專利名稱：定向無線通信的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及定向無線通信的方法和裝置，其中第一基站和第二基站間的信號只可以在確定的方向上發(fā)送。特別地，但不僅于此，本發(fā)明可用于使用空分多址的蜂窩通信網(wǎng)。
在當前實現(xiàn)的蜂窩通信網(wǎng)中，一個基收發(fā)器站(BTS)為了給指定移動站(MS)發(fā)送信號，該基收發(fā)器站(BTS)一般在該基收發(fā)器站服務的整個小區(qū)或小區(qū)扇區(qū)內(nèi)發(fā)送信號。而現(xiàn)在提出了空分多址(SDMA)系統(tǒng)。在一個空分多址系統(tǒng)中，基收發(fā)器站不會在整個小區(qū)或小區(qū)扇區(qū)內(nèi)向一個指定移動站發(fā)送信號，而只會沿著從移動站接收信號的射束方向發(fā)送信號。SDMA系統(tǒng)還可以允許基收發(fā)器站確定從移動站接收信號的方向。
SDMA系統(tǒng)可以得到一些超過現(xiàn)有系統(tǒng)的優(yōu)點。具體地，由于BTS發(fā)送的射束只可以在一個特定的方向上發(fā)送，并且方向相對較窄，收發(fā)器的功率可以被集中到窄射束上?？梢源_定這種方法對于基收發(fā)器站發(fā)送的信號和基收發(fā)器站接收的信號均可得到較好的信噪比。另外，作為基收發(fā)器站定向特性的結果，可以改進基收發(fā)器站接收的信號的信噪比。并且，在發(fā)送方向上，BTS的定向特性允許把能量集中到一個窄射束上，使得BTS發(fā)送的信號可以到達距離較遠的移動站，并且功率電平低于常規(guī)BTS的要求。這允許移動站在距離基收發(fā)器站很遠的地方正常工作，因而意味著可以增加蜂窩網(wǎng)的小區(qū)或小區(qū)扇區(qū)的面積。作為增大小區(qū)面積的結果，可以減少所需的基站數(shù)量，從而降低了網(wǎng)絡費用。SDMA系統(tǒng)一般需要若干天線單元以便得到所需的發(fā)送和接收信號的多個不同射束方向。提供多個天線單元增加了BTS接收信號的靈敏度。這意味著較大的小區(qū)面積不會對BTS從移動站接收信號產(chǎn)生不利的影響。
SDMA系統(tǒng)也可以增加系統(tǒng)的容量，即增加了系統(tǒng)可同時支持的移動站的數(shù)量。其原因是通信的定向特性，該特性意味著BTS會從使用相同頻率的其它小區(qū)中的移動站拾取較少的干擾。當與相關小區(qū)內(nèi)一個指定的MS通信時，BTS會對使用相同頻率的其它小區(qū)中的移動站產(chǎn)生較少的干擾。
最后，SDMA系統(tǒng)允許同時使用相同的頻率向定位在同一個小區(qū)不同位置上的兩個或更多不同的移動站發(fā)送信號。這大大增加了蜂窩網(wǎng)可以承擔的傳輸量。
可通過模擬和數(shù)字蜂窩網(wǎng)實現(xiàn)SDMA，并且可以引入多種現(xiàn)有的，諸如GSM，DCS1800，TACS，AMPS和NMT的標準。SDMA系統(tǒng)也可以和諸如時分多址(TDMA)，碼分多址(CDMA)，頻分多址(FDMA)技術的其它現(xiàn)有多址技術配合使用。
SDMA系統(tǒng)的一個問題是需要確定應當向移動站發(fā)送信號的方向。在某些情況下，會使用一個相對較窄的射束從一個基收發(fā)器站向一個移動站發(fā)送信號。因此，需要相當精確地估定該移動站的方向。如果一個移動站正在進行相對于基收發(fā)器站的移動，它可以從一個第一射束覆蓋的小區(qū)區(qū)域移動到相鄰射束覆蓋的小區(qū)區(qū)域。基收發(fā)器站需要判定應當使用相鄰射束而非第一射束向移動站發(fā)送信號的時間。由于第一射束和相鄰射束事實上會部分重疊，所以這種判定是復雜的。
另一個問題是根據(jù)BTS從移動站接收的上行鏈路信號確定BTS向移動站發(fā)送信號的方向。但從移動站向BTS發(fā)送下行鏈路信號的頻率不同于BTS向移動站發(fā)送信號的頻率。上行鏈路和下行鏈路信號中使用的頻率的不同意味著上行鏈路方向中信道的行為不同于下行鏈路方向中的信道的行為。這樣，針對上行鏈路信號確定的最優(yōu)方向不總是下行鏈路信號的最優(yōu)方向。
本發(fā)明的實施例的一個目標是克服這些困難。
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，其中提供了一個在移動通信網(wǎng)絡的第一站點和第二站點之間進行定向無線通信的方法，該方法包括的步驟有
