專利名稱：寬帶無線網(wǎng)絡中用于切換天線和信道分配的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)領域；更具體地，本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡中用于切換信道和天線分配的技術。
背景技術：
利用天線陣列的空間處理是無線通信中使用最多的技術之一。在至今所開發(fā)的許多方案當中，多輸入多輸出(MMO)和波束形成是經(jīng)常研究的方案，并且已被證明在 增加無線網(wǎng)絡的容量和性能方面是有效的(例如，參見Ayman F. Naguid、Vahid Tarokh>Nambiraj an Seshadri、A. RobertColderbank 的“A Space-Time Coding Modem forHigh-Data-Rateffireless Communications，，，IEEE Journal on Selected Areas inCommunications, vol. 16, no. 8, October 1998pp. 1459-1478)。另一方面，MIMO 或波束形成的實現(xiàn)往往意味著系統(tǒng)側的較高的復雜度和成本。具體地，MIMO操作需要復雜的信號處理和解碼，而波束形成涉及硬件校準和多維數(shù)據(jù)處理。這些年來，正交頻分多址(OFDMA)已成為幾乎所有寬帶無線網(wǎng)絡(例如，WiMAX, WiFi和4G蜂窩系統(tǒng))選擇的接入方案。在OFDMA中，以類似于頻分多址(FDMA)的方式，多個用戶被分配給不同的子載波。更多信息請參見Sari和Karam的“Orthogonal Frequency-DivisionMultiple Access and its Application to CATVNetworks” , EuropeanTransactions on Telecommunications, Vol. 9(6), pp. 507-516, Nov. /Dec. 1998 ；以及 Nogueroles、Bossert、Donder 和 Zyablov 的 “ ImprovedPerformanceof a Random OFDMA Mobile Communication System”，Proceedings of IEEEVTC’ 98, pp. 2502-2506。使得難以實現(xiàn)可靠的無線傳輸?shù)闹饕F(xiàn)象是時變多徑衰落。在多徑衰落信道中提高質量或者減小有效錯誤率(effective error rate)可能是極其困難的。例如,考慮下面的非多徑環(huán)境中的典型噪聲源與多徑衰落之間的比較。在具有加性白高斯噪聲(AWGN)的環(huán)境中，使用典型的調制和編碼方案將有效誤比特率(BER)從10”減少到10”，可能僅需要高出Idb或2db的信噪比(SNR)。但是，在多徑衰落環(huán)境中實現(xiàn)同樣的減少，可能需要提高SNR多達10db。必要的SRN的提高僅僅通過提供更高的發(fā)射功率或者附加的帶寬可能不能實現(xiàn)，因為這與下一代寬帶無線系統(tǒng)的需求相反。多徑現(xiàn)象引起頻率選擇性衰落。在多用戶衰落環(huán)境中，子載波不同，信道增益也不同。而且，對于不同的用戶，信道通常是不相關的。這導致所謂的“多用戶分集”增益，可以通過智能子載波分配對其進行利用。換句話說，在OFDMA系統(tǒng)中，有利地將子載波自適應性地分配給用戶，使得每個用戶獲得高信道增益。更多信息請參見Wond等人的“MultiuserOFDMwith Adaptive Subcarrier,Bit and Power Allocation，，，IEEE J. Select. Areas Commun.，Vol.17 (10)，pp. 1747-1758，October 1999。在一個小區(qū)中，可以協(xié)調多個用戶以便具有OFDMA中的不同子載波?？梢允共煌脩舻男盘栒徊⑶倚^(qū)內干擾很小。但是，在大膽的頻率重用規(guī)劃中，例如將相同的頻譜用于多個相鄰的小區(qū)，產(chǎn)生了小區(qū)間干擾的問題。顯然，OFDMA系統(tǒng)中的小區(qū)間干擾也是頻率選擇性的，并且有利地對子載波進行自適應分配，以便降低小區(qū)間干擾的影響。用于OFDMA的子載波分配的一種方法是聯(lián)合優(yōu)化操作，其不僅需要所有小區(qū)中所有用戶的行為和信道知識，而且每次現(xiàn)有用戶從網(wǎng)絡掉線或者新用戶加到網(wǎng)絡上時，需要頻繁的重新調度。這在現(xiàn)實的無線系統(tǒng)中往往是不切實際的，主要原因在于用于更新用戶信息的帶寬成本和用于聯(lián)合優(yōu)化的計算成本的原因。用于無線業(yè)務信道分配的現(xiàn)有方法本質上是用戶發(fā)起的，并且是單用戶(點對點)的。由于多址網(wǎng)絡的總吞吐量依賴于所有激活用戶的信道衰落分布、噪聲加干擾水平以及 收發(fā)機在空間上分離的情況下的空間信道特性，所以分布式的或基于用戶的信道加載方法基本上是次最優(yōu)的。此外，在多個收發(fā)機被用作基站時，用戶發(fā)起的加載算法是有問題的，原因是基于全向探測信號(omni-directional sounding signal)所測量的信號與噪聲加干擾比(SINR)并不表明具有空間處理增益的特定業(yè)務信道的實際質量。換句話說，在用戶處基于全向探測信號所測量的“不好的”業(yè)務信道很可能是具有適當?shù)膩碜曰镜目臻g波束形成的“好的”信道。由于這兩個原因，非常需要考慮所有接入用戶的(空間)信道狀況及其QoS要求的新的信息交換機制以及信道分配和加載協(xié)議。這種“空間信道和QoS感知的”分配方案可以在給定帶寬下相當大地增加頻譜效率，從而相當大地增加數(shù)據(jù)吞吐量。因此，分布式方法、即用戶發(fā)起的分配基本上是次最優(yōu)的。

