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CN1728585B - 一种td-scdma系统中用于电路交换的前向链路功率控制的方法 - Google Patents

一种td-scdma系统中用于电路交换的前向链路功率控制的方法 Download PDF

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Abstract

一种TD-SCDMA系统中用于电路交换的前向链路功率控制的方法，该方法首先将前向链路中一个时隙的所有信道的发射功率之和与基站的最大发射功率进行比较，如果大于则在当前时隙用户中找到发射功率最大的用户，将其功率降低一个步长，重复该步骤直到上述发射功率之和小于或等于基站的最大发射功率；其次，将当前时隙中任意两个信道的发射功率之差与所允许的阈值进行比较，如果大于则在当前时隙用户中找到发射功率最小的用户，将其功率增加一个步长，重复上述两个步骤直到上述发射功率之差小于或等于所允许的阈值。本发明综合考虑一个时隙内来自各个UE的功控命令，最大程度满足各个UE的功率要求，且收敛速度快、处理流程简单，完全符合TD-SCDMA标准的要求。

Description

一种TD-SCDMA系统中用于电路交换的前向链路功率控制的方法
(一)技术领域
本发明涉及一种移动通信系统中调整发射功率的方法，更具体的说，涉及一种TD-SCDMA系统中用于电路交换的前向链路功率控制的方法。
(二)背景技术
在CDMA系统中，所有用户使用相同频率的无线信道。如果每个终端用户设备(UE，UserEquipment)的发射功率都相同，由于它们与基站之间的距离不同，距离基站近的用户的强信号会掩盖距基站远的用户的弱信号，这就是所谓的“远近效应”。此外，与FDMA的噪声受限系统不同，CDMA属于干扰受限系统，即该系统中一个用户加大自己的发射功率可以改善自己的通信，但同时给其他用户带来更大的干扰，最终会导致系统容量下降。
如上所述，CDMA系统是一个干扰受限系统，由于远近效应，它的系统容量主要受限于系统内各用户间的干扰，因而，若每个用户的信号到达基站时都能达到保证通信质量所需的最小信噪比时，CDMA系统的容量将会达到最大。功率控制(PC，Power Control)就是为了克服远近效应、实现此目标而采取的一项技术。此技术是在对接收机端(包括基站端和用户设备端)的接收信号能量或解调信噪比指标进行评估的基础上，适时补偿无线信道中引入的衰落，从而既维持了高质量的通信，又不对同一无线资源中的其他用户产生干扰，保证了系统容量。因此，在CDMA系统中，功率控制被公认为是所有关键技术的核心。CDMA系统中的功率控制可以分为前向功率控制(FLPC，Forward Link Power Control)和反向功率控制(RLPC，ReverseLink Power Control)。
反向功率控制也称为上行链路功率控制(Uplink Power Control)，它主要是借助于实时调整各用户的发射功率，使本小区内任一用户无论离基站多远，信号到达基站接收机时刚刚达到保证通信质量的最小信噪比门限，从而保证系统容量。CDMA反向功率控制包括开环功率控制、闭环功率控制，而上述的闭环功率控制又由内环功率控制和外环功率控制组成。在前向链路中，基站对小区内信号的发射是同步的。当用户解调时，小区内其他用户的干扰可以通过扩频码的正交性除去。在前向链路的解调中，干扰主要来自邻区干扰和多径引入的干扰。在前向链路中，由于小区内信号的同步性和用户相干解调带来的增益使得前向链路的质量远好于反向链路，因此前向链路只加入一个慢速的功率控制就可以很好地控制每个用户的发射功率。
前向功率控制又称下行功率控制(Downlink Power Control)，它的实现是由基站根据用户提供的测量结果，调整对每个用户的发射功率。UE周期性地对前向链路的信干比(SIR)进行测量，并将测量结果与设置在UE中的目标值进行比较。当测量值大于目标值时，UE发射“降低(down)”功率控制命令；当测量值小于目标值时，UE发射“增加(up)”功率控制命令。基站的节点B(Node B)根据接收到的上述功率控制命令，调整前向链路的发射功率。其目的是对路径衰落小的UE分配相对较小的前向发射功率，而对那些较远的和解调信噪比低的UE分配较大的前向发射功率。
在TD-SCDMA系统中，语音业务使用的是电路交换，此时每个用户占用一个固定的业务信道。在TD-SCDMA系统使用电路交换时，一个时隙最多可以容纳8个用户。每个用户的初始发射功率都相同，以后的发射功率由基站的节点B(Node B)采用基于SIR的闭环控制进行调整。TD-SCDMA系统中以帧为单位进行前向链路功率控制的调整，由于上述的TD-SCDMA系统中一帧中含有多个时隙，而一个用户的功率调整只在其中的一个时隙中进行，而下一次的功率调整是在下一帧对应的时隙中进行。
在TD-SCDMA系统标准中对用于电路交换的前向链路的功率控制规定了两个限制条件：一个限制条件是前向链路中一个时隙的所有用户的发射功率之和不能超过基站前向链路一个时隙所允许的最大发射功率max_tx_dl_tsx，另一个限制条件是同一时隙中任意两个用户的发射功率之差不能超过一个规定的阈值rel_dyn_range。上述基站的最大发射功率和规定的阈值都是由基站在初始时设定的。基站根据上述两个前向链路功率控制条件，结合用户的功率控制命令确定前向链路使用电路交换的一个时隙内各用户的发射功率。
