CN1214819A - 可变数据速率移动cdma通信系统中的快速功率控制 - Google Patents

可变数据速率移动cdma通信系统中的快速功率控制 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种控制移动通信系统中的发射功率的方法和装置。所揭示的方法提供了一种用于可变速率发射的闭环功率控制方法。发射功率按照被发射的数据帧的速率变化。速率之间的发射功率可以是固定的差值或是可变的差值。

Description

可变数据速率移动CDMA通信系统中的快速功率控制
                         技术背景Ⅰ．发明领域
本发明涉及通信系统。更具体地说，本发明涉及控制移动通信系统中的发射功率的新的、改进的方法和装置。Ⅱ．相关领域的描述
几种在大量系统用户间进行通信的技术中的一种技术是采用码分多址(CDMA)调制技术。人们还知道本领域中其他的多址通信系统技术，如：时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)。然而，与这些用于多址通信系统的调制技术相比，CDMA扩展谱调制技术具有明显的优点。在多址通信系统中采用CDMA技术见转让给本发明受让人的、标题为“采用卫星或地面转发器的扩展谱多址通信系统”的美国专利4,901,307，该专利在此引述供参考。多址通信系统中采用CDMA技术还可参见转让给本发明受让人的、标题为“CDMA蜂窝电话系统中产生信号波形的系统和方法”的美国专利5,103,459，该专利在此引述供参考。
CDMA的本质是一种宽带信号，它通过在宽带宽上对信号能量进行扩展，形成一种形式的频率分集。所以，频率选择衰落仅影响小部分CDMA信号带宽。通过从一个移动用户到两个或更多区站间的同时链路提供多个信号路径，获得空间或路径分集。另外，通过扩展谱处理利用多径环境，对具有不同的传播延迟到达的信号作分别接收和处理，可以获得路径分集。路径分集的例子见标题为“CDMA蜂窝电话系统中提供通信中的软转换的方法和系统”的美国专利5,101,501，和标题为“CDMA蜂窝电话系统中的分集接收机”的美国专利5,109,390，二专利在此引述供参考。
在具有高容量并保持高质量可理解话音的特别优点的数字通信系统中进行话音传输的方法是采用可变速率话音编码。一种特别有用的可变速率话音编码器的方法和装置详见转让给本发明受让人的、标题为“可变速率声码器”的美国专利5,414,796。该专利在此引述供参考。
可变速率话音编码器的使用使得数据帧在所述话音编码以最大速率提供话音数据时具有最大话音数据容量。当一个可变速率话音编码器在小于该最大速率的速率下提供话音数据时，传输帧中还有多于的容量。一种在固定预定大小的传输帧中传送附加数据的方法详见共同待批的美国专利申请08/171,146，其中，用于数据帧的数据源在可变速率下提供数据。上述美国专利申请是转让给本发明的受让人的、申请日为1992年1月16日、标题是“对用于传输的数据进行格式化的方法和装置”的续展美国专利申请07/822,164，该专利申请在此引述供参考。在上述专利申请中，揭示了一种将来自不同信源的、不同类型的数据组合在一个传输数据帧中的方法和装置。
在含有比预定容量小的数据的帧中，通过对传输放大器进行传输选通(gating)从而仅传送帧中含有数据的一部分帧，可以减小功耗。另外，如果按照预定的伪随机过程将数据放入帧内，可以减小通信系统中信息碰撞。一种选通传输并将数据定位在帧中的方法和装置见美国专利申请08/194,823，该专利申请是转让给本发明受让人的、申请日为1992年3月5日、标题为“数据操作错误随机数发生器(Data Burst Randomizer)”的美国专利申请08/194,823的续展申请，该专利申请在此引述供参考。
一种对通信系统中的移动站进行功率控制的有用方法是在基站处监视从移动站接收的信号的功率。基站根据所监视的功率电平，以规定的时间间隔向移动站发送功率控制位。以这样一种方式控制传输功率的方法和装置见转让给本发明受让人的、标题为“控制CDMA蜂窝移动电话系统中的传输功率的方法和装置”的美国专利5,056,109，该专利在此引述供参考。
在用QPSK调制格式提供数据的通信系统中，通过QPSK信号的1分量与Q分量的叉积，可以获得很有用的信息。在知道了两个分量的相对相位以后，就可以大致确定移动站相对于基站的速度。确定QPSK调制通信系统中1分量和Q分量叉积的电路描述见美国专利申请08/343,800，该专利申请是转让给本发明受让人的、申请日为1992年11月24日、标题为“导频载波点积电路”的美国专利申请07/981,043的续展申请，该专利申请在此引述供参考。
另一种连续传输策略是，如果数据速率小于预定的最大值，那么在该帧中重复该数据，从而该数据占据数据帧的全部容量。如果采用这一策略，那么通过减小传送帧的功率，可以在小于预定最大值的速率下，在数据传输期间减小功耗和对其他用户的干扰。这一减小的传输功率由数据流中的冗余度来补偿，并且在固定最大传输功率的范围内是有好处的。
采用连续传输策略控制传输功率时遇到的问题是接收机事前不知道传输速率，因而也不知道应当接收的功率电平。本发明提供了一种控制连续传输通信系统中的传输功率的方法和装置。
                       发明概述
本发明是一种在通信系统中进行闭环传输功率控制的新的和改进的方法和装置。本发明的目的是提供及时的功率控制，这对于在衰落条件下提供稳健通信链路质量是必须的。
在移动通信环境中，传播路径的衰落条件快速变化。这一现象详见前述美国专利5,056,109。通信站必须能够对传播路径中的这些突然变化作出反应。本发明提供了一种对移动通信系统的通信信道的快速变化作出响应的方法和装置。
在码分多址(CDMA)通信系统中，上述方法具有特别的意义，这是因为通过将传输功率减小到保证高质量通信所必须的最小值上，通信系统对其他用户的发射干扰较小，并使得整个系统容量增加。另外，在容量有限的系统中，减小一个用户的发射功率可以使另一用户因为传播路径的差异或者因为该用户在更高的数据速率下进行发射而必须在更高功率电平下进行发射。
另外，应当注意，功率控制技术在典型实施例中是针对扩展谱通信系统来描述的，但是，实际上，这些方法同样适用于其他的通信系统。同时，在从基站到远端站或移动站的传输中，对传输功率的控制的典型实施例也适用于从远端站或移动站到基站的传输中对传输功率的控制。
在该典型实施例中，基站向一移动站发送数据包。移动站接收、解调接收的数据包并对该数据包进行译码。如果移动站判断所接收的数据包不能被可靠地译码，那么它就将通常为‘0’的质量响应功率控制位设置为‘1’，将这一情况通知给基站。基站对此作出响应，增大信号对移动站的发送功率。
在本发明的典型实施例中，当基站增大其发送功率时，它在发送功率方面增加了相当大的一步(step)，这在大多数衰落条件下是很恰当的。接着，只要质量响应功率控制位保持在‘0’，基站在指数衰减速率下降低传输功率电平。在另一种实施例中，基站通过递增信号功率，对来自移动站的附加信号功率的请求作出响应。
在该功率控制系统的一种改进的实施例中，基站将判断该基站报告的差错是否具有随机性，如果具有随机性，基站将立即使发射功率下滑；基站或者判断该差错是否是由真实的衰落条件产生的。基站通过检查移动站发送的功率控制位图形从外推特性中识别随机性的差错。如果移动站发送回基站的功率控制请求信号的图形指示在传播路径中存在一新的衰落条件，那么基站将抑制发射功率的下降。
在一种改进的实施例中，基站检查接收功率控制消息的图形，判断衰落的特征。衰落特征的估算可以用来估计需要进行的功率控制变更。这可以例如使基站中的功率控制具有预测性来实现。
移动站传播路径上已识别的突然变化的一种来源是速度相对于基站位置的变化。即，速度是朝向移动站变化还是远离移动站变化。本实施例中，移动站确定速度相对于基站的变化，并且，如果有必要，设置功率控制位，从基站请求附加功率，以适应速度的变化。
在第一个典型实施例中，移动站配备有运动传感器，该运动传感器可以在车载移动站的情况下，运动传感器会根据来自速度计或转速计的信息运行。随后，移动站按照来自运动传感器的信号产生功率控制信号。
在第二个典型实施例中，移动站会感测从基站接收的信号中的偏移来感测运动。在本典型实施例中，移动站通过测量接收的导频信号中的多卜勒频移，判断相对速度的变化。
本发明还提供了一种控制可变速率传输的发射功率的方法和装置。该方法根据发射速率，在不同的功率电平下传播可变速率的数据帧。本发明中揭示了调整可变速率通信系统中发射功率电平的多种实施方案。
