專利名稱：用于反向鏈路發(fā)射波束成形的方法和裝置的制作方法
本申請是PCT國際申請?zhí)枮镻CT/US2006/062128、國際申請日為2006年12月14日、國際公布號為WO2007/117326，中國國家申請?zhí)枮?00680048283.0、題為“用于反向鏈路發(fā)射波束成形的方法和裝置”的申請的分案申請。
領(lǐng)域 本發(fā)明一般涉及無線通信系統(tǒng)，尤其涉及無線通信系統(tǒng)中的波束成形。
背景 通信系統(tǒng)可提供基站與接入終端之間的通信。前向鏈路或即下行鏈路是指從基站到接入終端的傳輸。反向鏈路或即上行鏈路是指從接入終端到基站的傳輸。每個接入終端可取決于該接入終端是否活躍以及該接入終端是否處于軟換手中而在給定時刻在前向和反向鏈路上與一個或多個基站通信。
附圖簡述 相似附圖標(biāo)記和符號可標(biāo)識相同或類似對象。


圖1圖解了包括控制器、基站和接入終端的無線通信系統(tǒng)。
圖2圖解了可在圖1的接入終端處實現(xiàn)的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)和/或過程的示例。
圖3圖解了可在圖1的基站處實現(xiàn)的接收機(jī)過程和/或結(jié)構(gòu)的示例。
圖4圖解了自圖1的系統(tǒng)中的三個接入終端用戶發(fā)射的以及來自噪聲的總功率的示例。
圖5圖解了具有權(quán)重和信道變量的發(fā)射波束成形的模型。
圖6圖解了可在圖1的接入終端處實現(xiàn)的多天線發(fā)射機(jī)。
圖7圖解了可在圖1的接入終端處實現(xiàn)的具有自適應(yīng)控制功能的多天線發(fā)射機(jī)。
圖8圖解了使用圖1的接入終端的方法。
詳細(xì)描述 本文中所描述的各個實施例并不一定優(yōu)于或勝于其它實施例。雖然在附圖中給出了本公開的各個方面，但是這些附圖并不一定按比例繪制或繪制成包括一切。一個結(jié)構(gòu)的組件可與另一結(jié)構(gòu)的一個或多個組件組合或用其來替換。一種方法的操作可與另一種方法的一個或多個操作組合或用其來替換。
圖1圖解了包括系統(tǒng)控制器102、基站104A-104B、和多個接入終端106A-106D的無線通信系統(tǒng)100。該系統(tǒng)100可具有任何數(shù)目個控制器102、基站104和接入終端106。本文中所描述的各個方面和實施例可在系統(tǒng)100中實現(xiàn)。
接入終端106可以是移動或不動的，并且可以散布在圖1的整個通信系統(tǒng)100中各處。接入終端106可被連接到諸如膝上型計算機(jī)等的計算設(shè)備或被實現(xiàn)于其中。替換地，接入終端可以是諸如個人數(shù)字助理(PDA)、有線電話、無線電話、蜂窩電話、無線通信個人計算機(jī)(PC)卡、外置式或內(nèi)置式調(diào)制解調(diào)器等的自含式數(shù)據(jù)設(shè)備。接入終端可以是藉由通過無線信道或者通過諸如光纖或同軸電纜等的有線信道通信來向用戶提供數(shù)據(jù)連通性的任何設(shè)備。接入終端可具有各種稱謂，諸如移動站、接入單元、訂戶單元、移動設(shè)備、移動終端、移動單元、移動電話、移動臺、遠(yuǎn)程站、遠(yuǎn)程終端、遠(yuǎn)程單元、用戶設(shè)備、用戶裝備、手持式設(shè)備等。
系統(tǒng)100為數(shù)個蜂窩小區(qū)提供通信。每個蜂窩小區(qū)由一個或多個基站104服務(wù)。基站104也可稱為基站收發(fā)機(jī)系統(tǒng)(BTS)、接入點、接入網(wǎng)的一部分、調(diào)制解調(diào)器池收發(fā)機(jī)(MPT)、或B節(jié)點。接入網(wǎng)可指在分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)(PSDN)(例如，因特網(wǎng))與接入終端106之間提供數(shù)據(jù)連通性的任何網(wǎng)絡(luò)裝備。前向鏈路(FL)或即下行鏈路指從基站104到接入終端106的傳輸。反向(RL)鏈路或即上行鏈路指從接入終端106到基站104的傳輸。
基站104可使用選自不同數(shù)據(jù)率的集合的數(shù)據(jù)率向接入終端106傳送數(shù)據(jù)。接入終端106可測量基站104所發(fā)送的導(dǎo)頻信號的信號干擾噪聲比(SINR)并確定基站104向接入終端106傳送數(shù)據(jù)的合需數(shù)據(jù)率。接入終端106可向基站104發(fā)送數(shù)據(jù)請求信道或數(shù)據(jù)率控制(DRC)消息以將此合需數(shù)據(jù)率通知基站104。
