CN1256815C - 利用多于两个天线的发送分集的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了发送分集系统。在支持不同天线发送分集方案的MS进入4-天线发送分集UTRAN的服务区的情况下，无需对MS加以修改，UTRAN就可以把导频信号和公用数据信号发送到MS。因此，在UTRAN的天线之间分配功率，提高了系统容量。

Description

利用多于两个天线的发送分集的设备和方法
                          发明背景
技术领域
本发明一般涉及发送分集系统，尤其涉及UTRAN(UMTS(通用移动电信系统)地面无线电接入网络)与支持不同发送分集技术的移动台(MS)兼容地进行操作的系统。
背景技术
随着移动通信技术的迅速发展和发送的数据量的增加，已经为高速数据发送开发出了第三代移动通信系统。在欧洲，W-CDMA(宽带码分多址)，一种UTRAN之间的异步方案，被标准化成第三代移动通信系统，在北美，CDMA-2000，一种基站之间的异步方案，被标准化成第三代移动通信系统。在移动通信系统中，数个MS通过一个基站进行通信。当以高速率发送数据时，由于无线电信道的衰落，接收信号的相位会失真。衰落使接收信号的幅度降低几个分贝到几十个分贝。如果在数据解调过程中失真得不到补偿，那么移动通信质量就会变差。因此，许多分集技术已经用于克服衰落。
CDMA通常应用耙式接收器，耙式接收器借助于利用信道的延迟扩展的分集接收信号。当把依赖于延迟扩展的接收分集应用于耙式接收器时，如果延迟扩展小于一个阈值，那么，耙式接收器就不进行操作。依赖于交织和编码的时间分集用于Doppler(多普勒)扩展信道。但是，时间分集难以应用于慢速Doppler扩展信道。
因此，把空间分集应用于扩展延迟小的信道和慢速Doppler扩展信道，以便克服衰落。对于空间分集，使用至少两个发送/接收天线。尽管通过一个天线发送的信号的强度因衰落而降低，但是可以接收通过其它天线发送的信号。空间分集分为利用接收天线的接收分集和利用发送天线的发送分集。因为就成本和终端大小而言，难以在MS中为接收分集安装数个天线，所以在UTRAN中利用数个天线实现发送分集技术是可取的。
发送分集技术用接收下行链路信号和获取分集增益的算法来实现。该算法一般分为开环模式和闭环模式。在开环模式中，如果UTRAN编码数据信号和通过分集天线发送编码信号，MS就接收来自UTRAN的信号和通过解码它来获取分集增益。在闭环模式中，如果MS估计通过基站的发送天线发送的信号将经历的信道环境，根据估计值为发送天线计算使接收信号的功率达到最大的权重，和在上行链路信道上把权重作为信号发送到UTRAN，那么，UTRAN根据从MS接收的权重信号调整天线的权重。为了帮助MS估计信道，UTRAN通过各自的发送天线把导频信号发送到MS。然后，MS按照导频信号估计信道，和根据信道信息获取最佳权重。
在名称为“利用存在反馈的自适应发送天线进行子空间聚束的方法(Method of Subspace Beamforming Using Adaptive Transmitting Antennas withFeed_Back)”的美国专利第5,634,199号和名称为“在自适应发送天线中使串扰达到最小的方法(Method for Minimizing Cross_talk)”的美国专利第5,471,647号中，以反馈方式应用了发送分集。虽然前者提出了在干扰算法和增益矩阵中使用信道估计和反馈，但是，这是一种因信道估计的收敛速度慢和难以获得精确的权重而不适合于存在导频的系统的盲方案。
UMTS(通用移动电信系统)的3GPP(第3代协作项目)规范(第99版)提出了两个天线的权重的量化和反馈。它只描述了MS支持2-天线发送分集的情况。该规范对来自含有发送天线的UTRAN的信号发送和在2-天线发送分集MS与4-天线发送分集MS共存的情况下的信号发送和接收没有加以注解。对于2-天线发送分集MS，把通过一个天线的信号发送推广到通过两个天线的信号发送的传统方法自适应地用于推广到四个信道是无效的。同时利用使用两个天线的信号发送方法和使用四个天线的信号发送方法也存在着天线之间功率失衡问题。
不同导频信号可以通过数个天线按时分多路复用、频分多路复用、和码分多路复用发送出去。在W-CDMA中，为了通过天线发送不同导频信号，可以利用多个加扰码、信道化码、或多种正交导频码元模式进行码分多路复用。
一般说来，与利用单个发送分集的传统系统相比，利用两个发送天线需要高的分集增益和高达3dB(分贝)的SNR(信噪比)增益。如果利用多于两个的天线实现发送分集，那么，除了两个天线发送器中的分集增益之外，还可以获取附加的分集增益，和SNR增益与天线个数成正比地增加。附加分集增益小于从2-天线发送分集获取的分集增益，但是，由于分集级提高了，如果SRN(Eb/No)增加了，分集增益会非常高。
3GPP规范(第99段)描述了利用2-天线发送分集进行操作的UMTS系统，但是考虑到了利用多于两个天线的发送分集的需求。还应该对从两个发送天线接收信号的现有MS与从多于两个发送天线接收信号的MS共存的移动电信系统的发送/接收框架加以考虑。也就是说，即使被指定为与存在2-天线发送分集的UTRAN通信的MS位于支持多于2个天线的发送分集的UTRAN的有效区内，MS也应该能正常进行操作，并且，反过来，对于被指定为与存在多于2个天线的发送分集的UTRAN通信的MS，也应该成立。还有必要保证多于2个天线的发送分集的UTRAN与2-天线发送分集的MS之间的兼容操作。
