專利名稱：增強(qiáng)發(fā)射分集的裝置和方法
第三代無(wú)線通信系統(tǒng)包括下行鏈路(即從基站到移動(dòng)臺(tái)的通信鏈路)的性能改善技術(shù)。在基站，一種改善下行鏈路性能的技術(shù)，是用發(fā)射分集方案(在此也稱為分集增益)。
發(fā)射分集能用來(lái)改善接收信號(hào)的衰落分布，且通常用某種天線陣列配置來(lái)達(dá)到，這種配置有M個(gè)相隔很遠(yuǎn)的天線單元并發(fā)送同一信號(hào)。由于把天線單元隔開(kāi)很遠(yuǎn)而獲得衰落分布，因?yàn)槊總€(gè)信號(hào)從它的發(fā)射天線單元到移動(dòng)臺(tái)，要傳播不同的路徑并經(jīng)歷不同的畸變或衰落過(guò)程。因此，移動(dòng)臺(tái)收到許多受不同衰落過(guò)程或畸變影響的同一個(gè)信號(hào)。因?yàn)槊總€(gè)信號(hào)經(jīng)歷不同的畸變或衰落過(guò)程，所以，全部信號(hào)都遭受深度衰落是不大可能的。因而改善了衰落分布。
當(dāng)接收的信號(hào)經(jīng)移動(dòng)臺(tái)適當(dāng)組合時(shí)，得到的信號(hào)因改善了衰落分布而具有改善的比特差錯(cuò)率，然而平均信噪比仍舊與沒(méi)有采用發(fā)射分集近似相同。為了組合收到的信號(hào)，移動(dòng)臺(tái)必須能把各個(gè)收到的信號(hào)互相分離。如果這些信號(hào)是用同一頻率發(fā)送的，那么，要分離各個(gè)收到的信號(hào)是困難的?？梢杂貌煌l率發(fā)送各個(gè)信號(hào)，使分離各個(gè)收到的信號(hào)更加容易。但是，這種方法要消耗附加的帶寬，這是不希望的。采用延遲分集技術(shù)的碼分多址(CDMA)系統(tǒng)中，可以用同一頻率發(fā)送信號(hào)，它能使信號(hào)通過(guò)長(zhǎng)擴(kuò)展碼分離。雖然不消耗附加帶寬，但因延遲分集技術(shù)故意產(chǎn)生的多路徑，這一技術(shù)會(huì)引起互干擾。
避免互干擾問(wèn)題的一種技術(shù)，是正交發(fā)射分集，但它只能用于編碼系統(tǒng)。正交發(fā)射分集需要從不同的天線單元，發(fā)射用不同的Walsh碼調(diào)制的交替數(shù)據(jù)比特。當(dāng)結(jié)合Viterbi解碼器采用卷積碼時(shí)，分集是在解碼過(guò)程，而不是在數(shù)據(jù)比特本身獲得的，因?yàn)楦鱾€(gè)天線單元只發(fā)送交替數(shù)據(jù)比特(不是所有的數(shù)據(jù)比特或整個(gè)信號(hào))。在帶有弱卷積的或其他糾錯(cuò)碼(如，由于收縮(puncturing))的系統(tǒng)中，用正交發(fā)射分集技術(shù)獲得的性能可能降質(zhì)。
正交發(fā)射分集的缺點(diǎn)，可以用這里稱為空間時(shí)間擴(kuò)展(STS)技術(shù)加以克服。STS涉及用不同的Walsh碼在兩個(gè)天線單元上發(fā)送所有數(shù)據(jù)比特(但不一定是這些數(shù)據(jù)比特的同一表示)，因而分集是在數(shù)據(jù)比特上實(shí)現(xiàn)的。要實(shí)現(xiàn)分集，不需要編碼(雖然可能仍使用編碼)，因而編碼如果是弱的話，分集也不會(huì)降質(zhì)。


圖1畫出采用STS的一種無(wú)線通信系統(tǒng)10。無(wú)線通信系統(tǒng)10包括至少一個(gè)基站12，它有兩個(gè)天線單元14-1和14-2，其中，為實(shí)現(xiàn)發(fā)射分集，天線單元14-1和14-2相隔很遠(yuǎn)?；?2接收信號(hào)S，以便發(fā)送至移動(dòng)臺(tái)16。信號(hào)S交替地分成信號(hào)se和so，其中信號(hào)se由偶數(shù)的數(shù)據(jù)比特組成，而信號(hào)so由奇數(shù)的數(shù)據(jù)比特組成。對(duì)信號(hào)se和so進(jìn)行處理，產(chǎn)生信號(hào)S14-1和S14-2。具體說(shuō)，把se與Walsh碼w1相乘，產(chǎn)生信號(hào)sew1；信號(hào)so的共軛與Walsh碼w2相乘，產(chǎn)生信號(hào)so*w2；信號(hào)se與Walsh碼w1相乘，產(chǎn)生信號(hào)sow1；以及信號(hào)se的共軛與Walsh碼w2相乘，產(chǎn)生信號(hào)se*w2。信號(hào)sew1與信號(hào)se*w2相加，產(chǎn)生信號(hào)S14-1(即，S14-1=sew1+so*w2)，以及從信號(hào)sow1減去信號(hào)se*w2，產(chǎn)生信號(hào)S14-2(即，S14-2=sow1-se*w2)。信號(hào)S14-1和S14-2分別由天線單元14-1和14-2發(fā)送。
移動(dòng)臺(tái)16接收的信號(hào)R包括γ1(S14-2)+γ2(S14-2)，其中γ1和γ2是畸變因子系數(shù)，分別與信號(hào)S14-1和S14-2從天線單元14-1和14-2到移動(dòng)臺(tái)16的傳輸有關(guān)?；円蜃酉禂?shù)γ1和γ2能用導(dǎo)頻信號(hào)估算，本領(lǐng)域中是熟知的。移動(dòng)臺(tái)16用Walsh碼w1和w2對(duì)信號(hào)R解碼，相應(yīng)地產(chǎn)生輸出W1=γ1se+γ2so方程式1W2=γ1so*-γ2se*方程式1a用下面的方程式，可以獲得信號(hào)se和so的估算值，即 和 但是，STS不能自然推廣到多于兩個(gè)天線單元來(lái)增強(qiáng)分集的增益，又不使數(shù)據(jù)速率下降。因此，有必要既增強(qiáng)分集增益，又不降低數(shù)據(jù)速率。
