CN2914497Y - 无线通信***的发射器和接收器 - Google Patents

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Abstract

一种产生及传输一低速率信号至其所欲接收器的发射器。在接收到所述低速率信号时，所述的所欲接收器产生以及传输一信道声响响应(CSR)，所述信道声响响应是一种具有预定传输格式以及携带预定信息的短脉冲。所述发射器分析所述信道声响响应并且判定上行链路信道响应，估计下行链路信道响应以及基于分析与下行链路响应估计来决定适合的传输参数设定。传输参数的调整可于MAC层或是PHY层或是两者的组合中进行，在根据所决定的传输设定调整其传输参数及调制带有使用者数据的副载波后，发射器在一较佳的带宽部分将所述使用者数据传输至接收器。在一较佳的实施例中，发射器也产生及传输一传输格式控制(TFC)信号至所述接收器，所述传输格式控制(TFC)信号包含所决定的传输参数设定，包括副载波调制信息。

Description

无线通信***的发射器和接收器
技术领域
本实用新型是关于无线通信***，尤指一种改善无线通信***的信道与***性能的方法及装置。
背景技术
正交分频多任务技术(OFDM)是关于一种数据传输方案，其中使用者数据被分离成较小的数据流，并使用副载波来传输，而每一副载波的频波比总可用传输带宽小。OFDM的效能起因于所述副载波的正交。亦即，所述副载波被选择，因此它们不会在传输过程中干扰彼此，故能达成一有效率的传输方案。
多重输入多重输出(MIMO)是关于一无线传输与接收方案，其中发射器与接收器皆使用多重天线来传输与接收。MIMO***利用由所述多重天线的存在所创造的空间多样性或空间多路复用选择来增加输贯量。
对于OFDM-MIMO***的持续挑战是***性能，亦即容量、可靠度等等。朝着这个方向，许多技术已被提出来改善，例如，信道容量及/或可靠度。所述技术的一范例称为”注水”，另一范例是功率控制。注水及功率控制描述过程，藉以一发射器使用来自***的一接收器来估计信道状况。根据这些估计，所述发射器企图以能考量到信道状况并最佳化信道性能的方式来传输使用者数据。在类似的技术中，注入及功率控制依赖传输信道的知识，经由回授信号，以最佳化信道性能。然而，关于这些回授信号的上端信号是重要的，且通常限制了***性能的任何潜在增加。此外，回授信号的产生与传输造成了延迟，其亦限制了***性能的潜在增加。这些回授信号的缺点在具有快速改变信道状况的***、传输大量数据的***、及/或使用大量副载波的***中是特别明显的。
因此，设计出一方法及装置来有效率地估计现行用于改善OFDM-MIMO***的整体***性能的信道状况是值得期待的。
发明内容
本发明是一种用于改善在多输入多输出(MIMO)正交分频多任务(OFDM)无线通信***中***性能的方法与装置。一种发射器产生及传输一低速率信号至其所欲的接收器。在接收到所述低速率信号时，所述所欲的接收器产生以及传输一信道声响响应(CSR)，所述信道声响响应是一种具有预定传输格式以及携带预定信息的短脉冲。所述发射器然后分析所述信道声响响应并且判定上行链路信道响应，估计下行链路信道响应以及基于分析与下行链路响应估计来决定适合的传输参数设定。传输参数的调整可于MAC层或是PHY层或是两者的组合中进行，在根据所决定的传输设定调整其传输参数及调制带有使用者数据的副载波后，发射器在一较佳的带宽部分将所述使用者数据传输至接收器。在一较佳的实施例中，发射器也产生及传输一传输格式控制(TFC)信号至所述接收器，所述传输格式控制(TFC)信号包含所决定的传输参数设定，包括副载波调制信息。
因此，本发明所提供于多输入多输出正交分频多任务无线通信***中的方法及装置能够有效率的估计现行用于改善OFDM-MIMO的整体***性能的信道状况。
附图说明
图1：其用以改善多重输入多重输出(MIMO)正交频分多路复用技术(OFDM)通信***的信道声响方案的流程图。
