DE60024373T2

DE60024373T2 - Verfahren und System zur Reduzierung des Energieverbrauchs für Sprachkodierkommunikation mit variabler Rate

Info

Publication number: DE60024373T2
Application number: DE60024373T
Authority: DE
Inventors: Raafat Edward Kamel; Wen-Yi Kuo; Carl Francis Weaver; Xiao Cheng Wu; Martin Howard Meyers
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 2000-08-14
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2020-08-15
Also published as: ATE311702T1; KR100617895B1; US6697343B1; DE60024373D1; JP4832627B2; AU5355200A; BR0003642A; CN1286540A; EP1079563A3; EP1079563A2; JP2001111479A; CA2315957A1; KR20010050204A; EP1079563B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der elektromagnetischen Sendeleistung für mit variabler Rate vocodierte Kommunikation.
Allgemeiner Stand der Technik
Digitale Kommunikationssysteme verwenden häufig Vocoder zum Codieren von Sprachinformationen über eine Funkschnittstelle. Mehrratenvocoder ermöglichen eine effiziente Ausnutzung der Funkschnittstelle durch Verringern der während Pausen in dem Gespräch oder bei Stille übertragenen Informationen, wenn keine Informationen zwischen der Mobilstation und der Basisstation übermittelt werden müssen. Bestimmte Mehrratenvocoder können Raten bereitstellen, die proportional zu der zu übertragenden Menge an Sprachinformationen sind. Mehrratenvocoder können außerdem Raten bereitstellen, die so ausgewählt werden, daß eine gewünschte Dienstqualität bereitgestellt wird. Im allgemeinen entspricht die Vollrate oder Maximalrate eines Vocoders der qualitativ hochwertigsten Übertragung für diesen Vocoder.
Die Mobilstation muß die Vocoding-Rate einer empfangenen Übertragung bestimmen, um die gesendeten Informationen zu decodieren. In der Vergangenheit warteten Mobilstationen bis auf den Empfang eines vollständigen Rahmens (oder einer Sequenz verschachtelter Rahmen) und versuchten dann, den Rahmen gemäß jeder möglichen Rate zu decodieren, um die Vocoding-Rate zu bestimmen. Der obige iterative Decodierungsansatz verläßt sich sehr auf Versuch und Irrtum zur Bestimmung der Vocoding-Rate. In der Mobilstation wird die Rate der Reihe nach versucht, bis die Decodierungsrate mit der Übertragungsrate übereinstimmt. Wenn zum Beispiel ein Kommunikationssystem vier mögliche Vocoding-Raten ausweist, kann eine Mobilstation denselben Rahmen bis zu viermal decodieren (einmal für jede mögliche Rate).
Der iterative Decodierungsansatz führt eine Decodierungsverzögerung ein und belastet das Verarbeitungssystem der Mobilstation. Die Mobilstation kann signifikant viel elektrischen Strom aufwenden, während eine Batterieladung aufgebraucht wird, um die Vocoding-Rate für jede Abwärtsstreckenübertragung zu bestimmen. Obwohl die Batterielebensdauer durch Verwendung größerer Batterien mit größerer Kapazität für Mobilstationen verlängert werden kann, verringern solche Batterieänderungen die Tragbarkeit von Mobilstationen. Somit ist es notwendig, die Vocoding-Rate so zu bestimmen, daß Batterieverbrauch und Verarbeitungslast der Mobilstation verringert werden.
Wenn die Vocoding-Rate unbekannt ist, wenn eine Mobilstation die Signalenergie pro Bit/Rausch-Energiedichte (Eb/No) eines Sprachkanals für Leistungssteuerzwecke mißt, kann die Eb/No-Schätzung ungenau oder langsamer als erwünscht sein, um die Ausbreitungsänderungen in dem Abwärtsstreckensendesignal zu kompensieren. Zum Beispiel beträgt die mit dem iterativen Ansatz assoziierte Verzögerung mindestens eine Rahmendauer (z.B. 20 Millisekunden) zur Decodierung eines Empfangssignals in der Mobilstation. Folglich kann die Kommunikationssystemkapazität durch unzulängliche Leistungssteuerung verringert werden, wenn die Vocoding-Rate erst dann verfügbar ist, nachdem ein Abwärtsstreckenrahmen oder eine Sequenz von Rahmen empfangen wurde. Deshalb ist es notwendig, die Vocoding-Rate vor dem Empfang eines gesamten Abwärtsstreckenrahmens oder einer Sequenz von Rahmen zu bestimmen, um die Leistungsregelleistung zu verbessern.
US-A-5 673 166 betrifft ein Verfahren, durch das ein Sender Informationen in einen aktuellen Rahmen einfügt, die die Datenrate eines nächsten Rahmens betreffen. Diese Informationen werden von einem Stationsmodem (SM) empfangen und so verarbeitet, daß die Datenraten nachfolgender Rahmen vor der Verarbeitung bekannt sind. Das empfangende SM bestimmt die Datenrate jedes Rahmens durch Analysieren der Informationen, die in dem vorausgehenden Rahmen enthalten sind, der vom Sender gesendet wurde. Deshalb kann das empfangende SM die Datenrate des nächsten Rahmens bestimmen, ohne den nächsten Rahmen tatsächlich zu verarbeiten.
EP-A-0 418 396 betrifft ein System zum Senden und Empfangen gemultiplexter Video- und Audiosignale. Wie in 7 gezeigt, bestimmt auf der Senderseite eines Video- und Audiomultiplexsystems eine Auswertungseinheit 2A eine Codierungsbitrate aus den reproduzierten Ausgangssignalen der adaptiven Codierungseinheiten 2₁ bis 2₈ . Eine Auswahleinheit 2B wählt die Ausgangsaudiodaten aus den adaptiven Codierungseinheiten durch die Codierungsbitratendaten. Das Format des die Daten enthaltenden Rahmens ist in 8 gezeigt. Der Rahmen umfaßt einen Rahmenkopfteil a, eine Codierungsbitzahl k und eine Abtastrate n.
