TWI382688B - 功率控制方法 - Google Patents

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Description

功率控制方法
本發明係與無線通訊系統，例如：各式寬頻代碼分隔多重存取(WCDMA)系統中下鏈通訊之功率控制作業有關。
在任一WCDMA通訊係統中執行下鏈通訊作業時之主要資源乃係基地電台之載波功率。該項最大載波功率值，對該基地電台能夠服務之用戶數目，以及該基地電台之服務品質和其服務地區之範圍，有一定之限制關係。每條通訊通道皆需要基地電台能對其提供足夠的專用通道功率，以符合該通道於作業時與區塊錯誤率有關之品質要求標準，俾可對終端用戶提供可被用戶接受且品質優良之通訊服務。然而，基地電台必須考慮的另一重要因素乃是，必須有效地運用現有之功率資源，以免使用超過需要量之多餘功率資源；因此，基地電台必須經常改變(或調整)發射功率之分配情況。
在WCDMA系統中，對上鏈通訊作業及下鏈通訊作業(參閱後述之參考文獻[1])均具備提供快速功率控制之標準功能。其作業方式，係由用戶設備(UE)對通訊網路發出發射機功率控制(TPC)之指令(亦即：「功率提高」或「功率降低」之表示)。基地電台即可利用此等指令調整更改對該特定「用戶設備」(UE)之專用功率。基地電台遂即利用其預設演算方法，以及所接收之TPC指令，以步進方式調整變更其功率分配量，確定究竟應對該用戶設備先前分配之 功率值進行提升或降低之新功率數值調整操作。凡在並未發生功率分配飽和情況下提出之任何功率控制指令，基地電台均會受理。與前述預設功率控制演算方法有關之備選反應措施有兩種，其中之一乃係減少TPC指令被錯誤解釋之風險，另一措施則係利用設定一滑動式Window size以及一臨界值來限制功率控制之功率上升範圍。
在3GPP系統中所採用之各種標準式功率控制演算法中，主要均係針對該等系統能夠完成一切服務要求，以及相互干擾能夠被補償之先決條件下所設定之各種不同情況所設計者。但是，由於無線通訊環境因時而異，因而隨時可能發生基地電台沒有足夠之載波功率滿足所有用戶提出之服務要求，而且可能導致系統操作不穩定等不良情況，參閱後述之參考文獻[2]。各種無線通訊系統通常皆會提供許可管制裝置以及停止服務裝置，但是此等裝置操作較慢，其設計亦無法處理系統操作不穩定之情況。因此，有必要設計一種能在短暫時間範圍以內以快速方式處理上述情況之一些方法。
截至目前為止，業界已發表數種功率控制演算方法。例如，在後述參考文獻[3]中，即曾說明，當專用通訊通道之功率被提高時，原先之通訊品質目標即會逐漸降低。本質上，此乃意謂，用戶要求基地電台提高發射功率時，就必須接受通訊品質降低之後果。
在參考文獻[4]之國際專利申請文件中，所發表之解決上述問題的方法，係將二個以上基地電台在多樣化通訊作 業中對某一特定行動電台所發射信號之發射機輸出功率加以分散處理。各該基地電台對該等特定行動電台發射訊息時所使用之發射機輸出功率係分別根據該行動電台發送之各項功率控制指令，以及當時各該基地電台對該特定行動電台發射訊息時所使用之發射機輸出功率等參數加以調整。此等調整可利用固定或連續步進方式執行之。
關於依據TPC歷史記錄，行動速度以及位元誤差機率等各種參數所執行之調整操作，請參閱參考文獻[5]、[6]及[7]內之說明。
雖然上述各種問題解決方法可獲致較佳之下鏈通訊功率控制效果，但是，這些方法仍有若干相關問題。先前技術所採用之功率控制方法的缺點乃是，不無發生發射機輸出功率過度分配，或暫時短缺可供利用之發射機功率等現象之虞。功率資源之不足亦會導致全部通訊通道一併「受害」，因而，使個別行動電台面臨更不可預測的困境。
因此，開發改良下鏈通訊功率控制之方法，確有必要。
本發明概況目標之一係提供一種可改善無線通訊系統作業穩定性之下鏈通訊功率控制方法。而本發明特定目標之一，係在共用資源之通訊系統中達到有效運用功率資料之目的。另一目標係消除發射機功率暫時用罄之風險。還有一項目標，就是提供一種可供各種WCDMA系統使用之功率控制機制。
上述各項目標，可依照本說明書附件，專利申請範圍之 設計內容達成之。
簡言之，本發明係針對下鏈通訊作業，提供一套完整的功率控制方法。基地電台於接獲任一行動終端機提出之發射機功率變更要求之後，應根據其現有可用之發射機總功率立即確定一項功率控制參數，例如：一最大特定連結發射機功率值，一項步進式功率變更範圍，或一項功率升高機率。之後，該基地電台乃可利用該項功率控制參數對該一通訊通道分配適當之發射機功率。基地電台對某一個別通訊通道分配發射機功率之同時，應將該基地電台所服務之所有通訊通道之功率需求納入通盤考慮(而非僅考慮當時受其控制之通訊通道)，始可達成提供更有效功率控制方法，以及消除過度分配功率風險之目的。
在本發明之各種可資採用之具體實例中，係利用當時現有之發射機功率總量，並審酌與某一特定連結代碼功率及/或與該條通訊通道需求優先次序等因素有關之其他輸入參數後執行功率控制操作。
根據本發明內容之其他重點，也同時提供一收發訊機節點，以及一通訊系統。
圖1所示乃係可採用本發明設計之一種代表WCDMA通訊系統之架構概略圖。圖中之系統100包含一「無線存取網路」(RAN)，例如一通用地區性無線存取網路(UTRAN)，以及一核心網路130。該RAN係用以執行與無線電通訊有關之功能，並負責在用戶設備110(例如行動電話及膝上型 電腦)和該網路其餘設備之間建立通訊通道。該RAN通常包含許多基地收發訊電台(BTS)122，亦稱為「節點B」和許多「無線電網路控制器」(RNC)124。每一BTS各自對其通訊涵蓋區內之許多行動終端台提供服務，並接受一RNC之控制。RNC之標準功能包括：分配頻率，代碼之擴展或加密處理，以及波道功率準位控制。
