專利名稱：用于多波束天線系統(tǒng)的方法和設(shè)備的制作方法
背景本發(fā)明一般涉及無線通信節(jié)點，并且更具體地說，涉及利用多波束天線系統(tǒng)的無線通信節(jié)點。
自適應(yīng)天線陣列已在例如GSM系統(tǒng)的各種蜂窩通信系統(tǒng)中成功使用。自適應(yīng)天線陣列將常規(guī)的扇形天線替換為兩個或更多空間接近的天線單元。天線陣列將窄波束的輻射能量引導(dǎo)到特定的移動用戶以將對其它用戶的干擾降到最低。與普通扇形覆蓋天線相比，在增加的系統(tǒng)容量和/或增大的范圍方面測量，自適應(yīng)天線陣列已在GSM和TDMA系統(tǒng)中示為極大地提高性能。
自適應(yīng)天線系統(tǒng)可分成兩類固定波束系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中輻射能量會被引導(dǎo)到多個固定方向；以及受控波束(steered-beam)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中輻射能量會被引導(dǎo)向任何期望的位置。圖2中概括示出這兩種類型的窄波束系統(tǒng)，并且還示出覆蓋扇形小區(qū)的扇形波束。自適應(yīng)天線系統(tǒng)的優(yōu)點包括通過使用用戶的空間(角度)分離的頻譜資源的高效利用、成本效率、增大的范圍或容量及容易集成，即，不需要移動終端更改，而在諸如在終端和基站均采用多個天線的多輸入多輸出(MIMO)方案的其它方案中會需要更改。
固定波束可以以基帶頻率或射頻(RF)生成?；鶐尚枰?zhǔn)部件，該部件估計和補(bǔ)償在從基帶經(jīng)中間頻率(IF)和RF直至陣列中每個天線單元的信號路徑中存在的任何信號失真。RF方法例如使用巴特勒(Butler)矩陣在射頻生成固定波束。
在一些假設(shè)下，例如，其中天線單元相隔半波長的均勻線性陣列，在輸入波陣面的某一到達(dá)方向(DOA)與在天線單元輸出的信號的相移之間存在一一對應(yīng)。通過在發(fā)射(或接收)前適當(dāng)?shù)貙⑿盘栂嘁?，自適應(yīng)天線系統(tǒng)可以將輻射能量指引向期望的移動用戶(或指引來自期望的移動用戶的輻射能量)，同時將對其它移動用戶的干擾降到最低。受控波束需要校準(zhǔn)以估計和補(bǔ)償在從基帶到無線單元及相反方向的信號路徑中存在的任何信號失真。
隨時間變化的多徑衰落嚴(yán)重降低在許多無線通信環(huán)境中的接收信號的質(zhì)量。減輕強(qiáng)衰落效應(yīng)并提供可靠通信的一種方式是在發(fā)射的信號中引入冗余(分集)。增加的冗余可以是在時間或空間域。時間分集使用信道編碼和交織來實施?？臻g分集通過在空間分隔的天線上發(fā)射信號或使用不同極化的天線來實現(xiàn)。此類策略確保每個天線上的獨立衰落。視反饋信息是否從接收器發(fā)射回發(fā)射器而定，空間發(fā)射分集可以再分為閉環(huán)或開環(huán)發(fā)射分集模式。
在自適應(yīng)天線系統(tǒng)中，用戶特定的數(shù)據(jù)信號使用更窄的波束(固定或可控制)發(fā)射。但系統(tǒng)特定的信號或公共信號一般經(jīng)例如扇形天線的具有更寬覆蓋波束的另一天線發(fā)射。典型的公共信號是基站(主)導(dǎo)頻信號。導(dǎo)頻信號包括已知的數(shù)據(jù)序列，每個移動無線電使用該序列來估計無線電傳播信道。在移動臺移動時，無線電傳播信道也更改。由于為檢測用戶特定的數(shù)據(jù)，好的信道估計是必需的，因此，導(dǎo)頻信號用作“相位基準(zhǔn)”。波束特定的輔助導(dǎo)頻信號可存在于每個波束上，并且也可用作相位基準(zhǔn)。使用同一波束發(fā)射信號的移動用戶隨后使用同一輔助導(dǎo)頻信號。備選地，移動臺專用的導(dǎo)頻信號可使用與用戶特定的信號相同的波束發(fā)射，并可用作相位基準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)指示移動用戶應(yīng)使用的哪個相位基準(zhǔn)。
當(dāng)前多波束體系結(jié)構(gòu)存在若干缺陷。第一個缺陷是成本。在射頻形成窄波束的固定波束天線陣列可能需要實施附加的扇形覆蓋天線。硬件復(fù)雜性和成本與以下項相關(guān)等于波束數(shù)量加1的饋線電纜數(shù)量(用于扇形覆蓋天線)、天線大小確定的物理重量及天線桿的高度和大小。不同的扇形和窄波束天線大大增加基站的成本。
第二個缺陷與相位基準(zhǔn)失配和服務(wù)質(zhì)量(QoS)降低相關(guān)。扇形覆蓋天線發(fā)射的主導(dǎo)頻信號的無線電信道和通過窄波束發(fā)射的用戶特定的數(shù)據(jù)的無線電信道不必相同。如果移動臺被指示將主導(dǎo)頻信號用作相位基準(zhǔn)，則移動臺將預(yù)計用戶特定的數(shù)據(jù)與主導(dǎo)頻信號使用同一無線電信道。但那些信道是不同的。因此，相位基準(zhǔn)錯誤，檢測和解碼錯誤增加，并且服務(wù)質(zhì)量(QoS)降低。
第三個缺陷是差的資源利用率。要補(bǔ)償相位基準(zhǔn)失配，移動臺可被指示將波束特定的輔助導(dǎo)頻信號或用戶特定的專用導(dǎo)頻信號用作相位基準(zhǔn)。在前一情況下，同一波束內(nèi)的所有用戶使用同一導(dǎo)頻信號，而在后一情況下，每個用戶利用獨特的導(dǎo)頻信號。QoS被提高，但需要附加的分配資源(例如，功率、代碼等)。因此，其它移動用戶可用的功率更少，對系統(tǒng)容量和數(shù)據(jù)吞吐量造成不利影響。
還有的缺陷涉及不靈活性和信令延遲。假設(shè)移動臺可從每個波束備選的輔助導(dǎo)頻接收更佳的信號。網(wǎng)絡(luò)因此必須定期研究哪個輔助導(dǎo)頻最適當(dāng)，即，以最大功率接收。網(wǎng)絡(luò)必須發(fā)送信號通知天線系統(tǒng)和移動無線電往回報告若干測量報告。如果網(wǎng)絡(luò)確定應(yīng)使用新的波束發(fā)射用戶特定的數(shù)據(jù)，則天線系統(tǒng)被指示更改波束，并且移動無線電會收到信號通知以開始將備選的輔助導(dǎo)頻信道用作相位基準(zhǔn)。此類過程導(dǎo)致延遲，并需要相當(dāng)多的信令開銷。
接收器分集在今天的無線基礎(chǔ)設(shè)施中廣泛使用，并且它在上行鏈路覆蓋范圍和容量方面提供很多優(yōu)點。此外，發(fā)射分集可用于改善下行鏈路性能，并且它可成為第三代無線系統(tǒng)中的一個重要特性。但是，即使預(yù)期的移動用戶位于某個方向，發(fā)射分集信號也會在整個小區(qū)內(nèi)發(fā)射，導(dǎo)致對其它用戶的干擾增加。不過，發(fā)射分集與更窄的定向波束組合可提供相當(dāng)多的優(yōu)點。
當(dāng)前多波束體系結(jié)構(gòu)的上述識別的缺陷通過一種天線系統(tǒng)得以克服，該天線系統(tǒng)包括一種天線陣列，用于在覆蓋扇形小區(qū)的更寬波束中發(fā)射公共信號和在只覆蓋扇形小區(qū)的一部分的更窄波束中發(fā)射移動用戶特定的信號。發(fā)射電路耦合到天線陣列和濾波電路。在第一、“混合波束”實施例中，濾波電路對用戶特定的信號和公共信號濾波，以補(bǔ)償與其從基帶頻率變換到射頻相關(guān)聯(lián)的失真。濾波電路和波束加權(quán)電路確保用戶特定的信號和公共信號在天線陣列(優(yōu)選是在中心天線單元)大致時間對齊(time-aligned)并且同相。用戶特定的信號權(quán)(weight)設(shè)計為在移動臺方向上輻射更窄波束(與寬的扇形覆蓋波束相比)，使得每個移動臺可將相同的公共信號用作相位基準(zhǔn)以進(jìn)行信道估計和解調(diào)。
