專利名稱：使用功率控制算法提高移動無線通信系統性能的方法
技術領域：
本發明一般涉及移動無線通信系統。
本發明尤其涉及在這種系統中使用的功率控制技術以(在服務質量、容量等方面)提高性能，而不管用戶的移動，即不管它們各自的位置相對于該系統中的固定基礎設施的連續變化。
本發明尤其適用于CDMA(“碼分多址”)類型的移動無線通信系統。CDMA是一種多址技術，它使多個用戶能夠使用不同的擴展碼在同一頻率上同時工作。
眾所周知，CDMA系統使用兩種功率控制技術，所謂的開環功率控制技術和所謂地閉環功率控制技術(下文也稱作CLPC)。可以舉上行鏈路傳輸方向即從MS(“移動站”)到BTS(“基站收發信機”)的例子回想起這些功率控制技術。在開環功率控制中，根據移動站從基站收發信機接收的功率來控制該移動站的發射功率。在CLPC中，根據如在基站收發信機上所估計的該移動站與基站收發信機之間鏈路的傳輸質量來控制移動站的發射功率。
移動站和基站收發信機之間鏈路的傳輸質量取決于接收信號功率與干擾功率之比，也稱作SIR(信噪比)。當移動站的信噪比較低，或者當其它移動站的功率遠遠高于其功率時，其性能顯著降低。CLPC算法使每個用戶的信噪比盡可能保持為常數。
CLPC算法的原理在于基站收發信機定期估計從每個移動站接收信號的信噪比，并比較該估計信噪比與一個目標信噪比(SIRtarget)。如果估計信噪比低于目標信噪比，基站收發信機向移動站發送一個命令以便該移動站提高其發射功率。反之，基站收發信機向移動站發送一個命令以便該移動站降低其發射功率。由基站收發信機根據所需服務質量選擇目標信噪比。
然而，這個原理要求環境變化地不能太快，尤其是移動站的速度不能太快。
WO 98/51026提出具體根據移動站移動性要求來改變CLPC算法的功率控制步長(基站收發信機為具有較高移動性要求的移動站特別指定一個較長的功率控制步長)。
然而，這并未解決快速變化環境中的問題，例如當移動站速度較高時，CLPC算法跟不上信噪比的變化，這導致性能降低。實際上，在這種情況下，信噪比變化的速度遠遠高于算法的重復周期，這可能導致在給定時刻ti向移動站發送在時刻ti-1根據環境要求獲得的功率控制命令，但不再對應于時刻ti的環境要求。這個問題可以通過縮短算法的重復周期來解決，但這將導致基站收發信機與移動站之間的信令增加，因而導致不能有效地使用可用的無線電資源。
因此一般需要修改這種功率控制技術，尤其對于快速改變環境的情況，以避免這種缺點。本發明符合這種目的。
本發明根據這種思想，即在某種情況下根本不啟動功率控制算法比啟動該算法實際上更有效(因為它可能被錯誤地啟動)；這使得能夠以一種有效的方式來提高性能。
本發明的一個目的是使用一種功率控制算法來提高移動無線通信系統性能的一種方法，所述方法主要包括
-定期估計是否符合一標準以判斷所述功率控制算法是否應最好停用，
-如果符合所述標準停用所述功率控制算法。
根據本發明的另一個目的，所述停用包括以相對更長的重復周期執行所述算法。
根據本發明的另一個目的，所述停用包括改為執行另一種算法。
根據本發明的另一個目的，在包括閉環功率控制算法和開環功率控制算法的一個組中選擇所述算法和所述另一種算法。
根據本發明的另一個目的，所述方法包括
-定期估計是否符合一標準以判斷在所述功率控制算法運行時是否應最好被停用，或者當所述功率控制算法停用時是否應最好被啟動，
-如果符合相應標準，則停用或啟動所述功率控制算法。
根據本發明的另一個目的，在所述方法中可以規定不要太頻繁地停用或啟動所述算法。
根據本發明的另一個目的，判斷是否符合所述標準的所述估計根據一個偏離值的估計，該偏離值代表估計傳輸質量與目標傳輸質量之間的偏差。
根據本發明的另一個目的，判斷是否符合所述標準的所述估計包括
