CN1230999C - 电信系统中的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种对在使用自适应天线的时候，如何将上行链路分组数据关联到始发移动站，以便能够将下行链路分组数据直接发送到正确移动站的问题加以解决的解决方案。一个分组调度器将上行链路和下行链路调度信息发送到一个到达方向(DOA)估计或波束选择算法，并为每个移动站而不是每个时隙规定一种DOA或波束选择算法。接收到的信息，也就是信号强度和信号质量等等的角度和/或空间取样被保存在一个物理上下文存储器中。这就有可能在支持例如GPRS/EGPRS业务的系统中使用自适应天线。

Description

电信系统中的方法和设备

技术领域

本发明一般涉及在蜂窝移动电话系统中使用自适应天线的方法，更为特别的，本发明涉及一种能够在分组数据系统中利用自适应天线的方法。

本发明还涉及一种执行该方法的设备。

背景技术

可以预料，无线通信在未来的发展，其中很大一部分将会是数据业务。由于数据业务的“突发性”，如果用户共享一个公共无线电资源，那么频谱将被更为有效的使用。一种共享无线电资源的有效方法是使用分组数据。因此，在对有关GSM(全球数字移动电话系统)网络中发送分组数据的协议进行标准化的过程中做出了很大努力。这个协议被称为GPRS(通用无线分组服务)，包括将来在EGPRS(增强的GPRS)中的改进。EGPRS还是DAMPS(数字高级移动电话系统)的优选迁移路径。

GPRS/EGPRS协议能够使一个以上的移动站使用相同的一个或多个时隙。这是通过在同一无线电资源上对用户进行时分复用来完成的。当开始一次传输时，在上行和下行链路上，移动站被分配了一个或多个时隙。在分配中，移动站被给出了一个临时比特流标识(TFI)和一个上行状态标志(USF)。TFI附着于数据块之上，以便识别被发送数据块的终端移动站。在下行链路上，所有移动站都对被分配时隙进行监听，并尝试对所有数据块进行解码，但是只考虑那些具有相应TFI的数据块。

调度上行链路的优选方法是使用USF，它附着于下行链路数据块中的用户数据。当把一个无线电资源指定给移动站时，该移动站被分配了一个自身的USF，如果移动站在相应的下行链路数据块中检测到它的USF，那么该移动站将被允许在随后一个时隙上发送一个上行链路数据块。这种方法叫做动态分配。另一种调度上行链路的方法是使用整个下行链路数据块，也就是说，当移动站发送上行链路信道请求时，来自网络的应答是一个位图，该位图告知移动站它应该使用什么TDMA帧中的什么时隙。该位图是在一个专用数据块中被发送到移动站的。这种方法叫做固定分配。分组数据的所有调度都是通过GPRS/EGPRS中一个名为分组控制单元(PCU)的调度器来执行的。该调度器可以位于，例如一个移动服务交换中心、基站控制器或是一个基地收发信台之中。

自适应天线，在这里被定义为一个能够根据网络改变而改变其特征的天线系统，它具有几种有趣的性质。自适应天线系统的一个最重要的特征是基站能够检测到发射移动站的方向，而且它具有用于在指向特定移动站的天线波束中发送信息的装置。一个天线波束被定义为有意只覆盖一部分小区的任意信号传输，而小区则被定义为一个基站总的覆盖区域。这意味着下行链路的信号并不是在整个小区中被发送的，从而导致系统中的干扰降低。

与使用扇形天线的常规系统相比，自适应天线已经显示出，它能将系统下行链路的C/I值提高大约6dB。由于干扰电平降低，可以形成一种信道重用模式，在这种模式中，信道被更为频繁的重复使用，由此网络容量可以被提高。如果该重用模式保留不变，那么通信链路的C/I值将被提高。因此，减少的下行链路干扰能被用于提高系统中的用户数目或是提高通信链路的C/I值。

