專利名稱：用于在一個基站與多部行動臺間傳送信息的方法與設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及于通信系統(tǒng)，并且尤其涉及在基站與行動臺間通信的方法與設備。
在本申請例中，由于本發(fā)明是在移動通信系統(tǒng)的背景下說明的，因此系統(tǒng)用戶所使用的通信臺在這里被稱為行動臺(MS)。然而，要注意的是，本發(fā)明的技術可用于信道條件會改變的情況。因此，本發(fā)明可應用在移動和固定的通信臺中。
依照本發(fā)明的一個實施例，一個基站(BS)向多個不同的行動臺傳輸數據?；驹谌魏螘r刻都需要決定向哪一個行動臺傳送。假設有數據這樣的信息要被傳送給多個行動臺，基站就必須在這些行動臺的需求之間做出仲裁，從而決定數據要在何時以及多長的時間內傳輸給各個行動臺。這個過程有時被稱為時序安排(Scheduling)。作為時序安排過程的一部分，基站可能要分配帶寬——例如所要使用的一個范圍內的頻率、以及所需的功率來達成傳輸的目的。
本發(fā)明中的行動臺會向基站提供關于信道條件的反饋。依照本發(fā)明的一個特性，對傳輸給各個行動臺的數據排序是基于行動臺所獲取的信道條件反饋信息的。當信道條件良好時，其數據傳輸的速率如每秒比特數(bits/s)比信道條件差時來得高。考慮到信道條件信息的因素，向移動臺傳送數據的時序安排可使得傳輸在移動臺擁有良好信道條件的時候進行，例如允許較少錯誤及較高速率的條件。依照本發(fā)明，比起利用循環(huán)法(round robin)或無視行動臺信道條件隨機排序的方法，基于各個行動臺(MS)所擁有的信道條件好壞來安排時序，可實現(xiàn)更大的基站整體通信容量。
為了確保每個用戶即使在長時間信道條件不良的情況下也能收到一些數據，根據本發(fā)明多種不同的實施例，向行動臺傳輸數據的時序安排還需要考慮除信道條件以外的其他因素。舉例來說，當用戶具有高優(yōu)先級，比如說用戶為該服務支付較多，以及/或者是在使用一些如影像數據流這樣對時間延遲要求很嚴格的應用時，那么即使這些用戶的信道不如所需要的那樣好或是它比其他用戶的信道要差，基站也要為這些用戶安排時序。這種情況下，基站的整體通信容量相比完全或主要依照信道條件進行時序安排的實施例要低。當存在不具有較好信道條件的固定用戶時，這種情況尤為突出。
在不移動的行動臺或是固定位置用戶臺的例子中，實際物理信道的條件對時間而言幾乎是保持不變的。
依照本發(fā)明的一個特征，每個基站例如通過利用彼此物理分隔的發(fā)射機傳送同樣的信息，來制造人為的信道變化。假設使用了兩個發(fā)射機例如天線，第一個發(fā)射機發(fā)出了帶有第一種信息例如數據內容的第一個信號，而第二個發(fā)射機則發(fā)出第二個信號，它帶有(與第一個信號)相同的信息內容，但相位或幅度卻不同。第一個信號與第二個信號間的差異，例如相位和/或幅度差異，會隨時間改變。在接收機處，第一與第二信號互相作用，并被當作單個的接收信號。該接收信號的幅度經測量后，被反饋給基站，作為表示基站與行動臺間信道條件的指標。
因此，基站對行動臺的時序安排可以是包含了信道狀態(tài)信息的反饋信息的函數。由之前的討論，當與用戶行動臺相關聯(lián)的信道條件變得足夠好時，反饋數據便可被用作安排用戶時序的一般策略的一部分。這個策略可以改善下行鏈路的通信容量，即使在行動臺固定從而它們的信道不會自然變化的情況下仍然有效。
在一個移動通信系統(tǒng)中，本發(fā)明所使用的策略如下我們在基站處有n個天線，先將要傳送給行動臺的信號(在基帶表示下為復數)乘上復數，例如比例因數(scaling factor)α1，…αn，再利用天線將它們無線發(fā)送出去。這些復數值可以、并且至少在某一個實施例中是在每個傳輸數據的時間片段內隨機選取的。這些比例因數的一些期望特性(但并非強制特性)如下1.在一段時間上，如符號周期或多個載波信號周期內，αi的幅值平方和等于一個常數。
2.在不同的時間片段間，復值比例因數以連續(xù)方式變化。這使接收機更容易追蹤信道變化，并反饋可靠的信道強度評估。
通過基站從多個發(fā)射機發(fā)送同樣的信息信號而引入的人為信號變化，基站能夠利用從行動臺獲取的信道條件反饋信息進行追蹤。從而基站便可利用這種人為變化以及實際的信道變化，待行動臺所用的信道條件良好時安排其時序。作為時序安排過程的一部分，在某些實施例中，會分配較多的功率向擁有良好信道條件的行動臺進行傳輸，而當行動臺信道條件不良時則相反處理。
事實上，按照下面將要進一步說明的策略，在信擾比例signalto interference ratio)方面，當基站依照本發(fā)明安排時序時，其行動臺的信道會比原本的信道好上兩倍。
除了使一個基站對其行動臺傳輸數據的時序安排更容易之外，本發(fā)明中的人為信號變化，在多個基站通信重疊的情況下，例如通信范圍重疊的情況下，也一樣有利。在這個例子中，從某一個基站發(fā)出的信號會作為信道噪聲出現(xiàn)在另一個基站的信號中。但由于本發(fā)明在第一基站與一個行動臺之間傳輸的信號內引入了變化，所以第二個基站，如鄰近的基站會將這些信號變化視為信道噪聲變化。因此，鄰近的基站便可利用來自第一基站的噪聲為最小值的時刻，將信號傳給它自己的行動臺。
除了利用信道條件信息為基站向行動臺傳送數據安排時序以外，依照本發(fā)明，還可以利用信道條件信息為行動臺向基站的數據傳送安排時序。在這樣的一個實施例中，當行動臺有數據要上傳給基站時，會先向基站發(fā)出一個信號。基站再對這些有上傳數據需求的行動臺加以仲裁并依據不同行動臺和基站之間信道的條件排定上傳順序。依照此法，可以在多個行動臺間排定上傳順序以便有效的完成上傳。
