CN1751453A

CN1751453A - 发射分集系统

Info

Publication number: CN1751453A
Application number: CNA2003801098295A
Authority: CN
Inventors: 马克·华莱士; 斯坦·A·伦德比
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2023-12-17
Also published as: US20040121809A1; JP4399369B2; US7024166B2; AU2003297343A1; TW200423680A; CA2510840A1; US7310501B2; RU2005122483A; JP2009284497A; AU2003297343B2; JP2006511167A; BR0317558A; US20060141951A1; RU2337482C2; KR100982143B1; KR20050085823A; WO2004057776A1; EP1573937A1; UA87816C2; CN100592657C

Abstract

使用时变变换来使多个天线路径中的干扰的幅度相关。采用时变变换的实施例向被配置来用于发射分集接收的远程站提供发射分集增益。另外，这些实施例中的一些还可以被配置来平衡多个功率放大器之间的负载。

Description

发射分集系统

技术领域

本发明通常涉及无线通信，尤其涉及发射分集系统。

背景技术

无线通信领域具有许多应用，例如包括无绳电话，寻呼，无线本地环，个人数字助理(PDA)，网络电话，以及卫星通信系统。特别重要的应用是远程订户的蜂窝电话系统。如同这里使用的，术语“蜂窝”系统包括使用蜂窝或个人通信业务(PCS)频率的系统。已经为这种蜂窝电话系统开发出各种空中传递接口，该种蜂窝电话系统例如包括频分多址(FDMA)，时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)。在与之的连接中，已经建立起各种国内和国际标准，例如包括高级移动电话服务(AMPS)、全球移动通信系统(GSM)和过渡标准95(IS-95)。IS-95和其派生类IS-95A，IS-95B，ANSI J-STD-008(这里通常被统称为IS-95)，以及所提议的高数据速率系统已经由电信工业协会(TIA)和其他熟知的标准团体发布。

依照使用IS-95标准来配置的蜂窝电话系统使用CDMA信号处理技术来提供高效和具有鲁棒性的蜂窝电话服务。在美国专利No.5103459和4901307中描述了基本上依照使用IS-95标准来配置的典型的蜂窝电话系统，上述两个专利被转让给本发明的受让人，并且在此引入作为参考。使用CDMA技术的典型系统是由TIA发布的cdma2000ITU-R无线传输技术(RTT)候选建议(这里称为cdma2000)。cdma2000标准已经在IS-2000的草案中给出，并且已经被TIA接受。另一个CDMA标准是W-CDMA标准，在“第3代合作伙伴计划”(3GPP)中体现为文档No.3G TS 25.211、3G TS 25.212、3G TS 25.213和3G TS 25.214。

上面引用的电信标准是可以实现的各种通信系统中的最合适的一些的实例。这些系统的大多数现在可以被配置来使用单天线来进行到单远程站的前向链路传输，但是可以想象的是，最终可以使用多个天线来进行到单远程站的前向链路传输。多个天线提供发射分集(TD)，该发射分集提高了前向链路的质量。当前向链路的质量提高时，更小的发射功率被要求来将信息传送到远程站。反之，可以使用相同的发射功率来传送更多的信息，并且链路的整个数据吞吐量增加。如同这里使用的，术语“前向链路”指的是从基站到远程站的传输，而术语“反向链路”指的是从远程站到基站的传输。

在发射分集系统中，由远程站通过从每个天线发射的导频信道来获得天线的相位信息和幅度信息。所述天线中的一个被认为是主天线，而其他天线被认为是辅助天线。仅仅为了说明方便，下述实施例将会被描述为双天线系统。在不影响这里描述的实施例的范围的情况下，天线的数目可以扩充。

随着提供发射分集的系统的布置出现了一个问题。即，虽然通信系统可以被更新来使用多个天线，但是由个体用户操作的远程站可能跟不上系统更新。本领域的现有水平设想了一种系统，该系统通过单独使用主天线来支持非TD远程站。由于几乎所有无线通信系统要求从远程站到服务基站的特征信息的传输，所以TD基站可以被容易地通知向非TD远程站的发射应当只在主天线上发送。然后相应地改变基站处的调制。

然而，用于仅在主天线上进行向非TD远程站发射的现有方法存在缺陷。该缺陷来自于在非TD远程站和TD远程站都工作在具有发射分集的系统中时天线发射路径之间的干扰的负面影响。在扩频通信系统中，比如CDMA和W-CDMA，正交和准正交码(比如Walsh码序列)被用于对在前向链路上发送到每个远程站的信息进行信道化。换言之，在前向链路上使用Walsh码序列来使得系统在同一时间周期内覆盖在同一频率上的多个用户，其中每个用户被分配不同的正交或准正交码。

因此，从一个天线发射发出的多个信号是正交的，并且这些正交信号之间的干扰的大小是相关的。然而，即使从多个天线发出的多个信号是正交的，但是传输媒质也会引入缺点，比如多径，这将会降级多个信号之间的正交性。由远程站接收的多个信号将不是完全正交的，并且因此彼此干扰。由于来自不同天线的所述多个信号沿着不同的无线路径传播，所以一个天线发射路径和另一个天线发射路径之间的干扰的大小通常不相关。如果所述各个天线路径之间的干扰的大小不相关，那么源于合并多径的发射增益不再呈现来用于非TD远程站。在下面给出该现象的更详细的解释。

由于具有发射分集的基站将会在同一时间周期内在同一频率上发射到TD远程站和非TD远程站两者，所以接下来的是，当在多个TD远程站中操作时，非TD远程站的性能大大受损。因此，在本领域中需要使得非TD远程站以不会损害所接收的前向链路传输的方式来在发射分集系统中工作的方法和装置。

