CN101999209A - 多模式无线通信链路 - Google Patents
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Abstract
一种通信系统(20),包含第一和第二发送器(36A、36B),其被连接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。所述发送器被连接,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。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,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。
Description
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。
Claims (40)
1.一种通信系统,包括第一和第二发送器,它们被连接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,这组运行模式包括下列中的至少两个:
保护模式,其中,所述第二发送器充当所述第一发送器的备用品;
空分复用模式,其中,所述第一数据不同于所述第二数据,并且所述第一和第二发送器同时进行发送;和
波束成形模式,其中,所述第一数据与所述第二数据完全相同,所述第二射频信号包括所述第一射频信号的经相移的副本,并且所述第一和第二发送器同时进行发送。
2.根据权利要求1所述的系统,还包括至少一个控制器,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,并使所述第一和第二发送器在所选择的模式下运行。
3.根据权利要求2所述的系统,还包括:
第一和第二接收器,它们被连接以接收所述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,并被连接以处理所述第一和第二所接收信号,以依照所选择的模式来解码所述第一和第二数据的至少一部分。
4.根据权利要求3所述的系统,其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,使所述输出模块从所述第一和第二所接收信号之一解码所述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,从所述第一和第二所接收信号联合地解码所述第一和第二数据。
5.根据权利要求3所述的系统,其中,当该系统在保护模式下运行时,所述第一接收器和所述第二接收器都被配置以接收所述第一射频信号,并且所述第二接收器充当所述第一接收器的备用品。
6.根据权利要求5所述的系统,其中,当该系统在保护模式下运行时,所述第二接收器是停用的,并且其中,所述至少一个控制器被配置以响应于所述第一接收器中的故障来启用所述第二接收器。
7.根据权利要求5所述的系统,其中,当该系统在保护模式下运行时,所述第一接收器和所述第二接收器都是启用的,并且所述输出模块对来自所述第一接收器的第一数据进行解码,并且其中,所述至少一个控制器被配置以响应于所述第一接收器中的故障来使所述输出模块开始对来自所述第二接收器的第一数据进行解码。
8.根据权利要求2所述的系统,其中,当该系统在波束成形模式下运行时,所述输出模块被连接,以独立于所述第一和第二射频信号之间的相位偏移而联合地解码所述第一和第二数据。
9.根据权利要求8所述的系统,其中,所述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,其中,所述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,并且其中,所述第一和第二天线间距中的至少一个被选择以使所述第一和第二数据的联合解码对所述相位偏移不敏感。
10.根据权利要求8所述的系统,其中,所述输出模块被连接,以在解码所述第一和第二数据之前将所述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。
11.根据权利要求3所述的系统,其中,所述至少一个控制器包括用于控制所述发送器的发送器控制器以及用于控制所述接收器和所述输出模块的接收器控制器,并且其中,所述发送器控制器和接收器控制器被配置以彼此协调所选择的运行模式。
12.根据权利要求11所述的系统,其中,当该系统在波束成形运行模式下运行时,所述接收器控制器被配置以对所述第一和第二所接收信号执行测量,并且其中,所述发送器控制器被配置以响应于所述测量来修改所述第一和第二射频信号之间的相位偏移。
13.根据权利要求3所述的系统,其中,所述至少一个控制器包括用于控制所述发送器的发送器控制器以及用于控制所述接收器和所述输出模块的接收器控制器,并且其中,所述接收器控制器被配置以独立于所述发送器控制器而选择运行模式。
14.根据权利要求3所述的系统,其中,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。
15.根据权利要求3所述的系统,其中,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、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。
16.根据权利要求3所述的系统,其中,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。