系統(tǒng)控制器102(也稱為基站控制器(BSC))可為諸基站104提供協(xié)調(diào)和控制，并且還可控制經(jīng)由基站104將呼叫路由到接入終端106。系統(tǒng)控制器102可進(jìn)一步經(jīng)由移動交換中心(MSC)耦合至公共交換電話網(wǎng)(PSTN)，以及經(jīng)由分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(PDSN)耦合至分組數(shù)據(jù)網(wǎng)。
通信系統(tǒng)100可使用一種或多種通信技術(shù)、協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)，諸如碼分多址(CDMA)、IS-95、如在“cdma2000高速率分組數(shù)據(jù)空中接口規(guī)范”TIA/EIA/IS-856中規(guī)定的也稱為高數(shù)據(jù)率(HDR)的高速率分組數(shù)據(jù)(HRPD)、CDMA lx演進(jìn)數(shù)據(jù)最優(yōu)化(EV-DO)、lxEV-DV、寬帶CDMA(WCDMA)、通用移動電信系統(tǒng)(UMTS)、時分同步CDMA(TD-SCDMA)、正交頻分復(fù)用(OFDM)等。為了理解起來清晰的目的，以下所描述的示例中有一些可能參引cdma2000lx和lx EV-DO。本文中所給出的思想也可應(yīng)用于其它系統(tǒng)，并且這里的示例并非意在限定本申請。
圖2圖解了可在圖1的接入終端106處實現(xiàn)的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)和/或過程的示例。圖2中所示出的功能和組件可由軟件、硬件、或軟件和硬件的組合來實現(xiàn)。其它功能可作為圖2中所示功能的補(bǔ)充或替換被添加到圖2中。
數(shù)據(jù)源200向編碼器202提供數(shù)據(jù)，該編碼器使用一種或多種編碼方案來編碼數(shù)據(jù)比特以提供經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)碼片。每種編碼方案可包括一種或多種類型的編碼，諸如循環(huán)冗余校驗(CRC)、卷積編碼、Turbo編碼、塊編碼、其它類型的編碼、或完全無編碼。某些編碼方案可能使用自動重復(fù)請求(ARQ)、混合式ARQ(H-ARQ)、以及增量冗余重復(fù)技術(shù)。不同類型的數(shù)據(jù)可用不同的編碼方案來編碼。交織器204交織經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)比特以對抗衰落。
調(diào)制器206調(diào)制經(jīng)編碼、交織的數(shù)據(jù)以生成已調(diào)制數(shù)據(jù)。調(diào)制技術(shù)的示例包括二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)和正交相移鍵控(QPSK)。調(diào)制器206也可重復(fù)已調(diào)制的數(shù)據(jù)的序列或者碼元穿孔單元可穿孔碼元中的比特。調(diào)制器206也可用Walsh覆蓋(即，Walsh碼)來擴(kuò)展已調(diào)制數(shù)據(jù)以形成數(shù)據(jù)碼片。調(diào)制器206也可將數(shù)據(jù)碼片與導(dǎo)頻碼片以及媒體接入控制(MAC)碼片時分復(fù)用(TDM)以形成碼片流。調(diào)制器206也可使用偽隨機(jī)噪聲(PN)擴(kuò)展器來以一個或多個PN碼(例如，短碼和長碼)擴(kuò)展碼片流。
基帶-射頻(RF)轉(zhuǎn)換單元208可將基帶信號轉(zhuǎn)換成RF信號以供經(jīng)由一個或多個天線210在無線通信鏈路上傳送給一個或多個基站104。如下面描述地可使用多個天線210來作發(fā)射波束成形。
圖3圖解了可在圖1的基站104處實現(xiàn)的接收機(jī)過程和/或結(jié)構(gòu)的示例。圖3中所示的功能和組件可由軟件、硬件、或軟件和硬件的組合來實現(xiàn)。其它功能可作為圖3中所示功能的補(bǔ)充或替換被添加到圖3中。
一個或多個天線300接收來自一個或多個接入終端106的反向鏈路已調(diào)制信號。多個天線可提供空間分集來對抗諸如衰落等的有害路徑效應(yīng)。每個接收到的信號被提供給相應(yīng)的接收機(jī)或RF-基帶轉(zhuǎn)換單元302，后者調(diào)理(例如，濾波、放大、下變頻)和數(shù)字化接收到的信號以生成該接收到的信號的數(shù)據(jù)樣本。
解調(diào)器304可解調(diào)接收到的信號以提供恢復(fù)出的碼元。對于cdma2000，解調(diào)試圖通過(1)信道化經(jīng)解擴(kuò)樣本以將接收到的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻隔離或信道化到其相應(yīng)的碼信道上，以及(2)用恢復(fù)出的導(dǎo)頻相干解調(diào)經(jīng)信道化的數(shù)據(jù)以提供經(jīng)解調(diào)的數(shù)據(jù)來恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸。
