专利名称：一种在终端和网络部件之间发送信号的方法
技术领域：
本发明总体上涉及通信系统领域，更具体地涉及但不限于支持发射分集的蜂窝移动通信系统。
背景和现有技术分集是一种在移动无线电系统中被普遍使用的对抗信号衰落的技术。分集的基本原理如下。如果携带信号的同一个信息的至少两个复制品以可比的强度在至少两个信道上被接收，并且显示出独立的衰落，那么很有可能至少一路或更多的这些被接收信号不会在任意给定的时刻都衰落，这样就使传送足够的信号电平到接收机成为可能。
若没有分集技术，在噪声被限的条件下，当信道严重衰落的短时间间隔期间，发射机将不得不传送一个高得多的功率电平来保护链路。在移动无线电中，反向链路上的可用功率受限于手持机用户设备中的电池容量。分集方法在减少发射功率需求中起了决定性的作用。而且，蜂窝通信网主要是受限于干扰，通过使用分集，信道衰落的缓和能转换为改善的干扰容限，这就意味着支持额外用户的更大的能力，从而意味着更高的系统容量。
有几种技术来得到分集支路，或如人们有时所了解的分集大小(diversity dimension)。得到分集的一种重要技术是空间分集。空间分集转能被用在接收机(接收(RX)分集)及发射(发射(TX)分集)中。
这是过去在移动无线电基站中最普遍的分集形式。其相对容易实现并且不要求额外的频谱资源。空间分集通过将天线间隔开而在基站接收机应用于反向链路(reverse link)上，以便获得充分的去相关。
获得天线输出端不相关衰落的关键是天线的足够的间隔。所要求的间隔取决于多路径扩展角(angle spread)的度数。例如，如果按照移动站通常的情况，多路径信号在所有方位角方向到达，0.5λ～0.8λ级的天线间隔就足够了。另一方面，如果按基站的情况多路径扩展角小，相干距离就大得多。为了在基站位置实现一个空间分集群(diversity constellation)(即空间上分离的天线)，一般要使用对于线性极化天线来说10λ～20λ的天线间隔。或者，可使用正交极化天线。
获得分集的其它技术包括极化分集，角分集，频率分集，路径分集和时间分集。由Jerry D-Gibson编辑的《移动通信手册》ISBN0-8493-8573-3中给出了各种分集方案的概要。
本发明的一个目的在于提高发射分集方案的利用率，从而改善通信系统中终端和网络部件间通信链路的质量。
发明概述通过在终端和网络部件之间发射信号的一种方法来实现这些目标，该方法包括下列步骤——确定终端和网络部件之间通信链路的质量测量值，——将质量测量值与门限质量水平作比较，——如果质量测量值在门限质量水平之上，则选择发射分集关，以及如果质量测量值在门限质量水平之下，则选择发射分集开。
通过通信网络的一个网络部件也可实现这些目标，该网络部件包括——用于确定终端和网络部件之间通信链路的质量测量值的装置，——用于比较质量测量值和门限质量水平的装置，
——如果质量测量值在门限质量水平之上，则选择发射分集关，如果质量测量值在门限质量水平之下，则选择发射分集开的装置。
通过蜂窝移动通信系统也可实现这些目标，该系统包括至少一个终端和一个用于每个蜂窝(小区)的网络部件，该网络部件包括——用于确定终端和网络部件之间通信链路的质量测量值的装置，——用于比较质量测量值和门限质量水平的装置，——如果质量测量值在门限质量水平之上，则选择发射分集关，如果质量测量值在门限质量水平之下，则选择发射分集开的装置。
本发明的优选实施方案在从属权利要求中给出。
本发明基于下述发现分集不总是有利的。例如，如果在终端和天线之间存在一个视线，则分集会使通信链路的质量因为干扰而退化。然而，如果没有这样的视线，从而在终端和天线之间没有直接传输路径，则发现分集是有利的。视线的存在与终端和网络部件之间通信链路的质量是相关的。
