CN1623285B - 用于高数据速率业务的直接最大比组合方法和系统 - Google Patents

用于高数据速率业务的直接最大比组合方法和系统 Download PDF

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Abstract

公开了下述方法：选择阵列响应矢量之间的互相关值较低的移动站，从而利用移动站的不均匀平均反向链路数据速率来最小化小区间干扰，并在不直接使用干扰消除算法的情况下最小化小区间干扰，从而最大化无线通信系统的反向链路数据传输量。所选择的一个或多个移动站同时向一个基站发送数据。

Description

用于高数据速率业务的直接最大比组合方法和系统 
相关申请 
本申请要求2000年7月18日提交的序列号为60/218,905，标题为“用于高速数据业务的直接最大比组合方法(Directed MaximumRatio Combing Methods for High Data Rate Traffic)”的美国临时专利申请的优先权，其所公开的内容在此引用作为参考。本申请涉及于1997年9月15日提交的序列号为08/929,638，现在专利号为US6,108,565，标题为“用于提高CDMA通信容量的实用时空无线电方法(Pratical Space-Time Radio Method for CDMA CommunicationCapac8ity Enhancement)”，和1999年1月13日提交的序列号为09/229,482，标题为“用于提高CDMA通信容量的实用时空无线电方法(Pratical Space-Time Radio Method for CDMA CommunicationCapacity Enhancement)”的待审查和共同转让的美国专利申请，其所公开的内容在此引用作为参考。本申请还涉及于2000年10月3日提交的序列号为60/237,951，标题为“CDMA数据网络上行链路高速率传输的调度和DMRC设备(Implementation of DMRC andScheduling of High Rate Transmission for Uplink of CDMA DataNetwork)”的待审查和共同转让的美国临时专利申请，和2001年6月5日提交的序列号为09/874,930，标题为“数据网络高速传输的直接最大比组合和调度(Directed Maximum Ratio Combing andScheduling of High Rate Transmission for Data Networks)”的同时提交和共同转让的美国专利申请，其所公开的内容在此引用作为参考。 
技术领域
本申请涉及无线信息通信系统，尤其涉及使用降低干扰技术在无线通信系统内提供增强数据速率的系统，并具有单一性。 
背景技术
现代社会中通过所谓“互联网”的高速数字数据传输已经应用广泛。与此同时，世界也在经历无线通信技术的爆炸。在诸如美国等发达国家，无线通信尤其是蜂窝电话业务已经发展为有线通信骨干网的附属网。在发展中国家，作为主要通信媒介发展无线通信业务。需要在不断提高的有效数据速率上提供数字数据无线业务。 
无线电信系统使很多移动站或用户连接到路基有线电话系统和/或能够接入万维网数字信息骨干网的数字互联网业务提供者。常规的无线空中接口包括频分复用(FDMA)、时分复用(TDMA)和码分复用(CDMA)及其改进。 
数字数据分组传输与数字话音信息传输不同。全双工(同时双向)话音通信模式是指基站和特定移动站之间传输的数据是实时和带宽基本相等的。注意到200毫秒的总延迟(对于大多数话音声码器来说大约2千比特的数字数据)代表一条话音信道内不可容忍的延时。相反，对于高速数据分组传输，移动站对数据传输延迟或延时具有高得多的容限，高达在当前无线数据系统中会遇到的10秒。尽管移动站能够容忍这种延迟，但是它所导致的较低有效数据传输速率并非所希望的。 
在优化数据传输量中使用的自适应天线阵列技术是公知的。使用自适应天线阵列的空间分集多址方法的例子在下列文献中公开：授权给Gerlach等人的美国专利US5,471,647和US5,634,199；M.C.Wells的论文，标题为“使用自适应天线提高GSM蜂窝无线电系统的容量(Increasing the capacity of GSM cellular radio using adaptiveantennas)”，IKE(UK)PROC.on Comm.，第143卷，第5期，1996年10月，第304至310页；S.Anderson，B.Hagerman，H.Dam，U.Forssen，J.Karlsson，F.Kronestedt，S.Mazur和K.Molinar，标题为“GSM和TDMA系统用的自适应天线(Adaptive Antennas for GSM and TDMA Systems)”，IEEE个人通信(IEEE personalCommunications)，1999年6月，第74至86页，所有这些文献在此引用作为参考。 
一种被推荐的称作“CDMA/HDR”的解决方案使用公知技术测量信道数据传输速率以执行信道控制和降低及抑制信道干扰。一种此类的方法在高通公司出版的Paul Bender，Peter Black，Matthew Grob，Robert Padovani，Nagabhushana Sindhushayana和Andrew Viterbi等人标题为“CDMA/HDR：漫游用户的带宽有效高速无线数据业务(CDMA/HDR：A Bandwidth Efficient High Speed Wireless DataService for Normadic Users)”的论文中被更详细地描述。这篇论文所公开的内容在此引用作为参考。 
