CN101461153A - 使用高速数据分组接入(hsdpa)减少网络中的路径失衡的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了方法和设备，由此在非HSDPA小区中的一个或多个基站处，将噪声引入来自于一个或多个用户设备的上行链路信号。因而，那些小区中的上行链路信道的表面质量表现为低于该信道的实际质量。因此，从基站向用户设备发出的功率控制命令将会反映该较低的估计信道质量，因而，用户设备将会遵循来自于HSDPA小区中的基站的功率控制命令。因此，用户设备的发射功率将保持足以与HSDPA小区中的基站进行通信，因而，HSDPA小区中的UL和DL将保持同步，并且减少了路径失衡。

Description

使用高速数据分组接入(HSDPA)减少网络中的路径失衡的方法和设备
发明背景
本发明大体上涉及移动通信，并且尤其涉及利用高速下行链路信道的移动通信系统。
传统的移动电话服务在其对可用带宽的使用上基本是对称的，原因在于上行链路(即从用户到基站的传输)和下行链路(即从基站到用户的传输)带宽需求是相似的。然而，随着面向数据的移动服务越来越普及，很多这样的服务需要的下行链路带宽远大于上行链路带宽。为了解决该增长的下行链路带宽需求，已经开发出多种方案。一种被称作高速下行链路分组接入(HSDPA)的此类方案是用于第三代(3G)合作伙伴计划组织(3GPP)移动通信系统的改进的下行链路分组数据方案，例如使用宽带码分多址(WCDMA)空中接口的通用移动地面系统(UMTS)。本领域技术人员会意识到，3GPP是用于当前和未来移动通信系统的大量3G规范的标准体系，例如UMTS和WCDMA标准。本领域技术人员还会意识到，HSDPA是对现有3G系统的升级，其提高了容量并且与未升级的3G系统相比提供更高的数据传输率。
HSDPA通过为下行链路和上行链路这二者提供新的共用信道和专用信道而促进对这种传输率的改进。图1示出了例如无线基站102(此处被称为节点B)和用户设备101(此处被称为用户设备(UE))之间的这些新的共用信道104和专用信道103。特别地，现有技术和在此被称为高速物理下行链路共用信道(HS-PDSCH)108的宽带下行链路共用信道是在小区中的所有用户之间共用的信道，并且针对超高速数据传输进行了优化。HS-PDSCH 108能够提供高达14.4Mb/s的最大理论下行链路速度，而现有系统通常被限制为小于2Mb/s的最大速度。除了HS-PDSCH信道之外，HSDPA还利用了新的控制信道，该控制信道在此处被称为高速共用控制信道(HS-SCCH)107。该控制信道用于传送各种控制参数，例如从RNC 109接收的参数，从节点B到UE的参数。在上行链路方向，HSDPA使用低带宽上行链路信道，在此将其称为高速专用物理控制信道(HS-DPCCH)105，其用于发送数据分组确认/否认(negative-acknowledgement)(ACK/NACK)以及从UE到节点B的信道质量信息(CQI)。本领域技术人员将会意识到这些HSDPA信道能够被用于升级现有的3G系统并且因此其他上行链路和下行链路信道也可以提供较低数据速率的通信，例如图1中所示的上行链路DCH和下行链路DCH 106信道。本领域技术人员还会意识到这样的HSDPA小区通常被部署成使得对于一个特定UE，给定区域中的若干小区中仅有一个小区是HSDPA服务小区(即能够提供HSDPA服务)。因而，在典型的布置中，对于一个特定UE，HSDPA小区通常将被到其他小区的非HSDPA无线电链路包围。
因此尽管HSDPA很有优势，但是现有HSDPA实施中的一个限制是：来自于特定UE的上行链路信号必须与高速下行链路信道同步以便下行链路传输被调度至该UE。然而，在某些情况下，例如源自于相同或相邻小区的其他用户信号的干扰，阻碍了从HSDPA服务小区中的UE接收上行链路CQI和ACK/NACK信息，并且因此阻碍了将下行链路传输调度至该UE。本领域技术人员将会意识到，当没有从UE接收到该信息时，就会失去UL和DL信道之间的同步，结果，将不会有传输被从HSDPA节点B传送到UE。这会导致服务丢失、UE与节点B之间的无线电链路丢失，或者在某些情况下，导致呼叫掉线。目前，减少此类型干扰的最为普及的现有方法是降低特定小区中的下行链路CPICH功率以便平衡上行链路和下行链路覆盖。
