專利名稱：用于校準具有一個天線陣列的無線通信站的方法和設備的制作方法
背景技術：
發(fā)明領域本發(fā)明涉及使用天線陣列的射頻系統(tǒng)，尤其涉及這種系統(tǒng)的校準。
背景可以在使用一個或多個天線發(fā)射或接收射頻信號的各種系統(tǒng)中使用天線陣列。這種系統(tǒng)的例子是無線電通信系統(tǒng)、雷達和使用射頻信號的某些醫(yī)療系統(tǒng)。相對于使用單個振子天線，在這些系統(tǒng)中使用天線陣列改進了天線的性能。天線性能的改進包括對于接收信號的改進的方向性、信噪比和抗干擾性，以及對于發(fā)射信號的改進的方向性、安全性和降低所需要的發(fā)射功率。天線陣列可以僅用于信號接收，僅用于信號發(fā)射，或者同時用于信號接收和發(fā)射。
典型的天線陣列系統(tǒng)由一個天線陣列和一個信號處理器組成，所述信號處理器組合進入和來自各個天線陣列振子的信號。這種處理有時被稱作“波束成形”。
天線陣列系統(tǒng)的一種典型應用是在無線通信系統(tǒng)中。這樣的例子包括蜂窩通信系統(tǒng)和無線本地環(huán)路系統(tǒng)。這種無線通信系統(tǒng)包括一個或多個通信站，通常稱作基站，每個基站與也稱作遠程終端和手機的它的用戶單元通信。在蜂窩系統(tǒng)中，遠程終端通常是移動的，而在無線本地環(huán)路系統(tǒng)中，遠程終端通常位于固定的位置。天線陣列通常位于基站內(nèi)。通信方向方面的術語來自于常規(guī)衛(wèi)星通信，僅是用基站代替了衛(wèi)星。因此，從遠程終端到基站的通信被稱作上行鏈路，從基站到遠程終端的通信被稱作下行鏈路。因而天線陣列在下行鏈路方向上發(fā)送和在上行鏈路方向上接收。天線陣列還可以在無線通信系統(tǒng)中使用以增加空分多址(SDMA)的能力，這是在同一“常規(guī)”(FDMA、TDMA或CDMA)信道上同時與多個用戶通信的能力。我們已經(jīng)公開了使用天線陣列進行空間處理以增加SDMA和非SDMA系統(tǒng)的頻譜效率。參見1996年5月7日公開的美國專利US5,515,378，標題為“SpatialDivision Multiple Access Wireless Communications System(空分多址無線通信系統(tǒng))”，在此引用作為參考，1997年1月7日公開的美國專利US5,592,490，標題為“Spectrally Efficient HighCapacity Wireless Communications System(高效頻譜利用率的高容量無線通信系統(tǒng))”，也在此引用作為參考，1996年10月23日提交的序列號為08/735,520的美國專利申請，標題為“SpectrallyEfficient High Capacity Wireless Communications System withSpatio-Temporal Processing(進行時空處理的高效頻譜利用率的高容量無線通信系統(tǒng))”，也在此引用作為參考，1996年10月11日提交的序列號為08/729,390的美國專利申請，標題為“Method andApparatus for Decision Directed Demodulation Using AntennaArrays and Spatial Processing(使用天線陣列和空間處理判決直接解調(diào)的方法和設備)”，也在此引用作為參考。使用天線陣列來改善通信效率和/或提供SDMA的系統(tǒng)有時被稱作智能天線系統(tǒng)。上述專利和專利申請在此被通稱為“我們的智能天線發(fā)明文獻”。
對于智能天線通信系統(tǒng)，在上行鏈路通信過程中，對在天線陣列振子上接收到的每個信號進行幅度和相位調(diào)整以選擇(即擇優(yōu)接收)有用信號，同時最小化無用的信號或噪聲即干擾。這種幅度和相位調(diào)整可以用復數(shù)值加權即“接收加權”來表示，并且所有陣列振子的接收加權可以用復數(shù)值向量即“接收加權向量”來表示。類似地，通過調(diào)整進入天線陣列的每個天線用以發(fā)射的信號的幅度和相位來處理下行鏈路信號。這種幅度和相位控制可以用復數(shù)值加權即“發(fā)射加權”來表示，并且所有陣列振子的接收加權可以用復數(shù)值向量即“發(fā)射加權向量”來表示。在一些系統(tǒng)中，接收(和/或發(fā)射)加權包括時間處理，并且在這種情況下，接收(和/或發(fā)射)加權可以是頻率的函數(shù)并應用在頻域，或者也可以等效地是時間的函數(shù)并用作卷積核。
一般根據(jù)特定遠程用戶的空間特征標記確定接收加權矢量，所述空間特征標記又通過不同的技術來確定，例如根據(jù)在陣列天線上從遠程用戶接收的上行鏈路信號?？臻g特征標記(也稱作接收多樣矢量)表示在沒有任何干擾或其它用戶單元存在的情況下基站陣列如何從一個特定用戶單元接收信號。在常規(guī)操作中，可以通過空間特征標記和任一干擾來確定接收加權矢量。用于在下行鏈路中與特定用戶通信的發(fā)射加權矢量同樣根據(jù)特定用戶的空間特征標記來確定。因此，希望根據(jù)用于特定用戶的接收加權矢量來確定發(fā)射加權矢量。
時分雙工(TDD)系統(tǒng)是在其中與特定遠程用戶的上行鏈路和下行鏈路的通信出現(xiàn)在同一頻率不同時隙的系統(tǒng)。頻分雙工(FDD)系統(tǒng)是在其中與特定用戶的上行鏈路和下行鏈路的通信出現(xiàn)在不同頻率上的系統(tǒng)。
實際問題可能導致很難根據(jù)特定用戶的接收加權矢量來確定發(fā)射加權矢量。時分雙工(TDD)系統(tǒng)是在其中與特定遠程用戶的上行鏈路和下行鏈路的通信出現(xiàn)在同一頻率不同時隙的系統(tǒng)。頻分雙工(FDD)系統(tǒng)是在其中與特定用戶的上行鏈路和下行鏈路中的通信出現(xiàn)在不同頻率上的系統(tǒng)。因為公知的互易性原理，可以預見根據(jù)接收加權矢量確定發(fā)射加權矢量是直接的。然而，在上行鏈路中，被處理的接收信號可能因與天線陣列的每個天線單元相連的接收設備電路而產(chǎn)生少量失真。接收設備電路包括天線單元、電纜、濾波器、射頻電子設備和物理連接，并且如果處理是數(shù)字的，還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(“ADC”)。在多振子天線陣列的情況下，通常每個天線陣列振子都有各自的接收設備，因此，在每個振子上所接收的每個信號的幅度和相位可能因每個接收設備電路而產(chǎn)生不同的失真。并不考慮這一點的接收矢量加權將是錯誤的，導致基站上的非最佳接收。然而，實際上，通信依然將是可行的。當通過天線陣列發(fā)射下行鏈路信號時，由天線單元輻射的每個信號通過不同的發(fā)射設備電路，因而可能在發(fā)射信號中導致不同的幅度和相位偏移。如果根據(jù)接收加權矢量確定發(fā)射加權矢量，并不考慮接收設備電路的不同，可能很難實現(xiàn)基站的發(fā)射。而且，如果發(fā)射加權矢量并不考慮發(fā)射設備的不同，可能產(chǎn)生其它困難，也許導致使用這種發(fā)射加權矢量的通信不是最佳的。校正的目的是確定校正因子，以補償在接收電路的信號中出現(xiàn)的不同幅度和相位誤差和在發(fā)射電路中出現(xiàn)的不同幅度和相位誤差。應當說明，在接收和發(fā)射設備電路中出現(xiàn)的相位和幅度偏移通常與頻率相關。
根據(jù)用于特定用戶的接收加權矢量來確定發(fā)射加權矢量在FDD系統(tǒng)情況下更加困難，因為可能不能再假定互易性。還需要考慮的是在上行鏈路和下行鏈路中傳播的不同。一旦考慮這些不同，依然需要確定補償因子，以補償在接收電路的信號中出現(xiàn)的不同幅度和相位誤差和在發(fā)射電路中出現(xiàn)的不同幅度和相位誤差。
原先，使用信號處理器的天線陣列的制造者假設理想的天線陣列，其中假設所有的發(fā)射和接收電子設備是最佳的，或者假設發(fā)射和接收設備電路對于每個天線是相同的。因此，這些天線系統(tǒng)不僅難于設計和制造，而且非常昂貴并隨著時間產(chǎn)生錯誤、干擾和偏移。使用接收加權確定發(fā)射加權可能不會使這種系統(tǒng)進行有效地通信。
