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用于天線陣列的自適應(yīng)信號(hào)處理方法和系統(tǒng)的制作方法

文檔序號(hào):7616047閱讀:353來源:國知局
專利名稱:用于天線陣列的自適應(yīng)信號(hào)處理方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及用于無線通信系統(tǒng)的天線陣列的自適應(yīng)信號(hào)處理方法和系統(tǒng)。
自適應(yīng)算法可以用于改進(jìn)天線陣列的上行鏈路性能,下行鏈路性能或者二者。自適應(yīng)算法評(píng)估一個(gè)或多個(gè)上行鏈路信號(hào)的接收特性,以在改變與天線性能相關(guān)的信號(hào)處理時(shí)提供導(dǎo)引。例如,上行波束可以被濾掉,或者指向提供被接收的上行鏈路的最佳信噪比的方向。隨著陣列天線的天線陣子數(shù)量的增加,執(zhí)行自適應(yīng)算法所需要的處理資源或者處理時(shí)間也隨之增加。在天線陣列使用精密自適應(yīng)算法的地方,超限的處理資源將會(huì)緩慢地響應(yīng),而不能補(bǔ)償衰落或者出現(xiàn)在無線通信系統(tǒng)中的移動(dòng)站的移動(dòng)。盡管較大的數(shù)據(jù)處理資源可以補(bǔ)償較大數(shù)量的天線陣子或者更復(fù)雜的自適應(yīng)算法,但增加的制造成本將使這種擴(kuò)展設(shè)計(jì)修改不切實(shí)際。因此,需要減少與執(zhí)行天線陣列的自適應(yīng)算法相關(guān)的處理資源或者處理時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,用于天線陣列自適應(yīng)信號(hào)處理的方法以及系統(tǒng)減少了執(zhí)行組合或者數(shù)字過濾基帶接收信號(hào)的自適應(yīng)算法的必需計(jì)算。該系統(tǒng)在接收由移動(dòng)站所傳送的電磁信號(hào)期間,接收來自相控陣的M個(gè)上行鏈路電磁信號(hào),以及來自分集陣的N個(gè)上行鏈路電磁信號(hào),其中M和N具有正整數(shù)值。上述M個(gè)和N個(gè)信號(hào)被轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào),用于數(shù)字信號(hào)處理?;鶐盘?hào)可以以一系列的續(xù)時(shí)的方式觀測到。該系統(tǒng)確定與上行鏈路基帶信號(hào)相關(guān)的M個(gè)上行鏈路粗組合加權(quán),以及與相控陣的下行鏈路基帶信號(hào)相關(guān)的M個(gè)下行鏈路粗組合加權(quán)。在向M個(gè)基帶上行鏈路信號(hào)應(yīng)用M個(gè)粗組合加權(quán)期間或者之后,M個(gè)基帶上行鏈路信號(hào)被累加成最少為一個(gè)的合成基帶信號(hào)。該系統(tǒng)在逐個(gè)符號(hào)的基礎(chǔ)上,或者在任何比一個(gè)時(shí)隙大的持續(xù)時(shí)間的基礎(chǔ)上,確定用于一個(gè)合成基帶信號(hào)和N個(gè)基帶上行鏈路信號(hào)的最少為N+1個(gè)的細(xì)組合加權(quán),以將最少為N+1個(gè)的信號(hào)組合成一個(gè)用于符號(hào)檢測的增強(qiáng)基帶信號(hào)。由于來自分集增益的潛在增強(qiáng)以及來自自適應(yīng)信號(hào)處理的干擾減少,該增強(qiáng)基帶信號(hào)非常適合于解碼。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的耦合到天線陣列的信號(hào)處理系統(tǒng)的方框圖;圖2更加詳細(xì)地示出了根據(jù)本發(fā)明的圖1系統(tǒng)的方框圖;圖3是根據(jù)本發(fā)明的天線陣列信號(hào)處理方法的流程圖。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,圖1示出了耦合到無線裝置17的天線陣列10。該天線陣列10包括一個(gè)相控陣12以及一個(gè)與相控陣12間隔開的分集陣14。無線裝置17向較低頻率上的基帶信號(hào)提供一個(gè)無線電頻率或者微波頻率的信號(hào)接口。電磁信號(hào)是指無線電頻率信號(hào),微波頻率信號(hào),或者比基帶信號(hào)頻率高的其他信號(hào)。無線裝置17也可以提供雙工,以提供分離的傳送信號(hào)路徑和接收信號(hào)路徑,并且放大傳送信號(hào)路徑和接收信號(hào)路徑。無線裝置17耦合到信號(hào)處理系統(tǒng)15,用以處理基帶信號(hào),以增強(qiáng)移動(dòng)站19和無線裝置17之間下行鏈路和上行鏈路信號(hào)的性能。
圖2示出了比圖1更詳細(xì)的無線裝置17和信號(hào)處理系統(tǒng)15的示例性實(shí)例。對(duì)于上行鏈路路徑來說,雙工器裝置16耦合到前置放大器18,并且前置放大器18耦合到下轉(zhuǎn)換器25。對(duì)于下行鏈路路徑來說,上轉(zhuǎn)換器22耦合到射頻功率放大器20,并且該射頻功率放大器20耦合到雙工器裝置16。
對(duì)于上行鏈路信號(hào)路徑,從需要的移動(dòng)站19接收的接收信號(hào)投射到天線陣列的相控陣12以及分集陣14。該接收信號(hào)也可以包含來自其他移動(dòng)站的同信道干擾。天線陣列10以及信號(hào)處理系統(tǒng)15有利于改進(jìn)對(duì)于需要移動(dòng)站19的接收信號(hào)的信干比,或者改進(jìn)對(duì)于需要移動(dòng)站19的上行鏈路性能。相控陣12提供來自接收信號(hào)的M個(gè)電磁上行鏈路信號(hào),分集陣14提供來自接收信號(hào)的N個(gè)電磁上行鏈路信號(hào),其中M和N通常比零大,且M優(yōu)選地比N大。來自相控陣12的M個(gè)上行鏈路信號(hào)被饋送到與前置放大器16通信的雙工器裝置16,而來自分集陣14的N個(gè)上行鏈路信號(hào)被直接饋送到前置放大器16。前置放大器18連接到與信號(hào)處理系統(tǒng)15耦合的下轉(zhuǎn)換器25。
