CN101663839B - 在闭环发射分集系统中提供反馈的方法 - Google Patents

Abstract

一种改进发射分集通信中的闭环反馈的方法和系统。在本发明的一个实施例中，在发射分集发射器处进行一个或多个发射分集参数的预定变化。接收器比较接收信号的发射分集参数值与预定变化，并把发射分集校正参数的值发送给发射器。发射器使用该校正值修正后续发射中的发射分集参数。

Description

在闭环发射分集系统中提供反馈的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年3月15日提交的美国临时专利申请60/918066号的优先权，通过引用将其全文包括在此。

技术领域

本发明一般地涉及无线通信领域，更具体地说，涉及向发射分集设备提供反馈。

背景技术

无线传输系统可使用利用多个发射天线向接收器发射信号的发射分集。接收通信设备从发射的信号中提取信息。多个天线元件可增强频谱效率和容量，便于在给定的频带上同时服务更多用户，同时降低由多路径和衰落造成的信号恶化。发射分集参数可被应用于从两个或者更多的天线发射的信号，并且可修改由接收器，比如基站检测的有效功率分配。发射的信号可沿不同的路径传播，并以可能产生破坏性干扰的不同相位到达接收通信设备。在试图检测来自移动终端的传输，以及在试图检测来自其它无线终端的信号的基站中由无线终端传输产生的噪声电平的接收器处，接收的信号质量可能发生变化。基站感知的信噪比可随发射分集控制的参数的变化而变化。需要一种降低发射信号的干扰的系统、方法和设备。

2003年1月2日公布，并且转让给本申请的受让人的美国专利申请No.2003/0002594“Communication device with smart antenna usinga quality-indicationsignal”(该专利申请的内容在此引为参考)中描述把例如由CDMA协议的功率控制比特提供的功率控制信号用作质量指示信号。

美国专利5999826(Whinnett)描述一种远程接收器借助能够识别哪个接收信号发射自哪个天线的接收器，确定发射分集阵列的权重的方法。该方法要求从每个天线发射差参考信号。这些参考信号或者是由不同的载频表征的音调，或者是不同的调制频率(音调)或不同的数字码。该方法要求参考信号的传输由空中接口定义。

发明内容

按照本发明，可以减少或消除与修改发射分集信号的现有技术相关联的缺点和问题。在本发明的一些实施例中，这里描述的方法、系统和设备可以改进、补充或替代在美国专利申请公开No.2003/0002594中描述的方法、系统和设备。

按照已知的向发射分集发射器提供反馈的方法，教导了一种迭代过程，其中功率控制比特或者其它质量指示信号可被用于指示，由于分集参数改变，导致的在反馈通信设备，比如基站处测量的功率是已增大还是减小。本发明的实施例的一个优点是消除或减少了从基站向发射分集移动发射器传送比如相位差或功率比的所需分集参数的迭代操作。

按照本发明的实施例，移动发射分集发射器可根据相位差模式进行发射，基站可测量接收的信号，进行计算以确定相位差校正值和/或振幅比校正值，并把这些值发送到移动站。可以作为压缩的二进制值、来自码书的码，或者其它形式来发送传送所述值。移动站随后可使用该校正值来确定对后续发射中的发射分集参数值的修正。

附图说明

在说明书的结论部分中特别指出并明确主张了本发明的主题。不过，结合附图，参考下面的详细说明，可更好地理解本发明的体系结构和操作方法，以及本发明的目的、特征和优点，其中：

图1是图解说明按照本发明的实施例的通信系统的一个实施例的方框图；

图2是按照本发明的实施例的一个周期内的发射的示意时间表；

图3是按照本发明的实施例的一个周期内的发射的示意时间表。

应认识到，为了举例说明的简洁和清楚起见，附图中所示的元件不必按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可相对于其它元件被放大。此外，在认为合适的情况下，附图标记可在各附图之间重复，以指示对应或类似的元件。

具体实施方式

在下面的详细说明中，陈述了众多的具体细节，以便透彻理解本发明。不过，本领域的技术人员会理解可在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其它情况下，为了不模糊本发明，未详细说明公知的方法、程序和组件。

