CN1470145A - 正交频分多路复用(ofdma)蜂窝网的媒体存取控制 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于控制OFDMA蜂窝网的方法和设备。在一个实施例中，该方法包括接收在空间分布的用户处测量的信道特性和噪声加干扰信息并且分配一个正交频分多路复用(OFDMA)网络的业务信道。

Description

正交频分多路复用(OFDMA)蜂窝网的媒体存取控制
发明领域
本发明涉及蜂窝网领域；更具体地说，本发明涉及将媒体存取控制用于正交频分多路复用(OFDMA)蜂窝网。
发明背景
随着高速无线业务不断增加的需求，需要每一带宽有更大吞吐量，以便以更高的数据速率容纳更多用户，同时又保持可确保的服务质量(QoS)。在点对点通信中，在发送机和接收机之间可达到的数据速率为可用带宽、传播信道环境以及在接收机处的噪声加干扰电平所约束。对于其中基站与多个用户通信的无线网而言，网络性能还要取决于划分频谱资源的方式和信道状态以及全部用户的噪声加干扰电平。在本技术领域的当前状态下，例如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)之类的多路存取协议被用来根据用户的数据速率要求而在用户之中分配可用频谱。诸如信道衰落条件、干扰电平以及QoS要求之类的其它关键限制因素一般受到忽略。
近来，对基于正交频分复用(OFDM)的频分多路复用(OFDMA)无线网的兴趣不断增加。OFDM调制解调器的最大优点之一是在窄带副载波之中最佳地分配功率和速率的能力。从理论观点看，OFDM被知晓为很近似于获取容量的信息论的“water-filling(水填充)”解决方案。Hirosaki的一些早期著作，发表于IEEE Trans.Communications(1981年7月，第29卷，第982～989页)的“An Orthogonally Multiplexed QAMSystem Using the Discrete Fourier Transform(利用离散傅里叶变换的一个正交复用QAM系统)”，基于OFDM的一种FFT实施方案，取得了可与单个载波相关部分相比的复杂性和解码比特计数。OFDM的这个固有潜力在J.Cioffi等人开创的xDSL/ADSL应用的离散多音调系统(DMT)的设计中获得了成就，“A discrete multi-tone transceiver systemfor HDSL applications(HDSL应用的离散多音调收发机系统)”(IEEEJournal on Selected Areas in Communications，1991年8月第9卷no.6，第909～91页)。
OFDMA允许有多路复用能力来服务数目日渐增加的用户。在OFDMA中，一个或一个群集OFDM副载波定义一个“业务信道”，并且不同用户通过使用不同业务信道而同时接入基站。关于更多的资料，请参见Cheng和Verdu的“Gaussian multiaccess channels with ISI：Capacity region and multiuser water filling(利用ISI的高斯多路存取信道：容量区域和多用户水填充)”，IEEE Trans.Info.Theory，1993年5月，第39(3)卷，第773～785页；Tse和Hanly的“Multiaccess fadingchannels-part I：Polymatriod structure，optimal resource allocation andthroughput capacities(多址衰落信道-部分I：Polymatriod结构，最佳资源分配和通过能力)”，IEEE Trans.Info.Theory，1998年11月，第44(7)卷，第2796～2815页；以及Wong等人的“Multiuser OFDM with adaptivesubcarrier，bit and power allocation(具有自适应副载波、比特和功率分配的多用户OFDM)”，IEEE J.Select.Areas Commun.，1999年10月，第17(10)卷，第1747～1758页。这些参考文献指出对于多用户通信存在问题，并且说明了在OFDMA环境中集中式资源分配的整个范围基本上可以增加无线网的容量。