對(duì)于下行鏈路信號(hào)路徑,信號(hào)處理系統(tǒng)15耦合到上轉(zhuǎn)換器22,接著,上轉(zhuǎn)換器11耦合到至少一個(gè)射頻功率放大器20。射頻功率放大器11耦合到雙工器裝置16。雙工器裝置16向相控陣12提供M個(gè)電磁下行鏈路信號(hào),用以傳送到移動(dòng)站19。
在一個(gè)實(shí)施例中,信號(hào)處理系統(tǒng)15包括一個(gè)數(shù)據(jù)處理器,用于處理軟件指令,并且提供到無線裝置17的適當(dāng)硬件接口,以便圖2所示的上行鏈路過濾加權(quán)管理器26,累加器28,上行鏈路自適應(yīng)基帶信號(hào)處理器30,下行鏈路過濾加權(quán)管理器24,基站解碼器32以及基站編碼器之間的互連表示前述軟件指令之間的邏輯通信。然而,在備選實(shí)施例中,圖2所示的互連可以表示數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的硬件部件之間的實(shí)際電互連。
信號(hào)處理系統(tǒng)15包括一個(gè)饋送到下行鏈路過濾加權(quán)管理器24的基站編碼器34。該下行鏈路過濾加權(quán)管理器24耦合到上轉(zhuǎn)換器22。該信號(hào)處理系統(tǒng)15還包括一個(gè)上行鏈路過濾加權(quán)管理器26,累加器28以及上行鏈路自適應(yīng)基帶信號(hào)處理器30。
下轉(zhuǎn)換器25向上行鏈路過濾加權(quán)管理器26提供一個(gè)輸入。上行鏈路過濾加權(quán)管理器26與累加器28通信。累加器28還與上行鏈路自適應(yīng)基帶信號(hào)處理器30通信。上行鏈路基帶信號(hào)處理器30與基站解碼器32通信?;窘獯a器向上行鏈路過濾加權(quán)管理器26以及上行鏈路自適應(yīng)基帶信號(hào)處理器30提供解碼后的上行鏈路符號(hào)的反饋輸入,以分別產(chǎn)生適當(dāng)?shù)拇纸M合加權(quán)以及適當(dāng)?shù)募?xì)組合加權(quán)。
粗組合加權(quán)和細(xì)組合加權(quán)自適應(yīng)于或者響應(yīng)于移動(dòng)站19和天線陣列10之間的通信信號(hào)的動(dòng)態(tài)。粗組合加權(quán)指的是在逐個(gè)時(shí)隙的基礎(chǔ)上確定的數(shù)字過濾加權(quán)??紤]到在基站解碼器32上測量的上行鏈路信號(hào)參數(shù),諸如由移動(dòng)站19所傳送的上行鏈路信號(hào)的信干比或者信噪比,粗組合加權(quán)實(shí)際上用于形成相控陣12的上行鏈路輻射圖,相控陣12的下行鏈路輻射圖,或者二者。與之相反,細(xì)組合加權(quán)指的是在比一個(gè)時(shí)隙短的瞬時(shí)持續(xù)時(shí)間的基礎(chǔ)上,諸如在逐個(gè)符號(hào)的基礎(chǔ)上確定的組合加權(quán)。細(xì)組合加權(quán)用于將N+1個(gè)上行鏈路基帶信號(hào)組合成一個(gè)用于符號(hào)檢測的數(shù)據(jù)流。細(xì)組合加權(quán)被優(yōu)選地選擇,以補(bǔ)償上行鏈路信號(hào)的衰落或者增強(qiáng)上行鏈路信號(hào)的接收。組合加權(quán)或者過濾加權(quán)可以包括粗組合加權(quán),細(xì)組合加權(quán)或者二者。
天線陣列10包括一個(gè)相控陣12和一個(gè)分集陣14。相控陣12包括一個(gè)被布置成列11的天線陣子矩陣。在接收來自移動(dòng)站19的接收上行鏈路電磁信號(hào)時(shí),相鄰天線列11之間的分隔在相控陣12的M個(gè)天線端口(port)中產(chǎn)生一個(gè)相干信號(hào)響應(yīng)。例如,相控陣12的相鄰列11可以具有少于一個(gè)波長的水平間隔,以提供這種相干信號(hào)響應(yīng)。盡管其他合適的垂直間隔也在本發(fā)明的范圍內(nèi),但在列11內(nèi),天線陣子的垂直間隔可以等于或者少于二分之一波長。
在接收期間,相控陣12的天線列11相互作用,以便M個(gè)天線端口上的M個(gè)電磁上行鏈路信號(hào)彼此之間高度地相關(guān)。如在此所使用的,“高度地相關(guān)”包括在從1到0的刻度范圍上任何趨近于1的相關(guān),以及與M個(gè)天線端口中類似衰落響應(yīng)或者與M個(gè)天線端口中可控制的波束成形投送相關(guān)的較小相關(guān)。也就是說,M個(gè)電磁上行鏈路信號(hào)顯示了與移動(dòng)站19通過由天線陣列19所服務(wù)的覆蓋區(qū)相類似的衰落響應(yīng)。在傳送期間,相控陣12的天線列11相互作用,以便M個(gè)天線端口上的M個(gè)電磁下行鏈路信號(hào)彼此之間高度地相關(guān)。由于相控陣12的列11被以上述方式接近地間隔(例如少于一個(gè)波長),通過在M個(gè)基帶信號(hào)中或者通過數(shù)字信號(hào)處理來改變相位或者振幅,相控陣12非常適合于波束形成或者波束控制應(yīng)用,并且適合于零值(null)形成或者零值控制應(yīng)用。
盡管其他極化,諸如圓極化、交叉極化等也落入本發(fā)明的范圍,但相控陣12的列11中的天線陣子可以被線性或者垂直極化。每一列11可以利用合適的傳送線路設(shè)置(例如帶狀線)來中心饋電、端部饋電或者其他饋電,以便一個(gè)天線端口與對(duì)應(yīng)列11一般地相關(guān)。
分集陣14與相控陣12相距一個(gè)足夠提供分集接收性能的間隔距離。例如,盡管其他合適的波長距離以及空間布置也落入本發(fā)明的范圍,但在工作頻率上,相控陣14與分集陣14優(yōu)選地水平相距5到20個(gè)波長的范圍。相控陣12和分集陣14優(yōu)選地被水平間隔,但相控陣12和分集陣14也可以垂直地間隔,或者同時(shí)水平和垂直地間隔,以提供空間增益。
