CN1579053A - 用于提供发射分集的方法和基站 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于提供发射分集的基站(140)和方法(400)。所述基站基于具有第一导频的第一数据流和具有第二导频的第二数据流产生第一信号。第一信号包括第一和第二导频，第一导频和第二导频分别基于第一正交码和第二正交码。所述基站基于具有第一导频的第一数据流和具有第二导频的第二数据流产生第二信号，且包括第一和第二导频的第二信号相对于第一信号不同。进一步，所述基站相移调制第一信号以产生相移调制信号。所述基站经第一天线(210)发射所述相移调制信号并经第二天线(230)发射第二信号。
Description
发明领域
本发明涉及无线通信系统，更具体地涉及一种用于在无线通信系统中提供发射分集的方法和基站。
发明背景
无线通信系统是一种系统和元件的复杂网络。典型地元件包括(1)连到移动站(例如蜂窝电话)的无线链路，其通常由至少一个和典型的几个基站提供，(2)在基站之间的通信链路，(3)控制器，典型地是一个或多个基站控制器或集中式基站控制器(BSC/CBSC)，控制基站之间的通信并且管理基站的操作和交互，(4)呼叫控制器(例如，移动交换中心(MSC))或交换机，典型地是呼叫代理(例如“软切换”)，用于在系统内路由呼叫，以及(5)连到陆线或公共交换电话网络(PSTN)的链路，其通常也由该呼叫代理提供。
设计无线通信系统的一个方面是要最佳化上行链路或下行链路的传输性能。也就是，从基站到移动台的话音和分组数据传输。但是，由于在路径上存在多个反射，多径衰落可能会造成在移动台接收的多个传输副本具有时变衰减、相移和延迟。
一种减轻无线通信中的多径衰落效应的技术是纠错码。比特交织和纠错码一起可以补偿多径衰落引起的误码率。比特交织可以把比特误差分散在未破坏的比特(即“良好”比特)中，以至于纠错码可以更好地纠正在“良好”比特中散布的错误比特。但是，衰落深度衰减突发串必须足够短，以便所引起的一连串比特误差比用于有效比特交织的纠错码的比特交织周期短得多。例如，缓慢移动的移动台(例如，步行者或在建筑物内的用户所使用的移动台)产生慢衰落接收信道，这样在无线通信信道上的衰落突发串比交织周期更长。因此，纠错码可能就无法补偿错误比特。
天线分集是另一种用于降低多径衰落的影响。具体来说，例如在接收端，例如在移动台的多个天线可以被用于组合、选择和/或切换以便改善来自发射端，例如来自基站的传输质量。但是，在移动台的天线分集受到移动台尺寸的限制。也就是，由于移动台空间有限，多个接收天线可能安排的彼此接近。结果，在移动台的天线会高度相关并且产生的分集增益不明显。因此，可以通过使用通常用于上行链路路径(即，从移动台到基站)中的接收分集的两个天线，在基站中使用发射分集来提供在下行链路路径(即，从基站到移动台)中的分集。
下行链路或上行链路性能可以通过在发射端实施天线分集来改善。无线通信系统协议实现了许多发射分集协议。例如，IS-95码分多址(CDMA)协议可以可操作地实现相移发射分集(PSTD)而不需要对IS-95的移动台作任何改变。CDMA 2000-1X协议可以可操作地实现PSTD而不需要对CDMA 2000-1X移动台作任何改变或使用专用CDMA 2000-1X移动台实现正交发射分集(OTD)或时空扩展发射分集(STS-TD)。如上所述，缓慢移动的移动台会产生慢衰落接收信道，以至于在特殊信道上的深度衰落衰减突发串可能比交织深度更长并且对于纠错编码来说可能没有足够的正确比特。PSTD以一个相位扫描速率(例如，50Hz)把慢衰落转换为人为快衰落，以便使用比特交织的纠错编码可以纠正错误比特。这样，对缓慢移动的移动台应用PSTD可以降低为了达到期望的移动台误码率基站所需要的发射功率，且能使基站同时服务更多移动台，例如，增加平均的蜂窝容量。
