CN101491049A - 无线通信系统中切换上行链路传输模式的方法 - Google Patents

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Abstract

混合多模式移动站决定，是使用与前一个数据包的上一次重传所使用的相同的OFDMA或预编码CDMA模式来对新用户数据包进行编码和调制，还是基于输入来切换模式，该输入包括前一个数据包的被测平均传输功率以及“信号与干扰加噪声比”(SINR)，所述SINR根据基站作出的测量来确定并且或者被直接报告给移动站，或者由移动站根据由基站作出并且报回给移动站的测量计算出来。

Description

无线通信系统中切换上行链路传输模式的方法
技术领域
本发明涉及无线通信，更具体地，涉及在多模式系统中为移动站和基站之间的上行链路传输决定是保持相同的通信模式还是切换通信模式的一种方法。
背景技术
在对3GPP2标准主体作出的提议中，(针对Rev C的LBC模式的框架提议，C30-20060625-054R1，是由中国联通、华为技术、KDDI、朗讯科技、摩托罗拉、北电网络、高通公司、RITT、三星电子以及中兴通讯于2006年6月26日为HRPD Rev C的松散可向后兼容的FDD模式提出的联合提议贡献)，描述了一种系统，该系统在移动站(MS)和基站(BS)之间的上行链路上整合了预编码的码分多址访问(预编码CDMA)和正交频分多址访问(OFDMA)。这种混合CDMA-OFDMA上行链路是为了能够更有效地支持不同类型的业务。典型地，提议这种混合系统使尽力而为(best effort)业务以相对高的数据速率通过OFDMA空中接口传送，而受延迟约束的业务通过CDMA空中接口传送。
众所周知，CDMA是一种使多用户通过他们使用的独特的扩频码来得到区分的方案。实际的扩频序列可通过对脉冲波形进行振幅或相位调制(直接扩展[DS]CDMA或脉冲形的CDMA)来传送，或通过一组正交正弦音调(多载波[MC]CDMA)运送。在后一种情况下，扩频序列还可以在调制该正交音调之前被编码。这种类型的多址访问方案是前述的预编码CDMA，并且当编码器是离散傅立叶变换(DFT)矩阵时，该类型的多址访问方案可被称作DFT-CDMA。
OFDMA是一种为一个扇区中的每个用户分配独特的一组正弦频率的方案。MC-CDMA和预编码CDMA与OFDMA的区别有三个方面。第一，在MC-CDMA或预编码CDMA系统中，多于一个用户可以用同一组频率发射信号。第二，不同的导频结构可被用于这两种情况以允许连贯性检测。第三，在预编码CDMA的情况下，通过适当选择预编码器，峰均功率比(Peak-toAverage Power Ratio，PAPR)可被控制得低于OFDMA传输的峰均功率比。
由于多用户能以相同的频率发射信号，CDMA链路不需要由基站调度向特定的用户分配及释放频率。因此，CDMA允许在上行链路上的自发操作，并且特别适合于初始随机访问、突发信息的传输以及具有紧延迟约束的业务。在OFDMA系统的情况下，频率资源必须被分配和释放(或者被分配和维护)，这两者都需要额外的延迟，也需要使用前向链路(FL)功率和带宽资源以传递这些授予。频率资源需要被分配和维护的系统会不利地导致低效地使用反向链路资源，因为频率可能未用于真正的时间周期。
