專利名稱：用于多調(diào)制方案的單波束形成結(jié)構(gòu)的制作方法
有多種無線網(wǎng)絡(luò)為專門的應(yīng)用而設(shè)計。為了便于在網(wǎng)絡(luò)組件之間進行通信，不同類型的網(wǎng)絡(luò)采用了多種標準。例如，UMTS(通用移動通信系統(tǒng))用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，Bluetooth用于PAN(個人區(qū)域網(wǎng))，而802.11用于WLAN(無線局域網(wǎng))。通常，這些標準指定不同的調(diào)制方案。
但是，當大量用戶在所述無線網(wǎng)絡(luò)上時，網(wǎng)絡(luò)的接收器相互非?？拷?，或者頻譜擁擠，可能發(fā)生干擾。為了減少干擾量，可以采用一種稱為波束形成的技術(shù)。波束形成是一種基于接收器的技術(shù)，用于根據(jù)空間分散度來減小干擾量和增加帶寬效率。
在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，一種波束形成器算法用于執(zhí)行波束形成。不同的波束形成器算法用于不同的調(diào)制方案。例如，有多種波束形成算法用于CDMA(碼分多址)和單載波TDMA(時分多址)。這樣，對使用一個以上調(diào)制方案的網(wǎng)絡(luò)，編碼和硬件的額外開銷就很可觀。
在本發(fā)明的第一實施例中，提供了一種波束形成方法。從多個塊形成一個3D多角形的表示。這些塊根據(jù)該3D多角形中的頻率、時間和空間排列。根據(jù)電子信號的頻率、時間和空間，選擇一個塊?；谠搲K或該塊與一個或多個其它塊的關(guān)系的公式被用于形成一個輸出。
在本發(fā)明的第二實施例中，提供了一種波束形成方法。從多個塊形成一個3D多角形的表示。這些塊根據(jù)電子信號的頻率、時間和空間排列，選擇一個或多個塊。如果該塊不引用其它任何塊，則通過對所述電子信號應(yīng)用基于該塊的一個公式來形成一個結(jié)果。如果該塊引用其它任何塊，則對每個其它塊重復形成結(jié)果的步驟。然后基于在形成結(jié)果的步驟中所獲得的結(jié)果形成一個輸出。
在本發(fā)明的第三實施例中，提供了一種波束形成方法。在步驟(a)中，從多個塊形成一個3D多角形的表示。這些塊在該3D多角形中根據(jù)頻率、時間和空間排列。在步驟(b)中，根據(jù)電子信號的頻率、時間和空間，選擇一個或多個塊。在步驟(c)中，如果該塊不引用其它任何塊，則通過對所述電子信號應(yīng)用基于該塊的一個公式來形成一個結(jié)果。在步驟(d)中，如果該塊引用其它任何塊，則對每個其它塊重復步驟(c)和(d)。在步驟(e)，根據(jù)步驟(c)中獲得的結(jié)果，形成輸出。
在本發(fā)明的第四實施例中，提供了一種波束形成方法。從多個塊形成一個3D多角形的表示(步驟A)。這些塊根據(jù)該3D多角形中的頻率、時間和空間排列。根據(jù)電子信號的頻率、時間和空間，選擇一個塊(步驟B)。通過對所述電子信號應(yīng)用基于該塊的一個公式來形成一個結(jié)果(步驟C)。如果該塊引用其它任何塊，則對每個其它塊重復步驟(C)(步驟D)。根據(jù)步驟(C)和(D)中獲得的結(jié)果，形成輸出(步驟E)。
在本發(fā)明的第五實施例中，提供了一種波束形成系統(tǒng)。接收器接收電子信號?？刂圃O(shè)備識別所接收電子信號的類型。所述類型包括頻率、時間、和空間。一個波束形成器配置為從多個塊形成一個3D多角形的表示，這些塊根據(jù)所識別的類型排列。根據(jù)所識別的類型，選擇一個塊，并形成一個輸出，該輸出基于該塊或基于該塊和與一個或多個其它塊的塊關(guān)系。


圖1示出一個波束形成器算法的3D簡化表示；圖2示出使用該波束形成器算法的單載波系統(tǒng)；圖3示出在后FFT位置利用波束形成器算法的多載波系統(tǒng)；圖4示出在前FFT位置利用波束形成器算法的多載波系統(tǒng)；圖5示出利用該波束形成器算法的擴展頻譜系統(tǒng)；圖6和圖7示出將波束形成器算法配置為使用較少存儲器資源的在本發(fā)明的一個實施例中，公開了一種用于單載波(SC)、擴展頻譜(SS)、和多載波(MC)調(diào)制方案的波束形成器配置。對于SC調(diào)制，波束形成器算法在時間域和空間域中工作。但是，對于MC調(diào)制，波束形成器算法工作在空間域和頻率域中。優(yōu)選地，輸出格式根據(jù)通信系統(tǒng)為單載波還是多載波而變化。
