由无线终端使用的信道质量报告方法、无线终端和基站的制作方法

专利名称：由无线终端使用的信道质量报告方法、无线终端和基站的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统，尤其涉及一种用于在多扇区小区中发射导频信号的方 法和设备，其中所述多扇区小区例如可以是具有同步扇区传输的小区。本发明还涉及无线通信系统，尤其涉及用于执行信道状态测量的方法和设备。
背景技术：
在诸如蜂窝系统这样的无线通信系统中，信道状态是无线系统操作中的一个很重 要的考虑因素。在无线通信系统内部，基站(BS)会与诸如移动节点这样的多个无线终端 (WT)进行通信。其中举例来说，当无线终端移动到基站小区内部的不同位置时，基站与无线 终端之间的无线通信信道状态有可能会因为不断变化的噪声和干扰电平而改变。无线终端 接收机所遭遇的噪声和干扰有可能包括背景噪声、自噪声以及扇区间干扰。背景噪声可以 归入与基站传输功率电平无关的噪声。然而，自噪声和扇区间干扰则依赖于基站的传输功 率电平，例如一个或多个扇区中的传输功率。用于评估通信信道状态的一种常用方法是由基站发送导频信号，其中导频信号通 常是在一小部分传输资源上发射的，并且该信号通常包含了以单一的恒定功率电平发射的 已知(预先确定的)码元。无线终端对导频信号进行测量，并且将其以信噪比(SNR)这种标 量比形式或是等价量度形式报告给BS。如果噪声/干扰与传输信号无关，例如在背景噪声 非常突出并且自噪声和扇区间干扰的影响很小的情况下，那么，这种单一的标量量度足以 使BS预测出无线终端上的接收SNR如何随信号发射功率而改变。然后，对于特定纠错编码 方案以及所使用的调制方案，基站可以为其确定在无线终端上达到可接受的接收SNR所需 要的最小传输功率电平。但是，如果总噪声/干扰包含了与信号传输功率相关的重大成分， 例如由相邻扇区中的基站传输造成的扇区间干扰，那么用于从一个固定强度等级的导频信 号中获取SNR的常用技术是无法满足需要的。在这种情况下，对使用这种常用技术所获取 的信息，例如单个传输功率电平上的SNR而言，该信息不足以使基站精确预测出WT上作为 信号发射功率函数的接收SNR。无线终端则需要产生和收集附加信道质量信息，并且将这些 信息中继到基站，由此基站可以对无线终端函数求解，以便将接收SNR与基站信号传输功 率电平相关联。通过获取这个用于无线终端通信信道的函数，，并且在了解了关于特定编码 速率、纠错编码以及所用调制方案的接收SNR的可接受电平的情况下，基站调度器可以有 效地将具有恰当功率电平的信道中的分段分配给无线终端，由此达到可接受的SNR，并且限 制被浪费的传输功率和/或减小总的干扰电平。从以上论述中可以清楚了解，在这里需要一种用于测量、估计和报告信道质量的 新颖设备和方法，其中所述方法和设备可以为基站提供足够信息，以便获取作为基站发射 功率函数的无线终端接收信号的SNR，特别地，对多扇区无线通信系统来说，所述方法和设备尤其是必需的。此外，为了支持经过改进和/或变化更多的信道质量测量，较为理想的是 提供新的导频信号图形、序列和/或导频信号传输功率电平，其中所述图形、序列和/或电 平可以帮助分析来自小区中的其他扇区的自噪声和干扰。

发明内容
在这里对经过改进的导频信号序列进行了描述，其中举例来说，所述导频信号序 列是通过使用不同的信号导频传输功率电平来帮助执行多信道质量测量的。在不同的实施 方式中，所发射的导频序列会帮助确定小区中其他扇区的干扰的影响，其中所述其他扇区 与执行导频信号测量的扇区使用的是相同的音调，例如采用同步方式。如果不同扇区同时在某个音调上使用大致相同的功率来进行发射，那么在来自其 他扇区的信号产生干扰的同时，由于传输功率会对在扇区中遭遇的噪声总量产生影响，因 此可以将来自其他扇区的信号视为与自噪声相似或相同。为了测量相邻扇区的噪声影响，当在执行接收导频信号测量的扇区中发射具有 预选和已知的非零功率的导频信号时，这时相邻扇区中将会发射一个扇区零导频(NULL pilot)，例如零功率的导频。为了帮助测量背景噪声，在某些实施例中为零小区(Cell NULL)提供了支持。对零小区而言，小区中的所有扇区都会在测量背景噪声的音调上发射零 导频。由于在测量过程中并未在小区中在这个音调上发射功率，因此，在这个音调上测得的 任何信号都可以归于噪声，例如包含了小区间干扰的背景噪声。本发明的导频序列和信号测量提供了若干机制，如果存在与信号相关的噪声，那 么这些机制能使无线终端(WT)以及从WT接收信道状态反馈信息的BS为WT预测下行链路 的接收SNR，其中所述接收SNR是信号发射功率的函数。与单一的SNR值相反，依照本发明， 来自单个WT的反馈通常为各个WT包含了至少两个信道质量指示值，这其中的每一个信道 质量指示值都是用不同函数产生的。在这两个信道质量指示值的生成器函数中，其中一个 函数将第一导频信号测量结果作为输入，并且所述第一导频信号测量结果与具有第一已知 传输功率的接收导频信号相对应。此外，在这两个信道质量指示值的生成器函数中，另一个 函数则是将第二导频信号测量结果作为输入，并且所述第二导频信号测量结果与具有第二 已知传输功率的第二接收导频信号相对应，其中第二已知传输功率不同于第一已知传输功 率。在第一和第二信道质量指示值生成器函数中，每一个函数都可以作为软件模块或硬件 电路来加以实现，此外也可以具有除所述的输入之外的附加输入。来自单个WT的反馈为每一个WT都包含了至少两个信道质量指示值，这些指示值 是用不同函数产生的，此外，所述反馈能使基站(BS)根据接收机需要的相应SNR而以不同 信号功率、例如最小信号功率来对不同的WT执行发射操作。