用于無線通信系統中外環功率控制的方法和裝置的制作方法

專利名稱：用于無線通信系統中外環功率控制的方法和裝置的制作方法
用于無線通信系統中外環功率控制的方法和裝置
發明目的
本發明可應用于電信領域，特別是那些致力于給無線通信系統的 蜂窩基礎設施制造基站和移動設備的行業。
具體而言，本發明在通信領域內涉及蜂窩移動電話網絡中用于外
環功率控制系統的方法和裝置。
本發明的一個目的是利用外環處理進行功率控制，加上本發明中
被稱作基于中斷的OLPC (Outage-Based OLPC)的方法，本發明能 夠適應通信信道中變化的傳播狀況。
本發明的另一個目的是提供一種裝置，用于結合到基站或移動設 備的控制器中，根據所提出的基于中斷的OLPC方法建立起來的所需 信干比目標，對功率電平進行動態調整。
背景技術：
1998年1月，歐洲電信標準協會(ETSI)選定了用于通用移動 通信系統(UMTS)的基礎技術(見ETSI， "The ETSI UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA) ITU-R RTT Candidate Submission", 1998年6
月)。所提出的主無線電接口是寬帶碼分多址(WCDMA)協議，這 一協議的特性為完全滿足第三代(3G)移動電話的要求提供了可能。 由于3G中對數據傳輸速率和服務質量(QoS)的要求不斷提高，因 而有必要制定新的規劃策略。功率控制系統策略，特別是用于實現所 述系統外環處理的策略，可能是這些策略中研究得最多的。
下面一般性地描述所提到的功率控制系統，因為本發明的方法所 針對的外環功能是這個系統其它分量的結果。
在基于WCDMA受到干擾限制的蜂窩網絡中，功率控制系統是 必需的，這是因為所有用戶共享同一頻譜，并且它們的碼子不是完全
5正交的(見Holma和Toskala的"WCDMA for UMTS， Radio Access for Third Generation Mobile Communications", John Wiley & Sons.)。
WCDMA中功率控制系統的最終目標是在特定鏈路中，比如在 從基站到移動設備或終端設備的下行鏈路，或者從移動設備到基站的 上行鏈路中，用最小的發射功率電平獲得所需要的服務質量(本發明 所關心的就是這一方面)。
WCDMA網絡中功率控制系統的主要目的是
消除遠近效應當所有移動臺向基站發射相同的功率而不考 慮距離或衰落的影響時，離其最近的移動設備對于最遠的終 端而言，就成了嚴重的干擾。
防止深度衰落。
使后續擴容時網絡干擾最小。
延長移動臺電池的持續工作時間。
作為一個整體，WCDMA的功率控制系統用三種不同的處理來 實現
通過開環在連接開始時的隨機接入處理中，移動臺/基站估
計上行鏈路/下行鏈路中的功率損耗，然后根據這一損耗情況 調整其發射功率。
通過閉環或內環也稱為快速功率控制(1500 Hz)，由以下 三個步驟組成
1) 對應的接收機終端(基站或者移動單元)根據特定鏈 路所需要的服務質量以及下述外環處理所設定的服務
質量，將接收信干比(SIRrec)同期望的信干比目標
(SIRtarget)進行比較。
2) 同一個接收機終端發送功率控制位，表明必須將發射 功率提高(如果SIRree< SIRtarget)或降低(如果SIRrec>
SIRtarget) —個特定值(通常是ldB)。
3) 發射單元(基站或移動設備)將其發射功率提高或降
低預置量。
通過外環(OLPC，外環功率控制)建立期望的信干比目標(SIRtarget)，從而能夠維持預定質量目標，它(10 100Hz) 跟閉環相比要慢得多。鏈路質量的一個標準或衡量是幀差錯 率(FER)或者塊差錯率(BLER)，這兩者是等效的，是信 干比(SIRree)的函數。鑒于內環能夠幫助信干比(SIRrec) 維持接近信干比目標(SIRtarget)，所以，塊差錯率(BLER) 最終由這個目標值決定。因此，為了在某一特定衰落環境中 滿足服務質量要求，需要將目標(SIRtarget)調整到對于這一 環境合適的值。
遺憾的是，沒有任何目標(SIRtarget)能夠滿足無線通信信道中所
有衰落環境對塊差錯率(BLER)的要求。由于這個原因，如何動態 調整這個期望信干比目標(SIRtarget)是目前進行研究的理由，并且在 這里描述了用合適的方式調整所述比率的機理。
對于外環功率控制(OLPC)，被普遍接受的設計是基于目標塊差 錯率(BLERtarget)的，并被稱作基于BLER的OLPC，它測量這個度 量，并根據目標塊差錯率(BLERtarget)是高于還是低于期望門限，據 此改變所期望的信干比目標(SIRtarget)(見SampathA， KumarPS和 Holtzman J M (1997)， "On setting reverse link target SIR in a CDMA system",尸raceWwgs q/"K/z/cw/ar rec/z"o/ogy Co"y^e"ce，鳳 凰城，亞利桑那州，第920-933頁)。缺點是考慮到以現有技術測量 塊差錯率(BLER)非常慢，特別是對于高質量服務，在短時間內衰 落特性不斷變化的動態環境中，這些系統的性能明顯下降(見Holma H.， "WCDMA for UMTS"， John Wiley & Sons, LTD, 2002)。對于 要求塊差錯率(BLER)(比如0.1%)低的服務，所提到的速度緩慢 由以下事實所造成:基于BLER的OLPC方法建立在利用循環冗余碼 (CRC)對差錯進行計數的基礎之上，這樣做牽涉到的數據塊數量太 大，難以準確估計其塊差錯率(BLER)。
