CN102685866B - 用于全局功率控制的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在无线通信装置中用于全局发射功率控制的系统和方法。所述方法包括：测量接收装置的所接收功率；收集所接收功率测量值；以及接受所接收功率阈值。计算到达所述接收装置的路径损耗；其中产生最佳发射功率电平包含产生最佳发射功率的矩阵如下：P_opt＝L_imv[R_th-N]；其中L_imv为表示链路路径损耗的矩阵(L)的逆；R_th为所接收功率阈值矩阵；且N为表示所述接收装置的热噪声的矩阵。所述方法可用于在上行链路中和在下行链路中提供全局发射功率控制。

Description

用于全局功率控制的系统和方法

本申请是国际申请日为2006年2月16日，国际申请号为PCT/US2006/005784，发明名称为“用于全局功率控制的系统和方法”的PCT申请进入中国国家阶段申请号为200680012834.8的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明大体上涉及无线通信系统，且更特定来说涉及用于在无线通信网络中全局控制发射器功率电平的系统和方法。

背景技术

在码分多址(CDMA)蜂窝式电话系统，例如题为“Mobile Station-Base StationCompatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System”的电信行业协会(TIA)/电子行业协会(EIA)过渡标准95(IS-95)中描述的系统中，共用的频带用于与系统中的所有基站进行通信。共用的频带允许一移动台与一个以上基站之间的同时通信。在接收站处基于伪噪声(PN)码的使用，通过扩展频谱CDMA波形性质区分占用共用频带的信号。高速PN码用于调制从基站和移动台发射的信号。使用不同PN码或在时间上偏移的PN码的发射器站产生可在接收站处单独接收的信号。高速PN调制还允许接收站接收来自单个发射站的信号，在所述发射站处所述信号已行进通过若干相异的传播路径。

CDMA移动无线电信道中的路径损耗的特征可在于两个单独的现象：平均路径损耗和衰落。从基站到移动台的前向链路在与从移动台导向基站的反向链路不同的频率上操作。然而，因为前向链路和反向链路频率在同一频带内，所以存在两种链路的平均路径损耗之间的显著相关性。另一方面，衰落对于前向链路和反向链路来说是独立现象，且作为时间的函数而变化。

在示范性CDMA系统中，每一移动台基于在对移动台的输入处的处于CDMA带宽中的所有信号的总接收功率，来估计前向链路的分配的CDMA频率信道上所需CDMA信号的总接收功率。总接收功率包含从当前分配给移动台的基站接收的所需CDMA信号的功率与落在CDMA带宽内的各种干扰信号的功率的总和。可能从在分配给移动台的频率上操作的其它CDMA基站，以及从其它附近的通信系统接收到此类干扰信号。由于前向和反向链路上的路径损耗假定为紧密相关，因此移动台使用前向链路功率的估计来设定反向链路信号的发射电平。调节反向链路信号的发射电平以便匹配于反向链路上的估计的路径损耗，并以预定电平到达基站。在题为“METHOD AND APPARATUS FORCONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA CELLULAR MOBILETELEPHONE SYSTEM”的第5,056,109号美国专利中描述了此类开放回路功率控制系统，所述美国专利转让给本发明的受让人且以引用的方式并入本文中。

另外，移动台使用估计的路径损耗来确定其发射访问探测信号(access probe)应处于的功率电平，以便在访问信道上建立与基站的通信。当移动台没有使用业务信道时(即，当呼叫没有在进行中时)，访问信道提供从移动台到基站的通信。访问信道消息提供以用于呼叫源、对页的响应、命令和登记。由于典型CDMA通信系统中的访问信道是随机访问信道，因此多个移动台可能同时尝试使用访问信道。尽管移动台随机选择PN时间对准来使得与在访问信道上同时发射的其它移动台的冲突最小，但在访问信道上发射的每一额外移动台均会导致具有有限容量的信道上的背景噪声。

遗憾的是，移动台接收的总功率内的干扰信号的存在往往显著减小移动台的路径损耗估计的精确度。当此类不适当地减小的路径损耗估计用于设定反向链路信号的开放回路发射电平时，电平可能低于确保在基站处以充分强度接收反向链路信号所必需的电平。类似地，当不适当地减小的路径损耗估计导致提供给用户的信道质量的过于良好的指示时，用户可能不能成功地在降级的信道上起始通信。另外，路径损耗的不精确估计可能导致移动台初始发出较弱的访问探测信号，从而导致在访问信道上建立通信的多次不成功尝试，且因此不必要地浪费一些访问信道容量且对系统负载的平衡具有不利影响。应注意，上述问题存在于非蜂窝式CDMA通信系统中以及例如PCS或无线本地回路系统中。

由于移动台依赖于宽带总接收信号功率的测量值来估计到达最近的小区站点的路径损耗，因此从其它小区站点和/或从邻近蜂窝式系统接收的干扰信号可能导致不精确地低的路径损耗估计。如先前论述，这可能导致反向链路信号功率的不充足电平被发射到最近的小区站点，且信道质量的过于良好的指示被提供给移动台用户。此不精确可能还导致需要移动台发射一个以上访问探测信号来在访问通道上起始通信。这些不必要的多个探测信号通过导致性能降级的不合意的干扰使系统混乱。

可以消除由背景干扰的存在引入的反向链路质量估计的误差。此问题的解决方案可参阅Samir Soliman的题为“SYSTEM AN METHOD FOR DETERMINING RECEIVEDPILOTPOWER AND PATH LOSS IN A CDMA COMUNICATION SYSTEM”的第5,799,005号美国专利，所述美国专利转让给同一受让人作为即时申请案。此专利以引用的方式并入本文中。一般来说，在通信接收器内，测量扩展频谱信号的接收信号功率。还对与扩展频谱信号一起接收的导频信号进行相对导频强度测量。接着，基于接收的信号功率和相对导频强度测量值来计算导频信号的功率。