虽然BS的总的发射功率通常 是已知或固定的，但是分配给不同WT的比例则可以不同，并且可以随时间而变化。在WT接 收机上，作为接收信号功率函数的总噪声相关性可以用线来模拟，并且在本发明中将这条 线称为“噪声特征线”。由于噪声特征线通常不会经过原点，因此单个标量参数不足以表征 这条线。为了确定这条线，至少需要使用两个参数。基站会在下行链路上发射导频信号。依照本发明，通过发射不同强度等级的导频 信号，可以确定无线终端的噪声特征线。一般来说，第一导频信号是在第一功率电平上发射 的，由此获取第一个点，而第二导频信号则是在与第一功率电平不同的第二功率电平上发射的，由此获取第二个数据点。在某些实施例中，第二功率电平可以为零。上述导频信号方 案可用于使用全向天线的小区，也就是只有一个扇区的小区。在扇区化小区环境中，本发明还确定了作为信号发射功率函数的SNR。在一种扇 区化方法中，小区中的每一个不同扇区都可以使用全部或是几乎全部的传输资源(例如频 带)而在每一个扇区中执行发射操作。每一个扇区的总的发射功率通常是固定或已知的， 但是不同的WT可以使用不同的功率来接收信号。由于扇区之间的隔离并不完美，因此在某 个扇区中发射的信号有可能成为其他扇区的噪声(干扰)。此外，如果每一个扇区被迫以指 定自由度(例如时隙)来发射相同或者几乎相同的信号功率(或者在不同扇区中以固定比 例发射信号功率)，那么来自其他扇区的针对指定扇区中的WT的干扰将会具有信号相关噪 声或自噪声的特性。特别地，这种情况即为来自其他扇区的干扰随信号功率改变的情况，该 情况会在不同扇区被迫以指定自由度来发射相同或成比例的功率的实施例中出现，其中举 例来说，所述自由度可以是OFDM多址接入系统中的音调。依照本发明，处于预定和已知的不同强度等级上的常规导频会从基站发射到无线 终端，以便对WT上的总噪声与BS传送到WT的信号功率之间的相关性进行表征。不同扇区 可以并且经常受到控制，以便同时在相同音调上传送至少一些导频。此外，不同的扇区还经 常受到控制，以便在每一个扇区中将不同的预定传输功率电平用于在某个音调上传送的导 频信号。例如，在时间Tl以及音调1上，通过对第一扇区进行控制，可以使用第一功率电平 来发射导频信号，与此同时，通过对相邻扇区进行控制，可以在相同的时间Tl以及音调1上 使用第二功率电平来发射导频信号，其中第二功率电平不同于第一功率电平。依照本发明的一个实施例，“小区零导频”将会与常规导频结合使用，以便表征WT 上的总噪声与BS发射到所述WT的信号功率之间的相关性。小区零导频是下行链路资源 (自由度)，在所述资源中小区的所有扇区都不发射功率。在这些自由度上测得的噪声提供 了关于WT上的信号相关噪声的估计。常规导频(或者简称为导频)是小区中的各个扇区 使用固定或预定功率发射已知码元的资源。因此，在这类导频上测得的噪声包含了扇区间 干扰，并且该噪声还提供了包括信号相关噪声在内的总噪声估计。本发明的一个特征涉及的是“扇区零导频”的概念。举例来说，当WT处于两个扇 区的边界，并且通过对这两个扇区间的调度进行协调而使边界上的WT不会接收来自其他 扇区的干扰的时候，这时可以在扇区化的蜂窝无线系统中使用扇区零导频，以便估计WT上 的噪声。扇区零导频可以是下行链路资源，在所述资源中，小区中的一个扇区并未发射任何 信号能量，而其余或相邻扇区则会发射非零导频之类的常规导频。更概括地说，在这里还可以定义其他类型的扇区零导频，其中举例来说，在所述扇 区零导频中，小区中的扇区子集并未在下行链路资源上发射信号，而剩余扇区则发射常规 导频。此外，更概括地说，通过在扇区之间进行协同调度，可以使BS减小(但是未必消除) 某些扇区上的发射功率，从而减小WT接收来自其他扇区的干扰。在某些情况下，相对于在 某个音调上发射导频的扇区，数据是在与之相邻的扇区中以及相同的音调上发射的。在不同的常规强度导频和/或不同零导频类型的帮助下，WT可以估计接收机上的 噪声，其中该噪声是在不同条件下传送到所述WT的信号功率的函数。本发明自身还涉及将 该信息从WT发射到BS，以使BS能在全向小区和扇区化小区环境中确定用于向不同的WT执 行发射操作的功率。与现有技术不同，信道质量信息并不是单一的标量值，而是包含了两个或更多的值，除了反映背景噪声之外，这些值还可用于反映自噪声和/或扇区间噪声的影 响。在与基于OFDM的蜂窝无线系统相关的发明实施例中，导频包含了基站在指定音 调上(以及指定的码元时间)以固定或预定功率发射的已知码元，零导频则通常是空闲音 调，也就是说，零导频的传输功率为零。在这里将全向天线配置通称为“全向小区”，并且在所述全向天线配置所使用的实 施例中，WT对包括所有噪声/干扰源在内的音调上的SNR进行测量，其中所述噪声/干扰 源包含了与导频发射功率相关的噪声。此外，WT还使用了一个或多个小区零音调来测量噪 声。通过获取接收导频功率与噪声测量结果的比值，可以提供一个受限于信号相关噪声/ 干扰的SNR。然后，WT会将这两个SNR值或是某种等价的统计数值组合回送到BS。在具有定向扇形天线的扇区化配置实施例中，将一个单独的小区分为多个扇区， 并且某些或所有扇区可以共享相同频带(自由度)，这种情况对应的是大小为1的频率复用 率。并且在这种情况下，除了小区零导频之外，本发明还描述了那些存在于某个扇区子集而 不是所有扇区中的扇区零导频的用途以及音调图形，由此其中一个扇区中的零音调与某些 或所有其他扇区中的音调是时间/频率同步的。这样则允许WT测量两个或更多信噪比，这 其中包含了来自不同小区组合的干扰。