用于碼分多址(cdma)通信系統(tǒng)的自動功率控制系統(tǒng)的制作方法

專利名稱：用于碼分多址(cdma)通信系統(tǒng)的自動功率控制系統(tǒng)的制作方法
本申請是于1996年6月27日提交的中國申請?zhí)枮镹o.96195906.1的申請的分案申請。
背景技術：
近年來，向遠程用戶組提供優(yōu)質的電信服務，諸如鄉(xiāng)村電話系統(tǒng)和發(fā)展中國家的電話系統(tǒng)，已被證明具有很大的挑戰(zhàn)性。通過無線服務可部分地滿足這些需要，例如固定或移動的頻分多路傳輸(FDM)、頻分多址(FDMA)、時分多路傳輸(TDM)、時分多址(TDMA)系統(tǒng)、頻分和時分組合系統(tǒng)(FD/TDMA)及其他陸地移動無線電系統(tǒng)。通常，這些遠程服務面對著比它們的頻率或頻譜帶寬容量所能同時支持的更多潛在用戶。
認識到這些局限性，最近在無線通信中已發(fā)展使用擴展頻譜調制技術，以通過單個通信信道提供多用戶的同時通信。擴展頻譜調制是指用擴展碼信號調制信息信號；擴展碼信號由碼發(fā)生器產(chǎn)生，其中擴展碼的周期Tc基本上小于信息數(shù)據(jù)位或碼元信號(Symbol signal)的周期。此碼可以調制發(fā)送信號的載波頻率，這被稱為跳頻擴展；或者通過擴展碼乘以信息數(shù)據(jù)信號來直接調制信號，這被稱為直接序列擴展(DS)。擴展頻譜調制產(chǎn)生的信號具有比發(fā)送信息信號所要求的要寬的頻帶。在接收機的解調器處同步接收和解擴展信號來恢復初始信息。同步解調器使用一參考信號來使解擴展電路與輸入的擴頻調制信號同步，以恢復載波和信息信號。參考信號可以是沒有用信息信號調制的擴展碼。
無線網(wǎng)絡中的擴展頻譜調制有很多優(yōu)點，因為多個用戶可以使用相同頻率，并且對每個用戶的接收機的干擾最小。另外，擴展頻譜調制減小了來自其它干擾源的影響。還有，同步擴頻調制和解調技術可以通過為用戶提供多個報文信道而得以擴展(expanded)，每次都以不同擴頻碼擴頻，同時僅傳送一單一參考信號給用戶。
與多址、擴頻通信系統(tǒng)相關的另一問題是由于用戶也許已限制可用功率，因而需要減少系統(tǒng)中總的用戶發(fā)射功率。擴頻系統(tǒng)中要求功率控制的相關問題與擴頻系統(tǒng)的固有特征有關，即一個用戶的擴頻信號由另一用戶接收為具有一定功率電平的噪聲。結果，用戶以很高的信號功率發(fā)射時可能干擾其它用戶的接收。還有，如果用戶相對于另一用戶的地理位置移動，則信號的衰落和變形要求用戶調整他們的發(fā)射功率電平，以維持特定的信號質量，并維持基站從所有用戶接收的功率。最后，由于擴頻系統(tǒng)可以有比它能同時支持的更多的遠程用戶，功率控制系統(tǒng)還應當采用在達到最大系統(tǒng)功率電平時拒絕額外用戶的容量管理方法。
現(xiàn)有擴頻系統(tǒng)已采用測量接收的信號并發(fā)射自適應功率控制(APC)信號給遠程用戶的基站。遠程用戶包括帶有響應此APC信號的自動增益控制(AGC)電路的發(fā)射機。在這樣的系統(tǒng)中，基站監(jiān)測整個系統(tǒng)功率或從每個用戶接收的功率，并因而設置APC信號。此開環(huán)系統(tǒng)的性能可通過包括測量由遠程用戶從基站接收的信號功率，并將APC信號發(fā)送回基站以實現(xiàn)閉環(huán)功率控制方法來得以改進。
然而，這些功率控制系統(tǒng)表現(xiàn)出幾個缺點。第一，基站必須進行復雜的功率控制算法，增加了基站的處理量。第二，系統(tǒng)實際上要經(jīng)歷幾種功率變化由于改變用戶數(shù)量引起的噪聲功率變化及特定承載信道的接收信號功率上的變化。這些變化以不同頻率產(chǎn)生，因而只能針對兩種變化之一優(yōu)選簡單的功率控制算法。最后，這些功率算法趨向于將整個系統(tǒng)功率驅動到相對高的水平。結果，需要一種擴頻功率控制方法，它能迅速地響應承載信道功率電平的變化，而同時對所有用戶的發(fā)射功率做出調整，以響應用戶數(shù)量的變化。還有，改進的擴頻通信系統(tǒng)需要采用一閉環(huán)功率控制系統(tǒng)，它使得系統(tǒng)的整個功率要求最小并在每個遠程接收機處保持足夠的BER。另外，這樣的系統(tǒng)應當控制遠程用戶的初始發(fā)射功率電平并管理總的系統(tǒng)容量。
本發(fā)明概述本發(fā)明包括一種用于擴頻通信系統(tǒng)的無線電載波基站(RCS)和用戶機(SU)組的閉環(huán)自動功率控制(APC)系統(tǒng)和方法。SU發(fā)送擴頻信號，RCS獲取擴頻信號，并且RCS檢測收到的擴頻信號加上包括噪聲的任何干擾噪聲的功率電平。APC系統(tǒng)包括RCS和多個SU，其中RCS發(fā)送多個前向信道信息信號給SU作為具有各自的前向發(fā)射功率電平的多個前向信道擴頻信號，而每個SU向基站發(fā)送至少一個具有各自的反向發(fā)射功率電平的反向擴頻信號及至少一個反向信道擴頻信號包括反向信道信息信號。
