專利名稱：一種基于多波束天線的寬帶碼分多址基站物理層實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碼分多址(CDMA)通信技術(shù)，具體涉及多波束智能天線在CDMA通信領(lǐng)域中的應(yīng)用，更具體地講，涉及利用陣列天線技術(shù)完成3GPP協(xié)議中所規(guī)定的寬帶碼分多址(Wideband CodeDivision Multiple Access，下簡稱WCDMA)具有的物理層功能即一種基于多波束天線的WCDMA基站的物理層實現(xiàn)方法。
移動通信技術(shù)在世界范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展，寬帶碼分多址(WCDMA)以其兼容第二代移動通信體制、全球漫游、具有多媒體功能、功耗低、語音清晰等顯著特點被列為第三代移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一。目前第三代移動通信技術(shù)的三個標(biāo)準(zhǔn)都采用CDMA(碼分多址)技術(shù)。CDMA技術(shù)是根據(jù)擴(kuò)頻通信理論發(fā)展起來的，具有信號功率譜密度低、保密性能好、易于實現(xiàn)語音激活等特點，因此CDMA技術(shù)早期被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。自從CDMA技術(shù)應(yīng)用于移動通信領(lǐng)域面臨的遠(yuǎn)近效應(yīng)、信號快速衰落等技術(shù)難點被克服后，CDMA在無線移動通信領(lǐng)域受到了青睞。
移動通信所處的無線傳播環(huán)境常常是比較惡劣的。在城市、郊區(qū)、農(nóng)村等無線環(huán)境中，電波傳播要受隨機(jī)分布障礙物的反射、折射、繞射等的影響。發(fā)射臺發(fā)射的信號要經(jīng)過多次反射、折射，經(jīng)過多個路徑才能到達(dá)接收端。而且這些無線電波傳播條件也不斷變化，其中以城市環(huán)境為甚。在應(yīng)用CDMA技術(shù)條件下，移動臺或基站所接收的信號是從多個不同路徑到達(dá)信號的合成信號，若這些多徑信號的到達(dá)延遲時間差在一個碼片的時間內(nèi)，則在接收機(jī)的多徑搜索中它們是不可分辨的，于是該合成信號將表現(xiàn)在巨幅起落的持續(xù)變化之中，即衰落現(xiàn)象；另一方面，如果多徑信號的延遲時間使多徑分布在多個碼片內(nèi)，接收端可以在不同的碼片內(nèi)觀察到多個衰落過程，而且這些衰落過程之間的相關(guān)性很低；第三，從多徑信號到達(dá)接收機(jī)的角度來看，多徑信號的空間到達(dá)角的分布是有規(guī)律的，而且不同到達(dá)角的多徑信號的幅度衰落特性也不相關(guān)。這為克服衰落現(xiàn)象帶來了契機(jī)。
為克服衰落現(xiàn)象，已經(jīng)有多種方法，其中，分集接收和發(fā)射是對抗衰落的有效技術(shù)之一。分集接收是利用無線電波傳播環(huán)境中幅度衰落的多徑接收信號衰落特性不相關(guān)的性質(zhì)，即接收的多徑信號同時出現(xiàn)幅度深度衰落的概率很小，實現(xiàn)接收信號的“取長補短”，從而提高接收信號的信噪比。分集接收技術(shù)按照分集信號的來源不同可分為極化分集、角度分集、空間分集、發(fā)射分集等。例如，中國專利申請?zhí)枮?6194111.1的專利“提供角度分集的方法，以及基站設(shè)備”公開了一種使用角度分集技術(shù)的專利。