除了由TD系统中的非TD远程站遭受的上述问题之外，还会出现另一种情形，即降低TD系统的效力。在某些情形下，由于系统不能平衡多个天线之间的功率，所以可用的传输容量可能未被使用。当所述多个天线上的功率负载不是均匀分布或者当每个天线的功率放大器上的功率额定值不同时，现有系统不能被配置来将传输负载从一个超负荷的天线重新分布到另一个未被充分利用的天线上。

通常，每个天线具有自身单独的功率放大器。根据设计约束和调整约束，功率放大器被额定为一最大功率。因此存在一个对每个天线可以用于发射的功率的量的限制。在现有系统中，系统被设计为只要所述多个功率放大器中的一个达到其最大负载，即使另一功率放大器还具有可用容量，该系统也受限。换言之，来自未被充分利用的天线的可用功率不能被重新分布到重负荷天线。当多个天线不具有相同的传输负载时或当不同的功率放大器具有不同的功率额定值时，这种问题会出现。

存在某些情形，其中所述多个天线没有加载相同的发射功率。一种情形是其中存在向非TD和TD远程站两者的发射，使得向非TD远程站的发射仅出现在主天线上，而向TD远程站的发射出现在主天线和辅助天线两者上。由于功率取决于在任何给定时间内由基站服务的TD和非TD远程站的波动数目，所以预先确定在支持TD的基站上的主天线和辅助天线的所需的额定功率是不可能的。因此，由于来自其他功率放大器的功率不能被“借入”，所以基站的吞吐容量可能受限于主天线的满负载功率放大器。值得注意的是，由于各种标准团体强加的法律约束而不是由于物理约束，导致来自其他功率放大器的功率不能被利用。

在某些信道的传输中，可能会出现其中功率放大器具有非均匀负载的另一种情形。例如，cdma2000的寻呼信道和同步信道被配置来用于仅在主天线上进行发射，该种传输影响主功率放大器上的负载。所增加的负载使得主天线的功率放大器在辅助天线的功率放大器之前达到全容量更加可能，从而使得辅助天线上的功率放大器具有未被使用的可用功率。这被转换为废损(waste)容量。因此，在本领域中还需要通过使用由主天线上的满负载引起的辅助天线的“废损容量”来增加TD系统的前向链路容量的方法和装置。

发明内容

这里提供的方法和装置用于解决上述需要。在一个方面，提供一种装置，用于向非发射分集接收机提供发射分集增益，该装置包括：主天线；至少一个辅助天线；以及重新分布单元，该重新分布单元被配置来接收合并的非发射分集和第一发射分集信号，接收第二发射分集信号，以产生该合并的非发射分集和第一发射分集信号的时变版本，产生第二发射分集信号的时变版本，并且在该主天线和至少一个辅助天线上重新分布所述时变版本。

在另一个方面，提供了一种重新分布单元，用于在发射分集系统中处理主发射信号和辅助发射信号，以向非发射分集接收机提供发射分集增益。该重新分布单元包括：用于将主发射信号分布到主天线的分布路径；第一时变元件，用于产生主发射信号的时变副本且将该主发射信号的时变副本重新分布到辅助天线；以及第二时变元件，用于产生辅助发射信号的时变副本且将该辅助发射信号的时变副本重新分布到辅助天线，其中所述辅助发射信号不被分布到辅助天线上。

在另一个方面，提供一种方法，用于向发射分集系统中的非发射分集接收机提供发射分集增益，其中使用主天线和辅助天线来提供发射分集，所述方法包括：产生合并的非发射分集和第一发射分集信号的时变版本；产生第二发射分集信号的时变版本；将该合并的非发射分集和第一发射分集信号导引到主天线；将该合并的非发射分集和第一发射分集信号的时变版本导引到辅助天线；以及将第二发射分集信号的时变版本而不是第二发射分集信号导引到辅助天线。

在另一个方面，提供一种装置，用于平衡发射分集系统中的多个天线的发射功率，该装置包括：用于将主发射信号分布到主天线的分布路径；用于将第一辅助发射信号分布到辅助天线的分布路径；第一时变元件，用于产生主发射信号的时变副本且将该主发射信号的时变副本重新分布到辅助天线；以及第二时变元件，用于产生第二辅助发射号的时变副本且将该第二辅助发射信号的时变副本重新分布到辅助天线，其中所述第二辅助发射信号不被分布到辅助天线上。

在一个方面，提供一种装置，用于传送发射分集系统的功率平衡的发射信号。该装置包括：主天线；辅助天线；以及重新分布单元，该重新分布单元被配置来接收被导引到主天线的非发射分集信号，被导引到主天线的第一发射分集信号，被导引到辅助天线的第二发射分集信号，其中该重新分布单元还被配置来产生非发射分集信号的时变版本，以及第二发射分集信号的时变版本，并且将非发射分集信号的时变版本重新分布到该辅助天线以及将第二发射分集信号的时变版本而不是第二发射分集信号分布到该辅助天线。

在一个方面，提供一种方法，用于在发射分集环境中平衡天线的传输负载。该方法包括：将非发射分集和第一发射分集信号导引到主天线；产生非发射分集信号的时变版本；产生第二发射分集信号的时变版本；将该非发射分集信号的时变版本导引到辅助天线；以及将该第二发射分集信号的时变版本而不是第二发射分集信号导引到辅助天线。

在一个方面，提供一种装置，用于平衡多个天线的传输负载。该装置包括：用于将非发射分集信号和第一发射分集信号导引到主天线的装置；用于产生非发射分集信号的时变版本的装置；用于产生第二发射分集信号的时变版本的装置；用于将非发射分集信号的时变版本导引到辅助天线的装置；以及用于将第二发射分集信号的时变版本而不是第二发射分集信号导引到辅助天线的装置。

