Управление передаваемой мощности на основе контрольного сигнала

I. Область изобретения Настоящее изобретение относится к области радиосвязи. В частности, настоящее изобретение относится к новому улучшенному способу выполнения управления мощности.II. Описание известного устройства В стандарте на интерфейс IS-95 (ОТА) для радиосвязи определен набор способов модуляции радиосигналов для реализации цифровой телефонной системы сотовой связи. СтандартIS-95 и его производные типа IS-95A и ANSI 3STD-008 (упоминаемые все вместе, как стандартIS-95) провозглашены Ассоциацией промышленности телесвязи (TIA), как стандарт, гарантирующий удобство использования оборудования телесвязи, изготовленного различными продавцами. Стандарт IS-95 был принят с энтузиазмом,потому что он позволяет использовать доступную полосу радиочастот более эффективно, чем ранее существовавшие технологии сотовой телефонной связи. Эта увеличенная эффективность обеспечивается благодаря использованию методики обработки сигналов с многостанционным доступом и кодовым разделением каналов(CDMA) в сочетании с управлением передаваемой мощности, чтобы улучшить повторное использование частоты в системе сотовой телефонной связи. На фиг. 1 показана упрощенная конфигурация цифровой системы сотовой телефонной связи, отвечающая требованиям стандарта IS95. В процессе работы телефонные вызовы и другие виды коммуникации осуществляются путем обмена данными между абонентскими узлами 1 (в основном, это телефоны для сотовой связи) и базовыми станциями 2 с использованием радиочастотных сигналов. Как правило, далее связь устанавливается через проводные линии связи от базовых станций 2 через контроллеры базовых станций (КБС) 4 и центр коммутации устройств подвижной связи (ЦК) 6 или через коммутируемую общественную телефонную станцию (АТС) 8, или через другую абонентскую станцию 1. Контроллер базовых станций 4 и центр коммутации 6, как правило, обеспечивают управление подвижными устройствами, обработку вызова и маршрутизацию вызова. Радиочастотный сигнал, переданный от базовой станции 2 на комплект абонентских установок 1, называется здесь сигналом прямой линии связи, а радиочастотный сигнал, переданный от абонентского узла 1 к базовой станции 2,называется сигналом обратной линии связи. По стандарту IS-95 абонентские узлы 1 обеспечиваются обслуживанием телесвязи, передавая данные пользователя, в частности, оцифрованные речевые данные в виде сигнала обратной линии связи. Сигнал обратной линии связи состоит из одиночного канала трафика и поэтому 2 он часто именуется "некогерентным" сигналом,поскольку он не включает контрольный канал. В сигнале обратной линии связи данные пользователя передаются с максимальной скоростью передачи 8,6 или 13,35 кбит/с, в зависимости от того, какая выбрана скорость передачи из набора скоростей, обеспечиваемых стандартом IS-95. Использование одноканального некогерентного сигнала обратной линии связи упрощает реализацию системы сотовой телефонной связи IS-95, устраняя необходимость синхронизации между комплектом абонентских узлов 1 и отдельной базовой станцией. Как упоминалось выше, в стандарте IS-95 используется управление передаваемой мощности, чтобы более эффективно использовать доступную полосу радиочастот. В соответствии со стандартом IS-95, это управление мощности осуществляется измерением уровня или качества сигналов канала трафика обратной линии связи при получении этих сигналов базовой станцией и формированием команды управления мощности, основанной на этом измерении. Команда управления мощности передается на абонентский узел по сигналам прямой линии связи. Абонентский узел реагирует на команду управления мощности, увеличивая или уменьшая передаваемую мощность сигнала обратной линии связи, основанную на команде управления мощности. Это регулирование управления мощности повторяется со скоростью 800 раз в секунду для того, чтобы поддерживать передаваемую мощность сигнала обратной линии связи на минимальном уровне, необходимом для проведения связи. Кроме того, по стандарту IS95 также необходимо изменять рабочий цикл сигнала обратной линии связи в зависимости от изменений речевой активности шагами в 20 мс. Таким образом, когда рабочий цикл передачи снижается, сигнал передается либо в точке установки набора скоростей, либо сигнал стробируется и вообще не передается. В течение периода стробирования сигнала обратной линии связи базовая станция формирует некорректные команды увеличения мощности, потому что сигнал обратной линии связи на этой станции не обнаружен. Абонентский узел может игнорировать эти ложные команды