-第一偏離值的估計，如果所述功率控制算法始終在運行，在估計所述偏離值的給定時間間隔內將已經獲得該值，
-第二偏離值的估計，如果所述功率控制算法從未被啟動，在估計所述偏離值的所述給定時間間隔內將已經獲得該值，
-根據所述第一和第二偏離值哪一個最低在啟動和停用所述算法之間作選擇。
根據本發明的另一個目的，所述估計傳輸質量用一個估計信噪比表示。
根據本發明的另一個目的，所述估計傳輸質量用一個接收信號功率表示。
根據本發明的另一個目的，所述估計偏離值用所述估計傳輸質量的方差表示。
根據本發明的另一個目的，在所述移動無線通信系統的上行鏈路方向上執行所述方法。
根據本發明的另一個目的，在所述移動無線通信系統的下行鏈路方向上執行所述方法。
根據本發明的另一個目的，所述移動無線通信系統是CDMA類型的。
本發明的另一個目的是用于執行這種方法的移動無線通信網絡實體(例如具體的基站收發信機)。
本發明的另一個目的是用于執行這種方法的移動站(MS)。
根據本發明的另一個目的，用于在所述上行鏈路傳輸方向上執行所述方法的一種移動無線通信網絡實體包括
-用于執行這種方法的裝置，
-用于向移動站發送相應功率控制命令的裝置。
根據本發明的另一個目的，用于在所述上行鏈路傳輸方向上執行所述方法的一種移動站包括
-根據這種方法，用于從移動無線通信網絡實體接收功率控制命令的裝置。
根據本發明的另一個目的，用于在所述下行鏈路傳輸方向上執行所述方法的一種移動站包括
-用于執行這種方法的裝置，
-用于向移動無線通信網絡實體發送相應功率控制命令的裝置。
根據本方面的另一個目的，用于在所述下行鏈路傳輸方向上執行所述方法的一種移動無線通信網絡實體包括；
-根據這種方法，用于從移動站接收功率控制命令的裝置。
根據下述說明書并結合附圖，本發明的上述和其它目的將變得更加明顯
-
圖1用于說明根據現有技術的CLPC算法，
-圖2用于說明被修改以包括根據本發明的方法的CLPC算法，
-圖3用于說明在移動網絡實體和移動站中所需的裝置類型以在移動無線通信系統的上行鏈路傳輸方向上執行根據本發明的一種方法，
-圖4用于說明在移動網絡實體和移動站中所需的裝置類型以在移動無線通信系統的下行鏈路傳輸方向上執行根據本發明的一種方法，
如圖1所示，現在的CLPC算法在每個時間ti上包括下述步驟
在步驟10，基站收發信機在周期T內估計平均接收信噪比SIR；
在步驟11，基站收發信機比較該信噪比與目標信噪比SIRtarget；
如果在步驟12SIR＞SIRtarget，基站收發信機向移動站發送一個“下調”功率控制命令，以便移動站降低其功率δdB，其中δ是該算法的一個參數；
如果在步驟13SIR＜SIRtarget，基站收發信機向移動站發送一個“上調”功率控制命令，以便移動站提高其功率δdB。
如循環14所示，這以重復周期T被定期重復。
舉例來說，下面將說明所修改以包括根據本發明的方法的CLPC算法。然而，應當注意本發明可以使用除CLPC算法之外的其它類型的功率控制算法。此外，將使用上行鏈路傳輸方向的例子進行說明，但應注意它還可以用于下行鏈路傳輸方向。
假設ti＝iT是第i個功率控制命令被應用在移動站上的時間，εi＝±1(+1＝“上調”、-1＝“下調”)。
在時間ti上移動站改變其功率εiδdB，除非在該時間上功率控制被停用。在后一情況下，并不改變移動站的發射功率。
因此，在時間ti上移動站的發射功率可以被表示為
其中C0是在時間t0上移動站的初始發射功率，并且如果在時間tk上功率控制在運行則ak＝1，反之ak＝0。
如圖2所示，所修改以包括根據本發明的方法的CLPC算法在每一時間ti上包括下述步驟
