用于支持蜂窝网络中天线波束形成的系统和方法

用于支持蜂窝网络中天线波束形成的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及用于支持蜂窝网络中天线波束形成的系统和方法。本发明是一种以改进的波束图、波束扫描图、利用反馈与报告规则的导频信道设计以及控制信令设计来支持移动宽带通信网络中波束形成天线系统的方法和系统。具体地，改进的波束图包括一种在小区分段内形成至少两个空间波束的无线网络中支持无线通信的方法，其中至少两个空间波束与不同的功率电平相关联，且分别地，其中至少两个空间波束能够根据唯一扫描图跨小区分段移动。导频信道设计改进了网络带宽性能并且改进了用户移动性跟踪。在优选实施例中，能够使用特定字段指示符CQI来建立反馈与报告规则。
【专利说明】用于支持蜂窝网络中天线波束形成的系统和方法
[0001]本申请是申请号为200980126234.8，申请日为2009年5月8日，名称为“用于支持蜂窝网络中天线波束形成的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。
[0002]相关申请数据
[0003]本申请与2008年5月9日提交的临时专利申请序号61/052，011有关，且根据35U.S.C § 119(e)，要求该较早申请的优先权，且本申请与2008年10月6日提交的PCT申请序号PCT/US2008/078913有关，且根据35U.S.C § 120，要求该较早申请的优先权。该临时专利申请和在先的PCT申请通过引用并入此专利申请中。

【技术领域】
[0004]本发明涉及支持小区分段(cell segment)内的空间波束的形成。

【背景技术】
[0005]对于移动无线运营商提供语音服务和高速数据服务的需求日益增长，同时，这些运营商希望在每个基站上支持更多的用户，从而降低总的网络成本，使服务对于订户是负担得起的。因此，需要能够达到更高数据率和更高容量的无线系统。但是，无线服务的可用频谱是有限的，在固定带宽内增加业务的先前尝试已增加了系统内的干扰并且降低了信号质量。
[0006]无线通信网络通常分成小区，其中每个小区进一步被分成小区扇区。在每个小区中提供一个基站以实现与位于该小区内的移动站进行无线通信。当在基站处使用现有技术的全向天线时存在一个问题，由于每个用户的信号的发射/接收会成为位于网络上相同小区位置内的其它用户的干扰源，使整个系统的干扰是有限的。此类全向天线示于图1(a)中。
[0007]在这些传统全向天线蜂窝网络系统中，基站没有关于小区内移动单元的位置的信息并且在小区内的所有方向上辐射信号，以便提供无线电覆盖。这造成在没有要联系的移动单元时，在发射上浪费功率，还会引起对使用相同频率的相邻小区(所谓的同信道小区)的干扰。同样，在接收时，天线接收来自所有方向的信号，包括噪声和干扰。
[0008]一种提高带宽使用效率并降低此类干扰的有效方式是使用多输入多输出(MIMO)技术，该技术支持发射器和接收器处的多个天线。对于多天线广播信道，如蜂窝网络上的下行链路，已经开发了发射/接收策略以通过将小区划分为多个扇区，并使用扇形天线(sectorized antenna)同时与多个用户通信来使下行链路吞吐量最大化。这样的扇形天线技术提供了一种降低干扰电平并且提高系统容量的显著改进解决方案。
[0009]扇形天线系统以同时与通信会话中涉及的多个接收器(用户设备、蜂窝电话等)通信的集中式发射器(小区站点/塔)为特征。通过该技术，每个用户的信号仅由基站在该特定用户的方向上发射和接收。这允许系统显著降低系统中的总干扰。扇形天线系统，如图1(b)所示，包括将不同发射/接收波束引向位于小区的扇区的覆盖区域中的用户的天线阵列。
[0010]为了提高扇形小区扇区的性能，已经实施了使用正交频域多址(OFDMA)系统的方案，OFDMA系统也称为空分多址(SDMA)系统。在这些系统中，移动站可以使用这些空间波束中的一个或多个与基站通信。这种正交地引导信号的发射和接收的方法(称为波束形成)通过在基站处的先进信号处理而成为可能。
[0011]波束形成方案由以下定义:形成小区扇区内的多个空间波束，以将该小区扇区分成不同的覆盖区域。基站在发射和接收中的辐射图适于每个用户，从而获得该用户方向上的最高增益。通过使用扇形天线技术，并通过利用小区内移动单元的空间位置和信道特性，已经开发了用来增强性能的被称作空分多址(SDMA)的通信技术。空分多址(SDMA)技术基本上通过波束形成和/或预编码产生同时发射的多个不相关的空间管道，由此它可以提供多址无线电通信系统中的优越性能。
[0012]一类波束形成方案是自适应波束形成方案，它动态地将波束引向移动站的位置。这种自适应波束形成方案需要移动性跟踪，其中为了产生自适应波束，要跟踪移动站的位置和空间特性。根据位置和空间特性，每个用户的信号与复加权相乘，所述复加权调节往来于每个天线的信号的幅度和相位。这使扇形天线阵列的输出在期望方向上形成发射/接收波束，并最小化了其它方向上的输出，这可在图形上从图2中看出。
[0013]然而，这些波束形成天线系统所需要的网络小区中用户位置的移动性和空间信道跟踪增加了系统的开销。而且，移动性和空间信道跟踪可能对于以相对较高速度移动的移动站而言是不可能的或不实际的。需要支持移动宽带通信网络中的扇形波束形成天线系统，包括解决上述指出的一些问题。
[0014]根据任何特定网络配置或者通信系统上使用的命名法，可以把系统上的各种组件命名为不同的名字。例如，“用户设备”包括电缆网络上的PC，以及通过无线连接而直接耦合到蜂窝网络的其它类型的设备，如可通过以下体会到的:具有各种特征和功能(如因持网接入，电子邮件，消息服务等)的各种品牌和型号的移动终端(“蜂窝电话”)。
[0015]而且，根据发射和接收通信的方向，词语“接收器”和“发射器”可以称为“接入点”(AP)，“基站”和“用户”。例如，对于下行链路环境，接入点AP或基站(eNodeB或eNB)是发射器，并且用户是接收器，而对于上行链路环境，接入点AP或基站(eNodeB或eNB)是接收器，并且用户是发射器。(诸如发射器或接收器之类的)这些术语不是限制性定义的，而是可包括位于网络上的各种移动通信单元或者发射装置。


