CN1378726A - 定时蜂窝式无线电系统中的分集权重改变的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

提出了用于定时基地台与终端之间的无线电连接中的分集权重的改变的方法与装置。从若干预定的应答定时模式中选择一应答定时模式。将所选择的应答定时模式通知终端。接收来自终端的起动并通过改变一定的分集权重来响应所述起动,以便用所述选择的应答定时模式来确定实现改变的精确时刻。

Description

定时蜂窝式无线电系统中的 分集权重改变的方法与装置
本发明一般涉及控制基地收发机台与移动终端之间的无线电链路中的传输功率与相位的领域。本发明具体地涉及与传输功率及相位的改变的实现有关的定时因子。
蜂窝式无线电系统中的空间分集意指移动终端与基地收发机台即BTS之间的通信连接同时通过BTS上的至少两根天线。为了在下行链路方向上充分利用空间分集，必须精心地平衡通过不同天线引导的相对传输功率与相位。不同天线的相对传输功率级与相位可用BTS内的控制器单元或网络的其它固定部分所确定的一定复权重(Weights)来表示。
已对定义提出的第三代数字蜂窝式电信系统的WCDMA即宽带码分多址部分的标准提出若干下行链路分集方案，建立所谓的闭环TX分集方案是已知的，即令便携终端或UE(用户设备)在上行链路方向上传输反馈信息并在UTRAN即UMTS地面无线电接入网(其中UMTS来自通用移动电信系统)中利用这一反馈信息调节天线权重。通信误差可能导致反馈环路不能正常工作，这又可导致UTRAN在使用中放置与UE实际请求的不同的天线权重。为了从这一错误情况中恢复UE可选择性利用所谓的天线权重检验。检验的目的是为验证在特定基地台上是否正在使用正确的天线权重。
该检验算法是已知的从而不属于本专利申请的范围之内。然而，为了使该已知的检验方法正确地工作，UE必须精确地知道BTS改变天线权重的时刻。在本专利申请的优先权日已知的建议提出，由于下行链路传输包含恒定持续时间与预定的时间结构的接连的帧，在下行链路传输功率(并从而也在天线权重)中的所有改变都应发生在相对于该帧的已知部分定义的一定时刻上。特别是已提出，由于所有下行链路帧包括一定的引导字段，下行链路传输功率的改变将总是在该引导字段的开始处实行。这蕴含地假定意指要在UTRAN上接收反馈信息的时刻之后依次传输的紧随其后的引导字段的起始处。
图1表示与上面说明的装置相关的一些定时考虑。行101为一串出现在基地台上的下行链路传输时隙，而行102为出现在UE上的同一下行链路传输时隙串。行103为出现在UE上的一串上行链路传输时隙，而行104为出现在基地台上的同一上行链路传输时隙串。无线电波的有限的传播速度导致存在传播延时D：接收台比传输台迟D时间量见到相同的传输时隙串。固定上行链路与下行链路时隙边界之间的时间关系来达到一定的同步。
图1中的各上行链路传输时隙(或一定预定的上行链路传输时隙)包括一反馈位字段，而各下行链路传输时隙(或一定预定的上行链路传输时隙)包括引导字段。假定UE在字段105中传输某些BS应将其解释为在下一引导字段(字段106)的起始时改变天线权重的请求的反馈位。传播延时导致BS比UE传输它们的时刻晚时间量D接收这些反馈位。显而易见，传播延时D越长，BS所属于的UTRAN必须对这些反馈位作出反应及实现天线权重中所请求的改变的时间越少。传播延时长度是与UE与BS之间的距离成正比的，因此尤其是在大蜂窝中，有可能出现已经在进行引导字段106的传输之前实际上不可能实现改变天线权重的情况。
能使UTRAN永远具有足够的时间来处理反馈位及实行所请求的改变的一种显而易见的解决方法是将改变定义为不在下一个引导字段起始时但在上行链路方向上接收反馈位之后的第P个引导字段的起始时成为有效，其中P＞1。然而，在大多数小蜂窝中(及如果UE位于蜂窝的中心部分时甚至在大蜂窝中)，这种传输控制中的附加延时是完全没有必要的并可在系统稳定性上具有严重的有害效果：已知CDMA系统的性能是极大地依赖于传输功率与相位的有效控制的。
