专利名称：多小区无线网络及方法
技术领域：
本发明涉及通信系统领域；更具体地，本发明涉及用于在多小区无线网络中执行MMO操作的技术。
背景技术：
随着高速无线业务需求日益增加，需要更多的每带宽吞吐量以便用更高的数据速率容纳更多的用户，同时保持有保证的服务质量(QoS)。在点对点通信中，发射器和接收 器之间的可达数据速率受制于可用带宽、传播信道状况、以及接收器处的噪声加干扰水平。对于其中基站与多个订户通信的无线网络，网络容量还依赖于频谱资源的划分方式和信道状况以及所有订户的噪声加干扰水平。在现有技术中，例如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)的多址协议被用于根据订户的数据速率需求来在订户之间分配可用频谱。其它重要的限制因素如信道衰落状况、干扰水平和QoS需求通常被忽略。使可靠的无线传输难于实现的主要现象是时变多径衰落。在多径衰落信道中提高质量或者减少有效错误率可能是极其困难的。例如，考虑下面的非多径环境中的典型噪声源与多径衰落之间的比较。在具有加性白高斯噪声(AWGN)的环境中，为了将有效误比特率(BER)从10_2减少到10_3，使用典型的调制和编码方案，可能仅需要高出Idb或2db的信噪比(SNR)。但是，在多径衰落环境中实现同样的减少可能需要提高SNR多达10db。必要的SNR提高仅仅通过提供更高的发射功率或者额外的带宽可能不能实现，因为这与下一代宽带无线系统的需求相反。一组用于减小多径衰落效应的技术是采用信号分集方案，其中，经由独立的衰落信道接收组合信号。在空间分集方案中，多个天线被用于接收和/或发送信号。天线间距必须使得在每个天线的衰落是独立的(相干距离)。在频率分集方案中，信号在若干频带(相干BW)中传输。在时间分集方案中，信号在不同的时隙(相干时间)中传输。信道编码加上交织被用于提供时间分集。在极化分集方案中，采用了具有不同极化的两个天线用于接收和/或划分(division)。在现代无线通信系统中普遍采用空间分集。为了实现空间分集，在接收器和/发射器处利用天线阵列进行空间处理。在至今所开发的许多方案当中，多输入多输出(MMO)和波束形成是两个研究最多的方案，并且被证明在提高无线网络的容量和性能方面是有效的(例如参见 Ayman F. Naguid、Vahid Tarokh、Nambirajan Seshadri>A. Robert Calderbank,“A Space-Time Coding Modem for High-Data-Rate WirelessCommunications，，，IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 16, no. 8,October 1998，pp. 1459-1478)。在块时不变环境中，可以示出，在配备有Nt个发射天线和Nr个接收天线的系统中，良好设计的空间-时间编码(STC)系统可以实现Nr * Nt的最大分集。STC的典型例子包括空间-时间格码(STTC)(例如参见V. Tarokh、N. Seshadri和 A. R. Calderbank,“Space-time codes for high data rate wireless communication performance criterion and code construction，，，IEEETrans. Inform. Theory, 44 744-765,March 1998)和根据正交设计的空间-时间块码(STBC-OD)(例如参见V. Tarokh、H.Jafarkhani 和 A. R. Calderbank, “Space-time block codes from orthogonaldesigns，，，IEEE Trans. Inform. Theory,45 1456-1467, July 1999)。因为MMO系统的容量和性能严重依赖于其维度(即Nt和Nr)和天线元件之间的相关性，所以，希望较大尺寸并且更分散的天线阵列。在另一方面，成本和物理限制禁止在实际中使用过多天线阵列。
发明内容
