CN1305279A - 在可变控制周期中的码分多址发射功率控制 - Google Patents

在可变控制周期中的码分多址发射功率控制 Download PDF

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Abstract

在一种用于控制移动台的反向发射功率的CDMA发射功率控制***中,多普勒频率检测器(50)利用从每个发射功率控制周期中提取的导频符号检测每个发射功率控制周期中反向发射数据信号的最大多普勒频率。当最大多普勒频率小于多普勒频率阈值时,***在发射功率控制周期的一个循环中执行闭环控制。另一方面,当最大多普勒频率大于多普勒频率阈值时,该***在视在的N倍发射功率控制周期中执行闭环控制。

Description

在可变控制周期中的码分多址发射功率控制
本发明涉及一种CDMA(码分多址)发射功率控制方法和***，用于执行发射功率的闭环控制，特别涉及一种CDMA发射功率控制方法和***，其中基站对移动台执行发射功率控制。
在CDMA移动通信***中，基站可以在同一时间通过利用相同的频带与多个移动台进行通信。也就是说，基站接收一个接收信号，该接收信号包括从移动台发送来的多个反向发射信号。
现在，针对由一个移动台所发射的一个发射信号(下面称为所需信号)进行说明。包含在接收信号中的其它信号将被称为不需要信号。所需信号受到不需要信号的影响。换句话说，对于所需信号来说，不需要信号是一种干扰。对所需信号的干扰程度取决于不需要信号的接收电功率(或者接收电场强度)。如果移动台用相同的发射功率执行发射，则移动台的位置决定了对所需信号的干扰程度，并且移动台的运动改变了对所需信号的干扰程度。因此，CDMA移动通信***的通信质量取决于在上述条件中移动台的位置。这种状态对用户(或者移动台的用户)来说是不理想的。
因此，在常规CDMA移动通信***中，基站控制移动台的发射功率，以便于无论移动台的位置如何都提供一个统一的通信质量。
基站对与其进行通信的每个移动台的发射功率执行闭环控制。也就是说，基站控制每个移动台，使得所接收信号的信号干扰比(SIR)(或者所需信号与不需要信号的电功率之间比值)大于用来与基站进行通信的所需数值，并且集中到一个预定值。基站在短的周期内(例如，1500次/秒)重复执行闭环控制。
由于基站如上文所述那样控制移动台的发射功率，因此通信质量被改进，并且一致地提供给位于该基站的服务区域内的移动台。另外，闭环控制提高了CDMA移动通信***的通信容量。另外，闭环控制附带地抑制了每个移动台的功耗，并且延长每个移动台的电池寿命。
同时，移动通信***具有由于移动台的运动所造成的衰减问题。例如，当由基站接收的所接收信号具有由衰减所造成的瞬间大幅度时，基站相当大程度地减小了正向传输信号的发射功率。因此，衰减明显地降低了移动通信***的通信质量。
常规CDMA移动通信***的闭环控制改进接收特性，以避免衰减。
但是，常规的CDMA移动通信***具有一个问题，即闭环控制不能够处理衰减的快速变化降低基站的接收特性的问题。
如果发射功率控制周期TTPC较短，则常规CDMA移动通信***可以抑制接收电功率的瞬间改变。但是，由于每个信号处理(例如，调制、SIR的估计等等)需要一定的时间，因此对发射功率控制周期TTPC的缩短具有界限。另外，发射功率控制周期TTPC的缩短需要大大改变用于闭环功率控制的程序的算法。
因此本发明的一个目的是提供一种能够控制移动通信***的发射功率而没有衰减的实际影响的CDMA发射功率控制***。
本发明另一个目的是提供一种用于控制移动台的发射功率而没有衰减的实际影响的CDMA发射功率控制方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于在可变控制周期内控制移动台的发射功率的CDMA发射功率控制***。
本发明的另一个目的是提供一种用于根据衰减程度或者最大多普勒频率控制移动台发射功率的发射功率控制***。
