码分多址系统的前向功率控制方法.pdf

本发明涉及码分多址系统的功率控制方法，公开了一种码分多址系统的前向功率控制方法，使得前向功率的变步长调整得以实现，系统能够快速、稳定的调节功率，保证码分多址系统的前向传输质量并建立功率上升、下降步长与目标误帧率间的数学关系，保证功率和误帧率的收敛。这种码分多址系统的前向功率控制方法包含以下步骤：A启动基站控制器侧的帧总数计数器清零定时器；B若定时器超时，则将前向功率降低一个下降步长，重启定时器；C若收到来自移动台的功率测量报告，则停止定时器，根据功率测量报告和码分多址系统的参数计算上升步长；D将前向功率升高一个上升步长，重启定时器。

1.  一种码分多址系统的前向功率控制方法，其特征在于，包含以下步骤：
A启动基站控制器侧的帧总数计数器清零定时器；
B若所述定时器超时，则将前向功率降低一个下降步长，重启所述定时器；
C若收到来自移动台的功率测量报告，则停止所述定时器，根据所述功率测量报告和所述码分多址系统的参数计算上升步长；
D将所述前向功率升高一个所述上升步长，重启所述定时器。

2.  根据权利要求1所述的码分多址系统的前向功率控制方法，其特征在于，所述移动台采用门限模式上报所述功率测量报告。

3.  根据权利要求2所述的码分多址系统的前向功率控制方法，其特征在于，所述下降步长是预先设定的值。

4.  根据权利要求3所述的码分多址系统的前向功率控制方法，其特征在于，所述步骤C中所述上升步长通过以下公式计算：
US＝(W_P+W_D-F*P-F*D)/(T*F-W_T)*DS
其中，US为所述上升步长，DS为所述下降步长，W_P为所述移动台上报的误帧数，W_D为所述定时器延时计数帧期间的误帧数，F为目标误帧率，P为所述移动台上报的总帧数，D为帧总数计数器延迟计数帧数，T为所述移动台帧总数计数器周期总帧数，W_T为所述定时器清零时的平均误帧数。

5.  根据权利要求4所述的码分多址系统的前向功率控制方法，其特征在于，所述定时器延时计数帧期间的误帧数设置为0。

6.  根据权利要求4所述的码分多址系统的前向功率控制方法，其特征在于，所述定时器清零时的平均误帧数是根据所述码分多址系统的实际运行情况而取的经验值。

7.  根据权利要求2所述的码分多址系统的前向功率控制方法，其特征在于，所述定时器在启动或者重启时的定时时长由以下规则确定：
收到所述功率测量报告后启动或重启时，定时时长设置为所述移动台帧总数计数器周期总帧数和所述帧总数计数器延迟计数帧数之和；
超时后重启时，定时时长设置为所述移动台帧总数计数器周期总帧数。

8.  根据权利要求2所述的码分多址系统的前向功率控制方法，其特征在于，将所述前向功率升高一个所述上升步长的步骤还包含以下子步骤：
根据所述上升步长和固定上升步长的大小关系，通过多次提升固定上升步长达到将所述前向功率升高一个所述上升步长的相同效果。

