无线电通信系统的制作方法

专利名称：无线电通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线电通信系统，还涉及到用于此类系统中的主次站和操作此类系统的方法。虽然本说明书具体参照通用移动电信系统(UMTS)描述了一种系统，但应当理解，此类技术同样适用于其它移动无线电系统。
在已知的无线电通信系统中，在任一时刻MS通常只与单个基站(BS)通信。在呼叫进行期间，例如在通信链路的质量随着MS离开其BS而下降时，或者当需要调整不同小区的相对业务负荷时，MS可能要研究向另一BS的转移。从一个BS转到另一BS的过程称为切换。
在根据当前UMTS规范工作的系统中，MS保存了称为“有效集”的BS列表，通过该有效集可维持适当质量的无线电链路。当MS处于专用信道模式并且有效集中有多个BS时，MS与有效集中的BS进行“软切换”。在此模式中，有效集中的所有BS均接收上行传输，并且有效集中的所有BS发射大致相同的下行信息到MS(通常数据和大多数控制信息会相同，但功率控制命令可能会不同)。此“软切换”方法的缺陷在于无法为每个单独的无线电链路优化上行和下行传输功率，因为在上行链路中只发射一组功率控制命令，而从不同BS通过下行链路发射的功率控制命令可能会导致上行传输功率要求冲突。
正常软切换程序特别适用于诸如话音链路等必须维持连续的连接的实时业务。然而，对于分组数据链路，为每个数据分组到MS的传输选择最佳BS、从而允许动态更改无线电链路和业务条件，这可能是有利的。如果在每个分组传输之前立即选择了最佳BS，而使接收的分组中损坏数量最小，并且也使每个分组的总发射功率最小，则可以实现系统吞吐量的提高。
除选择最佳BS外，或者不选择最佳BS，需要设置用于数据分组传输的链路的其它特征。在UMTS系统中，这些特征可包括合适的调制和编码方案(MCS)与适当的发射功率电平。最好也使提供此类功能所需的信令最少。
根据本发明的第一方面，提供一种无线电通信系统，该系统具有物理控制信道和至少一个数据信道，物理控制信道用于在次站与多个主站之间双向传输控制信息组，而在从多个主站中选择的一个或多个主站与次站之间的至少一个数据信道用于从所述一个或每个选定主站到次站的数据传输，其中提供了相应的闭环功率控制装置，用以分别调整控制信息组所映射到的一些或所有物理控制信道或其部分的功率。
通过允许随时快速选择最佳BS，提供了多个优点。具体地说，降低了每个分组传输之前的延迟，而且即使更改了发射BS也可确保每个分组开始时的准确功率控制。
此外，通过操作多个并行的功率控制环路获得的额外信息可帮助选择MCS。通过快速选择最佳BS和/或改进MCS的选择，在需要最少附加信令的同时提高了整个系统吞吐量。
根据本发明的第二方面，提供一种用于无线电通信系统中的主站，该系统具有物理控制信道和至少一个数据信道，物理控制信道用于在次站与多个主站之间双向传输控制信息组，而在从多个主站中选择的一个或多个主站与次站之间的至少一个数据信道用于从所述一个或每个选定主站到次站的数据传输，其中提供了闭环功率控制装置，用以调整在主站与次站之间、控制信息组所映射到的一些或所有物理控制信道或其部分的功率。
根据本发明的第三方面，提供一种用于无线电通信系统中的次站，该系统具有物理控制信道和至少一个数据信道，物理控制信道用于在次站与多个主站之间双向传输控制信息组，而在从多个主站中选择的一个或多个主站与次站之间的至少一个数据信道用于从所述一个或每个选定主站到次站的数据传输，其中提供了闭环功率控制装置，用以分别调整控制信息组所映射到的一些或所有物理控制信道或其部分的功率。
根据本发明的第四方面，提供一种操作无线电通信系统的方法，该系统具有物理控制信道和至少一个数据信道，物理控制信道用于在次站与多个主站之间双向传输控制信息组，而在从多个主站中选择的一个或多个主站与次站之间的至少一个数据信道用于从所述一个或每个选定主站到次站的数据传输，所述方法包括操作相应的闭环功率控制装置，以便分别调整控制信息组所映射到的一些或所有物理控制信道或其部分的功率。