                            附图简述
从结合附图对本发明的详细描述中，可以清楚地了解本发明的特征、目的和优点，图中，相同的标号表示相同的意义。
图1描绘的是典型的移动电话系统；
图2描绘的是本发明的装置；
图3描绘的是闭环功率控制系统中的延迟时间曲线；
图4a-b描绘的是帧差错率随不同速率下归一化位能变化的图。图4a中，移动站是固定的，而图4b中的移动站是运动的；
图5描绘的是用于单环路固定差值结构的控制处理器的典型实施例；
图6描绘的是单环路可变差值结构的控制处理器的典型实施例；
图7描绘的是每一速率一环的多环路结构的控制处理器的典型实施例；
图8描绘的是每一常用速率一环的多环路结构的控制处理器的典型实施例；
图9描绘的是每一速率一环的多环路复合(composite)参考结构的控制处理器的典型实施例；以及
图10描绘的是单环路复合反馈结构的控制处理器的典型实施例。
                      较佳实施例的详细描述
参照图1。图1中描绘的是控制基站4和移动站6之间的发射功率的移动通信系统中的典型结构。信息可以往返于公共交换电话网(PSTN)间提供到系统控制器和交换机2，或者，如果该呼叫是从移动站到移动站的通信，信息可以由另一基站在往返于控制器和交换机2间提供。系统控制器和交换机2接着将数据提供到基站4或者从基站4接收数据。基站4将数据发送到移动站6，并从移动站6接收数据。
在本典型实施例中，在基站4和移动站6之间传送的信号是扩展谱通信信号，其波形的产生详见上述美国专利4,901,307和美国专利5,103,459中的描述。移动站6和基站4之间消息通信的传输链路称为后向链路，而基站4和移动站6之间消息通信的传输链路称为前向链路。本典型实施例中，本发明用来控制基站4的发射功率。然而，本发明功率控制的方法同样适用于控制移动站6的发射功率。
参照图2，基站50和移动站30是以方框图的形式描绘的，图中示出了对本发明的基站50的发射功率提供控制的装置。如果通信链路变坏，则链路质量可以通过增大发射装置的发射功率来改进。在控制基站50的发射功率的典型实施例中，判断基站50的发射功率应当提高的某些方法包括：
(a)前向链路上帧差错的移动站检测；
(b)移动站检测前向链路上的接收功率较低；
(c)移动站到基站范围较大；
(d)移动站位置较差；
(e)移动站速度发生变化；
(f)移动站检测到前向链路导频信道上的接收功率较低；
(g)业务信道或导频信道上每一片元的能量被总的接收功率除：Ec/No较低；以及
(h)译码器度量(decoder metrics)，如码元度量(symbol metrics)较高。
相反，判断基站50的发射功率应当降低的某些方法包括：
(a)移动站对基站的质量响应显示前向链路的帧差错率较低；
(b)移动站检测前向链路上的接收功率较高；
(c)基站到移动站范围较小；
(d)移动站位置较好；
(e)移动站检测前向链路导频信道上的接收功率较高；以及
(f)译码器度量，如码元度量较低。
当基站50检测到需要修改前向链路的发射功率时，控制处理器向发射器(TMTR)64发送一个指定所修改的发射功率的信号。所修改的功率信号可以简单地指示需要增大或降低发射功率，或者可以指示改变信号功率的量，或者可以是一个绝对信号功率电平。根据修改的功率电平信号，发射机64在修改的发射功率电平下提供所有的发射。
应当指出，数据源60可以是信源调制解调器、传真机或话音的数据。数据源60可以是在整个发射期间根据一个个帧改变其传输速率的可变速率源，或者能够仅根据命令改变速率。可变速率声码器的设计和实现详见上述专利申请08/004,484。数据源60的输出由编码器62编码，并输入到话务调制器63进行调制并输入到发射器64。同时，导频调制器65的输入是用于发射的同步导频信号。
发射功率调整的需求可以由上述列举的任何一个条件或者这些条件的组合给出。如果功率控制方法是基于与位置相关的影响(如范围或移动站位置)的，那么就将外部信号(LOCATION，位置)提供到指示位置条件的基站50的控制处理器58。范围条件可以由基站50检测。在另一种实施例中，范围条件可以由移动站30检测，并发射到基站50。根据检测的范围条件，基站50内的控制处理器58产生一控制信号，用来修改发射机64的发射功率。
在闭环功率控制结构中，功率控制信号从移动站30提供到基站50。移动站30会按照接收的功率，或者按照帧差错检测或前面讨论的其他任一方法确定功率控制信号。本发明同样适用于任何链路质量因素。
如果所使用的链路质量因素是接收功率，那么移动站30处由天线38从基站50接收的信号被提供到向控制处理器46提供接收功率指示的接收机(RCVR)42。如果所使用的链路质量因素是帧差错的检测，则接收机42对信号进行下变频和放大，将接收信号提供到话务解调器43。如果话务信号伴随着导频信号以便提供相干解调，则接收信号还被提供到导频解调器，该导频解调器按照导频解调器格式对该信号进行解调，并向话务解调器43提供时序信号。话务解调器43按照话务解调器格式解调接收信号。在本典型实施例中，话务解调器43和导频解调器45是CDMA扩展谱解调器，其设计见上述美国专利4,901,307和5,103,459中的描述。话务解调器43向译码器44提供经解调的信号。在第一个典型实施例中，译码器44执行检错译码，判断是否出现了差错。差错检测/校正译码器如维特比格子译码器是本领域中熟知的。在另一个实施例中，译码器44对经解调的信号进行译码，并对经译码的信号进行再编码。译码器44接着将经再编码的信号与经解调的信号进行比较，获得信道码元差错率的估计。译码器44向控制处理器46提供表示估算的信道码元差错率的信号。
控制处理器46将一般作为链路质量因素的接收功率或估算的信道码元差错率与一个阈值或一组阈值比较，阈值可以是固定的，也可以是变化的。接着，控制处理器46将功率控制信息提供到编码器34或功率控制编码器(P.C.ENC)47。如果要将功率控制信息编码成数据帧，则将功率控制数据提供给编码器34。这一方法要求在传送功率控制数据前对整个帧的数据进行处理，然后通过调制器35将含有功率控制数据的编码话务数据提供到发射机(TMTR)36。在另一种实施例中，功率控制数据可以简单地重写部分数据帧，或者可以放置在发送帧中预定的空位上。如果功率控制数据重写话务数据，则这可以在基站50处由前向纠错技术来校正。
在提供功率控制数据前处理整个数据帧的实施过程中，在快衰落条件下等待整个帧被处理的延迟是不希望的。另一种方法是直接向调制器35提供功率控制数据，在调制器35处，功率控制数据可以被分成输出数据流。如果功率控制数据的发射是未经纠错编码的，那么控制处理器46直接向解调器35输出功率控制数据。如果要求对功率控制数据进行纠错编码，则控制处理器46向功率控制编码器47输出功率控制数据，功率控制编码器47对功率控制数据进行的编码与输出话务数据无关。功率控制编码器47向调制器35提供经编码的功率控制信号，调制器35将经编码的功率控制信号与通过编码器34从数据源32提供到调制器35的输出话务数据组合。发射机36对信号进行上变频和放大，并将其提供给天线38，用于发送到基站50。
发送的信号在基站50的天线52处接收，并提供到数据接收机(RCVR)54进行下变频和放大。接收机54将接收的信号提供到解调器55，解调接收的信号。在本典型实施例中，解调器55是一种CDMA扩展谱解调器，这种解调器详见上述美国专利4,901,307和5,103,459。如果功率控制数据是在话务数据帧内编码的，则将话务和功率控制数据提供到译码器56。译码器56对信号进行译码，并将功率控制信号与话务数据分开。
另一方面，如果功率控制数据不是用全数据帧编码的而是被分成传输数据流，则解调器55对信号进行解调，并从输入数据流中获取功率控制数据。如果功率控制数据未经编码，则解调器55将功率控制数据直接提供到控制处理器58。如果功率控制信号经过编码，则解调器55将经编码的功率控制数据提供到功率控制译码器(P.C.DEC.)100。功率控制译码器100对功率控制数据进行译码，并将经译码的功率控制数据提供到控制处理器58。功率控制信号被提供到控制处理器58，该处理器58按照功率控制信号将控制信号提供到发射机64，指示经修改的发射功率电平。
闭环功率控制系统的一个共有问题是相对于开环功率控制系统而言其响应时间相当低。例如，在闭环功率控制系统中，当基站50在不充分的发射能量下将一个帧发送到移动站30，移动站30接收该帧，并对该帧进行译码，判断该帧是否有差错，准备指示该帧差错的功率控制消息，随后将该功率控制消息发送到基站50，基站50对该帧进行译码，获取功率控制消息，并调整发射机64的发射功率。在本典型实施例，这导致在移动站30处校正是明显之前的四帧时间记录(time log)。所以，如果传播路径劣化，在经调整的帧能量下发射帧之前，四个连续帧可在不充分的帧能量下发射。在该延迟周期内，衰落条件可以基本改善或变坏。