【发明内容】

[0016]本发明是一种用于以改进的波束图、波束扫描图(sweep pattern)、利用反馈与报告规则的导频信道设计、以及控制信令设计，支持移动宽带通信网络中的波束形成天线系统的方法和系统。具体地，改进的波束图包括一种在小区分段内形成至少两个空间波束的无线网络中支持无线通信的方法，其中至少两个空间波束与不同的功率电平关联，且分别地，其中至少两个空间波束能够根据唯一扫描图跨小区分段移动。
[0017]导频信道信令设计改进了网络带宽性能，并且改进了用户信道特性、移动性和位置的跟踪。在优选实施例中，可以使用特定字段指示符(designator)CQI来建立反馈与报告规则。而且，在本发明中提出了一种控制信令设计以改进网络带宽性能并改进用户信道特性、移动性和位置的跟踪，其在优选实施例中使用前向链路(下行链路)控制信号FL。这些导频信道和控制信令设计帮助系统分析哪个定向发射波束最适合于到用户设备的发射或者何时应该激活定向发射波束。本发明解决了与跟踪用户设备空间信道特性、移动性或位置相关联的问题，改进了网络的带宽和覆盖性能，并且减少了网络的开销发射。

【专利附图】

【附图说明】
[0018]通过当结合附图阅读时，从以下详细描述和所附权利要求书，将很容易理解本发明的目的和特征，在附图中同样的数字表示同样的元素且其中。
[0019]图1是全向天线(a)和扇形天线(b)的图解说明。
[0020]图2是指向期望用户的加权扇形发射波束的图解说明。
[0021]图3图解说明根据优选实施例的与能够形成具有依据扫描图移动的不同功率电平的空间波束的基站相关联的示例性小区。
[0022]图4图解说明根据优选实施例的与小区扇区内形成的不同波束位置相关联的空间波束。
[0023]图5A-5F图解说明根据实施例的空间波束的扫描图。
[0024]图6-图7图解说明根据一些优选实施例的不同波束配置。
[0025]图8图解说明根据优选实施例的在不同小区扇区中形成的空间波束。
[0026]图9是根据一些优选实施例的具有两个天线板(antenna panel)的基站的天线结构的正视图，其中每个天线板具有能够形成空间波束的天线元件。
[0027]图10是图9的天线结构的侧视图。
[0028]图11图解说明根据实施例的在两个不同的小区中生成的空间波束的第一配置。
[0029]图12图解说明根据另一实施例的在两个小区中生成的空间波束的第二配置。
[0030]图13和图14图解说明根据一些优选实施例的传送控制和数据信令的不同技术。
[0031]图15和图16图解说明根据一些优选实施例的用于传送数据的帧结构。
[0032]图17是基站和移动站的不例性组件的框图；以及。
[0033]图18是示出PHY帧和导频指示信道信号的图。

【具体实施方式】
[0034]在图1 (a)中，全向天线105的总发射架构100，全向天线105在通过箭头125、115、135和140示出的各个方向上同等地径向向外发射。对于发射架构100，通过区域120示出覆盖区域的周界。通过使用图1(b)中所示的扇形天线架构141已经获得改进的效率。
[0035]架构140中示出了多个天线145、147和148，其中每个天线指向蜂窝网络的不同区域，示出为:定向发射175用于覆盖区域150，发射190用于覆盖区域157，并且定向发射180用于覆盖区域155。在此背景下，通过扇形架构可以提高系统容量。
[0036]通过改变各个发射信号的强度，对于扇形架构200如图2所示可以获得附加效率和减少的干扰。多个天线215、220、227和230引导扇形天线架构200中的发射(或者接收发射)。通过增大来自天线元件230的该信号的强度，形成定向天线波束235。图中显示期望用户205接收高信号强度覆盖区域235中的期望发射245，该覆盖区域是意在指向该用户205的较高功率的波束。图中显示了具有较低强度发射信号240的干扰用户210，这减少了与该用户210相关的在系统中遇到的干扰。
[0037]根据一些优选实施例，将“机会性的”空时多址(OSTMA)技术提供用在无线通信网络中。OSTMA技术实现在小区分段(小区或小区扇区)中形成多空间波束，其中小区分段中的多个空间波束中的至少一些与不同的功率电平相关联以在小区分段中提供不同的覆盖区域。空间波束(或者更简单地，“波束”)指的是可以在基站和移动站(一个或多个)之间执行无线通信的小区分段中地理上不同的覆盖区域。
[0038]此外，OSTMA技术定义用于小区分段内波束的扫描图，其中扫描图可为固定扫描图或动态扫描图。“扫描图”指代小区分段内的波束随时间在小区分段中的波束位置之间移动的方式。固定扫描图意味着波束依据预定序列在波束位置之间移动。动态扫描图意味着根据一个或多个标准，波束能够以可能不同的序列在波束位置之间移动。依据优选实施例，波束可移动跨越的波束位置是固定波束位置，因此尽管空间波束在小区分段内是可移动的，但这些波束移动到的位置在某持续时间内保持固定。还可以在系统内重新配置波束位置。(例如，将2波束变成4波束，或8波束等)。
[0039]对于一些优选实施例，为从基站到移动站的前向无线链路提供OSTMA方案。在可替换的实施例中，OSTMA方案还可以被用于从移动站到基站之间的反向无线链路。数据从基站流到移动站的通信连接称作前向链路(FL)。同样，数据从移动站流到基站的通信连接称作反向链路(RL)。对于FL和RL这二者，通信状态不总是相同的。例如，移动站可以与服务基站通信，所述服务基站具有高度拥塞的RL业务但相对开放的FL流。移动站可能需调节其RL连接，原因是对于FL和RL这二者保持相同的基站(如果从另一基站可获得更为开放的RL连接的话)可能不能最好地利用通信资源。
[0040]在一个示例中，如图3所示，小区300具有三个扇区300A，300B和300C。在扇区300A内，基站302具有形成包括高功率波束304和低功率波束306的多个空间波束的天线结构。“高功率波束”指代其中以提高的发射功率执行无线通信的波束，而“低功率波束”指代其中以比提高的发射功率小的发射功率执行无线通信的波束。