本发明基于先有技术中未提出的如下认识通过操作多个并行的闭合功率控制环路，便于为数据传输快速选择合适的站点和/或选择MCS，并且可使数据传输系统的操作得到改进。
附图简述下面通过举例并参照附图来描述本发明的实施例，其中

图1是无线电通信系统的示意框图；图2是具有软切换过程中的MS的无线电通信系统的示意框图；图3是已知UMTS上行时隙结构图；图4是根据本发明的UMTS上行时隙结构图；以及图5是表示根据本发明的发射数据的方法的流程图。
图中采用相同的参考数字表示相应的特性。
实现本发明的方式参照图1，无线电通信系统包括主站(BS)100和多个次站(MS)110。BS 100包括微控制器(μC)102、连接到天线装置106的收发信机装置(Tx/Rx)104、用于改变发射功率电平的功率控制装置(PC)107以及用于连接到PSTN或其它适当网络的连接装置108。每个MS 110包括微控制器(μC)112、连接到天线装置116的收发信机装置(Tx/Rx)114和用于改变发射功率电平的功率控制装置(PC)118。从BS 100到MS 110的通信在下行信道122上发生，而从MS 110到BS 100的通信在上行信道124上发生。
在许多无线电通信系统中，功率控制一般是以闭环方式操作的。对于UMTS系统中的上行功率控制，BS 100确定所需的MS 110发射功率的更改，并将这些更改借助于发射功率控制(TPC)命令以信号形式通知给MS 110。为了使开销最小化，TPC命令一般会指示MS 110增加或减小其功率，功率的变化为预定大小的跨距。但在一些系统中，TPC命令也可以确定要使用的跨距大小。同样，对于下行功率控制，MS 110确定所需的更改，并使用TPC命令将这些更改以信号形式通知到BS 100。
在根据本发明构成的系统中，由于MS 110为下行物理信道请求的功率电平提供了主要的无线电链路条件的指示，因此也可使用闭环功率控制来选择参数、如最适合的MCS。因此，不需要从MS 110发射单独的上行消息到BS 100以指明无线电链路条件。
图2表示进行软切换过程的MS 110，该MS 110具有三个双向通信信道226a、226b和226c，对应于三个BS 100a、100b和100c，每个信道包括上行和下行信道。在给定时隙中，MS 110在下行信道上从每个BS 100a、100b、100c接收TPC命令，并在上行链路上将TPC命令发射到每个BS。在常规UMTS系统中，每个MS 110仅发射一组上行TPC命令到有效集中的所有BS 100a、100b和100c。因此，虽然存在功率控制环路的形式，但下行信道的功率并不是单独控制的。
在根据本发明构成的系统中，在MS 110与多个BS 100a、100b和100c之间设置了并行的闭合功率控制环路，以便实现快速BS选择过程。此类功率控制环路可以在MS 110与有效集中的一些或所有BS 100a、100b、100c之间维持。此类功率控制环路将用于控制到MS110的至少一些或所有下行传输的功率，并且此类功率控制环路还可用于控制各个上行传输的功率。选择的这些BS可能是有效集中具有最佳质量的无线电链路的那些BS。带有这些BS的闭合功率控制环路使得在它们之间可以进行非常快速的选择，从而决定BS 100a、100b和100c中的哪个BS应发射分组到MS 110。
例如，用于传输分组的BS可能被选择为在功率受控物理控制信道上具有最低发射功率的BS。选择可以由MS 110(通过发射BS选择消息到网络)或者由网络进行。闭环功率控制确保了下行信道上的发射功率对无线电链路条件而言已处于适当的电平，并且它可用于帮助预测最适当的MCS和/或其它参数。
