DE69633005T2 - Leistungsregelungsverfahren und- vorrichtung für ein mobiles kommunikatiossystem - Google Patents
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Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- I. Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kommunikationssysteme. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein neues und verbessertes Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Übertragungsleistung bzw. Sendeleistung in einem mobilen Kommunikationssystem.
- II. Beschreibung des Standes der Technik
- Die Verwendung von Codemultiplexvielfachzugriffs- bzw. CDMA-Modulationstechniken (CDMA = Code Division Multiple Access) ist eine von mehreren Techniken, die Kommunikationen ermöglichen, bei denen eine große Anzahl von Systembenutzern vorliegen. Andere Vielfachzugriffskommunikationssystemtechniken, wie z. B. Zeitmultiplexvielfachzugriff (Time Division Multiple Access = TDMA) und Frequenzmultiplex-Vielfachzugriff (Frequency Division Multiple Access = FDMA) sind auf dem Fachgebiet bekannt. Die Verwendung der Spreizspektrummodulationstechnik bzw. spread spectrum Modulationstechnik des CDMA hat signifikante Vorteile gegenüber diesen Modulationstechniken der Vielfachzugriffskommunikationssysteme. Die Verwendung von CDMA-Techniken in einem Vielfachzugriffskommunikationssystem ist in dem US Patent Nr. 4,901,307, betitelt „SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS", was dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugewiesen ist, offenbart.
- Die Verwendung von CDMA-Techniken in einem Vielfachzugriffskommunikationssystem ist weiterhin in dem US Patent Nr. 5,103,459, betitelt „SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING SIGNAL WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", was dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugewiesen ist, offenbart.
- CDMA bietet aufgrund seiner Grundform eines Breitbandsignals eine Form von Frequenz-Diversity bzw. -Vielseitigkeit durch Spreizen der Signalenergie über eine breite Bandbreite. Daher beeinflusst frequenzselektives Fading bzw. Schwund nur einen kleinen Teil der CDMA-Signalbandbreite. Raum- oder Weg-Diversity wird durch Vorsehen mehrerer Signalwege durch gleichzeitige Links bzw. Verbindungen von einem Mobilbenutzer über zwei oder mehrere Zellstandorte erreicht. Weiterhin kann Weg-Diversity durch Ausnutzen einer Mehrwege-Umgebung durch Spreizspektrumverarbeitung erlangt werden, und zwar dadurch dass es einem Signal, das mit unterschiedlichen Ausbreitungsverzögerungen ankommt, erlaubt wird, separat empfangen und verarbeitet zu werden. Beispiele für Weg-Vielseitigkeit sind in dem US Patent Nr. 5,101,501, betitelt „METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING A SOFT HANDOFF IN COMMUNICATIONS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", und US Patent Nr. 5,109,390, betitelt „DIVERSITY RECEIVER IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", die beide dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugewiesen sind, offenbart.
- Ein Verfahren zur Übertragung von Sprache in Digitalkommunikationssystemen, das spezielle Vorteile in der Erhöhung der Kapazität bei gleichbleibender hoher Qualität der wahrgenommenen Sprache bietet, verwendet Sprachkodierung mit variabler Rate. Das Verfahren und Vorrichtung hinsichtlich eines besonders nützlichen Sprachkodierers mit variabler Rate wird in der ebenfalls anhängigen Patentanmeldung Seriennummer 08/004,484 beschrieben, die eine Continuation-Anmeldung der U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 07/713,661 ist, eingereicht am 11. Juni 1991, betitelt „VARIABLE RATE VOCODER", und dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugewiesen.
- Die Verwendung von einem Sprachkodierer mit variabler Rate liefert Datenrahmen mit maximaler Sprachdatenkapazität, wenn die Sprachkodierung Sprachdaten mit einer maximalen Rate vorsieht. Wenn ein Sprachkodierer mit variabler Rate Sprachdaten mit einer geringeren als der maximalen Rate vorsieht, liegt eine Überschusskapazität in den Übertragungsrahmen vor. Ein Verfahren um zusätzliche Daten im Übertragungsrahmen mit einer festgelegten, vorbestimmten Größe zu senden, wobei die Datenquelle für die Datenrahmen die Daten mit einer variablen Rate vorsieht, wird im Detail in der ebenfalls anhängigen US Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/171,146 beschrieben, die eine Continuation-Anmeldung der US Patentanmeldung Seriennummer 07/822,164, eingereicht am 16. Januar 1992, betitelt „METHOD AND APPARATUS FOR THE FORMATTING OF DATA FOR TRANSMISSION", die dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugewiesen ist, offenbart.
- In der oben erwähnten Patentanmeldung wird ein Verfahren und Vorrichtung zum Kombinieren von Daten verschiedener Typen von verschiedenen Quellen in einem Datenrahmen für die Übertragung offenbart.
- In Rahmen, die weniger Daten als eine vorbestimmte Kapazität enthalten, kann der Leistungsverbrauch durch Übertragungs-Ansteuerung bzw. -Gating eines Sendeverstärkers verringert werden, so dass nur Teile des Rahmens, die Daten enthalten, gesendet werden. Weiterhin können Nachrichtenkollisionen in einem Kommunikationssystem reduziert werden, wenn die Daten aufgrund eines vorbestimmten pseudostatistischen Zufallsprozesses in den Rahmen platziert werden. Ein Verfahren und Vorrichtung zum Gating der Übertragung und zum Positionieren der Daten in dem Rahmen wird in der US Patentanmeldung Seriennummer 08/194,823 offenbart, die eine Continuation-Anmeldung der US Patentanmeldung Seriennummer 07/846,312 ist, eingereicht am 5. März 1992, betitelt „DATA BURST RANDOMIZER", dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugewiesen.
