多级功率控制命令信令 【发明领域】
本申请基于2002年5月9日提交的美国临时申请No.60/379936和2002年11月1日提交的美国临时申请No.60/423650，并要求享有其优先权。
【发明领域】
本发明涉及电信网络中的功率控制，更具体地说，涉及闭合的内部环路中的功率控制。
【发明背景】
本发明涉及内部闭合环路的功率控制。本发明尤其可用于WCDMATDD(宽带码分多址时分双工)系统，但并不限于此。因此，本发明适用于UTRA(通用陆地无线接入网)TDD下行链路(DL)内部环路功率控制，所述内部环路功率控制是按照3GPP(为产生WCDMA标准的第三代伙伴项目)标准来配置的。
在下行UTRA中采用内部闭合环路功率控制，其中UE(用户设备)测量信号干扰比(SIR)，并根据测量值向基站(BS)发送传输功率控制命令(TPC)。当UE在操作范围内时，基站将根据由UE发送的TPC命令利用功率控制步来调整传输功率，所述功率控制步是从RNC(无线电网络控制器)用信号发送的。
在UTRA TDD中，既在码域中又在时域中将用户分开。由于这种时分模式，信道状况将发生很大的波动。不像WCDMA FDD的内部环路功率控制具有1500赫兹的速度，UTRA TDD中的慢速(100赫兹)功率控制不能抵消快速的信道衰落。通过提高内部环路功率控制命令速率可提高下行功率控制地性能，但快速的内部环路将会破坏TDD的不对称性和系统的动态特性。虽然UTRA FDD(频分双工)使用的是与TDD相同性质的闭合环路功率控制，但它不需要多步控制，这是因为传输是连续的并且可以在每个时隙发送功率控制命令，这样即使在固定的步的情况下下，功率控制也能够跟踪信道状况的变化。
根据目前的3GPP规范，由RNC用信号向基站发送下行功率控制步长，在3G WCDA系统中所述基站称为节点B。通常RNC用信号仅向基站同时发送一个步长。步长无法足够快地变化，以对信道状况和干扰情况的变化作出反应。
目前在TDD中，这种快速衰落是通过用传输超额功率抵消衰落并补偿慢速控制环来抑制的。这自然会导致大范围的小区间的互扰状况。通常，内部闭合环路功率控制使用UP(“增大”)和DOWN(“降低”)的功率控制字。根据3GPP“版本”(Release)4的标准用具有两位11和00的信号发出这些命令，其中两位11和00的信号可提供最大误差距离。根据与SIR阈值的比较作出这一判决。
当信道变化率快于功率控制反馈速率时，采用这种信令方案将出现问题。可以设计出新的信令方案以实现不同的功率控制方法，但是当接收到不被认为是有效的功率控制字的信令位组合时，并没有关于旧设备如何进行判断和工作的方法或者准则。
发明概要
本发明的第一目的是提高针对(address)快速改变的功率需求的能力。根据本发明的第一个方面，采用自适应步长来对这些快速变化作出反应，并结合变化的或自适应的步长提供一种信令解决方案，其中信令解决方案与原有的标准后向兼容。还根据本发明的第一个方面，为补偿速度的不足，选择并使用合适的步长。这样，使得UL反馈最小，同时降低了UE的电池消耗，延长了通话时间。而且选择合适的步长能更好地跟踪和补偿信道衰落的变化，例如，可以克服有关信道变化速率快于功率控制反馈速率时的问题。
在变化的信道状况下将接收到的SIR与多个阈值进行比较，根据比较结果决定最合适的步长。
进一步根据本发明的第一个方面，当前“版本”4中“不关心”的位组合(01和10)适用于不同的步长，因此其具有采用2位的信令方案的多步长方案。但是，根据本发明，“版本”4(和更早“版本”)的设备在特殊情况下采用功率控制方案很难判断接收的功率控制命令，并且关于设备的运转没有任何规则或保证。当判断功率控制命令时，不支持新的功率控制特征的设备将完全忽略最后一位，并将“不关心”的“01”和“10”情形分别解释为“00”和“11”。当在“版本”4/99方案的操作环境下，能够发多步长信号的先进设备将继续使用旧的标准方案。
