无线通信编码方法和使用天线适应的传输系统的制作方法

专利名称：无线通信编码方法和使用天线适应的传输系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及无线通信，更特别地，涉及用于对无线通信信号 进《亍编码和传j渝的系统和方法。
背景技术：
用户对例如蜂窝电话的移动无线通信装置上的数据服务的要求日 益增加。例如，流媒体就是一种有趣且有用的、用于蜂窝电话的新应 用。流媒体的一个应用是广播视频。广播意^^未着同时向多个用户发送 数据。例如，可从蜂窝基站向多个蜂窝电话用户广播视频电影。流媒 体应用和其它类似应用的一个问题在于，与传统的语音呼叫相比，其 需要大得多的带宽。此外，不同的用户具有不同的空中链路条件。与 相同的广播区域内的其他用户相比，具有较差覆盖的用户可能不能成 功地接收和解码同样多的发送的数据。具有较差信道条件的用户有可能是提前得知的也可能是提前不知 道的。发明内容为了克服无线通信网络中传输数据的传统方法中存在的问题，通过PI ( packet indifferent,数据包无关)编码对数据进4亍编码，并且全 向传输一些数据包，而向具有较差空中链路的用户定向传输补充数据 包。本文中，数据包无关编码被定义为这样一种编码，该编码中可由 K个编码的数据包恢复源数据，而不论接收到哪些编码的数据包，其 中，K=N+A。 N等于源数据中的数据包的数量，A为P1编码所需的附 加数据包的最小数量。因此，Pl编码适用于无比率限制或喷泉码 (rateless or fountain code )以及里德-所罗门石马(Reed-Solomon code ), 上述码在2005年5月9日提交的第11/125,517号美国专利申请中进行了介绍，该申请的全部内容通过引用并入本文。可将具有M=K+L个数据包子集从全向天线发送至一个或多个用 户。L是丟失数据包的预计数量。如果接收到K个数据包，则可成功 地接收数据块。如果至少一个用户接收到的数据包少于K个，则该用 户不能成功接收数据块。可将R个补充数据包发送至未成功接收K个 数据包的用户。该R个补充^t据包可由定向天线发送至为接收K个数 据包的一个或多个特定用户。与由全向天线发送补充数据包消耗的系统资源相比，由定向天线 发送补充数据包消耗的系统资源可能与其同样多，也可能没有那么多。 因此，即使具有较差覆盖条件的用户也能接收到足以重构原始数据的 数据包，而且这一点在不给全部用户带来负担的情况下就能实现。在提前知道用户或位置的情况下，补充数据包可与广播数据包同 时发送，或者之后在发送。在不提前知道用户或位置的情况下，存在 两种可能性。第一种可能性是，系统等待，直到至少一个用户报告未 能接收到某些数据包(或者未能报告成功接收到全部数据包)。系统则 开始向这至少一个用户发送补充数据包。第二种可能性是，系统使用 对蜂窝区域进行扫描的一个或多个定向射束,在与广播数据相同的时 间帧中发送补充数据包。根据具有较差空中连接的用户不能接收的广播数据包(或预计接 收的广播数据包或二者兼有)的数量，可或多或少地向其发送补充数 据包。此外，根据结合附图以及以下详细i兌明和优选实施方式，本发明 的有益效果和新颖性都显而易见。


本文中参照以下附图给出的本发明的优选实施方式都是示例性 的，而非限制性的。其中图1示出了全向和适应性地定向发送数据块的无线通信系统的框图；图2示出了全向和旋转地定向发送数据块的无线通信系统的框图；图3示出了全向和固定地定向发送数据块的无线通信系统的框图；图4示出了全向和定向发送数据块的无线通信系统呼叫流的呼叫流图；以及图5示出了全向和定向发送数据块的无线通信系统的框图。
具体实施方式
