CN1756118A - 通信***中的外环功率控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信***中的外环功率控制。业务信道的外环功率控制包括使用来自另一信道的至少一个输出来确定当选定的信道情况存在时诸如信噪比之类的适当的控制门限值。一个示例业务信道情况包括没有足够的数据传输来提供分组差错率的直接测量。用于确定何时使用其它信道输出的另一示例业务信道情况是业务信道上的传输模式。用于设置控制门限值的一个示例输出是与业务信道相关的导频信道的码片能量与噪声比。

Description

通信***中的外环功率控制

技术领域

本发明通常涉及电信领域。

背景技术

通信***可以基于硬布线连接、无线信号传输或者这二者的组合。一些***能够处理话音通信。一些能够处理数据通信。一些能够处理一个以上类型的通信(即语音和数据)。

在数据通信***中，信息比特通常被组合成为一个帧或者分组格式并被发射到接收机。例如接收到的分组可能由于一个用于发射数据的噪声信道而被丢失或者包括差错。分组差错率(PER)是包含差错的接收分组的百分比。

已知的***通过计数在一个时间间隔期间的丢失或错误分组数目来直接确定PER。可是在许多情形中，使用直接计数技术充分地确定PER是不可能的。在许多数据传输装置中，传输在信道上不是连续的。数据传输例如倾向于猝发。在没有接收数据分组的寂静时间期间，没什么好计数的并且没有用于确定PER的基础。

直接计数来确定PER未必提供可靠结果的另一情形是在实际的PER很小时。例如，PER可能是大约10^-4或10^-5量级。在一个有限的时间间隔内，接收分组数目没有大到足以提供足够信息用于精确地确定PER。

PER是指示信道质量和***性能的一个重要量度。PER可以通过调整信噪比(SIR)、引入冗余度或者同时通过这两个方法来控制，以便减少分组差错的发生。已知***被设计来尝试保持PER低于一个选定目标。在服务质量和信号发射功率之间有一个折衷，其典型情况下影响PER目标的选择。外环功率控制被用来选择适当的门限值或SIR以便到达服务质量和发射功率之间的一个适当的平衡。

前向纠错(FEC)和自动重发请求(ARQ)是通信***中的传统差错保护方案。在发射机处，编码器增加冗余度来以奇偶校验位的形式保护信息比特。在接收机处，解码器研究冗余度因此某一数量的差错能够被纠正。一种编码的***每一接口能够容忍更多信道差错，并且因此能够负担在较低的发射功率操作并且在较高的数据速率发射。对于ARQ，发射机发送分组给接收机。接收机一收到分组就执行差错检测以便确定分组是否有差错。接收机发送一个确认返回给发射机，指示该分组是否被成功接收。如果该分组没有被正确地接收，则发射机重发同一分组。否则，发射机从它的缓存器中删除该分组并且处理下一分组。

还有一种FEC和ARQ技术的组合，它被认为是混合式ARQ(HARQ)方案。在HARQ内已知两种特定的技术：Chase合并和递增的冗余度。用低速率FEC码编码原始数据分组。已编码分组然后被分成多个子分组。每个子分组被使用作为传输单位。在Chase合并中，每个子分组与原始编码的分组相同。如果子分组被解码具有差错，则下一子分组被发射。在接收机处，多个接收到的子分组被最佳合并和解码。对于递增的冗余度，每个子分组不同并且具有初始分组的冗余度信息。如果第一子分组被不正确地解码，则下一子分组被发射。在接收机处，多个接收到的子分组被连接在一起并形成一个用于解码的码字。在一个传输中使用更多子分组在接收机处导致一个具有更多冗余度信息的较长码字。因此，在递增的冗余度技术中的每个传输为了更高的差错纠正能力提供附加冗余度信息。

在无线通信***中，卷积码和turbo码通常被使用作为FEC码。

编码***中的PER取决于比特能量与噪声频谱密度之比(Eb/No)、FEC编码率、ARQ方案和分组尺寸。卷积码和turbo码的解码差错概率分析上难以计算。代替获得精确的差错概率，典型地，导出一个界限来反映一个合理的解码性能级别。为了论述的目的，在一个示例中业务信道上的数据传输使用无线通信来发生。具有此能力的一个示例***是IxEV-DV***，它是3GPP2定义的第三代CDMA2000标准。