在步驟20，基站收發信機估計平均接收信噪比SIRi。在接收到移動站在時間ti上發射的信號之后立即在周期T上估計并平均該信噪比；
在步驟21，基站收發信機估計信噪比，標記為SIR’i，如果功率控制始終在運行，在開始于tk＝1和終止于tk＝i的時間間隔上將已經觀測該值，它已經被考慮用于確定時間ti上移動站的發射功率。該信噪比可以被計算為
，其中εi’是在時間ti上將已經發送給移動站的功率控制命令，如果在所考慮的時間間隔上CLPC算法始終在運行；
在步驟22，基站收發信機估計εi+1’(以便在ti+1計算SIRi+1’)
-如果SIRi’＜SIRtarget，εi+1’＝1
-如果SIRi’＞SIRtarget，εi+1’＝-1
在步驟23，基站收發信機估計信噪比的方差(σPC)i2，如果功率控制在所考慮的時間間隔內始終在運行，將已經獲得該信噪比。該方差可以被計算為
其中c是0和1之間的實參數(通常接近于0)。
在步驟24，基站收發信機估計信噪比的方差(σNO_PC)i2，如果功率控制在所考慮的時間間隔內從未被啟動，將已經獲得該信噪比。該方差可以被計算為
在步驟25，基站收發信機判定功率控制是否可以被啟動或停用
◆如果功率控制現在在運行(如步驟26所檢查的)
●如果σPC＞σNO_PC+α(如在步驟27所檢查的)，決定(在步驟28)停用功率控制，
●反之，決定(在步驟29)保持功率控制運行，
◆如果功率控制當前被停用(如步驟26所檢查的)
●如果σPC＜σNO_PC-β(如在步驟30所檢查的)，決定(在步驟31)啟動功率控制，
●反之，決定(在步驟32)保持功率控制不啟動。
α和β是該算法的兩個正參數。實際上，它們接近于0但通常不等于0以避免太頻繁地啟動或停用CLPC算法。
在步驟33，基站收發信機比較SIRi與SIRtarget
◆如果SIRi＞SIRtarget，基站收發信機在步驟34向移動站提供一個“下調”功率控制命令(該命令可以被發送給移動站，也可以不，如下文所指出的)；
◆如果SIRi＜SIRtarget，基站收發信機在步驟35向移動站提供一個“上調”功率控制命令(該命令可以被發送給移動站，也可以不，如下文所指出的)；
在步驟36組合這種“上調”或“下調”功率控制命令(在步驟34或35所提供的)，從而判斷算法(在步驟28、29、31或32所提供的)的啟動或停用，以生成一個將被發送給移動站的最終功率控制命令。如果功率控制在運行或者被啟動，“上調”或“下調”功率控制命令可以被發送給移動站；如果功率控制不在運行或者被停用，基站收發信機可以向移動站發送這種“上調”或“下調”功率控制命令和不予以考慮的一個指示，或者根本不向移動站發送任何功率控制命令(因為移動站并不需要它)。
另外，如循環37所示，上面公開的算法被定期重復。
因此，上面公開的算法包括步驟
-定期估計是否符合一標準以判斷在所述功率控制算法運行時是否應最好停用，或者當停用時是否應最好啟動(步驟20-24、26、27、30)
-如果符合所述標準啟動或停用所述功率控制算法(步驟28、29、31、32)。
在所公開的例子中，判斷是否符合所述標準的所述估計包括
-估計第一偏離值(σPC)i2(步驟23)，如果所述功率控制算法始終在運行，在估計所述偏離值的給定時間間隔(開始于tk＝1和終止于tk＝i)內將已經獲得該值，
-估計第二偏離值(σNO_PC)i2(步驟24)，如果所述功率控制算法從未被啟動，在估計所述偏離值的給定時間間隔內將已經獲得該值，
-根據所述第一和第二偏離值哪一個最低在啟動和停用所述算法之間作選擇(步驟25)。
注意所述第二偏離值(σNO_PC)i2可以用一個常數替換，這可以根據環境。