图1示出了全向和适应性地定向发送数据块的无线通信系统的框 图。ANC(接入节点控制器)15连接于因特网(未示出)和专用网络, 例如ANC 15为其一部分的无线通信服务供应商网络(未示出)。ANC 15在输入端17处从因特网和/或上述的专用网络接收例如^L频帧的数 据块。例如，无线通信服务供应商可正在广播电影。而输入端17则接 收电影视频帧。又例如，无线通信服务供应商可正在广播电影宣传片 或其它^L频材料。又例如，输入端17接收的数据可为用于^L频电话会 议的一见频。数据块被接收至PPM (数据包处理及多路复用器)19。 PPM 19 可与上文引用的第11/125,517号美国专利申请中参照其图5所述的 PPM类似。可选地，PPM 19通过P1编码对数据块进行编码。ANC 15与AN1 (接入节点1 ) 25以及AN2 (接入节点2 ) 30相 连。AN1 25是任何类型的全向无线"l妄入节点。例如，AN1 25可为与 已知为TIA/EIAIS-2000和/或TIA-856 (IxEV-DO )的CDMA (码分 多址)标准、GSM、 W-CDMA (宽带CDMA)或任何其它方^f更的能进 行全向传输的无线通信系统兼容的基站(接入节点)。事实上，未来的 通信系统将可以从全向到定向进行配置。在这种情况下，如果将AN1 25配置为全向的，那么此时AN1 25则为全向的。全向意p未着覆盖扇 区内的全部方向。通常将蜂窝基站的覆盖区划分为三个扇区，每个扇 区包括基站的大约120度的方位角。AN1 25可实际上指扇区内进行传 输的基站。AN2 30为定向基站。例如，AN2 30可为具有配置以在特定建筑物32的方向上发送窄射束的一个或多个天线的基站。AN2 30可与 IEEE 802.16 (也叫做"WiMAX")标准兼容。WiMAX的一种版本被 期望用于固定的视距(line-of-sight)通信。因此，WiMAX可用于增强到 建筑物(例如，建筑物32)的无线数据吞吐量。对于全向传输，应该理解，在全部方向上都具有完全一致的功率 是理想情况，而这种理想情况的变异也属于全向的定义范围内。定向 在本文中表示除了全向之外的任何方向性。从发射机指向接收机的单 一窄射束是定向传输的理想情况，但是各种射束形状和多射束都应认 为是定向传输。PPM 19通过Pl编码对数据块进行编码。由于通过Pl编码对数据 块进行编码，因此，只要接收到至少K个编码的数据包即可，至于接 收到的是哪K个编码的数据包则并不重要。此外，甚至连这些数据包 是否接收自相同的发射机或是否通过相同的网络接收也不重要。有利 地，例如无线手^几的接收才几可从AN1 25 4姿收一些数据包，并从AN2 30 接收一些数据包，只要该手机能对来自AN1 25和AN2 30的数据包进 行解码/解调。该手机可将从AN1 25和AN2 30接收的数据包相结合， 以重构源数据块。因此，例如建筑物32内部的手机可接收通过AN1 25 发送的第一数据包子集中的某些数据包以及通过AN2 30发送的第二 数据包子集中的某些数据包。该手机可将第一和第二子集中的数据包 相结合，以重构源数据块。例如，可通过AN1 25广播Pl编码的it据的第一子集。第一子集 可包括足够多的Pl编码的数据包，供接收其中的全部或几乎全部(例 如，98%)数据包的用户重构源数据块。例如，AN1 25可为IS-2000 兼容接入节点。某些用户可能不能成功地接收并解码足够多的数据包 来重构源数据块。例如，建筑物32内的接收机可能会由于建筑物32内的信号的衰 减或多径环境而具有较差的接收。建筑物32可装备有示为天线34的 WiMAX^妄收才几。这样，可通过连接于AN2 30的定向天线36对凄t据 包进行路由，其中AN2 30可为WiMAX基站。可从AN2 30将数据包 发送至WiMAX接收机34。数据包可在建筑物32的内部通过例如IEEE802.11 (称为Wi-Fi)的WLAN (无线局域网)(未示出)转发。然后 建筑物32内的特定接收机则可直接从AN1 25接收一些数据包，和通 过天线34从AN2 30接收一些数据包，并通过建筑物32内的WLAN (未示出)进行转发。作为一种选择，补充数据包可通过图2所示的适应性定向天线代 替固定定向天线36传送。