專利名稱：定向無線電通信的方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及定向無線電通信的一種方法與設(shè)備，其中第一站與第二站之間的信號只能在一定的方向中發(fā)送。特別是，而且毫無例外地，本發(fā)明適用于采用空分多址的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)。
利用當(dāng)前已實施的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)，提供一個基本的發(fā)送接收機(jī)站(BTS)，發(fā)送指定給于一個給定的移動站(MS)的信號，該移動站可以是由該基本發(fā)送接收機(jī)站服務(wù)的一個移動電話，整個一個蜂窩或蜂窩扇區(qū)。然而，現(xiàn)在已經(jīng)提出空分多址(SDMA)系統(tǒng)。在一個空分多址系統(tǒng)中，基本發(fā)送接收機(jī)站將不把指定給于一個給定的移動站的信號發(fā)送到整個蜂窩或蜂窩扇區(qū)，而是只在從移動站接收到信號的波束方向中發(fā)送信號。SDMA系統(tǒng)也允許基本發(fā)送接收機(jī)站確定從移動站接收到的信號的方向。
SDMA系統(tǒng)對于已有的系統(tǒng)可以有許多優(yōu)點。特別是，因為由BTS發(fā)送的波束可只在特定的方向中發(fā)射，因此可以是相對地窄，發(fā)送接收機(jī)的功率可被集中在窄的波束中?？梢韵嘈?，這導(dǎo)致了良好的信號噪聲比，無論是從基本發(fā)送接收機(jī)站發(fā)送信號還是由基本發(fā)送接收機(jī)站接收信號。因此，作為基本發(fā)送接收機(jī)站定向性的一個結(jié)果，實現(xiàn)了由基本發(fā)送接收機(jī)站接收到的信號的信號干擾比方面的改善。而且，在發(fā)射方向中，BTS的定向性使得能量能夠集中到窄的波束中，因而由BTS發(fā)送的信號能夠用比通常的BTS所需的較低的功率水平達(dá)到遠(yuǎn)處的移動站。這樣可使移動站能夠在離基本發(fā)送接收機(jī)站較遠(yuǎn)的距離處成功地運(yùn)行，這就意味著蜂窩網(wǎng)絡(luò)中每個蜂窩或蜂窩扇區(qū)的尺寸可以增加。作為較大蜂窩尺寸的結(jié)果，所需基站的數(shù)目也可減少，導(dǎo)致較低的網(wǎng)絡(luò)成本。SDMA系統(tǒng)一般需要許多天線部件，以便取得信號可以發(fā)送與接收的所需的許多不同的波束方向。許多天線部件的提供增加了BTS對接收信號的靈敏度。這意味著較大的蜂窩尺寸未給BTS從移動站接收信號帶來不良影響。
SDMA系統(tǒng)還可以增加系統(tǒng)的容量，也就是可以同時由系統(tǒng)支持的移動站的數(shù)目被增加，這是由于通信的定向性質(zhì)，意味著BTS將檢測到較少來自采用相同頻率的其它蜂窩中的移動站的干擾。當(dāng)與一個有關(guān)的蜂窩中給定的MS通信時，BTS將對采用相同頻率的其它蜂窩中的其它移動站產(chǎn)生較少干擾。
最后，可以相信，SMDA系統(tǒng)將使相同的頻率可同時用于發(fā)送到位于相同蜂窩不同位置處的兩個或甚至多個不同的移動站，這可以使可由蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳送的通信量大大地增加。
SDMA系統(tǒng)可以在模擬與數(shù)字的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中實施，也可并入各種已有的標(biāo)準(zhǔn)中，例如GSM,DCS1800,TACS,AMPS和NMT。SDMA系統(tǒng)也可與其它已有的多址技術(shù)，例如時分多址(TDMA)，碼分多址(CDMA)與頻分多址(FDMA)技術(shù)一道使用。
采用SDMA系統(tǒng)的一個問題是信號發(fā)送到移動站的方向需要被確定。在某些環(huán)境中，相對窄的波束將被用來發(fā)送信號從基本發(fā)送接收機(jī)站到移動站。因此，移動站的方向需要被適當(dāng)精確地確定。正如已知的那樣，來自移動站的信號一般將沿著幾個路徑到達(dá)BTS。這許多路徑通常稱為多徑。由于這種多徑效應(yīng)，由移動站發(fā)送的一個給定的信號可由基本發(fā)送接收機(jī)站從多于一個方向接收到。
另外一個問題是由BTS發(fā)送到移動站的信號的方向是根據(jù)由BTS從移動站接收到的上行信號確定的?？墒牵瑥囊苿诱景l(fā)送到BTS的上行信號的頻率是與由BTS發(fā)送到移動站的信號所用的頻率是不同的。在上行與下行信號中所使用的頻率不同意味著在上行方向中通道的特性可以與下行方向中通道的特性不同。因此，為上行信號確定的最佳方向?qū)⒉灰欢ㄊ窍滦行盘柕淖罴逊较颉?br> 因而本發(fā)明某些實施方案的目的是解決這些難處。