US-A-5 570 353 betrifft ein Verfahren in einem CDMA-Zellularfunksystem, bei dem eine Basisstation die Sendeleistung ein oder mehrerer Mobilstationen einstellt. Wie in 1 gezeigt, werden die in Rahmen enthaltenen Leistungssteuernachrichten von der Basisstation 10 auf Verkehrskanälen 13, 14 zu den Mobilstationen 11, 12 gesendet. Ein bestimmter Teil der Rahmenstruktur kann permanent dafür reserviert werden, nur die Leistungssteuernachrichten zu enthalten. In der Aufwärtsrichtung sind keine Leistungssteuernachrichten notwendig, und deshalb kann ein von der Basisstation erkanntes vorbestimmtes Bitmuster von den Mobilstationen zu der Basisstation gesendet werden.
Kurze Darstellung der Erfindung
Ein Verfahren gemäß der Erfindung wird in Anspruch 1 definiert. Bevorzugte Formen werden in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß der Erfindung stellt eine Basisstation einen Rahmen mit Informationsbit mit einer Vocoding-Rate für die Abwärtsstreckenübertragung über einen Verkehrskanal als Kanalbit mit einer Kanalrate zusammen. Die Basisstation plaziert mindestens ein Ratenanzeigebit am Anfang des Rahmens zur Anzeige der Vocoding-Rate. Die Mobilstation wertet die Abwärtsstreckenübertragung unter Berücksichtigung der durch das mindestens eine Ratenanzeigebit angezeigten Vocoding-Rate aus. Die Mobilstation kann die Vocoding-Rate durch Decodieren des Anfangs des Rahmens bestimmen, im Gegensatz zu der Verwendung der stromhungrigen iterativen Decodierung, um die Vocoding-Rate zu bestimmen. Ferner kann die Mobilstation die Abwärtsstreckenleistung mit Leistungspegeleinstelldaten auf der Basis eines gemessenen Leistungsfähigkeitsparameters eines Abwärtsstreckenrahmens oder -subrahmens vor der Decodierung des gesamten Abwärtsstreckenrahmens oder einer Reihe verschachtelter Rahmen steuern. Die Basisstation empfängt ein Aufwärtsstreckensignal mit Leistungspegeleinstelldaten für das Abwärtsstreckensignal.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockschaltbild eines Kommunikationssystems gemäß der Erfindung.
2 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung der Sendeleistung hauptsächlich vom Standpunkt einer Basisstation aus gesehen, gemäß der Erfindung.
3 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung der Sendeleistung vom Standpunkt einer Mobilstation aus gesehen, gemäß der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung
Gemäß der Erfindung zeigt 1 ein Kommunikationssystem 10 mit einer Basisstationssteuerung 12, die an eine Basisstation 14 angekoppelt ist. Die Basisstation 14 kommuniziert mit der Mobilstation 16 über eine Übertragung eines Abwärtsstreckensignals 34. Die Mobilstation 16 kommuniziert mit der Basisstation 14 über eine Übertragung eines Aufwärtsstreckensignals 36. Die Basisstationssteuerung 12 kann zur Steuerung des Kommunikationsverkehrsflusses in bezug auf das Kommunikationssystem 10 an eine Mobilvermittlungszentrale (MSC) angekoppelt sein.
Eine Basisstation 14 enthält einen an einen Modulator 28 angekoppelten Mehrratenvocoder 18. Der Mehrratenvocoder 18 unterstützt verschiedene mögliche Raten des Vocoders 18 im Bereich von einer niedrigsten Rate zu einer Vollrate. Zum Beispiel kann ein Mehrratenvocoder 18 für CDMA (code-division multiple-access) bis zu vier mögliche Vocoding-Raten unterstützen, obwohl jede beliebige andere Anzahl möglicher Vocoding-Raten unterstützt werden könnte.
Vocoding-Rate bedeutet die Informationsrate von Informationsbit im Gegensatz zu einer Kanalrate von Kanalbit. Die Kanalrate ist vorzugsweise für beliebige der möglichen Vocoding-Raten über einen Verkehrskanal konstant. Bit, Byte oder Wörter von Informationsdaten können folglich gegebenenfalls wiederholt werden, um eine Kanaldatenrate zu ergeben, die nicht mit der Vocoding-Rate variiert.
Eine Leistungssteuergruppe (PCG) repräsentiert eine Rahmendauer, während der eine Sendeleistungseinstellung erfolgen kann. Für Anwendungen des Typs CDMA 2000 beträgt eine PCG ein Sechzehntel einer Rahmendauer. Die PCG weist eine Steuergruppendauer (z.B. 1,25 ms) auf, und Leistungssteuerbit werden mit einer Senderate (z.B. 800 Bit pro Sekunde) gesendet.
Der Mehrratenvocoder 18 enthält einen Rahmen-Zusammensteller 23 in Kommunikation mit einem Ratenanzeiger 26. Der Rahmen-Zusammensteller 23 umfaßt einen Codierer 20 in Kommunikation mit einem Symbolwiederholer 22 zum Wiederholen von Informationsbit und einen Verschachteler 24 in Kommunikation mit dem Symbolwiederholer 22. Der Ratenanzeiger kommuniziert mit dem Verschachteler 24. Es sind andere alternative Beziehungen zwischen den oben erwähnten Komponenten in dem Vocoder 18 möglich.
