专利名称：发射机分集装置及用于无线电发射机的有关方法
技术领域：
本发明是提交日期为1996年6月18日，序号为08/665,501的部分继续申请。
本发明一般涉及用于克服在易受到多径衰落的通信信道上传送通信信号的多径衰落的设备和方法。具体而言，本发明涉及发射机分集装置，和一种用于在通信信道上发送通信信号的发射机有关的建立信号分集的方法，例如传输空间分集，极化分集，或者频率分集。通过此装置的操作建立的信号分集减轻了在通信信道上传送的通信信号衰落的影响。
发射机分集装置，和其建立信号分集的有关方法被方便地应用在，例如，蜂窝通信系统的基站。发射机分集装置，及其有关的方法，被方便地应用在通常的发送模拟通信信号的蜂窝通信系统中也应用数字蜂窝通信系统中，以建立信号分集。当用在数字蜂窝通信系统的基站或在另一个数字通信系统的发射机上来建立传输空间分集时，通信信号脉冲群是从天线装置的不同天线发送的，由此建立传输空间分集。发射机分集装置，及其有关的方法，也方便地与利用频率跳动方案的通信系统一道用于建立频率分集。而且，发射机分集装置，及其有关的方法还方便地用于与利用极化跳动方案的通信系统一道建立极化分集。利用发射机分集装置建立频率，传输空间，和/或极化分集的组合进一步减轻在多径信道上传输的通信信号衰落的影响。
背景技术：
一个通信系统，最低限度，由一台发射机和一台通过通信信道互相连接的接收机组成。由发射机产生的通信信号在通信信道上被发送，由接收机接收。
无线电通信系统是通信系统的一种类型，其中通信信道是由射频信道组成的。无线电通信系统由于这样的原因是有优点的，即组成发射机与接收机之间延伸的信道不需要固定的，或硬连线连接。通信可以在位于远方的发射机与接收机之间实现而不需要在它们之间组成硬连线或其它固定的连接。
蜂窝通信系统是无线电通信系统的一种类型。当蜂窝通信系统的基础设施，本文以下称为网络，在一个地理区域内被安装以后，一个蜂窝系统的用户通常当他位于由蜂窝网络包围的地理区域内的任何位置时可以在系统中用电话通信。
技术上的先进和经济规模已经赋于按照蜂窝通信系统通信的较低成本。伴随着按照蜂窝通信系统通信成本的下降已经使这样的系统的使用增加。在某些情况下，通常的蜂窝通信系统已经运行在它们的最大容量上。当在它们的最大容量上运行时，有时会拒绝其它的用户试图与这样的系统通信。进行的呼叫有时也会受到不利的影响。
为了避免容量问题和允许使用蜂窝通信系统的用户数目的增加，已经做了增加这样的系统的通信容量的尝试。为了增加通信容量，某些通常的利用传统的模拟技术的蜂窝通信系统已经变换为利用数字化编码与调制技术的数字化蜂窝通信系统。其它的无线电话，和其它的通信系统，也已经同样地作了变换。
因为数字通信系统通常使用发送通信信号效率较高的射频传输信道，分配给这样的通信系统的射频信道上可以传送较多数量的通信信号。
通过对被调制形成通信信号的信息信号数字化，信号冗余度可从信息信号中除去而不影响由此组成的通信信号中发送的信息量。而且，一旦信息信号被数字化，由此组成的通信信号可以离散的，不连续的脉冲群形式发送。两个或多个通信信号因而可被多路复用在一起，相继地在单一频道上发送。当通信系统变换为数字通信系统后，在容量上两倍，或更多倍的增加是可能的。
在射频信道上传送的通信信号要经受散射，绕射，反射，和衰减。被传送的信号的信号反射使实际上由接收机接收到的信号是由发射机通过，例如，除了直接的视线路径以外的许多不同路径传送的信号成分之和。
通信信道有时被称为“多径信道”，因为实际上由接收机接收到的信号是在许多不同路径上发送到接收机的许多信号成分之和。在许多路径上发送的信号成分的值部分地取决于它们的相对相应。因此，由接收机接收到的许多信号成分之和的值取决于当信号被接收时接收机所在的位置。接收机可以这样被安放，使在许多信号路径上传送的信号一起相消地叠加。当信号相消地叠加在一起时发生信号“衰落”，当接收到的信号之和得到结果时，衰落“下降”或“零值”出现，这样相消的叠加难以，或妨碍精确确定接收到的信号的信息含量。
因为衰落有害地影响通信的质量，有时也做些尝试减轻衰落的影响。当一个可以在蜂窝通信系统中通信的用户单元维持在静止，或缓慢移动位置时，衰落的有害影响尤其成问题。如果放置在衰落下降严重的区域内，大量的相继的信息可能丢失。
更具体而言，在数字通信系统的被选定的位置上创立了各种类型的分集以减轻多径衰落的影响。时间分集，频率分集，接收机空间分集，传输空间分集，和极化分集是全部分集的类型，它们可被建立用以减轻多径衰落的影响。
当建立时间分集时，信息信号的信号位在时间上被扩展，或者与其它的信号位交插在一起，由此在时间周期上扩展了这些位。当在时间上交插或另外扩展时，在衰落零值上接收机接收所有位的似然性被降低。为了有效，位的扩展需要多径信道的衰落零值并不在重要的时间周期上延续。如果零值在较长时间周期上延续，信息信号位的扩展并不建立对于减轻衰落影响有效水平的分集。
有时也建立接收机空间分集。为了建立接收机空间分集，两个或多个接收机天线被安放在两个或多个分开的位置，或两个或多个不同的角度上。建立接收机空间分集需要在接收机天线之间有最低限度的物理分离距离。这样的最低限度分离距离不可能在蜂窝通信系统中工作的用户单元上提供，因为用户单元的尺寸小。而且，对于两个或多个接收机天线中的每一个的多余接收机线路部分通常需要的尺寸在必须成为最小尺寸的用户单元中是过高的。因此，接收机空间分集有时不可能用于建立减轻衰落影响所必要的分集水平。