依據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種在移動通信網(wǎng)絡(luò)中第一站與第二移動站之間定向無線電通信的方法，所述的方法包括以下步驟在第一站接收由第二站發(fā)送的通信數(shù)據(jù)，其中通信數(shù)據(jù)可通過一個或多個信號路徑傳播并作為一組來自一個或多個不同波束方向的信號被接收；確定第一波束方向，相應(yīng)于由所述的第一站從代表所述的信號路徑中最短的一條接收到的所述信號中第一個信號的波束方向，確定第二波束方向，相應(yīng)于所述的信號中具有最大信號強(qiáng)度的一個信號接收到的波束方向；和在所述的第一與第二兩個波束方向中從所述的第一站發(fā)送通信數(shù)據(jù)到所述的第二站，其中第一與第二波束方向是不同的。
通過在第一與第二兩個波束方向中發(fā)送通信數(shù)據(jù)，信號從第一站到達(dá)第二站的概率被增加。優(yōu)選的做法是，本方法包括在第一站為發(fā)送一個輻射波束規(guī)定許多波束方向的步驟，其中每個波束方向是可單獨選取的。
在確定步驟中，第一與第二波束方向中至少一個是由各自的通道脈沖響應(yīng)確定的，可為所述的信號組中每一個確定通道脈沖響應(yīng)。然后，所確定的通道脈沖響應(yīng)可被比較以確定所述的第一與第二波束方向中至少一個方向。
通道脈沖響應(yīng)可通過在第一站接收到的每個信號中通信數(shù)據(jù)的已知部分與該已知部分的參照原型相關(guān)來確定。
本方法可以包括監(jiān)測代表第一與第二站之間距離的距離參數(shù)的步驟，由此，如果第一站與第二站之間的距離小于預(yù)先規(guī)定的值，要發(fā)送到第二站的通信數(shù)據(jù)在許多波束方向上從第一站發(fā)送到第二站。
最好的做法是，如果第一與第二站之間的距離小于預(yù)先規(guī)定的值，通信數(shù)據(jù)在相對低的功率水平上發(fā)送到第二站，如果該距離大于預(yù)先規(guī)定的值，通信數(shù)據(jù)在較高功率水平上發(fā)送。因此，利用本發(fā)明的實施方案，如果第一與第二站之間的距離大于臨界距離，則通信數(shù)據(jù)將利用相對少的數(shù)量的波束以相對高的功率在第一與第二波束方向中發(fā)送。相反，如果第一與第二站之間的距離小于預(yù)先規(guī)定的距離，則通信數(shù)據(jù)在許多波束方向中從第一發(fā)送到第二站，以便取得寬的角展度，在后面的情況下，在許多波束方向上發(fā)送的通信數(shù)據(jù)的功率水平將是相對低的。應(yīng)該明白，通過采用低功率，道間干擾的風(fēng)險被降低了。
依據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種在通信網(wǎng)絡(luò)中第一站與第二站之間定向無線電通信的方法，所述的方法包括以下步驟在第一站接收由所述的第二站發(fā)送的第一信號，所述的第一信號是從一個或多個不同波束方向接收到的；確定第一波束方向，相應(yīng)于由所述的第一站首先接收到所述的第一信號的波束方向，確定第二波束方向，相應(yīng)于具有最大信號強(qiáng)度的第一信號被接收到的波束方向；和在所述的第一與所述的第二波束方向中從所述的第一站發(fā)送信號到所述的第二站。
依據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種第一站，用于在移動無線電網(wǎng)絡(luò)中與第二移動站進(jìn)行定向無線電通信，該第一站包括；接收機(jī)裝置，用于接收由所述的第二站發(fā)送的通信數(shù)據(jù)，其中通信數(shù)據(jù)可以通過一個或多個信號路徑傳播并作為一組來自一個或多個不同波束方向的信號被接收。
確定裝置，用于確定第一波束方向，相應(yīng)于由所述的站接收到的所述信號中第一個信號的波束方向，代表所述的信號路徑中最短的一條，確定第二波束方向，相應(yīng)于所述的具有最大信號強(qiáng)度的一個信號被接收到的波束方向；發(fā)射機(jī)裝置，用于發(fā)送通信數(shù)據(jù)到所述的第二站；和控制裝置，用于控制通信數(shù)據(jù)被發(fā)送的方向，其中當(dāng)所述的第一與第二波束方向是不同時，發(fā)射機(jī)裝置被控制裝置控制在第一與第二波束方向中發(fā)送通信數(shù)據(jù)。
發(fā)射機(jī)裝置最好安排為提供許多波束方向用于發(fā)送一個輻射波束，其中每個波束方向是可單獨地選取的。
發(fā)射機(jī)裝置可包括一個天線陣，在許多不同的方向中提供許多波束。天線陣可以是一個相控陣或可以是一種單獨的定向天線部件的陣。相同的天線陣也可用于接收信號。然而，可以理解，接收機(jī)裝置可以包括一個分開的天線陣。