典型地，移动台必须适于接收特定类型的发射分集，但是一些无线通信系统协议不能与特定的发射分集协议兼容。例如，如果移动台按照IS-95 PSTD协议操作，那么该移动台就不能按照CDMA 2000-1XOTD或STS-TD协议操作。因此，通信系统在多个发射分集协议之间需要重叠，以便多种发射分集协议可以在同一频段共存。也就是，在同一频段上CDMA 2000-1X OTD或STS-TD协议和IS-95 PSTD协议之间需要重叠，以适应例如从IS-95 PSTD协议到CDMA 2000-1X OTD或STS-TD协议的逐渐升级。但是，由于IS-95 PSTD协议，在CDMA2000-1X OTD或STS-TD协议下操作的CDMA移动台可能要经历降级。
因此，需要避免或最小化与工作在同一频段上的多个发射分集协议相关联的降级。
附图说明
图1是一个无线通信系统的框图表示，该系统适于根据本发明的优选实施例操作。
图2是一个无线蜂窝的框图表示，该无线蜂窝适于根据本发明的优选实施例的操作。
图3是一个基站的框图表示，该基站适于根据本发明的优选实施例的操作。
图4是一个基站的框图表示，该基站适于根据本发明的另一个优选实施例的操作。
图5是一个方法的流程图，该方法用于提供根据本发明的优选实施例的发射分集。
具体实施方式
现在描述用于在无线通信系统中提供发射分集的方法和移动台的优选实施例。该无线通信系统为多个移动台提供通信服务。具体来说，通过基于具有第一导频的第一数据流和具有第二导频的第二数据流产生的第一信号，基站可以提供发射分集。也就是，第一信号包括第一和第二导频。第一导频基于第一正交码并且第二导频基于第二正交码。第一和第二正交码可以是(但不限于)诸如W0和W16这样的沃尔什(Walsh)码。基站基于具有第一导频的第一数据流和具有第二导频的第二数据流产生第二信号，并且包括第一和第二导频的第二信号相对于第一信号来说是不同的。此外，基站相移调制该第一信号，以产生相移调制信号。相应地，该基站经第一天线发射该相移调制信号并且经第二天线发射该第二信号发射给多个移动台。在另一种实施例中，该相移调制信号可以是第一相移调制信号，以至于该基站可以相移调制该第二信号，以产生第二相移调制信号。从而基站经该第二天线发射该第二相移调制信号。本领域普通技术人员很容易认识到，该移动台160可以接收该第一信号250和第二信号260。
按照几个优选实施例，尤其是按照依据几种标准中的至少一种操作的无线通信通信系统描述根据本发明的一个通信系统。这些标准包括模拟、数字或双模通信系统协议，诸如(但不限于)高级移动电话系统(AMPS)，窄带高级移动电话系统(NAMPS)，全球移动通信系统(GSM)，IS-55时分多址(TDMA)数字蜂窝，IS-95码分多址(CDMA)数字蜂窝，CDMA 2000，个人通信系统(PCS)，3G和这些协议的变化和演化。如图1所示，无线通信系统100包括通信网络110，如120和122所示的、服务整个服务区域130的多个基站控制器(BSC)。无线通信系统100可以是(但不限于)基于频分多址(FDMA)的通信系统，基于时分多址(TDMA)的通信系统，以及基于码分多址(CDMA)的通信系统。已知对于这样的系统，每个BSC 120和122与如140、142、144所示的多个基站(BS)相关联，从而服务在整个服务区130内如150、152、154和156的通信小区。BSC 120和122，以及基站140、142、144和146是根据该应用标准或用于为160、162、164和166所示的移动台(MS)提供无线通信服务的标准确定的并且根据它们进行操作，其中这些移动台在通信小区150、152、154和156中操作，并且这些元件的每一个都可以由伊利诺斯州的Schaumburg的Motorola公司实现商用。
