CN1309194C - 用于天线图优化补偿的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在一个使用自适应天线用于移动站数据传输的无线通信网中，提供方法和设备来改善被发射数据的接收。当一个字块在天线的第一个射束中被发射并且当字块在第二个射束中包含该移动站的信息时，一个调制和编码方案用于该字块的发射，因此该调制和编码方案对包含第二个射束中移动站信息的那个字块部分提供了更大的保护。对包括了在第二个射束中移动站信息的那个字块部分更大的保护应用增加了移动站在第二个射束中可以接收并且正确地解码第二个射束中的字块中供移动站使用的信息的概率。

Description

用于天线图优化补偿的方法和装置

技术领域

本发明通常涉及分组数据通信网，并且更特别地涉及一种在一个发射消息包括关于空间分开的一个以上移动站的信息时，补偿天线图优化的方法和设备。

背景技术

商用通信网的增长，特别是蜂窝无线电话网的迅速增长已经强迫网络设计师寻求通信质量不低于用户容许阈值而增加网络容量的方法。同时，用于数据传输而不是谈话的移动通信设备的应用由于用户已经变得日益流行。发送和接收电子邮件以及利用一个浏览器获得万维网访问的可能性作为将被越来越多地用于无线通信网的服务而被频繁地商讨。作为对此的一个响应，通信网络设计师寻求有效地把数据信息传递到移动用户以及从移动用户传递数据信息的方法。

在数据通信和语音通信的需求之间存在基本的差别。例如，数据通信在延迟和误码上对于不同的要求可能有很多不同的服务级别，而谈话在延迟上有一个不变的高要求以及在误码上有一个适当的要求。分组数据协议比电路交换协议更加适合于数据传输，分组数据协议的应用已经开始找到它自己进入蜂窝通信网的方法。目前，在GSM蜂窝网以及TDMA(IS-136)蜂窝网中，分组业务复用正在被标准化。

现在，GSM网络提供一个电路交换数据服务，其可用于与外部数据网互连。电路交换数据服务用于电路交换以及分组交换数据通信。要使分组交换数据通信更加有效率，一种叫做GPRS(通用无线分组业务)的新的分组交换数据业务和一种被称为EGPRS的扩展已经被引入来作为GSM的一部分。EGPRS/GPRS允许分组交换通信，例如，IP或虚拟电路交换通信。EGPRS/GPRS支持无连接协议(例如IP)以及一个面向连接的协议(X.25)。分组交换数据通信协议的优点之一是单个发射源可以在多个用户之中被共享。从而，在例如GSM蜂窝网的情况下，一个射频载波上的一个时隙可以被几个移动用户用于数据的接收和发射。被共享的发射源由蜂窝网的线路端处理用于下行链路和上行链路传输。

在EGPRS/GPRS网络中，为了在很多用户之间共享发射源，该网络使用临时流识别符(TFI)和上行链路状态标记(USF)。当开始一个发射的时候，一个移动站在上行链路和/或下行链路中被分配一个或多个时隙。在时隙的分配中，移动站被分配一个TFI和/或一个USF。该TFI被附于在下行链路中被发射的数据块上以便指示特定数据块的目的地。因此，所有的移动站侦听在下行链路中被分配的时隙并且设法解码在下行链路上的所有被发射字块。在解码被接收的字块之后，移动站将TFI与特定字块核对以确定是否该移动站是该特定字块的目的地。

