專利名稱：無線系統(tǒng)中改進(jìn)無線連接質(zhì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進(jìn)無線系統(tǒng)中無線連接質(zhì)量的一種方法，前述系統(tǒng)包括基站系統(tǒng)，用戶終端，以及基站系統(tǒng)和用戶終端之間的采用空間分集的無線連接。
以上設(shè)備的問題在于，只能決定使用或不使用空間分集。例如，基站收發(fā)信機(jī)包括所需的空間分集HW，一般根據(jù)業(yè)務(wù)的需要使用該分集，或者不使用該分集。沒有辦法動(dòng)態(tài)決定如何使用空間分集。這導(dǎo)致了許多缺陷。必須在基站的設(shè)備成本，容量和無線連接質(zhì)量之間作出折中，因?yàn)榭臻g分集的使用可以改進(jìn)較差的無線連接的質(zhì)量，但同時(shí)會(huì)引起附加成本，降低基站容量。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種方法和實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備，以解決上述問題。這通過前序中描述的方法來實(shí)現(xiàn)，其特征在于，按照無線連接的質(zhì)量，動(dòng)態(tài)決定是否在無線連接上使用空間分集，使得隨著無線連接質(zhì)量的下降，空間分集的使用增加，而隨著無線連接質(zhì)量的改進(jìn)，空間分集的使用減少。
本發(fā)明還涉及一種包括基站系統(tǒng)和用戶終端的無線系統(tǒng)，該基站系統(tǒng)在無線連接上使用空間分集。
本發(fā)明的無線系統(tǒng)的特征在于，按照無線連接的質(zhì)量，動(dòng)態(tài)決定是否在無線連接上使用空間分集，使得隨著無線連接質(zhì)量的下降，空間分集的使用增加，而隨著無線連接質(zhì)量的改進(jìn)，空間分集的使用減少。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在相關(guān)的權(quán)利要求中公開。
本發(fā)明基于以下事實(shí)如果需要，可以在特定無線連接上動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)空間分集，如果無線連接允許，則可以減少空間分集。
本發(fā)明的方法和系統(tǒng)具有若干優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的系統(tǒng)有效地利用無線系統(tǒng)的HW/SW容量來改進(jìn)無線連接質(zhì)量。另一方面，可以在無線連接的質(zhì)量和數(shù)量方面進(jìn)行成功的折中。
下面結(jié)合附圖，通過優(yōu)選實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明，在附圖中

圖1示出了無線系統(tǒng)的一個(gè)例子；圖2示出了一個(gè)基站；圖3示出了提供空間分集的設(shè)備；圖4A示出了寬帶接收機(jī)的頻段；圖4B示出了窄帶接收機(jī)的頻段。
參看圖1，給出本發(fā)明的無線系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)。圖1僅包括對(duì)描述本發(fā)明有用的部件，但對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然常規(guī)的無線系統(tǒng)還包括其它功能和結(jié)構(gòu)，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)不需要在這里描述。本發(fā)明可以應(yīng)用于例如蜂窩網(wǎng)絡(luò)，例如GSM1800和GSM1900系統(tǒng)。
Gordon L.Stüber所著Principles of Mobile Communication，Kluwer Academic Publishers 1996，ISBN 0-7923-9732-0，一書的第238-239頁給出了不同的分集技術(shù)。分集是指采用以下原理來解決無線路徑上的衰落所引起的問題的有效解決方案從同一信息承載信號(hào)接收若干衰落的副本。在該書中，將不同的分集技術(shù)按照實(shí)現(xiàn)該技術(shù)所需的方法劃分成7類1.空間分集通過多根天線實(shí)現(xiàn)，選擇天線之間的距離，使得不同分集分支無法彼此相關(guān)。
