CN1278700A - 在无线通信系统中减少资源分配额外开销的方法 - Google Patents

Abstract

本方法描述了通过在网络单元之间自主地共享传输和接收信息,减少在无线通信系统中分配突发传输参数所需要的时间。信息被自主地从远端子网单元提供到控制网络单元,以便控制网络单元可以利用该信息来动态地分配及更新突发传输参数。

Description

在无线通信系统中减少资源分配额外开销的方法

本发明涉及无线通信系统，尤其涉及在这种通信系统中分配用于高速传输的系统传输参数的方法。

无线通信系统已经被研制出以允许在始发位置与目的位置之间传输信息信号。已经研制出模拟系统(第一代)和数字系统(第二代)，以在链接源位置和目的位置的通信信道上传送信息信号。数字方法会提供超过模拟系统的多种优点。例如，对信道噪声和干扰的改进抗扰度、增加的容量以及对于保密通信的加密都是超过模拟系统的优点。

第一代系统主要针对于语音通信，而第二代系统既支持语音应用又支持数据应用。业已知道，在第二代系统中有多种技术用于处理具有不同传输要求的数据传输。尤其是，数据传输一般具有比较短的持续时间，而语音传输具有较长的持续时间并且需要连续地接入通信信道。已经研制出多种调制／编码方法，诸如频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)，以增加可以接入无线网络的用户的数量。CDMA系统和FDMA和TDMA相比，具有更好的对多径失真和同信道的抗扰度，并且减少了与FDMA以及TDMA系统共有的频率／信道规划的负担。

在CDMA系统中，唯一的二进制代码序列被分配给蜂窝区内的每个有效用户，以唯一地识别用户并且在较大的带宽上扩展用户的信号。通过乘以分配的代码，用户的信号在整个信道带宽上扩展，这比用户的信号带宽要宽。系统信道带宽和用户带宽的比值是系统的“扩展增益”。对于给定的信号－干扰(S／I)电平来说，CDMA系统的容量与“扩展增益”成比例。在接收到传送的信号以后，通过利用键控到所需要用户的代码序列的相关器，将每个用户的信号从其他用户的信号中分离出来，或者去扩展。

第一代模拟系统和第二代数字系统支持带有有限数据通信能力的语音通信。利用诸如CDMA的宽带多路接入技术的第三代无线系统，被期望能够有效地处理诸如语音、视频、数据以及图像的多种业务。在这些特征中，将被第三代系统支持的特征是移动终端与陆线网络之间的高速数据传输。业已知道，高速数据通信的通常特征在于，在高数据传输速率上的小的传输“突发”，随后的是来自数据源的小的或不存在的传输活动的某些较长周期。为了在第三代系统中适应这种高速数据业务的突发特性，通信系统需要不时地分配大的带宽段(对应于高数据速率)，这些带宽段用于数据突发的持续时间。利用第三代系统处理这种突发性高速数据传输的能力，可以有利地改进用户的处理能力以及延迟。然而，由于传输高速数据的突发需要大量的瞬时带宽，这种突发的管理，尤其是对其功率以及系统资源的分配必须被处理，利用同一个基本频率分配来小心避免与其他业务的不必要干扰。

在建立高速突发通信链路时，陆线网基站与移动终端(或移动站)商定一个业务配置，该业务配置由基站和移动站所使用。传输数据速率以及标称的初始输出功率是业务配置参数，在突发传输可以开始之前，这些业务配置参数必须被分配。在建立通信链路期间，指令消息和响应的预先分配协议在基站与移动站之间进行交换。在这些协议中，消息是一个由基站做出的请求，用于测量在移动站接收到的信号强度。基站通过传送一个导频测量请求命令(PMRO)消息，来请求被执行的信号强度测量。移动站做出响应，测量接收的信号强度，并且通过导频信号测量消息(PSMM)将测量结果返回到基站。接着基站以利用最小的系统资源提供可接受的服务质量为目标，来分配突发传输参数。

为了保持可接受的信号接收以及质量，根据无线环境的动态变化，可以有利地利用最小的系统资源来调整基站的初始输出功率电平、传输数据的速率以及带宽。然而，每当移动站做出一个突发请求时，连续地调整传输参数要求基站反复地请求移动站报告接收的信号强度。每次这种请求带来了突发传输中的延迟，并且造成了信道资源的不充分利用。