增加的通信链路C/I值转而可以在承载GPRS/EGPRS业务的系统中显著提高吞吐量。这主要是因为链路适应，它把通信链路的改进转换成了吞吐量的提高。在EGPRS的两种调制方法中提供了九种不同的编码和调制方案，这两种调制方法被用于在当前通信链路质量和C/I值的情况下确保最大吞吐量。每一发送数据分组的有效负载随着通信链路的质量而变化。一条高质量的通信链路可以通过应用更高调制或是使用较少纠错编码而被用于更高的数据传输速率。因此很明显，在承载GPRS/EGPRS业务的系统中使用自适应天线存在着很大潜力。

然而，在把接收到的上行链路数据与始发移动站关联时将会存在一个问题。通常，上行链路数据被用于估计与预期移动站有关的下行链路传输的形式和/或方向。这意味着在下行链路采用自适应的自适应天线需要了解处在传输状态中的所有移动站，也就是具有一个无线电资源和有数据将要发送的移动站。问题在于，基站并不知道什么上行链路数据块对应于什么下行链路分组，因为该信息位于调度器中。而在电路交换业务中，下行和上行链路总以相同方式关联，因此不会遇到这个问题。另外，当使用扇形天线时，由于扇形天线并不适应于不同的移动站，因此同样不会遇到这个问题。

更具体地说，这个问题出现在将一个自适应天线系统用于基站，并且两个空间分隔的移动站被分配了同一无线电资源的时候。那么，为了能够将下行链路传输调整到正确的移动站，基站必须知道不同的移动站在什么时候发送分组数据块。由于调度器，即GPRS/EGPRS中的PCU控制所有调度，因此这个调度信息在基地收发信台中并不是已知的。

瑞典专利说明书SE509776中描述了一种用于在一个基站中自发连接逻辑信道之间信息的方法。该解决方案是在基站中添加一个保存用户信息的数据库。一个关键字段和用户身份被用于检索和更新正确信息。为了访问数据库中的正确信息，接收到的数据被解码，发送移动站的身份受到控制。当需要改变业务信道时，例如在切换过程中，数据库中的信息优选被使用。

按照SE509776的解决方案，其缺点是必须对接收到的数据进行解码，以便能够访问数据库的正确部分。

因此需要提供一种有效的方法，它能够在使用自适应天线的时候找到上行链路分组数据块身份并将下行链路传输与正确的移动站相关联。

发明内容

本发明提供了一种对在使用自适应天线时，如何将上行链路分组数据关联到始发移动站，以便能将下行链路传输引导到该正确移动站的问题的解决方案。

本发明的一个目的是为分组数据系统提供一种灵活有效的自适应天线的解决方案。

本发明的另一个目的是减少用于将上行链路分组数据关联到始发移动站的延迟和开销信令的数量。

上述目的主要是根据被选策略、波束选择算法或到达方向(DOA)估计算法以及波束转换或波束形成算法，使用调度器发送上行链路和下行链路调度信息，并为每个移动站而不是每个时隙规定一种波束选择算法或DOA估计算法来实现的。接收到的信息，也就是到发送移动站的方向和软数值等等，都被保存在物理上下文存储器中的特定用于每个移动站的一部分中。

在本发明的第一实施例中，波束选择算法或DOA估计算法包含一种时间过滤功能，即现在和过去来自上行线路传输的信息被用于计算最佳波束。这意味着在计算一个新的最佳波束的时候，波束选择算法或DOA估计算法需要来自物理上下文存储器的信息。

在本发明的第二实施例中，移动站所处波束的信息被用于对资源分配和调度进行优化。这意味着来自波束选择或DOA估计算法的被选波束的信息必须被发送到调度器。

在本发明的第三实施例中，未被完全正确接收的帧与重传帧一起被使用，也就是说，已接收数据的软数值被组合，以便产生一个关于接收数据的良好估计。这被称作增量冗余，并需要将来自调度器的调度信息发送到基地收发信台，以使发自相同移动站的数据被添加。

本发明的实施例最好通过软件程序段来执行，或者举例来说，保存在一个移动通信系统的任何相关节点中，例如基站、基站控制器、移动业务交换中心、分组控制单元等等。

通过采用所建议的解决方案，有可能在承载诸如GPRS/EGPRS业务的分组数据系统中使用自适应天线。GPRS/EGPRS的链路适应与自适应天线引入的载波干扰增益结合，这在系统性能方面产生了显著提高。