参照图2，通信小区150通常包括基站140和多个如160所示的移动台。具体来说，基站140通常包括第一天线210，第二天线220，发射单元230和控制器240。如下面进一步的描述，第一和第二天线210和220可操作地耦合到发射单元230。在另一个实施例中，多个天线可以可操作地耦合到发射单元230。发射单元230可操作地耦合到该控制器240，该控制器包括(但不限于)处理器242和存储器244。处理器242可操作地耦合到该存储器244，该存储器存储用于该处理器242的一个程序或一组操作指令。该处理器242执行该程序或该组操作指令，以便基站140根据本发明的一个实施例操作。该程序或该组操作指令可以嵌入一个计算机可读介质上，该可读介质例如是(但不限于)寻呼机、可编程门阵列、专用集成电路、可擦写可编程只读存储器、只读存储器、随机读取存储器、磁介质和光介质。
为了提供多中发射分集协议，诸如是(但不限于)正交发射分集(OTD)协议，时空扩展发射分集(STS-TD)协议，和相移发射分集(PSTD)协议，基站140经第一天线210发射第一信号250并且经第二天线220发射第二信号给移动台160。具体来说，第一信号250可以是(但不限于)具有第一导频的第一数据流和具有第二导频的第二数据流的组合。第一和第二导频可以基于(但不限于)诸如Walsh码(例如W0和W16)这样的正交码。第二信号260可以是由第一和第二数据流的组合所产生的相移调制信号。因此，第二信号260可以包括第一和第二导频。但是，第二260相对于第一信号250不同。也就是，第一天线210和第二天线220空间分离，以便与第一和第二信号250、260相关的两个传输路径(即，“信道”)的相乘转移函数的衰减和相移尽可能彼此不同和独立。此外，如果第一和第二信号250、260的两个传输路径不相关(即，包括统计的不相关衰落幅度和相位波动)，那么就可能产生发射分集增益。发射分集增益取决于信道的相关度(即，相关因子)，发射分集增益随着相关因子增大而单调降低。例如，当信道完全不相关，即相关因子为零时，发射分集增益达到它的最大值。因此，相关因子为一(1)(即，信道完全相关)会导致没有发射分集增益或者甚至损失。
参照图3，第一信号250通过第一天线210发射，并且第二信号260通过第二天线220发射。这两个天线210、220空间分离，以便到达一个移动台的两个传输路径(即，信道)的变换函数可以尽可能独立，从而提供空间分集。也就是，经这些信道的两个信号可以具有两个统计的不相关衰落幅度和相位波动，以能够得到发射分集增益。
如图3所示，基站140通常包括第一天线210、第二天线220和发射单元230。具体来说，发射单元230通常包括第一数据源310，第二数据源320，第一组合电路330，第二组合电路340和相移调制器350。第一组合电路330可操作地耦合到该第一数据源310、第二数据源320和相移调制器350。相移调制器350可操作地耦合到第一天线210。第二组合电路340可操作地耦合到第一数据源310、第二数据源320和第二天线220。
在图3所示的本发明的实施例中所应用的用于提供多个发射分集协议的基本流程可以从第一组合电路330基于来自第一数据源310的第一数据流和来自第二数据源320的第二数据流产生第一信号开始。具体来说，第一数据流包括基于第一正交码的第一导频并且第二数据流包括基于第二正交码的第二导频。第一和第二正交码的每一个可以是(但不限于)Walsh码。例如，第一组合电路330可以组合第一数据流和第二数据流，以产生第一信号，该第一信号包括第一导频和第二导频。进一步，第一信号由相移调制器350进行相移调制，以产生一个相移调制信号。具体来说，第一信号可以和一个相移参数组合，以便相移调制第一信号，从而在一个比特交织周期中提供一个大约360E或大约360E的非零整数倍的单调相位扫描。例如，对于IS-95协议，比特交织周期可以是20毫秒(msec)的帧。