DE60314924T2

DE60314924T2 - Messverfahren zur räumlichen ablaufplanung

Info

Publication number: DE60314924T2
Application number: DE60314924T
Authority: DE
Inventors: David Astely
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2023-12-23
Also published as: TW200537836A; TWI369866B; AU2003290488B2; WO2005062497A1; DE60314924D1; KR20060123374A; EP1700398A1; AU2003290488A1; JP2007529134A; US20070047552A1; JP4459906B2; ATE367016T1; KR101103482B1; ES2290530T3; CN1886914B; EP1700398B1; CN1886914A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Anordnungen in einer Netzwerk-Übertragungseinheit mit mehreren Sendeantennen und in einem mobilen Endgerät, um eine verbesserte Planung von mobilen Endgeräten in einem Kommunikationsnetzwerk zu erreichen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Mehrere Antennenelemente können verwendet werden, um das effektive Strahlungsdiagramm an Kanal- und Störungsbedingungen anzupassen. In seiner einfachsten Form bedeutet dies die Übertragung eines Signals von allen Antennen mit antennenspezifischen komplexen Wichtungsfaktoren.
Klassische Strahlformungsmethoden verwenden Anordnungen mit relativ dicht beabstandeten Elementen und wenden Phasenverschiebungen an, die Funktionen der Richtung zum Endgerät sind. Strahlformungsmethoden erfordern normalerweise ein gewisses Maß an Kalibrierung und/oder erwünschte Ausbreitungsbedingungen, so daß es sinnvoll ist, nur mittlere Korrelationen oder Richtungen zu berücksichtigen, und daß die Empfangssignalkorrelationen in die Sendefrequenz übersetzt werden können.
Sende-Diversity mit geschlossener Schleife ist ein weiteres Beispiel, das komplexe antennenspezifische Wichtungsfaktoren verwendet, die passend zum Kanal ausgewählt werden. Normalerweise werden Antennenanordnungen mit unkorreliertem Schwund verwendet. In diesem Fall wird eine Rückkopplung vom Endgerät verwendet, um Sende-Wichtungsfaktoren auszuwählen, die zum momentanen Abwärtsstreckenkanal passen. Ein Endgerät schätzt die Kanäle von der Basisstation von jeder Antenne und prüft eine vorbestimmte Menge von Wichtungsvektoren, um zu sehen, welcher Wichtungsvektor am besten zum Kanal paßt. Das Endgerät signalisiert dies dann zurück zur Basisstation. Sende-Diversity-Methoden mit geschlossener Schleife sind prinzipiell auf einen großen Bereich von Ausbreitungsszenarien anwendbar und stellen vergleichsweise niedrige Anforderungen an die Kalibrierung.
Mehrere Sendeantennen mit antennenspezifischen Wichtungsfaktoren bieten den Vorteil, daß weniger Leistung erforderlich ist, um ein bestimmtes Qualitätsziel zu erreichen. Das hängt teilweise von der Tatsache ab, daß Energie nicht einheitlich über den Überdeckungsbereich der Zelle verbreitet wird, sondern daß das Sendediagramm an den Kanal angepaßt wird, entweder an einen durchschnittlichen Kanal oder an einen momentanen Kanal. Eine andere Möglichkeit besteht darin, mehrere parallele Ströme von Daten zu übertragen, entweder an unterschiedliche Benutzer oder an einen einzigen Benutzer mit mehreren Empfangsantennen. Dies führt zu einer Durchsatzvervielfachung und wird im allgemeinen als Raummultiplex-Mehrfachzugriffs-(SDMA-) bzw. Mehrfacheingabe-Mehrfachausgabe-(MIMO-)Methode bezeichnet.
Das US-Patent US 5886988 betrifft die Kanalzuweisungs- und Verbindungsannahmesteuerung für Systeme mit Raummultiplex-Mehrfachzugriff. Das Patent beschreibt ein Abwärtsstreckenkanal-Zuweisungsverfahren, das einer neuen Verbindung einen herkömmlichen Kanal zuweist, indem der Star-und-Rauschpegel auf der Abwärtsstrecke aus einem Teilnehmerbericht, einer räumlichen Signatur und einem Wichtungsvektor geschätzt wird und ein vorausgesagter Abwärtsstrecken-Empfangssignalpegel berechnet wird.
Das US-Patent US 5515378 betrifft ein drahtloses Kommunikationssystem mit Raummultiplex-Mehrfachzugriff. Messungen von einer Anordnung von Empfangsantennen an der Basisstation werden verwendet, um die Positionen und Geschwindigkeiten der Benutzer zu erlangen. Die Standortinformation kann auch verwendet werden, um geeignete Strategien zur räumlichen Multiplexierung und Demultiplexierung zu berechnen.
