CN1726661A - 具有链路分集反馈的蜂窝系统 - Google Patents

Abstract

通信系统具有基站、网络控制器及移动台。空中信号结构允许采用分集方法，而在移动台之一的接收机中完成分集组合。反馈机制向网络报告包括分集状态的基站到移动台信道信息，以控制移动台的效率。

Description

具有链路分集反馈的蜂窝系统

蜂窝系统内的移动通信设备通常接收与该系统内多个用户相关的重叠数据承载信号。一些用户可能位于与移动通信设备相同的小区中，而另一些用户可能位于其它的小区中。移动通信设备从复合接收信号中提取数据。移动通信设备认为除携带本地用户数据的分量以外的信号分量是干扰，因为这些信号分量干扰数据提取过程。

用于提取发送信息的技术依赖于不同码序列的互相关特性以区分不同用户。异步用户和多径传播差异可以导致多用户干扰及衰落，从而在检测预期信号时导致中断。因此，因为存在干扰和多径传播，需要改进移动设备和基站之间通信的方法。

附图简述

在说明书的结束部分特别指出并且清楚要求关于本发明的主题。可是本发明，关于操作的组织和方法这两方面连同其目的、特征及优点，可以结合附图并参照下面的详细描述来最佳地理解，其中：

唯一的图(图1)说明了依照本发明的蜂窝通信系统，其中移动台向无线网络控制器(RNC)和基站提供分集信息。

可以意识到为了说明的简明性和清晰性，不一定按比例绘制图中说明的元件。例如，为了清晰，相对于其它元件，扩大一些元件的尺寸。此外，在适当之处，各图之间重复了一些参考标号以指示相应的或类似的元件。

详细描述

为对本发明提供深入的理解，在下面的详细描述中，阐述了很多具体的细节。但是本领域的技术人员理解，没有这些具体的细节，也可以实现本发明。另一方面，为了避免使本发明变得含糊，没有详细描述众所周知的方法、过程、组件和电路。

本发明的实施例可以用于各种应用中，所声明的主题具体体现在微控制器、通用微处理器、数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算(RISC)、复杂指令集计算(CISC)及其它电子元件中。本发明也可以具体体现在智能电话、通信装置以及个人数字助理(PDA)、基带和应用处理器、基于平台操作系统的设备、车载信息娱乐系统以及其它产品中。然而，应当理解，本发明的范围不限于这些实例。

在下面的描述和权利要求中，可以使用术语“耦合”和“连接”以及它们的派生词。应当理解，这些术语并不是要作为彼此的同义词。而是，在特定实施例中，“连接”可以用来指示两个或两个以上元件互相之间直接物理接触或电接触。“耦合”可能意味着两个或两个以上元件直接物理接触或电接触。然而，“耦合”也可能意味着两个或两个以上元件互相之间不直接接触，但仍然互相合作或互相交互。

在蜂窝通信系统中，多个基站向系统中的移动用户提供无线通信服务。基站通常向与该基站相关的覆盖区或小区中的多个移动用户提供服务。基站可以具有多个将小区分成扇区的收发元件。为了允许多用户共享同一基站，可以使用多址方案。

一种多址方案是码分多址(CDMA)，该方案使用多个完全正交码或近似正交码来扩频调制系统内的用户信号。每个已调制用户信号与系统中其它已调制用户信号具有重叠频谱。然而，因为基础调制码是正交的(或近似正交的)，所以通过使用适当码对复合信号执行相关操作，每个用户信号能够被独立地解调。

唯一的图说明了可以实现本发明的原理的蜂窝通信系统10，特别地，其中移动台30产生通过无线网络控制器(RNC)32可提供给网络的分集信息。蜂窝通信系统10可以是诸如IS-95、CDMA2000、UMTS-WCDMA的码分多址(CDMA)蜂窝网络并且包括多个基站(BS)20、22、24、26、28，这些基站可分布在一定区域内，并且为与移动用户进行无线通信而在小区内提供覆盖。术语“无线网络控制器”(RNC)、“公共导频信道”(CPICH)和“专用物理信道”(DPCH)是UMTS-WCDMA规范中使用的专用术语。在一般的意义上使用这些术语并且把这些术语用于其它网络的任何功能上类似的元件。