已知，通過一個復數(shù)校正函數(shù)(即通過復數(shù)值時間序列)卷積由天線單元發(fā)射或接收的m個信號可以實現(xiàn)補償，其中每個校正函數(shù)描述補償當信號通過發(fā)射(或接收)設備電路時所經(jīng)歷的增益和相位誤差需要的傳遞函數(shù)校正。在一些系統(tǒng)中，這個可以被簡化成乘法校正，其中每個校正函數(shù)是一個校正因子-描述補償所需要的幅度和相位校正的復數(shù)值數(shù)。通常，該組校正函數(shù)是一個校正矢量函數(shù)的元素，一個復數(shù)值校正矢量用于發(fā)射路徑，另一個用于接收路徑，其中每個函數(shù)是時間序列。在乘法校正的情況下，校正因子組是校正矢量元素，對于發(fā)射路徑的復數(shù)值的校正矢量和對于接收路徑的復數(shù)值的校正矢量。現(xiàn)有技術中確定陣列校正矢量函數(shù)的方法包含具有若干有關缺點的測量。首先，該方法要求外部測量設備，重復使用上可能是昂貴的，不靈活的，并且笨重的。其次，常規(guī)校正方法對于在執(zhí)行測量的長時間周期上系統(tǒng)參數(shù)的偏移很敏感，例如頻率基準，并且這些偏移在所測量的陣列校正矢量中導致誤差。另外，一些現(xiàn)有技術僅確定乘法，而不是卷積核校正因子，并且在天線陣列中存在頻率相關分量。為了消除這種頻率相關性，依然使用乘法校正因子，需要為每個通信頻率信道校正天線陣列。第三，射頻電子設備的傳輸特性取決于變化的周圍條件，例如溫度、濕度等，這導致必須在其周圍環(huán)境中重復地校正天線陣列。
Harrison等人在美國專利US5,274,844(1993年12月28日)中通過兩次實驗公開了一種校正發(fā)射和接收校正矢量(作為復數(shù)值傳遞函數(shù))的方法，實驗涉及將資源控制器連接到遠程終端的數(shù)據(jù)總線。在第一個實驗中，數(shù)據(jù)總線指示遠程終端向基站發(fā)送一個已知信號。這確定了接收設備電路校正。在第二個實驗中，在遠程終端上接收的信號經(jīng)數(shù)據(jù)總線被發(fā)送回資源控制器，從而能夠確定發(fā)射設備電路校正。
1996年8月13日公開的授權給本發(fā)明受讓人的共同擁有的美國專利US5,546,090公開了一種同時確定發(fā)射和接收校正矢量的校正方法，使用一個位于移動終端中的簡單轉(zhuǎn)發(fā)器將在移動終端上從基站接收的信號重新發(fā)送給基站。這種方法并不需要Harrison等人的發(fā)明中所用的有線數(shù)據(jù)總線。然而，需要附加的轉(zhuǎn)發(fā)器設備。
雖然這些現(xiàn)有技術校正方法分別為接收和發(fā)射路徑提供校正，還為基站天線單元和用戶單元之間不同的空中路徑提供校正，但這種方法需要專門的校正設備。
PCT專利申請WO95/34103(1995年12月14日公開)，標題為Antenna array calibration(天線單元校正)，發(fā)明人Johannisson等人，公開了一種校正天線陣列發(fā)射(和接收)的方法和設備。對于發(fā)射校正，一個輸入發(fā)射信號被同時輸入給天線陣列中的每個天線單元。在輸入發(fā)射信號已經(jīng)通過相應的功率放大器之后，通過一個校正網(wǎng)絡抽樣由每個天線單元發(fā)射的信號。結(jié)果信號被反饋給接收機，一個計算裝置使所接收的信號與每個天線單元的原始發(fā)射信號相關。然后，可以為每個天線單元形成校正因子。隨后，可以使用校正因子調(diào)整天線單元(在幅度和相位上，或同相I和正交Q分量)以確保在發(fā)射過程中準確地校正每個振子。對于接收校正，使用校正網(wǎng)絡(無源分布網(wǎng)絡)生成一個已知的輸入信號并輸入給天線陣列的每個天線單元。信號通過天線單元和相應的低噪聲放大器，由一個波束形成設備測量由每個天線單元接收到的信號。然后，通過比較輸入的信號和測量的信號，波束形成設備可以生成校正因子從而分別校正每個天線單元。校正可以被描述為幅度和相位校正，或者同相I和正交Q分量的校正。
雖然Johannisson等人的方法為接收和發(fā)射路徑分別提供校正，但該方法需要專門的校正設備。
因此，在現(xiàn)有技術中需要一種簡單的校正方法和設備，不僅在所需的設備上而且在所需的時間上，以便無論何時或者何地需要都可以反復和快速地執(zhí)行校正。在現(xiàn)有技術中還需要一種簡單的校正技術，僅使用現(xiàn)有的基站電子設備，而不需要特殊的校正硬件。在現(xiàn)有技術中還需要一種根據(jù)接收加權矢量確定發(fā)射加權矢量的方法，包括校正接收設備和發(fā)射設備電路，使用簡單的技術實現(xiàn)校正，所述技術使用現(xiàn)有的基站電子設備而不需要專門的校正硬件。
本發(fā)明的另一個目的是一種校正方法和設備，降低了校正基站所需要的時間，并能夠使用一個校正后的發(fā)射加權矢量，該發(fā)射加權矢量基本上根據(jù)一個接收加權矢量來確定。
本發(fā)明的又一個目的是一種用于校正天線陣列系統(tǒng)的方法和設備，該方法和設備可以輕易地在安裝現(xiàn)場使用，該校正使得能夠使用校正后的發(fā)射加權矢量，該發(fā)射加權矢量基本上根據(jù)一個接收加權矢量來確定。
本發(fā)明的又一個目的是一種校正方法和設備，可以在一個射頻系統(tǒng)中輕易地實施，并使頻繁和程序化的系統(tǒng)校正成為可能，該校正使得能夠使用一個校正后的發(fā)射加權矢量，發(fā)射加權矢量基本上根據(jù)一個接收加權矢量來確定。
本發(fā)明的另外一個目的是一種根據(jù)接收加權矢量確定校正發(fā)射加權矢量的方法，發(fā)射加權矢量的校正考慮了接收設備和發(fā)射設備電路引入的相位誤差，該校正使用現(xiàn)有的基站電子設備。
在本發(fā)明的一個方面，一種用于校正通信站的方法被描述為包括使用與天線單元相關連的發(fā)射設備電路從天線單元發(fā)射一個指定信號，同時在不與天線相關連的至少一個接收機設備電路中接收一個發(fā)射信號。重復這個操作，使用其它的發(fā)射設備電路從其它天線單元發(fā)射指定信號(通常不必相同)，直到已經(jīng)從需要校正因子的所有天線單元發(fā)射該指定信號。確定每個天線單元的校正因子，一個天線單元的校正因子取決于相關的發(fā)射設備電路和接收機設備電路傳遞函數(shù)，該確定使用指定信號和在傳輸過程中接收的每個信號。在一個具體實施例中，指定信號對于每個傳輸是相同的，并且在接收過程中存儲所接收的信號以進行進一步的處理。
校正因子通常取決于頻率。一個具體實施例描述了基本上獨立于所感興趣的頻率范圍內(nèi)的頻率來確定校正因子。
此外，一個將要描述的實施例確定發(fā)射設備電路傳遞函數(shù)和接收機設備電路傳遞函數(shù)。這種情況的一個實施例包括指定共享一個公用天線單元的一個接收機設備電路和一個發(fā)射設備電路作為參考，以便相對于參考接收設備和參考發(fā)射設備傳遞函數(shù)來分別確定所有的接收機和發(fā)射設備電路傳遞函數(shù)。
另外一個具體實施例適用于在通信站和用戶單元之間的下行鏈路和上行鏈路通信出現(xiàn)在同一頻率信道時。在這種情況下，為每個天線單元確定一個校正因子。在一種情況下，單獨的校正因子在相位上是與一個特定天線單元相關的發(fā)射設備電路傳遞函數(shù)相位和接收機設備電路傳遞函數(shù)相位之間的差的函數(shù)。在這種情況下，可以指定一個天線單元作為參考天線單元，以便相對于與參考天線單元相關的校正因子分別確定與參考天線單元不相關的所有校正因子。例如，用于非參考天線單元的一個特定天線單元的校正因子在相位上可以被確定為兩個信號之間相位差的函數(shù)，其中一個信號是在從與參考天線相關連的發(fā)射設備電路發(fā)射指定信號時，在與特定天線單元相關連的接收機設備電路上接收的信號，另一個信號是在從特定天線單元的相關連發(fā)射設備電路發(fā)射指定信號時，在參考天線單元的相關連的接收機設備電路上接收的信號。