APC包括一自動前向功率控制(AFPC)系統(tǒng)和一自動反向功率控制(ARPC)系統(tǒng)。AFPC有這樣一些步驟每個SU測量各前向信道信息信號的前向信噪比，產(chǎn)生一各自的前向信道誤差信號，此誤差信號包括各前向信噪比與預定信噪比值之間的前向誤差測量值。前向信道誤差信號還包括信道中無關聯(lián)噪聲的測量值。各個前向信道誤差信號由SU發(fā)送為各個反向信道信息信號的一部分。RCS包括大量AFPC接收機，用來接收反向信道信息信號和從各個反向信道信息信號中提取前向信道誤差信號。RCS也調整各個前向擴頻信號中每一個的前向發(fā)射功率電平，以響應各個前向誤差信號。
RCS中ARPC系統(tǒng)的該部分測量各個反向信道信息信號的反向信噪比，產(chǎn)生各個反向信道誤差信號，此誤差信號包括各個反向信道信噪比和各個預定信噪比值之間的誤差測量值。反向信道誤差信號也包括信道中無關聯(lián)噪聲的測量值。RCU發(fā)射各個反向信道誤差信號作為各個前向信道信息信號的一部分。每個SU包括一ARPC接收機，用來接收前向信道信息信號，從前向信道信息信號中提取各個反向誤差信號，以及調整各個反向擴頻信號的反向發(fā)射功率電平，以響應各個反向誤差信號。


圖1是按照本發(fā)明的碼分多址通信系統(tǒng)的方框圖。
圖2是本發(fā)明的示例性維持功率控制算法的流程圖。
圖3是本發(fā)明的示例性自動前向功率控制算法的流程圖。
圖4是本發(fā)明的示例性自動反向功率控制算法的流程圖。
圖5是當建立了承載信道時本發(fā)明的示例性閉環(huán)功率控制系統(tǒng)的方框圖。
圖6是在建立承載信道的過程中本發(fā)明的示例性閉環(huán)功率控制系統(tǒng)的方框圖。
對實施例的描述本發(fā)明的系統(tǒng)使用一個或多個基站與多個遠程用戶機(subscribeunits)間的無線電鏈路提供區(qū)域環(huán)路電話服務。在示例性實施例中，只介紹用于一個基站與一個固定用戶機(FSU)通信的一個無線電鏈路，但本系統(tǒng)同樣適用于包括用無線電鏈路與FSU和移動用戶機(MSU)連接的多個基站的系統(tǒng)。因而，遠程用戶機在這里被稱為用戶機(SU)。
參照圖1，基站(BS)101向局內(nèi)交換機(LE)103或任何其他電話網(wǎng)交換接口提供呼叫連接，并包括無線電載波站(RCS)104。一個或多個RCS104、105、110經(jīng)鏈路131、132、137、138、139與無線分配單元(RDU)102相連，而RDU102通過經(jīng)電信鏈路141、142、150發(fā)射和接收呼叫建立、控制和信息信號而與LE103接口。SU116、119經(jīng)RF鏈路161、162、163、164、165與RCS104通信。另外，本發(fā)明的另一實施例包括幾個SU和功能與RCS類似的“主”SU。這樣的實施例可以與局內(nèi)電話網(wǎng)相連，也可以不與局內(nèi)電話網(wǎng)相連。
盡管上述實施例使用以發(fā)射和接收擴頻信道的載波為中心的不同擴頻帶寬，但本方法很容易延伸到使用發(fā)射信道的多個擴頻帶寬和接收信道的多個擴頻帶寬的系統(tǒng)。另外，由于擴頻通信系統(tǒng)有這樣的固有特征一個用戶的發(fā)射對于另一用戶的解擴展接收機呈現(xiàn)為一種噪聲，因而實施例能采用用于發(fā)射和接收信道的相同擴頻信道。換言之，上行鏈路和下行鏈路發(fā)射可占用相同頻帶。本發(fā)明一個實施例也可采用在頻率上不必鄰近的多個擴頻信道。在此實施例中，上行鏈路、下行鏈路或上行鏈路和下行鏈路發(fā)射可使用任何信道。
在示例性實施例中，擴展二進制碼元信息使用帶Nyquist脈沖成形的正交相移鍵控(QPSK)調制經(jīng)無線電鏈路161到165發(fā)射，盡管可以使用其它調制技術，包括但不限于偏移QPSK(OQPSK)，最小頻移鍵控(MSK)，多元相移鍵控(MPSK)和高斯相移鍵控(GPSK)。
RCS或SU中的CDMA解調器以適當?shù)奶幚斫鈹U收到的信號，以改變或利用多路傳播效應。使用有關接收功率電平的參數(shù)以產(chǎn)生自動功率控制(APC)信息，此信息依次發(fā)送到其它終端。使用APC信息來控制自動前向功率控制(AFPC)和自動反向功率控制(APPC)鏈路的發(fā)射功率。另外，每個RCS 104、105和110能進行維持功率控制(MPC)，以與APC類似的方式調整每個SU111、112、115、117和118的初始發(fā)射功率。解調是相干的，其中導頻信號提供相參考。
使用兩個不同閉環(huán)功率控制算法控制RCS104和SU111、112、115、117和118之間無線電接口的發(fā)射功率電平。自動前向功率控制(AFPC)確定下行鏈路發(fā)射功率電平，而自動反向功率控制(ARPC)確定上行鏈路發(fā)射功率電平。例如SU111和RCS104用以傳送功率控制信息的邏輯控制信道工作在至少16KHz更新速率上。其它實施例可以使用更快的32KHz更新速率。這些算法確保用戶的發(fā)射功率維持一可接受的比特誤差率(BER)，將系統(tǒng)功率維持在節(jié)省能量的最小值上，并將由RCS104接收的所有SU111、112、115、117和118的功率電平維持在大約相等水平上。
