CN101449483B - 用于高速下行链路分组接入系统中的信道质量预测的方法与设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于预测通信网络中下行链路信道上的信道质量的方法及设备，所述通信网络包括通过无线电接口在所述下行链路信道上向一个或多个用户设备(18)发送数据的通信网络实体(15)，而每个用户设备(18)通过所述无线电接口在上行链路向所述通信网络实体(15)发送数据。在所述上行链路信道上从一个或多个用户设备接收信道质量指示符值。导出所需的下行链路传输功率。基于接收到的信道质量指示符值和导出的下行链路传输功率，预测下行链路信道上的下一数据传输的信道质量。

Description

用于高速下行链路分组接入系统中的信道质量预测的方法与设备

技术领域

本发明涉及通信系统中的方法和设备，尤其涉及考虑预测下行链路信道上的信道质量的设备及这种预测的方法。本发明还涉及包括用于预测下行链路信道上的信道质量的计算机程序的计算机可读介质。

背景技术

在高速(HS)系统中，由于分组突发传输的特性，所以下行链路(DL)载波功率一个TTI接一个TTI地变化很大，造成小区内干扰波动很大。传输时间间隔(TTI)被定义为传输块集(TBS)到达之间的时间，并等于传输块集被物理层在无线电接口上传送的周期。它是最小交织周期的倍数。媒体存取控制(MAC)每TTI就向物理层传送一个传输块集。

信道质量指示符(CQI)是用户设备所体验的信道质量的量化指示符，并且例如可以包括被量化为dB值预定范围中的载波/干扰比(C/I)。CQI通常用高速例如800Hz或者每1.25msec一次地进行广播。CQI因此提供高速信道反馈机制，以便报告在每个用户设备的相对C/I。从用户设备(UE)向相应基站报告的信道质量指示符(CQI)，仅仅反映了先前TTI的信道质量，而没有反映将在当前TTI中数据体验的信道质量。

CQI报告不反映实际信道状态的主要问题，将使无线电接入网(RAN)例如UMTS陆地RAN(UTRAN)基于有错误的数据来执行链路自适应，导致高速下行链路共享信道(HS-DSCH)的低效利用。这将表明一旦UE高估信道就会出现过多的重传，或者一旦UE低估当前的信道状态就会造成较低的吞吐量，以及浪费的容量。

偏离CQI报告还可以导致错误的调度决策，因为在采用比例公平(PF)或最大载波/干扰(C/I)调度方案的情况下，信道状态是调度选择算法的输入。因而一向高估信道的UE将被报以更频繁的调度。

对上述问题的现有解决方案致力于通过CQI调整来提高其精度，其主要基于三个输入参数，即下行链路发射功率控制(DL TPC)，MAC-hs确认/否认(ACK/NACK)率和多普勒(Doppler)估计。

显然，现有的解决方案努力提高接收到的CQI精度。然而，事实是即使没有UE处的任何CQI生成差错或上行链路(UL)中的CQI传输差错，完好接收的CQI仍然只反映先前TTI的信道质量。此外，使用基于MAC-hsACK/NACK率的CQI调整是常规的解决方案，可能造成一个风险，即如果没有HS数据传输，因此就无ACK/NACK报告，则无法执行CQI调整。

发明内容

因此，本发明的目标在于提供用于预测通信网络中下行链路信道上的信道质量的改进方法，所述通信网络包括通过无线电接口在所述下行链路信道上向一个或多个用户设备发送数据的通信网络实体，而每个用户设备通过所述无线电接口在上行链路向所述通信网络实体发送数据。

此目标通过根据本发明的方法来实现。

本发明的另一目标在于提供用于预测通信网络中下行链路信道上的信道质量的改进设备，所述通信网络包括通过无线电接口在所述下行链路信道上向一个或多个用户设备发送数据的通信网络实体，而每个用户设备通过所述无线电接口在上行链路向所述通信网络实体发送数据。

