CN101411087B - 无线通信方法和系统 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于在第一站(2)和第二站(3)之间提供无线通信的方法。该方法包括：在包括所述第一站(2)的第一天线(4、5、6)和所述第二站(3)的第二天线(7、8、9)的至少一个天线对之间建立至少一个通信路径(10、11、12)，其中所述第一和第二天线(4、5、6、7、8、9)中的至少一个天线是窄波束天线；选择所述通信路径(10、11、12)上的可用带宽(B)的至少一部分(B1、B2、B3)；以及在所述天线对之间在所述带宽的被选择的部分(B1、B2、B3)上发射数据。

Description

无线通信方法和系统

本发明通常涉及无线通信领域，并且更具体地涉及用于在第一站和第二站之间提供无线通信的方法以及用于执行无线通信的站。

一种普通已知类型的无线系统使用高的可用带宽和小的天线尺寸。这种被称为毫米波解决方案的系统允许例如超过1Gbps的高速率无线数据传输。

这种无线系统的第一种已知实施方式包括包含线性、判定反馈或最大似然序列估计(MLSE)均衡器在内的信道均衡器。在高数据率传输的情况下，符号持续时间相应短，使得多径信道延迟扩展可能比符号持续时间长得多。因此，均衡器变得复杂并需要大量的处理能力。

另一已知解决方案使用正交频分多路复用(OFDM)技术来阻止无线通信中的多径干扰。例如针对无线LAN系统中的传输已经实现了这种OFDM调制。然而，因为OFDM信号是大量副载波之和，因此趋向于具有高峰值平均功率比(PAPR)。由于OFDM技术的固有的线性调制以及由于高峰值平均功率比问题，因此功率放大器的总功率消耗相对于其它的多路复用技术来说非常高。另一个不利之处在于OFDM解调需要复杂的单元来执行高速快速傅里叶变换(FFT)和其它信号处理。

索尼公司的欧洲专利申请04027554提出了另一个解决方案，该欧洲专利申请的公开内容在此被并入作为参考。一个或几个尖波束天线对被用于无线通信的发射侧和接收侧，其中每个尖波束天线对可以被操纵以匹配其对应的强反射路径的方向。根据操纵分辨度，可以匹配强反射路径，并且可以忽略其它的反射路径。这导致信道延迟扩展被缩短。另一方面，因为接收到非常少的通信路径或理想地仅最强的反射路径，因此总的接收功率被彻底地降低。这个缺点必须通过从尖波束天线获得的额外的天线增益来补偿。

因此，已知的解决方案遭受对高速和复杂的信号处理电路的需求，以及遭受高的功率消耗和非最佳的功率传输使用。

考虑到上述内容，本发明的目的是提供一种改进的无线通信技术。

该目的通过本发明提供的用于在第一站和第二站之间提供无线通信的方法来解决，所述方法包括：

-在包括所述第一站的第一天线和所述第二站的第二天线的至少一个天线对之间建立至少一个通信路径，其中所述第一和第二天线中的至少一个天线是窄波束天线，

-选择所述通信路径上的可用带宽的至少一部分，以及

-在所述天线对之间在所述带宽的被选择的部分上发射数据。

因此，可以通过不同天线对发射不同的数据以增大数据率。此外，多径传播对用户来说是有益的，因为它可被用于提高传输系统的容量或减少功率消耗。

优选地，该方法包括根据所述通信路径的信道传递函数来选择带宽的部分。

该方法可以包括选择带宽的至少一部分，其中对于所述至少一部分来说所述通信路径的信道传递函数超过阈值。

被用于选择带宽的至少一部分的阈值可以是常量、依赖于频率的或依赖于时间的。

专用于在整个可用带宽上进行数据传输的传输功率可以被分配给所述带宽的被选择的部分。

该方法可以包括按照根据通信路径的传递函数所选择的调制方案在所述通信路径上发射数据。

该方法可以包括：

-在所述天线对之间预选候选无线路径，

-从候选无线路径中选择具有最好的接收信号强度指示(RSSI)和/或信噪比(SNR)的无线路径，以及

-在所述被选择的无线路径上建立通信路径。

所述第一天线和所述第二天线可以是窄波束天线。

替代地，所述第一天线和所述第二天线之一可以是宽波束天线。

OFDM调制方案可被用于所述方法中，其中OFDM信号的副载波可以在不同通信路径上被动态地分配。

按照本发明的另一方面，提出了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品可被装载到计算装置中并且适于在由所述计算装置运行时执行上述方法的步骤。