因此，相移周期是20msec或20msec的整数分之一。相应地，第一天线210发射该相移调制信号。第二组合电路340还基于来自第一数据源310的第一数据流和来自第二数据源320的第二数据流产生第二信号。但是，第二信号相对于第一信号来说是不同的。例如，第一信号可以包括基于W0码的第一导频和基于W16码的第二导频，而第二信号可以包括基于W0码的第一导频但是第二导频是基于负的W16码。第二天线220发射第二信号。这样，本领域技术人员应该很容易认识到，移动台可以接收该相移调制信号和第二信号。
CDMA 2000-1X空分扩展发射分集(STS-TD)标准的实现可能要求两个STS信号(例如，STS1和STS2)分别通过两个发射天线(例如，TxA1和TxA2)发射。例如，发射天线TxA1可以发射信号STS1，并且发射天线TxA2可以发射信号STS2。两个STS信号STS1和STS2的内容基于CDMA 2000-1X STS-TD标准。CDMA 2000-1X正交发射分集(OTD)的实现可能要求两个OTD信号(例如，OTD1和OTD2)分别通过两个发射天线(例如，TxA1和TxA2)发射。基于CDMA2000-1X STS标准，信号OTD1包括奇数号的数据码元，而信号OTD2包括偶数号的数据码元。
再次参照图3，在提供CDMA 2000-1X空分扩展(STS)和PSTD组合发射分集的应用中，第一数据源310适于提供一个IS-95可兼容信号，即包括使用Walsh码W0的主导频和如上所述的CDMA 2000-1X信号STS1的信号。第二数据源310适于提供如上所述的CDMA-1X信号ST2以及一个使用Walsh码W16的分集导频。这些信号被组合，例如求和，以便从天线210进行传输。这些信号被组合(例如，相减)和相位调制，以便从天线220进行传输。
为了提供CDMA 2000-1X正交发射分集(OTD)，第一数据源适于提供一个IS-95可兼容信号，该兼容信号包括主导频和该CDMA2000-1X信号STS1。第二数据源320适于提供一个CDMA 2000-1X可兼容信号，该可兼容信号包括一个分集导频和该CDMA 2000-1X信号STS2。
IS-95可兼容移动站接收经天线210和220发射的信号的IS-95可兼容求和。由于引入了相移调制(即，相位扫描)，从两个天线210和220到达的两个信号的和(即一个接收信号)具有PSTD引起的快衰落。然后由IS-95移动站解调和解码接收信号。接收信号可以用一个基于时间t的通用相位扫描函数p(t)来表示：
R(t)＝S(t)[CA+CBexp(jp(t))]
接收信号可以用一个线性相位扫描表示为：
R(t)＝S(t)[CA+CBexp(j2πFswt)]
式中，R(t)是接收信号，S(t)是所发射的IS-95信号，CA和CB是分别从天线210和220到移动台的通信信道，t表示时间，p(t)是时间t的通用相位扫描函数，Fsw是相位扫描频率偏移，对于IS-95 20msec帧来说，Fsw可以是50Hz的非零整数倍。
对于一个适于CDMA 2000-1X或STS-TD发射分集的移动台，移动台接收的两个新的等效信道(即C1和C2)可以用一个时间t的通用相位扫描函数p(t)表示：
C1＝CA+CBexp(jp(t))
C2＝CA-CBexp(jp(t))
新的等效信道还可以用一个具有频率偏移Fsw的线性相位扫描表示：
C1＝CA+CBexp(j2πFswt)
C2＝CA-CBexp(j2πFswt)
式中，CA和CB是分别来自天线210和220的通信信道；t表示时间，p(t)是时间t的通用相位扫描函数，Fsw是相位扫描频率偏移，对于IS-95 20msec帧来说，Fsw可以是50Hz的非零整数倍。
例如，如果线性相位扫描频率Fsw是零(0)，即没有相位扫描，移动台接收的新的等效信道可以表示为：
C1＝CA+CB
