TW504912B - Power control in a CDMA mobile communication system - Google Patents

Description

504912 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 ___ 五、發明說明（1 ) 發明背景 發明之技術 本發明關於行動通訊範圍，特別關於一方法一控制擴展 頻潛或分碼多向近接（CDMA)細胞通訊系統。 丛往技術之讀;明 在寬頻擴展頻譜細胞通信系統（多稱為寬頻CDMA或 WCDMA系統）中，功率控制符號以正常基準輸送，以便補 償影響頻道之改變調件之效應，如衰減與變暗。例如，一 基地台可發射一功率控制指令，該信號可作為使服務台增 加或降低其功率發射位準。行動台於是可決定增加或降低 功率發射位準，以響應收到之功率控制指令。 因此’ CDMA系統使用之功率控制算法之設計，應能保持 所有主動用戶.資料頻道之協議品質一節，甚為重要。用於 現有系統之基本功率控制算法之設計，可實施此能力於每 一與二嵌套控制迴路之連接中。外功率（較低）控制迴路， 控制一發射之信號與干擾比值（SIR)或信號與雜音比值 (SNR)目標值，俾供内（較快）閉合控制迴路之用，俾實際 服務口口貝（Q〇S)可接近協議之品質。内功率控制迴路預估向 前輸送頻道之SIR，將預估之SIR與SIR目標值比較，根據此 比較結果，在反向輸送頻道上發射功率控制指令，以“建 議”前向頻道上之發射機是否增加或降低輸送功率位準。 此同一功率控制原則可用於上行及下行輸送。 傳統内部功率控制迴路之設計功能，係基於sir測量，其 可在每秒1600之速度下獲得（以WCDMA而言）。傳統外部功 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---------訂---------· 4 504912 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（2 ) 率控制迴路之設計係基於Q〇S，其可在每秒i次之速度下獲 得。此等QoS值典型以幀誤差率（FER)，位元誤差率（ber) 包延遲，及語言品質指數（SQI)表示。因此，此等Q〇s值僅 能在上述之每秒一次之速度下獲得，或每碼段一次速度下 獲得（每秒50- 100次）。但此等Q0S值可在足夠之時間内積 聚，以便產生統計上可靠之結果。 現有之外部功率控制迴路，可在服務改變（發射資料速率 改變）而作適當改變時，可較快改變SIR目標值。此一方 面，圖1A及〇為相關圖，說明現有外部功率控制迴路可響 應（以改變SIR目標值方式）頻道環境改變或已知服務改變。 因此，適當設計之功率控制實施中，外部功率控制迴路將 無法較内部功率控制迴路因其響應實際SIR之改變，而較 快改變SIR目標值。此方法可確保實際之sir可在所有時間 與SIR目標值極接近。 當上述之功率控制方法在被利用時，會產生一嚴重問 題。在許多不同理由下，内部功率控制迴路將無法很快達 到就目標值，而不如外部功率控制迴路可改變孤目標值 之快。此問題可能由控制避路之帶寬，或發射機之輸出功 率範圍所引起。問題之理山& ^ π 由為所用之外部功率控制迴路可 能被修改，而並非QoS值作炎缸 V值作參數，以估計Q〇s，及以較高速 度跟隨協議之QoS。例如’所用之參數可能為許多碼段之 原始腿之平均及標準偏移，或有關輸送道之特性化。此 外，輸送道中干擾之位準可能因為不連續之資料，或語言 輸送時之突然變化。因此，，外部控制迴路之组合效應， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 Ίδι* ·11111. 504912 A7 五、發明說明（3 ) 及迅速改變之輸送頻道，可能造成SIR目標值與頻道中實際 達成之SIR，很大差異。 ' 另一使内部功率控制迴路無法達到SIR目標值之原因，與 功率控制功能及其他系統管理功能間（容差管制擁擠控制') 之互動關係。例如在下行線路，一基地台發射機可能因為 過荷或擁擠，需要限制其發射功率位準。同理，系統經理 人由於允許新用戶之存取或改變用戶資料率，可能希望改 變資料發射之總數量。 因為上述問題之結果，現有内部功率控制迴路無法維持 理想SIR目標值之實際SIR，外部功率控制迴路將以進一步 增加SIR目標值，而補償此一無能。但當此等情勢不同時， 由於内都功率控制迴路已達實際之SIR，並可滿足協議之 QoS，或系統已成功的降低負載，SIR目標已改變為超過適 當值。此情形下，内部功率控制迴路驅動前向頻道上之功 率位準，為一“假，，目標值，直到其已由外部功率控制迴 路所調整。因此，此一過度控制情況可導致SIR附近之振 盥’及不必要之高系統負載。 圖2為一說明過度控制振盪圖形，及一高系統負載，其 SIR目標僅由Qos參數控制。如圖2所示，當Q〇s在範圍以外 時’ SIR目標值將改變，協議之q〇s在發射之功率受限時， 典法達成。但，本發明，如下所述，可成功的解決相關問 題。 本發明之概述 根據本發明之一較佳實施例，備有一輸送功率控制方法 6 一 (210 X 297 公釐） {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ——訂--------. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504912 A7