在另一方面中，本专利提供一种用于估计基站与远站点站之间的通信信道的路径损耗的系统和方法。基站向远站点站发射导频信号，且还向远站点站发射关于发射导频信号所处的功率的指示。在远站点站处，测量CDMA带宽上的总接收信号功率，并对接收的导频信号进行相对导频强度测量。接着，基于接收的信号功率和相对导频强度测量值来计算接收的导频信号的功率。接着，通过确定发射的导频信号的指示功率与接收的导频信号功率之间的差来进行路径损耗估计。

通过确定扩展频谱“导频”参考信号经历的损耗可促进路径损耗的精确估计。在示范性CDMA通信系统中，每一基站连续发射未经调制的直接序列扩展频谱导频信号。此导频信号允许移动台获取前向CDMA信道的时序，提供用于移动台进行相干解调的相位参考，并提供基站之间信号强度比较的方式以用于确定何时进行移交。在CDMA系统中由每一基站发射的导频信号可使用同一PN码，但具有不同的码相位偏移，意味着由邻近基站发射的PN码相同，但在时间上相对于彼此偏斜。相位偏移允许根据导频信号所发源的基站来彼此区分导频信号。

使用在给定移动单元处进行的一对信号测量来确定来自与所述移动单元通信的基站的由所述移动单元接收的导频信号的功率。特定来说，将导频强度测量值(以dB计)与移动单元接收的总信号功率的测量值(以dBm计)求和，以便确定接收的导频信号的功率。具体来说：

P导频＝Ec/I₀+P总

其中P总是总接收信号功率(dBm)，EC/I₀是导频强度测量值(dB)，且P导频是接收的导频信号的功率。项Ec(每芯片的能量)对应于在一个芯片周期期间的接收的导频信号能量，且项I₀表示CDMA信号带宽中的总接收频谱功率密度。因此可见导频强度测量EC/I₀提供相对于总接收功率的接收导频信号能量功率的指示。

一旦确定接收导频信号的绝对功率P导频，就可使用从基站发射导频信号所处的功率(P_发射导频)的指示来确定基站与移动单元之间的路径损耗。在常规CDMA系统中，除了导频信道外，每一小区站点还发射设置或“同步”信道。此通道使用与导频信道相同的PN序列和相位偏移，且只要正在跟踪导频信道就可对其进行解调。此同步信道尤其载运小区站点识别和小区站点导频PN载波相位偏移。通过此信息，移动台能够建立系统时间。

将有利的是，可基于小区范围或甚至更多地考虑全局网络来计算链路发射器的最佳发射功率电平。

将有利的是，可使用在链路接收器处测得的已知接收功率值来计算上述最佳发射功率电平。

发明内容

对于蜂窝式移动电话的概念来说基础是功率控制过程。为实现较高的容量，CDMA移动电话系统在上行(反向)和下行(前向)链路上均采用功率控制，来解决近端远端问题、角落问题和长期与短期信道变化。

可以了解，如果控制每一无线用户的发射功率，使得服务基站(节点B)的接收器处的信号功率是实现预定信噪比(SNR)所需的最小值，那么可使系统容量最大化。因此，每一功率控制回路的功能应实现用户与服务节点B之间的每个链路的最小SNR，而无需在意此用户发射信号对其它链路产生的影响。如果服务是同质的，那么这种情况是真实的。也就是说，所有用户享用相同质量的服务(QoS)的情况。但如果服务不是同质的，那么此假设可能不是真实的。举例来说，如果用户以不同的数据速率进行发射/接收或具有不同的QoS。考虑(例如)在其小区边缘处发送384 kbps的移动装置。与类似位置的恰好正在进行语音呼叫的用户相比，此移动装置对邻近的小区具有大得多的影响。

换句话说，如果服务是同质的且具有相同的QoS，那么使链路SNR最大化等同于最优化的网络容量。如果网络提供非同质服务(混合模式)，那么必须寻找全局地最小化干扰的方法。认识到非同质服务越来越普遍，本发明全局功率系统提供最优化网络性能的更复杂的方式，其超越了容量问题。

本发明教示一种在CDMA系统中全局控制干扰的系统和方法。所述方法也可扩展到非CDMA系统，例如蓝牙和符合IEEE 802.11和802.15的网络。目的是控制每一无线用户的最大发射功率，使得每一基站(节点B)处的干扰电平不超过预定阈值。从资源管理的观点来看，全局功率控制是重要的。在上行链路上，可通过减小数据速率或减小基站所需的SNR来实现移动最大发射功率的减小。类似地在下行链路上，可通过调节数据速率、调度、分配算法和QoS参数来减小基站发射功率。

因此，本发明提供一种在无线通信装置的网络中用于全局发射功率控制的方法。一般来说，所述方法包括：测量接收装置的接收功率；收集针对接收装置的接收功率测量值；以及响应于收集的接收功率测量值，产生最佳发射功率电平。

举例来说，如果测量基站的接收功率，那么收集针对每一基站的接收功率测量值，且所述方法响应于收集的基站接收功率测量值而产生用于移动台的最佳发射功率电平。或者，可测量和收集网络下行链路中移动台的接收功率，并可响应于收集的移动台接收功率测量值而计算用于基站的最佳发射功率电平。