对这种兼容性的需求对于公用导频信道(CPICH)和公用数据信道(CDCH)来说尤为迫切。虽然专用信道根据MS的特征和形式自适应地把信号发送到给定个数的天线，公用导频信道和公用数据信道必须在在传统2-天线发送分集方案下进行操作的低级形式MS和在多于2个天线的发送分集方案下进行操作的高级形式MS两者中进行操作。也就是说，由于系统应该给予公用信道更高信号可靠性，应该用比专用信道更强的功率发送公用信道。因此，如果天线发送分集增益是从公用信道中获得的，可以用低的发送功率进行通信，从而提高了系统容量。换言之，系统承受得了的用户的数量可以增加。
发送天线系统指的是通过数个天线发送信号的系统。只要均匀分配通过天线发送的信号的功率，就成本和效率而言，包括，例如，低噪声放大器(LNA)的发送RF(射频)系统是有效的。要不然，相对来说，天线就难以设计，它们的成本也就高了。当通过功率分配在天线的发送信号之间建立发送功率平衡时，只有有效设计发送/接收系统才能保证不同发送分集方案之间的兼容性。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种在UTRAN中利用四个天线的发送分集的设备和方法。
本发明的另一个目的是提供一种在MS中从4-天线发送分集UTRAN接收信号的接收方法和设备。
本发明的另一个目的是提供一种在按照利用不同数量天线的发送分集方案进行操作的系统中的信号发送方法和设备。
本发明的另一个目的是提供一种在按照利用不同数量天线的发送分集方案进行操作的系统中的导频信号发送方法和设备。
本发明的另一个目的是提供一种在按照利用不同数量天线的发送分集方案进行操作的系统中的导频信号接收方法和设备。
本发明的另一个目的是提供一种在按照利用不同数量天线的发送分集方案进行操作的系统中有效利用有限正交码资源的导频信号接收方法和设备。
本发明的上面和其它目的是通过提供天线发送分集方法和设备实现的。根据本发明的一个方面，在含有至少四个天线的UTRAN的发送器中，第一加法器与第一天线相连接，并且，相加利用第一正交码扩展第一码元模式生成的第一扩展信号和利用与第一正交码正交的第二正交码扩展第一码元模式生成的第二扩展信号。第二加法器与第二天线相连接，并且，相加第一扩展信号和利用第二正交码扩展使第一码元模式反相得出的第一反相码元模式生成的第三扩展信号。第三加法器与第三天线相连接，并且，相加利用第一正交码扩展与第一码元模式正交的第二码元模式生成的第四扩展信号和利用第二正交码扩展第二码元模式生成的第五扩展信号。第四加法器与第四天线相连接，并且，相加第四扩展信号和利用第二正交码扩展使第二码元模式反相得出的第二反相码元模式生成的第六扩展信号。
根据本发明的另一个方面，在UTRAN发送器中，第一加法器与第一天线相连接，并且，相加将第一码元模式与增益常数相乘和利用第一正交码扩展乘积生成的第一扩展信号和利用与第一正交码正交的第二正交码扩展第一码元模式生成的第二扩展信号。第二加法器与第二天线相连接，并且，相加第一扩展信号和利用第二正交码扩展使第一码元模式反相得出的第一反相码元模式生成的第三扩展信号。第三加法器与第三天线相连接，并且，相加将第二码元模式与增益常数相乘和利用第二正交码扩展乘积生成的第四扩展信号和利用第二正交码扩展第二码元模式生成的第五扩展信号。第四加法器与第四天线相连接，并且，相加第四扩展信号和利用第二正交码扩展使第二码元模式反相得出的第二反相码元模式生成的第六扩展信号。
根据本发明的第三个方面，在UTRAN的信号发送方法中，把利用第一正交码扩展第一码元模式生成的第一扩展信号与利用与第一正交码正交的第二正交码扩展第一码元模式生成的第二扩展信号相加，并且，通过第一天线发送和值。把第一扩展信号与利用第二正交码扩展使第一码元模式反相得出的第一反相码元模式生成的第三扩展信号相加，并且，通过第二天线发送和值。把利用第一正交码扩展与第一码元模式正交的第二码元模式生成的第四扩展信号与利用第二正交码扩展第二码元模式生成的第五扩展信号相加，并且，通过第三天线发送和值。把第四扩展信号与利用第二正交码扩展使第二码元模式反相得出的第二反相码元模式生成的第六扩展信号相加，并且，通过第四天线发送和值。
根据本发明的第四个方面，在UTRAN的信息发送方法中，把将第一码元模式与增益常数相乘和利用第一正交码扩展乘积生成的第一扩展信号与利用与第一正交码正交的第二正交码扩展第一码元模式生成的第二扩展信号相加，并且，通过第一天线发送和值。把第一扩展信号与利用第二正交码扩展使第一码元模式反相得出的第一反相码元模式生成的第三扩展信号相加，并且，通过第二天线发送和值。把将第二码元模式与增益常数相乘和利用第二正交码扩展乘积生成的第四扩展信号与利用第二正交码扩展第二码元模式生成的第五扩展信号相加，并且，通过第三天线发送和值。把第四扩展信号与利用第二正交码扩展使第二码元模式反相得出的第二反相码元模式生成的第六扩展信号相加，并且，通过第四天线发送和值。
根据本发明的第五个方面，在UTRAN的发送器中，第一加法器与第一天线相连接，并且，相加利用第一正交码扩展第一码元模式生成的第一扩展信号和利用与第一正交码正交的第二正交码扩展第一码元模式生成的第二扩展信号。这里，第一正交码含有均为0的码片和第二正交码在前一半码片中均为0和在后一半码片中均为1。第二加法器与第二天线相连接，并且，相加第一扩展信号和利用第二正交码扩展使第一码元模式反相得出的第一反相码元模式生成的第三扩展信号。第三加法器与第三天线相连接，并且，相加利用第一正交码扩展与第一码元模式正交的第二码元模式生成的第四扩展信号和利用第二正交码扩展第二码元模式生成的第五扩展信号。第四加法器与第四天线相连接，并且，相加第四扩展信号和利用第二正交码扩展使第二码元模式反相得出的第二反相码元模式生成的第六扩展信号。
附图说明
通过结合附图，进行如下详细描述，本发明的上面和其它目的、特征和优点将更加清楚，在附图中：
图1示意性地显示了典型4-天线发送分集系统配置；
图2示意性地显示了根据本发明实施例的4-天线发送分集系统配置；
图3是根据本发明实施例的、发送导频信号的发送分集发送器的方块图；
图4是根据本发明实施例的、用于导频信号估计的发送分集接收器的方块图；
