無線電通信系統的制作方法

專利名稱：無線電通信系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一個無線電通信系統，該無線電通信系統具有在發射機和接收機之間包括多個路徑的通信信道，該發射機包括多個天線并且接收機包括至少一個天線。在本說明書中，路徑被用于指單個子信道，它在整個無線電系統中是可分解的，并且信道被用于指發射機和接收機之間路徑的組合整體。
背景技術：
在一個無線電通信系統中，無線電信號典型地經由多個路徑從發射機傳送到接收機，每個路徑包括來自一個或多個散射體的反射。來自這些路徑的接收信號可能在接收機端建設性或破壞性地產生干擾(導致與位置相關的衰落)。進而，路徑長度不同并且因而信號從發射機傳送到接收機花的時間不同，會引起符號間干擾。
眾所周知，上面由多徑傳播引起的問題可以通過在接收機端使用多個天線減輕(接收分集)，這使得一些或所有的多個路徑可被分解。為了有效分集，由單獨天線接收的信號具有低的交叉相關是必需的。典型的這可通過由一個波長的大部分來分隔天線而保證，盡管通過使用在我們共同未決的未公布國際專利申請PCT/EP01/02750(申請人參考PHGB000033)中公開的技術也可以采用較近間隔的天線。通過確保使用基本不相關的信號，在任意給定的時間多于一個天線上產生破壞性干擾的概率被減到最小。
通過在發射機端使用多天線(發送分集)，相似的改善也可獲得。分集技術可被推廣到在發射機和接收機端多天線的使用，被稱為是多輸入多輸出(MIMO)系統，相對單測裝置，它可進一步增加系統的增益。作為進一步發展，多天線的出現使得能夠進行空間復用，由此傳輸數據流被分成多個子流，每個子流經由一個不同的路徑(或子信道)發送。這樣一個系統的例子在美國專利6,067,290中被描述。
可通過MIMO系統獲得的性能增益可被用于在給定差錯率下增加總數據速率，或者對于一個給定的數據速率減小差錯率，或者兩者的某種組合。MIMO系統也可以被控制以減小對于一個給定數據速率和差錯率的總共被傳輸的能量或功率。

發明內容
本發明的一個目的是提供一個有性能改善的MIMO系統。
依照本發明的第一個方面，提供一個無線電通信系統，具有在發射機和接收機之間包括多個路徑的通信信道，發射機和接收機每個都有多個天線，其中發射機和接收機可同時依照至少兩個無線電標準操作。
依照本發明的第二個方面，提供一個用于無線電通信系統的發射機，該無線電通信系統具有在發射機和接收機之間包括多個路徑的通信信道，該發射機和接收機每個都有多個天線，其中提供裝置用于該發射機同時依照至少兩個無線電標準操作。
依照本發明的第三個方面，提供一個用于無線電通信系統的接收機，該無線電通信系統具有在發射機和接收機之間包括多個路徑的通信信道，該發射機和接收機每個都有多個天線，其中提供裝置用于該接收機同時依照至少兩個無線電標準操作。
依照本發明的第四個方面，提供一個操作無線電通信系統的方法，該無線電通信系統具有在發射機和接收機之間包括多個路徑的通信信道，該發射機和接收機每個都有多個天線，該方法包括同時依照至少兩個無線電標準傳輸。
本發明基于在現有技術中沒有出現的認識，即多模式MIMO系統可提供增強的性能，這可以改進無線標準的集中。
附圖概述本發明的實施方案現將要通過例子，參考附圖被描述，其中

圖1是公知的MIMO無線電系統的示意框圖；圖2是依照本發明制造的MIMO無線電系統的示意框圖；圖3是一個增強的MIMO無線電系統的示意框圖；以及圖4是一個展示依照本發明操作MIMO無線電系統的流程圖。
在附圖中同一個參考數字被用于指示相應的特征。
實現本發明的模式圖1展示了一個公知的MIMO無線電系統。多個應用102(AP1到AP4)產生數據流用于傳輸。一個應用102也能產生多個數據流。這些數據流由復用器(MX)104組合為單個的數據流，該單個的數據流進一步由編碼和映射塊(CM)106處理。CM塊可以應用空時編碼來提供在要由發射機(Tx)108發射的數據符號間的映射，連同適當的前向糾錯，以及多個發射天線110。由CM塊應用的前向糾錯Forward ErrorCorrection(FEC)因而必須有足夠的糾錯能力以應付整個MIMO信道，該MIMO信道包括多個路徑112。為了說明簡單，只有天線110間的直接路徑112被展示，但將會認識到路徑集合典型地包括其中信號被一個或者多個散射體反射的非直接路徑。