на увеличение мощности, поскольку он знает время, когда сигнал обратной линии связи был и не был передан и,соответственно, время получения ложной команды увеличения мощности. Чтобы удовлетворять непрерывно возрастающие потребности по передаче цифровых данных по сетям типа "всемирной паутины"(сети Интернет), была создана более скоростная и более сложная система передачи, включая многоканальные и когерентные сигналы обратной линии связи, которая раскрыта в заявке США 08/651,443, находящейся в стадии рассмотрения и озаглавленной "Высокоскоростная 3 система передачи данных по радио в форматеCDMA", поданной 28 мая 1996 г. заявителем настоящего изобретения и включенной в данное описание в качестве ссылки. В частности, в вышеупомянутой заявке описан сигнал обратной линии, включающий, по меньшей мере, один канал трафика, канал управления мощности и контрольный канал. Использование многоканального сигнала обратной линии связи обеспечивает различные преимущества, включая повышенную гибкость системы, поскольку различные типы данных могут быть переданы одновременно по различным каналам. Кроме того, контрольный канал в многоканальном сигнале обратной линии связи облегчает когерентную обработку сигнала обратной линии связи, что повышает эффективность этой обработки. Также желательно обеспечить управление мощности для обратной линии связи при передаче данных с высокой скоростью, как описано в вышеупомянутой заявке США, чтобы продолжить эффективное использование доступного диапазона радиочастот. В одном примере реализации системы высокоскоростной передачи данных, описанной в вышеупомянутой заявке, сигнал обратной линии связи передается непрерывно с передаваемой мощностью канала трафика, регулируемой с повышением мощности шагами каждые 20 мс в ответ на изменения в скорости передачи данных, как правило, называемых изменениями речевой активности. Иными словами, трафик по каналу передается при сниженном уровне мощности, а не в уменьшенном рабочем цикле в течение каждых 20 мс приращения мощности при снижении скорости передачи данных. Как правило, передаваемая мощность может быть установлена на одном из четырех уровней, которые могут использоваться для одного из четырех повышений речевой активности, однако, можно использовать любое число уровней передаваемой мощности. Таким образом, передаваемая мощность для системы высокоскоростной передачи данных изменяется в более широком диапазоне,чем в стандарте IS-95, в котором сигнал передается либо с фиксированной мощностью, либо полностью стробируется. Кроме того, передаваемая мощность в системе с высокой скоростью передачи данных может оставаться низкой в течение более длинного периода времени, чем в IS-95, так как IS-95 требует, по меньшей мере,нескольких точек установки передач в течение передачи каждого кадра данных, тогда как точки установки могут отсутствовать для нескольких кадров данных скоростной системы, если скорость передачи остается низкой. Поскольку система, принимающая сигналы высокоскоростной линии связи, не будет знать, произошло ли это снижение из-за увеличенного расстояния или просто является результатом пониженной скорости передачи данных, ей будет трудно оп 001633 4 ределить соответствующую команду управления мощности, которую нужно передать. Таким образом, если желательно осуществить управление мощности обратной линии связи в такой высокоскоростной системе, требуется новый способ управления мощности обратной линии связи. Краткое описание изобретения Настоящее изобретение представляет собой новый и улучшенный способ выполнения управления мощности обратной линии связи. Сигнал обратной линии связи, переданный с установленной мощностью обратной линии связи, включает, по меньшей мере, канал трафика,передаваемый с мощностью передачи канала трафика, и контрольный канал, передаваемый с установленной мощностью передачи контрольного канала. В приемной системе принимаемая энергия приемного канала измеряется, и формируется команда снижения мощности передачи,если принимаемая энергия превышает пороговую величину. Если принимаемая энергия меньше этой пороговой величины, выдается команда на увеличение мощности. Команда управления мощности передается в систему,формирующую сигнал обратной линии связи. Краткое описание чертежей Особенности, цели и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными при чтении приведенного ниже подробного описания со ссылками на приложенные чертежи, на которых одинаковые позиции представлены одними и теми же цифровыми обозначениями. Фиг. 1 - блок-схема системы сотовой телефонной связи; фиг. 2 - блок-схема абонентского