C2＝CA-CB
当初始信道CA和CB互相关为零时，新的等效信道C1和C2互相关为零。当初始信道相关时，即这些信道具有非零相关，可以看出如果CA和CB是在载波中心频率周围具有对称功率空间分集的(即，复随机变量，其实数和虚数部分是独立并且是相同的高斯随机分布过程)相关瑞利衰落信道，新的等效信道C1和C2的互相关将为零。即使没有保持空间分集对称，也可以降低相关度，即，C1和C2的相关度小于CA和CB的相关度。
在另一个实施例中，发射单元230可以包括两个相移调制器，以便相移调制来自第二组合电路340的第二信号。参照图4，发射单元230包括第一数据源410，第二数据源420，第一组合电路430，第二组合电路440，第一相移调制器450，和第二相移调制器460。第一组合电路340可操作地耦合到第一数据源410、第二数据源420和第一相移调制器450，第一相移调制器450然后耦合到第一天线210。第二组合电路440可操作地耦合到第一数据源410、第二数据源420和第二相移调制460，第二相移调制器460然后耦合到第一天线220。
图4所示的本发明的实施例所应用的用于提供多个发射分集协议的基本流程可以从第一组合电路430基于来自第一数据源410的第一数据流和来自第二数据源420的第二数据流产生第一信号开始。因此，第一信号由第一相移调制器450调制，以产生第一相移调制信号，其然后经第一天线210发射。第二调制电路440也基于来自第一数据源410的第一数据流和来自第二数据源420的第二数据流产生第二信号。但是，第二信号相对于第一信号不同。此外，第二信号由第二相移调制器460调制，以产生第二相移调制信号。第二天线220发射该第二相移调制信号。结果，移动台接收两个相移调制信号，即第一和第二调制信号。
根据本发明的优选实施例，并且参照图5，示出了用于在无线通信系统中提供多种发射分集增益的方法500。方法500从步骤510开始，这里，基站控制器基于包括第一导频的第一数据流和包括第二导频的第二数流产生第一信号。也就是，第一信号包括第一和第二导频。例如，该控制器可以组合该第一数据流和该第二数据流，以产生包括该第一和第二导频的第一信号。该第一和第二导频可以基于(但不限于)诸如Walsh码这样的正交码(例如，W0和W16)。在步骤520，控制器基于第一数据流和第二数据流产生第二信号，并且第二信号相对于第一信号不同。尽管第二信号相对于第一信号不同，但是第二信号也包括该第一和第二导频。在步骤530，控制器相位调制第一信号，以产生一个相移调制信号。也就是，控制器组合第一信号和一个相移参数，以产生相移调制信号。例如，可以用在一个比特交织周期上的360E的整数倍的相位扫描来相位调制第一信号。在20msec的IS-95比特交织周期上的360E度线性相位扫描可以得到50Hz的相位扫描频率偏移。在替换实施例中，相移调制信号可以是第一相移调制信号，以至于控制器还可以调制该第二信号，以产生第二相移调制信号。用在一个比特交织周期上的360E的整数倍的相位扫描来进行相位调制第一和第二相移调制信号。例如，可以是用在一个方向上的180E相位扫描来相位调制第一相移调制信号，而用在一个相反方向上的180E相位扫描来相位调制第二相移调制信号。在步骤540，控制器经第一天线发射相移调制信号第二信号。在步骤550，控制器经第二天线发射第二信号。如上所述，在一个替换实施例中第二信号可以被相移调制，以至于第二天线可以发射第二相移调制信号。这样，基站可以用第一和第二天线提供发射分集。
对本发明可以进行许多改变和修改而不脱离其合理的范围和精神。上面讨论了一些修改的范围。其他的范围可以从附加的权利要求变得显而易见。
Claims (10)
1.一种用于在无线通信系统中提供多个发射分集协议的方法，该通信系统为多个移动台提供通信服务，该方法包括：