这里公开了一种在多小区无线网络中用于协作多输入多输出(MMO)传输操作的方法和系统。在一个实施例中，来自两个或更多基站的天线元件用于形成扩展的MIMO天线阵列，其用于向一个或多个终端发送MIMO传输,并且从一个或多个终端接收MIMO传输。根据本发明的一个方面，提供了一种方法，包括在无线网络中采用来自多个基站的天线元件以支持协作多输入多输出(MMO)传输；通过第一设备生成天线驱动信号；将所述天线驱动信号的相应部分发送到每个所述基站；以及通过以发送到这些基站的所述天线驱动信号的所述相应部分来驱动所述基站处的所选天线元件，执行协作MIMO传输。根据本发明的另一个方面，提供了一种方法，包括在无线网络中采用来自多个基站的天线元件以支持协作多输入多输出(MMO)传输；对要通过对应的协作MMO信道传输的数据流执行MIMO编码，所述MIMO编码产生相应的经编码数据序列集，在相应的基站将对其执行天线信号处理；将每个相应的经编码数据序列集发送给其对应的基站；在每个所述基站，根据该基站接收到的所述经编码数据序列集，执行天线信号处理操作以产生天线信号；以及在每个所述基站通过对应的天线元件传输所述天线信号以通过所述协作MIMO信道传输所述数据流。根据本发明的再一个方面，提供了一种多小区无线网络，包括多个基站，每个与相应的小区相关联并且具有相应的包括至少一个天线元件的天线阵列；协作多输入多输出(MIMO)传输机构，其采用来自所述多个基站的所选天线元件以形成扩展的天线阵列，用于支持所述无线网络上的协作MMO传输；以及协作MMO主编码器，以便产生天线驱动信号；以及将所述天线驱动信号的相应部分发送给每个所述基站；其中，通过以发送到这些基站的所述天线驱动信号的所述相应部分驱动所述基站处的所选天线元件而执行协作MMO传输。根据本发明的再一个方面，提供了一种多小区无线网络，包括多个基站，每个与相应的小区相关联并且具有相应的包括至少一个天线元件的天线阵列；协作多输入多输出(MIMO)传输机构，其采用来自所述多个基站的所选天线元件以形成扩展的天线阵列，用于支持所述无线网络上的协作MMO传输；主编码器，以便对要通过对应的协作MMO信道传输的数据流执行MIMO编码，所述MIMO编码产生相应的经编码数据序列集，在相应的基站将对其执行天线信号处理；将每个相应的经编码数据序列集发送到其对应的基站；以及每个基站处的一组天线信号处理组件，以便对其接收的所述经编码数据序列集进行天线信号处、理操作以产生天线信号；其中，所述天线信号通过每个所述基站处的所选天线元件传输，以在所述协作MMO信道上形成协作MMO传输。
根据下面给出的具体描述以及本发明各实施例的附图，将更全面地理解本发明，但是，其不应该被用来将本发明限制到特定的实施例，而仅仅是用于说明和理解。图I示出了多小区的情景，其中，来自多个基站的天线元件被扩展以形成更高维度的收发器阵列。图2示出了用于对MMO系统的容量进行建模的一般性信道矩阵H。
图3示出了关于发射天线数目的MMO系统的容量增加。图4a示出了协作MMO架构，其中，在协作MMO传输方案中采用来自两个基站的天线阵列以向一个终端发送下行信号。图4b示出了图4a的协作MMO架构被用于传输和处理由扩展天线阵列所接收的上行信号的方面。图5示出了图4a的协作MMO架构的扩展，其中，波束形成被用于将MMO传输导向一个终端，同时向另一终端进行空间零置。图6示出了其中两个基站使用联合编码和解码同时与两个终端执行多用户MIMO的协作MMO架构。图7a示出了 MMO OFDM编码器/发射器的框图。图7b示出了具有波束形成的MMO OFDM编码器/发射器的框图。图8示出了 MMO OFDM接收器/解码器的框图。图9不出了用于对空间-时间编码传输方案进行建模的框图。图10示出了示例性的基于PSK的空间-时间格码(STTC)编码器。图11示出了示例性的基于QAM的STTC编码器。图12示出了用于对空间-时间块编码(STBC)传输方案进行建模的框图。图13a示出了对STTC延迟分集方案进行建模的框图。图13b示出了对STBC延迟分集方案进行建模的框图。图14是示例性的基于PSK的STTC延迟分集编码器的框图。图15是示出了其中在主编码器处执行STC编码操作的协作MMO架构的示意图。图16是示出了协作MIMO架构的示意图，其中，在多个基站处对复制的数据流的各个实例执行STC编码操作。
