CN101946420A - 使用具有不同极化的多个天线的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种MIMO无线通信设备支持双极化天线运行模式和单极化天线运行模式。根据与通信信道矩阵对应的信噪比信息和/或秩信息来执行天线模式选择。通信设备的一个处理链根据天线模式选择而在第一和第二极化方向天线(例如垂直和水平极化天线)之间进行切换。在各个实施例中，双极化模式有利地用于高SNR用户，而在低SNR环境中，容量受到所接收的功率的限制，使用单极化天线结构，这种结构有时称为空间MIMO结构。

Description

使用具有不同极化的多个天线的方法和装置
技术领域
本发明的各个实施例涉及无线通信设备，具体地说，涉及在通信设备中支持双极化和单极化运行模式的方法和装置。
背景技术
现在人们已经很好地认识到在多输入多输出系统(MIMO)中使用多个天线的重要性。然而，更多的重点在于使用垂直极化的空间天线阵列结构。
尽管已经证明了空间MIMO结构非常有效，但是这种空间结构仍旧存在许多问题。大部分蜂窝式传播情形的特征在于存在较强的主导路径，它会引起空间MIMO信道矩阵秩亏。此外，在尝试使移动设备越来越紧凑时，在空间结构中的内部元件间隔需求限制了移动设备允许的按比例缩小的量。此外，相比垂直极化天线和水平极化天线之间的干扰而言，空间天线阵列引起的干扰更大。因此，由于上述原因中的一个或多个，与使用具有单极化天线方向的空间天线阵列的方式相比，利用不同极化天线的实现方式具有优点。
通过以上论述，期望的是在不损及移动设备的紧凑性和尺寸并且不对使用中的当前系统增加太多复杂性的情况下，开发出增强的方法和装置，以提高在以较强主导路径为特征的传播情形下的用户体验。
发明内容
本文描述了能够使用单极化和双极化天线运行模式来操作通信设备的方法和装置。
极化分集称为信令策略，借此可以同时在正交极化波上发送和接收信息信号。在一个示例性实施例中，通信设备采用具有正交配置的极化单元的双极化天线，以便在基站和/或在移动站带来紧凑的阵列结构。这样的双极化天线结构提供至少2个自由度，即使在具有较强主导组件的传输情形下也是如此。此外，它实现了MIMO信道矩阵的多个单元之间的低关联性，同时具有紧凑的阵列结构。
各个实施例涉及一种无线通信设备，其中采用天线选择技术，从而设备使用经过仔细选择的天线子集。设备在双极化运行模式和单极化运行模式之间切换。在一些实施例中，在双极化运行模式和单极化运行模式之间的选择是基于信道质量估计进行的(例如SNR测量、秩信息和/或信道质量指示符值)，或是响应于天线模式指示符信号进行的。在一些实施例中但不必是所有实施例中，当使用双极化模式时，例如，通过作为发送数据的不同通信管道具有各自极化的每个不同极化天线传送不同数据。在单极化运行模式下，在一些实施例中，使用具有相同极化的2个或更多个天线单元来发送相同数据。在单极化运行模式下，在一些实施例中，多个天线单元共同操作以支持在发送设备和接收设备之间与单极化对应的数据管道。作为另一种选择，在一些实施例中，当信道矩阵的秩是2时(表示可以在接收机处分成2个流)，从不同天线以单极化运行模式来传送2个不同的数据流。
根据各个实施例的一种通信设备(例如接入节点，如基站；或无线终端，如移动节点)，包括：在第一方向极化的第一天线单元；在第二方向极化的第二天线单元，所述第一方向和第二方向相差至少45度；耦合至所述第一天线单元的第一信号处理模块；以及耦合至所述第二天线单元的第二信号处理模块。根据各个实施例的一种用于操作无线通信设备(例如接入节点或无线终端)的示例性方法，包括：在第一时间段期间在双极化天线运行模式下运行；以及在第二时间段期间在单极化天线运行模式下运行，所述第一时间段和第二时间段不同。
尽管在以上发明内容中讨论了各个实施例，但是应该理解，不是所有实施例都必须包括相同特征，上述一些特征不是必要的而是在某些实施例中是期望的。在随后的具体实施方式中讨论了各个实施例的多个附加特征、实施例和优点。
附图说明
图1示出根据各个实施例实现的示例性通信设备。
图2示出根据实施例在所选运行模式下操作通信设备的示例性方法的步骤的流程图。
图3示出根据另一实施例在所选运行模式下操作通信设备的示例性方法的步骤的流程图。
图4示出可以在图1所示的无线通信设备中使用的示例性存储器。
图5是包括支持MIMO操作和天线切换的两个无线通信设备的示例性通信系统，每个设备包括在垂直方向极化的两个天线以及在水平方向极化的一个天线。
图6示出具有空间和双极化结构的2X2MIMO容量。
图7包括这样的示图，其示出根据一个示例性实施例在示例性定时结构中包括评估间隔和数据间隔的示例性间隔序列。
图8包括这样的示图，其示出根据一个示例性实施例在示例性定时结构中包括评估间隔和数据间隔的另一示例性间隔序列。
具体实施方式
图1示出根据各个示例性实施例实现的示例性通信设备200。示例性通信设备200是例如接入节点(如基站)或无线终端(如移动节点)。无线终端有时称为接入终端或端节点。无线通信设备200包括：第一天线202、第二天线204、第三天线206、天线切换模块208、接收/发送(Rx/Tx)切换模块210、第一发射机模块212、第一接收机模块214、第二发射机模块218、第二接收机模块216、天线模式选择模块224、信道质量确定模块234(例如用于估计信道质量的信道估计器模块)、组合模块236、第一符号恢复模块238、第二符号恢复模块240、输入设备242、输入/输出(I/O)接口244、输出设备246、处理器250、存储器单元248、发射机/接收机控制模块247以及输出信号模块249。I/O接口244耦合至输入设备242(例如，键区、麦克风、相机、键盘、鼠标等)和输出设备246(例如，显示器、扬声器等)，所述输入设备242和输出设备246可由用户用于与通信设备200交互。在一些实施例中，描述的是使用多个独立天线；应该理解，作为另一种选择，可使用具有多个天线单元的单个天线组件，来代替多个独立不同的天线。例如，在一些实施例中使用在第一方向极化的第一天线单元、在第二方向极化的第二天线单元以及在第一方向极化的第三天线单元，他们是天线组件的部分。
发射机模块1212包括编码器215和调制器213。编码器模块215处理DT1信息(例如，表示用户数据、控制信号等的信息比特)，生成编码比特，所述编码比特由调制器213用来生成要发送的符号。发射机模块2218包括编码器227和调制器225。编码器模块227处理DT2信息(例如，表示用户数据、控制信号等的信息比特)，生成编码比特，所述编码比特由调制器225用来生成要发送的符号。接收机模块1214包括滤波器217和模数转换器219。滤波器217过滤掉不期望的频率和噪声，然后A/D转换器219将过滤后的模拟信号转换成数字信号。接收机模块2216包括滤波器221和模数转换器223。滤波器221过滤掉不期望的频率和噪声，然后A/D转换器223将过滤后的模拟信号转换成数字信号。
I/O接口244、处理器250、存储器248、输出信号模块249以及发射机/接收机控制模块247经由总线252耦合在一起，各个元件可经由总线252交换数据和信息。存储器248包括例程和数据/信息。处理器250(例如CPU)执行例程，并使用存储器248中的数据/信息来控制通信设备200的操作和实现多种方法(例如图2的流程图100的方法或图3的流程图300的方法)。
在一些实施例中但不必在所有实施例中，通信设备200可具有信道质量指示符(CQI)信号生成模块230，其耦合至信道质量信息传输控制模块232。在各个实施例中，通信设备包括天线模式指示符信号生成模块220，其耦合至天线模式指示符信号传输控制模块222。在一些实施例中，I/O接口244具有例如通过有线或光纤连接将通信设备200耦合至其它设备的连接。
在各个实施例中，天线模式选择模块234包括一个或多个天线模式指示符信号检测模块226和基于信道的天线模式决定模块228。天线模式指示符信号检测模块226用于检测天线模式指示符信号的接收，以及用于恢复表示双极化运行模式和单极化运行模式之一的信息。
