專利名稱：一種碼分多址系統(tǒng)中的自適應上行閉環(huán)功率控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通信系統(tǒng)中的物理層(Physical Layer或Layer 1)控制方法，更具體地說涉及一種碼分多址(Code Division Multiple Access)系統(tǒng)中的自適應上行閉環(huán)功率控制(Uplink Close Loop Power Control)方法，可以根據(jù)無線信道傳輸特性的變化，自適應的調(diào)整閉環(huán)功率控制的方法，從而改進上行閉環(huán)功率控制過程的性能。
背景技術(shù)：
在無線通信系統(tǒng)中，無線信號在無線信道中傳輸時，隨著信號傳輸距離的不同，無線信號會產(chǎn)生不同的損耗，稱之為路徑損耗(Path loss)；同時，由于無線傳輸環(huán)境中的地形起伏、建筑物及其他障礙物對無線電波的遮蔽，引起的所傳輸無線信號的慢速衰落，稱為陰影衰落(Shading fading)；此外，又由于無線信號傳輸中的多徑傳播(Multi-path transmission)及多普勒頻移(Doppler shift)效應，無線信號經(jīng)無線信道傳輸后還會發(fā)生時間域及頻率域中的快速衰落(Fast fading)，分別稱之為時間選擇性衰落(Time selective fading)和頻率選擇性衰落(Frequency selective fading)；上述無線信道的路徑損耗、慢速衰落和快速衰落特性使得無線信道區(qū)別于有線信道，具有變化的傳輸特性。
在第三代移動通信系統(tǒng)CDMA2000(Code Division Multiple Access 2000)、WCDMA(Wide band Code Division Multiple Access)和TD-SCDMA(Time Division-Synchronous CodeDivision Multiple Access)等碼分多址系統(tǒng)中，上行閉環(huán)功率控制過程是一種很重要的物理層過程，用于在上述系統(tǒng)的一個小區(qū)中，基站(Base Station)根據(jù)無線信道傳輸特性的變化，使用閉環(huán)控制的方法，周期性的控制所述小區(qū)中的各用戶站(User Station)對其發(fā)送功率進行調(diào)整，以使所述小區(qū)中各用戶站的無線信號在到達基站時具有基本相同的功率，克服碼分多址無線通信系統(tǒng)中的遠近效應(Near-far effect)，且使所述各用戶站的發(fā)送功率為滿足傳送業(yè)務質(zhì)量(Traffic Quality)要求的最小值，從而控制并減小系統(tǒng)中小區(qū)之間(Inter-cell)及小區(qū)內(nèi)部(Intra-cell)的干擾電平，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作，同時增大系統(tǒng)的容量，改進系統(tǒng)的性能。
例如，在TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)的一個小區(qū)中，在建立了一條無線鏈路(RadioLink)的節(jié)點B(Node B)和小區(qū)內(nèi)的一個用戶設備(User Equipment)之間，即在所述節(jié)點B和所述用戶設備之間建立了上行(Uplink)及下行(Downlink)專用物理信道(DedicatedPhysical Channel)，所述用戶設備對上行專用物理信道的發(fā)送功率經(jīng)上行閉環(huán)功率控制過程由節(jié)點B進行控制，其中，節(jié)點B在接收到上行專用物理信道的無線信號之后，首先對接收信號的信噪比(Signal to Noise Ratio)進行測量，并根據(jù)測量的信噪比生成上行功率控制命令(Uplink Power Control Command)，然后使用下行專用物理信道發(fā)送給所述的用戶設備，所述用戶設備在接收到下行專用物理信道中傳送的上行功率控制命令后，按照命令的內(nèi)容對上行專用物理信道的發(fā)送功率進行調(diào)整；在上述的上行閉環(huán)功率控制過程中，節(jié)點B通常使用基于瞬時信噪比的閉環(huán)功率控制方法，即在每個上行閉環(huán)功率控制周期中，節(jié)點B在接收到上行專用物理信道的信號之后，測量當前功率控制周期中接收信號的瞬時信噪比，并將測量的瞬時信噪比與設定的目標信噪比(Target