根据目前的技术发展水平，在混合系统中，例如在提议的3GPP2系统中，根据数据所代表的业务类型，用户数据的新数据包在上行链路上由移动站发射。因此，如上所述，有相对高的数据速率的尽力而为业务将通过OFDMA空中接口传送，而低速率的业务，例如网络电话(VoIP)将通过CDMA空中接口传送，这里低速率的业务可以被自发地发射，并且避免了OFDMA所需的延迟和频率分配的带宽开销。图1是根据前述的3GPP2标准提议的传统混合移动站101的高级框图，该传统混合移动站结合了预编码CDMA编码器和调制器102以及OFDMA编码器和调制器103。在编码器/调制器102和103的输入端和输出端上的开关106被共同地切换，以便根据数据包所代表的业务类型通过预编码CDMA或OFDMA对新用户数据包104进行编码和调制。经过CDMA或OFDMA编码和调制的用户数据包随后在上行链路107上由放大器和发射机108放大并发射。
如上所述，预编码CDMA和OFDMA的区别在于它们的PAPR特征。预编码CDMA传输具有低于OFDMA传输的PAPR。PAPR的这种差异直接转化为针对两种空中接口的不同的最大平均传输功率。例如，对于相同的功率放大器，当使用预编码CDMA发射信号时移动站可能能够支持以200毫瓦(mw)的平均功率进行发射，而当使用OFDMA时该移动站可能能够支持不大于120mw的平均传输功率。这是由于OFDMA传输的PAPR更高的结果，并且为了保持对OFDMA和预编码CDMA来说相似的高于平均值的功率偏移，用于OFDMA的最大平均发射功率需要更低。用于OFDMA传输的这种可允许更低的平均发射功率实际上意味着，这种OFDMA传输的小区半径小于CDMA传输的小区半径，或者相等地，较低的数据速率在为现有的DS-CDMA系统设置的扇区的边缘得到支持。为缓和这个问题而采用的常规方案需要将昂贵的降低PAPR的技术应用于OFDMA波形，或者使用功率更大也因此更昂贵的功率放大器。
因此需要一种花费较小的方法，以匹配位于现有DS-CDMA系统和新提议的混合OFDMA-预编码CDMA系统之间的小区边缘的数据速率。
发明内容
在本发明的实施例中，混合多模式移动站决定，是使用与前一个数据包的上一次重传所使用的相同的OFDMA或预编码CDMA模式来对新用户数据包进行编码和调制，还是基于输入来切换模式，该输入包括前一个数据包的被测平均传输功率以及“信号与干扰加噪声比”(Signal-to-Interference plus Noise Ratio，SINR)，所述SINR根据基站作出的测量得到确定并且或者被直接报告给移动站，或者由移动站根据由基站作出并且报回给移动站的测量计算出来。
在实施例中，前一个数据包的被测平均传输功率与最大平均OFDMA发射功率进行比较。如果移动站使用OFDMA模式发射前一个数据包，那么如果前一个数据包的被测移动站发射功率小于最大平均OFDMA发射功率的话，则也使用OFDMA以最大允许的平均功率对新数据包进行编码和调制。如果被测移动站发射功率大于或等于最大平均OFDMA发射功率，那么如果接收的或计算出的OFDMA SINR指出更低的可接受的OFDMA数据速率，并且允许的CDMA发射功率大于最大平均OFDMA发射功率的话，则以CDMA模式用最大允许的平均CDMA功率发射新用户数据包，其中允许的CDMA发射功率是最大平均CDMA发射功率和由相邻扇区强加的任何功率限制中的最小值。
在实施例中，如果移动站使用CDMA模式发送前一个数据包，那么如果前一个数据包的被测平均移动站发射功率大于最大平均OFDMA发射功率的话，则也使用CDMA模式以其最大允许的平均CDMA功率发射新用户数据包。如果前一个数据包的被测平均移动站发射功率小于或等于最大平均OFDMA发射功率，并且允许的平均OFDMA发射功率大于前一个数据包的被测移动站CDMA发射功率，以及接收的OFDMA SINR指出使用OFDMA可获得更好的数据速率，那么使用OFDMA模式以最大允许的OFDMA平均传输功率发射新用户数据包。
附图说明
本发明将通过参考附图阅读下面的非限制性实施例的说明而得到更好的理解，其中：
图1是根据传统方法的混合CDMA/OFDMA系统中移动站的高级框图；
图2是根据本发明实施例的混合CDMA/OFDMA系统中移动站的高级框图；以及