此方案的优点在于它是后向兼容的，因此通过采用以下两种选择中的一种选择，它就可以在旧“版本”的信令下工作：
a)忽视其它位的命令接收器，或者
b)继续旧的信令方案的命令发送器，
而不会影响时隙格式或者多级信令所要求的位数。
根据本发明的第二个方面，按照实际测量的下行链路SIR与期望的SIR的差值，UE用信号向BS发送合适的下行功率控制步长。在UE测量下行链路SIR后，计算测量的SIR值和与服务有关的外环的SIR指标值的差值。然后将所述SIR差值与各个阈值比较，从而可用确定数量的位来量化此差值。为能提供四个步长，最好采用两位方案。在低BER(误码率)环境中，三位或更多位的信令能达到更好的性能。但是，当TPC BER高于5％时，易失性将使得这些高位方案更不具吸引力。而且用两位信令，可保持后向兼容性。
在BS侧，应当根据通过信号发送的TPC命令选择相应的步长。由于TPC位未编码，当UP命令使用的步长比DOWN命令更大时，可以防止出错。即使实际步长的选择与信道有关，但仍然可以发现独立设置UP和DOWN步长的有利之处。
本发明提出一种适应信道状况变化的功率控制方法。就这点而论，与固定步长的用法相比这种方法能获得更佳的系统容量。所述方法在设置功率控制步长时具有灵活性。因此，虽然也增加了复杂性，但可以针对不同的环境来优化信令。
当将每个TPC位都用于从UE用信号向BS发送步长时，系统对TPC命令中的错误将会更加敏感。但是，可以通过为UP命令选择比DOWN命令更大的步长来将性能损失减到最小。
根据本发明的第三个方面，提供一种根据报告的UE SIR的测量值选择内部环路功率控制的步长值和阈值的方法。
步长和阈值的选择可视为一种匹配传播状况过程中的优化问题。在现有技术中，可以在系统仿真中人工地实现所述过程以优化TDD系统性能，或通过在系统建立过程期间进行的测量来实现。于是可以通过检查分布情况选择步长和阈值。但是，由于这个过程与传播状况有关，因此使用这种方法，在蜂窝系统中的每个小区的功率控制步长值和阈值的优化将会变得复杂和繁琐。
本发明提供一种用于通过在系统运行时根据统计分析选择步长值和阈值来提高系统容量的解决方案。此方法的优点在于：收集信息然后选择步长的过程是自动而不是手动实现的。此方法的缺点在于：数据积累花费的时间比手动探测过程的要长。因此，通过使用手动探测过程可以更快地得到最优的小区容量。
根据本发明的第四个方面，为提供先进的下行链路功率控制，需要多个功率控制步长。通过使用多步长，可采用自适应功率控制方案来提高TDD系统的性能。虽然BS负责控制它自身的传输功率，但是可利用RNC发命令控制BS的传输功率界限。这样，便可对整个网络进行更好的控制并保留了不同制造商的产品的兼容性。因此，本发明提供一种用信号发送多步长和阈值的方法，在采用多个功率控制步长时所述方法允许RNC控制BS。应当指出，因为UE和BS可能需要不同的信息，所以信令被分为两部分。例如，RNC必须用信号向UE发送用于SIR比较的阈值，这样UE可分得所需的步。根据目前的3GPP规范，RNC用信号向UE发送DL步长。此信令过程可用于用信号发送UE中的用于SIR比较的阈值。
所述信令过程的第二部分是从RNC到BS，例如，以便通知BS对应于由UE用信号所发送的TPC命令“00”、“01”、“10”和“11”的步长是多少。可以以不同的方式处理此信息信令。为给出正确的格式中所需要的步数，用信号向BS发送步长的当前信令过程可用于通过多次重复消息来发出多个步长信号。或者，用信号仅发送已用过的DL TPC的固定步数，以便在BS中可采用固定的数值来配置。另一个选择是利用新消息通过信号将步长从RNC发送到BS。第四种选择是用信号仅发送最小信息，因此，只将UP命令的步长用信号发送到BS。同样，根据预先定义的关于DOWN命令的步长比UP命令的步长要小的假设，BS可产生DOWN命令的步长。
