CN102714529B - 用于上行链路多载波发射分集的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

UE(300)上的用于选择多根天线(320，322)之一的方法(400)和设备，其中UE(300)在多载波无线通信系统中实现发射分集，以便诸如当载波共享功率放大器(314)时，对两个或更多均被调制到不同载波频率上的上行链路信号进行联合发射。甚至当现有技术发射分集方法提供冲突的天线选择指示时，方法(400)和设备(300)也基于与载波相关联的信道条件来选择天线(320，322)。

Description

用于上行链路多载波发射分集的方法和设备
技术领域
本发明一般地涉及无线通信，以及具体地涉及当在多个可用天线之一上联合发射被调制到两个或更多载波频率上的信号时用于上行链路多载波发射分集中的天线选择的方法和设备。
背景技术
第三代合作伙伴计划(3GPP)(定义和发布无线通信网络技术规范的工业联盟)已经定义了众多标准，诸如高速分组接入(HPSA)。3GPP已经在HSPA中引入了针对上行链路的多载波操作。该标准的版本9允许两个信号从同一用户设备(UE)向服务基站(Node-B或eNode-B)的并行发射，其中每个信号被调制到相邻的5MHz上行链路载波频率(本文称为“载波”)上。多载波上行链路有可能显著增加用户吞吐量和系统吞吐量二者。两个载波的规定称为双小区高速上行链路分组接入(DC-HSUPA)操作。因为载波在同一频带内相邻，所以使用单个具有两倍带宽的多载波功率放大器(PA)来发射被调制到两个载波上的信号在技术上是可行的，其可以提供比两个并行的单载波PA更经济的解决方案。在正常条件下，两个载波彼此独立地操作，例如每个载波具有其自己的针对功率控制、服务授权、E-TFC选择和HARQ重传的机制。
正在评估在高速上行链路分组接入(HSUPA)的上下文中的上行链路发射(Tx)分集的可能益处(参见例如3GPP Tdoc RP-090987，3GPP WorkItem Description：Uplink Tx Diversity for HSPA)。利用上行链路发射分集，配备有两个或更多发射天线的UE能够利用所有的天线。这是通过将上行链路信号s(t)与一组复权重wi相乘，并如图1中所示从两个或更多天线发射信号来实现的。注意，i＝1…N，其中N表示发射天线的数目。一般而言，从发射天线a1…aN到接收天线b1…bM的每个路径将经历空中接口上的不同的信道特性hn，m。
上行链路发射分集基于的基本原理是适配权重wi，使得最大化用户和网络性能。基于UE实现，天线权重wi可以与不同的约束相关联。在3GPP内，考虑两个种类：波束成形和开关型天线分集。
波束成形是这样的技术，其中，在任何给定的时间点，UE可以同时从不止一根天线进行发射。名称“波束成形”源自：控制从不同天线发射的信号的相位和幅度以创建波阵面中的相长和相消干涉的图案，从而有效地改变期望的空间方向上的增益。因为从不同天线发射差异的信号，波束成形通常需要单独的PA来驱动每根天线。
在开关型天线分集中，UE在任何给定的时间点仅从天线之一进行发射。因此，再次参考图1，如果wi≠0，则对于所有的j≠i，wj＝0。利用开关型天线分集，UE可以使用单个PA，以及简单地将其输出切换到选定的天线。可以将开关型天线分集视为波束成形的特殊情形，其中一根天线的权重是1(即，开启)，而所有其他天线的权重是0(即，关闭)。
在任一情形中，可以由网络或UE来决定对Tx分集的使用和对天线权重的选择。
Node-B可以向UE提供显式反馈，声明是否应该应用Tx分集，以及如果应用则当发射信号时UE应该使用哪些权重。该情形需要反馈，以及可能需要引入新反馈信道。
