專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)功率控制的方法、系統(tǒng)及用戶臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線資源管理技術(shù)，尤指一種基于微波存取全球互通(WiMAX，Worldwide Interoperability for Microwave Access)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)功率控制的方法、系統(tǒng)及用戶臺。

背景技術(shù)：
無線通信系統(tǒng)中，功率控制(PC，Power Control)技術(shù)在無線資源管理(RRM，Radio Resources Management)中占有重要的地位，是移動蜂窩通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是鏈路自適應(yīng)技術(shù)的一種。采用有效的功率控制方法可以更好地增加系統(tǒng)的總?cè)萘亢透纳茻o線鏈路(RL，Radio Link)的通信質(zhì)量，進(jìn)而可以保證在為每個(gè)用戶提供良好的服務(wù)質(zhì)量(QoS，Quality ofService)的同時(shí)減小對其他用戶的干擾，并降低能量損耗。
自適應(yīng)調(diào)制編碼方式(AMC，Adaptive Modulation and Coding)技術(shù)采用多種編碼調(diào)制方式(MCS，Modulation Code Schemes)，通過估計(jì)無線傳輸信道狀態(tài)如信噪比(SNR，Signal-to-Noise Ratio)確定合適的調(diào)制編碼方式，實(shí)現(xiàn)不同信道條件下變速率的傳輸，提高頻譜利用率和系統(tǒng)吞吐量，同時(shí)彌補(bǔ)信道時(shí)變性引起的系統(tǒng)性能的降低。
根據(jù)信道情況改變功率和調(diào)制編碼方式屬于自適應(yīng)技術(shù)范疇，自適應(yīng)技術(shù)的基本思想就是，通過自適應(yīng)調(diào)節(jié)信號傳輸?shù)膮?shù)，來充分利用當(dāng)前信道環(huán)境。其中，可以調(diào)節(jié)的參數(shù)包括調(diào)制方式、編碼方式、發(fā)射功率、擴(kuò)頻增益和信令帶寬等。
WiMAX系統(tǒng)基于寬帶無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，WiMAX系統(tǒng)的修訂版適用于固定和移動寬帶無線城域網(wǎng)。WiMAX系統(tǒng)的物理層定義了兩種雙工方式，即時(shí)分雙工(TDD，Time Division Duplex)和頻分雙工(FDD，F(xiàn)requency DivisionDuplex)，這兩種雙工方式都使用突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸格式(burst)，均支持自適應(yīng)的突發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，傳輸參數(shù)可以動態(tài)調(diào)整。
現(xiàn)有針對WiMAX系統(tǒng)的功率控制方案大致有以下三種 方案一、閉環(huán)功率控制方案。
該方案提出了基于簇(cluster)的功率控制方案。大致實(shí)現(xiàn)包括將所有子載波劃分為多個(gè)簇，以簇為單位進(jìn)行功率控制，每個(gè)簇內(nèi)的接收信噪比與目標(biāo)信噪比相比較產(chǎn)生功率控制指令，對于信道衰落大的簇增加發(fā)送功率，對于信道衰落小的簇減小發(fā)送功率。在整個(gè)功率控制過程中，每種調(diào)制編碼方式的目標(biāo)信噪比是固定不變的。每個(gè)簇的功率反饋信息使用兩個(gè)比特位標(biāo)識，功率調(diào)整范圍為-9dB(分貝)～6dB，功率控制步長為3dB。
可見，按照方案一所示的閉環(huán)功率控制方案，對信道質(zhì)量差的子信道分配的功率大，而信道質(zhì)量好的子信道分配的功率小，也就是說，對于信道衰落大的子信道分配的發(fā)送功率值大，這樣會對其它的子信道產(chǎn)生干擾。方案一在多載波通信系統(tǒng)中不是一種優(yōu)化的功率控制方法，與最優(yōu)功率分配的方法即注水定理中功率分配采用優(yōu)質(zhì)信道多發(fā)送、劣質(zhì)信道少發(fā)送的思想恰好相反。并且方案一的計(jì)算復(fù)雜度和反饋請求帶寬大。
方案二、下行鏈路功率控制方案。
方案二的目的是在多蜂窩小區(qū)中減小下行鏈路干擾。該方案建議在滿足一定性能條件下，基站(BS)的發(fā)送功率不應(yīng)超過用戶臺(SS)所需要的最大功率。同時(shí)，方案二建議使用4個(gè)比特位標(biāo)識功率增量值，功率控制步長為1dB，調(diào)整范圍為-8dB～7dB。