在第二、“受控波束”實施例中，濾波電路對用戶特定的信號和公共信號濾波，以補(bǔ)償與其從基帶頻率變換到射頻相關(guān)聯(lián)的失真。濾波電路和波束加權(quán)電路確保在小區(qū)中的每個移動用戶接收時用戶特定的信號和公共信號時間對齊且具有受控的相位差。每個移動用戶可將公共信號用作相位基準(zhǔn)以進(jìn)行信道估計和解調(diào)。優(yōu)選是控制該相位差以在期望的發(fā)射功率、輻射干擾及到用戶的服務(wù)質(zhì)量之間獲得良好的折衷。波束成形權(quán)不僅用于將更窄的波束輻射到期望的移動用戶(如在混合波束實施例中)，而且用于引導(dǎo)更寬的公共信號波束以到達(dá)小區(qū)中的所有移動用戶。
在一個示例的受控波束實施中，承載公共信號的寬波束只從天線陣列中的中心天線單元發(fā)射。使用中心天線單元生成寬公共波束，這允許在移動用戶接收的公共信號與用戶特定的信號之間的受控相位差的相關(guān)性小于或等于確保期望的服務(wù)質(zhì)量的目標(biāo)值。備選地，承載公共信號的寬波束可使用天線陣列中的多個天線單元生成。由于天線單元在天線陣列安裝期間通常以預(yù)定的“觀看方向”固定，因此，所有天線單元可結(jié)合基帶信號處理用于形成具有期望特征的寬波束，這些特征可根據(jù)小區(qū)規(guī)劃而隨時間更改。施加到用戶特定的信號的波束成形權(quán)導(dǎo)致將更窄的波束從天線陣列指引向移動用戶。為用戶特定的信號波束和公共信號波束提供此類波束指引，這允許小區(qū)中兩種信號類型的更智能引導(dǎo)。
在混合波束實施例更詳細(xì)的非限制性示例中，天線陣列包括N個天線單元，其中，N是大于1的奇正整數(shù)。波束成形網(wǎng)絡(luò)耦合在天線陣列與發(fā)射電路之間。波束成形網(wǎng)絡(luò)在每個波束中接收用戶特定的信號和公共信號，并生成提供到天線陣列的N個信號。在波束成形網(wǎng)絡(luò)接收N個信號前，每個信號通過波束特定的發(fā)射濾波電路。波束發(fā)射濾波器在除中心天線單元輸出外的波束成形網(wǎng)絡(luò)的所有輸出中取消公共信號。但以相等或大約相等的功率和相位同時在N個波束上發(fā)射公共信號。
波束加權(quán)電路使用與每個波束對應(yīng)的波束權(quán)對用戶特定的信號加權(quán)，并將加權(quán)的用戶特定的信號提供到對應(yīng)的波束發(fā)射濾波器。每個用戶特定的波束權(quán)可以是對應(yīng)波束中接收的上行鏈路平均功率的函數(shù)。一個示例函數(shù)是平方根。選擇用戶特定的波束權(quán)，以將來自天線陣列的輻射能量以相對窄的波束引導(dǎo)到期望的移動用戶。
接收電路耦合到波束成形網(wǎng)絡(luò)和信號處理器。信號處理器組合在N個波束上接收的信號，以估計接收信號并為每個波束確定平均上行鏈路功率。那些平均上行鏈路功率用于確定用戶特定的波束權(quán)?；旌喜ㄊ鴮嵤├稍诎l(fā)射分集支路和/或接收分集支路中實施。
在受控波束實施例更詳細(xì)的示例中，天線陣列包括N個天線單元，其中，N是正整數(shù)-奇數(shù)或偶數(shù)。濾波電路包括N個天線發(fā)射濾波器，并且每個天線發(fā)射濾波器與對應(yīng)的天線單元相關(guān)聯(lián)。公共信號和用戶特定的信號可同時從所有N個天線單元發(fā)射。用戶特定的信號使用N個用戶特定的波束權(quán)發(fā)射，每個用戶特定的波束權(quán)對應(yīng)于N個天線單元之一。波束權(quán)是用于對用戶特定的信號進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)和放大的復(fù)數(shù)。公共信號使用N個公共信號波束權(quán)發(fā)射，每個公共信號波束權(quán)對應(yīng)于N個天線單元之一。這些波束權(quán)也可以是用于對公共信號進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)和放大的復(fù)數(shù)。備選地，公共信號可只從一個天線發(fā)射，如中央天線單元。在此情況下，用于其它天線單元的波束權(quán)可設(shè)為零。
在受控波束實施例中，用戶特定的信號波束成形權(quán)和公共信號波束成形權(quán)被確定，(1)以產(chǎn)生高天線增益，從而減少生成的干擾，以及(2)以使用戶特定的信號與公共信號之間的相位差保持在可接受級別。公共信號是用于小區(qū)中所有移動臺的相位基準(zhǔn)信號，并且公共信號與用戶特定的信號之間的受控相位差可視為隨機(jī)的，其分布受信道的統(tǒng)計及使用的發(fā)射器權(quán)影響。
在受控波束實施例天線系統(tǒng)的接收端，波束成形網(wǎng)絡(luò)(在受控波束實施例的發(fā)射端不需要)可耦合到N個天線單元用于生成N個接收波束。接收電路耦合到波束成形網(wǎng)絡(luò)和信號處理器。信號處理器處理在N個接收波束上接收的信號以估計接收信號。信號處理器確定每個用戶的上行鏈路信道統(tǒng)計，并預(yù)測對應(yīng)的下行鏈路信道統(tǒng)計。受控波束實施例也可在發(fā)射和/或接收分集支路中使用。
本發(fā)明提供多個優(yōu)點。第一，可發(fā)射公共信號和用戶特定的信號而無需單獨的扇形天線。第二，不需要輔助或?qū)Ｓ玫膶?dǎo)頻信號作為相位基準(zhǔn)。第三，發(fā)射公共信號和用戶特定的信號，不會由于從基帶輸出到天線單元的遍歷/處理而失真。第四，公共信號和用戶特定的信號在移動終端接收時大約同相(在混合波束情況下)或受一些受控的隨機(jī)變化的影響(在受控波束情況下)并且時間對齊，即，受大約相同的信道延遲分布的影響。第五，由于天線陣列在引導(dǎo)到期望的移動用戶的更窄波束中輻射用戶特定的信道，因此，對空間分隔的移動用戶的干擾被抑制。第六，組合波束成形和發(fā)射分集或發(fā)射/接收分集提供相當(dāng)多的優(yōu)點。第七個優(yōu)點是透明性。移動用戶無需知道天線陣列的體系結(jié)構(gòu)或?qū)嵤?。第八，向后兼容性允許迅速的系統(tǒng)集成。無需更改無線電網(wǎng)絡(luò)中的無線電網(wǎng)絡(luò)控制器。最后，在可利用下行鏈路波束成形的任何無線系統(tǒng)中可使用本發(fā)明。
附圖簡述

圖1示出扇形小區(qū)中發(fā)射的自適應(yīng)天線系統(tǒng)；圖2示出蜂窩網(wǎng)絡(luò)，具有發(fā)射扇形波束的基站、發(fā)射多波束的基站和發(fā)射可控波束的基站；圖3示出蜂窩通信系統(tǒng)；圖4示出根據(jù)混合波束示例實施例的天線系統(tǒng)；圖5A-5D示出用于合成扇形覆蓋波束和窄波束的波束方向圖及合成扇形波束與窄波束之間隨到達(dá)方向變化的相對相位偏移；圖6A-6B示出在接收的公共信號與接收的用戶特定的信號之間隨移動臺方向而變化的相對相位偏移；圖7示出根據(jù)受控波束示例實施例的天線系統(tǒng)；圖8示出根據(jù)受控波束示例實施例特殊情況的天線系統(tǒng)；圖9A-9B示出混合與受控波束示例實施例的性能；圖10示出示例的混合波束分集實施例；以及圖11示出示例的受控波束分集實施例。
