多模式无线通信链路 技术领域 本发明总体上涉及无线通信链路， 具体涉及用于在多个运行模式下运行无线链路 的方法和系统。
背景技术 为了提供对抗设备故障和不利信道条件 (condition) 的保护， 一些通信系统在 经冗余通信链路来发送和接收数据。例如， Ericcson LM(Kista， Sweden) 提供了被称为 MINI-LINK 的微波链路生产线， 其支持这种受保护配置。
美国专利 6,611,942， 其公开内容以参引方式纳入本文， 描述了一种对电信系统中 的码元 (cell) 传输进行保护的方法。在发送器侧， 两个完全相同的 (identical) 码元流被 发送到两个截然不同的 (distinct) 物理信道上。充当标记 -- 从而划定了码元块或码元块 组的边界 -- 的码元被有规律地插入发送器处的每个流中。在接收器侧， 这两个码元流被接 收， 并且来自具有较少发送错误的流的块或块组被选择。
美国专利 5,631,896， 其公开内容以参引方式纳入本文， 描述了无位丢失的路径切 换方法。工作路径上和保护路径上的相同数字线路信号被连续地独立地监测位错误。如果 有位错误出现在工作路径中， 而没有位错误出现在保护路径中， 则产生切换触发， 并在数据 块基础上执行从工作路径到保护路径的切换操作。只有正确的数据才能被传送到下游装 置。该方法使用一帧长度的、 在开头或顶部具有用于位错误校验的标识符的数据块。
其 他 通 信 系 统， 一 般 被 称 为 多 输 入 多 输 出 (MIMO) 系 统， 使用多个发送和接 收天线来同时进行发送和接收。一些 MIMO 技术被用于提供信号的空分复用。例如， 美 国 专 利 6,937,592， 其 公 开 内 容 以 参 引 方 式 纳 入 本 文， 描述了根据传输专用变量 (transmission-specific variables) 来从空分复用和非空分复用之中选取运行模式的无 线通信系统。在一个实施方案中， 用户单元 (subscriber unit) 包含与该用户单元和基站 (base transceivers tation) 通信的模式确定逻辑 (mode determination logic)。该模 式确定逻辑根据所接收的信号来确定应使用空分复用还是非空分复用来在基站和用户单 元之间发送用户数据流。
美 国 专 利 申 请 公 开 文 本 2007/0010209， 其 公 开 内 容 以 参 引 方 式 纳 入 本 文， 描 述了用在包含多个发射和接收天线的通信系统中的控制方法。当接收侧在多个接收段 (section) 中的任何接收段中检测到在正常状态和非正常状态之间的状态改变时， 该接收 侧算出一个等于或小于正常接收段数的数量， 并将算出的数量的信息发送到发射侧。该发 射侧据此匹配出待运行的发送段的数量。
其他通信系统从多个天线发送所发送信号的经相移的副本， 以产生双向的、 大增 益的发射。这些技术常被称为波束成形 (BF) 技术。
发明内容
本发明的实施方案提供了一种通信系统， 包含第一和第二发送器， 它们被连接(couple) 以经无线通信信道分别发送携带着第一和第二数据的第一和第二射频 (RF) 信 号， 以从一组运行模式中选择运行模式， 并在所选择的运行模式下运行， 其中， 这组运行模 式包含下列中的至少两个 ：
保护模式， 其中， 该第二发送器充当该第一发送器的备用品 ；
空分复用模式， 其中， 该第一数据不同于该第二数据， 并且该第一和第二发送器同 时进行发送 ； 和
波束成形模式， 其中， 该第一数据与该第二数据完全相同 (identical)， 该第二射 频信号包含该第一射频信号的经相移的副本， 并且该第一和第二发送器同时进行发送。
在一些实施方案中， 该系统包含至少一个控制器， 其被配置以评估该系统的条件， 根据估得的条件来从这组运行模式中选择运行模式， 并使该第一和第二发送器在所选择的 模式下运行。