本發(fā)明的更多特點、實施例及優(yōu)點，將在以下的詳細說明中進行討論。


圖1A示出了一個依照本發(fā)明實現(xiàn)的通信系統(tǒng)，它包括一個基站和多個行動臺。
圖1B示出了包含多個圖1A中所示系統(tǒng)的通信系統(tǒng)，每個系統(tǒng)的廣播范圍彼此重疊。
圖2與圖3示出了信道幅度對時間變化的范例圖。
圖4示出圖1中所示的通信系統(tǒng)加上多個反饋信號后的情形。
圖5示出了本發(fā)明的一個通信系統(tǒng)，其中多個帶有相同信息的信號從一個基站傳輸給各個行動臺。
圖6示出了依照本發(fā)明實現(xiàn)的一個基站。
圖7示出了依照本發(fā)明實現(xiàn)的行動臺范例。
圖8示出了本發(fā)明的一個系統(tǒng)，其中兩個相連的基站一同工作以將信號傳給各個行動臺。
圖9示出了一個通信系統(tǒng)，其中多個基站和行動臺位于相同的廣播范圍內。
圖10示出了依照本發(fā)明實現(xiàn)的行動臺范例，該行動臺包含多個廣播天線。
圖1A示出了一個無線通信系統(tǒng)100中下行鏈路的例子(以箭號110、112表示)。如圖所示，該通信系統(tǒng)100包含了一個基站102和第一第二兩個行動臺104、106。基站(BS)102位置固定，它能在環(huán)繞它的一個地理區(qū)域120內進行廣播，該區(qū)域稱為蜂巢，基站可在該區(qū)域內與行動臺MS1 104、MS2 106通信。圖1A中僅示出了下行鏈路，也就是說，110、112代表由基站向兩個行動臺的發(fā)送。在圖1A的例子中，我們只討論了兩個行動臺104、106的情況。然而，本發(fā)明可被應用于一個基站102對任意N個行動臺傳輸的情況。
箭頭110、112分別代表了由基站到行動臺104與106的通信鏈路(link)。由于這些鏈路代表了可將信息下傳至各個行動臺104、106的通信路徑，因此又被稱為信道。這些信道可能會因行動臺的移動或它周邊分散的環(huán)境(scattering environment)而隨著時間改變，也會受到基站102與行動臺104、106間傳輸時所使用的頻率影響。依據本發(fā)明，信道條件信息會由行動臺104、106傳回基站，并被用來安排從基站102向行動臺104及106發(fā)送信息的時序。
圖1A中所示的通信系統(tǒng)可彼此結合成一個更大的通信系統(tǒng)150，如圖1B所示，系統(tǒng)150是包括多個蜂巢120、162、164。在系統(tǒng)150中，每個蜂巢中各包含一個基站(102、172、174)和多個行動臺(未示出)。來自每個基站的傳輸都會延伸到其他蜂巢的范圍內，造成信號干擾。圖中蜂巢120、162、164重疊的部份就是干擾可能發(fā)生的地方。下面將討論到，對于處在蜂巢重疊區(qū)域內的行動臺，這些干擾會對它們的信道條件造成負面影響。
再參見圖1A的例子，為了簡便，假設基站102與各個行動臺104、106在單一頻率如fk上通信，或是在一個中心頻率為fk的相當窄的頻帶(在大部份情況下，1MHz算是足夠窄的)上通信。這表示雖然信道會隨著時間變化，但在基站102用來向行動臺104或106傳輸(信號)的頻率范圍內卻幾乎保持穩(wěn)定。在圖1A中，往行動臺MS1的信道以h1(t)表示；往MS2的則以h2(t)表示。h1(t)與h2(t)的幅度皆會隨時間改變。圖2和圖3中示出了與行動臺104相關的范例信號h1(t)以及與行動臺106相關的范例信號h2(t)。這里的時間t被“分段”了，也就是說我們根據所傳輸的符號數來衡量時間，因此時間是以正整數值表示的。而信道則是以復數(包括實部及虛部)表示的，也就是所謂的“基帶表示”。實數部分代表基站102以固定頻率fk傳送純余弦波時的信道增益(gain)，虛數部分則代表基站以固定頻率fk傳送純正弦波時的信道增益。舉例來說，基站可以選擇所要傳送的數據(定義為m1(t)，由一串1和0組成)。假設k＝0時，基站102將該數據調制到一個復頻(complex tone)載波f0上。這種情況下，所傳送的信號為s(t)＝m1(t)exp(j2πf0t)而行動臺104收到的信號將會是s(t)h1(t)+熱噪聲(thermal noise)+任何由其他基站造成的干擾圖4示出了加上反饋信號后的更詳細的通信系統(tǒng)100。特別的，我們將利用圖4來討論行動臺104或106的相干接收體制。相干接收可用來描述行動臺104與106在信道變化時，分別追蹤各自的信道h1(t)及h2(t)(相對于背景噪聲級別)的情況。這通常是由基站102在已知時間傳送某個行動臺104、106已知的稱為“導頻(pilot)”的信號來實現(xiàn)的。行動臺104、106能夠以接收信號幅度的形式向基站102反饋信道條件信息。這些幅度反饋信息有時也被稱作信道幅度。信道條件信息通過稱為上行鏈路(uplink)的路徑傳送給基站102。
由于行動臺104、106能夠反饋其下載數據所用信道的幅度與相位信息，因此就相當于反饋了整個復信道值。本發(fā)明即可用在這類提供詳細信道條件信息作為反饋的實施例中。
然而，這類反饋可能過于龐大，從而可能對行動臺104、106所用的上行鏈路造成巨大的負載。同時，從行動臺104、106向基站102反饋信道評估的過程還會有一定的延遲。所以，當基站102收到信道條件評估時，需要考慮可靠性的問題。由于上述原因，以下所討論的實施例中將僅傳輸不包含信道相位信息的幅度信息。
下面，我們將假設信道幅度變化的時間尺度比信道變化的慢。這符合目前大部分無線通信系統(tǒng)的情況。我們還將假設基站102有足夠的數據可發(fā)送給行動臺104與106。接著基站102的任務就是要決定該傳送給行動臺104或106中的哪一個，或同時傳給兩者。以下提供可依據本發(fā)明實現(xiàn)的兩個范例方法。
