一種在終端和網絡部件之間發送信號的方法

專利名稱：一種在終端和網絡部件之間發送信號的方法
技術領域：
本發明總體上涉及通信系統領域，更具體地涉及但不限于支持發射分集的蜂窩移動通信系統。
背景和現有技術分集是一種在移動無線電系統中被普遍使用的對抗信號衰落的技術。分集的基本原理如下。如果攜帶信號的同一個信息的至少兩個復制品以可比的強度在至少兩個信道上被接收，并且顯示出獨立的衰落，那么很有可能至少一路或更多的這些被接收信號不會在任意給定的時刻都衰落，這樣就使傳送足夠的信號電平到接收機成為可能。
若沒有分集技術，在噪聲被限的條件下，當信道嚴重衰落的短時間間隔期間，發射機將不得不傳送一個高得多的功率電平來保護鏈路。在移動無線電中，反向鏈路上的可用功率受限于手持機用戶設備中的電池容量。分集方法在減少發射功率需求中起了決定性的作用。而且，蜂窩通信網主要是受限于干擾，通過使用分集，信道衰落的緩和能轉換為改善的干擾容限，這就意味著支持額外用戶的更大的能力，從而意味著更高的系統容量。
有幾種技術來得到分集支路，或如人們有時所了解的分集大小(diversity dimension)。得到分集的一種重要技術是空間分集。空間分集轉能被用在接收機(接收(RX)分集)及發射(發射(TX)分集)中。
這是過去在移動無線電基站中最普遍的分集形式。其相對容易實現并且不要求額外的頻譜資源。空間分集通過將天線間隔開而在基站接收機應用于反向鏈路(reverse link)上，以便獲得充分的去相關。
獲得天線輸出端不相關衰落的關鍵是天線的足夠的間隔。所要求的間隔取決于多路徑擴展角(angle spread)的度數。例如，如果按照移動站通常的情況，多路徑信號在所有方位角方向到達，0.5λ～0.8λ級的天線間隔就足夠了。另一方面，如果按基站的情況多路徑擴展角小，相干距離就大得多。為了在基站位置實現一個空間分集群(diversity constellation)(即空間上分離的天線)，一般要使用對于線性極化天線來說10λ～20λ的天線間隔。或者，可使用正交極化天線。
獲得分集的其它技術包括極化分集，角分集，頻率分集，路徑分集和時間分集。由Jerry D-Gibson編輯的《移動通信手冊》ISBN0-8493-8573-3中給出了各種分集方案的概要。
本發明的一個目的在于提高發射分集方案的利用率，從而改善通信系統中終端和網絡部件間通信鏈路的質量。
發明概述通過在終端和網絡部件之間發射信號的一種方法來實現這些目標，該方法包括下列步驟——確定終端和網絡部件之間通信鏈路的質量測量值，——將質量測量值與門限質量水平作比較，——如果質量測量值在門限質量水平之上，則選擇發射分集關，以及如果質量測量值在門限質量水平之下，則選擇發射分集開。
通過通信網絡的一個網絡部件也可實現這些目標，該網絡部件包括——用于確定終端和網絡部件之間通信鏈路的質量測量值的裝置，——用于比較質量測量值和門限質量水平的裝置，
——如果質量測量值在門限質量水平之上，則選擇發射分集關，如果質量測量值在門限質量水平之下，則選擇發射分集開的裝置。
通過蜂窩移動通信系統也可實現這些目標，該系統包括至少一個終端和一個用于每個蜂窩(小區)的網絡部件，該網絡部件包括——用于確定終端和網絡部件之間通信鏈路的質量測量值的裝置，——用于比較質量測量值和門限質量水平的裝置，——如果質量測量值在門限質量水平之上，則選擇發射分集關，如果質量測量值在門限質量水平之下，則選擇發射分集開的裝置。
本發明的優選實施方案在從屬權利要求中給出。
本發明基于下述發現分集不總是有利的。例如，如果在終端和天線之間存在一個視線，則分集會使通信鏈路的質量因為干擾而退化。然而，如果沒有這樣的視線，從而在終端和天線之間沒有直接傳輸路徑，則發現分集是有利的。視線的存在與終端和網絡部件之間通信鏈路的質量是相關的。
