专利名称：一种时分双工码分多址(tdd cdma)系统功率控制方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及码分多址移动通信，尤其涉及时分双工码分多址(TDD CDMA)系统功率控制方法和装置。
在现有CDMA系统中，功率控制分为前向功率控制和反向功率控制，其过程主要分为外环功率控制，内环功率控制和开环功率控制等方式。反向功率控制(又称为上行功率控制)的目的是用来控制终端的发射功率，反向功率控制可以使得每个终端发射功率最合理，以节省能量，延长终端电池使用寿命。前向功率控制(又称为下行功率控制)是用户终端根据信噪比(SIR)的测量结果对基站(Node B)的发射功率进行控制。
下面以上行功率控制方式为例进行说明。传统的上行功率控制方式是由基站协助用户终端，对用户终端的发射功率做出调整，从而使终端始终保持合理的发射功率。基站每隔一定的时间检测一次解调后的上行业务信道的信噪比(SIR)，然后与目标值(即SIRtarget)进行比较，若测量值高于目标值则发送一个降低发射功率的指令；反之，则发送一个增加发射功率的指令。终端接收到功率控制命令后，按照预先定义的步长进行发射功率的调整。业务信道的SIR的目标值则通过外环功率控制过程根据通信链路的质量进行调整。
然而，在上述的功率控制描述中，如何确定功率调整的步长是一个比较困难的问题，如果步长太小，则功率控制的效果不足以克服环境的快速变化，例如在深度慢衰落的情况下，路径损耗的变化甚至可达20-30dB以上，而如果步长太大，则系统在不需要功率发生太大变化的情况下会出现不稳定的效果，从而带来系统内干扰的增加而影响CDMA系统的容量。此外，在一次通信连接的过程当中，用户所处的环境是在动态变化中的，采用固定的步长并不能保证通信的全过程中功率控制的效果都是最好的。在现有实际应用的CDMA系统中，基本上都采用的是固定步长的功率控制方法，因此，上述的缺欠是普遍存在的，而根据环境需要采用自适应的变步长功率控制方法可以弥补上述的缺陷。
曾经提出过的一些具有多步长的功率控制算法，都是通过在基站端比较接收信号SIR值和SIR目标值，得到它们的差值并由此差值的大小决定上行内环功控的步长。这样的算法可用以下的方式描述定义γ＝|SIRmeasure-SIRtarget|。if 0＜γ＜δ1Stepnew＝Δ1(比如1dB)δ1＜γ＜δ2Stepnew＝Δ2(比如2dB)δ2＜γ＜δ3Stepnew＝Δ3(比如3dB)但如果采用这样的方案，触发步长调整的决策端和调整发射功率的执行端分别在两个实体中(终端和基站)，基站不仅需要发送功率控制命令，而且还要发送功率控制步长调整指示，这样将会增加空中接口的负担并且其可靠性受信道环境的影响。
在频分双工(FDD)CDMA系统中，由于上下行采用了不同的频率，它们的传输特性是截然不同的。因此，FDD系统中仅能够采用开环控制用作终端初始接入时的粗略的功率估计，而很难在闭环功率控制过程中利用对下行信号测量的结果。
在时分双工(TDD)CDMA，由于上下行采用了相同的频率传输信号而仅在时间上分时使用，同时上下行的时间间隔可以通过帧结构的设计而保证足够的小，以保证在这一段上下行的间隔时间内，用户终端即使在高速移动的情况下可以近似认为其无线环境不发生变化。这样，可以基本认为TDD移动通信系统的上下行传输特性是一致的。因此，希望利用TDD移动通信系统的功率控制可以利用上下行传输一致性的特性。