发明内容
本发明者已经意识到，尽管降低特定小区中的下行链路CPICH功率在减少小区间干扰方面是具有利的，但是其在某些方面是不利的。特别地，本发明者已经意识到，这样降低CPICH功率实际上会增加上行链路和下行链路HSDPA信道之间的同步失去。更特别地，本发明者已经意识到，这样降低CPICH功率会影响软移交(handover)(SHO)算法(本说明书将在下文对其进行论述)，从而使得即使减少了小区之间的干扰，非HSDPA小区也会被选择来主导上行链路(UL)功率控制算法以用于管理UE的发射功率。结果，UE发射功率会降低到HSDPA服务小区节点B处可靠接收所必需的功率之下，因此，这会再次导致UL和下行链路(DL)信道之间的同步失去。
根据本发明的原理，上述同步和潜在服务丢失问题基本上得以解决。特别地，本发明者已经意识到，通过将噪声引入从一个或多个用户设备到非HSDPA基站的上行链路信号中，那些小区中的上行链路信道的表面(apparent)质量将表现为低于实际质量。因此，从非HSDPA基站向用户设备发出的功率控制命令将会反映该较低的估计信道质量，并且结果，用户设备将遵循来自于HSDPA小区中的基站的功率控制命令。因而，HSDPA小区中的UL和DL将保持同步。
根据本发明的第一实施例，在基站处从用户设备接收上行链路信号，根据小区中的下行链路信道的期望功率来生成噪声信号，并且将该噪声信号加到上行链路信号。在将噪声信号加到上行链路信号之后，生成表示该小区中的下行链路信道质量的第一参数。特别地，第一参数可以是对信道的质量估计。可替换地，第一参数可以是对能够被从基站传送至用户设备的传输块的大小的估计。
根据本发明的第二实施例，在基站处生成第一参数，并且将其传送至网络中的无线电网络控制器(RNC)，并且作为响应，接收来自于RNC的功率控制命令。此后，如果有必要的话，基站使用这些功率控制命令来向用户设备发出命令以调整该用户设备的发射功率。
通过参考下文中的详细描述和附图，对于本领域技术人员而言，本发明的这些和其他优势将变得很明显。
附图简述
图1是示出用户设备(UE)和节点B之间的HSDPA信道的示图；
图2示出了从节点B传送至无线电网络控制器(RNC)的现有技术数据帧；
图3示出了根据本发明的实施例的说明性节点B；
图4示出了根据本发明的实施例从图3中的节点B传送到RNC的说明性数据帧；
图5示出了根据本发明的实施例的说明性RNC；
图6示出了根据本发明的实施例的说明性方法；以及
图7示出了适于根据本发明的实施例而使用的计算机的框图。
发明详述
本领域技术人员将会意识到，软移交(SHO)是使用WCDMA空中接口的系统(例如UMTS系统)中的重要元素。如上文所讨论的，在这样的系统中，每个小区在CPICH信道上传送导频信号。这些导频信号用于将网络中的小区彼此区分开来，并且通常以恒定功率传送每个导频信号。UE可以接收多个导频信号，这取决于其相对于不同小区的地理位置。在这种情况下，UE将所接收的每个导频信号的信噪比用作UE和节点B之间的无线电信道质量的指示。如果与节点B相对应的特定导频信号的质量高于指定阈值，则与该导频信号相对应的特定小区可以被添加到小区的动态集(AS)中，其中可以向该动态集的小区执行SHO。
部分根据从特定UE接收到的UL信号与干扰比(SIR)，AS中的每个节点B向该UE传送发射功率控制(TPC)命令。这些TPC是根据在节点B处所接收的UL信号特性而指示UE上调或下调其UL发射功率的命令。当UE从多个节点B接收到这些TPC命令时，使用公知的算法(例如遵从3GPP规范号25.214的那些算法)来选择TPC以确保UE的UL功率被最优地设置。本领域技术人员将会意识到，在确定这样的最优功率中，这样的算法通常优先考虑发出降低UL功率的TPC命令的节点B。为了降低与邻近小区的干扰，这正是所期望的。
