專利名稱：不斷變化的干擾環(huán)境中形成波束的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種設(shè)備和方法，通過改變接收臺和發(fā)射臺天線單元的波束形狀特性，改進發(fā)射信號和接收信號的形成，這些接收臺和發(fā)射臺包括天線單元陣列，用來適應(yīng)不斷變化的干擾環(huán)境。
類似地，從基站發(fā)射給遠處接收機的下行鏈路信號通常都可以通過不一定是在基帶調(diào)整天線陣列每個天線單元發(fā)射信號的幅度和相位來形成。這種幅度和相位控制可以用一個復(fù)值權(quán)來描述，也就是發(fā)射權(quán)，陣列所有單元的權(quán)構(gòu)成一個復(fù)值矢量，也就是發(fā)射權(quán)矢量。在一些系統(tǒng)中，接收(和/或發(fā)射)權(quán)包括時間處理項，在這種情況下，接收(和/或發(fā)射)權(quán)可以是頻率的函數(shù)，在頻域應(yīng)用，同樣可以是時間的函數(shù)，以卷積核的形式在時域應(yīng)用。另外，每個卷積核自己都可以用一組復(fù)數(shù)來描述，從而使卷積核矢量可以重新寫成復(fù)值權(quán)矢量，對于M個天線和每個核有K項的情形，這個矢量有KM項。
在使用通信系統(tǒng)的過程中，基站的射頻工作環(huán)境(也就是通信系統(tǒng)用戶和干擾源的位置和數(shù)量、物理傳播環(huán)境以及發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)的狀態(tài))會不斷地改變。在這種情況下，可以將自適應(yīng)智能天線處理系統(tǒng)用來改變系統(tǒng)的處理策略(例如改變所用的權(quán))來形成發(fā)射波束和處理接收信號，補償這些變化。這樣一來就提供了一種方法，用來改變發(fā)射信號和接收信號的處理操作，以便反映工作環(huán)境的變化。
改變通信系統(tǒng)中信號發(fā)射方式和接收信號處理特性的一種方法是發(fā)射接收機事先知道的訓(xùn)練信號。通過檢查收到以后已知數(shù)據(jù)的形式，接收機可以估計用戶和干擾源的空間或者空間-時間特征。這樣做是有用的，因為特征估計能夠幫助計算上行鏈路和下行鏈路的權(quán)。接收空間特征表明沒有任何干擾，也沒有任何其它用戶單元的時候，基站陣列如何從某個遠處(例如用戶)單元接收信號。某個用戶的發(fā)射空間特征表明沒有任何干擾的時候，遠處的用戶如何從基站接收信號。參考Barratt等等的第5592490號美國專利“高頻譜利用率的大容量無線通信系統(tǒng)”，以及Ottersten等等的第5828658號美國專利“具有空間-時間處理方式的高頻譜利用率大容量無線通信系統(tǒng)”，這兩項專利都被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，在這里將它們的內(nèi)容引入作為參考。
改變通信系統(tǒng)的信號方式和接收信號處理特性的另外一種方法是在發(fā)射信號的一個已知位置上插入一個寂靜周期。這樣做是有用的，因為在這個間隔內(nèi)收到的所有信號能量都是干擾信號能量，從而能夠代表工作環(huán)境的特性。參考Yun等等的第08/729387號美國專利申請“蜂窩通信系統(tǒng)中的信道分配自適應(yīng)方法”，這項專利被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，在這里將它的內(nèi)容引入作為參考。
于是，訓(xùn)練序列和寂靜周期都是將具有已知特征的數(shù)據(jù)插入一組數(shù)據(jù)，然后觀察這組已知數(shù)據(jù)通過所需環(huán)境傳播以后會怎樣。然后用已知發(fā)射數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)形式上的差別來估計環(huán)境特性，從而改進對接收到的未知數(shù)據(jù)的處理方法。盡管這兩種方法都是有用的，但是它們有明顯的缺點，因為這兩種方法都要浪費寶貴的信號頻帶資源，它們不攜帶任何實際數(shù)據(jù)。除此以外，這些方法的優(yōu)點有限，因為它們只是在確定頻域或者時域上跟訓(xùn)練數(shù)據(jù)或者寂靜周期重疊的干擾的時候是可靠的。
還有一種所謂的“盲”方法，它們被用于改進發(fā)射信號的形成和對接收信號的處理。這些方法利用接收信號的一個或者多個特性，比如幾何傳播模型，循環(huán)平穩(wěn)，恒定包絡(luò)，或者是有限字符集，將需要的用戶信號跟干擾信號分離。得到的信號估計和特性參數(shù)被隨后用來表示上行鏈路和下行鏈路的信號處理策略。雖然在干擾環(huán)境中盲方法能夠非常堅固地作出響應(yīng)，但是這些方法計算量非常大，需要干擾環(huán)境基本上維持不變的大量數(shù)據(jù)，和“關(guān)聯(lián)問題”。后一個問題需要確定收到的數(shù)據(jù)中哪一個通信波形是感興趣的信號，哪一些是由干擾源產(chǎn)生的。
盲權(quán)確定方法通常都是迭代方法。所有迭代方法的收斂速度通常都取決于迭代方法中用于權(quán)的初值的質(zhì)量。一種通用方法是利用以前確定的權(quán)值。在干擾快速變化的環(huán)境中，當這一組已經(jīng)確定了以后，一組權(quán)的質(zhì)量會明顯變壞。
于是在本領(lǐng)域中需要一種設(shè)備和方法，它能夠克服對發(fā)射或者接收信號的處理的已知方法的局限性，將工作環(huán)境中的變化考慮進來?？紤]到這個問題，需要這樣的設(shè)備和方法，它們不需要訓(xùn)練數(shù)據(jù)。還需要這樣的設(shè)備和方法，它們不需要進行太多的計算，并且能夠?qū)Ω蓴_環(huán)境中甚至更大的變化做出快速堅固的響應(yīng)。還需要一些方法，它們能夠快速地選擇好處理策略，用作迭代過程中的初始條件。
發(fā)明簡述本發(fā)明的目的是提供一些設(shè)備和方法，用于在包括智能天線單元的通信系統(tǒng)中產(chǎn)生反射信號和處理接收信號。本發(fā)明特別適合用于利用自適應(yīng)天線陣和自適應(yīng)智能天線信號處理方法跟遠處單元進行通信的基站，本發(fā)明用于修改智能天線上行鏈路和下行鏈路處理方法，例如，接收或者發(fā)射權(quán)，用于多個天線單元發(fā)射或者接收的信號。本發(fā)明的技術(shù)能夠用于對準一個或者多個干擾源增加一個或者多個天線波束零點，協(xié)助基站跟遠處的用戶單元之間進行通信。
一方面，處理接收信號的時候，本發(fā)明通過在執(zhí)行處理方案之前，將訓(xùn)練信息或者其它特征信息未知的第二組信號的信息跟這些特征信息已知的第一組信號的信息結(jié)合起來，修改現(xiàn)有的處理方法。這一方法能夠被用于修改接收信號處理方法，對來自多個天線單元中的每一個的信號進行處理，從而考慮進不斷變化的干擾環(huán)境的影響。例如，對于線性智能天線處理，這一方法能夠被用來修改接收權(quán)，它能夠確定分配給從每個天線單元收到的信號的相對權(quán)，將不斷變化著的干擾環(huán)境考慮在內(nèi)。這樣就能夠在第二組數(shù)據(jù)提供的額外信息的基礎(chǔ)之上，自適應(yīng)地更新接收處理策略(例如接收權(quán))，跟將整個處理方案用于第二組數(shù)據(jù)來確定處理策略(例如接收權(quán))所需要的相比，需要比較少的計算資源，計算速度更快。另外，假設(shè)已知發(fā)射環(huán)境和接收環(huán)境之間的一些關(guān)系，本發(fā)明就能夠用于修改基站使用的發(fā)射處理策略(例如發(fā)射權(quán))。例如，在上行鏈路和下行鏈路頻率都相同的系統(tǒng)中，可以假設(shè)具有互易性。對于為了跟某些遠程用戶進行通信，上行鏈路和下行鏈路采用不同頻率的系統(tǒng)，可能需要利用例如到達方向來確定更加復(fù)雜的關(guān)系。
于是，一方面本發(fā)明是操作通信系統(tǒng)的一種方法，該操作系統(tǒng)有一個基站和一個或者多個遠程單元，對其中已有的上行鏈路處理方法(例如在線性處理情形中，一組改進了的上行鏈路權(quán))或者下行鏈路處理方法(例如一組下行鏈路權(quán))進行修改，以便在干擾環(huán)境隨時間發(fā)生改變的情況下改進系統(tǒng)的工作狀況。特別是對于利用過去的信號計算策略或者權(quán)的任何給定方法，本發(fā)明的一個實施方案通過在執(zhí)行這一方法之前將當前信號按比例調(diào)整后的版本添加到過去的信號中去來修改這一方法。這樣就將當前信號中的信息提供給了處理方案，從而能夠用最少的資源更新權(quán)。也能夠進行其它修改，例如通過修改協(xié)方差矩陣方法中的協(xié)方差矩陣。這些修改對于抑制當前數(shù)據(jù)中出現(xiàn)而在過去的數(shù)據(jù)中沒有出現(xiàn)的干擾非常有效，同時能夠保持其性能跟原來沒有修改過的方法相似。
計算出來的改進策略同樣能夠用作迭代權(quán)確定方法初始條件。
本發(fā)明能夠克服已知方法中的缺點，不需要在當前數(shù)據(jù)中有訓(xùn)練數(shù)據(jù)或者其它參考信號，在已有的上行鏈路或者下行鏈路處理方法中改變天線單元波束(例如增加波束零點)，該方法能夠?qū)Ω蓴_環(huán)境甚至非常大的變化做出快速和堅固的響應(yīng)。在許多情形中，本發(fā)明只需要對已經(jīng)有的系統(tǒng)做很少的改動，提高不斷變化著的干擾環(huán)境中系統(tǒng)的性能，同時對靜態(tài)環(huán)境下性能的影響可以忽略。最后，本發(fā)明能夠用于發(fā)射頻率和接收頻率相同的時分多址系統(tǒng)，以及跟某個遠程單元進行通信的發(fā)射頻率和接收頻率不同的頻域雙工(FDD)系統(tǒng)。
發(fā)明詳述自適應(yīng)天線處理本發(fā)明的目的是提供一種處理方法，用于改變通信臺確定反射信號或者處理接收信號使用的發(fā)射權(quán)或者接收權(quán)，以便將不斷地變化著的干擾環(huán)境的影響考慮在內(nèi)，還涉及到用于這些目的的設(shè)備。本發(fā)明可以用于這樣的通信臺，它包括一個接收機、一個天線陣列，還包括這樣的裝置，用于對收到的信號進行自適應(yīng)智能天線處理。本發(fā)明還能夠用于這樣的通信臺，它包括一個發(fā)射機、一個天線陣列，以及裝置，用來對發(fā)射信號進行自適應(yīng)智能天線處理。在一個優(yōu)選實施方案中，該通信臺包括一個收發(fā)信機，并且能夠?qū)ι闲墟溌泛拖滦墟溌沸盘栠M行自適應(yīng)天線處理。
從用戶(遠程)單元接收信號的時候，每個天線陣列單元收到的信號都被自適應(yīng)智能天線處理單元合并起來，給出從用戶單元收到的信號的一個估計。在這個優(yōu)選實施方案中，智能天線處理包括線性空間處理，其中從天線單元收到的每個復(fù)值(也就是包括同相分量I和正交分量Q)信號在幅度和相位上都用一個加權(quán)因子進行加權(quán)，加權(quán)以后的信號被加起來給出信號估計。于是這個自適應(yīng)智能天線處理方案(也就是策略)能夠用一組復(fù)值權(quán)來描述，每個天線單元一個。這些復(fù)值權(quán)可以用M個元素的單獨一個復(fù)值矢量來描述，其中M是天線單元的個數(shù)。這樣，在線性情形中，智能天線處理被設(shè)計成確定一組權(quán)，從而使這些權(quán)乘以天線單元信號得到的乘積的和能夠給出遠程用戶發(fā)射信號的一個估計，它滿足某些規(guī)定的“估計質(zhì)量”的要求。