本发明提供一种时分双工码分多址(TDD CDMA)系统功率控制的方法，包括步骤接收对方发射的信号，以获取信号的参数；获得当前所用的发射功率(Ppresent)；根据所述接收的对方发射的信号，获得当前上行发射功率加权平滑后的发射功率估计值(PTX)；计算当前所用的发射功率(Ppresent)与当前上行发射功率加权平滑后的发射功率估计值的差的绝对值，Δ＝|PTX-Ppresent|；判断所述Δ＝|PTX-Ppresent|的值处于哪个预定区间，并根据所述Δ所处的区间对应的预定功率调整步长确定步长。
可选地，所述判断所述Δ＝|PTX-Ppresent|的值处于哪个预定区间，并根据所述Δ所处的区间对应的预定功率调整步长确定步长的步骤包括判断所述Δ＝|PTX-Ppresent|的值是否大于第一预定门限值(δ1)，小于第二预定门限值(δ2)；如果所述Δ大于第一预定门限值(δ1)，将功率调整步长提升一个步长等级；如果所述Δ小于第二预定门限值(δ2)，将功率调整步长降低一个步长等级；如果所述Δ在第一预定门限值(δ1)和第二预定门限值(δ2)之间，不调整步长；其中，所述δ1≥所述δ2。
优选地，方法还包括步骤提取所述对方发送的TPC命令，决定是否应进行功率调整，如果需要调整，根据所述确定的步长调整功率，然后，通过无线信道发射信号到所述对方。
可选地，方法还包括步骤每隔预定的时间检测上行业务信道的信干比(SIR)，比较所述信干比与预定的目标值；若所述信干比高于所述目标值则降低发射功率；反之，则增加发射功率。
优选地，其中，所述获得当前上行发射功率加权平滑后的发射功率估计值PTX的步骤包括根据所述接收的对方发射的信号，获取业务信道的开环估计发射功率；取出上一次估计的发射功率值(PTX_last)；利用预定的平滑因子，获得当前上行发射功率加权平滑后的发射功率估计值(PTX)。
可选地，所述获取业务信道的开环估计发射功率的步骤包括获得信标信道上的信号衰落和业务信道期望获得的接收功率(PRXPDPCHdes)；其中，所述期望获得的接收功率(PRXPDPCHdes)满足下式(SIR)DPCH=PRXPDPCHdesIPDPCH---(3)]]>(SIR)DPCH表示所用信道上期望获得的接收信噪比；IPDPCH表示所用信道上的干扰功率。
优选地，所述所用信道上的干扰功率通过下列步骤获得所述对方测量干扰功率，通过系统消息广播，以获得最近一次干扰功率。
可选地，所述获得当前上行发射功率加权平滑后的发射功率估计值(PTX)满足下式PTX＝αPDPCH+(1-α)PTX_last(1)其中，PTX_last是上一次估计的发射功率值；α是平滑因子；PDPCH表示业务信道的开环估计发射功率，满足公式(2)PDPCH＝PRXPDPCHdes+PLoss(2)其中，PLoss为测量得到信标信道上的信号衰落；
PRXPDPCHdes表示该信道上期望获得的接收功率。
优选地，方法还包括步骤，根据所述接收的对方发射的信号，获得当前的估计的路径损耗；读取以前预定次估计的路径损耗；判断所述当前的估计的路径损耗与所述以前预定次估计的路径损耗的区别位于预定的多个区间的那个区间；根据所述判断的那个区间和/或根据所述Δ所处的区间，确定功率调整步长。
可选地，所述根据所述判断的那个区间和/或根据所述Δ所处的区间，确定功率调整步长的步骤包括如果所述Δ大于第一预定门限值，或者如果所述γ大于第三预定门限值，则将功率调整步长提升一个步长等级；如果所述Δ小于第二预定门限值且如果所述γ不大于第三预定门限值，则将功率调整步长降低一个步长等级；如果不满足上述两个条件，不改变功率调整步长。