附图说明

图1是无线通信网络的图示；

图2示出了在RAKE接收机分支处检测的非发射分集信号；

图3示出了在RAKE接收机分支处检测的发射分集信号；

图4A是向非TD接收机提供发射分集增益的装置的方框图；

图4B和4C是图4A中的重新分布单元内的信号处理和重新分布的说明；

图5A是提供发射分集增益的装置的方框图；

图5B、5C和5D是图5A中的重新分布单元内的信号处理和重新分布的说明；

图6是提供发射分集增益的装置的方框图。

发明详述

如图1所示，无线通信网络10通常包括多个远程站(也被称为订户单元或移动台或用户终端)12a-12d，多个基站(也被称为基站收发机(BTS)或节点B)14a-14c，基站控制器(BSC)(也被称为无线网络控制器或分组控制功能16)，移动交换中心(MSC)或开关18，分组数据服务节点(PDSN)或互通功能(IWF)20，公共交换电话网络(PSTN)22(通常是电话公司)，以及因特网协议(IP)网络24(通常是因特网)。出于简单的目的，示出了四个远程站12a-12d，三个基站14a-14c，一个BSC 16，一个MSC 18和一个PDSN 20。本领域技术人员将会理解的是，可以存在任何数目的远程站12，基站14，BSC 16，MSC 18和PDSN 20。

在一个实施例中，无线通信网络10是分组数据业务网络。远程站12a-12d可以是任意数目的不同类型的无线通信设备，比如便携电话，连接到运行基于IP的网页浏览应用程序的膝上型计算机的蜂窝电话，具有相关的车用免持装备的蜂窝电话，运行基于IP的网页浏览应用程序的个人数字助理(PDA)，并入便携计算机的无线通信模块，或者比如可能在无线本地环或仪表读取系统中找到的位置固定的通信模块。在大多数通用的实施例中，远程站可以是任何类型的通信单元。

远程站12a-12d可以被有利地配置来执行诸如在例如EIA/TIA/IS-707标准中描述的一个或多个无线分组数据协议。在特定实施例中，远程站12a-12d产生被其目的地为IP网络24的IP分组并使用点到点协议(PPP)将该IP分组封装在帧中。

在一个实施例中，IP网络24耦合到PDSN 20，PDSN 20耦合到MSC 18，MSC 18耦合到BSC 16和PSTN 22，而BSC 16经由有线线路耦合到基站14a-14c，其中该有线线路被配置来根据以下几种熟知的协议来传输语音和/或数据分组，所述几种熟知的协议包括例如E1，T1，异步传输模式(ATM)，因特网协议(IP)，点到点协议(PPP)，帧中继，高比特率数字用户线路(HDSL)，异步数字用户线路(ADSL)，或其他类型的数字用户线路设备和业务(xDSL)。在另一个实施例中，BSC 16被直接耦合到PDSN 20，并且MSC 18没有被耦合到PDSN 20。

在无线通信网络10的典型操作中，基站14a-14c从参与电话呼叫、网页浏览或其他数据通信的各种远程站12a-12d接收上行链路信号集并进行解调。在基站14a-14c内处理由给定基站14a-14c接收的每个上行链路信号。每个基站14a-14c可以通过对下行链路信号集进行调制并将其传输到远程站12a-12d来与多个远程站12a-12d进行通信。例如，如图1所示，基站14a同时与第一和第二远程站12a、12b进行通信，并且基站14c同时与第三和第四远程站12c、12d进行通信。得到的分组被转送到BSC 16，该BSC 16提供呼叫资源分配和移动管理功能，该移动管理功能包括从基站14a-14c中的一个到基站14a-14c中的另一个的特定远程站12a-12d的呼叫的软切换的控制。例如，远程站12c同时与两个基站14b，14c通信。最后，当远程站12c移动到足够远离一个基站14c时，该呼叫将被切换到另一基站14b。

如果所述传输是传统电话呼叫，那么BSC 16将所接收的数据路由到MSC 18，MSC 18提供用于与PSTN 22的交互的另外路由服务。如果所述传输是基于分组的传输，比如以IP网络24为目的地的数据呼叫，MSC 18将所述数据分组路由到PDSN 20，PDSN 20将所述分组发送到IP网络24。或者，BSC 16将所述分组直接路由到PDSN 20，PDSN 20将所述分组发送到IP网络24。

在WCDMA系统中，虽然无线通信系统组件的术语不同，但功能相同。例如，基站可以被称为工作在UMTS地面无线接入网络(U-TRAN)中的无线网络控制器(RNC)，其中“UMTS”是通用移动通信系统的统称。

通信系统中所传输的信号本质上易于降级，比如信道噪声和干扰。根据信道噪声和干扰的级别，所传输的数据可以或不可以在接收机处恢复。存在各种差错控制编码(ECC)技术，用于增强通信系统相对于来自信道的噪声和干扰的总体鲁棒性。在此种技术之后的基本思想是在所传输的数据流中引入冗余信息。如果在所传输的信号的接收中出现差错，那么仍然可以通过使用该冗余来恢复数据。

ECC技术的一个实例是卷积编码。在卷积编码中，二进制数据比特被输入到有限状态机(FSM)，该有限状态机为每个输入数据比特产生一个或多个二进制输出。该FSM的输出被称为码符号。用于构建此种FSM的通常方法是利用一个或多个卷积编码器，即使用Galois域GF(2)中的算法操作的有限脉冲响应(FIR)二进制数字滤波器。如果在噪声信道上的传输期间，由于噪声和干扰而造成码符号被破坏，那么利用基于该被破坏的码符号的合适的推论仍然可以恢复该数据比特。由于码符号是“冗余”的(即，码符号不仅包括输入的数据比特，而且包括FSM的“内部状态”)，所以推论是可能的。用于从所接收的码符号推断所输入的数据比特的方法在本领域中是公知的，并且该方法通常被称为Trellis译码算法，例如Viterbi算法或堆栈算法。

ECC技术的另一个实例是turbo编码。Turbo编码并行、串行或并串组合地使用两个或多个卷积编码器。得到的码符号序列还包括有关所输入的数据比特的冗余信息。而且，用于从所接收的码符号推断所输入的数据比特的方法在本领域中是公知的，并且该方法通常被称为turbo译码算法。