方案二只提出功率控制，沒有與自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)結(jié)合。
方案三、在無線網(wǎng)絡(luò)中功率控制與光束成型的聯(lián)合算法。
方案三算法主要考慮減小蜂窩小區(qū)內(nèi)的同信道干擾(CCI，CochannelInterference)，具體實(shí)現(xiàn)大致包括BS在固定功率分配條件下，使用最小方差無失真響應(yīng)(MVDR，Minimum Variance Distortionless Response)光束成型器最大化信號干擾噪聲比(SINR，Signal-to-Interference and Noise Ratio)；然后，改變SS的發(fā)送功率，以減小同信道干擾。這個(gè)過程進(jìn)行多次迭代，直到每條信道的傳輸功率矢量和光束成型權(quán)重因子矢量收斂到優(yōu)化值。這是一種無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中分布式功率控制算法。
在方案三中，將接收的信噪比與預(yù)先定義的目標(biāo)信噪比相比較產(chǎn)生功率控制指令，在整個(gè)功率控制過程中，目標(biāo)信噪比固定不變。方案三在低SINR情況下工作良好，但是，在目標(biāo)信噪比過高時(shí)，系統(tǒng)的總功率會加大，這樣將會導(dǎo)致信道條件差的子信道分配到過高的功率，而對其它的鏈路產(chǎn)生干擾。方案三不能使系統(tǒng)根據(jù)信道衰落情況調(diào)整目標(biāo)信噪比以達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)性能的目的。
目前，多載波無線通信系統(tǒng)中的自適應(yīng)技術(shù)一般有三種算法Hughes-Hartogs梯度分配算法、Chow，Ciffii and Bingham算法和Fischer-Huber算法。
其中，Hughes-Hartogs梯度分配算法，是通過多次迭代方法來完成比特和功率分配。在每次迭代過程中，比較各個(gè)子載波每增加一個(gè)比特所需要增加的發(fā)送功率，選取發(fā)送功率增量最小的子載波，并在該子載波上增加一個(gè)發(fā)送比特。將迭代過程循環(huán)，直到所有的比特或功率分配完畢。
Chow，Ciffii and Bingham算法，是一種近似于注水算法的次優(yōu)裕量最大化位加載算法。該算法根據(jù)各個(gè)子信道的實(shí)際信道容量來分配傳輸數(shù)據(jù)比特，優(yōu)化準(zhǔn)則是在維持目標(biāo)誤比特率的前提下，使系統(tǒng)的頻譜效率達(dá)到最優(yōu)。算法的基本思想是，在迭代過程中根據(jù)每次迭代的裕量值計(jì)算每個(gè)子載波在各自的接收信噪比條件下所承載的比特?cái)?shù)bi，并將比特?cái)?shù)bi≤0的子載波刪除，迭代結(jié)束后再進(jìn)行比特和功率的分配。
Fischer-Huber算法的優(yōu)化準(zhǔn)則是，在維持恒定傳輸速率和總發(fā)射功率一定的前提下，使系統(tǒng)的誤比特率性能達(dá)到最優(yōu)。Fischer-Huber算法的基本思想是，每次迭代過程中，各個(gè)子載波根據(jù)傳輸速率和各自的噪聲功率計(jì)算需要的比特?cái)?shù)。如果存在比特?cái)?shù)小于0的子載波，則減少子載波數(shù)目，重新進(jìn)行迭代計(jì)算，直到所有子載波分配的比特?cái)?shù)大于或等于0；最后計(jì)算分配給每個(gè)子載波的功率值。
三種算法的基本思想都是通過迭代運(yùn)算，對每個(gè)子載波根據(jù)系統(tǒng)要求分配比特?cái)?shù)和功率值，雖然性能比較好，但是計(jì)算復(fù)雜度比較大，系統(tǒng)較難實(shí)現(xiàn)。特別是在一個(gè)系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)中的子載波數(shù)較多，如果針對每個(gè)子載波分配功率和比特，計(jì)算復(fù)雜度過大，效率較低，通過迭代運(yùn)算的方法難于在實(shí)際系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。
從現(xiàn)有針對WiMAX系統(tǒng)的功率控制方案總的來看，目標(biāo)信噪比是固定不變的，不能根據(jù)信道質(zhì)量對功率做動態(tài)調(diào)整，從而不能自適應(yīng)地選擇調(diào)制編碼方式和改變發(fā)送功率值；而且對其它鏈路或小區(qū)的干擾較大，計(jì)算復(fù)雜度都比較大。


