无线电通信系统 【技术领域】
本发明涉及一个无线电通信系统，该无线电通信系统具有在发射机和接收机之间包括多个路径的通信信道，该发射机包括多个天线并且接收机包括至少一个天线。在本说明书中，路径被用于指单个子信道，它在整个无线电系统中是可分解的，并且信道被用于指发射机和接收机之间路径的组合整体。
背景技术
在一个无线电通信系统中，无线电信号典型地经由多个路径从发射机传送到接收机，每个路径包括来自一个或多个散射体的反射。来自这些路径的接收信号可能在接收机端建设性或破坏性地产生干扰(导致与位置相关的衰落)。进而，路径长度不同并且因而信号从发射机传送到接收机花的时间不同，会引起符号间干扰。
众所周知，上面由多径传播引起的问题可以通过在接收机端使用多个天线减轻(接收分集)，这使得一些或所有的多个路径可被分解。为了有效分集，由单独天线接收的信号具有低的交叉相关是必需的。典型的这可通过由一个波长的大部分来分隔天线而保证，尽管通过使用在我们共同未决的未公布国际专利申请PCT/EP01/02750(申请人参考PHGB000033)中公开的技术也可以采用较近间隔的天线。通过确保使用基本不相关的信号，在任意给定的时间多于一个天线上产生破坏性干扰地概率被减到最小。
通过在发射机端使用多天线(发送分集)，相似的改善也可获得。分集技术可被推广到在发射机和接收机端多天线的使用，被称为是多输入多输出(MIMO)系统，相对单测装置，它可进一步增加系统的增益。作为进一步发展，多天线的出现使得能够进行空间复用，由此传输数据流被分成多个子流，每个子流经由一个不同的路径(或子信道)发送。这样一个系统的例子在美国专利6,067,290中被描述。
可通过MIMO系统获得的性能增益可被用于在给定差错率下增加总数据速率，或者对于一个给定的数据速率减小差错率，或者两者的某种组合。MIMO系统也可以被控制以减小对于一个给定数据速率和差错率的总共被传输的能量或功率。
【发明内容】
本发明的一个目的是提供一个有性能改善的MIMO系统。
依照本发明的第一个方面，提供一个无线电通信系统，具有在发射机和接收机之间包括多个路径的通信信道，发射机和接收机每个都有多个天线，其中发射机和接收机可同时依照至少两个无线电标准操作。
依照本发明的第二个方面，提供一个用于无线电通信系统的发射机，该无线电通信系统具有在发射机和接收机之间包括多个路径的通信信道，该发射机和接收机每个都有多个天线，其中提供装置用于该发射机同时依照至少两个无线电标准操作。
依照本发明的第三个方面，提供一个用于无线电通信系统的接收机，该无线电通信系统具有在发射机和接收机之间包括多个路径的通信信道，该发射机和接收机每个都有多个天线，其中提供装置用于该接收机同时依照至少两个无线电标准操作。
依照本发明的第四个方面，提供一个操作无线电通信系统的方法，该无线电通信系统具有在发射机和接收机之间包括多个路径的通信信道，该发射机和接收机每个都有多个天线，该方法包括同时依照至少两个无线电标准传输。
本发明基于在现有技术中没有出现的认识，即：多模式MIMO系统可提供增强的性能，这可以改进无线标准的集中。
附图概述
本发明的实施方案现将要通过例子，参考附图被描述，其中：
图1是公知的MIMO无线电系统的示意框图；
图2是依照本发明制造的MIMO无线电系统的示意框图；
图3是一个增强的MIMO无线电系统的示意框图；以及
图4是一个展示依照本发明操作MIMO无线电系统的流程图。
在附图中同一个参考数字被用于指示相应的特征。
实现本发明的模式
图1展示了一个公知的MIMO无线电系统。多个应用102(AP1到AP4)产生数据流用于传输。一个应用102也能产生多个数据流。这些数据流由复用器(MX)104组合为单个的数据流，该单个的数据流进一步由编码和映射块(CM)106处理。CM块可以应用空时编码来提供在要由发射机(Tx)108发射的数据符号间的映射，连同适当的前向纠错，以及多个发射天线110。由CM块应用的前向纠错【Forward ErrorCorrection】(FEC)因而必须有足够的纠错能力以应付整个MIMO信道，该MIMO信道包括多个路径112。为了说明简单，只有天线110间的直接路径112被展示，但将会认识到路径集合典型地包括其中信号被一个或者多个散射体反射的非直接路径。
