CN1130936C

CN1130936C - 在一个移动无线系统中的分集发送

Info

Publication number: CN1130936C
Application number: CN00118377A
Authority: CN
Inventors: 米歇尔·唐格曼
Original assignee: Alcatel NV
Current assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel Lucent SAS; Alcatel Lucent NV
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2003-12-10
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: AU3009800A; ES2178364T3; JP2001036443A; EP1063790A1; KR20010007526A; EP1063790B1; DE69901605D1; CN1279568A; US6636495B1; DE69901605T2

Abstract

在已知的分集发送方法中，经由两根空间配置的天线来发送具有不同标识符的两个信号(A，B)。为了能够将分集原理应用于两根以上的天线(1到4)，提出了一种新颖的方法以及一个新颖的基站。新颖的基站(NB)包括两个发送装置(MXA，MXB)以及与之连接的分配装置(SW)，它在这两个发送装置(MXA，MXB)其中之一以及诸天线(1，2，3，4)其中之一之间建立连接。

Description

在一个移动无线系统中的分集发送

技术领域

本发明涉及一种分集发送方法，还涉及用以实现本方法的在一个移动无线系统中的一个基站。

背景技术

在一份题为“UTRA FDD；物理层过程”以及在1999年4月由第3代合作项目(3GPP)标准化组织在未来的移动无线系统UMTS(通用移动远程通信系统)的标准化的范围内发布的题为“3GPPRAN S1.14 V2.0.0”的文件中，叙述了用于一个移动无线系统中的一种分集发送方法，以及用以实现该方法的一个基站，在因特网中，通过网页“http：//www.3gpp.org”，就能查到上述文件。在第8章第23到25页“反馈方式发送分集”的标题下，描述了一个基站，它经由两根空间配置的天线，发送一个第1信号以及一个第2信号。这两个信号不同之处在于它们的导频序列，即，它们的标识符，上述标识符被用来标记两条天线通路，也就是用来标记两条无线发送通路。因此，在接收地点，就能测定介于这两组信号之间的幅度差和相位差。在接收地点的移动台向基站发送一个反馈信号，以表示现有的幅度与相位差的数值，使得在发送地点，可以对幅度和相位进行校正。由于仅发送一个单独的反馈信号，所以仅能在两根天线之间进行校正。然而，人们希望对两根以上的天线提供一种分集发送方法，并提出用以实现此方法的一个基站。

美国专利第5,652,764号公开了一个移动通信系统，在其中，一个基站通过分集技术经由两根空间配置的天线发送诸无线信号。通过两个不同的正交代码对一个发送信号进行扩频，以便传输两个不同的扩频信号，然后经由两根空间配置的天线将其发送出去。接收这些信号的移动台通过这些代码就能识别各信号。因此，这些代码就成为诸标识符；它们在基站中通过两个备有诸代码发生器的两个发送装置来产生。相应地，在该美国专利中所描述的基站包括一个第1发送装置以及一个第2发送装置，它们从一个发送信号中形成具有一个第1标识符的一个第1信号，以及具有一个第2标识符的一个第2信号。能通过不同的标识符来互相区分这两个信号的移动台也能测定在接收机处存在于这两个信号之间的一个幅度差和一个相位差。在接收中，这两个信号的一种配合得当的组合提供一个分集增益，随着幅度差与相位差的减少，分集增益将有所增加。现有技术的分集发送方法使用两根空间配置的天线来实现，然而，人们期待着，将这种方法应用于两根以上的天线，特别是，应用于各种天线阵列以及各种相控阵天线。

发明内容

因此，本发明的一个目的就是提供一种用于两根以上天线的分集发送方法，以及一个用以实现本方法的基站。

本发明提供了一种分集发送方法，包括从一个发送信号中形成具有一个第1标识符的第1信号，以及具有一个第2标识符的第2信号，它们都经由空间配置的诸天线进行发送，使用两根以上的天线，在一个第1步骤中，诸天线被分为一个第1天线组以及一个第2天线组，在一个第2步骤中，经由第1天线组来发送第1信号，并经由第2天线组来发送第2信号，在一个第3步骤中，所述第1和第2信号被接收，并且在接收地点出现在这两个信号之间的一个幅度差和/或一个相位差(phi)被测定，在下一个步骤中，所述幅度差和/或相位差(phi)被送往发送地点，在那里，所述两个天线组之一的幅度和/或相位位置被改变，在一个后面的步骤中，至少有一次形成一个新的第1天线组以及一个新的第2天线组，随后重复执行第2步骤。