上述衰落現(xiàn)象同時還存在于基站和移動臺。使用分集、編碼等技術(shù)克服衰落現(xiàn)象帶來的設(shè)備復(fù)雜化、成本增加、體積增大對基站來講影響不大，但對移動臺就是不可忽略的因素。出于這一原因第三代移動通信WCDMA標(biāo)準(zhǔn)化組織第3代合作伙伴計劃(3rd GenerationPartnership Project，下簡稱3GPP)采用空時編碼傳輸分集(Space-Time Transmission Diversity，下簡稱STTD)，利用發(fā)射分集技術(shù)來克服移動臺端的衰落現(xiàn)象。但是標(biāo)準(zhǔn)將STTD編碼分別在不同的天線發(fā)射，這對基站使用智能天線技術(shù)帶來了挑戰(zhàn)。Marcos Katz和JuhaYlitalo撰寫的文獻(xiàn)“Extension of Space-Time coding to beamformingWCDMA base stations”，為在多波束天線中支持STTD編碼發(fā)射分集技術(shù)帶來了便利。
在蜂窩通信環(huán)境中，為滿足多種業(yè)務(wù)和全球漫游的需要，無線網(wǎng)絡(luò)由大大小小的蜂窩構(gòu)成，宏蜂窩用于高速，業(yè)務(wù)密度低的區(qū)域，小蜂窩則覆蓋低速、業(yè)務(wù)密度高的區(qū)域。微蜂窩則較適用于辦公樓、鬧市區(qū)等。在這幾種不同區(qū)域中無線傳播的統(tǒng)計特性差異很大。通常宏、小蜂窩的基站天線架設(shè)得比較高，這種天線布局接收的移動用戶信號的到達(dá)角以較大的概率出現(xiàn)在直射路徑方向的較小角度擴(kuò)展范圍內(nèi)；微蜂窩的基站天線架設(shè)較低，天線“淹沒“在眾多的周圍建筑物中，它所接收的信號等概率地來自不同的方向。在這些蜂窩區(qū)域中移動臺天線都比較低，所以移動臺接收信號也等概率地來自不同方向。
CDMA移動通信系統(tǒng)是一個自干擾系統(tǒng)。多波束陣列天線可以將接收的自干擾信號在空間上劃分開來，降低自干擾的程度。為降低自干擾，多波束陣列天線的實現(xiàn)方式通常有動態(tài)的波束方式、靜態(tài)的波束方式。如前文提到的中國專利“提供角度分集的方法，以及基站設(shè)備”就是一種動態(tài)波束方式，并利用動態(tài)波束方式提供角度分集接收方法。這種方式應(yīng)用在宏蜂窩情況下所能帶來的效能并不顯著，正如該專利公開文件所言，這時用戶信號到達(dá)基站的到達(dá)角通常在移動臺和基站間的直達(dá)射線附近。由于基站成本、安裝方面的限制，波束的寬度通常要遠(yuǎn)大于到達(dá)角的角度擴(kuò)展。因而，使用該專利方法，先確定到達(dá)角再確定動態(tài)波束的指向，其費效比高，同時這種到達(dá)角估計方法的精度也不高。另一方面，負(fù)責(zé)第三代移動通信的國際組織3GPP在無線接入網(wǎng)UTRAN(通用陸地?zé)o線接入網(wǎng)，“Universal TerrestrialRadio Access Network”的簡稱)中，將空時編碼發(fā)射分集STTD技術(shù)引入到物理鏈路的下行鏈路中。STTD技術(shù)在基站雖是可選方案，但是移動臺對這一技術(shù)的支持是強制的，而在上述公開專利中，沒能利用STTD技術(shù)，對下行鏈路而言，這一點將使系統(tǒng)容量受到不利影響。更為嚴(yán)重的是1998年提交的RTT(無線傳輸技術(shù)，Radio TransmissionTechnology的簡稱)候選方案WCDMA草案表明下行鏈路是CDMA系統(tǒng)容量的瓶頸。
本發(fā)明的目的是在3GPP的無線接入網(wǎng)UTRAN中提出一種實現(xiàn)WCDMA物理層的方法，具體包括利用多波束陣列天線技術(shù)同時實現(xiàn)上行鏈路信號的角度分集接收技術(shù)，和下行鏈路的空時編碼發(fā)射分集STTD技術(shù)的方法和整合這兩種技術(shù)的總體方案。這種方法可以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點，在不降低上行鏈路性能的前提下，最大幅度地改善下行鏈路的性能。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，構(gòu)造一種基于多波束天線的寬帶碼分多址基站物理層實現(xiàn)方法，包括以下步驟多波束天線系統(tǒng)波束的形成；由一定個數(shù)的波束構(gòu)造特定組合形式的多波束網(wǎng)絡(luò)；
在多波束網(wǎng)絡(luò)組織下，通過小區(qū)反向鏈路的波束分集接收和前向鏈路的STTD編碼波束發(fā)射分集完成WCDMA小區(qū)概念的物理層功能。
