发射分集 本发明涉及移动通信系统中，尤其是发射基于频分双工的WCDMA系统中发射分集的实现。发射分集是指利用可选方法通过一条或多条路径发送无线信号的可能性，例如若干天线/天线阵列或者发射频率或者发射延时。此后将可能的选件称为分集选件。例如，如果使用频率分集，选件由可用的发射频率组成，如果采用发射天线分集，则选件由可用的发射天线构成。
在移动通信系统中，目标是移动台通过提供最佳传输路径的基站连接到电信网的其余部分。移动台和基站之间的通信通过无线路径进行。从基站到移动台的数据传输称为下行或者前向链路传输，从移动台到基站的数据传输称为上行或者反向链路传输。
无线链路上的业务量承受的传输损耗和干扰变化很大。如果到发射机的距离增大，自由空间中的信号强度随着距离的平方减少。从基站来看，移动台也可以被建筑物或者小山所阻挡。通常，信号会因信号反射而衰减。在这种情况下，移动台例如因建筑物的反射而从若干方向接收同一信号。这种反射相互间会削弱或者加强。图1说明了距离，地理障碍和发射所引起的信号衰减。水平轴代表了基站和移动台之间的距离，垂直轴是信号强度。实线显示了自由空间的信号衰减，点线是地理障碍对信号的影响和反射效果的具体细节(多径传播)。水平虚线表示了假定移动台仍能够检测到信号的最小敏感度。
类似地，正在移动的移动台，以及成者其附近的移动反射表面因多普勒效应而衰减信号。如果移动台移动的速度增加，多径传播所引起的单位时间地衰减值也随之增加。在数字移动通信系统中，反射和多普勒效应还引起了称为时间扩散的现象，这使得通过多条路径到达的码元(例如比特状态0或1)的识别更为复杂。
在移动通信系统中，发射功率由移动台和/或基站调节，以减少网络中的干扰值，补偿无线路径上的衰落。功率控制的思想是将接收信号保持在尽可能低的恒定值，同时确保接收信号的质量保持最佳。如果移动通信网和移动台之间的无线路径上信号值和/或质量低于优选标准，基站和/或移动台可以调节发射功率以改进无线路径的质量。通常固定网利用特殊功率控制算法来调节发射功率。移动台监控来自基站的下行信号的强度和质量，而活跃基站监控来自移动台的上行信号的强度和质量。利用测量结果和预定功控参数，功率控制算法确定适当的发射功率值，然后以功控命令的形式发送给移动台。功率控制在呼叫进行期间执行。在已知的TDMA移动通信系统中，例如GSM系统中，这通常每秒执行两次。发射功率的增加也增加了网络中的干扰值，这是发射功率值为什么需要保持得尽可能低的原因。发射功率控制还能够节省移动台的功率消耗。
为了消除衰落的影响，即损耗和干扰，移动通信系统使用诸如跳频和/或天线跳跃。跳频能够抵销衰落的有效性基于频率相关性。在天线跳跃中，当前信号传输路径被替换成新的路径，后者改变了影响信号的衰落。
跳频可以用于减少来自若干基站的信号所引起的同信道干扰，以及无线路径衰落对发射的信号的影响。这通过根据预定跳频模式改变无线路径上使用的频率来完成。跳频可以利用载频跳频或者对单个发射机改变射频来实现。跳频一般在单脉冲串周期(时隙)中。
需要发射的信号的另一可以改变的特性是它的频率偏移。例如，在双天线阵列中，一根天线的发射可以包括较小的频率偏移以激励快衰落。
消除衰落对需要发送的信号影响的另一方式是采用天线跳跃，其中信号由两根或多根物理上分离的天线交替发射和/或接收。这样，信号到不同天线的传播路径是不同的。因为衰落不仅仅依赖于频率，而且与位置相关，所以传播路径的改变会改进传播条件。在天线跳跃中，发射和/或接收天线按照预定跳频模式改变。与天线跳跃密切相关的另一属性是可以改变或者替换天线射束的当前形式和强度。应当指出，天线/频率跳跃对消除噪音而言效率较低，意味着跳频必须与纠错，例如信道编码一起执行。
还可以在发射端使用延时分集。如果，例如同时通过两根天线进行发射，一根天线的发射可能被延迟，延时的时间长或者相位发生变化，或者这两者都有所改变。
纠错，例如信道编码和/或重传，以及比特交织可以用于改进传输的质量和传输容错。在信道编码中，需要发射的数据中插入冗余数据，这使得即使在信号传输路径中信号招致差错，也可以正确地检测到原数据。重传用于传输差错纠正，它可以独立使用，也可以与信道编码合用，在后一种情况下，信道编码传输中的差错通过重传失真帧来纠正。待发射比特的交织意味着若干码字比特混杂，使得信号邻近的比特分散到若干脉冲串。因为交织，即使传输中丢失了整个脉冲串，通常也能够检测到信号。
本发明的目的是通过适当的发射分集来补偿衰落。基于发射分集的一种已知方法在专利申请EP-741465中给出。在该文档中，移动台从若干发射天线中选择最佳信号，将该选择告知通过该特定天线继续发射的基站。基站在第一个数据分组中插入其标识符，通过一根天线发送带有其标识符的第一数据分组。类似地，基站在第二个数据分组中插入其标识符，通过另一根天线发送带有其标识符的第二数据分组。移动台接收这两次传输，相互比较接收的信号值。在选定优化传输分支之后，移动台在控制时隙中将选定分组的标识符告知基站。基站通过相同标识符所指示的天线向该移动台发送。按照该文档，在发射被寻路到不同发射分支前，多个用户连接的信号在编码过程中混杂，意味着所有用户数据将通过同一发射天线分支发送，该发射天线分支采用本文档所公开的发射分集。本文档所解释的方法还适用于发射和接收频率相互不同的情况，即采用频分双工FDD的情况。
