專利名稱：用于電信系統(tǒng)的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明與在電信系統(tǒng)中移動波束的方法和波束形成網(wǎng)絡內(nèi)的配置有關。


圖1揭示了一種靈活波束成形系統(tǒng)的原理圖。天線陣列最好有8個天線元。
每個頻道具有各自的一組權(例如，在圖1中的W1(1)-W8(1))。權的個數(shù)由所用的天線元的個數(shù)確定。
權的組數(shù)由同時的頻道數(shù)確定。每個頻道具有一組權，而如果采用SDMA(空分多址)的話，每個頻道必需有幾組權。有權組數(shù)=頻道數(shù)×SDMA因子；復權數(shù)=頻道數(shù)×SDMA因子×天線元數(shù)。
圖1的波束成形系統(tǒng)的詳細情況可參見由Radio Design AB提出的未決申請9601613-4“變換蜂窩電話系統(tǒng)的方法和配置”(Methodand Arrangement of Converting a Cellular TelecommanicationSystem)，9601615-9“轉(zhuǎn)動波束接入方法”(Rotating Lobe AccessMethod)和9601614-2“天線系統(tǒng)”(Antenna System)，這些申請列為本發(fā)明的參考。
按圖1構成的靈活波束成形系統(tǒng)具有很好的性能。這種系統(tǒng)的波束可指向任意方向的移動終端，也就是說波束的方向角θ可以從0連續(xù)地變化到180°?？梢岳斫?，這種系統(tǒng)通過方向圖零點控制也能實現(xiàn)干擾對消。
然而，圖1這種靈活波束成形系統(tǒng)的問題是它非常昂貴，也就是說需要使用太昂貴的設備過分先進的算法。
這個問題可以用一個如圖2所示的固定波束成形網(wǎng)絡來解決。圖2示出了固定波束成形網(wǎng)絡的原理方框圖。LF1-n分別標示n個不同的波束。虛線所示為復聯(lián)部分，數(shù)目由收發(fā)機數(shù)確定。這種系統(tǒng)的詳細情況可參見上面提到的未決申請。這種解決方案由于系統(tǒng)使用若干個固定的寬帶波束，因此硬件耗費較少而算法也比較簡單。許多移動終端從而可以使用相同的波束。然而，波束數(shù)必需比較少，因為波束數(shù)少(圖2中為n個)才能減少硬件量，當然這也就意味著與上面提到的可動波束成形系統(tǒng)相比性能要變差，即這些波束只能指向一些固定的確定方向，如圖3所示。如果形成相當多的固定波束，性能可以改善一些，不致差得太大。然而，如前面所提到的，只有在固定波束少的情況下才能減少硬件量。采用圖2的系統(tǒng)不能通過輻射方向圖的零點控制來抑制干擾，所以在這方面性能也比圖1的系統(tǒng)差。由于突然的波束切換會干擾傳輸，因此在波束切換后需要重新同步，以消除可能出現(xiàn)的相位擾動的影響。
總而言之，靈活波束成形系統(tǒng)具有高的波束方向性，但很昂貴，需要采用高級算法，而固定波束成形網(wǎng)絡比較經(jīng)濟，采用簡單的算法，但波束的方向性低。
本發(fā)明的目的是克服上述系統(tǒng)的這些缺點，提供一種采用簡單算法的經(jīng)濟的系統(tǒng)，既具有高的波束方向性又能支持干擾相消。
以上目的由如權利要求1和9分別提出的在電信系統(tǒng)中移動波束的方法和波束形成網(wǎng)絡內(nèi)的配置達到的。
按本發(fā)明設計的方法和配置與上述系統(tǒng)相比具有許多優(yōu)點。這些優(yōu)點例如為●方案簡單、經(jīng)濟；●可采用簡單的算法(比靈活波束系統(tǒng)簡單得多)；●采用細調(diào)的固定波束跟蹤移動終端；●沒有突然的波束切換，因此不需要在波束切換后重新同步；●高的性能(等于靈活波束方案)；●能干擾相消(普通的固定波束系統(tǒng)是不能的)；●波束之間無低增益的交疊區(qū)，因為這些波束可指向任意方向；●波束在所有方向上完全可控；●與靈活波束系統(tǒng)相比硬件量大大減少；