图2：其为一MIMO-OFDM发射器-接收器对，通过使用信道声响脉冲来改善***性能；以及
图3：其为MIMO-OFDM无线通信***，其中每一基站及每一无线传输/接收单元(WTRU)皆包含一本实用新型的发射器-接收器对。
具体实施方式
本实用新型所提出的无线传输/接收单元(WTRU)包含(但不受限于)一使用者设备，一移动站，固定或移动用户单元，寻呼机或是可在一无线环境中操作的其它型式的装置。在本实用新型中，所提出的基站包含(但不受限于)一节点B，站点控制器，接入点或是可在一无线环境中操作的其它型式的装置。
在一个较佳的实施例中，信道声响脉冲乃被用来改善在使用多重输入多重输出(MIMO)设备的正交分频多任务(OFDM)中的信道与***表现。举例来说，所述声响脉冲可使多重输入多重输出正交分频多任务(MIMO-OFDM)发射器接入当时的信道状况，因此格式化那些考量了信道状况而最佳化处理能力的传输数据封包。
根据此一实施例，一个多重输入多重输出正交分频多任务(MIMO-OFDM)发射器会产生并传输一低速率信号至所想要的接收器，例如传输一个声响脉冲(CSRq)请求到所想要的接收器。接收这样的请求后，所述接收器会产生一个信道声响脉冲(CSR)，并将所述信道声响脉冲传输至提出请求的发射器。在较佳的状况下，所述信道声响脉冲是一个经过预定传输参数格式化过的短丛集，进以确认供以特定的***组态与环境的所述信道声响脉冲可成功地接收。信道声响脉冲所包含的信息是发射器所能解读的信息。在接收到信道声响脉冲后，发射器会处理信息并决定当时的信道状况。以这些决定为基础，发射器会调制使用者数据至副载波并调整自身的传输参数，进以使用各种不同的信道最佳化技术来最大化信道容量、可信赖度及/或一使用者所请求的其它信道特征表现，其中所述信道最佳化技术包含注水与功率控制。利用信道声响脉冲而不用传统的反馈信号来接入信道状况乃使得发射器格式化以及传输数据封包，这些数据封包可以在不引起传统信道改善方式的延迟与过量的所有缺点时将信道表现最佳化。
请参阅图1，图1描绘出了一个流程图100，所述流程图100乃绘出了一个用来改善在多重输入多重输出正交分频多任务无线通信***中的***表现的信道声响方案。在传输数据前，发射器会以低速率信号的形式产生一个信道声响反应请求，并将其传输至一接收器(步骤102)。较佳的状况是所述请求乃为一个包含来源(即一发射器)以及目标(即所想要的接收器)信息的低速率信号，例如一数据封包头。在接收与处理低速率信号以后(步骤104)，接收器会产生并传输一个预定的信道声响响应(CSR)  (步骤106)，较佳的状况是一个短丛集或脉冲，至发射器。较佳地状况是依据尺寸，符号数量，振幅等等来预先定义CSR，进以确保在供有特定***组态及/或接收器的分派资源的发射器上能成功地接收。CSR中所包含的信息是发射器可用来接入当下信道状况的信息。
在发射器上接收CSR，且被视为是CSR一部分而传输的信息乃经过处理(步骤108)并且用来描绘当下信道状况的特征(步骤110)。这个特征化作用包含透过测量在每一个天线上的各个接收副载波的振幅，相位，以及品质来决定上炼信道响应，并且估计下炼信道的响应。举例来说，如果一个特定的副载波指出了一个高错误率，那么所述发射器便不会用大量数据来调制副载波。相反地，如果一个特定副载波以较低的错误率送抵所述发射器，那么发射器便会用使用者数据大量地调制副载波。
一旦信道状况在上炼中被获知而且针对下炼而进行评估(步骤110)，那么发射器便会决定适当的传输参数设定(步骤112)，(例如：天线选择，天线功率，带宽选择，载波功率，载波编码，载波调制等等)，进行适当的参数调整(步骤114)，以及进行调制他的副载波(步骤116)，较佳地方式是透过使用注水：功率控制或是相似的技术来达成。应所述注意的是，这些参数调整可能发生在MAC层，在PHY层或是在两者的组合中。格式化后的数据封包接着会在所述带宽的选取部分中传输至接收器(118)。随意地，发射器会追踪来自于当下以及先前CSR测量(步骤112a)的信道表现评估，以使得发射器能预测未来的信道状况，进以最佳化未来数据传输的信道表现。
