CN1174562C - 使用发射分集技术的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

在无线通信系统的发射机与接收机之间进行无线数据通信的方法中，换向(24)输入数据流码元组以产生多个被变换的数据流。然后变换多个被换向的数据流，以产生多个被换向的数据流。接着，用多个扩频码的一个选定扩频码扩频(26，28)每个被变换的数据流，以产生多个天线信号。最后，使用多个相互间隔天线(34，36)的一个选定天线发射多个天线信号的每一个，其中多个相互间隔天线(34，36)相互间隔以提供发射分集。在一个实施例中，变换是一个空时变换。

Description

使用发射分集技术的方法和系统
发明领域
本发明一般涉及一种无线通信系统，特别是发射和解调通信信号的一种改进的方法和系统，该通信信号是使用发射分集技术的一种新组合从一个天线阵发射的。
技术背景
设计无线通信系统的一个重要目的是增加可以由该通信系统同时服务的用户的数量。该目的被称之为增加系统容量。在一个干扰限制系统中，比如码分多址(CDMA)无线通信系统中，增加容量的一种途径是降低分配给每个用户的发射功率。通过降低所分配的发射功率，可以降低所有用户的干扰，从而提供可以用来增加新用户的附加容量。
降低每个用户的发射功率的一个途径是增加使用者或用户单元与服务于该用户的基站之间的无线链路或信道的效率。减少通信链路效率的一个现象是衰落。衰落可以有若干形式，其中之一被称作多径衰落。多径衰落是由接收机合并被发射信号的两个或多个拷贝造成的，在某种程度上减少了所接收信号的总电平。
在现有技术中，已经提出了若干种减小衰落影响的分集技术。这些技术包括正交发射分集(OTD)和空-时(空间-时间)发射分集(STTD)。
下面参见图1，图中示出了实现一个正交发射分集系统的发射机和接收机的高级方框图。如图所示，数据源20提供了一个可以被编码和交织的码元流。这种码元可以代表将发射到用户单元的一个或多个业务信道中的数据。业务信道中数据可以代表用户希望经通信系统传递的话音、数据、视频或其它数据。
从数据源20输出码元的速率由码元时钟22控制。所示的码元S1和S2来自数据源20，其中每个码元在码元时钟22的1个周期或者在可以被说成是在T0至T1的持续时间的一个码元周期输出。
来自数据源20的串行码元流被耦合到按码元时钟22的速率切换的换向器24。换向器24把第一码元发送给扩频器26，然后切换，把第二码元S2发送给扩频器28。其后的码元在扩频器26与扩频器28之间交替每个码元周期。
扩频器26和28通过用扩频码，比如沃尔什码乘以码元来扩展码元。由于扩频器26和28的码元速率是源自数据源20的码元速率的半速率，因此可以级联单个沃尔什码，在扩频器26上形成一个新沃尔什码，以及用逆拷贝级联单个沃尔什码，在扩频器28上形成扩频码。由于这些双倍长度的沃尔什码被用来扩展半速率码元，因此扩频器26和28输出的码片速率保持与不具有OTD的传送相同的速率。
扩频器26和28的输出被耦合到射频发射机30和32。这些射频发射机可以包括一个调制器，其后跟随一个用于把被调制信号上变换为所选定载频的上变换器，和一个提供适当的发射射频信号的功率的放大器。
射频发射机30和32的输出被耦合到天线34和36，用于同时发射码元S1和S2。由于天线34和36相互间隔，因此从每个天线到用户单元的信号的不同路径或射线的特征可以被分别测量，并且用所示的r1和r2系数描述，其中r1和r2是代表信道的增益和相位的复数。尽管r1和r2在这里被处理为单个值，但它们可以是描述多个可解析的多径射线的增益和相位的矢量。
天线38被用户单元使用，以接收从天线34和36发射的信号。所接收的信号在下变换器和解调器40中下变换和解调，并在OTD解码器42中解码。
OTD解码器42的输出是分别与信道系数r1和r2的量值的二次方相乘的恢复码元。OTD解码器42的工作细节在图2中示出，下面将进行讨论。
OTD解码器输出被耦合到解交织器和解码器44，用于进行与数据源20中执行的编码和交织处理相对应的解交织和解码处理。解交织器和解码器44的输出是业务信道数据。由于不同的码元经受不同的信道增益，因此采用OTD分集技术减少发射功率，用于同样的服务质量。这样就减少了两个码元将同时经受深度衰落的可能性。这种统计学上的两个码元将同时衰落的不可能性改善了解码器性能。
参见图2，这里示出了图1所使用的OTD解码器42的示意结构。OTD解码器42的输入是一个从天线38接收的下变换接收信号。该信号包含用于所有用户的业务信号以及可以用来估算来自每个发射天线的信道的导频信号。信道估算器50评估导频信号并计算信道系数r1和r2。
在一个优选实施例中，解扩器52和54使用已经被级联的单个沃尔什码(如同发射机中那样)解扩所接收的信号，以便恢复码元S1和S2。乘法器56和58用信道估算的共轭值乘以这些恢复的码元，以便补偿信道中发生的增益和相位的变化。反换向器59用来恢复码元顺序，从而使乘法器56和58的输出的码元速率加倍。OTD解码器42的输出是与相应的信道估算量的平方值相乘的码元。
参见图3，图中示出了提供发射分集的另一种方法和系统。图3图示说明了空时发射分集发射机和接收机。如图所示，数据源20和码元时钟22向空时编码器60提供码元S1和S2。在输入端，空时编码器60在T0至T1时段期间接收S1。在T1至T2时段期间，在空时编码器60的输入端接收码元S2。空时编码器60属于一种变换操作的特别类型，具有向发射机的两个分支提供变换信号的两个输出。
在空时编码器60的第一输出上，然后在T0至T1的码元时间期间输出码元S1，然后在T1至T2的码元时间输出码元S2。空时编码器60的第二输出端在时间T0至T1期间输出码元S2的负复共轭，接着，在时段T1至T2输出码元S1的复共轭。
