带有发射站输出功率调节的无线电通信系统 【技术领域】
本发明涉及一种无线电通信系统，并还涉及在这样一种系统中使用的次级站和操作这样一种系统的方法。虽然本技术说明特别参考新出现的通用移动远程通信系统(UMTS)描述一种系统，但应该理解，这样的技术同样适合于在其他的移动无线电系统中使用。背景技术
有两种需要在无线电通信系统中的基站(BS)和移动站(MS)之间通信的基本类型。第一种是用户通信业务，例如语音或分组数据。第二种是为设置和监测传输信道各种参数所需的控制信息，使BS和MS能够交换所需的用户通信业务。
在许多通信系统中，控制信息的功能之一是使功率能够控制。需要从MS发送到BS的信号功率控制，使BS在近似相同的功率水平上接收来自每个不同的MS的信号，同时使每个MS所需的发送功率为最小。需要由BS发送到MS的信号功率控制，使MS从BS以低差错率接收信号，同时使发送功率为最小，以便降低与其他小区和无线电系统的干扰。在双向无线电通信系统中，可用闭环或开环方式操作功率控制。在闭环系统中，MS确定从BS发送的功率所需的变化并将这些变化发送给BS，反过来也一样。在开环系统中，这可被用于TDD系统中，MS测量从BS接收到的信号并使用这种测量结果确定在发送功率中所需地变化。
一种采用功率控制的组合的时间和频率划分多址系统的例子是全球移动通信(GSM)系统，在其中无论BS还是MS发射机的发送功率都是按2dB为步距进行控制的。同样，采用扩频码分多址(CDMA)技术的系统中功率控制的实现被公开在US-A-5056109中。
在考虑闭环功率控制中，可以看到，对于任何给定的信道条件，有一个最佳的功率控制步距，使为获得特定的位差错率所需的Eb/NO(每位能量/噪声密度)为最小。当信道变化非常慢时最佳的步距可以小于1dB，因为这样的值对于跟踪信道中的变化是足够的，同时给出最小的跟踪误差。当多普勒频率增加时(通常但并不仅仅因为MS的移动)，较大的步距给出较好的性能，最佳值达到大于2dB。然而，当多普勒频率进一步增加时，到达功率控制环的等待时间(或更新率)变得太大以致不能正确地跟踪该信道，最佳步距再次减小，或许小于0.5dB。这是因为快速的信道变化不可能被跟踪，所以需要的是跟踪阴影形成区的能力，典型情况下这是一个慢过程。
因为最佳功率控制步距可动态地变化，如果BS命令MS哪个功率控制步距应该在发送到BS中的上行使用，可以改进性能。使用这样一种方法的系统的例子是UMTS频分双工(FDD)标准，其中因为使用CDMA技术功率控制是重要的。
在具有可变功率控制步距的通信系统中的一个问题是如何保证步距始终设置到它的最佳值。虽然对于一个特定的MS速度的最佳步距是已知的，但MS通常不知道它自己的速度。而且，实际上MS本身的速度并不是影响最佳功率控制步距的唯一因素。发明的公开内容
本发明的一个目的是解决动态地选择最佳功率控制步距的问题。
依据本发明的第一方面，在此提供一种无线电通信系统，在初级站和次级站之间有一个通信信道，用于从初级和次级站之一(发送站)传送信息到另一个站(接收站)，发送站具有用于按多种不同的速率调节其输出功率的装置，其中接收站具有一装置，用于确定应该如何调节从发送站接收到的发送信号强度，以便发送功率控制命令到发送站，命令它调节其输出功率，从发送到发送站的功率控制命令序列确定发送站的输出功率调节的适当速率，并将所述的调节速率通知发送站，发送站具有一装置，根据来自接收站的传输，用于设置其输出功率调节速率。
通过用不同的步距在预先确定的间隔上改变输出功率，或通过用预先确定的步距在变化的间隔上改变输出功率，或者通过两种技术的某种组合，可以实现输出功率的不同调节速率。小的功率控制步距可被仿真，例如，只有当一定数量相同的功率控制命令被接收到时才改变输出功率。输出功率也可被连接改变而没有步距。
依据本发明的第二方面，在此提供一种初级站，用于在初级站和次级站之间具有通信信道的无线电通信系统中，该次级站具有用于按多种不同的速率调节其输出功率的装置，其提供于确定如何调节从次级站接收到的发送信号强度，用于发送功率控制命令到次级站，命令它调节其输出功率，用于从发送到次级站的功率控制命令序列确定次级站输出功率调节的适当速率，和用于将所述的调节速率通知该次级站的装置。
依据本发明的第三方面，在此提供一种次级站，用于在次级站和初级站之间具有通信信道的无线电通信系统中，该初级站具有用于按多种不同的速率调节其输出功率的装置，其中提供用于确定如何调节从初级站接收到的发送信号强度，用于发送功率控制命令到初级站，命令它调节其输出功率，用于从发送到初级站的功率控制命令序列确定初级站输出功率调节的适当速率，和用于将所述的调节速率通知初级站的装置。