五、發明說明（4 ) 及系統，用於擴展頻譜或CDMA行動通訊系統，利用已達 成之SIR之估計，作為外部功率控制迴路功能之額外參數。 當QoS及達成之SIR均太低，qos可予以忽略，SIR目標值由 已達成之SIR控制。同理，當q〇s與達成之SIR均太高，q沾 可予以忽略，SIR目標值由已達之sir控制。 本發明之一重要技術優點為，可以增加一外部功率控制 迴路之適應率，而無因為發射機功率限制之SIR中之無邊界 本發明另一技術上優點為功率控制方法及系統均包括在 通訊網路之節點，而不需額外之信號。 本發明又一重要技術優點為，功率控制方法及系統可保 證每一行動台，可在擁擠時，要求緩慢增加基地台之發射 功率，其可避免發射之總功率之迅速增加，因而可防止發 生另一擁擠情況。 本發明之目的為提供一功率控制計劃，其可完全抑制内 部功率控制迴路之上述缺點，即無法迅速達到SIR，如外部 功率控制迴路，如外部功率控制迴路能改變SIR目標值一 樣。 圖式簡略說明 對本發明方法及裝置之進一步瞭解，將可經由以下之詳 細說明及配合所附圖式後獲得，其中： 圖1A及1B為相關圖式，說明一現有之外部功率控制迴路 可經由改變目標值，以響應環境改變及已知之服務改變； 圖2為一圖形說明現有功率控制迴路之過度控制振盧及高 -7 - 本紙張尺度過用？關家標準（CNS)A4祕（21G X 297公餐) ----—嫌一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂------—. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504912 A7

五、發明說明（5 ) 系統負載，SIR目標值僅由Q〇s參數控制； 圖3為一圖形說明SiR目標值，根據本發明之較佳實施 例，由QoS參數及SIR目標值與實際達到之SIR間之差控制； 圖4為一圖形，說明SIR目標值，根據本發明之較佳實施 例，再度由QoS參數控制，及SIR目標值與實際達到之SIR間 之差控制； 圖5A為範例功率控制迴路系統之方塊圖，該系統可用以 實施本發明之較佳實施例； 圖5B為一圖形說明圖5A中之一外部功率控制迴路中之外 部功率控制迴路之範例實施； 圖6A為一範例外部迴路算法之方塊圖，根據本發明之實 施例’其可實施圖5 A中之外部迴路算法； 圖6B為一圖形說明圖从所示之外部迴路算法之不同構圖 功能之例； 圖7為第二範例方法之流程圖，其可用以實施圖认之外 部迴路算法； 圖8為第二範例方法流程圖，其可用以實施圖5八之外部 迴路算法。 口 圖式詳細說明 本發明之較佳實施例及其優點可由參考圖1A_ 8後，完全 瞭解相同號碼代表各圖式中之相同及對應零件。 根據本發明之一較佳實施例，備有一發射功率控制方法 及系統，以用於擴展頻譜或CDMA行動通訊系統，利用已 實際達到之SIR(或濾波後版本）之一估計，作為外部功率控 -8 - 本紙張尺㈣用T國國家標準（CNS)A4規格（21Q x 297公爱）—--------- <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ---丨訂---------. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504912 A7 B7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（6 制迴路功成之額外參數。當Q〇S及已達成之;gIR均太低時， QoS可以忽略，SIR目標值由已達成之SIR控制。如q〇s及已 達成SIR均太高，Q〇s可以不計，而SIR目標值由已達之sni 控制。 當QoS及已達成SIR目標值均同時太高或太低期間，SIR目 標值可由外部迴路以較低速率改變，保持不變（如圖3說 明），或以相反方向改變，以使外部迴路僅響應Q〇s(如圖4 說明）。例如，圖3所示，SIR目標值由Q〇s參數及s IR目標 值與已達到SIR間之差，予以控制。根據本發明較佳實施 例’當内部迴路不能達到SIR目標值時，應用SIR目標值不 改變。