可选地，UE自动决定是否应该应用Tx分集。为了做出此决定，UE可以监视现有的指示符和信道质量测量，诸如所需HARQ重传的数目、下行链路信道质量指示符(CQI)、或者UE发射功率上升空间(UPH)测量。例如，如果CQI和/或UPH变低，则UE可以推断出其处于差的覆盖区域，并且激活Tx分集很可能是有益的。
另外，UE可以自发决定天线权重wi。为了选择权重wi，UE可以监视现有的反馈信道，包括那些出于其他目的而发射的信道，如部分专用(fractional)物理控制信道(F-DPCH)。例如，如果UE在来自服务小区的F-DPCH上接收大量的连续的发射功率控制(TPC)UP命令，则UE可以推断出通过改变天线权重wi来切换到其他Tx天线很可能是有益的。
上行链路发射分集的基本目的是利用有效信道中的变化。如本文所使用的，术语“有效信道”合并了发射天线、发射天线权重、和接收天线、以及发射天线和接收天线之间的无线信道的影响。在开关型天线分集中，天线权重wi是突然改变的(例如，如果在天线1上发射的UE全部或显著切换到在天线2上发射，则w1，w2将(接近)从1，0改变到0，1)，在波束成形中也可能如此。因此，接收Node-B感知到的有效信道可能突然改变。
在现有技术系统中，WCDMA/HSPA功能基于UE总是从一根天线进行发射的假设是可能的。因此，信道和干扰估计通常基于Node-B测量的瞬时信道和干扰的过滤版本。因此，只要UE改变其天线权重-以及特别是如果诸如在开关型天线分集中该改变是突然的-则接收机使用的信道估计变得不准确。这降低了接收机的性能。另外，上行链路发射分集导致Node-B处的接收功率的不连续和扰乱环路功率控制的瞬态。
只要UE和Node-B之间的有效信道改变，则在Node-B处出现功率不连续。该不连续将是下述事实的组合影响：发射天线和接收天线之间的无线信道是不同的，以及两个发射天线的天线增益是不同的。
天线开关(或者天线权重的快速改变)也导致瞬时时间段，直到内环功率控制(ILPC)和外环功率控制(OLPC)已经稳定。如果Node-B知道功率不连续是由天线权重的突变引起的，则其可以调节其此后的行为；例如，通过冻结OLPC。
因此，出于众多理由，在传统Tx分集中应该避免不必要的天线切换。多载波操作引入了Tx分集判决中的额外的困难。
Tx分集算法的一个基础是可用的信道质量信息，诸如在来自服务Node-B的F-DPCH上发送的TPC UP/DOWN命令。然而，当上行链路Tx分集与上行链路多载波操作(例如，DC-HSUPA)结合时，根本不清楚如何将单载波Tx分集UE算法适配到多载波操作。
例如，如果UE接收针对上行链路载波的子集的大量TPC UP命令，同时接收针对一些其他载波的TPC DOWN，则其不清楚UE是否应该在与不同载波关联的TPC命令之间区分优先级，以及在区分的情况下如何进行。该场景是理想化的，因为不同的上行链路载波可以与不同的条件相关联，所述条件例如是关于无线电传播、业务负载、干扰等等。因此，多载波操作引入了显著的复杂度，以及使得实现上行链路Tx分集的许多现有技术算法不能工作。
发明内容
本文描述和要求保护的本发明的一个或多个实施例提供了UE上的用于选择多根天线之一的方法和设备，所述UE在多载波无线通信系统中实现发射分集，以便诸如当载波共享功率放大器时，对两个或更多均调制到不同载波频率上的上行链路信号进行联合发射。甚至当现有技术发射分集方法提供冲突的天线选择指示时，该方法和设备也基于与载波相关联的信道条件来选择天线。
一个实施例涉及由在MC-HSUPA无线通信网络中实现Tx分集的UE进行的天线选择方法，所述UE可操作用于使用一根天线发射两个或更多上行链路信号，其中每个信号被调制到不同的载波频率上。当使用特定天线发射信号时，对于要使用相同天线发射的载波频率，针对每个载波，基于针对该载波接收的反馈，将优选天线与该载波频率相关联。评估与每个载波频率相关联的信道条件。基于信道条件选择一个或多个载波频率，以及选择与所选载波频率相关联的优选天线用于发射。