码分多址系统的前向功率控制方法
技术领域
本发明涉及码分多址系统的功率控制方法，特别涉及码分多址系统的前向功率控制方法。
背景技术
在基于码分多址(Code Division Multiple Access，简称“CDMA”)的系统中的无线资源管理包括功率管理、移动性管理、负载管理和信道分配等几个方面。其中功率管理是一个非常重要的环节，这是因为在CDMA系统中功率是最终的无线资源，所以最有效地使用无线资源的唯一手段就是严格控制功率的使用。
在功率管理部分，一方面，提高针对某用户的发射功率能够改善该用户的服务质量；另一方面，由于CDMA系统的自干扰性。因为CDMA采用扩频技术，所有信号共享相同频谱，每个移动台的信号能量被分配在整个频带范围内，这样对其他移动台来说就成为噪声。由此可见，由于CDMA系统的自干扰性，对某用于的发射功率的提高会导致其他用户接受质量的降低。所以功率的使用在CDMA系统中是矛盾的。
另一方面，无线电环境中存在阴影、多径衰落和远距离损耗影响，蜂窝式移动台在小区内的位置是随机的且经常变动，所以路径损耗会大幅度的变化。如何进行有效的功率控制，在保证用户要求的服务质量(Quality ofService，简称“QoS”)的前提下最大程度降低发射功率，减少系统干扰，增加系统容量是CDMA技术中关键的关键。
在功率控制中，包含前向功率控制和移动台发射功率控制，其中，前向功率控制即控制基站发射功率。前向功率控制通常基于测量报告。为了支持前向测量报告功率控制，移动台向基站报告误帧率(Frame Error Rate，简称“FER”)统计。若基站启动周期模式，移动台将在指定时隙上报告误帧率统计；若基站启动门限模式，当误帧率达到指定门限时，移动台将报告误帧率统计。
具体的说，周期模式下参数PWR_PERIOD_ENABLE设置为1；门限模式下参数PWR_THRESH_ENABLE设置为1。在这两种模式下，移动台均设有前向基本信道接收到帧总数计数器(TOT_FRAMES)和前向基本信道发现误帧数目计数器(BAD_FRAMES)。移动台在从前向基本信道接收到一帧时将TOT_FRAMES加1，在接收到的帧是误帧时将BAD_FRAMES加1。移动台在将测量报告上报时，将TOT_FRAMES和BAD_FRAMES清零。移动台在测量报告发送后的一个周期，即PWR_REP_DELAY*4帧内将不增加计数器TOT_FRAMES和BAD_FRAMES的值，其中，PWR_REP_DELAY为延时参数。
在上述两种报告模式下，功率测量报告的上报时机如下：若在门限模式下，PWR_THRESH_ENABLE等于1，且BAD_FRAMES等于上报门限(PWR_REP_THRESH)，则移动台将发送一个功率测量报告消息(PowerMeasurement Report Message，简称“PMRM”)给基站，上报总帧数和误帧数；若在周期模式下，PWR_PERIOD_ENABLE等于1，且TOT_FRAMES等于(2^(PWR_REP_FRAMES/2)*5)]，则移动台将发送一个功率测量报告消息给基站，上报总帧数和误帧数。需要说明地是，为了节约系统资源，用周期上报参数(PWR_REP_FRAMES)的指数形式来表示需要上报PMRM时的总帧数，这样就可以用较小的数表示一个较大的需要上报PMRM时的总帧数，从而节约了系统资源。
现有的技术中采用门限模式的上报方式，并关闭周期模式的情况下，相应的数据配置为：PWR_REP_THRESH＝2；PWR_REP_FRAMES＝9；PWR_THRESH_ENABLE＝1；PWR_PERIOD_ENABLE＝0；PWR_REP_DELAY＝1。
上述现有技术中，其基站控制器(Base Station Controller，简称“BSC”)侧的利用功率测量报告进行前向功率控制步骤如下：
首先，BSC在基本信道建立后启动等待测量报告定时器。其中，等待测量报告定时器的时长由技术人员设定，和移动台侧的计数器并无关系。
其次，在等待测量报告定时器超时，BSC将前向功率降低一个下降步长，重启等待测量报告定时器。其中，下降步长由技术人员设定。
第三，若BSC收到测量报告，则停止等待测量报告定时器并根据测量报告内容计算FER。
最后，若FER＞目标FER，则将前向功率提高一个上升步长；若实际FER低于目标FER，则将前向功率降低一个下降步长。BSC在调整功率后，重启等待测量报告定时器。其中，上升步长和下降步长分开设置，相互间没有制约关系，目标FER有系统和协议的要求确定。例如，目标FER设定为2％，当计算得出FER为50％时，则将前向功率上升一个上升步长。
在《Upper Layer(Layer 3)Signaling Standard for cdma2000 Standards forSpread Spectrum Systems》即《IS20005a》(中文名称可译为《关于扩频系统码分多址2000标准的上层(第三层)信号发送标准》即《暂定标准20005a》)中，对上述现有技术有较为详细的描述。