在图2中，ANC 15与适应性定向天线AN3 40相连，除此之外，图2所示的系统与图1所示的系统类似。AN3 40 具有适应性定向天线或天线阵列42。 2005年3月8日授权的第 6,865，377号美国专利和2005年5月3日授权的第6,888,505号美国专 利对适应性天线阵列进行了描述，以上专利的全文通过引用并入本文。适应性定向天线阵列42用于发送并操纵信号束44跟随移动无线 通信装置46 (也称为MS (无线基站)46 )。有利地，MS 46可从全向 AN1 25接收一些数据包，并^人适应性定向AN3 40接收一些数据包。 MS 46可通过接收自AN1 25或AN3 40的数据包来重构源数据块。参照图3，作为另一种选择，ANC 15可连接于AN4 50。 AN4 50 按照旋转方向图53的方向发送补充数据包。也就是说，AN4 50虽然 具有定向天线56，但其通过旋转射束53基本在绕AN4 50的全部方向 上发送补充数据包，而不是仅在MS46的已知方向上发送。在一个实 施方式中，如箭头59所示，射束53的方位角绕AN4 50旋转。图1-3作为单独的附图示出，但事实上，相同的系统可在图1-3 示出的三种方法中的每个中工作。也就是说，AN2 30、 AN340和AN4 50实际上可为相同的AN。更特别地，单一的AN可用于以图1所示 的固定定向方式、以图2所示的适应性定向方式和图3所示的旋转定 向方式进行传送。AN2 30、 AN3 40和AN4 50可与AN1 25 4荅配4吏用。图4示出了无线通信系统呼叫流的呼叫流图，其中数据块被全向 地和定向地发送。呼叫流图可适用于图1-3所示的每个系统或方法。 图4中示出了四个实体MS 46、 AN1 25、 ANC 15和AN2 30。如上 所述，AN3 40和AN4 50可与图4(以及下文描述的图5 )中的AN2 30 相互替换。呼叫流起始于信号65，在信号65中，ANC 15将P1编码 的数据包的第一子集发送至AN1 25，用于全向传输。该全向传输可为广播或单播。AN1 25在通信70中通过将P1编码的数据包的第一子集 发送至MS 46进4于响应。如果MS 46成功地接收并解码了足以重构源数据块的数据包，那 么，在信号75中，MS 46则根据通信系统是ACK(确认)系统或NACK (否认)系统，向AN1 25发送ACK消息或NACK消息。在这种情况 下，为了重建原源数据块,MS 46无需接收PI编码数据包的第二子集中 的任何数据包。应该注意到，信号75实际可为不存在信号，但是应将 不存在ACK信号解释为未能接收并解码足够多的数据包。如果MS 46未成功地^接收并解码足以重构源数据块的数据包，那 么，在信号75中，MS 46则才艮据该通信系统是ACK或NACK系统， 不向AN1 25发送ACK,或者向其发送NACK。在这种情况下，MS 46 需要更多的数据包(也就是第二子集中的至少一些)以重构源数据块。 还是应该注意到，信号75实际可为实际不存在信号，但是应将不存在 NACK信号解释为成功地接收并解码了足够多的数据包。考虑在信号75中未发送ACK或发送NACK的情况，在信号80 中，AN1 25则将NACK信号至ANC 15，或不向ANC 15发送信号。 此时，ANC 15则知道MS 46未能接收并解码足够多的PI编码的数据 包。响应于这一信息，ANC 15则在信号85中将Pl编码的数据包的第 二子集发送至AN2 30，用于到MS 46的定向传输。在信号90中，AN2 30以定向传输的方式将PI编码的数据包的第二子集发送至MS 46。如 上所述，信号90的定向传输至少可为图l-3所示的任意形式。以上讨论涉及使用ACK或NACK消息的通信系统。然而，本文 介绍的思想也可适用于不使用ACK或NACK的通信系统。在不〗吏用 ACK或NACK的情况下，将补充编码的数据包发送至具有较差覆盖 的已知区域将增加成功进行数据包4企索的可能性，而并不会对不具有 ACK或NACK的现有系统(例如广播系统)带来显著改变。