CN1042998C - 扩频通信系统的发射功率控制方法和扩频通信系统 - Google Patents

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Abstract

一种根据发射功率控制位确定发射功率的扩频通信系统的发射功率控制方法。发射功率控制位在基站从通过接收移动站发射的信号并去扩展及解调接收信号所得到的信号序列中抽出，当连续收到发射功率控制位的相同值时，根据发射功率控制量控制基站发射功率。这是因为连续收到发射功率控制位的相同值意味着另一方的接收功率变化很大。于是，发射功率增量或减量的值随连续接收时间的增加而增加。这就使得跟随传播通道中的突然变化成为可能。

Description

通信系统的发射功率控制方法和移动站/基站
本发明涉及通信系统的发射功率控制方法和采用该方法的移动站/基站，该方法最好用于无线通信中蜂窝式CDMA(码分多址)系统的发射功率控制。
从所周知，由于CDMA系统中多个用户共享同一频带，所以来自其它用户的信号会干扰该用户的信号，从而使用户的通信质量下降。此外，当接近基站的第一移动站和远离基站的第二移动站同时进行通信时，基站所接收的第一移动站发射信号的功率较高，而所接收的第二移动站发射信号的功率则较低。
这样，远-近问题会导致在基站的远端移动站间通信中信号质量由于靠近基站的移动站的干扰而大大下降。为此，发射功率控制被作为克服远近问题的技术进行研究。实现发射功率控制是通过控制发射功率使接收站的接收功率或由接收功率得到的SIR(信号-干扰功率比)保持恒定，不依赖于移动站的位置，从而在整个业务地区提供一致的信号质量。具体地说，在反向(移动站到基站)信道中，要进行各移动站的发射功率控制以使移动站发射而且由基站接收的信号的接收功率电平或与接收功率电平有关的SIR在基站保持恒定。
特别是，在CDMA系统中，将来自其它用户的干扰看作白噪声，等效噪声功率随用户数目的增加而增加，因此以单元中用户数目表示的容量根据可保持预定信道质量的接收的SIR来确定。
另一方面，在前向(由基站到移动站)信道中，由于预期信道信号通过与引起干扰的其它用户信号同样的传播通路传送、并经受与干扰波同样的波动(其中波动包括长期的、短期的、和瞬时的波动)，所以接收SIR保持恒定。因此，当仅处理同一单元中的干扰时不需要进行发射功率控制。
然而，将干扰作为白噪声处理CDMA系统必须考虑来自其它单元的干扰，因为其与邻近单元共享相同的频带。尽管来自其它单元的干扰功率由于瑞到衰落而象同一单元中的干扰功率一样具有瞬时波动的形式，但其波动与有用信号的波动不同。根据TIA(电信工业协会)的CDMA系统标准，除了当基站的帧差错率超过了一预定的阈值电平(这种情况下增加基站到移动站的发射功率)时以外，基本上不进行前向发射功率控制。这是因为大幅度的发射功率变化将增加对其它单元的干扰。然而，其它单元的基站发射的信号对所要的信号就成为瞬时波动的干扰，而这种常规系统不能跟该瞬时波动。
作为可跟踪瞬时波动的常规发射功率控制方法，基于采用发射功率控制位的闭环控制的发射功率控制方法为人熟知。
图1A和1B给出基于闭环控制的发射功率控制方法的例子。如图1A和1B所示，当移动站与单元内的基站进行通信时，移动站测量基站发出的有用信号的接收功率，并根据测量结果确定控制基站发射功率的发射功率控制位(步骤S1-S4)。移动站将发射功率控制位插入欲发射信号，并将其发射给基站。基站接收移动站发射的信号，抽取发射功率控制位，并按发射功率控制位确定其发射功率(步骤S5和S6)。
类似地，基站测量移动站发出的有用信号的接收功率，并根据测量结果确定控制移动站发射功率的发射功率控制位(步骤S11-S14)。然后，基站将发射功率控制位插入欲发射的信号，并将其发射给移动站。移动站接收基站发射的信号，抽取发射功率控制位，并按照发射功率控制位确定其发射功率(步骤S15和S16)。
