CN1308824A - 用于分扇区无线电通信系统的编码分配 - Google Patents

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Abstract

将多重码组引入CDMA系统的下行链路中以便允许在每个小区中较多的连接,然后考虑它们之间的干扰将码分配给不同的用户。干扰取决于天线增益,所用的传输功率和码之间的互相关。通过估计这些参数,在码分配过程中可使干扰为最小。因为将码和码组分配到小区内的地理区域可随时间变化。支持码的转交。

Description

用于分扇区无线电通信系统 的编码分配
                        背景
本发明一般涉及扩频无线电通信系统，更具体而言，涉及用于将所用的扩频码有效地分配给要在这样的系统中发送的扩频信息的技术。
目前已开发出来了使用扩频调制和码分多址(CDMA)技术的蜂窝无线电通信系统。在一种典型的直接序列(DS)CDMA系统中，将所发送的信息数据流迭加在有时称为扩频序列的一种较高符号速率的数据流上。将扩频序列的每个符号通常称为片。对每个信息信号分配一个唯一的扩频码，用于产生扩频序列，通常是通过周期性的重复实现的。在有时称为对信息信号编码或扩频的过程中，一般通过乘法将信息信号和扩频序号组合起来。将多个扩频信息信号作为射频载波的调制发送，作为组合信号在接收机上被共同接收。在频率和时间方面，每个扩频信号覆盖所有其他的编码信号，以及与噪声有关的信号。通过将该组合信号与该唯一的扩频序列之一相关，可将相应的信息信号区分开并解码。
随着无线电通信更广泛地被接受，希望能够提供各种类型的无线电通信服务来满足消费者的需要。例如，设想通过无线电通信系统支持传真，电子邮件，电视，互联网接入，等。而且，预期用户可能希望在相同时间内接入不同类型的服务。例如，两个用户之间的电视会议包含语音和电视的支持。这些不同服务中某些与传统上已经由无线电通信系统提供的语音服务相比需要相当高的数据速率，而其他的服务将需要可变的数据速率服务。因而，期望将来的无线电通信系统需要能够支持高数据速率通信以及可变的数据速率通信。
宽带DS-CDMA被认为是下一代无线电通信系统的一个候选者，它将提供这样的高数据速率通信服务。尽管在宽带DS-CDMA技术中固有的相当高的谱效率，仍可能需要改进这些技术的性能，以便提供所需要的高数据速率和质量。一种所提议的用于扩大宽带DS-CDMA系统的技术是利用自适应天线发送宽带DS-CDMA系统中的信号。自适应天线将与特定的移动单元有关的信号能量指向特定的地理区域，使得在这些区域以外的移动单元并不受到该信号能量的干扰。在宽带DS-CDMA系统中使用自适应天线一定程度上减轻了CDMA系统固有的自干扰限制，代替的是这样的系统可能受可用的扩频码数目的限制。
据申请人所知，这种码限制的问题并未得到广泛的认可，因为CDMA系统使用一个组中所有可用的码，传统上不能容忍与发送信号有关的干扰。为了更好地理解这个新问题，了解码组是如何用于通常的CDMA系统中的是有帮助的。
在传统的DS-CDMA系统中，不同的小区使用不同的码组用于通信。通过使一组中的码和其他组的码之间具有合乎情理的低互相关，在每个小区中可用的频率带宽完全可重新使用。典型情况下每个码组包含多个正交的扩频码，用于分离小区内不同的物理信道。这就有助于降低下行小区内干扰，尤其是在具有几个多径成分的传播环境中，在其他，许多时间分散的环境中也这样。一定长度可用正交码的数目等于码的长度，也就是说，对于64位码，在每组中有64个正交码。
正如以前提到的那样，通常不可能同时使用一组中所有码在下行链路上发送信息，这是由于传输之间的自干扰。然而，随着引入自适应天线，在下行链路中的干扰可被降低到一定的程度，这将有可能大大增加系统容量。例如，从通常的一个天线设备移到N天线可提供容量的增加在N的数量级。在这些情况下，可用码的数目可能是限制容量的因素而不是下行链路干扰。