下面是改进闭环功率控制系统响应的方法。在本发明的第一个典型实施例中，假设基站处于较差的情况下。这就是说，传播路径在四个帧的延迟周期内已经变坏。因此，基站使对于该用户的发射能量增大一个相当显著的量ΔE，从而使调整相当合适，使得即使其间的传播路径变坏，也能恰当地接收功率经调整的帧。在扩展谱通信系统的典型实施例中，对移动站30功率增加使得共享前向链路的其他用户的功率较低。所以，基站发射机在初始增加功率以后会快速减小用于该用户的发射能量。在本典型实施例中，基站使能量增加一个固定量ΔE，并保持该值经一个延迟周期，以验证发射能量的增加已经有效，接着，按照图3中描述的预定分段线性函数，降低发射能量。
图3描述的是发射能量(E)随时间的变化图。在点A处，基站50响应于来自移动站30的功率调整请求，增加发射能量。基站50使发射能量增大一个量ΔE到达点B。基站50使该发射能量的发射保持一个预定的延迟时间，并经预定数量的帧，以一急速下降的速率减小到点C的发射能量。在点C处，来自移动站30的功率控制消息仍然指示发射能量过剩，基站50继续降低发射能量，但下降速率较小。再有，基站50对预定数量的帧以中等下降速率降低发射能量直到点D。在点D处，下降速率再次减小到最终下降速率，在该最终下降速率下，发射能量将继续下降，直到基站50达到某一最小值，或者由点E处出现的来自移动站30的另一功率调整请求而再次改变。在提供话务的时间内继续这一功率调整。
在一种改进的实施例中，如果输入功率控制消息的图形指示发射功率不必要地高，那么发射功率还能够下降更大的量。在本典型实施例中，控制处理器58包括一定时器(未图示)。每次接收的功率控制消息指示有一个接收帧差错时，使该定时器复位。如果定时器在没有接收到另一表示接收帧差错的功率控制消息时流逝了一段时间，则控制处理器58指令发射器64，使输出帧的发射比起递增下降降低更大的量。
基站50执行发射能量的调整，这一调整是在认识到在发射能量已经增大以后在接收的功率控制信息将反应前向链路发射功率变化前将存在一个延迟而进行的。如果传播信道突然变坏，基站50将接收一系列连续功率控制请求，并且在功率调整请求响应于前向链路发射能量的变化之前将有一个延迟。在此延迟期间，对于每一接收的功率调整请求，基站50将不继续增加发送能量。这就是如图3点B以后的周期所示的那样，功率电平保持恒定的原因。
还应当指出，移动通信系统中的差错有两种类型。即，随机类型和传播路径变化结果的类型。在本典型实施例中，当基站50接收功率调整请求时，如先前描述那样，基站使发射功率增大ΔE。接着，它忽略功率调整请求，并在该延迟周期内保持同一增大的功率电平。在另一种实施例中，基站50按照每一功率控制消息调整功率。然而，通常采用较小的变化。这使得随机差错的影响最小。
导致移动站30和基站50之间传播路径特征变化的一个主要影响是移动站30朝向或离开基站50的运动。移动站30可以向基站50提供表示该移动站速度正在改变的信息，或者实际提供相对于基站50的速度。如果移动站简单地提供其速度正在变化的指示，则它可以提供该信息作为预计传播路径质量变化的功率调整请求信号。
在第一个实施例中，移动站30通过一个传感器按照来自车辆转速计或速度计(未图示)的信号运算，感测速度变化。在另一个实施例中，移动站30通过从基站50接收的信号变化判断是移动站/基站相对速度变化还是绝对速度变化。移动站30可以检测速度变化，或者通过测量来自基站50的输入信号的多卜勒效应来测量绝对相对速度。在另一种实施例中，基站50还可以检测移动站/基站中的相对速度变化，或者通过测量来自移动站30的输入信号的多卜勒效应来测量绝对相对速度。
基站50提供的话务信号可以伴随有导频信号，以便为接收的话务信号提供相干解调。导频信号的使用见美国专利4,901,307和5,103,459，移动站30可以交替地感测导频信号的相对速度变化和多卜勒频移。
在一种较佳实施例中，当基站50得知移动站30的速度时，发射能量的递增变化值ΔE将按照这一速度而变。ΔE值的确定可以通过计算得到，或者通过控制处理器46中的查询表得到。
如果基站50发射导频信号时同时发射话务信号，则导频信号可以被看成是由移动站30携带有预定位流的话务信号。移动站30解调导频解调器45中的导频信道，以便获得定时信息，使得移动站30能够执行话务信道的相干解调。因为导频信道和话务信道是通过类似地但不是相同的传播路径提供的，所以，接收的导频信号强度和接收的话务信道强度间有较强的相关性。根据导频信道而不是话务信道产生功率控制信号，接收从基站50发射的信号和功率控制信号的产生之间的延迟可以减小。
参照图2，导频解调器65向发射机64提供导频信号，而基站50的发射机64向天线52提供导频信号和话务信号，用于传播到移动站30。传送的信号在天线38处接收，并提供到接收机42。接收机42对导频信号45进行下变频和放大，并将接收的导频信号提供到导频解调器45，该导频解调器45产生经解调的导频信号的质量评估，并将其提供到控制处理器46。控制处理器46按照经解调的导频信号的质量评估产生功率控制信号，并且如前述那样继续进行工作。
在从基站50传播到移动站30的前向链路传输中，使发射的功率最小同时保持调制解调器的性能是有益的。在码分多址(CDMA)通信系统的典型实施例中，使发射功率最小使得将更多的功率留给采用相同功率放大器的其他信道，同时减小了对在相同或相近频率上工作的其他用户或系统的干扰。
在采用可变速率发射的移动通信系统的典型实施例中，可能速率间的性能差异会是显著的。例如，来自基站50要求实现给定帧差错率(FER)的帧的发射功率电平可以因速率的不同而大不相同。参见图4a中的描述。图4a中示出了帧差错率随由噪声能量归一化的比特能量(Eb/No)的变化。
在本典型实施例中，数据是在帧内发射的。本发明同样适用于连续发射系统。本发明是针对具有四种可能速率的可变速率通信系统的典型结构来描述的。本典型实施例中，将速率设计成全速率、二分之一速率、四分之一速率和八分之一速率。本发明同样适用于支持任何数量的可能速率的任何一种可变速率通信系统。
图4a描绘的是给定帧差错率的所需比特能量强烈地依赖于帧速率的情况，全速率帧需要最高的为能，而八分之一速率帧需要最低的位能。所以，在本发明中，所希望的性能电平所需的发射功能是分开设置的，以利用各个速率之间所需最小功率的差异的优点。不同速率的必要性能也可以是不同的，这是因为感测质量的帧差错的影响根据帧的速率是不同的。例如，对于八分之一速率帧比起全速率帧来，更高的帧差错速率是可以接受的。
图4b给出所希望的性能电平的所需比特能量可以随时间和使用条件的不同而不同。例如，当移动站30相对于基站50运动，比起当移动站30处于闲置时，所需的比特能量将更多地在各速率间变化。图4b描绘了当移动站30处于运动时的瀑布状曲线。而图4a给出同一移动站30与同一基站50在移动站30不运动时进行通信时的瀑布状曲线。正是因为这一差异，使得本发明提供了一种改变各种速率的发射功率之间的差值电平的装置。
本发明揭示了利用所需功率的差异在前向链路上实施快速功率控制的各种途径。应当指出，每一种方法可以与上述功率控制技术一起使用。
另外，本发明还可以利用不同速率下所希望的性能之间差异的优点。例如，1％的差错率可以是全速率帧所要求的，因为这些帧是最多感测的有效帧。然而，4％的帧差错率是八分之一速率帧可以接受的，这些帧主要携带背景噪声信息。简单地通过调整确定增大或降低发射功率必要性所使用的阈值，前面发明中所揭示的那些方法可以容易地造成这些差异。
一般的功率控制方法根据来自出现帧差错的移动站30的反馈，调整发射功率电平。然而，这些方法同样适用于上述任何一种功率控制方法，如基于物理位置或接收功率的方法。在这些典型实施例中，移动站30被描述成发送一个帧质量指示符，该指示符表示前一帧是否被接收并且被恰当译码了，或者表示是否出现了帧差错。该系统同样适用于在出现帧差错时简单地通过将帧差错指示符的不存在等同于表示恰当接收帧的质量指示符而从移动站30提供反馈的通信系统。
在本典型实施例中，帧质量指示符信号是从移动站30反馈的。这一帧质量指示符与从基站50先前发送的帧对应。基站50发射帧的速率下文中称为帧质量指示符速率。在本典型实施例中，基站50知道帧质量指示符速率，因为它知道它发送的帧的速率和将消息从基站50发送到移动站30的来回路程延迟时间，以及移动站30产生帧质量指示符信号并将信号发送回基站50的时间。本发明同样适用于移动站30发送带有帧质量指示符信号的帧速率的指示。