發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供一種實(shí)現(xiàn)功率控制的方法、系統(tǒng)及用戶臺，能夠動態(tài)、簡單地調(diào)整功率，減小對其它用戶的干擾。
本發(fā)明實(shí)施例提供一種實(shí)現(xiàn)功率控制的方法，該方法包括以下步驟 用戶臺獲取接收信噪比和信道衰落增益； 根據(jù)所述接收信噪比確定傳輸所采用的調(diào)制編碼方式； 根據(jù)所述調(diào)制編碼方式和所述信道衰落增益，獲取目標(biāo)信噪比； 根據(jù)所述目標(biāo)信噪比和所述接收信噪比，生成功率控制信息。
本發(fā)明實(shí)施例提供一種實(shí)現(xiàn)功率控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括基站和用戶臺，其中， 所述基站，用于向所述用戶臺發(fā)送獲取功率控制信息請求；接收來自所述用戶臺的功率控制信息，并按照所述功率控制信息減小或增加發(fā)送功率； 所述用戶臺，用于接收來自所述基站的獲取功率控制信息請求，獲取接收信噪比和信道衰落增益，根據(jù)所述接收信噪比確定傳輸所采用的調(diào)制編碼方式；根據(jù)所述調(diào)制編碼方式和所述信道衰落增益，獲取目標(biāo)信噪比；根據(jù)所述目標(biāo)信噪比和所述接收信噪比，生成功率控制信息；將所述功率控制信息發(fā)送給所述基站。
本發(fā)明實(shí)施例提供一種用戶臺，包括數(shù)據(jù)接收單元、信道估計(jì)單元、調(diào)制編碼方式確定單元、目標(biāo)信噪比獲取單元、功率信息獲取單元和功率控制信息發(fā)送單元，其中， 所述數(shù)據(jù)接收單元，用于接收來自基站的下行數(shù)據(jù)中的Preamble碼； 所述信道估計(jì)單元，用于根據(jù)所述Preamble碼估計(jì)接收信噪比和信道衰落增益； 所述調(diào)制編碼方式確定單元，用于根據(jù)所述估計(jì)出的接收信噪比，以及自身存儲有的每種調(diào)制編碼方式與信噪比門限值間的對應(yīng)關(guān)系，查找與所述接收信噪比對應(yīng)的調(diào)制編碼方式，并發(fā)送； 所述目標(biāo)信噪比獲取單元，用于根據(jù)所述信道衰落增益以及所述與所述接收信噪比對應(yīng)的調(diào)制編碼方式，計(jì)算目標(biāo)信噪比； 所述功率控制信息獲取單元，用于比較所述接收信噪比和所述目標(biāo)信噪比；如果所述接收信噪比大于或等于所述目標(biāo)信噪比，則向所述功率控制信息發(fā)送單元發(fā)送按照預(yù)先設(shè)置的功率步長值減小發(fā)送功率的功率控制信息；如果所述接收信噪比小于所述目標(biāo)信噪比，則向所述功率控制信息發(fā)送單元發(fā)送按照預(yù)先設(shè)置的功率步長值增加發(fā)送功率的功率控制信息； 所述功率控制信息發(fā)送單元，用于將接收到的功率控制信息發(fā)送給所述基站。
由上述技術(shù)方案可見，用戶臺通過獲取接收信噪比和信道衰落增益，確定傳輸所采用的調(diào)制編碼方式，再根據(jù)確定的調(diào)制編碼方式和獲得的信道衰落增益，獲取目標(biāo)信噪比，最后根據(jù)目標(biāo)信噪比和接收信噪比，生成功率控制信息，從而根據(jù)生成的功率控制信息動態(tài)對功率進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明實(shí)施例提供的方案中，目標(biāo)信噪是根據(jù)信道質(zhì)量動態(tài)調(diào)整的，并自適應(yīng)地選擇調(diào)制編碼方式和改變發(fā)送功率值，使得系統(tǒng)的發(fā)送功率在統(tǒng)計(jì)意義上最小，減小了對其它鏈路或小區(qū)的干擾，并且計(jì)算復(fù)雜度低。



圖1是本發(fā)明方法的流程圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)功率控制的系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)功率控制的實(shí)施例的流程圖； 圖4a是發(fā)送功率與接收信噪比的仿真曲線示意圖； 圖4b是誤比特率和接收信噪比的仿真曲線示意圖； 圖4c是頻譜利用率與接收信噪比的仿真曲線示意圖。

具體實(shí)施例方式 為使本發(fā)明技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖通過具體實(shí)施例作詳細(xì)說明。
假設(shè)接收信噪比為γ，調(diào)制編碼方式為j的系統(tǒng)發(fā)送功率為Sj(γ)，接收信噪比γ的概率密度函數(shù)p(γ)，那么，本發(fā)明統(tǒng)計(jì)意義上的平均發(fā)送功率如公式(1)所示 其中，N為總的調(diào)制編碼方式個(gè)數(shù)。