Wenn Sende-Diversity oder Strahlformungsantennen mit fortschrittlichen anpassungsfähigen Übertragungskonzepten, zum Beispiel schneller kanalabhängiger Planung und Übertragungsstreckenanpassung eines Kanals mit hoher Leistung und hoher Datenrate, kombiniert werden, ändert sich die bei unterschiedlichen Benutzern auftretende Störung mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der die Sende-Wichtungsfaktoren geändert werden. In Studien für den Hochgeschwindigkeits-Abwärtsstrecken-Paketzugriff (HSDPA) in Kommunikationssystemen der dritten Generation hat sich gezeigt, daß dies eine erhebliche Fehlanpassung zwischen der gemessenen Kanalqualität und der Qualität, die während der Übertragung auftritt, bewirken kann. Es könnte sogar bedeuten, daß das Leistungsvermögen mit einer feststehenden Mehrstrahlantenne oder mit Sende-Diversity mit geschlossener Schleife schlechter sein kann als das Leistungsvermögen mit Einzelantennenübertragung, wenn nur ein Benutzer auf einmal mit unterschiedlichen Sende-Wichtungsfaktoren/Strahlen geplant wird. Eine Möglichkeit, um dies zu lösen, besteht darin, sicherzustellen, daß die erzeugte Störung immer ähnlich aussieht, und zwar trotz der Tatsache, daß unterschiedliche Benutzer geplant werden und unterschiedliche Wichtungsfaktoren verwendet werden. Bin einfacher Ansatz besteht darin, mittels Planung stets Energie in „alle Richtungen" zu übertragen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn Transportformate für Raummultiplex-Kommunikationssysteme in bezug auf komplexe Wichtungsfaktoren definiert werden, ist beobachtet worden, daß es von Nachteil ist, daß die Rückkopplungsinformation für Kanalmessungen durch mobile Endgeräte in solchen Systemen unzureichend ist, insbesondere in Hinsicht auf die fortschrittliche Übertragungskanalabwicklung, die eine kanalabhängige Übertragungsstreckenanpassung und schnelle Planung von Übertragungsressourcen verwendet.
Normalerweise können solche Endgeratemessungen nur ihre eigenen aktuellen Übertragungsbedingungen berücksichtigen, können aber zum Beispiel nicht die Auswirkungen vorhersagen, wenn die Basisstation die Transportformate in dem Sinne ändert, daß die Anzahl der Datenströme und ihre zugeordneten komplexen Sende-Wichtungsfaktoren verändert werden. Zusätzlich dazu melden die Endgeräte die erwartete Kanalqualität nur aus der Perspektive einer einzelnen Übertragungsstrecke und unter der Voraussetzung, daß die Basisstation Transportformate in bezug auf komplexe Sende-Wichtungsfaktoren anwendet, die das Endgerät als am besten geeignet betrachtet.
Somit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Raummultiplex-System zu erzielen, das ein Verfahren zur Erhöhung der Flexibilität zur Zuweisung verfügbarer Transportressourcen umfaßt.
Die vorliegende Erfindung geht von zwei Grundgedanken aus: Die Anzahl der definierten Raumtransportformate und die Formate selbst in bezug auf die Sende-Wichtungsfaktoren und die verfügbare Sendeleistung im Raummultiplex-System muß nicht feststehen, sondern kann vielmehr als ein variabler Parameter betrachtet werden, der unter anderem von den Verkehrsanforderungen und Kanalbedingungen der mobilen Endgeräte und dem Zellenbereich zuzüglich zu Störungsbewältigungsbedingungen abhängt. Ferner hängt die Effizienz der Ressourcenzuweisung in hohem Maße von der adäquaten Rückkopplung über angepaßte Transportformate an die Basisstation ab.
Kurz gesagt, bestimmt das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Basisstation oder einem Zugangspunkt mit mehreren Senderantennen eine geeignete Menge von Raumtransportformaten. Jedes Format kann mit Hilfe einer Menge von Wichtungsvektoren dargestellt werden, und zwar einer für einen in Betracht kommenden Strom und null, einer oder mehr für andere räumlich multiplexierte Ströme, zusätzlich zu den Leistungen der Ströme. Die Menge wird an die mobilen Endgeräte übergeben, die der Basisstation zugeordnet sind. Der Zugangspunkt kann die Menge von Transportformaten anpassen und die Werte der darstellenden Wichtungsfaktoren und der zugeordneten Leistungen ändern. Die Menge von Transportformaten kann durch Variieren der Transportformate hinsichtlich der Änderung der Wichtungsvektoren und Leistungen angepaßt werden. Die zugewiesene Leistung kann verändert werden, um die zellenübergreifende Störung zwischen unterschiedlichen Zellen zu steuern oder weil der Zugangspunkt seine verfügbare Gesamtleistung mit anderen Kanälen gemeinsam nutzen muß, zum Beispiel auf Kanälen anderer Frequenz. Ferner kann das erlangte Wissen über die Abwärtsstrecken-Kanalstatistiken der versorgten mobilen Endgeräte, zum Beispiel mittels Aufwärtsstrecken-Messungen, einschlägiger Rückkopplungsinformation, die Qualitätsmessungen an den aktiven Transportformaten kennzeichnet, oder anderer Endgeräte-Rückkopplung von Abwärtsstrecken-Kanalstatistiken, angewendet werden, um eine Menge von Wichtungsvektoren zu bestimmen, die besser zu den Abwärtsstreckenkanälen passen.
Ein mobiles Endgerät, das bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird, bestimmt als Antwort auf eine empfangene Angabe einer Transportformatmenge und im Hinblick auf die Fähigkeiten des Endgeräts ein vorbestimmtes Qualitätsmaß für jedes Transportformat in der festgelegten Teilmenge, zum Beispiel das Signal-Rausch-plus-Störleistungsverhältnis, für alle oder eine Teilmenge der Formate in der Formatmenge. Das Endgerät berücksichtigt auch die Störung anderer multiplexierter Ströme, wenn das Transportformat solche Ströme enthält. Die Transportformatmenge wird durch den Zugangspunkt mit einer vergleichsweise "niedrigen" Frequenz aktualisiert, während das mobile Endgerät Messungen der gerade angewendeten Transportformatmenge mit einer höheren Frequenz durchführt, das heißt, mit der Rate der Planung und Übertragungsstreckenanpassung. Das Qualitätsmaß wird dem Zugangspunkt als Rückkopplungsinformation übergeben.