某些广 播服务就不具有ACK或NACK。这样，将弥补已知的覆盖问题，或 适应在某些时间需要更多覆盖的区域，例如，具有繁忙使用时期(如 比赛时间)的棒球场这样的体育场。图5示出了全向和定向地传送数据块的无线通信系统的框图。特别地，图5突出了 ANC 15的某些方面。在输出端17接收源数据块。 首先判定源数据是否既用于全向传输又用于定向传输。该初始判定由 调度器21结合未示出的其它组件或模块(例如分类器、服务质量模块 和信道状态指示模块)做出。在上文引用的第11/125,517号美国专利 中示出并介绍了 QoS模块、分类器和CIS模块，因此在此不再描述。 这种判定基于输入，例如全向或定向传输源(例如，分别为AN1 25和AN2 30 )是否可用于到MS 46进行传输。如果调度器21判定出 源数据块应该仅被全向传输，那么调度器21将使Pl编码器及多路复 用器108将来自源数据块的全部编码数据包路由至AN1 25。对全部数 据包进行Pl编码，并将由AN1 25进行传送。然而，如果调度器21 判定出源数据块既可用于全向传输又可用于定向传输，那么，调度器 21将使Pl编码器及多路复用器108将Pl编码数据包路由至AN1 25 和AN2 30。25进行传输。调度器21使Pl编码器及多路复用器108将Pl编码的数 据包的第一子集发送至AN1 25，如信号65所示(参照图4)。当ANC 15接收到NACK或无ACK的信号80时，信号80被发送至调度器21。 应该注意到，在非反馈系统中不使用信号80。这种情况下，调度器21 可先验地确定通过AN1 25发送一些数据包以及通过AN2 30发送一些 数据包。送至MS 46，调度器21对信号80进行响应。调度器2K吏P1编码及 多路服用器108将该R个补充的Pl编码的it据包发送至AN2 30，如 信号85所示。如上文所示，图5中的AN2 30可为AN3 40或AN4 50。 AN2 25将Pl编码的数据包的第二子集发送至MS 46,如信号90所示。 数量R可由接收自MS 46的NACK或ACK信号的数量直接估计。 例如，如果MS 46对M个数据包中的6个未能发送ACK，那么，数 量R则可为6或者与6成比例的数。作为一种选择，可基于接收自 MS46的信号质量指示对数量R进行估计。例如，如果AN125和MS 46使用的通4言系统是IS-2000系统，且MS 46已向AN1 25指示MS 46的帧差错率很高，那么，则考虑到MS46的高的帧差错率,应将数量R 估计为更高。基于帧差错率计算补充的P1编码的数据包的适当数量R 的方法是公知的，因此在此为了简洁起见不再介绍。有利地，MS 46 可从AN1 25或AN2 30接收数据包，并使用接收自任一 AN的数据包 对源数据块进行重构。此外，尽管示出并介绍了本发明的实施方式和实现，但是，显而 易见的是，本发明范围内具有更多的实施方式和实现。因此，本发明 仅由权利要求及其等同限制。
权利要求
1.一种从无线通信装置传输数据块的方法，包括将所述数据块编码为M个编码的数据包，所述数据块能由所述编码的数据包中的K个数据包进行重构，其中M大于或等于K；全向地传输所述M个编码的数据包；将所述数据块编码为R个补充的编码的数据包，所述数据块能由第一部分的M个编码的数据包和第二部分的与所述R个补充的编码的数据包的组合进行重构；以及定向地传输所述R个补充的编码的数据包。
2. 如权利要求l所述的方法，进一步包括估计所述R的数值，所述R个补充的编码的数据包中包括第二无 线通信装置重构所述数据块所需的补充的编码的数据包。
3. 如权利要求2所述的方法，其中，响应于确认消息或否认消息 进行所述估计。
4. 如权利要求2所述的方法，其中，响应于未能接收确认消息或 否认消息而进行所述估计。
5. 如权利要求l所述的方法，其中 所述全向地传输包括与第一通信标准兼容的传输，以及 所述定向地传输包括与第二通信标准兼容的传输。
6. 如权利要求5所述的方法，其中所述第一通信标准包括码分多 址标准。
