DE69915043T2

DE69915043T2 - Verfahren zur Regelung der Emissionsleistung einer Sende-Empfanganlage in Kommunikation mit einer anderen Sende-Empfanganlage

Info

Publication number: DE69915043T2
Application number: DE69915043T
Authority: DE
Inventors: Bruno Jechoux
Original assignee: Mitsubishi Electric Information Technology Corp; Mitsubishi Electric Information Technology Center Europe BV Nederlands
Current assignee: Mitsubishi Electric Information Technology Corp; Mitsubishi Electric R&D Centre Europe BV Netherlands
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: JP2001016165A; EP1063786B1; EP1063786A1; DE69915043D1; US6907061B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwendung beim Steuern der Emissionsleistung bzw. Sendeleistung eines Transceivers, der in Kommunikation mit einem weiteren Transceiver ist, für einen Einsatz in beispielsweise einem drahtlosen Kommunikationssystem.
Nun wird auf 1 der beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, welche einen Transceiver 10 über ein drahtloses Kommunikationssystem in Kommunikation mit einem weiteren Transceiver 20 zeigt. Der Transceiver 10 ist beispielsweise in einer Basisstation angeordnet, und der Transceiver 20 in einer mobilen Station bzw. einem Funktelefon. Daten werden zwischen dem Transceiver 10 und dem Transceiver 20 über eine drahtlose Schnittstelle, einen so genannten Funkkanal, ausgetauscht. In 1 empfängt der Transceiver 20 vom Transceiver 10 ein Funksignal, das als RC bezeichnet ist, und sendet zum Transceiver 10 ein Funksignal mit einer Leistung, die mit P bezeichnet ist. Dasselbe gilt für den Transceiver 10.
Die Charakteristiken von Funkkanälen (beispielsweise: Phase und Amplitude) ändern sich aufgrund von Variationen bezüglich der geografischen Umgebung zwischen einem Funktelefon und einer Basisstation kontinuierlich. Diese Veränderungen können in Freiraumausbreitungsverluste, langsame Schwund- bzw. Fading- und schnelle Schwund- bzw. Fading-Verluste getrennt werden. Freiraumausbreitungsverluste hängen von der Pfadlänge zwischen dem Sender und dem Empfänger ab und können durch ein d^–n-Gesetz modelliert werden, wobei n eine Zahl zwischen 2 und 4 ist und d die Pfadlänge ist. Langsame Fading-Verluste gibt es aufgrund einer Abschattung, die dann auftritt, wenn Hindernisse, wie beispielsweise Gebäude, Bäume, etc., zwischen dem Sender und dem Empfänger angeordnet sind. Für langsame Fading-Verluste ist es bekannt, dass sie Veränderungen bezüglich einer Kanalleistung für Bewegungen erzeugen, die in der Größenordnung von einem 10-fachen der Wellenlänge des Funksignals sind. Sie können durch ein Gesetz des natürlichen Logarithmus modelliert werden, von welchem eine Standardabweichung σ in Abhängigkeit von der Art einer Umgebung zwischen 4 und 12 dB reicht. Schließlich gibt es schnelle Fading-Verluste aufgrund eines Mehrwegeeffekts, wobei ein Signal unterschiedlichen Pfaden folgt und sich die resultierenden empfangenen Signale am Empfängereingang mit unterschiedlichen Verzögerungen, Amplituden und Phasen rekombinieren. Sie können durch eine Rayleigh-Verteilung modelliert werden. Bewegungen, die in der Größenordnung von 1/100 der Wellenlänge des Funksignals sind, sind zum Erzeugen eines Fadings bzw. Schwunds ausreichend.
Die meisten Telekommunikationssysteme verwenden Leistungssteuerungsverfahren zum Begrenzen einer Interferenz und eines Leistungsverbrauchs. Leistungssteuerungsverfahren zielen darauf ab, eine Emissionsleistung von beiden Transceivern so nahe wie möglich an das Minimum zu befehlen, das für eine definierte Übertragungsqualität benötigt wird.
Ein solches Verfahren enthält ein Ausführen der Schritte eines Messens der empfangen Leistung des Funksignals RC (oder seiner Amplitude) und, auf der Basis des Ergebnisses dieser Messung, eines Bestimmens eines Leistungssteuerungsbefehls PC in einer Auswerteeinheit 200 eines Transceivers (hier des Transceivers 20). Der Leistungssteuerungsbefehl PC wird zum Befehlen einer Sendeeinheit 210 so verwendet, dass sie Signale mit einer Leistung P entsprechend dem Befehl PC sendet.