频率分集有时也被建立用于使多径衰落的影响最小。频率跳动，即，在不同频率载波上传送通信信号脉冲群，在各个频率上扩展通信信号。在数字蜂窝通信系统，例如成组专用移动(GSM)通信系统中，一个适当水平的频率分集有时不能建立，历为有时在无线电基站与用户单元之间只有有限数量，例如少到两个，不同的载波可用于传送通信信号。因为多径衰落通常是选频的，在不同频率载波上传送通信信号脉冲群提供分集的效果。然而，可用来传送通信信号脉冲群的不同频率载波的数目有时是有限的。这样的有限性限制可被建立的频率分集量。
而且，当传送通信信号的相继脉冲群的相继的载波具有类似的衰落特性时，只建立很少的频率分集。相干带宽是表现出类似衰落特性的频率范围。当相继的通信信号的脉冲群在位于相干带宽内的载波上被发送时，由这样的频率跳动建立的频率分集是很少的。如果相继的通信信号的脉冲群并未在相同的相干带宽内的载波上被发送，作为多径衰落的结果产生的通信质量下降的问题比较小。因此适当的选择发送相继的通信信号脉冲群的载波有利于较好地克服多径衰落的有害影响。
有时也建立传输空间分集。为了建立传输空间分集，两个或多个发射天线被放置在分开的位置上。在建立传输空间分集的一种方式中，由两个或多个发射天线中的每一个发送相同的信息，但信息偏置的时间上被发送。在建立传输空间分集的另一种方式中，通信信号脉冲群每次只在一个天线上被发送，但在天线之间换班，这样一来，脉冲群被相继发送到天线的不同的一个上。这样一种建立传输空间分集的方式称为天线跳动。然而，现有的建立传输空间分集的电路，一般情况下并不提供天线选择的充分自由，尤其是在静态调谐发射机部件被用来调制通信信号的情况下。极化分集有时也被建立来使多径衰落的影响最小。极化跳动，也就是，在不同的极化中发送通信信号的脉冲群，允许通信信号的脉冲群按照不同的极化被发送。
虽然建立接收机空间分集在蜂窝通信系统的移动用户单元中是不实际的，在某些其它通信系统中也类似，建立时间分集有时不能够克服多径衰落的影响，频率，极化，和传输空间分集可被建立在蜂窝通信系统的一个基地上以克服多径衰落的影响。经受多径衰落的其它通信系统的其它通信设备同样可以建立频率和传输空间分集以克服有害的衰落的影响。用一种允许在建立传输空间分集和频率分集中有更大自由的电路与方法是有利的。
按照涉及建立信号分集以克服多径衰落的影响的背景信息，形成了本发明的重要改进。
发明概述本发明方便地提供了一种发射机分集装置，和一种有关的方法，在发送通信信号的工作期间，建立信号分集以减轻在多径，衰落信道上传输通信信号的影响。发射机分集装置与许多不同类型的发射机中任何一种一道使用，包括产生通常的模拟通信信号的发射机和产生数字化编码通信信号的发射机。
发射机分集装置及其有关的方法被方便地应用在，例如，蜂窝通信系统的基站，在由基站传送到移动用户单元的下行信号中建立信号分集。由基站的发射机电路产生的通信信号脉冲群被一组空间分开的天线中交替地由一个天线传送，由此建立传输空间分集。
在本发明的一个方面，通信信号在相继的载波上被传送，其中传送通信信号的相继部分的载波的选择是根据通信信号可能被传送的通信信道的传输特性做出的。
在本发明的另一方面，发射机分集装置既建立频率分集也建立传输空间分集。在基站产生的通信信号按照频率跳动方案建立分集，传输空间分集是通过分集天线装置的工作建立的。由通信信号的频率跳动一起建立的频率分集进一步减轻在多径通信信道上传送的通信信号衰落的影响。
在本发明的又一个方面中，发射机分集装置组成建立传输空间分集的分集天线装置。本发明的一个实施方案的分集天线装置及其有关的建立传输空间分集的方法，当其它的建立分集以减轻多径衰落影响的方式不能得到时，尤其有利于使用。例如，在蜂窝通信系统中，有时候传输空间分集是唯一可被建立以适当地减轻多径衰落影响的分集类型。接收机传输分集有时不可能适当地在一个用户单元上建立，因为许多用户单元的尺寸小。时间分集有时也不可能适当地建立，取决于通信信号必须被传送的多径信道的衰落特性，和有时频率分集不可能适当地建立，由于在特定时间上可得到的不同载波的数量有限。
在本发明的另一方面中，发射机分集装置建立极化分集。在基站产生的通信信号按照极化跳动方案被产生分集。由通信信号的极化跳动建立的极化分集也减轻通信信号的衰落影响，而且，极化分集可以与其它类型的分集一道建立。
本发明的一个实施方案的分集天线装置提供多重天线装置。当连接到产生通信信号的发射机电路时，通信信号由所选的一个天线传送。在天线装置的被选天线之间的切换是很快实现的，在一种实施方案中，切换发生在基带频率上。当与频率跳动方案一道使用时，通信信号被传送的天线的选择，部分地，是对通信信号被传送的载波的频率作出响应而选取的。由此，既有传输空间分集又有频率分集的协同的好处可提供。
因此，在所有各方面中，发射机分集装置，以及有关的建立传输空间分集的方法是为至少能够在至少一个通信信道上传送通信信号的通信站提供的。一组天线中的天线被选择性地耦合到通信站传送在通信站组成的通信信号。切换电路可驱动到所选的开关位置，用于选择性地耦合天线组中所选的天线到通信站，传送在通信站组成的通信信号。一个选择器被耦合到切换电路。选择器确定至少一个通信信道的传输特性并驱动切换电路到所选的开关位置，对在此确定的传输特性作出响应。
本发明及其范围更充分的理解可从以下将简要说明的附图，以下的本发明的目前最佳实施方案的详细描述，和所附的权利要求中获得。
附图简述
图1示出包括本发明一个实施方案的蜂窝通信系统一部分的功能性方框图。
图2示出表现高相干带宽的一个示范性通信系统衰落型式的图形表示。
图3示出类似于图2中所示的，但表现出低相干带宽的一个示范性通信系统的衰落型式的图形表示。
图4示出一个通信站的功能性方框图，它包括本发明一个实施方案的发射机分集装置。
图5示出一个通信站，它将本发明另一个实施方案的发射机分集装置具体化。
