專利名稱：閉環(huán)發(fā)射天線分集方法以及基站設(shè)備和移動臺設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)射天線分集，尤其涉及閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，以及下一代移動通信系統(tǒng)的基站設(shè)備和移動臺設(shè)備。
第三代移動通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度標(biāo)準(zhǔn)高于第二代移動通信系統(tǒng)，它可以由個人通信系統(tǒng)(PCS)來代表。作為無線連接規(guī)范的W-CDMA方法是一種異步方法，它的標(biāo)準(zhǔn)由歐洲和日本制訂，而IS-2000方法是一種同步方法，它在北美標(biāo)準(zhǔn)化。移動通信系統(tǒng)的構(gòu)造使得多個移動臺能夠通過一個基站彼此通信。
在移動通信系統(tǒng)中，必須很好地消除衰落的影響，才能發(fā)送高速數(shù)據(jù)。衰落使接收信號的振幅減小了若干分貝。為了消除衰落，采用了不同的分集技術(shù)。CDMA方法采用瑞克接收機，后者利用信道的延時擴展在分集接收過程中接收信號。瑞克接收機是一種多徑分集技術(shù)。該技術(shù)具有以下缺點在延時擴展較小時，它無法工作。時間分集技術(shù)采用交織和編碼，用于多普勒擴頻信道。在低速多普勒信道中，難以采用這種技術(shù)。
空間分集方法是為了消除室內(nèi)信道和行人信道的衰落，室內(nèi)信道的延時擴展較小，而行人信道是低速多普勒信道?？臻g分集方法采用兩根多多根天線。如果一根天線接收的信號因衰落而衰減，則使用另一天線接收信號?？辗址椒ㄌ炀€分集被劃分成使用接收天線的接收天線分集和使用發(fā)射天線的發(fā)射分集。因為從空間和成本的角度來看，難以在終端中安裝接收天線分集，所以建議在基站使用發(fā)射天線分集。
此外，發(fā)射天線分集被劃分成閉環(huán)發(fā)射分集，其中終端反饋上行信道信息，以及開環(huán)發(fā)射分集，它沒有反饋操作。閉環(huán)發(fā)射分集在信號對噪聲和干擾比率(SNIR)方面的增益是開環(huán)發(fā)射分集的兩倍。但是，閉環(huán)分集通過反饋的信道信息工作，它的缺點在于它嚴(yán)重依賴于反饋環(huán)。饋環(huán)。如果反饋環(huán)很長，因為信道在反饋信息到達終端之前發(fā)生了改變，所以性能降低。如果每單元時間反饋很多信息以跟蹤快速變化的信道，則上行容量減小。因此，如果因為高多普勒頻率而導(dǎo)致信道快速變化，那么快速發(fā)送最少數(shù)量的必要信息比在信道上發(fā)送具體信息對性能的改善更為有利。
此外，按照分集組合模式，可以將發(fā)射天線分集劃分成最大比率組合(MRC)模式、等增益組合(EGC)模式和選擇組合(SC)模式。EGC模式與MRC模式相比，性能稍差，但卻被廣泛使用，這是因為EGC模式的峰值平均比率(PAR)較小。MRC模式的PAR較高，增加了CDMA基站中發(fā)射功率放大器的成本。


圖1的框圖示出了采用工作在相關(guān)組合的等增益模式下的常規(guī)發(fā)射天線分集方法的基站的結(jié)構(gòu)。
參看圖1，第I個移動臺測量基站兩個發(fā)射天線100和110所發(fā)送的兩個不同信道的信息，得到天線間的相位差，將相位差反饋給基站?；纠梅答佇畔⒔獯a器120解碼反饋信息中的相位差，利用相位調(diào)整器130對解碼結(jié)果進行相位補償。發(fā)射信號生成器140中生成的數(shù)據(jù)信號與第一導(dǎo)引信號一起通過第一天線100發(fā)射，經(jīng)過相位補償相位差加權(quán)的同一信號則與第二導(dǎo)引信號一起通過第二天線110發(fā)射。
在發(fā)射天線分集方法方面，有美國專利No.5,634,199,“Method ofSubspace Beamforming Using Adaptive Transmitting Antennas withFeedback”(Dreak Gerlach,Columbus,Ohio；Arogyaswami Paulraj,Stanford；Gregory G．Raleigh,EI Grannanda,都來自加州，1997年5月27日)和美國專利No,5471,647,“Method for MinimizingCross-talk in Adaptive Transmission Antennas”(Dreak Gerlach,Columbus,Ohio；Arogyaswami Paulraj,Stanford)，它們由美國加州Stanford的Stanford大學(xué)申請。這兩個專利在反饋模式中都使用了發(fā)射分集。
