专利名称：Cdma系统中移动台辅助前向链路开环功率和速率控制的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及无线电或无线通信，更具体地说，涉及一种在码分多址(CDMA)无线通信系统的前向链路中设置初始发射功率和数据速率的方法和装置。
背景技术：
在传统CDMA系统中，前向链路(基站到移动台)发射功率和数据速率控制是一种基站功能，在每次建立一个或多个业务连接时启动该功能。选择业务信道数据速率和业务信道发射功率，使得(1)基站前向链路剩余容量不会降至所期望阀值以下；以及(2)在移动台天线连接器上近似地达到期望的接收业务信道信噪比。然后使用闭环功率控制来调节业务信道发射功率并为次最佳开环估计和变化信道条件提供补偿。
传统方法以试探方式分别处理业务信道数据速率和功率控制。关于功率控制，在呼叫建立时和硬切换期间，初始前向链路业务信道发射功率被设置为一个缺省值。如果这个缺省值设置得太低，则移动台业务信道的接收信噪比将不足以保证可靠的业务信道连接，这可能导致掉话或者业务质量下降。因为这个原因，缺省值通常被设置在高于平均要求的水平，以便即使在最差或几近最差的信道条件下，也可以提供可靠连接。
这种功率控制方法具有几个缺点。通过将初始业务信道发射功率设置为高缺省水平，移动台业务信道的接收信噪比会频繁地超出所要求的水平，并且前向链路容量将被不必要地消耗。此外，高缺省值增大了总发射功率峰值与平均值之比，这将导致基站大功率放大器的低效使用。在必须几乎同时建立多个业务信道连接，并且在高速率数据用户消耗了大量的总前向链路容量的情况下，发射功率峰值与平均值之比增加。可能需要减少最大平均额定发射功率，以避免对基站大功率放大器和/或大功率放大器的非线性区中的短期运用造成破坏，这种破坏可以导致杂散发射电平的增加。然而，减少最大平均额定发射功率将降低放大器的效率。
发射数据速率是根据被连接的业务选项和基站剩余前向链路(基站到移动台)容量而选择的。这种设置数据速率的方法也是有问题的，如果为给定初始业务信道发射功率和剩余前向链路容量选择的数据速率太高，移动台可能不能获得该前向链路业务信道。如果获得了业务信道，分配给该业务信道的功率可能超过剩余前向链路容量，从而造成过载。
发明概述本发明使用前向链路负载测量和移动台信道测量，使得基站联合选择初始业务信道发射功率和数据速率。使用这种方法，移动台可以可靠地获得前向链路，前向链路容量消耗最小，基站总发射功率峰值与平均值之比减少，并且分配给业务信道的功率不超过剩余前向链路容量。
在本发明的一个实施例中，提供一种CDMA无线通信系统，该系统在业务信道的前向链路建立期间控制初始功率和数据速率设置。所述系统包括基站控制器、一个或多个基站、以及移动台，所述基站向基站控制器报告当前的前向链路负载估计，所述移动台向基站控制器报告接收导引信道的信噪比。基站控制器设置业务信道连接个数和为业务信道连接分配的数据速率。基站控制器还根据数据速率和业务信道连接个数设置目标业务信道信噪比，并且根据估计前向链路信道特性、目标业务信道接收信噪比、基站的负载、业务信道连接个数以及业务信道数据速率来计算初始业务信道功率。
本发明还提供一种在CDMA系统中用于前向链路开环功率和速率控制的方法。该方法包括以下步骤(a)移动台向基站控制器报告附近所有基站的接收导引信道信噪比 (b)基站向基站控制器报告当前的前向链路负载估计 (c)基站控制器设置业务信道连接个数N以及为业务信道连接分配的业务信道数据速率Rb；(d)基站控制器根据数据速率和业务信道连接个数计算目标业务信道信噪比 以及(e)基站控制器根据估计的前向链路信道特性、目标业务信道接收信噪比、基站的负载、业务信道连接个数、以及业务信道数据速率来计算与导引信道功率相关的初始业务信道发射功率 在这种方法的一个实现中，基站控制器计算初始业务信道功率如下所示TrafficPTxPilotPTx=TrafficEbNtRcRbΣi≈1NPilotEc,iIor,iPilotEc,iIoPilotEc,iIor,i-1n·PilotEc,iIo]]>还提供一种在CDMA系统中硬切换期间前向链路功率和速率控制的方法。该方法包括以下步骤a)移动台在目标频率上搜索导频信号，并将高于预定阀值的导频信号强度报告给基站控制器，其中所报告的导频信号形成请求目标集；b)与请求目标集中的导频信号对应的基站报告当前的总发射导引信道信噪比；
