专利名称：具有传输和多用户分集的电信系统的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及电信，特别地涉及蜂窝移动电信系统中的传输和多用户分集。
背景技术：
随着互联网的接受和广泛应用，对数据通信服务的需求急剧增长。当已历史性地通过有线连接提供了数据通信服务时，现在无线用户也要求他们的无线单元也能支持数据通信。现在许多无线用户期待能够利用他们的手机、无线个人数据助理、无线连接的笔记本电脑和/或其他无线设备，“冲浪”互联网、访问他们的邮件以及进行其他数据通信活动。
当利用无线网络服务数据通信时，存在许多重要的性能问题。无线网络最初被设计为对话音通信明确定义的要求提供服务。一般地说，话音通信需要具有最小信噪比(SNR)和连续要求的持续带宽。另一方面，数据通信具有差别显著的性能要求。数据通信典型地是脉冲的、非连续的，在它们活动部分的期间会需要相对高的带宽。
无线网络基础结构必须支持低比特率话音通信和变化速率的数据通信。具体地，网络基础结构必须发送低比特率、对延迟敏感的话音通信以及高数据速率、容许延迟的速率数据通信。
因此需要提供能够以频谱容量的最少浪费，承载对延迟敏感的较低数据速率话音通信和容许延迟的较高数据速率数据通信的通信系统。而且，也需要提供通信系统，该通信系统也能为多个数据用户的脉冲数据业务提供服务，而不浪费分配的频谱。
这样的通信系统的一个例子是公用移动电信系统(UTMS)陆地无线接入网(UTRAN)。UTRAN是第三代系统，在某些方面第三代系统是基于已知为全球移动通信系统(GSM)的无线接入技术建立起来的。UTRAN是宽带码分多址(W-CDMA)系统。
第三代协作项目组织(3GPP)的目标是进一步发展UTRAN和基于GSM的无线接入网络技术。这里特别感兴趣的是在第三代移动无线通信系统中支持对实时和非实时容许延迟服务的可变传输速率服务。因为用户共享相同的无线资源，无线接入网络必须基于服务要求的质量，比如可变速率服务和无线资源的可用性，仔细地分配资源给单用户设备(UE)连接。
比如，在多媒体部分，一个载体可承载语音连接，另一个载体承载视频连接，第三个载体承载分组数据连接。连接通过UTRAN映射到物理传输信道上。
在UE和UTRAN之间，连接可映射到一个或多个专用传输信道(DCH)或公用传输信道，比如随机接入公用信道(RACH)、前向接入公用信道(FACH)、公用分组信道(CPCH)、下行共享信道(DSCH)和高速下行共享信道(HS-DSCH)。
实时连接映射到专用信道。在专用信道上，可保证资源以提供特别服务，比如话音通信的最小传输速率。获得更多关于传输信道的信息，可参考UMTS 3GPP Specs，例如3G TS 25.211，V3.5.0；3G TS25.221，V3.5.0；以及3G TS 25.331，V3.5.0，3G TR 25.848，V0.6.0，3GPPTR 25.858 V1.0.4，3GPP TR 25.950 V4.0.0，在此引用这些公开作为参考。
为了提供UMTS中有效的多媒体性能，正在开发使得分组数据以高至比如10Mbps的速度传输到移动站的高速下行分组接入(HSDPA)方案。
HSDPA的概念最近已为UMTS在3GPP(参见3GP TR 25.858，V1.0.4 January 2002)中标准化。它考虑的增强可应用于UTRA以通过高速下行共享信道(HS-DSCH)提供超高速下行分组接入。
对于HS-DSCH的基础结构，已考虑两种体系结构(R2A010010HSDPA无线接口协议体系结构，爱立信，摩托罗拉)，即与用于调度(scheduling)的R99体系结构和基于节点B的体系结构一致的基于RNC的体系结构。将调度移动到节点B，通过允许调度器以最新的信道信息工作，使得调度更有效率的实现。调度器能适应调制以更好地匹配当前信道状况和衰减环境。而且，调度器能通过仅仅调度那些有结构衰减的用户利用多用户分集。