Der Zugangspunkt bestimmt auf der Grundlage der Qualitätsmeßprotokolle, welches Raumtransportformat zu verwenden ist, und kann dies zumindest denjenigen Endgeraten signalisieren, die für die Übertragung geplant sind. Die Endgeräte wissen dann, welche Benutzer Daten empfangen werden, mit welchen Sende-Wichtungsfaktoren und welcher Anzahl von Strömen.
Ein erster Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Transportressourcen in einem Raummultiplexsystem auf flexiblere und effizientere Weise zugewiesen werden können, was eine schnelle Übertragungsstreckenanpassung und schnelle kanalabhängige Planung in Kombination mit Rückkopplung ermöglicht, um komplexe Antennen-Wichtungsfaktoren auszuwählen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Ressourcenzuweisung und der System-Gesamtdurchsatz vom Standpunkt des Zugangspunkts aus optimiert werden können, was durch eine Optimierung pro Übertragungsstrecke, die von jedem Endgerät getrennt durchgerührt wird, nicht unbedingt erreicht werden kann.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die verwendeten Wichtungsfaktoren der Transportformatmenge keine feststehenden Größen sind, sondern aktualisiert werden können, um sich besser an die Kanal- und Störungsbedingungen der versorgten mobilen Endgeräte anzupassen.
Somit besteht noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung dann, daß die Übertragung an die momentanen Kanalbedingungen angepaßt werden kann und daß die Vorhersagbarkeit der Kanalqualität mittels sorgfältiger Variationen der insgesamt gesendeten Abwärtsstreckenleistungen durchgesetzt werden kann. Das bedeutet, daß nicht nur die Sendeleistungen der Antenne gesteuert werden, sondern auch die Korrelationen zwischen den von den unterschiedlichen Antennen übertragenen Signalen, die Funktionen der Sendeleistungen der Ströme und der verwendeten komplexen Wichtungsfaktoren sind.
Weitere Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung ersichtlich, wenn man sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und Ansprüchen betrachtet.
Zum besseren Verständnis wird Bezug auf die folgenden Zeichnungen und bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung genommen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt einen Teil eines Kommunikationssystems, in dem die vorliegende Erfindung angewendet werden kann.
2 zeigt die Verfahrensschritte gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in einer Übertragungs-Netzwerkeinheit durchgeführt werden.
3 zeigt die Verfahrensschritte gemäß der vorliegenden Erfindung, die in einem mobilen Endgerät durchgeführt werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Anordnungen zur effizienten Bereitstellung von Kommunikationsdiensten für eine Vielzahl von mobilen Endgeräten, die durch eine oder mehrere Funk-Basisstationen versorgt werden, die ein bestimmtes geographisches Gebiet abdecken. Die Dienste werden den mobilen Endgeräten mittels Übertragung von Daten an die verschiedenen mobilen Endgeräte mit unterschiedlichen Antennen-Wichtungsfaktoren bereitgestellt, um eine optimierte Anpassung an wechselnde Abwärtsstrecken-Kanaleigenschaften zu erreichen, und wenn möglich mittels Ausnutzung der Unterschiede der Kanalcharakteristiken, um imstande zu sein, räumliche Multiplexierung für Transportformate höherer Ordnung zu verwenden.
1 zeigt ein vereinfachtes Bild eines Teils eines Kommunikationssystems 10, in dem die vorliegende Erfindung angewendet werden kann. Die Funk-Basisstation ist als ein Zugangspunkt 11 mit mehreren Antennen A₁, A₂, ..., AM für die Datenübertragung an ein oder eine Vielzahl von mobilen Endgeräten MS₁, ..., MS_k, von denen jedes mit einer oder mehreren Antennen ausgestattet ist, dargestellt.
Das Gebiet, das durch den Zugangspunkt 11 versorgt werden kann, wird als Zelle bezeichnet. Der Einfachheit halber betrachtet das Folgende den Fall mit nicht-frequenzselektiven Kanälen. Das Grudprinzip der vorliegenden Erfindung gilt für eine Menge von Trägem in einem Mehrträgersystem, wie etwa OFDM. Große Bandbreiten können durch Aufteilung des gesamten Frequenzbands in eine Anzahl von Trägerblöcken abgewickelt werden.
