专利名称：控制在无线电信系统的用户终端中的发射功率的装置和方法
技术领域：
本发明涉及电信系统，特别涉及控制在无线电信系统的用户终端中的发射功率的装置和方法。
背景技术：
无线电信系统要求发射机和接收机以发送并接收关于在网络结构中的射频信号的信息。这些发射机和接收机受到在网络结构内或外的其它发射机和接收机的干扰。在不同发射功率电平下操作的每个发射机可能引起这种干扰。在只是在每个发射机处对于发射机的发射功率进行控制，而不是在集中位置进行控制。此外，已证明，相对于在系统中其它发射机的发射功率，在无线电信系统中发射机的发射功率很难控制。因此，理想的是，能够改进对于在无线电信系统中每个发射机的发射功率的控制。
发明概述根据本发明，提供控制在无线电信系统的用户终端中发射功率的方法，它基本上消除或减小与传统无线系统相关的缺点和问题。
根据本发明的一个方面，提供从无线电信系统中中央终端控制用户终端中的发射机功率的方法，所述方法包括下列步骤建立从中央终端的发射机到用户终端的接收机的下行线路通信路径；从中央终端的发射机发射功率控制信号；在用户终端的接收机处接收功率控制信号；为了在用户终端的发射机和在中央终端的接收机之间建立上行线路通信路径，响应于功率控制信号的值，调节在用户终端发射机的发射功率。
根据本发明的另一个方面，提供控制在无线电信系统中发射功率用的装置，装置包括
在中央终端处的发射机，它发射下行线路信号，下行线路信号包括功率控制信号；在用户终端处的接收机，它接收下行线路信号，用户终端的接收机可施行以从下行线路信号提取功率控制信号；在用户终端处的发射机，它发射上行线路信号，用户终端的发射机可施行以接收功率控制信号，功率控制信号可调节发射机的发射功率。
根据本发明的又一个方面，提供无线电信系统用的用户终端，所述用户终端包括接收包括功率控制信号的下行路线信号的接收机，用户终端的接收机可以从下行线路信号中提取功率控制信号；在用户终端处发射上行线路信号用的发射机，用户终端的所述发射机可以接收功率控制信号，所述功率控制信号可调节发射机的发射功率。
根据本发明的实施例，一种控制在无线电信系统的用户终端中的发射功率的方法包括建立从中央终端的发射机到用户终端的接收机的下行线路通信路径。从中央终端的发射机发射下行线路信号，并在用户终端的接收机处接收该信号。为了建立在用户终端的发射机和在中央终端的接收机之间的上行线路通信路径，下行线路信号包括调节在用户终端的发射机的发射功率用的功率控制信号。
本发明还提供优于现有的无线电信系统的各种技术优点。例如，一个技术优点是，外部控制在用户终端中发射机的发射功率。另一个技术优点是，通过从中央终端到用户终端的下行线路信号中的附加信道控制发射功率。又一个技术优点在于增加和减小对于在用户终端中发射机的发射功率的增量调节。再一个技术优点在于，调节发射功率以与由中央终端服务的其它用户终端的发射功率相匹配。对于熟悉该技术的人员而言，通过以下附图、说明和权利要求书，其它技术优点是显而易见的。
下面将参照附图，通过仅作为举例来描述本发明的一个实施例，在附图中，对于相同的特征采用相同的标记，其中图1是无线电信系统之一例的示意简图，在该系统中包括了本发明的一个例子；
图2是图1的电信系统的用户终端之一例的示意图；图3是图1的电信系统的中央终端之一例的示意图；图3A是图1的电信系统的中央终端的调制解调器机架的示意图；图4是图1的电信系统的频率方案之一例的图；图5A和5B是描述图1的电信系统的小区可能结构的示意图；图6是描述图1的电信系统的码分多路复用系统的一些方面的示意图；图7是描述图1的电信系统的信号发射处理级的示意图；图8是描述图1的电信系统的信号接收处理级的示意图；图9是描述无线通信系统的下行线路和上行线路通信路径的示意图；图10是描述由中央终端发射的下行线路信号的构造的示意图；图11是描述对用户终端的从属码序列作相位调节的曲线图；图12是由用户终端的接收机作的信号质量估计的曲线图；图13是描述下行线路信号内的帧信息信号的内容的示意图；图14是描述对下行线路信号的数据流作的附加插入的列表图；图15是下行线路信号的附加信道中的功率控制信号的列表图；图16是下行线路信号的附加信道的码同步信号的列表图；图17是无线电信系统的每种操作模式的发射功率和发射速率的曲线图；图18是描述用户终端的接收机和发射机的操作的示意图。
本发明的详细描述图1是无线电信系统的实施例的示意图。无线电信系统包括一个或多个服务区域12、14和16，其中由各个中央终端(CT)10(它在有关的区域内与用户终端(ST)20之间建立无线电链路)对每个区域进行服务。由中央终端10覆盖的区域可以改变。例如，在用户密度较低的农村区域中，服务区域12可以覆盖半径达15-20Km的区域。在具有高密度用户终端20的城市环境中的服务区域14可能只覆盖半径达100m数量级的区域。在具有中等密度用户终端的市郊区域中，服务区域16可以覆盖半径达1Km数量级的区域。应理解为，可以选择由特殊中央终端10覆盖的区域来符合所期望的本地要求或实际用户密度、本地地形条件等，而且不局限于图1所示的实施例。此外，由于天线设计考虑、地形因素、建筑等(它们将影响被发射信号的分布)，使覆盖区域不必而且一般不是圆形。
通过链路13、15和17(例如，它们与公用电话交换网(PSTN)18接合)的方法，可将各个服务区域12、14和16的中央终端互相连接。链路可以包括传统电信技术，它运用铜线、光缆、卫星、微波等。