c)基站控制器设置假定准予集等于请求目标集；d)基站控制器将目标数据速率设置为所连接的业务选项正在使用的数据速率；e)基站控制器根据假定准予集和目标数据速率将必需业务信道总信噪比设置为预定值；f)基站控制器根据假定目标集、目标数据速率、总发射导引信道信噪比和必需业务信道总接收信噪比来计算必需初始业务信道功率；g)基站控制器确定当前基站剩余容量是否大于假定准予集的期望阀值；h)如果剩余容量大于期望阀值，基站控制器设置准予集等于假定准予集，并且命令移动台开始硬切换；以及i)如果剩余容量小于期望阀值，基站控制器减少假定准予集，同时方法回到步骤(f)。
在本发明的另一个实施例中，提供一种软切换期间在公共控制信道上设置数据突发传输率的方法。方法包括以下步骤(a)基站控制器接收要发送到移动台的消息；(b)基站控制器寻呼正服务移动台的基站组的基本公共信道上的移动台；(c)移动台向基站控制器报告其当前的位置和高于预定阀值的导频信号强度，其中所报告的导频信号形成请求公共控制信道切换集；(d)与请求目标集中的导频信号对应的基站向基站控制器报告当前的总发射导引信道信噪比；(e)基站控制器设置假定数据速率等于最大数据速率；(f)基站控制器根据假定数据速率和切换集大小，将必需公共控制信道总信噪比设置为预定值；(g)基站控制器根据假定数据速率、切换集大小、总发射导引信道信噪比和必需公共控制信道总接收信噪比来计算必需公共控制信道功率；(h)基站控制器确定当前基站的剩余容量是否大于切换集中所有基站的期望阀值；(i)如果剩余容量大于期望阀值，基站控制器设置准予数据速率等于假定数据速率，并且在切换集中基站的辅助公共控制信道上发送消息；以及(j)如果剩余容量小于期望阀值，基站控制器将假定数据速率设置为下一个较低的支持数据速率，同时方法回到步骤(g)。
本发明的目的和优点包括任何前述的单独或组合的目的和优点。对本领域的普通技术人员来说，其它目标和优点是显然的，或者将在以下公开中进行阐述。
本发明结合附图进行描述。在附图中，相同标号表示相同或功能相似的部分，以及图1是依照本发明的CDMA网络的方框图。
图2是依照本发明描述用于前向链路开环功率和速率控制的方法的流程图。
图3是依照本发明描述用于在硬切换期间功率和数据速率控制的方法的流程图。
图4是依照本发明的描述用于在软切换期间数据突发传输率控制的方法的流程图。
优选实施例的详细描述图1示意了基本CDMA网络100的结构。移动台(MS)102通过标准空中(Um)接口与多个基站(BS)104...106中的一个进行通信。MS102一般是包括收发信机、天线和控制电路的手持便携式单元或者车载单元。网络100中可以有许多多站在工作。各个工作的移动台表示无线电路径的用户侧终端，并且允许用户访问网络100。各个基站104...106被安放在覆盖区或者小区的中央或者边缘，并且包括安装在塔上的发射机和接收机天线。网络100一般包含数以百计或数以千计的基站。因此，虽然只图示了两个基站104...106，但是应该理解，网络100可以包括任意数量的基站。各个基站表示无线电路径的终端，在该路径的网络侧具有移动台。
基站控制器(BSC)108管理和控制多个基站。基站控制器可能与基站在同一位置，或者远离基站。基站控制器通过标准Abis接口与基站进行通信。而移动交换中心(MSC)110协调网络100中所有基站控制器的活动。
