Mimo系統中的分組數據傳輸的製作方法

2023-06-24 01:03:51

專利名稱：Mimo系統中的分組數據傳輸的製作方法
技術領域：
本發明涉及分組數據傳輸系統，並且還涉及在這樣的系統中使用的主站和次站以及用於操作這樣的系統的方法。本發明具有對於UMTS(通用移動電信系統)或稱為3GPP的特定的、但並不排它的應用。
對於在UMTS中的分組無線電，已經提出了被使用於高速下行鏈路分組接入(HSDPA)的MIMO(多輸入多輸出天線系統)。在美國專利6,067,290中描述了MIMO系統的一個例子，其中多個天線的存在使得能夠進行空間復用，由此用於傳輸的數據流被劃分成多個子數據流，每個子數據流經由許多不同的路徑被發送。另一個被稱為BLAST系統的例子在P.W.Wolniansky等人的「V-BLASTan architecture for realizingvery high data rates over the rich-scattering wirelesschannel(V-BLAST用於在強散射無線信道上實現很高數據速率的結構)」論文中進行了描述，該論文在1998 URSI International Symposiumon Signals，Systems and Electronics，Pisa，義大利，1998年9月29日至10月2日，所發表的論文之中。
可以從MIMO系統得到的性能增益可被使用來在給定的誤碼率下提高總的數據速率，或減小對於給定的數據速率的誤碼率，或這二者的某些組合。MIMO系統也可被控制來減小對於給定的數據速率和誤碼率而言的總發送能量或功率。
可以應用MIMO技術的一個領域是高速下行鏈路分組接入(HSDPA)方案，該方案當前正被開發用於UMTS，它可以促進到次站(例如移動站)的4Mbps以上的分組數據傳遞。在HSDPA的一個提議的實施例中，使用同一個信道化碼的分開的數據流從主站(例如基站)的各個天線進行發送，以及這些數據流在原理上可以由至少具有與所存在的數據流一樣多的天線的次站進行接收和解碼。需要ARQ(自動重複請求)方案來保證每個數據分組的正確傳送，因為與在較差信道條件下被減小的系統吞吐量(由於多次重新發送)相比，精確的數據傳輸被認為是更重要的。
將MIMO系統用於分組數據傳輸的一個問題是不同的無線電鏈路質量對通信系統的影響。該方案在低幹擾電平下可以很好地執行，但在高干擾電平下，諸如在小區邊界附近將發生的高干擾電平下執行得不好，在小區邊界來自相鄰小區主站的幹擾將大大地減小吞吐量。
本發明的一個目的是減輕這樣的幹擾在分組數據傳輸中的影響。
按照本發明的第一方面，提供了一種操作分組數據傳輸系統的方法，所述系統包括具有多個天線的主站和具有多個天線的至少一個次站，該方法包括主站在成對的主站與次站天線之間的信號路徑上發射分組數據、次站監視它的無線電環境並把有關其無線電環境的信息發送到主站，主站響應於這個信息而對它自身進行適配，以及次站配置它的接收機資源以用於處理接收的數據和幹擾。
按照本發明的第二方面，提供了一種分組數據傳輸系統，該系統包括主站和至少一個次站，其中主站具有多個天線、信號發射與接收裝置和用於響應於從次站接收的信號而對它自身進行適配的裝置，次站具有信號發射與接收裝置、多個天線、用於監視它的無線電環境並發射包含其無線電環境信息的信號的裝置、和用於配置它的接收機資源以便處理從被適配的主站接收的數據信號和幹擾的裝置。
本發明是基於對於以下事實的認識在被設計用來接收MIMO傳輸的次站中某些接收機資源可被使用於幹擾抵消。不過，這些資源的分配取決於在次站處的幹擾條件，該幹擾條件例如由於次站在它的小區中的當前位置和與相鄰小區中產生幹擾的主站的接近度而變化。所以，次站監視這些條件並對最好使用哪些資源(例如其天線的數目或選取)接收來自主站的分組數據作出判決，以及通過上行鏈路信令通知主站。沒有被這樣地分配的某些或全部接收機資源可被使用於對來自相鄰小區的主站的幹擾抵消。然而，有關資源分配的判決在這個範圍內是動態的，它可能由於條件發生變化而被改變。
