CN1224183C - 使用位置和移动性信息的前向和反向链路功率控制 - Google Patents

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Abstract

一种用来动态调整把从基站向移动台发送的信号的发射功率和从该移动台(300)向该基站(440)发送的信号的信噪比试图维持在最小阈值之上最大阈值之下的功率控制环路的方法和设备。判断说明移动台(300)和基站(400)间距离和结构的位置信息之间移动台(300)的速度。然后功率控制环路的最小和最大阈值依照位置和移动性信息得到调整，以取最小和最大阈值随移动台(300)和基站(400)间距离及结构以及移动台(300)的速度的变化而不同。而且，用来提高或降低发射信号功率的步长依照移动台(300)的速度而得到调整。发射机以由功率控制环路调整的最小六限控制的功率水平发送信号。

Description

使用位置和移动性信息的前向和反向链路功率控制
发明领域
本发明总的说来涉及移动无线通信系统。更具体地说，本发明涉及用来控制移动无线通信系统的前向链路上发送的信号的功率水平及移动无线通信系统的反向链路上发送的信号的信噪比的无线通信系统的反向链路上发送的信号的信噪比的的功率控制系统。再更具体地说，本发明涉及一种基于移动台的位置和速度动态调整前向和反向链路功率控制环路的参数的新颖的系统和方法。
背景技术
在诸如码分多址(CDMA)的移动无线通信系统中，使用功率控制环路仔细控制移动台和基站间发送的信号的发射功率水平。典型的是，用一功率控制环路把前向链路上的信号(即：从基站向移动台发送的信号)的功率水平维持在最小和最大水平之间。类似地，用一不同的功率控制环路把反向链路上发送的信号的接收信噪比(即：在基站测量的、从移动台向基站发送的信号的SNR)维持在最小要求水平和最大要求水平之间。为把信号的功率水平或信噪比维持在最小和最大要求水平之间，这些功率控制环路典型地以固定的分级增量(例如，正的或负的1dB)向上或向下调整信号的出射功率。
在早期的CDMA系统中，前向链路功率控制典型地用开环功率控制完成，而反向链路功率控制系统使用闭环功率控制。当前的CDMA系统把闭环功率控制用于前向链路功率控制，预计将来的CDMA系统将继续把闭环功率控制用于前向链路功率控制。
移动无线通信系统中的每个地区性小区典型地由与此小区相关的基站服务。在当前系统中，前向链路功率控制环路的参数(即：最小功率水平、最大功率水平和与前向链路功率控制环路相关的步长)和反向链路功率控制环路的限值(即：最小需要信噪比、最大需要信噪比与反向链路功率控制环路相关的步长)不随小内移动单元位置和速度的变化而变化。
随着移动台在小区内移动，基站和移动台间发送的信号的发射功率要求发生变化。例如，当移动台移动到离基站较近处时，要在基站获得接收信号的相同信噪比反向链路上常常需要较小的发射功率。这样。当移动台移动到离基站接近处时，在基站维持接收信号的相同信噪比常常可以降低反向链路上的发射功率。另外，当移动将静止或慢移动(与快移动相对)时，要在基站获得接收信号的相同信噪比也常常需要较小的发射功率。这样，当移动台慢下来时，在基站维持接收信号的相同信噪比常常可以降低反向链路上的发射功率。
一个移动无线通信系统的容量受限于可提供给基站的发射功率及反向链路上的信噪比要求。这样，如果降低基站发射功率和/或系统中反向链路上的信噪比可以提高系统容量。鉴于此，需要有一个能响应于移动台的变化的位置和/或速度动态调整前向和反链路功率控制环路的参数的功率控制系统，以保存发射功率并提高小区容量。
发明内容
本发明通过基于小区内移动台位置对功率控制环路的一个限值或两个限值都加以调整使该小区的容量最大化。在一个实施例中，本发明动态调整试图把从基站向移动台发送的信号的发射功率维持在最小阈值之上的功率控制环路的参数。在该实施例中，确定说明移动台和基站间距离和结构的位置信息。然后依照位置信息调整功率控制环路的最小阈值以致最小阈值随着移动台和基站间距离和结构的变化而不同。然后发射机以由功率控制环路用调整的最小阈值控制的功率水平发射信号。本发明的这一方面可用于控制与前向链路功率控制环路有关的最小功率水平。