詳細(xì)說明以下說明是用于解釋而不是限制，闡述特定的細(xì)節(jié)以提供本發(fā)明的理解。但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，本發(fā)明可在脫離這些特定細(xì)節(jié)的其它實施例中實踐。在其它情況下，省略熟知方法、裝置和技術(shù)等的詳細(xì)說明以免不必要的細(xì)節(jié)混淆本說明。在一個或更多的圖中示出單獨的功能塊。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可使用離散組件或多功能硬件來實施功能。處理功能可使用編程的微處理器或通用計算機(jī)、使用一個或更多專用集成電路(ASIC)和/或使用一個或更多數(shù)字信號處理器(DSP)來實施。
本發(fā)明涉及多波束天線系統(tǒng)。多波束天線系統(tǒng)的非限制性示例是自適應(yīng)陣列天線，如圖1所示的陣列，圖1示出從自適應(yīng)天線發(fā)射的示例窄天線波束，在期望的移動臺所處扇形小區(qū)中包圍相對窄的區(qū)域。由于旁瓣相對低，因此，窄波束對其它移動臺和相鄰小區(qū)的干擾較小。另外，預(yù)期的移動無線電更可能使用圖1所示的定向窄波束來接收更高信噪比的期望的傳輸。
圖2示出的蜂窩網(wǎng)絡(luò)具有在一個扇形小區(qū)發(fā)射扇形波束的基站、在另一扇形小區(qū)發(fā)射固定的多波束天線方向圖的基站和在第三扇形小區(qū)發(fā)射可控波束的基站。圖1與圖2示出自適應(yīng)天線如何在下行鏈路方向散布更少的干擾并抑制上行鏈路方向的空間干擾。這提高在上行鏈路和下行鏈路兩個方向的信號干擾比，并因此提高整體系統(tǒng)性能。
圖3中示出可采用本發(fā)明的示例蜂窩系統(tǒng)1。無線電網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)基站控制器(BSC)4耦合到多個基站8和由云狀物2表示的其它網(wǎng)絡(luò)。每個示出的基站BS1和BS2為多個扇形小區(qū)服務(wù)?；綛S1為扇形小區(qū)S1、S2和S3服務(wù)，并且基站BS2為扇形小區(qū)S4、S5和S6服務(wù)。
現(xiàn)在結(jié)合圖4描述根據(jù)混合波束非限制性示例實施例的天線系統(tǒng)。天線系統(tǒng)10包括具有多個天線單元14的天線陣列12。天線陣列12包括奇整數(shù)N個標(biāo)示為A1、A2、......、AN的天線單元。在圖4的示例中，N＝3。單個波束成形網(wǎng)絡(luò)(BFN)16生成N個窄波束。相同的波束用于上行鏈路和下行鏈路兩者。波束成形網(wǎng)絡(luò)是多輸入多輸出端口裝置。每個波束成形網(wǎng)絡(luò)端口對應(yīng)于多波束天線系統(tǒng)的窄波束之一。波束成形網(wǎng)絡(luò)可包括有源或無源組件。使用無源組件時，波束在制造過程期間設(shè)計并保持固定。對于有源組件，可自適應(yīng)控制波束。在射頻(RF)范圍操作、從均勻間隔的天線單元陣列產(chǎn)生多個窄波束的熟知、適合的無源波束成形網(wǎng)絡(luò)是巴特勒矩陣。
圖4中的波束成形網(wǎng)絡(luò)在發(fā)射和接收兩個方向操作。要發(fā)射的信號連接到波束成形網(wǎng)絡(luò)16的輸入端口之一，該網(wǎng)絡(luò)隨后引導(dǎo)信號并在所有天線單元上發(fā)射信號。視所選的輸入端口而定，指定到某一天線單元的每個信號進(jìn)行某一相位旋轉(zhuǎn)。整體結(jié)果是在某個方向生成主瓣或主波束。使用備選波束端口時，波束出現(xiàn)在另一方向。簡而言之，天線單元的輸出是成形的波束。
輸入到波束成形網(wǎng)絡(luò)的每個波束耦合到對應(yīng)的雙工濾波器(Dx)18。雙工濾波器18在發(fā)射器與接收器之間提供高度隔離，并允許一個天線用于上行鏈路接收和下行鏈路發(fā)射。每個波束還具有耦合到對應(yīng)雙工濾波器18的對應(yīng)發(fā)射器(Tx)20。發(fā)射器20一般包括功率放大器、頻率上變頻器和其它熟知的單元。每個雙工濾波器18還耦合到對應(yīng)的接收器(Rx)22。每個接收器22一般包括低噪聲放大器、中頻下變頻器、基帶下變頻器、模數(shù)變換器及其它熟知的單元。來自接收器22的輸出被提供到信號處理器32，該處理器將來自移動用戶的接收信號解碼并生成示為dUL的輸出。信號處理器32還生成如加權(quán)框28所示施加到用戶特定的信號的N個波束權(quán)(wn)。
示為dDL的用戶特定的信號輸入到加權(quán)框28，該框包括用于將用戶特定的信號與對應(yīng)的波束權(quán)wn相乘的N個乘法器30。公共信號cDL被信號分路器29分路為公共信號的N個副本，但在此示例中未加權(quán)。每個加權(quán)的用戶特定的信號和公共信號在對應(yīng)的加法器26中合計，其中，每個加法器26與波束之一相關(guān)聯(lián)。每個加法器26的輸出轉(zhuǎn)發(fā)到波束濾波器(Fn)24，每個波束具有其自己的波束濾波器24。每個波束濾波器24的輸出隨后提供到其對應(yīng)的發(fā)射器20。
從在此示例實施例中為中心單元A2的一個天線單元生成的波束將為寬波束。在天線陣列中使用兩個或更多天線單元時，生成的波束可更窄。與具有最強(qiáng)平均接收功率的單個上行鏈路波束用于在下行鏈路中發(fā)射用戶特定的信號的常規(guī)固定波束系統(tǒng)相比，在所有波束上用戶特定的信號在下行鏈路中發(fā)射。
混合波束實施例的優(yōu)點之一是用戶特定的信號和公共信號(1)在基站天線陣列中的中心天線單元和(2)在每個移動用戶處接收它們時大約同相和時間對齊。主公共導(dǎo)頻信號是示例公共信號，一般用于測量和用作相位基準(zhǔn)，并因此一般在整個扇形小區(qū)上發(fā)射它。導(dǎo)頻信號包括已知的數(shù)據(jù)序列，每個移動臺使用該序列來估計無線電傳播信道。在移動臺移動時，無線電傳播信道也更改。不管信道的更改，移動臺需要準(zhǔn)確的無線電信道估計(從接收的公共信號確定)以檢測更窄波束中發(fā)射的用戶特定的數(shù)據(jù)并將其解碼。
諸如主公共導(dǎo)頻、尋呼等公共信號同時在所有波束上以相等的功率發(fā)射。公共信號由分路器29分路，并經(jīng)對應(yīng)的加法器26到相關(guān)聯(lián)的波束特定的發(fā)射濾波器24來施加到每條波束路徑。在混合波束實施例的一個示例中設(shè)計每個濾波器24，使得公共信號只由天線陣列12的中心天線單元14發(fā)射。在一個示例實施中，除在此情況下為天線A2的中心天線的輸出外，濾波器24可取消波束成形網(wǎng)絡(luò)16的所有輸出中的公共信號。每個波束特定的發(fā)射濾波器24補(bǔ)償從基帶頻率開始一直到波束成形網(wǎng)絡(luò)16輸出的無線電鏈中的失真。發(fā)射濾波器24設(shè)計為確保用戶特定的信號和公共信號在中心天線單元A2同相并時間對齊。
