专利名称：无线电通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线通信系统，还涉及这种系统中使用的主从两个站和操作这种系统的方法。尽管本说明书的描述将正在兴起的通用移动通信系统(UMTS)作为特定的参考，但是应当理解此技术同样也可应用于其它的无线移动系统中。
在许多通信系统中，控制信息的一个重要功能就是使能够进行功率控制。需要从MS发射到BS的信号的功率控制，以使BS接收到的来自不同MS的信号达到一个近似相等的功率电平，同时使每个MS所需发射功率最小需要。需要从BS发射到MS的信号的功率控制，以使MS接收到的来自BS的信号具有低错误率，同时使发射功率最小，以减小对其他小区和无线系统的干扰。在一个双向无线通信系统中，功率控制通常以闭环模式进行操作，从而MS决定BS的发射功率需要进行的改变并用信号将这些改变通知给BS，反之亦然。
使用功率控制的结合时分和频分多址接入系统的一个例子是全球移动通信系统(GSM)，其中BS和MS的发射功率都以2dB为步长进行控制。类似的，在一个使用扩展频谱码分多址接入(CDMA)技术的系统中功率控制的实现公开于US-A-5 056 109。
这种已知技术存在的一个问题就是在一个发射的开始或者发射被中断后，功率控制环需要一段时间才能达到满意的收敛。在达到这种收敛之前有可能出现功率电平过低导致数据发射被接收于一个恶劣的状态或功率电平过高而产生额外的干扰。
对这种问题的一个已知的解决方法公开于我们的国际专利申请WO00/42716，在该方法中，在数据发射的开始进行足够延时使功率控制充分收敛能够满意地对数据发射进行接收。开始控制发射和数据发射之间的时间间隔被称作功率控制前缀。在一些系统中，功率控制前缀时间段的一部分被用于同步(其中BS产生MS发射的接收定时，例如在一个CDMA系统中对MS使用的码进行锁定)。这样会存在一定的危险，即在BS同步之前MS的功率增长到了一个能够产生不可接受的干扰的电平。
在一个UMTS实施方案中，通过在BS达到同步之前，BS发射特定的功率控制命令模式来部分解决上述问题，所述模式避免MS对发射功率进行过快的调整。
根据本发明的第一个方面，提供一个无线通信系统，该系统在第一个和第二个站之间存在一条通信信道，其中第二个站包含接收机装置，用于接收来自第一个站的功率控制命令，以及功率控制装置，用于响应功率控制命令而调整它到第一个站的发射功率，第一个站包含决定何时它已经对第二个站的发射同步的装置，还包含信令装置，用于用信号通知第二个站同步已经建立，第二个站包含装置，用于响应已经达到同步的通知而修改自身操作使由第一个站发信号通知同步之后发射功率的改变速率高于之前。
第一个站用于指示它已经达到同步的信令使第二个站用各种提高它的发射功率的改变速率的方法来修改它的行为。例如，第二个站可以在同步后提高它的功率控制步长。第二个站还可能通过如关掉它的接收机而在达到同步前忽略一些功率控制命令。
根据本发明的第二个方面，提供在一个无线通信系统中使用的站，该系统具有在所述站和另一个站之间的一个通信信道，其中提供决定何时它已经与来自另一个站的发射同步的装置，还包含信令装置，用于用信号通知另一个站同步已经建立。
根据本发明的第三个方面，提供在一个无线通信系统中使用的站，所述系统具有在和另一个站之间的一个通信信道，其中提供接收机装置，用于接收来自另一个站的功率控制命令，提供功率控制装置，用于为响应功率控制命令而调整到另一个站的发射功率，还提供装置，用于响应已经达到同步的通知而修改自身操作使由第一个站发信号通知同步之后发射功率的改变速率高于之前。
根据本发明的第四个方面，提供一种方法，用于操作一个无线通信系统，该系统具有在和第一和第二个站之间的一个通信信道，其中第二个站包含一个接收机，用于接收来自第一个站的功率控制命令，并包含功率控制器，用于响应功率控制命令而调整它到第一个站的发射功率，所述方法包含第一个站决定何时它已经与第二个站的发射同步并用信号通知第二个站已经达到同步，响应通知，第二个站修改自身操作使由第一个站发信号通知同步后发射功率的改变速率高于之前。
图示简要描述以下以附图作为参考举例描述本发明的实施方案，其中
图1是一个无线通信系统的示意框图；图2举例说明了一个建立一条通信链路的常规方案；图3举例说明了一个建立具有数据发射被延时开始的一条通信链路的已知方案；图4举例说明了一个建立具有数据发射被延时开始的一条通信链路的改进方案；图5是一个流程图，举例说明了根据本发明在功率控制前缀期间调整发射功率改变速率的方法。
在图中，相同的参考数字用来表示一致的部件。