RNC 124可提供向核心網路130進行存取操作。例如，包含與任一全球行動通訊系統/通用分封式無線服務(GSM/GPRS)核心網路相對應操作之各種交換中心，支援節點，以及資料庫，且通常亦包括多媒體處理設備。上述之核心網路，係與各種外部網路140進行通訊作業，例如：網際網路，「公用交換電話網路」(PSTN)，整體服務數位網路(ISDN)，以及其他「公用地面行動網路」(PLNN)。
實務上，大多數WCDMA網路中均含有比圖1所示範例中更為複雜之多種網路元件及節點。
本發明提供之方法特別適用於WCDMA通訊作業系統，例如，各式「高速下鏈共用波道」(HS-DSCH)系統。但，讀者應了解，凡屬可供多數用戶同時共用相同功率資源之其他各種通訊系統，在在本發明方法之適用範圍之內。如果，系統內某一節點對功率之運用所引起之強烈干擾足以影響隣近節點之操作者，該等系統也在本發明方法之適用範圍以內。此等系統例如包括：時間多工或代碼多工正交分頻多工處理系統(OFDM)及分時多工存取(TDMA)系統， 以及使用「多載波功率放大器」(MCPA)之系統。
為了擴大無線通訊系統(例如：「CDMA」系統)之作業能量，必須具備可有效控制上鏈及下鏈發射功率之機制。對下鏈(前送)通訊波道執行功率控制，尤其是使基地電台能對每一行動電台提供可令用戶滿意之信號強度。通常，在操作中，是由行動電台計量經由下鏈通訊通道上傳來之接收信號的強度，然後，根據該等測得之數值，要求基地電台調整其信號發射功率。
如前述「技術背景說明」一節中之說明，在任一WCDMA系統中對上鏈及下鏈通訊通道之發射信號均提供標準之快速功率控制(1500赫茲)功能。用戶設備(UE)能以每秒1500次之快速操作性能將功率控制指令信號TPC(t)傳送給通訊網路，而每項指令皆會表示「功率提高」或「功率減低」之訊息。基地電台即可根據此種指令，變更對該行動電台發射信號時所使用之專用功率準位，亦即UE p(t)。前述3GPP標準下鏈功率控制演算法，包括一預設演算值和兩項備選值(參閱參考文件[1]之說明)。該項預設演算方法，係利用所接收之發射機功率控制指令TPC(t)，在每一個時間槽t內以步進調整方式按對數調整比例(以dB(分貝)值表示)更新，並按下列公式計算出功率調整之幅度(其幅度係以+1或-1為單位)：p(t +1) =p(t) +Δ TPC(t) [dB]　　　(1)式中之Δ係以dB為單位所表示之步進調整幅度。該項步進 調整幅度可設定為四個數碼之數值：0.5, 1, 1.5或2 dB。 UTRAN式網路必須能支援1 dB步進調整幅度之要求，至於對其他步進調整幅度之支援，則可自行選定。不受理「功率控制指令」之唯一理由乃係功率分配已達飽和之情況，亦即，發射功率已達到由操作人員設定之功率上下極限(分別以p_upper及p_lower表示之。此即表示：p(t +1) =max(p _lower, min(p _upper, p(t) +Δ TPC(t))) [dB]　　　(2)
第一種選項旨在限制發生TPC指令被解釋錯誤之現象。每一TPC指令會在三個連續時間槽內重複出現，因而，實際更新(調整)率即會下降到500赫茲。而第二個選項則旨在藉由設定一滑動式空窗範圍Swin改正總合低於該臨界值th時，始可准許變更發射信號功率之要求： 式中之TPCsum 一項係代表過去之Swin改正值總和，亦即：。
本發明之基本認知乃係，依據系統信號發射總功率之分配現況，變更對任一相關通訊通道發射信號之專用功率數值，即可獲致最有效之下鏈通訊功率控制效果。由於每一基地電台信號發射總功率乃係一種有限資源，因而，應以此項參數為依據控制系統之最佳作業狀況。測量基地電台之信號發射功率總值，並採用本發明設計的方法控制系統 之操作，即可獲得一種可對該項最關重要之功率參數之現況變化有直接反應之功率控制機制。
為了提高系統作業之穩定性，本發明乃利用根據基地電台發射機總功率之變化情形執行下鏈通訊功率控制之方式提供一種系統作業整體控制方法。以下特參閱附圖2提供詳細說明，該附圖2中有一收發訊機節點122和兩個行動通訊終端台110。該收發訊機節點122可經由相關無線通訊通道與該等行動通訊終端台進行通訊作業。
該收發訊機節點122通常係設置在網路之一側，例如像UTRAN類型之一種無線電存取網路，俾可使各種無線通訊單元與該網路之其餘單元連接操作。該收發訊機節點可包含或與一(無線通訊)基地電台，例如一「節點B」或一BTS及/或具有無線電控制功能之設備，例如一RNC或一「基地電台控制器(BSC)配合操作。在下面說明中，該收發訊機節點通常係指一基地電台。
圖中之該等無線通訊單元110(亦稱之為用戶設備、行動節點、行動電台等)為蜂巢式電話機。但是，本發明也可適用於與其他種無線通訊單元之通訊作業，包括個人用數位助理機及膝上型電腦等設備。
如圖2所示，該基地電台之發射機總功率(或稱「下鏈通訊載波功率」)為PDL 。此項發射機總功率含有共用功率(例如：用以將指引信號資訊經由共用波道送往各終端用戶)以及對某些特定行動終端台發射信號時之專用發射功率。 圖中所示現有發射機總功率PDL (t)代表該收發訊機節點於 一特定時間點(t)上所使用之全部下鏈通訊功率資源(包括共用功率及特定連結功率)。換言之，該項發射機總功率乃係該收發訊機節點當時作業時所分配之全部發射功率總合。該等現有可用下鏈通訊功率資源，係代表該特定收發訊機節點處之最大發射機(下鏈通訊用)功率PDL, max 。