不同于此實施例中在所有下行鏈路波束上以相等功率發(fā)射的公共信號，使用施加到每個下行鏈路波束的用戶特定的波束權(quán)wn對用戶特定的信號加權(quán)。施加到下行鏈路波束n的每個用戶特定的發(fā)射wn被選擇為是上行鏈路平均接收功率pn的函數(shù)。此類函數(shù)的示例對于n＝1、2、......、N且α、β和p為正實數(shù)時可表示如下等式1wn＝α(pn+p)β此處，p1、p2和p3分別表示波束1、2和3上的平均上行鏈路功率。平均上行鏈路功率取決于無線電信道統(tǒng)計和天線陣列設(shè)計?？杉俣ㄆ骄滦墟溌饭β蚀蠹s與平均上行鏈路功率相同。作為一個示例，波束權(quán)被選擇為與接收能量的平方根成比例，p＝0并且β＝1/2。
經(jīng)波束成形網(wǎng)絡(luò)16、雙工器18和接收器22接收的在上行鏈路方向來自所有波束的信號在信號處理器32中組合以產(chǎn)生解碼的上行鏈路信號dUL的估計。另外，每個波束的平均上行鏈路功率pn由信號處理器32測量和使用，以根據(jù)上述等式計算波束特定的權(quán)wn。平均上行鏈路波束功率提供有關(guān)平均到達(dá)角度和在期望的輸入信號的無線電環(huán)境中散射的信息。平均到達(dá)方向大約等于期望的信號的平均離開方向。
此混合波束實施例的示例確保公共信號在天線陣列12的中心寬覆蓋天線單元上發(fā)射，并且用戶特定的信號從天線陣列12中的所有天線單元14發(fā)射。波束特定的權(quán)wn將輻射能量經(jīng)更窄的定向波束引導(dǎo)向期望的用戶，這限制由該波束對其它移動用戶造成的干擾。無需單獨的扇形天線。也無需在每個波束上發(fā)射單獨的輔助導(dǎo)頻信號。并且在專用信道上無需導(dǎo)頻。
為示出圖4混合波束實施例的優(yōu)點，圖5A-5D中的圖形比較扇形覆蓋波束與隨到達(dá)方向變化的固定窄波束之一之間的相對天線增益和相位偏移。如下文概述的一樣，圖5A和5B采用非優(yōu)化的隨機(jī)波束權(quán)來發(fā)射公共信號Martinex-Munoz，“AABS智能天線技術(shù)的Nortel網(wǎng)絡(luò)CDMA優(yōu)點”(“Nortel Networks CDMA Advantages ofAABS Smart Antenna Technology”，The CDG Technology Forum，2002年10月1日)，其內(nèi)容通過引用結(jié)合于本文中。圖5C和5D采用根據(jù)本發(fā)明調(diào)諧的波束特定的發(fā)射濾波器24，使得公共信號只從中心天線發(fā)射。相對相位偏移在天線陣列附近測量，而不在移動用戶位置測量。
對于扇形小區(qū)，在最佳波束中發(fā)射的用戶特定的信號與公共信號之間的相對相位偏移在整個到達(dá)角度范圍內(nèi)為零。對于非優(yōu)化波束權(quán)，相對相位偏移和幅度隨到達(dá)角度而大不相同。因此，在無角展度(angular spread)的簡單情況下，混合波束實施例提供平滑和穩(wěn)定的扇形覆蓋波束及在公共信號與用戶特定的信號之間的相位對齊。使用混合波束實施例時，公共信道可用于信道估計，不會由于相位偏移而產(chǎn)生質(zhì)量降低。另一方面，實施例解決方案隨機(jī)波束權(quán)將由于更大的相位偏移變化而經(jīng)受質(zhì)量降低。
圖6A和6B示出從移動終端來看對于5度和10度的角展度在用戶特定的信號與公共信號之間的相對相位偏移的平均和標(biāo)準(zhǔn)偏差。信號使用圖4的混合波束示例實施例發(fā)射。波束權(quán)根據(jù)上述等式1選擇，p＝0并且β＝1/2。不論角展度如何，相位偏移的平均值為零，并且標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，從而在公共信道用作信道估計的相位基準(zhǔn)時對于扇形小區(qū)中的所有移動終端只導(dǎo)致適中的性能降低。
現(xiàn)在結(jié)合圖7中所示的天線系統(tǒng)40，描述下面稱為受控波束實施例的第二、非限制性示例實施例。類似的標(biāo)號在所有圖形中指類似的要素。通過選擇波束成形權(quán)w1-w3(用戶特定的)和v1-v3(公共)為任意復(fù)數(shù)，對用戶特定的信號和公共信號兩者均加權(quán)，可在任意方向控制用戶特定的信號和公共信號的結(jié)果波束方向圖，與混合波束實施例相比，這更具靈活性。天線陣列12可包括偶數(shù)或奇數(shù)N個天線單元14。因此，示出的三個天線單元A1-A3只是示例。
在發(fā)射方向，受控波束實施例40中的波束成形網(wǎng)絡(luò)16不是必需的。因此，波束成形網(wǎng)絡(luò)16置于雙工器18與接收器22之間，并用于形成由接收器22和信號處理器42處理的接收波束B1、B2和B3。發(fā)射器20輸出的信號經(jīng)對應(yīng)的雙工器18提供到其對應(yīng)的天線單元14而無需波束成形網(wǎng)絡(luò)16處理。在受控波束實施例中對于接收移動用戶信號，波束成形網(wǎng)絡(luò)16是任選的。
與混合波束實施例相比，每個天線An直接與對應(yīng)的天線特定的發(fā)射濾波器(Fn)24相關(guān)聯(lián)。指定要在第n個天線單元上發(fā)射的信號先通過第n個濾波器(Fn)24。天線特定的發(fā)射濾波器24被設(shè)計使得公共信號和用戶特定的基帶信號在每個天線上到達(dá)，無其它情況下可能從基帶到RF變換產(chǎn)生的增益、相位和定時的失真。濾波電路與用于用戶特定的信號的波束成形權(quán)一起還確保在小區(qū)中的每個移動用戶接收時用戶特定的信號和公共信號時間對齊并具有受控的相位差。這使得每個移動用戶可將公共信號用作相位基準(zhǔn)以進(jìn)行信道估計和解調(diào)。記住在混合波束實施例中移動臺接收的信號大約同相。在受控波束實施例中，控制在每個移動臺接收的用戶特定的信號與公共信號之間的相位誤差或相位差以在需要的發(fā)射功率、輻射干擾及到用戶的服務(wù)質(zhì)量之間獲得良好的折衷。
受控波束實施例中的相位差效應(yīng)取決于在信道估計與要解調(diào)的用戶特定的信號兩者中的噪聲和干擾。從系統(tǒng)角度而言，如果噪聲和干擾的效應(yīng)對在移動終端如何解調(diào)和解碼用戶特定的信號有決定影響，則將相位差降到最小可能無意義。因此，濾波器和波束成形權(quán)優(yōu)化可將噪聲和干擾的效應(yīng)及預(yù)期的操作條件考慮在內(nèi)。一個示例波束權(quán)優(yōu)化方案選擇用戶特定的波束權(quán)使得在結(jié)果信道之間的相關(guān)是實的(real)，因此其受在權(quán)向量上的范數(shù)約束影響的幅度達(dá)到最大。更成熟的方案是在確保相關(guān)系數(shù)等于(或大于)某個目標(biāo)值的同時將波束權(quán)向量的范數(shù)降到最低。噪聲和干擾級別可以被估計、被設(shè)為規(guī)劃參數(shù)或被視為在操作系統(tǒng)的同時可調(diào)整的變量。
