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：
本發明涉及一種無線電通信系統，其含有一條在第一和第二終端之間包括多條路徑的通信信道，每個終端包括多個天線。本發明還涉及一種使用在這種系統中的終端和一種操作這種系統的方法。
很熟知，通過在接收機處使用多個天線能夠減輕由多徑傳播引起的上述問題，它使得一些或全部多徑能夠被解決。為了有效分集，需要單個天線接收的信號具有一個低互相關。通常，通過把天線分開為波長的一個真分數來確保之，雖然通過利用在我們的共同懸而未決的未公開國際專利申請PCT/EP01/02750(申請人的標記PHGB000033)中所公開的技術也可以使用接近地分集式天線。通過保證基本上不相關的信號的使用，在任何給定時刻在一個以上的天線處出現破壞性干擾的可能性被最小化。
也可以通過在發射機處多個天線的使用(發射分集)來獲得類似的改善。分集技術可以被概括為在發射機和接收機處使用多個天線，即通常所說的多輸入多輸出(MIMO)系統，它通過一個片面分集設備可以進一步增加系統增益。隨著進一步的發展，多個天線的存在實現了空間復用，因此發射的數據流被分裂為多個子流，其每一個都通過許多不同的路徑被發送。這種系統的一個示例在美國專利6,067,290中被描述，另一示例，通常所說的BLAST系統，在P W Wolniansicy等人在1998年9月29日到10月2日意大利比薩的1998 URSI國際信號、系統和電子學討論會的出版文件中的論文”V-BLASTanarchitecture for realising very high data rates over therich-scattering wireless channel”(V-BLAST在多散射無線信道上實現很高數據速率的結構)中被描述。
通常，在一個MIMO系統中，原始數據流被分裂為J個子流，其每一個都通過具有nT＝J個單元的一個陣列的不同天線被發射。具有nR≥J個單元的一個類似陣列被用來接收信號，所述陣列的每一天線接收J個子流的不同疊加。使用這些差值，加上信道轉送矩陣H的信息，子流能夠被分開并被再合并來產生原始數據流。在這種系統的一種變形中，在公開的歐洲專利申請EP-A2-0,905,920中被公開，子流在發射之前被轉換如此以致在通過信道傳播之后另一轉換恢復該原始子流。可是，這種系統需要在發射機和接收機兩邊都知道轉送矩陣H的信息，因為所應用的轉換是以那個矩陣的唯一值分解為基礎的。
從一個MIMO系統中可以得到的性能增益可用來增加具有一個給定差錯率的總數據速率，或者可用來降低一個給定數據速率的差錯率，或者這兩者的某些組合。一個MIMO系統還可以被控制來降低一個給定數據速率和差錯率的總發射能量或功率。
理論上，通信信道的容量隨發射機或接收機上天線數量的減少而線性增加。可是，在2000年4月9-14日瑞士Davos″天線和傳播ESA千年會議″的出版文件中A G Burr的文件”Channel CapacityEvaluation of Multi-Element Antenna Systems using a SpatialChannel Model”(使用空間信道模型的多振子天線系統的信道容量估計)中的仿真結果說明實際上，通信信道的容量受到放置于該環境中的散射源數量的限制。
一種查看MIMO系統的更有用方法是信道容量受到在發射機和接收機之間由該環境中散射源引起的統計上的獨立路徑數量所限制。因此，在一個給定環境中，在天線陣中在發射機或接收機處具有比由它們的特定位置所引起的獨立路徑數目更多單元并沒有什么優勢。目前建議的MIMO系統在發射機和接收機處使用固定數目的天線以及因此的固定數目的子流，如果獨立路徑的數目低于子流數量，則子流變得無效率。另外，如上所述，已知的MIMO系統依賴于充分遠離地放置天線以便達到基本上不相關的信號。