Der Codierer 20 codiert Sprache als digitale Informationen. Der Codierer 20 kann eine Faltungsverarbeitung verwenden, um Fehlerschutz oder -korrektur von Informationsbit zu ermöglichen. Der Codierer 20 ist an einem Symbolwiederholer 22 angeschlossen, der vorzugsweise gegebenenfalls Informationsbit wiederholt, um Kanalbit mit gleichförmiger Bitrate zu bilden, ungeachtet der zugrundeliegenden Rate von weniger dem Vollraten-Vocoding der Informationsbit. Wenn Informationsbit in einem Rahmen nicht auf der Vollraten-Vocoding-Rate liegen, enthält der Rahmen Wiederholungsgruppen identischer oder wiederholter Informationsbit.
Der Verschachteler 24 löst nicht Wiederholungsgruppen auf, sondern verschachtelt statt dessen Wiederholungsgruppen für jede andere Vocoding-Rate als die Vollrate. Der Verschachteler 24 verschachtelt Kanalbit oder Informationsbit zum Vollraten-Vocoding aufgrund der eindeutigen Entsprechung von Kanalbit zu Informationsbit bei Vollrate. Das Verwürfeln der Informationsbit oder Wiederholungsgruppen ergibt verschachtelte Kanalbit mit größerer Beständigkeit gegenüber Ausbreitungs-Fading während der Übertragung als die Übertragung des Abwärtsstreckensignals 34.
Der Ratenanzeiger 26 verarbeitet die verschachtelten Kanalbit, um so ein oder mehrere Ratenanzeigebit am Anfang des Rahmens der verschachtelten Kanalbit zu plazieren. Die Ratenanzeigebit geben die Informationsbitrate für den Rahmen an. Die Basisstationssteuerung 12 kann eine entsprechende Vocoding-Rate für den Vocoder 18 und eine bestimmte Mobilstation auf der Basis von Teilnehmerdaten aus einem (nicht gezeigten) Heimatregister oder anderweitig auswählen. Der Mehrratenvocoder 18 führt einem Modulator 28 ein vocodiertes Signal zu. Der Modulator 28 moduliert das vocodierte Signal auf das Abwärtsstreckensignal 34. Ein Empfänger 56 empfängt ein Aufwärtsstreckensignal 36 von der Mobilstation 16, das Leistungseinstelldaten zum Einstellen einer Sendeleistung des Abwärtsstreckensignals 34 enthalten kann.
Die Mobilstation 16 enthält eine Abwärtsstreckenleistungssteuerung 32, die an einen Messer 30 und einen Sender/Empfänger 50 angekoppelt ist. Der Messer 30 mißt einen Signalleistungsfähigkeitsparameter. Zum Beispiel umfaßt der Messer 30 vorzugsweise einen Fehlerratenmesser zur Messung der Fehlerrate des durch die Basisstation 14 gesendeten Abwärtsstreckensignals 34. Die Fehlerrate bedeutet eine Bitfehlerrate, eine Rahmenfehlerrate oder eine Superrahmenfehlerrate. Der Messer 30 liefert Steuerdaten für die Abwärtsstreckenleistungssteuerung der Basisstation 14, wodurch die Abwärtsstreckenleistungssteuerung 32 die Sendeleistung des Abwärtsstreckenübertragungssignals auf der Basis des gemessenen Signalleistungsfähigkeits parameters (z.B. der Fehlerrate) des Abwärtsstreckenübertragungssignals einstellen kann. Die Mobilstation 16 kann die Abwärtsstreckensendeleistung vor der Decodierung des gesamten Rahmens einstellen, indem sie ein oder mehrere Ratenanzeigebit am Anfang des Rahmens liest. Folglich kann die Mobilstation 16 die Abwärtsstreckensendeleistung in ausreichend kurzer Dauer einstellen, um den Effekt des Rayleigh-Fading zu kompensieren.
Die gemessene Fehlerrate dient zur Schätzung eines entsprechenden Verhältnisses von Energie pro Informationsbit zu Rauschspektraldichte (Eb/No). Die gemessene Fehlerrate kann eine Fehlerrate pro Informationsbit repräsentieren, um die Bestimmung des Eb/No informationsbitweise zu erleichtern. In einem Beispiel ist jede gemessene Fehlerrate pro Bit vorzugsweise mit einem entsprechenden Eb/No in einer relationalen Datenbank oder Nachschlagetabelle assoziiert. In einem anderen Beispiel wird das Eb/No durch Integrieren über die Informationsbit bestimmt, wie hier später beschrieben werden wird.
Ein Leistungsregelansatz mit geschlossener Schleife variiert die von der Basisstation 14 gesendete Leistung auf der Basis von Signalparametermessungen in der Mobilstation 16 oder umgekehrt. Obwohl der Ansatz mit geschlossener Schleife gegenüber längeren Verzögerungen bei der Bereitstellung der Abwärtsstrecken-Vocoding-Rate für die Mobilstation 16 toleranter sein kann, stellt der Ansatz mit geschlossener Schleife vorzugsweise die Abwärtsstrecken-Vocoding-Rate der Mobilstation 16 so schnell zur Verfügung, wie es durch die Ratenanzeigebit ermöglicht wird, um die Integrität des bestimmten Eb/No zu fördern. Wenn die Mobilstation Eb/No schnell genug bestimmt, kann das bestimmte Eb/No die Kompensation von Ausbreitungsänderungen oder Rayleigh-Fading in dem Abwärtsstreckensendesignal erleichtern.
Der Mehrratenvocoder 18 kann die Bestimmung des Verhältnisses von Energie pro Informationsbit zu Rauschspektraldichte (Eb/No) als den Signalleistungsfähigkeitsparameter für anderes als die Vollraten-Vocoding-Rate verkomplizieren. Bei weniger als Vollraten-Vocoding repräsentiert die zugrundeliegende Vocoding-Rate des empfangenen Signals keine eindeutige Beziehung zu der Kanalrate, wie bereits beschrieben. Daher erfordert eine echte Anzeige des Eb/No der Informationsbit, Rahmen oder Wiederholungsgruppen Kenntnis der Vocoding-Rate. Nachdem die Vocoding-Rate bekannt ist, kann man das Eb/No oder eine andere geeignete Anzeige der Leistungsfähigkeit genau bestimmen, sobald ausreichend Signalparametermessungen verfügbar sind.