應(yīng)該理解，本發(fā)明的實施方案尤其適用于第一站是一個基站的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)。然而，應(yīng)該明白本發(fā)明的實施方案也應(yīng)用在其它的定向無線電通信系統(tǒng)中。
為了更好地理解本發(fā)明以及如何實現(xiàn)，現(xiàn)將用舉例的方法參考以下的附圖，其中

圖1示出了一個基本發(fā)送接收機(jī)站(BTS)及其有關(guān)的蜂窩扇區(qū)的概貌；圖2示出了一個基本發(fā)送接收機(jī)站的天線陣的簡圖；圖3示出了由圖2的天線陣提供的波束圖型；圖4示出了圖2的數(shù)字信號處理器的概貌；和圖5示出從八個通道中取出的四個通道的通道脈沖響應(yīng)。
首先參考圖1，其中示出了組成蜂窩移動電話網(wǎng)絡(luò)中一個蜂窩的三個蜂窩扇區(qū)2。三個蜂窩扇區(qū)2由各自的基本發(fā)送接收機(jī)站(BTS)4提供服務(wù)。在相同的位置上提供三個分開的基本發(fā)送接收機(jī)站。每個BTS4有一個分開的發(fā)送接收機(jī)，發(fā)送與接收到達(dá)和來自三個扇區(qū)的蜂窩扇區(qū)2中各自的信號。因此，為每個蜂窩扇區(qū)2提供一個專用的基本發(fā)送接收機(jī)站。因而每個BTS4能夠與位于各自的蜂窩扇區(qū)2中的移動站(MS)，例如移動電話通信。
本實施方案被描述在GSM(全球移動通信系統(tǒng))網(wǎng)絡(luò)的范圍中。在GSM系統(tǒng)中，采用的是頻/時分多址F/TDMA系統(tǒng)，數(shù)據(jù)在BTS4和MS之間以脈沖群的形式發(fā)送。數(shù)據(jù)脈沖群包括一個培訓(xùn)序列，它是一種已知的數(shù)據(jù)序列。培訓(xùn)序列的目的將在本文以下描述。每個數(shù)據(jù)脈沖群是在一個給定的頻段中，在該頻段中的一個預(yù)先規(guī)定的時隙中發(fā)送，使用定向天線陣使得空分多址也能被實現(xiàn)。因此，在本發(fā)明的實施方案中，每個數(shù)據(jù)脈沖群將在給定的頻段中，在給定的時隙與方向中被發(fā)送。一個有關(guān)的通道可被規(guī)定用于一個在給定的頻率，給定的時隙及給定方向中發(fā)送的數(shù)據(jù)脈沖群。正如將在以下更詳細(xì)討論的那樣，在本發(fā)明的某些實施方案中，同樣的數(shù)據(jù)脈沖群在相同的頻段，相同的時隙但兩個不同的方向中被發(fā)送。
圖2示出了作為一個發(fā)送接收機(jī)的一個BTS4的天線陣6的概貌。應(yīng)該明白，在圖2中所示的陣6只為圖1中所示的三個蜂窩扇區(qū)2中的一個扇區(qū)服務(wù)。另外兩個天線陣6被提供來為其它兩個蜂窩扇區(qū)2服務(wù)。天線陣6有八個天線部件a1…a8，部件a1…a8被安排成在每個天線部件a1…a8之間有關(guān)波長的間隔并在水平行中排成一直線，每個天線部件a1…a8被安排來發(fā)送與接收信號并可以有任何合適的結(jié)構(gòu)。每個天線部件a1…a8可以是一個偶極子天線，一個Patch天線或任何其它合適的天線。八個天線部件a1…a8在一起組成一個相控陣天線6。
正如已知的那樣，相控陣天線6的每個天線部件a1…a8由要發(fā)送到移動站MS的相同的信號饋電。然而，饋電到各個天線部件a1…a8的信號相位是互相移開的。在饋電到各個天線部件a1…a8的信號之間相位關(guān)系中的差別產(chǎn)生了一個定向輻射圖型。因此，一個信號可以只在與陣6有關(guān)的蜂窩扇區(qū)2的某些方向中從BTS4發(fā)送。由陣6實現(xiàn)的定向輻射圖型是互相被移相并由每個天線部件a1…a8發(fā)送的信號之間產(chǎn)生的相長與相消干擾的結(jié)果。在這一點上，參考圖3，圖上示出了用天線陣6實現(xiàn)的定向輻射圖型。天線陣6可被控制用以提供在圖3中所示的八個方向中任何一個方向中的一個波束b1…b8例如，天線陣6可被控制成只在b5波束的方向中發(fā)送信號到MS或只在波束b6的方向中發(fā)送信號到MS。正如將在以下更詳細(xì)地討論的那樣，也可以控制天線陣6同時在多于一個波束方向中發(fā)送信號。例如，一個信號可以在由波束b5與波束b6所規(guī)定的兩個方向中發(fā)送。圖3只是用天線陣6可以實現(xiàn)的八個可能的波束方向的簡圖。然而，實際上，在鄰近波束之間有重迭，以保證天線陣6為所有的天線扇區(qū)2服務(wù)。
