CN1466857A - 用于在一个基站与多部行动台间传送信息的方法与设备 - Google Patents

Abstract

一种方法与设备，尤指一种排定行动台(MSs)下载数据和/或以下行链路信道条件信息为函数由一基站(BS)决定一行动台下载速度的方法与设备。当基站使用两个或更多个发射天线时，行动台可测知人为信道变化，以及为了时序安排而反馈给基站的反馈将被引入。各个发射天线使用相同的频率，传送具有相同内容的信号。然而，所述的信号会随时间改变它们的相位以及/或幅度。具有相同传输频率以及数据内容的多个信号在行动台端被接收并转为单一的合成信号。所述的接收信号与故意引入信号中的改变交互影响，结果使行动台可随时间侦测出不同的信号幅度和/或相位，即使用来传输所述具有相同数据信息内容的合成信号的总功率值保持为常数。数据传输速率由信道条件来控制，例如，信道条件越佳，传输速率越快。通过以信道条件改变传输速率的方法，以及对拥有较佳信道条件的行动台的优选，基站考虑下行链路时比起其他已知的系统更能改善整体的通信容量。

Description

用于在一个基站与多部行动台间传送信息的方法与设备

技术领域

本发明涉及于通信系统，并且尤其涉及在基站与行动台间通信的方法与设备。

背景技术

目前有多种可提供无线数据及/或语音服务的技术为人所关注，其中包括使用码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)的第三代无线通信标准(3G)，Qualcomm的高速率数据传输(HighData Rate，HDR)及本专利权人Flarion Technologies所用的快闪正交分频多工(Flash-OFDM)。但这些技术都面临类似的问题，即如何在单个基站(BSs)及单个基站所服务的移动台(MSs)之间有效地分配通信资源。考虑下行链路(downlink)的情况。这里一个基站与一组例如若干个行动台进行通信。传送给用户的信息都有某些延迟及速率要求。举例来说，语音(传输)需要一个固定但很小的速率以及非常严格的延迟要求。而另一方面，数据通信，如Internet下载、影像数据流、文件传输，则各有随着通信类型而变的需要，并且与语音通信相比可能突发性很强。因此，如果将一个固定速率的信道永久性的分配给一个用户，通常是一种资源上的浪费。鉴于以上的论述，现在需要一种改进的方法及设备用来在用户之间分配带宽。

发明内容

本发明针对用于提升通信系统、如移动通信系统的整体通信容量的设备及方法，其中能够根据例如不同的通信台在对用户传输时间的安排上提供一定的灵活性。比起支持实时音频通话的移动电话中常用的将定量资源持续分配给用户的方法，在数据抵达用户处时为用户安排时序，可使得对系统资源如功率和带宽使用更有灵活性。

在本申请例中，由于本发明是在移动通信系统的背景下说明的，因此系统用户所使用的通信台在这里被称为行动台(MS)。然而，要注意的是，本发明的技术可用于信道条件会改变的情况。因此，本发明可应用在移动和固定的通信台中。

依照本发明的一个实施例，一个基站(BS)向多个不同的行动台传输数据。基站在任何时刻都需要决定向哪一个行动台传送。假设有数据这样的信息要被传送给多个行动台，基站就必须在这些行动台的需求之间做出仲裁，从而决定数据要在何时以及多长的时间内传输给各个行动台。这个过程有时被称为时序安排(Scheduling)。作为时序安排过程的一部分，基站可能要分配带宽——例如所要使用的一个范围内的频率、以及所需的功率来达成传输的目的。

本发明中的行动台会向基站提供关于信道条件的反馈。依照本发明的一个特性，对传输给各个行动台的数据排序是基于行动台所获取的信道条件反馈信息的。当信道条件良好时，其数据传输的速率如每秒比特数(bits/s)比信道条件差时来得高。考虑到信道条件信息的因素，向移动台传送数据的时序安排可使得传输在移动台拥有良好信道条件的时候进行，例如允许较少错误及较高速率的条件。依照本发明，比起利用循环法(round robin)或无视行动台信道条件随机排序的方法，基于各个行动台(MS)所拥有的信道条件好坏来安排时序，可实现更大的基站整体通信容量。

为了确保每个用户即使在长时间信道条件不良的情况下也能收到一些数据，根据本发明多种不同的实施例，向行动台传输数据的时序安排还需要考虑除信道条件以外的其他因素。举例来说，当用户具有高优先级，比如说用户为该服务支付较多，以及/或者是在使用一些如影像数据流这样对时间延迟要求很严格的应用时，那么即使这些用户的信道不如所需要的那样好或是它比其他用户的信道要差，基站也要为这些用户安排时序。这种情况下，基站的整体通信容量相比完全或主要依照信道条件进行时序安排的实施例要低。当存在不具有较好信道条件的固定用户时，这种情况尤为突出。

在不移动的行动台或是固定位置用户台的例子中，实际物理信道的条件对时间而言几乎是保持不变的。

依照本发明的一个特征，每个基站例如通过利用彼此物理分隔的发射机传送同样的信息，来制造人为的信道变化。假设使用了两个发射机例如天线，第一个发射机发出了带有第一种信息例如数据内容的第一个信号，而第二个发射机则发出第二个信号，它带有(与第一个信号)相同的信息内容，但相位或幅度却不同。第一个信号与第二个信号间的差异，例如相位和/或幅度差异，会随时间改变。在接收机处，第一与第二信号互相作用，并被当作单个的接收信号。该接收信号的幅度经测量后，被反馈给基站，作为表示基站与行动台间信道条件的指标。

因此，基站对行动台的时序安排可以是包含了信道状态信息的反馈信息的函数。由之前的讨论，当与用户行动台相关联的信道条件变得足够好时，反馈数据便可被用作安排用户时序的一般策略的一部分。这个策略可以改善下行链路的通信容量，即使在行动台固定从而它们的信道不会自然变化的情况下仍然有效。