本發(fā)明就是既增強(qiáng)分集增益，又不降低數(shù)據(jù)速率的一種方法和裝置，辦法是增加天線單元數(shù)目， 目的在改善接收機(jī)上的信噪比。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明使用的天線陣列有第一天線群和第二天線群，第一天線群至少有兩個(gè)天線單元，第二天線群至少有一個(gè)天線單元。第一天線群與第二天線群彼此相隔近似為十個(gè)載波波長(zhǎng)或更遠(yuǎn)，而屬于第一天線群的各個(gè)天線單元彼此相隔近似為半個(gè)載波波長(zhǎng)或更小。
為在天線陣列上傳輸而對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，首先，從這個(gè)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)數(shù)據(jù)流。從該多個(gè)數(shù)據(jù)流中導(dǎo)出第一組多個(gè)代表性的數(shù)據(jù)流，還從該多個(gè)數(shù)據(jù)流中導(dǎo)出第二組多個(gè)代表性的數(shù)據(jù)流。第一組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流中的每一個(gè)，被相移并用不同的正交碼編碼，而第二組多個(gè)代表性的數(shù)據(jù)流的每一個(gè)，用不同的正交碼編碼，其中，從該多個(gè)數(shù)據(jù)流的同一個(gè)數(shù)據(jù)流產(chǎn)生的第一和第二組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流的代表性數(shù)據(jù)流，用不同的正交碼進(jìn)行編碼，而且第一和第二組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流，是該多個(gè)數(shù)據(jù)流的代表，它能使該多個(gè)數(shù)據(jù)流經(jīng)編碼和傳輸之后，在接收機(jī)上被恢復(fù)。經(jīng)編碼和相移的第一組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流，在第一天線群上發(fā)送，而被編碼的第二組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流，在第二天線群上發(fā)送。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在屬于第一天線群的每個(gè)天線單元上，隨被編碼并相移的第一組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流，發(fā)送一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)，在屬于第一天線群的每個(gè)天線單元上，隨著被發(fā)送的編碼的多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流，也發(fā)送一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)。(在屬于第二天線群的每個(gè)天線單元上，隨被編碼的第二組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流，也發(fā)送一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)。)在第一和第二天線群的每個(gè)天線上發(fā)送的導(dǎo)頻信號(hào)，可以相同或不同(依據(jù)加于每個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)的正交碼或組成每個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)的比特序列)。
本發(fā)明的特點(diǎn)、方面、和優(yōu)點(diǎn)，在下面的說(shuō)明、后面的權(quán)利要求書、和附圖中將變得更加清楚，附圖有圖1畫出現(xiàn)有技術(shù)性中采用空間時(shí)間擴(kuò)展技術(shù)的一種無(wú)線通信系統(tǒng)；圖2按照本發(fā)明，畫出采用碼分多址技術(shù)的一種無(wú)線通信系統(tǒng)；圖3按照本發(fā)明，畫出一種傳輸過(guò)程；和圖4和5畫出基站用于信號(hào)處理的發(fā)射機(jī)的簡(jiǎn)圖，該基站按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，裝備兩群、每群兩個(gè)天線單元的天線陣列配置。
圖2按照本發(fā)明，畫出采用碼分多址(CDMA)技術(shù)的一種無(wú)線通信系統(tǒng)20。無(wú)線通信系統(tǒng)20至少包括一個(gè)有天線陣列23和發(fā)射機(jī)24的基站22。天線陣列23包括天線群24-n，這里n=1,...,N，且N≥2。每一群24-n有天線單元26-m∈n，這里m是群24-n中有關(guān)天線單元的指標(biāo)，m∈n=1,...,M∈n，且∑M∈n≥N+1(即，M∈n≥1但至少一群24-n有M∈n≥2)。注意，M∈n對(duì)不同天線群24-n可以取不同數(shù)值。這里將要說(shuō)明，基站22采用此天線陣列配置和基于此天線陣列配置的信號(hào)處理技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)N倍的分集增益的同時(shí)，把信噪比平均增加M倍。