結果，未發射不必要之高功率位準。同理，如圖4 所示SIR目標值再度由qos參數及SIR目標值與已達之sir目 標值間之差，，予以控制。注意，建議SIR之增加，代表卩沾 太低，反之亦然。根據較佳實施例，SIR目標值在内部迴路 不能達到SIR目標值時，以已達成之SIIl方向改變。此情況 下，無不必要之高功率位準被發射，内部迴路之作業，在 已無發射功率限制時，開始變慢。 另一方面，由於某些設計考慮，供SIR目標控制之方法， 在QoS太低或太高時，可能不同。為保持發射之功率位準 在所有時間均為盡可能最低，外部迴路可在及已達之 SIR均太低時，保持SIR目標值恆定，而在Q〇s及已達之幻尺 均太低時，保持較低之SIR目標值。以此方法，發射之功率 位準在最大功率限制後，將被迫緩慢增加。且發射功率在 最小功率限制後，迅速降低。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---- %·

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖5A為一範例功率控制迴路系統1〇〇之方塊圖，其可用以 在下行線路實施本發明之較佳實施例。注意此範例之功率 控制系統1〇〇’可在基地台或行動台實施。僅為說明目的， 假定功率控制系統100可在一擴展頻譜或CDMA細胞系統之 行動台中，以軟體及/或硬體實施。因此，外部功率控制迴 路102包括-外部迴路算法綱’其自前向（下行線路）資料 頻道接收QoS參數。範例外部迴路算法，其可用以實施本 發明，將以配合圖6A，6B，7及8予以說明。外部迴路算法 1041輸出為一建議之SIR目標調整值，其被耦合至函數產 生器108之輸入。 濾波器1 ίο接收在前向輸送頻道上測量之實際已達之sir 貝訊。濾波器110計算自上次更新之SIR目標值以後期間， 實際已達SIR資訊之平均值。濾波器i 1〇可由IIR濾波器，FIR 濾波器，或一累加器實施，累加器係在SIR目標值調整後再 设疋。濾波器110之輸出連接至相加器丨12，其代數相加（負） 現有SIR目標值至實際已達之SIR，以產生SIR誤差值。函數 產生器108產生一 SIR目標調整信號，其為建議之s][R目標調 整值與SIIU吳差值組合之函數。相加器114與延遲器丨16組合 構成一積分器，其將SIR目標調整信號積分以得上述之SIR 目標值。換言之，外部迴路算法1〇4(及相似之外部迴路算 法）將凋整值加至SIR目標值。因此，調整值加至前計算乏 SIR目標值，以便將新SIR目標值在理想方向驅動。視所用 之特殊外部迴路算法而定，預定數目各幀或不規則數目之 每一幀之調整值均可計算。 -10 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 n ϋ n n 一 口 T a ϋ HI ϋ n n - .春* 504912 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（8) 一内部閉合功率控制器118(下行線路）之一部分如圖所 示，其含一第三相加器120。自前向輸送頻道（下行線路）接 收之實際已達SIR代數相加（120)至自外部功率控制迴路102 之（負）SIR目標值，以產生一 SIR不同值。行動台（未示出） 發射SIR不同值至一在反向（上行線路）輸送頻道之服務基地 台。 圖5B為一圖形’說明一在圖5A中之外部功率控制迴路1〇2 中之外部功率控制迴路函數，fcn( 1〇8)之範例實施。如上所 述，SIR目標調整信號由函數控制，其為建議SIR目標調整 值及SIR誤差值之函數。如較早說明，建議之sir增加代表 QoS太低，反之亦然。如圖5B說明，如當sir誤差接近零， 外部迴路102之作業如一品質控制迴路，其可在Q〇S太低 時，增加SIR目標值，在Q〇s太高時降低SIR目標值。輸出迴 路102以相同方式作業，當Qos太低時，而實際已達之SIR高 於SIR目標值’或當q〇s太高，而實際已達之幻厌低於幻r目 標值。換言之，SIR目標值在區域ί及區域ΠΙ由Q〇s控制，如 圖5B所示。 至圖5B之區域II及區域IV所說明者為，内部迴路118無法 調整已達之SIR於接近SIR目標值之附近。例如，如區域11所 示Q〇S太尚，SIR目彳;fr值保持為不變，而使内部迴路11 $ , 在内部迴路已無限制時，儘快降低射之功率位準。但如區 域IV所示，纟實際已達SIR及QgS均太低情沉後，而内部迴 路已無限制時，輸出功率以外部迴路相同之速度，緩慢增 加0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂---------

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五、發明說明（9 )