在分集陣14的一種形式中,分級(jí)陣14的列13中天線陣子優(yōu)選地對(duì)角定位于從垂直軸開始的大約55°角上。相鄰列13中的天線陣子優(yōu)選地彼此之間正交定位,以便具有示于圖2的交叉形外形。N個(gè)列13提供N個(gè)相應(yīng)的天線輸出端口。分集陣14的天線陣子優(yōu)選地被交叉極化,以便分集陣14以等效的方式同時(shí)接收水平極化和垂直極化信號(hào)。在一個(gè)備選實(shí)施例中,分集陣的天線陣子可以被垂直極化,圓極化,或者以其他方式極化。
在分集陣14的另一種形式中,分級(jí)陣的任何相鄰列優(yōu)選地比相控陣12的列11更遠(yuǎn)地間隔開。例如,在工作頻率上,分集陣可以具有比相控陣12的相鄰列的水平間隔更大的水平間隔。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中,相控陣12以及分集陣14一起使用,用以接收來自至少一個(gè)移動(dòng)站19的上行鏈路信號(hào)。而且,相控陣12優(yōu)選地單獨(dú)用于到移動(dòng)站19的下行鏈路傳送。
信號(hào)處理的系統(tǒng)和方法可以被施加到時(shí)分多址(TDMA)系統(tǒng),全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM),模擬蜂窩系統(tǒng),碼分多址(CDMA)系統(tǒng)或者其他無線系統(tǒng)。無論無線系統(tǒng)使用什么樣的調(diào)制方案,信號(hào)處理系統(tǒng)15觀測,并且在逐個(gè)時(shí)隙的基礎(chǔ)上使M個(gè)基帶上行鏈路信號(hào)和粗組合加權(quán)交互作用。由信號(hào)處理系統(tǒng)15所觀測到的時(shí)隙可以和與無線系統(tǒng)的調(diào)制方案相關(guān)的基礎(chǔ)時(shí)隙相一致。每個(gè)時(shí)隙可以具有一個(gè)表示在特定空中接口的時(shí)隙上用于傳送一組符號(hào)的時(shí)間的持續(xù)時(shí)間,以促進(jìn)與基站電路或者軟件的兼容性。例如,對(duì)于根據(jù)當(dāng)前TIA/EIA(電信工業(yè)協(xié)會(huì)/電子工業(yè)協(xié)會(huì))IS(國際標(biāo)準(zhǔn))-136的要求的TDMA無線系統(tǒng)來說,該時(shí)隙可以被指配成一個(gè)大約為6.66毫秒的持續(xù)時(shí)間。
下轉(zhuǎn)換器25將一個(gè)或多個(gè)上行鏈路電磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的基帶上行鏈路信號(hào),用于信號(hào)處理系統(tǒng)15中的信號(hào)處理。上行鏈路過濾加權(quán)管理器26根據(jù)M個(gè)轉(zhuǎn)換后的基帶上行鏈路信號(hào)以及解碼后的上行鏈路符號(hào),確定用于相控陣12的M個(gè)粗組合加權(quán)。
上行鏈路過濾加權(quán)管理器26確定較早觀測時(shí)隙的粗組合加權(quán),用于后面的應(yīng)用,因?yàn)橛糜诤罄m(xù)上行鏈路時(shí)隙的M個(gè)上行鏈路粗組合加權(quán)將由基站解碼器32所解碼。上行鏈路加權(quán)管理器26可以利用觀測時(shí)隙,來確定用于后續(xù)下行鏈路時(shí)隙的M個(gè)下行鏈路粗組合加權(quán)。例如,上行鏈路過濾加權(quán)管理器26可以向下行鏈路過濾加權(quán)管理器24發(fā)送M個(gè)下行鏈路粗組合加權(quán)。在一個(gè)實(shí)施例中,下行鏈路過濾加權(quán)管理器24可以向當(dāng)前或者后續(xù)的下行鏈路時(shí)隙施加所發(fā)送的M個(gè)上行鏈路粗組合加權(quán),作為M個(gè)下行鏈路的粗組合加權(quán)?;蛘撸滦墟溌愤^濾加權(quán)管理器24可以修改M個(gè)上行鏈路粗組合加權(quán),或者進(jìn)行附加的信號(hào)處理,以確定適當(dāng)?shù)腗個(gè)下行鏈路粗組合加權(quán),這些加權(quán)與相應(yīng)發(fā)送的M個(gè)上行鏈路粗組合加權(quán)相關(guān)。
有利地是,累加器28累加來自相控陣13的M個(gè)基帶信號(hào),以產(chǎn)生一個(gè)合成的基帶信號(hào)。上行鏈路自適應(yīng)基帶信號(hào)處理器30可以利用該合成基帶信號(hào),而不是多個(gè)(即M個(gè))基帶信號(hào),來減少上行鏈路自適應(yīng)基帶信號(hào)處理器30的必要計(jì)算以及相關(guān)的必要處理資源?;鶐盘?hào)處理器30向來自累加器28的最少為一個(gè)的合成基帶信號(hào),以及來自下轉(zhuǎn)換器25的N個(gè)轉(zhuǎn)換后的基帶信號(hào)提供細(xì)組合加權(quán)。在向合成基帶信號(hào)的前導(dǎo)信號(hào)施加M個(gè)粗組合加權(quán)之后,基帶信號(hào)處理器30對(duì)合成基帶信號(hào)起作用。
下行鏈路過濾加權(quán)管理器24向與相控陣12相關(guān)的M個(gè)下行鏈路基帶信號(hào)施加M個(gè)下行鏈路粗組合加權(quán)。如上文所描述的,M個(gè)下行鏈路粗組合加權(quán)是基于來自上行鏈路過濾加權(quán)管理器26的M個(gè)上行鏈路粗組合加權(quán)。對(duì)于任何給定對(duì)的瞬時(shí)相關(guān)下行鏈路和上行鏈路時(shí)隙來說,M個(gè)下行鏈路粗組合加權(quán)可以與相控陣12的M個(gè)下行鏈路粗組合加權(quán)相一致或者相同。上轉(zhuǎn)換器22接收來自下行鏈路過濾加權(quán)管理器24的輸出。上轉(zhuǎn)換器22將一個(gè)或多個(gè)處理后的基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為無線電頻率或者微波頻率,用以在相控陣12上傳送。
