CN1126929A - 发射功率控制方法和发射功率控制设备 - Google Patents

Abstract

CDMA系统移动站发射功率控制方法主要利用允许高精度功率控制的闭环控制来控制移动站发射功率。当移动站信号在基站的接收功率突然增加时，移动站的发射功率必须快速下降以防止对其它站的干扰，移动站测量基站的有用信号的每个发射功率控制周期的接收功率平均值，并检测当前平均值和以前的差值。如果差值超出基准功率差值，发射功率通过开环发射功率控制来设置，以快速减小移动站发射功率，反之则根据基站发送的发射功率控制位确定。

Description

发射功率控制方法和发射功率控制设备

本发明涉及发射功率控制方法和使用该方法的发射功率控制设备。具体地说涉及在移动通信中利用扩频技术执行多路存取的码分多址(CDMA)系统中移动站的发射功率控制方法和应用该方法的发射功率控制设备。

众所周知，CDMA系统分为两类，直接序列(DS)系统，其利用高速扩展码扩展常规调制的信号；跳频(FH)系统，其将一个符号分解成叫作信段(Chip)的单元，并将每个信段以高速转换成具有不同中心频率的信号。由于在本技术状态下FH系统难于实现，通常使用DS系统。扩频无线电系统不同于用于卫星数据网如SCPC/FDMA(每载波单通道/频分多址)系统或TDMA(时分多址)系统的常用通信系统，扩频无线电系统在发射方发射用普通调制进行调制后的信号，然后利用扩展码进行二次调制以加宽其信号带宽。在接收方则相反，宽带接收信号被去扩展以恢复窄带信号，然后进行常规解调处理。去扩展通过对接收信号的扩频序列和在接收站产生的扩展码序列之间检测相关性来进行，特别是对于信道。在一个单元中代表用户数目的容量由用于实现所要求的误码率所需的SIR(信号—干扰比)确定，因为CDMA系统对用户使用相同频带。

将CDMA系统应用于移动通信存在一个问题，即基站从各个移动站接收的信号电平随移动站的位置变化而显著变化，这就产生了“远—近”问题，大功率信号掩盖了小功率信号，因此减少了在同一时间可通信移动站的数目。换句话说，在CDMA系统中通信质量被其它通信站的信号降低。因为许多通信站共用相同频带，其它通信站的信号就成为干扰。

图1表示在反向信道中(从移动站到基站)由于其它移动站引起的干扰状态。当与基站较近的移动站MS1与基站BS1通信，同时基站BS1又与较远的移动站MS2和MS3通信时，基站BS1从较近的移动站MS1接收的功率将大于从较远移动站MS2和MS3接收的功率。结果由于较近移动站MS1的干扰，使较远移动站MS2和MS3与基站BS1的通信变差。

为克服这种远—近问题，引入了发射功率控制。发射功率控制在接收站调整接收功率或由接收功率确定的SIR，使无论移动站位置如何，接收功率或SIR保持不变，从而在服务区域实现相同的通信质量。这样来自其它通信单元的信号功率就成为干扰，因此控制发射功率防止其它通信单元的信号功率大于想要信道的发射功率是很重要的。

详细地说，考虑反向通道，每个移动站必须控制其发射功率使得在基站的接收功率为恒定。在干扰功率被认为是白噪声的CDMA系统中，发射功率误差是确定以单元中用户数目表示的容量时最重要的因素。例如，1dB的发射功率误差将减少30％使以用户数目表示的容量。由于FDD(频分双工)系统通常用来实现双向通信，反向信道和正向通道(从基站到移动站)被频分，即发射载波频率和接收载波频率彼此不一样。这样，闭环发射功率控制被通常用于FDD系统中。

图2表示根据热噪声电平确定移动站发射功率的方法。在图2中，字符S表示在基站的希望接收信号功率，I表示基站的干扰功率，Imax表示在基站的最大允许干扰功率，其干扰功率依赖于系统，SNR表示在基站的希望接收信号功率S与热噪声功率N间的比值，在基站，移动站发射功率控制如下述执行：