图5是根据本发明实施例的、发送公用数据的发送分集发送器的方块图；
和
图6是根据本发明实施例的、估计公用数据的发送分集接收器的方块图。
具体实施方式
下文参照附图描述本发明的优选实施例。在如下的描述中，对那些众所周知的功能或结构将不作详细描述，否则的话，本发明的重点将不突出。
图1显示了典型4-天线发送分集系统配置。
参照图1，UTRAN 101含有4个天线，转换适合于通过天线#1-#4发送的用户信号，和天线#1-#4把发送转换的信号。MS 103分别在信道h1到h4上接收通过天线#1-#4发送的信号。MS 103通过解调和解码从接收信号中还原原始发送数据。
图2示意性地显示了根据本发明实施例的4-天线发送分集系统配置。在4-天线发送分集系统中，支持2-天线发送分集技术的MS 203就好像它从2个天线接收导频信号那样，从UTRAN 201接收4个导频信号。也就是说，MS 203在信道hA上接收来自天线#1和#2的信号，和在信道hB上接收来自天线#3和#4的信号。
下面参照图3，描述对于2-天线发送分集MS进入4-天线发送分集UTRAN 201的有效区的情况，UTRAN 201中发送器的结构。
图3是根据本发明实施例的、显示导频信号发送方法的发送分集发送器的方块图。来自天线#1-#4(347-353)的导频输出分别用如下方程表达：
x1(t)＝p1(t)×(g·cOVSF1(t)+cOVSF1(t))×cSC(t)        ......(1)
x2(t)＝p1(t)×(g·cOVSF1(t)-cOVSF2(t))×cSC(t)        ......(2)
x3(1)＝p2(t)×(g·cOVSF1(t)+cOVSF2(t))×cSC(t)        ......(3)
x4(t)＝p2(t)×(g·cOVSF1(t)-cOVSF2(t))×cSC(t)        ......(4)此处，p1(t)是导频码元模式301，即，码元模式#1[A，A]，和p2(t)是导频码元模式303，即，与导频码元[A，A]正交的码元模式#2[A，-A]或[A，-A]。用来扩展导频码元模式301和303的Walsh(沃尔什)码或正交可变扩展因子(OVSF)码cOVSF1(t)和cOVSF2(t)是OVSF1 305和OVSF2 315。
如图3所示，UTRAN发送器含有两个不同正交码OVSF1 305和OVSF2315的导频码元模式，以便MS中的接收器可以识别来自发送天线的导频信号。由于应该利用附加正交码来标识每个发送天线，因此，进一步消耗了正交码资源。为了有效使用有限正交码资源，最好，第一正交码OVSF1 305在它的码片中均为0，和OVSF2 315在前一半码片中均为1和在后一半码片中均为1。例如，OVSF1 305可以是“0000...0000”和OVSF2 315可以是“0000...000111...1111”。
代码cSC(t)是码片速率与正交码的码片速率相同的加扰码337。常数g是用于保证支持传统2-天线发送分集技术的MS的性能的增益常数355。
要由UTRAN 201通过天线发送的导频信号可以是在BPSK(双相相移键控)调制中，1或-1，和在QPSK(四相相移键控)调制中，1+j。因此，第一导频码元模式301在乘法器357中被乘以增益常数g355，和在乘法器307中被乘以正交码OVSF1 305，然后施加到加法器329的输入端上。正交码OVSF1具有，例如，256个码片的长度。第一导频码元模式301还在乘法器317中被乘以正交码OVSF2315，然后施加到加法器329的输入端上。加法器329相加乘法器307和317的输出。其和值在乘法器339被乘以加扰码337，并且通过第一天线347发送出去。
同时，乘法器325把第一导频码元模式301与第二正交码OVSF2 315的积乘以-1。然后，加法器331相加乘法器307的输出和乘法器325的输出，并且通过第二天线349发送出去。虽然乘法器325通过把输入信号乘以-1使它反相，但是也可以在UTRAN发送器中的任何输入端或输出端上进行反相。
第二导频码元模式303在乘法器359中被乘以增益常数g355，和在乘法器311中被乘以正交码OVSF1 305。第二导频码元模式303还在乘法器321中被乘以正交码OVSF2 315。加法器333相加乘法器311和321的输出。其和值由乘法器339乘以加扰码337，并且通过第三天线351发送出去。
同时，乘法器327把第二导频码元模式303与正交码OVSF2 305的积乘以-1。虽然乘法器327通过把输入信号乘以-1使它反相，但是，如上所述，也可以在UTRAN发送器中的任何输入端或输出端上进行反相。然后，加法器335相加乘法器311和327的输出。其和值在乘法器345中被乘以加扰码337，并且通过第四天线353发送出去。
在上述发送器结构中，可以把加法器329、331、333、和335合并成相加输入信号的一个加法器。此外，可以把乘法器339、341、343、和345合并成进行复扩展的一个乘法器，因为将加扰码337与它们各自的输入信号相乘时它们是相同的。乘法器325和327使引向第二和第四天线349和353的信号反相，并且，它们的位置是可以改变的，只要它们执行相同的功能即可。例如，乘法器325可以在乘法器317之前使输入导频码元模式或正交码OVSF2315反相。当移去乘法器325，取而代之，加法器331将乘法器307的输出与乘法器317的输出相减时，可以取得相同的效果。同样，乘法器327在乘法器321之前使输入导频码元模式或正交码OVSF2 315反相，或者，加法器335将乘法器311的输出与乘法器321的输出相减，同时移去乘法器327也是可以的。如果常数g355是1，那么，从上面硬件结构中移去增益模块。增益常数g355是预定常数，或根据信道环境或用户情况在预定基础(码元、时隙、或帧)上自适应地控制的变量。
