CN1287536C - 无线通信系统中确定可用的发送功率的方法和装置 - Google Patents

Abstract

估算未来的时期内(如，下一个帧)可用于数据服务的发送功率的技术。按照一个方面，估算可用的发送功率在时间上的变化。然后，对第1余量加以计算，并用来说明可用的发送功率中的估算的变化。对未来时刻(如，下一个帧开始)的可用的发送功率加以预测，和通过第1余量予以降低，以导出更精确的下一个帧的可用的发送功率的估算值。按照另一个方面，对一个特定的数据用户的所需的发送功率的变化加以估算，并用来说明该数据用户的所需的发送功率的估算的变化。同时，第1余量说明了(总的)可用的发送功率的变化，向第2余量是专门对数据用户所遇到的特定的链路状况。

Description

无线通信系统中确定可用的发送功率的方法和装置

技术领域

本发明涉及数据通信。特别是，本发明涉及用于确定无线通信系统中数据传输的可用发送功率的新的和改进的技术。

背景技术

人们要求提供现代通信系统支持多种应用。此类通信令系统之一是码分多址(CDMA)系统，它支持在地面链路上的用户间的话音和数据通信。多址通信中CDMA技术的应用揭示于美国专利NO.4,901,307，题目为“使用卫星或地面转发台的扩频多址通信系统”，和美国专利NO.5,103,459，题目为“CDMA蜂窝状电话系统中生成波形的系统和方法”。一种专用的CDMA系统揭示于美国专利应用系列NO.08/963,386，题目为“高速率分组数据传输的方法和装置”，于1997年11月3日(HDR系统)提交申请。这些专利和专利应用转让给本发明的受让人，并在此引入作为参考资料。

CDMA系统一般设计符合1个或多个标准。此类标准包括：“双模式宽带扩频蜂窝状系统的TIA/EIA/IS-98移动站-基站兼容标准”(IS-95标准)，“双模式宽带扩频蜂窝状系统的TIA/EIA/IS-98推荐最低标准”(IS-98标准)，国际性协议提供的题目为“第3代合作项目(3GPP)”的标准，和概括在一组文件中，包括“文件号3GTS25.211，3GTS25.212，3GTS25.213，3GTS25.214(W-CDMA标准)，和CDMA2000扩频系统用的TR-45.5物理层标准”(CDMA2000标准)。新的CDMA标准不断提出来和被采纳使用。这些CDMA标准引入于此作为参考资料。

一些CDMA系统在正向和反向链路上能支持不同类型的服务(如，话音，数据等等)。每类服务一般由于一组特定的要求来表征。

话音服务对所有用户一般要求固定的和共同的服务等级(GOS)和(较)严格的和固定的时延。如，总的单向语音帧的时延规定小于100ms。通过为各用户提供固定的(和保证的)数据速率(如，为通信通话持续期间通过1个专用信道分配至用户)，和保证语音帧的最大(容许的)差错率与链路资源无关，从而满足这些要求。为了维持一种特定的数据速率所要求的差错率，对降级的链路用户需要较高的资源分配。

相比之下，数据服务对不同用户能容许不同的GOS，和还能容许时延的可变量。数据服务的GOS一般规定为数据信息传送中出现的总时延。传输时延能是一种用于使数据通信系统效率最佳化的参数。

为了支持两种类型的服务，CDMA系统的设计和工作是首先分配发送功率给要求特定GOS和较短时延的(话音)用户。然后，把存下的发送功率分配给可容许较长时延的(数据)用户。

在实施能支持不同类型的服务的CDMA系统中会遇到多种挑战。首先，话音用户所需的发送功率在通信通话期间会变化的。结果，用于数据用户的发送功率量从1个(如，20ms)传输间隔至下1个之间会变化，和有可能甚至于在1个传输间隔内就会变化。其次，一个特定的数据用户所需要的发送功率在数据传输期间也会变化。

对于一个特定的未来时刻(如，下一个传输间隔的开始)，数据服务的可用发送功率以及一个特定数据传输所需的发送功率一般都是在一个特定时刻(如，调度数据传输时)中上进行估算或预测的。然而，在下一个传输间隔期间链中状况会变化，所以在整个传输间隔上估算的可用的和要求的发送功率可能不精确。如果估算的可用的发送功率过高和/或估算的要求的发送功率过低，则数据传输会出现过多的帧差错(因而使性能降级)。另一种是，估算的可用的发送功率过低和/或估算的要求的发送功率过高，则宝贵的系统资源就会未充分利用。

如上可知，能用于精确地估算CDMA通信系统中数据服务用的发送功率和数据传输要求的发送功率的技术是相当需要的。

发明内容

本发明提供可精确地估算在未来时期中(如，下一个帧)用于数据传输的发送功率和为一特定数据传输所需的发送功率的技术。按照本发明的一个方面，估算可用的发送功率在时间上的变化。然后，计算出第1余量，并用来说明可用的发送功率中估算的变化。对未来时刻时(如，下一个帧的开始)可用的发送功率加以预测和由第1余量加以降低，以导出更精确的可用的发送功率估算。

按照本发明的另一方面，对一特定的数据用户，其数据传输要求的发送功率中变化加以估算，并用来调度此数据用户的数据传输。对第2余量加以计算，并用来说明此数据用户的所要求的发送功率的估算的变化。同时，第1余量说明(总的)可用的发送功率中变化，而第2余量专门对数据用户所遇到的链路状况。对数据用户的数据传输所需的功率/位可以根据对数据用户的第2传输而估算。

本发明的一具体实例提供估算在未来时期(如，下一个帧)的用于数据传输的发送功率的方法。按此方法，接收以前时刻的(以前)预测的可用的发送功率和以前时期(以前)计算的平均的可用的发送功率。根据接收预测的和平均可用的发送功率估算可用的发送功率在时间上的变化。然后，确定一种余量来说明可用的发送功率的估算的变化。然后，对未来时刻时(如，下一个帧开始)可用的发送功率加以预测，并由余量减去，以导出未来时期的估算的可用的发送功率。