本发明的一个目的是通过使远端站的系统参数可以被本地控制器利用，来改进无线通信网的通信链路利用的效率。本发明的其他目的是以有效的方式，提供一种将来自远端站的系统参数报告给本地控制器的方法。本发明的进一步目的是通过以有效方式向本地控制器提供系统参数，来减少分配突发传输参数所需要的时间。本发明的更进一步目的是提供一种得到系统数据的方法，该方法在突发传输期间可以被用于动态地分配突发传输。

根据本发明的方法，远端站向本地控制器自主地报告系统数据，本地控制器利用这种信息分配传输参数并且改进系统性能。更准确地说，在无线通信网络中，在诸如基站的本地控制器建立了用于突发传输的通信链路之后，诸如移动站的远端站向本地控制器基站自主地报告系统参数信息，以便本地控制器可以根据所报告的信号参数值来调整突发传输参数。

此外，基站收集所报告的系统参数，并且与基站特有的系统信息相结合，基站将这种信息经过相关的链路报告给移动交换中心，前述基站特有的系统信息诸如累积功率历史以及信号－干扰比(SIR)，前述移动交换中心是基站网络的本地控制器。

在本发明的其他实施例中，基站和移动站都使用超时装置，以便如果在已知的时间周期内，没有接收到来自接收到的最后数据消息的数据，则移动站与基站之间的数据会话被认为已经结束(清除)，移动站和基站着手结束它们的通信链路处理。

根据本发明的方法，并且利用对移动站与基站之间通信链路的特定适用性，自主地报告数据以更新和优化突发传输参数，前述数据诸如与信息一起提供给基站的测量的信号强度，而不会延迟传输以及带来信道额外开销。因而，本发明在系统工作中提供了一种改进，而不会带来延迟传输或者不充分的信道利用的费用，

图1描述了可以使用本发明方法的无线通信系统网络的一般结构；

图2描述了可以使用本发明的无线系统的前向信道的格式；

图3描述了根据本发明在突发传输期间调整突发传输输出功率的示意图。

早期无线系统，尤其是第一代模拟系统的中心基本上是语音通信。包括CDMA、TDMA和GSM的第二代无线系统在语音质量、网络容量以及提高服务方面作了不同程度的改进。然而，尽管第二代系统适合于语音、低速率数据、传真和消息发送的规定，但是它们一般不能有效地满足高速移动速率数据的要求。第三代无线通信的发展实质上代表了向多媒体移动通信世界的范例性转变，而用户将不仅能够接入语音服务也可以接入视频、图像、文本、图形以及数据通信。第三代网络也被期望为移动用户提供144Kbps到2Mbps之间的数据速率。

尽管如此，在支持这种较高速数据通信应用的无线网络中，必须小心管理信道的额外开销，以避免例如由通信链路初始化序列所产生的延迟。如下文将描述的，本发明提供了一种监视无线通信网络的系统参数的新方法，从而在分配突发传输参数时提供减少的时间延迟以及改进的工作效率。尽管在下文中根据基于无线信号的CDMA编码的优选实施例来描述本发明，但是很显然本发明的方法也可以适用于包括TDMA和GSM的其他无线信道化装置。

图1描述了一般无线通信系统网络的配置，该配置包括移动交换中心(MSC)100、多个基站控制器(BSC)102、多个基地收发信站(BTS)104以及多个远端用户，每个用户使用一个移动站(MS)106。除了提供对BSC 102远端站的本地管理和控制功能以外，MSC 100也提供一个无线网络和陆线网络，PSTN，或者第二无线网络MSC 120之间的接口。BSC 102也提供对一个或多个BTS 104远端站的本地控制和管理功能，并且在BTS 104与MSC 100之间传送信息。BTS 104是网络一侧的无线电路径的端接点，并且一般包括通常可在远端调谐的、设置在无线站内的一组收发信机。每个BTS 104一般表示无线网络中的一个蜂窝区108，并且向该蜂窝区内的一个或多个MS 106远端站提供本地传输控制功能。诸如蜂窝电话、计算机终端或者传真机的多个MS 106，终止来自BTS 104的无线电路径，并且向所服务的用户提供接入网络的服务。按照惯例，在BTS 104与MS 106之间的双向无线电链路中，BTS 104到MS 106的传输被指定为前向链路，而MS106到BTS 104的传输被指定为反向链路。

图2描述了如TIA／EIA／IS－2000．2标准的当前版本所建立的CDMA前向信道复用设置的示意图。导频信道(PCH)被示为201，用来在CDMA系统中连续地传送未调制的信号。PCH提供了用于相干调制的相位基准，以及用于在BTS之间信号强度比较的方法。专用控制信道(DCCH)被示为202，用于从BTS到MS的数字控制信息(包括功率控制信息)的传输。基本信道(FCH)被示为203，其携带双向语音和功率控制信息的组合。补充信道(SCH)被示为204，用于与DCCH和／或FCH相结合，以提供较高的数据速率业务(或者突发数据传送)，在前述较高数据速率业务中传送较高阶的数据。