多个并行的闭合功率控制环路的操作需要在上行和下行链路两者中传输相应的多组控制信息。最小的情况是，如果此类并行的闭合功率控制环路仅用于控制下行传输的功率，则每组上行控制信息会包括由相应的下行控制信息组得出的一个或多个TPC命令，并且每组下行控制信息会包括一组或多组导频信息，从该信息中，可通过诸如信干比(SIR)估算等技术得出相应的上行控制信息组中的TPC命令。如果此类并行闭合功率控制环路还用于控制上行发射功率，则每组上行控制信息还包括一组或多组导频信息，从该信息可以得出相应的下行控制信息组中的TPC命令，并且每组下行控制信息还包括从相应的上行控制信息组得出的一个或多个TPC命令。
先考虑上行链路。MS110必须发射多组上行控制信息，包括TPC命令。在下述实施例中，实现这一点是通过将每组控制信息映射到分开的上行物理控制信道，或者将所有控制信息组时分复用到一个物理控制信道中，或者通过这两种技术的某种组合。也可使用其它技术，例如，TPC命令的编码组合或者使用更高阶的调制方案。
第一种技术涉及到将分开的上行物理控制信道发射到已被选择参与快速站点选择过程的每个BS 100a、100b、100c。在UMTS实现中，这些分开的上行物理控制信道将全部使用相同的扰码(以标识MS110)。通过下面的两种方法之一或两者，可区分每个BS 100a、100b和100c的上行物理控制信道，例如代码复用，其中，每个物理控制信道使用不同的正交信道化码。在当前的UMTS规范中，每个MS 110只允许一个上行物理控制信道，并且该信道始终使用预定的信道化码，具有来自OVSF(正交可变扩频因子)码树的扩频因子256。在保持与用于上行数据信道的所有可能信道化码正交的同时，另外的物理控制信道可使用相同集中的63个其它信道化码中的任一个。
I/Q复用。在当前UMTS规范中，上行控制信息、连同多达3个数据信道被编码在使用载波的Q(正交相位)分量的物理信道上，并且多达3个数据信道被编码在I(同相)分量上(在复合加扰之前)。如果只需要2个上行控制信息组，同时没有上行数据正在发射，则在使用相同信道化码时，控制信息组可被I/Q复用(在复合加扰之前)，从而无需为控制信道进行多码传输。也可以使用多码传输，在发射减少的数据量时发射两组控制信息，在I和Q分量上各有一组控制信息。
有利的是，可以安排上行传输的定时，以便确保无需多码传输。例如，可以安排无论何时要发射一些上行数据，就暂时关闭上行物理控制信道之一。
控制信道选通，即物理控制信道的间歇性传输可与上述方法结合使用，作为降低MS功耗和上行干扰电平的一种方式。
第二种技术是利用修改类型的上行物理控制信道，时分复用不同BS的控制信息组。这种情况下，只需要一个上行物理控制信道，仅使用一个信道化码。图3说明UMTS上行物理控制信道的帧300的结构。帧300具有10ms的长度，并包括从S0到S14的15个时隙。每个时隙具有2560个码片的长度并包括10比特的控制数据。考虑第i个时隙Si，它包括导频(P)字段304、传送格式组合指示符(TFCI)字段306、反馈信息(FBI)字段308和TPC字段310，每个字段具有预定数目的比特。
TPC命令和导频字段的时分复用可通过下面两种方法之一或两者来实现(1)修改上行物理控制信道中的字段，以便允许在通常的1500Hz时隙率下发送多组TPC命令和导频信息。TFCI可以用与所有相关BS100a、100b和100c进行通信所需的最高功率一次性发送。这可包括减少发送到每个BS的导频信息量。图4说明用于两个BS、具有根据本发明的修改字段结构的帧300。提供了两个导频字段P1404和P2405，并且还有两个功率控制字段TPC1409和TPC2410。与图3的字段结构相比，TFCI字段306不变，而FBI字段308已丢弃(因为如果只发射控制信息，则可以不需要准确的发射机分集信息)。显然，有多种其它方法来修改字段结构以适应本发明的需要。
(2)降低到每个小区的功率控制率。例如，在两个BS参与快速选择过程的情况下，平分功率控制率可避免对帧字段结构修改的需要。每个BS仅对每隔一个的TPC命令作出响应，并且同样地仅使用每隔一个的导频字段进行SIR估计。TPC率可通过“关闭”物理控制信道进一步降低(例如，在具有低多谱勒频率的缓慢变化的无线电链路中)。
