专利名称：控制前向链路话务信道功率的制作方法
技术领域：
本发明的背景相关应用本申请要求标题为“控制前向链路话务信道功率的系统和方法”、序列号为60/335,749、2001年10月25日提出的美国专利申请的优先权，本申请通过完全引用被结合于此。
领域本发明一般涉及无线通信网络。本发明尤其涉及用于控制传输功率的方法和装置。
背景存在各种具有多波束通信链路的无线通信系统。基于卫星的通信系统是这样的一个示例。另一个示例是蜂窝通信系统。
基于卫星的通信系统包括一个或多个卫星，以在网关和用户终端之间中继通信信号。网关提供通信链路，用于将用户终端连接至其他用户终端或其他系统的用户，如公共交换电话网络(PSTN)。用户终端可以是固定的或移动的，如移动电话，而且定位在网关附近或远程定位。
只要用户终端在卫星的“脚印”内，卫星就可以从用户终端接收信号以及将信号发送到用户终端。卫星的脚印是卫星通信系统覆盖的地球表面上的地理区域。在一些卫星系统中，卫星的脚印通过使用波束成形天线被地理地分为“波束”。每个波束覆盖卫星脚印内的某个地理区域。
一些卫星通信系统使用码分多址(CDMA)扩频信号，如专利号为4,901,307、发表于1990年2月13日、标题为“Spread Spectrum Multiple AccessCommunication System Using Satellite or Terrestrial Repeater”的美国专利和专利号为5,691,174、发表于1997年11月25日、标题为“Method and Apparatusfor Using Full Spectrum Transmitted Power in a Spread Spectrum CommunicationSystem for Tracking Individual Recipient Phase Time and Energy”的美国专利中所揭示，上述两专利被授权于本发明的受益人，并且通过引用结合于此。
在美国电信工业协会在由标题为“Mobile Station-Base StationCompatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum CellularSystem”的TIA/EIA/IS-95-A(这里称为IS-95)中标准化用于提供CDMA移动通信的方法。组合的AMPS&CDMA系统在TIA/EIA标准IS-98中被描述。其他通信系统在IMT-2000/UM或国际移动电信系统2000/通用移动电信系统中被描述，标准覆盖了宽带CDMA(WCDMA)、cdma2000(如cdma2000 1x或3x标准)或者TD-SCDMA。
移动通信也可以使用CDMA技术。然而，并非从通过一个或多个卫星中继的网关接收信号，用户终端从支持多个扇区的固定位置基站接收信号，每个扇区对应于一个特定的地理区域，相似于具有多束。
网关和基站以无线信号的形式在前向链路通信信道上发送信息至用户终端。这些无线信号需要以足够的功率电平被发送，以克服噪声和干扰，从而在规定的差错率内传输信息。而且，这些无线信号需要以非过度的功率电平被发送，从而它们不干扰涉及其他用户终端的通信。面对此挑战，网关和基站使用动态前向链路功率控制技术以建立适当的前向链路发送功率电平。
传统的前向链路功率控制技术包括闭合环路方法，其中用户终端向网关和基站提供规定特定的前向链路发送功率调整的反馈。例如，一个此方法包括确定接收的前向链路话务信号的信噪比(SNR)的用户终端。根据这些确定的SNR，用户终端发送命令，指示网关或基站增加或减少发送至用户终端的话务信号的发送功率。
这些命令称为升/降命令，因为他们指示功率增大或功率减小。升/降命令通过升/降功率控制信道被发送至网关或基站。此信道通常通过将升/降命令“截短”成为用户终端数据帧来实现，用户终端数据帧被发送至网关或基站。此截短可以限制用户终端发送信息至网关和基站的数据速率。另外，截短的信道可能不可靠，因为截短的命令对于给定的信噪比引入较高的比特差错率。
除了发送升/降命令，用户终端通常发送其他类型的信息至网关和基站。例如，多个用户终端周期性地发送多种功率测量和噪声测量以支持操作，如活动呼叫期间波束之间的“切换”。为了消除数据速率限制功率调整命令的低可靠性传输，期望网关和基站使用这些发送的测量，以控制前向链路功率电平。
另外，期望节省前向链路传输功率。因为卫星和蜂窝通信系统使用多个波束，在特定波束中用户终端接收的传输易受分配给邻近波束的传输影响。用户终端的干扰敏感度与它对邻近波束的邻近程度有关。也就是，用户或用户终端离邻近波束越近，用户越易遭受邻近波束的干扰。
在卫星非静止的基于卫星的通信系统中，给定卫星覆盖的地理区域一直变化。结果，在一时间点时定位在特定卫星的特定波束内的用户终端，后来可以被定位在同一卫的不同波束内或者不同卫星的不同波束内。而且，因为卫星通信是无线的，用户终端可以自由移动。结果，用户终端通常在一个波束内具有变化的位置，同时在前向链路信道上接收传输。因此，它们对干扰的敏感度随时间变化。
一种用于减小用户终端接收的干扰的技术是提高卫星和/或蜂窝基站以固定的界限向用户终端发射的信号功率。然而，因为用户终端经历变化的干扰敏感程度，这种方法对于比其他用户不易受干扰的用户，具有浪费功率的缺点。此外，这种方法可以造成对其它用户终端的附加干扰。
因此，对于消除需要发送闭合环路功率调整命令的用户终端，需要用于降低干扰同时节省发送功率的方法，尤其在具有优先功率预算的系统中需要这样的方法。
摘要本发明涉及用于控制前向链路传输功率Ptransmit的装置和方法，上述传输至具有多个波束的无线通信系统中的用户终端。本系统和方法从接收的或从导频信道信噪比(SNR)确定基准功率电平Pbaseline；从识别的干扰敏感度确定功率界限Pmargin；根据识别的分组差错率(PER)确定功率电平校正；以及根据Ptransmit、Pbaseline和Pmargin设定Pcorrection。例如，Ptransmit可以被设定在基本等于Pbaseline、Pmargin与Pcorrection之和的功率电平。可以使用独立操作地控制环路或处理来确定这些组件的每个。
确定Pbaseline可以包括计算功率电平偏移Po和将Po加入到导频信道发射功率电平。识别用户终端干扰敏感度可以包括从用户终端接收多个信号功率测量。
