专利名称：功率控制方法和蜂窝无线系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用以改变蜂窝无线系统中功率控制步进量的功率控制方法，该蜂窝无线系统至少包括一个用户终端和一个基站，它接收该用户终端的速度信息，并使用一个衰落信道。
本发明还涉及一种用以进行功率控制的蜂窝无线系统，该系统至少包括一个用户终端、一个基站和改变功率控制步进量的装置，该装置接收该用户终端的速度信息，该蜂窝无线系统使用一个衰落信道。
在蜂窝无线系统中，基站和用户终端间的连接质量不断变化。这种变化起因于无线路径上的干扰因素，以及例如因为无线电波的衰减是距离的函数。用户终端的接收也受某些信号干扰，这些信号来自于位于该覆盖区域并向其它用户终端提供服务的基站。
在蜂窝网络环境中，用户彼此间相对于基站随机分布。基站和用户终端间的信号衰减由部分损耗来描述，它至少随距离的增加平方上升。因此，位于基站附近的用户终端可能会完全覆盖较远基站的发送，尤其是在用户终端的功率控制不精确的情况下，因为即使是较强信号的一个小相关，也会引起对较弱信号指示的较大干扰。这种现象叫做被叫远／近问题。在蜂窝无线系统中，功率控制旨在使基站所接收的所有用户终端的功率相等，而与用户终端和基站间的距离无关。功率控制还旨在使用户终端在与基站联系时，始终能接收到它所接受的信号值。但是，例如因为无线信道的快速变化的性质，很难实现精确的功率控制。
在单个点上，基站和用户终端间无线路径的衰减不仅仅是，例如距离和频率的函数。在接收的信号中，随时间和空间发生较快和较慢的变化。这种信号变化称为信号衰减。
快速信号衰减是因为从不同途径到达接收机的信号分量被累加在一起。根据这些信号分量彼此的相位差，它们相互放大或衰减。信号分量的变化可能会非常大，大到几十分贝。较大的变化已发生在少于半个波长的距离。由于快速衰减，接收信号的振幅遵循所谓的瑞利(Rayleigh)分布。根据信号的带宽，快速衰减可以是，例如平坦衰落或频率选择衰落。
信号的慢衰减是因为，在基站和用户终端间的无线路径上存在着不同数量的障碍物，它们引起额外的衰减。障碍物可以是，例如房屋的墙壁或者较高的地表地形。慢衰减一般遵循对数正态分布。在对数正态分布中接收的平均信号分贝值是正态分布的。在蜂窝无线系统中，分别通过增加发射功率或通过缩短无线路径，使接收信号功率以某个确定的概率大于接收机的门限功率，从而将快衰减和慢衰减所引起的信号变化考虑在内。
以前所知的是，在用户终端中使用功率控制以减少衰减所引起的信号变化。功率一般已由标准步进量控制。基站或用户终端已测量了信号并基于测量结果发送了功率控制命令。功率控制命令例如用以减少或增加发射功率。功率控制的步进量也已被改变。步进量的变化例如取决于基站的负荷或者取决于前一个功率控制命令。
但是，还无法通过已知的功率控制方法达到精确的功率控制，从而充分降低信道中发生的衰减。这些解决方案没有考虑因用户终端移动所引起的衰落分布。因为在已知方法中已选择了某个折中值作为用于功率控制的步进量，该值并不能在用户终端的任意速度下都工作良好。这样，步进量工作于用户终端的所有速度，却无法在任意速度下接近理想状态。出于上述原因，已知的功率控制方法不能在衰减分布中有效地遵循不同的衰减等级，这些等级发生在无线信道中。
如果用户终端移动非常缓慢或者停留在原地，在已知方案中使用的功率控制步进量一般过大。如果功率控制步进量过大，将无法充分有效和精确地适配理想的功率控制。随着用户终端速度的增加，特定情况下，为了能有效地快速衰减，用于功率控制的步进量通常变得过小。如果用户终端的速度变得更高，已知的功率控制方法将无法再遵循不同的衰减等级。并且，例如因为衰减等级的发生频率已远远超过发射功率控制命令所能达到的频率，也无法遵循所述衰减等级。在这种情况下接收的功率值在该衰减等级上使衰减信道平均化，而使用的功率控制主要遵循慢衰减。
本发明的一个目的是实现一种解决方案，根据该方案，提供的用于功率控制的步进量使功率控制能够补偿信道中发生的衰减。
