CN1310440C - 窄带时分双工码分多址移动通信***的功率控制装置和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种在CDMA(码分多址)移动通信***中的发射装置，每一个发射帧具有多个时隙，并且每一个时隙包括具有相同长度的两个数据部分、介于数据部分之间的中置码以及用于分开连续时隙的保护间隔，该发射装置使用调制信号将各帧调制成无线信号，并使用多个天线将该调制的无线信号发射。功率放大器放大该无线信号。控制器在与该功率放大器放大的无线信号相关的帧的时隙的保护间隔中生成切换控制信号。切换器响应切换控制信号在第一天线和第二天线之间切换来自该功率放大器的放大的无线信号。

Description

窄带时分双工码分多址移动通信***的 功率控制装置和方法
本申请是申请日为2001年10月5日、申请号为01802991.4、发明名称为“时分复用码分多址移动通信***的时分切换发射分集装置和方法”的发明专利申请的分案申请。
                      技术领域
本发明一般涉及用于TDD(时分双工)CDMA(码分多址)移动通信***的一种发射/接收装置和方法，并且特别地涉及一种发射/接收装置和方法，用于以发射分集模式发送各帧以克服随时间变化的信道特性。
                      背景技术
通常，TDD CDMA移动通信***是指其中构成一帧的多个时隙被分成用于下行链路信道的时隙和用于上行链路信道的时隙的CDMA移动通信***。同时，该CDMA***分类成TDD CDMA移动通信***和其中发射频率是和接收频率分开的FDD(频分双工)CDMA移动通信***。
TDD CDMA移动通信***还分类成W-TDD(宽带TDD)CDMA移动通信***和NB-TDD(窄带TDD)CDMA移动通信***。
W-TDD和NB-TDD技术已经由3GPP(第3代合作计划)定义，3GPP是第3代移动通信的正在进行中的标准。使用现存的TDD数字移动通信方案的移动电话包括GSM(全球移动***)电话和CT-2(第2代无绳电话)电话。
一般地，移动通信***的性能取决于在变坏的移动通信环境中，***能够运行得怎样，其中信道特性常遭受极端的变化。移动通信***已经使用了分集技术以增加在变坏的移动通信环境中的发射/接收效率(或吞吐量)。分集技术分成频率分集、时间分集和空间分集。
频率分集是一种用两种不同的频率发送同一数据的技术，并且该技术使用交织和信道编码。时间分集是在固定间隔两次发送同一数据的技术，该技术使用瑞克(Raker)接收机。包括一个搜索器和多个指针(finger)的瑞克接收机，分别接收由于多径而导致的具有不同到达时间的信号。空间分集是使用空间上分开的两个天线发送同一信号的技术。
但是，当几乎没有多径或UE(用户设备)移动缓慢时，使用频率分集和时间分集是困难的。这是因为当几乎没有多径时很难使用瑞克接收机。
因此，在这种情况下，推荐使用空间分集，其对应于能以使节点B(基站发射机)的发射硬件和UE(用户设备或移动站)的接收硬件改动最小的最小成本来实现的发射(发送)分集。
此外，还有使用一个或多个天线的时分切换发射分集(TSTD)技术。在原理上TSTD与空间分集不同。
在TSTD技术中，发射机交替使用两个空间分开的天线发射信号，从而可能增加接收信道的容量至最大，而不用改变接收机的结构。TSTD技术可以分为闭环TSTD技术和开环TSTD技术。空间时分发射分集(STTD)是开环TSTD技术的典型例子。
同时，还有一种改进无线信道性能的波束形成器方案(beam formerscheme)。尽管它具有改进的性能，但仍需要诸如阵列天线的复杂的发射或接收装置。因此，将该波束形成器方案应用到UE上是困难的。而且，尽管该波束形成器方案用于节点B，但其不能应用到同时发送到多个UE的公共物理信道(CPCH)。
现在将参考W-TDD或NB-TDD移动通信***中的不使用分集技术的发射机，以及W-TDD移动通信***中的使用闭环或开环分集技术的发射机。此外，将对FDD移动通信***中使用TSTD技术的发射机进行描述。
图7示出了W-TDD或NB-TDD移动通信***的节点B中的不使用分集方案的一般发射机的结构。参照图7，信道编码器700以预定编码速率将发送数据编码成编码码元流。交织器702对该编码的码元流进行交织，接着，多路分解器704将其多路分解成I信道和Q信道，产生一对复(complex)信道。在该复信道中，为实信道的I信道由第一扩展器706通过使用OVSF(正交可变扩展因子)码进行扩展，而为虚信道的Q信道由第二扩展器708通过OVSF码进行扩展。第一扩展器706和第二扩展器708使用的OVSF码彼此完全相同。使用OVSF码扩展的复信道I和Q上的信号分别由第一加扰器710和第二加扰器712使用加扰码进行加扰。加扰后的信号由时分复用器(TDM)714在时间轴上与中置序列进行多路复用。在此，TDM 714的输出信号具有TDD移动通信***的帧结构。通过第一FIR(有限脉冲响应)滤波器716和第二FIR滤波器718将从TDM 714输出的I和Q信道信号分别提供给第一乘法器720和第二乘法器722。第一乘法器720将I信道信号与载波信号cos(ωct)相乘，第二乘法器722将Q信道信号与载波信号sin(ωct)相乘，由此输出调制的射频(RF)信号。调制的RF信号由加法器724进行相加，并接着在经由单个天线发射之前由功率放大器(PA)726进行放大。
但是，当由于随时间变化的移动通信环境而使发射机天线和UE之间的信道环境变坏时，UE的接收机可能不解码所接收的信号。
图8示出在W-TDD移动通信***中使用开环TSTD方案的STTD方案的公共节点B发射机的结构。而NB-TDD移动通信***的技术报告刚涉及可能考虑STTD方案。
