用於空間調度的測量方法
2023-07-05 07:53:46 1
專利名稱：用於空間調度的測量方法
技術領域：
本發明涉及在包括多個發射天線的網絡傳輸單元和移動終端中的方法和裝置，以在通信網絡中實現移動終端的改進調度。
背景技術：
多個天線單元可用於使有效的輻射圖適應信道和幹擾條件。在其最簡單的形式中，這意味著以天線特定的復權(complex weight)從所有天線發射信號。
典型的波束成形技術採用具有間隔相對密的單元的陣列，並應用隨到終端的方向而改變的相移。波束成形技術一般要求一定程度的校準和/或表現良好的傳播條件，以使只考慮平均相關性或方向有意義，並且接收的信號相關性可被轉換成發射頻率。
閉環發射分集是使用天線特定的復權的另一例子，選擇這些權來匹配信道。一般情況下，使用具有不相關衰落的天線布置。這種情況下，來自終端的反饋用於選擇匹配瞬時下行鏈路信道的發射權。終端從每個天線估計源於基站的信道，並測試權向量的預定集合以了解哪個權向量會最匹配信道。終端然後將此以信號方式發送回基站。閉環發射分集技術通常適用於各式各樣的傳播情況，並具有比較低的校準要求。
具有天線特定的權的多個發射天線提供的優點是需要更少的功率來滿足一定的質量目標。這在一定程度上取決於以下實際情況能量不是均勻地遍布在小區的覆蓋區域，而發射模式與為平均信道或瞬時信道的信道匹配。另一個可能性是將多個並行數據流發射到不同的用戶或具有多個接收天線的單個用戶。這導致吞吐量倍增，並通常分別被稱為空分多址(SDMA)和多輸入多輸出(MIMO)技術。
美國專利US5886988涉及用於空分多址系統的信道指配和呼叫許可控制。該專利描述一種下行鏈路信道指配方法，通過從用戶報告、空間特徵和權向量估計下行鏈路幹擾加噪聲電平並計算預測的下行鏈路接收信號電平，將常規信道指配給新連接。
美國專利US5515378涉及一種空分多址無線通信系統。來自在基站的接收天線陣列的測量用於獲得用戶的位置和速度。位置信息還可用於計算適當的空間復用和去復用策略。
當將發射分集或波束成形天線與例如高功率和高數據率信道的快速信道相關調度和鏈路適應的高級適應傳輸概念相組合時，不同的用戶遇到的幹擾在發射權改變時以同一速率改變。在研究第3代通信系統中的高速下行鏈路分組接入(HSDPA)中，發現這可導致測量的信道質量與傳輸期間遇到的質量之間嚴重的不匹配。如果以不同的發射權/波束一次只調度一個用戶，甚至可能表明使用固定多波束天線或閉環發射分集的性能可能差於使用單個天線傳輸的性能。解決此的一個方式是確保生成的幹擾始終看上去類似，而不顧調度不同的用戶和使用不同的權的事實。一個簡單的方案是通過調度始終以「全方向」發射能量。
發明概述當定義用於空間復用通信系統的根據復權的傳送格式時，觀察到的缺點是，此類系統中由移動終端提供的信道測量的反饋信息不足，特別是關於應用傳輸資源的信道相關鏈路適應和快速調度的高級傳輸信道處理時。
一般情況下，此類終端測量可只考慮其自己的當前傳輸條件，而無法預測例如在數據流的數量及其相關聯復發射權改變的意義上基站改變所述傳送格式時的結果。除此之外，從單個鏈路角度並且假定基站應用根據終端視為非常適當的復發射權的傳送格式，終端將只報告預期信道質量。
因此，本發明的目的是實現一種空間復用系統，該系統包括一種用於提高分配可用傳送資源的靈活性的方法。
本發明源於兩個基本想法在空間復用系統中根據發射權和可用發射功率的定義的空間傳送格式的數量和格式本身必須不是固定的，而寧可被視為是取決於除幹擾管理條件外尤其是移動終端和小區區域的業務要求和信道條件的可變參數。此外，資源分配的效率非常取決於到基站的有關修改的傳送格式的足夠反饋。