图1的无线电信系统是以提供在服务区域(例如，12、14、16)内的固定位置上的用户终端20和用于那个服务区域的中央终端10之间的固定微波链路为基础的。在较佳实施例中，每个用户终端20设有通向其中央终端10的永久固定访问链路。然而，在另一个实施例中，可以提供基于请求的访问，从而可以服务的用户数超出当今有效电信链路的数量。
图2示出用于图1电信系统的用户终端20的结构的实施例。图2包括用户房屋22的示意表示。把用户无线电单元(CRU)24安装在用户房屋上。用户无线电单元24包括平板天线等23。把用户无线电单元安装在用户房屋上或在竖杆上的位置，而且以这种方向，从而在用户无线电单元24内的平板天线23面对其中设有用户无线电单元24的服务区域中央终端10的方向26。
通过用户引入线28，把用户无线电单元24与在用户房屋内的电源单元(PSU)相连。将电源单元30与用于向用户无线电单元24和网络终端单元(NTU)32提供电源的本地电源相连。通过电源单元30，将用户无线电单元24与网络终端单元32相连，而它又与在用户房屋内的电信设备(例如，一个或多个电话机34、传真机36和计算机38)相连。所示电信设备位于单个用户房屋内。然而，情况不一定是这样，由于用户终端20最好支持单根或双根线，从而单个用户终端20可以支持两根用户线。还可以安排用户终端20支持模拟和数字电信，例如，16、32或64Kbits/sec的模拟通信或根据ISDN BRA标准的数字通信。
图3是图1电信系统的中央终端的实施例的示意图。公共设备机架40包括多个设备架42、44、46，它们是RF合成器和功率放大器架(RFC)42、电源架(PS)44和多个(在该实施例中有四个)调制解调器架(MS)46。RF合成器架42使四个调制解调器架46并行操作。它合成并放大四个发射信号的功率(每个信号来自四个调制解调器架中的各个调制解调器架)，而且放大并分流接收到的信号四个通路，从而分开的信号可以通过各个调制解调器架。电源架44与本地电源相连并为公共设备机架40中的各个部件提供保险丝。双向连接在RF合成器架42和主中央终端天线52(一般是安装在中央终端杆50上的全向天线)之间扩展。
通过点到点微波链路，把该实施例的中央终端10连到形成公用电话交换网18界面(如图1所示)的位置。如上所述，可运用其它类型的连接(例如，铜线或光缆)将中央终端10与公用电话交换网18链接起来。在这个实施例中，通过线47，将调制解调器架与微波终端(MT)48相连。微波链路49从微波终端48延伸到安装在杆50上的点到点微波天线54，以与公用电话交换网18主机连接。
个人电脑、工作站等可作为网点控制器(SC)56用以支持中央终端10。可将网点控制器56与中央终端10的每个调制解调器架相连(例如，通过RS232连接55)。然后，网点控制器56可以提供支持功能(诸如，故障、报警和状态的定位，以及中央终端10的形成)。虽然可用多个网点控制器56形成网络以支持多个中央终端10，但是网点控制器56一般支持单个中央终端10。
作为延伸到网点控制器56的RS232连接55的另一种形式，可用从延长器228向部件管理器(EM)58的交换节点60提供的数据连接(诸如，X.25链路57(在图3中用短划线表示))来代替。部件管理器58可以支持多个分布式中央终端10，由各个连接把所示分布式中央终端10与交换节点60相连。部件管理器58能够把可能的大量中央终端10(例如，大到1000个或1000个以上)并入管理网络。部件管理器58建立在强大工作站62的周围，而且可以包括多个计算机终端64以供网络工程师和控制人员使用。
图3A示出调制解调器架46的各个部分。发射/接收RF单元(RFU-例如在调制解调器架中插件上实现)66生成在中间功率电平的已调发射RF信号，而且恢复并放大用户终端用的基带RF信号。RF单元66与模拟插件(AN)68相连，所述模拟插件对于来自调制解调器架插件(MC)70的15个发射信号进行A-D/D-A转换、基带滤波和矢量求和。模拟单元68与多个(一般是1-8个)调制解调器插件70相连。调制解调器插件对于发射到或接受来自用户终端20的信号进行基带信号处理。这包括对于发射信号进行1/2速率卷积编码和用CDMA码×16扩展，以及对于接收信号进行同步恢复、去扩展和误差校正。在本实施例中的每个调制解调器插件70具有两个调制解调器，每个调制解调器插件支持通向用户终端20的一个用户链路(或两个链路)。然后，每个插件有两个调制解调器，而每个调制解调器架有8个调制解调器，每个调制解调器架可以支持16个可能的用户链路。然而，为了含有冗余，从而当发生故障时在用户的链路中可以替代调制解调器架，一个调制解调器架46最好支持15个用户链路。于是，将第16个调制解调器插件作为备用部件，当其它15个调制解调器架中的一个发生故障时可将它接入电路。调制解调器插件70与分支单元(TU)74相连，所述分支单元把连线端接在公用电话交换网18的主机上(例如，通过线47中的一根线)，并处理至多通到15个用户终端(通过16个调制解调器中15个各自的调制解调器)的电话信息的信令。
在中央终端10和用户终端20之间的无线电信可以在各个频率下进行操作。图4示出可用的频率的一个例子。在本实施例中，无线电信系统趋向于在1.5-2.5GHz带宽内操作。特别是，本实施例趋向于在由ITU-R(CCIR)标准F.701(2025-2110MHz，2200-2290MHz)规定的带宽内操作。图4示出用于从用户终端20到中央终端10的上行线路和用于从中央终端10到用户终端20的下行线路的频率。应注意，12个上行线路和12个下行线路无线电信道(每个信道的频率为3.5MHz)是以2155MHz为中心的。在接收信道和发射信道之间的间隔超过所需的最小间隔70MHz。