1.基站以循環(huán)的方式，一次僅向單個行動臺傳輸。基站102向行動臺104或106傳輸的速率由基站決定，而這個速率是信道幅度強度的函數。一般而言，信道強度越強，也就是說信道中信號損耗越小，相比具有較低信道幅度強度也就是較大信號損耗的信道而言，就容許使用較高的傳輸速率。因此，在行動臺與基站間傳輸數據的速率，會隨基站與行動臺間的信道品質而改變。
2.另外一個較佳的策略一次向一個行動臺104或106傳輸，但要根據與各個行動臺104、106相關的信道幅度來決定先傳輸給哪一個行動臺。依據本發(fā)明，在行動臺104與106之中，擁有較大的信道幅度也就是較低的信號損耗的行動臺，將優(yōu)先被選為傳輸的對象。另外，基站102的傳輸速率也作為信道幅度的一個函數由基站決定。
策略2可能比策略1提供更大的下行鏈路通信容量?？梢宰C明使用策略2能獲得額外的增益，而且可能相當大。然而，如上所述，為了公平起見，有時候即使行動臺104或106并沒有最大的信道幅度，基站仍需要選擇它。舉例來說，在圖2中，兩個信道的幅度差不多是平衡變化的，而在圖3中，h2(t)的幅度永遠比h1(t)小。在一個極端的例子中，一個行動臺104或106可能固定不動，這時它的信道幅度可能不會隨時間有太大變化。我們進一步假設固定行動臺的信道幅度比其他的行動臺要差。若依照策略2，固定的行動臺，比如說106將永遠不會被選為傳輸對象。因此，為了公平起見，必須對方法2做一些修正，以便向一些長時間沒收到數據的行動臺進行傳輸，即使這些行動臺并未擁有最大的信道幅度。但是對方法2所作的這種修正，會使得它在通信容量上的增益相對策略1比原來信道幅度為選擇傳輸對象的唯一決定因素時來的小。
根據以下將要討論的本發(fā)明的一項特點，我們提出一種策略，基站102可利用該策略自行改變與行動臺間的信道幅度。反饋信道中的改變可被用來控制傳輸的時序，這樣就確保其下行鏈路相對單純的循環(huán)分配系統(tǒng)具有提高的通信容量。
圖5示出了一個包含單一基站502與兩個行動臺MS504、506的系統(tǒng)500。圖6詳細示出了基站502的范例圖。
如圖6所示，基站502包括存儲器602，一個處理器614，輸入/輸出裝置(如鍵盤、顯示裝置)616，一個網路接口(NIC)618，一個Internet接口620，接收機電路622，以及發(fā)射機電路624，這些裝置通過總線623連接在一起。除此之外，基站502還包括了一個連接到接收電路622的接收天線630?；?02還包括多個彼此物理分隔的發(fā)射天線632、634。發(fā)射天線是用來傳送數據給行動臺，而接收天線則是用來接收行動臺傳回的信息及數據，如信道條件數據。
處理器614在儲存于存儲器602中的一些例行例程的控制下，負責控制整個基站502的運作。輸入/輸出裝置616用來將系統(tǒng)信息顯示給基站管理員，并接收來自管理員的控制和/或管理命令輸入。NIC 618用來連接基站與電腦網絡，或是基站與基站互聯(lián)。因此，通過NIC 618，基站間就可以交換顧客信息和其他數據，并在必要時可使傳輸至行動臺的信號同步。Internet接口620提供了到Internet的高速連接，允許行動臺經由基站快速的傳輸和/或接收Internet上的數據。接收機電路622負責處理接收天線630所接收的信號，并從接收信號中取出其中所包含的信息內容。所取出的信息，如數據和信道條件反饋信息，通過總線623被傳輸給處理器614，并儲存在存儲器602中。發(fā)射機電路624則被用來通過多個天線如天線632、634，將數據及導頻信號傳送給行動臺。每一個發(fā)射天線632、634都與一個單獨的相位/幅度控制電路626、628相連。基站502上的天線632、634彼此間相隔足夠遠的距離，從而使得天線上發(fā)出的信號能通過統(tǒng)計獨立的路徑，以保證信號所經過的信道彼此獨立。天線632、634之間的距離受到許多因素的影響，包括行動臺所分的角度，使用的傳輸頻率，雜散的環(huán)境等等。一般而言，根據傳輸頻率，半波長的間隔距離就足夠了。因此，在多個不同的實施例中，天線632、634間以一個半波長或以上的距離分隔，而波長則是由傳輸信號的載波頻率fk決定的。
在處理器614的控制下，相位/幅度控制電路626、628負責實現(xiàn)信號調制，并負責控制傳輸信號的相位與/或幅度。相位/幅度控制電路626、628向傳送給一個行動臺的多個信號中的至少一個引入幅度和/或相位變化，以便在行動臺所接收到的合成信號中產生變化，如隨時間變化的幅度，該行動臺所接收到的信息是由多個天線發(fā)出的。根據本發(fā)明，在處理器614的控制下，控制電路626、628還可以被用來改變數據傳輸速率，以應付不同的信道條件。
之前提到處理器614依照存儲器602中所儲存的例行例程來控制整個基站502的運作。存儲器602中，儲存了傳輸時序安排/仲裁例程604，接收時序安排/仲裁例程606，通信例程612，顧客/行動臺數據608，以及要傳輸的數據607。
傳輸時序安排/仲裁例程604負責排訂何時要向行動臺傳輸數據。作為時序安排過程的一部分，例程604要在多個不同行動臺的下載請求之間作出仲裁。存儲器602中還包含一個接收時序安排/仲裁例程606。例程606是用來排訂何時允許行動臺上傳數據給基站的。與傳輸時序安排/仲裁例程604相似，接收時序安排/仲裁例程606會在同時想要上傳數據的多個行動臺間進行仲裁。根據本發(fā)明，例程604、606都以基站接收到的信道條件反饋數據做為排序的依據。通信例程612用來決定所用的頻率及數據速率，并選擇適當的編碼或調制技術來與行動臺通信。通信例程612也可訪問顧客/行動臺數據608以獲取例程612所要使用的相關信息。舉例來說，通信例程可訪問從反饋中獲取的信道條件信息610，來決定與行動臺通信中所使用的合適的數據傳輸速率。除此之外，當與某個被安排來接收數據的特定行動臺通信時，所儲存的其他客戶信息608也可被檢索并利用來決定通信中所要使用的適當調制方案，所需的發(fā)射天線數量，以及傳輸頻率。