空时编码器60输出的第一和第二空时编码数据流随后被输入到扩频器62和64。如图所示，扩频器62和64使用沃尔什码W1。需要说明的是，每个码元的码片速率保持与OTD分集发射机相同的速率。
在扩频器62和64的扩频功能之后，射频发射机30和32调制、上变换和放大被扩频的数据流。
射频发射机30和32的输出被耦合到天线34和36，经可以用信道系数r1和r2描述的信道发射该信号。
在用户单元，天线38接收被发射的信号。然后使用下变换器和解调器40对所发射的信号进行下变换，然后耦合到解扩器41，再耦合到空时解码器66。空时解码器66的输出是与由信道系数量值平方之和计算的一个因数相乘的估算码元。这些码元和因数被输入到解交织器和解码器44，对码元解交织和解码并输出业务信道数据。
尽管解交织器和解码器44分别在用于OTD和STTD分集方案的图1和图3中用相同的参考表号示出，但重要的是应当明白解交织器和解码器功能对应于在数据源20中使用的编码和交织处理。某些性能的改善可以通过选择具体用于特定的一个分集技术的交织方案来实现。不同交织功能提供不同结果的原因是，OTD分集方案使用了换向器24。应当选定用于OTD的交织方案，以便使邻近的码元经不同信道经受不同衰落。
参见图4，图中示出了如图3中所使用的参考标号为66的空时解码器的高级方框图。
空时解码器66的输入是下变换和解扩的从天线38接收的接收信号。该信号含有用于所有用户的业务信道数据以及可以用来估算来自每个发射天线的信道的导频信号。信道估算器50评估这些导频信号并计算信道系数r1和r2。
复共轭器70按所示的那样被用于计算下变换和解扩信号的复共轭，以及计算用于乘法器72输入的信道系数r1的共轭。乘法器72用来用信道系数r2或者用信道系数r1的复共轭来乘以接收信号或者接收信号的复共轭。加法器74用来相加来自乘法器72的输出信号，以便产生代表与一个从两个信道系数计算的因数相乘的码元的信号。这些加权的码元由反换向器76进行反换向，以便产生加权码元的连续输出。
需要说明的是，标记为x1(t)的信号是不同的-它们在两个不同时间(两个连续码元周期的时间)取自信号x(t)。
上述的用于提供发射分集的两种方法使用两个天线。附加发射分集可以通过增加天线的数量来获得。采用两个以上的天线可以容易地实施正交发射分集方法，然而仅增加天线不能增加具有相同数目天线的其它方法同样多的性能。
对于使用空时发射分集的发射机，不使用诸如沃尔什码的附加系统资源或者不增加编码速率，则不易将该技术扩展到超过两个天线，从而导致分集中的任何增益因容量损失而抵消。
发明内容
因此，显然需要一种发射并接收从用发射分集技术的天线阵发射的信号的改进方法和系统。
为此，本发明提供了一种在无线通信系统中从一个发射机向一个接收机发射数据的方法，其中发射机使用一个天线阵发射具有发射分集的信号，该方法包括以下步骤：对输入数据流的码元组进行换向，以产生第一和第二被换向的数据流；对所述第一被换向的数据流进行空时编码，以产生第一和第二被变换的数据流；对所述第二被换向的数据流进行空时编码，以产生第三和第四被变换的数据流；用多个扩频码中的一个选定扩频码对每个被变换的数据流进行扩频，以产生多个天线信号；和使用多个相互间隔天线中的一个选定天线发射多个天线信号的每一个，其中多个相互间隔天线相互间隔，以提供发射分集，并且，其中用于对被变换的数据流进行扩频的扩频码的数量少于用于发射所述被变换的数据流的天线的数量。
本发明进一步提供了一种在无线通信系统中从一个发射机向一个接收机发射数据的系统，其中发射机使用一个天线阵发射具有发射分集的信号，该系统包括：换向器，对输入数据流的码元组进行换向，以产生第一和第二被换向的数据流；第一空时编码器，对第一被换向的数据流进行空时编码，以产生第一和第二被变换的数据流；第二空时编码器，对第二被换向的数据流进行空时编码，以产生第三和第四被变换的数据流；扩频器，用多个扩频码的一个选定扩频码对每个被变换的数据流进行扩频，以产生多个天线信号；和发射机，使用多个相互间隔的天线中的一个选定天线发射多个天线信号的每一个，其中多个相互间隔天线相互间隔，以提供发射分集，并且，其中用于对被变换的数据流进行扩频的扩频码的数量少于用于发射所述被变换的数据流的天线的数量。
本发明还提供了一种在无线通信系统的一个接收机中接收数据的方法，其中该数据从使用一个天线阵的发射机发射以发射具有发射分集的信号，该方法包括以下步骤：接收和下变换一接收信号，以产生基带接收信号；使用与发射机中使用的产生从天线阵的诸多天线发射的天线信号的扩频码相对应的解扩码来解扩基带接收信号，其中该解扩产生接收的变换信号；对每个接收的变换信号进行空时解码，以产生逆变换器输出信号；和反换向所有的逆变换器输出信号，以产生含有业务信道数据的信号。
本发明又提供了一种在无线通信系统的一个接收机中接收数据的系统，其中该数据从使用一个天线阵的发射机发射以发射具有发射分集的信号，该系统包括：接收机，接收和下变换一接收信号，以产生基带接收信号；解扩器，使用与发射机中使用的一产生从天线阵的诸多天线发射的天线信号的扩频码相对应的解扩码来解扩基带接收信号，其中该解扩产生接收变换信号；空时解码器，对每个接收的变换信号进行空时解码，以产生逆变换器输出信号；和反换向器，反换向所有的逆变换器输出信号，以产生含有业务信道数据的信号。
本发明进一步提供了一种在无线通信系统中从一个发射机向一个接收机发射数据的方法，其中发射机使用一个天线阵发射具有发射分集的信号，该方法包括以下步骤：对输入数据流的码元组进行空时编码，以产生第一和第二被变换的数据流；用相同的扩频码对每个被变换的数据流进行扩频，以产生多个天线信号；从天线阵中选择多个相互间隔天线的一个天线，用于多个天线信号的每一个，其中多个相互间隔天线相互间隔以提供发射分集；和从多个相互间隔天线的一个选定天线发射多个天线信号的每一个。