圖1示出波束形成器算法5的3D簡化表示。波束形成器算法5表示為3D多角形(例如3D矩陣)。該算法的輸入在左邊(未示出)，輸出10在右邊。x軸(NE)15表示算法的時間域，y軸(NA)20表示空間域，z軸(NB)25表示頻率域。優(yōu)選地，x軸15還表示多個均衡器分支(tap)，y軸20還表示多個天線，z軸25還表示多個系數(shù)，例如，OFDM(正交頻分多路復用)塊。關(guān)于x、y、和z軸，定義多個塊30。每個塊30在算法5中表示要對輸入執(zhí)行的一組數(shù)學函數(shù)。例如，波束形成器算法5的輸出10可以是yn，m，其中，yn，m定義為yn,m=Σp=0NA-1Σi=0NB-1an.p,ixn,p,m-1---∀n=1······NB-1]]>其中，an，p，i為塊位置n、天線p、和時間i的3D波束形成器系數(shù)，xn，p，m為塊位置n、天線p、和時間m的輸入。注意，有兩個時間系數(shù)i和m。一個時間系數(shù)用于精確時間，另一個用于延遲線。在塊圖中，系數(shù)n對應(yīng)于z軸25(頻率)。系數(shù)p對應(yīng)于x軸20(天線數(shù))。系數(shù)m對應(yīng)于y軸15(時間)。塊位置的范圍是
。用于上述公式中的自適應(yīng)算法可以是標準LMS(最小均方)或RLS(遞歸最小二乘方)算法，如an，p，i(m+1)＝an，p，i(m)+Δemxn，p，i(m)其中，an，p，i(m)為頻率n、天線p、和分支延遲線i的3D波束形成器系數(shù)。
圖2示出使用波束形成器5的SC系統(tǒng)。多個電子信號進入多個A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)200，并被轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)流。A/D 200的輸出被導向波束形成器算法5。優(yōu)選地，波束形成器算法5的配置如圖6所示。波束形成器算法5的輸出10被導向解碼器220。解碼器220的輸出繼續(xù)傳輸?shù)较掠蔚倪M一步的算法或處理設(shè)備。
圖3示出在FFT(快速傅立葉變換)后的位置利用波束形成器算法5的MC系統(tǒng)。換句話說，波束形成器算法5在數(shù)字流經(jīng)過FFT從時間域變換為頻率域后，作用于該數(shù)字流。優(yōu)選地，波束形成器算法5的配置如圖7所示(如，系數(shù)m＝0)。多個數(shù)字信號進入多個A/D 300。
A/D 300的輸出發(fā)送到FFT 320。FFT 320的輸出輸入波束形成器算法5。波束形成器算法5的輸出10導向P/S算法330。P/S算法330的輸出發(fā)送到解碼器340。解碼器340的輸出繼續(xù)傳輸?shù)较掠蔚倪M一步的算法或處理設(shè)備。
圖4示出在FFT(快速傅立葉變換)前的位置利用波束形成器算法5的MC系統(tǒng)。換句話說，波束形成器算法5在數(shù)字信號仍然在時間域時作用于該數(shù)字信號。優(yōu)選地，波束形成器算法5的配置使得x軸15等于z軸20。圖4所示MC系統(tǒng)的作用同圖3所示MC系統(tǒng)，只是波束形成器算法5位于FFT 320之前。因此，波束形成器算法5的輸出被導向FFT 320，A/D 300的輸出被導向波束形成器算法5。此外，圖4所示波束形成器算法5針對時間域配置。
圖5示出使用波束形成器5的SS系統(tǒng)。多個電子信號進入多個A/D510，并被轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)流。A/D 510的輸出被導向波束形成器算法5。波束形成器算法5的輸出10被導向解擴器520。解擴器520將其輸出發(fā)送到解碼器530。解碼器530的輸出繼續(xù)傳輸?shù)较掠蔚倪M一步的算法或處理設(shè)備。優(yōu)選地，波束形成器算法5類似于一個或多個芯片均衡器動作，例如在芯片速率。最優(yōu)選地，波束形成器算法5針對芯片速率配置。