根據本發明的第一方面，這里提供一種無線電通信系統，具有一條在第一和第二終端之間包括多條路徑的通信信道，每個終端具有多個天線，其中，第一終端包括接收裝置，接收裝置具有用于確定信號從第二終端到達的多個方向的方向確定裝置，用于從所述多個方向的一些或全部中接收多個分離信號的裝置，用于從接收信號中提取多個子流的裝置和用于組合多個子流以便提供一個輸出數據流的裝置；和第一終端還包括發射裝置，發射裝置具有用于把發射信號分開成為多個子流的裝置和用于把每個子流發射到由接收裝置確定的多個方向的分別的一個中的發射裝置。
與每個終端具有單個天線的傳統系統相比，不需要總發射功率的任何增加，本發明通過允許不同數目的發射子流來改善靈活性，并且通過考慮多徑信號的角向分布來改善效率和通過量。
可以通過測量角度功率譜以及確定最強信號到達的方向來確定信號到達方向。對于發射，可以用同一功率和比特率發射每個子流，或者取決于諸如信號噪音比之類的一些質量參數，子流的個體功率和/或比特率可以不同。對于來自終端的一個給定輻射功率，這可以導致系統容量的進一步改善。這里不需要從中接收信號的那些方向的數目與其中發射信號的那些方向的數目相同。
在每個終端處的多個天線可以是任何適當的類型，方向性的或者全向的輻射模式，這取決于應用。對于一個終端上的所有天線，不需要是同一類型或具有同一輻射模式，也不需要終端具有相同數目的天線。
根據本發明的第二方面，這里提供一種使用在無線電通信系統中的終端，所述無線電通信系統具有一條在所述終端和另一終端之間包括多條路徑的通信信道，其中，提供接收裝置，接收裝置具有用于確定信號從另外一個終端中到達的多個方向的方向確定裝置，并且提供發射裝置，發射裝置具有用于把發射信號分開成為多個子流的裝置，和用于把每個子流發射到由接收裝置確定的多個方向的分別的一個中的發射裝置。
根據本發明，一個終端既可以操作為一個發射機又可以操作為一個接收機。可替代地，根據本發明，一個終端可以操作為一個發射機同時使用一個傳統接收機。這種終端還需要接收裝置，其能夠確定接收信號方向以使它能夠確定哪一方向來發射信號。
根據本發明的第三方面，這里提供一種使用在無線電通信系統中的終端，所述無線電通信系統具有一條在所述終端和另一終端之間包括多條路徑的通信信道，其中，提供有接收裝置，接收裝置具有用于確定信號從另外一個終端到達的多個方向的方向確定裝置，用于從所述多個方向的一些或全部中接收多個分別信號的裝置，用于從接收信號中提取多個子流的裝置和用于組合多個子流以便提供一個輸出數據流的裝置。
本發明也可以被操作為單獨的一個接收機。
根據本發明的第四方面，這里提供操作一種無線電通信系統的方法，所述無線電通信系統具有一條在第一和第二終端之間包括多條路徑的通信信道，每個終端具有多個天線，該方法包括第一終端確定信號從第二終端到達的多個方向，從多個方向的一些或全部中接收信號，從接收信號中提取多個子流并且組合多個子流以便提供一個輸出數據流，該方法還包括第一終端把發射信號分開成為多個子流，并且把每個子流發射到多個確定方向的分別的一個中。
本發明是以現有技術中不存在的如下認可為基礎的即，通過確定從一個特定終端中收到的最強信號來自哪一方向以及通過在這些方向上把信號發射到那個終端，增加的頻譜效率被獲得，因為在發射中浪費了更少的功率。
在附圖中，相同的或類似的參考數字已被用來指示相應的特征。
最佳實施方式

圖1說明了一個已知MIMO無線電系統。多個應用102(AP1到AP4)產生發射數據流。應用102還可以產生多個數據流。數據流被多路復用器(MX)104合并成為單個數據流，其被提供給發射機(Tx)106。發射機106把數據流分開成為子流并且把每個子流映射到多個發射天線108的一個或多個。
