專利名稱：無線通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的多條路徑組成的通信信道，該發(fā)射機(jī)包含多個天線，該接收機(jī)至少包括一個天線。在本說明書中，路徑通常指在整個無線系統(tǒng)中能解析的獨(dú)立的子信道，而信道通常指在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間所有路徑的總體。
背景技術(shù)：
在無線通信系統(tǒng)中，無線信號一般都通過多個傳播路徑從發(fā)射機(jī)傳到接收機(jī)，每一個都涉及到一個或多個分散物產(chǎn)生的反射。從傳播路徑接收到的無線信號在接收機(jī)端可能產(chǎn)生有益或者有害的干擾(其結(jié)果是產(chǎn)生了位置相關(guān)的衰減)。進(jìn)一步來說，傳播路徑長度的不同可能產(chǎn)生符號間干擾，因?yàn)樾盘枏陌l(fā)射機(jī)到接收機(jī)所需的時間不同。
眾所周知，上述由多徑傳播導(dǎo)致的問題可以通過在接收機(jī)端使用多個天線來減輕(分集接收)，它能部分或者全部解析多個傳播路徑。為了有效地分集，各個單獨(dú)的天線接收的信號應(yīng)該有低的互相關(guān)性。一般的，通過對波長進(jìn)行大量的分割將天線分離可以保證低的互相關(guān)性，不過，密集天線也可以通過在待審未公開的國際專利申請PCT/EPO1/02750(申請人參考PHGB000033)中公開的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。通過確保使用大量不相關(guān)的信號，在任意給定時間，多個天線上有害干擾發(fā)生的概率是最小的。
在發(fā)射機(jī)端使用多個天線(分集發(fā)射)也可以取得相似的改善。分集技術(shù)可能已經(jīng)一般化為在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩端都使用多個天線，它也被稱為多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)，它可以在單邊分集的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高系統(tǒng)的增益。作為該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，多個天線的存在能夠空分復(fù)用，它將一個待發(fā)送的數(shù)據(jù)流分割成多個子流，每一個子流通過不同的路徑(或子信道)發(fā)送。在美國6,067,290號專利中描述了這樣一個系統(tǒng)的實(shí)例。
從MIMO系統(tǒng)獲得的性能改善可以用來提高在給定差錯率的數(shù)據(jù)傳送速率，也能減小在給定數(shù)據(jù)傳送速率下的差錯率，或者同時改善兩個。一個MIMO系統(tǒng)也能在控制下用于減小給定數(shù)據(jù)速率和差錯率情況下的發(fā)射能量或功率。
發(fā)明公布本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供一個性能得到改善的MIMO或者M(jìn)ISO(多輸入單輸出，Multi-Input Single-Output)系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，它提供了這樣一個無線通信系統(tǒng)，它包含由多個天線的發(fā)射機(jī)和至少包含一個天線的接收機(jī)之間的多個路徑組成的通信信道，其特征在于該發(fā)射機(jī)包含用于判決每一條路徑的至少一個傳輸屬性的路徑表征裝置，用于給一組要發(fā)送的數(shù)據(jù)分配類別的分類裝置，以及映射裝置，該映射裝置響應(yīng)上述類別和上述的至少一個傳輸屬性，并且確定將該組數(shù)據(jù)提供到發(fā)射機(jī)的天線的影射，這樣就可以決定該數(shù)據(jù)從哪一個或多個路徑發(fā)送出去。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，它提供了用在無線通信系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，該系統(tǒng)包含由多個天線的發(fā)射機(jī)和至少包含一個天線的接收機(jī)之間的多個路徑組成的通信信道，其特征在于路徑表征裝置被提供用于判決每一條路徑的至少一個傳輸屬性，分類裝置被提供用于給一組要發(fā)送的數(shù)據(jù)分配類別，響應(yīng)上述類別和上述至少一個傳輸屬性的映射裝置被提供用于將該組數(shù)據(jù)映射到發(fā)射機(jī)的天線，這樣就可以決定該數(shù)據(jù)從哪一個天線發(fā)送出去。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，它提供了運(yùn)轉(zhuǎn)一個無線通信系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)包含一條包含多個天線的發(fā)射機(jī)和至少包含一個天線的接收機(jī)之間的多個路徑組成的通信信道，該方法包含這樣一個發(fā)射機(jī)，它判決每一條路徑的至少一個傳輸屬性，它給一組要發(fā)送的數(shù)據(jù)分配類別，它還根據(jù)上述類別和上述至少一個傳輸屬性確定將該組數(shù)據(jù)提供到發(fā)射機(jī)的天線的影射，從而決定該數(shù)據(jù)從哪一個或多個路徑發(fā)送出去。
