上行链路功率控制方法与基站

摘要

提供一种无线正交频分多址系统中的上行链路功率控制方法与基站。服务基站首先向移动台发送反馈分配消息来配置快速反馈信道。移动台通过分配的快速反馈信道报告下行链路信道信息。服务基站根据下行链路信道信息估测上行链路信道质量，检测信道变化且产生上行链路功率调整消息，以传送用于调整移动台的发送功率电平的功率偏移量。一种实施方式中，上行链路功率调整消息也包括反馈配置信息以重配置快速反馈信道而无需额外信令开销。此外，新型功率调整消息消除了冗余信息，使其可由最小资源单元发送而无需额外资源。上述上行链路功率控制方法与基站，可通过将反馈分配信息包含于功率调整消息中来节省信令开销，提升无线正交频分多址系统传输效率。

权利要求

1.一种上行链路功率控制方法，包括：

在无线正交频分多址系统中通过自基站向移动台发送反馈分配消息来配置快速反馈信道；

基于该移动台通过该快速反馈信道发送的下行链路信道信息来监视上行链路信道质量且检测信道变化；以及产生并发送功率调整消息以传送用于响应该检测的信道变化的功率调整信息，其中该功率调整消息更包括用于重新配置该快速反馈信道的反馈分配信息；

其中该基站通过数据信道使用最小数据资源单元来发送该功率调整消息，且该最小数据资源单元的大小预定义于该无线正交频分多址系统中；该产生该功率调整消息的步骤包括移除该反馈分配信息中的冗余信息，以使得该功率调整消息的总大小小于或者等于该最小数据资源单元的大小。

2.根据权利要求1所述的上行链路功率控制方法，其特征在于，该冗余信息至少包括信息元素类型。

3.根据权利要求1所述的上行链路功率控制方法，其特征在于，该功率调整消息用于调整该移动台的上行链路发送功率。

4.根据权利要求1所述的上行链路功率控制方法，其特征在于，该反馈分配信息用于配置该移动台的该快速反馈信道的周期与持续时间。

5.根据权利要求1所述的上行链路功率控制方法，其特征在于，该功率调整消息更包括多输入多输出反馈信息，用于该移动台的多输入多输出模式操作。

6.根据权利要求1所述的上行链路功率控制方法，其特征在于，该功率调整消息包括一比特，且该比特用于指示该功率调整消息是否包括有反馈分配信息。

7.一种基站，包括：

功率控制模组，通过发送反馈配置消息至无线正交频分多址系统中的移动台来配置快速反馈信道；

接收器，接收该移动台通过该快速反馈信道发送的下行链路信道信息且估测上行链路信道质量以及检测信道变化；以及发送器，发送功率调整消息以传送用于响应该检测到的信道变化的功率调整信息，其中该功率调整消息更包括用于重新配置该快速反馈信道的反馈分配信息；

其中该基站通过数据信道使用最小数据资源单元来发送该功率调整消息，且其中该最小数据资源单元的大小预定义于该无线正交频分多址系统中；该基站通过移除该反馈分配信息中的冗余信息来产生该功率调整消息，以使得该功率调整消息的总大小小于或者等于该最小数据资源单元的大小。

8.根据权利要求7所述的基站，其中该冗余信息至少包括元素类型信息。

9.根据权利要求7所述的基站，其中该功率调整消息用于调整该移动台的上行链路发送功率。

10.根据权利要求7所述的基站，其中该反馈分配信息用于配置该移动台的该快速反馈信道的周期与持续时间。

11.根据权利要求7所述的基站，其中该功率调整消息更包括多输入多输出反馈信息，用于该移动台的多输入多输出模式操作。

12.根据权利要求7所述的基站，其中该功率调整消息包括一比特，且该比特用于指示该功率调整消息是否包括有反馈分配信息。

13.一种上行链路功率控制方法，包括：

在无线正交频分多址系统中通过快速反馈信道自移动台向基站发送下行链路信道信息，其中该下行链路信道信息指示上行链路信道变化；以及接收用于响应该信道变化的功率调整消息，其中该功率调整消息包括功率调整信息与反馈分配信息，其中该反馈分配信息用于配置该快速反馈信道；