在現有技術中多個空時編碼技術已被知道并且可被編碼和映射塊106采用。這些可進一步包括分集以及射束形成技術以幫助選擇到接收機的無線電路徑。適合的技術的例子包括但不限于在van Rooyen等人、Kluwer Academic Publishers 2000(Kluwer學術出版社2000)的“用于CDMA移動通信的空時處理Space-Time Processing for CDMAMobile Communications”的第2，5和8章中所描述的那些。
接收機(Rx)114，也配備有多個天線110，接收來自多個路徑的信號，它然后對信號進行組合、解碼以及解復用以向每個應用提供各自的數據流。盡管發射機112和接收機114都顯示為有相同數目的天線，在實際中這不是必要的并且根據空間和容量限制，天線數目可以被優化。同樣，發射機108可支持任意數目的應用(例如，在僅用于話音的移動電話上的單個應用或者在PDA上的很多應用)。
無線電系統發展中的主要趨勢是朝著無線電標準的集中，例如UMTS(通用移動電信系統)HIPERLAN(高性能無線電局域網)。作為這提供的可能性的一個例子，我們的共同未決的未公布的英國專利申請0019534.7(申請者參考PHGB000107)公開了一個組合UMTS/HIPERLAN系統，其中上行鏈路和下行鏈路信道之一在兩個模式之間被共享，因此允許一個更經濟的終端和一個更有效率的系統。其它工作集中在開發適當的接口以允許一個共同的IP(互聯網協議)層。
作為無線電標準集中的結果，通過使用多模式終端，未來的無線電系統使得能夠在多于一種類型的無線電系統間漫游將會變得可行，因而需要更大的系統容量。在依照本發明制造的系統中，由MIMO系統提供的附加容量被用于允許這種漫游。
有一系列其中多模式MIMO系統可以被使用的情況，例如●一個支持多個標準的普通多模式MIMO系統，允許對所有的模式使用單個物理終端。MIMO的使用將為所有的模式提供足夠的容量以同時操作。
●提高信道數目和系統容量的第一個系統的MIMO實施方案，允許第二個系統的、要通過第一個系統的接口來操作的服務。該第一和第二系統可以例如是UMTS和HIPERLAN，或者與此相反。這樣一個實施方案可使用我們的共同未決的未公布的英國專利申請0019534.7(申請人參考PHGB000107)中公開的技術來共享兩個無線電系統間的空中接口。
●多個單獨的系統增加系統容量，因而允許系統間業務分開的一個MIMO實施方案。
根據圖1的公知的設備，圖2展示了最后提到的設備的一個實施方案。在這個實施方案中，圖1的發射機108由具有一個HIPERLAN部分(HTx)208和一個UMTS部分(UTx)209的發射機替換，這兩部分相互通信并且連接到一個適應的編碼和映射塊206。同樣，單個接收機114由具有HIPERLAN部分(HRx)214和UMTS部分(URx)215的接收機替換。如所示，UMTS部分209，215每個都被連接到兩個天線并且HIPERLAN部分208，214每個都被連接到單個天線。然而，這個設備能容易地被改變以考慮系統的需求，從而改變路徑數目和系統容量。編嗎和映射塊206安排數據在UMTS和HIPERLAN部分之間適當地分離。通過使數據流能經由最適當系統的最適當的路徑傳送，這樣一個設備提供了改進的系統操作。組合UMTS/HIPERLAN系統的一個優點是UMTS部分(在2GHz)的路徑集將典型地與HIPERLAN部分(在5GHz上)的那些大不相同(即便使用同樣的天線)，因而向空時MIMO設備添加了另一維。
如上面所描述的那些MIMO系統具有的另一個問題是它們沒有考慮這個事實，發射機108和接收機114之間的不同路徑112在它們的沖激響應方面會不同，導致在信噪比(SNR)和時延方面的不同。可被使用的路徑112的數目由可用路徑的質量所限制。