在反向链路上，WT将会报告一组与SNR有关的统计 数值，由此使得BS能对WT上作为基站发射功率函数的接收SNR等级进行评估。BS则使用 所报告的信道质量指示值来确定用以执行发射操作的功率电平，从而在WT上达到预期的 SNR。依照本发明，无线终端对至少两个不同的接收导频信号进行测量，所述导频信号 是用不同的第一和第二预选及已知功率电平发射的。例如，这两个功率电平可以是固定的 非零功率电平以及大小为零的传输功率电平，但是其他功率电平组合同样是可行的，并且 在这里并未强制要求其中一个功率电平是零功率电平。从测量第一接收导频信号中获取的 值将会由第一函数进行处理，以便产生第一信道质量指示值。而从测量第二接收导频信号 中获取的第二测量信号值则由不同于第一函数的第二函数进行处理，以便产生第二信道质 量指示值。并且第一和第二信道质量指示值将会从无线终端传送到基站。在某些实施例 中，这些指示值可以在单一的消息中发射，而在其他实施例中，这些指示值是在不同的消息 中发射的。例如，信道质量指示值可以是SNR值或功率值。因此，第一和第二信道质量指示 值既可以都是SNR值，也可以都是功率值，或者，其中一个指示值是SNR值而另一个指示值 是功率值。其他类型的值同样可以用作信道质量指示值，而SNR和功率值只是作为示范。在某些实施例中，WT确定其相对于扇区边界的位置，并且将这个位置信息报告给 基站。所述位置信息将会报告到基站。除了两个信道质量指示值之外，所报告的位置信息 往往是作为单独的消息发送的。然而在某些情况下，位置信息与两个信道质量指示值也可 以在同一个消息中发射。在下文的详细描述中将会论述本发明的方法和设备的众多附加特征、益处以及实 施例。


图1是一个显示了用于说明本发明的发射机和接收机的简图。
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图2显示的是示范性的无线蜂窝系统。图3显示的是用于说明本发明的并且噪声依赖于传输信号功率的实例。图4显示的是用于说明本发明的示范性噪声特征线实例，其中所述特征线显示的 是接收功率与总噪声的关系。图5显示的是与本发明的示范性实施例相对应的功率_频率关系的图示，其中描 述了数据音调、非零音调以及零音调。图6是对SNRl与SNRO在三种情况中的关系进行描述的图示，其中SNRl是由无线 终端接收并且包含了信号相关噪声和信号无关噪声的SNR，SNRO则是由无线终端接受并且 不包含信号相关噪声的SNR，所述的三种情况分别是噪声与信号无关，与信号相关的噪声 等于信号，以及与信号相关的噪声小于信号。图7显示的是用于本发明的三扇区OFDM实施例的示范性信令，并且其中描述的是 依照本发明的非零音调、扇区零音调以及小区零音调。图8描述的是依照本发明的非零导频的音调跳变、扇区零导频以及小区零导频的 实例。图9依照本发明的扇区边界信息方面而对用于说明本发明的三扇区实施例中的 示范性无线终端的三种情形进行了描述。图10描述的是依照本发明并使用了三扇区类型的方案，其中为每一种情况都重 复使用了三种扇区类型，并且小区包含了三个以上的扇区。图11描述的是用于实施本发明的示范性通信系统。图12描述的是依照本发明实施的示范性基站。图13描述的是依照本发明实施的示范性无线终端。图14描述的是在小区的多个扇区中依照本发明并以同步方式来发射音调的步
马聚ο图15 17描述的是依照本发明而将音调与导频信号传输功率信息一起传输的示 范性传输过程。图18描述的是一个图表，其中显示的是依照本发明而在单个码元传输周期以及 十个不同音调上执行的信号传输。图19是对实施本发明的方法的示范性无线终端操作进行描述的流程图。图20是对实施本发明的方法的示范性基站操作进行描述的流程图。
具体实施例方式本发明的方法和设备非常适合在使用了一个或多个多扇区小区的无线通信系统 中使用。图11描述的是示范性系统1100，其中只显示了一个单独的小区1104，但是应该理 解，该系统可以并且通常包含众多此类小区1104。每一个小区1104分成了数量为N的多 个扇区，其中N是大于1的正整数。并且系统1100描述了这样一种情况，其中每一个小区 1104细分为三个扇区即第一扇区SO 1106、第二扇区Sl 1108以及第三扇区S2 1110。小 区1104包含了 S0/S1扇区边界1150、S1/S2扇区边界1152以及S2/S0扇区边界1154。对 扇区边界来说，在所述边界上可以使用几乎相同的电平来接收源于多个扇区、例如相邻扇 区的信号，由此 收机很难对来自所在扇区的传输以及来自相邻扇区的传输加以区分。在小区1104，多个端节点(EN)将会与基站(BS) 1102进行通信，其中所述端节点可以是移动节 点这种无线终端(WT)。此外还有可能出现具有两个扇区(N = 2)以及三个以上扇区(N> 3)的小区。在扇区SO 1106中，多个端节点EN(I) 1116,EN(X) 1118分别经由无线链路1117、 1119耦合到基站1 1102。在扇区Sl 1108中，多个端节点EN(1’)1120、EN(X’)1122分别 经由无线链路1121、1123耦合到基站1 1102。在扇区S21110，多个端节点EN(1”)1124、 EN(X”)1126分别经由无线链路1125、1127耦合到基站1 1102。依照本发明，基站1102使 用多个功率电平将导频信号发射到EN 1116、1118、1120、1122、1124、1126，并且在三个扇区 之间将会对具有不同的预定和已知电平的导频信号传输进行同步。依照本发明，EN(I) 1116 这类端节点会向基站1102报告反馈信息，例如信道质量指示值，由此使得基站1102能够确 定无线终端接收的SNR，其中所述SNR是基站发射信号功率的函数。