CN1466823A - 可变多速率通信系统的快速自适应功率控制 - Google Patents

可变多速率通信系统的快速自适应功率控制 Download PDF

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Abstract

控制无线通信系统中发射机功率的一种系统和一种方法，其中用户数据是作为具有速率N(t)的多速信号处理的，且其中用户数据信号传输速率为N(t)。传输功率是根据传输数据接收机所接收数据的质量，以较低的速率调节的。发射机功率按N(t)/M(t)的函数确定，从而使多通道中的数据速率及传输数据信号速率的变化事先根据这种数据速率变化相应的调节予以补偿。通过重复选定的数据位，速率为N(t)的数据信号被较佳地转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。

Description

可变多速率通信系统的快速自适应功率控制
技术领域
本发明涉及无线通信系统的功率控制，具体地说，即可变多速率通信系统的快速自适应功率控制系统及方法。
背景技术
现有技术中已知有多种无线通信系统的功率控制方法。单速率数据系统的开环功率控制发射机系统的一种实例如图1所示。单速率数据的闭环功率控制发射机系统的一种实例如图2所示。
两种系统的目的均为在出现衰落传播信道和随时间变化的干扰时最大程度上降低发射机功率，同时保证远端接收的数据具有可以接受的质量。通常，在数字实施中发射机功率是通过改变对数字数据的比例因子来改变的，例如，相反地改变射频放大器的增益。
在现有最先进的通信系统中，如第三代伙伴项目(3GPP)分时双工(TDD)和分频双工(FDD)系统，可变速率数据的多个通道是组合发射的。图3和图4所示分别为现有技术的开环和闭环功率控制传输系统。这种系统的背景技术要求资料可在3GPP TS25.233 3.3.0版、3GPPTS25.222 3.2.0版、3GPP TS25.224 3.6版及无线电工业商业协会(ARIB)制定的第三代多系统大气干扰技术要求1.0版第三卷、1.0修订版中查得。
这种可变多速率无线通信系统的开环和闭环功率控制系统对数据速率的变化响应速度较慢，其结果是性能不是最理想，例如发射功率过高及接收信号质量低下。因而很有必要提供一种数据速率变化自适应功率控制的快速方法和系统，以取得理想的性能。
发明内容
本发明提供一种控制无线通信系统中控制发射机功率的方法，其中用户数据是作为具有速率N(t)的多速信号处理的，且其中用户数据信号被转换为具有较高传输速率M(t)的传输数据信号。传输功率是根据传输数据接收机所接收数据的质量，以较低的速率调节的。发射机功率按N(t)/M(t)的函数确定，从而使用户数据信号的数据速率或传输数据信号的速率的变化事先根据这种数据速率变化相应的调节予以补偿。通过重复选定的数据位，速率为N(t)的用户数据信号被较佳地转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。
本方法适用于采用比例因子来控制发射机功率的开环或闭环控制系统。无论将本发明应用于具有开环系统还是闭环系统的发射机中，均较佳地将√￣(N(t)/M(t))应用于比例因子。
本方法适用于其发射机接收一个基准信号、基准信号功率数据、实测干扰功率数据及目标信号干扰比(SIR)数据的开环功率控制系统，其中SIR数据的依据是以较低速率采集的接收信号质量数据。发射机测量干扰信号来确定所接收的基准信号功率，并根据接收的基准信号功率数据和确定的基准信号功率，计算路径损耗。发射机然后再根据计算出的路径损耗、接收的实测干扰功率数据、目标SIR及√￣(N(t)/M(t))来计算比例因子。
本方法也适用于利用由接收机产生的上升/下降数据并根据上升/下降数据及√￣(N(t)/M(t))来计算比例因子的闭环系统。上升/下降数据较佳地由接收机通过把从发射机所接收信号的实测干扰功率数据，与至少部分基于以较低速率采集的接收信号质量数据的目标信号干扰比(SIR)合并的方法来产生。目标SIR数据较佳地用基于以较低速率采集的接收信号质量数据的标称目标SIR数据乘以系数N(t)/M(t)的方法来计算，使目标SIR数据在数据速率发生变化时得以快速调节。
本发明还提供一种无线通信系统用发射机，其中用户数据是作为具有速率N(t)的多速信号处理的，且其中速率为N(t)的用户数据信号被转换为具有较高传输速率M(t)的传输数据信号。该发射机传输功率是通过对基于传输数据接收机所接收数据质量的发射机功率应用一个比例因子的方法，以较低的速率调节的。发射机含有一个数据信号速率转换器用于将用户数据信号速率N(t)增大到较高的数据传输速率M(t)，和一个处理器用于部分根据接收机所产生的与所接收数据质量有关的数据来计算传输功率比例因子。数据信号速率转换器与处理器相关联，使处理器按N(t)/M(t)的函数来计算传输功率比例因子，其中用户数据信号的数据速率或传输数据信号的速率变化事先根据这种数据速率变化相应的调节予以补偿。
