专利名称：智能天线的动态信道指配的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及无线通信系统，尤其涉及信道指配方案。
呼叫质量和容量在无线通信系统中是非常重要的事情。载波信号对干扰比(C/I)在确定呼叫质量和容量时是主要因素。具体地说，C/I越高，呼叫质量越好，且容量越高。相反，C/I越低，呼叫质量越差，同时潜在不利地影响容量。存在着多种改进C/I比的方案。两种这样的方案包括动态信道指配(DCA)技术以及固定多波束智能天线(FMBIA)系统。
第一方案，即DCA，是根据干扰电平测量结果来向移动站动态指配通信信道的灵活信道指配技术。一般来说，具有低或者较低相关干扰电平测量结果的通信信道在具有高或者较高相关干扰电平测量结果之前，被指配给移动站。这种方案改进了这样的机会，即指配给移动站的通信信道将具有较高或者可接受的C/I比。
根据现有技术的DCA技术利用长期干扰电平测量结果以及短期或者接近实时的干扰电平测量结果，来动态指配通信信道。DCA技术包括信道分离进程和动态信道指配进程，其中动态信道指配进程是基于信道分离进程的结果。信道分离进程包括测量给定小区或者扇区中当前待用的每个通信信道(即空闲通信信道)的干扰电平。干扰电平利用被在此称为长期处理或者短期处理的两种不同处理来测量。
长期处理用于生成一个“长列表”，该列表接着被短期处理使用，以生成一个“短列表”。长期处理包括在较长期限上(即几分钟到几小时)测量所有空闲通信信道的干扰电平。这些干扰电平测量结果(在此也被称为“长期干扰电平测量结果”)被用于生成一个长列表，该列表为空闲通信信道列表，并且按照升序，从最低排列到最高平均长期干扰电平测量结果。长列表的上部包括具有最低平均长期干扰电平测量结果的空闲通信信道，并且在此被称为信道指配的“候选信道”。
短期处理包括在较短期限上或者接近实时地(即几秒钟到几分钟)测量所有候选信道的干扰电平。这些干扰电平测量结果(在此也被称为“短期干扰电平测量结果”)被用于生成一个短列表，该列表为候选信道列表，并且按照升序，从最低排列到最高平均短期干扰电平测量结果。由于短列表比长列表更新的更加频繁，短列表中候选信道的干扰电平测量结果比长列表中候选信道的干扰电平测量结果更加新，或许导致候选信道的不同顺序(与长列表相比)。因此，动态信道指配进程利用短列表来向移动站指配候选信道。
动态信道指配进程包括利用短期Cest/Ishort比来确定候选信道是否可用于指配，其中Cest是根据在呼叫建立期间传送的移动站上行链路信号的载波信号强度估算值，Ishort是测量的平均短期干扰电平。有多种算法可用于向移动站指配候选信道。例如，如果短列表顶部的候选信道(即具有最小平均干扰电平的候选信道)具有可接受的Cest/Ishort比，则它可以是指配给移动站的第一信道，或者任何具有可接受Cest/Ishort比的候选信道都可以指配给移动站。因此，DCA改进了这样的机会，即指配给移动站的空闲通信信道将具有较高或者可接受的C/I比。
用于改进C/I比的第二方案，即FMBIA系统包括利用多个窄波束覆盖，以便减少对于现用信道的同信道干扰。图5描述了与基站14相关的地理性区域或者小区10，其用于向小区10内的移动站提供无线通信业务，其中基站14带有根据现有技术的FMBIA系统。小区10被分成多个120°扇区12-j，其中每个扇区被进一步分成四个子扇区。
