CN1160973C - 数据传输的方法和无线电通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在无线电通信系统中传输数据，其中在一个基站和至少一个其它的无线电站之间存在一个连接的各信号用的无线电接口，在此在上行方向上使用一个第一载频而在下行方向上使用一个第二载频用于数据传输，这些载频相互处在一个预定的比例之中。对于该无线电站的此连接，在一个传输帧内首先沿上行方向进行对有用数据的传输并且随后沿下行方向进行对有用数据的传输，训练序列也随这些有用数据被传输，并且从沿上行方向传输的各信号中确定所述连接用的空间上的信道性能，使用这些信道性能在下行方向上用于此连接的射束成形。在进行下行方向上的发射之前，因此可以首先确定上行方向上的各信道条件。从而改善了各无线电通信系统中的数据传输。

Description

数据传输的方法和无线电通信系统

技术领域

本发明涉及经一个无线电接口进行数据传输的方法和一无线电通信系统，尤其是用于带有下行方向上的自适应射束成形的无线电接口或各其它的涉及下行方向的措施。

背景技术

在各无线电通信系统中借助于电磁波经介于发射的和接收的无线电站(基站或移动站)之间的一个无线电接口传输通信信息(例如语音，图像信息或其它的数据)。在此用位于为各自系统安排的频带中的各载频进行电磁波的发射。在GSM(全球移动通信系统)上这些载频位于从900，1800或1900MHz的范围中。对于经无线电接口用的CDMA或TD/CDMA传输方法的未来各移动无线电网，例如对于UMTS(通用移动电话系统)或其它第三代的各系统各频率是安排在约为200MHz的频带中的。

信号当其在传播介质中传播时受到由噪声引起的各种干扰。通过折射和反射各信号组分穿过不同的传播途径，并且在接收机上相互叠加，以及在那里导致消除效应。另一方面在多个信号源的情况下导致这些信号的各种叠加。频分多址(FDMA)，时分多址(TDMA)或作为码分多址(CDMA)已知的各方法用于区分各信号源和因而用于分开各信号。

当今存在的GSM移动无线电系统是一种带有用于用户分离的TDMA(时分多址)组分的无线电通信系统。按照一种帧结构在各时隙中传输各用户连接的有效信息。在上行方向上的发射之前的三个时隙进行下行方向上的发射。

从DE 195 49 148中公开了一种移动通信系统，此通信系统利用一种TDMA/CDMA(CDMA码分多址)用户分离和在接收侧应用一种JD(联合检测)法，以便在知晓多个用户的扩展码的条件下进行所传输各有效信息的改善的检测。在一种频率/时隙组合中同时传输多个有效数据连接的可通过其扩展码区分的信息。

从DE 197 12 549中已知利用自适应的各种天线(smart antennas智能天线)，以提高在上行方向上的传输容量。借助于各智能天线可进行的射束成形却要求关于各信道条件的各现实信息。可是在已经进行下行方向上的数据传输之后，在GSM移动无线电系统中的基站才得到这些现实信息。

发明内容

基于本发明的任务在于，如果应采用自适应的射束成形或者其它的涉及下行方向的各措施的话，改善各无线电通信系统中的数据传输。此任务通过出自于前序部分特征由特征部分的特征的权利要求1的数据传输的方法解决。同样地说明了一种转化这种用于数据传输方法的无线电通信系统。

根据本发明的在一个无线电通信系统中进行数据传输的方法，其中，在一个基站和至少一个其他的无线电站之间存在一个连接的各信号用的无线电接口，使用一个第一载频用于上行方向上的数据传输和在下行方向上使用一个第二载频，这些载频相互处于一个预定的比例之中，对于该无线电站的此连接，在一个传输帧内首先沿上行方向进行对有用数据的传输并且随后沿下行方向进行对有用数据的传输，其中训练序列也随这些有用数据被传输，并且从沿上行方向传输的各信号中确定所述连接用的空间上的信道性能，使用这些信道性能在下行方向上用于此连接的射束成形。