簡而言之，在包括若干個發射器天線的基站或接入點中，根據本發明的方法定義空間傳送格式的適當集合。除流的功率外，每個格式可通過權向量的集合表示，其中一個權向量用於關注的流以及零個、一個或更多個權向量用於其它空間復用流。將集合提供給與所述基站相關聯的移動終端。接入點可修改傳送格式的集合，並改變表示權向量的值和相關聯功率。通過根據改變權向量和功率來變更傳送格式，可修改傳送格式的集合。為控制不同的小區之間的小區間幹擾，或者因為接入點要與其它信道共享其總可用功率，例如，在其它頻率信道，可改變分配的功率。此外，可以應用例如通過上行鏈路測量而獲得的有關被服務移動終端的下行鏈路信道統計的知識、指示有關活動傳送格式的質量測量的相關反饋信息或下行鏈路信道統計的其它終端反饋以確定更好地匹配下行鏈路信道的權向量的集合。
應用於根據本發明的方法的移動終端響應接收的傳送格式集合的指示並與終端能力有關，為在指定子集中每個傳送格式確定一個預定的質量測量，例如用於所述格式集合中所有格式或格式子集的信號與噪聲及幹擾比。如果傳送格式包含其它復用流，則終端還將考慮此類流的幹擾。所述傳送格式集合由具有比較「低」頻率的接入點更新，而移動終端以更高頻率即以調度和鏈路適應的速率執行當前應用的傳送格式集合的測量。質量度量作為反饋信息提供給接入點。
接入點將基於質量測量報告確定要使用的空間傳送格式，並可將此作為信號至少發送到為傳輸調度的終端。終端然後將知道哪些用戶要接收數據、使用的發射權和流的數量。
本發明的第一個優點是，可以以更靈活和有效的方式分配空間復用系統中的傳送資源，從而使與反饋組合的快速鏈路適應和快速信道相關調度可以選擇復天線權。
本發明的另一優點是，可從接入角度優化資源分配和總系統吞吐量，這不一定可通過由每個終端單獨執行的在每個鏈路基礎上的優化而實現。
本發明還有的另一優點是使用的傳送格式集合的權不是固定量，而是可以被更新以更好地匹配被服務移動終端的信道和幹擾條件。
因此，本發明仍有的另一優點是可修改到瞬時信道的傳輸條件，並且通過小心改變總發射下行鏈路功率而加強信道質量的可預測性。這意味著不但天線的發射功率受到控制，而且從不同的天線發射的信號之間的相關性也受到控制，這些相關性隨流的發射功率和使用的復權而變化。
當結合附圖和權利要求書考慮時，從下面的本發明詳細說明中將明白本發明的其它目的、優點和新穎特點。
參考本發明的以下圖形和優選實施例以獲得更好的理解。
附圖簡要說明
圖1示出可以應用本發明的通信系統的一部分。
圖2示出在傳輸網絡單元中執行的根據本發明優選實施例的方法步驟。
圖3示出在移動終端中執行的根據本發明的方法步驟。
詳細說明本發明涉及用於有效提供通信服務給多個移動終端的方法和布置，這些終端由覆蓋某個地理區域的一個或更多個無線電基站服務。通過以不同的天線權將數據發射到各種移動終端以實現對變化的下行鏈路信道特性的優化匹配，並在可能時通過將信道特徵的差別利用到各種移動終端以能夠將空間復用用於更高階傳送格式，將所述服務提供給移動終端。
圖1示出可應用本發明的通信系統10的一部分的簡化圖。無線電基站表示為接入點11，包括用於到一個或多個移動終端MS1、…、MSk的數據傳輸的若干天線A1、A2、…、AM，每個終端配有一個或更多個天線。可由所述接入點11服務的區域稱為小區。為簡明起見，下面將考慮具有非頻率選擇信道的情況。本發明的基本原理適用於在諸如OFDM的多載波系統中的一組載波。大的帶寬可通過在多個載波塊中分割總頻帶來處理。
接入點使用M個天線A1、A2、…、AM將N個數據流s1、…、sN發射到至少一些被服務移動終端MS1、…、MSk。一般情況下，數據流的數量N少於或等於天線的數量M。例如MS2的包括多個天線和/或高級接收器的移動終端可接收若干並行流。通過可從移動終端已知的發射的天線特定的導頻信號c1、…、cM推斷出的足夠測量，使下行鏈路信道變得可觀測。此類導頻信號可用於例如估計接入點與移動終端之間的信道的傳輸特徵和噪聲與幹擾電平。導頻信號可以是已知的符號序列，但是應用無導頻符號或只有幾個導頻符號的盲或半盲信道估計以避免或至少減少所需開銷也是一種可想像到的替代方式。
