CN101431359A - 在无线电系统内使用导频的方法以及无线电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法以及一种无线电系统，它们使用至少两个由互不相同的预知极化来极化的导频。所述方法执行两个收发信机之间的极化适配，并基于此选择将被使用的导频。在无线电系统内使用导频的方法以及无线电系统。

Description

在无线电系统内使用导频的方法以及无线电系统

技术领域

本发明涉及一种用于发射与接收导频的方法以及实施该方法的无线电系统。

背景技术

众所周知，被发射的信号会经受无线电路径的极化响应，所述极化响应可能会表现为与无线电信号相关的电磁波的不同极化方向上的衰落、反射、延迟以及回波。在这种情况下，与无线电信号相关的电磁波的任何一个极化分量都可以几乎完全衰落或是改变其方向，这可能会严重限制无线电系统的性能。尤其是，无线电路径极化响应可能会引起故障，因为终端设备是借助基站所发射的导频执行信道估计的。

在现有技术解决方案中，基站在预定极化方向上将导频发射至小区的覆盖区，所述预定极化方向例如是基于建立无线电系统时执行的现场测量或是无线电路径的已知极化性质来定义的。

现有技术解决方案的缺陷包括基站对于无线电路径极化响应内以及终端设备极化方向上的改变的较差动态，因为导频被发射到基站区域，这使得终端设备的信道估计难以实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的方法以及一种实施所述方法的无线电系统，其中可以考虑无线电路径的极化响应。这是通过用于在无线电系统内使用导频的方法来实现的，在所述方法中，第一收发信机发射第二收发信机内接收的导频。所述方法的特征在于，所述无线电系统使用至少两个导频，每个所述导频都是由互不相同的预知极化来极化的；在第一收发信机与第二收发信机之间发射并接收至少一个信号；确定所述信号的极化估计；以及基于所确定的极化估计从至少两个由互不相同的预知极化来极化的导频中选择一个将被使用的导频。

本发明涉及一种实施所述方法的无线电系统。本发明的无线电系统包括用于发射导频的第一收发信机；以及用于接收导频的第二收发信机。本发明的无线电系统的特征在于，在第一收发信机与第二收发信机之间使用至少两个导频，每个所述导频都是由互不相同的预知极化来极化的；在第一收发信机与第二收发信机之间发射并接收至少一个信号；所述接收收发信机被设置为确定所述信号的极化估计；以及所述无线电系统被设置为基于所确定的极化估计从至少两个由互不相同的已知极化来极化的导频中选择一个将被使用的导频。

本发明的优选实施例在从属权利要求内公开。

本发明基于这样的构思，即通过执行无线电系统的诸如基站与终端设备的收发信机之间的极化适配，可将导频信号功率分配给无线电路径所需的极化以及收发信机的相互位置可能所需的极化。

借助本发明的方法以及无线电系统实现了若干优点。收发信机的极化适配改善了导频质量，并增强了在所述导频上执行的信道估计，这反过来提高了无线电系统的性能。一个附加的优点是，本发明能够将所述方法实施为软件应用，并能够在信道估计中使用无线电系统标准导频。

附图说明

以下将结合优选实施例，并参照附图来描述本发明，在附图中：

图1是电信系统的简化方框图；

图2是电信系统的第二简化方框图；

图3是终端设备的简化方框图；

图4示出了无线电系统内所使用的辐射图；以及

图5是电信系统的第三简化方框图。

具体实施方式

由于本发明适合于在代间无线电系统中使用，所以在图1所示的无线电系统内描述实施例，所述无线电系统包括并列的不同代的网络单元。在描述中，2G无线电系统例如由GSM(全球移动通信系统)代表。2.5代无线电系统例如由GPRS(通用分组无线电系统)代表。3G无线电系统由使用基于GSM系统的3G EDGE(全球演进的增强型数据率)技术的系统以及至少被命名为IMT-2000(国际移动电信)与UMTS(通用移动电信系统)的系统代表。但所述实施例并不仅限于这些作为实例给出的系统，本领域技术人员可以将所述教义应用于其它具有对应特性的无线电系统。

图1是在网络单元层上描述无线电系统的主要部分及其之间的接口的简化方框图。所述网络单元的结构与操作不再详细描述，因其已为众人所知。

所述无线电系统的主要部分包括核心网(CN)100、无线电接入网130以及用户设备(UE)170。所述无线电接入网(UMTS地面无线电接入网)130属于第三代，并由宽带码分多址(WCDMA)技术实施。此外，图1还示出了以时分多址(TDMA)技术实施的基站系统160。

一般而言，可能会定义无线电系统包括一个或多个还被称为用户终端与移动站的用户设备，以及网络部分，所述网络部分包括无线电系统的所有固定基础设施，即核心网、无线电接入网与基站系统。

核心网100的结构对应于组合的GSM与GPRS系统的结构。GSM网络单元负责实施电路交换连接，而GPRS网络单元负责实施分组交换连接。但两个系统中都包括某些网络单元。