自適應(yīng)調(diào)制編碼方式的平均差錯(cuò)率如公式(2)所示 其中，kj為已知的調(diào)制編碼方式為j時(shí)每個(gè)符號承載的比特?cái)?shù)，具體值參見表1；Pb(γ)為接收信噪比為γ的信道傳輸誤比特率(BER)。
相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)定，WiMAX系統(tǒng)選用8種調(diào)制編碼方式，表1各種調(diào)制編碼方式所承載的比特?cái)?shù)對照表如表1所示，kj為調(diào)制編碼方式為j時(shí)每個(gè)符號承載的比特?cái)?shù)(bits/symbol)。表1中，QPSK1/2、QPSK3/4分別表示編碼碼率為1/2、3/4的正交相移鍵控(QPSK)調(diào)制方式，16QAM1/2、16QAM3/4分別表示編碼碼率為1/2、3/4的16正交幅度調(diào)制(16QAM)方式，64QAM1/2、64QAM2/3、64QAM3/4、64QAM5/6分別表示編碼碼率為1/2、2/3、3/4和5/6的64QAM方式。
表1 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率如公式(3)所示 其中，Ts為符號持續(xù)時(shí)間；R為數(shù)據(jù)傳輸速率。
系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)為由業(yè)務(wù)質(zhì)量要求和信道質(zhì)量決定的一定的誤比特率如公式(2)和傳輸速率如公式(3)條件下，使系統(tǒng)的發(fā)送功率如公式(1)最小時(shí)，根據(jù)函數(shù)優(yōu)化公式(具體求解過程可參見相關(guān)規(guī)定，這里不再詳述)得到最佳接收信噪比門限值即目標(biāo)信噪比如公式(4)所示 其中，α＝1/(0.32λ1)，λ1為拉格朗日Lagrange乘性因子；σ2為噪聲方差。
為易于工程實(shí)現(xiàn)，可將公式(4)進(jìn)行最佳一致逼近，得到公式(5) γjtarget＝ηj+εj[α0+α1|g|] (5) 其中，[a，b]為信道衰落增益區(qū)間，比如 各種調(diào)制編碼方式滿足一定條件的接收信噪比邊界值即信噪比門限值如公式(6)所示 公式(6)是通過Lagrange優(yōu)化算式推導(dǎo)的，具體實(shí)現(xiàn)可參見相關(guān)資料，這里不再詳細(xì)描述。其中，系數(shù)c1＝0.2、系數(shù)c2＝1.6；λ是數(shù)據(jù)速率要求。從公式(6)可見，各種調(diào)制編碼方式的信噪比門限值與概率密度函數(shù)無關(guān)，可以在系統(tǒng)初始化中得到。同時(shí)，建立計(jì)算得到的信噪比門限值與調(diào)制編碼方式的對應(yīng)關(guān)系。
圖1是本發(fā)明方法的流程圖，如圖1所示，包括以下步驟 步驟100用戶臺獲取接收信噪比和信道衰落增益。
SS根據(jù)BS向下廣播的前綴(Preamble)碼估計(jì)接收信噪比γ和信道衰落增益g。具體估計(jì)的方法可參見現(xiàn)有方法，這里不再詳述。
步驟101根據(jù)獲得的接收信噪比確定傳輸所采用的調(diào)制編碼方式。
SS以接收信噪比γ對應(yīng)接收信噪比邊界值，從計(jì)算得到的接收信噪比邊界值與調(diào)制編碼方式的對應(yīng)關(guān)系中，查找與接收信噪比γ對應(yīng)的制編碼方式j(luò)，作為下一時(shí)刻傳輸所采用的調(diào)制編碼方式j(luò)。
步驟102根據(jù)確定的調(diào)制編碼方式和獲得的信道衰落增益g，獲取目標(biāo)信噪比。
根據(jù)公式(4)計(jì)算信道衰落增益為g，調(diào)制編碼方式為j時(shí)，系統(tǒng)所需要的目標(biāo)信噪比γjtarget。
需要說明的是，實(shí)際工程實(shí)現(xiàn)中，可使用公式(5)進(jìn)行逼近計(jì)算。
從本步驟可以看出，目標(biāo)信噪比根據(jù)信道衰落動態(tài)變化，適應(yīng)信道條件變化，保證了在鏈路質(zhì)量差時(shí)，分配到了小功率，減小了對其它鏈路或小區(qū)的干擾。
步驟103根據(jù)目標(biāo)信噪比和接收信噪比，生成功率控制信息。
將估計(jì)的接收信噪比γ與計(jì)算得到的目標(biāo)信噪比γjtarget進(jìn)行比較，產(chǎn)生功率控制指令，如果接收信噪比γ≥目標(biāo)信噪比γtargetj，則功率控制信息為按照預(yù)先設(shè)置的功率步長值減小發(fā)送功率；如果接收信噪比γ＜目標(biāo)信噪比γtargetj，則功率控制信息為按照預(yù)先設(shè)置的功率步長值增加發(fā)送功率。
該方法進(jìn)一步包括SS將功率控制信息和調(diào)制編碼方式信息上傳給BS，BS按照接收到的調(diào)制編碼方式信息調(diào)整自身的調(diào)制編碼方式，并按照接收到的功率控制信息減小或增加發(fā)送功率。