在IxEV-DV***中的反向链路上配置有多个信道。用于发射用户业务的高速数据信道是反向链路分组数据信道(R-PDCH)。典型地，此信道上的传输时间单元被称为一个时隙并且常常具有10毫秒的持续时间。用FEC码编码的编码器分组被分成子分组。每个子分组被预定在一个时隙内并被发射。这里有各种不同的编码器分组尺寸。已知的Turbo码被使用作为PDCH的FEC码。已知的卷积码被用于传统3G1x业务信道，如基础信道(FCH)和辅助信道(SCH)。典型地，在R-PDCH上的传输速率从6.4KBPS变化直到1.8MBPS并且根据信道状态和移动站处的可用数据被动态地设置。R-PDCH上的不同传输速率是不同传输器尺寸和调制方案的结果。

在一个示例中，混合式ARQ被使用在R-PDCH上来进行时间分集和差错性能改善。

备用链路导频信道(R-PICH)被用来连续地发送导频序列。导频序列是诸如多个二进制数之类的未调制的已知信号序列。在CDMA扩频***中，导频信号被用来确定多径分量特性并帮助接收信号的相干解调。导频信道上的发射功率例如被使用作为其它信道的参考点。R-PDCH例如在导频信道的发射功率上具有一个固定偏移，通常被称为T2P(业务与导频)比。

例如在一个CDMA***中，保持业务信道的PER低于某一个目标是所希望的。在一个示例中，1％的PER保持一个合理的用户数据服务质量。调整业务SIR保持PER的控制。例如当PER太高时，目标SIR将被增加。例如当PER太低时，目标SIR将被降低以便减少由一个特定移动站产生的干扰。调整目标SIR以便保持PER低于一个目标门限值有时被称为外环功率控制。内环功率控制根据目标SIR调节移动站的发射功率。内环和外环功率控制同时操作以便达到一个优良的***性能。基站的功率控制部分22负责外环功率控制。

PER值是用于外环功率控制的一个示例参数。在某些情况下，达到在PDCH(即业务信道)上的PER的直接测量是可能的。可是，有这样的时候，其中没有分组可用并且基站的功率控制部分不能够直接测量PER。在这样的情况之下，外环功率控制可能被牺牲。

一个另外的考虑是：IxEV-DV中的R-PDCH有为不同应用设计的四个不同模式。例如，提升(boost)模式是为延迟敏感的应用所设计。在提升模式中，分组以一个比常规模式的功率设置更高的功率发送。这提高了第一次发射的成功概率并且降低了重发延迟。结果，在HRAQ合并之后的PER在提升模式中通常很小。例如它可以小于.1％。在这样的情况之下，即使当有接收分组可用时也难以直接计算PER。

发明内容

本发明解决了即使当业务信道情况如此以使以前开发的技术不能提供满意或可靠结果时保持外环功率控制的需要。

一种示例通信方法，包括：当存在一个第一业务信道情况时，基于至少一个其它信道的至少一个选定的输出确定业务信道的外环功率控制门限值。

在一个示例中，第一业务信道情况包括在业务信道上低于选定门限值的数据传输量，或者在业务信道上除了正常模式外的一个发射模式中的至少一个。

在一个示例中，其它信道是与业务信道相关的导频信道。来自导频信道中的至少一个输出提供估计业务信道的分组差错率的基础。估计的分组差错率提供用于确定如何设置外环功率控制门限值的基础。

一个示例包括当不同的第二业务信道情况存在时，使用来自业务信道的选定输出。在一个示例中，业务信道的分组差错率被确定并被用于设置外环功率控制门限值。确定业务信道的第一或第二情况是否存在以允许选择用于设置门限值的合适基础。

本发明的各种特性和优点从如下详细的描述中将对本领域技术人员变得显而易见。伴随详细说明书的附图可以如下被简要描述。

附图说明

图1示意性地说明了在一个示例通信***中用于外环功率控制的选定部分。

图2是概述确定外环功率控制门限值的一个示例方法的流程图。

图3是示出估计业务信道分组差错率的一个示例方法的流程图。

具体实施方式

图1示意性地示出了一个通信***20的选定部分。在这个示例中，一个外环功率控制部分22是用于无线数据通信的无线网络控制器的一部分，它设置在业务信道上达到目标分组差错率(PER)的门限值。一个示例门限值包括信噪比(SIR)。移动站使用已知技术把信噪比与门限值进行比较并以一种已知方式响应地调节发射功率。所示的示例包括设置门限值的唯一方法。