然而，在许多系统中，为了SHO而向AS添加或丢弃呼叫的决策基于在UE处从该小区中的节点B所接收到的DL质量。再一次，该DL质量大体上由小区的CPICH的信噪比来确定。因而，由于不同小区的DL CPICH功率电平不同，所以在这样的系统中，具有比HSDPA服务小区更低的CPICH功率的非HSDPA小区可能会被添加到AS。在这种情况下，如果非HSDPA小区DL信道的质量好于HSDPA服务小区DL信道-通过更好的路径损耗特性和更低的所需发射功率来指示，则非HSDPA小区将被用于确定UL功率控制，如上文中所讨论的那样。这样的非HSDPA小区功率控制会引起HSDPA服务小区上的低于期望的ULHS-DPCCH信道功率，并且因此，UL信号将不会被可靠地接收或者将会变得完全不与HSDPA DL信道同步。
在一个说明性实例中，假设为了在UL信道上从UE进行可靠接收需要6dB的SIR。此外，在本例中，假设在0dB的UL SIR处，完全失去UL信道与DL信道的同步。此外，在本例中，SHO添加(addition)发生在小区的CPICH在功率上比具有当前最低功率的小区低2dB时。在说明性HSDPA服务小区中，导频CPICH信号功率是36dBm，UL本底噪声是-100dBm并且路径损耗(即信号在双向空中传输期间所经历的衰减量)是100dB。因而，UE接收到的CPICH(由于100dB的路径损耗)为-64dBm。HSDPA服务小区将UE发射功率设置为6dBm。现在假设非HSDPA小区的CPICH功率为26dBm，并且UL本底噪声是-100dB。如果非HSDPA小区的路径损耗仅为92dB，则UE接收到的CPICH将会是-66dBm(即26dBm的CPICH功率减去92dB的路径损耗)。因而，非HSDPA小区的CPICH比HSDPA小区低2dB，因此，非HSDPA小区将会控制UE UL的功率，原因是在92dB的路径损耗时，所需的UE发射功率为-2dBm。在这种情况下，非HSDPA小区将会指示UE将其传输功率降低至-2dBm。UE以-2dBm进行发射，在HSDPA服务小区(100dB的路径损耗，-100dBm的本底噪声)处接收到的总的UL SIR是-2dB。因为该SIR值低于用于维持与HSDPA DL信道的同步所需的0dB UL值，所以HSDPA小区将会失去同步，从而导致上文中所讨论的问题。在此将其称为UL/DL失衡(imbalance)。
尽管这样的非HSDPA小区功率控制是UL/DL失衡发生的一个原因，但是其他因素也会引入或加剧这种失衡。例如，在不同节点B处的不同UL信道噪声，塔式天线上的低噪声放大器(LAN)的不同的物理几何形状，以及UL接收路径与DL传送路径之间的差异(例如由于不同的分集发射/接收方法，与另一天线共用的天线等等)，都是可引入或加剧HSDPA小区中UL与DL之间的失衡的因素。
根据本发明的原理，通过将数字噪声引入在节点B处从每个非HSDPA小区中的UE接收到的UL信号而人工地向上行链路信道中增加噪声，以减少或消除HSDPA服务小区中UL和DL之间的失衡。这继而增加了相应节点B所计算的SIR，这对于在非HSDPA小区中的UL信道中获得可靠信号是必要的。如上述示例中所说明的那样，这具有防止那些非HSDPA小区中的节点B控制UE在高速HSDPA DL信道中接收数据的功率的效果。说明性地，添加到UL信道的噪声通过节点B软件内的数字噪声源来生成，并且被节点B加到从UE接收的数据。经解码的UL信号，包括与信号质量相关联的各种参数，此后被传送至无线电网络控制器(RNC)以用于执行功率控制和帧选择功能。本领域技术人员将会意识到，RNC是在与RNC相关联的若干节点B的范围内执行各种公知的网络功能(例如上述功率控制和帧选择功能)的无线网络的公知组件。
