CN1267173A - 使用功率控制算法提高移动无线通信系统性能的方法 - Google Patents

Abstract

一种使用一种功率控制算法提高移动无线通信系统性能的方法,所述方法基本上包括:定期估计(20—24、27)是否符合一标准以判断是否应最好停用所述功率控制算法,如果符合所述标准停用(28)所述功率控制算法。

Description

使用功率控制算法提高 移动无线通信系统性能的方法

本发明一般涉及移动无线通信系统。

本发明尤其涉及在这种系统中使用的功率控制技术以(在服务质量、容量等方面)提高性能，而不管用户的移动，即不管它们各自的位置相对于该系统中的固定基础设施的连续变化。

本发明尤其适用于CDMA(“码分多址”)类型的移动无线通信系统。CDMA是一种多址技术，它使多个用户能够使用不同的扩展码在同一频率上同时工作。

众所周知，CDMA系统使用两种功率控制技术，所谓的开环功率控制技术和所谓的闭环功率控制技术(下文也称作CLPC)。可以举上行链路传输方向即从MS(“移动站”)到BTS(“基站收发信机”)的例子回想起这些功率控制技术。在开环功率控制中，根据移动站从基站收发信机接收的功率来控制该移动站的发射功率。在CLPC中，根据如在基站收发信机上所估计的该移动站与基站收发信机之间链路的传输质量来控制移动站的发射功率。

移动站和基站收发信机之间链路的传输质量取决于接收信号功率与干扰功率之比，也称作SIR(信噪比)。当移动站的信噪比较低，或者当其它移动站的功率远远高于其功率时，其性能显著降低。CLPC算法使每个用户的信噪比尽可能保持为常数。

CLPC算法的原理在于基站收发信机定期估计从每个移动站接收信号的信噪比，并比较该估计信噪比与一个目标信噪比(SIR_target)。如果估计信噪比低于目标信噪比，基站收发信机向移动站发送一个命令以便该移动站提高其发射功率。反之，基站收发信机向移动站发送一个命令以便该移动站降低其发射功率。由基站收发信机根据所需服务质量选择目标信噪比。

然而，这个原理要求环境变化地不能太快，尤其是移动站的速度不能太快。

WO 98/51026提出具体根据移动站移动性要求来改变CLPC算法的功率控制步长(基站收发信机为具有较高移动性要求的移动站特别指定一个较长的功率控制步长)。

然而，这并未解决快速变化环境中的问题，例如当移动站速度较高时，CLPC算法跟不上信噪比的变化，这导致性能降低。实际上，在这种情况下，信噪比变化的速度远远高于算法的重复周期，这可能导致在给定时刻t_i向移动站发送在时刻t_i-1根据环境要求获得的功率控制命令，但不再对应于时刻t_i的环境要求。这个问题可以通过缩短算法的重复周期来解决，但这将导致基站收发信机与移动站之间的信令增加，因而导致不能有效地使用可用的无线电资源。