相對于在某些實施例中只使用單一天線來傳輸數據給單一行動臺，使用多個彼此物理分隔的天線632、633可在不同的位置傳送回相同信息，其中至少在一個傳輸信號中引入受控的相位和/或幅度變化，以便在接收行動臺處產生一個人為的信號變化。
圖7示出了一個范例行動臺700，該范例可被用作行動臺104或106的任意一個。行動臺700包括了一個存儲器702，一個處理器714，輸入/輸出裝置716，如顯示器、喇叭、小型鍵盤，接收機電路722以及發(fā)射機電路724，這些裝置都通過總線721連接在一起。單根天線730連接在接收機電路722和發(fā)射機電路724上。然而，必要時也可以使用彼此分隔的接收機和發(fā)射機天線。存儲器702中儲存了許多處理器714用來控制整個行動臺的例程及數據。
存儲器702中儲存了顧客/行動臺數據708，信道條件測量例程710，通信例程712及待傳輸的數據，如傳輸數據707。依照本發(fā)明，通信例程712可以依信道條件改變傳輸速率。除此之外，該例程還負責將從基站接收來數據排序，以確保行動臺是在基站允許的時間內上傳數據。信道測量例程710負責測量信道條件，并將幅度和/或相位反饋信息提供給通信例程712，通信例程再通過傳輸電路724將信息傳送給基站。通信例程712還負責控制將接收到的信息以影像或聲音表示，通過輸入/輸出裝置716顯示給行動臺用戶。
再回來參看圖5，可見行動臺504與506各擁有一個接收天線，這兩個行動臺從基站502所帶的兩個基站天線632、634接收一個信號廣播的合成信號。圖5中，從基站502上的天線對到行動臺504的兩個信道分別標示為h1(t)與h2(t)。由于行動臺504、506各只有一個接收天線730，因此可知行動臺504、506所接收到的是一個合成信號。如果基站502在兩個天線632、634上傳輸信號s1(t)與s2(t)，則行動臺504接收的信號為h11(t)s1(t)+h12(t)s2(t)+熱噪聲+任何由其他基站造成的干擾考慮s1(t)和s2(t)的下列選擇，假定基站502已經選擇了要傳輸給行動臺504的信號。s1(t)=α1m1(t)exp(j2πf0t)]]>s2(t)=1-αtm1(t)exp(j2πδt)exp(j2πf0t)]]>
其中1.在每段時間t等于0到1之間，δ1為一隨機選擇的數，其值在0與1之間均勻選取。
2.在每段時間t等于0到1之間，αt為一隨機選擇的數，其值在0與1之間均勻選取。
由觀察可知，s1(t)與s2(t)中的總能量與m1(t)中的能量相等，亦即與原來只使用一個天線時的情況相同。現(xiàn)在考慮h11(t)與h12(t)在我們想要通信的時間內保持不變的情形。則行動臺504接收到的信號為(αth11+1-αth12exp(j2πδt))m1(t)exp(j2πf0t)+]]>熱噪聲+外部干擾觀察此隨機復數(因為αt為隨機選取)的幅度平方值(αth11+1-αth12exp(j2πδt)]]>其變化范圍由0到|h11|2+|h12|21.當αt＝|h12|2/(|h11|2+|h12|2)且δt＝-相位(h11)-相位(h12)時，我們得到0值。
2.當αt＝|h11|2/(|h11|2+|h12|2)且δt＝相位(h11)-相位(h12)時，我們得到最大值。
因此，我們可以對行動臺504所收到的合成信號做人為的變化，且其使用的信道的幅度平方值在時間軸上隨機變化，范圍由0到|h11|2+|h12|2。如果向第一個行動臺MS1傳輸所用的時間尺度足夠長，則可依照信道條件反饋數據，將對MS1的傳輸限制在信道幅度平方值接近最大值|h11|2+|h12|2的時候。
實際上，隨機改變兩個天線上的功率并不是一個好方法(傳送給天線前一級的放大器的信號通常應該是連續(xù)的)。以下我們將討論一些方法，這些方法能夠依照本發(fā)明、以一個連續(xù)的方式達成人為改變信道的效果。
1.將αt＝α·t與δt＝δ·t分別對1取模(modulo)。信號功率和相位改變的速率α與δ的值可被適當地選取。對這兩個速率的設計準則是速率α與δ應該被選擇得足夠小，使行動臺504或506所看到的合成信道不會改變得太快，這樣它們反饋給基站的信道幅度數據才可靠。另一方面，我們也希望這兩個速率要夠大，這樣行動臺504、506才不需要花太多的時間來等待信道變化到最大值。以信道幅度的平方值而言，只要行動臺504、506被安排了時序，那么比起不變化的信道，平均來說信道至少好了兩倍以上。
2.取αt為常數0.5，不隨時間變化。在這個條件下只有相位會變化，則我們可以看到行動臺504、506處的合成信道幅度在||h11|-|h12||到|h11|+|h12|的范圍內變化。
3.相位旋轉(由δ表示)本身可以利用下列不同技術引入，而且在許多實施例中也是這樣做的。
(a)將δt對2π取模，再用此值來旋轉信息符號m1(t)。
(b)將載波頻率f0加上一個與δ相等的偏移(offset)值。
在任意的時間點上，在基站502所通信的多個行動臺504、506之中至少有一個行動臺，其當時所選用的αt與δt會使所用的信道達到最大的幅度平方值。那么基站502就可以很容易的決定僅向這個行動臺504或506進行傳輸。而基站502所需的來自各個行動臺502、504的合成信道反饋數據，也是由行動臺504、506所偵測的。所以，此處提到的策略，對兩個以上的行動臺也一樣適用。事實上，行動臺越多，基站502在時序安排上就更靈活，所提供的通信容量也會增加。因此，本發(fā)明所用的方法可應用在一個包含N個行動臺的系統(tǒng)上，其中N是大于或等于2的正整數。
