[发明专利]多小区无线网络及方法

说明书

本申请为申请日为2005年12月7日、申请号为200580041762.5、发明名称为“多小区无线网络中的协作MIMO”的申请的分案申请。

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MIMO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1db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(MIMO)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 Wireless Communications”，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 orthogonal designs”，IEEE Trans.Inform.Theory，45：1456-1467，July 1999)。

因为MIMO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