對自適應(yīng)智能天線處理的這一表述可以擴展到包括空間-時間處理，其中每個天線單元的信號，而不是在幅度和相位上已經(jīng)加權(quán)的信號，用一個復(fù)值濾波器進行濾波，通常都是為了時間均衡。在這種方法中，每個濾波器都可以用一個復(fù)值傳輸函數(shù)或者卷積函數(shù)進行描述。于是所有單元的自適應(yīng)智能天線處理都可以用M個復(fù)值卷積函數(shù)的一個復(fù)值矢量來描述。
已知有幾種方法用于在處理接收信號的時候確定要使用的權(quán)矢量。這些方法包括確定從用戶單元到達的信號的到達方向這樣的方法，利用用戶單元的空間或者空間-時間特性，例如空間或者空間-時間特征這樣的方法。例如對于利用到達方向的方法，參考Roy等等的第5515378和5642353號美國專利“空分多址無線通信系統(tǒng)”，該專利被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，在這里將它們的內(nèi)容引入作為參考。對于利用空間和空間-時間特征的方法可以參考上面提到的第5592490和5828658號美國專利。
“盲”方法從信號本身確定權(quán)，而不求助于訓(xùn)練信號或者是寂靜周期這樣的先驗知識，也就是不確定什么樣的權(quán)能夠最好地估計已知的碼元序列(或者是在寂靜周期的情形里，沒有已知序列)。這些盲方法通常都是通過強迫估計信號具有這一特性，利用用戶單元發(fā)射信號的一些已知特性來確定最佳接收權(quán)，因此有時將它叫做特性恢復(fù)方法。
可以將特性恢復(fù)方法分成兩種方法。簡單的特性恢復(fù)方法恢復(fù)信號的一個或者多個特性，而不完全重構(gòu)已調(diào)制接收信號，例如通過解調(diào)然后重新調(diào)制。更加復(fù)雜的恢復(fù)方法通常都依賴于重構(gòu)收到的信號。
特性恢復(fù)方法確定強迫具有所需特性的一個信號(一個“參考信號”)，然后確定對應(yīng)于參考信號的一組權(quán)，如果參考信號是由遠程用戶端發(fā)射的，接收陣列天線單元那里的信號就可以被認為“接近”實際收到的信號。簡單恢復(fù)方法的一個實例是恒定模數(shù)(CM)方法，能夠?qū)⑺糜诶镁哂泻愣?shù)的調(diào)制方案的通信系統(tǒng)，例如包括相位調(diào)制(PM)、頻率調(diào)制(FM)、相移鍵控(PSK)和頻移鍵控(FSK)。恒定模數(shù)方法也能用于非恒定模數(shù)信號。其它的部分特性恢復(fù)系數(shù)包括恢復(fù)信號頻譜特性，比如象信號的頻譜自相干，的技術(shù)。
“判決引導(dǎo)(DD)”方法通過對收到的信號進行碼元判決(例如解調(diào))來構(gòu)造一個參考信號。這種判決引導(dǎo)方法利用發(fā)射的用戶單元信號的調(diào)制方法是已知的這樣一個事實，然后確定具有所需調(diào)制方法的特性的一個信號(一個“參考信號”)。在這種情況下，參考信號產(chǎn)生過程包括進行碼元判決。確定產(chǎn)生一個參考信號的權(quán)，如果由遠程用戶發(fā)射，會在陣列天線單元那里產(chǎn)生“接近”實際接收信號的信號。參考Barratt等等的第08/729390號美國專利申請“利用天線陣列和空間處理的判決引導(dǎo)解調(diào)方法和設(shè)備”，以及Petrus等等的第9/153110號美國專利申請“在具有空間處理的通信系統(tǒng)中存在頻率偏移的時候參考信號的產(chǎn)生方法”，這兩個申請都被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，在這里將它們的內(nèi)容引入作參考，用于描述利用判決引導(dǎo)加權(quán)確定方法的系統(tǒng)。
如前所述，加權(quán)確定方法利用訓(xùn)練序列，也就是事先知道其碼元的數(shù)據(jù)。然后將訓(xùn)練數(shù)據(jù)(有可能具有時間偏移或者頻率偏移，或者兩者都有)用作參考信號，能確定智能天線處理策略(例如權(quán))。因此，參考信號方法包括有訓(xùn)練數(shù)據(jù)的參考信號這種情形，參考信號具有發(fā)射信號一些特性的情形，參考信號具有碼元判決信號的情形。
還有一些非線性上行鏈路和下行鏈路處理策略。在上行鏈路方向，這些方法通常都要進行解調(diào)，從通信臺天線單元那里收到的一組信號確定所需遠程用戶發(fā)射碼元的一個估計。這種處理方案的一個已知實例是建立在利用分支度量的維特比算法上。考慮到這一點，在這里指出本發(fā)明并不限于包括權(quán)確定的線性空間和空間-時間處理方法，它同樣能夠應(yīng)用于建立在維特比算法和分支度量基礎(chǔ)之上的那些非線性方法，它們不必確定權(quán)。
以上所有策略計算方法都具有以下的共同點它們要利用已知的或者確定的參考信號，它們在對接收信號數(shù)據(jù)進行處理的基礎(chǔ)之上確定一個策略，它們要考慮工作環(huán)境的一個或者多個方面，例如干擾發(fā)射機的位置、數(shù)量和特性，變化信道的特性等等。在這里將這樣一個工作環(huán)境叫作干擾環(huán)境，這種策略確定方法叫做“干擾緩和”加權(quán)確定方法。
從理論上講，自適應(yīng)智能天線處理允許在單獨一條“傳統(tǒng)的”通信信道中存在一條以上的通信鏈路，只要共享傳統(tǒng)信道的用戶單元能夠從空間(或者空間-時間)上加以區(qū)分。傳統(tǒng)信道包括頻分多址系統(tǒng)中的頻率信道，時分多址系統(tǒng)(它通常包括頻分多址，于是傳統(tǒng)信道是一個時間和頻率隙)中的時隙，以及碼分多址系統(tǒng)中的代碼。于是傳統(tǒng)信道被劃分成一個或者多個“空間”信道，當每個傳統(tǒng)信道有一個以上的空間信道的時候，這種復(fù)用叫作空分多址(SDMA)。在這里用空分多址來包括自適應(yīng)智能天線處理，每一個傳統(tǒng)信道都有一個或者多個空間信道。
基站結(jié)構(gòu)本發(fā)明的方法和設(shè)備的優(yōu)選實施方案是用一個通信接收機來實現(xiàn)的，具體而言是用

圖1所示的個人手持電話系統(tǒng)陣列天線通信臺(收發(fā)信機)來實現(xiàn)的，在這個天線陣列中有M個天線單元。這種個人手持電話系統(tǒng)標準在例如無線電工業(yè)和商業(yè)(ARIB，日本)協(xié)會預(yù)備標準第二版RCR STD-28中進行了描述，它的變化在個人手持電話系統(tǒng)諒解備忘錄的技術(shù)標準中進行了描述(PHS MoU-見http//www.phsmou.or.jp)。本發(fā)明的優(yōu)選實施方案可以用圖1所示通信臺的兩個版本來實現(xiàn)，一個目的是M＝4的低移動性個人手持電話系統(tǒng)，另外一個目的是天線單元數(shù)量可變，通常是M＝12的無線本地環(huán)(WLL)系統(tǒng)。
雖然具有一些圖1所示單元的系統(tǒng)可以是現(xiàn)有技術(shù)中的系統(tǒng)，但是圖1所示具有能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的方法的單元131和133的系統(tǒng)不是現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)。要注意本發(fā)明根本就不是局限于使用個人手持電話系統(tǒng)空中接口或者時分多址系統(tǒng)，而是可以用作任何通信接收機的一部分，包括自適應(yīng)智能天線處理裝置，包括利用IS-95空分接口的碼分多址系統(tǒng)和使用公共全球移動通信系統(tǒng)空中接口的系統(tǒng)。
在圖1所示的系統(tǒng)中，發(fā)射/接收(“TR”)開關(guān)107連接在M元天線陣列103、發(fā)射電路113(包括一個或者多個發(fā)射信號處理器119和M個發(fā)射機120)和接收電路121(包括M個接收機122和一個或者多個接收信號處理器123)之間。在發(fā)射模式中，開關(guān)107被用于有選擇地將一個或者多個天線陣列單元103跟發(fā)射電路113連接起來，在接收模式跟接收電路121連接起來。開關(guān)107的兩種實施方案是頻分雙工系統(tǒng)(FDD)中的頻率雙工器和時分雙工(TDD)系統(tǒng)中的定時開關(guān)。
本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的個人手持系統(tǒng)形式采用時分雙工系統(tǒng)。發(fā)射機120和接收機122可以用模擬電路、數(shù)字電路或者它們的組合來實現(xiàn)。接收機122的優(yōu)選實施方案產(chǎn)生數(shù)字信號，3個信號處理器123。信號處理器119和123結(jié)合軟件和/或硬件，用于實現(xiàn)本發(fā)明的方法，它們可能是靜態(tài)的(總是同樣的處理級)，動態(tài)的(根據(jù)所需要的目的改變處理方法)，或者是智能的(按照接收信號來改變處理方法)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，處理器119和123是自適應(yīng)的。信號處理器119和123可以是同一個或者幾個數(shù)字信號處理器裝置，它們有不同的程序用于接收和發(fā)射，或者是不同的數(shù)字信號處理器裝置，或者是某些功能具有不同的裝置，其它的具有同樣的裝置。在這個實施方案中，單元131和133是分別用于實現(xiàn)下行鏈路和上行鏈路處理的本發(fā)明中的方法，它們包括程序指令用來實現(xiàn)處理方法。
要注意雖然圖1畫出了一個收發(fā)信機，其中將同樣的天線單元用于接收和發(fā)射，但是很顯然也可以用不同的天線進行接收和發(fā)射，只能夠用于接收的天線，或者是只能夠用于發(fā)射的天線，或者是同時能夠用于接收和發(fā)射的天線，都可以用于自適應(yīng)智能天線處理。
這個個人手持電話系統(tǒng)是一個具有真實時分雙工(TDD)的8時隙時分多址系統(tǒng)(TDMA)。這樣，這八個時隙被劃分成四個發(fā)射(TX)時隙和四個接收(RX)時隙。這意味著對于任何一個信道，接收頻率跟發(fā)射頻率相同。它還意味著具有互易性，也就是說下行鏈路(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)的傳播路徑相同，假設(shè)在接收時隙和發(fā)射時隙之間用戶單元的移動可以忽略。用于這個優(yōu)選實施方案中的個人手持電話系統(tǒng)的頻帶是1895～1918.1MHz。八個時隙中的每一個時隙有625微秒長。個人手持電話系統(tǒng)有一個專用頻率和時隙用作控制信道，所有的初始化都是在這個信道上進行的。一旦建立起連接，就將呼叫交給一個業(yè)務(wù)信道進行正常通信。通信可以在任意一個信道中進行，速率是32千比特每秒(kbps)，這個速率叫做“全速率”。也可以采用比全速率低的通信速率，關(guān)于如何修改這里描述的實施方案，從而實現(xiàn)速率比全速率低的通信速率，對于本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員而言是再清楚不過的了。
在這個優(yōu)選實施方案中使用的個人手持電話系統(tǒng)里，將突發(fā)定義為有限長度的射頻信號，在一個時隙內(nèi)通過空中發(fā)射和接收。將一組四個發(fā)射時隙和4個接收時隙定義為一群。一群總是從第一個發(fā)射時隙開始，它的時間長度是8×0.625＝5ms。
個人手持電話系統(tǒng)為基帶信號采用π/4差分四相(或者是正交)相移鍵控(π/4 DQPSK)調(diào)制方式。波特率是192千波特。于是每一秒鐘有192000個碼元。