узла или сотового телефона, сконфигурированного в соответствии с одним вариантом изобретения; и фиг. 3 - блок-схема базовой станции,сконфигурированной в соответствии с примерным вариантом настоящего изобретения. Подробное описание предпочтительных вариантов изобретения Фиг. 2 представляет собой блок-схему абонентского узла или сотового телефона,сконфигурированного в соответствии с одним вариантом изобретения. Во время работы кодер 12 осуществляет сверточное кодирование данных пользователя 10 для формирования кодированных знаков 14. Данные пользователя 10, как правило, представляют собой вокодированную речевую информацию, передаваемую с переменной скоростью передачи данных, хотя можно передавать любой тип цифровых данных. Данные пользователя обрабатываются с приращениями или кадрами в 20 мс, когда количество данных, содержащихся в каждом кадре, изменяется в ответ на изменения в скорости передачи данных. Модулятор канала трафика 16 модулирует кодируемые знаки 14 кодом канала трафика, 5 чтобы сформировать знаки канала трафика 18. Кроме того, модулятор канала трафика 16 увеличивает или уменьшает усиление канала трафика в ответ на команду регулирования усиления канала 62, как описано ниже. Усиление канала трафика далее регулируется модулятором канала трафика 16 в ответ на изменения в количестве данных, передаваемых в каждом кадре продолжительностью 20 мс. Модулятор контрольного канала 70 формирует знаки 22 контрольного канала и также устанавливает амплитуду контрольного канала в ответ на команду регулировки усиления канала 62. Аналогичным образом, модулятор канала управления мощности 72 формирует знаки управления мощности 74 в ответ на команду управления мощности прямой линии связи 66 и устанавливает амплитуду знаков управления мощности 74 в ответ на команду регулировки усиления канала. Сумматор 20 суммирует знаки канала трафика 18 со знаками контрольного канала 22 и знаками управления мощности 74 для формирования суммированных знаков 24. Расширитель 26 модулирует суммированные знаки 24 с одним или несколькими кодами расширения псевдослучайного шума (ПШ), чтобы сформировать данные расширения 28. Передатчик 30 преобразует данные расширения 28 с повышением частоты до желательной частоты радиочастотного сигнала обратной линии связи 32, который передается от системы антенны 34 через антенный переключатель 36. Кроме того, передатчик 30 регулирует передаваемую мощность сигнала обратной линии связи 32 в ответ на команду регулировки усиления 64 обратной линии связи. В предпочтительном варианте изобретения ширина полосы данных после расширителя 26 равна 1,2288 МГц в соответствии с высокоскоростной системой передачи данных, описанной в вышеупомянутой заявке '443. Кроме того, в одном варианте изобретения система управления мощности 60 также выполняет управление мощности по типу "разомкнутого шлейфа", выдавая команду 64 регулировки усиления обратной линии связи в ответ на изменения принимаемой энергии сигнала прямой линии связи ЕFL. В частности, когда уровень мощности сигнала прямой линии ЕFL падает,передаваемая мощность сигнала обратной линии связи пропорционально увеличивается по команде 64 повышения регулировки усиления. Усиление сигнала обратной линии связи увеличивается в ответ на уменьшение сигнала прямой линии связи, потому что сигнал обратной линии связи, вероятно, находится в тех же самых условиях передачи и, следовательно, принимаемая мощность сигнала обратной линии связи также уменьшится и на базовой станции. Путем изменения передаваемой мощности в обратной линии связи при обнаружении изменения в мощности прямой линии связи, можно компенсиро 001633 6 вать это быстрее с использованием только одних команд управления мощности. Одновременно описанной выше обработкой передачи приемник 40 в абонентском узле 30 принимает один или несколько радиосигналов прямой линии связи через антенную систему 34 и антенный переключатель 36. Эти сигналы прямой линии связи, как правило, формируются на базовой станции типа показанной на фиг. 1. Приемник 40 обрабатывает и преобразует с понижением частоты сигналы цифровых данных группового спектра 42. Цифровые данные группового спектра 42 демодулируются устройством сужения полосы 44, используя код расширения псевдослучайного шума (ПШ), который выдает суженные выборки 46. Канальный демодулятор 48 демодулирует суженные выборки 46 с кодом канала, выдавая на выходе данные принятия решения 50, команды управления мощности обратной линии связи 52 и сигналы измерения уровня 53. Декодер 54 декодирует данные решения 50, чтобы сформировать данные пользователя 56. В