另外，此系統(tǒng)包括一在SU的停機模式之中使用的優(yōu)選維持功率算法。當SU111停機或供電停止以節(jié)省能量時，此用戶機可不時地啟動它自己并調整其設置的初始發(fā)射功率電平，以響應來自RCS104的維持功率控制信號。RCS104通過測量SU111的接收功率電平和本系統(tǒng)功率電平并計算必要的初始發(fā)射功率來確定維持功率信號，當SU111接通以開始通信時此方法縮短了SU111的信道獲取時間。在閉環(huán)功率控制將發(fā)射功率調整到適合信道中的其它報文通訊的電平之前，此方法還避免在初始發(fā)射中SU111的發(fā)射功率電平變得太高以及干擾其他信道。
RCS104從諸如但不限于E1、T1或HDSC接口的接口線獲得其時鐘的同步。每個RCS也能從一可由全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機調整的振蕩器產(chǎn)生它自己的內(nèi)部時鐘信號。RCS104為一具有擴展碼但沒有數(shù)據(jù)調制的信道產(chǎn)生全球導頻碼，它可由遠程SU111到118獲取。RCS的所有發(fā)射信道與導頻信道同步，并且用于RCS104中邏輯通信信道的碼發(fā)生器(未示出)的擴展碼相位也與導頻信道的擴展碼相位同步。類似地，接收RCS104的全球導頻碼的SU111到118使SU的碼發(fā)生器(未示出)的擴展和解擴碼相位與全球導頻碼同步。
邏輯通信信道現(xiàn)有技術中的“信道”通常被認為是一通信通路，它是接口的一部分并且能夠不考慮其內(nèi)容從接口的其他通路中區(qū)分出來。然而，在CDMA的情況下，分開的通信通路只能根據(jù)它們的內(nèi)容來區(qū)分。詞語“邏輯信道”用來區(qū)分分開的數(shù)據(jù)流，它在邏輯上與傳統(tǒng)意義的信道相當。本發(fā)明的所有邏輯信道和子信道與公用每秒64K碼元(ksym/s)QPSK流一一對應。有些信道與所產(chǎn)生的有關導頻碼同步，并執(zhí)行與系統(tǒng)全球導頻碼相似的功能。然而系統(tǒng)導頻信號并不認為是邏輯信道。
在RCS和SU間的RF通信鏈路上使用幾個邏輯通信信道。每個邏輯通信信道或者具有固定的、預定擴展碼，或者有一動態(tài)分配的擴展碼。對于預定和分配的碼這兩者，其碼相位均與導頻碼同步。邏輯通信信道分為兩組全局信道(GC)組和分配信號(AC)組。GC組包括或者從基站RCS傳送到所有遠程SU或者不管SU的標識從任何SU傳送到基站的RCS的信道。這些信道典型地包含所有用戶的給定類型的信息。這些信道包括由SU使用以得到系統(tǒng)入口的信道。分配信道(AC)組中的信道是那些專用于RCS和特定SU間通信的信道。
功率控制概述利用本發(fā)明的功率控制性能來使RCS和任何與其處于通信狀態(tài)的SU間所用的發(fā)射功率最小。在承載信道連接之中更新發(fā)射功率的功率控制子性能被定義為自動功率控制(APC)。在前向APC信道上將APC數(shù)據(jù)從RCS傳送到SU，而在反向APC信道上則從SU傳送到RCS。當在此兩者間沒有接通數(shù)據(jù)鏈路時，則維持功率控制子性能(MPC)控制SU的發(fā)射功率。
由APC算法來控制前向和反向分配信道及反向全局信道的發(fā)射功率電平，以便在這些信道上維持足夠的信號功率與干擾噪聲功率之比(SIR)，并使系統(tǒng)輸出功率穩(wěn)定和最小。本發(fā)明使用閉環(huán)功率控制系統(tǒng)，其中接收機控制其相關的發(fā)射器，以逐步提高或降低其發(fā)射功率。這一控制經(jīng)APC信道上的功率控制信號傳遞到相關發(fā)射器。接收機在兩個誤差信號的基礎上作出判定，以增加或降低發(fā)射器的功率。一個誤差信號表示測量的與要求的解擴信號功率之間的差值，而另一個誤差信號表示平均接收的總功率。
如本發(fā)明的所述實施例中使用的一樣，術語“近端”(near-end)功率控制用來表示按照在APC信道上從另一端接收的APC信號調整發(fā)射器的輸出功率。這意味著用于SU的反向功率控制和用于RCS的前向功率控制；而術語“遠端”(far-end)APC用來表示用于SU的前向功率控制和用于RCS的反向功率控制(調整在信道相對端的用戶機的發(fā)射功率)。
為了節(jié)省功率，SU調制解調器在等待呼叫(定義為睡眠狀態(tài))時終止發(fā)送并停止供電。由來自SU控制器的叫醒信號終止睡眠狀態(tài)。響應此信號，SU調制解調器獲取電路自動進入重獲取狀態(tài)，并開始獲取下行鏈路導頻的過程，如下述。
閉環(huán)功率控制算法近端功率控制包括兩步第一，設置初始發(fā)射功率；第二，按照從遠端接收的信息使用APC不斷地調整發(fā)射功率。
對于SU，將初始發(fā)射功率設置為最小值，然后逐漸上升，例如為1dB/ms的速度，直到或者上升到計時器停止(來示出)或者RCS將FBCH上相應通訊燈值變?yōu)椤凹t”，“紅”表示RCS已鎖定SU的短導頻信號(SAXPT)計時器的停止引起SAXPT發(fā)送中斷，除非通訊燈值首先設置為紅，在這種情況下SU繼續(xù)抬升發(fā)射功率，但其速度要比檢測到“紅”信號之前低得多。