圖中另亦顯示每條通訊通道(i)之專用發射機(下鏈通訊)功率pi ，亦名之為個別通訊通道下鏈通訊代碼功率。圖中之當時(現用)特定連結發射機功率pi (t)，代表在某一特定時間點t上該基地電台分配給通訊通道i下鏈通訊功率。先前技術係按照以前方程(1)求得之數值預設該代碼功率分配量，但，依照本發明之設計，則係以下述之改良方式來處理功率分配作業。
每一無線通訊單元110將一項功率變更要求(例如一功率提高指令)傳送至基地電台122。與上述預設功率控制數法不同之處乃是，該類要求，並非每項均被受理。基地電台係根據其當時可供利用之發射機總功率來決定是否應受理該類要求，抑或是否應拒絕該項要求之全部或部分事項。 每條通訊通道之專用功率之決定數值係以一或數項功率控制參數表示之，此等參數最好能與一最大值或與該項相關特定連結發射機功率之功率變更限額直接或間接有關。該功率控制參數係由基地電台根據其當時可資利用之發射機總功率決定之，並用以對某一個別通訊通道分配發射機發送信號之功率數值。因此，通訊通道i之可受分配發射機功率數值PDL 端視現有可用下鏈通訊總功率pi 之多寡而定。
圖3所示乃係依據本發明某一可取之具體實例的主要原理所歸納之一種下鏈通訊功率控制方法之作業流程圖。在步驟S1中，基地電台係經由一條無線通訊通道接收到某一行動終端機發送之一項發射機功率變更要求。此項要求例如可包括一種可由利用本發明方法處理之功率提高及降低指令之一項標準式WCDMA TPC指令。此種方法特別可用以處理重複要求提高功率之情況。
接獲上述發射機功率變更要求之後，基地電台即可在步驟S3中根據其當時可供利用之發射機總功率數值確定至少一項功率控制參數。在此一步驟中，最好能利用一項於當時現有可用發射機總功率接近其最高限額時可促成一種順利移轉操作之預定功率分配功能執行功率控制參數之確定作業，或是根據預先設定之發射機總功率臨限值來決定該項功率控制參數。該項功率控制參數最好能與某一特定連結發射機功率最高限額及/或該條特定連結發射機功率變更率有關。基地電台之發射機總功率最好能由基地電台自行繼續測量(步驟S2)。但是，在本發明若干具體實例中，可在任一部位處決定之，並送至該收發訊機節點使用。由以下說明可知，該項現有可用發射機總功率數值並非一定是影響前述各項功率控制參數(TPC值除外)之唯一輸入參數。功率控制參數也可能是將數項利用不同輸入參數算出之個別功率控制參數合成後之功率控制參數總值。
最後，在步驟4中，係由基地電台按照其確定之功率控制參數將發射機功率分配給相關之通訊通道。功率控制參 數可利用直接或間接方式影響實際之功率分配量。以間接方式影響之一種範例乃是利用與該條通訊通道可容許之位元傳輸率有關之一項功率控制參數，間接影響限制前述方程式(1)中之功率值(p(t))。圖3所示操作程序通常在任一正在操作之通訊通道中係按一定之規則重複執行，因為使用該條通訊通道作業之行動終端機將會隨著通訊情況之變化，重複提出提高功率或降低功率之要求。
利用本發明之方法，各條通訊通道之操作行為即可依據全部共用功率資源的變化情況加以調整。傳統式下鏈通訊功率控制係完全以個別通訊通道為執行對象。因為在同一系統中之每一行動終端機使用人並不知悉其他鏈路的受分配功率現況，因而乃有發生相當嚴重發之發射機功率過度分配或暫時用罄等情況之虞。但是如果將同一基地電台所服務之其他所有通訊通道之受配發射機功率之分配狀況(包括全部鏈路或其任一分組鏈路)共同使用之功率依照本發明設計納入整體考慮，即可提供一種更有效的功率控制機制。最大的一項優點乃係，可確保在該網部分並無可能試圖超額分配現有可用功率資源。從而，乃可消除發射機功率暫時用罄之風險，並可確保系統操作之穩定性。
本發明之另一項優點乃係，可使基地電台能夠順利地對用戶設備送來之功率提高要求採取因應措施。並可於接近發射機功率最高限額時，使所分配的功率能以順利的方式提高。功率控制最好能夠在一相當短暫的時間範圍內執行，俾可在全部功率分配現況不斷變更的情況下，快速完 成調整操作。
利用在網路內部執行功率控制，並將基地電台之整體功率運用現況納入考慮的方法，本發明即可改善系統之操作穩定性。由於系統操作穩定性之改善，進而可使系統中所有用戶享受到基地電台服務能量及品質提高之實惠。一般而言，各式無線通訊系統皆會面臨如何解決在系統涵蓋範圍、服務品質和系統負載之間兼顧得失平衡之問題。就此點而言，最重要的一項問題乃是應在服務涵蓋範圍和系統作業穩定性之間取得平衡點，亦即，應充分運用現有資源(係指基地電台下鏈通訊功率)俾可在系統低負載情況下獲得良好的服務涵蓋範圍，並在系統負載較高的情況下獲得良好之系統操作穩定性。本發明提供的方法，可使上述各項因素能夠達到適當平衡之效果，例如，當系統負載增加時，降低系統服務涵蓋範圍，或是提供一種品質微弱衰退之效果。
依據本發明某一較佳具體實例的設計，係根據基地電台之發射機總功率(亦即下鏈通訊載波功率)與分配給個別通訊通道受配之專用發射機功率(亦即下鏈通訊編碼功率)二項參數之結合數值決定上述之功率控制參數。因而，功率控制作業乃與個別特定連結資源之使用情形，以及所有鏈路之整體資源利用情形有關。從而乃可避免發生功率分配飽和之現象，並可區分不同通訊通道之間於發射機總功率值較高(亦即：接近PDL, max )時之順利移轉操作。針對使用許多編碼功率之各條通訊通道，可藉由設定一些強力限制 條件的方式處置之。再者，此項解決辦法通常是易於執行，而且無須發送任何附加信號(例如：在上述WCDMA系統中之RNC及節點B之間)即可執行，因為，該項載波功率現值和編碼功率現值可在基地電台內測量之。