本发明又一个目的是提供一种能够处理快速衰减而不缩短发射功率控制周期的发射功率控制***。
在下文的描述中，本发明其它目的将变得更加清楚。
根据本发明第一方面，一种用于控制反向发射功率的CDMA发射功率控制方法。该方法包括如下步骤：通过利用***在反向发射数据信号中的导频符号，判断反向发射数据信号的衰减是否包括快速改变成分；当衰减不具有快速改变成分时，正常调节每个反向发射数据信号的发射功率控制周期中的反向发射功率；以及当该衰减具有快速改变成分时，异常调节每N(N：大于1的整数)倍发射功率控制周期的反向发射功率。
在第一方面的CDMA发射功率控制方法中。判断步骤包括如下步骤：通过利用导频符号在每个反向发射数据信号的发射信号控制周期中查找一个最大多普勒频率；以及把该最大多普勒频率与频率阈值相比较，以判断衰减中是否包含快速改变成分。
在第一方面的CDMA发射功率控制方法中，异常调节步骤包括如下两个步骤：对于N-1倍发射功率控制周期保持反向发射功率；以及在该发射功率控制周期内调节反向发射功率。
在第一方面的CDMA发射功率控制方法中，该方法还包括如下步骤：当该衰减没有快速改变成分时，正常测量每个发射功率控制周期的导频符号的平均强度；当衰减具有快速改变成分时，异常测量每N倍发射功率控制周期的导频符号的平均强度；根据导频符号的平均强度估计信号干扰比；以及把该信号干扰比与一目标相比较，以执行正常和异常调节步骤。
根据本发明第二方法，一种CDMA发射功率控制方法用于在包含基站和移动台的CDMA移动通信***中控制反向发射功率。该方法包括如下步骤：在所述基站中接收从所述移动台发射的反向发射数据信号，该反向发射数据信号具有在每个发射功率控制周期***到反向发射数据信号中的导频符号；在所述基站中，在每个发射功率控制周期内从反向发射数据信号提取导频符号；在所述基站中，在每个反向发射功率控制周期内通过利用导频符号查找最大多普勒频率；在所述基站中，把最大多普勒频率与一个阈值频率相比较；在所述基站中，当最大多普勒频率比阈值频率更大时，把视在发射功率控制周期扩大为N倍(N：大于1的整数)。
在第二方面的CDMA发射功率控制方法中，扩大步骤是通过保持在视在发射控制周期中的N-1倍发射功率控制周期中的发射功率的步骤而实现的。
在第二方面的CDMA发射功率控制方法中，该方法还包括如下步骤：当最大多普勒频率小于阈值频率时，正常测量每个发射功率控制周期中的导频信号的平均强度；当最大多普勒频率大于阈值频率时，异常测量每N倍发射功率控制周期中导频符号的平均强度；以及根据导频符号的平均强度调节发射功率。
根据本发明第三方面，一种用于控制反向发射功率的CDMA发射功率控制***。该CDMA发射功率控制***包括：多普勒频率检测器，其检测每个发射功率控制周期中反向发射数据信号的最大多普勒频率。发射功率控制位产生单元连接到多普勒频率检测器，并且根据多普勒频率在可变周期内产生发射功率控制位。
在第三方面的CDMA发射功率控制***中，CDMA发射功率控制***还包括RAKE(分离多径)合成器，用于在每个发射功率控制周期从反向发射数据信号提取导频符号，以把该导频符号提供给多普勒频率检测器。多普勒频率检测器通过利用该导频符号检测最大多普勒频率。
在第三方面的CDMA发射功率控制***中，发射功率控制位产生单元包括：信号电功率平均部分，其连接到多普勒频率检测器，以便于当最大多普勒频率小于频率阈值时，在每个发射功率控制周期中产生估计的信号干扰比，并且当最大多普勒频率大于频率阈值时，在每N倍发射功率控制周期中产生估计的信号干扰比。存储器存储目标信号干扰比。比较器连接到信号电功率平均部分和存储器，并且把所估计的信号干扰比与目标信号干扰比相比较，以产生发射功率控制位。当所估计的信号干扰比没有从所述信号电功率平均部分提供时以及当最大多普勒频率大于频率阈值时，比较器在每个发射功率控制周期中产生附加发射功率控制位，以便于保持反向发射功率。
图1为常规CDMA发射功率控制***的方框图；
图2A示出反向发射数据序列；