在一个公开的实施方案中， 该系统进一步包含 ： 第一和第二接收器， 它们被连接以 接收该第一和第二射频信号， 并产生第一和第二所接收信号 ； 和输出模块， 其被所述至少一 个控制器控制， 并被连接以处理该第一和第二所接收信号， 以依照所选择的运行模式来解 码该第一和第二数据的至少一部分。 在一个实施方案中， 所述至少一个控制器被配置以， 当该系统在保护模式下运行 时， 使该输出模块从该第一和第二所接收信号之一解码该第一和第二数据的所述至少一部 分， 并且， 当该系统在空分复用和波束成形模式之一下运行时， 从该第一和第二所接收信号 联合地解码该第一和第二数据。
在另一个实施方案中， 当该系统在保护模式下运行时， 该第一接收器和该第二接 收器都被配置以接收该第一射频信号， 并且该第二接收器充当该第一接收器的备用品。在 又一个实施方案中， 当该系统在保护模式下运行时， 该第二接收器是停用的 (inactive)， 并 且所述至少一个控制器被配置以响应于该第一接收器中的故障来启用该第二接收器。 在另 外一个实施方案中， 当该系统在保护模式下运行时， 该第一接收器和该第二接收器都是启 用的， 并且该输出模块对来自该第一接收器的第一数据进行解码， 并且所述至少一个控制 器被配置以响应于该第一接收器中的故障来使该输出模块开始对来自该第二接收器的第 一数据进行解码。
在又一个实施方案中， 当该系统在波束成形模式下运行时， 该输出模块被连接， 以 独立于 (irrespective) 该第一和第二射频信号之间的相位偏移而联合地解码该第一和第 二数据。 在一个实施方案中， 该第一和第二发送器分别包括第一和第二发送天线， 它们相距 第一天线间距， 该第一和第二接收器分别包括第一和第二接收天线， 它们相距第二天线间 距， 并且该第一和第二天线间距中的至少一个被选择以使该第一和第二数据的联合解码对 该相位偏移不敏感。
在一个公开的实施方案中， 该输出模块被连接， 以在解码该第一和第二数据之前 将该第一和第二所接收信号分别乘以正交的第一和第二相位旋转信号。
在另一个实施方案中， 所述至少一个控制器包含用于控制该发送器的发送器控制 器以及用于控制该接收器和该输出模块的接收器控制器， 并且该发送器控制器和接收器控 制器被配置以彼此协调 (coordinate) 所选择的运行模式。在又一个实施方案中， 当该系统 在波束成形运行模式下运行时， 该接收器控制器被配置以对该第一和第二所接收信号执行
测量， 并且该发送器控制器被配置以响应于该测量来修改该第一和第二射频信号之间的相 位偏移。
在又一个实施方案中， 所述至少一个控制器包含用于控制该发送器的发送器控制 器以及用于控制该接收器和该输出模块的接收器控制器， 并且该接收器控制器被配置以独 立于该发送器控制器而选择运行模式。
在一些实施方案中， 所述至少一个控制器被配置以无数据丢失地在各运行模 式之间更替 (alternate)。在一个实施方案中， 所述条件依赖于从由下列参数组成的一 组参数中选择的至少一个参数 ： 所述发送器之一和所述接收器之一之间的信道的特征 (characteristic)、 所述接收器之一处的接收品质、 故障指示、 以及所述第一和第二数据之 一的特征。在另一个实施方案中， 所述条件依赖于从由下列参数组成的一组参数中选择的 至少一个参数 ： 所述发送器之一中的调制解调器参数、 所述接收器之一中的调制解调器参 数、 所接收信号之一的信噪比 (SNR)、 所述发送器之一和所述接收器之一之间的信道的色散 特征、 以及所述接收器之一中的误码率 (error rate)。 在一些实施方案中， 所述至少一个控 制器被配置以选择保护运行模式， 以使得能够在该系统上执行维护操作。
在一些实施方案中， 该第一和第二发送器被连接， 以分别使用彼此相位同步的第 一和第二本振 (L0) 信号来产生该第一和第二射频信号。在另外一个实施方案中， 该第一和 第二发送器被连接， 以分别使用彼此非相位同步的第一和第二本振 (LO) 信号来产生该第 一和第二射频信号。在一个实施方案中， 该第一和第二发送器分别在第一和第二频率发送 具有第一和第二相位的该第一和第二射频信号， 并且该第一和第二发送器之一被连接以跟 踪该第一和第二发送器之另一的频率和相位。 依照本发明的一个实施方案， 还提供了一种用于通信的方法， 包括 ：