依據本發明之方法設定上述功率(使用)限制之方法，最好是利用改編專用編碼功率最大值Pi,max ；說明受理任一功率變更要求之可能因素πi ；及/或改編功率步進式調整範圍Δi 之方式為之。以下文字特就依據本發明設計之相關具體實例原理，利用此等相關功率控制參數執行之發射機功率控制方法提供詳細說明如下。這些功率控制演算方法旨在用以取得以直線性變化數據之數值[W]以及以對數表示之數值範圍[dBW或dBm]。但是，如果並未提供任何其他說明，則應以直線部分所表示之範圍為設定依據。
專用編碼功率最大值
用以降低任一通訊通道引發影響下鏈通訊功率之機率的一種可取方法，係降低可分配給任一個別專用通訊波道之專用編碼功率最大值Pi,max ，亦即該專用通訊通道可受配功率之上限。可將該項計算出來之專用編碼功率最大值視為是發射機下鏈通訊總功率PDL 之一項函數：Pi,max =f(PDL )。 當大部分下鏈通訊總功率已被分配予相關通訊通道時，每條通訊通道通常均會受限於一較低之下鏈通訊專用編碼功率最大值。下鏈通訊載波功率越高，編碼功率也就越低。
在下列第(4)個公式所表示之第一範例中，上述專用編碼功率最大值，當下鏈通訊載波功率值大於PDL, low 值但低 於PDL, high 值時，即會在Pmax, lower 和Pmax, upper 之範圍內發生變化。否則，Pi, max =Pmax, upper ；如下列公式所示：p i,max =p max , upper -(p max,upper -p max,lower ) (P DL -P DL,low )/(P DL,max -P DL,low )　　　(4)
依下列第(5)個公式所表示之第二範例中，係一比較簡單的方法，其中之專用編碼功率最大值可視其載波功率值是否低於一臨限值PDL, low 之實際情況，具有兩個不同數值，如下列公式所示：
讀者應瞭解，在確定下鏈通訊編碼功率最大值時，該項PDL 值也可與一或多項其他輸入參數配合使用為之。當使用一或多項輸入參數時，每項輸入參數皆可單獨用以計算該項最大功率值，並將此等計算結果之總數值作為該項專用編碼功率最大值。在某一使用兩項不同輸入參數之具體實例中，係按下列公式(6)計算其總功率值：p i,max,aggregate =min(p i,max,input 1 , p i,max,input 2 ) 　　　(6)
功率提高機率
在一種採用預設功率控制演算法之WCDMA系統中，基地電台於接收到某一無線通訊單元送來之一份發射機功率提高指令後，係按照一項步進調高率Δ逐步調高該項專用波道功率值。只有在到達預設專用編碼功率最大值時，對該項已被受理案件之功率調高操作始會停止。在本發明某 一可採用具體實例中。係利用一項已編定機率πinc,i (可能為零)作為一項功率調升機率，據以決定是否受理任一已接收功率提高要求之考慮依據。
當現有可用下鏈通訊載波功率之大部分功率已被分配出去時，(基地電台)有充分的理由應以謹慎態度避免僅以無線通訊單元提出之功率提高要求為依據執行功率之調高操作。因此，實務上常有必要將一較高之下鏈通訊載波功率設定為一較低之功率調高機率值。基地電台可依據兩項考慮準則之一，做成不受理某一功率提高要求之決定。其一為原來分配之特定連結發射機功率值pi (t)仍然保持在相同之準位上；其二為該項數值正以步進率為Δ之速度降低中。其中之後一準則，乃係用以遏止某條通訊通道超額使用發射機功率之更有效決定準則。
在下列以公式(7)表示之範例中，當前述後一準則中之功率降低值大於PDL, low 且低於PDL, max 時，係按照與該下鏈通訊載波功率變化率成直線變更關係之方式執行功率調高操作。否則，πinc,i =1，(n為一參數)。
π inc, i =1 -((P DL -P DL,low )/(P DL,max -P DL,low )) n 　　　(7)
圖4及圖5所示係依據本發明方法利用功率調高機率做為功率控制參數並依據負載現況執行下鏈通訊功率控制之操作成效曲線圖，按，此一方法與傳統式預設功率控制之方法有異。圖4A-B兩圖所示乃係以先前技術針對某一持續要 求更多分配功率之某一無線通訊單元所使用之通訊通道提供編碼功率之作業成效曲線圖。在本案例中，基地電台係依照前述方程式(1)及(2)表示之標準控制演算法，將發射機功率分配至該特定通訊通道之經過情形。圖4A中包括各相關時間槽範圍內所分配之正常編碼功率值，而圖4B所示則係自最後時間槽之後所發生之功率變化情形。該兩個附圖清楚顯示對數式功率控制操作之線性功率調整效果。圖中顯示，當該條通訊通道受配之編碼功率提高時(在到達時間槽30處之飽和狀況之前)，該項以瓦特為計算單位之功率調高值係按指數比率逐步升高。此種現象乃構成該項傳統式功率控制演算法之不穩定特性。
但是，如果採用本發明所提供以負載為依據之功率控制方法時，將可獲致更優異之戲劇性功率提高效果。圖5A所示係依照方程式(7)所表示之方式以n=2之參數計算出來之功率提高機率。圖5B-C所示相當於圖4A-B之情形。但是，此次係依據PDL 及編碼功率值並利用圖5A所示之功率控制機率值執行功率控制操作。當編碼功率值和載波功率值升高時，上述功率提高機率即會降低，進而於該項編碼功率值及載波功率值被調高至接近編碼功率和載波功率最大值時，獲得更優異之功率控制功效。
