CN101300878A - 通信系统中的数据传输 - Google Patents

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Abstract

一种通信系统的发射机,所述发射机被配置为:使用至少两个发送辐射图将包括码元的信号发送给接收机,从而使得时间长度T的码元的信息内容使用至少两个发送辐射图来发送;认识到:使用Nr个接收辐射图的所述接收机禁用N个接收辐射图,其中1<=N<Nr,从而形成Nr-N个有效接收辐射图以用于接收所发送信号;适配码元数量或发送辐射图,从而使得当以Nr-N个接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中的所发送码元的数量小于或等于当所述接收机正以Nr个接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中所发送的码元的数量。

Description

通信系统中的数据传输
技术领域
本发明涉及一种发射机、一种接收机、一种数据传输系统、一种数据传输方法以及一种计算机程序产品。更具体地说,本发明涉及与在接收机中对至少一个接收辐射图的禁用相结合的数据传输。
背景技术
第三代(3G)和第四代(4G)电信系统和无线局域网采用多个频段,并且需要切换测量以确定在任意给定时间使用哪个频段。有关的方法被称为频率间测量(inter-frequency measurement),频率间测量被用作对系统间或频率间切换协议或其它资源控制单元的输入。
在US 6,741,587B2中阐明了频率间测量。在该参考文献中,一个接收天线被预留,以用于频率间测量,并且对应地,一个发送天线被禁用。因为所述参考文献中所公开的方法在频率间测量期间不能使用所有发送天线,所以没有最优地使用发射机资源。更进一步地,在测量期间的传输有效性被折衷。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种改进的方法和装置,以便克服上述缺点。
在本发明的一方面中,提供一种用于通信系统的发射机,所述发射机被配置为:使用至少两个发送辐射图将包括码元的信号发送给接收机,从而使得时间长度T的码元的信息内容使用至少两个发送辐射图来发送;认识到:使用Nr个接收辐射图的所述接收机禁用N个接收辐射图,其中1<=N<Nr,从而使得形成Nr-N个有效接收辐射图以用于接收所发送信号;适配发送辐射图或码元数量,从而使得当以Nr-N个接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中的所发送码元的数量小于或等于当所述接收机正以Nr个接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中所发送的码元的数量。
在本发明的另一方面中,提供一种用于通信系统的接收机,所述接收机被配置为:通过使用Nr个接收辐射图来从发射机接收包括码元的信号,所述码元被发送为使得时间长度T的码元的信息内容使用至少两个发送辐射图来发送;禁用N个接收辐射图接收所发送信号,其中1<=N<Nr,从而形成Nr-N个有效接收辐射图;接收被适配的所发送信号,所述被适配的所发送信号被适配于N-Nr个有效接收辐射图,从而使得当以Nr-N个接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中的码元的数量或发送辐射图小于或等于当所述接收机正以Nr个接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中所发送的码元的数量。
在本发明又一方面中,提供一种数据传输系统,包括:第一收发器,其被配置为:通过使用至少两个发送辐射图来发送包括码元的信号,所述信号被发送给通过Nr个接收辐射图进行接收的第二收发器,从而使得时间长度T的码元的信息内容经由至少两个发送辐射图而被发送,所述第一收发器被进一步配置为:认识到:所述第二收发器禁用N个接收辐射图,其中1<=N<Nr,从而使得形成Nr-N个有效接收辐射图以用于接收所发送信号;适配发送辐射图或码元数量,从而当所述第二收发器以Nr-N个接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中的所发送码元的数量小于或等于当所述接收机正以Nr个接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中所发送的码元的数量。
在本发明又一方面中,提供一种数据传输方法,包括以下步骤:通过使用至少两个发送辐射图来将包括码元的信号从第一收发器发送给通过Nr个接收辐射图进行接收的第二收发器,从而使得时间长度T的码元的信息内容经由至少两个发送辐射图而被发送;在所述第一收发器中认识到:所述第二收发器禁用N个接收辐射图,其中1<=N<Nr,从而使得形成Nr-N个有效接收辐射图以用于接收所发送信号;适配发送辐射图或码元数量,从而使得当所述第二收发器以Nr-N个接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中的所发送码元的数量小于或等于当所述接收机正以Nr接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中所发送的码元的数量。
在本发明再一方面中,提供一种计算机程序产品,包括用于执行以下步骤的软件代码部分:通过使用至少两个发送辐射图来将包括码元的信号从第一收发器发送给通过Nr个接收辐射图进行接收的第二收发器,从而使得时间长度T的码元的信息内容经由至少两个发送辐射图而被发送;在所述第一收发器中认识到:所述第二收发器禁用N个接收辐射图,其中1<=N<Nr,从而使得形成Nr-N个有效接收辐射图以用于接收所发送信号;适配发送辐射图或码元数量,从而使得当所述第二收发器以Nr-N个接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中的所发送码元的数量小于或等于当所述接收机正以Nr接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中所发送的码元的数量。