因此在进行下行方向上的发射之前，可以首先确定上行方向上的各信道条件。因此关于各信道条件的这些信息始终是现实的。在各演变过程中这是特别重要的，在这些演变过程中这些传输条件，意即在相同的或各相邻小区中的干扰此连接的各其它连接，或无线电通信系统之外的各干扰因素在不断改变。这些传输条件可以主动地变化，意即对自己的连接，或者被动地变化，意即来自于环境。

按本发明的一个有利的进一步发展循环地或准随机控制地改变第一和第二载频，并且先于改变第二载频进行改变第一载频。例如在频率跃变时(跳频)利用载频的这种循环的或准随机控制的改变，以达到各信道条件随时间的较大的解相关性。如果首先在上行方向上使用一种新的载频的话，当注意两种载频的预先规定比例时，则可对下行方向估算各当量的信道条件。在此对于此连接和/或对其它各连接的各干扰的因素可能出现此跳频。将各连接向各时隙的分配可以两者选一或外加于跳频地从帧到帧地变化。也因此产生一种按本发明迅速掌握的新的干涉情况。

按本发明的方法可以有利地采用于各TDD(时分双工)传输系统上，在这些TDD传输系统上各自在上行和下行方向上使用相同的载频。这可是也能利用于各FDD(频分双工)传输系统上，在这些FDD传输系统上对于上行和下行方向使用不同的，有一个固定频率间隔(例如双工间隔)的载频。在各FDD传输系统上也可安排，第一载频对第二载频的预定比例是可调定的。无线电接口的一个信道的带宽越是窄带宽的和/或跳带宽是越大的，借助跳频的解相关则越有效果。但是也应该首先在上行方向上进行一种较长作用的，到一种例如在DTX上的或者分组数据传输(GPRS)上的新的干涉情况的过渡。

此外属于本发明范围的是，无线电接口有一个TDMA组分以及上行方向上的各时隙的编号由下行方向上的编号中导出。因此各其它的无线电站能够同步到基站的帧编号上。两者选一地或外加地也可能的是，无线电接口有一个CDMA组分和在各逻辑帧中传输各种信息。在此也有必要的是，在成形下行方向的各发射信号之前，可以首先分析处理上行方向。

如果从在上行方向上传输的各信号中确定一个连接用的各空间的信道性能的话，而在下行方向上利用这些信道性能于此连接的射束成形，无线电接口的按本发明的构成则是特别有利的。因此此外分析处理这些现实信道条件不仅用于信道评估，而且也用于射束成形。此射束成形随身带来一种其它的容量提高，因为也在相同的载载，相同的时隙和/或相同的CDMA码上通过不同的空间信道性能是可以分开两个或多个用户信号的。

本发明还涉及一种用于数据传输的无线电通信系统，其带有一个基站和多个其它的无线电站，这些无线电站经一个无线电接口对于一个连接是可连接的；带有一个用于无线电接口管理的装置，其中利用一个第一载频用于沿上行方向传输数据和使用一个第二载频用于沿下行方向传输数据，这些载频相互处于一个预定的比例之中；用于无线电接口管理的装置是如此构成的，使得对于无线电站的此连接，在一个传输帧内首先沿上行方向对有用数据进行传输，并且随后沿下行方向对有用数据进行传输，其中训练序列也随这些有用数据被传输；基站具有一个带有用于射束成形的多个天线元件的天线装置和一个控制装置；并且此控制装置是如此形成的，以致于从沿上行方向传输的各信号中确定所述连接用的空间上的信道性能，使用这些信道性能在下行方向上用于此连接的射束成形。

附图说明

以下用一个实施例根据各图示详述本发明。

在此示出了

图1为移动无线电通信网的一个方框电路图，

图2为带TD/CDMA无线电接口的无线电传输的帧结构的一个示意图，

图3为带W-CDMA无线电接口的无线电传输的帧结构的一个示意图，

图4为各TDD系统用的跳频的一个示意图，

图5为各FDD系统的跳频的一个示意图，

图6为基站和移动站的各方框电路图，

图7为针对各空间信道性能的分析处理的天线装置的和基站的一个方框电路图，

图8为射束成形网络的一个方框电路图，以及

图9为数据传输的流程图。

具体实施方式

图1中所示的无线电通信系统在其结构上相当于一个已知的，由许多移动转接站MSC组成的GSM移动无线电网，这些移动转接站是相互间联网的或者形成通向一个固定网PSTN的接入。此外这些移动转接站MSC是各自与至少一个用于无线电接口管理RNC的装置连接的。这些装置RNC中的每一个又使通向至少一个基站BS的连接成为可能。一种这样的基站BS能经一个无线电接口建立通向基它各无线电站的，例如通向各移动站MS或其它各终端设备的连接。也可在基站BC中实现此用于无线电接口管理RNC的按本发明的装置。

