CN1124697C - 控制通信系统中的信号功率的方法和设备 - Google Patents

Abstract

当改变发射机(2)和接收机(4)之间发送数据的速率时，一种用于控制通信系统中的信号功率的方法和设备提供了改进的功率控制。当用于以高速率发送的数据到达发射机(2)时，功率控制反馈从慢模式(用小带宽反馈信道)改变至快模式(用大带宽反馈信道)。这一控制甚至在以高速率发送数据之前就改变了。一当准确估算了用于高速率数据传输的功率电平，就以高速率开始数据传输。

Description

控制通信系统中的信号功率的方法和设备

发明背景

I.发明领域

本发明涉及控制通信系统中的信号功率的方法和设备。说得更详细些，本发明可以用于在闭环通信系统中提供功率控制。

II.有关技术的描述

码分多址(CDMA)调制技术是为了改善存在大量系统用户的通信而使用的数种技术之一。虽然诸如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、和幅度调制(AM)调制方式(诸如幅度压扩单边带(ACSSB))等其他技术是公知的，但CDMA比这些其他的技术有显著的优点。在名称为“使用卫星或地面中继器的扩展频谱多址通信系统”的第4,9801,307号美国专利中揭示了在多址通信系统中CDMA技术的使用，该专利转让给了本发明的受让人，并且通过参照而引用于此。

CDMA按其宽带信号的固有性质通过在宽频带内分散信号能量而提供频率分集的形式。因此，频率选择性衰落只影响小部分的CDMA信号带宽。通过经两个或多个区站提供多条信号路径而得到空间或路径分集。此外，通过经扩展频谱处理而使用多路径环境可以得到路径分集，其做法是允许对以不同的传输延迟到达的信号进行分开的接收和处理。在名称为“在CDMA蜂窝电话系统中提供通信的软越区切换的方法和系统”的第5,101,501号美国专利和名称为“CDMA蜂窝电话系统中的分集接收机”的第5,109,390号美国专利中说明了路径分集的例子，这两项专利都转让给了本发明的受让人，并且通过参照而引用于此。

如果由基站发送至移动台的信号的传输功率太高，就容易出现诸如与其他移动台相干扰以及耗费不必要的功率等等问题。另一方面，如果由基站发送的信号的传输功率太低，则移动台将接收多个错误的发送帧。地面信道衰落以及其他已知的因素影响由基站发送的信号的传输功率，从而使信道条件随时间(尤其是当移动台移动时)发生改变。结果，每个基站必须迅速而准确地调整它发送至移动台的信号的传输功率。

在一种控制由基站发送的信号的传输功率的有用的方法中，移动台测量这些发送信号的状况。然后移动台发送一个相应于测得的功率电平的信号，或者将该功率电平与一个阈值作比较，并且当发送的数据帧的功率偏离阈值时发送一个信号或消息给基站。响应于接收到的信号，基站调整由基站发送的信号的传输功率；如果功率电平低于所要的值，则基站增大其发送信号的传输功率，否则就减小传输功率。在名称为“控制CDMA蜂窝电话系统中的传输功率的方法和设备”的第5,056,109号美国专利中揭示了控制传输功率的方法和设备，该项专利转让给了本发明的受让人，并且通过参照而引用于此。

在上述CDMA闭环通信系统中必定存在延迟。延迟包括：基站以不合适的功率发送帧，移动台识别出误差(例如，信号跌至阈值之下或者一帧被擦去)，移动台发送合适的错误消息给基站，以及基站接收误差消息和合适地调整其传输功率所经历的时间。一般，CDMA通信系统将数据包作为离散的帧发送。结果，CDMA通信系统不能迅速地补偿传输功率的波动。此外，由于延迟，移动台在识别这种增大之前可能要求前向链路功率增加得太大。

还有，移动台将信号传送至基站所经信道的带宽是有限的。例如，此信道的几乎全部的带宽被分派给传送电话业务至基站。只保留极小的带宽或者不保留带宽来向基站发送反映测得的由基站发送的信号的功率电平的信号。因此，由移动台发送的信号只能请求基站少量增大或减小传输功率。因此，如果深度衰落影响发送信号，基站可能无法足够迅速地作出反应来增大其传输功率，因而呼叫可能被不合需要地终止。

从基站发送至移动台的信息信号包括话音信息、纠错码、识别码，等等。功率控制信息所需增加的带宽要以花费一种或数种这些其他信号为代价。

当从移动台到基站(即，沿着反向链路)传输时，移动台以一系列帧发送信号。每个帧包含16个功率控制组。每个组包含相同的和预定数目的经过编码的数据码元。在图1A至1D中示出了反向链路功率控制的图解表示，它们分别示出了在全速率、半速率、四分之一速率和八分之一速率下的功率控制组传输。

当以全速率从移动台发送时，送出所有16个功率控制组。然而，当以半速率发送时，只送出所有16个功率控制组的一半(即，8个功率控制组)。因此，当以四分之一速率发送时，在一帧中只送出四个功率控制组，而当以八分之一速率发送时，在一帧中只送出两个功率控制组，如图1D所示。所有的数据以与速率无关的功率电平发送。