应所述了解的是一个通信炼结的所有信道表现都是相对静态地维持着，即使是在特定副载波及/或天线对的表现可能非常迅速地改变时。这个现象在具有足够带宽以及空间变异性的通信炼结尤为明显。因此，基于所接收到的CSRs，在接近实时的状况下，传输数据封包的尺寸可能被固定而只有译码参数可以调整。传输尺寸固定的数据封包将简化了MAC层的复杂性。然而，在PHY层中仍存有其它被请求的附加复杂度，特别在PHY层是建构用来决定以及执行最终编码方案时。
在传输格式化后的数据封包前，或是在传输格式化后的数据封包的同时，或是在传输格式化后的数据封包后(步骤118)，发射器可以随意地产生并发送一传输格式控制(TFC)信号至接收器(步骤120)。这个TFC信号包含与传输参数设定有关的信息，并且辨识出经过调制方案(例如：QPSK，16QAM，256QAM等等)调制过的副载波，及/或已使用过的编码形式与数据速率。将这类信息提供给接收器以作为TFC信号的一部分是简化整个接收器译码复杂度的一大进步。另一种状况是，假使并未产生一个TFC信号或是接收器并未成功接收信号时，接收器便会透过一个尝试与错误方法来决定他自己的TFC信息，其中所述尝试与错误方法在本实用新型后文中以“盲目的TFC检测”表示。
为了更进一步地改善整个***的性能，发射器以及/或是接受器可监控由***中其它接收器所传输出的CSR信号、评估他们自己与传输出上述CSR信号的接收器间的通信链接，以及保持这些信道状况的一记录，以供再次与所述接收器通信时始用。
现在请参考图2，其显示根据本发明而设置的一多重输出输入正交分频多任务(MIMO-OFDM)发射器202以及接收器204。发射器202中包含一信道声响信号处理器201，其用以产生低速声响请求信号、用以处理接收到的信道声响响应信号，以及较佳地，用以评估他自己与接收器间一通信链接的信道状况。另外，发射器202包含一MAC层处理器203，所述MAC层处理器203用以设定包括数据速率、编码模式以及封包格式等等的数据传输参数；一实体(PHY)层处理器205，所述实体(PHY)层处理器205，用以根据MAC参数设定处理器203，或是选择性地根据实体(PHY)层处理器205自己的传输参数设定，再副载波以及传输天线2071，2072，...207n上展开数据位；一可自由选择是否使用的传输格式控制处理器(TFC)206，所述传输格式控制处理器(TFC)206用以处理来自MAC层处理器203以及/或是实体(PHY)层处理器205的信息；一可自由选择是否使用的信号监控处理器208，所述信号监控处理器208用以监控其它接收器-发射器配对间传输的CSR信号；一可自由选择是否使用的存储元件210，所述存储元件210用以保持一信道状况的记录以及已决定的传输参数；以及复数个传输接收天线2071，2072，...207n。
接收器204中包含复数个传输接收天线2091，2092，...209n；一信道声响处理器211，所述信道声响处理器211用以处理信道低速声响请求、用以产生信道声响响应(CSR)信号，以及较佳地，用以评估他自己与其它发射器以及/或是接收器间一通信链接的信道状况。另外，接收器204包含一可自由选择是否使用的传输格式控制(TFC)处理器213，所述传输格式控制(TFC)处理器213用以用以处理接收到的TFC信息，以及用以藉由屏蔽侦测决定TFC信息；一数据封包处理器215，所述数据封包处理器215用以，根据由传输格式控制(TFC)处理器213所提供的信息，将接收到的数据封包译码以及解调；一可自由选择是否使用的信号监控处理器217，所述信号监控处理器217用以监控由其它接收器所传输的信道声响响应(CSR)信号；一存储元件219，所述存储元件219用以保持一信道状况的记录；以及一可自由选择是否使用的调整处理器221，所述调整处理器221用以根据上述信道记录，来调整传输参数。