这些方法的第一个典型实施例利用了速率间所需功率的差异，称为单环路、固定差值方法。在该典型实施例中，一种速率用作参考速率。参考速率的发射功率电平由控制处理器50进行有源跟踪，以直接调整该参考速率下帧的发射功率。其他速率的发射功率是根据参考速率的发射功率确定的。
其他每一速率的功率电平是按照参考速率的电平确定的，从而将性能保持在所要求的水平。由于不管速率如何，每一帧的性能被估算为是相似的，所以，不管所对应的帧的速率如何，有关每一帧的实际性能的反馈给出相同的重要性，并且可以同样用于对参考速率的调整。
在本典型结构中，如上所述，有四种可能的速率(全速率、半速率、四分之一速率和八分之一速率)。在本典型实施例中，参考速率是全速率，并且半速率的功率电平设置在低于全速率的功率电平的1dB，四分之一速率是低于全速率功率电平的1.5dB，而八分之一速率是低于全速率功率电平的1.8dB。功率控制器58根据下面描述的从移动站30的反馈确定每一速率的功率电平，并将该信息提供到可变增益发射机64。发射机64按照该信号以及帧的速率发射输出帧的功率。发射机64具有来自可变速率数据源60表示输出帧的速率的信号。
图5描述的是单环结构并且是固定差值功率控制方法的控制处理器58的典型实施例。将从移动站30接收的帧质量指示符(FQI)提供到增益调整选择器102。增益调整选择器102可以与本领域中所熟知的那样通过对微处理机、微控制器或逻辑阵列进行编程来实现。
在本典型实施例中，FQI消息具有一个或两个可能值。它可以是一个零，表示移动站30正确接收到了帧；或者是一个“1”，表示出现了帧差错。在本典型实施例中，增益调整选择器102按照下面的等式(1)输出选择的增益调整值：
Figure A9619955400181
这里，GA是增益调整选择器102输出的增益调整。
这些数值是根据1％的可接受的帧差错率选择的。这就是为什么下降与上升的比值是100。这些数值本质上纯碎是举例的，并且将根据系统结构和要求的特性而变。
还应当指出，本发明同样适用于反馈系统，反馈规定的信息要比一比特包含的信息更多。在这些情况下，增益调整值可以具有多于两个的可能值，这是根据FQI消息的值选择的。FQI消息可以是前述应用中列举的任何一种指示符。
将增益调整(GA)值提供到求和元件104的一个输出。提供到求和元件104的其他输入的值是参考速率的当前发射功率电平。在本典型实施例中，参考速率是全速率。求和元件104的输出是经调整的参考速率发射功率电平。将该值提供到可变增益发射机64，按照该值放大全速率帧。
求和元件104的输出还被反馈到延迟元件106的输入。本典型实施例中延迟器使求和元件104的输入延迟帧质量指示符消息各个到达之间的时间周期，本实施例中，该延迟是20毫秒。这些延迟器是本领域中熟知的。
其他速率的发射功率电平是根据参考速率发射功率电平的功率电平确定的。将全速率发射功率提供到从属的发射功率计算器107，按照预定的计算格式，按照全速率发射功率，确定半速率、四分之一速率和八分之一速率的发射功率电平。在本典型实施例中，从属发射功率计算器107是与本领域中所熟知的那样，通过对微处理器、微控制器或逻辑阵列进行编程来实施的。
在从属发射功率计算器107的典型实施例中，半速率、四分之一速率和八分之一速率发射功率电平是与全速率发射功率的固定差值。所以，在本典型实施例中，将全速率发射功率电平提供到求和元件108的求和输入端。将Δ半值提供到求和元件108的减输入端。在本典型实施例中，Δ半等于1dB。求和元件108输出的值是半速率发射功率，在本实施例中，该半发射功率是1dB，小于全速率帧的功率电平。将这一值提供到可变增益发射机64，按照这一值放大半速率帧。
应当指出，在本发明的实际结构中，运算无需通过相加来进行。例如，通常情况下，半速率发射功率是3dB，小于全速率发射功率。所以，半速率发射功率可以在绝对项中通过将全速率发射功率除以2从而相对于从全速率发射功率中减去3dB来计算。
类似地，将全速率发射功率电平提供到求和元件110的求和输入端。将Δ四 分之一值提供到求和元件110的减输入端。在本典型实施例中，Δ四分之一等于1.5dB。求和元件110输出的值是半速率发射功率。将该值提供到可变增益发射机64，按照该值放大四分之一速率帧。
最后，将全速率发射功率电平提供到求和元件112的求和输入端。将Δ八分之 一值提供到求和元件112的减输入端。在本典型实施例中，Δ八分之一等于1.8dB。求和元件112输出的值是八分之一速率发射功率，为1.8dB，小于全速率帧的功率电平。将该值提供到可变增益发射机64，按照该值放大八分之一速率帧。
应当指出，上述所有的(Δ半，Δ四分之一和Δ八分之一)纯碎用于举例，其他值同样适用并且可以由本发明所预计。
利用速率间所需的功率差的方法的第二个典型实施例在下文中称为单环、可变差值方法。该典型实施例试图将每一速率下的性能保持在其相应的范围内。然而，从属速率的发射功率与参考速率的发射功率间的差异是基于各个速率所编制的信息而修改的，例如，各个帧差错率的滑动平均值。因为除参考速率以外的一个速率的性能偏离于所要求的电平，所以，修改与该参考电平的功率电平差异，以减小该偏差。如果参考速率的性能变差，则修改用于所有或某些其他速率的功率电平差。
在本典型实施例中，控制处理器58跟踪每一速率的性能(例如，最后100个帧中帧删除的个数)。例如，如果八分之一速率性能落到了所要求的性能电平之下，那么就减小八分之一速率功率电平和参考速率功率电平之间的差异，有效地增加八分之一速率功率电平，如果八分之一速率功率电平低于参考功率电平的话。
在本典型结构中，数据源60向控制处理器58提供表示输出帧的速率的信号，据此控制处理器确定帧质量指示符消息的速率。图5描绘的是由元件104和106组成的单级滤波器。本发明可以更复杂一些，即，在修改形式中，全速率发射功率可以依赖于多个过去产生的全速率发射功率值。这样一些数字滤波器的设计和实现在本领域中是熟知的，其详细描述见上述美国专利5,414,796。
参见图6，将接收的帧质量指示符位提供到增益调整选择器200。增益调整选择器可以与本领域中所熟知的那样，通过对微处理器、微控制器或逻辑阵列编程来实现。在本典型实施例中，增益调整选择器200按照上述等式(1)来选择增益调整值。
将该增益调整值提供到求和元件202的求和输入端。求和元件202的第二输入端的输入是参考速率发射功率电平的当前值。求和元件202的输出是经调整的全速率发射功率。将全速率发射功率提供到可变增益放大器64，按照该值放大输出全速率帧。
另外，将经调整的全速率发射功率值反馈到延迟元件201。本实施例中，延迟器201使求和元件202的输入延迟一个帧阵列指示符消息的各次到达间的时间周期，在本实施例中该延迟为20毫秒。这样一种延迟器在本实施例中是熟知的。
接收的帧质量指示符消息还提供到去多路复用器204。去多路复用器204根据帧质量指示符的速率，以每四个输出中一个输出的方式输出帧质量指示符消息。如果帧质量指示符的速率是全速率，那么就将帧质量指示符消息提供到全速率帧差错率(FER)计数器206。全速率FER计数器206跟踪预定个数的全速率帧发射中的全速率帧差错。计数器206可以用数字计数器或用活动窗口累加器来实现，其实现在本领域中是熟知的。在本典型实施例中，计数器206跟踪最后100个全速率帧中的帧差错。
如果帧质量指示符的速率是半速率，则将帧质量指示符消息提供到半速率FER计数器208。计数器208跟踪预定个数的前一半速率帧中的帧差错，并且可以由上述计数器206来实现。如果帧质量指示符的速率是四分之一速率，则将帧质量指示符消息提供到四分之一速率FER计数器210。计数器210跟踪预定个数的前四分之一速率帧中的帧差错，并且可以如上所述构成。如果帧质量指示符的速率是八分之一速率，则将帧质量指示符消息提供到八分之一速率FER计数器212。计数器212跟踪预定个数的前八分之一速率帧中的帧差错，并且可以如上所述构成。
将来自计数器206、208、210和212中的每一个的帧差错速率统计提供到差值计算器214。差值计算器214根据计数器提供的值，按照预定的计算格式确定差值Δ半、Δ四分之一和Δ八分之一。例如，如果半速率的帧差错统计太高，则差值计算器214将减小Δ半的值，有效地增加八分之一速率帧的发射功率电平，如果半速率功率电平低于参考电平的化。通常，半速率发射功率将是3dB，小于全速率发射功率。
另外，每一差值不必都依赖于来自所有计数器的帧差错计数。在本典型实施例中，Δ半值仅取决于半速率FER，即计数器208的输出；Δ四分之一值仅取决于四分之一速率FER，即计数器210的输出；但Δ四分之一的值是根据全速率FER和八分之一速率FER来确定的，即计数器206和212的输出。
