用于分离的蜂窝数据传输的设备和方法.pdf

蜂窝电信系统中，用于将分组数据流中的分组分配给不同基站以便发送给移动终端的设备、控制单元和方法。控制单元接收主要队列中的分组数据流，并识别具有足够信号强度的多个基站以与移动终端通信。数据分离器将数据流分离为包含来自分组数据流的不同数据分组的多个子流。子流被缓存在多个子队列中，其中每个都连接到不同基站。分组被分配给子队列，以便在每个子队列中保持相等数目的分组，或者为每个子流保持特定的服务质量等级。基站独立地发送它们的子流到移动终端。错误控制编码可被应用到分组，以便增强宏分集的优点。

1、  一种在分组交换蜂窝电信系统中的设备，用于将分组数据流发送到移动终端，所述设备包括：
数据分离器，用于将分组数据流分离为多个子流，每个所述子流包含来自该分组数据流的不同数据分组；和
用于将每个子流发送到与移动终端通信的不同基站，以便进一步发送到移动终端的装置。

2、  根据权利要求1的设备，进一步包括在每个基站中、用于本地地做出资源分配决定的装置。

3、  根据权利要求1的设备，进一步包括在每个基站和移动终端中、用于交换独立于其它基站的自动重复请求(ARQ)信令的装置。

4、  根据权利要求1的设备，其中数据分离器位于控制单元中，所述控制单元还包括：
主要队列，具有连接到通信网络以接收数据流的输入和连接到数据分离器的输入的输出，所述主要队列对分组数据流排队，并向数据分离器提供分组数据流；和
多个子队列，每个子队列具有连接到数据分离器的输出，以从数据分离器接收其中一个子流的输入，每个所述子队列具有与到不同基站之一的连接相连接，以将子流发送到所连接的基站的输出。

5、  根据权利要求4的设备，其中控制单元还包括：
反馈单元，用于将反馈信息从子队列提供到数据分离器，所述反馈信息包括每个子队列中所述多个分组；
其中数据分离器包括分组流调节器，用于基于反馈信息将分组分配给每个子队列。

6、  根据权利要求5的设备，其中控制单元还包括用于指定服务质量等级以保持在所有子流上的装置，其中反馈信息包括关于每个基站上通信量负载的信息，并且分组流调节器基于反馈信息将分组分配给每个子队列。

7、  根据权利要求5的设备，其中控制单元还包括用于指定不同的服务质量等级以保持在每个子流上的装置，其中反馈信息包括关于每个基站上通信量负载的信息，和分组流调节器基于反馈信息将分组分配给每个子队列。

8、  根据权利要求7的设备，其中，其中一个基站连接被指定作为主要连接，并且其中一个或更多其它连接被指定作为次要连接，其中分组流调节器向每个子队列分配分组，以便为主要连接保持所指定的服务质量，同时允许用于次要连接的服务质量以根据每个基站上的通信量负载而变化。

9、  根据权利要求5的设备，其中控制单元还包括主要队列和数据分离器之间的错误控制编码器，用于从主要队列接收信息比特块，并将错误控制编码应用到比特以便形成码字，其中码字比特被在多个数据流分组上交织。

10、  根据权利要求9的设备，其中数据分离器将包含不同码字比特的分组发送到不同子流，由此使得不同的码字比特要通过不同基站而被发送到移动终端，其中由移动终端接收的数据受益于分集效应。

11、  根据权利要求1的设备，进一步包括移动终端中的干扰抑制接收机，所述接收机包括用于基于多个接收信号的知识而抑制自己小区干扰和其它小区干扰的装置。

12、  根据权利要求11的设备，其中接收机是G-RAKE接收机，且用于抑制自己小区干扰和其它小区干扰的装置包括：
信道估计器，用于计算信道估计以便解调所接收的信号；
用于基于信道估计而将所接收的信号建模为干扰信号的装置；和
用于使用所建模的干扰信号来减少干扰，同时解调第二信号的装置。

