DE69527753T2

DE69527753T2 - Leistungsregelungsvorrichtung für ein Mobilfunksystem

Info

Publication number: DE69527753T2
Application number: DE69527753T
Authority: DE
Inventors: Anthony Peter Hulbert
Original assignee: Roke Manor Research Ltd
Current assignee: Roke Manor Research Ltd
Priority date: 1994-08-11
Filing date: 1995-06-24
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2015-06-25
Also published as: GB2292289B; FI953800A0; DE69527753D1; JPH0870275A; FI953800L; GB9416202D0; US5713074A; EP0696857A1; FI953800A7; EP0696857B1; GB2292289A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungssteuervorrichtung für die Verwendung in Mobilfunksystemen.
Bekannte Vorrichtungen zur Bereitstellung einer Closed- Loop-Regelung der übertragenen HF-Leistung, insbesondere im Zusammenhang mit CDMA-Zellenmobilfunk, enthalten ein Mittel zum Messen der empfangenen Leistung, ein Mittel zum Vergleichen der Messung mit einer Schwelle, ein Mittel zum Erzeugen eines Korrektursignals auf der Grundlage des obigen Vergleichs, ein Mittel zum Übermitteln des Korrektursignals von der Empfangsstation zur Sendestation, und ein Mittel zum Steuern der Sendeleistung an der Sendestation entsprechend dem Korrektursignal.
Das Prinzip ist in Fig. 1 dargestellt. Hier wird die Sendeleistung der Mobilstation 2 von der Basisstation 4 gesteuert. Die Mobilstation 2 sendet mit dem aktuellen Leistungspegel über einen Kombinierer/Teiler und eine Antenne 2a und besitzt einen Oszillator 16 und einen Sendeverstärker 18. Das Signal wird an der Basisstation 4 empfangen, wobei die Leistung gemessen wird (die Diode 6 repräsentiert eine komplexere Leistungsmessoperation). Die Leistung wird anschließend von einem Komparator 8 mit einer Schwelle verglichen. Wenn die Leistung die Schwelle überschreitet, wird ein "Abwärts"-Signal erzeugt. Wenn die Leistung kleiner als die Schwelle ist, wird ein "Aufwärts"-Signal erzeugt. Diese werden über einen Modulator 10, einen Kombinierer/Teiler und eine Antenne 4a über die andere Hälfte des Duplexkanals zur Mobilstation zurückgesendet und in der Mobilstation empfangen, welche das Signal im Demodulator 12 demoduliert und im Akkumulator 14 akkumuliert (+1 für ein Aufwärtssignal, -1 für ein Abwärtssignal). Der Ausgang des Akkumulators 14 steuert den Verstärker 18 und somit die Leistung direkt entsprechend einer logarithmischen Beziehung.
Ein wesentliches Element in der obigen Prozedur ist die Messung des Empfangssignalpegels. Die Steuerung der Leistung kann nur so genau sein wie diese Messung. Dies ist kein Problem für bestehende Systeme, in welchen das Leistungssteuerungs-Aktualisierungsintervall mehreren empfangenen Datenbits entspricht und in welchem die benötigte Bitfehlerrate mäßig niedrig ist und somit der Empfangssignal-Störabstand mäßig hoch ist. Die Fähigkeit zum Mitteln der empfangenen Leistung über mehrere Bits des Signals ergibt eine signifikante Erhöhung des Signalstörabstandes, insbesondere wenn dies kohärent oder pseudokohärent bewerkstelligt werden kann.
Nun sei jedoch der Fall betrachtet, in welchem die Bitrate sehr niedrig ist. Tatsächlich sei der Fall betrachtet, bei dem die übertragene Bitrate gleich der Leistungssteuerungs-Aktualisierungsrate ist und die erforderliche Fehlerrate mäßig hoch ist. Wenn eine Messung der empfangenen Leistung in der Empfangsstation vorgenommen wird, kann dies nur auf der Grundlage eines einzelnen Bits durchgeführt werden. Der Signalstörabstand beträgt bei diesem Bit vielleicht nur 0 dB, so dass Messungen durch Störungen stark verfälscht werden.
Diese Situation kann im Gegensatz zur derjenigen, die in Fig. 1 gezeigt ist, in einer Situation entstehen, in der eine schnelle Abwärtsverbindungs-Leistungssteuerung erforderlich ist, so dass die mobile Station Leistungssteuerungs-Signalisierungsinformationen zur Basisstation senden muss. Das Senden dieser Leistungssteuerungs-Signalisierungsinformationen muss selbst leistungsgesteuert sein. Für die Übertragung von Pakettypdaten kann es erforderlich sein, einen asymmetrischen Verkehrsfluss zu erlauben, so dass gelegentlich Datenverkehr nur auf der Abwärtsverbindung fließt. In diesem Fall dienen Aufwärtsverbindungsübertragungen allein der Leistungssteuerung der Abwärtsverbindung, wobei diese Leistungssteuerungsübertragungen mit der Leistungssteuerungs-Signalisierungsrate selbst leistungsgesteuert sein müssen.