基站1102经由网络链 路1114耦合到网络节点1112。网络节点1112则经由网络链路1129耦合到其他网络节点， 例如中间节点、其他基站、AAA节点、原籍代理节点等等以及因特网。网络节点1112还提供 了连至小区1104外部的接口，由此允许在小区1104内部的EN与小区1104外部的对等节 点进行通信。小区1104内部的EN可以在小区1104的扇区1106、1108、1110的内部移动， 也可以移动到与另一个基站相对应的另一个小区。此外，举例来说，网络链路1114和1129 还可以是光纤电缆。图12描述的是依照本发明实施的示范性基站(BS) 1200。基站1200是图11的示范 性通信系统1100中显示的基站1102的更详细表示。基站1200包含了分别与接收机1202 以及发射机1204相耦合的扇形天线1203、1205。接收机1202包括解码器1212，而发射机 1204则包括编码器1214。此外，基站1200还包括I/O接口 1208、CPU之类的处理器1206、 以及存储器1210。并且发射机1204被用于经由扇形发射天线1205并以同步方式将导频 信号发射到多个扇区。接收机1202、发射机1204、处理器1206、I/O接口 1208以及存储器 1210经由总线1209耦合在一起，其中不同部件可以在所述总线上交换数据和信息。而I/O 接口 1208则将基站1200耦合到因特网以及其他网络节点。存储器1210包括程序1218以及数据/信息1220。在由处理器1206执行的时候， 程序1218使基站1200依照本发明来执行操作。程序1218包括通信程序1222、接收信号处 理程序1260以及基站控制程序1224。接收信号处理程序1260包含了用于从WT的报告消 息这类接收信号中提取信道质量指示值的信道质量指示值提取模块1262，以及用于从接收 消息中提取WT位置信息的位置信息提取模块1264。在某些实施例中、位置信息指示的是 WT相对于扇区边界的位置。SNR或功率值这类被提取的信道质量指示值则提供给传输功率 计算程序1226，以便在为传送到WT的信号计算传输功率的过程中加以使用。基站控制程 序1224包括调度模块1225、传输功率计算程序1226以及信令程序1228，其中所述信令程 序1228包含了导频信号产生和传输控制程序。数据/信息1220包括数据1232、导频跳变序列信息1234以及无线终端数据/信息 1240。数据1232可以包括来自接收机解码器1212的数据，即将发送到发射机编码器1214 的数据、中间处理步骤的结果等等。导频跳变序列信息1234则包括功率电平信息1236以 及音调信息1238。依照本发明，功率电平信息在音调跳变序列内部定义了不同的功率电平， 并且这些功率电平将被应用于不同的音调，以便产生不同强度的导频。其中举例来说，在传 输之前，这些导频值将被设定成预选的固定值，而BS1200以及BS1200所服务的小区内部的WT都是知道这些导频值的。在与各个终端ID1246相对应的各个扇区的音调跳变序列内部， 音调信息1238包含了用于规定以下内容的信息，这些内容包括将哪些音调用作特定强度 等级的音调，哪些音调是扇区零音调以及哪些音调应该是小区零音调。无线终端数据/信 息1240包含了与工作在小区内部的每一个无线终端相对应的数据信息集合，即WTl的信息 1242、WT N的信息1254。对每一个信息集合、例如WTl的信息1242来说，该信息集包含了 数据1244、终端ID1246、扇区ID1248、信道质量指示值1250以及扇区边界位置信息1252。 数据1244则包含了从WTl接收的用户数据以及将被发送到与WTl进行通信的对等节点的 用户数据。终端ID1246是由基站分配的标识，并且在这里将该标识分配给了 WTl ；此外，与 每一个特定终端ID1246相对应的基站将会产生特定的音调跳变序列，该序列包含了处于 不同时间并且具有不同强度的导频信号。扇区ID1248对WTl在三个扇区S0、S1、S2中的哪一个扇区工作进行识别。信道质 量指示值1250包含了 WTl通过信道质量报告消息传送给基站的信息，基站可以使用这个消 息来计算作为基站传输信号功率函数而在WTl上接收的预期SNR等级。依照本发明，信道 质量指示值1250是由WTl从其对基站发射的不同强度的导频信号所进行的测量中导出的。 而扇区边界位置信息1252则包括用于识别WTl是否检测到其接近某个扇区边界并且由此 遭遇很高干扰电平的信息，以及用于识别所接近的是哪一个扇区边界WTl的信息。该信息 是从WTl发射并由BS接收的位置反馈信息中获取和推导的。信道质量指示值1250以及扇 区边界位置信息1252表示的是从WTl到基站1200的信道质量反馈信息，由此提供了关于 基站1200与WTl之间的一条或多条下行链路信道的信息。通信程序1222用于控制基站1200，以便执行不同的通信操作并且实现不同的通 信协议。基站控制程序1224用于控制基站1200，以便执行基本的基站功能，例如产生和接 收信号、调度以及实施本发明的方法步骤，这其中包括以不同的传输强度等级来产生导频 信号以及接收、处理和使用无线终端报告的信息。信令程序1228对用于产生和检测往返 于无线终端的信号的发射机1204和接收机1204进行控制，其中所述信号可以是依照数据 音调跳变序列的OFDM信号。导频信号产生和传输控制程序使用包含了导频跳变序列信息 1234的数据/信息1220来为各个扇区产生特定的音调跳变序列。