图6示出一个通信站，它将本发明的发射机分集装置另一个实施方案具体化。
图7示出一种利用频率跳动的示范性通信方案。
图8示出一张表，它列出选来在图7中所示的通信方案的频道上传送通信信号的天线选择。
图9示出一个通信站，它将本发明另一个实施方案的发射机分集装置具体化。
图10示出一个通信站，它将本发明的另一个实施方案的发射机分集装置具体化。
详述首先参考图1，通信站10，在此是无线电发送接收机，能够与一个远方的通信设备(未示出)发送接收通信信号。通信站10包括本发明一种实施方案的发射机分集装置12，由虚线所示的方框内的部件组成。发射机分集装置12能够建立通信信号，以后有时称为“下行”信号，的信号分集，以克服或减轻在通信信号传输到远方通信设备期间的多径衰落影响。
在所示的实施方案中，发射机分集装置12既能建立频率分集，又能建立传输空间分集。如上所述，频率分集是通过在不同的时间，不同频率的载波上传送通信信号建立的，也就是对通信信号频率跳动。传输空间分集是通过在不同的时间，从不同的空间分开的天线传送下行信号建立的。
通信站10包括一个信号源14，在此以方框形式示出。在一种实施方案中，通信站10组成一个蜂窝通信系统的基站，信号源14是通过，例如，公共服务电话网络(PSTN)传送到基站的通信信号的代表、信号源14组成通过许多线路16施加到许多单频发射机部分18的通信信号。
发射机部件18每个调制施加其上的通信信号。发射机部件18中每一个被调谐到不同的频率，也就是被静态地调谐，使得被各个发射机部件调制的受调信号被调制到不同的频率。由发射机部件产生的已调信号通过线路22被施加到射频(RF)开关24的第一边。RF开关的第二边被耦合到天线26。天线部件26是互相空间分开的。虽然在图中示出三个天线部件26，由另外数目的天线部件组成的一组天线部件可被替代使用。
RF开关24允许线路22中任一条与天线部件26中任一个连接，由此，允许通信信号被调制为由发射机部件18中任一个与天线部件26中任一个一起产生的频率中任何一个频率。发射机部件中任一个与天线中任一个的连接是自由地可选择的，也就是自由映象被允许。RF开关24的开关位置的选择由控制器32控制，控制器通过线路34被连接到RF开关24。在本发明的一种实施方案中，RF开关24的开关位置是通过所选的顺序被切换的，使得发射机部件18的相继部件与天线部件26的相继部件连接。RF开关24可以，例如，由开关矩阵组成。
在图中所示的实施方案中，控制器32被通过线路42进一步耦合到接收机电路38。接收机电路38接收从远方通信设备传送到通信站10的“上行”信号。在蜂窝通信系统中，远方通信设备是由移动用户单元构成。两个接收机分集天线44被示于图中用以检测发送到通信站的上行信号。由天线44检测到的上行信号的指示通过接收机电路38和线路42提供给控制器32。
控制器32，以下将作更详细的描述，确定在通信站10与远方通信设备之间形成的通信信道的相干带宽。对相干带宽和以前所用的与所选的天线部件一起成对的载波作出响应，控制器选择开关位置为RF开关24应该被驱动的位置。以前使用的载波的指示存贮在由线路48连到控制器32的存贮部件46中。在一种实施方案中，载波依据所选的频率跳动方案被选取。按照频率跳动方案为每个被选的载波选择发送通信信号的天线部件。天线部件的选择对于相干带宽，传送通信信号前面部分组成的载波与天线部分配对是敏感的。
因为RF开关24允许发射机部件18中任一个耦合到空间分开的天线26中任一个，发射机部件18中任一个与天线26中任一个的连接是自由可选的、由天线部件18中任一个调制的下行通信信号的脉冲群可从天线26中任一个发送。控制器32进一步用于选择发送下行信号脉冲群的载波。这样的选择对于通信站10与远方通信设备之间形成的信道的传输特性是敏感的，由此使相继的下行通信信号的脉冲群在表现出高水平的多径衰落的载波上发送的可能性最小。
在一种实施方案中，RF开关24允许许多不同的发射机部件18同时也耦合到许多不同的天线26上。
图2图形表示出一个通信系统的特性，其中表现出高的相干带宽及低的相干空间。横轴56表示位置，纵轴58表示频率。伸长的椭圆形状60代表表现出高水平多径衰落的地区。点62代表在特定的频率与特定的位置上的衰落特性。点62位于椭圆形60内。因此，在由点62辨别的频率与位置上两个通信站之间的通信表现出有效的多径衰落的水平。
如果在这样的通信站之间传送的通信信号是在由箭头64指明的频率中位于较低的不同载波上发送，有效的多径衰落仍然降低通信传输的质量。也就是说，将点62在由箭头64指示的方向重新定位，如果该点重新定位在椭圆形内，通信将仍然表现出高的衰落水平。在所示的表现出高相干带宽的通信系统中，有效水平的多径衰落表现在大的频率范围上，结果使椭圆60拉长。然而，改变箭头66所指的位置，将通信移出高多径衰落地区。在所示的表现出低相干空间的通信系统中，通过在箭头66所指的方向中重新定位点62，通信被重新定位在椭圆形的外面。
图3相反，图形表示出一个表现出低相干带宽及类似于图2中所示的相干空间的通信系统。横轴与纵轴56与58相应于图2中所示的它们的相应编号的对应物。在此，高水平多径衰落区由椭图形70表示。与图6中画出的椭圆形60不同，椭圆形70并不伸长。
由点62表示的通信再次在表现出高水平多径衰落的地区中发送。与图2中表示高相干带宽相对照，在此在箭头74指出的方向中改变频道，将通信移出表现出高多径衰落地区所需的频率变化量要比在图2中表示的通信系统中所需的要少。而且，改变按箭头76指示的位置，也将通信移出高多径衰落地区。传输空间分集分别通过在图2与3中所示的箭头66与76指明的方向中移动点62的位置来建立。同样，频率分集分别通过在图2与3中所示的箭头64与74指明的方向中移动点62的频率来建立。
