无线电通信系统的制作方法

专利名称：无线电通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线电通信系统，其含有一条在第一和第二终端之间包括多条路径的通信信道，每个终端包括多个天线。本发明还涉及一种使用在这种系统中的终端和一种操作这种系统的方法。
很熟知，通过在接收机处使用多个天线能够减轻由多径传播引起的上述问题，它使得一些或全部多径能够被解决。为了有效分集，需要单个天线接收的信号具有一个低互相关。通常，通过把天线分开为波长的一个真分数来确保之，虽然通过利用在我们的共同悬而未决的未公开国际专利申请PCT/EP01/02750(申请人的标记PHGB000033)中所公开的技术也可以使用接近地分集式天线。通过保证基本上不相关的信号的使用，在任何给定时刻在一个以上的天线处出现破坏性干扰的可能性被最小化。
也可以通过在发射机处多个天线的使用(发射分集)来获得类似的改善。分集技术可以被概括为在发射机和接收机处使用多个天线，即通常所说的多输入多输出(MIMO)系统，它通过一个片面分集设备可以进一步增加系统增益。随着进一步的发展，多个天线的存在实现了空间复用，因此发射的数据流被分裂为多个子流，其每一个都通过许多不同的路径被发送。这种系统的一个示例在美国专利6,067,290中被描述，另一示例，通常所说的BLAST系统，在P W Wolniansicy等人在1998年9月29日到10月2日意大利比萨的1998 URSI国际信号、系统和电子学讨论会的出版文件中的论文”V-BLASTanarchitecture for realising very high data rates over therich-scattering wireless channel”(V-BLAST在多散射无线信道上实现很高数据速率的结构)中被描述。
通常，在一个MIMO系统中，原始数据流被分裂为J个子流，其每一个都通过具有nT＝J个单元的一个阵列的不同天线被发射。具有nR≥J个单元的一个类似阵列被用来接收信号，所述阵列的每一天线接收J个子流的不同叠加。使用这些差值，加上信道转送矩阵H的信息，子流能够被分开并被再合并来产生原始数据流。在这种系统的一种变形中，在公开的欧洲专利申请EP-A2-0,905,920中被公开，子流在发射之前被转换如此以致在通过信道传播之后另一转换恢复该原始子流。可是，这种系统需要在发射机和接收机两边都知道转送矩阵H的信息，因为所应用的转换是以那个矩阵的唯一值分解为基础的。
从一个MIMO系统中可以得到的性能增益可用来增加具有一个给定差错率的总数据速率，或者可用来降低一个给定数据速率的差错率，或者这两者的某些组合。一个MIMO系统还可以被控制来降低一个给定数据速率和差错率的总发射能量或功率。
理论上，通信信道的容量随发射机或接收机上天线数量的减少而线性增加。可是，在2000年4月9-14日瑞士Davos″天线和传播ESA千年会议″的出版文件中A G Burr的文件”Channel CapacityEvaluation of Multi-Element Antenna Systems using a SpatialChannel Model”(使用空间信道模型的多振子天线系统的信道容量估计)中的仿真结果说明实际上，通信信道的容量受到放置于该环境中的散射源数量的限制。
一种查看MIMO系统的更有用方法是信道容量受到在发射机和接收机之间由该环境中散射源引起的统计上的独立路径数量所限制。因此，在一个给定环境中，在天线阵中在发射机或接收机处具有比由它们的特定位置所引起的独立路径数目更多单元并没有什么优势。目前建议的MIMO系统在发射机和接收机处使用固定数目的天线以及因此的固定数目的子流，如果独立路径的数目低于子流数量，则子流变得无效率。另外，如上所述，已知的MIMO系统依赖于充分远离地放置天线以便达到基本上不相关的信号。