天線陣列23按如下方式配置，以給出N倍的分集增益和平均M倍的信噪比改善。首先，各群24-n相隔足夠遠(yuǎn)，使從不同群發(fā)送的信號(hào)經(jīng)歷獨(dú)立的或不相關(guān)的衰落，從而有可能獲得N倍分集增益。其次，屬于同一群24-n的天線單元26-m∈n相隔很近，所以從這些天線單元26-m∈n發(fā)送的信號(hào)，經(jīng)歷相關(guān)的衰落，因而當(dāng)天線單元26-m∈n都調(diào)整為同相時(shí)，可以獲得平均M倍的信噪比改善。
在一個(gè)示例性的例子中，天線陣列23包括兩群24-1和24-2，其中群24-1有天線單元26-1∈1和26-2∈1，而群24-2有天線單元26-1∈2和26-2∈2。群24-1與24-2相隔近十個(gè)載波波長(zhǎng)(10λ)或更遠(yuǎn)，天線單元26-1∈1與26-∈1相隔近似為半個(gè)載波波長(zhǎng)(λ/2)，天線單元26-1∈2和26-2∈2相隔近似為半個(gè)載波波長(zhǎng)(λ/2)。雖然天線單元間的精確間隔不是決定性的，但不希望天線單元間的間隔大于半個(gè)載波波長(zhǎng)，因?yàn)榭赡芤M(jìn)柵瓣。為有助于理解本發(fā)明，這里還用這個(gè)示例性例子，結(jié)合預(yù)定向移動(dòng)臺(tái)28發(fā)送的單個(gè)信號(hào)S(忽略預(yù)定向其他移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的信號(hào))，說(shuō)明信號(hào)處理技術(shù)。
信號(hào)處理技術(shù)是以天線陣列配置為基礎(chǔ)的，并體現(xiàn)在發(fā)射機(jī)24內(nèi)，按照本發(fā)明，為處理信號(hào)S，可以用任何軟件和/或硬件的組合，如ASIC、DSP、轉(zhuǎn)發(fā)器、混合器、調(diào)制器、濾波器、和加法器。信號(hào)處理技術(shù)包括對(duì)信號(hào)S與Walsh(或其他正交的)碼產(chǎn)生的代表性數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼，使信號(hào)S能在移動(dòng)臺(tái)28(或其他接收機(jī))上恢復(fù)，還包括對(duì)代表性數(shù)據(jù)流進(jìn)行相移，以改善移動(dòng)臺(tái)28上的信噪比。信號(hào)處理技術(shù)的第一部分，是為了在天線陣列上的傳輸而處理信號(hào)S，使它能在移動(dòng)臺(tái)28上恢復(fù)。首先，從信號(hào)S產(chǎn)生D個(gè)數(shù)據(jù)流sd，這里d=1,...,D,D是把N增加至最接近二的乘方的值。在此示例性例子中，信號(hào)S可以交替地分成兩個(gè)數(shù)據(jù)流s1和s2，即D=2。注意，從信號(hào)S產(chǎn)生數(shù)據(jù)流sd的方式，可以按別的某些方式，而不是交替地劃分信號(hào)S。例如，每個(gè)數(shù)據(jù)流sd可以包括組成信號(hào)S的所有比特，一些或所有數(shù)據(jù)流sd可以包括其他數(shù)據(jù)流中的比特，在每個(gè)數(shù)據(jù)流sd中的比特可以重復(fù)和/或反轉(zhuǎn)，等等。
其次，對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)流sd的一種代表用Walsh碼wr編碼，以便在每個(gè)天線單元26-m∈n上傳輸，這里r=1,...,R，且R≥D。對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)流sd的一種代表進(jìn)行編碼的方式，要根據(jù)下面三條定則。第一，對(duì)屬于同一群24-n的天線單元26-m∈n上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流sd，不同數(shù)據(jù)流sd的代表，要與不同的Walsh碼wr相乘。第二，對(duì)屬于不同群24-n的天線單元26-m∈n上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流sd，同一數(shù)據(jù)流sd的代表要與不同的Walsh碼wr相乘。第三，要編碼的在每個(gè)天線單元26-m∈n上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流sd的代表(在此稱為“代表性數(shù)據(jù)流fg(sd)”)，選自以下集合 (這里星號(hào)*指明這一項(xiàng)是轉(zhuǎn)置共軛)，使得
這里的上標(biāo)表示數(shù)據(jù)流sd將在其上發(fā)送的天線群24-n,n＇=1,...,N,n′≠n,d＇=1,...,D,d′≠d。注意，第三個(gè)編碼定則包括選擇代表數(shù)據(jù)流fg(sd)，使數(shù)據(jù)流sd能在數(shù)學(xué)上被恢復(fù)，就是說(shuō)，經(jīng)移動(dòng)臺(tái)28編碼后，各項(xiàng)要能抵消掉。
上述三個(gè)編碼定則，能用傳輸矩陣T作另一種解釋，例如，對(duì)示例性的兩群天線陣列配置和信號(hào) 傳輸矩陣T有如下性質(zhì)每一列對(duì)應(yīng)于一個(gè)天線群24-n，且包括將在對(duì)應(yīng)天線群24-n上發(fā)送的每一數(shù)據(jù)流sd的代表數(shù)據(jù)流fg(sd)(例如，snd和sn+d'在屬于群24-n的天線單元上發(fā)送，而sn′d′和-sn′+d在屬于群24-n′的天線單元上發(fā)送)；沒(méi)有一行或一列包括同一數(shù)據(jù)流sd的多于一個(gè)的代表；且任一列與另一列的轉(zhuǎn)置共軛相乘，得到的值為零(如，SdnSd′n′*+Sd′n*(-Sdn′)=0),]]>就是說(shuō)，經(jīng)移動(dòng)臺(tái)28編碼后，數(shù)據(jù)流sd能夠在數(shù)學(xué)上恢復(fù)。在傳輸矩陣T中，每一行代表數(shù)據(jù)流fg(sd)都與不同Walsh碼wr相乘。通過(guò)用不同的Walsh碼wr乘傳輸矩陣的每一行，可以滿足前述三個(gè)編碼定則。