借助于导频信号产生和 传输控制程序1230的指引，可以对功率电平信息1236中包含的音调功率电平以及为在特 定时间接收各个扇区中的各个导频的特定音调而选择的特定音调进行协调和控制。如图 15 17所示，程序1230对音调传输进行控制。诸如软件命令这类负责传输不同音调的专用 处理指令可以是单独的组件或模块，在这里可以将这些组件和模块解释成是独立的装置， 这些装置通过协作来控制基站、以便发射图15 17中描述和显示的音调序列。例如，在控 制传输功率的同时，通过在传输频率和/或码元传输时间这些方面对小区扇区之间不同类 型的导频信号传输进行协调和/或同步，可以使无线终端接收到不同电平的发射音调，例 如已知和预定的固定电平的音调、扇区零音调以及小区零音调，由此可以通过计算之类的 操作来从被测信号值中获取信道质量指示值1250。依照本发明，常规(非零)音调、扇区零 音调以及小区零音调都可以对通常发射的数据音调进行凿孔或者取代所述数据音调。调度 模块1225用于控制传输调度和/或通信资源分配。依照本发明，在这里可以为调度器1225 提供用于指示各个无线终端接收的SNR的信息，其中所述SNR是基站发射信号功率的函数。 调度器可以使用这种从信道质量指示值1250中导出的信息来为WT分配信道分段。这样则允许BS1200分配具有足量传输功率的信道分段，以便满足提供给WT的特定数据率、编码方 案和/或选定调制方案对于接收SNR的需要。图13描述的是依照本发明实施的示范性无线终端1300。无线终端1300可以用 作无线端节点，例如移动节点。所述无线终端1300即为图11的示范性通信系统1100中显 示的EN 1114、1116、1118、1120、1122、1124的更详细表示。该无线终端1300包含了接收机 1302、发射机1304、诸如CPU之类的处理器1306以及存储器1308，这些部件通过总线1310 耦合在一起，并且这些组件可以在总线上交换数据和信息。无线终端1300包括分别与接收 机和发射机1302、1304相耦合的接收机和发射机天线1303、1305。接收机1302包括解码器 1312，发射机1304则包括编码器1314。处理器1306由存储器1308中存储的一个或多个程 序1320进行控制，以使无线终端1300依照这里描述的发明方法来执行操作。存储器1320 中包含了程序1320以及数据/信息1322。程序1320包括通信程序1324以及无线终端控 制程序1326。无线终端控制程序1326包括信令程序1328，其中所述信令程序1328包括导 频信号测量模块1330、信道质量指示值产生模块1332、扇区边界位置确定模块1331以及信 道质量指示值传输控制模块1333。数据/信息1322包括用户数据1334、用户信息1336、 以及导频信令信息1350，其中所述用户数据1334可以是即将从无线终端1300发射到对等 节点的信息。用户信息1336包括被测信号值信息1337、质量指示值信息1338、扇区边界位 置信息1340、终端ID信息1342、基站ID信息以及信道报告信息1346。导频信令信息1350 包括跳变序列信息1352、功率电平信息1354以及音调信息1356。被测信号值信息1337包 括被测信号值，其中所述被测信号值是在导频信号测量模块1330的控制下，通过测量接收 导频信号的幅度和相位中的至少一项而被获取的。质量指示值信息1338包含了信道质量 指示值产生模块1332的输出。在将信道质量指示值信息1338传送到基站的时候，该信息 允许基站确定作为传输信号功率函数并由WT接收的SNR。扇区边界位置信息1340则包括 用于识别无线终端处于某个扇区边界区域的信息，其中举例来说，该信息可以是表明无线 终端遭遇到很高的扇区间干扰电平的信息，此外，所述扇区边界位置信息1340还包括用于 识别这两个相邻扇区中的哪一个扇区是边界区域扇区的信息。基站可以使用扇区边界信息 来识别相邻扇区中应该停止传输功率以减小扇区间干扰的信道。信道报告信息1346包含 了所获取的质量信道指示值1338或是一部分信道质量指示值1338，此外还可以包括扇区 边界位置信息1340。信道报告信息1346可以用对应于各个质量指示值的相应消息来构造， 也可以用单个消息中包含的质量指示值群组来构造。并且这些消息是在预定时间以及专用 信道上周期性送出的。当无线终端1300在基站的蜂窝覆盖区域内部工作时，终端ID信息 1342表示的是由基站分配并且应用于无线终端1300的信息。基站ID信息1344包含了基 站相关信息，例如跳变序列的斜率值，此外，所述基站ID信息还可以包括扇区标识信息。导频跳变序列信息1352为具有基站ID信息1344的指定基站识别应该在何时测 量哪一个音调1356，以便评估导频信号，其中所述音调可以是OFDM码元时间。导频信号功 率电平信息1354则将音调跳变序列1352中包含的已分配导频信号音调1356上的导频信 号传输电平识别给无线终端。此外，导频信号功率电平信息1354还可以识别扇区和小区零 首调。通信程序1324用于控制无线终端1300，以便执行不同的通信操作并且实施不同 的通信协议。
