專利名稱：一種td－cdma系統的性能優化方法
技術領域：
本發明涉及移動通信技術領域，具體涉及TD-CDMA系統的性能優化方法。
背景技術：
作為UMTS空中接口增強技術，3GPP的R5版本提出了高速下行分組接入(HSDPA)方案。作為3G標準之一的時分雙工碼分多址(TDD-CDMA)系統同樣需要支持未來以IP分組為傳輸形式的各類業務承載。TDD-HSDPA是TDD模式與HSDPA技術結合的產物，其系統中各關鍵技術與頻分雙工(FDD)系統類似，但TDD系統特有的物理層幀結構及傳輸特性使TDD-HSDPA獨具特色，如TDD系統的上下行信道互易性更有利于智能天線技術的引入，從而提高無線鏈路質量，進一步提高系統吞吐量，但同時也增加了無線資源管理的復雜度。
智能天線的原理是將無線電的信號導向具體的方向，產生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向DOA(Direction of Arrival)，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到充分高效利用移動用戶信號并刪除或抑制干擾信號的目的。同時，智能天線技術利用各個移動用戶間信號空間特征的差異，通過陣列天線技術在同一信道上接收和發射多個移動用戶信號而不發生相互干擾，使無線電頻譜的利用和信號的傳輸更為有效。在不增加系統復雜度的情況下，使用智能天線可滿足服務質量和網絡擴容的需要。智能天線技術需要較為及時的用戶位置和信道信息反饋，進一步加大了TDD-HSDPA系統上行信息反饋在資源占用和信息反饋有效性方面的要求。
在CDMA系統(TDD或FDD方式)中，采用智能天線和波束賦形技術，能夠大大改善通信系統的性能提高基站接收機的靈敏度、基站發射機的等效發射功率，降低系統的干擾，增加CDMA系統的容量，改進小區的覆蓋，降低無線基站的成本。
采用智能天線后，應用波束賦形技術可顯著提高基站的接收靈敏度和等效發射功率，能夠大大降低系統內部的干擾和相鄰小區之間的干擾，從而使系統容量擴大一倍以上；同時也可以使業務高密度的市區和郊區所需的基站數目減少。
當前，傳統HSDPA系統有關信道質量信息反饋只是簡單的周期性反饋信道質量指示(CQI，Channel Quality Indicator)并觸發性反饋混合自動重傳請求(HARQ，Hybrid Automatic Repeat Request)技術所需確認正確/不正確(ACK/NAK)指示。這只能滿足信道質量信息反饋的基本要求，可通過在這種簡單反饋基礎上進行改進，在某些情況下增加有效而及時的“附加反饋”，進一步提高信道質量信息反饋有效性和及時性。
在文獻“Study of channel quality feedback in UMTS HSDPA”，IEEEproceeding 14thPIMRC，2003以及“Efficient channel quality feedbackschemes for adaptive modulation and coding of packet data”，Vehicular Technology Conference，2004.VTC2004-Fall.2004 IEEE60thVolume 2中，對基于UMTS標準的HSDPA方案中信道質量反饋進行了較為全面而深入的研究，文中提出信道質量反饋性能與周期是一對矛盾。采用短周期反饋雖然可以為高速下行信息調度和傳輸提供更為及時而有效的信息，但將增大上行傳輸的碼間干擾，從而影響反饋信息傳輸的可靠性；采用長周期反饋雖然上行碼間干擾小但不能及時提供信道狀況的變化，將產生較多的MCS誤選擇，體現為調制方式和傳輸塊大小的組合，導致出錯，增加重傳次數，降低系統吞吐量。因此如何合理選擇反饋周期就成了有待解決的核心問題。