根据本发明提供了一种能够在一个分组数据系统中使用自适应天线的方法，所述分组数据系统包括至少一个在其相应覆盖区域内向多个移动站发送分组数据的基站，所述方法的特征在于：从一个调度器向位于至少一个基站中的一个链路优化单元发送上行链路和下行链路调度信息；根据所述上行链路调度信息，把来自所接收的上行链路数据分组的数据链接到一个物理上下文存储器；根据物理上下文存储器的内容和所述下行链路调度信息来对下行链路传输加以优化，其中所述下行链路传输的优化是在为下行链路传输计算一个最佳波束时，通过对来自物理上下文存储器中所保存的先前上行链路传输的数据进行时间过滤而实现的。

根据一个优选实施例，所述下行链路传输的优化是在为下行链路传输形成一个波束的时候，通过对来自物理上下文存储器中所保存的先前上行链路数据传输中的数据进行时间过滤而实现的。

根据一个优选实施例，移动站位置被发送到一个调度器，以便对调度进行优化。

根据一个优选实施例，所述优化是通过对相同分组数据信道上的相同或毗邻天线波束所覆盖的移动站进行复用来实现的。

根据一个优选实施例，在对上行链路或下行链路传输进行解码时使用增量冗余。

根据本发明，提供了一种能够在一个分组数据系统中使用自适应天线的基站，在该系统中，多个移动站处于该基站的覆盖范围内，该基站的特征在于，它包括：一个调度器，用于将上行链路和下行链路调度信息发送到位于该基站中的一个链路优化单元；根据所述上行链路调度信息，把来自所接收的上行链路数据分组的数据链接到一个物理上下文存储器的装置；以及根据物理上下文存储器的内容和所述下行链路调度信息来优化下行链路传输的装置，其中所述下行链路传输的优化是在为下行链路传输计算一个最佳波束时，通过对来自物理上下文存储器中所保存的先前上行链路传输的数据进行时间过滤而实现的。

根据一个优选实施例，所述优化下行链路传输的装置包括在为下行链路传输计算一个最佳波束的时候，对来自物理上下文存储器中所保存的先前上行链路传输的数据进行时间过滤的装置。

根据一个优选实施例，所述优化下行链路传输的装置包括在为下行链路传输形成一个波束的时候，对来自物理上下文存储器中所保存的先前上行链路数据传输的数据进行时间过滤的装置。

根据一个优选实施例，通过增量冗余对上行链路传输进行解码的装置。

根据一个优选实施例，对相同分组数据信道上的自适应天线的相同或毗邻天线波束所覆盖的移动站进行复用的装置。

附图简述

本发明的这些及其他目的和优点将在以下结合附图所进行的详细描述中被更为全面的表现，其中相同的参考数字表示相应的部分，并且其中：

图1说明了空间分隔移动站时，将上行链路分组数据块关联到始发移动站的问题；

图2显示的是一个具有固定定向波束和一个扇形天线的天线图；

图3显示的是GPRS的RLC/MAC数据块结构；

图4A显示的是位于BSC的PCU与BTS之间的信令链路；

图4B显示的是位于一个BTS的PCU与TRX之间的信令链路；

图5描述了上行链路信息到物理上下文存储器正确部分的连接；以及，

图6描述了下行链路信息被从物理上下文存储器到一个波束转换器的链接。

具体实施方式

本发明描述了一种在移动站A和B被如图1所示空间分隔并被分配了相同无线电资源的时候，用于将上行链路分组数据关联到正确的发送移动站的方法和系统。基站必须知道不同移动站在什么时候发送和接收分组数据块，以便能将下行链路传输调整到正确的移动站。这个信息在基站中并不是已知的，因为分组的所有调度都发生在一个调度器中。

在用于提高系统容量的自适应天线的解决方案中，传统的扇形天线被一个或几个天线阵列所替代。基本原理是将窄的天线波束从基站径直发送到预期的移动站，而不是在整个扇区中发送信息。下行链路传输策略可以分为两个主要类别：当一个波束可以被直接调整为指向预期移动站的时候或是当一个波束被从一组具有固定方向的波束中选出的时候。适于下行链路传输的波束是根据来自上行链路的信息，所接收的上行链路数据的到达方向(DOA)而被选择或控制的。DOA可以是到移动站方向的一个估计值或只是最佳上行链路波束的一个标识。