图3示出了根据本发明实施例的方法的流程图，用于在例如图2所示的混合CDMA/OFDMA系统中确定，是应该使用与前一个数据包所使用的相同模式来发射新用户数据包，还是应该切换模式。
具体实施方式
参考图2，示出了混合预编码CDMA-OFDMA系统中的移动站201。正如在图1的传统系统中那样，移动站201包括预编码CDMA编码器和调制器202以及OFDMA编码器和调制器203。由CDMA编码器和调制器202或OFDMA编码器和调制器203对用户数据包204和它后来的重传，如果有的话，进行编码。然后，所得到的经过编码和调制的数据包在由放大器和发射器206放大并发射之后，在上行链路205上被发射到基站(未示出)。与图1根据要被发送的每一个新用户数据包所代表的业务类型在CDMA模式和OFDMA模式之间进行切换的现有技术系统不同，在图2的实施例中，被共同控制的开关207-1和207-2的开关位置由一个组合来确定，该组合包括从放大器和发射器206反馈到开关207-1的被测移动站平均发射功率，以及OFDMA SINR，该OFDMA SINR由基站(未示出)测量并通过下行链路报告给移动站接收器208，或者由移动站根据由基站作出并且报回给移动站的测量计算出来。如将要在下面描述的那样，响应于每一个新用户数据包204，移动站201的操作模式或者保持与用于前一个用户数据包的相同，或者根据前一个数据包期间的被测移动站平均发射功率以及报回或计算得出的OFDMA SINR而被切换到相对的模式。
确定对新用户数据包应当使用预编码CDMA模式还是OFDMA模式来进行编码和调制的方法在图3的流程图中示出。在步骤301，准备好处理新用户数据包。在步骤302，确定先前发射的数据包或者该数据包的任何重传是用OFDMA模式还是用CDMA模式来处理的。如果使用OFDMA模式处理前一个数据包，那么在步骤303中，确定在该数据包的传输或重传期间的移动站发射功率是否大于或等于第一阈值，即阈值1，该阈值是最大平均OFDMA发射功率。如果被测移动站平均发射功率(即，一帧上的传输功率的平均值)小于最大平均OFDMA传输功率，那么在步骤304中，新用户数据包也在OFDMA模式下得到处理，并且通过所授予的OFDMA频率资源使用最大允许的平均OFDMA发射功率发射，其中最大允许的OFDMA发射功率是最大平均移动站OFDMA发射功率限制(即阈值1)和由来自相邻扇区的控制信号强加的任何功率限制中的最小值。如果在步骤303中被测平均移动站发射功率大于或等于最大平均OFDMA发射功率(阈值1)，那么在步骤305中，确定OFDMA SINR是否大于对应于使用OFDMA的最小可接受数据速率的SINR阈值(阈值2)，该OFDMA SINR在基站测量并且通过下行链路报告给移动站，或者由移动站根据由基站作出并且报回给移动站的测量计算出来。更特别地，由基站测量并报告给移动站的SINR被映射到可由移动站支持的数据速率。如果测量并报告的SINR指出是可接受的数据速率，即大于SINR阈值(阈值2)，那么在步骤304中，新用户数据包以OFDMA模式得到处理并且通过所授予的OFDMA频率资源使用最大允许的平均OFDMA发射功率发射。如果因为在该SINR时的可支持数据速率太低而导致SINR不可接受，那么在步骤306中，通过确定允许的CDMA发射功率是否大于最大平均OFDMA发射功率(阈值1)来确定处理模式是否该变成CDMA，该允许的CDMA发射功率是移动站的最大平均CDMA发射功率以及由来自相邻扇区的控制信号强加的功率限制中的最小值。如果允许的CDMA功率大于最大平均OFDMA发射功率(阈值1)，那么处理模式从OFDMA切换到CDMA，并且在步骤307中，以CDMA模式使用最大允许的平均CDMA功率发射新数据包。然而，如果允许的CDMA功率小于或等于使用OFDMA的最大平均发射功率，那么移动站保持OFDMA模式，并且在步骤304中，使用OFDMA用最大允许的平均OFDMA功率发射新用户数据包。