为了清楚并且完全是为了举例的目的，在以下说明中，图2中出现的发射器202以及接收器204将以在一多重输出输入正交分频多任务(MIMO-OFDM)***中单独运作的个别装置来说明。然而，可以理解的是，较佳地状况下，这些装置202与204，如同一单独多重输出输入正交分频多任务(MIMO-OFDM)网络装置互相关联的组件般同时存在地设置，上述多重输出输入正交分频多任务(MIMO-OFDM)网络装置，好比图3中显示的一基站或是一WTRU。图3中的多重输出输入正交分频多任务(MIMO-OFDM)无线通信***300包含透过一无线界面通信的一基站301与WTRU302，以及一用以控制基站301的RNC250。如图所示，基站301与WTRU302都包含，根据本发明所设置的一发射器201-接收器204配对。
回头参考图2，在发射器202中，在处理一传输用的数据流Tx前，一低速信道声响请求信号于信号声响信号处理器201中产生。接着，所述声响请求传给传输接收天线2071，2072，...207n，用以透过一无线接口传输至接收器204。根据所述低速请求的接收，接收器204处理所述请求，并于其具有的信道声响处理器211中产生产生信道声响响应(CSR)。如同先前所描述的，信道声响响应(CSR)较佳地为一短脉冲格式，以确保在发射器202接收，以及包含为发射器202所知晓用来评估目前信道状况的信息。一但产生后，送出所述信道声响响应(CSR)到接收器的传输接收天线2091，2092，...209n以供传输到发射器202。
随后在所述发射器202中接收所述的CSR后，并且在所述传送器的信道声响处理器201中加以处理。所述的信道声响处理器201将做为所述CSR的一部份所传输的信息进行分析，并且利用这个信息来特征化目前在上行链路中的信道状况，并且估计下行链路信道响应。这些信道特性随后被送到MAC层处理器203及/或PHY处理器205，在那里这些信道特性用来设定数据传输参数，包括：副载波分配、传输天线分配、副载波传输功率、传输天线功率、副载波编码、带宽选择等。或者是，为了选择一想要的带宽来传输，所述的发射器202可能包含一分离的处理器(没有出现于图式中)，配置成当成一带宽选择单元而操作。所述的PHY层处理器205随后使用参照传输参数设定的一信道容量最佳化方案，例如，注水，一信道可靠度最佳化方案，或者是任何其它信道性能最佳化方案，来格式化所述的传输数据封包、以使用者数据调制不同的副载波(没有出现于图式中)，并且映化所调制的副载波到所述的传输/接收天线2071、2072、...、207n。所述的格式化数据封包送到所述的传输/接收天线2071、2072、...、207n以传输到使用较佳带宽部分的接收器204。或者是，所述的发射器202维持信道状况估计的经历，以用来最佳化地传输下一步的数据封包。
在传输所述的格式化数据封包前、后，或正在传输所述封包的同时，另一个附加的TFC处理器206透过所述的传输/接收天线2071、2072、...、207n产生且传输一TFC信号到无线接口上。所述的这个TFC信号向所述的接收器204指示传输数据封包的传输参数设定，并且辨识用来传输数据封包的编码方案及调制方案(例如QPSK、16 QAM等)的位置(也就是副载波数据比特被传送的位置)。
假如一TFC信号被传输的话，所述的接收器204将接收所述的TFC信号并且将在所述接收器额外的TFC处理器213中处理所述TFC信号。所述的这个TFC处理器213从所述的TFC信号中抽出格式化与调制化的信息并且将所述信息送到所述的数据封包处理器215，以用于解编码及解调制所接收的数据封包。否则，如果一TFC信号没有成功地被所述的接收器204侦测，所述的TFC处理器213将利用一盲目侦测类型的处理来搜集可获得的TFC信息。
为了进一步改善***容量及效率，所述的发射器202与接收器204可以利用他们各自的信号监控处理器208、217监控由其它接收器(没有出现于图式中)所产生的CSRs，并且随后评估及估计在他们本身与这些其它接收器间的信道状况。在所述的发射器202与接收器204上，他们各自的信号声响处理器201、211可以配置来执行这些评估与估计。或者是，所述的发射器202与接收器204也可能包含额外的处理器(没有出现于图式中)，以配置来作为根据各自的信道评估而评估上行链路信道状况的一信号分析器以及作为估计下行链路信道状况的一估计器的功能。