分别由第一和第二发送器， 经无线通信信道发送携带着第一和第二数据的第一和 第二射频 (RF) 信号 ； 并且
从一组运行模式中选择运行模式， 并使该第一和第二发送器在所选择的运行模式 下运行，
其中， 这组运行模式包括下列中的至少两个 ：
保护模式， 其中该第二发送器充当该第一发送器的备用品 ；
空分复用模式， 其中该第一数据不同于该第二数据， 并且该第一和第二发送器同 时进行发送 ； 和
波束成形模式， 其中该第一数据与该第二数据完全相同， 该第二射频信号包含该 第一射频信号的经相移的副本， 并且该第一和第二发送器同时进行发送。
从下文结合附图对本发明实施方案的详细描述， 将更全面详细地理解本发明， 在 附图中 ：
附图说明 图 1 是依照本发明的一个实施方案、 示意性地图解了一个多模式无线通信链路的 方块图 ；
图 2-4 是依照本发明的一个实施方案、 示意性地图解了一个多模式无线通信链路 在不同运行模式下的运行的方块图 ；
图 5 是依照本发明的一个实施方案， 示意性地图解了一种运行多模式无线通信链 路的方法的流程图 ； 并且
图 6 是依照本发明的一个实施方案、 示出了一个无线通信链路的系统增益与天线 间距的函数关系的图表。 具体实施方式
总述
无线通信链路常在各种各样的、 可能随时间而变化的运行条件和性能要求下运 行。 例如变化的天气条件可以改变链路衰减， 设备故障可以影响链路性能和功能性， 并且该 链路可以被要求提供变化的吞吐量 (throughputs)。
在不同的条件和要求设置下， 可以优选不同的链路配置， 诸如空分复用、 波束成形 和备用保护。 例如， 空分复用配置的特征在于高吞吐量， 波束成形配置优选用于当链路衰减 大时提供高系统增益， 而保护配置可以用于提高可靠性。
然而， 由于链路条件和要求随时间而变化， 不能通过任何单一配置来实现最佳性 能。某个配置可以在特定情境中提供最佳性能， 但可能在其他情境中较差。
本发明的实施方案提供多模式通信链路， 它们自动改变运行模式， 以匹配当前的 条件和 / 或要求。在下文描述的一些实施方案中， 一个多模式通信链路包括多个发送器和 多个接收器。所述发送器和接收器可以被配置以在几个可能的运行模式 -- 诸如保护配置、 空分复用配置和波束成形配置 -- 之一下运行。
该 链 路 包 括 系 统 控 制 器， 其 评 估 (evaluate) 条 件， 并设置不同的链路成分 (component)， 以在所述运行模式之一下运行。 该条件可以基于各种参数， 诸如 ： 所述发送器 和所述接收器之间的不同信道的条件、 该接收器处的接收品质、 所述发送器和 / 或所述接 收器中的设备故障的指示、 以及意欲用于传输的信号的特征。该控制器可以针对给定的一 组条件和要求来应用不同的策略以选择适当的运行模式。这里描述了几个实施例。
这里描述的多模式通信链路适配 (adapt) 其结构以匹配当前的条件， 因此可以在 多种多样的随时间而变化的条件和要求下获得最佳性能。此外， 这里描述的方法使得能够 放松和缩减 (down-sizing) 所述链路规格 (specification) 中的一些， 这可以可观地降低 成本、 尺寸和能耗。 自动多模式运行从逻辑观点看也是有利的， 它使得单一类型的系统能够 被用在各种各样的装备和环境中， 而不需要场所专用的 (site-specific) 优化。
系统描述
图 1 是依照本发明的实施方案、 示意性地图解了多模式无线通信链路 20 的方块 图。链路 20 包括双 (dual) 发送器 (TX)24， 其与双接收器 (RX)28 经无线信道进行通信。链 路 20 可以包括微波或毫米波链路， 或者任何其他合适类型的无线通信链路。
双发送器 24 包括输入模块， 其接受输入数据并产生两个数据流， 它们被表示为 DATA 1 和 DATA 2。 该双发送器包括发送器 36A 和 36B， 它们分别处理数据流 DATA 1 和 DATA 2， 以产生射频 (RF) 信号。所述射频信号分别经发送天线 40A 和 40B 被发送。
