CN1409908A

CN1409908A - 用于分组无线业务应用的基于移动设备的滤波

Info

Publication number: CN1409908A
Application number: CN00816948A
Authority: CN
Inventors: G·塞比雷; Y·赵; E·尼库拉
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Inc
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2003-04-09
Anticipated expiration: 2020-11-17
Also published as: ATE383006T1; DE60033687T2; AU1293701A; DE60033687D1; US7599664B2; KR20020068370A; EP1238488B1; CN1246991C; BR0015664B1; KR100749029B1; EP1238488A1; CA2396725C; US20080207134A1; JP2004522326A; US7383022B2; ATE355667T1; US20070149134A1; EP1548973B1; HK1077442A1; DE60037690T2

Abstract

一种操作无线网络(12)内移动设备(ME10)的方法，该方法包含步骤：(A)判定指示信号质量的一种参数；(B)通过滤波在ME上计算链路质量指示，所述滤波的滤波长度是例如ME的速度或速度导数的所判定参数的函数；以及(C)向无线网络报告所计算的链路质量指示。优选地，在点到点消息的填充比特中发送ME速度指示。ME的速度指示被用于修改或替代遗忘因子“a”中的一种，该因子影响对链路测量数据，例如平均比特差错概率(BEP)或BEP的变异系数，操作的移动平均滤波器的长度。

Description

用于分组无线业务应用的基于移动设备的滤波

发明领域

本发明总地涉及移动设备，例如无线电话、蜂窝电话和个人通信，也通常称为无线终端和移动台，并且更具体地涉及用于为移动设备提供分组数据业务的方法和装置。

发明背景

现代无线电信系统正在发展为移动设备用户提供高速分组数据业务。一个实例就是向移动设备用户提供互联网接入的能力。在此方向上快速发展的一种无线系统是被称为全球移动通信系统(GSM)的时分多址(TDMA)系统，尤其是被称为GSM+和EGPRS(增强型通用分组无线业务)的GSM的增强型版本。

正如可理解的，当希望在无线系统中提供高速数据通信时，一个重要的考虑就是可能发生的多种无线路径信号损伤，如衰落和噪声。如果不能正确地解决，这些损伤的出现可能导致不可接受的或令人不快的发送/接收差错比率。

更具体而言，最近针对于EGPRS提出链路质量测量，也就是平均比特差错概率(BEP)和变异系数(cv)(BEP)，应在上行链路上向无线网络报告之前为ME的一序列测量数据单独滤波(ETSI SMG2 Tdoc1048/99；“EGPRS Link Quality Control Measurements andFiletering(EGPRS链路质量控制测量和滤波)＂，爱立信，1999年9月20-24日，Bordeaux，法国)。在该文档中建议使用一个移动平均指数滤波器，其特征在于向服务小区内的所有ME广播“遗忘因子”(或平均周期)，与通用分组无线业务(GPRS)相同。如果预先存在的分组广播控制信道(PBCCH)可用的话，建议使用它来广播遗忘因子，否则，使用一个广播控制信道(BCCH)。基本上，这种方法可以提供一个基于小区的遗忘因子。

后来，在文档ETSI SMG2 Working Session on EDGE #11 Tdoc2E99-501：“EGPRS LQC Measurements filtering(EGPRS LQC测量滤波)”，诺基亚，1999年10月18-22日，Austin TX，美国，中建议，利用遵循用于GPRS定义的一个因子代替上述的遗忘因子。它指出在当滤波的数据数目小于所谓的滤波长度时，文档ETSI SMG2 Tdoc1048/99中建议的滤波器不稳定。为了减少滤波器的不稳定性，建议使用基于GPRS的遗忘因子。

该方法可被称为一种非固定的基于小区的方法，这与GSM05.08的6.3.0版中第10.2.3.2节(信道质量报告的导出)的内容相似。在该方法中，当ME内的测量数据数目小于滤波长度时，逐步调整遗忘因子以将滤波器的不稳定性降到最小。还建议如果PBCCH可用的话，则在PBCCH上，否则在BCCH上广播一个参数，该参数与服务小区内的ME拥有的测量数据的量一起，被该ME用于计算滤波器参数。不过，所有拥有足够(超过滤波长度)的测量数据量的ME都将使用相同的滤波器参数。

图1和图2得自于文档ETSI SMG2 Working Session on EDGE #11Tdoc 2E99-501，并都是使用建议的多种遗忘因子加权系数的曲线图描述。对于一个大的遗忘因子(例如a＝0.9)，ME所做的测量报告决定于少数几个最新的测量数据，而当使用小的遗忘因子时，滤波的结果改而涉及很大的过去的测量数据量。例如，在a＝0.3的情况下，滤波的结果对应于100个过去的测量块(大约两秒钟的测量数据)。