图1A和1B说明了在EGPRS/GPRS网络中的多个移动站中的上行链路的安排。假定移动站A和B被分配给共享分组数据信道(PDCHs)TN1到TN3。正如上面讨论的，每个移动站将侦听被分配的时隙来设法解码在下行链路上的所有被发射字块。试图解码在下行链路上被发射的字块，移动站还将寻找一个是否它被允许在上行链路上发射的标记。在EGPRS/GPRS中，USF提供这个标记。该USF指示一个移动站，它被允许发射一个上行链路字块，其相应于包括USF的下行链路字块。又参见图1A，移动站A将检测，它的USF被包括在包含移动站B数据的下行链路无线字块中。因此，如同在图1B中被说明的，移动站A在下一个上行链路字块中发射。应当认识到，在EGPRS/GPRS中存在时隙动态分配的两个模式，粒度1和粒度4。在粒度1中，如在图1中说明，一个USF指示一个上行链路字块(4脉冲串)的分配。用粒度4，一个USF指示四个串行的上行链路字块(16脉冲串)的分配。这样，用粒度4，移动站就不得不只在下行链路字块的四分之一中检查USF。

一个减少下行链路干扰的方法将使用一个自适应天线系统。通常，一个自适应天线系统能够适应它的特征以在网络中改变。自适应天线系统的一个或多个重要特色是基站能够检测到在小区中所有移动站的方向。为了优化发射，基站然后使它的发射模式适应每个移动站。在一个交换射束系统中，基站使用一个导向移动站的窄天线射束发射信息，该信息被单独地供特定移动站使用。当已知一个移动站位于小区的一个特定部分的时候，使用一个窄天线射束通过在整个小区中不辐射大量能量来将干扰最小化。这个干扰最小化通称天线图优化。

图2说明了一个示例自适应天线系统的射束和扇区天线的一个天线图。在图2中被说明的天线有八个固定射束，其覆盖了一个小区扇区的一个较小部分。该天线还包括一个扇区天线，其覆盖了整体扇区和包络了八个固定射束覆盖的区域。因此，如果信息要被发射给单个移动站，那么移动网络选择覆盖移动站位于其中的扇区的特殊部分的射束。然而，如果同样的信息需要被发射到一个扇区中的所有移动站上，例如，比如一个广播控制信道(BCCH)的控制信道信息，那么扇区天线被使用。使用单个射束发射给移动站，这减少了整个蜂窝网中所引起的干扰并且随后允许更紧的频率复用和/或提供了更高的网络容量。

除了以上所述的自适应天线系统的优点之外，在一个EGPRS/GPRS网络中使用自适应天线系统将生产一个显著的吞吐量增加。这个吞吐量的增加应归于EGPRS/GPRS的链路质量控制(LQC)特征。在EGPRS/GPRS中，大量不同的编码方案和两个调制被用来确保在一个具体的无线链路质量下的一个最大吞吐量，其可能是按照一个载波干扰比值(C/I)被测量的。在GPRS中，一个特定编码方案被称作CS并且有CS1-CS4。在EGPRS中，调制和编码的一个特定组合被称作MCS并且有MCS1-MCS9。要在一个EGPRS/GPRS网络中实现LQC，一个移动站报告下行链路发射到无线通信网的块误码率(BER)的干均值和方差。无线网络使用这些报告来选择一个CS(在一个GPRS网络中)和一个MCS(在一个EGRPS网络中)，其具有无线信道吞吐量和一个低BER之间的最佳平衡。

图3说明了具有一个[1/3]再使用模式的网络吞吐量增益的载波分布函数，即，每第三个小区用同样的频率的一个再使用模式。有圆圈的曲线说明了配置有扇区天线系统的吞吐量分布而有正号的曲线说明了配置有自适应天线的系统的吞吐量分布。如图3中所说明的，一个使用自适应天线的网络吞吐量增益对于载波分布函数上每个级别的每个时隙来说是在10kbps和20kbps之间。

图4说明了在一个使用自适应天线的EGPRS/GPRS网络中的两个移动站。正如图4中所说明的，移动站A位于射束410中而移动站B位于射束420中。假定现在移动站B将接收下行链路数据，而移动站A将接收一个USF。如上所述，在EGPRS/GPRS中USF被包括在一个下行链路时隙中被发射的一个数据块中。然而，因为该数据块包括移动站A的USF和移动站B的数据并且因为移动站A和移动站B位于不同的天线射束中，所以如果字块是对移动站B发送的，则移动站A不能够接收USF，反之亦然。尽管在复用射束中发送数据是期望的，但是由于硬件限制，这可能不太可能。另外，EGPRS/GPRS网络使用一个固定帧结构来发射。因此，一个基站不得不在同一射束中发射整个字块(4个脉冲串)。从而，如果该字块在射束420中被发射，则移动站A不能够检测到字块中的USF，因为该字块也包含供移动站B使用的数据。更进一步，如果包括USF的数据块将在射束410中被发射，则移动站B不能够检测该字块中的数据。