当基站接收到控制组时，它只能判定移动台发送的功率的充足性。在八分之一速率下，每20毫秒只送出两个功率控制组，意味着基站每20毫秒能够发送功率控制命令两次或者每秒100次。当把传输速率从八分之一速率改变至发送高速数据所需的速率时，对于准确设定移动台发射机的功率来说，每20毫秒送出两次功率控制命令的频率是不够高的。

在这种通信系统的前向链路上使用的功率控制机制不同于在反向链路上使用的机制。在前向链路上，连续地送出数据，而不管数据速率如何，如图1E-1H所示。图1E示出以全速率送出数据，在一帧内它包括16个数据包。当速率低于全速率时，数据在帧内重复，而发送功率按比例缩小。图1F示出以半速率传送数据，该图示出，在任何给定帧中，数据包1-8被发送两次。图1G和1H分别示出以四分之一速率和八分之一速率发送数据包。在降低传输功率时通过以较慢的速率重复数据，使得每组的每帧平均功率保持基本恒定。

由于数据是连续地发送的，不象反向链路那样，功率控制的反馈带宽不成问题。当在前向链路上传输时，移动台预先不知道正在以什么速率发送数据。以八分之一速率发送的数据包的能量不足以使移动台作出正确的功率控制判断。此外，移动台通过使用内部算法判定发送的速率。判定速率方面的误差将导致判定功率的充足性方面的误差。

发明概要

无线通信系统中的用户时常希望发送或接收数据信号(一般是二进制数据)而不是话音信号。在可变速率通信系统中，数据信号最好以比话音信号高得多的速率发送。然而，高的传输速率要比较低的速率需要大得多的功率。一方面本发明提供了一种在具有至少一个基站和至少一个用户台的通信系统中控制传输信号功率的方法，其中，所述用户台的用户发送反向链路信号至所述基站，并且从所述基站接收正向链路信号，所述方法包括下述步骤：以低速率从所述用户台的至少一个用户台和所述基站发送信号；选择以一种数据速率发送数据信号所需的所述传输信号功率，所述数据速率比所述低的速率要快些；改变所述传输信号功率，以与所述数据速率的所述选出的传输信号功率匹配；从所述用户台的至少一个用户台和所述基站以所述数据速率发送数据信号。

另一个方面本发明提供了一种在具有至少一个基站和至少一个用户台的通信系统中控制传输信号功率的方法，其中，所述用户台的用户发送反向链路信号至所述基站，并且从所述基站接收正向链路信号，所述方法包括下述步骤：在所述基站，以低速率发送数据；为了将数据呈现给所述基站以高速率传输，所述高速率比所述低速率要快些；在所述基站，发送信号至所述用户台，以增大从所述用户台向所述基站发送的功率控制信息信号的带宽；在所述基站，发送第二信号至所述用户台，指示所述基站开始以全速率发送帧，所述全速率是在所述低速率和高速率之间的速率；在所述用户台，将传输速度切换至全速率；根据所述功率控制信息的所述增大的带宽估计以所述高速率发送数据所需的传输信号功率；改变所述传输信号功率至所述估计的传输信号功率；以及在所述基站，通知所述用户台，所述基站开始以所述高速率发送所述第二类型的数据。

再一方面，本发明还提供一种通信系统，包括：一个正常构造的基站，以发送当前的通信信号作为前向链路信号，其传输信号功率对应于低数据速率；至少一个用户台，用于接收所述当前通信信号，判定所述当前通信信号的电平，以及发送当前的控制消息作为反向链路信号；并且如此构造所述基站以根据所述当前控制消息估计以某个数据速率发送数据信号所需的传输信号功率，所述数据速率比所述低速率要快些，改变所述传输信号功率以与所述估计的传输信号功率匹配，并且以所述数据速率发送数据至所述用户台。

基于上述通信系统，本发明还提供了一种通信系统，包括：至少一个基站；至少一个用户台，所述用户台相互交换通信信号；用于以低速率发送数据传输的装置，所述传输以信号传输功率被发送；用于估计以某个数据速率发送数据传输所需的信号传输功率的装置，所述数据速率比所述低速率要高些；耦合至所述用于发送的装置的装置，用于改变所述信号传输功率以与所述估计的传输信号功率匹配；以及耦合至所述用于改变的装置的装置，用于以所述的数据速率发送数据传输。

本发明还提供用于具有基站和用户台的通信系统的设备，所述基站发送信号至用户台并且从用户台接收信号，所述设备包括：发射机，它以低速率发送当前的通信信号；接收机，它接收相应于所述当前通信信号的控制消息；以及处理器，它耦合至所述接收机和所述发射机，所述处理器是构造来根据所述控制消息估计以高速率发送新的通信信号所需的传输信号功率，而其中所述发射机是构造来以所述高速率和所述估计的传输信号功率发送新的通信信号。

在本发明的一个实施例中，使用功率控制信号的传输系统通知接收系统在以高速率传输数据之前的一段规定的时间间隔内以中间速率(例如全速率)发送。这个增大的传输速率允许传输系统更加准确地调整接收台的发送功率。

在本发明的另一个实施例中，传输系统通知接收系统，传输系统将在高速率数据开始之前的一段预定的时间内以预定的速率开始发送数据。通过用这种方式通信，消除了由接收台判定速率不正确而造成的潜在问题。

