专利名称：用来提供多波束调度的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及发送、接收并处理通信信号的通信系统，尤其涉及一种在通信系统中用来提供多波束调度(scheduling)的系统和方法。
背景技术：
这部分意在向读者介绍本发明的各个层面的各种相关技术，这主要在下面章节具体描述和/或要求。相信这种讨论在背景信息方面会给读者有益的帮助，会使读者尽快对本发明的各个方面有一个更好的了解。因此，该陈述应该从这个方面来理解，而不要把它当成是现有技术的入门读物。
发送并接收通信信号的通信系统越来越重要。这种系统用来提供电视、广播、卫星通信、蜂窝电话服务、无线计算网络等等。该系统的一个十分重要的方面是能够高效地处理信号以不断改进提供给用户的服务质量的能力。
码分多址(CDMA)系统中的信道化(channelization)码蜂窝电话系统可能采用多种通信方案以在任何给定时间从基站向基站发射范围内的移动用户池传输数据。基站发射范围内的区域可以被称为一个“小区”。码分多址(CDMA)就是为在小区内高效传输数据所采用的一种方案。
在一个CDMA小区中，在传输数据的每个瞬间选择(调度)一个或几个用户。对调度用户的选择基于以下几个因素，如用户的瞬时信道强度，用户在其缓冲区中等待的数据量，等等。被调度的用户共享传输他们各自信号的时隙中所能用的系统资源。用户信号传输所需的并影响系统内服务质量的度量的潜在的稀缺共享系统资源包括发射功率，信道化码等等。
总体来讲，信道化码是一种用来产生可以彼此区分的信号的编码，使得要由一个特定用户接收的信号不会与要由其他用户接收的信号相混淆。换句话说，信道化码可以被用来赋予由基站传输的每个信号一个唯一可识别的模式。信道化码也可以被用来赋予信号一种特定的传输特征。比如说，可以采用不同的信道化码对在同一个小区内同时传输的信号赋予正交性从而防止这些信号间彼此串扰。正交信号是一种在不引起信号失真的信道中传播时可以不干扰彼此所包含的信息的信号。在同一个小区内采用信道化码来提供正交信号就是保存系统资源的一个例子，因为正交信号的采用允许在每个时间单位中传输更多的数据。
采用信道化码以允许同时传输没有干扰的数据叫做码分多路复用。通常说来，同时传输到小区中的任意用户的信号必须有其自身的一组信道化码以防止与其他同时传输的信号串扰。因此，在任意特定时间所能用的信道化码的数量可能时系统中任一给定时间所传输的数据量有所限制。
波束成形和固定波束网络天线和波束成形器是有助于高效发送和接收所传送的通信信号的重要部件。天线组件典型地发射通信信号并从空中接收发射的通信信号。许多天线具有由帮助发射和接收通信信号的多个元件所构成的阵列。
天线阵列可以用于实现波束成形以提高来自不同到达角的信号的接收能力，并能发送波束成形以提高向不同用户发送信号的质量。在天线阵列的不同元件上收到的来自用户的信号之间的相位偏差取决于用户信号在天线阵列的到达角。这种现象可以被建设性地用来通过利用接收波束成形器，组合从期望方向到达基站接收机处的信号。接收波束成形器是根据一定标准，接收来自天线阵列的各种元件中的输入并将它们混合为输出信号或波束的一种设备。
另外，发射波束成形器可以用来在由天线阵列发射信号前增强信号。发射波束成形器可以在天线阵列发射以前，将加权系数施加到预定给任何用户的信号，这样，该用户期望的信号强度得到加强和/或由该用户信号对其他用户引起的干扰减弱。可以根据从天线阵列处的期望用户接收到的信号的各种测量或对于距离天线阵列的用户的位置角的任何其它知识来调整由发射波束成形器所施加的加权系数。采用发射波束成形器加权系数，可以认为预定给期望用户的信号被“指引”到期望用户的方向，这样，期望用户的信号强度增加到最大限度，且由这个信号对位于其他角度的用户引起的干扰减弱。