另一种推荐的解决方案是TIA/EIA临时标准，电信业协会于1999年8月出版的TIA/EIA/IS-2000-2。TIA/EIA/IS-2000-2是cdma2000扩频系统的物理层标准，也是cdma2000标准系列的组成部分。cdma2000扩频系统同时支持话音和数据通信。 
在cdma2000和许多其它的新一代个人通信系统中，在反向链路中引入一个专用导频。反向链路专用导频信号是一个协助基站检测移动站传输的未调制扩频信号。反向链路专用导频信号在基站上合成，并用于至少两个目的：反向链路功率控制和反向链路信号的相干解调。 
反向链路功率控制机制用于确保所有在基站上接收的专用导频具有相同的信号与干扰加噪声之比(SINR)。即使所接收的专用导频具有相同的SINR，不同的移动站也可以用不同的发射功率来发射这些专用导频。专用导频发射功率取决于基站上所需要的导频SINR和无线电传播信道。 
相干解调机制用于提高基站接收机的灵敏度。在多数情况下，相干解调比非相干解调提供更高的大约3dB的接收机灵敏度，这是公知的。使用最大比组合(MRC)方法来进一步提高基站接收机的灵敏度。图1A图示一个典型的执行相干解调和最大比组合机制的基站。由多个接收单元10接收的信号发送给对应个数的模拟接收机12。在处理之后，由模数转换器(ADC)14将模拟信号转换成数字信号。相干解调器18然后处理ADC14和导频信号合成电路16的输出信号。解调器18的输出随后被发送给最大比组合器19以输出一个选定信号。 
尽管使用多个天线阵子的最大比组合机制能够提高基站接收机的灵敏度，但是它并不提供干扰消除。(在大容量个人通信系统内，数据传输量通常受到干扰的限制，所述干扰包括小区内干扰和小区间干扰)。另一方面，诸如直接逆矩阵算法的标准干扰消除算法需要大量的数学运算，使得系统的建立不切实际或者很昂贵。因此，至今为止未能解决的问题是一种更有效和实际的方法，用于在一个基站所服务的多个移动站向该基站发送数据时相互之间不产生干扰。 
通过US-A-6,064,662可以知道一种用于使用时间-频率编码分片来优化频谱效率的系统和方法。 
发明内容
为此，可以将传输介质分片到时域和频域中，以创建时间-频率片，用于分配给具有不同接入速率和用户应用要求的用户。通过在频域和时域内对各种速率用户进行调度，所述系统和方法可以有效地分配和使用可用频谱，由此容纳需要较高带宽和较多时隙分配的高速率用户，而仍给低速率用户保留成本有效的接入。根据信号调制方案，时间-频率片可以在不相邻的频段上被分配。所述系统和方法还可以通过沿着时间-编码域、频率-编码域或者在三个域中，沿着时间-频率-编码域对可用编码空间进行分片而用于码分多址(CDMA)技术。可以基于编码空间要求来有效地调度用户，从而优化通信介质的用户。 
在EP-A1 0 915 592中可以知道一种在用于通信网络的多址接入系统中基于使用优先级来许可新连接的方法。 
所述公知的方法基于使用优先级在无线通信网络中向基站控制对远处主机的许可，其中有至少两个优先级级别，基站许可阈值数量的具有低优先级级别的远程主机以及最大总数的远程主机。当基站接收到来自高优先级级别的新用户的连接请求时，如果当前许可用户的总数小于可允许的最大数，则许可该级别的新用户，否则，基站查看是 否有任何低优先级级别的用户当前被许可并允许断开连接。如果是这样，则基站断开所述低优先级用户并许可新用户。在一个实施例中，基站断开允许断开连接的“最不当前使用的”许可的低优先级用户。如果在低优先级用户被许可之后断开他们是恰当的，则只要相关用户的总数小于最大可允许的许可用户数，就许可低优先级用户。如果在低优先级用户被许可之后断开他们是恰当的，则仅在许可用户的数量小于总许可用户的最大数量和低优先级许可用户的数量小于最大可允许的许可数量的情况下许可低优先级用户。所述方法可以扩展到多个优先级级别。在另一个实施例中，如果当前相关用户的总数小于第二阈值，即，低于高优先级用户的阈值，其不是部分地(作为第二阈值)基于所述低优先级级别的当前相关用户的数量的，则许可低优先级级别的用户。 
然而，本技术领域仍然需要这样的系统和方法，它能够优化数据传输量而不直接使用现有技术的干扰消除算法。 
通过根据本发明的方法的技术特征以及通过根据本发明的系统的技术特征来解决所述问题。 
本发明涉及一种系统及其方法，其中无线系统例如移动站的传输被控制以降低干扰，从而提供更高的平均数据速率。 
因此，根据本发明的用于从多个移动站向一个基站发送数据的方法包括以下技术特征：选择一个第一移动站，该第一移动站是数据队列中的第一个移动站；计算第一移动站的阵列响应矢量和其它选定移动站的阵列响应矢量之间的互相关值；根据移动站的互相关值低于一个预定阈值选择一个和多个移动站；和所选择的移动站在下一个数据分组持续时间内同时发送数据。 
一种用于提供高数据无线通信的增强型系统还使用从与所述多个移动站中的移动站进行通信的天线阵列接收信号的互相关电路，其中，所述互相关电路确定所述多个移动站中的移动站的阵列响应矢量并对 所述多个移动站中的移动站的阵列响应矢量进行互相关，以由此给所述调度器电路提供互相关信息，以用在与所述多个移动站的调度通信中。 
应当知道，在整个现有技术中不知道用于通过低互相关性来关联地发送信号的技术。 
根据一种优选实施例，使用相对于基站不平均的反向链路数据速率技术来最小化小区间干扰。另外或者可替换地，一种优选实施例使用选择其阵列响应矢量之间低相关性的移动站的技术来提供最小化小区内干扰。一个或多个选定站能够以最小的小区内干扰在一个分组持续周期内同时传输。通过允许发射功率较低的移动站以比发射功率较高的移动站更高的时间平均数据速率传输信号，也能够降低小区间干扰。 