根据本发明的第一方面，这里提供一种无线电通信系统，具有一条在第一和第二终端之间包括多条路径的通信信道，每个终端具有多个天线，其中，第一终端包括接收装置，接收装置具有用于确定信号从第二终端到达的多个方向的方向确定装置，用于从所述多个方向的一些或全部中接收多个分离信号的装置，用于从接收信号中提取多个子流的装置和用于组合多个子流以便提供一个输出数据流的装置；和第一终端还包括发射装置，发射装置具有用于把发射信号分开成为多个子流的装置和用于把每个子流发射到由接收装置确定的多个方向的分别的一个中的发射装置。
与每个终端具有单个天线的传统系统相比，不需要总发射功率的任何增加，本发明通过允许不同数目的发射子流来改善灵活性，并且通过考虑多径信号的角向分布来改善效率和通过量。
可以通过测量角度功率谱以及确定最强信号到达的方向来确定信号到达方向。对于发射，可以用同一功率和比特率发射每个子流，或者取决于诸如信号噪音比之类的一些质量参数，子流的个体功率和/或比特率可以不同。对于来自终端的一个给定辐射功率，这可以导致系统容量的进一步改善。这里不需要从中接收信号的那些方向的数目与其中发射信号的那些方向的数目相同。
在每个终端处的多个天线可以是任何适当的类型，方向性的或者全向的辐射模式，这取决于应用。对于一个终端上的所有天线，不需要是同一类型或具有同一辐射模式，也不需要终端具有相同数目的天线。
根据本发明的第二方面，这里提供一种使用在无线电通信系统中的终端，所述无线电通信系统具有一条在所述终端和另一终端之间包括多条路径的通信信道，其中，提供接收装置，接收装置具有用于确定信号从另外一个终端中到达的多个方向的方向确定装置，并且提供发射装置，发射装置具有用于把发射信号分开成为多个子流的装置，和用于把每个子流发射到由接收装置确定的多个方向的分别的一个中的发射装置。
根据本发明，一个终端既可以操作为一个发射机又可以操作为一个接收机。可替代地，根据本发明，一个终端可以操作为一个发射机同时使用一个传统接收机。这种终端还需要接收装置，其能够确定接收信号方向以使它能够确定哪一方向来发射信号。
根据本发明的第三方面，这里提供一种使用在无线电通信系统中的终端，所述无线电通信系统具有一条在所述终端和另一终端之间包括多条路径的通信信道，其中，提供有接收装置，接收装置具有用于确定信号从另外一个终端到达的多个方向的方向确定装置，用于从所述多个方向的一些或全部中接收多个分别信号的装置，用于从接收信号中提取多个子流的装置和用于组合多个子流以便提供一个输出数据流的装置。
本发明也可以被操作为单独的一个接收机。
根据本发明的第四方面，这里提供操作一种无线电通信系统的方法，所述无线电通信系统具有一条在第一和第二终端之间包括多条路径的通信信道，每个终端具有多个天线，该方法包括第一终端确定信号从第二终端到达的多个方向，从多个方向的一些或全部中接收信号，从接收信号中提取多个子流并且组合多个子流以便提供一个输出数据流，该方法还包括第一终端把发射信号分开成为多个子流，并且把每个子流发射到多个确定方向的分别的一个中。
本发明是以现有技术中不存在的如下认可为基础的即，通过确定从一个特定终端中收到的最强信号来自哪一方向以及通过在这些方向上把信号发射到那个终端，增加的频谱效率被获得，因为在发射中浪费了更少的功率。
在附图中，相同的或类似的参考数字已被用来指示相应的特征。
最佳实施方式

图1说明了一个已知MIMO无线电系统。多个应用102(AP1到AP4)产生发射数据流。应用102还可以产生多个数据流。数据流被多路复用器(MX)104合并成为单个数据流，其被提供给发射机(Tx)106。发射机106把数据流分开成为子流并且把每个子流映射到多个发射天线108的一个或多个。