另一个实施例涉及在MC-HSUPA无线通信网络中实现Tx分集的UE，所述UE可操作用于使用一根天线发射两个或更多上行链路信号，其中每个信号被调制到不同的载波频率上。所述UE包括：至少一个发射功率放大器；两个或更多的天线；以及开关功能，其操作用于将功率放大器的输出选择性地导向至天线之一。所述UE还包括接收机，其操作用于至少接收来自网络的信道条件反馈；以及天线选择功能，其操作用于控制所述开关功能来选择用于在不同载波频率上发射两个或更多信号的天线。所述天线选择功能还操作用于：当使用特定天线发射信号时，针对每个载波，基于针对该载波接收的反馈，将优选天线与该载波频率相关联；评估与每个载波频率相关联的信道条件；基于信道条件选择一个或多个载波频率；以及选择与所选载波频率相关联的优选天线。
附图说明
图1是发射分集天线阵列的功能框图。
图2是分配给两个载波频率的发射功率的示图。
图3是DC-HSPA UE发射机的部分的功能框图，其中使用一根天线，使用单个功率放大器，来发射被调制到两个载波频率上的信号。
图4是图3的UE的天线选择方法的流程图。
具体实施方式
在MC-HSUPA操作中，Node-B中的调度将给予UE载波特定的调度授权。调度授权在绝对授权信道(E-AGCH)上传输，并且代表在E-DCH专用物理数据控制信道(E-DPDCH)和专用物理控制信道(DPCCH)之间的最大允许功率的比值(参见，3GPP TS 25.321)。可以由服务Node-B或非服务Node-B通过相对授权来增加或减小调度授权，所述相对授权在相对授权信道(E-RGCH)上传输。在UE中内部维护UE的授权级别，作为服务授权。服务授权基于接收的相对授权进行调整，以及当在E-AGCH上接收到调度授权时将服务授权重设为该调度授权。
图2示出了下述情形：其中Node-B调度器已经给予在上行链路载波频率之一(或子集)上的高的授权以及在其他载波频率上的低的授权。这可能是有利的，因为其允许UE使用具有有利特性的载波，以及在UE之间协调使用量，使得最小化小区内干扰。在这样的情况下，UE可能没有动机基于与具有低的授权的载波相关联的TPC命令来执行发射天线的改变。
在其中一些发射功率放大器在两个或更多载波之间共享的UE中，如果在切换天线之后UE在其上消耗了它的大部分功率的载波经历了更坏的信道条件，则Tx分集可能直接具有反效果。
这样的情形可能出现在诸如图3描述的UE收发机架构之类的UE收发机架构中，在UE收发机架构中被调制到两个或更多载波频率上的信号共享功率放大器，以及UE实现上行链路Tx分集。具体地，在UE 300中，在处理框302(载波1)和处理框304(载波2)中，信号被调制到不同的载波频率上。处理框302、304在相应的载波频率上执行调制、编码、扩展脉冲成形等等。来自处理框302、304的调制信号在加法器306中进行合并。合并的信号在数模转换器308中转换成模拟形式，以及在滤波器310中进行低通滤波。注意，合并的信号横跨10MHz(假设载波1和载波2是相邻的载波频率，每个具有带宽5MHz)。然后，合并的信号在混频器312中进行上变频，以及由共享的功率放大器314进行放大。开关功能316将PA 314的输出切换到发射机输入，即两个双工器317、318之一，每个双工器317、318分别附着到天线320、322，以便进行对服务Node-B的发射。