按照本发明的另一方面，提出了一种用于执行无线通信的站，所述站包括：

-至少一个第一天线，

-用于在所述第一天线和第二站的第二天线之间建立至少一个通信路径的装置，

-用于选择所述通信路径上的可用带宽的至少一部分的装置，和

-用于在所述通信路径的所述带宽的被选择的部分上发射和/或接收数据的装置。

该站可以包括用于根据所述通信路径的信道传递函数来选择带宽的部分的装置。

有利地，该站可以包括用于选择带宽的至少一部分的装置，其中对于所述至少一部分来说所述通信路径的信道传递函数超过阈值。

所述阈值可以是常量、依赖于频率的或依赖于时间的。

有利地，专用于在整个可用带宽上进行数据传输的传输功率被分配给所述带宽的被选择的部分。

该站可以包括用于按照根据通信路径的传递函数所选择的调制方案在所述通信路径上发射数据的装置。

此外，该站可以包括：

-用于在所述天线对之间预选候选无线路径的装置，

-用于从候选无线路径中选择具有最好的接收信号强度指示(RSSI)和/或信噪比(SNR)的无线路径的装置，和

-用于在所述被选择的无线路径上建立通信路径的装置。

所述第一天线可以是窄波束天线或替代地是宽波束天线。

可以使用OFDM调制方案，其中有利地，OFDM信号的副载波在不同的通信路径和/或带宽的不同的部分上被动态地分配。

该站可以包括瑞克接收机。

此外，该站可以包括信道均衡器电路。

按照本发明的另一方面，提出了一种多输入多输出(MIMO)系统，所述系统包括多个如上所定义的站。

必须注意，本发明的被称为“装置”的各种元件和对应的功能可以利用任何种类的相应的设备、单元、软件或硬件元件及其部分以及任何其它没有在此明确提到的适合的实现方式来实现。

从下面结合附图阐明的详细说明，本发明的特征、目的和优点将变得更显而易见，其中在附图中相同的参考数字指代相同的部分，并且其中：

图1示意性地显示按照本发明的通信系统的第一实施例，

图2显示按照本发明的通信系统的第二实施例，

图3显示按照本发明实施例在三个不同通信路径上的信道幅度响应，

图4显示按照本发明的、可用于传输的带宽的一部分的选择，

图5显示按照本发明的调制方案选择，

图6显示按照本发明的动态空间、频率和调制选择，

图7a显示按照本发明的用于无线发射和接收调制RF信号的无线通信设备的示意性框图，

图7b呈现图7a中所描绘的无线通信设备的更详细的实施例，

图8显示按照本发明的QAM发射机前端电路的框图，该电路被特别配置用于控制要发射的I/Q调制RF信号的输出功率级和带宽。

现在将分别参考图1和2来描述按照本发明的并且以参考数字1和1′来指代的通信系统。

无线通信系统1包括第一站2和第二站3，第一和第二站2、3中的每一个站都适于充当发射机和/或接收机。在图1的特定实施例中，所述第一站2包括三个第一天线4、5、6，并且所述第二站包括三个第二天线7、8、9。按照本发明的另一个实施例，所述第一站和/或所述第二站分别仅包括一个第一天线和/或一个第二天线。在本发明的其它实施例中，无线通信系统1分别包括至少两个第一天线4、5、6和至少两个第二天线7、8、9。

第一天线4、5、6和第二天线7、8、9优选地是窄波束天线或尖波束天线，即具有窄孔径的天线。因此可以控制所述第一天线4、5、6和所述第二天线7、8、9的辐射方向图的方向。这种通信系统1还被称为具有尖波束操纵天线的瑞克(rake)接收机。

在图2中所示的替代实施例中，无线通信系统1′包括第一站2′，其具有为宽波束天线的天线4′和两个(或更多)其它为窄波束天线的天线5、6。第一站2′还可以包括一个以上宽波束天线形式的第一天线。替代地或附加地，第二站3也可以包括一个或多个为宽波束天线的第二天线7、8、9。

第一和第二站2、3适于建立至少一个第一通信路径10，用于所述第一和所述第二站2和3之间的无线通信。在图1的特定实例中，已经在第一站2和第二站3之间建立了三个通信路径10、11、12。通信路径10、11、12优选地彼此不同。

在图1的实施例中，操纵或引导第一个窄波束天线对4、7，以便允许在所述第一通信路径10上进行数据传输。优选地，可以同时分别经由在第二个窄波束天线对5、8和第三个窄波束天线对6、9之间的第二通信路径11和第三通信路径12发射数据，以便增加无线通信系统1的容量。

按照本发明，无线通信系统1至少包括所述第一个窄波束天线对4、7，用于在所述第一通信路径10上进行数据传输。如果在其它窄波束天线对5、8或6、9之间提供了其它通信路径11、12，通信路径10、11、12优选地彼此不同以实现路径分集。

提出了将几个窄波束或尖波束天线对4、5、6、7、8、9用于站1、2的发送和接收侧。操纵第一站1的每个第一窄波束天线4、5、6以沿着对应的通信路径10、11、12接合(meet)第二站2的对应的第二窄波束天线7、8、9，反之亦然。因此，一个以上的窄波束天线对4、5、6、7、8、9的使用实现不能提供静态通信路径的环境的路径分集。