根据上面参考图1A和1B描述的常规闭环发射功率控制方法，发射功率控制位的插入间隔必须比多普勒波动周期(1/多普勒频率)短以消除由瑞利衰落引起的瞬时波动。例如，当以60km/h-70km/h移动的移动站作用2GH频带的载波时，多普勒频率约为200HZ。因此，发射功率控制位必须以每几毫秒的间隔插入一帧中。
另一方面，考虑到帧效率(发射效率)，每个发射功率控制的发射功率控制位数限于1-2位。而且，通常将控制量设置得很小以实现高精度发射功率控制。因而，常规系统不能跟随接收功率突然变化。特别是，由于城市地区有许多高层建筑，移动站的传播通路可能突然从一高层建筑的阴影区转到一片开阔区，反之亦然。这种情况下，基站接收的信号电平的变化将超过30dB。
在通常如上所述进行反向发射功率控制的情况下，各移动站发射的信号的基站接收功率(或SIR)成为常数，因而可达到一致的接收质量。
然而，当移动站突然移出建筑物的阴影到一片开阔区，移动站发射信号的基站接收功率会突然增加，这包括对其它移动站发射的信号的干扰。在这样的情况下，小控制数量的发射功率控制位不能很快使发射功率减小。这就引起了有对其它用户的大干扰出现和以用户数表示的容量减小的问题。
为此，本发明的第一个目的是提供一种发射功率控制方法，其可在短时间实现大容量发射功率控制而不降低发射效率。
本发明的第二个目的是提供一种采用该控制方法的移动站/基站，其可响应由通信通路的突然变化引起的接收功率或接收SIR的突然变化实现适当功率的发射，通信通路的突然变化在采用CDMA系统的蜂窝移动通信中，移动站从建筑物阴影中出来时会发生。
本发明的第一个方面是提供通过使用从接收站顺次发送到发射站的发射功率控制位控制发射功率的发射功率控制方法，该发射功率控制方法包括步骤。
一种发射功率控制方法，其利用通过无线信道从接收站顺次提供到发射站的发射功率控制位控制发射站的发射功率，其特征在于，所述发射功率控制方法包括步骤：
在所述发射站事先存储所述发射站发射功率的控制量，控制量根据连续接收相同值的所述发射功率控制位的次数预定；
从所述接收站向所述发射站顺次提供所述发射功率控制位；
在所述发射站检测所述接收站提供的相同值的功率控制位的连续接收次数；和
在所述发射站根据所存储的与连续接收的相同值的所述发射功率控制位的次数有关的控制量控制所述发射功率。
当发射功率控制位的值为指示发射功率减量的“0”时，可根据连续接收次数预定控制量，而当发射功率控制位为指示发射功率增量的“1”时，控制量固定。
当发射功率控制位“0”的连续接收次数分别为2、3、4、5或更多时，控制量可为-1dB、-3dB、-4dB和-5dB。
本发明的第二方面是提供通过利用由接收站顺次发送到发射站的发射功率控制位控制发射站发射功率的移动站/基站，包括：
一种移动站，通过无线信道与基站机联，其特征在于包括
一个接收机，用于来自所述基站的无线信号，并对该无线信号解调，以获得一个包含发射功率控制位的信号；
一个发射机，用于向所述的基站发射无线信号，所述的发射机一个用来调节发射功率的发射功率调节装置；
一个天线电路，用于将来自所述发机的无线信号发射到所述的基站，和/或从所述基站接收无线信号并提供到所述的接收机；
一个发射功率控制位的抽取器，用于从所述接收机解调的信号中抽取所述的发射功率控制位；
一个连续次数计数器，用于对由所述发射功率控制位抽取器抽取的发射功率控制位的相同值的连续接收的次数计数；
一个存储器，用于存储发射功率控制位的相同值的连续接收的次数和与之相对应的发射功率控制量之间的关系；以及
一个发射功率控制器，用于将所述连续次数计数器检测的发射功率控制位的相同值的连续接收的次数输入到所述的存储器，读出所述存储器的对应值，将所述的对应的发射功率控制量提供到所述的发射功率调节装置；
其中所述的发射功率调节装置根据从所述发射功率控制器提供的发射功率控制量控制所述的发射功率。