在本实施例中，如上所述，每个调制解调器架支持一个频率信道(即，一个上行线路频率加上相应的下行线路频率)。如后面所要描述的，在一个频率信道上最多可以支持15个用户链路，这样，在本实施例中，每个中央终端10可以支持60个链路，或120根线。
一般而言，无线电话务从特定的中央终端10延伸到由附近中央终端10覆盖的区域里。为了避免(或者至少减小)由邻接区域引起的干扰问题，任何给出的中央终端10只运用限定数量的可用频率。
图5A示出频率的一种蜂窝状布局，以减缓在邻近中央终端10之间的干扰问题。在如图5A所示的布局中，小区76的阴影线表示小区的频率设置(FS)。通过选择三个频率设置(例如，其中FS1＝F1、F4、F7、F10；FS2＝F2、F5、F8、F11；FS3＝F3、F6、F9、F12)，并作下列安排，即，邻接小区不用相同的频率设置(例如，参见如图5A所示的布局)，可以提供固定指定的全向小区的阵列，它可以避免邻近小区之间的干扰。设定每个中央终端10的发射机功率，从而发射不超过运用相同频率的最近小区。然后，中央终端10可以运用在它的小区内的四个频率对(分别用于上行线路和下行线路)，在中央终端10的每个调制解调器架与各个RF信道(信道频率对)相连。
由于每个调制解调器架支持一个信道频率(而每个信道频率连有15根用户链路)和四个调制解调器架，所以每个中央终端10支持60根用户链路(即，120根线)。因而图5A的10个小区布局支持多达600个ISDN链路或1200根模拟线。图5B示出蜂窝状布局，它采用分区小区以减缓邻近中央终端10之间的问题。与图5A相比，图5B中不同类型的阴影线表示不同的频率设置。如图5A所示，图5B表示三个频率设置(例如，其中FS1＝F1、F4、F7、 F10；FS2＝F2、F5、F8、F11；FS3＝F3、F6、F9、F12)。然而，在图5B中，通过运用分区中央终端(SCT)13(它包括三个中央终端10，每个扇区S1、S2和S3有一个中央终端，而三个中央终端10中每个的发射都直接指向在S1、S2和S3中适当扇区)给小区分扇区。这使得每个小区的用户数量增加三倍，同时仍然提供永久性固定访问每个用户终端20。
运用七个小区重复模式，从而对于在给定频率下操作的小区，在相同频率下操作所有六个邻近小区都可用唯一的PN码。这防止邻近小区偶尔对数据进行译码。
如上所述，每个信道频率可以支持15个用户链路。在本实施例中，通过复接运用码分多址(CDMA)技术的信号可以获得上述效果。图6示出CDMA编码译码的示意图。
为了对CDMA信号、基带信号进行编码，例如，在80-80N处把每根用户链路上的用户信号编码成160k码元/秒基带信号，其中每个码元代表2个数据位(参见，在81处所示的信号)。然后，由运用各个Walsh伪随机噪声(PN)码扩展功能82-82N以因数16扩展该信号，以生成具有在3.5MHz频率下2.56M码元/秒的有效子码率的信号。然后，合成各个用户链路上的信号并将它转换成射频(RF)以产生用以从发射天线86发射的多个用户信道信号(例如，85)。
在发射期间，发射信号经过干扰源88，它包括外部干扰89和来自其它信道的干扰90。相应地，到接收天线91接收到CDMA信号的时候，多个用户信道信号失真，如在93处所示。
为了对来自接收到的多个用户信道的用于给定用户链路的信号进行译码，Walsh相关器94-94N运用相同的伪随机噪声(PN)码(将它用于对每个用户链路信号进行编码)以提取用于各个接收到的基带信号96-96N的信号(例如，在95处所示)。应注意，接收到的信号包括一些剩余噪声。然而，运用低通滤波器和信号处理可以滤掉不想要的噪声。
CDMA的关键在于正交码的应用，它使得在同一时间相同频率下发射并接收多个用户信号。一旦运用Walsh码正交隔离比特流，各个用户链路上的信号就不会互相干扰了。
Walsh码是具有“正交化”功能的一组数学序列。换句话说，如果由其它任何Walsh码乘以任何Walsh码，那么结果将是零。
图7是说明在如图1的通信系统的用户终端中构造的信号发射处理级的示意图。还在中央终端作出构造以进行等价的信号发射处理。在图7中，使来自一对电话机之一的的模拟信号经双线接口102送至混合声音处理电路104，然后再经编码译码器106产生一数字信号，在108处把包含控制信息的附加信道插入该数字信号。在通过扩展器116之前，由卷积编码器110来处理得到的信号，分别由RW码发生器112和PN码发生器114把Rademacher-Walsh码和PN码加至扩展器116。使获得的信号通过数-模转换器118。数-模转换器118使数字样本成形为模拟波形，并且提供基带功率控制级。然后使信号在通过低通滤波器120后在调制器122中被调制。把来自调制器122的经调制的信号与由压控振荡器126产生的信号混频，该压控振荡器126对合成器160作出反应。然后使混频器128的输出在通过带通滤波器132之前在低噪声放大器130中放大。使带通滤波器132的输出在通到功率控制电路之前在另一个低噪声放大器134中进一步放大。使功率控制电路的输出在通过另一个带通滤波器140之前在又一个低噪声放大器138中进一步放大，然后从发射天线142发射。