在本发明的又一个实施例中，传输系统起初以较低的速率(例如，八分之一速率)或空闲速率工作。接收数据用于以高速率传输。响应于此，传输系统通知接收系统增大其功率控制传输的带宽，并且能够通知接收系统，传输速率将增高至中等速率。此后，传输系统能够以中等速率(该速率在低速率和高速率之间)发送信号，诸如以全速率发送信号。传输系统调整其功率控制至合适的电平，以用高速率传输。传输系统还能发送高速率通知至接收系统。此后，传输系统以高速率发送帧，与此同时接收系统接收这些帧，而不需要判定它们是以什么速率发送的。

概括地说，本发明实施了一种用于具有发射机和接收机的通信系统的方法。发射机以当前速率发送信号，其中，当前速率相应于多个速率之一。当发射机接收用于以高速率传输的数据时，发射机首先估计以高速率发送数据所需的信号功率，改变信号功率以与估计的功率匹配，然后以高速率发送数据信号。所述方法估计所需的信号功率并且包括下述步骤：(a)以空闲速率操作发射机；(b)接收用于高速率传送的数据；(c)估计高速率功率电平；(d)发送高速率通知至接收机；以及(e)以高速率发送数据。

附图概述

图1A-1H是示出在前向和反向链路上的功率控制数据的传输速率的示意图。

图2表示本发明的总的闭环功率控制系统。

图3是本发明能操作的通信系统的方框图。

图4是这样一些信号的归一化功率对时间的例示的波形图，包括：前向链路信道的发送的功率信号、影响前向链路信道的衰落、以及最终接收到的前向链路信道的功率信号，这里，与信道改变速率相比，反向链路信道具有大的带宽和短的延迟。

图5是这样一些信号的归一化功率对时间的例示的波形图，包括：前向链路信道的发送的功率信号、影响前向链路信道的衰落、以及最终接收到的前向链路信道的功率信号，这里，与信道改变速率相比，反向链路信道具有小的带宽和长的延迟。

图6A是示出在加性白高斯噪声信道上，以不同速率发送信号所需的归一化功率要求的曲线图。

图6B是示出在衰落信道上，以不同速率发送信号所需的归一化功率要求的曲线图。

图7是说明本发明的从低速率至数据速率改变功率发送电平的方法的流程图。

较佳实施例的详细描述

这里详细描述通信系统(特别是功率控制设备)以及用于该系统的方法。在下面的描述中，为了能够彻底了解本发明而给出了许多具体的细节。然而一个熟悉有关领域的人将容易理解，没有这些具体的细节也能实施本发明。在其他情形下，为了避免使本发明难于理解，不详细示出公知的结构。

图2说明一个例示的蜂窝用户通信系统50，在该系统中可以实施本发明。图2的系统最好使用扩展频谱调制技术(诸如CDMA)，以在移动台(例如，移动电话)用户和区站或基站之间通信。在图2中，移动台52与基站控制器54通过56a、56b、等等基站中的一个或数个基站通信。为了对基站56a和56b提供系统控制，基站控制器54耦合至(而在一般情形下是包括)接口和处理电路。基站控制器54还耦合至其他基站，并且与它们通信，它甚至可能耦合至其他的基站控制器。

当构造系统50以处理电话呼叫时，基站控制器54把电话呼叫从公众电话交换网(PSTN)选定路由传送至基站56a或56b之一，以传输至合适的移动台52。此外，基站控制器54进行工作，把呼叫从移动台52通过基站56a或56b的至少一个基站选定路由至PSTN。此外，基站控制器54在移动台52和其他移动台(未示出)之间接续呼叫。

基站控制器54用各种手段耦合至基站56a和56b，诸如专用电话线路、光纤链路或微波通信链路。图2中所示的双箭头线确定了移动台52和基站56a和56b之间以及这些基站与基站控制器之间的可能的通信链路。

基站56a和56b中的每个基站对于一个粗略确定的并且重叠的地理区域(称为小区)提供服务。移动台52当前在哪个小区一般确定了基站56a或56b中的哪个基站与该移动台通信。当移动台52从一个小区移至另一个小区时，基站控制器54协调从一个基站至另一个基站(例如，从基站56a至基站56b)的越区切换(“软越区切换”)。那些熟悉本领域的技术的人将理解，除了移动台52从一个地理区站移动到另一个地理区站之外，还有其他的原因(诸如传播路径的系统使用的改变)会导致软越区切换。

图3示出图2的通信系统中的信号发送和接收系统的更详细的细节。参看图33，第一通信装置或发送系统2发送数据至第二通信装置或接收系统4。移动台52以及基站56a和56b最好既包括发送系统2又包括接收系统4。在下面的描述中，本发明一般地描述为，根据在移动台52的接收系统4处接收到的功率，控制来自在基站56a的发送系统2的功率。然而，那些熟悉本领域的人容易理解，本发明同样可用于控制移动台52的传输系统的功率。此外，虽然在这里一般地描述移动台52，本发明同样可用于任何非移动(固定)台。在一个例示的实施例中，在一个使用扩展频谱调制信号进行通信的无线通信系统中实施本发明。在上述第4,901,307号和第5,103,459号美国专利中详细描述了使用扩展频谱通信系统的通信。