在每個天線部件a1…a8提供的信號的相對相位是由Butler矩陣電路8控制的，使得信號能夠在所希望的波束方向或方向中發(fā)送。因此Butler矩陣電路8提供一種相移功能。Butler矩陣電路8有八個來自BTS的輸入10a-h與八個輸出，每個天線部件a1…a8一個。由各個輸入10a-h接收到的信號包括要發(fā)送的數(shù)據(jù)脈沖群。八個輸入10a-h中每一個代表一個給定的數(shù)據(jù)脈沖群可能被發(fā)送的波束方向。例如，當(dāng)Butler矩陣電路8在第一輸入10a上接收到一個信號，Butler矩陣電路8將在輸入10a上所提供的信號帶上所需要的相位差加到每個天線部件a1…a8，產(chǎn)生需要產(chǎn)生的波束b1，使得數(shù)據(jù)脈沖群能在波束b1的方向中發(fā)送。同樣地，在輸入10b上產(chǎn)生一個需要產(chǎn)生波束b2的方向中波束，等等。
正如已經(jīng)討論過的那樣，天線陣6的天線部件a1…a8從MS接收信號以及發(fā)送信號到MS。通常，由MS發(fā)送的一個信號被八個天線部件a1…a8中每一個接收到。但是，由各個天線部件a1…a8接收到的每個信號之間將有相位角。因此Butler矩陣電路8能夠從各個天線部件a1…a8接收到的信號的相對相位確定信號被接收到的波束方向。因而Butler矩陣電路8有八個輸入，每個天線部件a1…a8一個，用于由每個天線部件接收到的信號。Butler矩陣電路8也有八個輸出14a-h。每個輸出14a至14h相應(yīng)于一個給定的數(shù)據(jù)脈沖群可能被接收的一個特定的波束方向。例如，如果天線陣6從波束b1的方向接收到來自MS的信號，那末，Butler矩陣電路8將在輸出14a上輸出接收到的信號。從波束b2的方向接收到的信號將使接收到的信號由Butler矩陣電路8在輸出14b上輸出，等等，概括地說，Butler矩陣電路8將在天線部件a1…a8上接收互相移相的相同信號的八個變型。Butler矩陣電路8從相對相移確定接收到的信號被接收的方向并取決于信號被接收的方向在一個給定的輸出14a-h上輸出一個信號。
應(yīng)該理解，在某些實施方案中，來自MS的單獨信號或脈沖群可能看上去是來自多于一個波束方向，這是由于在MS與BTS4之間傳播的信號的反射，如果反射具有相對寬的角度展就產(chǎn)生這種情況。Butler矩陣電路8將在每個輸出14a-h上提供一個信號，相應(yīng)于一個給定的信號或數(shù)據(jù)脈沖群看上去來到的每一個波束方向。因此，同樣的數(shù)據(jù)脈沖群可在Butler矩陣電路8的多于一個輸出14a-h上被提供。然而，在各個輸出14a-h上的信號互相之間可以是有時間延時的。
每個Butler矩陣電路8的輸出14a-h被連到各個放大接收到的信號的放大器16的輸入。每個Butler矩陣電路8的輸出14a-h被提供一個放大器16。然后，放大后的信號被各自的處理器18處理，將接收到的信號的頻率降低到基帶頻率，使該信號可由BTS4處理，為了實現(xiàn)這點，處理器18從輸入信號中除去載頻。并且，為每個Butler矩陣電路8的輸出14a-h提供一個處理器18。接收到的模擬形式的信號由模數(shù)(A/D)變換器20變換成數(shù)字信號。提供八個A/D變換器20,Butler矩陣電路8的每個輸出14a-h一個。然后，數(shù)字信號通過各自的輸入19a-h輸入到一個數(shù)字信號處理器21作進(jìn)一步的處理。
數(shù)字信號處理器21也有八個輸出22a-h，每個輸出一個將要發(fā)送到一個給定的MS的數(shù)字信號。所選的輸出22a-h代表信號要發(fā)送的波束方向。數(shù)字信號由數(shù)模(D/A)變換器變換成模擬信號。為數(shù)字信號處理器21的每個出22a-h提供一個數(shù)模變換器23。然后，模擬信號由處理器24處理，處理器24是一個調(diào)制器，將要發(fā)送的模擬信號調(diào)制到載頻上。在信號由處理器24處理以前，信號是在基帶頻率上。然后，合成的信號由放大器26放大并傳送到Butler矩陣電路8的各個輸入10a-h。為數(shù)字信號處理器21的每個輸出22a-h提供一個處理器24與一個放大器26。
現(xiàn)在參考圖4，圖上簡要地示出了數(shù)字信號處理器21。應(yīng)該理解，在圖4中示出的各種方框并不一定對應(yīng)于體現(xiàn)本發(fā)明的一個實際的數(shù)字信號處理器21的分開的部件，特別是，圖4中所示的各種方框相應(yīng)于數(shù)字信號處理器21實現(xiàn)的各種功能。在本發(fā)明的一個實施方案中，數(shù)字信號處理器21至少部分地用集成電路實現(xiàn)并且?guī)讉€功能可由同一部件實現(xiàn)。
