WO2003081820A1

WO2003081820A1 - Procede de systeme de communication mobile avec antenne intelligente

Info

Publication number: WO2003081820A1
Application number: PCT/CN2003/000173
Authority: WO
Inventors: Shihe Li; Guiliang Yang
Original assignee: Da Tang Mobile Communications Equipment Co., Ltd.
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2003-10-02
Also published as: CN1446012A; JP2005529508A; KR100713724B1; EP1489766A1; EP1489766A4; CN1172549C; CA2480402C; RU2284661C2; AU2003221215A1; BR0308789A; EP1489766B1; BRPI0308789B1; KR20050002915A; JP4241395B2; US7319888B2; RU2004131836A; MXPA04009319A; US20050152303A1; AU2003221215B2; CA2480402A1

Description

智能天线移动通信系统传输高速下行包交换数据的方法技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，更确切地说是涉及一种在具有智能天线的移动通信系统中，既可充分发挥智能天线无线波束赋形的优势，又能高效率传输下行的包交换数据 ( Package Data ) 的方法。发明背景

在未来移动通信系统中，下行高速包交换数据，即传输互联网类型的数据是一项非常重要的业务。移动通信系统根据用户的要求，向用户传输其用户数据。

目前的传输实施方法可以用全球移动通信系统（GSM )通用无线分组业务（GPRS ) 中使用的方法来说明：所有接入的用户均处于等待接收状态（即挂在网上）；无线基站使用一个载波，利用此载波的一个或多个时隙，将下行数据一个接一个地向用户发送，采用的发射方式是向此基站的全部覆盖区（一个小区或一个扇区）内作全向发射，以保证不论用户移动到此基站覆盖区内的任何地点均能够接收到此下行数据。此时，基站（系统）并不需要知道用户所在的具体位置，而只要知道此用户所在的小区。

为保证此下行数据的传输质量，一般均采用自动重发（ARQ )技术，即基站在每次下行数据传送时，都向用户传送一个特定长度的数据包；在用户收到此数据包后釆用纠错和 /或检错编码技术（如采用冗余纠错技术进行检测），检查收到的数据包中是否有误码；当数据包中有误码且无法纠正时，用户将要求基站将此数据包重发，以保证传输的质量。

图 1中示出一典型的基站向用户终端传输高速下行的包交换数据的传统流程。移动通信系统知道用户终端 11、 12 、 1N均处于基站 B 所在的小区，并处于准备接收状态（如 GPRS 中的 REDAY状态）；基站 B 根据系统信令，依次向终端 11、 12 1N发送高速下行包交换数据。每个数据包的包头设置有用户终端的识别标志，每个数据包的长度由系统决定（一般是固定的，是多个无线帧的长度）。

如图中所示的基站 B，用全向发射方式先向用户终端 13发送高速下行包交换数据，用户终端 13接收完一数据包后，将向基站返回已正确接收的确认消息（或提出重发（ARQ)要求），然后进入基站向用户终端 13 发送数据完毕和用户终端 13接收确认的过程。基站向第一个用户终端 13发送完毕后，再顺序向第二个用户终端 11发送。基站接收到用户终端 11 的重发请求后，仍以全向发射方式进行数据重发，然后进入基站向用户终端 11发送数据完毕和用户终端 11接收确认的过程。

另一方面，现代移动通信技术发展的一个最主要的方向是使用智能天线技术。在无线基站中使用了智能天线后，既能大大提高系统的性能和容量，又能降低系统设备的成本。

智能天线的基本工作原理是：基站根据接收到的、来自用户的上行信号判断用户所在的方位（D0A ), 并以此方位对上行信号进行接收波束赋形的基上，用赋形波束向用户定向发送下行数据。

显然，若使用前述的、连续向各个用户发送下行包交换数据的方式，由于不知道用户所处的方位，也就只能用全覆盖的波束来进行发送，不可能发挥智能天线下行波束赋形所带来的优势，没有利用智能天线的优点。

然而在移动通信系统中，用户的位置总是不停地在变化着，在传输高速下行包交换数据时，要充分发挥智能天线的优势，系统必须知道每个接入用户的当前位置，才能保证其下行波束赋形，准确地跟踪上运动中的用户。