因此，希望创造新的技术和系统用于以灵活的方式分配码，使得码能重新使用，充分利用由于在宽带DS-CDMA系统中使用自适应天线潜在可用的全部容量的增加量。
                       概述
申请人的发明解决了与以前的通信系统有关的这些和其他的问题，其中多个下行链路扩频码组以这样一种方式进行管理，使得利用自适应天线的无线电通信系统中的用户之间的干扰为最小。用户之间的干扰取决于为传输到用户所用的天线增益，传输功率和用户码之间的互相关。因此，本发明在对用户分配码中以期望降低干扰的方式利用这些参数的知识。
例如，具有互相严重干扰的天线增益的移动站可被分配具有最佳互相关特性的码，也就是在相同码组中的码。在利用到达方向(DOA)，信息确定如何引导下行链路信号向特定的移动站的系统中，可将这种相同的DOA信息可用作一种指示器，指明非常不相同的移动站天线增益将如何互相干扰。因此，本发明的示范性实施方案可分配来自一组中的码到一个小区的右半部，而分配来自另一组的码到小区左半部以便使干扰最小。用这种方法，通过天线的增益压制了使用不同组中的码的小区内传输之间比较高的互相关。
                      附图简述
通过结合附图阅读本说明书将会更好地理解申请人的发明的特征和目的，其中，
图1是一种可以实施本发明的示范性，通常的无线电通信系统的简图；
图2示出在CDMA发射机中扩频码和扰频码的使用；
图3示出使用相对窄的波束提供无线电通信服务；
图4是利用自适应阵列天线结构的一种示范性发射机的方框图；
图5表示支持依据本发明的示范性实施方案的连接的码分配的流程图；
图6表示支持本发明的示范性实施方案的连接的码分配流程图；和
图7(a)-7(c)提供在小区内码组和地理区域之间动态联系的概念性简图。
                        详述
虽然本描述被写入包含便携式或移动无线电话的蜂窝通信系统的范围内，本领域的技术人员将理解，本申请人的发明可应用于其他通信的应用。图1示出一种通常的蜂窝无线电通信系统100。无线电通信系统100包括连到多个相应的天线130a-n的多个无线电基站170a-n。与天线130a-n连接的无线电基站170a-n与多个小区110a-n内的多个移动终端(例如终端120a,120b和120m)通信。从基站到移动终端的通信称为下行链路，而从移动终端到基站的通信称为上行链路。
基站被连到移动电话交换办公室(MSC)150。在其他的任务中，MSC(通过它与无线电网络控制器(RNC)的连接)协调基站的活动，例如在移动终端从一个小区到另一个小区的转交期间那样。MSC，依次，可被连接到公共交换电话网160，为各种通信设备180a,180b和180c服务。
依据本发明的示范性实施方案，DS-CDMA系统可利用由等长度(时间上)帧组成的物理信道支持高位速率服务。每帧传送整数片和整数信息位。传送数据和控制信息(例如，包括用于信道估计，功率控制命令和数据的速率信息的引导/参考符号)的物理信道可被标记为物理数据信道(PDCH)和物理控制信道(PCCH)。在移动站和基站之间的每个连接将由PCCH和至少一个PDCH支持。
这种概念示于图2中，其中两个无线电载体(RB1和RB2)提供数据块到多路转换器200。在方框202所选的方框被提供前向纠错(FEC)编码，然后在方框206利用与PDCH1有关的信道化码扩频以前在方框204被插入。并未全部示出的类似分支可为PDCH2和PCCH提供。然后在方框208每个所得的物理信道被相加并在方框210在传输以前利用扰频码扰频。调制，放大和连到天线被提供顺流传送，虽然在本图中并未示出。
正如上述，一个码组描述一组信道码和一个特定的扰频码的组合，哪组具有某些最佳的相关性质(例如，正交)。用于建立和熟练使用码组的技术被描述在瑞典专利申请No.SE9703161-1，标题是“Methods for Telecommanication”,Erik Dahlman,1997年9月2日提交，将其公开内容引入于此作为参考。如以下连同采用自适应天线的系统所描述的那样，申请者已经建立用于确定从哪个码组分配一个码到特定的移动站/连接的技术和系统。虽然以下的示范性实施方案是结合无线电通信系统中位于基站的自适应天线阵列进行描述的，本领域的技术人员将认识到这些概念同等地适用于其他系统，例如，其中可利用一个或几个天线发送信号的空间分布天线的系统。
