CN1258138A

CN1258138A - 无线电通信装置和发射天线改变方法

Info

Publication number: CN1258138A
Application number: CN99125444A
Authority: CN
Inventors: 三好宪一; 铃木隆之
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2000-06-28
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: CN1125540C; JP2000138624A; EP0998056A2; EP0998056A3; US6281840B1

Abstract

接收信号强度检测装置109和110检测各终端天线的信号的接收信号强度。发射天线选择器111对各个通信目的地选择具有最大接收信号强度的天线,当有多个通信目的地具有相同的最大接收信号强度天线时,该发射天线选择器根据具有第二大接收信号强度天线的接收信号强度选择彼此不同的发射天线,并根据选择结果改变发射天线改变装置114的内部开关。这不再需要提供混频器并且不降低发射分集效果,导致发射放大器的最大输出减少。

Description

无线电通信装置和发射天线改变方法

本发明涉及用选择性分集进行发射的无线电通信装置和发射天线改变方法。

在无线电通信系统中，近来已经使用在基站具有多个天线分支(此后简单地称作“天线”)的空间分集，以确保多条路径，以便改进接收质量。作为一种空间分集，存在根据传播状态选择最佳天线的选择性分集。

在发射端使用选择性分集的情况下，在反向链路，为每个天线获取每个终端的接收信号强度，并选择具有高接收信号强度的天线，并从选择的天线发射信号。

此后，将基站用作无线电通信装置的一个例子，描述传统无线电通信装置中的信号流。图1是表示传统基站结构的方框图。

首先，由天线11到14在接收定时接收从各个终端以无线电方式发射的信号，接着接收信号通过发射/接收开关15到18输入到接收信号强度检测装置19和20。

接着，由检测装置19和20检测每个终端每个天线的接收信号强度，并且每个检测的接收信号强度与每个天线号有关，并暂时存储结果。

之后，发射天线选择器21为每个终端选择具有最大接收信号强度的天线，并将相应的控制信号输出到发射天线改变装置24，以便根据控制信号改变发射天线改变装置24的内部开关。

接着，在发射定时，对应于每个终端的发射信号从发射机22和23输出，并通过发射天线改变装置24输入到混频器25到28中的任何一个。

此后，多路复用输入到各混频器25到28的信号，并从天线11到14中的任何一个无线发射该信号。

图2是表示发射天线选择处理结果的示意图，由传统基站的发射天线选择器21执行该处理。

在图2中，对于终端A天线的接收信号强度，天线11到14分别具有47dB、40dB、42dB、37dB。另外，对于终端B天线的接收信号强度，天线11到14分别具有50dB、45dB、38dB、41dB。

在图2的情况下，具有终端A的最大接收信号强度的天线是天线11，而具有终端B的最大接收信号强度的天线是天线11。因此发射天线选择器21选择天线11作为终端A的发射天线，而选择天线11作为终端B的发射天线。

因此，在上述传统的无线电通信装置和发射天线改变方法中，选择接收信号强度在发射前的接收定时变为最大的天线作为发射天线。

但是，在上述传统的无线电通信装置中，因为发射信号有可能从相同的天线发射给多个终端，所以需要混频器，并且如果使用n(n＝2或2以上的自然数)个发射机，则需要n个混频器。为此原因，所使用发射机的数目增加得越多，混频器出现的衰减(大约3dB×n)就变得越大，结果产生不必要的热量。

另外，在混频器出现的衰减相应于由发射机提供的发射放大器所产生能量的一半，并且其引起的问题在于考虑到这种衰减必须使用大型的发射放大器。

本发明的第一个目的是提供一种无线电通信装置，它降低了不需要混频器的发射放大器的最大输出而没有恶化发射信号的质量，并提供一种发射天线改变方法。

根据本发明，当根据各自的通信目的地选择每个具有最大接收信号强度的发射天线作为发射天线并且存在多个具有最大接收信号强度的相同天线的通信目的地时，根据第二大接收信号强度选择发射天线以便不与另一个天线重叠，以便可以实现上述目的。