適當的編碼，通常包括前向糾錯(FEC)，可以在多路復用之前被發射機106應用。這被認為是垂直編碼，并且具有這樣的優點即，編碼被應用在所有子流上。可是，問題可能出現在提取子流中，因為需要聯合解碼并且個別地提取每個子流是困難的。作為一種替換，每個子流可以被分別編碼，一種稱為水平編碼的技術，它可以簡化接收機操作。這些技術例如2000年11月27日到12月1日在舊金山的”IEEE Globecom 2000會議事項”中X LI等人的文件”Effects ofIterative Detection and DecodIng on the Performance of BLAST”(BLAST性能的迭代檢測和解碼效果)中被討論。
如果使用垂直編碼，則該前向糾錯(FEC)必須有足夠的差錯校正能力來應付包括多徑110的整個MIMO信道。為了說明簡單，只有天線108之間的直接路徑110被說明，但是應該理解，路徑組通常將包括信號被一個或多個散射源反射的間接路徑。
還裝備有多個天線108的接收機(Rx)112，接收來自多徑的信號，隨后將那些信號組合、解碼并去復用從而提供分別的數據流給每個應用。雖然發射機106和接收機112被示出為具有相同的天線數量，但是實際上不需要這樣并且天線數目可以根據空間和容量限制而被優化。同樣地，發射機106可以支持許多應用(例如，在僅僅話音的移動電話上的單一應用或者在PDA上的大量應用)。
任何’并行’型通信系統的主要原理是找到用以傳送的多個方式，并可以在接收機處以某種方式加以區別。例如在OFDM系統中，其實，不同的子流以不同的載波頻率被發送，其間距如此以致它們是正交的并且可以在接收機處被區分。類似地，在BLAST系統中，在一個很散射的環境中，通過使發射天線彼此間距一個λ/2的最小間距，則被單個天線接收的信號由每個子流的線性和組成，每個子流的相位和幅度是獨立的。可是，如果沒有更多信息，則子流無法從單個天線中被區分----問題與解J未知數(子流)的聯立方程是類似的，對于之，需要至少J不相關的或獨立的方程式來明白地區分J未知數。在BLAST系統中，這通過具有nR(≥J)個天線來獲得，每個天線與其他天線相隔一個λ/2的最小間距。此最小間距確保來自每個接收機天線中的nR信號提供J個未知子流的nR個獨立線性組合--nR個組合是所需要的聯立方程。方程式的系數是nT發射機天線和nR接收機天線之間的復合信道轉送系數，由轉送矩陣H(在下面被討論)來描述。
發射或接收不相關波形的一種替換方式是使用角度間距，一種在許多當前分集接收系統中被利用的技術(即角分集)。從不同方向中到達(或者發送到不同方向)的多徑信號通常經歷不同的散射源并因此每個經歷不同的衰減和時延(即，一個不同的復合信道轉送系數)。因此與BLAST系統相似，通過把子流發射到不同的角度或方向，在接收機處可能會形成不相關的信號。
根據本發明構造的一個系統提供一個替換無線收發信機結構到諸如BLAST之類的已知系統中，本發明的基礎是K個分開子流到K個不同方向的發射以及來自J個不同方向中的多徑信號的接收。在每個情況中，選擇的方向將取決于具有最大功率或信噪比(SNR)的多徑信號被接收的方向，正如從角度功率譜A(Ω)的測量中所確定的。例如在USAPhoenix 1997年5月4-7日IEEE車輛技術會議的1997出版文件第1415-19中的Q Spencer等人的文件”Astatistical model forangleof arrival In indoor multipath propagation”(室內多徑傳播中到達角的統計模型)中被報告，實驗的測量和仿真建議多徑信號以有關均一隨機方位角度的組或者群集的方式到達。因此，選擇的方向將符合這些群集的到達角是可能的。然而，倘若足夠高分辨率的一個陣列被使用，未阻止本發明使用一個群集內的個體路徑。雖然本發明描述一種收發信機結構，但是發射機部分或接收機部分可以與諸如另一接收機或發射機設計之類的一起被獨立地使用。這是因為在發射機或接收機處，呼出或呼入信號可以作為不同方向(角度域)上傳播的平面波或者作為空間(BLAST中的空間域)中的一個干擾模型被對待。