下文中将使用一个GPRS/EGPRS分组数据系统，并采用一个具有固定波束的自适应天线系统来对本发明进行描述。参见图2，八个交织的波束与一个扇形天线覆盖该小区。最佳波束的选择由一种波束选择算法执行，该算法通常对不同波束中的上行链路无线电质量进行测量。具有最佳上行链路无线电质量的波束被用作始发移动站所处位置的一个估计值，并且还被用于下行链路传输。在下行链路中，一个波束转换器被用于在正确波束中发送下行链路分组。需要注意的是，交换固定波束系统是一个说明性实例，它很容易被扩展成，例如一个被控制的波束天线系统。如果波束选择算法被一种到达方向(DOA)估计算法所替换，下行链路波束转换器被用于执行数字射束形成的装置所替换，那么这一点将是很明显的。

根据本发明，以上把上行链路分组数据与始发移动站相关联的问题，主要是通过从调度器分别向波束选择算法和波束转换器发送上行链路和下行链路调度信息，并且通过使用调度信息把涉及波束选择或DOA估计的信息保存在物理上下文存储器中来解决的。在GPRS/EGPRS中，调度单元被称作分组控制单元(PCU)。该解决方案将参考附图3-6而被进一步描述。

图3详细显示了GPRS/EGPRS中的最小可重传实体的无线电数据块结构，无线电链路控制(RLC)/介质访问控制(MAC)数据块。每个RLC/MAC数据块都包含一个MAC报头、一个RLC数据块和一个块校验序列(BCS)。MAC报头包括一个上行链路状态标志(USF)，RLC数据块包括一个RLC报头，其中包含一个数据块类型指示符和功率减小域，以及RLC数据。RLC报头还包含一个移动站身份指示符。RLC/MAC数据块被信道编码、交织，并被映射成四个正常的GSM脉冲串。因此，移动站必须接收所有四个脉冲串，以便接收该RLC/MAC数据块。调度信息在USF中被找到，该信息向相应的移动站提供许可，以便在上行链路上进行发送。如前所述，这些RLC/MAC数据块的调度由PCU负责，它可以控制多达500个基站。PCU可以位于，例如基站控制器(BSC)，或是位于基地收发信台(BTS)。如果根据本发明的解决方案未被使用，那么始发移动站是通过解码RLC/MAC数据块而被识别的，并且该始发移动站使用RLC报头中的移动站指示符。

参见图4a，如果PCU400位于BSC410，那么BSC410中的PCU400与BTS430-450之间必须建立一条信令链路420。另一方面，参考图4b，如果PCU400位于BTS430，那么在位于BTS430的PCU400与最好是收发信机460-480中的信道编码单元(CCU)之间必须建立一条信令链路420。这就有可能使用一个PCU400来对用于几个收发信机460-480的数据分组的调度进行控制。

现在参考图5来说明将上行链路分组数据与其始发移动站相关联。在GPRS/EGPRS中，波束选择算法无法为每个时隙所实施，这是因为几个移动站可以在相同的一个或多个时隙上被复用。因此，必须为每个移动站实施波束选择算法500-520，以便接收数据可以被连接到物理上下文存储器540的正确部分。由于上行链路数据分组的始发移动站在基地收发信台中完全是未知的，所以在无法从PCU550得到信息的情况下，基地收发信台不能执行这个操作。因此，PCU550中与上行链路调度有关的信息通过一条信令链路560发送到基地收发信台，然后，基地收发信台将接收数据连接到530物理上下文存储器540的正确部分，用于以后的检索。物理上下文存储器540为处在传送状态的每个移动站保存信息，并且包含用于波束选择或DOA估计的数值，例如信号强度和信号质量的取样值。物理上下文存储器540还可包含先前传输的历史信息，以便提供时间过滤。

在图6中显示了下行链路中的状态。由于基地收发信台并不知道下行链路数据分组的目的地，为了进行下行链路传输，波束转换器600需要从物理上下文存储器610中获取信息，其中包括哪个波束发送下行链路数据。而数据是由一个自适应收发信机单元(ATRU)620发送到波束转换器600的。因此，PCU630必须经由信令链路来向物理上下文存储器610通知下行链路终端移动站的身份，以使来自物理上下文存储器正确部分的信息可以连接到650波束转换器600。