應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)不同數(shù)目的群24-n，和/或不同數(shù)目的移動(dòng)臺(tái)(或傳輸?shù)男盘?hào)S)，前述傳輸矩陣的性質(zhì)依舊相同，但傳輸矩陣T的大小會(huì)變化。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)N群天線單元和Z個(gè)移動(dòng)臺(tái)，傳輸矩陣將有N列和D×Z數(shù)目的行。例如，如果有一個(gè)移動(dòng)臺(tái)和三群天線群24-n(即N=3)，每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的每個(gè)信號(hào)S應(yīng)分解為四個(gè)數(shù)據(jù)流(即D=4)。相應(yīng)的傳輸矩陣應(yīng)有三列和四行(即D×Z=4)，其中每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的每個(gè)數(shù)據(jù)流sd，將出現(xiàn)在每一列中但不是每一行中。
代入示例性例子的各個(gè)變量，傳輸矩陣T如下 用Walsh碼w1和w2分別乘代表數(shù)據(jù)流fg(sd)的行一和行二，產(chǎn)生信號(hào)s11w1、s1*2w2、s22w1、和-s2*1w2，其中信號(hào)s11w1和s1*2w2在天線群24-1上發(fā)送，而信號(hào)s22w1和-s2*1w2在天線群24-2上發(fā)送。或者，用不同于Walsh碼w1和w2的Walsh碼，分別乘列二中的代表數(shù)據(jù)流s22和/或-s2*1，只要此Walsh碼不同于用在列一中對(duì)代表數(shù)據(jù)流s1*2和/或s11進(jìn)行編碼的Walsh碼。
信號(hào)處理技術(shù)的第二部分包括對(duì)數(shù)據(jù)流sd(或它們的代表)進(jìn)行相移，以改善移動(dòng)臺(tái)28上的信噪比。這一部分對(duì)同相天線單元26-m∈n使用復(fù)數(shù)加權(quán)vm∈n，使從同一群24-n發(fā)送的信號(hào)，同相到達(dá)移動(dòng)臺(tái)28。與每個(gè)天線單元26-m∈n有關(guān)的加權(quán)vm∈n包括一個(gè)同相分量cIm∈n和一個(gè)正交相位分量cQm∈n，本領(lǐng)域是熟知的。為使在移動(dòng)臺(tái)28上的信噪比(SNR)最大化，令復(fù)數(shù)加權(quán)vm∈n等于 ，其中θm∈n是在移動(dòng)臺(tái)28上看到的從天線單元26-m∈n發(fā)出的兩個(gè)信號(hào)間的相位差。這里為舉例說(shuō)明的目的，披露兩種用于確定復(fù)數(shù)加權(quán)vm∈n的技術(shù)。不能以任何方式認(rèn)為這是對(duì)本發(fā)明的限制。
第一種技術(shù)中，復(fù)數(shù)加權(quán)vm∈n是根據(jù)上行鏈路信息的θm∈n的估算值。此技術(shù)要求用一種上行鏈路相控天線陣列來(lái)測(cè)量θupm∈n，這是上行鏈路的θm∈n。測(cè)定θupm∈n之后可用下面方程式估算θ0，這里θ0是上行鏈路信號(hào)到達(dá)的角度，即從基站22引到移動(dòng)臺(tái)28的直線與天線陣列23形成的幾何角 這里dm∈n是天線單元26-m∈n與任一參照物的距離，λup是上行鏈路信號(hào)的載波波長(zhǎng)。在估算θ0之后，復(fù)數(shù)加權(quán)按下式設(shè)為 這里λdown是下行鏈路信號(hào)的載波波長(zhǎng)。注意，這個(gè)確定復(fù)數(shù)加權(quán)vm∈n的技術(shù)假定，同一群24-n的天線單元26-m∈n之間的距離是已知的，在同一群24-n中的天線單元26-m∈n是相位匹配的，以及上行鏈路到達(dá)角與下行鏈路到達(dá)角之間存在對(duì)稱。本領(lǐng)域熟知，這些假設(shè)是合理的，或通過(guò)校正容易得到。
第二種確定復(fù)數(shù)加權(quán)vm∈n的技術(shù)依賴于接收的關(guān)于相位的信息，天線陣列23發(fā)送的信號(hào)以這些相位到達(dá)移動(dòng)臺(tái)28。這類信息在這里也被稱為“反饋信息”并由移動(dòng)臺(tái)28沿上行鏈路信道發(fā)送至基站22。因?yàn)閺?fù)數(shù)加權(quán)vm∈n依賴于到達(dá)基站22的角度θ0，所以復(fù)數(shù)加權(quán)vm∈n只需按θ0變化的速率更新，而這與信道衰落的速率相比是較慢的。因此，需要有關(guān)θ0變化的更新信息很少，要求的容量(上行鏈路信道中的)也很小。
為了說(shuō)明，這里公開(kāi)若干種反饋方法。應(yīng)當(dāng)指出，其他反饋方法也是可行的，因此，本發(fā)明不受這里說(shuō)明的各種方法的限制。在第一種方法中，每個(gè)天線單元發(fā)送一個(gè)專用的導(dǎo)頻信號(hào)(供所有移動(dòng)臺(tái)使用)，每個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)對(duì)發(fā)送它的天線單元是唯一的，就是說(shuō)，每個(gè)天線單元用在導(dǎo)頻信號(hào)上的Walsh碼是不同的。在收到各個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)的基礎(chǔ)上，移動(dòng)臺(tái)28記錄各個(gè)相位并把收到的每個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)的這種記錄反饋回基站22。注意，移動(dòng)臺(tái)28應(yīng)當(dāng)反饋每個(gè)接收的導(dǎo)頻信號(hào)的相位，或者反饋群內(nèi)某個(gè)參考天線單元的導(dǎo)頻信號(hào)的相位連同群內(nèi)各個(gè)天線單元的導(dǎo)頻信號(hào)相對(duì)于參考天線單元的相位。