在另一種情況下，一個校正因子在相位上是與特定天線單元相關的發(fā)射設備電路傳遞函數(shù)與接收機設備電路傳遞函數(shù)之比的函數(shù)。在這種情況下，同樣可以將一個天線單元指定為參考天線單元，以便相對于與參考天線單元相關連的校正因子分別確定與參考天線單元不相關連的所有校正因子。例如，用于非參考天線單元的一個特定天線單元的校正因子可以被確定為兩個信號之比的函數(shù)，其中一個信號是在從與參考天線相關連的發(fā)射設備電路發(fā)射指定信號時，在與特定天線單元相關連的接收機設備電路上接收的信號，另一個信號是在從與特定天線單元相關連的發(fā)射設備電路發(fā)射指定信號時，在與參考天線單元相關連的接收機設備電路上接收信號。
在本發(fā)明的另一個方面，描述了一種從通信站向用戶單元發(fā)送下行鏈路信號的方法。該方法包括在通信站上執(zhí)行一個實驗以確定一組校正因子，每個因子與一個特定天線單元相關，根據(jù)一組發(fā)射加權來加權下行鏈路信號以為每個天線單元形成一組加權發(fā)射信號，其中用于特定天線單元的發(fā)射加權根據(jù)在與用戶單元的上行鏈路通信中在天線陣列上接收的信號和與特定天線單元的相關連的校正因子來確定，并通過發(fā)射設備電路發(fā)射加權的發(fā)射信號。在一種實施例中，其中通信站能夠在上行鏈路上與用戶單元通信，通過處理所接收的基帶信號，并根據(jù)一個天線單元上的相應信號確定所接收的每個基帶信號，該處理包括按照一組根據(jù)所接收的基帶信號確定的接收加權來加權所接收的基帶信號，每個接收加權對應于一個天線單元。在這個實施例中，根據(jù)對應于特定天線單元的接收加權和與特定天線單元相關的校正因子確定用于特定天線單元的發(fā)射加權。在通信站和用戶單元之間的下行鏈路通信和上行鏈路通信出現(xiàn)在同一頻率信道的情況下，所用的校正因子在相位上是用于相應天線單元的發(fā)射設備電路傳遞函數(shù)相位和接收機設備電路傳遞函數(shù)相位之間差的函數(shù)，并且每個發(fā)射加權與相應的接收加權成正比，并與相應的校正因子成正比。在通信站和用戶單元之間的下行鏈路通信和上行鏈路通信出現(xiàn)在同一頻率信道的另一種情況下，所用的校正因子是用于相應天線單元的發(fā)射設備電路傳遞函數(shù)和接收機設備電路傳遞函數(shù)之比的函數(shù)，并且每個發(fā)射加權與相應的接收加權成正比，并與相應的校正因子成正比。
確定用于根據(jù)接收加權確定發(fā)射加權的校正因子的實驗可以按照上述任何一種方法來確定校正因子。
在本發(fā)明的另外一個方面，描述了一種用于校正通信站的設備，它是通信站的一部分。
附圖的簡要說明

圖1圖示使用一個天線陣列既發(fā)射又接收的一個天線陣列系統(tǒng)，在其上和對其可以實施本發(fā)明的實施例；圖2圖示PHS基站的一個簡化方框圖，在其上可以實施本發(fā)明的優(yōu)選實施例的說明圖5圖示將單個天線陣列103用于既發(fā)射又接收的一個天線陣列基站系統(tǒng)。本發(fā)明的優(yōu)選實施例的設備和方法被實施以操作具有這種普通結(jié)構的系統(tǒng)。雖然類似于圖1所示的系統(tǒng)可能是現(xiàn)有技術，但是包括被編程或硬布線的單元以執(zhí)行本發(fā)明的方式的如圖1所示的系統(tǒng)不是現(xiàn)有技術。在圖1中，發(fā)射/接收開關(“TR”)107被連接在天線陣列103和發(fā)射電子設備113(包括一個或多個發(fā)射信號處理器119)與接收電子設備121(包括一個或多個接收信號處理器123)之間，用于在發(fā)射模式中將天線陣列103的一個或多個振子選擇連接到發(fā)射電子設備113，和在接收模式中將天線陣列103的一個或多個振子選擇連接到接收電子設備121。開關107的兩種可能的實施方式是在頻分雙工(FDD)系統(tǒng)中的頻率雙工器和在時分雙工(TDD)系統(tǒng)中的時間開關。本發(fā)明的優(yōu)選實施例使用TDD。
可以使用模擬電子設備、數(shù)字電子設備或者兩者的組合來實施發(fā)射和接收電子設備(分別是單元113和121)。信號處理器119和123可以是靜態(tài)的(始終不變)、動態(tài)的(根據(jù)所需要的方向性而變化)、或者智能的(根據(jù)所接收的信號而變化)，在優(yōu)選實施例中是自適應的。信號處理119和123可以是被為接收和發(fā)射而不同編程的一個或多個相同的DSP設備，或者不同的DSP設備，或者對于某些功能是不同的設備而對于其它功能是相同的設備。
不幸地是，由于分別在天線陣列103、電纜105、109和111和發(fā)射和接收電子電路113和121結(jié)構上的普通制造差別，將存在因這些元件引入的不同誤差和非線性，通過天線陣列103不同振子的相同信號將呈現(xiàn)不同的幅度和相位。類似地，分別通過電纜109和111中不同信道和電子設備113和121的相同信號在幅度和相位上將被改變。這些復合的幅度和相位誤差可以通過一組接收和發(fā)射陣列校正傳遞函數(shù)來獲取，所述函數(shù)的元素可以被集中在一起以形成一個接收和發(fā)射校正傳遞函數(shù)矢量。天線陣列的每個振子103、電纜105和109的相應信道、開關107的相應信道和發(fā)射電子設備113的相應信道被稱作發(fā)射天線單元的發(fā)射設備電路，天線陣列103的每個振子、電纜105和109的相應信道、開關107的相應信道和接收電子設備123的相應信道被稱作天線單元的接收機設備電路。這樣一個陣列校正傳輸矢量將在每個電路的末端從天線陣列單元看到的實際信號轉(zhuǎn)換成在每個電路末端上預期的相應信號，如果所有的元件相同和最佳地工作。因為發(fā)射信號和接收信號經(jīng)歷略有不同的硬件路徑，該系統(tǒng)將既具有發(fā)射陣列校正矢量傳遞逐數(shù)又具有接收陣列校正矢量傳遞函數(shù)。到發(fā)射設備電路的輸入是發(fā)射信號輸入115，接收機設備電路的輸出是接收信號輸出117。
本發(fā)明的各種優(yōu)選實施例被用于使用“個人手持機系統(tǒng)”(PHS)，ARIB標準，第二版(RCR STD-28)的蜂窩系統(tǒng)。在這些實施例中使用的PHS系統(tǒng)的基站通常符合圖1.PHS系統(tǒng)是使用實際的時分雙工(TDD)的8時隙時分多址(TDMA)系統(tǒng)。因而，這8個時隙被劃分成4個發(fā)射(TX)時隙和4個接收(RX)時隙。這意味著對于任意特定信道，接收頻率與發(fā)射頻率是相同的。還意味著互易性，即下行鏈路(從基站到用戶的遠程終端)和上行鏈路(從用戶的遠程終端到基站)的傳播路徑是相同的，假設用戶單元在接收時隙和發(fā)射時隙之間的最小移動。在優(yōu)選實施例中使用的PHS系統(tǒng)的頻帶是1895-1918.1MHz。每8個時隙長為625微秒。PHS系統(tǒng)具有用于控制信道的一個專用頻率和時隙，在控制信道上執(zhí)行呼叫初始化。一旦建立鏈路，呼叫被轉(zhuǎn)移到用于常規(guī)通信的一條業(yè)務信道。通信以稱作全速率的32千比特/秒(kbps)的速率在任一信道中出現(xiàn)。低于全速率的通信也是可能的，如何修改在此描述的實施例的細節(jié)以適應低于全速率的通信對于本領域的普通技術人員來說是顯然的。
在優(yōu)選實施例中使用的PHS中，突發(fā)脈沖串被定義為在單個時隙中在空中發(fā)射或接收的有限持續(xù)期的射頻信號。一“組”被定義為一組4TX和4HANDYPHONE時隙。一組始終開始于第一TX時隙，其持續(xù)時間是8×0.625＝5毫秒。
PHS系統(tǒng)為基帶信號使用π/4差分四相相移鍵控(π/4DQPSK)調(diào)制。波特率為192kbaud，即每秒192,000碼元。