当发射功率控制位的值为指示发射功率的减量的“0”时，可按照连续接收次数预定控制量，而当发射功率控制位的值为指示发射功率增量的“1”时，控制量固定。
当发射功率控制位“0”的连续接收次数为2、3、4、5或更多时，控制量可以分别是-1dB、-3dB、-4dB和-5dB。
根据本发明所述，当相同值的发射功率控制位被连续接收到时，足以断定对方的接收功率有较大变化。这种情况下，根据发射功率的控制量(其根据连续接收间隔中发射功率控制位相同值的连续接收次数确定)进行发射功率控制。于是，发射功率的增量或减量随边续接收的时间而增加，这使得跟随通信通路中的突然变化成为可能。
本发明以上及其它的目的、作用、特色和优点从下面结合附图对其实施例所作的描述中更加清楚地看到。
图1A和1B是说明常规发射功率控制方法的原理的流程图；
图2A和2B是说明根据本发明所述的发射功率控制方法原理的流程图；
图3是说明在连续接收发射功率控制位的相同值的过程中发射功率的控制量的曲线图；
图4A和4B是说明根据本发明所述的通信系统实施例的框图。
现在将参考附图描述本发明。
图2A和2B用流程图的形式说明本发明的工作原理和控制程序。
首先，参考图2A和2B描述前向发射功率控制。当单元中移动站与基站通信时，移动站测量接收SIR，并将测量结果与一预定阀值即与基准SIR相比(步骤S21-S23)。如果测量结果大于基准SIR，移动站就发送命令基站减小发射功率的发射功率控制位。反过来，如果测量结果小于基准SIR，移动站就发送命令基站增大其发射功率的发射功率控制位(步骤S24)。发射功率控制位被插入反向帧中，并被发射给基站。
基站接收移动站发射的信号，将信号去扩展并解调，从信号序列中抽取发射功率控制位(步骤S25)，并根据发射功率控制位的命令确定发射功率(步骤S24，见表1)。如果连续收到发射功率控制位的相同值(步骤S26的“是”)，就根据发射功率控制量(见表2)进行发射功率控制，发射功率控制量根据发射功率控制位相同值的连续接收次数预定(步骤S28)。
                                                      表1
    发射功率控制位     发射功率控制量
    0     -1dB
    1     +1dB
                                                      表2
    “0”位的连续次数     发射功率控制量
    2     -1dB
    3     -3dB
    4     -4dB
    5     -5dB
“1”代表+1dB，不依赖连续位的数目
接下来描述反向发射功率控制。基站测量接收SIR，并根据测量结果确定控制移动站发射功率的发射功率控制位(步骤S31-S34)。然后，基站将发射功率控制位插入所发射信号，并将其发送到移动站。移动站接收基站发射的信号，将信号去扩展和解调，从信号序列中抽取发射功率控制位(步骤S35)，并根据发射功率控制位的命令确定发射功率(步骤S37，见表1)。如果连续收到相同值的发射功率控制位，就根据发射功率控制量进行发射功率控制，控制量根据发射功率控制位相同值的接收次数预定(见表2)。
于是，本实施例中发射功率控制位由一位构成，通常的发射功率控制量根据表1确定。然而，当连续收到发射功率控制位的相同值时，发射功率控制量的变化如表2所示。
例如，当收到如在图3顶端所示的发射功率控制位串时，按该图所示进行发射功率控制。这种情况下，即使连续收到发射功率控制位“1”，也进行通常的发射功率控制。发射功率控制位串最后一部分连续的“0”将在3连续位处提供-3dB，在4连续位处提供-4dB、在5连续位处提供-5dB、在6连续位处提供-5dB的控制。这样，发射功率在短时间显著减小。
因而，当移动站突然从建筑物的阴影出来，接收功率很快增加时，发射功率在六个发射功率控制周期中减小19dB。这使得跟随通信通路中的突然变化成为可能。