适当的编码，通常包括前向纠错(FEC)，可以在多路复用之前被发射机106应用。这被认为是垂直编码，并且具有这样的优点即，编码被应用在所有子流上。可是，问题可能出现在提取子流中，因为需要联合解码并且个别地提取每个子流是困难的。作为一种替换，每个子流可以被分别编码，一种称为水平编码的技术，它可以简化接收机操作。这些技术例如2000年11月27日到12月1日在旧金山的”IEEE Globecom 2000会议事项”中X LI等人的文件”Effects ofIterative Detection and DecodIng on the Performance of BLAST”(BLAST性能的迭代检测和解码效果)中被讨论。
如果使用垂直编码，则该前向纠错(FEC)必须有足够的差错校正能力来应付包括多径110的整个MIMO信道。为了说明简单，只有天线108之间的直接路径110被说明，但是应该理解，路径组通常将包括信号被一个或多个散射源反射的间接路径。
还装备有多个天线108的接收机(Rx)112，接收来自多径的信号，随后将那些信号组合、解码并去复用从而提供分别的数据流给每个应用。虽然发射机106和接收机112被示出为具有相同的天线数量，但是实际上不需要这样并且天线数目可以根据空间和容量限制而被优化。同样地，发射机106可以支持许多应用(例如，在仅仅话音的移动电话上的单一应用或者在PDA上的大量应用)。
任何’并行’型通信系统的主要原理是找到用以传送的多个方式，并可以在接收机处以某种方式加以区别。例如在OFDM系统中，其实，不同的子流以不同的载波频率被发送，其间距如此以致它们是正交的并且可以在接收机处被区分。类似地，在BLAST系统中，在一个很散射的环境中，通过使发射天线彼此间距一个λ/2的最小间距，则被单个天线接收的信号由每个子流的线性和组成，每个子流的相位和幅度是独立的。可是，如果没有更多信息，则子流无法从单个天线中被区分----问题与解J未知数(子流)的联立方程是类似的，对于之，需要至少J不相关的或独立的方程式来明白地区分J未知数。在BLAST系统中，这通过具有nR(≥J)个天线来获得，每个天线与其他天线相隔一个λ/2的最小间距。此最小间距确保来自每个接收机天线中的nR信号提供J个未知子流的nR个独立线性组合--nR个组合是所需要的联立方程。方程式的系数是nT发射机天线和nR接收机天线之间的复合信道转送系数，由转送矩阵H(在下面被讨论)来描述。
发射或接收不相关波形的一种替换方式是使用角度间距，一种在许多当前分集接收系统中被利用的技术(即角分集)。从不同方向中到达(或者发送到不同方向)的多径信号通常经历不同的散射源并因此每个经历不同的衰减和时延(即，一个不同的复合信道转送系数)。因此与BLAST系统相似，通过把子流发射到不同的角度或方向，在接收机处可能会形成不相关的信号。
根据本发明构造的一个系统提供一个替换无线收发信机结构到诸如BLAST之类的已知系统中，本发明的基础是K个分开子流到K个不同方向的发射以及来自J个不同方向中的多径信号的接收。在每个情况中，选择的方向将取决于具有最大功率或信噪比(SNR)的多径信号被接收的方向，正如从角度功率谱A(Ω)的测量中所确定的。例如在USAPhoenix 1997年5月4-7日IEEE车辆技术会议的1997出版文件第1415-19中的Q Spencer等人的文件”Astatistical model forangleof arrival In indoor multipath propagation”(室内多径传播中到达角的统计模型)中被报告，实验的测量和仿真建议多径信号以有关均一随机方位角度的组或者群集的方式到达。因此，选择的方向将符合这些群集的到达角是可能的。然而，倘若足够高分辨率的一个阵列被使用，未阻止本发明使用一个群集内的个体路径。虽然本发明描述一种收发信机结构，但是发射机部分或接收机部分可以与诸如另一接收机或发射机设计之类的一起被独立地使用。这是因为在发射机或接收机处，呼出或呼入信号可以作为不同方向(角度域)上传播的平面波或者作为空间(BLAST中的空间域)中的一个干扰模型被对待。