(1)基站预先设置一个用来实现移动站信号的满意的接收质量的希望接收的信号电平；

(2)基站测量移动站发射的实际接收信号电平；

(3)基站判断移动站信号的实际接收信号电平是否大于或小于希望接收信号电平；

(4)基站根据判断结果周期性地将一个发射功率控制位插入到正向信号帧中。发射功率控制位控制移动站发射功率的增加或减小。

该闭环发射功率控制使得实现误差在几个dB内的高精度发射功率控制成为可能。

另一方面，开环发射功率控制如下述执行：首先，测量基站发射的信号电平；然后，当在移动站接收信号电平大时，减小从移动站发射到基站的信号功率，反之亦然。

虽然闭环发射功率控制比开环发射功率控制精确，但闭环控制存在一个时间延迟。这是因为基站测量移动站的接收信号电平，估计几个发射功率控制间隔之后的移动站发射功率，然后利用正向发射功率控制位设置移动站发射功率。这样当发射特性发生突然改变时，由于闭环控制中存在时间延迟，适当的发射功率控制将较困难。

另外，为了吸收由瑞利衰落引起的瞬时波动，发射功率控制位必须以高于多普勒频率的速度插入各帧中。例如，假设通信利用2GHz频带的载波进行，移动站以60—70km/h移动，多普勒频率大约为200Hz，接收电平将在对应于该频率的间隔处波动。因此，发射功率控制位必须以每几个毫秒的周期插入帧中。考虑帧效率，每发射功率控制的发射功率控制位数目必须限制在1到2个。因此，用该位数的数目不能实现发射功率的快速变化。

另外，由于市区内有许多高层建筑，移动站的传播路径可能突然从高层建筑的阴影中移动到片开阔区，反之亦然。在这种情况下，在基站的接收信号电平的变化可大于30dB。只要反向发射功率控制如上述正常进行，基站的从各个移动站发射的信号的接收功率就恒定，因而得到一致接收质量。然而当移动站突然从高层建筑的阴影中移动到一片开阔区时，基站对从移动站发射的信号的接收功率突然增加，这对其它移动站发射的信号带来很大干扰。

图3表示在基站接收信号电平改变的例子。在这种情况下，闭环发射功率控制不能快速降低发射功率，因为闭环控制涉及某一时间常数的延迟。这带来一个问题，即对其他用户产生了很大干扰。

如上所述，由于要求高精度功率控制，在常规CDMA系统中移动站反向发射功率控制通常采用闭环发射功率控制。然而闭环发射功率控制在反馈环中包含有较大时间常数的延迟，因此它不能实现发射功率的快速改变。

另外，由于市区内有许多高层建筑，移动站的传播路径可能突然从高层建筑的阴影移到一片开阔区，或者相反。在这种情况下，基站的接收信号电平将有很大变化。详细地说，当移动站突然从建筑物的阴影移出到一片开阔区时，基站对移动站发射信号功率的接收功率突然增加，这带来一个严重问题，即它对其它移动站发射的信号带来很大干扰。

考虑到这些，本发明的第一个目标是提供一个发射功率控制方法和采用同样方法的发射功率控制设备用于CDMA系统中的移动站，其利用闭环控制主要以高精度控制移动站发射功率，并利用开环控制通过根据附近建筑物的情况实现移动站发射功率快速下降，在反向发射功率控制中防止对其他移动站的干扰。