通过重复选定的数据位，速率为N(t)的用户数据信号被较佳地转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。
发射机可配置为开环功率控制系统的组成部分，其中发射机接收来自接收机的传输数据：一个基准信号、基准信号功率数据、实测干扰功率数据及目标信号干扰比(SIR)，其中SIR数据的依据是以较低速率采集的接收信号质量数据。同样，发射机含有一个用于测量接收基准信号功率的信号测量装置和用于根据接收的基准信号功率数据和实测接收基准信号功率来计算路径损耗的处理电路。发射机处理器根据计算的路径损耗、接收的实测干扰功率数据、目标SIR数据及√(N(t)/M(t))，计算传输功率比例因子。
发射机也可配置为闭环功率控制系统的组成部分，其中发射机接收由接收机产生的上升/下降数据。同样，发射机处理器根据上升/下降数据及√￣(N(t)/M(t))来计算传输功率比例因子。
本发明还提供一种无线通信系统用闭环传输功率控制系统，其中用户数据是作为具有速率N(t)的多速信号处理的，且其中速率为N(t)的用户数据信号被较佳地转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输功率是通过应用响应上升/下降数据的比例因子进行调节的。系统含有一个接收M(t)速率传输数据信号和产生上升/下降数据的接收机。接收机最好含有一个数据信号速率转换器，用于降低接收传输数据的数据速率，产生一个具有较低数据速率N(t)的用户数据信号、一个测量用户数据信号数据质量的数据质量测量装置，以及用于部分根据实测用户数据信号质量来计算上升/下降数据的电路。数据信号速率转换器与该电路的关系为，电路按N(t)/M(t)的函数来计算上升/下降数据，其中用户数据信号的数据速率或传输数据信号的速率变化事先根据这种数据速率变化相应的调节予以补偿。
该系统还较佳地配备了有一个数据信号速率转换器的发射机，通过重复选定的数据位，将速率为N(t)的数据信号转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。
在一个较佳具体实施例中，接收机采用了一个测量随M(t)速率传输数据信号接收到的干扰信号功率的干扰测量装置。数据质量测量装置根据以较低的接收数据质量数据，输出标称目标SIR数据。接收机电路通过把从发射机所接收信号的实测干扰功率数据，与通过将标称目标SIR数据乘以系数N(t)/M(t)的方法计算出的目标信号干扰比SIR数据合并的方法，计算出上升/下降数据，使目标SIR数据在数据速率发生变化时得以快速调节。
依据以下对本发明目前较佳的具体实施例的说明，其它目的和优点对于掌握此技术领域基本技术的人员来说是显而易见的。
附图说明
图1所示为传统单速率无线通信开环功率控制系统的原理图。
图2所示为传统单速率无线通信闭环功率控制系统的原理图。
图3所示为传统可变多速无线通信开环功率控制系统的原理图。
图4所示为传统可变多速无线通信闭环功率控制系统的原理图。
图5所示为采用重复的方法将数据速率从每块6位上转换为8位的框图。
图6所示为采用重复的方法将数据速率从每块8位下转换为6位的框图。
图7所示为根据本发明的理论制造的可变多速无线通信快速自适应开环功率控制系统的原理图。
图8所示为根据本发明的理论制造的可变多速无线通信快速自适应闭环功率控制系统的原理图。
具体实施方式
传统无线系统如3G PP的功率控制方法采用所谓的内部环路和外部环路。视内部环路是开环还是闭环，功率控制系统被称为开环或闭环。而两种系统的外部环路均为闭环。
含有一个“发射”通信站10和一个“接收”通信站30的开环控制系统相关部分如图1所示。通信站10、30均为无线电收发两用机。通常其中一个为基站，而另一个为用户设备UE型。为清楚起见，图中仅画出了选定的部分。
发射站10含有一个收发机11，其中含有一个数据线路12用于传送传输用用户数据信号。用户数据信号以期望的功率级提供，通过应用处理器15的输出13所产生的传输功率比例因子来调节传输功率级。用户数据从发射机11的天线系统14发射出来。
含有发射数据的无线电信号20由接收站30通过接收天线系统31接收。接收天线系统也会接收到影响接收数据质量的干扰无线电信号21。接收站30含有一个干扰功率测量装置32，接收信号作为其输入信号，设备32输出实测干扰功率数据。接收站30还含有一个数据质量测量设备34，接收信号也作为其输出，设备34产生一个数据质量信号。数据质量测量设备34与一个处理设备36耦合，处理设备36接收信号质量数据并根据通过输入37接收的用户自定义质量标准参数计算目标信号干扰比(SIR)数据。
接收站还含有一个与干扰功率测量设备32和目标SIR发生处理器36耦合的发射机38。接收站的发射机38还含有分别用于输入用户数据、基准信号和基准信号发射功率数据的输出40、41、42。接收站通过相应的天线系统39发射其用户数据并控制有关数据和基准信号。