13、  根据权利要求12的设备，其中移动台包括连接到G-RAKE接收机的多个接收天线。

14、  一种分组交换蜂窝电信系统中的方法，该方法将分组数据流中的分组分配给不同基站以便发送到移动终端，所述方法包括：
在控制单元中接收分组数据流；
识别具有足够信号强度的多个基站以与移动终端通信；
将分组数据流分离为等于或少于多个基站的多个子流，每个所述子流包含来自分组数据流的不同数据分组；
将每个子流发送到多个基站中相关联的一个；
为多个基站的每一个确定传输速率；和
基于为相关联的基站所确定的传输速率，将分组分配给每个子流。

15、  根据权利要求14的方法，其中为多个基站的每一个确定传输速率的步骤包括：
将每个子流在具有到相关联基站的连接的子队列中排队；
通过检测保持在每个子队列中的数据分组的数目，为多个基站的每一个确定传输速率。

16、  根据权利要求15的方法，其中将分组分配给每个子流的步骤包括，将分组分配给每个子流，以便保持每个子队列中相同数目的分组。

17、  根据权利要求15的方法，其中将分组分配给每个子流的步骤包括，将分组分配给每个子流，以便为每个子流保持特定的服务质量等级。

18、  根据权利要求15的方法，其中将分组分配给每个子流的步骤包括，将分组分配给每个子流，以便为主要子流保持特定的服务质量等级，同时允许用于其它子流的服务质量改变。

19、  一种在分组交换蜂窝电信系统中的控制单元，用于将分组数据流中的分组分配给不同基站以便发送到移动终端，所述控制单元包括：
主要队列，用于接收来自蜂窝电信系统的分组数据流；
用于识别具有足够信号强度的多个基站以与移动终端通信的装置；
用于将分组数据流分离为等于或少于多个基站的多个子流的数据分离器，每个所述子流包含来自分组数据流的不同数据分组；和
用于将每个子流发送到多个基站中相关联的一个，以便发送到移动终端的装置。

20、  根据权利要求19的控制单元，进一步包括：
多个子队列，用于在发送到多个基站之前对子流进行排队；和
反馈单元，用于将来自子队列的反馈信息提供给数据分离器，所述反馈信息包括每个子队列中的多个分组；
其中数据分离器包括分组流调节器，用于基于反馈信息将分组分配给每个子队列。

21、  根据权利要求20的控制单元，进一步包括：
用于指定服务质量等级以保持在所有子流上的装置，其中反馈信息包括关于每个基站上的通信量负载的信息，且分组流调节器基于反馈信息而将分组分配给每个子队列。

22、  根据权利要求20的控制单元，进一步包括：
用于指定不同的服务质量等级以保持在每个子流上的装置，其中反馈信息包括关于每个基站上通信量负载的信息，且分组流调节器基于反馈信息而将分组分配给每个子队列。

23、  根据权利要求19的控制单元，进一步包括：
主要队列和数据分离器之间的错误控制编码器，用于接收来自主要队列的信息比特块，并将错误控制编码应用到比特以形成码字，其中码字比特被在数据流的多个分组之上交织。

24、  根据权利要求23的控制单元，其中数据分离器将包含不同码字比特的分组发送到不同子流，由此使得不同码字比特由不同基站发送到移动终端，其中由移动终端接收的数据受益于分集效应。