确定功率电平校正Pcorrection可以包括识别与用户终端相关的分组差错率(PER)。确定Pcorrection可以包括当识别的PER大于期望的PER时增大Pcorrection，以及当识别的PER小于期望的PER时减小Pcorrection。
这些信号功率测量的每一个对应于多个波束之一。例如，这些测量可以是以导频强度测量消息(PSMM)的形式传送的导频信号功率测量。或者，这些测量可以使用如寻呼消息的其他类型的信号被传送。计算第一个信号功率测量(如对应于活动波束的测量或最强的测量)和每一个其他信号功率测量之间的差别。
当最小的计算差别大于预定门限时Pmargin被设定为第一个功率电平。或者，当最小的计算差别小于等于预定门限时Pmargin被设定为第二个功率电平。第一个功率电平小于第二个功率电平。
识别用户终端干扰敏感度可以选择包括确定多个波束之一内的用户终端位置。这种情况下，当识别的位置在波束中央区域内时，Pmargin被设定为第二个功率电平。这里，第一个功率电平大于第二个功率电平。
用于控制Ptransmit的系统包括确定Pbaseline、Pmargin与Pcorrection的选择器。收发机根据Pbaseline、Pmargin与Pcorrection设定Ptransmit。例如，通过将Ptransmit设定为基本等于Pbaseline、Pmargin与Pcorrection之和的功率电平。
本发明的优点为它消除了对闭环前向链路功率控制技术的需要，其中用户终端发送规定特定前向链路发送功率调整的命令。
本发明的另一个优点是它在可接受范围内保持了干扰电平，同时节省发送功率。
下面结合附图详细描述本发明的另外的特性和优点以及本发明的多个实施例的结构和操作。
附图的简要描述结合附图描述本发明。在附图中，相同的引用号表示相同的或功能相似的元件。另外，引用号的最左位识别引用号最早出现的图。
图1说明了示例性无线通信系统；图2说明了具有多个波束的示例性脚印；图3说明了卫星脚印内的操作环境；图4-6是说明实施例的操作序列的流程图7是示例性网关实现的框图；以及图8是前向链路收发机实现的框图。
优选实施例的详细描述示例性操作环境在详细描述本发明的实施例前，描述实现本发明的示例环境是有帮助的。本发明尤其在移动通信环境中有用。图1说明了这样的一个环境。
图1是示例性无线通信系统(WCS)100的框图，无线通信系统(WCS)100包括一个基站112、两个卫星116a和116b、以及两个相关网关(这里也称为集线器)120a和120b。这些元件用于同用户终端124a、124b以及124c的无线通信。通常，基站和卫星/网关是不同基于陆地和卫星的通信系统组件。然而，这些不同的系统可以作为总体通信基础设施互操作。
尽管图1说明了一个基站112、两个卫星116以及网关120，任何数目的这些元件可以用于获得期望的通信容量和地理范围。例如，WCS100的示例性实现包括48或更多卫星，它们在近地轨道的八个不同轨道平面内运转，以服务于大量的用户终端124。
术语基站和网关有时候也被互换使用，每个都是固定的中央通信站，网关(如网关120)在本领域内被当作指示通过卫星中继器通信的高度专用的基站，同时基站(有时也称为小区站点)，如基站112，使用陆地天线指示周围地理区域内的通信。然而，本发明不受限于多个接入系统，而且可以用于使用其他接入技术的其他类型的系统。
在此示例中，每个用户终端124具有或者包括装置或无线设备，例如但不受限于移动电话、无线耳机、数据收发机、或者寻呼或位置确定接收机。而且每个用户终端按照期望安装或固定在交通工具(包括汽车、卡车、船、火车以及飞机)内的手握式或可携带终端。例如，图1说明了作为固定电话的用户终端124a、作为手握设备的用户终端124b、以及作为交通工具内安装的用户终端124c。无线通信设备有时候也可以称为用户终端、移动站、移动单元、订户单元、移动无线电或无线电电话、无线单元、终端、或者简单称为“用户”、订户、以及一些通信系统中的“移动端”，依各人喜爱而定。
用户终端124参加与使用码分多址(CDMA)技术的WCS100中的其他元件的无线通信。然而，本发明可以用于使用其他通信技术的系统，其他通信技术如时分多址(TDMA)、以及频分多址(FDMA)，或者其它波束成形或其它上面列出的技术(WCDMA、CDMA2000……)。
一般，来自一波束源的波束，如基站112或卫星116，以预定模式覆盖不同地理区域。不同频率的波束，也称为CDMA信道、频分多路复用(FDM)信号或信道、或者“子波束”可以被指向覆盖同一区域。本专业的技术人员也可以毫无困难地理解，多个卫星的波束覆盖或服务区域、或者多个基站的天线模式可以被设计用于完全覆盖或部分覆盖给定区域，根据通信系统设计和提供的服务类型以及是否获得空间分集选择上述设计。
图1说明了几个示例性信号路径。例如，信号路径130a-c提供用于基站112和用户终端124之间的信号交换。同样，信号路径138a-d为卫星116和用户终端124之间的信号交换。通过信号路径146a-d帮助卫星116和网关120之间的通信。
用户终端124可以用于通过多个信道与基站112和/或卫星116的双向通信。通过一个或多个前向链路信道和一个或多个反向链路信道传送这些通信。这些信道通过信号路径130、138以及146传送射频(RF)信号。
前向链路信道将信息传送给用户终端124。例如，传送信息的前向链路信道传送携带信息的信号，如数字编码的语音和数据。为了接收和处理信息，用户终端124需要获得前向链路话务信道定时。通过接收传送导频信号的相应前向链路导频信道实现此定时捕获。
图1说明了几个示例性前向和反向链路信道。前向链路话务信道150从基站112传送至用户终端124a。用户终端124a通过基站112在前向链路导频信道152上接收导频信号获取前向链路话务信道150的定时。话务信道150和导频信道152信号在信号路径130a上被传送。同样，反向链路话务信道154通过信号路径130a将信息信号从用户终端124a传送至基站112。
在包括用户终端124c、卫星116a以及网关120a的基于卫星的通信上下文内，前向链路话务信道156、前向链路导频信道158以及反向链路话务信道160通过信号路径146a和138c传送信号。因此，基于陆地的链路通常包括用户终端和基站之间的单个无线信号路径，同时基于卫星的链路通常包括两个或多个用户终端与通过至少一个卫星(忽略多径)的网关之间的无线信号路径。