而且，令人满意的是就利用阈值以产生TPC位模式而言，所有的移动终端在更加一致的方式下运行。同样令人满意的是，没有用附加信号来指示终端针对四种状态的TPC而使用的阈值。因此，本发明的第五个方面提出了一种信令方法，它能使移动终端产生TPC位模式，其中移动终端使用的阈值是基于从UTRAN到UE的RRC(无线电资源控制)信号中的信息。
本发明的第六个方面提供一种在移动终端和节点B之间进行信号传输的方法，用于使节点B可以识别移动终端的“版本”(Releaseversion)。此方法与在传播状况下TPC命令的错误量有关。
因此，本发明提供一种用于调节电信网中的基站上的传输功率的方法，其中，所述电信网具有工作时连接到所述基站的移动终端。此方法包括以下步骤：
在移动终端中，与信号中的干扰有关地测量通信信号的强度；
在移动终端中，将测量的强度与参考强度作比较以提供强度差值，
提供基于上述比较的调整信息，以便使基站可以根据所述提供的信息调整传输功率，其中，所述提供的信息表示包括至少三个不同的调整码的多个调整码中的一个。
所述提供的信息最好包括：
第一调整码，它表示测量的强度比参考强度大并且强度差值比第一选择值大时的“00”位模式；
第二调整码，它表示测量的强度比参考强度大并且强度差值比第一选择值小时的“01”位模式；
第三调整码，它表示测量的强度比参考强度小并且强度差值比第二选择值小时的“10”位模式；以及
第四调整码，它表示测量的强度比参考强度小并且强度差值比第二选择值大时的“11”位模式。
所述参考强度是信号干扰比指标。或者，所述参考强度最初是由网络预先确定的，然后根据运行状况调节。所述运行状况包括信道状况下的目标块误码率。
为了后向兼容，当基站未能解释第二调整码或第三调整码时，基站将第二调整码视为与第一调整码相等，将第三调整码视为与第四调整码相等。
所述多个调整码最好包括四个调整码，使得
如果提供的信息包含第一调整码，则基站根据第一步长降低传输功率；
如果提供的信息包含第二调整码，则基站根据第二步长降低传输功率；
如果提供的信息包含第三调整码，则基站根据第三步长增大传输功率；
如果提供的信息包含第四调整码，则基站根据第四步长增大传输功率。
第一步长比第二步长大，并且第四步长比第三步长大。
或者，所述多个调整码包括2N个由(2N-1)个阈值定义的码，其中N是大于1的整数，并且所述提供的信息表示所述2N个码之一。可以根据一段时间累积的测量强度的统计数据来确定所述(2N-1)个阈值。
所述统计数据包括在某信道状况下测量强度的累积分布函数，以便可以为使各信道特征相匹配而根据累积分布函数来选择阈值和调整码。
根据本发明，电信网包括用于控制基站和移动终端的无线电网络控制器，并且其中，
无线电网络控制器向移动终端提供第一个和第二个预先确定的值以确定位模式，以及
无线电网络控制器向基站提供包括调整幅度的传输功率控制命令，使基站可根据调整幅度来调节传输功率，其中根据位模式来确定调整幅度。
或者，无线电网络控制器通过无线电资源控制(RRC)信号中的传输功率控制信息元(IE)向移动终端提供传输功率控制(TPC)步长，以便
可利用TPC步长与参考强度的总和来计算第一选择值，以及
可利用参考强度与TPC步长的差值来计算第二选择值。
有利地是，当向基站提供传输功率控制命令的调整码时，所述传输功率控制命令具有由包括通信信道中的状况的各种因素引起的误码率，仅仅当在一段时间内向基站提供的第二调整码和第三调整码的比值与所有调整码相比高于误码率时，基站才根据第二调整码或第三调整码来调节传输功率。
在结合图1a至图7阅读了下述描述后可以更清楚本发明。
附图简介
图1a是根据本发明的优选多级功率控制命令信令的示意性图示。
图1b是说明当采用两位信号向基站发送步长时在UE中产生TPC命令的方法的流程图。
图2是说明在基站中根据接收的TPC命令选择步长过程的流程图。
图3是说明针对特定服务在UE测量值和报告值与平均的SIR之间的SIR差值的分布的图表。