执行发明的方式参考图1，一个无线通信系统包含一个主站(BS)100和众多从站(MS)110。BS 100包含一个微控制器(μC)102，和接收机装置(Tx/Rx)104，该装置连接到天线装置106，还包含功率控制装置(PC)107，用于改变发射的功率电平，和连接装置108，用于连接到PSTN或其它适当的网络。每个MS 110包含一个微控制器(μC)112，和收发信机装置(Tx/Rx)114，该装置连接到天线装置116，还包含功率控制装置(PC)118，用于改变发射的功率电平。从BS 100到MS 110的通信在一个下行链路频率信道122上进行，而从MS 110到BS 100的通信在一个上行链路频率信道124上进行。
一个UMTS频分双工系统的实施方案，该实施方案用于在MS 110和BS 100之间建立通信链路的方案以一种简单的形式在图2中进行举例说明。上述链路由MS 110通过在上行链路信道124上发射一个资源请求202(REQ)来启动。如果BS 100接收到这个请求并且有可用资源，则在下行链路信道122上发射一个确认204(ACK)用于提供建立通信所必需的信息。确认204发送后，两个控制信道(CON)被建立，一个上行链路控制信道206和一个下行链路控制信道208，另外，还建立一条上行链路数据信道210用于发射从MS 110到BS 100的数据。在一些UMTS实施方案中，在确认204和建立控制和数据信道中间可能还有其它信令。
在本方案中将上行链路信道124和下行链路信道122中功率控制环操作分开，每个操作包含一个内环和一个外环。内环调整接收功率以使其匹配到一个目标功率，而外环调整目标功率使其到能够维持所需服务质量(如误比特率)的最小电平。然而，这种方案存在以下问题，当发射开始于控制信道206、208和数据信道210时，因为在其上进行测量的信道很可能与新启动的信道存在不同的属性，所以由开环测量获得的初始功率电平和质量目标可能会不足够精确。这样导致的结果是如果在数据信道210上开始的数据发射被发射于过低的功率电平，则很可能被接收于一个恶劣的状态，或者如果该数据发射被发射于过高的功率电平，则可能产生额外的干扰。
对这种问题的一个已知的解决方法公开于我们的国际专利申请WO 00/42716，该方法在图3中举例说明，其对上行链路数据发射210的开始延时一个时间段312，这个时间段的长度应该足够功率控制有一个充分的收敛使数据发射能够被BS 100满意的接收。这个时间段312被称作功率控制前缀(PCP)，它一般包含一个或多个帧的延时(每帧的长度为10ms)。延时312可以预先设定，或者由MS 110(它可以通过监视下行链路功率控制信息检测收敛性)或BS 100动态设定。在控制信道206、208上发射额外控制信息的附加开销通过降低由BS 100在数据信道210上接收的用户数据的Eb/No(每比特能量/噪声密度)来平衡。
功率控制前缀时间段312的目的是让内功率控制环可以在数据发射开始之前使上行链路信道124和下行链路信道122上的发射功率收敛于它们各自所必需的电平。因此，需要在功率控制前缀312期间在上行链路信道124上使用一个比通常大的功率控制步长。一个执行上述过程的方法公开于我们的国际专利申请WO 00/41466，在该方法中，在最初使用一个较大的功率控制步长，然后当所需功率调整改变符号时降低步长值。
然而，使用较大的功率控制步长又引出新的问题。上行链路功率控制前缀312的初始部分可能需要通过BS 100使它与上行链路控制信道206的发射同步。在BS 100达到同步之前使用较大的步长可能会导致MS 110提高它的发射功率，该功率足够在小区内产生不可接受级别的干扰。
根据本发明的一个系统可以避免出现这种问题，方法是在功率控制前缀312开始后延时一段时间再使用大的功率控制步长。这种解决方法在图4中给出，图中功率控制前缀312被分为两部分，一个同步部分(S)414，用于使BS 100能够与来自MS 110的发射同步，和一个功率控制收敛部分(C)416。在同步部分414期间使用一个小的(或甚至零)功率控制步长，而在功率控制收敛部分416中，最初使用一个较大的步长。作为使用较小的功率控制步长的一个替代，还可以降低发出功率控制命令的速率。作为另一个选择，MS 110仅在收到大多数来自BS的功率控制命令后调整它的发射功率来模仿使用较小的功率控制步长，这种方法公开于我们的国际专利申请WO 00/74260(在本申请的优先权日之前尚未公布)，也作为一些UMTS实施方案的要求。其它一些技术也可以适用，例如MS使用一个门控接收技术，通过这种技术MS在预先设定的一个时间段内关掉它的接收机。
