码分多址系统中下行链路公共信道开环功率控制方法

摘要

本发明涉及码分多址系统中下行链路公共信道的开环功率控制方法，包括以下步骤：区分复用了承载专用类型逻辑信道的下行公共信道；对承载有专用类型的逻辑信道的下行公共信道，逐帧判断所述下行公共信道的传输格式组合；根据当前无线帧的传输格式组合类型，逐帧控制仅承载有专用类型的逻辑信道的下行公共信道无线帧的发射功率。根据本发明公开的这种下行链路公共信道的开环功率控制方法，利用公共下行信道中不同逻辑信道所需功率要求和特点，提出了专用逻辑信道的功率控制及其控制方法，从而有效改善了下行链路的性能，提高了无线资源的利用率。

说明书

技术领域

本发明一般涉及通信技术领域，更特别的，本发明涉及码分多址(CDMA)通信系统中下行链路公共信道的开环功率控制方法。

背景技术

码分多址(CDMA)系统是一个典型的干扰受限系统。在CDMA系统中，由于用户共同使用相同的频率，且各用户的扩频码之间存在着非理想的相关特性。任何一个用户的有用功率，都将成为对其它用户的干扰，用户发射功率的大小直接影响了系统的总容量，因此，功率控制技术作为一种重要的减小信道间干扰的手段，在CDMA系统中得到了广泛的应用。功率控制按方向分为上行功率控制和下行功率控制；根据控制方式的不同，分为闭环功率控制和开环功率控制两大类。其中，闭环功率控制是通过接收端对接收信号干扰比(SIR)与其目标值进行比较，并将由此产生的功率控制命令通过反向链路反馈回发送端来进行功率控制的，因此仅适用于存在双向无线链路的专用信道；开环功率控制不需要双向信道，它直接由发送端根据一定的策略控制其发射功率。对只存在单向链路的公共类型的信道，其功率控制只能通过开环方式进行，与闭环功率控制相比，开环功率控制的控制速率和控制精度都较低。

在码分多址通信系统的无线接口中，从不同协议层上讲，承载用户各种业务的信道通常可分为三类，即逻辑信道，传输信道，和物理信道。逻辑信道直接承载用户业务，而传输信道是物理层为MAC(媒体接入控制层)提供的服务，根据传输是针对一个用户的专用信息还是针对所有用户的公用信息而分为专用信道和公共信道两大类；物理信道是各种信息在无线接口传输时的最终体现形式，每一种使用特定的载波频率、扩频码以及载波相对相位和相对时间的信道都可以理解为一类特定的物理信道。在3GPP的宽带码分多址WCDMA系统中的下行物理信道可分为：下行专用物理信道和下行公共物理信道。其中，下行公共物理信道包括：诸如公共导频信道(CPICH)、同步信道(SCH)、寻呼指示信道(PICH)、接入指示信道(AICH)、和公共控制物理信道(CCPCH)等。而CCPCH物理信道根据承载的传输信道的不同分为第一(基本)公共控制物理信道(P-CCPCH)和第二(辅助)公共控制物理信道(S-CCPCH)。

在WCDMA系统中，各个下行公共物理信道的功率是与小区的容量和覆盖等网络规划参数相关的，一般由网络规划过程确定并以相对固定的功率电平进行发射。

当物理层对MAC提供服务时，S-CCPCH用于承载前向接入信道(FACH)和寻呼信道(PCH)两种传输信道。S-CCPCH既可以单独承载FACH或PCH传输信道，也可以同时复用这两种传输信道。其中，PCH传输信道用于承载逻辑信道PCCH(寻呼控制信道)，FACH传输信道用于承载BCCH(广播控制信道)、CCCH(公共控制信道)、CTCH(公共业务信道)、DCCH(专用控制信道)、DTCH(专用业务信道)等多种逻辑信道。关于这些信道及其复用方式的详细描述，可以参考3GPP的规范3GPP TS 25.211、3GPP TS 25.321、3GPP TS25.301、3GPP TS 25.302等文档，关于S-CCPCH的用法可以参考3GPP的规范TS 25.331、TS 25.302、TS 25.304等文档。