Der Zugangspunkt sendet eine Anzahl N von Datenströmen s₁, ..., s_N unter Verwendung von M Antennen A₁, A₂, ..., A_M an wenigstens einige der versorgten mobilen Endgeräte MS₁, ..., MS_k. Normalerweise ist die Anzahl N der Datenströme kleiner oder gleich der Anzahl M der Antennen. Mobile Endgeräte, zum Beispiel MS₂, die mehrere Antennen und/oder fortschrittliche Empfänger umfassen, können mehrere parallele Ströme empfangen. Der Abwärtsstreckenkanal wird mittels geeigneter Messungen beobachtbar gemacht, die aus den gesendeten antennenspezifischen Pilotsignalen c₁, ..., cm die den mobilen Endgeräten bekannt sind, hergeleitet werden können. Solche Pilotsignale können zum Beispiel verwendet werden, um die Übertragungscharakteristiken der Kanäle zwischen dem Zugangspunkt und den mobilen Endgeräten und die Rausch- und Störpegel zu schätzen. Pilotsignale können bekannte Symbolfolgen sein, aber es ist auch eine denkbare Alternative, eine blinde oder halbblinde Kanalschätzung mit keinem oder nur einigen wenigen Pilotsymbolen anzuwenden, um den erforderlichen Steuerungsaufwand zu vermeiden oder wenigstens zu verringern.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, ein solches Kommunikationssystem an aktuelle Verkehrssituationen anzupassen, mobile Endgeräte zu planen und Kanal- und Störungsbedingungen auszunutzen. Die Parameter, die für einen Datenstrom s_i variiert werden können, um diese Anpassung zu erzielen, sind für jeden Übertragungsweg über die Antennen A₁, A₂, ..., AM der Vektor der Wichtungsfaktoren w_i = (w_i1, ..., w_iM) für den Zugangspunkt, die Abwärtsstreckenleistung P_i für den Datenstrom s_i und die Datenrate R_i, die zur Übertragung des Datenstroms s_i an ein bestimmtes der mobilen Endgeräte angewendet werden kann. Jeder Wichtungsfaktor w_im der Wichtungsvektoren beschreibt das Übertragungsverhalten über die Antenne A_m und kann für einen bestimmten Datenstrom s_i als nichtfrequenzselektives Filter mit der Impulsantwort w_i = ξ_im·e^jΦim·δ(t – τ_im) ausgedrückt werden, die mindestens Parameter umfaßt, welche die Amplitude ξ_im und die Phasenverschiebung Φ_im der Antennenübertragung bezeichnen, und optional einen Parameter τ_im, der einen bestimmten Zeitverzögerungswert zur Übertragung von Daten über die Antenne A_m kennzeichnet. Grundsätzlich kann die Wichtung der Datenströme über die verschiedenen Antennen als digitale Filterung der Ströme mit einer Menge von frequenzselektiven Filtern, eines für jede Antenne und jeden Strom, angesehen werden.
Innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung muß die Übertragung der Datenströme von der Funk-Basisstation im Hinblick auf äußere Bedingungen betrachtet werden, welche die Zellenbedingungen, zum Beispiel die geographische Oberfläche der Zelle oder mögliche Einflüsse auf die Zellenform aufgrund von Nachbarzellen, betreffen können, oder auf Verkehrsbedingungen bezogen sind, zum Beispiel in bezug auf die Verteilung mobiler Endgeräte bezüglich ihrer Position in der Zelle oder bezüglich der Tageszeit.
Der Zugangspunkt, wie er in 1 bezeichnet ist, sendet Abwärtsstrecken-Datenströme an die mobilen Endgeräte, und zwar möglicherweise mittels einer räumlichen Multiplexierung. Somit besteht ein Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung darin, eine geeignete Menge von Raumtransportformaten zu bestimmen und die Mengen auf geeignete Art und Weise an die Mobilstationen zu übertragen. Ein Transportformat im Kontext der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Wichtungsfaktor für den Strom, der zu demodulieren ist, und null, einem oder mehreren multiplexierten Gleichkanalströmen, von denen jeder auch einen zugeordneten Wichtungsvektor umfaßt. Ferner umfaßt das Transportformat Leistungswerte, die den Strömen zugeordnet sind, und zwar sowohl dem Strom, der zu demodulieren ist, als auch den Gleichkanalströmen. Jeder der Wichtungsvektoren besteht aus einer Anzahl M von komplexen Wichtungsfaktoren, wenn M Antennen gegeben sind, und, wenn passend, einem bestimmten Verzögerungswert.
Ein zweites wichtiges Merkmal des Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Rückkopplungsmechanismus von den mobilen Endgeräten zurück zum Zugangspunkt, um zu bestimmen, welches Transportformat momentan als das beste hinsichtlich der Qualität oder unterstützten Bitrate betrachtet wird. Es ist die Absicht der vorliegenden Erfindung, daß der Zugangspunkt Qualitätsberichte für mehrere oder alle der unterschiedlichen Transportformate in der Menge erhält. Jedes Raumtransportformat ist durch die Anzahl der Ströme und, jedem Strom zugeordnet, einen Vektor von Sende-Wichtungsfaktoren und eine Sendeleistung gekennzeichnet. Die Mengen von Sende-Wichtungsfaktoren werden durch den Zugangspunkt bestimmt, der die Eigenschaften der Antennenanordnung, die Ausbreitungsbedingungen, die Störung und die Verkehrsbedingungen berücksichtigen kann. Zuerst kann der Zugangspunkt zum Beispiel die Anzahl der Grundtransportformate TF_i bestimmen, wobei i die Nummer eines solchen Formats bezeichnet, wobei jedes einen zugewiesenen Sendeleistungswert P_i und einen Anfangs-Wichtungsvektor w_i = (w_il, ..., w_iM) hat, wobei M die Anzahl der Übertragungsports, das heißt die Anzahl der Antennen, des Zugangspunkts bezeichnet. Die Wichtungsvektoren für jedes Transportformat können so gedeutet werden, das sie unterschiedliche Sendekeulen erzeugen. Es ist ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung, diese Wichtungsvektoren für mobile Endgeräte, die durch den Zugangspunkt versorgt werden, verfügbar zu machen. Der Zugangspunkt signalisiert die Menge von Raumtransportformaten oder eine Darstellung derselben, zum Beispiel über die Luft, an die mobilen Endgeräte, die versorgt werden sollen. Es wäre eine andere Alternative, anzunehmen, daß die mobilen Endgeräte bereits eine Art Codebuch der Sendeformate besitzen und daß der Zugangspunkt Angaben dieser Formate übergibt. Zum Zweck der Signalisierung werden die Transportformate auf geeignete Weise quantisiert und codiert. Dies könnte verwirklicht werden, indem eine Anzahl von unterschiedlichen Transportformaten parametriert und dann die Teilmenge von Transportformaten, die betrachtet werden soll, signalisiert wird. Wenn sich die Bedingungen ändern, kann der Zugangspunkt Aktualisierungen der Menge der gegenwärtig aktiven Raumtransportformate an die mobilen Endgeräte signalisieren, entweder auf einem festgeschalteten Kanal oder auf Rundsendekanälen. Diese Signalisierung kann auf einem anderen physischen Kanal unter Verwendung unterschiedlicher Ressourcen in bezug auf Zeit, Frequenz und Code durchgeführt werden. Es wird erwartet, daß die Rate der Aktualisierungen der Raumtransportformate relativ niedrig im Vergleich zur Meßrate ist. Wenn eine große Menge von Transportformaten signalisiert oder vorbestimmt wird, können die Aktualisierungen, zum Beispiel relative Sendeleistungen oder die Signalisierung der Teilmenge der zu verwendenden Transportformate, einfacher und häufiger gemacht werden.