移动业务交换中心(MSC)102是电路交换一侧的核心网100的中心。相同的移动业务交换中心102可被用于服务无线电接入网130与基站系统160两者的连接。移动业务交换中心102的功能例如包括交换、寻呼、位置登记、切换管理、用户计费信息的收集、加密参数管理、频率分配管理以及回波抵消。

移动业务交换中心102的数量可能会有所不同：较小的网络运营商可能仅具有一个移动业务交换中心102，较大的核心网100则可能具有若干移动业务交换中心。图1示出了第二移动业务交换中心106，但为了清晰起见，它到其余网络单元的连接并未在图1中示出。

较大的核心网100可能包括负责核心网100与外部网络180之间的电路交换连接的独立网关移动业务交换中心(GMSC)110。所述网关移动业务交换中心110位于移动业务交换中心102、106与外部网络180之间。所述外部网络180可能是公众移动网(公众陆地移动通信网，PLMN)或是公众交换电话网(PSTN)。

原籍位置寄存器(HLR)114包括永久用户寄存器，即诸如以下数据：国际移动用户身份码(IMSI)、移动用户ISDN号码(MSISDN)鉴权密钥，以及PDP(分组数据协议)地址，如果该无线电系统支持GPRS的话。

来访位置寄存器(VLR)104包括关于在移动业务交换中心102的区域内的用户设备170的漫游信息。所述来访位置寄存器104基本上包括与原始位置寄存器114相同的信息，但所述信息只是暂时地存在于来访位置寄存器104内。

设备身份登记器(EIR)112包括无线电系统内所使用的用户设备170的国际移动设备身份码(IMEI)以及所谓的白名单，如果存在的话，还包括黑名单以及灰名单。

鉴权中心(AuC)116始终位于物理上与原籍位置寄存器114相同的位置，且它包括用户鉴权密钥Ki以及对应的IMSL。

图1所示的网络单元是整体操作的，其物理实施可能会有所不同。一般而言，移动业务交换中心102与来访位置寄存器104形成一个物理装置，而原籍位置寄存器114、设备识别登记器112与鉴权中心116形成另一个物理装置。

服务GPRS支持节点(SGSN)118是分组交换一侧的核心网100的中心。服务GPRS支持节点118的主要功能是通过利用无线电接入网130或基站系统160将分组发射到支持分组交换传输的用户设备170，并从所述用户设备170接收所述分组。服务GPRS支持节点118包括关于用户设备170的用户信息以及位置信息。

网关GPRS支持节点(GGSN)120是电路交换一侧的网关移动业务交换中心110的分组交换一侧对应物，但不同之处在于网关GPRS支持节点120必须还能够从核心网100路由呼出业务至外部网络182，而网关移动业务交换中心110仅路由呼入业务。在本实例中，互联网代表外部网络182。

基站系统160包括基站控制器(BSC)166与基站收发器(BTS)162、164。基站控制器166控制基站162、164。原则上，目标是用于实施无线电路径以及与之相关功能的设备位于基站162、164内，而控制设备位于基站控制器166内。

基站控制器166负责以下任务，例如：基站162、164的无线电资源管理，小区间切换，频率管理，即将频率分配给基站162、164，跳频序列的管理，上行链路上的时延测量，操作与维护接口的实施以及功率控制管理。

基站162、164包括至少一个收发信机，所述的收发信机实施一个载波，即8个时隙，换句话说8个物理信道。一个基站162、164通常服务一个小区，但其中一个基站162、164服务多个扇形小区的技术方案也是可能的。小区直径可能从几米到数十公里不等。一般认为基站162、164还包括码型变换器，所述的码型变换器执行无线电系统与公众交换电话系统内所使用的不同话音编码格式之间的转换。但实际上，所述的码型变换器一般物理上位于移动业务交换中心102内。基站162、164例如负责以下功能：时间提前量(TA)的计算、上行链路测量、信道编码、加密、解密以及跳频。

无线电接入网130包括无线电网络子系统(RNS)140、150。每一无线电网络子系统140、150都包括无线电网络控制器(RNC)146、156以及B节点142、144、152、154。所述B节点是一个相当抽象的概念，因而通常使用术语基站作为替代。

无线电网络控制器146、156的操作大致对应于GSM系统的基站控制器166的操作，而B节点142、144、152、154的操作大致对应于GSM系统的基站162、164的操作。还存在其中同一设备起到所述的基站与B节点的作用的技术方案，即所述设备可以同时实施TDMA无线电接口与WCDMA无线电接口。

用户设备170包括两个部分：移动设备(ME)172和UMTS用户身份模块(USIM)174。当然，GSM系统使用自身的用户身份模块。用户设备170包括至少一个收发信机，可借助所述的收发信机执行到无线电接入网130或基站系统160的无线电连接。用户设备170可能包括至少两个不同的用户身份模块。此外，用户设备170包括天线、用户接口以及电池。目前存在着各种用户设备170，例如车载与便携用户设备。