此另一目标通过根据本发明的设备来实现。

本发明的又一目标在于提供用于预测通信网络中下行链路信道上的信道质量的改进计算机可读介质，所述通信网络包括通过无线电接口在所述下行链路信道上向一个或多个用户发送数据的通信网络实体，而每个用户设备通过所述无线电接口在上行链路信道上向所述通信网络实体发送数据。

此又一目标通过根据本发明的装置来实现。

本申请中也列出了其他的实施例。

由于提供了预测下行链路信道上的信道质量的方法与设备，用户设备高估信道状态的风险被降低，继而减少了重传时间，而降低低估条件的风险则提高了吞吐量和容量，将快速集中到功率控制的稳定状态，因为直接在每个TTI的第一时隙调整传输功率达到所需的SIR目标。此外，本发明的方法和设备不需要改变标准。

本发明的其他目的和特征，将从下列结合附图进行的详细说明中显现出来。然而应该理解，附图仅用于说明而非定义本发明的限制，而本发明的限制应该参照后附的权利要求得出。还应该理解，附图不一定按比例绘制，并且除非另有陈述，附图仅仅意欲在概念上说明于此描述的结构和程序。

附图说明

在附图中：

图1示出了根据本发明的通信网络结构；

图2是表示快衰落相关与用户设备速度的图表；

图3是通过本发明方法第一实施例的流程图。

具体实施方式

图1描述了诸如CDMA通信系统之类的通信系统，包括无线电接入网(RAN)，例如UMTS陆地无线电接入网(UTRAN)结构，其包括连接一个或多个无线电网络控制器(RNC)10的至少一个无线电基站(RBS)(或节点B)15(图1中示出了两个)。RAN与核心网(CN)12相连接。RAN和CN 12为多个用户设备(UE)18提供通信与控制，其中，每个用户设备使用下行链路(DL)信道(即，基站-用户或正向)和上行链路(UL)信道(即，用户-基站或反向)。在下行链路信道上，RBS 15以各自的功率电平向每个用户设备18发送。在上行链路信道上，用户设备18向RBS 15以各自的功率电平发送数据。

在本发明中，基站(Node B)通过使用可用的DL传输功率，并结合接收的CQI报告估计正交性来预测信道质量。因而，本发明的思想在于预测数据将体验的无线电质量，而非基于先前TTI的无线电信道质量的现有技术方法。

归一化信号-干扰比(SIR)于此被定义为路径增益比干扰(pathgain over the interference)，其可以表示为：

${\frac{g}{I}}_{\mathrm{TTI}}=\frac{1}{\mathrm{\α}{P}_{\mathrm{total}\_\mathrm{TTI}}+P_{\mathrm{non}-\mathrm{onh}}+I_{\mathrm{other}+\mathrm{noise}}/g}---\left(1\right)$

其中，α是DL正交性，P_{total_TTI}是DL总传输功率，P_non-orth是DL非正交的功率，g是DL路径增益，I_other+noise是总的干扰加噪声。注意，在下文为简单起见，术语“CQI”和“归一化SIR”之间没有差别。

基于公式(1)，两个连续TTI的归一化SIR之间的关系可以表示为：

${\frac{g}{I}}_{\mathrm{TTI}2}=\frac{1}{{\frac{I}{g}}_{\mathrm{TTI}1}+\mathrm{\α}\·(P_{\mathrm{total}\_\mathrm{TTI}2}-P_{\mathrm{total}\_\mathrm{TTI}1})}---\left(2\right)$

P_{total_TTI}＝P_non-hs+P_HS·SCCH+P_HS-DSCH(3)

这里，正交性α和小区间干扰假设在连续的两个TTI之间恒定。图2示出了快衰落相关，其中对于通常为3km/h的移动速度，甚至对于连续的8个TTI，存在更高的快衰落相关。因此，假设α对于两个连续的TTI大致恒定是合理的。与小区内干扰相比，小区间干扰假定不是主要的。TTI1的P_{total_TTI1}在TTI2已经是已知的，同时P_{total_TTI2}可以被假定成最大可用功率。