在一个移动通信系统中，本发明所使用的策略如下：我们在基站处有n个天线，先将要传送给行动台的信号(在基带表示下为复数)乘上复数，例如比例因数(scaling factor)α₁，…α_n，再利用天线将它们无线发送出去。这些复数值可以、并且至少在某一个实施例中是在每个传输数据的时间片段内随机选取的。这些比例因数的一些期望特性(但并非强制特性)如下：

1.在一段时间上，如符号周期或多个载波信号周期内，α_i的幅值平方和等于一个常数。

2.在不同的时间片段间，复值比例因数以连续方式变化。这使接收机更容易追踪信道变化，并反馈可靠的信道强度评估。

通过基站从多个发射机发送同样的信息信号而引入的人为信号变化，基站能够利用从行动台获取的信道条件反馈信息进行追踪。从而基站便可利用这种人为变化以及实际的信道变化，待行动台所用的信道条件良好时安排其时序。作为时序安排过程的一部分，在某些实施例中，会分配较多的功率向拥有良好信道条件的行动台进行传输，而当行动台信道条件不良时则相反处理。

事实上，按照下面将要进一步说明的策略，在信扰比例signalto interference ratio)方面，当基站依照本发明安排时序时，其行动台的信道会比原本的信道好上两倍。

除了使一个基站对其行动台传输数据的时序安排更容易之外，本发明中的人为信号变化，在多个基站通信重叠的情况下，例如通信范围重叠的情况下，也一样有利。在这个例子中，从某一个基站发出的信号会作为信道噪声出现在另一个基站的信号中。但由于本发明在第一基站与一个行动台之间传输的信号内引入了变化，所以第二个基站，如邻近的基站会将这些信号变化视为信道噪声变化。因此，邻近的基站便可利用来自第一基站的噪声为最小值的时刻，将信号传给它自己的行动台。

除了利用信道条件信息为基站向行动台传送数据安排时序以外，依照本发明，还可以利用信道条件信息为行动台向基站的数据传送安排时序。在这样的一个实施例中，当行动台有数据要上传给基站时，会先向基站发出一个信号。基站再对这些有上传数据需求的行动台加以仲裁并依据不同行动台和基站之间信道的条件排定上传顺序。依照此法，可以在多个行动台间排定上传顺序以便有效的完成上传。

本发明的更多特点、实施例及优点，将在以下的详细说明中进行讨论。

附图说明

图1A示出了一个依照本发明实现的通信系统，它包括一个基站和多个行动台。

图1B示出了包含多个图1A中所示系统的通信系统，每个系统的广播范围彼此重叠。

图2与图3示出了信道幅度对时间变化的范例图。

图4示出图1中所示的通信系统加上多个反馈信号后的情形。

图5示出了本发明的一个通信系统，其中多个带有相同信息的信号从一个基站传输给各个行动台。

图6示出了依照本发明实现的一个基站。

图7示出了依照本发明实现的行动台范例。

图8示出了本发明的一个系统，其中两个相连的基站一同工作以将信号传给各个行动台。

图9示出了一个通信系统，其中多个基站和行动台位于相同的广播范围内。

图10示出了依照本发明实现的行动台范例，该行动台包含多个广播天线。

具体实施方式

我们从说明一个特例开始，以一个频带较窄并有两个天线的基站为例，首先讨论下行链路传输的情况。在这个特例之后，再做一个更一般的说明。

图1A示出了一个无线通信系统100中下行链路的例子(以箭号110、112表示)。如图所示，该通信系统100包含了一个基站102和第一第二两个行动台104、106。基站(BS)102位置固定，它能在环绕它的一个地理区域120内进行广播，该区域称为蜂巢，基站可在该区域内与行动台MS1 104、MS2 106通信。图1A中仅示出了下行链路，也就是说，110、112代表由基站向两个行动台的发送。在图1A的例子中，我们只讨论了两个行动台104、106的情况。然而，本发明可被应用于一个基站102对任意N个行动台传输的情况。

箭头110、112分别代表了由基站到行动台104与106的通信链路(link)。由于这些链路代表了可将信息下传至各个行动台104、106的通信路径，因此又被称为信道。这些信道可能会因行动台的移动或它周边分散的环境(scattering environment)而随着时间改变，也会受到基站102与行动台104、106间传输时所使用的频率影响。依据本发明，信道条件信息会由行动台104、106传回基站，并被用来安排从基站102向行动台104及106发送信息的时序。

图1A中所示的通信系统可彼此结合成一个更大的通信系统150，如图1B所示，系统150是包括多个蜂巢120、162、164。在系统150中，每个蜂巢中各包含一个基站(102、172、174)和多个行动台(未示出)。来自每个基站的传输都会延伸到其他蜂巢的范围内，造成信号干扰。图中蜂巢120、162、164重叠的部份就是干扰可能发生的地方。下面将讨论到，对于处在蜂巢重叠区域内的行动台，这些干扰会对它们的信道条件造成负面影响。

再参见图1A的例子，为了简便，假设基站102与各个行动台104、106在单一频率如f_k上通信，或是在一个中心频率为f_k的相当窄的频带(在大部份情况下，1MHz算是足够窄的)上通信。这表示虽然信道会随着时间变化，但在基站102用来向行动台104或106传输(信号)的频率范围内却几乎保持稳定。在图1A中，往行动台MS1的信道以h₁(t)表示；往MS2的则以h₂(t)表示。h₁(t)与h₂(t)的幅度皆会随时间改变。图2和图3中示出了与行动台104相关的范例信号h₁(t)以及与行动台106相关的范例信号h₂(t)。这里的时间t被“分段”了，也就是说我们根据所传输的符号数来衡量时间，因此时间是以正整数值表示的。而信道则是以复数(包括实部及虚部)表示的，也就是所谓的“基带表示”。实数部分代表基站102以固定频率f_k传送纯余弦波时的信道增益(gain)，虚数部分则代表基站以固定频率f_k传送纯正弦波时的信道增益。举例来说，基站可以选择所要传送的数据(定义为m₁(t)，由一串1和0组成)。假设k＝0时，基站102将该数据调制到一个复频(complex tone)载波f₀上。这种情况下，所传送的信号为

s(t)＝m₁(t)exp(j2πf₀t)