在改进实施例中，每一差值还将取决于全速率FER的值，在改进的实施例中，如果全速率FER在阈值以上，它将表示全速率发射功率正在增加。由于其他帧的发射功率是根据全速率发射功率确定的，则当从全速率FER计数器206的全速率FER出现全速率发射功率将要增加的情况时，差值增加。通过增大差值，其他速率的发射功率有效降低，使得当改变全速率发射功率时，从属设置的速率“浮动”在它们的值。
差值计算器214输出三个差值：Δ半、Δ四分之一和Δ八分之一。差值计算器214可以与本领域中所熟知的那样通过对微处理器、微控制器或逻辑阵列编程来实现。将三个差值Δ半、Δ四分之一和Δ八分之一与全速率发射功率一起提供到从属速率计算器215。从属速率计算器215按照其输出和预定的计算格式确定半速率、四分之一和八分之一速率发射功率。从属速率计算器215可以与本领域中所熟知的那样通过对微处理器、微控制器或逻辑阵列编程来实现。
在从属速率计算器215的典型实施例中，将三个差值Δ半、Δ四分之一和Δ八分之 一分别提供到求和元件216、216和220的减输入端。向求和元件216、218和220的求和输入端提供全速率发射功率电平。从全速率功率电平中减去Δ半、Δ四 分之一和Δ八分之一的值，分别产生半速率、四分之一速率和全速率功率电平。如上所述，将这些值中的每一个值提供到可变增益发射机64，按照这些值放大输出的半速率、四分之一速率和八分之一速率。
这些采用速率间所需的功率差异的方法第三个典型实施例在下文中称为采用每一速率一个环路的多环功率控制方法。除了每一速率一个环路以外，该方法与上述单环方法相似。这些确定环路所控制的速率的发射功率电平的环路是相互独立的。
例如，当接收的帧质量指示符消息是八分之一速率帧时，直接根据这一消息对八分之一速率帧的发射功率电平作出变更，但对其他三个速率的功率电平不作变更。因此，这些反馈环路中的每一个仅考虑到与其速率的帧对应的反馈信息。
在本典型实施例中，数据源60向控制处理器58提供表示输出帧的速率的信号，从而控制器58确定帧质量指示符消息的速率。
现在参照图7，将帧质量指示符消息提供到去多路复用器400。根据帧质量指示符消息的速率，对四个输出中的一个输出提供帧质量指示符消息。
如果帧质量指示符消息的速率是全速率，则将帧质量指示符消息提供到全增益调整选择器402的输入端。选择器402响应于帧质量指示符消息，输出或者增加或者降低全速率发射功率的增益调整(GA全)值。在本典型实施例中，选择器402按照下面的等式选择增益调整值(GA全)：
Figure A9619955400221
这里，FQI消息具有两个可能值中的一个，或者是表示正确接收到了移动站30的帧的“0”，或者是表示出现帧差错的“1”。另外，如果帧质量指示符消息由反向链路删除，则将增益调整值设置为“0”。
将来自选择器402的增益调整值提供到求和元件406的求和输入端。向求和元件402的其他求和输入端提供全速率发射功率的当前值。求和元件406向可变增益发射机64输出经调整的全速率发射功率。另外，经调整的全速率发射功率值提供到延迟器404，在接收到另一全速率帧质量指示符消息时，将经调整的全速率发射功率延迟提供到求和元件406。
如果帧质量指示符消息的速率是半速率，则将帧质量指示符消息提供到半速率增益调整选择器408。选择器408根据帧质量指示符消息输出增加或降低半速率发射功率的增益调整(GA半)值。在本典型实施例中，选择器408按照下述等式(3)选择增益调整值(GA半)：
Figure A9619955400231
式中，FQI消息具有两种可能值中的一个，或者是表示移动站30正确接收到该帧的“0”，或者是表示出现帧差错的“1”。
将来自选择器408的增益调整值GA半提供到求和元件410的求和输入端。向求和元件410的另一求和输入端提供半速率发射功率的当前值。求和元件410将经调整的半速率发射功率提供到可变增益发射机64。另外，将经调整的半速率发射功率值提供到延迟器412，将经调整的半速率发射功率值延迟提供到求和元件410，直到接收到另一半速率帧质量指示符消息。
如果帧质量指示符消息的速率是四分之一速率，则将帧质量指示符消息提供到四分之一增益调整选择器414。选择器414根据帧质量指示符消息输出增加或者降低四分之一速率发射功率的增益调整(GA四分之一)值。在本典型实施例中，选择器414按照下述等式(4)选择增益调整值(GA四分之一)：
Figure A9619955400232
这里，FQI消息具有两个可能值中的一个，或者是表示移动站30正确接收到该帧的“0”，或者是表示出现帧差错的“1”。
将来自选择器414的增益调整值GA四分之一提供到求和元件416的求和输入端。向求和元件416的另一求和输入端提供四分之一速率发射功率的当前值。求和元件416将经调整的四分之一速率发射功率提供到可变增益发射机64。另外，将经调整的四分之一速率发射功率提供到延迟器418，将经调整的四分之一速率发射功率延迟提供到求和元件416，直到接收到另一四分之一速率帧质量指示符消息。
如果帧质量指示符消息的速率是八分之一速率，则将帧质量指示符消息提供到八分之一速率增益调整选择器420。选择器420根据帧质量指示符消息，输出增加或者降低八分之一速率发射功率的增益调整(GA八分之一)值。在本典型实施例中，选择器按照下述等式(5)选择增益调整值(GA八分之一)：
Figure A9619955400241
这里，FQI消息具有两个可能值中的一个，或者是表示移动站30正确接收到该帧的“0”，或者是表示出现帧差错的“1”。
将来自选择器420的增益调整值GA八分之一提供到求和元件422的求和输入端。向求和元件422的另一求和输入端提供八分之一速率发射功率的当前值。求和元件422将经调整的八分之一速率发射功率提供到可变增益发射机64。另外，将经调整的八分之一速率发射功率提供到延迟器424，将经调整的八分之一速率发射功率延迟提供到求和元件422，直到接收到另一八分之一速率帧质量指示符消息。
如前面讨论的那样，可变增益发射机64按照如上所述确定的发射功率电平放大输出帧。
利用速率间所需功率差值的方法的第四个典型实施例称为每一常用速率功率控制一环的多环路。除了多个常用速率的每一个速率有一个环路以外，该方法与单环方法类似。这些环路在确定它们控制的发射功率电平时是相互独立的。有关正在跟踪的某一速率的帧的帧质量指示符由该环路仅用作该速率。用于没有环路的速率的功率电平是有赖于已被跟踪的速率的功率电平来确定的。与那些跟踪的速率的差值可以是静态的或自适应的。
在本典型实施例中，全速率帧和八分之一速率帧是可变速率传输中的两个最可能的帧速率。这两个速率由两个独立环路跟踪，以确定它们各自的功率电平。接着，从全速率和八分之一速率的当前电平中产生半速率和四分之一速率的功率电平。例如，四分之一速率功率是全速率功率电平和八分之一速率功率电平之间距离的一半，而半速率功率电平可以是四分之一速率功率电平和全速率功率电平之间一半的路程。
在本典型实施例中，数据源60向控制处理器58提供一个表示输出帧的速率的信号。控制处理器58计算新的发射功率电平，并将该信息提供到发射机64。
参照图8，将帧质量指示符消息提供到去多路复用器450，根据帧质量指示符消息的速率，对于一个选择的输出，输出帧质量指示符消息。
如果帧质量指示符消息的速率是全速率，则帧质量指示符信号由去多路复用器450提供到全速率增益调整选择器452。在本典型实施例中，全速率增益调整选择器452可以与本领域中所熟知的那样通过对微处理器、微控制器或逻辑阵列编程来实现。全速率增益调整选择器452按照下述等式(6)选择全速率增益调整(GA全)值：
Figure A9619955400251
这里，FQI消息具有两个可能值中的一个，或者是表示移动站30正确接收到该帧的“0”，或者是表示出现帧差错的“1”。
将选择的全速率增益调整(GA全)值提供到求和元件456的第一求和输入端。求和元件456的第二输入由延迟元件458提供，并且该输入是当前全速率发射功率。延迟元件458延迟当前全速率发射功率的提供，直至接收到全速率帧指示符消息。求和元件456把全速率增益调整值加到当前全速率发射功率上，以确定经调整的全速率发射功率。将经调整的全速率发射功率提供到可变增益发射机64，按照该信号放大全速率帧。
当帧质量指示符消息是全速率时，开关(switch)闭合，并且将经计算的全速率发射功率提供到求和元件457的求和输入端。向求和元件457的减输入端提供值Δ八分之一，这是一个固定值，或者由增量计算器(delta calculator)来计算而提供八分之一速率发射功率的新值。在本典型实施例中，Δ八分之一值是固定的，但可以预计，上述方法可以使Δ八分之一的值成为动态值。将这一新确定的值提供到可变增益发射机64，按照该值放大输出八分之一速率帧。