图8是说明在如图1的通信系统的用户终端中构造的信号接收处理级的示意图。还在中央终端作出构造以进行等价的信号接收处理。在图8中，使在接收天线150处接收到的信号在低噪声放大器154中被放大之前通过带通滤波器152。然后使放大器154的输出在被另一个低噪声放大器158放大之前通过又一个带通滤波器可156。然后使放大器158的输出通到混频器164，在那里把该输出与由压控振荡器162产生的信号混频，该压控振荡器162对合成器160作出反应。然后使混频器的输出在通到模-数转换器170之前通过解调器166和低通滤波器168。然后使A/D变换器170的数字输出通到相关器178，分别由RW码发生器172(对应于RW码发生器112)和PN码发生器174(对应于PN码发生器114)把与发射时使用的相同的Rademacher-Walsh码和PN码施加至该相关器187。把相关器的输出施加至Viterbi译码器180。然后把Viterbi译码器180的输出送到附加提取器182，用于提取附加信道信息。然后使附加提取器182的输出通过编码译码器184和混合电路188至双线接口190，得到的模拟信号在该接口处通到经选出的电话机192。
在用户终端20处，在IF级处包括自动增益控制级。从CDMA接收机的数字部分用信号品质估计器(下面将描述)的输出得出控制信号。
图9是中央终端10和用户终端20之间的下行线路和上行线路通信路径的方框图。建立一条从中央终端10的发射机200至用户终端20的接收机202的下行线路通信路径。建立一条从用户终端20的发射机204至中央终端10的接收机206的上行线路通信路径。一旦在无线电信系统1中建立了下行线路和上行线路通信路径，就可以在用户终端20的第一用户208或第二用户210与由中央终端10经下行线路信号212和上行线路信号214服务的一个用户之间进行电话通信。下行线路信号212由中央终端10的发射机200发射而由用户终端20的接收机202接收。上行线路信号214由用户终端20的发射机204发射而由中央终端10的接收机206接收。把下行线路信号212和上行线路信号214作为CDMA扩展频谱信号发射。
中央终端10中的接收机206和发射机200相对于时间和相位互相同步，并且按照信息边界对准。为建立下行线路通信路径，应该使用户终端20的接收机202与中央终端10的发射机200同步。通过在下行线路信号212上完成采集模式功能和跟踪模式功能而发生同步。起初，中央终端10的发射机200发射下行线路信号212。图10示出下行线路信号212的内容。下行线路信号212包括与帧信息信号218组合的对于中央终端10的编码序列信号216。编码序列信号216由伪随机噪声码信号220和Rademacher-Walsh码信号222组合而成。虽然图10具体涉及下行线路信号的组成，但上行线路信号具有相同的组成。
由单个中央终端10服务的每个用户终端20的每个接收机202操作作为中央终端10的相同的但偏离的伪随机噪声码。中央终端10中的每一调制解调器架46支持一条射频信道和十五个用户终端20，每个用户终端具有第一用户208和第二用户210。每个调制解调器架46选择十六个Rademacher-Walsh码信号222之一，每个Rademacher-Walsh码信号222对应于一个唯一的用户终端20。于是，一个特定的用户终端20将具有一个作为由中央终端10发射并向特定的用户终端20传播的下行线路信号212的相同的编码序列信号218。
在用户终端20的接收机202处接收下行线路信号212。接收机202将其相位和编码序列与在下行线路信号212的编码序列信号216中的相位和编码序列作比较。认为中央终端具有主码序列，而认为用户终端具有从属码序列。接收机逐步调节其从属码序列的相位以识别与主码序列的匹配，并且使用户终端20的接收机202与中央终端10的发射机200同相。由于中央终端10和用户终端20之间的路径延迟，接收机202的从属码序列与发射机200的主码序列和中央终端10并不起始同步。此路径延迟由用户终端20和中央终端10之间的地理间隔和其他影响无线电传输的环境和技术因素造成。
图11描述用户终端20的接收机202如何调节器从属码序列以与中央终端10的发射机200的主码序列相匹配。接收机202在下行线路信号212的主码序列的整个长度内递增从属码序列的相位，并且通过对从属码序列相位的每个增量变化进行从属码序列和主码序列的组合功率的测量来确定信号品质估计值。根据2.56兆赫的子码周期，主码序列的长度约为100微秒。在捕获阶段期间，对于每个递增间隔，用半个子码周期来调节从属码序列的相位。当接收机202识别出一个相关峰值(在该处组合功率达到一个最大值)时，接收机202完成了第一捕获传递。接收机202在整个码序列长度内进行第二捕获传递以证实在相关峰值处对组合功率最大值的识别。当在捕获模式中识别相关峰值位置时确定用户终端20和中央终端10之间的近似路径延迟。
一旦在接收机202处完成下行线路信号的捕获，就进行从码序列相位的微调，以在跟踪模式中保持从属码序列与主码序列的相位匹配。微调是通过对从属码序列的相位作十六分之一个子码周期的增量变化而进行的。响应于接收机202所作的组合功率测量，微调可以沿前向(正)或反向(负)进行。接收机202连续地监视主码序列，以保证对于下行线路通信路径用户终端20与中央终端10同步。
图12在捕获模式和跟踪模式期间由接收机202测得的组合功率曲线图。在组合功率曲线的相关峰值219处出现组合功率的最大值。应该指出，峰值219并不像图12那样轮廓分明，而其顶部可能变得平坦，更像一个平预。这是接收机202的从属码序列与发射机200的主码序列同相且匹配之点。导致组合功率值(它在偏离关峰值219处出现)的测量要求对从属码序列作增量调节。在早相关器点221和迟相关器点223之间建立一个微调窗。在早相关器点221和迟相关器点223处作平均功率测量。由于早相关器点221和迟相关器点223相隔一个子码周期，根据计算早相关器点221和迟相关器点223的平均功率之差而产生一个误差信号，用该误差信号来控制对从属码相位的微调。