无线终端控制程序1326依照本发明的方法来控制无线终端1300的基本功能。无 线终端信令程序1328对无线终端信令的基本功能进行控制，其中包括控制接收机1302、 发射机1304以及信号的产生和接收，此外，无线终端信令程序还依照本发明的方法来控制 无线终端的操作，这些操作包括测量导频信号、产生质量指示值以及传输信道质量指示 值。导频信号测量模块1330对接收导频信号的测量进行控制，其中该信号是用基站ID信 息1344、跳变序列信息1352以及音调信息1356标识的。此外，导频信号测量程序1330还 测量导频信号幅度和相位中的至少一项，以便产生与所测量的各个导频信号相对应的被测 信号值。信道质量指示值产生模块1332包括功率估计模块1361以及SNR估计模块1362。 所述信道质量指示值产生模块1332依照使用了导频信号测量模块1330输出的被测信号值 1337的函数来产生质量指示值。此外，该模块1332还包括第一和第二指令集合，以便实现 第一和第二信道质量指示值函数，其中第一函数不同于第二函数。功率估计模块1361包含 了软件指令，该软件指令对处理器1306进行控制，以便估计一个或多个接收导频信号的接 收功率。SNR估计模块1362同样包括软件指令，并且该指令对处理器1306进行控制，以便 估计一个或多个接收导频信号的信噪比。扇区边界位置确定模块1331从接收信号中包含 的信息确定无线终端1300相对于扇区边界的位置。并且所述扇区边界位置确定模块1331 还可以辨别出无线终端更接近哪一个相邻扇区边界以及哪一个相邻扇区会对WT1300产生 更大的干扰电平。此外，扇区边界位置确定模块1131输出的信息将会包含在扇区边界位置 信息1340中。信道质量指示值传输控制程序1333对向基站传送质量信道指示值信息以及 扇区边界信息的操作进行控制。所述信道质量指示值传输控制程序1333包括消息生成模 块1335。并且所述消息生成模块1335使用机器可执行指令来控制处理器1306，以便产生用 于传递信道质量指示值的消息。此外，消息生成模块1335还可以产生具有单一信道质量指 示值的消息，或者把至少两个信道质量指示值包含在单个消息中。另外，消息生成模块1335 还可以产生包含位置信息的消息，例如扇区边界位置信息1340，并且该模块可以将所述信 息合并到一个包含了信道质量指示值的消息中。消息生成模块1335产生的消息是在信道 质量指示值传输控制1333的控制下发射的。在这里可以对那些与第一和第二个值相对应 的消息进行交织，例如轮流更替所述消息，以便进行传输。在某些实施例中，信道质量传输 控制模块1333周期性地使用传送信道质量指示值专用的通信信道分段来发射消息。此外， 该模块1333还可以控制传输时间，以使该时间与基站提供并由WT1300使用的预选专用时 隙相一致，由此阻止其他无线终端使用这个专用时隙。图1是一个显示了用于对本发明进行描述的发射机101和接收机103的简图。举 例来说，发射机101可以是基站1200的发射机1204，接收机103可以是无线终端1300的接 收机1302。以系统100为例，在这个通信系统中，发射机101经常需要选择恰当方法来向接 收机103发射数据。这些选择包括纠错码的编码速率，调制星座模式图，以及发射功率电 平。一般来说，对发射机101而言，为了做出明智的选择，较为理想的是了解从发射机101到 接收机103的通信信道。在图1显示的示范性系统100中，发射机101在前向链路105上 向接收机103发送数据业务102。接收机103则在从接收机103到发射机101的反向链路 107上将前向链路信道状态106报告给发射机101。然后，发射机101使用所报告的信道状 态信息106来恰当设定参数，以便执行传输。图2显示的是示范性的无线蜂窝系统200，在这个系统中，发射机包含在具有天线205的基站(BS) 201中，接收机包含在具有天线207的无线终端(WT) 203中，这样一来，基站 201可以在一条或多条下行链路信道208上将信息传递到无线终端203，其中所述无线终端 可以是移动终端，也可以是固定终端。BS201经常会发射导频信号209，该信号通常是在一 小部分传输资源上发射的，并且该信号通常包含了使用恒定功率发射的已知(预定)码元。 WT203根据接收到的导频信号209来测量下行链路信道状态213，并且通过上行链路信道 215将信道状态213报告给BS201。应该指出的是，信道状态213常常会因为衰减和多普勒 效应而随时间发生变化，因此，较为理想的是，BS 201频繁乃至连续地发射导频209，这样 一来，在信道状态213随时间变化时，WT 203可以追踪和报告信道状态213。并且WT 203可 以根据接收信号强度以及导频信号209上的噪声和干扰来估计下行链路信道状态213。在 下文中将会把噪声与干扰的组合称为“噪声/干扰”，有时则仅仅将其称为“噪声”。在现有 技术中，这种信息通常是以信噪比(SNR)这种单一标量比形式或是等价量度形式报告的。 如果噪声/干扰与传输信号无关，那么这个单一的标量量度通常就是用以在BS201上预测 接收SNR如何随信号发射功率而变化所需要的全部信息。在这种情况下，BS201可以从单 独的接收值中为它所选择的用于发射的编码和调制方案确定正确的(最小的)发射功率。 然而不幸的是，对多扇区而言，传输信号产生的噪声有可能是一个很大的信号分量，由此将 会导致单一的标量值不足以精确预测不同传输功率电平的SNR。在很多通信状况、尤其是本发明的多扇区系统1100这样的蜂窝无线系统中，噪声 并不独立于信道发射功率，而是依赖于所述功率。在噪声中通常存在一个名为“自噪声”的 分量，该分量与信号功率成比例或者大致成比例。图3显示了一个噪声依赖于信号发射功 率的实例。在图3中，图表300显示的是纵轴317上的相关接收信号功率与横轴303上的总 噪声的关系。其中总噪声是用直线305表示的，所述总噪声是与信号相关的部分309以及 与信号无关的部分307的总和，并且在这里是相对接收信号功率317来绘制总噪声的。自 噪声的存在有多种理由。其中一个自噪声实例是干扰接收信号的不均衡信号能量。该噪声 与信号强度成比例。这个不均衡的信号能量有可能是因为信道估计误差或是均衡器系数误 差造成，此外也有可能是因为其他原因而产生的。