专利名称：用于空分多路通信系统的信道分配和呼入控制的制作方法
本申请是1996年10月23日提交的标题为“使用空间—时间处理的频谱有效高容量无线通信系统”、申请号为No.08/735,520的审理中的美国专利申请的后续申请。
本发明涉及无线通信系统，尤其涉及固定通路或非固定通路的无线网络，该网络使用与诸如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和/或码分多址(CDMA)系统等多址系统相结合的空分多址(SDMA)技术。
无线通信系统一般分配有一段用于其工作的射频(RF)频谱。该段指定地频谱被划分为通信信道，并且信道通过频率、时间或者编码分配，或者通过这些分配的几种组合来区别。每个这些通信信道将被称为普通信道，并且除非另有说明普通信道将相应于全双工信道。在通信系统中通信链路的建立不仅取决于普通信道的可用性还取决于由给定可用普通信道的使用所产生的通信质量。
在无线通信系统中，普通信道用于与基站和用户站之间的通信。基站向称为网孔的地理区域提供覆盖，并可以是所存在的在用户站和广域网例如公共交换电话网(PSTN)之间提供连接的点。在无线系统中使用网孔的根本动机是在地理上不同的区域中重复使用RF频谱。频谱的重复使用可能在共用一条公用普通信道的不同网孔内的用户之间引入同信道(网孔之间)干扰。如果同信道干扰不被有效的控制，可能会急剧降低通信质量。因为可接受质量的可重复使用的信道在数量上的减少，信道容量一般受干扰的限制。
普通信道质量降低的另一个原因是给定网孔内其它普通信道所导致的相邻信道(网孔内)干扰。理论上，给定网孔内每个普通信道应当与所有其它普通信道完全隔离(正交)。在实际的系统中，因为该要求在系统设计中的复杂性和成本，无法确保信道间的完全正交性。例如，相邻信道干扰在FDMA系统中来自RF载频偏移和缺陷滤波器，在TDMA系统中来自同步偏移和抖动，在CDMA系统中来自同步错误或RF多径传播。
最近提出的SDMA系统(Roy等人的美国专利No.5,515,378)允许给定网孔内的多个用户在不互相干扰的情况下同时共用同一的普通信道，而且不允许在覆盖许多网孔的地理区域内更频繁地重复使用普通信道。SDMA采用用户的空间分配以增加可用的系统容量。因为用户要在一个网孔区域上分配，每个用户基站对将具有一个唯一表示基站天线阵列如何从用户站接收信号的空间信号，和一个表示基站天线阵列如何向用户站发射信号的第二空间信号。共用同一普通信道的用户称为使用不同的空间信道。和FDMA、TDMA和CDMA系统中的情况相同，因为硬件限制和多径传播，SDMA系统中的空间信道可能不能被完全正交化。应当指出当非空间多路复用(例如FDMA、TDMA和CDMA)与通过使用空间处理控制的天线阵列图结合使用时，在本发明的内容中被称为SDMA。实际上，空间信号和天线阵列可以在非空分多路系统配置中使用，以通过使用空间信号处理技术加强基站和用户之间的通信。在这些情况下，标号SDMA依然在下述说明书的内容中使用。
图1图示一种无线SDMA TD/FD/CDMA系统(Barratt等人的美国专利申请No.08/375,848)的例子，在该系统中多个用户站(符号表示为手机)20、22、24由基站100提供服务，该基站可以被连接到广域网(WAN)56以提供任何所需的数据服务和到外部相邻无线系统的连接。交换网络58与WAN 56相连以通过将输入的WAN数据切换到基站100的线路60上并将线路54上基站100的输出信号切换到WAN从而提供与WAN的多路双工操作。输入线60被连接到信号调制器62，该调制器62为基站正在向其发送信号的每个用户站生成调制信号64。用于每个用户站的一组空间多路复用加权74被应用于空间多路复用器66中相应的调制信号从而生成空间多路复用信号68，该信号68通过一组多路发射机70使用发射天线阵列18发射。SDMA处理器(SDMAP)48为每个普通信道的每个用户站生成并保留空间信号，计算空间多路复用器66和空间多路分解器46所用的空间多路复用和多路分解加权，并使用所接收的信号测量值44为新连接选择一个信道。这样来自当前使用中的用户站的信号被分离并且干扰和噪音被抑制，其中一部分用户站可以在同一普通信道上使用。当从基站到用户站通信时，建立适用于正在使用的用户站连接和干扰状况的最佳多波瓣天线辐射图。一种可以被建立的发射天线图的例子如图2所示。
再参见图1，空间多路复用器46根据空间多路分解加权76组合从多路接收机42和相关天线阵列19所接收的信号测量值44，一组独立的多路分解加权被应用于与基站通信的每个用户站。空间多路分解器46的输出是在空间上独立的信号50，该信号用于每个与基站通信的用户站，该信号被送给信号解调器52以生成解调的用于与基站通信的每个用户站的接收信号54。在一种可选实施例中，多路分解和解调处理一起在一个非线性多维信号处理单元中执行。然后解调后的接收信号54可以由交换网络58和WAN 56使用。
在FDMA系统的实施中，每个多路接收机和每个多路发射机能够处理多个频道。在其它实施例中，多路接收机42和多路发射机70可以改为处理多个时隙，如在TDMA系统中那样；处理多个编码如在CDMA系统中或者这些已知多路技术的几种组合(Barratt等人的美国专利申请No.08/375,848)。
在实际的可能包括成百上千个用户站的系统中，在应用SDMA处理之后，不能确保在每个用户站之间完全的分离或正交，原因是该要求在系统设计中导致的复杂性和成本。如果在SDMA处理之后的用户站连接的分离不能被确保，SDMA的所扩展的容量将被限制，并且因为SDMA技术的使用，在用户站之间将出现干扰。该实际限制的结果是需要一种可以最小化干扰从而最大化SDMA系统有效信道容量的方法。
即使在SDMA处理之后两个或更多的用户站不能被完全分离或正交，依然可以在TDMA、FDMA或CDMA的系统中使用SDMA技术共用公共普通信道。根据一种实际的观点，不需要在为共用公共普通信道的SDMA处理之后完全分离用户站。只要求在SDMA处理之后在共用公共普通信道的用户之间的干扰足够低从而不会使通信质量低于所规定的标准。
因为频率重复使用所引入的干扰和用于普通和空间信道的正交性的脆弱的性质，所有的无线多路通信系统都需要一种用于基站和信道分配的方法，该方法在新呼叫或在基站和用户站之间建立连接时最小化这些不利影响。标号新用户和新连接可以被互换使用表示在基站和用户站之间的新呼叫或连接，标号当前用户、现有连接和现有用户将可以被互换使用表示在基站和用户站之间正在进行的呼叫和连接。如果不注意，新用户可能被分配到一个基站和一个信道上，在该信道由于过度干扰将感受到低劣的质量。而且，新用户的增加具有潜在的后果，即对现有连接上通信质量的不利影响。并且，现有用户可能会承受由于新用户增加或者其它不相关的原因所增加的信道干扰，这可能要求将用户从当前指定信道转移到新信道从而恢复可接收的通信质量。还需要使用近似于用于初始化基站和信道分配中所用的判定过程的信道重分配方法。
现有技术的信道分配和重分配方法基于物理现象的测量值，例如接收信号强度指示(RSSI)或者不同普通信道上的同信道干扰。在美国专利No.5,557,657中Barnett描述了一种根据RSSI在覆盖网孔和支撑网孔之间切换的方法。Booth(美国专利No.5,555,445)描述一种用于网孔间切换的方法，在其中首先尝试从一个到另一个普通信道的网孔内切换，切换的成功或失败用RSSI表示。Knudsen(美国专利No.5,448,621)描述了一种根据每个网孔内的未用普通信道数(即网孔负载)在网孔间重新分配普通信道的方法。Grube等人(美国专利No.5,319,796)概括了一种用于普通信道上测量同信道干扰的方法，该方法通过在同信道用户的覆盖区域内放置附加接收机，然后向信道分配控制器发送所测量同信道干扰的反馈信息。在所有这些方法中，信道分配和重分配处理并没有考虑用户的空间分配，而且它们也不考虑RSSI和同信道干扰如何共同影响新连接的信号质量。
Hanabe(美国专利No.5,475,864)描述了一种具有静态天线波束图的扇形网孔的信道分配的方法。Hanabe并不考虑在完全自适应SDMA系统上所发生的事情，在该系统中波束图根据在任意给定时间当前的用户动态地改变。而且，SDMA使空间信道的信道分配可以从不编址。
如果两个具有类似空间信号的用户被分配给在同一基站或两个不同基站上的同一普通信道，严重的干扰将致使信道对于两位用户都不能使用。因此，需要一种用于改进的、完全自适应SDMA系统的新的信道分配的方法，该方法可以先验地预测空间或普通信道的质量，即在新连接被指定给给定的基站和信道之前预测。而且需要一种SDMA信道分配方法，该方法可以预测现有连接上新连接的冲突并根据需要执行呼入控制。该基站和信道的分配、重分配和呼入控制方法的可用性将允许SDMA方法在保持可接受通信质量的同时通过更好地分离用户增加系统容量。
