專利名稱：發(fā)射天線分集方法和使用該方法的基站裝置和移動站裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)射天線分集，特別是涉及一種發(fā)射天線分集方法以及在一個移動通信系統(tǒng)中使用該方法的基站裝置和移動站裝置。
第三代移動通信系統(tǒng)具有用于以比通過個人通信系統(tǒng)(PCS)代表的第二代移動通信系統(tǒng)更高的速率發(fā)射數(shù)據(jù)的標準。在歐洲和日本，采用一種同步寬帶碼分多址(W-CDMA)方式作為一種無線接入標準。在北美，采用一種異步CDMA-2000方式作為一種無線接入標準。移動通信系統(tǒng)被配置以使許多移動站可以通過單個基站通信。
為了在一個移動通信系統(tǒng)中以高速率發(fā)射數(shù)據(jù)必需克服衰落、衰落降低了接收信號幅值幾個分貝到十幾個分貝。各種分集技術(shù)被用來滿意地克服衰落。在一種CDMA方式中，使用一種利用信道時延擴展的瑞克接收機。接收多路徑信號的一種接收分集技術(shù)被應(yīng)用到瑞克接收機中。這種接收分集技術(shù)存在這樣的問題，即，當延遲擴展很小時，接收分集操作不好。使用交織和編碼的一種時間分集技術(shù)被使用在多普勒擴展信道中。在一個低速度多普勒信道中使用這種方法是困難的。
空間分集被用來克服具有小時延擴展的室內(nèi)信道中和戶外信道(其是一個低速度多普勒信道)中的衰落?？臻g分集使用兩個或多個天線。在此方法中，當通過一個天線發(fā)射的信號由于衰落而減小時，則通過另外一個天線發(fā)射的信號被用于接收?？臻g分集被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)射天線分集。由于缺乏空間以及額外的費用，在一個移動站中安裝接收天線分集是困難的，因此建議在基站中使用發(fā)射天線分集。
發(fā)射天線分集分成反饋來自移動站用于操作的上行信道信息的閉環(huán)發(fā)射分集和不具有來自移動站反饋的開環(huán)發(fā)射分集。當使用L個天線時，就信號與干擾和噪聲比(SINR)方面，閉環(huán)發(fā)射分集具有比開環(huán)發(fā)射分集強L倍的增益?？墒?，反饋用于操作的信道信息的閉環(huán)發(fā)射分集的性能受反饋周期的影響。當反饋周期長時，在反饋信息到達基站之前信道可能變化，從而降低性能。當為了窮追一個飛快改變的信道，每單位時間上有大量的信息反饋時，上行鏈路容量就會降低。
另外，發(fā)射天線分集分成最大比值合(MRC)方法、等增益組合(EGC)方法和選擇性組合(SC)方法。當沒有滿意地保證一個反饋帶寬時，因為在反饋信息中沒有可靠地反映信道信息的改變，所以如上所述的閉環(huán)發(fā)射分集的性能可能被惡化。在此，為了產(chǎn)生信道信息被快速可靠地反映在反饋信息中而不是獲得準確的信道信息，使用一種SC方法的閉環(huán)發(fā)射天線分集被使用。
可是，當使用SC方法時，在天線之間的不均衡發(fā)生。因此，它花費很多來配置一個無線電頻率(RF)處理器。因此，使用用于克服上述問題的SC方法的分集和使用較少反饋信息執(zhí)行分集是所期望的。
雖然可以獲得分集增益，但是與使用MRC方法或EGC方法的分集相比，使用SC方法的分集中的SINR增益降低，因為信道信息沒有被反饋信息完全地反映。因此，期望一種改良的分集方法，它可以通過補償該降低來將SINR增益最大化，可以應(yīng)用在一個高移動速度上，并且可以簡化收發(fā)信機的硬件配置。
在美國專利No.5,634,199和No.5,471,647中公開了使用反饋方式的一種發(fā)射天線分集方法。在這些專利中，建議了一種信道的測量和一種使用微擾算法的反饋方法以及一種增益矩陣?？墒?，這些專利采用一種盲目的方法，它在測量一個信道的收斂中很慢并且在尋找一準確的加權(quán)時不是很有效，因此該方法不經(jīng)常使用在利用導頻信號的系統(tǒng)中。
在通用移動電信業(yè)務(wù)(UMTS)的W-CDMA(3GPP)標準中，Motorola建議了以一種反饋方式量化每個天線的加權(quán)的一種方法。另外，Nokia以及其他公司建議了一種關(guān)于兩個天線操作的高速移動物體的發(fā)射天線分集方法?？墒?，這些方法對于使用兩個天線的情況是最佳化的。因此，有效選擇許多天線的一種改良方法是所期望的。
為了解決如上所述的問題，本發(fā)明的第一個目的是提供使用選擇組合(SC)方法的一種閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，通過使用一種復數(shù)基矢集來把天線選擇擴展到基矢選擇，從而提供用于選擇天線的反饋信息，它可以克服在天線之間的功率不均衡。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種基站裝置和一種移動站裝置，用于執(zhí)行上面的使用SC方法的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法。
