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用于提供相移发射分集的方法和基站
    【发明领域】

    本发明涉及无线通信系统，更具体地涉及一种用于在无线通信系统中提供相移发射分集的基站和方法。

    【发明背景】

    无线通信系统是系统和元件的复杂网络。典型地元件包括(1)一个连到移动站(例如蜂窝电话)的无线链路，其通常由至少一个和典型的几个基站提供，(2)在基站之间的通信链路，(3)一个控制器，典型地是一个或多个基站控制器或集中式基站控制器(BSC/CBSC)，控制基站之间的通信并且管理基站的操作和交互，(4)一个呼叫控制器(例如，一个移动交换中心(MSC))或交换机，典型地是一个呼叫代理(例如“软切换”)，用于在系统内路由呼叫，以及(5)一个连到陆线或公共交换电话网络(PSTN)的链路，其通常也由该呼叫代理提供。

    设计无线通信系统的一个方面是要最佳化上行链路或下行链路的传输性能。也就是，从一个基站到一个移动台的话音和分组数据传输。但是，由于在路径上存在多个反射，多径衰落可能会引起在移动台接收的多个传输副本具有时变衰减、相移和延迟。

    一种减轻无线通信信道中的多径衰落效应的技术是纠错码。随着纠错码的使用，比特交织可以补偿多径衰落引起的误码率。具体来说，比特交织可以把比特误差分散在未破坏的比特(即“良好”比特)中，以至于纠错码可以更好地纠正在“良好”比特中散布的错误比特。但是，衰落间隔必须足够快，以便所引起的一连串比特误差比有效比特交织的比特交织周期(例如，一个帧)短得多。例如，一个缓慢移动的移动台(例如，一个步行者或一个在建筑物内的用户所使用的移动台)产生慢衰落接收信道，这样在无线通信信道上的衰落突发串比交织周期更长。因此，纠错码可能就无法补偿错误比特。

    分集是另一种用于降低多径衰落的影响的技术。具体来说，例如在接收端，例如在移动台的多个天线可以被用于组合、选择和/或切换以便改善来自发射端，例如来自基站的传输质量。但是，接收分集技术会增加移动台的成本、尺寸和功率消耗。

    下行链路或上行链路性能可以通过在发射端实现天线分集来改善。尤其是，可以执行相移发射分集(PSTD)来降低多经衰落效应。为了提供PSTD，基站通常包括信号源，发射单元，信号分离单元，相移单元，主天线和分集天线。用于提供PSTD的基本流程从信号源提供一个基带信号给该发射单元开始，该发射单元然后调制该基带信号以产生射频(RF)信号并且用功率放大器放大该RF信号。该信号分离器把该RF信号分为两个路径，即主路径和分集路径。主天线在主路径上发射该RF信号，而在分集路径上的RF信号由该相移单元调制以产生相移调制RF信号。典型地，该相移元件可以是高功率处理、缓慢变化360°相移元件。也就是，在分集路径上的该RF信号(即，相移调制RF信号)可以相对于在主路径上的RF信号进行相位调制，这样该相位在一个帧期间至少从0°到360°完整循环一周。相应地，耦合到该相移元件的分集天线发射该相移调制RF信号。但是，该相移元件会遭受高介入损耗变化和非线性相位变化(例如，滞后和温度变化作用)的影响。

    在另一种实现PSTD的方法中，该基站可以包括两个分立的功率放大器。在功率放大器之前，RF信号可以被分为用于主路径和分集路径的两个信号，即相应的主信号和分集信号。在主路径上，主信号可以经主天线放大并发射。在分集路径，分集天线可以在经分集天线放大和发射之前进行相位调制(即，应用一个时变相移)。但是，由于增加了功率放大器，基站的成本可能增加。因此，需要实施相位发射分集，其可以最小化介入损耗变化和相位非线性。

