采用非连续传送的码分多址系统中的功率设置的制作方法

专利名称：采用非连续传送的码分多址系统中的功率设置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在蜂窝无线电话通信系统中的码分多址(CDMA)通信技术，更具体地说，涉及与使用非连续直接序列码分多址(DS-CDMA)传送的系统中的功率控制有关的方法和系统。
DS-CDMA是一种扩频通信。扩频通信自二次世界大战便已存在，早期主要应用于军事领域。而今天对在商业应用中使用扩频系统的兴趣已日益增长。一些示例包括数字蜂窝无线电、陆地移动无线电、卫星系统及室内室外个人通信网络，在此统称为蜂窝系统。
当前，使用频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA)方法可实现蜂窝系统中的信道接入。在FDMA中，一个通信信道是单一的无线电频带，信号的发送功率集中到该频带内。利用带通滤波器来限制相邻信道的干扰，带通滤波器仅传送指定频带内的重要信号能量。因此，每个信道被指配不同的频带，系统容量受到可用频带及频率再用局限的限制。
在不采用跳频的TDMA系统中，信道由同一频带上周期时间间隔串中的时隙组成。每个时隙周期称为帧。某个给定信号的能量限制到这些时隙中的一个。利用定时门或其它同步元素来限制相邻信道干扰，其中所述其它同步元件传送适当时间接收的信号能量。这样，减少了不同相对信号强度电平的干扰问题。
对于FDMA或TDMA系统(或混合FDMA/TDMA系统)，一个目标是确保两种潜在干扰信号不会同时占用同一频率。相反，码分多址(CDMA)是一种使用扩频调制以允许信号在时间和频率两者上重叠的接入技术。有许多与CDMA通信技术相关的可能优点。由于宽带CDMA系统的特性，诸如改进的干扰分集和话音激活门控，基于CDMA的蜂窝系统的容限表现得比现有模拟技术的高。
在直接序列(DS)CDMA系统中，要发送的符号流(即进行了信道编码等操作的符号流)外加在一个速率高得多的称为特征序列(signature sequence)的数据流上。特征序列数据(通常称为“码片)一般是二进制或四进制数据，提供一种码片流，该码片流通常以称为“码片率”的速率生成。生成此特征序列的一种方法是采用显得随机的伪噪音(PN)进程，但可由经授权的接收机复制。符号流和特征序列流可通过将两个流相乘而组合在一起。特征序列流与符号流的这种组合称为对符号流信号进行扩展。每个符号流或信道一般被分配一个唯一扩频码。介于码片率和符号率之间的比率称为扩频率(spreadingratio)。
多个扩频信号调制一个无线电频率载波，例如通过四进制相移键控(QPSK)，并在接收机中一起接收为复合信号。每个扩频信号在频率与时间两者上均重叠所有其它扩频信号及噪音有关信号。如果接收机经授权，则复合信号会与唯一扩频码的其中之一进行相关，且对应的信号会被分离并被解码。
对于未来的蜂窝系统，即使更进一步提高系统容量，分层小区结构的使用也将证明是有价值的。在分层小区结构中，在更大的小区或宏小区中存在更小的小区或微小区。例如，微小区基站可沿市区街道的灯柱放置，以处理拥塞区域增长的业务量。例如，每个微小区可覆盖几个街区或巷区，而宏小区可覆盖3至5公里半径范围。即使在CDMA系统中，不同类型的小区(宏小区和微小区)可能以不同频率操作，以增加整个系统的容量。参阅“基于蜂窝的个人通信的多址选择”(H.Eriksson et al.，“Multiple Access Options For Cellular BasedPersonal Comm.，”Proc.43rd Vehic，Tech.Soc.Conf.，Secaucus，1993)。可靠的切换步骤必须在不同的小区类型之间受支持，并因而在不同的频率间受支持，以便在小区间移动的移动台具有对其连接的连续支持。