解交織器306解交織來自解調(diào)器304的數(shù)據(jù)。解碼器308嘗試解碼已解調(diào)數(shù)據(jù)以恢復(fù)經(jīng)解碼的由接入終端106所傳送的數(shù)據(jù)比特。經(jīng)解碼的數(shù)據(jù)可被提供給數(shù)據(jù)阱310。
圖4圖解了自圖1的系統(tǒng)中的三個接入終端用戶(用戶1、用戶2、用戶3)發(fā)射的以及來自噪聲的總功率(功率分布)的示例。每個用戶可由基站指令其使用特定發(fā)射功率，例如，用戶3以基本上等于噪聲的功率來發(fā)射；用戶2以基本上等于用戶3的功率加噪聲的功率來發(fā)射；而用戶1以基本上等于用戶2加用戶3加噪聲的功率來發(fā)射。
RL發(fā)射波束成形 圖5圖解了例如具有兩個發(fā)射天線、兩個接收天線、權(quán)重w1t、w2t和信道響應(yīng)h11、h12、h21和h22的發(fā)射波束成形的模型，其中第一和第二下標(biāo)分別指示發(fā)射和接收機(jī)天線索引。圖5僅示出2x2天線示例，但是其它配置可以是任何數(shù)目的天線。發(fā)射權(quán)重向量可表達(dá)為 ||wt||＝1 wt可以是多維的。
可基于發(fā)射權(quán)重向量wt計算2x 2示例的每個接收機(jī)天線300的有效信道系數(shù)向量heff 發(fā)射權(quán)重向量wt可藉由諸如最優(yōu)波束成形(最大比傳輸——MRT)、天線選擇、以及周期或連續(xù)更新跨多個發(fā)射天線(采用等增益組合)的相位差等的特定波束成形技術(shù)來確定。
對于MRT示例，標(biāo)準(zhǔn)MRT權(quán)重向量可以是信道矩陣H的主右奇異向量(v1) heff＝H·v1＝(U·S·VH)·v1 ＝σ1·u1， 其中σ1是主奇異值，而u1是相對應(yīng)的左奇異向量。
對于天線選擇，發(fā)射機(jī)可基于信道知識選擇具有最高信號強(qiáng)度的發(fā)射天線
例如，接入終端106可在一段時間(即，UpdatePeriod(更新期))里僅在天線1上發(fā)射，隨后僅在天線2上發(fā)射。此段時間可以是任何可選擇的時期，諸如64個時隙或256個時隙，其中一個時隙的持續(xù)時長為1.666...毫秒。接入終端106可觀測反向鏈路狀況的指示。這類指示的示例包括(a)發(fā)送自基站104的反向功率控制(RPC)比特(在以下描述)和/或(b)在每個UpdatePeriod期間測得的閉環(huán)平均Tx(發(fā)射)導(dǎo)頻功率。接入終端106可選擇與較低的閉環(huán)平均Tx導(dǎo)頻功率相關(guān)聯(lián)的發(fā)射天線，并在諸如UpdatePeriod*2*19個時隙等的一段時間里使用所選擇的天線。之后，接入終端106可重復(fù)以上描述的方法。這種方法對于不動的接入終端106會是有用的。
另一種方法可在每個時隙交替使用諸Tx天線(空間分集)。
在諸如cdma2000lx EV-DO等的系統(tǒng)中，對于具有多個發(fā)射天線210A-210M(圖6)的接入終端106，反向鏈路上的發(fā)射波束成形可導(dǎo)致顯著的性能增益。通過調(diào)整應(yīng)用到每個發(fā)射天線210的復(fù)增益或相位，有效發(fā)射波束方向圖可被最優(yōu)地對準(zhǔn)以允許傳送的諸信號在接收天線300處同相相加，并由此使接收到的信號的SINR最大化。這可導(dǎo)致接入終端達(dá)到特定數(shù)據(jù)率所要求的發(fā)射功率減小，利用其可提升總扇區(qū)吞吐量或擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋或者兩者皆然。
發(fā)射波束成形的挑戰(zhàn)是獲取接收機(jī)處的信號(發(fā)送自發(fā)射機(jī)處的每一天線)所經(jīng)歷過的確切信道的知識(增益和相位)，這些信息被用于計算波束成形權(quán)重。此類知識可能會要求去往每個接入終端106的前向鏈路上的大量反饋，這會顯著地限制前向鏈路扇區(qū)容量。找到具有最小開銷但仍能達(dá)成顯著性能提升的發(fā)射波束成形技術(shù)將會是可取的。
圖6圖解了可在圖1的接入終端106處實現(xiàn)的多天線發(fā)射機(jī)。圖6的發(fā)射機(jī)包括兩個或多個乘法器600A-600M、多個前端處理單元602A-602M和天線210A-210M。要通過通信信道向接收機(jī)傳送的數(shù)據(jù)碼元流(即，來自圖6中的基帶處理的復(fù)合信號)可表達(dá)為s[n]。在時隙n對第m個天線的復(fù)比例縮放由乘法器600M來執(zhí)行，該乘法器將上述復(fù)合信號與系數(shù)cm[n](即，權(quán)重)相乘。每個天線210處的前端處理602可包括基帶-射頻(RF)轉(zhuǎn)換、脈沖成形濾波器、自動增益控制(AGC)、和功率放大器。
