专利名称：多天线蜂窝式移动通信系统中重选天线的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及在蜂窝式移动通信系统中选择天线的技术，具体地说，涉及当移动站从一个地方转移到另一个地方时，重选连接到移动站的基站的多个天线的技术。
背景技术：
传统的移动通信系统提供一种面向语音的服务，并且主要地根据信道编码来克服信道质量的劣化。然而，由于对使能用户与任何人、任何时间和任意地点进行通信的高质量多媒体业务的要求曾加，传统的语音业务将逐步发展为一个数据业务并且要求下一代无线电发送技术能够以比较高的数据速率和比较低的误差率发送增加数量的数据。特别是，在具有比较大量请求数据的正向链路中高速数据发送的重要性不断增加。
由于衰减、遮蔽效应、传播衰减、噪声和干扰，移动通信系统环境恶化了信号的可靠性。由多路径引起的衰减现象导致了由经过不同路径接收的具有不同相位和大小的信号之和引起的显著的信号失真。率减效应是为了实现高速数据通信而应该被克服的困难之一，并且广泛的研究正被引用来克服该无线信道特征并且使用该特性。结果是，使用多个发送和接收天线的多输入多输出(MIMO)技术已经被提出。
在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中，与传统的蜂窝式移动通信系统不同，都使用多个天线的移动站和基站在不增加系统带宽的情况下能够以更高的速度互换数据。
即使是在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中，就象在其中移动站使用单个天线的传统蜂窝式移动通信系统中一样，由于移动站的运动，在移动站和基站之间形成的信道的性能是变化的，并且当该移动站从一个小区移动到另一个小区时，需要形成到另一天线的新的信道，否则信道的质量将被调节。当即使在单个小区中基站具有多个天线时，使用多个天线的蜂窝式移动通信系统有时候也应当根据随时间而变化的信道性能重选天线。例如，即使当移动站在由基站的多个天线所划分的小区中的区段之间移动时，也应当重选天线以便用于相同的基站。
此外，当一个移动站从当前小区(业务小区)移动到另一个小区(目标小区)时，小区间重叠区域内的移动站可以和业务基站的天线和目标基站的天线都连接。在这种情况下，利用传统的跨区转换方案来重构信道是很困难的。
发明内容
本发明提供一种在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中根据信道性能重选被连接到移动站上的基站的多个天线的系统和方法。
本发明提供一种当移动站在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中的小区之间移动时，使用多个天线同时将移动站连接到相邻小区的基站的系统和方法。
本发明提供一种在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中在跨区转换期间重选被连接到移动站上的基站的多个天线的系统和方法。
本发明提供一种在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中在跨区转换期间，使用其中多个小区彼此重叠的区域中的多个天线将移动站同时连接到相邻基站的系统和方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种在蜂窝式移动通信系统中通过移动站重选用于数据信道的天线的方法，所述蜂窝式移动通信系统包括具有至少两个天线的移动站、具有多个天线的本地基站，所述天线中的至少一个被用于形成到移动站的数据信道和至少一个相对于本地基站的相邻基站，该方法包括根据分别测量本地基站的第一天线和相邻基站的第二天线的信道质量确定是否重选天线的步骤；和当必须重选天线时，从第一天线和第二天线当中选择至少两个天线。
根据本发明的另一个方面，提供一种在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中，通过用于形成到具有至少两个天线的移动站的数据信道的本地基站重选用于移动站的天线的方法，该方法包括从移动站接收对本地基站的第一天线和本地基站的相邻基站的第二天线单独测量的信道质量的步骤；根据信道质量确定是否重选用于该移动站的天线；和当必须重选天线时，从第一天线和第二天线当中选择至少两个天线。
根据本发明进一步的一个方面，提供一种用于在中通过移动站重选用于一个数据信道的天线的系统，所述蜂窝式移动通信系统包括具有至少两个天线的移动站、具有多个天线的本地基站，多个天线的至少一个被用于形成到移动站的数据信道、和至少一个相对于本地基站的相邻基站，该系统包括根据分别测量的本地基站的第一天线和相邻基站的第二天线的信道质量来确定是否重选天线的移动站，当必须重选天线时，从第一天线和第二天线当中选择至少两个天线，并且发送关于所选择的两个天线的信息到本地基站；和用于接收测量的信道质量的信息并根据该收到的信息来发送一个用于选择至少两个天线的命令到移动站的本地基站。
根据本发明进一步的一个方面，提供了一种用于在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中，通过用来形成到一个具有至少两个天线的移动站的数据信道的本地基站重选用于移动站的天线的系统，该系统包括测量本地基站的第一天线和本地基站的相邻基站的第二天线的信道质量并发送所测量的信道质量的移动站；和用来确定是否根据所测量的信道质量重选用于该移动站的天线、并且当必须选择天线时根据所测量的信道质量从第一天线和第二天线当中选择至少两个天线。