蜂窝通信系统必须在各种各样的信道状态下工作。可能有害地组合的多个传播路径可破坏信号，导致在移动接收机中信号强度深度衰落。另外，步行者或车的运动包括多径分量上的多普勒频移，导致衰落的多径信道的时变。通常将多普勒和多传播路径的这种组合称为多径衰落。

分集技术是包括GSM/(E)GPRS、CDMA2000和WCDMA的现代蜂窝系统中防止多径衰落的第一条防线。在抽象定义中，分集仅仅意指信号的多个副本或者编码系统同样可以产生的信号冗余在多个松散相关衰落信道上传送。将这些松散相关信道称为“分集信道”。在接收机组合冗余能量。当在各个分集信道上将频繁发生深度衰落时，仅当在多个分集信道上同时存在深度衰落时，数据丢失发生，这种情况是罕有事件。

在很多蜂窝系统中使用的一种分集是时间分集。在该方法中，前向纠错(FEC)传递在接收端纠正传输中错误的数据，通常使用卷积码向比特流增加冗余度。这些编码比特被交织并且在快速衰落信道上传送。当衰落时间常数(称为信道的“相干时间”)小于编码块的传输时间时，时间分集发生。在这种情况下，“分集信道”是编码块传输时间间隔的短时间段。一些时间段可能发生深度衰落，但是衰落的符号以FEC解码器可纠正的方式在块上去交织和分布。

CDMA系统使用多个分集类型。信号结构的固有宽带特性允许接收机分解传播信道的多径结构。接收机可以分解并独立跟踪所接收信号的各个多径分量，然后组合这些接收的能量。“分集信道”是单独分解的多径分量。在CDMA中，便于多径分集的常用接收机结构是RAKE接收机。可以调谐到具体多径分量的RAKE接收机元件被称为RAKE耙指。

CDMA系统的基站到移动台链路使用公共导频信道(CPICH)。CPICH是仅利用CDMA扰码(PN码)及信道化码来调制的信号，所以移动接收机完全知道该信号。接收机使用导频信号用于信道估算以实现相干解调。例如，在RAKE接收机中为每个多径耙指执行信道估算。另外，还可以将公共导频用于对接收的相邻小区或相邻扇区中的功率电平进行测量。通常经由上行链路控制信道将这些测量结果反馈到RNC并且由网络用以作出小区/扇区切换决定。

在一些系统中，例如在软切换操作期间，具有一个以上为移动台30的用户服务的有效集是可能的。软切换涉及CDMA系统中基站覆盖区的重叠，使得每个移动台(蜂窝电话机)在至少一个基站的范围内是可用的。术语“有效集”涉及目前向具体用户或移动台30提供通信服务的基站或扇区。例如，基站20可以担当移动台30的有效集，该移动台30位于由该基站提供服务的小区内。

在一些情况下，移动台每次向一个以上的基站发送信号，并从一个以上的基站接收信号。因此，移动台30从系统10中的基站20的许多有效集中接收信号。因为软切换涉及从多个基站或相同基站的多个发射扇区传输相同的信号内容，所以这是分集的一种形式。这通常被称为宏分集。

基站22、24、26及28可以通过各种有线连接中任一种耦合到基站控制器或无线网络控制器(RNC)32，有线连接包括，例如，局域数据访问(LADA)线路、T1或部分T1线路、综合业务数字网(ISDN)、基本速率接口(BRI)、有线电视线路、光纤电缆、数字无线电、微波链路或专线，尽管连接的类型不是用于限制本发明的范围。另外，RNC32可以经由多种网络链接而连接到一个或多个网络，例如，公共交换电话网(PSTN)、因特网或X.25网络。

RNC 32可以控制并管理软切换。每个基站20、22、24、26及28发送CPICH信号，该信号由移动台30接收并用于检测、同步、信道估算，并且通常作为在检测相应数据承载信号方面的帮助。特别地，该图说明了移动台30监测来自基站20、22、24、26及28的传输，并且对从这些多个基站接收的CPICH信号执行强度测试。经由移动台到基站控制信道发给RNC的CPICH功率测量报告是网络控制器如何可以使用移动台反馈以控制分集的一个方面的基本实例。在这里强调，习惯作法是把功率测量结果用于软切换控制。

