靈活的多扇區多天線系統的製作方法

2024-02-22 22:38:15 3

專利名稱：靈活的多扇區多天線系統的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及多輸入多車俞出(MIMO)系統，更具體來說涉 及用於高速分組數據信道的多扇區MMO系統。
背景技術：
對無線數據服務(例如移動網際網路、視頻流傳輸和基於IP的語 音)的需求促使高速分組數據信道的發展以提供此類服務所需的高 數據速率。IS-200標準的修訂C引入了用於高速分組數據服務的前 向分組數據信道(F-PDCH)。 F-PDCH通過在信道狀況有利時以機會 主義方式調度用戶接收前向分組數據信道上的數據來利用多用戶分 集。依據預定義的公平準則，如果所有前向鏈路資源(例如沃爾什 碼和功率)都^L分配給具有最佳信道狀況的移動臺，則將吞吐量最 大化，並因此達到最高可支持數據速率。 一般來說，移動臺僅在良 好無線電狀況中接收數據。移動臺在反向鏈路開銷信道上傳輸信道 質量信息。此信道質量信息在基站處被用於調度移動臺並選擇最有 效率的調製和編碼方案。目前，將使用高速前向分組數據信道限制於具有單個發射天線 的系統。採用具有多個發射和衝妾收天線的通信鏈路的多輸入多輸出 (MIMO )通信系統可以達到顯著更高的數據速率和/或提高了可靠 性。這些改進是利用其中在發射天線上復用數據的空間復用來實現 的。

發明內容
本發明涉及從無線電接入網中的一個或多個扇區通過共享的前 向鏈路信道向多個移動臺發送分組數據，這種共享的前向鏈路信道是諸如IS-2000系統中的前向分組數據信道(F-PDCG)和HSDPA系 統中的高速下行鏈路共享信道(HS-DSCH)。每個扇區具有一個扇區 發射器和多個扇區天線。該扇區發射器可以例如包括空間復用發射 器，該空間復用發射器將移動臺的數據流分成兩個或兩個以上子流 以便從相應的天線發送到移動臺。每個扇區中的調度器基於預定的 調度準則在任一時刻選擇一個或多個移動臺以從基站接收分組數 據。在一個實施例中，調度器在任一時刻選擇一個或多個移動臺來 服務，以便使數據吞吐量最大化。調度器還可以將公平準則、服務 質量或其他因素納入考慮。可以由服務扇區中所有扇區發射器來服 務於所選的移動臺，或可以由月良務扇區中少於所有扇區發射器的扇 區發射器來服務於所選的移動臺。如果使用服務扇區中少於所有扇 區發射器的扇區發射器來將數據發送到所選的移動臺，則調度器確 定要使用的最佳天線組合。
可以動態且臨時地將扇區天線從一個扇區重新分配到另 一個扇 區。在例如扇區之間的邊界區域中的移動臺之間的信道狀況有禾'J的 情況下，將扇區天線從一個扇區重新分配到另一個扇區可能是適合 的。也可以在交叉扇區的負荷失^f纖時重新分配扇區天線。在本發明 的一個實施例中，基站處的天線管理處理器處理扇區天線的重新分 配。


圖1是圖示示範移動通信網絡的組件的框圖。 圖2是圖示移動通信網絡中的多扇區小區的示意圖，其中每個 扇區具有多個發射天線。圖3是圖示移動通信網絡的基站的相關部分的框圖。 圖4是圖示將一個扇區中的一個天線重新分配給另一個扇區的 一種情況的示意圖。圖5是圖示將一個扇區中的一個天線重新分配給另一個扇區的 另一種情況的示意圖。圖6是圖示本發明的一個實施例中組合的發射分集和空間復用 的示意圖。
具體實施方式