按照本發明的第三方面，提供了一種在包括具有多個天線和信號發射與接收裝置的主站的分組數據傳輸系統中使用的次站，該次站具有信號發射與接收裝置、多個天線、用於監視它的無線電環境並發射包含其無線電環境信息的信號的裝置、和用於配置它的接收機資源以便處理接收的數據信號和幹擾的裝置。
按照本發明的第四方面，提供了一種在分組數據傳輸系統中使用的主站，該主站包括多個天線、信號發射與接收裝置、以及響應於從次站接收的信號以便適配被發送到該次站的信號的傳輸模式的裝置。
現在參照附圖通過例子來描述本發明，其中

圖1是蜂窩通信系統的圖；圖2是不帶有幹擾的MIMO系統的示意性方框圖；圖3是帶有幹擾的MIMO系統的示意性方框圖；圖4是帶有由次站進行的幹擾抵消的MIMO系統的示意性方框圖；圖5是帶有幹擾抵消的簡化MIMO系統的示意性方框圖；以及圖6是圖示按照本發明的方法的實施例的流程圖。
在這些附圖中，相同的參考標號被使用來指示相應的特性。
參照圖1，所圖示的蜂窩通信系統包括主站PS1、PS2、PS3，每個主站包含多個天線，在按照諸如HSDPA的傳輸系統的下行鏈路信道上進行的數據分組的MIMO傳輸中使用，以及用於接收上行鏈路信號的接收機。主站將在後面參照圖2更詳細地進行描述。主站的被稱為小區的無線電覆蓋區域C1、C2、C3部分地由影響信號傳播的拓撲圖形特性確定。為了便於說明起見，這些小區被顯示為相等尺寸的正六邊形。
次站SS1和SS2也能夠在由小區C1、C2、C3確定的總的覆蓋區域內漫遊。每個次站SS1、SS2包括可被使用於MIMO接收的多個天線和用於發送上行鏈路信號的發射機。
蜂窩通信系統的運行按照諸如UMTS的標準進行，該標準的細節在此引入以作為參考。因此，諸如切換等方面將不在本說明書中討論，因為它們無關於對本發明的理解。
以次站SS1作為例子，當它在小區C1內漫遊時，由主站PS1發射的MIMO信號的接收質量不單隨離主站PS1的距離變化，而且也隨離相鄰小區C2中的主站PS2的距離而變化。當次站SS1接近小區C1、C2之間概念上的邊界時，由主站PS2發射的幹擾信號10的電平提高，並且對從主站PS1接收的想要的信號12的接收質量造成有害的影響。對幹擾信號10的有效的幹擾抵消可以由次站SS1實施，因為信號10的格式是已知的。
參照圖2，所圖示的MIMO系統的例子包括主站PS1，其具有單一的數據源14，它被耦合到具有四個輸出端的復接器16，這四個輸出端又被耦合到各個發射機Tx1、Tx2、Tx3、Tx4，每個發射機具有它自己的天線PA1、PA2、PA3、PA4。在運行時，使用相同的信道化碼的分開的分組數據流可以由發射機Tx1到Tx4中的各個發射機在下行鏈路上發射。雖然在圖上未示出，但該主站具有用於接收上行鏈路信號的接收機和用於控制主站PS1的運行的處理器。
處在與主站PS1相同的小區中的、在範圍內的次站SS1接收所述分開的分組數據流，對它們進行解碼並組合解碼的數據。作為例子，次站SS1包括與所存在的發射機Tx1到Tx4一樣多的無線電接收機Rx1、Rx2、Rx3、Rx4。接收機Rx1到Rx4中的每一個都具有它自己的天線SA1到SA4。接收的信號被送到處理級18，處理級18恢復發送的分組數據流並重新組合數據。處理級18還引起其它要被實行的功能，諸如監視下行鏈路的質量、選擇天線SA1到SA4及其相關的接收機Rx1到Rx4的運行模式、以及通過發射機(未示出)發射上行鏈路信號。
在最簡單的情形下，每個數據流被映射到天線PA1到PA4中的、適合於空間不相關的無線電信道的分開的一個天線。不過，所述映射可以考慮在每一對天線之間，也就是在天線PA1到PA4之一與天線SA1到SA4之一之間的下行鏈路的質量。