在基站104的每個接收天線300處接收到的復(fù)合信號可記為 其中j表示接收天線索引，hm，j[n]表示從第m個天線到第j個接收機(jī)的信道，s[n]表示合需的傳送信號，而w[n]表示被假設(shè)為高斯白噪聲的背景噪聲。如果發(fā)射機(jī)精確地知道信道，則c[n]被設(shè)置成等于hj[n]，從而允許信號在接收機(jī)處被同相相加并藉此達(dá)到最大SINR。
如果w[n]并非白噪聲，則可基于h[n]以及w[n]的干擾協(xié)方差矩陣來動態(tài)地調(diào)整或者是動態(tài)地調(diào)整c[n]以通過使合需接入終端的信號最大化同時抑制干擾來使接收到的信號的SINR最大化。然而，為了根據(jù)信道知識精確地執(zhí)行發(fā)射波束成形，可能需要相當(dāng)量的開銷信息，這會影響前向鏈路吞吐量。
以下描述的方法可適應(yīng)性地改編時間系數(shù)cm[n]來在前向鏈路上不招致顯著反饋開銷地給出對最優(yōu)發(fā)射波束方向圖較好的估計。以下描述提出了在諸如cdma2000 lx和EV-DO系統(tǒng)等的無線通信系統(tǒng)中不要求附加反饋信息的反向鏈路發(fā)射波束成形方法。
基于RPC對發(fā)射波束成形權(quán)重的最優(yōu)化 接入終端106可基于由一個或多個基站104在反向功率控制(RPC)信道上發(fā)送的信息來執(zhí)行發(fā)射波束成形。這種方法是基于自適應(yīng)地最小化平均RPC輸出關(guān)于零的偏差。除前述波束成形益處之外，此方法還可減小前向/反向鏈路失衡，并由此增大延遲敏感應(yīng)用的覆蓋和容量。
在共同受讓的題為“Methods and apparatus for allocation of power to basestation channels(用于向各基站信道分配功率的方法和裝置)”的美國專利No.6,678,257和題為“Methods and apparatus for power allocation on a reverse linkpower control channel of a communication system(用于在通信系統(tǒng)的反向鏈路功率控制信道上作功率分配的方法和裝置)”的美國專利No.6,687,510中描述了RPC和反向鏈路功率控制，這些專利通過全文引用納入于此。在以上提到的IS-95、cdma2000、和EV-DO標(biāo)準(zhǔn)中也描述了RPC。
“開環(huán)”功率控制是指接入終端106根據(jù)接收自一個或多個基站104的FL信號的功率電平調(diào)整其RL發(fā)射功率(TxGainAdjust(發(fā)射增益調(diào)整))。
“閉環(huán)”功率控制是指基站104測量來自接入終端106的諸RL信號的信號強(qiáng)度、將這些RL信號的信號強(qiáng)度與閾值作比較、并向接入終端106發(fā)送RPC比特。接入終端106可使用來自一個或多個基站的RPC比特來增大或減小其平均RL Tx導(dǎo)頻功率?！伴]環(huán)”功率控制可能比“開環(huán)”功率控制要快。
圖7圖解了可在圖1的接入終端106處實現(xiàn)的多天線發(fā)射機(jī)。圖7的發(fā)射機(jī)包括RPC信道濾波器功能或單元700、發(fā)射權(quán)重自適應(yīng)控制功能或單元702、多個乘法器600A-600M、前端處理單元602A-602M和天線210A-210M。
發(fā)射權(quán)重自適應(yīng)控制功能702可使用諸如RPC信道比特等的信息、和閉環(huán)功率調(diào)整來確定復(fù)增益系數(shù)(即，權(quán)重)c0[n]到cM[n]。復(fù)增益系數(shù)c0[n]到cM[n]可包含增益和相位信息兩者。
或使用RPC信道或使用閉環(huán)功率調(diào)整的基本原理是它們提供關(guān)于接收基站104處可見的反向鏈路信號質(zhì)量的副信息。例如，經(jīng)濾波的RPC值接近于0意味接入終端的發(fā)射功率剛好處于達(dá)成合需鏈路性能的水平，而經(jīng)濾波的RPC有大的正值指示接收基站104處的信號質(zhì)量過低。類似地，閉環(huán)功率調(diào)整中有大幅的增加指示瞬間反向鏈路狀況很差且接收基站處的信號質(zhì)量過低，而閉環(huán)功率調(diào)整中有減小則指示接收基站處的信號質(zhì)量遠(yuǎn)高于合需信號質(zhì)量，在后一情形中接入終端被指令降低導(dǎo)頻發(fā)射功率以減小對其它接入終端的干擾。