在现有技术中多个空时编码技术已被知道并且可被编码和映射块106采用。这些可进一步包括分集以及射束形成技术以帮助选择到接收机的无线电路径。适合的技术的例子包括但不限于在van Rooyen等人、Kluwer Academic Publishers 2000(Kluwer学术出版社2000)的“用于CDMA移动通信的空时处理【Space-Time Processing for CDMAMobile Communications】”的第2，5和8章中所描述的那些。
接收机(Rx)114，也配备有多个天线110，接收来自多个路径的信号，它然后对信号进行组合、解码以及解复用以向每个应用提供各自的数据流。尽管发射机112和接收机114都显示为有相同数目的天线，在实际中这不是必要的并且根据空间和容量限制，天线数目可以被优化。同样，发射机108可支持任意数目的应用(例如，在仅用于话音的移动电话上的单个应用或者在PDA上的很多应用)。
无线电系统发展中的主要趋势是朝着无线电标准的集中，例如UMTS(通用移动电信系统)HIPERLAN(高性能无线电局域网)。作为这提供的可能性的一个例子，我们的共同未决的未公布的英国专利申请0019534.7(申请者参考PHGB000107)公开了一个组合UMTS/HIPERLAN系统，其中上行链路和下行链路信道之一在两个模式之间被共享，因此允许一个更经济的终端和一个更有效率的系统。其它工作集中在开发适当的接口以允许一个共同的IP(互联网协议)层。
作为无线电标准集中的结果，通过使用多模式终端，未来的无线电系统使得能够在多于一种类型的无线电系统间漫游将会变得可行，因而需要更大的系统容量。在依照本发明制造的系统中，由MIMO系统提供的附加容量被用于允许这种漫游。
有一系列其中多模式MIMO系统可以被使用的情况，例如：
●一个支持多个标准的普通多模式MIMO系统，允许对所有的模式使用单个物理终端。MIMO的使用将为所有的模式提供足够的容量以同时操作。
●提高信道数目和系统容量的第一个系统的MIMO实施方案，允许第二个系统的、要通过第一个系统的接口来操作的服务。该第一和第二系统可以例如是UMTS和HIPERLAN，或者与此相反。这样一个实施方案可使用我们的共同未决的未公布的英国专利申请0019534.7(申请人参考PHGB000107)中公开的技术来共享两个无线电系统间的空中接口。
●多个单独的系统增加系统容量，因而允许系统间业务分开的一个MIMO实施方案。
根据图1的公知的设备，图2展示了最后提到的设备的一个实施方案。在这个实施方案中，图1的发射机108由具有一个HIPERLAN部分(HTx)208和一个UMTS部分(UTx)209的发射机替换，这两部分相互通信并且连接到一个适应的编码和映射块206。同样，单个接收机114由具有HIPERLAN部分(HRx)214和UMTS部分(URx)215的接收机替换。如所示，UMTS部分209，215每个都被连接到两个天线并且HIPERLAN部分208，214每个都被连接到单个天线。然而，这个设备能容易地被改变以考虑系统的需求，从而改变路径数目和系统容量。编吗和映射块206安排数据在UMTS和HIPERLAN部分之间适当地分离。通过使数据流能经由最适当系统的最适当的路径传送，这样一个设备提供了改进的系统操作。组合UMTS/HIPERLAN系统的一个优点是UMTS部分(在2GHz)的路径集将典型地与HIPERLAN部分(在5GHz上)的那些大不相同(即便使用同样的天线)，因而向空时MIMO设备添加了另一维。
如上面所描述的那些MIMO系统具有的另一个问题是它们没有考虑这个事实，发射机108和接收机114之间的不同路径112在它们的冲激响应方面会不同，导致在信噪比(SNR)和时延方面的不同。可被使用的路径112的数目由可用路径的质量所限制。
在对上面系统的加强中，依照数据个别部分的不同需求，数据流被映射到不同的发射天线110。为了实现这样一个系统，不同路径112的特性的先验知识是必需的。通过从每个天线上发射引导比特使得接收机114能够以一个公知的方式(例如对HIPERLAN/2所定义的)进行信道估计，这个知识可以被获得。然后信道估计可以被传输回发射机108以使得它能够确定怎样对不同的天线110指配和编码数据。可供选择的，估计可以从先前经由不同无线电路径112接收的数据的比特或分组差错率来获得或者通过其它适当的技术来获得。
如果上行链路和下行链路信道已知是至少大约相对的，例如在一个具有相干时间大于闭环反馈延迟的时分复用系统中，则信道估计可以由发射机108根据已知的引导信息或者类似从接收机114接收到的信息进行。
