CN1541493A - 用于在采用智能天线技术的码分多址系统中管理正交码的方法和装置 - Google Patents

用于在采用智能天线技术的码分多址系统中管理正交码的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种允许在码分多址电信网的同一小区内重用正交码的方法和装置包括基站收发信机系统,此基站收发信机系统包括允许基站收发信机系统以使具有相同正交码和相应通信信道的两个移动台之间的冲突概率降低的方式来重用正交码的逻辑电路。本发明的方法具体包括对用户特性进行分析,用户特性包括诸如用户的物理移动、位置、移动台通信类型和角位置的各种因素。

Description

用于在采用智能天线技术的码分多址系统中 管理正交码的方法和装置
发明领域
本发明总体上涉及通信系统,具体地说,涉及码分多址通信系统中正交码的分配。
相关技术
联邦通信委员会(FCC)管理射频(RF)频谱的使用,决定哪个行业使用哪些频率。因为RF频谱是有限的,故只有很小一部分频谱可以分配给各个行业。因此,所分配的频谱必须有效地加以利用,以便允许尽可能多的移动台利用该频谱。
多址调制技术是利用RF频谱的最有效的技术。这种调制技术的实例包括时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)。CDMA调制将扩频技术用于信息传输。扩频系统采用将传输信号分布到宽频带上的调制技术。该频带通常比传输信号所需的最小带宽宽得多。扩频技术是通过用唯一的宽带扩频码调制待传输的各基带数据信号而得以实现的。采用这种技术,可以将带宽只有几千赫兹的信号分布到兆赫兹以上的带宽上。
频率分集的一种形式是将传输信号分布到宽频范围上。因为通常仅信号的200-300千赫兹分量才受频率选择性衰落影响,所以传输信号的其余频谱不受影响。因此,接收扩频信号的接收机受衰落条件的影响较小。此外,这种系统在干扰可能占据窄带的情况下具有很好的性能。
在CDMA类型的无线电电话系统中,多个信号在相同带宽上同时发送。然后,特定接收机通过信号中的唯一扩频码来确定它是哪一个信号的收信方。该频带中不具有针对该特定接收机的特定扩频码的信号在该接收机看起来是噪声,要由系统的处理增益加以消除。
因为码分多址网络采用在相同频带中进行所有传输的系统,故众所周知,重要的是以保证按一定精度或服务标准等级传送通信信号的尽可能低的功率来进行发射。基站以最小功率电平向移动台发射以及移动台在反向链路上以最小功率向基站发射之所以重要的原因在于,每个发射增加了所有其它接收机的噪声电平。此外,如果使前向链路上每移动台的功率最小,则有更多的功率可供其它移动台使用,从而增加了系统容量。同样在反向链路上,如果使用较少功率,则除了以上所述的干扰优势以外,移动台还可以延长其电池寿命和/或传输范围。
在CDMA系统中,网络由多个小区构成。每个小区还可以包含多个扇区,这取决于部署方案。通过使用伪随机码来使各扇区与其它任何扇区区分开来。在CDMA的IS2000/IS95版本中,这些伪随机码被称之为PN序列。在CDMA的UMTS版本中,各扇区使用Gold(戈尔德)码段来取得相同的效果。因此,试图对来自特定扇区的信号进行解相关的用户必须使用适当的序列。在各扇区内,多个移动台可能有效地与系统进行通信。通过使用正交码将相同扇区内的移动台彼此区分开来。因此,扇区内的特定用户可以从该扇区传送的许多信号中唯一地提取它的信号。在IS2000/IS95中,这些正交码称之为沃尔什(WALSH)码。在UMTS中,用所谓的OVSF即正交可变扩频因子技术来产生这些码,但本质上就是沃尔什码。例如,IS2000 RC3码分多址网中,可在9600比特/秒的速率下选择使用多达64个沃尔什码,以供在该速率下工作的用户创建通信信道。然而,在IS2000 RC4 CDMA网络中,多达128个沃尔什码可为9600比特/秒用户所用。按照系统设计,这些沃尔什码形成可用于小区内或扇区内的整个码池。
但是,这些正交码还必须用于开销信道。此外,软切换还减少了可用的正交码数量,因为必须为正在切换的移动台分配多个码。因此,即使以上实例中每个扇区或小区有64或128个沃尔什码可用,但将沃尔什码用于开销和软切换情况,有效地将可以分配给移动台的沃尔什码的数量限制为30或60个沃尔什码,具体取决于系统是RC3系统还是RC4系统。
换言之,数量有限的正交码限制了可以支持的同时有效的业务信道的最大数量。过去,很少数量的正交码尚未成为网络容量的限制因素。确切的说,上述功率控制问题一直是限制网络接入的主导因素。但是,目前智能天线已经可用于码分多址通信系统中。
由于智能天线固有的干扰抑制特性,智能天线极大地提高了功率阻塞限制(power-blocking limit)。功率阻塞限制是系统设计者所设定的用于阻塞呼入,以确保不过激励基站功率放大器以及不超过不稳定的系统工作点门限的限制。随着允许更多的用户接入系统,必须在每个用户的前向链路或下行链路上分配功率。基站功率放大器只可以处理一定的输出功率,否则会被损坏。此外,如果对输出功率没有限制且假设基站功率放大器没有烧坏,则各用户开始迅速要求越来越多的功率来满足呼叫质量要求的点会来到。一旦到达这一点,则各用户可能各自需要大量功率来维持其呼叫质量。如果满足这些用户的功率要求,就会带来大量干扰,从而进一步导致更多的功率增加要求。出现这些不稳定情况的点有时被称为渐进容量(asymptotic capacity)。这样,因为智能天线技术大大减少了移动台的每扇区功率要求,看来就可以在扇区或小区中支持更多的移动台。功率阻塞所致的作为用户数的函数的门限得到显著提高。