在第二種方法中，天線陣列23內(nèi)每個(gè)天線單元還發(fā)送一個(gè)專用導(dǎo)頻信號(hào)，而只有來(lái)自參考天線單元的一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)的相位，由移動(dòng)臺(tái)28反饋回基站22。如果群內(nèi)天線單元間的間隔是恒定的，那么每個(gè)天線單元的相位應(yīng)差一個(gè)恒定的相位Δθ，它由下述方程式表示 雖然此方法較簡(jiǎn)單且要求較少反饋，但它對(duì)非理想的天線單元間的間隔極其敏感。
第三種方法涉及根據(jù)以前相位測(cè)量，把相位的變化反饋回去。此方法要求在更新速率、更新步長(zhǎng)和移動(dòng)臺(tái)28對(duì)測(cè)量的記憶之間作一些協(xié)調(diào)。如果記憶太長(zhǎng)，會(huì)積累差錯(cuò)，移動(dòng)臺(tái)28將把不正確的參考值用于反饋判定。一個(gè)起始點(diǎn)是需要的，它能通過(guò)設(shè)置一個(gè)初始絕對(duì)相位獲得，或通過(guò)配備自適應(yīng)步長(zhǎng)獲得。
在每個(gè)數(shù)據(jù)流sd經(jīng)上述信號(hào)處理技術(shù)處理和相移后，在相關(guān)功率電平上得到的數(shù)據(jù)流與導(dǎo)頻信號(hào)組成信號(hào)Sm∈n，在天線單元26-m∈n上發(fā)送。剩下的應(yīng)用將在這里結(jié)合示例性的例子和傳輸矩陣T加以說(shuō)明。為簡(jiǎn)單計(jì)，此后，參考符號(hào)q和k分別指屬于群24-1和24-2的天線單元26-m∈1和26-m∈2。例如，信號(hào)Sq和Sk分別指在天線單元26-m∈1和26-m∈2(或天線單元q和k)上發(fā)送的信號(hào)Sm∈n。根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)處理技術(shù)，信號(hào)Sq由下面方程式定義 這里Pq和Pq-pilot是信號(hào)Sq和導(dǎo)頻信號(hào)在天線單元q上相應(yīng)的發(fā)射功率；wq-pilot是天線單元q用于導(dǎo)頻信號(hào)的Walsh碼；w1和w2是與信號(hào)S預(yù)定的移動(dòng)臺(tái)有關(guān)的擴(kuò)展Walsh碼；最后，wq-pilot，w1和w2是互相正交的。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，w2與w1互補(bǔ)，即w2=w1，于是，每個(gè)移動(dòng)臺(tái)只用一種Walsh碼(在兩群，每群兩個(gè)天線單元的天線陣列配置情形下)。
類似地，信號(hào)Sk由下面方程式定義 這里Pk和Pk-pilot是信號(hào)Sk和導(dǎo)頻信號(hào)在天線單元k上相應(yīng)的發(fā)射功率；wk-pilot是天線單元k用于導(dǎo)頻信號(hào)的Walsh碼；同時(shí)，wk-pilot，w1和w2是互相正交的。注意，沒(méi)有個(gè)別的加權(quán)通過(guò)復(fù)數(shù)加權(quán)vq和vk加在導(dǎo)頻信號(hào)上，因?yàn)槿绫疚乃?，所有移?dòng)臺(tái)都用同一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)來(lái)估算天線群24-1和24-2的畸變因子系數(shù)γ1和γ2。還須注意，導(dǎo)頻信號(hào)的Walsh碼wq-pilot和wk-pilot，對(duì)某些或全部天線單元q和k，可以相同也可以不同。
發(fā)送的信號(hào)Sq和Sk，作為信號(hào)R到達(dá)移動(dòng)臺(tái)28。見(jiàn)圖3，圖上畫出傳輸過(guò)程。信號(hào)R由下面的方程式表示 這里γ1和γ2是從相應(yīng)群24-1和24-2看去的畸變因子系數(shù)(或Rayleigh衰落引起的時(shí)變乘法畸變)，θq=2πλdqcosθ0,]]>θk=2πλdkcosθ0,]]>噪聲是在時(shí)間上和空間上都是白色復(fù)Gaussian噪聲。本領(lǐng)域熟知，畸變因子系數(shù)γ1和γ2能夠用導(dǎo)頻信號(hào)估算。具體說(shuō)，γ1和γ2用下面方程式估算
這里Γq和Γk是在天線單元q和k上發(fā)送的導(dǎo)頻信號(hào)的積分，γq和γk是與天線單元q和k對(duì)應(yīng)的畸變因子系數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，方程式11中的γ1和γ2是從群24-1和24-2中單個(gè)參考天線單元估算的、與導(dǎo)頻信號(hào)對(duì)應(yīng)的畸變因子系數(shù)，或是與24-1和24-2中每一群的兩個(gè)或更多天線對(duì)應(yīng)的平均畸變因子系數(shù)。另外，γ1和γ2可以對(duì)應(yīng)于方程式11中適當(dāng)?shù)摩胵和γk。
假設(shè)信道畸變?cè)诜e分時(shí)間內(nèi)是靜態(tài)的，對(duì)接收的信號(hào)R與Walsh碼w1和w2進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算(在消除長(zhǎng)的偽隨機(jī)噪聲碼之后)，分別得到相關(guān)輸出W1和W2 這里噪聲1′和噪聲2′分別是與Walsh碼w1和w2相關(guān)后的噪聲。
