专利名称：用于码分多址(cdma)通信系统的自动功率控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于码分多址通信系统的自动功率控制系统。
背景技术：
近年来，向远程用户组提供优质的电信服务，诸如乡村电话系统和发展中国家的电话系统，已被证明具有很大的挑战性。通过无线服务可部分地满足这些需要，例如固定或移动的频分多路传输(FDM)、频分多址(FDMA)、时分多路传输(TDM)、时分多址(TDMA)系统、频分和时分组合系统(FD/TDMA)及其他陆地移动无线电系统。通常，这些远程服务面对着比它们的频率或频谱带宽容量所能同时支持的更多潜在用户。
认识到这些局限性，最近在无线通信中已发展使用扩展频谱调制技术，以通过单个通信信道提供多用户的同时通信。扩展频谱调制是指用扩展码信号调制信息信号；扩展码信号由码发生器产生，其中扩展码的周期Tc基本上小于信息数据位或码元信号(Symbol signal)的周期。此码可以调制发送信号的载波频率，这被称为跳频扩展；或者通过扩展码乘以信息数据信号来直接调制信号，这被称为直接序列扩展(DS)。扩展频谱调制产生的信号具有比发送信息信号所要求的要宽的频带。在接收机的解调器处同步接收和解扩展信号来恢复初始信息。同步解调器使用一参考信号来使解扩展电路与输入的扩频调制信号同步，以恢复载波和信息信号。参考信号可以是没有用信息信号调制的扩展码。
无线网络中的扩展频谱调制有很多优点，因为多个用户可以使用相同频率，并且对每个用户的接收机的干扰最小。另外，扩展频谱调制减小了来自其它干扰源的影响。还有，同步扩频调制和解调技术可以通过为用户提供多个报文信道而得以扩展(expanded)，每次都以不同扩频码扩频，同时仅传送一单一参考信号给用户。
与多址、扩频通信系统相关的另一问题是由于用户也许已限制可用功率，因而需要减少系统中总的用户发射功率。扩频系统中要求功率控制的相关问题与扩频系统的固有特征有关，即一个用户的扩频信号由另一用户接收为具有一定功率电平的噪声。结果，用户以很高的信号功率发射时可能干扰其它用户的接收。还有，如果用户相对于另一用户的地理位置移动，则信号的衰落和变形要求用户调整他们的发射功率电平，以维持特定的信号质量，并维持基站从所有用户接收的功率。最后，由于扩频系统可以有比它能同时支持的更多的远程用户，功率控制系统还应当采用在达到最大系统功率电平时拒绝额外用户的容量管理方法。
现有扩频系统已采用测量接收的信号并发射自适应功率控制(APC)信号给远程用户的基站。远程用户包括带有响应此APC信号的自动增益控制(AGC)电路的发射机。在这样的系统中，基站监测整个系统功率或从每个用户接收的功率，并因而设置APC信号。此开环系统的性能可通过包括测量由远程用户从基站接收的信号功率，并将APC信号发送回基站以实现闭环功率控制方法来得以改进。
然而，这些功率控制系统表现出几个缺点。第一，基站必须进行复杂的功率控制算法，增加了基站的处理量。第二，系统实际上要经历几种功率变化由于改变用户数量引起的噪声功率变化及特定承载信道的接收信号功率上的变化。这些变化以不同频率产生，因而只能针对两种变化之一优选简单的功率控制算法。最后，这些功率算法趋向于将整个系统功率驱动到相对高的水平。结果，需要一种扩频功率控制方法，它能迅速地响应承载信道功率电平的变化，而同时对所有用户的发射功率做出调整，以响应用户数量的变化。还有，改进的扩频通信系统需要采用一闭环功率控制系统，它使得系统的整个功率要求最小并在每个远程接收机处保持足够的BER。另外，这样的系统应当控制远程用户的初始发射功率电平并管理总的系统容量。
发明内容
本发明包括一种用于扩频通信系统的无线电载波基站(RCS)和用户机(SU)组的闭环自动功率控制(APC)系统和方法。SU发送扩频信号，RCS获取扩频信号，并且RCS检测收到的扩频信号加上包括噪声的任何干扰噪声的功率电平。APC系统包括RCS和多个SU，其中RCS发送多个前向信道信息信号给SU作为具有各自的前向发射功率电平的多个前向信道扩频信号，而每个SU向基站发送至少一个具有各自的反向发射功率电平的反向扩频信号及至少一个反向信道扩频信号包括反向信道信息信号。
APC包括一自动前向功率控制(AFPC)系统和一自动反向功率控制(ARPC)系统。AFPC有这样一些步骤每个SU测量各前向信道信息信号的前向信噪比，产生一各自的前向信道误差信号，此误差信号包括各前向信噪比与预定信噪比值之间的前向误差测量值。前向信道误差信号还包括信道中无关联噪声的测量值。各个前向信道误差信号由SU发送为各个反向信道信息信号的一部分。RCS包括大量AFPC接收机，用来接收反向信道信息信号和从各个反向信道信息信号中提取前向信道误差信号。RCS也调整各个前向扩频信号中每一个的前向发射功率电平，以响应各个前向误差信号。