无线业务信道分配的现有方法本质上是用户启动的并且实际上是单个用户(点对点)的。由于多路存取网络的总通过量取决于信道衰落剖面(profile)、噪声加干扰电平，以及在所有当前(active)用户的收发机在空间上分开的情况下的空间信道特性(该空间信道特性由于基本上是次最佳的而为分布的或者是基于用户的信道加载方式)。此外，当把多个收发机使用作为基站时，用户启动的加载算法是有问题的，这是因为基于全向声音信号(sounding signal)测量到的信号与噪声加干扰比率(SINR)没有显示具有空间处理增益的一个特定业务信道的实际质量。换言之，在用户处基于全向声音信号而测量到的一个“坏”业务信道很可能是来自基站的具有适当空间波束成形的一个“好”信道。由于这两个原因，非常希望有新的信息交换机制以及信道分配与加载协议，它们能计入所有接入用户的(空间)信道状态及其QoS需求。这样的“空间信道与QoS识别”分配方案能够显著增加频谱效率并因一个给定带宽中的数据通过量。因此，分布的方式，即，用户启动的分配基本上就是次最佳结果。
发明概述
描述了一种用于控制OFDMA蜂窝网的方法和设备。在一个实施例中，该方法包括接收在空间分布的用户处测量到的信道特性和噪声加干扰信息，并且分配正交频分多路复用(OFDMA)网络的业务信道。
附图说明
从在下面给出的详细说明中以及从本发明各个实施例的附图中将更完全地理解本发明，然而该详细说明仅是用于解释和理解，不应以此将本发明限制于这些具体实施例。
图1是具有一个基站和多个用户的多路存取无线网的一个实施例的框图。
图2示出了对于不同用户在频域中导致不同信道响应的不同传播条件。
图3示出了具有一对用户的联合信道分配的OFDMA频谱的示例性信道分配。
图4是在一个基站和多个用户之间的基本业务信道分配处理的一个实施例的流程图。
图5是一个用户实施例的框图。
图6是一个基站实施例的框图。
图7示出了全向声音信号的射束模式和定向传输及接收的射束模式。
图8示出了在链路启动期间使用的一个示例性帧结构。
图9示出了用以在多小区网络中执行联合业务信道分配的基站。
最佳实施方式
描述了一种用于分配信道的协议。在下列说明中，提出了很多的细节以便提供对本发明的全面理解。可是，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以实践本发明而无需这些具体细节。在其它实例中，公知的结构与设备以框图的形式示出而不是详细地示出，以免使本发明不清楚。
以下详细说明的有些部分展示为算法术语和对计算机存储器内的数据比特所进行的操作的符号表示法。这些算法描述和表示法是为数据处理领域的那些技术人员所使用的手段，用以最有效地向本领域其他技术人员传达他们工作的本质。这里的算法并且通常被构思为导致一个期望结果的自配合的步骤序列。该步骤是需要物理量的物理操作的那些步骤。通常，虽然不是必需的，这些量取能够被储存、传送、合并、比较以及其他操作的电信号或磁信号的形式。主要是为了公用的原因，将这些信号表示为比特、值、码元、符号、字符、项、数字等等有时已经证明是合宜的。
但请记住：所有上述这些术语及类似的术语均与适当的物理量相关，并且只是应用于这些量的合宜标记。除非明确规定，否则正如从下列讨论中显而易见的，应该理解，遍及本说明书各处，利用诸如“处理”或“计算”或“核算”或“确定”或“显示”等等术语所进行的讨论指的是计算机系统或类似的电子计算装置的操作和处理，其对表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据进行操作，并变换成为同样表示计算机系统存储器或寄存器或其他此类信息存储、发送或显示装置内的物理量的其他数据。
本发明也涉及用于执行上述这些操作的装置。该装置可以特别地构造用于所需目的，或者它可以包括由储存在计算机中的一个计算机程序选择性地激活或重新配置的一个通用计算机。这样的一个计算机程序可以被储存在一个计算机可读存储介质中，比如(但是不局限于)任何类型的磁盘，包括软盘、光盘、CD-ROM，以及磁光盘、只读存储器(ROMs)、随机存取存储器(RAMs)、EPROMs、EEPROMs、磁或光卡、或者适合于存储电子指令的任何类型的媒体，并且其每一个都被耦合到一个计算机系统总线上。