以下列方程式(8)表示之第二個範例，係一較簡單的方法，其中之功率提高機率係依據載波功率是否低於PDL, low 之變化狀況而在數值1和另一固定數值πinc, lower 之間進行相對變化。
當大部分下鏈通訊編碼功率已分配完成時，應有充份理由必以更慎重態度處理提高功率之要求。如以上之說明，依據本發明方法設計之一優異的具體實例係依據基地電台現有可用之發射總功率值以及可配予每條通訊通道之專用功率值執行功率控制操作。適用於本案例時，係以功率提高機率數值做為其功率控制參數，亦即，以該項功率提高機率值做為下鏈通訊功率及下鏈通訊編碼功率之一個函數：πinc,i =f(PDL , pi )。在此種情況下，當下鏈通訊編碼功率值較高時，通常係意指該功率提高機率較低。在一個以方程式(9)所表示之具體實例中，其合計功率提高機率即為利用下鏈通訊載波功率值和下鏈通訊編碼功率所算出之功率提高機率值二者之乘積。
π inc, i, aggregate =π inc, i, P DL π inc, i, pi 　　　(9)
上式中之因數πinc,i,pi 可按下列方式(10)或(11)之方法計算之。利用公式(10)計算時，如果專用編碼功率pi 大於plow 但小於pmax,i 時，其功率提高值即會按照與該項專用編碼功率值呈直線相對之關係發生變化。否則，πinc,i =1，(其中之n為一參數)
π inc, i =1 -((p i -p low )/(p max,i -p low )) n 　　　(10)
以方程式(11)表示之第二個案例係採用一較簡單的方法，其功率提高機率值係依據其載波功率是否低於plow 值 之情況在數值1和另一固定值πinc, lower 之相對變化。
凡利用發射機總功率值以及一或數個其他輸入參數做為輸入參數之合計值之做為發射機總數值之任一其他功率控制演算法之方法均可採用。使用一或數個其他輸入參數時，每項個別輸入參數皆可用以計算其功率提高機率，並將各該單項輸入參數計算出來之功率提高機率值之總數值做為本案例計定之功率提高機率值。其中之輸入2及輸入3可(但並非必要)包括前述之特定連結發射機功率。
π inc, i, aggregate =π inc, i, P DL π inc , i, input 2 π inc, i, in p ut 3 　　　(12)
功率控制步進調整單位(範圍)
在WCDMA系統所採用之預設式功率控制演算法中，基地電台於接收來自某一行動終端台之功率提高TPC指令後，即會按照一固定步進調整單位Δ(以dB為計算單位)調高該條通訊通道之專用功率值。該項功率調高操作於被調升之功率值到達原定專用編碼功率最大值時，始停止執行。
而在本發明提供之演算法中，則係建議應視基地電台現有可用下鏈通訊總功率之狀況來改編該項功率控制步進調整單位(範圍)Δ:Δi =f(PDL )。該項功率上下變化單位(範圍)可用於調升操作或調降操作。由行動終端電台送來之功率提高要求經受理後所計算出之調高率可能為零或一負 值Δ，因而應屬一不受理(或拒絕受理)之功率提高要求。 因為，只有向上調高用步進調整單位(範圍)才是影響下鏈通訊穩定性之重要因素，因此，有時亦可將步進調整單位(範圍)限制在僅許可向上調升之功能上，並在同時使該等向下調整單位(範圍)保持在恒定不變的準位上。
有時，(例如在無法直接調整該步進調整單位(範圍)時)，亦可在每間隔(N)個時間槽之後再執行一次功率調整操作，該項(N)參數值應為N=最低值X(Δnorm /Δdesired )，該項Δnorm 乃係可採用之調整單位(例如：1 dB)。
如果全部下鏈通訊載波功率中之大部分功率已被分配時，處理人員於準備完全依照功率提高指令所提出之要求提高功率時，就應特別謹慎為之。採用本發明方法執行功率控制操作時，任何較高之下鏈通訊載波功率，通常均會導致向上步進調升單位(範圍)降低之後果，在本發明某一具體實例中。向上步進調高功率之單位範圍的變化係與下鏈通訊載波功率值之上下變動現況有直線性變化關係，並於該一被調載波功率值接近其最高準位時，即會降低至零。此一特性可由下列方程式(13)表示之，式中之Δparam 代表某一參數值，Δnorm 則代表功率步進調整單位(範圍)之最大值。
Δ i =min(Δ norm ,Δ param (P DL,max -P DL )/P DL,max )　　　(13)
再者，在某些情況中，也可考慮採用不同的向上調升及向下調降之步進式調整單位(範圍)，例如通訊系統負載較 低時採用較長之向上調升步進單位，以及向下調降步進單位執行功率控制操作，或是以相反方式為之。在某一具體實例中，係視下鏈載波功率之變動現況，按直線性響應方式分別調整向上及向下步進式調整單位(範圍)。當載波功率值接近其最大值準位時，向上步進調升之調整單位乃降至零，而當載波功率變低時，向下步進調整之調整單位乃降低為零。此種關係以下列方程式(14)表示之，式中之Δparam 為一參數，Δnorm 依代表功率調整單位(範圍)之最大值，而PDL, lower 則係一項表示較低載波功率準位。
Δ i, upward =min(Δ norm ,Δ param (P DL,max -P DL )/P DL,max )　　　(14)
Δ i, downward =min(Δ norm ,Δ param (P DL -P DL,lower )/(P DL,max -P DL,lower ))