开关功能316受天线选择功能324的控制。根据本发明的实施例，天线选择功能324通过考虑如反馈所指示的与每个载波频率相关联的信道条件或者接收机电路326接收的信道质量度量来实现Tx分集，其中接收机电路326连接到双工器316、318的接收机输出。尽管图3描述了两个载波频率共享一个PA 314和两根天线320、322，本领域普通技术人员将容易明白本发明的实施例可应用于具有不止两个上行链路载波频率和/或不止两根天线320、322的多载波UE中的Tx分集，其中至少两个载波频率共享一个PA 314。此外，本领域普通技术人员应该明白，根据任何具体实现的希望或要求，天线选择功能324可以：实现在专用硬件(如专用集成电路(ASIC))中；实现在具有合适固件的可编程逻辑(如现场可编程门阵列(FPGA))中；实现为在处理器或数字信号处理器(DSP)上执行的一个或多个软件模块；或者实现为这些的任意组合。
图4描述了在实现Tx分集的UE中的从多个可用天线320、322中选择一根天线320、322的方法400，其中两个或更多均被调制到不同载波频率上的信号在相同的天线320、322上进行发送(例如，其中，如图3中所示，载波共享PA 314)。在UF 300的操作期间，当载波在不同天线320、322上发射时，分析接收机326接收的反馈，以及将优选天线320、322与每个载波频率相关联(框402)。反馈可以例如包括TPC命令，该命令指示当在不同天线320、322上发射时网络是多好程度地接收载波的。优选天线与每个载波的关联是动态的，并且在UE 300操作期间可以基于载波反馈而改变，如图4中的虚线回送路径所指示的那样。最初，随机地或者根据预定的图案向载波分配优选天线320、322。
在多载波操作期间，每个载波独立于其他载波进行操作。因此，每个载波具有其自己的针对功率控制、服务授权、E-TFC选择、HARQ重传等的机制。在UE 300的操作期间，天线选择功能324针对接收机326接收的每个载波监视信道质量度量，并且评估与每个载波频率相关联的信道条件(框404)。当UE 300具有两个或更多的待决多载波上行链路传输时-即调制在不同的载波频率上并且准备好进行发射的上行链路信号(例如，由于共享PA 314)必须共享天线320、322时-，天线选择功能324基于与每个载波相关联的信道条件选择一个或多个载波频率(框406)。如此处更充分地讨论的，根据本发明的不同实施例，选择一个或多个载波频率的步骤可以以若干方式执行。于是，选择与所选载波频率相关联的优选天线320、322用于多载波信号的联合发射(框408)。
在一个实施例中，天线选择功能324基于经历最佳信道条件的单个载波(如接收机326接收的信道质量度量所指示)来选择天线320、322用于联合发射两个或更多均被调制到不同载波频率上的信号。
作为一个非限制性示例，该选择可以基于在与具有最高服务授权的载波对应的F-DPCH上接收的TPC命令。该选择的基本原理是用户吞吐量将很大程度上取决于具有最高授权的载波。确保针对该载波的有利的传播条件将附加地使得UE 300(以给定速率)生成较少的干扰。该天线选择算法与针对每个UE 300仅在其载波之一上授予大量授权的调度策略相兼容，所述调度策略是适合于诸如在服务Node-B所服务的小区中存在多个用户时之类的特定情形的调度策略。在该情形下，具有大量授权的载波上的条件应该比其他载波上的条件更重要。
指示不同载波的信道条件的信道质量度量包括服务授权(如上面所讨论的)，或者备选地，包括服务Node-B发出的调度授权，或者作为又一个备选，包括UE 300在每个相应的载波上使用的总发射功率。
在另一实施例中，天线选择功能324基于对共享同一PA 314的所有激活的载波上的条件的加权判断来选择天线320、322，用于对两个或更多均被调制到不同载波频率上的信号进行联合发射。作为一个非限制性示例，该选择可以基于加权的TPC命令，其中与针对特定载波的TPC命令相关联的权重通过反映各个载波条件的载波特定的特性来确定。作为示例，每个载波的TPC命令利用针对该特定载波的服务授权与所有激活的载波的服务授权之和和比值来进行加权。可选地，如上面讨论的，权重可以是基于调度授权或者UE 300在要使用相同PA 314发射的相应的载波上使用的总发射功率。