本發(fā)明實(shí)施例提供的方法通過對目標(biāo)信噪的動態(tài)調(diào)整，自適應(yīng)地實(shí)現(xiàn)了調(diào)制編碼方式的選擇和發(fā)送功率的調(diào)整，保證了系統(tǒng)的發(fā)送功率在統(tǒng)計(jì)意義上最小，從而減小了對其它鏈路或小區(qū)的干擾，并且大大降低了計(jì)算復(fù)雜度。
如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種實(shí)現(xiàn)功率控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括基站20和用戶臺21。
基站20(下行方向)至少包括功率控制信息接收單元200、調(diào)制編碼方式調(diào)整單元201、功率調(diào)整單元202和數(shù)據(jù)發(fā)送單元203，其中， 功率控制信息接收單元200，用于接收來自用戶臺21的功率控制信息和調(diào)制編碼方式信息，并將調(diào)制編碼方式信息發(fā)送給調(diào)制編碼方式調(diào)整單元201，將功率控制信息發(fā)送給功率調(diào)整單元202。
調(diào)整編碼方式調(diào)整單元201，用于接收來自功率控制信息接收單元200的調(diào)制編碼方式信息，將即將發(fā)送的數(shù)據(jù)所采用的調(diào)制編碼方式調(diào)整為接收的調(diào)制編碼方式，將調(diào)整后的調(diào)制編碼方式發(fā)送給數(shù)據(jù)發(fā)送單元203； 功率調(diào)整單元202，用于接收來自功率控制信息接收單元200的功率控制信息，將當(dāng)前發(fā)送功率減小或增加預(yù)設(shè)功率步長，得到即將發(fā)送的數(shù)據(jù)所采用的發(fā)送功率，將調(diào)整后的發(fā)送功率發(fā)送給數(shù)據(jù)發(fā)送單元203； 數(shù)據(jù)發(fā)送單元203，用于按照調(diào)制編碼方式調(diào)整單元201輸出的調(diào)制編碼方式，以及功率調(diào)整單元202輸出的發(fā)送功率，向用戶臺21發(fā)送下行數(shù)據(jù)。
用戶臺21(下行方向)至少包括數(shù)據(jù)接收單元210、信道估計(jì)單元211、調(diào)制編碼方式確定單元212、目標(biāo)信噪比獲取單元213、功率信息獲取單元214和功率控制信息發(fā)送單元215。其中， 數(shù)據(jù)接收單元210，用于接收來自基站20的下行數(shù)據(jù)，將下行數(shù)據(jù)中的Preamble碼發(fā)送給信道估計(jì)單元211； 信道估計(jì)單元211，用于接收來數(shù)據(jù)接收單元210的Preamble碼，根據(jù)Preamble碼估計(jì)接收信噪比γ和信道衰落增益g，將估計(jì)出的接收信噪比γ發(fā)送給調(diào)制編碼方式確定單元212和功率控制信息獲取單元214，將估計(jì)出的信道衰落增益g發(fā)送給目標(biāo)信噪比獲取單元213； 調(diào)制編碼方式確定單元212，用于接收來自信道估計(jì)單元211估計(jì)出的接收信噪比γ，根據(jù)自身存儲有的每種調(diào)制編碼方式與信噪比門限值間的對應(yīng)關(guān)系，查找與接收到的接收信噪比γ對應(yīng)的調(diào)制編碼方式，并發(fā)送給目標(biāo)信噪比獲取單元213； 目標(biāo)信噪比獲取單元213，用于接收來自信道估計(jì)單元211估計(jì)出的信道衰落增益g、來自調(diào)制編碼方式確定單元212的調(diào)制編碼方式，計(jì)算目標(biāo)信噪比γjtarget，并發(fā)送給功率控制信息獲取單元214； 功率控制信息獲取單元214，用于接收來自信道估計(jì)單元211估計(jì)出的接收信噪比γ，接收來自目標(biāo)信噪比獲取單元213的目標(biāo)信噪比γjtarget，比較接收信噪比γ和目標(biāo)信噪比γjtarget，如果接收信噪比γ≥目標(biāo)信噪比γtargetj，則功率控制信息獲取單元214向功率控制信息發(fā)送單元215發(fā)送按照預(yù)先設(shè)置的功率步長值減小發(fā)送功率的功率控制信息；如果接收信噪比γ＜目標(biāo)信噪比γtargetj，則功率控制信息獲取單元214向功率控制信息發(fā)送單元215發(fā)送按照預(yù)先設(shè)置的功率步長值增加發(fā)送功率的功率控制信息； 功率控制信息發(fā)送單元215，用于接收來自功率控制信息獲取單元214的功率控制信息，并發(fā)送給基站20。
圖3是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)功率控制的實(shí)施例的流程圖，如圖3所示，本實(shí)施例包括以下步驟 步驟300系統(tǒng)初始化，建立不同調(diào)制編碼方式信噪比門限值的對應(yīng)關(guān)系。