现在考虑下行链路。参与快速选择过程的每个BS 100a、100b和100c必须发射导频信息到MS 110，以便维持下行链路的闭合功率控制环路。如果上行链路也通过闭环功率控制进行控制，则BS也必须发射TPC命令到MS 110。除每个BS 100a、100b和100c根据各自上行物理控制信道的相应部分的SIR计算其下行TPC命令外，这与正常的软切换过程相似。用于下行链路的可能方法包括不同扰码的使用或传输的时分复用。
不同的扰码可用于区分不同BS 100a、100b和100c的控制信息组。这使MS 110可单独处理每个BS的下行导频信息，以便根据其各自下行SIR生成不同BS所需的不同上行TPC命令。这也使MS 110可区分不同BS的TPC命令。
MS 110可以根据从相关BS 100a、100b和100c收到的TPC命令，分别调整每个上行物理控制信道(或者在时分复用上行控制信息组的情况下，上行物理控制信道的每个部分)的功率，而不是如常规软切换过程中那样，例如在共同未决的未公开的英国专利申请0022633.2(申请人的参考号PHGB000121)中所公开的，组合从不同BS收到的TPC命令。
或者，不同BS 100a、100b和100c的下行控制信息组可以类似于上述上行链路的方式进行时分复用。这种情况下，最好是把复用与选通相结合，以便避免BS之间的同步问题，在该情况下，下行导频信息率和/或TPC命令率可同样降低。
在根据本发明构成的系统的实施例中，某些限制可加到从MS 110到不同BS 100a、100b和100c的上行传输功率上。例如，到不同BS的传输之间的发射功率比可以限制为例如6dB，从而在仍然提供足够的动态范围以维持合适的TPC命令的上行误码率的同时，避免由于一个小区中的BS请求更大的功率而在另一个小区中产生大量的干扰。此类限制通过避免突然和定期的功率改变而改善了EMC性能，并且通过避免对实现精确定期的大功率变化的能力的需要，简化了MS 110的实现。
另外，如果MS 110达到其最大发射功率(根据其功率等级或按照网络用信号通知的)，则主要目的可能是为具有最佳下行SIR的BS100a、100b和100c维持正确的上行发射功率。可以减少到其它BS的上行传输功率以便实现此目的。如果这使到不同BS的传输之间的功率比变得大于任何预定限制，例如上述的6dB限制，则可能终止到除具有最佳下行SIR的BS之外的一个或多个BS的传输，或者可能按比例降低到所有BS的传输的发射功率。
在实际实现中，并行闭合功率控制环路的数量可能被限制为2个或3个，以免实现过于复杂而抵消了快速选择技术的优点。
图5表示的流程图说明了根据本发明的通过多个BS 100a、100b和100c之一发送数据的方法。当有数据要发送到MS 110时，该方法从步骤502开始。步骤504是一个测试，用以确定是否仍有数据要传输。如果有，则在步骤506，从那些可供MS 110快速选择的BS中选择具有最佳整体特性的BS 100a、100b、100c，并且在步骤508中，把数据分组发送到MS 110。数据测试、选择BS以及发送数据分组的过程会持续进行，直至不再有要发送的数据，这时关于是否还有数据的测试504失败，并且该过程在步骤510结束。
实际上，在再次执行BS选择之前发送的数据量可能不止一个分组，这取决于更改发送BS的系统开销。
在另一实施例中，可使用多个功率控制环路的操作，以便在控制信道处于软切换中时为从BS 100到MS 110的分组传输选择最适当的MCS。此操作的执行可独立于用于确定BS 100a、100b和100c中哪个BS应发送下行分组的方法。众所周知，MCS选择可基于对MS 110上会获得的可能SIR的估计。此外，还知道此估计SIR值可以测量报告的形式从MS发射到BS(或从诸如导频信道的信号强度等其它测量中获得)。