RCS中ARPC系统的该部分测量各个反向信道信息信号的反向信噪比，产生各个反向信道误差信号，此误差信号包括各个反向信道信噪比和各个预定信噪比值之间的误差测量值。反向信道误差信号也包括信道中无关联噪声的测量值。RCU发射各个反向信道误差信号作为各个前向信道信息信号的一部分。每个SU包括一ARPC接收机，用来接收前向信道信息信号，从前向信道信息信号中提取各个反向误差信号，以及调整各个反向扩频信号的反向发射功率电平，以响应各个反向误差信号。
图1是按照本发明的码分多址通信系统的方框图。
图2是本发明的示例性维持功率控制算法的流程图。
图3是本发明的示例性自动前向功率控制算法的流程图。
图4是本发明的示例性自动反向功率控制算法的流程图。
图5是当建立了承载信道时本发明的示例性闭环功率控制系统的方框图。
图6是在建立承载信道的过程中本发明的示例性闭环功率控制系统的方框图。
具体实施例方式
本发明的系统使用一个或多个基站与多个远程用户机(subscribeunits)间的无线电链路提供区域环路电话服务。在示例性实施例中，只介绍用于一个基站与一个固定用户机(FSU)通信的一个无线电链路，但本系统同样适用于包括用无线电链路与FSU和移动用户机(MSU)连接的多个基站的系统。因而，远程用户机在这里被称为用户机(SU)。
参照图1，基站(BS)101向局内交换机(LE)103或任何其他电话网交换接口提供呼叫连接，并包括无线电载波站(RCS)104。一个或多个RCS 104、105、110经链路131、132、137、138、139与无线分配单元(RDU)102相连，而RDU102通过经电信链路141、142、150发射和接收呼叫建立、控制和信息信号而与LE103接口。SU 116、119经RF链路161、162、163、164、165与RCS 104通信。另外，本发明的另一实施例包括几个SU和功能与RCS类似的“主”SU。这样的实施例可以与局内电话网相连，也可以不与局内电话网相连。
尽管上述实施例使用以发射和接收扩频信道的载波为中心的不同扩频带宽，但本方法很容易延伸到使用发射信道的多个扩频带宽和接收信道的多个扩频带宽的系统。另外，由于扩频通信系统有这样的固有特征一个用户的发射对于另一用户的解扩展接收机呈现为一种噪声，因而实施例能采用用于发射和接收信道的相同扩频信道。换言之，上行链路和下行链路发射可占用相同频带。本发明一个实施例也可采用在频率上不必邻近的多个扩频信道。在此实施例中，上行链路、下行链路或上行链路和下行链路发射可使用任何信道。
在示例性实施例中，扩展二进制码元信息使用带Nyquist脉冲成形的正交相移键控(QPSK)调制经无线电链路161到165发射，尽管可以使用其它调制技术，包括但不限于偏移QPSK(OQPSK)，最小频移键控(MSK)，多元相移键控(MPSK)和高斯相移键控(GPSK)。
RCS或SU中的CDMA解调器以适当的处理解扩收到的信号，以改变或利用多路传播效应。使用有关接收功率电平的参数以产生自动功率控制(APC)信息，此信息依次发送到其它终端。使用APC信息来控制自动前向功率控制(AFPC)和自动反向功率控制(ARPC)链路的发射功率。另外，每个RCS 104、105和110能进行维持功率控制(MPC)，以与APC类似的方式调整每个SU111、112、115、117和118的初始发射功率。解调是相干的，其中导频信号提供相参考。
使用两个不同闭环功率控制算法控制RCS104和SU111、112、115、117和118之间无线电接口的发射功率电平。自动前向功率控制(AFPC)确定下行链路发射功率电平，而自动反向功率控制(ARPC)确定上行链路发射功率电平。例如SU111和RCS104用以传送功率控制信息的逻辑控制信道工作在至少16KHz更新速率上。其它实施例可以使用更快的32KHz更新速率。这些算法确保用户的发射功率维持一可接受的比特误差率(BER)，将系统功率维持在节省能量的最小值上，并将由RCS104接收的所有SU111、112、115、117和118的功率电平维持在大约相等水平上。