在表现出高相干带宽的通信系统中，单独频率分集的建立有时不将通信移出表现出高多径衰落水平的地区。在这样情况下，既建立频率分集又建立传输空间分集比较可能将通信安排在高多径衰落地区以外。因此，在本发明的一种实施方案中，发射机分集装置12既建立频率分集又建立传输空间分集，由此最佳地克服多径衰落的影响。
图4示出一个通信站，通常再次用10表示，其中包括本发明的另一个实施方案的发射机分集装置12。通信站10再次，例如，组成一个蜂窝通信系统的基站。发射机分集装置12再次能够建立由通信站发送的信号的信号分集。
在本实施方案中，由信号源14产生的信号通过线路16被连接到发射机部件18中被选出的一个上。基带开关84被安放在信号源14与发射机部件18之间，用于选择性地将发射机部件与信号源连接。发射机部件18还是能够调制施加其上的通信信号，在相应的线路22中的一条上产生已调制信号。发射机部件还是能够在静态频率上调制施加于上的信号。因为基站开关84选择性地将由信号源14产生的通信信号只连接到发射机部件18中所选的一个上，已调制信号只在线路22中相应的被选出的一条上产生，线路22还是被连到RF开关24的第一边。RF开关24还是可以组成一个开关矩阵。RF开关的第二边被连接到天线阵的天线部件26上，其中天线部件是互相空间上分开的。而且，在一种实施方案中，许多发射机部件18可被同时地耦合到许多不同的天线26上。
控制器32还是通过线路34耦合到RF开关上。在本实施方案中，控制器32通过线路86进一步连接到基带开关84。在本实施方案中，控制器32既能够驱动RF开关24进入开关位置，也能驱动基带开关84进入所选的开关位置。基带开关84开关位置的选择决定组成下行信道发送由通信站10产生的信号的载波，RF开关24开关的位置决定发送下行信号的天线部件26。
由此，通过基带开关84的开关位置编序建立频率分集，通过RF开关24的开关位置编序建立传输空间分集。
在一个实施方案中，开关24和84通过所选的顺序驱动，例如重覆性的顺序，既建立传输空间分集又建立频率分集。在所示的实施方案中，发送通信信号脉冲群的天线部件的选择，至少部分地，对延伸在通信站10与远方的通信设备之间的通信信道的相干带宽以及以前用于在特定的载波上发送前面的脉冲群的天线部件是敏感的。
而且，通信站10包括通过线路42连到控制器32的接收机电路38。接收机天线部件44检测发送到通信站10的上行信号。这样一些接收到的信号的指示被提供给接收机电路38和，依次，提供给控制器32，控制器确定相干带宽，驱动基带开关84进入所选的开关位置，对所选的频率跳动方案作出响应。基带开关84以前的开关位置存贮在通过线路48连到控制器32的存贮部件46中。存贮部件46能够进一步存贮RF开关24的开关位置，驱动开关24进入所选的开关位置被完成，至少部分地，是对开关以前的开关位置及所确定的相干带宽的响应。
图5示出一个通信站，一般还用10表示，包括本发明的另一种实施方案的发射机分集装置12。通信站10，在一种实施方案中，再次组成一个蜂窝通信系统的基站，能够和位于远方的移动用户单元发送接收通信信号。在其它的实施方案中，通信站10与其它的位于远方的通信设备发送接收通信信号。发射机分集装置12还是能够建立由通信站发送的下行信号的信号分集。
而且，由信号源14产生的通信信号被施加到发射机部件，在此是发射机部件88。发射机部件88是一个可调谐的发射机，能够在所希望的频率上调制通信信号以便在特定的载波上传输。代替许多不同的每个能够在静态频率上调制通信信号的发射机部件18，可调谐的发射机部件被调谐到所希望的载波频率，由通信站10产生的下行信号在此载波上被发送。可调谐的发射机部件88在线路22上产生已调制信号，通过线路22被连到RF开关24的第一边。RF开关24的第二边被耦合到天线阵的天线部件26。天线部件26互相是空间上分开的。
控制器32还是通过线路34连到RF开关，驱动RF开关24进入所选的开关位置。控制器32被进一步通过线路92连到可调谐的发射机88控制调制频率，可调谐发射机88在此频率上调制在线路16上被施加到此的通信信号。因此控制器32既控制RF开关24的开关位置，又控制通信信号被调制的频率，因而对于由通信站10发送的下行信号，既可建立传输空间分集，又可建立频率分集。
在一种实施方案中，控制器通过所选的开关位置顺序驱动RF开关24，通过所选的调制频率顺序调谐可调谐发射机88。在所示的实施方案中，通信站10还是进一步包括通过线路42连接到控制器32的接收机电路。上行信号由一个远方的通信设备发送到通信站。由连接到接收机电路38的接收机天线44检测到的上行信号指示通过线路42被提供给控制器32。对这样的指示敏感的控制器确定相干带宽。除了对此敏感外，也对开关24的以前开关位置和可调谐的发射机88被调谐的以前的载波频率敏感，控制器32选择RF开关24要被驱动的开关位置，选择通信信号要被调制的调制频率。而且，存贮设置46被用来存贮分别涉及开关24的以前开关位置和可调谐发射机88的调制频率的数据。
图6示出另一个通信站，一般还是用10表示，包括本发明的另一种实施方案的发射机分集装置12。在一种实施方案中，通信站还是组成一个蜂窝通信系统的基站，能够发送下行信号到位于远方的移动用户单元(未示出)。在其它的实施方案中，下行信号被发送到其它的位于远方的通信设备。