上述问题在目前的移动通信系统和标准中还均未见有解决方案。发明内容

本发明的目的是设计一种智能天线移动通信系统传输高速下行包交换数据的方法，是一种新的、在具有智能天线的移动通信系统中，传输下行高速包交换数据的方法。在充分发挥智能天线优势的同时和在不过多占用系统资源的前提下，能保证高速下行包交换数据的传输。

实现本发明目的的技术方案是这样的：一种智能天线移动通信系统传输高速下行包交换数据的方法，其特征在于包括以下步驟：

A.具有智能天线的无线基站获得每个准备接收高速下行的包交换数据用户终端的初始方位信息；

B. 无线基站按每个用户终端的初始方位信息进行下行波束赋形；

C. 无线基站以一设定长度的下行数据包为单位，根据当前用户终端的赋形波束定向地向该用户终端发送一下行数据包；

D. 用户终端接收到一个下行数据包，进行误码检查，通过上行信道向无线基站确认当前数据包已正确接收或存在误码、要求重发；

E. 无线基站根据确认消息，获得当前用户终端新的方位信息，并根据该方位信息进行新的下行波束赋形 , 再以一设定长度和利用新的赋形波束定向地向已正确接收的当前用户终端发送下一个数据包或向要求重发的用户终端重发当前数据包，直至该用户终端正确接收其所有的下行数据包后结束。

所述的步骤 A，具有智能天线的无线基站通过寻呼信道，使用全向或扇区覆盖波束对准备接收高速下行包交换数据的用户终端进行点名，从用户终端的回应消息中获得每个用户终端的初始方位信息。

所述的对用户终端进行点名，被点名的用户终端包括处于空闲或工作的任何工作状态下、准备接收高速下行的包交换数据的用户终端。

所述的下行数据包的设定长度是根据用户终端接收数据包的质量情况作自适应变化的。

所述的自适应变化，包括：

先以一预定长度 L向当前用户终端发送下行数据包；

在当前用户终端连续 m次正确接收下行数据包时，增加下行数据包的设定长度，进行第 m + 1次下行数据包发送；

在当前用户终端连续正确接收下行数据包的次数小于 m时，仍以预定长度 L发送下一个下行数据包， m为正整数；

在当前用户终端连续 n次要求重发当前下行数据包时，减小下行数据包的设定长度，进行第 n + 1次当前下行数据包重发， n为正整数。

在所述 m为 2或 3时，将下行数据包的设定长度增加为 2L , 在所述 n为 2或 3时，将下行数据包的设定长度减小为 L/2。

所述的减小下行数据包的设定长度，最短的下行数据包的设定长度为一帧数据中一个时隙的数据量长度。

所述的减小下行数据包的设定长度，最短的下行数据包的设定长度为一无线帧的数据量长度。

所述的自适应变化，包括：

无线基站先以一预定长度 L向每一用户终端发送下行数据包；无线基站根据接收到的当前用户终端的两次上行确认消息，获得该当前用户终端的方位信息和到达时延的变化；

无线基站居两个时刻期间该用户终端的位置变化，计算该用户终端的移动速度；无线基站对于移动速度快的用户，减小其下行数据包的设定长度，对于移动速度慢的用户，增加其下行数据包的设定长度。

所述的步驟 C至 F, 是分别对无线基站的所有准备接收高速下行包交换数据的用户终端逐个进行的，在一用户终端顺序并正确接收其所有的下行数据包后，无线基站再对下一个用户终端顺序进行全部下行数据包发送。

在本发明的方案中，具有智能天线的无线基站在准备向每个用户终端传输下行的包交换数据时，无论用户终端处于何种状态，包括处于空闲状态、正在进行通信或正在接收数据的工作状态，都必须先通过寻呼 ( Page )信道进行联络，即发生一个点名过程，在获得用户的回应后再进行传输。也即，即使用户终端处于某种工作状态下，也不能直接进行传输。此过程相当于一个握手的过程，基站与准备接收高速下行包交换数据的用户终端间建立起链路。这样，让无线基站知道用户终端的初始方位，供具有智能天线的系统对此方位信息进行下行波束赋形，然后才开始传送数据。