要求就差错率来说的高业务质量(QOS)，或简单地需要最高可用比特率的数据，以利用无线电信道中提供最好SNR的一个或多个路径112(或对要求的SNR需要最低的发射功率)类似的方式被编码并且被映射到发射天线110。要求就差错率来说的较低QoS的数据可被映射到提供较低SNR值的无线电信道中的一个路径或多个路径112上。
具有不同要求的不同数据比特间的区分可以根据数据由其发出的应用来进行，例如实时高质量视频链路可产生要传送的、需要比话音数据低的差错率的数据。在这种情况中，不是在发射机的物理层之上或者在物理层上把来自不同应用的数据流复用到一起，而是数据流将保持分开直到把它们各自的数据比特映射到发射天线的过程。
根据图2的系统，实现这个功能的一个修正MIMO系统示于图3。现在复用器106由多个标记块(AT)204代替，每个标记块被连接到一个应用102，标记块(AT)204向来自各自的应用102的数据加上一个标记提供关于它的QoS要求的信息。可选择地，标记块304可以使用把关于QoS要求的信息同数据关联起来的其它装置；例如具有不同QoS要求的数据可以在不同的时刻或在不同的传输信道或到不同的端口，被传送到物理层。然后这个QoS信息被一个修正的编码和映射块306使用，块306通过把它们与无线电路径112的属性相匹配，来调整编码和映射以尽可能满足QoS要求。
如果多个应用有相同或相似的要求，图3的系统可以被修正。在这种情况下，来自这些应用的数据可以在物理层之上被复用。
代替或除了不同地处理来自不同应用的数据，可以用这种方式将来自特定应用的不同数据比特编码并且映射到发射天线110，即：依照特定比特的不同要求来使用特定的无线电路径。作为一个典型的例子，来自一个语音编解码器的数据流根据它们的重要级别可使编码比特被指定给一系列的类别。最重要的比特可以经由最高质量路径112传输，而重要性最低的比特可以使用较低质量的无线电路径112。
图4是一个展示这种操作MIMO系统的方法的流程图。在步骤402，当应用102有数据要传输时，该过程起动。应用102根据它们的要求标记数据段，并且这个标记的值在步骤404被检验。在这个例子中，如果标记是‘A’(表示最重要的数据)，在步骤406数据经由第一个路径112被发送，其中第一个路径是一个高质量HIPERLAN路径。同样，如果标记是‘B’(表示重要性中等的数据)在步骤408数据经由第二个路径112被发送，其中第二个路径是一个中等质量UMTS路径。最后，如果标记是‘C’(表示重要性低的数据)，在步骤410，数据经由第三个路径112被发送，其中第三个路径是一个低质量UMTS路径。
作为另外的变化，根据发自每个天线110的无线电路径112的质量，应用于数据的FEC编码的级别可以变化。例如，一个较低级别的FEC可被用于使用较高质量路径112的数据。这进而又可以减小正在被传输的信息的总量并且因此使得发射机功率被减小，或者作为选择一个较高数据速率可被支持。
在基本方案上的一系列其它改变也是可能的。例如：
●总发射功率可以在该多个发射天线间用这种使来自每个路径的接收的SNR相等的方式被分开。
●数据比特可以依照各种无线电路径112的不同的延迟被映射，更重要或更紧迫的比特(例如其中环路延迟是重要的闭环功率控制命令)在更短的路径上被传输。
●来自特定应用的数据可以被映射到那些有相同或相似时延的路径112上，以便除去符号间干扰。
在每种情形下，每个被递送到编码和映射块206由发射机108发射的数据比特集合所需的优先级、差错率以及时延中的一个或多个可以通过附加“标记”比特或通过任何合适的替代装置，例如上面所描述的那些，被指示给物理层。
如上面描述的这种系统的优点是它使得无线电信道能够更适合于正被传输的数据的需要。这进而又可以导致总发射功率减小，或在可用数据速率方面的增加。
通过使用多个空分接收机或发射机，依照本发明制造的系统可以被增强。这种情况的一个典型例子是单个移动台同多个基站保持通信链路。在网络层级，下行链路数据流在基站收发器间被分开，使得每一个基站收发器支持到单个移动台的下行链路数据流部分。通过用上面描述的这种方式做划分，整个连接的鲁棒性将被加强。发自基站的多个数据流被移动台接收到，并且在终端内在网络级被重新装配以提供完整的应用数据。上行链路传输可以最初地是到单个基站或者根据容量以及其它需要在所有基站间被分开。
当这样一个移动台在基站间移动时，它会不断地进入新基站的范围并且离开其它基站的范围，尽管在总体上它保持同几个基站的持续的连接。在单独基站间的切换可以要么是硬的要么是软的，但是因为移动台总是处于同几个基站的稳定通信中，所以移动台的总体影响是一个很软的切换。