更具体来说，可针对链路接收装置选择接收功率阈值矩阵(R_th)。接着，可产生用于链路发射装置的最佳发射功率矩阵(P_opt)如下：

P_opt＝L_inv[R_th-N]；

其中L_inv为表示链路路径损耗的矩阵(L)的逆；且

其中N为表示接收装置的热噪声的矩阵。

下文提供上述方法的额外细节以及一种在无线通信装置的网络中使用的全局功率控制系统。

附图说明

图1是在无线通信装置中用于全局发射功率控制的系统的示意方框图。

图2是示范性移动台空中接口的方框图。

图3进一步详细说明图2的接收器。

图4是通用移动电信系统(UMTS)网络结构的示意性方框图。

图5是ad-hoc网络的示意性方框图。

图6是说明用于控制微微网内通信的媒体访问控制(MAC)帧的实例的概念图。

图7是说明终端的一种可能配置的概念方框图。

图8是说明用于在无线通信装置中的全局发射功率控制的方法的流程图。

图9是说明用于在CDMA电话网络中的全局上行链路功率控制的方法的流程图。

图10是无线通信功率控制处理装置的示意性方框图。

具体实施方式

图1是在无线通信装置中用于全局发射功率控制的系统的示意方框图。系统100包括无线通信接收装置。每一接收装置均包含空中接口106，且还可包含用于测量接收功率的测量电路102。也就是说，测量特定信道或频率跨度内的射频(RF)功率。此接收的功率测量包含期望的通信伙伴的发射信号以及“干扰”。此干扰可包含共享信道(频率跨度)的其它装置的发射信号、其它信道中产生的谐波和寄生信号，以及热噪声。应注意，尽管仅展示单个测量电路(嵌入移动台108A内)，但测量电路102可嵌入系统中的每一接收装置内。

控制器104具有连接到接收装置的接口，其用于收集接收功率测量值并产生用于发射装置的最佳发射功率电平。系统100还包含发射装置。每一发射装置均具有连接到控制器104的接口，其用于接收最佳发射功率电平。每一发射装置均具有空中接口106，其用于使用最佳发射功率向接收装置进行发射。可将空中接口106视为天线、收发器和调制/解调电路的组合，但在图中简单地表示为天线。

“接收装置”和“发射装置”的定义取决于所使用的链路，因为每一装置通常执行发射与接收功能两者。为说明本发明的一个方面，图1的系统可假定在多址电话网络中操作。在从移动台108到基站110的上行链路(反向链路)通信中，移动台是发射装置，且基站是接收装置。或者，在从基站110到移动台108的下行链路(前向链路)通信中，基站是发射装置，且移动台是接收装置。应注意，可考虑将移动台108经由BS 110和基站控制器(BSC)112间接介接到控制器104。

图2是示范性移动台空中接口的方框图。可假定此空中接口大体相同于系统中的其它空中接口。空中接口106包含天线和双工器70，其用于收集小区站点发射的信号和辐射移动单元产生的CDMA信号。移动台使用天线和双工器70、模拟接收器72和数字接收器74接收定址到其的导频信号、其它共用信道信号和业务信号。模拟接收器72放大并将接收的RF CDMA信号降频转换为IF，并对IF信号进行滤波。将IF信号输出到模拟到数字(A/D)转换器73，且将所得数字数据提供到数字接收器74进行数字处理。如下文描述，模拟接收器72还包含用于对CDMA带宽中的所接收信号的总功率执行模拟测量的电路。

数字数据接收器74用于对定址到移动单元的接收信号进行解扩频并相关。数字接收器74还将数字业务数据与小区站点所产生的闭合回路功率调节命令分离。将闭合回路功率调节命令数据位发送到控制处理器78。处理器78可为此项技术中众所周知的微处理器，其包括计算装置、存储器和用于产生控制信号的装置。处理器78产生提供到发射器76的发射功率控制命令。数字接收器74还将(例如)数字化编码语音的数据提供到用户数字基带电路82以用于解码和与用户介接。基带电路82包含用于耦合数字接收器74与发射器76内的发射调制器(未图示)的接口硬件。控制处理器78还耦合到显示器80，并通过显示器80向用户产生具有信号强度的用于视觉和/或音频指示的质量指示信号。应注意，可实现本发明系统的其它类型的空中接口设计结构在此项技术中是已知的。

图3进一步详细说明图2的接收器72。在图3中，将来自天线和双工器70的所接收RF信号提供到降频转换器90，在该处将所接收的RF信号转换为IF频率。IF频率信号耦合到带通滤波器92，在该处从信号中移除带外频率分量。

将经滤波的信号从滤波器92输出到对信号进行放大的可变增益IF放大器94。将放大信号从放大器94输出到模拟到数字(A/D)转换器(未图示)用于对信号进行后续的数字信号处理操作。放大器94的输出还耦合到功率测量电路96。功率测量电路96产生指示总宽带接收信号功率的接收信号强度信号P总。将此信号P总提供到控制处理器78，在该处其如下文所述用以估计移动台与通信BS之间的路径损耗。

返回图1，BSC 112和未图示的其它网络元件控制从公共交换电话网络(PSTN)到适当的小区站点的电话呼叫的路由以便发射到适当的移动台(MS)。BSC 112还控制从移动台经由至少一个小区站点到PSTN的呼叫的路由。BSC 112可经由适当的小区站点在移动用户之间引导呼叫，因为此类移动单元通常不会彼此直接通信。BSC 112可通过各种装置(例如专用电话线、光纤链路)或通过无线电频率通信耦合到BS 110A和110B。

在系统的第一方面中，接收装置是基站110，且控制器104与第一基站(BS)110A相关联。如图示，控制器104与基站控制器(BSC)112一起驻留，且BSC 112介接到第一BS 110A以及第二BS 110B。然而，控制器104无需一定如图所示而定位。控制器104可驻留在系统100内的任何地方，且仅需要与基站110直接或间接通信。在未图示的其它方面中，控制器104可与特定BS、多个BS、特定移动台或多个移动台一起驻留。