发射机分集装置12还是能够建立由通信站发送的下行信号的信号分集以克服多径衰落的影响。由信号源14产生的通信信号被施加到基带开关84的第一边。基带开关84，当位于所选的开关位置时，能够将信号源14产生的通信信号连接到线路16中所选的一条上，线路16延伸到可调谐发射机部件94中响应的一个。可调谐的发射机部件94中每一个是可调谐到相应于通信信号希望被发送的载波对应的希望的调制频率上去调制被加上的通信信号。通信信号，一旦被所选的可调谐发射机94调制，就在相应的延伸到天线部件阵的一个特定的天线部件26的线路上产生已调制信号。天线部件26互相是空间上分开的。
控制器32是通过线路86被连接到基带开关并通过线路96连接到可调谐发射机部件94中的每一个。控制器选择基带开关要被驱动进入的开关位置并实现驱动基带开关进入所选的开关位置。因为每个可调谐发射机部件94被耦合到天线部件26中一个特定的部件，基带开关的开关位置选择确定发送由通信站10发送的通信信号的天线部件26。
控制器32进一步选择调制频率，被连接接收通信信号的可调谐发射机部件在此频率上调制在所选的载波上要被发送的通信信号。由此，通过适当地选择基带开关84被驱动进入的开关位置和一个适当的可调谐发射机部件94调制通信信号的调制频率，通信信号被发送的载波和通信信号被发送的天线部件26被适当地选取。传输空间分集通过驱动基带开关进入相继的开关位置来建立，频率分集通过改变调制频率来建立，施加到可调谐发射机94中适当的一个的通信信号在调制频率被调制。
在一个实施方案中，基带开关还是通过开关位置所选的型式被驱动，可调谐发射机部件94被调谐，在所选的载波顺序上调制通信信号。在所示的实施方案中，接收机电路还是通过线路42到控制器32，接收由远方通信设备发送到通信站的上行信号指示，并由接收机天线44检测。控制器确定相干带宽和可调谐发射机部件被选的部件依据频率跳动方案被调谐到所选载波的频率。相干带宽和基带开关以前配对的开关位置一起，以及通信信号被发送的以前的载波一起确定基带开关84开关位置的选择，因此，也确定通信信号被发送的载波频道。通过线路48连到控制器的存贮设备46存贮涉及这样的以前开关位置和以前使用的载波的信息。
图7和8示出本发明一个实施方案的发射机分集装置12的示范性操作，其中装置12既能建立传输空间分集，又能建立频率分集，这样的信号分集的建立改善了在承受多径衰落的通信系统中通信的通信质量。
发射机分集装置操作的示范性说明是GSM，蜂窝通信系统的例子，其中通信信号脉冲群，在此是下行信号，可以在所选的根据许多载波中选择的载波规定的时隙中以脉冲群形式被发送。载波是在由箭头102表示的一个频率范围上不同的频率。虽然在通信系统中规定了许多载波，在示范性说明中，四个载波，在此是频率1,3,4和7的载波可用于传输其上的下行信号。在图示中，也有三个天线26可用于传送通信信号。在分集发射机装置的工作期间确定的相干带宽是带宽3B，其中B是相应于一个载波的带宽。利用相干带宽3B，在频率上，任何三个相邻位置的载波表现出类似的多径衰落特性。
通过本发明一个实施方案的操作，一种所选的频率跳动方案被用于选择发送脉冲群的载波。被选择接收与传送脉冲群的天线部件被选取，对于以前选择的天线部件是敏感的，这些天线部件以前用于在所选的载波附近的相干带宽内的载波上发送脉冲群。
图8示出天线在一起配对，在此是天线1,2和3和可得到的载波，也就是示于图7中的载波1、3、4和7一起。也就是说，通信信号脉冲群被选择在一个特定的频率和从一个特定的天线上发送。当“一起配对”的通信信号脉冲群被调制为允许它在所选的载波上传输的频率时，已调制信号被施加到它相应的配对天线。
正如图8中所示的操作的示范性说明指明的那样，在第一时间周期期间，例如一个TDMA信号第一帧的第一时隙，例如在以前提到的GSM蜂窝通信方案中规定的那样，通信信号的脉冲群被调制在频道1从天线1传送。
在传送通信信号脉冲群的相继的时间周期期间所用的相继频道与相继天线的选择是由以下条件选取的1)观测哪个天线以前已用于在所选载波附近的相干带宽内的载波上传送脉冲群，和2)选择从它最近使用以来时间最长的天线部件。如果使用特定天线不是强制性的，天线被循环地改变，建立传输空间分集。
因此，继续图8中所示的示范性操作，在第二时间周期期间，时间周期2，因为没有天线以前已经用于在围绕载波4的相干带宽内传送通信信号脉冲群，天线2被选择在时间周期2期间发送脉冲群。在第三时间周期，时间周期3，天线2以前已被用于在载波4上，在载波3附近的3B相干带宽内发送脉冲群。天线3被选择发送此脉冲群。
在第四时间周期期间，时间周期4，脉冲群要在载波1上被发送。因为在时隙1期间，脉冲群以前在天线1上被发送过，因而天线2被选取。用于发送通信信号的相继脉冲群的天线与频道的选择可类似地被选取。
图9示出一个通信站，一般还是用10表示，包括本发明另一个实施方案的发射机分集装置12。通信站10，在一种实施方案中，还是组成一个蜂窝通信网络的基站，能够与位于远方的移动用户单元发送接收通信信号。在其它的实施方案中，通信站10与其它的位于远方的通信站发送接收通信信号。发射机分集装置12还是能够建立由通信站发送的下行信号的信号分集。
由信息信号源14产生的通信信号还是被施加到发射机部件，在此是发射机部件102。发射机部件102是可调谐的发射机，能够在一个希望的频率上调制通信信号在一个特定的载波上传送。可调谐发射机部件102在线路22上产生已调制信号，此线路被连到极化选择器104。极化选择器104被连接到双极化天线设备106。
虽然图9中所示的示范性实施方案示出一个可调谐发射机部件102，在其它实施方案中，许多发射机部件，例如图1所示的发射机部件被替代使用。
双极化天线设备106能够产生，至少交替地产生，两种分离的极化，也就是，第一极化和第二极化。双极化天线设备可以由，例如，两个偶极子天线或一个能够产生两种极化的微带天线组成。