7. 如权利要求6所述的方法，其中所述第二通信标准包括IEEE 802.16标准(WiMAX)。
8. 如权利要求5所述的方法，其中所述第二通信标准包括IEEE 802.16标准(WiMAX)。
9. 如权利要求1所述的方法，其中定向地传输所述R个补充的编 码的数据包进一步包括向不止一个方向定向地传输所述R个补充的编码的^i:据包。
10. 如权利要求9所述的方法，其中向不止一个方向定向地传输 所述R个补充的编码的数据包进一步包括从传输点成方位角地旋转定向传输射束。
11. 一种无线通信系统，包括 无线接入节点控制器，其包括与数据包无关的编码器，其配置以将源数据块编码为M个与 数据包无关的数据包，以使所述M个与数据包无关的数据包中的 K个足以重构所述源数据块，其中M大于或等于K;以及调度器，其连接于所述与数据包无关的编码器； 全向无线接入节点，其连接于所述调度器；以及 定向无线接入节点，其连接于所述调度器，其中所述调度器配置以将所述M个与数据包无关的数据包发送至所述全向无线接 入节点；以及将R个与数据包无关的数据包发送至所述定向无线接入节 点，其中，根据第一部分的M编码数据包和第二部分的R个补 充的编码的数据包的组合能够重构所述数据块。
12. 如权利要求11所述的无线通信系统，其中 所述全向无线接入节点与第一通信标准兼容，以及 所述定向无线接入节点与第二通信标准兼容。
13. 如权利要求12所述的无线通信系统，其中所述第一通信标准 是码分多址通信标准。
14. 如权利要求12所述的无线通信系统，其中所述第二通信标准 是正交频分多址标准。
15. 如权利要求12所述的无线通信系统，其中所述第二通信标准 是IEEE 802.16标准。
16. 如权利要求12所述的无线通信系统，其中所述第二通信标准 是正交频分多址标准。
17. —种无线通信系统，包括无线接入节点控制器装置，其用于控制无线接入节点，并包括编码装置，其用于将源数据块编码为M个与数据包无关的数 据包，能够从所述M个与数据包无关的数据包重构所述源数据 块，其中M大于或等于K;以及调度装置，其连接于所述编码装置； 全向无线网络接入装置，其连接于所述调度装置；以及 定向无线网络接入装置，其连接于所述调度装置，其中所述调度 器配置以将所述M个与数据包无关的数据包发送至所述全向无线网 络接入装置；以及将R个补充的与数据包无关的数据包发送至所述定向无线网 络接入装置，其中，能够从第一部分的M个编码的数据包和第二 部分的R个补充的编码的数据包的组合重构所述数据块。
18. 如权利要求17所述的无线通信系统，其中 所述全向无线网络接入装置与第一通信标准兼容，以及所述定向无线网络接入装置与第二通信标准兼容。
19. 如权利要求18所述的无线通信系统，其中所述第一通信标准 是码分多址通信标准。
20. 如权利要求18所述的无线通信系统，其中所述第二通信标准 是正交频分多址标准。
全文摘要
在无线通信系统中，通过P1(packet indifferent，数据包无关)编码对数据进行编码，并且全向传输一些数据包，而向具有较差空中链路的用户定向传输补充数据包。本文中，数据包无关编码被定义为这样一种编码，该编码中可由K个编码的数据包恢复源数据，而不论接收到哪些编码的数据包，其中，K＝N+A。N等于源数据中的数据包的数量，A为P1编码所需的附加数据包的最小数量。可将具有M个数据包子集从全向天线发送至一个或多个用户，其中M大于等于K。如果至少一个用户接收到的数据包少于K个，则该用户不能成功接收数据块。可将R个补充数据包发送至未成功接收K个数据包的用户。该R个补充数据包可由定向天线发送至为接收K个数据包的一个或多个特定用户。
文档编号H04L1/18GK101331703SQ200680040633
公开日2008年12月24日 申请日期2006年10月20日 优先权日2005年10月31日
发明者亨利·常, 道格·邓恩, 阿米·卡尔汗, 雷蒙·哈洛纳 申请人:京瓷公司