另一种显而易见的解决方案是允许UTRAN在完成了必要的处理之后来到的第一个引导字段起始时实现天线权重改变，而不管该引导字段是否是接收反馈位后的下一个引导字段。这将责任留给UE去推论哪一个引导字段是实现改变的第一个引导字段。虽然UE可能具有当前传播延时的长度的良好估计，然而使实现改变的正确时刻部分未定义会导致不确定性并可能在功率控制装置中产生严重错误。
本发明的目的为提供没有不必要的延时但具有完全确定性的方式定时天线权重的改变的方法与装置。
本发明的这些目的是通过为基地台定义应答上行链路时隙中关于天线权重的改变的反馈位的若干模式并发信号通知UE当前使用的是哪一模式来达到的。
按照本发明的方法的特征在于包括下述步骤：
-从若干预定义的应答定时模式中选择一应答定时模式；
-将所选择的应答定时模式通知终端；
-接收来自终端的起动以及
-通过改变某些分集权重来响应所述起动以便用所述选择的应答定时模式确定实现改变的精确时刻。
本发明还适用于一种装置上，该装置的特征在于包括：
-用于从若干预定义的应答定时模式中选择一应答定时模式的装置
-用于将所选择的应答定时模式通知终端的装置
-用于接收来自终端的起动的装置以及
-用于通过改变某些分集权重来响应所述起动的装置，以便用所述选择的应答定时模式确定实现改变的精确时刻。
基地台与UE之间的传播延时长度是在它们之间最初建立通信联接时确定的，此后不断地监视它，以便在上行链路与下行链路时隙与帧之间保持正确同步。基地台或网络的固定部分内的其它控制实体可使用传播延时的已知值来不断或定时估计需要多少时间来对构成改变天线权重的请求的来自UE的这些反馈位作出反应。然后从若干预定义的模式中选择一应答定时模式。各模式表示基地台接收来自UE的对应反馈位之后实现天线权重改变将占用的规定延时(用帧数表示的)。将选择的模式发信号通知UE以便它在传输会导致天线权重的改变的任何反馈位之前能精确地知道在下行链路传输流的哪一点上将发生这些请求的改变。
实现信令的有利方式为在已存在的指示关于传输分集模式的其它方面的特征的信令报文上增加新的信息元素。该新信息元素所需的位数取决于定义的应答定时模式的数目。如果只定义两种模式，该新信息元素的大小可以是单一的位。
在所附的权利要求中具体陈述认为是本发明的特征的新颖特征。然而，本发明本身，既关于其构造又关于其操作方法，连同其附加目的与优点将从结合附图阅读的特定实施例的下面的描述中得到最好的理解。
图1例示一些已知的定时方式，
图2例示按照本发明的方法的一些定时方式，
图3示意性例示信令应答定时模式的信令报文，
图4示意性例示按照本发明的实施例的基地台，以及
图5示意性例示按照本发明的实施例的UE。
图2表示在基地台与UE上的上行链路与下行链路时隙的相对定时。行201为出现在基地台上的一串下行链路传输时隙，而行202则为出现在UE上的同一下行链路传输时隙串。行203为出现在UE上的一串上行链路传输时隙，而行204为出现在基地台上的同一上行链路传输时隙串。上行链路与下行链路方向上的各时隙的持续时间称作时隙且其长度为2560片。时隙是编号的并将上行链路与下行链路之间的同步确定为使得从UE接收某一第i下行链路时隙的起始的时刻到UE在对应的第i上行链路时隙中开始传输的时刻为1024片。
图2中所示的示范性时隙结构指称下行链路与上行链路方向上的已知的DPCCH(专用物理控制信道)。下行链路时隙包含TFCI字段(传送格式组合指示符)205、第一数据字段206、TPC字段(传输功率控制)207、第二数据字段208与引导字段209。数据字段涉及与DPCCH不同的信道。上行链路DPCCH时隙包含引导字段210、TFCI字段211、FBI字段(反馈信息)212及TPC字段213。图2中只示出其最后两个字段的上行链路DPCCH时隙是与第i-1上行链路时隙关联的，而图2中全部示出的两个下行链路DPCCH时隙是分别与第i及第i+1下行链路时隙关联的。