估计TTI2的正交性α的一种方法基于来自先前两个TTI(TTI0和TTI1)的数据，如公式(4)所示。然后，导出的α将用于TTI2。

$\mathrm{\α}=\frac{{\frac{I}{g}}_{\mathrm{TTI}1}-{\frac{I}{g}}_{\mathrm{TTI}0}}{P_{\mathrm{total}\_\mathrm{TTI}1}-P_{\mathrm{total}\_\mathrm{TTI}0}}---\left(4\right)$

类似地，可以基于来自TTI2和TTI1的数据导出TTI3的正交性。

在一些无线电环境中，与小区间干扰加噪声相比，小区内干扰绝对是主要的。因此，公式(1)中小区间干扰加噪声的项可以忽略。假设α在两个连续的TTI期间大致恒定，则两个连续TTI的归一化SIR之间的关系可以表示为：

${\frac{g}{I}}_{\mathrm{TTI}2}=\frac{P_{\mathrm{total}\_\mathrm{TTI}1}}{P_{\mathrm{total}\_\mathrm{TTI}2}}\·\frac{g}{I_{\mathrm{TTI}1}}---\left(5\right)$

根据本发明的优选实施例，用于预测通信网络中下行链路信道上的信道质量的程序如图3所示，所述通信网络包括通过无线电接口在所述下行链路信道上向一个或多个用户设备18发送数据的通信网络实体15，而每个用户设备18通过所述无线电接口在上行链路信道上向所述通信网络实体15发送数据，所述程序如下：

1)在所述上行链路信道上从所述(一个或多个)用户设备18接收信道质量指示符值(步骤31)；

2)导出所需的下行链路传输功率(步骤32)；

3)任选地，根据上述的公式估计所述下行链路信道的正交因子α(步骤33)；

4)基于所述接收到的信道质量指示符值、任选所述估计的正交因子和所述导出的下行链路传输功率，预测所述下行链路信道上的下一数据传输的信道质量(步骤34)。

同样，根据本发明的优选实施例，用于预测通信网络(所述通信网络包括通过无线电接口在所述下行链路信道上向一个或多个用户设备18发送数据的通信网络实体15，而每个用户设备18通过所述无线电接口在上行链路信道上向通信网络实体15发送数据)中下行链路信道上的信道质量的设备包括：

1)用于在所述上行链路信道上从所述(一个或多个)用户设备18接收信道质量指示符值的装置；

2)用于导出所需的下行链路传输功率的装置；

3)任选地，用于根据上述公式估计所述下行链路信道的正交因子α的装置；

4)用于基于所述接收到的信道质量指示符值、任选所述估计的正交因子和所述导出的下行链路传输功率，预测所述下行链路信道上的下一数据传输的信道质量的装置。

在HS系统中，由于起因于业务突发导致DL载波功率波动的大的小区内干扰波动，相关联的专用物理通道和/或部分专用物理通道(A-DPCH/F-DPCH)的常规功率控制无法正常运转。

根据本发明的第一优选实施例，本发明的方法用于获得高效的无线电资源利用，即，本发明的方法可以适用于改进功率控制的性能。更具体而言，对于每个TTI的第一时隙，调整传输功率直接达到所需的SIR目标，而对于其余的两个时隙，传输功率遵循来自UE的发射功率控制(TPC)命令。

公式(6)、(7)和(8)示出了如何导出满足所需SIR目标的所需传输功率。

对于F-DPCH，CER_target→SIR_required(6)

对于A-DPCH，BLER_rarget→SIR_required

${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{required}}=P_{\mathrm{tx}}\·\mathrm{SF}\·\frac{g}{I}---\left(7\right)$

$P_{\mathrm{tx}}={\mathrm{SIR}}_{\mathrm{required}}/\mathrm{SF}\·\left(\frac{g}{I}\right)---\left(8\right)$

