專利名稱：用于用戶設(shè)備中極化校正的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在用于從無線電基站(Radio Base Station RBS)接收信號分量的用戶設(shè)備(UE)處接收的信號分量的補償?shù)姆椒?，該信號分量分別具有至少第一和第二極化方位，該信號分量已經(jīng)在信道中傳送，并且其中具有第一極化的信號分量的預(yù)期(intended)的接收偏離具有第一極化的所傳送的信號分量的極化方位第一角度，并且其中具有第二極化的信號分量的預(yù)期的接收偏離(deviate)具有第二極化的所傳送的信號分量的極化方位第二角度。
本發(fā)明還涉及一種采用用戶設(shè)備(UE)的形式且預(yù)期用在移動電話網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的裝置，具有至少第一和第二天線，所述天線用于從無線電基站(RBS)接收在至少第一和第二極化上發(fā)送的消息。

背景技術(shù)：
用于移動通信的無線電基站(RBS)可以采用(deploy)各種極化的天線。不同極化的使用之前一直是為了實現(xiàn)所謂的極化分集(polarization diversity)，即通過在可用極化上發(fā)送和接收相同信息最小化衰落(fading)的風(fēng)險。這個方法因此采用冗余作為實現(xiàn)最小化衰落風(fēng)險的目標(biāo)的手段。
今天，不再需要這個冗余方法，因為已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在可用的不同各極化上發(fā)送和接收不同信息更為有效。在可用的不同各極化上發(fā)送和接收不同信息例如被用在MIMO(Multiple Input Multiple Output多輸入多輸出)系統(tǒng)中。
然而，已經(jīng)觀察到城市環(huán)境中的無線電信道主要維持那些基本為水平和垂直的極化方向。這樣做的主要原因是地形的幾何形狀，在城市環(huán)境中有具有垂直方向的建筑物和具有水平方向的地面。通常，這意味著垂直極化波將在建筑物上反射但不在地面反射，對于水平極化波則是反過來的。因此，在城市環(huán)境信道中的傳播期間垂直將保持基本垂直而水平將保持基本水平。
例如，用戶設(shè)備(UE)具有設(shè)計為分別接收具有水平和垂直極化的輸入信號的第一和第二天線，該用戶設(shè)備用于在城市環(huán)境中從RBS接收在水平和垂直極化上發(fā)送的消息。該UE具有一定的旋轉(zhuǎn)位置，即相對于進(jìn)入的水平和垂直極化的信號以某種方式來定位天線。這導(dǎo)致在第一天線的極化方位和水平極化的進(jìn)入信號的極化方位之間有個角度以及第二天線的極化方位和垂直極化的進(jìn)入信號的極化方位之間有另一個角度。顯然觀察到的天線信號依賴于UE的旋轉(zhuǎn)位置，其中每個天線可以接收源自兩個進(jìn)入信號的信號。
這提出了一個問題，由于在水平極化上發(fā)送的信息不僅被UE的預(yù)期用于水平極化的第一天線接收，而且被UE的預(yù)期用于垂直極化的第二天線部分接收。對于在垂直極化上發(fā)送的信息，顯然也有相應(yīng)的問題。通常，極化不需要基本為水平和垂直，而是可以具有任何方位，通常情況下為第一和第二極化。
因此，在第一極化上發(fā)送的信息和在第二極化上發(fā)送的信息可能在UE中被混合起來，因此需要分開在第一極化上發(fā)送的信息和在第二極化上發(fā)送的信息。


發(fā)明內(nèi)容
借助于本發(fā)明所解決的客觀問題是分開在第一極化上發(fā)送的信息和在第二極化上發(fā)送的信息，因為在第一極化上發(fā)送的信息和在第二極化上發(fā)送的信息可能在UE中被混合起來。
所述問題是借助于在引言中提到的方法解決的，其中該方法還包括以下步驟確定在第一時間和第二時間接收的至少兩個不同極化方位的信號的相關(guān)值，使用確定的相關(guān)值來確定傳送的和接收的信號分量的極化方位之間的偏角(deviation angle)，并且使用該偏角來執(zhí)行接收的信號分量的所述補償。
借助于本發(fā)明可以獲得許多優(yōu)勢 -根據(jù)本發(fā)明的方法可以實現(xiàn)起來復(fù)雜度低； -由于信道引起的泄露可以被補償； -該方法可以用于組合MIMO和分集處理，由于它提供了用于在接收之后對極化排序(sort)的手段。