2.角度分集或定向分集需要多根天線，每根天線接收較窄角度的無線電波，從而得到不相干的分支。
3.極化分集利用了散射信號(hào)的環(huán)境還使得信號(hào)去極化的特性。具有不同極性的天線得到分集。
4.場分集基于電磁場分量不相干的事實(shí)。其缺陷在于，接收機(jī)的前端必須翻倍。
5.頻率分集采用多根天線實(shí)現(xiàn)，這些天線相隔至少一個(gè)信道的頻段寬度。例如，在GSM系統(tǒng)中，間隔是200kHz。因?yàn)轭l段無法使用，所以這種方案不實(shí)際。
6.多徑分集的實(shí)現(xiàn)如下利用直接序列擴(kuò)頻信號(hào)和RAKE接收機(jī)解決時(shí)延不同的多徑信號(hào)分量。
7.時(shí)間分集由多個(gè)時(shí)隙實(shí)現(xiàn)，這些時(shí)隙相隔至少信道的相干時(shí)間。取決于用戶終端速度的相干時(shí)間會(huì)引起問題。移動(dòng)較慢的用戶終端的相干時(shí)間較大，在采用時(shí)間分集時(shí)，這些信號(hào)的時(shí)延過長。
本發(fā)明可以應(yīng)用于1，2，3和4類?？臻g分集可認(rèn)為是基本思想，其特定形式是角度，極性和場分集。為了簡單，在描述和權(quán)利要求中使用空間分集作為公用名，但它是指所有上述四種不同的分集形式。
蜂窩網(wǎng)絡(luò)一般包括固定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，或者網(wǎng)絡(luò)部分，和用戶終端150，用戶終端可以是位置固定的，安裝在車輛上的，或者便攜終端。網(wǎng)絡(luò)部分包括基站100。多個(gè)基站100則在它們所連接的基站控制器102的集中控制之下?；?00包括收發(fā)信機(jī)114，一般是1到16個(gè)收發(fā)信機(jī)114。一個(gè)收發(fā)信機(jī)114向一個(gè)TDMA幀提供無線容量，即一般是8個(gè)時(shí)隙。
基站100包括控制單元118，用以控制收發(fā)信機(jī)114和復(fù)用器116的工作。復(fù)用器116將多個(gè)收發(fā)信機(jī)114所用的業(yè)務(wù)和控制信道定位到傳送連接160。傳送連接160的結(jié)構(gòu)可以精確確定，被稱為Abis接口。傳送連接160一般采用2Mbit/s連接實(shí)現(xiàn)，或者提供31×64kbit/s傳送容量的脈碼調(diào)制鏈路(PCM鏈路)實(shí)現(xiàn)，其中時(shí)隙0保留用于同步。
基站100的收發(fā)信機(jī)114到天線單元112之間有一個(gè)連接，通過它實(shí)現(xiàn)到用戶終端150的雙向無線連接170。需要在雙向無線連接170上傳送的幀的結(jié)構(gòu)被精確定義，稱為空中接口。用戶終端150可以例如時(shí)常規(guī)的GSM移動(dòng)電話。
圖2詳細(xì)描述了一個(gè)收發(fā)信機(jī)114的結(jié)構(gòu)。接收機(jī)200包括一個(gè)濾波器，用以阻塞所需頻段之外的頻率。之后，將信號(hào)轉(zhuǎn)換成中頻，或直接轉(zhuǎn)換到基頻，模數(shù)轉(zhuǎn)換器202中以這種形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣和量化。均衡器204補(bǔ)償干擾，例如多徑傳播所引起的干擾。解調(diào)器206從均衡后的信號(hào)中取出發(fā)送給去復(fù)用器208的比特流。去復(fù)用器208將比特流從不同的時(shí)隙劃分到特定邏輯信道。信道編解碼器216解碼不同邏輯信道的比特流，即決定該比特流是傳送到控制單元214的信令信息，還是傳送到基站控制器102的語音編解碼器122的語音。信道編解碼器216還進(jìn)行糾錯(cuò)?？刂茊卧?14控制不同的單元完成內(nèi)部控制任務(wù)。脈沖串生成器228在信道編解碼器216傳來的數(shù)據(jù)中增加訓(xùn)練序列和尾序列。復(fù)用器226向每個(gè)脈沖串指示一個(gè)時(shí)隙。調(diào)制器224將數(shù)字信號(hào)調(diào)制到射頻載波。該功能是模擬信號(hào)特有的，因此需要數(shù)模轉(zhuǎn)換器222來執(zhí)行該功能。發(fā)射機(jī)220包括限制帶寬的濾波器。此外，發(fā)射機(jī)220控制發(fā)送的輸出功率。合成器212將所需的頻率分配給不同的單元。合成器212中包含的時(shí)鐘可以本地控制，或者在其它地方，例如基站控制器102集中控制。合成器212通過例如壓控振蕩器生成所需的頻率。
