專利名稱：測量數字無線傳輸系統中天線分集增益的方法和裝置的制作方法
測丨量數字無線傳輸系統φ天線分集±曾益的方、；去和裝置本發明涉及一種根據權利要求1前序部分所述的測量數字無線傳輸系統中天線 分集增益的方法和裝置。通常，分集增益被定義為相當于在給定的相對于無分集接收的傳播方案中的接收 機靈敏度的提高。在模擬和數字技術中的關于無線系統的內容已經說明可以通過利用多個天線 (通常為2個)提高接收系統的靈敏度。在傳統的無線傳輸應用中，優選采用天線分集方案，以減輕衰落效應(在無線傳 輸過程中接收機場強的波動)。目前，對于分集增益(DG)確切定義和精確量化的測定允許額外的系統參數，例如 所需的基站傳輸功率，從該系統中導出并根據設計目的進行優化。然而，這種測定到目前為 止還遠沒有令人滿意的建立起來。根據現有技術，分集增益(DG)是通過定義的天線配置靜態地表達的(適用于固定 定義的連接距離)。這種信息對于許多應用場合是不夠用的，例如在移動無線通信領域中。因此，需要對分集增益(DG)進行準確的定義。Tsimekawa在出版物(無線手持終 端的空間、偏振和格局多樣化)中提出了針對便攜式終端的確定或者測量分集增益(DG)的方案。在這種實施例中，分集增益(DG)由信噪比S/N的提高和通過兩個天線傳輸的信號 的相關性因數確定。兩個數值的測量均是難以解決的，耗時的，且不精確的[與根據理論的 測量相比較，參見Tsukenawa圖8-4 (d)]。因此，本發明所解決的問題在于提供一種適用于可靠的無線傳輸系統(例如， UMTS, B3G, WLAN)的，針對從開發和設計目考慮的，快速、準確地給出定義的分集增益(DG)
值方法。解決該問題的技術方案的特征在于權利要求1所公開的技術特征。最重要的技術特征是，該測量數字無線傳輸系統中分集增益(DG)的方法和裝置 通過有目的地利用分集實施了對無線網絡設計的優化，進而減少了所使用的基站數量，并 且提高了發射和接收質量。因此本發明公開了一種可以準確和快速地測量數字的，固定的，和無線移動傳輸 系統中天線陣列的分集增益(DG)的方法和裝置。所應用的方法的一個重要的有益效果為，通過利用分集和分集的精確量化可對無 線網絡設計進行優化。一個附加的有益效果為，提高了傳輸質量和/或者減少了無線移動傳輸系統中基
站的數量。為了能夠對未來的無線傳輸系統(超3G)的傳輸能力進行優化，根據所發明的方 法高精度地測量分集增益(DG)值尤為重要，例如基于傳輸路徑優選是不相關的MIMO (多輸 入多輸出)方法。 提供一能夠完成所提供測量順序的裝置。
可以在已安裝基站處在其運行期間完成根據本發明的測量，或者在實驗室中，例如，通過無線信道模擬器重復不同的傳播路徑的方法，完成根據本發明的測量。在指定的波傳播方案中，根據測量數字通信傳輸系統的誤碼率(BER)和接收機輸 入功率(PRX)確定該分集增益(DG)。由于可以很精確地測量誤碼率(BER)和接收機輸入功率(PRX)，因此，根據本發明 的方法同樣可以高準確度地確定分集增益(DG)。以下將基于附圖對本發明進行更詳細的說明。通過附圖和
將清楚地顯示 對于本發明的另外的必要技術特征和技術效果。
圖1 本發明所述方法的流程圖；圖2 說明測量1的圖示(無分集)；圖3 說明測量2的圖示(分集)；圖4 對測量數值進行線性內插或者外推的圖示；圖5 測量分集增益的圖示，以在UMTS基站的測量為例；圖6 示出了一種具有無線信道模擬器的無分集的傳輸路徑(η條傳輸路徑)；圖7 示出了根據圖6的分集的傳輸路徑(2η條傳輸路徑)；圖8 對測量數值進行線性內插或者外推的圖示(說明性實施例)。圖1至圖8示出的測量無線傳輸系統的分集增益(DG)的方法舉例說明了具有一 個發射天線和兩個接收天線的測量設置所需的附加執行變量。類似的條件為兩個發射天線和一個接收天線(2，4)(發射分集)。該測量方法也適用于具有兩個以上發射和/或者接收天線的情況，例如，適用于 MIMO系統。該分集增益取決于如下因素-天線的類型和配置；_ 頻率；-傳播方案；_接收機的分集算法。因為在無線傳輸中可能出現不同的傳播方案，并因此會出現不同的分集增益，所 以，提出了使用分集增益的閾值(分集增益的最小值和最大值)或者平均值。可以根據分集增益的“最佳狀況”、“最差狀況”或者加權平均值來設計無線傳輸系 統。在一個測量過程中，在滿足如下條件的情況下執行測量分集增益(DG)的方法-發射機(1)的恒定功率Ptx驅動天線(3)(如圖2和圖3所示)-準定態傳播條件(不變的傳播路徑和相等的衰落)_在多個移動通信系統中，基站具有恒定的速度。圖1至圖8示出了該測量方法，在以下步驟中對該測量方法進行更為詳細的說明。1.測量具有一個接收天線3的接收機4的輸入功率Pkx(I)的包絡功率和相應的 誤碼率(BER[1]) 0