圖6和圖7示出其中波束形成器算法5被配置為使用較少存儲器資源的實施例。具體地，不是采用整個波束形成器算法5，而是僅僅選擇波束形成器算法5的一部分來接收輸入和提供輸出，而波束形成器算法5的其它部分或其不同配置用于不同操作模式。圖6示出波束形成器算法5針對2D模式配置，用于SC接收。在SC模式，z軸25可以設(shè)置為1。x軸15和y軸20可以正常設(shè)置。圖6示出波束形成器算法5的一個實施例，其中系數(shù)n＝0，用于通常公式。圖7示出波束形成器算法5針對2D模式配置，用于MC接收。在MC模式，x軸15可以設(shè)置為1。y軸20和z軸25可以正常設(shè)置。圖7示出波束形成器算法5的一個實施例，其中系數(shù)m＝0。在SC模式的x軸15等于MC模式的z軸25的實施例中，波束形成器5可以在2D模式工作，其中一個維度為天線數(shù)量，另一個維度根據(jù)模式可以為頻率域或時間域。
圖8示出在表1所示頻選信道上使用16QAM和20MHz帶寬的SC調(diào)制方案使用波束形成器5的結(jié)果。圖9示出使用表1所示相同信道的MC系統(tǒng)使用波束形成器5的結(jié)果。在圖8和圖9中，第一條線610、第二條線620、第三條線630、和第四條線640分別表示用一個天線、兩個天線、四個天線、和八個天線獲得的結(jié)果。x軸640表示SNR(信噪比)，y軸650表示SER(信號誤差率)。用于獲得圖8和圖9所示結(jié)果的信道示于表1。從這些結(jié)果可見，隨著天線數(shù)量的增加，SNR性能改善。
表1回波0 1 2 3 4 5延遲(ns)0 50100 150 175 225幅度(dB)0.0 -3.0 0.0 -3.0 0.0 -3.0DOA
從信道特征可見，回波分布為225ns，回波幅度在0和-3dB之間變化?；夭ǖ牡竭_方向(DOA)在0和60之間為隨機的。
在圖9中，對一個OFDM系統(tǒng)進行仿真。信道帶寬也是20MHz，并且也采用16QAM。使用了64點FFT，并且保護區(qū)間為0.8s；這樣導致長度4s的OFDM符號。這是WLAN標準IEEE802.11中采用的OFDM調(diào)制方案的規(guī)范。對于該OFDM系統(tǒng)的仿真，波束形成器5是在頻率域內(nèi)。
圖10示出在多路徑和多用戶環(huán)境中將波束形成器算法5用于擴展頻譜的結(jié)果。圖11示出在多路徑和單用戶環(huán)境中將波束形成器算法5用于擴展頻譜的結(jié)果。在圖10和圖11中，第一條線600、第二條線610、第三條線620、和第四條線630分別表示用一個天線、兩個天線、四個天線、和八個天線獲得的結(jié)果。x軸表示SNR范圍640，y軸表示SER范圍650。用于獲得圖10和圖11所示結(jié)果的信道示于表2。在圖10中，用戶數(shù)是3。從兩組結(jié)果可見，隨著天線數(shù)量的增加，SNR性能改善。
表2回波01 2 3 4 5延遲(ns)00.26 0.52 0.78 1.04 1.3幅度(dB)0-3.0 -6.0 -9-12 -15.0DOA
圖12示出組合有本發(fā)明的系統(tǒng)900。系統(tǒng)900可以是例如無線通信接收器。輸入的數(shù)據(jù)在一個或多個天線910被接收，并被傳輸通過一個或多個前端920。前端920處理數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到ADC 930(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)。數(shù)據(jù)從ADC 930被傳輸?shù)讲ㄊ纬善魉惴?。波束形成器算法5的單個輸出被傳遞到后端940。在后端940，可以加上誤差保護和/或編碼。一個SDR(軟件定義的無線電)950可以與系統(tǒng)900接口。例如，SDR 950可以用作控制器。SDR 950也可用來配置波束形成器5。例如，SDR 950可以用來配置波束形成器5的3D結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，根據(jù)調(diào)制方案，SDR 950可以用來設(shè)置前端920(如，同步)和后端940(如誤差校正解碼)。