本发明还提供一种时分双工码分多址(TDD CDMA)系统功率控制的装置，包括收发信机，用于接收对方发射的信号，以获取信号的参数，和向对方发射信号；功率测量装置，获得当前所用的发射功率(Ppresent)；存储装置，用于存储当前所用的发射功率值(Ppresent)和以前的发射功率值；控制与计算装置，根据所述接收的对方发射的信号，获得当前上行发射功率加权平滑后的发射功率估计值(PTX)；计算当前所用的发射功率(Ppresent)与当前上行发射功率加权平滑后的发射功率估计值的差的绝对值，Δ＝|PTX-Ppresent|；判断装置，用于判断所述Δ＝|PTX-Ppresent|的值处于那个预定区间；其中，所述控制与计算装置根据所述Δ所处的区间对应的预定功率调整步长确定步长。
可选地，所述控制与计算装置还包括损耗获取装置，用于根据所述接收的对方发射的信号，获得当前的估计的路径损耗；所述存储装置还存储有以前预定次估计的路径损耗；所述控制与计算装置还包括损耗偏差判断装置，用于判断所述当前的估计的路径损耗与所述以前预定次估计的路径损耗的区别位于预定的多个区间的那个区间；其中，所述控制与计算装置根据所述判断的那个区间和/或根据所述Δ所处的区间，确定功率调整步长。
利用本发明，功率调整的步长可以与环境相适应而动态变化。还可实现终端(或基站)发射功率的调整依赖于上行(或下行)闭环功率控制步长和相应功率控制命令的结合。
图2示出了本发明的第二优选实施例的开环与闭环相结合的功率控制方法的流程图和实现的框图，其中，增加了辅助步长调整；图3示出了本发明的第三优选实施例的开环与闭环相结合的功率控制方法的流程图和实现的框图，其中，增加了将测量参数分级处理。
如果本算法在基站端实现进行下行功率控制步长调整时，需要终端周期上报对下行导频信号测量得到的路径损耗值和下行信号的时隙内干扰信息。
在CDMA系统中，闭环功率控制过程是必要的，它可使终端(或基站)以尽可能小的功率满足相关的信道质量要求。闭环功率控制通常以一定的调整步长通过基站和终端间的交互过程最终达到信干比SIR的平衡。在CDMA系统的设计中，下行方向一般均存在有信标信道，该信标信道的发射功率通过系统消息向整个小区范围内广播，供UE(用户设备)在实施上行开环功率控制时参考。在3GPP(第三代移动通信标准组织)已经标准化的TD-SCDMA系统中，特别使用了下行导频(DwPTS)这个特殊时隙或主公共控制物理信道(PCCPCH)用作信标信道目的。由于TDD系统的上下行使用了相同的频率，因此系统的开环功率控制针对单个UE可以做得非常准确，然而，直接应用开环功率控制会经常导致发射功率调整的幅度过大，而使整个系统的稳定性下降。因此，在上行(或下行)链路的功率控制中可以利用开环功率控制的原理，结合已知其发射功率的下行导频信号中和当前时隙干扰信息来估计上行(下行)信号应该具有的发射功率，并根据此信息自适应地调整闭环功率控制的步长，进行稳定且准确的发射功率调整，从而达到优化的功率控制效果。
下面以本发明应用于上行功率控制为例，对发明中的算法进行描述。该算法同样可以应用于基站端。使用这种方法进行上行功率控制时的特点是终端功率调整的步长划分为至少2个或2个以上等级(在本发明的实施例中，分为5个等级，分别为0.5dB，0.8dB，1dB，1.2dB，1.5dB)，利用对下行信号测量获得的信息来触发闭环功率控制步长的调整，并且步长调整的决策和发射功率调整的执行全都在终端完成。
根据开环功率控制的原理，终端将当前开环发射功率估计值和上一次开环发射功率估计值进行加权平滑，得到需要发射的功率值PTX。将PTX和当前终端的发射功率值Ppresent作比较，得到功率差的绝对值Δ＝|PTX-Ppresent|。同时，终端利用导频信号计算接收信号路径损耗PLoss，并同最近M(在本发明的实施例中M为2)次路径损耗的估计值的平均值 进行比较，记两者之差的绝对值为γ=|PLoss-PM‾|.]]>下面分别参照附图描述这种自适应变步长功率控制算法的3种实施方案
图1示出了本发明的第一优选实施例的开环与闭环相结合的功率控制方法的流程图和实现的框图。