通过下面结合附图的详细描述，本发明以上所述的及其他的目的、特点和优点将变得更显而易见图1是应用了本发明的使用多个天线的蜂窝式移动通信系统的示意图；图2是根据本发明第一实施例的移动站的结构的示意图；图3是应用于本发明的在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中跨区转换的基本概念的示意图；图4是根据本发明实施例的用来确定是否来重选天线的方法的示意图；图5是根据本发明的第一实施例的基站的结构的示意图；图6的信令图示出了根据本发明第一实施例在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中重选发送天线的方法；图7是根据本发明的第二实施例的移动站的结构的示意图；图8是根据本发明的第二实施例的基站的结构的示意图；和图9的信令图示出了根据本发明第二实施例在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中重选发射天线的方法。
具体实施例方式
现在将参照附图来描述本发明的几个优选实施例，在以下的描述中，为了简明，已知的功能和结构组合的详细说明在其中已经省略了。
本发明在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中重选连接到移动站的基站的多个天线。为了方便描述，这里假定基站作为发送方和移动站作为接收方，即考虑具有较大量被请求数据的正向链路，因此，基站的天线被称之为发送天线，移动站的天线被称之为接收天线。但是，应当注意，本发明并不局限于正向链路。
如附图1所示，在应用了本发明的使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中，包括移动站(MSs)12和基站(BSs)11，每一个都包含多个天线。使用多个天线的蜂窝式移动通信系统的信道是通过组合移动站12的多个接收天线和基站11的多个发送天线形成的。具体地，当移动站12包括多个接收天线时，包括在同一移动站12中的多个接收天线能够同时连接到不同基站11的发送天线上。
通常提供一种连续从一个地方移动到另一个地方的移动站12，在移动站12和基站11的多个天线之间的信道根据场合变化以产生最佳的信道性能。特别是，当在单一的小区中基站具有多个发送天线时，使用多个天线的蜂窝式移动通信系统有时也会根据随时间而变化的信道性能重选发送天线。例如，即使当移动站在被基站的多个发送天线所划分的小区中的区段之间移动时，对同一基站也应当重选发送天线。另外，当移动站从当前小区(业务小区)移动到另一小区(目标小区)中时，该移动站在小区之间的重叠区(也称作“跨区转换”)时，可以与管理业务小区的当前服务基站上的多个发送天线和管理该目标小区的目标基站上的多个发送天线两者都连接。当然，即使是在非跨区转换区，也是取决于信道的性能的，移动站的所有接收天线可以连接到管理业务小区的当前服务基站的发送天线上或连接到管理该目标小区的目标基站的发送天线上。本发明可以被应用到上述所有的情况。
本发明总体上可以通过两种方法来实现。在一种方法中，移动站重选连接到基站的基站发送天线。在另一种方法中，基站重选连接到移动站的基站的发送天线。
这里，本发明说明书将分开地对第一实施例和第二实施例进行描述，在第一实施例中，移动站重选连接到基站的发送天线，在第二实施例中，基站重选连接到移动站的基站的发送天线。
在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中，为了根据本发明重选连接到移动站的基站的多个发送天线，最初应当执行下述处理测量信道质量参数，基于该参数估计信道性能，和使用估计的信道质量参数确定是否重选发送天线。在执行测量信道质量参数的处理和确定是否重选发送天线的处理之后，该系统执行重选连接到移动站的基站的发送天线的主要处理。
第一实施例本发明的第一实施例提供了一种其中移动站重选连接到基站上的基站发送天线的系统和方法。
参考附图2，描述根据本发明第一实施例的移动站的结构。
参考附图2，移动站包括存储器21、参数测量器22、信道性能估计器23、天线选择控制器24和反馈信号发生器25。
存储器21存储一个与在当前位置的移动站连接的基站(下文称作“本地基站”)相邻的相邻基站的候选表。相邻基站的候选表包括该基站的识别符(IDs)，通过相应基站提供的发送天线的数量，和根据本发明的能够被重选的发送天线的相关信息。该存储的信息能从移动站的存储器(没示出)中获得或能通过控制信号(例如，信标信号)从基站接收到。
再有，由于如下原因该候选表包括关于本地基站的信息。当基站包括多个发送天线时，即使特定的发送天线具有很差的信道性能，其它具有良好信道性能的数据天线也能被连接到移动站的接收天线上，从而形成高性能的信道。此外，即使是移动站位于跨区转换区，根据信道性能，在发送天线重选过程中选择的所有发送天线都可以是本地基站的发送天线或相邻基站的发送天线二者之一。
参数测量器22基于连接到本地基站和相邻基站的信道的性能测量信道质量参数。它最好是周期性地对信道质量参数进行测量。另外，测量信道质量参数能在特殊的时机执行。例如，该测量的信道质量参数包括噪声功率，信号功率，相关特性，已经接收到的信号强度标志(RSSI)，载波干涉比(C/I)，信噪比(SNR)，和信号与干扰噪声比(SINR)。
该信道性能预估器23使用参数测量器22测量到的信道质量产生信息，基于该信息可以估计出各自信道的性能。