其他实例包括实施本发明的各个方面和特征的方法，调度器和其他部件等，进一步详述于下。

附图说明

通过下面的详述，并结合同样的参考字符相应地识别全部的附图，本发明的特征，实质和优点将更明显，其中：

图1是支持许多用户和用来实施本发明个实例的通信系统图；

图2是对远程终端的特定的话音传输的正向链路发送功率描绘图；

图3是为数据服务的多个帧上的可用的发送功率的图示；

图4是按照本发明的实例的估算数据服务的可用的发送功率的过程的流程图；

图5是按照本发明实例的调度和发送数据至数据用户的过程的流程图；

图6是示于图1的通信系统中一些部件的简单方块图；和

图7是用于调度数据传输的调度器实例的简单方块图。

特定实例的详述

图1是支持许多用户和用来实施要发明多方面的通信系统100示意图。系统100可设计得符合1个或多个CDMA标准，诸如IS-95，W-CDMA，CDMA2000，或一些其他标准，1个或多个CDMA设计如HDR设计，或由此的一种组合。系统100提供通信的小区数为102a至102g，每个小区102都由相应的基台104所服务。多个远程终端106分散在整个系统中。

每个远程终端106可在任何给定的时刻在下行链路和上行链路上与1个或多个基台104进行通信(如，取决于特定的CDMA系统设计和远程终端是否在软越区转换状态)。正向链路(下行链路)是指从基台至远程终端的传输，而反向链路(上行链路)是指远程终端至基台的传输。在图1中，带有箭头的虚线指出从基台至远程终端的一个类型的服务(如，话音)的传输，和带有箭头的实线指出另一类型的服务(如，数据)的传输。虽然没有明确地示于图1中，但1个远程终端也可接收来自1个基台的话音和数据两种传输。为简单起见，上载链路的通信未示于图1。

如图1所示，基台104a在下行链路上传送至远程终端106a和106h，基台104b传送至远程终端106b，106e，106h，106i；基台104c传送至远程终端106a，106c和106d等等。在图1所示的例子中，远程终端106h接收来自基台104a和104a有话音传输(如，为了软越区转换)和来自基台104b的数据传输。

在一些CDMA系统中，含有功率控制机构来调整至每个远程终端的正向链路发送功率，这样可获得期望的性能级(如，帧差错率(FER)为1％)。正向链路功率控制机构能测量来自远程终端所收到的信号质量(如，信号对总噪声比)，根据收到的信号质量估算正向链路状况，和相应地调整正向链路发送功率。如果收到的信号质量是差的，说明此反向链路降低，可以估算正向链路也以相应的量降低，因此，正向链路发送功率就相应地提高。

图2是至一远程终端的特定的话音传输的正向链路发送功率描绘图。水平轴是指时间以秒为单位。垂直轴是指传输至远程终端发送功率，以相对的线性刻度计。在此描绘图中，至远程终端的发送功率可加以调整，以维持期望的性能级(如，1％FER)。要注意到，话音传输的发送功率在时间上变化较大，这取决于传输链路上由于如衰落和多径而引起的降级量。

CDMA系统的设计和工作要支持不同类型的服务。有1类服务包括一般不要调度的传输，因为它们不容许附加的处理时延(如，话音，如较高层的应答信息等某些数据类型)。另1类服务包括容许附加的处理和排队时延的传输，它们能加以调度。此类包括基台和远程终端之间最常用的数据通信。

对支持话音和数据服务的CDMA系统，一般优先级给于话音服务，因为它要求时延较短和固定的服务等级(GOS)。在每次调度时间间隔时进行确定话音服务和其他传输(如额外开销)所需的发送功率量。然后再确定剩余的可用于数据服务的可用发送功率。

对于许多CDMA系统，数据是以“帧”来传输的，这些帧复盖了一特定的时间间隔。例如，对于CDMA2000系统，数据是在每个基本信道和增补信道上以5ms至20ms大小的帧传输的。一般，对于每个调度时间间隔(如，每20ms帧)，对每个基站的数据传输的调度只在一特定的调度时刻t_sch进行一次。在所述调度时刻之前，采集下一帧数据传输调度所需的参数。这些参数包括如，数据服务可用的发送功率、数据请求等等。根据采集的参数值，为下一个间隔调度数据传输。

在CDMA2000系统中，话音传输一般在基本信道上(FCH)发送，而数据传输一般在增补信道上(SCH)发送。为了在增补信道上接收数据传输，远程终端一般也分配有1个基本信道。基本信道的发送功率由功率控制机构加以调整，以维持期望的性能水平。在CDMA2000系统中，远程终端可与一个或更多的基台进行话音传输通信，而一般(但不是必须)只与一个基台进行数据传输通信。这些基台设置在远程终端的相应的话音和数据现用组中。

在任何特定的时刻t，数据传输的可用发送功率(例如，在增补信道上)计算如下：

$P_{\mathrm{avail}}\left(t\right)=P_{\mathrm{total}}\left(t\right)-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i^F\left(t\right)-\mathrm{\Σ}{P}_{\mathrm{voice}}\left(t\right)-\mathrm{\Σ}{P}_{\mathrm{other}}\left(t\right)$ 式(1)

其中，P_total(t)是为一个扇区(或基台)在时刻t的总发送功率，

P_i ^F(t)是与一增补信道有关的基本信道在时刻t的发送功率(如，话音+数据用户的话音分量)；

P_voice(t)是只有话音的用户在时刻t的发送功率；和

P_other(t)是其他信道在时刻t的发送功率(如，导频，寻呼，控制或一些其他额外开销信道)。

如果所有发送功率项都被很好地限定(即，发送功率是知道的，并且在每个帧上是恒定的)，则方程式(1)可以直接的方式加以计算。然而，由于链路状况的变化，基本信道的发送功率在帧间隔期间要加以调整，以维持期望的帧误差率。如，对于CDMA2000系统，每个基本信道的实际发送功率可以每秒高达800次的速率(即，每次1.25ms)进行上调或下调(通过限定的增量)。这样，基本信道的实际发送功率在帧间隔阶段是变化的，并高于帧开始时的发送功率。

图3说明了数据服务在几个帧上的可用发送功率P_avail(t)。在当前帧k的一个特定调度时刻t_sch，为下一帧k+1的数据传输进行调度。可以(根据正向链路发送功率的历史)以相当高的置信度，预测下一帧k+1开始时的可用发送功率