根据本发明的结构的主要优点是通过测量呼入多径信号的角度功率谱可确定显著的散射源存在的方向。因此，通过在接收机112处聚束到多径信号到达的方向中，则接收机功率被更有效地使用。随后，通过发射到那些方向中，在该环境中的可能散射源进行充分利用，从而获得一个增加的频谱效率，因为更多的发射功率被接收机112接收。这对于工作在较高频率的无线系统日益重要，在此，平均起来更强的衰减减少了接收机处的有用多径成分的数目。
作为发射机，另外一个好处是与EP-A2-0,905,920中公开的系统不同，不需要转送矩阵H的信息，只是需要角度功率谱A(Ω)。
图2是说明根据本发明构造的时分复用系统的收发信机的操作流程图。收发信机操作被描述形成单个收发信机一部分的一个发射机106和接收机112的一个循环，在该图右边的步骤涉及接收机112而在左边那些涉及发射机106。
接收机112的第一个操作是在步骤202处测量A(Ω)，呼入多径信号的角频谱。接下来，在步骤204，角频谱被处理以便查找Ωj，它是A(Ω)中最强功率的开头J个峰值的方向。在步骤206，聚束技术然后被使用在选择的方向Ωj中以便获得J个分别的接收信号rj。在步骤208，转送矩阵H的单元被确定，在此，hjk是第k个发射方向和第j接收方向之间的复合信道转送系数。最后，对于接收机112，在步骤210，标准多用户检测技术被用来提取K个发射子流，在此，Sk是第k个子流。
在发射机106中，在步骤212，第一个操作是把传入数据去复用成为J个较低速率数据流，在此之后，在步骤214，所产生的J个子流的每一个在它的各自的方向Ωj上被发射。收发信机在步骤202然后返回到接收机模式，适应于在可能已经发生的多径中的任何改变。
图2中每个步骤的精确实施相对于本发明不是特别重要，因为这里有一个适当的已知技术的范围。这些示例在下面被描述。实际上，对于一个完整的数据猝发，流程图的每个循环都发生。因此，假定被测量的角频谱A(Ω)和转送矩阵H对于整个猝发是有效的并且至少A(Ω)对于要被发射的下一猝发是有效的。
现在将描述作为分开的发射机和接收机部分的本发明实施例，首先考虑发射机部分，因为它通常比接收机更直接。此说明包括一个接收和发射周期，即，一帧或比特猝发的接收(包括处理/解码)以及随后的发射。
比特帧的假定包括’有效载荷’数据以及协议与训练序列的任何额外开销一起。为了有效的适配处理，对于由发射机、接收机或散射器的移动所引起的信道中的改变，帧持续时间应该足够短到在帧持续时间期间可忽略。另一重要的设想是信道是窄带，即信道的延迟扩展比比特或码元持续时间更小些，以使信道脉冲响应(GIR)本质上是一个脉冲或Δ函数。这就是表示信道系数hjk而不是CIR的原因。然而，例如如果均等被使用在从规定方向中收到的每个抽样上时，本发明可以被应用到宽带信道。
图3是一个发射机106的块示意图。呼入数据S(t)被一个去复用器302分离成为J个子流sj(t)(1≤j≤J)，在此，J≤M且M是天线108的数目。子流数目可以不同，这取决于无线信道特性或者其它要求。作为选择，对于每一子流，比特率Bj或发射的SNRγtrans，j可以不同，以使得对于一个给定中断概率把整个发射比特率最大化。这种技术被认为是”water filling”(水填充)并且例如在RobertGallager，Wiley的Information Theory and ReliableCommunication(信息论和可靠通信)第343页到354页中被描述。
