CN1568588A - 无线通信***中的天线分集的方法和设备 - Google Patents

Abstract

在能进行MISO和SISO话务的混合模式频谱无线通信***中用于协商传输方案的方法和设备。发射机为给定的通信链路确定天线分集配置并应用传输方案。基站向远程站查询天线分集状态。根据天线分集状态信息，基站确定并应用传输方案。在一个实施例中，基站产生合成的MIMO传输至多个SISO移动站。

Description

无线通信***中的天线分集的方法和设备

技术领域

本发明涉及无线数据通信。更具体地说，本发明涉及一种新颖的改进的无线通信***中天线分集的方法和设备。

背景技术

为了改善无线传输的质量，通信***经常在与接收机互通信息的发射机处使用多个辐射天线元件。使用多个天线的目的是无线通信***为了限制干扰，而且使用多个天线元件减少了无线电信号调制和传输期间引入的符号间干扰和共信道干扰，增强了通信的质量。进一步，在发射机和接收机处都使用多元件天线阵列增加了多址通信***的容量。

每个***可以使用不同的天线配置，包括仅具有单个天线容量的用户终端和具有多个天线的其他用户终端。每一种类用户的通信进行不同的处理。于是，就需要混合模式***中高质量、有效的通信。

发明内容

一种无线通信***中的通信方法，该方法包括接收第一通信链路的天线分集状态信息，根据所述天线分集状态信息确定所述第一通信链路的配置，以及应用一传输方案于所述第一通信链路。

在一方面，基站设备包括天线阵列，和耦合到所述天线阵列的分集控制器，可对其操作用于基于给出的通信链路的配置确定传输情况。

在另一方面，基站设备包括控制处理器，用于处理计算机可读的指令，和耦合到所述控制处理器的存储器储存设备，操作其用于储存多个计算机可读的指令。所述指令包括第一组指令，用于请求所述第一通信链路的天线分集状态，第二组指令，用于根据所数天线分集状态确定所述第一通信链路的第一传输情况，以及第三组指令，用于应用所述第一传输情况于所述第一通信链路。

在又一方面，无线通信***包括基站，具有第一接收天线、第一相关器和耦合于所述第一接收天线的第二相关器、第二接收天线、第三相关器和耦合于所述第一接收天线的第四相关器、耦合于所述第一和第三相关器的第一组合器、以及耦合于所述第二和第四相关器的第二组合器。按照一个实施例，第一编码被应用于所述第一相关器，不同于所述第一编码的第二编码被应用于所述第二相关器，所述第一编码被应用于所述第三相关器而所述第二编码被应用于所述第四相关器。

附图说明

图1是一个无线通信***。

图2是无线通信***中发射天线的配置。

图3是无线通信***中的天线分集配置表。

图4是一个混合模式的无线通信***。

图5是一个混合模式的无线通信***。

图6是无线通信***中发射机和接收机之间的信道的模型。

图7是多输入多输出，MIMO配置的信道模型。

图8是在接收机处使用选择性分集的无线通信***。

图9是在接收机处使用最大比率组合，MRC类形选择性分集的无线通信***。

图10A和10B说明了扩频通信***的模型。

图11A和11B是配置成MIMO传输的无线通信***。

图12是具有MIMO和分集传输能力的无线通信***。

图13是无线通信***中前向链路的混合模式操作方法的流程图。

图14是无线通信***中反向链路的混合模式操作方法的流程图。

图15是使用发射分集的无线通信***。

图16是使用发射分集和扩展码的无线通信***。

图17是无线通信***中具有分散天线***以建立多个路径的基站。

图18是具有混合模式控制器的基站。

图19是结合MIMO移动站和SISO移动站的混合模式移动通信***。

图20是适于无线通信***中操作的移动站。

具体实施方式

在发射机和接收机处同时使用多元件天线阵列是增加多址接入***容量的有效技术。使用多输入——多输出，MIMO，发射机可以在同一个载波频率上向用户发送多个独立的数据流。在高信噪比，SNRs下，其吞吐量达到了单输入——多输出，SIMO，或没有接收分集，单输入——单输出，SISO中单个发射***操作的N倍，其中N＝min(Nt，Nr)，Nt和Nr分别是接收机和发射机天线数。

在一些***中，希望能支持混合的用户终端类型。例如，被设计成用于语音服务的终端对于接收和发射仅使用单个天线。其他设备可使用多个接收天线，同样也可能是多个发射天线。为了支持混合模式操作，基站必须具备在其上进行发射和接收的多个天线。图3的表给出了可由具有MIMO能力的网络支持的终端话务操作模式的矩阵，包括SISO、SIMO、多输入——单输出，MISO和MIMO。

在多址接入***中，希望能支持所有四种操作模式。为了性能的原因，通常希望在任何可能的时候使用分集技术(即，SIMO和MISO)，因为这些方案一般来说胜过SISO方法。在上行链路，也称为反向链路，分集技术可以通过在基站处放置多个接收天线来支持。然而，在下行链路，这意味着在向单个接收天线设备发射时也使用一些形式的发射分集(即，MISO)。因为MISO操作要求与SISO操作不同的接收机处理，某些***就可能有同时支持一部分终端的SISO操作的要求。

在时分多址，TDMA和频分多址，FDMA***中，可通过提供那些在分开的时隙或频率中的服务来把SISO下行链路话务从其余的话务中隔离出来。这样，混合模式操作被相对容易地融合到这些***中。

在CDMA***中，把SISO话务从使用其他模式的话务中分离出来并不容易。在CDMA***中，用户被分配给不同的扩展码，其实现的功能类似于FDMA情况下的频率子信道或TDMA情况下的时隙。在一些情况下，扩频码被设计成相互正交的，这样来自其他用户的干扰就是0。在信道为非分散(即，没有可分解的多路径)时，维持正交特性使用户不会相互干扰。在这种情况下，可在一个编码信道上对一个用户使用SISO而在其他编码信道上对其他用户使用MISO或MIMO。然而，当信道变成时间分散时，正交性就会失去而来自其他用户的功率干扰也不再是0。互相相差一个以上扩展码片时段的多路径信号的传播会导致信道变成分散的。当传播路径相差对于一个以上扩展码片的时段时，它们可以使用瑞克(RAKE)接收机进行独立的解调，这在业内是熟知的并在美国专利No.5109390中详细描述，题为“CDMA蜂窝电话***中的分集接收机”(“Diversity Receiver in a CDMA Cellular TelephoneSystem”)，已转让给本发明的申请人为受让人并特地通过引用结合于此。另外，均衡器接收机结构也可被用于解调经过多路径传播的信号。

在传统的CDMA***中，在下行链路上失去正交性并不是灾难性的因为信号和干扰项对于每个延迟分量是相关的。假设信道响应为H₀(t)＝h_0，0(t)+h_0，1(t-T)，其中h_0，0是直接信道而h_0，1是发射天线0和用户终端天线之间的反射路径。进一步假设h_0，0和h_0，1并不是高度相关的。在这种情况下，瑞克(RAKE)接收机本质上来说是一个匹配的滤波器，所以平均SNR比率，γ，可以表示如下：

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{SISO}}=\left(\frac{\mathrm{W\φ}{I}_0}{R}\right)\·[\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\η}+\mathrm{\β}{I}_0}+\frac{\mathrm{\β}}{\mathrm{\η}+\mathrm{\α}{I}_0}]--\left(1\right)$

其中W是工作带宽，R是数据速率，I₀是下行链路的总功率，φ分配给用户的总功率的分数，η是热噪音功率。另外再定义：

α＝E{|h_0，0|²}                                    (2)

以及

β＝E{|h_0，1|²}                                    (3)

其中E{}表示期望值。观察表示SISO SNR的等式(1)体现了即使信道的直接和反射路径破坏了正交性，它们提供了一种暗示的分集的形式。这就是，括号中的第一个分式的分母中的干扰功率，βI₀，同样与第二个分式中的分子中的信号功率相关。类似的关系也存在与其他路径中。假设数据速率和功率分配是适当地匹配，则由延迟扩展引起的干扰功率不会对整体的出错率造成显著的影响。于是，主要的错误发生在两条路径都衰落成噪声时。

现在，考虑当使用另一个发射天线以容纳使用MISO和/或MIMO的用户时SISO接收机发生了什么。对第二发射天线使用类似的上述信道模型会导致如下信道响应H₁(t)＝h_1，0(t)+h_1，1(t-T)，而瑞克(RAKE)接收机输出的SNR现在变成：