在另外一个实施例中，本发明动态调整试图把从移动台向基站发送的信号的信噪比维持在最小阈值之上的功率控制环路的参数。在该实施例中，确定说明移动台和基站间距离和结构的位置信息。然后依照位置和结构信息调整功率控制环路的最小阈值以致最小阈值随移动台和基站间位置和结构的变化而不同。然后发射机以由功率控制环路用调整的最小阈值控制的功率水平发射信号。本发明的这一方面可用于控制反向链路功率控制环路中的最小要求信噪比(即：在基站接收的反向链路信号的最小要求信噪比)。
依照其他的可选实施例，本发明还确定说明移动速度的速度信息。在这些实施例中，只基于速度信息调整功率控制环路的最小阈值或，作为可选项，基于速度信息和移动台的当前位置调整功率控制环路的最小阈值。本发明的这一方面还可用于控制与前向和反向链路功率控制环路都相关的最小阈值，并且在既有固定位置无线用户(也称作无线本地环路用户)又有移动无线用户(即：改变位置的无线用户)的混合无线网中特别有用。在这样的混合无线网中，基于无线用户的速度调整与前向和反向链路功率控制环路都相关的最小阈值保证系统资源的有效分配。
根据另一方面，还依照位置信息(速度信息可选)调整前向链路功率控制环路的最大阈值(即：功率控制环路试图把从基站发送的信号的发射功率维持在此功率水平之下)以致最大阈值随移动台和基站间距离及结构(移动台速度可选)的变化而变化。
根据其他的一方面，还依照位置信息(速度信息可选)调整反向链路功率控制环路的最大阈值(即：功率控制环路试图把在基站接收的反向链路信号的信噪比维持在最大需要信噪比之下)以致最大阈值随移动台和基站间距离和结构移动速度可选)的变化而变化。
根据另一方面，还依照速度信息调整功率控制环路的步长(即：用于功率控制环路中向上或向下调整信号的发射功率的分级功率增量)以致步长随移动台速度的变化而变化。根据一方面，对于静止或慢移动的移动台则较佳地降低功率控制环路所用的步长，而在移动台开始较快地移动时提高步长。本发明的这一方面可用来控制前向链路功率控制环路的步长，也可用来控制反向链路功率控制环路的步长。
附图概述
为理解本发明，将参照附图中所示的一个具体的实施例对以上简要描述的本发明进行更具体的描述。认识到这些附图只描述本发明的一个典型实施例而非限制本发明的范围，将通过使用以下附图对本发明和当前了解的本发明的最好状态进行增加特珠性和细节的描述和说明：
图1是依照本发明的一个较佳实施例用来调整移动无线通信系统中的前向和反向链路功率控制环路的最小和最大限值的方法的流程图。
图2是依照本发明的一个较佳实施例说明一个有几个地理区域小区的图，这些区域各自有不同的用来控制从这些区域向基站发射的反向链路信号的发射功率的相关最小功率阈值。
图3是说明用来实施本发明的功率控制系统的一个示例CDMA移动的组件的方框图。
图4是说明用来实施本发明的功率控制系统的一个示例CDMA基站的组件的方框图。
较佳实施例的详细描述
现在参照图1，是一种用来在移动无线通信系统中调整前向和反向链路功率控制环路的最小限值、最大限值和步长增量的方法的流程图，依照的是本发明的一个较佳实施例。在步骤110中，移动台位置P(x，y)用，例如，全球定位位置(GPS)系统和系统基础设施的测量结果确定。本步骤中较好用微分GPS并依照1998年3月17日送交的标题为“用来确定无线CDMA收发信机位置的系统和方法”的、专利审请号为09/040,501的美国专利中揭示的方法确定移动台位置，此专利由本发明的受让人拥有，在此引述其全部内容供参考。在一个可选的实施例中，移动台位置可用系统基础设施中的至少三个(较好更多)陆地基站确定。
在步骤120中，为估算移动台当前速度(或潜在速度范围)对移动台800运动建模(较好用以往的位置测量结果)。地址变换信息把移动台放在街道或公路上，而街道或公路的方向是已知的，所以也可用地址变换信息对移动台的当前速度建模。滤波方法能进一步改进这种轨迹估算技术。一个好的例子是使用卡尔曼滤波器自适应跟踪移动轨迹从而预测移动台就速度和位置而言的动态状态。
在步骤130中，移动台位置用于与小区相关的查阅表(诸如下面的表1)以确定前向和反向链路功率控制环路的上下限。