為了達到本發(fā)明的第一個目的，在一個實施例中，提供使用選擇組合方法的一種閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，其包括步驟(a)測量來自通過在基站中使用的多個天線所接收的信號中的信道信息，并且輸出一個信道信息矩陣，(b)按照由一個復數(shù)基矢集構(gòu)成的一個變換矩陣，來變換該信道信息矩陣，(c)基于該變換的信道信息矩陣，計算有關(guān)該多個天線的接收功率，和(d)把基于計算出的接收功率所獲得的天線選擇信息作為用于控制發(fā)射天線分集的反饋信息發(fā)射給基站。
在另外一個實施例中，也提供了一種使用選擇組合方法的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，其包括步驟(a)接收來自移動站的與復數(shù)基矢相關(guān)的選擇信息作為用于控制發(fā)射天線分集的反饋信息；(b)確定根據(jù)選擇信息所選定的一個復數(shù)基矢；(c)使用該確定的復數(shù)基矢獲得每個天線的天線加權(quán)；和(d)基于該天線加權(quán)產(chǎn)生一個信號，并通過一個相應(yīng)的天線把該信號發(fā)射給移動站。
為了達到本發(fā)明的第二個目的，提供一種基站裝置，其包括多個天線，用于接收來自移動站的與復數(shù)基矢相關(guān)的選擇信息，作為用于控制發(fā)射天線分集的反饋信息；一個反饋信息解碼器，用于確定根據(jù)該選擇信息所選定的復數(shù)基矢，并使用該確定的復數(shù)基矢獲得每個天線的天線加權(quán)；以及一個數(shù)據(jù)發(fā)射單元，用于基于該天線加權(quán)產(chǎn)生一個信號，并通過一個相應(yīng)的天線把該信號發(fā)射給移動站。
這里還提供一種移動站裝置，其包括一個信道信息測量單元，用于測量通過在基站中使用的多個天線接收的信號中的信道信息，并輸出一個信道信息矩陣；一個基矢變換器，用于按照由復數(shù)基矢集構(gòu)成的一個變換矩陣變換該信道信息矩陣；一個最佳加權(quán)檢測器，根據(jù)該變換的信道信息矩陣，用于計算有關(guān)該多個天線的接收功率，并根據(jù)該計算出的接收功率，產(chǎn)生用于控制發(fā)射天線分集的反饋信息；以及一個上行鏈路信號處理器，用于以按照適合于反饋的協(xié)議配置的碼元形式，把反饋信息發(fā)射給基站。
通過參考附圖在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中的詳細描述，本發(fā)明的上面的目的和優(yōu)點將變得更顯而易見，附圖中

圖1是在一個無線通信系統(tǒng)中用于發(fā)射天線分集的發(fā)射裝置的方框圖2是如圖1所示的反饋信息解碼器的實施例的方框圖；圖3是在一個無線通信系統(tǒng)中用于發(fā)射天線分集的接收裝置的方框圖；圖4是在一個無線通信系統(tǒng)中用于發(fā)射天線分集的接收裝置的實施例的方框圖；圖5A一直到5C表示在實軸上的一個基矢集、虛軸上的一個基矢集以及通過把這兩個實部和虛部基矢集組合而獲得的一個復數(shù)基矢集的例子；圖6表示在每個時隙編號處在基矢和反饋信息之間的映射關(guān)系；以及圖7表示用于當使用四個天線時使用復數(shù)基矢的使用選擇方法的發(fā)射天線分集的參數(shù)和它們的數(shù)值。
現(xiàn)在將簡要地描述本發(fā)明的操作原理。本發(fā)明在一個無線發(fā)射接收系統(tǒng)中對于閉環(huán)發(fā)射天線分集使用一種選擇組合(SC)方法。其中在發(fā)射機通過多個天線發(fā)射一個信號的發(fā)射天線分集的情況下，該SC方法簡化了硬件配置?？墒?，由于在天線之間的功率的不均衡，配置一個無線電頻率(RF)處理器的費用增加。為了克服此問題，把一個天線的選擇擴展到一個基矢的選擇。在基矢選擇中，通過使用允許天線具有同一功率的一種等功率均衡基矢，即使執(zhí)行使用SC方法的分集時，天線之間的功率不均衡也可以被克服。
一個基矢集，{，，，}，可以用來選擇接收機中的一個天線。這個集是一不相等功率均衡基矢集。等功率均衡基矢集是一個沃爾什基矢集，{，[1-11-1]，[11-1-1]，[1-1-11]}，以及一個極性基矢集，{[-1111]，[1-111]，[11-11]，[111-1]}。
用于SC方法的這些基矢集由相同的常數(shù)構(gòu)成所以不同矢量的內(nèi)積為0，相同矢量的內(nèi)積不為0。當這些基矢集被用來獲得天線的加權(quán)時，為了避免改變發(fā)射功率，矢量被均衡以使常數(shù)可以為1。這樣一個均衡集被稱為一個歸一正交基矢集。
作為參考，由于在接收天線分集中使用一種等功率均衡歸一正交基矢集的方法歸入基于SC方法的分集中，該方法的性能與使用不相等功率均衡歸一正交基矢集的方法相同。當假定分集信息被理想地反饋時，除了在使用等功率均衡歸一正交基矢集的方法中在發(fā)射天線之中功率被均一之外，在發(fā)射天線分集中兩種方法都具有相同的性能。
