專利名稱：帶有發(fā)射站輸出功率調(diào)節(jié)的無線電通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線電通信系統(tǒng)，并還涉及在這樣一種系統(tǒng)中使用的次級站和操作這樣一種系統(tǒng)的方法。雖然本技術(shù)說明特別參考新出現(xiàn)的通用移動遠程通信系統(tǒng)(UMTS)描述一種系統(tǒng)，但應(yīng)該理解，這樣的技術(shù)同樣適合于在其他的移動無線電系統(tǒng)中使用。
在許多通信系統(tǒng)中，控制信息的功能之一是使功率能夠控制。需要從MS發(fā)送到BS的信號功率控制，使BS在近似相同的功率水平上接收來自每個不同的MS的信號，同時使每個MS所需的發(fā)送功率為最小。需要由BS發(fā)送到MS的信號功率控制，使MS從BS以低差錯率接收信號，同時使發(fā)送功率為最小，以便降低與其他小區(qū)和無線電系統(tǒng)的干擾。在雙向無線電通信系統(tǒng)中，可用閉環(huán)或開環(huán)方式操作功率控制。在閉環(huán)系統(tǒng)中，MS確定從BS發(fā)送的功率所需的變化并將這些變化發(fā)送給BS，反過來也一樣。在開環(huán)系統(tǒng)中，這可被用于TDD系統(tǒng)中，MS測量從BS接收到的信號并使用這種測量結(jié)果確定在發(fā)送功率中所需的變化。
一種采用功率控制的組合的時間和頻率劃分多址系統(tǒng)的例子是全球移動通信(GSM)系統(tǒng)，在其中無論BS還是MS發(fā)射機的發(fā)送功率都是按2dB為步距進行控制的。同樣，采用擴頻碼分多址(CDMA)技術(shù)的系統(tǒng)中功率控制的實現(xiàn)被公開在US-A-5056109中。
在考慮閉環(huán)功率控制中，可以看到，對于任何給定的信道條件，有一個最佳的功率控制步距，使為獲得特定的位差錯率所需的Eb/NO(每位能量/噪聲密度)為最小。當(dāng)信道變化非常慢時最佳的步距可以小于1dB，因為這樣的值對于跟蹤信道中的變化是足夠的，同時給出最小的跟蹤誤差。當(dāng)多普勒頻率增加時(通常但并不僅僅因為MS的移動)，較大的步距給出較好的性能，最佳值達到大于2dB。然而，當(dāng)多普勒頻率進一步增加時，到達功率控制環(huán)的等待時間(或更新率)變得太大以致不能正確地跟蹤該信道，最佳步距再次減小，或許小于0.5dB。這是因為快速的信道變化不可能被跟蹤，所以需要的是跟蹤陰影形成區(qū)的能力，典型情況下這是一個慢過程。
因為最佳功率控制步距可動態(tài)地變化，如果BS命令MS哪個功率控制步距應(yīng)該在發(fā)送到BS中的上行使用，可以改進性能。使用這樣一種方法的系統(tǒng)的例子是UMTS頻分雙工(FDD)標準，其中因為使用CDMA技術(shù)功率控制是重要的。
在具有可變功率控制步距的通信系統(tǒng)中的一個問題是如何保證步距始終設(shè)置到它的最佳值。雖然對于一個特定的MS速度的最佳步距是已知的，但MS通常不知道它自己的速度。而且，實際上MS本身的速度并不是影響最佳功率控制步距的唯一因素。
依據(jù)本發(fā)明的第一方面，在此提供一種無線電通信系統(tǒng)，在初級站和次級站之間有一個通信信道，用于從初級和次級站之一(發(fā)送站)傳送信息到另一個站(接收站)，發(fā)送站具有用于按多種不同的速率調(diào)節(jié)其輸出功率的裝置，其中接收站具有一裝置，用于確定應(yīng)該如何調(diào)節(jié)從發(fā)送站接收到的發(fā)送信號強度，以便發(fā)送功率控制命令到發(fā)送站，命令它調(diào)節(jié)其輸出功率，從發(fā)送到發(fā)送站的功率控制命令序列確定發(fā)送站的輸出功率調(diào)節(jié)的適當(dāng)速率，并將所述的調(diào)節(jié)速率通知發(fā)送站，發(fā)送站具有一裝置，根據(jù)來自接收站的傳輸，用于設(shè)置其輸出功率調(diào)節(jié)速率。
通過用不同的步距在預(yù)先確定的間隔上改變輸出功率，或通過用預(yù)先確定的步距在變化的間隔上改變輸出功率，或者通過兩種技術(shù)的某種組合，可以實現(xiàn)輸出功率的不同調(diào)節(jié)速率。小的功率控制步距可被仿真，例如，只有當(dāng)一定數(shù)量相同的功率控制命令被接收到時才改變輸出功率。輸出功率也可被連接改變而沒有步距。