由數(shù)字信號處理器21在各個輸入19a-h上接收到的每個信號被輸入到各個通道脈沖響應(yīng)(CIR)評估器方框30。CIR評估器方框30包含接收到的信號被臨時存貯的存貯器容量和也包含用于存貯被評估的通道脈沖響應(yīng)的存貯器容量。通道脈沖響應(yīng)評估器方框30被安排來計算各個輸入19a-h的通道的通道脈沖響應(yīng)。正如已經(jīng)討論過的那樣，可為在所選的頻段，所分配的時隙以及信號被接收的波束方向中發(fā)送的給定的數(shù)據(jù)脈沖群規(guī)定一個有聯(lián)系的通道。由Butler矩陣電路8查明信號被接收的波束方向，使得在數(shù)字信號處理器的輸入19a上接收到的信號主要代表從波束b1的方向接收到的信號，等等。應(yīng)該理解，在一個給定的輸入上接收到的信號也可以包括，例如，在鄰近輸入上接收到的信號的旁瓣。
從移動站MS發(fā)送到BTS4的每個數(shù)字脈沖群包括一個培訓(xùn)序列TS。然而，由BTS4接收到的培訓(xùn)序列TSRX受到噪聲以及多徑效應(yīng)的影響，導(dǎo)致在培訓(xùn)序列的相鄰位之間產(chǎn)生干擾。這后一種干擾稱為符號間干擾。TSRX也受到來自其它移動站的干擾的影響。例如采用相同頻率，位于其它蜂窩或蜂窩扇區(qū)中的移動站可以引起道間干擾。正如將要了解的那樣，一個來自MS的給定信號可以沿著多于一個路徑到達(dá)BTS和多于一個給定信號的變型可由天線陣6從一個給定的方向中被檢測到。由CIR評估器方框30將從輸入19a接收到的培訓(xùn)序列TSRX與存貯在數(shù)據(jù)存貯器32中的參照培訓(xùn)序列TSREF互相關(guān)。參照培訓(xùn)序列TSREF與起初由移動站發(fā)送的培訓(xùn)序列是相同的。實際上接收到的培訓(xùn)序列TSRX是調(diào)制到載頻上的一個信號，而參照培訓(xùn)序列TSREF是作為一個位序列存貯在數(shù)據(jù)存貯器32中。因此，在進(jìn)行互相關(guān)以前，存貯的參照培訓(xùn)序列被同樣地調(diào)制，換句話說，由BTS4接收到的畸變的培訓(xùn)序列與未畸變的培訓(xùn)序列的原型相關(guān)。在本發(fā)明的另一種實施方案中，在與參照培訓(xùn)序列相關(guān)以前，接收到的培訓(xùn)序列被解調(diào)。在這種情況下，參照培訓(xùn)序列再次具有與接收到的培訓(xùn)序列相同的形式。換句話說，參照培訓(xùn)序列未被調(diào)制。
參照培訓(xùn)序列TSREF與接收到的培訓(xùn)序列TSRX每個長度為L，相應(yīng)于L位數(shù)據(jù)。例如，可以是26位。接收到的培訓(xùn)序列TSRX在所分配的時隙中的精確位置可以是不確定的。這是因為移動站MS離BTS4的距離將影響由MS發(fā)送的數(shù)據(jù)脈沖群在所分配的時隙中的位置。例如，如果一個移動站MS相對地遠(yuǎn)離BTS4，與移動站MS靠近BTS4的情況相比較，前者的培訓(xùn)序列可以較晚地出現(xiàn)在所分配的時隙中。
考慮到接收到的培訓(xùn)序列TSRX在所分配的時隙中的位置的不確定性，接收到的培訓(xùn)序列TSRX與參照培訓(xùn)序列TSREF相關(guān)n次，典型情況下，n可以是7或9。優(yōu)選的做法是n取奇數(shù)。典型情況下n次相關(guān)將位于最大獲得的相關(guān)的任一邊。接收到的培訓(xùn)序列TSRX相對于參照培訓(xùn)序列TSREF的相對位置在每個相繼的相關(guān)之間移動一個位置。每個位置等效于培訓(xùn)序列中一位并代表一個延時段。接收到的培訓(xùn)序列TSRX與參照培訓(xùn)序列TSREF的每次相關(guān)產(chǎn)生一個分支，代表對于該次相關(guān)的通道脈沖響應(yīng)。n次分開的相關(guān)產(chǎn)生一個有n個值的分支序列。
現(xiàn)在參考圖5，圖上示出了相應(yīng)于八個太空方向的八個可能的通道中四個通道的通道脈沖響應(yīng)。換句話說，圖5示出相應(yīng)于在八個波束方向中的四個方向中從移動站接收到的一個給定的數(shù)據(jù)脈沖群的四個通道的通道脈沖響應(yīng)。數(shù)據(jù)脈沖群是在一個給定的頻段與一個給定的時隙中。每張圖的X軸是時間延時量，而y軸是相對功率量。在圖上標(biāo)出的每條線(或分支)代表相應(yīng)于給定的相關(guān)延時下接收到的多徑信號。每張圖將有n條線或分支，每個分支相應(yīng)于每次相關(guān)。
從已評估的通道脈沖響應(yīng)，可以確定培訓(xùn)序列在所分配的時隙中的位置。當(dāng)接收到的培訓(xùn)序列TSRX與參照培訓(xùn)序列TSREF達(dá)到最佳相關(guān)時，將獲得最大分支值。
CIR評估器方框30也為每個通道確定給出最大能量的五個(或任何其它適當(dāng)?shù)臄?shù))相繼的分支。對于一個給定通道的最大能量計算如下E=Σj=15(hj)2]]>其中h代表由參照培訓(xùn)序列TSREF與接收到的培訓(xùn)序列TSRX互相關(guān)得到的分支幅度。CIR評估器方框30采用一種滑動窗技術(shù)為一個給定的通道評估最大能量。換句話說，CIR評估器方框30考慮每組五個相鄰的值并從這五個值中計算能量。這五個給出最大能量的相鄰值被選作該通道的脈沖響應(yīng)的代表。
