CN101689906B - 用于在无线通信系统中提供开环分集的装置和相关方法 - Google Patents

Abstract

一种用于向开环MIMO通信方案提供发射分集的装置和相关方法，其中，开环MIMO通信方案例如是蜂窝系统中的点对多点广播服务。广播数据的多个数据流是通过发送站的发射分集天线来广播的。对分离的数据流的数据符号进行相移，以便在相位上彼此偏移。一旦移相器对数据流的数据符号可选地进行相移，施加器就将数据流施加于相应小区的发送节点。

Description

用于在无线通信系统中提供开环分集的装置和相关方法

技术领域

本发明总体涉及一种有利于开环MIMO(多输入多输出)通信系统(例如，基于小区的OFDM(正交频分复用)无线通信系统)中的数据通信的方式。更具体地，本发明涉及用于形成由相同数据构成的多个流的装置和相关方法，其中，对每个数据流中的数据符号进行相移或使其相对于每个其他数据流中的对应数据符号发生改变，以增强其分集。每个数据流或其加权组合形成输入至MIMO通信系统中的输入。该数据还被提供给多个无线基站，在每个无线基站处以相同方式形成为多个流以增强分集，然后在相应的多个小区中被广播。 

数据的相移引入了分集，该分集是在无需闭环反馈的情况下提供的。由数据的相移提供的开环分集尤其有助于执行PTMP(点对多点)(即，广播)服务。 

背景技术

全世界的相当大部分的居住区内已经安装了各种无线通信系统的网络基础设施。蜂窝通信系统是典型的无线通信系统，其基础设施被广泛部署，并且其用途广泛。尽管蜂窝通信系统最初主要用于执行语音通信服务，但越来越多地，蜂窝通信系统能够执行更加数据密集型的通信服务。多媒体通信服务以及其他数据密集型通信服务越来越多地通过蜂窝或类蜂窝通信系统来执行。 

蜂窝广播服务属于对于下一代蜂窝通信系统来说可执行或推荐的通信服务。广播服务是PTMP(点对多点)通信服务，其中，数据由网络基础设施进行广播，并可由多个移动台来接收。移动台可位于广播数据的广播(即，覆盖)区内的任何位置处。网络广播节点与各个独立移动台之间的通信条件是非理想的。另外，通信信道上的通信条件是时变的。衰落条件以及其他条件干扰数据通信。 

依照其他类型的通信服务(例如，PTP(点对点)通信服务)的数据通信也易受到相同类型的失真的影响。并且，已经作出很大努力来提供用于克服或补偿这种失真的影响的方式。有时利用各种闭环反馈方案。在闭环方案中，接收站向发送站提供关于通信信道条件的信息。并且，响应于此，发送站推选出为了克服或补偿失真要采用何种方式来最佳地进行数据通信。随着通信条件的改变，完全响应于通信条件的这种改变，通信方案的闭环性质允许发送站再次改变数据通信的方式。数据通信的功率电平以及对数据进行调制和编码所用的调制和编码方案属于发送站可适配于通信条件的方式。 

然而，闭环方案不是很适合广播(即，点对多点)通信服务，这是由于数据被广播至多个接收站。每个接收站(这里是移动台)处于不同位置，并很可能接收到在显示出不同通信条件的通信信道上的广播数据。 

在一种现有PTMP方案中，选择保守的调制和编码方案(MCS)，以最佳地确保以允许移动台恢复广播数据的信息内容的方式将广播数据通信至移动台。一旦选择了MCS，网络就向移动台警告所选的方案。警告的信令是例如层3信令。如果网络察觉到通信条件允许通信方案中的调制发生改变，则相应地改变该方案。然而，对最保守MCS状态的使用不允许吞吐率增大，而如果通信条件良好并且代之以使用另一MCS，则吞吐率可能增大。 