發(fā)明內容
這里公開了一種在無線通信系統(tǒng)中用于天線切換和信道分配的方法和設備。指示信號接收質量的信道特性針對基站處的每個天線資源所支持的多個信道中的每個信道而獲得。信道基于基站信道特性分配給用戶。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于無線通信的方法，所述方法包括在用戶站處測量由位于基站處的第一天線資源和第二天線資源支持的多個正交頻分多址(OFDMA)子載波的一個或多個信道特性，其中所述一個或多個信道特性指示所述多個OFDMA子載波中的對應OFDMA子載波的接收質量，并且其中所述第一天線資源和所述第二天線資源包括多個天線；把對應于測量的所述一個或多個信道特性的數(shù)據(jù)從所述用戶站發(fā)送到所述基站；在所述用戶站處接收所述多個OFDMA子載波中的一個或多個OFDMA子載波的分配的通知，其中所述分配至少基于所述第一天線資源和所述第二天線資源的所述測量的所述一個或多個信道特性，并且其中所述分配的所述多個OFDMA子載波中的至少一個OFDMA子載波不同于所述第一天線資源和所述第二天線資源；通過周期性地在所述用戶站處測量由所述基站的所述第一天線資源和所述第二天線資源支持的所述多個OFDMA子載波的所述一個或多個信道特性，來周期性地更新所述測量的所述一個或多個信道特性；把對應于周期性地測量的所述一個或多個信道特性的更新數(shù)據(jù)周期性地從所述用戶站發(fā)送到所述基站；以及接收所述多個OFDMA子載波中的一個或多個被重新分配的OFDMA子載波的重新分配的通知，其中所述重新分配至少基于所述第一天線資源和所述第二天線資源的更新的所述測量的所述一個或多個信道特性。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于無線通信的方法，所述方法包括使用戶站與基站同步；把測試數(shù)據(jù)從所述用戶站傳送至所述基站的第一天線資源和第二天線資源，其中在所述基站處測量對應于所述第一天線資源和所述第二天線資源的多個正交頻分多址(OFDMA)子載波的一個或多個上行信道特性，其中所述一個或多個上行信道特性指示所述多個OFDMA子載波中的對應OFDMA子載波的接收質量，并且其中所述第一天線資源和所述第二天線資源包括多個天線；在所述用戶站處接收所述多個OFDMA子載波中的一個或多個OFDMA子載波的分配的通知，其中所述分配至少基于所述第一天線資源和所述第二天線資源的所述一個或多個上行信道特性，并且其中所述分配的所述多個OFDMA子載波中的至少一個OFDMA子載波不同于所述第一天線資源和所述第二天線資源；以及把對應于所述一個或多個上行信道特性的數(shù)據(jù)從所述用戶站發(fā)送到所述基站。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于無線通信的用戶站，所述用戶站包括控 制器，其被配置成測量由位于基站處的第一天線資源和第二天線資源支持的多個正交頻分多址(OFDMA)子載波的一個或多個信道特性，其中所述一個或多個信道特性指示所述多個OFDMA子載波中的對應OFDMA子載波的接收質量，并且其中所述第一天線資源和所述第二天線資源包括多個天線；以及通過周期性地測量由所述基站的所述第一天線資源和所述第二天線資源支持的所述多個OFDMA子載波的所述一個或多個信道特性，來周期性地更新所述測量的所述一個或多個信道特性；以及收發(fā)器，其被配置成把對應于測量的所述一個或多個信道特性的數(shù)據(jù)發(fā)送到所述基站；接收所述多個OFDMA子載波中的一個或多個OFDMA子載波的分配的通知，其中所述分配至少基于所述第一天線資源和所述第二天線資源的所述測量的所述一個或多個信道特性，并且其中所述分配的所述多個OFDMA子載波中的至少一個OFDMA子載波不同于所述第一天線資源和所述第二天線資源；把對應于周期性地測量的所述一個或多個信道特性的更新數(shù)據(jù)周期性地發(fā)送到所述基站；以及接收所述多個OFDMA子載波中的一個或多個被重新分配的OFDMA子載波的重新分配的通知，其中所述重新分配至少基于所述第一天線資源和所述第二天線資源的更新的所述測量的所述一個或多個信道特性。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種用于無線通信的用戶站，所述用戶站被配置成與基站進行同步；把測試數(shù)據(jù)傳送至所述基站的第一天線資源和第二天線資源，其中在所述基站處測量對應于所述第一天線資源和所述第二天線資源的多個正交頻分多址(OFDMA)子載波的一個或多個上行信道特性，其中所述一個或多個上行信道特性指示所述多個OFDMA子載波中的對應OFDMA子載波的接收質量，并且其中所述第一天線資源和所述第二天線資源包括多個天線；接收所述多個OFDMA子載波中的一個或多個OFDMA子載波的分配的通知，其中所述分配至少基于所述第一天線資源和所述第二天線資源的所述一個或多個上行信道特性，其中所述分配的所述多個OFDMA子載波中的至少一個OFDMA子載波不同于所述第一天線資源和所述第二天線資源；以及把對應于所述一個或多個上行信道特性的數(shù)據(jù)從所述用戶站發(fā)送到所述基站。


根據(jù)下面給出的具體描述以及本發(fā)明各實施例的附圖，將可以更全面地理解本發(fā)明，但是，上述附圖不應該被用來將本發(fā)明限制到特定的實施例，而僅僅是用于說明和理解。圖I示出了采用一對用于與各個用戶通信的切換天線的基站，其中，每個用戶被分配了對應于相應的子信道/天線組合的信道。圖2示出了在新的用戶進入前，針對圖I所述用戶的OFDMA子信道分配。圖3a示出了由圖I中的每個天線發(fā)出的信標信號，其由新用戶接收并且包含各個信道，新用戶可以通過該信標信號測量下行鏈路或雙向鏈路信道特性，這些特性被返回到
