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Die vorliegende Erfindung betrifft
Verfahren zur Leistungsregelung in drahtlosen Kommunikationssystemen.
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In drahtlosen Kommunikationssystemen
sind Leistungsregelungsverfahren enthalten, um die Systemleistung
zu verbessern und die Systemkapazität zu steigern. Das Grundziel
der Leistungsregelung besteht in der Einstellung eines Sendeleistungspegels,
so daß an
einem Empfänger
eine gewünschte Dienstgüte (QOS – quality
of service) für
eine Kommunikationsstrecke erhalten wird, wobei die Dienstgüte als Rahmenfehlerrate
(FER – frame
error rate), Bitfehlerrate (BER – bit error rate) oder Symbolfehlerrate
(SER – symbol
error rate) gemessen werden kann. Die Leistungsregelung wird durch
Verfolgen von Schwunderscheinungen auf der Kommunikationsstrecke
und Kompensieren dieser Schwunderscheinungen durch Manipulation
der Sendeleistung an Basisstationen und/oder Mobilstationen zum
Aufrechterhalten der gewünschten
Dienstgüte
erreicht.
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Leistungsregelungsverfahren für auf CDMA (code
division multiple access) beruhende drahtlose Kommunikationssysteme
umfassen äußere und
innere Leistungsregelschleifen. In 1 ist
eine Darstellung 10 von äußeren und
inneren Leistungsregelschleifen gezeigt. Bei äußeren Leistungsregelschleifen
wird für
jede Kommunikationsstrecke ein Ziel-Signal/Störleistungsverhältnis (SIR – signal-to-interference
ratio) 12 (oder ein sonstiger Ziel-Regelschwellwert) eingestellt,
der eine gewünschte
FER (oder sonstigen QOS-Parameter) erreicht, der typischerweise
ein Prozent beträgt.
Für die
Zwecke der vorliegenden Anmeldung soll der Begriff Signal/Störleistungsverhältnis bzw.
SIR das Signal/Störleistungsverhältnis, das
Träger/Störleistungsverhältnis, das Signal/Rauschverhältnis, das
Träger/Rauschverhältnis oder
sonstige gleichartige Messungen enthalten.
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Ein anfängliches Ziel-SIR wird auf
Grundlage der gewünschten
FER eingestellt. Bei Einstellung des anfänglichen Ziel-SIR werden Rahmenfehler über ein
Zeitintervall gemessen, das hier als Periode 14 der äußeren Regelschleife
bezeichnet wird. Typischerweise ist die Periode 14 der äußeren Regelschleife
einem Rahmen 16 gleichwertig, wobei ein Rahmen eine Zeitdauer von
20 ms überspannt.
Während
einer Periode der äußeren Regelschleife
wird ein Rahmen auf Fehler gemessen. Ungeachtet dessen, ob der Rahmen
Fehler aufweist oder nicht, wird das Ergebnis der Messung den vorher
gemessenen Rahmen hinzugefügt,
um eine durchschnittliche oder gleitende durchschnittliche gemessene
FER zu bestimmen. Typischerweise werden zur Bestimmung der durchschnittlichen
oder gleitenden durchschnittlichen gemessenen FER eintausend Rahmen
gemessen. Ein derartiger Mittelwert ergibt einen Vertrauensgrad
von 95%.
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Nach jeder Periode der äußeren Regelschleife
wird, wenn die gemessenen Rahmenfehler eine größere durchschnittliche oder
gleitende durchschnittliche gemessene FER als die gewünschte FER
ergeben, das Ziel-SIR 12 eine SIR-Schrittgröße nach oben für die nächste Periode
14 der äußeren Regelschleife
erhöht.
Wenn die gemessenen Rahmenfehler eine durchschnittliche oder gleitende durchschnittliche
gemessene FER erzeugen, die weniger gleich der gewünschten
FER ist, wird das Ziel-SIR 12 um eine SIR-Schrittgröße nach
unten für die
nächste
Periode 14 der äußeren Regelschleife
erniedrigt. So wird die gemessene FER zum Einstellen des Ziel-SIR
12 benutzt.