●波束數(shù)可以比固定波束成形網(wǎng)絡的少。
本發(fā)明的其他特征在所附權利要求書中列出。
下面將結(jié)合附圖詳細對本發(fā)明進行說明，在這些附圖中圖1為靈活波束成形系統(tǒng)的原理圖；圖2為固定波束成形單元的原理方框圖；圖3示出了圖2所示固定波束成形單元的波束方向；圖4為按本發(fā)明設計的無縫波束形成網(wǎng)絡的方框圖；圖5示出了按本發(fā)明在固定波束之間進行內(nèi)插的情況；圖6示出了按本發(fā)明抵消一個副波束的情況；圖7示出了圖4所示方框圖的器件級實現(xiàn)情況；以及圖8為I-Q向量調(diào)制器的方框圖。
本發(fā)明基于采用通過固定波束形成網(wǎng)絡對波束進行粗加權的固定波束成形系統(tǒng)。然而，由圖4可見，本發(fā)明體現(xiàn)在分離器的精調(diào)裝置。天線陣列最好具有8個天線元，其功能可參閱前面提到的未決申請“天線”。虛線所示為復聯(lián)部分，復聯(lián)數(shù)取決于收發(fā)機數(shù)。圖4的粗調(diào)部分包括一些在固定方向上產(chǎn)生波束的波束成形單元。這些波束成形單元具有8個固定的復數(shù)的權系數(shù)(振幅權和相位權)，這些權系數(shù)分別與送至(或來自)相應天線元的信號相乘。這些復數(shù)的權系數(shù)選擇成使得在固定方向(即固定的主波束，圖6中的LF1)上經(jīng)相乘的信號相互作用獲得高的增益，而在所有的其他方向(即副波束，圖6中的SL1)上干擾只有低的增益。本發(fā)明的核心在于細調(diào)裝置能同時利用任意多個固定波束(LF1-LFn)。這導致在固定波束(LF1-LFn)之間產(chǎn)生內(nèi)插波束。這意味著在波束切換后不需要重新同步，也不會發(fā)生突然的波束切換。因此，本發(fā)明能通過用經(jīng)精調(diào)的固定波束來跟蹤移動終端。本發(fā)明可用于上行鏈路，也可用于下行鏈路。在上行鏈路中用一個合并器，而在下行鏈路中用一個分離器。當然實現(xiàn)方式不同，但所用的本發(fā)明的原理是相同的。
圖4中的分離器將來自TRX的功率分配給精調(diào)裝置的各個輸入端。通常，功率均勻地分配給精調(diào)裝置的各個輸入端。可以理解，在TRX進行接收時，要用一個合并器將來自精調(diào)裝置各個輸出端的信號合并在一起。
圖4中的精調(diào)裝置包括一些調(diào)制器。這些調(diào)制器用來調(diào)制信號的相位和振幅。一種值得推薦的調(diào)制器例如可以是如圖8所示的I-Q向量調(diào)制器。這種調(diào)制器是有源和無源器件的獨特組合，在理論上最為適合同時控制振幅和相位。調(diào)制器(1-n)用來實現(xiàn)波束內(nèi)插和副波束的干擾相消。如是不用調(diào)制器，可以用PIN二極管衰減器來實現(xiàn)波束內(nèi)插。然而，PIN二極管衰減器不能實現(xiàn)干擾相消。
假設需要在圖5的固定波束LF1和LF2之間形成一個波束(LF內(nèi)插)。
圖4中的分離器將信號分成大小相等的n個信號，同相地送至精調(diào)裝置內(nèi)的調(diào)制器1-n。為了在LF1和LF2之間形成波束內(nèi)插，調(diào)制器1／PIN二極管衰減器1和調(diào)制器2／PIN二極管衰減器2的衰減量設置為最小值，此后將波束LF1與LF2相加，就形成內(nèi)插波束(LF內(nèi)插)，如圖5所示。在這種情況下，其他調(diào)制器3-n／PIN二極管衰減器3-n的衰減量都設置為最大值。因此，為了在兩個不同的波束(LF1-LFn)之間形成任意的波束內(nèi)插，將信號在調(diào)制器／PIN二極管衰減器1-n內(nèi)進行振幅調(diào)制，再將與振幅受調(diào)制的信號關聯(lián)的固定波束(LF1-LFn)加在一起，就形成了波束內(nèi)插(LF內(nèi)插)。這種在固定波束和內(nèi)插波束之間的轉(zhuǎn)移稱為無縫波束移動。