图2B示出正向发射数据序列；
图3A为在没有对反向发射功率执行闭环控制以及衰减没有包括快速改变成分的情况下，接收功率与时间的曲线图；
图3B为在执行闭环控制以及衰减不包含快速改变成分的情况下，接收功率与时间的曲线图；
图4A为在没有执行反向发射功率的闭环控制以及衰减包含快速改变成分的情况下，接收功率与时间的曲线图；
图4B为在执行反向发射功率的闭环控制以及衰减包含快速改变成分的情况下，接收功率与时间的曲线图；
图5为根据本发明一个优选实施例的CDMA发射功率控制***的方框图；
图6为描述图5的CDMA发射功率控制***的操作的流程图；
图7A为在没有执行反向发射功率的闭环控制以及衰减包含快速改变成分的情况下，短时间内(例如，几毫秒)的接收功率与时间的曲线图；
图7B为在没有执行反向发射功率的闭环控制以及衰减包含快速改变成分的情况下，长时间内(例如，几秒或几十秒)的接收功率与时间的曲线图；
图7C为在执行反向发射功率的闭环控制以及衰减包含快速改变成分的情况下，长时间内的接收功率与时间的曲线图；
图8为视在发射功率控制周期与最大多普勒频率的曲线图。
参照图1至3，首先对常规的CDMA通信移动***或者常规的CDMA发射功率控制***进行描述，以便于更好地理解本发明。
在图1中，CDMA移动通信***包括基站10和移动台30。基站10对移动台30执行反向发射功率的闭环控制。基站10包括去扩展器12、RAKE合成器14、所接收SIR检测器16、目标SIR存储器18、比较器20、编码器22和扩展器24。
去扩展器12连接到包括天线的发射/接收部分(未示出)，并且从发射/接收部分提供一个接收信号。该接收信号包括所需的多路径信号，其中包括从移动台30通过反向链路发射的原始反向发射信号，以及多个从原始反向发射信号导出的派生发射信号。所接收信号还包括不需要信号，其中包括从其它移动台(未示出)提供的多路径信号。
原始反向发射信号包括如图2A中所示的反向发射数据序列。反向发送数据序列具有多个预定周期，每个周期包括导频符号周期TPL。换句话说，反向发射数据序列包括用户数据和周期地***在用户数据中的导频符号。导频符号在移动台30处在一个预定周期的循环中自动***到用户数据中以形成反向发射数据序列。派生发射信号是由建筑物等对原始发射信号的反射而产生的，并且通过不同路径到达基站10。
去扩展器12通过利用去扩展码对几个原始和派生发射信号进行去扩展，以产生具有不同延迟时间的路径成分信号。例如，去扩展器12对两个或三个原始和派生发射信号进行去扩展。
RAKE合成器14连接到去扩展器12，并且接收从去扩展器12提供的路径成分信号。RAKE合成器14通过利用包含在路径成分信号中的导频符号解调该路径成分信号，并且执行RAKE合成(或者最大比率合成)以把在预定时间窗内的解调路径成分信号合成，以产生一个合成信号。该合成信号是在基站中的所需发射数据信号。RAKE合成器14从合成信号的每个预定周期提取合成导频符号，并且在预定周期内把它提供给所接收SIR检测器16。
所接收SIR检测器16连接到RAKE合成器14，并且具有信号电功率检测器26和信号电功率平均部分28。
当接收到从RAKE合成器14提供的合成导频符号时，信号电功率检测器26通过测量合成导频符号的强度，检测或查找所需发射数据信号的接收电功率。然后，信号电功率检测器26在预定周期内产生表示所需发射数据信号的接收电功率的电功率值信号。
信号电功率平均部分28在其接收电功率值信号过程中计算或测量所需发射数据信号的接收信号功率的平均值。这意味着信号电功率平均部分28测量在每个导频符号周期TPL内或者在预定周期的循环内的导频符号的平均强度。然后，信号电功率平均部分28根据在预定周期中所需发射数据信号的接收电功率的平均值估计信号干扰比(SIR)。所估计的SIR表示所需发射数据信号的接收电功率与不需要信号的电功率之间的估计比值。因此，信号电功率平均部分28在预定周期内把估计的SIR提供给比较器20。
目标SIR存储器18存储在CDMA移动通信***一方确定的目标SIR。