这个信道状况信息可以被所述的发射器202与接收器204用来作为维持所述信道状况经历的信息，以用来决定与这些接收器进行下一步通信时的传输参数。所述的这个经历可以储存于他们各自的存储元件210、219中。
根据本发明的构想，所述的发射器202可能重新使用传输参数设定，较佳者为由所述的MAC层处理器203及/或PHY层处理器205所述定而储存于额外存储元件210中的传输参数设定，以用于随后的数据传输，在这个时候，下一步的CSR指示了信道状况中的改变。或者是，所述的发射器202也可能使用从前次所接收而且也储存于额外的存储元件210或于依第二存储元件(没有出现于图式中)中的CSR(s)的经历结果来预测什么时候信道状况中将会发生改变，而且在改变的那一刻相对应的调整所述的传输参数。同样的，所述的接收器204可以维持信道状况的一个经历于其额外的存储元件219中，以用来透过本身的额外调整处理器221调整所述的传输参数。
虽然没有特别的具体描述，在一发射器上从一接收器中请求信道声响信息的一频率也与不同的因素有关。这些相关的因素包括，但不限定于：***配置、副载波的数目、空间信道的数目、通信链接的挥发性、通信环境及类似的因素等。在正常的状况下，一发射器必须足够的经常请求一CSR去维持信道的正确知识。举例来说，一发射器可能由已一预定的时间间隔请求CSRs开始，所述的发射器可能使用这个数据来估计信道状况改变的速率，并且也相应的根据改变的频率请求CSRs。
本发明可以施行于任何想要的类型的无线通信***中。举例来说，本发明可以施行于合类型的802类型的***，UMTS-FDD、UMTS-TDD、TDSCDMA、CDMA2000、OFDM-MIMO或任何其它类型的无线通信***。本发明也可施行于一集成电路上，例如一特定应用的集成电路(ASIC)、多重集成电路、逻辑程序栅数组(LPGA)、多重LPGAs、分离组件、或一集成电路、LPGA(s)及分离组件的组合。
尽管本发明藉由上述不同的具体实施例方式来加以说明本发明的目的，然而如下所述权利要求的任何不同的具体实施例，对于熟悉本领域的人士也是显而易知的。此外，虽然本发明前述的具体实施例是以特定的组合来加以说明，然而每一个别的组件的特征也可以单独使用(在没有所述较佳具体实施例中其它组件及特征的状况下)，或者是，用于任何其它不同的组合方式，无论是否具有本发明这些组件的其它特征或组件。

Claims (10)

1、一种用于无线通信***的发射器，该无线通信***为一多重输入多重输出-正交分频多任务无线通信***，其特征在于，所述发射器包括：
一信号监控处理器，通过一个多重输入多重输出天线接口而与多个传输/接收天线耦合，所述信号监控处理器是用以监控在所述多重输入多重输出-正交分频多任务无线通信***中所传输的信道声响响应；
一信道声响处理器，所述信道声响处理器与所述信号监控处理器以及所述多重输入多重输出天线接口耦合，所述信道声响处理器是用以产生低速率信号，分析信道声响响应，基于所述信道声响响应分析来判定上行链路信道状况以及基于所述经判定的上行链路信道状况来估计下行链路信道状况；
一存储器组件，所述存储器组件与所述信道声响处理器耦合，所述存储器组件是配置以储存接收的信道声响响应，判定上行链路信道状况信息以及经估计的下行链路信道状况信息；
一媒体访问控制层处理器，所述媒体访问控制层处理器与所述存储器组件以及一用于接收使用者数据的一输入端耦合，所述媒体访问控制层处理器基于由所述存储器组件所提供的所述经估计的下行链路信道状况来判定与调整用于传输所述使用者数据的传输参数设定，其中所述经调整的传输参数设定是储存在所述存储器组件以供未来使用；
一实体层处理器，所述实体层处理器与所述媒体访问控制层处理器、所述存储器组件以及所述多重输入多重输出天线接口耦合，所述实体层处理器是配置以根据从所述媒体访问控制层处理器所接收的所述经判定设定的所述使用者数据来调制副载波；