本发明又提供了一种在无线通信系统中从一个发射机向一个接收机发射数据的系统，其中发射机使用一个天线阵发射具有发射分集的信号，该系统包括：空时编码器，用于对输入数据流的码元组进行空时编码，以产生第一和第二被变换的数据流；多个扩频器，用相同的扩频码对每个被变换的数据流进行扩频，以产生多个天线信号；选择装置，为多个天线信号的每一个从天线阵中选择多个相互间隔天线的一个天线，其中多个相互间隔天线相互间隔以提供发射分集；和发射机，从多个相互间隔天线的选定天线发射多个天线信号的每一个。
本发明再提供了一种在无线通信系统的一个接收机中接收数据的方法，其中该数据是一个发射机发射的，该发射机响应选择的时间期间中的选定天线，在该选择的时间期间使用一个天线阵中的该选定天线发射具有不同信道的信号，该方法包括以下步骤：接收和下变换一接收信号，以产生基带接收信号；使用与发射机中使用的、产生从天线阵的选定天线发射的多个天线信号的扩频码相对应的解扩码来解扩基带接收信号，所述天线阵中的每个天线都使用相同的扩频码，其中该解扩产生接收变换信号；和响应该选择时间期间的选定天线确定的信道，对每个接收的变换信号进行空时解码，以产生逆变换器输出信号。
本发明进一步提供了一种在无线通信系统的一个接收机中接收数据的系统，其中该数据是一个发射机发射的，该发射机响应选择的时间期间的选定天线，在该选择的时间期间使用一个天线阵中的该选定天线发射具有不同信道的信号，该系统包括：接收机，接收和下变换一接收信号以产生基带接收信号；解扩器，使用与发射机中使用的、产生从天线阵中对每个天线使用相同的扩频码的各选定天线发射的多个天线信号的扩频码相对应的解扩码来解扩基带接收信号，其中该解扩产生接收变换信号；和空时解码器，响应该选择时间期间的选定天线所确定的信道，对每个接收的变换信号进行空时解码，以产生逆变换器输出信号。
附图的简要说明
附带的权利要求书说明了被认为是本发明的特征的新颖性特点。然而本发明本身以及使用的优选模式、其它目的和其优点在通过结合附图阅读以下的说明性实施例的详细说明时能得到最好的理解，其中：
图1示出了说明实施正交发射分集的发射机和接收机的高级方框图；
图2示出了图1所示的正交发射分集解码器的示意性结构；
图3示出了提供发射分集的空时发射分集方法和系统；
图4示出了图3所示的空时解码器的高级示意图；
图5示出了根据本发明方法和系统使用发射分集技术从一个天线阵发射信号的系统；
图6示出了高级逻辑流程图，图示说明了根据本发明的方法和系统的图5所示的发射机的方法和操作；
图7示出了接收和解调由图5的发射机发射的信号的用户单元；
图8示出了一个高级逻辑流程图，图示说明了根据本发明的方法和系统的图7所示的用户单元的方法和操作；
图9示出了根据本发明的方法和系统的发射机的另选实施例；
图10示出了具有选定的天线输出的发射机的另一个实施例；
图11示出了可以在用户单元中接收由图10所示的发射机发射的信号的接收机；
图12示出了提供具有发射分集的信号的发射机；
图13示出了一个高级逻辑流程图，图示说明了图12所示的发射机的方法和系统操作；
图14示出了接收和解调由图12所示的发射机采用发射分集发射的信号的接收机；
图15示出了显示图14所示的分集接收机的方法和操作的高级逻辑流程图；和
图16示出了发射具有天线选择的分集信号的发射机。
优选实施方式
参见图5，图中示出了根据本发明的方法和系统使用发射分集技术从一个天线阵发射信号的系统。如图所示，数据源20提供了可以被编码和交织的码元数据流。这些码元，如所示的S1至S4，按码元时钟22所确定的速率输出。
数据源20的输出被耦合到换向器80，在该示例中，换向器80选择沿发射机的分支82和84输出的码元对。需要说明的是，换向器80按码元时钟22的半速率操作，如图所示，半速率是从除法器86输出的。这意味着沿分支82和84传输的数据的速率是数据源20输出的数据速率的一半。除法器86用2除，因为要为每个分支选择两个码元。如果为每个分支选择任何其它数量的码元，除法器86将用所选定码元的数目相除。
变换器88和90被耦合到从换向器80输出的数据流上。变换器88和90变换该码元对，以产生两个数据流，这两个数据流代表输入到该变换器的码元组的不同数学组合。码元组被变换，或者被数学组合，这样在接收机中可以使用测量的信道参数数学地分离它们。
在一个优选实施例中，变换器88和90采用空时编码器实施，比如结合图3所述的空时编码器60。在图5所示的实例中，空时编码器88和90的每个输出第一和第二空时编码数据流，然后数据流被耦合到分支82中的扩频器92的输入端和分支84中的扩频器94的输入端。扩频器92使用图5所示的W1与W1级联的相同扩频码。扩频器94使用通过级联W1与W1逆所形成的另一个扩频码。为扩频器92和扩频器94选择的扩频码相互正交，在这个意义上分支82和84中的信号在接收机上可以相互间隔。
被称作天线数据流的扩频器92和扩频器94的输出被调制、上变换、放大和从天线阵的所选定天线振子发射。图5示出了在调制器和上变换器96上的调制和上变换功能。放大功能由与天线100至106耦合的放大器98执行。
参见图6，图中示出了说明根据本发明的方法和系统的图5所示的发射机的方法和操作的高级流程图。如图所示，处理始于方框300，此后进入方框302，在此该处理使输入数据流的码元组换向，以产生多个被换向的数据流。该步骤可以如图5所示的那样实施，用换向器80将码元对换向以产生多个被换向的数据流，然后将其输入到空时编码器88和90。然后，该处理变换多个被换向的数据流的每个中的每组码元，以产生第一和第二被变换的数据流，如方框304所示。在一个优选实施例中，如图5所示，该变换步骤可以使用诸如空时编码器88和90的空时编码器来实现。
该变换操作可以按下式数学地表示。输入矢量是
X＝[S1，S2]
其中S1和S2是(复数值)输入码元。对应的输出矢量是
