用于 3GPP LTE 网络中的资源分配的基站和方法

摘要

本发明涉及一种用于3GPPLTE网络中的资源分配的基站和方法。本文一般地描述了使用SDMA来分配上行链路带宽的基站和方法的实施例。在一些实施例中，在带宽请求争用信道上从一个或更多个用户台接收上行链路带宽请求消息。用户台通过使用随机选择的正交序列调制随机选择的分离导频模式的导频子载波，来产生上行链路带宽请求消息。当成功地检测和解码了所述上行链路带宽请求消息时，基站向用户台分配上行链路带宽。基站使用SDMA技术基于正交序列来确定信道响应，以检测和解码上行链路带宽请求消息。

说明书

本申请是申请日为2009年07月08日、申请号为200910140170.9、发明名称为“使用SDMA来分配上行链路带宽的带宽分配基站和方法”的中国专利申请的分案申请。 

技术领域

一些实施例涉及无线接入网络中的带宽分配。一些实施例涉及上行链路带宽请求以及在宽带无线接入网络（例如，WiMax网络）中的上行链路带宽请求。 

背景技术

在许多传统的无线接入网络中，用户台的带宽请求消耗大量的开销，并且同时提交的多个请求的冲突导致等待时间的增加。因此，需要用于降低带宽请求的开销量的装置和方法，以及用于降低由同时提交的带宽请求的冲突导致的等待时间的装置和方法。 

附图说明

图1示出了根据一些实施例的空分多址（SDMA）无线接入网络； 

图2示出了根据一些实施例的上行链路带宽请求过程的上行链路子帧和下行链路子帧； 

图3示出了根据一些实施例的带宽请求争用信道的区块（tile）； 

图4示出了根据一些实施例的分离导频模式（disjoint pilot pattern）；以及 

图5示出了根据一些可选实施例的上行链路带宽请求过程的上行链路子帧和下行链路子帧。 

具体实施方式

下述说明和附图充分地阐明了特定实施例以使得本领域的技术人员能够实现这些实施例。其它实施例可以包括结构的、逻辑的、电的、过程的改变和其它的改变。实例仅代表可能的变型。除非明确地说明需要某些组件和功能，不然的话单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以改变。一些实施例的部分和特征可以包括在其它实施例中或者由其它实施例中的部分和特征替代。权利要求中阐明的实施例包括了这些权利要求的所有可用的等价物。 

图1示出了根据一些实施例的SDMA无线接入网络。网络100包括基站102和一个或更多个用户台（SS）104。在多址实施例中，基站102通过在下行链路（DL）子帧107中进行发送与用户台104进行通信，并且用户台104通过在上行链路（UL）子帧109中进行发送与基站102进行通信。基站102可以在下行链路子帧107中包括一个或更多个映射，用于指示每个用户台104可以在当前下行链路子帧中接收信息的特定时间和频率资源，以及每个用户台104可以在下一个上行链路子帧中发送信息的特定时间和频率资源。 

基站102可以包括但不限于：物理（PHY）层电路112，用于与用户台104传送信号；以及信号处理电路（SPC）114，用于处理从用户台104接收的信号以及处理要发送给用户台104的信号。在一些实施例中，物理层电路112可以配置为通过带宽请求争用信道从用户台104接收正交序列。信号处理电路114可以检测和/或解码所接收的信号，以将上行链路带宽分配给用户台104，这将在下文进行更详细地描述。 

在一些实施例中，基站102可以但不限于通过多个天线103从用户台104接收多个正交序列，并且可以使用一种或多种SDMA技术来帮助辨别相冲突的两个或更多个正交序列。因此，可以检测相冲突的用户台的传输，以用于进行对上行链路带宽的分配。在下文中对这些实施例进行更详细的描述。 

在一些实施例中，基站102和用户台104可以使用利用正交频分复用（OFDM）通信信号的多载波通信技术来进行通信。OFDM信号可以包括多个正交子载波。在这些多载波实施例的一些实施例中，基站102可以是宽带无线接入（BWA）网络通信站（例如，全球微波接入互操作（WiMax） 通信站）的一部分，但是本发明的范围在这方面不受限制。用户台104可以是BWA网络通信站（例如，WiMax用户台），但本发明的范围在这方面不受限制。在一些实施例中，基站102和用户台104可以使用多址技术（例如，正交频分多址（OFDMA））进行通信。用户台可以是几乎任何便携无线通信设备，诸如：个人数字助理（PDA）、具有无线通信能力的膝上型计算机或便携计算机、网络板、无线电话、无线头戴式耳机、寻呼机、即时消息设备、数字摄像机、接入点、电视机、医疗仪器（例如，心率监视器、血压监视器等）、或者可以无线地接收和/或发送信息的其它设备。 