比较器20连接到所接收SIR检测器16和目标SIR存储器18。当从信号电功率平均部分28接收估计的SIR时，比较器20把估计的SIR与存储在目标SIR存储器18中的目标SIR相比较。结果，比较器20在预定周期内周期地产生发射功率控制位(TPC位)。当估计的SIR大于目标SIR时，TPC位被用于增加移动台的发射功率，而当估计的SIR小于目标SIR时，TPC位用于降低移动台的发射功率。
编码器22编码用于发射到移动台30的发射数据，并且产生一个编码数据。
扩展器24连接到比较器20、编码器22和发射/接收部分。扩展器24形成正向发射数据序列，其中TPC位在图2B所示的预定周期的循环中。在这种情况下，预定周期被用作为一个发射功率控制周期TTPC。然后，扩展器24通过利用用于移动台30的扩展码来扩展正向发射数据序列。
发射/接收部分通过正向链路发射正向发射数据序列作为用于移动台30的正向发射信号。
移动台30接收正向发射信号，并且根据包含在每个正向发射信号的预定周期中的TPC位来调节发射功率。
因此，在常规CDMA通信移动***中，基站10在每个发射功率控制周期TTPC中为导频符号周期TPL查找估计的SIR，以控制移动台30的发射功率。
如果基站10没有对移动台30执行发射功率的闭环控制，则所需发射数据信号的接收电功率被衰减明显地改变，如图3A中所示。另一方面，当基站10对移动台30执行闭环控制时，所需信号的接收电功率集中在由目标SIR所确定的特定数值，如图3B中所示。
但是，常规的CDMA功率控制***具有一个问题，即，尽管它可以避免如图3A和3B中所示的缓慢衰减，但是它不能避免如图4中所示的快速衰减。也就是说，如图4B中所示，当衰减包含在发射功率控制周期TTPC中所需发射数据信号的接收电功率的瞬时改变时，常规CDMA发射功率控制***增大所需发射数据信号的接收电功率的改变量。例如，所需发射数据信号的接收电功率在图4B的周期TA过程中由发射功率的闭环控制所增加。这意味着，用于其它移动台的不需要信号增加。另外，所需信号的接收电功率在图4B的周期TB过程中由闭环控制减小到灵敏度极限之下。这意味着基站10的接收灵敏度下降。
参照图5至8，将描述根据本发明一个优选实施例的CDMA移动通信***或者CDMA发射功率控制***。相同的部件由相同的参考标号所表示。
在图5中，CDMA移动通信***包括多普勒频率检测器50，其连接到RAKE合成器14以及信号电功率平均部分28。
CDMA移动通信***如图6中所示进行工作。步骤S1-S4、S6和S8-S12基本上对应于常规CDMA移动通信***的操作。
在步骤S5中，多普勒频率检测器50在预定周期内从RAKE合成器接收合成导频符号。换句话说，多普勒频率检测器50在每个发射功率控制周期TTPC接收合成导频符号。多普勒频率检测器50在每个发射功率控制周期TTPC根据合成的导频符号查找所需发射数据信号的最大多普勒频率fD。
在步骤S7中，当接收合成的导频符号时，多普勒频率检测器50把最大多普勒频率fD与多普勒频率阈值fTH相比较。多普勒频率阈值fTH取决于发射功率控制周期TTPC。例如，多普勒频率阈值fTH等于1/(8×TTPC)。尽管在这种情况下比例常量等于1/8，但是它可以被适当地选择。
当最大多普勒频率fD小于多普勒频率阈值fTH，多普勒频率检测器50产生“1”的结果数位。在这种情况下，步骤S7转到步骤S8。
另一方面，最大多普勒频率fD不小于多普勒频率阈值fTH，多普勒频率检测器50产生“1”的结果数位。在这种情况下，步骤S7转到步骤S13和步骤S14。
当最大多普勒频率fD不小于多普勒频率阈值fTH时，一个改变点在几乎每个发射功率控制周期TTPC之间的所需发射数据信号的接收电功率的曲线图上示出，如图7A(或图4A)中所示。该改变点是一个极值(例如，最大或最小值)或者一个拐点，并且导致快速衰减等等情况。在接收电功率在每个发射功率控制周期TTPC之间具有改变点的情况下，执行常规闭环控制将降低基站10的接收特性(参见图4B)。因此，当常规的闭环控制可以抑制衰减时，多普勒频率检测器50基本上产生“0”的结果数位。当常规闭环控制不能够抑制具有快速衰减成分的衰减时，多普勒频率检测器50基本上产生“1”的结果数位。