因为功率阻塞门限已提高,以上讨论的正交码限制就成为限制性因素。因为正交码阻塞而非功率阻塞将成为采用智能天线的未来系统中的电信网容量的门限限制,故如果可以提高网络容量,则业务提供者可以获得额外的收入。但是,因为系统中的正交码数量有限(例如,在RC3系统中只有64个正交沃尔什码可用,而在RC4系统中只有128个沃尔什码可用),所以不能容易地创建额外的码。应注意,可以通过降低扇区内各用户的数据率来增加正交码的数量,但对下一代业务而言这不是可行的选择。此外,基本业务如语音业务需要一定的工作数据率以确保高质量呼叫。而且,IS2000和UMTS标准中明确规定了最低工作速率。
本专业的技术人员周知,现有的正交码数量正是受其正交性的限制。正在考虑其它方法来提高所定义的服务区内可服务的移动台的数量。一种方法就是定义一组准正交码。准正交码可以通过创建具有某些属性的码组系列来增加可用码的数量。所用的来自相同码系列的码彼此将完全正交,但所用的来自不同码系列的码将在某种程度上正交,因此,为彼此造成一定程度上减小的干扰。结果,使用准正交码只在无线终端没有移动或位置变化的固定无线接入系统中提供增益。此外,只有数量有限的准正交码可用。这是因为使用来自同一系列的常规正交码的大量用户将对使用另一系列的准正交码的少数用户造成很大的干扰,并将使他们以很高的功率发射。这可能会造成某些用户的话音质量很差,对离小区边缘较近的、可能已经工作在其功率上限附近的用户尤其如此,这最终将降低上述的功率阻塞限制。而且,每组准正交函数为取得最佳性能需要有它们自己的导频信道,从而要使用额外的开销功率。出于这些和其它原因,使用准正交码存在问题,并且降低了网络可靠性。最后,应该提及,UMTS标准未考虑使用准正交函数。目前,只有IS2000标准允许使用准正交码。
因此,所需要的是一种提高码分多址网容量的方法,更具体地说,所需要的是一种在移动终端可用的正交码数量有限的条件下仍然可增加通信信道数量的方法。
发明概述
提出了一种以使在同一扇区内其通信信道中使用相同正交码的两个移动台之间的干扰或“冲突”的可能性最小化的方式,按扇区重用正交码以创建额外的通信信道,从而提高网络容量的方法和装置。应理解,不同扇区内的用户正在使用同一系列的正交码。但是,各扇区利用不同的PN序列这一事实导致扇区之间的干扰。所以,试图协调扇区之间正交码的使用是没有意义的,会对码造成更严重的限制。在本发明的实施例中,使用智能(波束成形)天线来将前向链路的发射能量集中在用户方向上。因此,通过监测发射能量的到达的方向或角度,并研究这种发射的旁瓣特性,就可以将正交码分配给其中主聚焦发射波束以及发射波束的旁瓣不会干扰重用相同正交码的其它移动台或对这些移动台的发射波束的干扰电平为最小的移动台。因为本系统利于多个移动台使用正交码,故提高了网络容量。
其中多个移动台使用正交码的系统的一个重要目的是以避免冲突可能或使之最小的方式分配正交码。当一个移动台接收到发往使用相同正交码/通信信道和扩频序列的另一移动台(即在同一扇区内重用相同正交码的用户)的通信信号时,就会出现冲突。因此,本发明的一个方面就是要确定如何正确地选择多个移动台正在使用的码,以便在特定扇区内重用。
本发明包括划分成多个扇区的小区,其中每个扇区具有小区的许多操作特性。因此,从一个扇区迁移到另一扇区的移动台甚至会经历软切换。在此方案中,将每个具有一组正交码的扇区划分成若干区域。因此,通常不会将正交码重新分配给位于其中主发射能量已聚焦的任何区域中的另一移动台或位于包含来自旁瓣的相当多的发射能量的任何区域中的移动台。但是,在本发明的一个实施例中,对于工作在多载波CDMA网络中的不同频率上的用户,可以考虑从相同小区(全向小区)或多扇区小区的小区扇区内的用户选择正交码。此外,对本说明书中所述的各种判据加以分析,以便确定剩下的区域中哪一个最适合于选择用于分配给另一用户的正交码。
因此,通过评估例如重用相同正交码的区域之间的可能干扰、正在接受评估以便使其正交码得以重用的移动台(施主)和接受所分配的重用正交码的移动台(接受方)之间的角距、各区域中在用的正交码、施主的各种移动参数如速度、方向和位置、包括误帧率和功率的其它因素等判据,本系统就可选择最适于分配给接受方移动台的正交码。
针对扇区内的各用户维护如下信息(假定获取这类信息所需的各种算法/功能已实现)并将其用于生成权重,这些信息包括:离扇区位置中心的距离、移动台速度、移动台方向、呼叫数据率、呼叫类型、呼叫持续时间和预期的呼叫持续时间、与其预期工作误帧率相比的当前用户误帧率、与其功率上限相比的当前用户所用功率、切换状态、用户到达角、有关分配给用户的沃尔什码是否被相同扇区内的另一(和多少)区域所使用的判定结果以及有关用户是否正在使用窄波束和这种窄波束的特性(因为不同用户可能正在使用不同的波束)。可以将这种信息保存在基站控制器处或各基站上。在某些情况下,由于网络中各种连接节点之间接口的开放性质,将这种信息保存在基站上可能较好。一旦系统已确定需要重用正交码以满足吞吐容量需求,系统就会确定,相对于接受方的位置,可向哪些区域借用正交码以供特定用户使用,并从尚未排除在考虑之外的区域生成相同扇区内的其它终端所用的候选正交码列表或对此列表进行评估。如果特定网络或扇区正在使用多个载波,则待评估的码可能来自相同频带内的用户或另一频带内的用户。在所述的本发明的实施例中,作为确定要分配给其它移动台的最佳码的步骤的一部分,要对特定施主的各种因素加以评估和定级排序,这包括确定正交码是否正由固定无线接入“非移动”移动台使用、以及如果移动台是非静止的无线移动台,则确定其速度。此外,正如本申请将要更详细地加以说明的那样,所述因素还包括:移动台的行进方向、据以得知或计算与小区位置中心的距离、角度或到达角的移动台位置、移动台是数据用户还是语音用户、移动台是否正在发送数据、数据率和数据特性(例如与流式视频(连续)相反的突发数据)、呼叫持续时间和基于呼叫类型的预期呼叫持续时间、移动台的误帧率及其与预期误帧率目标的关系、目前向移动台发射的前向链路功率及其与该特定用户所获准的预定功率上限的关系、与需要正交码的移动台区域中移动台的位置相关的当前区域(要从其选择正交码的区域)中移动台的干扰、时间与速度之间的相关、特定移动台最近经历的软切换或硬切换所致的滞后对该移动台是否有影响、候选正交码目前有多少次重用以及其它因素。