天线选择控制器24具有一个阈值，使用它能确定是否重选发送天线，以便通过信道性能预估器23来产生信道性能估计信息。基于该阈值，根据信道性能估计信息大于或小与该阈值，天线选择控制器24确定是否重选发送天线。如果确定应该重选发送天线，那么天线选择控制器24就将由反馈信号发生器25产生的反馈信号和将要发送的信道质量参数值提供给本地基站。
如果已经从本地基站接收到发送天线重选命令，该天线选择控制器24就通过参考存储在存储器21中的相邻基站的候选表，来重选重新连接到移动站的接收天线的发送天线，该天线选择控制器24通过反馈信号发生器25发送有关重选的发送天线的信息和有关包括重选的发送天线的相邻基站的信息到本地基站上。
在本发明的第一实施例中，重选发送天线是通过移动站的天线选择控制器24来执行的，并且在根据信道性能估计信息来确定是否重选发送天线的过程之前执行的处理也是由该天线选择控制器24执行的。
该反馈信号发生器25量化从天线选择控制器24提供来的测量的信道质量参数值，关于重选发送天线的信息，和关于包括重选的发送天线的相邻基站的信息，并且发送该量化结果到本地基站。
现在将详细描述该方法，其中参数测量器22测量信道质量参数，和天线选择控制器24确定是否重选发送天线，以及根据判定结果来重选发送天线。
首先，将要描述一种其中参数测量器22测量信道质量参数的方法。在下面的描述中，假设该参数测量器22在MIMO正交频分复用(MIMO-OFDM)的蜂窝式通信系统中测量信道质量参数。但是，根据本发明的信道质量参数测量方法并不是仅仅局限于MIMO-OFDM蜂窝式通信系统，而是包括用于使用多个天线的蜂窝式移动通信系统的所有信道质量参数测量方法。
通常，在MIMO-OFDM通信系统的时域中的输入输出关系被定义为公式(1)。
y(n,p)=Σl=0Lh(l,p)x(n-l,p)+v(n,p)···(1)]]>其中，{h(1，p)}(其中1＝0，...，L)表示一个在时间常量‘n’用于OFDM符号‘p’的MIMO多路径传播信道的样本，y(n，p)表示对OFDM符号‘p’进行‘n’次采样的样本矢量，且v(n，p)表示对一个样本‘n’和OFDM符号‘p’的作为噪声和干扰的一项。
在一个频域内公式(1)可以被表示为公式(2)。
Y(f，p)＝H(f，p)X(f，p)+V(f，p)......(2)其中‘f’表示音调，例如，副载波。
在MIMO-OFDM通信系统中，噪声功率是按照如下来测量的。假设在时域中没有信号被发送(x(n，p)＝0对于所有的n和给定的OFDM符号p)，噪声功率被定义为公式(3)。
δv2≅1NMtΣn|y(n,p)|2...(3)]]>其中，δv是该噪声功率，求和是对N个样本来进行的。
在频域中公式(3)可以被表示为公式(4)。对于给定的OFDM符号p和用于子信道F的一组副载波f，当对个子信道的这组副载波的值满足X(f，p)＝0为空时，噪声率被定义为公式(4)。
δv2≅1N|F|Σf|Y(f,p)|2...(4)]]>其中，求和是对所有副载波f来进行的，且|F|表示子信道的大小。
在基站中发送的平均信号功率可以按照下面的方法测量，并且根据公式(3)和(4)计算的噪声功率也被给到该基站。
假设信号在时域中被发送(对于所有n和给定的OFDM符号p有x(n，p)的值)，信号功率的平均值是通过公式(5)来估计的。
δv2≅1NMtΣn|y(n,p)|2-δv2...(5)]]>其中，求和是对所有N样本来进行的。
公式(5)在频域中被表示为公式(6)。当有一个X(f，p)值对于一个给定的OFDM符号p和用于一个子信道F的一类副载波f的时候，平均信号功率被定义为公式(6)。
δv2≅1N|F|Σf|Y(f,p)|-δv2...(6)]]>其中，求和是对所有副载波f来进行的，且|F|表示子信道的大小。
使用估计的噪声功率和信号功率可以计算出信噪脉冲干涉比。
通过该导频信息可以估计信道的一些统计特性，并且以此方式，也可以估计信道的变化。
为了形成从基站的一个发送天线#_k到移动站的接收天线#_m的信道，在时域中是根据公式(7)来估计该信道特性。
δm,k2≅1PΣp|[h(0,p)]m,k|2...(7)]]>其中，[h(0，p)]m，k表示在h(0，0)第m列和第k行的信道样本，并且它的平均值是通过P信道信息段来计算的。
在频域内公式(7)可以表示成公式(8)。
δm,k2≅1PFΣp,f|[H(f,p)]m,k|2...(8)]]>其中，是通过P OFDM符号和F音调来计算总和，例如，F副载波。
另外，可以通过参数测量器22来测量的参数包括关联特性。具体地，发送关联的平均值表示两个发送天线之间的关联。
在时域中，发送天线#k和发送天线#m之间的关联特性可以表示为公式(9)。
ρm,k2≅1PRΣpΣr[h(0,p)]r,k[h(0,p)]r,m*...(9)]]>其中，该相关特征特性是由用于R接收天线和P相关信息段的平均值来计算的，并且该平均值与可用的多路径的数量是相同的。
在频域内公式(9)可以表示成公式(10)。
ρm,k2≅1PRFΣfΣpΣr[h(f,p)]r,k[h(f,p)]r,m*...(10)]]>其中，通过OFDM符号P，音调F来计算总和的，例如，F副载波和接收天线R。
根据如何布置基站的天线能够显著的影响关联特性，并且由于位置基本上是固定的，所以相关特征可以被预先确定。在这种情况下，与其移动站测量关联特性，不如通过控制信号来使基站发送关联特性信息到移动站。
天线选择控制器24通过下述方法来确定是否来重选发送天线。因为本发明是如上所述根据信道性能来重选基站的发送天线，它能够被使用在信道性能发生变化的各种情况中。如下所述，本发明将被限制在跨区转换的情况，其中多数直接示出了有信道性能变化的情况。
参考附图3，描述了目前在本发明中被应用的在使用多个天线的蜂窝式移动通信网络中跨区转换的基本概念。