图2示出了从节点B传送至RNC的说明性帧。特别地，帧201具有说明性首部字段202和有效载荷字段203。这样的帧在现有技术中是公知的，并且例如在3GPP规范号25.427中对此进行了阐述。因而，除非其对于理解本发明的原理是必要的，本说明书中不会对其进行进一步论述。帧201在多个传输块(TB)204中携带从UE接收的UL数据。本领域技术人员将会意识到，根据上述内容，这些TB的大小通过已经被从RNC发送至UE的传输参数来确定。帧201的有效载荷字段203也携带与每个TB相关联的循环冗余校验信息(CRCI)206和质量估计(QE)205。该信息被用于验证被传送至RNC的TB信息的准确度。
因而，如果通过向UL信号添加噪声来增加UL信道中的噪声，如上文所讨论的那样，则与数据帧中的TB相关联的QE和CRCI的值将会改变。因而，当UL信号被解码时，CRCI和QE信息将会反映所增加的噪声。图3示出了说明性节点B 300，其中，创建帧(例如图2中的帧201)以通过将数字噪声插入从UE接收的UL信号来向适当RNC进行传输。参考图3，当在天线301处从UE接收到UL信号时，该信号包含信道质量信息，其指示了TB大小、调制类型和可以在DL信道中被正确接收的并行码的数目。该信号例如由LNA 302放大并传送至节点B的收发机303。根据本发明的原理，收发机303然后将信号拆分为两个相同的信号并将这些拆分的信号之一沿路径310发送至UL解扩器(despreader)/解调器304，其中信号(此后被称为净信号(clean signal))被解码并被解调。节点B 300然后生成与该信道相关联的相应的CRCI和质量估计(QE)。当节点B包含HSDPA服务小区时，节点B使用所接收的上行链路信息来相应地调整TB大小、调制类型以及用于下行链路传输的并行码的数目。节点B还把来自于节点B收发机303的其他拆分信号沿路径320发送至UL解扩器/解调器306。然而，在到达UL解扩器/解调器306之前，由噪声发生器305生成预定量的噪声并将其插入到信号中，此后将该信号称为加噪信号。该噪声能够由例如在测量仪器中所使用的纯物理噪声发生器来生成，或者通过例如数字信号处理器(DSP)中的数字化生成的噪声信号来生成。因而，所产生的经解码和经解调的加信号噪声的信号将会包含更多噪声，并且因此，节点B 300将会计算该路径上的不同的CRCI和QE。
一旦节点B 300已经计算出用于净信号和加噪UL信号这二者的上述参数(CRCI、QE等)，该信息就被传送至成帧协议组装功能307。功能307然后创建包含用于向RNC传输的该信息的一个或多个帧。在图4中说明性地示出了此类帧。参考该图，与图2中的帧类似，图4中的帧401具有首部部分402和有效载荷部分403。再一次，有效载荷部分403包含TB 404。然而，有效载荷部分403现在包括用于在引入噪声的情况下所生成(如上文中所讨论的那样)的QE信息405和CRCI信息406的字段以及用于在没有噪声的情况下生成的QE信息407和CRCI信息408的字段。一旦生成了该帧，图3的节点B 300就将帧传送至RNC。
图5示出了根据本发明的实施例的说明性RNC。参考该图，如上文所讨论的那样，RNC 500从HSDPA和非HSDPA小区这二者接收帧。再一次，这些帧包含在存在节点B加噪的情况下的CRCI信息和QE信息这二者，以及没有这种噪声的这种信息。RNC可以使用例如在没有这种噪声的情况下生成的信息CRCI和QE信息来执行不与功率控制相关的功能。例如，UL帧选择器502沿路径510使用该信息，正如本领域技术人员所意识到的那样，UL帧选择器502确定选择哪个UL帧进行传输以及丢弃哪个UL帧。一旦已经选择了帧，无线电链路控制器(RLC)503就在链路层执行任何必要的错误恢复。本领域的技术人员将会意识到，为这些帧选择和错误恢复目的而使用在存在人为噪声的情况下生成的CRCI和QE信息会令人不期望地歪曲这些功能的有效性，原因是其未反映所接收的数据的实际质量。
RNC 500使用通过添加噪声通过沿图5中的路径520处理该信息而生成的CRC和QE信息来向节点B发出UL SIR功率控制指导。特别地，根据CRCI值和帧中的QE信息，通过在由图5中的功率控制和SIR升/降功能505和506生成并发送至节点B的功率控制帧中包括新SIR目标的绝对值，RNC修改由UL所使用的SIR目标。然而，通过将该SIR目标与从特定UE接收的UL SIR进行比较，AS中的每个节点B能够向该UE传送TPC命令。