发射站10含有一个接收机16及相应的接收天线系统17。发射站的接收机16接收由接收站30发射的含有接收站用户数据44和接收站30所产生的控制信号和数据45的无线电信号。
发射站处理器15与发射站接收机16相关联，用以计算发射功率比例因子。发射机11还包含一个用于测量接收基准信号功率的设备18，而设备18与路径损耗计算电路19相关联。
为计算发射功率比例因子，处理器15接收来自目标SIR数据输入22的数据，其中载有一个由接收站目标SIR发生处理器36产生的目标SIR数据；一个干扰功率数据输入23，其中载有由接收站干扰功率测量设备32产生的干扰数据以及一个路径损耗数据输入24，其中载有由路径损耗计算电路19产生的路径损耗信号。路径损耗信号是由路径损耗计算电路19从载有来自接收站30的基准信号发射功率数据的基准信号发射功率数据输入25和载有发射机11的基准信号功率测量设备28输出的实测基准信号功率输入26中产生的。基准信号测量设备18与发射站接收机39耦合，在从接收站发射机38接收到基准信号时测量其功率。路径损耗计算电路19根据输入25传送的已知基准功率信号强度和输入26传送的实测接收功率强度之差，较佳地确定了路径损耗。
干扰功率数据、基准信号功率数据及目标SIR值以显著低于传播信道和干扰随时间变化速率的速率，发向发射站10。“内”环路为系统依靠测量接口的部分。系统被视为“开环”系统，因为没有以与传播信道和干扰随时间变化速率相匹配的速率向算法提供反馈，来表明最小需要发射功率估计值的好与坏。如果需要发射功率级快速改变，系统不可能做出相应的响应，及时调节比例因子。
至于图1所示开环功率控制系统的外部环路，在远程接收站30处，接收信号的质量通过测量设备34进行测定。数字数据质量的常用度量标准为比特误差率和块误差率。这些量值的计算需要显著长于随时间变化的传播信道和干扰周期的时间段内累积的数据。对于所有给定的量值，在量值与接收SIR之间存在一定的理论关系。当远程接收机累积的数据足以评估该量值时，便进行计算并与处理器36中的期望量值(代表服务的期望质量)进行比较，然后输出更新的目标SIR。更新的目标SIR是应用于发射机内部环路使实测值收敛于期望值的(理论)值。更新的目标SIR通过接收站发射机38和发射站接收机16，传送到发射机11供内其环路使用。目标SIR的更新速率受累积质量统计数据所需时间以及向功率控制发射机发送信号速率的实际限制所约束。
参阅图2，图中所示为含有发射站50和接收站70的通信系统，其中采用了闭环功率控制系统。
发射站50含有一个配备数据线路52的发射机51，数据线路用于传送要传输的用户数据信号。用户数据信号以所需的功率级提供，通过应用来自处理器55输出53的发射功率比例因子调节功率级。用户数据通过发射机51的天线系统54发射。
含有发射数据的无线电信号60由接收站通过接收天线系统71接收。接收天线系统也会接收影响接收数据质量的干扰无线电信号71。接收站70含有干扰功率测量设备72，接收信号作为其输入，设备72输出实测SIR数据。接收站70还含有一个数据质量测量设备74，接收信号也作为其输入，设备74产生了一个数据质量信号。数据质量测量设备74与处理器76耦合，接收信号质量数据并根据通过输入75接收的用户自定义质量标准参数计算目标信号干扰比(SIR)数据。
合并器76，最好为为减法器，将来自设备72的实测SIR数据与来自处理器74的计算目标SIR数据进行比较，最好用减法，输出一个SIR差错信号。来自合并器76的SIR差错信号输入给处理电路77，并据此产生上升/下降命令。
接收站70还含有一个与处理电路77耦合的发射机78。接收站的发射机78还含有一个用户数据用输入80。接收站70通过一个相应的天线系统79发射其用户数据及与控制有关的数据。
发射站50含有一个接收机56和一个相应的接收天线系统57。发射站的接收机56接收来自接收站70含有接收站用户数据84和接收站产生的控制数据85的无线电信号。
发射站的比例因子处理器55有一个与发射站接收机16关联的输入58。处理器55通过输入58接收增减命令并据此计算发射功率比例因子。
至于闭环功率控制系统的内部环路，发射站的接收机51根据远程接收站70所产生的“上升”和“下降”命令调整其功率。在远程接收站70处，通过测量设备72测量接收数据的SIR并与通过合并器72由处理器74产生的目标SIR值进行比较。目标SIR值即在假设接收的数据含有该值时会产生期望服务质量的值。如果实测接收SIR小于目标SIR，则由处理电路77通过接收站的发射机78和发射站的接收机56发出一个“下降”命令，否则将发出一个“上升”命令。功率控制系统被视为“闭环”系统，因为“上升”和“下降”命令的高速反馈会对随时间变化的传播信道和干扰作出实时反应。如果因随时间变化的干扰和传播引起期望发射功率级变化，它会做出快速响应并相应调节发射功率。