有可能导致UTRAN改变基地台上的天线权重的反馈位位于上行链路DPCCH时隙的FBI字段212中。箭头220指称UTRAN上的第一反馈应答定时模式，其中在第i-1上行链路时隙中接收这些反馈位导致在第i下行链路时隙中的引导字段起始时改变天线权重。箭头221指称在UTRAN上的第二反馈应答定时模式，其中在第i-1上行链路时隙中接收导致UTRAN改变天线负荷的这些反馈位导致在第i+1下行链路时隙中的引导字段起始时改变天线负荷。
我们可根据图2中所示的时隙结构简要地分析一些示范性定时考虑。如果采用扩展因子SF＝512，字段209中的下行链路引导位的数目Npilot可以是例如4，而如果采用扩展因子SF＝256则为8。在最坏的情况中字段213中的上行链路TPC位的数目NTPC只有1。从下式中可计算能用于传播延时及在UTRAN上处理反馈信息的时间T T = 2560 - 1024 - N pilot 2 SF + N TPC · 256 - - - ( 1 ) 它给出以片为单位的时间。将Npilot除以2来自引导位是QPSK调制的(四相移相键控)事实，这意味着片数只是位数的一半。代入Npilot＝4及SF＝512(或相同地Npilot＝8及SF＝256)及NTPC＝1，得出T＝768片，它对应于大约200μs。已知在确定DPCCH时隙的字段中的位数时可采用某些替代的设定值；在略为更有利的情况中，我们可令Npilot＝4，SF＝256及NTPC＝2，这得出T＝1536片即大约400μs。
实际上通过以最优方式选择FBI字段212中的位的相对次序便有可能稍微增加可用于处理与传播延时的时限。出现在FBI字段中的位可以有两种。所谓的D位是在决定UTRAN是否应改变天线权重中起决定性作用的。另一位类型是S位，它涉及SSDT(站址选择分集TPC)而并不涉及类似的时间决定性方面。如果存在S位，则在字段213中只有一个TPC位。如果没有S位，则有两个TPC位。如果规定永远先传输D位，时限T增加了256片。然而这一增加不足以保证在紧接在后面的下行链路引导字段之前完成天线权重的改变。
上面已提出至少两种不同应答定时模式的定义。按照本发明通常可为基地台定义M种不同的应答定时模式，它们是这样定义的，当在第j上行链路时隙中接收反馈位时，应答定时模式K表示在第j+k下行链路时隙中的引导字段起始时实现天线权重改变，其中K＝1，2，...，M及正整数M至少为2。如果时隙的编号以周期C循环，将对应于第K种应答定时模式下行链路时隙号定义为(j+k)mod C最无二义性，其中“mod”为模运算符。
作为最直观的情况，可考虑图2中用箭头220与221所示的两种应答定时模式的定义。当UTRAN知道基地台与UE之间的传播延时时，容易从式(1)给出的结果中导出(双向)传播延时及检验剩余的时间是否足以实现将一定的天线权重的请求的组投入使用所需的处理。实践中最有利的是为传播延时存储阈值，以便对于传播延时小于该阈值的所有的基地台-UE连接选择第一应答定时模式(箭头220)，而对于传播延时等于或大于该阈值的连接则选用第二应答定时模式(箭头221)。
如果存在两种以上的定义的应答定时模式，建立映象表最为有利，其中一组阈值将可能出现的传播延时分成仓。各仓对应于一定的应答定时模式。为各基地台-UE连接检验其传播延时落入哪一仓中，而选择对应的应答定时模式。
下面描述将选择的应答定时模式发信号通知UE。利用一定的下行链路信令报文将描述基地台上所采用的传输分集模式的一定指示符传输给UE是已知的。在UMTS的框架中，这一指示符称作FB模式传输分集信令指示符。按照本发明的较佳实施例，在其中加入进一步的信息元素来指示为基地台选择的应答定时模式。图3示意性示出一信令报文301，它的其它结构超出本发明的范围。在一定的字段302上出现一指示符，其值为0或1之一，它们分别对应于第一应答定时模式(图2中箭头220)或第二应答定时模式(图2中箭头221)。当然如果定义了若干应答定时模式，则必须将更多的位分配给应答定时模式指示符。