    设计无线通信系统的另一方面是根据需要通过向现有的设施添加载频来增加系统容量。也就是，在同一位置可以组合几个载频，但是每个载频可以被单独放大并且用话音和数据信息进行调制。为了通过公共天线传输，一种用于载频组合的方法是使用在一个高射频(RF)功率电平上的电阻或混合组合器。但是，因为在混合组合器中的电阻损耗，该方法会损失传输功率的一半。为了通过公共天线传输，另一种用于载频组合的方法是使用一个高功率频率复用器。虽然该方法典型地具有低功率损失，但是使用一个高功率频率复用器可能由于滤波器的限制而被限制为非相邻载频。用于载频组合的另一种方法是空间组合，其中主载频经主天线发射而相邻载频经分集天线发射。该方法也有低的功率损失，但是在主天线和分集天线之间的辐射图中的差异可能引起不均匀的载频负载并降低通信系统的使用容量。

    因此，为了经公共天线传输相邻和非相邻载频，需要一种在高RF功率电平上的具有低功率损失的载频组合。

    附图的简要描述

    图1是一种无线通信系统的框图表示，该无线系统适于根据本发明的优选实施例进行操作。

    图2是一种基站的框图表示，该基站适于根据本发明的优选实施例进行操作。

    图3是相移单元的框图表示，该相移单元适于根据本发明的优选

    实施例进行操作。

    图4是一个流程图，说明用于根据本发明的优选实施例提供相移发射分集的方法。

    优选实施例的详细描述

    现在描述用于在无线通信系统中提供相移发射分集的方法和基站的优选实施例。无线通信系统为多个移动台提供通信服务。具体地，一个基站可以提供相移发射分集，通过根据第一控制信号相移调制第一信号S₁，以产生第一相移调制信号S₁*exp(-jθ₁)，这里第一相移θ₁(t)＝C₁+P₁(t)包括第一固定相位C₁和一个时变相移P₁(t)＝P₁(m₁(t))。此外，该基站根据控制信号S₂相移调制第二信号S₂，以产生一个第二相移调制信号S₂*exp(-jθ₂)，这里第二相移θ₂(t)＝C₂+P₂(t)包括一个第二固定相位C₂和一个时变相移P₂(t)＝P₂(m₂(t))。第二相移不同于第一相移，以至于第二相移调制信号相对于第一相移调制信号是不同的。也就是，第一相移可以是一个在第一方向上操作的峰值偏移为180°的相位，而第二相移可以是一个在第二方向上操作的峰值偏移为180°的相位，以产生一个从-180°到180°的时变相对相移。在同样的周期中，例如，该第一相移可以是在上升方向(即，从0°到180°)上操作的峰值偏移为180°地一个相移，而该第二相移调制信号可以包括在一个下降方向(即，从180°到0°)上操作的峰值偏移为180°的一个相移。在另一个实施例中，在该第一相移上加上一个第一固定相移偏移C₁并且在该第二相移上加上一个第二固定相移偏移C₂，以产生一个在-180°+)C和180°+)C之间的相对相移，这里)C＝C₁-C₂是相差。相应地，该基站经第一天线发射该第一相移调制信号并且经一个第二天线发射该第二相移调制信号给多个移动站。

    通过几个实施例描述根据本发明的一种通信系统，更具体地是依据一个根据几个标准的至少一个进行操作的无线通信系统进行描述。这些标准包括模拟、数字或双模通信系统协议，这些协议例如是(但不限于是)高级移动电话系统(AMPS)，窄带高级移动电话系统(NAMPS)，全球移动通信系统(GSM)，IS-55时分多址(TDMA)数字蜂窝，IS-95码分多址(CDMA)数字蜂窝，CDMA2000，个人通信系统(PCS)，3G和这些协议的各种变形和演变。如图1中所示，一个无线通信系统100包括一个通信网络110，如120和122所示的多个基站控制器(BSC)，从而服务整个服务区130。无线通信系统100可以是(但不限于)基于频分多址(FDMA)的通信系统，以及基于码分多址(CDMA)的通信系统。如这样的系统所已知的，每个BSC 120和122与140、142、144和146所示的多个基站(BS)相关，从而服务在整个服务区域130内的150、152、154和156所示的服务通信小区。BSC 120和122以及基站140、142、144和146根据应用标准和用于为移动台(MS)提供无线通信服务的标准确定的并且根据它们操作，这些移动台如160、162、164和166所示在通信小区150、152、154和156中操作，并且这些元件的每一个都可以由Schaumburg，Illinois的Motorola公司实现商用。