在步骤302中，当前一个用户数据包以CDMA模式得到处理时，在步骤308中确定用来发射该数据包的被测平均移动站发射功率是否小于或等于最大平均OFDMA发射功率(阈值1)，即移动站是否以低于OFDMA功率限制的功率来发射。如果移动站不是以低于OFDMA功率限制来发射，那么，在步骤307中，使用CDMA用最大允许的平均CDMA功率来发射新用户数据包。然而，如果在步骤308被测移动站发射功率小于OFDMA功率限制，那么在步骤309中，确定允许的平均OFDMA发射功率是否大于被测平均移动站发射功率(即，移动站是否能够以高于使用OFDMA的被测发射功率来发射)。如果允许的平均OFDMA发射功率不大于被测平均CDMA移动站发射功率，那么在步骤307中，使用CDMA模式用最大允许的平均CDMA功率发射新用户数据包。如果允许的OFDMA发射功率大于当前的CDMA移动站发射功率，那么在模式被切换到OFDMA之前，在步骤310中确定报回的或者由移动站计算出来的OFDMA SINR是否大于SINR阈值(阈值3)，该SINR阈值确定是否可使用与CDMA相对的OFDMA获得更好的数据速率。如果使用OFDMA不能获得更好的数据速率，则不切换模式，并且在步骤307中，使用CDMA用最大允许的平均CDMA功率发射数据包。如果使用OFDMA可以获得更好的数据速率，那么模式被切换到OFDMA，并且在步骤304中，使用OFDMA用最大允许的平均OFDMA发射功率发射新用户数据包。
有利的是，上述方法保证了移动传输范围得到扩展并且在小区边缘的最小数据速率得到提高。
还需要注意的是，在低信噪比情况下，预编码CDMA波形提供更低的导频开销(pilot overheads)，并且因此提供更佳的性能。相反，OFDMA传输的导频开销对于更高的信噪比来说低于(并且总性能优于)预编码CDMA。因此，上述方法扩展了范围，不仅仅是因为减少了CDMA波形的PAPR，还因为在小区边缘所允许的典型更低的速率需要更低的信噪比。
虽然与提议的混合CDMA/OFDMA 3GPP2系统一起描述，本发明可被用于使用两种具有不同PAPR的不同编码和调制机制的任意类型的系统，例如混合OFDMA系统和单载波频分多址(SC-FDMA)系统。
前面仅仅说明了本发明的原理。因此应当理解本领域技术人员能够设计出不同的方案，这些方案虽然在这里没有明确地描述和示出，但是仍体现本发明的原理，并且包含在本发明的精神和范围之内。此外，这里列举的所有示例和条件语言原则上被清楚地确定为仅为教学的目的，以帮助读者理解本发明的原理以及发明人为技术扩展所提出的概念，并且应被解释为对特定列举的示例和条件没有限制。此外，这里列举的本发明的原理、方面以及示例的所有语句，及其具体示例，用意在于涵盖其结构以及功能上的等价物。另外，意图在于这些等价物既包括当前已知的等价物，还包括将来开发出的等价物，即执行相同功能的任意要素，而不管结构如何。
因此，例如，那些本领域技术人员将要理解这里的方块图和流程图表示了说明本发明原理的概念视图。同样地，将要理解的是所描述的各种过程基本上可以在计算机可读介质中表示，并且因此由计算机或处理器执行，无论这种计算机或处理器是否明确示出。
图2中所示各个要素的功能以及图3所示的各个步骤可以通过使用专用硬件以及能够与适当的软件关联来执行软件的硬件来提供和/或实现。
在这里的权利要求中，表示为实现特定功能的装置的任意要素用意在于涵盖实现所述功能的任何方式，包括，例如a)实现所述功能的电路元件的组合，或b)任意形式的软件，因此包括固件、微码或者与之类似的，与执行所述软件的适当电路组合以实现所述功能。由这些权利要求定义的本发明归于这样的事实，即由各种所列举的装置提供的功能被组合起来并且以所述权利要求所要求的方式一同提出。申请人因此认为能够提供那些功能的任何装置都等价于这里所示出的装置。

