CN1582043A - 无线蜂窝电信系统中的波束选择 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线蜂窝电信系统中的通信方法，所述无线蜂窝电信系统包括至少一个具有波束形成能力的基站，所述方法包括如下步骤：由用户设备接收至少第一导频信号和第二导频信号，其中第一导频信号分配给第一波束，第二导频信号分配给第二波束；测量所述至少第一和第二导频信号的信号强度；选择所述至少第一和第二波束中具有最强导频信号的一个；将波束选择发信号通知给基站；关闭未被用户设备选择的波束的到用户设备的数据信道。

Description

无线蜂窝电信系统中的波束选择
技术领域
本发明涉及无线蜂窝电信系统领域，并且尤其涉及波束选择。
背景技术
常规的移动蜂窝系统通常使用扇区化的基站。每个扇区在上行链路和下行链路方向上都由单个天线波束覆盖。
在3GPP系统中，考虑在每一扇区使用多个下行链路波束的波束形成(参考3GPP TR 25.887 V1.0.0(2001/12)，在此其全部内容通过参考被包括在内)。尤其是，在该技术报告中建议能够为波束使用相同或不同的扰频码。在这种3GPP中，节点B能够具有诸如“灵活的波束”或者“固定波束栅格”之类的波束形成能力。
在“An adaptive antenna method for improving downlinkperformance of CDMA base stations(用于改善CDMA基站下行链路性能的自适应天线方法)”(1998年第五届IEEE国际研讨会扩频技术和应用论文集(Spread Spectrum Techniques and ApplicationsProceedings)1998，第2卷，第599-603页，由Ylitalo，J.和Katz，M.所著)和美国专利6,438,389B1中，对于CDMA基站也已经考虑了波束形成。这些现有技术中的下行链路波束形成方法的一个共同特征是：由网络(或者由基站或者由诸如无线网络控制器之类的另一个网络节点)来执行下行链路波束选择。
发明内容
本发明旨在提供一种改进的、用于下行链路波束选择的通信方法，以及相应的计算机程序产品、用户设备和基站。
本发明提供了一种无线蜂窝电信系统中的通信方法，所述无线蜂窝电信系统包括至少一个具有波束形成能力的基站。在3GPP系统中，这种基站通常被称为节点B。
由基站发出的每一个波束具有一个分配的导频信号。各种导频信号由基站覆盖范围内的用户设备接收。用户设备测量接收到的导频信号的信号强度。对波束之一的选择基于所测量的信号强度，例如，用户设备选择具有最强导频信号的波束。从用户设备发信号将该波束选择通知给基站。作为响应，基站关闭未被选择波束的到用户设备的数据信道，并且在所选择的波束上为用户设备发射数据信道。
关闭未被用户设备选择的波束的数据信道，具有能够更好地利用可用带宽资源的优点。尤其是，能够降低用于在基站与用户设备之间形成通信链路的总体发射功率。另外，由于关闭数据信道而消除了干扰，因此提高了通信质量。
另一优点是：与由网络进行的选择相比，由用户设备进行的波束选择更为精确。
根据本发明的一个优选实施例，通过物理层信令从用户设备向基站发信号通知波束选择。这具有以下优点：可以使在波束选择和关闭未被选择波束的数据信道之间的等待时间最小化。
根据本发明的另外一个优选实施例，不仅关闭未被选择波束的数据信道，而且还关闭控制信道。然而，不关闭波束的导频信号，以便能够随时改变最初的波束选择。当波束选择改变时，接通所选波束的相应数据和控制信道，而关闭未被选择波束的数据和控制信道。
根据本发明的一个优选实施例，数据信道是专用物理数据信道(DPDCH)、物理下行链路共享信道(PDSCH)或者高速物理下行链路共享信道(HS-PDSCH)。
根据本发明的另外一个优选实施例，控制信道是专用物理控制信道(DPCCH)或者高速共享控制信道(HS-SCCH)。
本发明要求用户设备(UE)具有波束选择方面的某些能力。在电信系统中使用遗存用户设备的情况下，节点B为遗存用户设备使用一种替换的发射方案。在3GPP系统中，节点B能够在这种情况下使用例如1Tx发射、2Tx闭环分集、2Tx时空发射分集、开环(用户特定的或者固定的)波束成形(参考3GPP TR 25.887)、或者具有扇形天线模式的发射，并且能够通过均衡对不同用户设备的Tx天线分配，来实现用不同节点B天线发射的功率的均衡。