在對上面系統的加強中，依照數據個別部分的不同需求，數據流被映射到不同的發射天線110。為了實現這樣一個系統，不同路徑112的特性的先驗知識是必需的。通過從每個天線上發射引導比特使得接收機114能夠以一個公知的方式(例如對HIPERLAN/2所定義的)進行信道估計，這個知識可以被獲得。然后信道估計可以被傳輸回發射機108以使得它能夠確定怎樣對不同的天線110指配和編碼數據。可供選擇的，估計可以從先前經由不同無線電路徑112接收的數據的比特或分組差錯率來獲得或者通過其它適當的技術來獲得。
如果上行鏈路和下行鏈路信道已知是至少大約相對的，例如在一個具有相干時間大于閉環反饋延遲的時分復用系統中，則信道估計可以由發射機108根據已知的引導信息或者類似從接收機114接收到的信息進行。
要求就差錯率來說的高業務質量(QOS)，或簡單地需要最高可用比特率的數據，以利用無線電信道中提供最好SNR的一個或多個路徑112(或對要求的SNR需要最低的發射功率)類似的方式被編碼并且被映射到發射天線110。要求就差錯率來說的較低QoS的數據可被映射到提供較低SNR值的無線電信道中的一個路徑或多個路徑112上。
具有不同要求的不同數據比特間的區分可以根據數據由其發出的應用來進行，例如實時高質量視頻鏈路可產生要傳送的、需要比話音數據低的差錯率的數據。在這種情況中，不是在發射機的物理層之上或者在物理層上把來自不同應用的數據流復用到一起，而是數據流將保持分開直到把它們各自的數據比特映射到發射天線的過程。
根據圖2的系統，實現這個功能的一個修正MIMO系統示于圖3。現在復用器106由多個標記塊(AT)204代替，每個標記塊被連接到一個應用102，標記塊(AT)204向來自各自的應用102的數據加上一個標記提供關于它的QoS要求的信息。可選擇地，標記塊304可以使用把關于QoS要求的信息同數據關聯起來的其它裝置；例如具有不同QoS要求的數據可以在不同的時刻或在不同的傳輸信道或到不同的端口，被傳送到物理層。然后這個QoS信息被一個修正的編碼和映射塊306使用，塊306通過把它們與無線電路徑112的屬性相匹配，來調整編碼和映射以盡可能滿足QoS要求。
如果多個應用有相同或相似的要求，圖3的系統可以被修正。在這種情況下，來自這些應用的數據可以在物理層之上被復用。
代替或除了不同地處理來自不同應用的數據，可以用這種方式將來自特定應用的不同數據比特編碼并且映射到發射天線110，即依照特定比特的不同要求來使用特定的無線電路徑。作為一個典型的例子，來自一個語音編解碼器的數據流根據它們的重要級別可使編碼比特被指定給一系列的類別。最重要的比特可以經由最高質量路徑112傳輸，而重要性最低的比特可以使用較低質量的無線電路徑112。
圖4是一個展示這種操作MIMO系統的方法的流程圖。在步驟402，當應用102有數據要傳輸時，該過程起動。應用102根據它們的要求標記數據段，并且這個標記的值在步驟404被檢驗。在這個例子中，如果標記是‘A’(表示最重要的數據)，在步驟406數據經由第一個路徑112被發送，其中第一個路徑是一個高質量HIPERLAN路徑。同樣，如果標記是‘B’(表示重要性中等的數據)在步驟408數據經由第二個路徑112被發送，其中第二個路徑是一個中等質量UMTS路徑。最后，如果標記是‘C’(表示重要性低的數據)，在步驟410，數據經由第三個路徑112被發送，其中第三個路徑是一個低質量UMTS路徑。
作為另外的變化，根據發自每個天線110的無線電路徑112的質量，應用于數據的FEC編碼的級別可以變化。例如，一個較低級別的FEC可被用于使用較高質量路徑112的數據。這進而又可以減小正在被傳輸的信息的總量并且因此使得發射機功率被減小，或者作為選擇一個較高數據速率可被支持。
在基本方案上的一系列其它改變也是可能的。例如●總發射功率可以在該多個發射天線間用這種使來自每個路徑的接收的SNR相等的方式被分開。
●數據比特可以依照各種無線電路徑112的不同的延遲被映射，更重要或更緊迫的比特(例如其中環路延遲是重要的閉環功率控制命令)在更短的路徑上被傳輸。
●來自特定應用的數據可以被映射到那些有相同或相似時延的路徑112上，以便除去符號間干擾。
在每種情形下，每個被遞送到編碼和映射塊206由發射機108發射的數據比特集合所需的優先級、差錯率以及時延中的一個或多個可以通過附加“標記”比特或通過任何合適的替代裝置，例如上面所描述的那些，被指示給物理層。
