专利名称：组合的开环和闭环发射分集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线移动通信系统领域，并且尤其涉及一种用于所述无线移动通信的组合的开环/闭环发射分集系统。
背景技术：
无线通信系统通常包括一个无线网络，该无线网络具有至少一个基站和多个经由基站与网络通信的移动台。此外，已知这种无线移动通信具有四个主要缺点路径损耗、多径衰落、码间干扰(ISI)和同信道干扰。
时间和空间“分集技术”已经被应用于克服衰落。空间分集技术使用多个天线用于发射和/或接收。在这种情况下，在接收机处由彼此之间具有低衰落相关性的发射信道提供“分集增益”，即，在这种情况下，对于多个天线同时发生信道衰落的概率很低。为了实现天线之间的低衰落相关性，一种已知的天线布置将天线彼此空间上分开放置，典型地彼此间隔大约十倍或者更多倍的发射波长。另一方面，由于在具有正交极化方向的天线之间衰落相关性通常很低，所以用于空间分集发射和/或接收的一种备选天线布置使用双极化(也称为交叉极化)天线。这也被称为“极化分集”。
另一种已知的多天线发射技术，也称为“波束形成”，在接收机处通过使用空间方向性来提供“波束形成增益”，从而在一定程度上对路径损耗进行补偿，并抑制同信道干扰。因为在发射信道之间的高衰落相关性有利于实现波束形成增益，所以在典型的天线布置中，天线被放置得在空间上彼此十分地接近，例如，彼此分开半个发射波长。
另外，上面解释的多天线发射技术(波束形成或者分集)可以被分为“闭环”发射方案和“开环”发射方案，其中在“闭环”发射方案中，移动台向基站反馈关于发射天线使用的信息，而在“开环”发射方案中从移动台到基站没有反馈发生。例如，根据“闭环”发射“分集”或者“波束形成”方法，基站通过每个天线向移动台发射导频信号，然后，移动台根据每个导频信号确定信道的幅度和/或相位，基于信道的幅度和/或相位找到最佳加权值，并把这些值发送回基站，该基站使用这些加权值来适应每一天线的数据信道发射。
在3GPP规范TS 25.214(99版，第7章)中，对于通用移动电信系统(UMTS)，公开了用于两个天线的闭环发射分集模式1和2。闭环模式1只反馈用于控制两个天线信号信道之间的相位的信息，而闭环模式2反馈用于控制两个天线信号的幅度以及相位的信息。
通常，有多种“开环”分集发射方案，例如空时块码、空时格码或者空时扩频，用于和两个或更多发射天线一起使用。使用所述方案的编码器在本领域中是众所周知的。在3GPP规范TS 25.211(99版，第5.3.1.1章)中，公开了一种用于两个天线的“开环”分集发射方案，称为空时发射分集(STTD)。STTD方案对于两个发射天线使用一个空时块码。在STTD编码器的输出端，有两个将经由不同天线发射的信号，这两个信号都具有与编码器输入信号相同的数据速率。将输出信号以正交的方式进行编码以便提供全“分集增益”。
欧洲专利EP 1315311被认为是最接近的现有技术，它试图把“闭环”“波束形成”和“分集”技术组合起来，以获得一种用于两个以上天线的“分集发射”技术。公开了一种发射分集通信设备，其包括包括多个天线组的天线装置，其中每一组包括多个彼此接近以便使天线之间的衰落相关性较高的天线，并且天线组彼此分开放置以使天线组之间的衰落相关性较低；以及控制装置，用于以低传送速率接收用于组内天线控制的第一控制信息、和以高传送速率接收用于组间天线控制的第二控制信息，并且控制由天线装置发射的信号的相位和/或幅度，其中所述第一和第二控制信息是从移动台发射的。在本发明的优选实施例(本发明的图4)中，描述了天线数量N＝4以及天线组数量M＝2的情况。
然而，“波束形成”增益和“分集”增益解决方案的上述“纯”、“闭环”组合仍然存在下列问题A.对于在好几个天线组之间具有大间距的天线配置来说，对于低移动台速率实现显著增益，但是在高移动台速率的情况下，天线元件之间的低相关性使最优的加权W快速改变。然后，用于传送这些加权的上行链路反馈信道中的可用容量会变成一个瓶颈，并且如果反馈信道带宽不是足够宽的话，则通信性能会由于对信道变化的弱适应性而降低，从而导致一个减小了的增益甚至负增益。
B.在将更多的上行链路反馈信道容量用于解决在A中陈述的问题的情况下，所需的来自移动台的大量反馈信息仍然能够对其它用户引起干扰。
因此，尽管将“波束形成”与“分集”组合起来的技术贡献是已知的，但是目前，这些限于“纯”“开环”或“闭环”发射分集系统。通常，这些现有技术方案没有给出用于2个以上天线的令人满意的性能。例如，一个具有4个发射天线元件的“纯”“开环”“分集”系统也将存在下列基本问题。