依據(jù)本發(fā)明的第二方面，在此提供一種初級站，用于在初級站和次級站之間具有通信信道的無線電通信系統(tǒng)中，該次級站具有用于按多種不同的速率調(diào)節(jié)其輸出功率的裝置，其提供于確定如何調(diào)節(jié)從次級站接收到的發(fā)送信號強度，用于發(fā)送功率控制命令到次級站，命令它調(diào)節(jié)其輸出功率，用于從發(fā)送到次級站的功率控制命令序列確定次級站輸出功率調(diào)節(jié)的適當(dāng)速率，和用于將所述的調(diào)節(jié)速率通知該次級站的裝置。
依據(jù)本發(fā)明的第三方面，在此提供一種次級站，用于在次級站和初級站之間具有通信信道的無線電通信系統(tǒng)中，該初級站具有用于按多種不同的速率調(diào)節(jié)其輸出功率的裝置，其中提供用于確定如何調(diào)節(jié)從初級站接收到的發(fā)送信號強度，用于發(fā)送功率控制命令到初級站，命令它調(diào)節(jié)其輸出功率，用于從發(fā)送到初級站的功率控制命令序列確定初級站輸出功率調(diào)節(jié)的適當(dāng)速率，和用于將所述的調(diào)節(jié)速率通知初級站的裝置。
依據(jù)本發(fā)明的第四方面，在此提供一種操作在初級站和次級站之間具有用于從初級和次級站之一(發(fā)送站)發(fā)送信息到另一站(接收站)的通信信道的無線電通信系統(tǒng)的方法，該發(fā)送站能夠按多種不同的速率調(diào)節(jié)其輸出功率，本方法包括接收站確定如何調(diào)節(jié)從發(fā)送站接收到的發(fā)送信號強度，發(fā)送功率控制命令到發(fā)送站，命令它調(diào)節(jié)其輸出功率，從發(fā)送到發(fā)送站的功率控制命令序列確定發(fā)送站輸出功率的調(diào)節(jié)的適當(dāng)速率，并將所述的調(diào)節(jié)速率通知該發(fā)送站，作出響應(yīng)發(fā)送站設(shè)置其輸出功率調(diào)節(jié)速率。
本發(fā)明基于在現(xiàn)有技術(shù)中未提出的認識，即可以發(fā)送功率控制命令的特征來確定最佳功率控制的步距。
實現(xiàn)本發(fā)明的模式參考

圖1，一種無線電通信系統(tǒng)包括一個初級站(BS)100和多個次級站(MS)110。BS 100包括一個微控制器(μC)102，被連到無線電傳輸裝置106的發(fā)送接收機裝置(TX/RX)104，用于改變發(fā)送功率電平的功率控制裝置(PC)107，和用于連到PSTN或其他適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)的連接裝置108。每個MS 110包括一個微控制器(μC)112，被連到無線電傳輸裝置116的發(fā)送接收機裝置(TX/RX)114，和用于改變發(fā)送功率電平的功率控制裝置(PC)118。從BS 100到MS 110的通信發(fā)生在下行信道122上，而從MS 110到BS 100的通信發(fā)生在上行信道124上。
在目前被規(guī)定的UMTS系統(tǒng)中，上行功率控制的目的是通過命令MS 110改變其發(fā)送功率，將由BS 100接收到的信號的信號干擾比(SIR)保持在給定的目標水平上。用兩狀態(tài)的發(fā)送功率控制(TPC)命令傳送這些指令，每個時隙發(fā)送一次(每10ms幀15時隙)。步距由兩個參數(shù)控制，PCA(功率控制算法)和ΔTPC(上行發(fā)送功率控制步距)，得到可用的三個有效的功率控制步距。
當(dāng)PCA的值是1時，ΔTPC可取值1或2，如果接收到的TPC命令是“0”，則MS 110將它的發(fā)送功率降低ΔTPCdB，而如果接收到的命令是“1”，則MS 110將它的發(fā)送功率增加ΔTPCdB。
當(dāng)PCA的值是2時，ΔTPC只可以取值1，MS 110將TPC命令組合成5個一組。如果所有5個TPC命令是“1”，發(fā)送功率被增加ΔTPCdB，如果所有5個TPC命令是“0”，則發(fā)送功率降低ΔTPCdB，否則發(fā)送功率不變。這種方法有效地仿真使用功率控制步距為近似0.2dB，如在英國專利申請9915571.5(我們的參考號為PHB 34358)中所公開的那樣。