例如，图3示出这样一种示范性无线电通信系统300，包括采用固定波束相位阵列(未示出)的无线电基站320。该相位阵列产生多个固定的窄波束(B1,B2,B3,B4，等)，从基站320径向地延伸。最好，这些波束交迭以建立服务于无线电通信小区的连接覆盖区。虽然未示出，相位阵列实际上可由三个相位阵列扇面天线组成，每个与基站320延伸的120°范围内进行通信。
图3示出位于波束B1之一的覆盖内的一个移动终端310。通信在基站320和该移动站310之间进行，利用波束B1。或者，另外，一个或多个相邻波束。同样地，第二移动终端330利用，至少，波束B10与基站320通信。读者将理解，现代无线电通信环境典型情况下在小区内包括许多移动终端，然而示出两个对于描述本发明这些示范性实施方案的操作是足够的。
此外，自适应阵列允许选择性的发送特定方向中的信号。例如，如图4所示，阵列400可用于发送信号朝向目标移动站480成Θ角(相对于阵列的法线)，而在移动终端470方向中移动终端480的信号能量的传输为最小。这是通过选择(综合)施加到每个信号路径(γ1,γ2,…γn)，到相位阵列天线400的权(W1,W2,…Vn)，使得增加阵列在某个角度方向中的发送功率并减少阵列在其他方向中的阵列发送功率(也就是，有效地控制一种零朝向的非指定的接收机)。通过改变在波束形成单元440中由控制器420所用的加权值来选择所希望的权重。因此，下行信号在单元430被分割，在单元440中为每个天线单元加权，并通过相位阵列天线400发送。
因为自适应天线阵列“引导”信号能量朝向指定的移动站，因此从信号能量将受干扰的移动站离开。这就有可能在相同的小区内利用多重码集。然而，码应该从这些集以这样的方式分配，使得由不同的码集引入的正交性降低引起的干扰为最小。这是由空间划分来实现的，尽可能的达到信号利用来自不同组的码所发送的方向。几个例子将用作说明依据本发明的码分配和管理。虽然以下的描述用作说明在基站完成的码分配决策，本领域的技术人员将理解，这些决策可在无线电通信系统中的任何地方进行，例如，在无线电网络控制器，MSC150中或这三个实体的某种组合。
再次考虑在图3中所示的例子。依据本发明基站320将被分配某些预先规定的码组数，用以支持通信服务，每组具有多个码，由此至少一个码被分配给每个到远方站的连接。为了简化本例，假定这个特定的基站320具有两个码组。因为在码组之间的互相关高于相同组中码之间的互相关，因此，利用尽可能少的码组支持在任何给定的小区中的通信是有利的。这样，虽然移动站310和330位于大体上小区的相对侧，如果在小区中的负载是足够的轻，在第一码组中的码的数目足够满足容量的需要，则基站320将从第一码组分配码以支持与这两个移动站的通信。可根据基站可用的每个码组的互相关性质选择从第一码组中哪个码组分配。
如果在小区中更多的移动站是有效的，基站320可能用完第一码组中的码，在此时，基站320将开始使用来自第二码组的码。为了使在小区内引起的附加干扰最小，基站320使用与移动站的位置有关的空间信息，确定哪个移动站应该使用利用第二组中的码被发送的连接。
这种相同的空间信息已经在基站中可得到，并且也用于识别由天线阵列支持的哪个窄波束应该用于支持该连接，也就是，确定与每个单元有关的天线增益，用于将信号能量引导到合适的方向。本领域的技术人员将认识到有许多技术可用于确定合适的天线增益，本发明可根据用任何方式确定的天线增益分配码。
用于确定合适的天线增益的一种技术是估计移动站的位置或方向。利用阵列天线执行位置估计可以，例如，通过将阵列中每个波束连到它自己的，专用的无线电接收机来实现。然后，当一个远距离终端发送到发送接收机时，例如，在随机访问信道(RACH)上发送访问脉冲串时，可为每个波束确定信息强度和相位。接收到的每个波束中的信号和相位可被用于利用任何已知的到达方向(DOA)算法确定位置估值。在某些系统中，也可能是这样，移动站可利用，例如，GPS技术或通过测量与导引信号传输有关的到时，负责确定和报告其位置。
