CN1134198C - 用于指示比特率的移动通信终端和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于无线电话系统的移动台上的比特率指示，它可向用户提供指示在当前小区中可获得的最大比特率，以及如果用户在他的当前位置开始一个通话时他可期望获得的预计的比特率。在计算最大比特率过程中，移动台从基站接收指示基站的性能的消息，例如对多时隙操作以及编码/调制方案的支持。然后移动台用基站的这些性能连同它自己的性能一起来确定最大比特率。在计算预计的比特率过程中，移动台测量至少一条信道的链路质量，并且根据测量到的链路质量和移动终端的性能至少其一，确定用户在他的当前位置会获得的一个预计的比特率。最大的比特率和预计的比特率两者可以被输出到移动台上供用户比较。这个信息能有效地被用于向用户指出小区中有最好的链路质量的位置。本发明可能在把移动台用于接入互连网时尤其有用。

Description

用于指示比特率的移动通信终端和方法

                        背景

本发明一般涉及通信系统领域，更具体地，涉及到了测定传输质量的无线通信领域。

商业通信系统，特别是蜂窝无线电话系统过去十年来经历了爆炸性的成长。这个成长至少部分地归于无线通信系统提供的业务的数目和质量的改进。例如，早期的系统主要被设计来支持话音通信。然而，现在蜂窝无线通信系统提供许多附加的业务，这些附加的业务包括，例如，传呼、电报和数据通信(例如，用来支持互连网通信)。这些新业务中有一些非常需要占据比话音通信所需的更高的吞吐量。

为了提供这些不同的通信业务，需要一个相应的最小用户比特率。例如，对于话音和/或数据业务来说，用户比特率相应于话音质量和/或数据吞吐量，用更高的用户比特率产生更好的话音质量和/或更高的数据吞吐量。总的用户比特率是由挑选出来的多种技术一起来确定的，这些技术例如是：语音编码、信道编码、调制方案、以及分配给连接的空中接口资源，也就是说，TDMA系统的可分配的时隙的数目，以及码分多址系统的扩频码数目。

考虑不同的调制方案对用户比特率的影响。通常，不同的数字通信系统运用多种线性以及非线性的调制方案来进行话音或数据信息的通信。这些调制方案包括，例如，高斯最小频移键控(GMSK)、四相移相键控(QPSK)、8相移相键控(8PSK)、正交幅度调制(QAM)等。典型地，每一种通信系统都用一个单独的调制方案来进行所有条件下的信息传输操作。例如，ETSI起初规定了GSM标准，以便在链路上利用GMSK调制方案交换控制、话音以及数据信息来提供信息传输。

分组传输方案的流量随着C/I值的降低有不同程度的变坏，这由特定系统所采用的调制方案来决定。例如，调制方案可以用不同数目的数值或电平来代表信息符号。信号集，也就是跟QPSK有关的振幅系数，示于图1(a)，QPSK是一个标准的低级别调制(LLM)方案。通过比较，16QAM是一个高级别调制(HLM)方案，其信号集绘于图1(b)。

如在图1(a)和1(b)中能看到的那样，对于相同的平均信号功率在LLM方案中系数之间的最小欧氏距离比在HLM方案中系数之间的最小欧氏距离大，这使得在LLM方案中通过处理接收信号来区分调制改变更加容易。因而，LLM方案就噪声和干扰而言更加健壮，即为了获得可以接受的接收链路质量，只需要较低的载波干扰比(C/I)值。另一方面，HLM方案提供更大的用户比特率，举例来说，16QAM提供的用户比特率是QPSK所提供用户比特率的两倍，但是它需要更高的C/I值。

然而，最近以来，用于无线通信系统类型中传输的调制的动态适配被认为是利用各种调制方案各自的优点来提供更大的用户比特率和/或增强的抗噪声以及抗干扰能力的一种可供选择的办法。一个使用多种调制方案的通信系统的例子见于美国专利第5,577,087号。在那里描述了一项在16QAM和QPSK之间切换的技术。在调制类型之间切换的决定是根据质量测定来做出的。