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{mixed}\_\mathrm{mode}}=\left(\frac{\mathrm{W\φ}{I}_0}{R}\right)\·[\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\η}+\mathrm{\β}{I}_0+I_1}+\frac{\mathrm{\β}}{\mathrm{\η}+\mathrm{\α}{I}_0+I_1}]--\left(4\right)$

观察表示SISO SNR的等式(4)，来自发射天线1的功率，I1现在在括号中的两个分式的分母中都引入了独立的衰落干扰项。在这种情况下，主要的差错事件是来自天线0的期望的信号相对于天线1发射的干扰功率而衰落造成的。所以在混合模式操作(即，一个发射机既与MIMO和/或MISO用户通信又与SISO用户通信)中，来自附加天线的干扰功率会严重降低SISO终端的性能。

在一个实施例中，CDMA***在提供混合模式服务时使用一种形式的发射分集(例如，MISO)来容纳单个接收天线的用户而解决了这个问题。这里将描述多种可选的MISO方案以解决这个问题。

图1是支持多个用户并能实施至少本发明的一些方面和实施例的通信***100的图示。***100为多个小区102A到102G提供通信，每一个小区分别由对应的基站104A到104G提供服务。在示例实施例中，一些基站104具有多个接收天线而其他的仅具有单个接收天线。类似的，一些基站104具有多个发射天线，而其他的仅具有单个发射天线。对于发射天线和接收天线的组合并没有任何限制。于是，一个基站104具有多个发射天线和单个接收天线，或者具有多个接收天线和单个发射天线，或者同时具有单个或多个发射和接收天线都是可能的。

覆盖区中的终端106可以使固定的(即静止的)或是移动的。如图1所示，各个终端106分布在整个***中。每个终端106和至少一个并可能是多个基站104在下行链路和上行链路上于任何给定时刻进行通信，上述时刻是根据，例如，是否使用软切换或者终端是否被设计成并***作于(同时或顺序地)从多个基站接收多个传输。CDMA通信***中的软切换是业内所熟知的并在美国专利No.5101501中详细描述，题为“在CDMA蜂窝电话***中提供软切换的方法和***”(“Method andsystem for providing a Soft Handoff in CDMA Cellular Telephone System”)，已转让给本发明的申请人为受让人并通过引用结合于此。

下行链路是指从基站到终端的传输，而上行链路是指从终端到基站的传输。在一个示范实施例中，一些终端106具有多个接收天线而其他仅具有单个接收天线。类似的，一些终端106具有多个发射天线，而其他的仅具有单个发射天线。发射天线和接收天线的组合并没有任何限制。于是，一个终端106具有多个发射天线和单个接收天线，或者具有多个接收天线和单个发射天线，或者同时具有单个或多个发射和接收天线都是可能的。在图1中，基站104A在下行链路上向终端106A和106J发射数据，基站104B向终端106B和106J发射数据，基站104C向终端106C发射数据，等等。

在发射机和/或接收机处使用多个天线就称为天线分集。图2图示了发射机处的多个天线的物理配置。4个天线以间距“d”分别放置。水平线给出了一个参考方向。传输的夹角以这个参考方向来测量。如图示，夹角“α”对应于传播路径在2-D平面上与参考方向的夹角。图中同样示出了相对于参考方向的夹角的范围。传播的位置和夹角定义了天线配置的传输模式。发射天线分集允许方向性天线形成定向波束用于特定的用户或形成具有光分分离的多路径信号用于接收机以识别出组成分量。

接收机也可以使用天线分集。在一个实施例中，瑞克(RAKE)接收机平行处理多路径信号，组合单独的信号以形成合成的，更强的信号。对于一个给出的通信链路，接收机和/或发射机可使用某些类形的天线分集。

分集接收是指组合多个信号以改善***的SNR。时间分集被用于改善IS-95CDMA***的***性能。一般的，建筑物区域的建筑和其他障碍物会散射信号。更进一步，因为同时到达的几个波之间的相互干扰，在天线处的结果信号会出现快速且深度的衰落。平均的信号强度可比自由空间路径损失更低40-50dB。城市环境中的密集建筑区的衰落更为严重。在这些区域，信号包络在短距离上符合瑞利(Rayleigh)分布而在长距离上符合正态分布。

分集接收技术被用于降低衰落的影响并在不增加其他发射机功率或信道带宽的情况下增加通信的可靠性。

分集接收的基本想法是，如果取得信号的两个或更多个独立的样本，这些样本将以互不相关的方式衰落。这意味着所有样本同时低于一个给定的电平的概率比任何一个单独的样本低于该电平的概率要低得多。所有M个样本同时低于该电平的概率是p^M，其中p是一个单独样本低于该电平的概率。因此，可见一个由多个信号通过适当的组合而组成的信号具有比任何单独样本小得多的衰落特性。

原则上，分集接收技术可应用于基站或者移动站，尽管每种类型的应用具有不同的问题必须要解决。一般的，分集接收机被用于基站中而不用于移动站。分集组合器的价格可能是很高的，尤其是要求多个接收机时。同时移动站的功率输出被其电池寿命所限。然而，基站可以增加它的输出功率或增加天线的高度来增加其对移动站的覆盖。多数分集***是在接收机中实施而不是在发射机中实施，因为安装接收机分集***不需要额外的发射功率。因为移动站和基站之间的路径被假设为大致互易，因此在移动站中实施的分集***与那些在基站中的分集***的工作相类似。

一种解决多路径问题的方法是在使用其他调制方法(AM或FM)的发射机上再使用宽带伪随机序列调制。伪随机序列具有的特性是其时移形式几乎不相关。因此，在多路径(假设具有多个不同的延迟)上从发射机传播到接收机的信号可被分解成分开的衰落信号，这可通过把接收的信号与伪随机序列的多个时移形式进行互相关而达到。在接收机中，输出是时移的，并且因而必须在进入分集组合器之前被发送通过一延迟线。接收机被称为瑞克(RAKE)接收机因为它的框图看上去像一个花园用的耙子。

当CDMA***被设计用于蜂窝***时，其固有的宽频带信号和它们的正交Walsh函数被自然地用于实施瑞克(RAKE)接收机以减轻衰落造成的影响并被用于CDMA，宣称比模拟蜂窝有10∶1的频谱效率增加有部分影响。

在CDMA***中，其带宽(1.25到15MHz)比蜂窝或是个人通信***、PCS信道具有的带宽要宽。因此当多路径分量在接收机中被分解时，来自延迟线上的每个抽头的信号互不相关。接收机接下来使用任何一种组合方案来组合它们。这样CDMA***使用信道的多路径特性，利用它的优点来改善***的操作。

使用的组合方案决定了瑞克(RAKE)接收机的性能，接收机设计中的一个重要的因素就是同步接收机中的信号以匹配发射信号。由于相邻的小区也在同样的频率上，只是在Walsh编码中具有不同的时间延迟，因此整个CDMA***必须进行严格的同步。

瑞克(RAKE)接收机使用多个相关器分别检测M个最强的的多路径分量。相应多路径分量的幅度和相位通过将接收的波形与信号的延迟形式相关来查找或反之亦然。按(延迟补偿)多路径分量的强度为比例将它们组合就能有效地恢复多路径分量的能量。这种组合是一种形式的分集并能帮助减轻衰落。具有小于Δt＝1/Bw的相对延迟的多路径分量不能被分解，如果它出现，会导致衰落；在这种情况下，前向纠错编码和功率控制方案对减轻衰落的影响起到决定性的作用。

分别用Z₁、Z₂、...，以及Z_M来表示M个相关器的输出，并用a₁、a₂、...，以及a_M来表示对应输出的权重，合成的信号 Z被表示成 $\stackrel{\‾}{Z}={\mathrm{\Σ}}_{k=1}^M{a}_k\·Z_k.$ 权重系数是基于每个相关器输出的功率或SNR。如果某一个相关器的功率或SNR较小，它就被分配一个较小的权重。权重系数a_k被归一化到相关器的输出信号功率，使得系数之和为1，例如 $a_k=\frac{Z_k^2}{{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^M{Z}_k^2}.$