其中该功率调整消息通过数据信道使用最小数据资源单元来发送，且其中该最小数据资源单元的大小预定义于该无线正交频分多址系统中；该功率调整消息通过移除该反馈分配信息中的冗余信息来产生，以使得该功率调整消息的总大小小于或者等于该最小数据资源单元的大小。

14.根据权利要求13所述的上行链路功率控制方法，其特征在于，该冗余信息至少包括元素类型信息。

15.根据权利要求13所述的上行链路功率控制方法，其特征在于，该功率调整消息用于调整该移动台的上行链路发送功率。

16.根据权利要求13所述的上行链路功率控制方法，其特征在于，该移动台使用该反馈分配信息来配置该快速反馈信道的周期与持续时间。

17.根据权利要求13所述的上行链路功率控制方法，其特征在于，该功率调整消息更包括多输入多输出反馈信息，用于该移动台的多输入多输出模式操作。

18.根据权利要求13所述的上行链路功率控制方法，其特征在于，该功率调整消息包括一比特，且该比特用于指示该功率调整消息是否包括有反馈分配信息。

说明书

上行链路功率控制方法与基站

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请依据35U.S.C.§119要求如下优先权：编号为61/303,719，申请日为2010/2/12，名称为“Uplink Power Control Scheme in Wireless OFDMASystem”的美国临时申请。其主题在此一并作为参考。

技术领域

[0003] 本发明的实施方式有关于无线网络通信，且特别有关于无线正交频分多址通信系统中的功率控制消息设计。

背景技术

[0004] 无线正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，以下简称为OFDMA)通信系统中，每一移动台的发送功率需要被保持在特定电平以满足所需的信道质量且最大化系统容量。闭环功率控制(Close Loop Power Control，CLPC)机制中，移动台的发送功率由服务基站发送至移动台的发送功率控制(Transmit Power Control，TPC)命令来控制。服务基站周期性地监视移动台的上行链路信道质量，且作为响应，发送TPC命令用于移动台的周期性的发送功率调整。移动台的上行链路信道质量可由服务基站基于移动台报告的下行链路信道测量来推导或估测。时分双工(Time Division Duplex，以下简称为TDD)系统中，由于信道对等特性(reciprocity)，上行链路信道质量可从下行链路信道测量推导出来。频分双工(Frequency DivisionDuplex，以下简称为FDD)系统中，上行链路信道质量可通过下行链路与上行链路信道之间的信道相关性从下行链路信道测量估测出来。

[0005] 图1(现有技术)是无线OFDMA系统10中现有的上行链路功率控制机制的操作的信号图。无线OFDMA系统10包括服务基站(serving base station)BS11与移动台(mobile station)MS12。在图1的信号图中，按照自上而下的时间顺序进行信号的处理。如图1所示，服务基站BS11首先通过发送第一反馈分配高级媒体接入协议信息元素(feedback allocation Advanced-MAPinformation element，FA-A-MAP-IE)13至MS 12来配置快速反馈信道(FastFeedBack CHannel，以下简称为FFBCH)14。FA-A-MAP-IE 13决定FFBCH 14的周期，FFBCH 14的周期更决定BS11追踪每一上行链路信道变化的频繁程度。然后，移动台MS12通过分配的FFBCH 14测量且报告下行链路信道信息。基站BS11通过报告的下行链路信道信息来估测上行链路信道质量，例如上行链路信道的信号对干扰加噪声功率比(Signal to Interference plus Noise power Ratio，以下简称为SINR)。BS11基于估测的信道质量推导上行链路信道的功率电平。然后，BS11可决定是否有信道变化以及是否需要进行功率调整以响应此信道变化。

[0006] 若需要进行功率调整，则基站通过上行链路功率调整(uplink power adjustment，以下简称为AAI-UL-POWER-ADJ)消息15将功率偏移量(poweroffset)传送给MS12。AAI-UL-POWER-ADJ消息15为通信至特定移动台的下行链路媒体接入控制的控制消息之一。AAI-UL-POWER-ADJ消息15提供较大功率跳变来快速适应检测到的信道变化。如图1所示，当BS11观测到上行链路中出现较大的功率变化(huge power gap)时，BS11希望能更频繁地监视以后的信道变化。因此，除发送AAI-UL-POWER-ADJ消息15至MS12外，BS11也发送第二FA-A-MAP-IE 16以重新分配FFBCH 14。例如，FA-A-MAP-IE 16可缩短FFBCH 14的周期，以使得BS11可更频繁地监视上行链路信道。业界希望能合并这两个消息以节省信令开销(signaling overhead)且不需要额外资源。