在上述第一站點識別從上述第二站點發(fā)送的通信數(shù)據(jù)的連續(xù)脈沖串；根據(jù)多個相鄰射束方向確定第一站點接收順序通信數(shù)據(jù)脈沖串的相應射束方向；有選擇地選擇一或多個把信號從上述第一站點發(fā)送到上述第二站點的上述射束方向，使得當確定第一站點從兩個不同射束方向接收到順序通信數(shù)據(jù)脈沖串時，同時選擇上述兩個不同射束方向把上述信號從上述第一站點發(fā)送到上述第二站點。
這樣，通過本發(fā)明的實施例，可以補償從一個射束覆蓋的區(qū)域移動到另一個射束覆蓋的區(qū)域的第二站點導致的岐義性。具體地，增加了來自第一站點的信號到達第二站點的概率。
當上述兩個不同射束方向不相鄰時，最好在上述兩個不同方向和另外的插入射束方向上從第一站點向第二站點發(fā)送信號。如果不同射束方向不相鄰，其中一個可能對應于一個來自第一站點的通信數(shù)據(jù)脈沖串所經(jīng)過的反常路徑。從第一站點發(fā)送到第二站點的信號未必會經(jīng)過這個反常路徑。通過在所有插入射束方向上進行發(fā)送，可以減少檢測到經(jīng)過反常路徑的信號所造成的影響。
第一和第二射束方向最好可以被用于預定多個從第一站點發(fā)送的連續(xù)信號?？蛇x地，第一和第二射束方向只可被用于一個從第一站點發(fā)送的單獨信號。在可能的情況下，最好只在一個單獨的射束方向上發(fā)送來自第一站點的信號。
接收各個順序數(shù)據(jù)脈沖串的確定方向可以被定義成接收到最強信號的射束方向。該方向?qū)跒橹付}沖串提供最少衰減的路徑?？蛇x地，接收各個順序數(shù)據(jù)脈沖串的確定方向可以被定義成接收到經(jīng)過最短路徑的信號的射束方向。
該方法最好包括一個監(jiān)視一個表示第一和第二站點之間的距離的距離參數(shù)，其中如果第一和第二站點之間的距離小于一個預定值，不管接收第一和第二信號的方向如何，以一個相對較寬的擴展角度向上述第二站點發(fā)送信號。實際上，這意味著如果第一和第二站點之間的距離小于臨界距離，在數(shù)量相對較多的射束方向上發(fā)送信號。如果第一和第二站點之間的距離小于上述預定值，可以通過相對較低的功率向第二站點發(fā)送信號，如果距離大于預定值，可以通過較高的功率發(fā)送信號。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，其中提供了在移動通信網(wǎng)絡中與一個第二移動站進行定向無線通信的一個第一站點，上述裝置包括識別從上述第二站點發(fā)送的通信數(shù)據(jù)的連續(xù)脈沖串的識別裝置；根據(jù)多個相鄰射束方向確定上述第一站點接收順序通信數(shù)據(jù)脈沖串的相應射束方向的確定裝置；向上述第二站點發(fā)送信號的發(fā)送器裝置；控制裝置，該裝置選擇一或多個把信號從第一站點發(fā)送到第二站點的上述射束方向，使得當確定第一站點從兩個不同射束方向接收到順序通信數(shù)據(jù)脈沖串時，上述控制裝置同時選擇上述兩個不同射束方向以便發(fā)送器發(fā)送上述信號。
控制裝置最好被用來在上述兩個不同射束方向不相鄰時控制發(fā)送器在上述兩個不同方向和另外的插入射束方向上發(fā)送通信數(shù)據(jù)?？刂蒲b置最好被用來控制發(fā)送器裝置在上述第一和第二射束方向上發(fā)送預定多個連續(xù)信號。
本發(fā)明特別適用于蜂窩通信網(wǎng)，其中第一站點是一個基收發(fā)器站。但應當理解，本發(fā)明的實施例可以適用于非蜂窩定向無線通信網(wǎng)絡。應當理解在本文中術語“脈沖串”僅表示從第二站點接收的一部分信號并且沒有試圖把本發(fā)明的應用范圍限制到一個諸如GSM的標準系統(tǒng)上，其中在GSM中術語“脈沖串”具有一個特定的含義?？蛇x地，術語“脈沖串”可以是指從第二站點發(fā)送的數(shù)據(jù)的指定部分。
為了更好地理解本發(fā)明以及實現(xiàn)本發(fā)明，現(xiàn)在會參照附圖以舉例的方式加以描述，其中
圖1示出了一個基收發(fā)器站(BTS)及其相關的小區(qū)扇區(qū)的結構圖；圖2示出了一個天線陣列和基收發(fā)器站的簡圖3示出了圖2的天線陣列提供的固定射束模式；圖4示出了圖2的數(shù)字信號處理器的結構圖；圖5圖解了八個信道中四個信道的信道脈沖響應。
圖6a-h示出了期望接收到MS發(fā)送到基收發(fā)器站的8個連續(xù)數(shù)據(jù)脈沖串的射束方向；圖7a-h示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在一個SDMA基收發(fā)器站發(fā)送到一個MS的8個連續(xù)數(shù)據(jù)脈沖串中選定的射束。
