CN100592658C - 根据导频信号的时间变化过程向接收站传输数据的方法 - Google Patents

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Abstract

在一种用于在无线电通信系统中从发射站(NodeB)向接收站(UE1，UE2)传输数据的方法中，该发射站(NodeB)使用天线装置(AV)，该天线装置(AV)产生具有在该接收站(UE1，UE2)的位置(P1，P2)上随时间变化的场强(E1，E2)的电磁场并且针对数据传输根据该接收站(UE1，UE2)的位置(P1，P2)上的场强(E1，E2)的时间变化过程确定发射时刻(t1，t2)，在该发射时刻(t1，t2)，该发射站(NodeB)将数据(D1，D2)传输给该接收站(UE1，UE2)。

Description

根据导频信号的时间变化过程向接收站传输数据的方法
本发明涉及一种用于在无线电通信系统中从发射站向接收站传输数据的方法以及一种相应的发射站。
移动无线电信道的特征在于多径传播的现象。这意味着，由发射天线所发射的无线电信号、即被调制到电磁波上的信号在不同的路径上从发射天线传播到接收天线。因此，分别承载该信号的多个电磁波到达接收机处，并且由于传播时间差别，在不同的路径上根据接收机的位置出现电磁波的建设性的或者破坏性的干扰。因此，利用一方面具有特别好的接收条件而另一方面具有盲区(衰减孔(Fadingloch))的位置构造静止的无线电场(Funkfeld)。因而，根据停留位置可以良好地、差地或者甚至完全不供应用户站。
如通常在移动电话系统中那样，如果接收机相对无线电场运动，则为了解决该问题公知各种方法：在速度小(～＜10km/h)时，可以使用快速的发射功率调节。在速度较高时，盲区的作用可通过待传输数据的交错(嵌套)来平衡。这两种方法例如被用于根据GSM(全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications))标准或者UMTS(通用移动电信系统(Universal MobileTelecommunications System))标准的移动无线电系统中。
可是，如果很慢的或者甚至不运动的用户站、例如便携式计算机应接收数据，则不能使用这些前面说明的方法。可是，在UMTS标准中规定的数据传输中，该数据传输也被称作HSDPA(高速下行链路分组接入(High Speed Downlink Packet Access))，应给特别慢的和不运动的用户站供应高数据率。为此，无线电小区的所有用户站测量其无线电信道并且将测量值通知给供应这些无线电小区的基站。接着，位于基站中的规划功能块负责，有针对性地将无线电资源分配给那些具有特别好的无线电信道的用户站。持续地停留在盲区中的用户站以这样的方式似乎没有被无线电覆盖，而其无线电信道的质量很低的用户站比其无线电信道的质量良好的用户站更少分配到无线电资源。因此，出现用于HSDPA的无线电资源的不均匀分配。不采用用于确保无线电传输(发射功率调节和交错)的前面所提及的方法，因为没有设置针对HSDPA的快速的发射功率调节并且通常只出现很小的用户速度。
因此本发明所基于的任务在于，给出一种用于在无线电通信系统中从发射站向接收站传输数据的有利的方法以及发射站，利用该方法和该发射站可以避免，静止的用户站没有被无线电覆盖，并且利用该方法和该发射站可以确保，用户站均匀地分配有可使用的无线电资源。
该任务利用根据独立权利要求的方法以及发射站来解决。
本发明的有利的扩展方案是从属权利要求的主题。
在根据本发明的、用于在无线电通信系统中从发射站向接收站传输数据的方法中，该发射站使用天线装置，该天线装置产生具有在接收站的位置上随时间变化的场强的电磁场，并且针对数据传输根据接收站的位置上的场强的时间变化过程来确定发射时刻，在该发射时刻，该发射站将数据传输给接收站。