在从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。
作为示例,本发明可以应用于UTRAN(UMTS地面无线电接入网),其属于第三代电信系统,并且由WCDMA(宽带码分多址)技术来实现。然而,本发明不限于WCDMA无线电接口,而是存在例如以MC-CDMA(多载波码分多址)或OFDM(正交频分复用)技术或其任意结合所实现的应用。本发明通常可以应用于能够进行多天线传输的系统(例如MIMO(多输入多输出)和MISO(多输入单输出))系统。
在本发明中,发射机(例如基站)将信号发送给接收机,所述接收机可以是例如移动站。所述发射机通过应用至少两个发送辐射图来发送所述信号。可以使用一个或多个发送天线通过应用扇区化、空间选择定向天线技术、闭环或开环波束形成、从天线发送的信号的空间加权,或者通过使两个相似的辐射图从不同空间位置发送或以不同偏振来发送,来形成每一发送辐射图。
所述接收机可以具有可用于接收所发送信号的至少两个接收辐射图。与发射机对应地,接收辐射图也可以通过使用一个或多个天线来建立。
在本发明中,发射机发现:接收机禁用一个或多个接收辐射图接收所发送信号。所述发射机可以通过在所述发射机和所述接收机之间显式传令,或者通过从接收自所述接收机的信道测量报告中隐式地提取该信息,而变得意识到所述接收机禁用一个或多个辐射图。
在一个实施例中,禁用一个或多个接收辐射图的原因是由所述接收机执行的频率间测量。在一个实施例中,发射机和接收机可以传达在其中将实施所述测量的时间间隔。例如,可以使用更高层的信令来传达所述时间间隔。在一个实施例中,例如,当通知需要切换时,发射机发起所述频率间测量。
在另一实施例中,例如,由于所接收信号的劣化,所述接收机可以自身主动地开始频率间测量。于是,例如当所述接收机将要开始测量时或者当其已经开始测量时,所述接收机可以将所述频率间测量通知给所述发射机。
在又一实施例中,所述接收机可能不能向所述发射机给出关于开始测量的任意显式信息。然而,例如,所述发射机可以从接收自所述接收机的信道质量测量或信道质量指示器报告中隐式地导出该信息。
在又一实施例中,所述接收机通知所述发射机:必须改变传输方法,原因是频率间测量或某些其它原因。该实施例的优点在于,在值得以信号通知对频率间测量结果或从频率间测量结果导出的参数之前,所述接收机不需要将它们以信号通知给所述发射机。所述接收机测量于是对于所述发射机是透明的。
在所述测量间隔中,所述接收机使用其天线或RF测量单元中的至少一个以用于测量,由此减少了接收天线(即可以用于数据接收的有效天线)的数量。所述RF测量单元可以包括:模拟RF链,其连接到不同天线。例如,所述RF测量单元还可以连接到多于一个的天线,从而使得在进行测量之前从多于一个的天线来结合对所述测量单元的输入。例如,模拟相移可以应用于天线2中的接收机中,并且该相移模拟信号被结合到在天线1处接收的信号中,以形成用于一个测量单元的线性结合的信号。
在本发明中,所述发射机使其传输资源或方法适配于所述接收机中的可用于数据接收的有效接收辐射图的数量。在一个实施例中,所述发射机适配其传输,从而使得以与禁用至少一个接收辐射图之前或之后相同的可靠性,在所述接收机中所发送信号是可收到的。
在一个实施例中,用于调制所发送信号的调制矩阵的秩最多是有效接收辐射图的数量。
在又一实施例中,所述发射机被配置为:通过改变所使用的空时分块编码,来使其传输适配于所述接收机中的有效接收辐射图的数量。PCT/FI2004/000449中已经示出了选取调制矩阵的不同方式,其通过引用而被合并到此。
在又一实施例中,所述发射机被配置为:通过减少所使用的空时分块编码的码元速率,来使其传输适配于所述接收机的接收辐射图的减少后的数量。在此,码元速率意味着发送矩阵中的基本独立码元的数量除以该矩阵中的行数(假设列指示发送给不同辐射图的码元,而行指示码元周期的长度,即T=1)。例如,在STTD空时调制中,如果码元长度T被归一化为1,则码元速率是1。在此使用归一化来量化传输方法的空时调制部分的码元速率,而有效码元速率还取决于发射机的其它部分,例如信道带宽、编码率、码片速率等。
在一个实施例中,所述发射机被配置为:维持所述传输的码元速率,并且改变所述至少两个发送辐射图中的至少一个的形式。例如,可以通过波束形成或闭环发送分集来实现该操作。
在一个实施例中,可以通过改变所述发射机中的编码增益来完成对于接收辐射图的数量的适配。于是,例如,可以将所述空时调制方法保持为STTD,但当禁用至少一个接收辐射图接收所发送信息时,带宽扩展因子可以更大。带宽扩展因子可以表示turbo编码率或扩展码或在多码CDMA中或在多载波调制(例如OFDM)中的并行分配信道的数量。在某些情况下,通过增加T(码元长度)来增加编码增益。在另外的情况下,通过在空时调制矩阵内不同地调制码元来增加编码增益,从而增加有效编码增益,如本领域所知。
本发明提供的显著优点在于:当一个或多个接收辐射图被禁止接收所发送的信号时,其提供了对发送天线资源和接收天线资源的完全使用。
附图说明
以下,将参照优选实施例和附图更详细地描述本发明,其中:
图1示出电信系统的结构的示例;
图2示出用于发送和接收信号的装置的结构的示例;以及
图3示出根据本发明的方法的实施例。
具体实施方式
在本发明实施例的公开中,为了公开的简明,参考多个发送/接收天线,所述发送/接收天线可以用于接收信号。然而,发送/接收天线的数量可以解释为指的是发送/接收辐射图的数量,通过使用一个或多个发送/接收天线而形成每一发送/接收辐射图。
图1是在网络元件级别示出示例性电信系统的最重要部分的简化框图。网络元件的结构和功能仅当与该方案有关时才被描述。可以使用其它网络(例如局域网),或者,本发明其实现方式不限于以下所给出的讨论和示例。
示例性电信系统的主要部分是核心网络(CN)100、无线电接入网130以及移动站(MS)170。为了简明,采用被称为UTRAN(UMTS地面无线电接入网)130的无线电接入网作为示例。
在一般级别上,还可以将所述电信系统定义为包括移动站和网络部分。移动站也被称为用户设备、终端、订户终端和移动电话。网络部分包括无线电系统的固定架构,即核心网络和无线电接入网。
核心网络100的结构与既包括电路交换域又包括分组交换域的系统对应。这两个域可以使用同一无线电接入网130。为了简明,使用第二代电信术语来表示核心网络100。虽然第三代电信系统和第四代电信系统的实现方式可以改变,但可以在它们中找到对应的结构和功能。