如前所述，智能天線技術更容易在TDD-CDMA系統中實現，而且智能天線已作為必要選項列入TD-SCDMA標準。雖然智能天線可以較大程度上提高發射增益并在一定程度上抑制小區內外多用戶間干擾，但需要較大的信令和反饋信息為代價，以保障上行DoA估計和下行波束賦形(Beamforming)的準確性。
在電路交換業務為主的TDD-CDMA系統中，這些信息主要是由物理幀結構中與數據比特時分復用的Midamble碼來實現的。這是因為電路交換業務通常對上下行無線資源的要求基本相等，相同頻帶上傳輸的上下行鏈路間存在信道互易特性或稱為較強的信道相關性，并且電路交換業務的數據傳輸是連續的，網絡側能夠實時獲知用戶的位置信息，得到較高的DoA估計和波束賦型精度。但是在TDD-HSDPA系統中分組交換業務的上下行資源要求嚴重不對稱，而且分組數據的傳輸具有突發性，因此需要以時分共享調度方式而非固定分配方式管理有限的無線資源，此時上下行信道均為非連續傳輸，相關性較弱，給TDD-HSDPA后向兼容智能天線技術帶來了難度。只有通過及時而有效的反饋方式提供智能天線技術所需信息，才能使TDD-HSDPA實現智能天線波束賦型成為可行。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種TD-CDMA系統的性能優化方法，在周期反饋的基礎上，動態調節反饋的周期，以及時、有效地反饋所需的信道質量指示信息，增大用戶方位信息更新頻率，并且有效降低系統上行干擾和負荷，提高系統中智能天線上行到達角估計和下行波束賦形的精度。
本發明提供的一種TD-CDMA系統的性能優化方法，包括步驟周期性地測量下行物理信道質量并反饋信道質量指示信息CQI，反饋移動終端UE所接收到的數據正確與否的信息ACK/NAK，并反饋智能天線波束賦形所需Midamble碼信息；根據用戶信道的相關性和/或智能天線波束賦形所需Midamble碼精度，動態調整所述反饋的周期設置第一預定反饋周期T1，當用戶終端處于數據傳輸的靜默期，以該第一預定周期T1進行信道質量指示信息反饋；設置第二預定反饋周期T2，當用戶終端在進行數據傳送期間，以該周期T2進行信道質量指示信息反饋；其中T2＜T1。
該方法進一步包括設置上行Midamble碼反饋因子(Midamble反饋的最小時間間隔，為TTI的整數倍)增大用戶方位信息更新頻率，提高系統中智能天線上行到達角估計和下行波束賦形的精度。
其中所述用戶信道的相關性包括信道環境和網絡負荷、干擾因素，其特征在于，當信道環境越差和/或網絡負荷越重和/或干擾越大時，將第一預定反饋周期T1的值設置得越小。
所述T1和T2的值均可動態調整，且為傳輸時間間隔TTI的整數倍。
當數據誤塊率BLER大于預定的門限值時，減小所述第二預定反饋周期T2的值，當數據誤塊率BLER小于預定的門限值時，增大所述第二預定反饋周期T2的值。
當下行信道傳輸的數據出錯時，加大上行信道反饋CQI信息的頻率。
若下行數據傳輸錯誤，則隨接收數據錯誤指示信息NAK在上行加傳信道質量指示信息。
綜上所述，本發明通過將周期性和觸發性信道質量指示(CQI)反饋相結合并通過自適應調節Midamble碼信息反饋頻率來保障TDD系統中智能天線上行到達角(DoA)估計和下行波束賦形所需信息的有效性。
利用本發明的方法，可在不增加軟硬件要求和物理層信令開銷基礎上，以盡可能小的上行無線資源利用來保障信道質量反饋的及時性和有效性。同時，本發明通過自適應調節Midamble碼反饋速率來支持TD-CDMA系統所廣泛采用的智能天線技術，靈活地調節了TD-CDMA系統中傳統CQI反饋信息保障和信道質量惡化時調整反饋頻率與增加“附加反饋”的傳輸，實現同時獲得下行高吞吐量和上行低碼間干擾的目的。很好地解決了上行聯合檢測/下行波束賦型精度要求與分組數據傳輸突發特性之間的矛盾，增強TD-CDMA系統空中接口方案的后向兼容能力，更好地發揮TDD系統與智能天線技術結合的優勢，從而進一步提高系統吞吐量、傳輸正確率，降低傳輸時延。