发射站可以通过产生随时间变化的电磁场来确保，在接收站的位置上不出现永久的盲区。此外，该发射站可这样确定发射时刻，使得所传输的数据在一时刻到达接收站处，在该时刻，在接收站的位置上有尽可能大的场强。如果在发射站的无线电覆盖区中存在多个接收站，那么当然在任何位置上都可以产生随时间变化的场并且因此给所有接收站单独分配一个发射时刻，该发射时刻以高场强、也就是高质量实现各自的数据接收。由于对于所有接收站可以产生在最小值和最大值之间变化的场强，所以对于所有接收站存在以下时刻，在该时刻在其位置上有高场强。无线电资源、例如用于HSDPA的无线电信道因而可以均匀地被分配到无线电覆盖区中的所有用户站上。
该发射站例如结合接收站的已知的地理位置以及电磁波的可能的传播路径的特性、基于所使用的发射功率识别接收站的位置上的时间变化过程，这些电磁波在接收站的位置上产生电磁场。在发射站中例如公开了根据测量或理论模型所确定的分配规则，利用该分配规则，可能在接收站的位置上(在本发明的其它实施形式中可能也在其无线电覆盖区的任何位置上)给任何发射功率的发射站分配一场强。
在本发明的有利的扩展方案中，该发射站在数据传输之前从接收站接收至少一条信息，根据该信息，该发射站估计场强的时间变化过程。在该发射站中事先已知的分配规则接着对估计场强的时间变化过程不再是必需的。代替其，该时间变化过程根据信息来估计。
如果可在至少两个时刻从该信息中得到从接收站接收到的信号的质量，这是特别有利的。接收信号的质量与该接收站的位置上的场强成比例，以致从说明场强的时间变化过程的函数的理论知识中能从分别分配给这两个时刻的信号的质量来确定接收站的位置上的场强的时间变化过程的估计，该理论知识也就是说电磁场决定性地变化。
如果用于产生在接收站的位置上随时间变化的场强的天线装置由至少两个在空间上分开的天线组成，这两个天线分别发出电磁波。通过将不同的频率用于至少两个电磁波，尤其是通过5至50赫兹的频率差，和/或通过这两个电磁波的相对相位的时间变化，代替例如可能由单个天线产生的静止的电磁场而产生所谓的运动的电磁场。场强的时间变化过程因此在接收站的位置上理论上是公知的，也就是说该场强决定性地变化。该周期通过电磁波的频率差的倒数或通过其中实现这两个电磁波之间的相对相位变化了360°的那个时间来确定，电磁场以该周期在接收站的位置上或在发射站的无线电覆盖区的任何位置上振荡。50毫秒的周期例如在20赫兹的频率差的情况下得到。当然，运动的电磁场也可利用天线装置来产生，该天线装置具有两个以上的天线并且因此发出多于两个的、具有可在该天线装置中调节的频率和相位的电磁波。
此外，如果待传输的数据被调制到至少两个电磁波上，则这是有利的。
在本发明的优选的改进方案中，该无线电通信系统是移动无线电系统。
根据本发明的发射站具有用于执行根据本发明的方法的所有特征。下面根据附图中所示的实施例详细地说明本发明。
不限于此地，下面将接收站称作用户站。用户站例如是移动电话或也是位置运动的或者位置固定的装置，该装置用于传输图像和/或音频数据、用于传真、短消息业务SMS和E-mail发送和用于因特网接入。因此涉及无线电通信系统的通常的发射和/或接收单元。
不限于此地，下面将发射站称作基站。
本发明可以有利地被用在任意的无线电通信系统中。无线电通信系统应被理解为以下系统，在这些系统中，多个站之间的数据传输通过无线电接口来实现。该数据传输可以不仅双向地而且单向地实现。无线电通信系统尤其是例如根据GSM标准或者UMTS标准的任意的移动无线电系统。无线电通信系统也应被理解为将来的、例如第四代移动无线电系统。
下面，以根据UMTS标准的移动无线电系统为例来说明本发明，可是不是被限制于此。
在该图中示意性地示出基站NodeB。该基站NodeB通过未示出的线路或者无线电连接借助中间连接的站、例如无线电网络控制器(RNC：Radio Network Controller)与固定网相连接。该基站NodeB具有带有两个天线A1、A2的天线装置AV以及用于控制天线装置AV的控制单元P。为了传输数据，该基站NodeB利用这两个天线A1、A2中的任意一个分别发出具有载波频率的电磁波。这两个天线A1、A2的载波频率例如相差了5至50赫兹。