對于RCS，將初始發(fā)射功率設置在一固定值，與針對服務類型和當前系統(tǒng)用戶數(shù)目通過實驗確定的進行可靠操作所需要的最小值相當。諸如全球導頻或快速廣播信道(FBCH)的全局信道通常以固定初始功率發(fā)射，而通訊信道轉換為APC。
在APC信道上APC信號被發(fā)射為一個比特信號。此一比特信號表示增加(信號是邏輯高)或降低(信號是邏輯低)相關發(fā)射功率的命令。在所述實施例中，64kbps APC數(shù)據(jù)流不是編碼的或交織的。
遠端功率控制包括用于遠端的近端發(fā)射功率控制信息，用于調整其發(fā)射功率。
如果下列不等式成立，則APC算法使RCS或SU發(fā)射+1，否則發(fā)射-1(邏輯低)。
α1e1-α2e2＞0 (1)這里，誤差信號e1按下式計算e1＝Pd-(1+SNRREF)PN(2)式中Pd是解擴信號加噪聲功率，PN是解擴噪聲功率，以及SNRREF是特定服務類型所希望的解擴信號與噪聲之比；以及
e2＝Pr-Po(3)式中Pr是收到功率的測量值，而Po是自動增益控制(AGC)電路的設定點。針對每種服務類型和APC更新速率選擇方程式(30)中的權重α1和α2。
維持功率控制在SU的睡眠狀態(tài)之中，CDMA的RF信道的干擾噪聲功率改變。作為上述初始功率升高方法的另一種選擇，本發(fā)明可以包括一維持功率控制性能(MPC)，它針對CDMA信道的干擾噪聲功率周期性地調整SU的初始發(fā)射功率。MPC是一個過程，通過此過程將SU的發(fā)射功率電平維持在與RCS檢測SU的信號所要求的最小電平極接近的范圍內(nèi)。此MPC過程補償所要求的SU發(fā)射功率中的低頻變化。
維持控制性能使用兩個全局信道一個稱之為反向鏈路上的狀態(tài)信道(STCH)，另一個稱之為前向鏈路上的核查信道(CUCH)。在這些信道上發(fā)送的信號沒有攜帶數(shù)據(jù)，并且以與產(chǎn)生用于初始功率提升的短碼相同的方式產(chǎn)生這些信號。從全局碼發(fā)生器的“反向”支路產(chǎn)生STCH和CUCH碼。
MPC過程如下。在隨機的間隔中，SU在狀態(tài)信道(STCH)上周期地發(fā)送碼元長度擴展碼達3ms。如果RCS檢測到此序列，則它通過在核查信道(CUCH)上在下一個3ms內(nèi)發(fā)送碼元長度碼序列作出應答。當SU檢測到來自RCS的應答時，它以特定步長減少它的發(fā)射功率。如果SU在3ms時間內(nèi)沒有檢測到來自RCS的任何響應，則它以此步長增加發(fā)射功率。使用這一方法，以足夠維持所有SU的0.99檢測可能性的功率電平發(fā)射RCS響應。
通訊負載的變化率和有效用戶的數(shù)目與CDMA信道總干擾噪聲功率有關。使用通信理論領域公知的排隊理論方法來確定本發(fā)明的維持功率更新信號的更新率和步長。通過將呼叫起源過程模擬為隨平均6.0分鐘而變化的指數(shù)隨機變量，數(shù)字計算表明SU的維持功率電平應當每10秒或更少時間更新一次，以便能使用0.5dB的步長跟上干擾電平的變化。將呼叫起源過程模擬為隨指數(shù)的呼叫發(fā)生次數(shù)而變化的泊松隨機變量，則通過數(shù)字計算，每個用戶每秒2×10-4的呼叫發(fā)生率、每秒1/360的服務率以及RCS服務區(qū)內(nèi)為600的總用戶人數(shù)也表明當使用0.5dB步長時每10秒一次的更新速度足夠了。
由從睡眠狀態(tài)變?yōu)樾阎鵂顟B(tài)的SU周期地進行維持功率調整。結果，MPC性能的處理流程如圖2所示，并為如下步驟第一，在步驟201，在SU和維持在接近于檢測所要求的發(fā)射功率電平的RCS之間交換信號SU在STCH中周期地發(fā)送碼元長度擴展碼，而RCS在CUCH中周期地發(fā)送碼元長度擴展碼作為應答。
下面，在步驟202，如果SU在它發(fā)送的STCH報文之后在3ms內(nèi)收到應答，則在步驟203以特定步長減少其發(fā)射功率；但如果SU在STCH報文后在3ms內(nèi)沒有收到應答，則在步驟204以相同步長增加其發(fā)射功率。
在步驟205，SU在發(fā)送另一STCH報文之前等待一段時間，該段時間由平均為10秒的隨機過程來確定。
因此，根據(jù)RCS應答周期地調整來自SU的STCH報文的發(fā)射功率，并且來自RCS的CUCH的發(fā)射功率是固定的。
將功率控制信號與APC的邏輯信道一一對應將功率控制信號與具體的邏輯信道一一對應，用來控制前向和反向分配信道的發(fā)射功率電平。反向全局信道也由APC算法控制，以便在這些反向信道上維持足夠的信號功率與干擾噪聲功率比(SIR)，并使得系統(tǒng)輸出功率穩(wěn)定和最小。本發(fā)明使用閉環(huán)功率控制方法，其中接收機周期地決定逐步升高或降低另一端發(fā)射機的輸出功率。此方法也將此決定返回給各個發(fā)射機。
表1 APC信號信道分配
前向和反向鏈路分別獨立控制。對于進行中的呼叫/連接，由在反向APC信道上傳送的APC位控制前向鏈路通訊信道(TRCH)APC和傳號線(OW)功率。在呼叫/連接建立過程中，反向鏈路訪問信道(AXCH)功率也由在前向APC信道上傳送的APC位來控制。表11總結了所控制信道的具體功率控制方法。