图4是说明已根据SIR差值选择的各功率控制步长的累积分布函数的图表。
图5是说明利用各信号发送步产生的关于TPC错误对系统容量的影响的、四基站室内方案的动态系统仿真结果的图表。
图6示出在BS中实施的用于优化步长和阈值的过程的流程图。
图7显示在UE中根据接收的下行链路SIR产生TPC命令的流程图。
实施发明的最佳方式
根据发明的第一个方面，表1说明一种信令方案和不同的设备如何解释命令。
表1 接收的功率控制命令 “释放”4设备 “释放”5设备 00 “降低” “降低”步长1 01 判断为“降低” “降低”步长2 11 “增大” “增大”步长1 10 判断为“增大” “增大”步长2
“降低”(DOWN)是表示发射机降低功率的命令。
“增大”(UP)是表示发射机增大功率的命令。
本发明可以利用现有的发射机/接收机来实现，但是对接收命令作出判断的算法应当见效并相应地改变传输功率。
针对下行链路的功率控制的自适应步长选择包含两部分：一部分在UE中，另一部分在BS中。如图1a和1b中所示，在UE侧计算测量的下行链路SIR与和服务有关的外环SIR指标值之间的差值。随后，此SIR差值用于步长选择过程。
当采用两位信号向BS发送步长时，可得到四种不同的步长。步长选择可按照如下方式实现：
首先，在步骤104中，将在步骤102中测量的SIR与参考强度作比较，参考强度可以是SIR指标或其它参考电平。在步骤106，如果确定出测量的SIR大于SIR指标，如图1a的右半部分所示，那么功率控制步长应当是“降低”。否则功率控制步长应当是“增大”，如图1b的左半部分所示。
在每个命令方向中，阈值(图1b中的第一和第二选择值)用于确定步长是大的还是小的。如果命令方向为“降低”，在步骤110中确定SIRdiff(或者SIR-SIR指标)大于阈值1(第一选择值)，那么所发的信号值应为“00”(参见步骤112)。这意味着应当采取较大的步来降低BS处的下行链路传输功率。所述SIRdiff在图1a中用强度差值(d)来说明。但是，如果SIRdiff小于阈值1(第一选择值)，那么所发的信号值应为“01”(参见步骤114)。这意味着应当采取较小的步长来降低BS处的下行链路传输功率。所述SIRdiff在图1a中用强度差值(c)来说明。类似地，如果命令方向为“增大”，那么，为规定所发的信号值为“01”(较小的增大功率步长)或者为“11”(较大的增大功率步长)，采用阈值2(图1a中的第二选择值)与SIRdiff比较(参见图1b中的步骤120、122、124，以及图1a中的强度差值(b)和(a))。
可以根据不同的信道/环境状况选择不同的阈值。用“增大”命令所发信号的值的数量可以不同于用“降低”命令所发信号的值的数量。例如当采用两位表示所发信号的值时，一个步长用于“降低”方向，三个步长用于“增大”方向。
在BS中，根据接收的TTPC命令选择步长。对于每个所发信号的值，具有许多预定步长，它们分别定义为“增大”命令和“降低”命令。如图2所示，以降序的方式列出可用的步长。例如，当BS接收TPC命令时，它在步骤202处判断TPC命令的值。如果所述TPC命令值等于“00”，则BS在步骤212设置功率步长为步长D1，“降低”方向的较大的步长。否则，BS在步骤220判断TPC命令是否等于“01”。如果所述TPC命令值等于“01”，则BS在步骤222设置功率步长为步长D2，“降低”方向的比步长D1更小的步长，其中步长D1比步长D2大。否则，在步骤230，BS判断TPC命令是否等于“10”，并且BS在步骤232设置功率步长为“增大”方向的步长U2，或者在步骤240设置“增大”方向的步长U1，其中步长U1比步长U2大。在步骤250，BS相应地调节下行链路的传输功率。在BS中可对步长进行优化，虽然阈值在UE中是不变的，但是步长的组合可以不同。通过为“增大”命令设置比“降低”命令更大的值，此方法可用于把由错误的TPC命令导致的容量损失降到最小。