USIM174包括与用户相关的数据，尤其是诸如加密算法的涉及信息安全型的数据。

最后，表1中内示出了图1所示的不同网络单元之间的接口。UMTS内最重要的接口是核心网与无线电接入网之间的Iu接口，以及无线电接入网与用户设备之间的Uu接口，所述Iu接口被划分为电路交换一侧的接口IuCS(CS＝电路交换)与分组交换一侧的接口luPS(PS＝分组交换)。GSM内最重要的接口为基站控制器与移动业务交换中心之间的A接口、基站控制器与服务支持节点之间的Gb接口、基站与用户设备之间的Um接口。所述接口确定不同网络单元可以通信何种消息。目标是实现一种无线电系统，其中不同制造商的网络单元能够良好协作，以形成有效的无线电系统。但实际上某些接口是依赖于制造商的。

表1

 

接口	网络单元之间
		Uu	UE-UTRAN
Iu	UTRAN-CN
		luCS	UTRAN-MSC
luPS	UTRAN-SGSN
		Cu	ME-USIM
lur	RNC-RNC
		lub	RNC-B

 

A	BSS-MSC
		Gb	BSC-SGSN
A-bis	BSC-BTS
		Um	BTS-UE
B	MSC-VLR
		E	MSC-MSC
D	MSC-HLR
		F	MSC-EIR
Gs	MSC-SGSN
		PSTN	MSC-GMSC
PSTN	GMSC-PLMN/PSTN
		G	VLR-VLR
H	HLR-AUC
		Gc	HLR-GGSN
Gr	HLR-SGSN
		Gf	EIR-SGSN
Gn	SGSN-GGSN
		Gi	GGSN-INTERNET

图1示出了相当概括的描述，因此图2提供了蜂窝无线电系统的更为详细的实例。图2只示出了最基本的部件，但对于本领域的技术人员而言，常规蜂窝无线电网络显然还包括其它功能与结构，此处不必赘述。蜂窝无线电系统的细节可从图2中得到，但其与本发明无关。

图2示出了移动业务交换中心106以及网关移动业务交换中心110，所述网关移动业务交换中心110负责到外界的移动系统连接，在图2的情况下，其负责到公众交换电话网180、网络部分200以及终端设备202的连接。

蜂窝无线电系统一般包括固定网络基础设施，即网络部分200和终端设备202，所述终端设备可以是固定、车载或便携终端，例如允许与无线电电信系统通信的移动站或是膝上型电脑。网络部分200包括基站204。基站对应于前图中的B节点。多个基站204反过来由无线电网络控制器146以集中方式控制，所述无线电网络控制器146与所述的多个基站204通信，且包括组交换域220与控制单元222。所述的组交换域220被用于交换话音与数据以及连接信令电路。而控制单元222执行呼叫控制、移动性管理、统计的收集、信令以及资源控制与管理。

由基站204与无线电网络控制器146组成的无线电网络子系统140还包括码型变换器226，所述码型变换器将公众交换电话网与无线电电话网之间所使用的不同数字话音编码格式转换为相互兼容，例如从固定网络格式转换为蜂窝无线电网络的另一格式，反之亦然。所述码型变换器226通常尽可能靠近移动业务交换中心106，因为随后可以蜂窝无线电网络格式将话音在所述码型变换器226与无线电网络控制器146之间发射，从而节省传输容量。

基站204还包括多路复用器单元212、收发信机单元208以及控制单元210。多路复用器212将收发信机单元208所使用的业务与控制信道置于一个传输链路214上。所述传输链路214形成接口lub。此外，多路复用器单元212执行纠错操作，还可能执行比特的交织与去交织。在所要求的技术方案的一个极化适配实施例中，在多路复用器212内设置所发射信号的传输权重。存在着有限数量的不同的可能传输权重，且借助每一个传输权重发射至少一个导频。基于所测量的极化从同一个传输权重组中选择特定于用户的传输权重。

控制单元210控制收发信机单元208以及多路复用器212的操作。例如，控制单元210确定权重与相位，收发信机208借助所述的权重与相位将信号提供给天线236、238，且到达天线236、238的无线电信号被借助所述的权重与相位放大。此外，控制单元210校准天线236、238，包括天线信号236、238的测量以及任选的校准加权。所述测量确定天线236、238的加权，这反过来确定来自天线236、238的信号的极化。所述校准加权允许校正收发信机单元208内生成的可能权重失真，所述失真一般是源于收发信机单元208的分量并不理想。

基站收发器单元208包括至少两条输入线路，所述输入线路例如包括用于将基带信号与射频混合并将基带信号与射频分离的变频器、用于将指向天线的信号放大的天线放大器、用于将经由无线电路径接收的信号数字化并将发射至无线电路径的数字信号转换为模拟信号的A/D和D/A变频器。此外，收发信机单元208包括数字信号处理器，在所述数字信号处理器中可能会执行诸如信号加权的天线信号处理。

