DE69915662T2

DE69915662T2 - Verfahren zur leistungsregelung in einem kommunikationssystem

Info

Publication number: DE69915662T2
Application number: DE69915662T
Authority: DE
Inventors: Peter Anthony Southampton HULBERT
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: GB9823396D0; EP1125375A1; EP1125375B1; CN1324528A; GB2345415A; CN1126287C; DE69915662D1; US7009944B1; JP2002528998A; WO2000025444A1; GB9925369D0; ES2217817T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leistungssteuerung von der Art, wie sie in einem Kommunikationssystem verwendet werden, zum Beispiel in einem Spreizband-Kommunikationssystem wie etwa einem Codemultiplex-Vielfachzugriff-(Code Division Multiple Access, CDMA) Kommunikationssystem.
In einem CDMA-Zellular-Kommunikationssystem wird Leistungssteuerung verwendet, um die Rauschabstände der Signale (Signal to Noise Ratios, S/N) auszugleichen, die an einer Basisstation von verschiedenen mobilen Endgeräten empfangen werden. In dem Begriff "Rauschabstand" ist der Begriff "Rauschen" in dem Sinne zu verstehen, dass er Störbeeinflussungen in Form von Signalen von anderen mobilen Endgeräten ebenso wie Hintergrundrauschen einschließt.
Ein bekanntes Verfahren beinhaltet das Messen des Rauschabstands in Bezug auf Signale, die von einem bestimmten mobilen Endgerät empfangen werden, während eines Messintervalls und das Vergleichen des gemessenen Rauschabstands mit einem gewünschten Schwellwert. Falls der gemessene Rauschabstand den gewünschten Schwellwert übersteigt, wird eine binäre 1 (oder 0, in Abhängigkeit von der getroffenen Festlegung) zu dem mobilen Endgerät, von dem das betreffende Signal stammt, übertragen (innerhalb der Vielzahl von Signalen, die von der Basisstation übertragen werden). Falls der gemessene Rauschabstand kleiner als der gewünschte Schwellwert ist, wird eine binäre 0 (oder 1, in Abhängigkeit von der getroffenen Festlegung) zu dem bestimmten mobilen Endgerät übertragen. Das mobile Endgerät wiederum reagiert darauf, indem es seine Sendeleistung um zum Beispiel 1 dB verringert, wenn eine 1 (oder 0) empfangen wird, oder indem es seine Sendeleistung um 1 dB erhöht, wenn eine 0 (oder 1) empfangen wird. Auf diese Weise wird der empfangene Rauschabstand annähernd konstant gehalten, während die Übertragungsdämpfung zwischen dem bestimmten mobilen Endgerät und der Basisstation variiert und/oder während der Störgrad durch andere mobile Endgeräte an der Basisstation variiert.
Das obige Verfahren ist bei der Übertragung von kontinuierlichen Datenströmen effizient, wo eventuelle Einschwingvorgänge, die mit der Anfangseinstellung der Senderleistung am mobilen Endgerät zusammenhängen, vernachlässigt werden können. In den Fällen jedoch, in denen einzelne Bündel (Blöcke) von Daten übertragen werden, zum Beispiel Paketdaten, muss das mobile Endgerät seine Anfangs-Senderleistung entsprechend einem sogenannten rückführungslosen Leistungssteuerungs-Verfahren einstellen. Bei diesem Verfahren signalisiert die Basisstation dem (den) mobilen Endgerät(en) die Leistung, mit welcher die Basisstation sendet; dies kann entweder die empfangene Gesamtleistung sein, oder die Leistung eines bestimmten Signals, welches die Mobilstation(en) empfängt (empfangen), und der Störgrad an der Basisstation. Das mobile Endgerät misst den Leistungspegel des entsprechenden Signals, das es von der Basisstation empfängt, und verwendet die übermittelte Information, d. h. die die Signalstärke an der Basisstation betreffende Information, um die Leistung zu bestimmen, mit der das mobile Endgerät senden muss, um einen erforderlichen Rauschabstand an der Basisstation zu erzeugen. Im Mittel müsste dies die richtige Leistung sein. In vielen CDMA-Systemen unterscheidet sich jedoch die Frequenz, die zur Übertragung von der Basisstation zum mobilen Endgerät (Abwärtsverbindung) verwendet wird, von der Frequenz, die zur Übertragung vom mobilen Endgerät zur Basisstation (Aufwärtsverbindung) verwendet wird. Dieses Schema ist unter der Bezeichnung Frequenzduplex-Verfahren (Frequency Division Duplex, FDD) bekannt. Bei einem FDD-Verfahren ist die Ausbreitung von Signalen im kurzfristigen Bereich nicht reziprok, zum Beispiel ist der Selektivschwund bei der Abwärtsverbindung nicht mit dem Selektivschwund bei der Aufwärtsverbindung korreliert. Dieser Effekt kann etwas abgeschwächt werden, indem die Leistungsmessungen am mobilen Endgerät über die wahrscheinliche Zeitdauer des Schwunds gemittelt werden. Dies schafft jedoch keine Abhilfe, was die momentanen Schwankungen des Übertragungspegels in der Aufwärtsrichtung betrifft, die dazu führen, dass die von dem mobilen Endgerät übertragene Leistung zu Beginn des Datenübertragungsblockes (Frames) zu hoch oder zu niedrig ist.
In einem typischen CDMA-System wird Vorwärtsfehlerkorrektur (Forward Error Correction, FEC) mit Verschachtelung angewendet, um die Auswirkungen von Schwund und Störbeeinflussungen durch andere Signale, die auf derselben Frequenz übertragen werden, zu vermindern. Falls ein bekanntes Weichentscheidungs-Decodierverfahren angewendet wird, besteht die Auswirkung der Verschachtelung darin, dass die Wahrscheinlichkeit nicht korrigierbarer Fehler in einem verschachtelten Datenübertragungsblock eher zu einer Funktion des über den Datenübertragungsblock gemittelten Rauschabstandes wird, als zum Beispiel des Rauschabstandes im ungünstigsten Fall. Demzufolge verringert, falls der Rauschabstand zu Beginn eines Datenübertragungsblockes zu hoch ist, die Implementierung einer Leistungssteuerung den Rauschabstand bis zum Ende des Datenübertragungsblockes auf den geforderten Schwellwert, doch der Gesamtmittelwert ist dann höher als notwendig. Umgekehrt, falls der Rauschabstand zu Beginn eines Datenübertragungsblockes zu gering ist, erhöht die Implementierung einer Leistungssteuerung den Rauschabstand bis zum Ende des Datenübertragungsblockes auf den geforderten Schwellwert, doch der Gesamtmittelwert ist dann niedriger als notwendig.