Bei einer alternativen Ausführungsform umfaßt der Messer 30 vorzugsweise einen Signal/Rausch-Messer oder einen Signal/Störungs-Messer zur direkten Messung von Eb/No des Empfangssignals oder informationsbitweise. Anstatt die Fehlerrate zu messen und die Fehlerrate in einen entsprechenden Eb/No-Wert zu konvertieren, wird daher das Eb/No der empfangenen Abwärtsstreckenübertragung zum Beispiel unter Verwendung einer Technik der Integration über die Informationsbit gemessen.
Der Sender/Empfänger 50 enthält einen Decoder 52, der dafür ausgelegt ist, mit einem Integrierer 54 zu kommunizieren, und einen Prozessor 55, der dafür ausgelegt ist, mit dem Integrierer 54 zu kommunizieren. Der Decoder 52 decodiert das Abwärtsstreckensignal 34, einschließlich Informationsbit und eines oder mehrerer Ratenanzeigebit. Der Integrierer 54 ist dafür ausgelegt, nicht-kohärent über die Kanalbit zu integrieren, um eine Prüfung-Vocoding-Rate zu bestimmen. Der Prozessor 55 führt Anweisungen zum Prüfen im Vergleich mit der durch ein oder mehrere Ratenanzeigebit angezeigten Vocoding- Rate.
Gemäß der Erfindung wird zunächst ein Verfahren zur Steuerung der Signalleistung in einem Kommunikationssystem 10 vom Standpunkt einer Basisstation 14 in 2 aus betrachtet. Beginnend im Schritt S10 stellt die Basisstation 14 einen Rahmen mit Informationsbit mit einer Vocoding-Rate zur Abwärtsstreckenübertragung über einen Verkehrskanal als Kanalbit mit einer Kanalrate zusammen. In der Praxis kann Schritt S10 ferner das Verschachteln der Informationsbit in den Rahmen umfassen, um die Zuverlässigkeit der Abwärtsstreckenübertragung und ihre Beständigkeit gegenüber Fading-Problemen zu erhöhen.
Als Vorbereitung für Schritt S12 kann Schritt S10 das Reservieren eines reservierten Platzes am Anfang des Rahmens für mindestens ein Ratenanzeigebit umfassen. Der reservierte Platz wird davor geschützt, die Informationsbit zu empfangen oder zu enthalten. Schritt S12 kann während Schritt S10 oder im Anschluß an Schritt S10 ausgeführt werden.
In Schritt S12 plaziert die Basisstation 14 mindestens ein Ratenanzeigebit an einem Anfang des Rahmens zur Anzeige der Vocoding-Rate der Informationsbit. Es können mehrere mögliche Techniken benutzt werden, um ein oder mehrere Ratenanzeigebit am Anfang des Rahmens zu plazieren, darunter: (1) Punktieren eines oder mehrerer Ratenanzeigebit und (2) Füllen eines reservierten Platzes in einem Rahmen oder Block mit einem oder mehreren Ratenanzeigebit. Punktieren eines oder mehrerer Bit bedeutet das Ersetzen mindestens eines der verschachtelten Informationsbit am Anfang des Rahmens durch ein Ratenanzeigebit.
In einem Beispiel wird ein Ratenanzeigebit in einen vorausgehenden Rahmen am Anfang des Rahmens punktiert, um die Informationsrate einer Gruppe nach einem der Rahmen, die dem Rahmen nacheilen, anzuzeigen. Hierbei sind die Ratenanzeigebit vorzugsweise die ersten in dem Rahmen, obwohl sich bei alternativen Ausführungsformen Bit an anderer Stelle in dem Rahmen befinden können. Das Nehmen nur eines Bit pro Rahmen beeinträchtigt den Decodierungsgewinn des Verschachtelungsprozesses nicht so sehr, wie das Punktieren von zwei Bit pro Rahmen. Folglich können ein Dreiviertelratencodierer und mehr ein punktiertes Bit pro Rahmen benutzen, um den maximal möglichen Decodierungsgewinn zurückzulassen.
Das Punktieren von einem Bit pro Rahmen (z.B. 24 Bit pro Rahmen) an einem Viertelratencode, wie zum Beispiel dem bei der 9,6-kbps-Rate von CDMA 2000 benutzten, würde zu einem sehr kleinen Eb/No-Verlust (einem Bruchteil von 1 db) führen, während der Vorteil der Kenntnis der Vocoding-Rate praktisch auf Bedarf leicht in bestimmten Fällen 2 dB betragen könnte. Die Ratenanzeigebit werden einmal pro Rahmen übertragen, was für CDMA 2000 ein 24stel der Dauer eines gesamten Rahmens darstellt.
In einem anderen Beispiel werden zwei oder mehr Rateanzeigebit pro Rahmen punktiert. Wenn jedoch das Signal/Rausch-Verhältnis unannehmbar niedrig wird, kann die Basisstation 14 durch Punktieren von weniger Ratenanzeigebit kompensieren, um einen gewünschten Grad an Zuverlässigkeit und Verschachtelungsgewinn in der Abwärtsstreckenübertragung beizubehalten.