另一因素的例子可能是呼叫持续时间与用户移动或速率扇区之间的映射关系。例如,在许多情况中,预期正在移动的移动台比因安全和合法性等原因而静止的那些移动台具有持续时间更短的会话。
在CDMA网络中用于分配正交码的方法包括如下步骤:判断是否需要重用所定义的小区/扇区区域内的码。这种判断步骤还包括确定因相同扇区内重用码和使用相同码的另一移动台之间的冲突显著而需要对码进行重用的步骤。一旦对码进行重用,冲突检测就成为算法的一个重要方面。如果允许冲突发生,则重用沃尔什码的两个用户的呼叫质量将会劣化。一检测到冲突,系统就可以通过硬切换呼叫之一导向另一沃尔什码,所述硬切换是切换到相同频率和扇区,但使用不同的业务信道沃尔什码。此外,如果这种系统中使用了多个载波,且如果其它频带中有可用的正交码,则硬切换可以是切换到不同频带。如果此刻有可用的沃尔什码,则可以为预期在系统中停留时间较长的呼叫分配新的码。如果必须重用另一码,则用以上步骤1和2为两个用户确定所用码,具有较大权重的可重用码的用户会经历硬切换。
在包含多载波的系统中,使用某种多载波业务分配算法,有可能将用户分配到一定频带上。一旦耗尽了扇区内所有可用频带的沃尔什码,则可启用正交码重用算法以确定合适的重用候选码。当用户在不同频带内终止其呼叫时,则正交码可再次释放,因此对任何多载波业务分配算法加以修改以包括这种正交码重用算法是很重要的。所以,正交码重用算法应该包括相同扇区内所有可用频带中用户的各种触发器。
冲突检测可使用本说明书中所述特性的一个子集。其中最重要的是观察测得的呼叫误帧率何时超出目标误帧率给定门限一段给定时间。如果因用户正沿相同方向或以不同速度移动,或者更接近扇区位置中心而导致他们之间的距离变短,就可以定义适当的门限来触发硬切换。最后,如果用户移动到不是区域互补对和实际上具有很差干扰特性的区域中时,就可以触发适当的门限。
作为硬切换的一种备选方案,如果有可用的自由度,则可以对两个用户的智能天线分别加以调整,以便将零波束设置在彼此的角位置上。但是,这因用户可能正在移动且正与扇区内的其它用户交互而难以管理。
因此,所评估的数据点类型包括分析误帧率是否正在增加,以及如果正在增加,就观测增加速率或是否已达到规定门限,评估前向链路业务发射功率的变化速率,观测速度变化如速度的显著提高,观测表明使用相同码的两个移动台可能到达干扰扇区区域的方向的变化,观测到不相容区域发生的切换、观测移动台朝小区中心的移动或观测信号质量是否低于规定门限。
可以看出,本发明包括这样的过程,即通常试图使分配到相同正交码的两个移动台之间的冲突或干扰可能性最小。因此,本发明提出了一种试图作出使不希望的冲突可能性最小的抉择的方法。本发明因此还包括连续监测具有相同码的移动台以确定冲突可能性是否因多种因素中的任何一种或多种因素而正在增加。本发明包括,当某个冲突概率达到规定门限时,(如有必要)为重用正交码的移动台之一重新分配具有较低冲突概率的新重用正交码。
附图简述
图1说明了基站收发信机系统(BTS)至CDMA移动台的前向信道上所用的典型CDMA发送系统;
图2是其中有多个移动台与基站收发信机系统通信的通信网内的小区的示意图,每个移动台在一个定义的区域中;
图3A、3B和3C说明识别供新的移动台重用的正交码的第一步骤;
图4说明选择施主移动台的方法,施主移动台的正交码要被重用并被分配给需要通信信道的移动台;
图5是说明根据本发明的一个方面,选择其码要被重用的施主移动台的方法的流程图;
图6是说明根据本发明一个实施例,确定具有相同通信信道(正交码)的两个移动台之间是否将要发生冲突的方法的流程图;以及
图7是根据本发明的一个实施例构造的基站收发信机系统的功能框图。
附图详细说明
图1说明基站收发信机系统(BTS)至CDMA移动台的前向信道上所用的典型IS95/IS2000 CDMA发送系统。UMTS标准也具有下行(前向链路)信道上所用的不同的发送系统;但根本上,这两种系统均是面临相同正交码问题的扩频技术。编码器104通过对表示模拟语音或数字数据业务的数字信号进行编码而得到数字基带信号。编码器104接受输入数据比特并输出码符号。在每个时钟周期将新的数据比特移入编码器104的寄存器中。在CDMA中,移位寄存器的长度通常为8。随着各数据比特移入,最早的比特就移出去,而之前的其它7比特则移动一个位置。将移位寄存器中编码器的不同输入中的一些输入以某种方式相加(模2)以便每个时钟周期产生两个或两个以上的符号。因为每个时钟周期所产生的新符号是从输入的新比特的值导出的,所以可实现一定程度的可预测性。然后将编码器104的输出符号送到块交织器106。块交织器106用于创建符号矩阵,其中每个矩阵表示所定义的间隔内的所有信息。例如,在一个实施例中,可以每秒19200个符号的速率将384个调制符号输入阵列。然后对该阵列重新加以排列而得到输出阵列,以便在时间上对数据解相关以及分离相邻符号。
这种处理的优点之一是,因为数据序列已解除相关,故突发差错的影响可能变小,并且解码时可能恢复因突发差错而消除的信息。而且,在某些实施例中,重复较低传输率的数据。这里,还对速率较低的重复符号进行分离,从而提高了符号抗信号比特差错的能力。此外,出于本申请以外的原因,对块交织器106所输出的数据阵列加以轻微的修改,插入定义好的功率控制比特以取代各数据符号。