从基站到移动台的通信路径被称为前向链路或下行链路，而移动台到基站方向的通信被称为反向链路或上行链路。每个前向链路CDMA信号包括允许移动台比较基站间信号强度的导引信道；向移动台广播同步消息的同步信道；用于从基站向移动台发送控制信息的寻呼信道；以及用于声音和数据信息传输的多个业务信道。本发明针对在基站和移动台之间建立前向业务信道。
建立前向业务信道时，必须设置初始发射功率和数据速率。依照本发明，基站控制器108实现前向链路开环功率和速率控制功能。这种功能可以以任何适合方式实现，比如通过在计算机微处理器或者软件中的编码。为了建立业务信道连接，利用移动台102进行的信道测量和由多个基站104...106完成的负载测量。移动台测量包括所有检测到作为业务信道连接建立的候选基站104...106的接收导引能量与总干扰功率频谱密度比。基站负载测量包括由移动台102建议作为业务信道建立的各个候选基站104...106的发射导引信号能量与总功率频谱密度之比。
图2示意了用于前向链路开环功率和速率控制的方法120的一般形式。当基站控制器108决定应该建立新的业务信道连接时，比如在呼叫建立或硬切换期间，它请求移动台102报告附近所有基站104...106的接收导引信道信噪比(步骤122)。或者，移动台102可以自动报告这种测量。基站控制器108向基站104...106询问当前的前向链路负载估计(步骤124)。基站控制器108的许可控制功能决定业务信道连接个数和分配给业务信道连接的数据速率(步骤126)。根据软切换中的数据速率和连接个数，选择目标接收业务信道信噪比(步骤128)。基站控制器108根据估计的前向链路信道特性、目标业务信道接收信噪比、基站的负载、业务信道连接个数、以及业务信道数据速率来计算必需业务信道功率(步骤130)。所有基站104...106使用以此方法计算的业务信道功率作为初始业务信道发射功率，以建立与移动台102的业务信道连接。
更具体地说，最佳初始业务信道发射功率按以下所述进行计算。基站控制器108假定每个前向链路信道具有n个相同强度的路径。接收第i个导引码片能量与总功率频谱密度比(由移动台在步骤122报告)、以及接收第i个业务信道比特能量与有效噪声功率频谱密度比(由基站控制器在步骤126中设置)分别为PilotEc,iIo=PilotEc,iIor,iI^ocI^or,i+Σj=1,j≠iNI^or,jI^or,i+1,]]>其中i＝1...N(公式1)；以及TrafficEb,iNt=TrafficEb,iIor,iI^ocI^or,i+Σj=1,j≠iNI^or,jI^or,i+n-1n,]]>其中i＝1...N(公式2)也就是TrafficEb,iNt=TrafficPTxPilotPTx.RcRb.PilotEc,iIor,iPilotEc,iIor,iPilotEc,iIo-1n=TrafficPTxPilotPTx.RcRb.PilotEc,iIor,i.PilotEc,iIoPilotEc,iIor,i-1n.PilotEc,iIo]]>(公式3)总接收业务信道比特能量与有效噪声功率频谱密度比则为TrafficEbNt=TrafficPTxPilotPTx.RcRbΣi=1NPilotEc,iIor,i.PilotEc,iIoPilotEc,iIor,i-1n.PilotEc,iIo]]>(公式4)基站控制器108能够求出与导引发射功率有关的最佳开环估计，也就是业务信道发射功率的初始值(步骤130)TrafficPTxPilotPTx=TrafficEbNtRcRbΣi=1NPilotEc,iIor,i.PilotEc,iIoPilotEc,iIor,i-1n.PilotEc,iIo]]>(公式5)由各个基站104...106向基站控制器108报告发射导引能量与总功率频谱密度比 由移动台102测量目标基站接收导引能量与总干扰功率频谱密度比 并且借助于信令将之报告给基站。基站利用上述公式，用期望目标 和期望业务信道数据速率计算与导引信道发射功率 相关的初始业务信道功率。