- Ein nützliches Verfahren zur Leistungssteuerung einer Mobileinheit in einem Kommunikationssystem ist es, die Leistung des von der Mobilstation empfangenen Signals an der Basisstation zu überwachen. Die Basisstation sendet ansprechend auf den überwachten Leistungspegel Leistungssteuerungsbits (power control bits) an die Mobilstation, und zwar in regulären Intervallen. Ein Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Sendeleistung auf diese Art und Weise wird in dem US Patent Nr. 5,056,109, betitelt „METHOD AND APPARATUS FOR CONT ROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", das dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugewiesen ist, offenbart.
- In einem Kommunikationssystem, das Daten unter Verwendung eines QPSK-Modulationsformats vorsieht, können dadurch, dass das Kreuz- oder Vektorprodukt der I und Q Komponenten des QPSK-Signals gebildet wird, äußerst nützliche Informationen erhalten werden. Durch Kenntnis der relativen Phase der zwei Komponenten kann man ungefähr die Geschwindigkeit der Mobilstation in Beziehung zu der Basisstation bestimmen. Eine Beschreibung einer Schaltung zum Bestimmen des Vektorprodukts der I und Q Komponenten in einem QPSK-Modulationskommunikationssystem ist in der US Patentanmeldung Seriennummer 07/981,034, eingereicht am 24. November 1992, betitelt „PILOT CARRIER DOT PRODUCT CIRCUIT", die dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugewiesen ist, offenbart.
- Gemäß einer alternativen kontinuierlichen Übertragungsstrategie werden, wenn die Datenrate geringer ist als das vorbestimmte Maximum, die Daten innerhalb des Rahmens wiederholt, so dass die Daten die volle Kapazität des Datenrahmens belegen. Wenn eine solche Strategie verwendet wird, kann der Leistungsverbrauch und die Interferenz gegenüber anderen Benutzern während Datenübertragungsperioden, in denen das vorbestimmte Maximum unterschritten wird, reduziert werden, und zwar durch Reduzierung der Leistung, mit der der Rahmen gesendet wird. Diese reduzierte Übertragungsleistung wird durch die Redundanz in dem Datenstrom kompensiert und dies kann Reichweitenvorteile bei einer festgelegten maximalen Sendeleistung offerieren.
- Ein Problem, das bei der Steuerung der Sendeleistung in Strategien mit kontinuierlicher Übertragung auftritt, ist es, dass der Empfänger die Übertragungs- bzw. Senderate a priori nicht kennt und damit den Leistungspegel, der empfangen werden sollte, nicht kennt. Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Sendeleistung in einem Kommunikationssystem mit kontinuierlicher Übertragung (continuous transmission communication system).
- Weiterhin wird auf das Dokument WO-A-94 06218 aufmerksam gemacht, die ein Verfahren und System zur Leistungsregulierung in einem Telekommunikationssystem offenbart, bei dem die empfangene Leistung mit einem Zielwert an einer empfangenen Station verglichen wird, um die Leistung der sendenden Station periodisch oder nicht periodisch anzupassen. Eine Berechnung der Signalstärke, die an der sendenden Station benötigt wird, kann entweder an der sendenden oder empfangenden Station ausgeführt werden, und zwar unter Verwendung des Wegverlustes zwischen den jeweiligen Stationen. Der Zielwert kann eine Konstante oder eine Funktion des Wegverlustes zwischen der sendenden und empfangenden Station sein.
- Es wird außerdem auf die
US 5,128,965 aufmerksam gemacht, die ein digitales Funkverbindungssystem und ein Verfahren zum Anpassen der Sendeleistung in einem Digitalfunkverbindungssystem offenbart. Das System weist an einem Empfangsende erste Mittel zum Überwachen der Fehlerratenschätzung und zum Erzeugen eines ersten Steuersignals, wenn die Fehlerratenschätzung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, auf. Auf einer Sendeseite des Systems weist das System Mittel zum Anpassen der Sendeleistung auf, wobei diese Mittel auf das Auftreten des ersten Steuersignals durch Erhöhen der Sendeleistung ansprechen. In dem System der Erfindung wird weiterhin auf der Empfangsseite zweite Mittel zum Überwachen der Veränderungsrate des empfangenen Signalpegels und zum Erzeugen eines zweiten Steuersignals, wenn die Veränderungsrate einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, vorgesehen. Die Mittel zum Anpassen der Sendeleistung sprechen auf das Auftreten des ersten oder zweiten Steuersignals dadurch an, dass die Sendeleistung temporär annähernd auf die maximale Sendeleistung erhöht wird. - Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Steuern der Sendeleistung einer zentralen Kommunikationsstation, gemäß Anspruch 1, vorgesehen.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung sieht ein neues und verbessertes Verfahren und Vorrichtung zur Sendeleistungssteuerung mit geschlossener Schleife in einem Kommunikationssystem vor. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine rechtzeitige (timely) Leistungssteuerung vorzusehen, die nötig ist, um eine robuste Kommunikationsverbindungsqualität bei Schwundzuständen vorzusehen.