在CDMA蜂窝/PCS***中，前向链路(BS到MS)使用三指瑞克(RAKE)接收机，反向链路(MS到BS)使用四指瑞克(RAKE)接收机。在IS-95CDMA***中，多路径参数的检测和测量由查找接收机来执行，该查找接收机被编程用于比较到达的具有I-和Q-信道PN编码分量的信号。到达接收机单元的多路径将它们自己表示为出现在不同时间的相关的峰值。峰值的量与路径信号的包络成比例。每个峰值相对于第一个到达的时间提供了路径延迟的测量值。

1.2288Mcps的PN码片速率允许分辨时间间隔为0.814μs的多路径分量。因为所有的基站使用相同的I和QPN编码，其差别仅在于编码相位偏移，所以不仅多路径元件而且其他基站都是通过与对应于选择的基站的部分编码相关(在不同于到达时间的查找窗口中)来检测的。搜索接收机维持一个较强多路径分量和/或基站信号的表用于可能的分集组合或用于切换的目的。该表包括到达时间、信号强度，以及对应的PN码偏移。

在反向链路上，基站接收机被分配用于跟踪某一个移动发射机，使用I-和Q-码的到达时间以识别来自被该基站接纳的用户的移动信号。对于使用相同I-和Q-码偏移的移动信号，基站的搜索器接收机能通过用于该目的的唯一的特殊先导序列信号来区别出期望的移动信号。随着呼叫的进行，搜索器接收机能够监测从移动单元到基站的多路径分量的强度并通过分集组合使用一个以上的路径。

图3图示了对于基站和用户终端或移动站之间的给定的通信链路的数个天线分集方案。两个收发机之间的通信链路一般包括两个有向链路，例如前向链路，FL，从基站到用户终端，和反向链路，RL，从用户终端到基站。考虑从发射机到接收机的通信链路的一条路径。图3给出了该路径的四个可能的配置类型：单输入单输出，SISO；单输入多输出，SIMO；多输入单输出，MISO；和多输入多输出，MIMO。每个配置类型描述了给定的通信链路的一条路径，其中一条路径的发射机是另一条路径的接收机，反之亦然。

注意到对于发射机和/或接收机来说接收天线的数目，表示为Nr，并不需要等于发射天线的数目，表示为Nt。于是，RL可能具有和FL不同的配置。在实践中，基站一般不使用单个发射天线，然而，随着无线设备，尤其是仅具有语音能力的无线设备的增长，具有单个接收天线的用户终端是很普遍的。

如图3所示，SISO配置在发射机处使用单个发射天线并在接收机处使用单个接收天线。进一步，考虑发射机仅具有单个发射天线的SIMO配置，在接收机处使用Nr个接收天线，其中Nr大于1，而发射机具有单个的发射天线。在接收机处使用多个天线提供天线分集用于改善接收。接收机处由多个天线接收的信号接下来被按照预定的组合技术进行处理。例如，接收机可加入瑞克(RAKE)接收机机制，其中接收信号是平行处理的，类似于瑞克(RAKE)的指。对于给定***和/或无线设备的特定要求和限制也可以使用其他方法。

继续参考图3，MISO配置在发射机处使用使用Nt个发射天线，其中其中Nt大于1，而接收机具有单个的接收天线。发射机处的天线分集，比如在基站处，通过提供减轻多路径衰落的效应来改善接收。在发射机处使用多个天线引入了附加的信号路径并由此会增加对接收机处的衰落的影响。分集基本上是对发射信号的多个复制进行组合。对于从多个衰落信道上接收的冗余信号的组合倾向于增加整体的接收信噪比(SNR)。

最后一种配置，MIMO，在发射机和接收机处均放置多个天线，即Nt×Nr MIMO。发射机在同一个载波频率上向给定的用户发射多个独立的数据流。一个MIMO通信链路具有个(Nt×Nr)单独链路。在高SNR情况下，其增加的吞吐量达到单个发射***的N倍，该单个发射***是配置成SIMO***或没有接收分集的***，比如SISO***，其中N等于发射机和接收机处最小的天线数，即N＝min(Nt，Nr)。

在接收器处一般的分集组合方法分成四种类型之：选择；最大比率组合，MRC；等增益组合；反馈分集。下面讨论分集组合方法。

图4图示了具有多个发射机Tx天线的混合模式无线通信***的配置。通信链路存在于每个发射机天线和接收机天线之间。图示了用于各种路径的两种配置：MISO和MIMO。如图示，发射机对于两个链路都使用多个发射天线。注意到多址接入***可包括图3中的所有四种配置。由于天线分集改进了通信的质量并增加了***的容量，大多数通信链路将是MISO和/或MIMO。由于天线分集一般被假设在基站处，在固定模式***中用户终端可使用各种天线配置和处理方法。于是就需要基站识别至每个用户终端的通信链路的类型并依此处理通信。换句话说，基站可能被要求支持MISO、MIMO，以及SISO配置。

在时分多址，TDMA，和频分多址，FDMA类型的***中，至用户终端的通信没有接收分集，即，单个接收天线，可能从其他话务中隔离出来。混合模式操作相对更容易容纳在TDMA和FDMA***中。在扩频类型的通信***中，比如码分多址，CDMA***，用户被分配给不同的扩展码，其功能类似于FDMA***中的子信道或TDMA***中的时隙。“cdma2000扩频***的TIA/EIA/IS-2000标准”(“TIA/EIA/IS-2000 Standards for cdma2000 Spread Spectrum Systems”)被称为“cdma2000标准”，提供用于CDMA***的细节。CDMA***的操作在下列美国专利中描述，No.4901307，题为“使用卫星或地面中继站的扩频多重接入通信***”(“SPREADSPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE ORTERRESTRIAL REPEATERS”)，和No.5103459，题为“在CDMA蜂窝电话***中产生波形的***和方法”(“SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING WAVEFORMS IN A CDMADELLULAR TELEPHONE SYSTEM”)，两者都转让给本发明的申请人为受让人并特地通过引用结合于此。

在一个CDMA***的实施例中，扩展码被设计为互相正交以消除相邻互干扰。当通信信道是非分散时，维持了正交的特性而用户不会相互干扰。在这些情况下的混合模式***中，在SISO通信链路上使用一个编码进行通行以及在MISO或MIMO链路上使用其它编码进行通信是可能的。当通信信道是分散的，正交性就会丧失并会从其他用户引入干扰功率。

图5图示了混合模式***10的一个实施例，它具有基站，BS 12，和4个用户终端或移动站，MSs，MS1 14、MS2 16、MS3 18和MS4 20。在BS 12和每个移动站14、16、18、20之间图示了一条通信链路。BS 12具有M和发射天线。每个通信链路包括FL和RL。FL通信链路配置包括对MS1 14的SISO配置，其中MS1 14是限制于SISO通信的仅具有语音通信的设备。至MS1 14的通信可通过使用唯一的扩展码以孤立出SISO通信来进行处理，或通过不同于来自BS 12的其他话务的载波频率来进行处理。MS2 16的FL通信链路是MISO配置，其中MS2 16具有单个接收天线。MS2 16组合多个接收的信号以确定发射信息。一般会使用各种方法中的任何一种来进行这种信号处理。数种组合方法将在下面进行讨论。MS3 18和MS4 20的FL通信链路都是MIMO配置，其中MS3 18具有N个接收天线而MS4 20具有M个接收天线。MS3 18和MS4 20可使用各种接收处理方法。

***10是具有如图6所示的信道模型22的CDMA无线通信***。信道模型22用于模拟BS 12和MS4 20之间的通信链路。一个传输函数可被用作信道模型22，其中传输函数表示为一组描述链路的方程。

图7图示了用于连续时间的MIMO信道模型24，它具有一个有N_TX个输入和N_Rx个输出的线性MIMO滤波器26。线性MIMO滤波器26用N_Tx×N_Rx矩阵H(t)来定义，该矩阵包括线性函数h_ij(t)，i＝1到N_Tx，j＝1到N_Rx。一般来说，h_ij(t)，i＝1到N_Tx，j＝1到N_Rx是未知的线性函数。线性MIMO滤波器26表示(N_Tx·N_Rx)无线电信道，通过该信道N_Tx个发射信号发射到N_Rx个接收天线。这些信道由它们的信道冲击响应h_ij(t)，i＝1到N_Tx，j＝1到N_Rx来表征。该模型的输入信号，