信號(hào)處理系統(tǒng)15可以結(jié)合到基站中,以用于無線通信系統(tǒng)。信號(hào)處理系統(tǒng)15的功能被一個(gè)或多個(gè)專用數(shù)字信號(hào)處理器很容易地實(shí)現(xiàn)。例如,一個(gè)上行鏈路信號(hào)處理器可以執(zhí)行上行鏈路過濾加權(quán)管理器26,累加器28,上行鏈路自適應(yīng)基帶信號(hào)處理器30以及下行鏈路過濾加權(quán)管理器24的功能。
圖3描述了天線陣列自適應(yīng)信號(hào)處理的方法和系統(tǒng)15。在步驟S100開始,信號(hào)處理系統(tǒng)15接收來自相控陣12的M個(gè)上行鏈路電磁信號(hào),以及來自分集陣14的N個(gè)上行鏈路電磁信號(hào),其中M和N大于零。如在此使用的,電磁信號(hào)是指在無線系統(tǒng)中由移動(dòng)站19所傳送的無線電頻率信號(hào)或者微波頻率信號(hào)。M個(gè)上行鏈路信號(hào)可以通過雙工器裝置16以及前置放大器18路由到信號(hào)處理系統(tǒng)15。N個(gè)上行鏈路電磁信號(hào)可以通過前置放大器18路由到信號(hào)處理系統(tǒng)15。
相控陣12的M個(gè)天線端口上的M個(gè)信號(hào)彼此之間并不是獨(dú)立地衰落,因?yàn)橄噜徚?1之間的接近間隔促進(jìn)了M個(gè)信號(hào)之間的高度相關(guān)關(guān)系。與之相反,分集陣12的N個(gè)天線端口上的N個(gè)信號(hào)彼此之間較少相關(guān)地地衰落,因?yàn)樘炀€陣子的N個(gè)列13與相鄰列13交叉極化,這些相鄰列彼此之間一般具有正交極化。在一個(gè)備選結(jié)構(gòu)中,分集陣14的N個(gè)天線端口之間的較少相關(guān)使得分集陣的相鄰列之間的間隔大于相控陣12的相鄰天線列11之間的接近間隔。
在步驟S102中,下轉(zhuǎn)換器25將M個(gè)和N個(gè)接收的電磁上行鏈路信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為M個(gè)和N個(gè)上行鏈路基帶信號(hào),用于數(shù)字信號(hào)處理。每個(gè)數(shù)字基帶信號(hào)優(yōu)選地包括一個(gè)同相分量和一個(gè)正交分量。
每個(gè)基帶信號(hào)可以以一系列連續(xù)觀測時(shí)隙的形式觀測到。一個(gè)觀測時(shí)隙包括多個(gè)由移動(dòng)站19所傳送的調(diào)制方案的符號(hào)。由于粗組合加權(quán)隨著時(shí)間變化很慢,計(jì)算每個(gè)觀測時(shí)隙上,而不是一個(gè)時(shí)隙中每一個(gè)符號(hào)的一個(gè)過濾加權(quán)可以導(dǎo)致計(jì)算的節(jié)省。
在步驟S104,信號(hào)處理系統(tǒng)15根據(jù)M個(gè)上行鏈路基帶信號(hào)的較早時(shí)隙以及在較早上行鏈路時(shí)隙中被解碼符號(hào)的反饋,來確定M個(gè)粗組合加權(quán),用以應(yīng)用到M個(gè)下行鏈路基帶信號(hào)的后續(xù)時(shí)隙中。例如,上行鏈路過濾加權(quán)管理器26確定或者促進(jìn)后續(xù)下行鏈路時(shí)隙的M個(gè)粗組合加權(quán)的確定,用于相控陣12的下行鏈路傳送。
粗組合加權(quán)實(shí)際上是指時(shí)空過濾參數(shù),這些參數(shù)可以改發(fā)或者重新形成與相控陣12的M列相關(guān)的波束。上述線性鏈路粗組合加權(quán)優(yōu)選地基于工作在業(yè)務(wù)信道的移動(dòng)站19,所述業(yè)務(wù)信道諸如語音或和數(shù)據(jù)信道,該信道與要求寬扇區(qū)或者全向天線輻射圖的接入信道相反。
M個(gè)粗組合加權(quán)可以在業(yè)務(wù)信道上施加到來自移動(dòng)站19的后續(xù)上行鏈路時(shí)隙上,該時(shí)隙諸如一組緊接著的上行鏈路時(shí)隙。M個(gè)組合加權(quán)可以被施加,以利用比單獨(dú)確定下行鏈路加權(quán)所涉及的計(jì)算少的計(jì)算來同時(shí)改進(jìn)下行鏈路和上行鏈路的性能。因此,將下行鏈路加權(quán)轉(zhuǎn)換成上行鏈路加權(quán)所需要的增量處理可以忽略。事實(shí)上,相控陣12借助于相控陣12的列11的相干間隔來潛在地提供下行鏈路上的改進(jìn)性能。
時(shí)間偏置,諸如一個(gè)觀測時(shí)隙,可以存在于步驟S103中確定組合加權(quán)與應(yīng)用所組合的組合加權(quán)之間,以增強(qiáng)上行鏈路信號(hào),下行鏈路信號(hào),或者二者的性能。該時(shí)間偏置使得信號(hào)處理系統(tǒng)15具有足夠的處理時(shí)間,同時(shí)對(duì)由移動(dòng)站10相對(duì)于天線陣列10的移動(dòng)所引起的衰落或和其他傳播變化提供充分地響應(yīng)。例如,前一個(gè)觀測時(shí)隙的上行鏈路粗組合加權(quán)被施加給下一個(gè)時(shí)隙的后續(xù)下行鏈路粗組合加權(quán)以及后續(xù)上行鏈路粗加權(quán),其中前一個(gè)觀測時(shí)隙剛好在一個(gè)時(shí)隙之前。然而,在一個(gè)備選實(shí)施例中,可以使用從一個(gè)時(shí)隙到多個(gè)時(shí)隙范圍的任何瞬時(shí)偏置。
