DE69832892T2

DE69832892T2 - Leistungsregelungssubsystem

Info

Publication number: DE69832892T2
Application number: DE69832892T
Authority: DE
Inventors: Serge Willenegger; Yu-Cheun Jou
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1997-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2018-02-14
Also published as: US6240071B1; JP4236286B2; JP2002501689A; US20010010684A1; CN1235349C; KR100514468B1; EP1016299B1; EP1016299A1; KR20000071034A; US5991284A; ATE313922T1; JP4472765B2; CN100405753C; US7843863B2; WO1998036606A2; HK1073941A1; CN1307758A; CN1599274A; WO1998036606A3; DE69832892D1

Description

I. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leistungssteuerunter- bzw. -subsystem. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Leistungssteuersubsystem zur Verwendung in einer Basisstation eines drahtlosen Kommunikations- bzw. Nachrichtenübertragungssystems, bei dem eine entfernte Station ein Rückwärtsverbindungssignal überträgt, das eine Vielzahl von Subkanalsignalen enthält.
II. Ausgangspunkt
Bei einem Codemultiplex-Vielfachzugriff-(CDMA)-Spreizspektrumkommunikationssystem wird ein gemeinsames Frequenzband verwendet, zur Kommunikation mit allen Basisstationen innerhalb des Systems. Ein Beispiel eines solchen Systems ist in dem TIA/EIA Interim Standard IS-95-A mit dem Titel "Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System" beschrieben, der hier durch Bezugnahme aufgenommen ist. Die Erzeugung und der Empfang von CDMA-Signalen ist in dem U.S. Patent Nr. 4,401,307 mit dem Titel "SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEMS USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS" und in U.S. Patent Nr. 5,103,459 mit dem Titel "SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM" beschrieben, die beide dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung gehören.
Signale, welche das gemeinsame Frequenzband einnehmen, werden an der Empfangsstation unterschieden durch die Spreizspektrum-CDMA-Wellenformeigenschaften basierend auf der Verwendung eines Pseudorausch-(pseudonoise = PN)-Codes mit hoher Rate. Ein PN-Code wird verwendet zum Modulieren von Signalen, die von den Basisstationen und den entfernten Stationen übertragen werden. Signale von unterschiedlichen Basisstationen können separat empfangen werden an der Empfangsstation durch Unterscheidung des einzigartigen Zeitversatzes, der in den PN-Codes eingeführt ist, der jeder Basisstation zugewiesen ist. Die PN-Modulation mit hoher Rate erlaubt auch, dass die Empfangsstation ein Signal von einer einzelnen Übertragungsstation empfängt, wo sich das Signal über einen bestimmten Ausbreitungs- bzw. -fortpflanzungspfad bewegt hat. Die Demodulation von vielfachen Signalen ist in dem U.S. Patent Nr. 5,490,165 mit dem Titel "DEMODULATION ELEMENT ASSIGNMENT IN A SYSTEM CAPABLE OF RECEIVING MULTIPLE SIGNALS" und in U.S. Patent Nr. 5,109,390 mit dem Titel "DIVERSITY RECEIVER IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM" beschrieben, die beide dem Anmelder der vorliegenden Erfindung gehören.
Der IS-95 Over-the-Air (OTA) Interface Standard definiert einen Satz von Hochfrequenzsignalmodulationsverfahren zum Implementieren eines digitalen, zellulären Telefonsystems. Der IS-95 Standard und seine Ableitungen, wie beispielsweise IS-95A und ANSI J-STD-008 (die kollektiv als der IS-95 Standard bezeichnet werden) werden durch die Telecommunications Industry Association (TIA) veröffentlicht, um die Funktionsfähigkeit zwischen Telekommunikationsgeräten sicher zu stellen, die durch unterschiedliche Anbieter hergestellt werden.
Der IS-95 Standard wurde enthusiastisch begrüßt, da er die verfügbare HF-Bandbreite effizienter verwendet als zuvor bestehende zelluläre Telefontechnologien. Diese erhöhte Effizienz wird erreicht durch Verwendung von CDMA-Signalverbarbeitungstechniken in Kombination mit extensiver Übertragungsleistungssteuerung zum Erhöhen der Frequenzwiederverwendung eines zellulären Telefonsystems.
1 zeigt ein digitales, zelluläres Telefonsystem, das in einer Art und Weise, das mit der Verwendung von IS-95 konsistent ist, konfiguriert ist. Während des Betriebs werden Telefonanrufe und andere Kommunikationen bzw. Nachrichtenübertragungen durchgeführt, durch den Austausch von Daten zwischen entfernten Stationen 1 (im Allgemeinen Mobiltelefone) und Basisstationen 2 unter Verwendung von HF-Signalen. Kommunikationen bzw. Nachrichtenübertragungen werden ferner durchgeführt von den Basisstationen 2 durch Basisstationscontroller (BSC) 4 und mobiles Vermittlungszentrum (MSC = Mobile switching center) 6 an entweder das vermittelte Telefonnetzwerk (PSTN = public switch telephone network) 8, oder zu einer weiteren Basisstation für Übertragung an eine weitere entfernte Station 1. BSC's 4 und MSC 6 sehen typischerweise eine Mobilitätskontrolle, eine Anrufverarbeitung und eine Anrufleitungs- bzw. -routingfunktionalität vor.