在另一现有提议中，利用按需选择。网络向移动台询问各独立移动台的SINR(信噪比)条件以获得信道条件。并且，响应于此进行选择。或者，网络发送用于标识所选MCS的警报，并且，如果所选MCS不适于移动台(例如由于通信条件)，则向移动台提供以“不同意”响应进行应答的机会。 

然而，这些现有方案以及其他方案没有很好地提供对通信系统的通信能力的良好优化。 

相应地，用于提供PTMP服务，以更好地补偿非理想通信信道条件的改进方式因此将是有益的。 

根据该背景信息，已演进出对本发明的显著改进。 

附图说明

图1示出了本发明的实施例可操作于其中的无线通信系统。 

图2示出了形成图1所示无线通信系统的一部分的收发器基站。 

图3示出了依照本发明实施例的操作而形成的示例相移矩阵W的表示，其中该操作是对依照PTMP通信服务而广播的数据来执行的。 

图4示出了表示本发明实施例的操作流程的流程图。 

图5示出了表示本发明实施例的操作方法的方法流程图。 

具体实施方式

相应地，本发明有利地提供了有利于开环MIMO通信系统(例如，基于小区的OFDM无线通信系统)中的数据通信的装置和相关方法。 

通过本发明实施例的操作，提供了一种用于形成多个数据流的方式，其中，每个数据流中的数据符号是例如通过相移或交织来操作的，以相对于每个其他数据流中的对应数据符号而有所不同。 

通过本发明实施例的另一操作，数据被提供给多个无线基站，例如限定一组相邻小区的无线基站。数据在每个基站处以相同方式形成为多个流以增强数据的分集。并且，所述多个流是由无线基站中的每一个在其各自小区中通信的。 

在本发明的一方面，数据的相移引入分集，所述分集是在无需闭环反馈的情况下提供的。当在OFDM或其他提供PTMP通信服务的无线通信系统中实现时，通信得到改进。 

在本发明的另一方面，由数据的相移提供的开环分集有利于在移动台处更好地接收所通信的数据，而无论移动台位于数据广播的覆盖区内的任何地方。 

在本发明的另一方面，提供了包括相同数据的多个数据流。在发射分集天线处对相同但相移后的数据流进行广播，从而提供位于这种数据广播的检测范围内的移动台。移动台在移动台的分集接收天线处检测所通信的数据流。在分离的小区处，在相同的资源单元上传输分离的流。在OFDM系统中，例如，在相同的OFDM子载波上对数据流 进行广播。对多个数据流可选地进行加权、可选地进行合并、或不进行加权和合并，将该多个数据流应用于发射分集天线。 

在本发明的另一方面，被提供给不同发射分集天线的数据流的数据符号相对彼此发生相移。也就是说，在第一发射分集天线处提供的数据流的数据符号具有第一相位，应用于第二发射分集天线的数据流的对应数据符号在相位上与其存在偏移(即，包括广播信息在内的系统信息包括对对数据进行广播的系统输入的标识)，第m个分集发射天线以另一相移量发生相移。即，在该方面，分离的数据流没有混合在一起。通过对分离的数据流的数据符号进行相移来提供分集。对于被提供给m个天线的m个数据流，对分离的数据流的对应数据符号执行递增的相移。当针对两个分离的发射分集天线提供两个数据流时，这两个数据流彼此偏移例如90°。包括分离的数据流的数据符号在内的结式矩阵从而形成正规化矩阵。当提供更大数目的数据流时，形成附加数据流的数据符号的90°递增偏移。 

在本发明的另一方面，一旦对数据流中的数据符号进行相移，就对该数据符号可选地进行合并以及可选地进行加权，然后将该数据符号提供给发射分集天线。也就是说，应用于发射天线的信号包括来自多于一个数据流的成分。并且，应用于不同发射天线的信号进一步可选地由数据流的不同合并以及数据流的加权来形成。 