基于具有第一导频的第一数据流和具有第二导频的第二数据流产生第一信号，该第一信号包括该第一导频和该第二导频；
基于具有第一导频的第一数据流和具有第二导频的第二数据流产生第二信号，该第二信号包括第一导频和第二导频；
相位调制第一信号，以产生一个相移调制信号；
经第一天线发射该相移调制信号；以及
经第二天线发射第二信号，
其中第一导频基于第一正交码，并且第二导频基于第二正交码。
2.如权利要求1的方法，其中，相位调制第一信号以产生相位调制信号的步骤包括：组合第一信号和一个相移参数，其中所述相移参数包括用于一个比特交织周期的一个360E相位扫描。
3.如权利要求1的方法，其中基于具有第一导频的第一数据流和具有第二导频的第二数据流产生第二信号的步骤包括：组合第一和第二数据流，以至于第二信号包括第一导频和第二导频，并且第一和第二导频的每一个都基于一个Walsh码。
4.如权利要求1的方法，其中，所述相移调制信号包括第一相移调制信号，其中所述方法进一步包括相移第二信号以产生第二相移调制信号的步骤，并且经第二天线发射第二信号的步骤包括经第二天线发射第二相移调制信号。
5.一种用于在无线通信系统中提供多个发射分集协议的基站，该通信系统为多个移动台提供通信服务，该基站包括：
第一数据流源，适于提供具有第一导频的第一数据流，第一导频基于第一正交码；
第二数据流源，适于提供具有第二导频的第二数据流，第二导频基于第二正交码；
第一信号产生器，适于基于第一数据流和第二数据流产生第一信号，第一信号包括第一和第二导频；
第二信号产生器，适于基于第一数据流和第二数据流产生第二信号，使得第二信号不同于第一信号，第二信号包括第一和第二导频；
耦合到第一产生器的相移调制器，所述相移调制器可操作地调制第一信号以产生相移调制信号；
耦合到相移调制器的第一天线，该第一天线可操作地发射所述相移调制信号；以及
耦合到第二信号产生器的第二天线，第二天线可操作地发射第二信号。
6.如权利要求5的基站，其中，第一信号产生器包括第一信号组合电路，第一信号组合电路可操作地组合第一数据流和第二数据流以产生第一信号。
7.如权利要求5的基站，其中，第二信号产生器包括第二信号组合电路，该第二信号组合电路可操作地组合第一数据流和第二数据流以产生第二信号，并且第二信号相对于第一信号不同。
8.如权利要求5的基站，其中，所述相移调制器包括可操作地组合第一信号和一个相移参数的相移调制器，且所述相移参数包括用于一个比特交织周期的一个360E相位扫描和以用于一个20毫秒的比特调制周期的360E的整数倍操作的相位扫描中的一个。
9.如权利要求5的基站，其中，所述相移调制器包括可操作地调制第一信号以产生第一相移调制信号的第一相移调制器，所述基站进一步包括可操作地耦合到第二信号产生器的第二相移调制器，其中第二相移调制器可操作地调制第二信号以产生第二相移调制信号，并且第二天线包括一个天线，该天线可操作地耦合到第二相移调制器并且可操作地发射第二相移调制信号。
10.在一种为多个移动台提供通信服务的无线通信系统中，其中处理器根据嵌入在一个计算机可读介质上一个计算机程序进行操作以提供多个发射分集协议，所述计算机程序包括：
第一例程，指导所述处理器基于具有第一导频的第一数据流和具有第二导频的第二数据流产生第一信号，第一信号包括第一导频和第二导频；
第二例程，指导所述处理器基于具有第一导频的第一数据流和具有第二导频的第二数据流来产生第二信号，使得第二信号相对于第一信号不同，第二信号包括第一导频和第二导频；
第三例程，指导所述处理器相位调制第一信号，以产生一个相移调制信号；
第四例程，指导所述处理器经第一天线发射所述相移调制信号；以及
第五例程，指导所述处理器经第二天线发射第二信号，
其中，第一导频基于第一正交码，且第二导频基于第二正交码。
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