這些專利提出的信道測量和反饋方法采用了微擾算法和增益矩陣，這對高效處理信道信息而言，不是一種很好的方法。
同時，摩托羅拉公司提出了一種方法，其中如圖1那樣對信道信息進行高效地量化和反饋。也就是說，如果采用工作在等增益模式的發(fā)射分集，基天線的相位差可以通過兩比特信息{0,π/2,π,-π/2}或一比特信息{0,π}量化。
等增益模式是這樣一種分集組合方法，其中如果兩個發(fā)射天線信道的相位差導(dǎo)致破壞性的干擾，則預(yù)先通過基天線相位補償分集天線相位，使得通過各天線信道接收的信號同相?；炀€相位差可以通過第k個天線信道的相位減去第一天線信道的相位，即基天線信道得到。
兩比特信息等增益模式很好地量化了信道，但仍需要減少用以滿足快速變化的信道所需的比特。一比特量化導(dǎo)致大量信息丟失，因此比兩比特模式差，只是傳輸速率高。一種通過較快環(huán)路反饋兩比特信息的方法已被提出，但該方法的缺陷在于大大減小了上行容量。
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，該方法發(fā)射天線間相位差的單位時間變化量作為反饋信息，在采用多根天線時，它有效地改進了下行和上行的性能，這可能是下一代通信系統(tǒng)最重要的目標(biāo)。
另一目的是提供一種閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，該方法發(fā)射天線間相位差的單位時間變化量作為反饋信息，尤其在采用兩根天線時，它有效地改進了下行和上行的性能，這可能是下一代通信系統(tǒng)最重要的目標(biāo)，以及有效地跟蹤快速變化的信道。
另一目的是提供一種基站設(shè)備以實現(xiàn)上述閉環(huán)發(fā)射天線分集方法。
另一目的是提供一種移動臺設(shè)備以實現(xiàn)上述閉環(huán)發(fā)射天線分集方法。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的第一目的，提供了一種閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，在移動通信系統(tǒng)采用多根天線時，該閉環(huán)發(fā)射天線分集方法包括以下步驟(a)移動臺針對基站使用的多根天線中的每根天線，測量天線間相位差的單位時間變化量；(b)將步驟(a)中的測量結(jié)果作為調(diào)整發(fā)射天線分集的反饋信息發(fā)送給基站；(c)基站接收并解釋反饋信息；(d)利用解釋的反饋信息，為每根天線計算陣列天線的加權(quán)值；(e)將基站需要發(fā)送給移動臺的數(shù)據(jù)乘上陣列天線加權(quán)值，通過相應(yīng)天線輸出該結(jié)果，其中天線間相位差的單位時間變化量可以通過從當(dāng)前移動臺計算得到的天線間相位差中減去基站所知的天線間前一相位差得到。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的第一目的，提供了另一種閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，在無線通信系統(tǒng)采用多根天線時，該閉環(huán)發(fā)射天線分集方法包括以下步驟(a)接收臺測量發(fā)送臺使用的多根天線的天線間相位差的單位時間變化量；(b)將步驟(a)中的測量結(jié)果作為調(diào)整發(fā)射天線分集的反饋信息發(fā)送給發(fā)送臺；(c)發(fā)送臺接收并解釋反饋信息；(d)利用解釋的反饋信息，為每根天線計算陣列天線的加權(quán)值；(e)將發(fā)送臺需要發(fā)送給接收臺的數(shù)據(jù)乘上陣列天線加權(quán)值，通過相應(yīng)天線輸出該結(jié)果，其中天線間相位差的單位時間變化量可以通過從當(dāng)前接收臺計算得到的天線間相位差中減去發(fā)送臺所知的天線間前一相位差得到。