在S-CCPCH物理信道承载的FACH传输信道所承载的逻辑信道中，DTCH和DCCH逻辑信道仅存在于RRC(无线资源控制层)的连接模式(RRC Connected Mode)的CELL FACH状态，关于RRC信令及其不同模式与状态的详细描述，可以参考3GPP的规范TS25.331等文档。一个FACH传输信道可能承载不同用户设备(UE)的DTCH和DCCH逻辑信道，通过FACH传输信道的MAC(媒体接入控制)头的UE-ID域进行区分不同的用户。其中，DCCH逻辑信道用于承载处于CELL FACH状态下的RRC连接激活的UE的RRC信令，DTCH逻辑信道则用于承载小数据量的用户数据。在CELL_FACH状态，不分配给UE任何专用物理信道，相反却使用RACH和FACH信道来传输信令信息和少量的用户平面数据。

具体来讲，在WCDMA中，当处于空闲模式的UE受到触发离开空闲模式时，UE会向网络发送一条RRC连接请求消息，当UE接收到RRC连接建立的确认消息，就建立起一条RRC连接，UE进入UTRAN(UMTS陆地无线接入网)连接模式下的CELL_DCH或CELL_FACH状态：如果该RRC连接使用的是专用传输信道，则进入CELL_DCH状态；如果使用的是公共传输信道，则进入CELL_FACH状态。CELL_FACH状态是一种仅次于CELL_DCH的重要状态，与CELL_DCH状态下无线网络控制器(RNC)需为一个RRC连接分配一对专用物理信道相比，CELL_FACH状态下的多个UE的下行链路可以分时复用一个S-CCPCH，上行链路则通过随机接入信道(RACH)传输数据或信令。

现有技术中，S-CCPCH信道作为下行公共物理信道之一，是不进行功率控制的，为了使小区内的所有用户都能正确地接收，所有的S-CCPCH只能简单地以足够高的相对固定的功率发送，才能保证对整个小区的覆盖。但是在这种情况下，当处于CELL_FACH状态的UE达到一定的数量后，由此产生的干扰将较大地影响系统性能，从而抵消由于采用RACH/FACH进行小数据量数据传输而带来的好处。

发明内容

因此，本发明的一个目的是对码分多址下行链路公共信道进行开环功率控制，以提高无线资源利用率。本发明提出的这种码分多址系统中下行链路公共信道开环功率控制方法，包括以下步骤：区分复用了承载专用类型逻辑信道的下行公共信道；对承载有专用类型的逻辑信道的下行公共信道，逐帧判断所述下行公共信道的传输格式组合；以及根据当前无线帧的传输格式组合类型，逐帧控制仅承载有专用类型的逻辑信道的下行公共信道无线帧的发射功率。

本发明提出当在下行公共信道上复用有针对特定用户的专用类型的逻辑信道时，对该下行公共信道无线帧的发射功率进行控制，使发射的下行功率刚好为该特定的用户所能接收，从而减少因使用满功率发射而造成的对其他用户的干扰。通过在此种情形下对下行链路公共信道进行功率控制，来提高无线资源利用率。为此，本发明针对在CELL_FACH状态下当多个UE的下行链路在分时复用一个S-CCPCH物理信道时，通过对S-CCPCH物理信道的发射功率进行适当控制，以减少此状态下RRC连接对有限信道资源的占用，来提高系统的容量和无线资源的利用率。

本发明的另一个目的是提出了对W-CDMA通信系统中S-CCPCH物理信道进行开环功率控制的方法。本发明提出对S-CCPCH采取一定的功率控制措施，当S-CCPCH承载有属于特定用户的专用类型的逻辑信道时，逐帧判断该S-CCPCH的传输格式类型，并根据判断出的传输格式类型对S-CCPCH逐帧进行功率控制。从而避免了S-CCPCH始终以满功率发送造成的对系统的干扰和对系统的占用。通过对S-CCPCH采取一定的功率控制措施，有效改善下行链路的性能，并进而提高系统的无线资源的利用率。在对S-CCPCH进行功率控制时，如前所述，S-CCPCH是公共类型的信道，没有对应的专用上行信道，因此，本发明提出了对S-CCPCH的功率控制属于开环功率控制方法。