在按照本發(fā)明提供的基于多波束天線的寬帶碼分多址基站物理層實現(xiàn)方法中，所述多波束天線系統(tǒng)波束的形成波束形成包括天線信號的接收和發(fā)射，信號的加權(quán)和移相處理，其中，信號的加權(quán)和移相處理過程使各陣元接收或發(fā)射的基帶信號相互干涉，在特定指向的空間形成用戶信號的最大接收或發(fā)射方向。
在按照本發(fā)明提供的基于多波束天線的寬帶碼分多址基站物理層實現(xiàn)方法中，所述由一定個數(shù)的波束構(gòu)造特定組合形式的多波束網(wǎng)絡(luò)包括以下步驟基站將通信服務(wù)區(qū)域分為若干個小區(qū)，每個小區(qū)有所述一定個數(shù)(如6個)的波束單元構(gòu)成多波束網(wǎng)絡(luò)，其中，一半(如3個)用于上行方向，另一半(3個)用于下行方向，在上行和下行方向的多個(3個)波束單元中，分別用一個波束單元覆蓋全小區(qū)作為公用波束，上行鏈路和下行鏈路的其余波束，每個波束各覆蓋扇區(qū)的一部分，但將其組合起來可覆蓋全小區(qū)，相鄰小區(qū)的公用波束設(shè)置有部分重疊區(qū)。
在按照本發(fā)明提供的基于多波束天線的寬帶碼分多址基站物理層實現(xiàn)方法中，所述在多波束網(wǎng)絡(luò)組織下，通過小區(qū)反向鏈路的波束分集接收和前向鏈路的STTD(空時編碼傳輸分集)編碼波束發(fā)射分集完成WCDMA小區(qū)概念的物理層功能包括以下步驟通過公用波束承載必須在全小區(qū)內(nèi)廣播或接收的公共傳輸信道；
通過分集波束承載可以在小區(qū)部分空間內(nèi)接收和發(fā)射的公共傳輸信道和專用信道。
在上述通過公用波束承載必須在全小區(qū)內(nèi)廣播或接收的公共傳輸信道中，上行鏈路的公共波束輸出信號承載上行公共信道，下行鏈路的公共波束輸出信號承載下行公共信道。
在上述通過公用波束承載必須在全小區(qū)內(nèi)廣播或接收的公共傳輸信道中，WCDMA系統(tǒng)的BCH(指廣播信道，Broadcast Channel的簡稱)、PCH(指尋呼信道，Paging Channel的簡稱)傳輸信道及物理信道中的P-CPICH(指主公共導(dǎo)頻信道，Primary Common PilotChannel的簡稱)、PICH(指尋呼指示信道，Page Indicator Channel的簡稱)、AICH(指捕獲指示信道，Acquisition Indicator Channel的簡稱)、SCH(指同步信道，Synchronization Channel的簡稱)等在公用波束中的下行波束內(nèi)發(fā)射，RACH(指隨機(jī)接入信道，RandomAccess Channel的簡稱)信道在公共波束中的上行波束內(nèi)接收。
在上述通過分集波束承載可以在小區(qū)部分空間內(nèi)接收和發(fā)射的公共傳輸信道和專用信道中，包括前向的FACH(指前向接入信道，F(xiàn)orward Access Channel的簡稱)、DCH(指專用信道，DedicatedChannel的簡稱)、S_CPICH(指輔助公共導(dǎo)頻信道，SecondaryCommon Pilot Channel的簡稱)和反向的DCH信道。
所述通過分集波束承載可以在小區(qū)部分空間內(nèi)接收和發(fā)射的公共傳輸信道和專用信道中，包括根據(jù)鏈路的方向不同、波束分集接收和發(fā)射的方式不同，確定或者在小區(qū)的反向鏈路進(jìn)行波束分集接收，或者在小區(qū)的前向鏈路進(jìn)行STTD編碼波束發(fā)射分集。
在小區(qū)的反向鏈路進(jìn)行波束分集接收時，小區(qū)上行鏈路的信號由兩個上行分集波束做角度分集接收，兩個分集波束分別接收移動臺上行鏈路的部分多徑信號，兩個分集波束輸出信號按照RAKE接收方法進(jìn)行合并以提高基站抗干擾能力，而處于軟切換狀態(tài)下的移動臺的上行信號由軟切換區(qū)內(nèi)的小區(qū)的分集波束進(jìn)行分集接收。