A.天线之间需要一个大间距，导致了大的天线星座尺寸。
B.与具有2个发射天线元件的“开环”“分集”系统相比，实现低的附加增益。
C.不存在理想的用于4个发射天线元件的正交空时块码。
D.对于低移动台速率来说，可实现的增益比使用“闭环”方法获得的增益更低。
发明内容
本发明的目的是通过开发一种“组合的”“开环/闭环”发射分集系统，克服上面所引用的现有技术系统的主要缺陷，其中该“组合的”“开环/闭环”发射分集系统向下行链路/上行链路无线发射容量提供了显著的增益，该增益几乎与移动台速率无关。该系统还将同时从“分集”增益和“波束形成”增益中受益。
根据本发明，由用于将信息无线发射到接收站的发射分集系统来实现该目的，其中该发射分集系统包括包括多个天线组的天线装置，并且每一组包括多个天线；接收装置，用于使用用于天线组内控制的反馈信道从接收站接收反馈信息；控制装置，用于基于所述反馈信息，控制由天线装置发射的信号的相位和/或幅度；以及开环发射分集编码器，用于对将由每一天线组发射给接收站的信号进行编码。
该目的还通过一种借助于发射分集系统向接收站无线发射信号的方法来实现，其中该发射分集系统具有至少四个分组布置的天线，该方法包括如下步骤借助于“开环分集”编码器对将被发射的信号进行编码；使用“闭环波束形成”技术，借助于天线组发射来自编码器的编码信号。
该目的还通过一种包括根据本发明的发射分集系统的基站或移动台来实现。
在此所述的系统避免了开发一种取决于移动台速率在基站选择最佳发射分集模式的方法的必要性。另外，它允许上行链路方向上的附加“分集”增益，并且它允许重新使用在移动台和基站中已经存在、并且具有很低适应效果的“开环”空时发射分集(STTD)和“闭环分集/波束形成”算法。
根据从属权利要求、下列说明以及附图，本发明的有利配置将会显现出来。
图1A、图1B、图1C示出了现有技术中天线阵布置的不同状态。
图2示出了利用具有四个发射分集天线的组合的波束形成/分集方案的基站。
图3示出了根据本发明具有四个天线布置的组合的开环/闭环发射分集系统的示例。
图4A、图4B示出了根据本发明的开环/闭环发射分集系统的四个天线布置的两种可能实现的例子。
具体实施例方式
下面结合图1到3说明本发明的实施例。
图1A、图1B、图1C示出了现有技术中天线阵布置的不同状态。
图1A示出了一种典型“分集”天线布置，其中，天线A1到AN的间距DA通常需要足够大，例如发射波长的十倍，以便获得低相关性/独立衰落的信道。天线A1到AN经由独立的不相关信道向移动台进行发射。
图1B示出了一种典型的“波束形成”天线配置，其中，天线B1到BN的间距DB通常需要足够小，例如发射波长的一半，以便实现空间方向性。天线B1到BN经由强烈相关的信道向移动台进行发射。
图1A、图1B示出了单个天线阵布置，而图1C示出了一个“组合的”“分集/波束形成”天线布置，其中，多个天线组或子阵列SA1到SAN彼此的间距为D2，以便使天线组SA1到SAN之间的衰落相关性为低，并且每一组包括多个彼此接近、间距为D1的天线，以便使天线之间的衰落相关性为高。
图2示出了利用具有四个发射分集天线A1到A4的组合的波束形成/分集天线方案的基站NB，其中四个发射分集天线A1到A4以两个子阵列SA1和SA2或分组布置，每一子阵列包括两个天线。这种天线配置在此还被称为2×2天线布置。每个天线通过其各自的发射物理信道h1到h4向具有接收天线装置MA1的移动台MS发射信息。
图3示出了根据本发明具有四个(2×2)天线布置的组合的开环/闭环发射分集系统OL-CL的示例。
在该图的示例中，根据本发明，将“闭环波束形成”技术用于组内天线分集发射，并且将“开环分集”技术用于组间分集发射。
将打算发射到移动台MS的发射数据信号以码元流数据信号SS的形式传递给“开环”空时发射分集(STTD)编码器ENC，该编码器ENC负责使用一个空时块码来对所述码元进行调制，并且生成将由两个天线对或子阵列SA1和SA2同时发射的两个不同编码码元流信号SS1和SS2。因为子阵列之间的相关性为低，所以借助于开环分集组件实现“分集增益”。然后，在每个天线对SA1和SA2中，通过将复数加权W1和W2应用到天线对的天线A2和A4中的一个上，而使用一种“闭环”方法，例如闭环模式1或闭环模式2。对用于两个子阵列SA1和SA2的、从移动台中接收的反馈值W1和W2进行复用，在假定反馈信道具有固定容量时，这将加权更新速率降低了两个系数，但是，因为子阵列中的天线是强烈相关的，而且最佳加权主要取决于移动的方向并且改变缓慢，所以该降低几乎没有影响。
图4A、图4B示出了根据本发明、如图3所示的开环/闭环发射分集系统OL-CL的优选四个天线布置(2×2)的两种可能实施的例子。