[0041]在图3中，内边缘308内的覆盖区被称为“内小区区域”，内小区区域和小区300的外边缘之间的环形区被称为“外小区区域”。注意:高功率波束304能够提供从天线结构302到小区300边缘的覆盖区。另一方面，低功率波束306能够提供直到内边缘308的覆盖，其中内边缘的半径小于与小区300的外边缘相关联的半径。
[0042]高功率波束304为位于内小区区域和外小区区域中的移动站提供覆盖，而低功率波束306用来为位于内小区区域(而不是外小区区域)内的移动站提供覆盖。低功率波束能够在每种情形中以小于高功率电平的发射功率可操作于基本同样的功率电平或不同的功率电平。尽管只示出了一个高功率波束304，但是注意在可替代优选实施例中可以使用多个高功率波束304。
[0043]在本发明中，从基站(接入节点)发射的同时高功率波束和低功率波束的波束图应用于前向链路，但也可适于应用于反向链路。高功率波束对小区站点的边缘上的用户提供服务，而低功率波束为在小区站点的中心的用户服务。“超帧(superframe)”前导(preambIe)可以与本发明结合使用并且在扇区中被全向地发射。
[0044]采用低功率波束306允许来自每个小区扇区300A、300B和300C中的发射的较小干扰。这与传统技术形成对比，在传统技术中小区扇区内形成的多个波束具有固定的功率电平，该固定的功率电平足够高，使得该波束能够覆盖所有到小区扇区边缘的路径。结果，通过采用全部处于相同的相对高功率电平的多个波束，相邻小区中产生的干扰增大。相比而言，依据优选实施例使用其中小区扇区的一些波束比小区扇区中的其它波束的功率低的OSTMA技术，获得降低的干扰。
[0045]尽管在本描述中参照在小区扇区中提供空间波束，但是注意可为全部小区提供类似的技术。根据一些优选实施例，由于小区扇区内并非所有空间波束都能够提供对外小区区域内的移动站的覆盖，所以高功率波束304能够被移动到不同的波束位置以为位于外小区区域中的不同位置的不同移动站提供覆盖。
[0046]小区扇区或小区内的波束可为(诸如图6中所示的)不重叠波束或(诸如图7中所示的)重叠波束。在一些实施方式中，如果下列条件为真，则波束被认为是不重叠的:如果3dB(分贝)波束宽度是，则波束被大约分开每个，如图6所示。如果下列条件为真，则波束被认为是重叠的:如果3dB (分贝)?波束宽度是，则波束被的小于某预定义部分(如1/2)分开。图7示出其中相邻波束被以间距分开的示例。
[0047]图4示出其中提供六个可能波束位置的示例。在图4的示例中，在波束位置I提供高功率波束404，而在波束位置2-6提供低功率波束406。波束位置1_6是固定波束位置，低和高功率波束404、406能够跨域所述波束位置进行扫描。
[0048]波束在图4的6个不例性波束位置之间的扫描不于图5A-5F中。图5A-5F不出标记为ATl和AT2的两个移动站。移动站ATl位于外小区区域，因此在高功率波束404的到达范围(reach)内而不在低功率波束406的到达范围内。另一方面，移动站AT2位于内小区区域中，因此位于低功率波束406的覆盖区内。在时间间隔I (图5A)，在图5A-5F中所示的示例中的高功率波束位于波束位置I。低功率波束406位于波束位置2-6。
[0049]在时间间隔2 (图5B)，高功率波束404已移动到波束位置2，而低功率波束406现在处于波束位置I。注意:在图5B中，移动站ATl在波束位置I的低功率波束406的覆盖区域外。在图5C中的时间间隔3，高功率波束404已移动到波束位置3，其中低位置波束取代了波束位置2的高功率波束。在每一连续的时间间隔4，5，6 (分别为图5D，5E和5F)中，高功率波束404和低功率波束406的移动继续。
[0050]六个时间间隔一起组成扫描周期。在扫描周期内，高功率波束404是可移动的以覆盖所有可能的波束位置。更一般地，在每个扫描周期内，任何给定的波束是可移动的以覆盖所有可能的波束位置。然后扫描图针对下一扫描周期而重复，其中高功率波束404在时间间隔7返回到波束位置I并且继续到时间间隔时间13作为波束位置I的下一间隔。图5A-5F中所示的扫描图是固定(或确定性)图的示例，其中每个波束对于每个时间间隔而转动一个波束位置。在不同的实施例中，可以使用其它图，包括其它类型的确定性图或平均随机(even random)图。高功率波束还可以基于每个波束图中的小区边缘用户密度而被调度。
[0051]在可替代实施例中，可以使用四个波束来代替六个波束，其中一个波束是高功率波束404而剩余的三个波束是低功率波束406。在该实施例中将使用8接口 HARQ结构。在该实施例中的波束扫描图将始于在时间间隔1，高功率波束404位于位置I而低功率波束位于位置2、3和4。在时间间隔2，高功率波束406将移位到位置2，其中低功率波束位于位置
1、3和4。在时间间隔3，高功率波束406将移位到位置3，其中低功率波束位于位置1、2和
4。在时间间隔4，高功率波束406将移位到位置4，其中低功率波束位于位置1、2和3。在时间间隔5后，波束图将重复高功率波束406的位置1，其中低功率波束位于位置2、3和4。波束图然后将重复以该固定波束图跨越小区扇区进行扫描的序列。
[0052]在可替代实施例中，可以使用三个波束来代替四个或者六个波束，其中一个波束是高功率波束404而剩余两个波束是低功率波束406。在该实施例中将使用6接口 HARQ。在该实施例中的波束扫描图始于在时间间隔1，高功率波束404位于位置I而低功率波束位于位置2和3。在时间间隔2，高功率波束406将移位到位置2，其中低功率波束位于位置I和3。在时间间隔3，高功率波束406将移位到位置3，其中低功率波束位于位置I和2。在时间间隔4，波束图将重复高功率波束406的位置1，其中低功率波束位于位置2，3。波束图然后将重复以该固定波束图跨越小区扇区进行扫描的序列。
[0053]在可替代实施例中，代替使用固定扫描图，可以采用动态扫描图。对于动态扫描图，波束跨越小区扇区的波束位置的移动可动态地基于一个或者更多以下标准:在小区扇区的地理区域内的移动站的存在，信道条件(例如，无线链路的条件)，无线通信中涉及的应用的服务质量(QoS)要求，信道负载等等。