如果必需业务信道功率是这样的使剩余前向链路容量减少到期望最小水平以下，基站可决定降低所选的业务信道数据速率，并且重新计算必需业务信道发射功率。举一个例子，上述公式在N＝n＝1的情况下，简化为TrafficPTxPilotPTx=TrafficEbNt(PilotEcIor-PilotEcIo)RcRb.PilotEcIor.PilotEcIo]]>(公式6)本发明适用于软切换或非软切换中的信道指配、以及TIA/EIA-95B依从系统中异频硬切换的情况下的呼叫建立。在这样的系统中，通过始呼消息、寻呼响应消息和候选频率报告消息的ACTIVE_PILOT_STRENGTH(有效_导频_强度)和PILOT_TRENGTH(导频_强度)字段向基站报告由移动台102报告的 测量。本发明也适用于IS-2000系统，在软切换或者非软切换中工作时，用于选择前向链路公共控制信道的初始发射功率和数据速率。
图3示意了实现上述过程的方法140，用于在硬切换情况下设置初始发射功率和数据速率。当两个基站不同步或者使用不同频带时，可能需要硬切换。在步骤142中，移动台周期性地在目标频率上搜索导频信号，并且向基站控制器108报告高于预定阀值的导频信号强度。这些报告的导频信号形成了基站的请求目标集。在判定节点144，基站控制器108确定是否需要切换。如果不需要切换，方法返回到步骤142。如果需要切换，基站控制器108向对应于请求集中导频信号的各个基站104...106询问当前的发射导引信道能量与总功率频谱密度比 (步骤146)。
接下来，基站控制器108设置假定准予集(业务信道连接个数)等于请求目标集(步骤148)，并且设置目标数据速率等于所连接的业务选项正在使用的数据速率(步骤150)。在步骤152中，基站控制器108将必需目标业务信道总接收信噪比 设置为与所连接的语音业务选项的数据速率和假定目标集的大小(业务信道连接个数)对应的预定值。基站控制器108已知的源有效集的当前总接收 也可能被用于估计目标有效集的必需 在步骤154中，根据上述公式，基站控制器108用假定目标集、目标数据速率、总导引信道发射能量与总功率频谱密度比 以及必需业务信道总接收信噪比 来计算必需初始业务信道功率(使用公式5计算初始功率)。接下来，基站控制器108确定当前基站剩余容量是否大于假定目标集中所有基站的期望阀值(判定节点156)，该剩余容量已调整为考虑要建立的各个具有以上算得的功率分配的附加链接。如果剩余容量大于假定目标集的期望阀值，基站控制器设置准予集等于假定准予集(步骤158)，并且命令移动台102开始硬切换到准予目标集(步骤160)。如果剩余容量小于假定目标集的期望阀值，基站控制器108削减假定准予集(业务信道链接个数)(步骤162)，并且在步骤154中重复计算。
图4示意了实现上述过程的方法170，用于在软切换情况下设置公共控制信道上的数据突发传输率。在步骤172中，基站控制器接收要传递给移动台的消息。在步骤174中，基站控制器寻呼估计可能正在为移动台服务的基站组的基本公共信道上的移动台，在步骤176中，移动台回应基站控制器，告知基站控制器其当前位置和检测到的高于预定阀值的导频信号强度。所报告的这些导频信号形成请求公共控制信道切换集(步骤178)。接下来，基站控制器108向每个与请求切换集中的导频信号对应的基站104...106询问当前导引信道发射能量与总功率频谱密度比 (步骤180)。
在步骤182中，基站控制器108设置假定数据速率等于最大数据速率，并且在步骤184中，将必需公共控制信道总接收信噪比 设置为与假定数据速率和切换集大小对应的预定值。然后，根据上述公式，基站控制器用假定数据速率、切换集、导引信道发射能量与总功率频谱密度比 以及必需公共控制信道总接收信噪比 来计算必需公共控制信道功率(步骤186)。