参考附图1-3，可更好地理解本发明的实施例及其优点，相似的附图标记用于各个附图的相似和对应的部件。

图1是图解说明通信系统100的一个实施例的方框图，通信系统100包括发射器110(也被称为修正通信设备)，发射器110调整发射分集参数的标称值，比如在第一天线111发射的信号和同时在第二天线112发射的信号之间的相位差或发射功率比。按照该实施例，发射器可按扰动速率扰动信号，并把信号发射给接收通信设备120(也被称为反馈通信设备)。反馈通信设备120可在天线121和发射/接收模块122处接收和发射分集信号，利用处理器123处理接收的信号，并发送描述由反馈通信设备120接收的信号的反馈信息。修正通信设备110可以根据反馈信息，按标称值调整速率调整发射分集参数的标称值。

按照图解说明的实施例，网络100用于提供诸如通信会话之类的服务。通信会话可被称为从端点到端点测量的端点之间的有效通信。信息在通信会话期间传递。信息可以指的是语音、数据、文本、音频、视频、多媒体、控制、信令、其它信息或者它们的任意组合。

可用分组传递信息。分组可包含按照特定方式组织以便传输的一组数据，帧可以包含按照特定方式组织以便传输的一个或多个分组的有效载荷。可以使用基于分组的通信协议，比如网际协议(IP)来传递分组。

网络100可以利用通信协议和技术提供通信会话。通信协议和技术的例子包括由电气和电子工程师协会(IEEE)802.xx标准、国际电信联盟(ITU-T)标准、欧洲电信标准协会(ETSI)标准、因特网工程任务组(IETF)标准或其它标准提出的那些通信协议和技术。

网络100的设备可以使用任何适当的多址访问技术，例如码分多址访问(CDMA)技术。按照一个实施例，网络100可按照使用单一CDMA信道的CDMA 2000电信技术工作。例如，可以使用CDMA2000高速数据分组技术，比如Evolution Data only(EVOD)技术。

网络100可包含任意适当的通信网络。一种通信网络可包含全部或一部分的公共交换电话网络(PSTN)、公共或专用数据网络、局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)、诸如因特网之类的全球计算机网络、无线网络、局部的、地区性的或全球通信网络、企业内部网，其它适当的通信链路，或者它们的任意组合。

网络100的组件可包括逻辑、接口、存储器、其它组件、或者它们的任意适当组合。“逻辑”指的是硬件、软件、其它逻辑或者它们的任意组合。某些逻辑可管理设备的操作，并可包含例如处理器。“接口”可指的是设备的逻辑，其可接收给设备的输入、发送来自设备的输出、进行输入或输出或两者的适当处理，或者上述的任意组合，并且可包含一个或多个端口、变换软件、或者这两者。“存储器”可指的是可操作以保存信息，和便利信息的取回的逻辑，并可包含随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、磁驱动器、磁盘驱动器、光盘(CD)驱动器、数字视频光盘(DVD)驱动器、可拆卸介质存储器、任何其它适当的数据存储介质、或者它们的任意组合。

通信网络100可包括经无线链路130通信的一个或多个修正通信设备110和一个或多个反馈通信设备120。通信设备110和/或120可以是可操作以借助信号与一个或多个其它通信设备传递信息的任意设备。例如，通信设备110或120可包含移动用户单元或者基站。用户单元可包含可操作以与基站通信的任意设备，例如个人数字助理、蜂窝电话机、移动手持机、计算机、或者适合于往来于基站传递信号的任何其它设备。例如，用户单元可支持会话发起协议(SIP)、网际协议(IP)、或者任何其它适当的通信协议。

基站可为用户单元提供对允许用户单元与其它网络或设备通信的通信网络的访问路径。基站一般包括基站收发器站和基站控制器。基站收发器站往来于一个或多个用户单元传递信号。基站控制器管理基站收发器站的操作。

在本发明的一些实施例中，反馈通信设备120可以是基站，并且修正通信设备110可以是用户单元。

通信设备110和/或120可包括一个或多个天线元件，其中每个天线元件可操作以接收、发射或者既接收又发射信号。多个天线元件可提供称为空间滤波的分离过程，这可提高频谱效率，允许在给定的频带内同时服务多个用户。

通信设备110和120之间的通信链路，比如通信链路130可以是网络组织结构中的蜂窝状的射频链路。无线链路130可被用于在通信设备120和110之间传递信号。

如下更充分所述，按照本发明的实施例，修正通信设备110可包括计算和产生用于至少通过第一和第二天线111和112传输的一个或多个信号的处理器114和发射/接收模块113。

反馈通信设备120可包括产生和发射反馈信号的处理器123和发射/接收模块122，反馈信号指示在反馈通信设备120接收的修正信号的质量。修正通信设备110随后可按照与反馈信号相对应的反馈信息，修正发射信号。