参照结合附图的如下描述，将更全面地表现出本发明上述和其它目的和特征，附图中通过实例说明一个例子，附图中：

图1是表示传统基站结构的方框图；

图2是表示传统基站中发射天线选择处理结果的示意图；

图3是表示包括本发明基站的无线电通信系统的系统结构图；

图4是表示根据本发明第一个实施例的基站结构的方框图；

图5是表示根据本发明第一个实施例基站的发射天线选择处理的流程图；

图6是表示根据本发明第一个实施例基站的发射天线选择处理结果的示意图；

图7是表示根据本发明第二个实施例的基站结构的方框图；

图8是表示根据本发明第二个实施例基站的发射天线选择处理结果的示意图；

图9是解释根据本发明第三个实施例的信道分配的示意图；

图10是解释根据本发明第三个实施例的信道分配的示意图；和

图11是表示本发明第三个实施例中接收信号强度和BER之间关系的示意图。

此后，参照附图将基站作为无线电通信装置的例子详细解释本发明的实施例。

(第一个实施例)

图3是表示包括本发明基站的无线电通信系统的系统结构图。基站100同时执行终端A和B之间的无线电通信，并接收从终端A和B发射的反向链路的信号，并将正向链路的信号从天线101到104中选择的一个天线发射到各终端A和B。

图4是表示根据本发明第一个实施例的基站结构的方框图。

在图4中，设置有发射/接收开关105到108以便在接收和发射时使用相同天线的发射/接收开关105到108输出由天线101到104无线接收的信号，天线101到104在接收信号强度检测器109和110的接收和发射之间切换。接着，发射/接收开关105到108分别将从发射天线改变装置114发送的发射信号输出到天线101到104。

接收信号强度检测器109和110检测由天线101到104接收的信号的接收信号强度，并暂时存储天线号和它们的接收信号强度。

发射天线选择器111根据由检测器109和110检测的接收信号强度选择将信号发射给彼此不同的各终端的天线。接着，发射天线选择器111根据选择结果输出控制信号，并控制发射天线改变装置114。

发射机112和113分别使用各自的载波，并根据不同的终端将发射信号输出到发射天线改变装置114。发射天线改变装置114根据从发射天线选择器111输出的控制信号改变内部开关，并输出从发射机112和113输出的发射信号到发射/接收开关105到108中的任何一个。

下面，描述根据本发明的第一个实施例的基站的信号流。

首先，从各终端无线发射的信号由天线101到104在接收定时接收。接收的信号通过发射/接收开关105到108输出到接收信号强度检测器109和110。

接着，由检测器109和110检测每个终端的每个天线的接收信号强度，并且每个检测的接收信号强度与每个天线号有关，并暂时存储的结果。

之后，发射天线选择器111根据天线号和接收信号强度通过后面要描述的发射天线选择处理来选择发射天线，相对于各个终端，从该发射天线发射的发射信号不与其它终端的发射信号重叠。接着，对应的控制信号输出到发射天线改变装置114，并且根据该控制信号改变发射天线改变装置114的内部开关。

接着，在发射定时，相对于每个终端的发射信号从发射机112和113输出，并通过发射天线改变装置114和发射/接收开关105到108从天线101到104中的任何一个无线发射。

下面，参照图5的流程图描述发射天线选择处理，该处理由根据第一个实施例基站的发射天线选择器111来执行。在这种情况下，假设发射机112发射数据到终端A，而发射机113发射数据到终端B。另外，假设接收信号强度检测器109检测来自终端A每个天线的接收信号强度，而接收信号强度检测器110检测来自终端B每个天线的接收信号强度。

首先，在步骤(此后写作“ST”)201，从接收信号强度检测器109的输出中提取具有最大接收信号强度的终端A的天线(此后称作“第一天线”)Xa1和接收信号强度(此后称作“第一接收信号强度”)Va1。同样，在ST202，从接收信号强度检测器110的输出中提取终端B的第一天线Xb1和第一接收信号强度Vb1。

下面，在ST203，确定终端A的第一天线Xa1是否与终端B的第一天线Xb1相同。接着，当终端A的第一天线Xa1和终端B的第一天线Xb1彼此不同时，选择天线Xa1作为从发射机112发射到终端A的信号的发射天线(此后称作“终端A的发射天线”)。另外，在ST204，选择天线Xb1作为从发射机113发射到终端B的信号的发射天线(此后称作“终端B的发射天线”)。

作为ST203确定的结果，当终端A的第一天线Xa1与终端B的第一天线Xb1相同时，在ST205提取终端A具有第二大接收信号强度的天线Xa2(此后称作“第二天线”)和接收信号强度(此后称作“第二接收信号强度”)Va2。另外，在ST206，提取终端B的第二天线Xb2和第二接收信号强度Vb2。