Es ist zu beachten, dass der Transceiver 10 auch eine solche Auswerteeinheit und eine solche Sendeeinheit aufweist.
Aufgrund der Zeitdauer (die in der folgenden Beschreibung t_d genannt wird) zwischen dem Zeitpunkt der Eingangsamplitudenmessung (die in der Auswerteeinheit 200 durchgeführt wird) und dem Zeitpunkt der Verwendung des Steuerbefehlssignals PC zum Befehlen der Emissionsleistung P (die in der Sendeeinheit 210 durchgeführt wird) basieren die Leistungssteuerungsverfahren auf einer Messung und einer Auswertung, die während eines Empfangs durchgeführt werden und die zum Bestimmen der während der nächsten Emission bzw. während dem nächsten Senden zu sendenden Leistung verwendet werden.
Der Wert der Zeitdauer t_d wird durch das System für gegebene Perioden auferlegt und ist somit dem betrachteten Transceiver bekannt.
Die Emissionsleistung P wird mit einer bestimmten Verzögerung t_d angelegt, nachdem die Messung durch die Auswerteeinheit 200 durchgeführt worden ist, und somit können sich die Kanalcharakteristiken zwischen der Bestimmung und dem Anlegen des PC-Befehls signifikant geändert haben. Der Leistungssteuerungsbefehl PC kompensiert dann die Kanalveränderungen falsch, und zwar insbesondere in dem Fall von schnellen Fading-Verlusten, wobei das Fading um so schneller verschwindet, je stärker es ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Überwinden des oben angegebenen Problems und dann im Vorschlagen eines Verfahrens für eine adaptive Leistungssteuerung, welches bei Kommunikationssystemen verwendet werden kann, bei welchen die Leistungssteuerungsverzögerung länger als die Zeit ist, die für signifikante Veränderungen bezüglich eines Auftretens von Kanalcharakteristiken nötig ist.
Dafür enthält ein Verfahren zum Steuern der Emissionsleistung eines Transceivers in Kommunikation mit einem weiteren Transceiver eines Kommunikationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung die Schritte zum Auswerten der Dauer eines schnellen Fadings und zum Ableiten des Leistungssteuerungsbefehls aus der Dauer eines schnellen Fadings auf der Basis der durch den Empfänger durchgeführten Amplituden- oder Leistungsmessung.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält das Verfahren zum Ableiten des Leistungssteuerungsbefehls den Schritt zum Vergleichen der ausgewerteten Dauer eines schnellen Fadings mit der Zeitdauer zwischen der Amplituden- oder der Leistungsmessung und der Emissionsleistungseinstellung, und zum Bestimmen des Leistungssteuerungsbefehls gemäß dem Ergebnis des Vergleichs.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält das Verfahren den Schritt zum Einstellen des Steuerungsbefehlssignals PC auf das Inverse der gemessenen Amplitude 1/L_m, wenn die Dauer des schnellen Fadings t_f länger als die Zeitdauer t_d zwischen der Amplituden- oder Leistungsmessung und der Emissionsleistungseinstellung ist, und auf das Inverse des kurzzeitigen Durchschnitts der gemessenen Amplitude 1/L_aυ, wenn sie gleich der oder kürzer als die Zeitdauer ist:
Die vorgenannten Merkmale der Erfindung, sowie andere, sollen beim Lesen der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels klarer werden, wobei die Beschreibung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen durchgeführt ist, wobei:
1 ein schematisches Diagramm ist, das ein Kommunikationssystem darstellt, das mit einem Leistungssteuerungssystem versehen ist,
2 ein schematisches Blockdiagramm einer Auswerteeinheit eines Transceivers in einem Kommunikationssystem ist, das zum Ausführen eines Verfahrens gemäß der Erfindung vorgesehen ist, und
3 eine Grafik ist, die die empfangene Amplitude über der Zeit zur Verwendung beim Erklären des Verfahrens gemäß der Erfindung darstellt.
Das Verfahren der Erfindung wird auf ein Kommunikationssystem angewendet, wie beispielsweise das in 1 dargestellte System, und wird in der Auswerteein heit von jedem Transceiver 10, 20 des Kommunikationssystems ausgeführt. Nun wird nur die Auswerteeinheit 200 des Transceivers 20 betrachtet.