根據本發明的結構的主要優點是通過測量呼入多徑信號的角度功率譜可確定顯著的散射源存在的方向。因此，通過在接收機112處聚束到多徑信號到達的方向中，則接收機功率被更有效地使用。隨后，通過發射到那些方向中，在該環境中的可能散射源進行充分利用，從而獲得一個增加的頻譜效率，因為更多的發射功率被接收機112接收。這對于工作在較高頻率的無線系統日益重要，在此，平均起來更強的衰減減少了接收機處的有用多徑成分的數目。
作為發射機，另外一個好處是與EP-A2-0,905,920中公開的系統不同，不需要轉送矩陣H的信息，只是需要角度功率譜A(Ω)。
圖2是說明根據本發明構造的時分復用系統的收發信機的操作流程圖。收發信機操作被描述形成單個收發信機一部分的一個發射機106和接收機112的一個循環，在該圖右邊的步驟涉及接收機112而在左邊那些涉及發射機106。
接收機112的第一個操作是在步驟202處測量A(Ω)，呼入多徑信號的角頻譜。接下來，在步驟204，角頻譜被處理以便查找Ωj，它是A(Ω)中最強功率的開頭J個峰值的方向。在步驟206，聚束技術然后被使用在選擇的方向Ωj中以便獲得J個分別的接收信號rj。在步驟208，轉送矩陣H的單元被確定，在此，hjk是第k個發射方向和第j接收方向之間的復合信道轉送系數。最后，對于接收機112，在步驟210，標準多用戶檢測技術被用來提取K個發射子流，在此，Sk是第k個子流。
在發射機106中，在步驟212，第一個操作是把傳入數據去復用成為J個較低速率數據流，在此之后，在步驟214，所產生的J個子流的每一個在它的各自的方向Ωj上被發射。收發信機在步驟202然后返回到接收機模式，適應于在可能已經發生的多徑中的任何改變。
圖2中每個步驟的精確實施相對于本發明不是特別重要，因為這里有一個適當的已知技術的范圍。這些示例在下面被描述。實際上，對于一個完整的數據猝發，流程圖的每個循環都發生。因此，假定被測量的角頻譜A(Ω)和轉送矩陣H對于整個猝發是有效的并且至少A(Ω)對于要被發射的下一猝發是有效的。
現在將描述作為分開的發射機和接收機部分的本發明實施例，首先考慮發射機部分，因為它通常比接收機更直接。此說明包括一個接收和發射周期，即，一幀或比特猝發的接收(包括處理/解碼)以及隨后的發射。
比特幀的假定包括’有效載荷’數據以及協議與訓練序列的任何額外開銷一起。為了有效的適配處理，對于由發射機、接收機或散射器的移動所引起的信道中的改變，幀持續時間應該足夠短到在幀持續時間期間可忽略。另一重要的設想是信道是窄帶，即信道的延遲擴展比比特或碼元持續時間更小些，以使信道脈沖響應(GIR)本質上是一個脈沖或Δ函數。這就是表示信道系數hjk而不是CIR的原因。然而，例如如果均等被使用在從規定方向中收到的每個抽樣上時，本發明可以被應用到寬帶信道。
圖3是一個發射機106的塊示意圖。呼入數據S(t)被一個去復用器302分離成為J個子流sj(t)(1≤j≤J)，在此，J≤M且M是天線108的數目。子流數目可以不同，這取決于無線信道特性或者其它要求。作為選擇，對于每一子流，比特率Bj或發射的SNRγtrans，j可以不同，以使得對于一個給定中斷概率把整個發射比特率最大化。這種技術被認為是”water filling”(水填充)并且例如在RobertGallager，Wiley的Information Theory and ReliableCommunication(信息論和可靠通信)第343頁到354頁中被描述。