Y＝[Y1，Y2]
其中Y1＝[S1，-S2 *]T，Y＝[S2，S1 *]T，[.]T代表矢量转置操作，[.]*指共轭。
该变换的特征在于以下事实，输入到变换器的被换向的数据流经射频信道传递后可以在用户单元上恢复。
变换每个被换向数据流之后，该处理用扩频码扩频第一和第二变换数据流的每一对，以产生天线数据流，如方框306所示。在该扩频操作中，单个变换器输出的多个变换数据流的每个被用相同的扩频码扩频。不同变换器输出的被变换的数据流被用不同的扩频码扩频。该步骤如图5所示，其中空时编码器88的两个输出在扩频器92上用相同的扩频码扩频，而空时编码器90的输出在扩频器94上用另一个扩频码进行扩频。
最后，每个天线数据流被调制、上变换、放大和从天线阵的被选定的天线振子发射，如方框308所示。该步骤如图5所示，其中调制器和上变换器96代表调制和上变换步骤。放大器98提高信号的功率，使它们可以被天线100至106发射。如后所讨论的那样，在发射机中添加导频信号，以便可以进行信道测量。
参见图7，图中示出了接收和解调由图5的发射机发射的信号的用户单元。如图所示，天线120接收从天线100至106(参见图5)发射的信号，其中每个信号已经经过可以由信道系数r1至r4描述的一个路径或信道传播。来自天线120的信号被耦合至下变换器和解调器122，以便从信号中消除载波并产生基带接收信号。
基带接收信号被耦合至解扩器124和126的输入端，以便消除在图5的扩频器92和94上使用的扩频码。这些解扩器124和126被用来将基带接收信号分离成对应于图5的分支82和84中信号的两个信号。扩频器124和126的输出是解扩的基带接收信号。
解扩的基带接收信号随后被耦合至逆变换器128和130。在一个优选实施例中，逆变换器用STTD解码器实现，如图4所示。然而，在本发明的每个实施例中，逆变换器128和130执行图5中变换器88和90所执行的操作的逆操作。逆变换最好具有零码元间干扰，但是某些变换操作可能具有一些最小残留码元间干扰。
在使用STTD解码器的优选实施例中，可以按下式描述逆变换数学操作。两个连续码元周期的接收信号是
X1＝r1S1-r2S2 *以及X2＝r1S2+r2S1 *
因而，可以按下式恢复被发射的码元：
S1＝r1 *X1+r2X2 *以及S2＝r1 *X2-r2X1 *
逆变换器128和130的输出被耦合到反换向器132，将逆变换器128和130输出的码元重新排序，以便按数据源20输出的原始码元速率产生原始码元顺序(参见图5)。需要说明的是，在图7所示的示例中，反换向器132按半码元速率操作，以产生全码元速率的输出。如果以大于码元对的组将码元成组，则反换向器132将按照该码元速率被一组中码元数目相除的速率进行操作。
反换向器132的输出被耦合到解交织器和解码器134。解交织器和解码器134按照与数据源20中所使用的交织和编码方法相匹配的操作方式(参见图5)对码元解交织和解码。解交织器和解码器134的输出是代表业务信道数据的码元数据流。
依据图7所示的结构可以实现两种增益类型。一种增益类型是路径增益，因路径r1和r2按一种相干方式组合而实现，如逆变换器128和130输出中因数所示。此外，可以实现解码增益，因为图7所示的电路具有多个分支，其中诸多分支由耦合到逆变换器的一个解扩器来辨别。这些分支中处理的信号已经经不同路径传播，使其在统计学上不太可能出现两个分支上的信号将同时经受一个深度衰落的情况。
参见图8，图中示出了根据本发明的方法和系统的图7所示的用户单元的方法和操作的高级流程图。如图所示，处理开始于方框320，然后进入方框322。在方框322中，该处理接收和下变换所接收的信号，以产生基带接收信号。该步骤可以用图7所示的下变换器和解调器122实现。
接着，该处理使用多个沃尔什码解扩基带接收信号，该沃尔什码与产生天线数据流的放射机所使用的沃尔什码相对应，如方框324所示。解扩器的输出被称作接收变换信号，解扩操作在图7中在解扩器124和126上示出。
然后，该处理使用多个逆变换器逆变换每个接收变换信号，以产生逆变换输出信号，如方框326所示。在一个优选实施例中，该步骤采用耦合每个解扩器124和126(参见图7)输出的STTD解码器来实施。逆变换器128和130所执行的数学运算结合图7进行说明。
然后，对逆变换器输出信号进行反换向，以产生交织编码信号，如方框328所示。该步骤由图7所示的反换向器132执行。
最后如方框330所示，对交织编码信号进行解交织和解码，以产生业务信道数据信号。解交织和解码处理互补(compliment)已经对数据源20所提供的输入数据流执行的编码和交织处理(参见图5)。在方框330后，处理循环地返回到方框322，其中以相同的方式接收以及解调和解码一个新的信号。
参见图9，图中示出了根据本发明的方法和系统的发射机的另选实施例。图9所示的发射机与图5所示的发射机相似，示意图中的相同部分用相同的参考标号示出。图9的发射机的性能通过增加耦接在天线100至106与放大器98之间的天线选择器140得到进一步改善。天线选择器140可将任何放大器98的输出耦合到任何天线100至106。每个放大器98的输出最好在任何给定时间独占地耦接一个天线。
在一个优选实施例中，天线选择器140按下表所示的切换模式将天线信号142-148耦合到选定的天线。
  时间段    信号142    信号144    信号146    信号148
  0   Tx    A1    A2    A3    A4
  Tx 2Tx    A1    A3    A2    A4
  2Tx 3Tx    A1    A4    A2    A3