波束成形器还可以用来创建被称为固定波束网络的结构。在固定波束网络或系统中，通过最大化指向多个固定或预定义方向的信号强度，波束成形器可以适合于提供多个波束。对每个服务于小区的特定部分的固定波束存储一组波束成形器的加权系数。当用户在其中一个固定波束的附近时，从基站接收到的信号就强。施加到系统中任何用户的波束形成的加权系数都被选为对应于该用户的最强固定波束的系数。由于固定波束网络一般要比对系统中每个用户单独动态计算的波束形成加权系数容易实施，所以固定波束网络通常是复杂性和性能之间的一个折衷。
分区(sectorization)是一种试图改进固定波束网络中系统资源利用的策略。例如，我们可以比较一个假定的三小区配置方案(该三小区方案中基站的覆盖区被分为三个小区，每个覆盖一个120度的角形区域)与一个具有六小区的六小区配置方案(每个覆盖60度区域)。任一配置方案中的每个小区可以采用其自己的可以用来调度其覆盖区域内的用户的信道化码组。因此，六小区系统中的基站可以使用两倍于三小区系统中的基站的信道化码的总数。但是，如果不大大改变天线结构，实施分区可能很困难。
发明内容
本发明的实施例涉及通信系统。这个通信系统可以包括一个适用于提供多个波束的波束成形器，多个波束的每一个为相应的覆盖包络提供通信，多个覆盖包络包括至少一对重叠的覆盖包络和至少一对不重叠的覆盖包络与一个调度器，该调度器从一组共享系统资源为遍布该覆盖包络的多个接收机分配系统资源，该调度器适用于从该组共享系统资源中分配同样的系统资源给包括上述至少一对不重叠的覆盖包络的每一个覆盖包络中的接收机，以在同时传输数据期间使用。
通过阅读以下的详细说明并参照附图，本发明的优点将变得显而易见，其中图1是示意根据本发明实施例的通信系统的框图；图2是示意根据本发明实施例的在固定波束网络中布署固定波束的框图；图3是示意根据本发明实施例的对多个波束的每一个的可用信道化码列表的示范框图；和图4是示意根据本发明实施例的一处理的处理流程图。
具体实施例方式
以下将描述本发明的一个或多个具体实施例。为了提供对这些实施例的简洁描述，在说明书中并没有全部描述实际实施的所有特征。应该理解，在任何这种实际实施的研发过程中，像在任何工程或设计项目中一样，许多具体实施的决定必须为了达到开发者特定目标而做出，比如服从一些与系统相关或商业相关的限制，其经常从一种实施方案变到另一种方案。此外，应该理解，这样的发展成效可能复杂和花费时间。此外，应该理解，这样研发工作可能复杂和花费时间，但对于那些受益于本公开内容的本领域普通技术人员来说，其仍然是设计，生产和制造中的常规做法。
本发明的实施例可以通过改进相对稀缺的系统资源的可重复使用性来提高服务质量的度量，比如通信系统中的吞吐能力。特别地，本发明的实施例通过提供一种其中用户信号采用波束多路复用和码分多路复用的系统和方法，可以提高固定波束网络的吞吐量，使得在不重叠的波束中的信号传输可以重复使用信道化码。
参见附图，附图1是示意根据本发明实施例的通信系统的框图。可以包括一个蜂窝基站的通信系统通常以附图标记10标示。波束成形器12被连接以从多个天线元件16，18和20中接收信号和发射信号。天线元件16，18和20表示天线图案22。天线图案22示意了一些方向，从这些方向天线可能具有最好的接收发射的通信信号的能力。
天线图案22可以包括波瓣，如波瓣24和28。可选地，该天线图案可以包括凹陷，如凹陷26。波束成形器12可以采用动态可控的加权系数，以在产生其输出信号时，用算术方式给从预定方向接收的信号更大的权重。
波束成形器12可以与调度器14相连，该调度器可以包括调度器硬件和/或软件，在任何给定时间执行对天线元件16，18，20的发射范围内的用户池调度所发射数据的输出的功能。如上文所述，通过对指示多个预定方向的发射和接收信号成分使用加权系数，该波束成形器可以适用于提供固定波束通信网络。一个这样的固定波束网络的例子在以下参照图2讨论。