另外，此系统包括一在SU的停机模式之中使用的优选维持功率算法。当SU111停机或供电停止以节省能量时，此用户机可不时地启动它自己并调整其设置的初始发射功率电平，以响应来自RCS104的维持功率控制信号。RCS104通过测量SU111的接收功率电平和本系统功率电平并计算必要的初始发射功率来确定维持功率信号，当SU111接通以开始通信时此方法缩短了SU111的信道获取时间。在闭环功率控制将发射功率调整到适合信道中的其它报文通讯的电平之前，此方法还避免在初始发射中SU111的发射功率电平变得太高以及干扰其他信道。
RCS104从诸如但不限于E1、T1或HDSC接口的接口线获得其时钟的同步。每个RCS也能从一可由全球定位系统(GPS)接收机调整的振荡器产生它自己的内部时钟信号。RCS104为一具有扩展码但没有数据调制的信道产生全球导频码，它可由远程SU111到118获取。RCS的所有发射信道与导频信道同步，并且用于RCS104中逻辑通信信道的码发生器(未示出)的扩展码相位也与导频信道的扩展码相位同步。类似地，接收RCS104的全球导频码的SU111到118使SU的码发生器(未示出)的扩展和解扩码相位与全球导频码同步。
逻辑通信信道现有技术中的“信道”通常被认为是一通信通路，它是接口的一部分并且能够不考虑其内容从接口的其他通路中区分出来。然而，在CDMA的情况下，分开的通信通路只能根据它们的内容来区分。词语“逻辑信道”用来区分分开的数据流，它在逻辑上与传统意义的信道相当。本发明的所有逻辑信道和子信道与公用每秒64K码元(ksym/s)QPSK流一一对应。有些信道与所产生的有关导频码同步，并执行与系统全球导频码相似的功能。然而系统导频信号并不认为是逻辑信道。
在RCS和SU间的RF通信链路上使用几个逻辑通信信道。每个逻辑通信信道或者具有固定的、预定扩展码，或者有一动态分配的扩展码。对于预定和分配的码这两者，其码相位均与导频码同步。逻辑通信信道分为两组全局信道(GC)组和分配信号(AC)组。GC组包括或者从基站RCS传送到所有远程SU或者不管SU的标识从任何SU传送到基站的RCS的信道。这些信道典型地包含所有用户的给定类型的信息。这些信道包括由SU使用以得到系统入口的信道。分配信道(AC)组中的信道是那些专用于RCS和特定SU间通信的信道。
功率控制概述利用本发明的功率控制性能来使RCS和任何与其处于通信状态的SU间所用的发射功率最小。在承载信道连接之中更新发射功率的功率控制子性能被定义为自动功率控制(APC)。在前向APC信道上将APC数据从RCS传送到SU，而在反向APC信道上则从SU传送到RCS。当在此两者间没有接通数据链路时，则维持功率控制子性能(MPC)控制SU的发射功率。
由APC算法来控制前向和反向分配信道及反向全局信道的发射功率电平，以便在这些信道上维持足够的信号功率与干扰噪声功率之比(SIR)，并使系统输出功率稳定和最小。本发明使用闭环功率控制系统，其中接收机控制其相关的发射器，以逐步提高或降低其发射功率。这一控制经APC信道上的功率控制信号传递到相关发射器。接收机在两个误差信号的基础上作出判定，以增加或降低发射器的功率。一个误差信号表示测量的与要求的解扩信号功率之间的差值，而另一个误差信号表示平均接收的总功率。
如本发明的所述实施例中使用的一样，术语“近端”(near-end)功率控制用来表示按照在APC信道上从另一端接收的APC信号调整发射器的输出功率。这意味着用于SU的反向功率控制和用于RCS的前向功率控制；而术语“远端”(far-end)APC用来表示用于SU的前向功率控制和用于RCS的反向功率控制(调整在信道相对端的用户机的发射功率)。
为了节省功率，SU调制解调器在等待呼叫(定义为睡眠状态)时终止发送并停止供电。由来自SU控制器的叫醒信号终止睡眠状态。响应此信号，SU调制解调器获取电路自动进入重获取状态，并开始获取下行链路导频的过程，如下述。
闭环功率控制算法近端功率控制包括两步第一，设置初始发射功率；第二，按照从远端接收的信息使用APC不断地调整发射功率。
对于SU，将初始发射功率设置为最小值，然后逐渐上升，例如为1dB/ms的速度，直到或者上升到计时器停止(来示出)或者RCS将FBCH上相应通讯灯值变为“红”，“红”表示RCS已锁定SU的短导频信号(SAXPT)计时器的停止引起SAXPT发送中断，除非通讯灯值首先设置为红，在这种情况下SU继续抬升发射功率，但其速度要比检测到“红”信号之前低得多。
对于RCS，将初始发射功率设置在一固定值，与针对服务类型和当前系统用户数目通过实验确定的进行可靠操作所需要的最小值相当。诸如全球导频或快速广播信道(FBCH)的全局信道通常以固定初始功率发射，而通讯信道转换为APC。