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的第二目的，提供了一種閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，在移動通信系統(tǒng)采用兩根天線時，該閉環(huán)發(fā)射天線分集方法包括以下步驟(a)移動臺得到基站使用的兩根天線的天線間相位差的單位時間變化量的符號；(b)將步驟(a)中得到的符號作為調(diào)整發(fā)射天線分集的反饋信息發(fā)送；(c)基站接收并解釋反饋信息；(d)利用解釋的反饋信息，為每根天線計算陣列天線的加權(quán)值；(e)將基站需要發(fā)送給移動臺的數(shù)據(jù)乘上陣列天線加權(quán)值，通過相應(yīng)天線輸出該結(jié)果，其中天線間相位差的單位時間變化量可以通過從當(dāng)前移動臺計算得到的天線間相位差中減去基站所知的天線間前一相位差得到。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的第三目的，提供了一種實現(xiàn)閉環(huán)發(fā)射天線分集的基站設(shè)備，在移動通信系統(tǒng)采用兩根天線時，該基站包括第一和第二天線，其中之一或者兩者都接收第i個移動臺生成的反饋信息；反饋信息解碼器，用于解釋接收的反饋信息，檢測出天線間相位差的單位時間變化量；加權(quán)值計算單元，用于利用單位時間變化量，計算第二天線的加權(quán)值；發(fā)射單元，用于通過第一天線發(fā)送數(shù)據(jù)信號和導(dǎo)引信號給移動臺，將數(shù)據(jù)信號乘上陣列天線加權(quán)值之后，通過第二天線發(fā)送相乘結(jié)果，其中天線間相位差的單位時間變化量的值可以通過移動臺作為反饋信息測量的天線間相位差的單位時間變化量加上因上行信道噪聲而導(dǎo)致的反饋誤差得到。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的第四目的，提供了一種實現(xiàn)閉環(huán)發(fā)射天線分集的移動臺設(shè)備，在移動通信系統(tǒng)采用兩根天線時，該移動臺包括指狀元件1到L，用于使得兩根天線之一的基天線的L個多徑信道，從第一多徑信道道第L多徑信道，的每一個共軛，并從基天線接收各多徑導(dǎo)引碼元，從第一多徑導(dǎo)引碼元到第L多徑導(dǎo)引碼元；乘法器，從1到L，用于將共軛值乘上各對應(yīng)的導(dǎo)引碼元；加法器，用于累加乘法器1到L的輸出；虛數(shù)選擇單元，用于選擇加法器輸出的復(fù)數(shù)信號的虛部；以及判定單元，用于判定選出的虛部的符號，并輸出指示正值或負(fù)值的信號作為反饋信息。
以下結(jié)合附圖，通過優(yōu)選實施例予以詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點將會更為明顯。在附圖中圖1的框圖示出了采用工作在相關(guān)組合的等增益模式下的常規(guī)發(fā)射天線分集方法的基站的結(jié)構(gòu)；圖2的流程圖解釋了按照本發(fā)明的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法；圖3說明了在采用兩根天線時，每根天線的信道中的幾何關(guān)系、需要補償?shù)闹狄约胺答伒男畔?；圖4是按照本發(fā)明的發(fā)射天線分集的基站設(shè)備的優(yōu)選實施例框圖；以及圖5是按照本發(fā)明的發(fā)射天線分集的移動臺設(shè)備的優(yōu)選實施例框圖。
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。本發(fā)明并不局限于以下實施例，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以有許多變化。本發(fā)明的實施例用于對本領(lǐng)域技術(shù)人員更為徹底地解釋本發(fā)明。
圖2的流程圖解釋了按照本發(fā)明的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法。
首先，步驟200中，移動臺測量基站所用多根天線中的每根天線的天線間相位差的單位時間變化量。移動臺在步驟210中將測量結(jié)果發(fā)送給基站，作為調(diào)整發(fā)射天線分集的反饋信息。
將測量結(jié)果，天線間相位差的單位時間變化量，作為反饋信息發(fā)射是本發(fā)明獨有的。天線間相位差的單位時間變化量是一種能夠正確表示信道狀態(tài)的反饋信息，同時需要反饋的數(shù)據(jù)量較少。這里的天線間相位差(φiMS(t,k,k-1)=θi(t,k)-θi(t,k-1))是空間距離最近的兩根天線間的相位差。θi(t,k)是時刻t第i個移動臺的第k個天線信道的相位。這里k是2,…,K(k=2，…,K)，K是發(fā)射中所用天線的數(shù)量。在第k根天線，第(k+1)根天線中，…，第K根天線中，任何(k-1)根天線的位置都與第k根最近。兩根天線之間的距離越近，兩根天線所承受的信道環(huán)境就越類似。這兩根相鄰天線所發(fā)送的信號的相位差比θi(t,k)-θi(t,1)信息量小，后者對應(yīng)于第k根天線和基天線之間的相位差，用于前一方法。