本发明还提供了用于一个移动无线系统的一个基站，它被连接到空间配置的诸天线以便通过分集技术进行发送，并且它包括一个第1发送装置以及一个第2发送装置，它们从一个发送信号中分别形成具有一个第1标识符的第1信号，以及具有一个第2标识符的第2信号，以便经由空间配置的诸天线来发送这两个信号，基站被连接到两根以上的天线，基站还包括分配装置，用于将诸天线中的每一根分配到两个发送装置中的任何一个，基站还包括计算与控制装置，它被连接到分配装置，将诸天线划分为一个第1天线组以及一个第2天线组，并对分配进行控制，使得第1天线组以及第2天线组分别地被分配到第1发送装置以及第2发送装置。

相应地，在使用两根以上的天线时，在一个第1步骤中，诸天线被划分为一个第1天线组以及一个第2天线组，在一个第2步骤中，经由第1天线组来发送第1信号，并经由第2天线组来发送第2信号。在一个后面的步骤中，至少一次形成一个新的第1天线组以及一个新的第2天线组，随后重复执行第2步骤。通过这些措施，就能将分集发送方法应用于若干个天线组，其中的每一个都含有两根以上的天线的一部分，使用诸天线的不同的分组方法，这两个天线组被形成若干次，并且这个过程被信号执行若干次。其结果是，在每一次循环中都出现待校正的不同的幅度差和/或相位差。若使用两根以上的天线，通过该过程的循环重复，就能以一种简单的方式来获得高的分集增益。

根据本发明的基站被连接到两根以上的天线，它包括分配装置，用于将诸天线中的每一根分配到两个发送装置当中的一个，它还包括被连接到分配装置的计算与控制装置，后者将诸天线划分为一个第1天线组以及一个第2天线组，并以这样一种方式对分配进行控制，使得第1天线组以及第2天线组分别地被连接到第1发送装置以及第2发送装置。

本发明的进一步的有益特征在阅读完说明书后就可明白。

特别有利的是，在一个第3步骤中，第1和第2信号被接收，并且在接收地点，出现在这两个信号之间的一个幅度差和/或一个相位差被确定，而在下一个步骤中，这个幅度差和/或相位差被被送往发送地点，在那里，两个天线组其中之一的幅度和/或相位位置被改变。因此，正在发送诸信号的基站从移动台接收到一个校正信号，它表示在接收机中出现的幅度差和/或相位差。基站使用这个校正信号来校正幅度和/或相位位置，使得诸信号以相等的强度以及相同的相位到达接收机，并且可以配合得当地被组合，以便获得高的分集增益。

在这种连接中，特别有利的是，通过对经由这个天线组发送的诸信号进行复数加权来改变这两个天线组其中之一的幅度和/或相位位置。

若使用M根天线(这里M是2的幂)，则特别有利的是，这M根天线被分组以形成一个含有M×M个元素的沃尔什-哈马德矩阵，其M列中的每一列被分配到M根天线中的一根，就其M行而言，那些跟随着第1行后面的M-1行中的每一行都表示诸天线被分配到两个天线组中的哪一个。通过形成这样的矩阵，就能以一种简单的方式计算出总共M-1种可能的不同的分组方法，其中的每一种都可以被用于将诸天线划分为诸天线组的过程中的一个循环。由于沃尔什-哈马德矩阵精确地提供M-1种正交关联，所以，采用这M-1种可能的分组方法，可以近乎最佳地互相调整这M根天线。

若将本方法应用于一个被连接到由两根以上天线所形成的天线阵列的基站，并且若基站包括各复数加权级，后者被连接到计算与控制装置，并且它响应于由计算与控制装置所提供的诸控制信号来改变由该天线阵列发送的诸信号的幅度和相位，则这是特别有利的。一个这样配备的基站特别适于实现根据本发明的、基于空间或极化分集原理的分集发送方法。