基站204的收发信机单元208输入线路的每一条都与天线236和238通信，所述天线实施到终端设备202的无线电链路216。将被在无线电链路216上发射的帧的结构被特定于系统地定义，且被称为空中接口Uu。天线236和238构成一对天线，它们通常为相互交叉极化，分别从天线236、238发射的电磁波的电场分量因而相互垂直。收发信机208可将单独的信号指向每一天线236、238，且借助所述信号的相互相位与强度，可以理想的方式修改天线对236、238共同生成的信号的极化。相应地，可在收发信机208内借助所需的相位与振幅检测指向天线对236、238的无线电信号，这允许相对于指向天线对236、238的信号控制天线对236、238的极化。

图3以方框图示出了终端设备202的结构。终端设备202包括用户接口370UI、信源编译码器360SC、基带部分350BB、收发信机330、天线322以及控制单元380。

终端设备202的用户接口370例如包括终端键盘以及诸如显示器、话筒和耳机的视听装置。信源编译码器360执行信源编码与数字信号处理。

基带部分350包括信号处理器以及必要的存储装置，所述存储装置用于处理将被发射到收发信机330的信号，以及将被从所述的收发信机440接收的信号。基带部分350执行终端设备202的数字发射机与接收机过滤。此外，在基带部分350中，所发射信号由扩频码扩频，而所接收信号被去扩频。

收发信机330将所接收的射频信号转换为基带信号，并将所发射的基带信号转换为射频信号。此外，收发信机330还包括放大器，从天线322发射以及由天线322接收的信号被借助所述放大器放大，并被根据控制单元382给出的控制指令选择性地定相。信号放大和定相类似地发生在收发信机内。收发信机330还包括用于分离所发射信号与所接收信号的双工滤波器。

控制单元380控制收发信机330、基带部分350以及信源编译码器360的操柞。所述控制单元380包括处理器与存储装置，借助所述处理器与存储装置可以执行控制单元内程序化的过程，例如计算操作。

参照图4研究无线电系统内所使用的导频。导频一般被称为无线电系统标准信号，其为发射机与接收机预知，且接收机可以基于其形成无线电信道的信道估计。图4示出了辐射图420、430、432、434、436，其中至少两个具有互不相同的预知极化，且与每一辐射图相关的极化由不同的线条式样象征性地指示。可能会将导频发射到至少两个图4的辐射图420、430、432、434、436，由此使得所述导频与所述辐射图的极化相关。因此，无线电系统使用至少两个导频，每一个所述导频都是由互不相同的预知极化来极化的。图4所示的辐射图420、430、432、434、436可能会部分或完全重叠。在图4中，横轴400代表基站204内的天线波束结构的方位角，而纵轴410代表由基站天线提供的天线放大。图4还示出了位于基站的小区范围内的终端设备202、203。

在一个实施例中，所述导频是特定于小区的导频，其被发射至类似于辐射图420的辐射图，且除了初级扩频码之外，所述导频可能还包括小区范围内的终端202、203共用的固定信道码。小区或是扇区的尺寸通常是借助特定于小区的导频来确定的，这包括诸如接收机的小区选择以及终端设备202、203的切换的操作。特定于小区的导频还通过滑动接收机202、203所使用的译码代码来同步无线电信道。在一个实施例中，借助任何确保小区范围内的导频的最佳可能覆盖区的基本极化将特定于小区的导频尽可能中性地极化。

在第二实施例中，所述导频是特定于波束的，由此每一个导频都会被发射至自身的辐射图430、432、434。除了扩频码之外，通常还借助信道码来编码特定于波束的导频，多个终端设备202、203可使用所述导频。在终端设备202、203内可将所述的特定于波束的导频用于信道估计。在一个实施例中，特定于波束的导频被发射至图4的每一辐射图430、432、434，且终端设备202可被指令为使用具有最有利的极化的导频。所述导频选择例如可以基于极化估计，所述极化估计为基站204基于终端设备202所发射的信号形成的。特定于波束的导频的极化互不相同，且它们是被预先确定的。所述极化的数量和方向被选择为使可用的极化尽可能覆盖不同的极化方向。因此，如果特定于波束的导频的辐射图430、432、434被线性极化，则特定于波束的导频的辐射图430的极化角可以与水平面成45度角，而辐射图432可被水平极化，且辐射图432的极化角可以与水平面成135度角。此外，特定于波束的导频是借助与特定于小区导频的极化不同的极化来发射。因此，与特定于小区的导频相关的辐射图420可被水平极化。