之前我們討論了本發(fā)明利用裝設在一個基站的兩個天線做廣播的情況，事實上這個廣播的動作，也可由廣播至同一個地理區(qū)域712的兩個相連的基站704、706完成，如圖8所示。在圖8所示的實施例中，基站BS1 704接收信道反饋信息并排定行動臺708、710的傳輸順序。然而，這里并未使用基站704上的兩個天線，而是將第一個信號由第一基站BS1傳送出去，再將具有相同信息內容但相位/幅度不同的第二信號，由第二個基站BS2 706傳送出去?；?04、706各自所帶的NIC 618被用來通過網絡鏈路把兩個基站連接在一起，從而能夠協(xié)調兩個基站704、706之間的傳輸和控制功能。
圖9示出了一個基站902與多個行動臺904、906、908、910之間，在一個含有N個基站902、916的地理范圍900中進行傳輸的情況。因此，在系統(tǒng)900中，假設有多個基站處在同一個廣播區(qū)域內，那么就存在由鄰近基站所造成的信號干擾。我們將基站902到行動臺的鏈路標為h1…h(huán)n，行動臺到基站902的反饋鏈路標為g1…gn。每一個鏈路h1…h(huán)n可能對應于多個彼此獨立的信號路徑，這些路徑發(fā)自彼此獨立的天線，并向每個行動臺提供信號，這些信號被當作單一的合成信號。在之前的特例中，給出了反饋信號可能是信道幅度和/或相位信息的例子。然而反饋信號并不僅限于這些特定的范例值。反饋值g1…gn向基站902提供關于信道品質的數據，例如對于行動臺904、906、908、910能夠可靠接收來自基站902的傳輸的速率和功率的一個評估。
以下是一個改變信道變化，并利用所產生的基于信道品質的傳輸信道排序，實現(xiàn)對行動臺用戶傳輸排序目的的方案1.取要傳輸的基帶信號，乘上復數α1…αn。這些復數每次都隨機產生，或如上所述，隨時間緩慢變化。這些比例因數(scalingfactor)需具有兩個性質(a)這些比例因數的幅值(magnitude)平方和應固定不變，以保持基站902所用的總傳輸功率不變。
(b)這些比例因數在它們整個可能的范圍內以連續(xù)方式變化。
2.利用來自行動臺904、906、908、910的反饋g1…gn來決定向行動臺也就是行動臺用戶進行傳輸的順序。有許多排序的策略可供使用，但一般而言，擁有良好信道條件的行動臺通常都優(yōu)選于信道條件不佳的行動臺。整體的排序策略還要考慮用戶的優(yōu)先級，公平性，及其他類似的條件。另外，向行動臺進行傳輸的速率也是由反饋信息來決定的。
在上述利用天線來改變信道變化的討論中，關鍵之處在于這種利用反饋的信息來安排用戶的傳輸時序的方案，由于臨近基站間的干擾減少了，即使在信道條件沒有物理變化的情形下，也能增加無線通信系統(tǒng)的通信容量。
當一個行動臺因為如圖9所示的重疊覆蓋而潛在地與多個基站通信時，上述的方案仍同樣能應用于從行動臺到基站的上行鏈路里，在一些實施例中也是這樣做的。在這種情況下，行動臺904、906、908、910中的一個行動臺，從多個可能的基站902、916中依照信道條件信息，優(yōu)先選取具有較佳條件信道的基站來傳輸。
本發(fā)明的方法與設備也可應用于其他情況，包括下面所討論的情況。
本發(fā)明中時序安排與速率控制的技術，也可用在對基站的上行鏈路傳輸的時序安排和控制中。在這種情況下，每個行動臺就需要使用多個天線。圖10示出了一種行動臺1000，它與之前討論過的行動臺700相似，但是帶有依照本發(fā)明的多組傳輸電路1024、1026及多個發(fā)射天線1030、1032。與之前討論過本發(fā)明中的基站一樣，這些發(fā)射天線1030、1032彼此分開，這樣它們的信號就會經由不同的路徑傳輸至基站；而傳輸電路則是用來向兩個天線1030、1032將要發(fā)射的信號中引入相位與幅度的變化。在這樣的實施例中，基站利用行動臺傳出的導頻信號測量出信道條件，然后再根據該信息決定要如何安排行動臺時序。與上述下行鏈路方案的一點不同之處在于，這里不需要反饋信道狀態(tài)的信息。這是因為基站本身會評估上行鏈路的信道條件，再使用一個優(yōu)選具有較好信道狀態(tài)行動臺的時序安排算法，對行動臺做時序安排。而上行鏈路的傳輸時序安排信息，是由基站傳送給行動臺的，從而使得行動臺知道該在何時使用何種速率將數據傳給基站。
需要注意的是，上面所描述的上行鏈路與下行鏈路中所用的時序安排及數據速率控制技術，可應用在有多個潛在的重疊蜂巢存在的環(huán)境中。給定一個蜂巢間重復使用的頻寬，則從基站往行動臺的鏈路可用蜂巢環(huán)境中的兩個數值來表示從基站到行動臺的信道品質，以及由其他蜂巢中的傳輸所造成的干擾。在上述的方案中，這兩個數值都會經歷相同的波動，且基站可以排定去向或者來自行動臺的傳輸，這些行動臺同時擁有最佳的信道品質并受到最少的來自其他蜂巢的干擾，基站同時也控制上行和/或下行鏈路的傳輸速率。
本發(fā)明的方法與設備可廣泛應用于各種多址技術(MultipleAccess techniques)。在以上的說明中，我們看出在如何向多個行動臺及多個不同用戶分割資源、尤其是帶寬和時間中，存在著極大的靈活性。
現(xiàn)在我們將要討論幾個分割資源的范例，它們可應用在許多不同的情況中。除此之外還存在許多其他的可能性。為簡潔起見，我們下面的討論僅限于應用在下行鏈路中的例子，而相同的或類似的資源分配技術同樣可以應用于上行鏈路中。
(a)時分多址(TDMA)在這個方法中，時間被切割成許多區(qū)塊，且基站一次只傳輸給一個行動臺。在該方法中，時序安排的策略只需要決定在哪一段時間傳送給哪一個行動臺而已。
(b)頻分多址(FDMA)我們的方案與本方法關系更為密切一些。在每個頻率區(qū)塊內，利用來自行動臺的關于信道品質的反饋。然后基站將行動臺分配到一些頻率區(qū)塊內，使其能在分配到的頻率區(qū)塊中擁有最佳的信道條件。