在此第一方面中，发射装置是由第一基站110A(区段A)服务的移动台108A、108B和108C。还图示由第二BS 110B(区段B)服务的移动台10SD和10SE。同样，在系统100的第二方面中，接收装置是移动台108且发射装置是服务移动台108的基站110。

控制器104使用链路接收装置与链路发射装置之间路径损耗的计算，并响应于路径损耗计算产生最佳发射功率电平，以及其它因数。上文已提出用于计算此路径损耗的系统和方法。因此，在一个方面中，控制器104可在从特定链路中的接收装置收集接收的功率测量值之后计算路径损耗。尽管在使用导频信号的CDMA电话网络的情形中提出此计算方法，但应认识到，相同的原理可应用于使用导频信号或产生可以类似方式用于计算路径损耗的信号的任何网络协议。在系统的一个方面中，假定互易性，使得计算的下行链路路径损耗用于上行链路路径损耗。

或者，控制器104可接收由系统中另外某个单元(未图示)产生或使用另外某种方法产生的路径损耗计算。系统不限于任何特定的计算方式。因此，系统不限于任何特定的通信协议，且适合用在任何电话网络中，包含CDMA和全球移动通信系统(GSM)电话网络。

更具体来说，控制器104选择或接收预定的接收功率阈值矩阵(R_th)并产生用于链路发射装置的最佳发射功率矩阵(P_opt)如下：

P_opt＝L_inv[R_th-N]；

其中L_inv是表示链路路径损耗的矩阵(L)的逆，且N表示接收器热噪声。应注意，在某些方面中，可假定接收器热噪声数，并应用于所有的功率计算。

相对于下行链路通信，控制器104选择移动台接收功率阈值矩阵(Rm_th)。矩阵表示由移动台108A、108B、108C、108D和108E中的某些或全部所测量的接收功率电平。控制器104产生用于基站110A和110B的最佳发射功率矩阵(Pb_opt)如下：

Pb_opt＝L_dinv[Rm_th-N_m]；

其中L_dinv是表示下行链路路径损耗的矩阵(L_d)的逆；且

其中Nm是表示移动台接收器的热噪声的矩阵。

相对于上行链路通信，控制器104选择基站接收功率阈值矩阵(Rb_th)。举例来说，矩阵表示在基站110A和110B处测量的接收功率电平。控制器产生用于每一移动台(108A到108E)的最佳发射功率矩阵(Pm_opt)如下：

Pm_opt＝L_uinv[Rb_th-Nb]；

其中L_uinv是表示上行链路路径损耗的矩阵(L_u)的逆；且

其中Nb是表示基站接收器的热噪声的矩阵。

一般来说，系统100可操作以使得接收装置响应于以最佳发射功率电平发射的发射装置而以最小接收功率电平操作。或者，认识到系统提供非同质服务，控制器104可起作用以向某些通信装置给出优先处理。控制器104可将发射第一移动台108A的最佳发射功率与最大功率阈值进行比较，并响应于所述比较而修改提供到移动台108A的服务。

举例来说，控制器104可响应于功率阈值比较而发送将第一移动台108A从由第一基站110A服务转移为由在邻近第一基站110A的区段中的第二基站110B服务的指令。这可能是已确定第一移动台108A与具有较高QoS的另一移动台有干扰的情况。或者，控制器104可响应于比较而发送用于拒绝对第一移动台108A的第一基站服务的指令。

应了解，上述系统100可用于纯上行链路全局功率控制，纯下行链路功率控制，或用于上行链路与下行链路路径两者中的功率控制。还应了解，可在不使用每个可能的接收功率测量的情况下执行最佳发射功率计算。也就是说，认识到其贡献很小，可将某些矩阵变量设定为零以加速计算。同样，可仅用报告接收功率测量值的接收装置的一部分来实现系统。

图4是通用移动电信系统(UMTS)网络结构的示意性方框图。UMTS是从GSM演变的第三代蜂窝式网络协议，并入有CDMA发射技术。UMTS由三个相互作用的域组成：核心网络(CN)、UMTS陆地无线电访问网络(UTRAN)和用户设备(UE)。核心网络的主要功能是为用户业务提供交换、路由和运送。核心网络还含有数据库和网络管理功能。

UMTS的基本核心网络结构是基于具有通用包无线电服务(GPRS)的GSM网络。所有设备必须经修改以用于UMTS操作和服务。UTRAN(UMTS陆地无线电访问网络)提供用于用户设备的空中接口访问方法。基站称为节点B，且用于节点B的控制设备称为无线电网络控制器(RNC)。网络必须知道UE的近似位置以便进行寻呼。下文是从最大到最小的系统区域的列表：

UMTS系统(包含卫星)

公共陆地移动网络(PLMN)

MSC/VLR或SGSN

定位区域

路由区域(PS域)

UTRAN登记区域(PS域)

小区

子小区。

UMTS提供电话服务(例如语音或SMS)和承载服务，所述服务提供在访问点之间的信息转移的能力。可能在会话或连接建立时和在进行中会话或连接期间协商和重新协商承载服务的特性。为点到点和点到多点通信提供连接定向和无连接服务两者。

承载服务对于最大转移延迟、延迟变化和位误差率具有不同的QoS参数。提供的数据速率目标是：

144千位/秒，卫星和乡下室外

384千位/秒，城市室外

2048千位/秒，室内和低范围室外。

UMTS网络服务具有不同的QoS类别用于四种类型的业务：

对话类别(语音、视频电话、视频游戏)

流类别(多媒体、视频点播、网络广播)

交互式类别(网页浏览、网络游戏、数据库访问)