在小区35中，移动站30使用它的天线38和39和基站A的天线31和32通信。如果移动站30向着小区36移动并进入到跨区转换区37，其中小区35和36互相重叠，根据本发明的发送天线重选的处理被执行。在附图3中，作为执行发送天线重选处理的结果，在跨区转换区37中基站A的天线31和基站B的天线33被选择作为连接到移动站30的发送天线。因此在跨区转换区37中移动站30是新连接到基站A的天线31和基站B的天线33上，并执行跨区转换。一旦离开跨区转换区37，移动站30通过重新执行发送天线重选过程来连接基站B的天线33和34，并使用天线33和34来进行通信。
在使用多天线单元的蜂窝式移动通信系统中，因为移动站包括多个天线，在小区互相重叠的跨区转换区中，移动站的多个天线能够被连接到不同基站的天线上。因此，根据本发明，在跨区转换的期间移动站能够实现无缝通信。
可是，根据本发明的用来确定是否重选发送天线的方法不仅仅被限制在跨区转换情况，而且本领域技术人员可以很明显地能够将该限制的方法应用到所有其中具有信道性能变化的情况中。
通过使用信道性能估计器23生成的信道性能估计信息，天线选择控制器24确定是否重选发送天线。关于它的描述可以参考附图4。
在此使用的信道性能估计信息中包括信号强度标志(SSI)和信道关联标志(CCI)。SSI是信号功率的平均值，CCI是能够表示使用发送关联值计算的信道关联特性的随机信息值。例如，CCI能被解释为最大数据发送关联值，以及被设置为小于或等于1的值。
SSI和CCI是通过信道性能估计器23生成的并发送到天线选择控制器24中。更具体地，信道估计器23发送SSIh、SSIt、CCIh和CCIt值到天线选择控制器24。SSIh是通过移动站连接到本地基站的信道的信号强度值，SSIt是通过移动站连接到相邻基站(或目标基站)的信道的信号强度值。CCIh是通过移动站连接到本地基站的信道的关联值，和CCIt是通过移动站连接到相邻基站的信道的关联值。
天线选择控制器24，接收SSIh、SSIt、CCIh和CCIt值，根据SSIh和CCIh确定阈值Hinh和Hint，根据SSIt和CCIt确定阈值Houth和Houtt，依照一个查询表。结合附图3所述，其中，阈值Hinh是用于本地基站的信号强度阈值，本地基站使用该阈值确定移动站移动到跨区转换区中，阈值Hint是用于相邻基站的信号强度阈值，相邻基站使用该阈值确定移动站移动到跨区转换区中。结合附图3所述，阈值Houth是用于本地基站的信号强度阈值，本地基站使用该阈值确定移动站从跨区转换区中移动出来，阈值Houtt是用于相邻基站的信号强度阈值，相邻基站使用该阈值确定移动站从跨区转换区中移动出来。
现在将详细描述用来计算阈值的方法。阈值Hin，本地基站和相邻基站使用它来确定移动站移动到跨区转换区中，和阈值Hout，本地基站和相邻基站使用它来确定移动站离开跨区转换区外，被定义为公式(11)。
Hin＝Hin_fixed·(1-CCI·π1)Hout＝Hout_fixed·(1-CCI·π2).........(11)其中，π1＞1，π2＞1，并且π1和π2是被用来确定该阈值的试验常量。Hin_fixed是被用来确定移动站移动到跨区转换区之内的固定信号强度值，且Hout_fixed是被用来确定移动站从跨区转换区移动出来的固定信号强度值。该计算同样可以被应用于本地基站和相邻基站，或可以独立地应用于本地基站和相邻基站。在接收到SSIh、SSIt、CCIh和CCIt的值并且完全确定它们的相关的阈值之后，天线选择控制器24来确定是否在跨区转换区中重选发送天线。具体地，如附图4所示，如果SSIt＞Hint且SSIh＜Hint，天线选择控制器24确定移动站处于跨区转换的状态，确定移动站移动到了跨区转换区中，并以此确定执行发送天线重选操作如果SSIt＞Hout且SSIh＜Hout，天线选择控制器24确定移动站不是处于跨区转换的状态，确定移动站从跨区转换区中移动出来，并以此确定执行发送天线重选操作。
天线选择控制器24确定是否来重选发送天线的方法包括如下所述的使用在移动站和基站之间的天线结构信息的方法。
现在将描述另一个用来当移动站移动到跨区转换区中时确定是否重选天线的方法的组成。
天线选择控制器24执行天线重选处理所需的测量。为此，天线选择控制器24为了在移动站当前连接到的本地基站和该移动站之间最好的天线结构而计算信道性能信息Lcurrent。另外，天线选择控制器24计算用于关于本地基站和相邻基站的所有天线结构的信道性能矩阵Ltarget(K)，它们能够被连接到在跨区转换区中的移动站，和移动站。结果，如果Ltarget(K)＞Lcurrent+δ，天线选择控制器24确定该移动站处于跨区转换的状态，并且以此确定重选发送天线。其中，δ是表示移动站已经移动到跨区转换区中的阈值。通过天线选择控制器24执行的天线重选操作所需的测量不是由天线选择控制器24独立地执行来实质上确定是否重选发送天线，而仅仅是在总的基础上被提供为了描述确定是否来重选发送天线的方法。重选天线操作所需要的测量实质上是通过参数测量器22执行的，并且仅当必须要确定是否重选发送天线时，天线选择控制器24使用先前由参数测量器22测量的信道质量参数来计算Lcurrent和Ltarget(K)。
同样地，现在将描述当移动站从跨区转换区中移出时来确定是否重选发送天线的方法的组成。