本發明旨在使此類通信系統適應當前的業務情況、調度移動終端及利用信道和幹擾條件。對於通過天線A1、A2、…、AM的每個傳輸路徑，可為數據流si改變以實現此適應的參數為用於接入點的權向量wi＝(wi1，…，wiM)、用於所述數據流si的下行鏈路功率Pi及數據率Ri，它們可應用於數據流si到特定的一個移動終端的傳輸。所述權向量的每個權wim描述在天線Am上的傳輸行為，並對於某個數據流si可表示為具有脈衝響應 的非頻率選擇濾波器，至少包括表示天線傳輸的振幅ξim和相移im的參數以及任選地包括指示用於在所述天線Am上發射數據的某個時間延遲值的參數τim。通常，加權在各種天線上的數據流可理解為通過一組頻率選擇濾波器對所述流進行數字濾波，每個天線和流一個濾波器。
在本發明的範圍內，從無線電基站傳輸數據流必須視為與外部條件有關，它們可涉及小區條件，例如，所述小區的地理表面或由於相鄰小區原因對小區形狀的可能影響，或者可涉及業務條件，例如，有關移動終端的分布、有關移動終端在小區中的位置或有關當天的時間。
如圖1所示的接入點可能通過空間復用將下行鏈路數據流發射到移動終端。因此，確定空間傳送格式的適當集合併將所述集合以適當的方式發射到移動臺是本發明的一個關鍵特點。在本發明的上下文內的傳送格式包括一個用於要被解調的流的權向量和零個、一個或更多個復用共信道流，其中每個還包括相關聯權向量。此外，傳送格式包括功率值，這些功率值與流相關聯，這些流包括要被解調的流和共信道流。假定有M個天線的情況下，每個所述權向量包括M個復權且在適當時包括某個延遲值。
根據本發明優選實施例的方法的第二個重要特點是從移動終端返回接入點的、確定暫時被認為在質量或支持的比特率方面是最佳的傳送格式的反饋機制。本發明的目的是接入點接收用於集合中若干或所有不同的傳送格式的質量報告。每個空間傳送格式的特徵在於流的數量以及與每個流相關聯的發射權向量和傳輸功率。發射權的集合由接入點確定，可將天線布置的特性、傳播條件、幹擾和業務條件考慮在內。最初，接入點可確定例如多個基本傳送格式TFi的數量，其中i表示此類格式的數量，每個具有指配的傳輸功率值Pi和初始權向量wi＝(wi1、…、wiM)，其中M表示接入點的傳輸埠的數量，即，天線的數量。每個傳送格式的權向量可解釋為生成不同的傳輸瓣(transmission lobe)。使這些權向量可用於由接入點服務的移動終端是本發明的一個重要方面。接入點將空間傳送格式的集合或其表示例如通過空中以信號方式發送到將被服務的移動終端。假定移動終端已經具有發射格式的某種代碼簿(code book)並且接入點提交所述格式的指示會是另一種替代方式。為以信號方式發送，對傳送格式進行適當的量化和編碼。這可通過將多個不同的傳送格式參數化實現，並然後以信號方式發送將被考慮的所述傳送格式的子集。隨著條件的變化，接入點可以在專用信道或廣播信道上以信號方式發送當前活動空間傳送格式的集合的更新到移動終端。該以信號方式發送可在使用在時間、頻率和代碼方面不同的資源的另一物理信道上完成。與測量率相比，空間傳送格式的更新率預計比較低。如果以信號方式發送或預定傳送格式的大集合，則例如相對發射功率或以信號方式發送要使用的傳送格式的子集的這些更新可變得更簡單和更頻繁。