参照图8，在使用STTD方案的发射机中，串行输入数据由信道编码器800进行编码，并接着由交织器802进行交织。经交织编码的码元提供给STTD编码器804。STTD编码器804对交织编码的码元进行STTD编码，并将该码元分成两个不同的信号，经由两个不同的天线进行发射。该两个分割的信号分别提供给第一多路分解器806和第二多路分解器828。第一多路分解器806和第二多路分解器828中的每一个，将从STTD编码器804提供的信号多路分解成I信道信号和Q信道信号。被第一多路分解器806多路分解的I信道信号由第一扩展器808通过OVSF码进行扩展，第一多路分解器806多路分解的Q信道信号由第二扩展器809通过OVSF码进行扩展；而第二多路分解器828多路分解的I信道信号由第三扩展器830通过OVSF码进行扩展，第二多路分解器828多路分解的Q信道信号由第四扩展器832通过OVSF码进行扩展。第一至第四扩展器808、809、830和832使用的OVSF码彼此完全相同。第一扩展器808扩展的信号由第一加扰器810通过加扰码进行加扰，第二扩展器809扩展的信号由第二加扰器812通过加扰码进行加扰。而且第三扩展器830扩展的信号由第三加扰器834通过加扰码进行加扰，第四扩展器832扩展的信号由第四加扰器836通过加扰码进行加扰。分别从第一加扰器810和第二加扰器812输出的I信道信号和Q信道信号被提供给第一TDM814，并且分别从第三加扰器834和第四加扰器836输出的I信道信号和Q信道信号被提供给第二TDM 838。第一TDM 814在依据这些信道的时间轴上将来自第一加扰器810和第二加扰器812的信号与第一中置码序列进行多路复用。第二TDM 838在依据这些信道的时间轴上将来自第三加扰器834和第四加扰器836的信号与第二中置码序列进行多路复用。在经过第一FIR滤波器816和第二FIR滤波器818以及第一乘法器820和第二乘法器822之后，从第一TDM 814输出的信号由加法器824进行相加，并接着，由功率放大器(PA)826进行放大，经由第一天线ANT1发射。在经过第三FIR滤波器840和第四FIR滤波器842以及第三乘法器844和第四乘法器846之后，从第二TDM 838输出的信号由加法器848进行相加，并接着，由功率放大器(PA)850进行放大，经由第二天线ANT2发射。
经由发射机的第一天线ANT1和第二天线ANT2发射的信号通过两个不同的路径，在UE上被接收，从而即使在该两条路径中仅有一条路径保持合适的通信环境时，UE能够解码所接收的信号，由此提高了性能。
但是发射机使用两个功率放大器是不希望的，因为这会使发射机的成本增加。当在UE上应用时，STTD方案不仅使UE的成本增加，还妨碍UE的小型化。此外，为接收使用STTD方案发射的信号，接收机需要用于接收该信号的附加装置。
图9示出了在W-TDD移动通信***中使用闭环TSTD方案的公共节点B的结构。
参照图9，发送数据由信道编码器900进行编码，并接着由交织器902进行交织。交织编码的码元由多路分解器904多路分解成I信道和Q信道，产生一对复信道。在该复信道中，为实信道的I信道由第一扩展器906通过使用OVSF码进行扩展，而为虚信道的Q信道由第二扩展器908通过OVSF码进行扩展。第一扩展器906和第二扩展器908使用的OVSF码彼此完全相同。使用OVSF码扩展的复信道I和Q上的信号分别由第一加扰器910和第二加扰器912使用加扰码进行加扰。加扰的信号由时分复用器(TDM)914在时间轴上与中置码序列进行多路复用。TDM 914的输出信号分配给第一乘法器916和第二乘法器930，从而使该信号能够经由第一天线ANT1和第二天线ANT2发射。第一乘法器916和第二乘法器930将从TDM 914输出的信号分别乘以从上行链路信道估计器944提供的复数加权因子ω1和ω2。  复数加权因子ω1和ω2是上行链路信道估计器944通过计算各UE的反馈信号而计算出来的。复数加权因子ω1与将要经由第一天线ANT1发射的信号相乘，而复数加权因子ω2与将要经由第二天线ANT2发射的信号相乘。经由第一乘法器916乘以复数加权因子ω1的I信道信号和Q信道信号分别由第一FIR滤波器918和第二FIR滤波器920进行滤波，接着由第三乘法器922和第四乘法器924使用调制信号进行调制。调制的I信道信号和调制的Q信道信号由加法器926相加，并接着在经由第一天线ANT1发射之前由第一功率放大器928进行放大。而且，经由第二乘法器930乘以复数加权因子ω2的I信道信号和Q信道信号分别由第三FIR滤波器932和第四FIR滤波器934进行滤波，接着由第五乘法器936和第六乘法器938使用调制信号进行调制。调制的I信道信号和调制的Q信道信号由加法器940相加，并接着在经由第二天线ANT2发射之前由第二功率放大器942进行放大。
复数加权因子ω1和ω2指示在各UE和天线ANT1之间，或在各UE和天线ANT2之间的信道环境，并且是通过使用从UE接收的中置码而计算出来的。实际上，由于从第一和第二天线发射的信号在UE处经过相同路径和相同的用于计算加权因子的中置码被接收，闭环TSTD方案具有优良性能是公知的。
但是，象图8所示的STTD方案一样，闭环TSTD方案也需要两个功率放大器。
图10示出在FDD移动通信***中使用TSTD方案的公共节点B发射机的结构。图10所示的结构在韩国专利申请第98-5526号中有较好的披露，其内容***与此作为参考。在现存的TSTD方案中，发射机使用两个天线交替发射信号，由此获得空间分集增益。因此，为支持从一个天线至另一个天线切换发射信号的TSTD方案，发射信号应具有切换点，即保护间隔(GP)用于防止切换造成的时间延迟。但是，在FDD移动通信***中，下行链路发射的频率与上行链路发射的频率是分开的，从而在各帧之间的不存在GP。因此，为了在FDD移动通信***中使用TSTD方案，在数模转换部分之前应该放置一切换器。结果，需要两个功率放大器。