任何特定SU的分配信道TRCH、APC和OW及反向分配導頻信號的規(guī)定SIR在相互比例關系上保持不變，并且這些信道具有大致相同的衰落，因此它們一起進行功率控制。
自動前向功率控制在呼叫/連接之中AFPC系統(tǒng)盡量維持前向信道上的最小規(guī)定SIR。圖3所示的AFPC循環(huán)程序包括在步驟301中SU形成兩個誤差信號e1和e2的步驟，其中e1＝Pd-(1+SNRREF)PN(4)e2＝Pr-Po(5)Pd是解擴信號加噪聲功率，PN是解擴噪聲功率，SNRREF是該服務類型的規(guī)定信噪比，Pr是總接收功率的測量值，而Po是AGC設定點。下一步，SU調制解調器在步驟302形成組合誤差信號α1e1+α2e2。這兒，為每種服務類型和APC更新率選擇權重α1和α2。在步驟303，SU嚴格限制組合誤差信號，并形成單個APC位。在步驟304，SU將APC位傳送給RCS，在步驟305，RCS調制解調器接收該位。在步驟306，RCS增加或減少其給SU的發(fā)射功率，然后此算法從步驟301開始重復。
自動反向功率控制在呼叫/連接建立之中和呼叫/連接進行之中，ARPC系統(tǒng)維持反向信道上的最小規(guī)定SIR，以使總的系統(tǒng)反向輸出功率最小。從步驟401開始圖4所示的ARPC循環(huán)程序，在步驟401，RCS調制解調器形成兩個誤差信號e1和e2，其中e1＝Pd-(1+SNRREF)PN(6)
e2＝Pπ-Po(7)Pd是解擴信號加噪聲功率，PN是解擴噪聲功率，SNRREF是該服務類型的參照信噪比，Pπ是由RCS接收的平均總功率的測量值，而Po是AGC設定點。在步驟402，RCS調制解調器形成組合誤差信號α1e1+α2e2，并在步驟403嚴格限制此誤差信號以確定單個APC位。在步驟404，RCS發(fā)送APC位給SU，并在步驟405由SU接收此位。最后，在步驟406，SU按照接收的APC位調整其發(fā)射功率，并且此程序從步驟401開始重復。
SIR和多信道類型鏈路上信道的所要求SIR是信道格式(例如TRCH，OW)、服務類型(例如ISDNB，32Kb/s ADPCM POTS)及在其上分配數(shù)據(jù)位的碼元數(shù)(例如將兩個64kb/s碼元集合以形成單個32kb/sADPCM POTS碼元)的函數(shù)。預定與每個信道和服務類型所要求的SIR相對應的解擴器輸出功率。在呼叫/連接處于進行之中時，幾個用戶CDMA邏輯信道同時啟動；這些信道的每一個在每個碼元周期發(fā)送一碼元。測量來自標稱最大SIR信道的碼元的SIR，與閾值相比較，并用來在每個碼元周期確定APC升高/降低決定。表2表示由服務和呼叫類型用于APC計算的碼元(和閾值)。
表2用于APC計算的碼元/閾值
APC參數(shù)APC信息通常轉換為單個位的信息，并且APC數(shù)據(jù)率與APC更新率相當。APC更新率是64kb/s。這一速率足夠高，能夠適應預期的Rayleigh和Doppler衰退，并允許在上行鏈路和下行鏈路APC信道中有相對高(～0.2)的比特誤差率(BER)，這使得用于APC的容量最小。
由APC位表示的功率升高/降低在標稱上處于0.1和0.01dB之間。對于本系統(tǒng)的示例性實施例，功率控制的動態(tài)范圍在反向鏈路上為70dB而在前向鏈路上為12dB。
多路復用APC信息的另一實施例前面說明的專用APC和OW邏輯信道也能在一個邏輯信道中一起多路復用。APC信息以64kb/s連續(xù)地傳送，由此OW信息出現(xiàn)在數(shù)據(jù)脈沖串中。另一多路復用邏輯信道包括例如同相信道上的非編碼、非交織64kb/s APC信息和QPSK信號90°相差信道上的OW信息。
閉環(huán)功率控制的運行在呼叫連接之中的閉環(huán)功率控制響應于整個系統(tǒng)功率中的兩個不同變量。第一，此系統(tǒng)響應于諸如SU的功率電平變化的本地行為，第二，此系統(tǒng)響應于系統(tǒng)中全組的有效用戶的功率電平變化。
本發(fā)明的示例性實施例的功率控制系統(tǒng)如圖5所示。如其所示，用來調整RCS的發(fā)射功率的電路(如RCS功率控制模塊501所示)和用于SU的電路(如SU功率控制模塊502所示)相似。從RCS功率控制模塊501開始，反向鏈路RF信道信號在RF天線處被接收并解調，以產(chǎn)生供給可變增益放大器(VGA1)510的反向CDMA信號RMCH。VGA1 510的輸出信號供給自動增益控制(AGC)電路511，此電路產(chǎn)生進入VGA1510的可變增益放大器控制信號。此信號將VGA1 510的輸出信號電平維持在一近似恒值。VGA1的輸出信號由解擴-解多路復用器(demux)512解擴，它產(chǎn)生一解擴用戶報文信號MS和前向APC位。前向APC位供給集成器513，以產(chǎn)生前向APC控制信號。前向APC控制信號控制前向鏈路VGA2 514，并將前向鏈路RF信道信號維持在通信所需要的最小電平。