在APC信道上APC信号被发射为一个比特信号。此一比特信号表示增加(信号是逻辑高)或降低(信号是逻辑低)相关发射功率的命令。在所述实施例中，64kbps APC数据流不是编码的或交织的。
远端功率控制包括用于远端的近端发射功率控制信息，用于调整其发射功率。
如果下列不等式成立，则APC算法使RCS或SU发射+1，否则发射-1(逻辑低)。
α1e1-α2e2＞0 (1)这里，误差信号e1按下式计算e1＝Pd-(1+SNRREF)PN(2)式中Pd是解扩信号加噪声功率，PN是解扩噪声功率，以及SNRREF是特定服务类型所希望的解扩信号与噪声之比；以及e2＝Pr-Po(3)式中Pr是收到功率的测量值，而Po是自动增益控制(AGC)电路的设定点。针对每种服务类型和APC更新速率选择方程式(30)中的权重α1和α2。
维持功率控制在SU的睡眠状态之中，CDMA的RF信道的干扰噪声功率改变。作为上述初始功率升高方法的另一种选择，本发明可以包括一维持功率控制性能(MPC)，它针对CDMA信道的干扰噪声功率周期性地调整SU的初始发射功率。MPC是一个过程，通过此过程将SU的发射功率电平维持在与RCS检测SU的信号所要求的最小电平极接近的范围内。此MPC过程补偿所要求的SU发射功率中的低频变化。
维持控制性能使用两个全局信道一个称之为反向链路上的状态信道(STCH)，另一个称之为前向链路上的核查信道(CUCH)。在这些信道上发送的信号没有携带数据，并且以与产生用于初始功率提升的短码相同的方式产生这些信号。从全局码发生器的“反向”支路产生STCH和CUCH码。
MPC过程如下。在随机的间隔中，SU在状态信道(STCH)上周期地发送码元长度扩展码达3ms。如果RCS检测到此序列，则它通过在核查信道(CUCH)上在下一个3ms内发送码元长度码序列作出应答。当SU检测到来自RCS的应答时，它以特定步长减少它的发射功率。如果SU在3ms时间内没有检测到来自RCS的任何响应，则它以此步长增加发射功率。使用这一方法，以足够维持所有SU的0.99检测可能性的功率电平发射RCS响应。
通讯负载的变化率和有效用户的数目与CDMA信道总干扰噪声功率有关。使用通信理论领域公知的排队理论方法来确定本发明的维持功率更新信号的更新率和步长。通过将呼叫起源过程模拟为随平均6.0分钟而变化的指数随机变量，数字计算表明SU的维持功率电平应当每10秒或更少时间更新一次，以便能使用0.5dB的步长跟上干扰电平的变化。将呼叫起源过程模拟为随指数的呼叫发生次数而变化的泊松随机变量，则通过数字计算，每个用户每秒2×10-4的呼叫发生率、每秒1/360的服务率以及RCS服务区内为600的总用户人数也表明当使用0.5dB步长时每10秒一次的更新速度足够了。
由从睡眠状态变为醒着状态的SU周期地进行维持功率调整。结果，MPC性能的处理流程如图2所示，并为如下步骤第一，在步骤201，在SU和维持在接近于检测所要求的发射功率电平的RCS之间交换信号SU在STCH中周期地发送码元长度扩展码，而RCS在CUCH中周期地发送码元长度扩展码作为应答。
下面，在步骤202，如果SU在它发送的STCH报文之后在3ms内收到应答，则在步骤203以特定步长减少其发射功率；但如果SU在STCH报文后在3ms内没有收到应答，则在步骤204以相同步长增加其发射功率。
在步骤205，SU在发送另一STCH报文之前等待一段时间，该段时间由平均为10秒的随机过程来确定。
因此，根据RCS应答周期地调整来自SU的STCH报文的发射功率，并且来自RCS的CUCH的发射功率是固定的。
将功率控制信号与APC的逻辑信道一一对应将功率控制信号与具体的逻辑信道一一对应，用来控制前向和反向分配信道的发射功率电平。反向全局信道也由APC算法控制，以便在这些反向信道上维持足够的信号功率与干扰噪声功率比(SIR)，并使得系统输出功率稳定和最小。本发明使用闭环功率控制方法，其中接收机周期地决定逐步升高或降低另一端发射机的输出功率。此方法也将此决定返回给各个发射机。
表1 APC信号信道分配
前向和反向链路分别独立控制。对于进行中的呼叫/连接，由在反向APC信道上传送的APC位控制前向链路通讯信道(TRCH)APC和传号线(OW)功率。在呼叫/连接建立过程中，反向链路访问信道(AXCH)功率也由在前向APC信道上传送的APC位来控制。表11总结了所控制信道的具体功率控制方法。
任何特定SU的分配信道TRCH、APC和OW及反向分配导频信号的规定SIR在相互比例关系上保持不变，并且这些信道具有大致相同的衰落，因此它们一起进行功率控制。