上述所有方法之间的共同因素都是在功率控制前缀312的同步部分414期间的功率调整速率低于功率控制收敛部分416期间的功率调整速率。同步部分414的长度可以被预先设定。例如，在一个UMTS实施方案中，功率控制前缀312的长度是一帧(被再分为15个时隙)，一些仿真建议同步部分414合适的长度可以是6个时隙。这样还剩9个时隙用于达到功率控制收敛。
作为选择，当BS 100达到同步时，BS 100可以用信号通知MS 110。图5是一个流程图，举例说明了这种方案的一个实施方案，这是执行这种方案一个特别方便的方法，就是通过在一个UMTS实施方案中使用发射格式组合指示(TFCI)域来执行这种方案。TFCI域存在于下行链路122发射中的多数时隙格式中，在当前UMTS规范中，TFCI域在每个时隙中包含2，4，8或16个比特。在功率控制前缀312期间TFCI比特通常都被设为“0”。
方法开始于步骤502，在这步中，MS 110在同步部分414的开始设置它的功率控制调整速率为一个较小的(或零)值。然后MS在步骤504重复接收TFCI比特，并在步骤506检验TFCI比特是否被设置为“1”。BS 100通过转换发射设置为“1”的TFCI比特集来用信号通知已经达到同步，从而用信号标识同步部分414的截止和功率控制收敛部分416的开始。检测到这个改变后，通过在步骤506的检验，然后在步骤508，MS 110进行增加它的功率控制调整速率以改进功率控制收敛。作为本发明的实施方案可以在达到同步之前操作功率控制在一个低于通常的速率，和/或者在达到同步之后立即操作功率控制在一个高于通常的速率。
在步骤506的检验需要检查每一个接收到的TFCI比特值。可替代地，检验506可以操作在一个时隙内收到的所有TFCI比特值。在这种情况下，在一个时隙内的各TFCI比特模式不必要都是一样的。但是，考虑每个时隙内四个比特的情况，在存在噪声的情况下，一个从0000到1111的改变比其它改变如0101到1111具有更大的被正确检测的机会。需要所有比特都一样的更进一步的优点是可以给MS保留一个依赖执行的选项，这个选项为检验506是在接收到每个TFCI比特时被操作(从而最小化功率控制前缀312中的同步部分的长度)还是在一个时隙内接收到比特集合时被操作(从而改善对接收错误的鲁棒性)。
其中使用较大功率控制调整速率的时间段的决定方法可以和公开于我们的国际专利申请WO 00/41466中的方法相同，这种方法是在下行链路功率控制命令第一次改变符号时减小步长值。或者在一个预先设定的时隙数后终止使用较大的调整速率。因此，功率控制收敛部分416不必要一直持续至功率控制前缀312的末尾。
克服可能会导致功率控制调整速率减小过快的功率控制命令中错误的影响的进一步改进是，当达到来自MS 110的信号干扰比的目标值时，要BS 100用信号通知。一个可能执行这种改善的方法也在图5中举例说明。当MS 110在步骤508提高它的功率控制调整速率时，它在步骤510继续接收TFCI比特，并在步骤512检验这些比特是否被设为“0”。BS 100通过设置TFCI比特回到“0”来用信号通知已经达到收敛。作为响应，在步骤512通过检验，在步骤514 MS 110降低它的功率调整速率。检验512与检验506类似，既可以操作单一TFCI比特也可以操作比特集。
本发明同样可以应用于一种没有功率控制前缀312的系统，也就是控制和数据发射同时开始，或者应用于一种数据发射在同步达到之前开始的系统。在这种系统中，当BS 100确定它已经与来自MS 110的发射同步后，它用信号通知MS 110这个信息。这个信令可以采用任何方便的形式，包括如上所述使用下行链路控制信道208和使用TFCI比特，或者使用某种预先设定的功率控制命令模式。
MS 110被控制，以便在用信号通知同步之前的功率控制调整速率比之后低。如上述讨论的可变功率步长，这个结果可以通过MS 110忽略发射自BS 100的功率控制命令的一部分来达到。MS 110甚至可以在预定时间段中关掉它的收发机的接收部分，直到有信号通知它同步已经达到。其它等价的方法对于本领域技术人员是显然易见的。
尽管上述描述研究的是在上行链路信道124上进行数据发射的情况，但这种技术同样适用于在下行链路信道122上进行数据发射或者双向发射的情况。尽管本发明上面已经描述的是在两个站间发射的开始改善功率控制，但它仍然可以被应用到暂时丢失同步的情况。
本发明的实施方案被描述为使用扩展频谱码分多址接入(CDMA)技术，例如使用在UMTS实施方案中。但是应当理解，本发明并不限于使用在CDMA系统中。相似的，尽管本发明的实施方案被描述为使用频分双工，但本发明并不限于使用在这种系统中。它同样可以应用到其它双工模式，例如时分双工(尽管在这种系统中的功率控制速率被限于一个发射突发一次)。