本發(fā)明基于這樣一個在先技術(shù)中是沒有的共識，也就是考慮每一個子信道的屬性可以優(yōu)化整個通信鏈路性能。
附圖簡要描述本發(fā)明的實(shí)施例將在這里參考附圖通過實(shí)例的方式進(jìn)行描述，其中

圖1是大家熟知的的MIMO無線系統(tǒng)的方框示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的MIMO無線系統(tǒng)的方框示意圖；圖3是圖示運(yùn)行根據(jù)本發(fā)明的MIMO無線系統(tǒng)的流程圖；圖中使用了相同的參考數(shù)字用來指明相應(yīng)的特性。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的模式圖1圖示了大家知道的MIMO無線系統(tǒng)。多個應(yīng)用102(AP1到AP4)產(chǎn)生要傳送的數(shù)據(jù)流。一個應(yīng)用102也能產(chǎn)生多個數(shù)據(jù)流。該數(shù)據(jù)流通過復(fù)用器(MX)104結(jié)合到一個單獨(dú)的數(shù)據(jù)流，該數(shù)據(jù)流進(jìn)一步被編碼和映射模塊(CM)106處理。該CM模塊能完成時空編碼以提供被發(fā)射機(jī)(Tx)108發(fā)送的數(shù)據(jù)符號和多個發(fā)射天線110之間的映射，它同時還能完成合適的前向糾錯。由CM模塊完成的前向糾錯(FEC)因而必須具有充足的處理MIMO信道的糾錯能力，該MIMO信道包括多個路徑112。為了圖示簡單，只有天線110之間的直接路徑112在圖中標(biāo)示了，但是應(yīng)該意識到，該組路徑應(yīng)該典型地包括信號被一個或多個游離物反射形成的間接路徑。
編碼和映射模塊106能使用許多種在先技術(shù)中公知的時空編碼技術(shù)。這進(jìn)一步包括幫助選擇到接收機(jī)的路徑的分集和波束形成技術(shù)。適合的技術(shù)的實(shí)例包括在但不局限于Kluwer Academic Publishers 2000出版的Rooyen等人編寫的《CDMA無線通信中的時空碼處理》中第2、5和8章的描述。
接收機(jī)(Rx)114也提供了多個天線110，它從多個路徑接收信號并將它們結(jié)合起來，然后解碼并解復(fù)用，最后將相應(yīng)的數(shù)據(jù)流送給每一個應(yīng)用。雖然圖示的發(fā)射機(jī)112和接收機(jī)114有相同數(shù)目的天線，但這在實(shí)際中并不是必須的，天線的數(shù)目可以根據(jù)空間和容量限制進(jìn)行優(yōu)化。相似地，發(fā)射機(jī)108可以支持任意數(shù)目的應(yīng)用(例如，單一的語音移動電話應(yīng)用或者PDA上的許多應(yīng)用)。
這樣一個大家熟知的MIMO系統(tǒng)的問題在于，它沒有考慮這樣一個事實(shí)，發(fā)射機(jī)108和接收機(jī)114之間不同的路徑112的沖激響應(yīng)不同，因而導(dǎo)致信噪比(SNR)和時延的不同。可用路徑112的數(shù)目受可獲得路徑的質(zhì)量限制。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)流根據(jù)個別部分的數(shù)據(jù)的不同需要而被映射到不同的發(fā)射天線110。
為了實(shí)現(xiàn)這樣一個系統(tǒng)，需要預(yù)先知道不同路徑112的特性?？梢酝ㄟ^從每一個天線發(fā)送引導(dǎo)比特而使接收機(jī)114能以已知的方式進(jìn)行信道估算而獲得路徑的特性。該信道估算可以送還給發(fā)射機(jī)108讓它能決定怎么為不同的天線110分配數(shù)據(jù)和編碼數(shù)據(jù)。此外，該估算還可以來自于從先前通過不同的無線路徑112接收到的數(shù)據(jù)的比特或者塊差錯率或者其它適當(dāng)?shù)募夹g(shù)。
如果上行和下行信道已知為至少大致相反，例如在相干時間大于閉合回路反饋時延的時分復(fù)用系統(tǒng)中，信道估算可以由發(fā)射機(jī)108根據(jù)已知的引導(dǎo)信息或者從接收機(jī)114接收到的相似信息完成。
需要就差錯率而言的高服務(wù)質(zhì)量(QoS)的數(shù)據(jù)，或者簡單地需要所能獲得的最高的比特率的數(shù)據(jù)可以以這樣的方式映射到發(fā)射天線110，也就是使用無線信道中的一個或者多個路徑112來提供最佳SNR(或者是在所需的SNR上獲得最小的發(fā)射功率)。需要在差錯率方面較低的QoS的數(shù)據(jù)可以映射到無線信道中一條或者多條路徑112從而提供較低的SNR值。