在本发明的方案中，在传送高速下行包交换数据过程中，一用户终端的下行数据是以单个数据包为单位顺序传送的，对所传送的每个数据包，在用户接收后，不论是否存在误码，用户终端都应当通过上行信道予以确认，或者正确接收或者存在误码，无线基站从用户终端的回应信号中，又可获得用户终端所处的新的方位，并根据此新的方位信息进行新的波束赋形，使赋形波束跟踪用户终端，以便用新的赋形波束在无误码的情况下传输下一个数据包，或在存在无法纠正的误码的情况下重发前一个数据包。

在同步 CDMA (如 TD - SCDMA ) 系统中，通过采用本发明的方法，还可知道用户终端离开基站的距离，以便对上行信号进行同步和进行发射功率的控制。

在高速下行包交换数据的传输过程中，本发明方法中使用了可变长度的下行数据包技术。具有智能天线的移动通信基站在发射下行包交换数据时，每个数据包都是按一个下行波束赋形来进行发送的。基站根据所收到的上行确认信号对下一个下行波束进行 U武形。由于用户可能处于不同的运动状态，当移动速度很快时，可能出现在发送一个数据包的期间内，会发生用户位置有较大变化的情况。特别是在电波传播环境有较大变化的情况下，采用固定长度的下行数据包，可能会导致此下行波束发射的数据包难以被有效接收的情况，造成严重误码。对此，即使多次重发，也不可能获得正确地接收。如果出现此种情况，即使增加冗余纠错信息，调整编码速率等常规手段也是解决不了问题的。

本发明的方法是自适应地改变数据包的长度，即在传输下行数据时，开始是用比较长的数据包长度传输，以减少上行确认的次数，提高系统效率。但在用户终端接收到一个数据包后所发出的上行确认信号中，如果反映出有严重误码的情况时，如连续重发 2至 3次均不能被正确接收的情况下，立即将下行数据包的长度降低，如降低为原数据包长度的一半，然后再重发，以上过程将进行到用户终端接收到正确数据包时为止。

对 TD- SCDMA 系统，此可变长度数据包的最短长度可为一帧中一个时隙的数据量；对其他系统，则可为一个无线帧（Radio frame)的数据量。

自适应地改变数据包的长度，是为了加快智能天线赋形波束跟踪用户速度的过程，最终达到系统和智能天线的最大能力。当接收质量很好时，则可将下行数据包的长度加倍。如此往复，根据所传输数据包的质量来自适应地调整下行数据包的长度，充分发挥智能天线的功能，提高系统的效率。

显然，如果能知道用户的移动速度，则上述调整下行数据包长度的过程会变得更为快捷和有效。因为用户在高速移动时，电波传播条件最为恶劣，出现误码的概率比较高。对同步 CDMA (如 TD - SCDMA ) 系统，具有智能天线的基站是可以获得用户移动速度的信息的。具体方法是：基站根据收到的两次用户终端上行确认信号中所获得的用户的 D0A和到达时延的变化，就可以知道用户在此时期内的位置变化，并可筒单地计算出用户终端的移动速度。获得用户终端的移动速度后，就可以用来作为确定下行数据包长度的另外一个依据，即用户终端的移动速度快时，则减小下行数据包长度；用户终端的移动速度慢时，则增大下行数据包长度。附图简要说明

图 1是典型的传输高速下行包交换数据的传统流程示意图；图 2是本发明的在使用智能天线的移动通信系统中, 传输下行高速包交换数据的流程示意图；

图 3是本发明自适应调整数据包的流程框图；

图 4是利用智能天线测量用户终端移动速度的原理示意图。实施本发明的方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

参见图 2，在具有智能天线的移动通信系统中，系统知道用户终端

21、 22 2N均处于基站 B所在的小区，并处于准备接收状态。但是，系统并不知道这些用户终端的具体位置（方位）。

具有智能天线的无线基站向用户终端传输下行数据包的过程，包括：

步骤（1 ), 基站（B )根据系统信令，依次向终端 23、 21

2N发送下行数据包时，将首先采用全向或扇区覆盖波束，在寻呼（Page) 信道中对第一个用户终端 23进行点名；

步骤（2 ), 被点名的用户终端 23在接收到点名呼叫后，将通过反向接入信道 (RACH)进行应答；

步骤（3 ), 在点名、握手成功后，基站根据接收到的用户终端 23 的方位，在下行业务信道中用赋形波束向用户终端 23发送第一个高速下行的交换数据包；

步骤（4 ), 用户终端 23接收完毕此数据包后，进行纠错和 /或检错编码，即检查接收的数据包中是否存在有误码，检查结果为正确接收时向基站返回接收正确的确认消息，当数据包中存在误码且无法纠正时向基站提出重发请求（ARQ) ;