其中BLER_target是分组差错率目标，CER_target是TPC命令差错率目标。SF是扩散因子。

因此，如图4所示的根据第一优选实施例的用于使用信道质量预测来获得高效无线电资源利用的程序如下：

1)在所述上行链路信道上从所述用户设备接收发射功率控制(TPC)命令(步骤41)；

2)监控传输时间间隔中的时隙；

3)如果被监控的时隙是所述传输时间间隔中的第一时隙，则从接收到的CQI中导出路径增益比干扰(步骤42)；

4)调整该第一TTI的路径增益比干扰(步骤43)；

5)根据公式(6)～(8)基于预测的信道质量计算所需的下行链路功率(步骤44)；以及

6)基于计算出的下行链路功率调整传输功率(步骤45)，以便获得高效的无线电资源利用；

7)否则，如果被监控的时隙不是所述传输时间间隔中的第一时隙，则解码所述接收到的发射功率控制命令(步骤46)，然后基于解码的发射功率控制命令调整传输功率(步骤45)，以便获得高效的无线电资源利用。

根据本发明的第二优选实施例，本发明的方法用于改进所述通信网络实体与所述(一个或多个)用户设备之间的链路自适应。因为CQI是链路自适应的重要输入之一，

的良好预测将明显有助于进行正确的传输格式选择，包括HS传输功率、传输块大小、HS码的数量和调制方案。

根据本发明的第三优选实施例，本发明的方法用于获得高效的调度决策。对于随信道而定的调度器，CQI是进行队列选择[1]的一个输入，所提议的解决方案可以应用于改进调度决策。作为一个示例，所队列选择可以如下确定：

Queue Selection Coefficient(队列选择系数)＝f(CQI)*f(delay)*f(average rate)

因子f(CQI)通过使用UE报告的CQI值，控制从系统吞吐量视角进行调度的效率。因子f(delay)考虑队列等待时间，即，每个优先队列多长时间未被调度器选择。因子f(average rate)从用户平均提供的吞吐量视角控制调度的公平性。

在多天线传输的方案中，UE可以报告每个天线流的CQI或者至少一个以上的CQI。在一些设想中，只有已经发射过的天线的子集可以被基站用于传输。天线选择因此可以基于该组所报告的CQI。例如，如被所报告的CQI描述的将导致良好下行链路质量的流，可以只用于特殊的传输。因此，根据本发明的第四优选实施例，预测多单元天线系统(例如，波束形成，N×N MIMO等)中每个天线流的CQI。预测的CQI然后被基站用来选择最佳天线流的子集。

从源移动节点向目的地移动节点发送的数据分组，一般在到达目的地移动节点之前被通过若干中间移动节点(多跳)路由。在多跳系统中，UE可以向基站报告一组CQI或对应于该基站服务的所有中继或至少一些中继的任何其他信道质量测量。基于所报告的CQI，基站可以选择最佳中继或N个最佳中继的子集。因此，根据本发明的第五优选实施例，预测每个中继与UE之间链路的CQI。基站使用预测的CQI给UE分配最佳的中继或N个最佳中继的子集。

应该理解，响应于发射机和接收机之间信道的时变特征，上述程序中的至少一些程序根据需要反复执行。为便于理解，本发明的许多方面按照将要执行(例如，可编程计算机系统的元件将要执行)的动作的序列来描述。应该意识到，各种动作可以由专用电路(例如，互相连接以便执行专用功能的离散逻辑门或专用集成电路)、一个或多个处理器执行的程序指令或者二者的组合来执行。

而且，本发明另外可以考虑成完全体现在任何形式的于其中存储了适宜指令集的计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质由执行指令的系统、装备或设备使用或与其相连接，例如基于计算机的系统、包括处理器的系统、或者可以从介质中抽取指令并执行该指令的其他系统。此处使用的“计算机可读介质”可以是能够包含、存储、传输、传播或传送程序的任何装置，其被执行指令的系统、装备或设备使用或与其相连接。计算机可读介质例如可以是但不限于电子、磁、光、电磁、红外线或半导体的系统、装备、设备或传播介质。计算机可读介质的更具体示例(非穷举列出的)包括具有一个或多个电线的电连接，便携式计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程序只读存储器(EPROM或闪存)、光纤和便携式光盘只读存储器(CD-ROM)。