如上所述，WCS100按照CDMA技术实现无线通信。因此，经过信号路径130、138和146的前向和反向链路发送的信号传按照CDMA传输标准送经编码、扩展以及信道化的信号。而且，块交织可以经过这些前向和反向链路被使用。这些块以帧(这里也称为分组)为单位被发送，帧具有预定周期如20毫秒。
基站112、卫星116和网关120可以调整它们经过WCS100的前向链路话务信道发送的信号功率。此功率(这里称为前向话务信道发送功率)可以根据命令、请求或用户终端124的反馈，或者根据时间而改变。此时变特征可在周期性基础上被使用。例如，此特性可以逐帧被使用。或者，此特性可以在大于或小于一帧的其它时间界限上被使用。这种功率调整可以被实现，以便将前向链路比特差错率(BER)和/或分组差错率(PER)维持在特定要求内，减小干扰，以及节省传输功率。
例如，网关120a可以通过卫星116a将前向链路话务信道信号发送至用户终端124b，发送功率与至用户终端124c的发送功率不同。另外，对于每个连续帧，网关120a可以改变至用户终端124b和124c的每个前向链路的前向话务信道发送功率。
如上所述，导频信号提供相应的话务信号的同步和相位参考。这些同步参考包括码的相位参考，这些码使得用户终端124变得与网关124和基站112实现的扩展和信道化功能同步。另外，此相位参考允许用户终端124相关解调接收的话务信号。
WCS100可以显出经过这些前向链路的提供的不同通信特点，如低速率(LDR)和高速率(HDR)服务。示例性LDR服务提供具有从3千比特每秒(kbps)到9.6kbps的数据速率的前向链路，同时示例性HDR服务支持通常的604kbps或更高的数据速率。
HDR服务实际上是突发性的。也就是，经过HDR链路传送的话务可以以不可预测的方式突然开始和结束。因此，HDR链路可以以0kbps操作，在另一个时刻立即以非常高的数据速率(如604kbps)操作。
图2说明了示例性卫星波束模式202，也称为脚印。如图2所示，示例性卫星脚印202包括十六个波束2041-20416。每个波束覆盖一个特定的地理区域，尽管通常有一些波束重叠。图2中示出的卫星脚印包括内波束(波束2041)、中间波束(2042-2047)、以及外波束(2408-20416)。波束模式202为某个预定增益模式的配置，每种预定增益模式与一个特定波束204相关。
波束204被说明为具有非覆盖的地理形状(仅用于说明)。事实上，每个波束204具有增益模式轮廓，此轮廓完全超出图2中所示的理想化的边界。然而，超出这些所示边界的这些增益模式被减弱，这样它们通常不提供大增益以支持与给定“边界”外面的用户终端124的通信。
每个波束204可以基于与一个或多个其它波束的邻近程度和/其他波束增益模式内的位置认为它们具有不同区域。例如，图2说明了具有中央区域206和跨越区域208的波束2042。跨越区域208包括波束2042的多个部分，它们在波束2041、2043、2047、2048、2049以及20410的邻域内。因为这种邻近，跨越区域208(以及其他波束中的相似区域)内的用户终端比中央区域206内的用户终端124更可能切换至邻近波束。然而，在可能切换区域内的用户终端124，如跨越区域208，也更可能接收来自邻近波束204内的通信链接的干扰。
为了说明此原理，图3示出了脚印202内的示例性操作环境。此操作环境包括通过卫星116的不同波束通信的用户终端124d-f。特别地，用户终端124d和124e通过波束2042与卫星116通信，同时用户终端124f通过波束2047与卫星116通信。如图3所示，用户终端124d在波束2042的中央区域206而且用户终端124e在波束2042的跨越区域208。
如上所述，跨越区域比中央区域206离波束2047近。因为此邻近，跨越区域208内的用户终端124e可以比中央区域206内的用户终端124d在波束2047增益模式的更高增益部分内。例如，在图3的操作环境中，用户终端124f从卫星116接收前向链路传输302。而且，用户终端126d和126e接收此传输为衰减传输302′和302″。尽管它们都比传输302弱，传输302″仍比传输302′强。
除了接收衰减传输，用户124d和124e也从用于它们的接收的卫星116接收前向链路传输。特别地，用户终端124d从卫星116接收前向链路传输304，而且用户终端124e从卫星116接收前向链路传输306。
在示例性WCS100的上下文中，某个波束204内的下行链路CDMA传输被正交编码。即，它们一般不彼此影响。然而，自不同波束的下行链路CDMA传输不一定正交，可以彼此影响。因此，在图3的操作环境中，接收传输304易受传输302′的影响。同样，接收传输306易受传输302″的影响。
II.功率控制结构如WCS100的通信系统，规定了发送的信号在它们的无线通信信道上的某个最大BER和/或PER，作为有助于期望的链路服务质量(QoS)。为了按照计划实现信道，必须不超过这些差错率，至少在可测量的时间上不超过。信道的差错率取决于这里称为信噪比(SNR)的功率电平比值。此比值可以被解释为下面的等式(1)。
EbNt---(1)]]>在等式(1)中，Eb代表每个发送比特的能量，而Nt代表噪声能量。Nt包括两个分量N0和It。N0代表热噪声，而It代表干扰功率。
N0在如WCS100的环境的无线通信环境中相对恒定。然而，It可以变化很大。因为It可以变化很大，等式(1)的比值以及相关链路差错率在一个大的值范围上波动。
如BER和PER的差错率是SNR的函数。也就是，当SNR增大时，这些差错率减小。从而，通过提高前向链路信道上发送的信号功率而增大Eb是一种使差错率低于规定的最大水平的方法。不幸的是，如WCS100的无线通信系统，包括如卫星116的组件，此组件限制了可用的发送功率。本实施例高效地将此可用的功率分配给多个话务信道。
这提供了功率控制结构，该功率控制结构能够将发送功率高效地分配给通信信道，如前向链路话务新到。图4是说明按照此结构的操作的流程图。在从网关120a到用户终端124a的前向链路话务信道通信的上下文中描述了此操作。然而，此操作可以应用于多个用户终端124与网关120或基站112之间的通信。