M個(gè)上行鏈路基帶信號(hào)可以在數(shù)字域中以一系列連續(xù)的觀測時(shí)隙的形式觀測到,并且上行鏈路粗組合加權(quán)被指配給該連續(xù)時(shí)隙。通過處理一個(gè)觀測時(shí)隙上M個(gè)上行鏈路基帶信號(hào)中的每一個(gè),來發(fā)現(xiàn)相控陣12的下行鏈路和上行鏈路粗加權(quán),這些加權(quán)在一個(gè)觀測時(shí)隙上是固定的,并且由于移動(dòng)站角度位置的變化以及陰影衰落的變化,這些加權(quán)從一個(gè)觀測時(shí)隙到下一個(gè)觀測時(shí)隙而緩慢變化。
在步驟S104之后的步驟S106中,信號(hào)處理系統(tǒng)15施加M個(gè)粗組合加權(quán),以將后續(xù)時(shí)隙的M個(gè)上行鏈路基帶信號(hào)和與相控陣12相關(guān)的瞬時(shí)相關(guān)的M個(gè)下行鏈路基帶信號(hào)相組合。M個(gè)粗組合加權(quán)一般被施加到后續(xù)上行鏈路時(shí)隙以及后續(xù)下行鏈路時(shí)隙。后續(xù)上行鏈路時(shí)隙與對(duì)應(yīng)的后續(xù)下行鏈路時(shí)隙相關(guān),由于空中接口的標(biāo)準(zhǔn)操作,在這兩種時(shí)隙之間可能具有某些時(shí)間差。由于不能經(jīng)受任何時(shí)間差,后續(xù)上行鏈路時(shí)隙和后續(xù)下行鏈路時(shí)隙可能被分組為與類似或相同的M個(gè)粗組合加權(quán)瞬時(shí)相關(guān)的時(shí)隙,以增強(qiáng)相控陣12的性能。
M個(gè)粗組合加權(quán)通過監(jiān)控較早觀測時(shí)隙的相控陣12的M個(gè)上行鏈路基帶信號(hào)而得到,這些加權(quán)用于后續(xù)的時(shí)隙,諸如用于業(yè)務(wù)信道上特定移動(dòng)站的基帶上行鏈路信號(hào)的時(shí)隙。計(jì)算出的一組M個(gè)粗組合加權(quán)可以在計(jì)算粗組合加權(quán)組與應(yīng)用該粗組合加權(quán)組之間的瞬時(shí)偏置(例如一個(gè)時(shí)隙持續(xù)時(shí)間的偏置)之后,用于過濾基帶傳送信號(hào)、基帶接收信號(hào)或者二者。
在步驟S108,信號(hào)處理系統(tǒng)15在向M個(gè)基帶信號(hào)應(yīng)用M個(gè)粗組合加權(quán)期間或者之后,將相控陣12的轉(zhuǎn)換后的M個(gè)基帶上行鏈路信號(hào)累加成最少為一個(gè)的合成基帶信號(hào)。例如,如果相控陣12的M列11以這樣的方式接近地間隔,即在M個(gè)天線端口上的M個(gè)接收信號(hào)之間產(chǎn)生最小的門限相關(guān),累加器28將加權(quán)后的M個(gè)上行鏈路基帶信號(hào)累加成一個(gè)合成的上行鏈路基帶信號(hào)。有利的是,累加操作減少了信號(hào)處理系統(tǒng)15中所要求的信號(hào)處理來確定細(xì)組合加權(quán),或者通過數(shù)字過濾操作來進(jìn)一步精煉天線站10的接收性能。
盡管步驟S106已經(jīng)被描述成向M個(gè)合成信號(hào)提供一個(gè)合成的上行鏈路基帶信號(hào),但步驟S106也可以被布置成將M個(gè)上行鏈路基帶信號(hào)的數(shù)量減少到小于M且大于1。累加M個(gè)上行鏈路基帶信號(hào),以得到每個(gè)后續(xù)時(shí)隙上的最少為一個(gè)的上行鏈路過濾加權(quán)。不是M個(gè)上行鏈路基帶信號(hào),而是該合成累加值表示最少為一個(gè)的上行鏈路基帶信號(hào),該信號(hào)用于后續(xù)上行鏈路信號(hào)處理,下行鏈路信號(hào)處理或者二者。
步驟S108準(zhǔn)備一個(gè)或多個(gè)合成基帶信號(hào),用于根據(jù)任何適當(dāng)信號(hào)處理算法(例如,提供分集增益并且減少同信道干擾)的后續(xù)處理。信號(hào)處理算法復(fù)雜性的減少可以與將由信號(hào)處理算法所處理的輸入基帶信號(hào)數(shù)量的減少成比例。
根據(jù)自適應(yīng)信號(hào)處理算法,在步驟S110,信號(hào)處理系統(tǒng)15在將M個(gè)粗組合加權(quán)應(yīng)用到M個(gè)基帶信號(hào)之后,確定最少為一個(gè)的合成基帶信號(hào)的細(xì)組合加權(quán)。信號(hào)處理系統(tǒng)15根據(jù)被解碼符號(hào)上的反饋,在逐個(gè)符號(hào)的基礎(chǔ)上,優(yōu)選地確定一個(gè)或者多個(gè)合成基帶上行鏈路信號(hào)(例如m個(gè)上行鏈路信號(hào),其中m≥1)以及N個(gè)基帶上行鏈路信號(hào)的細(xì)組合加權(quán),其中多個(gè)系統(tǒng)與每個(gè)時(shí)隙相關(guān)。因此,信號(hào)處理系統(tǒng)15可以在步驟S110確定N+1或者N+m個(gè)細(xì)組合加權(quán),其中1≤m<M。例如,在應(yīng)用由上行鏈路過濾加權(quán)管理器26所確定的M個(gè)上行鏈路粗組合加權(quán)之后,上行鏈路自適應(yīng)基帶信號(hào)處理器30確定可以被使用的細(xì)組合加權(quán)。該細(xì)組合加權(quán)提供了一種信號(hào)處理的提純,該提純可以提供分集增益,減少同信道干擾,或者增強(qiáng)接收由移動(dòng)站19所傳送的信號(hào)。
盡管可以對(duì)于長度上比一個(gè)時(shí)隙短的任何持續(xù)時(shí)間來確定細(xì)組合加權(quán),但是信號(hào)處理系統(tǒng)15優(yōu)選地計(jì)算一個(gè)觀測時(shí)隙中每個(gè)符號(hào)的細(xì)組合加權(quán),以跟蹤快速變化的上行鏈路信道,并且改進(jìn)上行鏈路性能。由于來自特定移動(dòng)站19移動(dòng)的多普勒效應(yīng),細(xì)組合加權(quán)可能在上行鏈路時(shí)隙之間,甚至在上行鏈路時(shí)隙內(nèi)的符號(hào)之間快速地變化。信號(hào)處理系統(tǒng)優(yōu)選地在逐個(gè)符號(hào)的基礎(chǔ)上確定細(xì)組合加權(quán),因?yàn)榉?hào)持續(xù)時(shí)間表示合適的持續(xù)時(shí)間或者容許的滯后,用以補(bǔ)償從移動(dòng)站接收的上行鏈路信號(hào)的快速衰落。