在一些实施例中，基站102和用户台104可以根据特定通信标准进行通信，诸如：电气和电子工程师协会（IEEE）标准，其包括用于无线城域网（WMAN）的IEEE802.16-2004和IEEE802.16(e)标准，包括其变型或演进，然而本发明的范围在这方面不受限制，基站102和用户台104还可以适合于根据其它技术和标准进行操作。在一些实施例中，基站102和用户台104可以根据IEEE802.16(m)任务组的规定进行操作。欲了解有关IEEE802.16标准和任务组的更多信息，请参考“IEEE Standards for Information Technology--Telecommunications and Information Exchange between Systems”——局域网和城域网——特殊要求——第16部分：“Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems”，2005年5月，以及相关的修正案/版本。在一些实施例中，基站102和用户台104可以根据3GPP LTE标准进行通信。 

天线103和105可以包括一个或更多个定向天线或全向天线，其包括例如：双极天线、单极天线、接线天线、环形天线、微带天线或适于进行RF信号传输的其它类型的天线。在一些实施例中，取代了两个或更多个天线，使用具有多个孔径的单个天线。在这些实施例中，可以将每个孔径作为分立的天线。在一些SDMA和多用户多输入多输出（MIMO）实施例中，可以有效地将多个天线103分开，以利用空间分集以及每个天线103和每个天线105之间产生的不同信道特性。尽管将用户台104示出为仅具有单个天线105，但是用户台104可以包括多于一个天线。 

图2示出了根据一些实施例的上行链路带宽请求过程的上行链路子帧和下行链路子帧。上行链路（UL）子帧202、206和210可以对应于上行链 路子帧109（图1），并且下行链路（DL）子帧204和208可以对应于下行链路子帧107（图1）。 

在这些实施例中，基站102（图1）可以在上行链路子帧202中接收来自用户台104（图1）的正交码，并且可以在下行链路子帧204中广播所检测到的正交码以指示检测到的用户台可以在上行链路子帧206中发送上行链路带宽请求的时间。基站102（图1）可以在下行链路子帧208中向用户台提供带宽分配，并且用户台104（图1）可以在基站102（图1）在下行链路子帧208中所指示的上行链路子帧210的一部分中发送上行链路数据。基站102（图1）使用SDMA技术来检测在上行链路子帧202中接收到的来自相冲突用户台的信号，这一点将在下文更详细地进行描述。基站102（图1）还可以使用SDMA技术对在上行链路子帧206中同时接收的上行链路带宽请求消息进行解码。 

图3示出了根据一些实施例的带宽请求争用信道的区块。在这些实施例中，用户台104（图1）可以在上行链路子帧202（图2）期间在两个或更多个区块302中发送正交序列。每个区块302可以包括带宽请求争用信道的时频块。一个特定用户台使用的两个或更多个区块可以包括所示出的不同的频率子载波组。基站102（图1）可以通过将多个正交序列中的每一个应用到所接收的正交序列来检测一个或更多个用户台104（图1）。在这些实施例中，基站102（图1）通过天线103（图1）从用户台104（图1）接收正交序列，并且使用SDMA技术来帮助分辨已经发生冲突的两个或更多个正交序列。在这些实施例中，用户台104（图1）可以在上行链路子帧202（图2）期间在带宽请求争用信道上的两个或更多个频率正交区块302中发送它们的正交序列。 

如图3所示，用户台在不同的频率子载波上发送在每个正交区块302中所发送的正交序列。在图3的实例中，可以在一个子载波上发送正交序列的最先三个比特，在另一个子载波上发送接下来的三个比特，等等。尽管将区块302示出为仅用于十二个比特的传输，但是正交序列通常包括更多比特。 

图4示出了根据一些实施例的分离导频模式。在一些实施例中，基站102（图1）可以在下行链路子帧204（图2）中广播调度表，该调度表包括 所检测到的正交码以及向每个所检测的用户台104（图1）指派的多个分离导频模式400中之一个导频模式。所检测到的用户台104（图1）可以使用每个分离导频模式400来在上行链路子帧206（图2）中进行上行链路带宽请求消息的后续传输。分离导频模式400可以包括正交的（即，非重叠的）导频子载波402和非正交的（即，重叠的）数据子载波404。因此，分离导频模式400A的每个导频子载波402可以在分离导频模式400B的对应位置处具有空子载波406，以及分离导频模式400B的每个导频子载波402可以在分离导频模式400A的对应位置处具有空子载波406。因此，可以将一个分离导频模式400的导频子载波402上发送的正交序列用于帮助确定针对进行发送的用户台作出的信道响应，以及用于帮助识别该用户台。因此，基站102（图1）对SDMA处理技术的使用允许用户台104（图1）使用相同的频率数据子载波同时地提交上行链路带宽请求。 