圖2示出了收發(fā)信機(jī)結(jié)構(gòu)如何進(jìn)一步劃分成射頻部件230和包括軟件的數(shù)字信號(hào)處理處理器232。射頻部件230包括接收機(jī)200，模數(shù)轉(zhuǎn)換器202，數(shù)模轉(zhuǎn)換器222，發(fā)射機(jī)220和合成器212。包括軟件的數(shù)字信號(hào)處理處理器232包括均衡器204，解調(diào)器206，去復(fù)用器208，信道編解碼器216，控制單元214，脈沖串生成器228，復(fù)用器226和調(diào)制器224。
基站控制器102包括組交換網(wǎng)120和控制單元124。組交換網(wǎng)120用于交換語音和數(shù)據(jù)，以及連接信令電路。由基站100和基站控制器102組成的基站子系統(tǒng)126還包括變碼器122。變碼器122的位置一般盡可能靠近移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心132，因?yàn)檎Z音在變碼器122和基站控制器102之間傳送，從而節(jié)省了蜂窩網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量。
變碼器122轉(zhuǎn)換公用電話交換網(wǎng)和蜂窩網(wǎng)之間采用的語音的不同數(shù)字編碼格式，例如從64kbit/s固定網(wǎng)形式轉(zhuǎn)換成另一(例如13kbit/s)蜂窩網(wǎng)絡(luò)形式，以及反向轉(zhuǎn)換?？刂茊卧?24進(jìn)行呼叫控制，移動(dòng)性管理，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集和信令傳輸。
圖1示出了組交換網(wǎng)120可以通過移動(dòng)交換業(yè)務(wù)中心132進(jìn)行到公用電話交換網(wǎng)(PSTN)134的連接(由黑球標(biāo)識(shí))。公用電話交換網(wǎng)134中的典型終端136是常規(guī)終端或者ISDN(綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))電話。
本發(fā)明最好由軟件實(shí)現(xiàn)，這種情況下，本發(fā)明需要對(duì)基站100的控制單元118和/或收發(fā)信機(jī)114的數(shù)字信號(hào)處理處理器軟件和/或基站控制器102的控制單元124中精確限制的區(qū)域進(jìn)行相當(dāng)容易的軟件改變。這樣，根據(jù)包含功能和責(zé)任的軟件如何在基站系統(tǒng)126的不同部件之間劃分，需要在不同位置進(jìn)行必要的改變。
圖1示出了在用戶終端150和基站系統(tǒng)126之間的無線連接170上如何使用空間分集。加粗的線說明了需要傳送的語音如何從蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶終端150傳到連接到公用電話交換網(wǎng)的常規(guī)電話136。語音在空中接口170通過系統(tǒng)，從天線112到第一收發(fā)信機(jī)TRX1 114，在復(fù)用器116中復(fù)用，沿傳送連接160到組交換網(wǎng)120，其中形成到通往變碼器122的輸出的連接，語音從變碼器122沿公用電話交換網(wǎng)134傳送到話機(jī)136。所示分集的使用方式是還通過第二天線140接收無線連接170，將其從第二天線140傳送到第二收發(fā)信機(jī)TRX2 114。