根据本发明的一个优选实施例，无线网络控制器向节点B通知：对于哪一个用户设备使用哪一种发射方案，以及将使用哪种天线。在混合使用遗存用户设备和支持波束选择的用户设备的方案中，无线网络控制器向节点B通知：对于支持波束选择的用户设备使用本发明的方法，而对于遗存用户设备使用一种替换的发射方案。
附图说明
以下将通过参考附图更详细地描述本发明的优选实施例，其中：
图1说明了本发明一个优选实施例的流程图；
图2说明了具有多个波束的基站；
图3是基站和用户设备的方框图。
图中附图标记说明
200：节点B
202：天线
204：用户设备
206：物理层信令模块
208：数据信道切换模块
210：控制信道切换模块
212：天线
214：信号强度测量模块
216：波束选择模块
218：物理层信令模块
具体实施方式
图1示出了用于执行下行链路天线波束选择的流程图。在步骤100，在节点B的覆盖范围内的用户设备接收多个导频信号。每一个导频信号被分配给节点B的天线波束之一。
在步骤102，用户设备测量导频信号的信号强度。在步骤104，基于测量的导频信号强度，用户设备执行对天线波束的选择。换言之，用户设备选择接收最强导频信号的天线波束。
在步骤106，用户设备将其天线波束选择发信号通知给节点B。优选地，通过物理层信令来实现该操作。作为响应，节点B关闭未被选择波束的数据和控制信道(步骤108)。另外，用户设备的控制从步骤106返回到步骤100，以便持久地重新评估天线波束选择。
由于降低了用户设备和节点B之间的通信链路的总体发射功率，所以这具有能够更好地利用网络容量的优点。另外，发信号通知波束选择是快速的，并且由用户设备做出的波束确定是精确的。
这可以与基于上行链路测量进行波束确定的现有技术中的3GPP解决方案进行比较。与本发明相比，这种现有技术的解决方案有以下缺点：对于上行和下行链路，无线传播条件可能不同，并且还由于技术原因，波束在上行链路和下行链路中可能指向不完全相同的方向。在这种情况下，最佳接收波束不一定表示最佳发射波束。在下文中，从用户设备到节点B的方向被称为上行链路，并且从节点B到用户设备的方向被称为下行链路。
现有技术的第二个问题基于这样的事实：由无线网络控制器(RNC)对节点B和用户设备进行控制的信令机制，在RNC选择波束与用户设备和节点B实际使用波束之间引入了一到几秒量级的延迟。在该等待时间期间，用户设备可能已经移动到在其处将更好地执行波束选择的另一位置处。
图1的上述方法克服了现有技术中的3GPP波束选择机制的所有这些缺点。
优选地，耦合到节点B的RNC向节点B和用户设备通知：节点B的哪些天线波束是用于发射的候选波束，并向这些波束分配标识符。波束的标识符作为信令信息从RNC发射到节点B和用户设备。优选地，在步骤106，用户设备将标识符之一返回给节点B，用于发信号通知波束选择。优选地，将快速层1信令用于该目的。例如，可由用户设备将上行链路专用物理控制信道(DPCCH)用于该目的。
优选地，作为公共导频信道(CPICH)信号接收导频信号。然而，图1的方法不局限于使用公共导频信道。测量还能够基于用户特定的导频信息。例如，在UMTS中，用户特定的导频信息被嵌入在DPCCH中。一般来说，也能够使用单独的用户特定的导频信道。为了发射用户特定的导频信息，能够使用各种发射方案，诸如码分或者时分复用方案。必须为每一个候选波束发射允许用户设备测量的导频信息。
另外，辅公共导频信道(S-CPICH)能够用于为候选波束提供导频信号。另外，也能够使用主公共导频信道(P-CPICH)。这种主公共导频信道将特别有助于支持窄扇区化，诸如节点B覆盖范围的六个或更多扇区。
图2示出了具有天线202的节点B 200，该天线202具有波束形成能力。在这里考虑的示例中，节点B 200的覆盖范围被分成3个扇区。在每个扇区中，节点B 200使用多个固定波束用于下行链路发射。在此考虑的示例中，为每个扇区使用多个(两个)固定波束。
在示例中，为每个扇区使用多个(四个)发射天线202。在每个波束中，节点B 200辐射一个公共导频信道(CPICH)。使用3GPPR99的术语，这能够是一个辅CPICH。
用户设备204测量候选CPICH信号的接收功率。该候选信号已经预先由从RNC(在图中未示出)接收到的信令进行了标识。
基于这些CPICH测量，用户设备204判断节点B 200应当使用哪个波束用于向用户设备204进行发射。在下文中，将用户设备204选择的波束称为“主波束”，而将未被选择的所有其它候选波束称为“非主波束”。