移動終端接收導頻信號c1、…、cM，當將信道考慮在內時，終端使用這些信號為每個傳送格式估計下行鏈路信道和議定的質量指標(quality indicator)，例如，根據編碼和調製方案的信號與噪聲及幹擾比(SNIR)或支持的比特率。這通過嘗試移動終端的當前活動集合中的所有空間傳送格式實現，並得出用於所述格式的質量指標，如例如上述的SNIR值，它可轉換成根據調製和信道編碼方案的支持的數據率。通過所述測量，終端可向接入點往回報告用於至少某些傳送格式的反饋信息及所述傳送格式的預定質量指標，格式可以是僅最佳傳送格式或被認為足夠好的若干傳送格式。在另一可想像到的替代方式中，除最佳傳送格式外，終端可以以信號方式往回發送具有例如以SNIR值形式表示的最低質量指標的傳送格式的集合。如果只使用單流格式，這可以是有價值的。從單流格式的此類測量中，接入點將多流空間傳送格式與受控幹擾合成，其中，在由某個用戶欠佳接收的空間傳送格式上發射數據流到另一用戶。這將在本發明的第三實施例中進一步闡明。反饋信息可用作比特率的指示，當應用所述傳送格式時，終端能夠以該比特率從接入點接收數據。
例如，移動終端可應用信號與噪聲及幹擾比(SNIR)作為確定在其活動集合中每個傳送格式的質量指標的量度。然後計算所述量度Q為Q=P|hHw|2/(hHWPWHh+N).]]>在此表達式中，分子表示關注的流，該流具有指配的功率值P，而分母包含根據其它傳送格式的來自流的幹擾成分和噪聲的估計N。h表示在接入點與移動終端之間的下行鏈路信道的估計向量。w表示用於關注的流的權向量，而 是共信道流的權向量矩陣。 是包括共信道流的功率的對角矩陣。如果需要更長期的測量，或者在測量期間由於例如終端的移動而產生重大的變化，則可改為使用信道和噪聲的統計。接入點指示終端只考慮活動空間傳送格式的當前集合的子集，這會是另一可想像到的替代方式。上述例子涉及為到移動終端的傳輸只應用一個載波的情況。在多載波的情況下，移動終端可為若干載波執行質量測量，並通過優選是在移動終端中實施的適當算法得出一個表示質量值。
接入點可基於來自終端的測量報告而決定要調度的用戶和要使用的空間傳送格式。另外，接入點確定根據調製和信道編碼方案的要使用的數據率。可以進行此調度和鏈路適應以通過選擇用戶和最大化支持的速率之和的格式，使例如系統吞吐量最大化。此外，可說明諸如延遲要求和最低比特率的服務質量約束及公平約束。然後發射編碼和調製方案到預期用戶，並且可能還發射至少用於關注的流的選中空間傳送格式。可使用另一無線電資源在控制信道上進行該以信號方式發送。知道選中的空間傳送格式使終端使用天線特定的導頻變得可能。此外，終端然後還可知道共信道幹擾流及其信道的數量。接入點還可選擇改變給定傳送格式的流的發射功率，並且還可合成多流傳送格式而不論移動終端不知道此類格式的事實。
圖2示出在接入點中執行的根據本發明優選實施例的方法步驟。接入點最初確定空間傳送格式、如上所述的所述格式的數量和特性兩者，方框21。從這些傳送格式中，選擇在下面表示為活動集合的適當子集，並以信號方式發送到由所述接入點服務的移動終端，方框23。為此，對傳送格式進行適當的量化和編碼，或者，以有效的方式將傳送格式的集合參數化，並然後以信號方式發送選定活動子集的指示。接入點還確定預計移動終端要執行測量以確定下行鏈路信道的質量指標的時期。接入點然後執行移動終端的調度和對應的鏈路適應，方框24，並應用活動集合的傳送格式以實現到移動終端的數據傳輸，方框25。接入點將持續從移動終端接收和收集反饋信息及與用於空間傳送格式的活動集合的下行鏈路信道管理有關的其它信息，方框22。來自移動終端的反饋信息通過如上所述的質量指標提供。可涉及幹擾管理的所述其它信息可例如由相鄰小區或高級網絡控制單元提供，以根據旨在為成組小區優化傳輸條件的小區間管理指示要求。然而另一種已收集信息涉及下行鏈路信道統計的測量。接入點在某些時間實例(instance)或為響應某些事件而啟動有關傳送格式的活動集合的已收集信道管理信息評估，方框26。從已收集信息中，接入點可例如修改傳送格式的活動集合，方框29，並將所修改的集合再次以信號方式發送到移動終端，方框23。