在配置來使從移動站中反饋分集信息的閉環(huán)發(fā)射天線分集中，因為反饋信道的帶寬被限制，由于移動站的移動速度增加，所以反饋信息的發(fā)射被延遲。此延遲降低了分集增益。與SC方法相比較，最大比值組合(MRC)方法或等增益組合(EGC)方法具有大量的反饋信息，以使以低移動速度可以執(zhí)行精確的信道補償，從而提高性能，但是由于移動站的移動速度增加，該性能快速地降低。
本發(fā)明提供一種復數(shù)基矢選擇方法，用于改良在低移動速度下使用SC方法的分集的性能并且當移動速度增加時保持該性能。一個復數(shù)基矢集由分配到復平面的實軸和虛軸上的不同的歸一正交集構(gòu)成。例如，一個沃爾什基矢集分配給實軸，而一個極性基矢分配給虛軸。當使用四個天線時，獲得由16個矢量組合構(gòu)成的一個復數(shù)基矢集。從該復數(shù)基矢集中選擇一個復數(shù)基矢以確定在多個天線之中將被給定一個加權(quán)的天線。
當與一個復數(shù)基矢選擇相關(guān)的信息從移動站被反饋到基站時，關(guān)于實軸矢量信息和關(guān)于虛軸的矢量信息在反饋信號時間間隔處被交替地發(fā)射?；就ㄟ^滑動窗把在兩個連續(xù)的反饋信號時間間隔期間接收的信息求知，并形成一個復數(shù)基矢。例如，當依照實軸信息和虛軸信息發(fā)射反饋信息時，通過第一實軸信息和第二虛軸信息構(gòu)成一個基矢，然后通過第二虛軸信息和第三實軸信息構(gòu)成下一個基矢，從而通過滑行窗口形成一個復數(shù)基矢。復數(shù)基矢的每個因子被使用作為每個天線的一個加權(quán)。如上所述通過配置發(fā)射天線分集，在反饋信號令時間間隔處可以使用最佳反饋信息。由于在反饋信令時間間隔處可以使用一最佳加權(quán)，所以在一個高移動速度處優(yōu)良的特性被保持，并且在低移動速度處性能被改善，因為該復數(shù)基矢的分辯率被增加到1/16。此外，形成該復數(shù)基矢集以便均衡天線之間的功率，從而防止天線之間的功率不均衡。
在下文中，將明確描述如本發(fā)明所述的發(fā)射裝置和接收裝置的配置和操作。圖1是在一個無線通信系統(tǒng)中用于發(fā)射天線分集的發(fā)射裝置的方框圖。發(fā)射裝置相當于移動通信系統(tǒng)中的基站和可以被稱為一個UMTS(通用移動電信業(yè)務(wù))陸上無線接入網(wǎng)絡(luò)(UTRAN)。
參考圖1，發(fā)射裝置包括一個發(fā)射數(shù)據(jù)發(fā)生器100，L個(兩個或多個)乘法器111-11L，L個加法器121-12L，L個天線131-13L，以及一個反饋信息解碼器140。發(fā)射數(shù)據(jù)產(chǎn)生器100產(chǎn)生并輸出要被發(fā)射給L個乘法器111-11L的數(shù)據(jù)。明確地，發(fā)射數(shù)據(jù)產(chǎn)生器100例如接收一個專用物理數(shù)據(jù)信道的信號DPDCH和一個專用物理控制信道的信號DPCCH，并且把這些信號復用以便產(chǎn)生并輸出發(fā)射數(shù)據(jù)。
L個乘法器111-11L把從發(fā)射數(shù)據(jù)發(fā)生器100輸出的數(shù)據(jù)與相應(yīng)于各自天線131-13L的加權(quán)W1-WL相乘。L個加法器121-12L把相應(yīng)于各自天線131-131L的導頻信號CPICH1一直到CPICHL分別加到相應(yīng)的L個乘法器111-11L的輸出上。經(jīng)一個射頻(RF)信號處理器(未示出)通過相應(yīng)的L個天線131-13L分別地轉(zhuǎn)發(fā)由L個加法器121-12L產(chǎn)生的信號。
在此，通過反饋信息解碼器140分析通過L個天線131-13L接收的反饋信息的操作來獲得天線加權(quán)w1-wL。從一個接收裝置(即，一個任意的第i個移動站)上行傳輸反饋信息。事實上，L個天線131-13L把表示復數(shù)基矢集的元素(即，一個復數(shù)基矢)的一個標引作為反饋信息來接收。這將隨后詳細描述。
反饋信息解碼器140選擇一個相應(yīng)于作為反饋信息接收的標引的復數(shù)基矢。該選定的復數(shù)基矢的因子作為相應(yīng)于各自L個天線131-13L的加權(quán)被輸出。
圖2是如圖1所示的反饋信息解碼器140的實施例的方框圖。反饋信息解碼器140包括一個切換單元200，一個反饋信號消息(FSM)寄存器210，第一和第二加權(quán)表222和224，以及一個加法器230。
切換單元200根據(jù)接收信號的時隙編號是偶數(shù)或奇數(shù)來操作，以使當時隙編號為偶數(shù)時，反饋信息能夠被儲存在FSM寄存器210的實數(shù)部分中，而當時隙編號為奇數(shù)時，被儲存在FSM寄存器的虛數(shù)部分中。在此，反饋信息是表示第一歸一正交基矢集中的一個基矢(表示實部)的一個標引或者是表示第二歸一正交基矢集中的一個基矢(表示虛部)的一個標引。當每個基矢集由四個基矢構(gòu)成時，從移動站發(fā)射給基站的一個反饋信號矢量[mb，1，mb，2]T通過表示標引的2比特的二進制數(shù)據(jù)來表示，該標引表示一個基矢。