在一种实施例，移动站被划分成两组，高时间平均速率组和低时间平均速率组。在每组内的每个移动站以其最高瞬时数据速率传输时，高时间平均速率组内的移动站最好比低时间平均速率组更频繁地传输数据。高时间平均速率组最好包括发射功率较低的移动站。这最小化了小区间干扰。 
在本发明的另一实施例中，数据队列内的第一移动站被选择在下一个时间间隔传输信号，尽管根据其它标准可以选择当前被选择在下 一时间间隔传输的移动站，所述标准例如排队数据量最大的移动站、排队数据具有最大延迟的移动站和与特定通信信道属性相关的移动站等等。最好计算在相同数据速率组内第一移动站与其它移动站之间阵列响应矢量的互相关值，其中每个互相关值与两个移动站有关。与第一移动站的互相关值低于一个预定阈值的移动站最好被分到第一组中。 
如果第一组中包括多个移动站，则最好选择对应于最低互相关值的移动站作为在下一时间间隔内和第一移动站一起传输数据的第二移动站。如果在第一组中有其它移动站，则最好计算第二移动站与第一组内其它移动站之间的互相关值。如果至少一个互相关值低于预定阈值，则最好选择对应于最低互相关值的移动站作为在下一时间间隔内和第一与第二移动站一起传输数据的第三移动站。 
然而，如果没有互相关值低于阈值或者第一组内没有其它移动站，则最好计算第二移动站和另一数据速率组内移动站之间的互相关值以及第一移动站和另一数据速率组内移动站之间的互相关值。最好分析所计算的互相关值以确定哪一个移动站相对于第一移动站和第二移动站两者的互相关值低于预定阈值，如果存在的话。根据优选实施例，如果没有移动站的两个互相关值低于预定阈值，则仅选择两个移动站在下一时间间隔内传输数据。然而，如果有至少一个移动站的两个互相关值低于阈值，则最好选择第三个移动站在下一时间间隔内同时进行通信。如果存在多个移动站的两个互相关值低于阈值，则最好求每个移动站的互相关值之和，并选择具有最低组合互相关值的移动站作为在下一时间间隔内传输的第三移动站。 
如果在第一组内没有移动站，则最好计算第一移动站与第二数据速率组内移动站之间的互相关值。最好将第二数据速率组内互相关值低于预定阈值的移动站划分成第二组。根据一种优选实施例，如果在第二组内没有移动站，仅选择第一移动站在下一时间间隔内传输数据。然而，如果在第二组内有一个或多个移动站，则最好选择对应于最低互相关值的移动站作为在下一时间间隔内与第一移动站一起传输数据 的第二移动站。根据一种优选实施例，如果在第二组内仅有一个移动站，则仅选择两个移动站在下一时间间隔内传输数据。 
然而，如果在第二组中有两个或多个移动站，最好计算第二选定移动站和其余移动站之间的互相关值。最好将与第二选定移动站的互相关值小于预定阈值的移动站划分成第三组。根据一种优选实施例，如果在第三组内没有移动站，不再选择移动站在下一时间间隔内传输信号。然而，如果在第三组内有至少一个移动站，则选择对应于最低互相关值的移动站作为在下一时间间隔内与第一和第二移动站一起传输信号的第三移动站。 
根据本发明的其它实施例，根据需要，例如通过重复上述分组模式来选择其它移动站。根据本发明，选定的移动站最好在下一时间间隔内发射和/或接收。 
在另一实施例中，与前一实施例相同，数据队列中的第一移动站最好被选择在下一时隙内传输信号。然而，与前一实施例不同，最好计算第一移动站和所有其它移动站的阵列响应矢量的互相关值，并比较一个预定阈值。根据这一实施例，将互相关值低于阈值的所有移动站列为候选移动站。如果没有这样的移动站，则最好选择第一移动站在下一时隙内传输信号。然而，如果有一个这样的候选移动站，则最好选择这个候选移动站作为在下一时间间隔内和第一选定移动站一起传输信号的第二移动站。 
如果存在多个候选移动站，则最好计算所有候选移动站的互相关值，并与预定阈值相比较。如果一个或多个互相关值低于阈值，则最好选择具有最小组合平均发射功率的一对移动站作为在下一时间间隔内和第一移动站一起传输信号的第二和第三移动站。然而，如果没有低于阈值的互相关值，则最好选择候选移动站组中发射功率最小的移动站作为第二移动站，在下一时间间隔内，将仅有第一和第二移动站传输信号。 
在又一种实施例中，总共N个移动站中的每个移动站都具有一个相关测量响应矢量V。与为每个时间间隔选择可变数量的移动站(例如1、2和3个移动站等)的先前实施例不同，根据这一实施例最好为K个通信时间间隔内的每个时间间隔都选择固定数量(例如3个)的移动站。最好创建一个列表，在该表中希望优先选择的移动站出现的次数多于其它移动站。最好从列表中选择L个移动站，例如随机地，最好通过求该L个选定移动站的响应矢量的互相关值之和来计算一个代价函数。根据一种优选实施例，如果该代价函数的值小于阈值，则选择这L个移动站包括第一时隙。然后，最好从列表中删除这L个移动站。然而，如果代价函数的值大于或等于阈值，则最好从列表中选择另外L个移动站，并计算它们的代价函数。根据一种优选实施例，重复这一处理，直到所计算的代价函数小于阈值，同时，选择相关的L个移动站并从列表中删除。 
如果在将移动站选择和代价函数计算处理重复预定次数之后仍没有获得低于阈值的代价函数，则最好从M组中选择代价函数最小的那组移动站，并从列表中删除。最好重复这些步骤，直到为L个通信时隙选择K组L个移动站。 
因此，本发明的技术优点在于通过为一个时间间隔内的通信选择特定的无线通信系统来提供数据传输量的优化，其中最好在不直接使用干扰消除算法的情况下，以最大瞬时数据速率操作这些系统。 
上面已经简单阐述了本发明的特性和技术优点，因此将更容易理解下面对本发明的详细描述。在下文中将描述本发明的其它特性和优点，它们将构成本发明权利要求书的保护主题。对于本领域的普通技术人员来说，以在此所公开的概念和具体实施例作为基础修改或者设计实现本发明相同目的的其它结构是很容易的。本领域的技术人员应当认识到这些等价结构并不脱离权利要求书所述的发明精神和范围。当结合附图根据下面的描述，将更容易理解被认为是本发明特点的新特性、结构和操作方法以及其它目的和优点。然而，应当明确地理解所有附图仅用于图示和描述，并非对本发明的限制。 