如果質量較高，這就意味著在終端和天線之間很可能存在視線。按照本發明，在這種情況下，結果就要將發射分集關掉。在相反的情況下，即如果終端和天線之間通信鏈路的質量較低，這就意味著視線可能不存在。從而，為了提高質量，對通信鏈路將發射分集選擇為開。
依照本發明的一個優選實施方案，利用諸如延遲分集(delaydiversity)或時空編碼(space-time coding)或天線跳頻(antennahopping)這樣的發射分集技術。
依照本發明的一個優選實施方案，通過確定終端中下行鏈路的質量來確定通信鏈路的質量。一個相應的質量測量值在控制或信令信道上被傳遞到網絡部件。
依照本發明的一個更優選實施方案，根據質量測量值從一個預定的編碼和/或調制方案組中選擇一個編碼和/或調制方案。
通常，在所有無線電信道的條件下，通信系統的運行以某一信息傳輸速率使用單一的調制方案和單一的編碼方案，然而，當移動用戶數量增加時，無線電信道的條件在不同區域和不同時間會變得更加多樣化。若干同時傳輸造成的干擾可能嚴重影響以高的用戶比特率進行的編碼與調制的特定組合的性能。然而，在其它的情況下，干擾電平可以低到足以允許這樣的組合。然而，近來，在無線電通信系統中用于傳輸的調制與編碼方案組合的動態適應被認為是一種替代方案。
取決于無線電信道的條件，可以應用具有足夠穩定性的合適組合，并可以提供一個最優用戶比特率。在傳輸期間，調制和編碼的不同組合之間的切換被稱為鏈路適應，這個特征正被考慮用于未來無線電通信系統，作為對現存系統的一個改進。使用多重調制方案的一個通信系統的實例見于U.S.pat.No.5,577,087。其中描述了在較高級QAM和QPSK之間切換的技術。基于質量測量值決定調制類型之間的切換。
例如，作為提供分組數據業務的GSM的延伸的通用分組無線業務(GPRS)支持4種信道編碼方案。卷積半速率碼方案(convolutionalhalf-rate code scheme)，CS1編碼方案，這是GPRS的“母”信道編碼方案。刪截(puncture)CS1方案獲得大約2/3速率和3/4速率的編碼方案，CS2和CS3編碼方案。GPRS也支持一種未編碼的方案(uncoded scheme)，即人們所知的CS4編碼方案。
增強型GPRS(EGPRS)是根據信道條件既選擇編碼方案又選擇調制的系統的一個實例。EGPRS支持四種類似于GPRS的CS1、CS2、CS3和CS4的編碼方案，此外還允許選擇調制方案，即GMSK或8PSK。這就形成了一組9種調制和編碼方案，MCS1，MCS2，MCS3，MCS4，MCS5，MCS6，MCS7，MCS8和MCS9。
依照本發明的一個更優選實施方案，在鏈路適應(LA)中，調制和/或編碼方案的選擇用于確定發射分集的開或關。通過LA機制對調制和/或編碼方案的選擇取決于終端和網絡部件之間通信信道的質量。門限質量水平是由可用的調制和/或編碼方案中的其中一種調制和/或編碼方案來確定的。
例如，在GPRS的情況中，門限質量水平可由CS3定義。如果LA機制選擇CS4編碼，這就意味著通信鏈路的質量非常高。當CS4高于CS3時，這就意味著發射分集選擇為關。
同樣地，如果LA機制選擇CS1，這就意味著通信鏈路的質量低。當CS1低于CS3時，發射分集選擇為開。同樣，EGPRS的一種調制和編碼方案也能用于定義這樣的門限質量水平。
例如MCS4能用于定義門限質量水平。如果LA機制選擇MCS1，MCS2，MCS3或MCS4，這就意味著質量相對較差，并且因此將發射分集選擇為開。如果LA機制選擇MCS5，MCS6，MCS7，MCS8或MCS9，這就意味著信道質量相對較高。這就意味著發射分集選擇為關。
依照本發明的一個更優選實施方案，終端速度與一個門限水平相比較。終端速度能根據從移動終端接收到的信號的多普勒擴展(Doppler spread)來確定。如果終端速度(或從移動終端接收的信號的多普勒分布)低于門限水平，就選擇發射分集開，在相反的情況下選擇發射分集關。