Claims (20)

1.一种在无线通信系统中与基站通信的移动站上的方法，该方法包括：
操作上行链路，用来以响应于前一个用户数据的被测移动站平均传输功率和信号与干扰加噪声比(SINR)而确定的预定义的第一或第二编码和调制模式来发射新用户数据，所述信号与干扰加噪声比在基站测量并被报告给该移动站，或者由移动站根据由基站作出并且报回给移动站的测量计算出来，其中第一和第二编码和调制模式的峰均功率比(PAPR)是不同的。
2.如权利要求1所述的方法，其中，第一编码和调制模式是预编码CDMA(码分多址访问)模式，第二模式是OFDMA(正交频分多址访问)模式。
3.如权利要求2所述的方法，其中，当使用OFDMA模式发射前一个用户数据包，并且当在一个或多个帧上测量的该前一个用户数据包的被测平均传输功率小于最大平均OFDMA发射功率时，使用OFDMA模式发射新用户数据包。
4.如权利要求3所述的方法，其中，使用最大允许的平均OFDMA功率发射所述新用户数据包，其中该最大允许的平均OFDMA功率是最大平均OFDMA发射功率和由来自与移动站本身扇区相邻的一个或多个扇区的控制信号强加的功率限制中的最小值。
5.如权利要求2所述的方法，其中，当使用CDMA模式发射前一个用户数据包，并且当在一个或多个帧上测量的该前一个用户数据包的被测平均传输功率大于最大平均OFDMA发射功率时，使用CDMA模式发射新用户数据包。
6.如权利要求5所述的方法，其中，使用最大允许的平均CDMA功率发射该所述新用户数据包，其中该最大允许的平均CDMA功率是最大平均CDMA发射功率和由来自与移动站本身扇区相邻的一个或多个扇区的控制信号强加的功率限制中的最小值。
7.如权利要求3所述的方法，其中，当使用OFDMA模式发射前一个用户数据包，并且当在一个或多个帧上测量的该前一个用户数据包的被测平均传输功率大于或等于最大平均OFDMA发射功率，以及当接收的或者计算出的SINR小于或等于对应于最小可接受的OFDMA数据速率的阈值时，使用CDMA模式发射该新用户数据包。
8.如权利要求7所述的方法，其中，当使用OFDMA模式发射前一个用户数据包，并且当在一个或多个帧上测量的该前一个数据包的被测平均传输功率大于或等于最大平均OFDMA发射功率，以及当接收的或者计算出的SINR大于对应于最小可接受的OFDMA数据速率的阈值和/或允许的CDMA发射功率大于或等于最大平均OFDMA发射功率时，使用OFDMA模式发射该新用户数据包。
9.如权利要求5所述的方法，其中，当使用CDMA模式发射前一个用户数据包，并且当在一个或多个帧上测量的该前一个数据包的被测平均发射功率小于最大平均发射OFDMA功率，以及当接收的或者计算出的SINR大于或等于一个阈值时，该阈值确定何时使用OFDMA模式比使用CDMA模式可获得更高的数据速率，使用OFDMA模式发射所述新用户数据包。
10.如权利要求9所述的方法，其中，当使用CDMA模式发射前一个用户数据包，并且当在一个或多个帧上测量的该前一个数据包的被测平均发射功率小于最大平均OFDMA发射功率，以及当接收的或者计算出的SINR小于所述确定何时使用OFDMA模式比使用CDMA模式可获得更高数据速率的阈值时，和/或当允许的平均OFDMA发射功率大于在一个或多个帧上测量的该前一个数据包的被测平均发射功率时，使用CDMA模式发射该新用户数据包。
11.一种无线通信系统中的移动站，该移动站可操作地连接到该无线通信系统中的基站，该移动站包括：
第一编码器和调制器，可操作用于以第一编码和调制模式处理新用户数据；
第二编码器和调制器，可操作用于以第二编码和调制模式处理新用户数据；