因此一般需要修改这种功率控制技术，尤其对于快速改变环境的情况，以避免这种缺点。本发明符合这种目的。

本发明根据这种思想，即在某种情况下根本不启动功率控制算法比启动该算法实际上更有效(因为它可能被错误地启动)；这使得能够以一种有效的方式来提高性能。

本发明的一个目的是使用一种功率控制算法来提高移动无线通信系统性能的一种方法，所述方法主要包括：

-定期估计是否符合一标准以判断所述功率控制算法是否应最好停用，

-如果符合所述标准停用所述功率控制算法。

根据本发明的另一个目的，所述停用包括以相对更长的重复周期执行所述算法。

根据本发明的另一个目的，所述停用包括改为执行另一种算法。

根据本发明的另一个目的，在包括闭环功率控制算法和开环功率控制算法的一个组中选择所述算法和所述另一种算法。

根据本发明的另一个目的，所述方法包括：

-定期估计是否符合一标准以判断在所述功率控制算法运行时是否应最好被停用，或者当所述功率控制算法停用时是否应最好被启动，

-如果符合相应标准，则停用或启动所述功率控制算法。

根据本发明的另一个目的，在所述方法中可以规定不要太频繁地停用或启动所述算法。

根据本发明的另一个目的，判断是否符合所述标准的所述估计根据一个偏离值的估计，该偏离值代表估计传输质量与目标传输质量之间的偏差。

根据本发明的另一个目的，判断是否符合所述标准的所述估计包括：

-第一偏离值的估计，如果所述功率控制算法始终在运行，在估计所述偏离值的给定时间间隔内将已经获得该值，

-第二偏离值的估计，如果所述功率控制算法从未被启动，在估计所述偏离值的所述给定时间间隔内将已经获得该值，

-根据所述第一和第二偏离值哪一个最低在启动和停用所述算法之间作选择。

根据本发明的另一个目的，所述估计传输质量用一个估计信噪比表示。

根据本发明的另一个目的，所述估计传输质量用一个接收信号功率表示。

根据本发明的另一个目的，所述估计偏离值用所述估计传输质量的方差表示。

根据本发明的另一个目的，在所述移动无线通信系统的上行链路方向上执行所述方法。

根据本发明的另一个目的，在所述移动无线通信系统的下行链路方向上执行所述方法。

根据本发明的另一个目的，所述移动无线通信系统是CDMA类型的。

本发明的另一个目的是用于执行这种方法的移动无线通信网络实体(例如具体的基站收发信机)。

本发明的另一个目的是用于执行这种方法的移动站(MS)。

根据本发明的另一个目的，用于在所述上行链路传输方向上执行所述方法的一种移动无线通信网络实体包括：

-用于执行这种方法的装置，

-用于向移动站发送相应功率控制命令的装置。

根据本发明的另一个目的，用于在所述上行链路传输方向上执行所述方法的一种移动站包括：

-根据这种方法，用于从移动无线通信网络实体接收功率控制命令的装置。

根据本发明的另一个目的，用于在所述下行链路传输方向上执行所述方法的一种移动站包括：

-用于执行这种方法的装置，

-用于向移动无线通信网络实体发送相应功率控制命令的装置。

根据本方面的另一个目的，用于在所述下行链路传输方向上执行所述方法的一种移动无线通信网络实体包括；

-根据这种方法，用于从移动站接收功率控制命令的装置。

根据下述说明书并结合附图，本发明的上述和其它目的将变得更加明显：

-图1用于说明根据现有技术的CLPC算法，

-图2用于说明被修改以包括根据本发明的方法的CLPC算法，

-图3用于说明在移动网络实体和移动站中所需的装置类型以在移动无线通信系统的上行链路传输方向上执行根据本发明的一种方法，

-图4用于说明在移动网络实体和移动站中所需的装置类型以在移动无线通信系统的下行链路传输方向上执行根据本发明的一种方法，

如图1所示，现在的CLPC算法在每个时间t_i上包括下述步骤：

在步骤10，基站收发信机在周期T内估计平均接收信噪比SIR；

在步骤11，基站收发信机比较该信噪比与目标信噪比SIR_target；

如果在步骤12SIR＞SIR_target，基站收发信机向移动站发送一个“下调”功率控制命令，以便移动站降低其功率δdB，其中δ是该算法的一个参数；

如果在步骤13SIR＜SIR_target，基站收发信机向移动站发送一个“上调”功率控制命令，以便移动站提高其功率δdB。

如循环14所示，这以重复周期T被定期重复。

举例来说，下面将说明所修改以包括根据本发明的方法的CLPC算法。然而，应当注意本发明可以使用除CLPC算法之外的其它类型的功率控制算法。此外，将使用上行链路传输方向的例子进行说明，但应注意它还可以用于下行链路传输方向。

假设t_i＝iT是第i个功率控制命令被应用在移动站上的时间，ε_i＝±1(+1＝“上调”、-1＝“下调”)。

在时间t_i上移动站改变其功率ε_iδdB，除非在该时间上功率控制被停用。在后一情况下，并不改变移动站的发射功率。

因此，在时间t_i上移动站的发射功率可以被表示为： $C_i=C_0+\mathrm{\δ}\underset{k=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{\mathrm{\ϵ}}_k$

其中C₀是在时间t₀上移动站的初始发射功率，并且如果在时间t_k上功率控制在运行则a_k＝1，反之a_k＝0。

如图2所示，所修改以包括根据本发明的方法的CLPC算法在每一时间t_i上包括下述步骤：

在步骤20，基站收发信机估计平均接收信噪比SIR_i。在接收到移动站在时间t_i上发射的信号之后立即在周期T上估计并平均该信噪比；

在步骤21，基站收发信机估计信噪比，标记为SIR’_i，如果功率控制始终在运行，在开始于t_k＝1和终止于t_k＝i的时间间隔上将已经观测该值，它已经被考虑用于确定时间t_i上移动站的发射功率。该信噪比可以被计算为