具体实施例方式根据本发明的各方面，公开了一种用于扩展来自两个或更多基站/终端的天线元件以执行更高维度的MMO操作的方法和设备。在一个实施例中，在蜂窝环境中跨多个基站采用MIMO/联合空间-时间编码，其中，在调制和编码级别执行信号的协作传输。这个新颖方法以最小的附加成本向现有网络组件引入额外的分集和容量。由于发射天线数目的增力口，所以同时订户数目增加，从而导致更高的频谱效率。在下面的描述中，阐述了大量的细节以提供本发明的更透彻的说明。但是，对于本领域技术人员，显然可以实施本发明而不需要这些具体细节。在其它实例中，公知的结构和装置以框图的形式示出，而不是具体示出，以避免使本发明不清晰。下面的具体描述中的一些部分在计算机存储器中按照对数据比特的操作的算法和符号表示来提供。这些算法描述和表示是数据处理技术领域的技术人员所使用的手段，以便最有效地将其工作的实质传达给本技术领域的其他技术人员。在这里，通常地，算法被认为是导致期望结果的自相一致的步骤序列。这些步骤是需要物理量的物理操作的步骤。虽然不一定，但是通常这些量采用能够被存储、传送、组合、比较和以其他方式操纵的电或磁信号的形式。有时，主要由于普遍使用的原因，称这些信号为比特、值、元素、符号、字符、术语、数字等被证实是方便的。但是，应该牢记，所有这些及类似术语要与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用到这些量上的适宜的标记。除非特别说明，否则，如同从下面的讨论中容易看出的那样，应当理解在整个说明书中，使用诸如“处理”或“计算”或“估算”或“确定”或“显示”等术语的讨论是指计算机系统或类似电子计算装置的动作和处理，其对在计算机系统的寄存器和存储器中表示为物理(电子)量的数据进行操纵并转换成在计算机系统存储器或寄存器或其它这种信息存储、传输或显示装置中类似表示为物理量的其它数据。本发明还涉及用于执行这里的操作的设备。该设备可以针对需要的目的而特别构造，或者其可以包括通用计算机，所述通用计算机由存储在该计算机中的计算机程序有选择性地激活或重新配置。这种计算机程序可以存储在计算机可读的存储介质中，例如但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、⑶-R0M，以及磁-光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、EPR0M、EEPR0M、磁或光卡、或者适合于存储电子指令的任何类型的介质，并且每个耦合到计算机系统总线。这里所提出的算法和显示并非固有地与任何特定计算机或其它设备相关。各种通用系统可以根据这里的教导而与程序一起使用，或者构造更为专用的设备以执行所需的方法步骤可证实是方便的。从下面的描述将可以看出用于各种该系统的所需结构。另外，本发明不是参考任何特定编程语言来描述的。应当理解，各种编程语言可以被用于实现这里所描述的本发明的教导。机器可读介质包括用于存储或传输机器(例如，计算机)可读形式的信息的任何机制。例如，机器可读介质包括只读存储器(“ROM”)；随机存取存储器(“RAM”)；磁盘存储介质；光存储介质；闪存装置；电的、光的、声的或其它形式的传播信号(例如，载波，红外信号，数字信号等)；等等。概述图I示出了用于具有多个基站BS1、BS2和BS3以及终端A、B和C的典型无线网络的三个小区100、102和104。基站BSl和BS2中的每一个包括4-元件环形天线阵列，而终端A具有两个天线I和2。从理论角度，用于MIMO传输方案的发射器和接收器之间的容量由向量信道H确定，向量信道H也称为信道矩阵。如图2所示，信道矩阵H包括M行和N列，其中，M是接收器天线(Rx)的数目，而N是发射器天线(Tx)的数目。在示出的信道矩阵H中，每项Ciij是 从第i个发射天线到第j个接收天线的复数信道增益。对于单输入单输出(SISO)的信道容量是
C = log2(l+p )bits/sec/use (I)其中，P是信噪比。对于MIMO信道的信道容量是
权利要求
1.一种方法，包括 在无线网络中采用来自多个基站的天线元件以支持协作多输入多输出即MMO传输； 通过第一设备生成天线驱动信号； 将所述天线驱动信号的相应部分发送到每个所述基站；以及 通过以发送到这些基站的所述天线驱动信号的所述相应部分来驱动所述基站处的所选天线元件，执行协作MIMO传输。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述协作MMO传输包括正交频分多址MMO即OFDMA MMO 传输。
3.根据权利要求I所述的方法，还包括使用空间-时间编码对所述协作MMO传输进行编码。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述空间-时间编码包括空间-时间格编码。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述空间-时间编码包括空间-时间块编码。
6.根据权利要求3所述的方法，还包括使用具有延迟分集的空间-时间编码对所述协作MIMO传输进行编码。
