评估移动无线通信系统中无线链路的质量的方法

摘要

根据链路上的发送净位速率评估移动无线通信系统中无线链路的质量的方法。

说明书

本专利申请基于2000年8月11日提交的法国专利申请0010590号，这里完整地参考引用了其公开内容，并且这里根据35U.S.C.§119对其提出优先权要求。

技术领域

本发明涉及移动无线通信系统。

背景技术

在移动无线通信系统中，各种处理操作有必要以适合于传输到无线接口的形式对要发送的信息进行格式化处理。

具体地，被用来向发送的信息引入冗余的编码(诸如纠错编码)提供了防止传输错误的措施。编码速率被定义成要发送的信息位数量与实际发送或编码的位的数量的比率。通常对信息位或块的序列进行编码。对于指定分配的无线资源，编码速率越高则信息位速率越高。然而高编码速率必须有好的无线条件，否则服务质量会下降。

通常通过使用被称为ARQ(自动重复请求)的技术重新发送错误接收的块为数据服务提供额外的防止传输错误措施。错误接收的块可以是被检错编码检测出错误的块，或者是可以被纠错编码校正的块。接收器通过确认消息(ACK)或非确认消息(NACK)向发送器通知接收块的正确或不正确状态。

另一个处理操作是进行调制以获得传送要发送的信息的模拟信号。本领域已知有各种调制技术，其特征是频谱效率，即利用相同的分配频段通过每个符号发送或多或少位数量的能力。例如在GPRS(通用分组无线服务)系统中，只有一种调制形式，即每个符号发送一个位的GMSK，并且在EGPRS(增强通用分组无线服务)系统中有两种调制形式，即每个符号发送一个位的GMSK和每个符号发送三个位的8PSK。调制的频谱效率越高，则发送的位的位速率就越高。然而高频谱效率必须有好的无线条件，否则服务质量会下降。

各种技术可用于优化上述系统的性能，具体例如下列技术：

-链路适配：这个技术动态修改被用作有关无线条件的一个函数的编码和/或调制方案；具体地，当无线条件良好时，可以增加编码速率并且/或者可以使用一种具有较高频谱效率的调制以增加位速率；例如根据ETSI出版的文档＂GSM 03.64版本8.2.0子版本1999＂的定义，GPRS系统中有四个可能的编码方案(CS1-CS4)，EGPRS系统中有九个可能的调制和编码方案(MCS1-MCS9)；

-小区重新选择；由于上述系统通常具有蜂窝体系结构，这个技术在过程中根据无线指标和其它可能的指标选择一个最优小区并且将呼叫切换到这个小区；

-等等。

所以在上述系统中能够尽可能精确地评估无线条件是非常重要的；否则性能会下降。

无线链路的质量通常被表示成一或多个质量指标，例如原始位差错率(BER)，块清除率(BLER)，信噪比(SIR)等等。

通过将纠错解码之前接收的数据与纠错解码之后使用与发送器相同的纠错编码重新编码而获得的对应数据相比较来获得原始BER。

BLER对应于错误接收的数据块比率。如果使用重发技术，与其它质量指标不同的是，也可以根据接收器发送的ACK/NACK消息在发送器上确定BLER。通常在网络中使用诸如链路适配或小区重新选择算法的算法以便在不需要移动站向网络报告其确定的BLER数值的情况下网络自身可以确定下行链路方向的BLER。

与BLER不同的是，类似原始BER或SIR的质量指标的一个缺点是需要一个估测，由此带来出错和降低系统性能的风险。

诸如原始BER或SIR的质量指标的另一个缺点是它们不直接反映性能。这些质量指标事实上反映的是传输信道的质量，并且服务质量和传输信道质量之间的关系不是固定的，而是取决于许多诸如环境，移动站速度等等的因素。从这个角度观察，BLER指标更加合适或更能反映性能。

