CN1121099C - 使用发射天线分集的移动通信系统的信道通信设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于使用发射天线分集的移动通信系统的信道通信设备和方法。基站通过至少两个天线在第一和第二间隔上交替发射在公用信道上的数据。移动台估计交替切换的公用信道和用户信道之间的时间关系并测量与第一和第二间隔相对应的接收信号的功率。移动台将对应于第一间隔的信号的功率与对应于第二间隔的信号的功率相比较选择具有较强功率的天线，并告知基站所选的天线。基站通过被选择的天线发射专用信道。

Description

使用发射天线分集的移动通信系统 的信道通信设备和方法

                         技术领域

本发明一般涉及移动通信系统，更具体地说，本发明涉及使用发射天线分集的信道通信设备和方法。

                         背景技术

CDMA(码分多址)移动通信系统已经制定了一种称之为IMT-2000的基于话音的移动通信标准，它不但能够高速发射话音而且能够高速发射数据。IMT-2000标准提供了诸如高质话音、运动图象和互联网检索之类的服务。在CDMA移动通信系统中，移动台和基站之间的通信路径被分类成：前向链路，数据通过前向链路从基站发射到移动台中；反向链路，数据通过反向链路从移动台发射到基站中。

前向链路的容量随着业务量增大要求大得多的增益。如果移动台缓慢移动，那么，与非发射天线分集相比，前向链路上的发射天线分集具有大约1-7dB的增益，这意味着系统的容量可以增大2-3倍。当移动台的接收器不能获得足够的路径分集并且当移动台的移动速度缓慢时系统的性能得到极大提高。

发射天线分集表明，从基站发射的信号到达移动台所经过的路径被多路复用，在基站的信号发射功率相同的条件下，这样可以提高接收信号的可靠性。从这个意义上来看，此路径意味着不仅仅是一条空间上的路径，而且是一条可以将信号从发射端传输到接收端的物理路径，例如，此路径可以是发射天线的方向、发射信号的偏振、发射天线的位置、在频率轴上的不同载波频率和在时间轴上的不同时间发射点。TSTD(时间切换发射分集)可以作为发射分集的一个例子，在TSTD中，基站含有一组天线，待通过发射器输出的信号由一个切换器来选择，从而多路复用从基站到达移动台所经过的路径。

参考图1，图1显示了一种传统的TSTD发射器。信号映射电路111接收编码用户数据和长码的组合信号，并映射接收信号的电平，也就是说，信号映射电路111将输入信号“0”变换成“+1”和将输入信号“1”变换成“-1”。串行至并行转换器113将信号映射电路111输出的串行信号转换成并行信号并分开输出奇信号和偶信号。乘法器115和117分别将串行至并行转换器113输出的偶信号和奇信号与正交码Wm相乘。乘法器115和117用来将所需的用户信号调制(或扩展)到正交码。沃尔什(Walsh)码可以用作正交码。复PN(伪噪声)扩展器119利用PN序列PN_I和PN_Q扩展从乘法器115和117输出的正交调制信号。控制器120利用TSTD生成用来将发射信号分配到一组天线中的切换控制信号。

由从控制器120提供的切换控制信号控制的切换器121有一个与复PN扩展器119的I-信道和Q-信道扩展信号输出端点相连接的公用端点，一个与LPF(低通滤波器)123和125相连接的第一输出端点和一个与LPF127和129相连接的第二输出端点。切换器121通过切换控制信号将复PN扩展器119输出的扩展信号切换到两对LPF123和125和LPF127和129的某一对之中。

LPF123和125低通滤波通过切换器121输出的I-信道和Q-信道PN扩展信号。乘法器131和133分别将LPF123和125的输出与载波频率信号相乘，输出上变换的频率信号。加法器141将乘法器131和133输出的信号相互相加在一起。相加信号通过发射天线A发射出去。