用于分离的蜂窝数据传输的设备和方法
发明背景
本发明涉及蜂窝电信系统。更特殊地而非限制性地，本发明针对用于分离数据流，并采用多个基站将多个数据子流发送到移动终端的设备和方法。
在WCDMA蜂窝电信系统中，可以将移动终端以电路交换的模式同时连接到多个基站，其中这被称作软切换。基本地，相同信息被从两个或更多基站发送到终端。终端接收机将多个信号合并，以便检索信息。链路质量通过这种信号分集得到改善，且好处是众所周知的。
高速下行链路分组接入(HSDPA)是移动电话协议，该协议将WCDMA扩展以提供更高的数据容量(下行链路中达到14.4Mbit/s)。HSDPA是WCDMA标准的演变，被设计为将可用的数据率增大因子5或更多。HSDPA定义新的WCDMA信道，即使能够在下行链路(基站到移动终端)上进行分组数据传输的高速下行链路共享信道(HS-DSCH)。主要的操作模式是利用自动重复请求(ARQ)，由此分组被确认且重发被用于保证成功地接收前面失败的分组。随着HSDPA的发展，显而易见的是将软切换思想直接扩展到ARQ操作是存在问题的。特别地，对系统基本设施的信令负担将会非常高。因此，当前，HSDPA使用到终端的单一连接。这样，宏分集的优点丧失，这时它可能是实现高速率分组数据覆盖的关键因素。
本领域需要的是用于使多个基站能够将多个数据子流发送到移动终端，同时使对系统基本设施的信令负担最小化的设备和方法。本发明提供这样的设备和方法。
发明内容
本发明提供用于将分组数据从蜂窝电信系统中的多个发射基站发送到移动终端的设备、控制单元和方法。本发明无缝地将数据流分离为在多个基站中分布的多个子流。每个子流被发送到不同基站，并且每个基站本地地对待其子流，独立于其它基站处理终端。由于中央控制被限制，资源分配、调度、ARQ等等问题都在基站中被本地地处理。
本发明提供了几种优点。本发明允许较好的资源分配，而不用额外的信令来协调多个连接而对系统增加负担。本发明还提供了基站之间的较好负载平衡、宏分集增益，和在高数据率下的较好覆盖。实现本发明所需要的对现有网络的改变很小，并且不影响基站。在终端，本发明不需要特殊的接收机。然而，如果接收机具有高级能力，诸如利用一个或多个天线的干扰抑制，则这些能力可以结合本发明得到完全开发。本发明还提供用于控制用户优先级的新能力。也就是说，数据流可被给予在所有连接小区上的特定优先级，或者该优先级对于不同基站来说可以是变化的，这取决于例如通信量负载。
这样，一方面，本发明针对在分组交换蜂窝电信系统中用于将分组数据流发送到移动终端的设备。该设备包括数据分离器，用于将分组数据流分离为多个子流，每个子流包含来自分组数据流的不同数据分组；和用于将每个子流发送到与移动终端通信的不同基站，以便进一步发送到移动终端的装置。
另一方面，本发明针对将分组数据流中的分组分配给不同基站，以便发送到移动终端的方法。该方法包括如下步骤：在控制单元中接收分组数据流；识别具有足够信号强度的多个基站以便与移动终端通信；和将分组数据流分离为等于或少于多个基站的多个子流，每个子流包含来自分组数据流的不同数据分组。该方法还包括将每个子流发送到多个基站中相关联的一个；为多个基站的每一个确定传输速率；并基于为相关联的基站所确定的传输速率将分组分配到每个子流。
另一方面，本发明针对分组交换蜂窝电信系统中的控制单元，用于将分组数据流中的分组分配给不同基站以便发送到移动终端。该控制单元包括用于从蜂窝电信系统接收分组数据流的主要队列；用于识别具有足够信号强度的多个基站以便与移动终端通信的装置；和用于将分组数据流分离为等于或少于多个基站的多个子流的数据分离器，其中每个子流包含来自分组数据流的不同数据分组。该控制单元还包括用于将每个子流发送到多个基站中相关联的一个，以便发送到移动终端的装置。
附图的简要说明
下面，将通过参考附图显示优选实施例，来详细描述本发明的本质特征，其中：
图1(现有技术)是现有网络配置的简化框图，该网络配置采用HSDPA将数据发送到移动台和从移动台发送数据；