参照图10，发射数据由信道编码器1000进行编码，并接着由交织器1002进行交织。经交织编码的码元由多路分解器1004多路分解成I信道和Q信道，产生一对复信道。在该复信道中，为实信道的I信道由第一扩展器1006通过进行扩展，接着由第一加扰器1010进行加扰，而为虚信道的Q信道由第二扩展器1008进行扩展，接着由第二加扰器1012进行加扰。来自第一加扰器1010的I信道信号和来自第二加扰器1012的Q信道信号提供给一切换器。I信道信号和Q信道信号都是数字信号。在切换控制器1014的控制下，该切换器切换I信道信号和Q信道信号。切换控制器1014控制该切换器在所述的间隔上交替切换I信道信号和Q信道信号给第一天线ANT1和第二天线ANT2。当I信道信号和Q信道信号切换至第一天线时，I信道信号和Q信道信号分别被第一FIR滤波器1016和第二FIR滤波器1018转换成模拟信号，并接着被第一乘法器1020和第二乘法器1022使用对应的调制信号进行调制。调制的I信道信号和调制的Q信道信号由加法器1024进行相加，并接着在经由第一天线ANT1发射之前由功率放大器1026进行放大。否则，如果I信道信号和Q信道信号切换至第二天线ANT2时，I信道信号和Q信道信号分别被第三FIR滤波器1028和第四FIR滤波器1030转换成模拟信号，并接着被第三乘法器1032和第四乘法器1034使用对应的调制信号进行调制。调制的I信道信号和调制的Q信道信号由加法器1036进行相加，并接着在经由第二天线ANT2发射之前由功率放大器1038进行放大。
因此，采用TSTD方案的FDD移动通信***也需要与多个天线相关的多个功率放大器。
                         发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种发射分集装置和方法，用于通过使用TDD移动通信***的帧结构的特征，改进接收机的解码性能，同时防止发射机和接收机的复杂程度的增加。
本发明的另一个目的在于提供一种功率控制装置和方法，用于支持其中两个天线交替使用一个功率放大器的TSTD方案。
本发明的另一个目的在于提供一种发射分集装置和方法，用于通过使用NB-TDD移动通信***的帧结构估计接收的功率电平，允许两个天线交替使用一个功率放大器。
本发明的另一个目的在于提供一种功率控制方法，用于在即使当两个天线共用一个功率放大器的时候，在子帧单元基础上估计和控制接收的功率电平。
本发明的另一个目的在于提供一种接收装置和方法，用于接收在不需要使用的额外功率放大器的发射设备通过单个天线发射的信号。
本发明的另一个目的在于提供一种可在UE以及节点B应用的发射分集装置和方法，以减小UE的尺寸和成本。
根据本发明的第一方面，提供一种在CDMA移动通信***中的发射装置，其中每一个发射帧具有多个时隙，并且每一个时隙包括具有相同长度的两个数据部分、介于两个数据部分之间的中置码以及用于分开连续时隙的保护间隔，该发射装置使用调制信号将各帧调制成无线信号，并使用多个天线将该调制的无线信号发射，该发射装置包括：功率放大器，用于放大该无线信号；控制器，用于在与该功率放大器放大的无线信号相关的帧的时隙的保护间隔中生成切换控制信号；以及切换器，用于响应切换控制信号在第一天线和第二天线之间切换来自该功率放大器放大的无线信号。
根据本发明的第二方面，提供一种在CDMA(码分多址)移动通信***中的发射装置，其中每一个发射帧具有两个子帧，并且每一个子帧具有：(i)多个时隙，每一个时隙具有相同长度的两个数据部分、介于两个数据部分之间的中置码以及用于分开连续时隙的第一保护间隔；介于时隙中的第一时隙和第二时隙之间的(ii)下行链路先导时隙、(iii)第二保护间隔以及(iv)上行链路先导时隙，该发射装置使用调制信号将各子帧调制成无线信号，并使用多个天线将该调制的无线信号发射，该发射装置包括：功率放大器，用于放大该无线信号；控制器，用于在与该功率放大器放大的无线信号相关的子帧的非发射时段中生成切换控制信号；以及切换器，用于响应切换控制信号在第一天线和第二天线之间切换来自该功率放大器放大的无线信号。
根据本发明的第三方面，提供一种在NB-TDD CDMA移动通信***的UE中的功率控制装置，其中每一个发射帧具有两个子帧，并且每一个子帧具有上行链路时隙和下行链路时隙，每一个时隙包括具有相同长度的两个数据部分、介于数据部分之间的中置码。通过经由单个天线接收具有子帧结构的无线信号，该功率控制装置执行功率控制，该功率控制装置包括：多个指针，每一个指针包括：时间多路分解器，用于从具有子帧结构的无线信号中分离中置码信号，功率测量器，用于在子帧单元基础上根据中置码信号测量功率电平，并输出测量的功率电平；以及功率控制信令部分，用于接收从多个指针中输出的测量的功率电平，并基于测量的功率电平产生经过子帧的上行链路时隙中分配给它的上行时隙，发射到节点B的功率控制命令。
                          附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其他目的和特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了W-TDD CDMA移动通信***中使用的帧结构；
图2示出了NB-TDD CDMA移动通信***中使用的帧结构；
图3示出了在图2所示的子帧的详细结构；
图4示出了图3所示的各个时隙的详细结构；
图5示出了图3所示的DwPTS(下行链路先导时隙)的详细结构；
图6示出了图3所示的UpPTS(上行链路先导时隙)的详细结构；
图7示出了在W-TDD或NB-TDD移动通信***中的节点B中的不使用分集方案的一般发射机的结构；
图8示出了在W-TDD移动通信***中使用STTD方案、一种开环TSTD方案的公共节点B发射机的结构；
图9示出了在W-TDD或NB-TDD移动通信***中使用闭环TSTD方案的公共节点B发射机的结构；
图10示出了在FDD移动通信***中使用TSTD方案的公共节点B发射机的结构；
图11示出了在W-TDD或NB-TDD移动通信***中根据本发明实施例的使用TSTD方案的发射分集发射机的结构；
图12示出在W-TDD移动通信***中使用根据本发明实施例的TSTD方案的在时间轴上通过两个天线发射的帧的发送模式；
图13A示出了在NB-TDD移动通信***中应用使用12.5微秒间隔的TSTD方案在时间轴上通过两个天线发射的帧的发送模式；
图13B示出了在NB-TDD移动通信***中应用使用875微秒下行链路非发射间隔的TSTD方案在时间轴上通过两个天线发射的帧的发送模式；
图13C示出了在NB-TDD移动通信***中应用使用825微秒上行链路非发射间隔的TSTD方案在时间轴上通过两个天线发射的帧的发送模式；