按照一个实施例，修正信号指的是修正信号特征。发射信号特征，或者在本发明的一些实施例中，发射分集参数指的是(但不限于)任意发射特征，例如，相对相位、相对振幅、相对功率、绝对功率、频率、计时、可被调制的其它适当的信号特征、或者它们的任意组合。相对相位指的是第一发射天线元件的第一信号的相位与第二发射天线元件的第二信号的相位之间的相位差。相对功率指的是第一发射天线元件的第一信号的功率与第二发射天线元件的第二信号的功率之间的比值，可按照线性或对数标度定义该比值。相对振幅指的是第一发射天线元件的第一信号的振幅与第二发射天线元件的第二信号的振幅之间的比值。绝对功率指的是修正通信设备110的所有天线发射的总功率。按照一个实施例，修正信号可被描述成调整发射分集参数的标称值。如这里更充分所述，按照本发明的一个实施例，扰动周期中发射分集参数的调制可包含在扰动周期的第一部分期间，利用沿第一方向偏离标称值的发射分集参数进行发射，随后在扰动周期的第二部分期间，利用沿第二方向偏离标称值的发射分集参数进行发射。

按照本发明的操作的一个实施例，修正通信设备110可通过扰动信号来修正信号。扰动信号指的是相对于信号的标称值，调制信号的信号特征，例如，持续第一反馈时间间隔沿第一方向修正信号特征，并持续另一反馈时间间隔沿第二方向修正信号特征。扰动周期指的是第一方向的第一调制和第二方向的第二调制。在本发明的一些实施例中，扰动周期可包含不同的，例如更长或更复杂的调制序列。例如就相位来说，扰动可包括沿第一方向调制相位差，和沿第二方向调制相位差。如果反馈通信设备120提供的反馈信息指示通过利用一个扰动调制方向接收的信号与通过利用另一扰动调制方向接收的信号相比有改善，那么可按小于或等于该调制的量，沿着改善的方向进行下一次标称值调整。

按照本发明的实施例，可按指定为扰动速率的第一速率扰动发射分集参数的标称值，可按指定为标称值调整速率的第二速率调整发射分集参数的标称值。扰动速率或标称值调整速率可以基本相同，或者它们可以不同，并且都可以和反馈速率基本相同或不同。

按照本发明的一个实施例，发射分集发射器，例如具有多个天线的移动设备，可利用相应的天线发射均具有相同振幅的第一信号和第二信号。可在扰动发射天线之间的相位差的情况下顺序发射第一和第二信号。从而，例如，可首先利用第一相位差通过天线发射信号，随后利用扰动自第一相位差的第二相位差发射信号。这些信号是通过载波角频率ω发射的。

信号可在接收器，例如基站被接收。在接收器，例如，由于路径损耗的不同和/或在移动站的电位不均衡的缘故，可以不同的振幅接收信号。第二接收信号相对于第一接收信号的相对振幅或归一化振幅被表示为A。例如，由于在发射器故意引入的相位差，以及由于有效传播路径的差异的缘故，也会以不同的相位接收两个信号，这里，接收相位的差异被表示为从而，来自第一天线的信号被基站接收为s₁(t)，来自第二天线的信号被基站接收为s₂(t)。这里，s₁(t)和s₂(t)表示基站接收的信号，并举例说明当它们的相位差为零时，接收的最大组合振幅。

很明显在下面的方程式中，下述约定被用于三角函数和其它函数的表示：

sin(x)是x的正弦函数；

cos(x)是x的余弦函数；

tg(x)是x的正切函数；

argtg(x)是x的反正切函数；

是函数f相对于变量x的偏导数；以及

是函数f相对于变量x的二阶偏导数。

两个接收信号可在基站合并，从而形成s(t)，于是：

(1)s₁(t)＝sin(ωt)

(3)s(t)＝s₁(t)+s₂(t)

其中

于是，将认识到：

其中

从而：

或者基站接收的信号的最终表达式可被写为：

于是，对于两个发射的正弦波的模型来说，基站接收的信号也是频率相同，但是振幅和相位不同的正弦波。γ取决于上面在(1)中定义的基本变量A和

接收信号的最终表达式从而可被写为未知变量A，的函数：

假定已为发射器和接收器所知，例如已为移动站和基站所知的持续时间为T的发射周期，这里移动站在时间T₁内以标称相位进行发射，随后持续时间T₂引入相位扰动α₁，之后持续时间T₃引入相位扰动α₂。根据(11)，可以推断信号具有振幅AMP，其中：