而行动台104收到的信号将会是

s(t)h₁(t)+热噪声(thermal noise)+任何由其他基站造成的干扰

图4示出了加上反馈信号后的更详细的通信系统100。特别的，我们将利用图4来讨论行动台104或106的相干接收体制。相干接收可用来描述行动台104与106在信道变化时，分别追踪各自的信道h₁(t)及h₂(t)(相对于背景噪声级别)的情况。这通常是由基站102在已知时间传送某个行动台104、106已知的称为“导频(pilot)”的信号来实现的。行动台104、106能够以接收信号幅度的形式向基站102反馈信道条件信息。这些幅度反馈信息有时也被称作信道幅度。信道条件信息通过称为上行链路(uplink)的路径传送给基站102。

由于行动台104、106能够反馈其下载数据所用信道的幅度与相位信息，因此就相当于反馈了整个复信道值。本发明即可用在这类提供详细信道条件信息作为反馈的实施例中。

然而，这类反馈可能过于庞大，从而可能对行动台104、106所用的上行链路造成巨大的负载。同时，从行动台104、106向基站102反馈信道评估的过程还会有一定的延迟。所以，当基站102收到信道条件评估时，需要考虑可靠性的问题。由于上述原因，以下所讨论的实施例中将仅传输不包含信道相位信息的幅度信息。

下面，我们将假设信道幅度变化的时间尺度比信道变化的慢。这符合目前大部分无线通信系统的情况。我们还将假设基站102有足够的数据可发送给行动台104与106。接着基站102的任务就是要决定该传送给行动台104或106中的哪一个，或同时传给两者。以下提供可依据本发明实现的两个范例方法。

1.基站以循环的方式，一次仅向单个行动台传输。基站102向行动台104或106传输的速率由基站决定，而这个速率是信道幅度强度的函数。一般而言，信道强度越强，也就是说信道中信号损耗越小，相比具有较低信道幅度强度也就是较大信号损耗的信道而言，就容许使用较高的传输速率。因此，在行动台与基站间传输数据的速率，会随基站与行动台间的信道品质而改变。

2.另外一个较佳的策略一次向一个行动台104或106传输，但要根据与各个行动台104、106相关的信道幅度来决定先传输给哪一个行动台。依据本发明，在行动台104与106之中，拥有较大的信道幅度也就是较低的信号损耗的行动台，将优先被选为传输的对象。另外，基站102的传输速率也作为信道幅度的一个函数由基站决定。

策略2可能比策略1提供更大的下行链路通信容量。可以证明使用策略2能获得额外的增益，而且可能相当大。然而，如上所述，为了公平起见，有时候即使行动台104或106并没有最大的信道幅度，基站仍需要选择它。举例来说，在图2中，两个信道的幅度差不多是平衡变化的，而在图3中，h₂(t)的幅度永远比h₁(t)小。在一个极端的例子中，一个行动台104或106可能固定不动，这时它的信道幅度可能不会随时间有太大变化。我们进一步假设固定行动台的信道幅度比其他的行动台要差。若依照策略2，固定的行动台，比如说106将永远不会被选为传输对象。因此，为了公平起见，必须对方法2做一些修正，以便向一些长时间没收到数据的行动台进行传输，即使这些行动台并未拥有最大的信道幅度。但是对方法2所作的这种修正，会使得它在通信容量上的增益相对策略1比原来信道幅度为选择传输对象的唯一决定因素时来的小。

根据以下将要讨论的本发明的一项特点，我们提出一种策略，基站102可利用该策略自行改变与行动台间的信道幅度。反馈信道中的改变可被用来控制传输的时序，这样就确保其下行链路相对单纯的循环分配系统具有提高的通信容量。

图5示出了一个包含单一基站502与两个行动台MS504、506的系统500。图6详细示出了基站502的范例图。

如图6所示，基站502包括存储器602，一个处理器614，输入/输出装置(如键盘、显示装置)616，一个网路接口(NIC)618，一个Internet接口620，接收机电路622，以及发射机电路624，这些装置通过总线623连接在一起。除此之外，基站502还包括了一个连接到接收电路622的接收天线630。基站502还包括多个彼此物理分隔的发射天线632、634。发射天线是用来传送数据给行动台，而接收天线则是用来接收行动台传回的信息及数据，如信道条件数据。

处理器614在储存于存储器602中的一些例行例程的控制下，负责控制整个基站502的运作。输入/输出装置616用来将系统信息显示给基站管理员，并接收来自管理员的控制和/或管理命令输入。NIC 618用来连接基站与电脑网络，或是基站与基站互联。因此，通过NIC 618，基站间就可以交换顾客信息和其他数据，并在必要时可使传输至行动台的信号同步。Internet接口620提供了到Internet的高速连接，允许行动台经由基站快速的传输和/或接收Internet上的数据。接收机电路622负责处理接收天线630所接收的信号，并从接收信号中取出其中所包含的信息内容。所取出的信息，如数据和信道条件反馈信息，通过总线623被传输给处理器614，并储存在存储器602中。发射机电路624则被用来通过多个天线如天线632、634，将数据及导频信号传送给行动台。每一个发射天线632、634都与一个单独的相位/幅度控制电路626、628相连。基站502上的天线632、634彼此间相隔足够远的距离，从而使得天线上发出的信号能通过统计独立的路径，以保证信号所经过的信道彼此独立。天线632、634之间的距离受到许多因素的影响，包括行动台所分的角度，使用的传输频率，杂散的环境等等。一般而言，根据传输频率，半波长的间隔距离就足够了。因此，在多个不同的实施例中，天线632、634间以一个半波长或以上的距离分隔，而波长则是由传输信号的载波频率f_k决定的。