Die mobilen Endgeräte empfangen die Pilotsignale c_j, ..., C_M, welche die Endgeräte verwenden, um die Abwärtsstreckenkanäle und einen vereinbarten Qualitätsindikator, zum Beispiel ein Signal-Rauschplus-Störleistungsverhältnis (SNIR) oder eine unterstützte Bitrate in bezug auf ein Codierungs- und Modulationsprinzip, für jedes Transportformat zu schätzen, wenn der Kanal berücksichtigt wird. Dies wird erreicht, indem alle Raumtransportformate in der gegenwärtig aktiven Menge des mobilen Endgeräts ausprobiert werden und ein Qualitätsindikator für diese Formate abgeleitet wird, wie zum Beispiel der oben erwähnte SNIR-Wert, der in eine unterstützte Datenrate in bezug auf das Modulation- und Kanalcodierungssystem übersetzt werden kann. Mit Hilfe der Messungen können die Endgeräte Rückkopplungsinformation für mindesten einige bestimmte Transportformate an den Zugangspunkt zurückmelden, und zwar entweder nur die besten oder mehrere Tranportformate, die als hinreichend gut angesehen werden, zusammen mit einem vorbestimmten Qualitätsindikator für die Transportformate. In einer anderen denkbaren Alternative könnte das Endgerät die Menge der Transportformate mit dem niedrigsten Qualitätsindikator, der zum Beispiel in Form eines SNIR-Werts dargestellt ist, zusätzlich zu den besten Transportformaten zurücksignalisieren. Dies kann wertvoll sein, wenn nur einzelne Stromformate verwendet werden. Aus solchen Messungen von einzelnen Stromformaten synthetisiert der Zugangspunkt ein Mehrstrom-Raumtransportformat mit kontrollierter Störung, in dem Datenströme an einen anderen Benutzer in einem Raumtransportformat übertragen werden, das durch einen bestimmten Benutzer schlecht empfangen wird. Dies wird in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weiter ausgearbeitet. Die Rückkopplungsinformation kann als eine Angabe der Bitrate verwendet werden, mit der die Endgeräte Daten vom Zugangspunkt zu empfangen imstande sind, wenn diese Transportformate angewendet werden.
Zum Beispiel kann ein mobiles Endgerät das Signal-Rausch-plus-Störleistungsverhältnis (SNIR) als eine Metrik zur Bestimmung des Qualitätsindikators für jedes der Transportformate in seiner aktiven Menge bestimmen. Die Metrik Q wird dann berechnet als: Q = P|h H w|2/(h H W PW H h + N)
In diesem Ausdruck stellt der Zähler den in Betracht kommenden Strom mit den zugewiesenen Leistungswert P dar, während der Nenner den Beitrag der Störung aus den Strömen, die den anderen Transportformaten entsprechen, und einen Schätzwert N des Rauschens enthält. h stellt den Vektor der Schätzwerte des Abwärtsstreckenkanals zwischen Zugangspunkt und mobilem Endgerät dar. w bezeichnet den Vektor der Wichtungsfaktoren für die in Betracht kommenden Ströme, während W die Matrix der Wichtungsvektoren der Gleichkanalströme ist. P ist eine Diagonalmatrix, welche die Leistungen der Gleichkanalströme umfaßt. Wenn eine länger dauernde Messung erforderlich ist oder im Fall erheblicher Abweichungen während des Messungszeitraums, zum Beispiel aufgrund der Mobilität der Endgeräte, können stattdessen die Statistiken der Kanäle und des Rauschens verwendet werden. Es wäre eine weitere denkbare Alternative, daß der Zugangspunkt die Endgeräte anweist, lediglich eine Teilmenge der aktuellen Menge von aktiven Raumtransportformaten zu betrachten. Das obige Beispiel bezieht sich auf den Fall, wenn nur ein Träger zur Übertragung an ein mobiles Endgerät angewendet wird. Im Fall eines Mehrträger-Szenariums kann das mobile Endgerät Qualitätsmessungen für mehrere Träger durchführen und mittels eines geeigneten Algorithmus, der vorzugsweise im mobilen Endgerät implementiert wird, einen darstellenden Qualitätswert ableiten.