图4A和4B是说明根据本发明所述的扩频通信系统实施例的框图。图4A和4B中，参考数字10代表天线，11代表双工器，12代表RF接收机，13代表去扩展器，14代表解调器，15代表发射功率控制位抽取器，16代表发射功率控制器，17代表有用电波接收功率检测器，18代表干扰电波接收功率检测器，19代表SIR计算器，20代表发射功率控制位确定部分，21代表信号发生器，22代表调制器，23代表扩频器，24代表RF发射机。
下面，假定图4A和4B的系统是一移动站，对实施例的操作进行描述。基准发射的扩频信号由天线10接收。接收信号通过双工器11输入到RF接收机12。在RF接收机12中，接收信号通过带通滤波器以除去通带外的成分，然后由放大器放大，再被本机机振荡器产生的本机信号减频成中频(IF)信号。IF信号通过带通滤波器，其电平被自动增益控制电路(AGC)校正到适当的信号电平。AGC的输出经受伪相关检测，并变频成基带信号。基带信号通过低通滤波器，经过模数(A/D)转换，输出成数字信号。
RF接收机12输出的数字信号由去扩展器13去扩展，输出成窄带调制信号。该调制信号由解调器14解调。解调信号被提供给从解调信号中抽出发射功率控制位的发射功率控制位抽取器15。发射功率控制器16装有在抽取的发射功率控制位与前一个相等时通过计数其值来计连续的次数的连续次数计数器16A。于是，连续的相同发射功率控制位的数目被检测到。此外，发射功率控制器16确定与发射功率控制位的值和它们连续的次数有关的发射功率控制量(如表2所示)，并将控制信息提供给RF发射机24。与表1和2对应的控制表存放在发射功率控制器16的ROM中。
另一方面，去扩展器13中的有用电波接收功率检测器17和干扰电波接收功率检测器18分别检测有用电波的接收功率和干扰电波接收功率，由此SIR计算器19得到接收SIR。发射功率控制位确定部分20将接收SIR与预定基准SIR相比，产生命令基站发射功率在接收SIR小于基准SIR时增加、或在接收SIR大于基准SIR时减小的控制位，并将控制位提供给信号发生器21。
信号发生器21形成包括发射功率控制位确定部分20提供的发射功率控制位的欲发射帧，并将其提供给调制器22。要发射的信号由调制器22调制，由扩频器23扩频，再提供给RF发射机。由RF发射机24变频到RF频宽的发射信号以基于发射功率控制器16输出的控制信号的发射功率被发射。
虽然假定图4A和4B的系统是移动站，但是该系统也可是以相似的方式工作的基站。
以上就一实施例对本发明作为详细描述，本领域的那些技术人员从前面应该清楚地看到，可以进行变化和修改而在其广泛意义上没有脱离本发明，因而所附权利要求试图覆盖所有这种符合本发明实质精神的变化和修改。

Claims (11)

1．一种发射功率控制方法，其利用通过无线信道从接收站顺次提供到发射站的发射功率控制位控制发射站的发射功率，其特征在于，所述发射功率控制方法包括步骤：
在所述发射站事先存储所述发射站发射功率的控制量，控制量根据连续接收相同值的所述发射功率控制位的次数预定；
从所述接收站向所述发射站顺次提供所述发射功率控制位；
在所述发射站检测所述接收站提供的相同值的功率控制位的连续接收次数；和
在所述发射站根据所存储的与连续接收的相同值的所述发射功率控制位的次数有关的控制量控制所述发射功率。
2．根据权利要求1所述的发射功率控制方法，其特征在还包括下述步骤：
在所述接收站检测有用电波的接收功率；
在所述接收站检测干扰电波的接收功率；
在所述接收站计算所述有用电波的接收功率对所述干扰电波的接收功率的接收SIR(信号-干扰比)；和
在所述接收站确定所述发射功率控制位使得所述接收SIR等于预定的基准SIR。
3．根据权利要求1所述的发射功率控制方法，其特片在于当所述发射功率控制位的值为指示所述发射功率减量的“0”时，根据所述连续接收次数预定所述控制量，当所述发射功率控制位的值为指示所述发射功率增量的“1”时，所述控制量固定。