J個子流被饋送到多個射束加權矩陣304中。這就把一組復數加權wmj應用到J個輸入子流Sj中以便產生M個輸出子流Sm，根據下列方程式 它還可以被寫為S＝Ws。把復數加權矩陣W應用到信號s的向量上的結果是信號S向量，其第m個單元是被應用到該陣列的第m個天線108上的信號。本質上，加權矩陣304是J個子流中每一個的聚束。每個子流都有它自己通過天線陣的加權組，因此即使所有子流的加權結果在天線陣處合計，則疊加原理意味著結果的遠場輻射模式將是為每個子流設計的輻射模式和。所有的場將以所設計的方式來取消或合計從而給出在它們各自方向上傳播的J個子流。天線信號的產生圖型地如4圖所示。
呼入多徑信號的角頻譜A(Ω)在接收機工作期間被測量塊306所測量，如下所述。測向塊308處理此頻譜以便確定具有最佳SNR的J方向以及確定所需要的加權wmj。
如上所述，其中第j個子流被發射的那個方向由加權組wmj來控制，在此1≤m≤M(即，加權矩陣W的第j列，被表示為Wj)。這通過以下面的方式來查看方程式1而被算術地表示 M×1向量S是J向量項的和，合計中的第j項是被第j子流Sj相乘的加權矩陣(Wj)的第j列矢量。因此，所有留下來的都要做的是對于J子流的每一個選擇復數加權，它將變成加權矩陣W的列。
在選擇第j子流的加權時，理想的是使發送到對應于q≠j的其它方向的功率最小化，以便在接收機處使得對于第j子流的信號干擾加噪音比(SINR)最小化。一種可能的方法是確定一組加權來在方向Ωj上產生一個射束峰值而在每一個其他方向Ωq上(q≠j，1≤{j，q)≤J)產生零信號。這是一個標準陣列處理問題，但是對每一子流來說，在總和上不得不被應用j次。一種替換方法是把除了期望方向之外各個方向作為噪聲來對待，并且使屬于在方向Ωj上存在射束峰值的狀態的陣列噪聲輸出最小化。各種已知方法能夠獲得上面的任一目的，例如在IEEE1的事項，第85卷編號B(1997年8月)第1195頁到1245的文件”Application of Antenna Arrays to Mobile Communications，PartiiBeam-forming and Direction-of-Arrival Considerations”(移動通信的天線陣應用，第二部分射束形成和方向到達因素)中所描述的一樣。
為了簡明，第一種方法將被用來說明本發明的一個實施例。基本的原理依賴于對于每一子流解下列方程式wjTA=ej---(3)]]>在此，A是一個M×J的矩陣，它的列是方向Ωj的導向向量a(Ωj)，j個子流要被發射到這些方向中(即A＝[a(Ω1)，a(Ω2)，…，a(Ωj)并且ej是一個行向量(1×J)，它的單元除了第j個之外全部為零，第j個等于一(即ej的第p個單元因此是(ej)p＝δpj，例如那么對于j＝5，則e2＝
)。導向向量的單元僅僅是陣元中所需要的響應以便產生在方向Ωj上具有峰值的一個波束圖。因此，導向向量(或A的第j列)被給出為 在此，τi(Ωj)是應用在陣列的第m個單元(1≤m≤M)和一個隨機原點之間的信號的時延。這在圖5中被說明，在此，距離Δi與Δi(Ωj)τi(Ωj)的時延相關并且c是光速。把方程式3反向，以便在方向Ωj上產生一個峰值并且其他J-1方向上產生零信號的校正加權是wjT=ejA-1---(5)]]>這假定J＝M，因此A是平方。如果j≠M，那么非平方矩陣的產生的倒置或Moore-Penrose偽倒置A+可用于求解方程式3。
簡單地說，第j個子流所需要的加權僅僅是A的逆矩陣的第j行。因此，一旦方向Ωj已經被確定，則導向矩陣A可以被構成并且倒置A-1(或A+)被計算出。這是所需要的全部信息每個子流的校正加權僅僅是逆矩陣適當的列。
另外一個步驟是在比特幀中的訓練序列的發射，它接收機所需要的以便提取子流。這里有接收機需要的兩種類型的訓練序列一個是實現角頻譜A(Ω)的測量而一個用于轉送矩陣H的確定。這些要點將在下面進一步討論。