当自噪声能够与那些独立于信号的噪声 相比或者大于这些噪声的时候，单一标量的下行链路SNR值(可以在导频上测得)不足以 使BS1200正确预测出WT1300上作为信号发射功率函数的接收SNR。本发明提供了一种方法和设备，如果存在与信号相关的噪声309，那么所述方法和 设备能使每一个WT1300预测其下行链路上作为信号发射功率函数的接收SNR，并且允许每 一个WT1300将该信息传递到BS1200。这样则使得BS1200能够根据每一个WT所需要的相 应SNR而以不同的(最小的)信号功率来对WT执行发射操作。BS1200的总的发射功率通 常是已知或固定的，但是分配给不同WT1300的比例则可以是不同的，并且所述比例可以随 时间而改变。如图3所示，在WT接收机1302上，对于作为接收信号功率317的函数的总噪 声303而言，其相关性可以用直线305模拟，并且在本申请中将该直线称为“噪声特征线”。 由于噪声特征线305通常不会经过原点，因此单一的标量参数不足以表征这条直线305。为 了确定这条线305，至少需要例如两个信道质量指示值这样的两个参数。有一种用于确定该 直线的简单方法是确定所述直线上的两个相异点的位置，例如点311和315，这是因为任何 两个相异的点都会唯一确定一条直线。应该指出的是，这些点实际上是以有限的精度确定 的，因此，与选择的点靠在一起的情况相比，如果选择的点相对远离，那么用以确定所述直线的精度将会更高。基站1200在下行链路上发射导频信号。依照本发明，通过发射不同强度等级的导 频信号，可以确定无线终端的噪声特征线。通常，第一导频信号是以第一功率电平发送的， 由此可以获取第一个点，而第二导频信号则是以与第一功率电平不同的第二功率电平发射 的，由此可以获取第二个数据点。此外，如果为各个导频信号使用了不同音调，那么也可以 同时发射第一和第二导频。依照图3，通过测量和处理第一导频信号，可以产生直线305上的第一个点，其中 所述直线将会识别接收到的导频功率317以及相应的总噪声电平319。依照本发明的一个 实施例，除了非零导频之外，BS1200还会在下行链路上发射“零导频”信号。零导频包含了 BS并未发射信号功率的传输资源(自由度)，例如基站用以发射零功率导频信号的资源。 作为零导频信号的第二导频信号将会产生直线305上的点317，并且识别零导频噪声电平 313，其中所述零导频噪声电平313等价于那些与信号无关的噪声307。根据在导频和零导 频上测得的噪声，WT1300可以获取两个处于不同信号功率的不同噪声估计313、315，其中 这两个不同的信号功率可以是零功率以及接收导频功率317。此外，WT1300还可以从这两 个点311、315中确定图3中的完整的噪声特征线305。然后，WT 1300可以将这条直线305 的参数(例如斜率和交点，或是其他等价信息集)传递到BS1200，以使BS1200能在对报 告了多个信道质量指示值的WT1300执行发射操作的时候为指定的发射信号功率确定接收 SNR。由于零导频具有大小为零的信号功率，并且另一方面，其他导频通常是以相对较大的 功率发射的，因此这两个与图3中的零导频以及非零导频相对应的点311、315将会相对远 离，由此在表征线305的过程中取得很高的精度。现在将进一步论述信号噪声以及不同信令的问题。图4中的图表400描述的是纵 轴401上相关信号接收功率与横轴403上的总噪声之间的关系。并且在图4中给出了示范 性的噪声特征线405的例示。依照本发明，为了表征直线405，BS1200将会发射信号，以使 WT1300能对直线上的至少两个相异点进行测量，例如点407和409，然后，这些从测量中获 取的用于表征直线405的信息将会传送到BS1200。其中举例来说，BS1200可以发射两个 不同的信号功率Pl和P2，这两个信号功率是作为图4中显示的功率Yl和Y2而被接收的。 WT1300分别对用Yl 415和Y2 419表示的相应接收信号功率以及用Xl 413以及X2 417表 示的相应总噪声进行测量。而直线405的斜率和交点则是从Xl 413、X2 417、Yl 415以及 Y2 419中唯一确定的。在一个实施例中，Pl和P2都是已知和固定的。在另一个实施例中， P2可以是与导频信号相对应的导频功率，Pl则是用于表示零信号的零点，其中该信号将会 占用某些传输功率为零的资源。然而一般来说，Pl并不一定为零。例如在某些实施例中， Pl可以是小于P2的某个正数。一旦BS1200从接收到的反馈信息中确定了噪声特征线405，那么BS1200可以为任 何指定传输功率Q计算WT接收机1302上的SNR。举例来说，在图4中显示了用于确定与指 定传输功率Q相对应的SNR的过程。首先，BS1200在点(Y1，P2)与(Υ1，Ρ1)之间执行线性 内插，以便找出与传输功率Q相对应的相应接收信号功率Y 421 Γ = η +通过在点(Χ2，Ρ2)与(XI，Pl)之间执行线性内插，可以给出与传输功率Q相对应
13的相应噪声功率Χ =
Ρ2-ΡΙ Ν ‘然后，通过使用下式，可以给出WT1300所经历的并与BS发射功率Q相对应的SNR，