图14A和14B示出了根据本发明实施例的用于TSTD方案的信号发射的天线阵列；
图14C示出了在TSTD模式中如何通过两个独立的天线发射输出的信号；
图15示出了使用了根据本发明第一实施例的功率控制方法的接收机的结构；
图16示出了根据本发明第一实施例的功率控制方法的概念(conceptual)信号处理流图；
图17示出了根据本发明第一实施例的执行功率控制的步骤；
图18示出了使用根据本发明第二实施例的功率控制方法的接收机的结构；
图19示出了根据本发明第二实施例的功率控制方法的概念信号处理流图；
图20示出了执行根据本发明第二实施例的功率控制的步骤；
图21示出了在图12和18中所示的功率控制信令部分的详细结构；
图22是根据本发明实施例的功率控制方法的模拟结果图；以及
图23是在本发明实施例和现有技术之间的性能比较图
                        具体实施方式
这里将参考附图对本发明的优选实施例进行描述。在下面的说明中，对众所周知的功能或结构不做详细描述，因为在不需要的细节中它们可能会妨碍对对本发明的理解。
本发明涉及对NB-TDD CDMA移动通信***中使用分集的接收机的解码性能的改进。即，本发明提供一种方法，其通过允许发射机交替使用两个空间分开的天线来发射信号，使得即使在随时间变化的信道环境中不需要接收机的修改就能最大地提高接收信道的容量。本发明通过使用NB-TDD移动通信***的帧结构，允许两个天线共用一个功率放大器。此外，本发明所提出的技术可应用于W-TDD移动通信***以及NB-TDD移动通信***。
由于本发明提出的TSTD方案使用W-TDD或NB-TDD移动通信***的帧结构，所以将首先对帧结构进行详细说明。
图1示出了在W-TDD CDMA移动通信***中使用的帧结构。参照图1，在W-TDD CDMA移动通信***中使用的帧具有10毫秒的长度，并且每一帧包括15个时隙。每一个时隙由2560个码片组成，每一个码片包括具有相同长度的两个数据部分、中置码以及保护间隔(GP)。根据突发类型中置码和数据部分的长度分为两种类型。在第一突发类型的情况中，数据部分具有976码片的长度，中置码具有512码片的长度。在第二突发类型的情况中，数据部分具有1104码片的长度，中置码具有256码片的长度。不管哪种突发类型，GP具有96码片的长度。各个时隙都可既用于下行链路信道也可用于上行链路信道。即，在一个时隙中仅能进行单向的发射，或者下行链路发射或者上行链路发射。由于这种帧结构，在每10毫秒帧的结尾处，W-TDD CDMA移动通信***具有96码片的非发射间隔GP，并且该间隔具有25微秒的长度。
图2示出了在NB-TDD CDMA移动通信***中使用的帧结构。参照图2，NB-TDD CDMA移动通信***的帧具有10毫秒的长度，每一帧被分成两个子帧。在每一个帧中的两个子帧具有相同的结构。
图3示出了图2所示的子帧的详细结构。参照图3，子帧包括7个时隙Ts0-Ts6，一个下行链路先导时隙(DwPTS)，一个上行链路先导时隙(UpPTS)和一个GP。时隙Ts0总是用于下行链路发射，而时隙Ts1总是用于上行链路发射。通过切换点使用于下行链路发射的时隙与用于上行链路发射的时隙分开。在一个子帧中存在两个切换点。每一个时隙包括864个码片，并以1.28×106码片每秒的码片速率被发射。在第一时隙和第二时隙之间，存在有96码片的DwPTS、160码片的UpPTS和96码片的GP。介于DwPTS和UpPTS之间的GP用于将DwPTS和UpPTS分开。
图4示出了图3所示的各个时隙的详细结构。参照图4，每一个时隙具有864码片的长度。时隙包括两个352-码片的数据码元间隔，***它们之间的144-码片的中置码信号间隔和16-码片的GP。对于从节点B发射的下行链路时隙，当UE确定哪一个信道已经从节点B发射以及还确定在节点B和UE之间的信道环境时，使用该中置码信号。此外，对于从UE发射的上行链路时隙，节点B分析该中置码信号以确定哪一个UE使用该信道并估计节点B和该UE之间的信道环境。中置码信号与对应的下行链路信道和上行链路信道相关联，并用于估计哪一个信道或哪一个用户发射了该信号。GP具有16码片的长度，用于将时隙分开。
图5示出了图3所示的DwPTS的详细结构。参照图5，96码元的DwPTS分成32-码元的GP和64-码元的同步序列(下文称为“SYNC”)。SYNC由UE使用，用于下行链路同步、信道估计、上行链路开环功率控制和随机接入过程。
图6示出了图3所示的UpPTS的详细结构。参照图6，160码片的UpPTS由128码片的同步序列SYNC1和32码片的GP组成。SYNC1由UE使用在上行链路同步、信道估计、下行链路开环功率控制和随机接入过程中。
尽管NB-TDD移动通信***基本使用QPSK(四相移键控)调制，但也可以使用8PSK(八相移键控)调制、64QAM(64正交幅度调制)和16QAM(16正交幅度调制)调制。根据扩展因子(SF)和所使用的调制确定信道的数据速率。此外，NB-TDD移动通信***中使用的帧具有参照图2至6所述的相同结构。如上所述，一个10毫秒的帧被分成两个子帧，并且每一个子帧包括7个时隙Ts0-Ts6，一个DwPTS、一个UpPTS和一个GP。每一个时隙具有864码片的长度，其中时间轴上最后的16个码片用做GP。就时间而言，16码片的GP对应于12.5微秒。因此，12.5微秒非传输时段的GP总介于子帧之间。而且，注意在图3所示的子帧结构中，由96码片GP、接着的UpPTS和时隙Ts1组成的1120码片(875微秒)的时段对于下行链路发射来说是不可用的。即，对于该1120码片的时段，节点B仅接收来自UE的数据，并不向UE发送数据。最后，在图3所示的子帧结构中，由864码片Ts0、96码片的DwPTS和96码片的GP组成的1056码片(825微秒)的时段对于上行链路发射来说是不可用的。即，对于1056码片的时段，节点B仅发送数据到UE，而不接收来自UE的数据。