圖2是收發(fā)信機一個更加詳細的框圖，它有一個信號處理器，能夠執(zhí)行一組指令來實現(xiàn)本發(fā)明的方法。這是圖1中適合用于低移動性手持電話系統(tǒng)的一個系統(tǒng)版本。在圖2中，使用M個天線103，其中M＝4?？梢允褂酶嗷蛘吒俚奶炀€單元。這些天線的輸出端連接到一個雙工器開關(guān)107上，在這個時分雙工系統(tǒng)中它是一個定時開關(guān)。在接收信號的時候，天線的輸出端通過開關(guān)107跟一個接收機205連接，由射頻接收機模塊205從載波頻率(大約1.9GHz)下變頻到中頻頻率(“IF”)。然后用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(“ADC”)209對這個信號進行數(shù)字化(采樣)。然后用數(shù)字下變頻器213將這個采樣結(jié)果進行數(shù)字下變頻，產(chǎn)生四倍過采樣的復(fù)值(同相I和正交Q)采樣信號。于是，205、209和213支持單元對應(yīng)于能夠在圖1所示接收機122中找到的那些單元。對于M個接收機時隙中的每一個，從M個天線得到的M個下變頻輸出被饋入一個數(shù)字信號處理器(DSP)裝置217(以后叫作“時隙處理器”)進行進一步的處理。在這個優(yōu)選實施方案中，可以將商業(yè)數(shù)字信號處理器用作時隙處理器，每個空間信道每個接收機時隙一個。
時隙處理器217實現(xiàn)幾項功能，它可以包括以下功能接收信號功率監(jiān)測、頻率偏移估計/修正和時間偏移估計/修正、智能天線處理(包括為每個天線單元確定接收權(quán)，以便按照本發(fā)明確定從某個遠程用戶過來的信號)和確定信號的解調(diào)。在圖2所示實施方案中每個時隙處理器217里實現(xiàn)的本發(fā)明的上行鏈路處理方法在方框241中說明。
對于M個接收時隙中的每一個，時隙處理器217的輸出是一個解調(diào)后的數(shù)據(jù)突發(fā)。該數(shù)據(jù)被發(fā)送給主機數(shù)字信號處理器231，它的主要功能是控制系統(tǒng)的所有單元，并且跟更高層處理(也就是確定在個人手持電話系統(tǒng)通信協(xié)議中規(guī)定的不同控制和業(yè)務(wù)通信信道中為了進行通信需要什么信號所進行的處理)進行對接。在這個優(yōu)選實施方案中，主機數(shù)字信號處理器231是一個商業(yè)數(shù)字信號處理器。在本發(fā)明的一個實施方案中，時隙處理器217發(fā)送確定的接收權(quán)給主機數(shù)字信號處理器231。要注意，如果需要，接收權(quán)也可以用主機數(shù)字信號處理器231中實現(xiàn)的軟件來確定。
射頻控制器233跟射頻發(fā)射單元連接，如同方框245所示，它還產(chǎn)生多個時間信號，供發(fā)射單元和調(diào)制解調(diào)器使用。射頻控制器233為來自主機數(shù)字信號處理器231的每個突發(fā)接收它的時間參數(shù)和其它設(shè)置參數(shù)。
發(fā)射控制器/調(diào)制器237從主機數(shù)字信號處理器231接收發(fā)射數(shù)據(jù)。發(fā)射控制器237利用這個數(shù)據(jù)來產(chǎn)生模擬中頻輸出發(fā)送給射頻發(fā)射機(TX)模塊245。發(fā)射控制器/調(diào)制器237所執(zhí)行的具體操作包括將數(shù)據(jù)比特轉(zhuǎn)換成復(fù)值(π/4 DQPSK)調(diào)制信號；上變頻到中頻(IF)信號；利用從主機數(shù)字信號處理器231獲得的復(fù)值發(fā)射權(quán)加權(quán)；和用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(“DAC”)轉(zhuǎn)換這些信號形成模擬發(fā)射波形提供給發(fā)射模塊245。
本發(fā)明的下行鏈路處理方法由圖2所示主機數(shù)字信號處理器231中的實施方案實現(xiàn)，用方框243說明。在其它版本中，在時隙處理器217中采用下行鏈路處理方法，在另外一個版本中，在發(fā)射控制器/調(diào)制器237中采用。
發(fā)射模塊245將信號上變頻到發(fā)射頻率，并且放大這一信號。放大后的發(fā)射信號輸出通過雙工器/定時開關(guān)107輸送給M個天線103。
在描述本發(fā)明的方法的時候，采用以下符號。給定M個天線單元(在這個實施方案中M＝4，在另外一個實施方案中M＝12)，令z1(t)，z2(t)，...，zM(t)分別是下變頻以后，也就是在基帶內(nèi)，在采樣以后(在這個優(yōu)選實施方案中是4倍過采樣)的第一個、第二個、……、第M個天線單元的復(fù)值響應(yīng)(也就是同相I分量和正交Q分量)。在以上符號中，t是離散的，但是這一點對于本發(fā)明來說并不是必需的。這M個時間采樣量可以用一個M矢量Z(t)表示，Z(t)的第i行是zi(t)。對于每個突發(fā)，采集有限數(shù)量例如N個的樣本，于是z1(t)，z2(t)，...，zM(t)中的每一個都可以表示為一個N行矢量，Z(t)可以表示為一個M×N矩陣Z。在本發(fā)明下面的詳細描述中，假設(shè)采用有限數(shù)量的樣本這樣的細節(jié)是已知的，至于如何包括這些細節(jié)對于本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員而言是再清楚不過的了。
假設(shè)從Ns個遠程用戶向基站發(fā)射這些信號。具體而言，假設(shè)感興趣的用戶單元發(fā)射一個信號s(t)。在本發(fā)明的這個優(yōu)選實施方案中使用的線性自適應(yīng)智能天線處理將收到的天線單元信號z1(t)，z2(t)，...，zM(t)中的I值和Q值進行某種合并，以便提取發(fā)射信號s(t)的一個估計。對于這個用戶單元這些復(fù)值權(quán)可以用第i個元素是wri的接收權(quán)矢量wr表示。從遠程單元發(fā)射的信號的估計可以表述為s(t)=Σi=1Mwri′zi(t)=wrHz(t)----(1)]]>其中w’ri是wri的復(fù)共軛，wHr是接收權(quán)矢量wr的厄米轉(zhuǎn)置(也就是轉(zhuǎn)置和復(fù)共軛)。等式1叫作一個拷貝信號操作，這樣獲得的信號估計s(t)叫作一個拷貝信號。
對于要估計的M矢量信號Z(t)的N個樣本，反射信號s(t)的N個樣本，等式1描述的空間處理可以重新寫成矢量形式。在這種情況下，令s是s(t)N個樣本的一個1×N行矢量。等式1的拷貝信號操作可以重新寫成s＝wHrZ。
在包括空間-時間處理的實施方案中，接收權(quán)矢量中的每個元素都是時間的函數(shù)，于是可以將權(quán)矢量表示成wr(t)，它的元素是wri(t)。信號的估計可以表示為s(t)=Σi=1Mwri′(t)*zi(t)----(2)]]>其中運算符“*”表示卷積運算。空間-時間處理可以結(jié)合時間均衡和空間處理，對于寬帶信號特別有用。用空間-時間處理形成信號估計可以等價地在頻域(傅里葉變換)進行。在頻域分別將s(t)、zi(t)和wri(t)表示為S(k)、Zi(k)和Wi(k)，其中k是離散頻率值S(k)=Σi=1MWri′(k)Zi(k)----(3)]]>對于空間-時間處理，等式2的卷積運算通常是有限的，針對采樣數(shù)據(jù)的時候，等價于將空間處理跟利用抽頭數(shù)有限的一個時間均衡結(jié)合起來。也就是說，wri(t)中的每一個具有有限數(shù)量的t值，在頻域中等價于每一個Wi(k)有有限數(shù)量的k值。如果卷積函數(shù)wri(t)的長度是K，那么不是確定一個復(fù)值M權(quán)矢量wr，而是確定一個復(fù)值M×K矩陣，它的列是wr(t)的K值。
另外，可以按照一個權(quán)矢量通過用不同大小的矩陣和矢量重新表示這個問題為空間-時間處理修改一個空間權(quán)確定方法。因為在所示的這些描述中，令M是天線單元數(shù)，N是樣本數(shù)。令K是每個天線單元的時間均衡器抽頭數(shù)。(M×N)接收信號矩陣Z的N個樣本構(gòu)成的每個行矢量都可以重新寫成第一行的K行移位版本，它跟大小是MK×1的一個權(quán)矢量的厄米轉(zhuǎn)置預(yù)先相乘以后，產(chǎn)生N個樣本的接收信號行矢量的一個估計。于是空間-時間問題可以重新表示為一個權(quán)矢量確定問題。
例如，對于協(xié)方差方法，權(quán)矢量是一個大小是(MK×1)的“長”權(quán)矢量，協(xié)方差矩陣Rzz＝ZZH是大小是(MK×MK)的一個矩陣，天線信號Z跟(1×N)行矢量的相關(guān)是rzs＝ZsH，它是一個大小是(MK×1)的長矢量。整理這個“長”權(quán)矢量中的項得到(M×K)權(quán)矢量。
利用自適應(yīng)智能天線處理的下行鏈路(也就是發(fā)射)處理策略包括通過形成一組天線信號(通常都是在基帶，但不是一定如此)從通信臺向某個遠程用戶發(fā)射一個信號，在樣本數(shù)有限的情形下表示為一個(1×N)矢量s。線性智能天線處理將天線信號確定為Z＝wts其中wt是下行鏈路(也就是發(fā)射)權(quán)矢量。在同一個(普通)信道中用空分多址方式向幾個遠程用戶發(fā)射信號的時候，形成給不同遠程用戶的不同信號si的和wtisi，由M個天線單元發(fā)射出去。
要注意可以通過將下行鏈路策略建立在上行鏈路策略，例如上行鏈路權(quán)，和校準數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上來實現(xiàn)下行鏈路策略，例如它包括確定下行鏈路權(quán)wt。在這種情況下，校準考慮的是不同天線單元中接收和發(fā)射路徑的差異。還可以通過利用遠程用戶的發(fā)射空間特征，或者其它已知方法，從上行鏈路策略中找到下行鏈路策略。還有，權(quán)矢量的形成可以用于線性空間處理和線性空間-時間處理。
在本發(fā)明的以下描述中，無論什么時候提到一個復(fù)值接收或者發(fā)射權(quán)矢量w，或者它的元素，都可以將它理解為它們是空間處理的權(quán)，或者可以推廣為結(jié)合了空間-時間處理來確定權(quán)矩陣w。因此在這里將空間處理和空間-時間處理都叫作線性自適應(yīng)智能天線處理。但是本發(fā)明還能夠用于非線性處理策略，例如能夠用于具有分支度量的維特比算法的那一些。通過將接收數(shù)據(jù)看成兩種類型中的一種有參考信號(或者其它特征信息)的原始數(shù)據(jù)，和有或者沒有參考信號的次級數(shù)據(jù)，本發(fā)明的優(yōu)選實施方案能夠很方便地加以描述。原始數(shù)據(jù)是用于某些已知處理策略(例如權(quán))確定過程中的數(shù)據(jù)，本發(fā)明的一個目的是利用“次級”數(shù)據(jù)，例如最新的數(shù)據(jù)，自適應(yīng)地更新或者改進這一過程，不執(zhí)行針對原始數(shù)據(jù)的已知過程所需要的所有計算步驟。
例如，次級數(shù)據(jù)可能來源于當前突發(fā)的有效負荷或者未來數(shù)據(jù)突發(fā)(可能是一個新信道上的)。原始數(shù)據(jù)的參考信號的源依賴于應(yīng)用了本發(fā)明的方法的某個已知的策略(例如權(quán))確定過程它可以是但不限于來源于以前的恒定模數(shù)方法迭代或者來源于判決引導(dǎo)，或者是訓(xùn)練數(shù)據(jù)。這樣，本發(fā)明的目的主要是改進的或者自適應(yīng)的發(fā)射和接收智能天線處理策略計算方法(例如一種權(quán)確定方法)，在執(zhí)行已有的策略計算方法之前將一定量的次級數(shù)據(jù)跟原始數(shù)據(jù)合并起來。這樣就能夠針對這些數(shù)據(jù)執(zhí)行這一策略計算方法之前將另外的信息跟原始數(shù)據(jù)結(jié)合起來。在線性處理情形中，結(jié)果是更新過的一組權(quán)，它結(jié)合了關(guān)于次級數(shù)據(jù)如何不同于原始數(shù)據(jù)的一些信息，例如源于干擾環(huán)境的變化等等。