在一些实施例中，至少一些用户台104（图1）在下一个上行链路子帧206（图2）中使用非正交数据子载波404来发送上行链路带宽请求消息。基站102（图1）可以在下一个上行链路子帧206（图2）中从两个或更多个用户台接收上行链路带宽请求消息，可以使用SDMA技术对该两个或更多个用户台104（图1）在相同的数据子载波404上发送的上行链路带宽请求消息进行分离。在这些实施例中，可以使用不同的分离导频模式400来发送上行链路带宽请求消息。尽管图4仅示出两个分离导频模式400，但是实施例可以使用多于两个示出的分离导频模式。 

在一些实施例中，每个用户台104（图1）可以使用一个天线105（图1）在上行链路子帧202（图2）中发送正交序列，并且可以在上行链路子帧206（图2）中发送上行链路带宽请求消息，尽管这并非是必需的。另一方面，基站102（图1）使用两个或更多个天线103（图1）来接收上行链路带宽请求消息，从而可以使用SDMA技术。 

参考图1-图4，在一些实施例中，用户台104可以在上行链路子帧202中进行传输之前随机地选择正交序列。在这些实施例中，用户台104在上行链路子帧202期间在两个或更多个区块302中发送随机选择的正交序列，以发起上行链路带宽请求。在这些实施例中，用户台104可以避免在带宽请求争用信道上向基站102发送非正交码或部分正交码（诸如：码分多址 （CDMA）码）来发起上行链路带宽请求。在传统WiMax网络中，用户台的带宽请求包括在一个OFDM符号的子载波的有效部分上调制的非正交码或部分正交码（例如，CDMA码）。 

在这些实施例中，每个用户台104可以选择两个或更多个非重叠区块302来用于在带宽请求争用信道上传输正交序列。可以随机地选择区块，并且一个用户台104可能最终选择与其它用户台选择的区块部分地或全部地相重叠的区块。基站102使用SDMA技术来帮助检测不同的正交码。 

由于对SDMA的使用增加了用于请求的信道带宽，所以降低了冲突率和延迟。SDMA的使用还利用增加的空间信道提高了网络吞吐量，所述空间信道由用户台104的天线105和基站102的天线103形成。根据实施例，将SDMA用于带宽请求时，SDMA允许两个或更多个用户台104同时进行发送。相反地，当在传统带宽请求方案中出现冲突时，没有用户台被检测到。 

在传统带宽请求方案中，使用CDMA码来帮助区分用户台。根据一些实施例，使用一组正交序列bi（其中，i=1,...,M）来替换这些CDMA码，其中>使用下行链路公共导频或前导可以校正任何频率偏移，并且可以通过周期性测距（ranging）对时间偏移进行划界。此外，可以在多个区块302中发送正交序列。每个区块302是时频资源块并且可以包括在时间和频率上邻近的子载波。在每个区块302中发送的正交序列可以是相同的，然而可以使用不同的序列。信道响应在一个完整的区块302上小幅地变化，并且可以将该信道响应视为在该区块上是不变的。 

在一些实施例中，每个用户台104随机地从M个序列中选择一个序列，并且在由区块302构成的带宽请求争用信道上发送所选序列。在一些示例性实施例中，基站102可以使用四个接收天线103从各自使用一个发送天线105的两个用户台104接收序列。在区块"t"中接收的信号可以建模为： 

其中，代表基站天线i_a在时间i_t接收的信号;代表从用户j_a的发射天线到基站天线i_a的信道响应，并且被假定为在区块上是不变的；b_i=[b_i,1…b_i,M]表示用户i发送的正交序列；以及代表基站天线i_a处在时间i_t时的加性高斯白噪声（AWGN）噪声。可以根据 

$>\left[{\hat{b}}_1{\hat{b}}_2\right]=\underset{\widetilde{B,}{\tilde{b}}_1,{\tilde{b}}_2\in \{b_i,i=1,···,M\}}{\arg \max }\underset{t}{\Sigma }{\left|\right|Y\left(t\right){\tilde{B}}^H\left|\right|}_1---\left(2\right)$>