Das HF-Signal, das von einer Basisstation 2 zu einem Satz entfernter Stationen 1 übertragen wird, wird als die Vorwärtsverbindung bezeichnet und das HF-Signal, das von den entfernten Stationen 1 zu einer Basisstation 2 übertragen wird, wird als die Rückwärtsverbindung bezeichnet. Der IS-95 Standard sieht vor, dass entfernte Stationen 1 einen Telekommunikationsdienst vorsehen durch Übertagen von Anwenderdaten, wie beispielsweise digitalisierten Sprachdaten, über das Rückwärtsverbindungssignal. Das Rückwärtsverbindungssignal ist aufgebaut aus einem einzelnen Verkehrskanal und wird daher oft als ein "nicht kohärentes" Signal bezeichnet, da es keinen Pilotkanal umfasst und als solches nicht kohärent demoduliert werden kann.
Innerhalb des Rückwärtsverbindungssignals werden Anwenderdaten mit einer maximalen Datenrate von 8,6 oder 13,35 kbps übertragen, und zwar in Abhängigkeit davon, welcher Ratensatz aus einem Satz von Ratensätzen, der durch IS-95 vorgesehen ist, ausgewählt ist. Die Verwendung eines Einzelkanal-, nicht kohärenten -Rückwärtsverbindungssignals vereinfacht die Implementierung eines IS-95 zellulären Telefonsystems durch Eliminieren der Notwendigkeit einer Synchronisierung zwischen einem Satz von entfernten Stationen 1, die mit einer einzelnen Basisstation 2 kommunizieren.
Wie oben ausgeführt, beinhaltet IS-95 eine extensive Übertragungsleistungssteuerung, um effizienter die verfügbare HF-Bandbreite zu verwenden. Gemäß IS-95 wird diese Leistungssteuerung durchgeführt durch Messen der empfangenen Signalstärke und Qualität des Rückwärtsverbindungsverkehrs kanals beim Empfang an der Basisstation und durch Erzeugen eines Leistungssteuerbefehls basierend auf dieser Messung. Der Leistungssteuerbefehl wird an die entfernte Station übertragen über das Vorwärtsverbindungssignal. Die entfernte Station spricht auf den Leistungssteuerbefehl an durch Erhöhen oder Verringern der Übertragungsleistung des Rückwärtsverbindungssignals basierend auf dem Leistungssteuerbefehl. Dieses Leistungssteuerverfahren wird als eine geregelte Leistungssteuerung bezeichnet. Der Aufbau einer geregelten Leistungssteuerung in einem CDMA-Kommunikationssystem ist in dem U.S. Patent Nr. 5,056,109 mit dem Titel "METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA CELLULAR MOBILE TELEPHONE SYSTEM" beschrieben, das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung gehört.
In IS-95 Systemen wird die Leistungssteuereinstellung wiederholt durchgeführt mit den Raten in der Größenordnung von 800 mal pro Sekunde, um die Rückwärtsverbindungssignalübertragungsleistung auf einem Minimum zu halten, das für die Durchführung von Kommunikationen bzw. Nachrichtenübertragungen notwendig ist. Zusätzlich erfordert IS-95 auch, dass der Duty Cycle bzw. das Tastverhältnis des Rückwärtsverbindungssignals eingestellt wird, und zwar ansprechend auf Veränderungen hinsichtlich der Sprachaktivität durch Variieren des Übertragungs-Duty-Cycles in 20 Millisekundeninkrementen. Wenn der Übertragungs-Duty-Cycle verringert wird, überträgt die entfernte Station somit entweder am Setzpunkt oder die Übertragung wird gesperrt und die entfernte Station überträgt überhaupt nicht. Während Zeiträumen, zu denen die Übertragung gesperrt wird, erzeugt die Basisstation falsche Leistungssteuererhöhungsbefehle, da das Rückwärtsverbindungssignal nicht detektiert wird. Da die entfernte Station weiß, wann ihre Übertragung gesperrt wurde, kann sie entsprechende Erhöhungsbefehle ignorieren, da sie als falsch bekannt sind.
Um die immer weiter ansteigende Nachfrage zur Übertragung von digitalen Daten zu erfüllen, die durch Netzwerktechnologien erzeugt werden, wie beispielsweise das World Wide Web, ist ein komplexeres mehrkanalkohärentes Rückwärtsverbindungssignal mit höherer Rate vorgesehen, und zwar in der mitanhängigen U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/654,443 (die '443 Anmeldung) Patent Nr. US 5,930,230 mit dem Titel "High Data Rate CDMA Wireless Communications System" die am 28. Mai 1996 vom Anmelder der vorliegenden Erfindung eingereicht wurde. Die oben genannte Patentanmeldung beschreibt ein System, bei dem ein Satz von individuell hinsichtlich ihrer Verstärkung eingestellten Kanälen gebildet wird, über die Verwendung eines Satzes von orthogonalen Subkanalcodes. Über einen der Übertragungskanäle zu übertragenden Daten werden mit einem der Subkanalcodes moduliert, hinsichtlich ihrer Verstärkung eingestellt und summiert mit Daten, die unter Verwendung der anderen Subkanalcodes moduliert wurden. Die sich ergebenden summierten Daten werden moduliert unter Verwendung eines Anwenderlangcodes und eines pseudozufälligen Spreizcodes (PN-Code) und zur Übertragung hochkonvertiert. Insbesondere beschreibt die oben genannte Patentanmeldung ein Rückwärtsverbindungssignal, das gebildet wird aus Walsh-Sequenz modulierten Subkanälen, einschließlich wenigstens eines Verkehrssubkanals, eines Leistungssteuersubkanals und eines Pilotsubkanals.