在这种连接中，将天线组实现为一组相控阵是特别有利的。这使它有可能在一种空分多址(SDMA)无线发送中实现分集发送方法，并且通过无线资源的再利用，使它能够同时为大量用户提供服务。

附图说明

现在参照诸附图对本发明以及由此带来的进一步的好处作更详细的说明，在诸附图中：

图1以图解方式表示根据本发明的具有一个基站的一个移动无线系统的结构；

图2是一份流程图，表示根据本发明的的方法的各步骤；以及

图3借助于诸矢量来说明由本方法所获得的信号改进。

具体实施方式

图1表示具有一个基站NB以及一个移动台MS的一个移动无线系统的结构。基站被连接到由4根天线1，2，3和4所组成的一个天线阵列AAR。天线阵列AAR通过下述的分集发送方法来辐射各种信号。为此，基站包括一个第1发送装置MXA以及一个第2发送装置MXB，它们从一个发送信号中产生一个第1信号A以及一个第2信号B。两个信号A和B不同之处在于它们的标识符。在本例中，发送信号是一个CDMA信号，并且使用两组不同的、互相正交的导频序列作为诸标识符。发送装置MXA和MXB都是多路复用器，其中之一加入第1导频序列以产生第1信号A，而另一个则加入第2导频序列以产生第2信号B。根据本发明，这两个信号A和B随即以这样一种方式被馈送到天线阵列AAR，使得它们基于分集原理，经由不同的诸天线被辐射，并沿着不同的诸无线通路被发送。

为了将信号A和B馈送到天线阵列AAR，基站包括分配装置SW，它能将两个发送装置MXA和MXB中的每一个连接到诸天线1到4中的每一个。基站还包括计算与控制装置CTR，它被连接到分配装置，并控制后者将每一根天线分配到各发送装置当中的一个，在图1所示的例子中，诸天线1和3被连接到第1发送装置MXA，而诸天线2和4则被连接到第2发送装置MXB。这些连接的建立是可以自由选择的，并且按照将诸天线1到4划分为两个不同的天线组来实现，这将在下面加以说明。在图1中，天线1和3形成一个第1天线组，而天线2和4则形成一个第2天线组。

基站NB还包括各复数加权级，它们被插入到各天线分支，并设置由各自的天线所辐射的信号的幅度和相位。这些复数加权级，例如图1所示的诸加权级W1和W3，也被计算与控制装置CTR所控制。基站NB在各加权装置之后还包括诸级SPR，借助于信道化代码以及加扰代码对诸信号进行扩频。跟随在诸扩频级后面的是诸射频级RF，它们将诸信号从基带变换到发射频带。作为多条发送信道中的一个例子，图1表示一条发送信道的方框图。

在图1所示的实施例中，第1信号A由包括诸天线1和3的第1天线组发射，而第2信号B则由包括诸天线2和4的第2天线组发射。两个信号A和B经由两个天线组辐射到位于天线阵列AAR的远场的移动台MS(的信号)，跟经由两根常规的分集天线所辐射(的信号)并没有什么不同。这就意味着移动台MS实质上经由具有不同衰减以及不同信号延迟pdA和pdB的不同通路来接收这两个信号A和B。这些差异在接收端表现为一个幅度差和一个相位差。为了使图示简化，图1仅示出在接收机中出现在两个信号A和B之间的相位差phi。仅当这个相位差为0或接近于0，在接收这两个信号时才能获得充分的分集增益。跟常规的分集发送设计安排相比，这里在使用4根天线的条件下，能得到6dB的附加分集增益。移动台MS以一个校正信号的形式将所测得的相位差phi送往基站NB，基站NB的控制器CTR随即使在诸复数加权级W1和W3中的相位位置发生改变，W1和W3则被连接到诸天线组当中的一个(在这里，该天线组包括诸天线1和3)。这样，经由移动台就建立起一条闭合环路CL。在本例中，第1天线组(即诸天线1和3)的相位位置，响应于校正信号而发生改变。当这个校正过程已经完成之后，又形成了新的诸天线组，并且使用这些新的诸天线组重复进行校正过程。例如，随即由天线1和4形成新的第1天线组，由天线2和3形成新的第2天线组。这样一来，校正过程被循环执行若干次。