Der Zugangspunkt kann auf der Grundlage der Meßprotokolle von den Endgeraten entscheiden, welche Benutzer zu planen sind und welches Raumtransportformat zu verwenden ist. Außerdem bestimmt der Zugangspunkt, welche Datenrate in bezug auf das Modulation- und Kanalcodierungsprinzip zu verwenden ist. Diese Planung und Übertragungsstreckenanpassung kann durchgeführt werden, um zum Beispiel den Systemdurchsatz durch Auswahl der Benutzer und der Formate, für welche die Summe der unterstützten Raten maximal ist, zu maximieren. Ferner können Dienstgüte-Randbedingungen, wie etwa Verzögerungsanforderungen und Mindest-Bitraten, ebenso berücksichtigt werden wie Fairness-Randbedingungen. Codierungs- und Modulationsprinzipien werden dann an die vorgesehenen Benutzer übertragen, und möglicherweise auch das ausgewählte Raumtransportformat, zumindest für den in Betracht kommenden Strom. Diese Signalisierung kann über einen Steuerungskanal unter Verwendung anderer Funkressourcen durchgeführt werden. Die Kenntnis des gewählten Raumtransportformats ermöglicht es den Endgeraten, die antennenspezifischen Pilot(signale) zu verwenden. Außerdem können die Endgerte dann auch die Anzahl der Gleichkanal-Störströme sowie ihre Kanäle kennen. Der Zugangspunkt kann sich auch dafür entscheiden, die Sendeleistung der Ströme eines gegebenen Transportformats zu ändern, und außerdem ein Mehrstrom-Transportformat synthetisieren, ungeachtet der Tatsache, daß die mobilen Endgerte solche Formate nicht kennen.
2 zeigt die Verfahrensschritte, die im Zugangspunkt gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Der Zugangspunkt bestimmt anfänglich die Raumtransportformate (Block 21), und zwar sowohl die Anzahl als auch die Eigenschaften dieser Formate, wie oben beschrieben. Aus diesen Transportformaten wird eine geeignete Teilmenge, die nachfolgend als die aktive Menge bezeichnet wird, ausgewählt und den mobilen Endgerten, die durch den Zugangspunkt versorgt werden, signalisiert (Block 23). Zu diesem Zweck werden die Transportformate auf geeignete Weise quantisiert und codiert, oder alternativ wird die Menge von Transportformaten auf eine effiziente Weise parametriert und dann wird eine Angabe der ausgewählten aktiven Teilmenge signalisiert. Der Zugangspunkt bestimmt auch die Zeitraume, während derer von den mobilen Endgerten erwartet wird, daß sie Messungen durchführen, um einen Qualitätsindikator des Abwärtsstreckenkanals zu bestimmen. Der Zugangspunkt führt dann eine Planung der mobilen Endgerte und eine entsprechende Übertragungsstreckenanpassung durch (Block 24) und wendet die Transportformate der aktiven Menge bei der Datenübertragung an die mobilen Endgerte an (Block 25). Der Zugangspunkt empfangt und sammelt kontinuierlich Rückkopplungsinformation von den mobilen Endgerten und andere Information, welche die Verwaltung der Abwärtsstreckenkanäle für die aktive Menge von Raumtransportformaten betrifft (Block 22). Die Rückkopplungsinformation von den mobilen Endgerten wird mittels eines Qualitätsindikators bereitgestellt, wie oben erklärt. Die andere Information, die eine Störungsbewältigung betreffen kann, kann zum Beispiel durch Nachbarzellen oder eine übergeordnete Netzwerk-Steuerungseinheit bereitgestellt werden, um Anforderungen gemäß einer zellenübergreifenden Verwaltung anzugeben, welche die Übertragungsbedingungen für Gruppen von Zellen zu optimieren beabsichtigt. Noch eine weitere Art von gesammelter Information betrifft Messungen der Abwärtsstrecken-Kanalstatistiken. Der Zugangspunkt löst zu bestimmten Zeitpunkten oder als Antwort auf bestimmte Ereignisse eine Bewertung der gesammelten Kanalverwaltungsinformation in bezug auf die aktive Menge von Transportformaten aus (Block 26). Anhand der gesammelten Information kann der Zugangspunkt zum Beispiel die aktive Menge von Transportformaten anpassen (Block 29) und die angepaßte Menge wieder an die mobilen Endgerte signalisieren (Block 23).