自动前向功率控制在呼叫/连接之中AFPC系统尽量维持前向信道上的最小规定SIR。图3所示的AFPC循环程序包括在步骤301中SU形成两个误差信号e1和e2的步骤，其中e1＝Pd-(1+SNRREF)PN(4)e2＝Pr-Po(5)Pd是解扩信号加噪声功率，PN是解扩噪声功率，SNRREF是该服务类型的规定信噪比，Pr是总接收功率的测量值，而Po是AGC设定点。下一步，SU调制解调器在步骤302形成组合误差信号α1e1+α2e2。这儿，为每种服务类型和APC更新率选择权重α1和α2。在步骤303，SU严格限制组合误差信号，并形成单个APC位。在步骤304，SU将APC位传送给RCS，在步骤305，RCS调制解调器接收该位。在步骤306，RCS增加或减少其给SU的发射功率，然后此算法从步骤301开始重复。
自动反向功率控制在呼叫/连接建立之中和呼叫/连接进行之中，ARPC系统维持反向信道上的最小规定SIR，以使总的系统反向输出功率最小。从步骤401开始图4所示的ARPC循环程序，在步骤401，RCS调制解调器形成两个误差信号e1和e2，其中e1＝Pd-(1+SNRREF)PN(6)e2＝Pπ-Po(7)Pd是解扩信号加噪声功率，PN是解扩噪声功率，SNRREF是该服务类型的参照信噪比，Pπ是由RCS接收的平均总功率的测量值，而Po是AGC设定点。在步骤402，RCS调制解调器形成组合误差信号α1e1+α2e2，并在步骤403严格限制此误差信号以确定单个APC位。在步骤404，RCS发送APC位给SU，并在步骤405由SU接收此位。最后，在步骤406，SU按照接收的APC位调整其发射功率，并且此程序从步骤401开始重复。
SIR和多信道类型链路上信道的所要求SIR是信道格式(例如TRCH，OW)、服务类型(例如ISDNB，32Kb/s ADPCM POTS)及在其上分配数据位的码元数(例如将两个64kb/s码元集合以形成单个32kb/sADPCM POTS码元)的函数。预定与每个信道和服务类型所要求的SIR相对应的解扩器输出功率。在呼叫/连接处于进行之中时，几个用户CDMA逻辑信道同时启动；这些信道的每一个在每个码元周期发送一码元。测量来自标称最大SIR信道的码元的SIR，与阈值相比较，并用来在每个码元周期确定APC升高/降低决定。表2表示由服务和呼叫类型用于APC计算的码元(和阈值)。
表2用于APC计算的码元/阈值
APC参数APC信息通常转换为单个位的信息，并且APC数据率与APC更新率相当。APC更新率是64kb/s。这一速率足够高，能够适应预期的Rayleigh和Doppler衰退，并允许在上行链路和下行链路APC信道中有相对高(～0.2)的比特误差率(BER)，这使得用于APC的容量最小。
由APC位表示的功率升高/降低在标称上处于0.1和0.01dB之间。对于本系统的示例性实施例，功率控制的动态范围在反向链路上为70dB而在前向链路上为12dB。
多路复用APC信息的另一实施例前面说明的专用APC和OW逻辑信道也能在一个逻辑信道中一起多路复用。APC信息以64kb/s连续地传送，由此OW信息出现在数据脉冲串中。另一多路复用逻辑信道包括例如同相信道上的非编码、非交织64kb/s APC信息和QPSK信号90°相差信道上的OW信息。
闭环功率控制的运行在呼叫连接之中的闭环功率控制响应于整个系统功率中的两个不同变量。第一，此系统响应于诸如SU的功率电平变化的本地行为，第二，此系统响应于系统中全组的有效用户的功率电平变化。
本发明的示例性实施例的功率控制系统如图5所示。如其所示，用来调整RCS的发射功率的电路(如RCS功率控制模块501所示)和用于SU的电路(如SU功率控制模块502所示)相似。从RCS功率控制模块501开始，反向链路RF信道信号在RF天线处被接收并解调，以产生供给可变增益放大器(VGA1)510的反向CDMA信号RMCH。VGA1510的输出信号供给自动增益控制(AGC)电路511，此电路产生进入VGA1 510的可变增益放大器控制信号。此信号将VGA1 510的输出信号电平维持在一近似恒值。VGA1的输出信号由解扩—解多路复用器(demux)512解扩，它产生一解扩用户报文信号MS和前向APC位。前向APC位供给集成器513，以产生前向APC控制信号。前向APC控制信号控制前向链路VGA2 514，并将前向链路RF信道信号维持在通信所需要的最小电平。