在本发明的第一个方面中，为CDMA(码分多址)系统提供了一个发射功率控制方法，其根据从基站发送到移动站的发射功率控制位控制移动站的发射功率，该方法包括以下几步：

在移动站测量从基站发送的信号的每发射功率控制周期的平均接收功率；

在移动站检测前几次发射功率控制周期中的一次和当前发射功率控制周期间平均接收功率的功率差值；

在移动站判断功率差值是否超出预定基准功率差值；

在移动站当功率差值超出预定基准功率差值时，根据功率差值设置移动站发射功率，当功率差值低于预定基准功率差值时，根据发射功率控制位设置移动站发射功率。

发射功率控制方法还包括以下几步：

在基站，计算移动站发送的有用信号的接收功率与其它移动站的干扰功率及热噪声功率的和之间的SIR(信号—干扰比)；

判断SIR是否大于为满足预定发射质量而预先确定的基准值；和

根据上一步判断结果，周期性将发射功率控制位插入到正向(从基站到移动站)帧中。

在本发明第二方面中，为CDMA(码分多址)系统提供了一个发射功率控制设备，其根据基站发送给移动站的发射功率控制位，控制移动站发射功率，该设备包括：

测量装置，用于在移动站测量基站发射的信号在每发射功率控制周期的平均接收功率；

检测装置，用于在移动站检测前几次发射功率控制周期之一和当前发射功率控制周期间平均接收功率的功率差值；

判断装置，用于在移动站判断功率差值是否超出预定的基准功率差值；

设置装置，用于在移动站当功率差值超出预定基准功率差值时，根据功率差值设置移动站发射功率，当功率差值低于预定基准功率差值时，根据发射功率控制位设置移动站发射功率；

发射功率控制设备还包括：

计算装置，用于在基站计算移动站发送的有用信号的接收功率与其它移动站的干扰功率及热噪声功率之和间的SIR(信号—干扰比)；

判断装置，用于判断SIR是否大于为满足预定发射质量而定的基准值；和

插入装置，用于根据上步判断结果，周期性将发射功率控制位插入到正向(从基站到移动站)帧中。

根据本发明，发射功率控制是根据移动站中有用接收信号电平的改变而将闭环控制切换到开环控制或相反而实现的。具体地说，本发明利用闭环控制以高精度控制移动站发射功率，并当移动站的接收信号功率增加很大时，根据周围建筑情况快速降低移动站发送功率，从而实现反向发送功率控制以防止干扰其它移动站。

本发明上述和其它目标、影响、特点和优点从下面的实施例描述和附图中可以更为清楚。

图1是说明在常规系统的反向信道中，来自其它移动站相互干扰的示图；

图2是参照热噪声电平说明常规发射功率控制方法；

图3是表示在进行反向链路发射功率控制时，基站接收信号电平的变化；

图4是表示根据本发明的功率控制方法流程图；

图5是表示根据本发明进行功率控制方法的示图；

图6是表示根据本发明的闭环发射功率控制原理图；

图7A和图7B是表示根据本发明的CDMA系统的移动站的一个实施例框图。

现在将参照附图描述本发明。

图4是表示根据本发明的发射功率控制的流程图。在步骤S1基站200计算从一方移动站100接收的有用信号功率S和来自其它移动站的干扰信号与热噪声功率N之和的SIR(信号—干扰比)S/(I＋N)。然后，基站将接收的SIR与为满足预期发射质量所需的预定的基准值SIR比较，并判断接收的SIR是否大于基准SIR。然后，基站根据判断结果周期性将发射功率控制位插入到正向(从基站到移动站)帧中的信息位中(步骤S2)。

图5表示根据本发明的移动站发射功率控制方法的操作原理。在本图中，S表示在基站的有用接收信号的功率，I表示基站干扰功率，SIR是有用接收信号功率S与干扰功率I的比值。本发明根据在移动站100中有用接收信号功率的变化时分地进行闭环控制和开环控制。

移动站100顺序测量基站200发射的有用信号在每发射功率控制周期的平均接收功率。然后，移动站100计算当前发射功率控制周期内有用信号的平均接收功率，和一次或多次以前的发射功率控制周期内的有用信号平均接收功率，然后计算两者的差值ΔRSSI。如果平均功率差值ΔRSSI低于预定基准功率差值ΔPth(步骤S3)，则移动站根据从正向帧中提取的发射功率控制位在步骤S4计算其发射功率P_T。这样，移动站发射功率在步骤4中由闭环发射功率控制来设置。

相反，如果平均功率差值ΔRSSI超过基准功率差值ΔPth，对于移动站从建筑物的阴影移出到一片开阔区的假设，移动站则快速降低其发射功率。具体地，移动站根据当前发射功率控制周期和以前的发射功率控制周期之一间的功率差ΔRSSI，在步骤5计算发射功率P_T。