通过阅读本公开内容，其它修改对于本领域的技术人员是显而易见的。这种修改可能包括其它一些已经应用于设计、制造和无线通信系统及其组成部分使用的特性，还有可能使用替代的或者这里已经描述的以外的特性。尽管在本申请中权利要求已经被明确表达为特定特性组合，但是应当理解，本申请的公开内容的范围还包括，任何新的特性，或者这里明确或隐含公开的特性的任何新颖组合或者由此产生的特性的组合，以上特性无论它是否涉及与目前权利要求中声明的相同的发明，无论它是否减轻任何或者所有与本发明中相同的技术问题。因此，本申请人提请注意，新的权利要求被明确表达为在执行本申请或任何由此衍生的申请中这些特性以及/或这些特性的组合。
在本发明和权利要求中，在一种元素之前所用的词“一种，，或“一个”并不排除多个这种元素的存在。另外，词“包含”并不排除未列出的其它元素或步骤的存在。
权利要求
1.一个无线通信系统，该系统具有在第一个和第二个站之间的一条通信信道，其中第二个站包含接收机装置，用于接收来自第一个站的功率控制命令，以及功率控制装置，用于响应功率控制命令而调整它到第一个站的发射功率，第一个站包含确定何时它已经对来自第二个站的发射同步的装置，还包含信令装置，用于用信号通知第二个站同步已经达到，第二个站包含装置，用于响应已经达到同步的通知而修改其操作，以使由第一个站发信号通知同步之后发射功率的改变速率高于之前。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，从第二个站到第一个站的通信信道包含一个用于发射控制信息的控制信道和一个用于发射数据的数据信道，特征还在于第二个站包含装置，用于延时数据信道发射的开始直到控制信道发射开始。
3.用于无线通信系统中的一个站，该系统具有在这个站和另一个站之间的一条通信信道，其中提供装置用于确定它何时达到与来自其它站的发射同步，还提供信令装置，用于用信号通知其它站已经达到同步。
4.如权利要求3所述的站，其特征在于，信令装置可操作地通过修改有规律地发射的信号来用信号通知达到同步。
5.用于无线通信系统中的一个站，该系统具有在这个站和另一个站之间的一条通信信道，其中提供接收机装置，用于接收来自其它站的功率控制命令，以及功率控制装置，用于响应功率控制命令而调整它到其它站的发射功率，还提供装置，用于响应已经达到同步的通知而修改自身操作，以使由其它站发信号通知同步之后发射功率的改变速率高于之前。
6.如权利要求5所述的站，其特征在于，提供装置用于根据用信号通知已经达到同步而修改功率控制装置对接收的功率控制命令的响应。
7.如权利要求6所述的站，其特征在于，功率控制装置可操作地在达到同步之后使用比之前更大的功率控制步长。
8.如权利要求5到7中任何一个所述的站，其特征在于，功率控制装置可操作地在达到同步之前忽略接收到的部分功率控制命令。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，当忽略功率控制命令时，接收机装置被关掉。
10.一种操作一个无线通信系统的方法，该系统具有在第一个和第二个站之间的一条通信信道，其中第二个站包含接收机，用于接收来自第一个站的功率控制命令，以及功率控制器，用于响应功率控制命令而调整它到第一个站的发射功率，所述方法包含第一个站确定何时它已经对来自第二个站的发射同步，并用信号通知第二个站同步已经达到，并且第二个站响应该通知而修改其操作，以使由第一个站发信号通知同步之后发射功率的改变速率高于之前。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，第一个站通过修改有规律地发射的信号来用信号通知达到同步。
全文摘要
一种无线通信系统改善了第一个站和第二个站之间的发射功率控制。第二个站响应于它接收到的来自第一个站的功率控制命令而调整它到第一个站的发射功率。第一个站决定何时它与来自第二个站的发射同步，并将同步通知给第二个站。发信号通知同步后，由第二个站进行发射功率调整的速率被提高(508)。功率控制改变的速率可以通过调整功率控制步长来达到，或者通过其它对作为第二个站接收功率控制命令的响应的修改，或者通过修改它接收功率控制命令的速率。这种技术克服的问题是，因为建立同步可能需要重要的时间，所以存在一种危险，就是发射功率可能增长过大并产生了不可接受的干扰。
文档编号H04L7/00GK1411636SQ01802860
公开日2003年4月16日 申请日期2001年7月9日 优先权日2000年7月26日
发明者M·P·J·巴克, B·亨特 申请人:皇家菲利浦电子有限公司