至于闭环功率控制系统的外部环路，接收数据的质量在接收站由测量设备73进行测定。数字数据质量的常用度量标准为比特误差率和块误差率。这些量值的计算需要显著长于随时间变化的传播信道和干扰周期的时间段内累积的数据。对于所有给定的量值，在量值与接收SIR之间存在一定的理论关系。当远程接收机累积的数据足以评估该量值时，便进行计算并与处理器74中的期望量值(代表服务的期望质量)进行比较，然后输出更新的目标SIR。更新的目标SIR是应用于接收机算法使实测值收敛于期望值的(理论)值。更新的目标SIR再用于内部环路中以确定发送给发射站功率比例产生处理器55用于控制发射机51功率的上升或下降命令。
图1和图2所示为单速率数据传输功率控制系统。但在数字通信系统中，数据可块的形式按给定的比特率和给定的块大小，也可按给定的每块比特数量和给定的块速率进行处理。在这种系统中，例如3GPPFDD和TDD系统，通信系统中任何时候都可能存在多个数据速率，且这种数据速率可能随时间发生变化。图3所示为一种传送具有可变数据速度的多个数据通道无线系统改进的开环功率控制系统，图4所示为改进的闭环功率控制系统。
为提供多信道可变速率数据传输，图1所示开环功率控制系统经改进后如图3所示，其中含有一个发射站10中的上转换器27和一个接收站30中的下转换器47。
传输的用户数据合并入一个具有数据速率N(t)的信号。速率为N(t)的数据流由上转换器27转换为速率为M(t)的数据流，其中转换器27含有一个载有速率为M(t)的传输数据信号的输出28。
在接收站30处，速率为M(t)的用户数据信号用转换器47接收并下转换为原始速率N(t)。干扰功率测量设备32在以较高的速率M(t)接收时测量信号的干扰。数据质量测量设备34与转换器47下游的用户数据路径耦合，并在数据下转换为N(t)速率之后测量数据的质量。
为提供多信道可变速率数据传输，图2所示闭环功率控制系统经改进后如图4所示，其中含有一个发射站50中的上转换器67和一个接收站70中的下转换器87。传输的用户数据合并入一个具有数据速率N(t)的信号。速率为N(t)的数据流由上转换器67转换为速率为M(t)的数据流，其中转换器67含有一个载有速率为M(t)的传输数据信号的输出68。
在接收站70处，速率为M(t)的用户数据信号用转换器87接收并下转换为原始速率N(t)。干扰功率测量设备72在以较高的速率M(t)接收时测量信号的干扰。数据质量测量设备73与转换器87下游的用户数据路径耦合，并在数据下转换为N(t)速率之后测量数据的质量。
在两种多信道可变速率系统中，给发射机11、51提供用于传输给远程接收机30、70的用户数据输入，其数据速率为标注的N(t)，并且来自远程接收机的用户数据输出的速率也相同。数据速率N(t)可由在一个共用集合信道中多工传输的不同数据通道的几个数据速率构成。N为(t)的函数，表示速率会随时间变化，即此时与彼时不同、块与块不同。变化的原因包括数据通道的增加及(或)删除以及现有通道中实际数据速率改变，这在信息包服务中是常见的。
同样在图3和图4所示两种系统中，在发射数据路径中数据速率从N(t)变为M(t)，在远程接收机中又变回到N(t)。数据速率N(t)为用户数据速率，数据速率M(t)则为无线电通信数据速率，两者可能是毫不相干的。
例如在3GPP TDD系统中，M(t)是在给定时隙数的情况下每10毫秒帧中的比特数，且正交可变扩散因子以给定扩散因子进行编码。M为(t)的函数，表示速率可能变化，即此时与彼时不同，更特别的是，帧与帧不同。改变M等同于改变扩散因子及(或)每帧所使用的物理通道数，改变N则等同于一个或多个数据通道中的数据速率变化。速率M(t)等同于每10毫秒帧中的Ndata.j比特数，N(t)等同于在时间t内、TFCj有效时、每10毫秒帧中 PL * 1 / RM min Σ TrCHi R M i * N ij 比特数，其中根据3GPP中定义：
Nij为以传送格式组合j在TrCH i中速率匹配之前，一个射频帧中的比特数。
RMi从较高层作为信号发出的TrCH i半静态速率匹配属性。PL为击穿极限，该值用于限制可应用于降低物理通道数的击穿量，且从较高层作为信号发出。
Ndata.j为一个射频帧中以传送格式组合j可用于已编码的合成TrCH的总比特数。
TFi(j)为传送格式组合j的TrCH i传输格式。
TB或传送块(Transport Block)，定义为在L1和MAC之前交换的基本数据单位。传送块的等效术语为“MAC PDU”。TBS或传送块集，定义为同时使用相同的传送格式在第1层和MAC之间交换的一组传送块。
TrCH或传送通道为物理层提供的到第2层在所标注的对等第一层实体之间进行数据传送的通道。不同类型的传送通道是根据数据在该物理层上是如何及以何种特性进行传输来定义的，例如，是使用专用物理通道还是使用共用物理通道等。
TF或传送格式定义为第一层到MAC所提供用于一定传输时间间隔内某个传送通道中传递传送块集的格式。传送格式由两部分构成——一个动态部分和一个半静态部分。
TFC或传送格式组合定义为所有传送通道上当前有效的传送格式，即包括每个传送通道的一个传送格式。