Die detaillierter in 2 gezeigte Auswerteeinheit 200 hat eine Messeinheit 21 zum Messen der Amplitude L_m des empfangenen Signals RC zu vorbestimmten Zeiten t, eine Durchschnittsbildungseinheit 22 zum Bestimmen des kurzzeitigen Durchschnitts L_aυ der gemessenen Amplitude L_m, eine Abschätzeinheit 23 zum Abschätzen der Schwund- bzw. Fading-Dauer t_f und eine Steuereinheit 24 zum Bestimmen des Leistungssteuerungsbefehlssignals PC, das zur Verwendung durch eine Sendeeinheit 210 geliefert wird, um die Emissionsleistung P auf den durch den PC-Befehl gegebenen Wert einzustellen.
3 zeigt die Veränderungen über der Zeit der empfangenen Amplitude L am Eingang des Empfängers 20. Pfeile in Abwärtsrichtung zeigen Messzeiten an, die durch die Auswerteeinheit 200 gemacht sind, und Pfeile in Aufwärtsrichtung zeigen die Emissionszeiten an, die durch die Sendereinheit 210 gemacht sind. Bei Messzeiten wird die empfangene Amplitude die gemessene Amplitude und wird mit L_m bezeichnet. Die gestrichelte Linie stellt den kurzzeitigen Durchschnitt der gemessenen Amplitude L_m dar, die dann als L_aυ bezeichnet wird. Die empfangene Amplitude L ist repräsentativ für das Freiraum-Fading, das Abschattungs-Fading und das schnelle Fading. Die Amplitude L_aυ für einen kurzzeitigen Durchschnitt ist nur repräsentativ für das Freiraum-Fading und das Abschattungs-Fading.
Es ist zu beachten, dass die kurzzeitige Amplitude L_aυ derart definiert ist, dass sie der Durchschnitt der gemessenen Amplitude L_m über Zeitperioden entsprechend der Variationszeit des schnellen Fadings ist, und zwar im Wesentlichen aufgrund einer Abschattung.
Die Fading-Dauer t_f ist derart definiert, dass sie die Durchschnittszeit ist, für welche die empfangene Amplitude L unter der gemessenen Amplitude L_m bleiben wird, wenn die gemessene Amplitude L_m kleiner als die Amplitude L_aυ für einen kurzzeitigen Durchschnitt ist oder größer als die gemessene Amplitude L_m bleibt, wenn die gemessene Amplitude L_m größer als die Amplitude L_aυ für einen kurzzeitigen Durchschnitt ist.
Zum Optimieren des Vertrauensmaßes der Leistungssteuerung bestimmt das Verfahren gemäß der Erfindung das Leistungssteuerungsbefehlssignal bezüglich der abgeschätzten Fading-Dauer t_f, die aus der Fading-Tiefe L/L_aυ abgeleitet ist. Anders ausgedrückt ist der Leistungssteuerungsbefehlswert PC(t_d) gleich dem Inversen einer gemessenen Amplitude, wenn die Fading-Dauer t_f länger als die Verzögerung t_d zwischen dem Zeitpunkt der durch die Auswerteeinheit 200 durchgeführten Amplitudenmessung und der Anwendung bzw. Anlegung des Leistungssteuerungsbefehls PC(t_d) an die Sendereinheit 210 an die Sendereinheit 210 ist, und ist gleich dem Inversen der Durchschnittsamplitude L_aυ, wenn sie kürzer ist:
Es ist zu beachten, dass der Leistungssteuerungsbefehlswert PC(t_d) der Wert ist, der durch den Transceiver 20 bei der gegenwärtigen Zeit + t_d verwendet werden wird, um die Emissionsleistung P auf den bestimmten Wert PC(t_d) einzustellen.
In 3 ist zu einer Zeit t1 die Fading-Zeit t_f kürzer als die Zeitdauer t_d. Somit ist der Leistungssteuerungsbefehl PC(t_d) das Inverse der kurzzeitigen Durchschnittsamplitude 1/L_aυ. Er ist dasselbe für die Zeit t3. Zu der Zeit t2 ist die Fading-Zeit t_f größer als die Zeitdauer t_d. somit ist der Leistungssteuerungsbefehl PC(t_d) das Inverse der gemessenen Amplitude 1/Lm. Er ist dasselbe für die Zeit t4.
Es ist zu beachten, dass die Fading-Dauer für die Fälle t1 und t3 zu kurz ist, um die Emission zu beeinflussen, aber für die Fälle t2 und t4 lang genug ist, um dies zu tun.
Das Verfahren der Erfindung macht es für eine adaptive Amplitudenkorrektur möglich, ein schnelles Fading sowie eine Abschattung und Freiraumverluste auszugleichen, da der kurzzeitige Amplitudendurchschnitt L_aυ Abschattungs- und Freiraumkanalveränderungen korrigiert.