    参照图2，基站140通常包括发射单元220，控制器230，混合耦合器(HC)240，第一相移元件(PSE1)250，第二相移元件(PSE2)260，相位控制器(PC)270，第一天线280，和第二天线290。发射单元220可操作地耦合到控制器230，该控制器包括(但不限于)处理器232和存储器234。处理器232可操作地耦合到存储器234，存储器234存储用于处理器232的一个程序或一组操作指令。具体来说，该处理器232执行该程序或该组操作指令，以便该基站140根据本发明的一个优选实施例进行操作。该程序或该组指令可以嵌入在一个计算机可读介质上，例如(但不限于)寻呼机、可编程门阵列，应用专用集成电路，可擦可编程只读存储器，只读存储器，随机读取存储器，磁介质或光介质。此外，如本领域技术人员很容易认识到的，该发射单元220可操作地耦合到混合耦合器240。混合耦合器240和相位控制器270可操作地耦合到第一相移元件250和第二相移元件260。特别地，混合耦合器240经一个第一通路240提供一个第一信号给第一相移元件250，并且经一个第二通路244提供一个第二信号给该第二相移元件260。相位控制器270经一个第一控制通路272提供一个第一控制信号给第一相移元件250，并且经一个第二控制通路274提供一个第二控制信号给第二相移元件260。第一和第二控制信号与一个参考信号源(RSS)272所提供的一个参考信号276时间同步，该参考信号源例如是一个基站参考时钟和一个内部高精确振荡器。参考信号276可以是(但不限于)1.2288MHz(即，IS-95CDMA的码片速率)的整数倍，和50Hz(即，IS-95CDMA的帧速率)的整数倍。例如，参考信号可以是19.6MHz，其是1.2288MHz的16倍。第一相移元件250可操作地耦合到第一天线280，而第二相移元件260可操作地耦合到第二天线290。第一相移元件250和第二相移元件260可以是(但不限于)一个由数字和/或模拟方式操作的开环校准电路，以及在下面进一步详细描述的闭环补偿电路。

    为了提供相移发射分集，基站140经第一天线280(例如，主天线)发射第一相位调制信号，经第二天线290(例如，分集天线)发射第二相位调制信号。第一相移元件250基于经第一通路242的第一信号和经第一控制通路272的第一控制信号产生第一相移调制信号，而第二相移元件260基于经第二通路244的第二信号和经第二控制通路274的第二控制信号产生第二相移调制信号。也就是，在第一信号上添加第一相移来产生第一相移调制信号，并且在第二信号上添加第二相移来产生第二相移调制信号。特别地，第二相移不同于第一相移，以至于第二相移调制信号相对于第一相移调制信号是不同的。第一相移可以是但不限于是在第一方向上操作的峰值偏移为180°的相移，并且第二相移可以是(但不限于)在第二方向上可操作的峰值偏移为180°的相移。也就是，第一相移和第二相移彼此在相反方向上操作。例如，第一相移可以是从0°到180°(即，在上升方向上)，而第二相移可以是从180°到0°(即，在下降方向上)。在另一个例子中，第一相移可以是从90°到270°(即，在上升方向上)，而第二相移可以是从225°到45°(即，在下降方向上)。第一和第二相位调制信号可以包含多于一个载波。因此，一个移动台可以在一个第二载波上从一个公共基站(例如，基站140)接收第一和第二相移调制信号，并且在第一和第二载波上的第一和第二相移调制信号相对彼此不同。

    如上所述，第一和第二相移元件250、260可以是(但不限于)一个开环线性化和补偿电路，以及一个如图3所示的闭环线性化和补偿电路(即，自由校准)。参照图3，第一相移元件250和第二相移元件260通常包括第一方向耦合器310，第二方向耦合器320，相移器330，相位比较器340，组合电路350以及环路滤波器和高电流控制器360。第一方向耦合器310可操作地耦合到相位比较器340，相位比较器340然后耦合到第二方向耦合器320和组合电路350。特别地，组合电路350可操作地耦合到环路滤波器和高电流控制器360，控制器360然后可操作地耦合到相移器330，相移器330可以是(但不限于)一个180°的铁氧体可变相移器，相移器330然后可操作地耦合到第二方向耦合器320。