經(jīng)濾波的RPC 發(fā)射權(quán)重自適應(yīng)控制功能702可基于來自RPC濾波器功能700的當(dāng)前“經(jīng)濾波RPC”值來設(shè)置、確定、選擇、適應(yīng)性改編或調(diào)整每個天線210的波束成形權(quán)重。自適應(yīng)控制功能702可調(diào)整這些波束成形權(quán)重以便于(或者直至)經(jīng)濾波的RPC值盡可能地接近于零。而且，如果經(jīng)濾波的RPC值為負(fù)，即意味著當(dāng)前接收到的SINR比合需閾值要好，則接入終端106可凍結(jié)自適應(yīng)環(huán)。
作為一個示例，“經(jīng)濾波的RPC”可被定義為 filtRPC(n)＝(1-α)filtRPC(n-1)+α·f(RPC0(n)，RPC1(n)，......，RPCL(n))，(6) 其中α表示無限沖激響應(yīng)濾波器的常數(shù)，filtRPC(n-1)表示前一時隙(n-1)的經(jīng)濾波的RPC，RPCi(n)表示在當(dāng)前時隙n從活躍集中的第i個蜂窩小區(qū)接收到的RPC比特，而f(RPC0(n)，...RPCL(n))表示“有效RPC”或即“EffRPC”。有效RPC f的示例可包括 (1)對發(fā)送自在該接入終端的活躍集中的各蜂窩小區(qū)的所有RPC比特的邏輯“或”函數(shù)，即降項取或(OR-of-the-downs)，其中“降項”是指具有零值的RPC；或 (2)僅發(fā)送自服務(wù)扇區(qū)的RPC比特，即僅RPC0(n)。
使用第一函數(shù)f是試圖在給定目標(biāo)數(shù)據(jù)率下使反向鏈路發(fā)射功率(例如，Tx導(dǎo)頻功率)最小化。使用第二函數(shù)f是試圖使波束朝服務(wù)蜂窩小區(qū)天線300轉(zhuǎn)向以令A(yù)T 106與服務(wù)基站104之間的鏈路狀況最優(yōu)化。使用第二函數(shù)f的額外優(yōu)勢是有助于在相對靜態(tài)的狀況下平衡AT 106的前向和反向鏈路，并由此提高總鏈路效率。
累計RPC(AccumRPC)是累計的在UpdatePeriod(例如，64個時隙或256個時隙)期間接收到的有效RPC命令。AccumRPC(k，n)是第n個UpdatePeriod的第k時隙閉環(huán)導(dǎo)頻Tx功率的測量。
k≤UpdatePeriod 經(jīng)濾波的RPC值可被計算為 如果平均閉環(huán)Tx導(dǎo)頻功率的測量并非現(xiàn)成可用，則filtRPC值是UpdatePeriod期間平均閉環(huán)Tx導(dǎo)頻功率的測量。接入終端106可將一個UpdatePeriod的filtRPC與下一UpdatePeriod的filtRPC作比較。
增益自適應(yīng) 對于兩天線發(fā)射機(jī)，在時隙n發(fā)射的總信號可記為 其中，G(n)表示來自第一天線的發(fā)射功率，1-G(n)表示來自第二天線的發(fā)射功率，而φ1(n)和φ2(n)分別表示自天線1和2發(fā)射的信號的相位。在式(2)以及本文中的其它各式中，變量可表達(dá)為時隙n或時間t的函數(shù)，例如，s[n]可表達(dá)為s(t)。為了保持總功率，發(fā)射自這兩個天線的信號功率(G(n)和1-G(n))合計達(dá)1(兩個天線的總功率應(yīng)當(dāng)?shù)扔趩翁炀€情形的功率)。
為了基于經(jīng)濾波的RPC值獲得最優(yōu)發(fā)射波束方向圖，G(n)可被適應(yīng)性改編為 G(n)＝G(n-1)+μ·z(n-1)，(3) 其中G(n-1)是G(n)的前一值，μ是選擇的恒定步長，而z(n-1)可以是前一經(jīng)濾波RPC值、當(dāng)前TxGainAdjust(Tx增益調(diào)整)(來自開環(huán)功率控制)、以及在給定天線210上使用的當(dāng)前增益和相位的函數(shù)。z(n)的示例可以是 z(n)＝max(filtRPC(n)，0)·(filtRPC(n-1)-filtRPC(n))·sign(G(n-2)-G(n-1))，(4) 其中sign(符號)表示為正或為負(fù)。
使用增益調(diào)整/更新的波束成形可以是連續(xù)的或周期的。
相位自適應(yīng) 作為增益自適應(yīng)的補(bǔ)充或替換，接入終端106可變換在每個天線處發(fā)射的信號的相位。例如，對于具有兩個發(fā)射天線的接入終端，該接入終端可調(diào)整由這兩個天線210發(fā)射的信號的相位差(φ1(n)-φ2(n))。一種方法是可周期地將此相位差更新某個量以使得從0到2π的整個空間被覆蓋?？闪罡淖兊牧繛楫?dāng)前RPC值、前一經(jīng)濾波的RPC值、作為閉環(huán)導(dǎo)頻功率調(diào)整的測量的當(dāng)前TxGainAdjust、以及在天線210A-210M處的當(dāng)前發(fā)射功率的函數(shù)。在當(dāng)前接收到的SINR遠(yuǎn)低于合需水平時，可每個更新周期將此相位差變換某個量以搜索在接收機(jī)處導(dǎo)致這些信號更相干的組合的權(quán)重。如果SINR在合需水平之上，則可固定或減緩此相位差以利用當(dāng)前組合權(quán)重。