圖1為本發明的系統性能優化方法中的信道質量信息反饋具體流程圖；圖2A、2B分別是為全向天線、智能天線下所得歸一化系統BLER仿真結果；圖3A、3B分別為全向天線、智能天線下所得小區吞吐量曲線仿真結果為；圖4A、4B分別為全向天線、智能天線下所得反饋周期的比例分布的仿真結果；圖5A、5B分別為全向天線、智能天線下所得資源利用情況的仿真結果；圖6為根據本發明的TDD-HSDPA上行信息反饋示意圖。
具體實施例方式
為了進一步理解本發明的特性和優點，下面對本發明進行詳細說明。
本發明的主要思想是通過動態調整高速下行分組接入HSDPA中上行信息反饋的頻率，及時有效地反饋信道質量信息，以反映高速下行物理信道HS-DSCH上的數據傳輸情況，以及依據上行Midamble碼反饋因子，即Midamble反饋的最小時間間隔，為TTI的整數倍，及時反饋上行信息，提高系統中智能天線上行到達角(DoA)估計和下行波束賦形精度，以提供更為精確的用戶方位信息。反饋的信道質量信息包括周期性下行物理信道質量測量反饋，即通常所說的CQI反饋；用于指示移動終端UE所接收到的HS-DSCH數據正確與否的確認ACK/未確認NAK信息反饋，該反饋為觸發性反饋；用于實現TDD系統中智能天線技術而進行的Midamble碼反饋。本發明通過將周期性和觸發性信道質量指示(CQI)反饋相結合并通過自適應調節Midamble碼信息反饋頻率來保障TDD系統中智能天線上行到達角(DoA)估計和下行波束賦形的有效性。
在高速分組碼分多址接入系統中，通常周期性地測量下行物理信道質量并反饋信道質量指示信息CQI。高層(相對于物理層)信令對所有已通過分組接入的移動臺根據其處理能力確定一個CQI反饋頻率，一般為傳輸時間間隔(TTI)的整數倍，并為其指定相應的上行信道化碼。移動臺則依據此頻率進行CQI信息反饋；快速混合自動重傳(HARQ，Hybrid Automatic Repeat Request)是指接收方在解碼失敗的情況下，保存接收到的數據，并要求發送方重傳數據；接收方將重傳的數據和先前接收到的數據在解碼之前進行組合。混合自動重傳技術可顯著地提高系統性能，并可靈活地調整有效碼元速率，還可解決由于采用鏈路適配所帶來的誤碼問題。因此在高速分組碼分多址接入系統中，通常采用HARQ技術。為支持混合自動重傳請求(HARQ，)技術，移動臺UE在接收到HS-DSCH上的傳輸數據后，根據其采用的HARQ類型對其進行解碼/合并判決本次傳輸是否正確，并產生ACK/NAK指示信息，并在下一可用HS-SICH上反饋該信息。該類反饋為觸發性反饋，反饋信息為ACK/NAK，只有當該反饋與CQI反饋在時間片上重合時才會同時傳輸這兩類信息。
本發明中涉及的有關UMTS-HSDPA的現有技術內容參見文獻Study ofchannel quality feedback in UMTS HSDPA，IEEE proceeding 14thPIMRC，2003以及“Efficient channel quality feedback schemes for adaptivemodulation and coding of packet data”，Vehicular TechnologyConference，2004.VTC2004-Fall.2004 IEEE 60thVolume 2。