参照图4，所公开的技术方案还可以应用于这样一种情况，即基站203的辐射图的极化可以持续改变，且该辐射图的方向或许可以持续改变，因而可用的极化右向并不仅限于预定的极化。图4的辐射图436代表特定于用户的辐射图，从而可以发射根据终端设备203的需要动态地极化的信号。因此，可以借助特定于小区的导频或是专用导频执行终端设备203的信道估计，所述导频一般是被在分别指向每一用户的数据之间时分地发射。如果已借助加权修改了所发射的专用信号，则专用导频以及特定于小区的导频经历每一个不同信道，这产生了一个问题，即根据特定于小区的导频420形成的信道估计的质量不佳。另一方面，专用导频的信道估计的质量通常也不佳，因为与特定于小区的导频相比，专用导频的总强度通常较低。这一问题会损害无线电系统的性能。为了避免所述的问题，有必要确定一种准则，基于该准则，终端设备203可根据特定于小区的导频或是专用导频形成信道估计。在一个实施例中，终端设备203将信号发射至基站204，基站204确定所接收信号的极化估计，并根据所述极化估计确定极化适配的质量值。基于所述质量值，终端设备被划分为“不良终端设备”或“其它终端设备”。被划分为“其它终端设备”的终端设备203被指令为使用特定于小区的导频。被划分为“不良终端设备”的终端设备203则被指令为使用专用导频，从而使得由基站204发射至终端设备203的信号的极化经历极化控制。在极化控制中，基站204的极化适合于对应于终端设备203的极化。所述类别是基于极化适配的门限值来确定的，且所述门限值可被确定为使被划分为“不良终端设备”的终端设备203的性能提高由于极化控制的存在而大于如果特定于小区导频用于信道估计而未使用所述极化控制所造成的性能降低。终端设备203的速度以及信道的时间分集都可以影响所述门限值。

上述导频系统的实例是UTRAN导频系统，其中初级导频(P-CPICH，初级公共导频信道)对应于特定于小区的导频，其被发射至整个小区区域，而次级导频(S-CPICH，次级公共导频信道)对应于特定于波束的导频，其可在必要时仅被发射至小区区域的一部分。第三种导频的类型包括专用导频，其被在分别指向每一用户的数据之间时分地发射。可以像借助UTRAN系统的初级和次级导频所实施的那样持续发射导频信号，或是像借助UTRAN系统的专用导频所实施的那样以特定间隔时分地发射导频信号。

所公开的技术方案使得极化适配得以实现，其中基站204与终端设备202的极化可被适配为使到达终端设备的信号的极化有利于终端设备202。该技术方案基于这样的构思，即借助由基站204或终端设备202自身所执行的信号测量来指令终端设备202使用有利地极化的导频。在基站204确定将被使用导频的情况下，基站204必须将改变导频的指令发射至终端设备202，这可以通过使用已知控制信道来实施。在一个优选实施例中，导频极化被选择为将所选择导频用作相位基准的业务信道的极化。

参照图5以及图4所示的导频，在一般水平上研究无线电系统的收发信机之间信号的极化以及所述极化的确定。图5示出了第一收发信机500、无线电路径530以及第二收发信机550。信号580被从收发信机500指向收发信机550，而信号590被从收发信机550指向收发信机500。参照图1、2、3和4，第一收发信机500例如位于基站204内，而第二收发信机550位于终端设备202、203内。此外，参照诸如UTRAN、GERAN以及CDMA2000的已知无线电系统，信号580是上述导频中的一种，而信号590是任何由终端设备550发射且可由基站204接收的信号。在所公开的技术方案中，收发信机500包括诸如天线对520、522的天线阵，所述天线阵可被设置为发射并选择性地接收以特定方式极化的信号。天线对520、522的天线520与522对应图1的天线236和238。而收发信机550包括这样一种天线阵，所述天线阵允许发射并接收具有并非必然可控但在所观测时标内保持恒定或近似恒定的极化的信号。所述时标例如被确定为使收发信机550的极化保持100毫秒不变。但为了易于理解说明，收发信机550的天线阵借助天线对570、572来表现。天线对570、572对应图3所示的终端设备202的天线322。在一个实施例中，第二收发信机550包括用于发射与接收正交极化信号的天线阵，从而使得收发信机天线570、572被交叉极化。无线电路径530包括收发信机500、550附近的物理环境，这可能会引起收发信机500、550之间的信号内的吸收、延迟、反射与回波，且每一种所述影响都可能取决于极化。

此外，参照图5研究所公开技术方案的实施例。在所公开技术方案的一个实施例中，第二收发信机550发射由第一收发信机500接收的信号590。此后，第一收发信机500确定所接收信号590的极化估计，并且基于所确定的极化估计从由互不相同的预知极化来极化的两个导频中选择出将被使用的导频580。然后，第一收发信机500可能会通过使用现有技术控制信道来指令第二收发信机550将所选择的导频580用于信道估计。随着极化估计的形成，可能会考虑基于连续信号590测量将信号590的极化暂时改变，并可能选择性地预测传输时刻的导频580的极化。

在另一实施例中，第一收发信机500发射至少两个导频580，每一个所述导频都是由互不相同的预知极化来极化的，且所述导频580由第二收发信机550接收。然后，第二收发信机580确定每一个导频580的极化估计，且将被使用的导频580是在第二收发信机550内基于所确定极化估计从由互不相同的预知极化来极化的至少两个导频中选择的。