圖1圖示向移動臺40提供分組數據服務的示範無線通信網絡10 的邏輯實體。圖1圖示根據cdma2000 (IS2000)標準配置的無線通 信網絡10。還可以採用其他標準，包括寬帶CDMA (W-CDMA)。 無線通信網絡10是採用高速前向分組數據信道(F-PDCH)來將數 據傳輸到移動臺的分組交換網絡。無線通信網絡10包括分組交換核 心網絡20和無線電接入網(RAN) 30。核心網絡20包括連接到外 部分組數據網絡(PDN) 16 (例如網際網路)的分組數據服務節點 (PDSN ) 22,並且支持至移動臺40和來自移動臺40的PPP連接。 核心網絡20向RAN 30添加IP流和從RAN 30中移除IP流，並在 外部分組數據網絡16與RAN30之間路由傳送分組。RAN 30連接到核心網絡20，並賦予移動臺40對核心網絡20 的訪問權。RAN 30包括分組控制功能(PCF) 32、 一個或多個基站 控制器(BSC) 34以及一個或多個無線電基站(RBS) 36。 PCF 32 的主要功能是建立、保持和終止至PDSN 22的連接。BSC34管理它 們各自覆蓋區內的無線電資源。RBS 36包括用於通過空中接口與移 動臺40通信的無線電設備。BSC 34可以管理多於一個RBS 36。在 cdma2000網絡中，BSC 34和RBS 36包括基站38。 BSC 34 ^:^站38 的控制部分。RBS 36是基站38的包括無線電設備的部分，它通常與 小區所在地關聯。在cdma2000網絡中，單個BSC 34可以包括多個 基站38的控制部分。在基於其他標準的其他網絡體系結構中，包括
基站38的網絡組件可以是不同的，但是總體功能將是相同的或相似 的。參考圖2,每個RBS 36位於稱為小區12的地理區域中，並對 該地理區域中的移動臺40提供月艮務。小區12被劃分成扇區14以減 少幹擾。圖2中分別由S1、 S2和S3表示各個扇區14。在圖2中， RBS36位於小區12的中心附近，但是其他安排也是可能的。圖3圖示RBS 36的一個扇區14中的組件。RBS 36包括具有多 個扇區天線56的扇區收發器50、調度器58和天線管理處理器60。 收發器向扇區14中的移動臺40發射信號和從扇區14中的移動臺40 接收信號。每個扇區14包括多個扇區天線56。調度器58調度來自 每個扇區天線56的分組數據傳輸。調度器58可以採用任何預定的 調度準則。在一個實施例中，調度器58調度移動臺以將數據吞吐量 最大化。在其他實施例中，調度器58可以將諸如服務質量和公平度 的其他因素納入考慮。引入公平度準則的調度器58的示例是按比例 公平調度器。天線管理電路60確定分配給扇區14且扇區收發器50 可以使用的扇區天線56的數量。在圖3所示的示範實施例中，收發器50包括接收器52和空間 復用發射器54。空間復用發射器54可以包括例如單位天線速率控制 (PARC)發射器。空間復用發射器54將給定的移動臺40的數據流 拆分成多個子流，並使用用於每個子流的不同扇區天線56將每個子 流發送到移動臺40。在示範實施例中使用空間復用發射器54通過高速分組數據信道 (例如cdma2000系統中的前向分組數據信道(F-PDCH))將分組數 據傳輸到移動臺40。調度器58通過在信道狀況有利時以機會主義方 式調度移動臺40接收前向分組數據信道上的數據來利用多用戶分 集。依據預定義的公平準則，如果所有前向鏈路資源(例如沃爾什 碼和功率)都被分配給具有最佳信道狀況的移動臺40,則吞吐量最大化，並因此達到最高可支持數據速率。 一般來說，移動臺40僅在 良好無線電狀況中接收數據。移動臺40在反向鏈路開銷信道上將信 道質量信息傳送到RBS 36。 