在又一实施例中，天线选择功能324基于在某个时间点或特定时间段上具有超过阈值的信道质量度量的载波来选择天线320、322，用于对两个或更多均被调制到不同载波频率上的信号进行联合发射。在一个实施例中，该阈值是绝对阈值。该实施例的示例是：使用服务授权作为信道质量度量，以及天线选择考虑满足SGi＞阈值的载波i。在另一实施例中，阈值是相对阈值。再次使用服务授权作为信道质量度量，该实施例的示例是：考虑满足SGi/maxj≠i(SGj)＞阈值的载波i，其中，其中SGj指代与载波j相关联的服务授权。即，载波i的服务授权与要使用同一PA314发射的除了载波i以外的载波j的服务授权的最大值的比值。当然，作为服务授权的替代，可以考虑诸如调度授权或总发射功率之类的信道质量度量。在任一情况下，如果与阈值比较的操作导致两个或更多的载波被考虑，则可以根据前面描述的实施例中的任一个来选择一个载波(即，选择具有最佳信道条件的载波，或形成对通过阈值的载波的信道条件的加权判断)。
在一个实施例中，阈值可以是针对载波特定的。即，网络可以针对不同的载波频率指定不同的阈值(绝对阈值或相对阈值)。这些可以例如由无线网络控制器(RNC)来配置，以及经由L3信令传送给UE 300。在一个实施例中，网络可以通过阈值的值来有效地强制选择与预定载波频率相关联的天线。例如，DC-HSUPA概念中的所谓的主上行链路频率(其既承载非调度业务也承载调度业务)与辅上行链路频率(其仅承载调度业务)相比可以更受偏爱。
在本文描述的实施例中，在不同的实施例中，用于选择、加权或者与阈值比较的规则可以：被视为UE 300的实现方面；被预定义在工业技术标准中；由服务Node-B确定和通过L1/L2信令发射至UE 300；或者由服务RNC或其他网络节点配置，并通过L3信令传送给UE 300(即，使用无线资源控制(或RRC)信令)。
本发明的实施例提供了甚至当与载波相关联的信道质量度量是冲突的情况下，例如当一个载波的信道条件指示一根天线，而另一个载波的信道条件指示不同天线的情况下，选择用于联合发射两个或更多均被调制到不同载波频率上的信号的天线320、322的装置。本文描述的实施例有助于确保经历关于无线电传播、业务负载、干扰等的最佳操作条件的载波上的鲁棒、高性能操作。此外，通过降低不必要的天线切换判决和上行链路信号中的相关瞬态的数量，还提高了整体接收性能。
当然，在不偏离本发明的基本特性的情况下，本发明可以以不同于本文阐述的具体方式的其他方式来实现。本实施例应该视为在所有方面都是作为解释说明而不是限制，所附权利要求的含义和等价范围内的所有改变都旨在被包括在权利要求的范围中。

Claims (18)

1.一种用户设备UE(300)进行的天线选择的方法(400)，所述UE在多载波高速上行链路分组接入MC-HSUPA无线通信网络中实现发射分集，所述UE(300)操作用于使用同一根天线来发射两个或更多上行链路信号，其中每个信号被调制到不同的载波频率上，所述方法包括，针对要使用同一根天线发射的载波频率：
当使用特定天线中的每一根天线来发射信号时，基于针对每个载波频率接收的反馈，将所述特定天线中的一根天线确定为与所述载波频率相关联(402)的优选天线；
评估(404)与每个载波频率相关联的一个或多个质量度量；
通过形成针对要使用同一根天线发射的所有载波频率的所评估的一个或多个质量度量的加权和，基于所评估的一个或多个质量度量来选择(406)一个或多个载波频率；以及
选择(408)与权重最大的载波频率相关联的优选天线。
2.根据权利要求1所述的方法(400)，其中当使用特定天线中的每一根天线来发射信号时的针对每个载波频率的所述反馈包括发射功率控制TPC命令。
3.根据权利要求1所述的方法(400)，其中所述质量度量包括服务授权的值。