Deshalb besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die oben beschriebenen Nachteile zu umgehen oder zumindest zu verringern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Leistungssteuerung in einem Kommunikationssystem, das in der Lage ist, einen Datenübertragungsblock (Frame) zu übertragen, der eine Vielzahl von Zeitintervallen aufweist, bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Wählen eines Zeitintervalls, in Bezug auf das ein Leistungspegel zu bestimmen ist; Aufsummieren aller zuvor gemessenen Leistungspegel in Bezug auf alle Zeitintervalle, die dem gewählten Zeitintervall vorausgehen; Bestimmen der Anzahl aller eventuell verbleibenden Zeitintervalle im aktuellen Datenübertragungsblock; und Festlegen des Leistungspegels in Bezug auf das gewählte Zeitintervall auf der Basis der Summe der zuvor gemessenen Leistungspegel und der Anzahl der verbleibenden Intervalle, um einen vorgegebenen mittleren Rauschabstand für den Datenübertragungsblock zu erreichen.
Vorzugsweise wird der Leistungspegel während der Übertragung des Datenübertragungsblockes auf eine solche Weise festgelegt, dass der über den Datenübertragungsblock gemittelte Rauschabstand möglichst konstant gehalten wird.
Folglich stellt das Verfahren sicher, dass, wenn das Signal am Anfang eines Datenübertragungsblockes mit einem Rauschabstand empfangen wird, der größer als erforderlich ist, das Signal am Ende des Datenübertragungsblockes mit einem Pegel empfangen wird, der niedriger als der Nenn-Rauschabstand ist. In Fällen, in denen ein Selektivschwund auftritt, hat die Anwendung dieses Verfahrens eine geringere Schwankung der mittleren Leistung innerhalb des Datenübertragungsblockes zur Folge, was zu einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Systems führt. Dies unterscheidet das vorliegende Verfahren von bekannten Verfahren, bei denen versucht wird, den Leistungspegel innerhalb jedes Zeitintervalls so zu ändern, dass während jedes Intervalls der vorgegebene Rauschabstand im Wesentlichen eingehalten wird.
Vorzugsweise ist das Zeitintervall ein Time-Slot (Zeitschlitz). Nachfolgend wird als Beispiel wenigstens eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine Prinzipskizze der Objekte ist, die in einem Kommunikationssystem verwendet werden;
2 eine Prinzipskizze eines Datenübertragungsblockes ist, der von dem in 1 dargestellten System verwendet wird, und
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens ist, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Es wird auf 1 Bezug genommen; ein CDMA-System umfasst wenigstens eine Basisstation 102, die eine Funkzelle 104 unterstützt, wobei die Basisstation 102 so beschaffen ist, dass sie mit einem mobilen Endgerät 106 über eine Luftschnittstelle 108 kommuniziert, indem sie einen Datenübertragungsblock 200 (2) sendet. Der Datenübertragungsblock 200 umfasst N Time-Slots ts₀, ..., ts_N–1.
Im Betrieb wird der Datenübertragungsblock 200 vom mobilen Endgerät 106 zur Basisstation 102 gesendet, wobei während dieser Übertragung die Leistungssteuerung durch N Einstellungen der Leistung, welche N Time-Slots im Datenübertragungsblock 200 entsprechen, erfolgt.
Es wird auf 3 Bezug genommen; zu Beginn wird ein erforderlicher mittlerer Rauschabstand γ_d an der Basisstation 102 über die Dauer des Datenübertragungsblockes 200 bestimmt und festgelegt (Schritt 300). Anschließend wird ein Leistungspegel so festgelegt, dass der mittlere Rauschabstand γ_d pro Time-Slot an der Basisstation 102 im Wesentlichen eingehalten wird (Schritt 300).
Danach wird ein nachfolgender Time-Slot ts_j, für den der Leistungspegel eingestellt werden muss, gewählt (Schritt 302), und es wird die Anzahl der eventuell verbleibenden Time-Slots N – j bestimmt (Schritt 304). Falls die Anzahl der verbleibenden Time-Slots N – j gleich null ist, werden keine weiteren Leistungspegel für den Datenübertragungsblock 200 festgelegt (Schritt 306). Falls jedoch ein oder mehrere Time-Slots verbleiben, wird die Summe der jeweils gemessenen Leistungspegel, die an der Basisstation 102 während der vorhergehenden Time-Slots empfangen wurden, berechnet (Schritt 308). Die Berechnung kann allgemein als
ausgedrückt werden, wobei γ_i der im i-ten Time-Slot empfangene Rauschabstand ist.
Unter Verwendung der Summe der gemessenen Leistungspegel, des vorgegebenen mittleren Rauschabstands γ_d und der Kenntnis der Anzahl der verbleibenden Time-Slots wird anschließend ein vorhergesagter Rauschabstand γ_p berechnet (Schritt 310), und der Wert von γ_p wird verwendet, um den Leistungspegel zu berechnen, mit dem das mobile Endgerät 106 Signale zur Basisstation 102 sendet. Die zur Berechnung des vorhergesagten Rauschabstands γ_p verwendete Gleichung wird wie folgt hergeleitet.
Der vorhergesagte Rauschabstand γ_p wird ausgehend von der Annahme berechnet, dass ein Zielwert des mittleren Rauschabstands, γ_d, über den Datenübertragungsblock 200 erreicht wird, wenn der berechnete vorhergesagte Rauschabstand γ_p während des gesamten restlichen Teils des Datenübertragungsblockes 200 aufrechterhalten wird, wodurch der mittlere Rauschabstands γ_d über den Datenübertragungsblock 200 im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Da N – j Intervalle (Time-Slots) der Leistungssteuerung im Datenübertragungsblock 200 verbleiben, für welche ein Leistungspegel vorhergesagt werden muss, so muss, damit der geforderte Wert von Nγ_d für den gesamten Datenübertragungsblock 200 erreicht wird, der vorhergesagte Rauschabstand γ_p für die verbleibenden Intervalle der folgenden Gleichung genügen:
Folglich wird die obige Gleichung nach γ_p aufgelöst, und somit wird der vorhergesagte erforderliche Leistungspegel (und damit der nächste Schwellwert) mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet:
Während des gewählten Time-Slots ts_j sendet das mobile Endgerät 106 mit dem Leistungspegel, der entsprechend dem zugehörigen vorhergesagten Rauschabstand γ_p festgelegt wurde (Schritt 312).
Anschließend wird ein nachfolgender Time-Slot gewählt (Schritt 302), und der oben beschriebene Ablauf zur Berechnung und Festlegung von Leistungspegeln wird wiederholt (Schritte 304 bis 312).
Es können geringfügige offensichtliche Änderungen vorgenommen werden, die im Rahmen der normalen Fähigkeiten eines Fachmanns liegen, um von null verschiedene Intervalle für die Messung und für die Signalübertragung innerhalb des Leistungssteuerungs-Teilsystems zu berücksichtigen.