使用畸變因子系數(shù)γ1和γ2，能夠?yàn)楣浪鉺1和s2，即 和 建立判定統(tǒng)計(jì)。這種判定統(tǒng)計(jì)如下 這里f{●}是某種恰當(dāng)?shù)呐卸ê瘮?shù)，W1*和W2*是W1和W2的轉(zhuǎn)置共軛。
展開(kāi)方程式14，并假設(shè)完全的信道知識(shí)，估算值 表示如下s^1=f{s1(Σq=1M∈lPqvqejθq|γ1|2+Σk=1M∈2Pkvkejθk|γ2|2)+…]]>(Σq=1M∈1Pqvqejθq-Σk=1M∈2Pkvkejθk)γ1*γ2s2+γ1*noise1′+γ2noise2′*}]]>方程式15要獲得 的估算值，對(duì)方程式14a作同樣展開(kāi)。根據(jù)估算值 和 在移動(dòng)臺(tái)28上可以重構(gòu)信號(hào)S(或Sq和/或Sk)。
記得前面指出，沒(méi)有復(fù)數(shù)加權(quán)vq和vk的個(gè)別加權(quán)(在每移動(dòng)臺(tái)或每用戶基礎(chǔ)上)，加在天線單元q和k發(fā)送的導(dǎo)頻信號(hào)上，因?yàn)樗幸苿?dòng)臺(tái)都用同一導(dǎo)頻信號(hào)來(lái)估算畸變因子系數(shù)γ1和γ2。但是，對(duì)接收的信號(hào)R的處理，假設(shè)導(dǎo)頻信號(hào)已被恰當(dāng)加權(quán)-就是說(shuō)，移動(dòng)臺(tái)用復(fù)數(shù)加權(quán)vq=e-jθq]]>和vk=e-jθk]]>估算畸變因子系數(shù)γ1和γ2。因?yàn)閷?dǎo)頻信號(hào)沒(méi)有被恰當(dāng)加權(quán)，所以復(fù)數(shù)加權(quán)vq和vk實(shí)際上并不等于 和 ，就是說(shuō)，假設(shè)是不正確的，移動(dòng)臺(tái)28在處理信號(hào)中一定存在某些差錯(cuò)，導(dǎo)致性能降質(zhì)。
改正這個(gè)問(wèn)題的一種方式，是把唯一的導(dǎo)頻信號(hào)分配給每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)，即每個(gè)用戶的導(dǎo)頻信號(hào)。如果分配了每個(gè)用戶的導(dǎo)頻信號(hào)，那么，復(fù)數(shù)加權(quán)vq和vk能夠用在導(dǎo)頻信號(hào)上。因此，在天線單元q和k上向移動(dòng)臺(tái)或用戶z發(fā)送的導(dǎo)頻信號(hào)將是 這里wq-pilot for userz和wk-pilot for uerz表示分配給用戶z、在天線單元q和k上發(fā)送的導(dǎo)頻信號(hào)的Walsh碼。
在移動(dòng)臺(tái)28，對(duì)用戶z的畸變因子系數(shù)γq-z和γk-z，能夠用下面方程式估算 信號(hào)s1和s2能夠從下面方程式估算 圖4和5畫出基站22用于信號(hào)處理的發(fā)射機(jī)40和50的示意圖，按照一個(gè)實(shí)施例，基站22有兩群、每群兩個(gè)天線單元的天線陣列配置。發(fā)射機(jī)40包括第一發(fā)射機(jī)部分42和第二發(fā)射機(jī)部分44，用于群24-1上為天線單元24-1-1和24-1-2進(jìn)行信號(hào)處理，而發(fā)射機(jī)50包括第一發(fā)射機(jī)部分52和第二發(fā)射機(jī)部分54，用于群24-2上分別為天線單元24-2-1和24-2-2進(jìn)行信號(hào)處理。
如圖4所示，第一發(fā)射機(jī)部分42包括多個(gè)符號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器402、404、406和408，混合器410、412、414、416、422、424、426、428、438和440，加法器418、420、430、432和442，以及基帶濾波器434和436。符號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器402、404、406和408接收多個(gè)輸入信號(hào)YI1、YQ1、Y12和YQ2，其中信號(hào)YI1、YQ1、YI2和YQ2分別與同相信號(hào)se、正交相位信號(hào)se、同相信號(hào)so、和正交相位信號(hào)so相對(duì)應(yīng)。信號(hào)YI1、YQ1、YI2和YQ2由符號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器402、404、406、和408轉(zhuǎn)發(fā)，如在圖4中括號(hào)內(nèi)的“+”號(hào)和“-”號(hào)所指出。例如，對(duì)信號(hào)YI1的每一比特或符號(hào)，符號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器402輸出相同的比特或符號(hào)兩次，即，++，而對(duì)信號(hào)YI2的每一比特或符號(hào)，符號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器406輸出相同的比特后跟隨此同一比特的反轉(zhuǎn)，即，+-。符號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器402和404的輸出在混合器410和412上與Walsh碼w1混合，而符號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器406和408的輸出在混合器414和416上與Walsh碼w2混合?；旌掀?10和414的輸出由加法器418求和，而混合器412和416的輸出由加法器420求和。