2.在具有接收天線5和6的接收機4的分集輸入處調節輸入功率Pkx(I)。將衰落調節器7在兩個支路中均設置為OdB。
通過接收兩個天線5，6的優選為不關聯的信號，實現對傳輸的改進，使得誤碼率 BER(I) > BER(2)。3.根據近似預期的分集增益，通過衰落調節器7使兩個分集支路中的輸入功率降 低相等的數值，直至達到輸入功率Ρκχ(3)，使得該誤碼率變為接近BER[1]的BER[3](參見 圖4)。這與發射功率Ptx的根據通過該衰落調節器7調整的衰落量的降低相對應。4.對該輸入功率Ρκχ(2)和Ρκχ(3)的測量值進行線性內插或者外推，以計算與誤碼 率BER(I)相對應的輸入功率Pkx* (如圖4所示)。從開米洛，費赫爾(Kamilo Feher)于1991年5月在IEEE運載工具技術匯刊中出 版的“形成數字蜂窩_移動通信系統的調制解調器”中，或者公開號為DE19727516Β4的專利文獻中可知，在此處感興趣的數值范圍內，誤碼率的對數與輸 入功率呈線性的反比例關系。結果誤碼率BER(I)在輸入功率Pkx(I)處無分集，而在輸入功率Pkx*處有分集。5.測定該分集增益(DG)DG/db = Pkx(I)/dBm-PKx*/dBm根據點2至5的測量與在接收機4中處理分集信號的算法之間是彼此獨立的。由 此，該測量方法也可用于比較不同分集方法和不同MIMO系統的效果。優選地，傳播條件是規定的，其旨在使得采用無線信道模擬器8對測量具有較佳 的再現性。本發明的一個適用于移動通信系統的具體實施例為，測定基站天線系統的分集增 益，該分集增益測定是針對該測定給出與該無線電單元的傳播條件相對應的高的或者低的 分集增益(DG)值。(無線電單元內部的天線系統的分集增益閾值)優選為自動執行根據圖1所示的測量順序。通過計算機9控制和完成根據圖1的測量1至3，然后通過計算機9進行插值運 算，并最終計算得到分集增益(DG)。下面以列舉實例的方式說明在具有兩個分集天線輸入的UMTS基站處的分集增益 測量。由一個具有無分集的η條傳輸路徑和有分集的2η條傳輸路徑的無線信道模擬器 8 (如圖6和7所示)形成該傳輸路徑。測量1 (圖 6)模擬位于發射機1的輸出和無線信道模擬器8的輸出之間η條(例如，根據3G TS 25. 104標準，η = 4)傳輸路徑。測量輸入功率Pex(I)和誤碼率 BER(I)(例如，Pex(I) = _112dBm ；BER(I)= 1. IxlO"6)。測量2 (圖 7)所述無線信道模擬器8具有與測量1相同的設置。通過與信道1具有相同設置的第二分集信道進行另外的接收。
測量該輸入功率Ρκχ(2)和誤碼率 BER(2)(例如，Pex(2) = _112dBm ;BER(2)=
0.6xl(T6)。測量3 (圖 7)通過衰落調節器7使該接收機輸入功率Pkx降低4dB (預期的分集增益)Pex (3) = -116dBm ；BER (3) = 1θΛ進行外推(圖8)利用該舉例說明的測量結果，測量2和3的外推結果為，與誤碼率BER(I)=
1.1χ10_6 (測量 1)相對應的 Pkx* = -116. 7dBm。測定該分集增益(DG)結果為分集增益=-112dBm-(-116.7dBm) = 4. 7dB。對于具有384kBit/s傳輸速率的UMTS，測量過程(測量1至3)持續經過，例如， 2xl06比特，大約總計為5秒鐘。在具有較長衰落的傳輸條件下，測量時間可能會延長。在自動調整和計算三個測量值的情況下，可以在< 1分鐘的時間內完成對分集增 益的測量。由此，可以很快地實現設計思想中優化方法的變化和/或者天線設置。通過有目的地利用分集，可以對無線網絡設計進行優化，可以提高質量和/或者 減少基站的數量。根據權利要求1至8的方法和裝置提供了一種能夠很快完成基站優化的信息化和 精確的方法。本發明的主題內容不僅通過各個權利要求得以體現，而且還通過各個權利要求之 間的相互結合得以體現。在此公開的所有信息和技術特征，包括摘要，特別是附圖中全面示出的實施例是 本發明的要點，他們自身或者彼此之間的結合相對于現有技術是具有新穎性的。參考標記列表1.發射機2.發射天線3.接收天線4.接收機5.接收天線1(分集)6.接收天線2 (分集)7.衰落調節器8.無線信道模擬器9.計算機