最嚴重的問題是傳播狀況發生有利變化的時候，由于基于 BLER的OLPC方法對此反應很慢，使得所述外環功率控制方法設定 的期望信干比目標(SIRt^get)長時間高于實際需要，導致干擾增大， 系統容量下降。為了解決前面說明的在基于BLER的OLPC中功率控制方法的慢 收斂問題，人們進行了大量研究。最常用的解決辦法之一包括修改 前面提到的基于BLER的OLPC方法所設定的期望信干比目標 (SIRtarget)的調節跳數(又見Sampath A， Kumar P S和Holtzman J M (1997)， "On setting reverse link target SIR in a CDMA system", Proc. IEEE Vehicular Technology Conference,鳳凰城，亞利桑那州，第 920~933頁)。然而，這一辦法并沒有解決這種功率控制方法的固有 問題，這是因為它要準確估計塊差錯率(BLER)也涉及相當多的數 據塊。基于目標塊差錯率(BLERtarget)所遵循的這一質量標準原理， 以下美國專利申請給出了一些方法US 2004/0137860， US 2004/0157636和US 2003/0031135。
為了解決基于BLER的OLPC方法的慢收斂問題，另一個常用的 辦法是考慮其它的度量(所謂的軟度量)，包括位差錯率(BER)、 重編碼碼元差錯率(SER)、重編碼功率度量、譯碼迭代次數、改進 山本度量和歐幾里德距離(ED)(見Rege Kiran， "On Link Quality Estimation for 3G Wireless Communication Networks", Proceedings of the IEEE VTS Fall VTC2000 ，第52屆Vehicular Technology Conference)。相比塊差錯率(BLER)而言，這些度量的優點在于能 夠更快地估計它們。
因為OLPC的目的是保持恒定的塊差錯率目標(BLER^et)，并 根據信道的傳播狀況適當地改變塊長，所以在塊差錯率(BLER)和 提到的軟度量之間建立一個實際固定的比率，由此才可能基于所述度 量中任意度量的估計找到目標塊差錯率(BLERtoget)。作為示例，以 這些度量為基礎，以下專利給出了一些方法US 6434124和US 6763244。
然而，當信道的傳播狀況變化顯著地影響塊長時，基于這些度量 的外環功率控制的缺點也顯露出來。在這種情況下，塊差錯率(BLER) 和被看成軟度量的度量之間的相關性就不再固定，也就無法維持恒定 的塊差錯率(BLER加get)(見Avidor， Dan， "Estimating the Block Error Rate at the Output of the Frame Selector in the UMTS System",(WNET 、 02) ， ff re/ess (9/ 打'ca/ Cbw附wm'co^z'o"s ( WOC 2002 )， 2002年7月，Banff, Alberta，加拿大)。
另夕卜，在專利申請US 6449462中，Jonas Blom、 Fredrik Gunnarson 和FedrikGustafsson為控制期望信干比目標(SIRtarget)建立了一套方 法，該方法也是基于測量塊差錯率(BLER)的，但同時也估計在無 線電信道的不同狀況和干擾信號的統計分布中的一些有代表性的參 數。這一方法基于確定一個質量函數，這個函數被定義為以提到的參 數為條件的錯誤幀的概率。雖然這一策略使得容量增加大約30%,但 是為了得到所述質量函數，處理過程中帶來了延遲，使這種模型性能 變差。另外，同一作者在發表于《ACM無線網絡》的文章"Estimation and Outer Loop Power Control in Cellular Radio Systems "中描述了該發 明的更多技術細節，指出系統性能會因為無線電信道的衰落而下降。 本申請人Alvaro L6pez Medran，在西班牙專利申請ES 200202947
(又見Alvaro L6pez國Medrano 的文章"Optimal SIR target determination for Outer-Loop Control in the W-CDMA System"， Proceedings of the IEEE Vehicular Technology Conference ( VTC ) Fall 2003， 2003年10月6~9日，奧蘭多(美國)和"Optimal SIR target determination for Outer-Loop Control in the W-CDMA System: Inverse SIR Cumulative Distribution Function computation throughout the Newton-Raphson Method", Proceedings of the 12th 1ST Summit on Mobile and Wireless Communications (第2巻)，第732~736頁，2003 年6月15-18日，Aveiro，葡萄牙)中，基于不同于目標塊差錯率