- Weiterhin sollte angemerkt werden, dass Leistungssteuerungstechniken in dem beispielhaften Ausführungsbeispiel in einem Spreizspektrumkommunikationssystem präsentiert werden. Die präsentierten Verfahren sind jedoch genauso auf andere Kommunikationssysteme anwendbar. Außerdem kann das beispielhafte Ausführungsbeispiel, das verwendet wird, um die Sendeleistung für Übertragungen von einer Basisstation zu einer entfernten oder mobilen Station zu steuern, auf die Steuerung der Sendeleistung für Übertragung von einer entfernten oder mobilen Station zu einer Basisstation angewendet werden.
- In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel sendet eine Basisstation Pakete von Daten zu einer Mobilstation. Die Mobilstation empfängt, demoduliert und dekodiert die empfangenen Pakete. Wenn die Mobilstation bestimmt, dass die empfangenen Pakete nicht zuverlässig dekodiert werden können, setzt sie das normalerweise auf „0" gesetzte Qualitätsantwortleistungssteuerungsbit (quality response power control bit) auf „1", was die erwähnte Situation an die Basisstation anzeigt. Ansprechend hierauf erhöht die Basisstation die Sendeleistung des Signals an die Mobilstation.
- In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wenn die Basisstation ihre Sendeleistung erhöht, tut sie dies in einem relativ großen Schritt hinsichtlich der Sendeleistung, wobei von diesem angenommen wird, dass dieser in den meisten Schwundzuständen mehr als adäquat ist. Die Basisstation senkt dann den Übertragungsleistungspegel mit einer exponentiell sinkenden Rate, solange die Qualitätsantwortleistungssteuerbits auf "0" verbleiben. In einem alternativen Ausführungsbeispiel antwortet die Basisstation auf eine Anfrage von der Mobilstation nach zusätzlicher Signalleistung durch inkrementales Erhöhen der Signalleistung.
- In einem verbesserten Ausführungsbeispiel dieses Leistungssteuerungssystems wird die Basisstation bestimmen, ob der Fehler, berichtet durch die mobile Station bzw. Mobilstation, zufälliger Natur war, in welchem Fall sie sofort damit beginnen wird, die Sendeleistung herunterzufahren, oder ob der Fehler ein Fehler ist, der wirklich von einem Schwund-Zustand resultiert. Die Basisstation unterscheidet Fehler der zufälligen Art von solchen der anhaltenden Art durch Untersuchen der Muster der Leistungssteuerbits, die von der Mobilstation gesendet werden. Wenn das Muster der Leistungssteuerungsanfragesignale eine Einbitqualitätsleistungssteuerungsantwort signalisiert und sendet, und zwar in den Paketen, die es zu der Basisstation sendet, und dabei anzeigt, dass ein neuer Schwund-Zustand in dem Ausbreitungsweg vorliegt, dann wird es die Basisstation unterlassen, die Sendeleistung zu senken.
- Eine der identifizierten Ursachen für plötzliche Veränderungen in dem Ausbreitungsweg einer Mobilstation, ist die Veränderung in der Geschwindigkeit relativ zu der Position der Basisstation. Dies bedeutet, dass sich die Geschwindigkeit in Richtung der Mobilstation oder weg von der Mobilstation verändert. In der vorliegenden Erfindung bestimmt die Mobilstation, dass die Geschwindigkeit relativ zu der Basisstation sich verändert, und wenn es nötig ist, setzt sie die Leistungssteuerbits, um zusätzliche Leistung von der Basisstation zu verlangen, um die Veränderung in der Geschwindigkeit zu berücksichtigen.
- In einem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel ist die Mobilstation mit einem Bewegungssensor ausgestattet, der mit Information von einem Geschwindigkeitsmesser oder Tachometer im Falle einer Fahrzeug-gestützten Mobilstation, operiert. Die Mobilstation generiert dann ein Leistungssteuerungssignal gemäß dem Signal von dem Bewegungssensor.
- In einem zweiten beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die Mobilstation eine Verschiebung in dem empfangenen Signal von der Basisstation abfühlen, und zwar um eine Bewegung zu erfühlen. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel bestimmt die Mobilstation die Veränderungen in einer relativen Geschwindigkeit durch Messung der Dopplerverschiebung in dem empfangenen Pilotsignal.
- In einem dritten beispielhaften Ausführungsbeispiel bestimmt die Basisstation das Vorliegen einer Bewegung durch Abfühlen von Veränderungen in dem ankommenden Signal und passt die Sendeleistung gemäß dieser Veränderungen an.