公共信號可在所有天線單元上發(fā)射。在圖8所示特殊情況下，它們可備選地只在中央無線單元上發(fā)射。例如，這可通過將公共信號波束權(quán)v1和v3設(shè)為零而實現(xiàn)。在此特殊情況下，經(jīng)公共信號cDL的對應(yīng)加法器26到中心天線單元A2，將公共信號cDL只提供到天線單元路徑之一。在圖7和圖8的受控波束實施中，用戶特定的信號在所有天線單元上發(fā)射，并使用對應(yīng)的用戶特定的波束權(quán)wn對其加權(quán)。
波束成形權(quán)wn和vn例如可以是用于將其相應(yīng)的用戶特定的信號或公共信號進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)和放大的復(fù)數(shù)。每個移動用戶具有其自己的波束權(quán)wn集。從在上行鏈路中接收的信號中，信號處理器估計小區(qū)中移動用戶的方向和信道統(tǒng)計，并且從此信息中決定在下行鏈路中要使用的寬波束形狀，以確保小區(qū)中的所有移動用戶接收具有滿意的信號強(qiáng)度的公共信號。該更寬的波束形狀取決于波束權(quán)vn。本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知用于設(shè)計波束形狀的各種方法。例如參閱“用于無線通信的智能天線IS-95和第三代CDMA應(yīng)用”(Smart Antennasfor Wireless CommunicationsIS-95 and Third Generation CDMAApplications，J.C.Liberti和T.S.Rappaport，Rentice Hall PTR，1999)。最終，波束成形波束權(quán)wn和vn允許用戶特定的信號被明確引導(dǎo)到移動用戶，并且公共信號被發(fā)射到小區(qū)中的所有用戶。
優(yōu)選是對這些波束權(quán)優(yōu)化使得天線陣列增益達(dá)到最大，干擾散布降到最低，并且公共信號可由小區(qū)中的所有移動用戶用作相位基準(zhǔn)?？蛇x擇波束權(quán)wn，n＝1、2、......、N和vn，n＝1、2、......、N，使得用戶特定的信號和公共信號經(jīng)歷的信道之間的相關(guān)是實的，并且使得受在權(quán)上的范數(shù)約束影響的相關(guān)幅度達(dá)到最大。該示例方案在下面的等式(9)中闡述。
另一波束成形權(quán)優(yōu)化技術(shù)是將天線陣列的增益最大化，這可視為使用有關(guān)在移動臺的在移動臺接收的公共信號與用戶特定的信號之間的相位差上的約束，將生成的干擾降到最低。下面的等式(13)描述此優(yōu)化問題。根據(jù)由移動臺反饋或基站測量確定的在下面等式(7)中給出的信道協(xié)方差矩陣、用于公共信號的波束權(quán)和來自移動臺的可能其它反饋，如塊錯誤率(BLER)、噪聲級別和干擾級別，信號處理器42基于下行鏈路信道的統(tǒng)計模型預(yù)測在移動臺的相位誤差。
圖9A和9B中的圖形示出在5度的角展度下混合波束和受控波束示例實施例的性能。在圖9A中，假定具有三個天線單元的天線陣列，示出相對于扇形天線的混合和受控波束實施例兩者的天線增益。用于受控波束實施例的天線增益在整個扇形小區(qū)幾乎是恒定的，并且與混合波束實施例的增益一樣高或高得多。圖9B示出在移動臺的接收公共信號與用戶特定的信號之間的相對相位偏移。相位差的標(biāo)準(zhǔn)偏差一般比用于混合波束實施例更平滑和更低。與混合波束實施例相比，受控波束實施例因此提供與其一樣好且在多數(shù)情況下更好的性能。
現(xiàn)在將描述用于為受控波束實施例優(yōu)化波束成形權(quán)的兩個詳細(xì)的示例方案。當(dāng)然，可采用其它的權(quán)優(yōu)化方案。
假設(shè)2N+1表示在均勻線性天線陣列中的天線單元數(shù)。為簡單起見，考慮奇數(shù)個天線單元以易于標(biāo)記，但方案和優(yōu)化并不限于此情況。兩個相鄰的單元相隔表示為λ/2的半個波長。公共信號rc和用戶特定的信號rd經(jīng)歷的信道被建模為
等式2rc＝vHh等式3rd＝wHh其中，v和w是分別包含用于公共信號和用戶特定的信號的發(fā)射天線權(quán)的列向量。從多個發(fā)射天線到移動臺的信號表示為h。具體而言，h被建模為等式4h=Σp=1Pαpa(θp)]]>其中，P、θp和αp分別表示傳播路徑的數(shù)量、第p條路徑的到達(dá)(或離開)角度及第p條路徑的復(fù)路徑增益。來自以θp入射的波的天線陣列響應(yīng)由以下等式給出等式5a(θp)=e-jπNsinθp···e-jπsinθp1ejπ(N-1)sinθp···ejπNsinθp]]>假設(shè)到達(dá)角度θp是獨立且一致分布(i.i.d.)的隨機(jī)變量，具有平均值θ0和方差σθ2。假設(shè)f(θp|θ0，σθ2)表示θp的概率密度函數(shù)(pdf)。θ的pdf通常假設(shè)為高斯型、單值型或拉普拉斯型。復(fù)路徑增益αp為i.i.d.復(fù)高斯隨機(jī)變量，具有零平均值和方差σα2。此外，假設(shè)路徑增益和到達(dá)角度是靜態(tài)獨立的，并且其聯(lián)合分布表示如下等式6f(θ1,···,θP,α1,···,αP)=Πp=1Pf(θp|θ0,σp2)CN(αp;O,σα2)]]>其中，CN(x:μ，σ2)表示x作為復(fù)高斯隨機(jī)變量分布，具有平均值μ和方差σ2。在未失去一般性的情況下，我們假定σα2＝1/P。
專用信道與公共信道之間的相關(guān)表示如下等式7ρ=E{rcrdH}=vHRw]]>其中，R表示信道協(xié)方差矩陣，該矩陣表示如下等式8R＝E{hhH}＝E{a(θ)aH(θ)}
相關(guān)取決于θ0的角度和角展度。僅作為示例，假設(shè)公共信號在中心天線上發(fā)射。也就是v＝
H。
可選擇發(fā)射天線權(quán)w使得相關(guān)ρ是實的并且對于在權(quán)上的范數(shù)約束達(dá)到最大。這會導(dǎo)致以下等式等式9w＝kRv其中，k是被選擇來實現(xiàn)所選范數(shù)約束的正實值。
兩個相關(guān)的零平均值高斯隨機(jī)變量X和Y之間的相對相位θ的pdf、f(θ)已在下文中分析得出J.G.Proakis，Digital Communications，3rdEd.，McGraw-Hill，1995。假設(shè)μ表示X與Y之間的相關(guān)系數(shù)，即等式10μ=E{XYH}E{|X|2}E{|Y|2}}=|μ|e-jϵμ]]>隨后，如剛引用的Proakis文章中所示等式11f(θ|μ)=1-|μ|22π{11-|μ|2cos2(θ-ϵμ)+|μ|cos(θ-ϵμ)(1-|μ|2cos2(θ-ϵμ))3/2cos-1(-|μ|cos(θ-ϵμ))}]]>分別用rc和rd替換X和Y，并說明信道估計中的噪聲及解調(diào)過程中的噪聲，專用信道與公共信道之間的相關(guān)系數(shù)表示如下等式12μ(w)=E{rcrdH}E{|rc|2}+σc2E{|rd|2}+σd2=vHR(θ0)w(vHR(θ0)v+σc2)(wHR(θ0)w+σd2)]]>其中，σc2和σd2表示信道估計中的噪聲和要解調(diào)的接收用戶特定的信號中的噪聲?？晒烙嬙肼暭墑e或?qū)⑵渥鳛閰?shù)并更新。顯然，相位偏移的標(biāo)準(zhǔn)偏差由相關(guān)系數(shù)確定。此外，對于PSK信令，系數(shù)還確定比特差錯概率。可能的優(yōu)化過程隨后將受約束影響的w的范數(shù)降到最小，使得互相關(guān)系數(shù)是實的并且使得幅度等于或大于確定標(biāo)準(zhǔn)偏差和比特差錯概率的目標(biāo)值μtarget