7.根据权利要求I所述的方法，还包括使用空间-频率编码对所述协作MMO传输进行编码。
8.根据权利要求I所述的方法，还包括使用空间-时间-频率编码对所述协作MMO传输进行编码。
9.根据权利要求I所述的方法，还包括对所述协作MMO传输进行空间复用。
10.根据权利要求I所述的方法，其中，所述协作MIMO传输包括从所述多个基站到终端的下行传输以及从所述终端到所述多个基站的上行传输。
11.根据权利要求I所述的方法，还包括执行针对所选MMO传输的空间波束形成。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括执行与所述所选MMO传输的空间-时间、空间-频率、以及空间-时间-频率编码中的一个相结合的空间波束形成。
13.根据权利要求I所述的方法，还包括将协作MMO传输同时传输到至少两个终端。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括对所述协作MMO传输执行空间波束形成，使得MIMO传输被引向预期用户，同时向非预期用户实行空间零置。
15.根据权利要求I所述的方法，还包括对从多个终端接收的上行MMO传输进行联合解码。
16.根据权利要求I所述的方法，还包括对在多个终端接收的下行MMO传输进行联合解码。
17.根据权利要求I所述的方法，还包括对从多个终端接收的上行MMO传输进行单独解码。
18.根据权利要求I所述的方法，还包括对发送给多个终端的下行MMO传输进行联合编码。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括在终端对经联合编码的下行MMO传输进行解码；并且保留通过联合编码的下行MIMO传输而发送的预期给所述终端的数据部分，同时丢弃并非预期给所述终端的其它数据部分。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括在所述多个终端中的每一个对经联合编码的下行传输进行单独解码。
21.根据权利要求I所述的方法，其中，所述第一设备与所述基站之一共处一处。
22.根据权利要求I所述的方法，还包括对发送到所述基站的天线驱动信号的所述相应部分的传输进行同步。
23.根据权利要求I所述的方法，还包括执行协作MIMO传输以利于无线网络小区或扇区之间的终端切换。
24.—种方法,包括 在无线网络中采用来自多个基站的天线元件以支持协作多输入多输出即MMO传输；对要通过对应的协作MIMO信道传输的数据流执行MIMO编码，所述MIMO编码产生要在相应的基站被执行天线信号处理的相应的经编码数据序列集； 将每个相应的经编码数据序列集发送给其对应的基站； 在每个所述基站，根据该基站接收到的所述经编码数据序列集，执行天线信号处理操作以产生天线信号；以及 在每个所述基站通过对应的天线元件传输所述天线信号，以通过所述协作MIMO信道传输所述数据流。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括对所述基站处的所述天线信号处理操作的执行进行同步，使得通过不同基站处的所述所选天线元件同步传输所述产生的天线信号。
26.—种多小区无线网络，包括 多个基站，每个与相应的小区相关联并且具有相应的包括至少一个天线元件的天线阵列； 协作多输入多输出即MIMO传输机构，其采用来自所述多个基站的所选天线元件以形成扩展的天线阵列，用于支持所述无线网络上的协作MMO传输；以及协作MMO主编码器，以便 产生天线驱动信号；以及 将所述天线驱动信号的相应部分发送给每个所述基站；其中，通过以发送到这些基站的所述天线驱动信号的所述相应部分驱动所述基站处的所选天线元件而执行协作MIMO传输。
27.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输包括正交频分多址MMO即OFDMA MIMO传输。
28.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MMO传输机构使用空间-时间编码对所述协作MIMO传输进行编码。
29.根据权利要求28所述的多小区无线网络，其中，所述空间-时间编码包括空间-时间格编码。
30.根据权利要求28所述的多小区无线网络，其中，所述空间-时间编码包括空间-时间块编码。
31.根据权利要求28所述的多小区无线网络，其中，所述协作MMO传输机构使用具有延迟分集的空间-时间编码对所述协作MMO传输进行编码。