评估已知技术的一种方法是将其划分成利用反馈的系统和不利用反馈的系统。在反馈系统中，接收机将测量数据发送给发射机，后者根据测量数据选择发射分集。反馈提供了信道状态数据，所以这些系统比不使用反馈，不管信道上是否存在衰落都进行天线跳跃的系统性能要好。采用反馈的系统的缺陷在于，测量数据需要返回路径(上行数据传输帧中的容量)，它们比不利用反馈数据的系统更为复杂。例如，上述天线跳跃模式是不采用反馈的系统的一部分。而EP-741465是依靠反馈的解决方案。
本发明的目的是在采用发射分集时提供反馈的优点，而不需要占用上行数据传输帧中的附加容量来指示测量数据或者选择/改变优选分集选件。
本发明的基本思想在于，基站能够响应于移动台所发送的功控消息，决定改变发射分集。这种决定可以例如基于从过滤功控请求得到的结果作出。过滤例如可以采用滑动窗口来实现，滑动窗口包含了作出决定所需的功率控制信息。移动台不需要发送任何特殊请求来改变发射分集；决定由基站根据移动台无论如何都会发送给基站的功率控制信息来作出。
下面结合附图图2到5给出的例子详细解释本发明，在附图中，
图1说明了随着基站和移动台之间距离的增加，不同类型衰落的特征；
图2示出了根据本发明的系统；
图3说明了根据本发明的方法；
图4示出了FDD-WCDMA系统的上行控制信道；
图5示出了按照本发明的过滤中使用的滑动窗口。
这里利用例如改变发射天线的天线分集来考察本发明。自然，本发明还可以用于上述其它类型的分集。图2示出的移动通信系统部分中，根据本发明的方法进行使用。图3以流程图的形式说明了同一发明。移动台MS利用已知方法监控(阶段31)从基站BTS接收的信号的特性，例如强度和差错率。根据测量结果，移动台通过上行路径发送(阶段32)给基站一个请求，请求增加或者减少发射功率(阶段33)。在基站中，控制元件FL过滤(阶段34)接收的功控请求，过滤处理的结果用作决定(阶段35)发射是否应当切换到另一天线的基础。如果是这样，控制元件FL给交换元件SW一个命令，要求改变(阶段36)发射天线/天线阵列-如果不是，则不改变天线/天线阵列。与该方法相关的初始操作(阶段31到33)以已知方式在移动台中进行，最后的操作(阶段34到37)在基站进行。这种划分在图3中由虚线表示。
图4提供了FDD-WCDMA系统中上行控制信道的一个例子。它由包含72帧的主帧构成，每帧有16个时隙。时隙被划分成导频、TPC、TFI和FBI域。其中导频域用于承载估计数据，TPC域用于功率控制，TFI域用于散列码信息，而FBI域用于承载，例如传输分集数据项。这样，要求增减发射功率的信息在TPC域中承载。因此，不需要利用FBI域的容量来发送发射分集数据，使得可以将节省的容量用于其它目的。一个时隙的时长是0.625毫秒，它等于功率控制周期的时长。
让我们假定功控命令可以利用单个比特来给出，该比特请求增加或者减少发射功率，从而值1请求增加，而值0请求减小功率。如果基站在给定时间周期中接收若干个1，它可能意味着发射移动台正位于衰落点。这样，基站可以切换到另一发射天线/天线阵列。
为了减少差错，可以建议使用与功率控制周期同步的滑动窗口；在图4给出的例子中，它将逐个时隙移动。让我们使用FDD-WCDMA系统作为例子。让我们假定窗口大小是W个时隙，B(B＜W)是天线切换的阈值(1的数量)。如果接收的窗口内1的数量等于或者多于B，发射将切换到另一天线；否则，发射将继续使用当前天线。在以下情况可以延迟切换回第一天线的操作，以避免重复切换天线：尽管切换了天线，移动台还是继续发送1。换句话说，少许延时能够防止在前一切换之后立即出现新的天线切换，从而确保移动台有足够的时间测量第二天线发送的信号特性。图5说明了在各时隙发送给基站的功控命令，以及如何使用滑动窗口。在该图顶部示出了每个时隙TPC域中移动台所发送的功控请求，其中1代表“上”而0代表“下”。I表示时间点，A1或A2是发射天线。窗口大小W是16个时隙，阈值B等于11“上”指令。该图示出了天线切换发生在时刻I+4。
通过改变W和B的值，可以调节天线切换习性及其差错敏感性。本发明所建议的方案中值得注意的是，移动台不需要在FBI域中送特殊测量数据或天线切换请求，这节省了上行容量。此外，本发明易于实现，因为它利用了已有的功控机制。本发明最适用于移动台移动速度较慢，一般在0到50公里每小时的情况。
在前面使用了特定类型的过滤器来进行与天线切换相关的判定，从功控消息中滤出必要的1比特。在过滤过程中，也可以使用“查询表”，其中存储了滑动窗口内容的各种可能变化。如果滑动窗口中的功控字符串是特定类型字符串，则可以从该表中读出匹配行以实现存储在该表中的预定行为，切换天线或者仍旧使用已有天线。除了上述滑动窗口和查询表之外，还有其它的利用功控消息的判定实现方式，例如记录连续的“上”消息的数量的计数器，它可以用于判定是否应当切换天线。但是，这种方法更易于出错，它增加了不正确的天线切换的可能性。本发明可以用于任何移动通信系统，例如从移动台得到功控请求的TDMA系统。但是，显然本发明还可以用于本发明范围内的其它无线系统。