通过这两个电磁波的频率差在基站NodeB的无线电覆盖区FB中代替静止的电磁场形成所谓的运动的电磁场，也就是说该电磁场在无线电覆盖区FB中的任意位置上随时间变化，该静止的电磁场例如可通过单个天线产生。该周期在此与这两个天线A1、A2的电磁波的频率差的倒数相对应，电磁场以该周期在基站NodeB的无线电覆盖区FB内的位置上变化。
代替这两个微小差别的载波频率，该基站NodeB当然也可以共同的载波频率来驱动这两个天线A1、A2。接着，为了同样产生运动的电场，这两个天线A1、A2的电磁波之间的相位随时间变化。相位每毫秒随时间变化了7.2°例如得到50毫秒内相位变化了360°。该相位变化与恒定的相位处的20赫兹的两个电磁波的频率差是等效的。
调制到这两个载波频率上，该基站NodeB发射导频信号，例如在所谓的CPICH(公共导频信道(Common pilot Channel))上发射导频信号，该CPICH可从基站NodeB的无线电覆盖区FB内的所有接收站来接收。位于第一位置P1上的第一用户站UE1接收到具有随时间变化的第一场强E1的导频信号。这通过表示法E1(P1，t)来表示，也就是说第一场强E1是第一位置P1和时间t的函数。位于第二位置P2的第二用户站UE2同样接收到具有第二场强E2的导频信号。图中的第二场强E2的位置和时间相关性的表示以与针对第一场强E1的方式相同的方式来实现。
这两个位置P1、P2上的这两个场强E1、E2的最大值取决于第一或第二用户站UE1、UE2相对基站NodeB的距离以及传播路径和到达位置P1、P2的电磁波的信号衰减。该周期在两个位置P1、P2上相等并且与这两个载波的频率差DF的倒数相对应，这两个场强E1、E2在这两个位置P1、P2上以该周期振荡。在这两个位置P1、P2上叠加的载波的场强E1、E2的时间变化过程示意性地在图中示出。
这两个用户站UE1、UE2分别在第一时刻t1′、t2′和第二时刻t1″、t2″确定所接收到的导频信号的质量。在这种情况下，例如涉及信噪比。这两个用户站UE1、UE2下面分别将信息I1、I2寄送给该基站NodeB，分别在两个时刻t1′、t1″或t2′、t2″分别接收到的导频信号的质量可从该信息I1、I2中得到。该基站NodeB公知了这两个天线A1、A2之间的频率差DF并且因此公知了该周期，场强在无线电覆盖区FB的任意位置上以该周期随时间变化。该基站NodeB因此根据分别在两个时刻t1′、t1″或t2′、t2″公知的、各个控制信号的质量估计第一位置P1上的第一场强E1的时间变化过程以及第二位置P2上的第二场强E2的时间变化过程。下面，基站NodeB对于第一用户站UE1确定第一发射时刻t1，在该第一发射时刻t1，基站NodeB将数据D1、例如借助第一业务信道(TCH：Traffic Channel)上的HSDPA传输给第一用户站UE1。当然，这两个天线A1、A2以相同的载波频率以及相同的频率差DF来驱动，如前面用于在CPICH上传输导频信号那样。当然，导频信号也可在与第一数据D1相同的信道上被传输。例如在这两种情况下可应用CPICH或者第一业务信道。代替导频信号，该基站NodeB也可以在业务信道上将数据传输给这两个用户站UE1、UE2。接着，对于这些数据可以在至少两个时刻确定接收质量，以便下面估计这两个位置P1、P2上的第一和第二场强E1、E2的时间变化过程并且分别确定对于接着的数据传输的发射时刻。
第一时刻t1如此被选择，以致，在值为t1+Δt1的第一接收时刻，在第一位置P1上有第一场强E1的尽可能大的值。理想地，接收时刻是第一位置P1上的场强在其时刻为最大的时刻。以与上面所说明的方式相同的方式，该基站NodeB确定第二发射时刻t2，在该第二发射时刻t2，该基站NodeB将第二数据D2传输给第二用户站UE2。第二数据D2由第二用户站UE2在值为t2+Δt2的第二接收时刻来接收，在该第二接收时刻，在第二位置P2上同样有尽可能大的第二场强E2。