在本发明的另一方面，所提供的数据流由编码后且调制后的数据符号形成。 

在本发明的另一方面，一旦将调制信号在相位上彼此偏移(例如通过多输入施加器)，就独立地或以组合的方式将该调制符号施加于基站的间隔开的分集天线。在分离天线的分离广播实体处对数据流的广播将分集引入所发射的数据中，而无需闭环通信。 

在本发明的另一方面，产生信令并将该信令发送至移动台，以向移动台警报借以对数据符号进行相移的相移参数。该信令包括例如层3信令。信令标记还包括例如其他参数，例如，数据流的数目、发射天线的数目等等。 

在本发明的另一方面，向多个小区(即，位于不同小区且限定不 同小区的基站)提供相同数据。对应的相移操作是在分离的小区处执行的。并且，在分离的小区处，通过相应的资源单元来对分离的流进行通信。在OFDM系统中，例如，数据流是在相同的OFDM子载波上广播的。 

因此，提供了一种开环分集技术，以有利于广播服务在蜂窝通信系统(例如，基于OFDM的多小区通信系统)中的成功通信。要通信的数据的相移提供了分集，该分集提高了对所通信的数据的信息内容进行恢复的可能性。 

因此，在上述和其他方面，提供了用于在根据MIMO(多输入多输出)通信方案的多个系统输入处对由调制符号形成的数据进行通信的装置和相关方法。符号移相器适于接收数据的调制符号。符号移相器被可选地配置为对调制符号进行相移。多输入施加器被配置为将由符号移相器可选地在相位上偏移的调制后的符号施加于多个系统输入。 

因此，首先参照图1，在10处总体示出的无线通信系统提供了与图中所示的多个移动台中的移动台12的无线通信。移动台被允许移动，即移动性。也就是说，在不同时刻，移动台可位于不同位置，包括通信系统的覆盖区内的不同位置。通信系统所涵盖的区域包括多个小区14，其中每个都由基站收发器(BTS)16限定。在图1中，第一基站收发器16-1与第一小区14-1相关联并限定第一小区14-1，第二基站收发器16-2与第二小区14-2相关联并限定第二小区14-2。在实际通信系统中，典型地，限定了较大数目的蜂窝区，其中每个都与基站收发器相关联。向MIMO操作提供了具有间隔开的分集发射天线18的基站收发器以及具有间隔开的分集接收天线20的移动台。发射天线中的每一个限定广播节点。 

在示例实施方式中，通信系统包括：OFDM(正交频分复用)通信系统，对在其上限定了通信信道的子载波进行限定。在不同小区中重用子载波。依照其他通信协议而构造的蜂窝通信系统是类似地表示的。尽管以下描述以通信系统10的实施方式作为OFDM系统来描述示例操作，但该操作类似于并代表其他类型的蜂窝通信系统以及其他通 信系统。 

通信系统能够执行面向多个移动台12的点对多点(PTMP)通信服务(即，广播服务)。在至少一个所提议的基于OFDM的系统中，依照广播服务性能的通信数据广播是在多个小区(例如，多个相邻小区)中同时广播的。通过多个相邻小区中的这种广播，来减小小区间的干扰。分离的小区中的广播是例如在相同的资源单元(即，不同小区中的相同OFDM子载波)上执行的。广播服务MBMS(多媒体广播多播服务)是不利用自适应调制和编码(AMC)的开环方案。每个小区中作为多个数据流进行通信的通信数据是以相同信息速率传输的。由于通信方案的开环性质，使得闭环反馈不可用，借助闭环反馈可以选择通信数据的通信参数，以便于最佳地将数据广播至移动台。 

向通信系统的网络基础设施提供了在信息源22处发源的信息。在信息源处发源的信息比特(“信息比特”)通过线路24被提供给基站16-1和16-2。图1还示出了控制元件25。控制元件控制基站16的各个操作并向基站16提供各种控制信号。基站以类似方式进行操作，并且每一个基站包括本发明实施例的装置27。如以下更充分描述的装置27提供了多个数据流(每个表示信息比特)，作为在小区14中广播的多个输入。数据流是以将分集引入所通信的数据中的方式形成的。以开环方式引入分集，而无需从移动台12进行反馈。 