在步驟S112,處理系統(tǒng)15施加在步驟S110中確定的最少為N+1個(gè)的細(xì)加權(quán),以解碼符號(hào),同時(shí)實(shí)現(xiàn)分集增益以及干擾減少。由于相控陣12與分集陣14之間的分隔,天線陣列10很容易地提供空間上的分集增益。而且,如果相控陣12以及分集陣14的天線陣子具有不同的極化,天線陣列10可以提供極化分集增益。在備選實(shí)施例中,相控陣與分集陣之間的角分集可以增強(qiáng)接收性能。改進(jìn)的對(duì)衰落容限可以通過細(xì)組合加權(quán)的響應(yīng)度來實(shí)現(xiàn),該細(xì)組合加權(quán)被與從一個(gè)符號(hào)到下一個(gè)符號(hào)一樣頻繁地更新。
信號(hào)處理系統(tǒng)15以及天線陣列10協(xié)調(diào)地提供空間選擇性,以同時(shí)減少粗組合加權(quán)以及細(xì)組合加權(quán)上的干擾。粗組合加權(quán)級(jí)實(shí)際上定義相控陣10輻射圖的通用定向方面,用以通過空間選擇需要的信號(hào)或者將輻射圖指向移動(dòng)站19來減少干擾。同時(shí),可以調(diào)節(jié)細(xì)組合加權(quán)以濾掉干擾。基站解碼器32將這種干擾識(shí)別為反常的被解碼符號(hào),該符號(hào)與差錯(cuò)檢驗(yàn)或者增強(qiáng)的接收基帶信號(hào)的預(yù)期輸出不一致。因此,基站解碼器32向上行鏈路自適應(yīng)基帶信號(hào)處理器30指示反常的被解碼符號(hào)的接收,該符號(hào)諸如被解碼的符號(hào)反饋。上行鏈路自適應(yīng)基帶信號(hào)處理器30可以自適應(yīng)地使細(xì)組合加權(quán)適合于來自移動(dòng)站19的所需上行鏈路信號(hào),以濾除干擾?;窘獯a器32也向上行鏈路過濾加權(quán)管理器26提供解碼后的上行鏈路信號(hào)反饋,用于適當(dāng)?shù)剡x擇上行鏈路組合加權(quán),以確定相控陣12輻射圖的優(yōu)先虛擬控制。
該處理系統(tǒng)以及方法可以減少上行鏈路自適應(yīng)基帶信號(hào)處理器30的必需處理資源,或者促進(jìn)減少自適應(yīng)算法自身的復(fù)雜性。本發(fā)明的信號(hào)處理系統(tǒng)15以及方法通過簡化與帶有相干間隔列的相控陣12相關(guān)的基帶輸入信號(hào)的數(shù)量,非常適合于減少與天線陣列10相關(guān)的基帶輸入信號(hào)的數(shù)量。
上行鏈路自適應(yīng)基帶信信號(hào)處理器30可以執(zhí)行一個(gè)自適應(yīng)上行鏈路算法。在逐個(gè)符號(hào)基礎(chǔ)上工作的自適應(yīng)算法的計(jì)算數(shù)量與X的平方(即X2)成比例,其中X是基于相控陣12和分集陣14的天線陣子的總數(shù)量。X等于M加上N,其中M是相控陣12的列的數(shù)量,N是分集陣14天線陣子的列數(shù)量。在此,可以通過將X分成兩個(gè)較小尺寸的組來減少計(jì)算(1)第一計(jì)算組用于相控陣12的M列,該組以較慢的時(shí)隙速率來執(zhí)行,以及(2)第二計(jì)算組用于分集陣14的N列,該組以快于時(shí)隙速率的符號(hào)速率來執(zhí)行。利用相控陣12中的M列以及分集陣14中的N列,X平方自適應(yīng)上行鏈路算法可以被減少到M平方自適應(yīng)上行鏈路算法(以較慢速率執(zhí)行)加上N平方自適應(yīng)上行鏈路算法(以較快速率執(zhí)行)。
因而,前述圖3的進(jìn)程將由自適應(yīng)上行鏈路基帶處理器30以符號(hào)速率所處理的上行鏈路基帶信號(hào)的數(shù)量從M+N減少到1+N。例如,如果相控陣12具有4列11,分集陣14具有2列,將由自適應(yīng)上行鏈路處理器30處理的上行鏈路基帶信號(hào)的數(shù)量從6個(gè)減少到3個(gè),或者閏少為原來的二分之一。而且,自適應(yīng)上行鏈路處理器30上設(shè)置的計(jì)算負(fù)載可以被估算為(M+N)2。因此,處理系統(tǒng)15上用于上行鏈路自適應(yīng)處理的計(jì)算負(fù)載減少為原來的[(1+N)/(M+N)]2,或者對(duì)于M等于4,N等于2的天線陣子來說,減少原來的四分之一。根據(jù)上述數(shù)學(xué)表達(dá)式,天線陣列10的其他配置所節(jié)省的計(jì)算負(fù)載取決于相控陣12天線陣子的列11數(shù)量以及分集陣14天線陣子的列13數(shù)量。
如果移動(dòng)站尋求接入業(yè)務(wù)信道,或者如果業(yè)務(wù)信道的幀或者時(shí)隙被破壞,信號(hào)處理系統(tǒng)15可能需要一個(gè)備選程序,用以計(jì)算用于當(dāng)前或后續(xù)時(shí)隙的M個(gè)粗組合加權(quán)。處理系統(tǒng)15根據(jù)已知的符號(hào)計(jì)算粗組合加權(quán),前述已知符號(hào)諸如出現(xiàn)在來自特定移動(dòng)站19的上行鏈路信號(hào)中的同步導(dǎo)頻以及彩色碼符號(hào),以確定用于當(dāng)前時(shí)隙的粗組合加權(quán),該加權(quán)也適用于后續(xù)時(shí)隙。或者,如果來自移動(dòng)站的解碼符號(hào)反饋可以被處理系統(tǒng)15利用,處理系統(tǒng)15利用所有的符號(hào)來計(jì)算粗組合加權(quán),以確定用于后續(xù)時(shí)隙的粗組合加權(quán)。
本說明書描述了本發(fā)明系統(tǒng)和方法的各種示意性實(shí)施例。權(quán)利要求書的方法用于覆蓋說明書中公開的示意性實(shí)施例的各種變化和等效布置。因此,所附的權(quán)利要求書應(yīng)該被給予合理的較寬解釋,以覆蓋與在此公開的本發(fā)明的精神和范圍相一致的修改、等效結(jié)構(gòu)以及特征。