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Das Verhältnis zwischen der SIR-Abwärtsschrittgröße und der
SIR-Aufwärtsschrittgröße entspricht
dem Verhältnis
zwischen guten und schlechten Rahmen. Wenn die gewünschte FER
weniger als die Hälfte
beträgt,
d. h. 50%, wäre
die SIR-Abwärtsschrittgröße geringer
als die SIR-Aufwärtsschrittgröße. Beispielsweise
würden
für eine
gewünschte
FER von 1% die SIR-Abwärts-
und -Aufwärts-Schrittgrößen rund
0,01 dB bzw. 1 dB betragen.
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Bei inneren Leistungsregelschleifen
wird für jede
Kommunikationsstrecke die Sendeleistung an der Basisstation und/oder
der Mobilstation entsprechend dem durch die äußere Leistungsregelschleife eingestellten
Ziel-SIR manipuliert, um zu versuchen, Schwunderscheinungen und
Schwankungen auf der Kommunikationsstrecke zu beseitigen. Insbesondere mißt die innere
Leistungsregelschleife SIR 19 (bzw. dessen gleitender Mittelwert) über ein
Zeitintervall, das hier als eine Periode 18 der inneren Regelschleife
bezeichnet wird. Typischerweise entspricht die Periode der inneren
Regelschleife einem Sechzehntel eines Rahmens oder mehr, wobei ein
Sechzehntel eines Rahmens typischerweise 1,25 ms beträgt. Bei Leistungsregelung
der inneren Regelschleife wird das gemessene (bzw. gleitende durchschnittliche
gemessene) SIR mit dem Ziel-SIR verglichen. Wenn das gemessene (bzw.
gleitende durchschnittliche gemessene) SIR 19 größer als das Ziel-SIR 12 ist,
zeigt die Empfangsinstanz (z. B. Basisstation) der Sendeinstanz
(z. B. Mobilstation) an, ihre Sendeleistung um eine Sendeschrittgröße nach
oben zu erhöhen
(wodurch das gemessene und das Ist-SIR erhöht wird). Wenn im Gegensatz
dazu das gemessene (bzw. gleitende durchschnittliche gemessene)
SIR 19 weniger als das Ziel-SIR 12 beträgt, zeigt die Empfangsinstanz
der Sendeinstanz an, ihre Sendeleistung um eine Sendeschrittgröße nach
unten zu verringern (wodurch das gemessene und das Ist-SIR verringert
wird), wobei die Aufwärts-
und Abwärts-Sendeschritte
gleiche oder unterschiedliche Größen aufweisen
können.
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Wie oben erwähnt, besteht die Grundaufgabe
der Leistungsregelung in der Einstellung eines Sendeleistungspegels,
der Schwunderscheinungen auf der Kommunikationsstrecke verfolgen
und kompensieren würde, so
daß die
gewünschte
QOS für
die Kommunikationsstrecke am Empfänger erhalten wird. Mit der
typischen inneren Leistungsregelschleife wird versucht, Schwunderscheinungen
oder Schwankungen auf der Kommunikationsstrecke zu beseitigen, aber
sie kann dies nur in Zeitintervallen durchführen, die größer als
eine hier als Leistungsregelgruppe (PCG – power control group) bezeichnete Zeitdauer
sind, die eine Zeitdauer von 1,25 ms überspannt. Wenn die innere
Leistungsregelschleife schneller wäre, d. h. von kürzerer Zeitdauer
als die PCG, wäre
möglicherweise
die äußere Leistungsregelschleife
unnötig,
da das Ziel-SIR einfach ein für die
gewünschte
FER in einem AWGN-(additive white gaussian noise)Kanal erforderliches
SIR wäre.
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Da manche Schwunderscheinungen über kürzere Zeitintervalle
als die PCG auftreten, wird die Grundaufgabe der Leistungsregelung
nicht immer durch die Leistungsregelschleife der inneren Schleife allein
erfüllt.
In Abhängigkeit
davon, ob ein solcher schneller Schwund besteht oder nicht, kann
sich das zum Erhalten der gewünschten
FER erforderliche Ziel-SIR schneller ändern, als der Empfänger in
der Lage ist, FER zum Einstellen des Ziel-SIR zu schätzen oder
zu messen. Anders gesagt, würde
diese Unfähigkeit,
FER bei sich ändernder
Umgebung, z. B. sich ändernden
Mobilfunkgerätegeschwindigkeiten,
zu schätzen
oder zu messen, die Einstellung eines richtigen Ziel-SIR erschweren.
