CN1408150A - 无线通信系统 - Google Patents

Abstract

一个无线通信系统，该系统包含一条在包含多个天线(110)的发射机(108)和至少有一个天线(110)的接收机(114)之间的多条路径组成的通信信道。该系统中的通信信道包含多个有一组特性的路径(112)。要发送的数据由一个或多个应用(102)产生并且有一个或多个类别分配给它，例如通过由标记模块(204)附加的标记指明了其重要性或者其它要求。根据分配的类别和路径(112)的特性，该数据被映射到一个或多个发射机的天线(110)，从而选择一条合适的传输路径(112)。

Description

无线通信系统

技术领域

本发明涉及一个无线通信系统，该系统包含由发射机和接收机之间的多条路径组成的通信信道，该发射机包含多个天线，该接收机至少包括一个天线。在本说明书中，路径通常指在整个无线系统中能解析的独立的子信道，而信道通常指在发射机和接收机之间所有路径的总体。

背景技术

在无线通信系统中，无线信号一般都通过多个传播路径从发射机传到接收机，每一个都涉及到一个或多个分散物产生的反射。从传播路径接收到的无线信号在接收机端可能产生有益或者有害的干扰(其结果是产生了位置相关的衰减)。进一步来说，传播路径长度的不同可能产生符号间干扰，因为信号从发射机到接收机所需的时间不同。

众所周知，上述由多径传播导致的问题可以通过在接收机端使用多个天线来减轻(分集接收)，它能部分或者全部解析多个传播路径。为了有效地分集，各个单独的天线接收的信号应该有低的互相关性。一般的，通过对波长进行大量的分割将天线分离可以保证低的互相关性，不过，密集天线也可以通过在待审未公开的国际专利申请PCT/EPO1/02750(申请人参考PHGB000033)中公开的技术实现。通过确保使用大量不相关的信号，在任意给定时间，多个天线上有害干扰发生的概率是最小的。

在发射机端使用多个天线(分集发射)也可以取得相似的改善。分集技术可能已经一般化为在发射机和接收机两端都使用多个天线，它也被称为多输入多输出(MIMO)系统，它可以在单边分集的基础上进一步提高系统的增益。作为该技术的进一步发展，多个天线的存在能够空分复用，它将一个待发送的数据流分割成多个子流，每一个子流通过不同的路径(或子信道)发送。在美国6,067,290号专利中描述了这样一个系统的实例。

从MIMO系统获得的性能改善可以用来提高在给定差错率的数据传送速率，也能减小在给定数据传送速率下的差错率，或者同时改善两个。一个MIMO系统也能在控制下用于减小给定数据速率和差错率情况下的发射能量或功率。

发明公布

本发明的一个目标是提供一个性能得到改善的MIMO或者MISO(多输入单输出，Multi-Input Single-Output)系统。

根据本发明的第一个方面，它提供了这样一个无线通信系统，它包含由多个天线的发射机和至少包含一个天线的接收机之间的多个路径组成的通信信道，其特征在于该发射机包含用于判决每一条路径的至少一个传输属性的路径表征装置，用于给一组要发送的数据分配类别的分类装置，以及映射装置，该映射装置响应上述类别和上述的至少一个传输属性，并且确定将该组数据提供到发射机的天线的影射，这样就可以决定该数据从哪一个或多个路径发送出去。

根据本发明的第二个方面，它提供了用在无线通信系统中的发射机和接收机，该系统包含由多个天线的发射机和至少包含一个天线的接收机之间的多个路径组成的通信信道，其特征在于路径表征装置被提供用于判决每一条路径的至少一个传输属性，分类装置被提供用于给一组要发送的数据分配类别，响应上述类别和上述至少一个传输属性的映射装置被提供用于将该组数据映射到发射机的天线，这样就可以决定该数据从哪一个天线发送出去。

根据本发明的第三个方面，它提供了运转一个无线通信系统的方法，该系统包含一条包含多个天线的发射机和至少包含一个天线的接收机之间的多个路径组成的通信信道，该方法包含这样一个发射机，它判决每一条路径的至少一个传输属性，它给一组要发送的数据分配类别，它还根据上述类别和上述至少一个传输属性确定将该组数据提供到发射机的天线的影射，从而决定该数据从哪一个或多个路径发送出去。