移动服务交换中心(MSC)102是核心网络100的电路交换侧的中心点。移动服务交换中心102用于服务于无线电接入网130的连接。移动交换中心102的任务包括:交换、寻呼、用户设备位置注册、切换管理、订户计费信息收集、加密参数管理、频率分配管理、以及回声消除。
较大的核心网络100可以具有独立的网关移动服务交换中心(GMSC)110,其负责核心网络100与外部网络180之间的电路交换连接。网关移动服务交换中心110位于移动服务交换中心102和外部网络180之间。外部网络180可以是例如公共地面移动网络(PLMN)或公共交换电话网络(PSTN)。
服务GPRS支撑节点(SGSN)118是核心网络100的分组交换侧的中心点。服务GPRS支撑节点118的主要任务是:通过使用无线电接入网130或基站系统,来和支持分组交换传输的移动站170一起发送和接收分组。服务GPRS支撑节点118包含与移动站170有关的位置信息。
网关GRPS支撑节点(GGSN)120是和电路交换侧的网关移动服务交换中心110对等的分组交换侧的部分,然而,除外的是:网关GRPS支撑节点(GGSN)120还必须能够将业务从核心网络100路由至外部网络182,而网关移动服务交换中心110仅对到来的业务进行路由。在我们的示例中,由互联网来表示外部网络182。
无线电接入网130包括无线电网络子系统140、150。每一无线电网络子系统140、150包括无线电网络控制器(RNC)146、156以及节点B 142、144、152、154。节点B更像是一个抽象概念;术语“基站收发器”或“基站”总是被互换地使用。在本发明中,节点B被称为基站。基站向移动站170提供无线电发送和接收。存在基站142、144、152、154能够同时实现TDMA(时分多址)和WCDMA无线电接口的方案。
无线电网络控制器146、156的实现方式可以改变。可以存在无线电网络控制器146、156的至少一部分功能单元被包括在基站142、144、152、154中的方案。
移动站170给移动站的用户提供对电信系统的接入。示例性移动站170包括两部分:移动设备(ME)172和UMTS订户身份模块(USIM)174。移动站170包括至少一个收发器,以用于建立对无线电接入网130的无线电链路。移动站170可以进一步包括两个不同的订户身份模块。移动站170进一步包括天线、用户接口和电池。如今,存在不同类型的移动站170,例如安装在车内的设备、以及便携式设备。
USIM 174包括与用户有关的信息以及与信息安全(例如加密算法)有关的信息。
图2示出从第一收发器200到第二收发器272的用于信息比特流216(b)的多天线传输链的示例。
在实施例中,第一收发器200是基站142、144、152、154,而第二收发器272是移动站170。
示例性第一收发器200包括数字域202和射频部分204。数字域202可以包括例如基站142、144、152、154的基带部的部分以及无线电网络控制器146、156的部分。可以用数字处理器、ASIC(专用集成电路)以及存储器装置来实现数字域202。
装置包括控制器,所述控制器可以是位于第一收发器200中的发送控制器206和/或位于第二收发器272中的接收控制器286。例如,发送控制器还可以完全地或者部分地位于RNC 146、156中。
发送控制器206可以包括频率间测量协调单元208和发送控制单元210。协调单元208可以根据信道估计信息、第二收发器272的运动方向以及其它有关信息来确定对于第二收发器的切换需要。可以在第一收发器和第二收发器之间使用更高层的信令,以确定第二收发器可以在其中执行频率间测量的合适时间窗口。在不存在切换或移动体运动的情况下,也可能需要频率间测量。例如当意欲使用在多个发送频率处的资源或者需要在多个频段内适配传输资源时,可以同时地或依次地出现该情况。
发送控制单元210为第一收发器200提供发送资源控制信息。
接收控制器286可以包括频率间测量单元292和接收控制单元290。接收控制单元290为第二收发器272提供接收资源控制信息。
在某些实施例中,可以通过使用例如在第一收发器200与第二收发器272之间的已知信令信道,来在发送控制器206与接收控制器272之间传送与频率间测量有关的信息。因此,频率间协调单元208、292的实现方式和位置取决于实施例。
通过对信号的合适的后处理、滤波和矩阵分解所获得的、与频率间测量有关的信息例如可以包括与所接收信号的有效发送信道有关的参数:例如信道秩、信道特征值、条件数、信号正交性参数、在接收机链中的某些部分处(例如在线性检测器和结合器之后)的有效信号干扰比,这是因为这些参数或测量受到接收天线和发送天线的数量或选择的影响。因此,发射机可能需要知道信道参数,例如,发射机可以通过所述信道参数隐式地导出用于频率间测量的接收天线的信息。发射机于是可以相应地适配其传输。因此,测量可能受到物理MIMO信道的实现以及其它参数所影响。
与频率间测量有关的信息还可以包括关于应该怎样改变在发射机与接收机之间的传输方法的信息。例如,如果将要改变发射机与接收机之间的空时分块编码,则发射机的单元210与接收机的单元290可以交换关于将被使用的编码的信息。或者,并非以信号通知将被使用的编码,而是可以将编码选项限制为预定码集合。例如,在一个实施例中,在禁用接收天线期间,发射机或接收机可以总是将编码从DABBA改变为STTD,或者在具有不同特性的两个传输方法之间转换。用于使得能够改变传输方法的手段和信令技术在本领域是已知的。在此,所述方法中的至少一个应该是例如在秩较低或更糟糕条件的MIMO信道中运行得较好的方法。在上述示例中,STTD或正交空时(空频)分块码对于MIMO信道特性不敏感,其中,可以仅通过秩充分高的MIMO信道,基本上以至少两个接收天线来明确地检测在DABBA调制器中的码元。
可以用数字计算机和软件来实现控制器206、286。然而,可以用ASIC来实现某些功能。天线资源用于描述测量,但它们也可以是接收机中的其它射频单元,例如RF链。