SIR)進行比較，當所述的瞬時信噪比高于設定的目標信噪比時，節(jié)點B生成上行功率控制命令“下降”，控制所述用戶設備減小上行專用物理信道的發(fā)送功率，當所述的瞬時信噪比低于或等于設定的目標信噪比時，節(jié)點B生成上行功率控制命令“上升”，控制所述用戶設備增大上行專用物理信道的發(fā)送功率；所述的目標信噪比可由高層(Higher Layers)根據(jù)傳送業(yè)務質(zhì)量的要求或通過外環(huán)控制(Out loop control)動態(tài)進行設定(請參見TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)標準文檔3GPP TS 25.221、25.224和25.225，3GPP網(wǎng)站www.3gpp.org中提供文檔的下載)。通過上行閉環(huán)功率控制過程，節(jié)點B根據(jù)無線信道傳輸特性的變化，時時地調(diào)整所述用戶設備對上行專用物理信道的發(fā)送功率，不但減小了小區(qū)之間及小區(qū)內(nèi)部的干擾電平，增大了系統(tǒng)容量，還能使用戶設備節(jié)約發(fā)送功率，延長用戶設備的工作時間。
在上述TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)的上行閉環(huán)功率控制過程中，上行閉環(huán)功率控制的頻率在0～200次/秒之間可變，即上行閉環(huán)功率控制的最短周期為5ms，當無線信道的傳輸特性變化很快時，無線信道中傳輸?shù)臒o線信號會經(jīng)歷所述的快速衰落，此時，所述節(jié)點B即使以最短的上行閉環(huán)功率控制周期，控制所述用戶設備對上行專用物理信道的發(fā)送功率進行調(diào)整，依然可能無法適應無線信道傳輸特性的變化，導致所述用戶設備對上行專用物理信道發(fā)送功率的調(diào)整，總是滯后于無線信道傳輸特性的變化，不僅致使上行閉環(huán)功率控制過程的性能下降，而且所述節(jié)點B發(fā)送的上行功率控制命令甚至可能相悖于無線信道傳輸特性的變化，致使所述用戶設備對上行專用物理信道的發(fā)送功率進行錯誤的調(diào)整，使上行閉環(huán)功率控制過程失去其應有的功能，導致系統(tǒng)性能惡化。
當無線信道的傳輸特性變化很快時，對于上述TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)的上行閉環(huán)功率控制過程中，所述用戶設備對上行專用物理信道發(fā)送功率的調(diào)整總是滯后于無線信道傳輸特性變化的問題，一種解決方法是在上行閉環(huán)功率控制過程中，將所述的基于瞬時信噪比的閉環(huán)功率控制方法改為基于平均信噪比的閉環(huán)功率控制方法，即在每個上行閉環(huán)功率控制周期中，所述節(jié)點B在接收到上行專用物理信道的信號之后，測量當前上行閉環(huán)功率控制周期以及之前數(shù)個上行閉環(huán)功率控制周期中接收信號的平均信噪比，例如，對連續(xù)的15個上行閉環(huán)功率控制周期中接收信號的信噪比進行測量并滑動平均，當上行閉環(huán)功率控制周期為5ms時，即是測量連續(xù)15個子幀中上行專用物理信道接收信號的平均信噪比(對于子幀結(jié)構(gòu)的定義，請參見TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)標準文檔3GPPTS 25.221，3GPP網(wǎng)站www.3gpp.org中提供文檔的下載)，將測量的平均信噪比與設定的目標信噪比進行比較，生成上行功率控制命令。
在無線信道中傳輸?shù)臒o線信號經(jīng)歷快速衰落時，當采用最短的上行閉環(huán)功率控制周期，所述用戶設備對上行專用物理信道發(fā)送功率的調(diào)整仍會滯后于無線信道傳輸特性的變化時，通過上述基于平均信噪比的閉環(huán)功率控制方法，使上行閉環(huán)功率控制過程適應于無線信道的慢速衰落特性，而非無線信道的快速衰落特性，可以減少所述用戶設備對上行專用物理信道的發(fā)送功率錯誤調(diào)整的概率，使所述各用戶設備的無線信號在到達基站時具有基本相同的平均功率，相比于所述的基于瞬時信噪比的閉環(huán)功率控制方法，可使上行閉環(huán)功率控制過程獲得較好的性能。