圖3詳細(xì)示出了如何在例如基站100中應(yīng)用空間分集。第一TRS1收發(fā)信機(jī)和第二TRX2收發(fā)信機(jī)114的射頻部分230現(xiàn)在被劃分成第一收發(fā)信機(jī)的射頻部分300，第二收發(fā)信機(jī)的射頻部分304，第一收發(fā)信機(jī)的射頻部分308，第二收發(fā)信機(jī)的射頻部分310。實(shí)際上，劃分不一定這樣正式，例如，合成器212可能為同一收發(fā)信機(jī)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)所公用。對(duì)應(yīng)地，在這兩個(gè)收發(fā)信機(jī)中將包括軟件的數(shù)字信號(hào)處理處理器劃分成接收機(jī)信號(hào)處理處理器302，308和發(fā)射機(jī)信號(hào)處理處理器310，314。實(shí)際上可以采用一個(gè)有效的信號(hào)處理處理器，其容量在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間劃分。
按照?qǐng)D1的例子，連接到第一收發(fā)信機(jī)TRX1 114的天線112所接收的信號(hào)被傳送到第一收發(fā)信機(jī)的射頻部件300，進(jìn)一步傳送到第一接收機(jī)信號(hào)處理處理器302。第一接收機(jī)信號(hào)處理處理器302還處理連接到第二收發(fā)信機(jī)TRX2 114的天線140所接收的信號(hào)，該信號(hào)首先被傳送到第二接收機(jī)射頻部件304，之后將數(shù)字形式的信號(hào)傳送到第一接收機(jī)信號(hào)處理處理器302。如圖3所示，還可以進(jìn)行反方向的對(duì)應(yīng)連接，即可以在第二接收機(jī)信號(hào)處理處理器306中進(jìn)行處理。
此外，顯然空間分集也可以用于傳輸，這種情況下，例如通過兩根天線112，140發(fā)送需要傳送的數(shù)據(jù)，從而在第一或第二發(fā)射機(jī)的信號(hào)處理處理器310，314中進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，發(fā)射本身利用第一和第二發(fā)射機(jī)的射頻部件308，312實(shí)現(xiàn)。
按照本發(fā)明，空間分集在無線連接170上的使用可以根據(jù)無線連接170的質(zhì)量調(diào)節(jié)。可以在無線連接170的建立期間和建立之后，以任何已知方式，例如通過測量C/I比率，誤碼率或接收信號(hào)的接收功率，測量無線連接170的質(zhì)量。測量可以在基站100和用戶終端150上實(shí)現(xiàn)。
在一種實(shí)施例中，如果基站系統(tǒng)容量允許，則在所有無線連接170上使用空間分集，這鐘情況下，所提供的業(yè)務(wù)質(zhì)量非常好。無線連接170根據(jù)質(zhì)量的好壞定期設(shè)置。如果滿足基站系統(tǒng)126的空間分集容量，則可以從最佳無線連接170中減少空間分集，這種情況下，可以增加較差連接上的空間分集的使用。該算法自然隨環(huán)境的變化而變化。用戶所用的業(yè)務(wù)，例如普通語音傳送，數(shù)據(jù)傳送以及變化的視頻圖片的傳送可以劃分成需要不同質(zhì)量等級(jí)的類，其中需要最佳質(zhì)量的業(yè)務(wù)所用的空間分集比要求的質(zhì)量較低的業(yè)務(wù)要多。
如果注意到只有TDMA幀的特定時(shí)隙需要使用空間分集，這也是可以的。這種實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，利用空間分集實(shí)現(xiàn)的連接質(zhì)量的改進(jìn)僅精確地集中在需要它的無線連接170上。這樣，節(jié)省了基站100的信號(hào)處理容量。
在空間分集的動(dòng)態(tài)分配方面，還可以確定功率控制的使用。如果空間分集可以增加信號(hào)解析容量，例如增加5dB，則發(fā)送端可以相應(yīng)減小其發(fā)射功率，得到的優(yōu)點(diǎn)是蜂窩望的總干擾降低。
圖4A和4B描述了空間分集使用的兩種不同實(shí)現(xiàn)方法。這些例子采用了GSM系統(tǒng)的上行頻率范圍(從用戶終端150到基站100)部分900-901.8MHz，這一頻段被劃分成200kHz寬的信道。這些例子結(jié)合接收機(jī)描述，但是同一過程也可用于發(fā)射機(jī)。