图6描述了用于基于时分多址(TDMA)的现有无线通信系统的通用固定多波束智能天线系统20的示意图，其中通信信道由频率信道和时隙来定义。FMBIA系统20包括一个天线阵列22，低噪声放大器24,RF开关矩阵26，无线电设备28以及智能天线控制器(IAC)29(可在数字信号处理器中实现)。天线阵列22产生12个30°的波束，这些波束用于向小区10的子扇区提供无线通信覆盖。30°的波束经过低噪声放大器24和RF开关矩阵26被信道给无线电设备28。无线电设备28用来处理(例如调制和解调)现用通信信道上的信号，并且带有波束扫描接收机，该接收机用于在每个频率信道中顺序地抽样和测量每个时隙接收的信号强度(RSS)。每个RSS利用RSS-RSSI转换或者查阅表映射为RSS指示符(RSSI)值，其中较高RSS指示现用通信信道的较高信号电平。RSSI被提供给IAC 29,IAC 29利用RSSI来选择每个现用通信信道的最佳波束(即带有最高RSSI移动平均值的波束)。在选择最佳波束时，IAC 29引导RF开关矩阵26来将最佳波束信道到适当的无线电设备28，该无线电设备用于处理相应的现用通信信道的信号。因而，FMBIA系统通过将最佳波束指向移动站，来改进移动站现用通信信道上的C/I比。
FMBIA系统中的C/I还可以通过使用适用于FMBIA系统的动态信道指配技术来改进。因此，需要一种适用于FMBIA系统的动态信道指配方案。
本发明是一种通过将动态信道指配技术用于智能天线系统来改进呼叫质量和容量的方法。通过测量用于多个通信信道的一组波束中每个波束上的干扰电平，并且根据在该波束组中每个波束上测量的干扰电平向移动站指配来自多个通信信道的一个通信信道，将信道动态地指配给移动站。
在一个实施例中，本发明在用于多个通信信道的一组波束中每个波束上测量长期干扰电平，在用于多个通信信道的一部分的波束组中每个波束上测量短期干扰电平，并且根据在波束组中每个波束上测量的短期干扰电平，将来自多个通信信道的一部分的通信信道指配给移动站。
本发明的特征、方面以及优点通过下文的描述、所附的权利要求和附图而变得更加容易理解。其中
图1描述了根据本发明的带有基于波束的动态信道指配方案的固定多波束智能天线系统的示意图；图2描述了根据本发明的长期处理的流程图；图3描述了长列表、主要的短列表以及多个次要的短列表之间的关系；图4描述了根据本发明的短期处理的流程图；图5描述了根据现有技术的与基站相关的小区，该基站具有固定的多波束智能天线，该天线用于向小区内的移动站提供无线通信业务；图6描述了根据现有技术的用于基于时分多址(TDMA)的无线通信系统的通用固定多波束智能天线系统的示意图。
本发明是一种通过将动态信道指配技术用于智能天线系统来改进呼叫质量和容量的方法。通过测量用于多个通信信道的一组波束中每个波束上的干扰电平，并且根据在该波束组中每个波束上测量的干扰电平向移动站指配来自多个通信信道的一个通信信道，将信道动态地指配给移动站。
本发明在此根据基于时分多址(TDMA)的无线通信系统进行描述，其中通信信道是由频率信道和时隙定义的。然而，这不应被认为是对本发明任何形式的限制。应该理解的是，本发明也适用于基于其他多址技术，诸如频分多址的无线通信系统。
图1描述了根据本发明的带有基于波束的动态信道指配(BBDCA)方案的固定多波束智能天线(FMBIA)系统30的示意图。FMBIA系统30包括天线阵列32，低噪声放大器34，RF开关矩阵36，无线电设备38，智能天线控制器(IAC)40，BBDCA波束扫描接收机42以及BBDCA模块44。天线阵列32产生用于向小区提供无线通信覆盖的M个波束，其中M个波束被分组成波束组S。每个波束组S包括NS个波束，其中1≤Ns≤M。应该注意的是，一个波束可以在一个或多个组S中，并且组S可以包括向同一扇区或者不同扇区提供覆盖的多个波束。在一个实施例中，一组波束S向一个完整的扇区提供覆盖。例如，一个120°的扇区可以使用四个30°波束来向该扇区内的移动站提供无线通信覆盖。这四个30°波束集中地包括用于一个扇区的波束组S。在一个实施例中，波束被分组成组S的方式取决于这样的因素，诸如应用程序、移动站的移动性、覆盖要求、容量要求和/或最优化设计。