在处理器614的控制下，相位/幅度控制电路626、628负责实现信号调制，并负责控制传输信号的相位与/或幅度。相位/幅度控制电路626、628向传送给一个行动台的多个信号中的至少一个引入幅度和/或相位变化，以便在行动台所接收到的合成信号中产生变化，如随时间变化的幅度，该行动台所接收到的信息是由多个天线发出的。根据本发明，在处理器614的控制下，控制电路626、628还可以被用来改变数据传输速率，以应付不同的信道条件。

之前提到处理器614依照存储器602中所储存的例行例程来控制整个基站502的运作。存储器602中，储存了传输时序安排/仲裁例程604，接收时序安排/仲裁例程606，通信例程612，顾客/行动台数据608，以及要传输的数据607。

传输时序安排/仲裁例程604负责排订何时要向行动台传输数据。作为时序安排过程的一部分，例程604要在多个不同行动台的下载请求之间作出仲裁。存储器602中还包含一个接收时序安排/仲裁例程606。例程606是用来排订何时允许行动台上传数据给基站的。与传输时序安排/仲裁例程604相似，接收时序安排/仲裁例程606会在同时想要上传数据的多个行动台间进行仲裁。根据本发明，例程604、606都以基站接收到的信道条件反馈数据做为排序的依据。通信例程612用来决定所用的频率及数据速率，并选择适当的编码或调制技术来与行动台通信。通信例程612也可访问顾客/行动台数据608以获取例程612所要使用的相关信息。举例来说，通信例程可访问从反馈中获取的信道条件信息610，来决定与行动台通信中所使用的合适的数据传输速率。除此之外，当与某个被安排来接收数据的特定行动台通信时，所储存的其他客户信息608也可被检索并利用来决定通信中所要使用的适当调制方案，所需的发射天线数量，以及传输频率。

相对于在某些实施例中只使用单一天线来传输数据给单一行动台，使用多个彼此物理分隔的天线632、633可在不同的位置传送回相同信息，其中至少在一个传输信号中引入受控的相位和/或幅度变化，以便在接收行动台处产生一个人为的信号变化。

图7示出了一个范例行动台700，该范例可被用作行动台104或106的任意一个。行动台700包括了一个存储器702，一个处理器714，输入/输出装置716，如显示器、喇叭、小型键盘，接收机电路722以及发射机电路724，这些装置都通过总线721连接在一起。单根天线730连接在接收机电路722和发射机电路724上。然而，必要时也可以使用彼此分隔的接收机和发射机天线。存储器702中储存了许多处理器714用来控制整个行动台的例程及数据。

存储器702中储存了顾客/行动台数据708，信道条件测量例程710，通信例程712及待传输的数据，如传输数据707。依照本发明，通信例程712可以依信道条件改变传输速率。除此之外，该例程还负责将从基站接收来数据排序，以确保行动台是在基站允许的时间内上传数据。信道测量例程710负责测量信道条件，并将幅度和/或相位反馈信息提供给通信例程712，通信例程再通过传输电路724将信息传送给基站。通信例程712还负责控制将接收到的信息以影像或声音表示，通过输入/输出装置716显示给行动台用户。

再回来参看图5，可见行动台504与506各拥有一个接收天线，这两个行动台从基站502所带的两个基站天线632、634接收一个信号广播的合成信号。图5中，从基站502上的天线对到行动台504的两个信道分别标示为h₁(t)与h₂(t)。由于行动台504、506各只有一个接收天线730，因此可知行动台504、506所接收到的是一个合成信号。如果基站502在两个天线632、634上传输信号s₁(t)与s₂(t)，则行动台504接收的信号为

   h₁₁(t)s₁(t)+h₁₂(t)s₂(t)+热噪声+任何由其他基站造成的干扰

考虑s₁(t)和s₂(t)的下列选择，假定基站502已经选择了要传输给行动台504的信号。 $s_1\left(t\right)=\sqrt{{\mathrm{\α}}_1}{m}_1\left(t\right)\exp \left(j2{\mathrm{\πf}}_{0}t\right)$ $s_2\left(t\right)=\sqrt{1-{\mathrm{\α}}_t}{m}_1\left(t\right)\exp \left(j2{\mathrm{\π\δ}}_t\right)\exp \left(j2{\mathrm{\πf}}_{0}t\right)$

其中

1.在每段时间t等于0到1之间，δ₁为一随机选择的数，其值在0与1之间均匀选取。

2.在每段时间t等于0到1之间，α_t为一随机选择的数，其值在0与1之间均匀选取。

由观察可知，s₁(t)与s₂(t)中的总能量与m₁(t)中的能量相等，亦即与原来只使用一个天线时的情况相同。现在考虑h₁₁(t)与h₁₂(t)在我们想要通信的时间内保持不变的情形。则行动台504接收到的信号为 $(\sqrt{{\mathrm{\α}}_t}{h}_{11}+\sqrt{{1-\mathrm{\α}}_t}{h}_{12}\exp \left(j2{\mathrm{\π\δ}}_t\right))m_1\left(t\right)\exp \left(j2{\mathrm{\πf}}_{0}t\right)+$ 热噪声+外部干扰

观察此随机复数(因为α_t为随机选取)的幅度平方值 $(\sqrt{{\mathrm{\α}}_t}{h}_{11}+\sqrt{1-{\mathrm{\α}}_t}{h}_{12}\exp \left(j2{\mathrm{\π\δ}}_t\right)$

其变化范围由0到|h₁₁|²+|h₁₂|²

1.当α_t＝|h₁₂|²/(|h₁₁|²+|h₁₂|²)且δ_t＝-相位(h₁₁)-相位(h₁₂)时，我们得到0值。

2.当α_t＝|h₁₁|²/(|h₁₁|²+|h₁₂|²)且δ_t＝相位(h₁₁)-相位(h₁₂)时，我们得到最大值。

因此，我们可以对行动台504所收到的合成信号做人为的变化，且其使用的信道的幅度平方值在时间轴上随机变化，范围由0到|h₁₁|²+|h₁₂|²。如果向第一个行动台MS1传输所用的时间尺度足够长，则可依照信道条件反馈数据，将对MS1的传输限制在信道幅度平方值接近最大值|h₁₁|²+|h₁₂|²的时候。