提供多个不同通信路径10、11、12的另一个优点是：即使一个通信路径由于例如阻碍所述通信路径10、11、12的障碍物而变弱或不起作用(get lost)，也可以继续或维持第一站2和第二站3之间的通信。

在图1的实施例中，在所述第一和第二站2、3之间的直接的视线(LOS)通信路径22被障碍物15阻挡。

因此，所述通信路径10、11、12是由各自的反射面16、17、18所引起的间接或非视线(NLOS)通信路径。

不同的非视线通信路径10、11、12可以被假设为彼此独立。因此，每个非视线通信路径可以被视为经过频率非选择性慢衰落信道。所有通信路径10、11、12同时变弱或完全断开的可能性是小的。因此，可以实现通信路径分集增益。

对于每个窄波束天线对来说，通常可以建立多个通信路径。例如，对于图1中的第一个窄波束天线对4、7来说，情况如此，其中不但可以建立第一通信路径10，而且还可以建立额外的通信路径13、14。在这种情况下，优选地按照以下方法使该窄波束天线对4、7转向对应的强视线路径或反射路径。

在第一步骤中，第一站2的第一天线4和第二站3的第二天线7寻找所有可能的能够在第一和第二站2、3之间被用作通信路径的无线路径10、13、14。在图1的实施例中，可用的无线路径是经由对应的反射面16、19、20、21获得的非视线路径10、13、14。

请注意：对候选无线路径的搜索可以被限制在每个天线的给定角度范围内。例如当第一站2包括几个第一天线4、5、6以便所述第一天线4、5、6可以被对准不同的且互补的范围时，情况可以如此。

一旦针对一个给定天线对4、7已找到所有可能的候选无线路径，就选择最强的候选无线路径，并且通过机械装置将第一天线4和第二天线7转向或导向这个最强的候选无线路径。这个最强的候选无线路径可以是视线路径，或者在不能找到视线路径的情况下是反射路径。

可以通过选择例如具有最好的接收信号强度指示(RSSI)和/或最好的信噪比(SNR)的无线路径来确定最强的候选无线路径，其中RSSI是度量接收无线电信号强度的参数，SNR是反映信号的质量的参数。

如果对应于一个天线对4、7的无线路径显示高的RSSI但显示低的SNR，优选地将该路径从候选无线路径列表中删除，因为接收的强信号可能来自强干扰源(interferer)。

在图1的实施例中，无线通信系统1的第一站2和第二站3仅包括窄波束天线，因此在每个窄波束天线对4、7之间仅使用一个通信路径10来发射信息。这消除任何多径衰落影响并因此消除频率响应的任何高波动。每个通信路径10实际上有相对平坦的频率响应。

如上所述，无线通信系统1′可以替代地包括一个多个宽波束天线。在图2中，在第一站2′的宽波束天线4′和第二站3的窄波束天线7之间建立第一通信路径16。

在经由宽波束天线4′建立通信路径时，因为所有可能的候选无线路径10、13、14可能都在宽波束天线4′的波束内，因此不需要使这个宽波束天线4′转向那些候选无线路径。在第一站2′处使用宽波束天线4′是有利的，因为不需要操纵机械单元和/或软件单元。

另一方面，第二站3应优选地包括一个窄波束天线7，用于与第一站2′的所述宽波束天线4′相关联，以便建立在所述窄波束天线7和所述宽波束天线4′之间的通信路径。按照上述内容，所述窄波束天线7于是可以被转向候选无线路径10、13、14中的最强的路径10。

通过提供这个窄波束天线7，在第一和第二站2′、3之间不能在较弱的候选无线路径13、14上发射数据。因此，通信路径10由于延迟扩展被减小而具有相对平坦的频率响应。

现在将参考图3-6来描述在按照本发明的通信系统1中如何发射和接收数据。

在第一站2和第二站3之间使用至少一个或优选地多个天线对来发射数据。每个天线对包括至少一个窄波束天线7，以便可以减小多径信道延迟扩展和通信路径的频率响应的波动。

窄波束天线7的特征在于它的孔径和半功率波束宽度(HPBW)，该半功率波束宽度定义角度，在该角度范围内所辐射的功率超过处于最优先方向时的功率的一半，或定义当电压保持在天线指向最优先方向时所利用的电压的70.7％之内时的角度。

当窄波束天线7的孔径或半功率波束宽度被减小时，可以减小延迟扩展。另一方面，即使站移动，并且即使出现障碍物以致操纵机构和跟踪算法的复杂性可能增加，也必须维持通信路径。实际上，半功率波束宽度因此不应低于给定阈值以限制站的复杂性，以便可能出现信道频率响应的波动。