然而BLER不是所有情况下最适当的指标。

在诸如GPRS和EGPRS系统，可以有若干编码和/或调制方案的系统中，与诸如原始BER或SIR的其它质量指标不同的是，BLER取决于所使用的编码和/或调制方案。

因此对于GPRS系统，文档WO 99/12304建议估测BLER的值，其中根据有关获得的质量指标，例如原始BER或SIR的统计计算并且结合以前的试验，差错或模拟结果会得到各个编码方案的BLER值。所以文档不建议使用除了原始BER或SIR以外的质量指标，并且提出一个根据通过这种方式获得的诸如原始BER或SIR的质量指标估测BLER的复杂技术。

类似地，如果使用重新发送错误接收的块的技术，则BLER不是最适当的指标。

存在某些BLER不构成令人满意的指标的其它情况，尤其是在使用递增冗余技术的情况下。这个技术是一个比以前提到的技术更加成熟和有效的重发技术。与总是利用相同编码方案重发块不同，这个技术每次使用不同的编码方案重发块，并且使用所有的连续块重发共同减少错误解码的概率。可以在其第一次传输没有保护的情况下发送所有的块。例如，第一次传输之后的有效编码速率为1，第一次重发之后为1/2，第二次重发之后为1/3，等等。这个类似链路适配技术的技术可以增加可用位速率，但由于BLER可以比不使用这个技术的情况下的BLER高得多，因而这个指标不是最适当的指标。

文档GB 2330737提出了一个通过确定正确接收的分组数量或需要发送的分组数量与实际发送的分组数量之间的差异而获得的质量指标。然而这不是最适当的指标，尤其是在使用以前提到的，诸如链路适配的技术或递增冗余技术的情况下。

所以需要一种具体克服上述各种缺点并且适用于多数系统，精确并且相对易于计算的质量指标。

发明内容

因而本发明提供了一个根据链路上的发送净位速率评估移动无线通信系统中无线链路的质量的方法。

根据本发明的另一个特性，通过对信息位构成的块进行编码得到链路上发送的数据，并且通过使用下列等式的计算获得净位速率： $>>>R>net>>=>>1>T>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>RECEIVED>->1>\; >>N>i>>>s>$

其中NB_RECEIVED是在指定周期T内正确接收的块的数量，N_i是正确接收的第i个块中的信息位数量。

根据本发明的另一个特性，根据相对净位速率评估质量，相对净位速率被定义成净位速率与总位速率之间的比率。

根据本发明的另一个特性，通过使用下列等式的计算获得净位速率和总位速率之间的比率： $>>>>R>net>>>R>0>>>=>>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>RECEIVED>->1>\; >>N>i>>>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>SENT>->1>\; sup>>N>i>>(>c>)>sup>>>>>s>$

其中NB_SENT是指定周期内发送的块的数量，NB_RECEIVED是正确接收的对应块的数量，N_i^(c)是发送的第i个块中的位数量，N_i是正确接收的第i个块中的信息位数量。

根据本发明的另一个特性，发送的块中的位数量根据使用的调制方案，并且不管使用的调制方案如何均为一个对应于某个基准调制的指定调制方案确定出总位速率。

根据本发明的另一个特性，通过使用下列等式的计算获得净位速率和总位速率之间的比率： $>>>>R>net>>>R>0>>>=>>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>RECEIVED>->1>\; >>N>i>>>>NB>\_>SENT>*>>N>>(>c>)>\; >>>>s>$

其中NB_SENT是指定周期内发送的块的数量，NB_RECEIVED是正确接收的对应块的数量，N^(c)是用对应于基准调制的一个指定调制方案发送的一个块中的位数量，N_i是正确接收的第i个块中的信息位数量。

根据本发明的另一个特性，基准调制是具有较低频谱效率的调制。

根据本发明的另一个特性，根据使用的调制方案，所发送的块或无线块可以包含一或多个块或数据块，并且通过使用下列等式的计算获得净位速率与总位速率之间的比率： $>>>>R>net>>>R>0>>>=>>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>RECEIVED>->1>\; >>>N>i>>>n>i>>>>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>SENT>->1>\; >sup>>N>i>>(>c>)>sup>sup>>n>i>\prime sup>>>>>>s>$