本发明基于这样一个在先技术中是没有的共识，也就是考虑每一个子信道的属性可以优化整个通信链路性能。

附图简要描述

本发明的实施例将在这里参考附图通过实例的方式进行描述，其中：

图1是大家熟知的的MIMO无线系统的方框示意图；

图2是根据本发明的MIMO无线系统的方框示意图；

图3是图示运行根据本发明的MIMO无线系统的流程图；

图中使用了相同的参考数字用来指明相应的特性。

实现本发明的模式

图1图示了大家知道的MIMO无线系统。多个应用102(AP1到AP4)产生要传送的数据流。一个应用102也能产生多个数据流。该数据流通过复用器(MX)104结合到一个单独的数据流，该数据流进一步被编码和映射模块(CM)106处理。该CM模块能完成时空编码以提供被发射机(Tx)108发送的数据符号和多个发射天线110之间的映射，它同时还能完成合适的前向纠错。由CM模块完成的前向纠错(FEC)因而必须具有充足的处理MIMO信道的纠错能力，该MIMO信道包括多个路径112。为了图示简单，只有天线110之间的直接路径112在图中标示了，但是应该意识到，该组路径应该典型地包括信号被一个或多个游离物反射形成的间接路径。

编码和映射模块106能使用许多种在先技术中公知的时空编码技术。这进一步包括帮助选择到接收机的路径的分集和波束形成技术。适合的技术的实例包括在但不局限于Kluwer Academic Publishers 2000出版的Rooyen等人编写的《CDMA无线通信中的时空码处理》中第2、5和8章的描述。

接收机(Rx)114也提供了多个天线110，它从多个路径接收信号并将它们结合起来，然后解码并解复用，最后将相应的数据流送给每一个应用。虽然图示的发射机112和接收机114有相同数目的天线，但这在实际中并不是必须的，天线的数目可以根据空间和容量限制进行优化。相似地，发射机108可以支持任意数目的应用(例如，单一的语音移动电话应用或者PDA上的许多应用)。

这样一个大家熟知的MIMO系统的问题在于，它没有考虑这样一个事实，发射机108和接收机114之间不同的路径112的冲激响应不同，因而导致信噪比(SNR)和时延的不同。可用路径112的数目受可获得路径的质量限制。

根据本发明的系统中，数据流根据个别部分的数据的不同需要而被映射到不同的发射天线110。

为了实现这样一个系统，需要预先知道不同路径112的特性。可以通过从每一个天线发送引导比特而使接收机114能以已知的方式进行信道估算而获得路径的特性。该信道估算可以送还给发射机108让它能决定怎么为不同的天线110分配数据和编码数据。此外，该估算还可以来自于从先前通过不同的无线路径112接收到的数据的比特或者块差错率或者其它适当的技术。

如果上行和下行信道已知为至少大致相反，例如在相干时间大于闭合回路反馈时延的时分复用系统中，信道估算可以由发射机108根据已知的引导信息或者从接收机114接收到的相似信息完成。

需要就差错率而言的高服务质量(QoS)的数据，或者简单地需要所能获得的最高的比特率的数据可以以这样的方式映射到发射天线110，也就是使用无线信道中的一个或者多个路径112来提供最佳SNR(或者是在所需的SNR上获得最小的发射功率)。需要在差错率方面较低的QoS的数据可以映射到无线信道中一条或者多条路径112从而提供较低的SNR值。

有不同要求的不同的数据之间的区别是由产生数据的应用产生的，例如一条实时高质量视频链路可以产生出差错率需要比语音数据更低的待发送的数据。在这种情况下，它并不将不同应用的数据流在发射机的物理层或者其上层复用到一起，该流将保持各自分离，一直到它们相应的数据比特映射到发射天线。

实现这个功能的一个修正过的MIMO系统的实现在图2中标示。复用器106现在被多个标记模块(AT)204代替，每一个标记模块都连到一个应用102，该模块为相应的应用102的数据添加标记以提供关于QoS要求的信息。该标记模块204可以采用其它的方法将关于QoS要求的信息结合到数据；例如，有不同QoS要求的数据可以在不同的时刻或者不同的传输信道传送到物理层或者不同的端口。该QoS信息然后就被修正过的编码与映射模块206使用，该编码与映射模块通过调整映射而尽可能地满足QoS要求，这是通过将它们与无线信道112的属性相匹配来实现的。