(BLER^et)的一種質量標準，提出了3G系統中功率控制系統的一 種外環。在ES 200202947中描述的方法的這種質量標準是基于中斷 概率(P。utage)的，從而避免已提到的"基于BLER的OLPC"方法固 有的慢收斂問題。
如ES 200202947中所說明的一樣，中斷概率(P。utage)是通常應 用于蜂窩基礎設施的另一個質量參數，這個參數是根據通信鏈路所覆 蓋的服務類別，小區和每個小區內的特點，并且根據服務區的特點，在通信網絡的規劃階段預先建立的。基于這一中斷概率(P。utage)，提 到的專利申請提出確定出對應于期望信干比的衰落余量(M③, (dB))，因此為服務質量標準建立期望信干比目標(SIR^get)，該服 務質量標準由中斷概率(P。utage)和無線電信道的統計矩量特點給出。
前面那段所敘述的內容最先被S. Kandukuri和S. Boyd轉化為數 學問題(/EEE 7hmsac"'o"s o"附re/as^ Cow/ww"/c加.ora， 第1巻，第 1期，第46~55頁，2002年1月)，也就是"Optimal power control in interference-limited fading wireless channels with outage-probability specifications"。這個問題已經被Alvaro L6pez Medran在他上述專禾U 申請中解決了，在這一申請中對外環功率控制使用了迭代 Newton-Raphson方法(見H.R. Schwarz， J. Waldvogel "Numerical Analysis" ， Jb/zw附/ey c& 5bm )。
簡而言之，由L6pez Medrano在上述專利申請ES 200202947中 提出的外環功率控制方法是基于中斷概率(P。utage)質量標準的，但 是外環的最終任務是必須保持對應于某一服務的目標塊差錯率
(BLER峋et)恒定(見3GPP第三代標準的規范文件TS 25.101， 'UE radio transmission and reception (FDD),第8.8.1節，禾口TS 25.104，
'Base Station (BS) radio transmission and reception (FDD), 第8 節')。因此不可能在所有傳播狀況下保持恒定的中斷概率(P。utage)， 因為塊差錯率(BLER)本身并不保持恒定。這一點歸因于以下事實
在中斷概率(P。utage)和塊差錯率(BLER)之間沒有固定的比率，而
是精確地取決于當時無線電鏈路的傳播狀況。
因為在ES 200202947中描述的外環功率控制方法以結果的形式
給出的衰落余量取決于這一中斷概率(P。utage)和其它變數，所以它
的動態自適應過程也牽涉到所述余量的變化。總而言之，期望信干比
目標(SIR^get)應該可以根據衰落余量的變化進行調整，從而，不管
傳播狀況如何，外環都將功率電平調整到最小的發射功率。

發明內容
本發明解決了背景技術部分所介紹的各個不同方面的前述問題 以及其它問題。
提出的特別為基于一個或多個標準化碼分多址(CDMA)協議的 第三代技術(3G)而設計的用于移動通信系統的外環功率控制方法 和裝置， 一方面確保達到預設塊差錯率(BLER)服務質量(QoS) 標準，另一方面除了前面基于中斷概率的標準(BLER標準)以外， 能夠根據一個新的質量標準迅速地適應無線電信道的變化狀況。
因此，本發明的一個方面是用于無線通信系統的外環功率控制方 法，該方法基于從基站或移動設備處接收到的數據信號，包括以下步 驟
1) 建立目標塊差錯率(BLERtarget);
2) 估計期望信干比(SIRree)和體現接收信號所經歷的信道(706) 衰落特性的一些參數；
3) 用Newton-Raphson方法，基于信道中的衰落參數(信道衰落 參數)和中斷概率，估計衰落余量；
4) 基于循環冗余碼(CRC)的校驗確定數據塊狀態；
5) 基于所述數據塊狀態、目標塊差錯率(BLERtMget)和同所考 慮的中斷概率相關的衰落余量估計值，為外環建立期望信干
比目標(SIR^get)。
所提出的功率控制方法(在這里稱為"基于中斷的OLPC")建
立的期望信干比目標(SIRtarget)是由稱為SIRoutage.tgt和SIRBLER.tgt的兩 個分量之和計算得到的，盡管一個動態調整函數實現基于目標塊差錯
率(BLERtarget)的質量標準和基于中斷概率的另一個質量標準之間的 映射。
于是，所需要的服務質量(QoS)由必要的最小功率電平來保證， 根據數據信號的傳播狀況迅速、動態地調整功率，因此，在這是一種 受干擾限制的技術的假設下，系統的容量也得到最優化。
期望信干比目標(SIRta^t)由提到的兩個分量之和得到"/凡g「57iC妙+S/^磁鄰)所利用的動態調整函數最好由神經網
絡組成。
在本文描述的范圍中，神經網絡被理解為一種工具，用于實現一 個一般參數化函數，在這個神經網絡中使用代表函數參數的權和偏 移，這些權和偏移能夠調整，以獲得特定的期望性能，這也就是人們 所知的神經網絡訓練。