是(N_Tx·1)列向量，表示N_Tx个频带限制的发射信号，而来自模型的输出信号，

是(N_Rx·1)列向量，在t＝T，2T，…处取样，由开关T表示，其中每个发射信号的带宽小于或等于1/T。接收信号包括由(N_Tx×1)列向量信号

表示的加性扰动信号，由噪声或共信道干扰引入。加性扰动信号在加法节点28处被加入。输入信号 信道H(t)，扰动

和输出信号

之间的关系为 $\stackrel{\mathrm{\ρ}}{y}\left(t\right)=H^T\left(t\right)*\stackrel{\mathrm{\ρ}}{x}\left(t\right)+\stackrel{\mathrm{\ρ}}{z}\left(t\right),$ 其中*表示卷积。其他模型也可用于描述一个信道。

对于一个实施例的混合模式操作，基站与用户终端协商以确定该终端的天线分集的状态。如这里上述所讨论的，接收机处一般使用4种类型的组合处理。选择分集用于具有多个天线的接收机，其中多个接收信号中的最佳的信号被选择。图8图示了使用选择分集的通信***，它具有有一个发射天线42的发射机40。发射机40与瑞克(RAKE)接收机44进行通信，瑞克接收机具有Nr个每个与天线阵列46中的一个天线线相耦合的指。瑞克接收机44输出Nr个天线信号到选择单元48。选择单元对信号进行取样并提供最佳的一个作为输出，其中最佳信号是通过质量度量，比如SNR来确定的。基于***配置和限制也可以使用其他度量。图8的选择分集操作可使用在基站或移动站。

第二种接收分集的方法，称为MRC，对每个接收信号应用权重。图9图示了MRC***的一个实施例。该***包括具有单个天线62的发射机60。该接收机具有多个增益放大器64，每个都耦合到天线阵列66中的一个天线。每个接收的信号按正比于信号的SNR值进行加权，其中接收信号的值提供对相应的增益放大器64的控制。接下来把权重相加。各单独信号在求和前由同相和求和单元进行同相单元66的输出的SNR等于单独分支的SNRs的和，其中组合的SNR随接收天线的数目Nr线性变化。MRC组合方法普遍用于具有瑞克类型接收机的CDMA***中。第三种分集接收的方法是对于MRC的修改或简化，其中增益被设为等于一个常量。

最后一种分集接收的方法称为反馈分集，类似于选择分集。接收机查找接收的信号以基于预定的准则确定最佳的信号。信号以固定的顺序进行查找直到找到一个高于门限的信号。在该信号维持在门限以上时始终使用该信号。当选择的信号降到门限以下时，重新进行查找处理。

给出多种无线设备，天线配置，和发射/接收处理方法，以及不同的单独***，基站要求至少一些最少量的关于接收机的信息。回到图5，BS 12要求与每个MSs 14、16、18、20的活动通信开始有关的天线分集状态信息。

无线通信***，特别是CDMA***，可以操作于多种不同的通信模式中，每种通信模式使用天线、频率、或时间分集，或者它们的组合。通信模式可包括，例如“分集”通信模式和“MIMO”通信模式。

分集通信模式使用分集以增加通信链路的可靠性。在分集通信模式的一种普通应用中，也称为“纯”分集通信模式，数据从所有可用的发射天线发射到接收者的接收机***。纯分集通信模式可用在数据速率要求较低或SNR较低，或者两者都较低的实例中。

图10A和10B图示了配置成分集模式操作的扩频通信***200。图10A还特别图示了从发射机202到接收机212的前向链路发射路径。在发射机202，可以是基站，用于发射的数据作为单独的数据流被提供给复数乘法器204和206。对于每一个复数乘法器204、206应用唯一的编码。第一编码c₁应用于乘法器204而第二编码c₂应用于乘法器206。在乘法器204，信号d由编码c₁进行扩展而在乘法器206，信号d由编码c₂进行扩展。每一个复数乘法器204、206分别耦合到发射天线208、210。以这种方式，信号d对于每一个天线被使用唯一的扩展编码进行扩展。天线208发射一个扩展数据信号而天线210发射另一个扩展数据信号。接收机212包括两个天线214、216。

图10A中图示了4条传输路径，每一条都有一个特征函数，或特性，记为h_ij，其中i是对应于发射天线的索引，而j是对应于接收天线的索引。换句话说，每一对发射接收天线对都存在一条路经。

数据信号d可能是数据流的一部分，并可能表示任何类型的传输信息，包括低延迟传输，比如语音通信，以及高速数据传输。在一个实施例中，数据流是分组数据，其中单独的数据流被提供给每一个乘法器204、206。在接收机处，发射的数据流被恢复成发射之前的序列。发射天线208、210向接收天线212发射扩展信号。

在如图10B所示的接收机中，发射信号在天线214、216处接收。接收机212被配置成处理发射天线和接收天线之间的每条传输路径。于是，每个接收天线214、216被耦合到对应于该路径的去扩展处理电路。

在图10所示的***200中，提供了4条路径，每一条具有描述该路径或信道对发射信号的影响的特性或传递函数。对这4条路径进行去扩展并处理以确定4个原始发射信号的估计值。4个估计值接下来在加法节点220相加以确定合成估计值

每一个天线214、216耦合到多个去扩展单元，即复数乘法器。唯一的编码c₁*被应用于对由编码c₁进行原始扩展的信号进行去扩展。增益被应用于去扩展的结果信号，其中该增益表示了发射天线204到接收天线214的信道特性，h₁₁*。其结果是通过天线204发射并由天线214接收的信号d的估计值。

天线214与另一个乘法器耦合用于处理第二接收信号，其中唯一的编码c₂*被应用于对由编码c₂进行原始扩展的信号进行去扩展。增益被应用于去扩展的结果信号，其中该增益表示了发射天线206到接收天线214的信道特性，h₂₁*。

天线216被配置成以类似的形式用于处理从发射天线接收的信号。每条处理路径的估计值接下来被提供给加法节点220以产生估计值

其他实施例可包括任何数量的发射和接收天线，其中发射天线的数量可以不等于接收天线的数量。接收天线包括对应于至少一部分发射天线或至少一部分传输路径的处理电路。MIMO通信模式在通信链路的两端都使用天线分集(即，多个发射天线和多个接收天线)并一般被用于增加通信链路的可靠性并增大容量。MIMO通信模式可进一步使用频率和/或时间分集以结合天线分集。

图11A和11B图示了配置成MIMO模式操作的无线***230。特别示出了从发射机232到接收机250的前向链路的传输路径。信号以数据速率r提供给发射机232作为信号d。发射机232将信号d分离成多个部分，一个对应于每一个发射天线240、242。MUX234向乘法器236提供信号d的第一部分，标记为d₁，向乘法器238提供信号d的第二部分，标记为d₂。例如，每一个信号部分d₁和d₂被分别以速率r/2提供给乘法器236、238。乘法器236、238分别应用扩展码c₁和c₂于信号d₁和d₂。乘法器236、238然后耦合到发射天线240、242。

如图11A所示，接收机250包括天线252、254，其中每个天线耦合到两个处理路径，在天线252处接收的信号被识别为s₁，其中s₁＝h₁₁d₁+h₂₁d₂。从发射天线240到接收天线252的传输信道或路径由h₁₁进行描述而从发射天线242到接收天线252的路径由h₂₁进行米描述。类似的，在天线254处接收的信号被识别为s₂，其中s₂＝h₁₂d₁+h₂₂d₂。从发射天线240到接收天线254的传输信道或路径由h₁₂进行描述而从发射天线242到接收天线254的路径由h₂₂进行米描述。使用对应于发射天线232的编码c₁的编码c₁*，对应于发射天线232的编码c₂的编码c₂*对信号s₁和s₂进行去扩展。对应于每一个传输路径的增益被应用于每一个处理路径。结果被分别提供给加法节点260和262，以产生估计值

和

估计值 和

接下来可被多路分解以产生源信号d的估计值

特别的，通过从发射天线240到接收天线252的传输路径发射的传输信号使用对应于编码c₁的c₁*进行去扩展并接下来应用对应于h₁₁的增益。其结果被提供给加法节点260。用类似的方法，通过从发射天线240到接收天线254的传输路径发射的传输信号使用对应于编码c₁的c₁*进行去扩展并接下来应用对应于h₁₂的增益。其结果被提供给加法节点260。用这种方法，加法节点260的输出是来自发射天线240的传输信号的合成估计值。