J个子流被馈送到多个射束加权矩阵304中。这就把一组复数加权wmj应用到J个输入子流Sj中以便产生M个输出子流Sm，根据下列方程式 它还可以被写为S＝Ws。把复数加权矩阵W应用到信号s的向量上的结果是信号S向量，其第m个单元是被应用到该阵列的第m个天线108上的信号。本质上，加权矩阵304是J个子流中每一个的聚束。每个子流都有它自己通过天线阵的加权组，因此即使所有子流的加权结果在天线阵处合计，则叠加原理意味着结果的远场辐射模式将是为每个子流设计的辐射模式和。所有的场将以所设计的方式来取消或合计从而给出在它们各自方向上传播的J个子流。天线信号的产生图型地如4图所示。
呼入多径信号的角频谱A(Ω)在接收机工作期间被测量块306所测量，如下所述。测向块308处理此频谱以便确定具有最佳SNR的J方向以及确定所需要的加权wmj。
如上所述，其中第j个子流被发射的那个方向由加权组wmj来控制，在此1≤m≤M(即，加权矩阵W的第j列，被表示为Wj)。这通过以下面的方式来查看方程式1而被算术地表示 M×1向量S是J向量项的和，合计中的第j项是被第j子流Sj相乘的加权矩阵(Wj)的第j列矢量。因此，所有留下来的都要做的是对于J子流的每一个选择复数加权，它将变成加权矩阵W的列。
在选择第j子流的加权时，理想的是使发送到对应于q≠j的其它方向的功率最小化，以便在接收机处使得对于第j子流的信号干扰加噪音比(SINR)最小化。一种可能的方法是确定一组加权来在方向Ωj上产生一个射束峰值而在每一个其他方向Ωq上(q≠j，1≤{j，q)≤J)产生零信号。这是一个标准阵列处理问题，但是对每一子流来说，在总和上不得不被应用j次。一种替换方法是把除了期望方向之外各个方向作为噪声来对待，并且使属于在方向Ωj上存在射束峰值的状态的阵列噪声输出最小化。各种已知方法能够获得上面的任一目的，例如在IEEE1的事项，第85卷编号B(1997年8月)第1195页到1245的文件”Application of Antenna Arrays to Mobile Communications，PartiiBeam-forming and Direction-of-Arrival Considerations”(移动通信的天线阵应用，第二部分射束形成和方向到达因素)中所描述的一样。
为了简明，第一种方法将被用来说明本发明的一个实施例。基本的原理依赖于对于每一子流解下列方程式wjTA=ej---(3)]]>在此，A是一个M×J的矩阵，它的列是方向Ωj的导向向量a(Ωj)，j个子流要被发射到这些方向中(即A＝[a(Ω1)，a(Ω2)，…，a(Ωj)并且ej是一个行向量(1×J)，它的单元除了第j个之外全部为零，第j个等于一(即ej的第p个单元因此是(ej)p＝δpj，例如那么对于j＝5，则e2＝
)。导向向量的单元仅仅是阵元中所需要的响应以便产生在方向Ωj上具有峰值的一个波束图。因此，导向向量(或A的第j列)被给出为 在此，τi(Ωj)是应用在阵列的第m个单元(1≤m≤M)和一个随机原点之间的信号的时延。这在图5中被说明，在此，距离Δi与Δi(Ωj)τi(Ωj)的时延相关并且c是光速。把方程式3反向，以便在方向Ωj上产生一个峰值并且其他J-1方向上产生零信号的校正加权是wjT=ejA-1---(5)]]>这假定J＝M，因此A是平方。如果j≠M，那么非平方矩阵的产生的倒置或Moore-Penrose伪倒置A+可用于求解方程式3。
简单地说，第j个子流所需要的加权仅仅是A的逆矩阵的第j行。因此，一旦方向Ωj已经被确定，则导向矩阵A可以被构成并且倒置A-1(或A+)被计算出。这是所需要的全部信息每个子流的校正加权仅仅是逆矩阵适当的列。
另外一个步骤是在比特帧中的训练序列的发射，它接收机所需要的以便提取子流。这里有接收机需要的两种类型的训练序列一个是实现角频谱A(Ω)的测量而一个用于转送矩阵H的确定。这些要点将在下面进一步讨论。
