CN1288616A

CN1288616A - 天线转换分集

Info

Publication number: CN1288616A
Application number: CN99802344A
Authority: CN
Inventors: D·E·阿克贝里
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2001-03-21
Anticipated expiration: 2019-01-12
Also published as: SE9800201L; CN1117439C; US6553078B1; EP1070396A1; SE9800201D0; WO1999038275A1; TW393837B; AU2444499A; SE511365C2

Abstract

一种天线转换分集无线电通信系统包括一个基站和一个无线电终端,在基站和无线电终端接收和发送在时间和频率上都是分开进行的。基于属于基站的一组若干天线测量上行链路的接收质量。若干储存并接着检索这个质量测量,以便选择(S3)一个天线用于上行链路接收。无线电终端测量(S2)和报告(S4)下行链路接收质量给基站,基站储存(S5)这个信息以选择(S6)一个天线用于下行链路发送。

Description

天线转换分集

技术领域

本发明一般涉及无线电通信系统中的空间分集。特别涉及一个天线转换分集系统以及在这样的一个系统中的无线电基站和无线电终端。

发明背景

天线转换分集是在无线电通信系统中空问分集的一种专用形式。它提供转换到另外天线的可能性，如果接收情况不好的话。

DECT(数字增强型无绳电信)系统是一个TDMA-IDD(时分多路存取-时分双工)系统，对于发射和连续接收两者通过选择基站中两个可利用天线的一个输出既提供下行链路又提供上行链路的天线转换分集。由于在DECT中发射和接收是在同一频率上进行的，所以上行链路衰落和下行链路衰落是相同的，这就意味着对于两个链路最好是相同的天线。

另一方面，GSM和D-AMPS系统是TDMA-FDD(时分多路存取-频分双工)系统，只提供上行链路空间分集，在移动终端情况下通带将导致不良的接收质量。在这些系统中不可能使用两个天线的一个输出分别既用于上行链路和下行链路接收，又用于上行和下行链路发射，因为基站同时发射和接收。事实上GSM和D-AMPS基站一般使用两个天线用于上行链路接收、而第三个天线用于下行链路发射。然而应当考虑提供下行链路天线转换分集用于TDMA-FDD系统，例如GSM和D-AMPS系统。

此外，WO 97/21287(ADVANCED MICRO DEVICES)描述了一种TDMA-TDD/FDD系统组合。它可以考虑提供既具有上行链路天线转换分集，又具有下行链路天线转换分集的系统。

发明概述

因此本发明的一个目的在于提供一个经改进的具有下行链路天线转换分集的TDMA-FDD无线电通信系统。

本发明的另一目的在于提供具有下行和上行链路天线转换分集的TDMA-TDD/FDD无线电通信系统。

本发明的再一目的是一个改进的基站，以适合这样的无线电通信系统。

本发明还有一个目的是一个改进的无线电终端，以适合经改进的TDMA-FDD无线电通信系统以及一个传统的系统。

按照所附权利要求达到这些目的。

简略地，本发明将发射和接收分离，不论是在频率还是时间方面以及在基站还是无线电终端。基站测定上行链路接收质量，并确定和使用对接收是最好的天线。无线电终端确定下行链路接收质量，并将该质量向该基站报告，如果该下行链路接收质量低，则基站转换发射天线用于下一次的发射，如果下行链路接收质量高，则其维持目前的天线。这样对上行链路和下行链路将独立地确定上行和下行链路的转换。这样的一种经改进的系统将增加下行链路而接收质量。

附图的简要说明

通过参考结合附图的下列说明能最好地理解本发明，进一步的目的以及其优点，其中：

图1示意地表示一个蜂窝移动无线电通信系统；

图2示意地袁示TDMA-TDD系统中一个载波频率的使用；

图3示意地表示TDMA-FDD系统两个不重叠频段中的两个载波频率的使用；

图4示意地表示一个组合TDMA-TDD/FDD系统两个不重叠频段中的两个载波频率的使用；

图5是按本发明的一个基站的方块图；

图6是说明按本发明的天线转换分集过程的流程图；

图7是按本发明的一个移动站的方块图；

图8示意表示一组合TDMA-TDD/FDD系统的另一实施例中的两个载波频率的使用；以及

图9示意表示一个蜂窝移动无线电通信系统的另一实施例。

优选实施例的详细说明

为说明目的将使用以下术语：

一个下行链路帧是一批从一个基站发射到一组终端的时隙(脉冲串)。终端可以是静止的或移动的。

一个上行链路帧是一批从这些终端发射到该基站的时隙；

一个双工帧是该上行链路和下行链路帧的组合。

图1示意表示一个蜂窝移动无线电通信系统的一部分。一个网络控制器或移动业务交换中心MSC连接到一个基站BS。基站BS用无线电与移动站MS1和MS2保持联络。基站BS备有两个天线A1和A2。本发明首先涉及用这些天线提供上行链路和下行链路天线转换分集两者。