上述的极化估计是一个变数，该变数包括关于相对于接收机极化的所接收信号的极化的信息。在更宽泛的意义上，所述极化估计是一组根据所接收信号形成的变数，且该组变数中的至少一个的值取决于所接收信号的极化。

以下将研究理论上的电磁波的极化、极化估计的形成以及极化适配的原理。收发信机500与550之间的信号580和590包括电磁场，所述电磁场的极化被确定为电磁场的电场分量的方向。在此连接中，假设信号580、590的信息内容在无线电路径530上并不发生实质变化，但信号580、590的强度与极化可能改变。一般情况下，在固定的观察点处，例如在天线520、522、570、572的表面上，可借助如下的平面内振动电场矢量E来表示信号580、590的极化：

E(E_V，E_H，δ，ω)＝(u_vE_v+u_HE_He^jδ)e^jωt    (1)

在等式(1)中，E_v和E_H是电磁场的电场分量的大小，u_v和u_H是将被观察的坐标的正交基矢量，δ是矢量u_v和u_H方向上的E的分量之间的相位差，ω是电磁场的角频率，而j是虚数单位。在此连接中，并未在该表达式中注释角频率ω，因为假设它对极化影响很小。方向u_v和u_H是基本极化方向。变数E_v和E_H和σ也可被称为极化参数，因为它们定义信号的极化。注脚V是指垂直方向，而注脚H指的是水平方向，所述注脚例如可根据全球基准来确定。等式(1)表示在位于诸如传输天线或接收天线的固定观察点处的平面上，矢量E所牵曳的极化椭圆是时间t的函数。极化椭圆的一个特殊实例是相位差δ为180度的倍数的情况。因此，极化椭圆将变为极化平面内的直线，其斜率取决于电场分量E_v和E_H彼此的大小。

以下参照图5和公式(1)来研究收发信机500充当发射机而第二收发信机550充当接收机的情况。在发射机500中，根据等式(1)：E(E_V，E_H，δ)来极化信号580。在到达接收机550的天线570、572时，已借助无线电路径530的极化响应效应将信号580的极化E修改为极化E′(E′_V，E′_H，δ′)。在这种情况下，信号580E(E_V，E_H，δ)的垂直分量E_v与水平分量E_H相比在该环境中被更为强烈地吸收，从而使得到达接收机550的信号580主要包括水平极化E′_H。接收机550被设置为接收具有根据等式(1)的极化F(F_v，F_H，σ)的信号580。在这种情况下，接收机550的极化F并非必然对应于到达接收机550的信号580的极化E′，从而必须执行极化适配，借助所述极化适配，发射机500或接收机550或是选择性的两者的极化将被调整为使到达接收机550信号的极化与接收机550的极化具有所需的彼此相关性。在一个实施例中，到达接收机550的信号的极化E′与接收机580的极化F尽可能地相似，这使得极化适配能够将无线电路径对于将被检测信号的影响，以及收发信机500、550的相互位置对于将被检测信号的可能影响最小化。

以下将研究极化适配的数学符号，并将其应用于上述情况。可使用极化适配参数L来表现接收机550的极化F(F_v，F_H，σ)与借助极化E′(E′_V，E′_H，δ)极化的信号之间的兼容性，而所述参数L可借助矢量E′，与F以下述形式来表现：

$L=\frac{|E\′\·F^{*}|}{\left|\right|E\′|\left|F\right||}=\frac{|E_V^{\′}{F}_V+E_H^{\′}{F}_H{e}^{j(\mathrm{\δ}-\mathrm{\σ})}|}{\sqrt{(E_V^{\′2}+E_H^{\′2})(F_V^2+F_H^2)}}---\left(2\right)$

其中F^＊是矢量F的复共轭，|E′|是矢量E′的绝对值，而|F|是矢量F的绝对值。公式(2)是一个数学符号，其代表以两种不同方式极化的信号的相互兼容性。根据公式(2)，在接收机550的极化参数F_V、F_H以及σ被选择为F_V＝E′_V、F_H＝E′_H、σ＝δ时，极化适配参数L将具有最大值。但是，接收机550的极化参数的选择需要天线阵，可借助所述天线阵调整接收机极化。