如上所述，用于前向链路功率控制的传统技术包括闭环方法，其中用户终端向网关或基站提供命令，如升/降命令，规定某个前向链路话务信道功率调整。这样的命令通常经过反响链路升/降命令信道被发送。图4所示的结构有效地排除了对这种信道的需要。
在步骤402中，网关120a实现基于噪声的功率控制。如图4所示，步骤402包括步骤408和410。在步骤408中，网关120a从用户终端124a接收活动导频信道SNR测量。网关120a以恒定功率发送导频信道信号。因此，此接收SNR估计提供了一参考帧，用于确定前向链路话务信道的发送功率电平。于是，在步骤410中网关120a从此接收的SNR确定基准功率电平Pbaseline。下面参考图5详细描述了此确定。
在步骤404中，网关120a实现了基于干扰的功率控制。步骤404包括步骤412和414。在步骤412中，网关120a识别用户终端受其他用户终端124的干扰传输的敏感度。尽管这样的干扰传输难预测并且具有波动电平，用户终端124a的操作环境确定用户终端124a的干扰敏感度。下面参考图6详细描述此确定。
用户终端124a的干扰敏感度对应于一个范围的可能的干扰功率电平。在步骤414中，网关120a从此确定的干扰敏感度确定相应的功率界限Pmargin。
在步骤406中，网关120a实现基于差错率的功率控制。如图4所示，步骤406包括步骤416和418。在步骤416中，网关120a识别前向链路差错率，如分组差错率(PER)。在步骤418中，网关120a从识别的差错率确定功率电平校正Pcorrection。
在步骤420中，网关120a发送前向链路话务信道传输至具有发送功率Ptransmit的用户124a，发送功率Ptransmit由Pbaseline、Pmargin和Pcorrection决定符合一关系，下面在等式(2)中表示了此关系。
Ptransmit＝Pbaseline+Pmargin+Pcorrection(2)如上所述，前向链路话务信道的差错率取决于它的SNR。在步骤402、404和406中分别确定了Pbaseline、Pmargin和Pcorrection，以便将前向链路话务信道差错率维持在特定要求内，如比特差错率(BER)和分组差错率(PER)。此要求可以依期望选定，或者可以为按时间动态调整。
III.基于噪声的功率控制如上面参考图4所述，在步骤410中通过网关120a确定Pbaseline。网关120a调整Pbaseline，从而在没有自其他RF能量源干扰的情况下前向链路信息差错率被保持在规定的要求内。从用户终端124a的SNR测量确定Pbaseline，此SNR测量表征了活动波束导频信道信号的接收质量。
如图1中所示，网关120a通过卫星116a与用户终端124a通信。卫星116a支持经过包括多个波束(如波束204)的脚印通信。网关120a发送多个前向链路导频信道信号。这些导频信道信号每个通过卫星116a分别在多个波束中的一个内被中继。
这些导频信道信号使用给定PN码序列的基于时间的偏移。而且，网关120a以基本恒定的功率发送这些导频信号。
用户终端124a由卫星116a的多个波束之一服务。此波束在这里被称为用户终端124a的活动波束。用户终端124a测量活动波束导频信号SNR，并且发送此测量的结果至网关120a。此发送的测量可以按用户终端124a周期性地发送至网关120a的消息的形式。
由于前向链路导频信道信号以恒定功率被发送，用户终端124a发送的这些SNR测量向网关120a提供参考帧，用于确定在没有干扰的情况下适当的前向链路话务信道发送功率。
从用户终端124a接收的活动导频信道SNR测量在这里每个被表示为Ecp/Nt，其中Ecp代表每个导频信号码片的能量。如上所述，在步骤408中网关120a接收Ecp/Nt。网关120a从Ecp/Nt确定Pbaseline的功率电平。无干扰的情况下，以Pbaseline发送的前向链路话务信道信号被用户终端124a接收时将在规定的差错率内。
图5是详细说明步骤410的操作的流程图。此操作开始于步骤502，其中网关120a计算功率电平偏移Po，按照下面的关系式(3)。
Po＝Ebt/Nt+10log(R/W)-Ecp/Nt(3)在等式(3)，Ebt/Nt是期望的以分贝(dB)为单位的前向链路话务信道SNR，R是前向链路话务信道数据速率，W是前向链路话务信道扩展带宽，Ecp/Nt是接收的活动导频信道SNR测量，单位为dB，而R/W是处理增益。Ecp/Nt被选择以获取期望的BER用于至用户终端124a的前向链路话务信道传输。
步骤504接着步骤502。在步骤504中，网关124a将Po加入用于发送导频信道信号至用户终端124a的功率电平。接着，在步骤506中，网关120a将Pbaseline设定为步骤504中实现的加法结果。
现在在等式(3)的上下文中描述这些步骤的两个示例。对于这两个示例，期望的前向链路话务信道SNR(Ebt/Nt)被设定为1dB。在第一个示例中，R＝6.048kbps以及W＝1.2288MHz。如果网关120a从用户终端124a接收-21dB的Ecp/Nt值，则Po近似等于-1dB。因此，在此示例中，网关120a将Pbaseline设定为比相应的导频信道发送功率小1dB。
在第二个示例中，R＝9.6kbps以及W＝1.2288MHz。如果网关120a从用户终端124a接收-21dB的Ecp/Nt值，则Po近似等于1dB。因此，在此示例中，网关120a将Pbaseline设定为比相应的导频信道发送功率大1dB。这两个示例说明了，当数据速率增加时，导频发送功率和话务发送功率之间的差值也增加。
IV.基于干扰的功率控制如参考图3的操作环境所述，传输302″的信号强度大于传输302′的信号强度。因此，在图3的环境内，用户终端124e接收传输306比用户终端124d接收传输304易受更大量的干扰影响。网关120a在步骤404中应用了此原理，以降低这样的干扰，同时节省法送功率。
指向不同波束内的其它用户终端124的前向链路话务信道信号可以干扰指向用户终端124a的话务信道信号。如上面参考等式(1)所述，干扰功率电平(表示为It)可以变化很大。这样的变化导致前向链路话务信道SNR以及相关的差错率在很大的值范围内波动。
下面参考等式(4)描述这种波动的原因。等式(4)表示用户i从一组干扰用户(下标为变量j)的前向链路话务信道传输接收的干扰噪声分量It，i。