功率控制比特用于功率控制,以优化网络效用。多路复用器108所输出的各符号传给解复用器113,由它将输入比特交替传送到同相分支115和正交分支117。将解复用器113所输出的每个符号与所分配的沃尔什函数相“异或”。沃尔什函数在CDMA环境中用于创建正交通信信道。
继续参照图1,长PN码发生器110生成用于生成用户特有的符号序列的长伪随机数(PN)序列。然后对来自组合算子112的正交码扩频符号施以正交扩频。这些符号输入两个“异或”组合算子以产生一对短PN序列。第一组合算子和第二组合算子用正交相位(I)和(Q)序列分别与同相分支115上的正交码扩频符号和分支117上的正交码扩频符号相“异或”。然后生成到PN处理器114的I和Q序列,由PN处理器114生成最终的同相码片序列和正交码片序列以便发送。
通过驱动一对正交的正弦波的功率电平,从而将所得的I和Q信道码扩频序列用于对这对正弦波进行二相调制。之后对正弦波输出信号进行处理,以便通过天线发射。
图2是其中有多个移动台与基站收发信机系统通信的通信网内的全向小区的示意图,其中每个移动台在一个定义的区域中。现在参照图2,标号200所示的小区包括基站收发信机系统(BTS)204,它利用码分多址接入方案与移动台通信,其中,用一组正交码来创建BTS和各移动台之间的通信信道。
为了达到说明的目的,图2中的小区是全向小区。也就是说,存在一个覆盖该区域并使用一个PN序列(如果该小区是IS95/IS2000小区)的基站。以下的说明可以涉及含三个扇区或N个扇区的小区,因为该小区内的各扇区可以彼此独立地加以处理,实际上如下所述它们可以作为不同的小区加以处理,因为它们均使用各自的PN序列并有可能在一个或多个基站中使用各自的天线阵列和硬件单元。因此,就本实例而言,讨论可以针对未定义扇区的全向小区。在其中各小区已分成扇区且为各扇区分配了该扇区自己的正交码集的网络中,这里所述的实例同样适合于其中定义了区域的小扇区。
可以看出,各移动台位于定义的区域中或两个小区区域之间的边界上。例如,移动台208位于区域1中并正沿着210所指方向行进。第二移动台212沿区域3内的方向214行进。第三移动台216沿区域4内的方向218行进,其中,方向218大致朝向小区200的中心。第四移动台216沿区域6内标号218所示的方向行进。
标号220所示的第五用户在小区200的范围之外,但正沿着方向222进入全向小区的区域5。相应地,由于移动台220行进到全向小区200中,就会发生从另一BTS到BTS 204的切换。但是,为了进行切换,BTS 204必须为移动台220分配正交码,以在BTS和移动台220之间创建通信信道。
标号224所示的第六用户位于区域11中,且是静止的。标号226所示的第七用户沿着标号228所示的方向行进,大致位于区域13和14之间的边界上。因此,当移动台226从一个区域进入另一个区域时就会发生针对它的硬切换,这时如果当前的通信信道(正交码)不能用于区域14中,就要求BTS 204在相同或不同频带上分配新的通信信道。
图2还包括说明使用定向或智能天线时理论上会出现的主瓣和旁瓣的图。具体举例如下,图2显示了主瓣250和两个旁瓣252和254。事实上,BTS 204的定向天线发射可以具有不同数量的大小和形状有所不同的旁瓣。实际上,每个区域中的一定能级不同于主瓣。因此,系统操作员必须跟踪各区域中预期的平均能级。因此,图2中图示的目的就是为了展示本发明概念。
一般而言,分配给移动台212的正交码将在由BTS 204向移动台212发射的主瓣中发送,如瓣250所示。本实例中,旁瓣252和254位于区域1和5中。因此,可以得出如下结论:因为当区域1、3和5中的移动台试图在用相同正交码创建的通信信道上通信时会出现冲突,故当然有可能不将一个正交码分配给这些区域中的多个移动台。
因此可以看出,当把候选移动台作为“施主”(其正交码要被重用)加以评估时,对包括位置的移动台特性进行评估很重要。例如,如果移动台220在进入小区200的区域5的过程中,并且在切换过程中没有未用的正交码可供分配,则BTS 204将对该移动台在其小区内的位置和方向矢量进行分析,以便找到最佳施主。
因此,例如,在移动台216和224之间,因各种原因,移动台224比移动台216更理想。首先,移动台224位于与区域5(移动台220正在进入的区域)角距较大的区域中。而且,移动台220的方向矢量222朝着移动台216目前所在的区域4。因此,它和移动台220在一定程度上有可能到达相同区域,导致它们各自的通信信道之间的直接冲突。此外,移动台216朝小区中心行进,这也是所不期望的,因为在小区中心提高了冲突的可能性。这是因为如下两个原因。
首先,较接近小区中心的用户彼此的距离也较近。其次,天线方向图因其朝向小区位置中心或天线杆的垂直方向图(未示出)而通常具有很多干扰。实际上,如果配置复杂,则此概念还可以进一步加以扩展以包括天线的垂直方向图和水平方向图(已示出)。
另一方面,因为移动台224不在区域5或移动台220附近,并且因为移动台224是静止的,则移动台220和移动台224之间的冲突可能性就比移动台224和移动台216之间的冲突可能性低。
考察其它移动台,移动台212也朝小区中心前进,这使得冲突可能性较大,因此较不理想。移动台208沿着方向210行进,该方向大致与移动台220的方向相对,移动台220沿方向222行进。因为这两个移动台朝彼此前进并可能到达相同区域的可能性存在,所以它们彼此可能直接干扰,导致通信信道冲突。此外,即使例如移动台208是静止的,移动台208也仍然在区域5的干扰区域中。可以看出,旁瓣252和254分别在区域1和5中,从而使这两个区域成为干扰区域。因此,在大多数情形中,因这两个区域之间的关系,均把移动台208的正交码排除在本发明的考虑之外。最后,值得注意的是,由于智能天线的性质,智能天线通常在扇区或小区中不同于主瓣所在区域的大多数其它区域中造成一定的干扰量。事实上,可能存在占据主导地位的主瓣或基本波瓣以及几个也很重要的副波瓣和许多小波瓣。因此,在分配权重时,一种方法包括只将最高权重分配给相对于主瓣区域具有最低预期信号能量或能量值的区域。或者,为了取得更大的精度,可以对整个区域的最低平均干扰量进行评估。此外,如果两个干扰值是相似的(不一定相等),那么可以考虑诸如相邻区域的干扰电平之类的其它因素。