首先參照圖1，其中示出了定義蜂窩移動電話網(wǎng)的一個小區(qū)3的三個小區(qū)扇區(qū)2。三個小區(qū)扇區(qū)2由相應的基收發(fā)器站(BTS)4提供服務。各個BTS 4具有一個針對三個小區(qū)扇區(qū)2中相應的一個發(fā)送和接收信號的收發(fā)器。這樣，為各個小區(qū)扇區(qū)2分別提供了一個專用的基收發(fā)器站。因而各個BTS 4能夠與諸如位于相應小區(qū)扇區(qū)2中的移動電話的移動站(MS)通信。
在一個GSM(全球移動通信系統(tǒng))網(wǎng)絡的環(huán)境中描述了本實施例。在GSM系統(tǒng)中，使用頻/時分多址F/TDMA系統(tǒng)。以脈沖串的方式在BTS 4和MS之間發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)脈沖串包含一個是已知數(shù)據(jù)序列的訓練序列。下面將描述訓練序列的目的。通過指定頻段內(nèi)的一個預定時隙在該頻段中發(fā)送各個數(shù)據(jù)脈沖串。使用一個定向天線陣列允許實現(xiàn)空分多址。這樣，在本發(fā)明的實施例中，將通過指定頻段，指定時隙和指定方向發(fā)送各個數(shù)據(jù)脈沖串?？梢葬槍νㄟ^指定頻段，指定時隙和指定方向發(fā)送的指定數(shù)據(jù)脈沖串定義一個相關的信道。如下所述，在本發(fā)明的某些實施例中，通過相同頻段，相同時隙但兩個不同的方向發(fā)送相同的數(shù)據(jù)脈沖串。
圖2示出了一個用作收發(fā)器的BTS 4的一個天線陣列6的結構圖。應當理解圖2所示的陣列6只服務于圖1所示的三個小區(qū)扇區(qū)2中的一個。另兩個天線陣列6為其它兩個小區(qū)扇區(qū)2服務。天線陣列6具有8個天線單元a1...a8。各個天線單元a1...a8之間的間隔為半個波長，并且沿著一個垂直線排列成一行。各個天線單元a1...a8被用來發(fā)送和接收信號，并且可以具有任意合適的結構。各個天線單元a1...a8可以是一個偶極子天線，補片天線或任意其它合適的天線。8個天線單元a1...a8共同定義了一個相陣控天線6。
眾所周知，相陣控天線6的各個天線單元a1...a8被提供了要發(fā)送到一個移動站MS的相同信號。但被提供給相應天線單元a1...a8的信號的相位被彼此偏移開。被提供給相應天線單元a1...a8的信號之間的相位差產(chǎn)生了一個定向發(fā)射模式。這樣，來自BTS 4的信號只可以沿著某些方向在與陣列6相關的小區(qū)扇區(qū)2中發(fā)送。陣列6實現(xiàn)的定向發(fā)射模式是彼此相位偏移并且由各個天線單元a1...a8發(fā)送的信號之間出現(xiàn)的相長干擾和相消干擾的結果。在這點上，參照圖3，該解了通過天線陣列6實現(xiàn)的定向發(fā)射模式?？梢钥刂铺炀€陣列6在圖3圖解的8個方向中任意一個方向上提供一個射束b1...b8。例如，可以控制天線陣列6只在射束b5或b6的方向上向一個MS發(fā)送信號。如下所述，也可以控制天線陣列6同時在多于一個的射束方向上發(fā)送信號。例如，可以在射束b5和b6定義的兩個方向上發(fā)送信號。圖3只是可以通過天線陣列6實現(xiàn)的8個可能的射束方向的結構表示。但實際上，在相鄰射束之間會有重疊以保證天線陣列6為所有的小區(qū)扇區(qū)2提供服務。
由一個Butler矩陣電路8控制各個天線單元a1...a8上提供的信號的相對相位，使得能夠沿著期望的射束方向發(fā)送信號。這樣Butler矩陣電路8提供了一個相位偏移功能。Butler矩陣電路8具有8個來自BTS4的輸入10a-h和8個輸出，其中每個輸出均被輸出到各個天線單元a1...a8。各個輸入10a-h接收的信號包括要發(fā)送的數(shù)據(jù)脈沖串。8個輸入10a-h均表示可以發(fā)送指定數(shù)據(jù)脈沖串的射束方向。例如，當Butler矩陣電路8在第一輸入10a上接收一個信號時，Butler矩陣電路8以要求的相位差把輸入10a上的信號提供給各個天線單元a1...a8以產(chǎn)生射束b1，從而在射束b1的方向上發(fā)送數(shù)據(jù)脈沖串。類似地，在輸入10b上提供的信號導致在射束b2的方向上產(chǎn)生一個射束，等等。