It,i=Σj≠iP·RJW---(4)]]>在等式(4)中，Pj是指向用户j的前向链路发送功率，Rj是至用户j的前向链路功率的数据速率，以及W是CDMA扩展带宽。
如等式(4)所表示，干扰用户终端124对用户终端124a的前向链路干扰噪声分量的影响与干扰用户终端的前向链路数据速率Rj直接成正比。按照等式(1)的关系，当前向链路数据速率增加时，Nt的干扰噪声分量It对于相应的热噪声分量N0逐渐占主导地位。
如这里参考图1所描述，WCS100可以提供LDR和HDR服务。由于基本上较低的数据速率，LDR链路的干扰噪声变化与较高速率传送突发性话务的HDR链路的干扰噪声变化相比较小。
为了确保这样的干扰变化不损失经过无线链路或在其上的通信，网关120a包括Pmargin作为前向链路话务信道发送功率分量。Pmargin减小了来自邻近波束前向链路话务信道的干扰。
如上面参考图3的操作环境所述，波束内的用户终端124的位置影响它的受干扰敏感度。更具体地讲，靠近两个波束间接口的用户终端124(如跨越区域208内的用户终端124)，可能接收比离波束接口较远的用户终端124(如中央区域206内的用户终端124)接收更多干扰。因此，为了减小干扰，当用户终端124a在中央区域内时比用户终端124a在跨越区域内时，网关120a可以使用较小的Pmargin。
因此，网关120a根据用户终端124a的活动波束204内的它的位置确定Pmargin。如上面参考图4所述，在步骤414中通过网关120确Pmargin。因此，步骤414可以包括当识别的位置在波束跨越区域内时，将Pmargin设定为第一功率电平，当时别的位置在波束中央区域内时，将Pmargin设定为第二功率电平。因为波束跨越区域内的用户终端124更易受到干扰，此示例中的第一功率电平大于第二功率电平。图6是说明实现此基于位置特性的步骤412操作的流程图。此操作开始于步骤602，其中，网关120a从用户终端124a接收多个信号功率测量。这些测量每个对应于多个波束之一。例如，这些测量的每一个可以是导频信号功率测量。这些测量可以按格式化消息的格式，如导频强度测量消息(PSMM)。
接着，在步骤604中，网关120a计算第一个信号功率测量和每个其它的信号功率测量之间的差值。第一个功率测量可以具有活动波束导频信号功率或者是最大功率测量。这样，这些差值的最小值表示用户终端124a从另一个波束接收前向链路传输的能力，如干扰的前向链路话务信道传输。因此，这些差值的最小值表示用户终端124a的干扰敏感度。
在步骤606中，网关120a确定步骤604中计算的最小差值是否大于预定门限。如果是，则实施步骤608，其中，网关120a得出用户终端124a具有第一干扰敏感度。否则，实施步骤610，其中网关120a得出用户终端124a具有第二干扰敏感度，所述第二干扰敏感度大于第一干扰敏感度。
网关120a从识别的干扰敏感度确定相应的Pmargin值，如上面参考图4的步骤414所述。特别地，网关120a确定Pmargin按照关系当步骤412中识别的干扰敏感度增加时，Pmargin也增加。
例如，如上面参考图6所述，网关120a确定用户终端124a的干扰敏感度。也就是说，网关120a在步骤608中识别比在步骤610中高的干扰敏感度。从而，当步骤414接着步骤608时比当步骤414接着步骤610时，网关120a将Pmargin设置为更大值。
V.基于差错率的功率控制如上面参考图5和6所述，Pbaseline和Pmargin被确定，以响应SNR和功率测量。例如，在步骤410中网关120a确定Pbaseline以响应活动导频信道SNR测量，从而获得期望的前向链路话务信道SNR(在等式(3)中表示为Ebt/Nt)。期望的SNR根据一关系对应于目标差错率，此关系由前向链路话务信道传输中网关120a所使用的调制机制和差错校正编码技术决定。
同样，在步骤414中，网关120a根据比较识别干扰敏感度的用户终端124a所接收的导频信号功率测量来确定Pmargin，然而，识别的干扰敏感度不表示用户终端124a接收的实际干扰。
与Pbaseline和Pmargin不同，在步骤418中，网关120a从用户终端124a的实际前向链路差错率确定Pcorrection。如上面结合图4所示，在步骤416中，网关120a识别前向链路差错率，如PER。
网关120a以分组的形式经过前向链路话务信道将信息发送至用户终端124a。每个这样的分组由一个序列标识符(序列ID)标明，序列ID以预定方式赋值。用户终端124a监视接收的分组的序列ID，并且当分组不按照序列被接收时，向网关120a发送消息。
此消息，这里也称为否定确认(NAK)消息，表示序列ID在用户终端124a从网关120a接收的一系列分组中丢失。丢失的序列ID表示一个分组出错。在步骤416中，网关120a收集从用户终端124a接收的NAK消息号的统计量，以计算前向链路话务信道PER。
因此，步骤416包括计算在数据收集间隔上接收的否定确认(NAK)消息数的网关120a。另外，步骤416包括根据一关系计算PER的网关120a，所述关系如下面的等式(5)所表示。发送的分组数 在等式(5)中，网关120a将数据收集间隔期间接收的NAK消息数除以数据收集间隔期间网关120a发送的分组数。
一种计算PER的可选方法涉及用户终端124a接收包含循环冗余校验(CRC)比特的分组。对于每个分组，用户终端使用这些CRC比特确定分组是否包含比特差错。如果是，则用户终端124a使分组差错计数器加1。用户终端124a可以通过计算计数的分组差错与接收的差错的比值来确定PER。此PER可以周期性的将这些计算所得的PER发送至网关120a。另外，在这些实施例中，可以使用计算PER的其它已知方法，而不违反本发明的范围。
如上面参考图4所述，在步骤418中，网关120a从识别的差错率确定功率电平校正分量Pcorrection。步骤418包括比较步骤416中识别的PER和期望的PER，以及从而调整Pcorrection。特别地，此调整包括当识别的PER大于期望的PER时，网关120a增加Pcorrection，而当识别的PER小于期望的PER时，网关120a减小Pcorrection。
VI.定时如图4所示，步骤402、404以及406可以顺序地被执行。然而，这些步骤也可以彼此独立地被执行。如上所述，步骤402、404以及406每个涉及从用户终端124a接收信息。这些步骤响应于此信息，每个设定相应的发送功率分量。