天线选择控制器24执行天线重选操作所需的测量。为此，天线选择控制器24计算用于在当前跨区转换区中的移动站和基站之间最好的天线结构的信道性能矩阵Lcurrent(K)。另外，天线选择控制器24计算用于移出跨区转换区的移动站和基站之间最好的天线结构的信道性能信息Ltarget。结果是，如果Ltarget＞矩阵Lcurrent(K)+δ，天线选择控制器24确定移动站不是位于跨区转换区中，并且以此确定重选发送天线。其中，δ是表示移动站移动到跨区转换区中的阈值。和该情况一样，当移动站移动到跨区转换区中，通过天线选择控制器24执行的天线重选操作所需的测量不是由天线选择控制器24独立地执行来实质上确定是否需要重选天线，而仅仅是在总的基础上被提供为了描述确定是否来重选发送天线的方法。重选天线操作所需的测量实质上是通过参数测量器22执行的，并且仅当必须要确定是否重选发送天线时，天线选择控制器24使用先前由参数测量器22测量的信道质量参数来计算Lcurrent和Ltarget(K)。在该方法中天线选择控制器24使用移动站和基站之间的天线结构信息确定是否重选发送天线，当计算信道性能矩阵Lcurrent(K)和Ltarget时，天线选择控制器应该计算在移动站和基站之间的所有天线结构的输出。但是，为了减少计算的复杂性，发送天线重选操作如下所述，首先执行改变天线结构以使计算能够专门地执行重选天线。
最后，将描述在跨区转换区中天线选择控制器24重选连接到移动站的基站的发送天线的方法的组成。
发送天线重选操作选择最佳的发送天线用于相邻基站和本地基站的所有可用于发送天线的组连接到移动站的多个天线，由于当前连接信道性能的变化，在这种情况下改变信道是必须的，包括跨区转换情况。
假设一组可重选的发送天线和该可重选的发送天线所属的基站是S。天线选择控制器24估计在组S中的每一个发送天线s的性能R(s)，并且选择具有maxsinsR(s)的发送天线作为最优的发送天线。
例如，当发送天线的性能是用SNR来被估计时，天线选择控制器24确定SNR，SNRI[K]，对于第K音调，例如第K负载波，和第i数据流，作为在组S中的用于发送天线s的给定的子集。另外，天线选择控制器24以SNR的比率在组S中为每一个天线子集选择最优的发送天线。其中，平均量，最小比率，或损耗比率可用于该比率。
在发送天线重选操作中最重要的因素应该是作为被检索的最优的选择的组的数量。尽管发送天线重选操作从所有的可能的发送天线子集中选择具有最佳性能的发送天线，但是本发明的特征在于通过减少被选择的子集的大小来实现减少发送天线重选操作的复杂性的。例如，天线选择控制器24在跨区转换区中的可选择的发送天线子集中随机选择发送天线子集。另外，有用于定义将要被用在跨区转换区中的发送天线子集和用于安排将要被选中的发送天线子集使得仅仅与该子集相符的天线被选择发送天线。如另一个例子，如果相邻基站提供数据流，相邻基站选择预定的发送天线或随机的发送天线，并且如果相邻基站使用两个发送天线来发送信号，那么使用的两个发送天线具有最小关联。同样地去关联子集能被预先调节，从而减少可搜索的子集的数量。发送天线子集的信息被预先存储在存储器21中，该信息能从基站中接收到，或者能通过在移动站中试验测量来确定。
例如，如附图3所示，在跨区转换区中从基站A和基站B的天线当中选择最优的发送天线时，用来减少发送天线重选过程的复杂性的方法能被分为下列四种方法。第一种方法是从所有可能的基站A和基站B的天线中搜索一组最好收益的组。该方法包括一种仅仅当包括在基站A中的天线被选中情况，和/或另一种仅仅当包括在基站B中的天线被选中的情况。在该方法中，发送天线算法是最复杂的但具有最好的性能。第二种方法是无条件的选择基站A的天线和基站B的天线，然后搜索具有最好收益的天线组。第三种方法是无条件的选择基站A的天线和基站B的天线，然后随机选择可能的天线组中的一个。第四种方法是无条件的选择基站A的天线和基站B的天线，并且预先安排用于跨区转换的天线组。
现在将描述应用了根据本发明的第一实施例的移动站的使用多个天线的蜂窝式移动通信系统。
参考附图5，首先将描述对应于根据第一实施例的移动站的基站的组成。
如附图5所示，基站包括天线选择调度装置52、天线选择管理器53和信道信息处理器54。
信道信息处理器54根据从移动站的反馈信号发生器25接收的测量的信道质量参数值确定在信道质量方面是否有变化，例如SNR平均量和作为该信道的吞吐量的数据。信道信息处理器54传递从移动站的反馈信号发生器25接收到的有关重选发送天线的信息和包括重选发送天线的相邻基站的信息到天线选择管理器53。当发送天线应该重选时，信道信息处理器54传递有关重选发送天线的信息到天线选择调度装置52。
根据从信道信息管理器54提供的信息，天线选择管理器53发送发送天线重选请求到相邻基站。与之相应的，相邻基站的天线选择调度装置52确定是否同意从本地基站接收到的发送天线重选请求，并发送结果到本地基站。用于确定的标准包括系统通信量，服务质量请求，重选天线，等等。
当发送天线应该重选时，该天线选择调度装置52从信道信息处理器54接收到有关将要连接到移动站的发送天线的信息，并且指定相应的发送天线到该移动站。
从天线选择管理器53和天线选择调度装置52获得的数据在被发送前经过媒体存储控制(MAC)处理，调制，多路复用，快速傅立叶反变换(IFFT)和保护区间插入。
参照附图6，现在将描述根据本发明的第一实施例的在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中重选发送天线的方法。附图6是用于连接两个移动站30的接收天线到重选的发送天线的信号图，如附图3所示，其假设在具有两个接收天线的移动站30中重选的发送天线具有作为本地基站的基站A的发送天线和作为相邻基站的基站B的发送天线。
在步骤s61中，移动站发送测量的信道质量参数值，有关重选发送天线的信息和有关包括重选发送天线到基站A的相邻的基站的信息。其中，因为重选的发送天线包括作为本地基站的基站A的发送天线和作为相邻基站的基站B的发送天线，所以有关相邻基站的信息包括基站A和基站B的信息。