附图说明 
为了更完整地理解本发明，将结合附图参考下面的描述，在附图中： 
图1A图示一个典型的执行相干解调和最大比组合机制的基站； 
图1B图示一个根据本发明优选实施例修改的基站； 
图2图示用于本发明一种实施例的连续时间周期上的说明性数据队列； 
图3A和图3B是图示本发明一种实施例的部分流程图； 
图4图示用于图3A和图3B的实施例的连续时间周期上的说明性数据队列； 
图5是图示本发明另一实施例的流程图；和 
图6图示用于图5的实施例的连续时间周期上的说明性数据队列。 
其中在不同附图中使用相同或类似的参考数字表示相同或类似的单元。 
具体实施方式
本发明的优选实施例通过移动站使用不均匀的反向链路数据速率来最小化小区间干扰，并在不直接使用干扰消除算法的情况下，通过选择阵列响应矢量之间的相关值较低的移动站来最小化小区内干扰，从而最大化反向链路数据传输量。优选实施例的阵列响应矢量提供在天线阵列的天线振子上接收或者向其提供的无线通信信号的有关信息，所述天线阵列例如包括在适合于波束成形中使用的预定几何形状上安装的多个天线振子，通过应用阵列天线振子信号的相关波束成形加权(相位和/或幅度)来执行所述波束成形。使用自适应天线阵列同时为上行链路和下行链路信道提供快速波束成形的方法和结构在上述标题为“用于提高CDMA通信容量的实用时空无线电方法(PracticalSpace-Time Radio Method for CDMA Communication CapacityEnhancement)”的美国专利申请中被公开。 
对于一个给定瞬时反向链路数据速率，例如在cdma2000、HDR和GSM系统中，在不同位置和移动条件(下文中称作不同无线电传 播信道)上的不同移动站具有不同的发射功率。无线电传播信道越差(即信道中功率衰减越高)，则移动站发射功率将越大。 
根据本发明的一种最小化小区间干扰的方法允许较低发射功率的移动站传输较高的时间平均数据速率，而不是较高发射功率的移动站。例如，通过在一个传输时间内为以最大瞬时数据速率传输的较低发射功率的移动站分配较多的时隙，并在该传输时间间隔内为以最大瞬时数据速率的较高发射功率的移动站分配较少的时隙，较低发射功率的移动站将被提供较高的时间平均数据速率，而较高发射功率的移动站将被提供较低的时间平均数据速率。 
根据本发明的一种优选实施例，最高的时间平均速率是最低时间平均速率的N倍，每个移动站的瞬时数据速率保持在一个可能的最大值M，其中N可以为3至9，而M可以是例如cdma2000的约150Kbps和HDR的约300Kbps。给定M和N，根据本发明的一种优选实施例，为了最小化所有移动站的发射功率，最好将移动站划分成多组，例如与最高时间平均数据速率有关的高时间平均数据速率的移动站组和与最低时间平均数据速率有关的低时间平均数据速率的移动站组。最好选择移动站的分组以实现相对于移动站发射总数的最低平均发射功率电平，例如使用作为一个最小化移动站发射的相关平均功率的函数的两组之间的描述，需要较高发射功率电平的移动站与低时间平均数据速率组相关，以较低发射功率电平工作的移动站与高时间平均速率组相关。 
如果允许所有的移动站仅以最高瞬时数据速率传输信号，则上述高时间平均数据速率的移动站比上述低时间平均数据速率的移动站多传输N次或者时间长N倍。因此，在这样一种实施例中，上述高时间平均数据速率组与低时间平均数据速率组的时间平均数据速率之比显然是N。 
例如，假设在一个特定小区内或者在一个小区中的一个扇区内存在总共K个移动站，它们都有数据要发送。第k个移动站发射最高瞬时数据速率所需要的发射功率可以表示为Pk。在不失一般性的情况下， 可以假设P1≤P2≤……≤PK。在将K个移动站划分成两个不同数据速率组，例如上述高时间平均数据速率组和低时间平均数据速率组，并在一个时间上仅允许一个移动站传输信号之后，所有移动站的平均发射功率由等式(1)给出： 
AP = N · Σ K = 1 J P k + Σ k = J + 1 K P k ( N - 1 ) · J + K - - - ( 1 )
在等式(1)中，J在1和K之间(包括1和K)，并描述高时间平均数据速率组的移动站和低时间平均数据速率组的移动站。如上面所讨论的，最好选择J以使AP(平均功率)对于一个给定的Pk最小。根据本发明，通过降低K个移动站的平均功率，最小化小区间干扰。 
本发明的优选实施例提供增强数据容量的通信。例如，根据一种优选实施例，多个移动站，例如上述一个小区内或者一个小区中的一个扇区内的K个移动站中的多个移动站，被允许同时发送数据，从而相对于上述在一个时间上由一个移动站发送而言提高了数据容量。然而，如果允许这样一个小区或扇区内的多个移动站同时向基站发送信号，则其它移动站的发射将可能导致小区内干扰。 
直接使用一种干扰消除算法，例如直接矩阵求逆算法，有助于通过消除一个接收信号导致的干扰信号分量而降低小区内干扰。然而，这种干扰消除算法一般需要较强的处理器，因此实现起来很困难和/或成本很高。 
因此，通过仅允许阵列响应矢量之间相关值低的那些移动站同时发送数据，本发明的优选实施例实际上使小区内干扰最小化。例如，通过修改如图1A所示的执行最大比组合(MRC)算法的接收机结构，本发明的优选实施例能够识别出那些阵列响应矢量相关值低的移动站并控制通信，因此仅由那些阵列响应数量相关值低于一个预定阈值的移动站同时发送数据，以这种方式最小化小区内干扰在此称作直接MRC(DMRC)。根据本发明优选实施例修改的基站在图1B中图示，包括连接到调度器102的互相关值估计器101以执行根据本发明的DMRC。 