因为其在时序上极为接近帧k的当前调度时刻。然而，由于链路状况的改变，可用发送功率很可能在帧k+1上起变化。

按照本发明的一个方面，估计可用发送功率随时间的变化(如，由于其他类型服务和传输所需的发送功率的变化而引起的变化)，并用于提供下一帧k+1的可用发送功率的较佳估算值。具体地说，计算出一余量，用于说明可用发送功率的变化估算量(即，估算得到的将在下一帧发生的变化)。可以对一些未来时刻的可用发送功率 (如，下1个帧的开始)加以预测，然后将其减去计算出的余量P_mar1(k+1)，导出(一般更精确的)下一帧数据服务的可用发送功率的估算值。

可用发送功率之变化估算量的精度对系统性能有很大程度的影响。如果变化估算值比实际值小(得多)(如，其他类型服务和传输的发送功率在帧期间提高得比估算的多)，那么数据传输的可用功率相应地降低。当此出现时，数据传输的信号质量就降级，造成较高的帧误差率。另一种情况是，如果变化的估算值比实际值要大(得多)，那么会提供太多的余量，可用发送功率就没有被充分利用。

在一个实例中，根据当前和过去帧期间(即，在当前调度时刻之前)可用发送功率的变化估算值，计算出下一帧将要使用的余量P_mar1(k+1)。在一个实例中，根据对一在前时刻(先前)预测的可用发送功率与前一帧(先前计算的)平均可用发送功率之差，来计算所述余量。这两种量在当前调度时刻都是可获得的。

如图3所示，在当前帧k的调度时刻t_sch，可以获得前一帧k-1的平均可用发送功率 P_avail(k+1)以及对前一帧k-1开始处预测的可用发送功率 在一特定时期(如，1个帧)上对可用发送功率取平均，获得平均可用发送功率。例如，如图3所示，在先前帧k-1上对可用发送功率取平均。另一种方法是，在一非对准的帧周期(即，跨越帧边界)上对可用发送功率取平均，其中所述非对准的帧周期可以在当前调度时刻t_sch之前在任何时刻结束。基于一个等同于对所述帧上收到所有测量值加权的线性加权法，对更近的测量值给予更高加权值的指数加权法，或一些其他加权方案，可以实现所述取平均。

在帧k-1开始时预测的可用发送功率

和帧k-1的平均可用发送功率 P_avail(k-1)之间的差d₁(k-1)，由下列方程式算出：

$d_1(k-1)={\stackrel{\‾}{P}}_{\mathrm{avail}}(k-1)-{\hat{P}}_{\mathrm{avail}}(k-1)$ 式(2)

另一种方法是，计算出帧k开始时预测的可用发送功率

和帧k-1的平均可用发送功率 P_avail(k-1)之差。然后，例如使用一指数加权函数对此差值d₁(k-1)取平均。此指数平均差e₁(k)可由下式算出：

式(3)

其中，w₁是为指数平均确定时间常数的加权系数(w₁≤1.0)。较小的系数w₁加权当前差d₁(k-1)较多，并相应于较小的时间常数(w₁＝0会造成没有进行平均)。另一种方法是，较大的系数w1加权当前差d₁(k-1)较少，并相应于较大的时间常数。还可以用其他的加权方案对此差d₁(k-1)取平均，并且这些方案都在本

发明的范围内。

还可以按下式计算均方差m₁ ²(k)s：

式(4)

式(4)表示采用同一加权系数w₁对平方差的作指数平均。然而，也可以使用其他的平均方案和/或加权系数。

可用发送功率之变化的标准偏差可用各种方法来估算。在一实例中，将此差的标准偏差σ₁ ²(k)估算为：

${\mathrm{\σ}}_1^2\left(k\right)=m_1^2\left(k\right)-e_1^2\left(k\right)$ 式(5)

在另一实例中，将此差的标准偏差σ₁ ²(k)估算为：

式(6)

也可以采用其它技术来估算或计算可用发送功率之变化的标准偏差，并且这些技术都在本发明的范围内。

在一个实例中，根据(1)平均差e₁(k)和(2)为平均可用发送功率和预测的可用发送功率之间的差所估算的标准偏差σ₁(k)，来确定下一帧k+1的余量P_mar1(k+1)。在一实例中，余量P_mar1(k+1)由下式算出：

P_mar1(k+1)＝e₁(k)+η₁(k)·σ₁(k)              式(7)

其中，η₁(k)是可以随时间变化的加权系数(如，η₁(k)≈2.0)。

根据对一未来时刻(如，下一帧k+1的开始)预测的可用发送功率

和上面算出的余量P_mar1(k+1)，可估算下一帧k+1中数据服务的可用发送功率

算式如下：

${\tilde{P}}_{\mathrm{avail}}(k+1)={\hat{P}}_{\mathrm{avail}}(k+1)-P_{\mathrm{mar}1}(k+1)$

$={\hat{P}}_{\mathrm{avail}}(k+1)-e_1\left(k\right)-{\mathrm{\η}}_1\left(k\right)\·{\mathrm{\σ}}_1\left(k\right)$ 式(8)

在式(8)中，可以根据本行业熟知的许多预测方案，取得在下一帧k+1开始时的预测的可用发送功率

在一简单的预测方案中，下一帧k+1开始时的预测的可用发送功率

等于当前帧k中调度时刻t_sch的可用发送功率P_avail(t_sch)。然而，其他预测方案也可使用(如，

是P_avail(t_sch)和先前值的一个特定函数)。对帧k+1估算的可用发送功率 可用于数据服务，并且可以根据各种调度方案将其分配给一个或多个数据用户。

按照本发明另一方面，还可以估算一特定数据用户所需的发送功率的变化，并用于调度对该数据用户的数据传输。可以计算第二余量，用其说明该数据用户所需的发送功率的变化估算值。第一余量说明(总的)可用发送功率的变化，而第二余量是专门针对该数据用户所遇到的特定链路状况的。

在一实例中，根据至数据用户的发送功率的变化估算值，计算出该数据用户i的下一帧k+1的第二余量P_mar2，i(k+1)。在CDMA2000系统中，每个至特定数据用户的增补信道上的数据传输都可能与一基本信道有关。基本信道上的发送功率由正向链路功率控制回路按上述方法加以控制。增补信道上的发送功率可以是或不是与基本信道一起控制的功率。可以估算所述数据用户的基本信道上发送功率的变化值(例如，采用相似于上述的估算可用发送功率的方法)。