在建立通信链路时，BTS 104必须分配足够的输出功率电平，以向MS 106提供可接受的信号质量。由于CDMA系统中的前向链路是在公用频带上传输，通信链路建立期间的高功率传输增加了蜂窝区内的总的噪声，并且增加了对蜂窝区内的其他用户的干扰。这种增加的噪声一直被保持，直到可以调整输出功率以适应新用户的传输需要。因而，在建立通信链路时，BSC 102请求MS 106利用在导频信道201中传送的一直存在的已知导频位，来测量接收的信号强度。MS 106利用导频位的幅度值来测量接收的信号强度，并且将测量的值返回到基站控制器。BSC 102考虑系统内的基站以及其他用户的容量，利用测量的信号强度来分配诸如传输数据速率、带宽以及标称初始输出功率的传输参数，以向MS 106提供可接受的服务质量。

然而，协议消息的交换代表了处理的额外开销，前述协议消息的交换用于建立通信链路以及分配突发传输参数，这种额外开销减少了系统资源，否则这些资源可以被用于用户数据的传输。

本发明的方法减少了消息的交换以及相应设置的额外开销，本方法通过使MS 106远端站通过BTS 104向BSC 102自主地提供系统数据，来延迟突发传输参数的设置，前述系统数据诸如在通信链路保持有效的周期期间测量的接收信号强度。例如，测量的接收信号强度的自主地报告向BSC 102提供了所测量的参数，这些参数在每次突发传输之前，可以用于调整诸如数据速率、带宽以及标称初始输出功率的突发传输参数。此外，接收信号强度的自主报告使BSC 102能够调整在突发传输期间每比特的输出功率以及能量，而无须BSC 102请求这种测量。在突发传输期间调整输出功率允许基站动态地调整输出功率传输参数，以利用最小的系统资源来保持可接受的服务质量。根据本发明的方法，无需耗费信道资源来请求从MS 106接收的信号强度信息，就可以实现突发传输参数的调整。

在本发明的一个实施例中，从MS 106到BSC 102的自主报告可以在周期性的基础上执行。报告的周期可以是传输数据到达的速率的函数。在另一个实施例中，接收的信号强度的测量以及自主报告可以与接收的突发传输同步。

图3描述了本发明方法的示例性操作，在本方法中，根据从MS 106自主生成的消息来调整传送的输出功率。如图所示，在时间上被间隔开的两个突发传输340和350将被传送。每个突发具有一个持续时间310，该持续时间是系统资源被用来传送突发的时间。在设置用于该突发的传输参数时，发射机首先将传输输出功率设置为标称输出功率电平，在本实例中为输出功率电平320a。被选择的标称输出功率电平320a一般足够高，以保证在发射机的覆盖区范围内的可接受服务质量。利用被建立的传输参数，发射机开始到MS 106的数据业务量传输。在接收数据业务量时，MS 106确定诸如接收的信号强度的信号参数，并且自主地将包含信号参数数据的消息330a传输回发射机。在所述的实例中，包含信号参数数据的消息被自主传输被周期性地执行－该周期小于突发的持续时间310。

根据由MS 106送出的消息，发射机调整输出功率电平，以便利用接近最佳资源的消耗来维持可接受的服务质量。在图3的实例中，发射机根据返回的消息330a将输出功率减少到输出功率电平320b。在这个较少的输出功率电平上继续突发传输。MSC 106继续测量系统参数并且自主地生成消息330b。在所示的实例中，发射机从消息330b中确定接收的信号强度太高，并且将输出功率减少到输出功率电平320c。

发射机、接收机以及MS 106继续这个交互式消息交换，从而发射机分别根据自主传送的消息330b、330c、330d，继续将输出功率减少到输出功率电平320c、320d、320e。然而，对于可接受的服务来说，输出功率的连续减少可以导致输出功率电平太低。