发明内容

[0007] 有鉴于此，本发明特提供以下技术方案：

[0008] 提供一种无线正交频分多址系统中的上行链路功率控制方法。服务基站首先通过向移动台发送反馈分配消息(反馈分配高级媒体接入协议信息元素)来配置快速反馈信道。所述的反馈分配消息包括决定移动台周期性报告下行链路信道信息的快速反馈信道的持续时间与周期，也决定起始帧与子帧。然后，移动台通过分配的快速反馈信道来报告下行链路信道信息。基于报告的下行链路信道信息，服务基站估测上行链路信道质量，例如，上行链路的信号对干扰加噪声功率比。基于估测的上行链路信道质量，基站检测上行链路信道变化且产生上行链路功率调整消息，以发送用于调整移动台的发送功率电平的功率偏移量。

[0009] 上行链路功率调整消息提供较大的功率跳变以使得移动台快速适应检测到的功率变化。当服务基站检测到大的信道变化时，也希望能重新配置快速反馈信道的持续时间与周期。在一种实施方式中，新型上行链路功率调整消息也包括反馈配置信息以重新配置快速反馈信道，而不是重新发送一个反馈分配高级媒体接入协议信息元素，从而不需要额外的信令开销。移动台使用所述上行链路功率调整消息调整发送功率电平且重新配置快速反馈信道。在一种实施方式中，反馈信息可包括快速反馈信道的减小的周期以在大的信道变动时，基站能更加密切地监视上行链路信道。

[0010] 在电气与电子工程师协会802.16m系统中，最小资源单元包括72个用于数据信道传输的信息比特(例如，下行链路基本分配高级媒体接入协议信息元素中定义的)。因此，比较有效率的方式是通过最小资源单元来发送上行链路功率调整消息与反馈分配信息。然而，最小资源单元的大小无法同时容纳现有的上行链路功率调整消息与现有的反馈分配高级媒体接入协议信息元素。在本发明的一种实施方式中，新型上行链路功率调整消息消除了现有的上行链路功率调整消息与现有的反馈分配高级媒体接入协议信息元素之间的冗余信息，以使得新型上行链路功率调整消息可通过最小资源单元发送而不需要额外资源。在一个实例中，新型上行链路功率调整消息也包括与多输入多输出反馈相关的信息。因此，移动台可使用同一上行链路功率调整消息来调整发送功率电平，分配快速反馈信道以及配置多输入多输出反馈操作。

[0011] 上述上行链路功率控制方法与基站，可通过将反馈分配信息包含于功率调整消息中来节省信令开销，从而提升无线正交频分多址系统的传输效率。

[0012] 下文中详细描述本发明的其它实施方式和优点。本发明内容部分并不作为本发明的限制。本发明的范围由权利要求书来界定。

附图说明

[0013] 附图用于说明本发明的实施方式，其中类似的标号指示类似的器件。

[0014] 图1(现有技术)是无线OFDMA系统中现有的上行链路功率控制机制的操作的信号图。

[0015] 图2是根据本发明的一种实施方式的无线OFDMA系统中的上行链路功率控制操作的信号图与模块简图。

[0016] 图3是使用新型功率调整消息设计的通信协议的帧结构的示意图。

[0017] 图4是根据本发明的一种实施方式的上行链路功率控制方法的流程图。

[0018] 图5是包括反馈分配信息的新型上行链路功率调整消息的示意图。

[0019] 图6是新型功率调整消息设计的第一种实施方式的示意图。

[0020] 图7是新型功率调整消息设计的第二种实施方式的示意图。

具体实施方式

[0021] 下文中结合附图，对本发明的实施方式做具体的描述。

[0022] 在无线OFDMA系统中，希望每一移动台发送无线电信号的功率电平尽可能高以保证预期的接收器(intended receiver)的正确信号接收，且尽可能低以节省能量且不引起其他非预期的接收器(unintended receiver)的干扰。此外，通过控制每一移动台的发送功率来达到信道质量的最小需求(minimumrequired channel quality)，可最大化系统容量(system capacity)。在CLPC机制中，移动台的发送功率电平由其服务基站发送的TPC命令来控制。