为建立下行线路通信路径，在对下行线路信号212中的编码序列信号216的中央终端10主码序列捕获和起始跟踪后，接收机202进入帧定位模式。接收机202分析下行线路信号212的帧信息信号218内的帧信息，以对于下行线路信号212识别帧位置的起点。
由于接收机202不知道它在下行线路信号212的数据流中的那一点处接收到信息，因此为了能处理从中央终端10的发射机200接收到的信息，接收机202必须寻找帧位置的起点。一旦接收机202识别出又一个帧位置的起点，就建立了从中央终端10的发射机200至用户终端20的接收机202的下行线路通信路径。
图13示出帧信息信号218的一般内容。对于经下行线路信号212传递的每个信息帧，帧信息信号218包括附加信道224、第一用户信道226、第二用户信道228、和信令信道230。附加信道224携带用于建立和维持下行线路和上行线路通信路径的控制信号。第一用户信道226用于传递话务信息至第一用户208。第二用户信道228用于传递话务信息至第二用户210。信令信道230提供信令信息以监督用户终端20通话功能的运作。在一个信息帧中，附加信道224占有16千比特每秒，第一用户信道226占有64千比特每秒，第二用户信道228占有64千比特每秒，而信令信道230占有16千比特每秒。
图14示出如何把附加信道224插入下行线路信号212的数据流。把下行线路信号212的数据流划分为二十比特子帧。每个二十比特子帧具有两个十比特段。第一个十比特段包括一个附加比特、一个信令比特、和八个用户比特。第二个十比特段包括一个附加比特、一个信令比特、和八个第二用户比特。在整个四毫秒信息帧内重复此二十比特子帧格式。这样，在下行线路信号212的数据流中，帧信息每隔十个比特位置就由一个附加比特占据。
附加信道224包括八字节字段(帧定位字232)、码同步信号234、功率控制信号236、操作和维持信道信号238、和四个保留字节字段242。帧定位字232对于其相应的信息帧识别帧位置的起点。编码同步信号234提供信息以控制用户终端20的发射机204和中央终端10的接收机206的同步。功率控制信号236提供信息以控制用户终端20的发射机204的发射功率。操作和维持信道信号238相对于下行线路和上行线路通信路径和从中央终端至用户终端的一条路径提供状态信息，在该条路径上，对调制解调器机架操作的机架控制器与调制解调器之间的通信协议也扩展了。
为了识别两个相继的帧位置的起点，用户终端20的接收机202在下行线路信号212的数据流中搜索附加信道224和帧定位字232的十个可能的比特位置。接收机202起初对帧信息每个十比特段提取第一比特位置，以确定是否已俘获附加信道224。如果从提取第一比特位置开始经过一段预定的时间间隔仍未识别出帧定位字232，接收机202将对每个十比特段的第二比特位置和其后的比特位置重复此过程，直至识别出帧定位字232。接收机202寻找的一个帧定位字232的例子是二进制00010111。一旦正确的比特位置产生帧定位字232，接收机202就想识别两个相继的帧位置的起点。一旦响应于在下行线路信号212的数据流中相继的帧定位字232的识别而成功地识别出两个相继的帧位置的起点后，就建立起一条下行线路通信路径。
为了对后继的信息帧识别后继的帧定位字232，接收机202连续监视适当的比特位置。如果接收机202无法对三个相继的帧识别出帧定位字232，则接收机将返回至至搜索过程，并经十比特段的每个比特位置循环，直至通过识别出两个相继的帧定位字232，识别出帧位置的两个接连的起点而重新建立帧定位。中央终端10和用户终端20之间的路径延迟的变化可能造成无法识别三个相继的帧定位字232。在中断从中央终端10的发射机200至用户终端20的接收机202的下行线路通信路径后，接收机202将返回至搜索过程。
在通过适当的码序列相位同步和帧定位来建立从中央终端10到用户终端20的下行线路通信路径后，无线电信系统1完成从用户终端20内的发射机204到中央终端10内的接收机206的上行线路通信路径的步骤。最初，发射机204断电直到已建立下行线路通信路径，以防止发射机干扰中央终端与其它用户终端的通信。在建立下行线路通信路径后，根据经由附加信道224的功率控制信道236来自中央终端CT的命令，把发射机204的发射功率设定为最小值。功率控制信号236控制发射机204所产生的发射功率的量，从而中央终端10接收来自中央终端10所服务的每个用户终端20的具有近似相同值的发射功率。
在下行线路信号212上，由中央终端10的发射机200在帧信息信号218的附加信道224内发射功率控制信号236。用户终端20的接收机202接收下行线路信号212，并从中提取功率控制信号236。功率控制信号236被提供给用户终端20的发射机204，并对发射机204的发射功率进行增量调节。中央终端10继续对发射机204的发射功率进行增量调节，直到发射功率落在接收机206所确定的所需阈值范围内。最初，以具有一分贝增量的粗调模式对发射功率进行调节，直到发射功率落在所需的阈值范围内。在接通发射机204时，通过增量调节，使发射功率的强度逐步倾斜升高，以防止干扰中央终端与其它用户终端的通信。