Die besondere Schwierigkeit dieser Situation besteht in der Tatsache, dass dann, wenn kein Aufwärtsverbindungs- Datenverkehr auf einer bestimmten Verbindung vorhanden ist, die Von irgendeinem auf dieser Aufwärtsverbindung fließenden Steuerverkehr erzeugte Störung minimiert werden sollte, um die Gesamtkapazität zum maximieren, die für andere Verbindungen verfügbar ist, welche auf ihren Aufwärtsverbindungen aktiv sind. Wenn Leistungssteuerungsverkehr tatsächlich der einzige Steuerverkehr auf einer Aufwärtsverbindung ist, muss die zum Senden desselben verwendete Übertragung minimiert sein, so dass sie möglichst eine sehr niedrige Bitrate verwendet. Dies kann effektiv nur erreicht werden durch Ausüben einer schnellen Leistungssteuerung über die Leistungssteuerungs-Informationsübertragung.
In Vehicular Technology Society 42ND VTS Conference - Frontiers of Technology, Bd. 2, 2. Mai 1992, S. 989-992, ist ein Leistungssteuerungsverfahren in einem paketvermittelten Streuspektrum-Kommunikationssystem beschrieben. In diesem Verfahren wird eine Empfangspaketleistung in einer Mobileinheit untersucht, wobei ein Leistungssteuerungsalgorithmus den Schwundzustand des Kanals bewertet, seinen zukünftigen Zustand schätzt und die Leistung der Steuereinheit des Senders der Mobileinheit für die Übertragung des nächsten Pakets einstellt.
In Proceedings of The National Communications Forum, Bd. 41, Nr. 11, 1987, Chicago, Illinois, USA, S. 957-961, ist eine automatische Steuerungskontrolle in der Mikrowellenkommunikation beschrieben, bei der Steuerbits auf einem Rückgabekanal verwendet werden, um den Leistungspegel eines Vorwärtssenders entweder zu erhöhen, zu senken oder zu halten.
In der japanischen Patentzusammenfassung Bd. 017, Nr. 614 (P-1642), ist eine Bitfehlerratenerfassungsschaltung beschrieben.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leistungssteuervorrichtung für die Verwendung in Mobilfunksystemen zu schaffen, bei der die Leistungssteuerung in einer schnellen und effizienten Weise ausgeführt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Leistungscontrollervorrichtung zur Verwendung in Mobilfunksystemen geschaffen, wobei die Vorrichtung umfasst: eine erste Station 20 zum Senden von Daten an eine zweite Station 22 und zum Empfangen von Daten von dieser, eine zweite Station 22 zum Empfangen von Daten von der ersten Station 20 und zum Senden von Daten an diese, wobei die erste Station 20 eine Datenquelle 24, Mittel 28 zum Modulieren der Daten der Datenquelle 24 sowie Mittel 20a zum Senden von der Datenquelle 24 stammenden Daten umfasst, und Steuermittel 30 zum Steuern der Leistung der Sendemittel 20a, wobei die Steuermittel 30 die Leistung der Sendemittel 20a in Abhängigkeit von einem Vergleich steuern, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich ein Vergleich zwischen ursprünglichen Daten, die von der ersten Station 20 gesendet wurden, um bei der zweiten Station 22 empfangen zu werden, und Daten, die von der zweiten Station 22 an die erste Station 20 als zurückgesendete ursprüngliche Daten zurückgesendet werden, ist.
Im folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben, die ein Blockschaltbild der Leistungssteuervorrichtung ist.
In Fig. 2 ist eine Sendestation 20 und eine Empfangsstation 22 gezeigt. Die Sendestation enthält eine Datenquelle 24, die mit einem Pufferspeicher 26 und mit einem Eingang einer Modulationsschaltung 28 verbunden ist. Der Ausgang des Pufferspeichers 26 ist mit einem ersten Eingang eines Exklusiv-ODER-Gatters 30 verbunden, das an seinem zweiten Eingang die ankommenden Daten von der Empfangsstation über die Empfangsdatenschaltung 32 empfängt. Der Ausgang des Exklusiv-ODER-Gatters 30 steuert einen Schalter 34, der ein Hochsetzsignal oder ein Herabsetzsignal dem Eingang eines Akkumulators 36 zuführt. Ein Ausgang vom Akkumulator 36 ist zur Steuerung mit einem Sendeverstärker 38 verbunden.
Die Empfangsstation 22 enthält eine Empfangsdatenschaltung 40, die mit einem Eingang einer Modulationsschaltung 42 verbunden ist, deren Ausgang mit einem Sendeverstärker 44 verbunden ist.