图4示意性表示能用于实现本发明的基地台。两根天线401与402耦合在将接收的信号与发射的信号分离的双工部件上。将接收信号引导到将它们转换成基带频率上的数字位流的接收机404中。信号分离器405将接收的有效负载数据与接收的控制信息分离，将其中的前者通过另一多路复用器/信号分离器406引导到网络传输单元407中而将后者引导到控制部件中，其中具体示出了传播延时单元408。它将各通信连接与一定的测定传播延时关联。
在部件409中利用关于传播延时的信息选择对应的应答定时模式。一方面将选择结果引导到信令报文编制部件410，在其中选择对应的指示符值并将其插入包含FB模式传输分集信令指示符的信令报文中。另一方面将应答定时模式选择结果耦合到实际天线权重实现部件411上。在多路复用器412中组合要传输给UE的信息并在发射机413中将其转换成射频。
图5示意性表示能用于实现本发明的用户设备。天线501耦合在将接收的信号与发射的信号分离的双工部件502上。将接收的信号引导到接收机/信号分离器503中，后者将它们转换成基带频率上的数字位流并执行移动终端接收机的其它已知工作。其中它实现天线验证功能。将有效负载数据引导到下行链路用户界面部件505中，后者概念性地复盖用于提交信息给用户的所有这些分离的设备。在UE的控制部件中特别示出了信道估计单元506，它产生据以设定及验证天线权重的结果。将天线权重验证的最终需求报告给信令报文编制部件508，后者相应地在随后的上行链路信令报文中设定FBI位。上行链路用户界面部件510包括将用户输入转换成可传输的格式所需的所有部件。传输部件511负责所有传输。
还有从接收机/信号分离器503到下行链路信令分析器部件504的连接，分析器部件504检测来自下行链路信令报文的应答定时模式指示符之值并将正在使用的模式通知信道估计单元，及其它操作。这样，信道估计单元便知道天线权重将要改变的精确时刻并能对这些改变适当地作出反应。
上文中假设应答定时模式的选择是动态地为各连接作出的。在本发明的一些较简单的实施例中可根据蜂窝大小或处理容量作出选择：例如在大蜂窝或基地台的处理容量有限的蜂窝中，可永远采用较慢的应答定时模式。
本发明并不限制选择作为天线权重的改变点的时隙或帧内的点。虽然将其选择为改变传输功率的同一点(即引导字段的起始点)是有利的，也有可能定义一些其它的点作为改变点。

Claims (6)

1.一种定时基地台与终端之间的无线电连接的分集权重改变的方法，其特征在于包括下述步骤：
-从若干预定的应答定时模式中选择一应答定时模式，
-将所选择的应答定时模式通知终端，
-接收来自终端的起动，以及
-通过改变一定的分集权重来响应所述起动，以便用所述选择的应答定时模式确定实现改变的精确时刻。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于选择应答定时模式的步骤包括下述子步骤：
-测定基地台与终端之间的传播延时，以及
-将测定的传播延时映射到一定的应答定时模式中。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于选择应答定时模式的步骤包括根据基地台的蜂窝大小选择应答定时模式的子步骤。
4.按照权利要求1的方法，其特征在于选择应答定时模式的步骤包括根据基地台的处理容量选择应答定时模式的子步骤。
5.按照权利要求1的方法，其特征在于接收来自终端的起动及通过改变一定的分集权重来响应所述起动的步骤包括下述子步骤：
-在一定的第j时隙中接收来自该终端的所述起动，以及
-取决于选择了两种预定的应答定时模式中的哪一个在第(j+1)mod M时隙或第(j+2)mod M时隙之一中实现分集权重的改变，其中M为时隙的循环编号方案中的周期长度。
6.一种用于定时基地台与终端之间的无线电连接中的分集权重的改变的装置，其特征在于包括：
-用于从若干预定的应答定时模式中选择一应答定时模式的装置，
-用于将所选择的应答定时模式通知终端的装置，
-用于接收来自该终端的起动的装置，以及
-用于通过改变一定的分集权重来响应所述起动的装置，以便用所述选择的应答定时模式来确定实现该改变的精确时刻。
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