如果帧质量指示符速率是八分之一速率，就将帧质量指示符信号提供到八分之一速率增益调整选择器454。在本典型实施例中，八分之一速率增益调整选择器454可以以本领域中所熟知的那样，通过对微处理器、微控制器或逻辑阵列编程来实现。本典型实施例中，增益调整选择器454按照下面的等式(7)来选择八分之一增益调整(GA八分之一)值：         
Figure A9619955400261
将选择的八分之一增益调整(GA八分之一)值提供到求和元件466的求和输入端。
求和元件466的第二输入端由延迟元件464提供，并且是当前八分之一发射功率。延迟元件仅当接收到八分之一速率帧质量指示符消息时才提供八分之一速率发射功率的当前值。求和元件466将八分之一增益调整值加到当前八分之一速率发射功率上以确定新的八分之一速率发射功率，该功率提供到可变增益发射机64并按照该信号放大八分之一速率帧。
当帧速率是八分之一速率时，开关机468闭合，并将计算的八分之一速率发射功率提供到求和元件459的第一求和输入端。向求和元件459的第二求和输入端提供是固定值或者是由增量计算器464计算的值Δ全，以计算全速率发射功率的新的值。将全速率发射功率值提供到可变增益发射机64，按照该值放大输出全速率帧。
在第一典型实施例中，半速率帧和四分之一速率帧的发射功率值是由固定的差值方法决定的。在这一第一实施方案中，将全速率发射功率提供到求和元件470和472。在该固定差值实施例中，Δ半是固定值，它是从全速率发射功率中减去得到的，以确定半速率发射功率。将该新确定的半速率发射功率提供到可变增益发射机64，按照该值放大输出板速率帧。
类似地，在该固定差值实施方案中，将全速率发射功率提供到求和元件472。求和元件472的输出是四分之一速率发射功率。在固定差值实施例中，Δ四分之一是固定值，它是从全速率发射功率中减去，以确定四分之一速率发射功率。将这一新确定的四分之一速率分之功率提供到可变增益发射机64，按照该值放大输出四分之一速率帧。
在一种改进的实施例中，半速率发射功率是按照全速率发射功率和八分之一速率发射功率来确定的。在这一改进方法的典型实施例中，计算半速率发射功率作为全速率发射功率和八分之一速率发射功率之间的功率电平中点。在这一改进的实施例中，将全速率发射功率和八分之一速率发射功率提供到功率电平计算器480。计算器480按照这些值计算半速率发射功率和四分之一速率发射功率的值。Δ半和Δ四分之一的值无论是固定的还是自适应的，都可以由计算器480用来修改由计算器480计算的四分之一速率发射功率和半速率发射功率。
在另一种实施例中，Δ半和Δ四分之一的值是自适应值。在这一可变差值典型实施例中，去多路复用器450根据帧质量指示符信号向四个输出端中的一个提供帧质量指示符。如果帧质量指示符速率信号是全速率，那么就将帧质量指示符信号提供到全速率帧差错率计数器456，如上所述保持跟踪全速率帧的帧差错的平均值。如果帧质量指示符速率信号是半速率，则将帧质量指示符信号提供到半速率帧差错率计数器458，如上所述保持跟踪半速率帧的帧差错的平均值。如果帧质量指示符速率信号是四分之一速率，将帧质量指示符信号提供到四分之一速率帧差错率计数器460，如上所述保持跟踪四分之一速率的帧差错的平均值。如果帧质量指示符速率信号是八分之一速率，则将帧质量指示符信号提供到八分之一速率帧差错率计数器462，如上所述，保持跟踪八分之一速率帧的帧差错的平均值。
将帧差错计数从计数器456、458、460和462提供到增量计算器481。增量计算器481按照从计数器456、458、460和462提供的值确定Δ半和Δ四分之一的值。增量计算器481可以通过对微处理器、微控制器或逻辑阵列进行编程来实现。增量计算器481分别将Δ半和Δ四分之一的值提供到求和元件470和472。求和元件470和472从全速率发射功率的值中减去Δ半和Δ四分之一的值，分别确定半速率发射功率和四分之一速率发射功率。将这些值提供到可变增益发射机64，如上所述，按照这些信号放大输出半速率和四分之一速率帧。
采用速率间所需功率差值方法的第五个典型实施例称为多环，每一速率一环复合参考功率控制。这一方法可以用固定加权或自适应加权来实施。除了每一速率有一个环路并且环路统计量是一起使用的以外，这一方法与单环方法类似。这些环路是相互独立的。有关某一速率的帧的反馈仅由该速率的环路来跟踪，而所有其他环路的环路冻结在它们的当前值上。然而，实际发射功率电平是由所有环路输出的当前值一起确定的。
参照图9，将帧质量指示符提供到去多路复用器500。去多路复用器500按照帧质量指示符消息的速率，提供有关四个输出中的一个输出的帧质量指示符信号。
如果帧质量指示符速率是全速率，则去多路复用器500就将帧质量指示符消息提供到全速率增益调整选择器502。增益调整选择器502按照下面的等式(8)输出增益调整(GA全)值：          将增益调整值提供到求和元件510。选择器502、504、506和508中的每一个可以通过对微处理器、微控制器或逻辑阵列进行编程来实现。
求和元件510的第二求和输入是通过任选多路复用器512由延迟元件514提供的求和元件510的先前计算的输出。无论何时只要帧质量指示符消息是全速率，延迟元件514都提供求和元件510的前一输出。
多路复用器521是任选的，以便环路值变得“陈旧”时，更新求和元件510的输入。换言之，从求和元件510输出的值变成与当前所需的全速率发射功率不同而无法接受。本实施例中，来自求和元件510的值不是全速率发射功率，但是一个用来计算全速率发射功率的因子。
将求和元件510的输出提供到乘法器518的第一输入端。乘法器518的第二输入是一个加权值W全，由复合参考计算器520按照该值对参考速率计算的重要性对510的输出加权，以计算参考速率。在第一典型实施例中，W全是一个事先确定的固定值。在另一个实施例中，W全是一个按一组参数由加权因子计算器516确定的可变值。可以由加权计算器516使用的参数的例子包括帧差错统计量、该速率下帧的频率等。将乘法器518输出的值提供到复合参考计算器520。
如果帧质量指示符速率是半速率，则去多路复用器500将帧质量指示符消息输出到半速率增益调整选择器504。按照帧质量指示符，增益调整选择器504如下述等式(9)那样输出一增益调整值：
Figure A9619955400282
将增益调整值GA半提供到求和元件522。由延迟元件526通过任选的多路复用器524提供求和元件522的第二求和输入。多路复用器524是任选，以便环路值变得“陈旧”时，更新求和元件522的输入。延迟元件526延迟提供求和元件522的输出，直至接收到下一个半速率帧质量指示符。
将求和元件522的输出提供到乘法器530的第一输入端。乘法器530的第二输入是一个加权值W半，由复合参考计算器520，按照该值对参考速率的计算的重要性对522的输出加权。在第一典型实施例中，W半是一个固定值。在另一个实施例中，W半是一个按照一组参数由加权计算器528计算的可变值。可以由加权计算器528使用的参数例子包括帧差错统计量、该速率下的帧的频率等。将乘法器530输出的值提供到复合参考计算器520。
如果帧质量指示符速率是四分之一速率，则去多路复用器500将帧质量指示符输出到四分之一速率增益调整选择器506。按照帧质量指示符，帧调整选择器506按照下述等式(10)输出增益调整(GA四分之一)值：将增益调整值GA四分之一提供到求和元件532的第一输入端。由延迟元件536通过任选多路复用器534提供求和元件532的第二求和输入。多路复用器534是任选的，以便环路值变得“陈旧”时，更新求和元件532的输入。延迟元件536延迟提供求和元件532的输出，直至接收到下一个四分之一速率帧质量指示符。
将求和元件532的输出提供到乘法器540的第一输入端。乘法器532的第二输入是一个加权值W四分之一，由复合参考计算器520，按照该值对参考速率的计算的重要性加权求和元件532的输出。复合参考计算器520以本领域中所熟知的那样，通过对微处理器、微控制器或逻辑阵列进行编程来实现。在第一典型实施例中，W四分之一是固定值。在另一个实施例中，W四分之一是一个按照一组参数由加权计算器538确定的可变值。可以由加权计算器538使用的参数例子包括帧差错统计量、该速率下的帧频率等。将乘法器540输出的值提供到合成参考计算器520。
如果帧质量指示符速率是八分之一速率帧，则去多路复用器500将帧质量指示符输出到八分之一速率增益调整选择器508。按照帧质量指示符，增益调整选择器508按照下述等式(11)提供增益调整(GA八分之一)值：