图1中示范性地表示了用于传输介于各移动站MS1、MS2，MSK、MSn和基站BS之间的各有效信息和各信号信息的各连接V1、V2、VK。一个操作和维护中心OMC实现移动无线电网的或其中各部分的各控制和维护功能。这种结构的功能性是可转用到其它的，可采用本发明的各无线电通信系统上的，尤其是对于带有无线用户连接的各用户接入网。在这样的各用户接入网上这些其它的无线电站是固定的。

从图2中可看出无线电传输的帧结构。按照一个TDMA组分安排了将一个例如带宽为B＝1.2MHz的宽带频率范围划分为多个时隙ts，例如划分为8个时隙ts0至ts7。频率范围B之内的每个时隙形成一个频率/时隙组合。在上行方向上使用各时隙ts0至ts2中的一个部分而在下行方向上使用各时隙ts3至ts7中的一个部分。先于下行方向上的传输进行上行方向上的传输。在该TDD传输方法上上行方向用的一个第一载频fup1等于下行方向用的一个第二载频fdw1。对于其它各载频fup2..fupn和fdw2..fdwn进行同样的重复。

在单独为有效数据传输而安排的频率/时隙组合中以各无线电块传输多个连接的信息。这些用于有效数据传输的无线电块由带有数据d的各段组成，在这些段中插入了带有接收侧已知各训练顺序tseq1至tseqn的各段。这些数据d是连接专用地用一种精细结构，一种用户码c扩展的，以致于在接收侧例如可通过该CDMA组分分开n个连接。

数据d的各单个符号的扩展促使在符号持续时间tsym之内传输持续时间Tchip的Q个片。在此这些Q片形成连接专用的用户码C。此外在时隙ts之内安排了一个用于补偿各连接的各不同的群迟延时间的保护时间gp。

在宽带的频率范围B之内按一种帧结构分组这些彼此相继的时隙。因而将八个时隙ts汇合成一个帧，在此一个时隙ts3形成用于有效数据传输的一个频率/时隙联合，在此后者由一组连接重复地利用。

图3示出了一种不含TDMA组分的FDD传输方法。在此FDD传输方法上在上行和下行方向上有各频率信道供支配，在此上行方向上的这些第一载频fup1、fup2、fupn是通过一个固定的双工间隔与下行方向上的各第二载频fdw1、fdw2、fdwn分开的。此带宽B在此例如为5MHz，以致于在每个频率信道中传输多个连接V1、V2、Vn的各信号。各连接V1、V2、Vn的这些信号是可通过一种专用的扩展码区分的。在逻辑帧中进行数据传输。在此先于下行方向用的相对应的，意即经双工间隔分开的第二载频fdw1进行上行方向用的第一载频fdup1的利用。

从图4和5中可以看出，当在新的第二载频上在下行方向上进行下行方向上的发射之前，在采用跳频时通过基站BS首先在上行方向上进行新的第一载频上的各种信道测量。这一点尤其适用于按图4的各TDD系统，但是也适用于按图5的各FDD系统。上行方向上的传输在此是用阴影线画出的。下行方向用的各信道条件的知识尤其对自适应射束成形是重要的，正如用各自适应天线(各智能天线)进行射束成形那样。以下用图7至9阐述这一点。

图6示出了从基站BS向各移动站MS1至MSn的下行方向上的无线电传输。这些移动站MS1至MSn首先确定一个或多个具有足够高的或最大接收功率的频率范围。这是位于最近的移动站MS暂时位于其小区中的基站BS的各频率范围。因此形成基站MS和移动站MSK的从属性。