根据本发明的实施例，如上文所讨论的那样，能够升级SHO过程的示例以反映节点B处的UL信号中的噪声插入如何能够防止UL/DL失衡问题。特别地，再次假设为了在UL信道上从UE进行可靠接收需要6dB的SIR。此外，在本例中，在0dB的UL功率处，UL信道与DL信道完全失去同步。此外，在本例中，SHO添加发生在小区的CPICH在功率上比具有当前最低功率的小区低2dB时。在说明性HSDPA服务小区中，导频CPICH信号功率是36dBm，UL本底噪声是-100dBm，并且路径损耗是100dB。因而，UE接收到的CPICH(由于100dB的路径损耗)是-64dBm。HSDPA服务小区将UE发射功率设置为6dBm。现在假设非HSDPA小区具有26dBm的CPICH功率和-100dBm的UL本底噪声。此外，假设图3的节点B噪声发生器305在解码/解调之前将10dB的本底噪声增量插入信号。如果非HSDPA小区的路径损耗仅为92dB，则UE接收到的CPICH将会是-66dBm(即26dBm的CPICH功率减去92dB的路径损耗)。然而，在本例中，所需的UE发射功率将会是8dBm(-100dBm的本底噪声加上来自于噪声发生器的10dB加上92dB的路径损耗加上6dB的所需的UL SIR)。因而，HSDPA所需的发射功率低于非HSDPA小区，并且因此，HSDPA小区将会控制UE UL的功率(原因是通常优先考虑用于降低功率电平的命令)。因而，HSDPA UL将会保持与HSDPA DL同步。
本领域技术人员将会意识到，根据上述内容，可以对上述过程实施变动。例如，本领域技术人员将会意识到，可以在不对没有噪声的信号进行解码的情况下(即分别没有图3的节点B中的路径310和RNC中的路径510)，应用用于确定RNC处SIR升/降命令的算法。此外，可以估计噪声生成和对CRCI值的影响，而非实际由噪声发生器305施加。在这种情况下，没有必要以更为密集的计算为代价而采用噪声发生器。此外，通过采用在简单实现中使得所注入的噪声电平与HSDPA小区和非HSDPA小区之间的CPICH功率差成比例的方式，根据HSDPA小区中的CPICH功率电平相对于例如其他节点B的CPICH而检测到的失衡来更为直接地设置每个节点B处的UL目标噪声电平。本领域技术人员会意识到，这是上述示例的自动实现，其中10dB的附加噪声简单地由HSDPA小区的CPICH功率(+36dBm)和非HSDPA小区的CPICH功率(+26dBm)之间的差给出。另外，本领域技术人员将会意识到，上述方法可以仅被应用至某些无线电链路而非所有具有同等有利结果的无线电链路。最终，由于上述算法的可能增加的计算复杂度的缘故，其可以选择地仅在节点B未处于最大容量时使用。根据上述描述，其他改变对于本领域技术人员而言是很明显的。
图6示出了根据本发明的实施例的说明性节点B和说明性RNC的操作方法的步骤。首先，在步骤601，确定一个或多个信道中的期望的CPICH功率电平。如上文所讨论的那样，该CPICH功率电平应该被设置为减少与其他单元之间的DL干扰但同时提供足够DL质量的功率电平。接下来，在步骤602，节点B从UE接收UL信号。然后，在步骤603，根据期望的CPICH功率电平在节点B内生成噪声。在步骤604，将噪声加到UL信号，并且在步骤605，根据添加了噪声的UL信号来生成CRCI和QE。在步骤606，生成包含该信息的帧，那些帧被传送至RNC。然后，在步骤607，RNC为一个或多个节点B确定功率控制命令，并且在步骤608，那些命令被传送至相应的节点B。最后，在步骤609，响应于功率控制命令而调整UL SIR目标，并且在步骤610，将命令传送至UE以根据那些SIR目标来调整UE发射功率。
