專利名稱：組合的開(kāi)環(huán)和閉環(huán)發(fā)射分集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)領(lǐng)域，并且尤其涉及一種用于所述無(wú)線移動(dòng)通信的組合的開(kāi)環(huán)/閉環(huán)發(fā)射分集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無(wú)線通信系統(tǒng)通常包括一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，該無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有至少一個(gè)基站和多個(gè)經(jīng)由基站與網(wǎng)絡(luò)通信的移動(dòng)臺(tái)。此外，已知這種無(wú)線移動(dòng)通信具有四個(gè)主要缺點(diǎn)路徑損耗、多徑衰落、碼間干擾(ISI)和同信道干擾。
時(shí)間和空間“分集技術(shù)”已經(jīng)被應(yīng)用于克服衰落。空間分集技術(shù)使用多個(gè)天線用于發(fā)射和/或接收。在這種情況下，在接收機(jī)處由彼此之間具有低衰落相關(guān)性的發(fā)射信道提供“分集增益”，即，在這種情況下，對(duì)于多個(gè)天線同時(shí)發(fā)生信道衰落的概率很低。為了實(shí)現(xiàn)天線之間的低衰落相關(guān)性，一種已知的天線布置將天線彼此空間上分開(kāi)放置，典型地彼此間隔大約十倍或者更多倍的發(fā)射波長(zhǎng)。另一方面，由于在具有正交極化方向的天線之間衰落相關(guān)性通常很低，所以用于空間分集發(fā)射和/或接收的一種備選天線布置使用雙極化(也稱為交叉極化)天線。這也被稱為“極化分集”。
另一種已知的多天線發(fā)射技術(shù)，也稱為“波束形成”，在接收機(jī)處通過(guò)使用空間方向性來(lái)提供“波束形成增益”，從而在一定程度上對(duì)路徑損耗進(jìn)行補(bǔ)償，并抑制同信道干擾。因?yàn)樵诎l(fā)射信道之間的高衰落相關(guān)性有利于實(shí)現(xiàn)波束形成增益，所以在典型的天線布置中，天線被放置得在空間上彼此十分地接近，例如，彼此分開(kāi)半個(gè)發(fā)射波長(zhǎng)。
另外，上面解釋的多天線發(fā)射技術(shù)(波束形成或者分集)可以被分為“閉環(huán)”發(fā)射方案和“開(kāi)環(huán)”發(fā)射方案，其中在“閉環(huán)”發(fā)射方案中，移動(dòng)臺(tái)向基站反饋關(guān)于發(fā)射天線使用的信息，而在“開(kāi)環(huán)”發(fā)射方案中從移動(dòng)臺(tái)到基站沒(méi)有反饋發(fā)生。例如，根據(jù)“閉環(huán)”發(fā)射“分集”或者“波束形成”方法，基站通過(guò)每個(gè)天線向移動(dòng)臺(tái)發(fā)射導(dǎo)頻信號(hào)，然后，移動(dòng)臺(tái)根據(jù)每個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)確定信道的幅度和/或相位，基于信道的幅度和/或相位找到最佳加權(quán)值，并把這些值發(fā)送回基站，該基站使用這些加權(quán)值來(lái)適應(yīng)每一天線的數(shù)據(jù)信道發(fā)射。
在3GPP規(guī)范TS 25.214(99版，第7章)中，對(duì)于通用移動(dòng)電信系統(tǒng)(UMTS)，公開(kāi)了用于兩個(gè)天線的閉環(huán)發(fā)射分集模式1和2。閉環(huán)模式1只反饋用于控制兩個(gè)天線信號(hào)信道之間的相位的信息，而閉環(huán)模式2反饋用于控制兩個(gè)天線信號(hào)的幅度以及相位的信息。
通常，有多種“開(kāi)環(huán)”分集發(fā)射方案，例如空時(shí)塊碼、空時(shí)格碼或者空時(shí)擴(kuò)頻，用于和兩個(gè)或更多發(fā)射天線一起使用。使用所述方案的編碼器在本領(lǐng)域中是眾所周知的。在3GPP規(guī)范TS 25.211(99版，第5.3.1.1章)中，公開(kāi)了一種用于兩個(gè)天線的“開(kāi)環(huán)”分集發(fā)射方案，稱為空時(shí)發(fā)射分集(STTD)。STTD方案對(duì)于兩個(gè)發(fā)射天線使用一個(gè)空時(shí)塊碼。在STTD編碼器的輸出端，有兩個(gè)將經(jīng)由不同天線發(fā)射的信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)都具有與編碼器輸入信號(hào)相同的數(shù)據(jù)速率。將輸出信號(hào)以正交的方式進(jìn)行編碼以便提供全“分集增益”。