[0054]例如，根据一个或多个标准，不是使高功率波束404以图5A-5F中所示的确定性方式扫描，与基站相关联的调度器可规定高功率波束在特定波束位置中保持多于一个时间间隔。此外，调度器可规定:高功率波束404不是随着每个时间间隔渐近地移动到下一波束位置，高功率波束而是可以移动到几个位置外的另一目标波束位置。其中可能希望以此方式移动高功率波束的情形包括其中调度器可能已检测到处于目标波束位置的移动站可能需要服务的情形(例如，此类移动站可能具有更高的QoS要求，其将表明与具有较低QoS要求的其它移动站相比应优先服务此类移动站)。
[0055]在一些实施例中，注意:每个波束可具有其自己的扫描图和波束持续时间。基站可协调小区或小区扇区内的多个波束的多个扫描图和波束持续时间。波束的扫描图提供波束的空间变化。除提供空间变化外，一些优选实施例还允许由波束持续时间(波束保持在特定波束位置的时间量)定义的基于时间的变化。一般地，依据优选实施例的波束设计由波束的波束持续时间和其扫描图规定。(固定的或动态的)扫描图由波束位置随时间演进的序列来规定。波束持续时间也可以是固定的或动态的。
[0056]不同的小区或小区扇区可以使用不同的固定波束位置集合以及同时开启的不同数目的波束。扫描图和/或波束持续时间在不同的小区或小区扇区也可不同。波束扫描图的实施例(六个，四个或三个波束，固定或动态的扫描图等)涉及位于小区站点位置的单个扇区。其它扇区可以使用类似的波束图扫描或高-低功率波束来与位于其它扇区中的用户设备通信。然而，系统必须考虑相邻扇区的波束图和同步系统以避免如果不在小区站点位置中的不同扇区之间协调这些波束图则可能导致的高功率波束冲突。照此，在多个基站之间的协调将是期望的以减少小区间/扇区间干扰且支持基于网络的ΜΜ0(多输入多输出)(其指代具有用于同时发送多个信息以由接收器的多个天线接收的多个天线的发射器的能力)。
[0057]在一些实施例中，四种可能的配置可能是可用的:(1)配置I (静态扫描图和静态波束持续时间)；(2)配置2 (动态扫描图和动态波束持续时间)；(3)配置3(动态扫描图和静态波束持续时间)；和(4)配置4 (静态扫描图和动态波束持续时间)。
[0058]对于其中使用具有静态(固定)波束持续时间的静态(固定)扫描图的配置1，一个可能的益处是将需要较少的控制开销和反馈。例如，用固定扫描图和固定波束持续时间，扫描周期内的时间间隔可被隐式地用作波束标识符，并且移动站不必提供关于该波束标识符的任何反馈。移动站还可以运行预测算法，诸如仅在移动站预期波束扫描到其位置时监听前向链路，即(不连续接收(DRX))。如果在波束的特定覆盖区内没有移动站，则可以执行不连续发射(DTX)。DTX指代应用于发射器以关闭发射的门控(gating)。
[0059]描述扫描图的波束位置的序列可为顺序的、伪随机的或者按照波束位置编码的。在其中每个小区扇区有五个波束的示例中，顺序扫描图的一个示例如下:{I, 2，3，4，5，I, 2，3，4，5…}。这意味着特定波束在第一时间间隔中来到波束位置1，在第二时间间隔中来到位置2，在第三时间间隔中来到位置3，在第四时间间隔中来到位置4，在第五时间间隔中来到位置5，在第六时间间隔中再次回到位置1，如此类推。
[0060]伪随机扫描图的不例如下:{2, 5, 3, I, 4, 2, 5, 3, I, 4...}。注意:伪随机扫描图和顺序扫描图的不同是在五个时间间隔的扫描周期内，扫描的序列不是从位置I进行到位置2，到位置3，到位置4，到位置5，而是特定波束的扫描被随机化。在上面的示例中，波束位置在第一时间间隔中始于位置2，在第二时间间隔中进行到位置5，在第三时间间隔中进行到位置3，在第四时间间隔中进行到位置1，并且在第五时间间隔中进行到位置4。因此，该序列在下一扫描周期中再次重复。因此，从一个扫描周期到另一扫描周期，伪随机扫描图重复相同次序的图位置。
[0061]编码的扫描图指代取决于波束位于哪个小区扇区的扫描图。(与不同代码相关联的)不同小区扇区将使用不同扫描图。图8示出具有多个小区800、802、804和806的示例，其中每个小区具有三个小区扇区。在图8的示例中，假设每个小区扇区存在三个波束。波束位置以逆时针方向从I到3被顺序编号。小区806中的小区扇区的扫描图可以是:{1，2，3，1,2, 3,…}。小区800和804中每一个的小区扇区的扫描图可以是{2，3，1,2, 3，I,…}，并且小区802的每个小区扇区中的扫描图可以是{3，1,2, 3，1,2,…}。设计在不同小区中使用的不同扫描图以降低小区间干扰(位于不同小区中的波束之间的干扰)。
[0062]在其中使用动态扫描图和动态持续时间的配置2中，可提供灵活的按需波束形成。例如，波束可基于波束的覆盖区中的移动站存在、基于信道条件、基于QoS、基于支持特殊发射方案诸如基于网络的MIMO而形成。然而，尽管增强了灵活性，但是基站调度器和反馈机制的复杂性也被增大以支持此类波束形成图和持续时间。为了实现动态扫描图和动态波束持续时间，(下面将讨论的)预闪(pre-flash)消息可由基站发送，以允许移动站将测量报告回到基站。
[0063] 静态扫描图和动态波束持续时间。更一般地，一个或多个特性的动态变化(例如1，5扫描图和/或波束持续时间)可以基于一个或多个以下标准:特定地理区域内移动站的存在，信道条件(例如，无线链路的条件)，无线通信中涉及的应用的服务质量(QoS)要求，信道负载等等。(基于一个或多个上面列出的标准)可被改变的另一波束特征是波束占空比，其规定在波束持续时间内波束被激活或开启的时间量。波束的占空比指代对于给定波束位置且在给定时间间隔期间波束被激活(或“开启”)的时间与波束被去激活(或“关闭”)的时间量之比。例如，在波束位置I中特定波束的占空比可以是70%，这意味着波束将被激活(或开启)达70%的时间间隔并且被去激活(或关闭)达30%的时间间隔。基于调度需求而改变波束的占空比的能力允许更低的干扰电平，因为不再需要的波束可被暂时或在较长时间段内被关闭。
[0064]根据一些优选实施例，基站能够执行“预闪”以实现对一个或多个特性(例如，扫描图，波束持续时间，波束占空比等)的动态调节。例如，当使用动态扫描图时，高功率波束在相对延长的时间段内可位于特定的波束位置。该情形可以防止其它波束位置的外小区区域中的其它移动站能够在相对延长的时间段内与基站通信。