Um in der folgenden Beschreibung Verwirrung zu vermeiden, wird die Station, deren Sendeleistung von der beschriebenen Erfindung gesteuert wird, hier als die "Sendestation" (erste Station) bezeichnet, während die Station, die die leistungsgesteuerte Aussendung empfängt und Informationen bezüglich der Steuerung der Sendestationsleistung liefert, als die "Empfangsstation" (zweite Station) bezeichnet wird. Diese Terminologie impliziert nicht, dass die Sendestation nicht empfangen kann, und auch nicht, dass die Empfangsstation nicht senden kann.
Das Grundprinzip besteht darin, dass die Empfangsstation 22, statt die Leistung zu messen, einfach die Daten demoduliert und diese Daten der Sendestation 20 über die in der anderen Richtung arbeitende Verbindung zurückgibt. Es wird angenommen, dass die Verbindung in der entgegengesetzten Richtung effektiver gemacht werden kann (d. h. mit weniger Fehlern) als die leistungsgesteuerte Richtung.
In der Sendestation 20 wird das gesendete Bit mit dem von der Empfangsstation zurückreflektierten Bit verglichen, um diejenigen Bits zu identifizieren, die in der Empfangsstation fehlerhaft empfangen worden sind. Immer dann, wenn ein Fehler erfasst wird, wird die Sendeleistung um ein Maß von U dB erhöht. Immer wenn kein Fehler erfasst wird, wird die Sendeleistung um ein Maß von D dB verringert.
Im stationären Zustand ist der Mittelzeitdurchschnitt der Sendeleistung konstant. Es sei ein Zeitintervall betrachtet, das aus N Signalisierungsbits besteht. Es sei die Bitfehlerrate gleich B. Die mittlere Anzahl der Aufwärtsschritte über ein Intervall N ist N·B, wobei der gesamte Leistungsanstieg, der den Fehlern zugeordnet ist, gleich U·N·B ist. Dies muss durch eine äquivalente Leistungsreduzierung aufgehoben werden. Die Leistungsreduktion ist ebenfalls gegeben durch N·D(1 - B), da N(1 - B) die mittlere Anzahl der Schritte ist, in denen keine Fehler auftreten. Somit gilt
N·D(1 - B) = U·N·B
Durch Auflösen nach B ergibt sich
Somit kann die Bitfehlerrate direkt gesteuert werden, indem einfach das Verhältnis von U zu D eingestellt wird.
Die optimale Schrittgröße U ist eine Funktion der Schwundrate des Pfades. Für langsam schwindende Pfade sollten U (und somit D) sehr klein gemacht werden. Für schnell schwindende Pfade sollte U größer gemacht werden. Die Schrittgröße könnte entsprechend den Messungen der Statistik der Bitfehler in der Sendestation angepasst werden.
Für einige Systeme erlaubt dieses "Zurückreflektieren" von Daten ebenfalls einen weiteren Vorteil. Für eine Verbindung mit geringer Bitrate ist es üblicherweise nicht möglich, eine kohärente Demodulation zu erreichen aufgrund der Phasenmehrdeutigkeit, die in einer beliebigen Entscheidungsrichtungsabweichung einer Trägerreferenz entstehen kann. Wenn jedoch die Daten zurückreflektiert werden, kann das sendende Ende ein Bündel von Fehlern (im Gegensatz zu Auslöschungen) am empfangenden Ende erfassen, was impliziert, dass die Trägerreferenz invertiert worden ist. In diesem Fall invertiert das sendende Ende einfach seine Aussendung, um die Empfängerinversion der Daten "an der Quelle" zu kompensieren.
Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung arbeitet wie folgt. Die Sendestation 2a moduliert die Daten von der Datenquelle 24 über die Modulationsschaltung 28 auf den Sender beim aktuellen Leistungspegel über einen Kombinierer/Teiler und eine Antenne 20a. Dies wird an der Empfangsstation empfangen, auf seinen Sender zurückmoduliert und zum Empfänger in der Sendestation 22 mittels des Sendeverstärkers 44 und des Kombinierers/Teilers und der Antenne 22a zurückgesendet. Die zwei Übertragungsrichtungen würden sich im allgemeinen jedoch aufgrund der Verzögerung der Modulations-, Fortpflanzungs- und Demodulationspfade in beiden Richtungen in der Frequenz unterscheiden, wobei die Datenquelle vom Pufferspeicher 26 gepuffert wird, bevor ein Vergleich mit den reflektierten Daten durchgeführt wird. Das Exklusiv-ODER-Gatter 30 führt den Vergleich durch. Wenn die Bits gleich sind, liegt sein Ausgang auf Niedrigpegel (0), wobei der Eingang des Akkumulators 36 mit "-Abwärtsschritt" gespeist wird. Wenn die Bits unterschiedlich sind, was einen Fehler ankündigt, nimmt der Ausgang Hochpegel (1) an, wobei der Akkumulatoreingang mit "+Aufwärtsschritt" gespeist wird. Der Ausgang des Akkumulators gesteuert die Leistung des Senders 38 in einer logarithmischen Weise.
Für den Fachmann ist klar, dass verschiedene Abwandlungen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, wie sie beansprucht wird, möglich sind.