在实际应用中，上述方案存在以下问题：现有的技术方案不能根据帧质量的情况快速、稳定的调节前向功率，不能保证前向功率和FER的收敛。
造成这种情况的主要原因在于，一方面，现有技术方案中等待测量报告定时器时长的物理意义不明确，和移动台侧的帧总数计数器没有配合关系，因此不能得知移动台侧的计数器清零的信息；另一方面，现有技术方案中上升、下降步长是固定的，不能根据测量报告中的总帧数的不同而调整，仅根据PMRM中的FER来判决功率的升降，例如当总帧数为2、误帧数为2时，算法判决上升一个步长，当总帧数为100，误帧数为2时，算法同样判决上升一个相同的步长，使得前向功率调整要么不及时，要么剧烈波动；此外，上升步长和下降步长分开设置，使上升、下降步长和目标FER没有相互制约关系，若配置不当，将导致功率不能收敛。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种码分多址系统的前向功率控制方法，使得前向功率的变步长调整得以实现，系统能够快速、稳定的调节功率，保证码分多址系统的前向传输质量并建立功率上升、下降步长与目标误帧率间的数学关系，保证功率和误帧率的收敛。
为实现上述目的，本发明提供了一种码分多址系统的前向功率控制方法，包含以下步骤：
A启动基站控制器侧的帧总数计数器清零定时器；
B若所述定时器超时，则将前向功率降低一个下降步长，重启所述定时器；
C若收到来自移动台的功率测量报告，则停止所述定时器，根据所述功率测量报告和所述码分多址系统的参数计算上升步长；
D将所述前向功率升高一个所述上升步长，重启所述定时器。
其中，所述移动台采用门限模式上报所述功率测量报告。
所述下降步长是预先设定的值。
所述步骤C中所述上升步长通过以下公式计算：
US＝(W_P+W_D-F*P-F*D)/(T*F-W_T)*DS
其中，US为所述上升步长，DS为所述下降步长，W_P为所述移动台上报的误帧数，W_D为所述定时器延时计数帧期间的误帧数，F为目标误帧率，P为所述移动台上报的总帧数，D为帧总数计数器延迟计数帧数，T为所述移动台帧总数计数器周期总帧数，W_T为所述定时器清零时的平均误帧数。
所述定时器延时计数帧期间的误帧数设置为0。
所述定时器清零时的平均误帧数是根据所述码分多址系统的实际运行情况而取的经验值。
所述定时器在启动或者重启时的定时时长由以下规则确定：
收到所述功率测量报告后启动或重启时，定时时长设置为所述移动台帧总数计数器周期总帧数和所述帧总数计数器延迟计数帧数之和；
超时后重启时，定时时长设置为所述移动台帧总数计数器周期总帧数。
将所述前向功率升高一个所述上升步长的步骤还包含以下子步骤：
根据所述上升步长和固定上升步长的大小关系，通过多次提升固定上升步长达到将所述前向功率升高一个所述上升步长的相同效果。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于，首先，本发明所提出的码分多址系统中基于测量报告的前向功率控制方法通过在BSC侧设置帧总数计数器清零定时器模拟移动台侧的帧总数计数器，从而获得移动台侧的帧总数计数器清零的信息；其次，本发明方案中上升步长为可变即能根据测量报告和相关参数决定上升步长的大小；第三，本发明方案根据功率收敛原则和FER收敛原则得出上升步长和下降步长的关系，从而保证前向功率和FER的收敛。
这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即首先，能够获得本来无法得知的移动台侧的帧总数计数器清零的信息，从而更准确的实现前向功率的控制；其次，由于上升步长依据测量报告的不同而改变，能够更快的根据系统需求及时调整前向功率，保证了系统的传输质量，例如当遇到大的衰落时能快速的提升步长，补充衰落，提高传输质量，当无线环境比较稳定时对功率进行微调，保证功率的稳定；第三，上升步长和下降步长的相互关联能够保证在灵活配置下降步长得情况下，前向功率和FER也能够收敛。
图1为根据本发明的一个较佳实施例的码分多址系统中基于测量报告的前向功率控制方法中测量报告功控优化算法模型的示意图；
图2为根据本发明的一个较佳实施例的码分多址系统中基于测量报告的前向功率控制方法的流程图。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
首先谈一下总的发明思路。当测量报告上报方式选择门限模式，而关闭周期模式时，意味着移动台的帧总数计数器清零将不通知BSC。本发明通过设定一个名为“帧总数计数器清零定时器”的定时器模拟移动台帧总数计数器清零的时机，弥补这部分丢失的信息。同时，本发明方案提出一种和本发明的流程相配合的测量报告功控优化算法模型和依据该模型的变上升步长的计算方法，以使功率和FER更快收敛。
本发明提出的码分多址系统中基于测量报告的前向功率控制方法需要在BSC侧设定一个帧总数计数器清零定时器，其时长等于移动台帧总数计数器的周期统计总帧数。
下面结合本发明的一个具体实施例来说明本发明方案。