    如下面进一步的详细描述，在图3中所示的本发明的优选实施例中所应用的用于相移调制一个射频(RF)信号的基本流程可以从相移器330基于来自一个混合耦合器(如图2的240所示)的一个RF信号和来自环路滤波器和高电流控制器260的一个输出产生相移调制信号开始。特别地，第一方向耦合器310向相位比较器340提供相移器的一个输入抽样(即，RF信号)。同样，第二方向耦合器320向相位比较器340提供相移器330的一个输出抽样(即，相移调制信号)。相应地，相位比较器340产生一个输出信号，该输出信号正比于来自第一方向耦合器310的RF信号的抽样和来自第二方向耦合器320的相移调制信号之间的相差。响应于来自相位比较器340的输出信号，组合电路350基于来自相位控制器(如图2的270所示)的控制信号产生一个误差信号。环路滤波器和高电流控制器360滤波并放大该误差信号，产生一个去往相移器330的控制信号。结果，相移器330基于来自环路滤波器和高电流控制器360的控制信号产生相移调制信号。这样，相移器330提供该相移调制信号给该天线(即，第一天线280和第二天线290)，用于发送给移动台。

    在一个替换实施例中，图2中的240所示的混合耦合器可以是一个提供载波组合的四端口混合组合电路。例如，该四端口混合组合电路可以是(但不限于)一个90E四端口混合组合电路和一个180E四端口混合组合电路。参照图4，该四端口混合组合电路400通常包括第一端口410，第二端口420，第三端口430和第四端口440。第一和第二端口410、420可以可操作地耦合到发射单元，例如2中所示的发射单元220。第三和第四端口430、440可以分别可操作地耦合到图2所示的第一和第二通路242、244。

    回过来参照图4，四端口混合组合电路400的基本流程可以从第一和第二端口410、420接收两个输入信号(即，第一输入信号a₁和第二输入信号a₂)以产生一个复合信号开始，该复合信号然后被分为第一输出信号b₃和第二输出信号b₄(即，分别经第一和第二通路242、244的第一和第二信号)。第一和第二输出信号b₃和b₄是第一和第二输入信号a₁和a₂的线性组合。例如，第一输出信号b₃可以是半功率(即，除以二)的第一输入信号a₁和半功率并且相移90E的第二输入信号a₂的组合，第二输出信号b₄可以是半功率并且相移90E的第一输入信号a₁和半功率的第二输入信号a₂的组合。第三端口430经第一通路242提供第一信号(即第一输出信号b₃)给第一相移元件250，第四端口440经第二通路244提供第二信号(即第二输出信号b₄)给第二相移元件260。相应地，如上所述相移调制并发射第一和第二信号的每一个。特别地，第一信号由第一相移元件250相移调制，以产生半功率的第一相移调制信号，并且第二信号由第二相移元件260相移调制，以产生半功率的第二相移调制信号。第一和第二相移调制信号分别经图2所示的第一和第二天线280、290发射。第一和第二相移调制信号的载波在移动台重新组合，以恢复全功率的第一和第二输入信号a₁和a₂。

    根据本发明的优选实施例，并且参照图5，示出了用于在无线通信系统中提供相移发射分集的方法500。方法500在步骤510开始，在步骤510，一个基站根据第一控制信号相移调制第一信号，以产生第一相移调制信号，该第一相移调制信号包括第一相移。特别地第一相移可以是(但不限于)第一固定相移和在一个相位方向上操作的峰值偏移为180°的一个时变相移。例如，第一相移调制信号可以包括一个在上升相位方向上从0°到180°的时变相移。在步骤520，基站根据一个第二控制信号相移调制第二信号，以产生第二相移调制信号，该第二相移调制信号包括一个第二相移。第二相移不同于第一相移，以至于第二相移调制信号相对于第一相移调制信号是不同的。也就是，第二相移可以是(但不限于)第二固定相移和在一个相位方向上操作的峰值偏移为180°的第二时变相移。例如，第二相移调制信号可以包括一个在下降相位方向上从180°到0°的相移。在步骤530，基站经第一天线(即，主天线)发射第一相移调制信号。在步骤540，基站经一个第二天线(即，分集天线)发射第二相移调制信号。这样，基站使用第一和第二相移调制信号提供相移发射分集。

    可以对本发明进行许多改变和修改而不脱离其合理的范围和精神。上面讨论了一些改变的范围。其他范围由附加的权利要求将变得显而易见。