    位置信息 前向链路功率控制环路界限 反向链路功率控制环路界限
纬度 纬度 最高功率 最低功率 最大要求信噪比 最小要求信噪比
x1  y1  PMAX1FL  PMIN1FL  SNR_MAX1RL  SNR_MIN1RL
x2  y2  PMAX2FL  PMIN2FL  SNR MAX2RL  SNR_MIN2RL
x3  y3  PMAX3FL  PMIN3FL  SNR_MAX3RL  SNR_MIN3RL
x4  y4  PMAX4FL  PMIN4FL  SNR_MAX4RL  SNR_MIN4RL
                                     表I
在一个实施例中，经验主义地通过用户向小区内不同的位置移动时收集反映移动用户功率要求的数据确定。例如，数据的收集可以通过下面的方式：给邮递员一个有定位能力的移动台，当邮递员在小区附近移进行邮政投递时监视移动台的功率要求。在此实施例中，当移动台在小区附近移动时监视并把前向链路功率水平与反向链路信噪比存储在小区中的不同位置。因此，对被监视的小区中的每个位置或区域而言，SNR_MAXRL和SNR_MINRL这两个值——代表与将被应用在该位置或区域的反向链路功率控制环路有关的最小和最大要坟信噪比——是通过，例如，加减当移动台在该位置或区域时在基站测得的反向链路信号的反向链路信噪比的预定余量而选择的。换言之，该区域的SNR_MAXRL值是通过在当移动台在该位置或区域时在基站测得的反向链路信噪比上加上一预定的分贝余量而确定的，而该区域的SNR_MINRL值是通过从当移动台在该位置或区域时在基站测得的反向链路信噪比减去一预定的分贝余量而确定的。与此相类似，对被监视的小区中的每个位置或区域而言，PMAXFL和PMINFL这两个值——代表将被应用在该位置或区域的前向链路功率控制环路的功率最高限度和最低限度——是通过，例如，加减在该位置或区域测得的前向链路功率水平的预定功率余量而选择的。换言之，该地区的PMAXFL值是通过在当移动台在该位置或区域时测得的前向链路功率水平上加上一预定的余量而确定的，而该区域的PMINFL值是通过从当移动台单元在该位置或区域时测得的前向链路功率水平上减去一预定的余量而确定的。
在步骤130中，从查阅查选择PMAXFL、PMINFL、SNR_MAXRL和SNR_MINRL值后，基于移动台速度调整这些值。本发明的这一方面认识到较低移动性用户(例如，以不到5mph或步行速度移动的移动台)将比较高移动性用户经历较小的衰落，结果是，与较低移动性用户相关的前向和反向链路能弱在较紧的功率控制界限内工作。根据本发明的这一方面，在用户以低于诸如5mph的预定速度移动的情形中，则在步骤140和150中PMAXFL、PMINFL、SNR_MAXRL和SNR_MINRL的值用于功率控制环路前，从PMAXFL和SNR_SNR_MAXRL的值减去一预定的数量(例如，2分贝)而PMINFL和SNR_MINRL的值加上一预定的数量(例如，2分贝)。类似地，本发明的这一方面认识到高移动性用户(例如，以大于35mph移动的移动台)将比较低移动性用户经历较少的衰落，结果是，与这样的较高移动性用户相关的前向和反向链路应在较宽的功率控制界限内工作。根据本发明的这一方面，在用户在高出诸如35mph的预定速度移动的情形中，则在步骤140和150中PMAXFL、PMINFL、SNR_MAXRL和SNR_MINRL的值用于功率控制环路前，向PMAXFL和SNR_MAXRL的值加上一预定的数量(例如，2分贝)而从PMAXFL和SNR_MAXRL的值减去一预定的数量(例如，2分贝)。
如步骤130中所做的基于移动台速度调整PMAXFL、PMINFL、SNR_MAXRL和SNR_MINRL在既有固定位置无线用户(与称作无线本地环路用户)和移动无线用户(即：改变位置的无线用户)的混合无线网中特别重要。在这样的混合无线网中，基于无线用衣的速度调整与前反向链路功率控制环路相关的最小阈值保证系统资源的有效分配。就本发明的用途而言，字眼“移动台”将指诸如图3所示的移动台300的移动台，而不管这样的移动台的用户是固定位置用户还是移动无线用户。