，其中ε_i’是在时间t_i上将已经发送给移动站的功率控制命令，如果在所考虑的时间间隔上CLPC算法始终在运行；

在步骤22，基站收发信机估计ε_i+1’(以便在t_i+1计算SIR_i+1’)：

-如果SIR_i’＜SIR_target，ε_i+1’＝1

-如果SIR_i’＞SIR_target，ε_i+1’＝-1

在步骤23，基站收发信机估计信噪比的方差(σ_PC)_i ²，如果功率控制在所考虑的时间间隔内始终在运行，将已经获得该信噪比。该方差可以被计算为： ${\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{PC}}\right)}_i^2=(1-c){\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{PC}}\right)}_{i-1}^2+c{({\mathrm{SIR}}_i^{\′}-{\mathrm{SIR}}_{t\arg \mathrm{et}})}^2$

其中c是0和1之间的实参数(通常接近于0)。

在步骤24，基站收发信机估计信噪比的方差(σ_{NO_PC})_i ²，如果功率控制在所考虑的时间间隔内从未被启动，将已经获得该信噪比。该方差可以被计算为： ${\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{NO}\_\mathrm{PC}}\right)}_i^2=(1-c){\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{NO}\_\mathrm{PC}}\right)}_{i-1}^2+c{({\mathrm{SIR}}_i^{\′}-\mathrm{\σ}\underset{i=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{a}_1{\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{SIR}}_{t\arg \mathrm{et}})}^2$

在步骤25，基站收发信机判定功率控制是否可以被启动或停用：

◆如果功率控制现在在运行(如步骤26所检查的)：

●如果σ_PC＞σ_{NO_PC}+α(如在步骤27所检查的)，决定(在步骤28)停用功率控制，

●反之，决定(在步骤29)保持功率控制运行，

◆如果功率控制当前被停用(如步骤26所检查的)：

●如果σ_PC＜σ_{NO_PC}-β(如在步骤30所检查的)，决定(在步骤31)启动功率控制，

●反之，决定(在步骤32)保持功率控制不启动。

α和β是该算法的两个正参数。实际上，它们接近于0但通常不等于0以避免太频繁地启动或停用CLPC算法。

在步骤33，基站收发信机比较SIR_i与SIR_target：

◆如果SIR_i＞SIR_target，基站收发信机在步骤34向移动站提供一个“下调”功率控制命令(该命令可以被发送给移动站，也可以不，如下文所指出的)；

◆如果SIR_i＜SIR_target，基站收发信机在步骤35向移动站提供一个“上调”功率控制命令(该命令可以被发送给移动站，也可以不，如下文所指出的)；

在步骤36组合这种“上调”或“下调”功率控制命令(在步骤34或35所提供的)，从而判断算法(在步骤28、29、31或32所提供的)的启动或停用，以生成一个将被发送给移动站的最终功率控制命令。如果功率控制在运行或者被启动，“上调”或“下调”功率控制命令可以被发送给移动站；如果功率控制不在运行或者被停用，基站收发信机可以向移动站发送这种“上调”或“下调”功率控制命令和不予以考虑的一个指示，或者根本不向移动站发送任何功率控制命令(因为移动站并不需要它)。

另外，如循环37所示，上面公开的算法被定期重复。

因此，上面公开的算法包括步骤：

-定期估计是否符合一标准以判断在所述功率控制算法运行时是否应最好停用，或者当停用时是否应最好启动(步骤20-24、26、27、30)

-如果符合所述标准启动或停用所述功率控制算法(步骤28、29、31、32)。

在所公开的例子中，判断是否符合所述标准的所述估计包括：

-估计第一偏离值(σ_PC)_i ²(步骤23)，如果所述功率控制算法始终在运行，在估计所述偏离值的给定时间间隔(开始于t_k＝1和终止于t_k＝i)内将已经获得该值，