图15示出功率控制信号236的一个示例译码方案。在用户终端20内发射机204的发射功率达到所需阈值范围后，对于功率波动而获得的任何变化以及中央终端10和用户终端20之间路径延迟的变化等，中央终端10内的接收机206继续监测来自发射机204的发射功率的量。如果发射功率落到低于或超出所需的阈值范围，则中央终端10将发射适当的控制信号236，以根据需要增加或减小发射机204的发射功率。在该点，可以具有0.1分贝增量的细调模式进行调节，以使发射功率返回所需的阈值范围。在下行线路或上行线路通信路径中断时，中央终端10可通过恢复贮存在用户终端20内存储器中的参数，来命令发射机204返回先前的发射功率值，以便于重新建立适当的通信路径。
为了完整地建立从用户终端20到中央终端10的上行线路通信路径，用户终端20内的发射机204应与中央终端10内的接收机206同步。中央终端10通过帧信息信号218的附加信道224内的码同步信号234来控制发射机204的同步。码同步信号234对发射机204的从属码序列的相位进行增量调节，使之与接收机206的主码序列的相位相匹配。以与接收机202的同步基本上相同的方式进行发射机204的同步。
在下行线路信号212上，中央终端10的发射机200在帧信息信号218的附加信道224上发射码同步信号234。用户终端20的接收机202接收下行线路信号212，并从中提取码同步信号234。码同步信号234被提供给发射机204，以对发射机204的从属码序列的相位进行增量调节。中央终端10继续对发射机204的从属码序列的相位继续增量调节，直到接收机206在发射机204的从属码序列与中央终端10的主码序列之间确认码和相位匹配。
在确定相位和码匹配时，接收机206对发射机204的同步执行与接收机202的同步相同的功率测量技术。最初，以具有子码速率增量二分之一的粗调模式对发射机204的从属码序列的相位进行调节，直到接收机206确认主码序列与发射机204的从属码序列的组合功率的最大功率位置。
图16示出码同步信号234的一个示例译码方案。在识别和验证从属码序列与主码序列的相位和码匹配后，为了中央终端10与用户终端20之间的路径延迟变化而获得的发射机204的从属码序列的相位变化，接收机206继续监测上行线路信号214。如果需要进一步调节发射机204的从属码序列的相位，则中央终端10将发射适当码同步信号234，以根据需要增加或减小发射机204的从属码序列的相位。在该点，可以具有子码速率增量十六分之一的细调模式，对发射机204的从属码序列的相位进行调节。在下行线路或上行线路中断后，中央终端10可通过恢复存储在用户终端20内存储器中的参数，来命令发射机204返回先前的从属码序列相位值，以便于重新建立适当的通信路径。
在实现发射机204的同步后，接收机206以与接收机202在建立下行通信路径期间所进行的帧定位相同的方式，对上行线路信号214进行帧定位。一旦接收机206确认两个相继的帧定位字并获得帧定位，则已建立上行线路通信路径。在下行线路通信路径和上行线路通信路径都建立时，可开始在用户终端20的第一用户208或第二用户210与耦合到中央终端10的用户之间传递信息。
无线电信系统1可把发射功率值和发射速率调节到用于三种不同的系统操作模式的两个设置中的一个设置。系统操作模式是捕获、预备和通话。对发射功率和发射速率的调节使得可减少与其它用户终端的干扰，并把它减到最少。也实现对链路建立时间的改善。发射功率值被译码成为功率控制信号236，发射速率被译码成为码同步信号234。
可把用于下行线路信号212和上行线路信号214的发射功率设定为额定的0分贝高功率值或减小的-12分贝的低功率值。下行线路信号212和上行线路信号214的发射速率可设定为10千比特每秒的低速率或160千比特每秒的高速率。当切换到160千比特每秒的高速率时，扩展用户通话量和附加信息，从而一个信息码元可导致发射16个子码。对16个子码进行相关，从而产生12分贝的处理增益。当切换到10千比特每秒的低速率时，只扩展附加信息，从而一个附加码元导致发射256个子码。对256个子码进行相关，从而产生24分贝的处理增益。
图17示出用于三种系统操作模式的发射功率和发射速率。在接通电源或每当失去下行线路或上行线路通信路径时，无线电信系统1进入捕获模式。在捕获模式中，把下行线路和上行线路发射机的发射功率以及相关器处理增益增加到最大。这样把相关器输出处的信噪比增加到最大，从而增加相关峰值219的幅度，以更利于识别和减少误捕获的危险。由于在捕获模式中只需要附加信息，所以发射速率处于10千比特每秒的低速率值。
当获得下行线路和上行线路通信路径时，无线电信系统1进入预备模式。在预备模式中，把下行线路和上行线路发射机的发射功率减小12分贝。发射功率的减小可减少对其它用户终端的干扰，而仍旧保持同步。发射速率保持在低速率值允许在附加信道224上在中央终端10和用户终端20之间交换控制信息。
当检测到输入或输出呼叫时，从起始终端向目的终端发射一消息，该消息表示需要用于发射用户通话信息的下行线路和上行线路通信路径。在该处，无线电信系统1进入通话模式。在通话模式中，下行线路和上行线路通信路径的发射功率都增加到高功率值，其发射速率也增加到160千比特每秒的高速率值，以便于起始和目的终端之间的信息传递。在检测到呼叫终止时，从终止终端向其它终端发射一消息，该消息表示不再需要下行线路和上行线路通信路径。在该处，无线电信系统1重新进入预备模式。在预备模式和通话模式中都执行码同步和帧定位跟踪。
图18是用户终端20内接收机202和发射机204的详细方框图。接收机202在RF接收接口250处接收下行线路信号212。RF接收接口250把扩展频谱信号分离成I和Q信号分量。RF接收接口250对每个I和Q信号分量进行带通滤波，这是通过除去近似超出接收机202的带宽(3.5兆赫)一半的部分而进行的。RF接收接口250对I和Q信号分量进行低通滤波，以阻止镜像频率并防止信号混叠(aliasing)。I和Q信号分量被模拟-数字转换器252置于数字格式。模拟-数字转换器252的采样频率是子码周期的四倍或10.24兆赫，它具有八比特的分辨率。