等式13minwHws.t.μ(w)2≥μtarget2,Imμ=0]]>使用拉格朗日乘子，這是直接的。還可能包括其它約束，例如，將某些方向散布的干擾降到最低。
如圖10所示，第三個示例的非限制性實施例組合混合波束實施例和發(fā)射與接收分集。但混合波束實施例可只與發(fā)射分集或只與接收分集組合。分集可使用不同極化、空間分離的天線或其它熟知的技術(shù)實施。將發(fā)射分集與波束成形組合，這減少在其它情況下在整個小區(qū)發(fā)射分集信號時會產(chǎn)生的干擾。因此，可能從分集增益和天線增益中均獲益。
類似的標(biāo)號表示上面已述的類似要素，存在以下例外。圖10的左側(cè)包括發(fā)射分集支路1(TxDB1)和接收分集支路1(RxDB1)。圖10的右側(cè)示出第二發(fā)射和接收分集支路TxDB2和RxDB2。公共信號分配框36將公共信號分配到兩條發(fā)射分集支路。類似地，用戶特定的信號分配框37將特定的信號分配到兩條發(fā)射分集支路。復(fù)用器34和35將所有接收信號復(fù)用到兩個接收信號流中，信號流由信號處理器32處理以生成解碼的移動用戶信號dUL及波束特定的波束權(quán)wn。
圖11示出第四個非限制性示例實施例，它是包括發(fā)射分集和接收分集兩者的受控波束實施例。但受控波束實施例可只與發(fā)射分集或只與接收分集組合。分集可使用不同極化、空間分離的天線或其它熟知的技術(shù)實施。圖11中標(biāo)記各種分集支路。
雖然結(jié)合目前視為最可行和優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但要理解，本發(fā)明并不限于公開的實施例，而是相反，旨在涵蓋包括在所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同布置。
權(quán)利要求
1.包括天線陣列(12)和耦合到所述天線陣列的發(fā)射電路(20)的設(shè)備，所述天線陣列包括多個天線單元(14)，用于發(fā)射覆蓋扇形小區(qū)的大部分、包括公共信號的寬波束和只覆蓋所述扇形小區(qū)的一部分、包括移動用戶特定的信號的至少一個窄波束，所述設(shè)備的特征還在于耦合到所述發(fā)射電路(20)的電路(24、26、28、29)，用于確保所述用戶特定的信號和所述公共信號在所述天線陣列大致同相且大致時間對齊。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述電路(24、26、28、29)包括被配置使得所述公共信號只從所述天線陣列中的中心天線單元發(fā)射的濾波電路(24)。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述電路(24、26、28、29)配置為確保所述用戶特定的信號與所述公共信號在所述天線陣列(12)中的中心天線單元同相且時間對齊。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述電路包括配置為補(bǔ)償所述公共信號和所述用戶特定的信號中與所述公共信號和所述用戶特定的信號從基帶頻率變換到射頻相關(guān)聯(lián)的失真的濾波電路(24)。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述天線陣列(12)包括奇數(shù)N個天線單元(14)，其中，N是大于1的正整數(shù)，所述設(shè)備還包括波束成形網(wǎng)絡(luò)(16)，耦合在所述天線陣列(12)與發(fā)射電路(20)之間，用于接收所述用戶特定的信號和所述公共信號并生成要提供到所述天線陣列(12)的N個窄波束。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于所述波束成形網(wǎng)絡(luò)(16)配置為同時在所述N個波束上以相等或大約相等的功率發(fā)射所述公共信號。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于所述波束成形網(wǎng)絡(luò)(16)配置為同時在所述N個波束上以使用N個用戶特定的波束權(quán)(W)確定的功率發(fā)射所述用戶特定的信號，每個用戶特定的波束權(quán)對應(yīng)于所述N個波束之一，使得比輻射所述公共信號的波束更窄的波束在所述用戶的方向上輻射。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于每個用戶特定的波束權(quán)與所述對應(yīng)波束上接收的上行鏈路平均信號功率的函數(shù)成比例。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于還包括波束加權(quán)電路(28)，用于使用與每個波束對應(yīng)的用戶特定的信號波束濾波器權(quán)對所述用戶特定的信號加權(quán)并將每個加權(quán)的用戶特定的信號提供到對應(yīng)的波束濾波器。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于所述用戶特定的信號波束濾波器權(quán)被配置使得來自所述天線單元的輻射能量被引導(dǎo)到期望的移動用戶。
11.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于還包括耦合到所述波束成形網(wǎng)絡(luò)的接收電路(22)；耦合到所述接收電路(22)的信號處理器(32)，用于處理在所述N個波束上接收的信號以估計接收信號并用于為每個波束確定平均上行鏈路接收信號功率。
12.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于還包括第一和第二天線陣列(12)，各包括奇數(shù)N個天線單元，其中，N是大于1的正整數(shù)，用于發(fā)射覆蓋扇形小區(qū)的大部分、包括所述公共信號的更寬波束和只覆蓋所述扇形小區(qū)的一部分、包括移動用戶特定的信號的至少一個更窄波束；耦合到所述第一天線陣列的第一發(fā)射電路(20)；耦合到所述第二天線陣列的第二發(fā)射電路(20)；第一波束成形網(wǎng)絡(luò)(16)，耦合在所述第一天線陣列與所述第一發(fā)射電路之間，用于接收所述用戶特定的信號和所述公共信號并生成要提供到所述第一天線陣列的N個窄波束；第二波束成形網(wǎng)絡(luò)(16)，耦合在所述第二天線陣列與所述第二發(fā)射電路之間，用于接收所述用戶特定的信號和所述公共信號并生成要提供到所述第二天線陣列的N個窄波束；耦合到所述第一發(fā)射電路的第一電路(24、26、28、29)，用于確保在所述第一天線陣列單元的用戶特定的信號和所述公共信號同相且時間對齊；以及耦合到所述第二發(fā)射電路的第二電路(24、26、28、29)，用于確保在所述第二天線陣列的用戶特定的信號和所述公共信號同相且時間對齊。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于還包括耦合到所述第一波束成形網(wǎng)絡(luò)的第一接收電路(22)；耦合到所述第二波束成形網(wǎng)絡(luò)的第二接收電路；耦合到所述第一和第二接收電路的信號處理器(32)，用于處理在所述N個波束上從所述第一波束成形網(wǎng)絡(luò)和在所述N個波束上從所述第二波束成形網(wǎng)絡(luò)接收的信號，以估計接收信號。