RBS 36處的調度器58使用該信道質量 信息來調度移動臺40並選擇最有效率的調製和編碼方案。在多天線系統中，在任一時刻將所有天線分配給單個移動臺40 沒有利用信道中的自由度。如果將調度器58約束為選擇在任何時間 由所有扇區天線56為單個移動臺40提供服務，則即便所選的移動 臺40是具有最佳平均信道狀況的一個移動臺，仍可能所選的移動臺 40與扇區天線56中的一個或多個扇區天線之間的信道狀況不是有利 的。當用戶的數量龐大時，可以通過使RBS 36能夠在任一時刻使用 本文中稱為天線選擇的技術向多於一個移動臺40傳輸來實現吞吐量 的進一步改善。利用天線選擇，調度器58可以選擇利用少於所有扇 區天線56的扇區天線來為移動臺40提供服務。調度器58選擇至移 動臺40具有最佳信道狀況的扇區天線56。最佳的一種解釋是可以支 持最高數據速率的扇區天線56。然後可以使用任何剩餘扇區天線56 來為另一個移動臺40提供服務。利用M個扇區天線56,可以同時 為最多M個移動臺40提供服務。當採用天線選擇時，調度器58必須確定任一時刻要為哪個移動 臺40提供服務、要用於所選移動臺40的每一個移動臺的扇區天線56 的數量、以及要使用哪些扇區天線56來向所選移動臺40的每一個 移動臺傳輸。如果在調度器58處做出所有這些決策，則移動臺40 需要反饋RBS處的每個發射天線與移動臺40處的每個接收天線之間 的傳播信道的信道信息。信道信息反饋可以包括該傳播信道的信號 幹擾加噪聲比(SINR)、信道質量指示符(CQI)、信道係數或速率 指示符。在一些實施例中，天線選擇過程的一部分可以由移動臺30來執 行，以便減少所需的信道信息反饋的量。天線選擇過程可以被分成 兩個步驟。在第一步中，為移動臺40選擇用於傳輸的扇區天線56 的數量，本文中稱為模式。在後續論述中，由符號模式-N指示所選
的模式，其中N是指向移動臺40傳輸而選擇的扇區天線56的數量。 在第二步中，選擇將要使用的具體扇區天線56。在天線選擇的第一划分方法中，移動臺40估算每種才莫式的所有 可能天線組合的SINR，並選擇每個可能^t式的產生最大總和數據速 率的天線組合。RBS 36處的調度器58選擇要為哪個移動臺40提供 服務並基於信道信息反饋選擇才莫式。在該方法中，移動臺40需要反 饋對應於每種模式中所選扇區天線56的傳播信道的信道信息。該反 饋可以包括信道質量指示符(CQI)或速率指示符。在M = 4個發射 天線的示例中，反饋負荷對於模式-1是1個CQI，對於模式-2是2 個CQI，對於才莫式-3是3個CQI，以及對於才莫式-4是4個CQI,從 而產生總共IO個CQI。在天線選擇的第二劃分方法中，移動臺40估算所有可能天線組 合的SINR，並選擇最佳模式的最佳天線組合。然後它反饋每個所選 扇區天線56的CQI或速率指示符，即如果選擇了模式-N,則反饋N 個CQI。它還需要以信號通知2M-1種可能性中的天線選擇，這可能 需要M位。在一個示範實施例中，可以在移動臺處於軟切換或更軟切換時， 通過將這種天線選擇概念延伸到包括其他扇區14中的扇區天線56 來實現系統吞吐量的進一步改善。參考圖4，字母M指示的移動臺40 位於第一扇區Sl中與第二扇區S2分界的附近。在該示例中，假定 移動臺M目前正由扇區Sl提供服務。在該示例中還假定移動臺M 與位於扇區S2中由字母A指示的扇區天線56之間的信道狀況非常 有利。在此情況中，移動臺M可以將扇區S2中的天線A與移動臺 M之間的有利信道狀況報告給RBS 36。這可以通過反饋天線A與移 動臺M之間的傳播信道的信道信息來實現或通過要由天線A提供服 務的移動臺M請求來實現。RBS 36可以因為有利的信道狀況而選擇 將天線A從扇區S2重新分配到扇區Sl,以便提高系統吞吐量，如 圖4中點劃線所示。因此，扇區S2中的可用天線的數量從4減少到