參照圖3，其上顯示了4×4 MIMO排列，想要的下行鏈路信號WS1到WS4受到位於相鄰小區中的主站PS2的發射機Tx21和Tx22所產生的兩個幹擾者(或幹擾信號)IS1、IS2的組合功率的影響。為了完整性起見，主站PS2包括被耦合到復接器26的數據源24，復接器26把各個數據流提供給發射機Tx21、Tx22，每個發射機具有天線PA21、PA22。
兩個幹擾者IS1、IS2的組合使在次站SS1處接收的組合的想要的信號功率惡化。為了減小並最好消除這些幹擾的影響，某些接收機資源被分配來進行幹擾抵消。這被顯示在圖4上。
通常，能夠通過例如天線輸出的線性組合而被抵消的幹擾源的數目等於接收機天線數目減去想要接收的信號的數目。在圖4上，次站SS1已經配置它的接收機資源以用於接收來自主站PS1的發射機Tx1和Tx3的想要的下行鏈路信號WS1和WS3，以及次站SS1還正在抵消來自幹擾者IS1、IS2的幹擾。
在選擇供接收的發射信號和供抵消的幹擾者時，次站SS1可以使用由次站SS1確定的一個或多個準則，例如，(1)在產生幹擾的發射機與接收機天線對之間的信道中的幹擾電平，(2)在發射機與接收機天線對之間信道的傳遞函數，(3)對於選擇的傳輸格式的信道質量，(4)為了使得某些參數(例如，最小化幹擾、最大化預期的吞吐量)最佳化，次站選擇用於虛擬天線的天線係數，以及(5)次站處的接收天線數目(或有效數目)是一個動態量。
一旦次站就它將要如何分配它的接收機資源已作出同時的判決，它就發射相關的信息作為上行鏈路信號。所述相關的信息可以取多種形式，例如，(a)在每個接收機天線SA1到SA4處的幹擾電平，(b)相對於一個基準而定義的幹擾電平，其中幹擾的基準可以是一個接收天線，(c)僅僅對於所選擇的天線的幹擾信息，(d)在基於幹擾(例如，最低幹擾電平)選擇天線的情況下，以上(a)到(c)的任一項，(e)在基於抵消後的幹擾(例如，在使用一個或多個空閒的接收天線進行抵消後的最低幹擾電平)選擇天線的情況下，以上(a)到(c)的任一項，(f)在每對發射和接收天線之間的傳遞函數，其中傳遞函數可被限於單個複數，(g)相對於在接收天線處的幹擾電平而歸一化的傳遞函數，(h)相對於一個基準而定義的傳遞函數，其中傳遞函數的基準可以是一個天線對，(i)僅僅用於所選擇的天線對的傳遞函數信息，(j)在基於傳遞函數(例如，最低的路徑損耗)選擇天線對的情況下，以上(f)到(i)的任一項，(k)相對於在抵消後、在接收天線處的幹擾電平而歸一化的傳遞函數，(l)在基於幹擾抵消後的傳遞函數選擇天線對的情況下，以上(f)到(k)的任一項，(m)對於每個可能的傳輸格式和資源的分配，每個天線對的信道質量，(n)每個天線對按照SNR定義的信道質量，(o)按照可達到的比特速率(即，碼速率)定義的信道質量，(p)按照所建議的傳輸格式定義的信道質量，(q)僅僅對於所選擇的傳輸格式的信道質量信息，(r)在基於預期的吞吐量選擇傳輸格式的情況下，以上(m)到(q)的任一項，(s)在從可能格式的子集之中選擇傳輸格式的情況下，以上(m)到(q)的任一項，(t)在接收天線作為從來自次站處真實天線的信號的線性組合而得到的「虛擬天線」的情況下，以上的任一項，(u)在虛擬天線數目小於或等於真實天線數目的情況下，以上的任一項，(v)在次站為了最佳化某些參數(例如，幹擾最小化、預期的吞吐量最大化)而選擇係數以獲得虛擬天線的情況下，以上的任一項，(w)在次站向主站指示的接收天線的數目取決於信道條件的場合下，以上的任一項或沒有任何一項，(x)可接收傳輸的天線的期望的最大數目，以及(y)發射天線的特定的選擇。
主站響應於上行鏈路信號可以進行適配(1)總體傳輸方案(例如，空間時間編碼，分集，MIMO技術，數據到天線的映射，功率分配)，(2)所使用的發射天線的數目，(3)發射天線的分配，以及(4)分配(未使用的)天線給其它用戶的信號。
取決於主站期望的響應速度，至少部分相關的信息可以在物理層被通知，這比起使用比方說協議層將產生更快速的響應。
圖5圖示了帶有幹擾抵消的簡化的MIMO系統。為了數學地說明該幹擾抵消方案的運行，想要的信號標註為「s」，幹擾信號標註為「i」，以及次站天線分別標註為「A」和「B」。