控制器32通过线路108连到极化选择器104，以便在极化选择器104实现由天线设备106表现出的极化的选择。控制器32进一步通过线路92连接，控制可调谐发射机102调制在线路16上施加其上的通信信号所用的调制频率。因为控制器32既能控制通过选择器104选择的极化，又能控制调制通信信号的频率，因而可为由通信站10发送的下行信号既建立极化分集，又建立频率分集。
在一种实施方案中，控制器32通过交替，或相继的极化中的一种实现极化选择，通过所选的调制频率顺序调谐可调谐发射机102。由此，所选的频率顺序和极化型式组合可被组成。
在所示的实施方案中，通信站10还进一步包括接收机电路38，通过线路42连到控制器32。接收机电路38能够在天线44上接收由远方通信设备发送到通信站的上行信号。在一种实施方案中，控制器32的附加操作类似于在前面的图中所示的关于实施方案所公开的内容。也就是说，控制器32检测由接收机电路38接收到的信号的特性。在一种实施方案中，上行信道特性被确定是响应接收到的信号的特性。假定上行和下行信道的信道条件是相互类似的。在另一种实施方案中，接收到的信号包括以前发送的下行信号特性的指示，由此允许控制器32确定下行信道的特性。对这样的确定作出响应，完成极性选择。
图10示出一个通信站，一般还是用10表示，它包括本发明的另一个实施方案的发射机分集装置12。通信站10的部分在结构上与图9中所示的相应结构类似。这样结构的操作将不再描述。
在图10中所示的发射机分集装置12与图9中所示的不同，其中，代替极化选择器104，此装置12包括极化选择器和RF开关124。并且，选择器与开关124选择性地连接到许多双极化天线106。在所示的实施方案中，两个空间上分开的，双极化天线106被连接到选择器和开关124。当每个天线交替地表现出两种极化时，四种独立的衰落图型被选择性地形成。单个天线设备106，或者两个天线设备106被耦合，以便在线路22上接收由可调谐发射机产生的已调制信号。
天线设备106还是可以由，例如，两个偶极子天线或可以形成两种极化的微带天线组成。
频率分集还是由通过可调谐发射机102的适当操作所允许的频率跳动来建立。并且，极化分集是通过由天线设备106形成的交替极化来建立。传输空间分集是通过适当地切换选择器与开关124，使不同的天线设备106表现出各种可能的极化另外建立的。由此，图10中所示的实施方案提供根据需要可选的所有三种类型的信号分集。
再次参考示于图1和4-6中任一个的通信站10，在另一种实施方案中，发射机分集装置12的控制器32至少能够或者改变下行信号发送到远方站所用的频道，或者改变下行信号发送所用的天线。在一种这样的实施方案中，控制器对作为控制器输入施加的信道特性的指示作出响应，以一种适当的方式实现改变。这样的指示可被构成，例如，由远方通信设备发送到接收机38的上行信号特性或者远方通信设备可以提供，作为上行信号的部分，直接在下行信道上发送的通信信号特性的信息。在另一个实施方案中，控制器使这样的选择以预先安排的方式完成。
因为发射机分集装置，及其有关的方法建立信号分集，使用本发明的各种实施方案便利于在多径环境中通信信号的通信。减轻可能作为多径衰落的结果产生的信号质量下降，由此改善了通信质量。
前面的描述是一些实现本发明的最佳实施例，本发明的范围不必要限于本描述。本发明的范围由以下的权利要求规定。
权利要求
1．一种用于通信站的发射机分集装置，能够产生至少一种所选的载波频率的通信信号在至少一个通信信道上被传送，所述的发射机分集装置包括一组空间上分开的天线，所述的天线组中的每个天线可选择性地连接，以便接收在通信站上产生的通信信号，并传送施加其上的通信信号；可驱动到所选的开关位置的切换电路，用于选择性地连接所述的天线组的所选天线，接收由通信站产生的通信信号；和一种连接到所述的切换电路的选择器，所述的选择器用于选择所述的切换电路被驱动进入的开关位置，由所选的选择器所选的开关位置连接一系列所选的天线的不同天线以接收通信信号，由至少一个所选的载波频率中任意一个产生的通信信号能够连接到所述的空间上分开的天线组中任何一个天线上，由此在所选的天线中不同的天线上传送通信信号。
2．根据权利要求1的发射机分集装置，其中根据切换电路以前已经驱动的以前的开关位置，选择所述的选择器驱动所述的切换电路进入的所选开关位置。
3．根据权利要求1的发射机分集装置，其中通信站包括通信信号产生器和一组发射部件，其中所述的天线组的每个天线被连接到发射部件组的一个发射部件，其中所述的切换电路包括耦合在通信信号发生器和发射部件之间的基带开关。
4．根据权利要求3的发射机分集装置，其中通信信号在至少一个通信信道上被发送，该装置包括许多通信信道，其中发射部件组的发射部件每个在相应于通信信道组的不同通信信道的不同载波频率上调制通信信号，其中由所述的选择器选择所述的切换电路被驱动进入的开关位置既确定通信信号被传送用的天线，也确定通信信号被传送所在的通信信道。
5．根据权利要求1的发射机分集装置，其中通信站包括通信信号发生器和一组发射部件，发射部件组的每个发射部件耦合到通信信号发生器，其中所述的切换电路包括耦合在发射部件组的每个发射部件和所述的天线组之间的射频开关。
6．根据权利要求5的发射机分集装置，其中通信信号至少在一个通信信道上被传送，该装置包括许多通信信道，其中发射部件组包括单个发射部件，单个发射部件用于在相应于许多通信信道的任何所选的通信信道的任何所选的通信信道的载波频率上调制通信信号，由所述的切换电路连接用于接收通信信号的所述的天线组的天线传送要发送的通信信号，该通信信号是在相应于单个发射部件调制通信信号所在的载波频率的通信信道上传送的。