為了更為及時、有效地支持高速下行分組業務接入，在考慮到不增加軟硬件設備并不影響當前其他規范的基礎上，在周期性地反饋CQI的基礎上引入觸發CQI反饋機制，并且為支持智能天線技術引入了Midamble碼反饋保障機制，本發明提出了一種自適應調整信道質量信息反饋頻率的方案，該方案按如下步驟執行根據用戶信道的相關性和/或智能天線波束賦形所需要Midamble碼信息精度，設置第一預定周期T1，當用戶終端處于數據傳輸的靜默期，以該第一預定周期T1進行信道質量指示信息反饋；在數據傳輸的靜默(IDLE)時期，以T1為周期進行反饋。該參數的設置主要考慮用戶信道的相關性與波束賦形所需要Midamble碼信息的精度以及上行資源的合理分配，T1值的具體設置與實際網絡的負荷和信道環境密切相關，如在惡劣信道環境和網絡負荷較重、干擾較重的情況下，則需要將該值設置較小。具體的T1值需要依據不同的情況靈活調整，需要在網絡規劃和優化過程中對該值進行仿真結合實際測試結果獲得最優解。
設置第二預定周期T2，當用戶終端在進行數據傳送期間，以該周期T2進行信道質量指示信息反饋；其中T2＜T1；對于進行數據傳送的用戶，則以T2為周期進行CQI信息反饋，然后每N個TTI更新一次T2的值。更新方法如下如果N個TTI內的BLER(誤塊率)大于BLER門限Threshold，則減小T2的值，否則增大T2的值，并且T2值增減幅度亦可調節。T2的最小值可為1，即每個TTI均反饋，以提高信道質量達到系統設計的最高精度并提高更為準確的用戶方位信息；若下行(HS-DSCH信道)傳輸的數據出錯，則在上行HS-SICH信道加傳CQI信息，以及時反饋有關信息。由于CQI信息和Midamble碼所承載信息可以隨著NACK一起反饋，并不占用多余資源；對于CQI信息只包含MCS(Modulation and Coding Set)建議方案的情況，當本次MCS與上次發送的MCS方案一致時不進行反饋，數據傳輸仍按照原CQI信息建議的MCS方案進行。
圖1為本發明的系統性能優化方法中的信道質量信息反饋具體流程圖。
在上述方案中，將T1、T2、T3均設置為TTI的整數倍。該方案綜合考慮了分組數據業務的突發性和數據傳輸的可靠性要求，結合前者以減少上行資源利用為目的，從而降低上行干擾并保證反饋信息傳輸可靠性；后者則主要考慮保障反饋信息的及時性以保障下行數據發送所選MCS的正確性。該方案對系統的性能優化主要表現為首先，相對于傳統方案，在數據傳輸的靜默(IDLE)時期以較小的頻率進行反饋，可以顯著降低反饋的頻率，從而可以降低上行干擾，在數據傳輸開始后，由于基站側需要獲得較精確的CQI信息，需要加大信道質量的反饋頻率，以及時地提供用戶信道質量信息，為下行的自適應調制編碼(AMC)、分組調度等技術的實現提供更為精確的信息。特別的，考慮由于無線信道質量波動比較厲害，在方案中，當誤塊率大于一定的門限，表明基站側用戶的信道質量信息不夠精確，數據的傳輸出現錯誤，就需要加大反饋頻率，以提供更為精確的用戶信道質量信息。當誤塊率降低到一定門限以下后，表明數據傳輸較準確，基站側的用戶信息較為準確，即可以降低CQI的反饋頻率，這樣可以顯著降低上行干擾，保障信道質量信息傳輸的準確性。如果先后兩次反饋的CQI信息一致的話，可以不需要反饋，這樣可以減少反饋的數據量，降低系統上行負載和干擾。
智能天線的應用依賴于上行DoA估計和下行波束賦型技術，基站首先使用訓練序列(Midamble碼)估計出各個天線陣元上的信道特性，然后依據各個天線陣元上的信道信息，使用DoA估計算法測算出用戶信號的來波方向，從而確定用戶的方位，產生加權矩陣，調節各個天線陣元激勵的幅度和相位值，產生下行波束賦型。