本发明提出的TSTD方案，使用TDD移动通信***的每一个帧或时隙中存在的非发射时段来实现发射分集。即，TSTD方案使用没有数据发送的非发射时段来切换发射天线，由此保证连续的数据发送。因此，W-TDD移动通信***使用在该帧的每个时隙中存在的25微秒的GP来实现发射分集。通过使用25微秒的GP，能够以子帧为单位或以时隙为单位来实现发射分集。同时，NB-TDD移动通信***使用在子帧的每一个时隙中存在的12.5微秒的GP、875微秒的下行链路非发射时段或825微秒的上行链路非发射时段来实现发射分集。如图3所示，875微秒的下行链路非发射时段由25微秒的GP、75微秒的UpPTS和775微秒的Ts1组成，而825微秒的上行链路非发射时段由775微秒的Ts0、25微秒的DwPTS和25微秒的GP组成。
因此，NB-TDD移动通信***通过使用12.5微秒的GP可以支持以帧为单位的发射分集和以时隙为单位的发射分集。而且，它通过使用875微秒的下行链路非发射时段或825微秒的上行链路非发射时段还能支持以子帧为单位的发射分集。
图11示出了在W-TDD或NB-TDD移动通信***中，根据本发明的实施例，使用TSTD方案的发射分集发射机的结构。
参照图11，由发射机发射的数据在上层形成帧数据，并将其提供给信道编码器1100。在预定的编码速率下，信道编码器1100将该帧数据编码成编码的码元流。编码的码元流由交织器1102进行交织，并接着由多路分解器1104多路分解成I信道和Q信道，产生一对复信道。例如，多路分解器1104将所交织编码的码元分成奇数编码码元作为I信道信号，以及偶数编码码元作为Q信道信号。在该复信道中，为实信道信号的I信道上的信号被第一扩展器1106通过OVSF码进行扩展，而为虚信道的Q信道上的信号由第二扩展器1108通过OVSF码进行扩展。通过OVSF码扩展的复信道I和Q上的信号分别由第一加扰器1110和第二加扰器1112使用加扰码进行加扰。加扰的信号在时间轴上由时分多路复用器(TDM)1114与中置序列进行多路复用。在此，TDM1114的输出信号具有图1至4所示的TDD移动通信***的帧结构。从TDM1114输出的I信道和Q信道信号通过第一FIR滤波器1116和第二滤波器1118分别提供给第一乘法器1120和第二乘法器1122。第一乘法器1120将I信道信号乘以载波信号cos(ωct)，第二乘法器1122将Q信道信号乘以载波信号sin(ωct)，由此输出调制的射频(RF)信号。调制的RF信号由加法器1124进行相加，并接着由功率放大器(PA)1126进行放大。
放大的模拟信号由切换器1128在所述时段上交替地切换到第一天线1130和第二天线1132。切换器1128请求一个给定的操作时间以将该模拟信号从第一天线1130切换至第二天线1132或从第二天线1132切换至第一天线1130。FDD移动通信***不能使用模拟切换，因为在各帧之间没有时段(间隔)。因此，为切换该信号，FDD移动通信***应该切换如图10所示的数字信号。但是使用本发明的W-TDD或NB-TDD移动通信***具有能够切换模拟信号的时段。即，W-TDD移动通信***能够在每帧或每时隙上的预定的25微秒时段中的切换模拟信号。同样，NB-TDD移动通信***能够在每子帧或每时隙上的预定的12.5微秒、875微秒、或825微秒的下行链路/上行链路非发射时段中切换模拟信号。
现在将参考在可切换时段中的操作。PA 1126在可切换时段的开始点上被禁止，并且当PA 1126的输出功率电平低于预定电平时，切换器1128切换至另一个天线。在可切换时段过去后，在下行链路发射开始之前，使能PA1126，使得PA 1126能运行于激活区域内。结果，从PA 1126输出的正常模式的信号在可切换时段之后，通过切换器1128切换的新天线被发射。
首先，将详细描述使用根据本发明的TSTD方案的W-TDD移动通信***中，以10毫秒帧为单元执行切换操作的示例方法。
在具有25微秒可切换时段的W-TDD移动通信***中，发射机在1秒中使用25微秒时段在第一天线1130和第二天线1132之间切换100次。结果，第一天线1130和第二天线1132中的每一个，在1秒内交替发射信号50次，大约10毫秒发射一次。由于在PA 1126和第一天线1130以及第二天线1132之间的路径切换是以25微秒时段来执行的，所以能够使用一个PA 1126来获得分集增益。本发明所提出的分集方案既可以应用于W-TDD移动通信***的节点B发射机，也可以应用于W-TDD移动通信***的UE发射机。
图12示出了在W-TDD移动通信***中使用根据本发明的TSTD方案，在时间轴上通过两个天线发射的帧的发射模式。
参照图12，在使用根据本发明的TSTD方案的W-TDD移动通信***中，第一天线1130和第二天线1132交替发射10毫秒的帧。从第一天线1130切换到第二天线1132或从第二天线1132切换到第一天线1130是在介于各帧之间的25微秒的GP中执行的。
接着，将详细描述根据本发明的使用TSTD方案的NB-TDD移动通信***中，以5毫秒子帧为单位，执行切换操作的示例方法。
在NB-TDD移动通信***中，发射机在1秒内在第一天线1130和第二天线1132之间切换200次。结果，第一天线1130和第二天线1132中的每一个，在1秒内都切换100次，大约5毫秒发射一次信号。由于在PA 1126和第一天线1130和第二天线1132之间的路径切换是在没有数据发送的非发射时段执行的，所以能够使用一个PA 1126获得分集增益。本发明提出的分集方案既可以应用到NB-TDD移动通信***的节点B发射机，也可以应用到其中的UE发射机。
由于NB-TDD移动通信***具有多个非发射时段，所以功率放大器和天线之间的切换的执行在下列情况(1)和(2)中有所不同，情况(1)是使用位于每一个子帧结尾的12.5微秒时段，情况(2)是使用96码片的GP和与它相邻的下行链路/上行链路非发射时段。即，情况(2)分为其中使用由Ts0、DwPTS和GP组成的825微秒的上行链路非发射时段的一种情况，以及使用由GP、UpPTS和Ts1组成的875微秒的下行链路非发射时段的另一种情况。
图13A示出了其中应用了使用12.5微秒时段的TSTD方案的NB-TDD移动通信***中，在时间轴上通过两个天线发射的帧的发射模式。