在第一方向(例如垂直方向)极化的第一天线202耦合至天线切换模块208。在第二方向(例如水平方向)极化的第二天线204也耦合至天线切换模块208。在第一方向极化的第三天线206也耦合至天线切换模块208。根据来自天线模式选择模块224的切换控制信号，通过天线切换模块208执行第二天线204和第三天线206之间的切换。因此，天线切换模块208用于将第二天线204和第三天线206耦合至信号处理模块(例如接收机模块2216或发射机模块2218)，并且天线切换模块208在任意给定时间选择性地在i)第二天线204和ii)第三天线206中之一与信号处理模块之间传送信号。
第一和第二方向彼此相差至少45度。在一些实施例中，第一和第二方向基本正交。在各个实施例中，第一方向是垂直方向，第二方向是水平方向。
根据来自发射机/接收机控制模块247的控制信号，Rx/Tx切换模块210将天线切换模块耦合至发射机模块(212、218)或接收机模块(214、216)。对于第一天线202，天线切换模块208和RX/TX切换模块210以组合的方式将第一天线202耦合至发射机模块1212或接收机模块1214。
根据来自发射机/接收机控制模块247的控制信号，将在给定时间经由天线切换模块208任意选择的第二天线204或第三天线206经由RX/TX切换模块210耦合至接收机模块2216或发射机模块2218之一。
考虑到将第一天线202耦合至作为信号处理模块的接收机模块1214，以及将第二天线204耦合至作为另一信号处理模块的接收机模块2216，接收机模块(214、216)用于从具有相同频率但具有不同极化的第一和第二接收信号中恢复数据。作为另一种选择，考虑到将第一天线202耦合至作为信号处理模块的发射机模块1212，以及将第二天线204耦合至作为另一信号处理模块的发射机模块2218，发射机模块(212、218)用于生成具有相同频率以不同极化发送的第一和第二信号。
对于一些实施例，通信设备200分别使用第一发射机模块212和第二发射机模块218通过空中链路经由第一极化方向天线(天线202和206(例如垂直极化天线))发送导频信号。例如，在一个这样的实施例中，通信设备200是向无线终端(例如移动节点)发送导频信号以便进行信道估计的接入节点(例如基站)，基于所述信道估计在双极化运行模式和单极化运行模式之间进行初始选择。在各个实施例中，接入节点通过所选的天线发送导频信号，而不考虑运行模式。例如，在单极化模式下，设备200(例如接入节点)通过第一天线202和第三天线206发送导频信号；而在双极化模式下，通信设备200(例如接入节点)通过第一天线202和第二天线204发送导频信号。在一些实施例中，这些被发送的导频信号可以用于判断是否在单极化运行模式和双极化运行模式之间切换。
现在考虑通信设备200是例如无线终端(如移动节点，有时称为接入终端)的示例性实施例。对于一些实施例，接收机(214、216)向信道质量确定模块234(例如信道估计器模块)馈送接收信号(例如包括接收导频信号的接收信号)，以估计信道质量。信道质量确定模块234从接收信号中生成信道质量指示符，这些信道质量指示符包括信噪比值。其它信道质量指示符包括在用于向设备200发送的发射天线和设备200中具有与发射天线相同极化的接收天线之间的信道矩阵的秩信息。其它信道质量指示符包括附加信噪比，例如每对发射天线/接收天线的单独信噪比。在一些实施例中，由信道质量确定模块(例如信道估计器模块234)执行的信道质量估计操作包括：确定多个信噪比(SNR)，计算与通信信道矩阵对应的秩信息，和/或确定其它信道估计信息。
信道质量确定模块234(例如估计器模块)包括SNR子模块251和秩子模块253。信道估计器模块234的SNR子模块251执行SNR测量，例如对应于来自与多个独立通信信道对应的接收机模块的多个独立反馈。信道估计器模块234的秩子模块253确定通信信道矩阵的秩信息(例如秩值)，其与来自接收机模块1214和接收机模块2216两者的信号相对应。
信道质量确定模块234耦合至接收机模块(214、216)，模块234经由接收机模块(214、216)接收用于评估的输入信号。在一些实施例中，信道质量确定模块234还耦合至天线模式选择模块224的基于信道的天线模式决定模块228。在一些这样的实施例中，基于信道的天线模式决定模块228使用来自信道估计器模块234的信道估计信息(例如SNR和/或秩信息)，并判断通信设备200是在单极化运行模式下运行还是在双极化运行模式下运行。将来自决定模块228的决定信号馈送至天线模式指示符信号生成模块220，其生成要传送至与设备200通信的设备的天线模式指示符信号。天线模式指示符信号生成模块220还耦合至天线模式指示符信号传输控制模块222，其生成用于控制发射机模块1212和/或发射机模块2218的传输指示符控制信号，这些发射机模块用于发送所生成的天线模式指示符信号。
天线模式选择模块224包括一个或多个天线模式指示符信号检测模块226和基于信道的天线模式决定模块228。天线模式选择模块224作出关于设备将以哪种模式运行的决定，即，所述模式为i)仅使用第一方向极化天线(例如垂直极化天线)来发送和/或接收信号和数据的单极化天线运行模式；或ii)利用第一和第二方向极化天线(例如水平极化天线和垂直极化天线)两者来发送和/或接收信号和数据的双极化天线运行模式。在模块224选择双极化运行模式时，对天线切换模块208进行控制以便将第二天线204耦合至第二信号处理模块(例如接收机模块2216或发射机模块2218)。在模块224选择单极化运行模式时，对天线切换模块208进行控制以便将第三天线206耦合至第二信号处理模块(例如接收机模块2216或发射机模块2218)。因此，在双极化模式下，第一和第二天线(202、204)上的信号用于支持通信；而在单极化模式下，第一和第三天线(202、206)上的信号用于支持通信。
在一些实施例中，基于以SNR和/或秩的形式由信道估计器提供的信道质量信息，天线模式选择模块224决定出天线运行模式。在这些实施例中，基于信道的天线模式决定模块228负责作出决定。在一些实施例中，在信道质量估计指示第一信道质量时，天线模式选择模块224选择双极化运行模式；在信道质量估计指示比第一质量低的第二质量时，选择单极化运行模式。
在一个这样的实施例中，基于信道的天线模式决定模块耦合至天线模式指示符信号生成模块220。天线模式指示符信号生成模块220生成用于指示所选天线运行模式的指示符信号，所述选择是由设备200执行的。所生成的指示符信号用于传送决定模块228的模式决定。将所生成的指示符信号输入至输出信号模块249。输出信号模块249分别生成通过接收机1传输的数据(DT1)和通过接收机2传输的数据(DT2)，将这些数据输入到发射机模块(212、218)。举例而言，在通信设备200是无线终端的情况下，设备200根据信道估计信息作出天线模式选择决定，并经由指示符信号将此决定传送至接入节点。指示符信号指示双极化天线模式和单极化天线模式之一。
在一些实施例中，信道质量确定模块234(例如估计器模块)耦合至信道质量指示符(CQI)信号生成模块230，其耦合至信道质量信息信号传输控制模块232。信道质量确定模块234通过获得SNR信息、秩信息和/或基于SNR信息和/或秩信息的信息来估计信道质量。将这些信息转发至用于生成CQI指示符信号的CQI信号生成模块230。所生成的CQI指示符信号是用于生成DT1信息和DT2信息的输出模块249的输入，所述DT1信息和DT2信息分别是发射机模块(212、218)的输入。CQI信号传输控制模块232生成CQI传输控制信号，其用于控制发射机模块(212、218)发送所生成的CQI控制信号。因此，信道质量信息传输控制模块232控制信道质量信息的传输，所述信道质量信息包括信噪比值以及以下内容之一，即：i)在用于向设备200发送的发射天线和设备200中包括的具有与发射天线相同极化的接收天线之间的信道矩阵的秩信息；以及ii)附加信噪比信息。举例而言，在通信设备200是无线终端的情况下，设备200估计信道质量信息，生成要传送至接入节点(例如基站)的信道质量指示符信号。接入节点使用从通信设备200(例如无线终端200)接收的信道质量指示符信号，并且接入节点作出关于通信设备200使用哪个天线运行模式的决定。