Eine Mehrkanalrückwärtsverbindung erhöht die Flexibilität, indem erlaubt wird, dass unterschiedliche Datentypen simultan übertragen werden. Das Vorsehen eines Pilotsubkanals ermöglicht eine kohärente Verarbeitung des Rückwärtsverbindungssignals an der Basisstation, was die Leistungsfähigkeit bzw. Performance der Verbindung verbessert. Um eine Leistungssteuerung, ein Zeit-Tracking und ein Frequenz-Tracking zu ermöglichen, kann es zweckmäßig sein, das durchschnittlich empfangene Pilotsignalleistungs-zu-Rausch-Verhältnis (SNR = signal power to noise ratio) auf einem konstanten Niveau zu halten. Es sei bemerkt, dass in einem auf CDMA basierenden System eine effektive Leistungssteuerung essentiell ist, um eine hohe Systemkapazität zu erreichen. Üblicherweise wird die Leistungssteuerung in zwei Teile aufgeteilt, eine Steuerung ohne Rückkopplung (open loop) und eine Regelung mit Rückkopplung (closed loop). Bei einer Leistungssteuerung ohne Rückkopplung misst die Mobilstation das empfangene Vorwärtsverbindungssignal für eine vorbestimmte Zeitperiode und stellt ihre Übertragungssleistung ansprechend auf Veränderungen in der empfangenen Vorwärtsverbindungsleistung ein. Die in IS-95 Systemen implementierte Leistungssteuerung ohne Rückkopplung ist recht langsam und kümmert sich um langfristige Kanalvariationen (die als der Kanteneffekt (corner effect) bekannt ist). Die Leistungsregelung mit Rückkopplung, die zuvor beschrieben wurde, ist schneller und versucht Fading-Effekte zu kompensieren.
In auf IS-95 basierenden CDMA-Systemen wird die Leistungsregelung mit Rückkopplung auch verwendet zum Treiben der Rückwärtsverbindung auf einen gewünschten Setzpunkt. Zum Beispiel kann eine Rahmenfehlerrate (FER = frame error rate) von 1 % zweckmäßig sein. Wenn die FER zu hoch ist, ist ein Anstieg der Rückwärtsverbindungsleistung notwendig, um die Fehlerrate zu reduzieren. Wenn andererseits die FER kleiner ist als der gewünschte Setzpunkt, kann die Rückwärtsverbindungsleistung reduziert werden. Das Reduzieren der Rückwärtsverbindungsleistung reduziert erzeugte Interferenzen und besitzt somit einen direkten positiven Effekt auf die anderen Nutzer in dem System. Eine maximale Kapazität wird in einem CDMA-System erreicht, wenn jeder Nutzer am Setzpunkt überträgt und daher der minimalen Leistung, die erforderlich ist, um die erwünschte Fehlerrate zu erreichen.
Der Betriebssetzpunkt des Systems kann modifiziert werden durch Verändern des Leistungssteuerentscheidungsschwellenwerts an der Basisstation. Infolge dessen wird die gesamte durchschnittlich empfangene Leistung der Rückwärtsverbindung auf einen neuen Wert konvergieren. Dieser Leistungssteuermechanismus beeinflusst die gesamte übertragene Leistung.
Wenn jedoch diese Technik bei einem System eingesetzt wird, das eine Vielzahl von Subkanälen verwendet, wie es in der '443 Anmeldung vorgesehen ist, wird die relative Stärke jedes Subkanals nicht verändert, wenn die gesamt übertragene Leistung modifiziert wird. Wenn zum Beispiel ein befriedigendes Leistungsniveau hinsichtlich der empfangenen Pilotsubkanalleistung erreicht wird, wird jede nachfolgende Variation der Übertragungsleistung zum Modifi zieren der empfangenen FER für einen Datensubkanal die Pilotleistung beeinflussen und umgekehrt. Da es wahrscheinlich ist, dass unterschiedliche Datentypen, welche separate Subkanäle einnehmen, unterschiedliche Anforderungen besitzen, ist es zweckmäßig, in der Lage zu sein, die übertragene Leistung jedes Subkanals unabhängig zu steuern.
Die GB-Patentveröffentlichung Nr. GB 2,300,546 zeigt ein Verfahren zum Steuern der Übertragungsleistung ansprechend auf die Signal-zu-Rausch(SRN)-Messung für jeden Subkanal, die an dem empfangenden Übertragungsende vorgenommen wird. Die Veröffentlichung lehrt jedoch nur die Verwendung bei einer kabelgebundenen Übertragung, zum Beispiel bei ADSL-Übertragungssystemen und stützt sich auf die Signal-zu-Rausch-Verhältnis(SRN)-Messung nur zum Zuweisen von Übertragungsleistung in Subkanälen des Kommunikationsnetzwerks.