17.根据权利要求3所述的系统,其中,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。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的系统,其中,所述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(LO)信号来产生所述第一和第二射频信号。
19.根据权利要求1-17中任一项所述的系统,其中,所述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)信号来产生所述第一和第二射频信号。
20.根据权利要求1-17中任一项所述的系统,其中,所述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所述第一和第二射频信号,并且其中,所述第一和第二发送器之一被连接以跟踪所述第一和第二发送器之另一的频率和相位。
21.一种用于通信的方法,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,并使所述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,所述第二发送器充当所述第一发送器的备用品;
空分复用模式,其中,所述第一数据不同于所述第二数据,并且所述第一和第二发送器同时进行发送;和
波束成形模式,其中,所述第一数据与所述第二数据完全相同,所述第二射频信号包括所述第一射频信号的经相移的副本,并且所述第一和第二发送器同时进行发送。
22.根据权利要求21所述的方法,还包括:评估系统条件,并根据估得的条件来从这组运行模式中选择运行模式。
23.根据权利要求22所述的方法,还包括:
分别使用所述第一和第二接收器来接收所述第一和第二射频信号,以产生第一和第二所接收信号;并且
依照所选择的模式,处理所述第一和第二所接收信号,以解码所述第一和第二数据的至少一部分。
24.根据权利要求23所述的方法,其中,处理所接收信号包括:当所选择的模式包括保护模式时,从所述第一和第二所接收信号之一解码所述第一和第二数据的所述至少一部分,并且,当所选择的模式包括空分复用模式和波束成形模式之一时,从所述第一和第二所接收信号联合地解码所述第一和第二数据。
25.根据权利要求23所述的方法,其中,当所选择的运行模式包括保护模式时,接收所述射频信号包括:通过所述第一接收器和所述第二接收器二者来接收所述第一射频信号,以使所述第二接收器充当所述第一接收器的备用品。
26.根据权利要求25所述的方法,其中,当所选择的运行模式包括保护模式时,接收所述射频信号包括:停用所述第二接收器,并响应于所述第一接收器中的故障来启用所述第二接收器。
27.根据权利要求25所述的方法,其中,当所选择的运行模式包括保护模式时,接收所述射频信号包括:启用所述第一接收器和所述第二接收器二者,并从所述第一接收器解码所述第一数据,并响应于所述第一接收器中的故障来开始从所述第二接收器解码所述第一数据。
28.根据权利要求23所述的方法,其中,当所选择的运行模式包括波束成形模式时,处理所接收信号包括:独立于所述第一和第二射频信号之间的相位偏移而联合地解码所述第一和第二数据。
29.根据权利要求28所述的方法,其中,所述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,其中,所述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,并且其中,所述第一和第二天线间距中的至少一个被选择以使所述第一和第二数据的联合解码对所述相位偏移不敏感。
30.根据权利要求28所述的方法,其中,处理所接收信号包括:在解码所述第一和第二数据之前将所述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。
31.根据权利要求23所述的方法,其中,选择运行模式包括:在所述发送器和所述接收器之间协调所选择的运行模式。
32.根据权利要求23所述的方法,其中,当所选择的运行模式包括波束成形模式时,处理所接收信号包括对所述第一和第二所接收信号执行测量,并且其中,发送所述第一和第二射频信号包括根据所述测量来修改所述第一和第二射频信号之间的相位偏移。
33.根据权利要求23所述的方法,其中,选择运行模式包括:所述接收器独立于所述发送器而选择模式。
34.根据权利要求23所述的方法,其中,选择运行模式包括:无数据丢失地在各运行模式之间更替。
35.根据权利要求23所述的方法,其中,所述系统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、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。
36.根据权利要求23所述的方法,其中,所述系统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。
37.根据权利要求23所述的方法,其中,选择保护运行模式包括:为了能够执行维护操作而选择该模式。
38.根据权利要求21-37中任一项所述的方法,其中,发送所述第一和第二射频信号包括:分别使用彼此相位同步的第一和第二本振(LO)信号来产生所述射频信号。
39.根据权利要求21-37中任一项所述的方法,其中,发送所述第一和第二射频信号包括:分别使用彼此非相位同步的第一和第二本振(LO)信号来产生所述射频信号。
40.根据权利要求21-37中任一项所述的方法,其中,发送所述第一和第二射频信号包括:分别在第一和第二频率发送具有第一和第二相位的所述射频信号,并通过所述第一和第二发送器之一来跟踪所述第一和第二发送器之另一的频率和相位。
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