首先，终端100(UE)接收基站105通过下行无线信道110发射的信号，获取信号的参数；并获得终端100的当前所用的发射功率Ppresent；在步骤120，估计当前上行发射功率加权平滑后的发射功率估计值PTXPTX＝αPDPCH+(1-α)PTX_last(1)其中PTX为对当前上行发射功率加权平滑后的发射功率估计值；PTX_last是上一次估计的发射功率PTX值；α是平滑因子；PDPCH表示业务信道的开环估计发射功率，可以参照公式(2)计算PDPCH＝PRXPDPCHdes+PLoss(2)其中，
PLoss为测量得到信标信道上的信号衰落；在TD-SCDMA移动通信系统中，特别使用了下行导频(DwPTS)这个特殊时隙或主公共控制物理信道(PCCPCH)用作信标信道目的。
PRXPDPCHdes表示该信道上期望获得的接收功率，可以参照公式(3)计算(SIR)DPCH=PRXPDPCHdesIPDPCH---(3)]]>(SIR)DPCH表示该信道上期望获得的接收信噪比；IPDPCH表示该信道上的干扰功率，由基站105测量并通过系统消息在小区范围内广播，用户终端100(UE)以最近一次干扰功率的更新值为准。
在步骤125，计算终端100的当前所用的发射功率Ppresent与当前上行发射功率加权平滑后的发射功率估计值的差的绝对值，Δ＝|PTX-Ppresent|；在步骤130，判断Δ＝|PTX-Ppresent|是否大于第一预定门限值δ1，小于第二预定门限值δ2；如果这个Δ大于第一预定门限值δ1(在本发明的实施例中，其范围为1～1.5dB)，这说明当前发射功率与由开环功率控制估计的需要发射功率相差较大，则在步骤135将终端的功率调整步长提升一个步长等级；如果这个Δ小于第二预定门限值δ2(在本发明的实施例中，其范围为0.2～0.5dB)，这说明当前发射功率与由开环功率控制估计的需要发射功率相差较小，则在步骤135将终端的功率调整步长降低一个步长等级。
如果这个Δ在第一预定门限值δ1和第二预定门限值δ2之间，这说明当前发射功率与由开环功率控制估计的需要发射功率相差适合终端的功率调整步长，则在步骤135不调整步长。
在实际应用中，对这2个触发步长调整的条件按照其编号顺序进行判决。这里，功率差门限值δ1≥δ2。
在步骤145，终端100提取TPC(Transmit power control，传输功率控制)命令，决定是否应进行功率调整，如果需要调整，在步骤140，根据在步骤135确定的步长调整功率，然后，通过上行无线信道115发射信号到基站(Node B)105。
终端采用的功率控制步长经过调整后，将该步长值通过上行信令发送给基站端。在上行功率控制的过程中，基站和终端仍按照现在的标准进行。基站以最高200Hz的频率估计接收到的终端SIR(信干比)，并同目标SIR比较。当测量的SIR大于目标SIR时，在紧接着的下一个5ms子帧内向终端发送TPC＝-1的指令，命令终端降低发射功率，当测量的SIR小于目标SIR时，则在紧接着的下一个5ms子帧内向终端发送TPC＝1的指令，命令终端提高发射功率。终端在接收到TPC命令后，按照本发明专利的方法最新一次计算确定的步长进行发射功率的调整。为了使终端能够估计其应发射的功率，基站还必须周期性地进行上行时隙ISCP的测量，并通过系统消息周期性地向小区内广播。处于连接模式的终端应该同时监听系统广播消息，当接收到上行时隙ISCP(Interference signalcode power，干扰信号码率)参数时，相应要更新内部保存值。
当使用该方案进行仿真时，在相同业务强度情况下，同固定步长算法(步长采用1dB)比较，可以降低掉话率(1％)。这里采用的掉话准则是接收信号信干比SIR值连续低于目标SIR值140ms，则判断该终端掉话。