图2示出了一组基站，基站16-1和16-2，其为基站16的实体，其中每一个更详细地包括装置27。这里，再次，线路24延伸至每个基站。示出了基站16-1的功能元件。基站16-2的功能元件是类似的。这里，在其上形成了信息比特的线路24延伸至编码器26。编码器进行操作以对接收到的信息比特进行编码并在线路28上产生编码后的比特。编码后的比特被提供给调制器32。调制器32进行操作以对被提供给调制器32的、编码后的数据比特进行调制并在线路34上形成调制后的符号。延伸至编码器和调制器元件的线路36和38分别是应用于相应实体的代表性控制输入，以控制在相应元件处执行的编码和调制操作。 

在其上形成了符号的线路34延伸至本发明实施例的装置27。装置27由可采用任何期望的方式实现的功能实体形成，该功能实体例如包括可由处理电路或者其固件或硬件等价物执行的算法。这里，该装置包括：IFFT(快速傅立叶反变换)44，耦合至被提供了由调制器32形成的调制后符号的线路34。该装置还包括分集创建器，这里被标识为移相器。分集创建器还将原始流分割为MIMO传输的多个流。在其他实施方式中，以不同方式实现分集创建器，例如利用交织器，类似地以创建分集。耦合了移相器48，以接收由IFFT 44在线路52上形成的变换后的符号，并在线路54上将相移后的值提供给多输入施加器/混合器56。线路58在施加器/混合器56与独立发射天线18之间延伸。这里，线路58延伸至两个天线18。线路59代表被提供给施加器/混合器以控制其操作的控制信息。

该装置还包括：层3实体广播信息实体64，在层3产生被提供给位于层3下面的逻辑层的且被通信至移动台的广播信息。由实体64产生的广播信息向移动台12提供信息，便于由移动台检测依照蜂窝广播服务的通信数据广播。这里，向被表示为广播信息实体的层3实体提供与由移相器44执行的相移有关的信息以及其他通信标记，这里被指示为通过线路68提供给发生器，并且，在线路70上表示所产生的信令。该信息还包括：指示符，指示是否针对MBMS通过MIMO方式来向小区传输。 

在操作中，由IFFT形成的变换后的符号被提供给移相器，并且移相器形成由调制后的符号的输入序列构成的多个相同的数据流。也就是说，移相器还包括形成多个数据流(这里是第一数据流和第二数据流)的数据流分离器的功能或者形成该数据流分离器的实体。移相器改变连续数据流的相位，以对连续数据流的数据符号的相位进行偏移。例如，由此形成的第一数据流由移相器不经相移地传递，同时，移相器将第二数据流的数据符号偏移第一相位量。附加数据流将其数据符号偏移其他量，使得在线路52上产生的每个数据流的对应数据符号在相位上彼此偏移。在图1所示的示例实施例中，形成了两个数据流，每个分集天线一个。数据流中的一个是不经相移就传递的，而数据流中的第二个与第一数据流在相位上偏移。具体地，数据流的每个数据符号相对于未偏移的数据流的对应数据符号偏移了90°。在通过小区而广播的多个数据流上引入相移提供了分集，以便于当移动台接收到数据时恢复数据的信息内容。施加器将数据流路由，或使数据被施加至发射天线。这里，施加器形成第一数据流施加器和第二数据流施加器，以将拷贝施加于分集天线。施加器例如包括加权元件和混合器。加权元件执行加权操作，而混合元件执行混合操作。如果需要，以期望的方式对数据流进行混合或组合，并以混合的形式将该数据流施加于天线。如果需要，将混合流的不同组合施加于不同天线。 