Die Erfindung
Gemäß einem Aspekt der Erfindung, der in den anhängenden Ansprüchen ausgeführt ist, ist ein Leistungssteuersubsystem zur Verwendung in einer Basisstation eines drahtlosen Kommunikations- bzw. Nachrichtenübertragungssystems vorgesehen, bei dem eine entfernte Station ein Rückwärtsverbindungssignal überträgt, das eine Vielzahl von Subkanalsignalen aufweist, wobei das Leistungssteuersubsystem Folgendes aufweist: Empfängermittel zum Empfangen des Rückwärtsverbindungssignals und zum Demodulieren des Rückwärtsverbindungssignals zum Vorsehen der Vielzahl von Subkanalsignalen; Qualitätsmessmittel zum Empfangen von jedem der Vielzahl von Subkanalsignalen und zum Messen der Qualität von jedem der Subkanalsignale; und Nachrichtenerzeugungsmittel zum Erzeugen einer Leistungssteuernachricht zum Einstellen der Übertragungsleistung von wenigstens einem der Vielzahl von Subkanalsignalen, wodurch die Übertragungsleistung für jedes der Vielzahl von Subkanalsignalen unabhängig eingestellt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Leistungssteuersubsystem für eine entfernte Station vorgesehen, die ein Rückwärtsverbindungssignal überträgt, das eine Vielzahl von Subkanalsignalen aufweist, wobei das Leistungssteuersubsystem Folgendes aufweist: Empfängermittel zum Empfangen einer Leistungssteuernachricht und zum Vorsehen einer Vielzahl von Verstärkungswerten basierend auf der Leistungssteuernachricht; und eine Vielzahl von Verstärkungseinstellmitteln, wobei jedes der Verstärkungseinstellmittel derart angeordnet ist, dass es ein entsprechendes Subkanalsignal empfängt, und einen entsprechenden Verstärkungswert und dass es die Verstärkung des Subkanalsignals einstellt gemäß dem Verstärkungswert, wodurch die Übertragungsleistung jedes Subkanalsignals unabhängig eingestellt werden kann basierend auf der empfangenen Leistungssteuernachricht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern der Übertragungsleistung einer entfernten Station vorgesehen, die ein Rückwärtsverbindungssignal überträgt, das eine Vielzahl von Subkanalsignalen aufweist, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Empfangen des Rückwärtsverbindungssignals; Demodulieren des Rückwärtsverbindungssignals; Demodulieren des Rückwärtsverbindungssignals zum Erhalten der Vielzahl von Subkanalsignalen; Erzeugen einer Leistungssteuernachricht zur Verwendung beim Einstellen der Übertragungsleistung von wenigstens einem der Vielzahl von Subkanalsignalen; und Übertragen der Leistungssteuernachricht an eine entfernte Station, wodurch die Übertragungsleistung von jedem der Vielzahl von Subkanalsignalen unabhängig gesteuert werden kann.
In der nachfolgenden Beschreibung wird die unabhängige Steuerung der übertragenen Leistung jedes Subkanals durch eine Subkanalsteuerschleife beschrieben. Eine Übertragungsstation erzeugt einen Kanal, der aus einer Summe von Subkanälen aufgebaut ist, wobei jeder Subkanal oder jede Gruppe von Subkanälen mit einem einzigartigen Verstärkungswert verstärkt wird, der gemäß Subkanalleistungssteuernachrichten von der Empfangsstation variiert wird. Die Empfangsstation erzeugt jede Subkanalleistungssteuernachricht nach dem Überwachen und Berechnen von Daten bzw. Metriken basierend auf dem empfangenen Subkanal.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sich deutlicher aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen ergeben, in denen gleiche Bezugszeichen in entsprechender Weise durchgehend verwendet werden; in den Zeichnungen zeigt:
1 ein Blockdiagramm eines zellulären Telefonsystems;
2 ein Blockdiagramm einer entfernten Station, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist; und
3 ein Blockdiagramm einer Basisstation, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Bei der nachfolgend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuert die Subkanalsteuerschleife die Rückwärtsverbindung. Daher wird die Übertragungsstation als die entfernte Station bezeichnet und die Empfangsstation wird als die Basisstation bezeichnet. Entfernte Stationen können drahtlose Stationen einer lokalen Schleife, tragbare Telefone, Datenterminals und ähnliches umfassen. Es sei bemerkt, dass diese Erfindung auch allein an der Vorwärtsverbindung oder simultan an sowohl den Vorwärts- und Rückwärtsverbindungen eingesetzt werden kann.
In einem Kanal der N-Subkanäle enthält, wird die gesamt übertragene Leistung durch eine entfernte Station P_tot definiert, als die Summe der übertragenen Leistungen jedes Subkanals: Ptot = P0 + P1 + ... + PN (1)
Eine entfernte Station kann den Setzpunkt eines bestimmten Subkanals, Subkanal i, ändern durch Verändern der entsprechenden durch den Subkanal übertragenen Leistung P_i, während die Betriebspunkte der anderen Subkanäle unverändert bleiben. Die Gleichung (1) kann durch eine beliebige Leistung P_ref normalisiert werden. Ptot = (F0 + F1 + ... + FN)·Pref (2)
Bei der beispielhaften Ausführungsform wird die Leistungssteuerung erreicht durch Einstellen der Übertragungsleistung P_ref. Jede Subkanalsteuerschleife arbeitet durch Einstellen eines spezifischen F_i oder eines Subsets von F_i.