歐洲專利EP 1315311被認(rèn)為是最接近的現(xiàn)有技術(shù)，它試圖把“閉環(huán)”“波束形成”和“分集”技術(shù)組合起來(lái)，以獲得一種用于兩個(gè)以上天線的“分集發(fā)射”技術(shù)。公開(kāi)了一種發(fā)射分集通信設(shè)備，其包括包括多個(gè)天線組的天線裝置，其中每一組包括多個(gè)彼此接近以便使天線之間的衰落相關(guān)性較高的天線，并且天線組彼此分開(kāi)放置以使天線組之間的衰落相關(guān)性較低；以及控制裝置，用于以低傳送速率接收用于組內(nèi)天線控制的第一控制信息、和以高傳送速率接收用于組間天線控制的第二控制信息，并且控制由天線裝置發(fā)射的信號(hào)的相位和/或幅度，其中所述第一和第二控制信息是從移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例(本發(fā)明的圖4)中，描述了天線數(shù)量N＝4以及天線組數(shù)量M＝2的情況。
然而，“波束形成”增益和“分集”增益解決方案的上述“純”、“閉環(huán)”組合仍然存在下列問(wèn)題A.對(duì)于在好幾個(gè)天線組之間具有大間距的天線配置來(lái)說(shuō)，對(duì)于低移動(dòng)臺(tái)速率實(shí)現(xiàn)顯著增益，但是在高移動(dòng)臺(tái)速率的情況下，天線元件之間的低相關(guān)性使最優(yōu)的加權(quán)W快速改變。然后，用于傳送這些加權(quán)的上行鏈路反饋信道中的可用容量會(huì)變成一個(gè)瓶頸，并且如果反饋信道帶寬不是足夠?qū)挼脑?，則通信性能會(huì)由于對(duì)信道變化的弱適應(yīng)性而降低，從而導(dǎo)致一個(gè)減小了的增益甚至負(fù)增益。
B.在將更多的上行鏈路反饋信道容量用于解決在A中陳述的問(wèn)題的情況下，所需的來(lái)自移動(dòng)臺(tái)的大量反饋信息仍然能夠?qū)ζ渌脩粢鸶蓴_。
因此，盡管將“波束形成”與“分集”組合起來(lái)的技術(shù)貢獻(xiàn)是已知的，但是目前，這些限于“純”“開(kāi)環(huán)”或“閉環(huán)”發(fā)射分集系統(tǒng)。通常，這些現(xiàn)有技術(shù)方案沒(méi)有給出用于2個(gè)以上天線的令人滿意的性能。例如，一個(gè)具有4個(gè)發(fā)射天線元件的“純”“開(kāi)環(huán)”“分集”系統(tǒng)也將存在下列基本問(wèn)題。
A.天線之間需要一個(gè)大間距，導(dǎo)致了大的天線星座尺寸。
B.與具有2個(gè)發(fā)射天線元件的“開(kāi)環(huán)”“分集”系統(tǒng)相比，實(shí)現(xiàn)低的附加增益。
C.不存在理想的用于4個(gè)發(fā)射天線元件的正交空時(shí)塊碼。
D.對(duì)于低移動(dòng)臺(tái)速率來(lái)說(shuō)，可實(shí)現(xiàn)的增益比使用“閉環(huán)”方法獲得的增益更低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過(guò)開(kāi)發(fā)一種“組合的”“開(kāi)環(huán)/閉環(huán)”發(fā)射分集系統(tǒng)，克服上面所引用的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的主要缺陷，其中該“組合的”“開(kāi)環(huán)/閉環(huán)”發(fā)射分集系統(tǒng)向下行鏈路/上行鏈路無(wú)線發(fā)射容量提供了顯著的增益，該增益幾乎與移動(dòng)臺(tái)速率無(wú)關(guān)。該系統(tǒng)還將同時(shí)從“分集”增益和“波束形成”增益中受益。
根據(jù)本發(fā)明，由用于將信息無(wú)線發(fā)射到接收站的發(fā)射分集系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的，其中該發(fā)射分集系統(tǒng)包括包括多個(gè)天線組的天線裝置，并且每一組包括多個(gè)天線；接收裝置，用于使用用于天線組內(nèi)控制的反饋信道從接收站接收反饋信息；控制裝置，用于基于所述反饋信息，控制由天線裝置發(fā)射的信號(hào)的相位和/或幅度；以及開(kāi)環(huán)發(fā)射分集編碼器，用于對(duì)將由每一天線組發(fā)射給接收站的信號(hào)進(jìn)行編碼。