在WiMAX系統(tǒng)中，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)定功率控制在競爭過程(Ranging)中進(jìn)行。SS入網(wǎng)后首先與BS建立同步，然后進(jìn)入初始競爭時(shí)隙，進(jìn)行開環(huán)功率控制；為了消除無線環(huán)境對網(wǎng)絡(luò)的影響，SS和BS之間還要進(jìn)行周期性競爭，也就是對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行周期性調(diào)整，系統(tǒng)進(jìn)入閉環(huán)功率控制。本發(fā)明是在周期競爭過程中實(shí)現(xiàn)的。初始化過程大致包括 SS進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)與BS建立同步，根據(jù)公式(6)將每種調(diào)制編碼方式與信噪比門限值間的對應(yīng)關(guān)系存儲在SS。初始競爭完成后，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入周期競爭過程，BS發(fā)送報(bào)告請求(REP-REQ)消息以請求獲取功率控制信息。具體實(shí)現(xiàn)可參見相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，這里不再贅述。
步驟301估計(jì)接收信噪比γ與信道衰落增益g。
SS在收到REP-REQ消息后，根據(jù)BS向下廣播的Preamble碼估計(jì)接收信噪比γ和信道衰落增益g。
步驟302根據(jù)估計(jì)得到的接收信噪比γ及SS中存儲有的對應(yīng)關(guān)系，確定調(diào)制編碼方式j(luò)，并根據(jù)確定的調(diào)制編碼方式和估計(jì)的信道衰落增益g，按照公式(4)計(jì)算目標(biāo)信噪比γjtarget。
本步驟中，確定調(diào)制編碼方式j(luò)的方法為從所述用戶臺中存儲的對應(yīng)關(guān)系中，查找與所述估計(jì)得到的接收信噪比對應(yīng)的調(diào)制編碼方式，作為傳輸所采用的調(diào)制編碼方式 步驟303～步驟305判斷接收信噪比γ是否大于或等于目標(biāo)信噪比γjtarget，如果是，則減小發(fā)送功率；否則，增大發(fā)送功率。
本步驟中，假設(shè)如果接收信噪比γ≥目標(biāo)信噪比γtargetj，則SS將功率控制信息比特位置0；如果接收信噪比γ＜目標(biāo)信噪比γtargetj，則SS將功率控制信息位比特位置1。
SS通過報(bào)告響應(yīng)(REP-RSP)消息將功率控制信息(或稱為功率控制指令)和調(diào)制編碼方式j(luò)攜帶在上行突發(fā)幀中發(fā)送給BS，BS按照接收到的調(diào)制編碼方式j(luò)調(diào)整自身的調(diào)制編碼方式，并按照接收到的功率控制信息調(diào)整發(fā)送功率，即如果功率控制信息比特位為0，則減小預(yù)設(shè)功率步長如1dB的發(fā)送功率；如果功率控制信息比特位為1，則增加預(yù)設(shè)功率步長如1dB的發(fā)送功率。
圖4a是發(fā)送功率與接收信噪比的仿真曲線示意圖，圖4b是誤比特率和接收信噪比的仿真曲線示意圖，圖4c是頻譜利用率與接收信噪比的仿真曲線示意圖。假設(shè)仿真中，噪聲功率設(shè)為10-3mW，各仿真圖中，點(diǎn)劃線表示未采用功率控制的仿真曲線，虛線表示采用現(xiàn)有功率控制方法的仿真曲線，實(shí)線表示采用本發(fā)明功率控制方法的仿真曲線。如圖4a～圖4c所示，在誤比特率不變和頻譜利用率不降低的情況下，即在圖4b和4c中，采用本發(fā)明功率控制方法的仿真曲線與未采用功率控制的仿真曲線和采用現(xiàn)有功率控制方法的仿真曲線基本重合，采用本發(fā)明功率控制方法明顯的降低了發(fā)送功率(如圖4a所示)，即在一定的誤比特率和傳輸速率條件下，最小化了發(fā)送功率。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種實(shí)現(xiàn)功率控制的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟
用戶臺獲取接收信噪比和信道衰落增益；
根據(jù)所述接收信噪比確定傳輸所采用的調(diào)制編碼方式；
根據(jù)所述調(diào)制編碼方式和所述信道衰落增益，獲取目標(biāo)信噪比；
根據(jù)所述目標(biāo)信噪比和所述接收信噪比，生成功率控制信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法之前還包括建立不同調(diào)制編碼方式與信噪比門限值的對應(yīng)關(guān)系。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，建立所述對應(yīng)關(guān)系的方法為