图3A、3B和3C说明识别供新的移动台重用的正交码的第一步骤。更具体地说,图3A、3B和3C共同说明根据本发明的一个方面,选择可以借用其正交码以供重用的施主移动台时所采用的步骤。现在参照图3A,其中显示了较为简单的小区,其中将小区划分成12个区域而不是像图2中那样划分成16个区域。可以从图3A中看出,移动台正在朝区域2前进(暗示要发生至BTS 302的切换)且需要正交码来创建与BTS 302的通信信道。为了进行例示说明,假设不存在未用的正交码可用于创建与移动台304的通信信道。
还可以看出,主瓣308位于区域Z2中,而旁瓣312位于区域Z12和Z4中。图3B显示了映射出各区域相对于区域Z2的干扰关系的等级表。各行显示一个区域和赋予该区域的权重之间的对应关系,该权重是智能天线的旁瓣对给定主瓣的干扰量的函数。例如,如第一行中所示,区域Z9对应最大权重W(9)。这是因为在区域Z2中聚焦的智能天线在区域Z9的方向上具有最少量的旁瓣能量,反之亦然。因此,表3B显示按相对于区域2的预期干扰量为各区域定级排序并赋予了赋予相应权重。因此为小区(全向小区)或小区扇区(扇区化小区)中的各区域定义了类似于图3B中所示的表格。
图3B的用意之一是为了说明本发明的一部分,这一部分包括以表格或其它格式来静态地确定并维护因主瓣和旁瓣发射而造成的所有区域之间的已知的干扰模式。如果可以更换系统中智能天线的类型,则因为干扰特性也可能发生变化,所以一更换天线就要获得相应的表格。此外,正如一些智能天线一样,如果天线的波束宽度在呼叫期间实际可能发生变化,那么将利用智能天线的最宽波束宽度来生成所述表格。
图3C是说明按照区域角距进行的权重分配,这种分配说明主瓣以及其它各区域的预期干扰。一般而言,图3C所示的表预先假定与主瓣有最大角距是理想的。因此,图3C所示的表说明相对于区域2的角距以及根据各区域的角距为各区域分配的权重。可以看出,就区域Z2中的主瓣而言,因为区域Z4和Z12中有区域Z2中主瓣的旁瓣,所以区域Z4和Z12被排除在考虑之外。随后,如标号318处所示,因为区域Z8与区域Z2的角距最大,故赋予它权重W(1)(最佳等级)。因为区域Z7和Z9具有次佳角距,所以赋予它们权重W(2)(次佳等级)。同样地,赋予区域Z6和Z10权重W(3),而赋予区域Z5和Z11权重W(4),赋予区域Z12和Z4权重W(5),以及最后因区域Z1和Z3与区域Z1中的主瓣相邻而赋予它们权重W(6)。注意,这些权重在数值上可能与图3B中的权重不同。
总体上具有最高权重的区域将被指定为Z2的互补区域对。例如,如果所有移动台因素在每个区域中均相同,则将重用区域Z8中的移动台的正交码,因为它在8个剩下的可供考虑借用正交码的区域中等级最高或得分最高。因此,例如,如果所有12个区域均有静止用户,则区域Z8中分配给该静止移动台的正交码将被借用,以便分配给正要切换到区域Z2中并需要正交码的移动台304。
可以看出,图3A、3B和3C说明确定可供新的移动台304重用的正交码的第一步骤。该步骤通常包括确定要向其借用正交码的最优区域。如下将作详述的第二步骤包括确定其正交码应被借用的最佳施主移动台的处理。但是,应理解,根据随后分析的结果,因考虑到各种移动台特性,有可能优选等级并不是最高的区域内的移动台。因此,这样对实际的各区域定级排序并赋予相应的权重,使得分析可以包括:选择不在最高等级区域中而在例如第二或第三等级的区域中的移动台的正交码。
在选择其正交码将被分配给需要正交码的用户的用户时,还要对有关潜在正交码“施主”的其它因素进行评估。首先,如上述那样确定互补区域对,然后,对互补区域内的用户进行评估,以便从中选出有正交码可供重用的最佳候选者。如果这样的最佳候选者不存在,则按照上述权重来使用下一个可能的区域,并对来自此区域的用户进行评估。在本发明的一个实施例中,被评估的因素包括:
1.与扇区位置中心的距离:如果用户远离扇区位置中心,则为其分配的权重应该比较接近扇区位置中心的用户高。用户离扇区位置中心越近,则与重用相同沃尔什码的区域对组中的另一用户发生冲突的可能性会增加。换言之,用户在进入其它区域之前必须行进很短的距离。可以按函数W1(d)(其中,d是与扇区中心的距离)来定义权重。利用FCC所要求的定位业务/条件,预计所述技术能够在一定误差范围内确定移动台的位置。
2.移动速度(包括FWA用户):随着速度增加,应该减小所分配的权重。以较高速度移动的移动台更可能以较快的速率穿过区域,提高了沃尔什码重用冲突的可能性。可以按函数W2(s)来定义权重,其中s是移动速度。固定无线用户将是重用沃尔什码的最佳候选。实际上,如果每波束成形阵列有大量单元,则算法有更多自由度来选择对谁进行调谐;这意味着可以将重用另一用户的沃尔什码的一个固定用户的零波束就设置在其它固定用户所在的地方。
3.移动方向:终端的方向很重要,因为从重用终端的沃尔什码的角度来讲,由当前区域向区域对中的互补区域移动的终端比正在离开的终端风险更大。此外,如果互补区域对中需要重用沃尔什码的用户的方向是已知的,则冲突的可能性可进一步减小。可以通过评估终端移动的方向和互补区域中需要重用码的用户的移动方向来确定权重。