在UE侧，需要额外的TPC生成算法，以便可以将SIR差值与各个阈值比较。在BS侧，可改变TPC命令提取算法，使得BS可以检测多个阈值。BS还应当能够使用多个步长。
根据本发明的一个方面，内部环路功率控制的步长值与阈值是根据报告的UE SIR测量值选择的。此方法涉及将多个步长(多于1个)用于“增大”命令和“降低”命令的方法。在此功率控制方案下，对于每个n-ary功率控制方案有2n-1个阈值和2n个步长要选择。本发明针对2位方案特别地提出确定的参数值。根据与平均SIR值作比较的UE报告的SIR值，产生SIR差值的分布，其中平均SIR值是用于支持特定小区中的服务所必需的。图3中说明了在UE测量和报告的值与对于特定服务的平均SIR之间的UE报告的SIR差值的分布。假设UE观察的SIR与SIR指标之间的SIR差值可用于选择最优步长以补偿路径损耗。
当搜集了更多的SIR差值时，可得到SIR差值的累积分布函数(CDF)。因此，可从CDF中选择用于传输功率控制命令的阈值以及适当的步长。图4说明了可根据SIR差值进行选择的功率控制步的CDF。对于特定小区计算CDF以便可以根据所测得的SIR差值补偿下行链路中的路径损耗变化。
在2位方案中，提出在UE处将用于规定TPC命令的阈值选择为0％CDF以规定步方向(“增大”或“降低”命令)，而50％CDF用于规定较小的步长或者较大的步长。在基站处，选择步长为50％CDF和90％CDF用于“增大”命令，而40％CDF和60％CDF用于“降低”命令。虽然这些特定的参数值是根据在一个特定环境中运行的系统仿真来选择的，不过假设参数值的选择标准与环境无关。
图5图解说明利用各信号发送步产生的关于TPC错误对系统容量的影响的、四基站室内方案的动态系统仿真结果。图中显示了系统在具有1dB步长的情况下的加载。在2位功率控制步长信令下，可获得百分之24至52的容量增益。所述图表说明2位信令方案的促动因素。根据这些结果，可以得出结论，在目前的情况下对于DL TPC步优选采用4个值以获得良好的系统性能。表2汇总了上述有关步长选择的仿真的参数。
表2 TPC步方案用于UP步的步长[dB] 用于DOWN步的步长[dB] 1位1 1 2位2，4 3 3位2，4，6，8 1，3，5，7 4位1，2，3，4，5，6，7，8 1，2，3，4，5，6，7，8
应当指出，步长和阈值可根据UE测量值和报告值与平均SIR值之间的SIR差值的分布进行改进。图6说明改进步长和阈值的过程的流程图300。在流程图300中，在步骤310基站接收由UE报告的下行链路的测量的SIR。在步骤320，基站通过从平均SIR值中减去报告的SIR值计算得到SIR差值，所述平均SIR值是用于支持特定小区中的服务所必需的。在步骤330产生SIR差值的分布，并将其存储。根据SIR差值的累积分布，在块360中存储的已定义的阈值和步长分别在步骤350和步骤340进行改进。经改进的值在步骤380和370用于传输功率控制中。
本发明可实现于基站控制器或者实现于基站，这取决于所选的体系结构。此方法需要存储器和算法以计算出合适的步长值和阈值。
返回来参考图1b，应当指出，图1b给出了当用两位的信号向BS发送步长时在UE中产生TPC命令的流程图。在UE处使用了两个阈值。然而，也可以只需用一个阈值来从RNC向UE发送信号。
此外，图2给出了根据BS中接收的TPC命令的步长选择。对于每个用信号发送的值都存在一个相应的步长，用信号将所述步长从RNC发送到UE。
最好用两位给出从UE向BS发送的TPC命令信令的四个步长。可以通过把从RNC到BS的信令步长重复四次来给出所用的功率控制步长。可以按照如下顺序实现所述重复的步长信令：用于“降低”命令的较大步长、用于“降低”命令的较小步长、用于“增大”命令的较大步长和用于“增大”命令的较小步长。这样，便可以独立地设置用于“增大”命令和“降低”命令的步长。如果用从RNC到BS的新消息配置步长的话，也可以采用类似的顺序。