依据本发明的第四方面，在此提供一种操作在初级站和次级站之间具有用于从初级和次级站之一(发送站)发送信息到另一站(接收站)的通信信道的无线电通信系统的方法，该发送站能够按多种不同的速率调节其输出功率，本方法包括：接收站确定如何调节从发送站接收到的发送信号强度，发送功率控制命令到发送站，命令它调节其输出功率，从发送到发送站的功率控制命令序列确定发送站输出功率的调节的适当速率，并将所述的调节速率通知该发送站，作出响应发送站设置其输出功率调节速率。
本发明基于在现有技术中未提出的认识，即可以发送功率控制命令的特征来确定最佳功率控制的步距。附图简述
现在将参考附图，通过举例描述本发明的实施方案，其中：
图1是一种无线电通信系统的方框简图；
图2是一张最佳功率控制步距对MS速度的图；
图3是示出在UMTS系统中功率控制状态之间可能的转换图；和
图4是用作说明依据本发明用于调节功率控制参数的一种方法的流程图。实现本发明的模式
参考图1，一种无线电通信系统包括一个初级站(BS)100和多个次级站(MS)110。BS 100包括一个微控制器(μC)102，被连到无线电传输装置106的发送接收机装置(TX/RX)104，用于改变发送功率电平的功率控制装置(PC)107，和用于连到PSTN或其他适当的网络的连接装置108。每个MS 110包括一个微控制器(μC)112，被连到无线电传输装置116的发送接收机装置(TX/RX)114，和用于改变发送功率电平的功率控制装置(PC)118。从BS 100到MS 110的通信发生在下行信道122上，而从MS 110到BS 100的通信发生在上行信道124上。
在目前被规定的UMTS系统中，上行功率控制的目的是通过命令MS 110改变其发送功率，将由BS 100接收到的信号的信号干扰比(SIR)保持在给定的目标水平上。用两状态的发送功率控制(TPC)命令传送这些指令，每个时隙发送一次(每10ms帧15时隙)。步距由两个参数控制，PCA(功率控制算法)和ΔTPC(上行发送功率控制步距)，得到可用的三个有效的功率控制步距。
当PCA的值是1时，ΔTPC可取值1或2，如果接收到的TPC命令是“0”，则MS 110将它的发送功率降低ΔTPCdB，而如果接收到的命令是“1”，则MS 110将它的发送功率增加ΔTPCdB。
当PCA的值是2时，ΔTPC只可以取值1，MS 110将TPC命令组合成5个一组。如果所有5个TPC命令是“1”，发送功率被增加ΔTPCdB，如果所有5个TPC命令是“0”，则发送功率降低ΔTPCdB，否则发送功率不变。这种方法有效地仿真使用功率控制步距为近似0.2dB，如在英国专利申请9915571.5(我们的参考号为PHB 34358)中所公开的那样。
图2是示出最佳功率控制步距随MS 110的速度变化的简图，速度范围是3到300Km/h。该图的数据是从仿真得到的，以便确定为了使位差错率0.01所需的Eb/NO值为最小需要的步距。仿真做了许多理想化的假定：
·在功率控制环中有1时隙延时；
·没有信道编码；
·有利用接收机的完善的信道估值；
·由完善的RAKE接收机实施的接收机均衡；
·在功率控制命令的传输中有固定的差错率；
·信道模型是一种典型的多径瑞利UMTS信道(例如ITUpedestriom-A信道)；和
·无线电信道中所有的变化是由于MS 110的移动引起的。
该图示出在慢速时，对于相对缓慢改变的信道，利用小的功率控制步距获得最佳结果。当MS的速度增加时，最佳步距也增加，正如所预料的那样，因为信道正在较迅速地变化。然而，对于大约60Km/h以上的速度，最佳步距再次下降。这是由于信道的变化率高于内部环功率控制的更新速率给出的可能被跟踪的速率。在这样的情况下，通过不考虑快速起伏，而只跟踪由于，例如影区引起的平均信道起伏的较缓慢变化获得最佳的性能，由此使用小的功率控制步距。
为了UMTS系统中基本的内环功率控制，BS 100测量每个时隙中接收到的SIR值(虽然可以更频繁或更不频繁地完成测量)。如果接收到的SIR大于目标水平，则由BS 100发送到MS 110的下一个TPC命令是“0”(命令MS 110降低它的发送功率)，否则下一个TPC命令是“1”(命令MS 110增加它的发送功率)。
在依据本发明构成的一种系统的实施方案中，发送到MS 110的TPC命令序列统计性质的分析被用于确定对于PCA和ΔTPC参数的最适当的设置。考虑某些示范性的情景：