有几种常规技术可用于确定在多个切换候选中选择哪个新编码、频率和小区。例如，移动台可帮助确定通信要转换到的最佳切换候选(及相关的新基站)。这种过程一般称为移动台协助切换(MAHO)，它使移动台定期(或在需要时)对几个候选频率的每个频率进行测量，以便依据一些预定的选择准则(例如最强的接收RSSI、最佳BER等)来帮助确定最佳切换候选。例如，在TDMA系统中，可在空闲时隙时指示移动台扫描候选频率列表，这样，如果当前链路上的信号质量降到预定质量阈值之下，系统将确定可靠的切换候选。
然而，在常规CDMA系统中，移动台要持续从网络接收信息。实际上，CDMA移动台一般在上行链路和下行链路两个方向均会持续接收和发送。与TDMA不同，没有空闲时隙可用于切换到其它载率，对于在特殊时刻考虑如何确定以给定频率切换到给定基站是否适当，这就造成了问题。由于移动台无法向在网络或移动台中运算的切换评估算法提供任何频测间量值，因此，将在不完全了解移动台所遇干扰情况下做出切换判决，因而可能是不可靠的。
此问题的一种可能解决方案是在移动装置中提供另外的接收机，该接收机可用于对候选频率进行测量。另一个可能性是使用宽带接收机，该接收机可同时接收及解调几个载频。然而，这些解决方案增加了移动装置的得杂性和费用。
在给Willars等人的美国专利No.5533014中提出了另一种解决方案，通过引用特将该专利的公开结合在此，其中针对所述问题，在CDMA通信技术引入非连续传送。例如，在此专利中，利用更低的扩频率(即通过减少每个符号的码片数)来提供压缩的传送模式，这样，通过固定码片率，扩频信息仅填充一个帧的一部分。这使每个帧都保留了一部分，在此称为空闲部分。在空闲部分中，接收机可执行其它功能，诸如为切换目的而评估其它频率的候选小区。
已知许多其它机制可用于在CDMA帧中创建空闲部分(该技术有时称为“时隙模式”操作)，例如E.Dahlman获得的名为“编码率降低压缩模式DS-CDMA”的美国专利No.5883889，及E.Dahlman于1996年4月23日申请的名为“多码压缩模式DS-CDMA系统与方法”的美国专利No.08/636648，通过引用将上述专利的公开结合在此。时隙模式操作在

图1中进行了概念说明。其中描述了多个下行链路(DL)帧传送，此示例中每个DL帧传送具有10ms的持续时间。在第4帧期间，通过在该帧的开始和结束部分将传送速率加倍来创建空闲部分，如两个较高的条形10和12所示。上行链路(UL)的对应帧被示出。
然而，使用时隙模式技术执行例如测量其它信道的操作会引起与功率控制有关的问题。无线电通信系统中应用功率控制技术以确保在每个远程站可靠接收信号，即规定信干比(SIR)应高于每个远程站的规定阈值。
为改善低于此阈值的远程站的SIR，要将信号的能量增加到适当的电平。然而，增加与远程站相关的能量会增加与其它附近远程站有关的干扰。因此，无线电通信系统必须在共享同一公共信道的所有远程站的要求间寻求平衡。当给定无线电通信系统中所有远程站的SIR要求都满足时，达到一种稳定状态条件。一般而言，通过使用不太高也不太低的功率电平向每个远程站进行发送，可实现平衡稳定的状态。以不必要的高电平发送消息会造成每个远程接收机上遇到干扰，并限制了可在公共信道上成功通信的信号数量(例如降低系统容量)。
在无线电通信系统中控制发送功率的这种技术通常称为快速功率控制环。初始SIR目标是依据某特定连接或服务类型的所需服务质量(QoS)来建立的。对于非正交信道，某特定远程站或基站遇到的实际SIR值可表示为 SIR由接收方测量并用于确定哪个功率控制命令被发送到发送方。
随后，在正运行的基础上，慢功率控制环可用于调整SIR目标值。例如，远程站可测量从远程站接收的信号质量，例如利用已知的误比特率(BER)或误帧率(FER)技术进行测量。接收的信号质量在基站与远程站连接期间会变化，依据该质量，慢功率控制环可调整SIR目标，快功率控制环使用该目标调整基站的发送功率。类似的技术可用于控制上行链路发送功率。
然而，申请者已认识到，在下行链路中采用时隙模式传送以允许远程站执行测量时，例如在图1的上行链路第4帧的有条纹部分表示的时间内，未发送功率控制命令来通知远程站如何调整其用于上行链路的发送功率。由于使用了不当的发送功率，这增加了在所述上行链路上基站错误接收信息的可能性。