圖2是示出最佳功率控制步距隨MS 110的速度變化的簡圖，速度范圍是3到300Km/h。該圖的數(shù)據(jù)是從仿真得到的，以便確定為了使位差錯率0.01所需的Eb/NO值為最小需要的步距。仿真做了許多理想化的假定·在功率控制環(huán)中有1時隙延時；·沒有信道編碼；·有利用接收機的完善的信道估值；·由完善的RAKE接收機實施的接收機均衡；·在功率控制命令的傳輸中有固定的差錯率；·信道模型是一種典型的多徑瑞利UMTS信道(例如ITUpedestriom-A信道)；和·無線電信道中所有的變化是由于MS 110的移動引起的。
該圖示出在慢速時，對于相對緩慢改變的信道，利用小的功率控制步距獲得最佳結(jié)果。當(dāng)MS的速度增加時，最佳步距也增加，正如所預(yù)料的那樣，因為信道正在較迅速地變化。然而，對于大約60Km/h以上的速度，最佳步距再次下降。這是由于信道的變化率高于內(nèi)部環(huán)功率控制的更新速率給出的可能被跟蹤的速率。在這樣的情況下，通過不考慮快速起伏，而只跟蹤由于，例如影區(qū)引起的平均信道起伏的較緩慢變化獲得最佳的性能，由此使用小的功率控制步距。
為了UMTS系統(tǒng)中基本的內(nèi)環(huán)功率控制，BS 100測量每個時隙中接收到的SIR值(雖然可以更頻繁或更不頻繁地完成測量)。如果接收到的SIR大于目標水平，則由BS 100發(fā)送到MS 110的下一個TPC命令是“0”(命令MS 110降低它的發(fā)送功率)，否則下一個TPC命令是“1”(命令MS 110增加它的發(fā)送功率)。
在依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一種系統(tǒng)的實施方案中，發(fā)送到MS 110的TPC命令序列統(tǒng)計性質(zhì)的分析被用于確定對于PCA和ΔTPC參數(shù)的最適當(dāng)?shù)脑O(shè)置。考慮某些示范性的情景·均勻交替的TPC命令序列表明在上行信道124上信號的SIR仍然非常接近SIR閾值，表明一種非常緩慢變化的無線電信道，在其中設(shè)置PCA為2和ΔTPC為1是適當(dāng)?shù)摹?br> ·相同的TPC命令序列表明上行信道124正在較快速地變化，由此可以推斷，設(shè)置PCA為1和ΔTPC為1或2應(yīng)該給出最佳性能。
·明顯隨機的TPC命令序列指明上行信道124的變化率大于內(nèi)環(huán)功率控制的更新速率。在這樣的情況下設(shè)置PCA為2和ΔTPC為1將給出最佳性能，如以上關(guān)于圖2的圖所討論的那樣。
所發(fā)送的TPC命令的進一步統(tǒng)計分析也可能增加或替代以上的例子，可被用于影響以上所建議的PCA和ΔTPC設(shè)置的選擇。用于分析的適當(dāng)參數(shù)可包括·在固定的或滑動的時間周期上確定的，平均的純粹所要求的上行功率的變化；和·在固定的或滑動的時間周期上確定的，所要求的時間加權(quán)的上行功率的平均變化，其中例如最近的變化可被設(shè)計成比以前的變化較高的權(quán)重。
這些參數(shù)中任何一個可被，例如遞推地計算并利用最近的TPC命令值每個時隙更新。
取決于TPC命令序列，可以進行PCA和ΔTPC參數(shù)的三種可能組合中任何一種之間轉(zhuǎn)換，如圖3中所示。例如，初始設(shè)置可以是狀態(tài)302的情況，PCA設(shè)置為1和ΔTPC為2。然后BS 100可以確定均勻交替的TPC命令正被發(fā)送中，由此命令MS 110改變到狀態(tài)304，PCA設(shè)置為2和ΔTPC為1。在若干時間以后，MS 110開始移動，相同的TPC命令序列被設(shè)置，所以BS 100命令MS 110改變到狀態(tài)306，PCA設(shè)置為1和ΔTPC為1。
這個過程簡要地表示在圖4的流程圖中，在步驟402，過程開始，在此以后，在步驟404，BS 100分析所發(fā)送的TPC命令序列，然后在步驟406，BS 100根據(jù)這個統(tǒng)計分析確定對于PCA和ΔTPC參數(shù)的適當(dāng)設(shè)置，在步驟408，設(shè)置被作為一個或多個命令傳送到MS 110，命令它改變其設(shè)置。然后該過程返回到在步驟404的分析，并繼續(xù)形成環(huán)路，同時在BS 100和MS 110之間的連接仍然是有效的。