图2示出了本发明的第二优选实施例的开环与闭环相结合的功率控制方法的流程图和实现的框图，其中，增加了辅助步长调整。为了描述的简洁，与图1相同的部分这里不在详细描述，这里主要描述与图1不同的部分。
首先，终端100(UE)接收基站105通过下行无线信道110发射的信号，获取信号的参数；并获得终端100的当前所用的发射功率Ppresent；及信标信道信号，以利用信标信道信号计算接收信号路径损耗PLoss在步骤120，估计当前上行发射功率加权平滑后的发射功率估计值PTX；步骤205是辅助步长调整的步骤，其中，在步骤210，获得最近两(可以是更多次)次的路径损耗的估计值的平均值 PM‾=1MΣi=1MPi]]>其中，Pi为此前i次的路径损耗测量值。
在步骤130，判断Δ＝|PTX-Ppresent|是否大于第一预定门限值δ1，小于第二预定门限值δ2；和在步骤220和225，计算和判断γ=|PLoss-PM‾|]]>是否大于第三预定门限值δ3；如果这个Δ大于第一预定门限值δ1(在本发明的实施例中，其范围为0.5～1dB)，这说明当前发射功率与由开环功率控制估计的需要发射功率相差较大，或者γ大于第三预定门限值δ3(在本发明的实施例中，其范围为0.5～1dB)(说明信道环境发生较大变化)，则在步骤135将终端的功率调整步长提升一个步长等级；如果这个Δ小于第二预定门限值δ2(在本发明的实施例中，其范围为0.2～0.5dB)，这说明当前发射功率与由开环功率控制估计的需要发射功率相差较小，且γ不大于第三预定门限值δ3(在本发明的实施例中，其范围为0.5～1dB)(说明信道环境未发生较大变化)，则在步骤135将终端的功率调整步长降低一个步长等级。
如果这个Δ在第一预定门限值δ1和第二预定门限值δ2之间，这说明当前发射功率与由开环功率控制估计的需要发射功率相差适合终端的功率调整步长，且γ不大于第三预定门限值δ3(在本发明的实施例中，其范围为0.5～1dB)(说明信道环境未发生较大变化)，则在步骤135不调整步长。
在实际应用中，对这2个触发步长调整的条件按照其编号顺序进行判决。这里，功率差门限值δ1≥δ2。
在步骤145，终端100提取TPC命令，决定是否应进行功率调整，如果需要调整，在步骤140，根据在步骤135确定的步长调整功率，然后，通过上行无线信道115发射信号到基站(Node B)105。
终端采用的功率控制步长经过调整后，将该步长值通过上行信令发送给基站端。在上行功率控制的过程中，基站和终端仍按照现在的标准进行。基站以最高200Hz的频率估计接收到的终端SIR，并同目标SIR比较。当测量的SIR大于目标SIR时，在紧接着的下一个5ms子帧内向终端发送TPC＝-1的指令，命令终端降低发射功率，当测量的SIR小于目标SIR时，则在紧接着的下一个5ms子帧内向终端发送TPC＝1的指令，命令终端提高发射功率。终端在接收到TPC命令后，按照本发明专利的方法最新一次计算确定的步长进行发射功率的调整。为了使终端能够估计其应发射的功率，基站还必须周期性地进行上行时隙ISCP的测量，并通过系统消息周期性地向小区内广播。处于连接模式的终端应该同时监听系统广播消息，当接收到上行时隙ISCP参数时，相应要更新内部保存值。
图3示出了本发明的第三优选实施例的开环与闭环相结合的功率控制方法的流程图和实现的框图，其中，增加了将测量参数分级处理。为了描述的简洁，与图1和2相同的部分这里不在详细描述，这里主要描述与图1和2不同的部分。
在该实施例中，将测量参数Δ，γ分级处理。将Δ划分为多个区间；并且每一个区间和步长等级之间有一一对应关系(实施例中为3个区间，分别为σ1＝