智能天線系統中用戶的位置移動，特別是在高速情況下，會嚴重影響上行DoA估計和下行波束賦型的準確度，從而使系統BLER變大，該問題在用戶數據傳輸停止一段時間后重新開始新的數據傳輸時最為嚴重。通過增加用于DoA估計和波束賦型的Midamble碼反饋頻率以提供更為精確的用戶的方位信息即可解決此問題。
為了對上述方案性能與可行性進行評估，搭建了一個動態系統級仿真平臺對其進行了仿真研究，表1所示為一種典型例子的有關設置，給出了該典型例子下的本自適應方案的性能優化結果。
反饋信息是否及時且正確與否將主要體現為MCS選擇是否合適如果MCS選擇過高，則會導致傳輸出錯可能性加大，系統BLER將增大，所以評價該方案的主要性能指標是系統BLER，另外考慮到上行干擾和上行資源利用情況，反饋周期的PDF也需要進行重點分析對比，以下是仿真結果系統BLER圖2A、2B分別是為全向天線、智能天線下所得歸一化系統BLER仿真結果。傳統反饋方案T＝3、4、5、10和自適應方案相對于T＝1這種最理想方案的歸一化系統BLER，從圖中可看出，自適應方案性能與T＝4的傳統反饋方案性能類似，而且在系統負載較大時，由于干擾加劇，BLER將增大，這樣自適應方案處于T＝1或者T＝4的概率加大，這樣使得其性能相比用戶數少時更接近T＝1的傳統反饋方案性能。
小區平均吞吐量圖3A、3B分別為全向天線、智能天線下所得小區吞吐量曲線仿真結果。從上圖的小區吞吐量曲線可看出，自適應方案性能與T＝4的傳統反饋方案性能相近；智能天線下由于天線增益和干擾消除的作用使得各方案性能差別不大。
反饋周期的比例分布圖4A、4B分別為全向天線、智能天線下所得反饋周期的比例分布的仿真結果。隨著用戶數增加，系統負載加大，自適應方案中選擇T＝30的比例降低，選擇T＝4和1的比例上升。隨系統負載增大，系統干擾加劇，這樣傳輸的有效性得不到保障，BLER加大將導致選擇T＝1的概率加大。由于智能天線引入的天線增益和干擾消除作用使得智能天線下傳輸有效性和可靠性升高，相比全向天線而言，其反饋周期為4和30的概率要大。反饋周期為4的概率大是因為傳輸的可靠性高，而反饋周期為30概率較大是因為傳輸有效性高使得數據很快就能夠被傳輸結束，從而進入到IDLE狀態的時間增多。
資源利用情況圖5A、5B分別為全向天線、智能天線下所得資源利用情況的仿真結果。
從圖5可看出，自適應方案在系統負載較大時(每小區21.1個用戶)其資源占用仍相當于T＝12的傳統反饋方案的資源占用情況。該方案減少上行反饋的頻率，可顯著降低上行干擾，確保CQI信息的正確性。同樣由于智能天線所帶來的系統性能增益，即使是在重負荷情況下，其資源占用相當于T＝18的傳統反饋方案的資源占用情況。
從上述典型例子的仿真結果來看在輕度和重度負荷下，該方案以大約低于傳統反饋方案3-4倍的資源利用獲得了相應的性能。即使是在超重負荷下，該方案的資源利用也低于傳統反饋方案，這一點說明本方案可以以較低資源利用保證反饋信息的及時性和有效性。另外正是由于降低了資源利用從而降低了反饋頻率，從而顯著降低了上行干擾以確保反饋信息傳輸的準確性。本方案相比于傳統方案而言，可以獲得明顯的性能優化。
由于一旦發現數據傳輸可靠性變差，該方案立即提高反饋頻率，這樣可顯著提高關于用戶方位的更精確信息，從而使得下行波束賦型的精度更高。而且由于資源利用大大降低，可通過加傳Midamble信息增大用戶方位信息更新頻率。為此我們設定了一個剩余Midamble碼反饋因子Mf，該因子的設定主要依據下行波束賦型所需上行反饋Midamble碼的精度，具體做法是如果某個處于業務激活狀態的用戶在連續Mf個TTI沒有任何上行信息反饋，則加傳一次上行反饋，已提供用于DoA估計和波束賦型的Midamble碼信息，從而獲得用戶最新的方位信息。最終方案的做法可以參見圖6。