因此，多普勒频率检测器50在每个发射功率控制周期TTPC产生“0”或“1”的结果数位。
信号电功率平均部分28在操作上不同于图1中所示。具体来说，当信号电功率平均部分28从多普勒频率检测器50接收到“1”的结果数位时，执行一个不同或异常的操作。当信号电功率平均部分28从多普勒频率检测器50接收到“0”的结果数位时，它在步骤S8执行与图1中所示相同的正常操作。信号电功率平均部分28的操作将在下文中具体描述。
当信号电功率平均部分28接收“0”的结果数位时，它响应从信号电功率检测器26提供的电功率值信号，测量在导频符号周期TPL之间的所需信号的接收电功率的平均值。
另一方面，当信号电功率平均部分28接收“1”的结果数位时，它执行步骤S13。也就是说，信号电功率平均部分28响应N次从信号电功率检测器26提供的电功率值信号，测量N倍导频符号周期TPL之间的所需发射信号接收电功率的平均值。“N”为整数并且远大于1。例如，“N”为10。信号电功率平均部分28根据所需发射信号的接收电功率的平均值，产生估计的SIR。也就是说，信号电功率平均部分28在每N倍发射功率控制周期TTPC中产生估计的SIR。因此，信号电功率平均部分28长时间测量所需发射信号的接收电功率的平均值。因此，估计的SIR实际上不影响接收电功率的瞬时改变。
在步骤S9中，当从信号电功率平均部分28接收估计的SIR时，比较器20把估计的SIR与在目标SIR存储器18中存储的目标SIR相比较。然后比较器20根据比较结果产生“11”或“00”的TPC位。“11”的TPC位用于增加移动台30的发射功率，而“00”TPC位用于减小移动台30的发射功率。另外，当最大多普勒频率fD不小于多普勒频率阈值fTH时，比较器20执行步骤S14。即，当在步骤S14不从信号电功率平均部分提供估计的SIR时，比较器20(N-1)次产生对应于(N-1)倍导频符号周期TPL的“10”或“01”TPC位。“10”或“01”的TPC位用于保持移动台30的发射功率。这是因为TPC位必须在步骤S10***在正向发射数据序列(参见图2B)的每个发射功率控制周期TTPC中。因此，比较器20产生一组TPC位，用于改变发射功率，并且产生(N-1)组TPC位，用于当最大多普勒频率fD不小于多普勒频率阈值fTH时在每N倍发射功率控制周期TTPC中保持发射功率。结果，当最大多普勒频率fD不小于多普勒频率阈值fTH时，闭环控制在视在的N倍的发射功率控制周期TTPC的循环中执行。图8示出最大多普勒频率与视在发射功率控制周期之间的关系。
如上文所述，CDMA移动通信***根据最大多普勒频率改变视在发射功率控制周期。相应地，CDMA移动通信***可以避免基站接收特性的下降，并且避免对每个移动台增加干扰功率。
通常，包括快速衰减成分和缓慢衰减成分的衰减如图7B中所示。缓慢衰减成分取决于建筑物的密度、高度和位置、波动以及移动台与基站之间的间隔。图5的CDMA移动通信***通过把视在发射功率控制周期从几毫秒延长到几秒或几十秒而抑制缓慢衰减成分，如图7C中所示。也就是说，接收电功率汇聚在目标SIR所决定的特定数值。
尽管本发明结合优选实施例进行描述，但是对于本领域内的专业人员来说容易把本发明以各种其它方式应用到实践中。例如，尽管当最大多普勒频率fD等于多普勒频率阈值fTH时，多普勒频率检测器50产生“1”的结果数位，但是它也可以产生“0”的结果数位。

Claims (10)

1．一种用于控制反向发射功率的CDMA发射功率控制方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
通过利用***在反向发射数据信号中的导频符号，判断反向发射数据信号的衰减是否包括快速改变成分；