功率控制效果的好坏直接取决于功率控制所采用的算法。在TD-SCDMA系统中对用于电路交换的前向链路的功率控制的任何算法均需考虑以上三个方面的因素，即基站前向链路一个时隙所允许的最大发射功率max_tx_dl_tsx、同一时隙中任意两个用户的发射功率之差不能超过一个规定的阈值rel_dyn_range、来自用户的功率控制命令。原则上满足上述要求的功率控制算法都可以采用，因此功率控制算法不是唯一的。但对于不同的功率控制算法，算法的复杂程度、算法对于系统性能的提高都有所不同。
有效的功率控制算法可以大大地提高系统容量，然而一旦发生功率控制错误，系统容量又会急剧下降。因此选择一种合适而有效的功率控制算法就显得格外重要。假设基站的节点B(NodeB)在接收到一个用户的功率控制命令后，立即对该用户的前向链路功率控制进行调整，同时判断是否满足上述的两个限制条件，那么可能出现的结果是一个时隙中前几个被执行的功率控制命令满足限制条件，从而使得这几个用户的功率得到了满足。而由于执行前几个功率控制命令时占用了过多的功率，使得后几个UE的功率控制命令不能满足基站最大功率限制的条件，结果导致发送给一部分用户的功率大、接收质量好而发送给其他用户的功率小、接收质量差。功率大的用户信号会掩盖功率小的用户信号，即仍然会产生所谓的“远近效应”，进一步导致系统的容量下降。
(三)发明内容
本发明的目的是提供一种TD-SCDMA系统中用于电路交换的前向链路功率控制的方法，使用该方法既可以满足TD-SCDMA系统中对于前向链路功率控制所规定的两个限制条件，又可以尽可能多次的执行来自终端用户设备(UE)的功率控制命令，从而有效地克服“远近效应”，最大限度地提高TD-SCDMA系统的容量。
为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种TD-SCDMA系统中用于电路交换的前向链路功率控制的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)预先在TD-SCDMA的操作维护(OM，Operating Maintenance)中设置基站前向链路一个时隙所允许的最大发射功率(max_tx_dl_tsx)、基站前向链路一个时隙中任意两个用户的发射功率之差所允许的阈值(rel_dyn_range)、前向链路功率调整步长(Pstep_dl)，并在基站的节点B(Node B)中记录该时隙中各用户上一帧的发射功率(Tx_pwr)；
(2)基站的节点B(Node B)接收来自用户设备(UE)的功率控制命令，在各用户上一帧的发射功率的基础上按照各自的功率控制命令计算出各用户当前的发射功率；
(3)基站的节点B(Node B)将前向链路中一个时隙的所有用户当前的发射功率之和与基站前向链路一个时隙所允许的最大发射功率(max_tx_dl_tsx)进行比较，如果前向链路中一个时隙的所有用户当前的发射功率之和大于基站前向链路一个时隙所允许的最大发射功率(max_tx_dl_tsx)，则在当前时隙用户中找到当前的发射功率最大的用户，将该用户当前的发射功率降低一个调整步长，重复步骤(3)直到前向链路中一个时隙的所有用户当前的发射功率之和小于或等于基站前向链路一个时隙所允许的最大发射功率(max_tx_dl_tsx)；
(4)基站的节点B(Node B)将上述时隙中任意两个用户当前的发射功率之差与基站前向链路一个时隙任意两个用户的发射功率之差所允许的阈值(rel_dyn_range)进行比较，如果上述时隙中任意两个用户当前的发射功率之差大于基站前向链路一个时隙任意两个用户的发射功率之差所允许的阈值(rel_dyn_range)，则在上述时隙用户中找到当前的发射功率最小的用户，将该用户当前的发射功率增加一个调整步长，重复步骤(3)(4)直到上述时隙中任意两个用户的当前的发射功率之差小于或等于基站前向链路一个时隙任意两个用户的发射功率之差所允许的阈值(rel_dyn_range)；
(5)基站的节点B(Node B)在满足上述步骤(3)(4)所确定条件的基础上确定上述时隙中各用户下一帧的发射功率。
由上述方案可以看出，本发明的关键在于：综合考虑一个时隙内来自各个用户的功率控制命令，然后再分别调整各个用户的发射功率。本发明所提供的TD-SCDMA系统中用于电路交换的前向链路功率控制的方法具有以下的优点：
(a)本发明由于综合考虑一个时隙内来自各个用户的功率控制命令，可以最大程度的满足各个用户的功率要求，不会出现满足前几个用户的功率而后几个用户的功率无法满足的情形。
(b)本发明收敛速度快，即使在最差的情况下，也可以回到上一帧用户的发射功率。
(c)本发明处理流程简单、方便，完全符合TD-SCDMA标准的要求，有很好的通用性。
(四)附图说明
图1为本发明的用于电路交换的前向链路功率控制算法流程图。
(五)具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。这里我们给出两个实施例，这两个施实例中来自用户的功率控制命令不同。