在当前帧k中，在调度时刻t_sch时，以前预测的(如，在帧k-2期间)为数据用户在帧k-1所需的发送功率

和数据用户在帧k-1期间所需的平均发送功率 P_i(k-1)都是可获得的。这些量可用类似于 和 P_avail(k-1)的上述方法来加以计算。绝对差或相对差可用来估算至数据用户的发送功率的变化值。如，可以为数据用户计算预测的要求的发送功率

和平均要求的发送功率P_i(k-1)之差d_2，i(k-1)：

$d_{\mathrm{2,1}}(k-1)=\frac{{\stackrel{\‾}{P}}_i(k-1)-{\hat{P}}_i(k-1)}{{\hat{P}}_i(k-1)}$ 式(9)

另一种是，预测的要求的发送功率

可替代

用于方程式(9)。使用如指数加权函数相对差求d_2，i(k-1)的平均。指数性平均的相对差e_2，i(k)计算如下：

$e_{2,i}\left(k\right)=w_2\·e_{2,i}(k-1)+(1-w_2)\left[\frac{{\stackrel{\‾}{P}}_i(k-1)-{\hat{P}}_i(k-1)}{{\hat{P}}_i(k-1)}\right]$ 式(10)

其中w₂是确定指数性平均法的时间常数的加权系数(w₂≤1.0)。其他加权方案也可用来平均相对差d_2，i(k-1)，并是在本发明范围同。

也可为数据用户计算均方相对差m_2，i ²(k)：

$m_{2,i}^2\left(k\right)=w_2\·m_{2,i}^2(k-1)+(1-w_2){\left[\frac{{\stackrel{\‾}{P}}_i(k-1)-{\hat{P}}_i(k-1)}{{\hat{P}}_i(k-1)}\right]}^2$ 式(11)

式(11)示出使用如方程式(10)的同样的加权系数w₂的指数性平均平方相对差。然，其他加权方案和/或加权系数也可使用。

在1个实例中，数据用户的相对差的标准偏差σ_2，i ²(k)也可估算，如：

${\mathrm{\σ}}_{2,i}^2\left(k\right)=m_{2,i}^2\left(k\right)-e_{2,i}^2\left(k\right)$ 式(12)

其中均方相对差m_2，i ²(k)和平均相对差e_2，i(k)可分别如方程式(11)和(10)加以计算。在另一实例中，相对差的标准偏差σ_2，i ²(k)计算如下：

式(13)

其中相对差d_2，i(k-1)和平均相对差e_2，i(k)分别如方程式(9)和(10)所示加以计算。

在一个实例中，根据平均相对差e_2，i(k)和该相对差的估算的标准偏差σ_2，i(k)计算数据用户的余量P_mar2，i(k+1)。数据用户的余量P_mar2，i(k+1)计算如下：

p_mar2，i(k+1)＝e_2，i(k)+η_2，i(k)·σ_2，i(k)      式(14)

其中η_2，i(k)是随时间变化的加权系数(如，η_2，i(k)≈2.0)。

上述余量计算是根据从非连续的帧所取得的发送功率上进行的。如，余量可根据为发送数据所选择的帧的功率值而定。

在式(8)中计算的为下1个帧k+1的数据服务的估算的可用的发送功率可分配至特定的数据用户i。在这情况下，通过上述计算的余量P_mar2，i(k+1)为数据用户降低估算的可用的发送功率

以便为数据用户导出估算的可用的发送功率 如下：

${\tilde{P}}_{\mathrm{dma},i}K(k+1)=\frac{{\hat{P}}_{\mathrm{avail}}(k+1)-P_{\mathrm{mar}1}(k+1)}{[1+p_{\mathrm{mar}2,i}(k+1)]}$

$=\frac{{\hat{P}}_{\mathrm{avail}}(k+1)-e_1\left(k\right)-{\mathrm{\η}}_1\left(k\right)\·{\mathrm{\σ}}_1\left(k\right)}{1+e_{2,i}\left(k\right)+{\mathrm{\η}}_{2,i}\left(k\right)\·{\mathrm{\σ}}_{2,i}\left(k\right)}$ 式(15)

在式(15)中，第1余量P_mar1(k+1)具有功率单元(见式2)，并从估算的可用的发送功率

减去。第2余量P_mar2，i(k+1)是无功率单元(见式9)，并用来对估算的可用的发送功率

进行定标。

根据估算的可用的发送功率

和其他参数，可计算帧k+1的数据用户的数据速率R_i(k+1)如下：

$R_i(k+1)=\frac{R_i^F\left(k\right)\·{\tilde{P}}_{\mathrm{avail}}(k+1)}{{\tilde{P}}_i^F(k+1)\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{asm}}}\·\frac{P_{\mathrm{CC}}}{P_{\mathrm{TC}}}$ 式(16)

其中

是在数据速率R_i ^F(k)时下一个帧k+1的数据用户的基本信道的估算的所需的发送功率。

R_i ^F(k)是在当前帧k中数据用户基本信道上数据速率；

P_cc是使用特定的卷积码在速率R_i ^F(k)时发送数据所需的功率；

P_TC是使用特定的“Turbo”码在速率R_i ^F(k)时发送数据所需的功率；和

α_asm是有效的设定余量

如式(16)所示，另外传输用的参数(如，在基本信道上)可用来导出数据传输(如，在增补信道上)的数据速率R_i(k+1)。估算的发送功率

和数据速率R_i ^F(k)用来计算数据用户的所需的发送功率/位。对CDMA2000系统，增补信道上数据采用Turbo码进行编码，基本信道上数据采用卷积码进行编码。P_CC/P_TC比可有效地为增补信道对基本信道上所需的发送功率/位进行定标。如有的话。有效的设定余量α_asm可考虑有效设置的基本信道和增补信道之间的差。如果基本信道的有效设定大于1(从多于1个基台处在接收到的基本信道上传输，如，在软切换区期间)，和增补信道有效设定是等于1，则α_asm是大于1。双整体α_asm大于1，会造成增补信道上数据速率降低，这就要考虑到增补信道上可靠性降低，因为它只是从1个基台所发送的，而基本信道是由多基台来发送的。

在方程式(16)，为下1个帧k+1的数据用户的基本信道的估算的所需的发送功率 根据多种方案来确定，基中之一描述如下。估算所需的发送功率的其他方案也可采用，但在本发明范围内。