图4是根据本发明实施例的、作为图3所示的发送分集发送器的对应物的、估计导频信号的发送分集接收器的方块图。
在图4中，接收器的4个输出，即，第一到第四天线347-353的信道估计值用如下方程表达：
h ^ 1 = ∫ r ( t ) · c SC ( t ) · c OVSF 1 ( t ) { p 1 ( t ) + p 2 ( t ) } dt · · · · · · ( 5 )
h ^ 2 = ∫ r ( t ) · c SC ( t ) · c OVSF 1 ( t ) { p 1 ( t ) - p 2 ( t ) } dt · · · · · · ( 6 )
h ^ 3 = ∫ r ( t ) · c SC ( t ) · c OVSF 2 ( t ) { p 1 ( t ) + p 2 ( t ) } dt · · · · · · ( 7 )
h ^ 4 = ∫ r ( t ) · c SC ( t ) · c OVSF 2 ( t ) { p 1 ( t ) - p 2 ( t ) } dt · · · · · · ( 8 )
此处，r(t)是在MS 203上通过天线401接收的信号，p1(t)是导频码元模式413，p2(t)是与导频码元模式413正交的导频码元模式423，代码cOVSF1(t)是第一正交码OVSF1 407，代码cOVSF2(t)是第二正交码OVSF2 411，和代码cSC(t)是加扰码403。导频码元模式和加扰码与用在UTRAN中的导频码元模式和加扰码相同，并且事先为MS所知。
将接收信号r(t)转换成基带信号，并且施加到解扩器405上。解扩器405利用加扰器403解扩基带信号，并且把解扩信号馈送到正交解扩器408和409。正交解扩器408利用第一正交码OVSF1 407解扩输入信号，和正交解扩器409利用第二正交码OVSF2 411解扩输入信号。累加器440以码元为基础累加正交解扩器408的输出，乘法器415把累加信号乘以第一导频码元模式413，和累加器425累加乘法器415的输出，并且用第一增益的倒数放大累加信号。
同时，乘法器417把累加器440的输出乘以第二导频码元模式423，和累加器427累加乘法器417的输出，并且用第二增益的倒数放大累加信号。
累加器441以码元为基础累加正交解扩器409的输出，乘法器419把累加信号乘以第一导频码元模式413，和累加器429累加乘法器419的输出，乘法器421把累加器441的输出乘以第二导频码元模式423，和累加器431累加乘法器421的输出。
加法器433相加从累加器425和529接收的信号，并且输出和值，作为从第一天线347发送的导频码元信号。加法器435相加从累加器427和531接收的信号，并且输出和值，作为从第二天线349发送的导频码元信号。加法器437将从累加器425接收的信号与从累加器429接收的信号相减，并且输出差值，作为从第三天线351发送的导频码元信号。加法器439将从累加器427接收的信号与从累加器431接收的信号相减，并且输出差值，作为从第四天线353发送的导频码元信号。
上面参照3和4描述了根据本发明实施例的、发送/接收导频码元模式的发送分集系统的结构。现在，参照图5和6给出根据本发明实施例的、发送/接收公用数据的发送分集系统的结构的描述。
图5是根据本发明实施例的、显示其公用数据发送结构的发送分集发送器的方块图。四个天线#1-#4(547-553)的数据输出分别用如下方程表达：
[y1(2t)y1(2t+1)]＝[s(2t)·cSC(2t)s(2t+1)·cSC(2t+1)]·[g·cOVSF1(2t)+cOVSF2(2t)]...(9)
[y2(2t)y2(2t+1)]＝[s(2t)·cSC(2t)s(2t+1)·cSC(2t+1)]·[g·cOVSF1(2t)-cOVSF2(2t)]...(10)
[y3(2t)y3(2t+1)]＝[-s*(2t+1)·cSC(2t)s*(2t)·cSC(2t+1)]·[g·cOVSF1(2t)+cOVSF2(2t)](11)
[y4(2t)y4(2t+1)]＝[-s*(2t+1)·cSC(2t)s*(2t)·cSC(2t+1)]·[g·cOVSF1(2t)-cOVSF2(2t)](12)此处，[s(2t)s(2t+1)]是参考天线STTD代码模式501，[-s*(2t+1)s*(2t)]是与2-数据码元模式501复正交的分集天线STTD代码模式503，Walsh码或OVSF码cOVSF1(t)和cOVSF2(t)分别是OVSF1 505和OVSF2 515。代码cSC(t)是加扰码537，和g是用于保证支持2-天线发送分集的MS的性能的增益常数555。
要在4-天线发送分集系统中发送的数据信号可以是在BPSK调制中，1或-1，和在QPSK调制模式中，{1+j，-1+j，1-j，-1-j}。数据信号可以经受诸如8PSK(8相相移键控)、16QAM(16个调幅)、和64QAM(64相调幅)之类的高效调制。这里假设开环模式方案之一，STTD(基于空间时间块编码的发送分集)应用于数据信号A。STTD应用于DPCH(专用物理信道)、P_CCPCH(主要公用控制物理信道)、S_CCPCH(次要公用控制物理信道)、SCH(同步信道)、PICH(寻呼指示信道)、AICH(获取指示信道)、和PDSCH(物理下行链路共享信道)。在本发明中，通过对公用导频信道进行STTD解码估计各个天线信道。如果以在发送分集编码间隔T1内，码元S1和在发送分集编码间隔T2内，码元S2的顺序输入数据信号A，那么，在STTD编码之后，以S1S2的形式通过天线#1(547)和以-S2*S1*的形式通过天线#2(549)发送相继码元S1S2。为了以信道位为基础描述码元STTD，假设码元S1和S2分别是信道位b0b1和b2b3。在STTD编码之后，对于输入S1S2，即b0b1b2b3，天线#1(547)输出信道位b0b1b2b3(S1S2)，和天线#2(549)输出信道位-b2b3b0-b1(-S2*S1*)。这里，天线#1(547)是参考天线，和天线#2(549)分集天线。