RCS功率模塊501的解擴用戶報文信號MS的信號功率由功率測量電路515測量，以產(chǎn)生信號功率指示。VGA1的輸出也由AUX解擴器來解擴，該解擴器使用不相關擴展碼解擴信號，因此得到解擴噪聲信號。此信號的功率測量值乘以1加上所要求的信噪比(SNRR)，以形成閾值信號S1。由減法器516產(chǎn)生解擴信號功率和閾值S1之間的差值。該差值是誤差信號ES1，它是與特定SU發(fā)射功率電平相關的誤差信號。類似地，VGA1 510的控制信號供給速率變換(scaling circuit)電路517，以減少用于VGA1的控制信號的速率。變換電路517的輸出信號是變換后系統(tǒng)功率電平信號SP1。閾值計算邏輯電路518計算來自RCS用戶信道功率數(shù)據(jù)信號(RCSUSR)的系統(tǒng)信號閾值SST值。變換的系統(tǒng)功率電平信號的補數(shù)SP1和系統(tǒng)信號功率閾值SST供給加法器519，它產(chǎn)生第二誤差信號ES2。這一誤差信號與所有有效SU的系統(tǒng)發(fā)射功率電平相關。輸入的誤差信號ES1和ES2在合并器520中合并，產(chǎn)生輸入到增量調制器(DM1)521中的合并誤差信號，并且DM1的輸出信號是反向APC比特流信號，具有+1或-1的比特值，本發(fā)明的反向APC比特流信號被發(fā)射為64kb/s信號。
反向APC位供給擴展電路(spreading circuit)522，并且擴展電路522的輸出信號是擴頻前向APC報文信號。前向OW和通訊信號也供給擴展電路523、524，產(chǎn)生前向通訊報文信號1、2、…N。前向APC信號、前向OW和通訊報文信號的功率電平由各自的放大器525、526和527調整，以產(chǎn)生功率電平調整后的前向APC、OW和TRCH信道信號。這些信號由加法器528合并，并供給VAG2 514，它產(chǎn)生前向鏈路RF信道信號。
包括擴頻前向APC信號的前向鏈路RF信道信號由SU的RF天線接收，并解調以產(chǎn)生前向CDMA信號FMCH。此信號供給可變增益放大器(VGA3)540。VGA3的輸出信號供給自動增益控制電路(AGC)541，它產(chǎn)生進入VGA3 540的可變增益放大器控制信號。此信號將VGA3的輸出信號電平維持在一近似恒值電平。VAG3 540的輸出信號由解擴解多路復用器542解擴，產(chǎn)生解擴用戶報文信號SUMS和反向APC位。此反向APC位供給集成器543，它產(chǎn)生反向APC控制信號。該反向APC控制信號供給反向APC VGA4 544，以將反向鏈路RF信道信號維持在最小功率電平。
解擴用戶報文信號SUMS也供給產(chǎn)生功率測量值信號的功率測量電路545，該功率測量值信號在加法器546中加上閾值S2的補數(shù)，以產(chǎn)生誤差信號ES3。信號ES3是與特定SU的RCS發(fā)射功率電平相關的誤差信號。為得到閾值S2，來自AUX解擴器的解擴噪聲功率指示乘以1加希望的信噪比SNRR。AUX解擴器使用不相關擴頻碼解擴輸入數(shù)據(jù)，因此其輸出是解擴噪聲功率的指示。
類似地，用于VGA3的控制信號供給速率變換電路以減少用于VGA3控制信號的速率，從而產(chǎn)生變換的接收功率電平RP1(見圖5)。閾值計算電路計算來自SU測量功率信號SUUSR的接收信號閾值RST。變換后的所接收功率電平RP1的補數(shù)和所接收信號閾值RST供給產(chǎn)生誤差信號ES4的加法器。此誤差與供給所有其它SU的RCS發(fā)射功率相關。輸入誤差信號ES3和ES4在合并器中合并，并輸入δ調制器DM2 547，DM2 547的輸出信號是前向APC比特流信號，此信號具有+1或-1的比特值。在本發(fā)明的示例性實施例中，此信號發(fā)送為64kb/s信號。
前向APC比特流信號供給擴展電路2948，以產(chǎn)生輸出反向擴頻APC信號。反向OW和通訊信號也輸入擴展電路549、550，產(chǎn)生反向OW和通訊報文信號1、2、…N，并且由反向導頻生成器551生成反向導頻。反向APC報文信號、反向OW報文信號、反向導頻及反向通訊報文信號的功率電平由放大器552、553、554、555調整，以產(chǎn)出由加法器556合并并輸入給反向APC VGA4 544的信號。該VGA4 544產(chǎn)生反向鏈路RF信道信號。
在呼叫連接和承載信道建立過程中，修改本發(fā)明的閉環(huán)功率控制，如圖6所示。如其所示，用來調整發(fā)射功率的電路是不同的對于RCS，是如圖所示的初始RCS功率控制模塊601；對于SU，是如圖所示的初始SU功率控制模塊602。從初始RCS功率控制模塊601開始，反向鏈路RF信道信號在RF天線處接收，并解調，產(chǎn)生由第一可變增益放大器(VGA1)603接收的反向CDMA信號IRMCH。VGA1的輸出信號由自動增益控制電路(AGC1)604檢測，此電路將可變增益放大器控制信號供給VGA1 603，以將VAG1的輸出信號電平維持在一近似恒值。VGA1的輸出信號由解擴解多路復用器605解擴，而后產(chǎn)生解擴用戶報文信號IMS。前向APC控制信號ISET被設置為固定值，并供給前向鏈路可變增益放大器(VGA2)606，以將前向鏈路RF信道信號設置在一預定電平。