按照本发明1个方面，估算的所需的发送功率 部分是根据信道中估算的衰落来确定的。数据传输的调度可利用信道变化的优点，使衰落减慢，而估算的所需的发送功率

能建立在预测的所需的发送功率 上。对快速衰落来说，预测的所需的发送功率也许在下1个帧中与实际所需的发送功率不相关，估算的所需的发送功率

可建立在平均的所需的发送功率上。

在此实例中，用于数据用户调度数据传输的所需的发送功率 可由下式估算：

${\tilde{P}}_i^F(k+1)={\tilde{P}}_i^F(k+1)\·[1+p_{\mathrm{mar}2,i}(k+1)]$ 衰落≤阀值

$={\stackrel{\‾}{P}}_i^F\left(k\right)$ 衰落＞阀值

式(17)

其中“阈值”相应于1特定的衰落阈值(或远程终端的阈值速度)。如，阈值可选用30km/小时。如式(17)所示，如果远程终端的估算速度小于或等于阈值速度，则预测的所需的发送功率 可用于估算的所需的发送功率

否则，如果估算的速度大于阈值速度，则平均的所需的发送功率 P_i ^F(k+1)可用于估算的所需的发送功率

预测的所需的发送功率

可建立在本行业熟知的各种预测方案上。在一个实例中，平均的所需的发送功率 P_i ^F(k)可根据指数性平均性计算如下：

${\stackrel{\‾}{P}}_i^F\left(k\right)=w_1\·{\stackrel{\‾}{P}}_i^F(k-1)+(1-w_i)\·P_i^F\left(k\right)$ 式(18)

信道上衰落与远程终端的速度有关。速度可根据最大的多普勒频率加以估算，然后，再使用“协方差”方法估算此频率如下。首先，同相(I)和正交(Q)导频各自在在许多芯片上(如，M芯片)相关地组合，以取得PI_i和PQ_i导频样本。导频样本的平方计算如下：

$S{Q}_i=P{I}_i^2+P{Q}_i^2$ 式(19)

下一步，均方差V计算如下：

$V=\frac{1}{N-1}\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{(S{Q}_{i+1}-S{Q}_i)}^2$ 式(20)

平方的方差Var可用本行业熟知的方法加以计算。最大多普勒频率

估算如下：

${\tilde{f}}_d=\frac{1}{2\mathrm{\π\τ}}\·\sqrt{\frac{V}{\mathrm{Var}}}$ 式(21)

其中τ是间隔，并限定为τ＝M/芯片速率。估算最大的多普勒频率的协方差描述于J.M.Holtzman和A.Sampath等人的文章中，题目为：“蜂窝状系统中越区转换的自适应平均方法学”，刊载在IEEE会刊用的Veh.Tech，1995年2月，59-66页，此文引入于此作为参考资料。

此文示出，最大多普勒频率正比于速度。这样，从方程式(21)估算的最大的多普勒频率和估算的速度之间生成映射(如，采用查找表)。估算的所需的发送功率 然后部分根据估算的速率加以确定，如，方程式(17)所示。另一种是，在方程式(17)中应用多普勒值(相应于阈值速度)。在此情况下，估算的最大的多普勒频率根据方程式(21)来计算，并与多普勒阈值相比较。然后，估算的所需的发送功率 部分地根据估算的速度来确定。

在上述实例中，第1和第2余量根据预测的和平均的发送功率之间的差各自加以计算。余量要考虑到各自的发送功率在传输间隔期间的变化。这种变化根据差和标准偏差进行估算，如上所述。这种变化也可根据其他的统计的测量值来估算的计算，但这也在本发明范围内。

图4是按照本发明1实例的估算数据服务的可用的发送功率的过程400的流程图。这些服务类型包括话音，数据和其他服务。对本系统来说，其他类型的服务比起数据服务，前者将给予最高的优先权，发送功率首先分配至这些其他服务。然后，任何留下的可用的发送功率用于数据用户的传输。

首先，在每次调度时刻时，采集用于估算下1个帧k+1的可用的发送功率的一组参数值，步骤412。如上所述，这些参数包括帧k-1的平均的可用的发送功率

和帧k-1开始的预测的可用的发送功率 一旦已采集好所需的参数值，计算平均的和预测的可用的发送功率之差，并估算此差的标准偏差，步骤414。此差和标准差用上述方法加以计算或估算。

随后，根据计算的差和标准偏差，计算下一个帧k+1的余量P_mar1(K+1)，步骤416。之后，预测下一个帧开始时的可用的发送功率

步骤418。通过预测其他类型服务和传输所需的可变的和固定的发送功率(如，话音，额外开销等等)和从小区中总发送功率减去所需的发送功率，就可达到上述目的，如方程式(1)所示。随后，根据预测的可用的发送功率

和算出的余量P_mar1(k+1)来计算下1个帧k+1的数据服务的估算的可用的发送功率 如方程式(8)所示，步骤420。之后，数据用户的传输可根所估算的可用的发送功率

和其他因素来加以调度，如下所述。

图5是按照本发明1个实例的调度和发送数据至数据用户的过程500的流程图。过程500可在每个传输间隔上(如，每帧为20ms)加以执行。

在调度传输至新的数据用户之前，把数据用户的吞吐量T_i(O)加以初始化至特定的数据速率(如，T_i(O)＝9.6kbps)，步骤512。对需要数据传输的用户置于一组数据用户S中，计算下1个帧k+1的数据用户的可能的数据速率R_i(k+1)，步骤514。根据方程式(15)，(16)和(17)计算各数据用户的可能的数据速率R_i(k+1)，此数据速率依赖于，在其他因素中，数据用户的估算的可用的发送功率

可用的发送功率的第1余量P_mar1(k+1)和第2余量P_mar2，i(k+1)。

在图5所示的实例中，传输至数据用户是根据(1)帧k+1的估算的可用的发送功率

和(2)为各数据用户算出的优先索引I_i(k)来调度的。在1实例中，各数据用户的优先索引I_i(k)是根据其可能的数据速率R_i(k+1)和其当前的吞吐量T_i(k)来确定的。在1个实例中，各数据用户的优先索引I_i(k)计算如下：

$I_i\left(k\right)=\frac{R_i(k+1)}{T_i\left(k\right)}$ 式(22)