时隙模式传送对系统容量和性能的影响尚未彻底研究。以前已假定慢功率控制环在时隙模式传送及正常模式传送期间会适当处理功率控制。
然而，使用慢功率控制环处理时隙模式传送可能造成其它困难。特别是，如果经常进行时隙模式传送，则连接的BER(或FER)将会增加。这又将使慢功率控制环对SIR目标进行调整，因而如图2所示使上行链路中的发送功率增加了一个Δ量。其中，所有帧都以比没有时隙模式传送的影响所需的发送功率高的功率发送。然而，在相当频繁进行时隙模式传送的这种情况下，使用慢功率控制环处理时隙模式传送遭遇的缺点是使用不必要高的功率电平发送某些帧，例如图2中的至少1至3帧和5至7帧，因而显著降低了系统中的容量。另一方面，如果不那么频繁进行时隙模式传送，则慢功率控制环会提供很小的功率调整或不提供功率调整，这导致上行链路接收机中BER/FER下降。
因此，最好提供一种传送与接收均是非连续(即采用时隙模式传送)但避免了上述功率控制问题的CDMA系统。
发明概述根据本发明，常规CDMA技术中的这些及其它问题、缺点与限制均被克服，其中，根据第一示例性实施例，在进入时隙模式时，依据估计的衰落裕量来增加上行链路中的发送功率。在没有控制功率命令可发送到远程站时，这改善了下行链路中空闲期(idle period)期间的性能。在空闲期结束时，功率控制环则将远程站恢复到量佳发送功率电平。
根据本发明第二示例性实施例，当在一个链路中进入时隙模式时，例如在下行链路中进入时隙模式时，也可以在其它链路中进入时隙模式，例如在上行链路中进入时隙模式。这样，在下行链路的空闲期期间没有功率控制信息的情况下，不在上行链路上执行传送。
图形简述结合附图阅读下面的详细说明，本发明的上述及其它特性、目标和优点将变得明显，附图中图1示意性说明上行链路和下行链路传送，其中下行链路在某一特定帧进入时隙模式；图2示意性说明上行链路和下行链路传送，其中衰落裕量被加到所有上行链路帧的发送功率电平；图3说明一个可以实现本发明的示例性无线电通信系统；图4示意性说明示例性扩频码调制器；图5描述一个可以实现本发明的示例性可变速率CDMA系统；图6说明下行链路和上行链路传送，显示根据本发明一个示例性实施例的结合时隙模式传送的功率控制技术。
图7说明下行链路和上行链路传送，显示根据本发明一个示例性实施例的结合时隙模式传送的功率控制技术。
详细说明在下述说明中，为说明目的而不是出于限制，阐明了特定的细节，诸如特定的电路、电路部件、技术等，以便提供对本发明的全面了解。例如，提供了与示例性调制和发送技术相关的各种细节。然而，本领域的技术人员明白，可在脱离这些特定细节的其它实施例中实施本发明。另外，对众所周知的方法、设备与电路的详细说明从略，以免不必要的细节使本发明描述不明显。
图3说明了示例性蜂窝无线电通信系统100。如图3所示，系统服务的地理区被划分成n个较小的无线电覆盖区，称为小区110a至110n，各个小区分别具有与其相关的无线电基站170a至170n。各无线电基站170a至170n分别具有与其相关的发送与接收无线电天线130a至130n。应该指出，使用六边形小区110a至110n来说明与特定基站170a至170n相关的无线电覆盖区域，这是为了图示的方便。现实中，小区110a至110n可能形状不规则、重叠以及不必邻接。每个小区110a至110n可根据已知方法进一步划分成扇区。在小区110a至110n中分布m个移动台120a至120m。在实际系统中，移动台的数目m要比小区的数目n大得多。基站170a至170n还包括多个基站发射机和基站接收机(未示出)，提供与位于其各个小区内移动台120a至120m的双向无线电通信。如图3所示，基站170a至170n连接到移动电话交换局(MTSO)150，MTSO 150还提供到公共交换电话网(PSTN)160的连接以及此后到通信设备180a至180c的连接。本领域的技术人员已知蜂窝概念，故在此不做进一步描述。