TFCS或传送格式组合集定义为一组传送格式组合。
MAC或媒体访问控制(Medium Access Control)为无线电界面第二层的子层，提供逻辑通道中的未确认数据传输服务和对输送通道的访问。
PDU或协议数据单位为(N)协议层中定义的数据单位，且由(N)协议控制信息及可能有(N)用户数据构成。
从速率N(t)转换为M(t)是在发射站10、50的转换器26、27中进行，表示按因子M(t)/N(t)进行的上转换。从速率M(t)转换为N(t)是在接收站30、70的转换器47、87中进行，表示按因子N(t)/M(t)进行的下转换。
在图3和图4所示两种系统中，可见速率M(t)均大于速率N(t)。这是有意安排的。向上速率转换的无意识作用，仅发生在发射机中用重复的方法进行上转换的情况，减少这种情况发生是本发明的目的之一，将在下文中说明。如果N(t)＝M(t)则不会发生这种作用，而如果N(t)＞M(t)则作用不同，这不是本发明的主题。
数据速率的上转换可用重复的方法实现，即重复速率为N的块中选定的位直到其含有与速率为M的块中比特数相同为止，以及用数字合并接收的重复“软”比特进行下转换。图5所示为用重复方法进行上转换的一个实例，其中对于数据速率从每块六比特增大到八比特简化的情况，Bi是输入顺序中的第i个“硬”比特，即±1。在该实例中，2和5两个比特被重复，将块大小从六变成了八。图6所示为输入由八个“软”比特构成的下转换过程，其中bi+nj为“软”比特，即，发射的比特Bi的接收器内的一个数字样本加上时间j时的噪声成分nj。接收的“软”比特2与3进行数字相加，形成对原比特2与3成比例的变型；与此类似，接收的“软”比特6与7进行数字相加，形成原比特5成比例的变型。
本实例中使用的特定重复比特代表重复比特的均匀分布，与数字复用器一起作为3GPP系统中使用的特定方案。但重复比特的选择与本发明的关系并不密切。
上述数据速率转换的方法是用3GPP TDD和FDD系统中所用重复功能的所谓“速率匹配”的组成部分。这种方法相对于发送(在实例中为二个)虚比特来改变数据速度的过分简单化方法的优势在于，可利用原较短和发送的较长块之间的能差来提高信号质量。为在实例中为说明清楚，接收比特2与5的能量对比特噪声频谱密度比率(Eb/No)是其它接收比特的两倍。这样使接收数据的比特误差率和块误差率，与那些有未重复比特而取代以两个虚比特的接收数据的质量度量相比有全面的改进。当然，只需要六个单位的能量，却用了八个单位的能量发射数据。结果虽无意但后果是造成了发射能量的增加，并造成接收数据质量的提高。这些效果均由本发明予以解决。
图3和图4所示可变多速数据开环和闭环功率控制系统实际上与图1和图2所示单速率数据的控制系统相同。图3和图4表示3GPP TDD通信系统的开环和闭环功率控制系统。但开环和闭环两种功率控制系统在解决可变多速数据速率变化的影响方向均欠理想。
在图3所示开环系统中，由于N(t)等于静态下的M(t)，忽略衰落信道或任意可变干扰的变型，目标SIR将稳定在一个静态工作点，获得期望的数据质量。这种情况等效于图1所示单速率实例。但在多信道可变速率系统中，在某个时间t，N及(或)M发生变化。如上所述，这种情况会使实测数据质量度量改进，发射的能量大于实际需要的能量。以较低速率运行的处环路最终会检测出信号质量的提高，从而降低内部环路的目标SIR，减小发射机功率，作为对视为太高信号质量的补偿。与此同时，发射机11将使用比实际需要更多的能量来发射数据(使数据的接收能达到期望质量)。在开环功率控制发射站为电池供电的移动设备的情况(如3GPP系统的情况)下，需要消耗不必要的电池电力。
图7所示为本发明应用于可变多速数据的开环功率控制，其中相应的元件用与图3中相同的参考号标注。如图7所示，发射站的转换器27具有输入到比例因子发生处理器15的一个额外输入29。通过输入29，该转换器向处理器15提供一个等同于√￣(N(t)/M(t))的信号，作为计算发射功率比例因子的系数。因此，当修订的比例因子应用于传输数据时，便使发射功率立刻按以下系数进行调节：
                     (N(t)/M(t))以补偿N(t)或M(t)的速率变化。这个修正的比例因子应用的方式与调节发射机功率的传统比例因子的方式相同，从下式推导得出：
        PTS＝SLTARGET+IRS+α(L-L0)+L0+常数值    式1其中，附加项代表乘法因子，单位为dB。作为实际问题，用于产生比例因子的附加因子在上式中简单地变为了另一项，在上式中变为：
  PTS＝SIRTARGET+IRS+α(L-L0)+L0+常数值+N(t)/M(t)    式2其中：PTS为发射站发射功率级，单位为分贝。SIRTARGET由接收站决定。IRS为接收站的干扰功率级。L为估计路径损耗所在最近时隙的路径损耗估计值，单位为分贝。
L0，路径损耗的长期平均值，为路径损耗估计值的连续观测平均值，单位为分贝。常数值为修正项。常数值用于修正上行链路和下行链路信道之间的差，例如用于补偿上行链路和下行链路增益的差。另外，如果发射的是接收站发射功率基准电平而不是实际发射功率，则常数值可对其提供修正。