[0023] 图2是根据本发明的一种实施方式的无线OFDMA系统20中的上行链路功率控制机制的示意图。无线OFDMA系统20包括服务基站BS21与移动台MS22。服务基站BS21包括存储器31、处理器32、功率控制模组(power controlmodule)33以及耦接于天线35的发送器与接收器(transmitter and receiver)34。类似地，移动台MS22包括存储器41、处理器42、功率控制模组43以及耦接于天线45的发送器与接收器44。BS21与MS22通过活动的射频载波(activated Radio Frequency carrier)交换无线信号来互相通信。对于上行链路功率控制，BS21监视MS22的上行链路信道的信道质量，然后由功率控制模组33来产生功率调整消息。然后由发送器与接收器34发送所述功率调整消息以传送功率偏移量，从而追踪监视的上行链路信道的任何信道变化。在TDD系统中，由于信道对等特性，上行链路信道质量可从下行链路信道测量推导出来。在FDD系统中，上行链路信道质量也可通过下行链路与上行链路信道之间的信道相关性从下行链路信道测量估测出来。

[0024] 如图2的信号图所示，服务基站BS21首先通过FA-A-MAP-IE 23来分配FFBCH 24。FFBCH以一定的时间间隔被周期性地分配。例如，FFBCH 24的周期与持续时间均由包括于FA-A-MAP-IE 23的反馈分配信息来决定。然后，MS22通过分配的FFBCH 24来测量并报告下行链路信道信息。BS21通过接收到的下行链路信道信息来估测上行链路信道质量且检测信道变化。然后，BS21发送AAI-UL-POWER-ADJ消息25以传送功率偏移量，从而追踪信道变化。此外，BS21也向MS22发送额外的反馈分配信息。在一种实施方式中，反馈分配信息被包括于AAI-UL-POWER-ADJ消息25且在同一消息中发送以节省信令开销。

[0025] 因为无线OFDMA系统中的无线电资源被分为每一RF载波中的子载波，因此，每一移动台通过使用特定子载波(例如，子信道(sub-channel))的数据流来发送无线电信号。因此，特定信道的发送功率与信道质量密切相关。当前，在高级无线OFDMA系统(例如，图
2的无线OFDMA系统20)中，移动台(例如，MS22)的功率控制公式可用以下公式来表示：

[0026] P＝L+SINRTARGET+NI+Offset (1)

[0027] 其中P为当前发送的每子载波每数据流的发送功率电平，L为移动台(例如，MS22)计算出的估测的平均下行链路传播损失(average downlinkpropagation loss)，SINRTARGET为基站(例如BS21)接收到的目标上行链路SINR，NI为基站端每子载波的噪声与干扰的估测的平均功率电平，Offset为用于移动台的功率偏移量的修正项(correction term)。功率偏移量由自基站发送到移动台的功率控制命令来控制。

[0028] 图3是利用本发明的AAI-UL-POWER-ADJ消息设计的通信协议的帧结构的示意图。图3的帧结构并非真实的帧结构，而是简单图示，在此处用于说明本发明的目的。图3包括下行链路子帧51、53以及上行链路子帧52。下行链路子帧自基站通信至一个或者多个移动台，以及上行链路子帧自移动台被通信回基站。如本领域的技术人员所了解，纵轴(vertical axis)的单位代表可用于通信的各种子载波(即，子信道)。横轴(horizontal axis)代表时域中自左向右的时间延伸。因此，上行链路子帧在时间上位于下行链路子帧之后。

[0029] 如图3所示，下行链路子帧51中，包括FA-A-MAP-IE 54以配置后续的上行链路子帧52中的FFBCH 55。FFBCH 55由基站配置以周期性地监视移动台的上行链路信道。例如，通过FA-A-MAP-IE 54配置FFBCH 55的持续时间及周期，此外也配置FFBCH 55的起始帧与子帧(starting frame and subframe)。然后，移动台通过配置的FFBCH 55将其下行链路信道信息报告给基站。然后，基站基于FFBCH 55估测上行链路信道质量，例如SINR。基于估测的上行链路信道质量，基站推导上行链路信道的功率电平。然后，基站可决定是否有信道变化以及是否需要进行功率调整以响应此信道变化。若需要功率调整，则通过AAI-UL-POWER-ADJ消息56来将功率偏移量传送到移动台。