在此所展示的算法和表述并非与任何特定的计算机或其他设备固有地相关。根据此处指导，可以通过程序而利用各种一般用途的系统，或可证明为合宜的是构成更专门化的装置以执行所需的方法步骤。根据以下描述，各种各样的这类系统的所需结构将成为显而易见的。另外，本发明未以任何特定的程序设计语言为基准而进行描述。应该理解，各种程序设计语言都可用来实践在此描述的本发明的指导。
一个机器可读介质包括用于以机器(例如计算机))可读的形式来存储或发送信息的任何机构。例如，一个机器可读介质包括只读存储器(“ROM”)；随机存取存储器(“RAM”)；磁盘存储媒体；光存储媒体；闪速存储装置；电的、光的、声学的或其它形式的传播信号(例如，载波、红外线信号、数字信号等等)；等等。概述
描述了一种介质存取控制协议：其集中了宽带信道特性和在空间分布的用户处所测量的噪声加干扰信息，并且分配频分多路复用(OFDMA)网络的业务信道。在一个实施例中，所述分配使用空间多路复用(波束成形)完成。
在一个实施例中，介质存取控制协议控制从多个用户反馈到基站的信道信息，估计上行链路(用户到基站)和下行链路(基站到用户)通信的空间处理增益，并且执行联合业务信道分配。
在一个实施例中，一个无线网中的基站集中宽带信道和在多个用户处测量得到的噪声加干扰信息，估计由基站处的空间上分开的天线所提供的空间时间频率分割增益，确定上行链路和下行链路OFDMA业务信道状态，并且把业务信道联合分配给需要的用户。可以进行该分配来实际上增加网络通过量。
在一个实施例中，待机用户最初收听由小区网络中的一个基站所广播的一个全向声音信号。该声音信号可以包括具有一个数据序列的信号，该数据序列是该基站和用户已知的。每个用户估计一组OFDMA业务信道的信道增益和噪声加干扰电平。在一个实施例中，对于不同的用户，该组OFDMA业务信道也是不同的。当一个或多个用户被呼叫时或者当一个或多个用户使分组发送给基站时，此类用户通过预先分配的接入信道发送所测量的信道和噪声加干扰信息给基站。具有至基站的已分配链路的那些用户不需要重发其信息，除非该基站正在执行重新训练(全球性地重新分配)。接入信道由该基站进行预先分配。
基站解调接入信号，并且为每一接入用户(发送或期望发送信息给该基站的那些用户)估计在所有可用OFDMA业务信道上的宽带空间处理增益。该结果和反馈的信道与噪声加干扰信息一起被用来确定用于接入和/或正在进行的用户的上行链路和下行链路业务信道的最佳设置。
还公开了一种使用OFDMA与一个基站通信的用户单元。在一个实施例中，该用户单元包括一个信道和噪声加干扰估计器、一个接入信号发生器和一个OFDM调制解调器。该信道和噪声加干扰估计器估计在预先确定的业务信道组中的(可能由基站宣布)信道增益以及噪声加干扰电平。此信息是与该预先确定的业务信道组相应的SINRs。该预先确定信道组可以包括所有的信道或者一部分信道。该部分信道可以是偶数信道、奇数信道、每第i个信道(其中，i是3或大于3的一个整数，如此使得该部分信道包括每第三个信道或者每第四个信道，等等)、或者是并非选自有规律的模式(诸如每第i个信道之类)的多个信道。
该接入信号发生器编码信道和噪声加干扰信息，从而形成一个接入信号。该OFDM调制解调器调制接入信号并且通过一个接入信道发送该调制信号。该接入信道由一个接入时隙期间的所有业务信道或者业务信道的一个子集组成。来自用户的接入信号由基站使用，为所有业务信道或者业务信道的子集执行空间信道和空间处理增益估计以及业务信道分配。
还公开了一种使用OFDMA协议与多个用户通信的基站。在一个实施例中，所述基站包括一个或多个空间上分开的收发机、一个接入信号检测器和解调器、一个宽带空间信道和空间增益估计器、一个上行链路和下行链路信号与噪声加干扰计算器、一个多用户业务信道分配器以及一个OFDM调制解调器。该接入信号检测器和解调器检测发送自用户的接入信号并且解调在用户处所测量到的反馈信道增益和噪声加干扰信息。基于所接收到的接入信号，该空间信道和空间增益估计器估计宽带空间信道，即，该基站和每一接入用户之间的所有业务信道或者业务信道的子集的空间特性。宽带空间信道估计，与由接入用户反馈的测量到的信道和噪声加干扰信息一起，由该多用户业务信道分配器用来为每一接入用户确定业务信道分配以及编码和调制组合。
可以基于SINR值选择编码和调制方案。例如，
如果SINR＞＝6dB：具有1/2编码的QPSK，产生1比特/秒/赫兹，