7．一种用于通信站的发射机分集装置，能够在至少一个通信信道上至少发送通信信号，所述的发射机分集装置包括一组天线，所述的组的每个天线有选择性地连接到通信站以传送在通信站形成的通信信号；能够驱动进入所选的开关位置的切换电路，用于选择性地将所述的天线组所选的天线耦合到通信站；和一种耦合到所述的切换电路的选择器，所述的选择器用于驱动切换电路进入所选的开关位置，根据至少一个通信信道的至少一种传输特性的指示，驱动切换电路进入所选的开关位置。
8．根据权利要求7的发射机分集装置，其中通信站包括至少一台发射机，用于产生通信信号，其中所述的切换电路被耦合在所述的天线组的天线与发射机之间。
9．根据权利要求8的发射机分集装置，其中通信站的发射机依照在许多频道上的频率跳动方案发送通信信号，其中至少一个通信信道的传输特性包括衰落特性的指示。
10．根据权利要求9的发射机分集装置，其中所述的选择器还包括一种存贮设备，用于存贮由所述的选择器选择的所述的切换电路被驱动进入所选的开关位置和许多频道中的一个频道，当所述的切换电路被驱动进入所选的开关位置时，通信信号在此频道上被传送。
11．根据权利要求10的发射机分集装置，其中所述的选择器驱动所述的切换电路进入所选的开关位置是对以下各项作出响应而选取的衰落特性，传送通信信号所在的许多频道中的频道；所存贮的选择结果，在存贮设备所存贮的所选的开关位置和与此有关的频道，该频道是在传送通信信号所在的频道的相干带宽内。
12．根据权利要求11的发射机分集装置，其中，所选的若干开关位置中每个所选的开关位置被选择成与所述的天线组中的一个天线成对，由所述的存贮设备存贮的所存贮的选择结果表明当在发送通信信号所在的频道附近的频率带宽内的一个频道上传送通信信号时，信号当前已经耦合到发射机。
13．根据权利要求8的发射机分集装置，其中通信站的至少一台发射机包括许多发射部件，至少一个通信信道包括许多通信信道，每个发射部件与不同的通信信道有关，其中所述的切换电路包括一个射频切换矩阵，能够驱动进入一个开关位置，利用所述的发射部件组的任何发射部件与所述的天线组的任何天线配对。
14．根据权利要求13的发射机分集装置，其中通信站包括一个基带信号发生器，用于产生基带信号，带基信号与上混频信号混合，施加到发射机的发射部件，其中所述的切换电路包括一个基带开关，用于将基带信号发生器耦合到所选的发射部件，由此将基带信号施加到所选的发射部件，并由此组成用于在所选的通信信道上传输的通信信号。
15．根据权利要求8的发射机分集装置，其中至少一个通信信道包括许多通信信道，其中所述的发射机是可调谐的，用于在所述的许多通信信道的任何一个通信信道上产生通信信号，其中所述的切换电路可驱动进入所选的若干开关位置中一个所选的位置，利用发射机与所述的天线组中任何一个天线配对。
16．根据权利要求7的发射机分集装置，其中所述的选择器驱动所述的切换电路顺序地进入许多开关位置，所述的切换电路被驱动进入的开关位置取决于至少一个通信信道的传输特性和所述的切换电路已经被驱动进入的以前的开关位置。
17．根据权利要求7的接收机分集装置，其中通信站还包括一台接收机，用于在至少一个上行通信信道上接收发送到此的通信信号，其中至少一个通信信道的传输特性包括在至少一个上行信道上发送到所述的天线组中每个天线的通信信号的路径增益水平。
18．根据权利要求17的发射机分集装置，其中所述的选择器驱动所述的切换电路顺序地进入许多开关位置，所述的切换电路被驱动进入的开关位置取决于路径增益水平和所述的切换电路已被驱动进入的以前的开关位置。
19．根据权利要求17的发射机分集装置，其中所述的选择器还能够对传送到所述的天线组的每个天线的通信信号的路径增益水平的变化作出响应，和其中所述的切换电路被驱动进入的开关位置还取决于路径增益水平的变化。
20．根据权利要求8的发射机分集装置，其中至少一个通信信道的传输特性包括由表现出类似传输特性的一个传输空间组成的一个相干空间。
21．根据权利要求7的发射机分集装置，其中所述的天线组包括至少一个双极化天线，用于按照所选的极化传送施加到此的通信信号，和其中所述的选择器还选择至少一个双极化天线的极化。
22．一种用于通信站的发射机分集装置，有一台至少能够在至少一个下行通信信道上发送通信信号的发射机，所述的发射机分集装置包括一组天线，所述组的每个天线选择性地耦合到发射机，用于传送由发射机产生的通信信号；耦合在所述天线组的天线与发射机之间的切换电路，所述的切换电路，能够驱动进入所选的开关位置，用于将所述的天线组所选的天线耦合到发射机；和一个耦合到所述的切换电路的选择器，所述的选择器用于驱动切换电路进入所选的开关位置，切换电路被驱动进入的所选的开关位置是根据至少一个下行通信信道的传输特性的指示。
23．一种用于在至少一个通信信道上将在通信站产生的通信信号传送到一个远方站的方法，所述的方法包括以下步骤提供给通信站至少一个通信信道的传输特性指示；和根据在所述的提供步骤期间提供的传输特性，选择性地将一组天线中的天线耦合到通信站，以传送在通信站形成的通信信号。
24．根据权利要求22的方法，其中在所述的提供步骤期间提供的传输特性包括通信信道衰落特性的指示。
25．根据权利要求22的方法，其中在所述的提供步骤期间提供的传输特性包括表现出类似传输特性的频率带宽组成的相干带宽指示。
26．根据权利要求22的方法，其中在所述的提供步骤期间提供的传输特性包括在天线组中至少一个天线与远方站之间延伸的传输距离范围组成的相干空间指示。