有不同要求的不同的數(shù)據(jù)之間的區(qū)別是由產(chǎn)生數(shù)據(jù)的應(yīng)用產(chǎn)生的，例如一條實(shí)時高質(zhì)量視頻鏈路可以產(chǎn)生出差錯率需要比語音數(shù)據(jù)更低的待發(fā)送的數(shù)據(jù)。在這種情況下，它并不將不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)流在發(fā)射機(jī)的物理層或者其上層復(fù)用到一起，該流將保持各自分離，一直到它們相應(yīng)的數(shù)據(jù)比特映射到發(fā)射天線。
實(shí)現(xiàn)這個功能的一個修正過的MIMO系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)在圖2中標(biāo)示。復(fù)用器106現(xiàn)在被多個標(biāo)記模塊(AT)204代替，每一個標(biāo)記模塊都連到一個應(yīng)用102，該模塊為相應(yīng)的應(yīng)用102的數(shù)據(jù)添加標(biāo)記以提供關(guān)于QoS要求的信息。該標(biāo)記模塊204可以采用其它的方法將關(guān)于QoS要求的信息結(jié)合到數(shù)據(jù)；例如，有不同QoS要求的數(shù)據(jù)可以在不同的時刻或者不同的傳輸信道傳送到物理層或者不同的端口。該QoS信息然后就被修正過的編碼與映射模塊206使用，該編碼與映射模塊通過調(diào)整映射而盡可能地滿足QoS要求，這是通過將它們與無線信道112的屬性相匹配來實(shí)現(xiàn)的。
如果多個應(yīng)用有相同或者相似的要求，圖2的系統(tǒng)可以被修正。在這種情況下，來自于這些應(yīng)用的數(shù)據(jù)可以在物理層被復(fù)用。
不是區(qū)別對待來自不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)，或者，來自于特定應(yīng)用的不同的數(shù)據(jù)比特還可以以這樣的方式映射到發(fā)射天線110，從而根據(jù)特定比特的不同要求使用特定的無線路徑。作為一個典型的例子，來自于一個語音編解碼器一個數(shù)據(jù)流可以根據(jù)他們重要性級別分配給一組已編碼比特的類別。最重要的比特可以通過最高質(zhì)量的路徑112發(fā)送，而較低重要性的比特就使用較低質(zhì)量的無線路徑112。
圖3是運(yùn)行這種MIMO系統(tǒng)的方法的圖示流程圖。當(dāng)運(yùn)行在發(fā)射機(jī)108上的應(yīng)用102有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，進(jìn)程從步驟302開始。該應(yīng)用根據(jù)數(shù)據(jù)的要求標(biāo)記數(shù)據(jù)段，并且該標(biāo)記值在步驟304被核對。在這個例子中，如果標(biāo)記是“A”(代表最重要的數(shù)據(jù))，該數(shù)據(jù)在步驟306通過第一路徑112被發(fā)送出去，這里的第一路徑是一條高質(zhì)量路徑。類似地，如果標(biāo)記是“B”(代表中等重要的數(shù)據(jù))，該數(shù)據(jù)在步驟308通過第二路徑112被發(fā)送出去，這里的第二路徑是中等質(zhì)量的路徑。最后，如果標(biāo)記是“C”(代表不太重要的數(shù)據(jù))，該數(shù)據(jù)就在步驟310通過第三路徑112發(fā)送出去，這里的第三路徑是低質(zhì)量的路徑。
進(jìn)一步對此變更，應(yīng)用于該數(shù)據(jù)的差錯控制編碼的級別也根據(jù)來自于每個天線110的無線路徑112的質(zhì)量而改變。例如，使用高質(zhì)量路徑112傳送數(shù)據(jù)可以使用低級別的差錯控制編碼(或者不用)。這就減小了整個要發(fā)送的信息量，從而減小了發(fā)射機(jī)的功率，或者能支持更高的數(shù)據(jù)率。
類似地，根據(jù)分配給數(shù)據(jù)和/或來自每一個天線的無線信道的質(zhì)量，更改過的編碼和映射模塊206也可以將不同的數(shù)據(jù)組的其它傳輸參數(shù)設(shè)置為不同的值，例如調(diào)制方案和/或傳輸功率。例如，映射到更高質(zhì)量路徑112的數(shù)據(jù)可以使用更高次序的調(diào)制方案和/或較低的發(fā)射功率。雖然CM模塊106顯示為一個單獨(dú)的模塊，但是設(shè)置傳輸參數(shù)(可能包括編碼)和映射的操作既可以通過一個功能模塊也可以通過分離的模塊來完成。此外，映射的操作可以獨(dú)立于設(shè)置傳輸參數(shù)的操作完成，或者作為聯(lián)合最佳化過程的一部分來完成。如果是獨(dú)立完成的，該映射仍可以考慮可獲得的傳輸參數(shù)組。
在基本方案的基礎(chǔ)上，其它變更也是可能的。例如·總的發(fā)射功率可以在多個發(fā)射天線間分割，這樣均衡從每一條路徑接收到的SNR。