在小區(qū)的前向鏈路進(jìn)行STTD編碼波束發(fā)射分集時，下行鏈路信號由小區(qū)內(nèi)的下行分集波束做STTD空時編碼波束發(fā)射分集，替代3GPP協(xié)議中由兩副天線做STTD空時編碼分集發(fā)射，構(gòu)成波束內(nèi)的空時編碼發(fā)射分集，其中STTD解碼所需的輔助公共導(dǎo)頻信道在相應(yīng)的分集波束內(nèi)發(fā)射，其中，“相應(yīng)“表示波束內(nèi)發(fā)射的專用空時編碼要與編碼所經(jīng)過無線路徑的用于信道估計的輔助公共導(dǎo)頻相匹配。
按照本發(fā)明提供的方法，小區(qū)內(nèi)的上下行鏈路公用信道信息在公用波束內(nèi)接收和發(fā)射，如3GPP協(xié)議中的BCH、SCH、CCPCH(指公共控制物理信道，Common Control Physical Channel的簡稱)等等。專用信道信息在兩個分集波束內(nèi)進(jìn)行上行角度分集接收和下行的STTD空時編碼分集發(fā)射，如3GPP協(xié)議中的DPCH信道。但不排除上下行鏈路公用波束也用于接收專用信道信息。
實施本發(fā)明提供的一種基于多波束天線的寬帶碼分多址基站物理層實現(xiàn)方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于將多波束智能天線技術(shù)與角度分集和STTD發(fā)射分集技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，充分發(fā)揮了移動臺的STTD解碼能力，從而有效地解決上下行鏈路的容量不對稱問題。
下面結(jié)合附圖和實施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明的特點，圖中

圖1說明本發(fā)明方法使用的一種可能的陣列天線上行波束單元的實現(xiàn)形式；圖2說明本發(fā)明方法使用的一種可能的陣列天線下行波束單元的實現(xiàn)形式；圖3說明按照本發(fā)明方法用多波束網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的小區(qū)概念模型；圖4說明按照本發(fā)明方法用分集波束組合實現(xiàn)角度分集接收的一種實現(xiàn)形式；圖5說明按照本發(fā)明方法用分集波束組合實現(xiàn)波束空間內(nèi)的STTD空時編碼發(fā)射分集的一種實現(xiàn)形式；圖6說明按照本發(fā)明方法用分集波束實現(xiàn)輔助公共導(dǎo)頻信道發(fā)射的方法；圖7說明按照本發(fā)明方法用多波束天線技術(shù)整合WCDMA物理層技術(shù)的方法流程。
圖1是本發(fā)明使用的一種可能的陣列天線上行鏈路波束單元的實現(xiàn)形式。如圖1所示，在本發(fā)明方法使用的基站中，其無線接收設(shè)備包括多個天線單元組成的天線陣1、由其個數(shù)與天線單元個數(shù)相同的基帶變換單元構(gòu)成的射頻前端2和連接射頻前端2的一個數(shù)字多波束賦形網(wǎng)絡(luò)3。其中，天線陣1可以是頻分雙工的，根據(jù)需要也可以由兩個中心頻率不同的獨立天線陣構(gòu)成，分別用于上下行鏈路。圖中的實例說明天線陣1用于上行鏈路方向時可接收空間不同方向到達(dá)的射頻電波信號，射頻前端2負(fù)責(zé)將其轉(zhuǎn)換為基帶信號，這樣不同時間到達(dá)的同一信源信號在基帶上表現(xiàn)為信號產(chǎn)生不同的相位移?；鶐盘査偷綌?shù)字多波束賦形網(wǎng)絡(luò)3，圖中只示意了形成一個波束的數(shù)字多波束賦形網(wǎng)絡(luò)。天線陣1中不同天線單元接收的用戶信號由于相位不同而相互干涉，并形成輸出信號4。通常波束輸出信號4送到后級進(jìn)行多徑搜索、跟蹤、RAKE合并等。波束形成的權(quán)值w1-wN由網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃決定。對上行鏈路形成兩個角度分集波束需要兩組不同的權(quán)值，形成一個覆蓋全扇區(qū)的公用波束另需要一組權(quán)值。