權(quán)利要求
1.一種用于信號(hào)處理與天線陣列相關(guān)的信號(hào)的方法,該方法包括將來自相控陣和分集陣的M個(gè)和N個(gè)上行鏈路電磁信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成上行鏈路基帶信號(hào),用于數(shù)字信號(hào)處理,該上行鏈路基帶信號(hào)可以以一系列連續(xù)時(shí)隙的方式觀測到,其中M和N為正整數(shù);在逐個(gè)時(shí)隙的基礎(chǔ)上施加M個(gè)粗組合加權(quán),以組合與相控陣相關(guān)的上行鏈路基帶信號(hào);將相控陣的加權(quán)后的M個(gè)上行鏈路基帶信號(hào)累加成一個(gè)合成的基帶信號(hào);確定對(duì)于至少一個(gè)合成的上行鏈路信號(hào)以及N個(gè)上信鏈路信號(hào)的細(xì)組合加權(quán),以形成用于后續(xù)信號(hào)檢測的單個(gè)接收信道,細(xì)組合加權(quán)施加比一個(gè)時(shí)隙短的持續(xù)時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,還包括步驟接收來自相控陣的M個(gè)上行鏈路電磁信號(hào)以及來自分集陣的N個(gè)上行鏈路信號(hào),在工作頻率上,該相控陣的相鄰列具有少于或等于一個(gè)波長的間隔,并且分集陣具有交叉極化的天線陣子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,還包括步驟接收來自相控陣的M個(gè)上行鏈路電磁信號(hào)以及來自分集陣的N個(gè)上行鏈路信號(hào),在工作頻率上,該相控陣的相鄰列具有少于或等于一個(gè)波長的間隔,并且分集陣具有比相控陣更大的相鄰列之間的間隔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,還包括步驟接收來自相控陣的M個(gè)上行鏈路電磁信號(hào)以及來自分集陣的N個(gè)上行鏈路信號(hào),在工作頻率上,該相控陣與分集陣相距的范圍從五個(gè)波長到二十個(gè)波長。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,還包括步驟提供一種在相鄰天線陣子之間具有這樣間隔的相控陣,即產(chǎn)生相干響應(yīng),以接收投射到該相控陣的信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中確定步驟包括在逐個(gè)時(shí)隙的基礎(chǔ)上確定細(xì)組合加權(quán),其中多個(gè)符號(hào)與每個(gè)時(shí)隙相關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中施加步驟還包括施加M個(gè)下行鏈路粗組合加權(quán),以組合與相控陣相關(guān)的下行鏈路基帶信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中施加步驟還包括對(duì)于后續(xù)下行鏈路時(shí)隙以及上行鏈路時(shí)隙分別施加M個(gè)下行鏈路粗組合加權(quán)以及M個(gè)上行鏈路時(shí)隙,M個(gè)粗組合加權(quán)與上行鏈路基帶信號(hào)的較早時(shí)隙瞬時(shí)地相關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,還包括步驟根據(jù)來自相控陣的上行鏈路基帶信號(hào)的較早時(shí)隙,確定對(duì)于后續(xù)時(shí)隙的M個(gè)粗組合加權(quán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中施加步驟還包括根據(jù)對(duì)于來自相控陣的上行鏈路電磁信號(hào)的以前上行鏈路時(shí)隙的分析,向后續(xù)下行鏈路時(shí)隙施加M個(gè)下行鏈路粗組合加權(quán)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中施加步驟包括向正好緊隨較早時(shí)隙的后續(xù)上行鏈路時(shí)隙施加從較早時(shí)隙中得到的M個(gè)上行鏈路粗組合加權(quán)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中累加步驟產(chǎn)生m個(gè)合成基帶信號(hào),其中m比1大且比M小,M是相控陣中的總列數(shù),N是分集陣中的總列數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中累加步驟包括通過將與自適應(yīng)信號(hào)處理算法相關(guān)的計(jì)算負(fù)載減少到原來的(m+N)2/(M+N)2,來準(zhǔn)備用于自適應(yīng)信號(hào)處理算法的上行鏈路基帶信號(hào),其中M是相控陣中天線陣子的總列數(shù),N是分集陣中天線陣子的總列數(shù),m是至少一個(gè)合成基帶信號(hào)的數(shù)量,且1≤m<M。