然而，當無線信道的傳輸特性變化較慢時，即采用所述的上行閉環(huán)功率控制周期，可使所述用戶設備對上行專用物理信道發(fā)送功率的調(diào)整適應于無線信道傳輸特性的變化，若仍使用基于平均信噪比的閉環(huán)功率控制方法，相比于所述的基于瞬時信噪比的閉環(huán)功率控制方法，又會降低上行閉環(huán)功率控制過程的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種碼分多址系統(tǒng)中的自適應上行閉環(huán)功率控制方法，可以根據(jù)無線信道傳輸特性的變化，自適應的調(diào)整閉環(huán)功率控制的方法，從而改進上行閉環(huán)功率控制過程在不同無線信道傳輸特性下的性能。
上述的發(fā)明目的是由本發(fā)明的以下方法實現(xiàn)的一種碼分多址系統(tǒng)中的自適應上行閉環(huán)功率控制方法，其特征在于在上行閉環(huán)功率控制過程中，基站接收到用戶站的上行信號后，首先測量或計算如下量值a.當前上行閉環(huán)功率控制周期和之前一個上行閉環(huán)功率控制周期中無線信道傳輸特性的相關(guān)系數(shù)ρ，ρ=E{h′(n)-E[h′(n)]}{h′(n-1)-E[h′(n-1)]}D[h′(n)]·D[h′(n-1)],]]>其中h′(n)=h(n)x(n);]]>h(n)和h(n-1)分別表示當前上行閉環(huán)功率控制周期和之前一個上行閉環(huán)功率控制周期中的無線信道傳輸特性，x(n)和x(n-1)分別表示當前上行閉環(huán)功率控制周期和之前一個上行閉環(huán)功率控制周期中的噪聲功率，n表示當前上行閉環(huán)功率控制周期的序號；E(·)表示隨機變量的數(shù)學期望，D(·)表示隨機變量的方差；b.當前上行閉環(huán)功率控制周期中所述上行接收信號的信噪比 c.所述上行接收信號的平均信噪比SNR；然后，計算監(jiān)控信噪比snr(n)，snr(n)=[snr^(n)-SNR‾]ρ+SNR‾;]]>將所得的監(jiān)控信噪比與目標信噪比進行比較，生成上行功率控制命令。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在計算所述的相關(guān)系數(shù)ρ時，所述的數(shù)學期望和方差以隨機變量的時間平均值代替，所述的時間平均值為連續(xù)的15個上行閉環(huán)功率控制周期中隨機變量的滑動平均，所述的15個上行閉環(huán)功率控制周期包括當前上行閉環(huán)功率控制周期以及之前14個上行閉環(huán)功率控制周期。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述的噪聲中包括加性白高斯噪聲、所述小區(qū)之間和小區(qū)內(nèi)部的干擾。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述的平均信噪比為連續(xù)的15個上行閉環(huán)功率控制周期中所述上行接收信號信噪比的滑動平均，所述的15個上行閉環(huán)功率控制周期包括當前上行閉環(huán)功率控制周期以及之前14個上行閉環(huán)功率控制周期。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，所述的目標信噪比由高層根據(jù)傳送業(yè)務質(zhì)量的要求或通過外環(huán)控制動態(tài)進行設定。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，所述的碼分多址系統(tǒng)為TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，所述無線信道的傳輸特性h(n)由所述上行信號接收功率Pr(n)與用戶設備報告的上行信號發(fā)送功率Pt(n)相比，即h(n)=Pr(n)Pt(n).]]>具體實施例將本發(fā)明的方法應用于TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)的上行閉環(huán)功率控制過程中。
在TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)的一個小區(qū)中，在節(jié)點B和小區(qū)內(nèi)的一個用戶設備之間建立了上行及下行專用物理信道，所述用戶設備對上行專用物理信道的發(fā)送功率經(jīng)上行閉環(huán)功率控制過程由節(jié)點B進行控制，其中，根據(jù)本發(fā)明的方法，所述節(jié)點B接收到所述用戶設備的上行專用物理信道信號后，首先測量或計算如下量值，以下n表示當前上行閉環(huán)功率控制周期的序號a.當前上行閉環(huán)功率控制周期和之前一個上行閉環(huán)功率控制周期中無線信道傳輸特性的相關(guān)系數(shù)ρ；b.當前上行閉環(huán)功率控制周期中所述上行接收信號的信噪比 c.所述上行接收信號的平均信噪比SNR；在計算所述相關(guān)系數(shù)ρ=E{h′(n)-E[h′(n)]}{h′(n-1)-E[h′(n-1)]}D[h′(n)]·D[h′(n-1)]]]>時，隨機變量的數(shù)學期望和方差可用隨機變量的時間平均值近似，例如，對連續(xù)15個上行閉環(huán)功率控制周期中的隨機變量進行滑動平均，所述的15個上行閉環(huán)功率控制周期包括當前上行閉環(huán)功率控制周期以及之前14個上行閉環(huán)功率控制周期；h′(n)=h(n)x(n),h′(n-1)=h(n-1)x(n-1),]]>h(n)和h(n-1)分別表示當前上行閉環(huán)功率控制周期和之前一個上行閉環(huán)功率控制周期中的無線信道傳輸特性，其中包括無線信道的路徑損耗、慢速衰落和快速衰落特性，x(n)和x(n-1)分別表示當前上行閉環(huán)功率控制周期和之前一個上行閉環(huán)功率控制周期中的噪聲功率，所述的噪聲中包括加性白高斯噪聲(additive white Gaussian noise)、所述小區(qū)之間和小區(qū)內(nèi)部的干擾；所述上行接收信號的信噪比 為當前上行閉環(huán)功率控制周期中上行信號接收功率與噪聲功率之比，上行接收信號的平均信噪比SNR為連續(xù)的15個上行閉環(huán)功率控制周期中所述上行接收信號信噪比的滑動時間平均，所述的15個上行閉環(huán)功率控制周期包括當前上行閉環(huán)功率控制周期以及之前14個上行閉環(huán)功率控制周期；上述滑動平均窗口的長度可以根據(jù)信道傳輸特性的先驗知識或者預測進行時時的調(diào)整。
然后，所述節(jié)點B利用上述的結(jié)果計算監(jiān)控信噪比snr(n)，snr(n)=[snr^(n)-SNR‾]ρ+SNR‾;]]>將所得的監(jiān)控信噪比與目標信噪比進行比較，生成上行功率控制命令當所述的監(jiān)控信噪比高于設定的目標信噪比時，節(jié)點B生成上行功率控制命令“下降”，控制所述用戶設備減小上行專用物理信道的發(fā)送功率，當所述的監(jiān)控信噪比低于或等于設定的目標信噪比時，節(jié)點B生成上行功率控制命令“上升”，控制所述用戶設備增大上行專用物理信道的發(fā)送功率；所述發(fā)送功率在之前發(fā)送功率的基礎上每次減小或增大一個上行功率控制步長，一個上行功率控制步長可為1dB、2dB或3dB；所述的目標信噪比可由高層根據(jù)傳送業(yè)務質(zhì)量的要求或通過外環(huán)控制動態(tài)進行設定。
為了獲得當前上行閉環(huán)功率控制周期中的無線信道傳輸特性h(n)，所述節(jié)點B可以利用其測量的所述上行信道的接收功率，與所述用戶設備周期性報告(Periodic measurementreporting)的所述上行信號的發(fā)送功率Pt(n)相比，即h(n)=Pr(n)Pt(n).]]>通過上述的自適應上行閉環(huán)功率控制方法，可以看出當無線信道的傳輸特性變化較快時，在相鄰的兩個上行閉環(huán)功率控制周期中，無線信道傳輸特性的相關(guān)性較小，所述的相關(guān)系數(shù)ρ必然會較小，在所述的監(jiān)控信噪比snr(n)中，所述平均信噪比SNR的權(quán)值大于所述當前上行閉環(huán)功率控制周期中的信噪比 在極限情況下，當無線信道的傳輸特性變化很快時，相鄰兩個上行閉環(huán)功率控制周期中無線信道的傳輸特性相互獨立，即相關(guān)性為0，此時所述的監(jiān)控信噪比snr(n)即等于所述的平均信噪比SNR；而當無線信道的傳輸特性變化較慢時，在相鄰的兩個上行閉環(huán)功率控制周期中，無線信道傳輸特性的相關(guān)性較大，所述的相關(guān)系數(shù)ρ必然會較大，在所述的監(jiān)控信噪比snr(n)中，所述當前上行閉環(huán)功率控制周期中的信噪比 的權(quán)值大于所述平均信噪比SNR，在極限情況下，當無線信道的傳輸特性變化很慢時，相鄰兩個上行閉環(huán)功率控制周期中無線信道的傳輸特性完全相同，即相關(guān)性為1，此時所述的監(jiān)控信噪比snr(n)即等于所述當前上行閉環(huán)功率控制周期中的信噪比 因此，通過引入所述的相關(guān)系數(shù)ρ，所述節(jié)點B可根據(jù)無線信道傳輸特性的變化，自適應的調(diào)整監(jiān)控信噪比，在無線信道的傳輸特性變化較慢時，更多的基于所述當前上行閉環(huán)功率控制周期中的信噪比，生成上行功率控制命令，而在無線信道的傳輸特性變化較快時，更多的基于所述的平均信噪比，生成上行功率控制命令，從而可以自適應的調(diào)整閉環(huán)功率控制的方法，改進上行閉環(huán)功率控制過程在不同無線信道傳輸特性下的性能。