圖2表示將實施本發(fā)明一種實施例的PHS基站的簡化方框圖。再次說明，雖然具有類似于圖2所示結(jié)構的系統(tǒng)可能是現(xiàn)有技術，包括被編程或硬布線的元件以執(zhí)行本發(fā)明的圖2所示的這種系統(tǒng)不是現(xiàn)有技術。在圖2中，使用m個天線201，其中m＝4。天線的輸出被連接到雙工開關107，在這個TDD系統(tǒng)中為時間開關。當接收時，天線輸出經(jīng)開關107被連接到接收機205，由射頻接收機(“RX”)模塊205將其從載波頻率(大約1.9GHz)模擬下變頻到最終的中頻(“IF”)384kHz。然后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(“ADC”)209在1.536MHz上數(shù)字化(抽樣)這個信號。只抽樣該信號的實數(shù)部分。因而，在復數(shù)向量表示法中，數(shù)字信號可以被虛擬化為包含384kHz的復數(shù)值中頻信號和-384kHz的映象。通過將每秒1.536兆抽樣的只讀信號乘以384kHz的復數(shù)相量數(shù)字化地執(zhí)行最終到基帶的下變頻.結(jié)果是復數(shù)值信號，包含復數(shù)值基帶信號和一個在-2×384＝-768kHz的映象。這個不需要的負頻率映象被數(shù)字化的濾除以生成在1.536MHz上抽樣的復數(shù)值基帶信號。在優(yōu)選實施例中，GrayChip公司的GC2011數(shù)字濾波器被用于實現(xiàn)下變頻和數(shù)字濾波，后者使用有限脈沖響應(FIR)濾波技術。這個被圖示為方框213。
對于每個天線的GC2011數(shù)字濾波設備有四個下變頻輸出，每個接收時隙一個。對于四個接收時隙中的每一個，來自四個天線的四個下變頻輸出被饋送給數(shù)字信號處理器(DSP)設備217(下文稱為“時隙處理器”)以進一步地處理，包括根據(jù)本發(fā)明一個方面的校正。在優(yōu)選實施例中，四個摩托羅拉的DSP56303DSP被用作時隙處理器，每個接收時隙一個。
時隙處理器217執(zhí)行下述多個功能，包括監(jiān)視所接收的信號功率，頻率偏移估計和時間同步、智能天線處理，其中包括確定每個天線單元的加權以確定來自一個特定遠程用戶的信號、以及解調(diào)所確定的信號。
時隙處理器217的輸出被解調(diào)為用于四個接收時隙中每個時隙的突發(fā)脈沖串數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)被發(fā)送給主DSP處理器231，它的主要功能是控制該系統(tǒng)的所有單元和形成與更高層處理的接口，所述更高層的處理負責處理在PHS通信協(xié)議中定義的所有不同的控制和業(yè)務信道中通信所需要的信號。在優(yōu)選實施例中，主DSP231是摩托羅拉DSP56303。另外，時隙處理器向主DSP231發(fā)送所確定的接收加權。主DSP231的主要功能具體包括·維持狀態(tài)和定時信息；·從時隙處理器217接收上行鏈路脈沖串數(shù)據(jù)；·編程時隙處理器217，在一個實施例中包括指示時隙處理器217輸入校正模式。校正模式出現(xiàn)在基站已經(jīng)將業(yè)務信道分配給遠程用戶之后。在校正模式中，在優(yōu)選實施例中，基站在新指定的業(yè)務信道中的四個連續(xù)幀中提取一個RX(接收)時隙，并執(zhí)行在此所述的優(yōu)選實施例的校正方法。最好僅在RX時隙中執(zhí)行校正實驗，因為在TX(發(fā)射)時隙中，主基站可能正在發(fā)射，并且可能使系統(tǒng)內(nèi)的低噪聲放大器飽和。在可選的實施例中，在TX時隙中執(zhí)行校正實驗。在校正模式中，在每個幀的結(jié)束，部分結(jié)果被從時隙處理器217上載到主DSP231，用于確定校正因子的進一步處理。然后，主DSP231使用從自動增益補償(“AGC”)電路中讀取的值換算校正因子，然后存儲該數(shù)據(jù)。
·在普通模式中，處理上行鏈路信號，包括解密、解擾、糾錯碼(CRC)檢驗和上行鏈路脈沖串的拆解；·在普通模式中，格式化將被發(fā)送給基站的其它部分進行更高層處理的上行鏈路信號；·在普通模式中，格式化自適應差分脈沖編碼調(diào)制(“ADPCM”)話音數(shù)據(jù)，和格式化業(yè)務數(shù)據(jù)以在基站中進行更高層次的處理；·在普通模式中，從基站的其它部分接收下行鏈路消息和ADPCM話音數(shù)據(jù)(和載體業(yè)務數(shù)據(jù))；·在普通模式中，處理下行鏈路脈沖串(脈沖串構建、CRC、擾碼和加密)；·格式化和將下行鏈路脈沖串發(fā)送給發(fā)射控制器/調(diào)制器，被圖示為237，在校正模式中包括格式化和將校正脈沖串發(fā)送給發(fā)射控制器/調(diào)制器237。
·編程發(fā)射控制器/調(diào)制器237，包括確定和將發(fā)射加權矢量發(fā)送給發(fā)射控制器/調(diào)制器237。在一種實施例中，在普通模式中，發(fā)射加權矢量是接收加權矢量，在主DSP231中使用在校正模式中根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選實施例確定的校正因子進行校正。然后，發(fā)射加權因子被整體換算以符合所需的發(fā)射功率限制，然后被發(fā)送給控制器/調(diào)制器237；·控制圖示為233的射頻控制器；和·在普通模式中，保存和報告調(diào)制解調(diào)器狀態(tài)信息和控制同步。
射頻控制器233連接到射頻系統(tǒng)，圖示為245，并生成由射頻系統(tǒng)和調(diào)制解調(diào)器使用的多個定時信號。由射頻控制器233執(zhí)行的具體工作包括·為射頻系統(tǒng)(RX和TX)和調(diào)制解調(diào)器的其它部分生成定時信號；·讀取發(fā)射功率監(jiān)視值；·寫入發(fā)射功率控制值；·生成雙工器107開關盒控制信號；和·讀取自動增益控制(AGC)值。
射頻控制器233接收定時參數(shù)和用于來自主DSP231的每個脈沖串的其它設置。
發(fā)射控制器/調(diào)制器237從主DSP231接收發(fā)射數(shù)據(jù)，一次四個碼元。發(fā)射控制器使用這個數(shù)據(jù)生成模擬中頻輸出，該輸出被發(fā)送給射頻發(fā)射機(TX)模塊245。發(fā)射控制器/調(diào)制器237執(zhí)行的具體操作是·使用π/4 DQPSK調(diào)制將數(shù)據(jù)比特轉(zhuǎn)換成一個復數(shù)調(diào)制信號；·上變頻到中頻1.536MHz(依然是數(shù)字的)。使用GrayChip2011執(zhí)行這個操作；·四倍過抽樣該1.536中頻信號以生成6.144兆抽樣/秒的信號。注意到四倍過抽樣中頻信號導致總共32倍的過抽樣信號；·將這個四倍過抽樣(與中頻相比)復數(shù)信號乘以從主DSP231獲得的發(fā)射加權。提取結(jié)果復數(shù)值波形的實部以生成四個只實數(shù)的中頻信號；和·通過發(fā)射控制器/調(diào)制器237一部分的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(“DAC”)將這些信號轉(zhuǎn)換成將被發(fā)射給發(fā)射模塊245的模擬發(fā)射波形；發(fā)射模塊245將這些信號上變頻到發(fā)射頻率，并放大這些信號。被放大的發(fā)射信號輸出經(jīng)雙工器/時間開關107被發(fā)送給天線201。
使用下述符號表示法。假設有m個天線單元(在優(yōu)選實施例中m＝4)，并假設z1(t)、z2(t)、…、zm(t)分別為在下變頻之后即在基帶中和在抽樣之后的第一、第二、…、第m天線單元的復數(shù)值響應(即使用同相I和正交Q分量)。在上述符號表示法中，t是離散的。這些m倍抽樣量值可以被表示為一個m矢量z(t)，其中z(t)的第i行是zi(t)。收集有限個抽樣，以便z1(t)、z2(t)、…、zm(t)中的每個可以被表示為一個行向量，z(t)可以用矩陣來表示。然而，引入有限數(shù)目的抽樣的細節(jié)不在討論的范圍之內(nèi)，并且這些細節(jié)對于本領域的普通技術人員來說顯然是公知的。假設幾個信號被從多個遠程用戶發(fā)送給基站。具體地說，假設所感興趣的用戶單元發(fā)送信號s(t)?？臻g處理包括提取所接收信號z1(t)、z2(t)、…、zm(t)的I值和Q值的一個特定組合從而提取所發(fā)射信號s(t)的一個估計值。這些加權可以用對于這個特定用戶單元的接收加權矢量表示，表示為復數(shù)值加權矢量wr，其第i個元素為wri。則所發(fā)送信號的估計值為s∩(t)=Σi=1mwri'zi(t)=wrHz(t)]]>其中w′si是wri的復共軛，wHr是接收加權矢量wr的厄密轉(zhuǎn)置(即轉(zhuǎn)置和復共軛)。