Das Füllen eines reservierten Platzes in einem Rahmen mit Rahmenanzeigebit erreicht dasselbe Ergebnis wie die Punktierungsprozedur. Wenn jedoch in dem Rahmen Platz für ein oder mehrere Ratenanzeigebit reserviert ist, dann kann man ein oder mehrere Ratenanzeigebit vor dem Verschachteln oder nach dem Verschachteln in einem Rahmen plazieren. Das Füllen eines reservierten Platzes ermöglicht verschiedene Varianten und Flexibilität beim Entwurf des Vocoders 18 oder des Vocoding-Algorithmus. Im Gegensatz dazu bezieht sich Punktierung auf einen Prozeß, bei dem die Ratenanzeigebit ein oder mehrere Bit in einem Rahmen nach dem Verschachteln des Rahmens ersetzen. Das Einfügen der punktierten Bit erfolgt vor der Modulation durch den Modulator 28, aber nach der Verschachtelung durch den Verschachteler 24.
Die Ratenanzeigebit in einem Rahmen beseitigen die minimale Ein-Rahmen-Verzögrung, die ansonsten erforderlich wäre, um Eb/No herzustellen, wenn man eine iterative Decodierungsprozedur zur Schätzung der Rate benutzen würde. Die Ratenanzeigebit in einem vorausgehenden Rahmen können die Vocoding-Rate (d.h. Informationsrate) angeben, so daß die Vocoding-Rate sobald wie die erste Leistungssteuergruppe (PCG) eines Rahmens in der Mobilstation 16 bekannt ist. Die Ratenanzeigebit können in den vorausgehenden Rahmen in der Schnittstelle des Modulators 28 punktiert werden, um der Mobilstation 16 einen vollen Rahmen Vorwarnung über die Vocoding-Rate oder nacheilende oder bevorstehende Rahmen zu geben.
Die Anwesenheit und Verarbeitung von Ratenanzeigebit fügt keine zusätzliche Latenz zu der Strecke zwischen der Mobilstation 16 und der Basisstation 14 hinzu. Da Bit sequentiell in der Mobilstation 16 aus dem Vocoder 18 ankommen, würde die Mobilstation 16 ansonsten eine ganze Rahmendauer warten, bis alle Bit empfangen werden, bevor die verschachtelten Informationen decodiert werden.
Die Ratenanzeigebit können den Stromverbrauch der Mobilstation 16 reduzieren. Da die Vocoding-Rate praktisch auf Bedarf bestimmt werden kann, sind keine mehreren Decodierungsversuche und ihr einhergehender Stromverbrauch des iterativen Decodierungsansatzes nötig. Ferner kann die Leistungssteuerung zurechtgeschnitten werden, um eine Fehlerwahrscheinlichkeit beim Empfang der Ratenanzeigebit von weniger als einem Prozent oder eine andere geeignete Zielfehlerwahrscheinlichkeit zu erreichen. Die Verbesserung der Leistungsfähigkeit wird für Leistungssteuerung der niederen oder niedrigsten Vocoding-Raten des Vocoders 18 realisiert, denen manchmal bei dem iterativen Decodierungsansatz die niedrigste Priorität für die Decodierung gegeben wird.
Schritt S13 folgt Schritt S12. Schritt S13 ist insofern von den anderen Schritten in 2 verschieden, als Schritt 13 Verarbeitung repräsentiert, die in der Mobilstation 16 stattfindet, statt in der Basisstation 14. Im allgemeinen umfaßt Schritt S13 die Verarbeitung des empfangenen Rahmens in der Mobilstation 16, um Leistungspegeleinstelldaten für das durch die Basisstation 14 gesendete Abwärtsstreckensignal 34 zu bestimmen. Zum Beispiel empfängt eine Mobilstation 16 ein gesendetes Signal, das mehrere Rahmen enthält. Ein vorausgehender Rahmen enthält einen Ratencode, der die Rate des vorausgehenden Rahmens selbst angibt. Die Mobilstation 16 decodiert die Ratenanzeigebit mit einem Decoder 31 und mißt einen Leistungsfähigkeitsparameter (z.B. die Fehlerrate oder Signal/Rauschen) einer Abwärtsstreckenübertragung, um die für eine angemessene Abwärtsstreckenübertragungsleistungsfähigkeiterforderliche Sendeleistung einzustufen.
Die Mobilstation 16 enthält einen Messer 30 zum Messen des Leistungsfähigkeitsparameters nach oder während der Decodierung des Ratenanzeigebit bzw. der Ratenanzeigebit. Die Mobilstation 16 mißt den Leistungsfähigkeitsparameter nach oder während der Decodierung eines oder mehrerer Ratenanzeigebit, aber bevorzugt vor der Decodierung des gesamten Rahmens. Die Mobilstation 16 bestimmt vorzugsweise die Vocoding-Rate des vorausgehenden Rahmens vor dem Empfangen des gesamten Rahmens und vor der Decodierung des gesamten verschachtelten Rahmens. Schritt S13 kann umfassen, die Fehlerrate pro Wiederholungsgruppe, bestimmt auf der Basis der Decodierung des bzw. der Ratenbestimmungsbit, zu messen.
Die Verarbeitung für die Mobilstation 16 und ihr einhergehender Stromverbrauch werden durch eine praktische Auf-Bedarf-Kenntnis der Vocoding-Rate verringert. Ferner wird mit der Kenntnis der Vocoding-Rate aus den Decodierungsratenanzeigebit ohne weiteres die Leistung auf ausreichend schnelle Weise gesteuert, um das Rayleigh-Fading in dem Abwärtsstreckensignal 34 zu kompensieren.
Im Schritt S13 kann, sobald die Vocoding-Rate in der Mobilstation 16 bekannt ist, die Mobilstation 16 die Abwärtsstreckensendeleistung auf der Basis der gemessenen Signalleistungsfähigkeitsparameterinformationen des empfangenen Abwärtsstreckensignals 34 und der Vocoding-Rate steuern. Der gemessene Signalleistungsfähigkeitsparameter kann ein gemessenes Signal/Rausch-Verhältnis, eine gemessene Fehlerrate, ein gemessenes Signal/Störungs-Verhältnis oder einen anderen geeigneten Anzeiger der Signalqualität umfassen. Der gemessene Leistungsfähigkeitsparameter wird unter Berücksichtigung der Vocoding-Rate gemessen, um eine echte Bestimmung der Informationsbitleistungsfähigkeit (oder der Wiederholungsgruppe), im Gegensatz zu der Kanalbitleistungsfähigkeit, zu ermöglichen. Die Mobilstation 16 sendet die Abwärtsstreckenleistungspegeleinstelldaten als eine Aufwärtsstreckenübertragung zu der Basisstation 14. Die Abwärtsstreckenleistungspegeleinstelldaten geben eine sorgfältige Berücksichtigung der Vocoding-Rate und der Sende-/Empfangsleistungsfähigkeit der Informationsbit wieder.