在确定优先索引I_i(k)中采用吞吐量T_i(k)可保证公正级，这样，有关链路降级的数据用户也用不着无限止地等待数据传输。其他优先索引也可使用，但在本发明范围内。

一旦用户组S中所有数据用户的可能的数据速率R_i(k+1)和优先索引I_i(k)都已算出，就可为数据用户调度数据传输。在步骤522，选择在用户组S中具有最高优先索引的数据用户j来调度。根据下式进行选择：

$I_j\left(k\right)=\underset{i\∈S}{\max }\left\{I_i\left(k\right)\right\}$ 式(23)

然后，对所选择的数据用户的以前确定的可能的数据速率R_j(k+1)进行量化至可支持的数据速率之一{O，R_min，…，R₁，R₁₊₁，…R_max}，步骤524。选择的数据用户的量化速率R^* _j(k+1)可由下式确定：

${R^{*}}_j(k+1)=\left\{\begin{array}{cc}0& R_j(k+1)<R_{\min }\\ R_{\max }& R_j(k+1)\&GreaterEqual;R_{\min }\\ R_i& R_i\&le;R_j(k+1)<R_{l+1}\end{array}\right.$ 式(24)

在式(24)中，如果数据速率R_j(k+1)小于最低的支持的数据速率R_min，选择的数据用户的数据速率设定为零，如果可能的数据速率R_j(k+1)是大于或等于最高的支持的数据速率R_max设定(2)为R_max，否则，设定(3)为下1个较低的量化的数据速率R1，其中R₁＜R_j(k+1)＜R₁₊₁。

在量化的数据速率R^* _j(k+1)上，在下1帧中支持所选择的数据用户所需的发送功率P^* _j(k+1)可加以计算如下，步骤526。

$P_j^{*}(k+1)=\frac{R_j^{*}(k+1)\&CenterDot;\widetilde{P_j^F}(k+1)\&CenterDot;{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{asm}}}{R_j^F\left(k\right)}\&CenterDot;\frac{P_{\mathrm{TC}}}{P_{\mathrm{CC}}}$ 式(25)

然后，更新估算的可用的发送功率

来反映在量化的数据速率R^* _j(k+1)上用户j的调度的数据传输，步骤528。通过从估算的可用的发送功率

减去数据用户的估算的可用的发送功率P^* _j(k+1)就可达到此目的。用户组S通过除去选择的和调度的数据用户也得以更新，步骤530。存下在用户组S中的各用户的可能的数据速率R_i(k+1)而后根据剩下的估算的可用的发送功率进行更新，步骤532。

然后作出确定，用户组S是否空的，或存下的估算的可用的发送功率

不足以任何增加的数据传输，步骤534。如果用户组S中存下的各个数据用户的可能的数据速率小于最低的可支持的速率R_min，则存下的估算的可用的发送功率 是不够的。如果用户组不是空的，而存下的估算的可用的发送功率

也是足够的，则过程返回至522，选择最高优先级数据用户加以调度。不然的话，过程进入542。

在步骤属个调度的数据用户的调度的发送功率确定如下：

$P_i(k+1)=\frac{P_i^{*}(k+1)}{\underset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_j^{*}(k+1)}\&CenterDot;{\tilde{P}}_{\mathrm{avail}}(k+1)$ 式(26)

其中式(26)中的 是下1个帧k+1的估算的可用的发送功率(和不是步骤528中所计算的存下的估算的可用的发送功率)。步骤542分派估算的可用的发送功率

至各个调度的数据用户，来考虑步骤524中进行的数据速率的量化(也同时分派任何不调度的存下的可用的发送功率)。然后，更新各调度的用户数据的吞吐量T_i(k+1)，步骤544，反映调度的数据传输。在一个实例中，吞吐量T_i(k+1)可更新如下：

$T_i(k+1)=(1-w_T)T_i\left(k\right)+w_T\&CenterDot;R_i^{*}(k+1)$ 式(27)

式(27)进行吞吐量T_i(k)的指数性平均，w_T是指数性平均的时间常数(如，帧数)。然后数据以量化的数据速率R^* _i(k+1)，并带着调度的发送功率P_i(k+1)发送至各调度的数据用户，步骤546。

正向链路上数据传输的调度方法进一步详述于美国专利应用系列No.09/528,235，入档期为2000年3月17日和系列No.08/798,951，题目为“正向链路调度的方法和装置”，入档期为1997年2月11日，这两份应用系列都转让于本发明承让人，并引入于此作参考资料。

为了更清楚起见，为了实施CDMA2000系统本发明各种实例已作了陈述。然而，本发明也可应用至即设计符合1个或更多其他标准和/或设计的其他CDMA系统。如，本发明也可应用于符合W-CDMA标准的CDMA系统。

图6是通信系统100专门设计的简单的方块图，利用它工作可实施本发明的各个方面。系统100包括与许多基台104通信的基台控制器(BSC)110(为简洁起见，图6中只示出1个基台)。BSC110又与公用电话交换网(PSTN)112(如，为话音服务)和分组数据网点(PDSN)114(如，为数据服务)进行接口。BSC110协调通信系统中远程终端和基台104，PSTN112和PDSN114之间的通信。

在图6所示的专门设计中，BSC110包括小区控制处理器612，一些选择器部件614(为了简洁，图6中只示出1只选择器部件)，和调度程序616。小区控制处理器612控制为各个远程终端的小区处理(如，指使基台在正向链路上发送信道分配信息至远程终端)。指定1个选择器部件614来控制各远程终端和1个或更多基台之间的通信。调度程序616耦合于BSC110内的所有的选择器部件614和调度至数据用户的传输。

在图6所示的设计中，基台104包括一些信道部件642a至642n。1个信道部件642指派为处理与各远程终端的通信，和耦合至分配至远程终端的各有关的选择器部件614。各选择器部件614从调度程序616接收指定的远程终端的调度信息(如，数据速率，发送功率和发送时间)和转交此信息至有关的信道部件642。信道部件642根据收到的调度信息接收，编码和调制指定的远程终端的数据。调制过信号由发射点(TMTR)644进行上变频和调节，通过天线双工器646进行路由选择和通过天线648在正向链路上发送出去。

在接收方远程终端106上，由天线670接收正向链路信号，并路由选择至前端器件672。前端器件672滤波，放大，下变频和数字化此收到的信号。数字化样本然后由解调器(DEMOD)674解调，由解码器676解码和提供至数据汇678。解调和解码以与由基台进行的调制和编码的互补方式进行。