RCS功率模块501的解扩用户报文信号MS的信号功率由功率测量电路515测量，以产生信号功率指示。VGA1的输出也由AUX解扩器来解扩，该解扩器使用不相关扩展码解扩信号，因此得到解扩噪声信号。此信号的功率测量值乘以1加上所要求的信噪比(SNRR)，以形成阈值信号S1。由减法器516产生解扩信号功率和阈值S1之间的差值。该差值是误差信号ES1，它是与特定SU发射功率电平相关的误差信号。类似地，VGA1 510的控制信号供给速率变换(scaling circuit)电路517，以减少用于VGA1的控制信号的速率。变换电路517的输出信号是变换后系统功率电平信号SP1。阈值计算逻辑电路518计算来自RCS用户信道功率数据信号(RCSUSR)的系统信号阈值SST值。变换的系统功率电平信号的补数SP1和系统信号功率阈值SST供给加法器519，它产生第二误差信号ES2。这一误差信号与所有有效SU的系统发射功率电平相关。输入的误差信号ES1和ES2在合并器520中合并，产生输入到增量调制器(DM1)521中的合并误差信号，并且DM1的输出信号是反向APC比特流信号，具有+1或-1的比特值，本发明的反向APC比特流信号被发射为64kb/s信号。
反向APC位供给扩展电路(spreading circuit)522，并且扩展电路522的输出信号是扩频前向APC报文信号。前向OW和通讯信号也供给扩展电路523、524，产生前向通讯报文信号1、2、…N。前向APC信号、前向OW和通讯报文信号的功率电平由各自的放大器525、526和527调整，以产生功率电平调整后的前向APC、OW和TRCH信道信号。这些信号由加法器528合并，并供给VAG2 514，它产生前向链路RF信道信号。
包括扩频前向APC信号的前向链路RF信道信号由SU的RF天线接收，并解调以产生前向CDMA信号FMCH。此信号供给可变增益放大器(VGA3)540。VGA3的输出信号供给自动增益控制电路(AGC)541，它产生进入VGA3 540的可变增益放大器控制信号。此信号将VGA3的输出信号电平维持在一近似恒值电平。VAG3 540的输出信号由解扩解多路复用器542解扩，产生解扩用户报文信号SUMS和反向APC位。此反向APC位供给集成器543，它产生反向APC控制信号。该反向APC控制信号供给反向APC VGA4 544，以将反向链路RF信道信号维持在最小功率电平。
解扩用户报文信号SUMS也供给产生功率测量值信号的功率测量电路545，该功率测量值信号在加法器546中加上阈值S2的补数，以产生误差信号ES3。信号ES3是与特定SU的RCS发射功率电平相关的误差信号。为得到阈值S2，来自AUX解扩器的解扩噪声功率指示乘以1加希望的信噪比SNRR。AUX解扩器使用不相关扩频码解扩输入数据，因此其输出是解扩噪声功率的指示。
类似地，用于VGA3的控制信号供给速率变换电路以减少用于VGA3控制信号的速率，从而产生变换的接收功率电平RP1(见图5)。阈值计算电路计算来自SU测量功率信号SUUSR的接收信号阈值RST。变换后的所接收功率电平RP1的补数和所接收信号阈值RST供给产生误差信号ES4的加法器。此误差与供给所有其它SU的RCS发射功率相关。输入误差信号ES3和ES4在合并器中合并，并输入δ调制器DM2 547，DM2 547的输出信号是前向APC比特流信号，此信号具有+1或-1的比特值。在本发明的示例性实施例中，此信号发送为64kb/s信号。
前向APC比特流信号供给扩展电路2948，以产生输出反向扩频APC信号。反向OW和通讯信号也输入扩展电路549、550，产生反向OW和通讯报文信号1、2、…N，并且由反向导频生成器551生成反向导频。反向APC报文信号、反向OW报文信号、反向导频及反向通讯报文信号的功率电平由放大器552、553、554、555调整，以产出由加法器556合并并输入给反向APC VGA4 544的信号。该VGA4 544产生反向链路RF信道信号。
在呼叫连接和承载信道建立过程中，修改本发明的闭环功率控制，如图6所示。如其所示，用来调整发射功率的电路是不同的对于RCS，是如图所示的初始RCS功率控制模块601；对于SU，是如图所示的初始SU功率控制模块602。从初始RCS功率控制模块601开始，反向链路RF信道信号在RF天线处接收，并解调，产生由第一可变增益放大器(VGA1)603接收的反向CDMA信号IRMCH。VGA1的输出信号由自动增益控制电路(AGC1)604检测，此电路将可变增益放大器控制信号供给VGA1 603，以将VAG1的输出信号电平维持在一近似恒值。VGA1的输出信号由解扩解多路复用器605解扩，而后产生解扩用户报文信号IMS。前向APC控制信号ISET被设置为固定值，并供给前向链路可变增益放大器(VGA2)606，以将前向链路RF信道信号设置在一预定电平。