根据本发明，使用直接序列码分多址(DS-CDMA)实现基站和移动台之间的无线电通信。在下述内容中，术语“下行链路”或“前向信道”是指从基站170a至170n到移动台120a至120m的承载信号的无线电信息传送。类似地，术语“上行链路”或“反向信道”是指从移动台120a至120m到基站170a至170n的承载信号的无线电信息传送。
今天，无线电通信系统正用于不断增长的大量应用。传统的声音通信现在与无线电图象传送及其它中速和高速数据应用的混合共存。此类应用要求无线电信道可以以低传送延迟传送低、中和高比特率信息信号的可变混合。为有效使用无线电频谱，对仅特定应用分配所需带宽。这称为“按需分配带宽”。相应地，下述可应用本发明的示例性系统描述了多速率DS-CDMA系统，但本领域的技术人员明白，本发明同样适用于采用非连续传送的任何系统。
把要在上行链路或下行链路发送的信息数据比特流安排到信息帧序列中，这使信息数据可以在如图4所示的扩频码调制器210中方便地被处理。在卷积编码器230中进行信道编码之前，在时间复用器220中，包括例如一部分循环冗余校验(CRC)比特的第一开销比特(X1)被加到信息帧。包括信息比特和第一开销比特的帧被传送到卷积编码器230并且经信道编码，卷积编码器230例如是向所述帧添加冗余的1/3编码率的卷积编码器。编码的帧随后被传送到比特交织器240，被编码的帧在其中经块状比特交织。交织后，在时间复用器250中，第二开销比特X2被加到的已编码且已交织的帧。
在时间复用器260中，下行链路功率控制比特也被加到已编码/已交织的帧。下行链路功率控制比特指示移动台增加或降低其发送功率电平。在插入功率控制比特后，每个帧被传送到四进制相移键控(QPSK)调制器270。本领域的技术人员将明白，也可使用不同于QPSK调制的调制。QPSK调制器270将输入比特或符号映射到复合符号序列中。QPSK调制器的输出是符号的复序列，例如由通常形式I+jQ的笛卡尔坐标表示。在乘法器280中，使用扩频码对QPSK调制器的输出进行扩频。也可以是其它编码、交织和调制组合。
在常规CDMA系统中，信息以例如5至20ms的固定长度帧结构发送。帧中要发送的信息会一起被编码和扩频，例如象上面相对图4所述的那样。此信息会被扩展到每一帧的整个部分，从而导致以恒定功率电平在整个帧期间的连续传送。
然而，本发明在CDMA系统中采用非连续传送，例如用于可靠的切换候选评估。图5描述一种利用可变扩频码比率提供时隙模式传送的示例性技术，即其方式是通过改变每个符号码片数之间的关系。然而，上面结合的所述专利和专利申请中所描述的任何技术可用于创建包括空闲部分的时隙模式传送，或者可以使用其它技术。
在图5中，相同基本类型的发射机和接收机可在移动台170和基站180两者中使用。根据本发明的DS-CDMA技术，在发射机侧300，信息数据被输入到扩频和成帧装置310，该信息数据在扩频和成帧装置310中被时隙编码。扩频和成帧的数据随后被传送到发射机320并且此后被发送。工作比(或称占空因数)和帧定时由模式控制器330按如下所述控制。
工作比是帧的信息部分与帧持续时间的比率，并按逐帧的原则来控制。对于其它频率的测量，由于测量只需要短的时间，因此工作比可保持相对高(例如，0.8)。对于两个频率间的宏分集的执行，可向两个频率均发送同一信息。因此，工作比应约为0.5。时隙模式传送仅间歇性使用，而其余时间(工作比＝1)使用正常模式，因为正常模式由于更大的扩频比率而更有效。
帧的信息部分期间使用的发送功率是工作比的函数。例如， 其中，P1表示用于正常模式传送的功率。如果工作比降低，因此扩频比率也降低，则需要此增长的功率维持检测器中的传送质量。在帧的其余部分期间，即空闲部分期间，则例如在时隙模式用于测量其它载频时，电源会被关闭时。
载频的相对功率工作比也如上述地由模式控制器330控制。模式控制器330按测量/切换算法被控制。在给定情况有利时，此算法可通过软件在移动台MS或无线电网络控制器RNC中执行，或在两者中执行。