如上所述，天線陣列6的天線單元a1...a8從一個MS接收信號并且向一個MS發(fā)送信號。一個MS發(fā)送的信號通常會被8個天線單元a1...a8接收到。但在各個天線單元a1...a8接收的各個信號之間會有一個相位差。因而Butler矩陣電路8能夠根據(jù)各個天線單元a1...a8接收的信號的相對相位確定已經(jīng)接收信號的射束方向。因而Butler矩陣電路8具有8個輸入，對于各個天線單元接收的信號，均有一個來自天線單元a1...a8的輸入。Butler矩陣電路8也具有8個輸出14a-h。各個輸出14a-14h均對應于一個可以接收指定數(shù)據(jù)脈沖串的特定射束方向。例如，如果天線陣列6在射束b1的方向上從一個MS接收到一個信號，則Butler矩陣電路8會在輸出14a上輸出接收信號。在射束b2的方向上接收的信號會導致在輸出14b上從Butler矩陣電路8輸出接收信號，等等?？傊珺utler矩陣電路8會在天線單元a1...a8上接收相同信號的8個彼此偏移的版本。根據(jù)相對相位偏移，Butler矩陣電路8確定已經(jīng)接收上述接收信號的方向并且根據(jù)已經(jīng)接收信號的方向在一個指定輸出14a-h上輸出一個信號。
應當理解在某些環(huán)境下，由于信號反射來自一個MS的單獨信號或數(shù)據(jù)脈沖串看起來可以來自多于一個的射束方向，同時在MS和BTS 4之間傳遞，假定反射具有相對較寬的擴展角度。Butler矩陣電路8會在各個輸出14a-h上提供一個信號，而各個輸出對應于出現(xiàn)指定信號或數(shù)據(jù)脈沖串的各個射束方向。這樣，可以在Butler矩陣電路8的多于一個的輸出14a-h上提供相同的數(shù)據(jù)脈沖串。但各個輸出14a-h上的信號彼此之間可以有時間延遲。
Butler矩陣電路8的各個輸出14a-h被連接到一個相應的放大接收信號的放大器16的輸入上。為Butler矩陣電路8的每個輸出14a-h提供一個放大器16。接著由一個相應的處理器18處理放大信號，該處理器處理放大信號以便把接收信號的頻率減少到基帶頻率，使得BTS 4能夠處理該信號。為此，處理器18從輸入信號中清除載波頻率分量。并且，為Butler矩陣電路8的每個輸出14a-h提供一個處理器18。接著通過一個模數(shù)(A/D)轉換器20把具有模擬形式的接收信號轉換成數(shù)字信號。提供8個A/D轉換器20，Butler矩陣電路8的每個輸出14a-h均有一個。接著通過相應的輸入19a-h把數(shù)字信號輸入到一個數(shù)字信號處理器21進行后續(xù)的處理。
數(shù)字信號處理器21也有8個輸出22a-h，每個輸出均輸出一個表示要被發(fā)送到一個指定MS的信號的數(shù)字信號。所選擇的輸出22a-h表示要發(fā)送信號的射束方向。該數(shù)字信號被一個數(shù)模(D/A)轉換器23轉換成模擬信號。為數(shù)字信號處理器21的每個輸出22a-h均提供一個數(shù)模轉換器23。接著處理器24處理模擬信號，該處理器是一個把要發(fā)送的模擬信號調(diào)制到載波頻率上的調(diào)制器。在處理器24處理信號之前，信號處于基帶頻率上。接著一個放大器26對所產(chǎn)生的信號進行放大并且傳遞到Butler矩陣電路8的相應輸入10a-h上。為數(shù)字信號處理器21的每個輸出22a-h均提供一個處理器24和一個放大器26。
現(xiàn)在參照圖解數(shù)字信號處理器21的圖4。應當理解，圖4中圖解的各個模塊不必對應于體現(xiàn)本發(fā)明的一個實際數(shù)字信號處理器21的各個單元。具體地，圖4中圖解的各個模塊對應于數(shù)字信號處理器21所執(zhí)行的各種功能。在本發(fā)明的一個實施例中，通過集成電路至少部分實現(xiàn)了數(shù)字信號處理器21，并且相同單元可以執(zhí)行幾個功能。
數(shù)字信號處理器21在相應輸入19a-h上接收的各個信號被輸入到相應的信道脈沖響應(CIR)估測器模塊30。CIR估測器模塊30包含存儲接收信號的存儲容量和存儲估測的信道脈沖響應的存儲容量。信道脈沖響應估測器模塊30被用來估測相應輸入19a-h的信道的信道脈沖響應。如上所述，針對通過選定的頻段，分配的時隙和接收信號的射束方向發(fā)送的指定數(shù)據(jù)脈沖串可以定義一個相關的信道。Butler矩陣電路8確定接收信號的射束方向，使得在數(shù)字信號處理器的輸入19a上接收的信號主要表示已經(jīng)從射束b1的方向接收的信號，等等。應當理解，在指定輸入上接收的信號也可以包含在相鄰輸入上接收的信號的邊瓣。