实际上，随机改变两个天线上的功率并不是一个好方法(传送给天线前一级的放大器的信号通常应该是连续的)。以下我们将讨论一些方法，这些方法能够依照本发明、以一个连续的方式达成人为改变信道的效果。

1.将α_t＝α·t与δ_t＝δ·t分别对1取模(modulo)。信号功率和相位改变的速率α与δ的值可被适当地选取。对这两个速率的设计准则是：速率α与δ应该被选择得足够小，使行动台504或506所看到的合成信道不会改变得太快，这样它们反馈给基站的信道幅度数据才可靠。另一方面，我们也希望这两个速率要够大，这样行动台504、506才不需要花太多的时间来等待信道变化到最大值。以信道幅度的平方值而言，只要行动台504、506被安排了时序，那么比起不变化的信道，平均来说信道至少好了两倍以上。

2.取α_t为常数0.5，不随时间变化。在这个条件下只有相位会变化，则我们可以看到行动台504、506处的合成信道幅度在||h₁₁|-|h₁₂||到|h₁₁|+|h₁₂|的范围内变化。

3.相位旋转(由δ表示)本身可以利用下列不同技术引入，而且在许多实施例中也是这样做的。

(a)将δ_t对2π取模，再用此值来旋转信息符号m₁(t)。

(b)将载波频率f₀加上一个与δ相等的偏移(offset)值。

在任意的时间点上，在基站502所通信的多个行动台504、506之中至少有一个行动台，其当时所选用的α_t与δ_t会使所用的信道达到最大的幅度平方值。那么基站502就可以很容易的决定仅向这个行动台504或506进行传输。而基站502所需的来自各个行动台502、504的合成信道反馈数据，也是由行动台504、506所侦测的。所以，此处提到的策略，对两个以上的行动台也一样适用。事实上，行动台越多，基站502在时序安排上就更灵活，所提供的通信容量也会增加。因此，本发明所用的方法可应用在一个包含N个行动台的系统上，其中N是大于或等于2的正整数。

之前我们讨论了本发明利用装设在一个基站的两个天线做广播的情况，事实上这个广播的动作，也可由广播至同一个地理区域712的两个相连的基站704、706完成，如图8所示。在图8所示的实施例中，基站BS1 704接收信道反馈信息并排定行动台708、710的传输顺序。然而，这里并未使用基站704上的两个天线，而是将第一个信号由第一基站BS1传送出去，再将具有相同信息内容但相位/幅度不同的第二信号，由第二个基站BS2 706传送出去。基站704、706各自所带的NIC 618被用来通过网络链路把两个基站连接在一起，从而能够协调两个基站704、706之间的传输和控制功能。

图9示出了一个基站902与多个行动台904、906、908、910之间，在一个含有N个基站902、916的地理范围900中进行传输的情况。因此，在系统900中，假设有多个基站处在同一个广播区域内，那么就存在由邻近基站所造成的信号干扰。我们将基站902到行动台的链路标为h₁…h_n，行动台到基站902的反馈链路标为g₁…g_n。每一个链路h₁…h_n可能对应于多个彼此独立的信号路径，这些路径发自彼此独立的天线，并向每个行动台提供信号，这些信号被当作单一的合成信号。在之前的特例中，给出了反馈信号可能是信道幅度和/或相位信息的例子。然而反馈信号并不仅限于这些特定的范例值。反馈值g₁…g_n向基站902提供关于信道品质的数据，例如对于行动台904、906、908、910能够可靠接收来自基站902的传输的速率和功率的一个评估。

以下是一个改变信道变化，并利用所产生的基于信道品质的传输信道排序，实现对行动台用户传输排序目的的方案：

1.取要传输的基带信号，乘上复数α₁…α_n。这些复数每次都随机产生，或如上所述，随时间缓慢变化。这些比例因数(scalingfactor)需具有两个性质：

(a)这些比例因数的幅值(magnitude)平方和应固定不变，以保持基站902所用的总传输功率不变。

(b)这些比例因数在它们整个可能的范围内以连续方式变化。

2.利用来自行动台904、906、908、910的反馈g₁…g_n来决定向行动台也就是行动台用户进行传输的顺序。有许多排序的策略可供使用，但一般而言，拥有良好信道条件的行动台通常都优选于信道条件不佳的行动台。整体的排序策略还要考虑用户的优先级，公平性，及其他类似的条件。另外，向行动台进行传输的速率也是由反馈信息来决定的。

在上述利用天线来改变信道变化的讨论中，关键之处在于：这种利用反馈的信息来安排用户的传输时序的方案，由于临近基站间的干扰减少了，即使在信道条件没有物理变化的情形下，也能增加无线通信系统的通信容量。

当一个行动台因为如图9所示的重叠覆盖而潜在地与多个基站通信时，上述的方案仍同样能应用于从行动台到基站的上行链路里，在一些实施例中也是这样做的。在这种情况下，行动台904、906、908、910中的一个行动台，从多个可能的基站902、916中依照信道条件信息，优先选取具有较佳条件信道的基站来传输。

本发明的方法与设备也可应用于其他情况，包括下面所讨论的情况。

本发明中时序安排与速率控制的技术，也可用在对基站的上行链路传输的时序安排和控制中。在这种情况下，每个行动台就需要使用多个天线。图10示出了一种行动台1000，它与之前讨论过的行动台700相似，但是带有依照本发明的多组传输电路1024、1026及多个发射天线1030、1032。与之前讨论过本发明中的基站一样，这些发射天线1030、1032彼此分开，这样它们的信号就会经由不同的路径传输至基站；而传输电路则是用来向两个天线1030、1032将要发射的信号中引入相位与幅度的变化。在这样的实施例中，基站利用行动台传出的导频信号测量出信道条件，然后再根据该信息决定要如何安排行动台时序。与上述下行链路方案的一点不同之处在于，这里不需要反馈信道状态的信息。这是因为基站本身会评估上行链路的信道条件，再使用一个优选具有较好信道状态行动台的时序安排算法，对行动台做时序安排。而上行链路的传输时序安排信息，是由基站传送给行动台的，从而使得行动台知道该在何时使用何种速率将数据传给基站。