在实施例1中，TD-SCDMA系统初始化时，会在操作维护(OM，Operating Maintenance)中设置基站前向链路一个时隙所允许的最大发射功率(max_tx_dl_tsx)，此处假定为20dBm；操作维护还要设置基站前向链路一个时隙任意两个用户的发射功率之差所允许的阈值(rel_dyn_range)，此处假定为4dB。在基站的节点B(Node B)中记录各用户上一帧的发射功率(Tx_pwr)、前向链路功率调整步长(Pstep_dl)。假设在同一时隙中存在4个用户，上述4个用户的发射功率分别是14dBm、13dBm、14dBm、12dBm，这4个用户的发射功率都被记载在基站的节点B(Node B)中。功率调整步长为1dB。
基站的节点B(Node B)接收来自用户设备(UE)的功率控制命令，假设第一个用户需要NODEB增大3dB的发射功率，而其他3个用户需要NODE B分别降低1dB的发射功率。上述的基站节点B根据其记录的各用户上一帧的发射功率和各用户相应的功率控制命令来计算各用户当前的发射功率。
上述的基站节点B计算出各用户当前的发射功率以后要进行判断，判断是否满足TD-SCDMA系统标准中对用于电路交换的前向链路的功率控制规定了两个限制条件。如果这两个条件同时得到满足，则各用户当前的发射功率就是各用户最终确定的下一帧的发射功率；如果不满足，则要进行相应的调整、直至满足条件为止。由于调整过程可能进行多次，为叙述方便，我们按照发明步骤的顺序调整的发射功率如表1所示，表1中最右边的说明一栏中对应的括号中的步骤对应于发明内容中本发明相应的步骤。
表1实施例1的功率调整过程
  用户   1   2   3   4   功率和   说明
  Node B上一帧对应时隙的发射功率(dBm) 14 13 14 12 19.35
  来自用户的功率控   +3   -1   -1   -1
  制命令(dB)
  按功控命令要达到的功率(dBm) 17 12 13 11 19.93   不满足(4)，最小的增加1个步长
  第一次调整后的功率(dBm) 17 12 13 12 20.08   不满足(3)，最大的降低1个步长
  第二次调整后的功率(dBm) 16 12 13 12 19.61   满足(3)、(4)
  Node B实际调整的功率控制命令(dB) +2 -1 +1 0
在实施例2中，初始的设置条件与实施例1相同，即TD-SCDMA系统初始化时，会在操作维护(OM，Operating Maintenance)中设置基站前向链路一个时隙所允许的最大发射功率(max_tx_dl_tsx)，此处假定为20dBm；操作维护还要设置基站前向链路一个时隙任意两个用户的发射功率之差所允许的阈值(rel_dyn_range)，此处假定为4dB。在基站的节点B(NodeB)中记录各用户上一帧的发射功率(Tx_pwr)、前向链路功率调整步长(Pstep_dl)。假设在同一时隙中存在4个用户，上述4个用户的发射功率分别是14dBm、13dBm、14dBm、12dBm，这4个用户的发射功率都被记载在基站的节点B(Node B)中。功率调整步长为1dB。但实施例2中来自用户的功率控制命令与实施例1不同。基站的节点B(Node B)接收来自用户设备(UE)的功率控制命令，假设第一个用户需要NODE B增大3dB的发射功率，而其他3个用户需要NODE B分别增加1dB的发射功率。上述的基站节点B根据其记录的各用户上一帧的发射功率和各用户相应的功率控制命令来计算各用户当前的发射功率。
上述的基站节点B计算出各用户当前的发射功率以后要进行判断，判断是否满足TD-SCDMA系统标准中对用于电路交换的前向链路的功率控制规定了两个限制条件。如果这两个条件同时得到满足，则各用户当前的发射功率就是各用户最终确定的下一帧的发射功率；如果不满足，则要进行相应的调整、直至满足条件为止。由于调整过程可能进行多次，我们仍然按照发明步骤的顺序调整的发射功率如表2所示，表2中最右边的说明一栏中对应的括号中的步骤对应于发明内容中本发明相应的步骤。
表2实施例2的功率调整过程
  用户   1   2   3   4   功率和   说明
  Node B上一帧对应时隙的发射功率(dBm) 14 13 14 12 19.35
  来自用户的功率控制命令(dB) +3 +1 +1 +1
  按功控命令要达到的功率(dBm) 17 14 15 13 21.03   不满足(3)，最大的降低1个步长
  第一次调整后的功率(dBm) 16 14 15 13 20.66   不满足(3)，最大的降低1个步长
  第二次调整后的功率(dBm) 15 14 15 13 20.35   不满足(3)，最大的降低1个步长
  第三次调整后的功率(dBm) 14 14 15 13 20.08   不满足(3)，最大的降低1个步长
  第四次调整后的功率(dBm) 14 14 14 13 19.79   满足(3)(4)
  Node B实际调整的功率控制命令(dB) 0 +1 0 +1
由上述的实施例可见，无论来自UE的功率控制命令是一致的(都是增加的命令)、还是不一致(有增加有降低)，本发明提出的TD-SCDMA系统中用于电路交换的前向链路功率控制的方法，都可以最大程度的满足各个UE的功率要求，不会出现满足前几个用户的功率而后几个用户的功率无法满足的情形。并且本发明收敛速度快，处理流程简单方便，完全符合TD-SCDMA标准的要求，有很好的通用性。