现在考虑收发信机的接收机部分，参考图6。在讨论接收机112的实施例时，假定在链路的另一端处的发射机已经使用已描述的发送子流到不同方向上的技术或者发送子流到分离天线去的类似BLAST的技术发射了K个子流。要描述的步骤实际上将在对于发射机的如上所述的步骤之前发生。
在接收机112中所需要的第一步是在测量块306中进行角度功率谱A(Ω)的一个测量。此测量确定到达的总功率通过到达的不同角度Ω如何被分布。为了能够正确地做出此测量，对于在链路110的另一端处的发射机106需要在数据帧的一个周期发送一个适当的训练信号。一个适当的训练信号将是在该环境中说明所有可能散射源的一个信号(即从发射机106中被全向地或者定向地发送的一个信号)。例如，这可以通过在一帧的持续时间从单个天线单元108发射来实现(假定元件被全向的)。正如在下面将讨论的一样，训练信号也将允许转送矩阵H的测量。
这里有能够测量角频谱的各种已知方法。最传统的方法是通过天线阵接收的信号的一个简单傅里叶变换。其他技术包括在接收阵列信号上的超级解决算法。这些算法例如在有关Acoustics、Speech andSignal Processing第ASSP-37(1989)上的IEEE事件第984页到第995页的Roy和T Kailath的文件”ESPRIT-Estimation of SignalPafameters via Rotational Invariance Techniques”(ESPRIT-经转动不变技术的信号参数的估计)中被描述。虽然它们比傅里叶变换更计算加强，但是它们允许呼入多径信号的较高角分辨率。算法的准确性质将取决于所使用的阵列的配置和几何形状。
一旦角度功率谱已经被确定，下一步骤在测向块308中选择J个不同方向，从中将接收子流(以及最后方向，这些方向是发射子流将被发射机106发射到其中去的方向)。这里需要有至少与被发射的子流K数目至少一样多的方向，以使接收机明白地能够提取所有的子流。一种方法是简单地搜索最佳SNR的J峰值的角频谱。这将导致从其中多径信号将被接收的一组j方向{Ω1，Ω2，…，ΩJ，}。
阵列M的天线单元108的数目设置J的最大值。正如所熟知的，这是因为M个天线单元的阵列在规定它的天线模式的零信号时只可具有一个M-1自由度的最大值。因此，对于每一子流，最多有M-1个独立的方向，在这些方向中零信号可以被规定(并因此从中其他独立的子流可以被接收)，那么子流的最大数目是M。因此对于收发信机在无线链路110的两端处重要的是知道在另外一个收发信机阵列中的天线108的数目。
通过天线单元108阵列的接收信号能够被视为一个向量 ，在此，第m个元件是被第m个天线接收的信号。多个射束加权矩阵304把一组加权应用到向量 以便给出信号r＝[r1…rj…rJ]的另一向量，它们是从早先确定的方向Ωj中收到的信号。换言之， 因此需要选择加权矩阵 的行如此以致rj是从该方向Ωj中收到的信号。这种问题实际上在确定如何选择将发射第j个子流到发射机部分的方向Ωj的加权时已经被解决。由于接收和发送阵列的相互性，在一个给定方向上用于接收和发射的加权将被相同的。因此， 在此T表示矩阵的移项并且是在算术上正确地使信号向量和加权矩阵 相乘所需要的。可是，在实际接收机中，在发射机模式和接收机模式之间不需要加权中的改变，因为两种情况中信号方向上的反向考虑了移项。
接收机112中接下来的步骤是在一个提取块608中处理从J个被选择的接收方向中收到的J个信号组，以便产生K个信号(由 ，1≤k≤K来表示)，它们是从无线链路另一端中被发送的K个子流的估计。这J个信号被用来根据K个未知数产生J个联立方程，即子流Skri＝h11S1+h12S2+…+h1kSk+…+h1KSK+n1rj＝hj1S1+hj2S2+…+hjkSk+…+hjkSk+nj(8)rJ＝hJ1S1+hJ2S2+…+hJkSk+…+hJKSK+nJ在J个信号(或方程式)的每一个中与K个子流相乘的系数hjk是转送矩阵H的单元，它们表示K个发射方向和J个接收方向之间的复数转送系数。(可替代地，如果接收机112正从一个BLAST型发射机中接收的话，那么系数hjk表示第k个发射机天线和第j个接收方向之间的系数。)。因此，一旦转送矩阵已经被一个信道特性块608经由某些训练方案而确定，则这问题本质上是解决在方程式8中提出的联立方程组(假定J≥K)。项nj表示环境和收发信机中由于热噪声引起的加性高斯白噪声，并且被相等地分布，但是是独立的。