在步骤S62中，根据重选发送天线的信息和包括重选发送天线的基站的信息，基站A发送发送天线重选请求到基站B。
在步骤S63中，基站B如果能提供用于重选发送天线的服务，就发送认可信息到基站A表示对重选发送天线的认可。
在步骤S64中，一旦接收到认可信息，基站A就正向发送数据到基站B。发送数据包括移动站通过正向发送链路当前将要接收的数据。正向发送数据的理由是在移动站和重选发送天线之间的联系仍然没有结束，另一方面是移动站发送的数据仅仅是与基站A联系。因此基站A应该正向发送数据到基站B来允许基站B发送数据到移动站。
在步骤S65中，基站A发送发送天线重选命令到移动站。
在步骤S66中，移动站通过发送天线重选操作发送有关发送天线重选的信息到基站A和基站B。
在步骤S67中，根据有关重选发送天线的信息，使用相应的发送天线，基站A和基站B分别发送数据到移动站。在步骤S68中，基站A发送用于发送天线重选的认可信息到移动站。然后移动站释放形成当前信道的发送天线的连接，并且形成一个新的信道来重选发送天线。通过使用步骤S67中的数据信道和步骤S68中的控制信道来允许并行的平行发送也是可能的。
即使当移动站连接到重选的发送天线，也能够连续地从本地基站的基站A接收数据。
第二实施例本发明的第二实施例提供了一种系统和方法，其中，基站执行重选连接到基站的多个接收天线的发送天线的操作。具体地，第二实施例提供了本地基站执行发送天线重选操作的系统和方法。
如图7所示，现在将描述根据本发明第二实施例的移动站的结构。
参考图7，移动站包括参数测量器71和反馈信号发生器72。
基于用于估计连接到本地基站和相邻基站的信道的性能的索引，参数测量器71测量信道质量参数。它是优于周期性执行对信道质量参数的测量。
另外，在确定的场合可以执行信道质量参数的测量。例如，测量的信道质量参数包括噪声功率，信号功率，关联特性，RSSI，C/I，SNR，和SINR。通过参数测量器71的测量信道质量参数的详细方法和在实施例1中通过参数测量器22的测量信道质量参数的方法相同，因此在其中将省略详细的描述。
反馈信号发生器72通过参数测量器71量化被测量的信道质量参数，并且发送该量化结果到本地基站。
下面将参照图8描述根据本发明第二实施例当由于在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中的移动站的运动而使信道性能发生变化时执行发送天线选择处理的基站操作。
参考附图8，基站包括天线选择调度装置81、天线选择管理器82、信道信息处理器83和存储器84。
存储器84存储相邻基站的候选表。因为每个基站实质上被安装在它的位置上，存储器84很容易地获得有关相邻基站的信息，它们通常是不变的；相邻基站的候选表包括该基站的ID，通过相应基站提供的发送天线的数量，和有关根据本发明能够被重选的发送天线的信息。
甚至在第二实施例中，相邻基站包括本地基站。例如，从附图3注意到移动站30在跨区转换区37中与作为本地基站的基站A和作为相邻基站的基站B相联系。即使移动站位于跨区转换区中，根据信道性能，所有在发送天线重选的操作中选择的发送天线或者是本地基站的发送天线，或者是相邻基站的发送天线。
信道信息处理器83使用从移动站的反馈信号发生器72接收到的测量的信道质量参数，根据能被估计的不同信道的性能来生成信息。
对于通过信道信息处理器83生成的信道性能估计信息，天线选择管理器82具有一个阈值用于确定是否重选发送天线。基于该阈值，天线选择管理器82根据信道性能估计信息是否比该阈值更大或更小来确定是否来重选发送天线。通过天线选择管理器82的用来确定是否重选发送天线的操作与在第一实施例中的通过天线选择控制器24来确定是否重选发送天线的操作是相同的，因此在其中将省略详细的描述。
如果确定发送天线应该被重选，天线选择管理器82通过查阅存储在存储器84中的信息来发送发送天线重选请求到相邻基站。与之相应的，相邻基站的天线选择管理器82确定是否同意从本地基站接收的发送天线重选请求，并且发送该结果到本地基站。用于确定的标准包括系统通信量，服务质量请求，重选天线，等等。
一旦从相邻基站接收用于跨区转换请求的认可，天线选择管理器82命令天线选择调度装置81来重选连接到移动站的发送天线。然后天线选择调度装置81根据信道信息处理器83生成的信道性能估计信息和相邻基站的候选表重选发送天线。天线选择调度装置81发送有关重选发送天线的信息到相应的相邻基站。通过天线选择调度装置81重选发送天线的操作与在第一实施例中通过天线选择控制器24重选发送天线的操作是相同的，因此这里将省略其详细的描述。
与之相应的，如果相邻基站的天线选择调度装置81能通过从本地基站接收到的重选发送天线的信息，来提供相应的发送天线的服务，那么就发送认可信息到该本地基站。随后，相邻基站的天线选择调度装置81指定相应的发送天线到移动站且使用该指定的发送天线与移动站通信。
在本发明的第二实施例中，通过基站的天线选择调度装置81执行的发送天线重选操作优于通过基站的天线选择管理器82执行的确定是否重选发送天线的操作。
从天线选择管理器82和天线选择调度装置81的获得的数据在被发送以前，要经历MAC处理，调制，多路复用，IFFT，和保护区间插入。
参考图9，现在将描述根据本发明的第二实施例的在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中用于重选发送天线的方法。附图9是示出用于连接移动站30的两个接收天线到重选发送天线的方法的信号图，假设重选发送天线包括如附图3所示的一个作为本地基站的基站A的发送天线和一个作为相邻基站的基站B的发送天线。