在步骤130中，移动台速度还用于第二个查阅表(诸如下面的表2)以确定前反向链路功率控制环路中使用的功率调整步长：
速度信息  前向链路功率控制环路步长  反向链路功率控制环路步长
0＜速度＜V1  STEP1FL  STEP1RL
V1＜速度＜V2  STEP2FL  STEP2RL
V2＜速度  STEP3FL  STEP3RL
                             表2
表2中存储的值较好地反映在移动台移动较慢的情形中需要要较小的步长自适应地把信号的功率或信噪比维持在预定界限内。当U1和U2分别等于5mph和35mph时，STEP1FL、STEP2FL和STEP3RL的示例性值是0.25分贝、0.5分贝和1.0分贝，而STEP1FL、STEP2FL、SPSTEP3RL的示列性值是前向链路功率控制环路上标准功率增量步长的某某倍，某某倍和1倍。使用本发明的这一方面可通过把功率控制环路所做的每个功率控制的大小保持在最小减少前反向链路上的功率波动。
尽管在上述实施例中，在步骤130中按照基于移动台速度的预定数量调整功率控制环路参数，本领域的熟练人员将认识到用来调整功率控制环路参数的控制数量是设计选择之物并且最优值可用一给定小区的经验数据确定。
在步骤140和150中，来自第一查阅表的PMAXFL、PMINFL、SNR_MAXRL和SNR_MINRL的值(已基于移动台的移动性作了调整)用于前反向链路功率控制环路并用作这些控制环路的上下限功率。类似地，来自第二查阅表的STEPFL和STEPFL的值用于前反向链路功率控制环路并用作这些控制环路进行功率调整的步长。
较好以有规律的间隔重复图1所示过程以使当移动台在小区附近移动和/或移动性变化时有规律地更新功率控制环路。
尽管在本发明的较佳实施例中，在用于前反向链路功率控制环路前基于移动台的移动性(或速度)调整来自查阅表的PMAXFL、PMINFL、SNR_MAXRL和SNR_MINRL的值，在可选实施例中，来自查阅表的PMAXFL、PMINFL、SNR_MAXRL和SNR_MINRL的值可不作基于移动台的移动性(或速度)的任何调整用于前反向链路功率控制环路。在本发明的其他可选实施例中，在用于前反向链路功率控制环路前通过使查阅表中PMAXFL、PMINFL、SNR_MAXRL和SNR_MINRL的值不依赖于位置(即：在这些实施例中表中的值是固定的以使它们不基于小区中移动台的位置而变化)。从而可只基于移动的移动性或速度(而不是小区中移动台的位置)调整PMAXFL、PMINFL、SNR_MAXRL和SNR_MINRL的值。
现以参照图2，是有几个地理区域(R0、R1、R2和R3)的小区200的图，每个区域有相关的用来控制从这样的区域向基站发射的前反向链路信号的发射功率的不同的最小和最大阈值。在此实施例中，前反向链路功率控制环路的界限基于小区中的区域以分级的方式而不同。这样，在步骤130中每当移动台在区域R0中工作将从查阅表提取一组PMAXFL、PMINFL、SNR_MAXRL和SNR_MINRL的值，每当移动台在区域R1中工作时将从查阅表提取第二组PMAXFL、PMINFL、SNR_MAXRL和SNR_MINRL的值，以此类推。本领域中的熟练人员将明白：作为移动台到小区中心的距离的函数，PMAXFL、PMINFL、PSN_MAXRL和SNR_MINRL的值可以较连续地或较不规则地变化。
现在参照图3，是说明用来实施本发明的功率控制系统的示例性码分多址(CDMA)移动台300的组件的方框图。移动台包括天线系统330，天线系统330通过双工332耦合到模拟接收机334和发射功率放大器336。天线系统330和双工器332是标准设计的且允许通过一个或更多的天线的同时接收和发射。天线系统330可选地包括一用于语音业务的天线和一用来接收GPS信号的独立的天线。天线系统330收集从一个或更多的基站及GPS系统向移动台发射的信号，并通过双工器332把这些信号提供给模拟接收机334。还向接收机334提供一模拟到数字的变换器(未示出)。