FSM寄存器210使用儲存在實數(shù)部分中的反饋信息(例如，由二比特表示的一個標引)把將被輸入到第一加權(quán)表(即，一個查詢表)222中的一標引iw輸出，并且使用儲存在虛數(shù)部分中的反饋信息(例如，通過兩比特表示一個標引)把將被輸入到第二加權(quán)表224中的一個標引ip輸出。
第一加權(quán)表222在實軸上輸出一個相應(yīng)于標引iw的基矢bw，而第二加權(quán)表224在虛軸上輸出一個相應(yīng)于標引ip的基矢bp。在第一加權(quán)表222中一個沃爾什基矢集的每一元素被分配一個標引(參見圖5A)。在第二加權(quán)表224中，一個極性基矢集的每一元素被分配一個標引(參見圖5B)。加法器230把實部基矢bw和虛部基矢jbp求知，并輸出一天線加權(quán)矢量[w1，w2，…，wL]。
簡要地，按照本發(fā)明的實施例，反饋信息解碼器140在反饋信令時間間隔處把反饋信息交替地存儲在實數(shù)部分和虛數(shù)部分中，通過滑行窗口合并反饋信息，并且基于該總計的反饋信息獲得天線加權(quán)矢量[w1，w2，...，wL]。
圖3是在一個無線通信系統(tǒng)中用于發(fā)射天線分集的接收裝置的方框圖。特別地，圖3表示一天線加權(quán)測量裝置，用于測量接收裝置中的天線加權(quán)。
參考圖3，接收裝置包括天線300，發(fā)射天線分集信道信息測量單元310，基矢變換器320，最佳加權(quán)檢測器330，反饋信息上行鏈路信號處理器340以及數(shù)據(jù)接收處理器350。數(shù)據(jù)接收處理器350通常對通過天線300接收的信號進行解碼，并重建發(fā)射數(shù)據(jù)。
發(fā)射天線分集信道信息測量單元310測量通過天線300接收的信號中的信道信息，并以矩陣的形式輸出測量結(jié)果輸出信道信息矩陣由L*M項構(gòu)成?！錖″表示天線數(shù)目，而″M″表示每個天線的多路徑信道的數(shù)目。按照圖表1的描述，發(fā)射裝置將對于有差別的天線發(fā)射彼此不同的導頻信號傳送給接收裝置。接收裝置使用相應(yīng)于多個天線的每一個是唯一的導頻信號來測量每個信道信號。
基矢變換器320使用由復數(shù)基矢集構(gòu)成的一個變換矩陣來變換從發(fā)射天線分集信道信息測量單元310中輸出的信道信息矩陣。最佳加權(quán)檢測器330使用已變換的信道信息矩陣檢測復數(shù)基矢集的元素(即，將接收SINR最大化的一個加權(quán))，在此處，關(guān)于多個天線的功率為最大值。
反饋信息上行鏈路信號處理器340把檢測的結(jié)果作為用于控制發(fā)射天線分集的反饋信息，通過天線300發(fā)射給發(fā)射裝置。在此，在發(fā)射反饋信息之前，反饋信息上行鏈路信號處理器340按照適合于反饋的一個協(xié)議使反饋信息轉(zhuǎn)變成碼元。
在使用SC方法的一個發(fā)射天線分集方法中，克服在多個發(fā)射天線之中選擇一個具有最佳天線加權(quán)的天線以及確定最佳天線加權(quán)被發(fā)射給基站的形式的傳統(tǒng)問題是重要的。基于這種觀點，將詳細描述一個移動站的操作。移動站(稱為用戶設(shè)備(UE))從接收信道信息中測量一最佳天線加權(quán)，并且把測量結(jié)果作為反饋信息反饋給基站(稱為UTRAN)。在下面將描述一些實施例。
在第一實施例中，利用歸一正交基矢集獲得關(guān)于哪一最大功率被接收的一個基矢，并且相應(yīng)于該基矢的一個標引被反饋。
①通過使用由歸一正交基矢集構(gòu)成的一個變換矩陣，來變換接收信道信息矩陣H所獲得的一個信道信息矩陣HBW如下被計算出。
HBW＝HBW在此，H＝[h1h2h3h4]，BW＝[bw(0)bw(1)bw(2)bw(3)]，h1是由從第一天線發(fā)射的多路徑信道構(gòu)成的一個列向量，bw(i)是相應(yīng)于基矢集中的第i個標引的一個基矢。在二進制情況下，通過使用一種Hadamard矩陣變換可以減少計算數(shù)量。在其它情況下，通過使用適合于每個變換矩陣特性的一種高速算法可以提高性能。
②獲得構(gòu)成信道信息矩陣HBW的每個列向量的范數(shù)(norm)。范數(shù)的數(shù)值是關(guān)于接收信道信息矩陣H測量的接收功率的數(shù)值。相應(yīng)于這些值中的最大值的那個基矢標引是構(gòu)成最佳加權(quán)的歸一正交基矢的標引。
③所獲得的標引信息被反饋給基站(UTRAN)。上面的步驟在每個時隙被重復。
例如，當使用四個發(fā)射天線時，從兩個基矢集中獲得復數(shù)基矢的16個組合。在每個復數(shù)基矢上執(zhí)行上面的步驟，獲得表示最大功率的復數(shù)基矢，并且把該復數(shù)基矢的標引發(fā)射給基站。
在第二實施例中，M個歸一正交基矢中的S個矢量被使用。
①例如，相對于4個天線存在4個歸一正交基矢。因此，S為1到4之一。M與S的數(shù)值被儲存。