来自发射天线242的传输信号以类似的方式处理。通过从发射天线242到接收天线252的传输路径发射的传输信号使用对应于编码c₂的c₂*进行去扩展并接下来应用对应于h₂₁的增益。其结果被提供给加法节点262。用类似的方法，通过从发射天线242到接收天线254的传输路径发射的传输信号使用对应于编码c₂的c₂*进行去扩展并接下来应用对应于h₂₂的增益。其结果被提供给加法节点262。用这种方法，加法节点262的输出是来自发射天线242的传输信号的合成估计值。

图12是无线通信***300的详细图示。***300可操作于通过多个传输信道发射数据。MIMO信道可分解成NC个独立的信道，其中NC≤min(NT，NR)。NC个独立信道的每一个也称为MIMO信道的空间子信道。对于MIMO***，可能只有一个频率子信道而每个空间子信道可被称为“传输信道”。

如果使用多个发射和接收天线创建的附加的维数，MIMO***可提供改进的性能。这并不需要在发射机处知晓CSI，当发射机装备了CSI，就可能增加***效率和性能CSI是用于描述从发射天线到接收天线的传输特性。CSI可分为“全CSI”或“部分CSI”。

全CSI包括NT×NR MIMO矩阵中每个发射-接收天线对之间的传播路径的充分的宽带特征(即，幅度和相位)。全CSI处理隐含了(1)发射机和接收机处都可用的信道特征，(2)发射机计算MIMO信道的特征模式(下面描述)，确定在该特征模式上要被发射的调制符号，对该调制符号进行线性预调整(滤波)，并发射经预调整的调制符号，以及(3)接收机基于信道特征对线性发射处理进行互补处理(例如，空间匹配滤波)以计算每个传输信道(即，每个特征模式)需要的NC个空间匹配滤波器的系数。全SCI处理基于信道特征值(下面描述)进一步继续处理每个传输信道的数据(例如，选择合适的编码和调制方案)以生成调制符号。

部分SCI是指，例如传输信道的信号对噪声加干扰比(SNR)(即，没有OFDM的MIMO***每一个空间子信道的SNR，或者带有OFDM的MIMO***每一个空间子信道的频率子信道的SNR)。部分CSI处理可能隐含了基于信道SNR处理每个传输信道的数据(例如，选择合适的编码和调制方案)。

图12是能实现本发明的多个方面和实施例的多输入多输出(MIMO)通信***300的图示。***200包括与第二***350进行通信的第一***310。***300可操作以使用天线、频率和时间分集的组合(下面描述)以增加频谱效率，改善性能，并增强灵活性。在一个方面，***350可操作用于确定通信链路的特征并向***310报告信道状态信息(CSI)，***310可操作用于基于报告的CSI调整对于即将发射的信号的处理(例如，编码和调制)。

在***310中，数据源312向发射(TX)数据处理器314提供数据(即，信息比特)，发射数据处理器314按照特定的编码方案对数据进行编码，基于特定的交错方案对编码的数据进行交错(即重新排序)，并将交错比特映射到用于发射该数据的一个或多个发射信道的调制符号上。编码增加了数据传输的可靠性。交错为编码比特提供了时间分集，允许基于传输信道的平均信号对噪声加干扰比(SNR)来发射数据，该SNR是用于数据传输，对抗衰落，并进一步消除用于形成每个调制符号的编码比特的相关性。如果编码比特是在多频率子信道上发射的，交错可进一步提供频率分集。按照本发明的一个方面，编码、交错和符号映射(或它们的组合)是基于可供***310使用的全或部分CSI来进行的，如图12所示。

发射机***310处的编码、交错和符号映射可基于多种方案来进行。一种特定的方案在美国专利序列号09/776073中描述，题为“无线通信***的编码方案”(“CODING SCHMEM FOR A WIRLESS COMMUNICATION SYSTEM”，提交于2001年2月1日，已转让给本发明的申请人为受让人并通过引用结合于此。

参考图12，TX MIMO处理器320接收并处理来自TX数据处理器314的调制符号以提供用于在MIMO信道上传输的合适的符号。TX MIMO处理器320进行的处理是根据是否使用了全或部分CSI处理，并将在下面进一步详细描述。

对于全SCI处理，TX MIMO处理器320可多路分解并预调整该调制符号。对于部分SCI处理，TX MIMO处理器320可简单地对调制信号多路分解。全和部分CSIMIMO处理在下面会进一步详细描述。对于使用全SCI处理的MIMO***，TX MIMO处理器对每个发射天线提供了经预调整的调制符号流，每个经预调整的调制符号用于一个时隙。每个经预调整的调制符号是NC个空间子信道在给出的时隙处的NC个调制符号的线性(并加权)组合，下面会进一步详细描述。对于使用部分CSI处理的MIMO***，TX MIMO处理器320为每一个发射天线提供一调制符号流，一个调制符号用于一个时隙。对上述的所有情况，每一个调制符号流(经预调整或没有经预调整)或调制信号向量由各自的调制器(MOD)322接收并调制，再通过相关的天线324发射。

在如图12所示的实施例中，接收***350包括多个接收天线352，用于接收发射的信号并向各自的解调器(DEMOD)354提供接收信号。每个解调器354执行与在调制器122处进行的处理互补的处理。来自所有解调器354的解调符号被提供给就接收(RX)MIMO处理器356并以下述的方式进行处理。用于传输信道的接收调制信号接下来被提供给RX数据处理器358，处理器358执行与TX数据处理器314进行的处理互补的处理。在特定的设计中，RX数据处理器提供表示接收调制符号的比特值，对比特值进行去交错，并对去交错的值进行解码以产生解码比特，解码比特然后被提供给数据宿360。接收符号的去映射、去交错和解码是与发射机***310处的进行符号映射、交错和编码互补。接收机***350的操作下面进一步详细描述。

MIMO***的空间子信道一般会经历不同的链路情况(例如，不同的衰落和多路径效应)并表现出不同的SNR。因此，不同信道的传输信道容量会不同。该容量可用每个发射信道上用于特定等级性能的发射信息比特率(即，每个调制符号的信息比特数)来定量说明。而且，链路情况一般随时间变化。其结果，用于传输信道的支持信息比特率也随时间变化。为了更彻底地使用传输信道的容量，CSI描述的链路情况可被确定(一般是在接收机单元)并被提供给发射机单元从而依此调节(或适应)其处理。

对于混合模式***，每个参与者一般都要求关于每个通信链路的配置和操作模式的信息。图13图示了FL协商的方法400，其中协商是在基站进行。该处理起始于步骤402处向移动用户的一个查询以确定分集能力信息。用于FL的分集能力包括移动站处使用的接收天线的数量。另外，基站可要求关于用于多个接收天线的组合类型的信息。基站还可在同一个查询中请求关于给定的链路的信道质量的信息。基站从移动站接收信息并开始确定适合用于FL的配置和处理。如果基站具有单独的发射天线，就如在菱形判决框404中所确定的，处理进入菱形判决框408以确定移动用户是否具有单独的接收天线还是多个接收天线。对于使用单个发射天线和单个接收天线的FL，***在步骤416配置成SISO模式操作。SISO模式表示仅有单个传输流从基站处的一个天线发射到接收机处的一个天线。

如果基站在菱形判决框408确定移动站具有多个接收天线，处理进入步骤414以将FL配置成SIMO链路。一般SIMO操作隐含了接收机能在高数据速率低Eb/No的情况下进行操作。在一个实施例中，SIMO链路配置不要求对发射机进行进一步的修改，而是当从发射机考虑时类似于SISO。在另一个实施例中，SIMO能增加数据速率，并因此，发射机从想要的接收机接收表示要求的数据速率的反馈。发射机然后按照要求的数据速率进行调整，比如调整调制，编码，等等。这种发射机根据来自接收机的反馈进行调整被看作是部分CSI操作。在一个实施例中，反馈信息被通过实时反馈信道提供给基站而不是建立在呼叫的开始时。回到菱形判决框404，如果基站具有多个发射天线，处理进入菱形判决框406以确定如果移动用户具有多个接收天线。如果移动用户具有单个接收天线，在步骤412，基站将链路配置成MISO，否则移动站具有多个接收天线而在步骤410基站将链路识别为MIMO。处理接下来进入步骤418以确定接收机的特定模式的性能，即，空间分集或纯分集。基站接下来依此配置FL。各种指示符可被实施以确定MIMO模式操作。