3,扇區Sl中的扇區天線56的數量從4增加到5。在本發明的一個實施例中，RBS 36包括用於所有扇區14的集 中式天線管理處理器60。天線管理處理器60在扇區14之間重新分 配扇區天線56。天線管理處理器60可以在一個或多個可編程處理器 中實現。集中式天線管理處理器60還可以位於BSC 34處，並且可 以支持多於一個RBS 36處的扇區14。將天線管理處理器設在BSC34 處以便允許在不同小區12中的扇區14之間重新分配扇區天線56。 在再一些實施例中，可以採用分布式方法，其中在每個扇區14中設 置一個天線管理處理器60，這些單獨的天線管理處理器60通過扇區 14之間的信號傳送來協調它們的操作。天線管理處理器60基於諸如當前信道狀況、扇區負荷、對吞吐 量的淨影響等來確定扇區天線56的分配。例如，如果天線管理處理 器60確定重新分配將導致整個系統容量的增加，則天線管理處理器 60可以將扇區天線56從一個扇區14重新分配到另一個扇區。當天 線管理處理器60決定將扇區天線56從一個扇區14重新分配給另一 個扇區時，它通知受影響的扇區14中的調度器58。該實施例涉及對 調度器58的最小更改。調度器58按前文描述地來工作，所例外的 是要考慮的可能天線組合數量上的更改。在本發明的其他實施例中，可以請求處於軟切換或更軟切換中 的移動臺40報告移動臺40與一個或多個扇區14中的扇區天線56 之間的信道狀況。移動臺40可以將信道狀況報告給一個扇區14中 的調度器58。在該實施例中，為該移動臺40提供服務的調度器58 可以請求臨時重新分配來自另一個扇區14中的扇區天線56 (如果這 樣做是有利的話)。例如，如果重新分配將提高扇區的吞吐量，則調 度器58可以請求扇區天線56的重新分配。天線管理處理器60可以 平衡目標扇區14 (即獲得扇區天線56的扇區)的吞吐量上的預期增 加，和源扇區(即失去扇區天線56的扇區)中吞吐量中的任何降低。天線管理處理器60還可以出於非提高系統吞吐量的其他原因而
決定重新分配扇區天線56。圖5圖示扇區14間的負荷不平衡的情況。 在圖5中，Sl指示的扇區14負荷較重，而扇區S2和S3則負荷較輕。 在此情況中，天線管理處理器60可以重新分配一個或多個扇區天線 56以便實現負荷平衡。如果一個扇區14負荷較重，而另一個扇區14 負荷較輕，則天線管理處理器60可以將扇區天線56從負荷輕的扇 區14重新分配到負荷重的扇區。將扇區天線56重新分配給負荷重 的扇區，增加了負荷重的扇區的吞吐量，從而使負荷重的扇區能夠 為更多用戶提供服務。在圖5中，示出正在重新分配兩個扇區天線56， 一個來自扇區S2和一個來自扇區S3。本發明通過能夠向兩個或兩個以上的移動臺40同時傳輸並在調 度過程中使用天線選擇來提供對移動臺的更好機會主義方式的調 度。而且，本發明通過使一個扇區中的天線能夠臨時地被分配給不 同的扇區來實現更高的系統吞吐量。因為重新分配的扇區天線56與 不同扇區56中的移動臺40之間存在有利的信道狀況，所以可以執 行這種重新分配。而且，可以作為一種平糹衧所有扇區14之間的負荷 的方式來採用重新分配。本發明還可以與發射分集方案組合來使用，如圖6所示。