后台类别(邮件、SMS、下载)。

在上行链路路径中操作的CDMA电话网络(理解为包含3G GSM(UMTS)网络)的情形中，基站110(接收装置)通常称为节点B装置，移动台108(发射装置)称为用户设备(UE)装置，且BSC称为RCN，如下文更详细解释。在下行链路路径中，UE 108是接收装置且节点B装置108是发射装置。

图5是ad-hoc网络的示意性方框图。ad-hoc网络的实例包含蓝牙或一般符合IEEE802.15的无线个人区域网络(WPAN)网络，例如超宽带(UWB)网络。蓝牙和UWB网络均共享作为低功率网络的特性，且设想用在“个人空间”中，例如办公室、房间或汽车。例如IEEE 802.11无线局域网络(WLAN)的其它网络也可配置为ad-hoc或基础结构网络。与IEEE 805.15或蓝牙网络相比，802.11网络以较大功率电平操作且期望覆盖较大的地理区域。应了解，全局功率控制发明已应用任意类型的ad-hoc网络。尽管下文的论述着重于ad-hoc网络，但其也应用于其中终端角色和位置被预界定或为恒定的基础结构网络。

图1和图4的无线通信网络是以遍及一地理区域而分散的、细分为称为小区的较小区域的多个固定站点基站来实施的访问网络。每一基站可经配置以在其各自小区中服务移动台。

与常规访问网络相比，ad-hoc网络是动态的。当许多无线通信装置(常称为终端)联合在一起形成网络时，可形成ad-hoc网络。ad-hoc网络中的终端可作为主机或路由器而操作。因此，ad-hoc网络可容易地经重新配置而以更有效的方式满足现有的业务需求。没有分配的网络角色、建立的上行/下行链路以及相关联的内部/外部回路功率控制程序的情况下，本发明的全局功率控制系统的应用对于ad-hoc网络来说是关键的。

示范性网络500包括至少一个微微网(piconet)502。如本文使用，“微微网”是以ad-hoc方式使用无线技术连接的通信装置或终端的集合。终端可为静止的或运动的。术语“终端”期望涵盖各种类型的通信装置，包含蜂窝式、PCS、无线或陆上线路电话、个人数据助理(PDA)、膝上型计算机、外部或内部调制解调器、PC卡以及其它类似装置。各种终端可使用任何常规调制格式彼此通信。为了简洁起见，上述术语期望一般地应用于所有网络类型的论述。

可以多种方法形成微微网。例如，当终端初始加电时，其可能搜索来自微微网主终端的导频信号。由每一微微网主终端广播的导频信号可能为未经调制的扩展频谱信号或另外某个参考信号。在扩展频谱配置中，对每一微微网主终端来说唯一的伪随机噪声(PN)码可用于扩展导频信号。使用相关过程，终端可搜索可能的PN码以识别具有最强导频信号的主终端。如果以充足的信号强度接收最强的导频信号以支持最小数据速率，那么终端可尝试通过向主终端登记来加入微微网。

终端可能因为没有主终端而不能找到导频信号。在某些情况下，终端可能不能找到具有充足信号强度的导频信号来支持最小数据速率。这可能起因于任意多种原因。例如，终端可能离主终端太远。或者，传播环境可能不足以支持必需的数据速率。在任一情况下，终端可能不能加入现有的微微网，且因此可能通过发射其自身的导频信号而作为隔离的终端开始操作。隔离的终端可变为新的微微网的主终端。能够接收具有充足强度的从隔离的终端广播的导频信号的其它终端可尝试获得所述导频信号并加入此隔离的终端的微微网。

图6是说明用于控制微微网内通信的媒体访问控制(MAC)帧的实例的概念图。主终端可负责调度微微网内通信。这可通过使用占用帧内各个时隙(例如时隙208和210)的一个或一个以上额外扩展频谱控制信道来完成。这些额外的控制信道可由主终端广播到所有成员终端且包含各种调度信息。调度信息可包含用于在微微网内终端之间通信的时隙分配。如图示，可从帧202的数据槽部分212选择这些时隙。也可包含额外的信息，例如用于终端之间每一通信的功率电平和数据速率。主终端也可使用CDMA方案在任意给定时隙中向任意数目的终端对给予发射机会。在此情况下，调度信息也可分配将用于终端之间个别通信的扩展代码。也可向导频信号分配特定的时隙。

图7是说明终端的一种可能配置的概念方框图。所属领域的技术人员将了解，终端的准确配置可视特定应用和总的设计约束而变化。可以耦合到天线304的前端收发器302来实施终端。基带处理器306可耦合到收发器302。基带处理器306可以基于软件的结构或任何其它类型的结构来实施。微处理器可用作平台以运行尤其提供执行控制和总系统管理功能的软件程序，所述功能允许终端作为微微网中的主终端或成员终端进行操作。可以运行应用特定算法以减少对微处理器的处理需求的嵌入通信软件层来实施数字信号处理器(DSP)。DSP可用于提供各种信号处理功能，例如导频信号获取、时间同步、频率跟踪、扩展频谱处理、调制和解调功能以及前向纠错。

微微网502a包含主终端504a和至少一个从终端506。展示从装置506a和506b。主装置504a可使用任何常规的多址方案，例如CDMA、时分多址(TDMA)或频分多址(FDMA)，来向从装置506a和506b进行通信。当两个微微网接近地定位时功率控制变为重要问题，因为一个微微网中的通信可视为另一微微网中的干扰。展示具有主装置504b、从装置506c和506d的第二微微网502b。在所示的某些方面中，终端可为两个微微网的成员。在蓝牙术语中，此布置称为分散网(scatternet)。如图示，从装置506b为微微网502a和502b两者的成员。或者，具有主装置504a和从装置506e的第三微微网502c展示为接近于微微网502a。