此外，在毫米波电路中，通常存在由设计公差和不匹配引起的频率响应的波动。

图3显示不平坦的信道传递函数的这种实例。信道传递函数或信道幅度响应|H₁(f)|、|H₂(f)|和|H₃(f)|对应于图1和2中所示的实施例的各个通信路径10、11、12。

在各个天线对4、7和6、9之间的通信路径10、12的信道幅度响应|H₁(f)I和|H₃(f)|在H₀值附近波动，并且在可用带宽B上展现出频率选择性(不平坦)衰落，这例如像在图3的实例中那样从59GHz延伸到65GHz。在对应的一个天线对5、8之间的通信路径11的信道幅度响应|H₂(f)|在所述可用带宽B上具有常量值H₀，并且因此展现出频率非选择性(平坦)衰落。

按照本发明，不必将整个可用带宽B都用于在第一站2和第二站3之间的不同通信路径10、11、12上发射数据。优选地，在各自的信道传递函数良好、即适合于传输的情况下仅使用可用带宽B的部分。

在图4的特定实施例中，在第一站2和第二站3之间在通过频率fb1和fb2划界的第一通信路径10的带宽B1上、在通过频率fr1和fr2划界的第二通信路径11的带宽B2上以及在通过频率fg1和fg2划界的第三通信路径的带宽B3上发射数据。

带宽B1是可用带宽B的、第一通信路径10的信道传递函数|H₁(f)|超过阈值H_0，1的部分。同样地，选择带宽B2和B3，使得各个通信路径11、12的信道传递函数|H₂(f)|和|H₃(f)|超过相应的阈值H_0，2和H_0，3。

阈值H_0，1、H_0，2和H_0，3或者对于所有的通信路径10、11、12来说是共同的或者是针对每个通信路径10、11、12单独选择的。所述阈值H_0，1、H_0，2和H_0，3是常量值或可以随频率或时间而变化。

如果信道传递函数如图3中的函数|H₂(f)|那样是平坦的或相对平坦的，则可以选择整个可用带宽B用于发射数据。因此在图4中被选择用于传输的带宽B2对应于可用带宽B，并且所述被选择的带宽B2的边界频率fr1和fr2对应于可用带宽B的边界，即59GHz和65GHz。

阈值H_0，1、H_0，2和H_0，3可以替代地取决于要发射的数据的数量或者所使用的调制方案，或者甚至取决于最后所得到的被选择的带宽B1、B2、B3的优选大小。在后一种情况下，改变阈值，使得超过所述阈值的被选择的带宽B1、B2、B3具有给定的或预先确定的大小。

还可以根据相应的信道传递函数的最大值H_max，1，H_max，2，H_max，3设置阈值H_0，1、H_0，2和H_0，3。作为例子，可以经由第一通信路径10仅在具有在最大值H_max，1和下限值H_max，1-Δ_H之间的信道传递函数的频率上发射数据。

如果例如信道传递函数H1(f)的两个超过阈值H_0，1的区域被所述信道传递函数H1(f)的低于所述阈值H_0，1的区域分开，则被选择用于发射数据的带宽B1可以包括总的可用带宽B的几个分开的部分或频率范围。在这种情况下，可以降低阈值H_0，1，使得最后所得到的被选择的带宽B1可以被扩展到仅仅一个频率范围。

按照本发明，传输功率适应用于传输的被选择的带宽B1、B2、B3的大小。如果被选择的带宽B1、B2、B3小于可用带宽B，则建议增加被分配给实际用于传输的被选择的带宽B1、B2、B3的传输功率P_B1、P_B2、P_B3。

针对每个通信路径10、11、12在对应的被选择的带宽B1、B2、B3上集中可用于在整个可用带宽B上进行传输的总功率P_B。因此改进相应通信路径10、11、12的总信噪比并且因此改进误码性能。

第一种可能性在于使用所有可用的传输功率P_B在被选择的带宽B1、B2、B3上进行传输。对于第一通信路径10来说，这意味着

P_B1＝P_B，

其中P_B1是实际被用于在第一通信路径10的被选择的带宽B1上进行发射的传输功率，而P_B是可用于在第一通信路径10的可用带宽B上进行传输的功率。

第二种可能性在于仅将可用传输功率P_B的一部分集中在对应的被选择的带宽B1、B2、B3上。以这种方式，可以像对于第一种可能性那样增加被分配给被选择的带宽B1、B2、B3的传输功率，但是同时可以相对于可用的传输功率P_B降低实际使用的传输功率。可以在传输质量没有任何明显损失的情况下进行实际使用的传输功率的这种降低。

按照如图5中所描绘的示图所示的本发明的另一个改进方案，优选地为每个通信路径10、11、12根据该路径的当前的RSSI或SNR测量选择不同的调制方案(例如QPSK、16-PSK、16-QAM、32-QAM、64-QAM、128-QAM或符号星座大小为2^b个调制符号(其中b≥8)的更高阶调制方案)，以便保持数据传输率不变。