初始RCS功率模塊601的解擴用戶報文信號IMS的信號功率由功率測量電路607測量，并且在減法器608中從閾值S3里減去輸出功率測量值，以產(chǎn)生誤差信號ES5，這是與特定SU的發(fā)射功率電平相關的誤差信號。通過將從AUX解擴器得到的解擴功率測量值乘以1加希望的信噪比SNRR來計算閾值S3。AUX解擴器使用不相關擴頻碼解擴信號，因此其輸出信號是解擴噪聲功率的指示。類似地，VGA1控制信號供給速率變換電路609，以減少VGA1控制信號的速率，以便產(chǎn)生變換的系統(tǒng)功率電平信號SP2。閾值計算邏輯電路610確定從用戶信道功率數(shù)據(jù)信號(IRCSUSR)計算的初始系統(tǒng)信號閾值(ISST)。變換的系統(tǒng)功率電平信號SP2的補數(shù)和ISST供給加法器611，它產(chǎn)生第二誤差信號ES6，這是與所有有效SU的系統(tǒng)發(fā)射功率電平相關的誤差信號。ISST的值是具有特定配置的系統(tǒng)的希望發(fā)射功率。輸入誤差信號ES5和ES6在合并器612中合并，產(chǎn)生輸入到δ調制器(DM3)613的合并誤差信號。DM3產(chǎn)生初始反向APC比特流信號，此信號具有+1或-1的比特值，本發(fā)明的反向APC比特流信號發(fā)射為64kb/秒信號。
此反向APC比特流信號供給擴展電路614，以產(chǎn)生初始擴頻前向APC信號。控制信道(CTCH)信息由擴展器616擴展，以形成擴展CTCH報文信號。擴展APC和CTCH信號由放大器615和617變換，并由合并器618合并。合并的信號供給VAG2 606，它產(chǎn)生前向鏈路RF信道信號。
前向鏈路RF信道信號包括擴展前向APC信號，由SU的RF天線接收，并解調，以產(chǎn)生初始前向CDMA信號(IFMCH)，此信號供給可變增益放大器(VGA3)620。VGA3的輸出信號由自動增益控制電路(AGC2)621檢測，它產(chǎn)生用于VGA3 620的可變增益放大器控制信號。此信號將VGA3 620的輸出功率電平維持在一近似恒定值。VAG3的輸出信號由解擴解多路復用器622解擴，產(chǎn)生一初始反向APC位，此反向APC位依賴于VGA3的輸出電平。反向APC位由集成器623處理，以產(chǎn)生反向APC控制信號。反向APC控制信號供給反向APC VGA4624，以將反向鏈路RF信道信號維持在一確定功率電平。
全局信道AXCH信號由擴展電路625擴展，以提供擴展AXCH信道信號。反向導頻生成器626提供一反向導頻信號，并且AXCH的信號功率和反向導頻信號由各個放大器627和628調整。擴展AXCH信道信號和反向導頻信號由加法器629相加，以產(chǎn)生反向鏈路CDMA信號。反向鏈路CDMA信號由反向APC VGA4 624接收，它產(chǎn)生輸出到RF發(fā)射器的反向鏈路RF信道信號。
系統(tǒng)容量管理本發(fā)明的系統(tǒng)容量管理算法為一稱之為單元的RCS區(qū)優(yōu)選最大用戶容量。當SU達到最大發(fā)射功率的一定值時，SU發(fā)送報警報文給RCS。RCS將控制訪問系統(tǒng)的通訊燈設置為“紅”，如前述這是禁止SU訪問的標志。這種狀態(tài)保持有效，直到報警SU終止其呼叫，或直到在SU處測量的報警SU的發(fā)射功率小于最大發(fā)射功率的值。當多個SU發(fā)送報警報文時，此狀態(tài)保持有效，直到要么來自報警SU的所有呼叫終止，要么在SU處測量的報警SU的發(fā)射功率小于最大發(fā)射功率。另一實施例在前向誤差糾正(FEC)解碼器中測量比特誤差率測量值，并保持RCS通訊燈為“紅”，直到比特誤差率小于預定值。
本發(fā)明的阻止策略方法包括使用從RCS發(fā)送到SU的功率控制信息和RCS處的接收功率測量值的方法。RCS測量其發(fā)射功率電平，檢測達到的最大值，并確定什么時侯阻止新的用戶。如果在成功地完成承載信道分配之前SU到達最大發(fā)射功率，則準備進入系統(tǒng)的SU阻止它自己。
系統(tǒng)中的每個額外用戶具有增加所有其它用戶的噪聲電平的效應，這減少了每個用戶經(jīng)歷的信噪比(SNR)。功率控制算法維持每個用戶所希望的SNR。因此，在缺乏任何其他限制時，增加新用戶到系統(tǒng)中僅有短暫影響，并會重新獲得希望的SNR。
通過測量基帶合并信號的均方根(rms)值或者通過測量RF信號的發(fā)射功率并反饋給數(shù)字控制電路來在RCS中進行發(fā)射功率測量。發(fā)射功率測量也可由SU來進行，以確定此用戶機是否已達到其最大發(fā)射功率。通過測量RF放大器的控制信號并在服務類型的基礎上變換此值，由此確定SU發(fā)射功率電平，這些服務類型例如普通老式電話服務(POTS)，F(xiàn)AX或綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN)。
SU已達到最大功率的信息在所分配信道的報文中由SU發(fā)送給RCS。RCS也通過測量反向APC變化來確定此狀況，因為如果RCS發(fā)送APC報文給SU以增加SU發(fā)射功率，而RCS處測量的SU發(fā)射功率沒有增加，則SU已達到最大發(fā)射功率。