图2是示意根据本发明实施例的在固定波束网络中布署固定波束的框图。固定波束网络一般用附图标记100标示。如图2所示，本发明的实施例涉及通过对波束调度采用重复使用信道化码来改进系统的吞吐量。
在图2中，固定波束网络100由一个包括天线元件102，104和106的三元件天线阵列构建。该天线阵列可以包括小区塔的一部分等。诸如波束成形器12的波束成形器(图1)适用于提供三个固定波束110，112和114。每个固定波束110，112和114提供了一个接收最强的覆盖包络。在图2中，固定波束110，112和114分别提供覆盖包络118，120和122。
固定波束系统100可以包括如调度器14的调度器电路或者软件(图1)。该调度器可以在给定时间为一个小区内的各个用户分配或调度数据传输。调度器14也可以为数据传输分配信道化码，并且在用户在覆盖包络118，120或122其中一个的附近时，为特定用户分配特定波束。另外，也可由调度器14实现其他的功能。当用户在其中一个固定波束之间时，用户的接收质量可能要比用户在覆盖包络118，120或122其一之中时下降。
如上所述，一个基站可能只有有限的系统资源，必须以有效的方式来使用以在任何特定时间为小区内的用户服务。在任何时隙中在基站的调度器处理的无线电资源都可以包括可用发射功率，Pavail，信道化码的可用数目，Wavail等等。总之，波束110，112和114可以包括一组M个波束。波束把一个小区分成M个不同空间部分，比如覆盖包络118，120和124。
由M个波束中的一些波束提供的覆盖包络可能与其他波束提供的覆盖区域显著重叠。在给定的网络中，每一对固定波束都可以认为是重叠的或是不重叠的，这取决于一个波束在其他波束的覆盖部分中发射的能量。在图2所示的例子中，由波束110提供的覆盖包络118和由波束112提供的覆盖包络120相互重叠。类似地，由波束112提供的覆盖包络120和由波束114提供的覆盖包络122相互重叠。然而，覆盖包络118与覆盖包络122没有严重重叠。相应地，对于覆盖包络118和122，本发明的实施例可以用来提供波束多路复用。尤其是，同一信道化码可以用于处于不重叠的覆盖包络内的用户，其可以改进系统的吞吐量，并且其服务质量的度量也没有明显的变差。
作为例子，可以包括蜂窝电话的移动接收机128可以位于覆盖包络118内，可以包括蜂窝电话的移动接收机126可以位于覆盖包络118和120之间的重叠区域。在这种情况下，同一信道化码就不能同时用于发射到移动接收机126和128的信号上，因为这些信号有可能会彼此干扰。另一方面，因为覆盖包络118和覆盖包络122不重叠，用于发射到接收机128的信号的信道化码可以与用于发射信号到移动接收机124的信道化码相同，接收机124可以是蜂窝电话，位于覆盖包络122中。
图3是示意根据本发明实施例的多个波束中的每一个的可用信道化码列表的示范框图。信道化码列表一般用附图标记200标示，可以存储以供通信系统(如通信系统10)(附图1)使用。诸如调度器14(附图1)的调度器在对用户的调度传输中可以使用在信道化码列表200中存储的信息。
信道化码列表200可以包括在任意时间都对用户可用的一个信道化码列表。可用的信道化码在图3中由附图标记202，204，206，208和210标示。每个信道化码202-210都与由信道化码列表200所对应的通信系统提供的多个波束中的一个或多个相关。
信道化码列表200中包含的每个可用信道化码可以与固定波束网络产生的一个或多个波束提供的覆盖包络有关。特别地，如果该信道化码没有同时与提供重叠覆盖包络的波束一道使用，一个特定的信道化码可以用于在由一个以上波束产生的覆盖包络中同时使用。