眾所周知，神經網絡中的神經元是分層排列的， 一層神經元定義 為共享相同輸入的一組神經元。 一層神經元的輸出是下一層的輸入。
在神經網絡內部，多層神經網絡比單層網絡用途更廣(見Martin T. Hagan， Howard B. Demuth， Mark H. Beale， "Neural Network Design", PWSPub. Co.，第一版，1995)。比如，經過訓練，含有兩 層(第一 sigmoid層和第二線性層)的網絡能夠以任意精度逼近大多 數函數。針對上述問題，為建立功率控制外環期望信干比目標 (SIRtarget)的方法的神經網絡實現這個結構
所提出的神經網絡有兩層第一層有許多神經元，其數量取決于 所考慮的中斷概率的數量；第二層僅有一個神經元，這是因為輸出只
有一個期望信干比目標(SIR^et)值。輸入參數是為不同中斷概率
計算的衰落余量。為了結合跟基于目標塊差錯率(BLERtarget)的質量 標準對應的校正項，輸出層神經元的偏移與最終期望信干比目標 (SIRtarget)的分量(SIRBLER-target)相匹配。
另一分量(SIRoutage^get)用所描述的神經網絡產生，并能適應變 化的傳播狀況，因而它必須有快速變化性能。
為實現這一快速性能，這個分量(SIRoutage^get)必須跟引起衰落 的物理信號的參數相聯系，比如中斷概率。然而，最終的質量目標建
立在目標塊差錯率(BLERtarget)的基礎之上，因此將物理信號參數、 中斷概率映射到對應于塊差錯率(BLER)的質量參數的這個參數化 函數是必需的。因此神經網絡將跟不同中斷概率相聯系的衰落余量作 為輸入。通過利用已知的Newton-Raphson方法，對接收到的期望信 干比(SIRree)的分布函數進行求逆處理，所述余量可以按照專利申 請ES 200202947所描述的一樣進行估計。然而，對于為外環功率控制建立的期望信干比目標(SIRtarget)， 其第一分量(SIRBLER.tgt)提供的自適應并不總是理想的，并且不是將 所有信道變化都考慮進來。因此，外環自身不能保證預先建立的目標 塊差錯率(BLERtarget)標準。這就是為什么為了覆蓋非理想性能而將 第二分量(SIRBLER.target)包括在最終期望信干比目標(SIRtarget)中， 后者負責有效地保證服務中由目標塊差錯率(BLER^get)定義的質量。
后一個分量(SIRBLER.target)理想情況下會保持恒定，這是因為它
的變化意味著期望信干比目標(SIRtarget)的另一分量(SIR^tage-target) 沒有合適的值，原因是信道變化沒有被正確地考慮進來。因此，實際
上，為了保證目標塊差錯率(BLERtarget)，分量(SIRBLER-target)將會 有些小變化，但是它沒有必要立即對信道變化作出反應。
在實驗室仿真或理想環境下，以及在實際存在的無線通信系統范 圍內執行方法的環境下，每當分量(SIRBLER-target)出現變化時，這種 方法的神經網絡都要經受訓練。提到的神經網絡由給不同余量加權的 參數和特定偏移量定義。為了計算它們，要針對多個傳播環境進行仿 真，在仿真中針對所考慮的每個環境獲得期望信干比目標(SIRtarget) 的有效值。在得到這些值的過程中，將目標塊差錯率(BLERtarget)作 為質量目標，神經網絡參數借助它們，使期望信干比目標(SIRtarget) 的誤差最小化，從而使所有傳播狀況最優化。因此，所考慮的兩個質 量標準是相互聯系的基于目標塊差錯率(BLERtarget)的標準和基于 中斷概率(P。utage)的標準。
一旦已經在工作于真實環境的系統中執行這一方法，動態地進行 調整使得由目標塊差錯率(BLER^et)給出的服務質量標準得到滿足， 并且每次通信的功率消耗進一步減小，就能夠根據仿真數據得到神經 網絡參數。考慮兩件事，測得的接收到的期望信干比(SIRree)隨時 間的變化，以及通信中得到的平均塊差錯率(BLER)，兩者都作為輸 入數據。借助這些數據，會針對移動網絡每個小區的環境調整神經網
因此，本發明的方法允許使用在不同于已知目標塊差錯率
(BLERtarget)標準的質量標準的基礎之上的外環功率控制機制，提出基于中斷概率(P。utage)的標準，根據前述專利申請ES 200202947中 所描述的原因，這不僅不會削減基于所述目標塊差錯率(BLERtarget) 的服務質量(QoS)，反而能夠提高外環的性能。
本發明的另一方面涉及用于無線通信系統的外環功率控制裝置， 該裝置包含至少一個按照上述方法工作的可編程電子裝置。該可編程 電子裝置可以是通用處理器、數字信號處理器(DSP)、專用集成電 路(ASIC)和可編程卡(FPGA)或者以上裝置的任意組合。通用處 理器完全可以是一個微處理器或者其它可行的替代物常規處理器、 微控制器或者任何狀態機。可編程電子裝置甚至可以包含多個微處理 器、 一個微處理器和一個或多個DSP裝置的組合，或者是能夠使前 述方法所包含的各步驟以串行或并行方式執行的任何其它結構。
所提出的用于無線通信系統的外環功率控制裝置可以選擇包含 射頻接收機，該接收機可以接收來自基站或移動設備的數據信號。在 所述裝置中還可以加入可以發送功率控制信息給對應基站或移動設 備的射頻發射機。因此，這個外環功率控制裝置可以結合在無線通信 網絡控制器中，或者無線通信系統的用戶終端設備或移動設備中。