②從步驟①的結(jié)果中準備天線選擇加權(quán)Wb，i。通過使用根據(jù)Wb，i＝BWWi的一個變換矩陣Bw來變換使用在基站中的天線加權(quán)Wi，從而獲得天線選擇加權(quán)Wbi。除所選擇的天線以外的天線的天線選擇加權(quán)Wb，i為0。
③利用天線選擇加權(quán)Wb，i和信道信息矩陣HBW來計算測量的接收功率P=Wb,iHHBWHHBWWb,i]]>。在此，通過使用由歸一正交基矢集構(gòu)成的變換矩陣BW來變換接收信道信息矩陣H，從而獲得信道信息矩陣HBW。
④對于MCS種情況重復步驟②和③，它是在其中可以從M個基矢中選擇S個矢量的情況的數(shù)目MCS＝M|/{M－S)|S|}。
⑤在步驟③選擇將Pi最大化的天線選擇加權(quán)Wb，i。
⑥在步驟⑤所獲得的天線選擇加權(quán)Wb，i被用作近似反饋信息。
例如，當使用四個發(fā)射天線時，從兩個基矢集中獲得的復數(shù)基矢的組合數(shù)是16。當按照SC方法選擇兩個天線時，相對于16C2(＝120)矢量組合獲得如加權(quán)和功率，然后獲得將功率最大化的一個基矢組合。天線選擇信息和關(guān)于天線之間的相對相位差值的相位信息可以包括在反饋信息中。
在第三實施例中，一個復數(shù)基矢集被使用，并且反饋信息的數(shù)量被最小化。在此，使用四個發(fā)射天線的情況將作為一個示例被解釋。
①通過使用由沃爾什基矢集構(gòu)成的一個變換矩陣Bw來變換接收信道信息矩陣H所獲得的一個信道信息矩陣，HBW根據(jù)HBW＝HBW被計算。通過使用由極性基矢集構(gòu)成的一個變換矩陣Bp來變換接收信道信息矩陣H所獲得的一個信道信息矩陣HBP，根據(jù)HBP＝HBP被計算。在此，H＝[h1，h2，h3，h4]，Bw＝[bw(0)bw(1)bw(2)bw(3)]，BP＝[bp(0)bp(1)bp(2)bp(3)]，h1是由從第一天線中發(fā)射的多路徑信道構(gòu)成的一個列向量，bw(i)是相應(yīng)于沃爾什基矢集中第i個標引的一個基矢，bp(i)是相應(yīng)于極性基矢集中第i個標引的一個基矢。
②假定HBW(i)表示矩陣HBW中的第i個列向HBP(j)表示矩陣HBP中的第j個列向量。由此，當k＝0，1，2，...，15時獲得一個測量接收功率PK(i，j)＝‖HBW(i)＋jHBW(j)‖2。在此，i＝0，1，2，3，j＝0，1，2，3。
③根據(jù)將測量接收功率最大化的k，i和j來產(chǎn)生反饋信息。上面的步驟在每個時隙被重復。
圖4是在一個無線通信系統(tǒng)中用于發(fā)射天線分集的接收裝置的實施例的方框圖。參考圖4將描述上面的第三實施例。一個接收裝置包括天線400，發(fā)射天線分集信道信息測量單元410，具有一個沃爾什基矢變換器422和一個極性基矢變換器424的基矢變換器420，具有第一和第二列加法器432和434的最佳加權(quán)檢測器430，組合器436，功率計算器438和最大值檢測器440，反饋情報上行鏈路信號處理器450，以及數(shù)據(jù)接收處理器460。數(shù)據(jù)接收處理器460對通過天線400接收的信號進行解碼并重建發(fā)射數(shù)據(jù)。
發(fā)射天線分集信道信息測量單元410測量通過天線400接收的信號中的信道信息并以矩陣的形式輸出測量結(jié)果。輸出信道信息矩陣H由L*M項構(gòu)成?！癓”表示天線數(shù)，“M”表示每個天線的多路徑信道的數(shù)目。沃爾什基矢變換器422利用由沃爾什基矢集構(gòu)成的一個變換矩陣變換該信道信息矩陣H。極性基矢變換器424利用由極性基矢集構(gòu)成的一個變換矩陣變換該信道信息矩陣H。
第一列加法器432把從沃爾什基矢變換器422中輸出的矩陣HBW每一行中所有列中的元素求知，并輸出由hBW(i)＝hBW(i)·1M表示的一個行矢量hBW(i)。在此，1M表示長度為M并且所有項都為1的一個列矢量。
第二列加法器434把從極性基矢變換器424中輸出的矩陣HBP每一行中所有列中的元素求知，并且輸出由hBP(j)＝hBP(j)·1M表示的一個行矢量hBP(j)。
組合器436把每一行矢量HBW與每一行矢量HBP組合，并輸出一個矩陣HB。
HB(i，j)＝hBW(i)＋jhBP(j)在此，i＝1，2，....，L，j＝1，2，...，L。
功率計算器438計算該組合矩陣H3的每一元素的模的平方，并輸出一個功率矩陣PB。PB(i，j)＝|HB(i，j)|2在此，i＝1，2，...，L，j＝1，2，...，L。
最大值檢測器440檢測相對于每一元素的功率PB(i，j)中的一個最大值，并輸出相應(yīng)于該最大值的元素的標引(imax，jmax)。
(imax，jmax)＝arg max PB(i，j)反饋信息上行鏈路信號處理器450把要被發(fā)射給發(fā)射裝置的標引(imax，jmax)放入按照適合于反饋的一個協(xié)議配置的一個碼元中，并且通過天線400發(fā)射該碼元。
在一個發(fā)射天線分集方法中，如上所述，移動站通過信道測量查找一個最佳天線加權(quán)。在此，需要一個基站發(fā)送彼此區(qū)別天線的導頻信號，用于允許基站測量一個信道。為了對于不同的天線發(fā)送不同的導頻信號，可以使用時分方法，頻分方法或者碼分方法。在寬帶碼分多址(W-CDMA)標準的情況下，使用多擾頻碼、多信道化碼、多正交導頻碼元模式的方法可以用來通過導頻信號來把天線彼此區(qū)別。