圖13示出波束形成器5的流程圖。該方法在計算機存儲器中從多個塊形成一個3D多角形的表示，這些塊在3D多角形800內(nèi)部根據(jù)頻率、時間、和空間排列。優(yōu)選地，3D多角形的形狀通過SDR控制器發(fā)送。例如，如果要求頻率域波束形成，則如圖7所示配置3D多角形。但是，如果要求時間域波束形成，則如圖6所示配置3D多角形。根據(jù)電子信號的頻率、時間、和空間，選擇一個塊(步驟810)。如果該塊不引用任何其它塊(如圖7中的塊70A-70C)，則通過根據(jù)該塊對所述電子信號應(yīng)用一個公式來形成結(jié)果(步驟820)。如果該塊引用任何其它塊(如圖6中的塊60A-60C)，則對于所引用的塊，該方法返回步驟820(步驟830)。然后，基于在步驟820中獲得的結(jié)果而形成輸出(步驟840)。
優(yōu)選地，輸出格式根據(jù)調(diào)制系統(tǒng)為SC、SS、或MC而改變。例如，在MC中，輸出可以為塊格式，在SC中，輸出可以為符號流格式。在某些實施例中，波束形成器5針對一個或多個網(wǎng)絡(luò)標準配置。
以上參考具體實施例描述了本發(fā)明。但是，顯然在不背離如下面的權(quán)利要求所提出的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以進行各種修改和變化。因此，說明書和附圖應(yīng)當視為說明性，而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種波束形成方法，包括步驟從多個塊(30)形成一個3D多角形(5)的表示，所述塊(30)在所述3D多角形(5)中根據(jù)頻率(25)、時間(15)、和空間(20)排列；根據(jù)一個電子信號的頻率(25)、時間(15)、和空間(20)，選擇一個塊(30)；和形成一個輸出(10)，該輸出(10)基于該塊或基于該塊(30)與一個或多個其它塊(30)的關(guān)系。
2.一種波束形成方法，包括步驟從多個塊(30)形成一個3D多角形(5)的表示，所述塊(30)在所述3D多角形(5)中根據(jù)頻率(25)、時間(15)、和空間(20)排列；根據(jù)一個電子信號的頻率(25)、時間(15)、和空間(20)，選擇一個塊(30)；如果該塊不引用任何其它塊，通過對所述電子信號應(yīng)用基于該塊的一個公式來形成結(jié)果；如果該塊引用任何其它塊(30)，則對每個其它塊(30)重復形成結(jié)果的步驟；和根據(jù)在形成結(jié)果的步驟中獲得的結(jié)果形成輸出(10)。
3.一種波束形成方法，包括步驟(A)從多個塊(30)形成一個3D多角形(5)的表示，所述塊(30)在所述3D多角形(5)中根據(jù)頻率(25)、時間(15)、和空間(20)排列；(B)根據(jù)一個電子信號的頻率(25)、時間(15)、和空間(20)，選擇一個塊(30)；(C)通過對所述電子信號應(yīng)用基于該塊的一個公式來形成結(jié)果；(D)如果該塊引用任何其它塊(30)，則對每個其它塊(30)重復步驟(C)；和(E)根據(jù)在步驟(C)和(D)中獲得的結(jié)果形成輸出(10)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述頻率(25)、時間(15)、和空間(20)的值為1。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述頻率(25)、時間(15)、和空間(20)的值為1。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述頻率(25)、時間(15)、和空間(20)的值為1。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電子信號為數(shù)字的。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述電子信號為數(shù)字的。