圖4A的方案需要軟件無線類方案。接收機(jī)114接收實(shí)際上寬于1個(gè)信道的頻段。第一接收機(jī)300接收頻率范圍900-901MHz，或者包括6個(gè)200kHz信道的范圍400。接收的頻段之后被數(shù)字化濾波到信道，然后可以對(duì)這些信道進(jìn)行常規(guī)處理。第二接收機(jī)304接收頻率范圍901-901.8MHz，或者包括5個(gè)200kHz信道的范圍404。空間分集的實(shí)現(xiàn)方式如下頻率范圍的一部分在兩個(gè)不同頻段400、404上重迭。該重迭頻率范圍402最好是多個(gè)信道大小的區(qū)域。在本例中，頻率901MHz上只有一個(gè)信道屬于不同的兩個(gè)接收機(jī)300、304的頻率范圍。重迭范圍402的大小在安裝基站時(shí)確定，它受例如基站100的業(yè)務(wù)量的影響，地表對(duì)無線環(huán)境的影響以及經(jīng)濟(jì)因素的制約。如果在基站100中安裝冗余的收發(fā)信機(jī)114，那么在某種意義上可以自由得到空間分集以將故障間平均時(shí)間(MTBF)納入可接受的限度。
圖4B的例子示出了與常規(guī)基站100相關(guān)的一種方法，其中接收機(jī)300、304接收一個(gè)信道寬的窄帶信號(hào)。如果接收機(jī)300、304可以調(diào)諧到基站100所用的任何頻率，則在需要時(shí)，可以在基站100所用的所有信道上實(shí)現(xiàn)空間分集。在本例中，第一接收機(jī)300和第二接收機(jī)304都調(diào)諧到接收同一頻率范圍400、404。然后執(zhí)行圖3所示的過程。這種實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，它還能夠應(yīng)用于使用常規(guī)收發(fā)信機(jī)114的基站。
盡管以上結(jié)合附圖的例子描述了本發(fā)明，但顯然本發(fā)明并不局限于此，而是可以在后附權(quán)利要求書所公開的創(chuàng)新思想范圍內(nèi)以不同方式改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.改進(jìn)無線系統(tǒng)中無線連接質(zhì)量的一種方法，前述系統(tǒng)包括基站系統(tǒng)(126)，用戶終端(150)，以及基站系統(tǒng)(126)和用戶終端(150)之間的采用空間分集的無線連接(170)，其特征在于，按照無線連接(170)的質(zhì)量，動(dòng)態(tài)決定是否在無線連接(170)上使用空間分集，使得隨著無線連接(170)質(zhì)量的下降，空間分集的使用增加，而隨著無線連接(170)質(zhì)量的改進(jìn)，空間分集的使用減少。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，基站系統(tǒng)(126)使用寬帶收發(fā)信機(jī)(114)，某個(gè)區(qū)域包括至少兩個(gè)部分重迭的較寬的無線頻段，重迭區(qū)域有多個(gè)信道大小，形成使用空間分集的頻率范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，基站系統(tǒng)(126)使用窄帶收發(fā)信機(jī)(114)，所用的整個(gè)頻率范圍形成使用空間分集的頻率范圍。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的方法，其特征在于，在建立無線連接(170)時(shí)作出動(dòng)態(tài)決定。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的方法，其特征在于，在無線連接(170)期間作出動(dòng)態(tài)決定。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的方法，其特征在于，在TDMA幀的每個(gè)時(shí)隙中獨(dú)立使用空間分集。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的方法，其特征在于，在作出空間分集的動(dòng)態(tài)決定時(shí)，還決定采用功率控制。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的方法，其特征在于，動(dòng)態(tài)決定包括以下步驟在基站系統(tǒng)(126)的容量許可時(shí)，在每個(gè)無線連接(170)上使用空間分集，基于無線連接(170)的質(zhì)量安排無線連接(170)，在滿足基站系統(tǒng)(126)的空間分集容量時(shí)，減少最佳無線連接(170)的空間分集，增加最差無線連接(170)的空間分集。