權(quán)利要求
1.一種碼分多址系統(tǒng)中的自適應上行閉環(huán)功率控制方法，其特征在于在上行閉環(huán)功率控制過程中，基站接收到用戶站的上行信號后，首先測量或計算如下量值a.當前上行閉環(huán)功率控制周期和之前一個上行閉環(huán)功率控制周期中無線信道傳輸特性的相關(guān)系數(shù)ρ，ρ=E{h′(n)-E[h′(n)]}{h′(n-1)-E[h′(n-1)]}D[h′(n)]·D[h′(n-1)],]]>其中h′(n)=h(n)x(n);]]>h(n)和h(n-1)分別表示當前上行閉環(huán)功率控制周期和之前一個上行閉環(huán)功率控制周期中的無線信道傳輸特性，x(n)和x(n-1)分別表示當前上行閉環(huán)功率控制周期和之前一個上行閉環(huán)功率控制周期中的噪聲功率，n表示當前上行閉環(huán)功率控制周期的序號；E(·)表示隨機變量的數(shù)學期望，D(·)表示隨機變量的方差；b.當前上行閉環(huán)功率控制周期中所述上行接收信號的信噪比 c.所述上行接收信號的平均信噪比SNR；然后，計算監(jiān)控信噪比snr(n)，snr(n)=[snr^(n)-SNR‾]ρ+SNR‾;]]>將所得的監(jiān)控信噪比與目標信噪比進行比較，生成上行功率控制命令。
2.如權(quán)利要求1所述的一種碼分多址系統(tǒng)中的自適應上行閉環(huán)功率控制方法，其特征在于在計算所述的相關(guān)系數(shù)ρ時，所述的數(shù)學期望和方差以隨機變量的時間平均值代替。
3.如權(quán)利要求2所述的一種碼分多址系統(tǒng)中的自適應上行閉環(huán)功率控制方法，其特征在于所述的時間平均值為連續(xù)的15個上行閉環(huán)功率控制周期中隨機變量的滑動平均，所述的15個上行閉環(huán)功率控制周期包括當前上行閉環(huán)功率控制周期以及之前14個上行閉環(huán)功率控制周期。
4.如權(quán)利要求1所述的一種碼分多址系統(tǒng)中的自適應上行閉環(huán)功率控制方法，其特征在于所述的噪聲中包括加性白高斯噪聲、所述小區(qū)之間和小區(qū)內(nèi)部的干擾。
5.如權(quán)利要求1所述的一種碼分多址系統(tǒng)中的自適應上行閉環(huán)功率控制方法，其特征在于所述的平均信噪比為連續(xù)的15個上行閉環(huán)功率控制周期中所述上行接收信號信噪比的滑動平均，所述的15個上行閉環(huán)功率控制周期包括當前上行閉環(huán)功率控制周期以及之前14個上行閉環(huán)功率控制周期。
6.如權(quán)利要求1所述的一種碼分多址系統(tǒng)中的自適應上行閉環(huán)功率控制方法，其特征在于所述的目標信噪比由高層根據(jù)傳送業(yè)務質(zhì)量的要求或通過外環(huán)控制動態(tài)進行設定。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的一種碼分多址系統(tǒng)中的自適應上行閉環(huán)功率控制方法，其特征在于所述的碼分多址無線通信系統(tǒng)為TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)。
8.如權(quán)利要求7所述的一種碼分多址系統(tǒng)中的自適應上行閉環(huán)功率控制方法，其特征在于所述無線信道的傳輸特性h(n)由所述上行信號接收功率Pr(n)與用戶設備報告的上行信號發(fā)送功率Pt(n)相比，即h(n)=Pr(n)Pt(n).]]>
全文摘要
本發(fā)明中提出了一種碼分多址系統(tǒng)中的自適應上行閉環(huán)功率控制方法，在上行閉環(huán)功率控制過程中，基站接收到用戶站的上行信號后，測量并計算監(jiān)控信噪比
文檔編號H04J13/00GK1744453SQ200410075369
公開日2006年3月8日 申請日期2004年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月31日
發(fā)明者肖磊, 白倫博, 黃浩學 申請人:西門子(中國)有限公司