此基站BS含有一个发射/接收装置TX/RX，此发射/接收装置数/模转换各应发射的发射信号，从基带转换成发射的频率范围B以及调制和放大这些发射信号。一个信号生成装置SA事先将这些发射信号汇合成各无线电块和分配给相对应的频率信道。一个信号处理装置DSP经该发射/接收装置TX/RX分析处理各接收的接收信号，并且进行信道评估。

为了信号处理将这些接收信号转化成，例如数字化成具有离散数值范围的各种符号。一个作为数字信号处理器含有一个用于按JD-CDMA方法(联合检测)检测各有效信息和信号信息的ID处理器的信号处理装置DSP也分析处理这些数据部分d。通过一个控制装置SE控制各组分的互相作用。将用所分配的天线装置AE用于空间的用户分离所需的这些数据存储在一个存储装置SP中。

移动站MSK相应适配过地含有为此基站已阐述过的各组件并且额外地含有一个操作板T。在操作板T上用户可进行输入，此外可进行用于启动移动站MS的或者用于一个通向基站的连接VK的连接建立的输入。此控制装置SE分析处理在下行方向上发射的和由移动站MSK接收的各信号，确定接收功率或现有的瞬时信/噪比，并且在一个信号信道ACCH中安排向基站BS发信号，接着对有效数据传输指定一个频率/时隙联合。

图7中表示了带有天线装置AE的各从属的天线元件A1至Am的基站BS。此天线装置AE是分配给基站BS的，并且从移动无线电网的发射着的各移动站MS接收各接收信号rx或者向各接收着的移动站MS发射各发射信号tx。

这些天线元件A1至Am形成一种构成为自适应天线装置的天线装置AE，意即这个天线装置AE的多个天线元件A1至Am在相同时刻接收各接收信号rx和随即发射各发射信号tx。在各TDD传输系统上在相同的载频fup1、fdw1上进行发射和接收。在接收侧通过相应的叠加或选择，以及在发射侧通过叠加可以在空气中如此地互相联合各天线元件A1至Am的各信号，以致于相对于带有一个接收天线的各系统改善传输质量以及一种提高容量的空间分辨率是可能的。

在接收情况下从第一载频fup1的各接收信号rx中，例如通过进入基带的传输和随即的模/数转换来生成各数字信号，并且在接收装置Rx中分析处理这些信号(图9中的步骤1)。以下展示按图2的TD/CDMA传输的各信号的传输。

此接收装置RX包括作为信号处理装置DSP的一部分的多个信道评估器和一个数据评估器，以及该已提及的控制装置SE和存储装置SP。在接收装置RX中外加地存在着一种关于用户数目K的，用户各训练顺序tseq1，..，tseqn(k≤n)的和用户的用户码C的a-现有技术，必要时也可拥有对于干扰信号的各种信息。

向共同检测用的数据评估器输送由这些信道评估器，例如按高斯-马尔可夫评估或按最大似然性评估，基于各训练顺序tseq1至tseqn确定的这些信道脉冲响应和输送这些接收的数字数据符号。此外此控制装置SE获得这些信道脉冲响应和这些接收的数字数据符号用于确定一个第K的连接VK用的各空间信道条件(图9中的步骤2)。

在各TDD系统上可直接从各接收信号rx中确定这些空间信道条件。在各FDD系统上从各确定的占优势的入射方向上和从上行方向上的各相对应的振幅中评估下行方向的这些空间信道条件。

替代所描述的TDMA/CDMA无线电接口地按本发明的方法也可应用于各DS(直接顺序)CDMA传输系统。在此分析处理上行方向上的各信道脉冲响应或者采用带有MVDR(最小方差无失真响应)处理的LD瑞克接收器来用于评估各空间信道条件。在一个其它的步骤中(图9中的步骤3)为第K个连接计算一个射束成形矢量。为此请参阅专利文献DE 198 03 188.