本發(fā)明的優(yōu)選實施方案能夠改進計算上行鏈路或者下行鏈路處理策略的方法，它將參考信號和收到的天線信號數(shù)據(jù)作為輸入，它將收到的天線信號數(shù)據(jù)中存在的干擾環(huán)境考慮在內(nèi)以便緩和干擾的影響。對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員而言顯而易見，干擾緩和策略確定方法直接或者間接地利用收到的天線數(shù)據(jù)的一個或者多個特性特征。按照已知的方法，原始數(shù)據(jù)組，次級數(shù)據(jù)組，或者這兩者，可以明確地減少到已知方法明確地用于計算的一個或者多個特定的特性特征。例如，對于利用輸入的空間或者空間-時間協(xié)方差矩陣的方法，數(shù)據(jù)可以減少到數(shù)據(jù)的空間或者空間-時間協(xié)方差矩陣。其它方法可以建立在其它特性的基礎(chǔ)之上，在這些情形中，輸出信號數(shù)據(jù)可以減少到已知策略方法使用的某個特征或者特性。還有其它方法，雖然間接地取決于接收到的信號的未來特征(例如空間-時間協(xié)方差)，但是它們并不明確地需要協(xié)方差這樣的特征估計。
由于下面的一些討論能夠同時應(yīng)用于接收和發(fā)射策略，因此在權(quán)矢量w這些量中省去了下標“r”和“t”。這些下標可以用來明確地說明是上行鏈路還是下行鏈路處理，如何添加它們對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員而言應(yīng)該是非常明確的。
將本發(fā)明應(yīng)用于特性特征處理方法可以將本發(fā)明的幾個實施方案應(yīng)用于一種處理策略，它包括策略(例如權(quán))確定，其中的策略確定計算是建立在收到的信號數(shù)據(jù)的一個或者多個特性特征的計算的基礎(chǔ)之上的。這樣一個實例是當策略確定是建立在確定數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣的基礎(chǔ)之上的時候。下面將更加詳細地描述這個實施方案。
令Z是收到的天線陣列信號的矩陣，它最好是但不一定必須是基帶信號。令S1是有N1個樣本的一個(1×N1)參考信號。參考信號s1可以是一個已知的訓(xùn)練序列，或者在判決引導(dǎo)方法中，跟用戶單元發(fā)射的信號一樣具有相同已知調(diào)制結(jié)構(gòu)的信號，或者是對于特性和恢復(fù)方法，是被迫擁有所需特性的信號。著名的最小二乘(MSE)技術(shù)能夠通過求解以下最小問題計算出上行鏈路或者下行鏈路的權(quán)w=argminw||wHZ-s1||2=(Rzz)-1rzs=(ZZH)-1Zs1H,----(7A)]]>其中Rzz＝ZZH是天線信號的協(xié)方差矩陣，Rzs＝Zs1H是天線信號和參考信號之間的互相關(guān)。這樣，要計算權(quán)需要對應(yīng)于天線單元上收到的信號的數(shù)據(jù)和參考信號。實際上，這通常都需要確定參考信號數(shù)據(jù)，并且從一個數(shù)據(jù)突發(fā)中將它提取出來，形成這個數(shù)據(jù)突發(fā)中接收信號的協(xié)方差矩陣，形成互相關(guān)項，并且求解這些權(quán)。
本發(fā)明通過結(jié)合從沒有參考信號的信號中獲得的信息，提供一組更新了的權(quán)，而不需要處理包括參考信號的信號所需要的計算系統(tǒng)開銷，來修改這個權(quán)確定過程。這樣，確定和提取參考信號數(shù)據(jù)的步驟，為第一組數(shù)據(jù)形成協(xié)方差項的步驟，以及為第一組數(shù)據(jù)形成互相關(guān)項的步驟，在更新權(quán)的時候不需要重復(fù)。這樣明顯地減少了提供1組新權(quán)所需要的計算步驟，同時能夠改進對接收數(shù)據(jù)的處理。
實際上，例如在移動手持電話系統(tǒng)中，因為計算能力有限，只用構(gòu)成接收信號突發(fā)的960個樣本的少量樣本來確定Rzz-1。另外，這些樣本是在波特點而不是過采樣確定的。只用少量樣本來確定權(quán)會導(dǎo)致所謂的“訓(xùn)練過度”這些權(quán)在包括參考信號的數(shù)據(jù)上表現(xiàn)得很好，但是在新數(shù)據(jù)上表現(xiàn)得不好。也就是說，當這些權(quán)提取所需信號能量抑制干擾的時候，這些權(quán)針對新的數(shù)據(jù)會表現(xiàn)很差。對最小二乘技術(shù)的一種改進包括叫作“對角加載”的一個過程(例如請參考1988年7月第24卷第4期IEEE航天和電子系統(tǒng)學(xué)報上B.L.Carlson的文章“自適應(yīng)陣列中的協(xié)方差矩陣估計誤差和對角加載”)，在它的基礎(chǔ)上按照以下方式增加一個對角調(diào)整w=(ZZH+γI)-1Zs1H,----(7B)]]>其中γ是通過減少對Z的統(tǒng)計起伏的敏感性，用于改進最小二乘解性能的一個小調(diào)整系數(shù)。注意，對角加載也是對付矩陣中所有可能的病態(tài)，也就是因為它的一個本征值等于0或者接近0而使得矩陣的逆有可能成為一個問題，的一種方法。
本發(fā)明的方法按照以下方式修改以上方法。令Z1包括有參考信號s1的接收行和樣本。在本發(fā)明中Z1叫作原始數(shù)據(jù)。令Z2包括沒有(或者至少沒有提取)原始信號的接收信號樣本，也就是叫作次級數(shù)據(jù)。矩陣Z1和參考信號矢量s1具有相同的列數(shù)，比如N1列，它就是Z1和s1中每一個的樣本數(shù)。這個數(shù)通常但不一定必須小于輸入樣本的總數(shù)。
在一個實施方案中，Z1和Z2可以從同一個數(shù)據(jù)突發(fā)中獲得，參考信號s1是包括在接收信號數(shù)據(jù)Z1中的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。要注意這沒有必要是Z中的所有訓(xùn)練數(shù)據(jù)。在這種情況下，Z1是包括訓(xùn)練數(shù)據(jù)s1的部分突發(fā)數(shù)據(jù)Z，Z2來自突發(fā)的其余部分。
在另外一個實施方案中，Z1是從已經(jīng)處理過用來提取參考信號s1的一個突發(fā)中獲得的，而Z2來自還沒有處理的一個新的(估計是后來的)數(shù)據(jù)突發(fā)。還有其它選擇。本發(fā)明的優(yōu)選實施方案將來自次級數(shù)據(jù)的信息添加到已知處理策略計算(例如權(quán)確定)方法使用的原始數(shù)據(jù)中。具體而言，本發(fā)明的優(yōu)選實施方案按照以下方式計算更新權(quán)w=(Z1Z1H+γI+βZ2Z2H)-1Z1s1H,]]>其中β是可調(diào)整系數(shù)。最好是將β設(shè)置成足夠大，從而使這些權(quán)對次級數(shù)據(jù)Z2中存在的干擾作出響應(yīng)，同時又不會大得在次級數(shù)據(jù)中沒有任何新干擾的時候會降低這些權(quán)的性能。這一限制提供了一種手段用來測試不同的β值的必要性，有可能是用一種迭代方式。
判斷這些權(quán)是否適當?shù)貙Ω蓴_作出響應(yīng)的一種方式是將這些權(quán)用于包括所需信號(跟對應(yīng)于參考信號的Z1中的信號具有相同的結(jié)構(gòu))和干擾信號(跟Z2中的干擾具有相同的結(jié)構(gòu))的第三數(shù)據(jù)?？梢怨烙嫷玫降男盘栙|(zhì)量，并且作為β特定值的干擾抑制性能的一個度量。有一些信號質(zhì)量測量和估計方法，一種改進了的信號估計方法和設(shè)備公開在Yun的第09/020049號美國專利申請“智能天線通信系統(tǒng)中信號質(zhì)量估計和功率控制”上，它被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，在這里將它引入作為參考。
類似地，在沒有新干擾的情況下判斷β的一個值產(chǎn)生的權(quán)是否會降低性能的一種方式是將這些權(quán)應(yīng)用于Z1，然后估計得到的信號質(zhì)量。在應(yīng)用于個人手持電話系統(tǒng)的優(yōu)選實施方案中，相對于β＝0，信號質(zhì)量的平均損耗小于1.0dB被認為是可以接受的。
在個人手持電話系統(tǒng)的優(yōu)選實施方案中，將β的值設(shè)置為1/16。將β選擇為等于2的冪能夠簡化這一方法。β個最優(yōu)設(shè)置取決于多個因素，包括但不限于，成功地解調(diào)所需要的目標信號干擾加噪聲比(SINR)，Z1和Z2中數(shù)據(jù)樣本的個數(shù)，以及是否需要進一步迭代來修改權(quán)。
β的良好設(shè)置可以通過實驗方法來確定。也可以將β選擇為足夠小，從而使βZ2中所有所需信號的功率小于Z1的噪聲功率。按照這一指導(dǎo)方針—它能夠在不斷變化的干擾環(huán)境中保證信號質(zhì)量—目標SINR越大，β就必須越小。相反，β必須足夠大才能夠讓策略產(chǎn)生方法識別和響應(yīng)干擾。在最小二乘優(yōu)選實施方案中，權(quán)對干擾的敏感性隨著Z1中樣本數(shù)的增加而提高，因此當樣本數(shù)增加的時候β可以減小。
結(jié)合次級數(shù)據(jù)的影響確定權(quán)的方法的一個應(yīng)用是提供一個初始策略用于一個迭代策略確定方法。在優(yōu)選實施方案中的手持電話系統(tǒng)一樣，一個突發(fā)一個突發(fā)地進行通信的系統(tǒng)中，可以用迭代方法來確定權(quán)，在現(xiàn)有技術(shù)中，權(quán)的初值可以是從前面的突發(fā)確定出來的權(quán)。利用這里描述的任何實施方案，使用的初值都可以通過考慮新數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個改進的初始權(quán)來加以改進。
進一步迭代的時候(例如使用跟第一次迭代相同的權(quán)計算方法，最好是β＝0，或者是采用完全不同的迭代權(quán)計算方法)，可以為β選擇一個很大的初值。當干擾環(huán)境不發(fā)生改變的時候這樣做會增強干擾抑制性能，付出的代價是降低信號質(zhì)量。信號質(zhì)量的損失將被隨后的迭代反轉(zhuǎn)過來。于是對β的一個有用限制是第一次迭代以后信號質(zhì)量足以保證以后的迭代快速收斂。收斂的確切條件取決于迭代方法。