本發明可應用于支持一個或多個CDMA協議標準的任何無線通 信系統，比如WCDMA、 IS-95、 CDMA2000標準、HDR規范，等等。


為了幫助讀者根據其中一個優選實施例更好地理解本發明的內 容，并作為對以上描述的補充，給出一組附圖，作為所述描述的必要 組成部分。在這些附圖中示出了以下內容，用于說明而不是限制
圖1示出了現有技術中已知移動通信系統的一部分，包括與本發 明目標相關的以下元素蜂窩基礎設施、用戶移動終端、基站和遠程 網絡控制器；
圖2是現有技術中與本發明有關的基站或移動設備一部分的框
圖3示意性地說明一個神經元，以及基本元素，從這些基本元素 及其互聯，根據現有技術中的公知定義來定義神經網絡；圖4說明在神經網絡中通常用作傳遞函數的幾個可能函數； 圖5示意性地描述了兩層神經網絡，借助這個網絡，能夠實現符 合本發明目標和優選實施例的外環功率控制方法；
圖6說明神經網絡現有技術中所定義的神經網絡的一般訓練模
型；
圖7是本發明中移動通信系統外環功率控制方法的輸入和輸出 參數的框圖，該方法被稱為"基于中斷的OLPC";以及
圖8是本發明中移動通信系統的外環功率控制方法的框圖，它說
明將期望信干比目標(SIRtarget)分解為兩個分量(SIRoutage-tgt、
SIRBLjER.tet)，這兩個分量與合適的輸入參數相加。
優選實施例
圖1示出了 WCDMA移動通信系統的一部分(100)。跟本發明 不同，圖中示出的元素被人們所熟知因此不再詳細描述。感興趣的一 個元素是用戶終端設備或者移動臺(104)，該元素用車輛圖標的形式 示出；WCDMA移動通信系統還包含一些基站(102， 103)或者在 UMTS網絡中的節點B，包括嵌入式軟件程序、接口卡、存儲器和處 理器。系統的這部分包括無線電網絡控制器(101)或者RNC,用于 提供呼叫處理和其它功能。兩個基站(102， 103)和移動臺(104) 代表無繩接口的端點。每個基站(102， 103)通過陸線(105， 106) 同無線電網絡控制器(101)相關聯。在這以后，假設移動臺(104) 利用下行鏈路數據信號(107)和上行鏈路數據信號(108)同基站(102) 進行通信。
圖2示出了兩個站的部分(200):基站(102)和移動臺(104)， 包括本發明所基于的原理。因為現有技術對射頻發射機(202)和接 收機(203)進行了詳細描述，所以不討論提到的圖中所示出的元素 的已知方面。基站(102)和移動臺(104)都含有控制器(201)、發 射機(202)和接收機(203)。因此，對于基站(102)，收到的信號 對應于上行鏈路(108)，對于移動臺(104)，收到的信號是下行鏈路(107)，它們兩者都通過接收機(203)到達控制器(201)。本發明 的功率控制裝置安裝于控制器(201)內，并根據下述外環功率控制 方法的結果，通過發射機(202)發出指令，向接收臺表明提高或降 低其功率，該方法的目的是建立期望信干比目標(SIRtarget)，作為功 率控制中閉環的門限。
本發明的方法，在這里稱為"基于中斷的OLPC"，考慮到了基 于中斷概率的另一個質量標準，它是一種確保目標塊差錯率
(BLERta^t)形式質量標準的外環功率控制(OLPC)，此外還能迅速 地根據無線電信道狀況調整功率。該方法是根據控制器(201)中的 和以下所描述的步驟發展來的。
本發明提出用于外環的期望信干比目標以兩個分量之和的形式 給出第一分量(SIRoUtage.tgt)和第二分量(SIRBLER-tgt)，比如
第一分量(SIRoUtage-tgt)是衰落余量(Mp M2，…，MN)的函數，
在前面利用Newton-Raphson方法計算，或者用另一種可用方法計算， 并關聯所考慮的中斷概率(p。i， p。2，…，P。N)。因此，這個分量
(SIRo,e-tgt)有快速變化性能，使得它能夠適應不斷變化的傳播狀況，
盡管所述性能并不總是理想，也就是說，不是所有的信道變化都被提
到的(SIRoUtage.tgt)考慮進來，如果它不是被另一個分量(SIRBLER.tgt)
所補充，那么它自己并不能確保預先建立的目標塊差錯率標準
(BIJERtarget)。
第二分量(SIRBljER-tgt)覆蓋了信道的非理想性能，確保確實能夠 維持服務的目標塊差錯率(BLERtarget)。這一分量(SIRBLER.tgt)在理 想環境中將保持恒定，但實際上，它會有小的變化，它沒有必要對信 道中的變化立即做出反應。因此在這個分量中需要保持已知的基于 BLER的OLPC方法的典型環箍處理(characteristic hoop process)(又 見Sampath A ， Kumar P S禾口 Holtzman J M (1997 ) ，" On setting reverse link target SIR in a CDMA system", iVoc. Pfe/z/cw/ar T^c/zwo/ogy
Cow/ew"ce，鳳凰城，亞利桑那州，第929 933頁)，該方法具有慢反 應的特性，但它能夠準確地保證指定的目標塊差錯率(BLERtarget)。回到已確定的第一分量(SIRoUtage.tgt)，如前所述，利用與所考慮