然而，如果此类测量报告使用更高层信令发送，则它们之间可能会有相当长的间隔。这在时变信道中进行MCS选择时会产生严重的错误。也知道，在下行传输上闭环功率控制的操作可用于校正先前的SIR估计，因为发射功率的任何变化将与下行路径损耗的变化很好地相关，因而与MS 110上的可达到SIR很好地相关。但是，在软切换中，每个BS 100a、100b和100c的下行发射功率的变化与各个下行路径损耗的变化相关的程度不可能足够高。因此，在软切换中，对下行控制信道使用多个功率控制环路将允许有效集(或有效集的子集)中每个BS的下行信道的功率电平能独立地跟踪各个无线电信道中的变化。这意味着，给定适当的测量报告，则可以为有效集(或有效集的子集)中任何BS估计可在MS 110上达到的SIR。然后可以选择用于分组传输的适当MCS。
在上述实施例中，数据信道一次从一个BS发射到MS 110。但是，在某些情况下，数据信道从不止一个BS同步发送可能有利。例如，在三个BS 100a、100b和100c在闭环功率控制下的情况下，如果其中两个BS提供了同样好的链路质量，则一个或多个数据分组可从这两个基站(以类似于软切换期间的传输方式)并行发送。
在上述实施例的变型中，可能在主站与次站之间有不止一个数据链路。例如，本发明可应用于不同频率或者从不同天线发射的无线电链路，即使它们在相同的一对站点之间，也需要单独的功率控制。
在BS 100具有多条天线106或天线波束的系统中，上述为分组传输选择优选BS 100应视为包括从一个或多个主站提供的天线或天线波束中选择较佳的天线或天线波束的子集。在采用多输入多输出(MIMO)技术的系统中，选择优选BS 100应当被理解为包括在主站100与次站110之间选择最佳无线电路径或路径集。
通过阅读本发明的公开，其它修改对本领域的技术人员是显而易见的。此类修改可能涉及到在无线电通信系统及其部件的设计、制造和使用方面已众所周知的其它特征，并且这些特征可用于代替本文已描述的特征或与之结合使用。应当明白，为便于说明而在不同实施例的环境中描述的本发明的一些特征也可在单个实施例中以组合形式提供。相反，为简明起见，在单个实施例的环境中描述的本发明的各种特征也可分开提供或以任何适合的子组合形式提供。虽然在本申请中已提出了对具体特征组合的权利要求，但应当理解，本申请的公开的范围也包括此处明确或隐含地公开的任何新颖特征或任何新颖特征的组合，或其任何广义化形式，而无论它是否涉及到如任何权利要求中当前陈述的本发明，也无论它是否如本发明一样缓解任何或所有相同的技术问题。申请人在此声明，在处理本申请或从中得出的任何进一步申请期间，可提出对此类特征和/或特征组合的新权利要求。
在本说明书和权利要求书中，要素前面的“一”字并不排除存在多个此类要素。此外，“包括”一词并不排除存在除所列之外的其它要素或步骤。
权利要求
1.一种无线电通信系统，它具有物理控制信道，用于在次站与多个主站之间双向传输控制信息组；以及至少一个数据信道，所述数据信道在从所述多个主站中选择的一个或多个主站与所述次站之间，用于从所述一个或每个选定主站到所述次站的数据传输，其中提供了相应的闭环功率控制装置，用以分别调整控制信息组所映射到的一些或所有物理控制信道或其部分的功率。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，提供装置来对控制信息组所映射到的每个下行物理控制信道或其部分进行编码，其中相应的扰码使相关的主站可以被识别。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，提供装置来发射与控制信息组通过单个时分复用的上行物理信道映射到的每个下行物理控制信道或其部分相关的功率控制命令。
4.如权利要求1到3中任何一个所述的系统，其特征在于，提供响应次站的请求的装置来选择连接到所述一个或每个数据信道的主站。