(c)碼分多址(CDMA)用戶在擁有正交或接近正交的編碼時才被允許傳輸，在這個限制下，可以直接使用上述的方案。特別是在只有一個行動臺要傳輸的條件下，可直接應用此方案。
(d)正交分頻多工(OFDM)該情況與FDMA非常類似。這里的頻率區(qū)塊是“邏輯的”，就是說每一個區(qū)間實際上都是一個特殊的跳躍序列(hopping sequence)。然而這些跳躍序列在時間上并不重疊，因此以不同區(qū)段彼此正交的觀點來看，是與FDMA相同。
考慮到以上對本發(fā)明所進行的說明，對于那些精通本技術的人而言，顯而易見還有大量其他的對于上述方法及設備的實施方式及變形。這些方法和設備均應包括于本發(fā)明的申請專利范圍內。
權利要求
1.一種用于通信系統(tǒng)中的通信方法，包含一個第一裝置與一個第二裝置，該方法包括以下步驟操作第一裝置來接收第一通信信道條件信息，該信息是關于第一裝置和第二裝置之間的第一通信信道的條件的；以及作為第一通信信道條件信息的一個函數，決定何時從第一裝置向第二裝置傳送數據。
2.根據權利要求1所述的通信方法，還包含下列的步驟確定向第一裝置傳輸數據的速率，將其作為第一通信信道條件信息的一個函數。
3.根據權利要求2所述的通信方法，還包含以下的步驟以決定后的數據傳輸速率的函數形式分配帶寬。
4.根據權利要求3所述的通信方法，其中分配帶寬的方法具有下列步驟當確定的傳輸速率為第一速率時，分配第一帶寬值；及當確定的傳輸速率為第二速率且比第一速率大時，分配第二帶寬值，且其大于第一帶寬值。
5.根據權利要求2所述的通信方法，還包含下列的步驟以所確定的數據傳輸速率的函數形式，控制由第一裝置傳輸數據至第二裝置所用的功率。
6.根據權利要求2所述的通信方法，還包括當確定的傳輸速率為第一速率時，使用第一功率值將數據由第一裝置傳輸給第二裝置；及當確定的傳輸速率為第二速率且比第一速率大時，使用一個大于第一功率值的第二功率值將數據由第一裝置傳輸給第二裝置。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述系統(tǒng)還包括一個第三裝置，該方法還包括下列步驟操作第一裝置來接收第二通信信道條件信息，該信息是關于第一裝置和第三裝置之間的一個第二通信信道的條件的；以及作為第二通信信道條件信息的一個函數，決定何時向所述的第三裝置傳送數據。
8.根據權利要求7所述的方法，還包含下列的步驟操作第二裝置來測量所接收到的來自第一裝置的第一信號的幅度；以及由第二裝置將第一信號的幅度信息傳送給第一裝置，所述第一通信信道條件信息包含該第一信號幅度信息。
9.根據權利要求8所述的通信方法，還包含下列的步驟操作第三裝置測量所接收到，來自第一裝置的第二信號的幅度；以及由第三裝置將第二信號的幅度信息傳送給第一裝置，所述第二通信信道條件信息包含該第二信號幅度信息。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述的第一裝置為一基站，第二及第三裝置為行動臺。
11.根據權利要求7所述的方法，其中決定何時傳送數據的步驟，包含下列步驟將向所述的第二及第三裝置的數據傳輸排序，從而使得擁有較佳信道條件的裝置在排序上優(yōu)先于信道條件不佳的裝置。
12.根據權利要求7所述的方法，還包含下列的步驟將第一數據信號由第一裝置傳送至第二裝置，該傳輸步驟包括在第一數據信號中引入一個變化，該變化可作為第一數據信號隨時間的改變由第二裝置偵測出來。
13.根據權利要求12所述的方法，其中引入第一數據信號的變化至少包括相位變化及幅度變化中的一個。
14.根據權利要求12所述的方法，其中所述的第一數據信號包含一個導頻信號。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所引入的變化為一相位變化。
16.根據權利要求14所述的方法，其中所引入的變化為一幅度變化。
17.根據權利要求7所述的方法，還包含下列的步驟；使用N個天線，將同樣的數據傳送給第二裝置，N是一個大于1的正整數，該傳輸步驟包括使用所述的N個天線中的第一天線，傳送包含所述數據的第一數據信號；以及使用所述的N個天線中的第二天線，傳送含有與所述第一數據信號相同數據的第二數據信號，該第二數據信號具有與第一數據信號不同的相位。
18.根據權利要求17所述的方法，還包含下列的步驟在所述的第一與第二數據信號中，至少改變其中一個的相位，使其為時間的函數。
19.根據權利要求18所述的方法，其中所述的第一以及第二數據信號有同樣的中心頻率fc。
20.根據權利要求19所述的方法，還包括將第一與第二天線以至少半波長的距離間隔開的步驟，其中波長等于C除以fc，C表示光速。
21.根據權利要求17所述的方法，其中所述的第一與第二數據信號有相同的載波頻率fc。
22.根據權利要求20所述的方法，還包括將第一與第二天線以至少半波長的距離間隔開的步驟，其中波長等于光速C除以fc，C表示光速。
23.根據權利要求18所述的方法，還包含下列的步驟隨時間改變所述第一以及第二數據信號的相對幅度。
24.根據權利要求23所述的方法，其中所述的第一與第二數據信號包含帶有一個符號周期的符號，所述的方法還具有下列步驟在至少一個符號周期內，使用一個固定的平均功率值傳送所述的第一與第二數據信號的組合。
25.根據權利要求17所述的方法，還包含下列的步驟隨時間改變所述的第一與第二數據信號的相對幅度，但在所述的第一與第二數據信號改變的時間內，保持所述的第一與第二數據信號的組合平均傳輸功率為一常數。
26.根據權利要求25所述的方法，其中N大于2。
27.一種通信方法，包括以下步驟操作一個基站從多個行動臺接收各自的信道條件信息，從各個行動臺接收到的信道條件信息中包含指示了與所述的行動臺相關的一條通信信道品質的數據；以及安排從所述基站到所述行動臺的傳輸的時序，將其作為與單個行動臺相關的通信信道品質的函數。