码元模式S1S2的-S2*S1*分别被称为参考天线STTD代码块501和分集天线STTD代码块503。乘法器557将参考天线STTD代码块501乘以增益常数g555，和乘法器507将乘法器557的输出乘以第一正交码OVSF1 505。第一正交码OVSF1 505具有，例如，256个码片的长度。乘法器517将参考天线STTD代码块501乘以第二正交码OVSF2 515。加法器529相加乘法器507和517的输出，和乘法器539将和值乘以加扰码537。乘法器539的输出通过天线#1(547)发送出去。
同时，乘法器525将参考天线STTD代码块501与第二正交码OVSF2 515的积乘以-1。加法器531相加乘法器507和525的输出。乘法器541将和值乘以加扰码537。乘法器541的输出通过天线#2(549)发送出去。
乘法器559将分集天线STTD代码块503乘以乘以增益常数g 555，和乘法器511将乘法器559的输出乘以第一正交码OVSF1 505。乘法器521将分集天线STTD代码块503乘以第二正交码OVSF2 515。加法器533相加乘法器511和521的输出，和乘法器543将和值乘以加扰码537。乘法器543的输出通过天线#3(551)发送出去。
同时，乘法器527将分集天线STTD代码块503与第二正交码OVSF2 515的积乘以-1。加法器535相加乘法器511和527的输出。乘法器545将和值乘以加扰码537。乘法器545的输出通过天线#4(553)发送出去。
在上述发送器结构中，可以把加法器529、531、533、和535合并成相加输入信号的一个加法器。此外，可以把乘法器539、541、543、和545合并成进行复扩展的一个乘法器，因为将加扰码337与它们各自的输入信号相乘时它们是相同的。乘法器525和527使引向第二和第四天线#2和#4(549和553)的信号反相，并且，它们的位置是可以改变的，只要它们执行相同的功能即可。例如，乘法器525可以在乘法器517之前使输入数据码元模式或正交码OVSF2 515反相。当移去乘法器525，取而代之，加法器531将乘法器507的输出与乘法器517的输出相减时，可以取得相同的效果。同样，乘法器327在乘法器521之前使输入数据码元模式或正交码OVSF2 315反相，或者，加法器535将乘法器511的输出与乘法器521的输出相减，同时移去乘法器527也是可以的。如果常数g555是1，那么，从上面硬件结构中移去增益模块。增益常数g555是预定常数，或根据信道环境或用户情况以码元为基础自适应地控制的变量。
图6是根据本发明实施例的、作为图5所示的发送分集发送器的对应物、显示其公用数据估计结构的发送分集接收器的方块图。
在图6中，接收器的两个输出，即，第一和第二数据码元估计值用如下方程表达：
S 1 ^ = S 11 ^ + S 21 ^ · · · · · · ( 13 )
S 2 ^ = S 12 ^ + S 22 ^ · · · · · · ( 14 )
此处， 和 是第一STTD软解码器617的输出，和
Figure C0181216100175
和
Figure C0181216100176
是第二STTD软解码器619的输出。
在MS 203上通过天线601接收的信号被转换成基带信号，并且施加到解扩器605上。解扩器605利用加扰器603解扩基带信号，并且把解扩信号馈送到正交解扩器609和611。正交解扩器609利用第一正交码OVSF1 607解扩输入信号，和正交解扩器611利用第二正交码OVSF2 613解扩输入信号。STTD软解码器617利用从信道估计器615输出的前信道估计值的两个前部码元对乘法器609的输出进行软解码，并且把两个结果分别馈送到加法器621和623。STTD软解码器619利用从信道估计器615输出的前信道估计值的两个后部码元对乘法器611的输出进行软解码，并且把两个结果分别馈送到加法器621和623。加法器621输出它的和值，作为第一数据估计值，和加法器623输出它的和值，作为第二数据估计值。如果导频信道的增益常数g355不同于公用数据信道的增益常数g555，那么，在加法器621中与STTD软解码器619的输出相加之前，将STTD软解码器617的输出乘以增益常数g555与增益常数g355的比值。类似地，在加法器623中与STTD软解码器617的输出相加之前，将STTD软解码器619的输出乘以增益常数g555与增益常数g355的比值。
下面参照图2到6，详细描述根据本发明的发送分集系统的操作。
一般来说，发送天线分集系统指的是通过数个天线发送信息，以便尽管损失了来自特定天线的信息，但根据从其它天线接收的信息有效恢复信号的系统。因此，在这个发送天线分集系统中的MS估计多个天线信道，和生成满足最大比率组合的权重。如上所述，权重反馈回到UTRAN，以便UTRAN在闭环模式下指定一个权重，而把这个权重用于组合在开环模式下在MS上接收的天线信号。发送天线分集系统的特性取决于使用的天线的数量，和可以应用具有两个或更多个天线的发送分集。
当2-天线发送分集MS进入利用天线#1-#4的4-天线发送分集UTRAN的有效区时，UTRAN通过分组天线#1和#2和天线#3和#4，好像通过两个天线进行服务那样进行操作。另一方面，如果4-天线发送分集MS进入UTRAN的有效区，那么，UTRAN进行通过各个天线发送信号的4-天线发送分集。