Claims

Verfahren zur Leistungssteuerung in einem Kommunikationssystem, das in der Lage ist, einen Datenübertragungsblock zu übertragen, der eine Vielzahl von Zeitintervallen aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Wählen eines Zeitintervalls, in Bezug auf das ein Leistungspegel zu bestimmen ist; Aufsummieren aller zuvor gemessenen Leistungspegel in Bezug auf alle Zeitintervalle, die dem gewählten Zeitintervall im aktuellen Datenübertragungsblock vorausgehen; Bestimmen der Anzahl aller eventuell verbleibenden Zeitintervalle im aktuellen Datenübertragungsblock; und Festlegen des Leistungspegels in Bezug auf das gewählte Zeitintervall auf der Basis der Summe der zuvor gemessenen Leistungspegel und der Anzahl der verbleibenden Intervalle, um einen vorgegebenen mittleren Rauschabstand für den Datenübertragungsblock zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zeitintervall ein Time-Slot ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kommunikationssystem ein Spreizband-Kommunikationssystem ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Spreizband-Kommunikationssystem ein CDMA-Kommunikationssystem ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei durch den Schritt des Festlegens des Leistungspegels ein Rauschabstand γ_p erreicht wird, welcher durch die folgende Formel gegeben ist:
wobei γ_i der an der Basisstation empfangene Rauschabstand im i-ten Intervall ist,
die Summe der den vorhergehenden Zeitintervallen entsprechenden empfangenen Rauschabstände ist und Nγ_d die gewünschte Gesamtsumme der Rauschabstände für den Datenübertragungsblock ist.