Das Folgende beschreibt zwei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung: In einer ersten Ausführungsform umfaßt der Zugangspunkt zwei Antennen mit unkorreliertem Schwund und definiert vier Transportformate TF_i(i = 1 ... 4) mit einer Einzelstromübertragung. Anfangs wird angenommen, daß der Sende-Wichtungsfaktor der ersten Antenne einen Wert 1 hat, während der Sende-Wichtungsfaktor der zweiten Antenne aus einer Menge von komplexen Sende-Wichtungsfaktoren ausgewählt wird, von denen jeder den absoluten Betrag 1 hat und um einen Wert von π/2 phasenverschoben ist. Die Wichtungsvektoren w_i die jedem dieser vier Sendeformate zugeordnet sind, können somit wie folgt ausgedrückt werden:
Zusätzlich kann eine Menge von vier Zweistrom-Transportformaten bestimmt werden, wobei der Gleichkanalstrom mit einem orthogonalen Wichtungsvektor übertragen wird. Dies führt zu einer zusätzlichen Anzahl von Transportformaten, die durch Paare von Wichtungsvektoren charakterisiert sind: {w 1, w 3}, {w 2, w 4}, {w 3, w 1}, {w 4, w 2}
Hier wird der erste Vektor aus der Menge von zwei Vektoren verwendet, um das in Betracht kommende Signal zu Wichten, während der zweite Wichtungsvektor die Wichtungsfaktoren des Gleichkanalstroms betrifft. Der Zugangspunkt kann nun bestimmen, ob das beste Leistungsvermögen durch eine Übertragung eines oder beider Ströme erlangt wird. Jedoch muß man vorsichtig sein, wenn man die Anzahl der Ströme ändert, da dies die ausgestrahlte zellenübergreifende Störung beeinflussen kann. Wenn zwei Ströme übertragen werden, kann der Zugangspunkt die beste Kombination auswählen. Dies ermöglicht es dem Zugangspunkt, diejenige Kombination von Wichtungsfaktoren auszuwählen, die das beste Leistungsvermögen bereitstellt, und somit den Durchsatz vom Standpunkt des Systems aus zu maximieren, statt vom Standpunkt der Übertragungsstrecke.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein festes Mehrstrahlsystem oder eine Menge von Antennen mit unterschiedlichen Strahlrichtungen. In diesem Fall kann das Transportformat Vektoren mit Nullen oder Einsen umfassen, wobei ein von null verschiedener Wert angibt, daß eine bestimmte Antenne verwendet wird, um einen Strom zu übertragen. Wenn man den Fall mit zwei festen Strahlen mit unterschiedlichen Strahlrichtungen betrachtet, ist es möglich, zwei Basis-Einzelstrahlformate zu bestimmen:
und zwei Zweistromformate zu bestimmen: {w 1, w 2}, {w 2, w 1}
Auf der Grundlage der Meßprotokolle kann der Zugangspunkt bestimmen, ob in einem oder in zwei Strahlen zu übertragen ist, an welchen Benutzer in jedem Strahl zu übertragen ist und mit welcher Datenrate.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung setzt mobile Endgeräte mit einer einzigen Antenne voraus und nimmt an, daß nur Einzelstrahl-Transportformate signalisiert und gemessen werden. Es wird ferner angenommen, daß die Sendeleistung aller definierten Transportformate so ausgewählt wird, daß sie den gleichen Wert P₀ hat, und daß die Endgeräte ein Signal-Rausch-plus-Störleistungsverhältnis (SNIR) melden. In diesem Fall wird der Qualitätsindikator für ein Transportformat TF_i folgendermaßen abgeleitet:
w_i ist der Wichtungsvektor, der dem Transportformat zugeordnet ist, h kennzeichnet den Kanalschätzwert des Endgeräts, und N kennzeichnet den Rauschpegel des Endgeräts. Von diesen Annahmen ausgehend, ist der Zugangspunkt imstande, Mehrstromformate zu konstruieren und zu bewerten. Angenommen, daß ein solches Format einen Datenstrom der Leistung P_n/P₀ mit dem Sende-Wichtungsfaktor w_n an die Benutzer überträgt und angenommen, daß der Strom j an einen spezifischen in Betracht kommenden Benutzer übertragen wird, dann kann der Zugangspunkt das SNIR für den Strom j vorhersagen, der an diesen Benutzer mit einem Kandidaten-Mehrstromformat übertragen wird:
Auf der Grundlage einer Anzahl solcher Vorhersagen kann der Zugangspunkt die unterstützte Datenrate für unterschiedliche konstruierte Mehrstromformate aus den Einzelstrommessungen herleiten. Auf diese Weise kann der Zugangspunkt die unterstützten Raten für unterschiedliche Transportformate mit den Strömen bewerten, die an die unterschiedlichen Benutzer gesendet werden, und eine Kombination aus Transportformaten und versorgten Benutzern auswählen, so daß zum Beispiel ein Benutzer versorgt wird, wenn die unterstützte Rate so hoch wie möglich ist.

Claims

Verfahren in einem Zugangspunkt (11) eines Kommunikationssystems (10), wobei der Zugangspunkt (11) Signale von Datenströmen unter Verwendung einer Menge aus einer oder mehreren Antennen (A₁, ..., A_M) an eine Vielzahl von mobilen Endgeräten (MS₁, ..., MS_k) überträgt, gekennzeichnet durch: Bestimmen (21) einer Menge von Raumtransportformaten, die für jedes Format mindestens einen oder mehrere Vektoren aus komplexen Übertragungs-Wichtungsfaktoren und -Verzögerungen umfassen, wobei jedem Vektor die Übertragung entweder eines bestimmten Signals von Interesse oder eines aus einer Vielzahl von multiplexierten Gleichkanalsignalen zugeordnet ist und ein Übertragungsleistungswert seines zugeordneten Signal zugeordnet ist, und wonach jedem Vektorelement eine Antenne zugeordnet ist, Auswählen einer Teilmenge der Transportformate als die aktive Menge für die Datenübertragung an eines oder mehrere der mobilen Endgerte, Signalisieren (23) der aktiven Menge von Transportformaten an das eine oder die mehreren mobilen Endgeräte.