的不同中斷概率(p。p p。2，， p。N)相關聯的衰落余量(Mp M2，…， MN)的函數，不考慮單一中斷概率并且不考慮由此得到的單一關聯 的衰落余量這一事實是因為不可能在所有傳播狀況中保持中斷概率 恒定，塊差錯率(BLER)也不能保持恒定，導致不能保持外環目標。 前面的中斷概率與塊差錯率(BLER)之間的偏差是由以下事實造成 兩種標準之間沒有恒定的比率，而比率精確地取決于當時的無線電狀 況。
以下提出尋找函數的幾種方法，這個函數基于衰落余量(M" M2，， MN)提出第一分量(SIRoUtage.tgt)作為結果，使得基于中斷 的OLPC方法滿足目標塊差錯率(BLERtarget)施加的質量標準，在發 射中與最小功率消耗一致。
可以提出的一個最簡單的實施例選擇是衰落余量(MP M2，， MN)的線性組合，借助該組合，第一分量(SIRoUtage.tgt)是所述衰落 余量(Mp M2，， MN)的加權或者乘以合適的衰落余量常數(K,， K2，， KN)后的和，得到期望信干比目標(SIRtarget):
57&, +b.M2十…+ V^ (1)
在這里有一個特例，即作為背景技術文件的專利申請ES 200202947中所描述的方法；事實上，如果在前面的等式中除一個之 外的所有常數全部消掉，得到單一衰落余量-
就得到
為了將這個問題推廣到考慮所有傳播狀況的更多情形，此時牽涉 到非線性函數，將神經網絡用作一種工具，以便能夠定義那些不必線 性并且能夠適應真實通信環境傳播狀況的函數。
將用下面的神經網絡模型來說明本發明的原理圖3示出了一個
神經元(300),以及基本元素，從這些基本元素及其互聯，根據現有 技術中的公知定義來定義神經網絡。 一般神經元(300)有N個輸入(Pl， P2，…，PN)， 一完成加權(W,， W2，…，WN)處理，就將它
們送入加法器(301)。此外，還將偏移量(b)應用于加法器，將這 個偏移量同加權過后的神經元(300)輸入相加，這樣，加法器(301) 輸出的值(n)是
<formula>formula see original document page 18</formula>
這個值(n)是傳遞函數(302)的輸入自變量，它可以引入比如 非線性性能，其結果是神經元(300)的最終輸出(a)。圖4說明通 常用作傳遞函數(302)的幾個函數第一個圖(401)對應于線性傳 遞函數，而圖(402)對應于雙曲正切形式的sigmoid函數。
對于在基于中斷概率(Pcn， p。2，…，p。N)的質量標準和基于目 標塊差錯率(BLERtarget)的質量標準之間實現映射的函數， 一個體現 本發明方法特點的優選實施是圖5所示的神經網絡(500)，這個網絡 可能是兩層結構。這個神經網絡(500)對應著估計出來的衰落余量 (M,， M2，…，MN)有N個輸入，如前所述，這些輸入同中斷概率 (P。p P。2，…，P。N)和體現接收的數據信號(107， 108)特點的信 道衰落參數(706)相關聯。所述信道衰落參數(706)可以是統計矩 量，比如那些在提到的專利申請ES 200202947中所提到的對應于 對數正態衰落( )的標準偏差，期望信號的Rice因子(K)，以及 跟描述干擾信號變化的分布對應的標準偏差(w)。
神經網絡(500)包括至少一個輸入層和一個單一輸出層，盡管 在可能的實施例，比如圖5中，它也被簡化為單一輸入層。
神經網絡(500)的輸入層或者神經元的第一層由S個神經元組 成，在相關參數中以上標1示出。每個神經元的第一步是由加法器 (501， 502， 503)組成，該加法器有N個輸入，對應著神經網絡(500) 用權d,，)加權過的N個輸入，其中/表示每個輸入的索引而/表 示每個神經元的索引。此外，每個加法器(501， 502， 503)將偏移 量加入神經元加權后的輸入中，這樣，它的加法器(501， 502， 503)的輸出值(n,)是<formula>formula see original document page 19</formula>
每個值(nj)都代入一個傳遞函數(504， 505， 506)，分別產生 各自的輸出(oP，并可引入比如非線性性能。所述的第一層神經元 的輸出("_/)將會成為下面一層神經元的輸入。
這個模型可以推廣至任意多層的神經元，盡管為了簡潔，僅示出 了兩層。
圖5中，第二層神經元的性能和組成第二層神經元的塊同第一層 在概念上相同，盡管一些特性是出于這是神經網絡(500)的輸出層 這一事實。這基本上影響了三個方面。首先，后一層是由單一神經元
組成，提供神經網絡(500)的僅有輸出，也就是用于外環的期望《 干比目標(SIRtarget)。為了讓輸出層產生所需值，必須對應地選擇傳 遞函數(508)的輸出范圍。在提出的例子中選擇了一個輸出范圍無 窮大的線性函數。最后，如前所述，應用于這個輸出神經元的加法器
(507)的偏移對應著基于目標塊差錯率(BLERtarget)的修正形式， 也就是最終期望信干比目標(SIRtarget)的第二分量(SIRBLER.tgt)，因 此有<formula>formula see original document page 19</formula>必須考慮的是所述期望信干比目標(SIRtarget)第一分量 (SIRoUtage.tgt)的特性，與用于計算它的衰落余量(M,， M2，， MN) 相反，它可以是負數。
圖6描述了用于一般神經網絡(601)的訓練模型。為了調整它 的內部參數、權重和組成神經網絡(500， 601)的各神經元的偏移， 需要有一組輸入數據(602)和一組該網絡為所述輸入所必須達到的 目標(603)。現有已知的用于訓練網絡的算法，使來自比較器(606) 的輸出值(604)和目標值(603)之間的誤差(605)最小。