如上所述，在步骤402中，实现基于噪声的功率控制。此功率控制涉及从用户终端124a接收如Ebt/Nt的SNR测量的网关120a以及设置Pbaseline作为响应。用户终端124a可以周期性地发送这些SNR测量，如每秒钟一次。因此，网关120a可以周期性地设置Pbaseline。
在步骤404中，实现基于干扰的功率控制。干扰敏感度的变化通常比用户终端噪声环境中的变化要慢，因为基于干扰的变化是由卫星移动和/或用户终端移动造成的较慢地理变化造成。因此，步骤404可以包括网关120a接收一组导频信号功率测量。这些测量可以按PSMM的形式，如每10秒钟一次，PSMM也被周期性的发送。从而，网关120a可以周期性地调整Pmargin。
在步骤406中，网关120a实现基于差错率的功率控制。如上所述，功率控制包括在数据收集间隔上接收NAK消息。此数据收集间隔可以按照期望地、已知地具有多种周期。当使用较长的数据收集间隔时，更可靠的PER统计被收集。因此，网关120a可以周期性地调整Pcorrection，每个数据收集间隔一次。示例性的数据收集间隔为60秒。
VII.示例性网关实现图7是实现这里所述技术的示例性网关120的框图。尽管在卫星通信的上下文中被描述，此示例性实现也可以应用于蜂窝基站，如图1的基站112。如图7所示，此实现包括耦合到射频(RF)子系统704的天线部分702和耦合到RF子系统704的CDMA子系统706。另外，网关120还包括耦合到CDMA子系统706的开关708。
天线部分702包括通过卫星116与一个或多个用户终端124交换RF信号的一个或多个天线。特别地，天线部分702接收反向链路RF信号以及发送前向链路RF信号。为了允许通过单个天线发送和接收RF信号，天线部分702也可以包括天线共用(未示出)。
RF子系统704从RF射频频带内的天线部分702接收电信号。RF子系统704在接收之后将这些电信号从RF频带下变频为中频(IF)。另外，RF子系统704可以按照预定带宽，对从天线部分702接收的电信号滤波。
为了增加从天线部分702接收的RF信号的功率，RF子系统功率也包括放大组件(未示出)。示例性放大组件包括开始时放大从天线部分702接收的信号的低噪声放大器(LNA)，以及在它们被混合至IF之后进一步放大这些信号的可变增益放大器(VGA)，这些信号在上述下变频过程中被混合至IF。
经过这些滤波、下变频和放大操作，RF子系统204产生IF信号720，IF信号720在CDMA子系统706内被发送至链路收发器712。
除了从天线部分702接收反向链路RF信号，RF子系统704从CDMA子系统706内的前向链路收发机710接收前向链路IF信号722。RF子系统704将此信号放大并上变频至天线部分702传输的相应RF信号。
如图7中所示，CDMA子系统706包括前向链路收发机710、反向链路收发机712、路由器714以及选择器库子系统(SBS)716。如上所述，收发机710和712交换IF信号720和722与RF子系统704。另外，收发机710和712执行CDMA操作。
特别地，前向链路收发机710从路由器714接收一个或多个前向链路信息序列724。前向链路收发机710在接收之后，将这些序列转换为IF信号722，信号722以CDMA格式传输。下面参考图8更加描述此转换。
反向链路收发机712将CDMA传输格式的IF信号720转换为信息序列726a-726n。例如，前向链路收发机710使用一个或多个PN序列和信道化码解扩展和解覆盖IF信号720。另外，前向链路收发机710可以执行解码和解交织操作，以产生信息序列726，信息序列726被发送至路由器714。
路由器714控制信息序列724和726在SBS716与收发机710和712之间按照分组形式传送。此传送经过接口728执行，接口728可以为一数据网络，如本地网(LAN)，或者用于传送信息的其他任何公知的机制。
SBS716处理由网关120控制的前向链路和反向链路话务。此话务包括有效负载话务和信令话务。例如，SBS716在执行呼叫处理操作中交换信令话务，呼叫处理操作如呼叫建立、呼叫撤销以及波束切换。SBS716也将话务转发至交换机708，此交换机708将接口提供至公共交换电话网络(PSTN)。
SBS716包括用于处理前向和反向链路话务的多个选择器718a-n。每个选择器718处理相应用户终端124的活动通信。然而，终止这样的活动通信之后，选择器718可以被再分配给其他用户终端124。例如，选择器718估计PSMM、导频信号SNR测量、以及从用户终端124发送的NAK消息，以执行适当的前向链路话务信道发送功率调整。
每个选择器718可以用软件控制的处理器来实现，此处理器被编程以实现这里描述的功能。这样的实现可以包括熟知的标准元件或一般化的功能或通用硬件，包括各种数字信号处理器(DSP)、可编程电子设备、或在软件指令的控制下运行实现期望功能的计算机。
每个选择器718控制前向链路功率控制操作。为了调整前向链路传输的功率，每个选择器718将功率控制命令730发送至前向链路收发机710。每个功率控制命令730指定一个前向链路发送功率。响应于这些命令，前向链路收发机710设定前向链路的发送功率，此前向链路由启动这些命令的选择器718来控制。
例如，选择器718a产生功率控制命令730a，此命令通过接口728和路由器714被发送至收发机710。前向链路收发机710在收到功率控制命令730a之后，设定选择器718a控制的前向链路的功率。下面参考图8描述关于此特性的详细情况。
从而，每个选择器操作前向链路收发机710以实现上面参考图4-6所述的步骤。例如，如上面参考步骤402、404以及406所述，每个选择器718确定Pbaseline、Pmargin以及Pcorrection。
另外，每个选择器718操作前向链路收发机710以根据Pbaseline、Pmargin以及Pcorrection设定相应的Ptransmit。从而，这些组件执行步骤420。
图8是前向链路收发机710实现的框图。如图8中所示，收发机710包括多个收发机路径，802a-802n、加法器804、以及输出接口805。每个收发机路径802从相应的选择器718接收前向链路信息序列724以及功率控制命令730。尽管图8只示出了收发机路径802a的实现详细情况，收发机路径802b-802n可以包括相同或相似的特性。