至於前述之各項控制參數，在確定步進式調整單位(範圍)時，可使用一個以上之輸入參數。並對各該輸入參數計算其個別之步進式調整單位(範圍)，並將此等計算出來之個別調整單位(範圍)數值之合計總值用以做為實際執行功率控制操作時之步進式調整單位(範圍)。在某一採用兩個不同輸入參數之具體實例中，二者個別調整單位(範圍)之合計總值係以下列方程式(15)計算之：Δ i, aggregate =min(Δ i, input 1 ,Δ i, input 2 )　　　(15)
在另一可採用之具體實例中，係使用已發射下鏈通訊編碼功率和已發射下鏈通訊載波功率之合併值：Δi =f(PDL, pi, code )。步進式調整單位(範圍)值可按照與下鏈通訊載波功率和下鏈通訊編碼功率[瓦特值]變化成直線性變 化關係之方式算定之，並當該載波功率及/或編碼功率接近各自之最大準位時(如下列方程式(16)所示)降低至零。
Δ i =min(Δ norm ,Δ param (P DL,max -P DL )((p i,max -p i )　　　(16)
採用按照方程式(16)計算出來之下鏈通訊載波功率及下鏈通訊編碼功率合併值執行功率控制操作之效果，如圖6中之「功率步進式調整單位(範圍)與下鏈通訊載載波功率及下鏈通訊編碼功率相互關係曲線圖」所示。在本案例中，載波功率之最大值PDL, max 為20瓦，編碼功率之最大值pi,max 為1瓦，Δparam =0.1 dB，以及Δnorm =1 dB。顯然地，各項數值極小的步進式調整單位(範圍)係在高載波功率及/或高編碼功率之情況下施加，俾可有效地在高負載時系統以戲劇性方式提高各相關功率值。如圖6所示，亦可利用方程式(16)計算出來之功率提高機率值做為編碼參數。
以上之結果可直接適用於該等情況，在該等情況中，即可在高載波功率及/或高編碼功率之情況下施加該等數值極微小之功率提高機率數值。
在若干情況中，可對功率步進式調整單位(範圍)與各項最大功率數值施以標準化處理。亦即，系統針對高資料速率通訊服務作業調高發射機功率時，會更加謹慎。此外，採用此種方法時，各項演算操作可在不受基地電台最大發射機功率值以及信號載送媒體種類等限制條件影響之情況下執行之，此等演算方式有下列三種範例：Δ i =min(Δ norm ,Δ param (P DL,max -P DL )(p i,max -p i )/p i,max )　　　(17)
Δ i =min(Δ norm ,Δ param (P DL,max -P DL )(p i,max -p i )/P DL,ma x )　　　(18)
Δ i =min(Δ norm ,Δ param (P DL,max -P DL )(p i,max -p i )/(p i,max P DL,max ))　　　(19)
茲以一數值案例來說明上述情形，假設語音通訊服務之pi,max 值為1瓦特，視頻電話服務(資料傳輸速率為64 kbps)之pi,max 為4瓦特。在未對最大編碼功率執行標準化處理時，其步進式功率調整單位(範圍)於語音通訊服務功率為0.5瓦，以及視頻電話服務功率為3.5瓦時，二者相同。此乃意指，系統對高資料速率用戶所需信號功率執行調高處理時，係以更謹慎之方式執行。
雖然上述各種不同之功率控制演算法中係分別使用功率提高機率及步進式功率調整單位(範圍)為參數執行功率控制操作，任一此等控制參數所採用之方法通常也可適用於其他控制參數。因而，執行功率步進調整單位(範圍)時所採用之各項公式也可適用於利用功率提調高機率為參數執行功率控制之案例，反之亦然。
以上各項範例中，主要係使用各種實際(而非標準化)功率參數。但是，有時(例如：基地電台使用不同之下鏈通訊載波功率最大值時，也可考慮利用與載波功率最大值相關之下鏈通訊載波功率做為輸入參數。同樣地，在其他若干情況中，例如，各條不同的通訊通道各有不同之下鏈通訊編碼功率值時，也可考慮將與其編碼功率最大值有關之下鏈通訊編碼功率做為以編碼功率執行功率控制演算法時之輸入參數。如果其載波功率參數由一個與下鏈通訊載波 功率有別之相同參數取代，而且其編碼功率參數由一個與下鏈通訊編碼功率最大值有別之相同參數取代時，上述各種方法仍可提供相同的效果。
此外，由於各項輸入功率資料通常會有快速及重大的變化，因而，在許多案例中，於前述執行下鏈通訊控制功能之相關部位增設若干濾波器。就各項輸入參數(例如：PDL 及pi )之當時以及先前之數值而論，經過濾波處理後即可降低該等快速而重大的變化，從而，可使各項功率控制參數僅屬緩慢變化之輸入資料。
依據本發明另一可採用具體實例之設計，其下鏈通訊功率控制作業係根據發射機總功率和系統中各條通訊通道之個別通訊服務優先次序等合併參數為考量依據執行。此種方法之主要理念乃係採取一種前攝處理策略(proactive steategy)，以做為不受理某些通訊通道之之功率提高要求，並優先維護其他通訊通道正常通訊服務之措施，藉以避免發生系統內所有通訊通道全部遭受服務品質不良之情況。在採取上述措施作業時，用以將發射機功率分配給某一特定通訊通道時所使用之各項功率控制參數，係依據現有可用發射機總功率，以及該通訊通道所提供可說明其通訊作業優先等級之資料等參數作成功率控制之決定。前述通訊通道特定資料最好包含一或數項所謂之優先等級指標DPI。因此，應分配給該通訊通道i專用之功率量pi ，須視該特定通訊通道DPIi 之PDL 及DPI參數而定。
上述DPI參數係以一種預定方式表示某一特定通訊通道 於某一特定時間點上提供通訊服務之重要性/相關性/優先等級。此項參數通常係說明任一終端用戶及終端台目前或未來作業情形，並可包含與用戶，裝置及/或通訊通道之說明性資料。其表示優先等級之參數，利用一個與通常係以測量方式，或在網路本身之資料持有單元(例如一個網路控制單元)或資料庫處以搜集方式取得之。該等優先等級指標包括下列各項：