在提出的神經網絡(500)中，在已知的傳播環境下，以下內容 是必須的選定的必須作為輸入數據的中斷概率(Pw， p。2，， p。N) 的余量(MP M2，， MN)，以及作為神經網絡(500)的輸出調整依據的各環境的最佳期望信干比目標(SIRtarget)。所有層的權重(Wi)
和偏移(bi)利用誤差反向傳播算法進行調整，目的是最小化在不同 傳播狀況下的輸出誤差。
不難發現，最初考慮的線性組合解決方法作為特例包含在這個另 一解決方法中。事實上，甚至調整系數的處理都非常相似，在線性組 合情形下，利用最小二乘處理來力圖減小輸出誤差。
訓練神經網絡(500)所必需的數據可以由以下方法得到仿真
或者在不同傳播狀況的受控環境下進行測量。要得到作為神經網絡
(500)的輸出調整依據的期望信干比目標(SIRtarget)的最佳值，就 要將某一特定目標塊差錯率(BLERtarget)作為質量目標。這是神經網 絡(500)分別基于所述目標塊差錯率(BLERtarget)和中斷概率(Pcl， P。2，…，P。N)建立質量標準之間映射的基礎。此外，覆蓋有最大可 能性的各種傳播狀況用于數據收集是有用的，其目的是使在最大數量 的可能環境中的總體誤差最小。
所考慮的另一個可能性是本發明中工作于真實系統的外環功率 控制方法可以調整其外環參數，以使它們適應通信用戶所處的環境。 為此，在期望信干比目標(SIRtarget)的第二分量(SIRBljER_tgt)中測量 的變化提供了關于神經網絡(500)產生的誤差的信息，這是因為如 果它是理想的，那么提到的分量(SIRBLER.tgt)應該在任何狀況下都保 持恒定。事實上，可以基于這個分量(SIRBLER-tgt)的變化再訓練神經 網絡(500)。
參考圖7中圖表(700)各模塊，本發明中提出的基于中斷的外 環功率控制(OLPC)方法所使用的輸入數據定義如下
首先利用對應的硬件結構估計(701)接收到的信干比(SIRree) (見Saez Ruiz， Juan Carlos: "Una Arquitectura Hardware para la Estimaci6n de la Relaci6n Sefial a Interferencia en Sistemas WCDMA"， Department of Electroscience， Digital ASIC University of Luna)。認為 適用于表現接收信號(107， 108)特性的信道衰落參數(706)包含 在估計(701)中。比如，在前述專利申請ES 200202947中，考慮到 信道衰落參數(706)是對應于對數正態衰落( )的標準偏差和期望信號的Rice因數(K)，以及跟描述干擾信號變化的分布對應的
標準偏差((T,)。
與前面信道衰落參數(706)相關聯的衰落余量(M" M2，…， MN)也是所考慮的對應中斷概率(p。p p。2，， p。N)的函數，因此 這些中斷概率(p。p p。2，， p。N)是本發明的基于中斷的外環功率 控制(OLPC)方法所必需的另一個輸入(702)。
繼續看圖7中的模塊，通信中每一幀的解碼數據傳送到CRC校 驗器(703)中，通過校驗加到數據幀尾部的循環冗余碼(CRC)比 特來確定或表明該幀是否被正確解碼，或者相反地包含錯誤。對于每 個接收到的和解碼的幀，CRC校驗器(703)提供有一個幀的數據塊 狀態(707)，表明數據幀是否被適當地解碼，或者，由于沒有適當地 解碼而被刪除。應當注意到，這是前面基于BLER的外環功率控制 (OLPC)方法已知的工作原理，該方法中期望信干比目標(SIRtarget) 為外環隨著所述CRC校驗器(703)提供的結果而改變。
本發明的方法，在這里稱為基于中斷的外環功率控制(OLPC)， 發生在模塊(705)中，并且處理所有前面提到的輸入(702， 706， 707)，包括引入(704)目標塊差錯率(BLERtarget)，其方式在下面的 段落中描述。
圖8具體說明圖7中模塊(705)中的步驟，也就是說，它示出 了本發明的基于中斷的外環功率控制(OLPC)方法的一個優選實施 例。
基于前述專利申請ES 200202947中提出的方法，可以計算(708) 或估計對應著中斷概率(p。p p。2，， p。N)的衰落余量(M,， M2，， MN)，這些中斷概率(p。p p。2，， p。N)被作為它們的輸入參數(702)， 還對應著由收到的信干比(SIRrec)的估計器(701)給出的信道衰落 參數(706)。提到的衰落余量(Mp M2，， MN)是神經網絡(500) 的輸入(710)之一，同輸入(709)引入的目標塊差錯率(BLERtarget)
一起，用來得到期望信干比目標(SIRtarget)的第一分量"111^^*)。
另夕卜，通過再引入(704)目標塊差錯率(BLERtarget)和CRC校驗器 (703)生成的數據塊狀態(707)，獲得第二分量(SIRBLER.tgt)。最后，兩個分量相加，得到用于外環功率控制的期望信干比目標(SIRtarget)。
前面的設計已用來描述本發明的原理；然而，在這里沒有詳細描
述的其它變形也是可能的，但是它們都包含相同的要素和目的。比如，