從移動站MS發(fā)送到BTS 4的各個數(shù)據(jù)脈沖串包含一個訓練序列TS。但BTS 4接收的訓練序列TSRX因噪聲和多路徑效應而被畸變，其中多路徑效應在訓練序列的相鄰位之間產(chǎn)生干擾。后一種干擾被稱作符號間干擾。TSRX也受到其它移動站的干擾的影響，例如位于其它小區(qū)或小區(qū)扇區(qū)，使用會導致聯(lián)合信道干擾的相同頻率的移動站?？梢岳斫?，來自MS的指定信號會沿著多于一個的路徑到達BTS，并且天線陣列6會從一個指定方向上檢測到指定信號的多于一個的版本。CIR估測器模塊30把從輸入19a接收訓練序列TSRX與存儲在一個數(shù)據(jù)存儲器32中的參考訓練序列TSREF進行交叉相關處理。參考訓練序列TSREF與移動站最初發(fā)送的訓練序列相同。實際上接收訓練序列TSRX是一個被調(diào)制到載波頻率的信號，而參考訓練序列TSREF在數(shù)據(jù)存儲器32中被存儲成一個位序列。相應地，在進行交叉相關之前，對存儲的參考訓練序列進行類似的調(diào)制。換言之，把BTS4接收畸變訓練序列與訓練序列的未畸變版本進行相關處理。在本發(fā)明的一個可選實施例中，在用參考訓練序列對其進行相關處理之前對接收訓練序列進行解調(diào)。在這種情況下，參考訓練序列會再次與正接收訓練序列具有相同的形式。換言之，參考訓練序列未被調(diào)制。
參考訓練序列TSREF和接收訓練序列TSRX均具有對應于L個數(shù)據(jù)位的長度L，并且可以是26個位。接收訓練序列TSRX在已分配時隙中的確切位置可以是不確定的。這是由于移動站MS與BTS4之間的距離會影響到MS發(fā)送的數(shù)據(jù)脈沖串在已分配時隙中的位置。例如，如果一個移動站MS距離BTS 4相對較遠，那么與移動站MS距離BTS 4較近的情況相比，訓練序列會出現(xiàn)在已分配時隙中較后的位置上。
考慮到接收訓練序列TSRX在已分配的時隙中的位置的不確定性，使用參考訓練序列TSREF對接收訓練序列TSRX進行n次相關處理。通常，n可以是7或9。n最好是一個奇數(shù)。n次相關通常會在最大獲取相關的兩邊上進行。接收訓練序列TSRX針對參考訓練序列TSREF的相對位置被偏移了各個連續(xù)相關之間的一個位置。各個位置等價于訓練序列中的一位并且表示一個延遲段。接收訓練序列TSRX與參考訓練序列TSREF各個單獨的相關產(chǎn)生一個表示該相關的信道脈沖響應的抽頭。n個單獨的相關產(chǎn)生一個具有n個值的抽頭序列。
現(xiàn)在參照圖5，該圖示出了對應于8個空間方向的8個可能的信道中4個信道的信道脈沖響應。換言之，圖5示出了對應于在8個射束方向中4個方向上從移動站接收的一個指定數(shù)據(jù)脈沖串的4個信道的信道脈沖響應，數(shù)據(jù)脈沖串處于指定的頻段和時隙上。各個圖例的x軸是對時間延遲的測量，而y軸是對相對功率的測量。圖中標出的各個連線(或抽頭)表示所接收的，對應于指定相關延遲的多路徑信號。各個圖例具有n個連線或抽頭，其中一個抽頭對應于各個相關。
根據(jù)估測的信道脈沖響應，可以確定訓練序列在已分配時隙中的位置。當?shù)玫浇邮沼柧毿蛄蠺SRX和參考訓練序列TSREF之間的最優(yōu)相關時會得到最大抽頭值。
針對各個信道，CIR估測器模塊30還確定出5個(或任意其它的合適數(shù)量)給出最大能量的連續(xù)抽頭。按照下面的方式計算一個指定信道的最大能量E=Σj=15(hj)2]]>其中h表示通過接收訓練序列TSRX和參考訓練序列TSREF的交叉相關得到的抽頭振幅。CIR估測器模塊30通過使用一種滑窗技術估測指定信道的最大能量。換言之，CIR估測器模塊30每次考慮5個相鄰的值并且根據(jù)這5個值計算出能量。選擇給定最大能量的5個相鄰值表示該信道的脈沖響應。
能量可以被看作是對BTS 4在一個指定方向上接收的來自一個指定MS的期望信號的相對強度的測量。針對所有8個信道執(zhí)行該過程，這些信道表示可以接收相同數(shù)據(jù)脈沖串的8個不同方向。以最大能量接收的信號所經(jīng)過的路徑對該信號的衰減最小。
提供一個分析模塊34，該模塊存儲CIR估測器模塊30根據(jù)5個相鄰值針對相應信道計算出的最大能量，而CIR估測器模塊30選擇這5個相鄰值表示信道脈沖響應。分析模塊34也可以分析CIR估測器模塊30確定的信道脈沖響應以便確定出最小延遲。該延遲是對接收訓練序列TSRX在已分配時隙中的位置的測量，因而是對信號在移動站和BTS 4之間傳播距離的相對測量。具有最小延遲的信道具有穿過最短距離的信號。在某些情況下這個最短距離可以表示移動站MS和BTS 4之間的直射路徑的線路。