下面描述本發明的兩個實施例。在第一實施例中，接入點包括兩個具有不相關衰落的天線，並定義4個傳送格式Tfi(i＝1…4)與單流傳輸。最初假設第一天線的發射權具有值1，而第二天線的發射權從復發射權集合中選擇，每個具有絕對值1和相移值為π/2。指配給這4個發射格式中每個格式的權向量wi因而可表示為w1=1ej/4,w2=1e-j/4,w3=1e-j3/4,w4=1ej3/4.]]>
另外，可定義4個兩流傳送格式的集合，其中，以正交權向量發射共信道流。這導致附加的多個傳送格式，它們由如下成對權向量表徵{w1，w3}，{w2，w4}，{w3，w1}，{w4，w2}。
此處，在集合的兩個向量中的第一個向量用於對關注的信號加權，而第二個權向量指共信道流的權。接入點現在可確定是通過一個流還是兩個流的傳輸獲得最佳性能。然而，當改變流的數量時必須小心，因為這可能影響輻射的小區間幹擾。如果發射兩個流，接入點可選擇最佳組合。這使接入點可選擇權的組合，從而提供最佳性能，並因而從系統角度而不是從鏈路角度使吞吐量最大化。
本發明的另一個實施例涉及固定多波束系統或具有不同的指向方向的一組天線。這種情況下，傳送格式可包括具有0和1的向量，由此非零值指示某個天線用於發射流。當考慮具有不同的指向方向的兩個固定波束的情況時，可確定兩個基本單流格式w1=01,w2=10]]>和確定兩個雙流格式{w1，w2}，{w2，w1}。
基於測量報告，接入點可確定是在一個流還是在兩個流中發射、在每個波束中要發射到的用戶和使用的數據率。
本發明的第三實施例假設移動終端包括單個天線，並假設只以信號方式發送和測量單流傳送格式。還假設所有定義的傳送格式的發射功率被選擇為相同的值P0並且終端報告信號與噪聲及幹擾比(SNIR)。這種情況下，得到用於傳送格式TFi的質量指標如下SNIRi=P0|wiHh|2/N.]]>wi是與傳送格式相關聯的權向量，h表示終端的信道估計，以及N表示終端的噪聲電平。從此假設中，接入點能夠構建和評估多流格式。假設此類格式將以發射權wn發射功率為Pn/P0的數據流到用戶，並且假定將流j發射到一個特定的關注的用戶。接入點然後可預測以候選多流格式發射到此用戶的流j的SNIRSNIRpred,j=PjSNIRj/(1+njPn).]]>基於多個此類預測，接入點可以從單流測量為不同的所構建的多流格式推斷支持的數據率。這樣，接入點可以通過發送到不同的用戶的流，為不同的傳送格式評估支持的速率，並選擇傳送格式和被服務用戶的組合，使得例如在支持的速率儘可能高時為用戶服務。
權利要求
1.一種在通信系統(10)的接入點(11)中的方法，所述接入點(11)使用一組一個或更多個天線(A1、...、AM)將數據流的信號發射到多個移動終端(MS1、...、MSk)，其特徵在於確定(21)空間傳送格式的集合，所述集合包括用於每個格式的至少一個或更多個復傳輸權和延遲向量，每個向量與確定的關注的信號或多個復用共信道信號之一中的信號的傳輸相關聯，並且與其相關聯信號的傳輸功率值相關聯，並且由此每個向量元素與一個天線相關聯，選擇所述傳送格式的子集作為用於到一個或若干個所述移動終端的數據傳輸的活動集合，以信號方式發送(23)所述傳送格式的活動集合到所述一個或若干個移動終端。
2.如權利要求1所述的方法，由此向量的範數表示所述相關聯信號的傳輸功率。
3.如權利要求1所述的方法，由此向量的定標因數表示所述相關聯信號的傳輸功率。
4.如權利要求1-3之一所述的方法，由此在由所述接入點的覆蓋區域內所有用戶可解碼的公共控制信道上執行所述以信號方式發送(23)。
5.如權利要求1-3之一所述的方法，由此在專用控制信道上執行所述以信號方式發送(23)，在所述接入點的部分覆蓋區域上發射所述專用控制信道到特定的用戶。
6.如以上權利要求之一所述的方法，由此所述移動終端或成組移動終端被指配給不同的傳送格式的集合。