4．根据权利要求3所述的发射功率控制方法，其特征在当所述发射功率控制位为“0”的连续接收次数为2,3,4,5或更多时，所述控制量分别为-1dB、-3dB、-4dB/和-5dB。
5．一种移动站，通过无线信道与基站相联，其特征在于包括
一个接收机，用于来自所述基站的无线信号，并对该无线信号解调，以获得一个包含发射功率控制位的信号；
一个发射机，用于向所述的基站发射无线信号，所述的发射机一个用来调节发射功率的发射功率调节装置；
一个天线电路，用于将来自所述发机的无线信号发射到所述的基站，和/或从所述基站接收无线信号并提供到所述的接收机；
一个发射功率控制位的抽取器，用于从所述接收机解调的信号中抽取所述的发射功率控制位；
一个连续次数计数器，用于对由所述发射功率控制位抽取器抽取的发射功率控制位的相同值的连续接收的次数计数；
一个存储器，用于存储发射功率控制位的相同值的连续接收的次数和与之相对应的发射功率控制量之间的关系；以及
一个发射功率控制器，用于将所述连续次数计数器检测的发射功率控制位的相同值的连续接收的次数输入到所述的存储器，读出所述存储器的对应值，将所述的对应的发射功率控制量提供到所述的发射功率调节装置；
其中所述的发射功率调节装置根据从所述发射功率控制器提供的发射功率控制量控制所述的发射功率。
6．向权利要求5所述的移动站发射所述的发射功率控制位的基站，其特征在于包括：
有用波接收功率检测器，用于检测由所述基站发射的有用无线信号的接收的发射功率；
干扰波接收功率检测器，用于检测由所述基站发射的除有用无线信号以外的干扰的发射功率；
一个SIR(信号-干扰比)计算器，用于计算由所述有用波接收功率检测器检测的发射功率和干扰波接收功率检测器检测的发射功率的比值；
一个存储器，用于存储基准SIR，作为预定SIR的基准值；以及
一个发射功率控制位确定部分，用于确定所述的发射功率控制位的值，当SIR计算器计算的SIR大于所述的SIR时，降低所述的发射功率，当计算的SIR小于所述的SIR时，增加所述的发射功率。
7．根据权利要求5所述的移动站，其特征在于包括：
有用波接收功率检测器，用于检测由所述移动站发射的有用无线信号的接收的发射功率；
干扰波接收功率检测器，用于检测由所述移动站发射的除有用无线信号以外的干扰的发射功率；
一个SIR(信号-干扰比)计算器，用于计算由所述有用波接收功率检测器检测的发射功率和干扰波接收功率检测器检测的发射功率的比值；一个存储器，用于存储基准SIR，作为预定SIR的基准；以及
一个发射功率控制位确定部分，用于确定所述的发射功率控制位的值，当SIR计算器计算的SIR大于所述的SIR时，降低所述的发射功率，当计算的SIR小于所述的SIR时，增加所述的发射功率。
8．根据权利要求5或7所述的移动站，其特征在于所述的控制量在所述发射功率控制位的值为指示所述发射功率减量的“0”时，根据所述的连接接收次数预定，而当所述发射功率控制位的值为指示所述发射功率增量的“1”时，所述控制量固定。
9．根据权利要求6所述的基站，其特征在于所述的控制量在所述发射功率控制位的值为指示所述发射功率减量的“0”时，根据所述的连接接收次数预定，而当所述发射功率控制位的值为指示所述发射功率增量的“1”时，所述控制量固定。
10．根据权利要求8所述的移动站，其特征在于当所述的发射功率控制位“0”的连续接收次数为2,3,4,5或更多时，所述控制量分别为-1dB、-3dB、-4dB和-5dB。
11．根据权利要求9所述的基站，其特征在于当所述的发射功率控制位“0”的连续接收次数为2,3,4,5或更多时，所述控制量分别为-1dB、-3dB、-4dB和-5dB。
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