如圖6 所示，移動臺40與扇區A和扇區B表示的兩個扇區14通信。扇區 A和B可以由相同的基站提供服務(即更軟切換)或不同的基站提 供服務(軟切換)。從扇區A選擇兩個扇區天線56，從扇區B選擇 一個扇區天線。扇區A中的兩個所選扇區天線56使用空間時間碼傳 輸符號s0和sl,例如公知的Alamouti碼。在第一傳輸期間中，扇區 A中的兩個扇區天線56分別傳輸符號sO和-sl*。扇區B中的扇區天 線56傳輸符號s2。 在第二傳輸期間中，扇區A中的兩個扇區天線 56分別傳輸符號si和sO*,而扇區B的扇區天線56傳輸符號s3。 使用扇區A中的傳輸分集可以增強來自扇區A的符號的可靠性，因 為分集階數增加了。這種分集增益在具有相對較低平均SNR的扇區 14中是有用的。
在圖6所示的實施例中，可以有扇區A和/或扇區B中的一個或 多個附加扇區天線56正與移動臺40通信。例如，扇區B中的第二 扇區天線或扇區A中的笫三扇區天線可以分別在第一和第二符號期 間向移動臺40傳輸符號s4和s5。如前文描述的，可以根據信道狀 況和/或扇區負荷將扇區天線56從一個扇區14重新分配到另一個扇 區14。當然在不背離本發明精神和本質特徵的前提下，本發明可以採 用不同於本文提出的那些方式的其他特定方式來實現。因此，這些實施例在所有方面均被視為說明性的而非限制性的，屬於所附權利 要求的含義和等效範圍內的所有更改均應被涵蓋在其中。
權利要求
1.一種包括多個扇區的無線電接入網，包括為相應扇區提供服務以便將數據發送到移動臺的兩個或兩個以上扇區發射器；多個天線，每個天線被分配給相應的扇區發射器；以及天線管理處理器，所述天線管理處理器控制扇區天線分配並用來動態地將與第一扇區中的扇區發射器關聯的扇區天線重新分配給第二扇區中的扇區發射器。
2. 如權利要求1所述的無線電接入網，其特徵在於，所述扇區 發射器使用多個扇區天線通過共享的分組數據信道將分組數據傳輸 到多個移動臺。
3. 如權利要求2所述的無線電接入網，其特徵在於，所述扇區 發射器包括復用器，所述復用器將所選移動臺的數據流分成要通過 不同扇區天線發送的多個子流。
4. 如權利要求3所述的無線電接入網，其特徵在於，從兩個或 兩個以上天線發送所述數據流的至少其中一個數據流。
5. 如權利要求2所述的無線電接入網，還包括與每個扇區發射 器關聯的調度器，所述調度器用於調度通過所述共享的分組數據信 道從所分配的扇區天線向多個移動臺的分組數據傳輸。
6. 如權利要求5所述的無線電接入網，其特徵在於，所述調度 器共同地調度所述扇區天線。
7. 如權利要求5所述的無線電接入網，其特徵在於，所述調度 器將所有分配的扇區天線一起作為一個單元來調度，以便在任何給道接收分組數據傳輸。
8. 如權利要求5所述的無線電接入網，其特徵在於，所述調度器用來將少於所有分配的扇區天線的扇區天線調度到第一移動臺， 而將剩餘的扇區天線調度到一個或多個其他移動臺，以便兩個或兩 個以上移動臺可以同時通過所逸分組數據信道接收分組數據。
9. 如權利要求8所述的無線電接入網，其特徵在於，所述調度 器獨立地調度所分配的扇區天線。
10. 如權利要求1所述的無線電接入網，其特徵在於，所述天線 管理處理器基於扇區負荷確定扇區天線分配。
11. 如權利要求1所述的無線電接入網，其特徵在於，所述天線 管理處理器基於來自自所述扇區天線和至一個或多個移動臺的信道 狀況來確定扇區天線分配。