可变速率数据源6提供用于传输的可变速率数据帧至循环冗余校验(CRC)和尾部比特发生器8。在例示的实施例中，数据源6是可变速率声码器，用于以四种可变速率对话音信息进行编码，如在名称为“可变速率声码器”的第5,414,796号美国专利中详细描述的那样，该项专利转让给了本发明的受让人，并且通过参照而引用于此。例如，当在蜂窝电话环境中使用时，信号以全速率发送话音(即，当用户谈话时)，而以八分之一速率(或空闲速率)发送静音(即，当用户不谈话时)。八分之一速率减少了发送的比特数，因此节省了功率和减少了对其他信道的干扰。一般，由发送系统2发送至接收系统4的90％的信号是以全速率或八分之一速率发送的。二分之一速率和四分之一速率代表了在全速率和八分之一速率之间的过渡速率。

在例示的实施例中，有两个速率组。例如使用第一速率组来发送话音数据，而使用的数据速率在大约1.8kbs和9.6kbs之间。使用第二速率组来发送其他的数字数据，并且能够以例如高达64kbs的较高的速率供给数据。当发送大量的数据时，通信系统50使用较高的数据速率。(这里一般把较高的速率统称为“高速率”。)以高速率发送数据要比以低速率发送数据更有效。因此，从使用功率的观点来看，以高速率作短时间的传输要优于以低速率之一作较长时间的传输。一般说来，当不发送话音或其他数据时，信号以八分之一的速率在移动台52和移至56a之间交换，而语音话务以全速率发送。以高速率发送的数据的例子包括视频数据、调制解调器数据、传真数据、包跟踪数据、自动测量仪表读数数据、证券市场数据、互联网数据、等等。

以正确的功率电平发送数据减少了数据损失并且能够延长移动台52中的电池的寿命。如果数据从发送系统2以太低的功率电平发送，则数据会丢失或接收中有差错。当发送系统2以太高的功率发送数据时，将造成对系统中的其他用户的不必要的干扰，并且减小了系统容量。此外，如果系统2置于携带便携式电池的移动台52中，则以正确的功率电平发送能够延长充电的时间间隔。

发生器8产生一组CRC比特以提供在接收机处的差错检测，这在本领域中是公知的。此外，发生器8对于帧添加了一个尾部比特序列。在例示的实施例中，发生器8根据电信工业协会的 TIA/EIA/IS-95-A用于双模式宽带 扩展频谱蜂窝系统的移动台-基站相容性标准产生CRC组以及尾部比特。

数据帧由发生器8提供给编码器10，该编码器将数据编码为用于在接收机处纠错和检测的码元。在例示的实施例中，编码器10是半速率的卷积编码器。经过编码的码元提供至交织器12，该交织器根据预定的交织格式将经过编码的码元重新排序。在例示的实施例中，交织器12是块交织器，它的设计和实现在本领域中是公知的。

然后，经过重新排序的帧提供至调制器14，该调制器调制用于传输的帧。在例示的实施例中，调制器14是CDMA调制器，它的实施在上面提到的第4,901,307号和第5,103,459号美国专利中有详细的描述。经过调制的数据帧提供至信号发射机(TMTR)16。信号发射机16对信号进行上变频和放大，用于通过天线18发射。

经传送的信号由接收系统4(诸如蜂窝电话)的天线20接收，并且提供给接收机(RCVR)22，该接收机对接收到的信号进行下变频和放大。然后把接收到的信号提供给解调器(DEMOD)24，该解调器对信号进行解调。在例示的实施例中，解调器24是CDMA解调器24，它的实现在上面提到的第4,901,307号和第5,103,459号美国专利中有详细的描述。

然后，把经过解调的信号提供给分集组合器26。分集组合器26把来自解调器24的经过解调的信号与来自其他的解调器(未示出)的经过解调的信号加以组合，这些其他的解调器对同一个信号进行解调，只是在不同的传播路径上提供这个信号。分集组合器26的设计和实现在上面提到的第5,103,459号美国专利中有详细的描述。经过分集组合的信号提供至去交织器28，它根据预定的重新排序格式对帧的码元重新按格式排序，如在本领域中公知的那样。

然后，把经过重新排序的帧提供给多速率译码器30，该译码器对码元的帧提供纠错。译码器30根据预定的一组速率假设对数据译码。在例示的实施例中，译码器30是多速率维特比(Viterbi)译码器，如在名称为“用于码分多址系统应用的多速率串行Viterbi译码器”的1993年9月24日提交的审查中的第08/126,477号美国专利申请中所详细描述的那样，该项申请转让给本发明的受让人，并且通过参照而引用于此。

在例示的实施例中，译码器30用每种可能的速率对码元进行译码，以分开提供经过译码的数据帧，把每个这样的帧提供给CRC冗余校验检测器323。CRC冗余检测器32用常规的技术判定，对于经过译码的数据的每个帧，其循环冗余校验比特是否正确。CRC校验检测器32对经过译码的帧中的CRC比特进行CRC校验，以帮助判定当前接收到的帧是以哪种速率发送的。