基站O圖3b示出了由新用戶發(fā)出并且包含通過各個信道發(fā)送的測試數(shù)據(jù)的測距信號·(ranging signal),通過該測距信號,可以在圖I的每個切換天線處測量上行或雙向信道特性。圖4a示出了說明使用圖3a的信標信號方案、為獲得下行或雙向鏈路信道特性而執(zhí)行的操作的流程圖。圖4b示出了說明使用圖3b的測距信號方案、為獲得上行或雙向鏈路信道特性而執(zhí)行的操作的流程圖。圖5示出了與針對圖I的切換天線的信道特性相對應的示例性的用戶信道響應。圖6示出了針對具有多個天線資源的基站，將信道分配給各個用戶而執(zhí)行的操作，其中，基于針對每個天線測量或估計的子信道特性，將包括最佳可用子信道/天線組合的信道分配給新用戶。圖7是0FDMA/SDMA基站的一個實施例的框圖。圖8示出了采用多個切換天線的OFDMA發(fā)射機模塊的架構。
具體實施例方式OFDMA和空間處理的結合為多用戶寬帶通信提供了強大的平臺。本發(fā)明描述了一種方法、設備和系統(tǒng)，用于將OFDMA與各種配置的天線陣列的輕松地整合在一起。上述方法和設備允許以簡單的天線操作來利用多用戶分集，因此增加了無線通信系統(tǒng)的容量和性能。在一個實施例中，指示每個信道(例如，OFDMA子信道/天線資源組合)的下行或雙向業(yè)務的信號接收質量的信道特性在用戶處測量或估計。對應的信道特性信息被返回到基站。信道特性信息也可以針對在多個接收天線資源中的每個接收天線資源處所接收的上行或雙向信號來測量或估計。基站基于針對上行、下行和/或雙向信道而測量和/或估計的信道特性，采用信道分配邏輯來為多個用戶分配上行、下行和/或雙向信道。本發(fā)明的有利之處包括硬件較為簡單(比波束形成天線陣列便宜得多)和處理較為容易(比MMO簡單得多)，而不犧牲總的系統(tǒng)性能。除了 OFDMA實現(xiàn)之外，其普遍原理也可以用于FDMA (頻分多址)、TDMA (時分多址)、CDMA (碼分多址)、0FDMA和SDMA (空分多址)方案，以及這些多址方案的組合。在下面的描述中，闡述眾多細節(jié)是為了對本發(fā)明進行更全面的說明。但是，對本領域技術人員來說，顯然可以不需要這些具體細節(jié)來實施本發(fā)明。在其它實例中，公知的結構和裝置以框圖的形式示出，而不是具體示出，以避免使本發(fā)明不清晰。
以下的部分具體描述采用對計算機存儲器中的數(shù)據(jù)比特的操作的算法和符號表示的形式來提供。這些算法描述和表示是數(shù)據(jù)處理領域的技術人員將其工作的實質傳達給本領域其他技術人員的最有效手段。在這里，算法通常被認為是通向期望結果的自洽的步驟序列。這些步驟是需要對物理量的物理操縱的步驟。通常這些量采用能夠被存儲、傳送、組合、比較和操縱的電信號或磁信號的形式，雖然這并不是必須的。已經(jīng)證明，主要是為了普遍使用，有時稱這些信號為比特、值、元素、符號、字符、項目、數(shù)字等是方便的。但是，應該牢記，所有這些及類似術語要與適當?shù)奈锢砹肯嚓P聯(lián)，并且僅僅是應用于這些量的方便標記。除非特別說明，否則，如同從以下討論中容易看出的那樣，應當理解，在整個說明書中，使用諸如“處理”或“計算”或“推算”或“確定”或“顯示”等術語的討論指的是計算機系統(tǒng)或類似電子計算裝置的動作和處理，該計算機系統(tǒng)或類似電子計算裝置對在計算機系統(tǒng)的寄存器和存儲器中表示為物理(電子)量的數(shù)據(jù)進行操縱并將其轉換成在計算機系統(tǒng)存儲器或寄存器或其它這樣的信息存儲、傳輸或顯示裝置中類似地表示為物理量的其它數(shù)據(jù)。
本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行這里所述的操作的設備。該設備可以針對需要的目的而專 門構建，或者其可以包括通用計算機，由存儲在該計算機中的計算機程序選擇性地激活或重新配置。這種計算機程序可以存儲在計算機可讀的存儲介質中，如任何類型的盤，包括軟盤、光盤、CD-ROM以及磁-光盤、只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、EPROM、EEPR0M、磁或光卡、或者適合于存儲電子指令的任何類型的介質，但不限于此，并且分別耦合到計算機系統(tǒng)總線。這里所提出的算法和顯示并非固有地與任何特定的計算機或其它設備相關。各種通用系統(tǒng)可以用于根據(jù)本文教導的程序，或者構建較為專用的設備來執(zhí)行所需的方法步驟可能是方便的。從以下描述中將看出各種這些系統(tǒng)所需的結構。另外，本發(fā)明并不是針對任何特定編程語言來描述的。應當理解，各種編程語言可以用于實現(xiàn)這里所描述的本發(fā)明的教導。機器可讀介質包括用于存儲或傳輸機器(例如計算機)可讀形式的信息的任何機構。例如，機器可讀介質包括只讀存儲器(“ROM”)；隨機存取存儲器(“RAM”)；磁盤存儲介質；光存儲介質；閃存裝置；電的、光的、聲的或其它形式的傳播信號(例如載波、紅外信號、數(shù)字信號等)；等等。概述由于空間信道特性的寬帶性質，高速無線網(wǎng)絡中的空間分集的高效利用是具有挑戰(zhàn)性的任務。在OFDMA網(wǎng)絡中，寬的頻譜被分割成并行的窄帶業(yè)務信道(通常稱為“子信道”)。這里描述的方法提供了用于通過智能業(yè)務信道分配來分配業(yè)務信道的方法。在這里所述的通信系統(tǒng)中，信道分配邏輯執(zhí)行“信道感知的”業(yè)務信道分配。在一個實施例中，信道分配邏輯提供需要的帶寬和對頻譜資源(例如，OFDMA業(yè)務信道)及空間資源(例如，當其屬于空間波束形成時，用戶的物理位置)的有效使用，并且基于請求的用戶和正在進行業(yè)務的用戶(on-going subscriber)的寬帶空間信道特性執(zhí)行業(yè)務信道分配。而且，基于針對用戶的最佳天線資源，將信道分配給這些用戶。因此，與使用傳統(tǒng)的信道分配方法通?？