文档ETSI SMG2 Working Session on EDGE #11 Tdoc 2E99-501中指出，在一个小区内各个ME可能经历不同的信道条件、衰落效应(慢衰落、快衰落等)。因此，带有基于小区的遗忘因子(固定的或不固定的)的滤波器的可行性受到质疑。虽然在该文档中没有特别地提到，但可另外注意到有兴趣进一步研究一种使用固定的基于小区的遗忘因子(或类似GPRS)的解决方案是否能够，可选地，被一种更优化的方案代替。

总之，当前部置或建议的系统为在服务小区内的每个移动设备(ME)使用一种固定/非固定的基于小区的滤波器。然而，对于小区内出现的所有ME而言这些解决方案还不是最优的。也就是说，它们至多是一种折中，因为大家都知道，在相同小区内的不同ME会遇到不同的信道条件和衰落效应，至少其中一些方案可以与ME的速度直接相关联。由于在给定服务小区内的全部ME不大可能以相同的速度移动，所以任何以此为前提的基于小区的滤波器提供的效果都必定不是最优的。

发明目的和优点

本发明的第一个目的和优点就是提供一种克服前述和其他问题的改良了的滤波过程。

本发明的更进一步的目的和优点是提供一种与固定或不固定的基于小区的滤波技术相对的，基于移动设备的滤波技术。

本发明还有一个目的和优点是提供一种用于分组数据无线系统的基于移动设备的滤波技术，它考虑到一种移动设备经历的干扰如何变化的指示，例如移动设备的速度，因此在将滤波后的测量数据报告给无线网络之前，提供一种更加优化的测量数据滤波。

发明概述

依照本发明实施方案的方法与装置，将克服前述和其他问题，并实现本发明的目的。

一种方法被公开用于在一个无线网络中操作移动设备(ME)，该方法具有步骤(A)判定一个指示ME所经历的信号质量的参数，例如通过判定ME的速度；(B)在ME内计算链路质量指示，该计算使用一种滤波操作，它的滤波长度是例如ME的速度或速度的导数的所判定参数的函数；以及(C)向无线网络报告计算的链路质量指示。滤波长度判定有多少数据被滤波。判定步骤包括(a)在无线网络中获取ME速度指示；并且(b)使用点到点消息向ME发送速度指示。在一个优选实施方案中发送步骤将ME速度指示放在点到点消息，例如在分组关联控制信道(PACCH)上发送的消息的填充比特中。在一个最优选实施方案中，发送步骤使用放入分组关联控制信道(PACCH)上发送的分组系统标识13(PSI13)消息的填充比特中的多个比特。使用多个比特(比如4比特)来编码一个预定ME的速度区间(例如0km/hr到250km/hr)的多个速度子区间(比如16个子区间)。

在本发明的一个当前优选实施方案中，ME速度指示用于修改遗忘因子“a”(该因子是在ME内根据从无线网络收到的广播消息里的参数信息计算得到的)，或用于代替收到的遗忘因子中的一种。该优选实施方案中遗忘因子直接影响对链路质量测量数据操作的滤波器(比如一个移动平均滤波器)的长度。在一个示范实施方案中移动平均滤波器对一系列的测量链路质量操作，例如平均比特差错概率或比特差错概率的变异系数(cv)(BEP)。在本发明的其他实施方案中，可以直接调整，或使用除遗忘因子“a”以外的一些参数改变滤波长度。

附图简述

结合附图阅读本发明的详细描述，将使本发明的上述和其他特性更加明显，其中：

图1和图2是使用多种遗忘因子的加权系数的曲线图描述；

图3是适合于实现本发明的、位于一个无线网络的一个小区内的移动设备的方框图；并且

图4是阐明一种与本发明教义一致的方法的逻辑流程图。

发明详述

本发明来自于发明人的如下理解，在典型的郊区环境中，与一个以50公里/小时的速度移动的ME相比，一个以3公里/小时的速度移动的ME最可能经历不同的衰落效应，而静止的(不移动的)ME将经历移动ME所未经历的一些稳定的信道条件。基于这些知识，通过在滤波器的计算中并入ME的速度，发明人提供了一种对测量数据滤波问题的更优化的方案。更特别地，对于以第一较低的速度移动的一个特定ME，测量数据优选地在一个比以第二较高的速度移动的ME更长的时间周期内滤波(即，使遗忘因子较小)，在后一情况下信道条件更不稳定，并且其测量数据优选地在一个相对较短的时间间隔内滤波(即，使遗忘因子更大)。为了增强基于ME的滤波过程，发明人为此提供了一种技术，在定义滤波器参数(这里指遗忘因子)时考虑了ME的速度。一般而言，结果是为了改变滤波长度，以及这里遗忘因子“a”是滤波长度借以改变的手段。在其他实施方案中，可以直接调整滤波长度，或使用除遗忘因子“a”以外的一些参数进行改变。