當然，應指出的是分離器的信號可以均勻或非均勻地分配給精調(diào)裝置內(nèi)的調(diào)制器1-n。這意味著可以組合任意個波束(LF1-LFn)，例如組合波束LF1、LF3、LF4、LF6和LFn，形成一個任選天線方向圖，例如一個寬波束。
如果使用相位調(diào)制器，例如I-Q向量調(diào)制器(圖8)，圖4中的波束形成網(wǎng)絡也可以用來實現(xiàn)干擾相消，如圖6所示。通過調(diào)整各個權的相位和振幅，可以用一個固定波束來抑制另一個波束的輻射方向圖。
下面將結(jié)合圖6舉例說明干擾相消的情況。圖6A示出了一個移動終端MT1用LF1的頻道與基站通信的情況。與主波束LF1一起衍生的副波束SL1干擾在相同頻道上進行通信的移動終端MT2。在這種情況下，信號功率大部分分布在固定波束LF1內(nèi)。為了抑制副波束SL1，例如對圖4中精調(diào)裝置內(nèi)調(diào)制器4的信號進行相位和振幅調(diào)制，使得與所述受調(diào)制的信號關聯(lián)的波束LF4具有與副波束SL1相同的振幅，但與副波束SL1反相(相位相差180°)，如圖6B所示。當然，可以理解，波束LF4在與副波束SL1相同的方向上輻射，但與副波束反相，意味著進行干擾相消。圖6B只是示意性地示出了這種相消情況。因此，通過調(diào)制器4內(nèi)對信號進行相位(180°)和振幅調(diào)制，波束LF4將抑制副波束SL1，使副波束SL1可以被抵消，如圖6C所示。所以，由圖6C可見，由于副波束受到抑制，移動終端MT2與MT1不會相互干擾。
圖7為按圖4配置的本發(fā)明的電路圖。圖7揭示了配有兩個TRX(收發(fā)機)10和20、四個固定波束和每個天線四個偶極子列的系統(tǒng)?？梢岳斫?，當然也可以采用任意數(shù)目的TRX、波束和偶極子列。分離器11最好是普通的Wilkinson分離器／合并器，可參見“微波晶體管放大器”(Microwave Transistor Amplifiers，Guillermo Gonzales ISDN0-13-254335-4)。應強調(diào)的是分離器11在發(fā)送時可用于分配無線電信號而在接收時用于合并無線電信號。在圖7中，信號由分離器11一分為四。調(diào)制器12是PIN二極管衰減器或向量調(diào)制器，如上所述。調(diào)制器12接至合并器16，由合并器16將來自兩個TRX10和20合并在一起。合并器16接至將信號一分為四的功分器13。功分器13接至延遲線和固定衰減器14或向量調(diào)制器14，再接至合并器15。合并器15接至放大器17。來自合并器15的信號經(jīng)放大器17放大后通過雙工濾波器18饋給天線元19進行傳輸。在原則上，同樣的系統(tǒng)(稍加修改)可用來接收無線電信號。
上面所說明的只是作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，而本發(fā)明的專利保護范圍由所附權利要求書給出。
權利要求
1．一種在電信系統(tǒng)中移動波束的方法，其特征是利用合并波束(LF1-LFn)來形成一個任意的天線方向圖。
2．一種如在權利要求1中所提出的方法，其特征是所述任意天線方向圖用來抑制任意副波束(SL1)。
3．一種如在權利要求1或2中所提出的方法，其特征是所述合并是在固定波束(LF1-LFn)之間的內(nèi)插。
4．一種如在權利要求3中所提出的方法，其特征是所述內(nèi)插用在固定波束(LF1-LFn)之間，以形成一個指向在所述固定波束(LF1-LFn)之間的任意方向的內(nèi)插波束(LF內(nèi)插)。
5．一種如在權利要求4中所提出的方法，其特征是所述在所述固定波束(LF1-LFn)之間的內(nèi)插是通過將所述固定波束相加實現(xiàn)的，這就形成所述內(nèi)插波束(LF內(nèi)插)。
6．一種如在權利要求5中所提出的方法，其特征是所述在固定波束(LF1，LF2)之間的內(nèi)插(LF內(nèi)插)是由下列步驟實現(xiàn)的對與所述固定波束(LF1，LF2)關聯(lián)的信號進行振幅調(diào)制；以及將所述固定波束(LF1，LF2)相加在一起。