Im Schritt S14 empfängt die Basisstation 14 ein Aufwärtsstreckensignal 36 mit den Leistungspegeleinstelldaten für das Abwärtsstreckensignal 34. Die Leistungspegeleinstelldaten basieren auf dem gemessenen Leistungsfähigkeitsparameter (z.B. eine Art Fehlerrate oder einem Signal/Rausch-Verhältnis) der Abwärtsstreckenübertragung von der Basisstation 14 zu der Mobilstation 16.
3 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung der Signalleistung in einem Kommunikationssystem 10 vom Standpunkt einer Mobilstation 16 aus gesehen, im Gegensatz zu der Basisstation 14. Schritt S13 in 2 wird durch Schritt S18, Schritt S20, Schritt S22 und Schritt S23 von 3 repräsentiert. Folglich kann Schritt S18 Schritt S12 folgen. Ähnlich kann Schritt S14 Schritt S23 folgen.
Beginnend im Schritt S18 empfängt eine Mobilstation 16 einen Rahmen mit Informationsbit mit einer Vocoding-Rate und mindestens einem Ratenanzeigebit am Anfang des Rahmens zur Anzeige der Vocoding-Rate. Die Benutzung von Ratenanzeigebit verringert die Komplexität, die Stromaufnahme und die Herstellungskosten für die Mobilstation 16 durch Beseitigen der schweren iterativen Ratenbestimmungsprozeduren. Die Mobilstation 16 erfaßt ohne weiteres die Vocoding-Rate vor der Decodierung des ersten Rahmens oder unter einer Rahmendauer. Ferner bestimmt die Mobilstation 16 vorzugsweise die Vocoding-Rate innerhalb eines fraktionalen Implements des Rahmens, das als Leistungssteuergruppe (PCG) bezeichnet wird. Zum Beispiel kann die Mobilstation 16 die Vocoding-Rate innerhalb des ersten Sechzehntels eines Rahmens bestimmen, weil die Leistungssteuerung in CDMA 2000 in der Lage sein sollte, für jedes Sechzehntel eines Rahmens auf der Vorwärtsstrecke Leistungssteuereinstellungen auszuführen.
Im Anschluß an Schritt S18 bestimmt die Mobilstation 16 im Schritt S20 ein Verhältnis zwischen der Vocoding-Rate und einer Kanalrate des Rahmens. Die Mobilstation 16 liest mindestens ein Ratenanzeigebit am Anfang des Rahmens. Die Bestimmung des Verhältnisses ermöglicht ein Referenzieren der Leistungsfähigkeit mit Bezug auf das Informationsbit (oder die Wiederholungsgruppe), im Gegensatz zu einem Kanalbit allgemein. Basierte der Leistungsfähigkeitsparameter auf Kanalbit, würde der Leistungsfähigkeitsparameter eine irreführende Basis für die Aufwärtsstreckenleistungssteuerung bilden. Für den Fall, daß der Vocoder 18 im Vollratenmodus arbeitet, besteht eine eindeutige Abbildung zwischen den Informationsbit und den Kanalbit. Für die niedrigere und die niedrigste Rate enthält jede Wiederholungsgruppe jedoch n Informationsbit, die m mal wiederholt werden, um n multipliziert mit m Kanalbit bereitzustellen. Ein Rahmen kann P Wiederholungsgruppen enthalten, so daß die Anzahl C der Kanalgruppen pro Rahmen gleich P multipliziert mit n und m, ist (d.h. C=P·n·m). Wenn der Verkehrskanal verwendet wird, um Signalenergie pro Bit zu Rauschenergie pro Bitdauer (Eb/No) als den Leistungsfähigkeitsparameter zu messen, wird das Verhältnis für eine genaue Messung benutzt.
Die Vocoding-Rate kann durch Prüfen des Werts einer nichtkohärenten Integration der Kanalbit geprüft werden. Die nichtkohärente Integration der Kanalbit fügt Redundanz oder Fehlerprüffähigkeit zu der Vocoding-Ratenbestimmung hinzu, wodurch vergrößerte Zuverlässigkeit bereitgestellt wird, falls ein Ratenanzeigebit in einem Rahmen verfälscht ist. Wenn das Ergebnis der nichtkohärenten Integration acht benachbarter, nicht verschachtelter Kanalbit in einem Rahmen klein ist oder sich Null nähert, kann von der Vocoding-Rate angenommen werden, daß sie bei der vollen Vocoding-Rate liegt. Wenn dagegen das Ergebnis der nichtkohärenten Integration in einem Rahmen Null um eine Schwellentoleranz übersteigt, beträgt die Vocoding-Rate weniger als die volle Vocoding-Rate des Mehrratenvocoders 18. Die Schwellentoleranz wird auf der Basis einer statistischen Analyse oder Wahrscheinlichkeits-Dichte- Funktion des typischen oder erwarteten Rahmeninhalts bestimmt. Die durch ein oder mehrere Ratenanzeigebit angezeigte Vocoding-Rate kann mit der durch die obige Nichtkohärenz-Integrationstechnik angezeigten Vocoding-Rate verglichen werden, um Fehlerprüfung zu erreichen.