因此，获得在一个根据EGPRS/GPRS运行的无线网络中的一个自适应天线系统的好处可能是期望的。

发明内容

根据本发明的数据传输到移动站的方法和设备将克服传统方法的这些及其他问题、缺点和局限性，其改善了在一个使用自适应天线的无线网络中的被发射数据的接收。

根据本发明的一个方面，使用自适应天线来传输数据块的一个无线网络确定信息是否将被发射到第一移动站。如果该信息将被发射到第一移动站，则该无线网络然后确定第一移动站和第二移动站是否位于同一个天线射束。如果第一和第二移动站位于不同的射束并且字块包含两个移动站的信息，那么数据要被发射给第一移动站，并且，供第二移动站使用的数据被编码，因此被减少的天线增益被去掉。这个在字块基础上被执行，因此如果粒度4被使用，则只包含一个移动站数据的那三个字块不会被另一个移动站接收到。

附图说明

通过阅读以下连同附图的详细说明将了解本发明的目的和优点，其中：

图1A和1B分别说明了上行链路和下行链路时隙；

图2说明了一个天线的射束和扇区；

图3说明了自适应天线和扇区天线的吞吐量的累积密度函数；

图4说明了在不同天线射束中的移动站需要接收相同信息时使用自适应天线的传统多播网络的缺陷；

图5说明了使用自适应天线的数据传输，其利用使用选择粒度4的一个固定调制和编码方案；

图6说明了一个使用自适应天线的可仿效数据传输，其中，四个字块的一个输出中的信息供超过一个移动站使用并且数据的调制和编码方案适应于根据本发明的天线图的补偿；

图7说明了对于网络中下行链路中的不同字块有不同的调制和编码方案的可仿效上行链路和下行链路时隙，其使用根据本发明的一个粒度4。

图8说明了一个发射无线字块吞吐量；

图9说明了四个被发射的无线字块吞吐量的平均值；和

图10说明了根据本发明用于在不同射束中发射一个数据字块到移动站的可仿效方法。

最佳实施方式

本发明涉及安装自适应天线的数据传输网络。特别地，当要被发射给一个移动站的数据间杂有除那个移动站外供位于不同天线射束中的其它移动站使用的数据时，本发明补偿了到一个移动站的天线图优化。

在下面的描述中，为了解释而非限制的目的，阐述了细节以便提供对本发明的彻底的了解。然而，对于本领域普通技术人员来说显而易见，本发明可以在偏离这些细节的其它实施例中被实现。在其它情况中，众所周知的方法、装置和电路的详细说明从略，以免模糊本发明的描述。

图5说明了在一个EGPRS/GPRS网络中执行自适应天线的一个方法。正如图5中所说明的，粒度4被使用，并且包括移动站A的USF的第一个字块被发射到移动站A，同时包括移动站B的数据的第二到第四个字块被发射到移动站B。如上所述，使用来自一个移动站报告来选择一个用于发射的特定MCS。当一个无线信道迅速衰落时，因为网络不能足够快地接收来自移动站的报告以调整MCS，所以无线网络不能够适应一个较低MCS。这导致数据块用过高的MCS进行发射，即，一个没有为发射字块提供足够的保护措施的MCS。因为第一个字块在移动站A的射束中被发射，等到无线网络接收到来自移动站B的报告，网络已经开始在移动站B的射束中发射数据块了。从而，当发射第一个字块到移动站A的时候，来自移动站B的报告不允许无线网络调整MCS。因此，图5说明了使用同样的MCS发射所有的四个字块，即，MCS X。