参照图13A，第一天线1130和第二天线1132交替发射5毫秒的子帧。从第一天线1130切换至第二天线1132或从第二天线1132切换至第一天线1130的切换，是在介于子帧之间的12.5微秒的GP中执行的。介于子帧之间的GP是指构成子帧的最后时隙的GP。图13A中所示的例子可以应用到节点B发射机和UE发射机。
图13B示出了其中应用了使用875微秒的下行链路非发射时段的TSTD方案的NB-TDD移动通信***中，在时间轴上通过两个天线发射的帧的发射模式。
参照图13B，第一天线1130和第二天线1132在5毫秒时段上交替发射前一子帧的部分数据和当前子帧的部分数据。前一子帧的部分数据包括构成前一子帧的7个时隙中的时隙Ts0至Ts6，而当前子帧的部分数据包括构成当前子帧的7个时隙中的时隙Ts0和DwPTS。从第一天线1130至第二天线1132的切换或从第二天线1132至第一天线1130的切换是在子帧的GP、UpPTS和Ts1时段的875微秒时段中执行的。图13B所示的例子仅可应用到节点B发射机，因为使用了下行链路非发射时段。
图13C示出了其中应用了使用825微秒的上行链路非发射时段的TSTD方案的NB-TDD移动通信***中，在时间轴上通过两个天线发射的帧的发射模式。
参照图13C，第一天线1130和第二天线1132在5毫秒时段上交替发射子帧的部分数据。子帧的部分数据包括除子帧的Ts0、DwPTS和GP之外的整个数据，即包括UpPTS和时隙Ts1至Ts6。从第一天线1130至第二天线1132的切换或从第二天线1132至第一天线1 130的切换是在子帧的Ts0、DwPTS和GP时段的825微秒时段中执行的。图13C所示的例子仅可应用到UE发射机，因为使用了上行链路非发射时段。
对于TSTD发射，使用两个空间分开的天线。两个天线可以是两个独立的天线或天线阵列的一部分。
图14A和14B示出了通过根据本发明实施例的TSTD方案，用于信号发射的天线阵列。
在图14A中，以TSTD模式输出的信号通过第一天线1402和第二天线1404发射。参考标号1406指示从第一天线1402发射的波束的形状，参考标号1408指示从第二天线1404发射的波束的形状。在波束形成天线阵列1400中，第一天线1402和第二天线1404大多数是远远地空间分开的。在这种情况中，波束形成器用于发射专用信道，而天线阵列的两个大多数是远远地空间分开的天线用于公用信道的发射。
在图14B中，以TSTD模式输出的信号通过构成波束形成天线阵列1410的多个天线中的一个天线1412和另一个独立的天线1414被发射。同样在这种情况中，波束形成器用于发射专用信道，而第一天线1412和第二天线1414用于公用信道的发射。
图14C示出了如何通过两个独立天线发射以TSTD模式输出的信号。根据本发明实施例的TSTD方案，通过交替使用两个发射天线，以子帧为单位发射信号。如果将现有的用于单个天线发射机的功率控制方法应用到本发明，则两个子帧的时间差异出现在测量接收功率以产生功率控制命令的时间点和根据所测量的接收功率实际执行功率控制的时间点之间。因此，由于在信道环境中的变化不能正确执行功率控制。
现在参考据本发明的两个不同的实施例的功率控制方法。
第一实施例
图15示出了应用了根据本发明第一实施例的功率控制方法的接收机的结构。根据本发明第一实施例的功率控制方法，是用于采用TSTD方案的NB-TDD移动通信***的功率控制方法。图16示出了根据本发明第一实施例的功率控制方法的概念信号处理流。图17示出了执行根据本发明第一实施例的功率控制的步骤。
参考图15至17详细描述根据本发明第一实施例的功率控制方法。
在节点B发射机中通过TSTD方案发射的信号经由一单个天线在UE被接收。为进行解调操作，通过该单个天线接收的信号由解调器1500和1502分别乘以cosωct和sinωct。分别通过相关的低通滤波器(LPF)1504和1506将该两个解调的信号转换成基带信号。分别通过模数(A/D)转换器1508和1510将模拟的基带信号转换成数字信号。A/D转换器1508和1510的输出信号是数据与中置码时分复用的信号。因此，A/D转换器1508和1510的输出信号被提供给与构成瑞克接收机的多个指针相关的时间多路分解器1509，并接着被多路分解成数据和中置码。即，当基于子帧考虑时，在构成子帧的时隙的各数据时段，时间多路分解器1509切换A/D转换器1508和1510至数据解调器1512，并在时隙的各中置时段，切换A/D转换器1508和1510至功率测量器1514。
时分多路分解器1509多路分解的数据信号由数据解调器1512检测。数据解调器1512被提供给构成瑞克接收机的各指针，从而瑞克接收机输出所检测的数据信号，其数目等于指针数目。来自包括在各指针中的数据解调器1512的检测的信号被提供给信道补偿器和合成器1520。根据使用先导的估计的信道信息，信道补偿器和合成器1520合并所检测的信号，并输出最终的数据。
由时分多路分解器1509多路分解的中置码信号被提供给功率测量器1514。用于从对应于所接收的信号的子帧中分离中置码信号和用于提供该多路分解的中置码信号至功率测量器1514的步骤在图16中示出。例如，图16示出了用于从下行链路时隙中的时隙Ts0中分离中置码的示例方法。但是，对本领域技术人员来说下面是显而易见的，即根据UE，访问的下行链路时隙可能是变化的。一旦接收到中置码，根据所接收的中置码，在每一第i个子帧上，功率测量器1514输出所接收信号的测量功率电平m(i)。在此，第i个子帧是指当前接收的子帧。由于功率测量器1514包括在构成瑞克接收机的各指针中，瑞克接收机将输出所测量的功率电平，其数目等于指针的数目。用于提供所测量的功率电平m(i)至功率控制信令部分1522的步骤在图16中用虚线表示。为此，参见图17的步骤1700。
从瑞克接收机的各指针输出的所测量的功率电平m(i)被提供给功率控制信令部分1522，功率控制信令部分1522根据所测量的功率电平m(i)产生功率控制命令至节点B。功率控制信令部分1522根据测量的功率电平m(i)产生功率控制命令的步骤在图17的步骤1702中执行。