图2是一份流程图100，表示根据本发明的分集发射方法的各步骤，该流程图由前面参照图1所说明的基站和移动台来执行。下面，将参照图1和图2这两份图加以说明。

方法100包括诸步骤110到170，并且在开始框S之后，从一个第1步骤110开始，该步骤是由基站来执行的。在这个第1步骤110中，基站的计算与控制装置将诸天线划分为两个天线组。第1天线组包括诸天线1和3，第2天线组包括诸天线2和4。

在第2步骤120，第1天线组被连接到第1发送装置，第2天线组被连接到第2发送装置，如图1所示。其结果是，第1天线组，即天线1和3，发送第1信号A，而第2天线组，即天线2和4，则发送第2信号B。

在下一个步骤130，诸信号A和B被移动台MS所接收。由于这两个信号经由不同的发送通路到达，除了一个可忽略的幅度差之外，在两个接收信号之间还出现了一个不可忽略的相位差phi。这个相位差由移动台MS进行测定。

在下一个步骤140，移动台MS将这个相位差送往基站NB，基站NB随即改变第1天线组，即诸天线1和3的相位位置。然后，经过相位校正后进行发送的诸信号A和B就能被移动台MS接收，并且被配合得当地组合，以便获得一个分集增益。

在下一个步骤150，进行一次检查，看是否需要用两个天线组再一次地执行校正过程。在这项检查中所使用的标准就是数目N，它表示形成天线组的频繁程度，即，已经进行了多少次分组。由于使用了总共4根天线1到4，所以不同的分组方法可能有3种之多，即：

(a)天线组(1，3)和(2，4)；

(b)天线组(1，4)和(2，3)；以及

(c)天线组(1，2)和(3，4)。

在本例中，仅进行了一次分组，即，在步骤110中的分组方法(a)。因此，在步骤150中决定进行另一次分组。为此，作出通往下一个步骤160的一段分支程序，在其中，形成了两个新的天线组，即，按照分组方法(b)的天线组(1，4)和(2，3)。其后，再次执行用于校正幅度和相位的诸步骤120到140。随后，在步骤150，再次确定已经进行了多少次不同的分组过程。在本例中，已经进行了3种可能的分组方法中的两种，因此，诸步骤160以及120到140将最后一次被循环执行，在步骤160中，现在诸天线正在按照分组方法(c)来进行分组。因此，两种不同的天线分组被形成3次(N＝3)，并且被用来校正诸幅度和诸相位。

跟随其后的是步骤170，在其中进行一次检查，看一下作为诸移动台的诸运动的一个结果的传输质量是否发生改变。若发生改变，则应当从110开始，重复整个过程，否则，就可以结束该过程。因此，本方法100包括一个由步骤110到170构成的外循环，以及由步骤120到160构成的内循环。

在所有可能的分组方法都被用来进行校正之前，不一定需要通过内循环。通过为获得足够的分集增益所需的有限次数的循环就够了。图3对此加以图解。

图3被分为5部分，各部分分别代表在处理过程中的完整的表示。从左到右来看的各部分的排列反映出诸完整的表示的时间序列。图中的每一部分显示4个矢量，分别代表4条发送通路中每一条的传递函数(同时参看图1)。矢量1表示从天线1到移动台MS的发送通路，矢量2表示从天线2到移动台MS的发送通路，等等。

由于在各自的发送通路上不同的传播条件，使得矢量1到4在幅度和相位上各不相同。这用诸矢量的不同长度和方向来表示。在接收地点，即，在移动台的接收机处，各矢量1到4组合在一起，形成一个合矢量，它对应于分集无线信道总的传递函数。个别的诸矢量1到4的组合越是配合得当，即合矢量越长，则分集增益也就越高。借助于上述方法，以这样一种方式来调整各天线相互之间的相位位置，使得各矢量1到4都采取相同的方向，并使得合矢量尽可能地长。在图3中图解了这个过程，它表示各相位位置的一步一步的校正过程。