[0030] AAI-UL-POWER-ADJ消息56作为下行链路子帧53中的媒体接入控制消息被发送至特定移动台。AAI-UL-POWER-ADJ消息56可提供较大功率跳变来快速适应检测到的信道变化。在另一种实施方式中，AAI-UL-POWER-ADJ消息56不仅包括现有的上行链路功率调整消息，而且也包括额外反馈分配信息以重新配置FFBCH 55。进行FFBCH的重新配置所必需的反馈分配信息被包括在本实施方式的AAI-UL-POWER-ADJ消息56中且以单个消息来发送，而不需要发送另一独立FA-A-MAP-IE。例如，反馈信息可包括FFBCH 55的减小后的周期，以使得在发生大的信道变化时，基站可执行更频繁的上行链路信道监视。

[0031] 图4为根据本发明的一种实施方式的上行链路功率控制方法的流程图。步骤61中，服务基站通过FA-A-MAP-IE分配上行链路FFBCH。FA-A-MAP-IE包括移动台报告下行链路信道信息使用的FFBCH的持续时间与周期，此外也包括反馈分配信息以决定起始帧及子帧。步骤62中，基站通过配置的FFBCH接收下行链路信道信息(例如，下行链路信道的SINR)。基于接收到的信道信息，基站估测上行链路信道质量且检测任何信道变化。步骤63中，基于检测到的信道变化，基站产生新型AAI-UL-POWER-ADJ消息以传送用于调整移动台的发射功率的功率偏移量。在一种实施方式中，新型AAI-UL-POWER-ADJ消息也包括用于重新分配FFBCH的反馈分配信息。最后，步骤64中，基站发送新型AAI-UL-POWER-ADJ消息至移动台。移动台接收AAI-UL-POWER-ADJ消息中的功率偏移量且对应调整其发送功率电平。此外，移动台也接收AAI-UL-POWER-ADJ消息中的用于重新分配FFBCH的反馈分配信息。

[0032] 图5是包括额外的反馈分配信息的新型AAI-UL-POWER-ADJ消息的示意图。无线OFDMA系统中，数据信道发送的消息通过各种大小的资源块(resource block)被传输处理。每一资源块包括一定量的收发于基站与移动台之间的数据比特。在电气与电子工程师协会(以下简称为IEEE)802.16m系统中，用于数据信道发送的最小资源单元包括72个数据比特(例如，下行链路基本分配高级媒体接入协议信息元素(A-A-MAP-IE)中定义的)。当基站发送上述图4的步骤63中描述的AAI-UL-POWER-ADJ消息时，比较有效率的做法是使用最小资源单元来发送AAI-UL-POWER-ADJ消息与反馈分配信息二者。然而，最小资源单元的大小无法同时容纳现有的AAI-UL-POWER-ADJ消息与现有的FA-A-MAP-IE。

[0033] 如图5所示，资源单元70为IEEE 802.16m中定义的最小资源单元，可容纳72个数据比特。现有的AAI-UL-POWER-ADJ消息71中，消息71的内容中包括表示消息类型的8个比特长度的八比特字符串(octet string)；用于调整上行链路数据信道功率电平的6比特长度的整型数据偏移量；以及用于调整下行链路控制信道功率电平的6比特长度的整型控制偏移量。因此，AAI-UL-POWER-ADJ消息71中的信息比特的总数量为20比特，再加上额外的16比特的用于完整性检查(integrity check)的循环冗余检查码(CyclicRedundancy Check，以下简称为CRC)。因此，现有的AAI-UL-POWER-ADJ消息71的总体载荷(payload)大小为36比特。另一方面，现有的FA-A-MAP-IE72中，信息比特(不含CRC)的数量可多达40比特。因此，在合并AAI-UL-POWER-ADJ消息71与FA-A-MAP-IE 72后，数据比特的总数量超过资源单元70的大小。