- Kurzbeschreibung der Zeichnungen
- Die Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden von der unten folgenden Beschreibung offensichtlicher werden, insbesondere wenn die Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen gesehen wird, in denen gleiche Bezugszeichen entsprechendes durchgängig identifizieren und wobei die Figuren Folgendes zeigen:
-
1 ist eine Darstellung eines beispielhaften Mobiltelefonsystems; -
2A –2B zeigen Darstellungen der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung; und -
3 ist eine Darstellung einer Kurve bzw. Graph, der die Verzögerungszeit, verursacht in einem Leistungssteuersystem mit geschlossener Schleife, darstellt. - Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
- Bezugnehmend auf
1 wird die vorliegende Erfindung in einer beispielhaften Implementierung in einem Mobilkommunikationssystem zur Steuerung der Leistung von Übertragungen zwischen Basisstation4 und Mobilstation6 dargestellt. Die Information kann zu und von einem öffentlich geschalteten Telefonnetzwerk bzw. Public Switched Telephone Network (PSTN) von und zu Systemsteuerung und Switch bzw. Schalter2 vorgesehen werden oder die Information kann von einer weiteren Basisstation zu und von Steuerung und Switch2 vorgesehen werden, und zwar wenn es sich bei dem Anruf um eine Mobilstation-zu-Mobilstation-Kommunikation handelt. Systemsteuerung und Switch2 liefern wiederum Daten zu und von Basisstation4 . Basisstation4 sendet Daten zu der Mobilstation6 und empfängt Daten hiervon. - In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel sind die Signale, die zwischen Basisstation
4 und Mobilstation6 übertragen werden, Spreizspektrumkommunikationssignale, wobei die Generierung der Wellenformen hiervon im Detail in dem oben zitierten U.S. Patent Nr. 4,901,307 und U.S. Patent Nr. 5,103,459 beschrieben ist. Die Übertragungsverbindung zur Nachrichtenübermittlung zwischen Mobilstation6 und Basisstation4 wird als rückwärtige Verbindung und die Übertragungsverbindung zur Nachrichtenkommunikation zwischen Basisstation4 und Mobilstation6 wird als Vorwärtsverbindung bezeichnet. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird die vorliegende Erfindung verwendet, um die Sendeleistung bzw. Übertragungsleistung der Basisstation4 zu steuern. Die Verfahren zur Leistungssteuerung der vorliegenden Erfindung sind jedoch gleichermaßen auf die Steuerung der Sendeleistung der Mobilstation6 anwendbar. - Bezugnehmend auf
2A –2B werden Basisstation50 und Mobilstation30 in Blockdiagrammform dargestellt, und zwar wird die Vorrichtung zum Vorsehen der Steuerung der Sendeleistung der Basisstation50 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wenn sich eine Kommunikationsverbindung verschlechtert, dann kann die Verbindungsqualität durch Erhöhen der Sendeleistung der Sendevorrichtung verbessert werden. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel zur Steuerung der Sendeleistung der Basisstation50 , umfassen einige der Verfahren zur Bestim mung, dass die Sendeleistung der Basisstation50 erhöht werden sollte, Folgendes: - (a) Detektierung von Rahmenfehlern auf der Vorwärtsverbindung durch Mobilstation;
- (b) Mobilstation detektiert, dass Empfangsleistung niedrig ist auf der Vorwärtsverbindung;
- (c) Die Mobilstation-zu-Basisstationsdistanz ist groß;
- (d) Position der Mobilstation ist schlecht;
- (e) Veränderung der Geschwindigkeit der Mobilstation; und
- (f) Mobilstation detektiert, dass die empfangene Leistung auf dem Pilotkanal auf der Vorwärtsverbindung niedrig ist;
- Umgekehrt umfassen einige der Verfahren zur Bestimmung, dass die Sendeleistung der Basisstation
50 gesenkt werden sollte, Folgendes: - (a) Mobilstationsqualitätsantworten an die Basisstation zeigen eine niedrige Rahmenfehlerrate für die Vorwärtsverbindung;
- (b) Mobilstation detektiert, dass die empfangene Leistung auf der Vorwärtsverbindung hoch ist;
- (c) Distanz zwischen Basisstation und Mobilstation ist gering;
- (d) Position der Mobilstation ist gut; und
- (e) Mobilstation detektiert, dass Empfangsleistung auf dem Vorwärtsverbindungspilotkanal hoch ist.
- Wenn die Basisstation
50 einen Bedarf zur Modifizierung der Sendeleistung auf der Vorwärtsverbindung detektiert, sendet der Steuerprozessor58 ein Signal, das eine modifizierte Sendeleistung an den Sender (TMTR = Transmitter)64 spezifiziert. Das modifizierte Leistungssignal kann der Einfachheit halber einen Bedarf zur Erhöhung oder Senkung der Sendeleistung anzeigen, oder es kann einen Veränderungsbetrag für die Signalleistung anzeigen, oder es kann sich um einen absoluten Signalleistungspegel handeln. Ansprechend auf das modifizierte Leis tungspegelsignal, sieht Sender64 alle Übertragungen mit dem modifizierten Sendeleistungspegel vor. - Es sei anzumerken, dass die Datenquelle
60 Quellmodem-, Faksimile- oder Sprachdaten sein können. Datenquelle60 kann eine Quelle mit variabler Rate sein, die ihre Übertragungsrate auf Rahmen-zu-Rahmen-Basis während der Übertragung variiert, oder die Datenquelle ist lediglich in der Lage, Datenraten auf Befehl zu variieren. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Datenquelle60 um einen Vocoder mit variabler Rate. Die Konstruktion und Implementierung eines Sprachvocoders mit variabler Rate wird im Detail in der zuvor erwähnten Anmeldung Seriennummer 08/004,484 beschrieben. Die Ausgabe bzw. Ausgangsgröße von Datenquelle60 wird durch Codierer62 codiert und in Verkehrsmodulator63 zur Modulation eingegeben und in Sender64 eingegeben. In den Sender65 wird ebenfalls ein synchrones Pilotsignal zur Übertragung eingegeben. - Ein Bedarf zur Modifikation der Sendeleistung kann durch eine beliebige der oben aufgezählten Bedingungen oder durch eine beliebige Kombination dieser Bedingungen angezeigt werden. Wenn das Verfahren zur Leistungssteuerung auf einem positionsbezogenen Effekt, wie z. B. Distanz oder Position der Mobilstation, basiert, dann wird ein externes Signal (LOCATION bzw. POSITION) an den Steuerprozessor
58 der Basisstation50 anzeigend für den Positionszustand vorgesehen. Die Distanzbedingung kann durch Basisstation50 detektiert werden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Distanzbedingung durch Mobilstation30 detektiert werden und an die Basisstation50 gesendet werden. Ansprechend auf den detektierten Distanzzustand generiert Steuerprozessor58 und Basisstation50 ein Steuersignal zum Modifizieren der Sendeleistung des Senders64 . - Bei einer Leistungsteuerungsimplementierung mit geschlossener Schleife, werden Leistungssteuerungssignale von Mobilstation
30 an Basisstation50 vorgesehen. Mobilstation30 kann das Leistungssteuerungssignal gemäß der empfangenen Leistung oder alternativ, gemäß der Detektierung von Rahmenfehlern bestimmen. - Die vorliegende Erfindung ist gleichermaßen auf beliebige Verbindungsqualitätsfaktoren anwendbar.