图6说明了一个在根据本发明的EGPRS网络中实现自适应天线的示例方法。正如图6中所说明的，当发射包括USF并且对A发射的第一个字块的时候，无线网络用MCS Y对供移动站B使用的数据进行编码，当在射束中对移动站B发射剩下的字块的时候，无线网络用MCS X。MCS Y比MCS X会是一个较低的MCS，即，和MCS X相比，MCS Y对于发送数据的保护会更大但是吞吐量较低的。更具体地说，在字块1中的数据将用一个比在字块1中的USF更抗误码的代码来编码。然后一个调制被选择用于整个数据块，其确保移动站B可以接收并且解码字块1中与移动站B有关的信息，即，除USF外的整个数据块。使用一个较低的MCS用于被发射到移动站A的字块增加了移动站B对移动站A的射束中被发射的数据进行解码的概率。应该承认，基于是否一个特定无线字块需要由位于不同射束中的移动站接收，则无线网络在无线字块的发射之前调整特定无线字块的MCS。

图7说明了根据本发明对于下行链路中不同字块有不同调制和编码方案的可仿效上行链路和下行链路时隙。正如图7中以散列符号所说明的，当一个USF移动站和一个DATA移动站位于不同射束并且一个USF将被发射到USF移动站的时候，每个时隙(TN0和TN1)中的第一字块在USF移动站射束中，使用比在DATA移动站射束中被用来发射第二到第四字块的MCS更低的MCS来被发射。再一次，这个较低的MCS被实现，因此一个比应用于字块的USF部分的编码更抗误码的编码被用于字块的数据部分。

图8说明了一个被发射无线字块的吞吐量；在图8中被说明的曲线基于12db的天线射束之间的载波干扰比值差。图8中的实曲线说明了在与用来接收数据块的移动站一样的射束中的一个被发射无线字块的吞吐量。因此，移动站接收全部数据并且可达到一个高吞吐量。图8中的虚曲线说明了当MSC不适于发送包括一个USF的字块，并且当在USF移动站的射束中发射字块时包括位于另一射束中的移动站的数据时，从DATA移动站来看的吞吐量衰落。可以看出，发射给USF移动站的字块的整个发射丢失于通过DATA移动站的接收中。图8中的点曲线说明了当MSC被调整来发送包括一个USF的字块，并且当在USF移动站的射束中发射字块时包括位于另一射束中的移动站的数据时，从DATA移动站来看的吞吐量衰落。正如图8中所说明的，当MCS被调整的时候吞吐量衰落，但是DATA移动站应能够解码大部分在到USF移动站的射束中发射的数据。

图9说明了四个被发射字块的平均吞吐量；实曲线说明了在如同将解码该四个字块的移动站一样的射束中被发射的四个字块的吞吐量。点曲线说明了当在不同于MCS未被调整时将解码无线字块的移动站的射束中发射一个无线块时，四个无线字块的吞吐量。虚曲线说明了当在不同于MCS被调整用于在不同射束中发射的无线块时，将解码无线字块的移动站的射束中发射一个无线块时，四个无线字块的吞吐量。从图9可以看到，当为第一字块降低MCS的时候四个发射字块平均的吞吐量减少量没有显著低于不调整MCS时的吞吐量减少量。因此，图8和图9说明了为在与DATA移动站不同的射束中被发射的无线字块而调整MCS增加了DATA移动站将能够正确解码第一个字块而不显著降低所有四个发射字块吞吐量的概率。

图10说明了根据本发明的一个示例方法。最初，无线网络确定是否有数据将被发射(步骤1010)。如果无线网络确定没有数据将被发射(出自判断步骤1010的″NO″路径)，那么无线网络等待直到有数据将被发射。如果无线网络确定有数据将被发射(出自判断步骤1020的″YES″路径)，那么无线网络确定是否一个USF将被发射到一个不是DATA移动站的移动站(步骤1020)。如果确定一个USF将不被发射到除DATA移动站以外的一个移动站(出自判断步骤1020的″NO″路径)，那么无线网络用常规程序发送数据块，例如，如上所述的程序，(步骤1030)。