即使仅仅在可用带宽B的一部分B1上发射数据，也可以通过增加调制方案的星座点数目来维持数据率恒定。例如，如果应在为可用带宽B的一半的带宽B1上发射数据，则可以通过使调制方案的星座点数目加倍以及例如通过选择32-QAM调制方案而不是16-QAM调制方案来保持数据率恒定。

也可以为每个通信路径10、11、12根据所述通信路径的信道传递函数动态地选择数字调制方案，以便最大化通信系统1的容量。所使用的调制方案的星座点数目于是根据在被选择的带宽B1、B2、B3中信道传递函数的值被优化。

在图5的实施例中，调制方案QPSK被用于在第二通信路径11上发射数据。在被选择用于在第一和第三通信路径10、12上发射数据的带宽B1、B3中，相应的信道传递函数H1、H3的值高于第二通信路径11的被选择的带宽B2中的信道传递函数H2。因此，所述第一和第三通信路径10、12的调制方案可以在没有质量损失的情况下被增加到16-QAM，以便至少将数据率维持在恒定水平。

在下面的参考图6描述的实施例中，应假定传输系统1的窄波束天线4、5、6、7、8、9有20°的HPBW、80°的水平或方位角波束控制范围以及80°的垂直或仰角波束控制范围。

当确定要被用于第一站2和第二站3之间的数据传输的通信路径10、11、12时，按照上述方法建立候选无线路径列表。从这个候选无线路径列表，可以针对第一和第二站2、3中的每一个推断出候选天线位置列表。如果对于第一和第二站2、3来说候选天线位置数目都是16，则候选无线路径数目将是16×16＝256。

图6显示当确定图1的通信系统1内的候选天线位置和对应的候选无线路径1-256时可以获得的二维空间-频率栅格。

可用带宽B优选地被包括在59GHz和65GHz之间。

当第一站2包括三个第一天线4、5、6并且第二站3包括三个第二天线7、8、9时，可以在第一和第二站2、3之间建立三个通信路径10、11、12。参见图6，根据RSSI或SNR测量的结果，从256个可能的候选无线路径中选择的所述三个通信路径10、11、12如上所述是三个最强的候选无线路径。

如图6中所示，存在每个通信路径10、11、12的信道幅度响应|H₁(f)|、|H₂(f)|、|H₃(f)|的波动，并且只能在可用带宽B的一部分内找到适合于数据传输的好的信道传递函数。在本实施例中，因此只能在第一通信路径10的频率fb1和fb2之间、在第二通信路径11的频率fr1和fr2之间、在第三通信路径12的频率fg1和fg2之间发射数据。

因此，如果传输功率根据RSSI和/或SNR测量结果被集中在具有相对高的信道传递函数的带宽B1、B2、B3上，则可以降低整个辐射传输功率P_B1+P_B2+P_B3。

本发明的另一个方面涉及一种确定性多输入多输出(MIMO)空间多路复用系统，其中应用可以通过在接收机侧使用包括多个天线的天线阵列和/或在发射机侧使用包括多个天线的另一个天线阵列来实现的空间天线分集，以便在不扩展要发射的调制RF信号的信号带宽的情况下，显著地改进无线通信系统的BER性能，并且缓和由多径衰落信道所引起的符号间干扰(ISI)的影响，其中ISI使所述无线通信系统的BER性能明显恶化。天线阵列因此包括被设计用于接收从特定方向辐射的信号并衰减从其它不感兴趣的方向辐射的信号的一组天线。因此，使用多个发射天线来产生多个空间传输信道，并且由此提供增大所述无线通信系统的数据传输率的能力。特别地，在发射机侧具有由N个空间分开的天线构成的阵列并且在接收机侧具有由M个空间分开的天线构成的阵列(M≥N)的情况下，可以实现数据传输率的N倍增大，并且同时，可以提供M阶接收分集以有效地防止通过N个发射天线中的任何一个发射的每个RF信号的多径衰落。

在所建议的MIMO系统中，通过使用多单元天线阵列来应用空间天线分集。在分别在第一站2和第二站3上包括三个天线对的通信系统1的本实施例中，如上所述选择三个最强的通信路径10、11、12，其中可以通过以下等式来定义多径传播信道传递函数：

$\underset{=}{H}\left(f\right):=\left(\begin{array}{ccc}{H}_{11}\left(f\right)& H_{12}\left(f\right)& H_{13}\left(f\right)\\ & \·& \\ & \·& \\ & \·& \\ H_{21}\left(f\right)& H_{22}\left(f\right)& H_{23}\left(f\right)\\ H_{31}\left(f\right)& H_{32}\left(f\right)& H_{33}\left(f\right)\end{array}\right)$