为了改善衰减环境中的传输，基于利用多个下行传输天线的分集技术是众所周知的。UTRA R99说明书中已应用了这些的二级应用。这些技术利用多个信道上的空间和/或极化去相关以获得衰减分集增益。
多输入多输出(MIMO)处理利用基站发射机和终端接收机处的多个天线，它比仅在发射机处带有多个天线的发射分集技术和单天线系统具有多种优势。如果多个天线存在于发射机和接收机处，可利用已知的技术比如码重用增加峰值吞吐量。
本发明的目的是提供改善的传输分集技术，特别是用于HSDPA类型的系统中。
发明内容
本发明使得通过应用传输分集至少到实时信号，同时使可用传输功率得到有效的利用，发送实时和非实时信号到移动蜂窝电信系统的用户设备。这通过对每个用户设备提供用于传输诸如话音和/或视频信号的实时信号的专用信道来实现。优选地，将基于利用多个下行传输天线的分集技术应用于这些专用信道。
对用户设备还提供码复用共享信道。激活的用户设备分为两组，一组分配给第一天线，一组分配给第二天线。需要发送到第一组的非实时天线由连接到第一天线的功率放大器放大，并从第一天线发送出去；相似的，待发送到第二组的非实时信号由连接到第二天线的功率放大器放大，并从第二天线发送出去。
在更一般的情况下，应用n传输分集，比如n＝4。在这样的情况下，用户设备分成n＝4组，分配给对应的天线。
根据本发明的另一优选实施方式，使用调度器，通过仅仅调度那些有结构衰减的用户利用多用户分集。
根据本发明的另一优选实施方式，提供改善的传输分集技术，其使得有效地利用功率放大器的全部可用传输功率，特别用于提供实时和非实时服务。在本发明的优选应用中，实时信号比如话音和/或视频信号通过应用具有多个功率放大器和多个天线的传输分集技术发送出去。每个功率放大器支持至少两个载波频率。实时信号被分成在第一载波频率上发送的一组信号，和在第二载波频率上发送的另一组信号。
通过仅仅调度那些有结构衰减的用户，调度非实时信号以利用多用户分集。由于这种调度，不需要传输分集。为了均衡利用功率放大器，小区内的激活用户设备被分成分配给第一传输频率的一组和分配给第二传输频率的另一组。待发送到第一组用户设备的非实时信号由第一功率放大器放大，待发送到第二组的非实时信号由第二功率放大器放大。因此，通常利用功率放大器是大致均衡的，并且可有效的利用全部可用传输功率。
根据本发明的优选实施方式，实时信号在DPCH上传输，非实时信号在HSDPA系统的共享HS-DSCH上传输。利用传输分集在DPCH上传输实时信号，每个非实时信号仅在没有传输分集但应用多用户分集的传输天线之一上的HS-DSCH上传输。这样，通过利用多载波功率放大器实现传输功率的统计平衡。
根据本发明的另一优选实施方式，使用两个以上的载波频率。多载波功率放大器需要支持这些载波频率。为了获得功率放大器的传输功率的利用的统计平衡，载波频率的个数必须等于分集分支的个数。比如，使用具有四个载波功率放大器的四个传输分集方案，代替具有两个载波功率放大器的两个传输分集方案。
根据本发明的另一优选实施方式，每个用户设备被分配给一组载波频率之一和一组天线的天线之一。每个专用信道还分配给一组载波频率之一。
根据本发明的另一优选实施方式，除了多用户分集以外，闭合传输分集也应用于非实时信号。