下面的例子说明DMRC的优选实施方式，同时发射移动站的最大 数目为3。假设K＝5，J＝3，N＝3，所有5个移动站都具有将在最大瞬时数据速率上发送的连续数据流，则这5个移动站的数据队列可以是如表2所示的数据队列200。具体而言，数据队列200图示5个移动站(移动站1-5)的11个数据分组U。尽管根据本发明可以适应其它的数据分组持续时间甚至于可变持续时间的数据分组，但是根据优选实施例，图2所示数据分组U的持续时间大约50ms。 
图2的数据分组表示符以Uki的形式，其中k是移动站编号，I是分组编号。更具体地说，移动站1具有相关的数据分组U11、U12和U13，移动站2具有相关的数据分组U21、U22和U23，移动站3具有相关的数据分组U31、U32和U33，移动站4具有相关的数据分组U41，和移动站5具有相关的数据分组U51。因此，等待发送的数据队列200的第一个数据分组是移动站1的分组编号为1的数据分组U11。然而，队列200的数据分组显然是示例性的，本发明并不限制于所图示的数据分组被排队的移动站个数、所图示的排队数据分组的个数或者所图示的移动站中数据分组的分布状况。 
假设这5个示例性移动站的标准化阵列响应矢量(ARV)之间的互相关值如下面的表一所示，例如可以使用图1B的互相关值估计器101来确定。 
  
移动站编号 移动站编号 互相关值(dB)
1 2 -12
1 3 -6
1 4 -19
1 5 -2
2 3 -15
2 4 -6
2 5 -21
3 4 -1
3 5 -9
4 5 -11
表1
其中表1的互相关值以dB给出(标准化ARV互相关值复数模以10为底对数的20倍)。 
例如，可以通过合成每个移动站在特定合成时间间隔上的反向链路专用导频来测量其阵列响应矢量，所述合成时间间隔可以从不到一毫秒到几十毫秒。最好将每个移动站的阵列响应矢量标准化成用于互相关值的单一矢量幅值。然后，可以互相关两个移动站的阵列响应矢量的每个组合以提供如表1所示的相关值。 
根据本发明的一种优选实施例，为了多个移动站同时向基站发送高速率数据，同时发送的移动站信号应当不导致相互之间的过度或无法容忍的干扰。本发明的阵列响应矢量互相关值提供每个移动站组合的同时传输所产生的干扰电平指示。例如，如果互相关值小于一个预定阈值，例如被确定为一个可接受干扰电平的-10dB或其它值，则根据本发明，移动站可以在图1B所示调度器的控制下同时传输高速率数据。 
一种确定可以在下一分组持续时间(例如帧时隙)内同时发送反向链路数据的移动站的优选实施方法在图3A和图3B的流程图中图示。为了更容易理解图3A和图3B的示范性流程图所表示的原理，除了上述示例性实施例的假设之外，还假设无线电传播环境是静态的，所以所有阵列响应矢量的相关值如表1所示是静态的。然而，应当理解在具体的实施过程中，例如蜂窝电话通信的频繁移动环境下，阵列响应矢量将随时间改变。因此，在该实施例中，图3A和图3B的流程图可以定期返回所图示的互相关步骤，例如每个分组持续时间、每个传输帧或者每个传输超帧，以相应地更新互相关值。 
应当说明下面的描述选择三个或更少的移动站。然而，这一实施例仅用于说明性目的，并不用于限制根据本发明可以选择同时传输的移动站数量。因此，可以使用本发明的各个方面来选择四个或更多的移动站。 
在图3A的步骤300，移动站最好已经用数据速率组标识，例如上面讨论的高数据速率组和低数据速率组。在图3A的实施例中，在步 骤300最好选择在数据队列中有数据的第一移动站作为在下一时间间隔内发送数据的第一移动站。最好标识所选择的移动站及相应的数据速率组，例如可以是上述高时间平均数据速率组或低时间平均数据速率组之一的数据速率组1。 
在步骤302，计算第一移动站和数据速率组1中其它移动站之间的互相关值。在步骤304选择在数据速率组1中互相关值低于预定阈值的移动站作为诸如同时发送候选组A的一个新组内的移动站。 
如果在数据速率组1中有多个移动站的互相关值小于CCt，即存在多个同时发送候选组的移动站，如在步骤306中所确定的，则在步骤308选择A组中互相关值最低的移动站作为下一时间间隔内发送数据的第二移动站，即选择第一移动站和第二移动站用于同时发送。如果如步骤310所确定的，如果在A组中还有其它移动站，则在步骤312中计算第二移动站和A组其余移动站之间的互相关值。在步骤314，选择步骤312所计算的最低互相关值并在步骤314与阈值CCt作比较。如果这个互相关值低于CCt，则在步骤326选择与该互相关值对应的移动站作为在下一时间间隔内发送数据的第三移动站，即选择第一、第二和第三移动站进行同时发送。在步骤328，通知所选择的三个移动站准备在下一分组持续时间内发送数据。 
然而，如在步骤310或316所确定，如果A组中不存在其它移动站或者在步骤314所选择的互相关值大于或等于CCt，则在步骤318，计算第二移动站和另一数据速率组中移动站的互相关值，所述另一数据速率组例如可以是上述高时间平均数据速率组或低时间平均数据速率组中的另一组，并计算第一移动站与该另一数据速率组内移动站的互相关值。在步骤320中选择该另一数据速率组内与第一用户和第二用户的互相关值都小于CCt的用户作为C组之后，在步骤322确定C组内是否存在用户。如果在C组没有用户，则在步骤300和308确定仅选择先前选定的两个移动站在下一时间间隔内发送数据，在步骤324，通知这两个移动站准备在下一分组持续时间内发送数据。然而，如果在C组中存在用户，则在步骤325中求C组中每个用户与第一用 户和第二用户的互相关值之和，并选择总互相关值最低的C组用户。在步骤325中选择的移动站被选为在步骤326中在下一时间间隔内发送数据的第三移动站。随后，在步骤328通知这三个移动站准备在下一时间间隔内发送数据。 