2 zeigt eine beispielhafte entfernte Station. In der entfernten Station 100 geht eine Vielzahl von Datensignalen data0–dataN in Codierer 110A–110N ein. Die kodierten Ergebnisse werden in Interleavern 120A–120N verschachtelt, anschließend durch einzigartige Walsh-Sequenzen W₀–W_N in Spreizern 130A–130N moduliert. Die Ausgänge von Multiplizierern 130A–130N werden in Verstärkungseinstellblöcken 140A–140N mit einzigartigen Verstärkungswerten verstärkt, die von dem Verstärkungssteuerprozessor 180 geliefert werden. Die Verstärkungseinstellblöcke 140A–140N können digitale Techniken verwenden oder sie können implementiert werden unter Verwendung von Verstärkern mit variabler Verstärkung, wobei der Aufbau beider Techniken in der Technik bekannt ist.
Bei der beispielhaften Ausführungsform moduliert die Walsh-Sequenz 0 (W₀) einen konstanten Wert, um ein Pilotsignal zu erzeugen. Als solches ist bei der beispielhaften Ausführungsform der Dateneingang des Multiplizierers 130A fixiert und der Codierer 110A und der Interleaver 120A werden nicht benötigt. Die hinsichtlich der Verstärkung eingestellten Signale werden in dem Summierer 150 kombiniert. Der Summierer 150 kann als eine digitale oder analoge Vorrichtung implementiert sein. Obwohl der Summierer 150 wahrscheinlich digital ist, wenn die Verstärkungseinstellblöcke 140A–140N digital sind und analog ist, wenn sie analog sind, ist dies nicht notwendigerweise so. Das Signal, das aus der Summe der individuell hinsichtlich ihrer Verstärkung eingestellten Datensignale aufgebaut ist, wird in dem Verstärkungseinstellblock 160 mit einem Verstärkungswert verstärkt, der durch den Verstärkungssteuerprozessor 180 geliefert wird. Der Verstärkungseinstellblock 140A ist nicht essentiell, da die Pilotverstärkungseinstellungen erreicht werden können über den Verstärkungseinstellblock 160. Alternativ kann der Verstärkungseinstellblock 160 eliminiert werden, wenn die Gesamtverstärkung in jede der Subkanalverstärkungen einbezogen ist. In jedem Fall tritt kein Steuerverlust auf, da jede Subkanalverstärkung sowie die Gesamtsignalverstärkung weiterhin unabhängig variiert werden können. Das sich ergebende Signal aus dem Verstärkungseinstellblock 160 wird moduliert und im Transmitter 170 nach oben konvertiert und dann an der Antenne 230 durch den Duplexer 220 übertragen. Wie bei den anderen Verstärkungseinstellblöcken kann der Verstärkungseinstellblock 160 unter Verwendung von digitalen oder analogen Techniken implementiert werden.
Vorwärtsverbindungsdaten von der Basisstation, einschließlich der Leistungssteuernachrichteninformation, werden abwärts konvertiert, und im Empfänger 210 verstärkt über die Antenne 230, über den Duplexer 220. Das empfangene Signal wird in dem Demodulator 200 demoduliert und anschließend entschachtelt und im Decoder 190 decodiert. Bei der beispielhaften Ausführungsform ist der Demodulator 200 ein CDMA-Demodulator wie er in dem zuvor genannten U.S. Patenten 4,401,307 und 5,103,459 beschrieben ist. Subkanalleistungssteuernachrichten von der Basisstation werden von den Vorwärtsver bindungsdaten, die durch den Decodierer 190 decodiert werden, in dem Verstärkungssteuerprozessor 180 getrennt.
Diese Nachrichten steuern unabhängig voneinander die Verstärkungswerte in den Verstärkungseinstellblöcken 140A–140N und 160. Es gibt eine Anzahl von Arten zum Einstellen der Verstärkungswerte. Zum Beispiel kann die Subkanalleistungssteuernachricht aus N-Bits bestehen, wobei jedes der N-Bits einen entsprechenden Subkanal dazu anleitet, seine übertragene Leistung zu erhöhen oder zu verringern. Ansprechend auf diese Nachricht wird jeder Verstärkungswert erhöht oder verringert durch eine vorbestimmte Größe, die für alle Subkanäle verwendet werden kann, oder es kann eine einzigartige Größe für jeden Subkanal sein. Alternativ kann die Subkanalleistungssteuernachricht N Binärsequenzen enthalten, welche die Verstärkungswerte anzeigen oder die Veränderungsgröße der Verstärkungswerte. Die Steuernachrichten können unabhängig voneinander jeden Verstärkungswert oder eine Gruppe von Verstärkungswerten steuern und sie können eine Kombination der Techniken für jeden Wert bzw. jede Gruppe verwenden.