如果SINR＞＝12dB：具有3/4编码的16QAM，产生3比特/秒/赫兹，其中分数是指编码率(＝信息比特数/编码比特数)。因此，1/2编码是指1个信息比特产生2个编码比特，增加100％的冗余度。例如，如果人们想要通过无线链路发送100比特，人们首先对它们进行编码(增加100％的冗余度)并且产生200个编码比特，然后使用QPSK调制该200比特。在接收机方，解码器消除冗余度并且恢复上述100信息比特。3/4编码就是指3个信息比特产生4个编码比特(33％冗余度)。
OFDM调制解调器调制关于业务信道分配以及编码与调制组合的判断，并且把所调制的判断发送给用户。所调制的判断可以包括被分配给用户的那些信道的一个信道标志或多个信道标志，或者上述信道的一个指示(例如，一个信道标志的压缩形式，表示所要使用的或者不被使用的信道的比特模式，等等。)。
对于空间信道和空间增益估计器，公开了一种根据接入信号、结合从用户反馈的信道和噪声加干扰信息而估计上行链路和下行链路空间增益的处理。所述处理通过处理逻辑来完成，该处理逻辑包括硬件(例如专用逻辑)、软件(比如运行于通用计算机或专用机上的)、或者这两者的组合。在一个实施例中，该处理包括处理逻辑，该处理逻辑首先基于所接收的接入信道，通过所有的或者一个预先规定的OFDMA业务信道组为每个接入用户估计宽带空间信道。该结果确定每一OFDMA业务信道的上行链路和下行链路“空间处理”增益。处理逻辑把该空间处理增益增加到来自用户的下行链路信号强度反馈(例如信道和噪声加干扰信息)中，以便通过在每一可用OFDMA业务信道上的空间处理(例如波束成形)来预计对于上行链路和下行链路发送的信号与噪声加干扰比率(SINR)。可用的OFDMA业务信道可能包括所有的业务信道，或者可能包括所有的或者一部分的未使用业务信道。利用所有当前用户和接入用户的SINRs值，处理逻辑确定业务信道分配。在一个实施例中，这样的业务信道分配可能是最佳业务信道分配。
在另一实施例中，信道分配的协议结合了优先级(例如基于用户支付的金额)和QoS需求。在这样一个实施例中，基站首先对于所有当前的(已经链接到该基站但是当前未发送的用户)以及接入的用户估计在所有OFDMA业务信道上的上行链路和下行链路SINRs，同时计入QoS需求因素(例如数据速率(如缓冲区大小)、超时、误码率、等待时间(用户已经等待多久))，以便确定最佳业务信道分配。这些信息可以以加权的形式被合并。例如，在一个实施例中，增益可以与加权的缓冲区大小和超时请求相结合。
在另一实施例中，公开了涉及多基站的用于信道分配的协议。在这样一个实施例中，在多小区环境中，每个小区内的基站首先为所有当前的和接入的用户估计在所有OFDMA业务信道上的上行链路和下行链路SINRs。每个基站还可以缓存QoS需求(例如，数据速率、暂停、误码率、等待时间)。在附近小区中的基站在为多个用户联合地执行业务信道分配之前交换这些信息。
因此，通过在一个统一的网络平台上支持集成的多媒体类型业务，则本发明可用来回应下一代无线网的一个主要挑战。同时，对应于正在增长的最终用户期望值而给定的有关带宽、功率和成本的严格限制，在此所描述的对于空中接口(包括多个接入/调制解调器问题)的设计最优化方法利用了时间空间频率资源，并且还提供了一种对于移动性支持(其为一个关键的规则)的合理的低成本/低功率解决方案。具有多用户上载的OFDMA
正交频分多路复用(OFDM)是通过多个并行业务信道发送高速数据的一种调制形式。在通信信道是频率选择的宽带应用中，OFDM已知为近似于信息论的“水填充”的解决方案，其通过给每个副载波合适的每比特功率分配而获取容量(capacity-achieving)。
对于具有多个用户的无线系统，许多现有的方案将OFDM与静态的时分多址(TDMA)结合，并且通过让用户在分开的时隙(组)中与基站通信来处理多路存取。在每个时隙内，具有水填充的OFDM可以被使用来将容量最大化。虽然OFDM/TDMA方案提供了在固定调制的传统TDMA方案之上的容量增加，但是在这里信道适配受限于单用户加载。注意：在点对点OFDM中，经受深度衰落的窄带业务信道(副载波)被浪费，因为它们传送任何信息比特都不是功率有效的。可是在多路存取环境中，副载波的这个部分不大可能对于所有用户都处于深度衰落中。图1说明宽带信道衰落模式，该宽带信道衰落模式随一个用户至另一个用户而有极大的差异。从理论观点看，允许来自多个用户的同步数据通过不同业务信道传输的正交频分多路复用(OFDMA)能够提供超过OFDM/TDMA的实质上更大的容量增加。然而为了取得这样的增益，基站和用户之间的协作最重要。集中化信道分配的协议