分別地，用混合器422和424把加法器418的輸出與同相的和正交相位的偽隨機(jī)數(shù)碼PNI和PNQ混合，還用混合器428和426把加法器420的輸出與同相的和正交相的偽隨機(jī)數(shù)碼PNI和PNQ混合。用加法器430把混合器422和426的輸出求和，同時(shí)用用加法器432把混合器424和428的輸出求和。分別地，加法器430和432的輸出經(jīng)基帶濾波器434和436濾波，然后通過(guò)混合器438和440對(duì)由函數(shù)cos(2πfct)和sin(2πfct)定義的載波進(jìn)行調(diào)制?；旌掀?38和440的輸出，作為信號(hào)S1中的信號(hào)S1，在天線單元24-1-1發(fā)送之前，用加法器442加起來(lái)。
發(fā)射機(jī)40第二發(fā)射機(jī)部分44包括多個(gè)符號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器444、446、448、和450，混合器452、554、456、458、464、466、468、470、476、478、480、482、492、和494，加法器460、462、472、474、484、486、和496，以及基帶濾波器488和490。符號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器444、446、448、和450，混合器452、545、456、和458，加法器460和462的工作方式，基本上與第一發(fā)射機(jī)部分42中它們的對(duì)應(yīng)部分相同，即與符號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器402、404、406和408，混合器410、412、414和416，以及加法器418和420相同。
然后對(duì)混合器460和462的輸出進(jìn)行同相控制或相移，使有關(guān)的天線單元24-1-2發(fā)送的信號(hào)，在到達(dá)目標(biāo)移動(dòng)臺(tái)28時(shí)，與天線單元24-1-1發(fā)送的信號(hào)同相。具體說(shuō)，用混合器464和468，把混合器460的輸出與和天線單元24-1-2有關(guān)的復(fù)數(shù)加權(quán)v的同相分量cI和正交相位分量cQ混合，而用混合器466和470，把混合器462的輸出與和天線單元24-1-2有關(guān)的復(fù)數(shù)加權(quán)v的同相分量cI和正交相分量cQ混合。混合器464和470的輸出，用加法器472相加，同時(shí)，混合器466和468的輸出，用加法器474相加。加法器472的輸出，作為混合器476和478的輸入，而加法器474的輸出，作為混合器480和482的輸入?；旌掀?76、478、480、492、和494，加法器484、486和496，以及基帶濾波器488和490的工作方式，基本上與第一發(fā)射機(jī)部分42中它們的對(duì)應(yīng)部分相同，即與混合器422、424、426、428、438和440，加法器430、432和442，以及基帶濾波器434和436相同。
注意，第一發(fā)射機(jī)部分42不包括調(diào)整有關(guān)天線單元24-1-1上發(fā)送信號(hào)的相位，使之同相的組件，因?yàn)檫@一信號(hào)被用作參考信號(hào)，天線單元24-1-2上發(fā)送的信號(hào)要對(duì)照此信號(hào)進(jìn)行同相調(diào)整。應(yīng)當(dāng)指出，第一發(fā)射機(jī)部分42也可以包括用于同相調(diào)整它的有關(guān)信號(hào)的組件。如果群24-1有附加的天線單元，發(fā)射機(jī)可以包括附加的發(fā)射機(jī)部分，這些部分除所用的復(fù)數(shù)加權(quán)之外，與第二發(fā)射機(jī)部分44完全相同。
發(fā)射機(jī)50的第一和第二部分52和54，工作方式基本上與發(fā)射機(jī)40的第一和第二部分相同。值得指出的不同點(diǎn)如下。符號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器502、504、506、508、544、546、548、和550是為信號(hào)YI1、YQ1、YI2、和YQ2配置的，使得它們的輸出與它們?cè)诎l(fā)射機(jī)40的對(duì)應(yīng)部分的輸出不完全相同。例如，符號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器502是一個(gè)“+-”轉(zhuǎn)發(fā)器，而與之對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)器402是一個(gè)“++”轉(zhuǎn)發(fā)器。別的差別是使用的Walsh碼不同，與發(fā)射機(jī)50的符號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器輸出混合的Walsh碼，不同于發(fā)射機(jī)40相應(yīng)的對(duì)應(yīng)部分使用的Walsh碼。例如，符號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器504的輸出，與Walsh碼w2混合，而它的對(duì)應(yīng)部分的轉(zhuǎn)發(fā)器404，則與Walsh碼w1混合。