所述用戶臺進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)與基站建立同步，根據(jù)下式計(jì)算每種調(diào)制編碼方式j(luò)對應(yīng)的信噪比門限值γj；
其中，λj為調(diào)制編碼方式為j對應(yīng)的信噪比門限值；系數(shù)c1＝0.2、系數(shù)c2＝1.6；λ是數(shù)據(jù)速率要求；Pb為自適應(yīng)調(diào)制編碼方式的平均差錯(cuò)率；
將各調(diào)制編碼方式j(luò)和信噪比門限值γj對應(yīng)存儲在用戶臺中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述自適應(yīng)調(diào)制編碼方式的平均差錯(cuò)率Pb的計(jì)算方法為
其中，kj為已知的調(diào)制編碼方式為j時(shí)每個(gè)符號承載的比特?cái)?shù)；Pb(γ)為接收信噪比為γ的信道傳輸誤比特率；p(γ)為接收信噪比γ的概率密度函數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述用戶臺獲取接收信噪比和信道衰落增益具體包括
所述用戶臺收到來自所述基站的獲取功率控制信息請求，根據(jù)所述基站廣播的前綴Preamble碼估計(jì)接收信噪比和信道衰落增益。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述接收信噪比確定傳輸所采用的調(diào)制編碼方式的方法為
從所述用戶臺中存儲的對應(yīng)關(guān)系中，查找與所述接收信噪比對應(yīng)的調(diào)制編碼方式，作為傳輸所采用的調(diào)制編碼方式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取目標(biāo)信噪比的方法為所述目標(biāo)信噪比
其中，α＝1/(0.32λ1)，λ1為拉格朗日Lagrange乘性因子；σ2為噪聲方差。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成功率控制信息的方法為
比較所述接收信噪比與所述目標(biāo)信噪比；
如果所述接收信噪比大于或等于所述目標(biāo)信噪比，則所述功率控制信息為按照預(yù)先設(shè)置的功率步長值減小發(fā)送功率；
如果所述接收信噪比小于所述目標(biāo)信噪比，則所述功率控制信息為按照預(yù)先設(shè)置的功率步長值增加發(fā)送功率。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法還包括
所述用戶臺將所述功率控制信息和所述調(diào)制編碼方式信息上傳給基站；
所述基站按照所述調(diào)制編碼方式信息調(diào)整自身的調(diào)制編碼方式，并按照所述功率控制信息減小或增加發(fā)送功率。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述調(diào)制編碼方式包括微波存取全球互通WiMAX系統(tǒng)中選用的八種調(diào)制編碼方式。
11. 一種實(shí)現(xiàn)功率控制的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括基站和用戶臺，其中，
所述基站，用于向所述用戶臺發(fā)送獲取功率控制信息請求；接收來自所述用戶臺的功率控制信息，并按照所述功率控制信息減小或增加發(fā)送功率；
所述用戶臺，用于接收來自所述基站的獲取功率控制信息請求，獲取接收信噪比和信道衰落增益，根據(jù)所述接收信噪比確定傳輸所采用的調(diào)制編碼方式；根據(jù)所述調(diào)制編碼方式和所述信道衰落增益，獲取目標(biāo)信噪比；根據(jù)所述目標(biāo)信噪比和所述接收信噪比，生成功率控制信息；將所述功率控制信息發(fā)送給所述基站。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基站包括功率控制信息接收單元，調(diào)制編碼方式調(diào)整單元、功率調(diào)整單元和數(shù)據(jù)發(fā)送單元，其中，
所述功率控制信息接收單元，用于接收來自所述用戶臺的功率控制信息和調(diào)制編碼方式信息，并將所述調(diào)制編碼方式信息和功率控制信息分別發(fā)送給所述調(diào)制編碼方式調(diào)整單元和所述功率調(diào)整單元；
所述調(diào)整編碼方式調(diào)整單元，用于根據(jù)所述調(diào)制編碼方式調(diào)整即將發(fā)送的數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼方式；