接下来，基站控制器108确定当前基站剩余容量是否高于在切换集中所有基站的期望阀值(判定节点188)，该剩余容量已被调整为考虑分别具有以上算得的功率分配的附加链接。如果剩余容量大于假定切换集的这个期望阀值，则基站控制器将准予数据速率设置为等于假定数据速率(步骤190)，并且在切换集中基站的辅助公共控制信道上发送消息(步骤192)。如果剩余容量小于切换集中一个或多个基站的期望阀值，则基站控制器108将假定数据速率设置为下一个较低的支持数据速率(步骤162)，然后在步骤186中重复计算。
虽然以上描述了本发明的各种实施例，但是应该理解，这些实例只是作为例示而介绍的，并非限制。本发明的宽度和范围并非限制于所述任何实施例，而是根据以下的权利要求及其等效物进行定义。
权利要求
1.一种CDMA无线通信系统，所述系统在业务信道的前向链路建立期间控制初始功率和数据速率设置，所述系统包括基站控制器；一个或多个基站，所述基站向所述基站控制器报告当前前向链路负载估计；以及移动台，所述移动台向所述基站控制器报告接收导引信道信噪比；其中所述基站控制器设置业务信道连接个数和为所述业务信道连接分配的所述数据速率，根据所述数据速率和所述业务信道连接个数计算目标业务信道信噪比，并且根据估计前向链路信道特性、所述目标业务信道接收信噪比、所述基站的负载、所述业务信道连接个数、以及所述业务信道数据速率计算所述初始业务信道功率。
2.在具有基站控制器、一个或多个基站、以及移动台的CDMA无线通信系统中，一种用于前向链路开环功率和速率控制的方法，所述方法包括以下步骤(a)所述移动台向所述基站控制器报告附近所有基站的接收导引信道信噪比；(b)所述基站向所述基站控制器报告当前前向链路负载估计；(c)所述基站控制器设置业务信道连接个数和为所述业务信道连接分配的业务信道数据速率；(d)所述基站控制器根据所述数据速率和所述业务信道连接个数计算目标业务信道信噪比；以及(e)所述基站控制器根据估计前向链路信道特性、所述目标业务信道接收信噪比、所述基站的负载、所述业务信道连接个数、以及所述业务信道数据速率计算所述初始业务信道功率。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述基站控制器首先请求所述移动台报告所述接收导引信道信噪比。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述移动台自动向所述基站控制器报告所述接收导引信道信噪比。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述基站控制器向所述基站询问所述当前前向链路负载估计。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(e)中，所述基站控制器计算的所述初始业务信道功率如下TrafficPTxPilotPTx=TrafficEbNtRcRb.Σi=1NPilotEc,iIor,i.PilotEc,iIoPilotEc,iIor,i-1n.PilotEc,iIo]]>
7.在具有基站控制器、一个或多个基站、以及移动台的CDMA无线通信系统中，一种在硬切换期间用于前向链路功率和速率控制的方法，所述方法包括以下步骤(a)所述移动台在目标频率上搜索导频信号，并且向所述基站控制器报告高于预定阀值的所述导频信号的强度，其中所述报告的导频信号形成请求目标集；(b)与所述请求目标集中的所述导频信号对应的所述基站报告所述当前总发射导引信道信噪比；(c)所述基站控制器设置假定准予集等于所述请求目标集；(d)所述基站控制器将目标数据速率设置为所连接的业务选项正在使用的数据速率；(e)所述基站控制器根据所述假定准予集和所述目标数据速率，将所述必需业务信道总信噪比设置为预定值；(f)所述基站控制器根据所述假定目标集、所述目标数据速率、所述总发射导引信道信噪比和所述必需业务信道总接收信噪比来计算所述必需初始业务信道功率；(g)所述基站控制器确定当前基站剩余容量是否大于所述假定准予集的期望阀值；(h)如果所述剩余容量大于所述期望阀值，则所述基站控制器设置准予集等于所述假定准予集，并且命令所述移动台开始硬切换；以及(i)如果所述剩余容量小于所述期望阀值，则所述基站控制器减少所述假定准予集，同时所述方法返回到步骤(f)。