来检测两个所发送序列，其中可以将初始信道H(t)视为所发送数据，并且将初始数据B视为携带虚拟数据H(t)的信道。可以尝试所有可能的序列来匹配所接收信号Y(t)。可以选择最匹配的序列。由于由单位矢量组成，所以公式（2）中没有放大噪声项N(t)。此外，即使当两个用户台104发送相同的序列时，由于使用SDMA可以基于两个用户台104的空间信道的不同来分辨两个用户台104，所以仍可以使用公式（2）来检测用户台104。 

在检测到用户台104之后，基站102可以调度实际提交的带宽请求，并且在下行链路子帧204中广播该调度。用户台104在上行链路子帧206中提交的带宽请求可以使用SDMA来进行提交。在这些实施例中，对SDMA处理技术进行了扩展以用于带宽请求，并且基站102可以将时频子信道分配给两个或更多个检测到的用户台104以在相同的子信道上进行发送，并且可以为两个检测到的用户台104指派两个分离导频模式400A和400B，使得基站102可以估计来自于两个用户台104中每一个的信道响应。在这些实施例中，基站102可以为两个检测到的用户台104指派分离导频模式400中的不同的导频模式。两个检测到的用户台104可以在上行链路子帧206中在相同的子信道上提交它们的带宽请求。 

图5示出了根据一些可选实施例的上行链路带宽请求过程的上行链路子帧和下行链路子帧。上行链路（UL）子帧506和510可以对应于上行链路子帧109（图1），并且下行链路（DL）子帧508可以对应于下行链路子帧107（图1）中的一个。 

在这些实施例中，可以在上行链路子帧506中从一个或更多个用户台104（图1）在带宽请求争用信道上接收上行链路带宽请求消息。用户台104（图1）可以通过使用随机选择的正交序列来调制随机选择的分离导频模式400（图4）中的导频子载波，来产生上行链路带宽请求消息。当成功地检测和解码了上行链路带宽请求消息时，可以在下行链路子帧508中将上行链路带宽的分配提供给用户台104（图1）。在这些实施例中，将图2中的上行链路带宽请求过程的最先三步进行了组合，并且因此，可以更快地、以更少带宽消耗和减少的延迟进行带宽分配。 

在这些实施例中，基站102（图1）可以通过两个或更多个天线103（图1）接收上行链路带宽请求消息，并且可以应用SDMA技术来基于正交序列确定信道响应，以检测和解码上行链路带宽请求消息。在这些实施例中，可以在上行链路子帧506中在带宽请求争用信道上接收上行链路带宽请求消息。 

在这些实施例中，用户台104（图1）可以在发送上行链路带宽请求消息之前，随机地选择多个分离导频模式中的一个（例如，分离导频模式400（图4）中的一个）以及多个正交序列中的一个。用户台104（图1）可以使用上行链路带宽请求数据单元来调制数据子载波404（图4）。在这些实施例中，基站102（图1）可以通过将多个正交序列中的每一个应用到在分离导频模式400（图4）的导频子载波上接收的信号，来确定用于每个用户台104（图1）的信道响应。 

参考图1和图3-图5，在一些实施例中，当在上行链路子帧506中从一个用户台104接收到单个上行链路带宽请求时，基站102可以使用最大比值合并（MRC）来检测上行链路带宽请求，并且可以在下一个下行链路子帧508中将用于上行链路数据传输的上行链路带宽分配给该检测到的一个用户台。 

当在带宽请求争用信道上从两个用户台104接收到两个相冲突的上行 链路带宽请求时，并且在这两个用户台已经随机选择了不同的分离导频模式和不同的正交序列的情况下，基站102可以使用空间解复用技术来检测和解码该上行链路带宽请求。基站102可以在下一个下行链路子帧508中向所检测到的每个用户台104指示用于上行链路数据传输的上行链路带宽分配。因此，在这些实施例中，与使用CDMA码的传统过程需要四个步骤或更多步骤不同，可以在两步过程中分配上行链路带宽。在这些实施例中，空间解复用技术可以包括最小均方误差（MMSE）估计技术或者迫零（zero-forcing）技术，然而实施例的范围在这方面不受限制。 

在一些实施例中，当在带宽请求争用信道上从两个用户台接收到两个相冲突的上行链路带宽请求时，并且在这两个用户台已经随机选择了相同的分离导频模式和不同的正交序列的情况下，基站102可以尝试使用空间解复用技术（例如，MMSE或迫零）来检测和解码该上行链路带宽请求中的至少一个（例如，以较高差错率）。当成功地检测到至少一个用户台时，基站102还可以将用于上行链路数据传输的上行链路带宽分配给至少一个用户台。在这些实施例中，可以在上行链路子帧506中在带宽请求争用信道上接收相冲突的上行链路带宽请求消息。 