LPF127和129低通滤波通过切换器121输出的I-信道和Q-信道PN扩展信号。乘法器135和137分别将LPF127和129的输出与载波频率信号相乘，输出上变换的频率信号。加法器143将乘法器135和137输出的信号相互相加在一起。相加信号通过发射天线B发射出去。

除了TSTD之外，还有一种STD(选择性发射分集)，在STD中，移动台测量从两个发射天线接收到的导频的功率强度，将它们的相对比值与一个阈值进行比较，然后，周期性地将天线选择信号发射到基站中。然后，基站通过移动台所选择的、具有较好接收性能的那一个天线发射数据。

参考图2，图2显示了一种传统的STD发射器。信道编码器211编码待发射的数据。卷积编码器或涡式(turbo)编码器可以用作信道编码器211。交织器212交织信道编码器211输出的符号以防止猝发错误。多路复用器(MUX)213多路复用导频符号、发射功率控制位(TPC)、速率信息(RI)和经交织器212交织的数据。串行至并行转换器214映射输入信道信号并将映射信号转换成并行信号，例如，串行至并行转换器214将输入信号“0”转换成“+1”和将输入信号“1”转换成“-1”并以并行方式分开输出奇信号和偶信号。乘法器215、225和235分别将串行至并行转换器214输出的并行信道信号与相对应的正交码相乘。加法器216将乘法器215、225和235输出的正交调制信号全部相加在一起。复扩展器217利用PN序列PN_I和PN_Q扩展加法器216的输出。切换器218通过控制器提供的天线选择信号(AS)切换复扩展器217的输出。天线选择信号是由来自移动台的天线切换指令来确定的。基带滤波器219和220低通滤波切换器218切换的I-信道和Q-信道扩展信号。

图3是显示在没有使用发射天线分集的传统异步移动通信系统中在基站和移动台之间交换的信号的结构的示意图。参考标号301表示由移动台(MS)接收的前向置位(perch)信道。置位信道包含一个用于时间同步的检索码。这个检索码用来确定移动台属于那一个蜂窝式小区组以便获得时隙同步和帧同步。也就是说，移动台利用置位信道的检索码获得帧同步和时隙同步，并利用基站提供的时间偏移获取专用物理信道信息。移动台测量导频符号的相位和功率估计出信道状态。参考标号302表示由移动台接收的前向专用物理信道(DPCH)。专用物理信道是专门指定给用户的通信信道(或专用控制信道)。在置位信道和专用物理信道之间存在一个时间偏移T_Frame+T_Slot。这里，T_Frame表示一个时隙单位的偏移，T_Slot表示一个符号单位的偏移。参考标号303表示由移动台发射的反向专用物理信道。在反向专用物理信道中，在每个时隙上都按时间多路复用导频符号和TPC。在前向专用物理信道和反向专用物理信道之间存在0.25ms的偏移。

图4是显示在传统异步移动通信系统中当含有数个天线的基站利用STD发射专用物理信道时在基站和移动台之间交换的信号的结构的示意图。参考标号401表示由天线1发射并由移动台接收的前向置位信道，参考标号411表示由天线2发射并由移动台接收的前向置位信道。置位信道包含用于时间同步的检索码。带斜线的方块代表导频符号。移动台测量导频符号的相位和功率以确定两个天线中的那一个天线具有较大的信道畸变。移动台选择用来发射专用物理信道的天线并告知基站所选的天线。参考标号402表示通过天线1发射到移动台的前向专用物理信道，参考标号412表示通过天线2发射到移动台的前向专用物理信道。在置位信道和专用物理信道之间存在着时间偏移T_Frame+F_Slot。参考标号403表示由移动台发射的反向专用物理信道。在反向专用物理信道中，在每个时隙上都按时间多路复用导频符号和TPC。此外，在反向专用物理信道中，在第四个时隙上穿孔TPC并将天线切换指令(ASC)插入穿孔的位置之中。移动台将ASC插入其中的专用物理信道发射到基站。然后，基站通过ASC所选择的相应天线发射专用物理信道。在图4中，天线每隔4个时隙被选择一次。