4.呼叫数据率:还应该将呼叫的数据率用于影响是否可以重用已分配给该呼叫的沃尔什码。呼叫的数据率确定在用的沃尔什码长度,较高数据率的呼叫比较低速率的呼叫更快地耗尽沃尔什码池。较高速率的呼叫更可能使用更多的功率,因此可能影响重用相同沃尔什码的另一用户或使用来自相同节点的较长沃尔什码的用户,即一定数量的较长沃尔什码构成不太长的沃尔什码。通过考察用户数据率可以确定权重。
5.呼叫类型(WWW、ftp、流式视频、电子邮件、语音等):某些类型的呼叫性质上更具突发性,例如网页浏览。应该为这类呼叫分配更大的权重,因为重用码时不大可能发生冲突。诸如实时的流式视频之类的呼叫在一定程度上对延迟敏感,本质上较连续,应该为之分配较小的权重。可以通过评估进行中的会话的类型来确定权重。
6.呼叫持续时间和预计的呼叫持续时间:应该为已进行一会儿并且接近或已超过该类型会话的预计呼叫时间的呼叫分配较大的权重。应该为刚开始的呼叫或其预计结束时间仍然很长的呼叫分配较小的权重。本质上,较可能首先结束的呼叫与另一区域中重用其码的用户发生冲突的可能性较小。可以根据统计数字或测量结果并参照预计的呼叫时间来评估已进行的呼叫时间,从而确定权重。
7.与用户的预期工作误帧率相比较的当前误帧率:应该为测量期间误帧率低于或等于其预期工作点的用户分配较大权重。应该为工作误帧率比其预期目标误帧率高得多的用户分配较小的权重,因为这类用户对干扰更敏感。权重可以定义为误帧率(FER)和FERTARGET的函数,其中,FER是预定义测量期间的当前工作误帧率,而FERTARGET是用户的目标误帧率。
8.与用户的功率上限相比的当前所用的功率:测量期间平均功率较接近功率上限的用户与不如它那么接近功率上限的用户相比,所分配得到的权重应较小。如果因为与重用相同码的另一用户发生冲突而导致干扰增加,则接近上限的用户将不会有使用更多功率的余地。可以通过参照用户或业务类型的功率上限来评估测量期间当前在用平均功率,从而确定权重。
9.切换状态:切换中的用户更可能远离扇区位置中心。也更可能处理因分集而导致的干扰增加。确定权重时可包括评估用户切换次序。其它可以包括到权重中的信息包括有关哪一个扇区是主导扇区的信息。如果一个扇区已经用光了沃尔什码,但已将一些沃尔什码分配给了在切换中的现有呼叫,并且碰巧是与移动台的较弱切换链路之一,则这种沃尔什码是可供重用的好的候选码。
10.用户到达角:这与用户的位置相关。如果用户的到达角已知,则互补区域中预期产生最小干扰的用户的到达角也是已知的。此权重是通过评估用户到达角以及互补区域中期望重用码的用户的到达角来产生的。互补区域中用户位于指向第一用户的波束为零之处的可能性越大,则权重也越大。
11.如果分配给用户的沃尔什码正为相同扇区内的另一区域(和几个区域)使用。再次采用已重用一次或多次的沃尔什码的风险大得多。可以通过评估码的重用次数来确定权重。
12.用户是否正在使用窄波束:实际中一些用户有可能不采用智能天线技术并可能采用通常具有较宽波束宽度的扇区天线。在这种情况下,此用户无法使其沃尔什码被重用,因为信号能量辐射到整个扇区中。这也适用于使用智能天线、但目前波束宽度很大的用户。确定权重可以将天线的波束宽度纳入考虑,并通过评估移动台所用天线的波束宽度来加以确定。
13.是否存在串扰较高但具有较好的相邻区域的区域:有时,因为相邻区域具有更差的干扰特性,故可能优先于实际上具有较低串扰或干扰特性的一个区域而选择另一个区域。例如,如果“施主”移动台具有速率矢量(正在移动)并且其相邻区域具有高得多的干扰电平,那么最好选择目前具有稍高干扰(串扰)电平但相邻区域的干扰电平显著低于目前具有最低干扰电平的区域的区域。
应将以上各种权重归一化,以便列出它们的重要性的优先级。然后,对各区域中的各用户计算各权重的总和。应该设置基本的限制,使得即便用户的权重总和很大,也不能使用该用户。换言之,如果任一权重单独低于预定门限,则从可供重用的码的列表中删除相应的沃尔什码。
应该为每个需要重用其互补区域对的码的用户分配互补区域对中具有最大总权重的用户的码。对于语音用户或使用最大长度的沃尔什码的用户,这非常有效。但是,对于较短沃尔什码长度的码的重用,选择就变得复杂了。于是需要进行如下的附加处理,对此通过实例加以解释。如果用户需要长度为64的沃尔什码,但这些码又已经耗尽,则利用互补区域对来生成可能的重用码集。在互补区域对中,所有用户可能正在使用长度为128或64的沃尔什码。成对收集使用长度为128的沃尔什码的所有有户,使得它们来自相同节点(即,可以从一个长度为64的沃尔什码生成两个长度为128的沃尔什码)。通过某些(如1/W1+1/W2)-1般简单的)函数来合并它们的权重。这就自动抵消了将来自两个用户的码分配给一个用户的风险,尽管速率较高。然后,可以重用具有最大权重的用户的码(现已归一化为长度64)。在以上实例中,如果在区域中还存在使用长度比64更短的沃尔什码的用户,则可以不必或者可以将它们用作选择过程的一部分。换言之,可以定义算法以包括重用数据率相同或较低的用户的码或所有数据率的用户的码。有可能无法将重用码指定为互补区域对中的码,因为该区域中的各个较低速率的用户无法形成足够长度的沃尔什码。于是,从两个区域选择重用码以形成用户的足够长度的码也是可能的。在这种情况下,使用与挑选第一区域所用方法相同的方法来挑选第二区域,并且该第二区域将成为下一个可能的候选区域对。然后,可以从这两个区域形成码并加以重用。还可以设定门限,使得如果只可以从区域互补对来重用码,则可以让呼叫排队或使其阻塞。
此外,可以根据权重来形成门限,使得如果被触发,则阻塞呼叫或使呼叫排队。也就是说,如果权重不足以用来挑选码,则阻塞延迟敏感的呼叫或电路交换呼叫,而使对延迟不太敏感的分组交换呼叫排队。
图4说明一种用于选择施主移动台的方法,施主移动台的正交码将被重用并被分配给需要通信信道的移动台。最初,BTS确定码分多址系统中需要或将会需要新的通信信道(步骤402)。作出这种确定可能是因为BTS接收到通信信道请求,或者是因为确定具有相同通信信道的两个移动台之间的冲突越来越可能发生从而应该为其中一个分配新的通信信道。