如图8中所示，收发机路径802a包括交织器806、编码器808以及增益模块810。交织器806接收信息序列724而且块交织此序列以产生经交织的序列820。
经交织的序列820被发送至编码器808，编码器808执行校错编码，如Turbo分组编码，以产生经编码的信息序列822。
增益模块810接收编码序列822，编码序列822是一前向链路信息序列。另外，增益模块810从选择器718a接收功率控制命令730a。增益模块810根据功率控制命令730a所指定的发送功率电平来缩放编码序列822。这样，增益模块810可以增加或降低编码序列822的功率。这一缩放产生了经缩放的序列824。
编码序列822是一系列的数字码元。这一序列可以通过把各个码元与功率控制命令730所确定的增益因子相乘而被缩放。这些缩放操作可以通过硬件技术、和/或软件指令实现，软件指令在共知的元件或标准化功能或通用硬件上运行，所述硬件包括各种可编程电子设备、或者在命令、固件、或软件指示控制下运行以实现期望功能的计算机。示例包括软件控制的处理器、控制器或设备、微处理器、一个或多个数字信号处理器(DSP)、专用功能电路模块、应用专用集成电路(ASIC)、以及现场可编程门阵列(FPGA)。从而，功率控制命令730a可以包括在选择器718a与增益模块810之间传送的一个或多个软件指令。
如图8中所示，收发机路径802还包括扩展组合器812a-812b、信道化组合器814a-814b、以及四相移键控(QPSK)调制器816。扩展组合器812a到812b每个接收经标度缩放的序列824并且将此序列与各个PN序列834组合(如相乘)，以产生扩展序列828a和828b。
扩展序列828a和828b每个被发送至各自的信道化组合器814。每个信道化组合器814将相应的扩展序列828与如沃尔什码的信道化码组合(如相乘)。结果，每个组合器814产生一个信道化序列830。特别地，组合器814a产生一个同相(I)信道化序列830a而且组合器814b产生一个正交(Q)信道化序列830b。
信道化序列830a和序列830b被发送至QPSK调制器816。QPSK调制器816调制这些序列以产生经调制波形832a。经调制波形832a被发送至加法器804，加法器804将经调制的波形832a和收发机路径802b-802n产生的波形832b-832n相加。此操作产生组合信号834，此信号被发送至输出接口805。
输出接口805将组合信号834从基带上变频至IF，从而产生前向链路IF信号722。输出接口805在产生IF722中附加地执行滤波和放大操作。
VIII.结论上面已经描述了多个实施例，应该理解他们被提出仅是示例性的，而非限制。例如，本发明不受限于基于卫星的通信系统，也可以用于基于陆地的系统，诸如具有多个扇区(波束)并且这些扇区之间存在跨越区域的基于陆地的系统。另外，本发明不受限于CDMA系统，可以被扩展至其他类型的通信系统的空中接口，如TDMA、FDMA、CDMA2000以及WCDMA系统。而且，虽然本实施例在QPSK调制的上下文中描述了无线CDMA传输，其他调制技术也可以被使用。
本领域的技术人员将理解，其中可以进行多种形式和细节上的变化，而不违背权利要求书中所定义的本发明的原理和范围。
权利要求
1.一种在具有多个波束的无线通信系统中控制至用户终端的前向链路传输功率Ptransmit的方法，包括步骤(a)从用户终端接收活动导频信道的信噪比(SNR)；(b)从接收的活动导频信道SNR确定基准功率电平Pbaseline；(c)识别用户终端干扰敏感度；(d)从识别的干扰敏感度确定功率界限Pmargin；(e)识别与用户终端相关的分组差错率(PER)；(f)根据PER确定功率电平校正Pcorrection；以及(g)根据Pbaseline、Pmargin和Pcorrection设定Ptransmit。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括(1)按照Po＝Ebt/Nt+10log(R/W)-Ecp/Nt计算功率电平偏移Po，其中Ebt/Nt是以分贝(dB)为单位的期望的前向链路话务信道SNR，R是前向链路数据速率，W是扩展带宽，而且Ecp/Nt是以dB为单位的接收的活动导频信道SNR，单位为dB；以及(2)将Po加入导频信道发送功率电平。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括(1)从用户终端接收多个信号功率测量；其中每个信号功率测量对应于多个波束之一；以及(2)计算第一个信号功率测量和每一个其他信号功率测量之间的差值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)包括接收导频强度测量消息(PSMM)。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括(1)当最小的计算差值大于预定门限时将Pmargin设定为第一个功率电平；(2)当最小的计算差值小于等于预定门限时将Pmargin设定为第二个功率电平；其中第一个功率电平小于第二个功率电平。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括将Pmargin设定为计算差值的最小值的函数。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括将包括确定用户终端在多个波束之一内的位置。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括(1)当识别的位置在波束跨越区域内时，将Pmargin设定为第一个功率电平；(2)当识别的位置在波束中央区域内时，将Pmargin设定为第二个功率电平；其中第一个功率电平大于第二个功率电平。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(e)包括(1)确定在数据收集间隔上接收的否定应答(NAK)消息的数目；(2)确定在数据收集间隔上发送至用户终端的分组数；以及(3)从确定的NAK消息数和确定的发送分组数计算分组差错率。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(e)包括(1)从循环冗余校验确定分组是否包含比特误码。(2)当确定分组包含差错时，分组差错计数器加1；(3)计算计数的分组差错与接收差错的比。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(g)包括将Ptransmit设定为基本等于Pbaseline、Pmargin与Pcorrection之和的功率电平。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(f)包括(1)当识别的PER大于期望的PER时增大Pcorrection；以及(2)当识别的PER小于期望的PER时减小Pcorrection。