4.根据权利要求1所述的方法(400)，其中所述质量度量包括调度授权的值。
5.根据权利要求1所述的方法(400)，其中所述质量度量包括UE(300)在相应的载波上使用的总发射功率。
6.根据权利要求1所述的方法(400)，其中形成所评估的一个或多个质量度量的加权和包括：针对要使用同一根天线发射的所有载波频率，对第一信道质量度量进行相加，其中每个载波频率的第一信道质量度量均用所述载波频率的第二信道质量度量与所有载波频率的第二信道质量度量之和的比值进行加权。
7.根据权利要求6所述的方法(400)，其中形成所评估的一个或多个质量度量的加权和包括：针对每个载波频率，用所述载波频率的服务授权与要使用同一根天线发射的所有载波频率的服务授权之和的比值对针对所述载波频率接收的发射功率控制TPC命令进行加权。
8.根据权利要求6所述的方法(400)，其中形成所评估的一个或多个质量度量的加权和还包括：利用预定因子对每个载波频率进行加权。
9.根据权利要求8所述的方法(400)，其中主上行链路载波的权重大于辅上行链路载波频率的权重。
10.一种在多载波高速上行链路分组接入MC-HSUPA无线通信网络中实现发射分集的用户设备UE(300)，所述UE(300)操作用于使用同一根天线来发射两个或更多上行链路信号，其中每个信号被调制到不同的载波频率上，所述UE(300)包括：
至少一个发射功率放大器(314)；
两个或更多天线；
开关功能模块(316)，操作用于将所述功率放大器的输出选择性地导向所述天线之一；
接收机(326)，操作用于至少接收来自网络的信道条件反馈；以及
天线选择功能模块(324)，操作用于控制所述开关功能模块(316)来选择用于在不同载波频率上发射两个或更多信号的天线，所述天线选择功能模块(324)还操作用于：
当使用特定天线中的每一根天线来发射信号时，基于针对每个载波频率接收的反馈，将所述特定天线中的一根天线确定为与所述载波频率相关联(402)的优选天线；
评估(404)与每个载波频率相关联的一个或多个质量度量；
通过形成针对要使用同一根天线发射的所有载波频率的所评估的一个或多个质量度量的加权和，基于所评估的一个或多个质量度量来选择(406)一个或多个载波频率；以及
选择(408)与权重最大的载波频率相关联的优选天线。
11.根据权利要求10所述的UE(300)，其中当使用特定天线中的每一根天线来发射信号时的针对每个载波频率的所述反馈包括发射功率控制TPC命令。
12.根据权利要求10所述的UE(300)，其中所述质量度量包括服务授权的值。
13.根据权利要求10所述的UE(300)，其中所述质量度量包括调度授权的值。
14.根据权利要求10所述的UE(300)，其中所述质量度量包括UE(300)在相应的载波上使用的总发射功率。
15.根据权利要求10所述的UE(300)，其中形成所评估的一个或多个质量度量的加权和包括：针对使用同一根天线发射的所有载波频率，对第一信道质量度量进行相加，其中每个载波频率的第一信道质量度量均用所述载波频率的第二信道质量度量与所有载波频率的第二信道质量度量之和的比值进行加权。
16.根据权利要求15所述的UE(300)，其中形成所评估的一个或多个质量度量的加权和包括：针对每个载波频率，用所述载波频率的服务授权与要使用同一根天线发射的所有载波频率的服务授权之和的比值对针对所述载波频率接收的发射功率控制TPC命令进行加权。
17.根据权利要求15所述的UE(300)，其中形成所评估的一个或多个质量度量的加权和还包括：利用预定因子对每个载波频率进行加权。
18.根据权利要求17所述的UE(300)，其中主上行链路载波的权重大于辅上行链路载波频率的权重。
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