下面将参照附图对本发明的优选实施方式进行更详细地说明，其中图1是基于单载波频率的本发明的电信系统的第一实施方式的框图，图2是说明利用功率放大性能的示意图，图3是图1的电信系统的处理流程图，图4是利用至少第一和第二载波频率的本发明的电信系统的第二优选实施方式的框图，图5是图4的系统的双载波功率放大器的传输功率性能的统计利用的示意图，图6是本发明的方法的优选实施方式的流程示意图，图7是电信系统的第三优选实施方式的示意图，图8是图7的系统的双载波功率放大器的传输功率性能的统计利用的示意图，图9是第四优选实施方式的示意图，图10是图9的系统的双载波功率放大器的传输功率性能的统计利用的示意图，图11是本发明的第五优选实施方式的示意图，图12是图11的的系统的双载波功率放大器的传输功率性能的统计利用的示意图。
具体实施例方式
图1是电信系统的框图，其具有用于服务移动电信系统的小区内多个用户设备UEi，UEj，...的发射机1。发射机1具有用于应用传输分集到DPCH的传输分集模块3。传输分集模块3的输出分别连接到加法器5和7上。加法器5连接到与天线11相连的信号载波放大器9。相似的，加法器7连接到与天线15相连的功率放大器13。
发射机1还具有用于HS-DSCH码复用的码复用器17。码复用器17在它的输出处分别对用户设备UEi，UEj，...提供信号分量SUEi和SUEj，...。
每个用户设备UEi，UEj，...分配给天线11或15之一。比如用户设备UEi分配给天线11，用户设备UEj分配给天线15。码复用器17的输出端分别连接到加法器5和7。这样信号分量SUEi提供给加法器5，信号分量SUEj提供给加法器7。
调度器19调度经过HS-DSCH的非实时信号的发送，从而通过仅仅调度那些有结构衰减的用户提供多用户分集。
通过将用户设备分成分配给不同天线的组，即使只对于DPCH应用传输分集，功率放大器9和13的负载也能近似地均衡。
通过图2中的例子说明全部可用传输功率的利用的统计平衡。图2表示的图形20和22分别说明时域中图1的功率放大器9和13的传输功率的利用。时间轴分成调度区间，在UTRA符号中被称为传输时间区间(TTI)。如图2明显所示，大多数时间，功率放大器110和112运行于或接近于它们各自最大功率输出性能处。
图3表示对应的流程图。在步骤30中提供DPCH。在步骤32中提供共享HS-DSCH。在步骤34中，天线和相关的功率放大器分配给每个激活的用户设备。优选地，大约相同数量的用户设备被分配给天线之一。这可以通过在发射机和用户设备之间适当的信令方案实现。
在步骤36中，实时信号在单载波频率上在具有传输分集的DPCH上发送。在步骤38中，非实时信号在单载波频率上在具有多用户分集的HS-DSCH上发送。由于有了多用户分集，就不需要应用传输分集。
每个激活的用户设备优选地监控任一传输信道的信道质量，并向节点B汇报最好信道的质量。此外，也向节点B报告与信道质量反馈相关的传输天线。码复用中寻址的不同用户设备可经过不同的传输天线寻址。比如，第一码经过天线11(参见图1)传输到分配的用户设备UEi，第二码经过天线15传输到分配的UEj。
应注意的是，该实施方式特别有利，因为用户设备“看到”好信道的概率相对地高。由于寻址的用户设备看到的对应信道较弱，因此还减少了来自与其他用户设备相关的Hadamard码的串扰。
优选地，节点B应平衡传输天线之间的Hadamard码从而很好地平衡传输功率。此外，由于每个载波内有限的负载平衡，支持数量灵活的载波一般是可能的，比如单载波或三个载波处理。
图4是用于服务多个移动用户设备(UE)的电信系统的框图。通过示例，在图4的框图中示出用户设备UEn，UEj，UEi和UEm；需要注意的是，在实际应用中可有更多的UE。
每个UE分配给第一传输频率f1或第二传输频率f2。比如UEn分配给f2，UEj分配给f1，UEi分配给f1和UEm分配给f2。这样UE分成分配给第一载波频率f1的第一组UE和分配给第二载波频率f2的第二组。
优选地，载波频率分配给UE是由电信系统的UE和发射机100之间的适当信令实现的。比如载波频率分配给交互激活的UE。比如UE以下面的顺序激活UEi，UEn，UEj，UEm，...