图2示意表示在一个现有技术的TDMA-TDD中使用一个载频。一个基站BS在一个载频F上的一个下行链路帧100中标志TX的时隙中向移动站MS1发射下行链路信号。移动站MS1在同一载波频率上的一个上行链路帧102中标志RX的时隙(该隙标志RX以指示在此时隙期间基站按接收机工作)中向基站BS1发射上行链路信号。下行链路帧和上行链路帧100，102一起形成一个双工帧。下行链路帧104是下一双工帧的第一部分，其中这种模式将被重复。要指出的是，时隙TX和RX相对它们各自的帧(下行链路和上行链路)具有相同的位置。“数字增强型无绳电信”系统(DECT)由欧洲电信标准协会标准化，使用无线电通信的TDMA-TDD。在DECT中，在所有基站之间同步发送，即所有下行链路发送在第一个5ms的下行链路帧期间发生，而所有上行链路发送在接着的5ms的上行链路帧发生。对于一个载频，5ms被专用于12个下行链路时隙，而接着的5ms专用于12个上行链路时隙，由此能够使用一个单一载频于相同双向连接的下行链路和上行链路通信。按照DECT，人们了解在一个无线电基站BS中让上行链路和下行链路分集使用两个天线A1和A2，以及在一个移动无线电终端MS使用一个天线。由于上行和下行链路发送是在同一频率上进行的，所以对于上行链路和下行链路天线的选择是相同的。所使用的空间分集的类型是天线转换分集，即在该基站中只存在一个无线电设备用所选择的天线进行接收/发射。对于上行链路，接收质量由基站在数字上行链路时隙的开始或期间进行测量，然后这个质量测量储存在与存储器位置M1a有关的一个通道中。对于下行链路，接收质量由移动站使用接收的比特差错率作为标准进行测量，之后移动站在随后的上行链路时隙中传送一个上行链路位，以通知下行链路质量的基站。当选择两个天线之一个用于TDD发送和接收时，基站同样将该位储存在存储器M1b中，并使用信息位M1a，M1b以确定发送通道(其对两个方向是相同的，因为上行链路和下行链路使用相同的频率)的最近的质量“Qr”。

图3示意表示在现有技术的TDMA-FDD系统中使用两个载频，例如GSM系统。对于这种情况，通过在不同的载频FTX和FRX上执行两个任务将下行链路发送和上行链路发送分开。在这种情况中，通过重复的下行链路和上行链路帧对(106，110)，(108，112)形成双工连接。注意上行链路帧相对同样的双工连接的下行链路帧迟延(3个时隙，对GSM)(在它的情况下一半值通道；虚线帧由其他的双工连接使用)。对于GSM基站典型地使用三个天线，一个用于下行链路发送，而两个用于上行链路接收。该两个接收天线提供上行链路天线空间分集，而该单个发送天线不能提供下行链路空间分集。分开的天线用于发送和接收的理由在于对GSM，在基站，发送和接收同时发生。

图4示意表示在WO 97/21287(WDVANCED MICRO DEVICES)描述的在现有技术TDMA-TDD/FDD系统中使用两个载频的情况。如在TDMA-FDD中那样，通过在不同的载频FTX和FRX上执行两个任务将下行链路发送和上行链路发送分开。然而，这种组合系统也类似于TDMA-TDD系统，因为下行链路和上行链路帧还是准时用TDMA-TDD相同的方法分开。由下行链路帧114和上行链路帧118形成一个双工帧。下行链路帧116是下一个双工帧的第一部分。在WO 97/21287中并未讨论天线转换分集。

比较图3和图4看出，如果改进图3中的这个系统，使得可以消除虚线帧，并且将3个时隙的延迟增加到8个时隙(在GSM中)，这在事实上可能获得按图4的一个系统。在这样一种改进的系统中有可能既实施下行链路天线转换分集，又实施上行链路天线转换分集，这是因为基站不再同时发送和接收。