这个等式可被推广到包括N个天线对的通信系统：

其中H_ij是在第i个发射天线和第j个接收天线之间的无线路径的信道传递函数。

与根据现有技术的传统MIMO系统相比，可以观察到以下差异：

-由于在发射机侧和接收机侧都使用窄波束天线，因此在一个窄波束天线对之间的信道传递函数H_ii比信道传递函数H_ij高得多，其中i≠j。

-由于在发射机侧和接收机侧都使用窄波束天线，因此信道传递函数H_ii是准静态的。

-在传统的MIMO系统中，所有发射与接收天线单元都使用相同的带宽和载波频率。然而，由于在按照本发明的确定性MIMO空间多路复用系统中不同的窄波束天线对可以占用不同的带宽B1、B2、B3和频谱，因此信道传递函数H_ij，i≠j，变得甚至更小。

总之，在不同的窄波束天线对之间的交叉干扰是小的，并且可以容易地通过使用任何已经在根据现有技术的传统MIMO空间多路复用系统中采用的简单算法来消除。

在本发明和现有技术之间的另一个有利的差异在于以下事实，即当被应用于无线MIMO空间-频率通信系统时，可以实现更高的传输容量和更低的传输功率。

在图7a中显示了按照本发明实施例的用于无线发射和接收调制RF信号的无线通信设备600a的示意性框图。所述无线通信设备600a因此包括：无线发射机前端电路603b，用于对要无线发射的经数字-模拟转换的基带信号进行上变频、放大、频带选择滤波以及无线发射；无线接收机前端电路603a，用于接收、频带选择滤波、放大以及下变频由于无线通信信道的频率选择性多径衰落而失真的调制RF测试信号r(t)，在该无线通信信道上调制RF测试信号r(t)已被接收到基带，并且将因此获得的基带信号的经模拟-数字转换的版本馈送到信道估计电路618，该信道估计电路618连接到所述无线接收机前端电路603a之后。此外，所述无线通信设备600a包括功率和带宽控制器模块620，其被用于在无线通信系统中选择可用信道带宽B的部分B1、B2、B3，在这些部分中在无线通信设备和其它无线通信设备之间的特定通信路径10、11、12的信道幅度响应|H_l(f，t)|超过如上所述的阈值。如图7a中所示，功率和带宽控制器模块620被提供所述信道幅度响应|H_l(f，t)|的估计，该估计由信道估计电路618根据所述无线接收机前端电路603a的数字基带输出信号和存储在所述信道估计电路618的内存中的RF测试信号r(t)的原始(未失真的)数字基带表示来计算/估计。此外，所述功率和带宽控制器模块620被提供预定的额定信噪比值(E_s/N₀)_nom，该值规定在可用信道带宽B的被选择的部分内要由无线发射机前端电路603b无线发射的调制RF信号s(t)的总发射功率P_s必须被设置到的功率级P_s′。为了控制总发射功率P_s的功率级，代表无线发射机前端电路603b中所包含的可变增益功率放大器的增益系数G_PA的信号从功率和带宽控制器模块620被提供给可变增益功率放大器。如果实际的功率级P_s高于功率级P_s′，则降低增益系数G_PA。反之亦然，如果P_s低于P_s′，则增大所述增益系数G_PA。此外，功率和带宽控制器模块620被用于通过将无线发射机前端电路603b中所包含的带宽选择滤波器的带宽设置为被选择的部分的带宽B1、B2、B3来改变所述带宽选择滤波器的通带，确定用于将在可用信道带宽B的上述的被选择的部分内所述无线通信信道的信噪比E_s/N₀增大到预定的额定值(E_s/N₀)_nom所需的、用于无线发射调制RF信号s(t)的总发射功率P_s的量P_s′，并且将总发射功率P_s设置为该功率级P_s′，因此降低总发射功率P_s，而同时保持无线通信系统的数据传输率R不变，以及将该功率级P_s′集中在可用信道带宽B的被选择的部分上。为了控制所述频带选择滤波器的通带，从功率和带宽控制器模块620向所述频带选择滤波器提供代表频带选择滤波器的截止频率的信号。可选地，所述功率和带宽控制器模块620可被提供代表可变增益功率放大器的输出功率级P_s′的模拟信号。此外可选地，用于控制包含在无线发射机前端电路603b中的另一个可变增益放大器的增益系数G_VGA的数字控制信号可以从功率和带宽控制器模块620向所述另一个可变增益放大器提供，所述另一个可变增益放大器被用于预放大馈送到无线发射机前端电路603b的经数字-模拟转换的基带输入信号的低通滤波版本。在图7a中，用虚线表示涉及所述两个可选信号的信号线。按照如图7a中所描绘的无线通信设备600a的实施例，由所述功率和带宽控制装置620控制的天线开关AS被用于选择性地在所述无线通信设备600a的发射(Tx)和接收(Rx)模式之间切换。应注意：该无线通信设备600a此外还配备有Tx/Rx天线602，该天线可以被实现为如上所述的窄波束天线或者宽波束天线。