在接收机侧350，模式控制器360控制载频的工作比和无线电频率接收机370的帧定时。如模式控制器360控制的一样，无线电频率接收机370根据工作比来接收输入无线电信号并对其进行解调。解调的信号输入到信息解码器380，其工作比和帧定时由模式控制器360控制。移动台170还包括解码器390，用于具有固定扩频的信道，例如导频信道，对该导频信道执行相邻基站180信号强度测量。模式控制器36控制工作比、帧定时(哪一部分帧为有效)、载频(或接收机中不至一个的频率，如果从两个不同频率接收)及相对功率电平。
然而，时隙模式可按移动台或网络确定的速率间歇地使用，最好是网络控制下行链路的时隙模式传送的使用。根据多种因素，诸如无线电传播条件、移动台的速度和其它干扰因素、相对呼叫密度以及到更可能需要切换的小区边界的接近，移动台或网络可确定压缩模式使用频率。
图6描述根据本发明一个示例性实施例的功率控制，其中在基站进入时隙模式时，移动台将其发送功率增长一个衰落裕量(FM)。通过从基站接收早期、明确的信号，或者通过检测下行链路上接收传送的速率/功率中的变化，移动台可知道基站的时隙模式传送。FM的值可由移动台估计，例如依据如最近接收的功率控制比特确定的功率中的最近变化来确定。另一方面，FM可由基站估计并发送给移动台。在上述情况中，慢功率控制环适合频繁的时隙模式传送，并避免与较不频繁的时隙模式传送相关的接收信号质量降级，与上述情况相比，通过仅在下行链路中时隙模式传送期间相应空闲时间期间增加上行链路中的发送功率，整体干扰得以降低，且系统容量得以增加。一旦空闲时间结束，随后接收的功率控制比特可因此将移动台的功率电平倾斜到最佳水平(如倾斜函数50所示，在此示例中为向下)。
如图7所示，根据本发明的另一示例性实施例，一旦一个链路进入时隙模式，另一链路也可进入时隙模式。例如在图7中，一旦下行链路通过在第4帧发送双倍速率脉冲10进入时隙模式，移动台也一样可以通过在上行链路发送双倍速率脉冲60进入时隙模式。两个链路因而将在无传送发生期间具有镜像空闲部分，由此基站的上行链路接收将不会如图1中所发生的那样由于在移动台缺少接收功率控制命令而降低品质。此外，此技术也避免了关于图2所述的问题，即通过使用慢功率控制环适应由时隙模式传送造成的BER/FER增加而全面增加上行链路中的发送功率。
提供最佳实施例的上述说明以使本领域的技术人员可以进行与使用本发明。本领域的技术人员将容易明白对这些实施例的不同修改，并且可以在不脱离本发明范围和精神的情况下应用此处所述的原理。因此，本发明并不局限于上述公开的实施例，本发明的范围由后附权利要求书来定义。
权利要求
1.一种用于码分多址系统中传送信息的方法，它包括以下步骤从第一站传送功率控制命令；在第二站接收所述功率控制命令；根据所述功率控制命令，从所述第二站以某一功率电平传送信息；从所述第一站中断传送；以及当从所述第一站中断所述传送时，以增加了某一预定值的所述功率电平从所述第二站传送信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一站是基站，而所述第二站是移动台。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述预定值是衰落裕量。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于在所述移动台确定所述衰落裕量。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于在所述基站确定所述衰落裕量。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括以下步骤从所述第一站重新开始传送所述功率电平命令；以及根据所述功率电平命令，将所述功率电平倾斜(ramp)为一个新值。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括以下步骤当从所述第一站中断所述传送时，由所述第二站测量信道。