本发明包括适合于SDMA系统的信道分配、再分配和呼入控制的方法，该方法适合动态自适应空间信道条件并允许普通信道更加频繁地重复使用。
描述三种用于上行链路信道分配的方法加权相关法、预测质量法和分级法。
加权相关法根据新用户的空间信号和当前用户的空间信号的加权相关为每个普通信道计算价值函数。计算价值函数并不需要明确知道当前用户的空间信号。在一种实施例中假设不了解当前用户信号，使用样值协方差矩阵的非结构估计形成价值函数，该矩阵从规定数目的时间抽样的天线阵列响应的测量值计算出。在一种可选实施例中，根据当前用户的空间信号和噪音加干扰协方差矩阵，样值协方差矩阵的结构估计被用于计算价值函数。在一种实施例中，具有可接受低价值的普通信道被分配给新连接。在另一种实施例中，具有最低价值的普通信道被分配新连接。从中选择用于分配的信道的候选普通信道组可以被限制为一个信道子集，对于该信道子集新用户的价值小于一个预定的阈值。如果在所选的基站上有足够的硬件资源用于适应新连接的所选信道，允许向同一普通信道分配多个用户。如果未发现候选信道，新用户不被分配给所选基站。
预测质量信道分配法根据基站天线阵列上所接收信号的样值协方差矩阵的估计值(预测值)为每个普通信道预测上行链路接收信号功率和干扰加噪声，这可能决定新用户是否应当被分配给给定信道或者在给定信道上工作。该方法通过测量预定数目的抽样的基站阵列响应，使用所接收的来自当前用户的信号的样值协方差矩阵的非结构估计值，否则，该方法可以根据当前用户的空间信号和噪音加干扰协方差矩阵，使用样值协方差矩阵的结构估计值。在一种实施例中，普通信道的价值函数被计算为该信道上的预测干扰。在一种可选实施例中，普通信道的价值函数被计算为该信道上新连接的预测信号与干扰噪声比(SINR)的负值。在任一情况下，新用户可以被分配给具有可接收的低价值的普通信道，或者被分配给具有最低价值的普通信道。从中选择用于分配的信道的候选普通信道组可以被限制为一个信道子集，对于该信道子集新用户的预测SINR，或者可选地，当前同信道用户的预测SINR，要大于一个预测阈值。在所有这些情况下，如果在所选的基站上有足够的硬件资源用于适应新连接的所选信道，允许向同一普通信道分配多个用户。如果未发现候选信道，新用户不被分配给所选基站。
分级法使用加权相关法选择候选信道子集，该子集表示具有由加权相关方法确定的最低价值的信道。然后通过将预测质量法应用于候选信道子集进行信道分配。
当不受上行链路信道分配限制时，通过使新用户为每个普通信道报告下行链路接收信号电平并从用户报告估计出下行链路干扰加噪声电平，下行链路预测信道分配方法为新用户分配普通信道。在一种实施例中，普通信道的价值函数被计算为该信道上的下行链路干扰加噪声功率。另外，下行链路空间信号和相关的每个普通信道上新连接的多路加权还用于计算预测的下行链路接收信号电平。然后普通信道的价值函数被计算为信道的预测下行链路SINR的负值。在任一情况中，新用户可以被分配给具有可接受的低成本的普通信道，或者被分配给具有最小价值的普通信道。从中选择信道的候选普通信道组可以被限制为一个信道子集，对于该信道子集新用户的预测SINR(或者可选择地，当前同信道用户的预测SINR)大于一个预测的阈值。在所有这些情况下，如果在所选的基站上有足够的硬件资源用于适应新连接的所选信道，允许向同一普通信道分配多个用户。如果未发现候选信道，新用户不被分配给所选基站。
另外，对于所有的上行链路和下行链路信道分配方法，可以增加一种可选失真标准，该标准通过计算波峰因数估计由任一特定普通信道分配所产生的发射机和/或接收机失真效应。在一种实施例中，该效应通过在每个特定信道分配方法的价值函数上加上波峰因数的价值来表示。在优选实施例中，该效应通过将普通信道的选择限制在那些具有可接受的低波峰因数的信道中来表示。
联合上行—下行链路信道分配方法组合上行链路方法的价值函数和下行链路方法的价值函数以形成一个联合价值函数。新用户可以被分配给具有可接收低联合价值的普通信道或者具有最小联合价值的普通信道。从中选择的候选普通信道组被被限制到符合上行链路方法和下行链路方法限制的信道子集中。如果在所选的基站上有足够的硬件资源用于适应新连接的所选信道，允许向同一普通信道分配多个用户。如果未发现候选信道，新用户不被分配给所选基站。
所有信道分配方法可以被应用于与任一特定基站相关的候选普通信道组或者与多个基站相关的候选普通信道组。在后者的实施例中，除了为每个新连接执行普通信道选择之外，信道分配方法还执行基站选择。
通过任一上述信道分配的方法可以实现信道重分配，通过该修改用户希望被重新分配的普通信道从候选普通信道组中删除。
三种用于呼入控制的方法包括加权相关法包括比较将所选信道分配给新连接的价值与预定的阈值，如果大于该阈值则分配所选信道，否则拒绝所选信道；预测法包括比较所选普通信道的预测上行和/或下行链路SINR与相应的预定上行和/或下行链路SINR阈值，如果候选SINR超过该阈值则分配所选信道。否则禁止该分配；一般的可应用于SDMA和非SDMA系统的负载估计方法包括估计系统呼叫负载，规定表示正在进行的呼叫数量的呼叫负载阈值，比较估计的系统呼叫负载和呼叫负载阈值，如果估计的负载小于阈值则分配所选信道，否则就禁止分配。
图1图示一种SDMA系统；
图2图示从三个多路复用加权向量所产生的SDMA多路发射机的天线方向图3(a)是用于信道分配的加权相关法的流程图3(b)是用于计算非结构形式的协方差矩阵的流程图3(c)是用于计算结构形式的协方差矩阵的流程图4是用于信道分配的预测质量法的流程图5是用于信道分配的分级法的流程图6是用于下行链路预测信道分配方法的流程图；和
图7是三种呼入控制的流程图。
在全双工信道中的信道分配包括上行链路(从用户到网孔基站)和下行链路(从网孔基站到用户)的选择。半双工信道分配的情况可以被看作全双工问题的特殊情况。上行链路信道上干扰主要来自其它用户站，而下行链路信道上的干扰主要由其它网孔的基站引起。因此，上行链路和下行链路上的通信质量一般不同。在本发明的一种实施例中，因为没有在选择上行链路和下行链路信道中的限制，分别独立执行上行链路和下行链路信道分配，提供了获取最高系统容量的潜力。然而，许多实际的系统在上行链路和下行链路信道之间强加一个固定的关系，所以独立选择是不可能的。
例如，在个人手持机系统(PHS)标准中(由1995年10月召开的标准会议批准的无线工业和商业协会(ARIB)初级标准，第二版，RCR STD28)，上行链路和下行链路形成全双工信道并必须在同一射频载波上，所以上行和下行链路信道的载频不能被独立地规定。而且，下行链路时分复用时隙经过正好四路时隙被指定为先前的上行链路时隙。对于这种系统，上行链路或者下行链路信道的选择自动确定另一个的选择。在一种实施例中，通过执行上行链路分配并根据现有的系统标准指定下行链路分配来实现全双工信道的选择。这种方法在全双工信道系统的容量主要受上行链路信道容量限制时是有益的。在另一实施例中，通过执行下行链路分配并允许由系统标准固定上行链路分配的选择来选择全双工信道。当系统主要受下行链路容量限制时优选该方法。在另一种实施例中，上行和下行链路信道的分配是通过将每对上行链路和下行链路作为一个单元估计，并将新用户指定给最佳的上行一下行链路对来共同考虑的。在信道容量主要受上行链路或者下行链路信道容量的限制时优选该方法。
其它为信道分配实际上所要考虑因素的是RF功率放大器(PA)的动态范围和基站发射机结构是宽带还是窄带的。PA的动态范围由固有噪声电平限制在低功率端并由最大PA输出限制在高功率端，对于该最大PA输出放大信号的失真保持在可以接受的最低限度上。信道分配方法在选择信道时必须知道PA动态范围特性，因为所需发射功率在信道与信道之间可能不同。
因为不同频率的RF副载波的混频，基站发射机PA还产生互调失真。在窄带RF发射机的结构中，每个副载波的功率供应由独立的PA提供以便不出现不同副载波频带的混频，大大地降低了互调失真。而且，由每个PA带内混频所产生的落在副载波频带之外的任何失真分量可以被滤波从而最小化可能干扰其它副载波的互调分量。相反，具有宽带PA结构的发射机使用多载波功率放大器(MCPA)同时放大一组副载波，因为不同副载波的混频生成互调失真。如此产生的互调失真与该组携带用户信号的副载波频带叠加并且不能被分离和滤波。MCPA因为多载波RF信号的出现生成互调分量。虽然可以生产具有很低互调失真的MCPA，但生产的成本很高。因而，需要一种信道分配方法，该方法通过考虑PA结构有助于减轻互调失真效应，并允许使用较低成本的解决方案。