示例性第一收发器200包括编码单元(EC)218,其从信息源(SRC)212接收信息比特流216。例如,信息源212可以是数字域的数字处理器。由发送控制单元210向信息源提供源信息214,例如源速率(Rsource)。发送控制单元210可以与协调单元208连接,从而可以根据由接收机执行的频率间测量所使用的接收天线数量和时刻来控制第一收发器200的传输。要么是第一收发器或第二收发器之一,要么是它们两者,知道特定间隔正在被用于频率间测量。如果仅接收机(第二收发器)得知该情况,则发射机(第一收发器)资源需要例如相应地基于信道或信号测量或信道质量指示器来适配,以使得能够以较少的天线或RF资源进行接收。如果发射机也知道该情况,则由于可以预先协定一些已设计的传输方法,并且可以通过仅很少的比特来用信号通知在不同传输方法之间的改变,因此适配可以更快。源信息214定义例如信息源212将信息比特流216输出到编码单元218的比特率。信息源212还可以根据源信息214,并且潜在地还根据来自接收机的反馈信息,来管理任务——例如数据分组的调度和重传。因此,源信息还可以包括调度信息,例如与信道状态有关的信息——例如信道质量、信号衰落信息、延迟约束或对于给定服务的延迟处罚,当为不同用户和/或不同服务分配资源时,所有这些信息都影响相对优先级。
所述调度可以涉及分组调度,其确定用于不同用户的下行链路传输被发送的顺序,或者更一般地,用于不同用户的资源分配。资源可以被定义为时频码隙,有可能与空间资源结合,例如发送波束、波束索引、波束代码簿、发送方向、扇区索引。时隙分配可以用于对服务(例如具有最佳信道状态(或信道比干扰)的用户)的传输进行优先级化;这也应用于频率资源和码资源。
编码单元218可以用码(例如信道化码和加扰码)来对信息比特216进行编码,并且可以为交织单元(IL)224提供编码比特流(c)222。编码可以是或者可以不是对于第一收发器200与第二收发器272之间的通信信道而特定的。根据由发送控制单元210所提供的编码信息220来执行编码。编码信息220可以包括例如编码率220,其表征对信息比特216进行编码的比率。此外,例如,编码信息220可以指定编码多项式或编码器结构、编码方法的选择、以及用于所选编码方法的穿孔模式。
交织单元224可以在预定时间段上利用交织信息226(例如交织深度(Ni))分布编码比特流222,因此为调制单元230提供交织编码比特流(cj)228。交织信息226表征预定时间段中的编码比特流222的分布,并且由发送控制单元210输入给交织单元224。
交织编码比特228可以被输入给调制单元(MOD)230,调制单元230将交织编码比特228映射到复调制器向量(x)234。可以由发送控制单元210将调制信息232提供给调制器单元230。调制信息232表征所述调制,定义例如映射到复调制器向量234的交织编码比特228的数量(M)。被分配给通信信道的调制码元的组合对于该通信信道可以是特定的。
可以将复调制器向量234从调制单元230输出到空间调制器单元(SM)236。空间调制器单元236将调制码元或/和其副本、共轭、非、码元线性变换映射到例如多维矩阵,并且输出至少两个码元240、242,以为传输提供空间调制。还可以用独立调制码元或不独立调制码元来对码元240、242进行调制。并非强制形成两个或两个以上并行码元流240、242,或者使用其它矩阵调制手段每信道发送多于一个的码元,这是由于可以仅以一个流来进行所有操作。在线性调制中,以比特/码元索引特定的基础矩阵来调制并行码元流240、242,所述比特/码元索引特定的基础矩阵指定每一并行码元流240、242到具有不同空间特征(波束图)的传输资源或天线元件或信道的映射。
由发送控制单元210向空间调制器单元236提供空间调制信息238,例如码元速率Rs,其指定所嵌入的码元流(码元速率)240、242的数量,影响不同码元的比特率。码元速率Rs表征分配给每一码元时间间隔的或由每一码元时间间隔所发送的码元数量。在最简单的情况下,码元速率指定每单位时间被包含在空间调制中的基本独立的码元的数量。在实施例中,并行码元流240、242的数量等于辐射图264、266的数量。在此情况下,第一收发器200从发送天线元件260、262发送Nb个并行通信流。在上下文中,天线元件260、262也可以是包括多个基元天线(例如方向性天线或扇区化天线)的单元。
辐射图264、266连同空间调制一起提供在第一收发器200与第二收发器272之间的有效通信流。然而,当码元速率较高时,正交传输是不可能的,并且与CDMA或其它多接入系统中的多用户干扰相似的自干扰或同信道干扰可能出现在空间调制矩阵内的码元之间或者所嵌入的码元流240、242之间。
在本发明的实施例中,码元流240、242被输入给发送资源复用单元(TRM)244,发送资源复用单元(TRM)244进一步对调制码元进行分布、分配或者映射,以根据由发送控制单元210所提供的发送资源复用信息246来发送通信资源。发送资源复用信息246包括例如被分配给码元流240、242的传输通信资源的数量(T)。此外,发送资源复用信息246可以包括属于复用的信息,例如信道化码信息、载波或副载波频率、有关的信噪比、发送功率、以及辐射图或所需的覆盖区域信息。
在本发明的实施例中,发送通信资源单元244能够提供对所嵌入的比特或码元流240、242的正交传输。然而,传输通信资源的正交性、以及在接收机处最终所接收的码元可以受控于发送资源控制信息。
发送资源复用单元244将数据流248、250或码元矢量或矩阵的元素输出到波束形成单元252,波束形成单元252将数据流248、250分发给由发送天线元件260、262所提供的至少两个辐射图或波束。发送天线元件或波束的数量被表示为Nt。在实施例中,辐射图对于第一收发器200与第二收发器272之间的通信信道是特定的。由于可以按多种方式来形成辐射图,因此波束的数量可以与发送天线元件的数量相同,也可以不同。例如,可以用扇区化技术或不同空间选择性(方向性)天线技术来形成方向性的辐射图。然而,为了简明,但不以任何方式限制本发明,以下的讨论假设使用具有Nt个天线元件的阵列来形成辐射图。
波束形成单元252被提供有波束形成信息258,例如复数天线权重以及将被用于传输的发送天线元件260、262的数量Nt,根据该信息而发送数据流248、250。复数天线权重可以由权重矩阵W来表示。辐射图的数量可以由Nb来表示。在实施例中,辐射图264、266是天线波束。在某些情况下,可以完整地或部分地预定义辐射图264、266。例如,固定波束传输的情况如此。