7.如以上權利要求之一所述的方法，包括以下步驟向所述移動終端建議有關要在選定下行鏈路信道特性上應用的量度，以得出用於一個或更多個所述傳送格式的質量指標。
8.如權利要求7所述的方法，包括以下步驟建議所述移動終端提供與所應用的量度有關的、用於最佳傳送格式或最佳傳送格式的集合的質量指標。
9.如權利要求7或8所述的方法，包括以下步驟建議所述移動終端提供與所應用的量度有關的、用於最差傳送格式或最差傳送格式的集合的質量指標。
10.如權利要求7所述的方法，由此所應用的量度是信號與噪聲及幹擾比。
11.如權利要求7所述的方法，由此所應用的量度是根據信道編碼和調製方案的支持的比特率的估計。
12.如權利要求1所述的方法，由此用於每個天線的權的數量是相同的。
13.如權利要求12所述的方法，由此只將一個復權和延遲指配給每個特定的天線。
14.如權利要求1所述的方法，由此將一個固定延遲值指配給所有所述天線。
15.如權利要求14所述的方法，由此在所述以信號方式發送所述傳送格式的活動集合中不包括所述固定延遲值。
16.如權利要求1所述的方法，由此所述接入點還執行以下步驟通過評估(26)已收集信道管理信息(22)來修改(29)所述活動集合的傳送格式的復傳輸權和/或其傳輸功率的參數，調整所述活動集合的傳送格式，以信號方式發送(23)所調整的傳送格式的指示到所述一個或若干個移動終端。
17.如權利要求16所述的方法，由此所述已接收管理信息(22)包括移動終端確定的與所述傳送格式相關聯的下行鏈路信道的質量指標。
18.如權利要求16或17所述的方法，由此所述已接收管理信息(22)包括幹擾管理要求和/或下行鏈路信道統計的指示。
19.如權利要求16所述的方法，由此所述傳送格式的選擇和調整優化受質量和公平要求影響的總計數據吞吐量。
20.如權利要求1所述的方法，由此所述接入點還執行以下步驟評估(26)多個從各種移動終端接收的質量指標，並確定(24)用於與所述活動集合中的傳送格式相關聯的每個數據流的適用數據率，從所述評估確定(24)調度方案，並將數據流調度到所述移動終端，將適用數據率指配給每個所調度的數據流。
21.如權利要求20所述的方法，由此所述調度方案提供到所述數據流的公平接入。
22.如權利要求20所述的方法，由此所述調度方案提供到所述數據流的循環接入。
23.如權利要求20所述的方法，由此如果所報告的質量指標足夠好時，所述調度方案只提供到所述數據流的接入。
24.一種在通信系統(10)的移動終端(MS1、...、MSk)中的方法，所述移動終端包括一個或更多個用於從多天線接入點(11)接收數據流的天線(A1、...、AM)，其特徵在於從所述接入點接收(31)適用空間傳送格式的指示，將信道和幹擾條件考慮在內，估計(32)用於所接收的傳送格式的質量指標，發射(33)用於一個或若干個所接收的傳送格式的質量報告，包括用於每個所述格式的質量指標。
25.如權利要求24所述的方法，由此當應用所接收的傳送格式時，移動終端從信號與噪聲及幹擾比中確定質量指標。
全文摘要
本發明涉及在通信系統中提供以下步驟的方法確定空間傳送格式的集合併將選定的傳送格式的活動集合以信號方式發送到一個或若干個移動終端。傳送格式是可調整的，方式是通過評估已收集信道管理信息、例如從移動終端接收的反饋信息來修改其復傳輸權和/或其傳輸功率的參數，以優化受質量和公平要求影響的總計數據吞吐量。此外，本發明允許評估多個從各種移動終端接收的反饋信息，從而確定用於與傳送格式相關聯的每個數據流的適用數據率、從所述評估確定調度方案以將數據流調度到所述移動終端以及將適用數據率指配給每個所調度的數據流。
文檔編號H04B7/08GK1886914SQ200380110870
公開日2006年12月27日 申請日期2003年12月22日 優先權日2003年12月22日
發明者D·阿斯特利 申請人:艾利森電話股份有限公司