为实现上述目的，本发明根据码分多址通信系统下行公共信道中所承载的不同逻辑信道类型及所需功率要求和特点，提出了一种对承载有专用类型的逻辑信道的下行公共信道的功率控制方法。

附图说明

以下将参考附图并结合附图，对本发明的码分多址通信系统中下行链路公共信道的功率控制方法进行详细描述，其中：

图1是根据本发明实施例的码分多址传输信道的传输格式组合的示意图；

图2是根据本发明实施例的SIR跟踪环路的结构框图；

图3是根据本发明实施例的S-CCPCH开环功率控制方法的实现框图。

具体实施方式

为了更清楚地阐述本发明，本发明以WCDMA通信系统为例进行说明，但本发明并不局限于此，对其他CDMA系统中具有类似结构和功能的相应下行公共信道，当其上承载有属于特定用户的专用类型的逻辑信道时，也可以采用本发明方法对该下行公共信道进行下行功率的控制。

参考附图1，附图1示出了根据本发明实施例的WCDMA系统传输信道的传输格式组合。如图1所示，根据3GPP的规范3GPP TS25.212、3GPP TS 25.302等文档，当多个传输信道复用到一个物理信道上时，在每一个传输时间间隔(TTI)，上层将按一定的传输格式组合(TFC)将各个传输信道的传输块(TB)传送到物理层，为了通知接收方当前TTI内所使用的TFC，物理信道的传输格式组合指示(TFCI)域给出当前TTI内所使用的TFC的索引。

如前所述，S-CCPCH用于承载前向接入信道(FACH)和寻呼信道(PCH)两种传输信道，其中，PCH传输信道用于承载逻辑信道PCCH，FACH传输信道上则可复用BCCH、CCCH、CTCH、DCCH、DTCH等多种逻辑信道。根据3GPP的规范3GPP TS 25.212、3GPP TS25.301、3GPP TS 25.302等文档，并参考3GPP的TSG-RAN工作组的文档RP-000447，S-CCPCH上承载的任何传输信道的TTI都只能取为一个无线帧帧长(10ms)，而在每个TTI，PCH传输信道上承载的PCCH逻辑信道与FACH传输信道上承载的各种逻辑信道，可按以下方式复用到S-CCPCH的一个无线帧上：

在一个10ms的TTI即一个无线帧内，PCH和FACH传输信道可以单独或同时出现在一个TFC中，而FACH传输信道上可能承载BCCH、CCCH、CTCH、DCCH、DTCH等逻辑信道的一种或多种，若一个TFC包含一个FACH传输信道，则它可能有多个传输块，而每个传输块可能对应BCCH、CCCH、CTCH、DCCH、DTCH等逻辑信道之一。这就是说，FACH传输信道上的任何一个传输块只可能是BCCH、CCCH、CTCH、DCCH、DTCH等逻辑信道之一，而不可能同时包含两个或更多的逻辑信道数据。

另一方面，根据3GPP的规范3GPP TS 25.301、TS 25.331等文档对各逻辑信道功能的描述，PCH传输信道承载的PCCH逻辑信道和FACH传输信道承载的各逻辑信道及其发射功率具有以下特点：

(a)PCH传输信道承载的PCCH逻辑信道和FACH传输信道承载的BCCH、CTCH逻辑信道不属于特定的用户，它们应当以满功率发射以覆盖整个小区，保证小区内的所有用户都能正确接收到这些信道的信息，该功率与其它的公共下行物理信道一样，一般是由网络规划过程确定的，因此不对PCH传输信道承载的PCCH逻辑信道和FACH传输信道承载的BCCH、CTCH逻辑信道实施开环功率控制；