在典型的通信系统中，“源”产生例如表示语音或数据“业务”的信息比特流。对该比特流进行细分和分组，附加上各种控制比特，然后将结果封装入合适的格式，以用于传输。语音和数据业务可以以各种格式传输，比如帧、分组和子分组。这里描述的实施例的范围可以扩展到使用任何一种所述各种传输格式的所有无线通信系统。然而，为了说明方便，这里将使用术语“帧”来描述承载业务的传输格式。

在典型CDMA扩频通信系统中，对包括比特的帧进行卷积或turbo编码、重复、打孔，以产生二进制码符号序列。对得到的码符号进行交织以获得一帧调制符号。交织器的输出在这里被称为调制符号。然后对调制信号进行Walsh覆盖(Walsh Cover)、与正交分支上的导频序列的合并、PN扩频、带通滤波以及将其调制到所传输的载波信号上。

信号通过多个传输路径传播到接收机且被接收来作为多个分量的叠加，其中每个分量具有自己的幅度、相位和时延。这些多个传输路径被称为“多径”且通常由在传输路径上的物体反射造成的。在接收机处，在信号被送入到搜索器和RAKE处理器之前，对信号进行匹配滤波、采样、数字化以及下变频到复基带。搜索器通常确定所接收的信号中的多个分量的时延。RAKE处理器包括多个“分支”，每个分支被同步到特定多径分量的时延。每个RAKE分支被配置来使用与该分支的特定时延同步的PN码来对经过采样且数字化后的波形进行PN码解扩。另外，每个RAKE分支能够执行Walsh解覆盖(Walshdecover)来将该调制符号与正交导频符号分离。

所接收的调制和导频符号是长度为L的复矢量，其中L是RAKE处理器中的分支的数目。当L个RAKE分支被分配到所接收的信号中的L个不同的多径分量时，该情形有时被称为多径分集。

当在不同的频段或不同的载波上传输相同调制符号时，RAKE分支被分配给不同载波上的不同多径分量。这种方法被称为频率或载波分集。

当相同调制符号在将来的帧中或时隙中被重复或重传输时，RAKE分支被分配给不同时隙上的不同多径分量。这有时被熟知为时间分集。

当多个空间分离的天线用于发射时，RAKE分支被分配给从不同天线接收的不同多径分量。这种方法通常被称为发射、空间或天线分集。例如，如果L₁个RAKE分支被分配给第一天线上的多径分量，L₂个RAKE分支被分配给第二天线上的多径分量，那么L＝L₁+L₂。或者，多个被指定的RAKE分支可以被设计来同时从每个具有发射分集的天线接收一个多径分量，多个调制符号可以被发射到接收机，该多个调制符号增加了系统的数据吞吐量。另外，发射分集通过提供另外的信号路径增强了通信系统相对于噪声和干扰的鲁棒性。例如，如果由于物理上的障碍(比如树)或由于紧密间隔的多径破坏性地合并，从天线到远程站的传输失败，那么有可能的是，取而代之，来自另一个天线的传输可能到达该远程站。因此，发射分集增加了连接的可靠性，平均起来，这要求更小的发射功率。

在cdma2000的标准中，提供了两种类型的发射分集系统。第一类型的发射分集系统被称为正交发射分集(OTD)，其中在第一天线上发射偶数数目调制信号，而在第二天线上发射奇数数目调制信号。因此，在每个天线上发射所述调制信号中的一半。通过使用每个天线的Walsh码来分离来自所述天线的传输。

第二类型的发射分集系统被称为空时扩展(STS)系统。在STS系统中，在所有的天线上发送所有的调制信号。使用“Alamouti”矩阵来调制来自天线的传输，该矩阵允许由远程站每次进行两个调制符号的分离和合并。在Alamouti系统中，两个不同的符号被同时从两个天线发射，然后在一个符号周期内发射另一符号的复共轭。例如，通过第一天线发射符号S₀，而同时通过第二天线发射第二符号S₁。在一个符号周期内，通过第一天线发射第二信号的复共轭S₁ ^*，而同时通过第二天线发射信号的复共轭S₀ ^*。换言之，第一天线发射{S₀，S₁ ^*}，而第二天线发射{S₁，S₀ ^*}。在接收端，合并器使用矩阵H来构造两个合并符号S₀’和S₁’，该矩阵H对每个天线发射路径的信道响应进行建模。然后在最大似然判定规则中使用该合并符号，以得到关于所接收的符号的值的判定。

对于工作在被配置来用于发射分集的系统中的非TD远程站出现一个问题。在具有发射分集的系统中，在一个路径中的多个信号是正交的，并且所述正交信号之间的干扰与信号的幅度相关。然而，即使在多个天线路径上的信号正交，一个天线发射路径和另一个天线发射路径之间的干扰也不必相关。如果各个天线路径中的干扰的幅度不相关，那么源于合并多径的发射增益将不再存在。

作为这种相关现象的实例，假设具有单天线的非TD系统发射到接收机，并且所接收的信号经遭受了由于多径或一些其他正交性损失而造成的自干扰。假定自干扰的部分是信号的10％。忽略背景噪声，接收机得到具有信号强度A₁的信号以及A₁的10％的噪声。则信噪比(SNR)是：

\frac{S}{N} = \frac{A_{1}}{{0.10 A}_{1}} = 10

在上述实例中信号和噪声相关，即，如果信号增加，那么噪声也增加，使得SNR保持恒定。现在假设具有两个天线的TD系统使用一个天线来发射到接收机，并且所接收的信号还经受10％的自干扰。接收机得到具有信号强度A₁的信号以及为(A₁+A₂)的10％的噪声。其中A₂是发射到另一个接收机的第二天线的信号强度。则SNR是：