另外，當CLPC算法被停用時，可以換用具有某些更好性能(尤其在高移動站速度方面)的另一種算法，具體例如一種開環功率控制。另一種可能將是假設CLPC算法被啟動但具有更長的重復周期T。顯然本申請中所用的概念“停用”包括上述各種可能。
另外，執行所述估計以判斷是否符合所述標準的其它例子是可能的。例如，可以比較估計信噪比SIRi的方差σi2與一個給定閾值(它可以根據環境)，并根據該比較的結果，它可以判定是否應停用該算法。
另外，在所公開的例子中，所述估計傳輸質量用估計信噪比表示。其它的例子將是可能的；具體地，所述估計傳輸質量可以用一個接收信號功率表示。
另外，在所公開的例子中，所述估計偏離值用估計傳輸質量的方差來表示；也可以使用方差之外的任何估計量。
所公開例子的優點尤其在于它允許循環執行該算法的步驟20-25，如從該算法的上述說明所看出的，但其它的例子也是可能的。
另外，從該算法的上述說明也可以展望一些其它的變化。
舉例來說，所述被考慮的時間間隔指的可以不是時間起點t0，而是指減去某一間隔的當前時間ti，例如ti至ti-N，其中N是該算法的一個參數。
在后一情況下，移動站在時間ti的發射功率將被表示為
并且如果在所考慮的間隔上功率控制始終在運行將已經被觀測的信噪比被計算為。
再舉個例子，在上面被公開的算法中，當接收到一個功率控制命令ε＝±1時，當功率控制在運行時移動站將其新的功率計算為Ci+1＝Ci+εiδ。
所推薦算法可以被概括為任一函數Ci+1＝fi(Ci，εi)，其中fi是可以同時取決于任一先前功率Ci和功率控制命令εi以及任何其它參數的一些函數。
例如，可以具有不同的功率步驟用于“上調”和“下調”功率控制命令，以便
如果功率被提高，Ci+1＝Ci+δup，
如果功率被降低，Ci+1＝Ci-δdown，
一般來說，如果ai＝0，如果gi是諸如gi(Ci)＝Ci的函數，或者如果ai＝1和gi(Ci)＝fi(Ci，εi)，并且f’i是諸如f’i(Ci)＝fi(Ci，εi’)的函數，方差(σNO_PC)i2的表達式變成
和SIRi’的表達式變成
SIRi’＝f’iofi-1’o...fi’o(giogi-1...og1)-1(SIRi)
其中符號“o”表示一個合成函數，和-1表示一個逆函數。
本發明還包括用于其目的的一個用于移動無線通信網絡的實體(具體例如基站收發信機)，以及用于執行這種方法的一個移動站(MS)。
如已經說明的，本發明可以用于上行鏈路傳輸方向(從移動站到基站收發信機)和下行鏈路傳輸方向(從基站收發信機到移動站)上的功率控制。
在上行鏈路方向上
一個移動無線通信網絡實體，如圖3中的40所示，主要包括，還包括其它典型裝置(在此未提及并可以是典型的)
用于執行這種方法的裝置41，從移動站接收用S1表示的信號；
用于向移動站發送用C1表示的相應功率控制命令的裝置42，
一個移動站，如圖3中的43所示，主要包括，還包括其它典型裝置(在此未提及并可以是典型的)
用于從移動無線通信網絡實體接收功率控制命令C1的裝置44，假設根據這種方法。
在下行鏈路方向上
一個移動站，如圖4中的45所示，主要包括，還包括其它典型裝置(在此未提及并可以是典型的)
用于執行這種方法的裝置46，從移動網絡實體接收用S2表示的信號；
用于向移動網絡實體發送用C2表示的相應功率控制命令的裝置47，
一個移動無線通信網絡實體，如圖4中的48所示，主要包括，還包括其它典型裝置(在此未提及并可以是典型的)
用于從移動站接收功率控制命令C2的裝置49，假設根據這種方法。
對于本領域的技術人員，與對其功能的描述相比，諸如41或46的裝置不需要更全面地公開。諸如42、44、47、49的裝置可以根據該類系統中的任一種信令程序或協議進行操作，因此，與對它們功能的描述相比，不需要更全面的公開。
權利要求