这样，这一改良的滤波技术克服了当服务小区内的全部ME使用一个滤波器因子，而不考虑不同ME之间的任何速度差异，因此，也没有考虑ME所经历的任何不同信道条件时所导致的问题。

在开始时必须指出的是，无论如何，本发明的教义不局限于只使用ME的速度，因为还可以使用一个或多个指示ME10经历的信号质量的其它参数。例如，除了ME10的速度之外，ME10经历的总信号质量可以被路径损耗、多径扩展、由于发送机和接收机损伤和/或干扰引起的信号失真影响。

因为ME的速度可以容易地判定或计算，并与ME10经历的信号质量的改变很好地相关，所以使用速度在当前是优选的。然而，ME速度的使用不能解释为对本发明实践的以下方面限制，即：获得关心的滤波器参数，由ME用于建立一个滤波长度，在将测量数据通过上行链路报告给无线网络之前滤波一系列测量数据。

首先参考图3，它示出了位于无线网络12的小区内的一个移动设备(ME)10的简化方框图。ME10和无线网络12适合但不限制本发明实施方案的实行。ME10包括一个控制器14，例如一个微处理器和一个数字信号处理器(DSP)的组合，用于控制ME10的全部操作并在发送之前和接收之后处理信号。为了本发明的这个目的，假设控制器14适合编程以获得所需的测量数据，并且按照下面更深一层的详述执行测量数据滤波操作。存储器16在两个方向上与控制器14耦合，并尤其存储过去的测量结果或数据16A，以及在优选的实施方案中，按照本发明的一个方面接收自无线网络12的MS速度参数(ME_SPEED)16B。滤波后的测量数据通过无线收发机18的发送器18A和天线20报告给无线网络12，并且通过无线收发机18的天线20和接收器18B接收ME_SPEED参数。分组数据和其他数据，例如语音数据(假如ME10包含语音能力)和信令数据也通过收发机18传送。

无线网络12包括至少一个带有天线24的基站收发信台(BTS)22。天线24可以定义ME10被假定位于的服务小区的中心，尽管也可以使用定向的BTS天线。在GSM系统内服务小区的半径可以高达例如35公里。与BTS22相耦合的是基站控制器(BSC)26，后者依次耦合到移动交换中心(MSC)28或某些其他到陆地线中继的合适接口，例如公用交换电话网络(PSTN)和/或一个或多个分组数据网络30。分组数据网络30可以包含因特网，并且可以运行TCP/IP协议。还可以提供分组数据网络的其他类型，例如企业内部互联网。

为了实现本发明的目的，假定无线网络12的一些组件，例如BSC26的数据处理器，能够估计ME10的速度，并且使用ME_SPEED参数报告所估计的速度。可以使用任何合适的技术或技术组合来估计ME速度，例如通过判定ME10发送的RF载波信号的多普勒频率偏移，然后将多普勒频率偏移与ME10的速度相关。尽管需要另外的ME处理，有关ME10对自己速度的判定也在本发明的范畴之内。

必须指出的是ME10的速度指示还可以用于除了滤波以外的目的，例如基于网络的小区重选。既然这样，网络就将知道ME10的速度。同样，虽然ME10能够判定自己的速度，并且按照这里的描述使用自己判定的速度指示来处理与滤波有关的信息，优选的方法是由无线网络12判定ME速度，然后通知ME10所判定的ME速度。其优点也在于网络12确切地知道测量是如何处理的。

存储器16也存储描述滤波器16C的数据，这些数据由ME在滤波测量数据时使用。建议使用的普通移动平均滤波器可以表示为：

Y_n＝aC_n+(1-a)Y_n-1，有C₀＝0，或

Y_{n} = a Σ_{i = 1}^{n} {(1 - a)}^{n - 1} C_{i}

有C₀＝0，其中C_n是在ME10上时刻n时的测量数据(即平均(BEP)或cv(BEP))；Y_n指示滤波后的测量数据(实际上是过去测量数据的加权总和)，“a”是遗忘因子。如上所述，对于一个大值的“a”滤波后的测量数据Y_n的报告决定于最新的少数几个测量数据，而对于一个小值的“a”，Y_n则涉及很大数目的过去的测量数据。值得指出的是，滤波器16C的作用为对测量数据的加权平均。还必须指出a∈[0；1]。