参照公式(2)和图5，在接收机550的极化F(F_v，F_H，σ)保持实质不变时，也可通过改变发射机500的极化E(E_V，E_H，δ)来执行极化适配。在这种情况下，发射机500的极化E(E_V，E_H，δ)被修改为使信号580的后无线电路径极化E′(E′_V，E′_H，δ)与接收机550的极化F(F_v，F_H，σ)兼容。因此，发射机500必须以一种或另一方法来估计所发射信号580的极化，以实施所述极化适配。发射机500的极化E与接收机550的极化F的适配可以基于接收机550研发射的信号590，该信号是被在发射机500内接收的，且可以根据该信号形成极化估计。接收机550发射具有极化P的信号590，所述极化F被无线电路径530的极化响应效应修改为极化F′。发射机500执行极化F′测量，这例如包括通过测量到达天线520、522的功率来确定至少一个极化参数F_v、F_H或σ。因此，极化估计是至少一个以下参数：F_v、F_H、σ。基于所确定的极化参数，发射机500确定信号580的极化。在一个实施例中，发射机500例如将其传输极化的参数如下设置E_V＝F′_V、E_H＝F′_H、δ＝σ。借助这些参数极化的信号580被发射至接收机550。上述实施例是基于无线电路径530在电磁波的传播方向被倒置时的不变性。以上假设在FDD(频分双工)系统中，下行链路与上行链路频率的差异并不显著影响无线电路径530的极化响应。

此外，参照图5来研究被极化导频的使用与形成。在一个实施例中，收发信机550将被极化的信号590发射至天线对520、522，这可以表示为r＝x_Hu_H+x_Vu_H，其中x_H是水平天线522的信号分量，而x_V是垂直天线520的信号分量。收发信机550的天线对520、522的接收机极化是u_i，从而使得所接收信号y_i将具有形式y_i＝u_i·r＝x_Hu_i·u_H+x_Vu_i·u_V。在一个实施例中，收发信机500被配置为具有预定的一组传输权重u_i，可借助其发射信号，也可能借助其接收信号。极化u_i可被表示为u_i＝c_iHu_H+c_iVu_V，其中系数c_iH与c_iV是复数。此外，极化u_i可被预先固定。使得不同的可能极化u_i的数量为K。于是，由收发信机500发射并可能地接收的信号的极化组有利的是由具有以下形式的极化矩阵PM表示

$\mathrm{PM}=\left(\begin{array}{cc}{u}_1\·u_H& u_1\·u_V\\ u_2\·u_H& u_2\·u_V\\ \·& \·\\ \·& \·\\ \·& \·\\ u_K\·u_H& u_K\·u_V\end{array}\right)---\left(3\right)$

并形成到达天线对520、522的信号x＝(x_V，x_H)^T与映像矢量y＝(y₁，y₂，y_K)^T之间的如下关系

y＝PM·x       (4)

上标T是指矢量或矩阵的转置。每个映像矢量y分量y_i都对应于借助不同极化u_i接收的信号，所述信号的质量取决于关于到达天线对520、522的信号590的极化u_i的极化适配。因此，极化矩阵(3)可被用于分析由收发信机500接收的信号590，以及实施从收发信机500发射的信号580的极化适配。例如可在收发信机204的数字信号处理器内形成单独的链路的极化矩阵。在一个实施例中，从收发信机500发射至收发信机550的信号580的极化适配被实施为使发射机550发射信号590。收发信机500接收信号590并根据公式(3)生成极化矩阵，可借助所述极化矩阵确定映像矢量分量y_i。然后，收发信机500基于所估计的接收功率或噪声电平来选择最佳映像矢量分量y_i。例如可通过根据现有技术方法过滤所接收信号来估计所述判定变数。在一个实施例中，借助以上确定的极化u_i将来自收发信机500的导频580发射至收发信机550，从而使得收发信机550可以根据所述导频580形成信道估计。

在另一实施例中，收发信机500发射一系列借助根据极化矩阵(3)的极化u_i来极化的信号580，所述信号580由接收机550接收。在一个实施例中，信号580为导频。收发信机500确定借助每一极化u_i发射的信号的强度，所述极化u_i在这种情况下充当极化估计。对应于每一所接收信号的极化估计被相互比较，将基于此选择最有利于接收的极化。可能还通过比较代表信号质量的诸如SIR(信干比)估计的变数来比较极化估计。在选择了最有利的极化之后，收发信机550改变为使用被最有利地极化的导频。此外，接收机550可能会使用WCDMA标准的逻辑信道结构或是其它任何为所述目的预订的返回信道将关于所需极化的消息发射至收发信机500。例如可通过使用终端设备202与控制单元380的基带部分来执行上述极化估计的形成。

参照图5，也可以借助二维极化信道模型来表现信号580、590在收发信机对500、550之间的传播，所述模型还考虑了典型的移动电信环境内的信道的衰落与失真。在这种情况下，发射机500发射被在收发信机550内作为信号r接收的符号s。所述信号r可以表示为以下形式

r＝hs+n          (5)

其中信号矢量包括信号分量r_i。信道矢量h包括复信道系数h_i，而噪声与干扰矢量n包括如下的复噪声干扰项，如下所示：

r＝(r₁，r₂，...，r_L)^T        (6)

h＝(h₁，h₂，...，h_L)^T        (7)

n＝(n₁，n₂，...，n_L)^T        (8)