3 zeigt eine beispielhafte Basisstation. In der Basisstation 300 kommt ein Signal, das die Summe aller übertragenen Signale von entfernten Stationen, die in dem System betrieben werden, enthalten, an über die Antenne 310 und wird abwärts konvertiert und im Empfänger 320 verstärkt. Ein PN-Demodulator 330 extrahiert den Satz von Signalen, der durch eine bestimmte entfernte Station übertragen wurde, zum Beispiel die entfernte Station 100. Das PN-demodulierte Signal wird durch eine Vielzahl von Walsh-Demodulatoren 340A–340N geleitet. Jeder Walsh-Demodulator demoduliert einen entsprechenden Subkanal des Signals, das durch die entfernte Station 100 geschickt wurde.
Bei der beispielhaften Ausführungsform können die Subkanäle, nachdem sie durch die Walsh-Demodulatoren 340A–340N demoduliert werden, entschachtelt und in den Decodierern 350A–350N decodiert werden. Die Daten von den Decodierern 350A–350N werden an den Komparator 370 geliefert.
Ein nützliches Maß zum Berechnen für den Komparator 370 ist das Berechnen der Rahmenfehlerrate (FER = frame error rate). Die Rahmenfehlerrate jedes Subkanals kann mit einem FER-Schwellenwert für den Subkanal verglichen werden, der durch den Schwellenwertgenerator 380 vorgesehen wird. Wenn die Rahmenfehlerrate eines Subkanals kleiner als notwendig für die gewünschte Kommunikationsqualität ist, kann die Leistung in dem Subkanal reduziert werden. Wenn andererseits die Rahmenfehlerrate eines Subkanals zu hoch ist, muss die Leistung des Subkanals erhöht werden.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Energie in jedem Subkanalsignal in Akkumulatoren 360A–360N summiert. Die Energieergebnisse werden an den Komparator 370 geliefert. Der Empfänger 320 enthält typischerweise eine automatische Leistungssteuerschaltung (AGC = automatic gain control circuitry), welche die In-Bandenergie auf ein vorbestimmtes Niveau normalisiert. Parameter, die mit der AGC assoziiert sind, können an den Komparator 370 geliefert werden, um ihn bei der Normalisierung der Energiewerte zum Vergleich zu unterstützen. Der Komparator 370 vergleicht die in jedem Subkanal empfangene Energie mit einem Energieschwellenwert für den Kanal, der durch den Schwellenwertgenerator 380 bestimmt wird. Die Energieschwellenwerte werden berechnet, um eine bestimmte Servicequalität an den jeweiligen Subkanal sicher zu stellen. Jede Subkanalleistung kann eingestellt werden, basierend auf dem Vergleich. Die Leistung kann reduziert werden, wenn der Schwellenwert überschritten wird und reduziert werden, wenn der Schwellenwert nicht überschritten wird. Darüber hinaus können die zwei Ausführungsformen zusammen arbeiten, indem erlaubt wird, dass die Energieschwellenwerte verändert werden, ansprechend auf die Rahmenfehlerrate oder andere Signalqualitätsmaße.
Es werden viele andere Alternativen zum Vergleich in dem Komparator 370 in Betracht gezogen. Wenn die Decodierer 350A–350N den Viterbialgorithmus verwenden, können Viterbidecoder Metriken zum Vergleich vorgesehen werden. Weitere Beispiele umfassen den Vergleich einer Symbolfehlerrate statt einer Rahmenfehlerrate und die Durchführung einer zyklischen Redundanz prüfung (CRC = cylic redundancy check). Die Schwellenwerte können dem Schwellenwertgenerator 380 durch die Basisstationsteuerung 4 signalisiert werden, wie in 1 dargestellt ist, oder sie können im Schwellenwertgenerator 380 selbst berechnet werden.
Bei der beispielhaften Ausführungsform führt der Komparator 370 eine Bestimmung durch, basierend auf den empfangenen Subkanälen, und zwar dahingehend, ob das Leistungsniveau von jedem der Subkanäle erhöht oder verringert wird oder nicht. Basierend auf der Bestimmung erzeugt der Nachrichtengenerator 390 eine Leistungssteuernachricht zum Senden an die entfernte Station zum Modifizieren von Subkanälen, falls dies notwendig ist. Die Leistungssteuernachrichten können übertragen werden als Signalisierungsdaten oder sie können in den Datenstrom punktuell aufgenommen werden, wie im IS-95 beschrieben ist, oder gemäß irgendeinem weiteren Signalisierungsverfahren, das in der Lage ist, die Nachricht an die Mobilstation zu übertragen. Wie zuvor besprochen kann die Nachricht ein einfacher Hoch- oder Runterbefehl pro Subkanal sein oder sie kann so kompliziert sein, wie das Senden der exakten Verstärkungswerte für jeden Subkanal. Ferner kann jeder Subkanal unabhängig gesteuert werden oder alternativ können Subkanalleistungssteuernachrichten Gruppen von Subkanälen steuern. Die Leistungssteuernachricht wird im Modulator 400 moduliert, aufwärts konvertiert und im Transmitter 410 verstärkt und an die entfernte Station 100 über die Antenne 420 übertragen. Die entfernte Station 100 modifiziert den Verstärkungswert, der mit jedem Subkanal assoziiert ist, wie zuvor beschrieben und somit wird die Subkanalsteuerschleife geschlossen.