7．一種如在權利要求6中所提出的方法，其特征是用一個精調(diào)裝置通過調(diào)整振幅權系數(shù)來實現(xiàn)所述對與所述固定波束(LF1，LF2)關聯(lián)的所述信號進行的振幅調(diào)制。
8．一種如在任何權利要求3-7中所提出的方法，其特征是通過調(diào)整與至少一個用來抑制其他波束(SL1)的輻射圖的固定波束(LF4)關聯(lián)的相位和振幅權系數(shù)實現(xiàn)干擾抵消。
9．一種在一個波束形成網(wǎng)絡內(nèi)的配置，其特征是有一個精調(diào)裝置配置成將波束(LF1-LFn)相互合并，以便產(chǎn)生一個任意天線方向圖。
10．一種如在權利要求9中所提出的配置，其特征是所述任意天線方向圖用來抑制任意副波束(SL1)。
11．一種如在權利要求9或10中所提出的配置，其特征是所述合并是在固定波束(LF1-LFn)之間的內(nèi)插。
12．一種如在權利要求11中所提出的配置，其特征是有一個精調(diào)裝置配置成實現(xiàn)在固定波束(LF1-LFn)之間的內(nèi)插，以形成一個指向在所述固定波束(LF1-LFn)之間的任意方向的內(nèi)插波束(LF內(nèi)插)。
13．一種如在權利要求12中所提出的配置，其特征是所述精調(diào)裝置包括配置成對與所述固定波束關聯(lián)的信號進行振幅調(diào)制的調(diào)制器(1-n)，其中所述固定波束(LF1-LFn)在一個加法器內(nèi)相加，以形成所述內(nèi)插波束(LF內(nèi)插)。
14．一種如在權利要求13中所提出的配置，其特征是所述調(diào)制器(1-n)調(diào)整與所述固定波束(LF1，LF2)關聯(lián)的振幅權系數(shù)，以便形成所述在所述固定波束(LF1，LF2)之間的內(nèi)插波束(LF內(nèi)插)。
15．一種如在權利要求14中所提出的配置，其特征是有一個分離器將來自一個TRX的信號分成n個大小相同的信號，同相地送至所述精調(diào)裝置內(nèi)的所述調(diào)制器(1-n)。
16．一種如在權利要求13-15所提出的配置，其特征是所述調(diào)制器(1-n)調(diào)制與所述固定波束關聯(lián)的振幅和相位權系數(shù)。
17．一種如在權利要求16中所提出的配置，其特征是所述調(diào)制器是I-Q向量調(diào)制器。
18．一種如在任何權利要求13-15中所提出的配置，其特征是所述調(diào)制器是PIN二極管衰減器。
19．一種如在任何權利要求11、16或17中所提出的配置，其特征是所述調(diào)制器調(diào)整與固定波束(LF4)關聯(lián)的相位和振幅權系數(shù)，其中所述固定波束(LF4)用來抑制波束(SL1)的輻射圖，最好是抑制產(chǎn)生干擾的副波束。
20．一種如在權利要求19中所提出的配置，其特征是所述精調(diào)裝置內(nèi)的一個調(diào)制器(4)調(diào)整它的相位和振幅權系數(shù)，以便對與一個固定波束(LF4)關聯(lián)的信號進行相位和振幅調(diào)制，其中所述固定波束(LF4)用來抑制一個副波束(SL1)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在電信系統(tǒng)中移動波束的方法和波束形成網(wǎng)絡內(nèi)的配置,其中有一個精調(diào)裝置配置成實現(xiàn)固定波束(LF1－LFn)之間的內(nèi)插,以形成一個指向固定波束之間任意方向的內(nèi)插波束。按本發(fā)明設計的精調(diào)裝置支持干擾抵消。
文檔編號H01Q3/26GK1279846SQ9881154
公開日2001年1月10日 申請日期1998年10月20日 優(yōu)先權日1997年10月20日
發(fā)明者亨利克·安德森, 詹斯·瑪爾姆格里恩 申請人:無線電設計創(chuàng)新Tj股份公司