將參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
圖1示出了具有無線電基站和用戶設(shè)備的系統(tǒng)，以及 圖2示出了根據(jù)第一實施例的對數(shù)學(xué)問題的兩個解的圖解說明。

具體實施例方式 如圖1所示，預(yù)期用在移動電話網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的用戶設(shè)備1(userequipment UE)具有第一2和第二3天線，天線2、3用于在城市環(huán)境5中從無線電基站4(RBS)接收在第一和第二極化(在實施例示例中是水平和垂直極化)上發(fā)送的消息。UE(1)可以是例如移動電話或便攜式計算機。在這個實施例示例中假設(shè)信道本身具有理想的性質(zhì)，即它不改變信號的極化旋轉(zhuǎn)。
由于UE1具有一定的旋轉(zhuǎn)位置，所以UE1中的第一天線2，預(yù)期接收水平極化的天線的極化方位，以角ψ偏離于水平傳送的信號6的極化方位。此外，UE1中的第二天線3(預(yù)期接收垂直極化的天線)的極化方位，以角θ偏離于垂直傳送的信號7的極化方位。因此，UE1接收與傳送的水平信號6的極化偏離角ψ的水平信號8以及與傳送的垂直信號7偏離角θ的垂直信號9。換句話說，天線2、3的極化沒有與進(jìn)入到UE(1)的傳送的信號6、7的極化對準(zhǔn)。未對準(zhǔn)(misalign)是借助于偏角ψ、θ來度量的。
這些偏角ψ、θ與第一和第二偏離項(deviation term)α和β相關(guān)，偏離項α和β與當(dāng)時發(fā)生偏離的程度相關(guān)。α表示水平傳送的信號6的多少被第二天線3接收的相對量度。同樣地，β表示垂直傳送的信號7的多少被第一天線2接收的相對量度。數(shù)學(xué)上，項α和β可以表示為
β＝sinθ 這意味著如果角ψ和θ等于零，即沒有偏離，則項α和β等于零。如果角ψ和θ等于45°，項α和β等于1/√2。如果角ψ和θ等于90°，即第一天線2只接收垂直傳送的信號7并且第二天線3只接收水平傳送的天線6，項α和β等于1。
UE接收的信號可以被描述為 矢量 稱為Y(n)，矢量 稱為X(n)， 并且矩陣 稱為
使得 如果α和β＝0，則Y(n)＝X(n)。
這里xh(n)表示傳送的水平信號6，xv(n)表示傳送的垂直信號7，yh(n)表示接收的水平信號8，并且yv(n)表示接收的垂直信號9。
因此，α表示UE1中第一天線2(預(yù)期接收水平極化的天線)的偏離項。換句話說，α表示接收的水平信號8yh(n)的極化方位與水平傳送的信號6xh(n)的極化方位偏離多少的相對度量。此外，β因此表示UE1中第二天線3(預(yù)期接收垂直極化的天線)的偏離項。換句話說，β表示接收的垂直信號9yv(n)的極化方位與垂直傳送的信號7xv(n)的極化方位偏離多少的度量。偏離項α、β的性質(zhì)已經(jīng)在前面討論了。
為了補償這些偏離項α、β，本發(fā)明包括一種用于信號反旋(de-rotation)的方法。換句話說，該方法通過執(zhí)行信號6、7的旋轉(zhuǎn)來補償天線2、3的極化和傳送的進(jìn)入到UE(1)的信號6、7的極化之間的未對準(zhǔn)。為了執(zhí)行這樣的旋轉(zhuǎn)，必須找到偏離項α、β以及相應(yīng)的偏角ψ、θ。
本發(fā)明需要連個假設(shè)A1和A2。第一假設(shè)A1是信號xh(n)和xv(n)是互不相關(guān)的平穩(wěn)過程。第二假設(shè)是信號xh(n)和xv(n)的協(xié)方差函數(shù)(covariance function)在零之外具有支持，即信號xh(n)和xv(n)不是白的。
第一假設(shè)是必要的，因為信號必須不同，即不相關(guān)。第二假設(shè)是必要的，因為否則下面的推理將導(dǎo)致無數(shù)個解，換句話說，問題是不能被識別的。
第一假設(shè)可以用數(shù)學(xué)項寫為 即xh(n1)和xv(n2)的乘積的期望值對于n1和n2的所有值是零。
第二假設(shè)可以用數(shù)學(xué)項寫為 即對于n1和n2的所有值，至少三個相關(guān)值Rxh(n1)、Rxv(n2)不等于零。當(dāng)期望值E在相應(yīng)信號xh(n1)、xv(n2)上運算時，獲得相應(yīng)的相關(guān)值Rxh(n1)、Rxv(n2)。