此外，译码器30提供经过译码的数据至码元差错率(SER)校验检测器34。SER检测器34接收来自译码器30的经过译码的比特以及接收到的码元数据的估计。此外，译码器30提供信息至Yamamoto校验检测器36，该检测器根据选出的通过网格结构(trellis)的路径于下一条最接近的通过网格结构的路径之间的差异提供置信度(confidence metric)。

控制处理器3分别从检测器32、34和36接收CRC校验比特、SER值和Yamamoto值。然后，处理器38判定当前接收到的帧以四种速率中的哪种速率发送或者宣布为擦除。根据由处理器38判定的速率，在不作帧擦除时，控制处理器提供信号至译码帧缓冲器40，该缓冲器响应于控制处理器而输出存储着的以判定的速率译码的帧。

在图3的通信系统下，由发送系统2发送至发送系统4的信号能够在发送速率之间迅速改变。在例示的实施例中，信号不包括关于信号正在发送的速率的指示。因此，发送系统2以当前的速率发送帧，而接收系统4的控制处理器38和译码器30判定当前接收的帧以哪种速率发送。于是，合适地译码的信号例如能够输入至声码器、放大器和扬声器(未示出)，以输出要被接收系统4的用户听到的话音信号。描述了有关发送的速率的进一步的细节，在本发明的发明人于1996年10月18日提交、正在审查的名称为“在可变速率通信系统中确定接收到的数据的速率的方法和设备”的第08/730,863号美国专利申请中描述了有关发送速率的进一步的细节，该项申请转让给了本发明的受让人，并通过参照而引用于此。

如上所述，移动台52处的发送系统2发送功率控制消息至基站56a处的接收系统4。功率控制消息反映了由接收系统4接收到的信号的测得的功率电平。这些功率控制消息可以具有大的带宽或小的带宽。图4和图5示出了具有不同功率控制带宽的功率控制系统的示例。如图4所示，当功率控制消息的速率为高速率时，并且当由于信道状况的改变造成的功率改变的延迟较小时，响应于传播路径的改变，发送功率控制反应迅速，因而用户保持清晰的信号。相反，如图5所示，当功率控制带宽小，并且当由于信道状况的改变造成的功率改变的延迟较长时，发送功率改变没有迅速反应出信号质量的劣化，这导致了帧差错的增加或者呼叫完全丢失。

控制处理器38或者根据由RCVR22接收到的功率或者由帧差错率的检测判定，是否应当增大或减小功率。指出这个判定的信号提供至功率控制消息发生器41。消息发生器41产生功率控制消息，它通过传输子系统42和双工器43截断(puncture)为输出数据流。它被接收子系统46接收，并且提供给去多路复用器47，它将功率控制消息与数据分开。功率控制消息提供至功率控制处理器48，它确定任何需要的功率调整。

因为信道状况是连续改变的，因此通信系统50中的传输功率与信号质量之间的关系难于量化。当功率电平对于信道状况而言太高时，可能发生与其他传输的不必要的干扰。当功率电平对于信道状况而言跌得太低时，如上所述，将出现声音丢失或不完整的数据传输。功率和差错率之间的关系示于图6A和图6B。这些图描绘了以低速率发送数据对以高速率发送数据所需的功率电平。图6A示出在理想的加性白高斯噪声(AWGN)信道中的这些电平。图6B描绘了在衰落信道中的这些电平。

图6A的曲线200示出画在低速率曲线202和高速率曲线204上的传输系统2的归一化功率要求对帧差错率的关系。在这幅例示的曲线图中，归一化功率是以用噪声归一化的比特能量为单位而测量的。曲线描绘了以不同的差错率发送数据所需的归一化功率。例如，在高速率曲线204上，以15％的差错率发送数据需要较少的归一化功率，用点220标出，而对于1％的差错率，用点216标出。因为用高速率进行数据传输更为有效，因此高速率曲线204出现在低速率曲线202的左边。然而，因为用高速率发送数据要比用低速率发送数据发送更多的比特，因此用高速率发送数据需要更多的总功率。取决于变量(例如大气条件)的数目，以低速率发送数据所需的归一化功率电平可以小于以高速率发送数据所需的归一化功率电平。在这些情形中，高速率曲线204将出现在低速率曲线202的右边。

在把数据的传输速率从低速率组改变至高速率组之前，考虑许多可选项。例如，假设，以低速率发送数据具有1％的帧差错率，如点210所示。对于以高速率发送的数据(具有与以低速率发送的数据的相同差错率)，需要更少的归一化功率。用图来表示，该改变用从在低速率曲线上的点210沿路径215至高速率曲线204上的点216。对于这个速率改变，每个比特的功率减小是在图200的归一化功率轴上的差值，用217表示。如上所述，与低速率相比，以高速率发送数据时，每个比特需要较少的归一化功率，但总的消耗功率较大，给出较大的比特数。

通常，以高速率发送的数据比以低速率发送的数据对时间较不敏感。例如，在从互联网下载数据时，二秒钟的延迟可以不加注意，而在电话交谈中，二秒钟的延迟是不能接受的。通过对低速率的1％的帧差错率增大至对高速率的15％的帧差错率，比起对于低速率和高速率保持相同的差错率来可以节省功率，如在前面的例子中所示。这种情形示于图5A中，如沿路径219从在低速率曲线202上的点210至在高速率曲线204上的点220。每个比特的功率节省是作为每个比特的功率差示出的，标为221，它是示于图200上的最大节省的例子。一般，15％的差错率对于这种数据是不可接受的，在这里是为了说明才使用的。