除了调制方案以外，数字通信系统还采用各种技术来处理错误接收的信息。一般而言，这些技术包括：帮助接收器纠正误收信息的技术，例如前向纠错(FEC)技术，以及使误收信息被重发到接收器的技术，例如，自动请求重发(ARQ)技术。FEC技术包括，例如在调制之前进行的数据的卷积编码和分组编码。FEC编码过程包括把一定数目的数据比特用一定数目的码比特来表示。因而，提到卷积码时都会涉及到它们的码率，例如，1/2或1/3，在那里对于一个给定的信道比特率，更低的码率提供更强的错误保护能力但是更低的用户比特率。通过调整编码速率，无线通信系统中的有效的数据吞吐量也能被调整。这样，可见为了在无线通信系统中实现可变速率传输许多技术受到了关注。

在当今使用的远程终端中，通常提供有一个所接收的信号的强度的指示显示在终端显示器上。然而，这个指示器仅仅提供了对用户可用的系统性能的一个非常粗略的估计。此外，对数据用户来说，不可能从传统终端上的信号强度指示预测出可获得的比特率或吞吐量。为了获得对传输吞吐量性能的准确的预测，象下列一些因素应当跟接收到的信号功率一起被考虑，这些因素是：来自其它小区对分配给当前小区的信道的下行链路干扰；载波干扰比(C/I)；误比特率；分组差错率；以及时间弥散。另外两个影响传输吞吐量并且应该被阐明的因素是：对多时隙操作的支持和对不同编码/调制方案的支持。

据此，提供给远程站一个吞吐量指示以便用户能相应地调整同系统的交互将会是理想的。

                        发明概要

本发明给用户提供关于如果用户在其当前位置发起一个连接时他/她可期望获得的吞吐量的信息。例如，只要给出例如远程站的当前位置以及移动台和基站的性能，此系统能够对为系统中的一个数据连接预期的最大比特率能力提供一个指示。

根据本发明的一个示范性的实施方案，提供了在移动台上显示预计的传输吞吐量的方法，其步骤包括：测定至少一条信道的链路质量；根据移动台的性能以及所说的链路质量至少其一估计出预计的传输质量；以及把预计的传输质量输出到移动台。

根据本发明的另一个实施方案，提供了用于指示小区中的可用的最高传输质量的方法，其步骤包括：在移动台上从基站接收一条消息，这条消息显示最高基站传输质量性能；根据所说的最高基站传输质量性能和最高移动台传输质量性能确定一个连接的最高传输质量；以及在移动台输出该最高传输质量。

再根据本发明的另外一个实施方案，提供了用于在移动台上显示在当前小区中可能的最高传输质量、和如果用户在此时发起一个通话所能获得的预计的传输质量的方法。通过向用户提供所述最大的比特率和预计的比特率，用户可比较这两个指示，并且对于在开始一个对话前他是否应当转移，可以根据这个信息来做出决定。

通过以下的详述并参照随附的作为例子展示本发明的原理的附图，本发明的其它特征和优点将会变的显而易见。

                      附图简述

图1(a)和(b)分别是QPSK和16QAM调制方案的调制星座图。

图2是一个例示的蜂窝移动无线电话系统的框图。

图3是一个描述本发明的一套例示的实施方案的流程图。

图4按照本发明的一套例示实施方案，展示了在LLM/HLM小区中的一个4-时隙移动台的闲置模式操作。

图5(a)-(e)是比特率指示器的例子，这些可被显示在移动台的显示器上并且同图4相联系。

                      详细描述

按照本发明的例示的实施方案，网络性能(例如小区中的最大比特率和用户在其当前位置将获得的预计的比特率)是能被提供给用户并且由他的或她的终端加以显示(或者输出)的信息的例子。例如，如果用户有一个大文件要下载并且时间或电池电量是有限的，若是提供给他或她网络吞吐量性能的一个指示，那将是有帮助的。这条信息会使用户有能力以便他或她可以决定是否现在就下载这个大文件或者，可能的话，转移到一个更优越的位置，那个地方预计有更好的吞吐率。通过比较最大的和预计的比特率，在开始下载之前用户能够根据这个通知信息做出决定：是立即下载还是转移到一个预计比特率更接近于最大比特率的位置下载。