可以對這一方法進行許多修改，它們?nèi)匀粚儆诒景l(fā)明的范圍?？偟膩碚f，可以改變將特性特征用作輸入所使用的任何上行鏈路(也就是接收)處理方法，它可能是例如空間(或者空間-時間)協(xié)方差，或者是循環(huán)平穩(wěn)空間-時間協(xié)方差。圖3說明這樣一個權(quán)確定方法和設(shè)備，它被標為現(xiàn)有技術(shù)，沒有按照這里描述的方式進行修改以前它僅僅是現(xiàn)有技術(shù)。策略(例如權(quán))計算方法305使用的特性特征是由特性特征估計器303從原始數(shù)據(jù)Z1中提取出來的。策略計算方法305使用估計出來的特征和原始數(shù)據(jù)以及參考信號。要注意在有些情形里，可能需要從原始數(shù)據(jù)確定參考信號，這樣一個參考信號提取過程在圖4中說明。參考信號提取過程可以是限制數(shù)據(jù)具有特定特性的一個過程，或者可以是從存儲器中讀出原始數(shù)據(jù)知道的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。參考信號也可能需要自適應(yīng)智能天線處理從通過天線收到的信號估計信號，所有這些實施方案都被結(jié)合進圖4中的框圖里。于是，在這以后不管什么時候提到參考信號，都應(yīng)該認為參考信號提取過程可以包括在整個策略確定過程里，不管是否明確地說明。
一方面，要修改特性特征策略確定方法的本發(fā)明在圖5中說明，其中策略計算方法505使用的估計出來的特性特征用一個特性特征估計器和合并器503修改，結(jié)合進從次級數(shù)據(jù)Z2獲得的信息。方框503的合并最好是參數(shù)化的，例如，通過一個可調(diào)整系數(shù)β產(chǎn)生修改過的特性特征，它包括可以調(diào)整的信息，來自次級數(shù)據(jù)，輸入策略計算方框503。圖5所示布局的實施方案在圖6中說明，其中次級數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)都被分別輸入相應(yīng)的特性特征估計器603和605，得到的次級數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)的特性特征分別被合并器607按照以下公式合并Modifie_charactr_feture＝Modified_charactr_feature1+βModified_charactr_feature2其中下標1和2分別表示原始數(shù)據(jù)和次級數(shù)據(jù)，β是一個調(diào)整系數(shù)。
作為本發(fā)明的方法的一個典型應(yīng)用實例，假設(shè)改進從通過前一個突發(fā)獲得的數(shù)據(jù)確定下行鏈路權(quán)的一個已知方案。需要引入建立在當前突發(fā)(次級數(shù)據(jù))中收到的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上的一個干擾緩和方法。但是，假設(shè)沒有足夠的計算能力來全面完成已知方案接收權(quán)確定部分所需要的計算(或者為了提高計算速度，需要有一種方法來更新接收權(quán)而不需要進行全部計算)。
本發(fā)明的方法的另外一個應(yīng)用是支持“不連續(xù)發(fā)射”概念的空中接口協(xié)議，在沒有話音活動的時候它不發(fā)射任何突發(fā)。對于這樣的空中接口，需要的用戶信號和干擾源信號是以間歇方式收到的；一些突發(fā)只包括需要的用戶信號，一些突發(fā)包括這兩者，或者什么都不包括。作為導(dǎo)致復(fù)雜性的另外一個因素，確定是否在給定突發(fā)中向所需用戶發(fā)射一個信號跟預(yù)測收到的突發(fā)是否包括來自這個用戶的一個信號無關(guān)。在這些情況下有用的下行鏈路發(fā)射策略是將一個波束對準所需用戶，將0點對準最后幾個，比方說NT個，突發(fā)中收到的所有干擾源。實現(xiàn)這一策略的下行鏈路權(quán)可以通過將Z1設(shè)置成等于最后收到的突發(fā)計算出來，這個突發(fā)包括來自所需用戶的一個信號，將Z2設(shè)置成等于不包括來自所需用戶的信號的最后NT個突發(fā)中那些突發(fā)的級連。在另外一個簡化實施方案中，Z2被設(shè)置成等于NT個最新突發(fā)的級連，而不管它們是否包括所需用戶信號。這樣，在這個實施方案中，原始數(shù)據(jù)包括從遠程用戶將數(shù)據(jù)發(fā)射給無線臺的時候收到的信號數(shù)據(jù)，于是智能天線處理策略將一個波束對準遠程用戶，將0點對準包括在次級數(shù)據(jù)中的干擾源。
總之，一方面，本發(fā)明用于更新智能天線策略計算(例如權(quán)的確定)過程，通過將次級數(shù)據(jù)的有關(guān)信息引入的策略計算方法使用的依賴于原始數(shù)據(jù)的項，將不斷變化著的工作環(huán)境考慮在內(nèi)(例如存在干擾信號源，它會在原始數(shù)據(jù)和次級數(shù)據(jù)之間變化)。
于是，在要描述的本發(fā)明的所有實施方案中，在一個參考信號s1和從天線陣列單元收到的信號輸入例如原始數(shù)據(jù)Z1，的基礎(chǔ)之上，用一個已知的策略(例如權(quán))確定過程來計算上行鏈路或者下行鏈路策略。這一策略計算方法要考慮緩和干擾，也就是把原始數(shù)據(jù)Z1中的干擾環(huán)境考慮在內(nèi)。這樣一個策略確定方法在圖11中說明。圖11被標成是現(xiàn)有技術(shù)，但它僅僅在沒有這里描述的改進的時候才屬于現(xiàn)有技術(shù)。參考信號通常都是從如圖4所示第一組數(shù)據(jù)中提取出來的(這種情況包括知道第一組數(shù)據(jù)中包括什么樣的訓(xùn)練數(shù)據(jù))。圖3是圖11所示系統(tǒng)的一種情形，其中的方法明確地將第一組數(shù)據(jù)的至少一個特性特征用作輸入，于是在圖3中，進一步對第一組數(shù)據(jù)進行處理，以獲得這些數(shù)據(jù)的一個或者多個特性特征(例如協(xié)方差、協(xié)方差矩陣的主要分量、數(shù)據(jù)的某個特征等等)，它被隨后明確地用于已知的策略(例如權(quán))確定方法。已知的計算策略最好有兩個特性1)它能夠緩和干擾，也就是說，它通過降低從發(fā)出干擾的遠程用戶收到的信號的功率或者發(fā)送給遠程用戶的信號的功率(設(shè)置0點)，降低對干擾源的靈敏度，和2)近似地跟所需信號源或者目標共線的干擾信號源或者目標(跟它具有基本相同特征的一個遠程用戶)基本上不影響策略的計算結(jié)果。這些特征在以例如參考信號為基礎(chǔ)，計算策略使SINR最大的方法中是共同的。
按照本發(fā)明，將已知策略計算方法的輸入修改成第一組數(shù)據(jù)的參考信號以及從第一組數(shù)據(jù)和第二組數(shù)據(jù)生成的一個組合，如圖12所示。圖5是圖12所示系統(tǒng)的一個實施方案，它是圖3所示系統(tǒng)的一個改進，雖然圖6是圖5所示系統(tǒng)的進一步改進。
按照一組權(quán)將圖6所示的系統(tǒng)應(yīng)用于線性自適應(yīng)過程策略，這個策略計算方法是明確地利用從原始數(shù)據(jù)Z1計算出來的空間協(xié)方差矩陣Rzz＝Z1Z1H的一個權(quán)確定方法，具體的實施方案通過修改這樣一個權(quán)確定方法，改變空間協(xié)方差矩陣Rzz項，考慮進從次級數(shù)據(jù)獲得的信息，來實現(xiàn)本發(fā)明的方法。這樣一個改進產(chǎn)生一個更新過的空間協(xié)方差矩陣R~zz=(Z1Z1H+βZ2Z2H)]]>其中Z2是次級數(shù)據(jù)，β是一個可以調(diào)整的系數(shù)。要注意在這個優(yōu)選實施方案中，采用本發(fā)明的權(quán)確定方法將從原始數(shù)據(jù)Z1和參考信號互相關(guān)Rzs＝Z1s1H計算出來的空間協(xié)方差矩陣Rzz＝Z1Z1H用作輸入。
圖7說明采用本發(fā)明的第一個協(xié)方差實施方案的時候，應(yīng)用于接收數(shù)據(jù)的信號處理操作。在這個圖中，對于次級數(shù)據(jù)或者是新(例如未來的)數(shù)據(jù)，叫作第三數(shù)據(jù)，所進行的信號拷貝操作，假設(shè)使用的權(quán)確定方法是采用協(xié)方差來確定空間(或者是空間-時間)權(quán)的方法，例如上行鏈路權(quán)或者是下行鏈路權(quán)。
按照本發(fā)明的一個實施方案，修改已知的方案，從而使更新過的權(quán)值能夠利用當前突發(fā)中收到的數(shù)據(jù)緩和干擾。本發(fā)明的計算需要包括次級數(shù)據(jù)的協(xié)方差，將它可以調(diào)整的一部分增加到從原始數(shù)據(jù)確定的協(xié)方差估計中去。如圖7所示，對原始數(shù)據(jù)進行處理來估計它的協(xié)方差Rzz1。對次級數(shù)據(jù)進行處理來估計它的協(xié)方差Rzz2。然后用可調(diào)整的因子β調(diào)整從次級數(shù)據(jù)獲得的協(xié)方差來形成βRzz2。然后將這個乘積加到協(xié)方差項上去，獲得權(quán)確定方法的協(xié)方差項輸入(Rzz1+βRzz2)。要注意，如圖所示，(在原始數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上的)一個參考信號被輸入權(quán)確定方法。
要注意也可以對其它的協(xié)方差矩陣進行修改，這樣做也屬于本發(fā)明的范圍。例如，如圖8所示，加到Rzz1上面去的量也可以是βppH，其中p是Z2Z2H的一個主要分量(最大的本征值)。次級數(shù)據(jù)中存在來自一個強干擾源的信號的時候這一方法很有用。在另外一個選擇中，加到Rzz1上面去的量是Z2Z2H投影到Rzz2最大的少數(shù)幾個本征值定義的一個子空間上去的投影，例如Z2Z2H的第一個P主要分量張開形成的空間。這個方法在次級數(shù)據(jù)中P個最強的干擾源定義的子空間中增加0點，在次級數(shù)據(jù)中P個最強干擾源的方向上增加0點。
在另外一個選擇中，不是通過將次級協(xié)方差矩陣的一個可調(diào)整部分增加到第一個矩陣中去來引入原始數(shù)據(jù)和次級數(shù)據(jù)，也可以采用從兩組數(shù)據(jù)合并它們的影響的其它方法，這種非加性合并方法也屬于本發(fā)明的范圍。作為一個說明性的實例，下面描述包括將原始數(shù)據(jù)和次級數(shù)據(jù)的矩陣分解成因子，然后用幾個方法中的一個將得到的因子合并起來形成合并協(xié)方差矩陣的一種合并方法。這個因式分解方法采用一般的奇異值分解(SVD)方法。眾所周知(例如參考1996年JohnsHopkins大學(xué)出版社在Baltimore出版的G.H.Golub和Charles F.Van Loan的第三版《矩陣計算》的定理8.7.4)，其中有一個不可逆的矩陣X(M×M)的單位矩陣U1和U2(N×M)，它們將原始數(shù)據(jù)矩陣Z1(M×N)和次級數(shù)據(jù)矩陣(M×N)變成對角矩陣，也就是X Z1U1＝diag(λ1，...，λM)X Z2U2＝diag(σ1，…，σM)，其中(λ1，...，λM)表示對角線元素是λ1，...，λM，在其它位置都是0的(M×M)矩陣。修改過的協(xié)方差矩陣是Rzz＝X-1diag(max(|λ1|2，β|σ1|2)，max(|λ2|2，β|σ2|2)，...，max(|λM|2，β|σM|2))X-1H，其中max(a，b)表示a和b的最大值。
這些系數(shù)還有許多其它的合并方法；例如，max(a，b)可以用一些一般的“combine(a，b)”操作來替換，其中a和b是合并的因子，在這種情況下，是這些因子的幅度平方。例如，max(|λi|2，β |σi|2)運算可以用一般的幾何平均mean(|λi|2(1-β)|σi|2β))來替換掉。所有這些推廣都可以用圖9A所示的框圖來描述，其中標為“協(xié)方差估計&合并器”的方框用來形成原始數(shù)據(jù)和次級數(shù)據(jù)的某些一般合并，形成一個改進了的協(xié)方差。這個改進了的協(xié)方差被隨后用于策略(例如權(quán))確定方法。