圖6A為一範例外部迴路算法204之方塊圖（以功能方式）， 其可用以實施圖5 A之本發明一實施例之外部迴路算法1⑽。 王要是外部回路算法丨〇4或2〇4(祖似算法）接收一誤差符號 流（指示收到資料之循環餘冗碼檢驗(：11(：是否成功）及卩〇8目 標值。自資料頻道之輸入統計亦包括自前向誤差更正解碼 詻炙BER估計，及其他品質估計資訊。根據本發明，所用 <外部迴路算法可產生建議之SIR目標調整值作為實際SIR 目標调整值。根據本發明，SIR誤差亦可用以決定實際sir 目標值。 特別參考圖6A，此範例外部迴路算法2〇4包括一幀誤差偵 測器206用以偵出是否發生幀誤差（自資料頻道收到之誤差 符號流）。幀誤差偵測器之輸出耦合至FER估計器2〇8之一輸 入’其可產生一段時間，可變或預定之時段之FER估計。 此估計之FER值（208)以代數加至（負）FER目標值（即Q〇s目 標值），以產生FER誤差值。自相加器21〇之FER誤差耦合至 映像器212之輸入，其將輸入之FER誤差值轉換為（利用資料 庫之表）建議之SIR目標調整值。圖6B顯示外部迴路算法2〇4 不同轉換功能之三例（a，b，c)。 圖7為一第二範例方法300之流程圖，該方法可實施圖5A 所不之外部迴路104。如圖示’如幀誤差偵測器3〇2 (圖6A中 之206 )，在步驟304，決定已發生幀誤差，外部迴路算法1〇4 之輸出（建議之SIR目標調整值）使等於κ △(輸入FER目標值 等於1/(K+ 1 ))。否則在步驟304，如未偵出幀誤差，外部 迴路算法104之輸出使等於-△。 -12 ~ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ) -----------•裝--------IJ---------Φ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504912 A7 _______—___ B7 五、發明說明（10 ) _第三個範例算法400之流程圖，其可用以實施圖5A 所示之外部迴路算法104。如圖示，如_差_ 6A之206)決定偵出幀誤差於步驟4〇4，外部迴路算法ι〇吖建 儀SIR目松〃周整值）之輸出使其等於+ △(輸入fer目標值等 於1/(Ν + Ν/2))。否則，在步騾404，如未偵出幅誤差，在 步騾406，幀誤差偵測器402決定在一列中是否有N個正確 幀。如是，在步驟406，外部算法1〇4之輸出使等於· △。否 則，步騾406，如在一列中無N個正確幀，建議之SIR目標 調整值使其等於零。 本發明之方法及裝置已以較佳實施例並伴隨圖式詳細說 明如上，本發明並不限於此實施例，並可有許多再安排， 修改及置換，而不致有悖以下申請專利範圍之精神。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 504912 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種功率控制迴路系統，用於擴展頻譜行動通訊系統 中，包含： 一第一比較器用以將測量之品質參數與目標品質參數 比較，以產生品質參數誤差； 一第一產生器耦合第一比較器，用以自品質參數誤差 產生目標調整值； 一第二比較器以將測量之信號特性與前目標信號特性 值比較，以產生信號特性誤差； 一第二產生器耦合至第一產生器及第二比較器，至少 部份基於目標調整值及信號特性誤差，以產生—新 目標信號特性值。 2·如申請專利範圍第i項之功率控制迴路系統，尚含一誤 差率估計器耦合至第一比較器之一輸入，用以產生測量 品質參數。 3.如申請專利範圍第2項之功率控制迴路系統，其中測量 品質參數包含測量之幀誤差率。 4·如申請專利範圍第1項之功率控制迴路系統，其中目標 調整值包含提議目標信號與干擾比值，或提議目標信號 與雜音比值。 5.如申请專利範圍第1項之功率控制迴路系統，其中測量 品質參數，目標品質參數及品質參數誤差包含一測量悄 誤差率，一目標幀誤差率及一幀誤差率誤差。 6·如申請專利範圍第丨項之功率控制迴路系統，其中測量 信號特性’前目標信號特性值，及信號特性誤差包含— 本紙張尺度適用中國國家標準似似A4規格（21G χ 297公爱 ί請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁} 裝 — — — — — — — — 504912 A8 B8 C8 — D8 六、申請~ '^一 測量之信號與干擾比值’前目標信號與干擾比值及信號 與干擾比值誤差。 7如申請專利範圍第丨項之功率控制迴路系統，其中測量 又信號特性，前目標信號特性值及信號特性誤差，分別 含一測1信號與雜音比值，一前目標信號與雜音比值及 一信號與雜音比值誤差。 