Verfahren der äußeren Leistungsregelschleife,
die die gemessene FER zum Einstellen des Ziel-SIR benutzen, zeigen daher
typischerweise schlechte Leistungen in Situationen schnellen Schwundes,
und es besteht ein Bedarf an einem zweckdienlicheren Verfahren der äußeren Leistungsregelschleife.
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In der WO 00/45528 ist ein Leistungsregelsystem
zum Regeln der Sendeleistung in einem System offenbart, wobei die
Sendeleistung zugetastet oder nach oben begrenzt sein kann. Der
Empfänger benutzt
eine Kombination von Regelschleife und Leistungsregelung der äußeren Regelschleife.
Wenn der Empfänger
erkennt, daß das
Signal nach oben begrenzt oder zugetastet worden ist, wird die äußere Regelschleife
eingefroren.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird
ein Verfahren nach Anspruch 1 bereitgestellt.
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Die vorliegende Erfindung ist ein
Verfahren zum Beschleunigen der Leistungsregelung unter Verwendung
einer Kanalzustandsschätzungsanordnung,
wobei Kanalzustandsschätzung
dem Messen oder Schätzen
von Kanalparametern einschließlich von
Mobilstationsgeschwindigkeit, Doppler-Verbreiterung, K-Faktor, K-Faktor
= 10*log 10(k) (offenbart in der Veröffentlichung mit dem Titel „The Mobile
Radio Propagation Channel" (Der
Mobilfunk-Ausbreitungskanal)
von J. D. Parsons, veröffentlicht
1992 von Halsted Press), Anzahl von Mehrwegeübertragungen, Stärken jeder
Mehrwegeübertragung
und mittlere, Varianz- und Autokorrelationsfunktion des empfangenen
SIR in einer Leistungsregelgruppe oder sonstigem Zeitintervall entspricht.
Bei der vorliegenden Erfindung werden ein oder mehrere Kanalzustände gemessen,
und der gemessene Kanalzustand wird zusammen mit einem Dienstgüteparameter
zur Bestimmung eines Ziel-Regelschwellwerts auf Grundlage eines
Funktionsverhältnisses
zwischen dem Kanalzustand, dem Dienstgüteparameter und dem Ziel-Regelschwellwert
benutzt. Mindestens einer der gemessenen Kanalzustände beruht
auf folgendem: K-Faktor, Signalstärken jeder von mehreren Mehrwegeübertragungen;
einem Mittelwert empfangener Signal/Störleistungsverhältnisse
in jeder Leistungsregelgruppe über
ein Rahmenintervall; und einer Korrelationsfunktion empfangener
Signal/Störleistungsverhältnisse
in jeder Leistungsregelgruppe über
ein Rahmenintervall.
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Vorteilhafterweise läßt sich
der Kanalzustand in einem viel kürzeren
Zeitintervall als die Dienstgüteparameter
wie beispielsweise Rahmenfehlerrate oder Bitfehlerrate schätzen oder
messen und erlaubt dadurch bessere Leistungsregelung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die Merkmale, Aspekte und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung,
der beigefügten
Ansprüche
und beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, wobei:
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1 eine
Darstellung von äußeren und
inneren Leistungsregelschleifen entsprechend dem Stand der Technik
zeigt;
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2 mehrere
Funktionsbeziehungstabellen von Beziehungen zwischen Mobilstationsgeschwindigkeit,
FER und Ziel-SIR zeigt;
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3, 4 und 5 Diagramme mit mehreren, aus den mehreren
Funktionsbeziehungstabellen der 2 extrapolierten
Kurven zeigen; und
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6 ein
Flußdiagramm
einer äußeren Leistungsregelschleife
unter Verwendung der Tabellen der 2 zeigt.
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Ausführliche
Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung bedient
sich einer oder mehrerer Funktionsbeziehungen zwischen einem oder
mehreren Kanalzuständen
und einem oder mehreren Dienstgüte-(QOS-)Parametern
zur Einstellung von einem oder mehreren Ziel-Regelschwellwerten.