初始RCS功率模块601的解扩用户报文信号IMS的信号功率由功率测量电路607测量，并且在减法器608中从阈值S3里减去输出功率测量值，以产生误差信号ES5，这是与特定SU的发射功率电平相关的误差信号。通过将从AUX解扩器得到的解扩功率测量值乘以1加希望的信噪比SNRR来计算阈值S3。AUX解扩器使用不相关扩频码解扩信号，因此其输出信号是解扩噪声功率的指示。类似地，VGA1控制信号供给速率变换电路609，以减少VGA1控制信号的速率，以便产生变换的系统功率电平信号SP2。阈值计算逻辑电路610确定从用户信道功率数据信号(IRCSUSR)计算的初始系统信号阈值(ISST)。变换的系统功率电平信号SP2的补数和ISST供给加法器611，它产生第二误差信号ES6，这是与所有有效SU的系统发射功率电平相关的误差信号。ISST的值是具有特定配置的系统的希望发射功率。输入误差信号ES5和ES6在合并器612中合并，产生输入到δ调制器(DM3)613的合并误差信号。DM3产生初始反向APC比特流信号，此信号具有+1或-1的比特值，本发明的反向APC比特流信号发射为64kb/秒信号。
此反向APC比特流信号供给扩展电路614，以产生初始扩频前向APC信号。控制信道(CTCH)信息由扩展器616扩展，以形成扩展CTCH报文信号。扩展APC和CTCH信号由放大器615和617变换，并由合并器618合并。合并的信号供给VAG2 606，它产生前向链路RF信道信号。
前向链路RF信道信号包括扩展前向APC信号，由SU的RF天线接收，并解调，以产生初始前向CDMA信号(IFMCH)，此信号供给可变增益放大器(VGA3)620。VGA3的输出信号由自动增益控制电路(AGC2)621检测，它产生用于VGA3 620的可变增益放大器控制信号。此信号将VGA3 620的输出功率电平维持在一近似恒定值。VAG3的输出信号由解扩解多路复用器622解扩，产生一初始反向APC位，此反向APC位依赖于VGA3的输出电平。反向APC位由集成器623处理，以产生反向APC控制信号。反向APC控制信号供给反向APCVGA4 624，以将反向链路RF信道信号维持在一确定功率电平。
全局信道AXCH信号由扩展电路625扩展，以提供扩展AXCH信道信号。反向导频生成器626提供一反向导频信号，并且AXCH的信号功率和反向导频信号由各个放大器627和628调整。扩展AXCH信道信号和反向导频信号由加法器629相加，以产生反向链路CDMA信号。反向链路CDMA信号由反向APC VGA4 624接收，它产生输出到RF发射器的反向链路RF信道信号。
系统容量管理本发明的系统容量管理算法为一称之为单元的RCS区优选最大用户容量。当SU达到最大发射功率的一定值时，SU发送报警报文给RCS。RCS将控制访问系统的通讯灯设置为“红”，如前述这是禁止SU访问的标志。这种状态保持有效，直到报警SU终止其呼叫，或直到在SU处测量的报警SU的发射功率小于最大发射功率的值。当多个SU发送报警报文时，此状态保持有效，直到要么来自报警SU的所有呼叫终止，要么在SU处测量的报警SU的发射功率小于最大发射功率。另一实施例在前向误差纠正(FEC)解码器中测量比特误差率测量值，并保持RCS通讯灯为“红”，直到比特误差率小于预定值。
本发明的阻止策略方法包括使用从RCS发送到SU的功率控制信息和RCS处的接收功率测量值的方法。RCS测量其发射功率电平，检测达到的最大值，并确定什么时侯阻止新的用户。如果在成功地完成承载信道分配之前SU到达最大发射功率，则准备进入系统的SU阻止它自己。
系统中的每个额外用户具有增加所有其它用户的噪声电平的效应，这减少了每个用户经历的信噪比(SNR)。功率控制算法维持每个用户所希望的SNR。因此，在缺乏任何其他限制时，增加新用户到系统中仅有短暂影响，并会重新获得希望的SNR。
通过测量基带合并信号的均方根(rms)值或者通过测量RF信号的发射功率并反馈给数字控制电路来在RCS中进行发射功率测量。发射功率测量也可由SU来进行，以确定此用户机是否已达到其最大发射功率。通过测量RF放大器的控制信号并在服务类型的基础上变换此值，由此确定SU发射功率电平，这些服务类型例如普通老式电话服务(POTS)，FAX或综合业务数字网(ISDN)。
SU已达到最大功率的信息在所分配信道的报文中由SU发送给RCS。RCS也通过测量反向APC变化来确定此状况，因为如果RCS发送APC报文给SU以增加SU发射功率，而RCS处测量的SU发射功率没有增加，则SU已达到最大发射功率。