图2表示一个例示的蜂窝无线电话系统的框图，包括一个例示的基站110和移动台120，在这个系统中本发明能被实现。基站包括一个控制处理单元130，控制处理单元130连接到移动服务交换中心，即MSC140，MSC140再经由一个伺服的GPRS支持节点，即SGSN(未画出)接到分组交换网中。这样的蜂窝无线电话系统的一般的方面可以通过下面一些途径了解到，如颁发给Wejke等人的、其标题为“Neighbor-Assisted Handoff in a Cellular CommunicationSystem”的美国专利第5,175,867号以及1992年10月27日提交的、其标题为“Multi-mode Signal Processing，”的美国专利应用第07/967,027号中描述的技术，这两篇文献在这个应用中合为一体来引用。

基站110通过一个数据信道收发器150处理多个数据信道，信道收发器150由控制处理单元130控制。每一个基站同样包括一个能够处理多个控制信道的控制信道收发器160。控制信道收发器160由控制处理单元130所控制。控制信道收发器160在基站或小区的控制信道上向锁定于那一控制信道的移动台广播控制信息。象在移动台120中的数据和控制收发器170那样，可以理解收发器150和160能作为一个单独的设备来实现。

移动台120在它的数据和控制收发器170中接收在控制信道上广播的信息。然后，处理单元175评估收到的包含移动台的待选锁定小区的特征的控制信道信息，并且确定移动终端应该锁定哪个小区。本发明中，广播控制信道也用于向移动台发送指示基站性能的消息。正如上面所提到的，这些性能包括关于基站对多时隙操作和/或调制/编码方案的支持的信息。一旦移动台收到这个信息，它就会把它自己的性能跟基站支持的性能做比较，并且确定在那个小区中可获得的最大比特率，这也是下面所描述的。然后这个信息被输出到用户并且也被用于计算预计的比特率。

移动台120还包括一个输入设备185，例如一个小数字键盘，输入设备185允许用户同移动台交互。显示设备190，例如一个液晶显示器屏幕，向用户提供信息的可视化显示，例如下面描述的最大的和/或预计的吞吐量指标。移动台也可以是一块连接到个人计算机(例如便携电脑)上的一块PC卡，例如PCMCIA。在这种情况下，显示设备将会是PC监视器。移动台也包括存储器180，存储器180可包括一个存储着终端性能的预编程的地址。因为终端的性能可能为用户持有的预约类型所限，所以终端需要知道这些限制以便进行计算。这个信息可以通过多种途径提供给终端。例如，这个信息可以存储在用户的用户接口模块(SIM)卡中(该用户接口模块卡插在终端上)，或者预约信息在呼叫启动/登录时可以被作为信号发送给终端。

在本发明的一个实施方案中，数据和控制收发器170从基站中接收一条消息，这条消息指示出这个基站的传输性能。然后，处理单元175用这个信息连同可在移动台上得到的移动台的性能一起去确定一个最大移动台传输能力。在本发明的另一个实施方案中，数据和控制信道收发器在至少一个信道上接收信号，并且根据接收的链路质量、基站的性能和移动台的性能至少其一去确定预计的传输质量。处理单元175计算这个预计的传输质量。然后，以上最大的传输质量和预计的传输质量可以单独地、也可以合起来输出给用户，以便进行比较。