W-CDMA中的2-天线发送分集UTRAN把两种正交导频码元模式指定给两个天线，和MS估计这两个不同天线信道。MS估计基于第一正交码元模式的第一天线信道和基于第二正交码元模式的第二天线信道。同时，4-信道分集UTRAN发送可以用来确定4个天线信道的导频信号。为了使2-天线分集MS无需修改就能进行操作均匀分配通过4个天线进行2-天线分集的信号功率，把天线#1和#2分组为有效天线A和把天线#3和#4分组为有效天线B。在按照信号处理分组两个天线的许多方法中，这里，通过两个天线发送相同信号。2-天线发送分集MS实际上接收来自有效天线A和B的信号。
如果天线#1-#4的信道是h1到h4，那么，有效天线A的信道是hA＝h1+h2，和有效天线B的信道是hB＝h3+h4。鉴于分集信道的性质，假设信道hA和hB与两个天线的分集信道具有相同的特性。对于4-天线分集MS，通过4个信道h1到h4进行分集，而对于2-天线分集MS，通过2个信道hA到hB进行分集。
4-天线发送分集UTRAN可以以多种方式，通过2-天线发送分集MS的有效天线A和B进行发送分集。其中之一是通过天线#1和#2(即，有效天线A)发送相同信号，和通过天线#3和#4(即，有效天线B)发送另一个相同信号。
在开环发送分集方案之一中，通过有效天线A把原始数据发送到2-天线发送分集MS，和通过有效天线B把分集数据发送到2-天线发送分集MS。另一方面，在闭环发送分集方案之一中，通过有效天线A发送数据和第一权重的乘积，和通过有效天线B发送数据和第二权重的乘积。
4-天线发送分集UTRAN在每一个都是两个信道的组合的信道上发送导频码元模式，以便2-天线发送分集MS可以估计信道hA(h1+h2)和hB(h3+h4)。如下所示的表1显示了4-天线发送分集系统中2-天线发送分集MS的导频发送规则。如表1所示，如果UTRAN发送导频码元模式，那么，MS获取每一个都是两个信道之和的信道。导频码元模式是区分天线的正交导频码元模式。正交码元模式通过Walsh码等生成。在W-CDMA中，在含有唯一信道化码的公用导频信道上发送导频信号。MS通过使在公用导频信道上接收的信号与模式#1自相关估计信道hA(h1+h2)和通过使接收信号与模式#2自相关估计信道hB(h3+h4)。
(表1)
  天线序号   天线#1   天线#2   天线#3   天线#4
  信道   h1   h2   h3   h4
  导频码元模式   模式#1   模式#2   模式#3   模式#4
与2-天线发送分集MS兼容的4-天线发送分集UTRAN利用附加公用导频信道来帮助4-天线发送分集MS中的信道估计。现有公用导频信道被称为公用导频信道#1，和附加公用导频信道被称为公用导频信道#2。在根据在这里与表1的发送规则结合在一起的表2所示的发送规则发送导频信号的情况下，4-天线发送分集MS应该通过线性组合公用导频信道#1和公用导频信道#2的估计值，估计所有4个天线信道h1到h4。一旦接收到公用导频信道#1，4-天线发送分集MS就估计信道hA(h1+h2)和hB(h3+h4)，和一旦接收到公用导频信道#2，它就估计信道hC(h1-h2)和hD(h3-h4)。表2显示了4-天线发送分集系统中2-天线分集MS的另一种导频发送规则。
(表2)
  天线序号       天线#1       天线#2       天线#3       天线#4
  信道         h1         h2         h3         h4
  导频码元模式   #1   #1   #1   -#1   #2   #2   #2   -#2
  CPICH   #1   #2   #1   #2   #1   #2   #1   #2
4-天线发送分集UTRAN通过两个天线群，即，每一个都包括两个天线的两个有效天线发送信号，以便支持与2-天线发送分集MS的兼容性。对于4-天线发送分集MS，可以通过4个天线信道进行分集。为了使2-天线发送分集MS能够好像从两个发送天线接收信号那样进行操作，UTRAN根据表2所示的发送规则，在公用导频信道#1和#2上发送导频码元模式。因此，4-天线发送分集MS通过导频的线性组合，估计4个天线信道。
在W-CDMA中，在含有唯一信道化码的公用数据信道上发送公用数据。2-天线发送分集MS通过STTD-解码利用信道hA(h1+h2)和信道hB(h3+h4)的估计值在公用数据信道上接收的信号，检测估计的数据码元。表3显示了4-天线发送分集系统中2-天线发送分集MS的公用数据发送规则。
 (表3)
  天线序号   天线#1   天线#2   天线#3   天线#4
  信道   h1   h2   h3   h4
  STTD代码块   参考天线模块   参考天线模块   分集天线模块   分集天线模块
  信道代码   #3   #3   #3   #3
与2-天线发送分集MS兼容的4-天线发送分集UTRAN把附加公用数据信道用于4-天线发送分集MS中的信道估计。在这里，现有公用数据信道和附加公用数据信道分别被称为公用数据信道#1和公用数据信道#2。4-天线发送分集MS应该估计所有4个天线信道h1到h4。如果根据在这里与表3的发送规则结合在一起的表4所示的发送规则发送导频信号，那么，通过线性组合公用数据信道#1和#2的估计值，估计发送的码元。根据hA(h1+h2)和hB(h3+h4)的估计值把公用数据信道#1恢复成发送的码元，和根据hC(h1-h2)和hD(h3-h4)的估计值把公用数据信道#2恢复成发送的码元。表4显示了4-天线发送分集系统中2-天线分集的另一种公用数据发送规则。
(表4)
  天线序号        天线#1        天线#2       天线#3       天线#4
  信道         h1         h2         h3         h4
  公用数据码元(STTD)   #1   #1   #1   -#1   #2   #2   #2   -#2