下面，在ST207，确定终端A的第二接收信号强度Va2是否大于终端B的第二接收信号强度Vb2。接着，当终端B的第二接收信号强度Vb2大于终端A的第二接收信号强度Va2时，在ST208选择天线Xa1作为终端A的发射天线，并选择天线Xb2作为终端B的发射天线。

作为ST207确定的结果，当终端B的第二接收信号强度Vb2不大于终端A的第二接收信号强度Va2时，在ST209确定终端A的第二接收信号强度Va2是否大于终端B的第二接收信号强度Vb2。接着，当终端A的第二接收信号强度Va2大于终端B的第二接收信号强度Vb2时，在ST210选择天线Xa2作为终端A的发射天线，并选择天线Xb1作为终端B的发射天线。

作为ST209确定的结果，当终端A的第二接收信号强度Va2不大于终端B的第二接收信号强度Vb2，即，终端A的第二接收信号强度Va2等于终端B的第二接收信号强度Vb2时，在ST211确定终端A的第一接收信号强度Va1是否大于终端B的第一接收信号强度Vb1。接着，当终端A的第一接收信号强度Va1大于终端B的第一接收信号强度Vb1时，在ST212选择天线Xa1作为终端A的发射天线并选择天线Xb2作为终端B的发射天线。

作为ST211确定的结果，当终端A的第一接收信号强度Va1不大于终端B的第一接收信号强度Vb1时，在ST213选择天线Xa2作为终端A的发射天线并选择天线Xb1作为终端B的发射天线。

图6是表示根据第一个实施例由基站的发射天线选择器111进行的发射天线选择处理结果的示意图。

在图6中，对于终端A天线的接收信号强度，天线101到104分别具有47dB、40dB、42dB、37dB。另外，对于终端B天线的接收信号强度，天线101到140分别具有50dB、45dB、38dB、41dB。

在图6的情况下，终端A和终端B的第一天线都是天线101。因此，发射天线选择器111比较终端A和终端B的第二天线的接收信号强度。

因为终端B第二天线102的接收信号强度(45dB)大于终端A第二天线103的接收信号强度(42dB)，所以发射天线选择器111选择天线101作为终端A的发射天线，并选择天线102作为终端B的发射天线。

因此可以彼此不同地分配天线作为每个终端的发射天线。结果，可以消除提供混频器的需要，并且可以使发射放大器小型化。

另外，当两个终端中具有最大接收信号强度的天线相同时，比较一个终端天线的第二大接收信号强度和另一个终端的第二大接收信号强度。接着，选择具有较大接收信号强度的天线作为相应终端的发射天线，并选择具有最大接收信号强度的天线作为另一个终端的发射天线。这使得有可能使接收信号强度的平均值最大。

相应地，有可能减少分集影响的恶化，以便可以执行有效的发射分集，当不能选择具有最大接收信号强度的天线作为发射天线时引起该分集影响的恶化。

(第二个实施例)

在传统的基站中，安装预定的一个发射天线作为不同于根据接收信号强度执行选择分集的通信信道的控制信道。

但是，发射控制信道信号到与自站(self-station)进行通信的多个终端，并且没有必要对特定的目标站进行发射分集。为此原因，尽管可以从任何天线发射控制信道信号，在发射质量上并没有区别。

因此，根据第二个实施例，改变控制信道的发射天线并选择通信信道的发射天线。由此，从剩余天线中选择控制信道的发射天线，以便可以有效实现发射分集的性能。

图7是表示根据第二个实施例的基站结构的方框图。在图7的基站中，与图4相同的附图标记加到与图4基站相同的结构部分，并省略解释。

发射天线选择器301根据检测器109和110检测的接收信号强度，通过图4所表示的过程，选择将信号发射到彼此不同的各个终端的天线。接着，发射天线选择器301从剩余天线中选择将信号发射到控制信道的天线。之后，发射天线选择器301根据选择处理的结果输出控制信号，并控制发射天线改变装置302。

发射天线改变装置302根据从发射天线选择器111输出的控制信号改变内部开关，并将从发射机112、113、和303发送的发射信号输出到发射/接收开关105到108中的任何一个。

图8是表示发射天线选择处理结果的示意图。由根据第二个实施例基站的发射天线选择器301执行该处理。

在图8中，对于终端A天线的接收信号强度，天线101到104分别具有37dB、40dB、42dB、47dB。另外，对于终端B天线的接收信号强度，天线101到140分别具有38dB、41dB、45dB、50dB。