在一个实施例中，每个用户的宽带信道特性——以及在所有OFDMA业务信道上所经受的噪声加干扰——为基站所知而用于联合上行链路和下行链路业务信道分配。其次，如果要在基站利用由基站天线阵列提供的空间相异性，如同在几乎全部无线网中所做的那样，则需要额外的信息交换，以便估计与每个用户相关的下行链路信道特性。这是因为在一个无线链路建立之前，只有从基站全方向发送的声音信号能够被待机用户检测到。基于该声音信号在用户处估计出的信道特性或者信号强度未反映在空间处理被应用之后实际的下行链路信道状态。第三，每个用户蒙受在一个多小区设置中来自附近小区的干扰。为了对不断变化的业务增加(且可能要最大化)频谱效率，在业务信道分配中要考虑到基站和用户之间的协作。
图2说明了不同信道的信道增益基于被检查的副载波而变化。例如，尽管信道1和2在某些子信道上具有优良的增益，但是它们同时在其他子信道上具有差的增益。本发明关于多用户的信道分配做出灵活的判断，使得基于对于每个特定的用户哪些信道具有理想的特性(例如较高的增益、较低的干扰等等)，而将多个信道联合地分配给多个用户。图3说明了两个用户(用户1和用户2)的多个副载波(信道)的性能，以及基于(至少部分地基于)信道状态对于那些用户的最终分配。
图4说明了一个MAC协议的实施例。参见图4，待机用户，例如第i个用户，收听从基站广播的一个全方向的声音信号。在一个实施例中，声音信号401定期地发送，并且通过所有的或者大多数的OFDMA业务信道而发送。基于已知的声音信号模式，用户估计在每一OFDMA业务信道上的信道增益。用户还以一种类似方式，使用诸如最大似然信道和噪声参数估计算法、基于FFT的信道增益以及噪声加干扰功率估计器以及判断直接信道估计算法之类的信号处理技术来估计噪声加干扰信息。
直到用户有分组要发送或者是它被基站寻呼之前，用户都基于收到的新声音信号而持续更新它的信道和噪音加干扰估计。一旦被寻呼或者当它有分组要发送时，用户就把与所有的或一部分的OFDMA业务信道相应的所估计的信道和噪声加干扰信息编码到一个接入信号中。在编码之前，用户已知要为之编码信息的OFDMA信道。该接入信号在一个专用接入时隙内通过一个或多个接入信道被发送给基站，比如利用信号402。每个接入信道可以包括在频谱上的所有的OFDMA业务信道或者OFDMA业务信道的一个子集。
在此处理期间，另外一个待机用户，例如第j个用户，执行相同的操作，并且可以通过相同的或不同的接入信道发送另一接入信号(比如信号403)给基站。在某些情况中，多个接入信号可能在一个特定接入信道上碰撞。基站可以使用本领域熟知的多用户检测技术解决两个接入信号。
一旦接入信号(组)被接收，则基站估计上行链路和下行链路SINRs(其对应于被分配用于接入用户的OFDMA业务信道)。如果在该基站使用天线阵列，则接入信号还要被用于估计上行链路和下行链路宽带空间增益，其决定OFDMA业务信道的上行链路和下行链路SINRs。
倘若在基站使用空间上分开的天线，该基站然后基于用户的信道和噪声加干扰特性以及宽带空间增益来执行联合业务信道分配。诸如用户的数据速率、超时限制、等待时间、缓冲区状态、服务类型(语音、视频、电子邮件、多媒体)以及其他QoS需求之类的其他因素可以与信道以及噪声加干扰特性结合考虑，以便执行联合业务信道分配。而使用信号404(举例来说)将所做决定在一个预先确定的时刻送回给接入和/或进行的用户(组)以便起始或者更新无线链路。确定何时更新该信息并且重复该分配过程取决于用户的移动性。对于经常移动的用户，再分配会更经常地发生。
图5是一个用户的实施例框图。参见图5，用户500包括一个接收天线(阵列)和RF接收机501，用于所接收到的基带信号的存储器502，一个OFDM解调器503，一个信道和噪声加干扰估计器504，一个用户信息寄存器506，一个编码器505，一个串行并行转换器507，一个OFDM调制器508，RF发送机(组)和传输天线(组)509。
在接收天线(组)501A处收到的声音信号由RF接收机(组)501B下变换到基带。经下变换的声音信号被储存在存储器502中用于处理。