在一些实施例中，基于由天线模式指示符信号检测模块226检测的天线模式指示符信号的检测结果，天线模式选择模块224决定出天线模式。例如，在以下实例中，通信设备200不作出关于天线运行模式的决定，而是执行在通信设备200远端的设备处作出的决定。例如，在通信设备200是无线终端并且作出天线模式决定的设备是基站的情况下，所述基站将天线模式指示符信号发送至设备200。所述信号经由接收机模块(214、216)接收，随后由模块(236、238和241)处理，并由天线模式选择模块224的检测模块226检测，所述天线模式选择模块224生成切换控制信号并向天线切换模块208发送该切换控制信号，以执行基站的模式决定。
作为另一种选择，在另一实例中，通信设备200是基站，并且在通信系统中使用的协议是这样的协议，即无线终端作出关于天线运行模式的决定并向基站传送该决定。然后，天线模式指示符信号检测模块226检测无线终端天线模式决定。
Rx/Tx切换模块210在发射机/接收机控制模块210的控制下根据设备200需要执行什么操作(即发送还是接收)而在发射机和接收机模块之间进行选择。根据向Rx/Tx切换控制模块247的切换元件提供的控制信号，Rx/Tx切换模块210将执行切换操作，并在接收机模块和发射机模块之间进行选择。
第一接收机模块214通过包括如下的操作来处理从第一天线202接收的信号：利用滤波器217从接收信号中过滤噪声和干扰。然后，将过滤后的信号馈送至A/D转换器219，以将模拟数据转换成数字，用于在数字领域中进行进一步的数据处理。第二接收机模块216通过包括如下的操作来处理从第二天线204或第三天线206接收的信号：利用滤波器221从接收信号中过滤噪声和干扰。然后，将过滤后的信号221馈送至A/D转换器223，以将模拟数据转换成数字，用于在数字领域中进行进一步的数据处理。将来自第一接收机模块214和第二接收机模块216的数字输出馈送到组合模块236，这个组合模块236对来自2个接收机的输出进行组合，然后数据流被分开并馈送至符号恢复模块238和240。然后，可分别从符号恢复模块(238、240)恢复数据流1(DS1)和数据流2(DS2)。在一些实施例中，仅有一个数据流，这样应仅使用一个符号恢复模块。
作为图4的示例性存储器单元400实现的存储器248包括例程和数据/信息，并且将参照图4作进一步详细的讨论。处理器250(例如CPU)执行例程，并使用存储器248中的数据/信息来控制通信设备200的操作和实现多种方法(例如图2的流程图100的方法和/或图3的流程图300的方法)。
图2示出操作通信设备(例如图1的通信设备200)的示例性方法的步骤的流程图100。执行流程图100的方法的通信设备是(例如)无线终端(如移动节点)。通信设备可以在单极化天线运行模式或双极化天线运行模式下运行。示例性方法在步骤102开始，在此执行初始化操作，然后从开始步骤102进行到步骤104。在步骤104，将当前运行模式设置为单极化天线运行模式(例如垂直天线运行模式)。在单极化天线运行模式下，对用于通信的天线在相同方向极化，例如对用于通信的2个天线(如第一天线和第三天线)垂直极化。操作从步骤104进行到步骤106。
在步骤106，对通信设备进行操作以从第二设备(例如基站)接收导频信号。尽管接收导频过程示出为单个步骤(步骤106)，但是导频的接收也可以作为数据运行模式的一部分发生，例如，作为子步骤140和/或子步骤150的一部分或除了步骤140和/或子步骤150之外的其他步骤。步骤106还可包括运行模式的切换，例如，便于在与传送数据信号的先前运行模式不同的运行模式下接收导频。操作从步骤106进行到步骤108。在步骤108，通信设备例如通过获得SNR来估计信道质量。例如，图1的信道质量确定模块234(如信道估计器模块)的SNR子模块251确定与不同信道对应的SNR。在步骤108，信道质量的估计是基于在单极化运行模式下接收的一个或多个导频。可选地，在一些实施例中但不必在所有实施例中，在双极化运行模式期间使用的导频可用于生成在步骤108中生成的多个信道质量估计中的另一个。操作从步骤108进行到步骤110和112。
在步骤110，通信设备生成在发射天线和接收天线之间的信道矩阵的秩信息。例如，信道质量确定模块234的秩子模块253计算信道矩阵的秩值。在子步骤112，通信设备生成信道质量指示符值。例如，图1的CQI信号生成模块230生成信道质量指示符信号。操作从步骤110和112进行到步骤114。
在步骤114，通信设备发送信道质量信息，例如SNR信息、秩信息和/或信道质量指示符(CQI)值。操作从步骤114进行到步骤116。
在步骤116，例如，基于所执行的协议，通信设备判断远程设备是否决定出该通信设备实现流程图100的方法的天线模式。如果远程设备没有决定通信设备的天线模式，则操作从步骤116进行到步骤118；否则，操作从步骤116进行到步骤120。
在步骤118，通信设备基于信道质量信息(例如SNR信息、秩信息和/或信道质量指示符信息)来选择天线模式。在一些实施例中，通信设备基于信道质量估计以及所生成的秩信息两者在双极化天线运行模式和单极化天线运行模式之间进行选择。操作从步骤118进行到步骤122，其中通信设备生成天线模式信号，然后在步骤124，通信设备(例如)通过空中链路向基站发送所生成的天线模式信号，所述基站发送在步骤106接收的导频信号。操作从步骤124进行到步骤126。
返回到步骤120，在步骤120，对通信设备进行操作以接收天线模式指示符信号。然后，在步骤128，通信设备基于所接收的天线模式指示符信号来选择通信设备的天线模式。操作从步骤128进行到步骤126。
在一些实施例中，使用一种可选方案，其中通信设备监控来自远程设备的天线模式指示符信号。如果监控操作没有检测到来自远程设备的天线模式指示符信号，则通信设备基于所估计的信道质量信息来确定天线模式。然而，如果通信设备检测到天线模式指示符信号，则所接收的天线模式指示符信号指示的模式是所选天线模式。因此，在这样的实施例中，通信设备选择天线模式的缺省机制是其自己的信道质量信息的估计；然而，所接收的模式指示符信号可以并且在有时候用作是选择天线模式的主要机制或高优先级机制。
返回到步骤126，步骤126是作出决定的步骤，在步骤126，通信设备判断从步骤118或步骤128选择的运行模式是否为通信设备正在运行的当前模式。如果确定所选模式刚好是当前模式，则操作从步骤126进行到步骤132。如果所选模式与当前运行模式不同，则操作从步骤126进行到步骤130。
在步骤130，通信设备从其当前的运行模式切换到所选运行模式，然后操作进行到步骤132。因此，在步骤130，更新当前模式：(更新的)当前模式＝(步骤118或128的)所选模式。在各个实施例中，将当前模式切换到所选模式包括命令天线切换模块(例如图1的天线切换模块208)改变切换元件的位置。在一些实施例中，在允许无线通信设备在双极化运行模式和单极化运行模式之间切换的预定时间结构中的特定时间点执行切换。
步骤132也是作出决定的步骤，在该步骤，通信设备判断当前运行模式是否为双极化天线运行模式。因此，在步骤132，通信设备基于当前运行模式是双极化运行模式还是单极化运行模式以不同方式继续进行。如果对决定步骤132的回答为是，则操作从步骤132进行到步骤134。然而，如果对决定步骤132的回答为否，则操作从步骤132进行到步骤136。