在本发明的第一实施例中，波束选择算法包含一种时间过滤功能，也就是说，来自过去和现在的上行线路传输的信息被用于计算最佳波束。这意味着在计算一个新波束的时候，波束选择算法需要来自物理上下文存储器的信息，因此，下行链路调度信息必须被从PCU发送到物理上下文存储器，以便访问物理上下文存储器的正确部分。

在本发明的第二实施例中，移动站所处波束的信息被用于对资源分配和调度加以优化。因此，有关被选波束的信息被从收发信机发送到PCU。这个信息可以被用于，例如波束组装和优化调度。

在本发明的第三实施例中，移动站接收的，但是没有正确解码的用户数据在某种程度上仍旧通过使用增量冗余而被应用，也就是说，第一接收帧的软数值与重传帧的软数值一起被使用。重传帧可能已经用一种不同的方式解码，这就进一步增加了信息，由此更多数据可以被正确解码。要执行增量冗余，在基地收发信台中需要有调度信息，以便能把来自起源于相同移动站传输的信息组合起来。

很明显，所描述的发明在很多方面都可以变化。这种变化并不被认为是脱离了本发明的范围，并且所有这些对于本领域技术人员来说显而易见的变化都被认为是包含在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种能够在一个分组数据系统中使用自适应天线的方法，所述分组数据系统包括至少一个在其相应覆盖区域内向多个移动站发送分组数据的基站，

所述方法的特征在于：

从一个调度器向位于至少一个基站中的一个链路优化单元发送上行链路和下行链路调度信息；

根据所述上行链路调度信息，把来自所接收的上行链路数据分组的数据链接到一个物理上下文存储器；

根据物理上下文存储器的内容和所述下行链路调度信息来对下行链路传输加以优化，其中所述下行链路传输的优化是在为下行链路传输计算一个最佳波束时，通过对来自物理上下文存储器中所保存的先前上行链路传输的数据进行时间过滤而实现的。

2.权利要求1的方法，其特征在于：所述下行链路传输的优化是在为下行链路传输形成一个波束的时候，通过对来自物理上下文存储器中所保存的先前上行链路数据传输中的数据进行时间过滤而实现的。

3.权利要求1-2中任意一个的方法，其特征还在于：移动站位置被发送到一个调度器，以便对调度进行优化。

4.权利要求3的方法，其特征在于：所述优化是通过对相同分组数据信道上的相同或毗邻天线波束所覆盖的移动站进行复用来实现的。

5.权利要求1的方法，其特征还在于：在对上行链路或下行链路传输进行解码时使用增量冗余。

6.一种能够在一个分组数据系统中使用自适应天线的基站，在该系统中，多个移动站处于该基站的覆盖范围内，

该基站的特征在于，它包括：

一个调度器，用于将上行链路和下行链路调度信息发送到位于该基站中的一个链路优化单元；

根据所述上行链路调度信息，把来自所接收的上行链路数据分组的数据链接到一个物理上下文存储器的装置；以及

根据物理上下文存储器的内容和所述下行链路调度信息来优化下行链路传输的装置，其中所述下行链路传输的优化是在为下行链路传输计算一个最佳波束时，通过对来自物理上下文存储器中所保存的先前上行链路传输的数据进行时间过滤而实现的。

7.权利要求6的基站，其特征在于：所述优化下行链路传输的装置包括在为下行链路传输计算一个最佳波束的时候，对来自物理上下文存储器中所保存的先前上行链路传输的数据进行时间过滤的装置。

8.权利要求6的基站，其特征在于：所述优化下行链路传输的装置包括在为下行链路传输形成一个波束的时候，对来自物理上下文存储器中所保存的先前上行链路数据传输的数据进行时间过滤的装置。

9.权利要求6-8中任意一个的基站，其特征在于：通过增量冗余对上行链路传输进行解码的装置。

10.权利要求6的基站，其特征在于：对相同分组数据信道上的自适应天线的相同或毗邻天线波束所覆盖的移动站进行复用的装置。

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