Kanalzustände
sind physikalische Parameter, zu denen Mobilstationsgeschwindigkeit,
Dopplerverschiebung oder -verbreiterung, K-Faktor, Anzahl von Mehrwegeübertragungen,
Signalstärken
jeder Mehrwegeübertragung,
Ampli tuden, Korrelationsfunktion des durchschnittlichen Signal/Störleistungsverhältnisses
(SIR) der Leistungsregelgruppe (PCG) und Ausbreitungsverzögerung gehören. Die
Art und Weise, auf die Kanalzustände
gemessen werden können,
sind in der Technik wohlbekannt. Man siehe Anhang A, in dem eine
Art und Weise zum Messen von Dopplerverschiebung beschrieben ist.
QOS-Parameter sind abstrakte Parameter, die auf Dienstgüte bezogen
sind, während
Ziel-Regelschwellwerte physikalische Parameter entsprechend den
QOS-Parametern sind. QOS-Parameter
und Ziel-Regelschwellwerte umfassen Signal/Störleistungsverhältnis, Signalpegel,
Rahmenfehlerrate (FER), Bitfehlerrate (BER), Blockfehlerrate (BLER)
und Symbolfehlerrate (SER), sind aber nicht auf diese begrenzt.
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Die Funktionsbeziehungen zwischen
Kanalzuständen,
QOS-Parametern und/oder
Ziel-Regelschwellwerten sind komplexe Beziehungen, die unter Anwendung
verschiedener Verfahren abgeleitet werden können, ehe man versucht, Leistungsregelung durchzuführen. Ein
Verfahren zum Ableiten der Funktionsbeziehungen umfaßt Systemmodellierung
unter Verwendung einer auf theoretischen Beziehungen zwischen den
Kanalzuständen,
QOS-Parametern und Regelschwellwerten basierenden Computersimulation,
was in der Technik wohlbekannt ist. Auch können kontrollierte Laborprüfungen und
Prüfungen im
Feld zur Ableitung der Funktionsbeziehungen oder zur Verbesserung
der Ergebnisse der durch Systemmodellierung abgeleiteten Funktionsbeziehungen
benutzt werden. Man beachte, daß Funktionsbeziehungen
zwischen Kanalzuständen, QOS-Parametern
und/oder Ziel-Regelschwellwerten aufgrund beispielsweise des Geländes von
Zelle zu Zelle unterschiedlich sein können.
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Im allgemeinen werden die Funktionsbeziehungen
aus einem oder mehreren der obenerwähnten Verfahren in der Form
von Tabellen abgeleitet, aus denen Kurven extrapoliert werden können. 2 zeigt mehrere Funktions beziehungstabellen
20, 22 und 24, die aus Systemmodellierung, kontrollierten Laborprüfungen und
Prüfungen
im Feld für
Ziel-SER von 5%, 15% bzw. 25% abgeleitet sind und Beziehungen zwischen
Mobilstationsgeschwindigkeit, FER und Ziel-SIR darstellen. 3, 4 und 5 zeigen
Diagramme 30, 40 und 50 mit mehreren Kurven a und b, die aus den
mehreren Funktionsbeziehungstabellen 20, 22 und 24 extrapoliert
worden sind, wobei Kurven a und b der Ziel-SIR (gemessen als Eb/N0) bzw. FER entsprechen.
Als Diskussionsgrundlage wird die vorliegende Erfindung hier in
bezug auf SIR als der Ziel-Regelschwellwert, Mobilstationsgeschwindigkeit
als der Kanalzustand und FER als der Dienstgüteparameter beschrieben. Das
sollte jedoch nicht als die vorliegende Erfindung auf irgendeine
Weise begrenzend ausgelegt werden. Die vorliegende Erfindung ist
gleichermaßen
auf die Einstellung anderer Ziel-Regelschwellwerte unter Verwendung
anderer Kanalzustände
und Dienstgüteparameter
anwendbar.