按照本发明的一种方法并参考图4，在步骤A中由诸如BSC26等判定一个指示ME10经历的总的信号质量的参数值。如先前所说明的，ME10所经历的总的信号质量可以被诸如路径损耗、多径扩展、ME10的速度，由于发送机和接收机损伤和/或干扰引起的信号失真而影响。在一种优选实施方案中该参数为ME10的速度，虽然如此，速度的使用不限制本发明的实行。在步骤B中优选地使用点到点信令消息，而不是广播类型的信令消息(例如在PBCCH上发送的消息)，将ME速度或ME速度的导数报告给ME10。一种合适的消息类型是分组关联控制信道(PACCH)，它是在分组传送模式下针对特定的ME10提出的。使用ME_SPEED参数将速度报告给ME10。

优选地，为了实现与现有那些可能不使用ME_SPEED参数的ME10的后向兼容性，ME_SPEED参数可以被插入到在PACCH上发送的分组系统信息13(PSI13)的信息单元中，在其中也发送诸如在GPRS中用于测量的不同参数。可以在GSM04.60中找到PSI13当前的结构。当在小区内出现PBCCH时，为了说明，其中定义了信息单元，下面列出了其中两个单元：

<PSI1_REPEAT_PERIOD：比特(4)>

<PBCCH描述：<PBCCH描述结构>>

这些单元后面有<填充比特>跟随。优选的方法是将ME_SPEED参数放在<填充比特>以实现后向兼容性，因为一个不使用ME_SPEED参数的ME10将忽略填充比特(它们可能被设置为全零)，而一个ME_SPEED使能的ME将被编程来分析这些填充比特以定位期望的ME_SPEED参数。当前优选的是使用4比特来表示ME_SPEED参数，以允许16个不同的要传输的值。也可以使用多于或少于4比特，这决定于所期望的ME速度的解决方案和判定ME_SPEED参数的精确性。当前优选，但并不限制的速度区间是0-250公里/小时。因此使用4比特将速度区间划分为16个子区间。通过简单地调度一个欲在PACCH上发送的新消息，无线网络12可以按照要求发送ME_SPEED更新。

图4的步骤C中，一旦接收到一个ME_SPEED参数，ME控制器14就能调整遗忘参数值“a”的值。举例来说，在ME10上基于在广播消息中收到的参数来计算的缺省“a”值，可以通过诸如加权或向前或向后调整缺省“a”值作为ME_SPEED值的函数来改进。一般地，较大的“a”值使得Y_n以较高的速度(一个减少了的滤波长度)决定于最新的几个测量数据，而对于一个较小的“a”值使Y_n则以较低的速度(一个增加了的滤波长度)反映很大数目的过去的测量数据。任选地，“a”的值可以由ME_SPEED的函数计算，并且可以忽略在广播消息上接收到的，过去用于计算“a”的参数缺省值。当接收到一个新的ME_SPEED值(即，与上次接收的ME_SPEED值不同)时，ME10可以使用修正后的遗忘因子“a”来调整先前计算的Y_n值，或者忽略先前计算的值，并使用修正后的遗忘因子“a”重新计算Y_n。然后，ME10使用诸如前面给出的表达式，结合被修改或替代的遗忘因子“a”，来计算滤波后的测量结果。

步骤D中，ME10将计算出的(更精确的)Y_n值报告给无线网络12，用于无线网络执行的分组数据例行程序。

应该指出，该过程是可选的并且是对广播方法的补充，其中用于计算遗忘因子“a”的参数值被发送给服务小区内的全部ME10。也就是说，不需要在无线网络上加要求，它们为不同的ME判定ME_SPEED值并接着将该值发送给其中特定的一个ME。

事实上，可以按照至少两种不同的方法之一使用本发明的教义。首先，接收到的ME_SPEED值可以被ME10用来纠正或改进使用广播的普通参数计算的“a”值。可选地，可以简单地丢弃用于计算“a”值的广播参数，并且使用ME_SPEED的值计算遗忘因子“a”的当前值。

必须指出的是，在本发明语境中描述的信令可以在GPRS系统中实施，也可以按照正好相同的方式在EGPRS系统中应用。

必须再次指出的是，在ME10中还可能存在ME_SPEED参数的其他应用，例如用于功率控制和切换的目的。此外，用于链路质量(LQ)信道测量的基于ME的优化滤波方法通过本发明的教义变得可能，该方法可以在实时的EGPRS系统中用于多种目的，例如用于将某些给定业务质量(QoS)映射到某些调制或编码方案(例如，用于语音、流式视频等)。