-估计第二偏离值(σ_{NO_PC})_i ²(步骤24)，如果所述功率控制算法从未被启动，在估计所述偏离值的给定时间间隔内将已经获得该值，

-根据所述第一和第二偏离值哪一个最低在启动和停用所述算法之间作选择(步骤25)。

注意所述第二偏离值(σ_{NO_PC})_i ²可以用一个常数替换，这可以根据环境。

另外，当CLPC算法被停用时，可以换用具有某些更好性能(尤其在高移动站速度方面)的另一种算法，具体例如一种开环功率控制。另一种可能将是假设CLPC算法被启动但具有更长的重复周期T。显然本申请中所用的概念“停用”包括上述各种可能。

另外，执行所述估计以判断是否符合所述标准的其它例子是可能的。例如，可以比较估计信噪比SIR_i的方差σ_i ²与一个给定阈值(它可以根据环境)，并根据该比较的结果，它可以判定是否应停用该算法。

另外，在所公开的例子中，所述估计传输质量用估计信噪比表示。其它的例子将是可能的；具体地，所述估计传输质量可以用一个接收信号功率表示。

另外，在所公开的例子中，所述估计偏离值用估计传输质量的方差来表示；也可以使用方差之外的任何估计量。

所公开例子的优点尤其在于它允许循环执行该算法的步骤20-25，如从该算法的上述说明所看出的，但其它的例子也是可能的。

另外，从该算法的上述说明也可以展望一些其它的变化。

举例来说，所述被考虑的时间间隔指的可以不是时间起点t₀，而是指减去某一间隔的当前时间t_i，例如t_i至t_i-N，其中N是该算法的一个参数。

在后一情况下，移动站在时间t_i的发射功率将被表示为： $C_i=C_{i-N}+\mathrm{\δ}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{i-k}{\mathrm{\ϵ}}_{i-k}$

并且如果在所考虑的间隔上功率控制始终在运行将已经被观测的信噪比被计算为： ${\mathrm{SIR}}_i^{\′}={\mathrm{SIR}}_i+\mathrm{\σ}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\ϵ}}_{i-k}^{\′}-a_{i-k}{\mathrm{\ϵ}}_{i-k})$ 。

再举个例子，在上面被公开的算法中，当接收到一个功率控制命令ε＝±1时，当功率控制在运行时移动站将其新的功率计算为C_i+1＝C_i+ε_iδ。

所推荐算法可以被概括为任一函数C_i+1＝f_i(C_i，ε_i)，其中f_i是可以同时取决于任一先前功率C_i和功率控制命令ε_i以及任何其它参数的一些函数。

例如，可以具有不同的功率步骤用于“上调”和“下调”功率控制命令，以便：

如果功率被提高，C_i+1＝C_i+δ_up，

如果功率被降低，C_i+1＝C_i-δ_down，

一般来说，如果a_i＝0，如果g_i是诸如g_i(C_i)＝C_i的函数，或者如果a_i＝1和g_i(C_i)＝f_i(C_i，ε_i)，并且f’_i是诸如f’_i(C_i)＝f_i(C_i，ε_i’)的函数，方差(σ_{NO_PC})_i ²的表达式变成： ${\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{NO}\_\mathrm{PC}}\right)}_i^2=(1-c){\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{NO}\_\mathrm{PC}}\right)}_{i-1}^2+c{((g_{i}o{g}_{i-1}o...o{g}_1)}^{-1}\left({\mathrm{SIR}}_i\right)-{\mathrm{SIR}}_{t\arg \mathrm{et}}{)}^2$

和SIR_i’的表达式变成：

SIR_i’＝f’_iof_i-1’o...f_i’o(g_io_gi-1...og₁)^-1(SIR_i)