- Wenn der verwendete Verbindungsqualitätsfaktor die empfangene Leistung ist, dann wird das Signal von Basisstation
50 an Mobilstation30 durch Antenne38 empfangen und an Empfänger (RCVR = Receiver)42 vorgesehen, der eine Anzeige für die empfangene Leistung an den Steuerprozessor46 liefert. Wenn der verwendete Verbindungsqualitätsfaktor die Detektierung von Rahmenfehlern ist, dann konvertiert Empfänger42 das Signal herunter und verstärkt es, wobei das empfangene Signal an Verkehrsdemodulator43 vorgesehen wird. Wenn das Verkehrssignal von einem Pilotsignal begleitet wird, um eine kohärente Demodulation vorzusehen, dann wird das empfangene Signal ebenfalls an Pilotdemodulator45 vorgesehen, der das Signal gemäß einem Pilotdemodulationsformat demoduliert und der ein Timingsignal an Verkehrsdemodulator43 vorsieht. Verkehrs- bzw. Traffic-Demodulator43 demoduliert das empfangene Signal gemäß einem Verkehrsdemodulatorformat. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel sind Verkehrsdemodulator43 und der Pilotdemodulator45 CDMA-Spreizspektrumdemodulatoren, deren Konstruktion in den zuvor erwähnten U.S. Patenten Nr. 4,901,307 und Nr. 5,103,459 beschrieben ist. Verkehrsdemodulator43 liefert das demodulierte Signal an Decodierer44 . In einem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel führt Decodierer44 Fehler-Detektierungsdecodierung aus, um zu bestimmen, ob Fehler aufgetreten sind. Fehlerdetektierungs-/Korrekturdecodierer, wie z. B. der Viterbi-Trellis-Decodierer, sind auf dem Fachgebiet bekannt. In einem alternativen Ausführungsbeispiel decodiert der Decodierer44 das demodulierte Signal und codiert das decodierte Signal erneut. Decodierer44 vergleicht dann das erneut kodierte Signal mit dem demodulierten Signal, um eine Schätzung der Kanalsymbolfehlerrate zu erhalten. Decodierer44 liefert ein Signal anzeigend für eine geschätzte Kanalsymbolfehlerrate an Steuerprozessor46 . - Steuerprozessor
46 vergleicht die empfangene Leistung oder die geschätzte Kanalsymbolfehlerrate, worauf im Allgemein als Verbindungsqualitätsfaktor (link qua lity factor) Bezug genommen wird, mit einem Schwellenwert oder einem Satz von Schwellenwerten, wobei diese statisch oder variabel sein können. Steuerprozessor46 liefert dann die Leistungssteuerungsinformation entweder an Codierer34 oder Leistungssteuerungscodierer (P. C. ENC. = Power Control Encoder)47 . Wenn die Leistungssteuerungsinformation in den Datenrahmen codiert werden soll, dann werden die Leistungssteuerungsdaten an Codierer34 geliefert. Dieses Verfahren setzt voraus, dass ein gesamter Datenrahmen verarbeitet wird, bevor die Leistungsteuerungsdaten gesendet werden. Dann werden codierte Verkehrsdaten, die Leistungssteuerungsdaten enthalten, an Sender (TMTR)36 über Modulator35 geliefert. In einem alternativen Ausführungsbeispiel können die Leistungssteuerungsdaten einfach Teile der Datenrahmen überschreiben oder können in vorbestimmten freien Stellen in dem Übertragungsrahmen platziert werden. Wenn die Leistungssteuerungsdaten Verkehrsdaten überschreiben, kann dies an der Basisstation50 durch Vorwärtsfehlerkorrekturtechniken korrigiert werden. - In Implementierungen, die einen vollständigen Datenrahmen verarbeiten, bevor die Leistungssteuerungsdaten vorgesehen werden, ist die Verzögerung, die dadurch entsteht, dass abgewartet werden muss, dass ein voller Rahmen verarbeitet wird, bei schnellen Schwundzuständen nicht erwünscht. Eine Alternative ist es, die Leistungssteuerungsdaten direkt an Modulator
35 vorzusehen, wo sie in den abgehenden Datenstrom punktiert bzw. gelocht (punctured) werden können. Wenn die Leistungssteuerungsdaten ohne Fehlerkorrekturcodierung gesendet werden, gibt der Steuerungsprozessor46 die Leistungssteuerungsdaten direkt an Modulator35 aus. Wenn die Fehlerkorrekturcodierung für die Leistungssteuerungsdaten erwünscht ist, gibt der Steuerungsprozessor46 die Leistungssteuerungsdaten an den Leistungssteuerungscodierer47 aus, der Leistungssteuerungsdaten ohne Rücksicht auf die abgehenden Verkehrsdaten codiert. Leistungssteuerungscodierer47 liefert das codierte Leistungssteuerungssignal an Modulator35 , der das codierte Leistungssteuerungssignal mit den abgehenden Verkehrsdaten, die von Datenquelle32 über Codierer64 zu Modulator35 geliefert werden, kombiniert. Sender36 konvertiert das Signal aufwärts, verstärkt es und liefert es an Antenne38 für die Übertragung an Basisstation50 . - Das gesendete Signal wird an Antenne