步驟（5 )，然后，基站根据用户终端 23 的该上行信号，可获得用户终端 23 的新方位，可进行波束赋形更新，并再向用户终端发送下一个数据包（正确接收时）或重发前一个数据包（接收数据包有误码时），直至用户终端正确接收完每一个下行数据包，即完成一个用户终端 23 数据包发送完毕及用户终端 23接收确认的全过程。

步驟（6 )至（12 )，然后使用相同方法再顺序进行向第二个用户终端 21进行发送与获得其接收确认的过程，其中的步骤 9、 10是用户终端 21在接收的数据包有误码、要求基站重发（ARQ )和基站用更新后的波束赋形进行数据包重发的过程。

参见图 3, 图中示出基站自适应地调整下行数据包长度的过程，是以图 2 中向用户终端 23发送数据包的过程为例，说明自适应调整数据包长度的方法，包括以下步骤：步骤 31、 32, 基站按发送第 i - 1 (即前一个）个数据包时所确定的赋形波束和数据包长度 L向用户终端 23发送第 i 个数据包；

步骤 33, 基站在发送完第 i 个数据包后，将从上行链路获得用户终端的应答消息，如果接收正确则予以确认，如果出现误码，则将进行重发，并记录该第 i 个数据包重发的次数 n;

步骤 34 , 进行重发前，要检查重发次数 n是否大于等于一预定数，如 2或 3，当重发次数 n大于等于 2或 3时，则将数据包长度减少为原长度的一半， L = L/2 , 但不能小于长度的最小值 Lmim (最短的下行数据包的设定长度为一帧数据中一个时隙的数据量长度，或者为一无线帧的数据量长度）。

然后，再执行步驟 32以新的数据包长度 L/2进行第 i 个数据包的重发，如果重发次数 n不大于等于 2或 3时，则直接执行步骤 31 , 仍用原数据包长度 L进行第 i 个数据包的重发；

步骤 38 , 如果第 i个数据包被用户终端 23正确接收，记录连续无误码包数 m, 系统进一步检查数据包是否发送完毕，如果完毕，则结束向用户终端 23的数据发送过程，转为步骤 30, 结束向用户终端 23发送数据包的过程，如未完毕，则执行步骤 36;

步骤 36 , 进一步检查连续无误码包数 m是否大于等于一预定数，如 2或 3，即有连续 2个或 3个数据包都能在无需重发的情况下被用户终端 23正确接收；

步骤 37 ,如果有连续 1个或 3个数据包都能在无需重发的情况下被用户终端 23正确接收，则将数据包长度 L增加一倍为 2L, 然后返回步骤 31 , 发送下一个第（i+1)个数据包；

步骤 35 , 如果连续无误码包数 m小于 2或 3, 则保持当前数据包长度 L, 返回步驟 31 , 发送下一个第（i+1)个数据包。如此往复，达到自适应调整数据包长度的目的。

参见图 4 , 图中示出利用智能天线技术确定用户终端移动速度的方法，以便自适地调整数据包的长度。图中 41表示基站， 42、 43表示用户终端分别在 t。、 1^时刻时的位置。

基于智能天线同步 C應 A系统（如 TD-SCDMA)可以获得处于通信状态下用户终端方位（D0A)及离基站距离的已有技术，在基站向每个用户终端传输下行数据包时，通过两次测量获得的用户终端的方位和距离信息，可以简单的计算出用户终端的当前移动速度。无线基站对于移动速度快的用户，减小其下行数据包的设定长度，对于移动速度慢的用户，增加其下行数据包的设定长度。

如在图中的 t。时刻，用户终端处于 42位置，其方位为 α。（按图中所示参考方向），离基站 41的距离为 d。；而在时刻，用户终端处于 43位置，其方位为 (按图中所示参考方向），离基站 41的距离为则该用户终端在此 t。至期间的移动速度 V为：