OFDM解调器503解调嵌入在声音信号中的数据信息。被解调的信息以及被储存的原始的声音信号一起被转送给信道和噪声加干扰估计器504，用于信道和噪声加干扰估计。估计器504把经过估计的信息格式化成为(举例来说)信号与噪声加干扰比率，并且和来自用户信息寄存器506的用户信息(例如用户ID信息；请求的数据速率等等)一起，把该信息转发给编码器505。
编码器505编码该信息并且将它传递给一个串行并行变换器507，该串行并行变换器把数据从串行转换为并行。并行数据然后被发送给调制该数据的OFDM调制器508。OFDM调制器508的输出形成一个经过编码的接入信号，该信号然后被RF发送机(组)509A上变换并且通过发送天线(阵列)509B向外发送。
图6是一个基站的实施例框图。参见图6，基站600包括：一个接收天线(阵列)601，用于上行链路接入信号的存储器602，一个OFDM解调器603，一个宽带信道和噪声加干扰估计器604，用于所估计的信道和噪声加干扰特性的一个业务信道寄存器和存储器606，一个联合业务信道分配器605A，一个反馈信号产生器605B，一个下行链路数据流接口608，一个OFDM调制器607，一个RF发送机(阵列)609B和一个发送天线(阵列)609A。
来自用户的上行链路信号，包括接入信号，被接收天线(阵列)609A所接收并被RF接收机(组)609B下变换至基带。在专用接入时隙期间接收的接入信号被储存在存储器602中。行接入信号(row accessingsignal)被馈送给宽带信道和噪声加干扰估计器604，它和OFDM解调器603一起估计宽带信道和噪声加干扰特性并且把编码在该接入信号中的反馈信息加以解码。在一个实施例中，该反馈信息包含(但是不局限于)在全方向传输下的下行链路信道和噪声加干扰特性以及接入用户的数据速率请求和其他QoS要求。这些信息，以及对于进行的用户被储存在业务信道寄存器和宽带信道信息存储606中的那些信息，被转送给联合业务信道分配器605A用于信道分配。该结果被反馈信号产生器605B编码进反馈消息信号中。使用OFDM调制器607将该反馈信号(其用于接入用户以及一部分或者所有进行的用户)与下行链路数据流(其来自下行链路数据流接口608而对应于指定给其他用户的数据)混合及调制。所述混合可以发生在OFDM调制器607使用混合之前。经过调制的OFDM信号被RF发送机(组)609B上变换并且通过天线(阵列)609A发送。
在一个实施例中，一个声音信号产生器630还被包含在图6的基站中。上行链路和下行链路宽带空间信道估计
使用多个天线的空间处理(例如波束成形)属于用以对抗无线通信中的干扰的最有效率的方式之列。当适当地与联合业务加载相结合时，上行链路和下行链路波束成形可以显著地增加一个OFDMA网络的容量。可是，为了取得这样的增益，必不可少的是：基站在执行空间选择的波束成形之前知道“宽带”上行链路和下行链路的空间信道特性。
在为一个用户建立一个链路之前，该用户的位置或空间信道对基站来说是未知的，声音信号可以从基站全方向地被广播。一旦用户位置已经被确定，那么基站就可以利用波束成形来与用户通信。在图7中说明在一个全方向射束模式和一个空间选择的射束模式之间的区别。参见图7，所示的全方向声音信号射束模式701正在从基站天线阵列710中被广播。一旦目标用户712与该基站通信，则该基站使用以本领域熟知的一种方式所创建的空间选择的波束成形射束模式702，可以确定信道特性以及其后与用户712的通信(使用波束成形)。为此缘故，如果执行下行链路波束成形，则基于声音信号而在用户处所确定的OFDMA业务信道状态并不反映实际的业务信道状态。换言之，全方向声音信号的一个“坏的”下行链路业务信道则很可能是对于下行链路波束成形的实际数据业务的一个“好的”信道。
在一个实施例中，一个基站确定在空间波束成形之下的下行链路业务信道状态。这样一个基站可以执行下列操作。首先，一个待机用户收听该全方向的声音信号，并且为每一OFDMA业务信道确定信号与噪声加干扰比率：
SINR_i，i＝1，...，K，其中，SINR_i是在第i个业务信道上的信号与噪声加干扰比率，而K是基站允许的业务信道总数。
一旦被寻呼或者是待机用户有分组要发送时，则该用户通过接入信道之一把测量到的SINR信息发送回基站。在该基站处的一个宽带空间信道估计器估计上行链路空间信道：
(a_1i，a_2i，...，a_Mi)，i＝1，...，K，其中，a_mi是来自第m个天线的第i个业务信道的天线响应，M是天线单元的总数。
基于所估计的空间信道，基站预计在全方向传输上的“附加的”波束成形空间增益例如为：