這種方法如果與時空編碼技術一起使用會尤其有利，這種時空編碼技術公開于E.Lindskog和A.Paulrai的《用于具有碼間干擾的信道的一種發射分集方案》，通信ICC 2000的2000 IEEE國際會議的會議論文集，vol.1，PP.307-311，2000年7月(E.Lindskog and A.Paulraj，“A Transmit Diversity Scheme for Channels with IntersymbolInterference”，Proceedings of 2000 IEEE International Conference onCommunications ICC’2000，vol.1，pp.307-311，June 2000)。這種編碼技術尤其適用于在GSM/GPRS/EGPRS中的具有碼間干擾的應用。
附圖簡述接下來，本發明的優選實施方案將通過參照附圖被更加詳細地解釋，其中

圖1是依照本發明的通信系統的一個優選實施方案的框圖，圖2是對本發明的一種方法的一個實施方案的流程圖的說明。
詳細描述圖1說明了移動蜂窩通信網絡的一個小區。在該小區中存在一個基站收發信機系統(BTS)1，該BTS具有至少兩個天線2和3，以便建立與小區內的移動終端4的通信鏈路。所述天線2和3在空間上隔開，以能實現是空間發射分集(space transmit diversity)。
為了實現移動終端4和BTS1之間的雙工連接，上行鏈路5和下行鏈路6被建立。在此處被考慮的優選實施方案中，通信鏈路的質量在移動終端4中通過測量誤碼率(BER)和誤碼率的波動作為質量測量值來確定。該BER和/或BER的波動經由控制信道7從移動終端4發送到BTS1。
BTS1被耦合到鏈路適應(LA)模塊8。質量測量值作為從BTS1的到LA模塊8的輸入。LA模塊8具有各種編碼和/或調制方案9，諸如在GPRS情形中的CS1至CS4或EGPRS情形中的MCS1至MCS9。
此外，LA模塊8具有一個分集選擇模塊10。該分集選擇模塊10包含一個表11。該表11用于存儲可用編碼和/或調制方案9的一個有序列表。例如，該編碼和/或調制方案9組的相應于最低質量信道的編碼和/或調制方案被編入表11的底部。在EGPRS系統的情形中，這就意味著調制和編碼方案MCS1被編入表11最底部的條目。
此外定義一個質量門限水平12，其確定對一個給定的編碼和調制方案，發射分集是選擇開還是關。對于那些低于質量門限水平12的調制和編碼方案，即MCS1到MCS4，與移動終端4的通信鏈路的質量被認為相對較差，因而將發射分集選擇為開。在相反的情況下，即，對于在質量門限水平12之上的調制和編碼方案MCS5到MCS9，將發射分集選擇為關。
發射分集開或關的選擇從LA模塊8發送到BTS1。作為響應，針對到移動終端4的該通信鏈路，BTS1將發射分集切換為開或關。
此外，為了實現滯后現象，可定義為一個高于質量門限12的質量門限水平13。例如，如果通過LA模塊8選擇一個高于質量門限水平13的MCS，那么系統將從發射分集開切換到發射分集關。如果質量降到質量門限水平12以下，系統就切回到發射分集開。
或者，如果過去了預定的時間，系統就從發射分集開切換到發射分集關，即發射分集開是用于一個確定的時間段；當該時間段過去后，系統就切回到發射分集關。該時間段的選取取決于移動終端4的速率，該速率能根據多普勒頻移測量。
作為另一種可選方案，可結合使用占用時間(elapse time)和滯后的組合來在發射分集開和發射分集關之間切換。
這個方案尤其優越，因為它實施的復雜度低，而又從實質上改善了通信質量。本發明的這種方法將參照圖2進一步說明。
在步驟20中，下行鏈路的質量在移動終端中被測量。在步驟21中相應的質量測量值以信號發送到BTS和LA。