接收机部分24 R-PDCH以一种已知方式在业务信道上接收数据分组。接收机部分24以一种已知方式处理接收分组，包括检测分组中任何一个是否包括差错。差错事件信息被提供给功率控制部分22。

所示的示例包括两个业务信道模式检测器部分26和28。任何一个都能够提供关于业务信道PDCH上的传输模式的信息给功率控制部分22。示例传输模式包括正常模式和提升模式，其中每一个对于一个分组都具有不同的平均传输数。在这个示例中模式检测器部分28是被设计来用于基带处理的ASIC的一部分并且解码业务信道PDCH上的数据以便以一种已知方式确定传输模式。示意性地示出的检测器部分26使用数据分组到达率来确定传输模式。

在一个示例中，检测器部分26获取每一接收分组的时间戳并确定顺序接收到的分组到达之间的时间(即，相互间的到达时间)。检测器部分26使用确定的相互间到达时间来估计每个分组的平均传输数。当每一分组的传输数目接近大约一时，检测器部分26确定业务信道传输模式很可能是所谓的提升模式。这遵循从提升模式中的更高发射功率的使用，其增加了在第一传输上成功接收分组的可能性。与正常模式相比，在提升模式中平均起来分组的重复传输较少，其中使用较小发射功率。如果每一分组的平均传输数接近最大可能数，则业务信道PDCH上的数据流很可能处于正常或常规模式。

所示的示例还有一个接收机部分32R-PICH，其接收反向链路导频信道PICH传输。接收机部分32以一种已知方式检测并处理导频码元。导频信道PICH的至少一个选定输出在接收机部分32处被识别。在一个示例中，导频信道的每一码片能量与噪声频谱密度之比是选定的输出并且如下所述用于确定业务信道PDCH的估计的分组差错率。

使用信道质量指示符信道接收机部分32 R-CQICH和多普勒估计部分34来确定关于移动站的信息。在一个示例中，以一种已知方式应用CQI信息来估计衰落过程的多普勒频率，它提供移动站移动速度的指示。

估计器部分40确定被提供给功率控制部分22的一个估计PER。在这个示例中，估计的PER是至少基于导频信道PICH的选定输出和来自估计部分36中的估计的多普勒频率。即便在业务信道PDCH上没有足够的数据传输以启用业务信道PER的直接测量时的情况下，使用导频信道PICH输出来估计用于数据传输的业务信道PDCH的PER启用功率控制部分22来设置一个适当的外环功率控制门限值。

图2包含概述了一个方法的流程图50，该方法使用来自另一信道的至少一个输出用于确定诸如用于数据传输的业务信道之类的一个业务信道的外环功率控制门限值。该示图包括由功率控制部分22执行的功能。

示例流程开始于52，在此，目标SIR被设置。在52的步骤还包括设置一个期望的外环控制时间间隔，在此时间间隔期间为了设置功率控制门限值的目的而分析数据。在一个示例中，这个时间间隔比每一数据分组的一个时隙明显更长。该时间间隔将至少足够长以便关于设置在有用继起时间周期上使用的一个适当门限值而进行有意义的确定。受益于此说明书的本领域技术人员将了解什么限制将最好地运转以符合他们特定情形的需要。

在54，来自接收机部分24的可用业务信道PDCH信息例如提供选定时间间隔内在业务信道上发射的数据量的指示。在56，来自关于业务信道PDCH的信息中的此类信息被用来确定任何数据传输是否已经发生以及接收分组数目是否足够用于直接确定功率控制门限值。如果有足够的接收分组数目，则在60处分析从模式检测器部分26或28之一获得的传输模式信息58。如果传输模式是标准或常规模式，则流程以一种直接考虑用于确定外环功率控制门限值的业务信道信息的模式继续(即，设置SIR门限值)。