色@得的性能相比，上述信道分配提供了相對于更多用戶的提高的性能。響應于來自新用戶的鏈接請求，或者當基站有數(shù)據(jù)要發(fā)送到待機用戶時，所述邏輯首先估計通過對于每個天線資源的全部或所選部分的OFDMA業(yè)務信道而接收的傳輸?shù)男诺捞匦?。這里所使用的天線資源可以包括單個天線，或者(給定基站的天線陣列中)共同用于發(fā)射信號和/或從用戶接收信號的天線的子陣列。例如，通過使用一個或多個信號分集方案(空間、頻率和/或時間)，可以將多個天線配置成(高效地)用作具有改善的發(fā)射特性(與單個天線相比)的單個天線資源。在一個實施例中，信道特性與針對正在進行業(yè)務的用戶的信道分配一起用于確定對于每個用戶，哪個天線資源是最優(yōu)的。信道特性數(shù)據(jù)可以存儲在寄存器或其它類型的存儲單元(例如，數(shù)據(jù)庫、文件或類似數(shù)據(jù)結構)中。在一個實施例中，與具有最佳通信特性的天線資源相對應的業(yè)務信道被分配給接入用戶以滿足該接入用戶的服務請求。圖I示出了包括基站102的寬帶無線網(wǎng)絡100的示例性的部分，其中，基站102實現(xiàn)這里所述的信道選擇技術?；?02包括支持與如移動(電話)用戶104和106、固定(位置)用戶108和110以及移動(PDA)用戶112所示的各個用戶進行通信的設備。這些設備包接收模塊114、發(fā)射模塊116和信道管理部件118以及天線120A (這里也稱為天線#1)和天線120B (這里也稱為天線#2)。 通常，基站以下面的方式與用戶通信。數(shù)據(jù)突發(fā)(data burst)如蜂窩包、IP包或以太網(wǎng)幀被封裝成適當?shù)臄?shù)據(jù)幀格式(例如，針對WiMAX網(wǎng)絡的IEEE 802. 16)并且從網(wǎng)絡部件如無線接入節(jié)點(RAN)轉發(fā)到給定小區(qū)中的適當基站。基站接著使用稱為“下行鏈路”的單向無線鏈路發(fā)送到所選用戶(由數(shù)據(jù)幀標識)。從用戶到網(wǎng)絡100的數(shù)據(jù)傳輸以相反的方向進行。這種情況下，使用稱為“上行鏈路”的單向無線鏈路將經(jīng)封裝的數(shù)據(jù)從用戶發(fā)送到適當?shù)幕尽?shù)據(jù)包接著被轉發(fā)到適當?shù)腞AN，轉換成IP包，并且之后傳送到網(wǎng)絡100中的目的節(jié)點。在一些類型的寬帶無線網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)突發(fā)可以使用頻分復用(FDD)或者時分復用(TDD)方案來傳輸。在TDD方案中，上行鏈路和下行鏈路兩者共享同一 RF (射頻)信道，但不是同時傳輸，而在FDD方案，上行鏈路和下行鏈路在不同的RF信道上工作，但是信道可以同時傳輸。通常，單向無線下行鏈路可以包括點對點(PP)鏈路、點對多點鏈路(PMP)或者MIMO鏈路。上行鏈路通常包括PP或PMP鏈路，盡管也可以使用MMO鏈路。多個基站被配置為形成類蜂窩無線網(wǎng)絡，其中，對于任何給定位置處的給定用戶，可以使用共享介質(無線電波借以傳播的空間(空氣))來接入一個或多個基站。利用共享介質的網(wǎng)絡需要有效共享該共享介質的機制?？諝饨橘|的共享是通過適當?shù)幕谛诺赖姆桨竵韺崿F(xiàn)的，其中，相應的信道分配給給定基站的接入范圍中的每個用戶。典型的基于信道的傳輸方案包括FDMA、TDMA, CDMA、OFDMA和SDMA，以及這些多訪問方案的組合。這些傳輸方案中的每個傳輸方案在無線組網(wǎng)領域都是公知的。為便于與各個用戶的下行鏈路和上行鏈路通信，基站102提供多個天線。為了說明的目的，這些天線在圖I中以天線120A和天線120B (天線# I和# 2)示出。來自多個天線中的兩個或更多個天線的信號可以被組合以支持波束形成或空間復用，或者可以通過使用公知技術來單獨用于不同組的用戶。多個天線還可以配置成一個或多個簇。通常，天線120A和120B代表無線寬帶網(wǎng)絡中采用的各種天線類型，包括扇形天線和全向天線。在一個實施例中，每個用戶被分配給由給定基站處的一個天線(或者當多個天線被組合而發(fā)射或接收信號時的天線資源)提供的相應信道或子信道。例如，在圖I所示的配置中，移動用戶104和固定用戶110被分配給相應的由天線120A支持的信道，而固定用戶108和移動用戶106和112被分配給相應的由天線120B支持的信道。如以下更具體說明的，針對每個用戶的信道/天線或子信道/天線基于新用戶經(jīng)由給定基站(例如，基站102)而進入網(wǎng)絡時的最佳可用信道特性來選擇。另外，信道可以基于測量的信道特性的變化而重新分配給正在進行業(yè)務的用戶。為舉例說明，以下討論涉及OFDMA網(wǎng)絡的信道分配。但是，這并不意味著限制，因為類似的原理可以應用于采用其它基于信道的傳輸方案的無線網(wǎng)絡，包括FDMA、TDMA、CDMA, SDMA和0FDMA/SDMA、以及這些方案的其它組合。根據(jù)本發(fā)明的方面，現(xiàn)在公開了一種基于當前信道特性，將相應用戶的下行和/或上行或共享(雙向)信道分配給所選天線資源的信道分配方案?？偟姆椒ㄊ菍⒕哂凶罴研诺捞匦缘男诺?天線或者子信道/天線組合分配給新用戶和正在進行業(yè)務的用戶。圖2示出了針對圖I所示的各個用戶的一組初始OFDMA信道分配。在所示的實施例中，天線# I和# 2 (120A和120B)中的每個支持N個子信道。通常,每個用戶被分配有 給定天線或天線資源的相應子信道。在一些情況下，可以針對同一用戶分配多個子信道。為了說明的目的，僅僅單個一組子信道分配在圖2中示出，其中，該單個一組說明了上行、下行或共享(用于上行和下行的同一信道)信道分配。應當理解，對于下行和上行業(yè)務采用分離信道的傳輸方案，還將存在另一組信道分配。