关于失真的类似的问题也在宽带接收机结构中存在。例如，接收机中的非线性的原因包括RF混频器、低噪音放大器和模数转换器。信道分配算法必须考虑该信息，否则可能对网络的容量产生不利影响。
如前面所说明的，在SDMA中有两个与特定普通信道上的每对用户基站相关的空间信号(Barratt等人的美国专利申请No.08/375,848)。基站通过接收或上行传输一个关于用户站如何接收基站天线阵列所发射信号的空间信号、和发射或下行传输一个关于基站接收天线阵列如何接收用户站所发射信号的空间信号，从而与每个用户站相联系。该发送和接收空间信号包括分别在基站的每个天线振子发射机和接收机上RF信号的振幅衰减和相对相位的信息。在每个接收机和发射机上的该幅度和相位信息可以被看作复数列向量a的向量元素{ai}。空间信号可以被存储在数据库中并在预定的时间间隔更换，或者它们可以在初始化来自用户的新连接时呼叫建立的初始化阶段中被估计，或者它们可以通过分析被确定(Roy等人的美国专利No.5,515,378)。例如，就手持机来说，在指定链路(话务)信道(LCH)上进行通信之前，在信令控制信道(SCCH)上进行链路信道建立阶段。在该链路信道建立阶段，新用户的空间信号被测定。
空间信号包括关于同用户通信性能的信息。如果aki和akj分别是在普通信道k上的用户i和j的接收空间信号，则它们的标准化绝对内积被定义为
，其中||表示复数模量，()*表示复共轭转置，而‖‖表示复数向量的欧几里德范数。aki和akj的标准化绝对内积表示在同一上行链路普通信道上与用户i和j同时通信的能力。正交信号将具有为零的标准化绝对内积，表示即使两者共用一公共普通信道用户间也不会有干扰。如果两用户共用一公共普通信道，一个有效的标准化绝对内积值将表示潜在的干扰问题。然而，将标准化绝对内积用作信道分配的标准存在两个问题可能太困难(即复杂和/或昂贵)以致于无法始终监视用于相邻网孔中所有用户的所有信道的空间信号；并且有效的标准化绝对内积并不必然表示干扰问题，因为例如不同网孔内的用户可能具有较大的空间信号之间的标准绝对内积，但如果它们被远距离或被高损耗RF传播路径分离则没有干扰。因此，在给定普通信道上的用户从周围用户接收到的信号电平也将确定在该信道上是否有无法接受的干扰电平。
有几种可选的上行链路信道分配的方法可以被使用，每种方法在相对复杂性和性能特性方面有所不同，它们是加权相关法、预测质量法以及结合加权相关法和预测质量法的分级法。
加权相关法定义第k个普通信道的二次价值函数为
其中ak是普通信道k上的新用户的上行链路空间信号，而
是普通信道k的天线阵列响应的样值协方差矩阵。空间信号ak一般在呼叫建立时估计，或者它可以被存储在数据库中并在指定的时间间隔更换。可以计算样值协方差矩阵的非结构估计值，该估计值不需要当前用户空间信号的先验知识，一般通过在数个时间抽样上测量在图1的每个天线振子接收机上接收的信号并取平均；即
其中z(k)(i)是在时间i在普通信道k上天线阵列的向量接收信号，n是时间抽样的个数。例如，在PHS系统中，n可以被选为PHS脉冲串中数据码元的个数。在一种实施例中，新用户的呼叫被分配给具有可接受价值ck的普通信道。可接受的价值标准可以相应于基站和用户站之间通信的可接受的误码率。在优选实施例中，新用户的呼叫被分配等式1的价值函数ck最小的普通信道。如果在所选的基站上有足够的硬件资源用于适应新连接的所选信道，允许向同一信道分配多个用户。
如果在等式1中使用非结构估计值
，则上述信道分配方法可以在没有不同基站之间的任何形式的信息交换或者通信的情况下进行。通过执行非结构估计，在同一网孔以及相邻网孔内的所有当前用户的空间信号被计算，而不需要明确地一个接一个地测量它们。
另外，利用关于当前用户的空间信号的所有知识的样值协方差矩阵的结构估计可以被计算。在使用SDMA的无线系统中，基站可以知道它与之通信的当前用户的空间信号和发射信号功率。因此，在一种可选实施例中，可以通过执行样值协方差矩阵
的结构估计计算等式1的价值函数
其中Ak是通过在与新连接相同网孔内的当前用户的普通信道k上的空间信号的列状结合所形成的空间信号的集合。Rss(k)是所期望的互相关矩阵，其对角线元素是与新连接在同一网孔内的普通信道k上当前用户的平均发射功率，Rnn(k)是包含向基站天线阵列所接收的信号提供的噪音和网孔间干扰的噪音加干扰协方差矩阵。可以通过在当前用户不发射时的时间间隔测量图1的每个天线振子接收机上的接收信号然后进行时间平均，与等式(2)相同，来估计Rnn(k)，其中的当前用户是指在信道k上并在与新连接相同的网孔内。作为选择，如果在每个基站上所有当前用户的空间信号和发射功率都是可用的，Rnn(k)可以被估计为
其中
是预期互相关矩阵，其对角线元素是在与新连接不同的网孔内普通信道k上的当前用户的平均发射功率。Ak0是在与在新连接的基站所接收的与新连接不同的网孔内当前用户的普通信道k上的已知空间信号的列状结合所形成的空间信号的集合。Q是估计的接收机噪音协方差矩阵。Q的内容也可以被视为由用户选择的调整参数。在许多普通的情况中，Q＝σ2I，其中I是单位矩阵，σ2是估计的接收机噪音。
在一种实施例中，新用户的呼叫被分配给具有可接受价值ck的普通信道。在优选实施例中，新用户的呼叫被分配等式1的价值函数ck最小的普通信道。如果在所选的基站上有足够的硬件资源用于适应除了任何现有连接之外的新连接的所选信道，允许向同一信道分配多个用户。
在典型的SDMA系统中，计算等式(2)和等式(3)的样值协方差矩阵并不断地修改作为每个普通信道空间处理的一部分，因而避免了为信道分配重复计算它的需要。则等式(1)所要求的计算被最小化。
信道分配中的进一步的改进通过使用预测质量信道分配法获得，该方法通过预测通信质量并由此产生向特定普通信道的新连接的分配。这种方法的实现通过使用RF环境模型和SDMA处理，在实际上不将呼叫分配给任何普通信道的情况下，如果将新用户分配到该信道上，估计在每个的普通信道上新用户将要经受的信号功率和干扰加噪音功率。
让
表示在新用户被分配给普通信道k之前的样值协方差矩阵，
表示如果新用户被分配并在普通信道k上使用的预测协方差矩阵。如上所述，
可以通过非结构估计(等式(2))或者结构估计(等式(3))计算。在优选实施例中，
和
之间的关系通过下式被模型化。
其中ak是普通信道k上新用户的上行链路空间信号，rss(k)是表示普通信道k上新用户的发射功率的标量。
在优选实施例中，普通信道k上的新用户的上行链路多路复用加权
被表示为列向量
应当注意到上述表达式需要
的逆矩阵，这是一般所不希望的，因为计算该逆矩阵的计算成本很高。然而，通过利用等式(5)中的
的模型，并通过调用谢尔曼—莫理森求逆公式(《矩阵计算》，Golub等人，Johns Hopkins大学出版社，巴尔第摩，MD，1983，第3页)，
的逆矩阵可以被表示为
因而，通过使用该表达式，矩阵求逆的方法被简化为一系列简单的矩阵乘法运算。而且，应当注意到在SDMA系统中，在新用户被分配给普通信道k之前的样值协方差矩阵的逆矩阵，
，作为在每个普通信道上已经使用的用户的空间处理的一部分已经被计算并被不断更新，使在使用等式(7)时不需要计算它。
由其产生向信道k分配新用户的预测上行链路功率，SkU，被估计为
而IkU，新用户的上行链路干扰加噪声功率，被估计为
已经为每个普通信道k计算SkU和IkU，每个信道k上新连接的上行链路信号与干扰加噪声比(SINR)通过下式估计。
在一种实施例中，普通信道k的价值函数被计算为IkU。新用户或者被分配给所计算的价值低到可以接受的第一个普通信道，或者分配给具有最小价值的普通信道。(一种定义低到可以接受的所计算的价值等于或者小于相应于用户和基站之间可以接受的最大误码率的价值。)基本原理是在分配给新用户的普通信道上来自现有用户的干扰低到可以接受，通过相互作用，在该信道上新用户也将产生可以接受的对现有用户的低干扰。
在一种可选实施例中，每个普通信道k的价值函数被计算为—SINRk即该信道上预测SINR的负值。新用户或者被分配给所计算的价值低到可以接受的第一个普通信道，或者分配给具有最小价值的普通信道。该方法适用于但并不仅限于使用如本技术领域所公知的控制发射功率等级的装置的无线系统。这样，新用户可以使用最低发射功率从而最大程度地降低系统中的干扰。然而，因为各种原因(例如如果功率控制范围很受限制)，根据在先前段落中为预测质量信道分配所描述的标准，始终可以进行普通信道分配。