由此可见，在传统STD中，通过使用随着天线的不同而不同的代码，可以连续发射其中同步信道被按时间多路复用的置位信道，使得移动台能够将基站发射的一组天线信号区分开。由于置位信道是通过两个天线来发射的，从而增大了发射功率，但是，却降低了基站的容量，并且，由于根据不同的天线使用了不同的导频，使系统变得复杂化了。

                         发明内容

本发明的一个目的是提供一种当在CDMA通信系统中含有一组天线的基站利用STD发射专用信道时，通过基站有效地发射用来选择发射天线的公用信道(置位信道和公用物理信道)的通信设备和方法。

本发明的另一个目的是提供一种在异步移动通信系统中考虑信道之间的时间偏差来控制天线切换的通信设备和方法。

为了达到本发明的这些目的和其它目的，本发明提供了一种应用于使用发射天线分集的移动通信系统的信道通信方法，该方法包括下列步骤：基站通过至少两个天线在第一和第二间隔上交替发射在公用信道上的信号；移动台测量与第一和第二间隔相对应的接收信号的功率；移动台将对应于第一间隔的信号的功率与对应于第二间隔的信号的功率相比较选择具有较强功率的天线，并告知基站所选的天线；和基站通过被选天线发射专用信道。

                         附图说明

通过结合附图对本发明进行如下详细说明本发明的上述和其它目的、特征和优点将更加显而易见，在附图中，

图1是现有技术TSTD发射器的方块图；

图2是现有技术STD发射器的方块图；

图3是显示在没有使用发射天线分集的现有技术异步移动通信系统中基站和移动台之间交换的信号的结构的示意图；

图4是显示在现有技术异步移动通信系统中当利用STD发射专用物理信道时基站和移动台之间交换的信号的结构的示意图；

图5是显示在根据本发明的异步移动通信系统中当利用STD发射专用物理信道时基站和移动台之间交换的信号的结构的示意图；

图6是在根据本发明的异步移动通信系统中移动台获得专用物理信道的帧同步的过程的流程图；和

图7是在根据本发明的异步移动通信系统中移动台确定基站的发射天线的过程的流程图。

                         具体实施方式

从现在开始，参考附图对本发明的优选实施例进行说明。在如下的说明中，对那些众所周知的功能或结构不再作详细说明，因为这些不必要的细节会使本发明的特征显得模糊不清。

图5显示了在根据本发明的异步移动通信系统中当基站利用STD发射专用物理信道时基站和移动台之间交换的信号的结构。

参考图5，参考标号501表示通过天线1发射到移动台的前向置位信道。置位信道包含用于时间同步的检索码。带斜线的方块表示导频符号。从这里开始，将置位信道称为公用信道。基站切换一组天线以时隙为单位交替发射公用信道。也就是说，基站在时隙1、时隙3、时隙5、…上通过天线1发射公用信道，在时隙2、时隙4、时隙6、…上通过天线2发射公用信道。移动台在4个时隙的时间间隔内接收公用信道，将两个奇数时隙上的公用信道的功率相加在一起和将两个偶数时隙上的公用信道的功率相加在一起，确定那一个天线用较好信道状态发射信号。基站根据移动台提供的天线切换指令(ASC)选择天线并通过所选择的天线发射专用物理信道。参考标号502表示移动台接收的前向专用物理信道。在图(图5)中，移动台在4个时隙的时间间隔内通过天线1接收专用物理信道和在下一个4个时隙的时间间隔内通过天线2接收专用物理信道。如果ASC指定当前正在通信的天线，那么基站通过当前正在通信的天线发射专用物理信道而无需进行切换操作。参考标号503表示移动台发射的反向专用物理信道。在第四个时隙上穿孔TPC并将ASC插入穿孔的位置之中。移动台将ASC插入其中的专用物理信道发射到基站。然后，基站通过根据ASC的相应天线发射专用物理信道。在本优选实施例中，天线每隔4个时隙被选择一次。