14.包括天線陣列(12)和耦合到所述天線陣列(12)的發(fā)射電路(20)的設(shè)備，所述天線陣列包括多個天線單元，用于發(fā)射覆蓋扇形小區(qū)的大部分、包括公共信號的更寬波束和只覆蓋所述扇形小區(qū)的一部分、包括移動用戶特定的信號的至少一個更窄波束，所述設(shè)備的特征在于耦合到所述發(fā)射電路的電路(24、26、28、29)，用于確保在所述扇形小區(qū)中的移動臺接收時所述用戶特定的信號和所述公共信號大致時間對齊且具有受控的相位差。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于所述電路(24、26、28、29)包括被配置使得所述公共信號只從所述天線陣列中的中心天線單元發(fā)射的濾波電路(24)。
16.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于所述電路(24、26、28、29)被配置使得使用所述天線陣列中的多個天線單元(14)生成承載所述公共信號的寬波束。
17.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于所述電路(24、26、28、29)包括配置為補(bǔ)償所述公共信號和所述用戶特定的信號中與所述公共信號和所述用戶特定的信號從基帶頻率變換到射頻相關(guān)聯(lián)的失真的濾波電路(24)。
18.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于還包括波束加權(quán)電路(28)，用于使用與每個天線對應(yīng)的用戶特定的信號波束濾波器權(quán)對所述用戶特定的信號加權(quán)并將每個加權(quán)的用戶特定的信號提供到對應(yīng)的天線發(fā)射濾波器(24)。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于所述用戶特定的信號波束濾波器權(quán)被配置使得來自所述天線單元的輻射能量被引導(dǎo)到期望的移動用戶。
20.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于還包括波束加權(quán)電路(29)，用于使用與每個天線對應(yīng)的公共信號波束濾波器權(quán)對所述公共信號加權(quán)并將每個加權(quán)的公共信號提供到對應(yīng)的天線發(fā)射濾波器。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于所述公共信號波束濾波器權(quán)被配置使得來自所述天線單元的輻射能量在所述扇形小區(qū)中以期望的形狀被引導(dǎo)。
22.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于所述用戶特定的信號和公共信號波束權(quán)是用于分別對所述用戶特定的信號和公共信號進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)和放大的復(fù)數(shù)。
23.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于選擇所述用戶特定的波束濾波器權(quán)以匹配平均空間特征，所述平均空間特征是平均接收信號的隨所述接收信號被接收時的角度而變化的復(fù)值測量。
24.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于選擇所述用戶特定的波束權(quán)以將分配到移動用戶的發(fā)射功率降到最低，使得在所述移動用戶接收的公共信號與用戶特定的信號之間的相位差的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于或等于確保期望服務(wù)質(zhì)量的目標(biāo)值。
25.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于還包括耦合到所述N個天線單元(14)用于生成N個接收波束的波束成形網(wǎng)絡(luò)(16)；耦合到所述波束成形網(wǎng)絡(luò)(16)的接收電路(22)；耦合到所述接收電路(22)的信號處理器(32)，用于處理在所述N個接收波束上接收的信號以估計接收信號并用于確定所述接收信號傳播通過的信道的統(tǒng)計。
26.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于還包括第一和第二天線陣列(14)，各包括N個天線單元(12)，用于發(fā)射覆蓋扇形小區(qū)的大部分、包括公共信號的更寬波束和只覆蓋所述扇形小區(qū)的一部分、包括移動用戶特定的信號的至少一個更窄波束；耦合到所述第一天線陣列的第一發(fā)射電路(20)，用于將所述用戶特定的信號和所述公共信號提供到所述第一天線陣列；耦合到所述第二天線陣列的第二發(fā)射電路(20)，用于將所述用戶特定的信號和所述公共信號提供到所述第二天線陣列；耦合到所述第一發(fā)射電路的第一電路(24、26、28、29)，用于確保在所述扇形小區(qū)中的移動臺接收時來自所述第一天線單元的用戶特定的信號和公共信號大致時間對齊且具有受控的相位差；以及耦合到所述第二發(fā)射電路的第二電路(24、26、28、29)，用于確保在所述扇形小區(qū)中的移動臺接收時來自所述第二天線單元的用戶特定的信號和公共信號大致時間對齊且具有受控的相位差。
27.如權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其特征在于還包括耦合到所述天線陣列(12)的第一波束成形網(wǎng)絡(luò)(16)；耦合到所述第一波束成形網(wǎng)絡(luò)(16)的第一接收電路(22)；耦合到所述天線陣列(12)的第二波束成形網(wǎng)絡(luò)(16)；耦合到所述第二波束成形網(wǎng)絡(luò)的第二接收電路(22)；耦合到所述第一和第二接收電路的信號處理器(32)，用于處理在所述N個波束上從所述第一波束成形網(wǎng)絡(luò)和在所述N個波束上從所述第二波束成形網(wǎng)絡(luò)接收的信號，以估計接收信號。
28.一種在包括天線陣列(12)的無線電節(jié)點中使用的方法，所述天線陣列包括多個天線單元(14)，其特征在于對用戶特定的信號和公共信號濾波以確保所述用戶特定的信號和所述公共信號在所述天線陣列(12)大致同相且大致時間對齊，以及從所述天線陣列(12)同時發(fā)射覆蓋扇形小區(qū)的大部分、包括所述公共信號的更寬波束和只覆蓋所述扇形小區(qū)的一部分、包括所述用戶特定的信號的至少一個更窄波束。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于還包括只從所述天線陣列(12)中的中心天線單元(14)發(fā)射所述公共信號。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于所述處理包括補(bǔ)償所述公共信號和所述用戶特定的信號中與所述公共信號和所述用戶特定的信號從基帶頻率變換到射頻相關(guān)聯(lián)的失真。