如果在步骤300中选择第一移动站之后，在数据速率组1中没有互相关值小于阈值CCt的其它移动站，则在图3B的步骤330中计算第一移动站与诸如数据速率组2的另一数据速率组中移动站的互相关值。在步骤332中选择在数据速率组2中互相关值小于阈值CCt的所有移动站作为诸如同时发送候选组B的一个新组中的移动站。如果在步骤334中确定B组中没有移动站，则在步骤336中仅指示第一移动站在下一时间间隔内发送数据。然而，如果在B组中存在移动站，则在步骤338中选择互相关值最低的移动站作为在下一时间间隔内发送数据的第二移动站。如果如在步骤340所确定的，在B组仅存在一个移动站，则在步骤342中命令所选择的两个移动站准备在下一分组持续时间内发送数据。 
如果在B组中存在多个移动站，则在步骤344中计算第二移动站(在步骤338中选择的)与B组中的其余移动站之间的互相关值。在步骤346中选择第二移动站与B组移动站之间的最低互相关值，并在步骤348中比较阈值CCt。如果这一互相关值大于或等于CCt，则选择在步骤300和步骤338中确定的先前选择的两个移动站在下一时间间隔内发送数据，并在步骤350，指示第一和第二移动站准备准备在下一分组时间间隔内发送数据。然而，如果这个互相关值低于CCt，则在步骤352中选择与这一互相关值对应的移动站作为在下一时间间隔内发送数据的第三移动站。然后，在步骤354指示所选择的三个移动站准备在下一分组持续时间内发送数据。 
在所选择的移动站(在这个例子中一个、两个或三个)完成一个分组持续时间的发送之后，最好将它们的新数据分组添加到队列的末尾。因此，随着该方法各个步骤的重复，上述优选实施方法的操作将为所有的移动站提供数据通信。
在执行上面所讨论的图3A和图3B的优选实施方法之后，其中5个移动站具有如表1所示的信道特性，如图2的队列200所示的队列数据和CCt＝-10dB，可以将该队列数据从图4所示的发送队列中删除，其中纵轴为时间轴。例如在第一时间间隔内，发送队列200的数据分组U11和U21(图4中用阴影表示的)，生成队列401。重复图3A和图3B的步骤，在第二分组持续时间内发送队列401的数据分组U12和U22。类似地，在第三分组持续时间内，发送队列402的数据分组U13和U23，在第四分组持续时间内发送队列403的数据分组U31和U24，在第五分组持续时间内发送队列404的数据分组U32和U25，在第六分组持续时间内发送队列405的数据分组U33和U26，在第七分组持续时间内发送队列406的数据分组U41和U51，和在第八分组持续时间内发送队列407的数据分组U14和U26。因此，根据优选实施例为每个需要进行数据通信的移动站提供了服务，同时如果以最小化小区内干扰的同时发送调度也增加了数据容量。 
应当理解，在图2所示的例子中，根据本发明的优选实施例已经控制了各个移动站的数据分组的进入。具体而言，如上面所讨论的，希望降低小区间干扰，根据本发明的优选实施例，可以通过向发射功率电平低的移动站提供较高的时间平均数据速率和向发射功率电平高的移动站提供较低的时间平均数据速率来控制小区间干扰。因此，尽管假定5个移动站中的每个移动站都具有连续的数据流，但是如上所述被确定为高时间平均数据速率组的移动站1、移动站2和移动站3的数据分组在队列200中的数量为如上所述被确定为低时间平均数据速率组的移动站4和移动站5的数据分组的三倍(即N＝3)。因此，如上所述的优选实施方法从队列200中调度数据发送的操作实现了小区间干扰的最小化。 
然而，注意到实际的高时间平均数据速率可能不是上述实施例中低时间平均数据速率的三倍。例如，尽管移动站4和移动站5属于低时间平均数据速率组，但是可以将这些移动站安装在一个特定位置或方向上，以使它们的通信是兼容，即它们与许多或者所有其它移动站 的互相关值低于CCt。因此，与它们所属的时间平均数据速率组所建议的相比，可以更频繁地选择这样的移动站进行通信。 
在类似于本发明实际部署所经历的无线电传播环境中，移动站的阵列响应矢量(ARV)将随着时间变化。因此，根据本发明的优选实施例，在根据上述各个步骤选择下一个传输分组组合之前，最好更新所有移动站之间的互相关值。 
假设每毫秒生成每个移动站的一个ARV和从上次更新之后存在L个新ARV，则移动站i和移动站j之间的互相关值(CC)可以被定义为下面的等式(2)： 
CC ij = 10 · log ( Σ l = 1 L | ARV il ′ · AR V jl | 2 L ) - - - ( 2 )
应当理解‖是复数求模函数，’是复数共轭转置函数。L可以近似分组持续时间和ARV合成周期的比值。 
参考图5所示的流程图来描述最小化小区间干扰和小区内干扰的另外一种优选实施方法。在步骤500，选择队列中的第一移动站并设置为发送数据的第一移动站。在步骤502计算第一移动站和其它移动站之间的互相关值。在步骤504选择互相关值低于预定阈值CCt的移动站作为第一同时发送候选组(A组)的移动站。如果如步骤506所确定，A组中没有移动站，则在步骤508仅指示第一移动站在下一时间间隔内发送数据。然后，如果在步骤510中确定A组中仅有一个移动站，则在步骤512选择该移动站作为在下一时间间隔内发送数据的第二移动站，即选择第一和第二移动站同时发送数据。然后，在步骤514指示所选择的这两个移动站准备在下一分组持续时间内发送数据。 
如果在A组中间存在多个移动站，则在步骤516中计算A组中所有移动站的互相关值。在步骤518，选择互相关值小于CCt的所有移动站对作为第二同时发送候选组(B组)。如果如同在步骤520中所确定的在B组中没有移动站对，则在步骤522选择A组中发射功率最低的移动站，并将这个移动站设置为在下一时间间隔内发送数据的第 二选定移动站。然后，在步骤514指示第一和第二选定移动站准备在下一分组持续时间内发送数据。然而，如果在B组存在至少一对移动站，则在步骤524中选择具有最低组合平均发射功率的移动站对作为在下一时间间隔内发送数据的第二和第三移动站，即选择第一、第二和第三移动站同时发送数据。在步骤526指示所选择的三个移动站准备在下一分组持续时间内发送数据。在所选择的移动站完成一个分组持续时间的数据发送之后，最好将它们的新分组添加到队列的末尾。 