相位自適應(yīng)環(huán)可與以上在(3)中所提到的增益自適應(yīng)方案同時或順序運(yùn)行。替換地，相位自適應(yīng)可與等增益組合聯(lián)用，即，接入終端106可跨兩個Tx天線210均等地分配總功率，并且對第二Tx天線應(yīng)用θ度的相位差 接入終端106可決定使用兩種不同方法——周期更新或連續(xù)更新——中的一種來作相位自適應(yīng)。
相位自適應(yīng)-周期更新 接入終端106可周期地觸發(fā)“相位掃掠”接入終端106使用離散的各自分隔Y度的X個相位差(諸如10個相位差)——諸如從0到360度各自分隔20或60度(稱為相位步長(PhaseStep))——的集合順序地在兩個天線上發(fā)射。這些僅僅是示例，并且可使用任何數(shù)目的相位差和相位步長。接入終端106可將每一相位差使用指定的一段時間(稱為UpdatePeriod，例如64個時隙)并計算出平均Tx導(dǎo)頻功率。在嘗試了此集合中的所有相位差之后，接入終端106可揀選出具有最少(最小)測得平均Tx導(dǎo)頻功率的那個相位，并使用該相位直至下一次“相位掃掠”，例如，使用比相位掃掠持續(xù)時長要長的時間，譬如10×64×19個時隙(基于20度相位步長的示例)。這個過程可稱為一類波束方向圖選擇。
以上方法的變體可包括各種相位掃掠可選項當(dāng)中的僅天線1和僅天線2發(fā)射，以及每隔一時隙地交替天線。
自適應(yīng)控制功能702在上述方法中可不使用相位而代之以使用不同增益的固定集合。
相位自適應(yīng)-連續(xù)更新 在第二種辦法中，接入終端106可使用最小均方(LMS)算法連續(xù)地更新相位差(“相位適應(yīng)性改編”)。這種更新機(jī)制可使用兩個輸入(1)接入終端106周圍各活躍蜂窩小區(qū)的RPC比特和/或(2)平均Tx導(dǎo)頻功率。這可被稱為一類自適應(yīng)波束成形。
接入終端106可每UpdatePeriod個時隙地更新相位，其中μ是相位步長 θ(n)＝θ(n-1)+μ·z(n-1)其中n是UpdatePeriod索引。
給此自適應(yīng)方案的輸入可以僅是各活躍蜂窩小區(qū)的RPC比特。
{0，如果filtRPC(n-1)＝filtRPC(n-2) z(n-1)＝{-sign(θ(n-1)-θ(n-2))，如果filtRPC(n-1)＞filtRPC(n-2) {+sign(θ(n-1)-θ(n-2))，如果filtRPC(n-1)＜filtRPC(n-2) 此自適應(yīng)控制功能702可不使用RPC比特而代之以使用平均Tx導(dǎo)頻功率來執(zhí)行相位自適應(yīng)。給自適應(yīng)控制功能702的輸入是平均Tx導(dǎo)頻功率 {0，如果MeanTxPi lotPower(n-1)＝MeanTxPilotPower(n-2) z(n-1)＝{-sign(θ(n-1)-θ(n-2))，如果MeanTxPilotPower(n-1)＞MeanTxPilotPower(n-2) {+sign(θ(n-1)-θ(n-2))，如果MeanTxPilotPower(n-1)＜MeanTxPilotPower(n-2)。
圖8圖解了使用圖1的接入終端的方法?？?00使用接入終端106處的多個天線210A-210M來向一個或多個基站無線地發(fā)射信號?？?02接收指示這一個或多個基站104處的反向鏈路信號質(zhì)量的輸入?？?04調(diào)整要在一個或多個天線210A-210M上發(fā)射的信號的增益和相位中的至少一者。在框804之后，此方法可返回到框800。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將可理解，信息和信號可使用各種不同的工藝和技術(shù)中的任一種來表示。例如，在以上描述中可能被通篇引述的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號、比特、碼元、和碼片可由電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光粒子、或其任何組合來表示。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將可進(jìn)一步領(lǐng)會，結(jié)合本文中所公開的實施例描述的這些不同的說明性邏輯塊、模塊、電路、和算法步驟可被實現(xiàn)為電子硬件、計算機(jī)軟件、或兩者的組合。為了清晰地說明硬件與軟件的這種可互換性，各個示例性組件、板塊、模塊、電路、和步驟在上面是以其功能集的形式作一般化描述的。這樣的功能集是被實現(xiàn)為硬件還是軟件取決于具體應(yīng)用和加諸于整個系統(tǒng)的設(shè)計約束。技術(shù)人員可針對每個具體應(yīng)用以不同方式實現(xiàn)所描述的功能集，但是這些實現(xiàn)決策不應(yīng)當(dāng)被解釋成致使脫離本發(fā)明的范圍。