當在一種選擇方法中選擇兩個或多個天線用于有效傳輸時，依照選擇信息和相位信息從移動站發(fā)射反饋信息給基站。換言之，首先發(fā)送相應(yīng)于選擇信息的比特數(shù)據(jù)以便允許選擇相關(guān)的基矢，然后發(fā)送表示基矢之間關(guān)系的相位信息。在以幀為單位配置一個協(xié)議的情況下，考慮到無線衰落環(huán)境的性質(zhì)，其中選擇信息幾乎不改變而相位信息經(jīng)常改變，可以只在幀的第一時隙中發(fā)送選擇信息。在此，當通過幀的第一時隙發(fā)送的選擇信息被丟失時，這能影響整個幀。因此，在發(fā)射之前在選擇信息數(shù)據(jù)上執(zhí)行糾錯編碼更好。除了這樣的一個情況之外，在發(fā)射之前選擇信息和相位信息可以被選擇性地或者兩者都糾錯編碼。
當反饋信息在多個時隙中被發(fā)射用于從移動站(UE)發(fā)射時，可以通過每一時隙逐漸地改善信道信息發(fā)射該反饋信息。換言之，當前數(shù)據(jù)只有與先前反饋的數(shù)據(jù)不同的一部分被發(fā)射。當移動站的移動速度很高時，在多個時隙的時間間隔期間信道的狀態(tài)可以改變同時反饋信息被反饋，因此，信道的狀態(tài)可以與反饋信息不匹配。在這樣的條件中，逐漸改善方法很有效。當同時發(fā)射天線選擇信息和相位信息時，為了避免天線選擇信息位于差錯最好不要使用部分改變FSM的一種逐漸改善方式。雖然反饋的整個天線選擇信息和相位信息沒有被逐漸地改善，但是根據(jù)天線選擇信息只有相位信息可以被有條件地改善，從而改善了性能。
在從四個基矢之中選擇三個基矢以便在四個發(fā)射天線分集系統(tǒng)中執(zhí)行相干相位校正的情況下，在所選擇的天線之間的補償在天線之中產(chǎn)生功率的不均衡，并且在所選定的天線的相位校正值相同時更糟。為了克服此問題，第一基矢加權(quán)1/2，第二基矢加權(quán)exp(j*π/2＋π/4)、exp(j*2*π/2＋π/4)、exp(j*3*π/2＋π/4)和exp(j*4*π/2＋π/4)的其中一個，并且最后一個基矢加權(quán)exp(j*π/2＋π/8)、exp(j*2*π/2＋π/8)、exp(j*3*π/2＋π/8)和exp(j*4*π/2＋π/8)的其中一個。在此，每個天線的可能相位的情況數(shù)目為4。即使當天線數(shù)目增加時，通過把相位校正值的星座乘以各自的基矢來轉(zhuǎn)動一個預(yù)確定度數(shù)，可以將天線中的功率的不均衡減到最少。
參考附圖描述在發(fā)射天線分集系統(tǒng)中如本發(fā)明所述的發(fā)射裝置和接收裝置。如上所述，在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，復數(shù)基矢集被用于發(fā)射一最佳加權(quán)。在下文中，將詳細描述使用復數(shù)基矢集的一種情況。
移動站(UE)計算一天線加權(quán)，為了將接收功率最大化，該天線加權(quán)被應(yīng)用到基站(UTRAN)的發(fā)射天線的接入點。例如，從四個發(fā)射天線中發(fā)射的公共導頻信道(CPICH)被用于計算(參見圖1)。當使用四個發(fā)射天線時，一天線加權(quán)是包括在一組16個復數(shù)基矢中的一個復數(shù)基矢，并且根據(jù)使用SC方法的分集來確定。在復數(shù)基矢中的實軸和虛軸由不同的歸一正交基矢構(gòu)成。圖5A一直到5C表示在實軸上的一個基矢集、虛軸上的一個基矢集以及通過把這兩個實部和虛部基矢集組合而獲得的一個復數(shù)基矢集的例子。
對于每一時隙，移動站(UE)計算相應(yīng)于最佳加權(quán)的一個標引，即相應(yīng)于從16個復數(shù)基矢之中選擇的一個復數(shù)基矢的一個標引I。由于交替地發(fā)射基矢，所以在一個時隙中發(fā)射實部基矢和下一個時隙中發(fā)射虛部基矢，一次發(fā)射的標引I是數(shù)字0，1，2，3和4的一個，并且通過EN比特數(shù)據(jù)表示。當通過一個二進制數(shù)值Ibin表示一個標引時，二進制值和I之間的關(guān)系表示為 在此，I是被使用為圖5A和5B中的一標引值的一個數(shù)值，表示歸一正交基矢的列表。通過一FSM場把每個二進制數(shù)值Ibin按順序發(fā)射給基站(UTRAN)。當Ibin＝00(2)時，0作為最高有效位(MSB)并且作為最低有效位(LSB)被發(fā)送。當Ibin＝01(2)時，0作為MSB被發(fā)送并且1作為LSB被發(fā)送。當Ibin＝10(2)時，1作為MSB被發(fā)送并且0作為LSB被發(fā)送。當Ibin＝11(2)時，1作為MSB和LSB被發(fā)送。對于單一時隙時間發(fā)射二比特數(shù)據(jù)。