\frac{S}{N} = \frac{A_{1}}{0.10 (A_{1} + A_{2})} = 10 \frac{A_{1}}{(A_{1} + A_{2})}

由于A₂的影响，信号和噪声并不相关。噪声功率的增加并不必须与信号功率的增加相一致。

图2和图3说明了上述现象。在图2中，RAKE处理器将分支1(未示出)分配到在扰码的第一时间偏移时接收的第一多径信号200，将分支2(未示出)分配到在扰码的第二时间偏移时接收的第二多径信号210。第一多径信号200作为噪声直接干扰第二多径信号210(如图中虚线所示)，而第二多径信号210作为噪声直接干扰第一多径信号200。因此，如果第一多径信号200的幅度降低，那么对于第二多径信号210，信噪比(SNR)的噪声分量降低。因此，如果分支1的SNR降低，那么分支2的SNR增加。存在一个自然的平衡效应。这个现象是使用扩频通信系统中的多径接收机的好处之一。

然而，在具有发射分集的系统中，如果远程站不能从两个天线都接收到其信号，比如具有非TD远程站的情形，那么这种现象消失。在图3中，RAKE处理器将分支1分配到来自第一天线的第一多径信号310以及来自第二天线的第二多径信号320。RAKE处理器将分支2分配到来自第一天线的第三多径信号330和来自第二天线的第四多径信号340。第一天线和第二天线的干扰的幅度不相关。因此，如果第一多径信号310的幅度降低，那么第二多径信号320的幅度保持不变。如果第二多径信号320的幅度保持不变，那么第三多径信号330和第四多径信号340的SNR将不会从来自第一多径信号310的干扰降低中完全受益。第二多径信号320仍旧干扰在分支2上的接收。

对于在发射分集系统中工作的非TD站，作为一个实例，接收机分支将捕获第一多径信号310和第三多径信号330，但是这些信号仍然受第二多径信号320和第四多径信号340的干扰的影响。因此，对于非TD站而言，源于使用多径接收机的增益不能实现。

应该再次注意的是，本技术领域的现有水平设想了通过使用仅仅主天线将信号发射到非TD远程站来支持发射分集系统中的非TD远程站，从而使得非TD远程站将接收到可由非TD远程站解码的调制信号。然而，由于扩频通信的本性，TD基站还在主天线和辅助天线上发射到TD远程站。因此，非TD远程站将接收到来自辅助天线的干扰，该干扰的幅度与非TD信号不相关。

这里描述的实施例是用于在将与发射分集相关的增益提供给非TS远程站时支持非TD和TD远程站两者的发射分集系统。

除了向非TD远程站提供分集增益之外，所述实施例还提供用于平衡多个功率放大器之间的负载的装置，所述装置中的每个可通信地耦合到多个发射天线。而且，所述实施例还提供允许任何业务信道使用功率放大器的所有可用功率的装置。

为了实现上述目标，以这样一种方式来通过多个天线发射TD和非TD传输信号，即，使多个天线发射路径之间的干扰相关。如同这里所使用的，被导引到非TD远程站的传输信号被称为X_N，而被导引到TD远程站的传输信号被称为X_TD。所述实施例包括使用执行发射分集信号和非发射分集信号的时变变换的装置，该时变变换随后被映射到多个天线路径。应该注意的是，由于与一个或几个信道相关联的不同调制信号可以被合并来用于传输，所以使用术语“传输信号”而不是术语“调制符号”来标识通过天线导引的信号。

时变变换被实现来在传输信号的经过交织的调制符号的部分的范围内提供对非TD站的良好覆盖。换言之，在远程站接收的调制信号的帧中，将会出现被破坏比特和未被破坏比特。然而，由于多个天线之间的时变互相影响，未被破坏比特将会以足够好的状态到达，使得接收机能够有效地使用先前描述的差错控制编码技术。而且，传输信号的时变变换将与多个天线路径之间的干扰相关。

例如，如果在给定的时间场合(即发射主要出现在主天线上)A₁＞＞A₂，那么非TD接收机的分支将会自动追踪来自天线A₁的信号，其SNR如下：

\frac{S}{N} = 10 \frac{A_{1}}{(A_{1} + A_{2})} \approx 10 \frac{A_{1}}{A_{1}} \approx 10

但是如果在一个不同的时间场合，时变变换使得A₁＜＜A₂，那么非TD接收机将会自动追踪来自天线A₂的信号，其SNR如下：

\frac{S}{N} = 10 \frac{A_{2}}{(A_{1} + A_{2})} \approx 10 \frac{A_{2}}{A_{2}} \approx 10

图4A是向非TD接收机提供发射分集增益的装置的方框图。这个实施例被耦合到基站400，该基站400被配置来单独在主天线上发射被直接导引到非TD接收机的信号。基站400将用于通过第一天线A₁发射的信号X_N输出到非TD接收机，并且输出用于通过第一天线A₁和第二天线A₂发射的信号X_TD1和X_TD2。重新分布单元410包括用于处理和重新分布在天线发射路径Y₁和Y₂上的符号的硬件和软件。在天线A₁上的发射之前由第一功率放大器420a对路径Y₁上的信号进行放大，在天线A₂上的发射之前由第二功率放大器420b对路径Y₂上的信号进行放大。

图4B和4C说明了在图4A的重新分布单元410内的信号处理和重新分布。重新分布单元410接收被原始导引来用于通过Y₁(主天线)传输的信号X_N和X_TD1，并且使用任何时变元件415a来产生在路径Y₂上的X_N和X_TD1的时变版本。因此，重新分布单元使得系统通过路径Y₁传输信号X_N和X_TD1以及通过路径Y₂传输X_N和X_TD1的时变版本，而不是仅通过路径Y₁传输信号X_N和X_TD1。