对于在先前两段中所描述的任一实施例，信道分配方法从中选择的候选信道组可以被限制为信道子集，对于该信道子集新连接的预测信号与干扰加噪声比超过一个预定的阈值标准。一般该阈值被设置为在用户站和基站之间连接要保持可以接受的误比特率所需要的SINR或其附近。
在使用SDMA的无线系统中，基站一般知道它与之通信的当前用户的空间信号和发射功率。关于同信道当前用户的知识可以在预测质量信道分配方法中被选择利用以预测SINRk，j，即如果新连接被分配给信道k，在未实际将该呼叫分配给任何普通信道的情况下，由每个普通信道k上每个同信道当前用户i经受的上行链路信号与干扰加噪声比。用rk，j和ak，j分别表示普通信道k上同信道当前用户i的上行链路发射信号功率和上行链路空间信号。则对于每个普通信道k上的每个当前用户i，预测空间多路复用加权
、预测上行链路信号功率Sk，iU和预测上行链路干扰加噪声功率Ik，iU被计算为
其中
表示如果新用户被分配给信道并在信道上使用，在普通信道k上目前正与当前用户i通信的基站的预测样值协方差矩阵。
的计算类似于等式(7)其中aki是新用户到正在普通信道k上与当前用户i通信的基站的上行链路空间信号，
是正在普通信道k上与当前用户i通信的基站上的样值协方差矩阵。然后信道k上当前用户i的预测上行链路SINR，SINRk，j，被计算为SINRk，i＝Sk，iU/Ik，iU。
另外，如果在信道k上所有当前用户的预测上行链路SINR超过预定的阈值标准，则预测质量信道分配法可以被进一步限制只允许向普通信道k上分配新用户。
通过应用低复杂性的加权相关法作为最低价值普通信道的小子集的选择方法，然后将最佳预测质量法应用到该小子集以选择最佳普通信道，分级法结合了加权相关和预测质量法在普通信道分配上的优点。
在前面的描述中，已经考虑了从用户到基站的上行链路的分配。现在将考虑从基站到用户站的下行链路的分配。
在呼叫建立的初始化阶段，例如，用户站可以在所有普通信道上测量下行链路接收功率等级，并将该测量报告给基站。优选该方法如果并不引入过多的等待时间(建立时间)。可以选择地，每个用户站可以周期性地轮询在所有普通信道上下行链路接收功率等级，只要当前它不在进行呼叫。接收功率等级在预定时间间隔经空闲通道发送回基站，或者功率等级可以在用户站存储并更换，然后所有功率等级或其子集在呼叫建立时通知基站。使用这些方法，用户站具有用于新用户的所有普通信道或其子集上的接收功率等级的最新记录。
在一种实施例中，由新用户站在普通信道k上测量的接收信号功率等级Pk被用作普通信道k上的下行链路干扰加噪声功率IkD的估计值。可以选择地，通过引入测试时间间隔，对于已经支持在与新用户相同网孔内的一个或多个现有用户的任何普通信道k可以进一步精确估计IkD的值。测试时间间隔的持续时间一般选作由图1的SDMAP更换下行链路多路复用加权之间的周期的小倍数(例如在1至5之间)。在这个测试时间间隔期间，信道k上的现有用户调整它们的多路复用加权如同新用户已经被分配到信道k上。用于计算空间多路复用加权的方法在Barratt等人的美国专利申请No.08/375,848中描述。在测试时间间隔的后段，新用户站可以在信道k上测量下行链路接收功率并将此测量报告给基站。在测试时间间隔结束时，信道k上现有用户重新调整它们的多路复用加权如同新用户已经被从信道k上移走。然后基站使用在测试时间间隔期间测量的下行链路接收功率Pk′作为IkD的精确估计值。
普通信道k的价值函数被定义为IkD。在一种实施例中，新用户的呼叫被分配给具有可接收价值的普通信道。在另一种实施例中，新用户的呼叫被分配给价值函数最小的普通信道。如果在所选的基站上有足够的硬件资源用于适应除了任何现有连接之外的新连接的所选信道，允许向同一信道分配多个用户。
通过预测通信质量由此产生向特定普通信道的新连接的分配，获得下行链路信道分配中的进一步的改进。这通过如果新用户被分配到该信道，预测新用户在每个普通信道上将经受的下行链路SINR，而没有必要将用户分配给任何普通信道来实现。
为每个普通信道估计下行链路上新用户的空间信号。就时分双工(TDD)系统来说，新用户的下行链路空间信号可以通过两条链路的标准化与上行链路信号联系起来。标准化方法的说明可以在Roy等人的美国专利No.5,546,090中找到。其它用于估计下行链路空间信号的方法可以在Barratt等人的美国专利申请No.08/375,848中找到。
然后为普通信道k估计下行链路空间多路复用加权wkD。在TDD系统中，下行链路加权wkD可以通过两条链路的标准化与上述等式(6)的上行链路空间多路复用加权wku联系起来(Roy等人的美国专利No.5,546,090)。其它用于估计下行链路加权的方法可以在Barratt等人的美国专利申请No.08/375,848中找到。
已经为普通信道k获得下行链路空间信号akD和空间多路复用加权向量wkD，由新用户在普通信道k上接收的下行链路信号功率SkD可以被预测为；
可以如上所述通过Pk或Pk′预测下行链路干扰加噪声功率等级IkD。Pk的选择具有最低限度地中断现有用户的优点，但是Pk′提供较高的精确度。一种用于估计IkD的可以选择的方法结合Pk和Pk′的优点，以更多的计算开支但不使用测试时间间隔。该方法开始于假设Pk已知，并为Pk建立模型为
其中akD，j是从基站j到多路复用加权未知的新用户的普通信道上的下行链路空间信号，Nk是噪音和干扰对接收功率的影响，Wk，jD是通过列状连接普通信道k上并由基站j服务的每个当前用户的多路复用加权形成的多路复用加权矩阵(表示为列向量)，并在加权矩阵{Wk，jD}和空间信号{akD，j}已知的所有基站上计算该总和。例如，{Wk，jD}可以由在信道k上由新呼叫所用基站提供服务的当前用户的加权构成，{ak，jD}由在信道k上从这个基站到新呼叫的相应的发射空间信号构成。然后可以计算Wk，jD，用于在信道k上由解决新用户出现的基站j服务的当前用户的多路复用加权矩阵。有许多方法可以计算Wk，jD。例如，Wk，jD可以被表示为；
其中Ak，j是在普通信道k上当前用户的基站j上已知空间信号的列状连接所形成的矩阵。Ak，j+是Ak，j的伪逆矩阵(参见《矩阵计算》，Golub等人，Johns Hopkins大学出版社，巴尔第摩，MD，1993)，Sk，j是信号幅度的对角矩阵(如果用户没有与基站j通信可以为零)。注意到美国专利申请No.08/375,848使用与本发明所用的记法不同的矩阵和向量记法。然而，该区别对于本领域的普通技术人员来说根据上下文将是显然的。
在说明性的实施例中，然后
可以从下式计算出；
其中akD，j是普通信道k上从基站j到新用户的下行链路空间信号，
是发射信号幅度的对角矩阵，而
是通过去掉
的最低行而形成的子矩阵。然后下行链路干扰加噪声功率IkD可以被预测为；
通过以上所述的三种方法的任何一个已经获得IkD，并已经从等式(14)为所有的普通信道k计算出SkD，对于信道k预测下行链路信号与干扰噪声比SINR计算为；
在一种实施例中，普通信道k的价值函数被计算为IkD。新用户被分配给所计算的价值函数低到可以接受的第一普通信道，或者被分配给具有最小价值的普通信道。在一种可选实施例中，任一普通信道k的价值函数被计算为-SINRkD，在该信道上预测SINR的负值。新用户或者被分配给所计算的价值函数低到可以接受的第一普通信道，或者被分配给具有最小价值的普通信道。
在前段所描述的实施例可以被进一步地限制到只考虑特定普通信道k作为用于分配的候选信道，如果一个或多个下述条件有效；
(1)SINRkD大于预定的阈值，该阈值一般设置在为用户站和基站之间连接的保持可接受的误比特率所需的SINR值或其附近；
(2)普通信道k上的总发射功率，包括所有当前空间信道，没有超出基站RF功率放大器可用的动态范围；和
(3)如果新连接被分配给普通信道k，在普通信道k上每个当前用户i所经受的预测下行链路信号与干扰和噪声比，SINRk，iD，大于某个预定的阈值。
对于普通信道k上当前用户i的预测下行链路信号与干扰和噪声比，SINRk，iD，可以按下述方法计算。用Pk，i表示普通信道k上当前用户i的下行链路接收功率并可以用下式被模型化
其中ak，iD，j是从基站j到当前用户i的普通信道上的下行链路空间信号，Nk，i是来自噪音和干扰的对于普通信道k上当前用户i接收功率的未被模型化的影响。然后为基站j计算解决新用户出现的普通信道k的预测空间多路复用加权矩阵
。相应于普通信道k上当前用户i的多路复用加权矩阵的列被表示为
。预测下行链路信号功率Sk，iD和预测下行链路干扰加噪声功率Ik，iD被计算为