(b)FACH传输信道承载的CCCH逻辑信道根据3GPP TS25.331，主要用于CELL_FACH状态尚未分配DCCH时传送下行RRC消息，这种情况往往出现在某UE刚刚进入CELL_FACH状态，此时专用链路尚未建立，没有下行的DCCH可以使用。因此，FACH传输信道承载的CCCH逻辑信道是相对较少出现的逻辑信道，且CCCH上可能包含同时控制多个UE的RRC消息，因此，为了简化功率控制过程，可以认为FACH传输信道承载的CCCH逻辑信道同样以满功率发射覆盖整个小区，保证小区内的所有用户都能正确接收到该信道的信息。同样，不对FACH传输信道承载的CCCH逻辑信道进行开环功率控制；

(c)FACH传输信道承载的DCCH和DTCH逻辑信道是针对特定用户的，因此，它们只需按适当的功率发送使得特定的用户正好能正确接收，而不必向FACH传输信道承载的其它逻辑信道一样以满功率发送。通过对S-CCPCH物理信道上承载的FACH传输信道上所承载的这类针对特定用户的专用类型的逻辑信道进行功率控制，使特定的用户能正好能正确接收，可以避免或减少使用满功率发射给其它用户造成的干扰。因此本发明对FACH承载的DCCH和DTCH进行开环功率控制。

根据上述分析，本发明提出的S-CCPCH的开环功率控制方法如下：

首先，为了能够对FACH承载的DCCH和DTCH进行慢速功率控制，RNC应当为每个处于CELL FACH状态且DCCH/DTCH已经建立的UE，建立一个相应的SIR跟踪环路，该SIR跟踪环路与闭环功率控制中的外部功率控制环路类似。当UE处于CELL_FACH状态时，其下行方向的信道为：物理信道S-CCPCH，传输信道FACH，逻辑信道DCCH/DTCH；上行方向的信道为：物理信道PRACH(随机接入物理信道)，传输信道RACH，逻辑信道DCCH/DTCH。UE在接收下行的FACH上的DCCH和DTCH时，可以同时测量出该信道的质量。为了跟踪UE当前所需的SIR，UE应当在RACH承载的上行DCCH上，将接收的FACH上的DCCH和DTCH的接收质量测量值，通过RRC测量报告上报给RNC，而RNC则将该接收质量测量值作为SIR跟踪环路的输入，从而得到UE当前所需的SIR。其中，UE对FACH上的DCCH和DTCH的接收质量的测量值，优选的是传输块错误率(BLER)。图2给出了一个典型的SIR跟踪环路的结构框图。另外，在UE上行的RRC测量报告中，还包括CPICH Ec/No等测量值，以用于开环计算下行功率。该CPICH Ec/No等测量值由3GPP TS25.215规定，其是UE应当支持的测量值。

根据前面的分析，当S-CCPCH具有以下传输信道复用方式时，不进行功率控制：

a)S-CCPCH上只承载PCH传输信道；

b)S-CCPCH上只有FACH传输信道，且所有的FACH只承载BCCH、CTCH、CCCH的一种或多种逻辑信道；

c)S-CCPCH上承载PCH和FACH，且所有的FACH只承载BCCH、CTCH、CCCH的一种或多种逻辑信道；

对于其它的包含专用类型的逻辑信道DCCH/DTCH的S-CCPCH物理信道，其下行发射功率以每个无线帧为单位，按以下方式进行控制：

如果当前无线帧的TFC中只包含一个FACH传输信道，且FACH传输信道承载DCCH或DTCH逻辑信道，则可以按下面将要介绍的计算方法确定该帧S-CCPCH的下行发射功率。

如果当前无线帧的TFC中只包含FACH传输信道，且FACH传输信道所有承载的逻辑信道DCCH、DTCH都属于同一UE，则按下面将要介绍的计算方法确定该帧S-CCPCH的下行发射功率。