随即用此射束成形矢量给连接用的各发射信号加权，并且输送给用于发射的各天线元件A1至An(图9中的步骤4)。在步骤5中决策，是否进行载频fup1、fdw1的更换。如果是这样的情况，则在步骤6中将这一点向移动站MS发信号，或者基站BS和移动站MS用载频变化的结果分析处理一种对它们是已知的跳频顺序。在此之上移动站MS在上行方向上例如利用一个新的第一载频fup2，随即基站BS在下行方向上用此新的第二载频fdw2跟随。在用于无线电接口管理RNC的装置中作出按步骤5的决策，或者通过此装置RNC给定此跳频顺序。

在图8中对具有各发射信号tx1和tx2的两个连接展示一个用于射束成形的网络。与各发射信号tx1和tx2相乘的各射束成形矢量W1和W2是分配给这些连接的，在此对每个单个发射器叠加这些加权的发射信号tx1和tx2，在一个高频部分HF-T中将这些加权的发射信号转换成各高频的发射信号和随后经M个单个发射器发射。在相同的信道中(相同的发射频率，必要时相同的时隙和/或码)传输和仅在空间上分离这些发射信号tx1和tx2。

通过应用各种各样连接用的不同的射束成形矢量W1、W2生成天线装置AE的发射特性，此天线装置在各移动站MS1、MSK的这些相应的位置上保证一种不受干扰的接收。

Claims (9)

1.用于在一个无线电通信系统中进行数据传输的方法，其中

在一个基站(BS)和至少一个其他的无线电站(MS)之间存在一个连接的各信号用的无线电接口，

使用一个第一载频(fup1..n)用于上行方向上的数据传输和在下行方向上使用一个第二载频(fdw1..n)，这些载频相互处于一个预定的比例之中，

其特征在于，

对于该无线电站的此连接，在一个传输帧内首先沿上行方向进行对有用数据的传输并且随后沿下行方向进行对有用数据的传输，其中，训练序列也随这些有用数据被传输，

并且从沿上行方向传输的各信号中确定所述连接用的空间上的信道性能，使用这些信道性能在下行方向上用于此连接的射束成形。

2.按权利要求1的方法，其特征在于，循环地或准随机控制地改变第一和第二载频(fup1..n，fdw1..n)，并且先于第二载频(fdw1..n)的改变来进行第一载频(fup1..n)的改变。

3.按权利要求1或2的方法，其特征在于，对于上行和下行方向上各自利用相同的载频(fup1..n，fdw1..n)。

4.按权利要求1或2的方法，其特征在于，对上行和下行方向上使用不同的载频(fup1..n，fdw1..n)，这些载频有一个固定的频率间隔。

5.按上述权利要求之一的方法，其特征在于，此无线电接口有一个TDMA组分，并且从下行方向上的编号导出上行方向上的各时隙(ts0至ts7)的编号。

6.按上述权利要求之一的方法，其特征在于，此无线电接口有一个CDMA组分，并且在逻辑帧中传输这些信号。

7.按上述权利要求之一的方法，其特征在于，第一载频(fup1..n)对第二载频(fdw1..n)的预定比例是可调节的。

8.用于数据传输的无线电通信系统，

-带有一个基站(BS)和多个其它的无线电站(MS)，这些无线电站经一个无线电接口对于一个连接是可连接的，

-带有一个用于无线电接口管理的装置(RNC)，

-其中，利用一个第一载频(fup1..n)用于沿上行方向传输数据和使用一个第二载频(fdw1..n)用于沿下行方向传输数据，这些载频相互处于一个预定的比例之中，

其特征在于，

用于无线电接口管理的装置(RNC)是如此构成的，使得对于无线电站的此连接，在一个传输帧内首先沿上行方向对有用数据进行传输，并且随后沿下行方向对有用数据进行传输，其中，训练序列也随这些有用数据被传输，

基站(BS)具有一个带有用于射束成形的多个天线元件(A1..An)的天线装置(AE)和一个控制装置(SE)，

并且此控制装置(SE)是如此形成的，以致于从沿上行方向传输的各信号中确定所述连接用的空间上的信道性能，使用这些信道性能在下行方向上用于此连接的射束成形。

9.按权利要求8的无线电通信系统，其特征在于，用于无线电接口管理的此装置(RNC)是如此形成的，使得循环地或准随机控制地改变第一和第二载频(fup1..n，fdw1..n)。

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