參考圖I和圖3a，現(xiàn)在假設新的移動用戶122試圖通過發(fā)起新的業(yè)務請求或者結合從另一(當前)服務基站(未示出)到基站102的交遞，來發(fā)起與基站102的業(yè)務。如上所述，希望將最佳可用信道分配給該新用戶。因此，提供了一種確定最佳可用信道的機制。進一步參考圖4a的流程圖，用于確定信道特性的過程的一個實施例從塊400開始，其中，基站從其每個天線資源廣播覆蓋分配給該基站的頻率帶寬上的所有子信道的信標信號。例如，在FDMA方案中，廣播信號可包括這樣的信號，其使用預定的周期在所分配的帶寬上變化頻率。在CDMA方案中，可以使用通過以循環(huán)方式變化的各個CDMA信道來傳輸?shù)臏y試信號。在支持對相同頻率進行操作的多個信道的信道方案(如0FDMA)中，廣播信號將每天線資源包括適用的子信道/頻率組合(0FDMA信標信號方案的一個實施例的更多細節(jié)在下面描述)。結果，廣播信標信號將提供這樣的信息，根據(jù)該信息，可以確定空間和頻率信道特性。在一個實施例中，信標信號實時地通過管理信道廣播。在一些基于時隙的信道方案(例如，OFDMA、CDMA、TDMA)的情況下，可能有必要首先進行基站和用戶之間的時序同步，以使用戶能夠與廣播信標信號充分協(xié)調(例如，同步)。響應于信標信號，用戶(裝置)調諧其接收單元以遍歷各個信道(與信標信號中的信道變化同步)，同時測量信道特性。例如，在一個實施例中，信號與干擾加噪聲比(SINR,對于一些類型的無線網(wǎng)絡，通常也稱為載波與干擾加噪聲比(CINR))和/或相對信號強度指示(RSSI)測量在用戶處進行，以獲得信道特性測量值或估計值。在一個實施例中，信道特性測量與可以針對不同信道而可靠獲得的數(shù)據(jù)速率有關，如圖5中所示的對應于天線# I和# 2的信道特性測量數(shù)據(jù)組(圖3a中示出簡化版本)所舉例示出的。例如，常用的是測量這樣的以每秒每赫茲的比特數(shù)表示的數(shù)據(jù)速率，如圖5所示。在另一實施例中，針對每個信道/天線資源組合進行BER測量。在又一實施例中，測量服務質量(QoS)參數(shù)如時延和抖動以獲得信道特性數(shù)據(jù)。在又一實施例中，可以測量和/或估計信號質量/性能的各種指標，以獲得信道特性數(shù)據(jù)。
繼續(xù)圖4a中的塊404，在獲取信道特性測量值后，或者在獲取信道特性測量值時，對應的數(shù)據(jù)被返回到基站。在一個實施例中，該信息經(jīng)由用于這種目的的管理信道返回。作為響應，根據(jù)當前信道可用性信息和信道特性數(shù)據(jù)，選擇最佳可用信道分配給用戶。選擇過程的細節(jié)在下面參考圖6描述。示例性的OFDMA下行鏈路/雙向鏈路信道表征在針對OFDMA網(wǎng)絡采用的一個實施例中，每個基站向其小區(qū)(或扇區(qū))中的每個用戶周期性地廣播導頻OFDM符號。常常被稱為探測序列或信號的該導頻符號對于基站和用戶兩者都是已知的。在一個實施例中，每個導頻符號覆蓋整個OFDM頻率帶寬。對于不同的小區(qū)(或扇區(qū))，導頻符號可以不同。導頻符號可以用于多個目的時間和頻率同步、信道估計和用于子信道分配的SINR測量。在一個實施例中，多個天線資源中的每個天線資源同時發(fā)射導頻符號，并且每個導頻符號占用整個OFDM頻率帶寬。在一個實施例中，每個導頻符號具有128微秒的長度或 持續(xù)時間，且具有保護時間，其組合大約是152微秒。在每個導頻周期之后，有預定數(shù)目的數(shù)據(jù)周期，其后跟著另一組導頻符號。在一個實施例中，每個導頻之后有四個數(shù)據(jù)周期被用來傳輸數(shù)據(jù)，并且每個數(shù)據(jù)周期的長度是152微秒。在導頻OFDM符號被廣播時，針對每個子信道，每個用戶連續(xù)監(jiān)視導頻符號的接收并且測量(例如，估計)SINR和/或其它參數(shù)，包括小區(qū)間干擾和小區(qū)內業(yè)務。在一個實施例中，用戶首先估計信道響應，包括幅度和相位，好像沒有干擾或噪聲一樣。一旦信道被估計，用戶根據(jù)所接收的信號來計算干擾/噪聲。在數(shù)據(jù)業(yè)務周期期間，用戶可以再次確定干擾電平。數(shù)據(jù)業(yè)務周期被用于估計小區(qū)內業(yè)務以及子信道干擾電平。具體地，在導頻和業(yè)務周期期間的功率差可以用于檢測該(小區(qū)內)業(yè)務加載和子信道間干擾，以便選擇期望的子信道。在一個實施例中，每個用戶測量每個子信道(或者對應于可用子信道的一組子信道)的SINR并且通過接入信道向它們的基站報告這些SINR測量值。從每個用戶到基站的信息反饋包括用于每個子信道的SINR值(例如，峰值或平均值)。信道索引方案可以用來標識用于每個子信道的反饋數(shù)據(jù)；如果反饋中信息的順序對于基站是預先知道的，則不需要索引。在接收來自用戶的反饋時，基站以類似于以下所述的方式來選擇子信道分配給用戶。在子信道選擇之后，基站通過下行公共控制信道，或者在已經(jīng)建立與用戶的連接的情況下通過專用下行業(yè)務信道，向用戶通知子信道分配。在一個實施例中，基站還向用戶通知適當?shù)恼{制/編碼速率。一旦建立基本的通信鏈路，每個用戶可以使用專用業(yè)務信道(例如，一個或多個預定義的上行接入信道)繼續(xù)向基站發(fā)送反饋。前述方案確定針對下行鏈路和共享雙向鏈路信道的信道特性。但是，其對于預測上行信道特性可能是不夠的。原因是多徑衰落通常是單向的。結果，產(chǎn)生良好下行信道特性(在接收用戶處測量)的信道可能不提供良好的上行信道特性(在接收基站處測量)。參考圖3b和圖4b，用于確定針對上行信道(或者任選地，雙向共享信道)的信道特性的過程的一個實施例從塊450 (圖4b)開始，其中，用戶執(zhí)行與基站處的每個天線資源的測距。術語“測距”由WiMAX (IEEE802. 16)標準用來定義用戶臺(subscriber station)用以從一個或更多基站獲得服務可用性和信號質量信息的一組操作。