在步骤134，通信设备在双极化天线运行模式下运行。在这种运行模式下，在第一极性方向(例如垂直方向)极化所使用的天线中的一个(例如图1的第一天线202)，在第二极性方向(例如水平方向)极化所使用的天线中的另一个(例如图1的第二天线204)。步骤134包括子步骤138、140、142和144。在子步骤138，通信设备在发射模式和接收模式之间选择。如果决定步骤138的选择是接收模式，则操作从子步骤138进行到子步骤140；然而，如果子步骤138的决定是发射模式，则操作从子步骤138进行到子步骤142。在子步骤138，通信设备从输出自第一和第二天线的信号中恢复数据，所述第一和第二天线的极化方向彼此相差超过75度。在子步骤142，通信设备从第一和第二天线发送数据。操作从子步骤140或142进行到子步骤144。在子步骤144，通信设备决定其是否应该返回以在双极化模式下作出另一个接收/发送决定，或其是否应该退出和返回并重新考虑其运行模式。如果通信设备在子步骤144决定退出，则操作从步骤134进行到步骤106。然而，如果在子步骤144决定不退出，则操作从子步骤144进行到子步骤138。在一些实施例中，子步骤144的退出决定取决于时间。在一些这样的实施例中，在双极化天线模式和单极化天线模式之间可允许的模式切换速率小于在接收和发送运行模式之间可允许的切换速率。
返回到步骤136，在步骤136，通信设备在单极化天线运行模式下运行。在这种运行模式下，在相同方向极化用于通信的多个天线，例如，在第一(例如垂直)方向极化所使用的图1的第一天线202，在相同的第一(例如垂直)方向还极化另一天线(例如图1的第三天线206)，而不使用在不同方向极化的其它天线。例如，在单极化运行模式下不使用在第二方向(例如水平方向)极化的图1的第二天线204。
步骤136包括子步骤146、148、150和152。在子步骤146，通信设备在发送和接收模式之间选择。如果决定步骤138的选择是接收模式，则操作从子步骤146进行到子步骤150。然而，如果子步骤146的决定是发送模式，则操作从子步骤146进行到子步骤148。在子步骤150，通信设备从输出自在第一方向极化的多个天线的信号中恢复数据，而不使用在不同方向极化的天线的输出。例如，对于图1，通信设备200恢复分别经由第一和第三天线(202、206)接收的数据，而不使用第二天线204的输出。在子步骤148，通信设备从在第一方向极化的多个天线发送数据，而不在以不同方向极化的天线上发送数据。例如，对于图1的设备200，经由在第一方向(例如垂直方向)极化的第一和第三天线(202，206)发送信号，而不经由在第二方向(例如水平方向)极化的第二天线204发送信号。操作从子步骤148或150进行到子步骤152。在子步骤152，通信设备决定其是否应该返回以在单极化模式下作出另一个接收/发送决定，或其是否应该退出和返回并重新考虑其天线运行模式。如果通信设备在子步骤152决定退出，则操作从步骤126进行到步骤106。然而，如果在子步骤152决定不退出，则操作从子步骤152进行到子步骤146。在一些实施例中，子步骤152的退出决定取决于时间。在一些这样的实施例中，在双极化天线模式和单极化天线模式之间可允许的模式切换速率小于在接收运行模式和发送运行模式之间可允许的切换速率。
图3示出对通信设备(例如图1的通信设备200)进行操作的示例性方法的步骤的流程图300。例如，用于执行流程图300的方法的通信设备是接入节点(如基站)。通信设备可以在单极化天线运行模式或双极化天线运行模式下运行。示例性方法在步骤302开始，在此执行初始化操作，并从开始步骤302进行到步骤304。在步骤304，将当前运行模式设置为单极化天线运行模式(例如垂直天线运行模式)。在单极化天线运行模式下，对用于通信的天线在相同方向极化，例如对用于通信的2个天线(如第一天线和第三天线)垂直极化。操作从步骤304进行到步骤306。
在步骤306，通信设备通过使用作为连接点的通信设备(例如基站)向第二设备(例如无线终端)发送导频信号。操作从步骤306进行到步骤308。在步骤308，通信设备接收到信道质量信息，例如，SNR信息、秩信息和/或信道质量指示符值。例如，接收到与不同信道对应的多个SNR。再举一个例子，接收到在发射机天线和接收机天线之间的信道矩阵的秩信息。再举一个例子，接收到信道质量指示符值。操作从步骤308进行到步骤310。
在步骤310，通信设备例如基于所执行的协议来判断远程设备是否决定出实现流程图300的方法的通信设备的天线模式。如果远程设备没有决定出通信设备的天线模式，则操作从步骤310进行到步骤312；否则，操作从步骤310进行到步骤314。
在步骤312，通信设备基于信道质量信息(例如SNR信息、秩信息和/或信道质量指示符信息)来选择天线模式。在一些实施例中，通信设备基于信道质量估计以及秩信息两者在双极化天线运行模式和单极化天线运行模式之间作出选择。操作从步骤312进行到步骤316，其中通信设备生成天线模式信号，然后在步骤318，通信设备通过(例如)空中链路向无线终端发送所生成的天线模式信号，所述无线终端发送在步骤308接收的信道质量信息。操作从步骤318进行到步骤322。
返回到步骤314，在步骤314，对通信设备进行操作以接收天线模式指示符信号。然后，在步骤320，通信设备基于所接收的天线模式指示符信号来选择通信设备的天线模式。操作从步骤320进行到步骤322。
在一些实施例中，使用一种可选方案，其中通信设备监控来自远程设备的天线模式指示符信号。如果监控操作没有检测到来自远程设备的天线模式指示符信号，则通信设备基于所接收的信道质量信息来确定天线模式。然而，如果通信设备检测到天线模式指示符信号，则所接收的天线模式指示符信号指示的模式是所选天线模式。因此，在这样的实施例中，通信设备选择天线模式的缺省机制是其自己基于所接收的信道质量信息的决定；然而，所接收的模式指示符信号可以用作且在有时候用作选择天线模式的主要机制或较高优先级机制。
返回到步骤322，步骤322是作出决定的步骤，在步骤322，通信设备判断从步骤312或步骤320选择的运行模式是否为通信设备正在运行的当前模式。如果确定所选模式刚好是当前模式，则操作从步骤322进行到步骤326。如果所选模式与操作的当前模式不同，则操作从步骤322进行到步骤324。
在步骤324，通信设备从其当前所在的运行模式切换到所选运行模式，然后操作进行到步骤326。因此，在步骤324，更新当前模式：(更新的)当前模式＝(步骤312或320的)所选模式。在各个实施例中，将当前模式切换到所选模式包括命令天线切换模块(例如图1的天线切换模块208)改变切换元件的位置。在一些实施例中，在允许无线通信设备在双极化运行模式和单极化运行模式之间切换的预定时间结构中的特定时间点执行切换。
步骤326也是作出决定的步骤，在该步骤，通信设备判断当前运行模式是否为双极化天线运行模式。因此，在步骤326，通信设备基于当前运行模式是双极化运行模式还是单极化运行模式以不同方式继续进行。如果对决定步骤326的回答为是，则操作从步骤326进行到步骤328。然而，如果对决定步骤326的回答为否，则操作从步骤326进行到步骤330。
在步骤328，通信设备在双极化天线运行模式下运行。在这种运行模式下，在第一极化方向(例如垂直方向)极化所使用的天线中的一个(例如图1的第一天线202)，在第二极化方向(例如水平方向)极化所使用的天线中的另一个(例如图1的第二天线204)。步骤328包括子步骤332、334、336和338。在子步骤332，通信设备在发送模式和接收模式之间进行选择。如果决定步骤332的选择是接收模式，则操作从子步骤332进行到子步骤334；然而，如果子步骤332的决定是发送模式，则操作从子步骤332进行到子步骤336。在子步骤334，通信设备从输出自第一和第二天线的信号中恢复数据，所述第一和第二天线的极化方向彼此相差超过75度。在子步骤336，通信设备从第一和第二天线发送数据。操作从子步骤334或336进行到子步骤338。在子步骤338，通信设备决定其是否应该返回以在双极化模式下作出另一个接收/发送决定，或其是否应该退出和返回并重新考虑其运行模式。如果通信设备在子步骤338决定退出，则操作从步骤328进行到步骤306。然而，如果在子步骤338决定不退出，则操作从子步骤338进行到子步骤332。在一些实施例中，子步骤338的退出决定取决于时间。在一些这样的实施例中，在双极化天线模式和单极化天线模式之间可允许的模式切换速率小于在接收和发送运行模式之间可允许的切换速率。