如果确定一个USF将被发射到除DATA移动站以外的一个移动站(出自判断步骤1020的″YES″路径)，那么无线网络确定是否USF移动站和DATA移动站位于不同的天线射束中(步骤1040)。如果USF移动站和DATA移动站位于同样的射束中(出自判断步骤1040的″NO″路径)，那么无线网络用常规程序发射数据块，例如，如上所述的程序，(步骤1030)。然而，如果USF移动站和DATA移动站位于不同的射束中(出自判断步骤1040的″是″路径)，那么无线网络用一个对于该数据的较之用来在DATA移动站的射束中发射的MCS低的MCS在USF移动站的射束中发射第一个字块(步骤1050)。特别地，用于供DATA移动站使用的数据的编码比在字块USF部分上的编码更能抗误码。对于整个字块的调制被选择以确保DATA移动站可以接收和解码在发射字块中的数据。紧接着，无线网络用一个比用于包含在USF移动站方向上发射的USF的字块所使用的MCS更高的MCS在DATA移动站的射束中发射字块二到四。

应该认识到，尽管如上所述关于图10的方法涉及一个实施粒度4的系统，但是本发明同样地对一个实施粒度1的系统很合适。在使用粒度1的一个系统的情况下，参考图10来描述的方法将被修改以去掉字块二到四向DATA移动站(步骤1060)的发射。更进一步，步骤1050将被修改，以使用一个比在DATA移动站自己的射束中用于发射到DATA移动站更低的MCS把数据块发射到USF移动站。

根据本发明，有不同的方法判断当在USF移动站的射束中发射时被使用的MCS。根据本发明的一个实施例，一个预确定MCS在发射USF移动站的射束中的字块时可以被使用。例如，在USF移动站的射束中发射块时，可以使用当前MCS家族中最强壮的MCS，即MCS1。这给字块提供了最大量的保护措施并且提供DATA移动站可以对在USF移动站的射束中被发射的字块进行解码的最高概率。

根据本发明的另一个实施例，基于一个在天线射束之间的载波干扰比值差的固定值，(C/I)MCS被选择。这个固定值和用于在DATA移动站的天线射束中发射到DATA移动站的MCS与一个查询表一起被使用，来判断在USF移动站的天线射束中发射时将被使用的MCS。例如，假定MCS7现在被用于在DATA移动站的天线射束中向DATA移动站发射，而且在天线射束的12dB之间有一个C/I衰落。使用查询表，网络会从MCS7开始并且判断哪一个MCS会提供足够的保护措施以抵消在天线射束之间12dB C/I衰落。

还根据本发明的另一个实施例，根据在不同的射束组合之间的C/I差选择不同的MCS值，即，根据在USF移动站的射束和DATA移动站的射束之间的C/I差。根据这个实施例，一个查询表可用于判断取决于具体的射束组合的MCS值。例如，如果USF移动站位于射束1而DATA移动站位于射束2，则第一个MCS被使用；并且如果USF移动站位于射束1而DATA移动站位于射束3，则第二个MCS可能被使用。

尽管本发明已经在上面被描述为这样一个无线网络：即，在传输数据块的时候判断被使用的特定MCS，一个本领域普通技术人员应该理解在无线网络中不同元件可以做出这个判断。例如，一个特定的MCS的选择可以通过基站收发信机(BTS)而产生，数据块将从该站被发射。然而，本发明不被限制为由BTS做出这个判断并且一个本领域普通技术人员会认识到无线网络的其它元件也可以做出这个判断。此外，一个本领域普通技术人员会认识到一个BTS一般至少包括一个发射机、一个天线和一个处理器。