重新分布单元410接收被原始用于通过路径Y₂(辅助信道)传输的信号X_TD2，并且使用时变元件415b来产生X_TD2的时变版本。然后通过路径Y₂传输X_TD2的时变版本而不是原始信号X_TD2。

图4C说明了路径Y₁和Y₂上的导频信号的重新分布。装置410接收主导频P₁并产生P₁的时变版本。在路径Y₁上发送主导频，而在路径Y₂上发送P₁的时变版本。装置410还接收第二导频P₂并产生P₂的时变版本。所述装置在路径Y₂上仅导引P₂的时变版本。

元件440A、440B、450A和450B被用于表示时变信号的产生。在所述实施例的一个方面，通过将原始信号与复数形式的正弦曲线e^jαt相乘产生时变版本，其中t是时间，而α是确定相位变化速率的常数。

图5A中示出的实施例是用于发射分集系统，其中发射分集系统所需的天线的数目是基于信号类型的数目的。仅仅出于说明目的，图中示出的信号类型的数目为3：信号X_N，X_TD1和X_TD2。本领域的技术人员应该理解的是，所述装置可以被改变来接纳数目增加的信号类型而不需要过多的试验。被配置来处理、重导引和混合输入信号的重新分布单元耦合到基站500，该基站500被配置来向非TD接收机发射信号X_N以及向TD接收机发射信号X_TD1和X_TD2。重新分布单元510输出路径Y₁上的信号以及输出路径Y₂上的信号，其中在天线A₁上的发射之前由第一功率放大器520a对路径Y₁上的信号进行放大，在天线A₂上的发射之前由第二功率放大器520b对路径Y₂上的信号进行放大。

图5B、5C和5D是表示在图5A中的重新分布单元510内对输入信号进行处理、重导引以及混合的方式的方框图。在图5B中，重新分布单元接收用于在不同天线上发射的符号X_N、X_TD1和X_TD2。然后，重新分布单元510在元件540a和540b上分别产生X_N和X_TD2的时变版本。重新分布单元510将原始符号X_N和X_TD1输出到路径Y₁上的，而将X_N和X_TD2的时变版本输出到路径Y₂上。

图5C说明了路径Y₁和Y₂上的导频信号P₁和P₂的传输。

图5D说明了导频信号P₁和P₂的交替传输方案，其中对主导频信号P₁执行时变变换。重新分布单元510将导频P₁输出到路径Y₁上，而把混合导频信号输出到路径Y₂上，其中混合导频信号包括导频信号P₂和主导频P₁的时变版本。

在图5D中描述的交替导频传输方案要求对工厂的新TD远程站进行改进，而不是在已经在系统中工作的旧非TD远程站中进行改进。非TD远程站仅仅依照其原始设计来监听(listen for)主导频，但TD远程站必须被配置来从在路径Y₂上接收到的信号中减去P₁的时变版本。如前所述，路径Y₂上的P₁的时变版本用于向非TD远程站提供发射分集增益。

图6中示出的实施例是用于发射分集，其中使用矩阵变换来重新分布多个信号，其中该矩阵变换即时地平滑变化。重新分布单元610可以利用矩阵乘法以数学形式来表示。假设Y是传输路径的矢量，Z是输入信号的矢量，W是由装置执行的时变操作的矩阵。

Y = [\begin{matrix} Y_{1} \\ . \\ . \\ . \\ Y_{k} \end{matrix}], Z = [\begin{matrix} Z_{1} \\ . \\ . \\ . \\ Z_{n} \end{matrix}],

和

在本实施例中，矩阵W即时地平滑地变化，即w_ln即时地平滑地变化。而且，矩阵W的每一行继续采用所有其他行的初始值。由于将任意数目的输入信号重新分布到任意数目的天线上，所以图6的实施例特别有用。

在实施例610的一个方面中，矩阵W是酉(unitary)矩阵，即W*W^*＝I，其中W^*是W的共轭转置(也称为Hermitian)，I是单位矩阵。这个特定实施例的优点在于重新分布操作保持信号Y₁到Y_k的正交性，从而最大化发射分集增益。

对于k＝2和n＝2的重新分布单元610的有用实施例可以由下面酉矩阵W来描述：

W = [\begin{matrix} \sin (βt) & \cos (βt) \\ \cos (βt) & - \sin (βt) \end{matrix}] [\begin{matrix} Z_{1} \\ Z_{2} \end{matrix}] = [\begin{matrix} Y_{1} \\ Y_{2} \end{matrix}],

其中Z₁＝P₁+X_N+X_TD1和Z₂＝P₂+X_TD2。

这里被称为“sin-cos”的本实施例的有用性在于其可作为开关单元实现，该开关单元不会使信号的相位失真。利用平滑变换在Y₁和Y₂上交替地传输信号Z₁和Z₂。

值得注意的是，在所有这些实施例中，虽然每个输入只存在一个导频信号，但是由于系统可以同时发射到几个接收机，所以可以有一个或多个数据信号输入X_N、X_TD1和X_TD2。例如，支持两个非TD远程站以及一个TD远程站的cdma2000系统可以发射Z₁＝P₁+X_{N_user1}+X_{N_user2}+X_{TD1_user3}和Z₂＝P₂+X_{TD2_user3}，其中X_{N_user1}是第一非TD远程站的信号，X_{N_user2}是第二非TD远程站的信号，而X_{TD1_user3}和X_{TD2_user3}是第三TD远程站的两个发射分集信号。

所述“sin-cos”实施例还可被归纳来用于任何偶数值n。例如，假设W_ki表示矩阵W(t)的第k行及第k列，b(t)是时变函数，那么可以通过设置W_ki＝δ_kib(t-τ_ki)来产生矩阵w(t)，其中

b(t)＝cos(πt/2)，t mod n≤1或t mod n＞(n-1)，和

b(t)＝0，其他情况下；

τ_ki＝[σ(k-i)]mod n，其中如果i是偶数则σ是1，和

如果i是奇数，则τ_ki＝-1；以及

如果τ_ki是奇数且k是偶数，则δ_ki＝-1；和

在其他情况下，δ_ki＝1。

随着时间变量t从0变到n，利用其间的平滑变量将n个信号Z_i中的每个依次施加到每个天线上。对于任一值t，矩阵W是一个酉变换，该酉变换缩放和成对加和输入符号，以形成输出符号。