α为加权值，是估计路径损耗质量的度量，且最好以上一路径损耗的时隙与发射站发射的第一个通信时隙之间的时隙数为依据。α的值在0与1之间。一般而言，如果时间差较小，路径损耗估计值较为准确，α可设定为接近1的值。相反，如果时间差较大，则路径损耗估计值可能不准确，长期平均路径损耗量值很可能是路径损耗更好的估计值。因此，α设定为一个更接近1的值。式3和式4用于确定α。
       α＝1-(D-1)/(Dmax-1)            式3
   α＝max{1-(D-1)/(Dmax-允许-1)，0}     式4
其中D值为上一路径损耗估计值时隙与第一个发射的通信时隙之间的时隙数，以下简称为时隙延迟。如果延迟是一个时隙，则α为1。Dmax为最大可能延迟。有十五个时隙的一帧之典型值是7。如果延迟为Dmax，α为0。如果延迟大于Dmax-允许，则可设定α＝0来有效地关闭开环功率控制。
由于速率N(t)和M(t)随时变化，发明的图7所示系统对所需功率的变化进行补偿，与等待由外部环路确定修订的目标SIR来补偿数据速率变化相反。这样，对于开环功率控制，本发明实际上消除了发射信号因数据速率变化造成的以过量功率发送的时间段。
至于图4所示闭环控制系统，由于N(t)等于静态下的M(t)，忽略衰落信道或任意可变干扰的变型，目标SIR将稳定在一个静态工作点，获得期望的数据质量。这种情况等效于图2所示单速率系统。但在多信道可变速率系统中，在某个时间t，N及(或)M发生变化。如上所述，这种情况会使实测数据质量度量改进，发射的能量大于实际需要的能量。但实测SIR并不随N和M的变化而变化，因为SIR是在Eb/No(或SIR)对重复比特的伴随增大下转换之前测得的。由于外部环路以较低的速率运行，简而言之，发回到发射机的功率控制命令便不再准确。但外部环路最终会检测出信号质量的提高，计算出一个较低的内部环路目标SIR，作为对视为太高信号质量的补偿。发生这种情况时，此过低的目标SIR将向下偏移上升/下降决定，从而减小发射机功率。这一点反过来又使接收机处的信号质量低于所需信号质量。最终外部环路会以更高的目标SIR对下降的信号质量作出响应，在静态下系统将最终收敛于正确的功率级。到此时，接收信号将不再下降。
图8所示为本发明应用于可变多速数据的闭环功率控制，其中相应的元件用与图4中相同的参考号标注。在发射站50的发射机51中，转换器67具有输入到比例因子发生处理器55的一个额外输入69。该转换器提供一个等同于√￣(N(t)/M(t))的信号，使处理器55通过输出53输出的比例因子为N(t)/M(t)的函数，如上文对照图7所示开环系统所述。
在接收机中，转换器87向合并器88(最好为乘法器)输出一个等同于N(t)/M(t)的信号。目标SIR处理器74的输出被导向合并器88。合并器88将来自转换器87的速率变化数据与来自处理器77的目标SIR数据合并，然后输出一个经调整的目标SIR给合并器76。
通过该配置，处理器77有效地输出一个标称目标SIR。通过就系数N(t)/M(t)应用于由实测信号质量确定的标称目标SIR，从而做出更快速的响应以补偿或调节由数据速率变化所引起的接收功率变化。
由于速率N(t)和M(t)随时变化，图8所示系统对发射机所需功率及接收机已改变的期望接收信号强度的变化进行补偿，与等待由外部环路确定修订的目标SIR来补偿数据速率变化相反。这样，对于图8所示开环功率控制系统，缩短了接收修正信号因数据速率变化而引起低于允许质量的时间段。
尽管各发射站和接收站的各种组件已单独标注，本领域的技术人员会注意到，各种元件可以合并。例如，图8所示系统的合并器88可包含在一个处理器74中。本领域的技术人员会注意到其它与本发明一致的变型或修改。

Claims (33)

1.一种控制无线通信系统中发射机功率的方法，该通信系统将多个速率相互独立的用户数据通道合并为一个速率为N(t)的信号，其中至少一个速率随时间变化，N(t)为合并传输用多信道速率的函数，其中速率为N(t)的合并的多信道信号被转换为一个具有更高速率M(t)的发射数据信号用于发射机的发射，且其中发射功率是根据传输数据接收机所接收数据的质量，以较低的速率调节的。其特征为：
发射机功率按N(t)/M(t)的函数确定，从而使多通道中的数据速率或传输数据信号速率的变化事先根据这种数据速率变化相应的调节予以补偿。
2.如权利要求1所述的方法，其发射机功率是由一种开环系统控制的，其中该发射机：
接收来自接收机的一个基准信号、基准信号功率数据、实测干扰功率数据及目标信号干扰比(SIR)，其中SIR数据为基于较低速率采集的接收信号质量数据；
测量基准信号以确定接收基准信号功率数据；
根据接收基准信号功率数据和确定的基准信号功率，计算路径损耗；以及
根据计算的路径损耗、接收的实测干扰功率数据、目标SIR数据及√￣(N(t)/M(t))，计算传输功率比例因子。