在反向链路上也以同样方式出现数据传输。数据由远程终端106内数据源680提供，由编码器682编码和由调制器(MOD)684调制，以产生调制信号。然后，调制的信号由前端器件672进行上变频和调节，并通过天线670发送出去。

在基台104，由天线648接收反向链路信号，通过天线双工器646进行路由选择，并提供至接收机(RCVR)650。接收机650滤波，放大，下变频和数字化此反向链路信号和提供数字式样本分配于远程终端的信道部件642。此分配的信道部件642以与远程终端进行的调制和编码相互补的方法进行解调和解码此样本。解码的数据提供至分配至远程终端的选择器部件614，此部件再把此数据转交至另外的基台104，PSTN112或PDSN114。如上所述，此设计在系统中可支持数据和话音二种服务的传输。其他可获得上述功能的设计也可加以设想，但在本发明范围内。

正向和反向链路的处理(如，编码在调制)由特定的CDMA标准或正在执行的系统所限定(如IS-95A，W-CDMA2000或HDR)，这儿不作详述。

如上所述，维持正向链路功率控制回路可调整正向链路传输的发送功率(如，根据收到的反向链路信号的质量)。反向链路信号质量可以本行业熟知的方式由接受机650来估算。对各个远程终端的(话音)传输的估算的所需的发送功率

和数据速率R_i ^F(k)，和其他类型的服务和传输的发送功率都提供至调用器616。调度器616利用收到的信息估算可用的发送功率

和调度至数据用户的传输。

上述的调度处理可由各种设计来获得。调度器的位置有赖于期望的是否是集中式或分布调度。如，一种调度器可置于各基台内。分布式处理允许各基台进行自己的调度，这可能会降低处理的时延。相反，调度器可设计为控制系统中所有基台的传输(如图6所示)。这种集中式处理，其结果是更有效地使用系统资源。

如图1所示，远程终端分散在整个系统，并能同时与1个或多个基台通信。在集中调度方案中。调度器在整个系统上协调调度的和非调度的任务的传输，因此，调度的非调度的传输的降级减少至最低限度，同时有效地利用可用的系统资源。调度器的任务是分配数据速率至系统内各个调度用户的功能，这样可使一组目标达到最佳化。这些目标包括(1)通过发送系统容量约束范围内尽可能多的能得到支持的调度和非调度任务，提高利用正向链路容量；(2)提高通信质量和把传输实延减少至最低限度；(3)根据一组优先级公正地分配正向链路容量至所有调度的用户。平衡一系列因数，可使这些目标达到最佳化。正向链路调度进一步详述于以前提及的美国专利应用系列NO.09/528,235和08/798,951。

图7是调度器616实例的简单方块图。在此实例中，调度器616包括耦合至存储714和计时器712。控制器712由耦合至BSC110内的选择器部件614，接收来自系统中基台的适当信息(如，各远程终端的发送功率和数据速率)，接收有关正向链路的一切和容量的信息和调度至数据用户的传输。收到的信息贮存在存储器714中和有需要的话由控制器712来检索。计时器714提供用于进行正向链路调度的计时信号，计时信号也可在合适时间允许控制器712发送调度信息(如，调度的数据速率和发送功率)至选择器部件614。

调度器部件(和基台和远程终端的其他部件)可由多种方式加以实施。如，控制器712可用1个或更多未用集成电路、数字式信号处理器(DSP)、可编程的逻辑器件(PLD)、控制器、微型控制器、微处理机、其他设计进行上述功能的电子器件，或由此的组合等等来加以实施。存贮器可用RAM、DRAM、快擦的RAM，其他类型存贮器，或由此的组合等等来实施。计时器716可由系统时钟管理的计数器，锁定于外界信号的附载振荡器，接收来自外界信号源的系统计时，或一些其他设计等来实施。

本发明实例的各个方面可由硬件、软件或它们的组合来实施。如，推导平均的，预测的和估算的可用的发送功率，第1和第2余量，数据速率和上述的一些其他计算等都可由处理器上所执行的软件来进行。图4和图5所示的过程也可由软件例行程序来完成，对软件实施而言，代码可贮存在存贮单元(如，存贮器714)和由处理器(如，控制器712)来执行。

提供的最佳实例的上述说明能使本行业专业人员做作或使用本发明。对本行业专业人员来说，这些实例的各种改进也是显而易见的，和这儿限定的一般原理也可在不使用本发明设施下应用至其他实例。因此，本发明并不旨在于限于所示的实例，而是给予与本文所揭示的原理和新的特征相一致的最宽的范围。

Claims (36)

1、一种用于无线通信系统中在基站处估算前向链路在一未来时期的数据传输的可用发送功率的方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

估算在当前和以前时间期间的可用的发送功率随时间的变化量；

根据对当前时间间隔和以前时间间隔期间之可用发送功率随时间的变化估计量，确定一余量；

预测数据传输在一未来时刻的可用发送功率；和

根据预测到的可用发送功率和所确定的余量，估算数据传输在所述未来时期的可用发送功率。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于还含有：