然后计算普通信道k上当前用户i的预测下行链路SINR，即SINRk，iD为SINRk，iD＝Sk，iD/Ik，iD。
如上所述，互调失真效应对于宽带无线发射机和接收机是重要的需要考虑的因素，并且可以在信道分配的过程中通过两种基于复合RF信号波峰因数的方法考虑该因素
(1)增加价值函数以不利于可能导致互调失真明显增加的信道选择，互调失真的增加与通过波峰因数的明显增加所预测的一致；或者
(2)在信道分配过程中增加一项限制，禁止导致复合宽带RF信号的波峰因数超过预定可接受标准的任何信道选择。
为清楚起见，在随后的讨论中宽带无线发射机将与下行链路信道相联系而宽带接收机将与上行链路信道相联系。本领域的普通技术人员将意识到在此所述的解决非线性失真的信道分配方法可以被应用到在上行链路或者下行链路上使用的宽带接收机或发射机。在宽带接收机中，当一个或几个下行链路载频(次频带)在比其它更高的电平上发射时，互调失真电平是最严重的，因为互调分量将具有显著的频谱尖峰而复合宽带RF信号具有更均匀的频谱分布，这将生产更加均匀的宽带互调分量。在宽带无线接收机中具有类似的情况，其中如果一个或几个下行链路载频(次频带)具有比其它更高的接收功率电平，由RF混频器、低噪音放大器等生成的互调失真将是最严重的。被定义为宽带信号给定次频带中的峰值功率与复合RF信号总频带上的平均功率之比的波峰因数是可恶的频谱尖峰大小的量度。因为空间信道的分配通过向同一普通信道分配具有不同空间信号的多个用户，可以明显增加在给定下行链路(上行链路)普通信道副载波上的发射(接收)功率，波峰因数是预测互调失真的重要工具。而且使用TDMA的宽带无线系统因为副载波信道分配在一些时隙将生成大型的时间功率尖峰。频谱和时间尖峰都是重要的需要考虑的因素。
对于组合的TDMA/FDMA宽带无线通信，时间和频率尖峰所导致的互调失真的控制根据的是预测的波峰因数，并由此向特定下行链路或上行链路的普通信道、时隙和空间信道分配用户。在上行链路(下行链路)时隙i期间，上行链路(下行链路)时间波峰因数Ci被定义为；
其中L是上行链路(下行链路)载频数，di，l是上行链路(下行链路)载频1上和上行链路(下行链路)时隙i上的空间信道数，而Pi，j，l是在上行链路(下行链路)载频1、上行链路(下行链路)时隙i上和上行链路(下行链路)空间信道j上用户的接收(发射)功率。设上行链路(下行链路)时隙i上最大上行链路(下行链路)波峰因数为；
在优选实施例中，最大上行链路(下行链路)波峰因数cmax可以被上述任何一种上行链路(下行链路)信道分配方法用作附加限制，通过比较该值与预定的阈值标准，如果超过阈值标准禁止信道选择。预定阈值标准在下行链路的情况中通过测量作为波峰因数函数的特定MCPA的互调失真电平来获得，或者在上行链路的情况中通过测量集成模拟接收机电路的互调失真电平来获得。
作为选择，通过上述信道分配方法计算的普通信道k的价值函数ck可以如下通过波峰因数加大；
其中λ是确定波峰因数Cmax相对于ck相关性的用户定义常数。
虽然用组合的TDMA/FDMA系统来说明信道分配互调失真因素，该方法也可用于可被视为该系统特殊情况的纯TDMA或FDMA系统。
图3(a)是如上所述用于信道分配的加权相关法300的流程图。在步骤301，初始化信道标号k。在步骤302检查用于普通信道k的硬件资源，如果不够，信道标号在步骤309递增并且过程返回步骤302。如果硬件资源足够，在步骤303估计或者从数据库获得候选信道k上新用户的接收空间信号。在步骤304，使用图3(b)或3(c)的方法计算协方差矩阵。在步骤305，根据等式(1)使用从步骤303获得的新用户的空间信号和从步骤304获得的协方差矩阵为普通信道k计算价值函数。在步骤306，检查信道k以确定是否满足所有的附加限制(例如所计算的价值函数低于预定阈值，和/或上行链路最大波峰因数小于预定阈值)，如果不满足，过程前进到步骤308。否则，普通信道k被增加到信道的候选列表以在步骤307中考虑分配。如果在步骤308中，所有的信道都已经被检查，过程前进到步骤310，否则，过程返回步骤309以递增信道标号并重复进行步骤302-308。步骤310检查候选列表是否有候选信道，如果没有，在步骤311不在这个基站分配呼叫，即不进行分配。否则，在步骤312选择最佳信道k。在一种实施例中，最佳信道是具有小于预定最小值的价值的任一信道，例如，所发现的具有小于预定最小值的价值的第一信道。(例如，预定最小值可以被选为相应于用户和基站之间所允许的最大误比特率的价值标准。)在优选实施例中，最佳信道是最小价值的信道。如果在步骤313确定所选信道k未在网孔内使用，在步骤314，普通信道k被分配给新用户。如果普通信道k由网孔内的用户使用，在步骤315使用普通信道k的空间信道被分配给新用户。
图3(b)用于估计一种协方差矩阵
的非结构方法370的流程图。在步骤371，为每个普通信道k进行测量来自天线阵列的基站接收信号向量{z(k)(i)}，在步骤372，使用等式(2)计算估计值
。
图3(c)是用于估计样值协方差矩阵
的结构方法350的流程图。在步骤351，对于每个普通信道的当前同信道用户的发送(TX)功率被从数据库中取出或者被测量。在步骤352，估计同信道当前用户的空间信号。在步骤353，计算量值Ak·Rss(k)Ak，其中Ak和Rss(k)相应于等式(3)定义。在步骤354，如果可以，如相对于等式(4)所描述的，通过测量在每个天线振子接收机上的接收噪音和网孔间干扰信号，或者通过使用在基站网孔之外的所有当前用户的空间信号和发射功率，可以估计噪音加干扰协方差矩阵，Rnn(k)。然后在步骤355通过使用等式(3)计算样值协方差
的结构估计值。
图4是预测信道分配法400的流程图，其中假设已知每个普通信道k的协方差矩阵
、它的逆矩阵
、新用户发射功率rss和新用户空间信号ak。在步骤401初始化信道标号(k＝1)。在步骤402，检查信道k所需的硬件资源，并且如果不够，在步骤411递增信道标号，处理返回步骤402。否则，通过根据等式(5)包括新用户出现的预测效应在步骤403将现有协方差矩阵
更换为
。在步骤404，根据等式(7)计算逆矩阵
，然后在步骤405中使用以根据等式(6)计算SDMA多路复用加权wkU。在步骤406，如果新连接被分配给普通信道k将导致的预测接收链路功率SkU、干扰IkU和SINR将分别使用等式(8)、(9)和(10)为所有的普通信道计算。在步骤407，计算一个价值(例如ck＝IkU或者-SINRk)。在步骤408中，检查普通信道k以确定是否满足所有附加限制。在一种实施例中，限制包括大于预定阈值的新连接的预测SINR，另外进一步的限制可以包括使用等式(11)、(12)和(13)计算的也大于某个预定阈值的普通信道k上当前呼叫的预测SINR。上行链路最大波峰因数小于某个预定的阈值的可选限制也可以被强加。如果所有的限制不能被满足，过程进行到步骤410。否则，在步骤409普通信道k被增添到候选列表。在步骤410，进行关于所有普通信道是否已经被处理的检查，并且如果没有，在步骤411递增信道标号并且重复步骤402至410。否则，在步骤412进行检查以确定候选列表是否为空，并且如果是，这个基站上的新连接被留下不分配(步骤413)。如果候选列表不为空，在步骤414进行符合最佳信道要求的信道的选择(如前面所讨论的)。如果，在步骤415，发现所选信道k在网孔内被使用，在步骤417使用普通信道k的空间信道被分配给新连接。否则，在步骤416普通信道k分配给新连接。
图5是用于上行链路信道分配的分级法500的流程图。在步骤501，调用加权相关分配法300，步骤301-309，以生成一组候选信道连同它们的价值。在步骤502，从所有候选的组中选出一个低价值普通信道的子集。在步骤503，预测分配法400被应用到由步骤502提供的普通信道子集以选择分配用的最佳普通信道。