参照图5这将会描述的更为详细。如图5所示，当移动站移出建筑物的阴影到一片开阔区时，基站的有用接收信号功率S突然增加。这是由于移动站以在阴影状态下调整的发射功率发射到基站，因此当移动站进入开阔地区时，基站的接收功率增加到一个较大值。相比之下，来自其它移动站的干扰功率大体不变。这导致了对其它移动台干扰的增加。为避免这个问题，本发明试图在步骤S5，S6和S8利用开环控制在短时间内校正干扰。

在步骤S6，移动站检验以判断在步骤S4和S5计算的发射功率P_T是否超过预定的最大允许发射功率Pmax。如果P_T不超过Pmax，移动站在步骤S7以发射功率P_T进行发射，然而如果P_T超过Pmax，其在步骤S8以最大允许发射功率Pmax进行发射。

在本发明中，闭环控制和开环控制间的关系将详细描述。当移动站的有用接收信号功率的改变ΔRSSI小于基准功率差ΔPt时，移动站执行如图6所示的闭环发射功率控制。

在图6中，发射功率控制按如下进行：(括号中的数字对应于图6中的数字)

〔1〕基站测量有用接收功率电平，并计算其SIR。

〔2〕基站通过比较测量的SIR和预定的基准SIR值估计两个发射功率控制周期之后的发射功率。

〔3〕基站产生一个发射功率控制位，其命令移动站发射功率的增加或减少，并将它周期性地插入正向帧中。插入周期的确定使得功率控制能跟随与多普勒频率有关的瞬时波动。

〔4〕移动站对包含在从基站发出的正向帧中的反向链路发射功率控制位进行解码。

〔5〕移动站以包含在正向帧中的反向链路发射功率控制位所命令的发射功率发射信号。

关于有用接收信号功率ΔRSSI的变化的基准功率差ΔPth按如下设置：首先，估计闭环控制中一或两帧期间发射功率位或多个位能提供的移动站发射功率减量的最大值；然后，比最大值大的一个值被设置为基准功率差值ΔPth，一般假定为30—50dB。

这样，本发明能实现高精度控制，因为它主要进行了闭环发射功率控制。另外，因为当移动站接收信号功率由于移动站周围传播状态而突然增加时，闭环控制就切换到开环控制，根据移动站中有用接收信号功率的变化ΔRSSI确定发射功率P_T，所以移动站发射功率可在很短时间内下降。

图7A和7B是表示根据本发明的CDMA移动站100的实施例框图。基站200具有相同的结构，但没有有用接收功率变化检测器118。

移动站100被粗分为一个接收块102—126和一个发射块130—140。

首先介绍接收块。接收块包括一个下变频器102，用于将射频(RF)接收信号转换为中频(IF)信号；从基站200发射，被移动站100接收的正向信号经过RF下变频器102，自动增益控制(AGC)放大器104，和正交检波器106，输入到去扩展器108。去扩展器108包括匹配滤波器或滑动相关器，并对由PN(伪噪声)码扩展的信号去扩展。去扩展器108的输出信号提供给RAKE组合器和解调器110，及定时发生器114，有用信号功率检测器116和干扰功率检测器122。

RAKE组合器和解调器110对信号进行解调(诸如对经过沃尔什变换的信号进行反变换)，并利用最大比值组合组合信号的各个信段。帧分离器112从如此组合的正向信号的符号顺序中提取发射功率控制位。定时发生器通过检测包括在正向帧中的控制信号产生用以同步的定时信号，并将定时信号反馈到希望信号功率检测器116和干扰功率检测器122。希望信号功率检测器116检测从基站200预计接收的信号功率电平，并执行图4中前述步骤S1和S3的部分处理。要求信号接收电平发送到要求信号接收功率变化检测器118和接收的SIR计算器124。