CDMA基站到移动台通信中的宏分集通常使用RAKE来调节。将附加耙指分配给有关联的基站或扇区发射机，由相关的传播信道上的多径量决定分配给每个发射机的数目。

在上述两类CDMA分集之间存在重要的区别。网络可以控制宏分集。物理传播信道的性质控制着多径分集。移动接收机知道目前多径量，但是网络并不固有地知道。

分集方法通常是防止信道衰落的十分有效的方法。然而存在收益递减的现象。相对于无分集来说，等价于2个或3个完全不相关的信道的分集提供大的性能增益，但是超出的部分增益是渐增的。另外，在接收机处利用分集需要接收机资源。例如，多径和宏分集需要多个接收元件(RAKE耙指)。

太多的分集事实上可能是有害的。如果在接收机天线处空中信号中所有可能的分集超过了接收机的资源能承受的，则接收机不恢复到达接收机的信号能量的一些部分。这种不可恢复的能量正好是对网络的干扰，与如果所有的接收机以100％效率工作时可获得的容量相比，该干扰最终导致了较低的网络容量。因此，在受干扰限制的蜂窝系统中(诸如任何CDMA系统)，所有的接收机以接近峰值效率工作是重要的。这在基站到移动台链路中特别重要，因为非常想要包含移动接收成本以及功率消耗，因此移动接收机资源是有限的。依照本发明，网络要求从移动台通过反馈命令信号的反馈，以管理应用于给定移动台的分集量。通过管理分集量，网络可以对提供给各个移动台的分集丰富度、移动接收机资源与网络容量之间的交换进行优化。

依照本发明的一个特征，移动台30通过反馈命令信号向RNC 32提供上行链路信令，该信令包括指示(除了信号强度测量结果之外)用于每个基站20、22、24、26及28的多径分集量的优值指数数据。RNC32则可以使用该信息以选择基站的有效集用来在软切换操作中向移动台30发送数据。例如，假设在移动台，基站20、22、24具有最强的接收信号功率，并且都具有可比的功率电平。然而，基站20、24可能具有充足的多径分集，而基站22不具有。基于这个原因，RNC 32仅选择基站20、24作为有效集，如图中这些链路上的专用物理信道(DPCH)所示。在该实例中，有可能附加基站22会使具有太多分集的移动接收机过载，导致以低于峰值效率工作。使用本发明的特征会避免该情况，因为利用附加的反馈分集，RNC 32可以预测并控制要出现在移动台上的分集量。因此，除了接收信号功率之外，分集测量结果反馈允许RNC 32在网络上更好地优化有效集判定。

RNC 32可以考虑其它的分集系统概念。分集系统是技术的集合，在维持最低质量的同时，这些技术改善了服务质量(QoS)以及系统的容量。虽然当前无线通信系统的系统性能可能因信道损害(例如信号衰落、符号间干扰(ISI)、共道干扰)而受到限制，但是使用分集技术，可以提高系统的性能。例如，信号衰落和ISI可能由多径传播引起，而通常可能由网络中的共道用户引起干扰。为减轻信号衰落，可以由移动台30测量诸如空间分集、极化分集、频率分集及时间分集的分集方案，并且在本发明的实施例中，网络和RNC 32可以特别接收移动台30产生的优值指数数据作为上行链路控制信道上的反馈，以指示下行链路的分集状态。如此，链路分集的特征可以用于改进基站20、22、24、26和28与移动台30之间的通信。

为减轻共道干扰，可以使用诸如自适应波束成形或多用户检测的干扰相消技术来减少干扰。当关于干扰的信息不可得时，通常使用自适应波束成形。当接收机知道关于干扰的信息时，多用户检测通常是可能的。移动台30可以产生作为自适应波束成形和多用户检测相结合的优值指数数据，并将其提供给蜂窝通信系统10中所述的网络以提高性能。

移动台30可以执行的一种分集测量包括与不同基站相关的多径电平。移动台30可以接收具有很多不同传输路径(称为直接路径、反射路径、折射或散射路径)的信号。在直接路径中，能量可以从基站的原点向移动台的接收无阻传播。在反射路径中，能量可以撞击对象并且被反射到接收点。在折射路径中，能量可以从表面边缘分散为二次能量或折射能量。在散射路径中，能量可以撞击对象并向各个方向散射。