参看图3，框(1和2)，现在要描述依照本发明确定和输出最大可用比特率的一个例示的方法。在呼叫建立和切换阶段，读取终端性能，例如在第二步，从存储器180中读取。应当指出，所谓终端包括但不限于蜂窝电话。读取的典型的性能包括，例如终端对于多时隙(或多码)操作的支持，以及对于不同的编码/调制方案的支持。例如在GSM系统中，一些终端能够利用每个帧的多个时隙操作，以增加它们的数据吞吐量。时隙的最大数目取决于移动终端分类。不同的移动终端分类定义在GSM技术规范05.02，附录B.1中。如上所述，GSM增强型(即所谓的EDGE)也支持不同的调制/编码方案，这些调制/编码方案能实现最大的比特率。此外，这个支持取决于移动终端分类。关于对这些性能是支持还是不支持的信息，可以从终端本身获取。

继续在图3，第三步，基站(BS)的性能接下来就要进行确定。如在移动台中一样，确定的典型的性能包括但不限于基站对多时隙(或多码)操作的支持以及基站对不同编码/调制方案的支持。尽管一个基站可以在技术上支持若干不同的时隙/用户，以及不同的调制/编码方案，它可以在任何给定的时间，选择仅仅指示它的诸多性能的一个子集。例如，在那些基站通信量非常高的场合(例如正在对很多的移动终端提供支持)，可分配给新用户的时隙的最大数目可能被减少。这个信息连同着关于该基站支持哪些调制/编码方案的信息一起由基站在例如广播控制信道(BCCH)上广播给小区中的所有用户。在这个例子中，通过使得基站仅仅指示它的诸多性能的一个子集(也就是能分配给一个新用户的减少了的数目的时隙)，可以显示出会影响最大比特率的高通信量。应能理解，通信量在计算最大比特率过程中也能够被忽略，正如下面在对图5(c)的讨论中所做的那样。在第四步中，根据上面提到的移动台和基站的性能，计算最大用户比特率。在移动终端和基站都支持4个时隙以及编码方案1(CS-1)(GSM规定该编码方案1具有9.05kbps的数据速率)的情形下，最大用户比特率将会是4×9.05或者36.2kbps。然后，这个信息在第五步中被呈现给用户，例如呈现在显示器上或者是作为一个预先录制的语音消息呈现。

图3中的第二列说明了当开始一个通信通话时用户在确定可期望获得的预计的比特率过程中可采取的步骤。正如本领域的技术人员将会意识到的以及下面附图更加详尽阐述的那样，预计的比特率可能比最大的比特率低。正如第六步和第七步展示的那样，移动台周期性地估计链路质量。典型的链路质量的度量标准可以是在BCCH上接收到的信号电平或功率(这可以在空闲模式期间得到)，或者是载波干扰比(C/I)估计、比特率估计、分组错误率估计以及时间弥散估计(这些一般可在有效的通信期间得到)。在第八步中，移动台在潜在的通信信道上测量干扰水平。在这步中，测量来自也同样使用着当前小区中的可用信道的其它小区的下行链路干扰，也就是共信道干扰。在第九步中，计算用户的预计的比特率。在进行这个计算过程中，移动台运用了用于第四步中的连接的最大的用户比特率；第八步中测量到的干扰量级；以及其它影响链路质量的因素，例如载波干扰比(C/I)、误比特率、分组错误率和时间弥散。第九步中所做运算的一个简化了的表示方程为：

M×(1-N)＝预计的比特率

在此：M＝最大的比特率(来自第四步)

      N＝比特率减小的百分数，比特率减小是由

         于所有的限制因素，也就是，低BCCH

         信号强度、干扰等。

正如本领域的技术人员将会认识到的那样，终端将会预测穿过无线接口可得到的比特率(数据吞吐量)。取决于与网络的固定部分相关联的不同的参数(例如在一个BTS设备和BSC设备之间的连接)，网络比特率可能与无线接口上可得到的不同，但是在这些实例中假定无线接口通常是限制因素。然而，如果网络吞吐量是限制因素，那么这也能由基站在BCCH上去广播，并且被移动终端用来显示最大的和/或预计的比特率以供用户观看。最后在图3中，预计的比特率被输出给用户。这个输出可以采用在终端上显示的形式，但其它象音频那样的输出方式也可以采用。