在从用户设备204收到指示主波束的层1信令消息之后，节点B200使用标识的主波束用于向用户设备204发射数据和控制信息。例如，能够将DPDCH、PDSCH或HS-PDSCH用于数据发射，而可以通过DPCCH发射控制信息。
在非主波束中，节点B 200关闭数据发射，即关闭DPDCH。
另外，也有可能关闭非主波束的控制信道，即，关闭DPCCH，以便进一步使总体发射功率最小化并且进一步减少干扰。用户设备204不需要非主波束的控制信道。应当注意：在图2中，只显示了从节点B 200到用户设备204的下行链路发射。在上行链路中，节点B200可自由使用与用于下行链路的波束图不同的波束图，以便接收和/或处理用户设备204发射的信号，例如，固定波束形成、用户特定的波束形成或者任何其他信号组合技术。
图3示出了节点B 200和用户设备204的更详细的方框图。
节点B 200具有物理层信令模块206、数据信道切换模块208和控制信道切换模块210。
用户设备204具有天线212、信号强度测量模块214、波束选择模块216和物理层信令模块218。
当用户设备204在基站200的覆盖范围之内时，该用户设备204从RNC(图3中未示出)接收带有基站200的波束标识符的信令信息。基站200直接从RNC接收这些标识符。
用户设备204借助于信号强度测量模块214，为每一个波束测量从基站200发射的导频信号的信号强度。借助于波束选择模块216，选择最强的导频信号和其相关的波束标识符。
借助于物理层信令模块218，通过层1信令将表示用户设备204的波束选择的波束标识符从用户设备204发信号通知给基站200。该信令信息由基站200的物理层信令模块206接收。作为响应，基站200借助于数据信道切换模块208和控制信道切换模块210，关闭未被用户设备204选择的非主波束的数据和控制信道。

Claims (10)

1.一种无线蜂窝电信系统中的通信方法，所述无线蜂窝电信系统包括至少一个具有波束形成能力的基站，该方法包括以下步骤：
由用户设备接收至少第一导频信号和第二导频信号，其中第一导频信号分配给第一波束，第二导频信号分配给第二波束；
测量至少第一和第二导频信号的信号强度；
基于导频信号强度的测量，选择至少第一和第二波束中的一个；
将波束选择发信号通知给基站；
关闭未被用户设备选择的波束的到用户设备的数据信道；
使用所选择的波束用于到用户设备的数据信道的发射。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过物理层信令来实现发信号通知波束选择。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，数据信道是专用物理数据信道、物理下行链路共享信道、高速物理下行链路共享信道或携带前向接入信道的物理信道。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，关闭没有被用户设备选择的波束的到用户设备的控制信道。
5.一种计算机程序产品，用于在无线蜂窝电信系统中选择基站的至少第一和第二波束之一，该计算机程序产品具有用于执行以下步骤的程序装置：
确定已经由用户设备接收的至少第一和第二导频信号的信号强度，该导频信号被分配给基站的相应波束；
选择至少第一和第二波束中具有最强导频信号的一个；
将波束选择发信号通知给基站。
6.一种用于无线蜂窝电信系统的用户设备，包括：
用于接收无线蜂窝电信系统的基站(200)的各第一和第二波束的至少第一和第二导频信号的装置(212)；
用于测量至少第一和第二导频信号的信号强度的装置(214)；
用于选择至少第一和第二波束中具有最强导频信号的一个的装置(216)；
用于将所述选择发信号通知给基站的装置(218)。
7.根据权利要求6的用户设备，其特征在于，用于发信号通知波束选择的装置适于借助于物理层信令来实现发信号通知。
8.一种用于无线蜂窝电信系统的具有波束形成能力的基站，该基站包括：
用于从用户设备接收波束选择信号的装置(206)；
用于关闭未被选择波束的到用户设备的数据信道的装置(208)。
9.根据权利要求8的基站，其特征在于，用于接收选择信号的装置适合于通过物理层信令接收选择信号。
10.根据权利要求8的基站，还包括：用于关闭未被选择波束的到用户设备的控制信道的装置(210)。
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