所述功率調(diào)整單元，用于根據(jù)所述功率控制信息，將當(dāng)前發(fā)送功率減小或增加預(yù)設(shè)功率步長，得到即將發(fā)送的數(shù)據(jù)所采用的發(fā)送功率；
所述數(shù)據(jù)發(fā)送單元，用于按照所述調(diào)整后的調(diào)制編碼方式以及發(fā)送功率，向所述用戶臺發(fā)送下行數(shù)據(jù)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用戶臺包括數(shù)據(jù)接收單元、信道估計(jì)單元、調(diào)制編碼方式確定單元、目標(biāo)信噪比獲取單元、功率信息獲取單元和功率控制信息發(fā)送單元，其中，
所述數(shù)據(jù)接收單元，用于接收所述基站的下行數(shù)據(jù)中的Preamble碼；
所述信道估計(jì)單元，用于根據(jù)所述Preamble碼估計(jì)接收信噪比和信道衰落增益；
所述調(diào)制編碼方式確定單元，用于根據(jù)所述接收信噪比，以及自身存儲有的每種調(diào)制編碼方式與信噪比門限值間的對應(yīng)關(guān)系，查找與所述接收信噪比對應(yīng)的調(diào)制編碼方式；
所述目標(biāo)信噪比獲取單元，用于根據(jù)所述信道衰落增益以及所述與所述接收信噪比對應(yīng)的調(diào)制編碼方式，計(jì)算目標(biāo)信噪比；
所述功率控制信息獲取單元，用于比較所述接收信噪比和所述目標(biāo)信噪比，如果所述接收信噪比大于或等于所述目標(biāo)信噪比，則向所述功率控制信息發(fā)送單元發(fā)送按照預(yù)先設(shè)置的功率步長值減小發(fā)送功率的功率控制信息；如果所述接收信噪比小于所述目標(biāo)信噪比，則向所述功率控制信息發(fā)送單元發(fā)送按照預(yù)先設(shè)置的功率步長值增加發(fā)送功率的功率控制信息；
所述功率控制信息發(fā)送單元，用于將接收到的功率控制信息發(fā)送給所述基站。
14. 一種用戶臺，其特征在于，包括數(shù)據(jù)接收單元、信道估計(jì)單元、調(diào)制編碼方式確定單元、目標(biāo)信噪比獲取單元、功率信息獲取單元和功率控制信息發(fā)送單元，其中，
所述數(shù)據(jù)接收單元，用于接收來自基站的下行數(shù)據(jù)中的Preamble碼；
所述信道估計(jì)單元，用于根據(jù)所述Preamble碼估計(jì)接收信噪比和信道衰落增益；
所述調(diào)制編碼方式確定單元，用于根據(jù)所述接收信噪比，以及自身存儲有的每種調(diào)制編碼方式與信噪比門限值間的對應(yīng)關(guān)系，查找與所述接收信噪比對應(yīng)的調(diào)制編碼方式，并發(fā)送；
所述目標(biāo)信噪比獲取單元，用于根據(jù)所述信道衰落增益以及所述與所述接收信噪比對應(yīng)的調(diào)制編碼方式，計(jì)算目標(biāo)信噪比；
所述功率控制信息獲取單元，用于比較所述接收信噪比和所述目標(biāo)信噪比；如果所述接收信噪比大于或等于所述目標(biāo)信噪比，則向所述功率控制信息發(fā)送單元發(fā)送按照預(yù)先設(shè)置的功率步長值減小發(fā)送功率的功率控制信息；如果所述接收信噪比小于所述目標(biāo)信噪比，則向所述功率控制信息發(fā)送單元發(fā)送按照預(yù)先設(shè)置的功率步長值增加發(fā)送功率的功率控制信息；
所述功率控制信息發(fā)送單元，用于將接收到的功率控制信息發(fā)送給所述基站。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)功率控制的方法、系統(tǒng)及用戶臺，用戶臺通過獲取接收信噪比和信道衰落增益，確定傳輸所采用的調(diào)制編碼方式，再根據(jù)確定的調(diào)制編碼方式和獲得的信道衰落增益，獲取目標(biāo)信噪比，最后根據(jù)目標(biāo)信噪比和接收信噪比，生成功率控制信息，從而根據(jù)生成的功率控制信息動態(tài)對功率進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明方案中，目標(biāo)信噪是根據(jù)信道質(zhì)量動態(tài)調(diào)整的，并自適應(yīng)地選擇調(diào)制編碼方式和改變發(fā)送功率值，使得系統(tǒng)的發(fā)送功率在統(tǒng)計(jì)意義上最小，減小了對其它鏈路或小區(qū)的干擾，并且計(jì)算復(fù)雜度低。
文檔編號H04Q7/32GK101237259SQ20071000320
公開日2008年8月6日 申請日期2007年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月29日
發(fā)明者趙新勝, 張迎新, 朱靜寧, 吳和兵, 王吉濱 申請人:華為技術(shù)有限公司, 東南大學(xué)