1.一種使用一種功率控制算法提高移動無線通信系統性能的方法，所述方法包括
-定期估計(20-24、27)是否符合一標準以判斷是否應最好停用所述功率控制算法，
-如果符合所述標準停用(28)所述功率控制算法。
2.根據權利要求1的方法，其中所述停用包括以一個相對更長的重復周期執行所述算法。
3.根據權利要求1的方法，其中所述停用包括改為執行另一種算法。
4.根據權利要求3的方法，其中在包括閉環功率控制算法和開環功率控制算法的一組中選擇所述算法和所述另一種算法。
5.根據權利要求1至4中任一方法，包括
-定期估計(20-24、26、27、30)是否符合一標準以判斷當所述功率控制算法在運行時是否應最好停用，或當所述功率控制算法被停用時是否應最好啟動，
-如果符合相應標準則停用(28)或啟動(31)所述功率控制算法。
6.根據權利要求1至5中任一權利要求的方法，其中規定不要太頻繁地停用或啟動所述算法。
7.根據權利要求1至6中任一權利要求的方法，其中判斷是否符合所述標準的所述估計根據一個偏離值的估計，該偏離值代表估計傳輸質量和目標傳輸質量之間的偏差。
8.根據權利要求7的方法，其中判斷是否符合所述標準的所述估計包括
-第一偏離值的估計(23)，如果所述功率控制算法始終在運行，在估計所述偏離值的給定時間間隔內將已經獲得該值，
-第二偏離值的估計(24)，如果所述功率控制算法從未被啟動，在估計所述偏離值的所述給定時間間隔內將已經獲得該值，
-根據所述第一和第二值哪一個最低在所述算法的啟動和停用之間作選擇(25)。
9.根據權利要求7或8的方法，其中所述估計傳輸質量用一個估計信噪比表示。
10.根據權利要求7或8的方法，其中所述估計傳輸質量用一個接收信號功率表示。
11.根據權利要求7至10中任一權利要求的方法，其中所述估計偏離值用所述估計傳輸質量的方差表示。
12.根據權利要求1至11中任一權利要求的方法，其中在所述移動無線通信系統的上行鏈路方向上執行所述方法。
13.根據權利要求1至11中任一權利要求的方法，其中在所述移動無線通信系統的下行鏈路方向上執行所述方法。
14.根據權利要求1至13的方法，其中所述移動無線通信系統是CDMA類型的。
15.一種用于在移動無線通信系統的上行鏈路傳輸方向上執行根據權利要求1至14中任一權利要求的方法的移動無線通信網絡實體(40)，包括
-用于執行所述方法的裝置(41)，
-用于向一個移動站(43)發送相應功率控制命令(C1)的裝置(42)。
16.一種用于在移動無線通信系統的上行鏈路傳輸方向上執行根據權利要求1至14中任一權利要求的方法的移動站(43)，包括
-根據所述方法，用于從移動無線通信網絡實體(40)接收功率控制命令(C1)的裝置(44)。
17.一種用于在移動無線通信系統的下行鏈路傳輸方向上執行根據權利要求1至14中任一權利要求的方法的移動站(45)，包括
-用于執行所述方法的裝置(46)，
-用于向一個移動無線通信網絡實體(48)發送相應功率控制命令(C2)的裝置(47)。
18.一種用于在移動無線通信系統的下行鏈路傳輸方向上執行根據權利要求1至14中任一權利要求的方法的移動通信實體(48)，包括
-根據所述方法用于從移動站接收功率控制命令(C2)的裝置(49)。
全文摘要
一種使用一種功率控制算法提高移動無線通信系統性能的方法,所述方法基本上包括:定期估計(20—24、27)是否符合一標準以判斷是否應最好停用所述功率控制算法,如果符合所述標準停用(28)所述功率控制算法。
文檔編號H04B7/005GK1267173SQ00104060
公開日2000年9月20日 申請日期2000年3月16日 優先權日1999年3月16日
發明者帕斯卡爾·阿金, 塞巴斯蒂恩·博克 申請人:阿爾卡塔爾公司