为了说明该优选实施方法的操作，在说明图5的方法时将使用如上所述图3A和图3B的示例性假设，除了N现在为1。而且，为了简化该例子中所说明的原理，假设无线电传播环境是静态的，因此所有ARV的相关值也如表1所示是静态的。然而，在确定在下一分组持续时间内哪一个移动站可以发送反向链路数据时将考虑所有移动站的发射功率。这5个移动站以最高数据速率发送数据所需要的示例性相对功率电平在下面的表2中图示。 
  
移动站编号 相对移动站发射功率(W)
1 1
2 0.1
3 2
4 0.01
5 10
表2 
例如，在HDR中，可以根据反向链路功率控制处理和反向链路中的数据速率控制信号来估计如表2所示的所有移动站的发射功率相对电平。 
应当理解在具体的实施过程中，例如在蜂窝电话通信的快速移动环境中，无线电传播信道以及阵列响应矢量和/或发射功率相对电平将随着时间明显地变化。因此，表1和/或表2的信息可有利地定期更新。在这样一个实施例中，图5的流程图可以定期返回所图示的互相关步骤和/或重新确定功率电平，例如每分组持续时间、每发送帧或者每发 送超帧，从而更新操作所需要的信息。例如，根据一种优选实施例，可以大约每5个分组持续时间更新一次表1和表2的数据。 
在执行上面所讨论的图5的优选实施方法之后，其中5个移动站具有表1和表2所示的信道特性，排队数据如图2的队列200所示和CCt＝-10dB，可以将数据从图6所示的发送队列中删除，在图6中纵轴表示时间。例如，在第一时间间隔中，如图6中队列601的阴影用户块所表示的队列200的移动站1的数据分组(数据分组U11、U12和U13)和移动站4的数据分组(数据分组U41)被发送，产生队列602。重复图5的步骤，对队列602的移动站2和移动站1的数据分组在第二时间间隔内发送，产生队列603。类似地，移动站3和移动站2的数据分组在第三时间间隔内发送，产生队列604，移动站5和移动站4的数据分组在第四时间间隔内发送。因此，根据该优选实施方法为需要进行数据通信的所有移动站提供了服务，同时通过以最小的小区内干扰实现同时发送调度提高了数据容量。 
根据本发明的另一种优选实施例，提供一种选择同时发送移动站组的算法。最好控制每组中的移动站在同一时隙内发送数据，其中通过基站波束生成器的空间处理分离它们的信号。与为每个时间间隔选择可变数量的移动站(例如1、2和3个移动站等)的先前实施例不同，根据该实施例最好为K个通信时间间隔中的每个时间间隔选择固定数量L个移动站(例如3个)。 
例如，假设总共有Nu个移动站，其中第n个移动站具有测量响应矢量(V(n))，并且有N个时隙可供分配。假设响应矢量在选择过程中是恒定的。该优选实施例算法选择Ng组移动站(Ng一般在1到4的范围内)，其中每组将被分配一个给定时隙。 
该优选实施例算法开始于建立一个Ns×Ng个移动站的列表。对应于移动站需要服务的相对频率，可以以不同的次数列出每个移动站。作为一个具体例子，假设这样的情况，其中存在Nu＝30个移动站，组大小Ng＝3，其中10个移动站需要服务的频率是其它20个移动站的两倍。该列表的最少条目因此将是40(2×10+20)。列表越大，则该算法执行得越好。因此，例如6×40＝240的列表大小将对应于Ns＝240/3＝80个时隙。 
一旦建立了优选实施列表，则最好在列表中随机地选择Ng个移动站。最好为Ng个选定移动站计算一个包括各移动站响应矢量(Vs)互相关值之和的代价函数。例如，如果Ng＝3，则最好如下面的等式(3)所示计算代价函数。 
cost＝|V(n1)’＊V(n2)|2+|V(n2)’＊V(n3)|2+|V(n1)’＊V(n3)|2(3) 
在上面的等式(3)中，n1、n2和n3是选定移动站的编号，||是复数求模函数和‘是复数共轭转置函数。 
如果所计算的代价小于一个特定阈值，则根据该优选实施例选择Ng个选定移动站作为一组。如果所计算的代价大于该阈值，则随机地从列表中选择另外一组Ng个移动站，并计算它们的代价函数。这一过程最好重复处理至多N次(其中N是一个预定值)。如果在N次判断之后，未发现一组代价足够小的移动站，则结束该处理，并选择N组中代价最低的一组移动站作为一组。 
当已经将一组移动站选择为一组之后，最好将这些移动站从列表中删除。最好重复上述步骤直到列表变空，例如当已经建立Ns组时。当列表为空时，创建一个新列表并最好再次重复上述步骤。 
本发明的上述实施例仅仅是说明性而非限制性的。因此，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明广泛概念的情况下显然可以进行各种变化和修改。例如，所述的多个实施例选择三个或者更少的移动站进行同时发送。然而，使用本发明可以选择其它移动站以降低反向链路中的小区内干扰。类似地，该优选实施例是针对移动站描述的，但是本发明显然也可以用于任何其它形式的通信设备。 
尽管已经详细描述了本发明及其优点，应当理解在不脱离权利要求书所定义的本发明精神和范围的情况下，可以在其中进行各种修改、更换和替代。而且，本发明的范围并不限制于说明书中所述的处理、机器、内容组合、装置、方法和步骤的具体实施例。根据本发明所公开的内容，本领域的普通技术人员能够很容易地认识到，根据本发明可以使用现在已经存在或者以后将要研发的处理、机器、制造、内容组合、装置、方法或者步骤，它们能够实现与在此所述的相应实施例基本上相同的结果。因此，权利要求书的保护范围将包括这些处理、机器、制造、内容组合、装置、方法或者步骤。

Claims (18)

1.一种从多个移动站向一个基站发送数据的方法，该方法包括：
将所述多个移动站划分成第一数据速率组和第二数据速率组；
选择用于发送的第一移动站，该第一移动站是数据队列中的第一个移动站并且属于第一数据速率组；