32.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MMO传输机构使用空间-频率编码对所述协作MIMO传输进行编码。
33.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MMO传输机构使用空间_时间-频率编码对所述协作MIMO传输进行编码。
34.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输机构对所述协作MIMO传输执行空间复用。
35.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输包括从所述多个基站到终端的下行传输以及从所述终端到所述多个基站的上行传输。
36.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MMO传输机构执行针对所选MIMO传输的空间波束形成。
37.根据权利要求36所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输机构执行与所述所选MMO传输的空间-时间、空间-频率、以及空间-时间-频率编码中的一个相结合的空间波束形成。
38.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输机构执行协作MIMO传输到至少两个终端的同时传输。
39.根据权利要求38所述的多小区无线网络，其中，所述协作MMO传输机构还对所述协作MMO传输执行空间波束形成，使得MMO传输被弓I向预期用户，同时向非预期用户实行空间零置。
40.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MMO传输机构还执行对从多个终端接收的上行M頂O传输的联合解码。
41.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MMO传输机构还执行对从多个终端接收的上行MMO传输的单独解码。
42.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MMO传输机构还执行对发送到多个终端的下行MIMO传输的联合解码。
43.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MMO主编码器与所述基站之一共处一处。
44.根据权利要求26所述的多小区无线网络，还包括同步机构以对发送到所述基站的天线驱动信号的所述相应部分的传输进行同步。
45.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输机构执行协作MIMO传输以利于无线网络小区或扇区之间的终端切换。
46.一种多小区无线网络,包括 多个基站，每个与相应的小区相关联并且具有相应的包括至少一个天线元件的天线阵列； 协作多输入多输出即MIMO传输机构，其采用来自所述多个基站的所选天线元件以形成扩展的天线阵列，用于支持所述无线网络上的协作MMO传输； 主编码器，以便 对要通过对应的协作MIMO信道传输的数据流执行MIMO编码，所述MIMO编码产生要在相应的基站被执行天线信号处理的相应的经编码数据序列集； 将每个相应的经编码数据序列集发送到其对应的基站；以及 每个基站处的一组天线信号处理组件，以便对其接收的所述经编码数据序列集进行天线信号处理操作，以产生天线信号；其中，所述天线信号通过每个所述基站处的所选天线元件传输，以在所述协作MMO信道上形成协作MMO传输。
47.根据权利要求46所述的多小区无线网络，还包括同步机构，以便对所述基站处的所述天线信号处理操作进行同步，使得通过不同基站处的所述所选天线元件同步传输所述产生的天线信号。
全文摘要
本发明涉及多小区无线网络及方法。一种方法，包括在无线网络中采用来自多个基站的天线元件以支持协作多输入多输出(MIMO)传输；通过第一设备生成天线驱动信号；将所述天线驱动信号的相应部分发送到每个所述基站；以及通过以发送到这些基站的所述天线驱动信号的所述相应部分来驱动所述基站处的所选天线元件，执行协作MIMO传输。
文档编号H04J99/00GK102647260SQ201210111638
公开日2012年8月22日 申请日期2005年12月7日 优先权日2004年12月7日
发明者刘辉, 沈满元, 邢冠斌 申请人:昂达博思公司