图6是如前所述的下行链路信道分配法600的流程图。在步骤601初始化信道标号，k。在步骤602，进行关于信道k是否具有所需硬件资源的确定，并且如果没有，在步骤603该处理递增信道标号然后返回步骤602进行另一个重复。否则，在步骤604，新用户向基站为每个普通信道k报告接收功率等级。可以选择如前所述在测试时间间隔执行接收信号功率等级的测量。在步骤605，基站通过前面所述的三种方法中的任何一个确定下行链路干扰加噪声功率等级。在步骤606，执行一选项如果下行链路分配基于预测的SINR标准，处理进行到步骤609；否则，处理进行到步骤611。在步骤609，基站使用普通信道k上新用户的空间信号akD和多路复用加权wkD从等式(14)估计下行链路接收功率等级，SkD。在步骤610价值被计算为ck＝-SkD/IkD，即在等式(19)中所定义的SINRkD的负值。如果在步骤606没有选择SINR选项，基于干扰加噪声的价值被计算，即，ck＝IkD。在步骤612，进行关于信道k是否满足所有限制的确定。在一种实施例中，限制包括大于预定阈值的新连接的预测SINR。另外，进一步的限制可以包括普通信道k上超过某个预测的阈值的当前用户的预测SINR。一种可选的限制也可以被强加，即低于某个预定的阈值的下行链路最大波峰因数。为步骤612确定的不同的选择更加详细地可参见上述计算SINRr，jD的等式。如果在步骤612，不满足所有的限制，该处理进行到步骤614。否则步骤进行步骤613，其中信道k被增添到候选信道列表。如果在步骤614，确定所有的信道还没有被考虑完，处理进行到步骤603，否则，在步骤615进行检查确定候选列表是否是空的，并且如果是，在这个基站新呼叫被留下不分配(步骤616)。如果候选列表不空，在步骤617进行符合最佳信道预定要求的信道选择(如前面所讨论的)。在步骤618，如果发现所选信道k在网孔内使用，在步骤620使用普通信道k的空间信道被分配给该新用户。否则，在步骤619普通信道k被分配给新用户。
因为许多实际的系统在全双工普通信道分配的上行链路和下行链路之间强加一个固定的关系。这通过选择符合上行链路分配限制(图3(a-c)、4、5以及前面所讨论的)和下行链路分配限制(图6以及前面所讨论的)的那些上行链路和下行链路对的子集来实现。例如，这可能意味着选择具有估计的上行链路和下行链路SINR大于预定的阈值并满足波峰因数限制的那些全双工信道。从这个上行链路/下行链路对的子集，为每对计算上行链路价值ckU和下行链路价值ckD，然后将它们组合以形成单一上行/下行链路价值。如本领域的普通技术人员所公知的，有许多组合一对给定的上行链路和下行链路价值中的单独上行链路或下行链路价值的可能的方法。例如，加权求和(ckU+λckD)，其中λ是相关换算系数，可以被用于该联合价值，或者可以使用加权分量ckU(ckD)γ，其中γ是相关指数加权因数。一种合理的联合价值函数，即均匀加权(γ＝1)联合分量价值函数为
(因为许多用于组合上行链路和下行链路价值的可以使用的可能选择，应当指出创建联合价值的概念比选择联合价值函数的具体形式更重要。)在为所选子集中的每个全双工信道对创建联合价值之后，选择用于分配的具有低到可以接受的联合价值或者最小联合价值的全双工信道。
前面所述的所有的信道分配方法可以被应用到与任一特定价值相关的一组候选普通信道或者与多个基站相关的一组候选普通信道。在后面的实施例中，信道分配方法自动在为呼叫选择普通信道的过程中为新连接选择基站。这可以通过从在所有相关基站上的所有候选信道中指定提供最佳价值的相关基站和信道，或者在候选信道顺序执行信道分配直到指定一个普通信道来实现。
如果新近确认的呼叫遇到通信质量问题，或者如果由于在其RF环境中的改变正在进行的呼叫遇到在质量上无法接受的降低，信道重分配可能是必需的。除了在选择过程之前，用户想被重新分配的普通信道被从候选信道列表中删除之外，信道重分配过程与初始化信道分配相同。使用这种改进，所描述的用于信道分配的所有方法也可以被应用到信道重分配。
呼入控制是用于允许或不允许一个新连接的判定过程。如果系统负载很高以致于允许新连接可能对系统中已存在的连接质量产生显著的负面影响，可能有必要不分配新连接。对于先前所述的所有的信道分配方法，确定关于向任何特定信道的新连接的分配是否对已存在的连接产生显著的负面影响可以通过检查特定信道分配法的限制来进行。如果普通信道k上的新连接满足限制，则这个信道是用于分配的候选信道。否则，信道k不允许用于分配。通过检查用于所有普通信道或其子集的限制，如果不能发现满足特定信道分配方法限制的信道，则不分配新信道，从而实现呼入控制。因此，所有的先前所述的信道分配方法也可以应用于呼入控制。另外，一种可以被独立应用与任何信道分配方法无关的可以选择的方法也可以被使用。图7是用于呼入控制方法700的流程图，总结了这些不同的方法。
第一种方法，当使用加权相关信道分配法时合适，从步骤701开始，其中建立一个价值阈值，在步骤702，比较该阈值与所选信道k的预期价值ck。如果不超过该价值阈值，在步骤703分配信道k。如果超过该价值阈值，在步骤704信道k的分配被留下不被指定。
第二种方法，当使用用于信道分配的上行链路预测质量或下行链路预测方法时合适，开始于步骤721(图7)，其中指定一个SINR阈值标准。在步骤722，比较被选择用于分配的普通信道的SINR与该阈值，并且如果小于该阈值，在步骤723分配所选信道。否则，在步骤724所选的信道分配被留下不被分配。
第三种方法，对于任何分配方法和SDMA以及非SDMA系统合适，开始于图7的步骤711，其中指定一个负载阈值。在步骤712，测量网孔系统负载，然后在步骤713，与负载阈值比较。如果不超过负载阈值，所选信道在步骤714被分配。如果超过负载阈值，在步骤715所有普通信道被留下不分配直到系统负载降低于负载阈值。一种用于测量系统负载的方法是通过监视由网孔所经历的网孔间切换速率或者信道重分配速率(网孔内切换)。一种切换到其它网孔的速率或者网孔内信道重分配速率的移动时间平均可以被用于平滑这些事件的随机性。
图7描述了本地即在一个基站的分配。整个分配可以被顺序执行或者通过“联合优化”，当在所有相关基站的所有候选普通信道上顺序执行分配时，步骤704、715和724每个都将被继之以下一个基站上的信道分配过程，而且这种方法将在不同基站上被重复，直到发现一个普通信道和相关的基站，否则该呼叫被留下不分配。当分配通过联合优化被执行时，即从所有相关基站上的所有候选信道中指定提供最佳价值的信道和相关基站，则图7的分配步骤将被改进以执行普通信道和相关基站的分配，而如何对图7的流程图进行这种修改对于本领域的普通技术人员来说将是显然的。
在说明书中为清楚起见，上述方法被限制到具体的无线蜂窝通信系统及其实施例，但这些发明应用到其它近似的通信系统，例如无线局域网，或者应用到实施例上的其它变型，实施那些根据所提供的说明书不偏离本发明的精神和范围的技术，对于本领域的普通技术人员是显然的，并且该技术应当被认为落入后附权利要求书中的范围内。
权利要求
1.一种在无线通信系统中使用的信道分配方法，用于在请求一条上行链路连接的新用户站和基站之间建立一条上行链路连接，并用于基站向一个用户站重新分配一条现有的连接，该基站根据价值函数向用户站分配普通信道，该价值函数表示可以通过分配一个普通信道感受到的上行链路干扰，并用于通过选择具有可以接受的低价值的普通信道控制来自现有连接的干扰，该方法包括
(a)建立一个表示从每个普通信道上现有连接预测的干扰电平的价值函数；
(b)通过使用该价值函数为每个普通信道计算出一个价值；
(c)通过选择所具有的价值低于一个预定价值阈值的普通信道，向用户站分配一个普通信道。
2.如权利要求1所述的方法，还包括步骤如果所分配的普通信道在使用，向所分配的普通信道分配一个空间信道。
3.如权利要求1所述的方法，其中所分配的普通信道具有最小价值。
4.如权利要求1所述的方法，其中的价值函数是用户站的上行链路空间信号的二次函数。
5.如权利要求4所述的方法，其中的价值函数是用户站的上行链路空间信号的加权二次函数。
6.如权利要求5所述的方法，其中的价值函数通过普通信道的基站天线阵列接收的向量信号的样值协方差矩阵被加权。
7.如权利要求1所述的方法，其中的价值函数，ck，被计算为
其中ak是用户站普通信道k上行链路空间信号，
是信道k上基站天线阵列响应的样值协方差矩阵。
8.如权利要求7所述的方法，其中样值协方差矩阵
被估计为普通信道k上在基站天线阵列所接收信号向量z(k)(i)的平均值，其中i是所接收信号向量样值标号，即。
9.如权利要求7所述的方法，其中样值协方差矩阵
被估计为
其中Ak是当前与基站在普通信道k上通信的用户站的所有空间信号的列状连接所构成的空间信号集合，Rss(k)是一个协方差矩阵，其对角元素是与基站通信的用户的平均发射功率，而Rnn(k)是基站天线所接收信号的噪声加干扰协方差矩阵。
10.如权利要求9所述的方法，其中Rnn(k)被估计为
其中Ak0是当前不与基站通信的用户站的空间信号集合，并由普通信道k上空间信号的列状连接所构成，
是一个协方差矩阵，其对角元素是不与基站通信的用户站的平均发射信号功率，σ2是所估计的接收噪声功率，而I是一个单位矩阵。