这里同样有各种方法，使用所建立的技术，子流可以被提取。这些技术通常是以使用于CDMA中的多用户检测系统为基础，在此目的是要识别不同的用户。这里，目的改为是要识别携带不同信号的不同子流。在BLAST系统中，当尝试解码单个子流rk时，妨碍子流的所有其它贡献都是’零信号’并且已被检测的任何子流从信号 的接收向量中被去掉。使妨碍子流为零信号的处理非常类似于上述被发射机106用于子流聚束的那个处理并且也在上面引用的有关BLAST的文件中被祥述。
本质上，这些技术等于解决线性联立方程的传统方法，在目前情况中的不同是这些方程式包括由于系统中噪声的存在所引起的那些没有完全已知的数值。为此缘故， 是第k个子流的一个判断统计，正如传统通信系统中一样而不是子流本身。因此，每一子流 属于一个传统比特判断的解调程序，即它是一个一或一个零？因此，使用这些技术，K个子流被恢复并被多路复用块610反复用从而再生原始高数据速率比特流R(t)。
本发明原则上可以被应用到任何无线通信方案从而给出具有高频谱效率的数据速率(即，在一个相对小带宽中的高数据速率)。本发明有效运转的主要要求是足够分开一定角度的独立的多径信号。只要独立的多径分量J的数目是大于等于发射机阵列中的天线M数目，则用于MIMO系统中的收发信机结构的’香农’容量将随着M线性增加。大多数的分析在上面假定发射机106和接收机112是准静态的，即，发射机和接收机是稳定的，移动用户或物体只引起信道中非常慢的变化(即，转送矩阵H的单元)。可是，系统可以应对一个移动的发射机和接收机，只要帧周期明显比转送矩阵H中发生变化的平均周期更小，使该系统适合于移动蜂窝通信，以及固定点对点室内无线链路。
象它使用作为一个收发信机一样，本发明适用于只使用作为分别与其它接收机或发射机结构结合的一个发射机和一个接收机，例如在上面讨论的适当修改，BLAST。特别地，如果一个终端只使用本发明技术作为一个发射机，则它将仍然需要一个接收机，其能够确定接收信号特性的方向变化，以便能够被确定的发射方向。
在上面描述的实施例使用接收信号的角度功率谱A(Ω)以便确定强信号被接收的那个方向以及因此最佳发射和接收方向。然而，其他信号特性，例如SNR，能被替代使用-----只要它们提供用于选择优选方向的一个适当的基础。无论使用什么信号特性，则表征从方向满范围中到达的信号并不都总是需要的或者理想的。例如，一个以地面为基地的终端可以选择来忽略从一个接近垂直的方向中到达的信号。
对本发明的一个修改范围是可能的。聚束可以是自适应的，以使子流J和它们的方向Ωj的数目是变化的或固定的，后者涉及较少复杂性。在一个相对简单的系统中，全部子流的功率和比特率是相同的，而在一个更复杂的系统中，每个子流的功率和/或比特率能够被改变，这取决于它们接收的SNR。天线阵108的几何形状可以取值一、二或三维以便在维数上给出一个相应的增加，从中多径信号能够明白地被观察。
在阅读本公开中，对本领域技术人员来说其他修改是很明显的。此类修改可以包括在无线电通信系统与它的组件部分的设计、制造和使用中已知的以及代替(或除了之外)在此已经描述的特性而可以被使用的其他特征。
在本说明书和权利要求中，在一个元件前面使用冠词”一个”不排除多个这种元件的存在。另外，单词”包括”不排除除那些已经列出的之外其他元件或步骤的存在。
权利要求