  信道代码   #1   #2   #1   #2   #1   #2   #1   #2
在表4中，公用数据信道#1是参考天线编码块，和公用数据信道#2是分集天线编码块。
4-天线发送分集UTRAN通过两个天线群，即，每一个都包括两个天线的两个有效天线发送信号，以便与2-天线发送分集MS兼容地进行操作。对于4-天线发送分集MS，UTRAN可以通过4个天线信道进行分集。为了使2-天线发送分集MS能够好像根据传统方法存在2个信道那样进行操作，UTRAN根据表4所定义的发送规则，在两个公用数据信道上发送公用数据。在4-天线发送分集方案中，4-天线发送分集MS从在公用数据信道上接收的信号中检测原始信号。
如上所述，本发明的优点在于，当支持与UTRAN支持的天线发送分集方案不同的天线发送分集方案的MS位于UTRAN的服务区中时，保证了不同发送分集天线之间的兼容性，因此，在天线之间建立起功率平衡。
假设一个UTRAN为多达100个用户服务，如果只有4-天线发送分集MS存在于它的服务区之内，那么，UTRAN每个天线消耗100/4功率，和如果UTRAN只通过两个天线为2-天线发送分集MS服务，那么，在每个使用信道上消耗多达100/2功率。根据本发明，尽管2-天线发送分集MS存在于服务区之内，但是每个天线最多消耗不超过100/4功率。因此，无需采购诸如复杂、昂贵的功率放大器之类的RF器件。
此外，在2-天线发送分集MS与4-天线发送分集MS共存在4-天线发送分集系统内的情况下，发送导频码元模式，以便前者估计两个天线信道和后者估计四个天线信道。其结果是，2-天线发送分集MS无需为四个信道的估计配备另外的器件，和4-天线发送分集MS用数量最少的器件进行操作。
本发明的第四个优点是与2-天线发送分集MS保持兼容的同时，为公用数据有效地实现4-天线分集。
并且，由于把第一正交码设置成全为0，和把第二正交码设置成在其前一半码片中为0和在其后一半码片中为1，作为发送分集发送器中标识天线信号的正交码，因此，有限正交码资源得到有效利用。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.在移动通信系统中含有至少四个天线的通用移动电信系统地面无线电接入网络的发送器，包括：
与第一天线相连接的第一加法器，用于相加利用第一正交码扩展第一码元模式生成的第一扩展信号和利用与第一正交码正交的第二正交码扩展第一码元模式生成的第二扩展信号；
与第二天线相连接的第二加法器，用于相加第一扩展信号和利用第二正交码扩展使第一码元模式反相得出的第一反相码元模式生成的第三扩展信号；
与第三天线相连接的第三加法器，用于相加利用第一正交码扩展与第一码元模式正交的第二码元模式生成的第四扩展信号和利用第二正交码扩展第二码元模式生成的第五扩展信号；和
与第四天线相连接的第四加法器，用于相加第四扩展信号和利用第二正交码扩展使第二码元模式反相得出的第二反相码元模式生成的第六扩展信号。
2.根据权利要求1所述的发送器，其中，码元模式是导频码元模式和数据码元模式之一。
3.在移动通信系统中通用移动电信系统地面无线电接入网络的发送器，包括：
与第一天线相连接的第一加法器，用于相加将第一码元模式与增益常数相乘和利用第一正交码扩展乘积生成的第一扩展信号和利用与第一正交码正交的第二正交码扩展第一码元模式生成的第二扩展信号；
与第二天线相连接的第二加法器，用于相加第一扩展信号和利用第二正交码扩展使第一码元模式反相得出的第一反相码元模式生成的第三扩展信号；
与第三天线相连接的第三加法器，用于相加将第二码元模式与增益常数相乘和利用第二正交码扩展乘积生成的第四扩展信号和利用第二正交码扩展第二码元模式生成的第五扩展信号；和
与第四天线相连接的第四加法器，用于相加第四扩展信号和利用第二正交码扩展使第二码元模式反相得出的第二反相码元模式生成的第六扩展信号。
4.根据权利要求3所述的发送器，其中，码元模式是导频码元模式和数据码元模式之一。
5.根据权利要求3所述的发送器，其中，增益常数被设置成保证可与含有小于四个天线的通用移动电信系统地面无线电接入网络的发送器通信的移动台的接收性能。
6.根据权利要求3所述的发送器，其中，增益常数被设置成保证可与含有两个天线的通用移动电信系统地面无线电接入网络的发送器通信的移动台的接收性能。
7.在移动通信系统中含有至少四个天线的通用移动电信系统地面无线电接入网络中的信号发送方法，包括如下步骤：
相加利用第一正交码扩展第一码元模式生成的第一扩展信号和利用与第一正交码正交的第二正交码扩展第一码元模式生成的第二扩展信号，并且，通过第一天线发送和值；
相加第一扩展信号和利用第二正交码扩展使第一码元模式反相得出的第一反相码元模式生成的第三扩展信号，并且，通过第二天线发送和值；
相加利用第一正交码扩展与第一码元模式正交的第二码元模式生成的第四扩展信号和利用第二正交码扩展第二码元模式生成的第五扩展信号，并且，通过第三天线发送和值；和
相加第四扩展信号和利用第二正交码扩展使第二码元模式反相得出的第二反相码元模式生成的第六扩展信号，并且，通过第四天线发送和值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，码元模式是导频码元模式和数据码元模式之一。
9.在移动通信系统中通用移动电信系统地面无线电接入网络中的信号发送方法，包括如下步骤：
相加将第一码元模式与增益常数相乘和利用第一正交码扩展乘积生成的第一扩展信号和利用与第一正交码正交的第二正交码扩展第一码元模式生成的第二扩展信号，并且，通过第一天线发送和值；
相加第一扩展信号和利用第二正交码扩展使第一码元模式反相得出的第一反相码元模式生成的第三扩展信号，并且，通过第二天线发送和值；
相加将第二码元模式与增益常数相乘和利用第二正交码扩展乘积生成的第四扩展信号和利用第二正交码扩展第二码元模式生成的第五扩展信号，并且，通过第三天线发送和值；和