步驟200中測得的天線間相位差的單位時間變化量ΔφiMS(t)可以此下得到從移動臺當(dāng)前測得的天線間相位差(ΔφiMS(t))減去基站所知的天線間相位差ΔφiBS(t-TTD-delay)。因為單位時間變化量(ΔφiMS(t))僅給出了變化量，它比天線間相位差(φiMS(t))含的信息量少。這里i(i=1,2，…,I)是區(qū)分不同移動臺終端的數(shù)字，TTD-delay表示了需要反饋信息的時刻。這里基站所知的相位差是移動臺前一次測得的天線間相位差通過上行鏈路發(fā)送給基站時，基站得到的值。如果出現(xiàn)反饋差錯，基站所知的天線間相位差不匹配移動臺前一次測得并反饋的天線間相位差。此時，φiBS(t)由φiBS(t)=φiBS(t)+ni(t)表示，其中ni(t)是因上行信道噪聲引起的反饋誤差。
如果基站使用多根天線，天線間相位差(φiMS(t,2,1))，此后稱φiMS(t)=θi(t,2)-θi(t,1))可以由以下方程式1得到。φiMS(t)=angle{hi(t,2)·conj(hi(t,1))}………(1)這里，hi(t,1)和hi(t,2)分別表示了第i個移動臺的第一天線信道信息和第二信道信息，利用基站中通常使用的正交導(dǎo)引信號得到。也就是說，信道信息利用按照移動臺用戶劃分的下行導(dǎo)引信號測得。
天線間相位差的單位時間變化量ΔφiMS(t)由以下方程式2給出。ΔφiMS(t)=φiMS(t)-φiBS(t-TTD-delay)……(2)這里假定將第二天線信道信息以基站所知相位差加權(quán)得到的值是hi^(t,2)=hi(t,2)exp{jφiBS(t-TTD-delay)},]]>天線間相位差的單位時間變化量由以下方程式3給出。ΔφiMS(t)=angle{hi^(t,2)conj(hi(t,2))}………(3)]]>圖3說明了在采用兩根天線時，每根天線的信道中的幾何關(guān)系、需要補償?shù)闹狄约胺答伒男畔ⅰ?br> 圖3首先給出了第i個移動臺的第一天線信道信息(hi(t,1))，以及第i個移動臺的第二天線信道信息(hi(t,2))，它們具有預(yù)定相位差。如圖3所示， 是第二天線信道信息，它被調(diào)整到第i個基站，它與第i個移動臺的第一天線信道信息的天線間相位差與相位差的單位時間變化量相等。
此外，該移動臺測量基站所用的兩根天線的信道，以及可以考慮信道快速改變的情況。在本發(fā)明中，為了正確地跟蹤變化的信道，移動臺得到天線間相位差的單位時間變化量的符號，然后僅將符號發(fā)送給基站作為反饋信息。
為了得到天線間相位差的單位時間變化量的符號(sgn(ΔφiMS(t))，使用必須從基站發(fā)送給每個移動臺用戶的導(dǎo)引碼元(di(t))比使用上述 更為有效。圖3示出的 和導(dǎo)引碼元(di(t))符號相同。參看圖3，導(dǎo)引信號所乘的ρi的值反比于第i個移動臺的功率控制所引起的幅值變化。
這里，導(dǎo)引碼元(di(t))原用于發(fā)送鏈路功率控制和相關(guān)解調(diào)。利用導(dǎo)引碼元(di(t))，基站不需要發(fā)送每個移動用戶測量的附加信息 這是本發(fā)明的一個優(yōu)點。如果通過下行鏈路發(fā)送附加信息，增加下行容量的傳輸分集增益就會減小。但是，利用無論如何都需要發(fā)送的導(dǎo)引碼元(di(t))，可以進一步增加下行容量，因為不需要測量的附加信息 測量天線信道的導(dǎo)引碼元需要約10％的信道容量。天線間相位差的單位時間變化量的符號(sgn(ΔφiMS(t))可以由方程式4來表示。sgn(ΔφiMS(t))=sgn{angle(di(t)conj(hi(t,1)))}………(4)但是，在y=angle(x)中，x的相位由滿足-π＜y≤π的值來調(diào)整。
再次參看圖2，在步驟210之后，基站在步驟220中接收并解釋反饋信息?；就ㄟ^上行鏈路從移動臺接收天線間相位差的單位時間變化量。這里基站所解釋的天線間相位差的單位時間變化量是ΔφiBS(t)=ΔφiMS(t)+ni(t)，其中ni(t)是因上行信道噪聲引起的反饋誤差。