和相位PH，其中：

图2描述按照本发明的一个实施例的周期T，其中在持续时间更长的T₁之后出现扰动信号T₂和T₃。注意从处理延迟的观点来看，时刻T₂和T₃在周期之中，例如在周期的结尾、中间或开始，可缩短总的系统延迟。在本发明的一个实施例中，T₁可以约为整个周期T的90％，T₂和T₃分别为整个周期T的5％。

由于这些时间周期为基站和移动站所知，因此可如下对于时间T₁、T₂和T₃比较振幅和相位：

对于T₁来说：

对于T₂来说：

对于T₃来说：

α₂＝-α₁的情况是上面的特殊的对称扰动情况。

利用上面的方程式，寻找在给定一组测量的参数y₁～y₄的条件下，使AMP函数最大化的新的值：

$\left(20\right),y_1=\frac{\mathrm{AMP}\left(T_2\right)}{\mathrm{AMP}\left(T_1\right)}$

$\left(21\right),y_2=\frac{\mathrm{AMP}\left(T_3\right)}{\mathrm{AMP}\left(T_1\right)}$

(22)y₃＝γ(T₂)-γ(T₁)＝PH(T₂)-PH(T₁)

(23)y₄＝γ(T₃)-γ(T₁)＝PH(T₃)-PH(T₁)

通过利用振幅的比值，可以消除未知的缩放。

因此，变量A和可被确定为最佳拟合如下所示的一组方程式(24)-(27)的值：

利用这里不必详述的公知的数值计算方法，可计算出A和的最佳拟合值的估计。一旦A和已知，通过使下面的AMP(T′)最大化，可确定校正值β：

即，根据集合(29)

$\left(29\right),\frac{\∂\mathrm{AMP}\left(T^{\′}\right)}{\∂\mathrm{\β}}=0$

$\frac{{\&PartialD;}^2\mathrm{AMP}\left(T^{\&prime;}\right)}{\&PartialD;{\mathrm{\&beta;}}^2}<0$

可借助该公式的确定其最大值的标准数值估计，或者根据查寻表，或者根据任何数学上可行的闭合公式计算β的值。(29)的数学推导表明当下述条件成立时，AMP(T′)达到最大值：

最大值为：

(31)max{AMP(T′)}＝1+A

于是，基站可把如上计算的β的数值传给移动站。移动站可把通过其天线端口发射的信号之间的原先的标称相位差校正β，从而当前相位差变成可回想起代表以该相位差(它约为发射的相位差加上归因于传播路径的相位差)接收的相位差。

附加地或者作为替代地，在本发明的一个实施例中，可以某个相位差和功率比发射一个周期，并且根据基站的最新控制发射随后的周期，从而不需要扰动，如图3中所示。由于上面的计算提供用于计算两个未知数的四个测量结果，因此这里适用相同的数学运算。

在本发明的一个产生更高精度的实施例中，基站可以使用先前周期的多个测量结果以提供在信噪比(SNR)方面鲁棒性更高的解，其代价是由于使用更久的历史，对移动性的敏感度更高。

在本发明的另一个实施例中，基站可向移动站提供信息以用于振幅比的校正，即，移动站的天线端口之间的发射信号的相对功率划分，以最大化接收信号。

在本发明的实际实现中，应考虑在移动站发射的信号、基站接收的信号和基站的内部基准频率之间，可能存在明显的频率差异。由于本申请的发明可包括不同时候的相位差的估计，估计器和被估计信号之间的频率差可引起与角频率差Δω和过去时间的差Δt相关的时间相关相位差

于是，基站可估计相位差或相位漂移，并在估计它接收的信号和其内部基准时间之间的频率差之后，补偿所述相位差或相位漂移。这些解决方案为精通本领域的技术人员公知。

在本发明的一个实施例中，基站可提供对发射信号的相位和振幅比的校正，以使接收的信号最大化。

在本发明的另一个实施例中，基站可利用精通本领域的技术人员公知的标准线性或非线性预测技术，估计传送给基站的未来最佳的相位差或最佳的振幅比。这意味不是发送如在(30)和上文中所述，根据过去的信号计算的结果，而是应用预测器来确定到参数被移动站应用时，哪些参数应是最佳参数。

在本发明的又一个实施例中，基站发送校正参数，并且移动站通过应用精通本领域的技术人员公知的线性或非线性预测技术，确定应该应用什么参数。通过知道移动站计算所涉及的时间(这可由协议或标准设立)，可以优化该实施例。