由下变频器254把数字I和Q信号分量变到5.12兆赫的速率。码发生器和去扩展器256进行上述同步捕获和跟踪功能，以使接收机202的Rademacher-Walsh和伪随机噪声码序列的相位与下行线路信号212的相位同步。数字信号处理器258通过码跟踪器260和载波跟踪器262来控制从属码序列的相位。自动增益控制单元264产生自动增益控制信号，以控制RF接收接口250的增益。码发生器和去扩展器256产生160千字节每秒的I和Q帧信息，以在节点同步逻辑单元268的控制下，由节点同步接口266进行进一步的同步。节点同步接口266通过节点同步逻辑单元268来确定是否要交换I和Q信道，因为它们可以四种不同的方式接收。
维特比译码器270对I和Q信道提供前向差错修正，并在71码元延迟后产生经差错修正的160千字节每秒的数据信号。由帧定位器对差错修正信号进行处理，以及提取器272确定帧定位并提取功率控制信号236、码同步234以及操作和保持信道信号238。帧定位器和提取器272也提取向第一用户208和第二用户210进行通话发射的第一用户信道226和第二用户信道228，以及被高级数据链路控制器274和微型控制器276处理的信令信道230。帧定位器和提取器272也在检测到帧定位失败时提供警报和差错指示。在链路丢失的情况下，为了便于重新建立链路，非易失性随机存取存储器278存储用于随后通过判优器180插入的系统参数信息。判优器280也在数字信号处理器258和微型控制器276之间提供接口。
沿发射方向，帧插入器282接收来自第一用户208和第二用户210的第一用户通话量和第二用户通话量、来自高级数据链路控制器274的信令信道230信息以及来自微型控制器276的操作和保持信道238信息。帧插入器对卷积编码器284所处理的上行线路信号214产生帧信息信号218。卷积编码器284使帧信息信号218的数据速率加倍，以提供前向差错修正。扩展器286把320千比特每秒的卷积编码器(284)信号分成两个160千比特每秒的I和Q信号，并响应于由码同步信号234所调节的时钟发生器290所产生的系统时钟，由码发生器288所产生的扩展序列对这些I和Q信号进行异或操作。码发生器288产生十六个Rademacher-Walsh函数中的一个函数，该函数与码型(pattern)长度为256且子码速率为2.56兆赫的伪随机序列进行异或操作。伪随机序列应与中央终端10相匹配，但可在软件的控制下调节该序列，以可靠地阻止来自其它频带或其它小区的信号。
扩展器286把I和Q信号提供给模拟发射机290。模拟发射机290对RF发射接口292产生脉动的I和Q信号。响应于从附加信道224中提取的功率控制信号236，通过首先由数字-模拟转换器建立控制电压而产生发射功率。此控制电压被加到模拟发射机290和RF发射接口292的功率控制输入端。在模拟发射机290和RF发射接口292中都可获得35分贝的功率控制。RF发射接口292包括分级衰减器，该衰减提供了30分贝范围内的2分贝衰减步长。此衰减器用于在高和低功率值之间切换。在上电时，选择最大衰减，以把发射机204的发射功率减到最小。
总之，无线电信系统为远离公用电话交换网的用户提供无线电话型通信。无线电信系统包括中央终端，它通过CDMA扩展频谱射频发射与由用户终端服务的多个用户进行通信。
虽然，这里描述具体实施例，应理解本发明并不局限于此，而且在本发明的范围内可以进行许多变更和添加。
权利要求
1.一种在无线电信系统中由中央终端控制用户终端中的发射机功率的方法，其特征在于，包括下列步骤建立从所述中央终端的发射机到所述用户终端的接收机的下行线路通信路径；从所述中央终端的所述发射机发射功率控制信号；在所述用户终端的所述接收机处接收所述功率控制信号；响应于所述功率控制信号的值，调节在所述用户终端发射机的发射功率，以便在所述用户终端的所述发射机和在所述中央终端的所述接收机之间建立上行线路通信路径。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤在从所述中央终端的所述发射机发射的下行线路信号内，从附加信道提取所述功率控制信号。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，把所述附加信道译码成所述下行线路信号的每十个比特位置中的一个比特位置。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在建立所述下行线路通信路径并接收所述功率控制信号之前，切断所述用户终端的所述发射机电源。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，一建立所述下行线路通信路径，就赋予在所述用户终端中的所述发射机的所述发射功率最小值。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述发射功率从所述所需最小值递增到所述发射功率达到所需门限范围为止。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括下列步骤把在所述用户终端中所述发射机的所述发射功率与门限范围相比较；响应于所述发射功率超出所述门限范围，发射具有表示进一步调节所述发射功率的值的所述功率控制信号。