分析模塊34被用來確定窗口的開始位置，該窗口確定五個提供最大能量的值。接著根據(jù)一個參考點和窗口開始之間的時間確定時間延遲。該參考點可以是各個分支中的所有接收訓練序列開始被相關的公共時間，該時間對應于所有分支的最早窗口邊緣或一個類似的公共點。為了精確比較不同信道的各種延遲，采用一個公共的定時比例，該比例取決于BTS 4為了控制操作的TDMA模式而提供的同步信號。換言之，接收訓練序列TSRX在已分配時隙中的位置是對時間延遲的測量。應當理解，在已知的GSM系統(tǒng)中，為了提供定時超前信息計算出一個指定信道的延遲。定時超前信息被用來保證移動站發(fā)送到BTS的信號落在為其分配的時隙內(nèi)?？梢愿鶕?jù)計算的相對延遲和當前定時超前信息確定出定時超前信息。如果移動站遠離基站，則BTS會指示MS在某個時間發(fā)送其數(shù)據(jù)脈沖串，該時間比在移動站MS更接近BTS的情況下發(fā)送數(shù)據(jù)脈沖串的時間更早。
各個分析模塊34得出的分析結果被輸入到一個確定期望接收指定數(shù)據(jù)脈沖串的方向的射束選擇控制模塊36。這個期望方向可以是接收到具有最大強度信號的射束方向，或者可選的，可以是首先接收到數(shù)據(jù)脈沖串的方向。接著射束選擇模塊36存儲該射束方向并且針對從移動站接收的下一個脈沖串執(zhí)行相同的步驟。如果兩個確定射束方向在兩個連續(xù)數(shù)據(jù)脈沖串中相同，則在該確定射束方向上發(fā)送從BTS到MS的信號。在一個最優(yōu)實施例中，控制基收發(fā)器站以便在普通環(huán)境中只在一個單獨的射束方向上向MS發(fā)送信號。但如果接收第一和第二連續(xù)脈沖串的射束方向不同，則BTS會在接收第二信號的方向和接收第一信號的方向上向MS發(fā)送下一個信號。
如果BTS接收第一信號的射束方向與接收第二數(shù)據(jù)脈沖串的射束方向不相鄰，則也在插入射束方向上發(fā)送BTS所發(fā)送的信號。例如，如果確定第一脈沖串來自射束b1的方向并且第二脈沖串來自射束b3的方向，則基站會在射束b1，b2，和b3的方向上向移動站發(fā)送信號。
現(xiàn)在參照圖6a-h和7a-h，其中圖解了本發(fā)明實施例使用的原理。圖6a-h圖解了接收一個移動站發(fā)送到基站的8個連續(xù)數(shù)據(jù)脈沖串的射束方向。
可選地，圖6圖解的射束方向可以被認為是在只應為各個數(shù)據(jù)脈沖串選擇一個單獨的射束方向的情況下，應當為BTS發(fā)送到MS的連續(xù)數(shù)據(jù)脈沖串選擇的射束方向。來自移動站MS的第一和第二數(shù)據(jù)脈沖串被期望來自射束b3的方向。第三和第四數(shù)據(jù)脈沖串被期望來自射束b4的方向。第五和第六數(shù)據(jù)脈沖串被期望來自射束b3的方向，第七數(shù)據(jù)脈沖串被期望來自射束b5的方向。
圖7a-h中示出了BTS向MS發(fā)送8個連續(xù)數(shù)據(jù)脈沖串的射束方向。由于期望從射束b3的方向上接收來自移動站的第一和第二信號，所以BTS 4均在射束b3的方向上向移動站發(fā)送第一和第二數(shù)據(jù)脈沖串。但由于期望分別從射束b3和射束b4的方向上接收來自移動站的第二和第三脈沖串，所以BTS在射束b3和射束b4的方向上向移動站發(fā)送第三脈沖串。期望從相同的射束方向，即射束b4的方向上接收來自移動站的第三和第四脈沖串。相應地，BTS 4只在射束b4的方向上發(fā)送第四脈沖串。在射束b4的方向上接收BTS接收的第四脈沖串，并且BTS 4在射束b3的方向上接收第五脈沖串。這樣，BTS在射束b3和射束b4的方向上發(fā)送第五脈沖串。期望從射束b3的方向上接收BTS接收的第六脈沖串，期望從射束b5的方向上接收BTS接收的第七脈沖串。相應地，在射束b3和射束b5的方向上和插入射束，即射束b4的方向上向MS發(fā)送第七脈沖串。最后，由于BTS 4期望分別從射束b5和射束b3的方向上接收來第七和第八脈沖串，所以BTS在射束b3，b4和b5的方向上發(fā)送第八脈沖串。
在上述實施例的一個修改中，分別從兩個不同的方向接收兩個連續(xù)的數(shù)據(jù)脈沖串，BTS將會在這兩個不同方向和任何插入方向上向MS發(fā)送連續(xù)N個脈沖串。N可以是任意合適的脈沖串數(shù)量，例如3或4。
可以發(fā)現(xiàn)上述方法非常適用于BTS和MS之間的距離大于一個指定距離的情況。這個距離很大程度上取決于本地環(huán)境，但可以大于大約0.5km。如果移動站與BTS的距離小于0.5km，則通過一個較寬的擴展角度發(fā)送到達MS的信號。這涉及到選擇若干個可能的射束方向，例如4個或更多的方向。通常，在選擇較多的射束時用于各個射束的功率電平會較低。