考虑到移动台在上报PMRM后要延迟PWR_REP_DELAY*4帧才开始下一周期的计数，而移动台在帧总数计数器清零后立即进行帧的计数，因此，帧总数计数器清零定时器相应的有两个时长：收到测量报告后启动帧总数计数器清零定时器，定时时长为(2^(PWR_REP_FRAMES/2)*5)+PWR_REP_DELAY*4帧；帧总数计数器清零定时器超时后启动帧总数计数器清零定时器，定时时长为(2^(PWR_REP_FRAMES/2)*5)帧。
门限模式下，BSC收到PMRM，说明误帧数超过预定的门限，此时应增加或保持前向功率；帧总数计数器清零定时器超时时，说明预定时间内的误帧数在预定的门限以内，目前的前向功率可能超过了实际需要，应该降低前向功率。在本发明的一个较佳实施例中，通过这样处理PMRM，清晰前向功率上升、下降的时机，实现前向功率的控制。
在本发明的一个较佳实施例中，构造测量报告功控优化算法模型，在这个模型中，FER等于目标FER。系统通过上升、下降功率，最后使功率平衡，从而达到功率收敛和FER收敛。在测量报告功控优化算法模型中，设收到一个测量报告，帧总数计数器清零定时器超时N次，即功率上升一次对应功率平均下降N次。
上升步长为US，下降步长为DS；目标FER为F；测量报告上报的总帧数为P，误帧数为W_P即PWR_REP_THRESH；帧总数计数器延迟计数帧数为D即PWR_REP_DELAY*4，期间的误帧数为W_D；帧总数计数器周期总帧数为T即(2^(PWR_REP_FRAMES/2)*5)，清零时的平均误帧数为W_T，并且由于未触发报告，W_T一定小于PWR_REP_THRESH。在本发明的一个较佳实施例中，测量报告功控优化算法模型的示意图如图1所示。
本发明的一个较佳实施例中，在收到PMRM后，前向功率的上升步长的可由下述方法确定。
首先根据功率收敛原则即上升功率等于下降功率，有：
1*US＝N*DS…………………………………………(1)
其次根据FER收敛原则，有：
(W_P+W_D+N*W_T)/(P+D+N*T)＝F………(2)
联合(1)、(2)可以推出上升和下降步长之间的关系式：
US＝(W_P+W_D-F*P-F*D)/(T*F-W_T)*DS
其中，DS由技术人员事先设定，帧总数计数器延迟计数期间的误帧W_D、帧总数计数器清零时的平均误帧数W_T可以根据经验进行估计。由此可以推导出US的大小。
在本发明的一个较佳实施例中，码分多址系统中基于测量报告的前向功率控制方法的流程如图2所示。
首先进入步骤110，基本信道建立后，启动帧总数计数器清零定时器。其中，帧总数计数器清零定时器的定时时长根据前文所述原则确定，即如果是信道建立后收到测量报告则定时时长为(2^(PWR_REP_FRAMES/2)*5)+PWR_REP_DELAY*4帧，如果是帧总数计数器清零后则定时时长为(2^(PWR_REP_FRAMES/2)*5)帧。
接着进入步骤120，在此步骤中，判断帧总数计数器清零定时器是否超时，如果是则进入步骤170，否则进入步骤130。在本发明的一个较佳实施例中，计数器递减计数，超时的判断由计数器计数结果为0时触发。
在步骤130中，判断BSC侧是否收到PMRM，如果是则进入步骤140，否则进入步骤120。需要说明的是，在该步骤中，如果没有收到PMRM则返回步骤120循环等待，直到帧总数计数器清零定时器超时或者收到PMRM。
在步骤140中，停止帧总数计数器清零定时器的计数。在本发明的一个较佳实施例中，帧总数计数器清零定时器在收到PMRM后立刻停止计数。接着进入步骤150。
在步骤150中，BSC计算上升步长并根据计算结果改变前向功率。其中，上升步长的由公式US＝(W_P+W_D-F*P-F*D)/(T*F-W_T)*DS确定。
此后进入步骤160，在此步骤中，重启帧总数计数器清零定时器。其中，帧总数计数器清零定时器的定时时长为(2^(PWR_REP_FRAMES/2)*5)+PWR_REP_DELAY*4帧。接着进入步骤120。
在步骤170中，将前向功率降低一个下降步长。因为帧总数计数器清零定时器超时则说明误帧很少，可以降低前向功率。其中，下降步长由技术人员根据系统环境、传输质量要求等设定。接着进入步骤180。
在步骤180中，重启帧总数计数器清零定时器。其中，帧总数计数器清零定时器的定时时长为(2^(PWR_REP_FRAMES/2)*5)帧。接着进入步骤120。
上述这些步骤构成一个循环，完成在码分多址系统中基于测量报告的前向功率控制。
熟悉本领域的技术人员可以理解，本发明提出的可变上升步长，可以通过固定上升步长，改而变化控制频率的方法代替。例如，当需要提高的上升步长比较大时，可以通过频率较快的多次提升固定上升步长实现。
熟悉本领域的技术人员同样可以理解，对于上升和下降步长的关系公式，可以通过简化参数，推导简化公式的方法代替。例如，为了简化计算可以将W_D设置为0，即帧总数计数器延迟计数帧期间的误帧数为0。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。