其中NB_SENT是指定周期内发送的数据块的数量，NB_RECEIVED是正确接收的对应数据块的数量，N_i^(c)是包含发送数据的第i个块的无线块中的位数量，N_i是包含接收数据的第i个块的无线块中的信息位的数量，n_i(或n_i′)等于包含接收(或发送)数据的第i个块的无线块中的数据块数量。

根据本发明的另一个特性，根据使用的调制方案，所发送的块或无线块可以包含一或多个块或数据块，并且通过使用下列等式的计算获得净位速率与总位速率之间的比率： $>>>>R>net>>>R>0>>>=>>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>RECEIVED>->1>\; >>>N>i>>>n>i>>>>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>SENT>->1>\; >>>N>>(>c>)>\; sup>>n>i>\prime sup>>>>>>s>$

其中NB_SENT是指定周期内发送的数据块的数量，NB_RECEIVED是正确接收的对应数据块的数量，N^(c)是对应于基准调制的一个指定调制方案的一个无线块中的位数量，N_i是包含第i个接收数据块的无线块中的信息位的数量，n_i(或n_i′)等于包含第i个接收(或发送)数据块的无线块中的数据块数量。

根据本发明的另一个特性，通过使用下列等式的计算获得净位速率和总位速率之间的比率： $>>>>R>net>>>R>0>>>=>>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>RECEIVED>->1>\; >>>\rho >i>>>n>i>>>>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>SENT>->1>\; >>1sup>>n>I>\prime sup>>>>>>s>其中\rho$_i等于N_i/N^(c)。本发明还提供了适于根据链路上的发送净位速率评估无线链路质量的移动无线通信系统。

根据本发明的另一个特性，链路是一个上行链路。

根据本发明的另一个特性，链路是一个下行链路。

本发明还提供了适于根据链路上的发送净位速率评估无线链路质量的移动无线通信网络实体。

根据本发明的另一个特性，链路是一个上行链路。

根据本发明的另一个特性，链路是一个下行链路。

本发明还提供了适于根据链路上的发送净位速率评估无线链路质量的移动站。

根据本发明的另一个特性，链路是一个下行链路。

根据本发明的另一个特性，链路是一个上行链路。

附图说明

通过阅读下列结合附图对本发明实施例进行的描述会理解本发明的其它目标和特性，其中附图是示出了根据基于本发明的方法评估其质量的无线链路的图例。

具体实施方式

本发明建议使用一个与净位速率相关的指标。

总位速率R_gross被定义成发送到无线接口的位的位速率。净位速率R_net是从总位速率中扣除所有对用户无用的成份，例如编码或错误接收的块引入的冗余之后获得的位速率。

可以通过下面的方式表示净位速率：

R_net＝ρR_gross(1-BLER)，其中ρ表示编码速率(假定在这个表达式中是固定的)并且BLER表示错误接收(或重发)块的比率。

为了获得一个对于不同编码速率均有效的更通用表达式，一个有关基于本发明的质量指标的可能表达式如下所示： $>>>R>net>>=>>1>T>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>RECEIVED>->1>\; >>N>i>>>s>$

其中NB_RECEIVED是在指定周期T内正确接收的块的数量，N_i是正确接收的第i个块中的信息块数量。数字N_i取决于第i个接收块中使用的编码和/或调制方案。编码速率和/或调制的频谱效率越高，则这个数字就越高。R_net可以是任意的正数。

然而由于R_net不但取决于无线条件而且取决于分配的无线资源(对于指定的无线条件，分配的无线资源越多，R_net越高)，净位速率R_net可能不是最适当的指标。因此为了具有更好的质量指标，最好考虑相对净位速率，即净位速率与总位速率的比率。在这种情况下，对于指定无线条件，无论分配多少无线资源，比率均会保持相同的数值。