在62，功率控制部分22确定是否有任何分组差错。在64，功率控制部分22确定在52设置的外环控制时间间隔期间业务信道PDCH上的分组差错数目。

以一种已知方式选择时间间隔(即，分组差错率(PER))内适当的分组差错数目以符合特定情形的需要。在这个示例中适当的数目被认为是差错门限值。在66，确定的分组差错数目与差错门限值进行比较。

如果分组差错数目超过误差门限值，则在68增加功率控制门限值(即目标SIR)。这样一个增量取决于特定情形的需要并且受益于此的本领域技术人员将能使用适当的增量。如果分组差错数目小于误差门限值，则功率控制门限值以一种已知方式降低。

该流程对于下一外环功率控制间隔重复开始于72。

如果业务信道情形是如此以使在业务信道PDCH上的分组差错率的直接测量对于设置功率控制门限值来说不可能或者不可靠，则功率控制部分22使用另一操作模式。在这个示例中，功率控制部分使用至少一个其它信道的至少一个选定输出用于确定外环功率控制门限值。例如，当在56处的判断指示没有足够的接收分组数目用于直接计数它们以确定PER时，流程继续到76表示的步骤。在一个示例中，每一控制时间间隔至少一个分组被认为是足够的。受益于此说明书的本领域技术人员将能选择适当数目的分组以提供一个有意义的PER计数以符合他们特定情形的需要。

可替代地，当业务信道PDCH上的传输模式是提升模式或者是除了正常模式之外的另一模式时，代替步骤62，流程继续到步骤76。

在76，功率控制部分22进入一个模式，该模式包括：使用由估计器部分40基于另一信道的输出确定的该业务信道的估计控制参数。在一个示例中，估计器部分40使用导频信道PICH的PER来确定业务信道PDCH的等效PER。那个等效或估计的PER在78处被提供。

在80，功率控制部分把估计的或等效的PER与目标数目PER进行比较以便有效地确定多少分组有差错。如果在82处确定的有差错的分组数目超出计数门限值，则外环功率控制门限值在68处增加。如果确定的有差错的分组数目低于计数门限值，则功率控制门限值在70处减小。

所示的示例使用设置功率控制门限值的示例模式中的至少一个。每当对应于不能指望直接考虑业务信道信息的第一业务信道情况存在时，功率控制部分22可以使用这样一种操作模式，该操作模式包括：根据来自诸如导频信道PICH之类的另一信道中的一个相应输出估计业务信道输出。在一个示例中，两个模式都同时被使用。在这样一个示例中，基于导频信道输出的估计的PER被使用作为从业务信道PDCH中直接获得的信息可靠性的一种核实。

在这一点上，它有益于考虑使用来自除业务信道PDCH之外的另一信道的输出用于确定一个等效业务信道PER。

卷积码或Turbo码的解码差错概率是特定的编码率、码字长度和信道比特差错率(Pb)的函数。信道比特差错率是比特能量与噪声频谱密度之比(Eb/No)以及调制方案的函数。对于所述的特定码和调制方案，解码差错概率Pe可以被表示成Eb/No的函数：

对于卷积码，

P_e＝f₁(E_b/N₀)    (1)

或者，对于Turbo码

P_e＝f₁′(E_b/N₀)    (2)。

或者Pe可以被表示成Pb的函数：

对于卷积码，

P_e＝f₂(P_b)    (3)

或者对于Turbo码

P_e＝f₂′(P_b)    (4)。

事实上难以分析和获取解码差错概率的接近的形式解。相反，典型地，一个上限被用来表示卷积码或Turbo码的性能。在AWGN信道中关于Pe的上限已被研究。说明书依靠AWGN信道的熟知的上限并且使用扩展来包括其它时间变化的信道以及HARQ的结果。

无线衰落信道是随时间变化的。功率控制旨在跟踪信道变化并且波动在目标SIR周围的接收信号强度。另外，因为HARQ，接收分组由在不同时间发射的子分组组成。所有这些因素引起接收分组的Eb/No或者比特差错概率(Pb)变化。AWGN信道的Pe的熟知的分析边界在此方案中不再适用。

因此，包括在考虑变化的Eb/No或Pb情形的同时导出边界在内的对分析的扩展是有用的。在AWGN信道中的等效的Eb/No被使用于一个示例中。假定对于一个特定码字和调制方案，Pe是变化的Eb/No或Pb的函数，它由一个L维矢量表示，