Claims

1. Leistungscontroller-Vorrichtung für die Verwendung in Mobilfunksystemen, die umfaßt:

eine erste Station (20) zum Senden von Daten an eine zweite Station (22) und zum Empfangen von Daten von dieser, eine zweite Station (22) zum Empfangen von Daten von der ersten Station (20) und zum Senden von Daten an diese, wobei die erste Station (20) eine Datenquelle (24), Mittel (28) zum Modulieren der Daten der Datenquelle (24) sowie Mittel (20a) zum Senden von von der Datenquelle (24) stammenden Daten umfaßt, und Steuermittel (30) zum Steuern der Leistung der Sendemittel (20a), wobei die Steuermittel (30) die Leistung der Sendemittel (20a) in Abhängigkeit von einem Vergleich steuern, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich ein Vergleich zwischen ursprünglichen Daten, die von der ersten Station (20) gesendet wurden, um bei der zweiten Station (22) empfangen zu werden, und Daten, die von der zweiten Station (22) an die erste Station (20) als zurückgesendete ursprüngliche Daten zurückgesendet werden, ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuermittel (30) ein Exklusiv-ODER-Gatter (30) umfassen, das so beschaffen ist, daß es die ursprünglichen Daten von der ersten Datenquelle (24) an seinem ersten Eingang empfängt und an seinem zweiten Eingang die zurückgesendeten ursprünglichen Daten, die von der zweiten Station (22) zurückgeschickt werden, empfängt und in Übereinstimmung mit dem Vergleich ein Ausgangssignal erzeugt, um Schaltmittel zu steuern, die so beschaffen sind, daß sie ein Eingangssignal in einen Akkumulator (36) steuern, dessen Ausgangssignal dazu verwendet wird, die Leistung der Sendemittel (20a) logarithmisch zu steuern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der dann, wenn das Exklusiv-ODER-Gatter (30) den Vergleich ausführt, das Ausgangssignal des ODER-Gatters tief ist und der Akkumulator (34) mit einem abnehmenden Stufensignal versorgt wird, falls die Eingangsbits an jedem seiner Eingänge gleich sind, und das Ausgangssignal des ODER-Gatters (30) hoch ist und der Akkumulator (36) mit einem zunehmenden Stufensignal versorgt wird, falls die Eingangsbits verschieden sind, was einen Fehler anzeigt.

4. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die zweite Station (22) Mittel (40) zum Empfangen von Daten, Mittel (42) zum Modulieren der Daten und Mittel (22a) zum Zurücksenden der Daten zur ersten Station umfaßt.

5. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die erste Station (20) so beschaffen ist, daß sie ein Bündel von Fehlern in Daten, die von der zweiten Station (22) zurückreflektiert werden, erfaßt, was anzeigt, daß eine Trägerreferenz invertiert worden ist, und die erste Station (20) Mittel enthält, die so beschaffen sind, daß sie Daten invertiert, falls sie gesendet werden, um das Bündel von Fehlern zu kompensieren.