因此，不同的工作环境(例如室内的办公室环境、户外的步行环境以及车载环境)产生遇到不同衰落特性的传输路径。移动台30通过选择或组合信道来构造复合消息，以减轻衰落引起的失真，并向网络和RNC 32提供用于反馈的优值指数。RNC 32处理的算法中使用的优值指数信息可以在作软切换决定时指示网络中合适的基站。

移动台30可以产生并提供给网络的另一种分集测量结果包括基于用于从两个不同的基站接收的信号的信噪比(SNR)标准的优值指数数据。在RNC 32上运行的算法所处理的SNR优值指数数据可以指示哪些基站要包括在有效集中的决定。RNC 32可能偏爱基站的信号正被接收并且具有高信噪比的基站。

用于正交发射分集(OTD)的优值指数数据可以由移动台30提供给网络。空间分集或智能天线系统使用在时间和频率上同时工作的多个天线。当基站将编码和交织后的比特拆分为用于在不同发射天线上同时发射的不同流时，可以使用OTD。可以使用两个或两个以上发射天线，将不同的扩频码用于流以维持正交性。除了在一个天线上的常规导频以外，在第二个天线上可以发射辅助导频以帮助在移动台30的接收机中的相干检测。该机制可以在衰落严重以及非常短的多径延迟扩展的环境中提供重要的增益，使得接收机仅可以分解一个多径分量，并且软切换的可用性是受限制的。在这种情况下，依照本发明，移动台可以请求转到OTD模式，或者它可以提供允许RNC 32作OTD决定的信道分集反馈。

或者，可以从单个源发送信号，在多个空间分离的天线处接收并组合该信号，该过程称为空间分集。宏分集是空间分集的一种形式，当两个或两个以上接收天线被定位成相互之间非常接近时，空间分集存在，其中每个天线从单个源接收信号。在宏分集系统中，对从公共源接收的信号进行处理和组合，以形成用于该单个源的质量改善的合成信号。因此，术语宏分集位置意指，天线的位置彼此靠近并且只是分离得足以有效防止衰落或类似的干扰。移动台30可以产生用于各种形式的空间分集的优值指数数据并且向RNC 32提供反馈，RNC 32允许网络作决定以提高通信系统10的QoS。

可选地，可以在基站20、22、24、26及28的发射机中实现时间切换发射分集(TSTD)。但是不同于始终使用至少两个天线的OTD，在任何时刻TSTD中的用户仅从一个天线发射。不同的用户可以在天线之间转移并且使用不同的伪随机切换模式。伪随机地交换用户可以均衡两个天线的使用并且减少正传送信号的基站所使用的功率放大器的容量和峰值因数。象在OTD的情况下一样，可以将两个不同的导频用于相干检测。移动台30中的导频跟踪单元(没有示出)解扩每个来自被跟踪的基站的导频信号并且对该信号执行连续的时间跟踪和信道跟踪(即，振幅和相位估算)。移动台30中的搜索单元(没有示出)也可以在接收信号内搜索新的导频信号。可以将导频跟踪单元和搜索单元产生的分集信息交付给网络，供网络用于作软切换决定。

用于选择性发射分集(STD)的优值指数数据也可以由移动台30产生并提供给网络和RNC 32。理想地，期望选择得到最高接收SNR的天线用于发射。然而，基站发射机不知道基站和移动台30之间的信道状态。因此，可以从移动台30到RNC 32使用反馈信道以指示STD优值指数，该优值指数可以允许RNC 32选择提供较高SNR的天线。优值指数数据允许网络决定哪个基站可能最适合向移动台30发送信息。

为了提供改良的容量，CDMA可以采用空时概念在散射环境中利用路径分集。空时方法(STTD)可以同时在两端(即，或者在发射机或者在接收机或者在两者)在多个天线之间利用多径分集，使得可以将信道视为多输入多输出(MIMO)系统。移动台30可以产生可以传送到网络并用于提高通信性能和QoS的优值指数数据。