在图8的情况下，终端A和终端B的第一天线都是天线104。因此，发射天线选择器301比较终端A和终端B的第二天线的接收信号强度。

因为终端B第二天线103的接收信号强度(45dB)大于终端A第二天线103的接收信号强度(42dB)，所以发射天线选择器301选择天线104作为终端A的发射天线，并选择天线103作为终端B的发射天线。

接着，天线选择器301选择剩余天线101或102作为控制信道的发射天线。

因此，在将发射天线分配给每个终端后，从剩余天线中选择控制信道的发射天线，以便可以分配不同的天线作为包括一个用于控制信道的发射天线。结果，可以消除对提供混频器的需要，并且可以使发射放大器小型化，并且可以执行有效的发射分集。

(第三个实施例)

第三个实施例是当用多个频率信道进行通信时进行信道分配的形式。

图9和10分别是解释根据第三个实施例的信道分配的示意图。

在图9和10中，TDMA-TDD系统用作信号划分系统，并且一帧中存在包括信道(ch)1到信道4的四个信道。接着，发射机112用信道1和2进行发射，发射机113用频率不同于信道1和2频率的信道3和4进行发射。另外同时执行用信道1和3的发射，并且同时执行用信道2和4的发射。

假设发射机112通过使用天线1进行到终端A的发射，终端A的接收信号强度的平均值大约为80dB，并通过使用天线2进行到终端B的发射，终端C的接收信号强度的平均值大约为40dB。接着，假设从终端B发送接收信号强度平均值大约为80dB的通信请求，并且从终端D发送接收信号强度平均值大约为40dB的通信请求。

图9表示将信道3分配给终端B和信道4分配给终端D的情况。图10表示将信道3分配给终端D和信道4分配给终端B的情况。

当如图9所示进行信道分配时，减少了接收信号强度的平均值的差(大约0dB)。另外，当如图10所示进行信道分配时，增加了接收信号强度的平均值的差(大约40dB)。

图11是表示当如图10所示进行信道分配时接收信号强度和BER(误码率)之间关系的示意图。

在图11中，阴影区域401表示信道1的接收信号强度的范围，而阴影区域402表示信道3的接收信号强度的范围。另外，虚线403表示发射分集的希望性能是否满足的边界。实线404表示当执行从三个天线选择一个天线的三个分支分集发射时的BER特性曲线。实线405表示当执行从四个天线选择一个天线的四个分支分集发射时的BER特性曲线。

图11中很明显，在信道1的接收信号强度范围内，实线405落在虚线403之下而实线404没有落在虚线403之下，信道1的接收信号强度的平均值大约为40dB。即，很明显，当执行四个分支分集发射时可以满足希望的性能，但是当执行三个分支分集发射时不能满足希望的性能。

另外，在信道3的接收信号强度范围内，实线405和404都落在虚线403之下，信道3的接收信号强度的平均值大约为80dB。接着，很明显，当执行四个分支分集发射或三个分支分集发射时都可以满足希望的性能。

这里，如图10所示，执行信道分配以便增加接收信号强度的平均值的差，并执行如第一或第二个实施例所解释的发射天线选择处理。在这种情况下，尽管具有最大接收信号强度的第一天线是相同的，但是使得具有接收信号强度低平均值的信道的第二接收信号强度小于具有接收信号强度高平均值的信道的第二接收信号强度。

即，总是相对于具有接收信号强度低平均值的信道优先进行天线选择。结果，相对于具有接收信号强度低平均值的信道执行四个分支分集发射操作，并相对于具有接收信号强度高平均值的信道执行四个分支分集发射操作或三个分支分集发射操作。这样满足了希望的性能不会失败。

但是，如图9所示，当执行信道分配以便减少接收信号强度的平均值的差时，同时完成通信的信道2和4的接收信号强度平均值都变成40dB。结果，不能利用每个信道执行四个分支分集发射。这样引起了不能满足希望的性能并恶化发射质量的问题。

因此，在利用多个天线同时完成通信的情况下，分配每个信道以便增加接收信号强度的平均值的差。这使得有可能实现满足希望性能的发射分集。

上面的实施例解释了在基站使用通信信道的两个发射机和四个天线的情况。但是，在本发明中，不对发射机和天线的数目作任何限制。不管发射机和天线的数目增加或减少，都能得到相同的结果。

而且，把基站用作无线电通信装置的例子来解释上面的实施例。但是，本发明并不局限于基站，在其它的无线电通信装置中也能得到相同的结果。

如上所解释的，根据本发明的无线电通信装置和发射天线改变方法，可以分配不同的天线作为每个终端的发射天线。结果，可以不再需要提供混频器，并且可以减少发射放大器的最大输出而不恶化发射信号的质量。