需要注意的是，上面所描述的上行链路与下行链路中所用的时序安排及数据速率控制技术，可应用在有多个潜在的重叠蜂巢存在的环境中。给定一个蜂巢间重复使用的频宽，则从基站往行动台的链路可用蜂巢环境中的两个数值来表示：从基站到行动台的信道品质，以及由其他蜂巢中的传输所造成的干扰。在上述的方案中，这两个数值都会经历相同的波动，且基站可以排定去向或者来自行动台的传输，这些行动台同时拥有最佳的信道品质并受到最少的来自其他蜂巢的干扰，基站同时也控制上行和/或下行链路的传输速率。

本发明的方法与设备可广泛应用于各种多址技术(MultipleAccess techniques)。在以上的说明中，我们看出在如何向多个行动台及多个不同用户分割资源、尤其是带宽和时间中，存在着极大的灵活性。

现在我们将要讨论几个分割资源的范例，它们可应用在许多不同的情况中。除此之外还存在许多其他的可能性。为简洁起见，我们下面的讨论仅限于应用在下行链路中的例子，而相同的或类似的资源分配技术同样可以应用于上行链路中。

(a)时分多址(TDMA)：在这个方法中，时间被切割成许多区块，且基站一次只传输给一个行动台。在该方法中，时序安排的策略只需要决定在哪一段时间传送给哪一个行动台而已。

(b)频分多址(FDMA)：我们的方案与本方法关系更为密切一些。在每个频率区块内，利用来自行动台的关于信道品质的反馈。然后基站将行动台分配到一些频率区块内，使其能在分配到的频率区块中拥有最佳的信道条件。

(c)码分多址(CDMA)：用户在拥有正交或接近正交的编码时才被允许传输，在这个限制下，可以直接使用上述的方案。特别是在只有一个行动台要传输的条件下，可直接应用此方案。

(d)正交分频多工(OFDM)：该情况与FDMA非常类似。这里的频率区块是“逻辑的”，就是说每一个区间实际上都是一个特殊的跳跃序列(hopping sequence)。然而这些跳跃序列在时间上并不重叠，因此以不同区段彼此正交的观点来看，是与FDMA相同。

考虑到以上对本发明所进行的说明，对于那些精通本技术的人而言，显而易见还有大量其他的对于上述方法及设备的实施方式及变形。这些方法和设备均应包括于本发明的申请专利范围内。

Claims (71)

1.一种用于通信系统中的通信方法，包含一个第一装置与一个第二装置，该方法包括以下步骤：

操作第一装置来接收第一通信信道条件信息，该信息是关于第一装置和第二装置之间的第一通信信道的条件的；以及

作为第一通信信道条件信息的一个函数，决定何时从第一装置向第二装置传送数据。

2.根据权利要求1所述的通信方法，还包含下列的步骤：

确定向第一装置传输数据的速率，将其作为第一通信信道条件信息的一个函数。

3.根据权利要求2所述的通信方法，还包含以下的步骤：

以决定后的数据传输速率的函数形式分配带宽。

4.根据权利要求3所述的通信方法，其中分配带宽的方法具有下列步骤：

当确定的传输速率为第一速率时，分配第一带宽值；及

当确定的传输速率为第二速率且比第一速率大时，分配第二带宽值，且其大于第一带宽值。

5.根据权利要求2所述的通信方法，还包含下列的步骤：

以所确定的数据传输速率的函数形式，控制由第一装置传输数据至第二装置所用的功率。

6.根据权利要求2所述的通信方法，还包括：

当确定的传输速率为第一速率时，使用第一功率值将数据由第一装置传输给第二装置；及

当确定的传输速率为第二速率且比第一速率大时，使用一个大于第一功率值的第二功率值将数据由第一装置传输给第二装置。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述系统还包括一个第三装置，该方法还包括下列步骤：

操作第一装置来接收第二通信信道条件信息，该信息是关于第一装置和第三装置之间的一个第二通信信道的条件的；以及

作为第二通信信道条件信息的一个函数，决定何时向所述的第三装置传送数据。

8.根据权利要求7所述的方法，还包含下列的步骤：

操作第二装置来测量所接收到的来自第一装置的第一信号的幅度；以及

由第二装置将第一信号的幅度信息传送给第一装置，所述第一通信信道条件信息包含该第一信号幅度信息。

9.根据权利要求8所述的通信方法，还包含下列的步骤：

操作第三装置测量所接收到，来自第一装置的第二信号的幅度；以及

由第三装置将第二信号的幅度信息传送给第一装置，所述第二通信信道条件信息包含该第二信号幅度信息。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述的第一装置为一基站，第二及第三装置为行动台。

11.根据权利要求7所述的方法，其中决定何时传送数据的步骤，包含下列步骤：

将向所述的第二及第三装置的数据传输排序，从而使得拥有较佳信道条件的装置在排序上优先于信道条件不佳的装置。

12.根据权利要求7所述的方法，还包含下列的步骤：

将第一数据信号由第一装置传送至第二装置，该传输步骤包括：

在第一数据信号中引入一个变化，该变化可作为第一数据信号随时间的改变由第二装置侦测出来。

13.根据权利要求12所述的方法，其中引入第一数据信号的变化至少包括相位变化及幅度变化中的一个。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述的第一数据信号包含一个导频信号。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所引入的变化为一相位变化。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所引入的变化为一幅度变化。

17.根据权利要求7所述的方法，还包含下列的步骤；

使用N个天线，将同样的数据传送给第二装置，N是一个大于1的正整数，该传输步骤包括：

使用所述的N个天线中的第一天线，传送包含所述数据的第一数据信号；以及

使用所述的N个天线中的第二天线，传送含有与所述第一数据信号相同数据的第二数据信号，该第二数据信号具有与第一数据信号不同的相位。

18.根据权利要求17所述的方法，还包含下列的步骤：

在所述的第一与第二数据信号中，至少改变其中一个的相位，使其为时间的函数。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述的第一以及第二数据信号有同样的中心频率f_c。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括将第一与第二天线以至少半波长的距离间隔开的步骤，其中波长等于C除以f_c，C表示光速。