可以根据码、空间特性(例如形状和方向)和/或电磁特性(例如频率和偏振)来将辐射图264、266彼此分离。
波束形成单元252将多个发送信号254、256输出到射频部204。射频部204可以包括多个发射机,所述多个发射机能够处理发送信号254、256,从而使得每一发送信号254、256可以被发送给至少两个辐射图264、266。所述处理包括数模转换、上变频到射频、放大以及滤波。
由发送控制单元向射频部204提供传输信息268,例如功率信息。功率信息可以控制例如发送功率,辐射图264、266通过所述发送功率而被发送。
对于便于讨论,包括空间调制单元236和发送资源复用器244的功能实体可以被看作单个多维调制器单元268,其将TRs个调制码元的序列分布到发送天线元件260、262所提供的Nb个辐射图264、266。在数学术语中,可以由调制矩阵X来表示多维调制器单元268对交织编码码元的影响。
注意,本发明不限于上述多天线传输链的结构,而是可以根据实施例而改变。例如,可以在结合的单元(例如多维调制器单元268)中执行与编码单元218、交织单元224和调制单元230关联的功能性。更进一步地,不同元件的顺序可以改变。例如,交织单元224可以位于波束形成单元252与多维调制器268之间。
在本发明实施例中,发送通信资源包括时间发送通信资源,例如码元时段。在此情况下,多维调制器单元268充当类似于空时调制器,其将例如空时码应用于信息比特216。在空时调制中,在T码元时段期间将TxRs个调制码元分布到Nb个辐射图,以提供传输分集和/或增加的码元速率。穿过空间和时间维度的码元分布提供空间分集和时间分集。在空时/频率编码的情况下,发送资源控制信息246包括矩阵维度(例如,可以被嵌入调制矩阵中的码元数量)、比特至码元映射、用于不同码元的或对于空间波束图的相对发送功率和/或绝对发送功率。在一个实施例中,如果接收机为频率间测量分配一个或多个接收天线,则可以在传输期间改变空时或空频或空时频分块编码、或编码矩阵内的非零码元的数量或码元速率Rs。在此情况下,控制单元210从协调单元208接收控制信息,由此控制信息238、246可以考虑第二收发器272中的天线元件的减少后的数量。
例如,根据由发送控制单元210所提供的控制信息,时间资源还可以包括调度资源,其包括调制矩阵的传输调度。在调度的情况下,控制信息可以包括反映发送服务的信道的相对或绝对服务优先级或效率的信息、以及可能地相应所需传输资源,例如波束图、或发送功率以及传输速率。
时间资源还可以包括重传资源,其包括根据发送控制单元210所提供的控制信息对信息比特流216的一部分进行重传。
类似于时间调度资源,还可以有频率调度资源,其中,在发射机中控制发送频率、载波或副载波。
在实施例中,发送通信资源包括频谱发送通信资源,例如发送载波或副载波频率。在此情况下,多维调制器单元268使用T个不同的载波或副载波频率,来典型地将TRs个调制码元分布到Nb个辐射图264、266。对应的编码方案可以被称为空频编码。所述空频编码可以通过这样来实现:将至少部分地不同的比特流或码元流240、242输入给分开的发射机,上述分开的发射机为至少两个所嵌入的码元或码元流使用至少两个不同(子)载波频率。可以通过本领域技术人员所知的手段,在射频部204中生成不同的载波频率。空频编码提供空间和频率分集或空间频率复用,或其任意结合。
在实施例中,发送通信资源包括编码资源,例如扩展编码。在此情况下,可以为并行的或所嵌入的码元流240、242提供不同的编码。对应的编码方案可以被称为空码编码(space-code coding)或空时扩展。
在实施例中,发送通信资源包括空间发送通信资源,例如传输中所使用的天线元件260、262的数量Nt。空间发送通信资源还可以包括传输中所使用的辐射图264、266的数量Nb
在实施例中,发送通信资源包括发送功率,辐射图260、262以所述发送功率而被发送。
注意,在某些实施例中,可以结合不同类型的通信资源,以获得电信系统的最优性能。例如,可以同时应用时间资源和空间资源,并且可以相应地选择编码方案。
通过进一步参照图2,与通信信道关联的辐射图264、266与环境270交互作用,环境270可以影响在第一收发器200与第二收发器272之间的通信信道的空间特性、时间特性和频谱特性。
由收发器272中的至少一个接收天线元件274、276来对辐射图264、266进行空间采样,并且所得到的射频天线信号被输入给第二收发器272的射频部278。在实施例中,第二收发器272包括Nr个接收天线元件274、276,或接收辐射或偏振图,其中,Nr>1。当Nr>1时,第二收发器272充当类似于MIMO接收机。
在一个实施例中,对于数据接收,第二收发器可以临时具有仅一个接收天线元件,也就是说,Nr=1。当第二收发器初始地具有用于数据接收的两个接收天线元件但是其后为频率间测量分配所述两个天线元件中的一个天线元件时,这种情况是有可能的。
射频部278例如通过滤波、下变频以及数字化而将来自每一接收天线元件274、276的射频天线信号转换为基带信号280。在此情况下,以单个标号280来表示多个接收信号。基带信号280被输入给接收通信资源单元282,接收通信资源单元282在某些实施例中输出信息比特,以进行进一步的处理。
接收通信资源单元282包括接收通信资源,接收通信资源根据由接收控制单元290所提供的接收资源控制信息288而被控制。
接收通信资源可以包括接收处理功率,RAKE分支数量、均衡滤波器或滤波器组、并行码信道数量、由接收机支持的载波或副载波频率数量、相关器、匹配滤波器、信道均衡器、信道解码器、硬输出检测器或软输出检测器、干扰消除器、从Nr个天线元件274、276中对接收天线元件的子集的选择。
接收资源的控制可以包括:
-将不同数量的RAKE分支或副载波分配给所给定的服务
-从多个选项(例如线性均衡器或非线性均衡器)中选择信道均衡器类型
-从多个不同的选项中选择输入和输出采样速率。
-修改与接收天线波束关联的接收天线系数
-选择接收天线波束的数量
-为频率间测量或为数据通信而选择期望的接收天线的子集。