在步驟220之后，利用解釋的反饋信息，在步驟230中計算每根天線的陣列天線的加權(quán)值。利用天線間相位差的單位時間變化量，基站根據(jù)以下方程式5計算天線間的當(dāng)前相位差。φiBS(t)=φiBS(t-TTD-delay)+μΔdφiBS(t)………(5)在存儲了基站已知的天線間相位差φiBS(t-TTD-delay)之后，需要加法器將變化量加到存儲的值上。這里，μi表示了加法器的步進量。為了得到優(yōu)化步進量，基站測量從各天線接收的信號的多普勒頻率，正比于測量值設(shè)置步進量。尤其在僅從移動臺向基站發(fā)送天線間相位差的單位時間變化量的符號時，需要得到優(yōu)化步進量。
如果不容易測量多普勒頻率，則將步進量設(shè)置成缺省的π/4。該值是經(jīng)驗值，不論速度如何都有極好的性能。但是，對非常高速的移動臺而言(40公里/小時或更高，雖然是相對的)，將步進量設(shè)置成π/2性能較好。因此，根據(jù)速度的變化，步進量從π/4切換到π/2，或者從π/2切換到π/4。通過多普勒頻率優(yōu)化步進量利用了上行多普勒和下行多普勒之間的交互特性。
根據(jù)從方程式5得到的天線間相位差φiBS(t)，可以得到陣列天線的加權(quán)值(exp(jφiBS(t)))。陣列天線的加權(quán)值是相位補償值，在多根天線組成陣列時，它用于補償與基天線的天線相位差。
在步驟230之后，將需要從基站發(fā)送給移動臺的數(shù)據(jù)乘上步驟230得到的陣列天線加權(quán)值，然后在步驟240中通過相應(yīng)天線輸出結(jié)果。
到這里為止，解釋了移動通信系統(tǒng)中使用的多根天線的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法。如果CDMA系統(tǒng)中基站和移動臺之間建立了多徑信道，則移動臺使用多個指狀元件，因為多徑所導(dǎo)致的延時擴展很大。在上述步驟200中，移動臺利用多個指狀元件為每個多路由信道測量單位時間變化量。為了根據(jù)這樣測得的單位時間變化量得到優(yōu)化的單位時間變化量，還需要利用本征方法進行相加。
可以這樣來簡單解釋，本征方法是將本征矢量設(shè)置成優(yōu)化分集加權(quán)值的一種方法，前述本征矢量對應(yīng)于天線間信道相干矩陣的最大本征值R=HH·H。這里H滿足H=[h1,h2,…h(huán)K],hK=[hK,1,hK,2,…h(huán)K,L]T。K是天線數(shù)量，L是多徑的數(shù)量。參看D.Gerlach的“AdaptiveTransmitting Antenna Method for Multipath Environment”(GlobeCom’94,PP425～429)。
尤其是基站使用兩根天線，并且基站和移動臺之間通過多徑形成了信道時，天線間相位差的單位時間變化量的符號(sgn(ΔφiMS(t))可以通過以下方程式6利用該算法容易地得到。sgn(ΔφiMS(t))=sgn{Im(Σl=1Ldi,l(t)conj(hi,l(t,l)))}………(6)]]>這里，多徑由I=1,2,…,L來表示，L是最大多徑數(shù)量。如果移動臺需要使用對應(yīng)于多徑的多個指狀元件，則可以利用本征方法來得到單位時間變化量的符號。如果采用本征方法，則與已有方法不同，不需要矩陣相乘，從而可以容易地實現(xiàn)移動臺。
到這里為止，解釋了移動通信系統(tǒng)中基站和移動臺之間使用的按照本發(fā)明的分集方法。但是，該分集方法也可以用于無線通信系統(tǒng)中的發(fā)送臺和移動臺之間，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯然的。
圖4是按照本發(fā)明的發(fā)射天線分集的基站設(shè)備的優(yōu)選實施例，以及具有兩根天線的設(shè)備的例子的框圖。
圖4的基站設(shè)備具有第一天線400和第二天線410，反饋信息解碼器420，多普勒估計器430，第一乘法器440，加法器450，延時單元460，相位調(diào)整器470，發(fā)射信號生成器480和第二乘法器490。
反饋信息可以從任一第i個移動臺生成，通過第一天線400和/或第二天線410接收。反饋信息解碼器420解釋接收的反饋信息，檢測出天線間相位差的單位時間變化量(ΔφiBS(t))。這里基站檢測出的天線間相位差的單位時間變化量(ΔφiBS(t)，可以表示成ΔφiBS(t)=ΔφiMS(t)+ni(t)。多普勒估計器430利用從第一天線400和第二天線410接收的信號計算優(yōu)化步進量(μi)。如果難以或者根本不可能測量步進量，則通常輸出π/4。如果將步進量設(shè)置為π/4，則結(jié)果大多優(yōu)于前一方法。但是，對非常高速的移動臺而言(40公里/小時或更高，雖然是相對的)，將步進量設(shè)置成π/2性能較好。為此，多普勒估計器430包括一個開關(guān)(該圖未示出)，可以根據(jù)速度的變化，將步進量從π/4切換到π/2，或者從π/2切換到π/4。