在步骤S91中，移动站发送测量的信道质量参数值到基站A。
在步骤S92中，基站A通过天线选择管理器82来确定是否重选发送天线。如果确定发送天线应该被重选，那么基站A发送发送天线重选请求到具有重选发送天线的基站B。就此点上，因为作为本地基站的基站A也包括重选发送天线，从本地基站到基站B的所有命令，信息和消息都是在本地基站中自己处理的。因此，该操作将被从附图中省略，该操作甚至也被同样地应用在下面的过程。
在步骤S94中，如果基站B能提供带有重选发送天线的服务，就发送表示认可用于发送天线重选的要求的认可信息到基站A。
在步骤S95中，一旦接收到认可信息，基站A就正向发送数据到基站B。发送数据包括通过正向发送链路的移动站的当前已收到的数据。正向发送数据的理由是因为在移动站和重选发送天线之间的联系仍然没有结束，另一方面是移动站发送的数据仅仅是与基站A联系。因此，基站A应该发送数据到基站B以允许基站B发送数据到移动站。
在步骤S96中，基站A执行发送天线重选的操作，并且通过在步骤S97中发送天线重选操作来发送有关发送天线重选的信息到基站B。
然后在步骤S98中基站B发送认可信息用来重选发送天线，并且在步骤S99中指定相应的发送天线到移动站。然后移动站释放形成当前信道的发送天线的连接，并且形成新的信道来重选发送天线。
在步骤S96中重选的发送天线包括作为本地基站的基站A的天线。基站A在步骤S97处理关于将被它自己连接到移动站的重择发送天线的信息，并且在步骤S98中由其自己执行有关重选发送天线的认可处理。
即使当连接重选发送天线的时候，移动站也能连续地从作为本地基站的基站A接收数据。
如上所数，本发明在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中根据信道性能重选连接到移动站的基站的多个天线，从而维持最佳的信道状态并提供高质量的多媒体服务。
另外，本发明使用多个天线尽可能远地分离发送天线，因此减少了发送天线之间的关联。天线关联的减少显著的影响多天线系统的性能和空间关联效应的减少导致系统容量的增加，连接吞吐量和其他性能。
虽然已经结合某些最佳实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员也应该明白，在不背离由权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出各种改变。
权利要求
1.一种通过蜂窝式移动通信系统中的移动站重选用于数据信道的天线的方法，所述蜂窝式移动通信系统包括具有至少两个天线的移动站、具有多个天线的本地基站，天线之中的至少一个被用于形成到移动站的数据信道，和至少一个本地基站的相邻基站，该方法包括以下步骤根据本地基站的第一天线和相邻基站的第二天线的信道质量确定是否重选天线；和从第一天线和第二天线当中选择至少两个天线；其中，至少两个天线是根据所测量的信道质量选择的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定是否重选天线的步骤包括比较被形成为当前信道的天线的信道质量和用于信道质量的一个阈值的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定是否重选天线的步骤包括比较被形成为当前信道的天线的信道质量和用于第一天线和第二天线的所有可能的天线结构的信道质量的步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，移动站发送所测量的信道质量给本地基站，并响应来自本地基站的命令来执行天线选择步骤。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括发送与所选择的至少两个天线相关的信息到本地基站的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，如果所选择的至少两个天线包括第二天线，本地基站就发送相应信息到相邻基站。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，信道质量包括噪声功率、信号功率、关联特性、所接收的信号强度指示符、载波干涉比、信噪比和信号干扰噪声比的至少其中之一。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，一旦从本地基站接收到使用所选择的至少两个天线的许可，移动站就释放到形成当前数据信道的天线的连接，并且通过所选择的至少两个天线形成新的数据信道。
9.一种在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中由形成到具有至少两个天线的移动站的数据信道的本地基站重选用于该移动站的天线的方法，该方法包括下述步骤从移动站接收本地基站的第一天线和本地基站的相邻基站的第二天线的信道质量；根据该信道质量，确定是否重选该移动站的天线；和从第一天线和第二天线当中选择至少两个天线；其中，基于所测量的信道质量选择至少两个天线。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，确定是否重选天线的步骤包括比较被形成为当前信道的天线的信道质量和用于信道质量的一个阈值的步骤。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，确定是否重选天线的步骤包括比较被形成为当前信道的天线的信道质量和用于第一天线和第二天线所有可能天线结构的信道质量的步骤。