[0065]为解决该问题，可使用预闪，其中预闪指代基站向特定方向发出短导频突发(或其它发消息的突发)的过程。在与特定方向对应的覆盖区中的移动站然后可以测量预闪消息，并且将关于测量的报告提供回到基站。在一个示例中，移动站可以诸如以信道质量指示(CQI)的形式报告无线信道质量的指示。基站可以在特定小区扇区的所有方向上执行预闪。使用来自移动站的测量报告，基站能够通过动态调节波束持续时间、占空比和波束调度来执行如上文讨论的调度。
[0066]注意:由基站发出的预闪和实际业务发射可以与不同周期性复用(这意味着其间发射预闪的周期可相对于其间发射业务的周期而被调节)。例如，预闪可在数据到特定移动站的漫长下载的中间被发出，其中以与数据到特定移动站的下载的时间复用方式完成预闪。
[0067]根据一些实施例，如图9所示，可以给天线结构900(它是基站诸如图3中的基站302的一部分)提供多个天线组件，包括安装到天线支架906的上天线组件902和安装到该天线支架的下天线组件904。在图9所示的实施方式中，天线组件902和904中的每一个都是天线板(antenna panel)。天线组件904 (在垂直方向上)位于上天线组件902下方。
[0068]天线组件902包括多个天线元件908。下天线组件904包括多个天线元件910。天线元件908和910可以协作以在由天线结构900服务的小区扇区内形成波束。
[0069]天线结构900的侧视图示于图10中。注意:下天线板904相对于支架906的垂直轴倾斜，使得前表面(forward face) 912 (其上安装天线元件910)(以一角度)稍微面向下。在图10的示例中，上天线板902大体与支架906的垂直轴平行。在其它实施方式中，可提供上天线板902和下天线板904的其它布置。在又一实施方式中，可以使用多于两个天线板。
[0070]在一个示例性实施方式中，上天线板902的天线元件908可用于形成覆盖外小区区域并与邻近小区中的相邻基站通信的波束。下天线板904可用来为给定小区扇区形成低功率波束、以及可能的高功率波束以覆盖特定小区区域的边缘。
[0071]在不同小区中的基站之间以波束传送的信息包括回程(backhaul)信息和协调信息。协调信息可用来协调不同小区之间移动站的切换。协调信息还可实现不同小区中的扫描图和扫描持续时间的协调以降低小区间/扇区间干扰并支持基于网络的ΜΙΜ0。
[0072]“回程”信息指代通常在基站和无线网络控制器(例如分组数据服务节点，服务网关等)之间的回程连接上传送的控制和数据。与无线通信网络相关联的问题是特别在人口密集的区域诸如城市地区中小区的大小可能是相对小的。小的小区大小的另一原因可能是对高数据率或高载波频率的要求。利用较小的小区大小，存在较大数量的小区(以及因此对应的基站)。每个基站通常必须通过回程网络连接到无线网络控制器。大量的基站意味着将必须提供对应大量的回程连接。回程连接可能部署昂贵，并且在无线通信网络中提供相对大量的此类回程连接可增加无线网络运营商的成本。
[0073]根据一些优选实施例，为了降低将必须部署的回程连接的数目，基站的天线结构可形成用来承载回程信息的波束(称为“回程波束”)。例如，在图9-图10中，上天线板902的波束可用于将回程信息传送到可以通过回程连接与无线网络控制器连接的另一基站的目的。一般而言，无线网络中的基站子集可以用与无线网络控制器的回程连接来部署。剩余基站不用回程连接来部署一相反，此类基站通过波束将回程信息传送到用回程连接所部署的(一个或多个)对应基站。
[0074]图11示出位于两个不同对应小区中的两个天线结构900A和900B。在图11的配置中，上和下天线板902A、904A (和902B和904B)之间的覆盖区没有重叠。回程波束可分别在两个天线结构900A和900B的上天线板902A和902B之间形成。下天线板904A和904B中的每一个用来形成用于相应小区内的覆盖的波束。
[0075]图12示出上板波束和下板波束的覆盖区重叠的一种配置。以此方式，两个板可在外小区区域中提供ΜΜ0，其中多个输出天线包括来自上板和下板的天线的某种组合。上板和下板的多个输出天线因此可一起提供增加的分集增益、复用增益和/或阵列增益。
[0076]其它各种配置也是可能的。例如，在不同时间，上和下天线板可用来在不同时间间隔提供对小区扇区的不同覆盖。例如，在一个时间段中，下板可用来覆盖整个小区。在另一时间段中，上板可用来只覆盖外小区区域以及提供回程波束。在又一时间段中，上和下板都可用来覆盖外小区区域。在另一种配置中，在第一时间段中，下板可用来覆盖内小区区域，而上天线板用来提供回程波束。在不同的时间段中，上和下天线板都用来覆盖内小区区域。
[0077]根据期望配置，上和下天线板可被放置成彼此靠近或者彼此远离。此外，两个天线板可使用具有不同天线极性的天线元件。两个天线板可独立或协同操作。两个天线板可以以时分复用方式或者同时地发射。可替代地，两个天线板可以频分复用(FDM)方式或以相同的频率被发射。
[0078]而且，如果在上和下天线板之间存在协调，则移动站从下板波束到上板波束的切换是可能的，反之亦然。还注意:通过使用上和下天线板，对于由上和下板的天线元件形成的小区覆盖的所有波束的功率电平可处于相同的功率电平。在这种配置中，内小区区域相对于外小区区域的覆盖(基于环形的覆盖)可通过不同地定向上和下板来实现(例如，下板可向下倾斜以覆盖内小区区域，而上板不倾斜以覆盖外小区区域)。
[0079]图13示出针对小区扇区内的特定波束位置的多个时间间隔800A，800B，800C和800D。在时间间隔800A，800B和800D中发射低功率波束，而在时间间隔800C中发射高功率波束。如图13所示,低功率波束,诸如在时间间隔800B中的低功率波束，可用来发射如由822表示的用户数据和控制信号。另一方面，在时间间隔800C中的高功率波束可用来发射用户数据和控制信号以及其它控制信息，如广播开销信道和预闪消息。广播开销信道可包括:系统采集信道，包含时间和频率同步信息以及小区、扇区或波束标识符信息；以及系统广播开销信道，其可承载诸如波束扫描图等的系统参数。