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述基站控制器向各个基站询问所述当前总发射导引信道信噪比。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤(f)中，所述初始业务信道功率的计算如下TrafficPTxPilotPTx=TrafficEbNtRcRb.Σi=1NPilotEc,iIor,i.PilotEc,iIoPilotEc,iIor,i-1n.PilotEc,iIo]]>
10.在具有基站控制器、一个或多个基站、以及移动台的CDMA无线通信系统中，一种在软切换期间用于在公共控制信道上设置数据突发传输率的方法，所述方法包括以下步骤(a)所述基站控制器接收要传递给所述移动台的消息；(b)所述基站控制器寻呼正服务所述移动台的基站组的所述基本公共信道上的所述移动台；(c)所述移动台向所述基站控制器报告其当前位置和高于预定阀值的导频信号强度，其中所述报告的导频信号形成请求公共控制信道切换集；(d)与所述请求目标集中所述导频信号对应的所述基站向所述基站控制器报告所述当前总发射导引信道信噪比；(e)所述基站控制器设置假定数据速率等于最大数据速率；(f)所述基站控制器根据所述假定数据速率和切换集大小，将所述必需公共控制信道总信噪比设置为预定值；(g)所述基站控制器根据所述假定数据速率、所述切换集、所述总发射导引信道信噪比和所述必需公共控制信道总接收信噪比来计算所述必需公共控制信道功率；(h)所述基站控制器确定当前基站剩余容量是否大于所述切换集中所有基站的期望阀值；(i)如果所述剩余容量大于所述期望阀值，所述基站控制器设置准予数据速率等于所述假定数据速率，并且在所述切换集中所述基站的辅助公共控制信道上发送消息；以及(j)如果所述剩余容量小于所述期望阀值，所述基站控制器将所述假定数据速率设置为下一个较低的支持数据速率，并且所述方法返回到步骤(g)。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在步骤(d)中，所述基站控制器向各个基站询问所述当前总发射导引信道信噪比。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在步骤(g)中，所述初始业务信道功率的计算如下TrafficPTxPilotPTx=TrafficEbNtRcRb.Σi=1NPilotEc,iIor,i.PilotEc,iIoPilotEc,iIor,i-1n.PilotEc,iIo]]>
全文摘要
在CDMA系统中，为基站控制器提供前向链路负载测量和移动台信道测量，使得控制器联合选择初始业务信道发射功率和数据速率。移动台向基站控制器报告附近所有基站的接收导引信道信噪比。基站向基站控制器报告当前前向链路负载估计。基站控制器设置业务信道连接个数和为业务信道连接分配的业务信道数据速率，并且根据数据速率和业务信道连接个数来设置目标业务信道信噪比。控制器根据估计前向链路信道特性、目标业务信道接收信噪比、基站的负载、业务信道连接个数、以及业务信道数据速率来计算初始业务信道功率。
文档编号H04B7/26GK1416623SQ01806226
公开日2003年5月7日 申请日期2001年1月5日 优先权日2000年1月12日
发明者V·范希 申请人:艾利森电话股份有限公司