该切换模式可以存储在耦接天线选择器140的切换模式生成器150中。尽管表1所示的天线切换模式是具有三个状态的周期性切换模式，但具有大量状态的其它切换方法也是可能的。例如，不使用周期性切换，而是使用随机切换。无论选择哪一种切换的模式和定时，用户单元中都需要知道该切换模式，以便在码元解调器中可以把合适的信道系数乘以合适的码元。
天线选择器140的变化速率与码元时钟22同步并且由除法器152的输出确定。因而天线切换速率低于码元速率。
用来接收由图9的发射机发射的信号的用户单元与图7所示的接收机结构相同。然而，为了接收使用图9所示的天线切换的信号，每个逆变换器必须包括一个信道估算器，它可以选择合适的信道根据发射机选定的天线进行估算。在一个优选实施例中，逆变换器是一个空时解码器，比如图4所示的空时解码器66。当天线信号142和144被分别耦合到天线A1和A2时，信道估算器50估算信道系数r1和r2。对于天线信号146和148，空时解码器66中的信道估算器50将估算信道系数r3和r4。当天线选择器140选择天线的新组合时，信道估算器50可以估算例如r1和r3。重要的是空时解码器66中的信道估算器50为发射机中的一个变换器所使用的信道估算信道系数。空时解码器66(参见图4)中示出了用于选择合适的信道系数的可选的切换模式生成器154。
参见图10，图中示出了已切换或选定天线输出的发射机的另一个实施例。图10所示的发射机与图9所示的发射机相似，然而天线选择器160仅耦接三个天线，即天线100至104。由于天线选择器160仅连接三个天线，因此切换模式生成器162必须调节切换模式，把四个天线信号142-148映射到三个天线100至104。在该实施例中，一个以上的天线信号被映射到一个选定天线上。
参见图11，图中示出了用户单元可以用来接收由图10所示的发射机所发射的信号的一个接收机。如图所示，天线120接收从天线100至104(参见图10)发射的信号，把接收的信号耦合到下变换器和解调器122。下变换器和解调器122的输出是基带接收信号。
基带接收信号被耦合到解扩器124和126，其中如图所示，使用两个不同的解扩码解扩基带信号。这两个解扩码对应于图10所示的发射机中的扩频器92和94所使用的扩频码。
解扩器124和126的输出被称作解扩基带接收信号，它们被分别耦合到逆变换器172。逆变换器172除了具有在天线选择器160中使用的切换模式的特定知识以便可以计算合适的信道系数外，逆变换器172执行变换器88和90(见图10)所执行操作的逆操作。该切换模式由切换模式生成器174将提供给逆变换器172。切换模式生成器产生与图10中发射机的切换模式生成器162中产生的模式相类似的模式。
逆变换器输出信号被耦合到反换向器132，将来自接收机的两个分支的信道检测码元重新排序。在码元按对成组的该示例中，反换向器132中的时钟按码元半速率运行。反换向器132的输出是一个交织编码信号。
交织编码信号被输入到解交织器和解码器134，根据互补数据源20中所使用方案的适当的解交织和解码方案对码元进行解交织和解码。
图11所示的逆变换器172输出端上的系数，代表天线信号142耦合到天线100、天线信号144耦合到天线102、天线信号146耦合到天线104和天线信号148耦合到天线100时输出的信号。
参见图12，图中示出了利用发射分集提供信号的一个发射机。如图所示，数据源20提供编码和交织的业务信道数据源，其中两个码元被显示为码元S1和S2。数据源20输出的速率由码元时钟22控制。数据源20的输出被耦合到变换器88的输入，变换器88变换码元组以产生多个已变换的数据流，以作为输出。在一个优选实施例中，变换器88可以用类似于结合图3所述的空时编码器的一个空时编码器来实现。
变换器88输出的多个已变换的数据流被耦合到多个扩频器上，如图12所示的扩频器92。在图12所示的发射机中，变换器88的输出被用相同的扩频码扩频。
扩频器92的输出可以称作天线数据流，因为他们已准备好进行调制、上变换、放大和经一个天线发射。在图12所示的示例中，三个天线数据流被输入到换向器170，换向器按除法器152确定的一个除得的码元时钟换向该信号。在该示例中，换向器170在为每个数据流选定的两个不同的路径之间切换天线数据流，以产生四个被换向的天线数据流。
在优选实施例中，换向器170中的开关在两个码元时间的时段选择一个输出。也可以使用其它时钟速率，其中时钟具有的周期是一组中的码元数目乘以N，乘以码元时间。
换向器170的输出耦合到一个选择的调制器和上变换器96，把信号调制和上变换到载频上。需要说明的是，当换向器170的输出不连接调制器和上变换器96时，调制器和上变换器的输入被设置为零。
调制器和上变换器96的输出被耦合到一个混合矩阵放大器180的输入端，用于放大信号，使信号可以从天线100至106发射。混合矩阵放大器180包括其输出端耦接放大器98的变换器182。每个放大器98具有耦接逆变换器184的一个输入的一个输出，逆变换器184对变换器182所执行的变换执行一个互补变换。变换器182和逆变换器184最好采用傅里叶矩阵变换器。使用混合矩阵放大器180的优点是所有的放大器98同等地共享功率放大功能，即使有时混合矩阵放大器180的某些输入被设置为零。
混合矩阵放大器180的输出耦接天线100至106，用于利用发射分集在各个信道上发射信号。
参见图13，图中示出了一个高级逻辑流程图，图示说明了图12所示的发射机的方法和系统操作。如图所示，处理开始于方框340，然后进入方框342。在方框342中，该处理变换来自输入数据流的码元组，以产生多个被变换的数据流。该步骤可以如图12所示用变换器88执行。在一个优选实施例中，该变换器是一个空时变换，产生如结合图3所讨论的第一和第二被变换的数据流。
然后，该处理用扩频码扩频第一和第二被变换数据流，以产生第一和第二扩频数据流，如方框344所示。该步骤可以用图12中所示的参考标号为92的扩频器实施。