該目的還通過(guò)一種借助于發(fā)射分集系統(tǒng)向接收站無(wú)線發(fā)射信號(hào)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中該發(fā)射分集系統(tǒng)具有至少四個(gè)分組布置的天線，該方法包括如下步驟借助于“開(kāi)環(huán)分集”編碼器對(duì)將被發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行編碼；使用“閉環(huán)波束形成”技術(shù)，借助于天線組發(fā)射來(lái)自編碼器的編碼信號(hào)。
該目的還通過(guò)一種包括根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射分集系統(tǒng)的基站或移動(dòng)臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在此所述的系統(tǒng)避免了開(kāi)發(fā)一種取決于移動(dòng)臺(tái)速率在基站選擇最佳發(fā)射分集模式的方法的必要性。另外，它允許上行鏈路方向上的附加“分集”增益，并且它允許重新使用在移動(dòng)臺(tái)和基站中已經(jīng)存在、并且具有很低適應(yīng)效果的“開(kāi)環(huán)”空時(shí)發(fā)射分集(STTD)和“閉環(huán)分集/波束形成”算法。
根據(jù)從屬權(quán)利要求、下列說(shuō)明以及附圖，本發(fā)明的有利配置將會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。


圖1A、圖1B、圖1C示出了現(xiàn)有技術(shù)中天線陣布置的不同狀態(tài)。
圖2示出了利用具有四個(gè)發(fā)射分集天線的組合的波束形成/分集方案的基站。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明具有四個(gè)天線布置的組合的開(kāi)環(huán)/閉環(huán)發(fā)射分集系統(tǒng)的示例。
圖4A、圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)環(huán)/閉環(huán)發(fā)射分集系統(tǒng)的四個(gè)天線布置的兩種可能實(shí)現(xiàn)的例子。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合圖1到3說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1A、圖1B、圖1C示出了現(xiàn)有技術(shù)中天線陣布置的不同狀態(tài)。
圖1A示出了一種典型“分集”天線布置，其中，天線A1到AN的間距DA通常需要足夠大，例如發(fā)射波長(zhǎng)的十倍，以便獲得低相關(guān)性/獨(dú)立衰落的信道。天線A1到AN經(jīng)由獨(dú)立的不相關(guān)信道向移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行發(fā)射。
圖1B示出了一種典型的“波束形成”天線配置，其中，天線B1到BN的間距DB通常需要足夠小，例如發(fā)射波長(zhǎng)的一半，以便實(shí)現(xiàn)空間方向性。天線B1到BN經(jīng)由強(qiáng)烈相關(guān)的信道向移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行發(fā)射。
圖1A、圖1B示出了單個(gè)天線陣布置，而圖1C示出了一個(gè)“組合的”“分集/波束形成”天線布置，其中，多個(gè)天線組或子陣列SA1到SAN彼此的間距為D2，以便使天線組SA1到SAN之間的衰落相關(guān)性為低，并且每一組包括多個(gè)彼此接近、間距為D1的天線，以便使天線之間的衰落相關(guān)性為高。
圖2示出了利用具有四個(gè)發(fā)射分集天線A1到A4的組合的波束形成/分集天線方案的基站NB，其中四個(gè)發(fā)射分集天線A1到A4以兩個(gè)子陣列SA1和SA2或分組布置，每一子陣列包括兩個(gè)天線。這種天線配置在此還被稱為2×2天線布置。每個(gè)天線通過(guò)其各自的發(fā)射物理信道h1到h4向具有接收天線裝置MA1的移動(dòng)臺(tái)MS發(fā)射信息。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明具有四個(gè)(2×2)天線布置的組合的開(kāi)環(huán)/閉環(huán)發(fā)射分集系統(tǒng)OL-CL的示例。