信道傳遞函數是hiA，hiB，hsA和hsB。
如果在天線A和B處的接收信號分別以權重「1」和「a」被組合，則接收機輸出是s.hsA+i.hiA+s.a.hsB+i.a.hiB沒有噪聲時，通過選取以下項而達到幹擾抵消a＝-hiA/hiB在這種情形下，想要的信號是s(hsA-(hsB.hiA/hiB))信道係數可以通過測量來自每個天線的導引符號而得到。該方法可被擴展以在存在噪聲時、以及對於運行中的一個以上的發射機天線，計算最適宜的組合的權重。
在把這個概念應用到諸如UMTS的系統中的MIMO和HSDPA的組合時，主站將選擇在用於到預定次站的傳輸的下行鏈路中要使用的調製、編碼方案和其它相關的特性。這個選擇將考慮到由次站提供的信道信息。在進行選擇時，主站將決定一個或多個天線的使用以及是否使用MIMO(或其它分集技術)。
信道信息可以根據從主站發送的導引符號的接收的(複數)幅度以及在次站處的幹擾電平而被提供。任選地，慮及在每個天線處不同的幹擾，有可能由幹擾電平來歸一化導引幅度。
如果主站要作出使用多少個發射天線的決定，需要知道所有的信道係數(包括用於幹擾的信道係數)以及次站抵消幹擾的能力。這將需要很大的信令負荷。
允許次站作出所有的或部分的決定，將減小潛在的信令負荷。
如果特定的被通知的導引幅度被指定以表示低的或零導引幅度，則這個數值也可以被移動臺使用來表示相應的天線不應當被使用於傳輸。這將允許次站至少部分地確定主站要使用多少個發射天線。所以，該次站可確保它具有足夠的資源來實行幹擾抵消(如果需要的話)。
在另外的情形下，如果應用全MIMO(使用所有的接收機天線)，則次站可確定只有一部分下行鏈路數據可以被可靠地恢復。如果這樣的話，次站也許能夠使用最終得到的額外的自由度來抵消幹擾。
參照圖6，該流程圖包括方框30，它涉及次站進行有關其無線電環境的測量，該測量包括測量在信道的每個路徑之間的信道特性以及測量幹擾的特性。方框32涉及次站發送有關對於主站作出的測量的信息。這個信息也可以包括關於要使用的傳輸格式和/或天線的數目或對天線或天線子集的具體選取的建議。方框34涉及主站對傳輸格式和/或要使用的天線作出決定。在作出決定的一個例子中，主站遵從次站的建議，其具有減小可能是必須的下行鏈路信令量的優點。在另一個例子中，主站告知次站它將要做的工作，這些工作可能是次站的建議的一部分或全部。最後，方框36涉及次站決定對於接收的傳輸和幹擾所要做的工作以及據此配置它的接收機資源。
取決於MIMO系統的實施方案，次站在作出決定時可具有或多或少的自主權。
雖然本發明是針對FDD運行模式，但如果上行鏈路和下行鏈路信道使用同一個頻率上的不同的時隙，則它可應用於TDD模式。在TDD模式中，信道將是互易(reciprocal)的，以及對於信道信息的信令的需要被減小。
在以上的描述中主站所承擔的作用實際上可以是固定基礎結構的各種各樣組成部分的職責，所述組成部分例如是「節點B」，它在UMTS中是直接與次站接口的、或是在無線網控制器(RNC)中處於較高級別的、固定基礎結構的組成部分。所以在本說明書中，術語「主站」的使用應當理解為包括在本發明的實施例中牽涉到的網絡固定基礎結構的組成部分。
雖然以上描述涉及主站和次站的某些角色，但應當理解，這些角色在本發明的某些實施例中可以顛倒。
在本說明書和權利要求中，元件前面的詞語「一個」並不排除多個這樣元件的存在。而且，詞語「包括」並不排除與列出的元件或步驟不同的其它元件或步驟的存在。
通過閱讀本公開內容，其它的修正對於本領域技術人員來說將是顯而易見的。這樣的修正可能牽涉其它的特性，它們在設計、製造和使用分組數據傳輸系統及其部件方面是已知的，以及它們可以代替在這裡已描述的特性而被使用、或附加於這些已描述的特性而被使用。
權利要求