12. 如權利要求11所述的無線電接入網，其特徵在於，所述天 線管理處理器基於不同扇區中至移動臺的信道狀況的比較將分配給 第一扇區中的扇區發射器的扇區天線重新分配給第二扇區中的扇區 發射器。
13. 如權利要求12所述的無線電接入網，其特徵在於，當確定 從所述扇區天線至所述第二扇區中的移動臺的信道狀況比至所述第 一扇區中的移動臺的信道狀況更有利時，所述天線管理處理器將與 第一扇區中的扇區發射器關聯的扇區天線重新分配給第二扇區中的 扇區發射器。
14. 一種在無線電接入網中實現的方法，所述無線電接入網具有 用於將數據發送到移動臺的兩個或兩個以上扇區發射器，所述方法 包括將多個扇區天線的每一個扇區天線分配給相應的扇區發射器；以及動態地將與笫一扇區中的扇區發射器關聯的扇區天線重新分配 給第二扇區中的扇區發射器。
15. 如權利要求14所述的方法，還包括將要發送到所選移動臺 的數據分成兩個或兩個以上子流，並通過不同的扇區天線發送每個子流。
16. 如權利要求15所述的方法，其特徵在於，從兩個或兩個以上扇區天線發送所述子流的至少其中 一個數據流。
17. 如權利要求15所述的方法，其特徵在於，通過共享的分組 數據信道傳輸所述數據，以及還包括調度通過所述共享的分組數據 信道至所述移動臺的傳輸。
18. 如權利要求17所述的方法，其特徵在於，調度通過所述共 享的分組數據信道至所述移動臺的傳輸包括 一次一個地調度移動 臺使用所有分配的扇區天線通過所述共享的分組數據信道接收分組 數據傳輸。
19. 如權利要求17所述的方法，其特徵在於，調度通過所述共 享的分組數據信道至所述移動臺的傳輸包括同時調度兩個或兩個 以上移動臺通過所述分組數據信道接收分組數據傳輸。
20. 如權利要求19所述的方法，還包括選擇用於將數據發送到 每個移動臺的扇區天線。
21. 如權利要求20所述的方法，其特徵在於，選擇用於將數據 發送到每個移動臺的扇區天線包括獨立地調度每個扇區天線。
22. 如權利要求20所述的方法，其特徵在於，選擇用於將數據 發送到每個移動臺的扇區天線包括共同地調度所述扇區天線。
23. 如權利要求14所述的方法，其特徵在於，動態地將與第一 扇區中的扇區發射器關聯的扇區天線重新分配給笫二扇區中的扇區 發射器包括基於扇區負荷確定扇區天線分配。
24. 如權利要求14所述的方法，其特徵在於，動態地重新分配 扇區天線包括基於所述扇區天線與所述移動臺之間的信道狀況確定 扇區天線分配。
25. 如權利要求24所述的方法，其特徵在於，基於所述扇區天 線與所述移動臺之間的信道狀況確定扇區天線分配包括比較扇區 天線與兩個或兩個以上扇區中的移動臺之間的信道狀況。
26.如權利要求25所述的方法，其特徵在於，動態地重新分配 扇區天線包括當確定從所述扇區天線至第二扇區中的移動臺的信 道狀況比至第一扇區中的移動臺的信道狀況更有利時，將與所述第 一扇區中的扇區發射器關聯的扇區天線重新分配給所述第二扇區中 的扇區發射器。
全文摘要
一種具有多個扇區的無線電接入網包括服務相應扇區用於將數據發送到移動臺的兩個或兩個以上扇區發射器；多個天線，每個天線被分配給一個相應扇區發射器；以及天線管理處理器，該天線管理處理器控制扇區天線分配並用來動態地將與第一扇區中的扇區發射器關聯的扇區天線重新分配給第二扇區中的扇區發射器。
文檔編號H04B7/04GK101160746SQ200680012795
公開日2008年4月9日 申請日期2006年3月17日 優先權日2005年4月18日
發明者A·薩瓦斯, R·范尼塔姆拜, Y·雍 申請人:艾利森電話股份有限公司