通常， 这两个发送器每个都使用合适的纠错码 (ECC) 来对其各自的数据流进行编 码， 使用合适的调制方案对已编码的数据进行调制， 把已调制的数字信号转换成模拟基带 信号， 把该基带信号上变频到射频， 放大该射频信号并经发送天线发送它。 所述发送器常执行额外的功能， 诸如数字和 / 或模拟滤波、 功率控制和其他功能。双发送器 24 进一步包括 TX 控制器 44， 其配置及控制不同的发送器元件， 特别是模块 32 以及发送器 36A 和 36B。
由双发送器 24 发送的射频信号被双接收器 28 接收。该双接收器包括接收天线 48A 和 48B， 它们接收从发送天线 40A 和 40B 发送的信号。注意， 发送天线和接收天线之间 的对应 (correspondence) 不是固定的， 从而某个接收天线不必然接收来自任何单个发送 天线的信号。如将在下面详细描述的， 在链路 20 的一些运行模式下， 每个接收天线都可以 接收由这两个发送天线发送的信号， 但是在其他模式下， 每个接收天线仅接收由所述发送 天线之一发送的信号。
在链路 20 的一个典型布置 (deployment) 中， 所述发送天线和接收天线是定向的 (directional)， 即具有定向的波束图样 (beam pattern)， 该波束图样的主波瓣朝向该链路 的对侧 (opposite side)。该链路几何结构被通常地设置以使得这两个接收天线被这两个 发送天线的主波瓣覆盖， 反之亦然。
在一些实施方案中， 发送器 36A 和 36B 在不同的频率被发送。附加地或替代地， 发 送天线 40A 和 40B 可以以不同的极化 (polarization) 被发送。进一步附加地或替代地， 所 述发送天线和 / 或所述接收天线可以被安装为相对于彼此具有特定偏移， 以提供空间差异 (diversity)。 由天线 48A 和 48B 接收的射频信号分别被接收器 52A 和 52B 处理。每个接收器通 常将该射频信号下变频到基带， 然后将该基带信号转换成数字取样流 (stream of digital samples)。由接收器 52A 和 52B 产生的这两个取样流被提供给输出模块 56。该输出模块处 理该取样流， 并重构由这两个所接收的信号携带的数据。该双接收器进一步包括 RX 控制器 60， 其配置及控制不同的接收器元件， 特别是模块 56 以及接收器 52A 和 52B。
TX 控制器 44 和 / 或 RX 控制器 60 在链路 20 中执行多模式运行方法。可以按需要 以不同的方式在这两个控制器之间划分不同的功能。因而， 该 TX 和 RX 控制器被集体地视 为一个系统控制器， 其执行这里描述的方法。该 TX 和 RX 控制器可以交换数据、 协调运行模 式改变、 或者相互通信。该 TX 控制器可以使用发送器 36A 和 / 或 36B 将数据发送给该 RX 控制器。在一些实施方案中， 链路 20 包括反向信道 64， 使用该反向信道， 该 RX 控制器可以 发送数据给该 TX 控制器。通常， 控制器 44 和 60 包括通用处理器， 其被编程到软件中以执 行这里描述的功能。该软件可以以电子形式 -- 诸如经链路 20-- 下载到该处理器， 或者可 以在有形媒介 (tangible media) 上供应至该处理器。
每个发送器和接收器通常都包括 ： 模拟段 (section)， 其执行模拟处理功能 ； 和调 制解调器， 其执行该发送器或接收器的数字处理功能。所述模拟段可以被， 例如， 使用射频 集成电路 (RFIC)、 分立部件或者其结合来实施。 所述调制解调器可以以硬件 -- 诸如使用专 用集成电路 (ASIC) 或现场可编程门阵列 (FPGA)-- 来实施、 使用软件来实施、 或者使用软件 和硬件元件的结合来实施。
尽管这里描述的实施方案主要讨论了两发送器和两接收器配置， 但这些配置仅是 为了概念上的清晰起见而选择的。在另外的实施方案中， 链路 20 可以包括任何数量的发送 器和 / 或接收器。