在該過程期間，用戶臺與基站進行同步，并且一系列消息在用戶臺和基站之間交換。而且，信號質量測量值可以通過在基站和/或用戶臺執(zhí)行CINR和/或RSSI測量而獲得。 這里所使用的“測距”通常涉及由用戶發(fā)起以使上行信道特性能夠由基站測量的發(fā)射動作；因此，測距包括前述由WiMAX規(guī)范針對WiMAX網(wǎng)絡所定義的測距操作，以及其它用于獲得上行信道特性的技術。例如，與WiMAX測距期間所采用的操作相類似的操作可以用于其它類型的寬帶無線網(wǎng)絡。在一個實施例中，用戶和基站交換關于信道序列的信息，其中，信道特性測量將通過該信道序列來進行。例如，在一些實施中，基站可以僅僅標識未用的上行信道來進行測量，從而減少將要執(zhí)行的測量的數(shù)目。任選地，信道序列可以預先知道。繼續(xù)塊452，根據(jù)信道序列信息，用戶遍歷適用的上行信道，同時向每個基站天線資源發(fā)射測試數(shù)據(jù)。通常，這可以針對所有單獨的天線或組合的天線資源來同時執(zhí)行，或者可以針對每個天線資源單獨執(zhí)行。結合通過每個上行信道的測試數(shù)據(jù)的傳輸，信道特性測量在塊452中由基站進行，并且在塊454中存儲。通常，在塊452中進行的信道特性測量與塊402 (圖4a)中執(zhí)行的信道特性測量類似，除了現(xiàn)在測量是在基站而不是在用戶處進行。待分配給用戶的最佳可用上行信道接著在塊456中以現(xiàn)在將參考圖6的操作描述的方式選出。更具體地，圖6示出了用于在基站的通用配置下進行信道分配的過程，其中，基站具有可變數(shù)目的用戶(訂戶)、天線(單獨的天線或組合的天線資源)和針對每個天線或組合天線資源的子信道。因此，在圖6中，包括對用戶和天線的數(shù)目、子信道的數(shù)目以及每天線的最大子信道數(shù)目進行限定的初始輸入的一組數(shù)據(jù)600被提供給在數(shù)據(jù)600下面所示的處理操作。如開始和結束循環(huán)塊602和612所示，針對用戶I到P中的每個用戶進行塊604、606和610中示出的操作。首先，在塊604中，在所有可用天線(或組合的天線資源，如果適用的話)當中選擇具有最高增益的可用子信道。如輸入數(shù)據(jù)塊606所示，維持并實時更新針對每個天線的一組可用子信道，以便向塊604提供當前的子信道分配信息。另外，塊402和/或452 (如果適用的話)中測量的信道特性分布數(shù)據(jù)被存儲在用戶信道分布寄存器608中并且實時更新。在針對特定用戶的信道選擇期間，從用戶信道分布寄存器608中檢索對應的信道特性分布數(shù)據(jù)作為塊604的輸入。根據(jù)來自數(shù)據(jù)塊606和608的輸入數(shù)據(jù)，在塊610中，子信道k和天線/被分配給用戶i。所述過程接著前進到下一個用戶(例如用戶/+1)，以便根據(jù)來自數(shù)據(jù)塊606和608的更新的輸入數(shù)據(jù)，通過塊604的操作，為該用戶分配包括子信道/天線組合的信道。通常，這些操作實時地重復。從根據(jù)本文圖中示出的網(wǎng)絡參與者的示例性信道分配參數(shù)中可以更清楚地理解這些概念。例如，圖2示出了初始狀況，其中，分別向移動用戶106和固定用戶110分配了包括天線# I的子信道I和6的信道，而向固定用戶108分配了包括天線# 2的子信道2的信道，并且分別向移動用戶104和112分配了包括天線# 2的子信道5和M-I的信道。為了說明，這些信道分配表示上行鏈路、下行鏈路或雙向鏈路信道分配。對于以下示例，假設對應的信道分配信息存在于數(shù)據(jù)塊606中?，F(xiàn)在，假設移動用戶122 (圖I、圖3a和圖3b)試圖進入網(wǎng)絡。首先，如果適用的話，將根據(jù)圖4a和/或圖4b所示的流程圖的操作，收集信道特性測量數(shù)據(jù)。這將更新用戶信道分布寄存器608。在塊604的處理期間，將從用戶信道分布寄存器608中檢索天線# I和# 2中的每個天線的天線信道特性數(shù)據(jù)。如上所述，在圖5中示出了示例性的信道特性數(shù)據(jù)。根據(jù)該信道特性數(shù)據(jù)，結合圖2中所示并且從數(shù)據(jù)塊606檢索的可用子信道信息，在塊610中選擇用于移動用戶122的新信道。根據(jù)相應的圖5和圖2中的示例性信道特性數(shù)據(jù)和子信道分配數(shù)據(jù)，天線# 2的子信道3應該被分配給移動用戶122，其表示具有最高增益的可用信道(例如，具有最佳信道特性的可用信道)。在一個實施例中，這可以以下面的方式確定。首先，針對每個天線資源選擇具有最高增益的信道。在該示例中，這對應于天線# I的信道I和天線# 2的子信道3。接著，確定該子信道是否可用。對于天線# I的子信道1，該子信道已經(jīng)分配，因此其不可用。接著針對天線# I選擇對應于下一個最佳增益的信道，其對應于子信道5。同樣，針對信道2進行類似的確定。在該示例中，子信道3是可用的，其表示天線# 2的具有最高增益的子信道。接著比較天線# I的子信道5的增益和天線# 2的子信道3的增益。接著選擇具有最高增益的子信道/天線組合資源分配給新用戶。這導致選擇天線# 2的子信道 3作為新信道分配給移動用戶122。有時，處理邏輯可以通過重復以上參考圖6描述的過程來執(zhí)行信道重新分配。這個信道重新分配補償用戶移動和干擾的任何變化。在一個實施例中，每個用戶報告其信道特性數(shù)據(jù)。基站然后執(zhí)行子信道和天線資源的選擇性重新分配。即，在一個實施例中，一些用戶可以重新分配給新的信道，而其它信道分配將保持跟以前一樣。在一個實施例中，由基站發(fā)起重新訓練(retraining),并且在該情況下,基站請求一個或多個特定用戶報告其更新的信道特性數(shù)據(jù)。當用戶觀察到信道惡化時，也可以由用戶提交信道重新分配請求。圖7是通過OFDMA和空間復用來與多個用戶通信的基站700的框圖?