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤响应于所述发射功率落在所述门限范围内，发射具有表示对于所述发射功率不进行进一步调节的值的所述功率控制信号。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤响应于建立所述下行线路通信路径，逐渐递增在所述用户终端中所述发射机的所述发射功率。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤把所述发射功率设置在所需门限范围内；监测所述发射功率；一旦所述发射功率低于或超过所述所需门限范围，就通过所述功率控制信号增加或减小所述发射功率。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，响应于所述功率控制信号，以0.1分贝增值增加或减小所述发射功率。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤监测从所述中央终端到所述用户终端的所述下行线路通信路径；响应于在所述下行线路通信路径中的中断，把在所述用户终端中的所述发射机的所述发射功率复位到先前值，以有助于所述下行线路通信路径的重建。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，响应于所述功率控制信号，以一分贝增值调节所述发射功率。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，调节所述发射功率以与在由所述中央终端服务的其它用户终端中的其它发射机的所述发射功率相匹配。
15.一种在无线电信系统中控制发射功率的装置，其特征在于，包括在中央终端处的发射机，它发射下行线路信号，所述下行线路信号包括功率控制信号；在用户终端处的接收机，它接收所述下行线路信号，所述用户终端的所述接收机可以从所述下行线路信号提取所述功率控制信号；在所述用户终端处的发射机，它发射所述上行线路信号，所述用户终端的所，述发射机可以接收所述功率控制信号，所述功率控制信号可以调节所述发射机的发射功率。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述功率控制信号包括在所述下行线路信号的附加信道中。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，把所述附加信道解码为所述下行线路信号的每10比特位置中的一个。
18.如权利要求15所述的装置，其特征在于，还包括在中央终端处的接收机，它接收来自所述用户终端的所述发射机的上行线路信号，所述中央终端的所述接收机把在所述用户终端中的所述发射机的所述发射功率与所需门限范围相比较，响应于所述比较所述中央终端的所述接收机设置所述功率控制信号的值。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，响应于所述发射功率落在所述所需门限范围内，把所述功率控制信号设为表示不要进一步调节的值。
20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，响应于所述发射功率低于所述所需门限范围，把所述功率控制信号设为表示增加调节的值。
21.如权利要求18所述的装置，其特征在于，响应于所述发射功率超过所述所需门限范围，把所述功率控制信号设为表示减小调节的值。
22.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述功率控制信号调节在增加步骤中的所述发射功率，所述功率控制信号提供在粗调模式中一分贝的正或负增量调节，所述功率控制信号提供在细调模式中0.1分贝的正或负增量调节。
23.如权利要求15所述的装置，其特征在于，调节所述发射功率以与在所述无线电信网络中的其它发射机的发射功率相匹配。
24.如权利要求15所述的装置，其特征在于，在调节前把所述发射功率初始设定在所需最小值，以避免对在所述无线电信系统中其它发射机和接收机的干扰。
25.如权利要求24所述的装置，其特征在于，所述功率控制信号根据所述所需最小值逐步递增所述发射功率，以防止对在所述无线电信系统中其它发射机和接收机的干扰。
26.如权利要求18所述的装置，其特征在于，在所述中央终端中的所述接收机不断监测在所述用户终端中的所述发射机的所述发射功率，以通过所述功率控制信号不断调节所述发射功率。
全文摘要
无线电信系统(1)包括把射频信号发射到用户终端(20)并接收来自用户终端的射频信号用的中央终端(10)。建立从中央终端(10)的发射机(200)到用户终端的接收机(202)的下行线路通信路径。在无线电信系统(1)的建立和操作期间,把下行线路信号(212)从发射机发射到接收机。下行线路信号(212)包括具有功率控制信号(236)的附加信道(224)。功率控制信号(236)能够调节在用户终端(20)中发射机(204)的发射功率。对于发射机(204)的发射功率的调节便于建立并维护在用户终端的发射机(204)到中央终端(10)的接收机(206)之间的通信路径。
文档编号H04B7/005GK1189942SQ96195274
公开日1998年8月5日 申请日期1996年6月3日 优先权日1996年6月3日
发明者沙申康德·巴加利亚, 约曼纳·C·C·扬 申请人:Dsc通讯有限公司