現在考慮收發信機的接收機部分，參考圖6。在討論接收機112的實施例時，假定在鏈路的另一端處的發射機已經使用已描述的發送子流到不同方向上的技術或者發送子流到分離天線去的類似BLAST的技術發射了K個子流。要描述的步驟實際上將在對于發射機的如上所述的步驟之前發生。
在接收機112中所需要的第一步是在測量塊306中進行角度功率譜A(Ω)的一個測量。此測量確定到達的總功率通過到達的不同角度Ω如何被分布。為了能夠正確地做出此測量，對于在鏈路110的另一端處的發射機106需要在數據幀的一個周期發送一個適當的訓練信號。一個適當的訓練信號將是在該環境中說明所有可能散射源的一個信號(即從發射機106中被全向地或者定向地發送的一個信號)。例如，這可以通過在一幀的持續時間從單個天線單元108發射來實現(假定元件被全向的)。正如在下面將討論的一樣，訓練信號也將允許轉送矩陣H的測量。
這里有能夠測量角頻譜的各種已知方法。最傳統的方法是通過天線陣接收的信號的一個簡單傅里葉變換。其他技術包括在接收陣列信號上的超級解決算法。這些算法例如在有關Acoustics、Speech andSignal Processing第ASSP-37(1989)上的IEEE事件第984頁到第995頁的Roy和T Kailath的文件”ESPRIT-Estimation of SignalPafameters via Rotational Invariance Techniques”(ESPRIT-經轉動不變技術的信號參數的估計)中被描述。雖然它們比傅里葉變換更計算加強，但是它們允許呼入多徑信號的較高角分辨率。算法的準確性質將取決于所使用的陣列的配置和幾何形狀。
一旦角度功率譜已經被確定，下一步驟在測向塊308中選擇J個不同方向，從中將接收子流(以及最后方向，這些方向是發射子流將被發射機106發射到其中去的方向)。這里需要有至少與被發射的子流K數目至少一樣多的方向，以使接收機明白地能夠提取所有的子流。一種方法是簡單地搜索最佳SNR的J峰值的角頻譜。這將導致從其中多徑信號將被接收的一組j方向{Ω1，Ω2，…，ΩJ，}。
陣列M的天線單元108的數目設置J的最大值。正如所熟知的，這是因為M個天線單元的陣列在規定它的天線模式的零信號時只可具有一個M-1自由度的最大值。因此，對于每一子流，最多有M-1個獨立的方向，在這些方向中零信號可以被規定(并因此從中其他獨立的子流可以被接收)，那么子流的最大數目是M。因此對于收發信機在無線鏈路110的兩端處重要的是知道在另外一個收發信機陣列中的天線108的數目。
通過天線單元108陣列的接收信號能夠被視為一個向量 ，在此，第m個元件是被第m個天線接收的信號。多個射束加權矩陣304把一組加權應用到向量 以便給出信號r＝[r1…rj…rJ]的另一向量，它們是從早先確定的方向Ωj中收到的信號。換言之， 因此需要選擇加權矩陣 的行如此以致rj是從該方向Ωj中收到的信號。這種問題實際上在確定如何選擇將發射第j個子流到發射機部分的方向Ωj的加權時已經被解決。由于接收和發送陣列的相互性，在一個給定方向上用于接收和發射的加權將被相同的。因此， 在此T表示矩陣的移項并且是在算術上正確地使信號向量和加權矩陣 相乘所需要的。可是，在實際接收機中，在發射機模式和接收機模式之間不需要加權中的改變，因為兩種情況中信號方向上的反向考慮了移項。
接收機112中接下來的步驟是在一個提取塊608中處理從J個被選擇的接收方向中收到的J個信號組，以便產生K個信號(由 ，1≤k≤K來表示)，它們是從無線鏈路另一端中被發送的K個子流的估計。這J個信號被用來根據K個未知數產生J個聯立方程，即子流Skri＝h11S1+h12S2+…+h1kSk+…+h1KSK+n1rj＝hj1S1+hj2S2+…+hjkSk+…+hjkSk+nj(8)rJ＝hJ1S1+hJ2S2+…+hJkSk+…+hJKSK+nJ在J個信號(或方程式)的每一個中與K個子流相乘的系數hjk是轉送矩陣H的單元，它們表示K個發射方向和J個接收方向之間的復數轉送系數。(可替代地，如果接收機112正從一個BLAST型發射機中接收的話，那么系數hjk表示第k個發射機天線和第j個接收方向之間的系數。)。因此，一旦轉送矩陣已經被一個信道特性塊608經由某些訓練方案而確定，則這問題本質上是解決在方程式8中提出的聯立方程組(假定J≥K)。項nj表示環境和收發信機中由于熱噪聲引起的加性高斯白噪聲，并且被相等地分布，但是是獨立的。