$P_e=g_1\left(\stackrel{\‾}{(E_b/N_0)}\right)\·\·\·\left(5\right)$

或

$P_e=g_2\left(\stackrel{\‾}{P_b}\right)\·\·\·\left(6\right)$

对于AWGN信道，Pe通过等式(1)或(2)表示。等效的Eb/No或Pb被定义为：

$P_e=f_1\left({(E_b/N_0)}_{\mathrm{equ}}\right)=g_1\left(\stackrel{\‾}{(E_b/N_0)}\right){(E_b/N_0)}_{\mathrm{equ}}@f_1^{-1}\left(g_1\left(\stackrel{\‾}{(E_b/N_0)}\right)\right)\·\·\·\left(7\right)$

或

$P_e=f_2\left({\left(P_b\right)}_{\mathrm{equ}}\right)=g_2\left(\stackrel{\‾}{P_b}\right){\left(P_b\right)}_{\mathrm{equ}}@f_2^{-1}\left(g_2\left(\stackrel{\‾}{P_b}\right)\right)\·\·\·\left(8\right)$

换言之，等效的Eb/No(或Pb)是AWGN信道中的一个等效常数值，其生成与变化的Eb/No(或Pb)值相同的Pe。这把变化的Eb/No(或Pb)的Pe的分析转换为找到等效的Eb/No或Pb的任务。

由于卷积码和Turbo码的分析不同，所以相应地分别考虑计算两个类型代码的Pe的函数是有益的。

对于卷积码，计算等效Pb或Eb/No的函数被表示为：

${(E_b/N_0)}_{\mathrm{equ}\_\mathrm{cov}}=h_1\left(\stackrel{\‾}{E_b/N_0}\right)\·\·\·\left(9\right)$

或

${\left(P_b\right)}_{\mathrm{equ}\_\mathrm{cov}}=h_2\left(\stackrel{\‾}{P_b}\right)\·\·\·\left(10\right)$

对于Turbo码，计算等效Eb/No或Pb的函数被表示为：

${(E_b/N_0)}_{\mathrm{equ}\_\mathrm{turqo}}={h_1}^{\′}\left(\stackrel{\‾}{E_b/N_0}\right)\·\·\·\left(11\right)$

或

${\left(P_b\right)}_{\mathrm{equ}\_\mathrm{turbo}}={h_2}^{\′}\left(\stackrel{\‾}{P_b}\right)\·\·\·\left(12\right)$

在一个示例中，根据导频信道的每一码片能量与噪声频谱密度之比确定接收导频码元和业务信道的PER之间的关系。参见图3，流程图140概述了这个示例方法。在142处检测导频信道序列。使用已知技术可以从导频信道中辨别在一个时隙上的平均的每一码片能量与噪声频谱密度比(Ec/Nt)。在这个示例中，平均的Ec/Nt是选定的导频信道输出，其提供了业务信道PER估计的基础。

在144处确定在一个时隙索引i上的平均的Ec/Nt。在146，储存K个时隙的平均的Ec/Nt，在此K＝4*N并且N是允许一个分组的最大传输数。一个示例包括使用HARQ并且N是分组重发数目。

在148，估计业务信道PER开始于第i时隙，其中分组ID j＝0，j表示接收到的分组的序列号。在具有重发的示例中，每个分组相互间的到达时间不是常数。在150，估计器部分40读取Ec/Nt的N个值。在152，Ec/Nt的N个值被转换为业务信道上的相应Ec/Nt。在一个示例中，导频信道(PICH)的Walsh码扩展因数和业务或分组数据信道的反向链路(R-PDCH)的Walsh码扩展因数之比是W。在图3中的152，可以使用如下等式完成转换：

(E_c/N_i)^PDCH＝W(E_c/N_i)^PICH    (13)

在一个示例中，每一编码器分组有一个最大传输数目N。在达到最大传输数目之后，一个编码器分组将被声明错了。在一个示例中一个编码分组由N个子分组组成。在这个示例中在图3中的步骤152包括形成一个具有N维的Ec/Nt的矢量表达式，其中，每个元素(Ec/Nt)n表示第n个子分组的Ec/Nt。假设在第i时隙，已经达到一个特定分组的最大传输数目，则该分组的矢量Ec/Nt的N个值可以被表示成：