一種確定MS和BTS之間的距離的方式是根據(jù)提供對BTS 4和MS之間距離的測量的定時超前信息。由于給出相當精確的結果，所以在本發(fā)明的某些實施例中這第一個方法是最優(yōu)的?？蛇x地，BTS接收信號的擴展角度可以被用作對MS和BTS之間距離的測量。當BTS和MS之間的距離大于臨界距離時，從MS接收的多數(shù)能量分布在一個，兩個或三個射束上。但當BTS和MS之間的距離小于臨界距離時，接收的期望能量分布在數(shù)量更多的射束上。為了確定擴展角度，射束選擇控制模塊36比較從指定信號的各個可能的射束方向上獲得的信道脈沖響應。如果多數(shù)接收能量分布在三個或更少的射束方向上，則假定BTS和MS之間的距離大于臨界距離?？蛇x地，如果多數(shù)接收能量來自四個或更多的射束方向上，則假定BTS和MS之間的距離小于臨界距離。
相應地，在本發(fā)明的實施例中，使用兩個從MS接收的前導信號確定向MS發(fā)送信號的方向或各個方向的方式只可以被用在MS和BTS 4之間的距離大于臨界距離的情況下。當MS和BTS 4之間的距離小于臨界距離時，BTS 4會通過相對較多的射束方向向MS發(fā)送信號。當通過相對較寬的擴展角度發(fā)送時使用的功率電平通常會小于當MS和BTS 4之間的距離大于臨界距離時在射束或各個射束上使用的功率電平。通過射束選擇模塊36選擇所需的功率電平。
產(chǎn)生模塊38負責產(chǎn)生要從數(shù)字信號處理器21輸出的信號。產(chǎn)生模塊38具有一個表示要發(fā)送到移動站MS的話音和/或信息的輸入40。產(chǎn)生模塊38負責對發(fā)送到移動站MS的話音或信息進行編碼，并且在信號中包含一個訓練序列和一個同步序列。模塊38還負責產(chǎn)生調(diào)制信號。根據(jù)產(chǎn)生的信號和確定出的射束方向，產(chǎn)生模塊38在數(shù)字信號處理器21的相應輸出22a-h上提供信號。產(chǎn)生模塊38還提供一個輸出50，該輸出被用來控制放大器24所提供的放大，從而保證主要和輔助射束方向上的信號具有要求的功率電平。
信道脈沖響應模塊30的輸出也被用來均衡和匹配從移動站MS接收的信號。具體地，匹配濾波器(MF)和均衡器模塊42可以消除或減輕接收信號中由多路徑傳播產(chǎn)生的符號間干擾的效應。應當理解，匹配濾波器(MF)和均衡器模塊具有一個接收來自MS的接收信號的輸入(未示出)。負責恢復MS發(fā)送的話音和/或信息的恢復模塊44接收各個模塊42的輸出。恢復模塊完成的步驟包含對信號進行解調(diào)和解碼。恢復出的話音或信息被輸出到輸出48上。
應當理解，雖然已經(jīng)在GSM蜂窩通信網(wǎng)絡中實現(xiàn)了上述實施例，但本發(fā)明還可以被用于其它的數(shù)字蜂窩通信網(wǎng)絡和模擬蜂窩網(wǎng)絡。上述實施例使用了具有8個單元的定相陣列。陣列當然可以具有任意數(shù)量的單元?？蛇x地，定相陣列可以被離散定向天線取代，每個天線均在一個指定方向上發(fā)射射束。在需要的情況下，Butler矩陣電路可以被任意其它合適的移相電路取代。Butler矩陣電路是一個模擬射束生成器。當然可以使用一個數(shù)字射束生成器DBF或任何其它合適類型的模擬射束生成器。根據(jù)提供給各個單元的信號，即使在只有8個單元的情況下，也可以控制陣列產(chǎn)生多于8個的射束。
也可以提供多個定相陣列。定相陣列可以提供不同數(shù)量的射束。當需要一個較寬的擴展角度時，使用具有較少數(shù)量的單元的陣列，當需要一個相對較窄的射束時，使用具有較大數(shù)量的單元的陣列。
可以理解，上述實施例被描述成從Butler矩陣電路提供8個輸出。應當理解，實際上在Butler矩陣的各個輸出上會同時輸出若干個不同的信道。那些信道可以有不同的頻段。在相應的輸出上還會提供不同時隙的信道。雖然前面描述了單獨的放大器，處理器，模數(shù)轉換器和數(shù)模轉換器，實際上可以通過一個具有多個輸入和輸出的單獨單元提供上述所有的部件。
應當理解本發(fā)明的實施例具有不僅限于蜂窩通信網(wǎng)的應用。例如，本發(fā)明的實施例可以被用在任何需要定向無線通信的環(huán)境中。例如，可以在PMR(專用無線網(wǎng)絡)或類似的網(wǎng)絡中使用該技術。
針對兩個連續(xù)的信號不需要確定接收兩個連續(xù)信號的方向。例如，可以每N個脈沖串確定一次期望接收一個數(shù)據(jù)脈沖串的方向，其中N是一個指定整數(shù)。例如，BTS可以確定從MS接收一個第一脈沖串的方向和接收第三脈沖串的方向。如果這兩個方向不同，則BTS會在這兩個方向上發(fā)送信號。