這里同樣有各種方法，使用所建立的技術，子流可以被提取。這些技術通常是以使用于CDMA中的多用戶檢測系統為基礎，在此目的是要識別不同的用戶。這里，目的改為是要識別攜帶不同信號的不同子流。在BLAST系統中，當嘗試解碼單個子流rk時，妨礙子流的所有其它貢獻都是’零信號’并且已被檢測的任何子流從信號 的接收向量中被去掉。使妨礙子流為零信號的處理非常類似于上述被發射機106用于子流聚束的那個處理并且也在上面引用的有關BLAST的文件中被祥述。
本質上，這些技術等于解決線性聯立方程的傳統方法，在目前情況中的不同是這些方程式包括由于系統中噪聲的存在所引起的那些沒有完全已知的數值。為此緣故， 是第k個子流的一個判斷統計，正如傳統通信系統中一樣而不是子流本身。因此，每一子流 屬于一個傳統比特判斷的解調程序，即它是一個一或一個零？因此，使用這些技術，K個子流被恢復并被多路復用塊610反復用從而再生原始高數據速率比特流R(t)。
本發明原則上可以被應用到任何無線通信方案從而給出具有高頻譜效率的數據速率(即，在一個相對小帶寬中的高數據速率)。本發明有效運轉的主要要求是足夠分開一定角度的獨立的多徑信號。只要獨立的多徑分量J的數目是大于等于發射機陣列中的天線M數目，則用于MIMO系統中的收發信機結構的’香農’容量將隨著M線性增加。大多數的分析在上面假定發射機106和接收機112是準靜態的，即，發射機和接收機是穩定的，移動用戶或物體只引起信道中非常慢的變化(即，轉送矩陣H的單元)。可是，系統可以應對一個移動的發射機和接收機，只要幀周期明顯比轉送矩陣H中發生變化的平均周期更小，使該系統適合于移動蜂窩通信，以及固定點對點室內無線鏈路。
象它使用作為一個收發信機一樣，本發明適用于只使用作為分別與其它接收機或發射機結構結合的一個發射機和一個接收機，例如在上面討論的適當修改，BLAST。特別地，如果一個終端只使用本發明技術作為一個發射機，則它將仍然需要一個接收機，其能夠確定接收信號特性的方向變化，以便能夠被確定的發射方向。
在上面描述的實施例使用接收信號的角度功率譜A(Ω)以便確定強信號被接收的那個方向以及因此最佳發射和接收方向。然而，其他信號特性，例如SNR，能被替代使用-----只要它們提供用于選擇優選方向的一個適當的基礎。無論使用什么信號特性，則表征從方向滿范圍中到達的信號并不都總是需要的或者理想的。例如，一個以地面為基地的終端可以選擇來忽略從一個接近垂直的方向中到達的信號。
對本發明的一個修改范圍是可能的。聚束可以是自適應的，以使子流J和它們的方向Ωj的數目是變化的或固定的，后者涉及較少復雜性。在一個相對簡單的系統中，全部子流的功率和比特率是相同的，而在一個更復雜的系統中，每個子流的功率和/或比特率能夠被改變，這取決于它們接收的SNR。天線陣108的幾何形狀可以取值一、二或三維以便在維數上給出一個相應的增加，從中多徑信號能夠明白地被觀察。
在閱讀本公開中，對本領域技術人員來說其他修改是很明顯的。此類修改可以包括在無線電通信系統與它的組件部分的設計、制造和使用中已知的以及代替(或除了之外)在此已經描述的特性而可以被使用的其他特征。
在本說明書和權利要求中，在一個元件前面使用冠詞”一個”不排除多個這種元件的存在。另外，單詞”包括”不排除除那些已經列出的之外其他元件或步驟的存在。
權利要求