27．一种用于通信站的发射机分集装置，至少能够产生在一组通信信道中所选的通信信道上以脉冲群形式发送的通信信号，所述的发射机分集装置包括被选择性地连接以接收通信信号的发射机电路，所述的发射机电路用于在可在所选的通信信道发送的所选的调制频率上调制通信信号；至少一个耦合到所述的发射机电路的天线，接收在所选的调制频率上被调制的通信信号，所述的至少一个天线用于传送由所述的发射机电路调制的通信信号，以便在所选的通信信道上发送通信信号；和一个选择器，至少部分地能够对由包括通信信道组中至少一个通信信道的频率带宽形式的相干带宽指示作出响应，所述的选择器用于选择通信信号的所选的调制频率以便根据相干带宽由所述的至少一个天线接收。
28．一种用于通信站的发射机分集装置，至少能够产生在所选的通信信道上以脉冲群的形式发送到一个远方站的通信信号，所述的发射机分集装置包括被选择性地连接以接收通信信号的发射机电路，所述的发射机电路用于调制通信信号以便可在所选的通信信道上发送；一组耦合到所述的发射机电路的天线，所述组的天线被选择性地耦合以接收通信信号，所述的天线用于传送由所述的发射机电路调制的通信信号；和一个选择器，至少部分地能够对由传输距离范围形成的相干空间指示作出响应，该范围包括在所述组的至少一个天线和远方站之间延伸的传输距离。
29．一种频率跳动方法，用于在一组通信信道中所选的通信信道上传送在通信站上产生的通信信号，所述的方法包括以下步骤检测由频率带宽形成的相干带宽指示，频率带宽包括通信信道组中至少一个通信信道；顺序地在所选的调制频率上调制通信信号，所选的调制频率是对在所述的检测步骤期间检测到的相干带宽作出响应而选取的；和在所选的通信信道上传送在所述的调制步骤期间被调制的通信信号。
30．一种用于通信站的发射机分集装置，该通信站有一台能够产生至少在一个通信信道上发送的至少一个所选的载波频率的通信信号的发射机，所述的发射机分集装置包括至少一个双极化天线，能够选择性地连接以便接收在通信站产生的通信信号，所述的至少一个双极化天线用于依据所选的极化，当通信信号施加其上时传送通信信号；和一个连接到通信站的极化选择器，所述的极化选择器用于选择所述的至少一个双极化天线的极化，由所述的极化选择器选择的极化被选于形成至少一种交替极化的序列。
31．根据权利要求30的发射机分集装置，其中所述的至少一个双极化天线包括第一偶极子天线和第二偶极子天线，第一偶极子天线用于形成第一极化和第二偶极子天线用于形成第二极化。
32．根据权利要求30的发射机分集天线装置，其中所述的至少一个双极化天线包括一个能够形成第一极化和第二极化的微带天线。
33．根据权利要求30的发射机分集天线，其中所述的至少一个双极化天线包括一个单一的，双极化天线，能够至少交替地形成第一极化和第二极化。
34．根据权利要求30的发射机分集天线，其中所述的至少一个双极化天线包括第一双极化天线和第二双极化天线，所述的第一与第二双极化天线，分别地，彼此能够形成第一极化，第二极化，第三极化，和第四极化。
35．根据权利要求30的发射机分集装置，其中所述的极化选择器还包括一个开关，所述的开关用于至少交替地耦合所述的第一双极化天线和所述的第二双极化天线以接收通信信号。
36．根据权利要求30的发射机分集装置，其中至少一个通信信号要在其上发送的通信信道包括许多通信信道，其中发射机产生一个相应于许多通信信道中一个所选的通信信道的载频上的通信信号，和其中所述的至少一个双极化天线传送要在通信信道上发送的通信信号，此通信信道相应于发射机产生通信信号所在的载波频率。
37．根据权利要求30的发射机分集装置，其中由所述的极化选择器选择的所选的极化是根据在至少一个通信信道上表现出的衰落特性而选取的。
38．一种用于在至少一个通信信道上传送由通信站的发射机产生的至少一个载频的通信信号到一个远方站的方法，所述的方法包括以下步骤提供给通信站至少一个通信信道的传输特性指示；选择性地连接至少一个双极化天线以接收至少一个通信信号；选择由至少一个双极化天线表现出的极化，该极化至少是根据在所述的提供步骤期间提供的传输特性指示而选取的；和在所述的选择性连接步骤期间连接的至少一个双极化天线上传送至少一个通信信号，从而将至少一个通信信号传送到远方站。
39．根据权利要求38的方法，其中在所述的提供步骤期间传输特性指示被提供的至少一个通信信道包括一个下行信道，在此信道上通信信号被通信站传送到远方站。
40．根据权利要求38的方法，其中在所述的选择性连接步骤期间选择性连接的至少一个双极化天线包括第一偶极子天线和第二偶极子天线。
41．根据权利要求38的方法，其中在所述的选择性连接步骤期间选择性连接的至少一个双极化天线包括能够表示出第一极化和第二极化的传输线。
42．根据权利要求38的方法，其中在所述的选择步骤期间选择的极化是交替的第一极化与第二极化。
43．根据权利要求38的方法，其中在所述的选择性耦合步骤期间选择性耦合的至少一个双极化天线包括空间上互相分开的第一双极化天线和第二双极化天线，和其中在所述的选择步骤期间选择的极化是可选择的第一极化，第二极化，第三极化，和第四极化。
全文摘要
用于无线电发射机(10)的一种发射机分集装置(12)和有关的方法。当耦合到无线电发射机(10)成为其一部分时，信号分集被建立以克服多径衰落。许多天线(26)可被自由地选择耦合用以接收在任何所选的载波上发送的已调制通信信号脉冲群。通过改变发送通信信号脉冲群的载波及用于传送通信信号脉冲群的空间分开的天线(26)，无论传输空间分集还是频率分集都能被建立。
文档编号H04B1/713GK1227683SQ9719721
公开日1999年9月1日 申请日期1997年6月13日 优先权日1996年6月18日
发明者D·A·史密斯, H·G·奥罗尔松, M·K·阿尔姆格伦 申请人:艾利森电话股份有限公司