·數(shù)據(jù)比特可以根據(jù)不同無線路徑112的不同的時延映射，更重要的或者更急迫的比特(例如緊密回路功率控制命令，回路時延非常重要)通過更短的路徑發(fā)送。
·來自于特定應(yīng)用的數(shù)據(jù)可以映射到有相同或者相似的時延的路徑112，從而可以消除符號間干擾。
在每種情況下，一個或者多個優(yōu)先級、差錯率和時延能通過附加“標(biāo)記”比特方式或者諸如上面所表述的其它替代方式指明給物理層，上述優(yōu)先級、差錯率和時延都是傳送給編碼和映射模塊206并給發(fā)射機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)比特所需的。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)相對于公知系統(tǒng)的一個優(yōu)點(diǎn)是它能使無線信道更適應(yīng)于發(fā)送數(shù)據(jù)的要求。這樣就可以減小整個發(fā)射功率或者增加可獲得的數(shù)據(jù)速率。
本發(fā)明使用在設(shè)計(jì)為使用多種無線協(xié)議的多模式收發(fā)機(jī)時特別有優(yōu)勢。這樣的設(shè)備可能用來從廣泛不同的應(yīng)用接收數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明，該數(shù)據(jù)可以被映射到使用一個或者多個應(yīng)用支持的無線協(xié)議有適合質(zhì)量的無線路徑。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)通過使用多個空間分離的接收機(jī)或者發(fā)射機(jī)來加強(qiáng)。它的一個典型的例子是一個移動站和多個基站保持通信鏈路時。在網(wǎng)絡(luò)層級別上，下行數(shù)據(jù)流在基站收發(fā)機(jī)之間是分開的，這樣它們支持到單獨(dú)一個移動站的下行數(shù)據(jù)流部分。通過使用上述分離方式，整個連接的穩(wěn)定性得到加強(qiáng)。來自基站的多個數(shù)據(jù)流被移動站接收，并且在該終端在網(wǎng)絡(luò)層重新裝配，最后提供一個完整的應(yīng)用數(shù)據(jù)。上行可以根據(jù)容量或者其它要求主要傳輸?shù)揭粋€基站或者在多個基站分開傳輸。
當(dāng)這樣一個移動站在基站之間運(yùn)動時，它將連續(xù)從一組基站出來，而進(jìn)入另外一組基站，它在全部時間和幾個基站保持著連續(xù)的連接。在單獨(dú)基站之間的切換既可以是硬切換也可以是軟切換，但是對于移動站的整體效果卻是軟切換，因?yàn)樗冀K與幾個基站穩(wěn)定地通信。
上面已經(jīng)在MIMO系統(tǒng)的背景下描述了本發(fā)明。但是，本發(fā)明也可以應(yīng)用在這樣的情況下，即接收機(jī)114只有一個天線110，而發(fā)射機(jī)108卻有多個天線110。這樣一個系統(tǒng)在完成在不同的路徑112上傳輸數(shù)據(jù)的不同條目上也有其優(yōu)點(diǎn)。
閱讀了這個公開文件，其它的一些更改對于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說是顯然的。在設(shè)計(jì)、制造和使用無線通信系統(tǒng)和其組件部分時，這樣的更改可能涉及到已知的特性，該特性可以替換本文已描述的特性使用或者在其基礎(chǔ)上使用。
在本說明書和權(quán)利要求中，元件前的詞“一”并不排除存在多個這樣元件。進(jìn)一步來說，詞語“包含”并不排除所列出元件或步驟以外的元件或步驟。
權(quán)利要求
1.一個無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的多條路徑組成的通信信道，發(fā)射機(jī)包含多個天線，接收機(jī)至少有一個天線，其特征在于該發(fā)射機(jī)包含用于判決每一條路徑的至少一個傳輸屬性的路徑表征裝置，用于給一組要發(fā)送的數(shù)據(jù)分配類別的分類裝置，以及映射裝置，該映射裝置響應(yīng)上述類別和上述的至少一個發(fā)送屬性，并且確定將該組數(shù)據(jù)提供到發(fā)射機(jī)的天線的影射，這樣就可以決定該數(shù)據(jù)從哪一個或多個路徑發(fā)送出去。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的系統(tǒng)，其特征在于，接收機(jī)包含完成信道估算的裝置和將信道估算輸出細(xì)節(jié)通過信令送給路徑表征裝置的裝置。