RCS不使用通訊燈來阻止已使用短碼完成了功率逐步抬升的新用戶。通過否認它們的撥號音并使它們時間用盡來阻止這些用戶。RCS在APC信道上發(fā)送所有的“1”(下降命令)，以使SU降低其發(fā)射功率。RCS也發(fā)送沒有CTCH的報文或帶有無效地址的報文，這迫使FSU放棄訪問程序并重新開始。SU并不立即開始獲取程序，因為通訊燈是紅色的。
當RCS達到其發(fā)射功率極限時，它以與當SU達到其發(fā)射功率極限時相同的方式進行阻止。RCS關閉FBCH上的所有通訊燈，開始發(fā)送所有“1”APC比特(下降命令)給那些已完成它們的短碼功率抬升但還沒有給出撥號音的用戶，而后發(fā)送沒有CTCH的報文給這些用戶或發(fā)送帶無效地址的報文以迫使它們放棄訪問程序。
SU的自阻止算法如下。當SU開始發(fā)射AXCH時，APC使用AXCH啟動其功率控制操作，并且SU的發(fā)射功率升高。當發(fā)射功率在APC的控制下升高時，它由SU控制器監(jiān)測。如果達到發(fā)射功率極限，SU放棄訪問過程并重新啟動。
盡管本發(fā)明已按照示例性實施例進行了說明，本領域的專業(yè)人員應理解可以對下面權利要求中確定的發(fā)明范圍里的實施例進行修改，由此實施本發(fā)明。
權利要求
1.一種用于估算接收機的需要的接收信號的頻譜中的噪聲水平的方法，該需要的接收信號利用碼分多址來擴頻，該估算的噪聲水平用于發(fā)送該接收的信號的發(fā)射機的功率控制，該方法包括在接收機處接收頻譜上的信號和噪聲；解調接收的信號和噪聲以產(chǎn)生解調的信號；利用與需要的接收信號有關的碼所不相關的碼解擴解調的信號；及測量該去解調的信號的功率作為估算的該頻譜的噪聲水平。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中該解擴是由不同于用于解擴該需要的接收信號的解擴器的AUX解擴器完成的。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其中在解擴之前，接收信號和噪聲的增益被利用可變增益放大器調整。
4.根據(jù)權利要求3的方法，其中該接收信號和噪聲利用需要的接收信號碼進行解擴，該解擴的需要的信號的功率水平被測量作為接收的需要的信號的功率水平以用于發(fā)射機的功率控制。
5.一種利用碼分多址通信的無線擴頻用戶機單元，一需要的信號由該用戶機單元在一頻譜上接收，該用戶機單元包括一個解擴器，具有一輸入端，用于接收該頻譜上的解調的接收信號和噪聲，及用于利用與需要的接收信號有關的碼不相關的碼解擴該接收的解調的信號和噪聲；一功率測量裝置，用于測量該解擴的信號的功率水平作為相對于該需要的接收信號的噪聲水平的估算值。
6.根據(jù)權利要求5的用戶機單元，其中該解擴器是把同于需要的接收信號的解擴器的一個AUX解擴器。
7.根據(jù)權利要求5的用戶機單元，還包括一個可變增益放大器，用來在接收信號和噪聲輸入到解擴器之前調整其增益。
8.根據(jù)權利要求7的用戶機單元，還包括需要的信號解擴器，用于利用該需要的接收信號解擴該接收的解調信號和噪聲；該功率測量裝置測量該需要的信號解擴器的解擴結果的功率水平。
9.一種利用碼分多址通信的擴頻無線載波基站(RCS)，一需要的信號由RCS在一頻譜上接收，該RCS包括一解擴器，具有用于接收該頻譜上的解調的接收信號和噪聲的輸入端，及用于利用與該需要的接收信號有關的碼不相關的碼解擴該接收的解調信號和噪聲；功率測量裝置，用于測量解擴的信號的功率水平作為相對于需要的接收信號的噪聲水平的估算值。
10.根據(jù)權利要求9的RCS，其中該解擴器是不同于該需要的接收信號的解擴器的一個AUX解擴器。
11.根據(jù)權利要求9的RCS，還包括一個可變增益放大器，用來在接收信號和噪聲輸入到解擴器之前調整其增益。
12.根據(jù)權利要求11的RCS，還包括需要的信號解擴器，用于利用該需要的接收信號解擴該接收的解調信號和噪聲；該功率測量裝置測量該需要的信號解擴器的解擴結果的功率水平。
全文摘要
擴頻通信系統(tǒng)的自動功率控制(APC)系統(tǒng)包括自動前向功率控制(AFPC)系統(tǒng)和自動反向功率控制(ARPC)系統(tǒng)。AFPC中用戶機測量前向信道信息信號前向信噪比生成前向信道誤差信號(包括信道不相關噪聲和前向信噪比和預定信噪比間誤差)。從前向信道誤差信號生成的控制信號作為反向信道信息信號的一部分發(fā)送。基本單元包括AFPC接收機，接收反向信道信息信號并提取前向信道誤差信號以調整前向擴頻信號功率電平。ARPC系統(tǒng)中基本單元測量反向信道信息信號反向信噪比生成反向信道誤差信號(包括信道不相關噪聲和反向信噪比和預定信噪比間誤差)?；締卧l(fā)送從反向信道誤差信號生成控制信號作為前向信道信息信號的一部分。
文檔編號H04J13/00GK1492609SQ0214397
公開日2004年4月28日 申請日期1996年6月27日 優(yōu)先權日1995年6月30日
發(fā)明者加里·隆, 法提赫·厄茲呂蒂爾克, 約翰·科瓦爾斯基, 厄茲呂蒂爾克, 加里 隆, 科瓦爾斯基 申請人:交互數(shù)字技術公司