另一方面，最好以特定数量改变功率电平而不管差错率的改变。例如，如果以示于点210处的差错率来发送数据，则传输系统2能够以固定的电平(诸如作为每个比特的功率差示出的电平213)改变归一化功率输出。这个改变造成在高速率曲线204上的帧差错率在0.1％至1％之间，如点212所示。对于此例的路径示出为从点210沿路径211至点212的路径。

由图2的控制处理器38控制速率和功率电平的改变。控制处理器38判定通信装置2的发送功率是否合适。检查接收到的功率电平，并且把它与一个功率阈值作比较，该阈值根据数据是正以高速率还是低速率发送而变化。另一方面，控制处理器38把接收到的带差错的帧的数目与阈值差错率作比较，该阈值差错率根据发送的是高速率数据还是低速率数据而变化。最后，控制处理器38能够根据帧差错率阈值(它根据数据是以高速率发送还是以低速率发送而变化)调整接收到的能量阈值。

控制处理器38与接收机22和译码器24一起确定较佳的功率电平。接收机22测量接收到的能量，并且提供这个数据给控制处理器38。接收机22测量能量的机制能够用许多种方法来实现，并且这在本领域中是公知的。根据该数据，处理器能够把接收到的功率与阈值电平作比较，如上所述。如果控制处理器38判定，接收到的功率信号低于阈值电平，则它命令功率控制消息发生器41产生消息，以指出功率电平应该增加一个特定的数量，如上所述。该消息与其他数据信号相合并，并且馈送至发送子系统42，引至双工器43，并且从接收系统4通过天线20发送该信号。把这些信号发送至发送系统2的天线45，并且被它接收，但它们也能在天线18处被接收，然后通过另一个双工器(未示出)传输。把这些功率控制信号传送至接收子系统46，它又将它们传送至去多路复用器47，以提取出用于接收系统4的其他部分的数据信号。然后把功率控制信号馈送至功率控制处理器48，它使功率电平改变一个特定的数量，该数量是有接收系统4的控制处理器38确定的。

此外，译码器22把有关接收到的带差错的帧的数据提供给控制处理器38。然后，控制处理器38能够分析接收到的带差错的帧，或者计算接收到的带差错的帧的比率。在作了比较之后，控制处理器38把一个指出应该改变帧差错率的信号发送至功率控制消息发生器41，如上所述。从该处开始，沟通功率控制改变的方法与前一段落相同。

图6B的例示的图240示出类似于图200中的那些曲线，但它是针对衰落信道的。图中示出功率电平从低速率曲线202′上的点210′分别沿路径219′、215′和211′改变至高速率曲线上的点220′、216′和212′。归一化功率的相应改变在221′、217′和213′处示出。

根据传输速率为何需要不同的发送功率电平，有下面几个理由。首先，与以低速率发送数据相比，发送系统2以高速率发送数据要花费更多的功率。第二，由于帧差错率的的改变，发送系统2需要不同的功率电平。例如，在图6A中，把帧差错率的大小从点212改变至点220，将减小用于发送所需的功率，而保持数据传输速率相同。第三，由于不同的信道状况，发送系统2使用不同数量的功率。与在理想的AWGN信道中发送数据的情形相比，在有噪声(衰落)的信道中以高速率发送数据要花费更多的功率。此外，由于功率反馈信道的带宽的缘故，发射机功率电平可以不同。如上所述，如果反馈带宽较小，而不能迅速作出补偿改变状况的功率电平的改变，则对于以高速率发送数据所需功率的估计可能不准确。

在使用图6A的一个例子中，能够以图解的形式看出在发送系统2中提高功率效率的方法。低发送速率曲线202近似于所有的低速率(包括八分之一速率、四分之一速率、半速率和全速率)所用的归一化功率。发送速率从这些低速率之一改变至另一个低速率，甚至当还改变帧差错率时，将不会节省较多的功率。这与图6A的曲线204所示的以高速率发送数据的每个比特的功率节省形成对照。不仅比以低速率传送比特时每个比特以功率更有效的方式传送，而且传送大量比特。于是，若以高速率发送的每个比特的每个比特的节省乘以发送的比特数，则功率节省的总数很大。

虽然以高速率发送数据很有效，但发送的大量比特需要大量的功率。由于基站56a对于在基站内的所有的发送来说具有数量有限的功率，因此可能想要进行的发送比能够进行的发送要多。有时，某些发送系统2在短的时间间隔内(诸如在高速率传输时)需要基站56a内的所有的功率。当出现这种情形时，强制尝试在相同时刻发送数据的其他发送系统2等待，直至基站56a完成当前的发送之一。采用本发明得到的功率节省，能够在基站56a中获得有限功率的更有效的分配。

参见图7，该图示出例示的例行程序300，该程序用于当以低速率之一发送数据后，以高速率发送数据时，改变功率电平。这种得到使用有效的处理功率要求的系统，以更好地在系统50内进行所有的通信。