如上所述，基站通过周期性地切换天线1和天线2来发射公用信道，并通过每隔4个时隙根据移动台提供的ASC切换天线来发射专用物理信道。

在异步移动通信系统中，在公用信道(置位信道、同步信道)与专用物理信道(PDCH)之间存在着一个时间偏移T_Frame+T_Slot，如图5所示。这里，T_Frame表示一个时隙单位的偏移，T_Slot表示一个符号单位的偏移。在如下的说明中，假定每一个具有625μs长度的16个时隙构成10ms长度的一帧，还假定每隔1个时隙周期性地进行用来发射置位信道的天线切换和每隔4个时隙根据移动台提供的天线切换指令(ASC)进行用来发射专用物理信道的天线切换。移动台通过测量接收公用信道的功率生成ASC，使得基站能够选择发射专用物理信道的天线。为了确定每个天线的信道状态，公用信道的功率是在几个时隙的时间间隔内进行测量的。在本发明的优选实施例中，公用信道的功率是在四个时隙(即每个天线两个时隙)的时间间隔内进行测量的。

功率测量时间先于专用物理信道切换时间。也就是说，在公用信道上用来确定ASC的4-时隙功率测量时间间隔要比在专用物理信道上的天线切换组(ASG)时间间隔早一个时隙。当在4个时隙的时间间隔内测量公用信道的功率时，移动台将两个奇时隙(时隙1和时隙3)上公用信道的功率与两个偶时隙(时隙2和时隙4)上公用信道的功率进行比较以确定天线选择号(ASN)。综合考虑ASN和信道间的时间偏移来确定ASC。在确定ASC时顾及时间偏移的原因是，即使没有将天线区分开的指标也能控制天线切换。

现在对确定ASC的处理过程进行说明。在接收专用物理信道之前，移动台按照图6所示的过程获得置位信道的帧同步和专用物理信道的帧同步。参考图6，在步骤611，移动台获得公用信道的帧同步。然后，在步骤613，移动台计算公用信道与专用物理信道之间的时间偏移T_Frame+T_Slot。移动台利用时间偏移信息接收专用物理信道。在步骤615，移动台获得专用物理信道的帧同步。然后，在步骤617，移动台通过一个同步字确认专用物理信道的帧同步。

到此，如果移动台已经获得了帧同步并知道公用信道与专用物理信道之间的时间偏移T_Frame+T_Slot，那么，按照图7所示的过程就可以确定ASC。

参考图7，在步骤713上定义的参数具有如下的含义。

一起始偏移(offset_start)表示与专用物理信道的起始时隙相对应的公用信道的时隙数。

一天线选择号(ASN)是通过在4个时隙的时间间隔内将在偶时隙上的功率与在奇时隙上的功率进行比较获得的。举例来说，如果在奇时隙上的功率大于在偶时隙上的功率，那么，将ASN设置为“0”，否则，将ASN设置为“1”。

一天线切换检验值(ASV)是一个用来核实是否通过移动台选择的天线发射专用物理信道的参数。

一阈值(Thresh_Error)表示当通过不是移动台选择的天线接收专用物理信道时所产生的错误的阈值。

一天线切换指令(ASC)表示一个选择通过图7所示的过程所获得的基站发射天线的指令。ASC被插在反向专用物理信道的TPC的特定位置之中。

在步骤715，移动台计算满足方程1的N(＝0、1、2、…、15)

方程1：

N×625μsec≤T_Frame+T_Slot＜(N+1)×625μsec

在步骤717，移动台将offset_start设置为方程1计算的N。在步骤719，移动台测量公用信道的功率。奇时隙功率是通过将第一时隙上的功率与第三时隙上的功率相加获得的，偶时隙功率是通过将第二时隙上的功率与第四时隙上的功率相加获得的。