通过这两个用户站UE1、UE2的位置P1、P2上的分别随时间变化的电磁场E1、E2来确保，这两个用户站UE1、UE2可以不在永久的盲区中。此外，如果其他用户站位于其无线电覆盖区FB中，则该基站NodeB可以对所有用户站分别估计各个位置上的场强的时间变化过程并且因此均匀地在所有用户站上分配其可使用的无线电资源、例如对于借助HSDPA的数据传输可使用的无线电信道。
无线电资源例如是发射功率或者发射时间间隔以及扩展码和/或扰频码，这些无线电资源用于分离不同的信道和/或无线电接口上的用户站。
图中的两个用户站在该实施例中静止地位于第一或第二位置P1、P2。当然，如果这两个用户站运动，本发明也可以接着有利地被使用。
本发明的其他的优点在于，无线电覆盖区FB中的所有用户站的总的数据吞吐量通过在所有用户站上均匀分配可使用的无线电资源来最大化。此外，该基站可如此选择发射时刻，以致在传输数据包时的延迟时间最小化，该延迟时间通过基站NodeB中的缓冲存储形成。

Claims (9)

1.用于在无线电通信系统中从发射站(NodeB)向接收站(UE1，UE2)传输数据的方法，其中
-该发射站(NodeB)使用天线装置(AV)，该天线装置(AV)产生具有在该接收站(UE1，UE2)的位置(P1，P2)上随时间变化的场强(E1，E2)的电磁场，
-该发射站(NodeB)在传输数据之前从该接收站(UE1，UE2)接收至少一条信息(I1，I2)，根据该信息(I1，I2)，该发射站(NodeB)估计场强(E1，E2)的时间变化过程，
-该发射站(NodeB)针对数据传输根据该接收站(UE1，UE2)的位置(P1，P2)上的场强(E1，E2)的时间变化过程来确定发射时刻(t1，t2)，在该发射时刻(t1，t2)，该发射站(NodeB)将数据(D1，D2)传输给该接收站(UE1，UE2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中
可在至少两个时刻(t1′，t1″，t2′，t2″)从所述信息(I1，I2)中得到从所述接收站所接收到的信号的质量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中
用于产生在所述接收站(UE1，UE2)的位置(P1，P2)上随时间变化的场强(E1，E2)的天线装置(AV)由至少两个在空间上分开的天线(A1，A2)组成，所述天线(A1，A2)分别发出电磁波。
4.根据权利要求3所述的方法，其中
所述电磁波具有不同的频率。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中
所述至少两个电磁波的频率相差了5至50赫兹。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其中
所述至少两个电磁波的相对相位随时间变化。
7.根据权利要求3或4所述的方法，其中
待传输的数据(D1，D2)被调制到至少两个电磁波上。
8.根据权利要求1所述的方法，其中
所述无线电通信系统是移动无线电系统。
9.一种用于在无线电通信系统中向接收站(UE1，UE2)传输数据的发射站(NodeB)，
-具有天线装置(AV)，该天线装置(AV)用于产生具有在接收站(UE1，UE2)的位置(P1，P2)上随时间变化的场强(E1，E2)的电磁场，
-具有在传输数据之前从接收站(UE1，UE2)接收至少一条信息(I1，I2)并根据该信息(I1，I2)估计场强(E1，E2)的时间变化过程的装置，
-具有控制单元(P)，该控制单元(P)用于针对数据传输根据该接收站(UE1，UE2)的位置(P1，P2)上的场强(E1，E2)的时间变化过程确定发射时刻(t1，t2)，以及
-具有在发射时刻(t1，t2)将数据(D1，D2)传输给该接收站(UE1，UE2)的装置(AV)。
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