如之前提到的，在這個實施例示例中還假設(shè)信道本身具有理想的性質(zhì)，即其不改變信號的極化旋轉(zhuǎn)。
方程(1)中的矩陣 現(xiàn)在用下面的矩陣進(jìn)行縮放(scale) 使得 或者，更緊湊的寫法 因此 因此，我們希望求解的未知數(shù)為b12(n)和b21(n)。
基于假設(shè)A1，現(xiàn)在形成兩個新信號sh(n)和sv(n)。將用這些信號sh(n)、sv(n)作為數(shù)學(xué)工具從接收的信號yh(n)、yv(n)開始計算傳送的信號xh(n)、xv(n)。
新信號sh(n)和sv(n)形成矢量 現(xiàn)在引入矩陣D，其中D包括兩個函數(shù)d12和d21 S和D和Y之間的關(guān)系是 或者，寫成更為緊湊的形式 S(n)＝D(n)·Y(n) 現(xiàn)在寫 因此緊湊形式的方程(3)變?yōu)? S(n)＝D(n)·B(n)·X(n) (4) 一般而言，為了求解未知數(shù)b12(n)和b21(n)，必須選擇函數(shù)d12(n)和d21(n)使得乘積 D(n)·B(n) 變?yōu)閷蔷€為零或反對角線為零的對角矩陣。
如果 d12(n)＝b12(n) d21(n)＝b21(n)， 那么D(n)·B(n)可寫為 當(dāng)方程(5)被代入方程(4)時 S(n)＝D(n)·B(n)·X(n)
S(n)成正比于X(n)，換句話說 S(n)＝constant·X(n) ，其中的constant為常數(shù)。
為了補償該常數(shù)，假設(shè) D(n)＝B(n)-1 導(dǎo)致 S(n)＝B(n)-1·B(n)·X(n)＝X(n) (6) 因此，必須找到矩陣D(n)以便根據(jù)上述求解方程(6)。
根據(jù)A1， E[xh(n1)xv(n2)]＝0 導(dǎo)致 E[sh(n1)sv(n2)]＝0 當(dāng)且僅當(dāng) D(n)＝B(n)-1 根據(jù)方程3， 希望有 E[sh(n1)sv(n2)]＝0 這導(dǎo)致 E[(yh(n1)-d12yv(n1))(-d21yh(n2)+yv(n2))]＝ E[yh(n1)yv(n2)-d21yh(n1)yh(n2)-d12yv(n1)yv(n2)+d12d21yh(n2)yv(n1)]＝0 (7) 現(xiàn)在，期望值E在相應(yīng)信號上運算，導(dǎo)致相應(yīng)的相關(guān)值R。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的，相關(guān)性通常定義為 方程(6)因此導(dǎo)致以下的方程(8) Ryhv(n1-n2)-d21Ryhh(n1-n2)-d12Ryvv(n1-n2)+d12d21Ryvh(n1-n2)＝0(8) 在n1-n2＝p下，求解d12，得到 方程(9)中的時間變量p表示時間差(延遲(lag))。因此，在方程(8)中選擇p的兩個不同的值提供了兩個都等于d12的方程。p的這兩個不同值在下面稱為m和k。換句話說，接著通過改變p來獲取兩個未知數(shù)和兩個方程。
兩個不同的時間值m和k被插入方程(9)，并且通過替換得到方程(10) 如從方程(10)中可明顯看出的，m＝k的情況不會產(chǎn)生任何具體的解，因為那時的方程系統(tǒng)是欠定(under-determined)的。結(jié)果將是無數(shù)個解，所有解沿拋物線分布，這又意味著該問題不再是能被識別的。
方程(10)中的交叉相乘導(dǎo)致 (Ryhv(m)-d21Ryhh(m))(Ryvv(k)-d21Ryvh(k))＝ (Ryhv(k)-d21Ryhh(k))(Ryvv(m)-d21Ryvh(m)) (11) 這個方程的解d21位于雙曲線上。項Ry是所有可能以先前已知的方式借助于UE中的信號處理來估計的，這里將不再詳細(xì)描述。
方程(11)導(dǎo)致具有解d21的兩個根的二次多項式。因此該多項式的形式為 a2(m，k)d212+a1(m，k)d21+a0(m，k)＝0 解方程(11)產(chǎn)生下列系數(shù) a0(m，k)＝Ryvv(k)Ryhv(m)-Ryvv(m)Ryhv(k) (12) a1(m，k)＝Ryvv(m)Ryhh(k)-Ryvv(k)Ryhh(m)+ Ryvh(m)Ryhv(k)-Ryvh(k)Ryhv(m) (13) a2(m，k)＝Ryhh(m)Ryvh(k)-Ryhh(k)Ryvh(m) (14) 根據(jù)方程(9)，解得d12為 如圖2中所示，對m和k的值示出了雙曲線函數(shù)D12(R)。對于每個m和k，得到拋物線曲線的一個特殊形式。在這些雙曲線函數(shù)相交的點P1和P2處得到d12的兩個解。