52 bei Basisstation50 empfangen und an Datenempfänger (RCVR = Receiver)54 geliefert, wo es abwärts umgesetzt und verstärkt wird. Empfänger54 liefert das empfangene Signal an Demodulator55 , der das empfangene Signal demoduliert. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist der Demodulator55 ein CDMA-Spreizspektrum-Demodulator, der im Detail in den zuvor erwähnten U.S. Patenten Nr. 4,901,307 und Nr. 5,103,459 beschrieben ist. Wenn die Leistungssteuerungsdaten innerhalb eines Verkehrsdatenahmens codiert sind, dann werden die Verkehrs- und Leistungssteuerungsdaten an Decodierer56 geliefert. Decodierer56 decodiert das Signal und separiert das Leistungssteuerungssignal von den Verkehrsdaten. - Wenn jedoch die Leistungssteuerungsdaten nicht mit einem vollständigen Datenrahmen codiert sind, sondern in den Übertragungsdatenstrom punktiert werden, dann demoduliert Demodulator
55 das Signal und extrahiert die Leistungssteuerungsdaten von dem ankommenden Datenstrom. Wenn das Leistungssteuerungssignal nicht kodiert ist, dann liefert Demodulator55 die Leistungssteuerungsdaten direkt an Steuerprozessor58 . Wenn das Leistungssteuerungssignal codiert ist, dann liefert Demodulator55 die codierten Leistungssteuerungsdaten an den Leistungssteuerungs- bzw. -steuerdecodierer (P. C. DEC. = Power Control DECoder)55 . Leistungssteuerungsdecodierer55 decodiert die Leistungssteuerungsdaten und liefert die decodierten Leistungssteuerungsdaten an Steuerprozessor58 . Das Leistungssteuerungssignal wird an den Steuerprozessor58 geliefert, der gemäß dem Leistungssteuerungssignal ein Steuersignal an Sender64 vorsieht, und zwar anzeigend für einen modifizierten Senderleistungspegel. - Eines der inhärenten Probleme mit Leistungssteuerungssystemen mit geschlossener Schleife (closed loop power control systems), ist eine relative, langsame Ansprechzeit im Vergleich zu einem Leistungssteuerungssystem mit offener Schleife. In einem Leistungssteuerungssystem mit geschlossener Schleife, bei dem Basisstation
50 einen Rahmen mit nicht ausreichender Sendeenergie an Mobilstation30 sendet, empfängt z. B. Mobilstation30 den Rahmen und decodiert ihn, bestimmt, ob der Rahmen fehlerhaft ist, sieht eine Leistungssteuerungsnachricht anzeigend für den Rahmenfehler vor, sendet dann die Leistungssteuerungsnachricht an die Basisstation50 , die den Rahmen decodiert, die Leistungssteuerungsnachricht extrahiert und die Sendeleistung des Senders64 anpasst. Dies resultiert in einer Zeitverzögerung von vier Rahmen bevor die Korrektur an der Mobilstation30 offensichtlich wird. Somit würden, wenn sich der Übertragungsweg verschlechtert hat, vier aufeinander folgende Rahmen mit derselben nicht ausreichenden Rahmenenergie gesendet, bevor ein Rahmen mit der angepassten Rahmenenergie gesendet werden würde. In dieser Verzögerungsperiode kann sich der Schwundzustand wesentlich verbessert oder verschlechtert haben. - Das Folgende sind Verfahren, um das Ansprechverhalten geschlossenen Leistungssteuerungssystemen zu verbessern. In einem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nimmt die Basisstation den worst case bzw. schlimmsten Fall an. Dies bedeutet, dass sich der Ausbreitungsweg während der Verzögerungsperiode von vier Rahmen verschlechtert hat. Ansprechend hierauf erhöht die Basisstation die Sendeenergie zu dem Benutzer, um einen relativ signifikanten Betrag ΔE, so dass die Anpassung mehr als adäquat sein wird, um sicherzustellen, dass der leistungsangepasste Rahmen richtig empfangen werden wird, sogar dann, wenn sich in der Zwischenzeit der Ausbreitungsweg verschlechtert hat. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel eines Spreizspektrumkommunikationssystems bewirkt diese Erhöhung in der Leistung hinsichtlich einer Mobilstation
30 , dass weniger Leistung für andere Benutzer, die sich die Vorwärtsverbindung teilen, zur Verfügung steht. Daher reduziert der Basisstationssender schnell die Übertragungsenergie für diesen Benutzer nachfolgend zu der anfänglichen Erhöhung. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel erhöht die Basisstation die Energie um einen festgelegten Betrag ΔE, hält diesen Betrag für eine bestimmte Periode, um zu sicherzustellen, dass die Erhöhung in der Übertragungsenergie effektiv war und senkt dann die Übertragungs- bzw. Sendeenergie gemäß einer vorbestimmten abschnittsweisen linearen Funktion, wie es in der3 dargestellt ist. -