这通过前言中描述的方法实现，该方法的特征在于，基于用户终端速度信息改变步进量以消除信道中的衰减。
根据本发明的蜂窝无线系统的特征在于，该装置基于用户终端速度信息改变用于功率控制的步进量以消除信道中的衰减。
通过本发明的方法可以获得许多优点。根据本发明，在蜂窝无线系统中用于功率控制的步进量的确定考虑了用户终端的速度。通过这种方式，功率控制是精确的。同时，该蜂窝无线系统的基站和用户终端间连接的质量和安全性将会更好。相应地，因为基于从蜂窝无线系统接收的速度信息改变用于功率控制的步进量，所以本发明的方案能够较好地遵循理想的功率控制，消除了无线路径上的信道衰减。
根据本发明的方法的优选实施例也在后附相关权利要求中出现，根据本发明的接收机的优选实施例在后附相关权利要求中出现。
以下结合根据附图的例子详细解释本发明，在附图中
图1示出了一种根据本发明的蜂窝无线系统；图2通过接收信号的帧差错率作为用户终端速度函数的变化，示出了功率控制中的现有领域技术；图3通过接收信号的帧差错率作为用户终端速度函数的变化，示出了根据用户终端速度改变功率控制步进量。
图1示出了采用根据本发明的方案的蜂窝无线系统。本发明的方案尤其适用于基于CDMA技术(码分多址)的蜂窝无线系统。该图的蜂窝无线系统包括一个用户终端100、一个基站200和装置300。在该图的方案中，装置300连接到基站200。用户终端100连接到基站200，并且用户终端100以可变速度在蜂窝无线系统的不同小区范围内移动。
用户终端100包括一根天线101、射频部件102、D／A和A／D转换部件103和调制部件104。天线101作为收发信机天线正常工作。用户终端100通过天线101接收基站200所发射的信号。该信号被传送给射频部件102。射频模拟信号被转换成中频并进行滤波。在接收方向中，调制部件104将宽带信号复原成窄带数据信号。
基站200包括一根天线201、射频部件202、D／A和A／D转换部件203和调制部件204。天线201作为收发信机天线正常工作。基站200通过天线201接收信号，该信号被传送给射频部件202。射频模拟信号被转换成中频并进行滤波。随后，该信号被传送到A／D转换部件203，在转换部件203中将模拟信号转换成数字信号。在接收方向中，调制部件204将宽带信号复原成窄带数据信号。
在发送方向上，数字信号被D／A转换成模拟信号。此后，模拟信号在调制部件204中被类噪声编码成宽带扩频信号。得到的扩频信号在射频部件202中根据现有技术被转换成射频，借助天线201发送到无线路径。连接到基站200的装置300改变蜂窝无线系统中用于功率控制的步进量。
首先，假定用户终端100移动非常缓慢，或者它停留在蜂窝无线系统范围内的某个地点。装置300测量用户终端100所发射的信号，从该信号中装置300生成与该用户终端100的移动速度成正比的测量信息。装置300可以基于，例如由测量多普勒效应所得到的测量信息产生该信息。因为用户终端300移动非常缓慢，装置300将功率控制的步进量改小。基于测量数据，将步进量改小，使功率控制尽可能精确地遵循理想的功率控制。
如果用户终端100的移动速度增加，装置300检测速度的变化。在上述情况下，装置300增加功率控制步进量。步进量的增加基于装置300对用户终端100发送的信号的测量。通过增加步进量，功率控制可以在基站200和用户终端100之间遵循无线路径，即信道中的衰减。因为步进量的增加幅度取决于用户终端100移动速度有多高，采用本发明的方案，可以在用户终端100以较高速度移动时遵循衰减，该速度高于使用标准步进量时所能达到的速度。
如果用户终端100的速度仍在增加，在信道中开始出现更多的衰减。通过增加步进量已不能再成功地遵循不同的衰减，而需要将步进量减小。在步进量减小之后，功率控制遵循慢衰减，尤其是效率更高。此外，用于功率控制的步进量也可以不利用用户终端移动速度，而是基于蜂窝无线系统的其它参数确定。