圖2說明了本發(fā)明方法可能使用的一種陣列天線下行波束單元的實現(xiàn)形式。下行波束由天線陣8、射頻調(diào)制單元7及加權(quán)賦形網(wǎng)絡(luò)6等構(gòu)成。加權(quán)的權(quán)值w1-wM與上行的可以相同，也可以不同。當(dāng)兩組權(quán)值不同時上行的兩個分集波束稱為角度分集波束，下行分集波束稱為STTD分集波束。本發(fā)明實例采用相同權(quán)值，統(tǒng)一稱為分集波束，但在區(qū)分上下行鏈路時下文將用角度分集波束和STTD分集波束代替分集波束。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的特征區(qū)別之一是下行STTD分集波束發(fā)射經(jīng)過STTD編碼的符號，兩個STTD分集波束分別發(fā)射兩路STTD編碼符號。
按照本發(fā)明，下行鏈路除形成兩個角度分集波束外還需形成一個覆蓋全扇區(qū)的公用波束。下行公用波束的賦形權(quán)值可以不同于上行賦形權(quán)值。
按照本發(fā)明，設(shè)計波束可以采用較為靈活的原則。做為一個實例，圖1和圖2的波束在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的指導(dǎo)下進(jìn)行設(shè)計。如，基站選址所在區(qū)域的通信負(fù)荷情況分布不均勻，負(fù)荷重的扇區(qū)設(shè)計波束時波瓣寬度小一些，負(fù)荷輕的扇區(qū)波瓣寬度大一些，以便均勻負(fù)擔(dān)扇區(qū)負(fù)荷。
圖3說明的是用圖1和圖2所示多波束網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的小區(qū)概念模型。波束9，10是根據(jù)前述方法設(shè)計的四個分集波束(上下行鏈路波束采用同一波束)，波束11由兩個上下行公用波束使用。波束9和波束10不論組合形式，應(yīng)能完全覆蓋小區(qū)。對下行方向的波束亦同樣要求。在這里，波束(或波束單元)構(gòu)成本發(fā)明技術(shù)方案中的基本邏輯單元。波束表達(dá)的是一種特定指向的空間，在此空間內(nèi)用戶可以得到最大的接收或發(fā)射能量。本發(fā)明的方法就是在多波束網(wǎng)絡(luò)組織完成后，使用多波束天線實現(xiàn)WCDMA小區(qū)物理層的方法。具體實現(xiàn)過程是這樣要求的這些波束(單元)所覆蓋空間是WCDMA小區(qū)的服務(wù)空間。WCDMA的邏輯小區(qū)具有的物理層傳輸功能在上述波束空間內(nèi)實現(xiàn)。
從上行鏈路看對角度分集波束而言，在比較典型的蜂窩通信系統(tǒng)中，移動臺發(fā)射的射頻電波信號到達(dá)基站時，其到達(dá)角分布有一定的統(tǒng)計規(guī)律。到達(dá)基站的多徑信號到達(dá)角集中在移動臺和基站的直達(dá)路徑附近，其角度擴(kuò)展與基站天線高度相關(guān)，通常蜂窩基站天線較周圍建筑物高，這樣角度擴(kuò)展不大。到達(dá)角度分布與多徑的相關(guān)統(tǒng)計分析表明，到達(dá)角相差越大，多徑的相關(guān)性越弱，使用角度分集越有利。所以基站天線高度選擇要適中，波束波瓣寬度高度與角度擴(kuò)展相適應(yīng)。上行公用波束的設(shè)計以盡量覆蓋全扇區(qū)為準(zhǔn)則，同時兼顧扇區(qū)間的小區(qū)切換。
從下行鏈路看，雖然上下行頻率不相同，但根據(jù)電波傳播規(guī)律按照上行到達(dá)角發(fā)射的下行電波同樣能達(dá)到移動臺，差別是到達(dá)移動臺的幅度衰落與上行方向不相關(guān)，相位變化也不相關(guān)。與上行鏈路相仿，不同發(fā)射角發(fā)射的電波或多徑到達(dá)移動臺時的幅度衰落和相位變化也呈現(xiàn)不相關(guān)的特性，這是傳統(tǒng)技術(shù)使用角度分集發(fā)射的理論基礎(chǔ)。但是傳統(tǒng)角度分集發(fā)射的缺陷是，角度分集發(fā)射的多徑若到達(dá)移動臺的時差不超過一個碼片，它們將是不可分辨的，嚴(yán)重時它們將相互抵消。