然后，该处理确定本码元组是否是一个偶数码元组，如方框346所示。需要指出的是，在本实例中，换向器170具有被称作偶数状态的和奇数状态的两个状态。如果换向器170具有两个以上的状态，则该处理在方框346上将确定N个状态的当前状态。本实例通过使用两个状态加以简化。
如果该处理确定本码元组是偶数组，则该处理选择偶数放大器输入，如方框348所示。然而，如果该处理确定本码元组是奇数组，则处理选择奇数放大器输入，如方框350所示。
在放大器输入的选择之后，该处理将第一和第二扩频数据流中提供的每个码元对耦合到一对放大器输入端，其中该放大器输入端对应于天线阵中所选定的振子对，如方框346所示。该步骤使用一个换向器，比如图12所示的换向器170来实施。因而，该换向器将一对来自扩频器92输出端的被变换和扩频的码元连接到放大器阵列或混合矩阵放大器的一对输入端。
在放大器输入端已经被选择和耦合之后，该处理调制、上变频、放大并使用天线阵的选定振子发射第一和第二扩频数据流，如方框354所示。需要说明的是，在本发明的一个优选实施例中，这些信号是使用图12所示的参考编号为180的一个混合矩阵放大器放大的。选用混合矩阵放大器是因为，该放大器减少了混合矩阵放大阵列中每个放大器所经受的信号的峰值与平均值。
需要说明的是，尽管调制器和上变换器96被显示为处在换向器170的输出端，但也可以在换向器170输入端之前使用一对调制器和上变换器96。
在方框354之后，该处理循环地返回到方框342，以处理下一个码元组。
参见图14，图中示出了接收和解调来自图12所示的发射机的利用发射分集发射的信号的一个接收机。如图所示，天线120经过可以用信道系数r1至r4描述的信道接收信号。这些信号被耦合到下变换器和解调器122，在这里下变换和解调信号以产生一个基带接收信号。
基带接收信号被输入到解扩器124，进行解扩并产生解扩的基带接收信号。解扩器124使用与图12中的扩频器92所使用的扩频码相同的解扩码。
解扩的基带接收信号被输入到逆变换器128。逆变换器128提供与结合图4所讨论功能相似的逆变换功能。逆变换器128的输出是码元S1和S2乘以相干组合的信道增益。图14所示的输出占用两个码元时间。作为换向器170上天线切换的结果，在下一个两个码元时间中，码元将经过可以由信道系数r3和r4描述的不同信道传播。经不同的信道接收不同码元提供了交织增益。经多个信道接收相同码元提供了路径分集增益。
在一个优选实施例中，逆变换器128可以用类似于图4所示的空时解码器来实现。
逆变换器128的输出被耦合到解交织器和解码器134。解交织和解码器134以适合恢复图12中数据源20所提供的业务信道码元的方式解交织和解码所接收的码元。
为了信道估算，图12所示的发射机可以或者发射与变换器88输出的信号混合的两个导频，或者发射四个导频，其中每个天线振子100至106具有自己的导频。如果导频信号与第一和第二变换数据流混合，则逆变换器128不需要知道换向器170的切换模式。如果连续的导频被加到天线振子100至106的每个上，那么逆变换器128将需要知道图12的发射机中的切换模式和切换速率。
参见图15，图中示出了一个显示图14所示的分集接收机的方法和操作的高级流程图。如图所示，处理开始于方框370，然后进入方框372。在方框372中，该处理接收和下变换所接收的信号，以产生一个基带接收信号。
接着，该处理使用解扩码解扩该基带接收信号，以产生接收的变换信号，如方框374所示。该步骤中使用的解扩码对应于在发射机中使用的、由扩频器92(参见图12)产生第一和第二扩频数据流的扩频码。解扩步骤可以由图14所示的解扩器124来执行。
然后，该处理对接收的变换信号执行逆变换操作，以产生一个交织编码信号，如方框376所示。该逆变换步骤可以由图14所示的逆变换器128执行。在一个优选实施例中，逆变换器是一个逆空时变换器，比如结合图4所述的逆空时变换器。
最后，该处理对交织编码信号进行解交织和解码，以产生业务信道数据输出。选择解交织和解码处理是为了解交织和解码数据源20中使用的处理(参见图12)。
最后，参见图16，图中示出了类似于图12所示的发射机的一个分集信号发射机。图16所示的发射机包括提供附加发射分集的天线切换。在图16中，天线选择器140被耦合到混合矩阵放大器180的输出。在天线选择器140内，任何输入都可以按照切换模式生成器150的控制耦合到任何天线输出上。在码元时钟22已经被除法器152相除并且被除法器190进一步相除之后，该码元时钟确定天线选择的速率。因而天线选择按照等于或低于换向器170的切换速率发生。切换模式生成器150输出的模式可以是表1所示的模式。
为了显示本发明概念，图9和图10以及图16中的天线选择器140和160被显示在放大器98的输出或混合矩阵放大器180的输出上。最好是关于一个基带信号实施这些天线选择器所执行的切换，比如图9和图10中的扩频器92和94后的基带信号和图16中换向器170后的基带信号。
已经为例示和说明的目的作出本发明的一个优选实施例的上述说明。但它不是用来穷举或者用来把本发明限制到所公开的特定结构。按照上述教导进行改进和变更都是可能的。选择和说明实施例是为了提供对本发明原理和其特定应用的最好说明，并且使本领域的熟练人员能够按照适合于预期的特定使用按各种实施例和用各种改进利用本发明。所有这种改进和变更都落入由附带的权利要求书确定的本发明的范围内，该权利要求是根据公平地、法律上地和公正授权的宽度来解释本发明的范围。

Claims (30)

1.一种在无线通信系统中从一个发射机向一个接收机发射数据的方法，其中发射机使用一个天线阵发射具有发射分集的信号，该方法包括以下步骤：1
对输入数据流的码元组进行换向，以产生第一和第二被换向的数据流；
对所述第一被换向的数据流进行空时编码，以产生第一和第二被变换的数据流；