31.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于所述處理包括對所述用戶特定的信號加權(quán)以確保所述用戶特定的信號與所述公共信號在所述天線陣列(12)的中心單元(14)大致同相且大致時間對齊。
32.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于所述天線陣列(12)包括奇數(shù)N個天線單元(14)，其中，N是大于1的正整數(shù)，并且所述無線電基站中的波束成形網(wǎng)絡(luò)接收所述用戶特定的信號和所述公共信號并生成要提供到所述天線陣列(12)的N個窄波束。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于還包括同時在所述N個波束上以使用N個用戶特定的波束權(quán)確定的功率發(fā)射所述用戶特定的信號，每個用戶特定的波束權(quán)對應(yīng)于所述N個波束之一，使得比輻射所述公共信號的波束更窄的波束在所述用戶的方向上輻射。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于每個用戶特定的波束權(quán)與所述對應(yīng)波束上接收的上行鏈路平均信號功率的函數(shù)成比例。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于還包括處理在所述N個波束上接收的信號以估計接收信號，并為每個波束確定平均上行鏈路信號功率。
36.在兩條發(fā)射分集支路中實施的如權(quán)利要求33所述的方法。
37.在兩條接收分集支路中實施的如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于還包括處理所述N個波束上從所述兩條接收分集支路接收的信號以估計接收信號。
38.一種在包括天線陣列(12)的無線電節(jié)點中使用的方法，所述天線陣列包括多個天線單元(14)，其特征在于處理用戶特定的信號和公共信號以確保在所述扇形小區(qū)中的移動臺接收時所述用戶特定的信號和所述公共信號大致時間對齊且具有受控的相位差，以及從所述天線陣列(12)同時發(fā)射覆蓋扇形小區(qū)的大部分、包括所述公共信號的更寬波束和只覆蓋所述扇形小區(qū)的一部分、包括所述用戶特定的信號的至少一個更窄波束。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于還包括只從所述N個天線單元(14)之一發(fā)射所述公共信號。
40.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于所述用戶特定的信號同時從所述N個天線單元(14)發(fā)射。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于通過使用N個用戶特定的天線權(quán)(W)確定的功率和相位旋轉(zhuǎn)，發(fā)射所述用戶特定的信號。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于所述用戶特定的信號天線權(quán)被配置使得來自所述天線單元(14)的輻射能量被引導(dǎo)到所述扇形小區(qū)中期望的移動用戶。
43.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于通過使用N個天線權(quán)(W)確定的功率和相位旋轉(zhuǎn)，發(fā)射所述公共信號。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于所述公共信號波束權(quán)被配置使得來自所述天線單元的輻射能量在所述扇形小區(qū)中以期望的形狀被引導(dǎo)。
45.如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于所述用戶特定的信號波束權(quán)和公共信號波束權(quán)是用于分別對所述用戶特定的信號和公共信號進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)和放大的復(fù)數(shù)。
46.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于還包括選擇所述用戶特定的權(quán)以匹配平均空間特征，所述平均空間特征是平均接收信號的隨所述接收信號被接收時的角度而變化的復(fù)值測量。
47.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于還包括選擇所述用戶特定的波束權(quán)以將分配到移動用戶的發(fā)射功率降到最低，使得在所述移動用戶接收的公共信號與用戶特定的信號之間的相位差的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于或等于確保期望服務(wù)質(zhì)量的目標(biāo)值。
48.如權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于通過分別使用N個用戶特定的信號波束權(quán)和N個公共信號波束權(quán)確定的功率，同時從所述N個天線單元(14)發(fā)射所述用戶特定的信號和公共信號，每個用戶特定的波束權(quán)和每個公共信號波束權(quán)對應(yīng)于所述N個天線單元之一；其特征在于還包括選擇所述用戶特定的波束權(quán)以將來自所述天線陣列的輻射能量引導(dǎo)到期望的移動用戶，以及選擇所述公共信號波束權(quán)以將來自所述天線陣列的輻射能量以期望形狀引導(dǎo)。
49.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于所述處理包括補(bǔ)償所述公共信號和用戶特定的信號中與所述公共信號和用戶特定的信號從基帶頻率變換到射頻相關(guān)聯(lián)的失真。
50.在兩條發(fā)射分集支路中實施的如權(quán)利要求38所述的方法。
全文摘要
無線電節(jié)點中的天線陣列包括多個天線單元，用于發(fā)射覆蓋扇形小區(qū)的大部分、包括公共信號的更寬波束和只覆蓋該扇形小區(qū)的一部分、包括移動用戶特定的信號的更窄波束。發(fā)射電路耦合到天線陣列，并且處理電路耦合到發(fā)射電路。處理電路確保混合波束實施例中的用戶特定的信號和公共信號在天線陣列同相且時間對齊。在受控波束實施例中，處理電路確保在扇形小區(qū)中的移動臺接收時用戶特定的信號和公共信號時間對齊且具有受控的相位差。在兩個實施例中，還補(bǔ)償公共信號和用戶特定的信號中與其從基帶頻率變換到射頻相關(guān)聯(lián)的失真。而且在受控波束實施例中，波束成形權(quán)不僅用于將更窄的波束輻射到期望的移動用戶，而且用于引導(dǎo)更寬的公共信號波束以到達(dá)小區(qū)中的所有移動用戶。
文檔編號H04B7/06GK1879317SQ200480032946
公開日2006年12月13日 申請日期2004年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月10日
發(fā)明者A·羅戈特蒂斯, D·阿斯特利 申請人:艾利森電話股份有限公司