作為響應，在步驟22中選擇一種編碼和/或調制方案；這個選擇取決于該質量測量值。
在步驟23中確定被選擇的編碼和/或調制方案是否在預先確定的質量門限水平之上。如果是這種情況，則在步驟24中選擇發射分集關并且該控制返回到步驟20。如果是相反的情況，則在步驟25中選擇發射分集開并且該控制返回到步驟20。
如上面所解釋的，一個允許滯后(hysteresis)和/或占用時間(elapse time)的更復雜的方案能通過改變步驟23的測試來實現，即，為了選擇發射分集的開或關，將一個或更多個附加的標準，諸如附加門限水平和/或時間段，組合起來。
附圖標記列表基站收發信機系統(BTS) 1天線2天線3移動終端 4上行鏈路 5下行鏈路 6控制信道 7鏈路適應(LA)模塊 8編碼和/或調制方案9分集選擇模塊10表 11質量門限水平12質量門限水平1權利要求
1.一種在終端和網絡部件之間發送信號的方法，該方法包括步驟——確定終端和網絡部件之間通信鏈路的質量測量值，——將質量測量值與門限質量水平作比較，——如果質量測量值在門限質量水平之上，則選擇發射分集關，如果質量測量值在門限質量水平之下，則選擇發射分集開。
2.權利要求1的方法，質量測量值通過終端來確定并且經由一個控制信道從終端發送到網絡部件。
3.權利要求1的方法，進一步包括根據質量測量值選擇一預先的調制方案組中的一個編碼和/或調制方案，從而所述門限質量水平被定義為該組預定編碼和/或調制方案中的一種編碼和/或調制方案。
4.權利要求1中的方法，在蜂窩移動通信網中建立所述通信鏈路。
5.權利要求1的方法，所述預定編碼方案組包括GPRS的CS1、CS2、CS3和CS4，或者，所述預定編碼和調制方案組包括EGPRS的MCS1、MCS2、MCS3、MCS4、MCS5、MCS6、MCS7、MCS8和MCS9。
6.權利要求1的方法，其中基于終端的速率確定質量測量值。
7.一種通信網絡的網絡部件，包括——用于確定終端和網絡部件之間通信鏈路的質量測量值的裝置，——用于比較質量測量值和門限質量水平的裝置，——如果質量測量值在門限質量水平之上，則選擇發射分集關，如果質量測量值在門限質量水平之下，則選擇發射分集開的裝置。
8.權利要求7的網絡部件，所述用于確定質量測量值的裝置，包括用于從終端接收質量測量值的控制信道輸入裝置。
9.權利要求7的網絡部件進一步包括根據質量測量值選擇一預定的調制方案組中的一個編碼和/或調制方案的裝置，從而所述門限質量水平被定義為該預定編碼和/或調制方案組中的一種編碼和/或調制方案。
10.權利要求9的網絡部件，所述預定編碼方案組包括GPRS的CS1、CS2、CS3和CS4，或者，所述預定編碼和調制方案組包括EGPRS的MCS1、MCS2、MCS3、MCS4、MCS5、MCS6、MCS7、MCS8和MCS9。
11.權利要求7的網絡部件，所述用于確定質量測量值的裝置適合于根據終端速率來確定質量。
12.一個包括至少一個終端和用于每個小區的網絡部件的蜂窩移動通信系統，該網絡部件包括——用于確定終端和網絡部件之間通信鏈路的質量測量值的裝置，——用于比較質量測量值和門限質量水平的裝置，——如果質量測量值在門限質量水平之上，則選擇發射分集關，如果質量測量值在門限質量水平之下，則選擇發射分集開的裝置。
全文摘要
本發明涉及一種在終端和網絡部件之間發送信號的方法，及一種網絡部件，該方法包括下列步驟確定終端和網絡部件之間通信鏈路的質量測量值；將質量測量值與門限質量水平作比較；如果質量測量值在門限質量水平之上，則選擇發射分集關，如果質量測量值在門限質量水平之下，則選擇發射分集開。
文檔編號H04L1/06GK1452422SQ0311064
公開日2003年10月29日 申請日期2003年4月18日 優先權日2002年4月19日
發明者沃克·布朗, 鞏特爾·赫佐格, 邁克爾·維爾赫姆, 安德亞斯·威伯 申請人:阿爾卡塔爾公司