该图的最左边的部分表示初始状态，在其中，各天线尚未进行相互之间的调整，因此，个别的诸矢量1到4占据着差别很大的诸相位位置。相应地，合矢量(虚线)实质上短于个别的诸矢量1到4的长度之和。因此，个别的诸矢量的组合远未达到最佳状态，并且有待于改进。因此，根据本发明(参看图2中的步骤110到140)，形成了一个第1天线组，包括诸天线3和1，以及一个第2天线组，包括诸天线4和2。在该图的下一部分，通过诸矢量4，2，3和1的分组，以及通过诸矢量和4+2以及3+1(折线)对这种方法进行图解。随后，矢量和3+1的相位位置，即，第1天线组的相位位置被改变，使得这两个矢量和具有相同的方向。如该图的第3部分所示，现在诸矢量组合在一起，以形成一个合矢量，它稍长于示于开始处的矢量。到此，就完成了第1分组方法以及随后执行的诸相位位置的校正，并且已经获得一个附加的分集增益，这通过合矢量的长度的增加来表示。

现在，通过一个新的、第2分组方法来继续这个过程(同时参看图2中的步骤160)。形成了一个新的第1天线组，包括诸天线4和1，以及一个新的第2天线组，包括诸天线3和2。在该图的第4部分，通过诸矢量4，1，2和3的分组，已经通过诸矢量和4+1以及2+3(折线)来表示这种方法。接着，新的第1天线组的相位位置被改变，即诸矢量2和3被旋转，使得诸矢量和4+1以及2+3具有相同的方向(同时参看图2中的步骤120到140)。正如从该图的最右边的部分所明示的那样，获得了一个合矢量，其长度差不多等于所有诸矢量1到4的长度之和。相应地，已经对诸天线进行相互之间的调整，使之接近于最佳状态。获得了接近于可能最大的分集增益，并且该过程可以就此结束。同样，可以形成所有可能的诸天线组，以及选出具有最高分集增益的那一个天线组。

参看图1和2，在步骤160，诸天线组的每一次新的形成都意味着分配装置SW建立了从第1发送装置MXA到诸天线1和4之间的新的连接。例如，分配装置可以包括一个具有两个入口和4个出口的交换矩阵。

作为不同分组方法的一个结果，在每一次循环中，诸信号A和B经由新的诸天线组被发送。在每一次循环中，接收诸循环的移动台MS测定一个新的相位差，它很可能不同于先前测出的相位差。这个新的相位差也被送往基站，后者随即为两个天线组中的一个重新设定相位位置。按照相同的方式，可以为该天线组设定幅度。在每一次循环中，对天线阵列进行一次新的幅度与相位校正，并使分集增益得以增加。

在所说明的例子中，总共使用4根天线，可能有3种不同的分组方法，即“1跟3以及2跟4”的分组，“1跟4以及2跟3”的分组，“1跟2以及3跟4”的分组。因此，上述过程可以重复3次，以便增加分集增益。随着天线数目的增加，就有可能出现显著地增加的循环次数。

若使用大量的天线，则借助于所谓沃尔什-哈马德矩阵来形成诸天线组将是有利的。若所使用的天线的数目是2的一个幂函数，即，M＝2^N，就能形成一个含有M×M个元素的对称沃尔什-哈马德矩阵，其中的每一列被分配到M根天线中的各根，而各行则表示各天线被分配到两个天线组中的哪一个。若使用8根天线(M＝8)，则沃尔什-哈马德矩阵H具有下列形式：

该矩阵的各行表示8位的沃尔什-哈马德代码。首先，各列被分配到各天线，即，列1被分配到天线1，列2被分配到天线2，列3被分配到天线3，等等。随后，对跟随在第1行后面的各行进行评估。每一行表示一种分组方法，符号+1表示A组的成员，并且符号-1表示B组的成员。例如，行2表示下列的分组方法：第1天线组包括诸天线1，3，5和7，并且第2天线组包括诸天线2，4，6和8。借助于沃尔什-哈马德矩阵，从8根天线中先后7次形成诸天线组，即，仅有M-1种组合被选中，即，远小于可能的各种组合的数目。由于沃尔什-哈马德矩阵含有M-1个正交的行矢量，所以，M-1＝7种不同的组合(天线组)是不相关的。因此，在可能的最佳方式中，用诸天线组的较小的数目来表示天线阵列。