[0080]在可替代实施方式中，除了在时间间隔800A，800B, 800C和800D中发射的低功率波束和高功率波束之外，可分配另一时间间隔800E (图14)来发射全向开销信道。全向发射意味着开销信道在特定小区扇区(或小区)的所有方向上进行广播。如果使用全向发射，则可在通过不同基站的全向开销信道的发射之间存在时间、空间、或频率协调，以增强移动站处的更好信号接收(并降低不同小区之间的干扰)。
[0081]在一些实施方式中，OSTMA可应用于前向链路，而不是反向链路。在这种实施方式中，如果小区大小是基于前向链路的到达范围设计的，则(由于高功率波束的存在)与移动站在反向链路中将具有的到达范围相比，前向链路可能具有更远的到达范围。为了解决该问题，可在小区扇区内的移动站中提供中继特征(被称为“特设(ad hoc)中继”)，其中一个移动站能够监听另一移动站并能够将另一移动站的信息中继到基站。例如，第一移动站可位于特定小区扇区的边缘附近，而第二移动站可位于更靠近基站。在此情形中，在反向链路中由第一移动站发射的信息可由第二移动站中继到基站。在没有中继的情况下，来自第一移动站的发射可能不能可靠地到达基站。
[0082]为了针对如上面所描述的特设中继，将反向链路信息从第一移动站发射到第二移动站，在时分双工(TDD)系统中可重新使用未使用的前向链路时隙来以反向链路方向将反向信息从第一移动站中继到第二移动站。
[0083]此外，为了在基于前向链路到达范围来设计小区大小时控制信道的更鲁棒的传送，移动站可只向一个基站发射业务数据，但是可使用特设中继将控制信道发射到多个基站以确保控制信道到达预定的服务基站。
[0084]与基于前向链路到达范围来设计小区大小相关联的另一问题是由于如上面讨论的特设中继，反向链路控制消息ACK可能缓慢地回到基站。为解决该问题，基站可简单地发射业务数据的突发而不等待响应确认。
[0085]可替代地，小区大小可基于反向链路的到达范围来设计，在这种情况下小区大小将较小。在这样的实施方式中，基站在前向链路中可到达多个小区；结果，用于前向链路的服务小区扇区与用于反向链路的服务小区扇区不同可以是可能的。例如，小区A中的基站A可为前向链路服务基站，而小区B中的基站B是反向链路服务基站。基站A可到达小区A和小区B，而小区B中的移动站只能到达基站B。在这种情形中，特定的反向控制消息，诸如CQI消息或反向确认(RACK)消息，可在反向链路上从移动站发送到基站B，该基站B然后中继控制消息到基站A(它是前向链路服务基站)。
[0086]注意:特定类型的控制信息可能必须在所有方向上递送到所有移动站。但是，由于高功率波束在任何给定的时间间隔中仅覆盖一个波束位置，所以高功率波束不能用来将此类控制信息发射到所有移动站。为解决此问题，可由基站在具有低码率的低功率波束中发射此类控制信息(这实现由位于小区边缘附近的移动站对此类控制信息的更高概率解码)。必须在所有方向上递送给所有移动站的控制信息的示例包括前向链路确认信道(以向移动站提供确认)和前向链路功率控制信道(以向移动站提供控制消息)。
[0087]如果使用动态扫描图和/或动态波束持续时间，这可能意味着不得不将波束标识符提供给移动站，则基站还可使用具有低码率的低功率波束来将波束标识符递送给位于小区边缘附近的移动站。该波束标识符允许移动站知道哪个下一波束将被开启。
[0088]注意:在一些实施例中，OSTMA子系统可与非OSTMA系统集成。非OSTMA系统不采用上面讨论的OSTMA技术。
[0089]在此情形中，OSTMA数据和非OSTMA数据的交织可通过无线链路来执行。例如，如图15所示，OSTMA超帧950在与OSTMA操作关联的间隔期间被发射，而非OSTMA超帧952在OSTMA操作的时间段外被发射。“超帧”指代包含其它帧的帧结构。更一般地，参照“帧”，它是通过无线链路发送的数据的集合。
[0090]在可替代实施例中，如图16所示，超帧960可包括与OSTMA数据交织的非OSTMA数据。超帧910的开始可包括全广播前导954以指示非OSTMA数据和OSTMA数据的位置。在可替代实施方式中，可使用其它的帧结构。
[0091]基站1000和移动站1002的示例性部件示于图17中。基站1000包括无线接口1004以通过无线链路无线地与移动站1002中的无线接口 1006通信。基站1000包括可在基站1000中的一个或多个中央处理单元(CPU)1lO上运行以执行基站任务的软件1008。(一个或多个)CPU1010连接到存储器1012。软件1008可包括调度器和其它软件模块。基站1000还包括基站间接口 1014，以与另一基站传送信息，诸如回程信息和/或协调信息。
[0092]类似地，移动站1002包括可在与存储器1020连接的一个或多个CPU1018上运行的软件1016。软件1016是可运行的以执行移动站1002的任务。可加载这种软件(1008和1016)的指令以在CPU或者其它类型的处理器上运行。处理器可包括微处理器、微控制器、处理器模块或者子系统(包括一个或多个微处理器或者微控制器)、或者其它控制或计算装置。“处理器”可指代单个部件或者多个部件。
[0093](软件的)数据和指令存储在被实施为一个或者多个计算机可读或者计算机可用存储介质的相应存储装置中。存储介质包括不同形式的存储器，包括:半导体存储装置，诸如动态或静态随机存取存储器(DRAM或SRAM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，电可擦除可编程只读存储器(ERPROM)和闪存；磁盘，诸如硬盘、软盘和可移动盘；其它磁介质，包括磁带；以及光介质，诸如压缩盘(CD)或数字视频盘(DVD)。