如图3所示，在利用输出电平320e传输之后，并且根据返回的消息330e，发射机将输出功率增加到输出功率电平320f。在这种情况下，发射机确定是否需要其他的输出功率，因为在输出功率电平330e上的连续传输将引起不可接受的服务质量。在本实例中，传输输出功率电平320f被提高到具有可接受服务质量的最后电平－即输出功率电平330d。然而，功率输出电平也可以作为前一个输出功率电平的函数来提高。例如，输出功率电平320f可以设置在输出功率电平320d和320e之间，以便输出功率电平320f是电平320d和320e的平均值。另一种方法时，电平320f可以通过某些其他的加权函数－例如75％的电平320d和25％的电平320e来确定。应该理解的是，下一个输出功率电平的这些设置，无论增加还是减少，仅是作为实例而不是限制本发明的范围。

在突发的持续时间内继续发射机与MS 106的交互式交换。也就是说，接收的信号强度一被发射机确定为太高，输出功率电平320就被降低－即系统资源的浪费，并且接收的信号强度一被发射机确定为太低，输出功率电平320就被提高－即产生无法接受的服务电平。在突发结束时，消息的交换也就停止。

在本发明的一个实施例中，前一个突发传输的最后输出电平，在本实例中为320h，可以被保持作为下一个突发传输中的基准。如图3所示，第二个突发350的初始输出功率电平320i被设置为小于初始标称输出功率电平320a。初始输出电平320i的这种减少的设置可以是最后输出功率电平320h的函数。

在第二突发350期间，MS 106生成消息330i、330j、330k以及3301，这些消息包含诸如接收的信号强度的系统参数数据。作为响应，发射机分别将输出功率调整到电平330j、330k、330l以及330m。在本实例中，确定输出功率电平的增加或者减少数量的加权函数可以通过加权各种因数，诸如初始输出功率以及返回的信号强度值来确定。

可供选择的是，远端站BSC 102可以将它的系统参数报告给MSC100控制器。对于每个MS 106以及在BSC 102控制下的BTS 104来说，如在MS 106和／或其他BTS 104所测量的这些系统参数，包括信号强度、前向链路上的功率消耗历史以及反向链路上的信号－干扰比(SIR)。对于每个MS 106来说，BTS 104可以向BSC 102动态地报告测量的系统数据，或者它可以累积并报告蜂窝区中所有有效的MS的测量的参数数据，每次作为一个数据包。所有有效MS测量的参数数据的数据包可以被周期性地报告。

MSC 100具有网络中正在进行的有效数据会话上的信息，以及每个基站的工作参数。MSC 102可以根据网络配置的改变来有效地分配基站工作－例如，MS 106改变网络内的位置，或者一个新的MS请求接入网络，以及根据基站资源的利用率来分配基站的工作条件。

根据本发明的方法，如果在已知的时间周期内没有探测到数据，则MS 106和BSC 102还使超时计数器清除有效数据会话。在通信链路在MS 106和BSC 102之间建立以后，MS 106内的超时计数器被初始化。当来自BSC 102的每个新的数据突发被在MS 106接收时，超时计数器被复位。在最后的接收数据突发之后，如果在已知的时间周期内没有接收到数据，则MS 106假定数据会话已经被清除(结束)，并且启动它的内部清除功能来结束有效的数据会话。所以，BSC 102不需向MS 106指示数据会话的结束，因而减少了结束数据会话所需要的额外处理。

类似于由MS 106所保持的超时计数器，BSC 102保持超时计数器监视系统参数的自主报告。当BSC 102接收到自主生成的系统数据消息时，BSC 102复位超时计数器。如果在已知的时间周期内没有接收到自主生成的系统消息，则BSC 102假定数据会话结束，并且启动它的呼叫清除功能来结束有效数据会话。

本发明提供了一种用于向本地控制器提供来自远端站的信息，以减少设置资源集约的数据传输所需要的时间的方法。对于一个优选实施例来说，本发明向相连的基站自主地提供在移动站接收到的信号强度。基站利用这种信息来调整用于下一个数据传输的传输参数，或者在给定的传输中做出这种调整，而无须使用系统资源来请求这种信息。此外，本发明使涉及系统工作的信息分布在整个网络中。当新用户请求进入网络时，或者当移动站横穿网络且多个基站都能够处理该移动站时，这种系统信息可以被用于分配基站。而且，本发明通过减少建立或结束基站与移动站之间的通信链路所需要的额外开销，改进了信道的利用。

本领域的技术人员将认识到，无线系统有许多种配置，不仅包括在此专门描述的配置，还包括那些可以应用本发明方法的配置。尽管本发明被以优选实施例的方式描述，但并不是打算将本发明限制到在此公开的精确的实施例。尤其是，本发明可以被用于第三代移动或个人通信系统，这些系统在不同的工作情况下提供多种的数据业务，诸如电话、电话会议、语音邮件、节目声音、电视电话、电视会议、远程终端、用户简表编辑、用户传真、语音频带数据、数据库存取、消息广播、不受限的数字信息、导航、位置以及互联网接入服务。本发明的信号强度测量的自主生成也可以被用于第二代系统中，或者任何具有高数据速率传送能力的系统中。