M个波束被从天线阵列经过低噪声放大器34和RF开关矩阵36指向无线电设备以及BBDCA波束扫描接收机42。无线电设备38带有波束扫描接收机，该接收机用于对所有或者某些现用和/或空闲通信信道进行顺序地抽样并测量M个波束接收的信号强度(RSS)。每个RSS利用RSS-RSSI转换或者查阅表映射为RSS指示符(RSSI)值，其中较高RSSI指示现用通信道上的较小干扰，以及空闲通信信道上的较大干扰。每个波束上的每个通信信道的RSSI提供给IAC 40,IAC40利用RSSI来选择每个现用通信信道的最佳波束。IAC 40随后利用RF开关矩阵36来将最佳波束信道到适当的无线电设备38，该无线电设备用于在相应的现用通信道上处理所传送的信号。
BBDCA波束扫描接收机42对波束上的通信信道顺序地抽样和测量RSS，这些波束经过RF开关36由IAC 40切换到BBDCA波束接收机42。通过IAC 40指向BBDCA波束扫描接收机42的特定通信信道由BBDCA模块44确定。在一个实施例中，BBDCA模块44指示IAC 40使RF开关矩阵36路由所有或者某些空闲通信信道到BBDCA波束扫描接收机42。测量的RSS由BBDCA波束扫描接收机42转换为RSSI，并且作为BBDCA模块44的输入，如前所述，其中较高的RSSI指示空闲信道上的较大干扰。应该注意的是，对于TDMA来说，RSS(或者RSSI)测量结果可以在每帧或者每个时隙的基础上执行。
BBDCA模块44接收来自IAC 40和/或BBDCA波束扫描接收机42的RSSI输入，并且利用该输入以生成多个列表。具体地说，BBDCA模块42利用一个长期处理来产生一个长列表，并且根据该长列表，利用一个短期处理来产生一个主要的短列表和多个次要的短列表。长列表是空闲通信道的列表，该列表按照升序，从最低到最高长期RSSI移动平均来排列，其中长期RSSI是在长时间间隔，诸如几分钟或者几小时上的测量的RSSI。包含于长期列表中的空闲通信信道可以包括与无线通信系统相关的完整频谱，或者该频谱的有限部分，例如，如业务提供商或者系统运营商所确定的。对于每个波束组S生成并保持一个长列表。在另一个实施例中，长列表可以是指示长期RSSI或者RSS值的列表，其中RSSI或者RSS值可以是也可以不是移动平均值。在其他实施例中，长列表可以也可以不包含干扰电平测量结果，并且空闲通信信道并不根据RSSI或者RSS值排列，或者可根据某些其他参数排列。
图2是描述根据本发明的长期处理的流程图。长期处理在步骤410开始。在步骤420，测量组S中每个波束上的空闲通信信道的RSS。具体地说，BBDCA模块44指示IAC 40使BBDCA波束扫描接收机42对于空闲通信信道测量RSS。由于在组S中有NS个波束，将会有NS个由BBDCA波束扫描接收机42对与空闲通信信道做出的RSS测量结果。在步骤430中，对于组S中所有NS个波束的空闲通信信道的最高RSS测量结果被用于更新对于当前空闲通信信道的长期RSSI移动平均值。
例如，假定通信信道CH是当前空闲信道，组S包括四个波束，并且对于组S中所有四个波束上通信信道CH的RSS测量结果为RSS-CH(波束1)，RSS-CH(波束2)，RSS-CU(波束3)以及RSS-CH(波束4)。如果RSS-CH(波束2)为四个RSS测量结果的最大值，那么RSS-CH(波束2)被转换为RSSI值，并且用于更新对于通信信道CH的长期RSSI移动平均值。如果对于通信信道CH的长期RSSI移动平均值对应于三个以前的最高RSS测量结果，则最旧的以前最高RSS测量结果就由当前最高的RSS测量结果所取代，即RSS-CH(波束2)，以得到更新后的对于当前通信信道CH的长期RSSI移动平均值。