данной области техники используются различные типы декодирования, включая решетчатое декодирование и декодирование по алгоритму Витерби. Команда регулирования мощности обратной линии связи 52 и сигнал измерения уровня 53 подаются в систему управления мощности 60. Система управления мощности 60 реагирует формированием команд 62 и 64 регулировки усиления, а также на команду 66 управления мощности прямой линии связи. В предпочтительном варианте изобретения команда управления мощности обратной линии связи 52 принимается в составе сигнала прямой линии связи в виде бита управления мощности, и сигнал измерения уровня 53 представляет собой величину измеренной энергии полученного сигнала прямой линии связи (EFL). Как правило, система управления мощности 60 состоит из микропроцессора, управляемого набором команд общеизвестных компьютерных программ. Для формирования команд регулировки усиления 62 и 64 система управления мощности 60 анализирует команду регулирования мощности обратной линии связи 52 и определяет, была ли получена команда на увеличение или уменьшение мощности, и была ли эта команда направлена к конкретному каналу обратной линии связи или в систему каналов обратной линии связи. Например, команда обратной линии связи 52 может содержать запрос на увеличение мощности, передаваемой по обратной линии связи. Если это так, система управления мощности 60 увеличивает амплитуду канала трафика. Это увеличение осуществляется через применение канала команды 62 регулировки усиления к модулятору 16 канала трафика. Альтернативно, команда управления мощности обратной линии связи 52 может содержать запрос на увеличение передаваемой мощ 7 ности полного сигнала обратной линии связи. Если это так, система управления мощности 60 увеличивает передаваемую мощность сигнала обратной линии связи по команде регулировки усиления обратной линии связи 64, подаваемой в передатчик 31. Точно так же команда 52 управления мощности обратной линии связи может запросить увеличение в передаче управляемой мощности контрольного канала. В этом случае система управления мощности 60 увеличивает амплитуду контрольного канала через канал усиления по команде 62 регулировки усиления. Специалисты в данной области техники понимают, что амплитуда и передаваемая мощность могут быть отрегулированы на любой стадии процесса обработки передаваемого сигнала, а не только в стадиях, показанных на приложенных чертежах. Например, полная передаваемая мощность сигнала обратной линии связи может быть отрегулирована в расширителе спектра 26 или в других системах, включенных в процесс обработки передаваемых сигналов. Система управления мощности 60 также принимает величину измеренной энергии принятого сигнала прямой линии связи (EFL). Система управления мощности 60 реагирует на величину измеренной энергии сигнала прямой линии связи, формируя команду управления мощности прямой линии связи 66, требующей увеличения или уменьшения передаваемой мощности сигнала прямой линии связи, которая подается в модулятор канала регулирования мощности 72. Модулятор канала 72 управления мощности модулирует команду управления мощности кодом канала управления мощности,формирующим знаки управления мощности 74,которые подаются в сумматор 20 и, следовательно, передаются на базовую станцию в сигнале обратной линии связи. В предпочтительном варианте изобретения команда управления мощности прямой линии связи 66 формируется в соответствии с патентной заявкой США 08/722763 "Способ и устройство для измерения качества канала в широкополосной системе связи", зарегистрированной 27 сентября 1996 г. на имя заявителя настоящего изобретения и включенной здесь в качестве ссылки. Фиг. 3 представляет собой блок-схему базовой станции, сконфигурированной в соответствии с настоящим изобретением. Сигнал обратной линии связи, переданный абонентским узлом фиг. 2, принимается антенной системой 100 и подается на приемник 102 через антенный переключатель 104. Приемник 102 оцифровывает сигнал обратной линии связи и преобразует его с понижением частоты, формируя цифровой групповой спектр выборок 105. Устройство сужения полосы 106 осуществляет сужение выборок цифрового группового спектра 105, используя псевдослучайный код расширения, формирующий суженные данные 108. Демодулятор 8 канала трафика 108 демодулирует суженные данные, используя код канала трафика, формирующий данные "мягкого решения" канала трафика 110. Контрольный демодулятор 112 демодулирует суженные данные 108, используя код контрольного канала, формирующий контрольные данные 114. Фазовращатель 116 использует контрольные данные 114 