图4提供了依照本发明移动台的空闲模式操作的一个例子。在图4底部的直方图用于显示在移动台上接收到的链路质量。当链路质量达到了一个指定的参考水平时，如果移动台支持的话，可以采用高级别(HLM)。第一个直方图跟小区号1相联系。第二个直方图跟未显示的一个小区相联系，并且第三个直方图跟小区号2相联系。在本例中，移动台能够用多达4个时隙和两个调制级别(低级别调制LLM和高级别调制HLM)进行通信。在图4的第一步中，移动台进入一个有HLM和LLM能力的小区。如上所述，移动台读取跟这个小区相关的基站发送的控制信道广播来识别基站性能，基站性能在本例中指1-8个时隙和两个可能的调制/编码方案。最大比特率指示显示利用一个由HLM和4时隙(也就是如移动台的性能所限制的)支持的连接能获得的最大比特率。然而，HLM模式仅当移动终端在利用至少一些预定义的链路质量从基站接收信号时才可用。在它的当前(第一步)位置没有HLM覆盖，并且因此预计的比特率指示根据采用HLM和4时隙显示一个预计的比特率。这个情况示于图5(a)，在此图中用一个直方图清楚地显示给用户这两种比特率。这里用户能比较最大的和预计的比特率指示。这个比较会引导用户：在他的当前小区中，他或她通过转移到一个位置(在这个位置上，预计的比特率更接近或等于最大的比特率)，就能获得一个更高的比特率。

在第二步，移动台进入小区的一个区域，在这个区域中可获得HLM覆盖，也就是链路质量高于一个预定的HLM参考水平。然后，如图5(b)，预计的比特率增大，从而反映其对采用HLM和4时隙的连接的支持能力。附加上第三步来展示：在HLM覆盖区域中预计的比特率未必总是与最大的比特率相同。例如，在小区中通信量可能增加，并且因此使得每个连接可能最大只有三个时隙可用。如果这种情况发生，预计的比特率指示将会改变成一个只与三个时隙相联系但仍然采用HLM的预计的比特率，如图5(c)所示。在第四步中，移动台正在离开HLM覆盖区域。链路质量变成低于HLM参考水平，并且预计的比特率指示降低到一个LLM比特率，如图5(d)所示。第五步展示了一个移动台正在离开可提供HLM覆盖的小区，并且将要进入仅支持LLM的小区。移动台再次读取控制信道上的关于基站性能的这条信息。结果，最大比特率指示从一个最大HLM比特率降到一个最大LLM比特率，如图5(e)所示。这将使用户得知，在当前小区中无论走到哪儿，他都将不能得到一个HLM比特率。

图5(a)-(e)是一个在移动台的显示器上显示最大的和预计的比特率的方法的实例。这两个直方图中的每一个分别代表最大的和预计的比特率，当用户改变在一个小区中的位置或者改变小区时，它们都将会依照上面提到的准则动态改变。图5(a)-(e)的比特率指示直方图会占据移动台的显示器的一小部分，并且会是一个全时显示。它也能被移动台的显示屏幕上的一个菜单调用出来，并且能经过菜单选择显示，填充在移动台的整个屏幕上。图5(a)-(e)仅仅意味着一类可视化显示的一个实例。比特率也能通过其它可视化手段或语音手段来显示。

尽管本发明已就它的详尽的实施方案作了描述和图示说明，并不就意味着本发明被限制在这些展示性的实施方案上。本领域的技术人员可认识到，在不背离本发明的精神下能产生出修改和变型。

Claims (25)