基站320利用这种位置信息确定小区的哪个区域中将使用来自第一码组的码，和小区的哪个区域将使用来自第二码组的码。作为一种相对简单的例子，基站320可使用来自第一组的码建立与在小区的一半中的一个新的有效的移动站的通信(例如，包含移动站310)，和使用来自小区的第二个一半中的新的有效的移动站通信(例如，包含移动站330)。
而且，一旦基站320已经用完在第一组中的码并开始使用来自第二组的码时，当新的移动站在小区中成为有效时，重新分配与现有的连接有关的码而不是仅仅分配来自第二组的码可能是有利的。例如，一旦基站320开始分配来自第二组的码时，它可能希望将系统和移动站330之间现有的连接从利用来自第一组的码的信道转交到利用来自第二组的码的信道，以便使小区内干扰为最小。这种重分配码到现有连接的决策的作出将至少部分地，基于与系统具有有效连接的移动站的当前位置和基于基站决策使用来自第二组码的决策的区域。
因此依据本发明的示范性实施方案的码分配技术可被归纳为两类，即用于分配码给小区中新的有效的移动站的方法，和用于管理对已经在小区内被分配到码的移动站分配码的方法。现有将分别参考流程图5和6描述这些示范性技术中的每一种。
在图5中，在步骤500，试图进行估计新的移动站的位置，或至少估计移动站相对于基站的角度方向。正如以上提到的那样，这可由移动站或系统实施。如果由基站实施，在RACH上的访问可被估值以确定移动站的角度方向。如果系统在估计新的移动站的位置或角度方向方面是成功的，那么在步骤504识别合适的码组。然而，当接收到脉冲串不足以确定移动站的角度位置时也可能有机会发生。在这样的情况下，在步骤502，从常设的码组选择码，通常是第一码组，移动站至少临时用来确立它的通信业务信道。如果当前只有一组码在使用，则系统将从不考虑移动站的已估计的位置或角度方向的组中选择一个码，以便使小区内的干扰为最小。因而，在步骤506，如果在被识别的组中的码是可用的，则流程进行到方框508，在此从组中分配一个码，并利用所选的码建立呼叫。
如果在步骤506，被识别的码组完全被使用，然后系统将作测量，获得用于新的移动站的连接的码。一种可能性是系统将评估正在使用已识别的组内的码的现有连接，以试图释放一个码用于新的连接。例如，系统可利用这个机会评估处于软转交/宏分集模式中的那些移动站(其中多重传输源，例如，波束或基站，正在两个信道上提供基本上相同的信息到一个移动站，并释放正在由移动站在低于某个阈值接收到的较弱的分支。这种类型的动作可以释放在已识别的码组中的码用于新的移动站的连接。
另一种方案是，基站(或系统)可以选择开始利用另一组所分配的多个码组。如果是这样，那么过程移动到图5中的步骤510，其中基站更新对角度区域的码组分配。这个步骤概念性地示于图7(a)和7(b)中。例如，如果第一码组当前正用于第一地理区域中，第二码组当前正用于第二地理区域中，那么在码组和地理区域之间的联系可以，例如，如图7(a)中所示。
当第三码组被加上时，如图7(b)中所见，基站将重新定义第一和第二码组当前正在被使用的区域，并至少指定一个区域用于第三码组。注意到这些区域在规模上并不需要相等，因为典型情况下，在任何给定区域中的负载在确定码组将被分配到何处时是一起支配作用的因素。这种在码组和地理区域之间的联系的重新定义一般将需要某些移动站已经被分配一个码，它们将位于已经被重新指定为与新的码组有联系的地理区域中，例如，移动站330将从在码组2中使用一个码改变为在码组3中使用一个码。对于这些移动站，在步骤512可分配一个新的码。然后新的移动站被分配在适当的码组中的一个码，可以是在步骤504中被识别的码组或者是新的码组，并且在系统内建立连接。