3 stellt einen Graph der Sendeenergie E aufgetragen gegenüber der Zeit dar. Bei Punkt A erhöht die Basisstation50 die Sendeenergie ansprechend auf eine Leistungsanpassanfrage von der Mobilstation30 . Basisstation50 erhöht die Sendeenergie um einen Betrag ΔE bei Punkt B. Basisstation50 hält die Übertragung auf der Sendeenergie für eine vorbestimmte Verzögerungsperiode, und reduziert dann die Sendeenergie mit einer schnell sinkenden Rate bzw. Geschwindigkeit für eine vorbestimmte Anzahl von Rahmen bis Punkt C. Bei Punkt C zeigt die Leistungssteuerungsnachricht von Mobilstation30 immer noch einen Überschuss an Sendeenergie an, wobei Basisstation50 fortfährt die Sendeenergie zu senken, wobei jedoch die Rate des Sinkens geringer ist. Wiederum senkt die Basisstation50 mit dieser mittleren Sinkrate, und zwar für eine vorbestimmte Anzahl von Rahmen bis zum Punkt D. Bei Punkt D wird die Sinkrate wiederum reduziert, und zwar auf eine Schlusssinkrate, mit der die Übertragungsenergie fortwährend gesenkt wird, bis Basisstation50 einen minimalen Wert erreicht oder sie wiederum durch eine weitere Leistungsanpassanforderung von Mobilstation30 alarmiert wird, was bei Punkt E auftritt. Diese Leistungsanpassung wird kontinuierlich während der gesamten Dauer des vorgesehenen Dienstes fortgesetzt. - Basisstation
50 führt die Anpassung der Sendeenergie mit dem Wissen durch, dass nachdem die Sendeenergie erhöht wurde es eine Verzögerung gibt, bevor die empfangene Leistungssteuerungsinformation die Veränderung in der Vorwärtsverbindungssendeleistung widerspiegeln wird. Wenn sich der Ausbreitungskanal plötzlich verschlechtert, wird Basisstation50 eine Serie von aufeinander folgenden Leistungssteuerungsanfragen erhalten und es wird eine Verzögerung geben bevor die Leistungsanpassungsanfragen auf die Veränderung in der Vorwärtsverbindungssendeenergie ansprechen. Während dieser Verzögerungsperiode sollte die Basisstation50 nicht damit fortfahren die Sendeenergie für jede empfangene Leistungsanpassanforderung zu erhöhen. Dies ist der Grund dafür, dass der Leistungspegel für eine vorbestimmte Verzögerungsperiode lang konstant gehalten wird, wie es in der Periode, die nach Punkt B in3 folgt, dargestellt ist. - Es sei anzumerken, dass Fehler in einem Mobilkommunikationssystem in zweierlei Arten auftreten. Solche, die zufällig erfolgen und solche, die ein Ergebnis einer Veränderung in dem Ausbreitungsweg sind. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel, wenn Basisstation
50 eine Leistungsanpassanforderung empfängt, erhöht sie die Sendeleistung um ΔE, wie zuvor beschrieben. Dann ignoriert sie die Leistungsanpassanfragen und behält den erhöhten Leistungspegel für die Verzögerungsperiode bei. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel passt Basisstation50 die Leistung gemäß jeder Leistungssteuerungsnachricht an. Jedoch werden kleinere Veränderungen typischerweise verwendet. Dieses minimiert den Einfluss von zufälligen Fehlern. - Einer der Haupteinflüsse, der in Veränderungen in den Charakteristiken des Ausbreitungsweges zwischen der Mobilstation
30 und der Basisstation50 resultiert, ist die Bewegung von Mobilstation30 in Richtung oder weg von Basisstation50 . Mobilstation30 kann Basisstation50 mit Information versorgen, die anzeigt, dass sich die Mobilstationsgeschwindigkeit verändert, oder sie kann tatsächlich ihre Geschwindigkeit relativ zu der Basisstation50 vorsehen. Wenn die Mobilstation einfach eine Anzeige dafür vorsieht, dass sich ihre Geschwindigkeit verändert, kann sie die Information als Leistungsanpassanforderungssignal in Antizipierung einer Veränderung in der Qualität in dem Ausbreitungsweg vorsehen. - In einem ersten Ausführungsbeispiel kann Mobilstation
30 die Veränderung in der Geschwindigkeit durch Vorsehen eines Sensors abfühlen, der gemäß einem Signal von dem Fahrzeugtachometer oder Geschwindigkeitsmesser (nicht dargestellt) betrieben wird. In einem alternativen Ausführungsbeispiel bestimmt Mobilstation30 entweder eine Veränderung in der Mobil-/Basisstationsrelativgeschwindigkeit oder der Absolutgeschwindigkeit durch Veränderungen in dem empfangenen Signal von Basisstation50 . Mobilstation30 kann durch Messen des Dopplereffekts auf dem ankommenden Signal von Basisstation50 eine Veränderung in der Geschwindigkeit detektieren oder die absolute Relativgeschwindigkeit messen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann Basisstation50 ebenfalls eine Ver änderung in der Mobil-/Basisstationsrelativveränderung hinsichtlich Geschwindigkeit detektieren oder die absolute Relativgeschwindigkeit messen, und zwar durch Messen des Dopplereffekts auf dem ankommenden Signal von Mobilstation30 . - Das Verkehrssignal, das von Basisstation
50 vorgesehen wird, kann von einem Pilotsignal begleitet werden, um kohärente Demodulation des empfangenen Verkehrssignals vorzusehen. Die Verwendung eines Pilotsignals wird in den U.S. Patenten Nr. 4,901,307 und Nr. 5,103,459 beschrieben, und Mobilstation30 kann alternativ Veränderungen in der Relativgeschwindigkeit der Dopplerverschiebung des Pilotsignals abfühlen. - In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wenn Basisstation