本发明并不局限于上述的实施例，可在不背离本发明范围的情况下进行各种改变和改进。

该申请基于1998年10月29日提交的日本专利申请平10-308915，这里并入其整个内容作为参考。

Claims

1.一种无线电通信装置，包括：

接收信号强度检测装置，为每个通信目的地和每个天线检测由多个天线同时接收的信号的接收信号强度；

发射天线选择装置，根据所述检测的接收信号强度相对于各个通信目的地选择彼此不同的天线作为发射天线；和

发射天线改变装置，根据所述发射天线选择装置的选择结果改变所述发射天线。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述发射天线选择装置只相对于一个通信目的地选择具有最大接收信号强度的天线作为到所述相应通信目的地的发射天线，并当有多个通信目的地具有相同的最大接收信号强度天线时，所述发射天线选择装置比较各个通信目的地天线的第二大接收信号强度，并根据比较结果相对于每个通信目的地选择发射天线。

3.根据权利要求2所述的装置，其中多个通信目的地有具有相同的最大接收信号强度的天线，所述发射天线选择装置将具有最大接收信号强度的所述天线分配给具有第二大接收信号强度最小值的天线的通信目的地作为发射天线。

4.根据权利要求3所述的装置，其中当相对于两个通信目的地有具有最大接收信号强度的天线时，所述发射天线选择装置将所述两个通信目的地的具有第二大接收信号强度较高值的天线分配给所述相应通信目的地作为发射天线，并将所述具有最大接收信号强度的天线分配给另一个通信目的地作为发射天线。

5.根据权利要求4所述的装置，其中当两个通信目的地天线的第二大接收信号强度彼此相同时，所述发射天线选择装置比较所述通信目的地中具有最大接收信号强度的天线的接收信号强度，并为所述相应通信目的地选择具有接收信号强度较高值的天线作为发射天线，并将具有第二大接收信号强度的天线分配给另一个通信目的地作为发射天线。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述发射天线选择装置为通信信道选择发射天线，并从剩余天线中为控制信号选择天线。

7.根据权利要求1到6中任何一个所述的装置，其中当同时使用多个频率进行通信时，把在多个空信道中增加信道间接收信号强度平均值的差的信道分配给发送通信请求的目标站。

8.一种具有无线电通信装置的通信终端装置，所述无线电通信装置包括：

9.一种具有无线电通信装置的基站装置，所述天线通信装置包括：

10.一种发射天线改变方法，包括以下步骤：

为每个通信目的地和每个天线检测由多个天线同时接收的信号的接收信号强度；

根据所述检测的接收信号强度相对于各个通信目的地选择彼此不同的天线作为发射天线；和

根据所述发射天线选择装置的选择结果改变所述发射天线。

11.根据权利要求10所述的方法，其中选择仅相对于一个通信目的地具有最大接收信号强度的天线作为到所述相应通信目的地的发射天线，并当有多个通信目的地有具有相同的最大接收信号强度的天线时，比较各个通信目的地天线的第二大接收信号强度，并根据比较结果相对于每个通信目的地选择发射天线。

12.根据权利要求11所述的方法，其中在有具有相同的最大接收信号强度的天线的多个通信目的地中，将所述具有最大接收信号强度的所述天线分配给有具有第二大接收信号强度最小值的天线的通信目的地作为发射天线。

13.根据权利要求12所述的方法，其中当存在相对于两个通信目的地具有最大接收信号强度的天线时，将具有所述两个通信目的地的较高值的第二大接收信号强度的天线分配给相应通信目的地作为发射天线，并将所述具有最大接收信号强度的天线分配给另一个通信目的地作为发射天线。

14.根据权利要求13所述的方法，其中当两个通信目的地天线的第二大接收信号强度彼此相同时，比较所述通信目的地中具有最大接收信号强度天线的接收信号强度，并为所述相应通信目的地选择具有接收信号强度较高值的天线作为发射天线，并将具有第二大接收信号强度的天线分配给另一个通信目的地作为发射天线。

15.根据权利要求10到14中任何一个所述的方法，为通信信道选择发射天线，并从剩余天线中为控制信号选择天线。

16.一种从如权利要求10所述的发射天线改变方法所确定的天线发射信号的无线电通信方法，其中当同时使用多个频率进行通信时，把在多个空信道中增加信道间接收信号强度平均值的差的信道分配给发送通信请求的目标站。