基站(UTRAN)根據(jù)圖6分析接收的反饋信息。圖6表示在基矢bW和bP之間的映射關(guān)系和每一時隙編號處的接收反饋信息(FSM)。在圖6中，bW(i)是相應(yīng)于圖5A中的第i個標引的一個矢量，而bP(i)是相應(yīng)于圖5B中的第i個標引的一個矢量。
通過如圖1所示的基站的反饋信息解碼器140計算出的天線加權(quán)(矢量w＝wro＋jwim)是兩個連續(xù)時隙的時間間隔接收的基矢的一個滑行窗口平均。根據(jù)一算法由下列方程式表示矢量″w″。w(n)＝wro(n)＋jwim(n)在此， 而 圖7表示用于使用選擇方法的發(fā)射天線分集的參數(shù)和它們的數(shù)值，當使用四個天線時其使用復數(shù)基矢。在圖7中，在幀時隙結(jié)構(gòu)中配置的一個無線協(xié)議的情況下，正如在UMTS W-CDMA標準中，在一個時隙中的持續(xù)時間是一單一時隙的時間長度。基矢旋轉(zhuǎn)的基集的數(shù)目是所使用的基集的數(shù)目。一個基矢集被用于實軸，而另外一個基矢集被用于虛軸。時隙中的反饋命令長度是用于加權(quán)確定的單個命令(信息)所占有的時隙數(shù)。每一信令字的選擇標引比特的數(shù)目是表示選擇信息所必需的比特數(shù)，并且當天線數(shù)為四時，它為二。每一時隙的反饋信息比特數(shù)是單一時隙中的反饋信息的比特數(shù)。反饋命令更新率是反饋信息在基站的寄存器中被更新的一時間間隔。反饋比特率是關(guān)于每秒有多少比特被反饋的信息。
如上所述，本發(fā)明允許功率被相等地發(fā)送給發(fā)射天線，并且在高移動速度處保持優(yōu)良的性能，從而將配置一臺RF處理器的費用減到最少。特別地，通過利用在兩個連續(xù)時隙中接收的信息，本發(fā)明可以在一個低移動速度上更可靠地適合于一個信道。另外，至于選擇多個天線并相干地組合它們的一種擴展的選擇組合方法，本發(fā)明提供用于改良性能的方法，從而使性能最優(yōu)化。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以以很低的成本配置硬件，在高移動速度上性能是優(yōu)良的，并且在低移動速度上可以實現(xiàn)可靠的信道適配，從而將移動通信環(huán)境中的信道容量和鏈路性能最大化。本發(fā)明可以被應(yīng)用到諸如CDMA-2000系統(tǒng)和利用CDMA方式的UMTS系統(tǒng)之類的移動通信系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1.在一個移動通信系統(tǒng)的基站中使用多個天線時，一種使用選擇組合方法的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，該閉環(huán)發(fā)射天線分集方法包括步驟(a)測量來自通過在基站中使用的多個天線所接收的信號中的信道信息，并且輸出一個信道信息矩陣；(b)按照由一個復數(shù)基矢集構(gòu)成的一個變換矩陣，來變換該信道信息矩陣；(c)基于該變換的信道信息矩陣，計算有關(guān)該多個天線的接收功率；和(d)把基于計算出的接收功率所獲得的天線選擇信息作為用于控制發(fā)射天線分集的反饋信息發(fā)射給基站。
2.如權(quán)利要求1所述的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，其中，步驟(a)包括使用用于多個天線的不同的導頻信號集來測量信道信息。
3.如權(quán)利要求1所述的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，其中，步驟(b)包括子步驟(b1)利用由第一基矢集構(gòu)成的一個變換矩陣，計算來自信道信息矩陣中的第一變換信道信息；以及(b2)利用由第二基矢集構(gòu)成的一個變換矩陣，計算來自信道信息矩陣中的第二變換信道信息；并且，步驟(c)包括子步驟(c1)根據(jù)第一和第二變換信道信息矩陣計算接收功率；以及(c2)在復數(shù)基矢集中檢測將接收功率最大化的元素。
4.如權(quán)利要求3所述的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，其中，第一和第二基矢集分別是一個沃爾什基矢集和一個極性基矢集。
5.如權(quán)利要求1所述的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，其中，步驟(d)包括當相應(yīng)于包括在復數(shù)基矢集中的一個基矢的一個標引作為反饋信息被發(fā)射時，在反饋信令時間間隔處交替地發(fā)射分別相應(yīng)于一個復數(shù)基矢的實部和虛部的兩個標引。
6.如權(quán)利要求1所述的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，其中，步驟(d)中，反饋信息包括天線選擇信息和指示天線之間的相位差的相位信息。