多模式链路运行
本发明的实施方案提供了用于在三种不同运行模式 -- 即保护模式、 空分复用模
式和波束成形模式 -- 下运行链路 20 的多个发送器和接收器的方法和系统。每个模式在特 定的情境下提供特定的性能优势。这里描述的方法根据各种条件在这三种方法 -- 或这些 方法的子集 -- 之间更替。下文的描述首先描述每个模式。下面进一步描述可以被用来触 发模式改变的几个条件和事件。
图 2 至 4 是依照本发明的实施方案、 示意性地图解了链路 20 在不同运行模式下的 配置和运行的方块图。图 2 示出了保护模式， 图 3 示出了空分复用模式， 图 4 示出了波束成 形模式。注意， 图 2 至 4 讨论了图 1 所示的多模式链路的不同模式， 这些模式的不同之处在 于 TX 和 RX 控制器对输入模块、 发送器、 接收器和输出模块进行控制和配置方式。
图 2 示出了链路 20 的保护模式。在这个模式下， 发送器 36A 充当首要 (primary) 发送器， 而发送器 36B 充当备用品。在该双接收器中， 接收器 52A 充当首要接收器， 而接收 器 52B 充当备用品。默认地， 备用链路 ( 即， 包括备用发送器和接收器的链路 ) 是停用的， 从而不被用来传送数据。当首要链路 ( 即， 包括首要发送器和接收器的链路 ) 出现故障时， 该 TX 和 RX 控制器就停用该首要发送器和接收器， 并启用该备用发送器和接收器。该首要 链路出现故障的原因可以是， 例如， 该首要发送器中或该首要接收器中出现故障， 或者该首 要链路的信道条件变得不可接受。 注意， 所述发送器和接收器通常会更替启用和备用角色。 例如， 在首要链路出现故 障之后， 原先作为备用链路的链路就变成首要链路。如果这个链路出现故障 ( 并且假设另 一个链路已修好 )， 则它将被原先的首要链路 -- 其当前充当备用链路 -- 替代。
在一些实施方案中， 当在保护模式下运行时， TX 控制器 44 将输入模块 32 配置为以 把输入数据引导至首要发送器， 启用该首要发送器， 并停用备用发送器。RX 控制器 60 将输 出模块 56 配置为以从首要接收器提取输出数据， 启用该首要接收器， 并停用备用接收器。 在一些实施方案中， 该首要发送器和这两个接收器是启用的。这两个接收器接收由该首要 发送器发送的信号， 从而以无损方式保护彼此对抗故障。 如果该首要发送器出现故障， 则该 TX 控制器启用该备用发送器以替换该首要发送器。
( 尽管没有直接涉及保护， 但所述发送器之一和 / 或所述接收器之一可以因其 他原因而被停用， 诸如在该链路的初始获取和建立 -- 其可以由单个发送器 - 接收器对执 行 -- 期间， 或者在维护 -- 诸如修理或升级 -- 期间。)
运行受保护通信链路的一些附加方面被描述在 2006 年 12 月 5 日提交的题为 “Data Rate Coordination in Protected Variable-Rate Links”的 美 国 专 利 申 请 第 11/634， 781 号中， 以及在 2007 年 8 月 13 日提交的题为 “Protected Communication Link wi th Improved Protection Indication” 的美国专利申请第 11/891， 754 号中， 它们的公 开内容以参引方式纳入本文。
图 3 示出了链路 20 的空分复用模式的运行。在这个运行模式下， 发送器 36A 和 36B 都是启用的， 并发送不同的数据。输入模块 32 接受输入数据， 并将它拆分 -- 诸如使用 解复用器 68-- 成两个数据流 DATA 1 和 DATA 2， DATA 1 ≠ DATA 2。因而， 由发送器 36A 和 36B 发送的射频信号通常是不同且不相关的。这两个射频信号可以在不同的频率和 / 或以 不同的极化被发送。