一旦BTS确定需要新的通信信道,它就确定是否所有正交码(通信信道)已被分配以及是否需要重用目前已分配的正交码(步骤404)。随后,BTS确定可供重用以为移动台创建新的通信信道的优选正交码(步骤406)。确定最佳重用正交码包括以如下方式确定至少一个可重用其正交码的优选区域(步骤408):对所述至少一个优选区域中的移动台的移动台特性进行评估(步骤410),并选择要重用的码(步骤412)。
虽然图4建议选择优选区域中的移动台的码,但应理解,所选的码当然还可以从所评估的其它区域中的任一区域来选取。通常,所选的码是与该码所要分配到的区域有很大角距、对接受方所在区域串扰或干扰最小的区域中的一个码,选择该码要对特定移动台特性进行评估。移动台特性和加权结构如上所述。
不用说,存在许多可以加以评估的不同参数,并且实现方法以及赋予每个因素的权重可以随系统不同而不同。因此,前述因素和下述因素之间的具体关系留给特定系统设计者来定。
图5是说明根据本发明的一个方面,用于选择其码要被重用的施主移动台的方法的流程图。开始,所述方法包括排除位于干扰区域中的移动台(步骤502)以及排除受时间滞后效应影响的移动台(步骤504)。移动台可能因如下例示原因而受时间滞后效应影响:移动台的码最近已被分配,或者移动台最近因在与使用相同码的另一用户的冲突通路上而经历了硬切换。
在排除不能考虑用于码重用的移动台之后,所述方法包括对优选区域内的移动台的特性进行检查。本发明一个实施例中具体加以评估的移动台特性包括确定移动台是否是固定无线接入移动台(这可以通过分析移动台ID等因素来加以确定)、移动台速度(它可通过包括常用的三角测量技术的计算法或者通过移动台中的全球定位系统接收机来加以确定)、移动台移动方向(根据GPS测量结果来计算)、用户的当前位置(GPS坐标)、呼叫持续时间、用户的误帧率、移动台报告的正在使用的功率、施主移动台和接受重新分配的码的接受方移动台之间的已知干扰、用户的呼叫时间和速度的相关、移动台在发送数据信号还是语音信号以及如果在发送数据,该数据是突发的还是连续的,以及其它类似的因素。
确定移动台是固定无线接入移动台还是移动台之所以重要的一个原因是,静止移动台不大可能或根本不可能行进到可能发生码冲突的区域中。因此,如果将要把码重新分配给移动用户,则冲突概率至少减少一半(因为只有一个移动台在移动)。按照同样的思路,其码正被考虑用于重用的移动台的速度、方向和位置是判断其码被重用时冲突发生或将要发生的可能性的重要因素。例如,如果重用该码的移动台在多个区域中移动,则位置靠近小区中心的移动台将更有可能出现冲突。另一方面,即使其码被考虑重用的移动台不靠近中心,而如果它正以高速率沿横跨多个区域的方向移动,则它进入干扰区域而导致冲突的概率更高。
所考虑的本质上与此有些类似的其它因素包括呼叫持续时间,还可能包括时间和速度之间的相关。例如,典型的无线呼叫平均持续稍微少于两分钟的时间。但是,很容易猜到,正在移动的移动台可能具有比静止移动台更短的呼叫。因此,对时间和速度之间相关的分析可以作为确定移动台码是否是好的重用码的步骤的一部分。例如,如果一个候选移动台正以指示车辆在行进的速度移动且呼叫长度在一分钟以下,而另一移动台是静止的并且该呼叫的长度超过三分钟,则第一候选移动台是让其正交码被重新分配的更好的候选移动台,这是因为,平均而言,具有第一移动台的呼叫和移动特性的移动台可能在第二移动台之前完成呼叫。
就移动台的误帧率和功率使用量而言,这些因素之所以重要的原因在于,如果所有别的因素均相同,则使用近期不太可能不需要新码的移动台的码是理想的。如果特定移动台的误帧率高或者其功耗高,则该移动台可能已正在经受干扰,从而它的码不是理想的重用码。
图6是说明根据本发明的一个实施例,用于确定具有相同通信信道(正交码)的两个移动台之间是否将要发生冲突的方法的流程图。一般而言,图6所示的方法是一种进行中的方法,每当两个或两个以上的移动台使用相同的正交码时,就执行这种方法。所述分析对每组共享正交码(通信信道)的移动台进行,且在冲突实际发生之前进行。在确定移动台是否应该为具有亦被分配给另一移动台的码的移动台分配又一码或通信信道时可分析的因素包括:确定误帧率是否相对于门限值在增加(步骤602),确定功率使用量是否相对于定义的上限在增加(步骤604),评估速度变化(步骤606),或者确定用户的方向是否变化(步骤608)、确定移动台是否开始进入切换状态或已进入至不相容区域的切换状态(步骤610),或者确定移动台是否正朝小区中心移动(步骤612),或者确定移动台是否因移动而太接近小区中心(步骤614)。
图7是根据本发明一个实施例构造的基站收发信机系统的功能框图。现参照图7,BTS 700包括通过总线704相连以进行通信的处理器702。总线704和其上进行的通信由连接到总线704的总线控制器706控制。总线控制器706还连接到网络端口708。
存储器710也连接到总线704并用于存储数据以及定义BTS操作的计算机指令。具体来说,存储器710包括部分712,部分712用于存储定义本申请中所述的用于分配和重用正交码的操作逻辑的计算机指令。当然应该理解,可以一种操作逻辑至少部分用硬件来实现的系统来代替图7中所示的计算机指令和处理器驱动的系统。
操作中,处理器702通过总线704与存储器710进行通信以接收定义BTS操作逻辑的计算机指令并执行这些指令以实现本说明书中所述的操作功能。因此,处理器702通过网络端口708与外部装置通信,以便接收例如来自各个移动台的通信信号,确定何时需要分配或重新分配正交码。作为此操作的一部分,处理器702在存储器710中存储系统(小区)的操作参数,它用于确定什么正交码应该被需要正交码的移动台重用,用于创建新的通信信道。