基于本发明的质量指标的第二个可能的表达式如下所示： $>>>>R>net>>>R>0>>>=>>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>RECEIVED>->1>\; >>N>i>>>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>SENT>->1>\; sup>>N>i>>(>c>)>sup>>>>>s>$

其中NB_SENT是发送器在指定周期内发送的块的数量，NB_RECEIVED是正确接收的对应块的数量，N_i^(c)是发送的第i个块中的位数量，N_i是正确接收的第i个块中的信息位数量。

数字N_i^(c)取决于第i个发送块中使用的调制方案。频谱效率越高，则这个数字就越大。为计算分子部分而考虑接收的块必须对应于分母部分中考虑发送的块，因而NB_RECEIVED小于或等于NB_SENT。R_net/R₀的范围为0到1。这个数字越高，则无线条件(以及性能)就越好。

在包含多个可能调制方案的系统中，另一个可能性是考虑一个对应于原始位速率的指定基准调制的指定调制方案，即用N^(c)替换N_i^(c)，N^(c)是一个使用基准调制(例如EGPRS系统中的GMSK)的块中的位的数量。在这种情况下，可以根据下列等式获得比率R_net/R₀： $>>>>R>net>>>R>0>>>=>>>>\Sigma >>i>=>0>>>BN>\_>RECEIVED>->1>\; >>N>i>>>>NB>\_>SENT>*>>N>>(>c>)>\; >>>>s>$

其中NB_SENT是在指定周期内发送的块的数量，NB_RECEIVED是正确接收的对应块的数量，N^(c)是使用一个对应于基准调制的指定调制方案发送的一个块中的位数量，N_i是正确接收的第i个块中的信息位数量。

通过将一种具有较低频谱效率(即每个符号中发送的位的数量最低)的调制选作基准调制，例如EGPRS系统的GMSK，后一个表达式具有一个额外的优点，即该表达式考虑到这样的事实：当使用具有高频谱效率的调制正确接收一个块时的性能优于使用具有低频谱效率的调制正确接收一个块时的性能。例如，在EGPRS系统中，存在两种可能的调制：GMSK(每个符号一个位)和8PSK(每个符号三个位)。8PSK提供大约三倍于GMSK的位速率(但是需要较高的传输功率和更好的无线条件)，因而具有较高的频谱效率(对于指定频带具有较高的位速率)。在这种情况下，对于一个指定的BLER值，使用8PSK时的R_net/R₀会大于使用GMSK时的R_net/R₀(大约大三倍)，而不是象前面表达式描述的那样保持不变。因此，当可能有多个调制方案时(例如在EGPRS系统中)新表达式会更加合适。注意，在这个新表达式中，由于N_i可以大于N^(c)，则比率R_net/R₀可以大于1。

图中示出了移动无线通信系统中一个发送器1和一个接收器2之间的一个无线链路。发送器可以位于一个移动站中，接收器2可以位于网络中。链路则是一个上行链路。反之，发送器1可以位于网络中，接收器2可以位于一个移动站中。链路则是一个下行链路。

在示出的例子中，发送器1包含：

-一个发送处理器3，该处理器具有诸如编码，调制，重发错误接收的块(在从接收器2接收的ACK/NACK消息的控制下)等等的功能，和

-一个射频发送器4。

在示出的例子中，接收器2包含：

-一个射频接收器5，和

-一个接收处理器6，该处理器实现诸如解码，解调，检测接收块的校正或不正确状态，向发送器1发送对应的确认或非确认(ACK/NACK)消息等等的功能。

图中还示出了一个链路质量估测器7。在示出的例子中，估测器7位于接收器内，但是在一个不同的例子中它可以位于发送器中。估测器使用一个或其它可能的表达式计算一个基于本发明的质量指标，例如比率R_net/R₀，并且因此接收计算所需的参数。例如，由接收处理器6提供数字NB_RECEIVED和N_i，并且其它参数(例如以前定义的T，NB_SENT，N^(c))可以具有预定数值。

