专利名称：蜂窝系统的自适应功率控制方法
技术领域：
本发明涉及蜂窝通信系统，更为确切地说，涉及一种用于在高峰 通信系统负载期间保持功率和系统容量的方法。
背景技术：
在现有蜂窝系统中，目标帧擦除率(FER)设置和功率控制参数 是静止设置的，并且与系统中实际负载的动态变化无关。FER测量通 信系统中的丢帧或链路质量。
在CDMA系统中，系统容量、RF功率、干扰和通话质量之间关 系很大。随着通话质量的增加，系统所消耗的功率也趋向于增加。这 种情况会消耗有限可用的电池功率，并且增加系统干扰，这从RF的角 度来看减小了系统容量。这是有效CDMA系统的一个特别重要的方面。
发明内容
本文中的通话质量包括语音质量，这可以通过帧擦除率来测量； 平均评价分数(MOS分数)，它是对语音质量的测量；数据通量，针 对数据业务；以及通话可靠性，它包括通话建立成功率和断线率。这 一关系对本领域的一般技术人员来说都是熟知的。因此，在通话性能
(FER/质量、通话可靠性和通信可靠性)和系统容量之间有一个基本 的权衡。随着链路性能的增加， 一般会降低FER，消耗了额外的功率， 产生了干扰，并且减少了容量。
因此，在某天的最忙时段，经常要调节蜂窝系统以满足容量需求， 从而牺牲了新增高峰容量的通话质量和可靠性。蜂窝系统可以作为整 体被调节。也就是说，同样的参数可以在整个系统中静态地使用，尽管负载、通话性能和无线电链路特性等在整个系统中可以发生显著变 化。
另外，基于小区的负载特性甚至在短时间内也可以发生根本的变 化。整个系统的负载或通话量的分布在许多情况下无论是在时段上还 是在地理上都是很不均匀的。这使得很难通过使用与系统容量、功率 控制、FER和通话质量有关的静态参数来优化系统容量和通话性能之
间的权衡。当前方法只是基于实现给定的目标FER。这种方法不是基 于可用或已用的系统容量。
因此，作为系统负载的功能，能够自适应地改变功率控制有关参 数的方法会很有优势。
图1为根据本发明的蜂窝通信系统的框图2为根据本发明的蜂窝通信系统中的自适应功率控制方法的流程图。
具体实施例方式
图1为描述蜂窝通信系统100的框图。蜂窝通信系统100包括与 基站控制器(BSC) 40相耦连的移动交换中心(MSC) 50。基站控制 器40被耦连到基站(BTS) 10、 20和30。基站10-30被耦连到移动站 60、 61和62。
每一个移动站60-62被耦连到基站10-30的至少一个。移动站60 分别经由移动链路71、 72和73被耦连到每一个基站10-30。这些移动 链路的每一个也可以被称为"呼叫支路"("call legs")或"软切换 支路"("soft handoff legs")。移动站60由于与这些基站处于"软 切换"(SHO)中(并且因此具有多个软切换支路)，因此被耦连到 基站10-30的每一个。基站不断发送相同数据用于分集增益。在通话中，基站或软切换支路可以退出，并且加入其他的基站或软切换支路。
由于不涉及到软切换，因此移动站61经由移动链路70仅被耦连 到基站10。移动站62由于经由移动链路74和75分别耦连到基站20 和30,因此其也处于软切换。
基站10-30控制着移动站60-62通过下行链路发送数据所用的功 率。同样，对于通过上行链路发送的数据，移动站60-62控制着由基站 10-30发送的信号的功率。
通过移动站60-62发送的功率至关重要，因为该功率一般由电池 来提供。发送功率在上行信道和下行信道上受控制。也就是说，基站 控制着移动站向基站发送数据的功率，而且移动站还控制着基站向移 动站发送数据的功率。
在基于CDMA的蜂窝系统100中，BTS 10-30响应来自移动站或 基站控制器40的功率控制指令，以便保持到移动站60、 61或62的目 标帧擦除率。因此，由每一个BTS 10-30所发送的功率总量决定于到每 一个移动站的链路条件，以及每一个BTS所承载的通话负载量(移动 站及与之有关的软切换支路的个数)。
每一个BTS可以具有一个或多个扇区。每一个扇区可以具有用于 通话的一个或多个RF载波(信道)。
在图2的流程图中，展开了用于自适应功率控制的方法，并且框 110测量用于每一个扇区载波的RF负载。BTS 10、 20和30连续或周