21.根据权利要求17所述的方法，其中所述的第一与第二数据信号有相同的载波频率f_c。

22.根据权利要求20所述的方法，还包括将第一与第二天线以至少半波长的距离间隔开的步骤，其中波长等于光速C除以f_c，C表示光速。

23.根据权利要求18所述的方法，还包含下列的步骤：

随时间改变所述第一以及第二数据信号的相对幅度。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述的第一与第二数据信号包含带有一个符号周期的符号，所述的方法还具有下列步骤：

在至少一个符号周期内，使用一个固定的平均功率值传送所述的第一与第二数据信号的组合。

25.根据权利要求17所述的方法，还包含下列的步骤：

随时间改变所述的第一与第二数据信号的相对幅度，但在所述的第一与第二数据信号改变的时间内，保持所述的第一与第二数据信号的组合平均传输功率为一常数。

26.根据权利要求25所述的方法，其中N大于2。

27.一种通信方法，包括以下步骤：

操作一个基站从多个行动台接收各自的信道条件信息，从各个行动台接收到的信道条件信息中包含指示了与所述的行动台相关的一条通信信道品质的数据；以及

安排从所述基站到所述行动台的传输的时序，将其作为与单个行动台相关的通信信道品质的函数。

28.根据权利要求27所述的通信方法，还包含下列步骤：

分配从所述基站向所述行动台传输数据的带宽，将其作为与单个行动台相关的通信信道品质的函数。

29.根据权利要求28所述的通信方法，其中所述的分配带宽的步骤包括；

当与个别行动台间的通信信道品质是在第一状态，而与另外个别行动台间的通信信道是处在第二状态且比第一状态差时，向前者分配多于后者的带宽。

30.根据权利要求27所述的通信方法，还包含下列步骤：

控制从所述的基站向多个行动台中的一个行动台传输数据时所使用的功率值，把它作为与所述的一个行动台相关的通信信道品质的函数。

31.根据权利要求30所述的通信方法，其中所述的控制功率量的步骤包括：

当所述的多个行动台中的一个，其通信信道品质处在第一等级时，使用第一功率值将数据由所述的基站传送至该行动台；以及

当所述的多个行动台中的一个，其通信信道品质处在第二等级，且比第一等级更佳时，使用第二功率值将数据由所述的第一装置传送至所述的第二装置。

32.根据权利要求27所述的通信方法，还包含下列步骤：

确定向每一个所述的行动台传输数据的速率，把它作为各个行动台的通信信道品质的函数。

33.根据权利要求27所述的通信方法，其中所述的安排对行动台的传输时序的步骤包含以下步骤：

操作一个时序安排例程，该例程包括一种偏好，即相比具有较差通信信道条件的行动台，优先向具有较好通信信道条件的行动台进行传输。

34.根据权利要求33所述的通信方法，还包含下列步骤：

传送第一信号与第二信号至每一个行动台，这两个信号包含相同的信息，所述的传输步骤包括：

使用一个第一天线传输第一信号；以及

使用一个第二天线传输第二信号。

35.根据权利要求34所述的通信方法，其中所述的第一与第二信号随时间相对变化相位和幅度中至少一项，但两者拥有相同的中心频率。

36.根据权利要求34所述的通信方法，其中所述的第一与第二信号随时间相对变化相位和幅度中至少一项，但两者拥有相同的载波频率。

37.根据权利要求34所述的通信方法，其中所述的第二天线位于第二基站上，所述的方法还包含下列步骤：

操作第一基站以控制第二基站，使其利用位于第二基站内的第二天线广播所述的第二信号。

38.根据权利要求37所述的通信方法，还包含下列步骤：

确定向所述的每个行动台传输数据的速率，将其作为所接受到的信道条件信息的函数。

39.一种通信方法，包括下列步骤：

操作一个基站，根据从所述的行动台接收到的信号，评估所述的基站与行动台间的通信信道条件；以及

安排从所述行动台到所述基站的传输时序，将其作为所估计的个别行动台与基站之间通信信道品质的函数。

40.根据权利要求39所述的通信方法，还包含下列步骤：

确定向至少一个所述行动台传送数据的速率，将其作为所评估的通信信道条件的函数。

41.根据权利要求40所述的通信方法，还包含下列步骤：

分配通信带宽用于与至少一个所述的行动台通信，将该带宽作为已确定的数据传输速率的函数。

42.根据权利要求40所述的通信方法，还包含下列步骤：

控制向至少一个所述的行动台传输数据时所用的功率值，将该功率值作为已确定的数据传输速率的函数。

43.根据权利要求40所述的通信方法，其中安排对所述行动台的传输时序的步骤包含以下步骤：

操作一个时序安排例程，该例程包括一种偏好，即相比具有较差通信信道条件的行动台，优先向具有较好通信信道条件的行动台进行传输。

44.一种在一个第一装置和一个第二装置之间传输数据的方法，包括以下步骤：

提供N个分离的天线，所述的多个天线包括至少一个第一天线与一个第二天线，N为大于1的正整数；

操作第一装置从第一天线发射一个包含所述数据的第一信号，所述的第一信号具有载波频率f_c，第一天线的广播区域包含第二装置；

操作第一装置从第二天线发射一个包含所述数据的第二信号，所述的第二信号与所述的第一信号有相同的载波频率f_c，第二天线的广播区域包含第二装置，所述的第二信号在相位与幅度中的至少一项上相对于所述的第一信号随时间变化。