如上面描述的這種系統的優點是它使得無線電信道能夠更適合于正被傳輸的數據的需要。這進而又可以導致總發射功率減小，或在可用數據速率方面的增加。
通過使用多個空分接收機或發射機，依照本發明制造的系統可以被增強。這種情況的一個典型例子是單個移動臺同多個基站保持通信鏈路。在網絡層級，下行鏈路數據流在基站收發器間被分開，使得每一個基站收發器支持到單個移動臺的下行鏈路數據流部分。通過用上面描述的這種方式做劃分，整個連接的魯棒性將被加強。發自基站的多個數據流被移動臺接收到，并且在終端內在網絡級被重新裝配以提供完整的應用數據。上行鏈路傳輸可以最初地是到單個基站或者根據容量以及其它需要在所有基站間被分開。
當這樣一個移動臺在基站間移動時，它會不斷地進入新基站的范圍并且離開其它基站的范圍，盡管在總體上它保持同幾個基站的持續的連接。在單獨基站間的切換可以要么是硬的要么是軟的，但是因為移動臺總是處于同幾個基站的穩定通信中，所以移動臺的總體影響是一個很軟的切換。
權利要求
1.一種具有在發射機和接收機間包括多個路徑的通信信道的無線電通信系統，每個發射機和接收機都有多個天線，其中該發射機和接收機可同時依照至少兩個無線電標準操作。
2.一種用于無線電通信系統中的發射機，該無線電通信系統具有在發射機和接收機間包括多個路徑的通信信道，每個發射機和接收機都有多個天線，其中提供裝置，用于該發射機同時依照至少兩個無線電標準操作。
3.如權利要求2中要求的發射機，其特征在于為每個被支持的無線電標準提供空中接口裝置。
4.如權利要求2中要求的發射機，其特征在于提供空中接口裝置用于至少一個被支持的無線電標準并且提供裝置，用于經由第二個無線電標準的空中接口裝置傳送第一個無線電標準的數據。
5.如權利要求2到4中任何一個要求的發射機，其特征在于該發射機進一步包括用于確定每個路徑的至少一個傳輸屬性的路徑表征裝置，用于給一個要傳輸的數據集指定一個分類的分類裝置以及裝置，響應于所說的分類和所說的至少一個傳輸屬性以確定一個編碼和映射將該數據集加到該發射機的天線，因而確定數據集將在那個路徑或哪些路徑上被發送。
6.如權利要求5中要求的發射機，其特征在于分類裝置適應于指定不同的分類給各個來自應用的數據段，這取決于它們的相對重要性，需要的服務質量，數據速率，可容忍的傳輸延遲以及可容忍的差錯率中的至少一個。
7.如權利要求5或6中要求的發射機，其特征在于路徑表征裝置適應于為每個路徑確定時延和信噪比中的至少一個。
8.如權利要求2到7中任何一個要求的發射機，其特征在于被支持的無線電標準包括UMTS和HIPERLAN。
9.一種用于無線電通信系統中的接收機，該無線電通信系統具有在發射機和接收機間包括多個路徑的通信信道，每個發射機和接收機都有多個天線，其中提供裝置用于該接收機同時依照至少兩個無線電標準操作。
10.如權利要求9中要求的接收機，其特征在于為每個被支持的無線電標準提供空中接口裝置。
11.一種操作無線電通信系統的方法，該無線電通信系統具有在發射機和接收機間包括多個路徑的通信信道，每個發射機和接收機都有多個天線，該方法包括同時依照至少兩個無線電標準傳輸。
全文摘要
無線電通信系統包括在發射機和接收機之間的通信信道，該發射機有依照多個無線電標準操作的部分(208，209)且有多個天線(110)，并且該接收機有依照相應的多個無線電標準操作的部分(214，215)且有至少一個天線(110)。在這種系統中，通信信道包括具有一系列特征的多個路徑(112)。傳輸數據由一個或多個應用(102)產生并且使用一個適當的無線電標準傳輸。在一個實施方案中，該數據有一個或多個指定給它的分類，例如通過標記塊(304)加上標記，以指示它的重要性或其它必要條件。取決于被指定的分類和路徑(112)的特征，數據被映射到發射機部分(208，209)和天線(110)中的一個或多個以選擇一個適當的無線電空中接口和傳輸路徑(112)。
文檔編號H04B7/08GK1397142SQ01804437
公開日2003年2月12日 申請日期2001年11月22日 優先權日2000年12月2日
發明者D·L·雷恩斯, D·H·埃文斯, M·P·J·巴克 申請人:皇家菲利浦電子有限公司