12.根据权利要求9所述的方法，进一步包括如果所选择的两个天线包括第二天线，就发送相应信息到相邻基站的步骤。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，信道质量包括噪声功率、信号功率、关联特性、所接收的信号强度指示符、载波干涉比、信噪比和信号干扰噪声比的至少其中之一。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，一旦从本地基站接收到使用所选择的至少两个天线的认可，移动站就释放到形成当前数据信道的天线的连接，并且通过选择的至少两个天线形成新的数据信道。
15.一种在蜂窝式移动通信系统中通过移动站重选用于数据信道的天线的系统，所述蜂窝式移动通信系统包括具有至少两个天线的移动站、具有多个天线的本地基站，天线之中的至少一个被用于形成到移动站的数据信道，和至少一个本地基站的相邻基站，该系统包括移动站，用于基于本地基站的第一天线和相邻基站的第二天线的信道质量确定是否重选天线、基于所测量的信道质量从第一天线和第二天线当中选择至少两个天线、和发送有关所选择的至少两个天线的信息到本地基站；和本地基站，用于接收有关所测量信道质量的信息和根据所接收的信息，发送用于选择至少两个天线的命令给移动站。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，移动站包括存储器，用于存储有关本地基站和第一天线的信息以及有关相邻基站和第二天线的信息；参数测量器，基于存储在存储器中的信息测量信道质量；天线选择控制器，用于确定是否重选天线，并且响应本地基站形成的天线选择命令来选择至少两个天线；和反馈信号发生器，用于发送所测量的信道质量和有关所选择的至少两个天线的信息到本地基站。
17.如权利要求16所述的系统，其中，天线选择控制器定义用于信道质量的阈值，比较被形成为当前信道的天线的信道质量和该阈值，并根据比较结果确定是否重选天线。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，天线选择控制器比较被形成为当前信道的天线的信道质量和用于第一天线和第二天线各种可能的天线结构的信道质量，并且根据比较结果确定是否重选天线。
19.根据权利要求15所述的系统，其中，本地基站包括接收所测量的信道质量和有关选择的至少两个天线的信息的信道信息处理器；根据测量的信道质量发送关于选择至少两个天线的命令到移动站的天线选择管理器；并且用于指定选择的至少两个天线到移动站的天线选择调度装置。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，如果所选择的至少两个天线包括第二天线，那么，本地基站发送相应信息到相邻基站。
21.根据权利要求15所述的系统，其中，信道质量包括噪声功率、信号功率、关联特性、所接收到的信号强度指示符、载波干涉比、信噪比和信号干扰噪声比的至少其中之一。
22.根据权利要求15所述的系统，其中，一旦从本地基站接收到使用所选择的至少两个天线的认可，移动站就释放到形成当前收据信道的天线的连接，并且通过选择的至少两个天线形成新的数据信道。
23.一种在使用多个天线的蜂窝式移动通信系统中由形成到包括至少两个天线的移动站的数据信道的本地基站重选用于该移动站的天线的系统，该系统包括移动基站，用于测量本地基站的第一天线和本地基站的相邻基站的第二天线的信道质量，并发送所测量的信道质量；和。本地基站，用于接收所测量的信道质量、基于所测量的信道质量，确定是否重选用于该移动站的天线，并根据所测量的信道质量从第一天线和第二天线当中选择至少两个天线。
24.如权利要求23所述的系统，其中，本地基站包括信道信息处理器，用于接收所测量的信道质量；存储器，用于存储有关本地基站和第一天线的信息和有关相邻基站和第二天线的信息；天线选择管理器，用于基于所测量的信道质量确定是否重选用于该移动站的天线；和天线选择调度装置，根据所测量的信道质量，从第一天线和第二天线当中选择至少两个天线。
25.如权利要求24所述的系统，其中，如果至少两个天线包括第二天线，那么，天线选择管理器根据存储在存储器中的信息发送相应的信息到相邻基站。
26.如权利要求24所述的系统，其中，天线选择管理器定义用于信道质量的阈值、比较被形成为当前信道的天线的信道质量和该阈值，并且根据比较结果确定是否重选天线。
27.如权利要求24所述的系统，其中，天线选择管理器比较被形成为当前信道的天线的信道质量和用于第一天线和第二天线的所有可能的天线结构的信道质量，并且根据比较结果确定是否重选天线。
28.如权利要求23所述的系统，其中，信道质量包括噪声功率、信号功率、关联特性、已经接收的信号强度指示符、载波干涉比、信噪比和信号干扰噪声比中的至少一个。
29.如权利要求23所述的系统，其中，一旦从本地基站接收到使用所选择的至少两个天线的认可，移动站就释放到形成当前数据信道的天线的连接，并且经过所选择的至少两个天线形成新的数据信道。
全文摘要
使用多个天线的蜂窝式移动通信系统重选将被连接到移动站的基站的多个发送天线。该系统包括测量用来估计信道性能的信道质量参数，使用测量的信道质量参数确定是否重选发送天线，重选被连接到移动站的基站的发送天线，并且将重选的发送天线连接到该基站。
文档编号H04L1/00GK1812288SQ20051007924
公开日2006年8月2日 申请日期2005年4月14日 优先权日2005年1月7日
发明者赵成贤, 罗伯特·W·希思 申请人:三星电子株式会社, 得克萨斯系统大学董事会