1.一種無線電通信系統，具有一條在第一和第二終端之間包括多條路徑的通信信道，每個終端具有多個天線，其中，第一終端包括接收裝置，接收裝置具有用于確定信號從第二終端到達的多個方向的方向確定裝置，用于從所述多個方向的一些或全部中接收多個分別信號的裝置，用于從接收信號中提取多個子流的裝置和用于組合多個子流以便提供一個輸出數據流的裝置；和第一終端還包括發射裝置，發射裝置具有用于把發射信號分開成為多個子流的裝置和用于把每個子流發射到由接收裝置確定的多個方向的分別的一個中的發射裝置。
2.權利要求1所述的系統，其特征在于接收裝置還包括用于確定呼入信號的角度功率分配的裝置。
3.權利要求2所述的系統，其特征在于方向確定裝置還包括用于選擇最強信號從第二終端中到達的那些方向作為多個方向的裝置。
4.一種使用在無線電通信系統中的終端，所述無線電通信系統具有一條在所述終端和另一終端之間包括多條路徑的通信信道，其中，接收裝置被提供，接收裝置具有用于確定信號從另外一個終端中到達的多個方向的方向確定裝置，并且發射裝置被提供，發射裝置具有用于把發射信號分開成為多個子流的裝置，和用于把每個子流發射到由接收裝置確定的多個方向的分別的一個中的發射裝置。
5.權利要求4所述的終端，其特征在于所述接收裝置還包括用于從多個方向的一些或全部中接收多個分別信號的裝置，用于從接收信號中提取多個子流的裝置以及用于把多個子流組合來提供一個輸出數據流的裝置。
6.權利要求5所述的終端，其特征在于發送和接收子流的數目不相等。
7.權利要求4到6任何一個所述的終端，其特征在于所述接收裝置還包括用于確定呼入信號的角度功率分配的裝置。
8.權利要求7所述的終端，其特征在于方向確定裝置還包括用于選擇最強信號從第二終端中到達的那些方向作為多個方向的裝置。
9.權利要求4到8任何一個所述的終端，其特征在于所述發射裝置包括控制裝置，用于把多個天線操作作為一個陣列并且可操作來適應每個子流的天線模型如此以致天線模型中的一個峰值符合各自的方向并且天線模型中沒有哪一個符合其他子流被發射的方向。
10.權利要求4到9任何一個所述的終端，其特征在于所述發射裝置包括控制裝置，用于根據子流的信號質量參數來獨立地調整每個子流的功率和/或比特率。
11.一種使用在無線電通信系統中的終端，所述無線電通信系統具有一條在所述終端和另一終端之間包括多條路徑的通信信道，其中，接收裝置被提供，接收裝置具有用于確定信號從另外一個終端到達的多個方向的方向確定裝置，用于從所述多個方向的一些或全部中接收多個分別信號的裝置，用于從接收信號中提取多個子流的裝置和用于組合多個子流以便提供一個輸出數據流的裝置。
12.一種操作一個無線電通信系統的方法，所述無線電通信系統具有一條在第一和第二終端之間包括多條路徑的通信信道，每個終端具有多個天線，該方法包括第一終端確定信號從第二終端到達的多個方向，從多個方向的一些或全部中接收信號，從接收信號中提取多個子流并且組合多個子流以便提供一個輸出數據流，該方法還包括第一終端把發射信號分開成為多個子流，并且把每個子流發射到多個確定方向的分別的一個中。
13.權利要求12所述的方法，其特征在于根據子流的信號質量參數來獨立地調整每個發射子流的功率和/或比特率。
全文摘要
一種無線電通信系統包括在兩個終端之間的一個通信信道，每一終端包括多個天線(108)。通信信道包括多條路徑，并且至少一個終端包括一個接收機，接收機具有裝置(306，308)，相應于終端之間的路徑，用于確定從中接收強信號的方向。終端也可以包括一個發射機，發射機具有用于把一個信號分開成為多個部分的裝置(302)，其每一個具有一個降低的比特率，并且相應于從中接收最強信號的那些方向把發射各個部分。
文檔編號H04B7/10GK1455991SQ02800213
公開日2003年11月12日 申請日期2002年1月4日 優先權日2001年1月30日
發明者B·哈特里 申請人:皇家菲利浦電子有限公司