其中一個解是希望的解，另一個解對應(yīng)于交換垂直和水平極化。數(shù)學(xué)上，這意味著方程(5)中的對角矩陣在矩陣的另一個(主)對角線上具有零對角線。為了找出哪個解是希望的解，可以在信號上應(yīng)用唯一(unique)的編碼。也可以使用對于極化的不同信號強度。
如上所述根據(jù)本發(fā)明的方法適用于兩個不同的極化，但是當(dāng)然所述方法一般適用于任何數(shù)量的極化。根或解的數(shù)量等于極化數(shù)量的能力(faculty)。如果例如使用三個極化，則獲得六個不同的解，所述解是排列(permutation)。
關(guān)于如何執(zhí)行信號的補償，兩個主要的方法是優(yōu)選的。這兩個方法都包括旋轉(zhuǎn)，意味著借助于數(shù)學(xué)上將極化每個旋轉(zhuǎn)一定的角距離來補償偏角θ、ψ，所述角距離對應(yīng)于偏角θ、ψ。第一方法是通過在UE1中執(zhí)行反旋進(jìn)行的，其中執(zhí)行計算。第二方法是通過在RBS4中執(zhí)行預(yù)旋(pre-rotation)進(jìn)行的。如果采用第一方法，為了執(zhí)行反旋，在UE1和RBS4之間不需要通信。如果采用第二方法，UE 1需要將希望的預(yù)旋的細(xì)節(jié)傳送給RBS4，因為計算在UE1中執(zhí)行。
也可以想到使用根據(jù)上述的兩個組合方法的組合。
本發(fā)明并不限于上述的實施例，而是可以在隨附權(quán)利要求的范圍內(nèi)自由改變。例如，可以為超定(over-determined)方程系統(tǒng)設(shè)計方法。如果由于某原因數(shù)值解是困難的，例如如果問題是病態(tài)(ill-conditioned)的，則這是有利的。這種類型的解可以從下式獲得 在方程(15)中，為矩陣R(M，K)的每一行求出兩個解。例如以本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的方式借助于最小二乘法求解方程(15)。
此外，本發(fā)明可適用于從二及以上的任何數(shù)量的極化。UE1上的天線數(shù)量可以從二及其上改變。
所用的水平和垂直極化方位僅是為了解釋的原因。本發(fā)明可適用于任何極化方位，只要滿足對于信號的假設(shè)A1和A2。
偏角θ、ψ可能與偏離項α、β具有任何已知的關(guān)系，滿足了其根據(jù)本發(fā)明的方法的目的。
為了解釋的原因，環(huán)境是城市環(huán)境，但是這對于本發(fā)明并不是必須的，本發(fā)明可以在任何環(huán)境中實施。理想情況下，信道不會以任何方式影響和/或改變信號，實際上信道確實會影響和/或改變信號。
權(quán)利要求
1.一種用于補償在用于從無線電基站(4)(RBS)接收信號分量的用戶設(shè)備(1)(UE)處接收的信號分量的方法，所述信號分量分別具有至少第一和第二極化方位，所述信號分量已經(jīng)在信道中傳送，并且其中具有第一極化的信號分量(8)(yh(n))的預(yù)期的接收偏離具有第一極化的所傳送的信號分量(6)(xh(n))的極化方位第一角度(ψ)，并且其中具有第二極化的信號分量(9)(yv(n))的預(yù)期的接收偏離具有第二極化的所傳送的信號分量(7)(xv(n))的極化方位第二角度(β)，特征在于所述方法包括以下步驟
確定在第一時間(k)和第二時間(m)接收的至少兩個不同極化方位的信號(yh，yv)的相關(guān)值(Ryvv、Ryvy、Ryyv、Ryyy)；
使用確定的相關(guān)值(Ryvv、Ryvy、Ryyv、Ryyy)來確定傳送的(xh(n)、xv(n))和接收的(yh(n)、yv(n))信號分量的極化方位之間的偏角(ψ、θ)；
使用所述偏角(ψ、θ)執(zhí)行接收的信號分量(yh(n)、yv(n))的所述補償。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述偏角(ψ、θ)與相應(yīng)的第一(α)和第二偏離項(β)相關(guān)，其中進(jìn)一步，傳送的信號分量(xh(n)、xv(n))不相關(guān)，并且其中傳送的信號分量(xh(n)、xv(n))的協(xié)方差函數(shù)對于傳送的時間相關(guān)的信號分量(xh(n)、xv(n))的所有時間(n)具有多于兩個不為零的值。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中第一偏離項等于第一角的正弦(α＝sinψ)并且第二偏離項等于第二角的正弦(β＝sinθ)。