類似地，第一站點發(fā)送信號的方向不會立即響應從MS接收的前導通信數(shù)據(jù)脈沖串。在某些實施例中，BTS可以根據(jù)前面從MS接收的一或多個數(shù)據(jù)脈沖串構成的順序通信數(shù)據(jù)脈沖串選擇用于發(fā)送的不同射束方向。
本發(fā)明的實施例可以具有不僅限于蜂窩通信網(wǎng)的應用。例如，本發(fā)明的實施例可以被用在任何需要定向無線通信的環(huán)境中。例如，可以在PRN(專用無線網(wǎng)絡)或類似的網(wǎng)絡中使用該技術。
權利要求
1.一個在移動通信網(wǎng)絡的第一站點和第二站點之間進行定向無線通信的方法，該方法包括的步驟有在上述第一站點識別從上述第二站點發(fā)送的通信數(shù)據(jù)的連續(xù)脈沖串；根據(jù)多個相鄰射束方向確定第一站點接收順序通信數(shù)據(jù)脈沖串的相應射束方向；有選擇地選擇一或多個把信號從上述第一站點發(fā)送到上述第二站點的上述射束方向，使得當確定第一站點從兩個不同射束方向接收到順序通信數(shù)據(jù)脈沖串時，同時選擇上述兩個不同射束方向把上述信號從上述第一站點發(fā)送到上述第二站點。
2.如權利要求1所述的方法，其中當上述兩個不同射束方向不相鄰時，在上述兩個不同方向和另外的插入射束方向上從第一站點向上述第二站點發(fā)送信號。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中上述第一和第二射束方向被用于預定多個從上述第一站點發(fā)送的連續(xù)信號。
4.如權利要求1，2或3所述的方法，其中接收各個順序數(shù)據(jù)脈沖串的確定方向被定義成接收到最強信號的射束方向。
5.如權利要求1，2或3所述的方法，其中接收各個順序數(shù)據(jù)脈沖串的確定方向被定義成接收到經(jīng)過最短路徑的信號的射束方向。
6.如前面任何權利要求所述的方法，其中包括一個監(jiān)視一個表示第一和第二站點之間的距離的距離參數(shù)的步驟，其中如果第一和第二站點之間的距離小于一個預定值，不管接收第一和第二信號的方向如何，以一個相對較寬的擴展角度向上述第二站點發(fā)送信號。
7.如權利要求6所述的方法，其中如果上述第一和第二站點之間的距離小于上述預定值，通過相對較低的功率向上述第二站點發(fā)送信號，如果距離大于上述預定值，通過較高的功率發(fā)送信號。
8.在移動通信網(wǎng)絡中與一個第二移動站進行定向無線通信的一個第一站點，上述裝置包括識別從上述第二站點發(fā)送的通信數(shù)據(jù)的連續(xù)脈沖串的識別裝置；根據(jù)多個相鄰射束方向確定上述第一站點接收順序通信數(shù)據(jù)脈沖串的相應射束方向的確定裝置；向上述第二站點發(fā)送信號的發(fā)送器裝置；控制裝置，該裝置選擇一或多個把信號從第一站點發(fā)送到第二站點的上述射束方向，使得當確定第一站點從兩個不同射束方向接收到順序通信數(shù)據(jù)脈沖串時，上述控制裝置同時選擇上述兩個不同射束方向以便發(fā)送器發(fā)送上述信號。
9.如權利要求8所述的第一站點，其中上述控制裝置被用來在上述兩個不同射束方向不相鄰時控制發(fā)送器在上述兩個不同方向和另外的插入射束方向上發(fā)送通信數(shù)據(jù)。
10.如權利要求8或9所述的第一站點，其中控制裝置被用來控制發(fā)送器裝置在上述第一和第二射束方向上發(fā)送預定多個連續(xù)信號。
11.如權利要求1至7所述的方法，其中上述網(wǎng)絡是一個蜂窩通信網(wǎng)絡并且上述第一站點是一個基收發(fā)器站。
全文摘要
在一個第一站點和一個第二站點之間進行定向無線通信的方法和移動通信網(wǎng)絡包括下述步驟。在第一站點識別從第二站點發(fā)送的連續(xù)通信數(shù)據(jù)脈沖串。根據(jù)多個相鄰射束方向確定第一站點接收順序通信數(shù)據(jù)脈沖串的相應射束方向。選擇一或多個從第一站點向第二站點發(fā)送信號的射束方向,使得在確定第一站點從兩個不同射束方向接收到順序通信數(shù)據(jù)脈沖串時,同時選擇兩個不同的射束方向從第一站點向第二站點發(fā)送信號。
文檔編號H04W16/28GK1246206SQ97181796
公開日2000年3月1日 申請日期1997年2月13日 優(yōu)先權日1997年2月13日
發(fā)明者馬庫斯·卡茨 申請人:諾基亞電信公司