接收机334从双工器332接收射频信号，放大并降频变换这些信号，向数字数据接收机340、342及搜索接收机344提供一数字化的输出信号。可以理解的是，尽管图3中的实施例中只示出两个数字数据接收机，一低性能移动可以只有一个数字数据接收机而较高性能单元将有两个或更多的数字数据接收机以允许分集接收。接收机340和342的输出提供给分集及合并器电路348，分集及合并器电路348时间调整从接收机340和342接收的两数据流，把它们相加，并对结果进行解码。在专利号为5101501、题目是“用于在CDMA蜂窝电话系统通信中提供软越区的方法和设备”的美国专利中描述了关于数字数据接收机340、342、搜索接收机344及分集合并器和解码器电路348的工作的细节，该专利已转让给本发明的受让人，在此引用供参考。
从编码器348向控制处理机346提供一输出信号。来自解码器的输出信号将包括：例如，用来进行位置测量的来自基站的导频信号、从GPS系统接收的定时信号及诸如建模信息和从基站向移动单元发送的基站位置信息的其他信息。作为对这种信息的响应，控制处理机346依照图1所示的方法确定前向和/或反向链路功率控制参数，及向链路功率控制参数和移动台中的功率控制单元一起用来控制来自移动台的反向链路信号的功率水平。图1所示的全部步骤较好在接收处理器346上的软件中实施；然而，本领域中的熟练人员明白：这些步骤中的大多数可以可选地在系统基础结构中实施。
现在参照图4，是用来实施本发明的前向和反向链路功率控制系统的一个示例性CDMA基站400的组件的方框图。在基站，使用两个接收机系统，每个接收机系统有用来分集接收的一独立天线和模拟接收机。在每个接收机系统中，信号经历分集合并过程前统一处理这些信号。短划线中的成分相当于对应于基站和一移动台间通信的成分。仍参照图4，第一个接收机系统由天线460、模拟接收机462、搜索器接收机464及数字数据接收机466和468组成。第二接收机系统包括天线470、模拟接收机472、搜索器接收机474及数字数据接收机476。小区位置控制处理器478用来信号处理和控制。除此之外，小区位置处理器478监视向移动台发送及从移动台接收的信号以确定本发明中所用的位置信息，而且该处理器还较好用来执行步骤120中的移动速度的建模。小区位置处理器478可选地依照图1所示的方法确定前向和/或反向链路功率控制参数，前向链路功率控制参数和基站中的功率控制单元一起用来控制来自基站的前向链路信号的功率水平。
两个接收机系统都耦合到分集合并器及解码器电路480。数字链路482用来在控制处理器478的控制下传递来自和朝着基站控制器或数据路由器的信号。天线460直接收的信号提供给模拟接收机462，在模拟接收机462处以和上述与移动台模拟接收机相同的过程放大、频率变换及数字化这些信号。自模拟接收机462的输出提供给数字数据接收机466和468及搜索器接收机464。第二个接收机系统(即：模拟接收机472、搜索器接收机474和数字数据接收机476)以与第一个接收机系统相似的方式处理所接收的信号。数字数据接收机466、476的输出提供给分集合并器和解码器电路480，分集合并器和解码器电路480依照解码算法处理这些信号。上面引述的专利号为5105501、标题是“用来在CDMA蜂窝电话系统通信中提供软越区切换的方法和设备”的美国专利中描述了关于第一和第二接收机系统及分集合并器和解码器980的工作的细节。用来向移动单元发射的信号在处理器478的控制下提供给发送调制器484。发送调制器484调制用来向预定接收者移动台发射的数据。
尽管已联系使用CDMA调制在移动台和基站间发射信号的移动无线通信系统描述本发明，本领域中的熟练人员明白：本发明的教义可应用于使用诸如时分多址调制的其他调制方法在移动台和基站间通信的移动无线通信中。
提供上述对较佳实施例的描述以使本领域中的任何熟练人员能制造或使用本发明。对上述实施例的各种改进对本领域中的人员来说是显而易见的，并且此处定义的一般原理不使用创造性的劳动应用到其他实施例。因此，本发明不限于此处所示的方法和设备而应给予与下述权利要求一致的最大范围。

Claims (16)