1.一种无线电通信系统，具有一条在第一和第二终端之间包括多条路径的通信信道，每个终端具有多个天线，其中，第一终端包括接收装置，接收装置具有用于确定信号从第二终端到达的多个方向的方向确定装置，用于从所述多个方向的一些或全部中接收多个分别信号的装置，用于从接收信号中提取多个子流的装置和用于组合多个子流以便提供一个输出数据流的装置；和第一终端还包括发射装置，发射装置具有用于把发射信号分开成为多个子流的装置和用于把每个子流发射到由接收装置确定的多个方向的分别的一个中的发射装置。
2.权利要求1所述的系统，其特征在于接收装置还包括用于确定呼入信号的角度功率分配的装置。
3.权利要求2所述的系统，其特征在于方向确定装置还包括用于选择最强信号从第二终端中到达的那些方向作为多个方向的装置。
4.一种使用在无线电通信系统中的终端，所述无线电通信系统具有一条在所述终端和另一终端之间包括多条路径的通信信道，其中，接收装置被提供，接收装置具有用于确定信号从另外一个终端中到达的多个方向的方向确定装置，并且发射装置被提供，发射装置具有用于把发射信号分开成为多个子流的装置，和用于把每个子流发射到由接收装置确定的多个方向的分别的一个中的发射装置。
5.权利要求4所述的终端，其特征在于所述接收装置还包括用于从多个方向的一些或全部中接收多个分别信号的装置，用于从接收信号中提取多个子流的装置以及用于把多个子流组合来提供一个输出数据流的装置。
6.权利要求5所述的终端，其特征在于发送和接收子流的数目不相等。
7.权利要求4到6任何一个所述的终端，其特征在于所述接收装置还包括用于确定呼入信号的角度功率分配的装置。
8.权利要求7所述的终端，其特征在于方向确定装置还包括用于选择最强信号从第二终端中到达的那些方向作为多个方向的装置。
9.权利要求4到8任何一个所述的终端，其特征在于所述发射装置包括控制装置，用于把多个天线操作作为一个阵列并且可操作来适应每个子流的天线模型如此以致天线模型中的一个峰值符合各自的方向并且天线模型中没有哪一个符合其他子流被发射的方向。
10.权利要求4到9任何一个所述的终端，其特征在于所述发射装置包括控制装置，用于根据子流的信号质量参数来独立地调整每个子流的功率和/或比特率。
11.一种使用在无线电通信系统中的终端，所述无线电通信系统具有一条在所述终端和另一终端之间包括多条路径的通信信道，其中，接收装置被提供，接收装置具有用于确定信号从另外一个终端到达的多个方向的方向确定装置，用于从所述多个方向的一些或全部中接收多个分别信号的装置，用于从接收信号中提取多个子流的装置和用于组合多个子流以便提供一个输出数据流的装置。
12.一种操作一个无线电通信系统的方法，所述无线电通信系统具有一条在第一和第二终端之间包括多条路径的通信信道，每个终端具有多个天线，该方法包括第一终端确定信号从第二终端到达的多个方向，从多个方向的一些或全部中接收信号，从接收信号中提取多个子流并且组合多个子流以便提供一个输出数据流，该方法还包括第一终端把发射信号分开成为多个子流，并且把每个子流发射到多个确定方向的分别的一个中。
13.权利要求12所述的方法，其特征在于根据子流的信号质量参数来独立地调整每个发射子流的功率和/或比特率。
全文摘要
一种无线电通信系统包括在两个终端之间的一个通信信道，每一终端包括多个天线(108)。通信信道包括多条路径，并且至少一个终端包括一个接收机，接收机具有装置(306，308)，相应于终端之间的路径，用于确定从中接收强信号的方向。终端也可以包括一个发射机，发射机具有用于把一个信号分开成为多个部分的装置(302)，其每一个具有一个降低的比特率，并且相应于从中接收最强信号的那些方向把发射各个部分。
文档编号H04B7/10GK1455991SQ02800213
公开日2003年11月12日 申请日期2002年1月4日 优先权日2001年1月30日
发明者B·哈特里 申请人:皇家菲利浦电子有限公司