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Angenommen, eine Mobilstation bewegt
sich mit einer Geschwindigkeit von 8 Meilen pro Stunde (mph), und
die gewünschte
FER beträgt
annähernd 0,54%
(oder die Ziel-SER
beträgt
5%). Auf Grundlage der Tabelle 20 (oder Kurven a und b des Diagramms
30) läßt sich
die gewünschte
FER für
einen derartigen Kanalzustand, d. h. sich mit 8 mph bewegende Mobilstation,
erhalten, wenn das Ziel-SIR auf 5,38 dB eingestellt oder verstellt
wird. Angenommen, die gewünschte
FER beträgt
annähernd
1,66 (oder die Ziel-SER beträgt
15%). Auf Grundlage der Tabelle 22 (bzw. Kurven a und b des Diagramms
40) kann diese gewünschte
FER für
eine sich mit 8 mph bewegende Mobilstation erhalten werden, wenn
das Ziel-SIR auf
4,22 dB eingestellt wird. Angenommen, die gewünschte FER beträgt annähernd 1,00
und die Mobilstation bewegt sich mit 8 mph. In diesem Fall läßt sich
das Ziel-SIR aus Tabellen 20 und 22 extrapolieren. Beispielsweise
würde das
Ziel-SIR für
eine gewünschte FER
von annähernd
1,00 nach anteilmäßiger Extrapolation
aus Tabellen 20 und 22, annähernd
4,90 dB betragen. Man beachte, daß andere Extrapolationsweisen
möglich
sind oder die Tabellen 20, 22 und 24 mit feinerer Auflösung abgeleitet
werden können.
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6 zeigt
ein Flußdiagramm 600 einer äußeren Leistungsregelschleife
unter Verwendung der Tabellen 20, 22 und 24 der 2. Im Schritt 610 wird ein anfängliches
Ziel-SIR eingestellt. In einer Ausführungsform wird das anfängliche
Ziel-SIR entsprechend einem gewünschten
QOS-Parameter (z. B. FER) unter Verwendung einer Funktionsbeziehung eingestellt,
was in der Technik wohlbekannt ist. In einer weiteren Ausführungsform
wird das anfängliche Ziel-SIR
entsprechend einem gewünschten
QOS-Parameter und einem oder mehreren Kanalzuständen (z. B. Mobilstationsgeschwindigkeit)
unter Verwendung einer Funktionsbeziehungstabelle eingestellt. Im
Schritt 620 werden ein oder mehrere Kanalzustände während einer
Periode der äußeren Regelschleife gemessen
oder geschätzt.
Im Schritt 630 wird das Ziel-SIR auf Grundlage des/der
gemessenen Kanalzustandes/Kanalzustände und Funktionsbeziehungen
zwischen Kanalzuständen,
Dienstgüteparametern
und Ziel-SIR eingestellt oder verstellt. Man beachte, daß das Ziel-SIR
in einem oder mehreren Schritten unter Verwendung von SIR-Aufwärts- und/oder
-Abwärtsschritten
eingestellt werden kann, wobei die Größe der SIR-Aufwärts- und
-Abwärtsschritte
identisch sein kann oder nicht. In einer Ausführungsform entspricht das Verhältnis zwischen
den Größen der
SIR-Abwärts- und
-Aufwärtsschritte
dem gewünschten
QOS-Parameter. Im
Schritt 640 wird die Sendeleistung der Mobilstation auf
Grundlage des neuen Ziel-SIR entsprechend einer inneren Leistungsregelschleife
eingestellt.
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In einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden mittlere, Varianz- und Autokorrelationsfunktion
des empfangenen SIR in jeder PCG (hiernach als „PCG SIR" bezeichnet) mit maximaler Verzögerung über einen
oder mehrere Rahmen an einem Empfänger berechnet. Wenn die innere
Regelschleife geschlossen ist und den Schwund auf der Kommunikationsstrecke
richtig verfolgt, sollte das mittlere PCG SIR gleich einem aktuellen
Ziel-SIR sein. Das Varianz-PCG
SIR wäre
zu K-Faktor und Geschwindigkeit proportional, und eine Korrelationszeit
der Autokorrelationsfunktion sollte zur Geschwindigkeit proportional
sein. In einer weiteren Ausführungsform
kann der Empfänger
mittlere, Varianz- und Autokorrelationsfunktion von PCG SIR-Abtastwerten
und SER über
einen oder mehrere Rahmen berechnen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
sehr ausführlich
unter Bezugnahme auf gewisse Ausführungsformen beschrieben worden
ist, sind andere Versionen möglich.
Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung gleichermaßen auf
drahtlose Kommunikationssysteme mit anderen Vielfachzugriffsverfahren
als CDMA wie beispielsweise Vielfachzugriff im Zeitmultiplex anwendbar.