重新分布单元610的替换实施例可以单独使用输入信号的相位的变化，以便将其合并。对于k＝2和n＝2，本实施例可以由下述单元矩阵W来描述：

W = \frac{1}{\sqrt{2}} [\begin{matrix} 1 & 1 \\ e^{jαt} & - e^{jαt} \end{matrix}] [\begin{matrix} Z_{1} \\ Z_{2} \end{matrix}] = [\begin{matrix} Y_{1} \\ Y_{2} \end{matrix}],

其中Z₁＝P₁+X_N+X_TD1和Z₂＝P₂+X_TD2。

由于其固有的功率控制特性，这里被称为“exp-exp”的本实施例特别有优势。即使原始信号Z₁和Z₂具有不同的功率电平，从每个天线发射的功率也是均衡的。

在“exp-exp”实施例中，矩阵W是酉变换。而且矩阵W通过功率放大器PA₁和PA₂如下均匀地加载功率：

\frac{1}{\sqrt{2}} [\begin{matrix} 1 & 1 \\ e^{jαt} & - e^{jαt} \end{matrix}] [\begin{matrix} Z_{1} \\ Z_{2} \end{matrix}] = [\begin{matrix} \frac{1}{\sqrt{2}} (Z_{1} + Z_{2}) \\ \frac{1}{\sqrt{2}} e^{jαt} (Z_{1} - Z_{2}) \end{matrix}] = [\begin{matrix} Y_{1} \\ Y_{2} \end{matrix}]

因此，

E {| Y_{1} |}^{2} = \frac{1}{2} [E {{| Z}_{1} |}^{2} + E {| Z_{2} |}^{2}],

和

E {| Y_{2} |}^{2} = \frac{1}{2} [E {| Z_{1} |}^{2} + E {| Z_{2} |}^{2}] .

即使原始信号P₁、P₂、Y_N、X_TD1和X_TD2具有不同的功率，两个天线的功率输出也是均衡的。另外，即使信号X_N不在TD模式中发射，信号X_N也可以被设置来用光系统中的所有剩余功率。

对于比如cdma2000的系统，使用信号X_N来用光系统中的所有剩余功率是有用的。在cdma2000中，即使当可得到发射分集时，也存在一些被配置来单独在主天线上发送的信道。例如，在cdma2000C版中，分组数据信道和分组数据控制信道被设计来使用系统中的所有未用功率来传输分组数据。非常遗憾的是，如果系统被配置来用于发射分集，那么这两个信道仅在主天线上发射。因此，分组数据信道和分组数据控制信道不能使用来自辅助天线的可用功率，而这种可用功率是非常期望的。由于可以提供对辅助天线上的可用功率的使用，所以在信号X_N内发射分组数据信道和分组数据控制信道可以提高系统的容量。

因此，上述得到的等功率特性的另一个结果是不管X_N、X_TD1和X_TD2的相对功率如何，在利用功率放大器的整个容量中系统是不受限的。

所述“exp-exp”实施例可以被归纳为在N个天线上的一种类型的波束赋形变换。假设W_ki表示矩阵W(t)的第k行及第i列。可以通过设置

W_{ki} = \frac{1}{\sqrt{N}} e^{{j 2 π (i + θ (t))}^{k / N}}

来产生矩阵w(t)。

前面的实施例假定信号从所有天线以相等能量发射。这不是一个必要条件。例如所有这些方案可以体现为：第一天线以高于其他天线的功率发射。在重新分布单元的输出端上的受控放大器或衰减器可以容易地控制每个信号的功率。

而且，所述实施例都在基带域中描述。本领域的技术人员应该清楚的是，这些技术还可以被转换来应用于射频域(即RF域)或中频域(即IF)中。

本领域技术人员还将理解，可以使用各种不同的工艺和技术中的任意技术来表示信息和信号。例如，在整个以上描述中所提及的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号，以及码片可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子，光场或粒子，或者上述的任意组合来表示。

本领域技术人员还会明白，这里结合所公开的实施例描述的各种示例性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以电子硬件、计算机软件，或二者的结合来实现。为了清楚地示出硬件和软件之间的可交换性，以上对各种示例性的组件、方框、模块、电路和步骤均以其功能性的形式进行总体上的描述。这种功能性是以硬件实现还是以软件实现依赖于特定的应用和整个系统所施加的设计约束。熟练的技术人员能够针对每个特定的应用以多种方式来实现所描述的功能性，但是这种实现的结果不应解释为引起背离本发明的范围。

利用一个通用处理器，数字信号处理器(DSP)，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程的逻辑器件，分立门或者晶体管逻辑，分立硬件组件，或者它们之中的任意组合可以实现或执行结合这里公开的实施例描述的各种示例性的逻辑框图，模块和电路。一个通用处理器可能是一个微处理器，但是在另一种情况中，处理器可能是任何常规的处理器，控制器，微控制器，或者状态机。一个处理器也可能被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合，多个微处理器，一个或者更多结合DSP核心的微处理器，或者任何其他此种结构。

结合这里公开的实施例描述的方法或者算法可直接体现为硬件，由处理器执行的软件模块，或者这二者的组合。一个软件模块可能存在于RAM存储器，闪存，ROM存储器，EPROM存储器，EEPROM存储器，寄存器，硬盘，移动磁盘，CD-ROM，或者本领域熟知的任何其他形式的存储媒质中。一种典型存储媒质与处理器耦合，使得处理器能够从该存储媒质中读信息，且可向该存储媒质写信息。在替换实例中，存储媒质可能与处理器集成。处理器和存储媒质可能存在于一个ASIC中。该ASIC可能存在于一个用户站中。在一个替换实例中，处理器和存储媒质可以作为用户站中的分立组件存在。