如果当前无线帧的TFC中只包含FACH传输信道，而承载的DCCH、DTCH属于两个或以上的UE，则按下面将要介绍的计算方法分别计算各个UE所需要的下行功率，并选取其中的最大值，作为该帧S-CCPCH的下行发射功率。如果当前无线帧的TFC中包含的FACH不但承载DCCH、DTCH，还包含BCCH、CTCH、CCCH等之一或多个逻辑信道，或还包括承载PCCH的传输信道，则不需计算该帧S-CCPCH的发射功率，而以预先设定的功率发射，该功率使得其覆盖整个小区，以保证小区内的所有用户都能正确接收到该信道的信息。

如果当前无线帧的TFC不包含承载DCCH/DTCH的FACH传输信道，则该帧S-CCPCH以预先设定的功率发射，该功率使得其覆盖整个小区，以保证小区内的所有用户都能正确接收到该信道的信息。在此种情形下，不对该帧S-CCPCH发射功率进行控制。

在按上述方法进行S-CCPCH功率控制时，为了优化S-CCPCH的性能，本发明进一步提出，RNC可优选地按以下原则进行S-CCPCH的分组调度控制：

□避免在S-CCPCH无线帧的TFC中出现FACH不但承载DCCH，DTCH，还包含BCCH，CTCH，CCCH等之一或多个逻辑信道，或还包括承载PCCH的传输信道的情形；

□如果在这种情况下，即S-CCPCH无线帧的TFC中只包含FACH传输信道，且承载的DCCH，DTCH属于两个或两个以上的UE，则RNC在分组调度中应当尽量将所需的下行发射功率尽可能接近的UE的DTCH/DCCH安排在一起。

在上述需要计算S-CCPCH的下行发射功率时，可以采用已有的方法。如可以采取文献“Radio network planning and Optimization forUMTS”，(J.Laiho，A.Wacker，T.NovoSad等著，John Wiley & SonS出版，2002年)所介绍的方法：

$>>>P>X>>=>>>R>·>SI>>R>>t>arg>et>>>>W>>·>[>>>\lambda >·>>P>max>>>>>(>>E>c>>/>>N>o>>)>>CPICH>>>->\alpha >·>>\eta >DL>>·>>P>max>>]>.>.>.>>(>1>)>>>s>$

上式中各参数分别表示以下各量：

P_x    当前时刻的下行发射功率；

α    与特定UE相关的下行链路正交因子(0 ≤α≤1)，α＝1表示完全正交；

W     码片速率；

R     该物理信道数据部分的比特速率；

P_max  基站下行总的最大发射功率；

λ    下行公共导频信道CPICH的发射功率占P_max的比例；

η_DL  下行负载因子(0～100％)，基站当前总发射功率与总的最大发射功率之比；

(E_c/N_o)_CPICH  即CPICH Ec/No，为接收的CPICH每码片能量与接收的带内总功率之比；

SIR_target该物理信道当前所需的接收信号干扰比。

其中，(E_c/N_o)_CPICH是经由UE报告的当前测量结果，η_DL是由基站报告的当前测量结果，SIR_target为前述SIR跟踪环路输出的当前SIR目标。另外，如果不考虑下行链路的正交性，还可以将式(1)进一步简化。

另外，针对S-CCPCH的慢速开环功率控制，本发明还提出可以进一步按以下公式计算针对某特定UE的当前时刻的S-CCPCH下行发射功率：

P(k)＝β·P(k-1)+(1-β)P_x(k)        (2)

其中β为0～1的因子，取值越接近0，则“以前的功率值”所起的作用较小，当前功率主要由开环计算的功率值决定。相反，取值越接近1，则“以前的功率值”所起的作用较大，当前功率受开环计算的功率值的影响较小。P_x(k)为该UE对应的在当前时刻k按式(1)计算的值，P(k)为该UE对应的经式(2)平滑后的当前时刻的S-CCPCH下行发射功率。与直接按式(1)计算下行发射功率比较，采用式(2)可以平滑掉直接计算中因测量参数误差等原因而导致的不稳定性，因而能较好地适应因UE移动的信道环境的变化。