对所述第二被换向的数据流进行空时编码，以产生第三和第四被变换的数据流；
用多个扩频码中的一个选定扩频码对每个被变换的数据流进行扩频，以产生多个天线信号；和
使用多个相互间隔天线中的一个选定天线发射多个天线信号的每一个，其中多个相互间隔天线相互间隔，以提供发射分集，并且，其中用于对被变换的数据流进行扩频的扩频码的数量少于用于发射所述被变换的数据流的天线的数量。
2.根据权利要求1所述的发射数据的方法，其中对一个输入数据流的码元组进行换向以产生多个被换向的数据流的步骤还包括：
选择输入数据流的一个N码元组，其中N大于或等于1；
在第一换向器输出上输出该N码元组，以产生所述第一被换向的数据流；
选择输入数据流的第二N码元组；和
在第二换向器输出上输出第二N码元组，以产生所述第二被换向的数据流。
3.根据权利要求1所述的发射数据的方法，其中对第一被换向的数据流进行空时编码以产生第一和第二被变换的数据流的步骤还包括：
响应具有码元S1S1S2S2的所述第一被换向数据流的输入，在第一时段期间，输出来自第一变换输出的码元S1S1，和输出来自第二变换输出的码元S2S2的负复共轭；和
在第二时段期间，输出来自第一变换输出的码元S2S2，和输出来自第二变换输出的码元S1S1的复共轭。
4.根据权利要求1所述的发射数据的方法，其中使用多个相互间隔天线的一个选定天线发射多个天线信号的每一个的步骤还包括调制、上变换、放大和使用多个相互间隔天线的一个选定天线发射多个天线信号的每一个，其中多个相互间隔天线相互间隔以便提供发射分集。
5.根据权利要求1所述的发射数据的方法，其中使用多个相互间隔天线的一个选定天线发射多个天线信号的每一个的步骤还包括选择天线阵中的不同天线，以发射多个天线信号的每一个。
6.根据权利要求5所述的发射数据的方法，其中周期性选择天线阵中不同天线以发射多个天线信号的每一个的步骤还包括周期性选择天线阵中不同天线，以便根据同步于被一个整数相除的码元时钟的一个天线切换模式来发射多个天线信号的每一个。
7.一种在无线通信系统中从一个发射机向一个接收机发射数据的系统，其中发射机使用一个天线阵发射具有发射分集的信号，该系统包括：
换向器，对输入数据流的码元组进行换向，以产生第一和第二被换向的数据流；
第一空时编码器，对第一被换向的数据流进行空时编码，以产生第一和第二被变换的数据流；
第二空时编码器，对第二被换向的数据流进行空时编码，以产生第三和第四被变换的数据流；
扩频器，用多个扩频码的一个选定扩频码对每个被变换的数据流进行扩频，以产生多个天线信号；和
发射机，使用多个相互间隔的天线中的一个选定天线发射多个天线信号的每一个，其中多个相互间隔天线相互间隔，以提供发射分集，并且，其中用于对被变换的数据流进行扩频的扩频码的数量少于用于发射所述被变换的数据流的天线的数量。
8.根据权利要求7所述的发射数据的系统，其中对一个输入数据流的码元组进行换向以产生多个被换向的数据流的换向器还包括：
选择输入数据流的一个N码元组的装置，其中N大于或等于1；
在第一换向器输出上输出该N码元组以产生所述第一被换向的数据流的装置；
选择输入数据流的第二N码元组的装置；和
在第二换向器输出上输出第二N码元组以产生所述第二被换向的数据流的装置。
9.根据权利要求8所述的发射数据的系统，其中空时编码第一被换向的数据流以产生第一和第二被变换的数据流的第一空时编码器还包括：
输出装置，响应具有码元S1S1S2S2的所述第一被换向数据流的输入，在第一时段期间，输出来自第一变换输出的码元S1S1，和输出来自第二变换输出的码元S2S2的负复共轭；和
输出装置，在第二时段期间，输出来自第一变换输出的码元S2S2，和输出来自第二变换输出的码元S1S1的复共轭。
10.根据权利要求7所述的发射数据的系统，其中使用多个相互间隔天线的一个选定天线发射多个天线信号的每一个的发射机还包括调制、上变换、放大和使用多个相互间隔天线的一个选定天线发射多个天线信号的每一个的装置，其中多个相互间隔天线相互间隔以便提供发射分集。
11.根据权利要求7所述的发射数据的系统，其中使用多个相互间隔天线的一个选定天线发射多个天线信号的每一个的发射机还包括选择天线阵中的不同天线以发射多个天线信号的每一个的装置。
12.根据权利要求11所述的发射数据的方法，其中选择天线阵中不同天线从发射多个天线信号的每一个的装置还包括周期性地选择天线阵中不同天线，以便根据同步于被一个整数相除的码元时钟的一个天线切换模式来发射多个天线信号的每一个的装置。
13.在无线通信系统的一个接收机中接收数据的方法，其中该数据从使用一个天线阵的发射机发射以发射具有发射分集的信号，该方法包括以下步骤：
接收和下变换一接收信号，以产生基带接收信号；
使用与发射机中使用的产生从天线阵的诸多天线发射的天线信号的扩频码相对应的解扩码来解扩基带接收信号，其中该解扩产生接收的变换信号；
对每个接收的变换信号进行空时解码，以产生逆变换器输出信号；和
反换向所有的逆变换器输出信号，以产生含有业务信道数据的信号。
14.根据权利要求13所述的接收数据的方法，其中反换向所有逆变换器输出信号以产生包含业务信道数据的信号的步骤还包括：
在第一时段期间，从第一逆变换器输出信号中选择并输出第一码元组；
在第二时段期间，从第二逆变换器输出信号中选择并输出第二码元组，以产生包含业务信道数据的信号。
15.根据权利要求13所述的接收数据的方法，其中对每个接收的变换信号进行空时解码以产生逆变换器输出信号的步骤还包括：使用相干组合信道增益估算两个码元，以产生逆变换器输出信号。
16.在无线通信系统的一个接收机中接收数据的系统，其中该数据从使用一个天线阵的发射机发射以发射具有发射分集的信号，该系统包括：
接收机，接收和下变换一接收信号，以产生基带接收信号；
解扩器，使用与发射机中使用的一产生从天线阵的诸多天线发射的天线信号的扩频码相对应的解扩码来解扩基带接收信号，其中该解扩产生接收变换信号；