Claims (1)

1.一种TD-SCDMA系统中用于电路交换的前向链路功率控制的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)预先在TD-SCDMA的操作维护(OM，Operating Maintenance)中设置基站前向链路一个时隙所允许的最大发射功率(max_tx_dl_tsx)、基站前向链路一个时隙中任意两个用户的发射功率之差所允许的阈值(rel_dyn_range)、前向链路功率调整步长(Pstep_dl)，并在基站的节点B(Node B)中记录该时隙中各用户上一帧的发射功率(Tx_pwr)；
(2)基站的节点B(Node B)接收来自用户设备(UE)的功率控制命令，在各用户上一帧的发射功率的基础上按照各自的功率控制命令计算出各用户当前的发射功率；
(3)基站的节点B(Node B)将前向链路中一个时隙的所有用户当前的发射功率之和与基站前向链路一个时隙所允许的最大发射功率(max_tx_dl_tsx)进行比较，如果前向链路中一个时隙的所有用户当前的发射功率之和大于基站前向链路一个时隙所允许的最大发射功率(max_tx_dl_tsx)，则在当前时隙用户中找到当前的发射功率最大的用户，将该用户当前的发射功率降低一个调整步长，重复步骤(3)直到前向链路中一个时隙的所有用户当前的发射功率之和小于或等于基站前向链路一个时隙所允许的最大发射功率(max_tx_dl_tsx)；
(4)基站的节点B(Node B)将上述时隙中任意两个用户当前的发射功率之差与基站前向链路一个时隙任意两个用户的发射功率之差所允许的阈值(rel_dyn_range)进行比较，如果上述时隙中任意两个用户当前的发射功率之差大于基站前向链路一个时隙任意两个用户的发射功率之差所允许的阈值(rel_dyn_range)，则在上述时隙用户中找到当前的发射功率最小的用户，将该用户当前的发射功率增加一个调整步长，重复步骤(3)(4)直到上述时隙中任意两个用户的当前的发射功率之差小于或等于基站前向链路一个时隙任意两个用户的发射功率之差所允许的阈值(rel_dyn_range)；
(5)基站的节点B(Node B)在满足上述步骤(3)(4)所确定条件的基础上确定上述时隙中各用户下一帧的发射功率。
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