Figure A9619955400292
将增益调整值提供到求和元件542的第一输入端。求和元件542的第二求和输入端的输入由延迟元件546通过任选多路复用器544来提供。多路复用器544是任选的，以便环路值变得“陈旧”时，更新求和元件542的输入。延迟元件546延迟提供求和元件542的输出，直至接收到下一个八分之一速率帧质量指示符。
将求和元件542的输出提供到乘法器550的第一输入端。乘法器550的第二输入是一个加权值W八分之一，由复合参考计算器520，按照该值对参考速率的计算的重要性加权求和元件542的输出。在第一个典型实施例中，W八分之一是一个固定值。在另一个实施例中，W八分之一是一个按照一组参数由加权计算器548确定的变量值。可以由加权计算器548使用的参数例子包括帧差错统计量、该速率下的帧频率，等。将乘法器550输出的值提供到复合参考计算器(compositereference calculator)520。
复合参考计算器520按照乘法器518、530、540和550的输出确定参考速率的值。在本典型实施例中，参考速率是全速率，所以，参考计算器520将全速率发射功率输出到可变增益发射机64，按照该值放大用于广播的全速率帧。
将全速率发射功率提供到从属发射功率计算器561。从属发射功率计算器561按照预定的计算格式和全速率发射功率计算半速率发射功率电平、四分之一速率发射功率电平和八分之一速率发射功率电平。在一种改进的实施例中，从属发射功率计算器561用可以是固定或者是可变的差值进行叠加运算。
在从属发射功率计算器561的典型实施例中，半速率、四分之一速率和八分之一速率发射功率是简单地从全速率发射功率中减去Δ半、Δ四分之一和Δ八分之一的值来确定的。在从属发射功率计算器561的典型实施例中，全速率发射功率被提供到求和元件562、564和566的求和输入端。
向求和元件562的减输入端提供的Δ半值。求和元件562的输出是提供到可变增益发射机64的半速率发射功率，该发射机64按照该值放大用于广播的半速率帧。向求和元件564的减输入端提供Δ四分之一的值。求和元件564的输出是提供到可变增益发射机64的四分之一速率发射功率，该发射机64按照该值放大用于广播的四分之一速率帧。向求和元件566的减输入端提供Δ八分之一的值。求和元件566的输出是提供到可变增益发射机64的八分之一速率发射功率，该发射机64按照该值放大用于广播的八分之一速率帧。
在第一典型实施例中，Δ半、Δ四分之一和Δ八分之一是固定值。在另一种实施例中，Δ半、Δ四分之一和Δ八分之一的值是可变的。在可变差值典型实施例中，去多路复用器500根据帧速率信号的值向四个输出中的一个输出提供帧质量指示符。
如果帧质量指示符消息是全速率，则将帧质量指示符消息提供到全速率帧差错率计数器552，保持对全速率帧的帧差错率的跟踪。如果帧质量指示符消息是全速率，则将帧质量指示符消息提供到半速率帧差错率计数器556，以保持跟踪半速率帧的帧差错率。如果帧质量指示符消息是四分之一速率，则将帧质量指示符消息提供到四分之一速率帧差错率计数器558，以保持跟踪四分之一速率帧的帧差错率。如果帧质量指示符消息是八分之一速率，则将帧质量指示符信号提供到八分之一速率帧差错速率计数器560，以保持跟踪八分之一速率帧的帧差错率。
将来自计数器552、556、558和560的帧差错计数提供到增量计算器554。增量计算器554以本领域中熟知的那样通过对微处理器、微控制器或逻辑阵列进行编程来实现。增量计算器554按照从计数器552、556、558和560提供的值，确定Δ半、Δ四分之一和Δ八分之一的值。增量计算器554分别向求和元件562、564和566提供Δ半、Δ四分之一和Δ八分之一的值。求和元件562、564和566从全速率发射功率的值中减去经调整的Δ半、Δ四分之一和Δ八分之一的值，分别确定半速率发射功率、四分之一速率发射功率和八分之一速率发射功率。将这些值提供到可变增益发射机64，按照这些值放大输出半速率帧、四分之一速率帧和八分之一速率帧。
利用速率间所需功率差值的方法的第六个典型实施例称为单环、复合反馈。该实施例中，增益调整选择器既可以是静态的，也可以是动态的。在接收到每一帧质量指示符消息时，该消息被用来直接调整参考速率的发射功率。
在本典型实施例中，数据源60向控制处理器58提供一个表示输出数据帧速率的信号。控制处理器58向发射机64提供表示用于不同速率的计算发射功率电平的信号。可变增益发射机64按照计算的功率电平放大输出帧。
参照图10，将帧质量指示符消息提供到去多路复用器600。按照帧质量指示符消息的速率，去多路复用器600在四个输出中的一个输出上输出帧质量消息。如果帧质量指示符消息的速率是全速率，则将帧质量消息输出到全速率增益调整选择器602。在本典型实施例中，全速率增益调整选择器602按照下面的等式(12)确定选择一个增益调整(GA全)信号：这里，FQI是帧指示符消息，“1”表示出现帧差错，而“0”表示没有帧差错。
通过多路复用器610将增益调整值提供到求和元件612的第一输入端。向求和元件612的第二输入端提供参考速率发射功率的当前值，在本典型实施例中是全速率发射功率。
如果帧质量指示符消息的速率是半速率，则将帧质量消息输出到半速率增益调整选择器604。本典型实施例中，半速率增益调整选择器604按照下述等式(13)选择增益调整值(GA半)：
Figure A9619955400321
这里，FQI是帧指示符消息，“1”表示出现帧差错，而“0”表示没有帧差错。
通过多路复用器610，将增益调整值GA半提供到求和元件612的第一输入端。向求和元件612的第二输入端提供参考速率发射功率的当前值。
如果帧质量指示符消息的速率是四分之一速率，那么就将帧质量消息输出到四分之一速率增益调整选择器606。在本典型实施例中，四分之一增益调整选择器606按照下面的等式(14)选择增益调整值GA四分之一：
Figure A9619955400322
这里，FQI是帧指示符消息，“1”表示出现帧差错，而“0”表示没有帧差错。
通过多路复用器610将增益调整值GA四分之一提供到求和元件612的第一输入端。向求和元件612的第二输入端提供参考速率发射功率的当前值。
如果帧质量指示符消息的速率是八分之一速率，则将帧质量消息输出到八分之一速率增益调整选择器608。在本典型实施例中，八分之一速率增益调整选择器608按照下面的等式(15)选择增益调整值GA八分之一：这里，FQI是帧指示符消息，“1”表示出现帧差错，而“0”表示没有帧差错。
通过多路复用器610将增益调整值GA八分之一提供到求和元件612的第一输入端。向求和元件612的第二输入端提供参考速率发射功率的当前值。选择器601、604、606和608以与本领域中熟知的那样通过对微处理器、微控制器或逻辑阵列编程来实现。
在确定了参考速率发射功率以后，按照该值来确定其余速率的发射功率。将全速率发射功率提供到从属发射功率计算器625，按照全速率发射功率计算半速率发射功率、四分之一速率发射功率和八分之一速率发射功率。在从属发射功率计算器625的第一个典型实施方案中，Δ半、Δ四分之一和Δ八分之一是固定值。所以，全速率发射功率被提供到加法器626、628和630。同时，从全速率发射功率中减去Δ半、Δ四分之一和Δ八分之一的值，分别确定半速率发射功率、四分之一速率发射功率和八分之一速率发射功率。
在另一种实施例中，Δ半、Δ四分之一和Δ八分之一的值是可变的。在可变差值典型实施例中，去多路复用器500根据帧速率信号的值向四个输出中的一个输出提供帧质量指示符。
如果帧质量指示符消息的速率是全速率，则帧质量指示符信号被提供到全速率帧差错率计数器616，保持对全速率帧的帧差错率的跟踪。如果帧质量指示符消息的速率是半速率，则将帧质量指示符消息提供到半速率帧差错率计数器618，跟踪半速率帧的帧差错率。如果帧质量指示符消息的速率是四分之一速率，则将帧质量指示符信号提供到四分之一速率帧差错率计数器620，跟踪四分之一速率帧的帧差错率。同样，如果帧质量指示符消息的速率是八分之一速率，则将帧质量指示符信号提供到八分之一速率帧差错率计数器622，跟踪八分之一速率帧的帧差错率。
将来自计数器616、618、620和622的帧差错计数提供到增量计算器624。增量计数器624按照从计数器提供的值确定Δ半、Δ四分之一和Δ八分之一的值。增量计算器624可以以本领域中熟知的那样，通过对微处理器、微控制器或逻辑阵列编程来实现。增量计算器624分别向求和元件626、628和630提供Δ半、Δ四分 之一和Δ八分之一的值。求和元件626、628和630从全速率发射功率值中减去Δ半、Δ四分之一和Δ八分之一的计算值，分别确定半速率发射功率、四分之一速率发射功率和八分之一速率发射功率。将这些值提供到可变增益发射机64，按照这些值放大输出半速率帧、四分之一速率帧和八分之一速率帧。