3.如权利要求2所述的方法，其中速率为N(t)的合并的多信道信号，通过重复选定的数据位，被转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。
4.如权利要求1所述的方法，其中发射机功率是通过闭环控制系统控制的，其中发射机利用由接收机产生的上升/下降数据并根据上升/下降数据及√￣(N(t)/M(t))来计算比例因子。
5.如权利要求4所述的方法，其中速率为N(t)的合并的多信道信号，通过重复选定的数据位，速率为N(t)的数据信号被转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。
6.如权利要求4所述的方法，其中上升/下降数据是由接收机通过把从发射机所接收信号的实测干扰功率数据，与至少部分基于以较低速率采集的接收信号质量数据的目标信号干扰比(SIR)合并的方法产生的。
7.如权利要求6所述的方法，其中目标SIR数据用基于以较低速率采集的接收信号质量数据的标称目标SIR数据乘以系数N(t)/M(t)的方法计算出，使目标SIR数据在数据速率发生变化时得以快速调节。
8.如权利要求7所述的方法，其中速率为N(t)的合并的多信道信号，通过重复选定的数据位，被转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。
9.如权利要求1所述的方法，其中速率为N(t)的合并的多信道信号，通过重复选定的数据位，被转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。
10.一种无线通信系统用发射机，这种发射机将多个速率相互独立的用户数据通道合并为一个速率为N(t)的信号，其中至少一个速率随时间变化，N(t)为合并传输用多信道速率的函数，其中速率为N(t)的合并的多信道信号被转换为一个具有更高速率M(t)的发射数据信号用于发射，且其中发射功率是根据传输数据接收机所接收数据的质量，以较低的速率调节的，该发射机包含一个数据信号速率转换器用于将合并的多信道数据的数据速率N(t)增大到更高的数据传输速率M(t)，以及一个处理器用于部分根据接收机所产生的与接收信号质量有关的数据计算传输功率比例因子，其特征为：
上述数据信号速率转换器与上述处理器相关联，使上述处理器按N(t)/M(t)的函数计算传输功率比例因子，其中多通道中的数据速率或传输数据信号速率的变化事先根据这种数据速率变化相应的调节随实时传输情况得以补偿。
11.如权利要求10所述的发射机，其中上述数据信号速率转换器将速率为N(t)的合并的多信道信号，通过重复选定的数据位，转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。
12.如权利要求10所述的发射机，采用一个开环功率控制系统，其中发射机接收来自发射数据接收机的：一个基准信号、基准信号功率数据、实测干扰功率数据及目标信号干扰比(SIR)，其中SIR数据为基于较低速率采集的接收信号质量数据，其进一步的特征为：
一个信号测量设备用于测量接收基准信号功率；
路径损耗处理电路用于根据接收的基准信号功率数据和实测接收基准信号功率，计算路径损耗；以及
上述处理器根据计算出的路径损耗、接收的实测干扰功率数据、目标SIR及√￣(N(t)/M(t))来计算传输功率比例因子。
13.如权利要求12所述的发射机，其中上述数据信号速率转换器将速率为N(t)的合并的多信道信号，通过重复选定的数据位，转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。
14.如权利要求10所述的发射机，采用一个闭环控制系统控制，其中发射机接收由发射数据接收机产生的上升/下降数据，且其中上述处理器根据接收的上升/下降数据及√￣(N(t)/M(t))来计算传输功率比例因子。
15.如权利要求14所述的发射机，其中速率为N(t)的合并的多信道信号，通过重复选定的数据位，速率为N(t)的数据信号被转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。
16.一种控制无线通信系统中发射机功率的方法，该方法将多个速率相互独立的用户数据通道合并为一个速率为N(t)的信号，其中至少一个速率随时间变化，N(t)为合并传输用多信道速率的函数，其中速率为N(t)的合并的多信道信号被转换为一个具有更高速率M(t)的发射数据信号用于发射机的发射，且其中发射功率是根据传输数据接收机所接收数据的质量，以较低的速率调节的，其特征为：
发射机功率按N(t)/M(t)的函数确定，从而使多通道中的数据速率或传输数据信号速率的变化事先根据这种数据速率变化相应的调节予以补偿。
17.如权利要求16所述的方法，其中速率为N(t)的合并的多信道信号，通过重复选定的数据位，被转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。