8.一种码分多址系统中传送信息的方法，它包括以下步骤在第一链路上从第一站向第二站按帧传送信息；在第二链路上从所述第二站向所述第一站按帧传送信息；在所述第一站，在某个特定帧进入时隙模式传送格式；以及在所述第二站，在所述同一特定帧进入所述时隙模式传送格式。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于进入所述时隙模式传送格式的两个所述步骤还包括以下步骤在所述特定帧的至少一部分中增加所述传送的速率；以及在所述至少一个特定帧的另一部分期间提供空闲部分。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于进入所述时隙模式传送格式的至少一个所述步骤还包括以下步骤调整与所述传送相关的扩频因子。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于进入所述时隙模式传送格式的至少一个所述步骤还包括以下步骤收缩(puncturing)与所述传送相关的编码。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于进入所述时隙模式传送格式的至少一个所述步骤还包括以下步骤更改与所述传送相关的多个扩频码。
13.一种用于码分多址系统中传送信息的系统，它包括用于从第一站传送功率控制命令的装置；用于在第二站接收所述功率控制命令的装置；用于根据所述功率控制命令以某一功率电平从所述第二站传送信息的装置；用于从所述第一站中断传送的装置；以及用于在从所述第一站中断所述传送时以增加了某一预定值的所述功率电平从所述第二站传送信息的装置。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于所述第一站是基站，而所述第二站是移动台。
15.如权利要求13所述的系统，其特征在于所述预定值是衰减裕量。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于在所述移动台确定所述衰减裕量。
17.如权利要求15所述的系统，其特征在于在所述基站确定所述衰减裕量。
18.如权利要求13所述的系统，其特征在于还包括以下步骤用于从所述第一站重新开始传送所述功率电平命令的装置；以及用于根据所述功率电平命令把所述功率电平倾斜为一个新值的装置；
19.如权利要求13所述的系统，其特征在于还包括用于在从所述第一站中断所述传送时由所述第二站测量信道的装置。
20.一种用于码分多址系统中传送信息的系统，它包括用于在第一链路上从第一站向第二站按帧传送信息的装置；用于在第二链路上从所述第二站向所述第一站按帧传送信息的装置；在所述第一站，用于在某个特定帧进入时隙模式传送格式的装置；以及在所述第二站，用于在所述同一特定帧进入所述时隙模式传送格式的装置。
21.如权利要求20所述的系统，其特征在于用于进入所述时隙模式传送格式的两个所述步骤装置还包括用于在所述特定帧的至少一部分中增加所述传送的速率的装置；以及用于在所述至少一个特定帧的另一部分期间提供空闲部分的装置。
22.如权利要求20所述的系统，其特征在于用于进入所述时隙模式传送格式的至少一个所述装置还包括用于调整与所述传送相关的扩频因子的装置。
23.如权利要求20所述的系统，其特征在于用于进入所述时隙模式传送格式的至少一个所述装置还包括用于收缩与所述传送相关的编码的装置。
24.如权利要求20所述的系统，其特征在于用于进入所述时隙模式传送格式的至少一个所述装置还包括用于更改与所述传送相关的多个扩频码的装置。
全文摘要
通过考虑与其它链路相关的功率控制,支持在CDMA通信连接的一个链路中引入时隙模式传送。按照一个示例性实施例,在第一链路中时隙模式传送产生的空闲部分期间,通过将功率增加一个衰减裕量,在另一链路中执行功率控制。按照另一个示例性实施例,两个链路实际上同时进入时隙模式,因此,它们的空闲期重叠,并且在空闲发送时间期间不需要功率控制。
文档编号H04B7/26GK1367956SQ00808971
公开日2002年9月4日 申请日期2000年4月11日 优先权日1999年4月16日
发明者T·帕莱纽斯 申请人:艾利森电话股份有限公司