图3显示的示例信道化码列表与图2显示的示例固定波束网络100相关。在出现向不同用户发射信息时，信道化码列表200可以被调度器不断更新。在图3所示例子中，信道化码202当前没有被使用，因为它显示为可用在与波束110，112或114中任何一个(图2)相关的传输上。信道化码204可用于与波束110(图2)相关的使用中，这表明信道化码204可以同时与提供了非重叠的覆盖包络的波束114关联使用。类似地，信道化码206可用于与波束114(图2)相关的使用中，这表明信道化码206可以同时与提供了非重叠的覆盖包络的波束110(图2)关联使用。这样，同一个信道化码就可以同时应用于覆盖包络118和122中。
信道化码208显示为可与波束110，112或114中的任何一个一起使用，这表明在图3描述的时刻，信道化码208没有与任何波束关联使用。信道化码210显示为不可与任何波束关联使用。这可以表明信道化码210被用于与波束112相关的传输上，波束112提供了与波束110和114所提供的覆盖包络重叠的覆盖区域。可选地，由于信道化码210对于与波束110和波束114相关联的传输被同时使用，所以信道化码210可能不可用。
本领域中的普通技术人员可以看出信道化码列表200中给出的信息只是为了说明。本发明的实施例可以与信道化码列表结合使用，该信道化码列表包括一些附加信息或根据不同格式组织起来的信息，包括多个列表等。
本发明的实施例可以采用以高效方式向用户调度传输的各种标准。可以使用的标准的例子包括在以下所述1、用于所有被调度用户的传输功率的总和不超过Pavail；2、为每个被调度的用户分配一个可用信道化码Wavail的子集；3、由同一波束或重叠的波束所服务的两个用户不共享同一信道化码；4、通过使用不重叠的信道化码组，可以调度由同一波束或重叠的波束服务的不同用户；以及5、通过使用重叠的信道化码组，可以调度由不重叠的波束所服务的用户。
可以调度用户，以使信道化码和波束中任意两个被调度的用户不重叠。这样，本发明的实施例可以采用在重叠的波束上多路复用的信道化码和在不重叠波束上重复使用信道化码。
图4是示意根据本发明实施例的一个处理的处理流程图。这个处理通常用附图标记300标示。在模块302，处理开始。如功能块304所述，通信系统中的一个调度器保持一个可用的系统资源列表。这个列表可以包括对给定传输的可用功率的一个指示符，在固定波束系统等中每个波束可用的信道化码的列举等等。在具有M个波束的一般系统中，在调度程序初期，可用资源列表可以包括用于所有可用的M个波束的所有可用信道化码(Wavail)。
在功能块306，通过使用调度优先级度量，在一个优先列表中将用户分成不同等级。调度优先级度量可以考虑所有用户的瞬时信道强度估计，他们的缓冲占用率，相对于不同用户所期望的服务质量所达到的服务质量，或者是其他的公平标准。
在功能块308，根据功能块306中出现的优先等级，将系统资源分配给用户。例如，如果信道化码对给用户提供服务的波束是可用的，该用户就可以分配到一个或多个可用的信道化码用于将来的传输。如前面提到图3时所述，只要由各个波束提供的覆盖包络不重叠，信道化码就可以重复使用。可以更新信道标志列表来反映对用户进行的信道化码的分配，如功能块310所述。对于那些提供重叠的覆盖包络的波束，分配给用户的一个或多个信道化码可以显示为不可用，但是对于那些提供不重叠的覆盖包络的波束来说，这些分配给用户的一个或多个码仍然可以列为可用的。
如果还有更多的用户需要服务并且还有剩余的系统资源(功能块312)，与功能块308和310相关的操作就会重复。当没有别的用户需要服务或者系统资源耗尽时，处理结束(功能块314)。
本发明的实施例可以对实行了扇区化的基站提供改进的系统性能。加之本发明的实施例还可以在运行网络中提供灵活的使用。