該能量可被認(rèn)為是從一個給定的方向由BTS4接收到的，來自一個給定的MS的，所希望信號的強(qiáng)度的一種量度。這種方法用于八個通道中每個通道，這八個通道代表同樣的數(shù)字脈沖群可以被接收到的八個不同的方向。以最大能量被接收到的信號沿著一條對該信號衰減最小的路徑來的。
提供一個分析方框34，用于存貯由CIR評估器方框30為各個通道計算的最大能量，因為由CIR評估器方框選出的五個相鄰的值作為通道脈沖響應(yīng)的代表。分析方框34也可以分析由CIR評估器方框30確定的通道脈沖響應(yīng)，查出最小延時。該延時是接收到的培訓(xùn)序列TSRX在所分配的時隙中的位置的一種量度，因而是信號在移動站與BTS4之間傳播的距離的一種相對的量度。具有最小延時的通道具有傳播最短距離的信號。這種最短距離在某些情況下可以代表在移動站MS與BTS4之間的視線路徑。
分析方框34被安排來確定提供最大能量的五個值的窗的起始位置。然后，根據(jù)一個參考點與窗的起始位置之間的時間確定時間延時。參考點可以是在每個部分中的培訓(xùn)序列開始被相關(guān)時，相應(yīng)于所有部分中最早的窗的邊緣的時間或一種類似的公共點。為了精確地比較不同通道的各種延時，采用一種依據(jù)BTS4提供的同步信號的公共定時標(biāo)尺，以便控制TDMA的工作模式。換句話說，接收到的培訓(xùn)序列TSRX在所分配的時隙中的位置是時間延時的一種量度。應(yīng)該了解，在已知的GSM系統(tǒng)中，對于一個給定通道的延時被算出，以便提供定時提前信息。定時提前信息用來保證由移動站發(fā)送到BTS的一個信號落在分配給它的時隙中。定時提前信息可根據(jù)計算出的相對延時以及當(dāng)前的定時提前信息來確定。如果移動站MS遠(yuǎn)離基站，那末BTS將命令MS發(fā)送數(shù)據(jù)脈沖群比移動站MS靠近BTS的情況早一些。
由每個分析方框34進(jìn)行的分析結(jié)果被送到比較方框36。比較方框36比較為每個通道確定的最大能量，也比較為每個通道確定的延時，比較方框36查明對于一個在給定頻段，給定時隙中的給定的數(shù)據(jù)脈沖群，那個通道具有最大能量。這意味著一個給定的數(shù)據(jù)脈沖群的最強(qiáng)的類型被接收到的波束方向可被查明。比較方框36也查明通道中那個通道具有最小延時。換句話說，沿著最短路徑的數(shù)據(jù)脈沖群的通道也可被查明。
然后比較方框36檢查，看看是否具有最大能量的通道與具有最小延時的通道是同一的。如果這些通道是相同的，比較方框36輸出一個信號到發(fā)生方框38，指明到所談?wù)摰囊苿诱綧S的下一個信號應(yīng)該在具有最大強(qiáng)度與最短路徑的信號已被接收到的單一的波束方向中發(fā)送。
然而，如果具有最強(qiáng)信號的通道并不與首先到達(dá)BTS4的信號相同，則比較方框36輸出一個信號到發(fā)生方框38，指明要發(fā)送到數(shù)據(jù)脈沖群所接收到的移動站MS的下一個信號應(yīng)該在兩個波束方向中發(fā)送。一個方向?qū)⑾鄳?yīng)于最強(qiáng)信號被接收到的波束方向和另一個方向?qū)⑾鄳?yīng)于數(shù)據(jù)脈沖群首先被接收到的波束方向。例如，如果比較方框36查明最強(qiáng)的信號已經(jīng)在輸入19b上輸入到數(shù)字信號處理器21，而首先到達(dá)BTS4的信號已經(jīng)通過輸入19d輸入到數(shù)字信號處理器21，則從BTS到移動站的信號將在波束b2與b4的方向中發(fā)送。在這種情況下，要發(fā)送的信號將在數(shù)字信號處理器21的輸出22b與22d上輸出。
以上描述的實施方案特別適合于移動站位于相對遠(yuǎn)離BTS，也就是大于臨界距離的那種情況。臨界半徑取決于每個單獨的蜂窩的環(huán)境。典型情況下可以是大約0.5至1Km。當(dāng)BTS與MS之間的距離大于臨界距離時，從MS接收到的大部分能量分布在相對少的波束方向中。尤其是，能量將主要集中在一個或二個波束，或可能三個波束方向中。然而，當(dāng)移動站與BTS之間的距離小于臨界距離時，接收到的所希望的能量通?？磥硎欠植荚诖罅康牟ㄊ?。因此，在本發(fā)明的實施方案中，根據(jù)最大信號強(qiáng)度與最小延時來選擇波束只能應(yīng)用在MS與BTS4之間的距離大于臨界距離的那種場合中。當(dāng)MS與BTS之間的距離小于臨界距離時，BTS4將在比較大量的波束方向上發(fā)送信號到MS，例如4或更多。在相對寬的角展度上發(fā)送時采用的功率水平一般低于MS與BTS4之間距離大于臨界距離時每個波束方向中采用的功率。