接收说明以前时期的可用的发送功率的一组值，和

其中可用的发送功率的变化的估算量建立在接收的一组值上。

3、根据权利要求1的方法，其特征在于还含有：

接收以前时刻的预测的可用的发送功率和以前时期的平均的可用的发送功率，和

其中可用的发送功率的变化的估算量建立在收到的预测的和平均的可用的发送功率上。

4、根据权利要求3的方法，其特征在于收到的平均的可用的发送功率是在以前传输间隔上加以平均的。

5、根据权利要求3的方法，其特征在于估算变化量包括：

确定收到预测的与平均的可用的发送功率之间的差，和

确定有关此差的标准偏差的第1值。

6、根据权利要求5的方法，其特征在于确定所述第1值包括：

按照第1加权方案平均此差，

按照第2加权方案平均此差的平方，以提供均方差，和

根据平均差和均方差计算第1值。

7、根据权利要求6的方法，其特征在于，平均此差的步骤和平均此差的平方的步骤是在有关传输间隔的时间窗上进行的。

8、根据权利要求6的方法，其特征在于第1或第2加权方案，或两者都是指数性平均方案。

9、根据权利要求6的方法，其特征在于第1或第2加权方案，或两者都是线性平均方案。

10、根据权利要求5的方法，其特征在于确定第1值包括：

按照第1加权方案平均此差，

根据此差和平均差计算第2值，和

按照第2加权方案平均第2值，以提供第1值。

11、根据权利要求5的方法，其特征在于，余量是根据此差和第1值来确定的。

12、根据权利要求11的方法，其特征在于，余量等于此差加上经换算的第1值的方根。

13、根据权利要求1的方法，其特征在于，余量是根据以前时期的可用的发送功率所取得的统计数字而确定的。

14、根据权利要求1的方法，其特征在于，未来时期的估算的可用的发送功率是通过从所述未来时刻预测的可用的发送功率减去余量而取得的。

15、根据权利要求1的方法，其特征在于，未来时刻的预测的可用的发送功率是当前时刻，或1个或多个以前时刻，或当前和以前时刻的组合时的可用的发送功率的函数。

16、根据权利要求1的方法，其特征在于通信系统的工作支持多种类型的服务，和其中估算的可用的发送功率可用于数据服务。

17、根据权利要求1的方法，其特征在于通信系统是CDMA系统。

18、一种用于无线通信系统中在基站处估算前向链路在一未来时期的数据传输所需的发送功率的方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

估算在当前和以前时间期间的所需的发送功率随时间的变化量；

根据对当前时间间隔和以前时间间隔期间之所需发送功率随时间的变化估计量，确定一余量；和

根据所确定的余量，估算数据传输在所述未来时期的所需发送功率。

19、根据权利要求18的方法，其特征在于又包含：

预测在未来时刻数据传输所需的发送功率，和

估算的所需的发送功率进一步建立在预测的所需的发送功率上。

20、根据权利要求18的方法，其特征在于估算的所需的发送功率进一步建立在以前时期所计算的平均需要的发送功率上。

21、根据权利要求18的方法，其特征在于又包含：

估算用于数据传输的通道的衰落速率，和

估算的所需的发送功率又建立在估算的衰落速率上。

22、根据权利要求21的方法，其特征在于如果估算的衰落速率小于特定的阈值，则估算的所需的发送功率进一步建立在数据传输时在未来时刻所预测的待所需的发送功率上。

23、根据权利要求21的方法，其特征在于如果估算的衰落速率大于特定的阈值，则估算的所要求的发送功率进一步建立在以前时期所计算的平均的所需的发送功率上。

24、根据权利要求18的方法，其特征在于又包含：

接收以前时刻的预测的所需的发送功率和以前时期的平均的所需的发送功率，和

其中估算变化量包括

确定收到预测的和平均的需要的发送功率之间的差，和

确定有关此差的标准偏差的值，和

其中根据此差和有关标准偏差的值确定余量。

25、一种用于无线通信系统中在基站处估算前向链路在一未来时期的数据传输的可用发送功率的方法，其特征在于，此方法包含以下步骤：

接收在一以前时刻的预测的可用发送功率和在一以前时期的平均可用发送功率；

确定收到的预测的和平均的可用发送功率之差；

确定有关此差的标准偏差的第1值；

根据所述差和所述第1值，确定一余量，；

预测数据传输在一未来时刻的可用发送功率；和

根据预测的在所述未来时刻的可用发送功率和所述余量，估算数据传输在所述未来时期的可用发送功率。

26、一种在无线通信系统中调度数据传输的方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

估算数据传输的可用发送功率的变化量；

根据可用发送功率的变化估算量，确定第1余量；

根据第1余量，估算数据传输在一未来时期的可用发送功率；

估算一特定数据传输所需的发送功率的变化量；

根据所需发送功率的变化估算量，确定第2余量；和

根据数据传输的估算的可用发送功率和第2余量，估算所述特定数据传输的可用发送功率。

27、根据权利要求26的方法，其特征在于，第2余量说明有关特定数据传输的链路状况的变化。

28、一种在无线通信系统中为多个数据用户调度数据传输的方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

根据数据传输的可用发送功率的变化估算量，确定第1余量；

根据第1余量，估算数据传输在一未来时期的可用发送功率；

根据估算的可用发送功率和为数据用户确定的第2余量，确定各数据用户可能的数据速率；

确定各数据用户的优先级索引；和

根据估算的可用发送功率和为多个数据用户确定的可能的数据速率和优先级索引，来调度多个数据用户的数据传输。

29、根据权利要求28的方法，其特征在于，各个数据用户的第2余量说明由于链路状况变化而致的所需的发送功率的变化。

30、根据权利要求28的方法，其特征在于，根据数据用户的所需的发送功率中估算的变化来确定各个数据用户的第2余量。

31、根据权利要求28的方法，其特征在于调度数据传输包括：

选择具有最高级优先级索引的数据用户，

根据为数据用户确定的可能的数据速率来调度所选择的数据用户的数据速率；

估算调度的数据速率所需的发送功率，和

修正估算的可用的发送功率，以反映选择的数据用户的估算的所需的发送功率。

32、根据权利要求31的方法，其特征在于调度数据传输又包括：

重复选择数据用户，调度数据速率，估算要求的发送功率和修正估算的可用的发送功率，直至多个数据用户已加以调度或估算的可用的发送功率不足以增加的数据传输。

33、根据权利要求28的方法，其特征在于，各个数据用户的优先级索引是建立在数据用户的可能的数据速率和吞吐量。

34、根据权利要求28的方法，其特征在于，各数据用户的可能的数据速率还依赖于估算的、数据用户的数据传输所需要的功率/位。

35、根据权利要求34的方法，其特征在于，对数据用户的数据传输所需的功率/位是根据对数据用户的第2传输而估算的。

36、一种无线通信系统中的调度器，其特征在于，它包含：存贮器单元，耦合至控制器并用于贮存用于调度数据传输的数据；和耦合至存贮器单元控制器，它用于：

根据数据传输的可用发送功率的变化估算量，确定第1余量，

根据第1余量，估算数据传输在一未来时期的可用发送功率，

根据估算的可用发送功率和为数据用户确定的第2余量，确定各数据用户的可能的数据速率，

确定各个数据用户的优先级索引，和

根据估算的可用发送功率和为多个数据用户确定的可能的数据速率和优先级索引，来调度多个数据用户的数据传输。

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