在該圖的示例中，根據(jù)本發(fā)明，將“閉環(huán)波束形成”技術(shù)用于組內(nèi)天線分集發(fā)射，并且將“開(kāi)環(huán)分集”技術(shù)用于組間分集發(fā)射。
將打算發(fā)射到移動(dòng)臺(tái)MS的發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)以碼元流數(shù)據(jù)信號(hào)SS的形式傳遞給“開(kāi)環(huán)”空時(shí)發(fā)射分集(STTD)編碼器ENC，該編碼器ENC負(fù)責(zé)使用一個(gè)空時(shí)塊碼來(lái)對(duì)所述碼元進(jìn)行調(diào)制，并且生成將由兩個(gè)天線對(duì)或子陣列SA1和SA2同時(shí)發(fā)射的兩個(gè)不同編碼碼元流信號(hào)SS1和SS2。因?yàn)樽雨嚵兄g的相關(guān)性為低，所以借助于開(kāi)環(huán)分集組件實(shí)現(xiàn)“分集增益”。然后，在每個(gè)天線對(duì)SA1和SA2中，通過(guò)將復(fù)數(shù)加權(quán)W1和W2應(yīng)用到天線對(duì)的天線A2和A4中的一個(gè)上，而使用一種“閉環(huán)”方法，例如閉環(huán)模式1或閉環(huán)模式2。對(duì)用于兩個(gè)子陣列SA1和SA2的、從移動(dòng)臺(tái)中接收的反饋值W1和W2進(jìn)行復(fù)用，在假定反饋信道具有固定容量時(shí)，這將加權(quán)更新速率降低了兩個(gè)系數(shù)，但是，因?yàn)樽雨嚵兄械奶炀€是強(qiáng)烈相關(guān)的，而且最佳加權(quán)主要取決于移動(dòng)的方向并且改變緩慢，所以該降低幾乎沒(méi)有影響。
圖4A、圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明、如圖3所示的開(kāi)環(huán)/閉環(huán)發(fā)射分集系統(tǒng)OL-CL的優(yōu)選四個(gè)天線布置(2×2)的兩種可能實(shí)施的例子。
圖4A示出了一種空間分集配置，它包括以兩組SA1和SA2布置的四個(gè)垂直極化天線A1到A4。組內(nèi)的天線間隔半個(gè)波長(zhǎng)D1，以便使天線對(duì)的兩個(gè)天線之間的相關(guān)性為高；并且天線組SA1和SA2間隔大約十倍到二十倍的波長(zhǎng)D2，以便使天線對(duì)之間的相關(guān)性為低。
圖4B示出了一種交叉極化配置，其包括以兩組SA1′和SA2′布置的四個(gè)交叉極化天線A1′到A4′，天線A1′和A2′屬于天線組SA1′，而天線A3′和A4′屬于天線組SA2′。組內(nèi)的天線間隔半個(gè)波長(zhǎng)D1，以便使天線對(duì)的兩個(gè)天線之間的相關(guān)性為高；并且使天線組SA1′和SA2′的極化方向相隔大約90度的角度G，以便使天線對(duì)之間的相關(guān)性為低。
在此解釋的本發(fā)明原理可以應(yīng)用在位于基站NB中用于到移動(dòng)臺(tái)MS的下行鏈路發(fā)射的發(fā)射分集系統(tǒng)OL-CL，或者另一方面可應(yīng)用于向基站NB發(fā)射無(wú)線數(shù)據(jù)信息的移動(dòng)臺(tái)MS。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了顯著的無(wú)線鏈路性能增益，其幾乎與接收站速率無(wú)關(guān)。并且，與提出的用于四個(gè)發(fā)射天線元件的“開(kāi)環(huán)”發(fā)射分集算法相比，增益顯著增加了。并且，與其他提出的用于四個(gè)發(fā)射天線元件的“閉環(huán)”分集算法相比，媒體的增益和移動(dòng)臺(tái)的高速率要高很多，并且在整個(gè)速率范圍內(nèi)增益幾乎是穩(wěn)定的。
還應(yīng)該提及的是，雖然如上所述的示例是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是也可以使用其它天線布置?？梢杂幸娴貞?yīng)用本發(fā)明的另一種天線布置示例，是如圖1A所示的純“分集”天線布置。一種有用的應(yīng)用例如是在已知移動(dòng)臺(tái)速率為低(例如在步行區(qū)中)的時(shí)候進(jìn)行的。
權(quán)利要求