3.一種用于無線通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)，該無線通信系統(tǒng)具有包括具有多個天線的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的多個路徑的一個通信信道，其特征在于路徑表征裝置被提供用于判決每一條路徑的至少一個傳輸屬性，分類裝置被提供用于給一組要發(fā)送的數(shù)據(jù)分配類別，響應(yīng)上述類別和上述至少一個傳輸屬性的映射裝置被提供，用于確定將該組數(shù)據(jù)提供到發(fā)射機(jī)的天線的映射，這樣就可以決定該數(shù)據(jù)從哪一個天線發(fā)送出去。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于要發(fā)送的數(shù)據(jù)可能由多個源提供，而且分類裝置適應(yīng)于根據(jù)數(shù)據(jù)源分配類別。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于分類裝置適應(yīng)于分配不同的類別給相應(yīng)應(yīng)用數(shù)據(jù)段，并且是根據(jù)下列至少一項(xiàng)分配，相關(guān)重要性、服務(wù)所需質(zhì)量、數(shù)據(jù)速率、可忍受的傳輸時延和可忍受的差錯率。
6.根據(jù)權(quán)利要求3到5中任何一個所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于路徑表征裝置適應(yīng)于決定時延、信噪比、在每條路徑給定信噪比或者給定差錯率下的所需發(fā)射功率中的至少一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求3到6中任何一個所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于參數(shù)選擇裝置被提供用于設(shè)置至少一個數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸參數(shù)，并且是根據(jù)分配的數(shù)據(jù)傳輸路徑和分配給數(shù)據(jù)的類別中的至少一個設(shè)置的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于傳輸參數(shù)指明了數(shù)據(jù)的差錯控制編碼種類。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于傳輸參數(shù)指明了數(shù)據(jù)傳輸使用的調(diào)制方案。
10.根據(jù)權(quán)利要求7到9中任何一個所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于傳輸參數(shù)指明了每一個天線的發(fā)射功率，從而保證至少一條信號路徑能獲得特定的信噪比。
11.根據(jù)權(quán)利要求3到10中任何一個所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于多個分布使得空間分離的站點(diǎn)，每一個站點(diǎn)包含至少一個天線。
12.根據(jù)權(quán)利要求3到11中任何一個所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于路徑表征裝置適應(yīng)于至少部分地根據(jù)接收機(jī)的測度判決路徑的屬性并將它通過信令發(fā)給發(fā)射機(jī)。
13.操作一個無線通信系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)包含一條由包含多個天線的發(fā)射機(jī)和至少包含一個天線的接收機(jī)之間的多個路徑組成的通信信道，該方法包含這樣一個發(fā)射機(jī)，它判決每一條路徑的至少一個傳輸屬性，它給一組要發(fā)送的數(shù)據(jù)分配類別，它還根據(jù)上述類別和上述至少一個傳輸屬性確定將該組數(shù)據(jù)提供到發(fā)射機(jī)的天線映射，從而決定該數(shù)據(jù)從哪一個或多個路徑發(fā)送出去。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于在更好的子信道上傳送需要較高質(zhì)量服務(wù)的數(shù)據(jù)而不是傳送需要較低質(zhì)量服務(wù)的數(shù)據(jù)。
全文摘要
一個無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一條在包含多個天線(110)的發(fā)射機(jī)(108)和至少有一個天線(110)的接收機(jī)(114)之間的多條路徑組成的通信信道。該系統(tǒng)中的通信信道包含多個有一組特性的路徑(112)。要發(fā)送的數(shù)據(jù)由一個或多個應(yīng)用(102)產(chǎn)生并且有一個或多個類別分配給它，例如通過由標(biāo)記模塊(204)附加的標(biāo)記指明了其重要性或者其它要求。根據(jù)分配的類別和路徑(112)的特性，該數(shù)據(jù)被映射到一個或多個發(fā)射機(jī)的天線(110)，從而選擇一條合適的傳輸路徑(112)。
文檔編號H04B7/26GK1408150SQ01804251
公開日2003年4月2日 申請日期2001年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月2日
發(fā)明者M·P·J·巴克, D·L·雷恩斯, B·亨特 申請人:皇家菲利浦電子有限公司