在该双接收器中， 接收器 52A 和 52B 在这个模式下都是启用的。如上面所解释的， 由于该链路的几何结构， 所述接收天线每个都接收由这两个发送天线 40A 和 40B 发送的这
两个射频信号。因而， 接收器 52A 和 52B 每个都处理携带着 DATA 1 和 DATA 2 的两个信号 的成分。然而， 所述信号成分不是完全相同的， 因为它们经过了不同的无线信道。
输出模块 56 接受来自接收器 52A 和 52B 的所接收信号， 并执行对 DATA 1 和 DATA 2 的联合检测。为了这个目的可以使用任何合适的联合检测方法。例如， 该输出模块可以 应用最大比合并 (Maximum Ratio Combining)(MRC)。替代地， 该系统可以使用空时格码 (Space-Time Trellis Code)(STTC)。STTC 被描述， 例如， 由 Tarokh 等人， 在 “Space-Time Codes for High Data Rate Wireless Communicat ion ： Performance Analysis and Code Construction” ， IEEE Transactions on Informat ion Theory， (44 ∶ 2)， March， 1998， pages 744-765 中， 其以参引方式纳入本文。
进一步替代地， 可以使用空时块码 (Space-Time Block Code)(STBC)。STBC 被 描 述， 例 如， 由 Alamouti， 在 “A Simple TransmitDiversity Technique for Wireless Communication” ， IEEE Journalon Select Areas in Communications， volume 16， number 8， October， 1998， pages 1451-1458 中， 其以参引方式纳入本文。替代地， 模块 56 可以使用 任何其他合适的联合检测方法。模块 56 从 DATA 1 和 DATA2 重构原始输入数据， 并将该数 据序列提供为输出。 图 4 示出了链路 20 的波束成形模式的运行。在这个模式下， 这两个发送器发送相 同的数据。由这两个发送天线发送的这两个射频信号互为经相移的副本， 并且这两个信号 之间的相对相位被选择以形成朝向接收器 28 的定向波束。
这两个射频信号之间的受控相移通常是通过将一个发送器的本振 (LO) 锁定到另 一个发送器的本振来获得。替代地， 发送器 36A 和 36B 的本振被锁定到公共参考时钟。进 一步替代地， 这两个发送器中的本振可以被从不同的参考时钟得出， 在此情况下所述发送 器之一使用校正环路 (correction loop) 来跟踪及校正其频率， 以匹配另一个发送器的频 率和相位。该校正环路通常是数字的， 尽管模拟实施也是可行的。
该双接收器可以使用不同的配置来接收该定向信号。在一些实施方案中， 该接收 器启用这两个接收器 52A 和 52B， 并且输出模块 56 对这两个所接收取样序列执行联合检测。 例如， 该输出模块可以执行最大比合并 (MRC)， 如在本领域中已知的。
不同运行模式的特征
上述三个运行模式具有不同的特征、 优势和局限， 并且可以在不同的情境下提供 性能优势。 例如， 空分复用模式可以优选用于提供高吞吐量， 因为这两个链路平行地发送不 同的数据。另一方面， 波束成形模式提供了优良的链路预算 (budget)， 并且在不利的信道 条件下 -- 诸如在下雨期间 -- 是优选的。当稳定性是主要考量时， 保护模式自然是优选的。 保护模式也可以用于提高该链路的可靠性 ( 例如， 故障间平均时间 --MTBF)， 因为在任何给 定时刻仅有一个发送器是启用的。
该系统控制器 ( 即， TX 控制器 44 和 / 或 RX 控制器 60) 评估特定的条件， 并基于此 条件来选择链路 20 的适当的运行模式。根据不同的条件， 该控制器可以使用不同的标准、 逻辑或原则来在不同的模式之间更替。该条件可以基于诸如以下的参数 ： 所述发送器和所 述接收器之间的不同无线通信信道的条件 ； 所述接收器处的接收品质 ； 所述发送器和 / 或 接收器中的设备故障的指示 ； 意欲用于传输的数据的特征 ( 例如， 所需的吞吐量 ) ； 和/或 任何其他合适的参数。