返回到步骤330，在步骤330，通信设备在单极化天线运行模式下运行。在这种运行模式下，在相同方向极化用于通信的多个天线，例如，在第一方向(例如垂直方向)极化所使用的图1的第一天线202，并且在相同的第一方向(例如垂直方向)还极化另一天线(例如图1的第三天线206)，而不使用在不同方向极化的其它天线。例如，在单极化运行模式下不使用在第二方向(例如水平方向)极化的图1的第二天线204。
步骤330包括子步骤340、342、344和346。在子步骤340，通信设备在发送模式和接收模式之间进行选择。如果决定步骤340的选择是接收模式，则操作从子步骤340进行到子步骤344；然而，如果子步骤340的决定是发送模式，则操作从子步骤340进行到子步骤342。在子步骤344，通信设备从输出自在第一方向极化的多个天线的信号中恢复数据，而不使用在不同方向极化的天线的输出。例如，对于图1，通信设备200恢复分别经由第一和第三天线(202、206)接收的数据，而不使用第二天线204的输出。在子步骤342，通信设备从以第一方向极化的多个天线发送数据，而不在以不同方向极化的天线上发送数据。例如，对于图1的设备200，经由在第一方向(例如垂直方向)极化的第一和第三天线(202、206)发送信号，而不经由在第二方向(例如水平方向)极化的第二天线204发送信号。操作从子步骤342或344进行到子步骤346。在子步骤346，通信设备决定其是否应该返回以在单极化模式下作出另一个接收/发送决定，或其是否应该退出和返回并重新考虑其天线运行模式。如果通信设备在子步骤346决定退出，则操作从步骤330进行到步骤306。然而，如果在子步骤346决定不退出，则操作从子步骤346进行到子步骤340。在一些实施例中，子步骤346的退出决定取决于时间。在一些这样的实施例中，在双极化天线模式和单极化天线模式之间可允许的模式切换速率小于在接收和发送运行模式之间可允许的切换速率。
已经从发送导频信号的示例性接入节点(例如基站)方面描述了图3的流程图，从接收导频信号的示例性无线终端(例如移动节点)方面描述了图2的流程图。然而，在一些实施例中，角色相反并且无线终端发送由基站接收和使用的上行链路导频信号。还应该理解，在一些实施例中，对于接入节点(例如基站)的天线运行模式指的是与特定无线终端的连接，并且在一些这样的实施例中，从接入节点方面看，对于第一无线终端，接入节点(例如基站)可处于双极化运行模式，而对于第二无线终端可处于单极化运行模式。
图4示出可作为图1中所示的无线通信设备200的存储器248的示例性存储器400。存储器单元400经由总线(例如图1的总线252)耦合至其它元件，其中各个元件可经由总线交换数据和信息。存储器单元400包括例程402和数据/信息420。存储器单元400中的例程402和数据/信息420由处理器(例如CPU)用于控制通信设备的操作(例如控制图1的通信设备200)和实现多种方法(例如图2的流程图100的方法或图3的流程图300的方法)。
在一些实施例中，使用存储器400中的一些模块代替图1中所示的相应模块。例如，一个实施例可包括SNR模块416来代替SNR子模块251。在一些实施例中，使用图1中所示的一些模块代替图4中所示的相应模块。例如，一个实施例可使用秩子模块253代替秩计算模块414。因此，一些示出的模块代表可替换的实施例。在一些实施例中，对于至少一些功能，图1中所示的模块与存储器400中的相应模块协作运行，以执行功能或实现方法步骤。例如，在一个实施例中，输出信令控制模块418与输出信号模块249协同工作。在一些实施例中，图1的实例中所示的其它模块(例如模块222、220、224、226、228、230、232、234、236、238、240、247和/或249)的整体或一部分可以被存储器中的模块代替。因此，可使用软件、硬件和/或软件和硬件的组合来实现各个实施例的技术、功能和/或方法步骤。
例程402包括通信例程404和控制例程406。通信例程404执行由包括存储器400的通信设备(例如图1的通信设备200)使用的各种通信协议。控制例程406包括天线切换控制模块408、Rx/Tx切换控制模块410、导频信号生成模块412、秩计算模块414、SNR模块416和输出信令控制模块418。数据/信息420包括发送数据集1422、发送数据集2424、接收数据集1426、接收数据集2428、选择天线模式信息430、信道质量信息432、当前模式信息434、信道质量指示符信号信息436、Rx/Tx定时控制信息438以及天线极化信息440。
在一些实施例中，天线切换控制模块408用于控制天线切换模块(例如图1的天线切换模块208)的操作。天线切换控制模块408基于选择天线模式信息430提供的信息(作为天线模式选择模块224的输出)来控制天线切换操作。当选择某个天线运行模式时，天线切换控制模块408向天线切换模块(例如图1的切换模块208)发送命令信号。基于这个控制命令，天线切换模块208可选择第一和第二天线或可选择第一和第三天线。在一些其它实施例中，天线模式选择模块224直接生成向天线切换模块208发送的切换控制信号。
在一些实施例中，Rx/Tx切换控制模块410控制Rx/Tx切换模块210的操作。基于Rx/Tx定时控制信息438，Rx/Tx模式控制模块408向Rx/Tx切换模块210发送控制信号，以在接收机模块和发射机模块(例如图1的接收机模块(214、216)和发射机模块(212、218))之间切换。在一些实施例中，例如在FDD实施例中，可省略Rx/Tx切换控制模块。
导频信号生成模块412生成要从第一通信设备向第二通信设备发送的导频信号。例如，考虑到存储器400是基站的一部分，导频信号生成模块412生成导频信号，以通过用作连接点的基站发送至无线终端。
秩计算模块414可以在存储器400中实现，以计算在发射天线和接收天线之间的信道矩阵的秩信息。基于信道质量信息(例如SNR或多个SNR值、干扰电平信息等)来计算秩信息。
SNR模块416确定与接收信号对应的SNR，例如与MIMO结构中的第一对天线对应的第一SNR，以及与MIMO结构中的第二对天线对应的第二SNR。
输出信令控制模块418控制输出信号模块249的操作，例如，控制将信道质量指示符信号、天线模式指示符信号、其它控制信号以及用户数据嵌入到数据集1信息和数据集2信息中的操作。
数据/信息420包括用于指示例如基站ID、与基站的各个扇区关联的扇区识别值、天线极化信息等的多个存储信息集(例如存储信息集442)。存储信息集444可包括(例如)对应于不同通信设备的类似信息。数据/信息420还包括作为以下内容的信息，即，要发送的数据集1422、要发送的数据集2424、接收数据集1信息426、所存储的接收数据集2信息428、选择天线模式信息430、信道质量信息432(例如SNR)、当前模式信息434(即关于在包括存储器400的通信设备中当前天线运行模式的信息)、信道质量指示符信号信息436、Rx/Tx定时控制信息438(即关于控制通信设备(包括存储器400)何时进行发送和何时进行接收的信息)。因此，Rx/Tx切换控制模块410根据信息438在可用接收机模块和发射机模块之间切换。数据/信息420还包括天线极化信息436，其包括用于表征和/或标识每个可用天线(例如包括存储器400的设备(如图1的设备200)的第一、第二和第三天线)的极化的信息。
图5是示例性通信系统500的示图，其包括支持MIMO操作和天线切换的两个无线通信设备(502、504)，每个设备(502、504)包括在垂直方向极化的两个天线和在水平方向极化的一个天线。示例性第一通信设备502包括在垂直方向极化的第一天线518、在水平方向极化的第二天线520以及在垂直方向极化的第三天线522。示例性第二通信设备504包括在垂直方向极化的第一天线534、在水平方向极化的第二天线536以及在垂直方向极化的第三天线538。