權利要求
一種通過由誤碼率(BER)測量接收機系統靈敏度的提高的方式測量數字系統的天線分集增益的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟-測量各傳輸方案的接收機系統的輸入功率和相對應的誤碼率；-通過多個天線，在相等的系統輸入功率下測量(BER)；-降低系統輸入功率，使得與其對應的BER近似等于根據該方法的步驟1得到的BER；-通過內插或者外推法，根據該BER的提高確定分集增益(DG)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法設計為在互成反比的作用方式下 進行測量(發射天線分集)。
3.根據上述權利要求1至2中任一項所述的方法，其特征在于，通過基站完成為獲得該 分集增益(DG)值所需的測定，所述基站是處于實際運轉中的基站或者位于實驗室內的基 站；在實驗室中進行測量時，通過無線信道模擬器(8)重復不同的傳播路徑測量該DG值。
4.根據上述權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，通過可準確測量的誤碼 率和接收機輸入功率確定該分集增益(DG)值。
5.根據上述權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，該測量方法基于設置有 至少一個發射天線和至少兩個接收天線(2，5，6)的測量配置完成。
6.根據上述權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，通過如下因素確定該分 集增益-天線的類型和配置； -頻率； -傳輸方案； -接收機的分集算法。
7.根據上述權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，通過分集增益(DG)的 上限閾值或者下限閾值，或者通過該分集增益(DG)的平均值設計該無線傳輸系統。
8.根據上述權利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于， -發射機(1)的恒定功率驅動天線(2)；_準定態傳輸條件是存在的；-移動通信系統中的基站具有恒定的速度是存在的。
9.根據上述權利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，測量的方法步驟如下 _測量該接收機(4)的輸入功率；-利用至少一個接收天線(5，6)測量相對應的誤碼率； -通過衰落調節器(7)使信號產生衰落；_降低該輸入功率，直至與其對應的誤碼率BER[3]接近誤碼率BER[1]； -對該輸入功率的測量值PRX[1]和PRX[2]進行線性內插或者外推，計算對于計算誤碼 率的輸入功率(PRX*)；-確定該分集增益(DG)。
10.一種通過由誤碼率(BER)測量接收機系統靈敏度的提高的方式測量數字系統的天 線分集增益的裝置，其特征在于，該裝置以具有測量接收機(4)的輸入功率和對應誤碼率 的測量配置為特征，其中，通過衰落調節器(7)根據所預期的分集增益(DG)值均等地降低 該輸入功率。
11.根據權利要求10所述的測量天線分集增益(DG)的裝置，其特征在于，該測量配置 以具有計算機(9)為特征，該計算機(9)自動執行測量，獲取測量值和對測量值進行插值運 算，并完成該分集增益(DG)的計算。
全文摘要
本發明涉及一種測量數字無線傳輸系統中天線分集增益的方法和裝置，其中，利用多個天線構建接收機系統的靈敏度，通過信號誤碼率(BER)的提高，根據所接收的信號測定分集增益(DG)。本發明的特征在于測量數字無線傳輸系統中分集增益(DG)的方法和裝置通過有目的地應用分集，形成了一種對無線電通信網規劃的優化，其中，減少了所使用基站的數量，以及提高了發射和接收質量。
文檔編號H04B17/00GK101843014SQ200880112878
公開日2010年9月22日 申請日期2008年8月19日 優先權日2007年8月23日
發明者克莉絲汀·克里撒恩, 格哈德·克魯斯 申請人:德國電信股份公司