在步骤440，长期处理确定长列表是否必须将被更新或者将被重新排序。在一个实施例中，如果对于当前空闲通信信道的更新后的长期RSSI移动平均值不同于以前的长期RSSI移动平均值，则确定该长期列表将被更新或者重新排序。如果该长期列表不必被更新，则该长期处理返回步骤420，并且测量另一个或和下一个空闲通信信道的RSS。
如果长列表必须被更新，则长期处理转到步骤450，并且根据更新后的对于当前通信信道的RSSI移动平均值，更新和/或重新排序该长列表。具体地说，长列表通过以从最小到最高长期RSSI移动平均值的升序排列空闲通信信道来更新或者重新排序的。在完成更新或者重新排序时，长期处理在长列表中选择另一个或者下一个空闲通信信道，并且转到步骤420，在步骤420中，对于组S中每个波束上的其它或者下一个空闲通信信道测量RSSI。
长列表的上部包含带有最高长期RSSI移动平均值的空闲通信信道，并且在此被称为用于信道指配的“候选信道”。候选信道的数量例如是由业务提供商或者系统运营商所设置的系统参数。候选信道被短期处理用于生成主要和次要的短列表。参见图3，图3描述了长列表、主要的短列表以及多个次要的短列表之间的关系，其中长列表的上部(阴影部分)56表示候选信道。主要或者次要列表是以从最小到最高长期RSSI移动平均值的升序排列的候选信道的列表，其中短期RSSI对应于在短时间间隔，例如几秒钟到几分钟上测量的RSS。一般来说，短期RSS对应于在比长期RSSI短的时间间隔上测量的RSS。主要和次要的短列表不同之处在于，后者与各个波束相关，而前者与波束组S相关。具体地说，每个次要的短列表包括以从最小到最高短期RSSI移动平均值的升序排列的候选信道，前述短期RSSI移洞平均值是对于与次要的短列表相关的波束所测量的。与之相反，主要的短列表包括根据在组S中所有NS个波束上测量的最高RSS，以从最小到最高短期RSSI移动平均值的升序排列的候选信道。在另一个实施例中，主要和次要的短列表可以是指示短期RSSI或者RSS值的列表，其中RSSI或者RSS值可以是或者可以不是移动平均值。在其他实施例中，主要和次要的短列表可以或者可以不包括干扰电平测量结果，并且空闲通信信道不是根据RSSI或者RSS值排列，或者可以根据某些其他参数排列。
图4描述了根据本发明的短期处理的流程图600。短期处理在步骤610开始。在步骤620，短期处理测量组S中每个波束上的候选信道的RSS。在步骤630，测量的RSS用于更新主要短列表和次要短列表上的短期RSSI移动平均值。具体地说，对于每个波束，向相关的次要短列表更新候选信道的短期RSSI移动平均值。对于波束组，波束组S中所有NS个波束上的当前候选信道的最高短期RSSI移动平均值被用于更新主要短列表中同一候选信道的短期RSSI移动平均值。或者，波束组S中所有NS个波束上的当前候选信道的最高短期RSSI值(不是移动平均值)被用于更新主要短列表中候选信道的短期RSSI移动平均值。
在步骤640，短期处理根据当前候选信道的更新后的短期RSSI移动平均值，来更新和/或重新排序主要和次要列表。在完成更新或者重新排序时，短期处理选择另一个或者下一个候选信道，并且转到步骤620，在步骤620中，对于组S中每个波束上的其它或者下一个候选信道测量RSS。