在一些实施例中，当在带宽请求争用信道上从两个用户台104接收到两个相冲突的上行链路带宽请求时，并且在这两个用户台104已经选择了相同的分离导频模式和相同的正交序列的情况下，在不能检测和/或解码该上行链路带宽请求时，基站102可以避免将用于上行链路数据传输的带宽分配给这两个用户台104中的任何一个。在这些实施例中，由于两个用户台104选择了相同的分离导频模式和相同的正交序列，所以基站102可能无法检测在上行链路子帧506中在带宽请求争用信道上接收的两个上行链路请求的任何一个。因此，基站102无法在下一个下行链路子帧508中提供带宽分配。此外，由于没有检测到两个用户台104中的任何一个用户台，所以，如同图2的上行链路带宽请求过程，基站102无法广播所检测到的序列来向用户台104分配用于无竞争上行链路带宽请求提交的传输资源。 

在一些实施例中，用户台104可以随机地选择两个分离导频模式400中的一个以及两个正交序列中的一个来传输上行链路带宽请求消息。当在带宽请求争用信道上从多于两个用户台104接收到多于两个相冲突的上行 链路带宽请求时，基站102可以尝试检测一个或更多个正交序列和导频模式，以检测一个或更多个用户台104。基站102还可以在下行链路子帧（例如，下行链路子帧204（图2））中广播一个或更多个检测到的正交序列和导频模式，以为每个检测到的用户台104分配传输资源。检测到的用户台104将使用该传输资源来重发无竞争带宽请求消息。在这些实施例中，基站102仅可以检测出一个或更多个用户台104，但是可能无法解码上行链路带宽请求消息。因此，可以为检测到的用户台104分配传输资源，以用于在下一个上行链路子帧中重传上行链路带宽请求消息。 

在一些实施例中，每个用户台104可以包括物理层电路和信号处理电路，以执行本文所描述的操作。在这些实施例中，信号处理电路可以随机地选择分离导频模式400中的一个和正交序列中的一个。物理层电路可以配置为在带宽请求争用信道上发送上行链路带宽请求消息。物理层电路可以通过使用随机选择的正交序列对随机选择的分离导频模式400的导频子载波进行调制，来产生上行链路带宽请求消息。 

尽管将基站102图示为具有多个分立的功能元件，但是可以将一个或更多个功能元件进行组合，并且可以由软件配置的元件（例如，包括数字信号处理器（DSP）的处理元件）和/或其它硬件元件的组合来实现这些功能元件。例如，一些元件可以包括一个或更多个微处理器、DSP、专用集成电路（ASIC）、射频集成电路（RFIC）、以及用于至少执行本文所述的功能的各种硬件和逻辑电路的组合。在一些实施例中，基站102的功能元件可以指代在一个或更多个处理元件上运行的一个或更多个处理过程。 

除非另外明确声明，诸如处理、计算、运算、确定、显示等术语可以指代一个或更多个处理或计算系统或类似设备进行的操作和/或处理，所述操作和/或处理将在处理系统的寄存器和存储器中以物理量（例如，电子量）表示的数据处理和变换成为在处理系统的寄存器或存储器或者其它信息存储、传输或显示设备中以物理量类似地表示的其它数据。此外，本文中使用的计算设备包括与计算机可读存储器相耦合的一个或更多个处理元件，所述计算机可读存储器可以是易失性存储器、非易失性存储器或其组合。 

可以在硬件、固件和软件的一个或组合中实现实施例。还可以将实施例实现为存储在计算机可读介质上的指令，所述指令可以由至少一个处理 器来读取和执行，以执行本文所述的操作。计算机可读介质可以包括以机器（例如，计算机）可读的形式存储或发送信息的任何机制。例如，计算机可读介质可以包括只读存储器（ROM）、随机访问存储器（RAM）、磁盘存储介质、光盘存储介质、闪存设备等。 

根据37C.F.R.Section1.72(b)对于使读者可以确定本技术公开的性质和要点的摘要的要求，提供了摘要。在理解摘要不会用于对权利要求进行限制或者对权利要求的范围或意义进行解释的情况下提交本摘要。此处将所附权利要求并入到具体实施方式中，其中将每个权利要求自身作为一个独立的实施例。