图2是本发明的设备的示例性实施例的简化框图；
图3是在本发明的设备和控制单元的示例性实施例中的主要数据队列和多个数据子队列之间被插入的数据分离器的简化框图；和
图4是示出本发明的方法的示例性实施例的步骤的流程图。
本发明的详细描述
本发明通过将分组流分离成分布在相应数目的基站之间的多个子流，提供了一些宏分集的优点。虽然每个单独分组属于单一子流，且得不到直接的宏分集的优点，但整个流得到了宏分集的优点，这通过需要该信息的本申请看出。该方法的变形还通过错误控制编码和分组之上的交织而在信息层面上获得宏分集。
尽管该方法通常适用于任意分组交换蜂窝系统，诸如WIMAX、超3G或4G，但是这里的示例性描述采用WCDMA/HSPA系统作为例子。
图1是现有网络配置的简化框图，该网络配置采用HSDPA将数据发送到移动台和从移动台发送数据。移动终端(MT)11通过单一基站(BS)12而被连接到系统。该系统被通告终端的能力，其包括终端所支持的调制和编码方案。数据流D1到达并旨在用于该终端。在该例子中，数据在控制单元14处被放置在队列13中。该数据作为分组而被发送到BS，其通过由箭头15所代表的无线下行链路连接而被发送到移动终端。BS具有到所有其终端的下行链路连接有效质量的估计，并确定如何将其资源分配给每个连接。质量度量可以是例如终端处信噪比(SNR)的估计，其被直接地或通过一些其它参数，在由箭头16表示的上行链路连接上传送到BS。
BS通过调度它们的分组并向它们分配时隙T1，而将其资源分配到竞争终端。当轮到它时，分组通过总功率P1的特定部分，通过多个扩频码C1，并利用特定的编码速率R1而被发送。编码速率被选择以实现特定的质量，例如10％或1％的块错误率(BLER)。在终端接收机处，特定的块被错误地接收，并且终端通过ARQ协议通知BS。重发或补充传输因此被调度。最后，流中的全部数据都被成功接收。终端以等于R1的标称速率接收数据流。有效速率是R1的一部分，取决于说明重发的目标质量。例如，对于10％BLER，有效速率大约是0.9R1。
调度过程可以是直接的循环(round-robin)方案，或者利用最好的连接来调度终端的贪婪方案，或者这两种方案之间某处的方案。该调度过程也可以将服务质量结合到其调度决定中，并给不同的数据流以不同的优先级。区分性服务假设不同的流通过系统被分配不同优先级，并且BS被相应地通知。通常，资源分配是在每个基站上被本地地处理，这些基站之间进行最小限度的协调。
图2是本发明的设备的示例性实施例的简化框图。在这个例子中，移动终端21被同时连接到两个基站，BS-1 22和BS-2 23。在控制单元24，主要队列(D1&D2)25被分离为两个子队列D1 26和D2 27。每个子队列被连接到基站22和23其中不同的一个。将数据通过子队列分离的机制在下面结合图3加以描述。控制单元可以是基站控制器，其包括其它的已知功能单元，诸如用于识别具有足够信号强度的多个基站以与移动终端通信的单元，和用于确定在每个基站上的通信量负载的单元。
BS-1通过由箭头28表示的无线下行链路连接，将数据分组从子队列D1发送到移动终端，而BS-2通过由箭头29表示的无线下行链路连接，将数据分组从子队列D2发送到移动终端。正如前面，BS-1 22决定时隙T1、功率P1、扩频码C1和编码速率R1的分配。相似地，BS-2 23决定时隙T2、功率P2、扩频码C2和编码速率R2的分配。该决定在每个基站中本地地做出，没有基站之间的任何明确协调。终端21必须接收二者信号并处理它们。终端还通过ARQ过程ARQ1和ARQ2，在上行链路连接30和31上向每个基站单独地发信号。最重要地，终端以等于R1+R2的标称速率接收数据流。
图3是在本发明的设备和控制单元的示例性实施例中的主要数据队列25和数据子队列D1 26和D2 27之间被插入的数据分离器35的简化框图。数据分离器是在控制单元上实现本发明所需要的唯一新功能。每个子队列具有等待要被发送到子队列相应基站的多个分组。每个队列中的多个排队分组通过被连接到子队列的特定基站而反映有效发射速率。到数据分离器的关于每个子队列(由点箭头36和37表示)中分组数目的反馈，使分离器能够通过将更多数据分组指引到当前包含较少分组的子队列来调节数据流。