虽然本发明可以进行各种修改和采取各种备选形式,但已通过附图和详细说明以例示方式对本发明的特殊实施例作了说明。但应明白,本发明的附图和详细说明的目的不是为了将本发明限定于所公开的特殊形式,与此相反,本发明涵盖了属于权利要求书限定的所有修改、等效和备选实施方案。可以看出,可以许多种未背离本发明的精神或范围之内的方式来对所述实施例进行修改。

Claims (34)

1.一种在码分多址网中分配正交码的方法,包括:
确定需要在定义的小区区域内重用码;以及
确定其正交码要被重用的最佳移动台。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于还包括定义多个区域。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于还包括:根据区域之间的干扰静态建立区域等级表。
4.如权利要求2所述的方法,其特征在于还包括:根据角距静态建立区域等级表。
5.如权利要求2所述的方法,其特征在于还包括:根据区域之间的干扰和区域之间的角距来定义区域等级表。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于:将其中有要分配所述重用码的区域中的主瓣的旁瓣的区域从所述等级表中删除。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于:通过至少部分考虑所述移动台是否是固定无线接入用户来选择所述移动台。
8.如权利要求6所述的方法,其特征在于:通过至少部分考虑所述移动台的速度来选择所述移动台。
9.如权利要求6所述的方法,其特征在于:通过至少部分考虑所述移动台的行进方向来选择所述移动台。
10.如权利要求6所述的方法,其特征在于:通过至少部分考虑所述移动台的位置来选择所述移动台。
11.如权利要求6所述的方法,其特征在于:通过至少部分考虑所述移动台的呼叫持续时间来选择所述移动台。
12.如权利要求6所述的方法,其特征在于:通过至少部分考虑所述移动台的误帧率来选择所述移动台。
13.如权利要求6所述的方法,其特征在于:通过至少部分考虑所述移动台的功耗水平来选择所述移动台。
14.如权利要求6所述的方法,其特征在于:通过至少部分考虑所述移动台和所述码重新分配到的移动台之间的已知干扰来选择所述移动台。
15.如权利要求6所述的方法,其特征在于:通过至少部分考虑所述移动台的时间和速度的相关来选择所述移动台。
16.如权利要求6所述的方法,其特征在于:通过至少部分考虑滞后是否对用户有影响来选择所述移动台。
17.如权利要求6所述的方法,其特征在于:通过至少部分考虑所述呼叫是数据呼叫还是语音呼叫来选择所述移动台。
18.如权利要求6所述的方法,其特征在于:通过至少部分考虑所述呼叫为数据呼叫时它是突发的还是连续的来选择所述移动台。
19.如权利要求1所述的方法,其特征在于:如果确定使用相同正交码的所述两个移动台之间的冲突显著,则需要重用正交码。
20.如权利要求19所述的方法,其特征在于:在实际的冲突出现之前确定所述需要。
21.如权利要求19所述的方法,其特征在于:通过考虑所述误帧率是否正在增加来作出所述确定。
22.如权利要求19所述的方法,其特征在于:通过考虑所述功耗是否正在增加来作出所述确定。
23.如权利要求19所述的方法,其特征在于:通过考虑速度是否有显著变化来作出所述确定。
24.如权利要求19所述的方法,其特征在于:通过考虑方向是否有显著变化来作出所述确定。
25.如权利要求19所述的方法,其特征在于:通过考虑是否发生到不相容区域的切换来作出所述确定。
26.如权利要求19所述的方法,其特征在于:通过考虑所述移动台是否正在朝小区中心移动来作出所述确定。
27.如权利要求19所述的方法,其特征在于:通过考虑方向是否所述移动台是否非常接近所述小区中心来作出所述确定。
28.如权利要求19所述的方法,其特征在于:通过考虑信号质量是否低于规定门限来作出所述确定。
29.一种在码分多址网中分配正交码的方法,包括:
确定是否需要重用已被分配给移动台用以创建通信信道的正交码;
评估区域干扰、区域距离和那些已分配到正交码的移动台的移动台特性中的至少一项,选择要被重用的正交码,并将所选择的正交码分配给需要正交码的移动台。
30.如权利要求29所述的方法,其特征在于,所评估的所述候选施主移动台的特性包括如下各项中的至少一项:所述候选施主移动台是否是固定无线接入用户、它的速度、它的方向、所述候选施主的位置、所述候选施主的呼叫持续时间、所述候选施主的误帧率、所述候选施主的功耗、所述候选施主是在发送数据还是在发送语音、当所述候选施主在发送数据时所述数据是突发的还是连续的。
31.如权利要求28所述的方法,其特征在于:选择施主移动台包括为位于与请求移动台所在区域有相当大的角距的区域中的移动台选择正交码,其中所述请求移动台是需要重用正交码的请求移动台。
32.如权利要求28所述的方法,其特征在于还包括:监测使用相同正交码的两个移动台的正交码移动台特性,以确定冲突可能性是否将要超过规定门限。
33.一种在码分多址网中分配用于创建通信信道的正交码的基站收发信机系统,它包括用于执行基站收发信机系统操作例程的电路;以及
以及根据移动台的位置和指定的移动台特性从位于小区部分中的移动台选择供重用的正交码的逻辑电路。
34.如权利要求34所述的基站收发信机系统,其特征在于:所选择的用于初步评估贡献出其正交码以供重用的移动台的所述小区部分包括评估所述小区部分和要在其中重用所述正交码的小区部分之间的角距。
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