为了说明的目的在上面已经结合一个GPRS/EGPRS网络描述了本发明的可仿效实施例。因此，应该认识到，本发明通常适用于任何网络，其中，自适应天线被使用并且在一个天线的射束中发射的信息需要由一个位于另一个自适应天线的射束接收机接收。通过分别调整在一个需要由空间分开的接收机接收到的字块中发射的消息的编码来实现之。通常的调制可以被连带优化。

本发明已经参照几个可仿效实施例而被描述。然而，对本领域普通技术人员是显而易见的，即在不同于如上所述的可仿效实施例那些的具体形式中实施本发明是可能的。这不脱离本发明的精神就可以被做到。这些可仿效实施例仅仅是作例证的并且不管怎样将不会被认为是限制性的。本发明的范围由附加的权利要求而不是之前的描述给出，并且所有的属于权利要求范围的变化和等效被意欲被包含在其中。

Claims (12)

1.在一个使用自适应天线的无线网络中，一种用于发送包括第一部分和剩余部分的数据块的方法，包括步骤：

确定数据块是否将由基站发射到第一移动站；

如果所述数据块将被发射到第一移动站，则确定是否第一移动站和第二移动站位于所述基站的同一天线射束(410，420)；和

如果第一(A)和第二移动站(B)位于不同的天线射束(410，420)而且数据块将被发射到第一移动站(A)，则在第一移动站的天线射束(410)中发射所述数据块，

其中，所述数据块的第一部分是上行链路状态标记，其指示第一移动站(A)将在下一个上行链路时隙中发射，并被用第一代码编码，数据块的剩余部分包括将被发送到第二移动站(B)的信息，并用第二代码编码，第二代码是一个比第一代码更抗误码的代码。

2.根据权利要求1的方法，还包括下列步骤：

调制数据块，其中，该调制被选择以使第二移动站(B)可以接收并且解码数据块的剩余部分。

3.根据权利要求1的方法，其中，第一代码和第二代码是预确定代码。

4.根据权利要求1的方法，其中，第二代码是基于一个固定的在自适应天线的相邻天线射束之间的载波干扰比值和第一代码，从一个查询表中选出来的。

5.根据权利要求1的方法，其中，第二代码是基于在第一移动站的天线射束和第二移动站的天线射束之间的一个载波干扰比值和第一代码，从一个查询表中选出来的。

6.根据权利要求1的方法，其中，第二代码导致一个比第一代码更低的编码数据的数据吞吐率。

7.一个在一个空中接口上传输包括第一部分和剩余部分的数据块的设备，包括：

一个自适应天线；和

一个处理器，该处理器包括：

用于确定是否所述数据块将被发射到第一移动站(A)的装置；

如果该数据块将被发射到第一移动站(A)，用于确定是否第一移动站和第二移动站位于同一天线射束(410，420)中的装置；和

用于在第一移动站的天线射束中发射数据块的装置，

其中，数据块的第一部分是一个上行链路状态标记，其指示第一移动站将在下一个上行链路时隙中发射，并且被用第一代码编码，而数据块的剩余部分包括用于第二移动站(B)的信息，并用第二代码编码，第二代码是一个比第一代码更抗误码的代码。

8.根据权利要求7的设备，还包括：

用于调制数据块的装置，其中，该调制被选择以使第二移动站可以接收并且解码数据块的剩余部分。

9.根据权利要求7的设备，其中，第一代码和第二代码是预确定代码。

10.根据权利要求7的设备，其中，处理器还包括：

用于基于在自适应天线的相邻天线射束(410，420)之间的一个固定载波干扰比值和第一代码，从一个查询表中选择第二代码的装置。

11.根据权利要求7的设备，其中，处理器还包括：

用于基于在第一移动站和第二移动站的天线射束之间的一个载波干扰比值和第一代码，从一个查询表中选择第二代码的装置。

12.根据权利要求7的设备，其中，第二代码产生一个比第一代码更低的编码数据的数据吞吐率。

Images