5.如权利要求1到4中任何一个所述的系统，其特征在于，提供装置，用以在主站与次站之间建立多个通信链路，用以确定哪些主站包括选定的主站，以及用以确定选择哪些通信链路。
6.一种用于无线电通信系统中的主站，该系统具有物理控制信道，用于在次站与多个主站之间双向传输控制信息组；以及至少一个数据信道，所述数据信道在从所述多个主站中选择的一个或多个主站与所述次站之间，用于从所述一个或每个选定主站到所述次站的数据传输，其中提供了闭环功率控制装置，用以调整在所述主站与所述次站之间、控制信息组所映射到的一些或所有物理控制信道或其部分的功率。
7.如权利要求6所述的主站，其特征在于，提供装置来捕获或释放数据信道以响应变化的无线电链路条件，从而变成选定的主站或终止作为选定的主站。
8.如权利要求6或7所述的主站，其特征在于，提供装置来根据控制信息组所映射到的物理控制信道或其部分的功率电平，确定所述数据信道的工作参数。
9.如权利要求8所述的主站，其特征在于，所述工作参数是调制和/或编码方案。
10.一种用于无线电通信系统中的次站，该系统具有物理控制信道，用于在次站与多个主站之间双向传输控制信息组；以及至少一个数据信道，所述数据信道在从所述多个主站中选择的一个或多个主站与所述次站之间，用于从所述一个或每个选定主站到所述次站的数据传输，其中提供了闭环功率控制装置，用以分别调整控制信息组所映射到的一些或所有物理控制信道或其部分的功率。
11.如权利要求10所述的次站，其特征在于，提供装置以确定哪些主站包括选定的一个或多个主站，以便响应变化的无线电链路条件。
12.如权利要求10或11所述的次站，其特征在于，提供装置来在分开的物理信道上发射每组上行控制信息。
13.如权利要求12所述的次站，其特征在于，提供装置来利用不同的信道化码区分所述物理信道。
14.如权利要求12或13所述的次站，其特征在于，提供装置，用以通过发射使用载波的同相分量的第一物理信道和使用所述载波的正交相位分量的第二物理信道，区分所述物理信道中的两个信道。
15.如权利要求14所述的次站，其特征在于，提供装置，用以在需要上行数据传输时中断上行物理控制信道。
16.如权利要求10或11所述的次站，其特征在于，提供装置，用以在单个物理信道上以时分复用的方式发射每组上行控制信息。
17.如权利要求16所述的次站，其特征在于，提供装置，用于通过降低功率控制命令的传输率来实现所述时分复用。
18.如权利要求17所述的次站，其特征在于，所述传输率的降低与大于或等于与之交换控制信息组的主站数目的数字成比例。
19.如权利要求16所述的次站，其特征在于，提供装置，用以通过包括与在单个物理控制信道中交换控制信息组的每个主站相关的单独功率控制，实现时分复用。
20.一种操作无线电通信系统的方法，该系统具有物理控制信道，用于在次站与多个主站之间双向传输控制信息组；以及至少一个数据信道，所述数据信道在从所述多个主站中选择的一个或多个主站与所述次站之间，用于从所述一个或每个选定主站到所述次站的数据传输，所述方法包括操作相应的闭环功率控制装置，以便分别调整控制信息组所映射到的一些或所有物理控制信道或其部分的功率。
全文摘要
无线电通信系统包括具有多个通信信道(226a、226b、226c)的次站(110)和多个主站(100a、100b、100c)。对每个通信信道(226a、226b、226c)执行单独的闭环功率控制。这使得能够选择最佳主站以传输数据到次站(110)。从每个功率控制环路的操作得到的参数实现每个主站(100a、100b、100c)的信道参数的最佳设置。此类配置特别适合于高速下行数据业务，而快速选择最佳主站和/或信道参数提高了链路健壮性和系统吞吐量。
文档编号H04B7/005GK1428023SQ01809128
公开日2003年7月2日 申请日期2001年12月14日 优先权日2001年1月13日
发明者M·P·J·巴克尔, T·J·穆尔斯利, B·亨特 申请人:皇家菲利浦电子有限公司