結(jié)合本文中所公開的實施例所描述的各個說明性邏輯塊、模塊、和電路可用通用處理器、DSP、ASIC、FPGA、或其它可編程邏輯器件、分立門或晶體管邏輯、分立硬件組件、或其設(shè)計成執(zhí)行本文中所描述的功能的任何組合來實現(xiàn)或執(zhí)行。通用處理器可以是微處理器，但是在替換方案中，處理器可以是任何常規(guī)處理器、控制器、微控制器、或狀態(tài)機(jī)。處理器還可被實現(xiàn)為計算設(shè)備的組合，例如，DSP與微處理器的組合、多個微處理器、與DSP核心協(xié)作的一個或多個微處理器、或任何其它這樣的配置。
結(jié)合在此公開的實施例描述的方法或算法的步驟可直接在硬件中、在由處理器執(zhí)行的軟件模塊中、或在這兩者的組合中體現(xiàn)。軟件模塊可駐留在RAM存儲器、閃存、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬盤、可移動盤、CD-ROM、或任何其它形式的存儲介質(zhì)中。存儲介質(zhì)耦合到處理器，以使得該處理器可從/向該存儲介質(zhì)讀取和寫入信息。在替換方案中，存儲介質(zhì)可整合到該處理器。該處理器和存儲介質(zhì)可駐留在ASIC中。該ASIC可駐留在用戶終端中。在替換方案中，處理器和存儲介質(zhì)可作為分立組件駐留在用戶終端中。
小標(biāo)題被包括在本文中供參引并用于幫助定位某些章節(jié)。這些小標(biāo)題無意限定在其下所描述的概念的范圍，而且這些概念在整個說明書中的其它章節(jié)里也可具有可適用性。
提供了以上對所公開的實施例的描述是為了使得本領(lǐng)域任何技術(shù)人員皆能夠制作或使用本發(fā)明。對這些實施例的各種修改容易為本領(lǐng)域技術(shù)人員所顯見，并且在此所定義的普適原理可被應(yīng)用于其它實施例而不會脫離本發(fā)明的精神或范圍。因而，本發(fā)明并非意在被限定于本文中所示出的實施例，而是應(yīng)當(dāng)被授予與本文中所公開的原理和新穎性特征相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種接入終端，包括
多個天線，其被配置成向一個或多個基站無線地發(fā)射信號；以及
系數(shù)自適應(yīng)控制單元，其被配置成接收輸入并調(diào)整要在一個或多個天線上發(fā)射的信號的增益和相位中的至少一者，所述輸入指示所述一個或多個基站處的反向鏈路信號質(zhì)量。
2.如權(quán)利要求1所述的接入終端，其特征在于，所述輸入包括發(fā)送自一個或多個基站的反向功率控制(RPC)值，所述系數(shù)自適應(yīng)控制單元被配置成調(diào)整所述要在一個或多個天線上發(fā)射的信號的增益和相位中的至少一者直至所述RPC值接近于零。
3.如權(quán)利要求2所述的接入終端，其特征在于，所述接入終端還包括RPC濾波器功能，所述RPC濾波器功能被配置成接收發(fā)送自多個基站的RPC比特并向所述系數(shù)自適應(yīng)控制單元輸出經(jīng)濾波的RPC值。
4.如權(quán)利要求3所述的接入終端，其特征在于，所述RPC濾波器功能如下確定所述經(jīng)濾波的RPC值
filtRPC(n)＝(1-α)filtRPC(n-1)+α·f(RPC0(n)，RPC1(n)，......，RPCL(n))其中α表示無限沖激響應(yīng)濾波器的常數(shù)，filtRPC(n-1)表示前一時隙(n-1)的經(jīng)濾波的RPC，RPCi(n)表示在當(dāng)前時隙n從基站活躍集中的第i個蜂窩小區(qū)接收到的RPC比特，而f(RPC0(n)，...RPCL(n))表示有效RPC。
5.如權(quán)利要求4所述的接入終端，其特征在于，所述有效RPC包括對發(fā)送自所述接入終端的活躍集中各基站的所有RPC比特的邏輯“或”函數(shù)。
6.如權(quán)利要求4所述的接入終端，其特征在于，所述有效RPC包括僅發(fā)送自所述接入終端的服務(wù)扇區(qū)的RPC比特。
7.如權(quán)利要求3所述的接入終端，其特征在于，所述RPC濾波器功能如下確定所述經(jīng)濾波的RPC值
其中
8.如權(quán)利要求1所述的接入終端，其特征在于，所述輸入包括發(fā)射導(dǎo)頻功率的測量。
9.如權(quán)利要求1所述的接入終端，其特征在于，所述輸入包括發(fā)射增益調(diào)整值。
10.如權(quán)利要求1所述的接入終端，其特征在于，所述系數(shù)自適應(yīng)控制單元被配置成使用最小均方(LMS)算法連續(xù)調(diào)整所述要在一個或多個天線上發(fā)射的信號的增益和相位中的至少一者。