虽然上面在特定数目的比特、特定的速度区间、特定的消息格式等的语境中描述，必须认识到这些是本发明的当前优选实施方案的示范，并且不应当理解或解释为对执行本发明的一种限制。通常，本发明的教义考虑到服务小区内ME10的速度，和/或其他一些影响ME信号质量的因素可以用于修正或改进任何基于ME的链路质量判定(不一定是使用平均(BEP)或cv(BEP)中的一个)。

因此，虽然特别示出并且相对其优选实施方案描述了本发明，本领域的技术人员可以理解，在不偏离本发明的范畴和精神的情况下，可以在形式和细节上发生改变。

Claims

1.一种用于在无线网络中操作移动设备(ME)的方法包含步骤：

判定指示ME所经历的信号质量的参数值；

在ME上计算链路质量指示，该计算使用一种滤波操作，它的滤波长度是已判定参数的函数；并且

向无线网络报告所计算的链路质量指示。

2.如权利要求1的方法，其中判定步骤包含步骤：

在无线网络中获得ME速度指示，并且

向ME发送速度指示。

3.如权利要求2的方法，其中发送步骤使用点到点消息。

4.如权利要求2的方法，其中发送步骤将速度指示放在点到点消息的填充比特中。

5.如权利要求2的方法，其中发送步骤使用分组关联控制信道(PACCH)上发送的消息。

6.如权利要求2的方法，其中发送步骤使用分组关联控制信道(PACCH)上发送的分组系统标识13(PSI13)消息内发送的消息。

7.如权利要求2的方法，其中发送步骤使用多个比特，它们被放在分组关联控制信道(PACCH)上发送的分组系统标识13(PSI13)消息内。

8.如权利要求2的方法，其中发送步骤使用多个比特，它们被放在分组关联控制信道(PACCH)上发送的分组系统标识13(PSI13)消息的填充比特内。

9.如权利要求2的方法，其中发送步骤使用多个比特用于指示一个速度区间的多个速度子区间。

10.如权利要求2的方法，其中发送步骤使用4个比特用于指示一个速度区间的16个速度子区间。

11.如权利要求1的方法，其中判定的参数用于修改影响对链路质量测量数据操作的滤波器的长度的遗忘因子。

12.如权利要求1的方法，其中判定的参数用于计算影响对链路质量测量数据操作的滤波器的长度的遗忘因子。

13.如权利要求1的方法，其中判定的参数用于修改来自无线网络的广播消息中收到的遗忘因子，该遗忘因子影响对链路质量测量数据操作的滤波器的长度。

14.如权利要求1的方法，其中判定的参数用于代替来自无线网络的广播消息中收到的遗忘因子，该遗忘因子影响对链路质量测量数据操作的滤波器的长度。

15.如权利要求1的方法，其中计算步骤考虑ME的速度的导数。

16.如权利要求1的方法，其中计算步骤对平均比特差错概率(BEP)或比特差错概率的变异系数(cv)(BEP)之一的多个测量操作。

17.一种无线通信系统包含一个无线网络和位于所述无线网络的一个服务小区内的至少一个移动设备(ME)，还包含在所述无线网络内用于获得在服务小区内所述ME速度指示的一个单元；一个在所述无线网络内用于向ME发送ME速度指示的发送机；一个在所述ME内用于接收所述发送的速度指示的接收机；以及一个在所述ME内用于实现滤波器以便对一系列的链路质量测量数据进行滤波的处理器，所述滤波器具有的长度是一个参数的函数，该参数的值为所述接收的已发送速度指示的函数；和一个在所述ME内用于向所述无线网络的接收机发送所述滤波后的链路质量测量数据的指示的发送机。

18.如权利要求17的无线通信系统，其中链路质量测量数据包含平均比特差错概率(BEP)或比特差错概率的变异系数(cv)(BEP)之一。

19.如权利要求17的无线通信系统，其中在所述无线网络内的发送机利用放入分组关联控制信道(PACCH)上发送的分组系统标识13(PSI13)消息内填充比特中的多个比特发送ME速度指示。

20.一种操作包含一个无线网络和位于所述无线网络的至少一个服务小区内的多个移动设备(ME)的无线通信系统的方法，包含步骤：

在无线网络中判定多个ME中的各个ME所经历的信号质量指示；

利用点到点消息向其中各个ME发送所判定的指示；

在多个ME的一个特定ME接收所发送的指示；

利用接收到的指示来设置对一系列的链路质量测量数据操作的滤波操作中采用的滤波长度；以及

向无线网络发送滤波操作的结果。