8·如申請專利範圍第1項之功率控制迴路系統，尚包含一 内部功率控制迴路耦合至第二產生器，内部功率控制迴 路之構型可接收新目標品質參數，及發起功率調整以響 應新目標品質參數與測量之信號特性間之差異。 9·如申請專利範圍第8項之功率控制迴路系統，其中之用 於内部功率控制迴路之測量信號特性，包含用於第二比 較器之相同測量信號特性。 ίο·如申請專利範圍第1項之功率控制迴路系統，其中之擴 展頻譜行動通訊系統包含一 CDMA細胞系統，或一 WCDMA細胞系統。 11· 一種用於擴展頻譜行動通訊系統之功率控制迴路裝置， 包含： 一裝置用以收建議之目標信號與干擾比值，及信號與 干擾比值誤差；及 一裝置用以產生一新目標信號與干擾比值，作為建議 之目標信號與干擾比值及信號與干擾比值誤差之函 數。 12.如申請專利範園第11項之功率控制迴路裝置，尚含一裝 -15 - 本紙張尺用中國國家標準（CNS)A4規^(21〇 χ 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂ί #· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504912 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 ____ D8 - --——-----— --六、申請專利範圍 置用以自測量之品質參數與目標品質參數，產生建議之 目標信號與干擾比值。 13·如申請專利範圍第π項之功率控制迴路裝置，其中測量 之品質參數及目標品質參數分別包含一測量之幀誤差 率，一目標幀誤差率。 14如申請專利範圍第11項之功率控制迴路裝置，尚含一裝 置用以自測量之信號與干擾比值與前目標信號與干擾比 值，產生信號與干擾比值誤差。 15.如申請專利範圍第11項之功率控制迴路裝置，尚含一内 部功率控制迴路耦合至一產生裝置，用以發起功率調整 以響應’新目標信號與干擾比值與信號與干擾比值誤差 間之差異。 16·如申請專利範圍第11項之功率控制迴路裝置，其中擴展 頻譜行動通訊系統包含一 CDMA細胞系統，及一 WCDMA 細胞系統。 17. —種功率控制方法，用於頻率擴展行動通訊系統，包含 下列步驟： 將測量之品質參數與目標品質參數加以比較以產生一 品質參數誤差； 自品質參數誤差產生目標調整值； 將測量之信號特性與前目標信號特性值加以比較以產 生信號特性誤差；及 根據至少部份目標調整值及信號特性誤差，產生一新 目標信號特性值。 - 16 - ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐）' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--- 訂-------- 勢· 504912 §88 C8 ----—------ "" I u -..... 六、申請專利範圍 18·如申請專利範圍第17項之功率控制方法，尚含一步驟以 估計收到信號之誤差率，以產生測量之品質參數。 19-如申請專利範圍第18項之功率控制方法，其中測量之品 負參數包含一測量之誤差率或測量之幀誤差率。 2α如申請專利範圍第17項之功率控制方法，其中產生目標 調整值之步驟，包含產生一建議之目標信號與干擾比 值’或建議之目標信號與雜音比值。 21·如申請專利範圍第17項之功率控制方法，其中之測量品 處參數，目標品質參數與品質參數誤差分別包含，一測 量之幀誤差率，一目標幀誤差率及一幀誤差率誤差。 22.如申請專利範圍第丨項之功率控制迴路系統，其中之測 量信號特性，前目標信號特性值及信號特性誤差，包含 一測量之信號與干擾比值，前目標信號與干擾比值及信 號與干擾比值誤差。 2〇·如申清專利範圍第17項之功率控制方法，其中測量之信 號特性’前目標信號特性值及信號特性誤差，包含測量 之仏號與雜音比值，一前目標信號與雜音比值及信號與 雜音比值誤差。 24如申清專利範圍第17項之功率控制方法，尚包含一步驟以 發起功率調整，以響應新目標品質參數與測量之信號特性 間之差異，實施之發起步驟利用一内部功率控制迴路。 25·如申請專利範圍第17項之功率控制方法，其中擴展頻譜 行動通訊系統包含一 CDMA細胞系統或一 WCDMA細胞系 統。 L____ - 17 - 本^^張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公H )譲 -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 裝 ---—訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製