激活的第一UE即UEi分配给第一载波频率f1。激活的第二UE即UEn分配给第二载波频率f2。激活的下一UE即UEj分配给第一载波频率f1等等。这样得到两组UE，其中如果考虑更多的UE，每组包括相同数量的UE。
优选地，进行将UE分配给频率以平衡功率放大器的负载。注意的是分配可以是动态的，图1应理解为是数据快照(snap shot)。
发射机100用于为传输实时信号和非实时信号到UE提供服务。实时信号比如话音或视频信号经过DPCH发送。每个DPCH分配给第一载波频率f1或第二载波频率f2。为了向DPCH提供传输分集，发射机100具有传输分级模块102和104。
传输分级模块102接收在分配给频率f1的DPCH上发送的实时信号。相似的传输分集模块104接收在分配给第二载波频率f2的DPCH上发送的这种实时信号。
传输分集模块102经过加法器106和108分别连接到功率放大器110和112。功率放大器110和112是支持载波频率f1和f2的双载波功率放大器。功率放大器110连接到天线114，功率放大器112连接到天线116。这样就可以实现任何基于利用多下行传输天线的已知分集技术。
对于HS-DSCH，发射机具有码复用器118和120。码复用器118具有一个输入，用于接收待发送到第一组UE即分配给第二载波频率f2的UE的非实时信号。这样在载波频率f1上待发送的信号分量SUEi，SUEj，...和在载波频率f2上待发送的信号分量SUEm，SUEn，...分别由码复用器118和120提供。在载波频率f1上待发送的信号分量SUEi，SUEj，...输入到加法器106。相似的，信号分量SUEm，SUEn，...输入到加法器108。
发射机100还具有调度器124。调度器124通过仅仅调度到用户的有结构衰减的非实时信号，调度在HS-DSCH上待发送的非实时信号从而提供多用户分集。
在运行中，控制功率放大器110以放大在载波频率f1上分配给频率f1的DPCH的实时信号和在频率f2上分配给载波频率f2的DPCH的实时信号分量。在载波频率f1上待发送的HS-DSCH的信号分量SUEi，SUEj，...仅仅由载波频率f1上的功率放大器110放大。相同的原理对应地应用于功率放大器112的处理。
全部可用传输功率的利用的统计平衡由图5的例子说明。图5示出的图形200和202在时域上分别说明图1的功率放大器110和112的传输功率的利用。时间轴分成调度区间，被称为UTRA符号中的传输时间区间(TTI)。图5明显地表示，大多数时间，功率放大器110和112在或接近于它们各自最大功率输出性能处运行。
图6以示例说明本发明的方法的实施方式。在步骤300中提供DPCH用于传输实时信号。在步骤302中给每个DPCH分配一组传输频率中的一个传输频率。
在步骤304中，提供HS-DSCH作为用于传输非实时信号的共享信道。在步骤306中，将一组传输频率中的一个传输频率分配给小区内每个激活的UE。这通过合适的信令协议完成。当UE仅仅能够接收一个载波频率时，由于在步骤302中已经分配了该载波频率，就不需要这个步骤。这时，在步骤302中分配给UE的载波频率也将用于HS-DSCH传输到UE。
在步骤308中，实时信号在具有传输分集的DPCH上发送。在步骤310中，非实时信号在具有多用户分集但没有传输分集的共享HS-DSCH上发送。由于在步骤306中分配传输频率给用户设备，实现了功率放大器的利用的统计平衡。
图7示出了合并图1到3和4到6的实施方式的另一优选实施方式。图7的实施方式中，与图4的实施方式中相似的元件被指定为相同的标号。
与图4的实施方式不同的是，每个用户设备不仅分配给可用载波频率f1，f2之一，也分配给天线110，112之一。按照图1到3的实施方式给天线分配用户设备。这样就合并了两种实施方式的优点。