在包括空間-時間處理的實施例中，接收加權矢量中的每個單元是時間的函數(shù)，所以加權矢量可以被表示為wr(t)，其第i個元素為wri(t)。則，信號的估計值可以被表示為s∩(t)=Σi=1mwri'*zi(t)]]>其中算符“*”是卷積運算。使用空間-時間處理形成信號的估計值也可以等效地在頻域(富里葉變換)中執(zhí)行。將s(t)、zi(t)、wri(t)、z(t)和wr(t)的頻域表示分別用S(k)、Zi(k)、Wri(k)、Z(k)和Wr(k)表示，其中k是離散頻率值，s∩(k)=Σi=1mWri'(k)Zi(k)=WrHZ(k)]]>在說明書的其余部分中，凡提及復數(shù)值接收加權矢量wr或它的元素時，都將理解這可能是概括性的以引進如上所述的空間-時間處理。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)存在為特定的有用信號確定復數(shù)值加權矢量wr的幾種方法。在優(yōu)選實施例中，所接收的信號具有一種特定調(diào)制格式的了解被用于根據(jù)所接收的信號本身確定wr。在上述1996年10月11日提交的序列號為08/729.390的美國專利申請，標題為“Methodand Apparatus for Decision Directed Demodulation UsingAntenna Arrays and Spatial Processing(使用天線陣列和空間處理進行判決直接解調(diào)的方法和設備)”(下文稱作“我們的解調(diào)發(fā)明文獻”)中描述了如何獲得用于特定有用信號的復數(shù)值加權矢量wr的估計值，和在出現(xiàn)來自遠程終端的其它信號，即在出現(xiàn)同信道干擾的情況下如何解調(diào)從這樣一個特定遠程終端發(fā)送的信號。
為了向某個遠程用戶發(fā)送調(diào)制信號st(t)，分別將信號zt1(t)、zt2(t)、…、ztm(t)提供給m個天線，其中zti(t)＝w′tist(t)，i＝1，…，m和wti是復數(shù)值加權。該組wti可以用wt來概括，wt是第i個元素為wti的復數(shù)值m維列向量，稱作用于該用戶的發(fā)射加權矢量。即，用第i個元素為zti(t)的列向量zt(t)表示m個天線上的m個信號，i＝1，…，m，有zt(t)＝wt′st(t)其中wt′表示向量wt的復共軛。
也可以代替地使用空間-時間處理以發(fā)送給遠程用戶單元。在這種情況下，發(fā)射加權向量具有為時間函數(shù)(卷積核)的元素，zti(t)＝wti′*st(t)，i＝1，…，m。使用向量標記，zt(t)＝Wi′*st(t)。再次說明，在說明書的其余部分中，凡提及復數(shù)值發(fā)射加權向量wt或它的元素時，都將理解這可能是概括性的以引入上述空間-時間處理。
優(yōu)選實施例的系統(tǒng)使用TDD，所以知道發(fā)射和接收頻率是相同的。公知的互易性原理被用于根據(jù)一個特定用戶的接收加權向量確定該用戶的發(fā)射加權向量，該接收加權向量根據(jù)從該用戶接收的信號來確定。
實際上，所計算的實際加權向量將被用于在天線單元上接收的信號，但是通常用在接收機設備電路末端上接收的信號上和可能根據(jù)其來計算，因此將不僅包含到基站天線陣列的每個天線單元的上行鏈路傳播路徑的相關信息，而且包含由與每個天線單元相連的每個接收機設備電路引入的幅度和相位誤差。因此，根據(jù)這些信號確定的接收加權向量通常不使用基站和用戶站之間傳播路徑特性的精確表示。需要用于接收設備電路的校正數(shù)據(jù)來確定傳播特性(增益和相位)。在接收機上測量的來自一個天線單元的一個特定信號將需要進行相對相位提前，如果相對于來自其它天線單元的信號，該信號被接收機設備電路延遲。類似地，在下行鏈路方向上，因為與每個天線單元相連的每個發(fā)射設備電路引入的幅度和相位誤差，如果確定應當從天線單元發(fā)送什么的發(fā)射加權被應用在發(fā)射信號處理器，它將在天線單元中產(chǎn)生誤差。如果相對于被發(fā)送給其它天線單元的信號，在信號處理器上被發(fā)送的一個信號被發(fā)射設備電路延遲，需要相對地提前與特定天線單元相對應的一個特定加權矢量元素的相位。
在本發(fā)明的一種實施例中，wti＝Hi′wti，其中Hi是用于第i個天線接收和發(fā)射設備電路的標量加權因子，i＝1，…，m。在另一實施例中，作為校正接收和發(fā)射設備電路的結(jié)果，空間-時間處理被用于發(fā)射處理，并且在這種情況下，在頻域中，Wti(k)＝Hi′(k)wti，其中Hi是用于第i個天線接收和發(fā)射設備電路的加權因子，i＝1，…，m。如果接收機處理也是空間-時間的，則在頻域中，Wti(k)＝Hi′(k)Wti(k)，i＝1，…，m。
在優(yōu)選實施例中，當執(zhí)行對一個特定遠程用戶的接收和發(fā)送時，被施加給一個振子的根據(jù)接收加權矢量獲得的發(fā)射加權矢量的校正在相位上是該振子的相應信號的發(fā)射電路相位和接收電路相位之間相位差的函數(shù)。
現(xiàn)在描述在基站上執(zhí)行來確定校正因子的實驗。在本發(fā)明的一個方面，該實驗使用圖1所示的普通結(jié)構的基站，并被限制為使用基站本身。這樣一個基站包括天線單元的天線陣列103，每個天線單元具有從消息信號輸入一直到天線單元的一個相應發(fā)射設備電路，和從天線單元一直到(并包括)接收信號處理器的一個相應接收機設備電路。另外，發(fā)射信號處理器，有可能是接收信號處理器，被包括在基站中，用于生成校正測試信號，并從所接收的信號中提取校正數(shù)據(jù)。
實現(xiàn)本發(fā)明優(yōu)選實施例的硬件最好如圖2所示。
校正實驗的基本方法包括使用與m個天線單元之一相連的發(fā)射機設備電路發(fā)射一個已知信號，并在其它(m－1)個天線單元的每個天線單元上通過(m－1)個相連的接收機設備電路中的每個接收機設備電路來接收被發(fā)射的信號。圖3(a)表示對于四天線單元的天線陣列的相關傳播路徑，圖3(b)表示對于五振子天線陣列的傳播路徑。被標號的節(jié)點表示天線單元，互連方向箭頭表示雙工路徑，相關標記{Gij}組表示與每條路徑相關的增益和相移。隨著陣列中天線單元數(shù)目的增加，雙工路徑的數(shù)目m(m－1)/2成平方地遞增。注意到并非所有的標記{Gij}被表示在圖3(b)中。
因此，在四天線的情況下，進行四次發(fā)射，每次發(fā)射從該陣列中的一個天線，為每次發(fā)射執(zhí)行未發(fā)射的三個接收機的測量。
基帶中的該組所接收信號中每個信號{sij(t)}是時間(t)的抽樣函數(shù)，并且該組的每個元素可以被表示為sij(t)＝si(t)*τi(t)*gij(t)*rj(t)，i，j＝1，....，4， 等式(1)其中sij(t)是表示從天線i發(fā)射和由天線j接收的基帶信號的時間序列(即一組抽樣)；si(t)是從天線i發(fā)射的基帶的時間序列校正信號；τi(t)是表示發(fā)射電路i的基帶傳遞函數(shù)的卷積核；gij(t)是表示天線i和j之間傳播路徑的傳遞函數(shù)的卷積核；rj(t)是表示接收設備電路的傳遞函數(shù)的卷積核；*表示卷積算符。
等式(1)可以用等價的頻域來表示(富里葉變換)，被表示為Sij(k)＝Si(k)·Ti(k)·Gij(k)·Rj(k)
其中每一項是等式(1)相應項的富里葉變換，并且對于獨立離散頻率變量k的每個值是復數(shù)頻域函數(shù)(具有一個相關的幅度和相位)。因此，頻域和相應的時域函數(shù)可以表示如下Sij(k)sij(t)是頻域和時域接收信號；Si(k)si(t)是第i個發(fā)射機電路發(fā)射的頻域和時域發(fā)射信號；Ti(k)τi(t)是第i發(fā)射機電路(包括第i發(fā)射機天線單元)的頻域傳遞函數(shù)和時域卷積核；Gij(k)gij(t)是從第i到第j天線單元的傳輸路徑的頻域傳遞函數(shù)和時域卷積核；Rj(k)rj(t)是接收機電路(包括第j接收機天線單元)的頻域傳遞函數(shù)和時域卷積核。