行動通訊之類別與等級
某些行動通訊終端機於(相同無線通訊環境中)提供相同服務時，從基地電台處取得之功率大於其他終端機所取得者。因此，行動終端機之類別可用以做為一項優先等級之指標。可用行動終端機之廠牌型別表示之。但是，在某一可選用具體實例之設計中則建議應自動提供行動終端機之等級。任一行動終端機之實際性能或輸入訊號功率需求，可由網路部分認定之並據以界定該終端機之等級，例如：於連接至一特定之參考通訊分區時，利用其所需要之下鏈通訊編碼功率量之資料認定其等級；IMIE編號；資料段錯誤率(如係提供資料傳輸服務時)。此種自動分等操作，可根據所儲存或所測得且與某一特定通訊通道有關之資料為之。
用戶線路等級
如果意欲將某一個別或某一批用戶線路等級之優先等級排列於其他用戶線路等級前面時，表示用戶線路等級之指標si 是一項有用的輸入資料，例如，可供作業人員向付費 較高之客戶提供服務品質更好的黃金用戶線路。
連接時間
行動終端機與通訊通道連接的時間越久，該條通訊通道受限制之機率也越大。因此，某一行動終端機自開始與某條通訊通道連接時間起算之持續連接時間tc 乃係一項有參考價值之輸入參數。
資料服務特徵
為提供資料服務，可利用若干資料服務特徵之當時現有數值提供當前或預期之用戶操作行為，據以決定排定不同通訊通道之間的通訊作業優先等級。該等參數通常係在網路這邊(最好在RNC處)測定之，可包括已發射資料量，預定資料量，及/或發射資料之前位於緩衝器內之資料量。 因而，較多之資料量通常係表示該條通訊通道享有較高之資料接收優先權。再者，可依據一或更多與資料封包特徵有關之資料決定功率分配量。該等相關資料包括：資料封包之長度(較長的資料封包乃係提供已經過優先排序之資料；資料分包類別；及/或最後發射資料後之已逝時間；以及與資料段錯誤統計資料，及(或)資料段再發射統計資料有關之DPI資料。
依據與各相關通訊通道有關之發射機總功率和作業優先等級之合併資料執行下鏈通訊功率控制的方法，可達成改善長期或短期之系統作業穩定性的目的。本發明之此種具體實例有助於設計更精密之功率控制功能(機制)，以及更「公平」之功率分配功效。
因此，最好能利用上述各項功率控制參數pi,max , πinc,i 及Δi 執行本發明所揭露之功率控制方法。按照本文件提供之說明，可利用單一之控制參數，或改用兩種或全部控制參數，因應任一特定功率控制要求案有關之情況。在本發明之具體實例中也可利用與功率有關之各種參數(包括與特定連結發射機功率之功率變動率直接或間接有關之其他各種參數)執行功率控制操作。
至於用以提供資料傳輸服務之系統而言，可將一項通訊通道之目標品質取代或附加於上述各種功率控制參數之列。該項品質目標應列明對某一通訊通道所要求之服務目標。WCDMA系統之資料段錯誤率(BLER)品質目標即為範例之一；亦即，錯誤資料段之數目與已發射資料段總數目二者之間的比率即為其範例。
以上說明雖然係參閱各項附圖所示特定具體實例提供，但應強調者乃係對具有本技術領域有關技術之人士亦可採用與已發表特徵相同之方法，以及各種修改及變更設計。 因此，本發明方法之適用範圍應僅以本說明書檢附之申請專利範圍內所提出之內容為準。
參考文獻
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[7]由Wen Tong, Rui與R. Wang提出並經核准之美國第6,311,070 B1號專利。
100‧‧‧WCDMA通訊系統
110‧‧‧用戶設備
122‧‧‧基地收發訊台
124‧‧‧無線電網路控制器
130‧‧‧核心網路
140‧‧‧外部網路
ISDN‧‧‧整合式服務數位網路
PLMN‧‧‧公用地面行動網路
PSTN‧‧‧公共交換式電話網路
TPC‧‧‧發射機功率控制器
BSC‧‧‧基地電台控制器
PDL ‧‧‧發射機(下鏈通訊)總功率
pi ‧‧‧發射機(下鏈通訊)對每一連接通路提供之功率
pi (t)‧‧‧當時(現用)特定連結發射機功率
REQ‧‧‧功率變更要求
參閱下列檢附之各份附圖，讀者應可瞭解本發明內容，以及其各項目標與優點：圖1所示係一種可採用本發明方法之某一範例WCDMA通訊系統之作業系統結構簡圖；圖2所示係說明依據本發明方法執行下鏈通訊功率控制訊息傳輸作業示意圖；圖3所示係依據本發明某一具體實例執行下鏈通訊功率控制方法之操作流程圖；圖4A-B所示係說明利用傳統式功率控制獲得之編碼功率以及編碼功率提高量；圖5A-C所示係說明依據本發明某一具體實例中之功率提高機率、代碼功率及代碼功率提高量之變化曲線圖；及 圖6所示係說明依據本發明某一具體實例中之功率控制參數、編碼功率及載波功率三者之間的關係曲線圖。
110-1, 110-2‧‧‧用戶設備
122‧‧‧基地收發訊台
PDL ‧‧‧發射機(下鏈通訊)總功率
pi ‧‧‧發射機(下鏈通訊)對每一連接通路提供之功率
REQ1 , REQ2 ‧‧‧功率變更要求

Claims (32)

  1. 一種在一通訊系統(100)中用於功率控制之方法，該通訊系統(100)包括可與多個行動終端機(110)通訊之一收發機節點(122)，該方法包含下列各項步驟：接收步驟，在該收發機節點處，經一無線連結接收來自該等行動終端機之一者的一發射機功率變更要求；決定步驟，在該收發機節點處，依據該收發機節點的一現有總發射機功率決定用於該連結的至少一功率控制參數；及分配步驟，依據該已決定之功率控制參數將發射機功率分配至該連結。