[0034] 然而，现有的FA-A-MAP-IE 72中的一些信息元素对现有的AAI-UL-POWER-ADJ消息71中的内容而言是冗余的。例如，现有的FA-A-MAP-IE 72包括4比特长度的媒体接入协议信息元素(A-MAP-IE)类型、1比特长度的确认分配标志(ACK Allocation Flag)、6个比特长度的混合自动重传请求(Hybrid Automatic Repeat Request，HARQ)反馈分配(HARQFeedback Allocation，HFA)；若FA-A-MAP-IE 72与AAI-UL-POWER-ADJ消息71一起使用时，这些元素就构成总共11比特的冗余信息。因此，在除去A-MAP-IE类型、确认分配标志以及HFA后，FA-A-MAP-IE 72中的剩余元素的大小不超过29比特。此外，添加1比特长度的控制标志来指示是否包括有FA-A-MAP-IE。因此，可将现有的AAI-UL-POWER-ADJ消息71与FA-A-MAP-IE 72中的剩余元素进行合并且适合于资源单元70。在一种实施方式中，现有的AAI-UL-POWER-ADJ消息71被修改为新型AAI-UL-POWER-ADJ消息73。AAI-UL-POWER-ADJ消息73包括上行链路功率调整信息与反馈分配信息。更重要的是，AAI-UL-POWER-ADJ消息73小于72比特且可使用最小资源单元70来传输。

[0035] 图6是新型AAI-UL-POWER-ADJ消息80的第一种实施方式的示意图。如图6所示，新型AAI-UL-POWER-ADJ消息80包括用于功率调整的两个基本参数：用于调整上行链路数据信道功率电平的6比特长度的整型数据偏移量；以及用于调整上行链路控制信道功率电平的6比特长度的整型控制偏移量。AAI-UL-POWER-ADJ消息80也包括1比特长度的控制标志以指示此特定消息中是否包括与反馈分配有关的信息。例如，若控制标志设定为0，则指示此特定AAI-UL-POWER-ADJ消息中不包括任何反馈分配信息。另一方面，若控制标志设定为1，则指示此特定AAI-UL-POWER-ADJ消息中包括与反馈分配有关的信息。

[0036] 图6的实例中，AAI-UL-POWER-ADJ消息80包括与反馈分配有关的信息。与反馈分配有关的信息包括以下内容：用于指示配置的反馈信道的信道索引、决定配置的反馈信道的周期的短期反馈周期(short-term feedback period)与长期反馈周期(long-term feedback period)、决定配置的反馈信道的起始时间的帧偏移数与子帧索引、决定配置的反馈信道的持续时间的分配持续时间(allocation duration)。在此功率调整消息设计中，基站使用最小资源单元发送AAI-UL-POWER-ADJ消息80以及移动台可使用相同的AAI-UL-POWER-ADJ消息80来调整发送功率电平并分配FFBCH。

[0037] 图7是新型AAI-UL-POWER-ADJ消息90的第二实施方式的示意图。类似于AAI-UL-POWER-ADJ消息80，AAI-UL-POWER-ADJ消息90也包括用于功率调整的两个基本参数以及指示此特定消息中是否包括与反馈分配有关的信息的控制标志。然而，在图7的实施方式中，AAI-UL-POWER-ADJ消息90包括与反馈分配有关的信息外，还包括与多输入多输出(Multiple-Input andMultiple-Output，MIMO)反馈有关的信息。与MIMO反馈有关的信息包括以下参数：MIMO反馈模式(mFM)、最大秩数(maxMt)、反馈格式(feedbackformat)、反馈周期信息(FPI)、长短FPI切换标志(long and short FPI SwitchFlag)、长期FPI、密码本模式(codebook mode)、密码本子集(codebook subset)、密码本协调(codebook coordination)以及测量方法指示(measurement methodindication)。在此功率调整消息设计中，基站使用最小资源单元发送AAI-UL-POWER-ADJ消息90；移动台可使用相同的AAI-UL-POWER-ADJ消息90来调整发送功率电平、分配FFBCH、以及配置MIMO反馈操作。

[0038] 虽然本发明以上述特定实施方式为例来说明本发明的目的，然而本发明并非仅限于此。因此，在不脱离本发明的精神的前提下，可对上述实施方式做出各种等效变化、修改以及组合。本发明的范围由权利要求来界定。