频率f1和f2上的多载波处理还改善了功率放大器负载平衡。这时，可对所有载波共同地实现负载或Hadamard码平衡，即共同的多载波调度。这还有一个优点就是通过单载波或多载波调度技术避免过大的峰值负载。被寻址以慢慢地移动用户设备的分组被延迟从而避免峰值负载。这样的技术也能用于其他优选实施方式。
图8中示出了对应的时域特性。
图9示出了另一优选实施方式的框图。图9的实施方式与图4和7的实施方式中相似的元件被指定为相同的标号。
图9的实施方式类似于图7的实施方式。除了图7的实施方式，对好的信道上的HS-DSCH应用闭环传输分集。优选地，只有在利用闭环传输分集传输与HS-DSCH相关的DPCH时才使用该方案，其中一般可使用任何闭环传输分集模式，比如R99闭环传输分集模式1或模式2。该方案可与任何上述公开的优选实施方式结合，比如经过一个天线或利用天线选择的HS-DSCH传输。
在此考虑的示例中应用了两个传输分集。每个用户设备监控传播信道之一的信道质量。如果用户设备看到的两个信道都是好的，那么用户设备向节点B指示将在HS-DSCH上使用闭环分集。这意味着经过两个不同的传输天线实现HS-DSCH传输。
这时信道质量反馈将包括合并之后在用户设备中获得的期待的和/或经历的波束形成增益。在四个传输分集的情况下，可应用闭环传输分集和数量灵活的传输天线，比如如果用户设备看到的四个传播中有两个(三个/四个)是好的，那么应用两个传输(三个传输/四个传输)闭环分集。
注意的是如果利用闭环传输分集传输HS-DSCH，那么HS-DSCH应该典型地使用相同的天线权重作为相关的DPCH。然而一般地，HS-DSCH和相关的DPCH也可以使用不同的天线权重。
与上述实施方式相比较，可以期待增加的系统吞吐量，特别是以低终端速度。该吞吐量增加是因为双传输分集情况下上至3db的连续合并增益。在用户设备看到多于一个的信道是好的情况下，这通过利用闭环传输分集获得。
连续的合并造成定向传输，与光束方向控制相同。因此也可以减少对其他终端的干扰。此外，该实施方式对于进一步改善功率放大器负载平衡特别地有利。
在图9的优选实施方式中，闭环传输分集方案与图4的方案合并，即HS-DSCH经过一个天线传输，或者如果用户设备看到几个好的信道，利用闭环传输分集传输。这样几乎无需附加信令开销就可以获得相干的合并增益。在双传输分集的情况下，从特定用户设备到节点B的附加信令限定于将闭环传输分集打开/关闭。这样，传输分集可应用于多用户分集之外的HS-DSCH从而利用几个好的信道的存在。用于HS-DSCH的传输分集由图9的发射机100的传输分集模块122提供。
图10中示出了对应的时域特性。
图11示出了合并HS-DSCH的附加传输分集和图1的实施方式的另一优选实施方式的框图。在图11中用相似的标号表示相似的元件。图11的发射机1还具有传输分集模块122从而提供HS-DSCH的双传输分集。这种情况下，取决于传播信道的质量，传输在天线选择模式和闭环传输分集模式之间转换。在此处考虑的例子中，假定是双传播分集。如果用户设备看到坏的信道，就使用天线选择。这时，用户设备向节点B报告最佳信道的质量。此外，还向节点B报告与信道质量反馈相关的传输天线。如果用户设备看见的两个信道都是好的，用户设备向节点B发送信号，闭环传输分集将用于HS-DSCH传输。
此处考虑的有关图11的优选实施方式中说明了单载波处理。在四个传输分集的情况下，闭环传输分集可与数量灵活的传输天线一起应用。
在关于图11的考虑的示例中，UEi只看到一个好的信道，因此使用天线选择。与此相反的是，用户设备UEj看见两个好的信道，因此通过传输分集模块122使用双传输闭环分集。
图12示出对应的时域特性。注意的是上述实施方式都不限定于双传输分集。可实现n传输分集，其中n为大于2的任意数。
标号列表1发射机3传输分集模块5加法器7加法器9功率放大器11 天线13 功率放大器15 天线17 码复用器19 调度器20 图形22 图形100 发射机102 发射机分集模块104 发射机分集模块106 加法器108 加法器110 功率放大器112 功率放大器114 天线116 天线118 码复用器120 码复用器122 传输分集模块124 调度器200 图形202 图形