Verfahren nach Anspruch 1, wonach die Norm eines Vektors die Übertragungsleistung des zugeordneten Signals darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wonach ein Skalierungsfaktor eines Vektors die Übertragungsleistung des zugeordneten Signals darstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wonach die Signalisierung (23) über einen gemeinsamen Steuerungskanal durchgeführt wird, der durch alle Benutzer innerhalb des Überdeckungsbereichs des Zugangspunkts decodiert werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wonach die Signalisierung (23) über einen festgeschalteten Steuerungskanal durchgeführt wird, der über einen Teil des Überdeckungsbereichs des Zugangspunkts an einen spezifischen Benutzer übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wonach den mobilen Endgeräten oder Gruppen von mobilen Endgeräten unterschiedliche Mengen von Transportformaten zugewiesen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das den folgenden Schritt umfaßt: Benachrichtigen der mobilen Endgerte über eine Metrik, die auf ausgewählte Abwärtsstreckenkanal-Eigenschaften anzuwenden ist, um eine Qualitätsangabe für eines oder mehrere der Transportformate abzuleiten.
Verfahren nach Anspruch 7, das den folgenden Schritt umfaßt: Benachrichtigen der mobilen Endgerte, Qualitätsangaben für das beste oder eine Menge von besten Transportformaten in bezug auf die angewendete Metrik bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, das den folgenden Schritt umfaßt: Benachrichtigen der mobilen Endgerte, Qualitätsangaben für das schlechteste oder eine Menge von schlechtesten Transportformaten in bezug auf die angewendete Metrik bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 7, wonach die angewendete Metrik ein Signal-Rausch- und Signal-Störsignal-Verhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wonach die angewendete Metrik ein Schätzwert der unterstützten Bitrate hinsichtlich eines Kanal-Codierungs- und -Modulationsprinzips ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wonach die Anzahl der Wichtungsfaktoren für jede Antenne gleich ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wonach jeder spezifischen Antenne nur ein komplexer Wichtungsfaktor und eine komplexe Verzögerung zugewiesen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wonach allen Antennen ein fester Verzögerungswert zugewiesen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wonach der feste Verzögerungswert nicht in die Signalisierung der aktiven Menge von Transportformaten einbezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wonach der Zugangspunkt ferner die folgenden Schritte durchführt: Regulieren von Transportformaten der aktiven Menge durch Anpassen (29) der Parameter ihrer komplexen Übertragungs-Wichtungsfaktoren und/oder ihrer Übertragungsleistung durch Bewerten (26) gesammelter Kanalverwaltungsinformation (22), Signalisieren (23) einer Angabe über die regulierten Transportformate an das eine oder die mehreren mobilen Endgeräte.
Verfahren nach Anspruch 16, wonach die empfangene Kanalverwaltungsinformation (22) durch mobile Endgeräte bestimmte Qualitätsangaben über die den Transportformaten zugeordneten Abwärtsstreckenkanäle aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wonach die empfangene Kanalverwaltungsinformation (22) Interferenzverwaltungsanforderungen und/oder Angaben über Abwartsstreckenkanal-Statistiken einschließt.
Verfahren nach Anspruch 16, wonach das Auswahlen und Regulieren der Transportformate den Summen-Datendurchsatz in Abhängigkeit von Qualitäts- und Gerechtigkeitsanforderungen optimiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wonach der Zugangspunkt ferner die folgenden Schritte durchführt: Bewerten (26) einer Vielzahl von Qualitätsangaben, die von verschiedenen mobilen Endgeraten empfangen werden, und Bestimmen (24) der geeigneten Datenraten für jeden der Datenströme, die den Transportformaten in der aktiven Menge zugeordnet sind, anhand der Bewertung erfolgendes Bestimmen (24) eines Planungsprinzips und Planen von Datenstrumen zu den mobilen Endgeräten, Zuweisen einer geeigneten Datenrate an jeden der geplanten Datenströme.
Verfahren nach Anspruch 20, wonach das Planungsprinzip einen gerechten Zugang zu den Datenstrumen ermöglicht.
Verfahren nach Anspruch 20, wonach das Planungsprinzip einen zyklischen Zugang zu den Datenströmen ermöglicht.
Verfahren nach Anspruch 20, wonach das Planungsprinzip nur Zugang zu den Datenströmen ermöglicht, wenn die gemeldete Qualitätsangabe hinreichend gut ist.
Verfahren in einem mobilen Endgerät (MS₁, ..., MS_k) eines Kommunikationssystems (10), wobei das mobile Endgerät eine oder mehrere Antennen (A₁, ..., A_M) zum Empfangen von Datenströmen von einem Mehrfachantennen-Zugangspunkt (11) umfaßt, gekennzeichnet durch: Empfangen (31) einer Angabe über geeignete Raumtransportformate vom Zugangspunkt, Schätzen (32) von Qualitätsangaben für die empfangenen Transportformate unter Berücksichtigung von Kanal- und Interferenzbedingungen, Übertragen (33) eines Qualitätsberichts für eines oder mehrere der empfangenen Transportformate einschließlich einer Qualitätsangabe für jedes der Formate.
Verfahren nach Anspruch 24, wonach ein mobiles Endgerät eine Qualitätsangabe aus einem Signal-Rausch- und Signal-Störsignal-Verhältnis bestimmt, wenn es die empfangenen Transportformate anwendet.