[0094]作为本发明的另一实施例，信道质量指示(CQI)用来支持发射，其中CQI是基于在PHY帧信令结构中的前向链路上周期性广播的导频信道指示信号来估计的。该实施例可应用到用于OSTMA系统的UMB标准中的复用模式I和2这二者。具体地，CQI是从用于复用模式I的FCPICH公共导频指示信道信令和复用模式2中的DRCH分布资源区估计的，或者可替代地从复用模式2的BRCH块资源信道区中的F-CQIPICH导频指示信道信令估计的。F-CPICH或F-CQIPICH导频指示信道信令被波束形成，其中每个波束一个信号，并且F-CPICH或F-CQIPICH导频指示信道信令以高功率被发射以确保小区边缘用户看到来自所有波束的导频指示信道信号。SISO或MMO传输协议用在该导频指示信道信令的每个波束中，并且使用F-CPICH导频指示信令的PHY帧的示例示于图18中。波束位置1，2，3和4的F-CPICH由在180的块指示，示为周期性地在指示的时间帧中广播。
[0095]在此实施例中，移动站1002将接收从所有波束形成的发射中接收的F-CPICH或FCQIPICH导频指示信道信令。移动站1002将基于F-CPICH或F-CQIPICH导频指示信道信令来确定哪个波束位置与高功率波束对应，并且移动站1002将从F-CPICH或FCQIPICH导频指示信道信令中估计CQI值。移动站1002还可被称为接入终端。将估计CQI并且计算波束索引以提供关于波束位置的信息。
[0096]移动站1002将以两种模式向基站1000提供反馈。在第一模式中，移动站1002将经由波束索引(例如，在四个波束扇区中的波束位置1，2，3或4)把最高CQI值和其对应的波束位置反馈到基站1000。在第二模式中，如果移动站1002确定它位于两个重叠波束的服务区中，则移动站1002将经由波束索引(例如，在四个波束扇区中的波束位置I和2，2和3等)把最高两个CQI值和两个对应的波束位置反馈到基站1000。基站1002发起第3层信令以触发在提供反馈的两种模式之间的转换。
[0097]响应于此反馈，基站1000将基于波束位置索引和CQI值来调度待发射到移动站1002的通信。在第二模式中，基站1000将调度用户，使得高功率波束不会对邻近低功率波束中的用户产生强干扰。如果移动站1002位于两个波束中间，则基站1000可调度在两个重叠波束上的数据发射。在这些重叠波束上的数据将占据相同的资源位置，并且数据将通过用于两个波束的相同加扰协议而被处理。位于重叠波束区中的移动站1002将接收所述发射并监控具有最高值CQI的波束位置上的F-SCCH参数值，并且F-SCCH参数中的一位将指示在两个重叠波束位置上的冗余数据发射。
[0098]根据CQI值和/或波束索引信息，基站1000或移动站1002将确定移动站1002是正由高功率波束服务还是正由低功率波束服务。如果基站1000做出该确定，则移动站1002将需要监控对于高和低功率波束这二者具有最高CQI值的波束位置的F-SCCH参数值。
[0099]由于高功率波束还能够服务小区中心的用户，所以该方法赋予基站1000在调度高和低功率波束这二者时更大的灵活性。如果移动站1002做出该确定，则移动站1002将在发射中反馈信号位以指示低或高功率波束或者与高功率波束和/或波束索引信息对应的信道质量指示(CQI)的选择。在该实施例中，通过让移动站1002监控对于高功率波束或低功率波束，特别是对于小区边缘用户，具有最高CQI值的波束位置的F-SCCH参数值，可以获得显著的功率节省。如果移动站1002由低功率波束服务，则报告的CQI将被调节以用于未来发射。
[0100]用于CQI测量的导频信道指示还可以仅以高波束发射，而低功率波束发射不同类型的导频信号以用于解调目的。在该实施例中，CQI仅在用户接收到高功率波束时或者在估计的CQI超过最小阈值时被报告。基于由基站1000传送的波束扫描图的知识，用户将知道与该扇区中的高波束发射相关联的定时。因为基站1000可基于波束发射的质量和与CQI反馈相关联的定时来导出用户的波束覆盖，所以波束索引可以不与CQI索引一起反馈到基站 1000。
[0101]在另一实施例中，前向链路(FL)控制信道信号是使用不同的信号和方法发射的，其帮助定位用于移动站1002发射的最适合波束。在一种方法中，复用模式2中的DRCH分布资源区信号将发射FL控制信号。因为每个波束中有限数量的用户，所以每个波束可使用单个或多个DRCH信号来控制信令。控制DRCH信号可以被转变以在扇区周围随机跳转，从而最小化与邻近波束的冲突。低功率波束中的控制信道将处在低功率上，而高功率波束中的控制信道将处在高功率上。
[0102]在第二种方法中，FL控制信道信号是使用F-SCCH参数发射的，并且访问授权是在高功率波束中发送的。移动站1002监控用于高功率波束指定的F-SCCH参数值。在第三种方法中，F-ACKCH参数用来发射FL控制信道信号。在这种方法中，ACK信号的几个音调是在低功率波束上以高功率发射的，所以能够到达小区边缘用户。
[0103]在第四种方法中，F-PCCH和F-PQICH信号可用来发送FL控制信道信号，并且那些信号可在与移动站1002的位置对应的高波束位置上发送。如果移动站1002从一个波束位置移动到另一波束位置，则可以调节发射。在超移动宽带协议中，F-PCCH通常是每八个帧发送一次，而F-PQICH是每16个帧发送一次。
[0104]在第五种方法中，F-FOSICH和F-1OTCH信号可用来发送FL控制信号。这些信号可通过高功率波束被发射，并且移动站1002每四个帧接收这些F-FOSICH和F-1OTCH信号。或者在替代方案中，这些信号可以由所有波束发射并且允许F-FOSICH和F-1OTCH信号的几个音调在低功率波束中以高功率发射，所以能够到达小区边缘用户。在超移动宽带协议中，F-FOSICH通常在每帧中被广播，并且F-1OTCH可以与每帧一样快地被广播。
[0105]在前面的描述中，阐述了许多细节以提供对本发明的理解。然而，本领域技术人员将理解可以在没有这些细节的情况下实施本发明。虽然关于有限数量的实施例公开了本发明，但是本领域技术人员会认识到许多修改和由此产生的变型。意图是所附权利要求覆盖落入本发明的真实精神和范围内的此类修改和变型。
【权利要求】