任何合適的方法可用來確定是否MS與BTS之間的距離大于臨界距離。在一種實施方案中，比較方框36比較為每個可能的方向獲得的通道脈沖響應(yīng)。如果大多數(shù)接收到的能量分布在三個或更少的波束方向中，那末就假定在BTS與MS之間的距離大于臨界距離。另一種情況，如果大多數(shù)接收到的能量是從4或更多的波束方向接收到，則假定MS與BTS之間的距離小于臨界距離。比較方框也可以采用定時提前信息，以便確定是否MS與BTS之間的距離大于或小于臨界距離。這種方法被優(yōu)先應(yīng)用在本發(fā)明的某些實施方案中，因為它給出比以前概要敘述過的方法更精確的結(jié)果。
產(chǎn)生方框38負(fù)責(zé)產(chǎn)生從數(shù)字信號處理器21輸出的信號。產(chǎn)生方框38有一個代表要發(fā)送到移站MS的語音和/或信息的輸入40。產(chǎn)生方框38負(fù)責(zé)對要發(fā)送到移動站MS的語音或信息編碼并在信號中包括一個培訓(xùn)序列與一個同步序列。方框38也負(fù)責(zé)產(chǎn)生調(diào)制信號。根據(jù)所產(chǎn)生的信號與所確定的波束方向，產(chǎn)生方框38在數(shù)字信號處理器21的各個輸出22a-h上提供信號。產(chǎn)生方框38也提供一種輸出50，用來控制由放大器24提供的放大倍數(shù)，以保證在各種波束方向中的信號具有所需要的功率水平。
通道脈沖響應(yīng)評估器方框30也用來均衡與匹配從移動站MS接收到的信號。特別是，由多徑傳播產(chǎn)生的符號間干擾的影響可以被匹配濾波器(MF)與均衡器方框42從接收到的信號中消除或減輕。應(yīng)該了解，匹配濾波器(MF)與均衡器方框42有一個輸入(未示出)，用來接收從MS接收到的信號，每個方框42的輸出被復(fù)原方框44接收，復(fù)原方框負(fù)責(zé)復(fù)原由MS發(fā)送的語音和/或信息。由復(fù)原方框?qū)嵤┑牟襟E包括對信號的解調(diào)與解碼。已復(fù)原的語音或信息被輸出到輸出48上。
應(yīng)該了解，雖然以上描述過的實施方案已經(jīng)在GSM蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中被實施，本發(fā)明可被用于其它數(shù)字蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)以及模擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)中。以上描述過的實施方案采用一種有八個部件的相控陣。當(dāng)然，陣可以有任何數(shù)量的部件。另外，相控陣可以用離散的定向天線來代替，這種離散的定向天線中每個天線在一個給定的方向中輻射一個波束。Butler矩陣電路可由任何其它合適的相移電路來代替。如果需要這樣的電路的話，Butler矩陣電路是一種模擬波束形成器。當(dāng)然可以采用數(shù)字波束形成器DBF或任何其它合適類型的波束形成器。該陣可被控制產(chǎn)生多于八個波束，盡管只提供八個部件，這取決于饋電給這些部件的信號。
提供許多相控陣也是可能的。相控陣可以提供不同數(shù)目的波束。當(dāng)需要寬角展度時，采用具有較少數(shù)目部件的陣，當(dāng)需要較窄波束時，采用具有較多數(shù)目部件的陣。
正如將要理解的那樣，以上的實施方案已經(jīng)作為從Butler矩陣電路提供八個輸出作了描述。應(yīng)該了解，實際上同時在Butler矩陣的每個輸出將輸出許多不同的通道。那些通道可以是不同的頻段。用于不同時隙的通道也將提供在各個輸出上。雖然單獨的放大器，處理器，模數(shù)變換器及數(shù)模變換器已被示出，實際上每種可由具有許多輸入與輸出的一個單獨部件來提供。
應(yīng)該了解，本發(fā)明的實施方案不是只在蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中有應(yīng)用。例如，本發(fā)明的實施方案可用在任何需要定向無線電通信的環(huán)境中。例如，這種技術(shù)可用在PMR(私人無線電網(wǎng)絡(luò))或諸如此類系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1．一種在移動通信網(wǎng)絡(luò)中第一站與第二站之間定向無線電通信的方法，所述的方法包括以下步驟在第一站接收由所述的第二站發(fā)送的通信數(shù)據(jù)，其中通信數(shù)據(jù)可以通過一個或多個信號路徑傳播并作為一組來自一個或多個不同波束方向的信號被接收。確定第一波束方向，相應(yīng)于所述的信號中第一個被所述的第一站接收到的波束方向，代表所述的信號路徑中最短的一條路徑，確定第二波束方向，相應(yīng)于所述的信號中具有最大信號強(qiáng)度的信號被接收到的波束方向；和其中第一與第二波束方向是不同的，既在所述的第一又在第二波束方向中將通信數(shù)據(jù)從所述的第一站發(fā)送到所述的第二站。