长期和短期处理在多个方面不同。具体地说，长期和短期处理具有测量RSS的不同相关测量速率，平均时间窗口以及平均加权，其中平均时间窗口是抽样平均值被保持的持续时间，平均加权是与每个抽样相关的加权因素。长期处理的测量速率、平均时间窗口以及平均加权被这样设置，即长列表反映缓慢变化的(长期)系统特性，诸如地形特征、系统部署、系统增长以及固定频谱。与之相反，短期处理的测量速率、平均时间窗口以及平均加权被这样设置，即短列表反映快速变化的(长期)系统特性，诸如业务量、无线电链路、干扰以及阴影衰减。因此，短列表中对通信信道的测量速率快于长列表中对于通信信道的测量速率，短列表的平均时间窗口远短于长列表的平均时间窗口。根据性能因素，诸如阻塞率以及衰落率，来优化每个列表的平均时间窗口或者加权。例如，如果阻塞率以及衰落率增加，则缩短平均处理过程。
信道指配可以根据主要短列表、次要短列表或者依赖诸如呼叫质量以及切换的因素的短列表来实现。例如，如果较高的载波对干扰比是最重要的，则次要的短列表用于向移动站指配信道，因为次要短列表将指示相关子扇区中的最佳空闲通信信道。如果减少切换数量是最重要的，则主要的短列表用于指配信道，因为主要短列表将指示属于相关组的所有子扇区上的最佳空闲通信信道。如果考虑载波对干扰比以及切换，则通过主要和次要列表的内插来指配信道。例如，短列表中测量的RSS(或者RSSI)可以被组合，诸如相加、平均、相乘等，以产生间插后的RSS值，该值可以用于生成间插的短列表。
在呼叫启动时指配信道。当启动一个新的呼叫时，移动站在控制信道上传送一个寻呼响应或者移动起始消息。覆盖移动站的波束(即覆盖波束)通过控制信道上的传送来检测。关于哪个波束覆盖该移动站的信息被发送到BBDCA模块44，该模块利用该信息从对应于包含该覆盖波束的波束组S的次要短列表，和/或从对应于该覆盖波束的次要列表中选择最佳候选信道(例如，带有最高短期RSSI移动平均值或者可接受C/I比的信道)。
如上所述，在一个实施例中，波束被分成组S的方式依赖于应用设备、移动站的移动性，覆盖要求、容量要求和/或优化考虑。在固定应用设备中，移动性很低，以至于在整个呼叫持续期间，典型的移动站属于一个波束的覆盖区中。对于应用设备，就容量而言，将很有利的是，使每个波束本身成为一组S，并且对于扇区中的每个波束保持一个长列表以及一个主要短列表。应该注意的是，在这种情况下，主要和次要短列表是相同的，因为呼叫质量比减少切换数量更重要。
在低移动性应用设备中，典型的移动站在呼叫期间，驻留在有限数量的波束(少于扇区中的总共波束数)的覆盖中。对于这种应用设备，将相邻的波束分成组S会很有利。扇区中组的数量以及每组中的波束被优化，以用于应用设备的特定覆盖需求。对每组S保持一个长列表和一个主要短列表，其中每组的主要短列表从一小组次要短列表中得到。
在高移动性应用设备中，典型的移动站在呼叫期间，通过扇区中多个或者所有波束。对于这种应用设备，组S可以包括该扇区中的每个波束。对每组S或者扇区保持一个长列表和一个主要短列表。应该注意的是，在实际部署情况下，上述三个应用设备的混合对于无线通信系统将会很典型。
尽管本发明已经非常详细地参照某些实施例进行了描述，但也可能有其他版本。例如，可以为每个波束生成次要长列表，并且以类似于从次要短列表中生成主要短列表的方式用于生成一个主要的长列表。因此，本发明的精神和范围不应仅限于在此包含的实施例的描述。
权利要求
1．一种向无线通信系统指配信道的方法，该无线通信系统带有一个固定的多波束智能天线系统，该方法包括步骤在波束组件的每个波束上对多个通信信道测量干扰电平；根据在波束组中的每个波束上测量的干扰电平，从多个通信信道中向移动站指配一个通信信道。
2．根据权利要求1的方法，其中通过波束组中每个波束对多个通信信道中的每个信道测量的最高干扰电平被用于指配通信信道。