для сдвига фазы данных мягкого решения канала трафика 110 для получения отрегулированных по фазе данных трафика 118. Генератор команд управления мощности 120 измеряет энергию контрольного канала (ЕP) обратной линии связи и сравнивает ее с желательным порогом энергии контрольного канала(ЕPT). В первом варианте изобретения, если энергия контрольного канала обратной линии связи (ЕP) превышает желательную контрольную энергию (ЕPT), команда управления мощности обратной линии связи 121 с запросом на уменьшение передаваемой мощности полного сигнала обратной линии связи формируется генератором команд управления мощности 120 и подается на мультиплексор 122. Если энергия контрольного сигнала обратной линии связи(ЕP) меньше желательной энергии контрольного сигнала (ЕPT), команда управления мощности обратной линии связи 121, требующая увеличения передаваемой мощности полного сигнала обратной линии связи, формируется генератором команд управления мощности 120 и также подается на мультиплексор 122. Команда управления мощности, как правило, выдается в виде одного или нескольких битов. В альтернативных вариантах изобретения может использоваться более сложный набор команд управления мощности, включая команду, которая указывает на то, что передаваемая мощность должна быть отрегулирована одним набором возможных приращений или вообще не регулироваться, или что должен быть отрегулирован только один конкретный канал для передачи сигнала обратной линии связи. Например,может быть сформирована команда управления мощности, требующая регулирования передаваемой мощности канала трафика. В процессе передачи кодирующее устройство 131 выполняет кодирование данных пользователя 132 с помощью сверточного кода,формирующего кодовые знаки 134. Как правило, данные пользователя 132 представляют собой оцифрованную и вокодированную речь,хотя могут быть использованы и другие типы цифровых данных. Мультиплексор 122 мультиплексирует команду управления мощности обратной линии связи 121, полученную от генератора команд управления мощности 120, кодовыми знаками 134. В альтернативных вариантах изобретения команда управления мощности 121 может быть проколота кодовыми знаками 134,или может быть использован код второго канала, чтобы сформировать отдельный канал 9 управления мощности, по которому передается команда управления мощности обратной линии связи 121. Модулятор и расширитель канала 128 модулируют данные от мультиплексора 122 кодом канала и кодом расширения ПШ, формируя расширенные данные 130. Расширенные данные 130 суммируются с другими расширенными данными других каналов прямой линии связи с помощью сумматора 135, формирующего суммированные данные 136. Передатчик 138 преобразует суммированные данные 136 с повышением частоты, и преобразованный радиочастотный сигнал передается в антенную систему 100 через антенный переключатель 104. При формировании команды управления мощности 121, основанной на энергии контрольного канала, а не канале трафика, обеспечивается более точная команда управления мощности, потому что контрольный канал передается с относительно постоянной или медленно изменяющейся передаваемой мощностью. Этим он отличается от канала трафика, мощность передачи которого изменяется в зависимости от изменения речевой активности абонента, как описано выше. Формирование более точной команды управления мощности обратной линии связи улучшает общие характеристики системы сотовой телефонной связи CDMA,поскольку мощность каждого сигнала обратной линии связи сохраняется в пределах минимума,необходимого для установления связи. Улучшение рабочих характеристик системы сотовой телефонной связи CDMA или любой другой системы радиосвязи по стандарту CDMA позволяет использовать ширину полосы радиочастот более эффективно. Выше был описан улучшенный метод,обеспечивающий управление мощности обратной линии связи. Изобретение может быть использовано как в наземной, так и в спутниковой системе радиосвязи, также как и в проводных системах связи, типа коаксиальных кабельных систем, по которым передаются синусоидальные сигналы. Точно так же, хотя изобретение описано применительно к передаче сигналов с шириной полосы 1,2288 МГц, можно использовать другие полосы частот, включая систему 2,5 МГц и систему 5,0 МГц. Кроме того, хотя изобретение описано применительно к передаче сигнала по обратной линии связи, оно может также использоваться в других типах передачи, включая передачу сигнала по прямой линии связи. В предпочтительном варианте изобретения описанные здесь различные системы осуществлены с использованием полупроводниковых интегральных схем, связанных через гальваническое, индуктивное и емкостное соединения, использование которых хорошо известно в данной области техники. 