${(E_c/N_t)}_n^{\mathrm{PDCH}}=W{(E_c/N_t)}_{j-(N-n-1)*4}^{\mathrm{PICH}},n=0,K,N-1\·\·\·\left(14\right)$

在这个示例中，项(N-n-1)乘以四，因为子分组的重发比最近的子分组传输落后了四个时隙。

接下来，在154，从Ec/Nt矢量中确定业务信道上的等效Eb/No。在使用卷积码的一个示例中，等式(9)提供等效的Eb/No。在使用turbo码的一个示例中，等式(11)提供等效的Eb/No。

在使用卷积码的示例中，等效的Eb/No然后被使用作为等式(1)的输入参数。对于包括turbo码的示例，等效的Eb/No是上面等式(2)的输入参数。不论发生哪种状况，结果计算业务信道上第j个分组的Pe。这在图3中在156处发生。业务信道的估计的PER则是完成上述计算的结果。

在图3的示例中，在158的下一步骤是递增j值并且再一次重复该流程。

同样在图3的示例中，在156处的计算包括使用一个查寻表160，其为不同编码器分组尺寸提供AWGN信道中的Pe和Eb/No之间的关系。在156处的计算还包括在162处使用已知的多普勒估计技术。在此示例中的所述估计被用来在164处对于估计的PER确定适当的匹配函数调整。

在一个示例中，从一个把给定时间周期上的一个直接测量的PER与在同一时间周期上使用刚刚所述的算法估计的PER进行比较的实验分析中确定匹配函数。匹配函数然后有益于后来的调整(如果必要的话)以便使估计的PER更接近期望的那样对应于直接测量的PER。在一个示例中，匹配函数被表示为F(.)，它基于代码类型而有所不同。在这样一个示例中，Pe可以被表示成：

P_e＝F(f(E_b/N₀)，c)    (15)

其中c是一个常数并且可以对于不同方案是可调的。可以基于诸如多普勒频率、路径分集等等之类的信道状态信息调整c。给出这个描述，本领域技术人员将能选择一个适当的匹配函数以满足他们特定情形的需要。

示例实施例提供了如下优点：提高了的***容量、更好的链路以及改善的***稳定性。通过在更宽范围的业务信道情况下提供更一贯稳定的功率设置，使用来自除了业务信道PDCH之外的另一信道来确定外环功率控制门限值增强了***性能。

前述的说明本质上是示例性的而不是限制性的。对未偏离本发明本质的所公开示例的那些变化和修改对本领域技术人员来说可能变得显而易见。对本发明给出的合法保护范围只能通过研究如下的权利要求来确定。

Claims (10)

1、一种通信方法，包括：

当存在一个选定的业务信道情况时，从至少一个其它信道的至少一个选定输出中确定业务信道的外环功率控制门限值。

2、权利要求1的方法，其中：所述其它信道包括与业务信道相关并且包括根据导频信道的选定输出确定业务信道的分组差错率的导频信道。

3、权利要求1的方法，其中：选定的业务信道情况包括在业务信道低于选定量的数据传输量或者在业务信道上的传输模式中的至少一个，其中传输模式是提升模式或者除了标准传输模式之外的另一模式。

4、权利要求1的方法，包括：当存在另一不同的业务信道情况时，从业务信道的至少一个选定输出中确定业务信道的外环功率控制门限值。

5、权利要求4的方法，其中：另一不同的业务信道情况包括超出选定量的数据传输量以及在业务信道上是标准传输模式的传输模式。

6、权利要求1的方法，包括：通过确定业务信道上的传输模式确定何时存在选定的业务信道情况。

7、权利要求6的方法，包括：通过确定顺序接收的数据分组的到达之间的时间，和从确定的时间中确定每一分组的传输数目来确定传输模式。

8、权利要求7的方法，包括：

当确定的传输数目接近最大值时，确定传输模式是正常传输模式；和

当传输数目大约为一时确定传输模式是提升模式。

9、权利要求8的方法，其中：当传输模式是提升模式时选定的业务信道情况存在。

10、权利要求1的方法，包括：通过在选定的时间间隔期间确定业务信道上的数据传输量来确定何时存在选定的业务信道情况。

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