盡管在這里利用可在無線通信網絡控制器(201)中執行的離散的功 能模塊說明了本發明，但是任何一個這樣的模塊的功能可以用一個或 多個合適的已編程處理器實現。
同樣，本發明可應用于WCDMA之外的其它標準，也可以應用 于對基站和用戶終端設備或移動臺接收到的任何信號的功率控制。
權利要求
1. 一種用于無線通信系統的外環功率控制方法，根據從基站(102， 103)或者移動臺(104)接收到的數據信號(107， 108)，包 括以下步驟建立目標塊差錯率(BLERtai_get)，估計(701)期望信干比(SIRree)和體現所述接收信號(107， 108)特性的信道衰落參數(706)，估計與中斷概率(p。p p。2，…，p。n)和所述信道衰落參數(706) 相關聯的衰落余量(Mp M2，…，MN)，在校驗循環冗余碼(CRC)的基礎上，表明數據塊狀態(707)，其特征在于它基于所述數據塊狀態(707)、所述衰落余量(MP M2，…，MN)和所述外環的目標塊差錯率(BLERtarget)，借助在基于 所述中斷概率(p。n p。2，， p。N)的質量標準和基于所述目標塊差 錯率(BLERtarget)的質量標準之間實現映射的動態調整函數，建立外 環的期望信干比目標(SIRtarget)，使得所述功率適應所述數據信號 (107， 108)的傳播狀況。
2.如權利要求1所述的用于無線通信系統的外環功率控制方法， 其特征在于所述調整函數利用神經網絡(500)來實現，該神經網絡 (500)包括至少一個輸入層，該輸入層的輸入是所述衰落余量(M,， M2，， MN)，還包括為所述外環建立所述期望信干比目標(SIR^et) 的輸出層，在這之前該輸出層已經針對所述輸入衰落余量(M,， M2，， MN)、所述數據塊狀態(707)和所述外環的所述目標塊差 錯率(BLERta^t)受到訓練。
3.如權利要求2所述的用于無線通信系統的外環功率控制方法， 其特征在于所述神經網絡(500)的輸入層生成所述期望信干比目標 (SIRtarget)的分量(SIRoUtage.tgt)，該分量適應所述數據信號(107， 108)的傳播狀況。
4. 如權利要求3所述的用于無線通信系統的外環功率控制方法， 其特征在于所述神經網絡(500)的輸出層給所述分量(SIRoUtage_tgt) 增加另一分量(SIRBLER-tgt)，這個另一分量(SIRBIjER.tgt)是利用所述 外環功率控制方法，應用基于所述目標塊差錯率(BLERtMget)的質量 標準，從所述數據塊狀態(407)和所述外環的目標塊差錯率(BLERtarget)得到的。
5. 如權利要求4所述的用于無線通信系統的外環功率控制方法， 其特征在于每當所述分量(SIRBLER.tgt)產生變化時，所述神經網絡(500)都要接受訓練。
6. 用于無線通信系統的外環功率控制裝置，其特征在于它包括 按照如權利要求1~5中任一權利要求所述的方法工作的至少一個可 編程電子裝置。
7. 如權利要求6所述的用于無線通信系統的外環功率控制裝置， 其特征在于所述可編程電子裝置選自通用處理器、數字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)和可編程卡(FPGA)或者以上裝 置的任意組合。
8. 如權利要求6或7所述的用于無線通信系統的外環功率控制 裝置，其特征在于它包括射頻接收機(203)，該射頻接收機(203) 能夠接收來自所述無線通信系統中的基站(102， 103)或移動臺(104) 的數據信號(107， 108)。
9. 如權利要求6~8中任一權利要求所述的用于無線通信系統的 外環功率控制裝置，其特征在于它包括射頻發射機(202)，該射頻發 射機(202)能夠向所述無線通信系統中的基站(102， 103)或移動 臺(104)發送功率控制信息。
10. 如權利要求7~9中任一權利要求所述的用于無線通信系統的 外環功率控制裝置，該裝置結合在無線通信網絡控制器中。
11. 如權利要求7~9中任一權利要求所述的用于無線通信系統的 外環功率控制裝置，該裝置結合在用于無線通信系統的移動臺中。
全文摘要
本發明涉及用于移動通信系統的外環功率控制(OLPC)方法和裝置，該方法和裝置能夠快速調整期望信干比目標(SIR_target)，以滿足目標塊差錯率(BLER_target)。具體而言，稱為“基于中斷的OLPC”的本發明的外環功率控制方法提出期望信干比目標(SIR_target)由兩個分量之和給出，也就是第一分量(SIR_outage-tgt)和第二分量(SIR_BLER-tgt)；其中第一分量(SIR_outage-tgt)是利用動態調整函數比如神經網絡計算出來的，它使基于中斷概率的質量標準同基于目標塊差錯率(BLER_target)的質量標準相匹配，并將同所考慮的不同中斷概率相關聯的衰落余量作為輸入；第二分量(SIR_BLER-tgt)用于糾正目標塊差錯率(BLER_target)的可能偏差，該偏差是由第一分量(SIR_outage-tgt)的非理想性能造成的。
文檔編號H04B7/005GK101313487SQ200680038565
公開日2008年11月26日 申請日期2006年7月13日 優先權日2005年8月17日
發明者A·坎波·卡馬喬, A·洛佩斯·梅德拉諾, J·M·埃爾南多·拉瓦諾斯, L·門多·托馬斯, M·布蘭科·卡蒙娜 申請人:T.O.P優化技術公司