RCS不使用通讯灯来阻止已使用短码完成了功率逐步抬升的新用户。通过否认它们的拨号音并使它们时间用尽来阻止这些用户。RCS在APC信道上发送所有的“1”(下降命令)，以使SU降低其发射功率。RCS也发送没有CTCH的报文或带有无效地址的报文，这迫使FSU放弃访问程序并重新开始。SU并不立即开始获取程序，因为通讯灯是红色的。
当RCS达到其发射功率极限时，它以与当SU达到其发射功率极限时相同的方式进行阻止。RCS关闭FBCH上的所有通讯灯，开始发送所有“1”APC比特(下降命令)给那些已完成它们的短码功率抬升但还没有给出拨号音的用户，而后发送没有CTCH的报文给这些用户或发送带无效地址的报文以迫使它们放弃访问程序。
SU的自阻止算法如下。当SU开始发射AXCH时，APC使用AXCH启动其功率控制操作，并且SU的发射功率升高。当发射功率在APC的控制下升高时，它由SU控制器监测。如果达到发射功率极限，SU放弃访问过程并重新启动。
尽管本发明已按照示例性实施例进行了说明，本领域的专业人员应理解可以对下面权利要求中确定的发明范围里的实施例进行修改，由此实施本发明。
权利要求
1.一种能够使用一包含一上行链路与一下行链路的码分多址进行通信的用户单元，其中，该上行链路包含由该用户单元传送通信的多个逻辑信道，该下行链路包含由该用户单元接收通信的至少一逻辑信道，该用户单元包含在一逻辑控制信道上接收一下行链路的一传送功率控制信号的装置；在所述多个逻辑信道上传送一上行链路的反向信号的装置；以及在一逻辑共享交通信道上接收信息的装置；其中该逻辑信道提供不同的数据流而且在上行链路中所述多个逻辑信道的每一个的传送功率等级是由所述传送功率控制信号所控制。
2.根据权利要求1所述的用户单元，其中在上行链路中所述多个逻辑信道的每一个的传送功率等级是与在该上行链路中的其它多个逻辑信道具有不同的传送供率等级。
3.根据权利要求2所述的用户单元，其中在上行链路中所述多个逻辑信道的每一个的传送功率等级是设定成彼此相互成正比。
4.根据权利要求3所述的用户单元，其中在上行链路中所述多个逻辑信道的其中一个是一控制信道，而所述多个逻辑信道的其中另一个是一交通信道。
5.根据权利要求4所述的用户单元，其中所述传送供率控制信号是一个具有值+1或-1的一比特信号。
6.一种由能够使用一包含一上行链路与一下行链路的码分多址通信系统进行通信的用户单元所使用的方法，其中，该上行链路包含由该用户单元传送通信的多个逻辑信道，该下行链路包含由该用户单元接收通信的多个逻辑信道至少其中之一，该方法包含在一逻辑控制信道上接收一下行链路的一传送功率控制信号；在所述多个逻辑信道上传送一上行链路的反向信号；以及在一逻辑共享交通信道上接收信息；以及通过所述传送功率控制信号控制所述多个逻辑信道的每一个的传送功率等级。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在上行链路中所述多个逻辑信道的每一个的传送功率等级是与在该上行链路中的其它多个逻辑信道具有不同的传送供率等级。
8.根据权利要求7所述的方法，其中在上行链路中所述多个逻辑信道的每一个的传送功率等级是设定成彼此相互成正比。
9.根据权利要求8所述的方法，其中在上行链路中所述多个逻辑信道的其中一个是一控制信道，而所述多个逻辑信道的其中另一个是一交通信道。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述传送供率控制信号是一个具有值+1或-1的一比特信号。
全文摘要
一种扩频通信系统和方法，用于基站与用户机单元之间的通信。该方法包括在该基站，发送一总体导频信道到该用户机单元；发送正向自动功率控制比特到该用户机单元；发送一正向交通信道到该用户机单元；以及对应反向自动功率控制比特而控制该正向交通信道与该正向自动功率控制比特的一正向传输功率水平；以及在该用户机单元，发送一指派导频到该基站；发送所述的反向自动功率控制比特到该基站；发送一反向交通信道到该基站；以及对应所述的正向自动功率控制比特而控制该指派导频、反向自动功率控制比特以及该反向交通信道的一反向传输功率水平。
文档编号H04B1/707GK1909387SQ20061010076
公开日2007年2月7日 申请日期1996年6月27日 优先权日1995年6月30日
发明者加里·隆, 法提赫·厄兹吕蒂尔克, 约翰·科瓦尔斯基 申请人:交互数字技术公司