在步骤721，移动台将奇时隙功率与偶时隙功率进行比较。如果奇时隙功率大于偶时隙功率，则在步骤723将ASN设置为“0”，否则，在步骤725将ASN设置为“1”。移动台通过方程2生成ASC：

方程2：

ASC＝ASN(offset_start％2)这里，表示异或运算，％表示求模运算。

也就是说，通过对ASN和起始偏移除以2所得的余数进行异或运算来确定ASC。这样的一种ASC确定方法使得即使在没有将天线区分开的指示的情况下也能通过使用时间偏移信息来控制天线切换。

举例来说，在图5中，假定天线1比天线2具有更好的信道状态，由于奇时隙功率大于偶时隙功率，移动台将ASN设置为“0”。此外，由于公用信道与专用物理信道之间的时间偏移T_Frame+T_Slot接近一个时隙(即，N＝1)，起始偏移被设置为1。因此，ASC＝ASN(offset_start％2)＝0(1％2)＝1。如果ASC为1，则基站选择天线1来发射专用物理信道，如果ASC为0，则基站选择天线2来发射专用物理信道。因此，通过具有较强功率的时隙的位置，和公用信道与专用物理信道之间的时间偏移的近似值除以天线数所得的余数(模数)，就能确定ASC。

在生成ASC之后，移动台将其中包含ASC的反向专用物理信道发射到基站。然后，基站根据ASC切换发射专用物理信道的发射天线或者保持原来的发射专用物理信道的发射天线。

在发射ASC之后，移动台进行核验处理，核实是否通过所选择的天线接收专用物理信道。在步骤729，移动台对专用物理信道的所有时隙都进行特定导频式样校验以确定ASV是否等于ASC。在步骤731，移动台校验ASC与ASV不相等的几率Pr是否大于阈值Thresh_Error。如果是“是”，在步骤733，移动台将结果告知基站以便使基站改变到按照固定式样切换发射天线的预定(PD)模式。如果几率Pr并不大于阈值Thresh_Error，过程返回到步骤719测量时隙功率。除了考虑时间偏移的处理之外，根据本发明的分集发射方法适用于基站之间的同步系统。

因此，在基站之间的异步移动通信系统中，当基站通过一组天线发射信道时，没有必要根据不同的天线使用不同的代码。这样，有限的代码得到充分地利用。并且，由于公用信道是通过周期性的天线切换来发射的，与所有天线的连续发射相比，节约了电能消耗，同时也增加了基站的容量。

虽然通过结合本发明的某一个优选实施例已经对本发明进行了图示和说明，但是，熟悉本技术的人员应该认识到，对本发明所作的在形式上和在细节上的各种改动均不偏离如所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围之外。

Claims (29)

1.一种用于使用发射天线分集的移动通信系统的信道通信方法，该方法包括下列步骤：

基站通过至少两个天线在第一和第二间隔上交替发射在公用信道上的信号；

移动台估计交替切换的公用信道和用户信道之间的时间关系；

移动台测量与所述第一和第二间隔相对应的接收信号的功率；

所述移动台通过将对应于所述第一间隔的信号的功率与对应于所述第二间隔的信号的功率相比较选择具有较强功率的天线，并告知基站所选的天线；和

所述基站通过所述被选天线发射专用信道。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述公用信道是置位信道。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述置位信道包含用于时间同步的检索码。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述专用信道是专用物理信道。

5.如权利要求1所述的方法，其中在所述公用信道和所述专用信道之间存在着时间偏移。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述时间偏移是一个时隙单位的偏移和一个符号单位的偏移之和。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述选择天线的步骤包括如下步骤：

检验与所述专用信道相重叠的所述公用信道的时隙数；

测量功率并将对应于奇时隙的所述第一间隔上的功率与对应于偶时隙的所述第二间隔上的功率相比较；

当所述第一间隔上的功率大于所述第二间隔上的功率时，将天线选择号设置为“0”，当所述第二间隔上的功率大于所述第一间隔上的功率时，将所述天线选择号设置为“1”；和

对所述天线选择号和所述时隙数除以天线数所得的余数进行异或运算确定天线切换指令。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述天线切换指令是被插在反向专用信道的特定位置中的。