；?00包括接收天線陣列702 ;接收機模塊703，其包括耦合到接收天線陣列700的一組向下變頻器704和OFDM解調器706 ;信道特性模塊708 ;現(xiàn)行業(yè)務寄存器(ongoing trafficregister)710 ；OFDMA子信道信道分配邏輯712 ;用戶信道分布寄存器608 ;0FDMA媒體接入控制器(MAC)714 ;0FDM調制解調器716 ;信標信號發(fā)生器；0FDMA發(fā)射機模塊718，其包括子信道形成塊720和一組向發(fā)射天線陣列724中的相應天線資源提供輸入的向上變頻器722。上行信號，包括來自請求用戶的接入信號，由接收天線陣列702接收并且由向下變頻器704向下變頻到基帶。該基帶信號由OFDM解調器706解調，并且還由信道特性塊708處理，以便利用上述技術之一或其它公知的信號質量估計算法來估計接入用戶的上行信道特性。所估計或測量的信道特性數(shù)據(jù)，與存儲在用戶信道分布寄存器608中、與分配給現(xiàn)行業(yè)務的信道相對應的信道特性以及存儲在現(xiàn)行業(yè)務寄存器710中的現(xiàn)行業(yè)務信息一起，被饋送到OFDMA子信道分配邏輯712以確定針對接入用戶并且可能針對部分或全部正在進行業(yè)務的用戶的信道分配。結果被發(fā)送到控制總體業(yè)務的OFDMA MAC 714。來自OFDMA MAC 714的控制信號和下行數(shù)據(jù)流726由OFDM調制器716混合并調制以便進行下行鏈路傳輸。子信道形成(如以下參考圖8描述的天線波束形成/切換操作)由子信道形成塊720使用存儲在用戶信道分布寄存器608中的子信道限定信息來執(zhí)行。子信道形成塊720的輸出由向上變頻器組722向上變頻，并且通過發(fā)射天線陣列724發(fā)射。信標信號發(fā)生器717用于產(chǎn)生適合于基礎傳輸方案的信標信號。例如,對于OFDMA傳輸方案，信標信號發(fā)生器717產(chǎn)生這樣的信號，其包括插在測試數(shù)據(jù)幀之間的OFDMA導頻符號。圖8中示出了與用于具有N個天線的基站的OFDMA發(fā)射機模塊800的一個實施例相對應的功能塊的細節(jié)。MAC動態(tài)信道分配塊802用于針對P個用戶中的每個用戶選擇適當?shù)奶炀€資源和子信道，如調制解調器和子信道分配塊804〃的選擇輸入所示。基于針對每個用戶的調制解調器和子信道分配，使用OFDMA傳輸領域中熟知的信號處理技術，產(chǎn)生對應的OFDMA基帶信號、將其向上變頻并且通過適當?shù)奶炀€發(fā)射。所述過程由快速傅立葉變換(FFT)塊804Μ、并串(P/S)轉換塊806 和添加周期前綴(CP)塊804 描述。OFDMA發(fā)射機模塊800通過調節(jié)FFT輸入來執(zhí)行天線切換操作。例如，對于給定的用戶信道，某些FFT輸入設置成I (意思是使用)，而其它FFT輸入設置成O (意思是忽略)。OFDMA發(fā)射機模塊800還支持通過借助多個天線同時發(fā)送信號來支持的信道。
通常，由本文附圖中示出并且在上面描述的過程和功能塊所執(zhí)行的操作是通過處理邏輯來執(zhí)行的，所述處理邏輯可以包括硬件(電路，專用邏輯等)、軟件(如運行在通用計算機系統(tǒng)或專用機器上的軟件)、或兩者的結合。鑒于對本領域技術人員來說，在閱讀以上說明后，本發(fā)明的許多變化和修改無疑將變得明顯，應當理解，通過舉例說明所示出和描述的任何特定實施例不能被認為是限制。因此，對各個實施例的細節(jié)的引用并非旨在限制權利要求的范圍，權利要求本身僅列舉本發(fā)明的必要特征。
權利要求
1.一種用于無線通信的方法，所述方法包括 在用戶站處測量由位于基站處的第一天線資源和第二天線資源支持的多個正交頻分多址(OFDMA)子載波的一個或多個信道特性，其中所述一個或多個信道特性指示所述多個OFDMA子載波中的對應OFDMA子載波的接收質量，并且其中所述第一天線資源和所述第二天線資源包括多個天線； 把對應于測量的所述一個或多個信道特性的數(shù)據(jù)從所述用戶站發(fā)送到所述基站； 在所述用戶站處接收所述多個OFDMA子載波中的一個或多個OFDMA子載波的分配的通知，其中所述分配至少基于所述第一天線資源和所述第二天線資源的所述測量的所述一個或多個信道特性，并且其中所述分配的所述多個OFDMA子載波中的至少一個OFDMA子載波不同于所述第一天線資源和所述第二天線資源； 通過周期性地在所述用戶站處測量由所述基站的所述第一天線資源和所述第二天線資源支持的所述多個OFDMA子載波的所述一個或多個信道特性，來周期性地更新所述測量的所述一個或多個信道特性； 把對應于周期性地測量的所述一個或多個信道特性的更新數(shù)據(jù)周期性地從所述用戶站發(fā)送到所述基站；以及 接收所述多個OFDMA子載波中的一個或多個被重新分配的OFDMA子載波的重新分配的通知，其中所述重新分配至少基于所述第一天線資源和所述第二天線資源的更新的所述測量的所述一個或多個信道特性。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中所述測量包括 在所述用戶站處從所述基站接收一個或多個信標信號；以及 在所述用戶站處調諧接收單元以遍歷與所述一個或多個信標信號相關的所述多個OFDMA子載波，同時測量相關的信道特性。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中所述測量所述一個或多個信道特性還包括 通過使用來自導頻符號周期和數(shù)據(jù)周期中的信息來估計信道響應和干擾。
4.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中所述一個或多個信道特性包括信號與干擾加噪聲t匕(SINR)、載波與干擾加噪聲比(CINR)和相對信號強度指示(RSSI)測量中的至少一個。