计算第一移动站和第一数据速率组中其它移动站的阵列响应矢量之间的第一互相关值；
比较该第一互相关值和一个预定阈值；
选择第二移动站，除非所有的第一互相关值都大于或等于预定阈值并且第一移动站和第二数据速率组中移动站的阵列响应矢量之间的所有第二互相关值都大于或等于预定阈值；和
从所选定的移动站同时发送数据。
2.权利要求1的方法，其中如果至少一个第一互相关值小于预定阈值，则第二移动站具有一个相对应的第一互相关值，该第一互相关值是最低的第一互相关值。
3.权利要求1的方法，其中如果没有小于预定阈值的第一互相关值和如果至少一个第二互相关值小于预定阈值，则第二移动站具有一个相对应的第二互相关值，该第二互相关值是最低的第二互相关值。
4.权利要求1的方法，还包括确定是否选择第三移动站，其中该确定包括：
计算第二移动站和第二数据速率组中移动站的阵列响应矢量之间的第三互相关值；
计算第一移动站和第二数据速率组中移动站的阵列响应矢量之间的第四互相关值；
确定第二数据速率组中是否有移动站与第一移动站和第二移动站之间的互相关值低于预定阈值；
求第二数据速率组中被确定低于预定阈值的任意移动站与第一移动站和第二移动站之间的互相关值之和；
选择与第一移动站和第二移动站的互相关值之和最小的移动站作为第三移动站。
5.权利要求1的方法，还包括确定是否选择第三移动站，其中该确定包括：
计算第二移动站和第一数据速率组中互相关值低于预定阈值的移动站的阵列响应矢量之间的第三互相关值；和
如果第一互相关值中的至少一个和第三互相关值中的至少一个低于预定阈值，则选择第三移动站，第三移动站具有一个相对应的第三互相关值，该第三互相关值是最小的第三互相关值。
6.权利要求1的方法，还包括确定是否选择第三移动站，其中该确定包括：
计算第二移动站和第二数据速率组中互相关值低于预定阈值的移动站的阵列响应矢量之间的第三互相关值；和
如果第二互相关值中的至少一个和第三互相关值中的至少一个低于预定阈值，则选择第三移动站，该第三移动站具有一个相对应的第三互相关值，该第三互相关值是最小的第三互相关值。
7.一种提供高数据速率无线通信的系统，所述系统包括：
包括一个移动站通信控制算法的调度器电路(102)，其中所述调度器电路(102)将多个移动站中的一些移动站识别为高时间平均数据速率移动站组，并将所述多个移动站中的其它移动站识别为低时间平均数据速率移动站组，并且其中所述调度器电路(102)操作地调度与所述多个移动站的通信，以使所述高时间平均数据速率组的移动站比所述低时间平均数据速率组移动站更多地通信，
互相关电路(101)，从与所述多个移动站中的移动站进行通信的天线阵列接收信号，其中，所述互相关电路(101)确定所述多个移动站中的移动站的阵列响应矢量并对所述多个移动站中的移动站的阵列响应矢量进行互相关，以由此给所述调度器电路(102)提供互相关信息，以用在与所述多个移动站的通信的调度中。
8.权利要求7的系统，还包括：所述调度器电路(102)的移动站通信控制算法中的通信队列，其中在所述队列中以如下的次数来呈现所述高时间平均数据速率组中的移动站，所述次数近似等于所述低时间平均数据速率组的移动站在所述队列中呈现的次数乘以所述高时间平均数据速率组的数据速率相对于所述低时间平均数据速率组的数据速率的倍数，其中所述调度器(102)通过从所述队列中选择特定移动站操作地调度所述多个移动站的通信。
9.权利要求8的系统，其中所述调度器电路(102)从所述队列中选择第一移动站在随后的时间间隔内通信，并从所述队列中识别与所述第一移动站同属于相同的时间平均数据速率组的另一移动站，用于在所述随后时间间隔内进行通信，其中是否识别出所述另一移动站取决于所述互相关信息。
10.权利要求9的系统，其中所述互相关信息是低于预定阈值互相关值的一个互相关值。
11.权利要求9的系统，其中如果所述互相关信息并未从所述队列中识别出与所述第一移动站具有相同时间平均数据速率组联属关系的一个移动站，则所述调度器电路(102)从所述队列中识别与所述第一移动站属于不同的时间平均数据速率组的另一个移动站，以在所述随后时间间隔内通信。
12.权利要求7的系统，其中所述调度器电路(102)从所述队列中选择第一移动站在随后的时间间隔内通信，并从所述队列中识别另一移动站在所述随后的时间间隔内通信，其中是否识别出所述另一移动站取决于所述互相关信息。
13.权利要求12的系统，其中所述调度器电路(102)识别出所述队列中与所述第一移动站的互相关值低于预定阈值的所有移动站，如果仅有一个移动站与第一移动站的互相关值低于预定阈值，则选择这个移动站作为在所述随后时间间隔内通信的第二移动站，如果有多个移动站与第一移动站的互相关值低于预定阈值，则分析这样的每个移动站的互相关值以确定是否存在相互之间的互相关值低于所述预定阈值的任何成对移动站。
14.权利要求7的系统，其中所述调度器电路(102)从所述队列中选择预定数量的移动站作为同时通信的候选移动站，并进行与同时通信相关的代价分析。
15.权利要求14的系统，其中如果所述代价分析所获得的代价数值低于预定阈值，则所选定的移动站被调度在随后的相同时间间隔内通信，并且其中如果所述代价分析所获得的代价数值高于所述预定阈值，则所述调度器电路再次从所述队列中选择所述预定数目的移动站。
16.权利要求14的系统，其中从所述队列中选择所述移动站是随机的。
17.权利要求14的系统，其中所述预定数量是3。
18.权利要求17的系统，其中至少部分地通过下式实现所述代价分析：
cost＝|V(n1)’＊V(n2)|2+|V(n2)’＊V(n3)|2+|V(n1)’＊V(n3)|2
其中n1、n2和n3是选定移动站的编号，V是一个相关移动站的阵列响应矢量，‖是一个复数求模函数，和’是一个复数共轭转置函数。
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