现在将参照图5-7描述本发明的基本原理。图5是按本发明的一个基站的方块图。为说明本发明仅表示最主要的方块。发射机TX在一个载频FTX上用下行链路帧发射。接收机RX在一个载频FRX上用上行链路帧接收。上行链路和下行链路帧并不准时重叠，即它们如图4中那样分布。这意味着天线A1和A2既可用于发送，又可用于接收。开关SW1和SW2引导信号到发射机TX或接收机RX和从发射机TX或接收机引导信号。两个开关SW1，SW2由控制单元CU-BS的一个控制信号C1进行控制(例如由一个微处理器或执行控制程序P-BS的微/信号处理器组合实施)，使得在下行链路帧期间发射机TX接收在其输入端上的信号，并在其输出端输出信号到天线A1，A2之一，以及使得在上行链路帧期间接收机接收在其输入端上来自天线A1、A2之一的信号，并在其输出端输出接收的信号以便进行解码。在图5中开关SW1，SW2处于下行链路帧期间使用的开关位置。在控制信号C2另一侧的开关SW3也由控制单元CU-BS控制。在发送和接收期间选择适当的天线A1或A2，将在下面进一步描述。

图6是说明按本发明的天线转换分集过程的流程图。在第一步S1中，图5中的基站接收上行链路帧中的一个时隙。控制单元CU-BS测量在接收的脉冲串一部分期间天线A1的比特差错率和在该脉冲串另一部分期间天线A2的比特差错率。由选择具有最低比特差错率的天线确定最好的天线。相应的天线指示符(例如0对天线A1和1对天线A2)储存在控制单元CU-BS的存储单元QU中。在步骤S2中，只有一个天线的移动站，确定接收的比特差错率，并将该率与一个阈值相比较，以确定一个指示符QD。如果该比特差错率超过该阈值，则表示接收质量低下，而另一个天线应当用于下一个下行链路脉冲串。如果该比特差错率不超过该阈值，则表示在下一个下行链路脉冲串可使用相同的天线。测试结果储存在该移动站的一个存储器单元QD-MS(见图7)(例如对于“使用相同天线”的0和对于“转换天线”的1)。在步骤S3中控制单元CU-BS接收QU值并选择相应的天线接收来自移动站的下一个脉冲串。在步骤S4中在该上行链路脉冲串中值QD向基站报告。在步骤S5中该值储存在控制单元CU-BS的相应的存储器单元QD-BS中。在步骤S6中，检索指示符QD以确定对下一个下行链路脉冲串，一个天线转换是否应执行。之后重复这个过程。

要指出的是在基站和移动站之间存在着非对称性。基站实际上可确定最佳天线，而移动站只能确定对于目前的天线接收是否是“足够好”的。此外，还可能使用两个接收机，其一用于每个天线以确定最佳上行链路接收质量QU。

图7是按本发明的一个移动站的方块图。只包括对说明本发明有必要性的方块。图7中移动站MS的方块图十分类似于图5中基站BS的方块图。该移动站也包括一个控制单元CU-MS(例如用一个微/信号处理的组合实施)，通过使用由一个控制信号C控制的开关SW1和SW2来控制发射机TX的发送和接收机RX的接收。重要的一个差别在于这里没有开关SW3，因为在移动站MS中只有一个天线A。另一差别在于一个移动站中的控制单元CU-MS不需要用于QU的存储器单元，因为移动站不使用这个参数。此外，移动站中的控制单元CU-MS执行不同于一个基站的控制单元CU-BS的另一步骤(如参考图6所说明的)，再一次地由于一个移动站只有一个天线的事实。还要指出，如果和基站相比较，在该移动站中频率FTX和FRX的作用已被颠倒。

由于图7中的移动站是基于上行链路脉冲串的不同的定时(对于GSM情况是8而不是3个脉冲串迟延)，它和现存GSM系统不兼容。因此按本发明的一个混合移动站包括控制程序P-MS，赖于基站的容量，它也能在老系统中工作并在两种模式之间转换。基站一般在一个控制通道上将其容量通知移动站。

在上面说明中基站使用两个天线用于天线转换分集。还可能用多于两个例如3或4个天线产生此法，以获得天线分集。

虽然图4中说明的频率使用的实施例适于说明本发明，但是在每个载频上仅50％时间分别用于发送和接收似乎是不够经济的。

图8示意表示在改进的组合TDMA-TDD/FDD系统中使用两个频段，该系统将消除这个缺陷。在该实施例中虚线帧120，122和124分别也用于发送和接收，但是凭靠地理上同基站BS分开的另一基站。凭靠在地理上分开基站，一般分开10m或更远一些，由一个基站在一个频率上的接收并不受到由另一基站在另一频率上发送的干扰。此外，由网络控制器同步从两个基站的发送，也将控制一个基站用相对于另一个基站的一个下行链路帧的时间迟延进行发射。作为概括，每一个基站可属于基站的各个组，在一组中的每个基站具有相同的定时，以及在另一组中的每个基站具有由一个下行链路帧延迟的定时。移动站接收到由每组基站使用的定时通知，并且当它锁定到一个业务通道时用此信息调整其定时。