11.如權(quán)利要求1所述的接入終端，其特征在于，所述輸入包括各活躍蜂窩小區(qū)的反向功率控制(RPC)比特，所述系數(shù)自適應(yīng)控制單元被配置成按下式來調(diào)整所述要在一個或多個天線上發(fā)射的信號的相位
θ(n)＝θ(n-1)+μ·z(n-1)，其中μ是相位步長；并且
{0， 如果filtRPC(n-1)＝filtRPC(n-2)
z(n-1)＝{-sign(θ(n-1)-θ(n-2))，如果filtRPC(n-1)＞filtRPC(n-2)
{+sign(θ(n-1)-θ(n-2))，如果filtRPC(n-1)＜filtRPC(n-2)
12.如權(quán)利要求1所述的接入終端，其特征在于，所述輸入包括測得平均發(fā)射導(dǎo)頻功率，所述系數(shù)自適應(yīng)控制單元被配置成按下式來調(diào)整所述要在一個或多個天線上發(fā)射的信號的相位
θ(n)＝θ(n-1)+μ·z(n-1)，其中μ是相位步長；并且
{0， 如果MeanTxPilotPower(n-1)＝MeanTxPilotPower(n-2)
z(n-1)＝{-sign(θ(n-1)-θ(n-2))，如果MeanTxPilotPower(n-1)＞MeanTxPilotPower(n-2)
{+sign(θ(n-1)-θ(n-2))，如果MeanTxPilotPower(n-1)＜MeanTxPilotPower(n-2)。
13.如權(quán)利要求1所述的接入終端，其特征在于，所述系數(shù)自適應(yīng)控制單元被配置成周期性地調(diào)整所述要在一個或多個天線上發(fā)射的信號的增益和相位中的至少一者。
14.如權(quán)利要求13所述的接入終端，其特征在于，所述系數(shù)自適應(yīng)控制單元被配置成(a)對于每個時間周期，在兩個或多個天線之間應(yīng)用相位差，(b)確定每個時間周期期間的平均發(fā)射導(dǎo)頻功率，以及(c)在使用了離散相位差集合之后，選擇具有最小平均發(fā)射導(dǎo)頻功率的相位差并使用該相位差。
15.如權(quán)利要求13所述的接入終端，其特征在于，所述系數(shù)自適應(yīng)控制單元被配置成(a)對于每個時間周期，在兩個或多個天線之間應(yīng)用增益差，(b)確定每個時間周期期間的平均發(fā)射導(dǎo)頻功率，以及(c)在使用了離散增益差集合之后，選擇具有最小平均發(fā)射導(dǎo)頻功率的增益差并使用該增益差。
16.如權(quán)利要求1所述的接入終端，其特征在于，還包括多個乘法器，每個乘法器被耦合至所述系數(shù)自適應(yīng)控制單元以及所述多個天線中的一個的指定信號路徑，每個乘法器被配置成將來自所述系數(shù)自適應(yīng)控制單元的復(fù)增益系數(shù)乘以所述指定信號路徑的信號。
17.一種方法，包括
使用接入終端處的多個天線向一個或多個基站無線地發(fā)射信號；
接收指示所述一個或多個基站處的反向鏈路信號質(zhì)量的輸入；以及
調(diào)整要在一個或多個天線上發(fā)射的信號的增益和相位中的至少一者。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述輸入包括發(fā)送自一個或多個基站的反向功率控制(RPC)值，其中所述調(diào)整包括調(diào)整所述要在一個或多個天線上發(fā)射的信號的增益和相位中的至少一者直至所述RPC值接近于零。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括
接收發(fā)送自多個基站的RPC比特；以及
基于所述接收到的發(fā)送自多個基站的RPC比特生成經(jīng)濾波的RPC值。
20.一種使用天線選擇來作波束成形的方法，所述方法包括
在第一段時間里在第一天線上無線地發(fā)射信號；
在后繼的一段時間里在第二天線上無線地發(fā)射所述信號；
觀測(a)發(fā)送自一個或多個基站的反向功率控制(RPC)比特和(b)在每段時間期間測得的閉環(huán)平均發(fā)射導(dǎo)頻功率中的至少一者；以及
選擇與較低閉環(huán)平均發(fā)射導(dǎo)頻功率相關(guān)聯(lián)的天線；
將所選擇的天線使用比所述第一段時間長的第二段時間。
全文摘要
一種用于反向鏈路發(fā)射波束成形的方法和系統(tǒng)。一種方法包括使用接入終端處的多個天線向一個或多個基站無線地發(fā)射信號；接收指示這一個或多個基站處的反向鏈路信號質(zhì)量的輸入；以及調(diào)整要在一個或多個天線上發(fā)射的信號的增益和相位中的至少一者。該輸入可以是發(fā)送自一個或多個基站的反向功率控制(RPC)值或者是閉環(huán)導(dǎo)頻發(fā)射功率的測量。
文檔編號H01Q3/26GK101610107SQ20091016045
公開日2009年12月23日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者P·J·布萊克, 范明熙, Y·托科佐 申請人:高通股份有限公司