11.如权利要求1所述的方法，其中用于建立价值函数的步骤(a)根据的是从所接收上行链路信号功率干扰加噪声电平，信号与干扰加噪声比，互调噪声电平或者波峰因数所组成的组中选出的至少一个上行链路接收信号质量因数。
12.一种在无线通信系统中使用的信道分配方法，用于建立一条从请求一条上行链路连接的新用户站到基站的上行链路连接，并用于向一个用户站重新分配一条现有的连接，通过根据用于从现有连接预测每个普通信道上预期上行链路信号质量等级的系统模型向新用户站分配上行链路普通信道，并用于通过选择具有一个可接受预测质量等级的普通信道来控制现有连接带来的干扰，该方法包括
(a)建立一个无线通信系统的模型，用于根据现有连接预测在每个上行链路普通信道上的上行链路接收信号质量等级；
(b)根据该模型和现有连接预测在每个上行链路普通信道上的上行链路接收信号质量；
(c)根据预测的接收信号质量使用预定的价值函数为每个上行链路普通信道计算一个预测价值；并
(d)向该新用户站分配一个上行链路普通信道，该信道具有小于预定价值标准的预测价值。
13.如权利要求12的方法，还包括步骤如果所分配的普通信道在使用，并且如果该无线通信系统支持每个普通信道有多个空间信道，则向所分配普通信道分配一个空间信道。
14.如权利要求12所述的方法，其中预测的接收信号质量基于上行链路干扰加噪声电平。
15.如权利要求12所述的方法，其中预测的接收信号质量基于预测接收信号与干扰加噪声比(SINR)。
16.如权利要求12所述的方法，其中预定的价值标准对应于一个最小的可接受的接收误比特率。
17.如权利要求12所述的方法，其中所分配的上行链路普通信道具有一个预测最小价值等级。
18.如权利要求12所述的方法，其中步骤(d)还要求所分配的信道具有一个大于预定最小值的SINR等级。
19.如权利要求12所述的方法，其中用于建立无线通信系统模型的步骤(a)还包括
(i)通过预测更新的协方差矩阵，
，该矩阵表示如果新用户被分配给信道k将导致的所接收上行链路信号，更新接收上行链路信号的协方差矩阵，
，该矩阵表示在分配信道k之前在基站上所接收的上行链路信号，其中
，ak是普通信道k上新用户的上行链路空间信号，而rss(k)是表示普通信道k上新用户发射功率的标量；
(ii)计算上行链路空间多路复用加权向量，
，其中。
20.如权利要求19所述的方法，其中更新后的逆协方差矩阵，
，通过下式获得。
21.如权利要求12所述的方法，其中用于预测信道k上上行链路接收信号质量等级的步骤(b)包括
(i)预测上行链路接收信号功率为
(ii)为新用户预测上行链路干扰加噪声功率为
；并且
(iii)为信道k预测上行链路SINR为SINRk＝SkU/IkU。
22.如权利要求12所述的方法，还包括一个限制，用于只有当该分配对于使用普通信道的所有当前用户产生的预测上行链路SINR超过一个预测SINR标准时，允许普通信道的分配。
23.如权利要求12所述的方法，其中预测的价值根据的是从所接收上行链路信号电平质量因数、干扰加噪声功率、互调噪声功率和波峰因数所组成的组中选出的至少一组上行链路接收信号。
24.一种在无线通信系统中使用的信道分配方法，用于建立一条从请求一条上行链路连接的新用户站到基站的上行链路连接，并用于向一个用户站重新分配一条现有的连接，通过根据使用表示可能在每个上行链路普通信道上经受的干扰的价值函数，计算用于分配任何普通信道的价值来向用户站分配普通信道，并用于通过选择具有一个可接受预测质量等级的普通信道来控制现有连接带来的干扰，还通过使用系统模型预测每个普通信道上来自现有连接的预期上行链路干扰，从所选子集向用户站分配一个普通信道，并用于通过选择具有一个可接受预测低干扰标准的普通信道控制来自现有连接的干扰，该方法包括
(a)建立表示从每个上行链路普通信道上现有连接预测出的干扰的第一价值函数；
(b)为每个上行链路普通信道计算出第一价值；
(c)通过选择具有小于预定第一价值水平的所有上行链路普通信道，选择一个上行链路普通信道的子集；
(d)建立一个无线通信系统的模型，用于根据现有连接预测每个上行链路普通信道上的上行链路接收信号质量等级；
(e)根据该模型和现有连接建立表示预测上行链路接收信号质量的第二价值函数；
(f)根据第二价值函数预测在该子集的每个上行链路普通信道上的上行链路接收信号质量；
(g)使用第二价值函数为该子集的每个上行链路普通信道计算第二价值；
(h)选择一个具有小于预定第二价值标准的预测第二价值的上行链路普通信道以分配给新用户。
25.如权利要求24所述的方法，还包括步骤如果所分配的信道在使用，并且如果该无线通信系统支持每个普通信道有多个空间信道，向所分配普通信道分配一个空间信道。
26.如权利要求24所述的方法，其中预定第一和第二价值标准相应于预定最大接收上行链路误比特率标准。
27.如权利要求24所述的方法，其中步骤(h)还要求所分配的普通信道具有的SINR等级高于预定的SINR等级。
28.如权利要求24所述的方法，还提供如果无线通信系统在建立上行链路连接时使用功率控制，选择具有的SINR等级高于预定SINR标准的普通信道用于分配。
29.如权利要求24所述的方法，其中用于创建第二价值函数的步骤(e)包括根据从接收上行链路信号功率电平，干扰加噪声电平，互调噪声功率以及波峰因数值中选择至少一组上行链路接收信号质量因数，建立一个价值函数。
30.一种在无线通信系统中使用的方法，用于根据一个可接受的价值标准，该标准使用价值函数根据来自现有连接的下行链路噪声加干扰电平获得，向基站分配一个下行链路普通信道，建立基站和新用户站之间的下行链路连接，该方法包括
(a)在基站，如果新用户被分配给一个给定的下行链路普通信道，为每个现有普通信道估计将导致的下行链路接收干扰加噪声电平；
(b)在基站，为每个现有下行链路普通信道使用一个预定的价值函数根据所估计的下行链路接收干扰加噪声水平计算一个价值；
(c)在基站，分配一个下行链路普通信道，该信道所计算的价值小于预定值。
31.如权利要求30所述的方法，还包括步骤如果所分配的信道在使用，并且如果该无线通信系统支持每个普通信道有多个空间信道，向所分配普通信道分配一个空间信道。
32.如权利要求30所述的方法，其中步骤(c)还包括选择一个具有最小计算价值的下行链路信道。
33.如权利要求30所述的方法，其中步骤(a)还包括；
(i)在用户站测量每个下行链路信道上的下行链路接收信号电平并将该下行链路信号电平报告给基站；
(ii)在基站从步骤(i)所报告的下行链路信号电平估计下行链路接收的干扰加噪声电平。
34.如权利要求33所述的方法，其中步骤(i)还包括每个用户站在不进行呼叫时，周期性地测量每个普通信道下行链路接收信号电平并在需要时将该下行链路接收信号电平报告给基站。
35.如权利要求33所述的方法，其中下行链路接收干扰加噪声电平被估计为所报告的下行链路接收信号电平。
36.如权利要求30所述的方法，其中用于估计每个下行链路信道上下行链路接收干扰加噪声电平的步骤(a)，还包括下述步骤；
(i)在基站，调整每个现有用户的下行链路多路复用加权，使其为新用户被分配给给定的普通信道的情况；
(ii)在新用户站，在步骤(i)之后，测量给定信道上下行链路接收信号电平并将该下行链路接收信号电平报告给基站；
(iii)在基站，预测来自步骤(ii)的下行链路接收信号电平的下行链路干扰加噪声电平；
(iv)在基站，重新调整每个现有用户的下行链路多路复用加权，使其为该新用户没有被分配给给定的普通信道的情况。
37.如权利要求30所述的方法，其中为每个现有的信道k估计下行链路接收干扰加噪声电平Ik的步骤(a)包括模型化下行链路接收干扰加噪声电平Ik为噪声影响Nk与如果新用户被分配给信道k将导致的预测第二干扰信号电平之和，估计噪声影响Nk作为所测量的信道k下行链路接收信号电平Pk与所计算的由于所有基站使用信道k产生的第一干扰信号电平之间的差值。
38.如权利要求37所述的方法，其中所计算的第一干扰信号电平被计算为
，其中
，Sk，j是基站j发射信号幅度的对角矩阵，Ak，j是对于普通信道k基站上已知的下行链路空间信号的列状连接矩阵，Ak，j+表示Ak，j的伪逆矩阵，而akD，j是对于普通信道k来自基站j的下行链路空间信号。
39.如权利要求37所述的方法，其中为信道k预测的第二干扰信号电平被计算为
，其中
，[·]+表示伪逆运算操作，
是基站j发射信号幅度的对角矩阵，Ak，j是基站j上已知的下行链路空间信号的列状连接矩阵，akD，j是对于普通信道k来自基站j的下行链路空间信号，而w*是矩阵
的最低行。