提供所述公开的实施例的上述描述可使得本领域的技术人员能够实现或者使用本发明。对于本领域的技术人员来说，这些实施例的各种修改是显而易见的，并且这里定义的总体原理也可以在不脱离本发明的范围和主旨的基础上应用于其他实施例。因此，本发明并不限于这里示出的实施例，而是与符合这里公开的原理和新颖特征的最广范围相一致。

Claims

1、一种用于对发射分集系统中的主发射信号和辅助发射信号进行处理以向非发射分集接收机提供发射分集增益的重新分布单元，该重新分布单元包括：

分布路径，用于将所述主发射信号分布到主天线；

第一时变元件，用于产生所述主发射信号的时变副本且将该主发射信号的时变副本重新分布到辅助天线；以及

第二时变元件，用于产生所述辅助发射信号的时变副本且将该辅助发射信号的时变副本重新分布到所述辅助天线，其中所述辅助发射信号不被分布到所述辅助天线上。

2、一种用于向非发射分集接收机提供发射分集增益的装置，包括：

主天线；

至少一个辅助天线；和

重新分布单元，被配置来接收合并的非发射分集和第一发射分集信号，接收第二发射分集信号，以产生该合并的非发射分集和第一发射分集信号的时变版本，产生该第二发射分集信号的时变版本，并在所述主天线和所述至少一个辅助天线上重新分布该时变版本。

3、如权利要求2所述的装置，其中，所述重新分布单元根据酉(unitary)变换来执行所述时变版本的产生以及所述时变版本的重新分布。

4、如权利要求3所述的装置，其中，所述酉变换是矩阵W，使得W的元素是w_ki＝δ_kib(t-τ_ki)，其中

b(t)＝cos(πt/2)，t mod n≤1或t mod n＞(n-1)，和

b(t)＝0，其他情况下；

τ_ki＝[σ(k-i)]mod n，其中如果i是偶数则σ是1，和

如果i是奇数，则τ_ki＝-1；以及

如果τ_ki是奇数且k是偶数，则δ_ki＝-1；和

其他情况下，δ_ki＝1。

5、如权利要求4所述的装置，其中，所述矩阵W是

[\begin{matrix} \sin (βt) & \cos (βt) \\ \cos (βt) & - \sin (βt) \end{matrix}] .

6、如权利要求3所述的装置，其中所述酉变换是矩阵

W = \frac{1}{\sqrt{2}} [\begin{matrix} 1 & 1 \\ e^{jat} & {- e}^{jat} \end{matrix}] .

7、一种用于向发射分集系统中的非发射分集接收机提供发射分集增益的方法，其中使用主天线和辅助天线来提供发射分集，所述方法包括：

产生合并的非发射分集和第一发射分集信号的时变版本；

产生第二发射分集信号的时变版本；

将该合并的非发射分集和第一发射分集信号导引到所述主天线；

将该合并的非发射分集和第一发射分集信号的时变版本导引到所述辅助天线；以及

将所述第二发射分集信号的时变版本而不是所述第二发射分集信号导引到辅助天线。

8、一种用于向发射分集系统中的非发射分集接收机提供发射分集增益的装置，其中使用主天线和辅助天线来提供发射分集，所述装置包括：

用于产生合并的非发射分集和第一发射分集信号的时变版本以及产生第二发射分集信号的时变版本的装置；以及

用于将该合并的非发射分集和第一发射分集信号导引到所述主天线，将该合并的非发射分集和第一发射分集信号的时变版本导引到所述辅助天线以及将所述第二发射分集信号的时变版本而不是所述第二发射分集信号导引到所述辅助天线的装置。

9、一种用于平衡发射分集系统中的多个天线的发射功率的装置，该装置包括：

用于将主发射信号分布到主天线的分布路径；

用于将第一辅助发射信号分布到辅助天线的分布路径；

第一时变元件，用于产生所述主发射信号的时变副本且将该主发射信号的时变副本重新分布到所述辅助天线；以及

第二时变元件，用于产生所述第二辅助发射信号的时变副本且将该第二辅助发射信号的时变副本重新分布到所述辅助天线上，其中所述第二辅助发射信号并不被分布到所述辅助天线上。

10、一种用于传送发射分集系统的功率平衡的发射信号的装置，该装置包括：

主天线；

辅助天线；以及

重新分布单元，被配置来接收被导引到所述主天线的非发射分集信号，被导引到所述主天线的第一发射分集信号，被导引到所述辅助天线的第二发射分集信号，其中该重新分布单元还被配置来产生所述非发射分集信号的时变版本，以及所述第二发射分集信号的时变版本，并且将所述非发射分集信号的时变版本重新分布到所述辅助天线以及将所述第二发射分集信号的时变版本而不是所述第二发射分集信号重新分布到所述辅助天线。

11、一种用于在发射分集环境中平衡天线的传输负载的方法，该方法包括：

将非发射分集信号和第一发射分集信号导引到主天线；

产生该非发射分集信号的时变版本；

产生第二发射分集信号的时变版本；

将该非发射分集信号的时变版本导引到辅助天线；以及

将该第二发射分集信号的时变版本而不是该第二发射分集信号导引到所述辅助天线。

12、一种用于平衡多个天线的传输负载的装置，该装置包括：

用于将非发射分集信号和第一发射分集信号导引到主天线的装置；

用于产生非发射分集信号的时变版本的装置；

用于产生第二发射分集信号的时变版本的装置；

用于将非发射分集信号的时变版本导引到辅助天线的装置；以及

用于将该第二发射分集信号的时变版本而不是该第二发射分集信号导引到所述辅助天线的装置。