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel können die Verstärkungswerte für die Verstärkungseinstellblöcke 140A–140N in einer Art und Weise ohne Rückkopplung (offene Schleife) berechnet werden. Ein vorbestimmter Verstärkungsberechnungsalgorithmus in dem Verstärkungssteuerprozessor 180 kann verwendet werden zum Berechnen der individuellen Verstärkungseinstellwerte basierend auf der empfangenen Energie des Vorwärtsverbindungssignals. Zum Beispiel ist es wahrscheinlich, dass unterschiedliche Subkanäle unterschiedliche Codierung für die Fehlerkorrektur besitzen und somit sich die Fehlerraten für einen vorgegebenen Abfall der empfangenen Leistung in Folge eines Fades verändern bzw. variieren. Empirische Studien können verwendet werden zum Entwickeln eines vorbestimmten Verstärkungsberechnungsalgorithmus.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform können, wenn sowohl die Vorwärts- als auch Rückwärtsverbindungen diese Erfindung verwenden, Berechnungen ohne Rückkopplung (offene Schleife), der empfangenen Energie eines Vorwärtsverbindungssubkanals verwendet werden zum Einstellen der Verstärkung eines entsprechenden Rückwärtsverbindungssubkanals und umgekehrt. In Situationen, wo es eine Symmetrie oder partielle Symmetrie bezüglich der Vorwärts- und Rückwärtsverbindungen gibt, kann die empfangene Energie in einem Subkanal in den Berechnungen verwendet werden, zum Bestimmen des Leistungsniveaus des entsprechenden Übertragungssubkanals. Eine Kombination aus Techniken ohne und mit Rückkopplung (offener und geschlossener Schleife) können auch verwendet werden.
Die vorhergehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, um einem Fachmann zu ermöglichen, die vorliegende Erfindung durchzuführen oder zu verwenden. Unterschiedliche Modifikationen dieser Ausführungsformen werden sich dem Fachmann leicht ergeben und die allgemeinen hier definierten Prinzipien können auf andere Ausführungsformen angewandt werden, ohne die Verwendung erfinderischer Tätigkeit. Somit soll die vorliegende Erfindung nicht auf die hier dargestellten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern es soll hier der breiteste Umfang zugewiesen werden, der mit den Prinzipien und neuen Merkmalen, die hier offenbart sind, übereinstimmt.

Claims

Ein Leistungssteuerunter- bzw. -subsystem zur Verwendung in einer Basisstation (300) eines Kommunikations- bzw. Nachrichtenübertragungssystems, in dem eine entfernte Station (100) ein Rückwärtsverbindungssignal überträgt bzw. sendet, das eine Vielzahl von Unter- bzw. Subkanalsignalen aufweist, wobei das Leistungssteuersubsystem Folgendes aufweist: Mittel, die angepasst sind zum unabhängigen (370) Einstellen der Übertragung von mindestens einem der Vielzahl von Subkanalsignalen; einen Empfänger (320) zum Empfangen des Rückwärtsverbindungssignals; und einen Demodulator (340) zum Demodulieren des Rückwärtsverbindungssignals, um die Vielzahl von Subkanalsignalen vorzusehen; dadurch gekennzeichnet, dass Folgendes vorgesehen ist: ein Nachrichtengenerator (390) zum Erzeugen einer Leistungssteuernachricht zum Einstellen der Übertragungs- bzw. Sendeleistung von wenigstens einem der Vielzahl von Subkanalsignalen in einem drahtlosen Kommunikationssystem gemäß einer Qualitätsmessung oder einer Energiemessung, die mit einem entsprechenden der Subkanalsignale assoziiert ist.
Leistungssteuersubsystem nach Anspruch 1, wobei der Demodulator (340) Folgendes aufweist: einen PN-Demodulator (330) zum Demodulieren des Rückwärtsverbindungssignals gemäß einer pseudozufälligen Rausch-(pseudo random noise, PN)-Sequenz, um ein Signal einer entfernten Station vorzusehen; und eine Vielzahl orthogonaler Demodulatoren, von denen jeder angepasst ist zum Empfangen des Signals der entfernten Station und zum Demodulieren des Signals der entfernten Station gemäß einer orthogonalen Demodulationssequenz, um ein entsprechendes der Subkanalsignale vorzusehen.
Leistungssteuersubsystem nach Anspruch 1 oder 2, das ferner Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Akkumulatoren (360), wobei jeder der Akkumulatoren angepasst ist zum Empfangen eines entsprechenden der Subkanalsignale und zum Akkumulieren der Energie des Subkanalsignals für eine vorherbestimmte Zeitdauer, um eine akkumulierte Subkanalenergie vorzusehen; und ein Vergleicher bzw. Komparator (370) zum Empfangen der n akkumulierten Subkanalenergien und zum Vergleichen jeder der akkumulierten Subkanalenergien mit einem entsprechenden Schwellenwert einer Vielzahl von Schwellenwerten.
Leistungssteuersubsystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, das ferner Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Decodierern (350), wobei jeder der Decodierer (350) angepasst ist zum Empfangen eines entsprechenden Subkanalsignals und zum Bestimmen der Existenz bzw. des Vorhandenseins von Rahmenfehlern in dem Subkanalsignal; und einen Komparator (370) zum Vergleichen einer Rahmenfehlerrate und zwar basierend auf den bestimmten Rahmenfehlern mit einer Rahmenfehlerratenschwelle.