一传输格式控制处理器，所述传输格式控制处理器是与所述媒体访问控制层处理器、所述实体层处理器以及所述多重输入多重输出天线接口耦合，所述传输格式控制处理器是用以产生传输格式控制信号，所述传输格式控制信号包括由所述媒体访问控制层处理器及所述实体层处理器所提供的经判定的传输参数设定；以及
多个传输/接收天线，所述多个传输/接收天线是通过所述多重输入多重输出天线接口而与所述发射器耦合，所述多个传输/接收天线是用以接收信道声响响应以及传输由所述实体层处理器所提供的经调制的副载波以及由所述传输格式控制处理器所提供的信号。
2、根据权利要求1所述的发射器，其特征在于，包括一估计器，所述估计器与所述信道声响处理器耦合，所述估计器是用以基于所述经判定的上行链路信道状况来估计下行链路信道状况。
3、根据权利要求2所述的发射器，其特征在于，包括一带宽选择处理器，所述带宽选择处理器是与所述估计器以及所述实体层处理器耦合，所述带宽选择处理器是用以基于所述经估计的下行链路信道状况来选择一于其上传输数据的带宽的部分。
4、根据权利要求3所述的发射器，其特征在于，包括一调整处理器，所述调整处理器是与所述媒体访问控制层处理器以及所述存储器组件耦合，所述调整处理器是基于储存的经估计下行链路信道状况信息来调整传输参数，以使用所述经调整的传输参数而与接收器以及其它发射器进行通信。
5、根据权利要求4所述的发射器，其特征在于，所述发射器是一种无线传输/接收单元。
6、根据权利要求4所述的发射器，其特征在于，所述发射器是一种基站。
7、一种用于无线通信***的接收器，该无线通信***为一多重输入多重输出-正交分频多任务无线通信***，其特征在于，所述接收器包括：
一信号监控处理器，通过一个多重输入多重输出天线接口而与多个传输/接收天线耦合，所述信号监控处理器是用于在所述多重输入多重输出-正交分频多任务无线通信***中监控从其它接收器所传输的信道声响响应；
一信道声响处理器，所述信道声响处理器与所述信号监控处理器以及所述多重输入多重输出天线接口耦合，所述信道声响处理器是用以处理接收的低速率信号，产生响应信道声响响应，判定上行链路信道状况以及基于所述经判定上行链路信道状况来估计下行链路信道状况，其中所述信道声响响应为短脉冲，各短脉冲具有一预定传输格式以及携带预定信息；
一存储器组件，所述存储器组件与所述信道声响处理器耦合，所述存储器组件是用以储存接收的低速率信号，经监控的信道声响响应，经判定的上行链路信道状况信息以及经估计的下行链路信道状况信息；
一传输格式控制处理器，所述传输格式控制处理器是与所述存储器组件以及所述多重输入多重输出天线接口耦合，所述传输格式控制处理器是用以处理接收的传输格式控制信号，所述传输格式控制信号包括接收数据封包的传输参数设定，其包括副载波调制信息；
一数据封包处理器，所述数据封包处理器与所述多重输入多重输出天线接口以及所述传输格式控制处理器耦合，所述数据封包处理器是基于由所述传输格式控制处理器所提供的信息来译码及解调通过所述多个天线所接收的使用者数据编码副载波；
一调整处理器，所述调整处理器是与所述存储器组件以及所述多重输入多重输出天线接口耦合，所述调整处理器是基于储存的信道状况信息来判定及调整传输参数；以及
多个传输/接收天线，所述多个传输/接收天线是通过所述多重输入多重输出天线接口而与所述接收器耦合，所述多个传输/接收天线是用以接收低速率信号以及经调制的信道声响响应，以及用以传输产生的信道声响响应。
8、根据权利要求7所述的接收器，其特征在于，包括一估计器，所述估计器与所述信道声响处理器耦合，所述估计器是基于所述经调制的信道声响响应来估计信道状况。
9.根据权利要求8所述的接收器，其特征在于，所述接收器是一种无线传输/接收单元。
10.根据权利要求8所述的接收器，其特征在于，所述接收器是一种基站。
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