在圖9B中畫出了另外一個一般的合并器，可以將它看成圖9A的一種特殊情形。在這個版本中，獲得原始數(shù)據(jù)和次級數(shù)據(jù)的協(xié)方差估計，一個合并器(總之一個非加性合并器)形成修改后的協(xié)方差，用一個參數(shù)β確定相對量。例如，合并器可以形成每一個協(xié)方差估計的矩陣因子，然后按照上面描述的任何一個因子合并方法“combine(a，b)”合并得到的因子，在這些因子是協(xié)方差矩陣的情況下，沒有任何絕對值和平方項，這對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員而言是顯然的。
上行鏈路處理方法采用噪聲加干擾協(xié)方差矩陣，表示為Rvv，而不是噪聲加干擾加信號協(xié)方差矩陣Rzz。這些方法采用噪聲加干擾協(xié)方差估計器，用原始數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上的參考信號，或者作為原始數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的參考信號，來確定Rvv。跟這樣一個處理方法一起使用的本發(fā)明的一個實施方案在圖10中說明，它說明將本發(fā)明的方法用于這些以Rvv為基礎(chǔ)的技術(shù)，用Rvv替換Rzz。如圖所示，對于從原始數(shù)據(jù)獲得的Rvv，進行以下改進R~vv=(Rvv+βZ2Z2H)]]>其中β同樣是一個能夠調(diào)整的參數(shù)。也可以針對Rvv采用上面討論的其它修改，例如利用次級數(shù)據(jù)的主要分量，或者是除了加上Rzz2的一個能夠調(diào)整的部分以外的一些合并裝置。
信號注入方法本發(fā)明的另外一個實施方案能夠用于處理策略(例如權(quán))確定技術(shù)，它不必明確地計算作為策略計算方法基礎(chǔ)的任何一個或者多個特性特征，例如，并不明確地估計Rvv或者Rzz這樣的空間(或者是空間-時間)協(xié)方差矩陣。但是這個實施方案也能夠應(yīng)用于明確地計算估計的方法，比如協(xié)方差矩陣方法。
圖11所示的框圖能夠用于這樣一個方法，本發(fā)明一個方面的方法的改進也在圖12中說明。
下面描述的“注入信號”實施方案充分利用已知策略計算方法的共同特性，跟所需用戶成線性的任何信號基本上不會影響上行鏈路和下行鏈路策略?？紤]基于注入原始信號Z1(從而形成Z1+βZ2)的次級數(shù)據(jù)Z2(有一些能夠調(diào)整的參數(shù)，比如β)的另外一個信號。通常情況下，注入信號是干擾分量或者來自所需遠程用戶發(fā)射機的分量，但是因為它是次級數(shù)據(jù)，所以(所需用戶的)參考信號不是這個次級數(shù)據(jù)。這樣，即使是注入信號的所需部分也是作為跟所需信號成線性的干擾出現(xiàn)。但是，由于上行鏈路策略的最小平方誤差(MSE)或者是SINR性能基本上不受跟所需信號成線性的干擾的影響，試圖使SINR最大的策略計算方法基本上不應(yīng)該按照疊加的信號(但是實施按照干擾承載分量)中所需用戶分量改變它的策略(例如它的權(quán))。
注意“計算上行鏈路策略的方法”指的是按照以下方式工作的方法。該方法的輸入是接收信號和參考信號的樣本。該方法的輸出是一個上行鏈路處理策略，或者是定義這一策略的一組參數(shù)。上行鏈路策略最好是線性濾波的，產(chǎn)生一個拷貝信號，然后是判決引導(dǎo)解調(diào)，其中上行鏈路空間處理的信號拷貝操作用s＝wHZ描述，其中的參數(shù)是必需的線性濾波器(對于空間或者空間-時間處理情形，它包括一個權(quán)矢量w)。例如參考共同擁有的Petrus等等的第09/153110號美國專利申請“具有空間處理能力的通信臺中存在頻率偏移的時候參考信號的產(chǎn)生方法”，在這里將它引入作為參考。
或者，非線性上行鏈路策略包括利用從噪聲加干擾協(xié)方差矩陣計算出來的分支度量進行維特比序列檢測，這種情況下的參數(shù)是噪聲加干擾協(xié)方差矩陣估計。上面說明如何能夠?qū)⒕S特比序列檢測方法用于策略確定。假設(shè)通信波形s(t)是有限字母表，例如QAM、PSK、DQPSK等等。收到的天線信號的公共模型是z(t)=a1(t)a2(t)···aM(t)*s(t)+v(t)=a(t)*s(t)+v(t)]]>其中a(t)是空間-時間特征，v(t)是合并了的噪聲加干擾。如上所述，可以將這個模型簡化成一個矢量方程Z＝as+v。
眾所周知，在這個模型假設(shè)下，另外假設(shè)v可以表示為白噪聲的時候可以按照以下方式構(gòu)造一個最大似然序列檢測器。要注意這里描述的方法不依賴于這個白噪聲假設(shè)；在白噪聲假設(shè)下將是ML的簡化接收機在v不是白噪聲的更一般的情況里仍然能夠工作得很好。該方法的步驟如下
1.利用例如最大似然判據(jù)估計特征矢量a。它的解是已知的a^=ZsRH(sRsRH)-1]]>其中sR是信號Z的參考信號。
2.利用這個參考信號，和估計出來的特征，估計空間(噪聲加干擾)協(xié)方差矩陣Rvv。例如，首先將噪聲加干擾估計為(Z-s)，然后利用Rvv＝(Z-s)(Z-s)H。
3.用一個“平方根”方法，用Rvv在空間上白化噪聲加干擾。也就是說形成Z~=Rvv-1/2Z.]]>作為這一運算的結(jié)果，形成信道的白化天線信號可以表示為Z~=a~s+v~,]]>其中 是空間和時間上的白噪聲，而且 現(xiàn)在可以將這個問題重新表示為白噪聲中可以采用象維特比算法這樣具有適當分支度量的標準序列檢測技術(shù)的一個標準多傳感器檢測問題。例如參考J.W.Modestino和V.M.Eyuboglu在1986年3月IEEE信息理論學(xué)報第IT-32卷第2期第195～219頁的“空間分布式干擾信道的集成多單元接收機結(jié)構(gòu)”，用于描述這樣一個非線性方法。除此以外，顯然可以將時間恢復(fù)、相位和頻率修正和誤差修正方法跟這個序列檢測結(jié)合起來。
信號注射方法的一個實施方案在圖13所示的框圖中說明。如圖所示，用于一個突發(fā)一個突發(fā)地發(fā)射和接收數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的時候，已知的上行鏈路或者是下行鏈路策略(例如接收權(quán)或者是發(fā)射權(quán))確定方法最好是能夠通過利用天線陣列輸入(標為“原始數(shù)據(jù)”)和過去的一個或者多個突發(fā)的參考信號來計算當前突發(fā)的上行鏈路或者下行鏈路策略。一方面，按照本發(fā)明，通過在計算策略之前在過去的陣列輸入上加上當前陣列輸入(或者更一般地說是任何次級數(shù)據(jù))的一個按比例調(diào)整的版本來修改過去的陣列輸入(或者更一般地說是任何原始數(shù)據(jù))。這樣，在這種情況下，用于權(quán)確定計算一部分(和參考信號)的輸入“信號”是原始數(shù)據(jù)和次級數(shù)據(jù)的一個線性組合(例如Dataprimary+βDatasecondary)。
要注意在一些情況下，當原始數(shù)據(jù)和次級數(shù)據(jù)的量不一樣的時候，例如次級數(shù)據(jù)比原始數(shù)據(jù)少的時候，圖13所示的方法可能需要圖中沒有畫出的另外一個功能框。在這種情況下，可以減少原始數(shù)據(jù)的量，使它跟次級數(shù)據(jù)一樣多，或者增大次級數(shù)據(jù)的量，例如通過數(shù)據(jù)重復(fù)。增大數(shù)據(jù)量(原始數(shù)據(jù)和次級數(shù)據(jù)中量較少的數(shù)據(jù))的主要判據(jù)是保證策略產(chǎn)生方法使用的數(shù)據(jù)特性不變(“特性特征”)。雖然在圖13中沒有畫出這樣一個使數(shù)據(jù)量相等的框，但是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員很清楚需要的時候如何將這樣一個框作為本發(fā)明的一部分。
要注意圖中畫出的注入是加法，因為它是實現(xiàn)起來最簡單的。關(guān)于注入可變量的次級信號顯然還有其它許多方式。例如，如果為了其它目的已經(jīng)有了某種其它的非加性合并裝置，那么用這樣一個合并裝置來注入信號而不是一個加法器就會比較好。這樣的變化全部在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，如何包括這樣的變化是很清楚的。
這個方法的推廣在圖14中給出。這是例如處理不相等數(shù)據(jù)量的另外一種方法。也可以將它用作一個數(shù)據(jù)減少方法。圖14中的實施方案包括一個特征提取器，它對次級數(shù)據(jù)進行處理，提取上行鏈路(或者是下行鏈路)策略產(chǎn)生器依賴的特征。例如，它可以是空間(或者是空間-時間)協(xié)方差或者是循環(huán)平穩(wěn)的空間-時間協(xié)方差。總的來說這個實施方案包括一個信號綜合器，它產(chǎn)生一個信號(例如一個綜合信號)，它基本上具有策略產(chǎn)生器(直接或者間接地)用作次級數(shù)據(jù)的特性特征。產(chǎn)生的信號可以是例如一個隨機信號。產(chǎn)生的信號應(yīng)該具有利用例如經(jīng)驗協(xié)方差矩陣測量出來的次級數(shù)據(jù)的空間-時間特性。這種方法的一個優(yōu)點是現(xiàn)有的硬件或者是軟件不能夠直接用來從一個地方向另外一個地方拷貝可能是很大的信號；在這種情況下，直接將協(xié)方差發(fā)送給次級處理器要快一些。要注意提取出來的特征可以是次級數(shù)據(jù)本身，在這種情況下，信號綜合器是不足掛齒的，圖14的實施方案就縮減成圖13的實施方案。
信號注入方法可以用于前面討論的任何實施方案。在這些實施方案中的任意一個實施方案里，注入信號可以是次級數(shù)據(jù)的一部分，或者是綜合地產(chǎn)生的空間-時間特性跟次級數(shù)據(jù)的空間-時間特性一樣的數(shù)據(jù)。圖15說明用于處理策略產(chǎn)生器的本發(fā)明的方法的一個實施方案，它利用一個參考信號、原始數(shù)據(jù)和協(xié)方差估計，修改它的協(xié)方差估計將次級信號的干擾緩和效果包括在內(nèi)。這是通過將數(shù)據(jù)的一個信號注入版本(也就是原始數(shù)據(jù)和次級數(shù)據(jù)的線性組合)用作協(xié)方差估計而不是原始數(shù)據(jù)本身來完成的。
圖16說明本發(fā)明的一個實施方案用于處理策略產(chǎn)生器，它利用參考信號、原始數(shù)據(jù)和噪聲加干擾協(xié)方差估計器(它利用原始數(shù)據(jù)和參考信號來估計噪聲加干擾協(xié)方差)。這一計算可以被改成將數(shù)據(jù)的一個信號注入版本(也就是原始數(shù)據(jù)和次級數(shù)據(jù)的線性組合)用作噪聲加干擾協(xié)方差估計而不是原始數(shù)據(jù)本身，將次級數(shù)據(jù)的干擾緩和效果包括在內(nèi)。
圖17說明用于非線性策略產(chǎn)生器的本發(fā)明的一個方法實施方案，其中的策略產(chǎn)生器包括一個解調(diào)級。這可以是一個基于維特比算法的譯碼器，它利用例如分支度量來進行工作。圖中說明本發(fā)明提供一個修改了的噪聲加干擾協(xié)方差，它的修改建立在將次級數(shù)據(jù)注入用于某些新數(shù)據(jù)，叫作“第三數(shù)據(jù)”，的一個解調(diào)器這樣一個基礎(chǔ)之上。顯然，解調(diào)器可以針對次級數(shù)據(jù)提供良好波束形狀信息的任何數(shù)據(jù)進行工作，包括次級數(shù)據(jù)本身。也就是說，既然解調(diào)器使用協(xié)方差項，第三數(shù)據(jù)就涉及到跟次級數(shù)據(jù)一樣具有基本上相似協(xié)方差結(jié)構(gòu)的任何數(shù)據(jù)。在這種情況下，這個解調(diào)器可以是一個維特比算法解調(diào)器，其中的協(xié)方差信息被用于“白化”(也就是去相關(guān))輸入數(shù)據(jù)，在這種情況下也就是第三數(shù)據(jù)。也可以將參考數(shù)據(jù)用于估計信道，按照解調(diào)器中維特比算法所需要的形式提供。