第一乘法器400將天線間相位差的單位時間變化量(ΔφiBS(t)乘上優(yōu)化步進量(μi)，輸出μi·ΔφiBS(t)。加法器450將μi·ΔφiBS(t)加到延時單元460的輸出，ΔφiBS(t-TTD-delay)，延時預(yù)定時間(TTD-delay)之后的天線間相位差，輸出天線間單位時間的相位差φiBS(t)。相位調(diào)整器470輸出天線的加權(quán)值(exp(jφiBS(t)))，以根據(jù)天線間的相位差φiBS(t)，補償?shù)诙炀€的相位。
發(fā)射信號生成器480生成并輸出數(shù)據(jù)信號，發(fā)射給第一天線400和第二乘法器490。此外，生成的導(dǎo)引信號被傳送到第一天線400。發(fā)射給第一天線400的數(shù)據(jù)信號和導(dǎo)引信號在時間、頻率或碼上正交調(diào)制。第二乘法器490在將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號乘上天線的加權(quán)值(exp(jφiBS(t)))之后，輸出相乘結(jié)果給第二天線410。第一天線400發(fā)射數(shù)據(jù)信號和導(dǎo)引信號，第二天線410發(fā)射第二乘法器490的輸出信號。
圖5是按照本發(fā)明生成反饋信息以調(diào)整發(fā)射天線分集的移動臺設(shè)備，以及因CDMA系統(tǒng)中多徑所導(dǎo)致的延時擴展很大而采用多個指狀元件的例子的框圖。
圖5的CDMA移動臺設(shè)備包括指狀元件501到50L，乘法器511到51L，以及加法器520，虛數(shù)選擇器530和判定器540。
在基站使用多根發(fā)射天線時，任一第i基站都可以按照本發(fā)明發(fā)送天線間相位差的單位時間變化量。但是，如果使用兩根發(fā)射天線，只發(fā)射變化量符號，而不是天線間相位差的單位時間變化量，在信道快速變化時，它可以很好地跟蹤變化的信道。通過只發(fā)射符號，基站可以利用多普勒頻率估計變化量。
按照本發(fā)明的第i基站利用第一天線400的信道和導(dǎo)引符號，來輸出天線間相位差的單位時間變化量，第一天線400是基天線。
更具體地說，第一指狀元件501測量第一天線400的第一多徑信道，然后實現(xiàn)共軛，從第一天線400接收第一多徑導(dǎo)引碼元(di,1(t))。連接到第一指狀元件的第一乘法器501接收并將第一天線400的共軛第一多徑信道(conj(hi,1(t,1))乘上第一多徑引導(dǎo)碼元(di,1(t))。
第二指狀元件502測量第一天線400的第二多徑信道，然后實現(xiàn)共軛，并從第一天線400接收第二多徑導(dǎo)引碼元(di,2(t))。連接到第二指狀元件的第二乘法器512接收并將第一天線400的共軛第二多徑信道(conj(hi,2(t,1))乘上第二多徑引導(dǎo)碼元(di,2(t))。
同樣，第L指狀元件50L測量第一天線400的第L多徑信道，然后實現(xiàn)共軛，并從第一天線400接收第L多徑導(dǎo)引碼元(di,L(t))。連接到第L指狀元件的第L乘法器51L接收并將第一天線400的共軛第L多徑信道(conj(hi,L(t,1))乘上第L多徑引導(dǎo)碼元(di,L(t))。
加法器520通常連接到各乘法器511到51L，用于累加乘法器的輸出信號。虛數(shù)選擇器530選擇加法器520的相加結(jié)果的共軛信號的虛部并輸出。判定器540判定虛數(shù)選擇器520輸出的信號的符號，如果信號是正的，輸出“0”，如果信號是負(fù)的，輸出“1”。從判定器輸出的“0”或“1”通過反饋信道發(fā)射給基站作為調(diào)整發(fā)射天線分集的反饋信號。
如上所述，首先，與以前的方法相比，本發(fā)明改進了上行和下行容量，這對移動通信系統(tǒng)非常重要。尤其是與摩托羅拉公司所提出的方法相比，噪聲和干擾對功率的影響在20公里/小時時減小多于25％。如果移動臺在同一環(huán)路中發(fā)射反饋信息以調(diào)整發(fā)射分集，則通過以前方法信息量的一半就可以保證相同的性能。
其次，如果使用兩根天線，在測量反饋信息中使用必須分配給移動臺的導(dǎo)引信號，從而不再需要測量分集天線信道的附加導(dǎo)引，增加了下行容量，能夠傳送更多的用戶信息。
第三，如果使用兩根天線，得到天線間相位差的單位時間變化量的符號，僅發(fā)送一比特的反饋信息，因此與以前的方法相比，可以很容易地實現(xiàn)測量信道。此外，如果使用多個路由信道，為了容易地測量信道可以使用本征方法。