9.如权利要求1所述的方法，还包括如下步骤：

利用所述专用信道的导频式样核实是否通过所述移动台所选择的天线发射所述专用信道；和

当出错几率大于阈值时，将用来请求使天线切换到预定模式的模式改变指令发射到所述基站。

10.一种用于在使用发射天线分集的移动通信系统中含有至少两个天线的基站的信道通信方法，该方法包括下列步骤：

通过至少两个天线在第一和第二间隔上交替发射在前向公用信道上的数据；和

通过移动台发射的天线切换指令所选择的天线发射在前向专用信道上的数据。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述公用信道是置位信道。

12.如权利要求10所述的方法，其中所述专用信道是专用物理信道。

13.如权利要求10所述的方法，其中在所述公用信道和所述专用信道之间存在着时间偏移。

14.如权利要求10所述的方法，其中所述天线切换指令是被插在反向专用信道的特定位置中的。

15.一种用于在使用发射天线分集的移动通信系统中让移动台选择基站的发射天线的方法，所述方法包括如下步骤：

检验与前向专用信道相重叠的前向公用信道的时隙数；

测量公用信道中的时隙功率，并将对应于奇时隙的第一间隔上的时隙功率与对应于偶时隙的第二间隔上的功率相比较；

当所述第一间隔上的功率大于所述第二间隔上的功率时，将天线选择号设置为“0”，当所述第二间隔上的功率大于所述第一间隔上的功率时，将所述天线选择号设置为“1”；和

对所述天线选择号和所述时隙数除以天线数所得的余数进行异或运算确定天线切换指令，并在反向专用信道上将确定的所述天线切换指令发射到所述基站。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述公用信道是置位信道。

17.如权利要求15所述的方法，其中所述专用信道是专用物理信道。

18.一种在使用发射天线分集的移动通信系统中的含有至少两个天线的基站设备，该设备包括：

通过至少两个天线在第一和第二间隔上交替发射在前向公用信道上的数据的公用信道发射器；和

通过从移动台接收到的天线切换指令所选择的天线发射在前向专用信道上的数据的专用信道发射器。

19.如权利要求18所述的基站设备，其中所述公用信道是置位信道。

20.如权利要求19所述的基站设备，其中所述置位信道包含用于时间同步的检索码。

21.如权利要求18所述的基站设备，其中所述专用信道是专用物理信道。

22.如权利要求18所述的基站设备，其中在所述公用信道和所述专用信道之间存在着时间偏移。

23.如权利要求18所述的基站设备，其中所述天线切换指令是被插在反向专用信道的特定位置中的。

24.一种用于使用发射天线分集的移动通信系统的信道通信设备，该信道通信设备包括：

基站：基站含有至少两个天线，通过至少两个天线在第一和第二间隔上交替发射在前向公用信道上的数据和通过从移动台接收到的天线切换指令所选择的天线发射在前向专用信道上的数据；和

移动台：移动台接收通过所述前向公用信道传送的数据，测量分别对应于所述第一间隔和第二间隔的接收数据的功率，并将所述天线切换指令发射到所述基站用来在所述至少两个天线中选择具有较好信道状态的天线。

25.如权利要求24所述的信道通信设备，其中所述公用信道是置位信道。

26.如权利要求25所述的信道通信设备，其中所述置位信道包含用于时间同步的检索码。

27.如权利要求24所述的信道通信设备，其中所述专用信道是专用物理信道。

28.如权利要求24所述的信道通信设备，其中在所述公用信道和所述专用信道之间存在着时间偏移。

29.如权利要求24所述的信道通信设备，其中所述天线切换指令是被插在反向专用信道的特定位置中的。

Images