18.一种控制无线通信系统中发射机功率的方法，其中用户数据是作为具有速率N(t)的多速信号处理的，其中速率为N(t)的用户数据信号被转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中发射机功率是通过应用由发射数据接收机产生的响应上升/下降数据的比例因子进行控制的，该上升/下降数据部分基于以较低速率采集的接收数据质量，其特征为：
按N(t)/M(t)的函数来计算上升/下降数据，使用户数据信号速率或传输数据信号数据速率的变化事先根据这种数据速率变化相应的调节予以补偿
19.如权利要求18所述的方法，其中速率为N(t)的用户数据信号，通过重复选定的数据位，被转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。
20.如权利要求18所述的方法，其中上升/下降数据是由接收机通过把从发射机所接收信号的实测干扰功率数据，与目标信号干扰比(SIR)合并的方法产生的，其中目标SIR数据用基于以较低速率采集的接收信号质量数据的标称目标SIR数据乘以系数N(t)/M(t)的方法计算出，使目标SIR数据在数据速率发生变化时得以快速调节。
21.如权利要求20所述的方法，其中速率为N(t)的用户数据信号，通过重复选定的数据位，被转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。
22.如权利要求20所述的方法，其中发射机根据接收的上升/下降数据及√￣(N(t)/M(t))来计算比例因子。
23.如权利要求18所述的方法，其中发射机按接收的上升/下降数据及(N(t)/M(t))的函数来计算比例因子。
24.如权利要求23所述的方法，其中速率为N(t)的用户数据信号，通过重复选定的数据位被转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。
25.如权利要求24所述的方法，其中发射机根据接收的上升/下降数据及√￣(N(t)/M(t))来计算比例因子。
26.一种无线通信系统用闭环传输功率控制系统，其中用户数据是作为具有速率N(t)的多速信号处理的，此处N(t)为时间函数，其中速率为N(t)的用户数据信号被转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号用于传输，且其中传输功率是通过应用由发射数据接收机产生的响应上升/下降数据的比例因子进行调节的，系统有一个接收机接收M(t)速率传输数据信号并生产上升/下降数据，该接收机含有一个数据信号速率转换器用于将接收的传输数据的数据速率M(t)降低为较低的速率N(t)，以及用于部分根据用户数据信号的实测质量计算上升/下降数据的电路，其特征为：
上述信号速率转换器与上述电路相关联，产生速率数据，使上述电路按N(t)/M(t)的函数来计算上升/下降数据，使用户数据信号速率或传输数据信号数据速率的变化事先根据这种数据速率变化相应的调节予以补偿。
27.如权利要求26所述的闭环系统，其特征为：一个接收机含有通过重复选定的数据位，将速率为N(t)的数据信号转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。
28.如权利要求26所述的闭环系统，其中接收机含有一个干扰测量设备用于测量随M(t)速率传输数据信号接收到的干扰信号功率，且上述数据质量测量装置根据以较低速率采集的接收数据质量数据，计算出一个标称目标SIR数据，其进一步特征为：
上述电路通过把从发射机所接收信号的实测干扰功率数据，与通过将标称目标SIR数据乘以系数N(t)/M(t)的方法计算出的目标信号干扰比SIR数据合并的方法，计算出上升/下降数据，使目标SIR数据在数据速率发生变化时得以快速调节。
29.如权利要求26所述的闭环系统，其进一步特征为：发射机含有一个数据信号速率转换器，通过重复选定的数据位，将速率为N(t)的数据信号转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。
30.如权利要求29所述的闭环系统，其中发射机含有一个处理器，用于根据上升/下降数据及√￣(N(t)/M(t))来计算比例因子。
31.如权利要求26所述的闭环系统，其进一步特征为：一个发射机含有一个处理器用于按N(t)/M(t)的函数来计算上升/下降数据。
32.如权利要求31所述的闭环系统，其进一步特征为：一个发射机含有一个数据信号速度转换器用于通过重复选定的数据位，将速率为N(t)的用户数据信号转换为具有较高速率M(t)的传输数据信号，其中传输数据信号中每比特能量对噪声频谱密度比率增大。
33.如权利要求31所述的闭环系统，其进一步特征为：发射机处理器根据上升/下降数据及√￣(N(t)/M(t))来计算比例因子。
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