專利名稱：定向無線電通信的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在第一個(gè)站和第二個(gè)站之間進(jìn)行定向無線電通信的方法和裝置。本發(fā)明特別但不是唯一地適用于使用自適應(yīng)天線陣列的蜂窩通信網(wǎng)，比如空分多址網(wǎng)。
基發(fā)收發(fā)信站(BTS)通過目前所實(shí)現(xiàn)的蜂窩通信網(wǎng)，在該基發(fā)收發(fā)信站服務(wù)的一個(gè)小區(qū)或小區(qū)扇區(qū)的整個(gè)范圍內(nèi)發(fā)送用于指定移動(dòng)臺(tái)(MS)(可為一移動(dòng)電話)的信號(hào)。然而，使用自適應(yīng)天線陣列的諸如空分多址(SDMA)的系統(tǒng)已被推薦使用。在自適應(yīng)天線陣列系統(tǒng)中，基發(fā)收發(fā)信站不會(huì)在該基發(fā)收發(fā)信站覆蓋的整個(gè)小區(qū)或小區(qū)扇區(qū)范圍內(nèi)發(fā)送用于指定移動(dòng)臺(tái)(MS)的信號(hào)，而只會(huì)在小區(qū)或小區(qū)扇區(qū)的小范圍內(nèi)發(fā)送信號(hào)。信號(hào)發(fā)送到指定移動(dòng)臺(tái)的方向通常根據(jù)信號(hào)從該移動(dòng)臺(tái)被接收的方向確定。
在一些已知的蜂窩通信網(wǎng)中，具有方向性很強(qiáng)的業(yè)務(wù)很普遍。換句話說，基站或移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的信號(hào)比它接收的信號(hào)要多得多。比如，這種情況在分組無線電網(wǎng)絡(luò)中就能發(fā)生。在分組無線電網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)或來自移動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)均為分組形式。因此，時(shí)分雙工(TDD)模式被推薦使用。事實(shí)上，相同的無線電信道特性將用于由移動(dòng)臺(tái)發(fā)送到基發(fā)收發(fā)信站的信號(hào)，同時(shí)也用于由基發(fā)收發(fā)信站發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)。信號(hào)不能同時(shí)被移動(dòng)臺(tái)和基發(fā)收發(fā)信站發(fā)送。在時(shí)分多址(TDMA)系統(tǒng)中，一幀中的特定時(shí)隙將被移動(dòng)臺(tái)用來發(fā)送信號(hào)到基發(fā)收發(fā)信站，而其余時(shí)隙被基發(fā)收發(fā)信站用來發(fā)送信號(hào)到移動(dòng)臺(tái)。
然而，如果在一自適應(yīng)天線陣列系統(tǒng)中，不管是不是采用TDD模式，業(yè)務(wù)的方向性都很強(qiáng)，那么問題就可能產(chǎn)生。如果基發(fā)收發(fā)信站正發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于移動(dòng)臺(tái)正發(fā)送到基發(fā)收發(fā)信站的信號(hào)，這些問題就產(chǎn)生了。特別是基發(fā)收發(fā)信站要能確定信號(hào)來自被移動(dòng)臺(tái)接收的方向，以便能確定基發(fā)收發(fā)信站應(yīng)采用何種方向發(fā)送信號(hào)到移動(dòng)臺(tái)。然而如果移動(dòng)臺(tái)在移動(dòng)中，而且只是不定期地向基發(fā)收發(fā)信站發(fā)送信號(hào)，基發(fā)收發(fā)信站就不能正確地跟蹤移動(dòng)臺(tái)的位置。這樣，基發(fā)收發(fā)信站在錯(cuò)誤方向發(fā)送信號(hào)的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)增加。
同樣這種情況也給TDD模式的運(yùn)行造成了困難。信道被認(rèn)為是可逆的。換句話說，在從基發(fā)收發(fā)信站發(fā)送信號(hào)的方向和發(fā)送信號(hào)到移動(dòng)臺(tái)方向上的信道特性被認(rèn)為是相同的。然而，如果移動(dòng)臺(tái)只是不定期地發(fā)送信號(hào)到基發(fā)收發(fā)信站，基發(fā)收發(fā)信站就不能正確推斷出無線電信道，因?yàn)樗鼜囊苿?dòng)臺(tái)接收的信息太少了。因此，被基發(fā)收發(fā)信站發(fā)送的信號(hào)的參數(shù)，如信號(hào)路徑的方向信息(取決于來自基發(fā)收發(fā)信站接收的信號(hào)的信息)，只是不定期地被更新。這可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能的降低。這可參見也是本申請(qǐng)人的芬蘭專利申請(qǐng)No FI 941072。該文件公開了信道中包含的一些導(dǎo)頻符號(hào)可根據(jù)無線電信道質(zhì)量而發(fā)生改變的一種裝置。