当衰减不具有快速改变成分时，正常调节每个反向发射数据信号的发射功率控制周期中的反向发射功率；以及
当该衰减具有快速改变成分时，异常调节每N(N：大于1的整数)倍发射功率控制周期的反向发射功率。
2．根据权利要求1所述的CDMA发射功率控制方法，其特征在于，判断步骤包括如下步骤：
通过利用导频符号在每个反向发射数据信号的发射信号控制周期中查找一个最大多普勒频率；以及
把该最大多普勒频率与频率阈值相比较，以判断衰减中是否包含快速改变成分。
3．根据权利要求1所述的CDMA发射功率控制方法，其特征在于，异常调节步骤包括如下两个步骤：
对于N-1倍发射功率控制周期保持反向发射功率；以及
在该发射功率控制周期内调节反向发射功率。
4．根据权利要求1所述的CDMA发射功率控制方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：
当该衰减没有快速改变成分时，正常测量每个发射功率控制周期的导频符号的平均强度；
当衰减具有快速改变成分时，异常测量每N倍发射功率控制周期的导频符号的平均强度；
根据导频符号的平均强度估计信号干扰比；以及
把该信号干扰比与一目标相比较，以执行正常和异常调节步骤。
5．一种CDMA发射功率控制方法，用于在包含基站和移动台的CDMA移动通信***中控制反向发射功率，其特征在于所述方法包括如下步骤：
在所述基站中，接收从所述移动台发射的反向发射数据信号，该反向发射数据信号具有在每个发射功率控制周期***到反向发射数据信号中的导频符号；
在所述基站中，在每个发射功率控制周期内从反向发射数据信号提取导频符号；
在所述基站中，在每个反向发射功率控制周期内通过利用导频符号查找最大多普勒频率；
在所述基站中，把最大多普勒频率与一个阈值频率相比较；
在所述基站中，当最大多普勒频率比阈值频率大时，把视在发射功率控制周期扩大为N倍(N：大于1的整数)发射功率控制周期。
6．根据权利要求5所述的CDMA发射功率控制方法，其特征在于，扩大步骤是通过如下步骤实现的：
保持在视在发射控制周期中的N-1倍发射功率控制周期的发射功率。
7．根据权利要求5所述的CDMA发射功率控制方法，其特征在于所述方法还包括如下步骤：
当最大多普勒频率小于阈值频率时，正常测量每个发射功率控制周期中的导频信号的平均强度；
当最大多普勒频率大于阈值频率时，异常测量每N倍发射功率控制周期中导频符号的平均强度；以及
根据导频符号的平均强度调节发射功率。
8．一种用于控制反向发射功率的CDMA发射功率控制***，所述CDMA发射功率控制***包括：
多普勒频率检测器，其检测每个发射功率控制周期中反向发射数据信号的最大多普勒频率；以及
发射功率控制位产生单元，其连接到多普勒频率检测器，并且根据多普勒频率在可变周期内产生发射功率控制位。
9．根据权利要求8所述的CDMA发射功率控制***，其特征在于，所述CDMA发射功率控制***还包括：
RAKE(分离多径)合成器，用于在每个发射功率控制周期从反向发射数据信号提取导频符号，以把该导频符号提供给多普勒频率检测器，
其中，多普勒频率检测器通过利用该导频符号检测最大多普勒频率。
10．根据权利要求8所述的CDMA发射功率控制***，其特征在于，所述发射功率控制位产生单元包括：
信号电功率平均部分，其连接到多普勒频率检测器，以便于当最大多普勒频率小于频率阈值时，在每个发射功率控制周期中产生估计的信号干扰比，并且当最大多普勒频率大于频率阈值时，在每N倍发射功率控制周期中产生估计的信号干扰比；
存储器，存储目标信号干扰比；以及
比较器，其连接到信号电功率平均部分和所述存储器，用于把所估计的信号干扰比与目标信号干扰比相比较，以产生发射功率控制位，
其中，当所估计的信号干扰比没有从所述信号电功率平均部分提供时以及当最大多普勒频率大于频率阈值时，所述比较器在每个发射功率控制周期中产生附加发射功率控制位，以便于保持反向发射功率。
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