例如，控制元件25(图1所示)向基站指示要在数据流上引入的相位或其他分集。 

接下来转至图3，在82总体示出的图形表示示出了图2所示的装置27的移相器48的操作所引入的相移。这里，第一数据流(流1)的两个数据符号是以向量的形式表示的。也就是说，向量W1和W1’表示第一数据流的一对(这里是连续的)数据符号。并且，向量W2和W2’表示第二数据流的对应数据符号。向量W2的数据符号对应于向量W1的数据符号。并且，数据符号W2’对应于数据符号W1’。相对于彼此的相应向量定向和旋转指示：将第二数据流的数据符号相对于第一数据流的对应数据符号旋转90°。 

在示例实施方式中，相对于彼此预设了相位旋转(即，偏移)，这里预设为90°。在该实施方式中，如果使用附加数据流，则还将附加数据流偏移附加的90°相位旋转。并且，表示82的查阅指示：第一个流的数据符号被视为没有任何相移，而第二个流的数据符号被视为由向前相移了第一个递增相移，数学上由Θ_m(k)表示，其中k是OFDM符号索引(基于时间)，m是天线索引。相移矩阵W表示数据流的数据符号，并且，当相移是90°旋转时，矩阵W是正规化的。对于所描述的两个流的系统，如图所示，这两个流的相移偏移了90°。并且，具体地，图2所示的表示示出了M-PSTD构思，其中M＝2。 

层3实体——广播信息实体64(图2所示)产生了标识相移量的信息信号。这里，信号指示了90°相移。提供了附加信息(例如在相同信息信号中)，以便于移动台检测广播数据以及恢复其信息内容。附加信息例如包括用于标识数据流的数目的参数、通过其对数据进行换能 的发射天线的数目、以及其他适当的信息。如果该几何结构并非对所有小区都是良好的，则可以进一步选择不在数据通信中使用MIMO技术。该信息还被信号通知给移动台，全都是为了便于在多个数据流中对所通信的数据进行精确RF组合。在示例实施方式中，将信息信号作为层3信令进行通信。 

图4示出了在92处总体示出的流程图，表示本发明实施例的操作流程。首先，如框94所示，提供了要依照广播通信服务进行广播的通信数据的信息比特。然后，如框96所示，确定应当将数据提供给多少个发射天线。在一个实施方式中，发射天线的数目是预设的数目。然后，如框98所示，确定相移量，并如框102所示设置初始相移。在一个实施方式中，相移量也是预设的。然后，如框104所示，将第一数据流偏移初始相移。在示例实施方式中，初始相移是0°，并且第一相移偏移也是0°。 

然后，如判决框106所示，确定是否要发送附加数据流。如果要发送，则采用“是”分支到框108，将初始相移递增，并采用路径回到框104，并且将下一个数据流相移递增的相移量，这里是90°。执行迭代，直到在判决框106确定不存在更多数据流。采用“否”分支到框112，并使数据流被施加于图1所示的发射分集天线18。如前所述，在被施加于天线之前或者作为施加于天线的一部分，可选地对数据流进行混合和加权。当数据流被通信至移动台时，接收天线20检测该数据流，以形成系统的多个输出。移动台的电路在重组器处重新合并检测到的数据符号，在解调器处执行解调，并在解码器处执行解码，其中，重组器、解调器和解码器在其接收链中串联。 

图5示出了在122处总体示出的方法流程图，表示本发明实施例的操作方法。该方法便于在依照MIMO通信方案的多个系统输入处对由调制符号构成的数据进行通信。 

首先，如框124所示，可选地对所选数据流的调制符号进行相移。然后，如框126所示，将另一数据流的调制符号施加于多个系统输入中的第一系统输入。另一数据流由非相移的调制符号形成。 

然后，如框128所示，将所选数据流的相移后符号施加于多个系 统输入的第二系统输入。并且，如框132所示，将第一数据流和第二数据流广播(即，输入)至系统中。 

该方法还包括：如框134所示，发送标识与相移有关的相移信息以及MIMO能力信息的广播信息。并且，该方法包括以下操作：如框136所示，在无线设备处检测广播信息。并且，如框138所示，检测到的数据流用于恢复数据的信息内容。 