在使用圖2系統(tǒng)的優(yōu)選PHS實施例中，m＝4。因此，由一個天線單元發(fā)射一個已知信號，并同時在其余(m－1)＝3個天線單元上接收。必須注意到基站的發(fā)射機和接收機在被同時使用，并且由于發(fā)射天線單元和接收天線單元的接近性，傳播損耗非常小(大約30dB)。為總共m組測量重復相同的程序，對于每組測量，由一個不同的天線單元向其余m－1個天線進行發(fā)射，產(chǎn)生m組m－1個測量信號，總共m(m－1)個測量值(在優(yōu)選實施例中為12)。在優(yōu)選實施例中，因為傳播路徑損耗很小，加在每個接收機上的加權被按比例縮小，從而不使接收機飽和。
未知量包括m個發(fā)射機電路校正({Ti})，m個接收機電路校正({Ri})，和二倍于每個天線和其余m－1個天線之間路徑數(shù)目(m(m－1)/2Gij)的傳遞函數(shù)。在此，未知量的總數(shù)目為m(m＋1)，其中在m＝4的情況下為20?？捎蓽y量形成的等式數(shù)目為12?？梢匀缦滤鰷p少將要確定的未知量數(shù)目。假設互易性，如應用于TDD系統(tǒng)，每個天線和其余m－1個天線之間的路徑在任一方向上是相同，所以可以減少m(m－1)/2個未知值，對于總共m(m＋3)/2個未知值，在m＝4的情況下為14。因為從某一方面來說，主要感興趣的是相對接收和發(fā)射校正因子，因此可以假設一個發(fā)射和一個接收傳遞函數(shù)是1.0。在優(yōu)選實施例中，假設對于所有的k，R1(k)＝T1(k)＝1.0。因此，對于m＝4，需要解決下述十二個等式S12＝G12R2
S13＝G13R3S14＝G14R4S21＝T2G21S23＝T2G23R3S24＝T2G24R4S31＝T3G31等式(2)S32＝T3G32R2S34＝T3G34R4S41＝T4G41S42＝T4G42R2S43＝T4G43R3可以通過取兩側(cè)的對數(shù)使這些等式線性化，例如，求以e為低的對數(shù)，定義為函數(shù)loge(x)＝lnx。結(jié)果等式為 為了分別為接收機電路和發(fā)射機電路獲得校正，需要求解這些等式。發(fā)現(xiàn)直接求解可能需要進一步的假設。
在優(yōu)選實施例中，例如在頻域中，不需要校正確定接收機加權，頻域發(fā)射加權向量是頻域接收加權向量乘以由一校正向量確定的一個(頻率相關的)m×m對角校正矩陣。在優(yōu)選實施例中，每個發(fā)射加權向量單元是相應的接收加權向量乘以在每個頻率上對于特定振子的接收設備電路響應和發(fā)射設備電路響應之比。為看出這在原理上給出了正確的有關發(fā)射的校正，考慮對于單個用戶的接收，一個信號(第i個振子的空間特征標記αi)到達天線i遲于到達天線j(正相位)。還假設接收機設備電路導致到達天線i的信號到達信號處理器比到達天線j(正相位)的信號花費更長的時間。假設Gi表示從遠程用戶到第i個天線單元的空中路徑，并假設一個單位信號被從遠程用戶發(fā)射。則a的第i個元素是第i個天線單元上的信號Gi。在信號處理器上接收的信號是GiRi。這意味著接收加權向量將具有正比于GiRi的第i元素。如果按照最佳策略，將在發(fā)射電子設備上發(fā)射正比于G’iR’i的一個信號(換句話說，使用一個加權矢量，其第i個元素正比于G’iR’i)，這將在第i天線單元上產(chǎn)生正比于G’iR’iT的一個信號，(等價于在天線上使用一個加權向量發(fā)射，其第i個元素正比于G’iR’iT)。根據(jù)最佳策略，希望在第i個天線單元上發(fā)射一個正比于G’i的信號，即，對于該天線使用一個加權向量，其第i個元素正比于Gi。為了實現(xiàn)這個目標，需要第i個振子發(fā)射信號的校正因子Ri/Ti，注意R’i正比于1/Ri。這與施加一個正比于R’i/T’i的發(fā)射加權向量振子校正因子相同。定義校正因子Hi＝Ri/Ti。
因此，在本發(fā)明的一個方面，在對于m＝4的校正程序中，從四組測量中接收十二個信號。通過下式定義(頻域)信號比QijQij＝Sij/Sji其中在每個元素之間執(zhí)行該除法，如前所述，Sij是從第i個天線發(fā)射和在第j個天線單元上接收的信號。因此，使用互易性(Gij＝Gji)。
Qij＝TiRj/RiTj＝Hj/Hi其中如上所述，校正因子Hi是用于第i信道的接收電路傳遞函數(shù)Ri和發(fā)射電路傳遞函數(shù)Ti之比。十二個等式產(chǎn)生六個比值。因為所感興趣的是相對校正，定義Hi＝1.0。然后，相對于一個特定信道，任取第一信道確定其它校正。存在多種方法來形成足夠求解數(shù)目的等式。可以使用下述等式H1＝1.0H2＝Q12H1＝Q12＝S12/S21H3＝Q13H1＝Q31＝S13/S31H4＝Q14H1＝Q14＝S14/S41等式(4)H3＝Q23H2H4＝Q24H2H4＝Q34H3
在一種實施例中，等式(4)前四個等式給出將使用的校正因子，所以一個振子相對于一個參考振子的校正因子(例如H2相對于H1)是從參考振子上發(fā)射和在該振子上接收的信號(例如S12)與從該振子發(fā)射和在參考振子上接收的信號(例如S21)的比值。
在一種可選實施例中，則使用等式H3＝Q23H2、H3＝Q24H2和H4＝Q34H2檢查這些校正因子的一致性，使通過一種方式獲得的每個校正因子乘以通過其它方式確定的相同因子的復共軛給出一個數(shù)值，其相位是相位誤差的測量值。在該可選實施例中，一個閾值被用于標記一個不可接受的相位誤差，隨后，該標記可以被用于使校正程序重復。
在另一種實施例中，使用等式(4)的線性化在最小均方意義上求解所有等式，可以通過對每一側(cè)求對數(shù)使等式(4)線性化，求解等式的超定組，并最終通過從對數(shù)空間恢復結(jié)果計算出三個校正常數(shù)。線性化等式是lnH2＝lnQ12lnH3＝lnQ13lnH4＝lnQ14lnH3＝lnQ23＋lnH2lnH4＝lnQ24＋lnH2lnH4＝lnQ34＋lnH3這些等式可以用下面的矩陣形式來表示100010001-100-1010-11lnH2lnH3lnH4=lnQ12lnQ13lnQ14lnQ23lnQ24lnQ34]]>這導致下述解lnH2＝0.5lnQ12＋0.25lnQ13＋0.25lnQ14－0.25lnQ23－0.25lnQ24lnH3＝0.5lnQ12＋0.5lnQ13＋0.25lnQ14＋0.25lnQ23－0.25lnR34等式(5)lnH4＝0.25lnQ12＋0.25lnQ13＋0.5lnQ14＋0.25lnQ24＋0.25lnQ34現(xiàn)在必須使用下述等式將其轉(zhuǎn)換成線性項H2＝exp(lnH2)H3＝exp(lnH3)，和等式(6)
H4＝exp(lnH4)在上述討論中，傳遞函數(shù)被用于通信系統(tǒng)的校正。傳遞函數(shù)的計算在本領域是公知的。傳遞函數(shù)通常是獨立頻率變量的函數(shù)，這暗示涉及多個頻率(或?qū)拵?信號和函數(shù)。然而，如果傳遞函數(shù)的幅度相對一致，并且在信號頻帶上具有近似線性的相位特性，在所感興趣的頻帶內(nèi)(在優(yōu)選實施例的情況下為300kHz)，所有的傳遞函數(shù)是常數(shù)。在這種情況下，可以用如下在時間域中計算的比值替換比值QijQij=ΣtS'ji(t)Sij(t)/Σt|Sji(t)|2]]>其中求和是在所有感興趣的抽樣上，或者，在可選實施例中，是所接收抽樣的子集。結(jié)果校正因子Hi，i＝1，…，m也是復數(shù)值(即相位和幅度)標量，并且如果相應的接收加權向量元素是標量，結(jié)果發(fā)射加權向量元素是復數(shù)值標量。
在優(yōu)選實施例中，使用圖2的設備，在四個連續(xù)接收時隙中通過四個天線之一發(fā)送一個標準SYNCH(同步)脈沖串(關于SYNCH脈沖串的細節(jié)，參見我們的解調(diào)發(fā)明文獻)。在可選實施例中，可以使用發(fā)射時隙和/或可以將其它已知信號用于發(fā)射。測量從三個接收機設備電路中的每個的復數(shù)值(同相和正交)接收機信號輸出，所述接收機設備電路連接到非發(fā)射天線。在圖2的優(yōu)選設備中，使用時隙處理器317。