9.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述電子信號為數(shù)字的。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電子信號為模擬的。
11.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述電子信號為模擬的。
12.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述電子信號為模擬的。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括步驟從單載波系統(tǒng)中的第一單元接收所述電子信號；和將所述輸出(10)發(fā)送到該單載波系統(tǒng)中的第二單元。
14.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括步驟從單載波系統(tǒng)中的第一單元接收所述電子信號；和將所述輸出(10)發(fā)送到該單載波系統(tǒng)中的第二單元。
15.如權(quán)利要求3所述的方法，進一步包括步驟從單載波系統(tǒng)中的第一單元接收所述電子信號；和將所述輸出(10)發(fā)送到該單載波系統(tǒng)中的第二單元。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括步驟從多載波系統(tǒng)中的第一單元接收所述電子信號；和將所述輸出(10)發(fā)送到該多載波系統(tǒng)中的第二單元。
17.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括步驟從多載波系統(tǒng)中的第一單元接收所述電子信號；和將所述輸出(10)發(fā)送到該多載波系統(tǒng)中的第二單元。
18.如權(quán)利要求3所述的方法，進一步包括步驟從多載波系統(tǒng)中的第一單元接收所述電子信號；和將所述輸出(10)發(fā)送到該多載波系統(tǒng)中的第二單元。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括步驟從擴展頻譜系統(tǒng)中的第一單元接收所述電子信號；和將所述輸出(10)發(fā)送到該擴展頻譜系統(tǒng)中的第二單元。
20.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括步驟從擴展頻譜系統(tǒng)中的第一單元接收所述電子信號；和將所述輸出(10)發(fā)送到該擴展頻譜系統(tǒng)中的第二單元。
21.如權(quán)利要求3所述的方法，進一步包括步驟從擴展頻譜系統(tǒng)中的第一單元接收所述電子信號；和將所述輸出(10)發(fā)送到該擴展頻譜系統(tǒng)中的第二單元。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，其中輸出(10)由以下公式定義yn,m=Σp=0NA-1Σi=0NB-1an,p,ixn,p,m-1,∀n=1......NB-1]]>其中，an，p，i(m+1)＝an，p，i(m)+Δemxn，p，i(m)
23.如權(quán)利要求2所述的方法，其中輸出(10)由以下公式定義yn,m=Σp=0NA-1Σi=0NB-1an,p,ixn,p,m-1,∀n=1......NB-1]]>其中，an，p，i(m+1)＝an，p，i(m)+Δemxn，p，i(m)
24.如權(quán)利要求2所述的方法，其中輸出(10)由以下公式定義yn,m=Σp=0NA-1Σi=0NB-1an,p,ixn,p,m-1∀n=1......NB-1]]>其中an，p，i(m+1)＝an，p，i(m)+Δemxn，p，i(m)