如果多个应用有相同或者相似的要求，图2的系统可以被修正。在这种情况下，来自于这些应用的数据可以在物理层被复用。

不是区别对待来自不同应用的数据，或者，来自于特定应用的不同的数据比特还可以以这样的方式映射到发射天线110，从而根据特定比特的不同要求使用特定的无线路径。作为一个典型的例子，来自于一个语音编解码器一个数据流可以根据他们重要性级别分配给一组已编码比特的类别。最重要的比特可以通过最高质量的路径112发送，而较低重要性的比特就使用较低质量的无线路径112。

图3是运行这种MIMO系统的方法的图示流程图。当运行在发射机108上的应用102有数据要发送时，进程从步骤302开始。该应用根据数据的要求标记数据段，并且该标记值在步骤304被核对。在这个例子中，如果标记是“A”(代表最重要的数据)，该数据在步骤306通过第一路径112被发送出去，这里的第一路径是一条高质量路径。类似地，如果标记是“B”(代表中等重要的数据)，该数据在步骤308通过第二路径112被发送出去，这里的第二路径是中等质量的路径。最后，如果标记是“C”(代表不太重要的数据)，该数据就在步骤310通过第三路径112发送出去，这里的第三路径是低质量的路径。

进一步对此变更，应用于该数据的差错控制编码的级别也根据来自于每个天线110的无线路径112的质量而改变。例如，使用高质量路径112传送数据可以使用低级别的差错控制编码(或者不用)。这就减小了整个要发送的信息量，从而减小了发射机的功率，或者能支持更高的数据率。

类似地，根据分配给数据和/或来自每一个天线的无线信道的质量，更改过的编码和映射模块206也可以将不同的数据组的其它传输参数设置为不同的值，例如调制方案和/或传输功率。例如，映射到更高质量路径112的数据可以使用更高次序的调制方案和/或较低的发射功率。虽然CM模块106显示为一个单独的模块，但是设置传输参数(可能包括编码)和映射的操作既可以通过一个功能模块也可以通过分离的模块来完成。此外，映射的操作可以独立于设置传输参数的操作完成，或者作为联合最佳化过程的一部分来完成。如果是独立完成的，该映射仍可以考虑可获得的传输参数组。

在基本方案的基础上，其它变更也是可能的。例如：

·总的发射功率可以在多个发射天线间分割，这样均衡从每一条路径接收到的SNR。

·数据比特可以根据不同无线路径112的不同的时延映射，更重要的或者更急迫的比特(例如紧密回路功率控制命令，回路时延非常重要)通过更短的路径发送。

·来自于特定应用的数据可以映射到有相同或者相似的时延的路径112，从而可以消除符号间干扰。

在每种情况下，一个或者多个优先级、差错率和时延能通过附加“标记”比特方式或者诸如上面所表述的其它替代方式指明给物理层，上述优先级、差错率和时延都是传送给编码和映射模块206并给发射机发送的数据比特所需的。

根据本发明的系统相对于公知系统的一个优点是它能使无线信道更适应于发送数据的要求。这样就可以减小整个发射功率或者增加可获得的数据速率。

本发明使用在设计为使用多种无线协议的多模式收发机时特别有优势。这样的设备可能用来从广泛不同的应用接收数据。根据本发明，该数据可以被映射到使用一个或者多个应用支持的无线协议有适合质量的无线路径。

根据本发明的系统通过使用多个空间分离的接收机或者发射机来加强。它的一个典型的例子是一个移动站和多个基站保持通信链路时。在网络层级别上，下行数据流在基站收发机之间是分开的，这样它们支持到单独一个移动站的下行数据流部分。通过使用上述分离方式，整个连接的稳定性得到加强。来自基站的多个数据流被移动站接收，并且在该终端在网络层重新装配，最后提供一个完整的应用数据。上行可以根据容量或者其它要求主要传输到一个基站或者在多个基站分开传输。