于是角度分集發(fā)射就成一把雙刃劍，有利的是能有分集的作用，不利的是將造成部分多徑的不可分辨性。本發(fā)明的方法有助于克服這一矛盾，本實例將兩個波束內(nèi)的同一用戶的信源信息進(jìn)行STTD編碼，并將編碼后的STTD符號在兩個分集波束內(nèi)發(fā)射，兩路STTD編碼符號到達(dá)移動臺的時延即使不超過一個碼片，STTD解碼技術(shù)也可將它解析出來(參見《Extension of Space-Time coding tobeamforming WCDMA base stations》這是本發(fā)明的優(yōu)勢所在。下行公用波束的設(shè)計和上行鏈路一致，以盡量覆蓋全扇區(qū)為準(zhǔn)則，同時兼顧扇區(qū)間的小區(qū)切換。
圖4說明用本發(fā)明方法提出的分集波束實現(xiàn)角度分集接收的一種實現(xiàn)形式。圖4在信號流程上是圖1的繼續(xù)，圖1的數(shù)字波束輸出信號壓制了部分噪聲，提高信號的信噪比，輸出信號流4送給圖4所示的分集波束接收裝置中。信號流4含有豐富的多徑信號，把這些多徑信號收集起來能對抗深衰落。為此信號流4分別送到RAKE多徑合并裝置15和多徑搜索裝置17，另外一個分集波束信號流12也分別送到RAKE多徑合并裝置15和多徑搜索裝置17，在多徑搜索裝置中搜索多徑的分布情況，選擇最大的幾個多徑的時延、幅度、相位指示16送到RAKE合并裝置中進(jìn)行合并。在蜂窩通信環(huán)境下，多徑分布有可能出現(xiàn)在不同扇區(qū)的兩個分集波束內(nèi)，本裝置實例列舉了分布跨越兩個扇區(qū)的接收情況，按照同樣的原理進(jìn)行四個分集波束信號流4、12、13、14的多徑搜索和RAKE合并。
圖5說明本發(fā)明的用STTD分集波束實現(xiàn)STTD空時編碼發(fā)射分集的方法。用戶和干擾用戶的下行鏈路數(shù)據(jù)比特流18、19、20經(jīng)過STTD編碼、映射、擴(kuò)頻模塊23，24，25后分別分成兩路STTD編碼符號(STTD編碼、映射和擴(kuò)頻過程與傳統(tǒng)方法一樣)，然后兩路STTD編碼符號進(jìn)行相應(yīng)編碼符號之間的合并，用戶之間的編碼符號區(qū)分由擴(kuò)頻碼來區(qū)分，合并后形成兩路輸出編碼符號流5、22。編碼符號流5送到圖2所示的下行鏈路STTD波束賦形裝置，完成STTD編碼的多波束分集發(fā)射。圖5中的模塊6是圖2中模塊6的算法描述，即用STTD賦形波束權(quán)值與符號流相乘，算法中的G或F函數(shù)表示不同用戶編碼符號流的組合。同理編碼符號流22送到模塊21完成另一路STTD編碼的多波束發(fā)射。
圖6說明本發(fā)明方法是用STTD分集波束實現(xiàn)輔助公共導(dǎo)頻信道發(fā)射的一個實例。移動臺進(jìn)行STTD解碼需要知道無線傳播信道的沖激響應(yīng)，傳統(tǒng)STTD方法在兩個分集天線上發(fā)射兩個導(dǎo)頻信號到移動臺做信道估計用。本發(fā)明實例將導(dǎo)頻信號調(diào)制到STTD分集波束上，如圖6中兩個導(dǎo)頻符號在分別進(jìn)行映射、擴(kuò)頻后與編碼后的用戶符號一起合并。合并后的符號流送到波束賦形網(wǎng)絡(luò)26進(jìn)行波束分集發(fā)射。在無線信道中，導(dǎo)頻符號和用戶符號經(jīng)過一樣的空間信道，移動臺通過對兩個導(dǎo)頻符號進(jìn)行分析可以得出無線信道的響應(yīng)，并根據(jù)結(jié)果利用STTD解碼技術(shù)解調(diào)用戶符號。