1.在用于有至少一个基站且以反向链路功率控制环路为特征的CDMA无线通信系统中的移动台中，一种方法，其特征在于，它包含：
识别移动台的当前位置；
基于当前位置，选择与反向链路功率控制关联的上限信噪比和下限信噪比中的至少一个；
识别移动台的当前速度；以及
基于当前速度，动态地调整所选上限信噪比和下限信噪比中的至少一个；
其中，使用预定义的查阅表执行选择和动态调整步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，地区性小区以由基站服务的多个不同的区域为特征，识别当前位置这一步骤包含识别移动台当前所在的地区性小区中的区域。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用微分GPS确定当前位置的识别。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，只使用陆地基站或结合GPS信息使用陆地基站确定当前位置的识别。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，动态调整的步骤还包含使用当前速度重定义功率调整级。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，识别当前速度这一步骤由使用当前位置以及以往位置测量值、地址变换信息和滤波三者中的至少一个进行建模而确定。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，功率调整级的重定义包含识别包括当前速度的速度范围，并使用预定义的查阅表确定与识别的范围相关的相关功率调整级。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，地区性小区以由基站服务的多个不同的区域为特征，识别当前位置这一步骤包含识别移动台当前所在的地区性小区中的区域。
9.在服务至少一个移动台且以前向链路功率控制环路为特征的CDMA无线通信系统中所用的基站中，一种方法，其特征在于，它包含：
识别移动台的当前位置；
基于当前位置，选择与前向链路功率控制关联的上限信噪比和下限信噪比中的至少一个；
识别移动台的当前速度；以及
基于当前速度，动态地调整所选上限信噪比和下限信噪比中的至少一个；
其中，使用预定义的查阅表执行选择和动态调整步骤。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，地区性小区以由基站服务的多个不同的区域为特征，识别当前位置这一步骤包含识别移动台当前所在的地区性小区中的区域。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，使用微分GPS确定当前位置的识别。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，只使用陆地基站或结合GPS信息使用陆地基站确定当前位置的识别。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，动态调整的步骤还包含使用当前速度重定义功率调整级。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，识别当前速度这一步骤由使用当前位置以及以往位置测量值、地址变换信息和滤波三者中的至少一个进行建模而确定。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，功率调整级的重定义包含识别包括当前速度的速度范围，并使用预定义的查阅表确定与识别的范围相关的相关功率调整级。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，地区性小区以由基站服务的多个不同的区域为特征，识别当前位置这一步骤包含识别移动台当前所在的地区性小区中的区域。
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