不可控的元件可以存在于接收通信资源单元282中。然而,关于这些元件的信息可以被包括在接收控制信息中,并且用作当确定对于通信信道的性能测量时的约束。这些约束可以是例如接收波束图的数量、接收天线274、276的数量、由第二收发器272所支持的载波频率。控制可以是基于为给定的接收资源选择而假设、预见或者估计的有效信号质量(例如信道质量指示器)的。可以定义该选择,从而使得在频率间测量的性能或可靠性与数据通信的性能之间存在所期望的平衡。在一个实施例中,对于频率间测量以及对于数据接收,接收机天线周期性地改变。由于这种方案目的在于提供分集,因此该方案不一定需要信道质量指示器的估计。由于在不同接收天线处的信道特性或特征既可能瞬时地不同,又可能长期不同,因此当例如在不同时间使用不同天线时,获得频率间测量中的分集。还证明上述分集测量的这种不对称性可能是由于天线元件位置、(空间)信道特性、天线特性等而导致的。
第一收发器200中的元件212至262可以包括通信信道的发送部分。第二收发器中的元件274至282可以包括通信信道的接收部分。更进一步地,第一收发器200与第二收发器272之间的无线电信道包括通信信道的空中接口部分。在广义上,可以将通信信道理解为通信资源的使用、发送方法、接收方法、无线电信道特性以及硬件特征的结合。
通过进一步参照图2,可以用以下信道模型来表征在第一收发器200与第二收发器272之间的通信信道:
T T × N r = X T × N b × W N b × N s × H N t × N r + n T × N r - - - ( 1 )
其中,X是表征多维调制器268对交织编码比特228的作用的调制矩阵,W是表示波束形成单元252对数据流248、250的作用的天线权重矩阵,H是表示在第一收发器200与第二收发器272之间的无线电信道信息的信道矩阵。信道矩阵H的列指定从Nt个发送天线260、262至Nr个接收天线274、276的信道矢量。更进一步地,Y表示所接收信号矩阵,n是表征通信信道的噪声的噪声矩阵。在矢量调制中,使用1乘以Nb维矢量X(即T=1)来发送Nb个码元,而在矩阵调制中,T>1。
作为传统MIMO矢量调制模型的示例,考虑(Nt,Nr)-MIMO系统,其中,通过平坦瑞利衰落以及可能地相关的信道来发送由大小Kx1的矢量所表示的K个独立数据流。因此,由下式给出Nr个天线的所接收信号矢量
y=WRxHWTxx+n,    (2)
其中,大小NtxK的WTx以及大小NtxNr的WRx分别是发送波束形成矩阵和接收波束形成矩阵,具有单位范数以及正交的列矢量,大小NrxNt的H是具有拥有零均值和单位方差的复高斯项的信道脉冲响应,n是具有每复数项的方差N0=σ2的加性白高斯噪声。如果允许附加的线性接收处理和非线性接收处理,有可能设置 W Rx = I N Rx . 对于不同的流(即x矢量的不同坐标)发送功率可以不同。在这种传输方法中,仅经由物理信道矩阵H内的信道系数,并且还可能利用波束形成矩阵,来线性地组合单独的流。每一流仅经由一个发送波束来发送,并且流间干扰主要取决于物理信道和波束形成矩阵。
作为多维调制的示例——其中至少码元流是经由至少两个波束而被发送的,让我们考虑为信息码元实施正交或非正交的调制或编码的调制矩阵。
在实施例中,调制矩阵X包括至少一个码元,其使用至少两个天线资源在至少两个码元时间间隔内来被发送。调制矩阵X可以仅包括用于形成矢量调制的一个行,或用于形成矩阵调制的多个行。该调制的码元速率可以大于1。码元时间间隔是发送调制矩阵的一个行所需的时间。可以将调制矩阵内的码元进一步与附加的复用资源(例如扩展码、载波波形、副载波波形等)相乘。例如,每一码元可以乘以不同的扩展码或相同的扩展码。这将码元矩阵中的行的数量增加了因子N,其中,N是扩展码的长度。
可以将各种方案应用于形成调制矩阵。Alamouti等人的美国专利6,185,258公开了一种方案。根据上述引用的参考文献,可以将调制矩阵表示为:
X Ala ( z 1 , z 2 ) = z 1 - z 2 * z 2 z 1 * . - - - ( 3 )
式(3)中示出的调制矩阵示出了2乘2空时正交分块码。其在两个码元时段期间采用了两个发送天线元件260、262或波束。由于在两个时隙中发送两个码元,因此码元速率是1。在当乘以根据式(3)所形成的码的Hermitian转置时获得标量化的单位矩阵的意义上,根据式(3)所形成的码是正交的。矩阵A的Hermitian转置(由AH所表示)是A的复共轭转置。矩阵的转置通过反转矩阵的行索引和列索引来导出。由I所表示的单位矩阵是具有零非对角线元素和单位对角线元素的矩阵。相应地,对于基于正交的矩阵A,其对于某实数值k,保持AHA=AAH=kI。根据式(3)的调制矩阵的正交性使得能够以码元彼此不干扰的方式对两个码元进行分离的解码。在此,如下,时间被用作正交复用资源的示例。有可能使用不同的正交波形(例如OFDM中的基本正交副载波、基本正交码等)发送码元。
作为速率1的调制矩阵的另一示例,我们可以考虑STTD-OTD方案(4)
X STTD - OTD = X A ( x 1 , x 2 ) 0 2 0 2 X B ( x 3 , x 4 ) - - - ( 4 ) ,
其中,XA和XB表示具有独立块的STTD块。O2是2×2零矩阵。在空时编码中,在不同的空时信道上发送(4)的不同的子矩阵。例如,可以在两个码元时段期间从天线1和2发送XA。在空频编码中,可以使用两个正交副载波频率同时发送XA和XB。在空码编码中,区分行的正交单元可以是扩展码。实际上,在区分矩阵元素或其任意结合中可以使用任意基本正交的复用单元(例如时间、频率、码或波形)。
对正交性的需要导致遭受速率限制问题的调制矩阵。作为示例,具有四个发送天线元件260、262的正交发送分集码的最大码元速率是3/4。当不允许速率损失时,牺牲码正交性。在示例码中,通过使用发送分集码矩阵来发送信号。
X NOBSTBC = z 1 - z 2 * z 3 - z 4 * z 2 z 1 * z 4 z 3 * z 3 - z 4 * z 1 - z 2 * z 4 z 3 * z 2 z 1 * . - - - ( 5 )
上述码在衰落信道中产生良好的性能。然而,由于非正交性而导致存在相干性能损失,除非接收机信号处理算法、均衡器、检测器、或另外的接收元件能够处理非正交相关码元流。为每一码元或每一码元内的比特交付后验概率而提出的最大似然检测器产生可接受的期望性能,而线性接收机(例如应用MMSE原理的接收机)可能引起性能损失。在有串联编码链的情况下,软输出(例如后验概率)典型地被转发到信道解码器。