Im Schritt S22 mißt die Mobilstation 16 einen Signalleistungsfähigkeitsparameter (z.B. eine Fehlerrate oder ein Signal/Rausch-Verhältnis), der mit den Informationsbit oder der Wiederholungsgruppe auf der Basis der Meßperiode assoziiert ist. Schritt S22 kann durch Messen eines Leistungsfähigkeitsparameters nach der Decodierung von einem oder mehreren Ratenanzeigebit ausgeführt werden. Schritt S22 kann eine Messung des Leistungsfähigkeitsparameters (z.B. Fehlerrate) nach oder während der Decodierung von einem oder mehreren Ratenanzeigebit, aber vor der Decodierung des gesamten Rahmens, enthalten.
Bei der Messung des Signal/Rausch-Verhältnisses als Signalleistungsfähigkeitsparameter für ein einem Rahmen zugrundeliegendes elektromagnetisches Signal kann das Signal/Rausch-Verhältnis bestimmt werden, indem die Signalleistung pro Informationsbit über eine Integrationsperiode nicht kohärent integriert wird, die der Vocoding-Rate entspricht. Insbesondere kann man das Signal/Rausch-Verhältnis durch nichtkohärentes Integrieren von Kanalbit oder Informationsbit schätzen, wenn eine Vocoding-Rate eine Vollrate beträgt. Für Vollratencodierung produziert die nichtkohärente Integration angemessene Ergebnisse, weil die Kanalbit zu Informationsbit eindeutig abgebildet werden. Im Gegensatz dazu produziert bei der niedrigsten Rate (z.B. Ein-Achtel-Rate) die nichtkohärente Integration der Kanalbit direkt keine genauen Schätzungen des Signal/Rausch-Verhältnisses. Die nichtkohärente Integration bei der niedrigsten Vocoding-Rate muß auf dem Informationsbitniveau oder auf dem Wiederholungs gruppenniveau erreicht werden, anstatt auf dem Kanalbitniveau.
Um das Signal/Rausch-Verhältnis zu messen, wird die Integrationsperiode für eine niedrigere Vocoding-Rate, die niedriger als eine Vollraten-Vocoding-Rate ist, vergrößert. Die Integrationsperiode wird um einen Kehrwert der Abnahme der Vocoding-Rate relativ zu der Vollrate vergrößert. Zum Beispiel ist eine Integrationsperiode für eine Ein-Achtel-Raten-Vocoding-Rate achtmal so lang wie die Integrationsperiode für eine Vollraten-Vocoding-Rate.
Das Signal/Rausch-Verhältnis (S/N) kann approximiert werden, indem man zuerst Signalstärke plus Rauschpegel (S+N) bestimmt. Das S+N der Informationsbit oder Verkehrsbit kann durch nichtkohärente Integration über die Informationsbit geschätzt werden. Zweitens wird der Rauschpegel (N) bzw. die Dichte gemessen oder anderweitig bestimmt. Der Rauschpegel kann mit dem Signal assoziierte Störungen enthalten. Um das S/N zu erhalten, wird der Rauschpegel (N) von dem S+N subtrahiert. Das Ergebnis der Subtraktion repräsentiert die Signalstärke (S), die durch N dividiert wird, um das Signal/Rausch-Verhältnis zu erhalten.
Unabhängig von dem obigen Absatz liefert eine Signal-plus-Rausch-Schätzung (S+N) eine genaue Anzeige der Signalleistung S, wenn der Rauschpegel N im Vergleich zu der Signalleistung S niedrig ist. Wenn das Signal S jedoch schwach ist, nähert sich das Signal/Rausch-Verhältnis (S/N) an den Wert von 1, anstatt an seinen wahren Wert. Es können andere Techniken außer der Technik der Signal-plus-Rausch-Schätzung verwendet werden, um das Signal/Rausch-Verhältnis zu bestimmen.
Die Mobilstation 16 schätzt den Rauschpegel, um das Signal/Rausch-Verhältnis zu bestimmen. Der Rauschpegel kann aus dem Empfang des Abwärtsstreckenpilotkanals abgeleitet werden. Die Abwärtsstreckenpilotsequenz ist gewöhnlich eine Folge gleichförmiger Polaritätssysmbole (z.B. 1). Der quadratische Mittelwert der Abwärtsstreckenpilotsequenz dividiert durch die Varianz, ergibt den Rauschpegel.
Die Mobilstation 16 approximiert die Signalleistung des empfangenen Abwärtsstreckensignals 34 auf die folgende Weise. Die Absolutwerte gemessener Signalstärken pro Bit werden aufsummiert, um einen Absolutwert zu erhalten, der eine Signal-plus-Rauschen-Schätzung repräsentiert. Wenn die Vocoding-Rate niedriger als die Vollraten-Vocoding-Rate ist, kann kohärente Integration der Leistung des Abwärtsstreckensignals 34 über wiederholte Verkehrsbit erforderlich sein, um das Signal/Rausch-Verhältnis ordnungsgemäß zu schätzen. Nichtkohärente Integration über verschiedene Verkehrsbit kann bei Verwendung in Verbindung mit aus einer vorherigen kohärenten Integrationsprozedur gewonnenen Rateninformationen ausreichende Genauigkeit ergeben.
Nach Schritt S22 bestimmt die Mobilstation 16 im Schritt S23 Leistungseinstelldaten für das Abwärtsstreckensignal 34 auf der Basis des gemessenen Signalleistungsfähigkeitsparameters und des Verhältnisses zwischen der Vocoding-Rate und einer Kanalrate des empfangenen Rahmens. Die Mobilstation 16 steuert die Abwärtsstreckensendeleistung der Basisstation 14 auf der Basis des gemessenen Signalleistungsfähigkeitsparameters und der Vocoding-Rate.