如果质量较高，这就意味着在终端和天线之间很可能存在视线。按照本发明，在这种情况下，结果就要将发射分集关掉。在相反的情况下，即如果终端和天线之间通信链路的质量较低，这就意味着视线可能不存在。从而，为了提高质量，对通信链路将发射分集选择为开。
依照本发明的一个优选实施方案，利用诸如延迟分集(delaydiversity)或时空编码(space-time coding)或天线跳频(antennahopping)这样的发射分集技术。
依照本发明的一个优选实施方案，通过确定终端中下行链路的质量来确定通信链路的质量。一个相应的质量测量值在控制或信令信道上被传递到网络部件。
依照本发明的一个更优选实施方案，根据质量测量值从一个预定的编码和/或调制方案组中选择一个编码和/或调制方案。
通常，在所有无线电信道的条件下，通信系统的运行以某一信息传输速率使用单一的调制方案和单一的编码方案，然而，当移动用户数量增加时，无线电信道的条件在不同区域和不同时间会变得更加多样化。若干同时传输造成的干扰可能严重影响以高的用户比特率进行的编码与调制的特定组合的性能。然而，在其它的情况下，干扰电平可以低到足以允许这样的组合。然而，近来，在无线电通信系统中用于传输的调制与编码方案组合的动态适应被认为是一种替代方案。
取决于无线电信道的条件，可以应用具有足够稳定性的合适组合，并可以提供一个最优用户比特率。在传输期间，调制和编码的不同组合之间的切换被称为链路适应，这个特征正被考虑用于未来无线电通信系统，作为对现存系统的一个改进。使用多重调制方案的一个通信系统的实例见于U.S.pat.No.5,577,087。其中描述了在较高级QAM和QPSK之间切换的技术。基于质量测量值决定调制类型之间的切换。
例如，作为提供分组数据业务的GSM的延伸的通用分组无线业务(GPRS)支持4种信道编码方案。卷积半速率码方案(convolutionalhalf-rate code scheme)，CS1编码方案，这是GPRS的“母”信道编码方案。删截(puncture)CS1方案获得大约2/3速率和3/4速率的编码方案，CS2和CS3编码方案。GPRS也支持一种未编码的方案(uncoded scheme)，即人们所知的CS4编码方案。
增强型GPRS(EGPRS)是根据信道条件既选择编码方案又选择调制的系统的一个实例。EGPRS支持四种类似于GPRS的CS1、CS2、CS3和CS4的编码方案，此外还允许选择调制方案，即GMSK或8PSK。这就形成了一组9种调制和编码方案，MCS1，MCS2，MCS3，MCS4，MCS5，MCS6，MCS7，MCS8和MCS9。
依照本发明的一个更优选实施方案，在链路适应(LA)中，调制和/或编码方案的选择用于确定发射分集的开或关。通过LA机制对调制和/或编码方案的选择取决于终端和网络部件之间通信信道的质量。门限质量水平是由可用的调制和/或编码方案中的其中一种调制和/或编码方案来确定的。
例如，在GPRS的情况中，门限质量水平可由CS3定义。如果LA机制选择CS4编码，这就意味着通信链路的质量非常高。当CS4高于CS3时，这就意味着发射分集选择为关。
同样地，如果LA机制选择CS1，这就意味着通信链路的质量低。当CS1低于CS3时，发射分集选择为开。同样，EGPRS的一种调制和编码方案也能用于定义这样的门限质量水平。
例如MCS4能用于定义门限质量水平。如果LA机制选择MCS1，MCS2，MCS3或MCS4，这就意味着质量相对较差，并且因此将发射分集选择为开。如果LA机制选择MCS5，MCS6，MCS7，MCS8或MCS9，这就意味着信道质量相对较高。这就意味着发射分集选择为关。
依照本发明的一个更优选实施方案，终端速度与一个门限水平相比较。终端速度能根据从移动终端接收到的信号的多普勒扩展(Doppler spread)来确定。如果终端速度(或从移动终端接收的信号的多普勒分布)低于门限水平，就选择发射分集开，在相反的情况下选择发射分集关。