已经存在的，有效的连接也可为最佳的码分配进行周期性地评估以便降低小区内干扰。因此，在图6的流程图中，对于每个所连接的移动站，过程继续进行。在步骤600再次获得DOA信息。然后，在步骤602，基站确定是否移动站正在利用地理区域和码组之间当前的联系给出的适当的码组中的码接收/发送信息。如果是这样，那么对于该移动站的过程终止，系统开始评估另一个现有的连接。然而，如果移动站正在使用的码与不同的码组有联系，而不是与当前移动站所在的地理区域有联系，例如，因为从系统上次检查过以来移动站已经移动，那么过程移到步骤604。这个概念在图7(b)和7(c)中可见，其中移动站330已经从使用码组3的区域移动到使用码组2的区域。
然后，系统确定是否与移动站当前的地理区域有联系的码组中的一个码是可用的，例如在上例中的码组2。如果是这样，那么在步骤606分配一个码。否则，基站执行以上所描述的在图6的步骤608-612中与步骤510-514有关的过程，以便将一个新的码组加到在蜂窝中当前正在使用的码组中。
对于本领域的技术人员将很明显，当或者(1)一个新的码组被投入小区提供服务，或者(2)一个移动站在小区内移动到当前正由不同组的码提供服务的另一个地理区域时，本发明的实施有效地提供码的转交。在任何一种情况下。码的转交降低小区内干扰并促进使用多个，非正交的码组，从而增加容量。
而且，对于本领域的技术人员应该明白，将码组分配到小区内的地理区域是随时间改变的，这取决于小区的不同部分中的通信业务负载。例如，大量的通信业务集中在小区的一个很小的部分中，那么一个或多个码组可被用于提供在小区该部分中所需的容量。码组可覆盖不同区域或可重迭。当然，允许的重迭越多，在传输之间不同码组将产生的干扰越多。
以上的讨论主要集中在提供移动站和系统之间的有效连接的通信业务信道。然而，系统也提供控制信道，提供管理开销信息和允许移动站接入系统。系统可提供一组公共的控制信道，它们用已知的码发送。这些码可与一个或多个码组有联系，但对于移动站中的接收机来说，它们应该是事先已知的，使得这些单元可迅速扫掠供阅读并在控制信道上发送。
如果控制信道被从第一码组分配码，当附加的码组被引入时，这些信道并不受影响。因此，在小区中所用的码组数目的独立性，移动站知道公共控制信道使用哪些码。当呼叫是利用控制信道和它的已知的关连码建立时，移动站可被转移到另一个码组(如果必要的话)，而不是用于控制信道的码道，以支持它的数据通信。
考虑以下的例子。假定系统利用信道化码和扰频码的组合，其中公共控制信道使用不同的信道码和相同的扰频码。为了获得公共的控制信道，移动站将搜索用于控制信道的扰频码，当扰频码被识别时，移动站可阅读广播信道，做随机访问尝试并在公共控制信道上接收访问准许消息(因为该信道使用已知的扰频码和已知的信道化码)。前向访问消息可以包含这样的信息，通知移动站有关哪个下行扰频码(也就是哪个码组)用于它的所分配的通信业务信道。如果一个同步信道被用于搜索下行扰频码，信道应该指出由公共控制信道使用的扰频码。
而且，当分配码时，也可考虑传输功率。例如，将产生许多干扰的高功率用户可与许多低功率用户一起分配码组中的码。
应该理解，申请者的发明并不限于以上描述的特定的实施方案，本领域的技术人员可做各种修改。申请者的发明的范围由以下的权利要求确定，落在该范围内的任何和所有的修改都包含在其中。

Claims (29)

1．一种用于在无线电通信系统中发送信息到移动站的方法包括以下步骤：
发送第一码组和第二码组到基站，在所述的第一和第二码组中每个内的码是相互正交的；
估计所述的移动站相对于所述的基站的角度方向；
根据所述的角度方向为所述的移动站识别所述的第一码组和所述的第二码组之一；
如果在所述的被识别的码组中一个码是可用的，从所述的被识别的码组中选择一个码；
利用所述的被选的码对所述的信息扩频和扰频；和
将所述的被扩频和扰频的信息发送到所述的移动站。
2．如权利要求1的方法，还包括以下步骤：
提供所述的带有自适应天线阵列的基站。
3．如权利要求1的方法，还包括以下步骤：
提供带有一组空间分布的天线的所述的基站。
4．如权利要求1的方法，其中在所述的第一和第二码组内的每个码包括信道化码和扰频码。