期性地执行该功能。
通过相对于扇区载波的导频功率(Ec)计算扇区载波的总发送功 率(Ior)可以测量RF负载。导频功率(它是固定的)与总发送功率(它是变化的)之比被称为Ec/Ior，并且用常被用作为CDMA系统中的RF
负载度量。还可以使用诸如沃尔什编码负载等其他度量。
另外，基站控制器40可以从每一个BTS 10、20或30经由BTS-BSC
信息传递获得扇区载波负载，并且将这些测量组合起来，以便计算出 基于地理区域的RF负载度量。
负载度量要么用于每一个扇区载波，要么根据地理区域集合，然 后将其与阈值进行比较。这在图2的框120中有描述。如果度量是基 于在多个扇区载波或BTS上执行的测量的地理区域的话，则这种比较 可以在BTS 10、 20或30上独立进行，或者由BSC (基站控制器)40 来进行。
接下来，框120确定RF负载是否超出定义的阈值Tl。如果RF 负载高出Tl阈值的话，则框120经由"是"这一路经将控制传递到框 130。在框130中，阈值Tl用于确定RF负载是否太高并因此需要减小。 作为例子，如果Ec/Ior低于0.18，则指示扇区载波负载严重，并且需 要额外的RF容量来用于额外的通话负载。在这种情况下，可以减少通 话质量以释放RF容量。这里，阈值T1只是例子，并且可以进行调节， 以实现期望的结果，即通话质量和容量之间的期望关系。
然后，确定诸如扇区载波沃尔什编码资源，BTS 10-30和BSC40 只见的链路带宽，处理器以及BTS的通话信道资源等额外的通话量处 理资源是否存在，以用于额外的通话负载框130。
由于在其他系统资源有限的条件下提供更多的RF容量不会获得 增益，因此如果存在除了 RF容量之外的不充足资源以用于额外的通话 负载，则不进行通话质量的调节。并且框130经由"否"路径将控制 传递到框110。根据资源是由BTS 10-30还是由BSC 40来进行分配， 来由BTS或BSC确定是否存在其它资源以用于更多的通话负载。如果RF负载超出定义的阈值并且额外的通话量处理资源的确存 在，正如通过BTS 10-30，或BSC40，或者经由信息传递通过这二者 所确定的，框130经由"是"路经将控制传递到框135。在框135中， 确定移动站子集是否正在消耗比例失调的大量系统资源。如果这样的 话，则框135经由"是"路径将控制传递到框137。框137使用框140 的方法减少这些移动站的通话质量。如果比例失调的大量系统容量没 有被移动站子集所消耗，则框135经由"否"路径将控制传递到框140。
然后，框140可以选择减少通话质量，作为选择，除非移动站的 用户已经支付了高质量服务的费用。通过一或多种方法来减少通话质 量，以便能够减少BTS的RF负载，从而提供额外的RF容量以用于额 外的通话负载，如下所述。
用于减少通话质量和RF负载框140的方法包括如下。
首先，除了信令消息之外，增加目标FER。信令消息发送诸如切 换方向消息等关键信息以及在BTS和移动站之间的其他系统信息。因 此，随着FER的增加， 一般地只有当增加FER时，信令消息才增加功 率的预定量的增益。通过在扇区载波内部或在地理区域内部(取决于 如何计算和使用负载度量)将信令消息(例如，功率控制参数更新消 息)发送给移动站的BSC用以告知增加目标FER设置点，从而增加了 FER。这将使从BTS至MS的链路以更高的帧擦除率来工作，从而消 耗更少的RF功率，在扇区载波内部或地理区域内部释放出额外的RF 容量，以承载额外呼叫负载。
第二，减小最大发送功率。这种调节可以针对单路软切换的通话 (单个RF链路至单个BTS)或N路通话(多个RF链路至多个BTS) 来进行，或者分别根据SHO状态(单路、2路、3路等)。随着对任 一给定通话的最大发送功率的减少，BTS上的RF负载减少，并且RF
8容量针对额外的通话负载进行了释放。这种调节可以由BTS来进行， 而与BSC无关(如果所作的决定与其他BTS上的负载无关)，或者如 果这些决定是基于"地理区域"的话，通过该决定经由消息传递被发 送到BTS，通过BSC来进行该调节。