要注意當信號注入方法最好是將一部分次級信號(或者是從次級數(shù)據(jù)產(chǎn)生的信號)添加到原始數(shù)據(jù)中去的時候，其它的非加性合并方法也屬于本發(fā)明的范圍。例如，一種合并方法包括對原始數(shù)據(jù)和次級數(shù)據(jù)進行矩陣因子分解，然后將得到的因子合并起來形成一個合并信號。這種因子分解可以是上面描述過的廣義奇異值分解方法。如果用“combine(λi，σi，β)”來定義原始數(shù)據(jù)矩陣Z1和次級數(shù)據(jù)矩陣Z2的因子λi和σi的合并，β說明次級數(shù)據(jù)的相對量，那么一些可能性包括combine(λi，σi，β)＝(λi(1-β)σiβ)和combine(λi，σi，β)＝max(λi，βσi)。
圖18說明將本發(fā)明的方法應(yīng)用于處理第三數(shù)據(jù)。如圖18所示，上行鏈路策略產(chǎn)生器(例如一個權(quán)確定方法)是建立在參考信號(從原始數(shù)據(jù)獲得的)和一組數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上的。按照本發(fā)明，輸入策略產(chǎn)生器的數(shù)據(jù)是原始數(shù)據(jù)和次級數(shù)據(jù)的一個組合。策略產(chǎn)生器的輸出是用于處理第三數(shù)據(jù)的1組參數(shù)。在線性空間處理情形中，這些參數(shù)可以是一組權(quán)。要注意策略產(chǎn)生器產(chǎn)生的參數(shù)可以跟校準數(shù)據(jù)合并起來產(chǎn)生下行鏈路策略參數(shù)用于處理下行鏈路數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的方法有許多其它應(yīng)用。作為另外一個實例，考慮只有一些突發(fā)有良好參考信號的時候，為收到的突發(fā)序列確定上行鏈路處理權(quán)序列的問題。例如，如果用判決引導(dǎo)迭代方法從收到的數(shù)據(jù)提取參考信號，就會出現(xiàn)不好的參考信號；在一些情況下，迭代會不收斂，或者會收斂到不對應(yīng)于所需用戶的參考信號。在個人手持電話系統(tǒng)實施方案中，檢測這種收斂失敗的一種方法是用每個個人手持電話系統(tǒng)突發(fā)中的16比特循環(huán)冗余校驗(CRC)來測試突發(fā)的有效負荷，看它有沒有出錯。如果循環(huán)冗余校驗失敗，就認為參考信號受到了破壞，不適合于進一步的權(quán)計算。例如參考Petrus第09/286135號美國專利申請“多模式迭代自適應(yīng)智能天線處理方法和設(shè)備”，它被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，在這里將它引入作為參考。這種失敗，不管是怎么檢測到的，在這里都叫做參考信號受到破壞。
選擇初始權(quán)用于當前突發(fā)的時候，現(xiàn)有技術(shù)的方法對應(yīng)于通過重新利用從最新的突發(fā)計算出來的舊權(quán)來進行循環(huán)冗余校驗，前面的突發(fā)出現(xiàn)的循環(huán)冗余校驗錯誤。但是舊的權(quán)不能緩和新干擾源的干擾。權(quán)越舊，新干擾源出現(xiàn)的時候它就越不會有效，從而導(dǎo)致出現(xiàn)很長的不良突發(fā)序列。本發(fā)明的方法的一個目的就是將最新的突發(fā)和參考信號用作原始數(shù)據(jù)來通過參考信號選擇測試，例如循環(huán)冗余校驗測試，并且將要處理的當前突發(fā)用作次級數(shù)據(jù)，來克服這個缺點。于是，本發(fā)明的這個方面給出了一種方法，它能夠恢復(fù)受到破壞的參考信號，同時抑制不斷變化的干擾環(huán)境中的干擾。
性能圖19和圖20說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的好處，它包括具有等式7A所描述的協(xié)方差權(quán)計算的線性上行鏈路處理。這些圖中的每一個都畫出了兩條性能曲線，一條是現(xiàn)有技術(shù)方法的，它利用由普通最小二乘法確定的上行鏈路權(quán)，另一條是本發(fā)明的方法的。性能是在線性上行鏈路處理器輸出端測量得到的平均信號干擾噪聲比(SINR)。性能曲線是用蒙特卡羅方法計算出來的，也就是通過將許多隨機的獨立信號進行平均計算出來的。
仿真針對的是利用脈沖進行通信，具有一個8單元天線陣列的一個通信臺進行的。處理過的這些數(shù)據(jù)突發(fā)包括88個獨立時間樣本。每次仿真都要處理兩個數(shù)據(jù)突發(fā)。原始突發(fā)Z1包括空間時間加性高斯白噪聲中的一個用戶，Z1＝ausu+n1，其中au是8×1用戶空間特征矢量，su是用戶的1×88信號波形，n1是8×88高斯噪聲樣本矩陣。次級突發(fā)Z2的構(gòu)成方法跟原始突發(fā)一樣，但是增加了一個干擾源，也就是，Z2＝aus’u+aisi+n2，其中s’u是所需用戶的發(fā)射波形，si是干擾源的發(fā)射波形，n2是高斯噪聲，ai是干擾源空間特征。用戶和干擾源被選擇成具有歸一化點積0.5。也就是說，|au·ai|||au||||ai||=0.5.]]>現(xiàn)有技術(shù)的權(quán)計算方法用以下公式計算一個上行鏈路權(quán)矢量ww=(Z1Z1H)-1Z1suH,]]>而對于這里考慮的本發(fā)明的這個方面，上行鏈路權(quán)是通過以下公式計算出來的w=(Z1Z1H+βZ2Z2H)-1Z1suH,]]>其中β＝1/16。在這兩種情況中，將權(quán)用于次級數(shù)據(jù)，試圖提取用戶信號s’u。于是經(jīng)過上行鏈路處理以后所需信號功率是Pu＝10log10‖wHaus′u‖2ldB，干擾加噪聲功率是Pn+i＝10log10‖wH(ais′i+n2)‖2dB，以分貝表示的SINR是Pu-Pn+i。
圖19說明改變所需用戶的功率(也就是SNR)，同時保證用戶和干擾源的功率比(C/I比或者CIR)等于1的效果。如圖所示，現(xiàn)有技術(shù)的方法的SINR非常差，不管SNR是多大，而本發(fā)明的這個實施方案則能夠提高SINR，它跟輸入信號功率一起增大。
圖20說明改變C/I比同時保持所需用戶的信噪比等于15dB的效果?，F(xiàn)有技術(shù)的方法還是比本發(fā)明的這個實施方案差，當C/I變小的時候，或者是等價地當干擾源功率增大的時候，這種差別更加明顯。
本發(fā)明的一個方面是一種設(shè)備和方法，用來自適應(yīng)地更新確定發(fā)射或者接收智能天線處理策略(例如權(quán))的過程，這里的策略用于在形成信號從基站發(fā)射給遠程用戶的時候形成一組天線信號，或者是用于處理收到的信號來估計從遠程用戶發(fā)射給基站的信號。策略計算過程的更新可以用來改變天線陣列單元的波束形成(和0點形成)特性，以便適應(yīng)不斷變化的工作環(huán)境，例如干擾發(fā)射機的位置、數(shù)量或者運動情況的差異，信道特性的變化，等等，不同數(shù)據(jù)突發(fā)之間信道特性可能不一樣。這種不斷變化的工作環(huán)境叫作不斷變化的干擾環(huán)境。這一個實施方案中，本發(fā)明的方法通過結(jié)合第二組數(shù)據(jù)的按比例調(diào)整版本，或者是第二組數(shù)據(jù)的特性，改變用作已知處理策略計算方法輸入的數(shù)據(jù)組。第一組數(shù)據(jù)和第二組數(shù)據(jù)的按比例調(diào)整版本的組合被輸入已知的處理策略計算方法，將用作輸入的第一組數(shù)據(jù)替換掉。改變得到的處理策略計算方法，將從第二組數(shù)據(jù)獲得的信息結(jié)合起來，而不會有完全處理第二組數(shù)據(jù)所需要的計算系統(tǒng)開銷。
要注意本發(fā)明的設(shè)備和方法不需要明確地確定任何新的干擾源波形，也不需要嘗試將所需遠程用戶信號跟次級數(shù)據(jù)例如當前突發(fā)中的干擾源分離開來。例如，在信號注入實施方案中，除了按比例調(diào)整次級數(shù)據(jù)以及將按比例調(diào)整的數(shù)據(jù)跟原始數(shù)據(jù)進行合并以外，不需要任何計算操作。
還要注意本發(fā)明的各個實施方案都可以用于具有天線單元陣列用來處理接收信號的無線接收機，也可以用于具有天線單元陣列用來處理發(fā)射信號的無線發(fā)射機?？傊?，“無線臺”這個術(shù)語可以用于有天線單元陣列的接收機，也可以用于有天線單元陣列的發(fā)射機，或者是有天線單元陣列用于接收和發(fā)射的收發(fā)信機。
這里使用的術(shù)語和表述是為了進行描述而不是為了進行限制，使用這些術(shù)語和表述一點也不排除說明和描述的特征的等價特征，各種改進都屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種考慮到不斷變化的干擾環(huán)境，來確定智能天線處理策略的方法，將智能天線處理策略應(yīng)用于一個發(fā)射信號以形成一組天線單元信號，從包括一個天線單元陣列的一個無線臺發(fā)射給遠程用戶，或者是應(yīng)用于來自一個無線臺的一組天線單元的一組接收信號，來對該接收信號進行處理，獲得遠程用戶發(fā)射給無線臺的信號的估計，該方法包括(a)提供一個過程，將智能天線處理策略作為第一組接收數(shù)據(jù)和第一組接收數(shù)據(jù)參考信號的函數(shù)計算出來，這個策略計算過程要將第一組接收數(shù)據(jù)中的干擾環(huán)境考慮進來；(b)形成第一組接收數(shù)據(jù)和第二組接收數(shù)據(jù)的一個組合，這個組合包括第二組接收數(shù)據(jù)，從而使這個組合考慮了第二組接收數(shù)據(jù)中存在，第一組接收數(shù)據(jù)中不存在的干擾環(huán)境；和(c)利用提供的計算過程，將步驟(b)中形成的組合作為輸入，計算智能天線處理策略。
2.權(quán)利要求1的方法，其中的策略計算方法將參考信號、第一組接收數(shù)據(jù)和第一組接收數(shù)據(jù)的一個或者多個特性特征的估計作為輸入，其中形成一個組合的步驟形成計算過程作為輸入的至少一個特性特征的一個修正特征估計，從而使這個修正估計將第二組接收數(shù)據(jù)的特性特征的一定量結(jié)合進第一組接收數(shù)據(jù)的相應(yīng)特性特征，和其中的計算步驟(c)利用提供的計算過程，并且將第一組接收數(shù)據(jù)、第一組接收數(shù)據(jù)的參考信號以及修正特征估計作為輸入。
3.權(quán)利要求2的方法，其中的量是用一個可調(diào)整參數(shù)確定的一個可調(diào)整量。
4.權(quán)利要求1的方法，其中的策略計算方法隱含地或者明確地將第一組接收數(shù)據(jù)的一個或者多個特性特征用于緩和干擾，其中形成組合的步驟包括組合第一組接收數(shù)據(jù)和從第二組接收數(shù)據(jù)確定出來的一組輔助信號數(shù)據(jù)的一定量，至少有一個特性特征基本上跟第二組接收數(shù)據(jù)的對應(yīng)特性特征相同。