权利要求
1.一种发送第一和第二信号到多个用户设备的方法，该方法包括步骤对多个用户设备(UE)的每个设备提供专用信道(DPCH)，对多个用户设备提供码复用共享信道(HS-DSCH)，对每个用户设备分配一组天线(11，15)中的一个天线，通过应用传输分集，发送第一信号之一到载波频率(f1)上专用信道之一上的多个用户设备之一，通过应用多用户分集，发送第二信号之一到载波频率上码复用共享信道上的多个用户设备之一。
2.根据权利要求1的方法，专用信道是DPCH类型信道，码复用共享信道是HSDPA类型系统的HS-DSCH类型信道。
3.根据权利要求1的方法，还包括步骤分配一组至少第一和第二载波频率(f1，f2)中的一个载波频率给每个专用信道，分配一组载波频率中的一个载波频率给每个用户设备。
4.根据权利要求3的方法，还包括应用传输分集用于发送第二信号之一。
5.根据权利要求4的方法，其中应用闭环传输分集。
6.一种计算机程序产品，比如数字存储介质，包括用于发送第一和第二信号到多个用户设备的程序装置，该程序装置用于实现步骤对多个用户设备(UE)的每个设备提供专用信道(DPCH)，对多个用户设备提供码复用共享信道(HS-DSCH)，对每个用户设备一组分配天线(11，15)中的一个天线，通过应用传输分集，发送第一信号之一到载波频率(f1)上专用信道之一上的多个用户设备之一，通过应用多用户分集，发送第二信号之一到载波频率上码复用共享信道上的多个用户设备之一。
7.一种用于发送第一和第二信号到多个用户设备的发送器，该发送器包括用于对多个用户设备(UE)的每个设备提供专用信道(DPCH)的第一部件，用于对多个用户设备提供码复用共享信道(HS-DSCH)的第二部件，用于将一组天线(11，15；114，116)中的一个天线分配给每个用户设备的第三部件，用于通过应用传输分集，发送第一信号之一到载波频率(f1，f2)上专用信道之一上的多个用户设备之一的第四部件，用于通过应用多用户分集，发送第二信号之一到载波频率上码复用共享信道上的多个用户设备之一的第五部件。
8.根据权利要求7的发送器，还包括用于提供多用户分集的调度器装置(19，124)。
9.根据权利要求7的发送器，还包括用于将一组至少第一和第二载波频率中的一个载波频率分配给每个专用信道的装置，用于将一组载波频率中的一个载波频率分配给每个用户设备的装置。
10.一种用于发送第一和第二信号到多个用户设备的电信系统，该电信系统分组包括用于对多个用户设备(UE)的每个设备提供专用信道(DPCH)的第一部件，用于对多个用户设备提供码复用共享信道(HS-DSCH)的第二部件，用于将一组天线(11，15；114，116)中的一个天线分配给每个用户设备的第三部件，用于通过应用传输分集，发送第一信号之一到载波频率(f1，f2)上专用信道之一上的多个用户设备之一的第四部件，用于通过应用多用户分集，发送第二信号之一到载波频率上码复用共享信道上的多个用户设备之一的第五部件。
全文摘要
一种发送第一和第二信号到多个用户设备的方法，该方法包括步骤对多个用户设备(UE)的每个设备提供专用信道(DPCH)，对多个用户设备提供码复用共享信道(HS－DSCH)，对每个用户设备分配一组天线(11，15)中的一个天线，通过应用传输分集，发送第一信号之一到载波频率(f1)上专用信道之一上的多个用户设备之一，通过应用多用户分集，发送第二信号之一到载波频率上码复用共享信道上的多个用户设备之一。
文档编号H04B7/04GK1494337SQ03160079
公开日2004年5月5日 申请日期2003年9月26日 优先权日2002年9月27日
发明者福尔克尔·布劳恩, 科内利斯·赫克, 斯 赫克, 福尔克尔 布劳恩 申请人:阿尔卡特公司