第三，减少功率控制子信道增益。在CDMA系统中，比特在上行 链路中进行发送，以控制移动站的发送功率(在下行链路上)。这些 比特在(可以)不同于其余数据比特的增益水平上进行发送。随着用 于这些功率控制比特的增益的提高，其可靠性得到提高，但是消耗了 额外的发送功率(RF容量)。随着用于这些比特的增益的减少，其可 靠性降低，但是增加了RF容量。通过BSC将消息传递发送给BTS以 改变子信道增益并且还将该消息传递(例如功率控制参数消息)发送 给移动站以通知其该变化，来调整功率控制子信道增益。
第四，减少用于新通话或新通话支路的初始发送功率。在CDMA 系统中，用于新通话(或者潜在用于新SHO支路)的初始发送功率不 是基于来自移动站的反馈，而是一旦成功建立起链路就经由闭合环路 机制(来自移动站的反馈)对其进行调节的初始"起点"。随着初始 发送功率的增加，成功建立起链路的概率提高，但是RF容量减少(整 个发送功率增加)。随着初始发送功率的减少，成功建立起链路的概 率减小，但是RF容量增加。这些初始发送功率可以通过BTS或者通 过从BSC到BTS的消息传递进行调节。
第五，存在例如调节切换参数的其他可能性。在CDMA系统中， 将各参数发送到移动站，以将其用作用于确定它应该为哪个扇区请求 切换增/删的装置(移动站使用这些参数来判断应该增加新的SHO (软 切换)支路还是删去现有的SHO支路)。CDMA系统的BSC也可以 施加额外的切换状态限制(即使移动站请求它，根据一定条件也可以 防止发生SHO支路的增/删，例如防止移动站具有多于三个的软切换支 路等)。例如，随着RF负载的增加，可以调整切换参数，以防止较弱的软切换支路被增加到通话中。随着弱通话支路的总个数的减小(对
于移动站让其更难被增加到通话中)，可以降低RF负载(更少的弱通 话支路导致了较低的总辐射功率，因此得到了更多的RF容量)。这可 以通过调整切换增/删/软梯度设置或者通过调整其他切换状态限制来 做到。
如果RF负载小于Tl ，则框120经由NO路径将控制转移给框150。 框150确定RF负载是否低于阈值T2。在框150中使用阈值T2，以确 定RF负载是否较低，并且因此可以增加RF负载，以提高通话质量。 如果Ec/Ior大于可以是作为例子的0.25的T2，则指示扇区载波具有多 余的RF容量并且可以提高通话质量。这里的阈值只是例子，并且通过 系统操作器进行调制，以实现期望结果，即通话质量和容量之间的期 望关系。
如果RF负载等于或大于阈值T2，则框150经由NO路径将控制 转移给框110。如果RF负载低于阈值T2，则框150经由YES路径将 控制转移给框160。
用于提高框160中的通话质量的方法是类似的，但是与用于降低 通话质量的框140中所示的方法相反。用于提高框160的通话质量和 RF负载的方法包括
首先，降低目标FER。这是通过BSC在扇区载波内部或者在地理 区域内部(取决于如何计算和使用负载度量)将信令消息(例如功率 控制参数更新消息)发送给移动站用以告知其降低目标FER设置点来 予以实现的。这将使从BTS 10-30至移动站MS 60-62的链路以更低的 帧擦除率来工作，这会消耗更多的RF功率，从而在扇区载波内部或地 理区域内部消耗额外的RF容量。
第二，增加最大发送功率。这种调节可以针对单路软切换的通话说明 (单个RF链路至单个BTS)或N路通话(多个RF链路至多个BTS) 来进行，或者分别根据SHO状态(单路、2路、3路等)。随着对任 一给定通话的最大发送功率的增加，BTS上的RF负载增加，并且消耗 了额外的RF容量。如果所作的决定与其他BTS 10-30上的负载无关， 则这种调节可以由BTS来进行而与BSC无关，或者如果这些决定是基 于"地理区域"的话，则通过经由消息传递将该决定发送到BTS，由 BSC 40来进行调节。
第三，增加功率控制子信道增益。在CDMA系统中，比特在上行 链路中进行发送，以控制移动站的发送功率(在下行链路上)。这些 比特在可以不同于其它数据比特的增益水平上进行发送。随着用于这 些功率控制比特的增益的减少，其可靠性降低。随着用于这些比特的