当这样一个移动站在基站之间运动时，它将连续从一组基站出来，而进入另外一组基站，它在全部时间和几个基站保持着连续的连接。在单独基站之间的切换既可以是硬切换也可以是软切换，但是对于移动站的整体效果却是软切换，因为它始终与几个基站稳定地通信。

上面已经在MIMO系统的背景下描述了本发明。但是，本发明也可以应用在这样的情况下，即接收机114只有一个天线110，而发射机108却有多个天线110。这样一个系统在完成在不同的路径112上传输数据的不同条目上也有其优点。

阅读了这个公开文件，其它的一些更改对于本领域的熟练技术人员来说是显然的。在设计、制造和使用无线通信系统和其组件部分时，这样的更改可能涉及到已知的特性，该特性可以替换本文已描述的特性使用或者在其基础上使用。

在本说明书和权利要求中，元件前的词“一”并不排除存在多个这样元件。进一步来说，词语“包含”并不排除所列出元件或步骤以外的元件或步骤。

Claims (14)

1.一个无线通信系统，该系统包含由发射机和接收机之间的多条路径组成的通信信道，发射机包含多个天线，接收机至少有一个天线，其特征在于该发射机包含用于判决每一条路径的至少一个传输属性的路径表征装置，用于给一组要发送的数据分配类别的分类装置，以及映射装置，该映射装置响应上述类别和上述的至少一个发送属性，并且确定将该组数据提供到发射机的天线的影射，这样就可以决定该数据从哪一个或多个路径发送出去。

2.根据权利要求1所述的的系统，其特征在于，接收机包含完成信道估算的装置和将信道估算输出细节通过信令送给路径表征装置的装置。

3.一种用于无线通信系统的发射机，该无线通信系统具有包括具有多个天线的发射机和接收机之间的多个路径的一个通信信道，其特征在于路径表征装置被提供用于判决每一条路径的至少一个传输属性，分类装置被提供用于给一组要发送的数据分配类别，响应上述类别和上述至少一个传输属性的映射装置被提供，用于确定将该组数据提供到发射机的天线的映射，这样就可以决定该数据从哪一个天线发送出去。

4.根据权利要求3所述的发射机，其特征在于要发送的数据可能由多个源提供，而且分类装置适应于根据数据源分配类别。

5.根据权利要求3或4所述的发射机，其特征在于分类装置适应于分配不同的类别给相应应用数据段，并且是根据下列至少一项分配，相关重要性、服务所需质量、数据速率、可忍受的传输时延和可忍受的差错率。

6.根据权利要求3到5中任何一个所述的发射机，其特征在于路径表征装置适应于决定时延、信噪比、在每条路径给定信噪比或者给定差错率下的所需发射功率中的至少一个。

7.根据权利要求3到6中任何一个所述的发射机，其特征在于参数选择装置被提供用于设置至少一个数据相关的传输参数，并且是根据分配的数据传输路径和分配给数据的类别中的至少一个设置的。

8.根据权利要求7中所述的发射机，其特征在于传输参数指明了数据的差错控制编码种类。

9.根据权利要求7或8所述的发射机，其特征在于传输参数指明了数据传输使用的调制方案。

10.根据权利要求7到9中任何一个所述的发射机，其特征在于传输参数指明了每一个天线的发射功率，从而保证至少一条信号路径能获得特定的信噪比。

11.根据权利要求3到10中任何一个所述的发射机，其特征在于多个分布使得空间分离的站点，每一个站点包含至少一个天线。

12.根据权利要求3到11中任何一个所述的发射机，其特征在于路径表征装置适应于至少部分地根据接收机的测度判决路径的属性并将它通过信令发给发射机。

13.操作一个无线通信系统的方法，该系统包含一条由包含多个天线的发射机和至少包含一个天线的接收机之间的多个路径组成的通信信道，该方法包含这样一个发射机，它判决每一条路径的至少一个传输属性，它给一组要发送的数据分配类别，它还根据上述类别和上述至少一个传输属性确定将该组数据提供到发射机的天线映射，从而决定该数据从哪一个或多个路径发送出去。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于在更好的子信道上传送需要较高质量服务的数据而不是传送需要较低质量服务的数据。

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