1.一种在移动台向用户指示预计的传输质量的方法，其特征在于以下步骤：

至少当移动台处于空闲模式期间时，测量至少一个信道的链路质量；

根据移动台的性能和链路质量两者至少其一，估计预计的传输质量；并且

在移动台把所说的预计的传输质量输出给所说的用户。

2.权利要求1的方法，其中所说的测量是周期性地进行的。

3.权利要求1的方法，其中所说的测量是在移动台处于空闲模式时进行的。

4.权利要求1的方法，其中所说的预计的传输质量是一个预计的比特率。

5.权利要求1的方法，其中所说的至少一个信道是广播信道，基站在这个信道上传输电信数据。

6.权利要求1的方法，其中所说的至少一个信道是可被所说的移动台用于通信的信道。

7.权利要求1的方法，其中所说的链路质量为下列之中的至少一个：在广播信道上的信号强度、干扰水平、以及载波干扰功率比。

8.一种指示最优传输质量的方法，其特征在于以下步骤：

在移动台通过一个广播控制信道从基站接收一条消息，这条消息指示至少一种基站传输性能；

根据最优基站传输质量性能和最优移动台传输质量性能，确定一个连接的最优传输质量；

在移动台计算此最优传输质量；

在所说的移动台测量至少一个信道的链路质量；

根据移动台性能和所说的链路质量至少其一估计预计的传输质量；并且

在移动台输出所说的预计的传输质量。

9.权利要求8的方法，其中所说的最优传输质量是最大比特率。

10.权利要求8的方法，其中链路质量是下列之中的至少一个：广播信道上的信号强度、干扰水平、以及载波干扰功率比。

11.一种指示预计的传输质量的移动台，包括：

用于在至少一个信道上接收数据的接收器；

一个处理器，该处理器用于在移动台的空闲模式中测量至少一个信道的链路质量，并且根据移动台的性能和所说的链路质量至少其一，估计预计的传输质量；以及

用于在移动台输出所说的预计的传输质量的输出设备。

12.权利要求11的移动台，其中所说的测量是周期性地进行的。

13.权利要求11的移动台，其中输出设备是一个显示器。

14.权利要求11的移动台，其中所说的预计的传输质量是预计的比特率。

15.权利要求11的移动台，其中所说的至少一个信道是基站所使用的广播信道。

16.权利要求11的移动台，其中所说的至少一个信道是能被移动台用于通信的信道。

17.权利要求11的移动台，其中链路质量是下列之中的至少一个：广播信道上的信号强度、干扰水平、以及载波干扰比。

18.一种指示最优传输质量的移动台，包括：

用于接收指示最优基站传输质量性能的消息的接收器；

一个处理器，该处理器用于根据所说的最优基站传输质量性能和根据最优移动台传输质量性能来确定所说的一个连接的最优传输质量；以及

用于把所说的最优传输质量输出到所说的移动台的输出设备，其中

所说的接收器在至少一个信道上接收到信号；

所说的处理器测量至少一个信道的链路质量，并且根据移动台的性能和所说的链路质量至少一个，估计预计的传输质量；并且

所说的输出设备把所说的最优传输质量和所说的预计的传输质量一起输出到移动台，以允许用户用预计的传输质量与最优传输质量相比较。

19.权利要求18的移动台，其中输出设备是显示器。

20.权利要求18的移动台，其中所说的最优传输质量是最大比特率。

21.权利要求18的移动台，其中链路质量是下列之中的至少一个：广播信道上的一个信号强度、干扰水平、和载波干扰功率比。

22.一种基站，包括：

用于在广播控制信道上传输用来指示最优传输质量的消息和传输数据的收发器，以及；

用于提供基站的最优传输质量的处理器，其中最优传输质量由所述收发机进行广播。

23.权利要求22的基站，其中所说的最优传输质量是最大比特率。

24.权利要求22的基站，其中所说的消息标识基站支持的可用编码/调制方案。

25.权利要求22的基站，其中所说的消息标识基站是支持多时隙还是支持多码操作。

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