本发明的这一方面可在RNC和BS中得以实现。但是，UE中实现的信令过程不需要改变。
为保证所有的终端关于在基站处对传输功率的调整以更一致的方式工作，希望移动终端之间用于产生TPC位模式的阈值是相似的。
如图7所示，SIR用于UE中TPC命令的产生。根据流程图400，在步骤410，UE测量下行链路接收的SIR。当在步骤420判定SIR比较高时，应当降低基站处的传输功率，如图7中右半部分所示。当SIR比较低时，应当提高基站处的传输功率，如图7中左半部分所示。但是，如果(SIR+TPC步长)比第一预定值大，则功率提高较小的步长，如步骤430和432所述。否则，应当采用较大的功率增大步长，如步骤434所述。同样，如果(SIR-TPC步长)比第二预定值小，功率降低较小的步长，如步骤440和444所述。否则，应当采用较大的功率降低步长，如步骤442所述。第一预定值和第二预定值例如可以为零。
应当指出，用于将TPC步长从UTRAN传送到UE的TPC信息或者RRC信号中的信息元(IE)可用于明确地表示阈值。这样，用于TPC位产生的阈值基于SIR指标，所述SIR指标以与“版本”4的说明相同的方式导出。这里，较低的界限是(SIR指标-TPC步长)，而阈值是(SIR指标+TPC步长)。
终端仅发送两位TPC命令到基站。在“版本”6的终端中，“11”指“用较大的步长来提高传输功率”，“10”指“用较小的步长来提高传输功率”，“01”指“用较小的步长来降低传输功率”，“00”指“用较大的步长来降低传输功率”。在较早的“版本”99/4/5中，只有两种状态：“11”指增大功率(UP)，而“00”指降低功率(DOWN)。而10和01两种状态被视为错误。
根据链路级仿真，TPC BER在2％与4％之间变化，这取决于在某信道状况下的指标BLER(块误码率)值。可以利用所述统计值以表示终端是“版本”6的终端还是“版本”99/4/5的终端。如果终端采用全部TPC命令的某一百分比来发送TPC命令“10”和“01”，并且此百分比高于典型的TPC BER，则“10”和“01”状态的出现可解释为正确的TPC命令，而不是由于错误所致。在那种情况下，终端是“版本”6的终端。
因此，可以设置高于典型TPC BER的预定值，以便使节点B可根据所述预定值识别终端是“版本”6的终端还是更早“版本”的终端。通过存储一段时间内的传输功率控制位，并将每个可能状态的数量与预定值进行比较，节点B可以把真正的TPC BER(来自老“版本”)与来自“版本”6终端的已准备的TPC命令区分开。应当指出，不同的状态(“00”、“01”、“10”、“11”)的概率分布随信道状况而定，并且这些状态不具有同样的概率。此外，TPC BER会随传播状况而变。尽管这样，当所接收的DL SIR具有某个平均值和偏差时，此方案得益于这一事实，即，“01”和“10”更可能出现在从本方案中获得最大好处的信道中。如果DL RX SIR的偏差是大的，那么采用中间步长所带来的好处则是可质疑的。在那种情形下，UTRAN可自动假定“版本”4的方案更适用于这种信道状况。
本发明提供一种用信号发送最优步长的方法，所述发送可能需要用于量化间隔的大带宽。本发明还解决了保持与采用具有一个阈值的2位信令的早先“版本”后向兼容的问题。与具有大量步长的最佳方案相比，此方案的缺点是它具有有限的范围和量化间隔，但是可以通过针对各个传播环境选择最佳步长来把由于采用用于“增大”/“降低”的2个量化的或数字步长所产生的损耗减至最小。
虽然已经关于其中的最佳实施例对本发明进行了描述，但是本领域的技术人员将会理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明在其形式和细节方面作出前述的以及各种其它的改变、省略和偏离。