G_i＝10log10(|a_1i|^2+|a_2i|^2+…+|a_Mi|^2)/|a_1i+a_2i+…+a_Mi[^2[dB]，
i＝1，...，K。
可用许多其他方法来估计在全方向传输上的空间处理增益。一旦G_i被计算出，则利用下行链路波束成形在业务信道i上的预期SINR_i能够被确定为SINR_inew＝SINR_i+G_i，i＝1，...，K。
上面的信息被基站的业务信道分配器使用来确定信道分配。
图8说明了一个时分双工网络的帧结构，其中在业务信道分配之前执行上述操作。参见图8，最初，从基站(801)发送全方向声音信号。使用下行链路波束成形(802)，下行链路数据流以一种空间选择的方式被传送给进行的用户。因此，一部分下游业务(例如5％、10％等等)被专用于信息转送，以便利新用户的信道分配处理。接入用户收听声音信号并且在随机接入时间周期(803)期间通过一个专用接入信道把所有可用业务信道的测量到的SINR_i发送回。基站基于接入信号和反馈SINR信息(例如，具有下行链路波束成形的接入用户的SINR)来估计。在速率协商和最初握手之后，接入用户被分配业务信道，通过该业务信道，利用上行链路和下行链路波束成形发送数据流。信息(804)的上行链路转送表示上行链路时间窗口的剩余部分。多个基站的协议
联合业务信道分配的一个应用是多小区OFDMA网络。在此类设置中，网络容量可以显著地受益于动态加载/自适应调制，该动态加载/自适应调制在任何给定情形中增加通过量(并可能使之最大化)。本质上，在一个动态网络中多个小区可以共享整个频谱资源并且提供“按需要”的业务信道分配。
为了实现联合多小区业务信道分配，每个小区内的基站使用上述的协议和方案来执行上行链路和下行链路业务信道估计。另外，如图9中说明的，附近的基站通过基站控制器或者基站之间的专用链路来交换这些信息。在执行业务信道分配中，可以计入邻近小区所有接入用户的业务信道状态、分配表以及QoS需求。例如，如果两个基站知道在不同小区中的两个用户彼此接近而能够分配信道1～10中的任何信道(存在对于这些用户具有高增益的信道)，那么一个基站可以分配信道1～5给它的用户而另外一个基站可以分配信道6～10给它的用户。
然而在已经阅读了先前的说明之后，本发明的许多选择和修改对本领域普通技术人员来说无疑变得很明显，应该理解通过实例所显示的和描述的任何特定实施例绝非意在被认为是限制。因此，参考各个实施例的细节并非意在限制权利要求的范围——在该权利要求自身中，仅述及被认为对本发明是本质性的那些特征。

Claims (36)

1.一种蜂窝网络，包括：
多个用户，其使用正交频分多路复用(OFDMA)与基站通信；
至少一个基站，其具有逻辑来协调该至少一个基站和该多个用户之间的多路存取和信息交换；该逻辑基于从该多个用户中所收集的反馈信道信息而从多个候选的OFDMA业务信道中选择一组OFDMA业务信道。
2.如权利要求1所述的网络，其中，该逻辑基于在该基站处的空间上分开的各接收机的响应来计算上行链路和下行链路的空间增益。
3.如权利要求1所述的网络，其中，该反馈信息包括该多个候选的OFDMA业务信道中的每一个的信道衰落信息以及噪声和干扰电平。
4.如权利要求1所述的网络，其中，该多个用户响应来自该至少一个基站的声音信号而发送反馈信息。
5.如权利要求1所述的网络，其中，该至少一个基站基于每个接入用户的选定业务信道的SINR而选择调制和编码方案的组合。
6.如权利要求1所述的网络，其中，该逻辑包括媒体存取控制(MAC)逻辑。
7.一种方法，包括：
发送声音信号给多个用户；
接收多个OFDMA业务信道的信道状态信息；和
基于上行链路和下行链路信号的该信道状态信息和估计的空间增益，执行OFDMA多用户业务信道分配，以便把来自该多个OFDMA业务信道的业务信道分配给该多个用户。
8.如权利要求7所述的方法，其中，该信道状态信息包括关于该多个OFDMA业务信道的估计的信道增益和信道干扰的信息。
9.如权利要求7所述的方法，其中，执行业务信道分配是以处于一基站的一个或多个天线和处于用户位置的一个或多个天线之间的信道状态为基础的。
10.如权利要求7所述的方法，进一步包括估计上行链路和下行链路信号的空间增益。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括估计上行链路和下行链路信号的信号与噪声加干扰比率(SINRs)，而且其中执行信道分配是以该上行链路和下行链路信号的信号与噪声加干扰比率为基础的。