本发明功率控制系统对ad-hoc网络500的应用可理解为类似于图1的CDMA网络，其中从终端506等同于图1的MS，且主终端502等同于BS。等同于图1的控制器的控制器512图示为嵌入有主装置502a。控制器导出用于发射从终端链路以及发射主终端链路的最佳发射功率电平。在某些方面中，所述装置中的任一者均可有资格执行控制器功能，且基于ad-hoc来选择控制器512的位置。或者，基于硬件、存储器、处理器速度和功率消耗限制，所述装置的子集可有资格执行控制器功能。无论嵌入在哪里，控制器512均使用与上文在图1的解释中提出的算法相同的算法来导出最佳发射功率电平，在此为了简洁起见而不再重复。

如上所述，ad-hoc网络也可使用导频信号，在此情况下可使用与图1的CDMA网络相同的方法进行路径损耗计算。然而如早先所注释，全局功率控制系统不取决于任何特定的计算路径损耗的方法。

功能描述

在系统容量(同时呼叫的数目)由系统可容许的干扰量决定的意义上来说，CDMA是干扰有限的系统。在上行链路上，干扰量取决于来自小区内或小区外的每一用户的接收信号电平。必须控制无线单元的输出功率以便保证在基站处接收足够的信号强度以维持良好的信号质量。类似地，在下行链路上，干扰量取决于来自不同节点B(BS)及其负载的功率。

尽管在UMTS网络的情形中解释以下分析，但其可应用于上述网络中使用共享通信信道的调制协议的任一网络，所述调制协议例如为直接序列(DS)扩展频谱、正交频分复用(OFDM)和甚至回避型扩展频谱系统，例如跳频和跳时。

上行链路情境

假定存在M个无线用户(UE)和K个节点B。节点i处的接收功率为

${\mathrm{Rb}}_i={\mathrm{Nb}}_i+\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Pm}}_j{L}_{\mathrm{ji}},i=1,...,K---\left(1\right)$

其中Nb_i为热噪声，P_j为第j个UE发射功率，且L_ji为第j个UE与第i个节点之间的路径损耗。

这组线性方程可写成以下矩阵形式

Rb＝Nb+L*Pm (2)

其中，

$\mathrm{Rb}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{Rb}}_1\\ {\mathrm{Rb}}_2\\ ...\\ {\mathrm{Rb}}_K\end{array}\right]$ $\mathrm{Nb}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{Nb}}_1\\ {\mathrm{Nb}}_2\\ ...\\ {\mathrm{Nb}}_K\end{array}\right]$

$L=\left[\begin{array}{cccc}{L}_{11}& L_{12}& ...& L_{1M}\\ L_{21}& L_{22}& ...& L_{2M}\\ ...& ...& ...& ...\\ L_{K1}& L_{K2}& ...& L_{\mathrm{KM}}\end{array}\right]$ $P=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{Pm}}_1\\ {\mathrm{Pm}}_2\\ ...\\ {\mathrm{Pm}}_M\end{array}\right]$

目的是求解一组UE发射功率，使得节点B接收功率向量Rb≤Rb_th。可使用线性编程来解决此问题。在M＝K的情况下，线性方程的系统产生以下解：

Pm_opt＝L_inv[Rb_th-Nb] (3)

其中L_inv为路径损耗矩阵的逆。

因此，为了管理全局接收功率(干扰)，服务和漂移的RNC必须以证明方程(3)的方式使用每一链路的外部回路功率控制。在UMTS中，由UE测量每一用户上行链路的路径损耗。可将此信息发送回RNC以便计算相反路径损耗矩阵。

下行链路情境

第j个UE处的接收功率为

${\mathrm{Rm}}_j={\mathrm{Nm}}_j+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Pb}}_j{L}_{\mathrm{ij}},j=1,...,M---\left(4\right)$

其中Nm_j为第j个UE的热噪声，Pb_i为第i个节点B发射功率，L_ij为第i个UE与第j个节点之间的路径损耗。

这组线性方程可写成以下矩阵形式

Rm＝Nm+L*Pb (5)

其中，

$\mathrm{Rm}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{Rm}}_1\\ {\mathrm{Rm}}_2\\ ...\\ {\mathrm{Rm}}_M\end{array}\right]$ $\mathrm{Nm}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{Nm}}_1\\ {\mathrm{Nm}}_2\\ ...\\ {\mathrm{Nm}}_M\end{array}\right]$

$L=\left[\begin{array}{cccc}{L}_{11}& L_{12}& ...& L_{1K}\\ L_{21}& L_{22}& ...& L_{2K}\\ ...& ...& ...& ...\\ L_{M1}& L_{M2}& ...& L_{\mathrm{MK}}\end{array}\right]$ $\mathrm{Pb}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{Pb}}_1\\ {\mathrm{Pb}}_2\\ ...\\ {\mathrm{Pb}}_K\end{array}\right]$

目的是求解一组移动发射功率，使得接收功率向量Rm≤Rm_th。可使用线性编程来解决此问题。在M＝K的情况下，线性方程的系统产生以下解：

解为

Pb_opt＝L_inv[Rm-Nm] (6)

其中L_inv为路径损耗矩阵的逆。

也就是说，为了管理全局接收功率(干扰)，服务和漂移的RNC必须以证明方程(3)的方式使用每一用户下行链路的外部回路功率控制。在UMTS中，由UE测量每一链路的路径损耗。可将此信息发送回RNC以便计算相反路径损耗矩阵。