第一通信设备502包括：用于对输入数据540编码的编码器模块508、第一RF链510、第二RF链512、RF切换模块514以及天线选择模块516。第二通信设备504包括：RF切换模块524、第一RF链526、第二RF链528以及包括天线选择模块532的解码器模块530。
无线信道506存在于第一和第二设备(502、504)之间。无线信道506可以(且有时候)根据无线设备位置、噪声、干扰、障碍、天气条件等随时间变化。
第一和第二通信设备(502、504)是基于示例性通信设备200或其变型的设备。例如，对于第一通信设备502，编码器模块508可通过图1中的输出信号模块249来表示，RF链1510可通过图1中的发射机模块1212来表示，RF链2512可通过图1中的发射机模块2218来表示，RF切换模块514可通过图1中的天线切换模块208表示，天线选择模块516可通过图1的包括天线模式指示符信号检测模块226的天线模式选择模块224表示；天线(518、520、522)可通过图1的天线(202、204、206)表示。
继续该实例，对于第二通信设备504，天线(534、536、538)可分别通过图1的天线(202、204、206)表示，RF切换模块524可通过图1的天线切换模块208表示，RF链1526可通过图1的接收机模块1214表示，RF链2528可通过图1的接收机模块2216表示，解码器模块530可通过图1的以下组合表示：组合模块236、第一符号恢复模块238、第二符号恢复模块240、信道质量确定模块234、包括基于信道的天线模式决定模块228的天线模式选择模块224以及天线模式指示符信号生成模块220。
在图5的实例中，存在一个输入数据流540和一个相应的输出数据流542。在一些实施例中，存在多个(例如2个)输入数据流和2个输出数据流。尽管在所示实施例中示出单个数据输入和数据输出，但是在其它实施例中，可支持多个数据输入和数据输出流。
现在将描述在这个示例性实施例中使用的示例性策略。考虑到图5示出2X2 MIMO链路。用于发送数据流的第一设备502包括两个垂直极化的天线(518、522)和一个水平极化的天线520。用于恢复数据流的第二设备504包括两个垂直极化的天线(534、538)和一个水平极化的天线536。此外，第一设备502包括2个RF链(510、512)，第二设备包括2个RF链(526、528)。作为预期接收机的第二设备504执行以下选择方法：基于所观察的SNR来选择要使用的天线。如果SNR大于预定阈值，则该选择方法的实施方案选择双极化模式。在其它实施例中，在作出模式选择决定时除了SNR信息之外还使用秩信息。生成命令并将其发送至接收机设备504的RF切换模块524以及发送至第一设备502的RF切换模块514，以使用双极化结构，例如第二设备504的天线(536、538)和第一设备502的天线(520、522)。天线选择模块532基于所测量的SNR信息作出决定。切换控制信号544向RF切换模块524传送接收选择设置。将发送选择信号546(例如所生成的天线模式选择信号)从解码器模块530传送至天线选择模块516，所述天线选择模块516检测信号并将切换控制信号548发送至RF切换模块514。在一些实施例中，还将表示天线模式选择的控制信号550发送至编码器模块508，从而根据天线模式选择来使用不同的编码。
然而，如果SNR在阈值以下，则所执行的方法确定要命令第一和第二设备(502、504)通过将RF链之一从水平极化天线切换至当前空闲的垂直极化天线来切换至空间阵列结构。例如，所述切换得到这样的空间阵列结构，其中第一设备502使用天线(518和522)并使天线520闲置，第二设备504使用天线(534和538)并使天线536闲置。通过低带宽反馈信道(见信号546)将切换信息传送到第一设备502，所述第一设备502对于数据流来说是发射机设备。这个策略可以很容易地概括成高阶MIMO结构。
可以(且有时候)基于容量来选择所述选择方法的阈值SNR。如图6的示图600所示，对于考虑的一个示例性结构，对于SNR＞6dB，双极化的MIMO胜过秩亏的空间MIMO信道。在各个实施例中，当确定用于在双极化和单极化运行模式之间进行选择的阈值时，使这个值进行回退(back-off)以解决实施损耗。在传播情形下，如图6所示，在空间MIMO信道实现满秩或几乎满秩并且充分去除相关性的情况下，双极化MIMO结构不提供任何优点。例如，通过在天线选择决定时使用所确定的秩信息来容易地修改所提出的策略以便同样适应这些情形。
空间MIMO结构比其双极化结构具有功率优点。这种功率优点不取决于用来实现天线阵列的内部元件间隔。因此，在移动设备上的2个垂直极化天线不需要被分开较大距离。
在一些实施例中，使用所提出的策略来增加蜂窝式网络中高SNR用户的容量，同时复杂度和成本仅是象征性的增加。高信噪比用户的容量受到自由度的限制，而低SNR用户的容量受到接收信号功率的限制。因此，双极化MIMO结构适用于高SNR环境的用户，而对于低SNR用户而言空间阵列结构是优选的。所提出的示例性策略根据运行SNR来选择适当的MIMO结构。
图7包括示图700，其示出根据一个示例性实施例在示例性定时结构中的示例性间隔序列(评估间隔702、数据间隔704、评估间隔706、数据间隔708、评估间隔710、数据间隔712、评估间隔714、…)。在一些实施例中，在评估间隔不传送业务数据信号(例如不传送用户数据信号)。示例性间隔序列可用在例如实现图1的流程100的方法的通信设备中。在这个示例性实施例中，通信设备在数据间隔期间保持在所选模式下(例如单极化模式和双极化模式之一)，通信设备在所选模式下在数据间隔期间接收和评估导频信号，在数据间隔期间除了业务信号之外还传送所述导频信号。然而，在数据间隔结束时，通信设备切换到相反的运行模式，从而它可在随后的评估间隔期间评估在其它模式下传送的导频信号。然后，在评估间隔之后，通信设备决定出下一个数据间隔的选择模式，并具有一个时机来切换模式。在一些实施例中，关于在数据间隔使用哪种模式的决定取决于在先前数据间隔接收的导频信号以及在评估间隔期间接收的导频信号。使用例如估计的SNR和/或秩信息的信息来作出决定。
箭头(716、720、724、728)利用分别对于随后数据间隔(704、708、712)所执行的切换决定，来标识基于信道估计的切换时机。箭头(718、722、726)标识模式切换的点，从而通信设备可以分别评估与在先前数据间隔(704、708、714)中使用的模式不同的信道状况。
示图750示出出于评估目的的模式切换以及基于信道估计信息的模式切换的一个实例。方框752指示在作为初始评估间隔的间隔702期间，通信设备在单极化运行模式下运行，例如从2个垂直极化天线接收导频信号。基于接收的导频信号来确定信道质量，例如SNR和/或秩信息。在点716，通信设备决定要切换到双极化运行模式，并切换到双极化运行模式。在数据间隔704期间，通信设备保持在双极化运行模式下，如方框754所示。在双极化运行模式期间，通信设备从2个不同极化方向的天线(例如从垂直极化的天线和从水平极化的天线)接收导频信号。然后，在时刻718，通信设备切换到单极化运行模式。方框756表示在评估间隔706期间通信设备在单极化运行模式下运行，例如从2个垂直极化天线接收导频信号。基于信道状况，通信设备决定保持在单极化运行模式下，因此在点720不进行切换。通信设备在数据间隔708期间保持在所选的单极化运行模式下，如方框758所示，并在这个间隔从(例如)2个垂直极化天线接收导频信号。
在点722，对于评估间隔710，通信设备切换到双极化模式，如方框760所示，并且通信设备从第一和第二极化方向天线接收导频信号。在这种情况下，在切换时机724，通信设备选择双极化模式，从而设备在数据间隔712保持在双极化模式下，如方框762所示。在数据间隔712期间，在2个方向极化的天线上接收导频信号。然后，在时刻726，通信设备切换到其它模式(即单极化模式)，并在评估间隔714使用单极化模式，如方框764所示。在点728，通信设备决定进行另一切换并执行另一切换。