雖然依據(jù)MS 110的速度設(shè)置功率控制參數(shù)通常并不是適宜的，如果它的速度知識是可得到的，可被連同SIR測量使用以便設(shè)置功率控制參數(shù)。在某些情況下，只依據(jù)速度設(shè)置參數(shù)很可能是適當(dāng)?shù)?。類似于確定對于圖2的最佳功率控制步距所實施的仿真被執(zhí)行，以便確定對于在不同速度上移動的MS 110適當(dāng)?shù)脑O(shè)置。示出適當(dāng)設(shè)置的結(jié)果是

以上的描述涉及BS 100對于PCA和ΔTPC參數(shù)確定適當(dāng)?shù)脑O(shè)置。實際上參數(shù)值的設(shè)置可以是固定的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中各種各樣部件的職責(zé)，例如在“節(jié)點B”中，這是直接與MS 110接合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的部件，或者在無線電網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)中較高的等級上進行。因此，在這份技術(shù)說明中，術(shù)語“基站”或“初級站”的使用應(yīng)該理解為包括能夠負責(zé)確定和設(shè)置PCA和ΔTPC參數(shù)值的網(wǎng)絡(luò)固定的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的部件。
以上的詳述涉及一種系統(tǒng)，其中BS 100發(fā)送與指令分離的功率控制命令到MS 110設(shè)置其功率控制步距。然而，本發(fā)明適合在其他的系統(tǒng)的范圍內(nèi)使用。特別是，它可被用在有可變功率控制步距和BS100命令MS 110為該步驟使用特定值的任何系統(tǒng)中。代替BS 100命令MS 110使用特定的步距，也可采用通過BS 100和MS 110之間的商議來確定。
另外，雖然以上的描述涉及由BS 100功率控制上行信道124，這樣一種方法同樣可用于由MS 110功率控制下行信道122。
通過閱讀本公開內(nèi)容，其他的修改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是明顯的。這樣的修改可以包含在無線電通信系統(tǒng)及其部件的設(shè)計，制造和使用中已知的其他特征和部件，用于替代或補充此已描述過的特征。雖然已對于特定的特征組合闡述了權(quán)利要求，但應(yīng)該理解本申請的公開內(nèi)容的范圍還包括以明顯的或隱含的或任何概括的方式進行的所公開的任何新的特征或任何新的特征的組合，不管是否它涉及與目前在任何權(quán)利要求中所述相同的發(fā)明，不管是否它減輕任何或全部與本發(fā)明減輕的相同的技術(shù)問題。由此申請人指出在本申請或由此導(dǎo)出的任何進一步的申請進行期間可對于這些特征和/或特征組合闡述新的權(quán)利要求。
在本技術(shù)說明和權(quán)利要求中，在部件前面的字“一個”并不排除存在多個這樣的部件。而且，字“包括”并不排除存在與所列舉的不同的其他部件或步驟。
工業(yè)適用性本發(fā)明適用于無線電通信系統(tǒng)的范疇，例如，UMTS。
權(quán)利要求
1.一種在初級站和次級站之間具有用于從初級站和次級站之一(發(fā)送站)傳送信息到其他站(接收站)的通信信道的無線電通信系統(tǒng)，該發(fā)送站具有用于按多種不同的速率調(diào)節(jié)其輸出功率的裝置，其中該接收站具有一種裝置，用于確定應(yīng)該如何調(diào)節(jié)從發(fā)送站接收到的發(fā)送信號強度，用于發(fā)送功率控制命令到發(fā)送站命令它調(diào)節(jié)其輸出功率，用于從發(fā)送到該發(fā)送站的功率控制命令序列確定發(fā)送站輸出功率調(diào)節(jié)的適當(dāng)速率，和用于將所述的調(diào)節(jié)速率通知發(fā)送站，該發(fā)送站具有對來自接收站用于設(shè)置其輸出功率調(diào)節(jié)速率的通知作出響應(yīng)的裝置。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于發(fā)送站輸出功率調(diào)節(jié)的適當(dāng)速率的確定還考慮在預(yù)定的周期內(nèi)其輸出功率的平均變化。