50 die Geschwindigkeit der Mobilstation30 kennt, wird der Wert der inkrementalen Veränderung in der Sendeenergie ΔE gemäß dieser Geschwindigkeit variieren. Die Bestimmung des Wertes von ΔE kann algorithmisch ausgeführt werden oder kann durch eine Nachschlagetabelle in Steuerprozessor46 ausgeführt werden. - Wenn Basisstation
50 ein Pilotsignal zusammen mit dem Verkehrssignal sendet, kann man sich das Pilotsignal als ein Verkehrssignal vorstellen, das einen vorbestimmten Bitstrom, der bei Mobilstation30 bekannt ist, trägt. Mobilstation30 demoduliert den Pilotkanal in Pilotdemodulator45 , um Timinginformation zu erlangen, um es der Mobilstation30 zu ermöglichen eine kohärente Demodulation des Verkehrskanals auszuführen. Da der Pilotkanal und der Verkehrskanal über ähnliche, wenn nicht sogar identische, Ausbreitungswege vorgesehen werden, gibt es eine starke Korrelation zwischen der Stärke des empfangenen Pilotsignals und der Stärke des empfangenen Verkehrssignals. Mittels Basieren der Generierung des Leistungssteuerungssignals auf dem Pilotkanal anstelle des Verkehrskanals kann die Verzögerung zwischen Empfangen des Signals, das von der Basisstation50 gesendet wird, und Generieren des Leistungssteuerungssignals reduziert werden. - Bezug nehmend auf
2A –2B liefert Pilotmodulator65 ein Pilotsignal an den Sender64 und Sender64 der Basisstation50 liefert das Pilotsignal zusammen mit dem Verkehrssignal an Antenne52 für das Ausstrahlen bzw. die Übertragung an Mobilstation30 . Das gesendete Signal wird an Antenne40 empfangen und an Empfänger42 vorgesehen. Empfänger42 wandelt (downconverts) das Pilotsignal herunter und verstärkt es und liefert das empfangene Pilotsignal an Pilotdemodulator45 , der eine Qualitätsschätzung des demodulierten Pilotsignals generiert und sie an Steuerprozessor46 liefert. Steuerprozessor46 generiert ein Leistungssteuerungssignal gemäß der Qualitätsschätzung des demodulierten Pilotsignals und der Betrieb fährt wie zuvor beschrieben fort. - Die vorhergehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele wurde vorgesehen, um es einem Fachmann zu ermöglichen die vorliegende Erfindung durchzuführen oder zu verwenden. Die verschiedenen Modifikationen dieser Ausführungsbeispiele werden einem Fachmann leicht offensichtlich werden und die allgemeinen Prinzipien, die hier definiert wurden, können auf andere Ausführungsbeispiele angewendet werden ohne dabei erfinderisch tätig zu werden.
Claims (7)
- Eine Vorrichtung zum Steuern der Übertragungs- bzw. Sendeleistung von einer zentralen Kommunikationsstation (
4 ), wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: Empfängermittel (54 ) zum Empfangen von Signalen von einer entfernten Station (6 ); Sendemitel (64 ) zum Einstellen bzw. Anpassen eines Übertragungs- bzw. Sendeleistungspegels, wobei der Übertragungsleistungspegel um einen vorbestimmten Betrag nach oben angepasst wird, wenn ein Signal empfangen wird, und nachfolgend mit unterschiedlichen vorbestimmten Raten nach unten angepasst wird, und zwar gemäß eines Musters von nachfolgend empfangenen Signalen. - Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sendemittel (
64 ) die Sendeleistung nach unten mit einer vorbestimmten Rate bzw. Geschwindigkeit eine vorbestimmte Zeitperiode lang anpasst und nachfolgend zur der vorbestimmten Zeitperiode die Sendeleistung mit einer zweiten vorbestimmten Rate nach unten anpasst. - Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das empfangene Signal eine Leistungssteuerungsnachricht ist, die durch die entfernte Station (
6 ) generiert wird. - Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das empfangene Signal eine Bewegungsnachricht, die durch die entfernte Station (
6 ) generiert wird, ist. - Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Empfängermittel (
54 ) weiterhin zum Messen einer Dopplerverschiebung in dem empfangenen Signal dienen und wobei die Sendemittel (64 ) zum Anpassen eines Übertragungsleistungspegels gemäß der gemessenen Dopplerverschiebung dienen. - Die Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin Decodermittel (
56 ) zum Decodieren des empfangenen Signals und zum Generieren einer Qualitätsschätzung gemäß dem decodierten Signal aufweist, und wobei die Sendemittel (64 ) zum Anpassen eines Übertragungsleistungspegels gemäß der Qualitätsschätzung dienen. - Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Empfängermittel (
54 ) weiterhin angepasst sind zum Messen einer empfangenen Signalleistung und wobei die Sendemittel (64 ) angepasst sind zum Anpassen eines Übertragungsleistungspegels gemäß der gemessenen empfangenen Signalleistung.
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