本發(fā)明的一個方面使用根據(jù)上行鏈路加權和校正因子獲得的校正后的下行鏈路加權。使用校正確定下行鏈路加權的流程圖在圖4中表示。步驟403確定上行鏈路加權Wri，i＝1，…，m。在用于圖2所述基站的優(yōu)選實施例中，確定上行鏈路加權如在我們的解調(diào)發(fā)明文獻中被描述。步驟405確定校正因子Hi(k)＝Ri(k)/Ti(k)。對于步驟405的優(yōu)選實施例，確定校正因子由圖5的流程圖描述，并確定非頻率相關校正因子。在步驟407中，通過將接收加權向量元素乘以相應校正因子的復共軛，步驟405的校正因子和步驟403的接收加權被用于確定發(fā)射加權。在這個步驟407中確定發(fā)射加權向量元素的相對幅度，而整個幅度被確定為功率控制的一部分。
參考圖5的流程圖描述確定校正因子的步驟405的一個實施例。為m個天線單元中的每個天線單元執(zhí)行步驟503和505。多種方式可以確保這個操作。在流程圖中，使用這樣一種方法步驟507確定是否已經(jīng)為所有的天線單元執(zhí)行步驟503和505。如果沒有，為另一個天線單元重復步驟503和505，直到已經(jīng)遍歷所有的天線單元。在步驟503，通過尚未遍歷的一個天線單元發(fā)射一個脈沖串，最好是一個SYNCH脈沖串。在步驟505，在發(fā)射步驟503中執(zhí)行，獲得在其余(m－1)個天線中接收的信號作為發(fā)射步驟503的結(jié)果。優(yōu)選地，使用與特定天線單元相連的接收機設備電路確定同相和正交值。當使用圖1整個系統(tǒng)的圖2的實施例時，在步驟503中，使用雙工器107將發(fā)射天線設置在發(fā)射模式，將其它m－1個天線設置在接收模式。發(fā)射設備電路121用于發(fā)射，接收機設備電路113用于接收。當使用圖2的設備時，主DSP231和射頻/定時控制器133用于控制步驟503和505。在步驟505中，用于特定時隙的時隙處理器217被用于接收信號。
在步驟509中，確定由每個天線單元(接收時)從另一個天線單元(發(fā)射時)接收的信號與當由所述某個天線單元(發(fā)射時)發(fā)射一個信號時由另一個天線單元(接收時)接收的信號之比。在一種實施例中，在頻域中確定這個比值。在另一種實施例中，包括使用圖2的設備，其中發(fā)射一個SYNCH脈沖，使用一組時間抽樣，該時間抽樣對應于SYNCH脈沖抽樣的一個子集，并且使用下式確定表示為Qij的復數(shù)值標量比值Qij=Σts*ji(t)sij(t)/Σt|sji(t)|2]]>其中在所述抽樣子集上求和。
在步驟511，使用在步驟509中確定的比值，相對于標記為參考振子的一個天線單元確定校正因子。如上所述，在一種實施例中，使用等式(4)中的前四個等式給出校正因子，所以相對于參考振子的校正因子是從參考振子發(fā)射和在該振子上接收的信號與從該振子發(fā)射和在參考振子上接收的信號之比。仍如上所述，在另一種實施例中，使用等式(4)中的前四個等式直接給出校正因子，并且步驟519還包括使用等式(4)的后三個等式進行一致性檢查。在另外一個實施例中，使用等式(5)和等式(6)獲得校正因子。
在使用圖2設備的實施例中，由主DSP231并根據(jù)標重比值確定校正因子。在另一個實施例中，獲得頻域校正因子。
在非TDD，例如FDD系統(tǒng)中，一旦使用根據(jù)所接收的信號或者根據(jù)接收加權來確定未校正的發(fā)射加權的程序，本發(fā)明方法的不同實施例可以被用于實現(xiàn)校正。將只需要考慮發(fā)射頻率和接收頻率的差別修改該方法。
雖然上述是本發(fā)明具體實施例的完整說明，這些實施例僅用于說明性目的，并可以使用各種修改、可選結(jié)構和等價結(jié)構。因此，不應當將上述說明書視為對本發(fā)明范圍的限制。本發(fā)明的范圍將由權利要求書及其法律上的等價范圍來定義。
權利要求
1.一種校正通信站的方法，通信站包括一個帶有多個天線單元的天線陣列，與每個天線單元相關連的一個接收機設備電路，和與每個天線單元相關連的一個發(fā)射設備電路，每個接收機設備電路包括與其相關連的天線單元，每個發(fā)射設備電路包括與其相關連的天線單元，每個接收機設備電路的相對相位和幅度狀況基本上可使用用于所述每個接收機設備電路的接收機設備電路傳遞函數(shù)來描述，每個發(fā)射設備電路的相對相位和幅度狀況基本上可使用用于所述每個發(fā)射設備電路的發(fā)射設備電路傳遞函數(shù)來描述，該方法包括(a)使用第一發(fā)射設備電路從第一天線單元發(fā)射第一預定信號，同時在不與第一天線單元相關連的至少一個接收機設備電路中接收所發(fā)射的信號，第一天線單元與第一發(fā)射設備電路相關連；(b)重復步驟(a)，使用其它發(fā)射設備電路從其它天線單元發(fā)射規(guī)定信號，直到已經(jīng)從需要校正因子的所有天線單元發(fā)射預定信號為止；和(c)為在所述步驟(a)和所述步驟(b)的重復中使用的每個天線單元確定校正因子，用于一個特定天線單元的校正因子分別取決于發(fā)射設備電路的傳遞函數(shù)和接收機設備電路的傳遞函數(shù)，所述發(fā)射和接收機設備電路包括特定天線單元，所述確定使用第一預定信號和預定信號以及在步驟(a)和重復(b)中接收的每個信號。
2.權利要求1的方法，其中步驟(a)和步驟(a)的重復(b)還包括存儲所接收的信號，并且其中在所述確定步驟(c)中使用的每個所接收的信號是在步驟(a)中和步驟(a)的重復(b)中存儲的信號。
3.權利要求2的方法，其中相同的預定信號在步驟(a)和步驟(a)的重復(b)中使用。
4.權利要求2的方法，其中所述步驟(c)包括確定發(fā)射和接收機設備電路傳遞函數(shù)。
5.權利要求3的方法，其中通信站是包括至少一個用戶單元的通信系統(tǒng)的一部分，通信站和用戶單元之間的下行鏈路通信和上行鏈路通信在同一頻率信道中出現(xiàn)，并且其中在所述步驟(c)中為任一天線單元確定一個單獨的校正因子，這個單獨的校正因子在相位上是分別共享所述任一天線單元的發(fā)射和接收設備電路的發(fā)射設備電路的傳遞函數(shù)的相位和接收機設備電路的傳遞函數(shù)的相位之間的差的函數(shù)。
6.權利要求3的方法，其中通信站是包括至少一個用戶單元的通信系統(tǒng)的一部分，通信站和用戶單元之間的下行鏈路通信和上行鏈路通信在同一頻率信道中出現(xiàn)，并且其中在所述步驟(c)中為任一天線單元確定一個單獨的校正因子，這個單獨校正因子是發(fā)射設備電路的傳遞函數(shù)和接收機設備的電路傳遞函數(shù)之比的函數(shù)，按該比率的接收機和發(fā)射設備共享所述任一天線單元。
7.權利要求3的方法，其中確定步驟(c)確定與頻率有關的校正因子。
8.權利要求4的方法，其中共享一個公共天線單元的一個接收機設備電路和一個發(fā)射設備電路分別被指定為參考接收機設備電路和參考發(fā)射設備電路，并且分別相對于參考接收設備和參考發(fā)射設備傳遞函數(shù)確定所有的接收機和發(fā)射設備電路傳遞函數(shù)。
9.權利要求5的方法，其中一個天線單元被指定為參考天線單元，分別相對于參考天線單元的相關校正因子確定所有與參考天線單元不相關的校正因子。
10.權利要求6的方法，其中一個天線單元被指定為參考天線單元，分別相對于參考天線單元的相關校正因子確定所有與參考天線單元不相關的校正因子。
11.權利要求9的方法，其中步驟(c)包括確定基本上與頻率無關的校正因子，用于非參考天線單元的一個特定天線單元的校正因子在相位上是當從與參考天線單元相關連的發(fā)射設備電路發(fā)射預定信號時在與特定天線單元相關連的接收機設備電路上接收的信號和當從與特定天線單元的相關連的發(fā)射設備電路發(fā)射預定信號時在與參考天線單元相關連的接收機設備電路上接收的信號之間相位差的函數(shù)。
12.權利要求10的方法，其中步驟(c)包括確定基本上與頻率無關的校正因子，用于非參考天線單元的一個特定天線單元的校正因子是當從與參考天線單元的相關連的發(fā)射設備電路發(fā)射預定信號時在與特定天線單元相關連接收機設備電路上接收的信號和當從與特定天線單元相關連的發(fā)射設備電路發(fā)射預定信號時在與參考天線單元相關連的接收機設備電路上接收的信號之間比值的函數(shù)。