这种方法如果与时空编码技术一起使用会尤其有利，这种时空编码技术公开于E.Lindskog和A.Paulrai的《用于具有码间干扰的信道的一种发射分集方案》，通信ICC 2000的2000 IEEE国际会议的会议论文集，vol.1，PP.307-311，2000年7月(E.Lindskog and A.Paulraj，“A Transmit Diversity Scheme for Channels with IntersymbolInterference”，Proceedings of 2000 IEEE International Conference onCommunications ICC’2000，vol.1，pp.307-311，June 2000)。这种编码技术尤其适用于在GSM/GPRS/EGPRS中的具有码间干扰的应用。
附图简述接下来，本发明的优选实施方案将通过参照附图被更加详细地解释，其中
图1是依照本发明的通信系统的一个优选实施方案的框图，图2是对本发明的一种方法的一个实施方案的流程图的说明。
详细描述图1说明了移动蜂窝通信网络的一个小区。在该小区中存在一个基站收发信机系统(BTS)1，该BTS具有至少两个天线2和3，以便建立与小区内的移动终端4的通信链路。所述天线2和3在空间上隔开，以能实现是空间发射分集(space transmit diversity)。
为了实现移动终端4和BTS1之间的双工连接，上行链路5和下行链路6被建立。在此处被考虑的优选实施方案中，通信链路的质量在移动终端4中通过测量误码率(BER)和误码率的波动作为质量测量值来确定。该BER和/或BER的波动经由控制信道7从移动终端4发送到BTS1。
BTS1被耦合到链路适应(LA)模块8。质量测量值作为从BTS1的到LA模块8的输入。LA模块8具有各种编码和/或调制方案9，诸如在GPRS情形中的CS1至CS4或EGPRS情形中的MCS1至MCS9。
此外，LA模块8具有一个分集选择模块10。该分集选择模块10包含一个表11。该表11用于存储可用编码和/或调制方案9的一个有序列表。例如，该编码和/或调制方案9组的相应于最低质量信道的编码和/或调制方案被编入表11的底部。在EGPRS系统的情形中，这就意味着调制和编码方案MCS1被编入表11最底部的条目。
此外定义一个质量门限水平12，其确定对一个给定的编码和调制方案，发射分集是选择开还是关。对于那些低于质量门限水平12的调制和编码方案，即MCS1到MCS4，与移动终端4的通信链路的质量被认为相对较差，因而将发射分集选择为开。在相反的情况下，即，对于在质量门限水平12之上的调制和编码方案MCS5到MCS9，将发射分集选择为关。
发射分集开或关的选择从LA模块8发送到BTS1。作为响应，针对到移动终端4的该通信链路，BTS1将发射分集切换为开或关。
此外，为了实现滞后现象，可定义为一个高于质量门限12的质量门限水平13。例如，如果通过LA模块8选择一个高于质量门限水平13的MCS，那么系统将从发射分集开切换到发射分集关。如果质量降到质量门限水平12以下，系统就切回到发射分集开。
或者，如果过去了预定的时间，系统就从发射分集开切换到发射分集关，即发射分集开是用于一个确定的时间段；当该时间段过去后，系统就切回到发射分集关。该时间段的选取取决于移动终端4的速率，该速率能根据多普勒频移测量。
作为另一种可选方案，可结合使用占用时间(elapse time)和滞后的组合来在发射分集开和发射分集关之间切换。
这个方案尤其优越，因为它实施的复杂度低，而又从实质上改善了通信质量。本发明的这种方法将参照图2进一步说明。
在步骤20中，下行链路的质量在移动终端中被测量。在步骤21中相应的质量测量值以信号发送到BTS和LA。
作为响应，在步骤22中选择一种编码和/或调制方案；这个选择取决于该质量测量值。