Die Mobilstation 16 steuert die Abwärtsstreckensendeleistung der Basisstation 14 auf der Basis des gemessenen Signalleistungsfähigkeitsparameters, um einen Ziel-Signalleistungsfähigkeitsparameter, der in der Mobilstation 16 gespeichert ist, aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel kann die Mobilstation 16 die Abwärtsstreckensendeleistung einer Basisstation 14 auf der Basis der gemessenen Fehlerrate steuern, um einen Ziel-Leistungsfähigkeitsparameterwert aufrechtzuerhalten. Alternativ dazu kann die Mobilstation 16 die Abwärtsstreckensendeleistung der Basisstation 14 auf der Basis des gemessenen Signal/Rausch-Verhältnisses als den gemessenen Signalleistungsfähigkeitsparameter steuern.
Die Abwärtsstreckensendeleistung der Basisstation 14 kann vor dem Empfang und der Decodierung eines gesamten Rahmens in der Mobilstation 16 mit den Abwärtsstreckenleistungsdaten eingestellt werden. Folglich kann die Abwärtsstreckensendeleistung mehrmals pro Rahmen verändert werden, um Rayleigh-Fading zu kompensieren, weil die Vocoding-Rate möglicherweise sogar schon mit der ersten Leistungssteuergruppe oder einem fraktionalen Intervall eines Rahmens bekannt sein kann. Gemäß der Erfindung kann das Erreichen einer Vocoding-Rate, das Messen eines Signalleistungsfähigkeitsparameters auf der Basis der Vocoding-Rate und das Steuern der Abwärtsstreckenleistung auf der Basis des gemessenen Signalleistungsfähigkeitsparameters und der Vocoding-Rate in der Dauer von weniger als einem Rahmen vom Anfangsempfang des Rahmens an in der Mobilstation abgeschlossen sein, wodurch Echtzeit-Leistungssteuerung und/oder -kompensation gegenüber schnellem oder mittlerem Fading, wie zum Beispiel Rayleigh-Fading, gestattet wird.
Das Leistungssteuerverfahren der Erfindung eignet sich gut zur Verringerung des Stromverbrauchs und zur Verlängerung der Batterielebensdauer der Mobilstation 16. Das Leistungssteuerverfahren kann durch Software plus eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) für viele kommerziell erhältliche Mobilstationen 16 implementiert werden. Das Leistungssteuerverfahren eignet sich gut für die Sprachkommunikation, weil die Sprachkommunikation gegenüber langen Verzögerungen intolerant ist. Das System ist hauptsächlich auf sich gut für die Sprachkommunikation, weil die Sprachkommunikation gegenüber langen Verzögerungen intolerant ist. Das System ist hauptsächlich auf Vorwärtsleistungssteuerung der Leistung eines Abwärtsstreckensignals 34 unter Verwendung eines Aufwärtsstreckensignals 36 ausgerichtet. Im Gegensatz dazu besitzt auf der Rückwärtsstrecke jede Mobilstation 16 einen entsprechenden Pilotkanal, der eine von der Vocoding-Rate unabhängige Sendeleistung aufweist. Deshalb kann die Basisstation 14 ohne weiteres die Aufwärtsstreckenleistung der Mobilstation 16 auf der Basis von Messungen des Pilotkanals ohne Decodierung der Vocoding-Rate bestimmen.
Obwohl die oben erwähnten Ratenanzeigebit zur Anzeige der Informationsrate für den Rahmen, in den die Ratenanzeigebit plaziert werden, benutzt wurden, können bei einer alternativen Konfiguration die Ratenanzeigebit in einen vorauseilenden Rahmen plaziert werden, um die Informationsbitrate für einen oder mehrere, dem vorauseilenden Rahmen folgende nacheilende Rahmen anzuzeigen. Folglich werden Ratenanzeigebit bei einer Änderung der Informationsrate nur in den vorauseilenden Rahmen plaziert (z.B. punktiert), um eine größere Verschachtelungsfähigkeit zu ermöglichen, als andernfalls durch Punktieren absolut jedes Rahmens mit Ratenanzeigebit möglich wäre.
Die vorliegende Spezifikation beschreibt verschiedene Ausführungsbeispiele des Verfahrens und der Struktur der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der Ansprüche soll verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen der in der Spezifikation offengelegten Ausführungsbeispiele abdecken.

Claims

Durch eine Basisstation durchgeführtes Verfahren zum Verringern der Stromaufnahme einer Mobilstation in einem Kommunikationssystem, mit den folgenden Schritten: Zusammenstellen eines Rahmens mit Informationsbit mit einer Vocoding-Rate für eine Abwärtsstreckensignalübertragung über einen Verkehrskanal als Kanalbit mit einer Kanalrate (S10); Plazieren mindestens eines Ratenanzeigebit am Anfang des Rahmens, um die Vocoding-Rate anzuzeigen (S14); und gekennzeichnet durch Empfangen eines Aufwärtsstreckensignals mit Leistungspegeleinstelldaten auf der Basis eines. Verhältnisses einer Vocoding-Rate und Übertragungsrate eines zuvor gesendeten Rahmens (S14).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Zusammenstellens ferner folgendes umfaßt: Verschachteln der Informationsbit in dem Rahmen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Plazierens ferner folgendes umfaßt: Ersetzen mindestens eines der verschachtelten Informationsbit am Anfang des Rahmens mit dem mindestens einen entsprechenden Ratenanzeigebit.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Zusammenstellens ferner den folgenden Schritt umfaßt: Reservieren eines Platzes am Anfang des Rahmens für das mindestens eine Ratenanzeigebit, wobei der reservierte Platz in bezug auf die Anwesenheit der Informationsbit eingeschränkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Plazierens ferner folgendes umfaßt: Punktieren zweier Ratenanzeigebit am Anfang des Rahmens, um die Informationsrate einer Gruppe von dem Ende des Rahmens folgenden Nachspannbit anzuzeigen.