例行程序序在步骤310处开始，其中，基站56a的发送系统2以空闲速率工作。当基站56a不发送话音或把数据发送至移动台中的接收系统4时，出现这一速率。除非发送大量的数据，发送系统2一般处于这种空闲状态。例如，在例示的可变速率译码器中，当在正常的电话交谈中暂停时，发送系统2从全速率返回至这个空闲速率。在步骤320中，把数据提供给基站56a，用于高速率传送。如上所述，这种数据可以是要以高速率发送的任何数据。该数据可能需要以高速率发送，其原因有要发送的数据的类型、以及时间、节省功率或通信系统50的总效率等，例如，自动测量仪表读数可能不需要在短的时间间隔内发送。然而，如果通信系统50以高速率(它比低速率节省功率)发送此数据更有效，则以高速率发送此数据。此外，在轮询多个测量仪表期间，一般必须在很短的时间间隔内发送大量数据。

在步骤330中，基站56a发送一个信号至移动台52，以增大经反向链路发送的正向链路功率控制信息的带宽。增大反向链路上的功率控制带宽使得要以较高速率发送至发送系统2的信息以指出前向链路的质量。这由基站56a发送一个合适地编码的信号来完成，该信号由移动台52译码。移动台52响应于此而增大其功率控制信息的带宽，其做法是，例如，每隔数个帧就发送一个或多个功率控制消息。功率控制消息能够在话音或话务信道内被发送或截去，或经另外的信道发送。发送功率控制消息的方法(诸如在上面提到的那些专利中所描述的方法)对于熟悉本领域的人而言是公知的。

为了准确地预计以较高的数据速率经前向链路发送数据所需的功率，需要增加功率控制信息。没有良好的预计，如果功率太低，则数据信号可能失落；而如果功率太高，则它们可能会损害其他的数据传输。因为当以高速率发送数据时需要更多的功率(这是由于比特数很大)，因此功率节省的要求比以低速率传送数据时更加殷切。

在步骤340中，基站56a的发送系统2发送一个信号至移动台52中的接收系统4，该信号指出，发射机将以全速率发送帧。虽然接收系统4可能判定出传输速率，但如果告诉接收机，这些帧是以何种速率发送的，则在这些判定中会出现较少的误差。基站通过发送合适的控制信号通知移动台52，该基站正在切换至全速率。控制信号通知移动台52，下一帧(或者在N帧后)将以全速率发送。说得更具体些，信号通知移动台52，以全速率对下一帧(或第N帧)译码，而不是计算CRC、SER和Yamamoto值，并由此确定速率。于是，移动台52在判定下一个接收到的帧的速率方面没有差错。

在步骤340中，把基站56a切换至全速率的信息通知移动台52。基站事实上在可选的步骤350中切换至全速率。在步骤350中，发送系统2以全速率发送帧的一个原因是提供有关前向链路信道的更多的功率控制信息至移动台52中的接收系统4。以全速率而不是以空闲速率收集更多的功率控制信息的一个原因是能够测量功率控制信息的频率。当以全速率发送时，此信息每帧发送一次，而当以空闲速率工作时，此信息每十帧发送一次，如在步骤310中那样。用全速率有更多的功率控制信息的另一个原因是，数据常常是以全速率发送的，而不是以空闲速率发送的。

在步骤360中，基站56a中的发送系统2估算以高速率发送帧所需的功率电平。发送系统2使用从接收系统4(以全速率)接收到的功率控制信息来估算前向链路信道的状况。例如，如果前向链路信道与AWGN信道(图6A)类似，则与信道如果有衰落的情形(图6B)相比，需要较少的功率。

在步骤360中，基站56a中的发送系统2还企图能得到额外的功率控制信息，从而更准确地估算前向链路状况以及以高速率发送帧所需的功率。例如，传输系统2可以在短的时间间隔内用高速率发送一个或多个帧，然后响应于此，判读接收到的功率控制消息。因此，虽然它使用了较多的功率，但为了更准确地预计以数据速率进行数据发送所需的功率电平，即使是短的时间间隔，这对于以较高的速率开始发送信号还是有利的。由于以全速率或高速率发送要比以较低的速率发送时有更大的信噪比，因此能更加准确地预计功率电平。

在一个有关的实施例中，增大了反向链路的反馈带宽，由此提供涉及前向链路信道状况的信息要比先前提供信息要快些。通过从八分之一速率或空闲速率改变至四分之一速率、半速率或全速率来增大反向链路的反馈带宽。这个实施例可以单独地被使用，或者可与前向链路通信的较高速率相组合，如上所述，以获得更高的功率控制效率。

在另一个实施例中，当先前以高速率发送数据时，基站56a中的接收系统4存储先前测得的功率电平。在此实施例中，如果信道状况与先前使用的信道状况相似时，估算合适的新功率电平所需的功率和时间可以减少或避免。此时，发送系统2请求接收系统4把发射机功率设定在先前高速率传送时所设定的值。然后发送系统2以这个调用的功率设定发送一个或多个帧。对于信道的当前状况估算调用的功率设定，如果信道状况与先前传输时的状况基本不变，则再调用的功率电平是合适的。