圖7說明本發(fā)明方法用多波束天線技術(shù)整合WCDMA物理層的實現(xiàn)方法。整體方案的整合流程從波束形成29開始，箭頭方向表明信號流的方向。箭頭實體粗細(xì)表明在此有多個波束形成，需要構(gòu)造多波束網(wǎng)絡(luò)。波束形成的目的使用戶信號在特定指向空間接收或發(fā)射能量最大，包括上下行鏈路兩個方面。圖1和圖2是這兩個過程的細(xì)化。波束的輸入和輸出信號送到多波束網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行承載信號的組織，在多波束網(wǎng)絡(luò)的組織過程30中，根據(jù)波束的承載信道不同分工將多個波束按照圖3所示的形式組合起來覆蓋整個小區(qū)，這種安排為在波束中完成WCDMA物理層技術(shù)提供信號處理的承載體。在圖3所示的多波束結(jié)構(gòu)中，WCDMA系統(tǒng)的小區(qū)具有的各種信道映射到不同的波束中進(jìn)行承載傳輸31，完成這一承載過程由四個流程實現(xiàn)即包括上行公用波束實現(xiàn)公用信道的接收32；上行分集波束實現(xiàn)專用或部分公用信道的分集接收33；下行公用波束實現(xiàn)公用信道的發(fā)射34；下行分集波束實現(xiàn)專用或部分公用信道的STTD編碼分集發(fā)射35。
本發(fā)明方法是在智能天線領(lǐng)域同時引入角度分集和空時編碼技術(shù)，并將兩者巧妙地結(jié)合在一起，為在第三代移動通信中引入智能天線技術(shù)打下了基礎(chǔ)。根據(jù)3GPP協(xié)議，未來的第三代通信系統(tǒng)的移動終端必須支持STTD編碼技術(shù)，因此利用智能天線開發(fā)STTD技術(shù)具有重要意義，不僅有利于改善下行鏈路容量，也充分利用了移動臺的STTD技術(shù)能力，是一項有實用價值的工程，相信該技術(shù)會在將來等到廣泛應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種基于多波束天線的寬帶碼分多址基站物理層實現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟多波束天線系統(tǒng)波束的形成；由一定個數(shù)的波束構(gòu)造特定組合形式的多波束網(wǎng)絡(luò)；在多波束網(wǎng)絡(luò)組織下，通過小區(qū)反向鏈路的波束分集接收和前向鏈路的STTD編碼波束發(fā)射分集完成WCDMA小區(qū)概念的物理層功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于多波束天線的寬帶碼分多址基站物理層實現(xiàn)方法，其特征在于，所述多波束天線系統(tǒng)波束的形成包括天線信號的接收或發(fā)射，信號的加權(quán)和移相處理，其中，信號的加權(quán)和移相處理過程使各陣元接收或發(fā)射的基帶信號相互干涉，在特定指向的空間形成用戶信號的最大接收或發(fā)射方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于多波束天線的寬帶碼分多址基站物理層實現(xiàn)方法，其特征在于，所述由一定個數(shù)的波束構(gòu)造特定組合形式的多波束網(wǎng)絡(luò)包括以下步驟基站將通信服務(wù)區(qū)域分為若干個小區(qū)，每個小區(qū)有2N個的波束單元構(gòu)成多波束網(wǎng)絡(luò)，其中，N個用于上行方向，另N個用于下行方向，在上行和下行方向的N個波束單元中，分別用一個波束單元覆蓋全小區(qū)作為公用波束，上行鏈路和下行鏈路的其余N-1個波束，每個波束各覆蓋扇區(qū)的一部分，但將其組合起來可覆蓋全小區(qū)，相鄰小區(qū)的公用波束設(shè)置有部分重疊區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于多波束天線的寬帶碼分多址基站物理層實現(xiàn)方法，其特征在于，所述在多波束網(wǎng)絡(luò)組織下，通過小區(qū)反向鏈路的波束分集接收和前向鏈路的STTD編碼波束發(fā)射分集完成WCDMA小區(qū)概念的物理層功能包括以下步驟通過公用波束承載必須在全小區(qū)內(nèi)廣播或接收的公共傳輸信道；通過分集波束承載可以在小區(qū)部分空間內(nèi)接收和發(fā)射的公共傳輸信道和專用信道。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于多波束天線的寬帶碼分多址基站物理層實現(xiàn)方法，其特征在于，在所述通過公用波束承載必須在全小區(qū)內(nèi)廣播或接收的公共傳輸信道中，上行鏈路的公共波束輸出信號承載上行公共信道，下行鏈路的公共波束輸出信號承載下行公共信道。