10 Предыдущее описание предпочтительных вариантов изобретения позволяет любому специалисту в данной области использовать настоящее изобретение для создания патентуемого устройства. Могут также быть созданы различные модификации этих вариантов изобретения,что очевидно для специалистов в данной области техники, и определенные здесь родовые принципы могут применяться к другим вариантам изобретения без использования изобретательской способности. Таким образом, настоящееизобретение не ограничено описанными здесь вариантами изобретения, но предоставляет широкий объем в соответствии с раскрытыми принципами и новыми особенностями. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ выполнения управления передаваемой мощности сигнала обратной линии связи, обрабатываемого с использованием методики многостанционного доступа с кодовым разделением каналов и передаваемого с мощностью обратной линии связи, в котором сигнал обратной линии связи имеет канал трафика, передаваемый с мощностью передачи канала трафика, и контрольный канал, передаваемый с мощностью передачи контрольного канала, содержащий стадии, на которых измеряют энергию принятого контрольного канала; формируют команду уменьшения мощности, если принимаемая энергия превышает установленный порог энергии; и формируют команду увеличения мощности, если принимаемая энергия меньше величины указанного порога энергии. 2. Способ по п.1, в котором указанная команда увеличения мощности предназначена для увеличения передаваемой мощности обратной линии связи, и указанная команда уменьшения мощности предназначена для уменьшения передаваемой мощности обратной линии связи. 3. Способ по п.1, дополнительно содержащий стадию передачи указанной команды увеличения и указанной команды уменьшения мощности по сигналу через прямую линию связи. 4. Способ по п.2, в котором канал трафика принимается в наборе уровней мощности и соответствующем наборе скоростей передачи. 5. Система выполнения телесвязи, содержащая комплект абонентских узлов для передачи набора сигналов обратной линии связи,имеющих контрольный канал и канал трафика; и базовую станцию для приема сигнала обратной линии связи из указанного набора сигналов обратной линии связи для измерения уровня энергии указанного контрольного канала и для формирования команды управления мощности,основанной на указанном уровне энергии. 6. Система по п.5, в которой каждый абонентский узел из указанного комплекта абонентских узлов содержит средство для форми 11 12 10. Система для приема и обработки сигнала, содержащая процессор канала трафика для демодуляции канала трафика в указанном сигнале; процессор контрольного канала для демодуляции контрольного канала в указанном сигнале и для формирования измерения принятой энергии на основе указанного контрольного канала; и систему управления мощности для формирования команды управления мощности на основе указанного измерения принятой энергии. 11. Система по п.10, в которой указанная команда управления мощности предназначена для запроса регулировки, выбранной из набора регулировок, состоящих из увеличения или уменьшения мощности. 12. Система по п.11, в которой указанная регулировка направлена на указанный сигнал. 13. Система по п.12, в которой указанная регулировка направлена на указанный канал трафика. 14. Система по п.10, дополнительно содержащая систему передачи для передачи указанной команды управления мощности. рования указанного контрольного канала; средство для формирования указанного канала трафика; и средство для формирования команды регулирования амплитуды. 7. Система по п.5, в которой каждая основная станция указанного комплекта основных станций содержит средство для измерения указанного уровня энергии указанного канала трафика; и средство для установки указанной команды управления мощности на увеличение мощности, если указанная энергия меньше указанного порога, и для установки указанной команды управления мощности на уменьшение мощности, если указанная энергия больше указанного порога. 8. Система по п.6, в которой указанное средство для формирования указанного канала трафика предназначено также для выполнения регулировки усиления указанного канала трафика в ответ на изменения скорости передачи. 9. Система по п.6, в которой указанный абонентский узел дополнительно содержит средство управления мощности для регулировки команды регулировки усиления обратной линии связи в ответ на изменения принимаемой энергии прямой линии связи.