5.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中所述多個OFDMA子載波包括上行信道、下行信道和雙向信道中的至少一個。
6.根據(jù)權利要求I所述的方法，還包括 使所述用戶站與所述基站同步； 把測試數(shù)據(jù)從所述用戶站傳送至所述第一天線資源；以及 在所述基站處測量由所述第一天線資源支持的所述多個OFDMA子載波中的至少一個上行OFDMA子載波的上行信道特性。
7.一種用于無線通信的方法，所述方法包括 使用戶站與基站同步； 把測試數(shù)據(jù)從所述用戶站傳送至所述基站的第一天線資源和第二天線資源，其中在所述基站處測量對應于所述第一天線資源和所述第二天線資源的多個正交頻分多址(OFDMA)子載波的一個或多個上行信道特性，其中所述一個或多個上行信道特性指示所述多個OFDMA子載波中的對應OFDMA子載波的接收質量，并且其中所述第一天線資源和所述第二天線資源包括多個天線； 在所述用戶站處接收所述多個OFDMA子載波中的一個或多個OFDMA子載波的分配的通知，其中所述分配至少基于所述第一天線資源和所述第二天線資源的所述一個或多個上行信道特性，并且其中所述分配的所述多個OFDMA子載波中的至少一個OFDMA子載波不同于所述第一天線資源和所述第二天線資源；以及 把對應于所述一個或多個上行信道特性的數(shù)據(jù)從所述用戶站發(fā)送到所述基站。
8.一種用于無線通信的用戶站，所述用戶站包括 控制器，其被配置成 測量由位于基站處的第一天線資源和第二天線資源支持的多個正交頻分多址(OFDMA)子載波的一個或多個信道特性，其中所述一個或多個信道特性指示所述多個OFDMA子載波中的對應OFDMA子載波的接收質量，并且其中所述第一天線資源和所述第二天線資源包括多個天線；以及 通過周期性地測量由所述基站的所述第一天線資源和所述第二天線資源支持的所述多個OFDMA子載波的所述一個或多個信道特性，來周期性地更新所述測量的所述一個或多個信道特性； 以及 收發(fā)器，其被配置成 把對應于測量的所述一個或多個信道特性的數(shù)據(jù)發(fā)送到所述基站； 接收所述多個OFDMA子載波中的一個或多個OFDMA子載波的分配的通知，其中所述分配至少基于所述第一天線資源和所述第二天線資源的所述測量的所述一個或多個信道特性，并且其中所述分配的所述多個OFDMA子載波中的至少一個OFDMA子載波不同于所述第一天線資源和所述第二天線資源； 把對應于周期性地測量的所述一個或多個信道特性的更新數(shù)據(jù)周期性地發(fā)送到所述基站；以及 接收所述多個OFDMA子載波中的一個或多個被重新分配的OFDMA子載波的重新分配的通知，其中所述重新分配至少基于所述第一天線資源和所述第二天線資源的更新的所述測量的所述一個或多個信道特性。
9.根據(jù)權利要求8所述的用戶站，還包括 接收單元，其被配置成遍歷與從所述基站接收的一個或多個信標信號相關的所述多個OFDMA子載波的OFDMA子載波，同時測量與所述一個或多個信標信號相關的所述多個OFDMA子載波的相關的信道特性。
10.根據(jù)權利要求9所述的用戶站，其中所述控制器被進一步配置成 通過使用來自導頻符號周期和數(shù)據(jù)周期中的信息來估計信道響應和干擾。
11.根據(jù)權利要求8所述的用戶站，其中，所述一個或多個信道特性包括信號與干擾加噪聲比(SINR)、載波與干擾加噪聲比(CINR)和相對信號強度指示(RSSI)測量中的至少一個。
12.根據(jù)權利要求8所述的用戶站，其中所述多個OFDMA子載波包括上行信道、下行信道和雙向信道中的至少一個。
13.根據(jù)權利要求8所述用戶站，其中所述控制器被進一步配置成與所述基站同步；并且其中所述收發(fā)器被進一步配置成把測試數(shù)據(jù)發(fā)送至所述第一天線資源，其中在所述基站處測量由所述第一天線資源支持的所述多個OFDMA子載波中的至少一個OFDMA子載波的對應上行信道特性。
14.一種用于無線通信的用戶站，所述用戶站被配置成 與基站進行同步； 把測試數(shù)據(jù)傳送至所述基站的第一天線資源和第二天線資源，其中在所述基站處測量對應于所述第一天線資源和所述第二天線資源的多個正交頻分多址(OFDMA)子載波的一個或多個上行信道特性，其中所述一個或多個上行信道特性指示所述多個OFDMA子載波中的對應OFDMA子載波的接收質量，并且其中所述第一天線資源和所述第二天線資源包括多個天線； 接收所述多個OFDMA子載波中的一個或多個OFDMA子載波的分配的通知，其中所述分配至少基于所述第一天線資源和所述第二天線資源的所述一個或多個上行信道特性，其中所述分配的所述多個OFDMA子載波中的至少一個OFDMA子載波不同于所述第一天線資源和所述第二天線資源；以及 把對應于所述一個或多個上行信道特性的數(shù)據(jù)發(fā)送到所述基站。
全文摘要
公開了一種寬帶無線網(wǎng)絡中用于切換天線和信道分配的方法和系統(tǒng)。所述方法包括測量由第一和第二天線資源支持的多個OFDMA子載波的信道特性，其指示多個OFDMA子載波中的對應OFDMA子載波的接收質量，第一和第二天線資源包括多個天線；把對應于測量的一個或多個信道特性的數(shù)據(jù)發(fā)送到基站；接收一個或多個OFDMA子載波的分配的通知，其中分配至少基于第一和第二天線資源的測量的一個或多個信道特性，并且分配的至少一個OFDMA子載波不同于第一和第二天線資源；周期性地測量由所述基站的第一和第二天線資源支持的子載波的信道特性，來更新一個或多個信道特性；發(fā)送更新數(shù)據(jù)；接收OFDMA子載波的被重新分配的通知，重新分配基于第一和第二天線資源的更新的信道特性。
文檔編號H04L5/02GK102946265SQ201210458828
公開日2013年2月27日 申請日期2005年12月7日 優(yōu)先權日2004年12月7日
發(fā)明者邢冠斌, 沈滿元, 劉輝 申請人:昂達博思公司