, bevor man die Leistungssteuerdaten wieder erlangen kann. Zusätzlich könnte das Leistungssteuerbit auf einem Signalisierkanal oder einem dedizierten Leistungssteuerkanal gesendet werden.
Das codierte Paket, welches das Leistungssteuerbit enthält, wird dann an einen Modulator 72 geliefert, der die Daten zum Senden moduliert. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist der Modulator 72 ein Spreizspektrummodulator, wie im Detail in den vorgenannten U.S.-Patenten Nummer 4,901,307 und 5,103,459 beschrieben ist. Das modulierte Signal wird an einen Sender (transmitter, TMTR) 70 geliefert, der das Signal hinaufkonvertiert und verstärkt und das Signal durch den Duplexer 68 und die Antenne 66 sendet.
Das gesendete Signal bzw. Sendesignal wird durch Antenne 50 der Basisstation 12 empfangen und an einen Empfänger 52 geliefert. Der Empfänger 52 wird das Signal herabkonvertieren und verstärken und liefert das Signal an den Modulator 54. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel demoduliert der Demodulator 54 das Empfangssignal in Übereinstimmung mit einem Spreizspektrumformat, wie im Detail in den vorgenannten U.S.-Patenten Nummer 4,901,307 und 5,103,459 beschrieben ist. Der demodulierte Rahmen wird dann an Decodierer 56 geliefert, der in dem beispielhaften Ausführungsbeispiel die Leistungssteuernachricht von der Verkehrsnachricht separiert und die zwei Nachrichten separat decodiert. Die decodierte Verkehrsnachricht wird an PSTN oder andere Basisstationen, wie vorher beschrieben, geliefert.
Die Leistungssteuernachricht wird an Steuerprozessor 60 geliefert, der ein Kommando bzw. einen Befehl generiert und zwar basierend auf der Leistungssteuernachricht. Der Befehl wird an Sender (TMTR) 62 geliefert, der die Verstärkung des ausgehenden Signals einstellt und zwar ansprechend auf den Befehl vom Steuerprozessor 60.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel sendet die Mobilstation 18 mehr als ein Informationsbit, das den berechneten Wert E_b/Nt anzeigt. Die Nachricht könnte einen quantisierten Wert von E_b/Nt anzeigen. In einem zweiten alternativen Ausführungsbeispiel sendet die Mobilstation 18 ein Signal, das berechnete E_s/Nt anzeigend, was den Vorteil hat, dass die Mobilstation 18 die Rate der Empfangspakete nicht schätzen müsste. Die Basisstation 12 kennt die Rate des gesendeten Rahmens und kann bestimmen, ob das E_b/Nt gemäß obiger Gleichung (8) ausreichend ist.
Die vorhergehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist vorgesehen um es einem Fachmann zu ermöglichen, die vorliegende Erfindung nachzuvollziehen oder zu verwenden. Die verschiedenen Modifikationen dieser Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann leicht ersichtlich werden und die hierin definierten allgemeinen Prinzipien können auf andere Ausführungsbeispiele angewendet werden und zwar ohne die Verwendung erfinderischer Fähigkeiten. Somit soll die vorliegende Erfindung nicht auf die hierin gezeigten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll dem breitesten Umfang entsprechen, der durch die Ansprüche definiert ist.

Claims

Ein Verfahren zur Erzeugung von Leistungssteuerbefehlen in einem Leistungsregelsystem in einem CDMA-Kommunikationssystem, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es folgendes aufweist: Messen (108) eines Inbandenergiewertes; Berechnen (106) eines nicht störenden (non interfering) Energiewertes; Subtrahieren (110) des nicht störenden Energiewertes von dem Inbandenergiewert zum Bilden eines Interferenzrauschwerts; Messen einer Bitenergie eines Empfangssignals; und Berechnen (114) eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses entsprechend dem Interferenzrauschwert und der Bitenergie.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Vergleichen des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses mit einer vorherbestimmten Schwelle aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berechnen eines ungestörten Energiewertes folgendes aufweist: Messen (104) einer Pilotkanalenergie; und Skalieren der Pilotkanalenergie in Übereinstimmung mit einem Pilotteilwert zum Vorsehen des nicht störenden Energiewertes.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner Empfangen (102) des Pilotteilwertes von einem entfernten Kommunikationsgerät aufweisend.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen der Bitenergie folgendes aufweist: Messen (112) eines Symbolenergiewertes; und Skalieren des Symbolenergiewertes in Übereinstimmung mit einem Datenratenwert bzw. Datengeschwindigkeitswert.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Messen der Bitenergie das Bestimmen des Datenratenwertes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Messen der Bitenergie das Empfangen des Datenratenwertes von einem entfernten Kommunikationsgerät aufweist.
Eine Mobilstation (18) die folgendes aufweist: Mittel (78) zum Messen (108) eines Inbandenergiewertes; Mittel (100) zum Berechnen (106) eines nicht störenden bzw. nicht interferierenden Energiewertes; Mittel (100) zum Subtrahieren (110) des nicht störenden Energiewertes von dem Inbandenergiewert zum Vorsehen eines Interferenzrauschwertes; Mittel (92, 94, 100) zum Messen einer Bitenergie eines Empfangssignals; und Mittel (100) zum Berechnen (114, 116) eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses in Übereinstimmung mit dem Interferenzrauschwert und der Bitenergie.
Mobilstation nach Anspruch 8, wobei die Mittel (100) zum Berechnen (106) eines nicht störenden Energiewertes ein Quadriermittel (88) zum Messen (104) einer Pilotkanalenergie aufweisen; und Mittel (100) zum Skalieren (106) der Pilotkanalenergie in Übereinstimmung mit einem Pilotteilwert bzw. Bruchwert zum Vorsehen des nicht störenden Energiewertes.
Mobilstation nach Anspruch 9, ferner ein Filter (86) zum Entfernen von Rauschen von der Pilotkanalenergie aufweisend.
Mobilstation nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 10 ferner einen Sender (70) zum Senden eines Leistungssteuerbits aufweisend.