在未来通信系统中,甚至可能需要更高的码元速率。当码元速率增加到2时,存在多种方案,从以下示例来理解。例如,码元速率2矩阵调制可以是基于诸如双空时发送分集(DSTTD)编码或双ABBA(DABBA)的方案的。然而,本发明不限于上述方法,而是可以应用于任意调制方法,其中,调制码元被分发到多个发送天线元件和发送波束。在DSTTD编码中,使用如下调制矩降从四个发送天线元件260、262发送两个空时发送分集(STTD)码。
X(x1,..,x4)=[X(x1,x2)X(x3,x4)],    (6)
其中,x1,..x4是调制码元,X(x1,x2)和X(x3,x4)是调制矩阵的经受子正交空时分块编码的子矩阵。在此情况下,x1,..x4码元的数量是4,码元速率Rs是2。例如,调制码元x1,..x4可以是任意的,例如二次相移键控码元。自然地,关于使用任意基本正交复用资源的上述讨论也应用在此。
因此,在本发明一个实施例中,在由接收机执行的频率间测量期间,发射机可以通过将调制矩阵从DSTTD改变为STTD-STD而适配其传输。码元速率因此从2减少到1,并且在接收机处,可以由更少数量的接收天线来接收传输。
作为示例,我们可以考虑另一实施例,其中,接收机具有2个RF链,或至少2个空间接收信道,并且发射机在频率间测量之前或之后使用DABBA调制。通过使用一个接收天线中的RF测量单元而在接收机中进行频率间测量。在该时段期间,码元速率最多是1,发射机使用STTD、线程化MIMO调制、分层MIMO调制、协调交织MIMO调制,或具有最多为1的码元速率的某些空时分块码(例如对角线ABBA或Trombi)。此外,发射机可以对具有码元速率2的DABBA调制器中的两个嵌入码元之一进行穿孔,以使得能够仅以一个接收天线进行接收。相似地,如果在进行测量时,在测量之前或之后使用码元速率4调制方法,则可以改变调制方法,从而使得在进行测量时有效码元速率小于4。
所提出的在频率间测量期间在调制中的改变仅作为示例被提及,并且因此,维持发送天线的数量并且减少码元速率以便适合于接收天线的数量的任意转换都可应用。
图3示出根据本发明的方法的一个实施例。在开始,存在彼此通信的两个收发器。例如,第一收发器可以是基站,第二收发器可以是移动站。在点300,第一收发器将包括码元的信号发送给第二收发器。第一收发器采用至少两个发送天线,第二收发器采用至少两个接收天线。在发射机中码元的信息内容被分布在两个发送天线或两个辐射图上。从而,作为示例,码元被未修改地发送在第一天线上,而相同码元的复共轭被发送在第二发送天线上。
在点302,第一收发器和第二收发器传达时间间隔(例如帧),在所述时间间隔中第二收发器执行频率间测量。例如,对频率间测量的触发可以是切换。或者,第二收发器可以通过使用至少一个接收天线而对频率间频段执行测量。因此,在频率间测量期间,接收机通过使用数量减少的接收天线来接收数据。同时,在频率间测量期间,接收机可以提取接收信道的信道参数,例如信道秩、信道特征值、条件数、信号正交性参数或有效信号干扰比。接收机于是可以将信道参数报告给发射机,发射机可以从信道参数的值中隐式地发现:接收机正在进行频率间测量。
虽然点302指的是频率间测量,但出于某些其它原因(例如当运行在例如待机模式下时为了节省功率资源),接收机可以禁用一个接收天线。接收机于是可以通知发射机:应该改变传输方法。
如点304所示,第二收发器在指定的时间间隔中执行频率间测量。第二收发器预留所述至少两个接收天线中的至少一个,以用于频率间测量。
在点306,第一收发器适配其传输,以便适合于第二收发器中的更少数量的天线。虽然分离地示出点304和点306,但可以在相同时间段期间同时执行点304和点306,在所述相同时间段期间,第二收发器执行频率间测量。在一个实施例中,第一收发器保持发送天线的数量,由此保持传输的有效性。在一个实施例中,发射机(第一收发器)可以使用不同的编码和/或交织,从而使得所发送的信息可以用更少数量的接收天线来接收。在另一实施例中,发射机可以改变在发送信号中所使用的调制方法。在又一实施例中,可以在频率间测量期间改换波束形成权重。
可以通过软件来实现本发明。可以存在包括发射机和/或接收机中的软件代码部分的软件产品。所述软件代码部分被配置为实现本发明的方法步骤。所述软件产品可以是在发射机/接收机的处理器上可加载并且可执行的。或者,可以由ASIC(专用集成电路)、分立的逻辑组件或某些对应方式来实现本发明。
对于本领域技术人员清楚的是,随着技术的发展,可以按多种方式来实现本发明的构思。本发明及其实施例不限于上述示例,而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (28)

1.一种用于通信系统的发射机,所述发射机被配置为:
使用至少两个发送辐射图将包括码元的信号发送给接收机,从而使得时间长度T的码元的信息内容使用至少两个发送辐射图来发送;
认识到:使用Nr个接收辐射图的所述接收机禁用N个接收辐射图,其中1<=N<Nr,从而形成Nr-N个有效接收辐射图以用于接收所发送信号;
适配码元数量或发送辐射图,从而使得当以Nr-N个接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中的所发送码元的数量,小于或等于当所述接收机正以Nr个接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中所发送的码元的数量。
2.如权利要求1所述的发射机,其中,所述发射机被配置为:当将所述传输适配于所述接收机的Nr-N个有效接收辐射图时,维持发送辐射图的数量。
3.如权利要求1所述的发射机,其中,每一码元在所述发射机中通过使用空时分块编码而被分布在至少两个发送辐射图上。
4.如权利要求3所述的发射机,其中,所述发射机被配置为:通过改变所使用的空时分块编码,来将其传输适配于所述接收机中的接收辐射图的数量。
5.如权利要求3所述的发射机,其中,所述发射机被配置为:通过减少所使用的空时分块编码的码元速率,来将其传输适配于所述接收机的接收辐射图的减少后的数量。
6.如权利要求1所述的发射机,其中,每一码元通过应用波束形成而被分布在至少两个发送辐射图上,并且所述发射机被配置为:通过改变所述波束形成的权重来将其传输适配于所述接收机的接收辐射图的减少后的数量。