45.根据权利要求44所述的方法，其中所述的第二信号的相位相对于第一信号的相位随时间变化，该方法还包括下列步骤：

在操作第二天线发射第二信号之前，向第二信号的相位引入一个变化，使其随时间变化。

46.根据权利要求45所述的方法，还包含以下步骤：

控制当数据作为所述第一信号的一部份传输时的速率，将该速率作为传输信道品质信息的一个函数。

47.根据权利要求45所述的方法，其中所述的第一装置为一个基站，所述的第二装置为行动台。

48.根据权利要求45所述的方法，其中所述的第一装置为一个行动台，所述的第二装置为基站。

49.一种用于在一个第一装置和一个第二装置之间传输数据的方法，具有以下步骤：

提供N个分离天线，所述的多个天线包括至少一个第一天线与一个第二天线，N为大于1的正整数；

操作第一装置从第一天线发射一个包含所述数据的第一信号，所述的第一信号具有中心频率，第一天线的广播区域包含第二装置；

操作第一装置从第二天线发射一个包含所述数据的第二信号，所述的第二信号与所述的第一信号有相同的中心频率，第二天线的广播区域包含第二装置，所述的第二信号在相位与幅度中的至少一项上相对于所述的第一信号随时间变化。

50.根据权利要求49所述的方法，还包括下列步骤：

在操作第二天线发射第二信号之前，向第二信号的相位引入一个变化，使其随时间变化；以及

控制当数据作为所述第一信号的一部份传输时的速率，将该速率作为传输信道品质信息的一个函数。

51.一种通信设备，包括：

一个数据源；

连接至所述数据源的一个发射机电路，用来产生多个数据信号，每一个数据信号包含相同的数据，所述的多个数据信号包括一个第一数据信号与一个第二数据信号，所述的第一与第二数据信号至少在相位与幅度中的一项上彼此不同，并随时间改变；以及

连接至所述发射机电路的多个天线，用来并行接收和发送所述的数据信号，每一个天线接收并发送一个所述的数据信号。

52.根据权利要求51所述的设备，其中所述的发射机电路包括能独立地随时间改变所述第一与第二数据信号中至少一个的相位的装置。

53.根据权利要求52所述的设备，还包括

一个接收机，用来接收通信信道条件信息；以及

一个用来确定第一与第二数据信号中数据传输速率的装置，该速率被作为通信信道信息的一个函数。

54.根据权利要求52所述的通信设备，还包括：

一个接收机，用于从多个行动台接收通信信道条件信息，该信息是关于所述的多个行动台各自的通信信道条件的；

以及

用于排定向个别行动台传输数据的顺序的装置，该排序是所接收到的通信信道条件的一个函数。

55.根据权利要求54所述的设备，其中所述的时序安排装置包含一个时序安排例程，它给予拥有良好通信信道的行动台，在数据传输的顺序上相对于通信信道较差行动台的优先对待。

56.根据权利要求55所述的设备，还包括：

用于确定所述的第一与第二数据的数据传输速率的装置，该速率被作为通信信道信息的一个函数。

57.根据权利要求54所述的设备，

其中所述的第一与第二数据信号有同样的中心频率f_c以及一个在中心频率处的波长W；以及

其中所述的第一与第二天线间的距离至少为波长W的一半。

58.根据权利要求54所述的设备，

其中所述的第一与第二数据信号有同样的载波频率f_c以及一个在载波频率处的波长W；以及

其中所述的第一与第二天线间的距离至少为波长W的一半。

59.根据权利要求51所述的设备，

其中所述的第一与第二数据信号有同样的中心频率f_c以及一个在中心频率处的波长W；以及

其中所述的第一与第二天线间的距离至少为波长W的一半。

60.根据权利要求51所述的设备，

其中所述的第一与第二数据信号有同样的载波频率f_c以及一个在载波频率处的波长W；以及

其中所述的第一与第二天线间的距离至少为波长W的一半。

61.根据权利要求51所述的设备，还包括：

一个随时间以固定功率值发送所述的第一与第二数据信号的组合的装置。

62.根据权利要求61所述的设备，还包括：

用于随时间改变所述的第一与第二数据信号相对幅度的装置，但在改变所述的第一与第二数据信号的相对幅度的时间内，保持所述的第一与第二数据信号的合成平均传输功率几乎为一常数值。

63.一种通信系统，包括：

一个行动台；以及

一个基站，所述的基站包括：

i.一个接收机，用于接收通信信道条件信息，该信息是关于第一装置之间的第一通信信道条件的信息；以及

ii.用于确定向所述行动台传输数据的速率的装置，该速率被作为信道条件信息的一个函数。

64.根据权利要求63所述的通信系统，还包含：

多个额外的行动台，所述的基站接收机接收额外的通信信道条件信息，这些信息是关于所述基站与额外行动台间的通信信道条件的。

65.根据权利要求64所述的通信系统，还包括：

用于确定基站向不同行动台传输数据的顺序的装置，该顺序被作为所述的通信信道条件信息和所述的额外通信信道条件信息的函数。

66.根据权利要求65所述的通信系统，其中所述的基站还包括：

至少一个第一天线与第二天线，用来向所述的行动台之一广播包含同样数据的第一与第二信号，所述的第一与第二信号有不同的相位。

67.根据权利要求65所述的通信系统，其中所述的基站还包括：

至少一个第一天线与第二天线，用来向所述的行动台之一广播包含同样数据的第一与第二信号，所述的第一与第二信号有不同的幅度。

68.根据权利要求65所述的通信系统，其中所述的基站还包括：

用于向要发送给行动台的信号引入变化的装置，使得行动台能侦测到接收信号功率的波动。

69.根据权利要求68所述的通信系统，其中所述的用于向信号引入变化的装置包括多个用来并行发送相同数据的天线。

70.一种移动通信装置，具有：

一种可携的外壳；

发射机电路系统，安装于所述的可携外壳上，用来产生多个信号，这些信号包含相同的数据内容但具有彼此随时间变化而不同的相位；

多个连接在所述外壳上的天线，所述的天线连接到所述的发射机电路上，每个天线被用来发射所述的包含相同数据内容的多个信号中的一个。

71.根据权利要求70所述的装置，还包括：

接收机电路系统，用来接收从一个基站发出的信号；以及

用于根据从基站接收的信号产生信道条件信息的装置。

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