3．根据权利要求1的方法，其中在波束组相关的覆盖区中的多个通信信道为空闲通信信道。
4．根据权利要求1的方法，其中测量干扰电平的步骤在短期内重复。
5．根据权利要求4的方法，其中指配通信信道的步骤包括步骤利用测量的与每个波束相关的短期干扰电平，生成对于每个波束的多个次要短列表。
6．根据权利要求5的方法，其中多个次要短列表中的每一个列表包括根据测量的短期干扰电平排列的通信信道。
7．根据权利要求5的方法，其中通信信道利用对应于一个覆盖波束的次要短列表来指配。
8．根据权利要求4的方法，其中指配通信信道的步骤包括步骤利用测量的短期干扰电平，生成对于波束组的主要短列表，其中主要短列表是基于对于通过波束组中每个波束的多个通信信道中每一个信道测量的最高或平均短期干扰电平。
9．根据权利要求8的方法，其中短列表包括这样排列的通信信道，即根据对于通过波束组中每个波束的多个通信信道中每一个信道测量的最高短期干扰电平来排列。
10．根据权利要求9的方法，其中通信信道利用主要短列表进行指配。
11．根据权利要求8的方法，其中指配通信信道的步骤包括步骤利用测量的短期干扰电平，生成对于每个波束的多个次要短列表。
12．根据权利要求11的方法，其中通信信道采用对应于一个覆盖波束的主要短列表和次要短列表来指配。
13．一种向无线通信系统指配信道的方法，该无线通信系统带有固定的多波束智能天线，该方法包括步骤在长期限上对于波束组中每个波束上的多个通信信道测量干扰电平；在短期限上对于波束组中每个波束上的多个通信信道的一部分测量干扰电平；根据波束组中每个波束上测量的短期干扰电平，从多个通信信道的一部分中向移动站指配一个通信信道。
14．根据权利要求13的方法，其中通过波束组中每个波束对多个通信信道中的每一个通信信道测量的最高或者平均短期干扰电平被用于指配通信信道。
15．根据权利要求13的方法，其中多个通信信道的一部分包括这样的通信信道，即这些通信信道带有相对于属于多个通信信道的其他通信信道测量的长期干扰电平较低的测量长期干扰电平。
16．根据权利要求13的方法，其中指配通信信道的步骤包括附加的步骤利用测量的短期干扰电平，生成对于每个波束的多个次要短列表。
17．根据权利要求16的方法，其中通信信道利用对应于覆盖波束的次要短列表来指配。
18．根据权利要求13的方法，其中指配通信信道的步骤还包括附加的步骤利用测量的短期干扰电平，生成对于波束组的生成短列表，其中短列表是基于对于通过波束组中每个波束的多个通信信道中每一个信道测量的最高短期干扰电平。
19．根据权利要求18的方法，其中通信信道利用主要短列表来指配。
20．根据权利要求18的方法，其中指配通信信道的步骤包括附加的步骤利用测量的短期干扰电平，生成对于每个波束的多个次要短列表。
21．根据权利要求20的方法，其中通信信道利用对应于覆盖波束的主要短列表和次要短列表来指配。
全文摘要
本发明公开了一种通过将动态信道分配技术用于智能天线系统来改进呼叫质量和容量的方法,该智能天线系统包括被分组的多个波束,长期干扰电平是在波束组中每个波束上对于多个通信信道进行测量,以产生长列表。短期干扰电平是在波束组中每个波束上对多个通信信道的一部分进行测量,以产生多个次要短列表和一个主要短列表。根据在波束组每个波束上测量的短期干扰电平,从多个通信信道中向移动站分配一个通信信道。
文档编号H04B7/10GK1304221SQ00136498
公开日2001年7月18日 申请日期2000年12月27日 优先权日1999年12月28日
发明者西蒙·C·伯斯特, 特丽·S－F·程, 苏赫·A·格兰迪, 鲍里斯·D·卢巴切夫斯基, 菲利浦·A·海廷 申请人:朗迅科技公司