图8是说明用于在无线通信装置中的全局发射功率控制的方法的流程图。尽管为了清楚而将方法描绘为一系列编号的步骤，但不应从编号中推断任何次序，除非明确规定。应了解，可跳过、并行执行或在不要求保持严格的序列次序的情况下执行这些步骤中的某些步骤。也可在上文图1到7的解释的情形中理解方法的细节。方法开始于步骤800。

步骤802测量无线通信接收装置的接收功率。尽管使用电话术语一般地描述方法，但可在CDMA电话、GSM电话、IEEE 802.1x无线网络、在并入CDMA物理层的电话网络(例如UMTS)中以及在UWB和ad-hoc网络(例如由IEEE 802.15描述)和蓝牙网络中执行步骤802。步骤804收集用于接收装置的接收功率测量值，并接受接收功率阈值的值集合。步骤806计算接收装置与发射装置之间的路径损耗。步骤808响应于收集的接收功率测量和接收的功率阈值而产生用于发射装置的最佳发射功率电平。在一个变化中，另一步骤(步骤809)响应于产生用于发射装置的最佳发射功率电平而使到达接收装置的接收功率电平最小化。也就是说，作为对使用产生的最佳功率电平的响应，使频带中的总干扰级最小化。

在一个方面中，在步骤802中测量接收装置的接收功率包含测量网络上行链路中基站的接收功率。接着，步骤804收集用于每一基站的接收功率测量值，且步骤808响应于收集的基站接收功率测量值而产生用于移动台的最佳发射功率电平。

在另一方面中，在步骤802中测量接收装置的接收功率包含测量网络下行链路中移动台的接收功率。接着，步骤804收集用于每一移动台的接收功率测量值，且步骤808响应于收集的移动台接收功率测量值而产生用于基站的最佳发射功率电平。

在一个方面中，步骤807选择用于链路接收装置的接收功率阈值矩阵(R_th)。接着，在步骤808中产生链路发射装置的最佳发射功率电平包含产生用于链路发射装置的最佳发射功率的矩阵(P_opt)如下：

P_opt＝L_inv[R_th-N]；

其中L_inv为表示链路路径损耗的矩阵(L)的逆；且

其中N为表示接收装置的热噪声的矩阵。

在另一方面中，步骤807b选择移动台接收功率阈值矩阵(Rm_th)。接着，步骤808产生用于基站的最佳发射功率的矩阵(Pb_opt)如下：

Pb_opt＝L_dinv[Pm_th-Nm]；

其中L_dinv为表示下行链路路径损耗的矩阵(L_d)的逆；且

其中Nm为表示移动台接收器的热噪声的矩阵。

或者，步骤807b选择基站接收功率阈值矩阵(Rb_th)。接着，步骤808产生用于移动台的最佳发射功率的矩阵(Pm_opt)如下：

Pm_opt＝L_uinv[Rb_th-Nb]；

其中L_uinv为表示上行链路路径损耗的矩阵(L_u)的逆；且

其中Nb为表示基站接收器的热噪声的矩阵。

在方法的不同方面中，步骤810将发射第一移动台的最佳发射功率与最大功率阈值进行比较。接着，步骤812响应于所述比较而将第一移动台从由第一基站服务转移为由在邻近第一基站的区段中的第二基站服务。或者，步骤812可响应于所述比较而拒绝对第一移动台的第一基站服务。步骤810的比较过程推断发生估计第一移动台对系统的总体影响的操作。接着，在步骤812中，基于某种干扰标准/度量做出关于交换服务或拒绝服务的决定。也就是说，决定可涉及计算两个不同的情境以查看从总干扰的观点来看哪种情境是最佳的。

图9是说明用于在CDMA电话网络中的全局上行链路功率控制的方法的流程图。方法开始于步骤900。步骤902提供UE与节点B装置之间的上行链路路径损耗矩阵(L_u)。步骤904选择节点B接收功率阈值矩阵(Rb_th)。步骤906产生用于UE的最佳发射功率的矩阵(Pm_opt)如下：

Pm_opt＝L_uinv[Rb_th-Nb]。

相对于下行链路，步骤902提供节点B与UE装置之间的下行链路路径损耗矩阵(L_d)。步骤904选择UE接收功率阈值矩阵(Rm_th)，且步骤906产生用于节点B的最佳发射功率的矩阵(Pb_opt)如下：

Pb_opt＝L_dinv[Rm_th-Nm]。

图10是无线通信功率控制处理装置的示意性方框图。装置1000包括用于接受接收功率测量值的在线接口1002，和用于收集接收功率测量值的存储器1004。装置1000进一步包括用于接受接收功率阈值和路径损耗的在线接口1006。计算器1008响应于接收的功率阈值和路径损耗而产生最佳发射功率电平。装置还包含用于供应最佳发射功率电平的在线接口1012。

如上文详细注释，计算器1008接受呈接收功率阈值矩阵(R_th)形式的接收功率阈值和呈路径损耗矩阵(L)形式的路径损耗。计算器产生最佳发射功率矩阵(P_opt)如下：

P_opt＝L_inv[R_th-N]；

其中L_inv为表示链路路径损耗的矩阵(L)的逆，且N表示接收器热噪声。

已提出一种用于在无线通信网络中的全局功率控制的系统和方法。给出CDMA、UMTS和ad-hoc网络的实例以说明本发明。然而，本发明不限于任何特定的网络协议。给出用于确定CDMA网络中的上行链路和下行链路路径损耗的特定机制的实例。然而，系统不限于用于确定路径损耗的任何特定算法。所属领域的技术人员将了解本发明的其它变化以及实施例。

Claims (16)