7.如权利要求6所述的发射机,其中,通过相应接收机以反馈来控制所述波束形成权重,并且反馈信号的速率在N个接收辐射图被禁用时被增加。
8.如权利要求1所述的发射机,其中,在适配传输中,所述发射机被配置为:维持所述传输的码元速率,并且改变所述至少两个发送辐射图中的至少一个的形式。
9.如权利要求1所述的发射机,其中,在适配传输中,所述发射机被配置为:改变所述传输的编码增益。
10.如权利要求1所述的发射机,其中,所述发射机被配置为:在由所述接收机所进行的频率间测量期间,将所述发射机的传输适配于所述接收机的接收辐射图的减少后的数量。
11.如权利要求10所述的发射机,其中,所述发射机被配置为:将所述频率间测量的时间间隔传达给所述接收机。
12.如权利要求1所述的发射机,其中,所述发射机被配置为:通过接收来自所述发射机的改变所述信号的传输方法的请求,来认识到所述接收机禁用至少一个接收辐射图。
13.如权利要求1所述的发射机,其中,所述发射机被配置为:从所述接收机接收表征所述信号的发送信道的特性的至少一个参数,由此所述发射机被配置为:基于所接收的参数来适配其传输。
14.如权利要求1所述的发射机,其中,所述发射机被配置为:适配其传输,从而使得通过Nr-N个接收辐射图,以基本上相同于通过N个接收辐射图的可靠性,所述传输是可收到的。
15.如权利要1求所述的发射机,其中,用于对所发送信号进行调制的调制矩阵具有秩,所述秩最多是有效接收辐射图的数量。
16.如权利要求1所述的发射机,其中,所述发射机被配置为:适配其传输,从而使得通过使用线性运算,所发送信号的码元在所述接收机中是可分离的。
17.一种用于通信系统的接收机,所述接收机被配置为:
通过使用Nr个接收辐射图从发射机接收包括码元的信号,所述码元被发送为使得时间长度T的码元的信息内容是使用至少两个发送辐射图而被发送的;
禁用N个接收辐射图接收所发送信号,其中1<=N<Nr,从而使得形成Nr-N个有效接收辐射图;
接收被适配的所发送信号,所述被适配的所发送信号被适配于N-Nr个有效接收辐射图,从而使得当以Nr-N个接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中的码元的数量或发送辐射图,小于或等于当所述接收机正以Nr个接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中所发送的码元的数量。
18.如权利要求17所述的接收机,其中,所述接收机被配置为:为频率间测量预留所禁用的N个接收辐射图。
19.如权利要求18所述的接收机,其中,所述接收机被配置为:为所述频率间测量预留测量单元,其中,所述测量单元被配置为当执行所述测量时使用一个或多个接收辐射图。
20.如权利要求18所述的接收机,其中,所述接收机被配置为:鉴于当接收所述信号时的预定质量准则,为所述频率间测量选择具有最低质量值的接收辐射图。
21.如权利要求18所述的接收机,其中,所述接收机被配置为:周期性改变用于所述频率间测量的所述至少一个接收辐射图。
22.如权利要求18所述的接收机,其中,所述接收机被配置为:执行所述频率间测量,而不将用于所述测量的时间间隔传达给所述发射机。
23.如权利要求17所述的接收机,其中,所述接收机被配置为:请求所述发射机改变所述信号的传输方法。
24.如权利要求17所述的接收机,其中,所述接收机被配置为:接收通过波束形成而被分布在至少两个发送辐射图上的每一码元,其中,所述接收机被配置为接收这样的传输,就所述传输通过改变波束形成权重而被适配于所述接收机的接收辐射图的减少后的数量。
25.如权利要求24所述的接收机,其中,所述接收机被配置为以反馈信号控制波束形成权重,并且在N个接收辐射图被禁用时所述反馈信号的速率被增加。
26.一种数据传输系统,包括:
第一收发器,其被配置为:通过使用至少两个发送辐射图来发送包括码元的信号,所述信号被发送给通过Nr个接收辐射图来进行接收的第二收发器,从而使得时间长度T的码元的信息内容经由至少两个发送辐射图来发送,所述第一收发器被进一步配置为:
认识到:所述第二收发器禁用N个接收辐射图,其中1<=N<Nr,从而形成Nr-N个有效接收辐射图以用于接收所发送信号;
适配发送码元数量或辐射图,从而当所述第二收发器以Nr-N个接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中的所发送码元的数量,小于或等于当所述接收机正以Nr接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中所发送的码元的数量。
27.一种数据传输方法,包括:
通过使用至少两个发送辐射图来将包括码元的信号从第一收发器发送给通过Nr个接收辐射图进行接收的第二收发器,从而使得时间长度T的码元的信息内容经由至少两个发送辐射图来发送;
在所述第一收发器中认识到:所述第二收发器禁用N个接收辐射图,其中1<=N<Nr,从而使得形成Nr-N个有效接收辐射图以用于接收所发送信号;
适配码元数量或发送辐射图,从而使得当所述第二收发器以Nr-N个接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中的所发送码元的数量,小于或等于当所述接收机正以Nr接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中所发送的码元的数量。
28.一种计算机程序产品,包括软件代码部分,所述软件代码部分用于执行:
通过使用至少两个发送辐射图来将包括码元的信号从第一收发器发送给通过Nr个接收辐射图进行接收的第二收发器,从而使得时间长度T的码元的信息内容经由至少两个发送辐射图来发送;
在所述第一收发器中认识到:所述第二收发器禁用N个接收辐射图,其中1<=N<Nr,从而形成Nr-N个有效接收辐射图以用于接收所发送信号;
适配码元数量或发送辐射图,从而使得当所述第二收发器以Nr-N个接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中的所发送码元的数量,小于或等于当所述接收机正以Nr接收辐射图进行接收时在长度T的时间间隔中所发送的码元的数量。
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