·均匀交替的TPC命令序列表明在上行信道124上信号的SIR仍然非常接近SIR阈值，表明一种非常缓慢变化的无线电信道，在其中设置PCA为2和ΔTPC为1是适当的。
·相同的TPC命令序列表明上行信道124正在较快速地变化，由此可以推断，设置PCA为1和ΔTPC为1或2应该给出最佳性能。
·明显随机的TPC命令序列指明上行信道124的变化率大于内环功率控制的更新速率。在这样的情况下设置PCA为2和ΔTPC为1将给出最佳性能，如以上关于图2的图所讨论的那样。
所发送的TPC命令的进一步统计分析也可能增加或替代以上的例子，可被用于影响以上所建议的PCA和ΔTPC设置的选择。用于分析的适当参数可包括：
·在固定的或滑动的时间周期上确定的，平均的纯粹所要求的上行功率的变化；和
·在固定的或滑动的时间周期上确定的，所要求的时间加权的上行功率的平均变化，其中例如最近的变化可被设计成比以前的变化较高的权重。
这些参数中任何一个可被，例如递推地计算并利用最近的TPC命令值每个时隙更新。
取决于TPC命令序列，可以进行PCA和ΔTPC参数的三种可能组合中任何一种之间转换，如图3中所示。例如，初始设置可以是状态302的情况，PCA设置为1和ΔTPC为2。然后BS 100可以确定均匀交替的TPC命令正被发送中，由此命令MS 110改变到状态304，PCA设置为2和ΔTPC为1。在若干时间以后，MS 110开始移动，相同的TPC命令序列被设置，所以BS 100命令MS 110改变到状态306，PCA设置为1和ΔTPC为1。
这个过程简要地表示在图4的流程图中，在步骤402，过程开始，在此以后，在步骤404，BS 100分析所发送的TPC命令序列，然后在步骤406，BS 100根据这个统计分析确定对于PCA和ΔTPC参数的适当设置，在步骤408，设置被作为一个或多个命令传送到MS 110，命令它改变其设置。然后该过程返回到在步骤404的分析，并继续形成环路，同时在BS 100和MS 110之间的连接仍然是有效的。
虽然依据MS 110的速度设置功率控制参数通常并不是适宜的，如果它的速度知识是可得到的，可被连同SIR测量使用以便设置功率控制参数。在某些情况下，只依据速度设置参数很可能是适当的。类似于确定对于图2的最佳功率控制步距所实施的仿真被执行，以便确定对于在不同速度上移动的MS 110适当的设置。示出适当设置的结果是： 速度(Km/h) ΔTPC PCA ＜2 1 2 2-30 1 1 30-80 2 1 ＞80 1 2
以上的描述涉及BS 100对于PCA和ΔTPC参数确定适当的设置。实际上参数值的设置可以是固定的基础结构中各种各样部件的职责，例如在“节点B”中，这是直接与MS 110接合的基础结构中的部件，或者在无线电网络控制器(RNC)中较高的等级上进行。因此，在这份技术说明中，术语“基站”或“初级站”的使用应该理解为包括能够负责确定和设置PCA和ΔTPC参数值的网络固定的基础结构的部件。
以上的详述涉及一种系统，其中BS 100发送与指令分离的功率控制命令到MS 110设置其功率控制步距。然而，本发明适合在其他的系统的范围内使用。特别是，它可被用在有可变功率控制步距和BS100命令MS 110为该步骤使用特定值的任何系统中。代替BS 100命令MS 110使用特定的步距，也可采用通过BS 100和MS 110之间的商议来确定。
另外，虽然以上的描述涉及由BS 100功率控制上行信道124，这样一种方法同样可用于由MS 110功率控制下行信道122。
通过阅读本公开内容，其他的修改对于本领域的技术人员将是明显的。这样的修改可以包含在无线电通信系统及其部件的设计，制造和使用中已知的其他特征和部件，用于替代或补充此已描述过的特征。虽然已对于特定的特征组合阐述了权利要求，但应该理解本申请的公开内容的范围还包括以明显的或隐含的或任何概括的方式进行的所公开的任何新的特征或任何新的特征的组合，不管是否它涉及与目前在任何权利要求中所述相同的发明，不管是否它减轻任何或全部与本发明减轻的相同的技术问题。由此申请人指出在本申请或由此导出的任何进一步的申请进行期间可对于这些特征和/或特征组合阐述新的权利要求。
在本技术说明和权利要求中，在部件前面的字“一个”并不排除存在多个这样的部件。而且，字“包括”并不排除存在与所列举的不同的其他部件或步骤。工业适用性
本发明适用于无线电通信系统的范畴，例如，UMTS。