由于数据符号的相移，引入了分集以利于恢复广播数据的信息内容。并且，在点对多点通信方案中，相移不需要难以处理的或消耗带宽的闭环反馈信息。 

Claims (9)

1.一种用于同时通过多个小区对由通信符号形成的数据进行通信的多小区通信系统，包括：

第一符号分集创建器，在第一小区处实现，并适于接收调制符号的流，所述符号分集创建器被配置为将调制符号的流分离为第一子流和第二子流，所述第一符号分集创建器被配置为将第一子流的符号的相位改变第一相位量，以产生相移后的第一子流；

第一多输入施加器，被配置为接收第一子流和第二子流，并将第一子流施加于第一分集天线，将第二子流施加于第二分集天线；

广播信息产生器，适于广播信息，所述信息指示由所述第一符号分集创建器执行的相移；

第二符号分集创建器，在第二小区处实现，并适于接收调制符号的流，所述第二符号分集创建器被配置为将调制符号的流分离为第三子流和第四子流，所述第二符号分集创建器被配置为将第三子流的符号的相位改变第一相位量，以产生相移后的第三子流；以及

第二多输入施加器，被配置为接收相移后的第三子流以及第四子流，并将相移后的第三子流施加于第二小区中的第三分集天线，将第四子流施加于第二小区中的第四分集天线；

其中，相移后的第一子流和相移后的第三子流是分别在第一小区和第二小区中的第一对应资源单元上广播的，第二子流和第四子流是分别在第一小区和第二小区中的第二对应资源单元上广播的。

2.根据权利要求1所述的多小区通信系统，其中，相移后的第一子流和相移后的第三子流是以第一方式广播的，第二子流和第四子流是以第二方式广播的，所述广播信息包括与第一方式和第二方式有关的信息。

3.根据权利要求1所述的多小区通信系统，其中，所述符号分集创建器是一种移相器，将第一子流的相位相对于第二子流的相位偏移90度。

4.根据权利要求3所述的多小区通信系统，其中，MIMO通信方案还包括：OFDM正交频分复用方案，在多个系统输入中的每个系统输入处定义了OFDM信道；并且，所述移相器对调制符号的相移包括对所述多个系统输入的OFDM信道上的调制符号进行相移。

5.一种用于依照多小区通信系统的MIMO通信方案对由调制符号形成的数据进行通信的方法，所述多小区通信系统具有由无线通信系统的第一小区、第一和第二分集天线以及第二小区，所述第二小区具有第三分集天线和第四分集天线，所述方法包括以下操作：

将调制符号的流分离为第一子流和第二子流；

将第二子流的调制符号相对于第一子流的调制符号进行相移；

将第一子流的调制符号施加于第一分集天线，数据子流由非相移的调制符号形成；以及

将第二子流的相移后的符号施加于第二分集天线；

在第二小区处将调制符号的流分离为第三子流和第四子流；

将第四子流的调制符号相对于第三子流的调制符号进行相移，施加于第四子流的相移等于施加于第二子流的相移；

将第三子流的调制符号施加于第三分集天线，第三子流由非相移的调制符号形成；

将第四子流的相移后的符号施加于第四分集天线；

分别在第一小区和第二小区中的第一对应资源单元上对第一子流和第三子流进行广播，并分别在第一小区和第二小区中的第二对应资源单元上对第二子流和第四子流进行广播；以及

广播信息，所述信息指示应用于所述第二子流和所述第四子流的相移。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括发送广播信息的操作，所述广播信息标识与所选数据流的调制符号的相移有关的相移信息。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括在无线设备处检测所述广播信息的操作。

8.根据权利要求5所述的方法，还包括以下操作：在无线设备处检测在所述对第一子流和第三子流以及第二子流和第四子流进行广播期间广播的第一子流和第二子流中的至少一个。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下操作：在无线设备处恢复数据的信息内容。

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