该条件也可以依赖于诸如以下的因素 ： 所述发送器或接收器之一中的调制器参 数； 所述接收器之一或二者中的信噪比 (SNR) ； 所述发送器和接收器之间的信道的、 被所述 接收器之一或二者测量的色散特征 ； 以及由所述接收器之一或二者测量或估计的误码率。
例如， 该控制器可以默认在保护模式下运行该链路， 以使得该链路能够对设备故 障作出反应并延长 MTBF。当信道条件落至某阈值以下时 ( 例如， 在大雨中 )， 该控制器可以 将该链路切换到在光束成形模式下运行。 在这个模式下， 该链路对故障的复原力较弱 (1ess resilient)， 但即使在信道衰减大时仍能够维持通信。 当信道条件改善时， 该控制器可以将 该链路切换回到保护模式。
作为另一个实施例， 该链路可以初始地在保护模式下运行。当发送器 24 需要发送 极高的通信量时， 该控制器可以切换到空分复用模式， 从而获得额外的吞吐量。 当所需的吞 吐量回到正常时， 该控制器可以切换回到保护模式。
作为又一个实施例， 该控制器可以初始地在空分复用模式下运行该链路， 以提供 高的标称吞吐量。当出现设备故障时， 该控制器切换到保护模式。从而该链路在设备故障 中继续运行， 但是以较低的吞吐量。
附加地或替代地， 该控制器可以基于估得的条件， 应用任何其他合适的条件以及 任何其他合适的逻辑或标准， 来选择适当的运行模式。 该控制器可以评估多个条件， 诸如用 于变换到不同的模式以及 / 或者从不同的模式变换回来的不同条件。特别的， 所述条件可 以定义滞后特征 (hysteresis feature)， 其中用于从一个模式变换到另一个模式的条件不 同于用于以相反方向变换的条件。
链路 20 的多模式运行使得该链路能够在多种多样的变化的条件和要求下提供 最佳性能。此外， 该多模式能力使得能够缩减 (doWnnsize) 链路规格， 这可观地降低了成 本、 尺寸和功耗。例如， 微波链路通常被设计成满足规定的最大断供概率 (maximum outage probability)。断供期通常由雨引起。由于链路 20 可以在波束成形模式下运行， 该链路可 以被设计成满足在此模式下所需的性能水平， 这可以使得发送器功率能够有多达 9dB 的减 小。 当条件好时， 该链路可以在保护模式下或空分复用模式下运行， 从而提供增强的可靠性 和 / 或吞吐量。
在一些实施方案中， 该 TX 和 RX 控制器协调从一个运行模式到另一个运行模式的 变换， 使得该变换是无损的 (hitless)， 即在该变换中没有数据丢失。 例如， 数据可以在帧中 发送， 所述帧是编号的 (numbered)， 或者是由该 TX 和 RX 控制器可识别的。 当发起模式改变 时， 该 TX 和 RX 控制器协调某个待发生改变的帧， 并在该发送器和该接收器二者中在该期望 的帧中执行变换。在另一些实施方案中， 可以在没有该 TX 和 RX 控制器之间的协调的情况 下执行无损运行。
在一些实施方案中， 模式改变可以仅在接收器 28 处执行， 而发送器 24 不知道当前 选择的模式。在这些实施方案中， 不需要使用反向信道 64-- 如果存在 -- 来协调模式改变。 例如， 这两个发送器可以发送相同的数据， 并且这两个接收器可以在波束成形模式和保护 模式之间更替而不牵涉所述发送器。
图 5 是依照本发明的一个实施方案、 示意性地图解了一种用于运行多模式无线通 信链路的方法的流程图。该方法开始于， 在工作步骤 70， 链路 20 在所述运行模式之一下运 行。在条件评估步骤 74， 该系统控制器评估一个或多个预定的模式改变条件。在检查步骤78， 基于估得的条件， 控制器检查是否改变该链路的运行模式。