由由于于移移动动通通信信系系统统的的工工作作环环境境是是比比较较复复杂杂的的，，在在城城市市环环境境下下，，街街道道、、高高楼楼等等的的复复杂杂反反射射情情况况将将导导致致比比较较大大的的测测量量误误差差 ,,但但在在此此环环境境下下，，用用户户终终端端也也不不可可能能以以很很快快的的速速度度移移动动，，故故本本发发明明不不建建议议在在城城市市环环境境中中使使用用上上述述测测量量速速度度的的方方法法进进行行数数据据包包长长度度的的自自适适应应调调整整，，而而在在远远郊郊区区和和开开阔阔环环境境下下，，此此测测量量方方法法就就可可能能获获得得比比较较好好的的结结果果，，可可以以被被利利用用来来作作为为传传送送下下行行数数据据包包长长度度初初始始值值的的判判据据。。

本本发发明明所所提提出出的的方方法法可可以以用用于于频频分分双双工工（（FFDDDD ))或或时时分分双双工工（（TTDDDD ))、、工工 * 动动通通信信系系统统中中。。

Claims

权利要求书

1. 一种智能天线移动通信系统传输高速下行包交换數据的方法，其特征在于包括以下步骤：

E. 无线基站根据确认消息，获得当前用户终端新的方位信息，并根据该方位信息进行新的下行波束赋形，再以一设定长度和利用新的赋形波束定向地向已正确接收的当前用户终端发送下一个数据包或向要求重发的用户终端重发当前数据包，直至该用户终端正确接收其所有的下行数据包后结束。

2.根据权利要求 1所述的一种智能天线移动通信系统传输高速下行包交换数据的方法，其特征在于：所述的步骤 A , 具有智能天线的无线基站通过寻呼信道，使用全向或扇区覆盖波束对准备接收高速下行包交换数据的用户终端进行点名，从用户终端的回应消息中获得每个用户终端的初始方位信息。

3.根据权利要求 1所述的一种智能天线移动通信系统传输高速下行包交换数据的方法，其特征在于：所述的对用户终端进行点名，被点名的用户终端包括处于空闲或工作的任何工作状态下、准备接收高速下行的包交换数据的用户终端。

4.根据权利要求 1所述的一种智能天线移动通信系统传输高速下行包交换数据的方法，其特征在于：所述的下行数据包的设定长度是根据用户终端接收数据包的质量情况作自适应变化的。

5. 根据权利要求 4 所述的一种智能天线移动通信系统传输高速下行包交换数据的方法，其特征在于所述的自适应变化，包括：

先以一预定长度 L向当前用户终端发送下行数据包；

在当前用户终端连续正确接收下行：据包的次数小于 m时，仍以预定长度 L发送下一个下行数据包， m为正整数；

在当前用户终端连续 n次要求重发当前下行数据包时，減小下行数据包的设定长度，进行第 n + 1次当前下行数据包重发， n为正整数。

6.根据权利要求 5所述的一种智能天线移动通信系统传输高速下行包交换数据的方法，其特征在于：在所述 m为 2或 3时，将下行数据包的设定长度增加为 2L，在所述 n为 2或 3时，将下行数据包的设定长度减小为 L/ 2。

7.根据权利要求 4或 5所述的一种智能天线移动通信系统传输高速下行包交换数据的方法，其特征在于：所述的减小下行数据包的设定长度，最短的下行数据包的设定长度为一帧数据中一个时隙的数据量长度。

8.根据权利要求 4或 5所述的一种智能天线移动通信系统传输高速下行包交换数据的方法，其特征在于：所述的减小下行数据包的设定长度，最短的下行数据包的设定长度为一无线帧的数据量长度。

9. 根据权利要求 4 所述的一种智能天线移动通信系统传输高速下行包交换数据的方法，其特征在于所述的自适应变化，包括：

无线基站根据两个时刻期间该用户终端的位置变化，计算该用户终端的移动速度；

无线基站对于移动速度快的用户，减小其下行数据包的设定长度，对于移动速度慢的用户，增加其下行数据包的设定长度。

10. 根据权利要求 1所述的一种智能天线移动通信系统传输高速下行包交换数据的方法，其特征在于：所述的步骤 C至 F, 是分别对无线基站的所有准备接收高速下行包交换数据的用户终端逐个进行的，在一用户终端顺序并正确接收其所有的下行数据包后，无线基站再对下一个用户终端顺序进行全部下行数据包发送。