圖6中 表示依據傳統方案需要反饋的CQI反饋信息，包括Midamble碼； 表示ACK的反饋剛好和傳統反饋CQI重合， 表示由于傳輸出錯而反饋NACK，與此同時加傳CQI給Node-B，以便重傳改變MCS以便更好的適應當前的信道情況。 表示反饋ACK，但并不是用戶CQI反饋的時間，所以僅僅反饋ACK。 表示沒有任何反饋信息。需要注意的是，圖中每個用戶周期性反饋的反饋頻率不固定，需要依據下行數據傳輸的BLER來調整，用戶1可能處在數據傳輸的靜默期，其反饋周期為8，而用戶4可能信道變化比較劇烈，數據傳輸可靠性較差，其反饋周期為1。用戶1由于很長時間沒有上行反饋信息，其加傳了一次Midamble信息(圖中 所示，剩余Midamble碼反饋因子Mf設為5)。
以上所述僅為本發明的示范性實施例，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、更改等，均包含在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種TD-CDMA系統的性能優化方法，其特征在于，包括步驟周期性地測量下行物理信道質量并反饋信道質量指示信息CQI，反饋移動終端UE所接收到的數據正確與否的信息ACK/NAK，以及智能天線波束賦形所需Midamble碼；根據用戶信道的相關性和/或智能天線波束賦形所需Midamble碼精度，動態調整所述反饋的周期設置第一預定反饋周期T1，當用戶終端處于數據傳輸的靜默期，以該第一預定周期T1進行信道質量指示信息反饋；設置第二預定反饋周期T2，當用戶終端在進行數據傳送期間，以該周期T2進行信道質量指示信息反饋；其中T2＜T1。
2.如權利要求1所述的性能優化方法，其特征在于，該方法進一步包括設置上行Midamble碼反饋因子，增大用戶方位信息更新頻率，提高系統中智能天線上行到達角估計和下行波束賦形的精度。
3.如權利要求1所述的性能優化方法，其中所述用戶信道的相關性包括信道環境和網絡負荷、干擾因素，其特征在于，當信道環境越差和/或網絡負荷越重和/或干擾越大時，將第一預定反饋周期T1的值設置得越小。
4.如權利要求1或2所述的性能優化方法，其特征在于，所述T1和T2的值均可動態調整，且為傳輸時間間隔TTI的整數倍。
5.如權利要求1所述的性能優化方法，其特征在于，當數據誤塊率BLER大于預定的門限值時，減小所述第二預定反饋周期T2的值，當數據誤塊率BLER小于預定的門限值時，增大所述第二預定反饋周期T2的值。
6.如權利要求5所述的性能優化方法，其特征在于，當下行信道傳輸的數據出錯時，加大上行信道反饋CQI信息的頻率。
7.如權利要求1所述的性能優化方法，其特征在于，若下行數據傳輸錯誤，則隨接收數據錯誤指示信息NAK在上行加傳信道質量指示信息。
全文摘要
本發明涉及一種TD－CDMA系統的性能優化方法，包括周期性地測量下行物理信道質量并反饋信道質量指示信息CQI，反饋移動終端所接收的數據正確與否的信息ACK/NAK以及智能天線波束賦形所需上行信息；根據用戶信道的相關性和/或智能天線波束賦形所需Midamble碼精度，動態調整反饋周期，當用戶終端處于數據傳輸的靜默期，以預定周期T1進行信道質量指示信息反饋；當用戶終端在進行數據傳送期間，以預定周期T2進行信道質量指示信息反饋；其中T2＜T1。本發明通過自適應調節Midamble碼信息反饋頻率來保障智能天線上行到達角(DoA)估計和下行波束賦形所需信息的有效性，更好地發揮TD－CDMA系統與智能天線技術結合的優勢，從而進一步提高系統吞吐量、傳輸正確率，降低傳輸時延。
文檔編號H04L1/00GK101060389SQ200610076419
公開日2007年10月24日 申請日期2006年4月20日 優先權日2006年4月20日
發明者彭濤, 堵久輝, 陳書平, 王文博 申請人:大唐移動通信設備有限公司