在一个实施例中，基站确定FL的C/I以测量链路质量。移动站可被查询以提供链路质量的指示，比如在FL上从基站接收的信号的C/I。基站将链路质量测值与预定的门限值相比较。如果链路质量较差，天线分集被用于从多个天线发射相同的数据信号。注意到在较差的链路情况中，同时使用发射和接收分集提供了一种最佳的解决方法。这种情况仍可被视为MIMO链路，其中MIMO链路的两种基本类型是：纯分集，即发射和接收都分集；以及空间复用，即平行信道。如果链路质量较好，则使用空间分集，否则使用纯分集。

图14图示了协商RL的对应的方法500，其中协商在基站进行，该处理起始于步骤502，向移动用户的一个查询以确定分集性能信息。用于RL的分集性能包括移动站处使用的发射天线的数量。另外，基站可要求关于用于发射天线的信号传输类型的信息。基站还可在同一个查询中要求表示给出的链路的信道质量的信息。基站从移动站接收信息并开始确定适合用于RL的配置和处理。如果移动站具有单个发射天线，就如在菱形判决框504中所确定的，处理进入菱形判决框508以确定是否基站具有单个的接收天线或多个接收天线。对于使用单个发射天线和单个接收天线的FL，***在步骤516配制成SISO模式操作。SISO模式表示仅有单个传输流从移动站处的一个天线发射到基站处的一个天线。

如果在菱形判决框508确定基站具有多个接收天线，处理进入步骤514以将RL配置成SIMO链路。(再说一次，不需要对SISO进行特别的处理)。进一步的处理将在下面详细描述，确认链路的质量以确定合适的配置。

回到菱形判决框504，如果移动站具有多个发射天线，处理进入菱形判决框506以确定是否基站具有多个接收天线。如果基站具有单个接收天线，在步骤512，将链路配置成MISO，否则如果基站具有多个接收天线而在步骤510将链路识别为MIMO。处理接下来进入步骤518以选择操作模式作为空间分集或纯分集。如上面所述的，该决定可根据多个指示符而作出。

在混合模式***中，基站配置该***用于为每个链路提供合适的通信。基站还向远程站提供指令以指示应用的接收处理的类型。MIMO处理可扩展信号用于具有唯一扩展码的每个单独通信链路，但在所有的天线元件上发射到所有的链路。各种方法可用于SO处理，即，MISO和/或SISO处理。一种使用2个发射天线的方法在“无线通信的简单发射分集技术”(“A Simple Transmit Diversity Techniquefor Wireless Communications”)中描述，作者Siavash M.Alamouti，发表于1998年10月的IEEE JOURNAL ON SELECT AREAS IN COMMUNICATIONS，VOL.16，NO.8，第1451-1458页上，特地通过引用结合于此。发射分集方案被应用于双发射天线和单个接收天线的配置中。接收天线使用MRC类型的接收分集方法。

图15图示了使用该方法的***的一个实施例。***600包括与接收天线606进行通信的发射天线602、604。接收天线606耦合到信道估计器608和组合器610，组合器610耦合到最大似然检测器612。在发射机处，操作由编码和信息符号的传输序列定义，在接收机处，由合成方案定义，在最大似然检测器处由判决规则定义。信号以指示的顺序从天线602、604发射。

天线602和604如图15所示建立发射向量。在第一时间天线602发射s0而天线604发射s1。在第二时间天线602发射-s1^*而天线604发射s0^*，其中*表示复共轭操作。在时间t信道模型为 $h_0={\mathrm{\α}}_0{\mathrm{\θ}}^{j{\mathrm{\θ}}_0}$ 和 $h_1={\mathrm{\α}}_1{\mathrm{\θ}}^{j{\mathrm{\θ}}_1}.$

信道估计器608向组合器610和最大似然检测器612提供h0和h1。从h0和h1的值，组合器610形成两个组合的信号 和 并提供给最大似然检测器612。在信道估计器608和组组合器610处的接收信号为r₀＝h₀s₀+h₁s₁+n₀，以及 $r_1=-h_0{s}_1^{*}+h_1{s}_0^{*}+n_1,$ 其中n0和n1表示每个路径注入的噪声项。噪声注入可能是在接收天线606和信道估计器608之间引入的。第一信号

被计算为 而第二信号

被计算为

如图15所示，信道估计h0和h1以及信号 和 被提供给最大似然检测器612。选择判定规则由最大似然检测器612应用于信号 和

设Nt＝2而Nr＝M，该配置及方法提供2M的分集级，即2M个通信链路。

图15的***600可被扩展以加入多个接收天线，其中对于每个从发射机到接收机的通信链路进行信道估计。信道估计接下来被提供给组合器，其中选择准则被应用于该通信链路。

进一步，图15所示***的操作可扩展成使用Walsh函数的组合。图16图示了按照一个实施例的非信道状态信息，或非CSI类型的发射机调制解调器结构700。发射机处的非CSI调制解调器不依靠实质性的信道状态信息。该结构通过应用Walsh函数于发射信号上来在从多个发射天线上发射的信号中建立正交性。由Walsh函数提供的正交性可用于通过向每个天线发射区分的发射信号符号来有效增加带宽。如图16所示，调制解调器700包括网格编码单元702，耦合于调制器704，比如正交调幅调制器。其他实施例可使用其它类型的调制器。调制信号通过开关706被提供给多个天线中的一个(图中未示出)。每个天线耦合于一个对应的乘法器708。信号被路由到乘法器708用于应用唯一的Walsh编码。开关706将调制器704的输出耦合到每一个乘法器708，并从而一次耦合到一个天线。

图16所示的调制解调器结构增加了图15所示的传输编码和接收处理的效率。例如，考虑两个符号的传输，记为A和B。发射机建立两个发射向量x₁＝[AB^*]^T以及x₂＝[B-A^*]^T。不同的Walsh编码被应用于每个向量。两个向量的元件接下来分别在两个天线上依次被发射。考虑到如图15所示的配置具有两个发射天线和一个接收天线。接收机可应用适当的Walsh编码建立对于两个发射信号的估计。

在另一个实施例中，每个乘法器708不通过开关706而直接耦合到QAM 704。发射信号符号通过发射天线被重复，其中在每个天线处每个符号使用不同的Walsh序列进行扩展。其产生的正交性可被用于建立跨过所有发射天线的全发射分集。

另一种分集处理的方法在“用于无线CDMA***的创新的时空扩展方案”(“ANovel Space-Time Spreading Scheme for Wireless CDMA System”)，由B.M.Hochwald等发表于37届通信、控制及计算年度Allerton会议上，1999年9月22-24日，第1284-1293页，特别通过应用结合于此。基站的发射分集通过发射信号的时空扩展来增强。按照一个实施例，该方法指定了发射信号的形式和编码的类型，每个发射信号通过不同的天线元件被扩展。对于具有双发射天线和单个接收天线的情况，使用两个扩展编码。两个扩展编码都被应用于两个发射符号。发射信号为 $t_1=(1/\sqrt{2})(b_1{c}_1+b_2{c}_2)$ 和 $t_2=(1/\sqrt{2})(b_2{c}_1-b_1{c}_2),$ 其中b₁和b₂是数据符号，c₁和c₂是扩展编码。接收机使用c₁和c₂编码去扩展接收信号。

另一种天线分集的方法在美国专利No.5280472，“CDMA微蜂窝电话***和用于其的分散天线***”(“CDMA MIOCROCELLULAR TELEPHONE SYSTEM AND DISTRIBUTEDANTENNA SYSTEM THEREFOR”)，由Klein S.Gilhousen发表于1994年1月18日，转让给本发明的申请人为受让人并特地通过引用结合于此。图17所示的***800具有与CDMA通信***中的移动用户进行通信的分布式天线结构。移动用户可使用任何一种天线配置。***800包括收发机，接收用于传输的编码信号并进行编码信号的频率转换以生成射频，RF信号。收发机802将RF信号提供到分布式天线***804，天线***804具有串联耦合的天线元件806、808、810、...812。延迟元件814、816、818、...分布于相邻的天线元件806、808、810、...812之间。延迟元件814、816、818、...向从每个天线806、808、810、...812发射的信号提供预定的延迟(一般的大于1个码片)。延迟信号提供促进信号分集的多路径用于增强***性能。