雖然已參照某些實(shí)施例，頗為詳細(xì)地說(shuō)明了本發(fā)明，但是，別的版本也是可行的。因此，不應(yīng)把本發(fā)明的精神和范圍，限制在這里包含的實(shí)施例的說(shuō)明之內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種用于無(wú)線通信系統(tǒng)的信號(hào)處理方法，該系統(tǒng)采用的天線陣列至少有第一天線群和第二天線群，第一天線群至少有兩個(gè)天線單元，第二天線群至少有一個(gè)天線單元，其中，第一天線群與第二天線群彼此相隔近似為十個(gè)載波波長(zhǎng)或更遠(yuǎn)，并且，屬于第一天線群的各天線單元，彼此相隔近似為半個(gè)載波波長(zhǎng)或更近，該方法包括步驟從一個(gè)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)數(shù)據(jù)流；用不同的正交碼，對(duì)從多個(gè)數(shù)據(jù)流導(dǎo)出的第一組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流的每一個(gè)進(jìn)行編碼；對(duì)第一組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流進(jìn)行相移；用不同的正交碼，對(duì)從多個(gè)數(shù)據(jù)流導(dǎo)出的第二組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流的每一個(gè)進(jìn)行編碼，其中，對(duì)從多個(gè)數(shù)據(jù)流中同一個(gè)數(shù)據(jù)流導(dǎo)出的第一組和第二組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流的代表數(shù)據(jù)流，用不同的正交碼進(jìn)行編碼，該第一組和第二組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流，是該多個(gè)數(shù)據(jù)流的代表性數(shù)據(jù)流，能使該多個(gè)數(shù)據(jù)流在接收機(jī)上經(jīng)編碼后被恢復(fù)；在第一天線群上發(fā)送經(jīng)編碼和相移的第一組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流；和在第二天線群上發(fā)送經(jīng)編碼的第二組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流。
2．一種無(wú)線通信系統(tǒng)，包括多個(gè)天線群，具有第一天線群和第二天線群，第一天線群至少有一個(gè)天線單元，第二天線群至少有兩個(gè)天線單元，第一天線群與第二天線群彼此相隔一定距離，使從第一天線群發(fā)送的信號(hào)經(jīng)歷的衰落，與從第二天線群發(fā)送的信號(hào)無(wú)關(guān)，第二天線群的兩個(gè)天線單元彼此相隔一定距離，使從兩個(gè)天線單元發(fā)送的信號(hào)經(jīng)歷相關(guān)衰落；和發(fā)射機(jī)，用于從一個(gè)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)數(shù)據(jù)流，用于在第一天線群上發(fā)送從這許多多個(gè)數(shù)據(jù)流導(dǎo)出的第一組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流的每一個(gè)，并用不同的正交碼進(jìn)行編碼，還用于在第二天線群上發(fā)送從這許多多個(gè)數(shù)據(jù)流導(dǎo)出的第二組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流的每一個(gè)，并用不同的正交碼進(jìn)行編碼，其中，對(duì)從多個(gè)數(shù)據(jù)流中同一個(gè)數(shù)據(jù)流導(dǎo)出的第一組和第二組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流的代表數(shù)據(jù)流，用不同的正交碼進(jìn)行編碼，該第一組和第二組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流，是該多個(gè)數(shù)據(jù)流的代表性數(shù)據(jù)流，能使該多個(gè)數(shù)據(jù)流在接收機(jī)上經(jīng)編碼后被恢復(fù)；而且，第二組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流被相移，以便在屬于第二天線群的某個(gè)天線單元上發(fā)送。
全文摘要
公開(kāi)了一種方法和裝置,通過(guò)增加天線單元數(shù)目和改善接收機(jī)上信噪比的天線單元配置,既增強(qiáng)分集增益,又不降低數(shù)據(jù)速率。天線陣列包括第一天線群和第二天線群,第一天線群至少有兩個(gè)天線單元,第二天線群至少有一個(gè)天線單元。第一天線群與第二天線群彼此相隔近似為十個(gè)載波波長(zhǎng)或更遠(yuǎn),并且,屬于第一天線群的各天線單元,彼此相隔近似為半個(gè)載波波長(zhǎng)或更近。從一個(gè)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)數(shù)據(jù)流,并用此多個(gè)數(shù)據(jù)流產(chǎn)生第一組和第二組多個(gè)代表性數(shù)據(jù)流。
文檔編號(hào)H04B7/06GK1304217SQ00135558
公開(kāi)日2001年7月18日 申請(qǐng)日期2000年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月15日
發(fā)明者羅杰·D·本寧, R·米切爾·布萊爾, 羅伯特·A·索尼 申請(qǐng)人:朗迅科技公司