下面描述本发明具体对应于GPRS和EGPRS系统的一个应用例子。有关那些系统的描述参见ETSI出版的文档＂GSM 03.64版本8.2.0.子版本1999＂。

在上述系统中，当必须从一个移动站来回发送信息时，以一个上行链路或下行链路TBF(临时块流)和一或多个PDCH(物理数据信道)的形式为上述移动站分配资源。PDCH是一个对应于每个帧中的一个时隙(一个帧包含八个时隙)的物理信道，并且在使用跳频技术的情况下对应于一个频率或一组频率。可以在相同物理数据信道上分配若干个TBF，这意味着可以在若干移动站之间共享相同的物理信道，这样就优化了分组模式数据传输情况下的无线资源利用。

针对各个TBF分别计算基于本发明的无线指标。

并且，根据上述系统的分层体系结构，在RLC(无线链路控制)层负责实现针对无线接口的重发过程的情况下，在这个层中计算基于本发明的无线指标。上述的块则对应于被称作RLC数据块的块，即传送数据的RLC块(RLC块也可以被用来传送信令或控制信息)。

在GPRS系统中，在四个连续的时隙中，每20ms(平均)向无线接口发送一个RLC数据块。在EGPRS系统中，每20ms发送一个或两个RLC数据块(对于调制和编码方案MCS1-MCS6发送一个RLC数据块，对于调制和编码方案MCS7-MCS9发送两个RLC数据块)。

在此期间，以前定义的位数N^(c)在GPRS系统中等于456并且在EGPRS系统中等于464(基准调制为GMSK的情况)。每20ms发送到无线接口的位序列被称作无线块。因而一个无线块包含一个或两个RLC数据块以及附加控制信息。在RLC/MAC(无线链路控制/介质访问控制)层的输出上获得一个无线块并且将其当作输入提供给物理层。因此，在无线接口上，额外发送来自物理层的控制信息(例如训练序列，被称为窃用标志的控制信息等等)。

在GPRS系统中，一个无线块由一个RLC数据块和被称作MAC报头的控制信息，RLC报头和块检查序列(BCS)构成。在EGPRS系统中，一个无线块由一个或两个RLC数据块和被称作MAC报头的控制信息，RLC报头和报头检查序列(HCS)构成。块检查序列(BCS)则通过对各个RLC数据块使用CRC(循环冗余检查)检错码获得的控制位构成。检错码检测是否正确接收一个RLC数据块。在针对GPRS和EGPRS系统的应用中，本发明所考虑的块便是RLC数据块，即，使用CRC处理的所有位。

注意，前面针对N^(c)指定的数值不确切对应于以前的位(或编码位)的数量，即不但包含数据而且包含诸如MAC报头，RLC报头等等的控制信息。然而注意，位速率R₀仅仅是一个基准位速率并且可以用不同的方式计算(例如不包含控制信息MAC报头和RLC报头等等)，但在这种情况下可以被改变成一个有关块的函数，这会使表达式更加复杂。

在使用EGPRS系统的情况下，一个RLC数据块中可以发送的信息位的数量取决于使用的编码方案和使用的调制方法。

为了兼顾通过一个无线块可以发送一个或两个RLC数据块的情况，可以按照如下方式对以前指定的无线指标进行微小的修改： $>>>>R>net>>>R>0>>>=>>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>RECEIVED>->1>\; >>>N>i>>>n>i>>>>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>SENT>->1>\; >>>N>>(>c>)>\; sup>>n>i>\prime sup>>>>>>s>$

其中NB SENT是指定周期内发送的RLC数据块(为了简便这里也称作数据块)的数量，NB_RECEIVED是正确接收的对应数据块的数量，N^(c)是对应于基准调制的一个指定调制方案的一个无线块中的位数量，N_i是包含第i个接收数据块的无线块中的信息位的数量，n_i(或n_i′)等于包含第i个接收(或发送)数据块的无线块中的数据块数量。