14.一種信號(hào)處理與天線陣列相關(guān)的信號(hào)的方法,該方法包括步驟將來自相控陣和分集陣的M個(gè)和N個(gè)上行鏈路電磁信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成上行鏈路基帶信號(hào),用于數(shù)字信號(hào)處理,該上行鏈路基帶信號(hào)可以以一系列連續(xù)時(shí)隙的方式觀測到;在逐個(gè)時(shí)隙的基礎(chǔ)上施加M個(gè)粗組合加權(quán),以組合與相控陣相關(guān)的上行鏈路基帶信號(hào);通過將與自適應(yīng)信號(hào)處理算法相關(guān)的計(jì)算負(fù)載減少到原來的(m+N)2/(M+N)2,來準(zhǔn)備用于自適應(yīng)信號(hào)處理算法的上行鏈路基帶信號(hào),其中M是相控陣中天線陣子的總列數(shù),N是分集陣中天線陣子的總列數(shù),m是至少一個(gè)合成基帶信號(hào)的數(shù)量,且1≤m<M。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法,還包括步驟確定對(duì)于一個(gè)合成的上行鏈路信號(hào)以及N個(gè)上信鏈路信號(hào)的細(xì)組合加權(quán),以形成用于后續(xù)信號(hào)檢測的單個(gè)接收信道,細(xì)組合加權(quán)施加比一個(gè)時(shí)隙短的持續(xù)時(shí)間。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法,其中準(zhǔn)備步驟包括將相控陣的加權(quán)后的M個(gè)基帶上行鏈路信號(hào)累加成最少為一個(gè)的合成基帶信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的方法,還包括步驟施加細(xì)組合加權(quán)以解碼符號(hào),同時(shí)實(shí)現(xiàn)分集增益以及干擾減少。
18.一種用于信號(hào)處理與天線陣列相關(guān)的信號(hào)的系統(tǒng),該系統(tǒng)包括一個(gè)下轉(zhuǎn)換器,用于將來自相控陣和分集陣的M個(gè)和N個(gè)上行鏈路電磁信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成上行鏈路基帶信號(hào),用于數(shù)字信號(hào)處理,該上行鏈路基帶信號(hào)被組織成多個(gè)連續(xù)的時(shí)隙;一個(gè)上行鏈路過濾加權(quán)管理器,用于對(duì)一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙施加M個(gè)粗組合加權(quán),以過濾與相控陣相關(guān)的上行鏈路基帶信號(hào);一個(gè)累加器,用于將相控陣的加權(quán)后的M個(gè)上行鏈路基帶信號(hào)累加成至少一個(gè)合成的集帶信號(hào);一個(gè)上行鏈路自適應(yīng)基帶信號(hào)處理器,用于在逐個(gè)符號(hào)的基礎(chǔ)上,對(duì)至少一個(gè)合成的上行鏈路信號(hào)以及N個(gè)上信鏈路信號(hào)確定細(xì)組合加權(quán),其中多個(gè)符號(hào)與每個(gè)時(shí)隙相關(guān)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的系統(tǒng),其中在工作頻率上,該相控陣的天線陣子相鄰列具有少于或等于大約二分之一波長的間隔,并且分集陣具有交叉極化的天線陣子。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的系統(tǒng),其中在工作頻率上,該相控陣的天線陣子相鄰列具有少于或等于一個(gè)波長的間隔,并且分集陣具有比相控陣更大的相鄰列之間的間隔。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的系統(tǒng),其中在工作頻率上,該相控陣與分集陣相距的范圍從五個(gè)波長到二十個(gè)波長。
22.根據(jù)權(quán)利要求18的系統(tǒng),其中相控陣具有這樣的相鄰天線陣子之間間隔,即產(chǎn)生相干響應(yīng)以接收投射到該相控陣的信號(hào)。
23.根據(jù)權(quán)利要求18的系統(tǒng),其中累加器將與自適應(yīng)信號(hào)處理算法相關(guān)的計(jì)算負(fù)載減少到原來的(1+N)2/(M+N)2,其中M是相控陣中天線陣子的總列數(shù),N是分集陣中天線陣子的總列數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求18的系統(tǒng),其中累加器將與自適應(yīng)信號(hào)處理算法相關(guān)的計(jì)算負(fù)載減少到最少為原來的(m+N)2/(M+N)2,其中M是相控陣中天線陣子的總列數(shù),N是分集陣中天線陣子的總列數(shù),m是至少一個(gè)合成基帶信號(hào)的數(shù)量,且1≤m<M。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于天線陣列自適應(yīng)信號(hào)處理的方法和系統(tǒng)。該系統(tǒng)接收來自相控陣的M個(gè)上行鏈路信號(hào)以及來自分集陣的N個(gè)上行鏈路信號(hào),將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào),并且確定M個(gè)上行鏈路粗組合加權(quán),以及M個(gè)下行鏈路粗組合加權(quán)。將M個(gè)基帶上行鏈路信號(hào)累加成一個(gè)合成的基帶信號(hào)。該系統(tǒng)在逐個(gè)符號(hào)的基礎(chǔ)上,確定用于一個(gè)合成基帶信號(hào)和N個(gè)基帶上行鏈路信號(hào)的N+1個(gè)細(xì)組合加權(quán),以將N+1個(gè)信號(hào)組合成一個(gè)用于符號(hào)檢測的增強(qiáng)基帶信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B7/06GK1304261SQ01101318
公開日2001年7月18日 申請(qǐng)日期2001年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月11日
發(fā)明者德克·阿普特格魯夫, 理查德·托馬斯·艾肯, 羅格爾·戴維·貝寧 申請(qǐng)人:朗迅科技公司
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