12.如权利要求11所述的方法，其中，估计上行链路和下行链路信号的信号与噪声加干扰比率在所有当前的和接入的用户的所有OFDMA业务信道上被执行。
13.如权利要求11所述的方法，其中，执行信道分配是以服务质量(QoS)要求为基础的。
14.如权利要求13所述的方法，其中，QoS要求包括下列的一个或多个：数据速率、暂停、误码率以及写入时间。
15.如权利要求13所述的方法，其中，执行信道分配是以优先级为基础的。
16.如权利要求7所述的方法，进一步包括当执行信道分配时确定编码和调制方案的一个组合。
17.如权利要求7所述的方法，其中，执行业务信道分配包括多个基站协调来执行该业务信道分配。
18.如权利要求17所述的方法，其中，该多个基站中的每一个是在一个小区内，并且估计在接入的用户的所有OFDMA业务信道上的上行链路和下行链路信号的信号与噪声加干扰比率。
19.如权利要求18所述的方法，当该多个基站执行时估计当前的和接入的用户。
20.如权利要求7所述的方法，其中，该声音信号是全方向的。
21.如权利要求7所述的方法，其中估计上行链路和下行链路信号的空间增益包括：
估计在每个接入的用户的多个OFDMA业务信道上的宽带空间信道；
确定在该多个OFDMA业务信道中的每一个上的上行链路和下行链路信号的空间处理增益；
通过把该空间处理增益增加到来自一个或多个用户的下行链路信号强度反馈中，预计在每个可用OFDMA业务信道上的具有空间处理的上行链路和下行链路信号的信号与噪声加干扰比率(SINR)。
22.一种方法，包括：
接收在空间上分布的用户处测量到的信道特性和噪声加干扰信息；和
对于一个正交频分多路复用(OFDMA)网络分配业务信道。
23.如权利要求22所述的方法，其中，对于使用空间多路复用的OFDMA网络执行分配业务信道。
24.一种方法，包括：
多个用户中的每一个响应一个声音信号而估计一组OFDMA业务信道的信道增益和噪声加干扰电平；
该多个用户向一个基站发送测量到的信道和噪声加干扰信息；
该多个用户中的至少一个使用一个或多个分配的OFDMA业务信道来发送分组。
25.如权利要求24所述的方法，其中，该多个用户在预先分配的信道上发送该测量到的信道和噪声加干扰信息。
26.如权利要求24所述的方法，其中，当受到寻呼时或者当该多个用户中的一个或多个有分组要发送给该基站时，该多个用户发送该测量到的信道和噪声加干扰信息。
27.一种设备，包括：
一个信道和噪声加干扰估计器；
被耦合到该估计器上的一个接入信号发生器；
被耦合到该产生器上的一个OFDM调制解调器。
28.如权利要求27所述的设备，其中，该估计器估计在一个预先确定的业务信道组中的信道增益和噪声加干扰电平。
29.如权利要求28所述的设备，其中，该产生器编码信道和噪声加干扰信息以形成一个接入信号。
30.如权利要求29所述的设备，其中，该OFDM调制解调器调制该接入信号并且通过一个接入信道发送该接入信号的经过调制的形式。
31.如权利要求30所述的设备，其中，该接入信道包括在接入时隙期间所有业务信道的至少一个子集。
32.一种设备，包括：
至少一个空间上分开的收发机；
一个接入信号检测器和解调器，其被耦合到该至少一个空间上分开的收发机；
一个空间信道和空间增益估计器；
一个上行链路和下行链路信号噪声加干扰估计器；
一个多用户业务信道分配器，其被耦合到该计算器和估计器；和
一个OFDM调制解调器，其被耦合到该分配器。
33.如权利要求32所述的设备，其中，该分配器为每个接入的用户确定业务信道分配和一个编码和调制组合，而且该OFDM调制解调器调制该业务信道分配并把该业务信道分配的一个经过调制的形式发送给至少一个用户。
34.如权利要求33所述的设备，其中，该分配器基于来自该估计器的宽带空间信道估计和来自用户的测量到的信道和噪声加干扰信息反馈来确定业务信道分配。
35.如权利要求34所述的设备，其中，该宽带空间信道估计包括一个基站和每个接入的用户之间的宽带空间信道。
36.如权利要求34所述的设备，其中，该接入信号检测器和解调器检测由用户发送的接入信号，并且解调从用户反馈的测量到的信道和噪声加干扰信息。
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