7.一種使用選擇組合方法的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，其包括步驟(a)接收來自移動站的與復數(shù)基矢相關(guān)的選擇信息，作為用于控制發(fā)射天線分集的反饋信息；(b)確定根據(jù)選擇信息所選定的一個復數(shù)基矢；(c)使用該確定的復數(shù)基矢來獲得每個天線的天線加權(quán)；和(d)基于該天線加權(quán)產(chǎn)生一個信號，并通過一個相應(yīng)的天線把該信號發(fā)射給移動站。
8.如權(quán)利要求7所述的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，其中，步驟(b)包括子步驟(b1)接收一個相應(yīng)于復數(shù)基矢集的元素的標引，作為反饋信息；以及(b2)通過參考一個加權(quán)表，選擇一個相應(yīng)于在步驟(b1)中接收的標引的復數(shù)基矢，在該加權(quán)表中，一個標引被分配給由第一和第二基矢集的所有的組合構(gòu)成的一個復數(shù)基矢集的每個元素。
9.如權(quán)利要求7所述的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，其中，步驟(a)包括在兩個反饋信令時間間隔處，把相應(yīng)于復數(shù)基矢集的元素的標引的實部和虛部作為反饋信息分別接收，并且通過滑動窗組合實部和虛部。
10.如權(quán)利更求8所述的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法，其中，第一和第二基矢集分別是一個沃爾什基矢集和一個極性基矢集。
11.一種基站裝置，在一個移動通信系統(tǒng)的基站中使用多個天線時，用于使用選擇組合方法的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法中，該基站裝置包括多個天線，用于接收來自移動站的、與復數(shù)基矢相關(guān)的選擇信息，作為用于控制發(fā)射天線分集的反饋信息；一個反饋信息解碼器，用于確定根據(jù)該選擇信息所選定的復數(shù)基矢，并使用該確定的復數(shù)基矢獲得每個天線的天線加權(quán)；以及一個數(shù)據(jù)發(fā)射單元，用于基于該天線加權(quán)產(chǎn)生一個信號，并通過一個相應(yīng)的天線把該信號發(fā)射給移動站。
12.一種移動站裝置，在一個移動通信系統(tǒng)的移動站中使用多個天線時，用于使用選擇組合方法的閉環(huán)發(fā)射天線分集方法中，該移動站裝置包括一個信道信息測量單元，用于測量通過在基站中使用的多個天線接收的信號中的信道信息，并輸出一個信道信息矩陣；一個基矢變換器，用于按照由復數(shù)基矢集構(gòu)成的一個變換矩陣來變換該信道信息矩陣；一個最佳加權(quán)檢測器，根據(jù)該變換的信道信息矩陣，用于計算有關(guān)該多個天線的接收功率，并根據(jù)該計算出的接收功率，產(chǎn)生用于控制發(fā)射天線分集的反饋信息；以及一個上行鏈路信號處理器，用于以按照適合于反饋的協(xié)議配置的碼元形式，把反饋信息發(fā)射給基站。
13.如權(quán)利要求12所述的移動站裝置，其中，基矢變換器包括一個沃爾什基矢變換器，用于利用由沃爾什基矢集構(gòu)成的一個變換矩陣來變換該信道信息矩陣；以及一個極性基矢變換器，用于利用由極性基矢集構(gòu)成的一個變換矩陣來變換該信道信息矩陣。
14.如權(quán)利要求12所述的移動站裝置，其中，最佳加權(quán)檢測器包括第一和第二列加法器，每一個加法器用于增加變換的信道信息矩陣中每一行中所有列中的元素，并且輸出一個行矢量；一個組合器，用于把所有可能情況下的第一和第二列加法器的輸出組合，并且輸出一個組合矩陣；一個功率計算器，用于計算有關(guān)該組合矩陣的每個元素的功率；以及一個最大值檢測器，用于檢測有關(guān)每個元素的功率最大值，并且輸出一個相應(yīng)于該最大值的元素的標引。
15.如權(quán)利要求12所述的移動站裝置，其中，上行鏈路信號處理器發(fā)射作為反饋信息的天線選擇信息和相位消息。
全文摘要
提供了一種發(fā)射天線分集方法和在一個移動通信系統(tǒng)中使用的基站裝置和移動站裝置。在該發(fā)射天線分集方法中,從通過在基站中使用的多個天線接收的信號中測量信道信息,并且輸出一個信道信息矩陣。按照由一個復數(shù)基矢集構(gòu)成的一個變換矩陣來變換該信道信息矩陣?；谠撟儞Q的信道信息矩陣計算有關(guān)該多個天線的接收功率。把基于計算出的接收功率所獲得的天線選擇信息作為用于控制發(fā)射天線分集的反饋信息發(fā)射給基站。因此,功率被相等地發(fā)送給發(fā)射天線,優(yōu)良的性能被保持在一個移動的高速率上,并且在一個移動的低速率上實現(xiàn)可靠的信道適配。
文檔編號H04J13/00GK1337838SQ0113289
公開日2002年2月27日 申請日期2001年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月21日
發(fā)明者金成珍, 李光馥, 李炫又, 黃瑾喆, 崔虎圭, 李鎔錫 申請人:三星電子株式會社