在模式改变步骤 82， 如果估得的条件指示应执行模式改变， 则该控制器据此改变 模式。然后该方法循环回到上面的步骤 70， 从而链路 20 开始在新选择的运行模式下运行。
否则， 即， 如果该控制器在步骤 78 判定当前的运行模式有待维持， 则该方法跳过 步骤 82 而循环回到上面的步骤 70， 从而该链路在不改变其运行模式的情况下继续运行。
波束成形模式下的相位偏移协调
当在波束成形模式下运行时， 系统增益 ( 即， 与使用单个天线相比的链路预算改 善 ) 依赖于几个链路参数， 诸如通信范围 ( 发送器和接收器之间的距离 )、 链路频率、 这两个 发送天线之间的距离、 以及这两个接收天线之间的距离。
图 6 是依照本发明的一个实施方案、 示出了当链路 20 在波束成形模式下运行时该 链路的系统增益与天线间距的函数关系的图表。在本实施例中， 链路频率是 23GHz， 通信范 围是 5000m。 为了简化起见， 假设发送天线间距和接收天线间距是相同的。 在另外的实施方 案中， 发送器和和接收器可以具有不同的天线间距。
曲线 86 示出了系统增益 -- 其相对于由单个天线提供的链路增益以 dB 为单 位 -- 与天线间距的函数关系。该系统增益在 6dB 和 9dB 之间变化。为了实现 9dB 的最大 系统增益， 需要控制从天线 40A 和 40B 发送的射频信号之间的相位偏移， 以使所产生的定向 波束精确地朝向所述接收天线之一。该相位偏移可以由一个闭环确定， 该闭环测量该接收 器处的所接收信号， 并据此适配该发送器处的相位偏移。这个闭环通常使用反向信道以将 测量结果和 / 或校正反馈到该发送器。在此配置中， 发送器 36A 和 36B 的本振 (L0) 通常是 相位彼此锁定的， 诸如通过从单个参考时钟得出这两个本振。
在另外的一个实施方案中， 该链路可以被配置以实现 6dB 的低系统增益， 但是这 样的配置不要求相位偏移协调或者其他从接收器到发送器的反馈。在这些实施方案中， 所 述链路参数被设置以产生 6dB 的最小系统增益 ( 在图 6 的实施例中， 在大约 5.7m 的天线间 距下 )。在此设置下， 该系统对所述发送天线之间的相位偏移不敏感 ； 因此， 这两个发送器 的本振不需要必然彼此相位同步。时间和频率同步仍被执行。
在一些实施方案中， 当使用非相位同步的本振时， 该双接收器可以， 通过将这两个 接收器的输出处的取样序列分别乘以正交的相位旋转信号， 来补偿所述本振之间的相位偏 移。例如， 该输出模块可以将一个接收器 ( 例如接收器 52A) 的输出处的取样序列乘以因子 Sin(θn)， 而将另一个接收器 ( 例如接收器 52B) 的输出处的取样序列乘以因子 Cos(θn)。 θn 表示从一个取样到下一个取样的相位增量， 其可以在该双接收器处由锁相环 (PLL) 产 生。然后可以使用最大比合并 (MRC) 对这两个经相位调整的信号进行联合解码。
另一个不要求从接收器到发送器的反馈的传输方案在上文引用的 Alamouti 的文 章中被描述。在 Alamouti 描述的方法中， 这两个发送器在某个时间间隔内分别发送被表示 为 S0 和 S1 的信号。在接下来的时间间隔内， 所述发送器分别发送信号 -S1* 和 1*， 其中算子 * 0 表示复共轭 (complex connjugation)。这两个接收器在这两个时间间隔内使用最大似 然解码 (maximum-likelihood decoding) 从所接收到的信号重构 S0 和 S1。链路 20 在空分 复用运行模式下可以使用类似的方案。
尽管这里描述的实施方案主要讨论了无线信道的多模式运行， 但本发明的原理也 可以用于其它通信系统中的多模式运行， 诸如 ： 同步光网络 (S0NET) 同步数字体系 (SDH) 保护的光纤链路， 以及准同步数字体系 (PDH) 保护的电线 (wireline) 链路。
因而应理解， 上述实施方案作为实施例被引用， 而本发明不限于上文已经具体示 出和描述的。 而是， 本发明的范围包含上述各种特征的组合和子组合， 以及本领域技术人员 在阅读前文描述之后能想到的、 现有技术中未公开的变体和改型。