Leistungssteuersubsystem nach Anspruch 3 oder 4, das ferner Folgendes aufweist: einen Schwellengenerator (380) zum Erzeugen der Vielzahl von Schwellenwerten und zwar gemäß einer gemessenen Rahmenfehlerrate für jedes der Subkanalsignale.
Leistungssteuersubsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leistungssteuernachricht Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Bits, wobei jedes Bit einen Befehl repräsentiert und zwar zum Erhöhen oder Verringern der Sendeleistung eines entspre chenden der Subkanalsignale, und zwar um einen vorherbestimmten Betrag.
Leistungssteuersubsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Leistungssteuernachricht Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Verstärkungswerten, wobei jeder Verstärkungswert auf eines der Vielzahl von Subkanalsignalen angelegt wird, und zwar zum Steuern der Sendeleistung des Subkanals.
Leistungssteuersubsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Leistungssteuernachricht Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Werten, wobei jeder Wert aus mehr als einem Bit besteht und weniger als die Anzahl, die nötig wäre, um den gesamten Verstärkungswert zu bestimmen und jeder der Vielzahl von Werten einen Befehl repräsentiert zum Erhöhen oder Verringern der Sendeleistung eines entsprechenden der Subkanalsignale, um den Wert und zwar multipliziert mit einem vorherbestimmten Betrag.
Leistungssteuersubsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner Folgendes aufweist: einen Modulator (400) zum Modulieren der Leistungssteuernachricht gemäß einem Modulationsformat.
Leistungssteuersubsystem nach Anspruch 9, wobei der Modulator (400) Folgendes aufweist: einen Modulator zum Modulieren der Leistungssteuernachricht gemäß einem CDMA-Format.
Ein Leistungssteuersubsystem für eine entfernte Station (100), die ein Rückwärtsverbindungssignal sendet bzw. überträgt, das eine Vielzahl von Subkanalsignalen aufweist, wobei das Leistungssteuersubsystem Folgendes aufweist: Empfängermittel (110), angepasst zum Empfangen einer Leistungssteuernachricht und zum Vorsehen einer Vielzahl von Verstärkungswerten basierend auf der Leistungssteuernachricht; dadurch gekennzeichnet, dass Folgendes vorgesehen ist: eine Vielzahl von Verstärkungseinstellmitteln (140), wobei jedes der Verstärkungseinstellmittel angeordnet ist zum Empfangen eines entsprechenden Subkanalsignals und eines entsprechenden Verstärkungswerts und zum Einstellen der Verstärkung des Subkanalsignals gemäß dem Verstärkungswert, wobei die Sendeleistung jedes Subkanalsignals basierend auf einer empfangenen Leistungssteuernachricht unabhängig eingestellt werden kann und zwar in einem drahtlosen Kommunikationssystem.
Leistungssteuersubsystem nach Anspruch 1 wobei der Nachrichtengenerator (390) angepasst ist zum Erzeugen einer Leistungssteuernachricht zum Einstellen der Sendeleistung von jedem der Vielzahl von Subkanalsignalen, und zwar gemäß einer Qualitätsmessung oder einer Energiemessung, die mit einem entsprechenden Subkanalsignal assoziiert ist.
Leistungssteuersubsystem nach Anspruch 1, wobei der Nachrichtengenerator (390) angepasst ist zum Erzeugen einer Leistungssteuernachricht zum Einstellen der Sendeleistung einer Gruppe von Subkanälen gemäß einer Qualitätsmessung oder einer Energiemessung, die mit den Subkanälen assoziiert ist.
Ein Verfahren zum Steuern von Übertragungs- bzw. Sendeleistung einer entfernten Station, die ein Rückwärtsverbindungssignal überträgt bzw. sendet, das eine Vielzahl von Subkanalsignalen aufweist, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: unabhängiges Einstellen der Übertragung von mindestens einem der Vielzahl von Subkanalsignalen; Empfangen des Rückwärtsverbindungssignals; Demodulieren des Rückwärtsverbindungssignals, um die Vielzahl der Subkanalsignale zu erhalten; gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Erzeugen einer Leistungssteuernachricht zur Verwendung beim Einstellen der Sendeleistung von wenigstens einem der Vielzahl von Subkanalsignalen in einem drahtlosen Kommunikationssystem, und zwar gemäß einer Qualitätsmessung oder einer Energiemessung, die mit einem entsprechenden der Subkanalsignale assoziiert ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Erzeugens eine Leistungssteuernachricht erzeugt und zwar zur Verwendung beim Einstellen der Sendeleistung einer Vielzahl der Subkanalsignale; und unabhängiges Steuern der Sendeleistung der Vielzahl der Subkanalsignalen gemäß der Leistungssteuernachricht.
Verfahren nach Anspruch 15, das die folgenden Schritte aufweist: Erlangen eines oder mehrerer Verstärkungswerte der Leistungssteuernachricht; und Empfangen eines entsprechenden Subkanalsignals und eines entsprechenden Verstärkungswertes von einem oder mehreren einer Vielzahl von Verstärkungseinstellern und unabhängiges Einstellen der Verstärkung von jedem Subkanalsignal gemäß dem Verstärkungswert.