图21示出了功率控制信令部分1522的结构。参照图21将详细描述功率控制信令部分1522的操作。从瑞克接收机的各指针输出的测量的功率电平m(i)由加法器进行相加，并接着提供给减法器，减法器从加法器的结果值中减去由外环功率控制确定的门限值。比较器将来自减法器的结果值与“0”进行比较。作为比较的结果，如果减法器的结果值大于“0”，则功率控制信令部分1522输出功率减小命令(即，比特“0”)以减小下行链路发射功率；但是，如果减法器的结果值小于“0”，则功率控制信令部分1522输出功率增加命令(即，比特“1”)以增加下行链路发射功率。
功率控制信令部分1522产生的功率控制命令和上行链路时隙一起被发送给节点B，其中上行链路时隙是在被第一个和最初发射的子帧的上行链路时隙中分配给自身的上行链路时隙。用于发送功率控制信令部分1522产生的功率控制命令和预定时隙的过程显示在图17的步骤1704中。
一旦在预定时隙上接收到来自UE的功率控制命令，在图17的步骤1706中，根据所接收的功率控制命令，节点B执行关于下一个将被发射的子帧上执行功率控制。
在接收到来自节点B的功率控制的子帧之后，UE接收机在图17的步骤1708中确定来自节点B的下行链路发射是否完成，即，确定是否再没有帧从节点B发射。如果确定有将从节点B发射的下一个帧，在步骤1710，UE接收机将i增加1以执行关于下一个子帧的功率控制。并接着返回到步骤1700重复上述操作。但是，如果确定没有帧从节点B发射，则UE接收机结束操作。
第二实施例
图18示出了应用根据本发明第二实施例的功率控制方法的接收机的结构。
根据本发明第二实施例的功率控制方法也是使用TSTD方案的NB-TDD移动通信***的功率控制方法。图19示出了根据本发明第二实施例的功率控制方法的概念信号处理流。图20示出了执行根据本发明第二实施例的功率控制方法的步骤。
将参照图18至20详细描述根据本发明第二实施例的功率控制方法。
在节点B发射机中通过TSTD方案发射的信号经由一单个天线在UE被接收。解调经由天线接收的信号、转换该解调信号为基带信号并接着转换该基带信号为数字信号的操作是与在第一实施例中相同的方式执行的。此外，在结构上，用于将数字信号多路分解成数据和中置码的时分多路分解器1509，以及用于输出来自多路分解的数据的最终数据的结构与在第一实施例中描述的那些相同。因此，为简单起见，将不提供上述组件的详细描述。
由时分多路分解器1509多路分解的中置码信号被提供给功率测量器1514。用于从对应于所接收的信号的子帧中分离中置码信号和用于提供该多路分解的中置码信号至功率测量器1514的步骤在图19中示出。例如，图19示出了用于从下行链路时隙中的时隙Ts0中分离中置码的示例方法。但是，对本领域技术人员来说下面是显而易见的，即根据UE，访问的下行链路时隙可能是变化的。一旦接收到中置码，根据所接收的中置码，在每一第i个子帧上，功率测量器1514输出所接收信号的测量功率电平m(i)。在此，第i个子帧是指当前接收的子帧。所测量的功率电平m(i)被提供给功率测量合成器1518和子帧延迟1516。在提供当前测量的功率电平m(i)之前，子帧延迟1516输出从功率测量器1514提供的前一测量的功率电平m(i-1)。从子帧延迟1516提供的前一测量的功率电平m(i-1)被提供给功率测量合成器1518。用于根据当前子帧的中置码和前一子帧的中置码产生测量的功率电平的概念信号处理流在图19中示出。尽管图19示出了从当前子帧和前一子帧同时提供中置码，但是应该理解，前一测量的功率电平已经被子帧延迟1516延迟了。用于提供当前子帧的测量功率电平m(i)和前一子帧的测量功率电平m(i-1)至功率测量合成器1518的步骤在图20的步骤2000中执行。
对于以子帧单元为基础的功率控制，估计的接收功率电平p(i)由功率测量合成器1518根据当前子帧的测量的功率电平m(i)和前一子帧的测量的功率电平m(i-1)来计算。如上所述，前一子帧的测量的功率电平m(i-1)是从子帧延迟1516中提供的。对于以子帧单元为基础的功率控制，用于功率测量合成器1518计算估计的接收功率电平p(i)的处理由下式表示：
p(i)＝w0×m(i)+w1×m(i-1)    ……(1)
在式(1)中，系数w0和w1是该新功率控制方法的性能所依赖的参数，并且这两个参数的和w0+w1＝1。必须确定这些参数，使该功率控制应能最优地实现。
由于功率测量器1514包括在构成瑞克接收机的各指针中，瑞克接收机将输出所估计的功率电平p(i)，其数目等于指针的数目。用于提供所估计的接收功率电平p(i)至功率控制信令部分1522的步骤在图19中用虚线表示。用于提供所估计的来自功率测量合成器1518的接收功率电平p(i)至功率控制信令部分1522的操作在图20的步骤2002中执行。
根据式(1)，从瑞克接收机的各指针输出的所估计的接收功率电平p(i)被提供给功率控制信令部分1522，功率控制信令部分1522根据所估计的接收功率电平p(i)产生功率控制命令。用于根据估计的功率电平p(i)由功率控制信令部分1522产生功率控制命令的操作在图20的步骤2004中执行。
图21示出了功率控制信令部分1522的结构。从瑞克接收机的各指针输出的估计的接收功率电平m(i)由加法器进行相加，并接着提供给减法器，减法器从加法器的结果值中减去由外环功率控制确定的门限值。比较器将来自减法器的结果值与“0”进行比较。作为比较的结果，如果减法器的结果值大于“0”，则功率控制信令部分1522输出功率减小命令(即，比特“0”)以减小下行链路发射功率；但是，如果减法器的结果值小于“0”，则功率控制信令部分1522输出功率增加命令(即，比特“1”)以增加下行链路发射功率。
功率控制信令部分1522产生的功率控制命令和上行链路时隙一起被发送给节点B，其中上行链路时隙是被分配给在被第一个和最初发射的子帧的上行链路时隙中的自身的上行链路时隙。用于发送功率控制信令部分1522产生的功率控制命令和预定时隙的步骤显示在图20的步骤2006中。预定时隙是在构成子帧的多个上行链路时隙中分配给其自身的上行链路时隙。
一旦在预定时隙上接收到来自UE的功率控制命令时，在图20的步骤2008中，根据所接收的功率控制命令，节点B对下一个发射的子帧执行功率控制。