因此，提供根据本发明优选实施例的包括计算机程序的计算机可读介质，用于预测通信网络中下行链路信道上的信道质量，所述通信网络包括通过无线电接口在所述下行链路信道上向一个或多个用户设备18发送数据的通信网络实体15，而每个用户设备18通过所述无线电接口在上行链路信道上向所述通信网络实体15发送数据，如图3所示的，其中，所述计算机程序执行以下步骤：

1)在所述上行链路信道上从所述(一个或多个)用户设备18接收信道质量指示符值(步骤31)；

2)导出所需的下行链路传输功率(步骤32)；

3)任选地，根据上述的公式估计所述下行链路信道的正交因子α(步骤33)；

4)基于所述接收到的信道质量指示符值、任选所述估计的正交因子和所述导出的下行链路传输功率，预测所述下行链路信道上的下一数据传输的信道质量(步骤34)。

在没有脱离所附权利要求所定义的本发明范围的前提下，对前文所述的本发明实施例的修改是可能的。

例如“including(包括)”、“comprising(包括)”、“incorporating(组成)”、“consisting of(由...组成)”、“have(具有)”、“is(是)”之类用于描述和主张本发明的表达，意欲以非唯一的方式进行说明，即允许存在尚未明确描述的项目、成分或元件。对单数的引用还应被看作涉及两个以上，反之亦然。

后附权利要求中括号内的数字意欲帮助理解权利要求，而无论如何不应被看作限制这些权利要求所主张的主旨。

Claims (8)

1.一种用于预测通信网络中下行链路信道上的信道质量的方法，所述通信网络包括通过无线电接口在所述下行链路信道上向一个或多个用户设备（18）发送数据的通信网络实体（15），而每个用户设备（18）通过所述无线电接口在上行链路信道上向所述通信网络实体（15）发送数据，其特征在于所述方法包括以下步骤：

- 在所述上行链路信道上从所述一个或多个用户设备接收信道质量指示符值；

- 导出所需的下行链路传输功率；

- 基于所述接收到的信道质量指示符值和所述导出的下行链路传输功率，预测所述下行链路信道上的下一数据传输的信道质量,

所述方法还包括以下步骤：

- 估计所述下行链路信道的正交因子；

- 在预测信道质量的步骤使用所述估计的正交因子。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述正交因子基于来自先前两个下行链路传输的数据而进行估计。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预测的信道质量用于获得高效的无线电资源利用，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

- 在所述上行链路信道上从所述用户设备接收发射功率控制（TPC）命令；

- 监控传送时间间隔中的时隙；

- 如果被监控的时隙是所述传送时间间隔中的第一时隙，则从接收到的信道质量指示符中导出路径增益比干扰，调整所述第一传送时间间隔的路径增益比干扰，基于预测的信道质量计算所需的下行链路功率，然后基于计算的下行链路功率调整传输功率，以便获得高效的无线电资源利用；

- 否则，解码所述接收到的发射功率控制命令，然后基于解码的发射功率控制命令调整传输功率，以便获得高效的无线电资源利用。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预测的信道质量用于改进所述通信网络实体与所述一个或多个用户设备之间的链路自适应。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预测的信道质量用于获得高效的调度决策。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预测的信道质量用于选择天线流。

7.一种用于预测通信网络中下行链路信道上的信道质量的设备，所述通信网络包括通过无线电接口在所述下行链路信道上向一个或多个用户设备（18）发送数据的通信网络实体（15），而每个用户设备（18）通过所述无线电接口在上行链路信道上向所述通信网络实体（15）发送数据，其特征在于所述设备包括：

- 用于在所述上行链路信道上从所述一个或多个用户设备（18）接收信道质量指示符值的装置；

- 用于导出所需的下行链路传输功率的装置；

-用于基于所述接收到的信道质量指示符值和所述导出的下行链路传输功率，预测所述下行链路信道上的下一数据传输的信道质量的装置,

所述设备还包括用于估计所述下行链路信道的正交因子的装置，籍此在预测所述信道质量时使用所述估计的正交因子。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述用于估计正交因子的装置被安排成基于来自先前两个下行链路传输的数据来估计所述正交因子。

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