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于多波束天線的寬帶碼分多址基站物理層實現(xiàn)方法，其特征在于，在所述通過公用波束承載必須在全小區(qū)內(nèi)廣播或接收的公共傳輸信道中，WCDMA系統(tǒng)的BCH、PCH傳輸信道及物理信道中的P-CPICH、PICH、AICH、SCH等在公用波束中的下行波束內(nèi)發(fā)射，RACH信道在公共波束中的上行波束內(nèi)接收。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于多波束天線的寬帶碼分多址基站物理層實現(xiàn)方法，其特征在于，在所述通過分集波束承載可以在小區(qū)部分空間內(nèi)接收和發(fā)射的公共傳輸信道和專用信道中，包括前向的FACH、DCH、S_CPICH和反向的DCH信道。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于多波束天線的寬帶碼分多址基站物理層實現(xiàn)方法，其特征在于，所述通過分集波束承載可以在小區(qū)部分空間內(nèi)接收和發(fā)射的公共傳輸信道和專用信道中，包括根據(jù)鏈路的方向不同、波束分集接收和發(fā)射的方式不同，確定或者在小區(qū)的反向鏈路進(jìn)行波束分集接收，或者在小區(qū)的前向鏈路進(jìn)行STTD編碼波束發(fā)射分集。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述基于多波束天線的寬帶碼分多址基站物理層實現(xiàn)方法，其特征在于，在小區(qū)的反向鏈路進(jìn)行波束分集接收時，小區(qū)上行鏈路的信號由上行分集波束做角度分集接收，分集波束分別接收移動臺上行鏈路的部分多徑信號，分集波束輸出信號按照RAKE接收方法進(jìn)行合并以提高基站抗干擾能力，而處于軟切換狀態(tài)下的移動臺的上行信號由軟切換區(qū)內(nèi)的小區(qū)的分集波束進(jìn)行分集接收。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述基于多波束天線的寬帶碼分多址基站物理層實現(xiàn)方法，其特征在于，在小區(qū)的前向鏈路進(jìn)行STTD編碼波束發(fā)射分集時，下行鏈路信號由小區(qū)內(nèi)的下行分集波束做STTD空時編碼波束發(fā)射分集，替代3GPP協(xié)議中由兩副天線做STTD空時編碼分集發(fā)射，構(gòu)成波束內(nèi)的空時編碼發(fā)射分集，其中STTD解碼所需的輔助公共導(dǎo)頻信道在相應(yīng)的分集波束內(nèi)發(fā)射，其中，“相應(yīng)“表示波束內(nèi)發(fā)射的專用空時編碼要與編碼所經(jīng)過無線路徑的用于信道估計的輔助公共導(dǎo)頻相匹配。
全文摘要
一種基于多波束天線的寬帶碼分多址基站物理層實現(xiàn)方法,包括:多波束天線系統(tǒng)波束的形成;由一定個數(shù)的波束構(gòu)造特定組合形式的多波束網(wǎng)絡(luò);在多波束網(wǎng)絡(luò)組織下,通過小區(qū)反向鏈路的波束分集接收和前向鏈路的STTD編碼波束發(fā)射分集完成寬帶碼分多址小區(qū)概念的物理層功能。這種方法由于將多波束智能天線技術(shù)與角度分集和STTD發(fā)射分集技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起,充分發(fā)揮了移動臺的STTD解碼能力,從而有效地解決上下行鏈路的容量不對稱問題。
文檔編號H04W88/08GK1384625SQ0111284
公開日2002年12月11日 申請日期2001年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月3日
發(fā)明者查明勇, 趙建平, 李鯤鵬 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司上海第二研究所