增益的增加，其可靠性提高，但是RF容量降低。这些功率控制子信道 增益将通过用于将消息传递发送给BTS 10-30以改变子信道增益并且 还将消息传递(例如功率控制参数消息)发送给移动站以通知其该变 化的BSC 40进行调节。
第四，增加用于新通话或新通话支路的初始发送功率。在CDMA 系统中，用于新通话或者潜在用于新SHO支路的初始发送功率不是基 于来自移动站的反馈，而是一旦成功建立起链路就经由闭合环路机制 对其进行调节的初始"起点"。随着初始发送功率的增加，成功建立 起链路的概率提高，但是RF容量减少。因此通话质量提高了。这些初 始发送功率可以通过BTS 10-30或者通过从BSC 40到BTS的消息传递 进行调节。
第五，存在例如调节切换参数的其他可能性。在CDMA系统中， 将各参数发送到移动站，以将其用作用于确定它应该为哪些扇区请求 用于移动站的切换增/删的装置，移动站使用这些参数来判断应该增加 新的SHO (软切换)支路还是删去现有的SHO支路。CDMA系统的 BSC也可以施加额外的切换状态限制，即使移动站请求它，根据一定
11条件也可以防止发生SHO支路的增/删，例如防止移动站具有多于三个
的软切换支路等。例如，随着RF负载的增加，可以调节切换参数，以 促使额外的软切换支路来用于增加的链路分集。这可以通过调节切换 增/删/软梯度设置或者通过调整其他切换状态限制来做到。
从本发明中可以看出，本发明可以在系统质量和系统容量之间进 行动态和自动的取舍选择。其允许提供非高峰CDMA系统容量以用于 提高通话业务质量(例如，语音质量，数据通量，通话建立失效和断 线率)。
虽然已经对本发明的优选实施例进行了描述和详细地说明，但是 显而易见的是，本领域的技术人员可以在不超出本发明的精神或者所 附权利要求的范围下对其做出各，巾修改。
权利要求
1. 在移动通信系统中，一种自适应功率控制方法，其包括的步骤有通过移动通信系统的网络单元确定RF负载因子是否大于阈值；确定是否有网络资源可用于处理增加的通话负载；以及如果有可用的网络资源，则动态地降低通话质量以增加通话负载。
2. 在移动通信系统中，如权利要求l所述的自适应功率控制方法， 其中，进一步包括通过网络单元来测量RF负载因子的步骤。
3. 在移动通信系统中，如权利要求2所述的自适应功率控制方法，其中，所述网络单元包括以下至少之一基站；以及 基站控制器。
4. 在移动通信系统中，如权利要求3所述的自适应功率控制方法， 其中，所述动态地降低通话质量这一步骤包括调节切换参数的步骤。
5. 在移动通信系统中，如权利要求1所述的自适应功率控制方法， 其中，进一步包括通过系统操作员来设置阈值的步骤。
6. 在移动通信系统中，如权利要求1所述的自适应功率控制方法， 其中，所述移动通信系统包括码分多址(CDMA)系统。
7. 在移动通信系统中， 一种自适应功率控制方法，其包括如下步骤通过移动通信系统的网络单元确定RF负载因子是否小于或等于 第一阈值；如果RF负载因子小于或等于第一阈值，则通过该网络单元确定 1RF负载因子是否小于第二阈值；以及如果RF负载因子小于第二阈值，则动态地提高通话质量。
8. 在移动通信系统中，如权利要求7所述的自适应功率控制方法, 其中，进一步包括通过网络单元测量RF负载因子的步骤。
9. 在移动通信系统中，如权利要求7所述的自适应功率控制方法， 其中，进一步包括通过系统操作员来设置第一阈值的步骤。
10. 在移动通信系统中，如权利要求7所述的自适应功率控制方 法，其中，进一步包括通过系统操作员来设置第二阈值的步骤。
全文摘要
一种用于在移动通信系统(100)中进行自适应功率控制的方法，确定(120)RF负载因子(110)是否大于阈值。如果RF负载因子大于阈值，则该方法降低通话质量(140)。接下来确定RF负载因子是否小于第二阈值(150)。如果RF负载因子小于第二阈值，则提高移动通信系统的通话质量(160)。
文档编号H04W52/34GK101449608SQ200580028919
公开日2009年6月3日 申请日期2005年7月8日 优先权日2004年8月27日
发明者丹尼尔·R·泰洛, 乔纳森·H·格罗斯, 约翰·M·哈里斯, 肖恩·W·霍格贝格 申请人:摩托罗拉公司