相加第四扩展信号和利用第二正交码扩展使第二码元模式反相得出的第二反相码元模式生成的第六扩展信号，并且，通过第四天线发送和值。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，增益常数被设置成保证可与含有小于四个天线的通用移动电信系统地面无线电接入网络的发送器通信的移动台的接收性能。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，增益常数被设置成保证可与含有两个天线的通用移动电信系统地面无线电接入网络的发送器通信的移动台的接收性能。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，码元模式是导频码元模式和数据码元模式之一，数据码元模式是通过应用基于空间时间块编码的发送分集的代码码。
13.在移动通信系统中含有至少四个天线的通用移动电信系统地面无线电接入网络的发送器，包括：
与第一天线相连接的第一加法器，用于相加利用第一正交码扩展第一码元模式生成的第一扩展信号和利用与第一正交码正交的第二正交码扩展第一码元模式生成的第二扩展信号，其中，第一正交码含有均为0的码片和第二正交码在前一半码片中均为0和在后一半码片中均为1；
与第二天线相连接的第二加法器，用于相加第一扩展信号和利用第二正交码扩展使第一码元模式反相得出的第一反相码元模式生成的第三扩展信号；
与第三天线相连接的第三加法器，用于相加利用第一正交码扩展与第一码元模式正交的第二码元模式生成的第四扩展信号和利用第二正交码扩展第二码元模式生成的第五扩展信号；和
与第四天线相连接的第四加法器，用于相加第四扩展信号和利用第二正交码扩展使第二码元模式反相得出的第二反相码元模式生成的第六扩展信号。
14.根据权利要求13所述的发送器，其中，码元模式是导频码元模式和数据码元模式之一。
15.在移动通信系统中含有至少四个天线的通用移动电信系统地面无线电接入网络中的信号发送方法，包括如下步骤：
相加利用第一正交码扩展第一码元模式生成的第一扩展信号和利用与第一正交码正交的第二正交码扩展第一码元模式生成的第二扩展信号，并且，通过第一天线发送和值，其中，第一正交码含有均为0的码片和第二正交码在前一半码片中均为0和在后一半码片中均为1；
相加第一扩展信号和利用第二正交码扩展使第一码元模式反相得出的第一反相码元模式生成的第三扩展信号，并且，通过第二天线发送和值；
相加利用第一正交码扩展与第一码元模式正交的第二码元模式生成的第四扩展信号和利用第二正交码扩展第二码元模式生成的第五扩展信号，并且，通过第三天线发送和值；和
相加第四扩展信号和利用第二正交码扩展使第二码元模式反相得出的第二反相码元模式生成的第六扩展信号，并且，通过第四天线发送和值。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，码元模式是导频码元模式和数据码元模式之一。
17.在移动通信系统中在至少四个天线发送信道上接收第一发送信号到第四发送信号的移动台，其中，第一发送信号是利用第一正交码扩展第一码元模式生成的第一扩展信号与利用与第一正交码正交的第二正交码扩展第一码元模式生成的第二扩展信号之和，第二发送信号是第一扩展信号与利用第二正交码扩展使第一码元模式反相得出的第一反相码元模式生成的第三扩展信号之和，第三发送信号是利用第一正交码扩展与第一码元模式正交的第二码元模式生成的第四扩展信号与利用第二正交码扩展第二码元模式生成的第五扩展信号之和，和第四发送信号是第四扩展信号与利用第二正交码扩展使第二码元模式反相得出的第二反相码元模式生成的第六扩展信号之和，该移动台包括：
数个解扩器，用于利用第一正交码和第一码元模式生成第一解扩信号，利用第一正交码和第二码元模式生成第二解扩信号，利用第二正交码和第一码元模式生成第三解扩信号，和利用第二正交码和第二码元模式生成第四解扩信号；和
数个加法器，用于通过相加第一和第三解扩信号生成第一信道估计信号，通过相加第二和第四解扩信号生成第二信道估计信号，通过相减第一和第三解扩信号生成第三信道估计信号，通过相减第二和第四解扩信号生成第四信道估计信号。
18.根据权利要求17所述的移动台，其中，码元模式是导频码元模式和数据码元模式之一。
19.在移动通信系统的移动台中的信号接收方法，包括如下步骤：
在至少四个天线发送信道上接收第一发送信号到第四发送信号的移动台，其中，第一发送信号是利用第一正交码扩展第一码元模式生成的第一扩展信号与利用与第一正交码正交的第二正交码扩展第一码元模式生成的第二扩展信号之和，第二发送信号是第一扩展信号与利用第二正交码扩展使第一码元模式反相得出的第一反相码元模式生成的第三扩展信号之和，第三发送信号是利用第一正交码扩展与第一码元模式正交的第二码元模式生成的第四扩展信号与利用第二正交码扩展第二码元模式生成的第五扩展信号之和，和第四发送信号是第四扩展信号与利用第二正交码扩展使第二码元模式反相得出的第二反相码元模式生成的第六扩展信号之和；
通过利用第一正交码和第一码元模式解扩发送信号生成第一解扩信号，通过利用第一正交码和第二码元模式解扩发送信号生成第二解扩信号，通过利用第二正交码和第一码元模式解扩发送信号生成第三解扩信号，和通过利用第二正交码和第二码元模式解扩发送信号生成第四解扩信号；和
通过相加第一和第三解扩信号估计第一信道信号，通过相加第二和第四解扩信号估计第二信道信号，通过相减第一和第三解扩信号估计第三信道信号，通过相减第二和第四解扩信号估计第四信道估计信号。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，码元模式是导频码元模式和数据码元模式之一。
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