在一些其它实施例中，通信设备在每个评估间隔将模式设置为单极化模式，例如不考虑在先前数据间隔中的模式设置。在一些实施例中，通信设备评估在评估间隔期间的2个模式，例如被控制为在评估间隔的第一部分期间处于单极化模式以及被控制为在评估间隔的第二部分期间处于双极化模式。
图8包括示图800，其示出根据一个示例性实施例，在示例性定时结构中的示例性间隔序列(评估间隔802、数据间隔804、评估间隔806、数据间隔808、评估间隔810、数据间隔812、评估间隔814、…)。在一些实施例中，在评估间隔不传送业务数据信号(例如不传送用户数据信号)。示例性间隔序列可用在例如用于实现图1的流程100的方法的通信设备中。
在这个示例性实施例中，基站(例如)根据预定模式在某些评估时间段发送单极化导频，在其它评估时间段发送双极化导频。在评估时间段期间由基站发送的导频可被多个移动装置使用。一个示例性预定模式表示在循环定时结构中的连续的评估时间段，传输在单极化导频和双极化导频之间交替。
接收和评估导频信号的通信设备(例如移动无线终端)知道用于传输的预定模式，因此根据与特定评估间隔对应的指定模式来配置其运行模式。
在这个示例性实施例中，通信设备在数据间隔期间保持在所选模式下(例如单极化模式和双极化模式之一)，通信设备在所选模式下在数据间隔期间接收和评估导频信号，在数据间隔期间除了传送业务信号之外还传送所述导频信号。然而，在数据间隔结束时，将通信设备设置为符合与评估间隔对应的预定模式的运行模式，从而在特定评估间隔它可评估在指定模式下传送的导频信号。如果评估间隔的指定模式与先前数据间隔不同，则通信设备切换模式。
然后，在评估间隔之后，通信设备决定下一个数据间隔的选择模式，并具有用来切换模式的时机。在一些实施例中，关于数据间隔要使用哪种模式的决定取决于在先前数据间隔期间接收的导频信号和/或在评估间隔期间接收的导频信号。使用例如估计的SNR和/或秩信息的信息来作出决定。
箭头(816、820、824、828)根据分别对随后数据间隔(804、808、812)执行的切换决定，标识出基于信道估计的切换时机。箭头(818、822、826)标识出模式设置点，从而通信设备可以对根据评估时间段的预定模式而指定的模式下的信道状况进行评估。
示图850示出出于评估目的进行的模式设置以及基于信道估计信息的模式切换的一个实例。在这个实例中，模式设置在多个连续的评估间隔交替。方框852表示在作为初始评估间隔的间隔802期间，通信设备在单极化运行模式下运行，例如从2个垂直极化天线接收导频信号。基于接收的导频信号来确定信道质量，例如SNR和/或秩信息。在点816，通信设备决定要切换到双极化运行模式，并切换到双极化运行模式。在数据间隔804期间，通信设备保持在双极化运行模式，如方框854所示。在双极化运行模式期间，通信设备从2个不同极化方向的天线(例如从垂直极化天线和从水平极化天线)接收导频信号。
然后，在时刻818，根据预定的评估间隔模式将通信设备设置为双极化运行模式。在这种情况下，由于在先前数据间隔期间无线终端刚好处于双极化模式，所以它保持在双极化模式。在一些实施例中，因为无线终端可以从数据间隔窗口评估导频，所以无线终端可选择忽略评估间隔(例如间隔806)，其中评估间隔的预定指定模式与先前数据间隔模式相同。因此，在这种情形下，无线终端在这样的评估间隔期间可以(且有时候)保存电力或执行不同功能。
方框856表示在评估间隔806期间通信设备在双极化运行模式下运行，例如从第一和第二极化方向天线两者接收导频信号。由于数据间隔804和评估间隔806都处于双极化模式，所以通信设备在下一个数据间隔808期间保持在所选双极化模式，如方框858所示，并在这个间隔期间从(例如)第一和第二极化方向天线接收导频信号。
在点822，对于评估间隔810，通信设备切换到单极化模式，如方框860所示，并且通信设备从2个垂直极化天线接收导频信号。在这种情况下，在切换时机824，通信设备选择单极化模式，从而对于数据间隔812，将设备设置在单极化模式，如方框862所示。在数据间隔812期间，在2个垂直极化天线上接收导频信号。然后，在时刻826，通信设备根据评估间隔使用的预定模式切换到双极化模式，并对于评估间隔814使用双极化模式，如方框864所示。在点828，通信设备做出另一切换决定并执行另一切换决定。
例如，在一些其它实施例中，不考虑在先前数据间隔中的模式设置，对于每个评估间隔，通信设备将模式设置为单极化模式。在一些实施例中，通信设备评估在评估间隔期间的2个模式，例如被控制为在评估间隔的第一部分期间处于单极化模式以及被控制为在评估间隔的第二部分期间处于双极化模式。
可使用软件、硬件和/或软硬件的组合来实现各个实施例的技术。各个实施例涉及装置，例如移动节点(如移动终端)、基站、通信系统。各个实施例还涉及方法，例如用于控制和/或操作移动节点、基站和/或通信系统(例如主机)的方法。各个实施例还涉及机器，例如计算机、可读介质(如ROM、RAM、CD、硬盘等)，其包括用于控制机器执行方法中的一个或多个步骤的机器可读指令。
在各个实施例中，使用一个或多个模块来实现本文所述的节点，所述一个或多个模块用于执行与一个或多个方法对应的步骤(例如，信号处理、决定步骤、消息生成、以信号形式发送消息、切换、接收和/或传输步骤)。因此，在一些实施例中，使用模块实现各个特征。可使用软件、硬件或软硬件的组合来实现这些模块。可使用在机器可读介质(例如存储器设备，如RAM、软盘等)中包括的机器可执行指令(例如软件)来实现以上所述的许多方法或方法步骤，以控制机器(例如具有或不具有附加硬件的通用计算机)(例如)在一个或多个节点中实现上述方法的全部或一部分。因此，具体而言，各个实施例涉及包括机器可执行指令的机器可读介质，所述指令使得机器(例如处理器和相关硬件)执行上述方法的一个或多个步骤。一些实施例涉及包括处理器的设备(例如通信设备)，所述处理器用于执行本发明的一个或多个方法的一个、多个或所有步骤。
在一些实施例中，将一个或多个设备(例如通信设备，如无线终端)的一个处理器或多个处理器(例如CPU)配置为执行本文所述的由通信设备执行的方法的步骤。因此，一些但并非所有实施例涉及具有处理器的设备(例如通信设备)，所述处理器包括与各个所述方法的每个步骤对应的模块，所述方法由包括处理器的设备执行。在一些但并非所有实施例中，设备(例如通信设备)包括与各个所述方法的每个步骤对应的模块，所述方法由包括处理器的设备执行。可使用软件和/或硬件来实现模块。
尽管在OFDM系统的环境中进行描述，但是各个实施例的至少某些方法和装置适用于包括许多非OFDM和/或非蜂窝式系统的大范围通信系统。
根据以上描述，上述各个实施例的方法和装置的多种附加变型对于本领域普通技术人员是明显的。这种变型可认为在本发明的范围内。方法和装置可以(且在各个实施例中)与CDMA、正交频分复用(OFDM)和/或用于在接入节点和移动节点之间提供无线通信链路的各种其它类型通信技术一起使用。在一些实施例中，接入节点实现为使用OFDM和/或CDMA建立与移动节点的通信链路的基站。在各个实施例中，移动节点可实现为用于实现这些方法的笔记本电脑、个人数据助理(PDA)或包括接收机/发射机电路和逻辑和/或例程的其它便携式设备。

Claims (34)

1.一种通信设备，包括：
在第一方向极化的第一天线单元；
在第二方向极化的第二天线单元，所述第一方向和第二方向相差至少45度；
第一信号处理模块，耦合至所述第一天线单元；
第二信号处理模块，耦合至所述第二天线单元。
2.如权利要求1所述的通信设备，其中，所述第一信号处理模块和第二信号处理模块用于执行以下操作之一：
i)从具有相同频率但具有不同极化的第一接收信号和第二接收信号中恢复数据；