图4A示出了一种空间分集配置，它包括以两组SA1和SA2布置的四个垂直极化天线A1到A4。组内的天线间隔半个波长D1，以便使天线对的两个天线之间的相关性为高；并且天线组SA1和SA2间隔大约十倍到二十倍的波长D2，以便使天线对之间的相关性为低。
图4B示出了一种交叉极化配置，其包括以两组SA1′和SA2′布置的四个交叉极化天线A1′到A4′，天线A1′和A2′属于天线组SA1′，而天线A3′和A4′属于天线组SA2′。组内的天线间隔半个波长D1，以便使天线对的两个天线之间的相关性为高；并且使天线组SA1′和SA2′的极化方向相隔大约90度的角度G，以便使天线对之间的相关性为低。
在此解释的本发明原理可以应用在位于基站NB中用于到移动台MS的下行链路发射的发射分集系统OL-CL，或者另一方面可应用于向基站NB发射无线数据信息的移动台MS。
本发明的主要优点是实现了显著的无线链路性能增益，其几乎与接收站速率无关。并且，与提出的用于四个发射天线元件的“开环”发射分集算法相比，增益显著增加了。并且，与其他提出的用于四个发射天线元件的“闭环”分集算法相比，媒体的增益和移动台的高速率要高很多，并且在整个速率范围内增益几乎是稳定的。
还应该提及的是，虽然如上所述的示例是本发明的优选实施例，但是也可以使用其它天线布置。可以有益地应用本发明的另一种天线布置示例，是如图1A所示的纯“分集”天线布置。一种有用的应用例如是在已知移动台速率为低(例如在步行区中)的时候进行的。
权利要求
1.一种用于将信息无线发射到接收站的发射分集系统，包括包括至少两个天线组(SA1-SAN)的天线装置，并且每一组包括至少两个天线(A1-AN)；接收机装置，用于使用用于天线组内控制的反馈信道从接收站接收反馈信息(W)；以及控制装置，用于基于所述反馈信息，控制由天线装置发射的信号的相位和/或幅度；其特征在于该系统还包括开环发射分集编码器(ENC)，用于对将要由每一天线组发射给接收站的信号(SS)进行编码。
2.根据权利要求1的发射分集系统，其特征在于所述编码器(ENC)是空时发射分集编码器。
3.根据权利要求1的发射分集系统，其特征在于用于基于接收站反馈信息控制由天线组天线发射的信号的相位和/或幅度的控制装置，是闭环模式1或闭环模式2的控制装置。
4.根据权利要求1的发射分集系统，其特征在于天线装置具有空间分集配置，其中天线组(SA1-SAN)和每一组的天线(A1-AN)彼此分开确定的距离(D2，D1)，以便使天线组(SA1-SAN)之间的衰落相关性为低，并且天线(A1-AN)之间的衰落相关性为高。
5.根据权利要求1的发射分集系统，其特征在于天线装置具有交叉极化配置，其中天线组(SA1-SAN)的朝向彼此分开一个确定的角度(G)，以便使天线组之间的衰落相关性为低，并且每一组的天线(A1-AN)彼此分开一个确定的距离(D1)，以便使天线(A1-AN)之间的衰落相关性为高。
6.根据权利要求1的发射分集系统，其特征在于它被特定实现用于具有两组天线(SA1，SA2)的四个发射天线的方案，其中每一组包括两个天线。
7.一种借助于具有至少四个天线(A1-A4)的发射分集系统将信号无线发射到接收站的方法，其中所述天线按组(SA1，SA2)布置，其特征在于该方法包括以下步骤借助于开环分集编码器(ENC)对将被发射的信号(SS)进行编码；使用闭环波束成形技术，借助于天线组发射来自编码器(ENC)的编码信号(SS1，SS2)。
8.一种基站(NB)，包括根据权利要求1到6中任何一个的发射分集系统。
9.一种移动台(MS)，包括根据权利要求1到6中任何一个的发射分集系统。
全文摘要
本发明涉及一种用于把信息无线发射到接收站的发射分集系统，该系统包括包括多个天线组(SA1到SAN)的天线装置，并且每一组包括多个天线(A1到AN)；接收装置，用于使用用于天线组内控制的反馈信道从接收站接收反馈信息(W)；控制装置，用于基于所述反馈信息控制由天线装置发射的信号的相位和/或幅度；以及开环发射分集编码器(ENC)，用于对将要由每个天线组发射给接收站的信号(SS)进行编码。本发明还涉及一种借助于具有至少四个天线(A1到A4)的发射分集系统将无线信号发射到接收站的方法，其中所述天线按组(SA1，SA2)布置。本发明还涉及包括这样一个发射分集系统的基站(NB)和移动台(MS)。
文档编号H04L1/00GK1585296SQ20041005832
公开日2005年2月23日 申请日期2004年8月10日 优先权日2003年8月18日
发明者科内利斯·赫克, 斯特凡·鲁斯, 福尔克尔·布劳恩 申请人:阿尔卡特公司