此外，本发明已经参照一个半价通道(a ha1f rate channel)加以描述。然而，通过在下行链路和上行链路帧中使用两个或更多个时隙，对于高价通道(hight rate channels)为实现天线转换分集可以使用相同的原理。

图9示意说明一个改进了的蜂窝移动无线电通信系统，其中图1中的网络控制器MSC和基站BS间的固定连接已由一种天线电连接替换。在该实施例中网络控制器MSC起相对基站BS一个固定的无线电终端的作用。在一类似实施例中，该无线电终端是在本地回路(RLL)中的一个固定的无线电终端。

本专业技术人员将理解对本发明可进行各种修改和变化而不脱离其精神和范围，而精神和范围是由所附权利要求限定的。

Claims

1．一种TDMA-FDD无线电通信系统中的天线转换分集方法包括一个基站和一个无线电终端，所说系统在所说每个基站和所说无线电终端中按时间和频率两者分开发送和接收，所说方法的特征在于：

在一组属于所说基站的若干天线上测量用于TDMA-FDD无线电通道上行链路的接收质量；

按所说基站中所说组储存一最好天线的一第一指示符；

在属于所说无线电终端的一个天线上测量用于所说TDMA-FDD无线电通道下行链路的接收质量；

储存所说无线电终端下行链路的所说接收质量的一第二指示符；

基于所说第一指示符的值从用于接收上行链路的所说组选择一个天线；

向所说基站报告所说第二指示符；

储存所说报告的第二指示符于所说基站中；以及

与选择用于接收上行链路的天线无关地并基于所说第二指示符的值从用于发送下行链路的所说组选择一个天线。

2．一种提供天线转换分集以及包括一个基站和一个无线终端的TDMA-FDD无线电通信系统，所说系统在每一个所说基站和所说无线电终端中按时间和频率两者分开发送和接收，所说系统的特征在于

装置(CU-BS)，在属于所说基站(BS)的一组若干天线(A1，A2)上测量用于TDMA-FDD无线电通道上行链路的接收质量；

装置(QU)，用于按照所说基站中所说组储存一最好天线的一第一指示符；

装置(CU-MS)，在属于所说无线电终端(MS，MSC)的一个天线(A)上测量用于所说TDMA-FDD无线电通道下行链路的接收质量；

装置(QD-MS)，用于储存所说无线电终端下行链路所说的接收质量的一第二指示符；

装置(CU-BS)，基于所说第一指示符的值从用于接收上行链路的所说组选择一个天线；

装置(CU-MS)，用于向所说基站报告所说第二指示符；

装置(QD-BS)，用于储存所说报告的第二指示符于所说基站中；以及

装置(CU-BS)，用于与选择用于接收上行链路的天线无关地并基于所说第二指示符的值从用于发送下行链路的所说组选择一个天线。

3．权利要求2的系统，其特征在于所说无线电终端是一个移动无线电站(MS)。

4．权利要求2的系统，其特征在于所说无线电终端是一个固定的网络控制器(MSC)。

5．权利要求2的系统，其特征在于所说天线电终端是一个在本地无线电回路中的固定无线电站。

6．在提供天线转换分集并包括一个基站和一个无线电终端的TDMA-FDD无线电通信系统中的一个基站，所说系统在每一个所说基站和所说无线电终端中按时间和频率两者分开发送和接收，所说基站的特征在于，

一组若干天线(A1，A2)；

装置(CU-BS)，用所说组中的天线测量上行链路接收质量；

装置(QU)，用于储存所说组中最好天线的一第一指示符；

装置(CU-BS)，用于根据所说第一指示符的值从所说用于接收上行链路的组选择一个天线；

装置(CU～MS)，用于接收在所说基站中的所说无线终端处下行链路接收质量的第二指示符；

7．一个TDMA-FDD无线电通信系统中的无线电终端，其特征在于一个控制单元(CU-MS，P-MS)按两个工作模式之一工作，即

下行链路天线转换模式，其

在属于所说无线电终端(MS，MSC)的一个天线上测量下行链路的接收质量，

储存所说下行链路接收质量的一个指示符，向一基站报告所说指示符，以便根据所说指示符的值选择若干可使用的基站发送天线之一个，以及

下行链路单个天线模式，从所说基站中的一单个天线接收下行链路发送。

8．权利要求7的无线电终端，其特征在于所说无线电终端是一个移动无线电站(MS)。

9．权利要求7的无线电终端，其特征在于所说无线电终端是一个固定的网络控制器(MSC)。

10．权利要求7的无线电终端，其特征在于所说无线电终端是一个在本地无线电回路中的固定的无线电站。