28.根據權利要求27所述的通信方法，還包含下列步驟分配從所述基站向所述行動臺傳輸數據的帶寬，將其作為與單個行動臺相關的通信信道品質的函數。
29.根據權利要求28所述的通信方法，其中所述的分配帶寬的步驟包括；當與個別行動臺間的通信信道品質是在第一狀態(tài)，而與另外個別行動臺間的通信信道是處在第二狀態(tài)且比第一狀態(tài)差時，向前者分配多于后者的帶寬。
30.根據權利要求27所述的通信方法，還包含下列步驟控制從所述的基站向多個行動臺中的一個行動臺傳輸數據時所使用的功率值，把它作為與所述的一個行動臺相關的通信信道品質的函數。
31.根據權利要求30所述的通信方法，其中所述的控制功率量的步驟包括當所述的多個行動臺中的一個，其通信信道品質處在第一等級時，使用第一功率值將數據由所述的基站傳送至該行動臺；以及當所述的多個行動臺中的一個，其通信信道品質處在第二等級，且比第一等級更佳時，使用第二功率值將數據由所述的第一裝置傳送至所述的第二裝置。
32.根據權利要求27所述的通信方法，還包含下列步驟確定向每一個所述的行動臺傳輸數據的速率，把它作為各個行動臺的通信信道品質的函數。
33.根據權利要求27所述的通信方法，其中所述的安排對行動臺的傳輸時序的步驟包含以下步驟操作一個時序安排例程，該例程包括一種偏好，即相比具有較差通信信道條件的行動臺，優(yōu)先向具有較好通信信道條件的行動臺進行傳輸。
34.根據權利要求33所述的通信方法，還包含下列步驟傳送第一信號與第二信號至每一個行動臺，這兩個信號包含相同的信息，所述的傳輸步驟包括使用一個第一天線傳輸第一信號；以及使用一個第二天線傳輸第二信號。
35.根據權利要求34所述的通信方法，其中所述的第一與第二信號隨時間相對變化相位和幅度中至少一項，但兩者擁有相同的中心頻率。
36.根據權利要求34所述的通信方法，其中所述的第一與第二信號隨時間相對變化相位和幅度中至少一項，但兩者擁有相同的載波頻率。
37.根據權利要求34所述的通信方法，其中所述的第二天線位于第二基站上，所述的方法還包含下列步驟操作第一基站以控制第二基站，使其利用位于第二基站內的第二天線廣播所述的第二信號。
38.根據權利要求37所述的通信方法，還包含下列步驟確定向所述的每個行動臺傳輸數據的速率，將其作為所接受到的信道條件信息的函數。
39.一種通信方法，包括下列步驟操作一個基站，根據從所述的行動臺接收到的信號，評估所述的基站與行動臺間的通信信道條件；以及安排從所述行動臺到所述基站的傳輸時序，將其作為所估計的個別行動臺與基站之間通信信道品質的函數。
40.根據權利要求39所述的通信方法，還包含下列步驟確定向至少一個所述行動臺傳送數據的速率，將其作為所評估的通信信道條件的函數。
41.根據權利要求40所述的通信方法，還包含下列步驟分配通信帶寬用于與至少一個所述的行動臺通信，將該帶寬作為已確定的數據傳輸速率的函數。
42.根據權利要求40所述的通信方法，還包含下列步驟控制向至少一個所述的行動臺傳輸數據時所用的功率值，將該功率值作為已確定的數據傳輸速率的函數。
43.根據權利要求40所述的通信方法，其中安排對所述行動臺的傳輸時序的步驟包含以下步驟操作一個時序安排例程，該例程包括一種偏好，即相比具有較差通信信道條件的行動臺，優(yōu)先向具有較好通信信道條件的行動臺進行傳輸。
44.一種在一個第一裝置和一個第二裝置之間傳輸數據的方法，包括以下步驟提供N個分離的天線，所述的多個天線包括至少一個第一天線與一個第二天線，N為大于1的正整數；操作第一裝置從第一天線發(fā)射一個包含所述數據的第一信號，所述的第一信號具有載波頻率fc，第一天線的廣播區(qū)域包含第二裝置；操作第一裝置從第二天線發(fā)射一個包含所述數據的第二信號，所述的第二信號與所述的第一信號有相同的載波頻率fc，第二天線的廣播區(qū)域包含第二裝置，所述的第二信號在相位與幅度中的至少一項上相對于所述的第一信號隨時間變化。
45.根據權利要求44所述的方法，其中所述的第二信號的相位相對于第一信號的相位隨時間變化，該方法還包括下列步驟在操作第二天線發(fā)射第二信號之前，向第二信號的相位引入一個變化，使其隨時間變化。
46.根據權利要求45所述的方法，還包含以下步驟控制當數據作為所述第一信號的一部份傳輸時的速率，將該速率作為傳輸信道品質信息的一個函數。
47.根據權利要求45所述的方法，其中所述的第一裝置為一個基站，所述的第二裝置為行動臺。
48.根據權利要求45所述的方法，其中所述的第一裝置為一個行動臺，所述的第二裝置為基站。
49.一種用于在一個第一裝置和一個第二裝置之間傳輸數據的方法，具有以下步驟提供N個分離天線，所述的多個天線包括至少一個第一天線與一個第二天線，N為大于1的正整數；操作第一裝置從第一天線發(fā)射一個包含所述數據的第一信號，所述的第一信號具有中心頻率，第一天線的廣播區(qū)域包含第二裝置；操作第一裝置從第二天線發(fā)射一個包含所述數據的第二信號，所述的第二信號與所述的第一信號有相同的中心頻率，第二天線的廣播區(qū)域包含第二裝置，所述的第二信號在相位與幅度中的至少一項上相對于所述的第一信號隨時間變化。
50.根據權利要求49所述的方法，還包括下列步驟在操作第二天線發(fā)射第二信號之前，向第二信號的相位引入一個變化，使其隨時間變化；以及控制當數據作為所述第一信號的一部份傳輸時的速率，將該速率作為傳輸信道品質信息的一個函數。
51.一種通信設備，包括一個數據源；連接至所述數據源的一個發(fā)射機電路，用來產生多個數據信號，每一個數據信號包含相同的數據，所述的多個數據信號包括一個第一數據信號與一個第二數據信號，所述的第一與第二數據信號至少在相位與幅度中的一項上彼此不同，并隨時間改變；以及連接至所述發(fā)射機電路的多個天線，用來并行接收和發(fā)送所述的數據信號，每一個天線接收并發(fā)送一個所述的數據信號。