9.一種包括基站系統(tǒng)(126)和用戶終端(150)的無線系統(tǒng)，該基站系統(tǒng)在無線連接(170)上使用空間分集，其特征在于，基站系統(tǒng)(126)按照無線連接(170)的質(zhì)量，動(dòng)態(tài)決定是否在無線連接(170)上使用空間分集，使得隨著無線連接(170)質(zhì)量的下降，空間分集的使用增加，而隨著無線連接(170)質(zhì)量的改進(jìn)，空間分集的使用減少。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的無線系統(tǒng)，其特征在于，基站系統(tǒng)(126)使用寬帶收發(fā)信機(jī)(114)，在包括至少兩個(gè)部分重迭的較寬無線頻段的某個(gè)區(qū)域中形成使用空間分集的頻率范圍，重迭區(qū)域有多個(gè)信道大小。某個(gè)區(qū)域在多個(gè)信道大小的至少兩個(gè)較寬的無線頻段上重迭
11.根據(jù)權(quán)利要求9的無線系統(tǒng)，其特征在于，基站系統(tǒng)(126)使用窄帶收發(fā)信機(jī)(114)，所用的整個(gè)頻率范圍形成使用空間分集的頻率范圍。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求9-11中任意一項(xiàng)的無線系統(tǒng)，其特征在于，基站系統(tǒng)(126)在建立無線連接(170)時(shí)作出動(dòng)態(tài)決定。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求9-11中任意一項(xiàng)的無線系統(tǒng)，其特征在于，基站系統(tǒng)(126)在無線連接(170)期間作出動(dòng)態(tài)決定。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求9-12中任意一項(xiàng)的無線系統(tǒng)，其特征在于，基站系統(tǒng)(126)在TDMA幀的每個(gè)時(shí)隙中獨(dú)立使用空間分集。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求9-14中任意一項(xiàng)的無線系統(tǒng)，其特征在于，在作出空間分集的動(dòng)態(tài)決定時(shí)，基站系統(tǒng)(126)還采用功率控制。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求9-中任意一項(xiàng)的無線系統(tǒng)，在基站系統(tǒng)(126)的容量許可時(shí)，在每個(gè)無線連接(170)上使用空間分集，基于無線連接(170)的質(zhì)量安排無線連接(170)，在滿足基站系統(tǒng)(126)的空間分集容量時(shí)，減少最佳無線連接(170)的空間分集，增加最差無線連接(170)的空間分集。
全文摘要
本發(fā)明涉及改進(jìn)無線系統(tǒng)中無線連接質(zhì)量的一種方法。該無線系統(tǒng)包括基站系統(tǒng)(126),用戶終端(150)?；鞠到y(tǒng)(126)和用戶終端(150)之間采用空間分集來消除無線連接(170)上的衰落所引起的干擾。按照本發(fā)明,根據(jù)無線連接(170)的質(zhì)量,動(dòng)態(tài)決定是否在無線連接(170)上使用空間分集。
文檔編號(hào)H04B7/04GK1272264SQ98809681
公開日2000年11月1日 申請(qǐng)日期1998年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月30日
發(fā)明者奧利·皮瑞南 申請(qǐng)人:諾基亞網(wǎng)絡(luò)有限公司