在图1所示的单一连接情况下，系统可以向数据流分配服务质量(QoS)。基本地，较高的服务质量确保数据较快地到达用户。系统通过将在调度、功率、扩频码等等方面的不同等级的资源分配给数据流，提供各种QoS等级。
利用多连接，本发明可以在所有子流上施加相同的QoS，或者对每个子流改变QoS。这可以完成以帮助在不同基站上的负载平衡。也就是说，对于具有高负载的基站来说，可以放松质量要求。特别地，该系统可以指定保持QoS的主要连接。一个或更多次要的基站可以用作溢出连接，其放松服务质量。主要基站可随时间变化，使得主要基站是到终端的负载和连接使其能够保持所需服务质量的那个基站。
在现有技术的软切换中，信息的每个比特都在从不同基站发送的信号中被重复。因此，当终端接收机合并多个信号时，信息的每个比特都得到宏分集的好处。然而在本发明中，信息的每个比特都被映射到单一分组上，其被从多个基站的其中唯一一个基站发送。这样，单独比特不一定能看出比特级上的宏分集好处。然而，整个流确实得到了宏分集的好处，其通过需要该信息的本申请可以看出。这反映在较高的有效数据速率中，其被转化为较少的延迟。
图4是示出本发明的方法的示例性实施例的步骤的流程图。在该实施例中，本发明还可通过采用错误控制编码和分组之上的交织，捕获信息比特级上的完整宏分集效应。在步骤41，控制单元24将数据流在主要队列25中排队。信息比特的块然后被馈送到误差控制编码器中，其在步骤42中应用误差控制编码来形成码字。任何错误控制编码方案都可以用于该目的，包括turbo码、卷积码、低密度奇偶校验码等等。在步骤43，码字的比特然后被在数据流的多个分组上交织。在步骤44，数据分离器35将数据流分离为多个子流，每个子流被路由到不同BS。当分组通过分离器时，发生自然自适应多路复用。也就是说，由于好的连接容易发生在较多分组中，则如果包括特定码字比特的大多数或全部分组进行好的连接，码字的接收存在问题。如果没有特别好的连接，则分组容易被均匀分布在子流上，并且这提供了分集效应。
在步骤45，控制单元24将每个子流在子队列26、27中排队。在步骤46，每个BS将数据从其相关联的子队列发送到MT 21。该方法然后可移动到步骤47，在那里数据分离器35调节通过每个子队列的数据流，以匹配不同的BS传输速率，不考虑任何的QoS等级。可替换地，如果QoS等级已经被指定用于一个或更多子流，该方法然后可移动到步骤48，在那里数据分离器调节通过每个子队列的数据流，实现用于每个子流的特定QoS。在步骤49，MT接收并处理多个数据流。在步骤50，MT通过ARQ过程向每个BS单独地发信号。在步骤51，MT将接收的数据提供给适当应用。
很多高级接收机结构已经被提出用于结合了干扰抑制能力的CDMA系统。在本发明中，MT 21被连接到多个基站，因此为MT配备诸如G-RAKE接收机之类的高级接收机是有益的。G-RAKE接收机可以利用合理的复杂度来抑制自己小区和其它小区的干扰。移动终端必须为每个接收信号计算特定参数，诸如信道估计。那些信道估计不仅对于解调相应信号有用，而且它们还对将同样的信号建模为干扰，并同时解调其它信号有用。这可以在G-RAKE接收机中容易完成。并且，G-RAKE接收机利用任何数目的接收天线工作。具有更多的天线极大地改善了对自己小区干扰和其它小区干扰的抑制。关于不同信号的明确的知识可以结合起来，以改善接收机的抑制能力。
其它技术，诸如干扰相减、联合解调等等，也可适用于多个连接的情况。
尽管本发明的优选实施例已经在附图中阐明，并在前面的详细说明中描述，应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是能够在不脱离本发明范围的情况下进行大量的重新配置、修改和替换。说明书预期到了落入由后面权利要求限定的本发明范围中的任意所有修改。