注意，如果调制方案在涉及计算R_net/R₀的时间段内发生改变并且某些数据块没有被正确接收，则n_i可以不同于n_i′。下面是上述表达式的一个等价书写方式： $>>>>R>net>>>R>0>>>=>>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>RECIVED>->1>\; >>>\rho >i>>>n>i>>>>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>SENT>->1>\; >>1sup>>n>i>\prime sup>>>>>>s>$

其中ρ₁＝N_i/N^(c)。

例如：

-对于GPRS系统，ρ_i为0到1，对于EGPRS系统，ρ_i为0到3(数值3对应于8PSK方式下每个符号有3个信息位的事实)，

-对于GPRS系统，n_i总是等于1，对于EGPRS系统，n_i在调制和编码方案为MCS1-MCS6的情况下等于1，在调制和编码方案为MCS7-MCS9的情况下等于2。

下面是R_net/R₀的另一个表达式： $>>>>R>net>>>R>0>>>=>>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>RECEIVED>->1>\; >>>N>i>>>n>i>>>>>>\Sigma >>i>=>0>>>NB>\_>SENT>->1>\; >sup>>N>i>>(>c>)>sup>sup>>n>i>\prime sup>>>>>>s>$

其中NB_SENT是指定周期内发送的数据块的数量，NB_RECEIVED是正确接收的对应数据块的数量，N_i^(c)是包含第i个发送数据块的无线块中的位数量，N_i是包含第i个接收数据块的无线块中的信息位的数量，n_i(或n_i′)等于包含第i个接收(或发送)数据块的无线块中的数据块数量。

在类似GPRS和EGPRS系统的系统中，通过下面方式可以获得根据前面一个或其它表达式进行质量评估所需的接收块的正确或不正确状态。

如果在网络中评估质量：

-在下行链路传输方向(即从网络到移动站)上，网络知道其发送哪个块并且知道哪些块被正确或错误地接收，由于移动站定期发送到网络的分组下行链路ACK/NACK消息，并且

-在上行链路传输方向(即从移动站到网络)上，如上所述，网络可以使用CRC码确定块是否被正确接收。并且也知道按顺序接着发送的块的数量，因而如果上次正确接收的两个块是块8和11，则网络可以确定块9和10已经发送但没有被正确接收。

如果在移动站中评估质量，其原理可以和上述原理相同，但分组下行链路ACK/NACK消息被网络定期发送到移动站的分组上行链路ACK/NACK消息替代。

并且，如果在网络中评估质量，可以在一个或其它构成网络的实体(这里也称作移动无线通信网络实体)中评估质量，这些实体的例子是：

-基站，根据系统的情况可以被称作基收发器站(BTS)或节点B，

-基站控制器，根据系统的情况可以被称作无线网络控制器(RNC)，和

-移动交换中心(MSC)。

可以在基站控制器中评估质量。更具体地，在使用GPRS和EGPRS系统的情况下，可以在一个被称为支持分组模式数据服务的分组控制单元(PCU)的功能实体中评估质量。这个实体具体负责RLC层，因而具有诸如块重发等等的功能。

在这里考虑的GPRS和EGPRS系统的应用例子中，基于本发明的质量指标可被用于两个目的：

-当R_net/R₀低于一个可配置阈值时释放TBF(即停止传输)，和

-当R_net/R₀低于一个高于TBF释放阈值的可配置阈值时激活小区重新选择；这是由于如果无线条件非常糟，则最好在释放TBF之前首先搜寻一个较好的小区。

然而基于本发明的质量指标也可以被用于其它目的，例如链路适配。

并且，前面主要在使用重发技术的情况下描述了基于本发明的无线指标。构成BLER的无线指标可被用于相反的情况。然而基于本发明的无线指标也可以被用于后一种情况。