40.如权利要求30所述的方法，还包括一个步骤，用于只有当在根据从预测价值、预测总基站发射机功率、预测互调干扰电平、预测干扰加噪声电平以及以及信号与干扰加噪声比构成的组中选择的至少一个下行链路质量因数，预测到对于使用所选普通信道的每个当前用户将导致一个可以接收的下行链路接收信号质量，分配一个所选下行链路普通信道。
41.如权利要求40所述的方法，其中通过为每个下行链路普通信道计算波峰因数获得预测的互调失真电平，波峰因数值表示如果分配给定下行链路普通信道将导致的互调失真电平。
42.一种在无线通信系统中使用的方法，用于根据一个可接收的价值标准，该标准使用价值函数根据来自现有连接的下行链路信号对噪声加干扰(SINR)等级获得，向基站分配一个下行链路普通信道，从而建立基站和新用户站之间的下行链路连接，该方法包括
(a)在基站，如果新用户被分配给一个给定的下行链路普通信道，估计每个现有普通信道将导致的下行链路接收SINR等级；
(b)在基站，为每个现有下行链路普通信道使用一个预定的价值函数根据所估计的下行链路接收SINR等级计算一个价值；
(c)在基站，分配一个下行链路普通信道，该信道所计算的价值小于预定值。
43.如权利要求42所述的方法，还包括步骤如果所分配的信道在使用，并且如果该无线通信系统支持每个普通信道有多个空间信道，向所分配普通信道分配一个空间信道。
44.如权利要求42所述的方法，其中步骤(b)的预定价值函数根据的是SINRkD，其为每个信道估计的下行链路信号与干扰加噪声比，其中
，wkD是用于信道k上新用户的下行链路多路复用加权，akD是信道k上新用户的下行链路空间信号，而IkD是估计的干扰加噪声电平。
45.如权利要求42所述的方法，其中步骤(c)还包括选择一个具有最小计算价值的下行链路信道。
46.如权利要求42所述的方法，其中步骤(a)还包括；
(i)在用户站测量每个下行链路信道上的下行链路接收信号电平并将该下行链路信号电平报告给基站；
(ii)在基站从步骤(i)所报告的下行链路信号电平估计下行链路接收干扰加噪声电平。
47.如权利要求46所述的方法，其中步骤(i)还包括每个用户站在不进行呼叫时，周期性地测量每个普通信道下行链路接收信号电平并在需要时将该下行链路接收信号电平报告给基站。
48.如权利要求42所述的方法，其中用于估计每个下行链路信道上的下行链路接收干扰加噪声电平的步骤(a)，还包括下述步骤；
(i)在基站，调整每个现有用户的下行链路多路复用加权，使其如同新用户被分配给给定的普通信道情况；
(ii)在新用户站，在步骤(i)之后，测量给定信道上下行链路接收信号电平并将该下行链路接收信号电平报告给基站；
(iii)在基站，预测来自步骤(ii)的下行链路接收信号电平的下行链路干扰加噪声电平；
(iv)在基站，重新调整每个现有用户的下行链路多路复用加权，使其如同该新用户没有被分配给给定的普通信道的情况。
49.如权利要求42所述的方法，其中为每个现有的信道估计下行链路接收干扰加噪声电平Ik的步骤(a)包括模型化下行链路接收干扰加噪声电平Ik为噪声影响Nk与如果新用户被分配给信道k将导致的预测第二干扰信号电平之和，估计噪声影响为所测量的信道k上的下行链路接收信号电平Pk与由于所有基站使用信道k而计算的第一干扰信号电平之间的差值。
50.如权利要求49所述的方法，其中所计算的第一干扰信号电平被计算为
，其中
，Sk，j是基站j发射信号幅度的对角矩阵，Ak，j是对于普通信道k基站上已知的下行链路空间信号的列状连接矩阵，Ak，j+表示Ak，j的伪逆矩阵，而akD，j是对于普通信道k来自基站j的下行链路空间信号。
51.如权利要求49所述的方法，其中为信道k预测的第二干扰信号电平被计算为
，其中
，[·]+表示伪逆运算操作，
是基站j发射信号幅度的对角矩阵，Ak，j是基站j上已知的下行链路空间信号的列状连接矩阵，akD，j是对于普通信道k来自基站j的下行链路空间信号，而w*是矩阵
的最低行。
52.如权利要求42所述的方法，还包括一个步骤，用于只有当在根据从新呼叫价值、总基站发射机功率、预测互调干扰电平、预测每个当前信道上干扰加噪声电平、预测每个当前信道上信号与干扰加噪声比构成的组中选择的至少一个下行链路质量因数，预测到对于使用所选普通信道的每个当前用户将导致一个可以接收的下行链路接收信号质量，分配一个所选下行链路普通信道。
53.如权利要求52所述的方法，其中预测互调失真电平通过为每个下行链路普通信道计算波峰因数获得，波峰因数值表示如果要分配给定下行链路普通信道将导致的互调失真电平。
54.一种全双工信道的分配方法，其中从一组双工信道中选出一个双工信道，其中该组的双工信道提供可接受质量的上行链路通信，并且根据该系统现有标准进行下行链路信道分配，该方法包括
(a)建立一个价值函数，该函数表示每个上行链路普通信道上现有连接所要求的通信质量的不足；
(b)通过使用该价值函数为每个上行链路普通信道计算一个价值；
(c)通过选择一个其价值小于一个预定价值标准的普通信道分配一个上行链路普通信道；
(d)根据通信系统的现有规则选择一个下行链路信道。
55.如权利要求54所述的方法，其中根据个人手持机系统(PHS)标准进行全双工信道的分配。
56.一种全双工信道的分配方法，其中从一组双工信道选出一个双工信道，其中该组的双工信道提供可接受质量的下行链路通信，并且根据该系统现有标准进行上行链路信道分配，该方法包括
(a)建立一个价值函数，该函数表示每个下行链路普通信道上现有连接所要求的通信质量的不足；
(b)通过使用该价值函数为每个下行链路普通信道计算一个价值；
(c)通过选择一个其价值小于一个预定价值标准的普通信道分配一个下行链路普通信道；
(d)根据通信系统的现有规则选择一个上行链路信道。
57.一种全双工信道的分配方法，其中从一组双工信道选出一个双工信道，其中该组的双工信道提供可接受质量的下行和上行链路通信，该方法包括
(a)建立一个价值函数，该函数表示每个普通双工信道上现有连接所要求的通信质量的不足；
(b)通过使用该价值函数为每个普通双工信道计算一个价值；
(c)通过选择一个其价值小于一个预定价值标准的普通双工信道分配一个普通双工信道；
58.一种根据干扰价值函数在无线通信系统中用于控制新用户站的呼入的呼入控制方法，该方法包括
(a)建立一个价值函数，该函数用于估计已经被选择用于分配的普通信道上的干扰加噪声值；
(b)如果一个所选普通信道要被分配，估计该价值函数以为所选普通信道获得一个价值；
(c)比较该价值与预定信道分配价值标准；并且
(d)如果该价值小于预定信道分配价值标准，允许该呼叫。
59.一种根据预测干扰模型在无线通信系统中用于控制新用户站的呼入的呼入控制方法，该方法包括
(a)建立一个无线通信系统模型，用于根据现有连接预测每个普通信道上接收信号电平和干扰加噪声电平；
(b)根据该模型和现有连接预测每个普通信道上接收信号电平和干扰加噪声电平；并且
(c)为新用户选择一个具有高的可以接受的预测信号与干扰加噪声比(SINR)的普通信道；并且
(d)如果SINR大于一个预定的呼入标准SINR阈值，则允许该呼叫。
60.一种在无线通信系统中用于控制新用户站的呼入的呼入控制方法，该方法根据现有系统呼叫负载的估计并包括
(a)估计现有呼叫负载，用于指示多少系统容量在被利用；
(b)规定一个呼叫负载阈值表示该系统所允许的最大呼叫负载；并且
(c)比较现有呼叫负载与该呼叫负载阈值；并且
(d)如果所估计的现有呼叫负载小于该呼叫负载阈值则允许一个新呼叫。
61.如权利要求60所述的方法，其中在步骤(a)中的估计还包括监视出现网孔内切换的速率，并根据该出现网孔内切换的速率估计现有呼叫负载。
62.如权利要求60所述的方法，其中步骤(a)还包括通过监视信道重分配的速率估计现有的呼叫负载。
全文摘要
用于信道分配和再分配的方法适合于SDMA系统,该系统适合动态自适应空间信道条件并允许普通信道的更加频繁地重复使用。描述三种用于上行链路的信道分配方法:价值函数法、预测法和分级法。价值函数法根据当前用户的空间信号(向量)的加权相关矩阵为每个普通信道计算一个价值函数。如果所选普通信道正在使用则为其建立空间信道。预测信道分配法为每个普通信道预测上行链路接收功率和干扰加噪声。具有最小干扰加噪声电平的普通信道或者具有最大SINR的信道被选择,并且如果所选信道正在使用也分配一个空间信道。分级法组合价值函数法和预测法。
文档编号H04B7/26GK1242909SQ97181158
公开日2000年1月26日 申请日期1997年12月30日 优先权日1996年12月31日
发明者路易斯C·云, 比约恩E·奥特斯滕 申请人:埃瑞康姆公司