在图7b中显示了在图7a中所描绘的无线通信设备600a的更详细的实施例。其中，功率和带宽控制装置620被用于通过将双工滤波器的频带选择滤波器元件604b的带宽设置为被选择的部分的带宽B1、B2、B3来控制该频带选择滤波器元件604b的通带，其中该频带选择滤波器元件604b连接到无线发射机前端电路603b内的发射链路617b的输出端口。功率和带宽控制装置620此外还被用于控制包含在无线发射机前端电路603b的输出端口处的自动功率控制电路606b中的可变增益功率放大器PA的增益系数G_PA。如果实际的功率级P_s高于功率级P_s′，则降低增益系数G_PA。反之亦然，如果P_s低于P_s′，则增大所述增益系数G_PA。可选地，所述功率和带宽控制器模块620可被提供代表可变增益功率放大器的输出功率级P_s′的模拟信号，所述模拟信号通过可选的定向耦合器Tr感应地耦合输出。此外可选地，用于控制包含在无线发射机前端电路603b中的另一个可变增益放大器612的增益系数G_VGA的数字控制信号可以从功率和带宽控制器模块620向所述另一个可变增益放大器提供，其中所述另一个可变增益放大器被用于预放大馈送到无线发射机前端电路603b的经数字-模拟转换的基带输入信号的低通滤波版本。如在图7a中那样，也用虚线表示涉及所述两个可选信号的信号线。

在图8中描绘了QAM发射机前端电路的框图，该QAM发射机前端电路被特别地配置用于按照本发明的上述方法根据在天线对之间的通信路径10、11、12(例如最小失真信号传播路径)的信道幅度响应|H_l(f，t)|的估计来控制要发射的I/Q调制RF信号的输出功率级Ps和带宽B，所述天线对包括至少一个位于QAM发射机700处的发射(Tx)天线和至少一个位于无线接收机处的接收(Rx)天线。QAM发射机前端电路包括根据现有技术的传统自动功率控制(APC)环707，其被用于稳定在所述QAM发射机的RF输出端口处的I/Q调制RF信号s(t)的功率级。APC环包括比较器级708(Comp)，它的非反相输入端口被提供表示要发射的调制RF信号s(t)的功率P_s的额定功率级P_s′的基准电压V_ref。s(t)的实际输出功率级由定向耦合器706提供给该APC环707，并且通过宽带检测器二极管D反馈到所述比较器级708的反相输入端口。所述比较器级708的输出端口连接到被用于控制QAM发射机的输出功率级P_s的可变增益功率放大器710的增益控制输入端口。如果实际功率级P_s高于如基准电压V_ref所表示的功率级P_s′，则降低可变增益功率放大器710的增益系数G_PA。反之亦然，如果P_s低于P_s′，则增大所述增益系数G_PA。按照本发明，所述QAM发射机配备有被用于选择可用信道带宽B的部分B1、B2、B3的微控制器712，在所述部分中在所述窄波束天线对之间的通信路径10、11、12的信道幅度响应|H_l(f，t)I超过阈值。因此，|H_l(f，t)|通过由发射机驻留信道估计电路提供的信道幅度响应估计的数字序列来给定。此外，所述微控制器712被用于通过将所述频带选择滤波器704的带宽设置为被选择的部分的带宽B1、B2、B3来改变被放置在所述QAM发射机前端电路的RF输出端口处的频带选择滤波器704的通带，确定用于将在可用信道带宽B的被选择的部分B1、B2、B3内基础无线通信信道的信噪比(SNR)增大到预定的额定信噪比值(E_s/N₀)_nom所需的、用于无线发射调制RF信号s(t)的总发射功率P_s的量P_s′，并且将基准电压V_ref设置为与该功率级P_s′成比例的值，因此将总发射功率P_s降低到该量P_s′，而同时保持基础无线通信系统的数据传输率R不变，以及将功率级P_s′集中在可用信道带宽B的被选择的部分B1、B2、B3上。按照本发明，可以由微控制器712根据(E_s/N₀)_nom和|H_l(f，t)|的估计控制由集成在I/Q调制器714内的本地振荡器714e产生的载波频率f_L0，以便提供频带选择滤波器704的中心频率，以与在I/Q调制器714的输出端口处的I/Q调制RF发射信号s(t)的发射频率f_L0±f_s，LP之一重合，其中f_s，Lp表示在所述I/Q调制器714的输入端口处的模拟复基带信号S_LP(t)＝i(t)+j·q(t)的频率，使得f_L0+f_s，LP和/或f_L0-f_s，LP在频宽选择滤波器704的通带内。

Claims (25)

1.一种用于在第一站(2)和第二站(3)之间提供无线通信的方法，包括：

-在分别包括所述第一站(2)的第一天线(4、5、6)和所述第二站(3)的第二天线(7、8、9)的不同天线对之间建立多个通信路径(10、11、12)，其中所述第一和第二天线(4、5、6、7、8、9))中的至少一个是窄波束天线，