1.一種操作分組數據傳輸系統的方法，該系統包括具有多個天線(PA1-PA4)的主站(PS1)和具有多個天線(SA1-SA4)的至少一個次站(SS1)，該方法包括主站(PS1)在成對的主站與次站天線之間的信號路徑上發射分組數據，次站(SS1)監視它的無線電環境並把有關其無線電環境的信息發送到主站，主站(PS1)響應於這個信息而對它自身進行適配，以及次站(SS1)配置它的接收機資源(Rx1-Rx4)以用於處理接收的數據和幹擾。
2.如權利要求1中要求的方法，其特徵在於，次站(SS1)向主站(PS1)建議它應當如何對它自身進行適配。
3.如權利要求2中要求的方法，其特徵在於，次站(SS1)建議主站(PS1)使用特定的天線子集來發射分組數據。
4.如權利要求2或3中要求的方法，其特徵在於，次站(SS1)建議將由主站(PS1)使用的、可接收傳輸天線的最大期望數目。
5.如權利要求2到4的任一項中要求的方法，其特徵在於，次站(SS1)建議將由主站(PS1)使用的傳輸格式。
6.如權利要求2到5的任一項中要求的方法，其特徵在於，主站(PS1)按次站(SS1)所建議的來對它自身進行適配。
7.如權利要求1到6的任一項中要求的方法，其特徵在於，次站(SS1)確定要被用來接收分組數據的資源和要被用來進行幹擾抑制的資源。
8.如權利要求1到7的任一項中要求的方法，其特徵在於，次站(SS1)監視在主站與次站天線(PA1-PA4，SA1-SA4)之間的路徑的傳遞函數。
9.如權利要求1到8的任一項中要求的方法，其特徵在於，有關次站(SS1)的無線電環境的信息包括在次站(SS1)的一個或多個天線(SA1-SA4)處存在的幹擾的特性。
10.一種分組數據傳輸系統，該系統包括主站(PS1)和至少一個次站(SS1)，其中該主站具有多個天線(PA1-PA4)、信號發射(TX1-TX4)和接收裝置(16)以及用於響應於從次站(SS1)接收的信號而對它自身進行適配的裝置，該次站具有信號發射和接收裝置(RX1-RX4)、多個天線(SA1-SA4)、用於監視它的無線電環境並且用於發射包括有關其無線電環境的信息的信號的裝置(18)，以及用於配置它的接收機資源(RX1-RX4)以便處理從被適配的主站(PS1)接收的數據信號和幹擾的裝置(18)。
11.如權利要求9中要求的系統，其特徵在於，監視裝置(18)包括用於確定在主站與次站之間的無線電路徑的傳遞函數的裝置(18)。
12.一種在包括具有多個天線(PA1-PA4)和信號發射(TX1-TX4)與接收裝置的主站(PS1)的分組數據傳輸系統中使用的次站(SS1)，該次站(SS1)具有信號發射與接收(RX1-RX4)裝置、多個天線(SA1-SA2)、用於監視它的無線電環境並且用於發射包括其無線電環境信息的信號的裝置(18)，以及用於配置它的接收機資源(RX1-RX4)以便處理接收的數據信號和幹擾的裝置(18)。
13.一種在分組數據傳輸系統中使用的主站(PS1)，該主站(PS1)包括多個天線(PA1-PA4)、信號發射(TX1-TX4)與接收裝置、以及響應於從次站(SS1)接收的信號以便對被發送到次站的信號的傳輸模式進行適配的裝置(16)。
全文摘要
一種分組數據傳輸系統，它包括具有信號發射與接收裝置和天線(PA1－PA4)的主站(PS)，用於傳播下行鏈路信號和接收上行鏈路信號；以及包括能夠在主站的覆蓋區域內漫遊的多個次站(SS)。每個次站(SS)具有信號發射與接收裝置(16)、預定數目的天線(SA1－SA4)和用於監視它的無線電環境的裝置。有關無線電環境的信息作為上行鏈路信號被中繼到各個主站，主站修正分組數據信號的傳輸模式。次站響應於修正的下行鏈路信號的傳輸模式而對它的接收機資源進行適配，以處理分組數據信號和對任何幹擾實施抵消。
文檔編號H04B7/08GK1685631SQ03822938
公開日2005年10月19日 申請日期2003年9月12日 優先權日2002年9月28日
發明者T·J·穆爾斯利, M·P·J·貝克, A·S·韋梅倫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司