上述较佳实施例的描述使得本领域的技术人员可以制作和使用本发明。对于本领域的技术人员来说，还可以对这些实施例作各种修改，在无需发明人的情况下，可以将这些基本原理应用于其他的实施例。所以，本发明并非仅限于这些实施例，本发明的保护范围是与所揭示的原理和新特征的范围一致的。

Claims (29)

1．一种控制可变速率数据帧的发射功率的装置，其特征在于，它包含：
提供发射功率信号的控制处理器装置；以及
可变增益发射机装置，用来按照所述发射功率信号和所述可变速率数据帧的速率接收发射功率信号并放大所述可变速率帧。
2．如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可变增益发射机装置响应于帧速率信号。
3．如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包含提供所述可变速率数据帧的可变速率数据源。
4．如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述可变速率数据源还提供帧速率信号，并且所述可变增益发射机响应于所述帧速率信号。
5．如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制处理器装置还用来确定参考速率发射功率，并且按照所述参考速率发射功率确定至少一个附加发射功率电平。
6．如权利要求5所述的装置，其特征在于，它还包含从远端通信站接收帧质量消息的接收装置，并且所述控制处理器响应于所述帧质量消息。
7．如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制处理器装置包含响应于所述帧质量消息选择增益调整值的增益调整选择器装置。
8．如权利要求7所述的装置，其特征在于，它还包含求和装置，用来接收所述增益调整值，和接收前一参考速率发射值，并用来将所述增益调整值和所述前一参考速率发射值相加，提供所述参考速率发射功率电平。
9．如权利要求8所述的装置，其特征在于，它还包含第二求和装置，用来接收所述参考速率发射功率电平以及接收一固定的差值，并将所述参考速率发射功率电平和所述固定差值相加，以确定至少一个附加发射功率电平。
10．如权利要求8所述的装置，其特征在于，它还包含：
可变差值计算器装置，用来计算一可变差值，并提供所述可变差值；以及
第二求和装置，用来接收所述参考速率发射功率电平以及接收所述可变差值，并将所述参考速率发射功率和一个可变差值相加，以确定至少一个附加发射功率电平。
11．如权利要求10所述的装置，其特征在于，它还包含帧差错率监视装置，用来确定至少一个帧差错率值，并且其中所述可变差值计算器装置响应于所述至少一个帧差错率值。
12．如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述帧差错率装置包含：
去多路复用器装置，用来接收所述帧质量指示符消息，并且按照帧质量消息速率，在所选择的输出上，输出所述帧质量消息；以及
多个帧差错率计数器装置，每一帧差错率计数器装置与所述去多路复用器装置的相应输出端耦合。
13．如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包含：
接收器装置，用来从一远端通信站接收帧质量消息；
去多路复用器装置，用来接收所述帧质量指示符消息，并且按照帧质量消息速率，在所选择的输出上，输出所述帧质量消息；
多个发射功率计算器，每一所述发射功率计算器与所述去多路复用器的输出端耦合，并用来提供所述发射功率信号。
14．如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述多个发射功率计算器中的每一个包含：
增益调整选择器装置，用来接收所述帧质量指示符消息，并按照所述帧质量指示符消息选择一个增益调整值；以及
求和装置，用来接收前一发射功率值和接收所述增益调整值，并将所述前一发射功率值和所述增益调整值相加，以提供所述发射功率信号。
15．如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制处理器装置包含：
常用速率发射功率计算器装置，用来接收所述帧质量指示符消息以及确定多个常用速率发射功率电平值，以提供所述发射功率信号；以及
其余速率发射功率电平计算器装置，用来接收所述多个常用发射功率电平值中的至少一个，并按照所述多个最常用发射功率电平中的至少一个确定至少一个其余发射功率电平值，以提供所述发射功率信号。
16．如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述常用发射功率计算器装置包含：
参考速率计算器装置，用来接收第一组选择的帧质量消息，以及按照所述第一组选择的帧质量消息确定参考速率发射功率电平值；以及
至少一个附加常用速率计算器装置，用来接收第二组选择的帧质量消息，以及按照所述第二组选择的帧质量消息确定至少一个附加速率发射功率电平值。
17．如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述至少一个附加常用速率计算器装置响应于所述参考速率发射功率电平值。
18．如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述参考速率计算器装置响应于至少一个附加速率发射功率电平值。
19．如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述参考速率计算器装置包含：
增益调整选择器装置，用来接收所述第一组选择的帧质量消息，以及按照所述第一组选择的帧质量消息提供参考速率增益调整值；以及
参考速率发射功率调整装置，用来按照所述参考速率增益调整值修改所述参考速率发射功率电平值。
20．如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述参考速率调整装置包含：
求和装置，用来将所述参考速率增益调整值和前一参考速率发射功率电平值相加，以提供所述参考速率发射功率值；以及
延迟装置，用来提供所述前一参考速率发射功率电平值。
21．如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述参考速率调整装置还包含第二求和装置，用来接收至少一个附加速率发射功率电平值，以及使所述至少一个附加速率发射功率电平值调整一个预定值，以提供所述参考速率发射功率值。
22．如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制处理器装置包含：
用来接收第一组选择的帧质量消息，以及按照所述第一组选择的帧质量消息确定第一发射功率电平值；
至少一个附加计算器装置，用来接收第二组选择的帧质量消息，以及按照所述第二组选择的帧质量消息确定至少一个附加的发射功率电平值；以及
复合参考计算器装置，用来接收所述第一发射功率电平值和所述至少一个附加发射功率电平值，并且按照所述第一发射功率电平值和所述至少一个附加发射功率电平值确定一个参考速率发射功率值。
23．如权利要求22所述的装置，其特征在于，它还包含介于所述至少一个附加计算器装置和所述复合参考计算器装置之间的加权装置，用来按照一个预定的加权格式加权至少一个附加发射功率电平值。
24．如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述加权装置包含乘法器装置，用来接收所述至少一个附加发射功率电平值，并用一个加权因子乘以所述至少一个附加发射功率电平值。
25．如权利要求24所述的装置，其特征在于，所述加权因子是一个预定的固定值。
26．如权利要求25所述的装置，其特征在于，它还包含加权因子计算器装置，用来计算所述加权值。
27．如权利要求26所述的装置，其特征在于，所述加权因子计算器装置响应于帧差错率统计量。
28．如权利要求26所述的装置，其特征在于，所述加权因子计算器装置响应于速率频度值。
29．如权利要求22所述的装置，其特征在于，它还包含其余速率发射计算器装置，用来接收所述参考速率发射功率值，以及按照所述参考速率发射功率值确定至少一个附加发射功率电平。
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