ii)生成具有相同频率以不同极化发送的第一信号和第二信号。
3.如权利要求1所述的通信设备，还包括：
在所述第一方向极化的第三天线单元；
天线切换模块，用于将所述第二天线单元和第三天线单元耦合至所述第二信号处理模块，所述天线切换模块在任意给定时间选择性地在以下各项中之一与所述第二处理模块之间传送信号：i)所述第二天线单元，ii)所述第三天线单元。
4.如权利要求3所述的通信设备，还包括：
信道质量确定模块，用于从接收信号生成信道质量指示符，所述信道质量指示符包括信噪比值。
5.如权利要求4所述的通信设备，还包括：
信道质量信息传输控制模块，用于控制信道质量信息的传输，所述信道质量信息包括所述信噪比值以及以下内容之一：i)在用于向所述通信设备进行发送的发射天线和所述通信设备中包括的与所述发射天线具有相同极化的接收天线之间的信道矩阵的秩信息，ii)附加信噪比信息。
6.如权利要求5所述的通信设备，还包括：
天线模式指示符信号检测模块，用于检测天线模式指示符信号的接收以及用于恢复表示双极化运行模式和单极化运行模式之一的信息。
7.如权利要求4所述的通信设备，还包括：
天线模式选择模块，用于根据所生成的信道质量指示符在双极化运行模式和单极化运行模式之间进行选择。
8.如权利要求7所述的通信设备，还包括：
天线模式指示符信号生成模块，用于生成表示所选天线运行模式的信号；
天线模式指示符信号传输控制模块，用于控制所述天线模式指示符信号的传输。
9.如权利要求4所述的通信设备，
其中，当选择所述双极化运行模式时，控制所述天线切换模块以便将所述第二天线单元耦合至所述第二信号处理模块；
其中，当选择所述单极化运行模式时，控制所述天线切换模块以便将所述第三天线单元耦合至所述第二信号处理模块。
10.如权利要求9所述的通信设备，
其中，所述第一方向是垂直方向；
其中，所述第二方向是水平方向。
11.如权利要求2所述的通信设备，还包括：
天线模式选择模块，用于根据所接收的信道质量信息在双极化运行模式和单极化运行模式之间进行选择；
其中，当选择所述双极化运行模式时，来自所述第一天线和第二天线的信号用于支持通信；
其中，当选择所述单极化运行模式时，所述第一天线单元和所述第三天线单元用于支持通信。
12.如权利要求2所述的通信设备，其中，所述通信设备是收发器，所述通信设备还包括：
发射机/接收机模式控制模块，用于控制所述通信设备在发送运行模式还是在接收运行模式下运行；
天线模式选择模块，用于根据所接收的信号在双极化运行模式和单极化运行模式之间进行选择；其中，所述天线模式选择模块基于所述天线模式指示符信号来选择所述双极化运行模式或单极化运行模式。
13.如权利要求12所述的通信设备，其中，所接收的信号是天线模式指示符信号。
14.如权利要求12所述的通信设备，
其中，所接收的信号是用来进行信道质量估计的信号；
其中，当所述信道质量估计指示第一信道质量时，所述天线模式选择模块选择所述双极化运行模式；当所述信道质量估计指示第二信道质量时，所述天线模式选择模块选择所述单极化运行模式，所述第二信道质量比所述第一信道质量低。
15.如权利要求14所述的通信设备，还包括：
天线模式指示符信号生成模块，用于生成指示所选天线运行模式的信号；
天线模式指示符信号传输控制模块，用于控制所述天线模式指示符信号的传输。
16.一种操作无线通信设备的方法，该方法包括：
在第一时间段期间在双极化天线运行模式下运行；
在第二时间段期间在单极化天线运行模式下运行，所述第一时间段和第二时间段不同。
17.如权利要求16所述的方法，还包括：
基于以下各项中之一在所述双极化天线运行模式和所述单极化天线运行模式之间进行选择：i)信道质量估计，ii)所接收的天线模式指示符信号。
18.如权利要求17所述的方法，还包括：
当所述选择步骤在所述双极化天线运行模式和所述单极化天线运行模式中选择与所述无线通信设备正在运行的当前运行模式不同的一个运行模式时，在所述双极化天线运行模式和所述单极化天线运行模式之间进行切换。
19.如权利要求18所述的方法，其中，当所述选择是基于信道质量估计时，该方法还包括：
生成在用于向所述无线通信设备进行发送的发射天线和所述无线通信设备中包括的与所述发射天线具有相同极化的接收天线之间的信道矩阵的秩信息；
基于所述信道质量估计和所生成的秩信息两者，在所述双极化天线运行模式和所述单极化天线运行模式之间作出选择。
20.如权利要求19所述的方法，还包括：
通过空中链路发送天线模式指示符信号。
21.如权利要求18所述的方法，其中，当所述选择是基于所接收的天线模式指示符信号时，所述选择包括：
检测由所接收的天线模式指示符信号指示的天线运行模式；
选择由所接收的信号指示的天线运行模式。
22.如权利要求17所述的方法，
其中，当选择所述双极化运行模式时，该方法还包括：
从第一和第二天线输出的信号中恢复数据，所述第一和第二天线的极化方向彼此相差超过75度；
其中，当选择所述单极化运行模式时，该方法还包括：
从在第一方向极化的多个天线输出的信号中恢复数据，而不使用在不同方向极化的天线的输出。
23.如权利要求22所述的方法，其中，所述第一方向和第二方向分别是垂直方向和水平方向。
24.如权利要求17所述的方法，
其中，当选择所述双极化运行模式时，该方法还包括：
从第一天线和第二天线发送数据，所述第一天线和第二天线的极化方向彼此相差超过75度；
其中，当选择所述单极化运行模式时，该方法还包括：
从在第一方向极化的多个天线发送数据，而不在不同方向极化的天线上发送数据。
25.如权利要求18所述的方法，其中，在预定定时结构中的特定时间点执行所述切换，在所述特定时间点允许所述无线通信设备在所述双极化运行模式和所述单极化运行模式之间进行切换。
26.一种通信设备，包括：
用于在第一时间段期间在双极化天线运行模式下操作所述设备的模块；
在第二时间段期间在单极化天线运行模式下操作所述设备，所述第一时间段和第二时间段不同。
27.如权利要求26所述的设备，还包括：
基于以下各项中之一在双极化天线运行模式和所述单极化天线模式之间进行选择的模块：i)信道质量估计，ii)所接收的天线模式指示符信号。
28.如权利要求27所述的设备，其中，当所述选择步骤在所述双极化天线运行模式和所述单极化天线运行模式中选择与所述无线通信设备正在运行的当前运行模式不同的一个运行模式时，在所述双极化天线运行模式和所述单极化天线运行模式之间进行切换。
29.一种包含机器可执行指令的计算机可读介质，所述指令用于控制设备执行一种方法，该方法包括：
在第一时间段期间在双极化天线运行模式下运行；
在第二时间段期间在单极化天线运行模式下运行，所述第一时间段和第二时间段不同。
30.如权利要求29所述的计算机可读介质，其中，该方法还包括：
基于以下各项中之一在所述双极化天线运行模式和所述单极化天线运行模式之间进行选择：i)信道质量估计，ii)所接收的天线模式指示符信号。
31.如权利要求30所述的计算机可读介质，其中，该方法还包括：
当所述选择步骤在所述双极化天线运行模式和所述单极化天线模式中选择与所述无线通信设备正在运行的当前运行模式不同的一个运行模式时，在所述双极化天线运行模式和所述单极化天线运行模式之间进行切换。
32.一种无线通信设备，包括：
处理器，用于控制所述设备执行以下操作：
在第一时间段期间在双极化天线运行模式下运行；
在第二时间段期间在单极化天线运行模式下运行，所述第一时间段和第二时间段不同。
33.如权利要求32所述的设备，其中，所述处理器还用于：
基于以下各项中之一在所述第一运行模式和第二运行模式之间进行选择：i)信道质量估计，ii)所接收的天线模式指示符信号。
34.如权利要求33所述的设备，其中，所述处理器还用于：
当所述选择步骤在所述第一运行模式和第二运行模式中选择与所述无线通信设备正在运行的当前运行模式不同的一个运行模式时，在所述双极化天线运行模式和所述单极化天线运行模式之间进行切换。
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