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括在第一站為發(fā)送一個輻射波束規(guī)定許多波束方向的步驟，其中每個所述的波束方向是可以單獨選取的。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中在所述的確定步驟中，所述的第一與第二波束方向中至少一個是從各自的通道脈沖響應(yīng)確定的。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中為所述的組的信號中每個信號確定通道脈沖響應(yīng)，所確定的通道脈沖響應(yīng)被比較，以便確定所述的第一與第二波束方向中至少一個方向。
5．根據(jù)以前的權(quán)利要求中任一個的方法，包括監(jiān)測代表所述的第一與第二站之間距離的距離參數(shù)的步驟，其中如果所述的第一與第二站之間的距離小于預(yù)先規(guī)定的值，發(fā)送到所述的第二站的通信數(shù)據(jù)在許多波束方向中從所述的第一站發(fā)送到所述的第二站。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中如果所述的第一與第二站之間的距離小于所述的預(yù)先規(guī)定的值，通信數(shù)據(jù)在相對低的功率水平上發(fā)送到所述的第二站，如果距離大于所述的預(yù)先規(guī)定的值，通信數(shù)據(jù)在較高的功率水平上發(fā)送。
7．一種在通信網(wǎng)絡(luò)中第一站與第二站之間定向無線電通信的方法，所述的方法包括以下步驟在第一站接收由所述的第二站發(fā)送的第一信號，所述的第一信號是從一個或多個不同的波束方向中接收到的；確定第一波束方向，相應(yīng)于所述的第一信號首先由所述的第一站接收到的波束方向，確定第二波束方向，相應(yīng)于具有最大信號強(qiáng)度的第一信號被接收到的波束方向；和從所述的第一站在所述的第一與所述的第二波束方向中發(fā)送信號到所述的第二站。
8．根據(jù)以前的權(quán)利要求中任一個的方法，其中所述的通信網(wǎng)絡(luò)是蜂窩網(wǎng)絡(luò)和所述的第一站是一個基本發(fā)送接收機(jī)站。
9．一種第一站，用于在移動通信網(wǎng)絡(luò)中與第二移動站進(jìn)行定向無線電通信，該第一站包括接收機(jī)裝置，用于接收由所述的第二站發(fā)送的通信數(shù)據(jù)，其中通信數(shù)據(jù)可以通過一個或多個信號路徑傳播并作為一組來自一個或多個不同波束方向的信號被接收；確定裝置，用于確定第一波束方向，相應(yīng)于所述的信號中第一個被所述的站接收到的波束方向，代表所述的信號路徑中最短一條路徑，確定第二波束方向，相應(yīng)于所述的具有最大信號強(qiáng)度的信號被接收到的波束方向；發(fā)射機(jī)裝置，用于發(fā)送通信數(shù)據(jù)到所述的第二站；和控制裝置，用于控制通信數(shù)據(jù)被發(fā)送的方向，其中當(dāng)所述的第一與第二波束方向不同時，發(fā)射機(jī)裝置由控制裝置控制，在第一與第二波束方向中發(fā)送通信數(shù)據(jù)。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的第一站，其中所述的發(fā)射機(jī)裝置被安排來提供許多波束方向用于發(fā)送一個輻射波束，其中每個所述的波束方向可單獨選取。
11．根據(jù)權(quán)利要求9或10的第一站，其中每個所述的發(fā)射機(jī)裝置包括一個天線陣，被安排來提供在許多不同方向中的許多波束。
全文摘要
一種在移動無線電通信網(wǎng)絡(luò)中第一站(4)與第二移動站(MS)之間進(jìn)行定向無線電通信的方法包括以下步驟:由第二站(MS)發(fā)送的通信數(shù)據(jù)在第一站(4)被接收。通信數(shù)據(jù)可通過一個或多個信號路徑傳播并作為一組來自一個或多個不同波束方向的信號被接收。確定第一波束方向,相應(yīng)于信號中第一個由第一站接收到的信號的波束方向,代表信號路徑中最短的路徑,和第二波束方向,相應(yīng)于信號中具有最大信號強(qiáng)度的信號被接收到的波束方向。當(dāng)?shù)谝慌c第二波束方向不同時,將通信數(shù)據(jù)既在第一又在第二波束方向從第一站(4)發(fā)送到第二站(MS)。
文檔編號H04W40/02GK1221544SQ97195357
公開日1999年6月30日 申請日期1997年2月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月13日
發(fā)明者M·卡茨 申請人:諾基亞電信股份公司