52.根據權利要求51所述的設備，其中所述的發(fā)射機電路包括能獨立地隨時間改變所述第一與第二數據信號中至少一個的相位的裝置。
53.根據權利要求52所述的設備，還包括一個接收機，用來接收通信信道條件信息；以及一個用來確定第一與第二數據信號中數據傳輸速率的裝置，該速率被作為通信信道信息的一個函數。
54.根據權利要求52所述的通信設備，還包括一個接收機，用于從多個行動臺接收通信信道條件信息，該信息是關于所述的多個行動臺各自的通信信道條件的；以及用于排定向個別行動臺傳輸數據的順序的裝置，該排序是所接收到的通信信道條件的一個函數。
55.根據權利要求54所述的設備，其中所述的時序安排裝置包含一個時序安排例程，它給予擁有良好通信信道的行動臺，在數據傳輸的順序上相對于通信信道較差行動臺的優(yōu)先對待。
56.根據權利要求55所述的設備，還包括用于確定所述的第一與第二數據的數據傳輸速率的裝置，該速率被作為通信信道信息的一個函數。
57.根據權利要求54所述的設備，其中所述的第一與第二數據信號有同樣的中心頻率fc以及一個在中心頻率處的波長W；以及其中所述的第一與第二天線間的距離至少為波長W的一半。
58.根據權利要求54所述的設備，其中所述的第一與第二數據信號有同樣的載波頻率fc以及一個在載波頻率處的波長W；以及其中所述的第一與第二天線間的距離至少為波長W的一半。
59.根據權利要求51所述的設備，其中所述的第一與第二數據信號有同樣的中心頻率fc以及一個在中心頻率處的波長W；以及其中所述的第一與第二天線間的距離至少為波長W的一半。
60.根據權利要求51所述的設備，其中所述的第一與第二數據信號有同樣的載波頻率fc以及一個在載波頻率處的波長W；以及其中所述的第一與第二天線間的距離至少為波長W的一半。
61.根據權利要求51所述的設備，還包括一個隨時間以固定功率值發(fā)送所述的第一與第二數據信號的組合的裝置。
62.根據權利要求61所述的設備，還包括用于隨時間改變所述的第一與第二數據信號相對幅度的裝置，但在改變所述的第一與第二數據信號的相對幅度的時間內，保持所述的第一與第二數據信號的合成平均傳輸功率幾乎為一常數值。
63.一種通信系統(tǒng)，包括一個行動臺；以及一個基站，所述的基站包括i.一個接收機，用于接收通信信道條件信息，該信息是關于第一裝置之間的第一通信信道條件的信息；以及ii.用于確定向所述行動臺傳輸數據的速率的裝置，該速率被作為信道條件信息的一個函數。
64.根據權利要求63所述的通信系統(tǒng)，還包含多個額外的行動臺，所述的基站接收機接收額外的通信信道條件信息，這些信息是關于所述基站與額外行動臺間的通信信道條件的。
65.根據權利要求64所述的通信系統(tǒng)，還包括用于確定基站向不同行動臺傳輸數據的順序的裝置，該順序被作為所述的通信信道條件信息和所述的額外通信信道條件信息的函數。
66.根據權利要求65所述的通信系統(tǒng)，其中所述的基站還包括至少一個第一天線與第二天線，用來向所述的行動臺之一廣播包含同樣數據的第一與第二信號，所述的第一與第二信號有不同的相位。
67.根據權利要求65所述的通信系統(tǒng)，其中所述的基站還包括至少一個第一天線與第二天線，用來向所述的行動臺之一廣播包含同樣數據的第一與第二信號，所述的第一與第二信號有不同的幅度。
68.根據權利要求65所述的通信系統(tǒng)，其中所述的基站還包括用于向要發(fā)送給行動臺的信號引入變化的裝置，使得行動臺能偵測到接收信號功率的波動。
69.根據權利要求68所述的通信系統(tǒng)，其中所述的用于向信號引入變化的裝置包括多個用來并行發(fā)送相同數據的天線。
70.一種移動通信裝置，具有一種可攜的外殼；發(fā)射機電路系統(tǒng)，安裝于所述的可攜外殼上，用來產生多個信號，這些信號包含相同的數據內容但具有彼此隨時間變化而不同的相位；多個連接在所述外殼上的天線，所述的天線連接到所述的發(fā)射機電路上，每個天線被用來發(fā)射所述的包含相同數據內容的多個信號中的一個。
71.根據權利要求70所述的裝置，還包括接收機電路系統(tǒng)，用來接收從一個基站發(fā)出的信號；以及用于根據從基站接收的信號產生信道條件信息的裝置。
全文摘要
一種方法與設備，尤指一種排定行動臺(MSs)下載數據和/或以下行鏈路信道條件信息為函數由一基站(BS)決定一行動臺下載速度的方法與設備。當基站使用兩個或更多個發(fā)射天線時，行動臺可測知人為信道變化，以及為了時序安排而反饋給基站的反饋將被引入。各個發(fā)射天線使用相同的頻率，傳送具有相同內容的信號。然而，所述的信號會隨時間改變它們的相位以及/或幅度。具有相同傳輸頻率以及數據內容的多個信號在行動臺端被接收并轉為單一的合成信號。所述的接收信號與故意引入信號中的改變交互影響，結果使行動臺可隨時間偵測出不同的信號幅度和/或相位，即使用來傳輸所述具有相同數據信息內容的合成信號的總功率值保持為常數。數據傳輸速率由信道條件來控制，例如，信道條件越佳，傳輸速率越快。通過以信道條件改變傳輸速率的方法，以及對擁有較佳信道條件的行動臺的優(yōu)選，基站考慮下行鏈路時比起其他已知的系統(tǒng)更能改善整體的通信容量。
文檔編號H04W72/12GK1466857SQ01816327
公開日2004年1月7日 申請日期2001年9月12日 優(yōu)先權日2000年9月15日
發(fā)明者普拉穆德·維斯沃納斯, 拉奇夫·拉羅亞, 戴維·N·C·特西, 拉羅亞, N C 特西, 普拉穆德 維斯沃納斯 申請人:弗拉里奧恩技術公司