第四，基站實現(xiàn)較為容易，這優(yōu)化了針對移動臺速度的性能。與通過與移動臺的第三層消息握手方法切換模式的以前方法不同，按照本發(fā)明的基站設(shè)備如下優(yōu)化步進量測量這樣的多普勒頻率，不論移動臺速度變化如何，它都提供較優(yōu)容量。
權(quán)利要求
1．一種閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，在移動通信系統(tǒng)采用多根天線時，該閉環(huán)發(fā)射天線分集方法包括以下步驟(a)移動臺針對基站使用的多根天線中的每根天線，測量天線間相位差的單位時間變化量；(b)將步驟(a)中的測量結(jié)果作為調(diào)整發(fā)射天線分集的反饋信息發(fā)送給基站；(c)基站接收并解釋反饋信息；(d)利用解釋的反饋信息，為每根天線計算陣列天線的加權(quán)值；(e)將基站需要發(fā)送給移動臺的數(shù)據(jù)乘上陣列天線加權(quán)值，通過相應(yīng)天線輸出該結(jié)果，其中天線間相位差的單位時間變化量可以通過從當(dāng)前移動臺計算得到的天線間相位差中減去基站所知的天線間前一相位差得到。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，其中步驟(a)中，利用為各移動臺用戶劃分的下行導(dǎo)引信號測量天線間相位差的單位時間變化量。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，其中如果采用多徑信道，則利用步驟(a)中的本征方法將各信道的單位時間變化量加在一起。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，其中步驟(d)中，測量從各天線接收的信號的多普勒頻率，測量結(jié)果提供給解釋的反饋信息，并得到每根天線的陣列天線加權(quán)值。
5．一種閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，在移動通信系統(tǒng)采用兩根天線時，該閉環(huán)發(fā)射天線分集方法包括以下步驟(a)移動臺得到基站使用的兩根天線的天線間相位差的單位時間變化量的符號；(b)將步驟(a)中得到的符號作為調(diào)整發(fā)射天線分集的反饋信息發(fā)送；(c)基站接收并解釋反饋信息；(d)利用解釋的反饋信息，為每根天線計算陣列天線的加權(quán)值；(e)將基站需要發(fā)送給移動臺的數(shù)據(jù)乘上陣列天線加權(quán)值，通過相應(yīng)天線輸出該結(jié)果，其中天線間相位差的單位時間變化量可以通過從當(dāng)前移動臺計算得到的天線間相位差中減去基站所知的天線間前一相位差得到。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，其中步驟(a)還包括以下子步驟(a1)共軛通過測量兩根天線的基站天線信道得到的值，將共軛值乘上基天線接收的導(dǎo)引碼元；(a2)選擇相乘的結(jié)果復(fù)數(shù)的虛部；以及(a3)確定選擇的虛部符號，然后輸出指示正值和負(fù)值的信號。
7．根據(jù)權(quán)利要求5的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，其中步驟(a)是多徑信道，它還包括以下子步驟(a1)共軛通過分別測量兩根天線的天基線的從第一多徑信道到第L多徑信道得到的所有值，這里L(fēng)是大于1的整數(shù)，將每個共軛值乘上從基站的第一多徑導(dǎo)引碼元到第L多徑導(dǎo)引碼元的相應(yīng)多徑導(dǎo)引碼元；(a2)累加相乘的結(jié)果，選擇相乘的結(jié)果復(fù)數(shù)的虛部；以及(a3)確定選擇的虛部符號，然后輸出指示正值和負(fù)值的信號。
8．根據(jù)權(quán)利要求5的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，其中步驟(d)還包括以下子步驟(d1)測量兩根天線接收的信號的多普勒頻率，得到優(yōu)化步進量；(d2)將解釋的反饋信息乘上該步進量；(d3)將相乘結(jié)果加上基站所知的天線間前一相位差，得到天線間當(dāng)前相位差；以及(d4)根據(jù)天線間當(dāng)前相位差，計算陣列天線的加權(quán)值以補償天線相位。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，其中如果步驟(d1)中不容易測量多普勒頻率，則將步進量設(shè)置成缺省的π/4，根據(jù)速度變化，步進量可以從π/4切換到π/2，或者從π/2切換到π/4。