图3给出了根据本发明的S-CCPCH慢速开环功率控制实现框图。该图中，BCCH、PCCH、CCCH、CTCH、DCCH、DTCH等逻辑信道的协议数据单元首先根据3GPP TS25.321等规范被映射成传输信道FACH/PCH的各个传输块。此后，这些FACH/PCH的传输块将进入FACH/PCH分组调度单元，该单元通过区分各个FACH/PCH传输块的优先级，并根据特定的算法，确定各S-CCPCH的每个无线帧(对S_CCPCH即为TTI)的TFC，将连接帧号(CFN)、相应帧的FACH/PCH的传输块、以及相应的传输格式指示(TFI)等，输出到FACH与PCH的数据帧协议处理单元。

另一方面，根据FACH/PCH分组调度的结果，首先对复用了承载DTCH/DCCH的FACH传输信道的S-CCPCH进行区分，对不复用承载DTCH/DCCH的FACH的S-CCPCH，不逐帧进行功率控制，而以预定的满功率进行发射以覆盖整个小区。对复用了承载DTCH/DCCH的FACH的S-CCPCH，将逐帧对所采用的TFC进行判断，根据描述的S-CCPCH的TFC分别确定当前帧的下行发射功率。

在附图3中，示出了5种情况，其中情况(1)是当前无线帧的TFC中只包含一个FACH传输信道，且FACH传输信道承载DCCH或DTCH逻辑信道；情况(2)是当前无线帧的TFC中只包含FACH传输信道，且FACH传输信道所有承载的逻辑信道DCCH、DTCH都属于同一UE；情况(3)是当前无线帧的TFC中只包含FACH传输信道，且承载的DCCH、DTCH属于两个或以上的UE；情况(4)是当前无线帧的TFC中包含的FACH不但承载DCCH、DTCH，还包含BCCH、CTCH、CCCH等之一或多个逻辑信道，或还包括承载PCCH的传输信道；情况(5)是当前无线帧的TFC不包含承载DCCH/DTCH的FACH传输信道。

在附图3中，在根据公式(1)和(2)计算下行功率时，将利用相应UE的SIR跟踪环提供的当前SIR目标值，以及当前UE与NodeB报告的有关测量结果。各个S-CCPCH的各帧的FACH功率电平值，也同时送到FACH与PCH的数据帧协议处理单元。其中，FACH数据帧协议处理单元将利用FACH分组调度单元输出的连接帧号(CFN)、相应帧的FACH/PCH的传输块、以及相应的传输格式指示(TFI)，以及开环功率控制得到的相应帧的发射功率电平值，形成FACH数据帧；而PCH数据帧协议处理单元将利用FACH分组调度单元输出的连接帧号(CFN)、相应帧的FACH/PCH的传输块、以及相应的传输格式指示(TFI)等，形成PCH数据帧。FACH和PCH数据帧通过Node B与RNC的接口Iub传送到Node B，最后由Node B完成FACH/PCH的S-CCPCH的复用和物理信道的映射(关于FACH/PCH数据帧协议的详细描述，可以参考3GPP TS25.434、TS25.435等协议)。

需要指出的是，尽管本发明实施例给出了确定当前S-CCPCH帧下行发射功率的五种情形，但本发明主要是当S-CCPCH仅承载有针对特定用户的专用类型的逻辑信道DTCH/DCCH时，对该S-CCPCH无线帧进行功率控制，调整此类情况下的S-CCPCH无线帧发射功率大小，以减少对其他用户的干扰，提高无线资源利用率。而当S-CCPCH未承载有上述专用类型的逻辑信道或除承载有上述专用类型的逻辑信道以外，还承载有其他逻辑信道时，对S-CCPCH无线帧不做功率控制，而以本领域技术人员所熟知的方式以预定功率发射。

另外，还需要指出的是，尽管本发明在实施例中是以WCDMA的S-CCPCH信道为例进行阐述的，但是，本发明所涉及的方法，并不局限于此，对其它CDMA系统中与S-CCPCH类似的公共下行信道的功率控制，本发明所提出的方法的原理同样适用。例如，本领域技术人员很容易知道，在CDAM2000系统中，对前向公共控制信道(F-CCCH)也可使用本发明的方法进行功率控制。