4.如權(quán)利要求2或3的任何一個所述的方法，其中所述方法還包括以下步驟
建立傳送的(xh(n)、xv(n))和接收的(yh(n)、yv(n))信號分量之間的第一數(shù)學(xué)關(guān)系式(方程3)，包括與第一(α)和第二偏離項(β)相關(guān)的多個未知數(shù)，未知數(shù)的數(shù)量對應(yīng)于所用的極化方位的數(shù)量的能力，其中第一數(shù)學(xué)關(guān)系式只依賴于時間(n)；
讓期望值對第一數(shù)學(xué)關(guān)系式(方程3)運算，導(dǎo)致傳送的(xh(n)、xv(n))和接收的(yh(n)、yv(n))信號分量的相關(guān)，產(chǎn)生第二數(shù)學(xué)關(guān)系式(方程9)，其中第二數(shù)學(xué)關(guān)系式只依賴于時間的延遲(n1-n2＝p)；
為第一時間(k)和第二時間(m)建立第二數(shù)學(xué)關(guān)系式(方程9)，其中第一時間(k)和第二時間(m)彼此不相等，產(chǎn)生數(shù)學(xué)表達(dá)式(方程10)，其中不同時間(m、k)的第二數(shù)學(xué)關(guān)系式彼此相等。
5.如以上權(quán)利要求的任何一個所述的方法，其中唯一編碼被應(yīng)用到傳送的信號(xh(n)、xv(n))，以便當(dāng)使用確定的相關(guān)值(Ryvv、Ryvy、Ryyv、Ryyy)求解數(shù)學(xué)表達(dá)式時，得到正確的解，揭示未知數(shù)。
6.如以上權(quán)利要求的任何一個所述的方法，其中不同的信號強度被應(yīng)用到傳送的信號(xh(n)、xv(n))，以便當(dāng)使用確定的相關(guān)值(Ryvv、Ryvy、Ryyv、Ryyy)求解數(shù)學(xué)表達(dá)式時，得到正確的解，揭示未知數(shù)。
7.如以上權(quán)利要求1-6的任何一個所述的方法，其中補償被執(zhí)行為UE(1)中的反旋。
8.如以上權(quán)利要求1-6的任何一個所述的方法，其中補償被執(zhí)行為使用在UE(1)中執(zhí)行的計算結(jié)果在無線電基站(4)(RBS)中的預(yù)旋。
9.如以上權(quán)利要求1-6的任何一個所述的方法，其中補償被執(zhí)行為用戶設(shè)備(1)中的反旋和使用在UE(1)中執(zhí)行的計算結(jié)果在無線電基站(4)(RBS)中的預(yù)旋的組合。
10.一種采用用戶設(shè)備(1)(UE)的形式且預(yù)期用在移動電話網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的裝置，具有至少第一(2)和第二(3)天線，所述天線(2、3)用于從無線電基站(4)(RBS)接收在至少第一和第二極化上發(fā)送的消息，特征在于
所述裝置(1)被配置為執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-9的任何一個的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于補償在用于從無線電基站(4)(RBS)接收信號分量的用戶設(shè)備(1)(UE)處接收的信號分量的方法和裝置。所述信號分量分別具有至少第一和第二極化方位。具有第一極化的信號分量(8)(yh(n))的預(yù)期的接收偏離具有第一極化的所傳送的信號分量(6)(xh(n))的極化方位第一角度(ψ)，并且具有第二極化的信號分量(9)(yv(n))的預(yù)期的接收偏離具有第二極化的所傳送的信號分量(7)(xv(n))的極化方位第二角度(β)。所述方法包括以下步驟確定在第一時間(k)和第二時間(m)接收的信號(yh，yv)的相關(guān)值(Ryvv、Ryvy、Ryyv、Ryyy)；使用這些值來確定偏角(ψ、θ)；使用所述偏角(ψ、θ)執(zhí)行所述補償。
文檔編號H04B7/02GK101278494SQ200680036151
公開日2008年10月1日 申請日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者U·林德格倫 申請人:艾利森電話股份有限公司