Es ist zu beachten, dass die Abschätzeinheit 23 den Wert der Geschwindigkeit υ des Transceivers 20 relativ zum Transceiver 10 zum Auswerten der Fading-Dauer t_f benötigt. Eine bestimmte Einheit (nicht gezeigt) kann diesen Wert bestimmen oder auswerten und liefern.
Aus einer Veröffentlichung von Gas in IEEE Trans. Veh. Technol., Vol. VT21, Februar 1972, S. 27–38 kann die schnelle Fading-Dauer auf die folgende Weise abgeschätzt werden:
wobei L die gemessene Amplitude L_m zu einer Messzeit ist, normalisiert durch die kurzzeitige Durchschnittsamplitude L_aν (L = L_m/L_aν), wobei ν und λ jeweils die Geschwindigkeit von einem Transceiver 10 relativ zum anderen 20 und die Wellenlänge des Trägers, die durch das Kommunikationssystem verwendet wird, sind. Der Leistungssteuerungsbefehl PC(t_d) kann nun durch das folgende Schema gegeben sein:
wobei PC(t_d) der Leistungssteuerungsbefehl ist, der zum gegenwärtigen Zeitpunkt (der als Null angenommen ist) + t_d verWendet werden wird, L die empfangene Amplitude ist, L_aν der kurzzeitige Durchschnitt der gemessenen Amplitude ist, t_d die Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Messung der empfangenen Amplitude L_m und der Verwendung des PC-Befehls ist und L = L_m/L_aν die normalisierte empfangene Amplitude ist.
Eine vereinfachte Gleichung kann auf einfache Weise abgeleitet werden:

Claims

Verfahren zum Steuern bzw. Regeln der Emissionsleistung eines ersten Transceivers (20), der über ein Kommunikationssystem in Kommunikation mit einem zweiten Transceiver (10) ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält: Messen der Amplitude oder der Leistung des durch den ersten Transceiver (20) empfangenen Signals; Auswerten der schnellen Fading- bzw. Schwunddauer des empfangenen Signals auf der Basis der Amplituden- oder Leistungsmessung; Bestimmen des Leistungssteuerungsbefehls (PC) aus der schnellen Schwunddauer; Befehlen der Emissionsleistung (P) des ersten Transceivers gemäß dem Steuerungsbefehlssignal (PC).
Verfahren zum Steuern der Emissionsleistung nach Anspruch 1, wobei es die Schritte zum Vergleichen der ausgewerteten schnellen Schwunddauer mit der Zeitdauer zwischen der Amplituden- oder der Leistungsmessung und der Emissionsleistungseinstellung und zum Bestimmen des Leistungssteuerungsbefehls (PC) gemäß dem Ergebnis des Vergleichs enthält.
Verfahren zum Steuern der Emissionsleistung nach Anspruch 2, wobei es den Schritt zum Einstellen des Leistungssteuerungsbefehls (PC) auf das Inverse der gemessenen Amplitude (1/L_m) enthält, wenn die Schwunddauer (t_f) größer als die Zeitdauer (t_d) zwischen der Amplituden- oder Leistungsmessung und der Emissionsleistungseinstellung ist, und auf das Inverse des Durchschnitts der gemessenen Amplitude (1/L_aν), wenn sie gleich der oder kleiner als die Zeitdauer ist:
Verfahren zum Steuern der Emissionsleistung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schwunddauer mittels der folgenden Gleichung ausgewertet bzw. bewertet wird:
wobei L die empfangene Amplitude L_m bei einer Messzeit, normalisiert durch die kurzzeitige Durchschnittsamplitude L_aν(L = L_m/L_aν), ist und ν und λ jeweils die Geschwindigkeit des ersten Transceivers (20) relativ zum zweiten Transceiver (10) und die Wellenlänge des durch das Kommunikationssystem verwendeten Trägers sind.
Verfahren zum Steuern der Emissionsleistung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei das Leistungssteuerungsbefehlssignal (PC) durch das folgende Schema gegeben ist:
wobei PC(t_d) das Leistungssteuerungsbefehlssignal ist, das zur gegenwärtigen Zeit (die als Null angenommen ist) + t_d verwendet werden wird, L_m die gemessene Amplitude ist, L_aν der kurzzeitige Durchschnitt der gemessenen Amplitude ist, t_d die Zeitverzögerung zwischen dem Moment der Messung der gemessenen Amplitude L_m und der Verwendung des PC-Befehls ist und L = L_m/L_aν die normalisierte gemessene Amplitude ist.