指数L是信道路径的数量。信道路径代表信号的多径传播，这会引起信号内的相位移动、强度改变以及延迟。假设收发信机500起发射机的作用，而收发信机550起接收机的作用，其天线极化方向是u。由于极化方向u是正交矢量跨越的极化平面的映像，所以图5的天线570、572可能被认为是虚拟天线跨越正交极化。因此，得到被接收机550视为如下映像的极化信道hh＝(H_Vu_V+H_Hu_H)·u^＊         (9)

其中u^＊是矢量u的复共扼，且其中

H_V＝w_Vh_VV+w_Hh_HV     (10)

H_H＝w_Hh_HH+w_Vh_VH     (11)

其中w_V与w_H是收发信机500在不同天线分支236、238内所使用的复权重；h_VV是借助垂直极化发射并借助水平极化到达接收机的信号部分；h_HH是借助水平极化发射并借助水平极化到达接收机的信号部分；h_HV是借助水平极化发射并借助垂直极化到达接收机的信号部分；h_VH是借助垂直极化发射并借助水平极化到达接收机的信号部分。所述参数h_VV、h_HH、h_HV、h_VH是矢量，它们的分量是复信道抽头。例如在信道估计中，接收机估计矢量h的信道抽头，极化估计是借助所迷信道抽头形成的。在一个实施例中，收发信机500借助不同极化来发射导频580，这例如可以通过选择权重(W_V，W_H)从而使得一个导频580被借助每一个传输权重对发射。由于借助正交多路传输码发射所述导频，所以收发信机550能够估计借助不同极化分别发射的导频，并从中选择一个就接收而言能够提供最佳结果的极化。然后，收发信机550将最适合的极化或是对应的导频号通知给收发信机500，收发信机500通过使用传输权重来发射指向收发信机550的特定于用户的信息，所述传输权重形成收发信机所选择的极化。在另一实施例中，收发信机500根据所接收信号590来估计收发信机550所使用的极化，并从预定传输权重组中选择形成下行链路传输的最兼容极化的传输权重。上述信道估计例如可被在终端设备202的控制单元380内执行。

尽管以上参照附图的实例描述了本发明，但本发明显然并不仅限于此，而是可以在所附权利要求书公开的发明构思的范围内以各种方法对其进行修改。

Claims (15)

1.一种使用导频的方法，包括：

在第一收发信机(500)中使用至少两个导频(580)，每个所述导频被互不相同的预知极化来极化；

由所述第一收发信机(500)发射至少一个信号；

由所述第一收发信机(500)接收关于所述信号的极化估计的信息；以及

基于所述信息，从被互不相同的预知极化来极化的至少两个导频选择将被使用的导频(580)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于

所述第一收发信机(500)指令另一收发信机(550)使用所选择的导频(580)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于

所述第一收发信机(500)接收来自另一收发信机(550)的信号；

确定极化估计；以及

选择所述导频(580)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于

所述第一收发信机(500)指令另一收发信机(550)使用所选择的导频(580)；以及

使用所选择的导频(580)。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一收发信机(500)

发射至少两个导频(580)，所述两个导频的每一个都被互不相同的预知极化来极化；

接收来自另一收发信机(550)的关于所选择的导频(580)的信息。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于

所述第一收发信机(500)指令另一收发信机(550)使用所选择的导频(580)；以及

使用所选择的导频(580)。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于

所述导频在下述公共导频信道上发射：初级导频信道P-PCIPH、次级导频信道S-PCICH。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于

将所述导频(580)的极化选择为将所选择的导频(580)用作其相位基准的业务信道的极化。

9.一种收发信机，被设置为

使用至少两个导频(580)，每个所述导频被互不相同的预知极化来极化；

发射至少一个信号；

接收关于所述信号的极化估计的信息；以及

基于所述信息，从被互不相同的预知极化来极化的至少两个导频选择将被使用的导频(580)。

10.根据权利要求9所述的收发信机，其特征在于所述收发信机(500)被设置为

指令第二收发信机(550)使用所选择的导频(580)；以及

使用所选择的导频(580)。

11.根据权利要求9所述的收发信机，其特征在于所述收发信机(500)被设置为

接收信号；

从接收到的信号确定极化估计；以及

选择导频(580)。

12.根据权利要求11所述的收发信机，其特征在于

所述收发信机(500)被设置为指令第二收发信机(550)使用所选择的导频(580)；以及

使用所选择的导频(580)。

13.根据权利要求9所述的收发信机，其特征在于

所述收发信机(500)被设置为发射至少两个导频(580)，所述两个导频的每一个都被互不相同的预知极化来极化；

接收来自第二收发信机(550)的关于所选择的导频(580)的信息。

14.根据权利要求9所述的收发信机，其特征在于

所述收发信机(500)被设置为在下述公共导频信道上发射：初级导频信道P-PCIPH、次级导频信道S-PCICH。

15.根据权利要求9所述的收发信机，其特征在于

所述收发信机被设置为将所述导频(580)的极化选择为将所选择的导频(580)用作其相位基准的业务信道的极化。

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