有用信号接收功率变化检测器118根据有用信号接收电平执行前述图4中步骤3的计算和判断，判断结果馈到发射功率判断部分120。发射功率判断部分120从检测器118接收判断结果，从帧分离器112接收发射功率控制位，执行图4中的S4—S8的处理，并将由该处理过程得到的发射功率值提供给功率放大器140。

与此相关，基站200执行如下的闭环功率控制：首先，基站200的发射功率判断部分120基于帧分离器112提供的发射功率控制位计算发射功率P_T，然后当P_T超过Pmax时输出上限功率Pmax，当P_T小于Pmax时输出P_T。

与上述处理同时，基站200执行步骤S1和S2。首先，基站200的干扰功率检测器122与接收SIR计算器124一起执行图4中的步骤S1的处理。接收SIR计算器124的计算结果发送到基站200的控制位判断部分126，执行图4中步骤S2的处理。由控制位判断部分126确定的发射功率控制位馈到帧发生器130，将发射功率控制位插入将发射到移动站100的帧。与步骤S1和S2类似的处理也在移动站100中进行。

下面介绍移动站100的发射框图。帧发生器130接收发射功率控制位、信息数据、导频数据等等，并产生一个如图6所示的反向帧(从移动站100发送到基站200的帧)。该帧馈入扩展器132，其利用扩展码发生器134产生的PN码扩展对输入信号进行频谱扩展。由扩展器132扩展的信号经过调制器136的正交调制，通过RF上变频器138输入到功率放大器140。功率放大器140放大输入信号到发射功率判断部分确定的发射功率P_T或Pmax，并发射之。

虽然发射功率由移动站100的RF部分的功率放大器40控制，但它在基站200利用电流控制将其控制在基带内。这是由于基站200在基带组合多个信道，并同时放大它们。

参照实施例详细说明了本发明，显然对本技术领域的技术人员来说，在不超出本发明更广泛方面的情况下可以进行改变和修正。因此，在附加权利要求中，意在覆盖了在本发明真正精髓中的所有的改变和修正。

Claims (4)

1.一种用于CDMA(码分多址)系统的发射功率控制方法，其根据基站发送到移动站的发射功率控制位控制移动站发射功率所述方法包括步骤：

在移动站测量从基站发送信号的每个发射功率控制周期的平均接收功率；

在移动站检测以前的发射功率控制周期之一和当前发射功率控制周期间平均接收功率的功率差值；

在移动站判断所述功率差值是否超出预定的基准功率差值；

在移动站当所述功率差值超出所述预定基准功率差值时，根据所述功率差值设置移动站发射功率；当所述功率差值低于所述预定基准功率差值时，根据发射功率控制位设置移动站发射功率。

2.如权利要求1所述的发射功率控制方法，还包括下列步骤：

在基站计算移动站发送的有用信号接收功率与其它移动站的干扰功率及热噪声功率的和之间的SIR(信号—干扰比)；

判断所述SIR是否大于为满足预定发射质量而预定的基准值；和

根据上一步的判断结果，周期性地将发射功率控制位插入到正向帧(从其站到移动站)中。

3.用于CDMA(码分多址)系统的发射功率控制设备，其根据从基站发送给移动站的发射功率控制位，控制移动站的发射功率，所述设备包括：

测量装置，用于在移动站测量基站发送的信号的每个发射功率控制周期的平均接收功率；

检测装置，用于在移动站检测以前的发射功率控制周期之一和当前的发射功率控制周期间平均接收功率的功率差值；

判断装置，用于在移动站判断所述功率差值是否超出预定基准功率差值；

设置装置，用于在移动站当所述功率差值超出所述预定基准功率差值时，根据所述功率差值设置移动站发射功率；当所述功率差值低于预定基准功率差值时，根据发射功率控制位设置移动站发射功率。

4.如权利要求3所述的发射功率控制装置还包括：

计算装置，用于在基站计算移动站发送的有用信号接收功率与其它移动站的干扰功率及热噪声功率之和之间的SIR(信号—干扰比)；

判断装置，用于判断SIR是否大于为满足预定发射质量而定的基准值；和

插入装置，用于根据上步判断结果，周期性地将发射功率控制位插入到正向(从基站到移动站)帧中。

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