Verfahren zum Steuern der Emissionsleistung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei das Leistungssteuerungsbefehlssignal (PC) durch das folgende Schema gegeben ist:
wobei PC(t_d) der Leistungssteuerungsbefehl ist, der zur gegenwärtigen Zeit (die als Null angenommen ist) + t_d verwendet werden wird, L_m die gemessene Amplitude ist, L_aν der kurzzeitige Durchschnitt der gemessenen Amplitude ist, t_d die Zeitverzögerung zwischen dem Moment der Messung der gemessenen Amplitude L_m und der Verwendung des PC-Befehls ist und L = L_m/L_aν die normalisierte gemessene Amplitude ist.
Vorrichtung, die zum Ausführen des Verfahrens eines der vorangehenden Ansprüche in einem Transceiver (10, 20) eines Kommunikationssystems angeordnet ist, wobei die Vorrichtung eine Auswerte- bzw. Bewertungseinheit (200) zum Bestimmen eines Leistungsbefehls (PC) auf der Basis des durch den Transceiver (10, 20) empfangenen Signals enthält, und eine Übertragungseinheit (210), die zum Übertragen bzw. Senden von Signalen mit einer Leistung (P) entsprechend dem Leistungsbefehl (PC) vorgesehen ist, wobei die Bewertungseinheit (200) eine Abschätzeinheit (23) zum Abschätzen der schnellen Fading- bzw. Schwunddauer des durch den Transceiver empfangenen Signals und eine Steuereinheit (24) zum Bestimmen des Leistungsbefehls (PC) auf der Basis der durch die Einheit (23) durchgeführten Abschätzung der schnellen Schwunddauer enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (24) vorgesehen ist, um die bewertete schnelle Schwunddauer mit der Zeitdauer zwischen der Amplituden- oder der Leistungsmessung und der Emissionsleistungseinstel lung zu vergleichen, und zum Bestimmen des Leistungssteuerungsbefehls (PC) gemäß dem Ergebnis des Vergleichs.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei sie eine Messeinheit (12) zum Messen der Amplitude oder der Leistung des empfangenen Signals und eine Durchschnittsbildungseinheit (22) zum Bestimmen des kurzzeitigen Durchschnitts der gemessenen Amplitude oder Leistung hat, wobei die Steuereinheit (24) vorgesehen ist, um den Leistungssteuerungsbefehl (PC) auf das Inverse der gemessenen Amplitude (1/Lm) einzustellen, wenn die Schwunddauer größer als die Zeitdauer zwischen der Amplituden- oder Leistungsmessung und der Emissionsleistungseinstellung ist, und auf das Inverse des Durchschnitts der gemessenen Amplitude, wenn sie gleich der oder kleiner als die Zeitdauer ist:
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, 7 bis 9, wobei die Abschätzeinheit (23) vorgesehen ist, um die Schwunddauer mittels der folgenden Gleichung auszuwerten:
wobei L die empfangene Amplitude L_m zu einer Messzeit, normalisiert durch die kurzzeitige durchschnittliche Amplitude L_aν(L = L_m/L_aν), ist und ν und λ jeweils die Geschwindigkeit des Transceivers (20) relativ zum anderen Transceiver (10) und die Wellenlänge des durch das Kommunikationssystem verwendeten Trägers sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das durch die Steuereinheit (24) gelieferte Leistungssteuerungsbefehlssignal (PC) durch das folgende Schema gegeben ist:
wobei PC(t_d) das Leistungssteuerungsbefehlssignal ist, das zur gegenwärtigen Zeit (die als Null angenommen ist) + t_d verwendet werden wird, L_m die gemessene Amplitude ist, L_aν der kurzzeitige Durchschnitt der gemessenen Amplitude ist, t_d die Zeitverzögerung zwischen dem Moment der Messung der gemessenen Amplitude L_m und der Verwendung des PC-Befehls ist und L = L_m/L_aν die normalisierte gemessene Amplitude ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 7 bis 11, wobei das durch die Steuereinheit (24) gelieferte Leistungssteuerungsbefehlssignal (PC) durch das folgende Schema gegeben ist:
wobei PC(td) der Leistungssteuerungsbefehl ist, der zur gegenwärtigen Zeit (die als Null angenommen ist) + t_d verwendet werden wird, L_m die gemessene Amplitude ist, L_aν der kurzzeitige Durchschnitt der gemessenen Amplitude ist, t_d die Zeitverzögerung zwischen dem Moment der Messung der gemessenen Amplitude L_m und der Verwendung des PC-Befehls ist und L = L_m/L_aν die normalisierte gemessene Amplitude ist.