3.一種在初級站和次級站之間具有通信信道的無線電通信系統(tǒng)中使用的初級站，該次級站具有用于按多種不同的速率調(diào)節(jié)其輸出功率的裝置，其中提供一種裝置，用于確定應(yīng)該如何調(diào)節(jié)從次級站接收到的發(fā)送信號強度，用于發(fā)送功率控制命令到次級站命令它調(diào)節(jié)其輸出功率，用于從發(fā)送到該次級站的功率控制命令序列來確定次級站輸出功率調(diào)節(jié)的適當(dāng)速率，和用于將所述的調(diào)節(jié)速率通知次級站。
4.如權(quán)利要求3的初級站，其特征在于該次級站輸出功率調(diào)節(jié)的適當(dāng)速率的確定也考慮在預(yù)定的周期內(nèi)其輸出功率的平均變化。
5.如權(quán)利要求3的初級站，其特征在于該次級站輸出功率調(diào)節(jié)的適當(dāng)速率的確定也考慮在預(yù)定的周期內(nèi)其輸出功率的時間加權(quán)的平均變化。
6.如權(quán)利要求3到5中任一項的初級站，其特征在于提供一種用于確定次級站的速度和根據(jù)該次級站的速度調(diào)節(jié)被確定的該次級站輸出功率調(diào)節(jié)的適當(dāng)速率的裝置。
7.一種具有在次級站和初級站之間的通信信道的無線電通信系統(tǒng)中使用的次級站，該初級站具有用于按多種不同的速率調(diào)節(jié)其輸出功率的裝置，其中提供一種裝置，用于確定應(yīng)該如何調(diào)節(jié)從初級站接收到的發(fā)送信號強度，用于將功率控制命令發(fā)送到初級站命令它調(diào)節(jié)其輸出功率，用于從發(fā)送到該初級站的功率控制命令序列確定該初級站輸出功率調(diào)節(jié)的適當(dāng)速率，和用于將所述的調(diào)節(jié)速率通知初級站。
8.如權(quán)利要求7的次級站，其特征在于初級站輸出功率調(diào)節(jié)的適當(dāng)速率的確定也考慮在預(yù)先確定的周期內(nèi)其輸出功率的平均變化。
9.如權(quán)利要求7的次級站，其特征在于初級站輸出功率調(diào)節(jié)的適當(dāng)速率的確定也考慮在預(yù)先確定的周期內(nèi)其輸出功率的時間加權(quán)的平均變化。
10.一種操作無線電通信系統(tǒng)的方法，該無線電通信系統(tǒng)具有在初級站和次級站之間用于從初級和次級站之一(發(fā)送站)發(fā)送信息到其他站(接收站)的通信信道，該發(fā)送站能夠按多種不同的速率調(diào)節(jié)其輸出功率，該方法包括接收站確定應(yīng)該如何調(diào)節(jié)從發(fā)送站接收到的信號強度，發(fā)送功率控制命令到發(fā)送站命令它調(diào)節(jié)其輸出功率，從發(fā)送到發(fā)送站的功率控制命令序列確定發(fā)送站輸出功率調(diào)節(jié)的適當(dāng)速率并將所述的調(diào)節(jié)速率通知發(fā)送站，和作為響應(yīng)發(fā)送站設(shè)置其輸出功率調(diào)節(jié)速率。
11.如權(quán)利要求10的方法，其特征在于發(fā)送站輸出功率的適當(dāng)調(diào)節(jié)速率的確定還考慮在預(yù)先確定的周期內(nèi)其輸出功率的平均變化，遞推地計算該平均變化，并在每次功率控制命令發(fā)送以后將其更新。
12.如權(quán)利要求10的方法，其特征在于發(fā)送站輸出功率調(diào)節(jié)的適當(dāng)速率的確定也考慮在預(yù)先確定的周期內(nèi)其輸出功率的時間加權(quán)的平均變化，遞推地計算該平均變化，并在每次功率控制命令發(fā)送以后將其更新。
全文摘要
一種包括初級站和多個次級站的無線電通信系統(tǒng),具有用于從次級站發(fā)送信息到初級站的通信信道。該次級站根據(jù)從次級站接收到的功率控制命令調(diào)節(jié)其輸出功率,并可按多種不同的速率調(diào)節(jié)其輸出發(fā)送功率。該初級站可以命令次級站它應(yīng)該使用多種速率中的哪一種。該初級站通過分析它發(fā)送到次級站的功率控制命令序列確定該次級站使用的最佳速率,并相應(yīng)地命令該次級站。
文檔編號H04B7/26GK1381101SQ01801460
公開日2002年11月20日 申請日期2001年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月31日
發(fā)明者M·P·J·巴克, T·J·穆爾斯利 申請人:皇家菲利浦電子有限公司