其他实施例可以按照不同的配置及方法来提供发射分集和/或接收分集。在每一个这种情况中，基站确定每一个通信链路的配置和要求。基站可从给定的移动用户处要求附加的信息，类似的，需要向一个或所有移动用户发射特定的处理信息。基站可基于给出的通信链路的限制或其他准则来从多个传输方案中进行选择。在一个实施例中，基站根据通信链路信道的质量来确定传输方案。另一个实施例根据期望的信号差错率来进行寻找。

图18图示了按照一个实施例的基站900，具有多个天线902，包括多个发射天线和接收天线。需要注意图18的电路也可应用于远程站。其他配置可使用分开的接收天线和发射天线。如图示，通信总线916在基站900内提供用于中央处理器912、存储设备914、天线分集控制器906、调制解调器910和错误编码及状态单元908的接口。收发机904耦合于天线902准备用于传输的信号。收发机904耦合于天线分集控制器906和调制解调器910。

基站900在每个通信链路起始时确定传输方案。起始是指通信的开始，包括，但不限于，响应来自基站的寻呼消息，或来自移动用户的进行通信的请求。在基站900中，分集控制判决由中央处理器912按照保存在存储设备914中的计算机可读指令进行处理。分集控制指令可保存在存储设备914和/或天线分集控制器906中，其中判决准则可根据通信环境等进行动态调整。

对于一个给定的通信链路，天线分集控制器906确定配置和处理的类型，即传输方案。对于MIMO配置，天线分集控制器906应用公共传输方案于多个发射天线902中的每一个。在一个实施例中，使用默认的方案，在另一个实施例中，方案从多个选项中选择。

基站900分别执行图13和图14中的方法400和500来确定合适的传输方案。基本上，按照一个实施例，该方法从通信的其他参与者处提取天线分集状态信息。处理该信息以确定合适的、可用的传输方案。该传输方案可以是简单的或是复杂的，者要根据***性能而定。方法400、500可保存在计算机可读指令中，并保存于存储设备910或天线分集控制器906。根据该选择，调制解调器910在天线分集控制器906的指示下对基带数据符号进行编码。在一个实施例中，天线分集状态是指示MISO或MIMO配置的FL分集指示符。在另一个实施例中，天线分集状态包括指示SIMO或MIMO配置的RL分集指示符。在简单的形式中，FL和RL指示符可以是一个比特，其中正值表示移动用户处和对应路径相关的是多个天线，而负值表示单个天线。天线分集状态可包括多个信息，并可以消息的形式被发送到基站900。对于给出的移动用户，天线分集状态可包括发射天线的数量，接收天线的数量，接收分集配置，以及移动用户的其他参数。基站900使用所有这些信息或其中的一些来为移动用户，即给出的通信链路选择传输方案。

当基站选择了一个传输方案时，天线分集控制器906向该移动用户发送操作指令。基站从一组预定方案中识别出一个以提供接收处理，包括，但不限于，形成用于产生发射信号的方程、选择判决准则、发射天线的数量，等等。类似的，基站900也可指示移动用户关于用于RL的传输方案。可以以消息的形式将确认发射到移动终端，或广播到所有的用户。

各种天线分集方案可用于处理至仅具有单个天线的接收机的通信。实施例可使用任何数量的这种方案和/或它们的组合。类似的，发射机和接受器之间对于通信链路上给定路径的协商可以用多种方式处理。按照一个实施例，天线分集状态信息按照预定的格式和/或协议发射。另一个实施例允许发射机向接收机查询单独的分集参数，比如接收天线的数量、天线的配置和/或空间位置、接收分集处理细节，等等。另一个实施例允许接收机向发射机查询细节信息。一般而言，天线分集协商在通信起始时进行，然而，其他实施例可允许在通信期间的调整，其中通信链路的质量随着时间和环境情况而下降。

无线通信***中空间分集的实施需要考虑那些不具有处理多个发射信号能力的移动站，例如SISO单元。一种强制进行的方法是为能进行SISO的移动站分配不同于该***中使用的其他载波频率的载波频率。一种智能的分集解决方法，就如这里上面所述的，结合了能在混合操作***中容纳单个接收天线用户的算法或其他方法或技术。另一个方法，对***的带宽使用有较少的需求，结合了延迟发射分集，其中准备发射到能进行SISO的移动站的信号在每个天线发射时具有一个延迟。这为保护提供给SISO用户信号不受干扰提供了足够的能量。

按照一个混合模式***中的空间分集的实施例，如图19所示，基站1000适于在混合模式***中通信。例如，基站1000可与能进行SISO的移动站1012通信而且基站1000能与可进行MIMO的移动站1014通信。移动站1012不具有接收来自使用发射分集的发射机的信号的能力。这隐含了移动站1012具有单个的接收天线并且不适于任何用于处理使用发射分集信号的软件、硬件或其他装置。移动站1012是一个基本的SISO设备。能进行MIMO的移动站1014可包括下列的组合：多个接收天线、具有组合多个接收信号能力的瑞克(rake)类型的接收机电路、用于实施如这里上面所述的智能分集方法的软件和/或硬件。

为了优化操作，基站1000期望使用空间分集或纯分集技术来向能进行MIMO的移动站1014进行发射，然而，这种来自多个天线的传输将把干扰引入能进行SISO的移动站1012。如这里上面所描述的，SISO通信中的接收信号的SNR表示为，其中接收机包括瑞克类型的接收机：

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{SISO}}=\left(\frac{\mathrm{W\φ}{I}_0}{R}\right)\·[\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\η}+\mathrm{\β}{I}_0}+\frac{\mathrm{\β}}{\mathrm{\η}+\mathrm{\α}{I}_0}]--\left(5\right)$

等式(5)的括号中的第一个分式的分母中的干扰功率与第二个分式中的信号功率同等相关。假设数据速率和分配的功率适当相匹配，由延迟扩散造成的干扰功率并不在整体错误率中起重要的作用。也就是说，主要的出错事件是出在两个信道均衰落噪声时。

当发射机引入附加的发射天线以容纳使用MISO和/或MIMO的用户时，该第二发射天线导致了对于SISO用户的信道响应H₁(t)＝h_1，0(t)+h_1，1(t-T)，且瑞克类型的接收机的输出SNR现在变成：

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{mixed}\_\mathrm{mode}}=\left(\frac{\mathrm{W\φ}{I}_0}{R}\right)\·[\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\η}+\mathrm{\β}{I}_0+I_1}+\frac{\mathrm{\β}}{\mathrm{\η}+\mathrm{\α}{I}_0+I_1}]--\left(6\right)$

观察表示SISO SNR的等式(6)，来自附加发射天线的功率在括号中的两个分式的分母上都呈现为独立的衰落的干扰。在这种情况下，主要的出错是来自天线0的期望的信号由于与附加天线辐射的干扰功率相关的衰落造成的。所以在混合操作(即，一个发射机既与MIMO和/或MISO用户通信又与SISO用户通信)中，来自附加天线的干扰功率会严重降低SISO用户的性能。

为了使基站1000可使用空间分集，即多个天线来向移动站1012和1014进行发送，基站1000在从多个天线发射到移动站1012的信号上实施延迟。为准备发射到能进行SISO的移动站1012的信号提供多个复制提供了防止由于从多个天线上的传输而造成的阻塞所需要的附加信号能量。

如图19所示，基站1000包括天线1008、1010，其中其他实施例可包括任何数量的天线。准备发射到能进行MIMO的移动站1012的第一信号标记为SINGAL 1，其中该信号被提供给基站1000的天线1008。准备发射到能进行MIMO的移动站的第二信号标记为SINGAL 2，其中该信号被提供给基站1000的天线1010。

准备发射到能进行SISO的移动站1012的第三信号标记为SINGAL 3，其中该信号被通过节点1002提供给天线1008。SINGAL 3被提供给天线1010作为延迟信号，其中SINGAL 3被提供给延迟元件1004，然后提供给节点1006。对于具有比图19所示的更多天线的实施例，每个附加的天线可具有相关的延迟。

移动站1012接下来接收从天线1008发射的SINGAL 3以及从天线1010发射的SINGAL 3的延迟形式。从天线1010发射的SINGAL 3的延时形式的能量提供了用于平衡由天线1008产生的其他信号的其他能量造成的影响的能量。上面考虑的具有双路径信道模型的情况下，SISO瑞克接收机的输出的有效SNR表示为：