5．如权利要求1的方法，其中所述的识别步骤还包括以下步骤：
从所述的第一码组选择一个码直到在所述的第一组中的所有码被分配为止。
6．如权利要求1的方法，其中所述的识别步骤还包括以下步骤：
将第一地理区域与所述的第一码组相联系，将第二地理区域与所述的第二码组相联系。
7．如权利要求6的方法，其中所述的联系步骤还包括：
根据有效的移动站的位置确定所述的第一和第二地理区域。
8．如权利要求5的方法，其中所述的识别步骤还包括以下步骤：
将第一地理区域与所述的第一码组相联系，第二地理区域与所述的第二码组相联系。
9．如权利要求8的方法，其中所述的联系步骤还包括：
根据有效移动站的位置确定所述的第一和第二地理区域。
10．如权利要求9的方法，其中所述的选择步骤还包括以下步骤：
当所述的第一码组被用完时，根据它们与所述的第一和第二地理区域的联系将码重新分配给有效连接的与所述的基站通信和移动站。
11．一种用于在无线电通信系统中发送信息到移动站的方法包括以下步骤：
分配第一码组和第二码组到基站；
确定与至少一个天线单元有关的天线增益用于将所述的信息发送到所述的移动站；
至少部分地依据所述的被确定的天线增益，从所述的第一码组和所述的第二码组之一选择一个码；和
利用所述的被选的码发送所述的信息到所述的移动站。
12．如权利要求11的方法，还包括以下步骤：
提供所述的带有包括所述的至少一个天线单元的自适应天线阵列的基站。
13．如权利要求11的方法，还包括以下步骤：
提供所述的带有包括所述的至少一个天线单元的一组空间分布的天线的基站。
14．如权利要求11的方法，其中在所述的第一和第二码组内的每个码包括信道化码和扰频码。
15．如权利要求11的方法，其中所述的选择步骤还包括以下步骤：
从所述的第一码组选择一个码直到在所述的第一组中的所有码被分配为止。
16．如权利要求11的方法，其中所述的选择步骤还包括以下步骤：
将第一地理区域与所述的第一码组相联系和第二地理区域与所述的第二码组相联系。
17．如权利要求16的方法，其中所述的联系步骤还包括：
根据有效移动站的位置确定所述的第一和第二地理区域。
18．如权利要求15的方法，其中所述的选择步骤还包括以下步骤：
将第一地理区域与所述的第一码组相联系，和第二地理区域与所述的第二码组相联系。
19．如权利要求18的方法，其中所述的联系步骤还包括：
根据有效移动站的位置确定所述的第一和第二地理区域。
20．如权利要求19的方法，其中所述的选择步骤还包括以下步骤：
当所述的第一码组被用完时，依据它们与所述的第一和第二地理区域的联系，将码重新分配给有效连接的与所述的基站通信的移动站。
21．如权利要求11的方法，其中所述的确定步骤还包括以下步骤：
估计所述的移动站的位置；和
根据所述的被估计的位置确定所述的天线增益。
22．一种无线电通信系统包括：
一个基站，用于从移动站接收上行信号，并确定天线增益，用于发送下行信号到所述的移动站，利用至少一个码对信息扩频；和
一种装置，用于根据所述的天线增益从一个码组中分配所述的至少一个码用于所述的下行信号。
23．如权利要求22的无线电通信系统，其中所述的装置用于分配在所述的基站中的一个码。
24．如权利要求22的无线电通信系统，其中所述的装置用于分配在无线电网络控制器中的一个码，
25．如权利要求22的无线电通信系统，其中所述的至少一个码包括信道化码和扰频码。
26．如权利要求11的方法，其中所述的确定天线增益和选择一个码的步骤是在基站中实现的。
27．如权利要求11的方法，其中所述的确定天线增益和选择一个码的步骤是在无线电网络控制器中实现的。
28．如权利要求11的方法，还包括以下步骤：
利用预先规定的信道化码和与所述的第一码组和所述的第二码组之一有联系的扰频码广播管理开销信息。
29．如权利要求22的无线电通信系统，其中所述的基站利用移动站已知的信道化码和扰频码发送公共的控制信道。
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