1.一种用于全局发射功率控制的无线通信装置，所述装置包括：

用于测量至少一个接收装置的所接收功率的装置；

用于计算到达所述至少一个接收装置的路径损耗的装置；

用于收集所接收功率测量值的装置；

用于选择用于所述至少一个接收装置的所接收功率阈值矩阵（R_th）的装置；以及

用于响应于所述收集的所接收功率测量值和所述所接收的功率阈值矩阵，产生用于与所述至少一个接收装置进行通信的最佳发射功率电平的装置，其中所述用于产生所述最佳发射功率电平的装置包含产生最佳发射功率矩阵（P_opt）如下：

P_opt=L_inv[R_th-N]；

其中L_inv为表示链路路径损耗的矩阵（L）的逆矩阵；且

其中N为表示所述接收装置的热噪声的矩阵。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述用于测量所述所接收功率的装置包含测量基站的所接收功率；且

其中所述用于收集所述所接收功率测量值的装置包含收集针对多个基站的所接收功率测量值。

3.根据权利要求2所述的装置，其进一步包括：

其中所述矩阵R_th=Rb_th，Rb_th是基站所接收功率阈值矩阵（Rb_th）；

其中L_inv=L_uinv，L_uinv为表示上行链路路径损耗的矩阵（L_u）的逆矩阵；且

其中N=Nb，Nb为表示基站接收器的热噪声的矩阵。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述用于测量所述所接收功率的装置包含测量用于移动台的所接收功率；且

其中所述用于收集所述所接收功率测量值的装置包含收集针对多个移动台的所接收功率测量值。

5.根据权利要求4所述的装置，其进一步包括：

其中所述矩阵R_th=Rm_th，Rm_th是移动台所接收功率阈值矩阵（Rm_th）；

其中L_inv=L_dinv，L_dinv为表示下行链路路径损耗的矩阵（L_d）的逆矩阵；且

其中N=Nm，Nm为表示移动台接收器的热噪声的矩阵。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述用于测量所述所接收功率的装置包含测量无线网络中的接收装置的所接收功率，所述无线网络选自由以下网络组成的群组：码分多址（CDMA）电话、全球移动通信系统（GSM）电话、IEEE802.11x、IEEE802.15x、超宽带（UWB）和蓝牙无线网络。

7.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括：

用于响应于产生所述最佳发射功率电平，使到达所述接收装置的所接收功率电平最小化的装置。

8.一种用于全局发射功率控制的无线通信装置，其包括：

用于收集所接收功率测量值的装置；

用于计算从发射装置的路径损耗的装置；

用于选择所接收功率阈值矩阵（R_th）的装置；

以及

用于响应于所述收集的所接收功率测量值和所述所接收的功率阈值矩阵而产生用于所述发射装置最佳发射功率电平的装置，其中用于产生所述最佳发射功率电平的装置包含产生最佳发射功率矩阵（P_opt）如下：

P_opt=L_inv[R_th-N]；

其中L_inv为表示链路路径损耗的矩阵（L）的逆矩阵；且

其中N为表示接收器热噪声的矩阵。

9.根据权利要求8所述的装置，

其中用于收集所接收功率测量值的装置包含收集针对多个基站的所接收功率测量值。

10.根据权利要求9所述的装置，其进一步包括：

其中所述矩阵R_th=Rb_th，Rb_th是基站所接收功率阈值矩阵（Rb_th）；

L_inv=L_uinv，L_uinv为表示上行链路路径损耗的矩阵（L_u）的逆矩阵；且

其中N=Nb，Nb为表示基站接收器的热噪声的矩阵。

11.根据权利要求8所述的装置，

其中用于收集所接收功率测量值的装置包含收集针对多个移动台的所接收功率测量值。

12.根据权利要求11所述的装置，其进一步包括：

其中所述矩阵R_th=Rm_th，Rm_th是移动台所接收功率阈值矩阵（Rm_th）；

其中L_inv=L_dinv，L_dinv为表示下行链路路径损耗的矩阵（L_d）的逆矩阵；且

其中N=Nm，Nm为表示移动台接收器的热噪声的矩阵。

13.根据权利要求8所述的装置，其中用于产生用于所述发射装置的最佳发射功率电平的装置包含产生用于在无线网络中操作的发射装置的最佳发射功率，所述无线网络选自由以下网络组成的群组：码分多址（CDMA）电话、全球移动通信系统（GSM）电话、IEEE802.11x、IEEE802.15x、超宽带（UWB）和蓝牙无线网络。

14.根据权利要求8所述的装置，其进一步包括：

用于响应于产生所述最佳发射功率电平，使到达所述接收器的所接收功率电平最小化的装置。

15.一种在码分多址（CDMA）电话网络中用于全局上行链路功率控制的装置，所述装置包括：

用于在用户设备（UE）与节点B装置之间提供上行链路路径损耗矩阵（L_u）的装置；

用于选择节点B所接收功率阈值矩阵（Rb_th）的装置；以及

用于产生用于UE的最佳发射功率的矩阵（Pm_opt）的装置，所述最佳发射功率的矩阵如下：

Pm_opt=L_uinv[Rb_th-Nb]；

其中L_uinv为矩阵L_u的逆矩阵；且

其中Nb为表示节点B接收器的热噪声的矩阵。

16.一种在码分多址（CDMA）电话网络中用于全局下行链路功率控制的装置，所述装置包括：

用于在节点B与用户设备（UE）装置之间提供下行链路路径损耗矩阵（L_d）的装置；

用于选择UE所接收功率阈值矩阵（Rm_th）的装置；以及

用于产生用于节点B的最佳发射功率的矩阵（Pb_opt）的装置，所述最佳发射功率的矩阵如下：

Pb_opt=L_dinv[Rm_th-Nm]；

其中Nm为表示UE接收器的热噪声的矩阵；且

其中L_dinv为矩阵L_d的逆矩阵。