-为每个通信路径选择相应通信路径(10、11、12)上的可用带宽(B)的至少一部分(B1、B2、B3)，以及

-在所述天线对之间在所述带宽的被选择的部分(B1、B2、B3)上发射数据，

其中针对每个所建立的通信路径，将专用于在整个可用带宽(B)上进行数据传输的传输功率分配给所述带宽的对应的被选择的部分(B1、B2、B3)。

2.按照权利要求1所述的方法，包括根据所述通信路径(10、11、12)的信道传递函数来选择所述带宽的部分(B1、B2、B3)。

3.按照权利要求1所述的方法，包括选择所述带宽的至少一部分(B1、B2、B3)，其中对于所述至少一部分来说所述通信路径的信道传递函数超过阈值。

4.按照权利要求3所述的方法，其中所述阈值是常量、是依赖于频率的或是依赖于时间的。

5.按照权利要求1所述的方法，还包括当所述被选择的部分(B1、B2、B3)小于所述可用带宽(B)时，增加被分配给所述被选择的部分(B1、B2、B3)的所述传输功率。

6.按照权利要求1所述的方法，包括按照根据所述通信路径(10、11、12)的传递函数所选择的调制方案在所述通信路径(10、11、12)上发射数据。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于以下步骤：

-在所述天线对(4、7)之间预选候选无线路径(10、13、14)，

-从所述候选无线路径(10、13、14)中选择具有最好的接收信号强度指示(RSSI)和/或信噪比(SNR)的无线路径(10)，以及

-在所述被选择的无线路径(10)上建立通信路径。

8.按照权利要求1所述的方法，其中所有不同天线对的所述第一天线(4、5、6)和所述第二天线(7、8、9)是窄波束天线。

9.按照权利要求1的方法，其中至少一个天线对的所述第一天线(4、5、6)和所述第二天线(7、8、9)之一是宽波束天线。

10.按照权利要求1所述的方法，其中使用OFDM调制方案。

11.按照权利要求10所述的方法，其中在不同的通信路径(10、11、12)和/或所述带宽的不同的部分(B1、B2、B3)上动态地分配OFDM信号的副载波。

12.一种用于执行无线通信的站(2)，包括：

-至少两个第一天线(4、5、6)，

-用于在分别包括所述第一天线(4、5、6)和第二站(3)的第二天线(7、8、9)的不同天线对之间建立多个通信路径(10、11、12)的装置，

-用于为每个通信路径选择相应通信路径(10、11、12)上的可用带宽(B)的至少一部分(B1、B2、B3)的装置，

-用于在所述通信路径(10、11、12)的带宽的所述被选择的部分(B1、B2、B3)上发射和/或接收数据的装置，和

-用于针对每个所建立的通信路径，将专用于在整个可用带宽(B)上进行数据传输的传输功率分配给所述带宽的对应的被选择的部分(B1、B2、B3)的装置。

13.按照权利要求12所述的站，包括用于根据所述通信路径(10、11、12)的信道传递函数选择所述带宽的部分(B1、B2、B3)的装置。

14.按照权利要求12所述的站，包括用于选择所述带宽的至少一部分(B1、B2、B3)的装置，其中对于所述至少一部分来说所述通信路径的信道传递函数超过阈值。

15.按照权利要求14所述的站，其中所述阈值是常量、是依赖于频率的或是依赖于时间的。

16.按照权利要求12所述的站，还包括用于当所述被选择的部分(B1、B2、B3)小于所述可用带宽(B)时，增加被分配给所述被选择的部分(B1、B2、B3)的所述传输功率的装置。

17.按照权利要求12所述的方法，包括用于按照根据所述通信路径(10、11、12)的传递函数所选择的调制方案在所述通信路径(10、11、12)上发射数据的装置。

18.按照权利要求12所述的站，包括：

-用于在所述天线对(4、7)之间预选候选无线路径(10、13、14)的装置，

-用于从所述候选无线路径(10、13、14)中选择具有最好的接收信号强度指示(RSS I)和/或信噪比(SNR)的无线路径(10)的装置，和

-用于在所述被选择的无线路径(10)上建立通信路径的装置。

19.按照权利要求12所述的站，其中所有不同天线对的所述第一天线(4、5、6)是窄波束天线。

20.按照权利要求12所述的站，其中至少一个天线对的所述第一天线(4、5、6)是宽波束天线。

21.按照权利要求12所述的站，其中使用OFDM调制方案。

22.按照权利要求12所述的站，其中在不同的通信路径(10、11、12)上动态地分配OFDM信号的副载波。

23.按照权利要求12所述的站，包括瑞克接收机。

24.按照权利要求12所述的站，包括信道均衡器电路。

25.一种多输入多输出(MIMO)系统，包括多个按照权利要求12所述的站。

Images