1.一种用于操作接入节点的方法，所述方法包括: 使用多个空间波束发射导频信道指示信号，其中每个导频信道指示信号在所述空间波束中的一个相应空间波束上被发射，其中所述导频信道指示信号在时间-频率资源空间中被分配以不同的资源，其中各个空间波束具有不同的波束方向； 从用户设备装置接收反馈信号，其中所述反馈信号包括信道质量指示和波束索引，其中所述波束索引指示所述空间波束中的一个空间波束，其中所述信道质量指示是基于由所述波束索引指示的空间波束的导频信道指示信号来确定的； 使用由所述波束索引指示的空间波束向所述用户设备装置发射数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述空间波束的波束方向覆盖所述接入节点的扇区或分段。
3.根据权利要求1所述的方法，其中对于每个空间波束，该空间波束中的导频信道指示信号以高于该空间波束中其它信息的功率被发射。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述空间波束的发射功率根据周期性扫描图被修改，以使得每个空间波束对于所述周期性扫描图的至少一部分以高功率被发射。
5.根据权利要 求1所述的方法，其中所述空间波束的第一子集使用所述接入节点的上天线板被发射，其中所述空间波束的第二子集使用所述接入节点的下天线板被发射。
6.一种接入节点，包括: 多个天线； 耦合到所述天线的收发器，该收发器被配置为: 使用多个空间波束发射导频信道指示信号，其中每个导频信道指示信号在所述空间波束中的一个相应空间波束上被发射，其中所述导频信道指示信号在时间-频率资源空间中被分配以不同的资源，其中各个空间波束具有不同的波束方向； 从用户设备装置接收反馈信号，其中所述反馈信号包括信道质量指示和波束索引，其中所述波束索引指示所述空间波束中的一个空间波束，其中所述信道质量指示是基于由所述波束索引指示的空间波束的导频信道指示信号来确定的； 使用由所述波束索引指示的空间波束向所述用户设备装置发射数据。
7.根据权利要求6所述的接入节点，其中对于每个空间波束，所述收发器被配置为以高于该空间波束中其它信息的功率来发射该空间波束中的导频信道指示信号。
8.根据权利要求6所述的接入节点，其中所述收发器被配置为根据周期性扫描图修改所述空间波束的发射功率，以使得每个空间波束对于所述周期性扫描图的至少一部分以高功率被发射。
9.根据权利要求6所述的接入节点，其中所述天线的第一子集被配置在上天线板中，其中所述天线的第二子集被配置到下天线板，其中所述空间波束的第一子集使用上天线板被发射，其中所述空间波束的第二子集使用所述下天线板被发射。
10.根据权利要求9所述的接入节点，其中所述上天线板被定向为覆盖外小区区域，其中所述下天线板被定向为覆盖内小区区域。
11.一种用于操作用户设备装置的方法，所述方法包括: 接收导频信道指示信号，其中所述导频信道指示信号已经由接入节点在多个空间波束上发射，其中每个导频信道指示信号已经在所述空间波束中的一个相应空间波束上由所述接入节点发射，其中所述导频信道指示信号在时间-频率资源空间中已经由所述接入节点分配以不同的资源，其中各个空间波束已经以不同的波束方向由所述接入节点发射； 对于每个空间波束，基于在该空间波束上发射的导频信道指示信号来确定对应的信道质量指示； 向所述接入节点发射反馈信号，其中所述反馈信号包括所述信道质量指示中的最大信道质量指示和波束索引，其中该波束索引指示与该最大信道质量指示相对应的空间波束。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括: 接收由所述接入节点在所述波束索引指示的空间波束上发射的数据。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述空间波束的波束方向覆盖所述接入节点的扇区或分段。
14.根据权利要求11所述的方法，其中对于每个空间波束，该空间波束中的导频信道指示信号已经以高于该空间波束中其它信息的功率由所述接入节点发射。
15.一种用户设备装置，包括: 一个或多个天线；以及 耦合到所述一个或多个天线的收发器，该收发器被配置为: 接收导频信道指示信号，其中所述导频信道指示信号已经由接入节点在多个空间波束上发射，其中每个导频信道指示信号已经在所述空间波束中的一个相应空间波束上由所述接入节点发射，其中所述导频信道指示信号在时间-频率资源空间中已经由所述接入节点分配以不同的资源，其中各个空间波束已经以不同的波束方向由所述接入节点发射； 对于每个空间波束，基于在该空间波束上发射的导频信道指示信号来确定对应的信道质量指示； 向所述接入节点发射反馈信号，其中所述反馈信号包括所述信道质量指示中的最大信道质量指示和波束索引，其中该波束索引指示与该最大信道质量指示相对应的空间波束。
16.根据权利要求15所述的用户设备装置，进一步包括: 接收由所述接入节点在所述波束索引指示的空间波束上发射的数据。
17.根据权利要求15所述的用户设备装置，其中所述空间波束的波束方向覆盖所述接入节点的扇区或分段。
18.一种用户设备装置，包括: 用于接收导频信道指示信号的部件，其中所述导频信道指示信号已经由接入节点在多个空间波束上发射，其中每个导频信道指示信号已经在所述空间波束中的一个相应空间波束上由所述接入节点发射，其中所述导频信道指示信号在时间-频率资源空间中已经由所述接入节点分配以不同的资源，其中各个空间波束已经以不同的波束方向由所述接入节点发射； 用于对于每个空间波束，基于在该空间波束上发射的导频信道指示信号来确定对应的信道质量指示的部件； 用于向所述接入节点发射反馈信号的部件，其中所述反馈信号包括所述信道质量指示中的最大信道质量指示和波束索引，其中该波束索引指示与该最大信道质量指示相对应的空间波束。
19.根据权利要求18所述的用户设备装置，进一步包括:用于接收由所述接入节点在所述波束索引指示的空间波束上发射的数据的部件。
20.根据权利要求18所述的用户设备装置，其中所述空间波束的波束方向覆盖所述接入节点的扇区或分段 。
【文档编号】H04W52/32GK104079336SQ201410361581
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2009年5月8日 优先权日:2008年5月9日
【发明者】Y·宋, L·K·蒂, J·李 申请人:苹果公司