5.權(quán)利要求4的方法，其中的量是用一個可調(diào)整參數(shù)確定的一個可調(diào)整量。
6.權(quán)利要求4的方法，其中用第二組接收數(shù)據(jù)確定的那一組輔助信號數(shù)據(jù)包括第二組接收數(shù)據(jù)。
7.權(quán)利要求4的方法，其中的組合是通過將第一組接收數(shù)據(jù)和從第二組接收數(shù)據(jù)確定出來的一定量的輔助信號數(shù)據(jù)求和來實現(xiàn)的。
8.權(quán)利要求4的方法，其中的組合包括形成原始數(shù)據(jù)和次級數(shù)據(jù)的一個因子矩陣，然后組合得到的因子。
9.權(quán)利要求1的方法，其中的第一組接收數(shù)據(jù)和第二組接收數(shù)據(jù)是一個突發(fā)一個突發(fā)地收到的，其中的第一組接收數(shù)據(jù)和第二組接收數(shù)據(jù)包括在同一個數(shù)據(jù)突發(fā)中。
10.權(quán)利要求1的方法，其中的第一組接收數(shù)據(jù)和第二組接收數(shù)據(jù)是一個突發(fā)一個突發(fā)地收到的，其中的第一組接收數(shù)據(jù)和第二組接收數(shù)據(jù)是在不同的數(shù)據(jù)突發(fā)中收到的。
11.權(quán)利要求1的方法，還包括以下步驟將確定出來的智能天線處理策略用于處理第二組接收數(shù)據(jù)。
12.權(quán)利要求1的方法，還包括以下步驟將確定出來的智能天線處理策略用于處理第三組數(shù)據(jù)。
13.權(quán)利要求2的方法，其中在提供的策略計算過程中輸入的第一組接收數(shù)據(jù)的特性特征估計包括第一組接收數(shù)據(jù)的一個協(xié)方差估計。
14.權(quán)利要求13的方法，其中在策略計算過程中輸入的協(xié)方差估計是用一個噪聲加干擾加信號協(xié)方差估計來表示的。
15.權(quán)利要求13的方法，其中在策略計算過程中輸入的協(xié)方差估計是一個噪聲加干擾協(xié)方差估計。
16.權(quán)利要求13的方法，其中的組合步驟(b)包括形成一個修正協(xié)方差估計，形成修正協(xié)方差估計的步驟還包括形成第一組接收數(shù)據(jù)的一個協(xié)方差估計；形成第二組接收數(shù)據(jù)的一個協(xié)方差估計；和將第一組接收數(shù)據(jù)的協(xié)方差估計跟第二組接收數(shù)據(jù)的協(xié)方差估計和一個可調(diào)整參數(shù)的乘積加起來。
17.權(quán)利要求13的方法，其中的組合步驟(b)包括形成一個修正協(xié)方差估計，形成修正協(xié)方差估計的步驟還包括對原始數(shù)據(jù)進行矩陣因子分解，對次級數(shù)據(jù)進行矩陣因子分解，組合得到的因子，形成修正協(xié)方差估計，合并中因子的相對量由一個可調(diào)整參數(shù)確定。
18.權(quán)利要求1的方法，其中應(yīng)用智能天線處理策略包括應(yīng)用一組權(quán)，其中的智能天線處理策略計算過程包括這一組權(quán)。
19.一種設(shè)備，用于處理從無線臺的一個天線陣列收到的一組接收信號，該設(shè)備包括(a)一個參考信號處理器，用來提供參考信號數(shù)據(jù)或者第一組接收信號；(b)一個組合器，用來形成第一組接收數(shù)據(jù)和第二組接收數(shù)據(jù)的一個組合，這個組合包括第二組接收數(shù)據(jù)，從而使組合將第二組接收數(shù)據(jù)中存在的干擾環(huán)境考慮在內(nèi)，而不考慮第一組接收數(shù)據(jù)中存在的干擾環(huán)境；和(c)一個自適應(yīng)的智能天線策略計算處理器，用來計算智能天線策略，應(yīng)用于這一組接收信號，確定遠程用戶發(fā)射的用戶信號的一個估計，或者是應(yīng)用于發(fā)射給遠程用戶的一個發(fā)射信號，這個策略計算處理器將參考信號數(shù)據(jù)和組合作為輸入；
20.權(quán)利要求19的設(shè)備，其中的組合器包括一個特征估計器，至少形成第一組接收數(shù)據(jù)的特性特征的特征估計，這個特征估計將第二組接收數(shù)據(jù)的特性特征的一定量考慮進第一組接收數(shù)據(jù)的相應(yīng)特性特征，和其中的策略計算處理器將參考信號、第一組接收數(shù)據(jù)和組合器形成的特征估計作為輸入。
21.權(quán)利要求20的設(shè)備，其中的量是用一個可調(diào)整參數(shù)確定的一個可調(diào)整量。
22.權(quán)利要求19的設(shè)備，其中的策略計算處理器隱含地或者明確地將第一組接收數(shù)據(jù)的一個或者多個特性特征用于緩和干擾，用于將第一組接收數(shù)據(jù)和從第二組接收數(shù)據(jù)確定出來的一組輔助信號數(shù)據(jù)的一定量組合起來，至少有一個特性特征基本上跟第二組接收數(shù)據(jù)中的對應(yīng)特性特征相同。
23.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中的量是用一個可調(diào)整參數(shù)確定的一個可調(diào)整量。
24.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中合并器從第二組接收數(shù)據(jù)確定的那一組輔助信號數(shù)據(jù)包括第二組接收數(shù)據(jù)。
25.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中的組合器還用于形成第一組接收數(shù)據(jù)和從第二組接收數(shù)據(jù)確定出來的那組輔助信號數(shù)據(jù)一定量的一個和。
26.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中的組合器還用來對原始數(shù)據(jù)和次級數(shù)據(jù)進行矩陣因子分解，并且組合得到的因子。
27.權(quán)利要求19的設(shè)備，其中的第一組接收數(shù)據(jù)和第二組接收數(shù)據(jù)是一個突發(fā)一個突發(fā)地收到的，其中的第一組接收數(shù)據(jù)和第二組接收數(shù)據(jù)包括在同一個數(shù)據(jù)突發(fā)中。
28.權(quán)利要求19的設(shè)備，其中的第一組接收數(shù)據(jù)和第二組接收數(shù)據(jù)是一個突發(fā)一個突發(fā)地收到的，其中的第一組接收數(shù)據(jù)和第二組接收數(shù)據(jù)包括在不同的數(shù)據(jù)突發(fā)中。
29.權(quán)利要求19的設(shè)備，其中確定出來的智能天線處理策略被用于處理第二組接收數(shù)據(jù)。
30.權(quán)利要求19的設(shè)備，其中確定出來的智能天線處理策略被用于處理第三組數(shù)據(jù)。
30.權(quán)利要求19的設(shè)備，還包括(d)一個發(fā)射信號電路，用來從確定出來的智能天線處理策略和校準數(shù)據(jù)形成一個發(fā)射策略，這些校準數(shù)據(jù)考慮了不同天線單元中接收和發(fā)射電路的差別。
31.權(quán)利要求20的設(shè)備，其中的特征估計器包括用來估計協(xié)方差的一個協(xié)方差估計器，估計出來的協(xié)方差被輸入給策略計算處理器的特征估計輸入端。
32.權(quán)利要求31的設(shè)備，其中的協(xié)方差估計器確定一個噪聲加干擾加信號協(xié)方差估計，輸入給策略計算處理器的特征估計輸入端。
33.權(quán)利要求31的設(shè)備，其中的協(xié)方差估計器確定一個噪聲加干擾協(xié)方差估計，提供給策略計算處理器的特征估計輸入端。
34.權(quán)利要求31的設(shè)備，其中的組合器還用來實現(xiàn)將第一組接收數(shù)據(jù)作為輸入的第一個協(xié)方差估計器；將第二組接收數(shù)據(jù)作為輸入的第二個協(xié)方差估計器；和一個加法器，將第一個協(xié)方差估計器輸出的第一組接收數(shù)據(jù)的協(xié)方差估計和第一個協(xié)方差估計器輸出的第二組接收數(shù)據(jù)的協(xié)方差估計跟一個可調(diào)整參數(shù)的乘積加起來，這個加法器形成一個協(xié)方差估計，這個協(xié)方差估計跟策略計算處理器的特征估計輸入端連接起來。
35.權(quán)利要求31的設(shè)備，其中的組合器還用來形成一個修正協(xié)方差估計作為輸出，形成修正協(xié)方差估計包括對原始數(shù)據(jù)進行矩陣因子分解，對次級數(shù)據(jù)進行矩陣因子分解，組合得到的因子形成修正協(xié)方差估計，組合中因子的相對量由一個可調(diào)整參數(shù)確定，修正協(xié)方差估計輸出連接到策略計算處理器的特征估計輸入端。
36.權(quán)利要求19的設(shè)備，其中應(yīng)用智能天線處理策略的步驟包括應(yīng)用一組權(quán)，其中的策略計算處理器計算這一組權(quán)。
37.一種設(shè)備，用于處理從無線臺的天線陣收到的一組接收信號，該設(shè)備包括(a)為第一組接收信號提供參考信號數(shù)據(jù)的裝置；(b)形成第一組接收數(shù)據(jù)和第二組接收數(shù)據(jù)的一個組合的裝置，這個組合包括第二組接收數(shù)據(jù)，從而使這個組合考慮了第二組接收數(shù)據(jù)中存在而第一組接收數(shù)據(jù)中不存在的干擾環(huán)境；和(c)計算自適應(yīng)智能天線策略的裝置，這個策略被應(yīng)用于那一組接收信號，確定遠程用戶發(fā)射的用戶信號的一個估計，或者應(yīng)用于一個發(fā)射信號，發(fā)射給遠程用戶，這個策略計算處理器將參考信號數(shù)據(jù)和組合作為輸入。
38.權(quán)利要求1的方法，其中的第一組接收數(shù)據(jù)包括遠程用戶發(fā)射數(shù)據(jù)給無線臺的時候收到的信號數(shù)據(jù)，從而使步驟(c)中的智能天線處理策略將一個波束對準遠程用戶，將零點對準第二組數(shù)據(jù)中包括的干擾源。
39.權(quán)利要求1的方法，其中的第一組接收數(shù)據(jù)包括干擾信號通過一個干擾信號選擇測試的時候收到的信號數(shù)據(jù)。
40.權(quán)利要求1的方法，還包括(d)提供一個迭代策略計算方法，從一個初始天線處理策略開始以迭代方式確定一個最終的天線處理策略，其中在步驟(c)中確定的智能天線處理策略被用作步驟(d)中提供的策略迭代計算方法中的初始天線處理策略。
全文摘要
自適應(yīng)地產(chǎn)生發(fā)射信號并且處理接收信號的一種設(shè)備和方法包括一個天線陣。這個過程按照干擾環(huán)境結(jié)合第一組接收數(shù)據(jù)和第二組接收數(shù)據(jù)(205)以及一個參考信號。于是該系統(tǒng)將第一組接收數(shù)據(jù)和第二組接收數(shù)據(jù)(205)組合起來,修正基站使用的發(fā)射權(quán)(237)。
文檔編號H04B7/08GK1369177SQ00811480
公開日2002年9月11日 申請日期2000年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月7日
發(fā)明者M·尤塞夫米爾, M·D·特羅特, K·卡魯皮爾, P·佩特魯斯 申請人:阿雷伊通訊有限公司