1.一種用于將信息無(wú)線發(fā)射到接收站的發(fā)射分集系統(tǒng)，包括包括至少兩個(gè)天線組(SA1-SAN)的天線裝置，并且每一組包括至少兩個(gè)天線(A1-AN)；接收機(jī)裝置，用于使用用于天線組內(nèi)控制的反饋信道從接收站接收反饋信息(W)；以及控制裝置，用于基于所述反饋信息，控制由天線裝置發(fā)射的信號(hào)的相位和/或幅度；其特征在于該系統(tǒng)還包括開(kāi)環(huán)發(fā)射分集編碼器(ENC)，用于對(duì)將要由每一天線組發(fā)射給接收站的信號(hào)(SS)進(jìn)行編碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)射分集系統(tǒng)，其特征在于所述編碼器(ENC)是空時(shí)發(fā)射分集編碼器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)射分集系統(tǒng)，其特征在于用于基于接收站反饋信息控制由天線組天線發(fā)射的信號(hào)的相位和/或幅度的控制裝置，是閉環(huán)模式1或閉環(huán)模式2的控制裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)射分集系統(tǒng)，其特征在于天線裝置具有空間分集配置，其中天線組(SA1-SAN)和每一組的天線(A1-AN)彼此分開(kāi)確定的距離(D2，D1)，以便使天線組(SA1-SAN)之間的衰落相關(guān)性為低，并且天線(A1-AN)之間的衰落相關(guān)性為高。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)射分集系統(tǒng)，其特征在于天線裝置具有交叉極化配置，其中天線組(SA1-SAN)的朝向彼此分開(kāi)一個(gè)確定的角度(G)，以便使天線組之間的衰落相關(guān)性為低，并且每一組的天線(A1-AN)彼此分開(kāi)一個(gè)確定的距離(D1)，以便使天線(A1-AN)之間的衰落相關(guān)性為高。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)射分集系統(tǒng)，其特征在于它被特定實(shí)現(xiàn)用于具有兩組天線(SA1，SA2)的四個(gè)發(fā)射天線的方案，其中每一組包括兩個(gè)天線。
7.一種借助于具有至少四個(gè)天線(A1-A4)的發(fā)射分集系統(tǒng)將信號(hào)無(wú)線發(fā)射到接收站的方法，其中所述天線按組(SA1，SA2)布置，其特征在于該方法包括以下步驟借助于開(kāi)環(huán)分集編碼器(ENC)對(duì)將被發(fā)射的信號(hào)(SS)進(jìn)行編碼；使用閉環(huán)波束成形技術(shù)，借助于天線組發(fā)射來(lái)自編碼器(ENC)的編碼信號(hào)(SS1，SS2)。
8.一種基站(NB)，包括根據(jù)權(quán)利要求1到6中任何一個(gè)的發(fā)射分集系統(tǒng)。
9.一種移動(dòng)臺(tái)(MS)，包括根據(jù)權(quán)利要求1到6中任何一個(gè)的發(fā)射分集系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于把信息無(wú)線發(fā)射到接收站的發(fā)射分集系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括包括多個(gè)天線組(SA1到SAN)的天線裝置，并且每一組包括多個(gè)天線(A1到AN)；接收裝置，用于使用用于天線組內(nèi)控制的反饋信道從接收站接收反饋信息(W)；控制裝置，用于基于所述反饋信息控制由天線裝置發(fā)射的信號(hào)的相位和/或幅度；以及開(kāi)環(huán)發(fā)射分集編碼器(ENC)，用于對(duì)將要由每個(gè)天線組發(fā)射給接收站的信號(hào)(SS)進(jìn)行編碼。本發(fā)明還涉及一種借助于具有至少四個(gè)天線(A1到A4)的發(fā)射分集系統(tǒng)將無(wú)線信號(hào)發(fā)射到接收站的方法，其中所述天線按組(SA1，SA2)布置。本發(fā)明還涉及包括這樣一個(gè)發(fā)射分集系統(tǒng)的基站(NB)和移動(dòng)臺(tái)(MS)。
文檔編號(hào)H04L1/00GK1585296SQ20041005832
公開(kāi)日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月18日
發(fā)明者科內(nèi)利斯·赫克, 斯特凡·魯斯, 福爾克爾·布勞恩 申請(qǐng)人:阿爾卡特公司