本领域技术人员参照上面的描述可以对本发明做出多种修改以及其他的实施例。因此，本说明书仅被视为示意性的，其目的是教导本领域的技术人员实现本发明的最佳方式，并不打算描述本发明的所有可能的形式。应该理解的是，所用的词语都是描述性的，而不是限制性的，结构的细节可以变化，但在实质上没有背离本发明的精神，因此要求保护落入所附权利要求书范围内的所有修改的排他性使用。

Claims (21)

1．一种在无线通信系统中报告系统数据的方法，该无线通信系统包括一个控制器以及多个远端站，所述控制器可通过通信链路与至少一个远端站通信，该方法包括步骤：

a．在所述的至少一个远端站测量系统数据；以及

b．向所述控制器报告所述测量的系统数据，其中所述测量的系统数据的报告的执行不需要来自所述控制器的指令。

2．根据权利要求1的报告系统数据的方法，其中在时间间隔期间，步骤a和步骤b向至少一个远端站反复地重复。

3．根据权利要求1的报告系统数据的方法，其中步骤a和步骤b基本上在所述系统内的所有所述远端站之间反复地重复。

4．根据权利要求1的报告系统数据的方法，其中所述测量的系统数据包括在所述的至少一个远端站链路上接收的信号强度。

5．根据权利要求4的报告系统数据的方法，其中所述接收的信号强度的测量是通过测量传送到所述至少一个远端站的导频信号电平来执行的。

6．根据权利要求1的报告系统数据的方法，其中报告所述测量的系统数据步骤是在周期性的基础上执行的。

7．根据权利要求1的报告系统数据的方法，其中所述通信链路包括一个前向链路以及一个反向链路。

8．根据权利要求6的报告系统数据的方法，其中所述的周期性报告基础被选择为经过所述通信链路，数据到达所述至少一个远端站的速率的函数。

9．根据权利要求8的报告系统数据的方法，其中所述报告基础小于所述数据的到达速率。

10．根据权利要求1的报告系统数据的方法，其中报告测量的系统数据步骤的执行是与数据经过所述通信链路到达所述至少一个远端站同步的。

11．根据权利要求7的报告系统数据的方法，其中所述前向链路的系统数据包括在所述至少一个远端站中的每一个上收集的数据。

12．根据权利要求11的报告系统数据的方法，其中所述前向链路的系统数据包括每个所述远端站的累积功率历史。

13．根据权利要求7的报告系统数据的方法，其中在所述反向链路上测量的系统数据包括每个远端站的信号－干扰比。

14．根据权利要求11的报告系统数据的方法，其中所述前向链路的系统数据包括在每个远端站测量的接收信号强度。

15．一种在无线通信系统中动态地报告系统数据的方法，所述无线通信系统包括至少一个基站以及至少一个移动站，所述移动站与所述基站通过通信链路进行通信，所述通信链路具有一个前向链路以及一个反向链路，该方法包括步骤：

a．在所述的移动站测量基站前向链路传输参数；以及

b．向所述至少一个基站报告所述的传输参数，其中所述报告的执行不需要来自至少一个基站的指令。

16．根据权利要求15的报告系统数据的方法，其中在时间间隔期间，步骤a和步骤b向所述至少一个移动站反复地重复。

17．根据权利要求15的报告系统数据的方法，其中步骤a和步骤b基本上在所述系统内的所有所述移动站之间反复地重复。

18．根据权利要求15的报告系统数据的方法，其中所述前向链路传输参数包括测量的接收信号强度。

19．根据权利要求15的报告系统数据的方法，其中所述无线通信系统还包括一个交换中心，所述交换中心与所述的至少一个基站进行通信，所述方法还包括步骤：

a．在所述至少一个基站上收集所述报告的传输参数数据；

b．在所述的至少一个基站上测量对应于至少一个移动站的所述报告的传输参数；

c．发送所述报告的传输参数数据到所述的交换中心，所述传输参数数据的发送不需要来自所述交换中心的指令。

20．根据权利要求19的报告系统数据的方法，其中所述报告的传输参数数据包括在所述移动站测量的接收信号强度。

21．根据权利要求19的报告系统参数的方法，其中步骤a到步骤c基本上在所述无线通信系统内的所有所述基站之间反复地重复。

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