发射器，用于发送来自第一编码器和调制器或第二编码器和调制器的经过编码和调制的新用户数据；以及
开关，可操作用来提供或者由第一编码器和调制器以第一模式处理的或者由第二编码器和调制器以第二模式处理的新用户数据，并将经过编码和调制的新用户数据提供给发射器，该开关在第一编码器和调制器与第二编码器和调制器之间切换，以响应针对前一个用户数据的被测移动站平均传输功率以及信号与干扰加噪声比(SINR)，该信号与干扰加噪声比在基站测量并报告给移动站或者由移动站根据基站做出并回报给移动站的测量而计算出来，其中第一和第二编码和调制模式的峰均功率比(PAPR)是不同的。
12.如权利要求11所述的移动站，其中，第一编码和调制模式是预编码CDMA(码分多址访问)模式，第二模式是OFDMA(正交频分多址访问)模式。
13.如权利要求12所述的移动站，其中，当使用OFDMA模式发射前一个用户数据包，并且当在一个或多个帧上测量的该前一个用户数据包的被测平均传输功率小于最大平均OFDMA发射功率时，所述开关可操作为将新用户数据包切换到在OFDMA模式中处理。
14.如权利要求13所述的移动站，其中，使用最大允许的平均OFDMA功率发射新用户数据包，其中该最大允许的平均OFDMA功率是最大平均OFDMA发射功率和由来自与所述移动站本身扇区相邻的一个或多个扇区的控制信号强加的功率限制中的最小值。
15.如权利要求12所述的移动站，其中，当使用CDMA模式发射前一个用户数据包，并且当在一个或多个帧上测量的该前一个用户数据包的被测平均传输功率大于最大平均OFDMA发射功率时，所述开关可操作为将新用户数据包切换到在CDMA模式中处理。
16.如权利要求15所述的移动站，其中，使用最大允许的平均CDMA功率发射新用户数据包，其中该最大允许的平均CDMA功率是最大平均CDMA发射功率和由来自与该移动站本身扇区相邻的一个或多个扇区的控制信号强加的功率限制中的最小值。
17.如权利要求13所述的移动站，其中，当使用OFDMA模式发射前一个用户数据包，并且当在一个或多个帧上测量的该前一个用户数据包的被测平均传输功率大于或等于最大平均OFDMA发射功率，以及当接收的或者计算出的SINR小于或等于对应于最小可接受的OFDMA数据速率的阈值时，所述开关可操作为将新用户数据包切换到在CDMA模式中处理。
18.如权利要求17所述的移动站，其中，当使用OFDMA模式发射前一个用户数据包，并且当在一个或多个帧上测量的该前一个数据包的被测平均传输功率大于或等于最大平均OFDMA发射功率，以及当接收的或者计算出的SINR大于对应于最小可接受的OFDMA数据速率的阈值和/或当允许的CDMA发射功率大于或等于最大平均OFDMA发射功率时，使用OFDMA模式发射新用户数据包。
19.如权利要求15所述的移动站，其中，当使用CDMA模式发射前一个用户数据包，并且当在一个或多个帧上测量的该前一个数据包的被测平均发射功率小于最大平均发射OFDMA功率，以及当接收的或者计算出的SINR大于或等于一个阈值时，该阈值确定何时使用OFDMA模式比使用CDMA模式可获得更高的数据速率，使用OFDMA模式发射所述新用户数据包。
20.如权利要求19所述的移动站，其中，当使用CDMA模式发射前一个用户数据包，并且当在一个或多个帧上测量的该前一个数据包的被测平均发射功率小于最大平均OFDMA发射功率，并且当接收的或者计算出的SINR小于所述确定何时使用OFDMA编码器和调制器比使用CDMA编码器和调制器可获得更高数据速率的阈值时，和/或当允许的平均OFDMA发射功率大于在一个或多个帧上测量的该前一个数据包的被测平均发射功率时，使用CDMA模式发射所述新用户数据包。
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