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{mixed}\_\mathrm{mode}}=\left(\frac{\mathrm{W\φ}}{R}\right)\·[\frac{\mathrm{\α}{I}_0}{\mathrm{\η}+\mathrm{\β}{I}_0+I_1}+\frac{\mathrm{\β}{I}_0}{\mathrm{\η}+\mathrm{\α}{I}_0+I_1}+\frac{b{I}_1}{\mathrm{\η}+I_0+b{I}_1}+\frac{b{I}_1}{\mathrm{\η}+I_0+a{I}_1}]--\left(6\right)$

其中

a＝E{|h_0，0|²}

以及

b＝E{|h_0，1|²}

按照一个实施例，移动站能在各种传输方案中进行操作。

如图20所示，移动站1100包括耦合于接收机1104的接收天线阵列1102。在一个实施例中，该接收机1104是收发机。接收机1104接下来耦合于信道质量测量单元1106。移动站1100测量关于信道质量的参数，比如C/I，并基于上述参数做出表示接收处理的判决。通常，移动站基于信道质量、干扰加上噪声电平以及其他可能的准则做出数据速率决定。移动站向基站传达描述较佳传输模式的信息。该判决确定哪一个传输方案将被天线分集控制器1108实施用于该信道。

在移动站1100中，模块通过通信总线1116进行通信。指令可存储在存储器储存设备，比如存储器设备1114中。中央处理器1112控制移动站1100内的操作。在一个实施例中，在存储设备1114中提供快速查找表，其中各表项将传输方案与多个信道质量测量值相关联。其他实施例可使用信道质量的其他测量，能有效提供用于确定传输方案的信息。

如这里上面所描述的，基站经常操作于可能包括各种不同接收机，即移动站等的无线通信***中。为了处理对SISO接收机的传输，基站确定一个传输方案。该传输方案可以是分集技术，比如通过Walsh或Alamouti所描述的，如这里上面所述的，可以是纯分集方案，或者是这些的组合。类似的，基站可使用如这里上面所描述延迟来实施传输方案。为了实现高数据速率，其他实施例实施空间复用方案，其中冗余的数据被发射。基站基于该基站和接收机的资源来选择传输方案。接收机的资源可在接收机的基站注册时提供，或者基站可查询接收机以获得这种信息。基站接下来实施方案。

熟悉本领域的人员应该理解可以使用不同的工艺和技术来表示信息和信号。比如，贯穿于上述说明中的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片可以用电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子或者任何他们的组合。

熟悉本领域的人员还应该认识到和这里公开的实施例相关的各种图示的逻辑框图、模块、电路和算法步骤可以通过电子硬件、计算机软件或者它们的组合来实现。为了清楚地表示硬件和软件的互换性，通常以功能性描述的形式来说明上述的各种图示的部件、框图、模块、电路和步骤。这些功能是用硬件还是软件来实现取决于具体的应用和对总体***设计的限制。熟练的技术人员对每一个具体的应用都可以用多种方法来实施所述的功能，但是这种实施方式的确定不应该解释为脱离了本发明的范围。

和这里公开的实施例相关的各种图示的逻辑框图、模块和电路可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、应用专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可变成逻辑设备、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件、或任何为实现所述功能而设计的它们的组合来实现。通用处理器可以是微处理器，或者，处理器可以是任何传统处理器、控制器、微处理器或状态机。处理器也可以用计算机设备的组合，比如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、和DSP核心连接的一个或多个微处理器或者其他配置来实现。

和这里公开的实施例相关的方法或算法的步骤可以直接以硬件、由处理器执行的软件模块或者两者的组合来体现。软件模块可以放置在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬件、可移动磁盘、CD-ROM或其他形式的存储媒体或者本领域中熟知的计算机可读媒体。一个示范存储媒体与处理器相耦合，使得处理器就能将信息读取自、或写入到存储媒体中。或者，存储媒体也可以集成到处理器上。处理器和存储媒体可以放置在ASIC中。ASIC可以放置在移动站中。或者，处理器和存储媒体可以放置在移动站的离散部件中。

先前的对于所公开的实施例的描述是提供给任何熟悉本领域的人员来实施或使用本发明的。对这些实施例做的各种修改对于熟悉本领域的人员来说是显而易见的，这里所定义的一般原理可以应用于其他实施例而不脱离本发明的思想和范围。这样。本发明的不应该被这里所示的实施例所限而是应该按照这里所公开的原理和创新性特征的最宽范围。

Claims (21)

1.基站设备，包括：

天线阵列；以及

分集控制器耦合于所述天线阵列，可操作用于根据给定的通信链路的配置确定传输方案。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述分集控制器操作用于向移动站查询该移动站的分集能力以和所述移动站建立第一通信链路。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于所述分集控制器可操作用于根据所述移动站的天线配置和所述基站的天线配置确定传输方案。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于所述移动站具有单个天线，所述分集控制器操作用于在单个天线上向所述移动站发射。

5.如权利要求3所述的设备，还包括：

延迟元件，耦合在所数天线阵列的第一天线元件和第二天线元件之间，

其中如果移动站具有单个天线，该设备操作用于使用所述第一和第二天线元件向所述移动站发射。

6.如权利要求3所述的设备，其特征在于，

所述天线阵列包括第一天线元件和第二天线元件，

在第一时间周期所述第一天线元件发射第一信号而所述第二天线元件发射第二信号，以及在第二时间周期所述第一天线发射第三信号，该第三信号是所述第二信号的函数，而第二天线发射第四信号，该第四信号是所述第一信号的函数。

7.如权利要求3所述的设备，还包括：

第一编码单元；以及

第一开关装置，用于将所述第一编码单元耦合到所述天线阵列。

8.如权利要求1所述的设备，其特征在于对于能进行多输入多输出的接收机，所述传输方案作为信道质量度量的函数被确定。

9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述传输方案作为接收机能力的函数被确定。

10.基站设备，包括：

天线阵列；

控制处理器，用于处理计算机可读指令；以及

存储器储存设备，耦合于所述控制处理器，操作用于存储多个计算机可读指令，包括：

第一组指令，用于请求所述第一通信链路的天线分集状态；

第二组指令，用于根据所述天线分集状态确定所述第一通信链路的第一传输方案；以及

第三组指令，用于应用所述第一传输方案于所述第一通信链路。

11.如权利要求10所述的设备，其特征在于对于能进行多输入多输出的接收机，所述传输方案作为信道质量的函数被确定。

12.如权利要求10所述的设备，其特征在于天线分集状态包括所述第一通信链路的接收机处的接收天线的数量。

13.一种与无线通信***进行通信的方法，该方法包括：

接收用于第一通信链路的天线分集状态信息；以及

根据所述天线分集状态信息确定所述第一通信链路的配置；以及

应用传输方案于所述第一通信链路。

14.如权利要求13所述的方法，还包括：

接收用于第二通信链路的天线分集状态信息；以及

根据所述天线分集状态信息确定所述第二通信链路的配置；以及

应用第二传输方案于所述第二通信链路。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于如果所述第一配置是单个接收天线配置，而所述第二配置是多个接收天线配置，所述传输方案将一延迟应用于用于所述第一通信链路的信号。

16.计算机可读媒体，记载了在无线通信***中确定传输方案的方法，该方法包括：

向多个移动用户查询天线分集状态；

从至少一个移动用户接收天线分集状态信息；以及

应用符合所述天线分集状态信息的传输方案。

17.移动站设备，包括：

信道质量测量单元，操作用于确定信道质量；以及

分集控制器，耦合于所述信道质量测量单元，操作用于基于所述信道质量确定传输方案。

18.如权利要求17所述的移动站设备，其特征在于所述信道质量是接收信号的载波与干扰之比的函数。

19.如权利要求17所述的移动站设备，还包括：

接收机，耦合到所述信道质量测量单元和所述分集控制器，

其中所述移动站装置按照所述传输方案配置所述接收机。

20.在无线通信***中接收通信的方法，包括：

接收通信信号；

基于所述接收通信信号测量信道质量；以及

基于所述信道质量确定传输方案。

21.无线通信***，包括：

发射天线装置；

接收天线装置，操作用于接收来自发射天线装置的通信；以及

分集控制器，耦合于所述发射天线装置，操作用于基于给定的通信链路的配置确定传输方案。

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