本发明特别适合于在一个CDMA移动无线系统中使用，因为这样一种系统已经包括这样的装置，借助于该装置，可以将不同的导频序列加入到待发送的诸信号之中。若根据本发明的基站备有相控阵(天线)，就能在空分多址(SDMA)方式下进行发送。

Claims

1.一种分集发送方法(100)，包括从一个发送信号中形成具有一个第1标识符的第1信号(A)，以及具有一个第2标识符的第2信号(B)，它们都经由空间配置的诸天线进行发送，

其特征在于，

使用两根以上的天线(1，2，3，4)，在一个第1步骤(110)中，诸天线(1，2，3，4)被分为一个第1天线组(1，3)以及一个第2天线组(2，4)，在一个第2步骤(120)中，经由第1天线组(1，3)来发送第1信号(A)，并经由第2天线组(2，4)来发送第2信号(B)，在一个第3步骤(130)中，所述第1和第2信号(A，B)被接收，并且在接收地点出现在这两个信号(A，B)之间的一个幅度差和/或一个相位差(phi)被测定，在下一个步骤(140)中，所述幅度差和/或相位差(phi)被送往发送地点，在那里，所述两个天线组((1，3)； (2，4))之一的幅度和/或相位位置被改变，在一个后面的步骤(160)中，至少有一次形成一个新的第1天线组(1，4)以及一个新的第2天线组(2，3)，随后重复执行第2步骤(120)。

2.如权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，所述后面的步骤(160)以及所述第2步骤(120)被重复执行，直到诸天线组的总数等于一个可预置的数目为止(150)。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述可预置的数目为诸天线组的最大数目。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，对经由所述两个天线组((1，3)；(2，4))之一发送的诸信号(A，B)，通过复数加权(W1，W3)来改变两个天线组((1，3)；(2，4))之一的幅度和/或相位位置。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，总共使用M根天线，其中M是2的一个幂，为了将M根天线划分为两个天线组，形成一个含有M×M个元素的沃尔什-哈马德矩阵，其中的M列中的每一列被分配到M根天线中的各根，而就其M行而言，跟随在第1行后面的M-1行中的每一行则表示将各根天线分配到两个天线组当中的哪一个，因此，形成M-1种不同的分组方法，所形成的诸天线组的数目的可预置的数值等于2乘以M-1。

6.如权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，若分集增益高于一个可预置的数值(170)，则从所述第1步骤(110)开始，重复执行该过程。

7.用于一个移动无线系统的一个基站(NB)，它被连接到空间配置的诸天线以便通过分集技术进行发送，并且它包括一个第1发送装置(MXA)以及一个第2发送装置(MXB)，它们从一个发送信号中分别形成具有一个第1标识符的第1信号(A)，以及具有一个第2标识符的第2信号(B)，以便经由空间配置的诸天线来发送这两个信号(A，B)，

其特征在于，

基站(NB)被连接到两根以上的天线(1，2，3，4)，基站(NB)还包括分配装置(SW)，用于将诸天线(1，2，3，4)中的每一根分配到两个发送装置(MXA，MXB)中的任何一个，基站(NB)还包括计算与控制装置(CTR)，它被连接到分配装置(SW)，将诸天线(1，2，3，4)划分为一个第1天线组(1，3)以及一个第2天线组(2，4)，并对分配进行控制，使得第1天线组(1，3)以及第2天线组(2，4)分别地被分配到第1发送装置(MXA)以及第2发送装置(MXB)。

8.如权利要求7所述的基站(NB)，其特征在于，所述诸天线(1，2，3，4)形成一个天线阵列(AAR)，基站(NB)还包括各复数加权级(W1，W2)，它们被连接到所述计算与控制装置(CTR)，并且，响应于由该计算与控制装置(CTR)所提供诸控制信号，它们改变经由诸天线组((1，3)；(2，4))其中之一所发送过来的诸信号(A，B)的诸幅度和诸相位。

9.如权利要求8所述的基站(NB)，其特征在于，所述天线阵列(AAR)是用于空间或极化分集的一个天线阵列。

10.如权利要求8所述的基站，其特征在于，该天线阵列是一个相控阵。