本发明可能会作各种修改或表现为别的形式，具体的实施例已经在这里用附图示例表明并进行详细描述。然而，应当认为本发明不试图限制于在此公开的特定形式。相反，本发明覆盖所附权利要求所定义的本发明的精神实质和范围内的所有的修改、等效和其他替代方案。
权利要求
1.一种通信系统(10)，其特征在于，包括波束成形器(12)，其适用于提供多个波束(110，112，114)，多个波束(110，112，114)中的每一个为相应的覆盖包络(118，120，122)提供通信，多个覆盖包络(118，120，122)包括至少一对重叠的覆盖包络(118，120)和至少一对不重叠的覆盖包络(118，122)；和调度器(14)，其从一组共享的系统资源(200)为遍布于该覆盖包络的多个接收机(124，126，128)分配系统资源，该调度器(14)适用于从该组共享系统资源(200)中分配同样的系统资源给包括至少一对不重叠的覆盖包络(118，122)的每个覆盖包络中的接收机，以在同时数据传输期间使用。
2.如权利要求1所述的通信系统(10)，其中，通信系统(10)包括一个固定波束网络(100)。
3.如权利要求1所述的通信系统(10)，其中，该组共享系统资源(200)包括一组信道化码(202，204，206，208，210)。
4.如权利要求1所述的通信系统(10)，其中，调度器(14)保持该组共享系统资源(200)的列表，并且在将共享系统资源(200)分配给多个接收机(124，126，128)时更新该列表。
5.如权利要求1所述的通信系统(10)，其中通信系统(10)包括一个蜂窝电话基站。
6.一种用于在通信系统(10)中调度数据传输的方法，该通信系统(10)具有一组共享系统资源(200)，并适用于为多个接收机(124，126，128)提供通信，该方法包括以下步骤提供多个波束(110，112，114)，每个波束都为相应的覆盖包络(118，120，122)提供通信，该多个覆盖包络(118，120，122)包括至少一对重叠的覆盖包络(118，120)，和至少一对不重叠的覆盖包络(118，122)，该多个接收机(124，126，128)遍布在该多个覆盖包络(118，120、122)中；以及将相同的系统资源分配给包括至少一对不重叠的覆盖包络(118，122)的每个覆盖包络中的接收机，以在同时数据传输期间使用。
7.如权利要求6所述的方法，包括把该多个波束限定为固定波束的步骤。
8.如权利要求6所述的方法，包括定义一组信道化码(202，204，206，208，210)以包括该组共享系统资源(200)的步骤。
9.如权利要求6所述的方法，包括保持该组共享系统资源(200)的列表的步骤。
10.如权利要求6所述的方法，包括根据码分多址(CDMA)通信协议，向该多个接收机的至少一个子集传输数据的步骤。
全文摘要
本发明的实施例涉及通信系统。这种通信系统可以包括一个波束成形器(12)，其适用于提供多个波束(110，112，114)，多个波束(110，112，114)的每一个为相应的覆盖包络(118，120，122)提供通信，该多个覆盖包络(118，120，122)包括至少一对重叠的覆盖包络(118，120)和至少一对不重叠的覆盖包络(118，122)；和调度器(14)，其从一组共享的系统资源(200)中为遍布于该覆盖包络的多个接收机(124，126，128)分配系统资源，该调度器(14)适用于从该组共享系统资源(200)中分配同样的系统资源给包括至少一对不重叠的覆盖包络(118，122)的每个覆盖包络中的接收机，以在同时数据传输期间使用。
文档编号H04B7/26GK1625079SQ20041001040
公开日2005年6月8日 申请日期2004年9月29日 优先权日2003年10月30日
发明者斯瑞德哈尔·格拉姆蒂, 哈瑞施·维斯瓦纳兰 申请人:朗迅科技公司