  2. 如請求項1之方法，其中該現有總發射機功率實質上表示於一特定時間點用於該收發機節點(122)的所有下行鏈路功率資源，共用及特定連結。
  3. 如請求項1之方法，進一步包含於該收發機節點(122)量測該現有總發射機功率之步驟。
  4. 如請求項1之方法，其中該決定步驟係進一步依據該連結之一現有特定連結的發射機功率。
  5. 如請求項4之方法，其中該總發射機功率係一下行鏈路載波功率，及該特定連結發射機功率係一下行鏈路碼功率(code power)。
  6. 如請求項1之方法，其中該決定步驟係進一步依據指示與該連結有關之優先等級之特定連結資訊。
  7. 如請求項6之方法，其中該特定連結資訊包含選自下列 群組之資訊：行動類型，行動分類(mobile class)，訂閱分類(subscription class)，連結時間，已傳送資料量，暫存中的資料量，封包長度，封包類型，自最後一個封包之時間，區塊錯誤統計，以及區塊再傳輸統計。
  8. 如請求項1之方法，其中該功率控制參數係與該特定連結發射機功率之一最大值有關。
  9. 如請求項1之方法，其中該功率控制參數係與該特定連結發射機功率之一功率變更率直接或間接相關。
  10. 如請求項9之方法，其中該功率控制參數係與一授與之機率有關。
  11. 如請求項9之方法，其中該功率控制參數係與一功率變更之步進大小有關。
  12. 如請求項1之方法，包含下列步驟：合併步驟，在該收發機節點(122)，將根據不同輸入參數之至少二功率控制參數合併成一聚合功率控制參數；及利用該聚合功率控制參數在該分配步驟中分配該特定連結發射機功率。
  13. 如請求項1之方法，其中當該收發機節點(122)之該現有總發射機總功率接近一最大總發射機功率值時，該決定步驟包含執行表示一平滑轉變行為之一預定功率控制函數。
  14. 如請求項1之方法，其中該決定步驟包括依據該總發射機功率之一預定臨限值，判定該功率控制參數。
  15. 如請求項1之方法，其中該決定步驟係依據該總發射機 功率之現有數值和先前數值。
  16. 一種收發機節點(122)，可利用功率控制構件在一通訊系統(100)中與多個行動終端機(110)通訊，該收發機節點含有：接收構件，經一無線連結接收來自該等行動終端機之一者之一發射機功率變更要求；決定構件，依據該收發機節點的一現有總發射機功率決定該連結之至少一功率控制參數；及分配構件，依據該已決定之功率控制參數將發射機功率分配至該連結。
  17. 如請求項16之收發機節點，其中該現有總發射機功率實際上表示於一特定時間點用於該收發機節點(122)之所有下行鏈路功率資源，共用及特定連結。
  18. 如請求項16之收發機節點，進一步包含依據該連結之一現有特定連結發射機功率決定該功率控制參數之構件。
  19. 如請求項18之收發機節點，進一步包含量測構件，用以量測該總發射機功率以及該特定連結發射機功率。
  20. 如請求項16之收發機節點，進一步包含依據指示與該連結有關的優先等級之特定連結資訊決定該功率控制參數之構件。
  21. 如請求項16之收發機節點，其中該功率控制參數係與選自下列群組之一項目有關：該特定連結發射機功率之一最大值，一授與之機率，以及一功率變更之步進大小。
  22. 如請求項16之收發機節點，包含： 合併構件，用以將依據不同輸入參數之至少二功率控制參數合併成一聚合功率控制參數；及利用該聚合功率控制參數之構件，用於特定連結發射機功率之調整。
  23. 如請求項16之收發機節點，其中該決定構件包括執行構件，當該收發機節點(122)之該現有總發射機功率接近一最大總發射機功率值時，執行表示一平滑轉變行為之一預定功率分配函數。
  24. 如請求項16之收發機節點，其中該決定構件包含判定構件，其依據該總發射機功率之一預定臨限值判定該功率控制參數。
  25. 如請求項16之收發機節點，包括一基地台單元。
  26. 一種通訊系統(100)，其具有功率控制構件，並包括一可與多個行動終端機(110)通訊之收發機節點(122)，該通訊系統包含：接收構件，在該收發機節點，經一無線連結接收來自該等行動終端機之一者的一發射機功率變更要求；決定構件，依據該收發機節點的一現有總發射機功率決定該連結之至少一功率控制參數；及分配構件，依據該已決定之功率控制參數分配發射機功率至該連結。
  27. 如請求項26之通訊系統，其中該現有總發射機功率實質上表示於一特定時間點用於該收發機節點(122)的所有下行鏈路功率資源，共用及特定連結。
  28. 如請求項26之通訊系統，進一步包含依據該連結之一現有特定連結發射機功率決定該功率控制參數之構件。
  29. 如請求項26之通訊系統，進一步包含依據指示與該連結有關的優先等級之特定連結資訊決定該功率控制參數之構件。
  30. 如請求項29之通訊系統，進一步包含傳輸構件，將該特定連結資訊從該通訊系統的一以網路為基的控制單元(124)傳輸至該收發機節點(122)。
  31. 如請求項26之通訊系統，其中該功率控制參數係與選自下列群組之一項目有關：該特定連結發射機功率之一最大值，一授與之機率，以及一功率變更之步進大小。
  32. 如請求項26之通訊系統，係選自下列群組：一分碼多工存取(CDMA)系統，一寬頻分碼多工存取(WCDMA)系統，一直交式分頻多工處理(OFDM)系統，以及一採用多載波功率放大器(MCPA)系統。
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