]>(SIR)DPCH表示所用信道上期望获得的接收信噪比；IPDPCH表示所用信道上的干扰功率。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述所用信道上的干扰功率通过下列步骤获得上行时隙的干扰功率由所述对方测量，并通过系统消息向小区内广播；下行时隙的干扰功率由所述对方测量，并周期上报给接收方。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述获得当前上行发射功率加权平滑后的发射功率估计值(PTX)满足下式PTX＝αPDPCH+(1-α)PTX_last(1)其中，PTX_last是上一次估计的发射功率值；α是平滑因子；PDPCH表示业务信道的开环估计发射功率，满足公式(2)PDPCH＝PRXPDPCHdes+PLoss(2)其中，PLoss为测量得到信标信道上的信号衰落；PRXPDPCHdes表示该信道上期望获得的接收功率。
9.如权利要求1或2所述的方法，还包括步骤，根据所述接收的对方发射的信号，获得当前的估计的路径损耗；读取以前预定次估计的路径损耗；判断所述当前的估计的路径损耗与所述以前预定次估计的路径损耗的区别位于预定的多个区间的那个区间；根据所述判断的那个区间和/或根据所述Δ所处的区间，确定功率调整步长。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述根据所述判断的那个区间和/或根据所述Δ所处的区间，确定功率调整步长的步骤包括如果所述Δ大于第一预定门限值，或者如果所述γ大于第三预定门限值，则将功率调整步长提升一个步长等级；如果所述Δ小于第二预定门限值且如果所述γ不大于第三预定门限值，则将功率调整步长降低一个步长等级；如果不满足上述两个条件，不改变功率调整步长。
11.一种时分双工码分多址(TDD CDMA)系统功率控制的装置，包括收发信机，用于接收对方发射的信号，以获取信号的参数，和向对方发射信号；功率测量装置，获得当前所用的发射功率(Ppresent)；存储装置，用于存储当前所用的发射功率值(Ppresent)和以前的发射功率值；控制与计算装置，根据所述接收的对方发射的信号，获得当前上行发射功率加权平滑后的发射功率估计值(PTX)；计算当前所用的发射功率(Ppresent)与当前上行发射功率加权平滑后的发射功率估计值的差的绝对值，Δ＝|PTX-Ppresent|；判断装置，用于判断所述Δ＝|PTX-Ppresent|的值处于那个预定区间；其中，所述控制与计算装置根据所述Δ所处的区间对应的预定功率调整步长确定步长。
12.如权利要求11所述的装置，其中，所述控制与计算装置还包括损耗获取装置，用于根据所述接收的对方发射的信号，获得当前的估计的路径损耗；所述存储装置还存储有以前预定次估计的路径损耗；所述控制与计算装置还包括损耗偏差判断装置，用于判断所述当前的估计的路径损耗与所述以前预定次估计的路径损耗的区别位于预定的多个区间的那个区间；其中，所述控制与计算装置根据所述判断的那个区间和/或根据所述Δ所处的区间，确定功率调整步长。
全文摘要
本发明提供一种时分双工码分多址(TDD CDMA)系统功率控制的方法和装置。其中，方法包括步骤接收对方发射的信号；获得当前所用的发射功率；获得当前上行发射功率加权平滑后的发射功率估计值；计算当前所用的发射功率与当前上行发射功率加权平滑后的发射功率估计值的差的绝对值Δ＝|P
文档编号H04B7/005GK1479541SQ0315036
公开日2004年3月3日 申请日期2003年7月25日 优先权日2003年7月25日
发明者周斌, 毕海, 周德锁, 杨华, 周 斌 申请人:大唐移动通信设备有限公司