其中符号“o”表示一个合成函数，和^-1表示一个逆函数。

本发明还包括用于其目的的一个用于移动无线通信网络的实体(具体例如基站收发信机)，以及用于执行这种方法的一个移动站(MS)。

如已经说明的，本发明可以用于上行链路传输方向(从移动站到基站收发信机)和下行链路传输方向(从基站收发信机到移动站)上的功率控制。

在上行链路方向上：

一个移动无线通信网络实体，如图3中的40所示，主要包括，还包括其它典型装置(在此未提及并可以是典型的)：

用于执行这种方法的装置41，从移动站接收用S1表示的信号；

用于向移动站发送用C1表示的相应功率控制命令的装置42，

一个移动站，如图3中的43所示，主要包括，还包括其它典型装置(在此未提及并可以是典型的)：

用于从移动无线通信网络实体接收功率控制命令C1的装置44，假设根据这种方法。

在下行链路方向上：

一个移动站，如图4中的45所示，主要包括，还包括其它典型装置(在此未提及并可以是典型的)：

用于执行这种方法的装置46，从移动网络实体接收用S2表示的信号；

用于向移动网络实体发送用C2表示的相应功率控制命令的装置47，

一个移动无线通信网络实体，如图4中的48所示，主要包括，还包括其它典型装置(在此未提及并可以是典型的)：

用于从移动站接收功率控制命令C2的装置49，假设根据这种方法。

对于本领域的技术人员，与对其功能的描述相比，诸如41或46的装置不需要更全面地公开。诸如42、44、47、49的装置可以根据该类系统中的任一种信令程序或协议进行操作，因此，与对它们功能的描述相比，不需要更全面的公开。

Claims (18)

1.一种使用一种功率控制算法提高移动无线通信系统性能的方法，所述方法包括：

-定期估计(20-24、27)是否符合一标准以判断是否应最好停用所述功率控制算法，

-如果符合所述标准停用(28)所述功率控制算法。

2.根据权利要求1的方法，其中所述停用包括以一个相对更长的重复周期执行所述算法。

3.根据权利要求1的方法，其中所述停用包括改为执行另一种算法。

4.根据权利要求3的方法，其中在包括闭环功率控制算法和开环功率控制算法的一组中选择所述算法和所述另一种算法。

5.根据权利要求1至4中任一方法，包括：

-定期估计(20-24、26、27、30)是否符合一标准以判断当所述功率控制算法在运行时是否应最好停用，或当所述功率控制算法被停用时是否应最好启动，

-如果符合相应标准则停用(28)或启动(31)所述功率控制算法。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求的方法，其中规定不要太频繁地停用或启动所述算法。

7.根据权利要求1至6中任一权利要求的方法，其中判断是否符合所述标准的所述估计根据一个偏离值的估计，该偏离值代表估计传输质量和目标传输质量之间的偏差。

8.根据权利要求7的方法，其中判断是否符合所述标准的所述估计包括：

-第一偏离值的估计(23)，如果所述功率控制算法始终在运行，在估计所述偏离值的给定时间间隔内将已经获得该值，

-第二偏离值的估计(24)，如果所述功率控制算法从未被启动，在估计所述偏离值的所述给定时间间隔内将已经获得该值，

-根据所述第一和第二值哪一个最低在所述算法的启动和停用之间作选择(25)。

9.根据权利要求7或8的方法，其中所述估计传输质量用一个估计信噪比表示。

10.根据权利要求7或8的方法，其中所述估计传输质量用一个接收信号功率表示。

11.根据权利要求7至10中任一权利要求的方法，其中所述估计偏离值用所述估计传输质量的方差表示。

12.根据权利要求1至11中任一权利要求的方法，其中在所述移动无线通信系统的上行链路方向上执行所述方法。

13.根据权利要求1至11中任一权利要求的方法，其中在所述移动无线通信系统的下行链路方向上执行所述方法。

14.根据权利要求1至13的方法，其中所述移动无线通信系统是CDMA类型的。

15.一种用于在移动无线通信系统的上行链路传输方向上执行根据权利要求1至14中任一权利要求的方法的移动无线通信网络实体(40)，包括：

-用于执行所述方法的装置(41)，

-用于向一个移动站(43)发送相应功率控制命令(C1)的装置(42)。

16.一种用于在移动无线通信系统的上行链路传输方向上执行根据权利要求1至14中任一权利要求的方法的移动站(43)，包括：

-根据所述方法，用于从移动无线通信网络实体(40)接收功率控制命令(C1)的装置(44)。

17.一种用于在移动无线通信系统的下行链路传输方向上执行根据权利要求1至14中任一权利要求的方法的移动站(45)，包括：

-用于执行所述方法的装置(46)，

-用于向一个移动无线通信网络实体(48)发送相应功率控制命令(C2)的装置(47)。

18.一种用于在移动无线通信系统的下行链路传输方向上执行根据权利要求1至14中任一权利要求的方法的移动通信实体(48)，包括：

-根据所述方法用于从移动站接收功率控制命令(C2)的装置(49)。

Images