图7示出了说明性系统的框图，该系统适于执行在节点B处所使用的算法的步骤以向来自于UE的UL信号添加噪声和/或执行在节点B或RNC处执行功率控制计算以便如上文所讨论那样减少UL/DL信道失衡。参考图7，可以在适于接收、存储和传送诸如与上述功率控制和噪声信息相关联的数据之类的数据的任何适当计算机上实施计算机707。说明性系统707可以具有例如控制系统707的整体操作的处理器702(或多个处理器)。这种操作由存储在存储器703中的计算机程序指令定义并由处理器702执行。存储器703可以是任何类型的计算机可读介质，包括但不限于电子介质、磁性介质或光介质。此外，尽管图7中示出了一个存储器单元703，但是应当理解，存储器单元703可以包括多个存储器单元，而这样的存储器单元包含任意类型的存储器。系统707还包括说明性网络接口704，所述接口704(除其他功能之外)特别用于接收信道质量信息和噪声参数。系统707还说明性地包括存储介质，例如用于存储例如适于根据上述本发明的原理使用的数据和计算机程序的计算机硬盘驱动器705。本领域技术人员将会意识到，在一些实施方式中可以优选地使用闪存来替代硬盘驱动器705。最后，系统707还可以具有说明性终端706，说明性地，终端706具有用于输入信息的键盘708和用于显示上述计算结果的显示器709。本领域技术人员将会意识到，系统707在本质上仅仅是说明性的，并且根据本发明的原理，多种硬件和软件部件都可以在计算机中适于同样有利的使用。
上述详细描述在每个方面都应被理解为是说明性和示例性的，而非限制性的，并且在此所公开的本发明的范围不通过以上详细描述来确定，而是通过所附权利要求根据专利法所允许的完全范围来确定。应当理解，在此所示出和描述的实施例仅仅是对本发明的原理的阐释，并且本领域技术人员可以在不偏离本发明的范围和精神的情况下实施多种修改。本领域技术人员可以在不偏离本发明的范围和精神的情况下实施各种其他特征组合。

Claims (10)

1.一种在无线蜂窝网络中使用的方法，包括：
在所述网络中的小区中的基站处经由上行链路信道从用户设备接收第一上行链路信号；
根据所述小区中的下行链路信道的期望功率来生成噪声信号；以及
将所述噪声信号加到所述第一上行链路信号以产生第二上行链路信号。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
对所述第一上行链路信号进行解码以产生经解码的第一上行链路信号；以及
将所述经解码的第一上行链路信号传送至与所述基站相关联的无线电网络控制器。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：
生成表示所述小区中的信道质量的至少一个参数。
4.根据权利要求3所述的方法，其中生成至少一个参数的所述步骤包括：
根据所述第一上行链路信号生成参数的第一值；以及
根据所述第二上行链路信号生成所述参数的第二值。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：
将所述参数的所述第一值和所述参数的所述第二值传送到无线电网络控制器。
6.一种在无线蜂窝网络中使用的设备，包括：
用于在所述网络中的小区中的基站处经由上行链路信道从用户设备接收第一上行链路信号的装置；
用于根据所述小区中的下行链路信道的期望功率来生成噪声信号的装置；以及
用于将所述噪声信号加到所述第一上行链路信号以产生第二上行链路信号的装置。
7.根据权利要求6所述的设备，还包括：
用于对所述第一上行链路信号进行解码以产生经解码的第一上行链路信号的装置；以及
用于将所述经解码的第一上行链路信号传送至与所述基站相关联的无线电网络控制器的装置。
8.根据权利要求7所述的设备，还包括：
用于生成表示所述小区中的信道质量的至少一个参数的装置。
9.根据权利要求8所述的设备，其中生成至少一个参数的步骤包括：
用于根据所述第一上行链路信号生成参数的第一值的装置；以及
用于根据所述第二上行链路信号生成所述参数的第二值的装置。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括：
用于将所述参数的所述第一值和所述参数的所述第二值传送到无线电网络控制器的装置。
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