即 SNR(Q) [。-—二在图4所示的噪声特征线405上，点A 411具有大小为X 420的X轴数值以及大 小为Y 421的Y轴数值，并且点A 411与传输功率Q是对应的。应该指出的是，对于将点A 411与原点422相连的直线来说，其斜率即为SNR(Q)，其中所述SNR(Q)即为在使用发射功 率Q时在WT接收机1302上的SNR。因此，举例来说，根据从WT1300报告的统计数值中产生 的噪声特征线405，BS1200可以确定所需要的传输功率，以便满足WT1300对于指定SNR的 需要。图5显示的是对横轴503上的频率与纵轴501上的功率之间的关系进行描述的图 表500。图5与本发明的一个示范性实施例相对应，在这个实施例中，无线蜂窝网络使用了 正交频分复用调制(OFDM)。在这种示范情况下，频率505分为31个正交音调，这样一来，即 使信道中存在多径衰落，在不同音调上进行的传输也不会在接收机上相互干扰。最小的信 号传输单元是OFDM码元中的单个音调，它与时间和频率资源的组合是对应的。图5显示的是音调在指定OFDM码元上的功率分布。在这个实施例中，导频515是 在某个音调上以固定导频功率507发射的已知码元，零导频513则是传输功率为零的音调。 这些音调515和零音调513可以随时间而跳变，这意味着在从一个OFDM码元变化到下一个 码元的时候，这些音调所占用的位置有可能发生变化。在延长时段中，由于跳变序列重复， 因此导频信号传输是周期性进行的。在图5中显示了四个音调515以及一个零音调513。 导频515和零导频513的音调位置都是为BS1200和WT1300所知的。此外，在图5中还显 示了 26个数据音调511，它们具有相应的传输功率电平509。如图5所述，音调传输功率电 平515明显高于数据音调传输功率电平509，这使得无线终端很容易识别音调。通常，在图 5所示的所有数据音调中，数据音调传输功率509未必相同，其电平509有可能随着数据音 调的不同而改变。对用全向天线部署的无线配置状况而言，本实施例规定了单独的零导频，也就是 通常所说的小区零导频。如图5所示，假设音调是以功率P发射的，传送数据业务的音调 是以功率Q发射的。那么，WT1300可以通过观察接收到的导频信号来测量SNR，在这里我 们将这个SNR称为SNR(P)。我们的目的是使基站1200能够获取关于SNR(Q)的估计，这个 SNR(Q)即为无线终端1300认定的SNR，它与基站使用功率Q所进行的数据传输相对应，并 且Q可以不同于P。接收SNR的信息是非常重要的，因为所述接收SNR将会确定可支持的编码速率与 调制星座模式图的组合。对指定的目标码组差错率(例如单个码字的传输出错的概率)以 及每一种编码速率和调制星座模式图来说，在这里可以定义一个最小SNR，其中接收SNR必 须超出这个最小SNR，以使传输失败的概率低于指定目标比率(例如的码组差错率)。 依照这个观点，对BS1200来说，较为理想的是能够正确估计SNR(Q)，以便解出发射功率Q，
14其中发射功率Q会为期望编码速率以及调制星座模式图产生一个比最小SNR更好的SNR。SNR(Q)与Q之间的关系取决于那些与信号相关的噪声。为了进行描述，我们假设 与信号相关的噪声和发射功率是成比例的，并且我们还使用了图3和4中显示的噪声特征 线305、405来表征作为接收信号功率函数的总噪声相关性。这个原理同样可以扩展到其他 状况中。假设用α表示信道增益，这样一来，当BS以功率P执行发射操作时，无线终端的 接收功率将会是αΡ。假设N表示的是与信号无关的噪声，并且YP表示的是与信号相关的 噪声，其中γ是发射功率P的比例因数。那么，在测量音调上的SNR的时候，WT1300将会 测量信噪比
权利要求
一种基站，包括接收机，用于接收来自无线终端的至少两个信道质量指示值；用于从至少两个不同的信道质量指示值确定在所述无线终端实现期望信噪比所需要的传输功率的装置。
2.根据权利要求1所述的基站，其中所述至少两个不同的信道质量指示值对应于所述 无线终端在相同时间执行的不同的功率信号测量，所确定的传输功率是所述至少两个信道 质量指示值的函数。
3.根据权利要求2所述的基站，还包括使用从所述至少两个信道质量指示值确定的传输功率而将信号发射到所述无线终端 的装置。
4.根据权利要求3所述的基站，还包括用于从所述无线终端接收的单个消息中提取所述至少两个不同信道质量指示值的装置。
5.根据权利要求3所述的基站，还包括用于从所述无线终端接收的两个独立的消息中提取所述至少两个不同的信道质量指 示值的装置。
6.根据权利要求2所述的基站，还包括用于接收信道质量指示信息的装置，其中所述信息指示的是无线终端相对于多扇区小 区中所包含的第二边界的位置。
7.根据权利要求2所述的基站，还包括多扇区发射天线，用于同时将导频信号发射到小区的多个扇区；以及 与所述多扇区天线相耦合的发射机，用于以同步方式将导频信号发射到每一个扇区 中，由此将音调发射到小区的所有扇区中的操作使用相同的音调集合，并且在每一个扇区 中，所述导频音调是在基本相同的时间发射的，所述无线终端处于所述多个扇区中的一个 扇区中。
全文摘要
本发明涉及在多扇区小区中使用的导频信号。在这里描述的是用于多扇区小区的导频信号传输序列和方法。在不同扇区中，导频是在不同的已知功率电平上发射的。当在某些扇区中发射导频的时候，在相邻扇区中不会发射导频。这种情况表示的是零导频信号传输。并且在这里为小区零导频提供支持，其中小区中的各个扇区同时发射零导频。此外还执行多个导频信号测量。并且从对应于至少两个具有不同功率电平的导频信号的测量中产生至少两个信道质量指示值。这两个值将会回送到基站，基站则使用这两个值来确定在无线终端上实现期望SNR所需要的发射功率。此外，无线终端还报告那些用于表示其相对于扇区边界的位置的信息。
文档编号H04W16/24GK101951677SQ201010284229
公开日2011年1月19日 申请日期2004年2月20日 优先权日2003年2月24日
发明者厉隽怿, 拉吉弗·拉罗亚, 约翰·L·范 申请人:高通股份有限公司