10．一種閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，在無線通信系統(tǒng)采用多根天線時，該閉環(huán)發(fā)射天線分集方法包括以下步驟(a)接收臺測量發(fā)送臺使用的多根天線的天線間相位差的單位時間變化量；(b)將步驟(a)中的測量結(jié)果作為調(diào)整發(fā)射天線分集的反饋信息發(fā)送給發(fā)送臺；(c)發(fā)送臺接收并解釋反饋信息；(d)利用解釋的反饋信息，為每根天線計算陣列天線的加權(quán)值；(e)將發(fā)送臺需要發(fā)送給接收臺的數(shù)據(jù)乘上陣列天線加權(quán)值，通過相應(yīng)天線輸出該結(jié)果，其中天線間相位差的單位時間變化量可以通過從當(dāng)前接收臺計算得到的天線間相位差中減去發(fā)送臺所知的天線間前一相位差得到。
11．一種實現(xiàn)閉環(huán)發(fā)射天線分集的基站設(shè)備，在移動通信系統(tǒng)采用兩根天線時，該基站包括第一和第二天線，其中之一或者兩者都接收任一第i個移動臺生成的反饋信息；反饋信息解碼器，用于解釋接收的反饋信息，檢測出天線間相位差的單位時間變化量；加權(quán)值計算單元，用于利用單位時間變化量，計算第二天線的加權(quán)值；發(fā)射單元，用于通過第一天線發(fā)送數(shù)據(jù)信號和導(dǎo)引信號給移動臺，將數(shù)據(jù)信號乘上陣列天線加權(quán)值之后，通過第二天線發(fā)送相乘結(jié)果，其中天線間相位差的單位時間變化量的值可以通過移動臺在作為反饋信息測量的天線間相位差的單位時間變化量加上因上行信道噪聲而導(dǎo)致的反饋誤差得到。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的基站設(shè)備，其中加權(quán)值計算單元還包括多普勒測量單元，用于測量第一天線和第二天線接收的信號的多普勒頻率，計算正比于測量結(jié)果的優(yōu)化步進量；變化量乘上步進量；延時單元，用于存儲延時預(yù)定時間的天線間相位差；加法器，用于累加第一乘法器的輸出和延時單元的輸出，輸出天線間相位差；以及相位調(diào)整單元，用于輸出相位補償值，它對應(yīng)于天線間相位差，作為第二天線加權(quán)值。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的基站設(shè)備，其中如果不容易測量多普勒頻率，則多普勒測量單元將步進量設(shè)置成缺省的π/4，該單元還包括一個開關(guān)，根據(jù)速度變化，將步進量從π/4切換到π/2，或者從π/2切換到π/4。
14．一種實現(xiàn)閉環(huán)發(fā)射天線分集的移動臺設(shè)備，在移動通信系統(tǒng)采用兩根天線時，該移動臺包括指狀元件1到L，用于使得兩根天線之一的基天線的L個多徑信道，從第一多徑信道道第L多徑信道，的每一個共軛，并從基天線接收各多徑導(dǎo)引碼元，從第一多徑導(dǎo)引碼元到第L多徑導(dǎo)引碼元；乘法器1到L，用于將共軛值乘上各對應(yīng)的導(dǎo)引碼元；加法器，用于累加乘法器1到L的輸出；虛數(shù)選擇單元，用于選擇加法器輸出的復(fù)數(shù)信號的虛部；以及判定單元，用于判定選出的虛部的符號，并輸出指示正值或負(fù)值的信號作為反饋信息。
全文摘要
給出了一種閉環(huán)發(fā)射天線分集方法,以及下一代移動通信系統(tǒng)中的基站和移動臺設(shè)備。在移動通信系統(tǒng)采用多根天線時,該閉環(huán)發(fā)射天線分集方法包括以下步驟:(a)針對基站使用的多根天線中的每根天線,測量天線間相位差的單位時間變化量;(b)將測量結(jié)果作為調(diào)整發(fā)射天線分集的反饋信息發(fā)送;(c)基站接收并解釋反饋信息;(d)利用解釋的反饋信息,為每根天線計算陣列天線的加權(quán)值;(e)將基站需要發(fā)送給移動臺的數(shù)據(jù)乘上陣列天線加權(quán)值,通過相應(yīng)天線輸出該結(jié)果。
文檔編號H04B7/26GK1291011SQ0012404
公開日2001年4月11日 申請日期2000年8月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月24日
發(fā)明者金成珍, 樸亨運 申請人:三星電子株式會社