在本发明的再一个实施例中，移动站通过测量它从基站接收的下行链路信号的变化，可校正它应用的参数。这使移动站可以立即补偿由相对于基站的移动站旋转、位置变化或速度变化所引起的变化。通过使用和在先实施例所需相同的估计技术，包括频率差的估计和每个时间段所需变化的应用，来应用这些校正。当与移动站中的双天线接收相结合时，由这两个天线接收的信号的振幅的变化可被应用于发射信号的振幅比。

由移动站借助它所接收的下行链路信号的预测或测量引入的校正可适用于移动站中发射分集控制的任意应用，不论是以基站进行的发射分集控制参数(相位差或振幅)的提供，还是以移动站通过利用本发明或其它发明，例如基于功率控制计算的发射分集控制参数为基础。

尽管关于上行链路发射分集控制说明了各个实施例，不过基站和移动站的角色可被倒转，以便把本发明的教导应用于下行链路发射分集控制。

本发明的一些实施例可以根本不包括上述技术优点，包括一些或全部的上述技术优点。根据附图、说明书和权利要求书，对本领域的技术人员来说，一个或多个其它技术优点是显而易见的。

提供实施例的上述说明是为了使本领域的任意技术人员能够实现或使用本发明。尽管参考本发明的实施例具体表示和说明了本发明，不过本领域的技术人员会明白可做出形式和细节方面的各种变化，而不脱离本发明的精神和范围。例如，可以使用任意移动通信协议，例如CDMA或其它种类的协议。例如，和上述通信设备类似的通信设备可以和时分多址访问(TDMA)或频分多址访问(FDMA)协议一起使用。例如，这样的TDMA协议可包括全球移动通信系统(GSM)协议。

注意尽管通过使用复式加权说明了通信设备的调谐，不过在其它实施例中，其它种类的控制信号可以调谐通信设备。换句话说，通过使用这样的控制信号的通信设备的调谐不必局限于关于改变信号的幅度和相位的信息。例如，控制信号可以携带改变与每个天线元件相关联的信号的幅度、相位、频率和/或时序的信息。

尽管上面说明了本发明的各个实施例，不过应明白它们只是作为例子给出的，而不是对本发明的限制。从而，本发明的宽度和范围不应受任意上述实施例限制，相反只应由下述权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种方法，包括：

在基站处接收由移动通信设备发射的多个信号，所述多个信号是以发射分集参数的多个值的预定变化发射的；

确定接收的所述多个信号的多个发射分集参数的值；

根据各发射的信号的多个发射分集参数的值和发射分集参数的多个值的预定变化，计算发射分集参数校正值；和

把发射分集参数校正值发送给所述移动通信设备，

其中所述预定变化在一个具有标称相位的周期中出现该周期的一部分期间，以及在第一时间段具有第一相位扰动，随后在第二时间段具有第二相位扰动。

2.按照权利要求1所述的方法，还包括：

从所述移动通信设备发射多个信号，

其中所述多个信号中的每个信号是同时利用至少两个天线发射的，其中在每个天线上发射的信号通过所述发射分集参数进行区分，和

其中所述多个信号是以发射分集参数的预定变化发射的。

3.按照权利要求2所述的方法，还包括：

在所述移动通信设备处接收在所述移动通信设备处的发射分集参数校正值；和

根据发射分集参数校正值，修正在第一和第二天线上发射的信号之间的发射分集参数的标称值。

4.按照权利要求1所述的方法，其中所述发射分集参数是相位差。

5.按照权利要求4所述的方法，其中发射分集参数校正值是相位差校正值，以及，其中计算相位差校正值还包括计算接收的所述多个信号的至少一个频率和在基站的内部频率基准之间的至少一个频率差。

6.按照权利要求4所述的方法，其中所述发射分集参数还包括功率比。

7.按照权利要求1所述的方法，其中所述多个信号是以至少两个相应的发射分集参数的值的预定变化发射的，所述方法还包括：

计算至少两个发射分集参数校正值；和

把所述至少两个发射分集参数校正值发送给所述移动通信设备。

8.按照权利要求7所述的方法，还包括从所述移动通信设备发射多个信号，其中所述多个信号中的每个信号是同时利用至少两个天线发射的，

其中在第一发射周期期间，在每个天线上发射的信号通过第一发射分集参数的预定值进行区分，以及

其中在第二发射周期期间，在每个天线上发射的信号通过第二发射分集参数的预定值进行区分。