13.一种在具有多个波束的无线通信系统中控制至用户终端的前向链路话务信道传输功率Ptransmit的系统，包括选择器，用于从接收的活动导频信道SNR确定基准功率电平Pbaseline，从识别的干扰敏感度确定功率界限Pmargin，从识别的分组差错率(PER)确定功率电平校正Pcorrection；以及收发机，用于根据Pbaseline、Pmargin和Pcorrection设定前向锭路传输功率Ptransmit。
14.如权利要求13的系统，其特征在于，所述收发机还用于将Ptransmit设定在基本等于Pbaseline、Pmargin与Pcorrection之和的功率电平。
15.一种在具有多个波束的无线通信系统中控制至用户终端的前向链路话务信道传输功率Ptransmit的系统，包括步骤用于从用户终端接收活动导频信道的信噪比(SNR)的装置；用于从接收的活动导频信道SNR确定基准功率电平Pbaseline的装置；用于识别用户终端干扰敏感度的装置；用于从识别的干扰敏感度确定功率界限Pmargin的装置；用于识别与用户终端相关的分组差错率(PER)的装置；用于根据PER确定功率电平校正Pcorrection的装置；以及用于根据Pbaseline、Pmargin和Pcorrection设定Ptransmit的装置。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，用于确定基准功率电平的装置包括用于按照Po＝Ebt/Nt+10log(R/W)-Ecp/Nt计算功率电平偏移Po的装置，其中Ebt/Nt是以分贝(dB)为单位的期望的前向链路话务信道SNR，R是前向链路数据速率，W是扩展带宽，而且Ecp/Nt是以dB为单位接收的活动导频信道SNR，单位为dB；以及用于将Po加入导频信道发送功率电平的装置。
17.如权利要求15所述的系统，其特征在于，用于识别用户终端干扰敏感度的所述装置包括用于从用户终端接收多个信号功率测量的装置；其中每个信号功率测量对应于多个波束之一；以及用于计算第一个信号功率测量和每一个其他信号功率测量之间的差值的装置。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，用于从用户终端接收多个信号功率测量的装置包括用于接收导频强度测量消息(PSMM)的装置。
19.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述用于确定Pmargin的装置包括用于当最小的计算差值大于预定门限时将Pmargin设定为第一个功率电平的装置；用于当最小的计算差值小于等于预定门限时将Pmargin设定为第二个功率电平的装置；其中第一个功率电平小于第二个功率电平。
20.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述用于确定Pmargin的装置包括将Pmargin设定为最小计算差值的函数。
21.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述用于识别用户终端干扰敏感度的装置包括确定多个波束之一内用户终端的位置的装置。
22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，所述用于确定Pmargin的装置包括用于当识别的位置在波束跨越区域内时将Pmargin设定为第一个功率电平的装置；用于当识别的位置在波束中央区域内时将Pmargin设定为第二个功率电平的装置；其中第一个功率电平大于第二个功率电平。
23.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述用于识别PER的装置包括用于确定在数据收集间隔上接收的否定应答(NAK)消息的数目的装置；用于确定在数据收集间隔上发送至用户终端的分组数的装置；以及用于从确定的NAK消息数和确定的发送分组数计算分组差错率的装置。
24.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述用于设定Ptransmit的装置包括用于将前向链路话务信道传输功率Ptransmit设定为等于Pbaseline、Pmargin与Pcorrection之和的功率电平的装置。
25.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述用于确定Pcorrection的装置包括用于当识别的PER大于期望的PER时增大Pcorrection的装置；以及用于当识别的PER小于期望的PER时减小Pcorrection的装置。
26.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述用于识别分组差错率(PER)的装置包括(1)用于从循环冗余校验确定分组是否包含比特差错的装置。(2)用于当确定分组包含差错时，分组差错计数器加1的装置；(3)用于计算计数的分组差错与接收的差错的比的装置。
全文摘要
在具有多个波束(204)的无线通信系统(100)中控制至用户终端(124a、124b、124c)的前向链路传输功率可以通过从接收的活动导频信道信噪比(SNR)确定基准功率电平、相位线(402)；从识别的干扰敏感度确定功能界限、P
文档编号H04B1/00GK1608353SQ02825953
公开日2005年4月20日 申请日期2002年10月25日 优先权日2001年10月25日
发明者D·马拉迪, S·多弗勒, J·J·安德森 申请人:高通股份有限公司