在接收到来自节点B的功率控制的子帧之后，UE接收机在图20的步骤2010中确定来自节点B的下行链路发射是否完成，即，确定是否再没有帧从节点B发射。如果确定有将从节点B发射的下一个帧，在步骤2012，UE接收机将i增加1以对下一个子帧执行功率控制。并接着返回到步骤2000重复上述操作。但是，如果确定没有帧从节点B发射，则UE接收机结束操作。
表1显示的是通过实验计算的所需的Ec/Ior，其中使用在功率测量合成器1518中使用的系数w0和w1的组合。
    w0     w1     所需的Ec/Ior[dB]
    1     0     -11.8
    2/3     1/3     -12.9
    1/2     1/2     -13.1
    1/3     2/3     -13.6
    0     1     -13.2
在表1中，其中w0＝1和w1＝0的第一行对应于其中应用用于现有单天线发射机的功率控制方法的TSTD方案。从表1中看出，用于本发明提出的新的TSTD方案的功率控制方法是有效的，并且它能够通过适当调整系数来获得最优的功率控制性能。
可以通过图22以图的形式看出表1。即，图22是根据系数说明TSTD方案性能的图。
图23是说明当根据本发明的功率控制方法应用于其中节点B使用TSTD方案的***时的功率控制性能，与当现有的功率控制方法应用于其中节点B使用单个天线的***时的功率控制性能的比较。在图23中，x轴表示UE的速度，y轴表示所需的Ec/Ior。从图23可知，与使用单个天线发射机和现有的功率控制方法相比，图15和18所示的TSTD方案和功率控制装置提供较好的性能。此外，从图23可知，与w0＝1/2和w1＝1/2的情况相比，w0＝1/3和w1＝2/3的情况在每一速度区域中表现较好的性能。
在本发明提出的新的TSTD方案中，与不使用分集时相比，发射机单独地仅需要一个附加天线和一个附加切换器。特别地，新的TSTD方案使用一个功率放大器和两个天线交替地发射信号，从而它不需要额外使用相对昂贵的功率放大器，因此减少了节点B的成本。在发射机简单化的启发下，TSTD方案可以应用于UE以及节点B。此外，在接收使用新TSTD方案发射的信号中不需要修改接收机的结构。
一般地，与闭环天线分集方案不同，与单天线方案相比，TSTD方案甚至在最差的信道环境中也具有较低的比特误码率。由于根据本发明的新方法能够使用W-TDD或NB-TDD移动通信***的帧结构容易地实现，即使在难于安装智能天线，即电信中使用的天线阵列的低成本节点B中也能增加下行链路容量。使用发射专用信道的智能天线的节点B，可以使用TSTD方案发射公共物理信道，并还能利用智能天线中的天线阵列的天线组件进行TSTD发射。
尽管已经参照本发明的优选实施例进行了说明和图示，本领域技术人员将理解在不背离由所附权利要求书限定的本发明的实质和范围下，可以产生各种形式和细节上的改变。

Claims (8)

1.一种在窄带时分双工CDMA移动通信***的用户设备中的功率控制装置，其中每一个发射帧具有两个子帧，并且每一个子帧具有上行链路时隙和下行链路时隙，每一个时隙包括具有相同长度的两个数据部分、介于数据部分之间的中置码，通过经由单个天线接收具有子帧结构的无线信号，该功率控制装置执行功率控制，该功率控制装置包括：
多个指针，每一个指针包括：
时分多路分解器，用于从具有子帧结构的无线信号中分离中置码信号；
功率测量器，用于在子帧单元基础上根据中置码信号测量功率电平，并输出测量的功率电平；以及
功率控制信令部分，用于接收从多个指针中输出的测量的功率电平，并基于测量的功率电平，产生功率控制命令，并经过子帧的上行链路时隙中分配给它的上行时隙，发射到节点B。
2.如权利要求1所述的功率控制装置，其中每一个指针包括：
子帧延迟，用于将来自功率测量器的测量的功率电平延迟对应于一个子帧长度的时段；以及
功率测量合成器，用于接收来自功率测量器的所测量的的功率电平和来自子帧延迟的经延迟的测量的功率电平，并根据两个测量的功率电平和预定系数，产生测量的最终功率电平。
3.如权利要求1所述的功率控制装置，其中功率控制信令部分包括：
加法器，用于将从各指针输出的测量的功率电平相加；
减法器，用于从相加的测量的功率电平中减去预定的门限；以及
比较器，用于将减法器的结果值与“0”进行比较，并根据比较结果产生功率控制命令。
4.如权利要求3所述的功率控制装置，其中如果减法器的结果值大于“0”，比较器产生功率减小命令请求减小下行链路发射功率，以及如果结果值小于“0”，产生功率增加命令请求增加下行链路发射功率。
5.一种在窄带时分双工CDMA移动通信***的用户设备中的功率控制方法，其中每一个发射帧具有两个子帧，并且每一个子帧具有上行链路时隙和下行链路时隙，每一个时隙包括具有相同长度的两个数据部分、介于数据部分之间的中置码，通过经由单个天线接收具有子帧结构的无线信号，该功率控制方法执行功率控制，该功率控制方法包括：
通过多个指针中的每一个指针从具有子帧结构的无线信号中分离中置码信号；在子帧单元基础上根据中置码信号测量功率电平，并输出测量的功率电平；以及
通过功率控制信令部分接收从多个指针中输出的测量的功率电平，并基于测量的功率电平，产生功率控制命令，经过子帧的上行链路时隙中分配给它的上行时隙，发射到节点B。
6.如权利要求5所述的功率控制方法，其中测量的功率电平输出步骤包括步骤：
将测量的功率电平延迟对应于一个子帧长度的时段；以及
接收所测量的功率电平和经延迟的测量的功率电平，并根据两个测量的功率电平和预定系数，产生测量的最终功率电平。
7.如权利要求5所述的功率控制方法，其中功率控制命令产生步骤包括步骤：
将从各指针输出的测量的功率电平相加；
从相加的测量的功率电平中减去预定的门限；以及
将减法的结果值与“0”进行比较，并根据比较结果产生功率控制命令。
8.如权利要求7所述的功率控制方法，还包括步骤：
如果比较结果值大于“0”，产生功率减小命令，请求减小下行链路发射功率，以及
如果比较结果值小于“0”，产生功率增加命令，请求增加下行链路发射功率。
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