25.一種波束形成方法，包括步驟(a)從多個塊(30)形成一個3D多角形(5)的表示，所述塊(30)在所述3D多角形(5)中根據(jù)頻率(25)、時間(15)、和空間(20)排列；(b)根據(jù)一個電子信號的頻率(25)、時間(15)、和空間(20)，選擇一個塊(30)；(c)如果該塊不引用任何其它塊，通過根據(jù)該塊對所述電子信號應(yīng)用一個公式來形成結(jié)果；(d)如果該塊引用任何其它塊(30)，則對每個其它塊(30)重復步驟(c)和(d)；和(E)根據(jù)在步驟(C)中獲得的結(jié)果形成輸出(10)。
26.一種波束形成系統(tǒng)，包括用于接收電子信號的接收器；用于識別所接收電子信號的類型的控制設(shè)備，該類型進一步包括頻率(25)、時間(15)、和空間(20)；和波束形成器，該波束形成器配置為從多個塊(30)形成一個3D多角形(5)的表示，所述塊(30)在所述3D多角形(5)中根據(jù)所識別的類型排列；根據(jù)所識別的類型，選擇一個塊(30)；和形成一個輸出(10)，該輸出(10)基于該塊或基于該塊(30)與一個或多個其它塊(30)的關(guān)系。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述接收器進一步包括一個或多個天線。
28.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述類型選自包含SC、SS、和MC調(diào)制方案的組。
29.一種計算機可讀介質(zhì)，其中存儲有計算機可執(zhí)行處理步驟，所述步驟操作來控制計算機以歸檔源文件，所述步驟包括從多個塊(30)形成一個3D多角形(5)的表示，所述塊(30)在所述3D多角形(5)中根據(jù)頻率(25)、時間(15)、和空間(20)排列；根據(jù)一個電子信號的頻率(25)、時間(15)、和空間(20)，選擇一個塊(30)；和形成一個輸出(10)，該輸出(10)基于該塊或基于該塊(30)與一個或多個其它塊(30)的關(guān)系。
30.一種計算機可讀介質(zhì)，其中存儲有計算機可執(zhí)行處理步驟，所述步驟操作來控制計算機以歸檔源文件，所述步驟包括從多個塊(30)形成一個3D多角形(5)的表示，所述塊(30)在所述3D多角形(5)中根據(jù)頻率(25)、時間(15)、和空間(20)排列；根據(jù)一個電子信號的頻率(25)、時間(15)、和空間(20)，選擇一個塊(30)；如果該塊不引用任何其它塊，通過根據(jù)該塊對所述電子信號應(yīng)用一個公式來形成結(jié)果；如果該塊引用任何其它塊(30)，則對每個其它塊(30)重復形成結(jié)果的步驟；和根據(jù)在形成結(jié)果的步驟中獲得的結(jié)果形成輸出(10)。
31.一種計算機可讀介質(zhì)，其中存儲有計算機可執(zhí)行處理步驟，所述步驟操作來控制計算機以歸檔源文件，所述步驟包括(A)從多個塊(30)形成一個3D多角形(5)的表示，所述塊(30)在所述3D多角形(5)中根據(jù)頻率(25)、時間(15)、和空間(20)排列；(B)根據(jù)一個電子信號的頻率(25)、時間(15)、和空間(20)，選擇一個塊(30)；(C)通過根據(jù)該塊對所述電子信號應(yīng)用一個公式來形成結(jié)果；(D)如果該塊引用任何其它塊(30)，則對每個其它塊(30)重復步驟(C)；和(E)根據(jù)在步驟(C)和(D)中獲得的結(jié)果形成輸出(10)。
全文摘要
提供了一種波束形成方法。從多個塊形成一個3D多角形的表示，所述塊在所述3D多角形中根據(jù)頻率、時間、和空間排列。根據(jù)一個電子信號的頻率、時間、和空間，選擇一個塊。利用基于該塊或基于該塊與一個或多個其它塊的關(guān)系的公式來形成一個輸出。
文檔編號H01Q3/26GK1653646SQ03811078
公開日2005年8月10日 申請日期2003年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月17日
發(fā)明者J·米漢, X·歐陽 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司