13.一種用于從通信站向用戶單元發(fā)射下行鏈路信號的方法，該通信站包括一個帶有多個天線單元的天線陣列，與每個天線單元相關連的一個接收機設備電路，和與每個天線單元相關連的一個發(fā)射設備電路，每個接收機設備電路包括與其相關連的天線單元，和每個發(fā)射設備電路包括與其相關連的天線單元，每個接收機設備電路的相對相位和幅度狀況基本上可使用用于所述每個接收機設備電路的接收機設備電路傳遞函數(shù)來描述，每個發(fā)射設備電路的相對相位和幅度狀況基本上可使用用于所述每個發(fā)射設備電路的發(fā)射設備電路傳遞函數(shù)來描述，該方法包括(a)在通信站上執(zhí)行一個實驗以確定一組校正因子，每個校正因子與一個特定天線單元相關，并取決于由特定天線單元的相關接收機設備電路傳遞函數(shù)和發(fā)射設備電路傳遞函數(shù)組成的至少一組；(b)根據(jù)一組發(fā)射加權來加權下行鏈路信號以為每個天線單元形成一組加權發(fā)射信號，用于特定天線單元的發(fā)射加權根據(jù)與用戶單元在上行鏈路通信的在天線陣列上接收的信號和與特定天線單元相關的校正因子來確定；和(c)通過發(fā)射設備電路發(fā)射加權后的發(fā)射信號。
14.權利要求13的方法，其中通過處理所接收的基帶信號，通信站能夠在上行鏈路上與用戶單元通信，所接收的每個基帶信號根據(jù)一個天線單元上的相應信號來確定，該處理包括按照一組根據(jù)所接收的基帶信號確定的接收加權來加權所接收的基帶信號，每個接收加權對應于一個天線單元；和其中根據(jù)對應于特定天線單元的接收加權和與特定天線單元相關的校正因子來確定用于特定天線單元的發(fā)射加權。
15.權利要求14的方法，其中通信站和用戶單元之間的下行鏈路通信和上行鏈路通信在同一頻率信道中出現(xiàn)，并且其中在步驟(b)中使用的校正因子在相位上是用于相應天線單元的發(fā)射設備電路傳遞函數(shù)相位和接收機設備電路傳遞函數(shù)相位之間差值的函數(shù)，并且其中每個發(fā)射加權正比于相應的接收加權和相應的校正因子。
16.權利要求14的方法，其中通信站和用戶單元之間的下行鏈路通信和上行鏈路通信在同一頻率信道中出現(xiàn)，并且其中在步驟(b)中使用的校正因子是用于相應天線單元的接收機設備電路傳遞函數(shù)和發(fā)射設備電路傳遞函數(shù)之比的函數(shù)，并且其中每個發(fā)射加權正比于相應的接收加權和相應的校正因子。
17.權利要求15的方法，其中確定步驟(a)確定與頻率有關的校正因子。
18.權利要求15的方法，其中所述步驟(a)包括(ⅰ)從第一發(fā)射設備電路發(fā)射一個預定信號，同時在與不同于第一天線單元的天線單元相連的至少一個接收機設備電路中接收所發(fā)射的信號；(ⅱ)重復步驟(ⅰ)，使用其它的發(fā)射設備電路，直到已經(jīng)使用所有的設備電路進行發(fā)射為止；和(ⅲ)根據(jù)在步驟(ⅰ)中接收的每個信號和在步驟(ⅰ)的發(fā)射中使用的預定信號確定校正因子。
19.權利要求18的方法，其中所述步驟(a)還包括(ⅳ)存儲在步驟(ⅰ)中接收的信號，其中所述的確定步驟(ⅲ)根據(jù)在步驟(ⅳ)中和重復步驟(a)(ⅱ)的重復中存儲的信號來確定校正因子。
20.權利要求18的方法，其中在重復步驟(a)(ⅱ)的重復中使用相同的預定信號。
21.權利要求19的方法，其中在重復步驟(a)(ⅱ)的重復中使用相同的預定信號。
22.權利要求20的方法，其中一個天線單元被指定為參考天線單元，并且分別相對于參考天線單元的相關校正因子來確定所有與參考天線單元不相關的校正因子。
23.一個通信站，包括(a)一個天線陣列，帶有多個天線單元；(b)與每個天線單元相關的接收機設備電路，每個接收機設備電路包括它的相連天線單元；每個接收機設備電路的相對相位和幅度狀況基本上可使用用于所述每個接收機設備電路的接收機設備電路傳遞函數(shù)來描述；和(c)與每個天線單元相關連的發(fā)射設備電路，每個發(fā)射設備電路包括它的相連天線單元，每個發(fā)射設備電路的相對相位和幅度狀況基本上可使用用于所述每個發(fā)射設備電路的發(fā)射設備電路傳遞函數(shù)來描述；(d)發(fā)射裝置，被配置以使用相關發(fā)射設備電路從每個天線單元發(fā)射一個預定信號，同時在與發(fā)射天線單元不相關連的至少一個接收機設備電路中接收所發(fā)射的信號；(e)一個連接到接收機設備電路的存儲器，用于存儲在預定信號的發(fā)射過程中接收到的信號；和(f)一個連接到存儲器的信號處理器，被配置來根據(jù)分別與特定天線單元相關連的發(fā)射和接收機設備電路的發(fā)射設備電路和接收機設備電路的傳遞函數(shù)，為每個天線單元確定校正因子，用于特定天線單元的校正因子，所述確定使用預定信號和在存儲器中存儲的每個所接收信號。
24.權利要求23的通信站，其中所述步驟(c)包括確定發(fā)射和接收機設備電路傳遞函數(shù)。
25.權利要求23的通信站，其中通信站是包括至少一個用戶單元的通信系統(tǒng)的一部分，通信站和用戶單元之間的下行鏈路通信和上行鏈路通信在同一頻率信道中出現(xiàn)，并且其中信號處理器為任一天線單元確定一個單獨的校正因子，這個單獨的校正因子在相位上是共享所述任一天線單元的發(fā)射和接收機設備電路的發(fā)射設備電路傳遞函數(shù)的相位和接收機設備電路傳遞函數(shù)的相位之間的差的函數(shù)。
26.權利要求23的通信站，其中通信站是包括至少一個用戶單元的通信系統(tǒng)的一部分，通信站和用戶單元之間的下行鏈路通信和上行鏈路通信在同一頻率信道中出現(xiàn)，并且其中信號處理器為任一天線單元確定一個單獨的校正因子，這個單獨的校正因子是共享所述任一天線單元的發(fā)射和接收機設備電路的發(fā)射設備電路傳遞函數(shù)和接收機設備電路傳遞函數(shù)之比的函數(shù)。
27.權利要求23的通信站，其中信號處理器確定與頻率有關的校正因子。
28.權利要求27的通信站，其中共享一個公共天線單元的一個接收機設備電路和一個發(fā)射設備電路分別被指定為參考接收機設備電路和參考發(fā)射設備電路，并且分別相對于參考接收設備和參考發(fā)射設備傳遞函數(shù)確定所有的接收機和發(fā)射設備電路傳遞函數(shù)。
29.權利要求25的通信站，其中一個天線單元被指定為參考天線單元，分別相對于與參考天線單元相關的校正因子確定所有不與參考天線單元相關的校正因子。
30.權利要求26的通信站，其中一個天線單元被指定為參考天線單元，分別相對于與參考天線單元相關的校正因子確定所有不與參考天線單元相關的校正因子。
31.權利要求29的通信站，其中信號處理器確定基本上與頻率無關的校正因子，用于非參考天線單元的一個特定天線單元的校正因子在相位上是當從與參考天線單元相關連的發(fā)射設備電路發(fā)射預定信號時在與特定天線單元相關連的接收機設備電路上接收的信號和當從與特定天線單元相關連的發(fā)射設備電路發(fā)射預定信號時在與參考天線單元相關連的接收機設備電路上接收的信號之間相位差的函數(shù)。
32.權利要求29的通信站，其中信號處理器確定基本上與頻率無關的校正因子，用于非參考天線單元的一個特定天線單元的校正因子是當從與參考天線單元相關連的發(fā)射設備電路發(fā)射預定信號時在與特定天線單元的相關連接收機設備電路上接收的信號和當從與特定天線單元的相關連發(fā)射設備電路發(fā)射預定信號時在與參考天線單元的相關連接收機設備電路上接收的信號之間比值的函數(shù)。
全文摘要
一種在通信站中工作用于校正通信站的方法,通信站包括天線單元的天線陣列,每個天線單元具有與其相關連并被包括在發(fā)射設備電路和接收機設備電路之中。該方法包括使用與天線陣列相關連的發(fā)射設備電路從每個天線單元發(fā)射一個預定信號,同時在不與該天線相關連的接收機設備電路中接收所發(fā)射的信號。使用預定信號和在發(fā)射過程中接收的每個信號,根據(jù)相關連的發(fā)射設備電路和接收機設備電路的傳遞函數(shù),確定對每個天線單元的校正因子。
文檔編號H01Q3/26GK1327644SQ98814387
公開日2001年12月19日 申請日期1998年11月24日 優(yōu)先權日1997年10月10日
發(fā)明者D·M·帕里斯, F·發(fā)扎內(nèi)赫, C·H·巴拉特 申請人:阿雷伊通訊有限公司