现在显然的是，可以由每个单独的移动台30产生优值指数数据并将其提供给RNC 32以说明各种分集类型。RNC 32中运行的算法中可以说明优值指数数据，允许网络作决定以增强或改进移动台30的QoS。基于移动台30对信道状态和信道干扰的认识，这允许移动台30指导网络关于每个基站应当使用哪种分集传输技术。移动台30可以产生提供给网络以影响软切换决定并指向要用其执行软切换的基站的宏分集信息。或者，移动台30可以产生并提供关于空-时分集(经由STTD)、结合的空间-宏-分集(经由SSDT)或波束成形的优值指数数据，可以将优值指数数据反馈给网络。注意，通常，移动台30比基站具有更多的关于它的信道和干扰条件的信息，因此可以适当地指示网络并且允许RNC 32来决定通信系统10中使用的最有效的分集传输方法。

Claims (22)

1.一种网络，包括：

多个基站；

耦合到所述多个基站的网络控制器；以及

移动台，接收空中信号，并允许分集方法与在所述移动台的接收机中完成的分集组合一起使用，其中来自所述移动台的反馈命令信号请求增加或减少所述空中信号中的分集量。

2.如权利要求1所述的网络，其中所述反馈命令信号还从所述多个基站之一请求所述空中信号中的分集机制。

3.如权利要求1所述的网络，其中所述多个基站之一从所述移动台接收所述反馈命令信号，所述网络依照所述反馈命令信号管理提供给所述移动台和其它移动台的分集量。

4.如权利要求1所述的网络，其中所述网络根据所述移动台向所述网络指明的接收机资源来优化提供给所述移动台的分集量。

5.一种具有基站、耦合到所述基站的网络控制器以及多个移动台的网络，所述网络包括：

接收空中信号的所述多个移动台之一的接收机，其中所述接收机允许分集方法与分集组合一起使用；以及

报告基站到移动台信道的分集信息以及所述接收机的分集组合能力的反馈信号。

6.如权利要求5所述的网络，其中提供给所述网络控制器的基站到移动台信道信息包括所述多个移动台之一中的多径接收元件的数量的报告。

7.如权利要求5所述的网络，其中提供给所述网络控制器的基站到移动台信道信息增加或减少所述空中信号中的分集。

8.如权利要求5所述的网络，其中所述网络根据所述移动台向所述网络指明的接收机资源来优化提供给所述多个移动台中的其它移动台的分集量。

9.如权利要求5所述的网络，其中所述网络优化提供给所述移动台的分集量。

10.如权利要求5所述的网络，其中所述分集反馈信号允许所述网络控制器优化所述网络上的有效集决定。

11.如权利要求5所述的网络，其中所述基站到移动台信道信息包括基于所述信道状态的分集测量结果。

12.如权利要求5所述的网络，其中所述分集信息包括不在有效集中的基站的分集信息。

13.一种通信网络，包括：

在所述通信网络中的多个基站；

耦合到所述多个基站的网络控制器；以及

所述通信网络中的移动台，它根据信道状态和从所述多个基站接收的信号的干扰来进行分集测量，其中将关于所述分集测量结果的信息提供给所述网络控制器以控制所述通信网络中的选定基站中的分集。

14.如权利要求13所述的通信网络，其中提供给所述网络控制器的关于所述分集测量结果的所述信息包括在当前不与所述移动台通信的相邻小区上的分集测量结果。

15.如权利要求13所述的通信网络，其中所述移动台所作的分集报告影响诸如空间-时间分集(STTD)数据、空间-宏-分集(SSDT)数据以及RNC中波束成形的分集方法的选择。

16.如权利要求13所述的通信网络，其中提供给所述网络控制器的关于所述分集测量结果的所述信息用于控制不在有效集中的基站的分集。

17.一种方法，包括：

连续跟踪空中信号中的信道信息以动态产生移动台中的分集信息；以及

在反馈命令信号中向网络提供所述分集信息，以增加或减少空中信号中的分集量。

18.如权利要求17所述的方法，还包括：

从所述移动台通过所述反馈命令信号接收分集信息，从而允许网络控制器改变基站在空中信号中提供给所述移动台的分集。

19.如权利要求17所述的方法，还包括：

依照所述反馈命令信号来管理网络以控制提供给所述移动台和其它移动台的分集量。

20.如权利要求17所述的方法，还包括：

根据所述移动台向网络指明的接收机资源，优化提供给所述移动台的分集量。

21.如权利要求17所述的方法，还包括：

利用网络中接收的分集信息来控制软切换决定。

22.如权利要求17所述的方法，还包括：

根据网络容量来优化提供给所述移动台的分集信息量。

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