为了在反向链路上进行高速率数据传输时有更高的效率，还可以使用增加的功率控制管理。如果反向链路以空闲速率或八分之一速率工作，并且沿反向链路接收数据用于传输，则一个实施例允许反向链路改变传输速率至全速率，这样可有较好的性能而同时增大了反馈带宽。

在另一个实施例中，如果系统当前不基于反向链路信道，则用其他方法能够增加反向链路功率控制带宽。例如，基站56a能够不根据信道状况而指令移动台52以给定的速率发送，如上所述。

在还有一个实施例中，移动台52能够在反向链路上以较高的功率电平发送数据，然后由基站56a使用该电平，以改进测量准确度，如上所述。

最后，可以把用于准备高速率传输的反向信道的任何一个或所有的上述实施例加以组合，以获得更高的功率控制准确度和数据传输的效率。

步骤360促进了效率的提高，这是由于它允许移动台52和基站56a估算然后测试以高速率发送数据所需的合适的功率电平。这种精确估算的目的是确保以高速率传送的数据将有足够的功率被合适地译码，但功率又不是如此之多，以至暂时阻止其他的传输。当每个移动台52和基站56a以它们的最高的效率工作时，通信系统50的效率达到最高。

在步骤370中，基站56a中的发送系统2发送高速率通知至移动台52中的接收系统4。这个步骤类似于步骤340，并且它是避免数据丢失所必需的，当发送速率判定得不正确时，会发生数据丢失，如上所述。在正确设定功率电平并且已适当地通知移动台52有关增加的数据速率之后，基站56a以高的数据率发送帧。经前向链路以先前在步骤360中估算的功率发送这些帧。在这些数据以高速率发送的同时，移动台52继续把功率控制消息发回至基站56a。因此，如果先前估算的功率电平不正确，则基站56a在以高速率发送的同时还适当地调整功率。一般，例行程序300允许系统50增大其传输速率和功率控制反馈，以估算合适的用于以高速率发送帧的功率。于是，与现有技术相比的一个优点是，它要比不估算信道状况而以过多的功率发送数据的做法耗费的功率少，而把由于以不足的功率发送数据造成的数据失落减至最小。

本发明在这里提供的教导能够应用至其他的通信系统，而不必一定是上述的CDMA通信系统。例如，本发明同样可以应用于其他的数字或模拟蜂窝通信系统。如果有需要，可以将本发明加以修该，以使用上述各项专利和申请的系统、电路以及概念，通过参照将它们全部引用于此，有如列出它们的整体。

由于上面的详细描述，可以对于本发明作这些和那些改变。一般，在下面的权利要求书中，所用的措辞不应当限制本发明为在说明书和权利要求书中所揭示的特定的实施例，而应当包括任何通信系统，该系统按照权利要求书工作，以提供信道质量监视和功率控制。因此，本发明不受揭示所限，而它的范围完全要由下面的权利要求书确定。

Claims (3)

1.一种在具有至少一个基站和至少一个用户台的通信系统中控制发送信号功率的方法，其中所述基站和用户台分别经前向和反向链路发送信号，每个所述前向和反向链路包含通信信道和反馈信道，而每个信道具有各自的信道带宽，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

从所述用户台和所述基站的至少一个台站以低速率发送信号；

接收以某个数据速率发送的数据信号，所述数据速率比所述低速率要快些；

增大所述反向链路的所述反馈信道的带宽；

经所述反向链路的所述反馈信道接收增大带宽的功率控制信号；

根据所述增大带宽的功率控制信号，估算以所述数据速率发送数据信号所需的所述发送信号功率；

改变所述发送信号功率以与所述数据速率的所述选定的发送信号功率匹配；以及

从所述用户台和所述基站的至少一个台站以所述数据速率发送数据信号。

2.一种通信系统，其特征在于，包括：

基站，通常构造来以相应于低数据速率的发送信号功率发送当前通信信号作为前向链路信号；

至少一个用户台，构造来接收所述当前通信信号，判定所述当前通信信号的电平，并且发送当前控制消息作为反向链路信号；

其中，每个所述前向链路和反向链路包含通信信道和反馈信道，每个信道具有各自的信道带宽；以及

其中，所述基站构造得指令所述移动台增大所述反向链路的所述反馈信道的所述带宽，经所述反向链路的所述反馈信道接收增大带宽的控制消息，并且根据所述增大带宽的控制消息估算以数据速率发送数据信号所需的所述发送信号功率。

3.如权利要求2所述的通信系统，其特征在于所述通信系统包括：

用于以低速率发送数据传输的装置，所述传输以信号发送功率发送；

用于接收以某个数据速率发送的数据的装置，所述数据速率要比所述低速率要快些；

用于增大所述反向链路的所述反馈信道的所述带宽的装置；

用于经所述反向链路的所述反馈信道接收增大带宽的功率控制信号的装置；

用于根据所述增大带宽功率控制信号估算以所述速率发送数据信号所需的所述发送信号功率的装置；

耦合至所述用于发送的装置的装置，用于改变所述信号发送功率以与所述估算的发送信号功率匹配；以及

耦合至所述用于改变的装置的装置，用于以所述数据速率发送数据传输。

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