空时解码器，对每个接收的变换信号进行空时解码，以产生逆变换器输出信号；和
反换向器，反换向所有的逆变换器输出信号，以产生含有业务信道数据的信号。
17.根据权利要求16所述的接收数据的系统，其中反换向所有逆变换器输出信号以产生包含业务信道数据的反换向器还包括：
在第一时段期间从第一逆变换器输出信号中选择并输出第一码元组的装置；
在第二时段期间从第二逆变换器输出信号中选择并输出第二码元组以产生包含业务信道数据的信号的装置。
18.根据权利要求16所述的接收数据的系统，其中用于对每个接收的变换信号进行空时解码以产生逆变换器输出信号的空时解码器还包括：使用相干组合信道增益估算两个码元以产生逆变换器输出信号的装置。
19.一种在无线通信系统中从一个发射机向一个接收机发射数据的方法，其中发射机使用一个天线阵发射具有发射分集的信号，该方法包括以下步骤：
对输入数据流的码元组进行空时编码，以产生第一和第二被变换的数据流；
用相同的扩频码对每个被变换的数据流进行扩频，以产生多个天线信号；
从天线阵中选择多个相互间隔天线的一个天线，用于多个天线信号的每一个，其中多个相互间隔天线相互间隔以提供发射分集；和
从多个相互间隔天线的一个选定天线发射多个天线信号的每一个。
20.根据权利要求19所述的发射数据的方法，其中对输入数据流的码元组进行空时编码以产生第一和第二被变换的数据流的步骤还包括：
响应具有码元S1S2的输入数据流，在第一时期期间，输出来自第一变换输出的码元S1，和输出来自第二变换输出的码元S2的负复共轭；和
在第二时期期间，输出来自第一变换输出的码元S2，和输出来自第二变换输出的码元S1的复共轭，其中第一和第二变换输出输出第一和第二变换数据流。
21.根据权利要求19所述的发射数据的方法，其中用扩频码扩频每个被变换数据流以产生多个天线信号的步骤还包括用相同扩频码扩频每个被变换数据流，以产生多个天线信号。
22.根据权利要求19所述的发射数据的方法，其中为多个天线信号的每一个从天线阵中选择多个相互间隔天线的一个天线的步骤还包括：为N个天线信号的每一个周期性地选择天线阵中的X个相互间隔天线中的N个天线，其中N是大于或等于2的整数，X是大于或等于1的整数。
23.根据权利要求19所述的发射数据的方法，其中从多个相互间隔天线选择的一个天线发射多个天线信号的每一个的步骤还包括：调制、上变换、放大和从多个相互间隔天线的一个选定天线发射多个天线信号的每一个，其中多个相互间隔天线相互间隔以提供发射分集。
24.一种在无线通信系统中从一个发射机向一个接收机发射数据的系统，其中发射机使用一个天线阵发射具有发射分集的信号，该系统包括：
空时编码器，用于对输入数据流的码元组进行空时编码，以产生第一和第二被变换的数据流；
多个扩频器，用相同的扩频码对每个被变换的数据流进行扩频，以产生多个天线信号；
选择装置，为多个天线信号的每一个从天线阵中选择多个相互间隔天线的一个天线，其中多个相互间隔天线相互间隔以提供发射分集；和
发射机，从多个相互间隔天线的选定天线发射多个天线信号的每一个。
25.根据权利要求24所述的发射数据的系统，其中对输入数据流的码元组进行空时编码以产生第一和第二被变换的数据流的空时编码器还包括：
输出装置，响应具有码元S1S2的第一被换向数据流的输入，在第一时段期间，输出来自第一变换输出的码元S1，和输出来自第二变换输出的码元S2的负复共轭；和
输出装置，在第二时段期间，输出来自第一变换输出的码元S2，和输出来自第二变换输出的码元S1的复共轭，其中第一和第二变换输出输出第一和第二被变换数据流。
26.根据权利要求24所述的发射数据的系统，其中用扩频码扩频每个被变换数据流以产生多个天线信号的扩频器还包括用相同扩频码扩频每个被变换数据流以产生多个天线信号的多个扩频器。
27.根据权利要求24所述的发射数据的系统，其中为多个天线信号的每一个从天线阵中选择多个相互间隔天线的一个天线的装置还包括：为N个天线信号的每一个周期性地选择天线阵中X多个相互间隔天线的N个天线的装置，其中N是大于或等于2的整数，X是大于或等于1的整数。
28.根据权利要求24所述的发射数据的系统，其中从选择的多个相互间隔天线之一发射多个天线信号的每一个的发射机还包括：调制、上变换、放大和从多个相互间隔天线的一个选定天线发射多个天线信号的每一个的装置，其中多个相互间隔天线相互间隔以提供发射分集。
29.在无线通信系统的一个接收机中接收数据的方法，其中该数据是一个发射机发射的，该发射机响应选择的时间期间中的选定天线，在该选择的时间期间使用一个天线阵中的该选定天线发射具有不同信道的信号，该方法包括以下步骤：
接收和下变换一接收信号，以产生基带接收信号；
使用与发射机中使用的、产生从天线阵的选定天线发射的多个天线信号的扩频码相对应的解扩码来解扩基带接收信号，所述天线阵中的每个天线都使用相同的扩频码，其中该解扩产生接收变换信号；和
响应该选择时间期间的选定天线确定的信道，对每个接收的变换信号进行空时解码，以产生逆变换器输出信号。
30.在无线通信系统的一个接收机中接收数据的系统，其中该数据是一个发射机发射的，该发射机响应选择的时间期间的选定天线，在该选择的时间期间使用一个天线阵中的该选定天线发射具有不同信道的信号，该系统包括：
接收机，接收和下变换一接收信号以产生基带接收信号；
解扩器，使用与发射机中使用的、产生从天线阵中对每个天线使用相同的扩频码的各选定天线发射的多个天线信号的扩频码相对应的解扩码来解扩基带接收信号，其中该解扩产生接收变换信号；和
空时解码器，响应该选择时间期间的选定天线所确定的信道，对每个接收的变换信号进行空时解码，以产生逆变换器输出信号。
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