在步骤23中确定被选择的编码和/或调制方案是否在预先确定的质量门限水平之上。如果是这种情况，则在步骤24中选择发射分集关并且该控制返回到步骤20。如果是相反的情况，则在步骤25中选择发射分集开并且该控制返回到步骤20。
如上面所解释的，一个允许滞后(hysteresis)和/或占用时间(elapse time)的更复杂的方案能通过改变步骤23的测试来实现，即，为了选择发射分集的开或关，将一个或更多个附加的标准，诸如附加门限水平和/或时间段，组合起来。
附图标记列表基站收发信机系统(BTS) 1天线2天线3移动终端 4上行链路 5下行链路 6控制信道 7链路适应(LA)模块 8编码和/或调制方案9分集选择模块10表 11质量门限水平12质量门限水平1权利要求
1.一种在终端和网络部件之间发送信号的方法，该方法包括步骤——确定终端和网络部件之间通信链路的质量测量值，——将质量测量值与门限质量水平作比较，——如果质量测量值在门限质量水平之上，则选择发射分集关，如果质量测量值在门限质量水平之下，则选择发射分集开。
2.权利要求1的方法，质量测量值通过终端来确定并且经由一个控制信道从终端发送到网络部件。
3.权利要求1的方法，进一步包括根据质量测量值选择一预先的调制方案组中的一个编码和/或调制方案，从而所述门限质量水平被定义为该组预定编码和/或调制方案中的一种编码和/或调制方案。
4.权利要求1中的方法，在蜂窝移动通信网中建立所述通信链路。
5.权利要求1的方法，所述预定编码方案组包括GPRS的CS1、CS2、CS3和CS4，或者，所述预定编码和调制方案组包括EGPRS的MCS1、MCS2、MCS3、MCS4、MCS5、MCS6、MCS7、MCS8和MCS9。
6.权利要求1的方法，其中基于终端的速率确定质量测量值。
7.一种通信网络的网络部件，包括——用于确定终端和网络部件之间通信链路的质量测量值的装置，——用于比较质量测量值和门限质量水平的装置，——如果质量测量值在门限质量水平之上，则选择发射分集关，如果质量测量值在门限质量水平之下，则选择发射分集开的装置。
8.权利要求7的网络部件，所述用于确定质量测量值的装置，包括用于从终端接收质量测量值的控制信道输入装置。
9.权利要求7的网络部件进一步包括根据质量测量值选择一预定的调制方案组中的一个编码和/或调制方案的装置，从而所述门限质量水平被定义为该预定编码和/或调制方案组中的一种编码和/或调制方案。
10.权利要求9的网络部件，所述预定编码方案组包括GPRS的CS1、CS2、CS3和CS4，或者，所述预定编码和调制方案组包括EGPRS的MCS1、MCS2、MCS3、MCS4、MCS5、MCS6、MCS7、MCS8和MCS9。
11.权利要求7的网络部件，所述用于确定质量测量值的装置适合于根据终端速率来确定质量。
12.一个包括至少一个终端和用于每个小区的网络部件的蜂窝移动通信系统，该网络部件包括——用于确定终端和网络部件之间通信链路的质量测量值的装置，——用于比较质量测量值和门限质量水平的装置，——如果质量测量值在门限质量水平之上，则选择发射分集关，如果质量测量值在门限质量水平之下，则选择发射分集开的装置。
全文摘要
本发明涉及一种在终端和网络部件之间发送信号的方法，及一种网络部件，该方法包括下列步骤确定终端和网络部件之间通信链路的质量测量值；将质量测量值与门限质量水平作比较；如果质量测量值在门限质量水平之上，则选择发射分集关，如果质量测量值在门限质量水平之下，则选择发射分集开。
文档编号H04L1/06GK1452422SQ0311064
公开日2003年10月29日 申请日期2003年4月18日 优先权日2002年4月19日
发明者沃克·布朗, 巩特尔·赫佐格, 迈克尔·维尔赫姆, 安德亚斯·威伯 申请人:阿尔卡塔尔公司