在接收到用户终端100移动速度的信息之后，装置300改变蜂窝无线系统中用于功率控制的步进量。装置300改变用户终端100所用的功率控制步进量，例如用于发射信号。因为可以独立改变基站200的功率控制步进量和用户终端100的功率控制步进量，根据本发明的方案为蜂窝无线系统提供了有效而精确的功率控制。
图2示出了根据现有技术的方法所产生的信号的帧差错率(FER)作为用户终端100速度的函数的变化。根据现有技术的功率控制一般使用一个标准步进量。从该图中可以看出，与后向连接相比，前向连接(即从用户终端100到基站200的连接)在用户终端100的每一种移动速度上的帧差错率(FER)都较低。在这种情况下，后向连接意味着从基站200到用户终端100的传送方向。在该图的例子中，在16到32km／h的速度范围内出现最大的帧差错率。
图3示出了根据本发明的方法所产生的信号的帧差错率(FER)作为用户终端100速度的函数的变化。本发明的方法采用的功率控制步进量正比于用户终端100的移动速度。在这种情况下，也是在16到32km／h的速度范围内出现最大的帧差错率。但是，从该图中可以明显看出，在用户终端100移动速度的所有值上，本发明的方法提供的帧差错率数值都远较根据现有技术的方案要低。相应地，与现有技术方案相比，根据本发明的方案能够更好地减小蜂窝无线系统无线路径上信道中发生的衰减，并予以补偿。
尽管以上结合根据附图的例子描述了本发明，但显然本发明并不局限于此，在后附权利要求书所提出的创新思想的范围内可以通过许多方式对其进行修改。
权利要求
1．用于在蜂窝无线系统中改变功率控制步进量的功率控制方法，该系统包括至少一个用户终端(100)和一个基站(200)，接收该用户终端(100)的速度信息，并使用一个衰落信道，其特征在于，基于该用户终端(100)速度信息改变步进量以减少信道中的衰减。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于，步进量随着用户终端(100)速度的增加而增加。
3．根据权利要求1的方法，其特征在于，步进量随着用户终端(100)速度的减小而减小。
4．根据权利要求1的方法，其特征在于，如果某个单独信道中的衰减使该信道无法使用，则减小步进量直至功率控制再次减小该信道的衰减。
5．根据权利要求1的方法，其特征在于，在该方法中用户终端(100)的功率控制步进量被改变。
6．根据权利要求1的方法，其特征在于，在该方法中基站(200)的功率控制步进量被改变。
7．用以进行功率控制的蜂窝无线系统，该系统至少包括一个用户终端(100)、一个基站(200)和改变功率控制步进量的装置(300)，该装置(300)接收该用户终端(100)的速度信息，该蜂窝无线系统使用一个衰落信道，其特征在于，装置(300)基于该用户终端(100)速度信息改变用于功率控制的步进量以减少信道中的衰减。
8．根据权利要求7的蜂窝系统，其特征在于，随着用户终端(100)速度的增加，装置(300)增加步进量。
9．根据权利要求7的蜂窝系统，其特征在于，随着用户终端(100)速度的减小，装置(300)减小步进量。
10．根据权利要求7的蜂窝系统，其特征在于，如果某个单独信道中的衰减使该信道无法使用，则装置(300)减小步进量直至功率控制再次减小该信道的衰减。
11．根据权利要求7的蜂窝系统，其特征在于，装置(300)改变用户终端(100)的功率控制的步进量。
12．根据权利要求7的蜂窝系统，其特征在于，装置(300)改变基站(200)的功率控制的步进量。
全文摘要
本发明涉及一种功率控制方法和一种用以进行功率控制的蜂窝无线系统,该系统至少包括一个用户终端(100)、一个基站(200)和改变用于功率控制的步进量的装置(300)。装置(300)接收该用户终端(100)的速度信息,该蜂窝无线系统使用一个衰落信道。装置(300)基于该用户终端(100)的速度信号改变用于功率控制的步进量以减少信道中的衰减。
文档编号H04J13/00GK1205139SQ97191282
公开日1999年1月13日 申请日期1997年8月27日 优先权日1996年8月28日
发明者朱科·洛基欧 申请人:诺基亚电信公司