本發(fā)明實(shí)施例的目的之一是論述這些問題。
本發(fā)明一方面在第一個(gè)站和第二個(gè)站之間提供定向無線電通信的一種方法，所述方法包括下述步驟通過一無線電信道從所述第二個(gè)站發(fā)送信號(hào)到所述第一個(gè)站；在所述無線電信道上測(cè)量至少一個(gè)指示變化的速度的參數(shù)；從所述至少一個(gè)參數(shù)確定所述第二個(gè)站發(fā)送信號(hào)到所述第一個(gè)站應(yīng)采用的速率；使所述第二個(gè)站用至少所述的速率發(fā)送信號(hào)到所述第一個(gè)站。
這樣，第二個(gè)站發(fā)送信號(hào)到第一個(gè)站的速率就由指示無線電信道變化速度的至少一個(gè)參數(shù)決定。這樣就改善了信號(hào)的質(zhì)量。
本方法優(yōu)選地包括一個(gè)從第一個(gè)站傳送信號(hào)到第二個(gè)站的步驟。從第一個(gè)站傳送到第二個(gè)站的信號(hào)可能多于從第二個(gè)站傳送到第一個(gè)站的信號(hào)。也有可能從第一個(gè)站傳送到第二個(gè)站的信號(hào)與從第二個(gè)站傳送到第一個(gè)站的信號(hào)數(shù)量大體相當(dāng)。還有可能的是從第二個(gè)站傳送到第一個(gè)站的信號(hào)多于從第一個(gè)站傳送到第二個(gè)站的信號(hào)。
至少一個(gè)參數(shù)可能是第二個(gè)站相對(duì)于第一個(gè)站的速度，測(cè)量步驟可能測(cè)量第二個(gè)站相對(duì)于第一個(gè)站的速度?；蛘呋蛄硗?，至少一個(gè)參數(shù)可能是第一個(gè)站和第二個(gè)站之間的距離，測(cè)量步驟可能測(cè)量第一個(gè)站和第二個(gè)站之間的距離?；蛘呋蛄硗猓辽僖粋€(gè)參數(shù)可能是無線電信道的相干時(shí)間，測(cè)量步驟測(cè)量信道的相干時(shí)間?；蛘呋蛄硗猓辽僖粋€(gè)參數(shù)可能是第一個(gè)站從第二個(gè)站接收信號(hào)的角擴(kuò)展，測(cè)量步驟測(cè)量所述角擴(kuò)展。或者或另外，所述至少一個(gè)參數(shù)可能是第一個(gè)站超出周圍環(huán)境之上的天線陣列高度。
該速率可能與(第二個(gè)站速度×第一個(gè)站從第二個(gè)站接收信號(hào)的角擴(kuò)展)÷(第一個(gè)站與第二個(gè)站之間的距離×信道的相干時(shí)間)成比例。該速率最好隨信道變化速度的增大而變大。
第一個(gè)站與第二個(gè)站之間可采用將幀分為多個(gè)時(shí)隙的時(shí)分多址方式進(jìn)行通信。該速率可定義為，一個(gè)信號(hào)每隔n幀(n為整數(shù))被從第二個(gè)站發(fā)送到第一個(gè)站。
第一個(gè)站與第二個(gè)站可使用同一頻率范圍發(fā)送信號(hào)，或者可使用不同的頻率范圍。一個(gè)參考信號(hào)可以預(yù)定的速率從第二個(gè)站發(fā)送到第一個(gè)站。
第二個(gè)站最好為一移動(dòng)臺(tái)，而第一個(gè)站為基發(fā)收發(fā)信站。
本發(fā)明另一方面提供第一個(gè)站與第二個(gè)站之間進(jìn)行定向無線電通信，所述第一個(gè)站包含下述裝置通過一無線電信道接收從所述第二個(gè)站發(fā)送到所述第一個(gè)站的信號(hào)的裝置；在所述無線電信道上測(cè)量至少一個(gè)指示變化速度的參數(shù)的裝置；從所述至少一個(gè)參數(shù)確定所述第二個(gè)站發(fā)送信號(hào)到所述第一個(gè)站應(yīng)采用的速率的裝置；以及發(fā)送所述速率信號(hào)到所述第二個(gè)站的裝置。
為更好地理解本發(fā)明和關(guān)于上述裝置的實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在參考附圖列舉的例子，其中

圖1示出了基發(fā)收發(fā)信站和相聯(lián)小區(qū)扇區(qū)的原理圖；圖2示出了圖1基發(fā)收發(fā)信站使用的天線陣列所提供的一種固定波束模式；圖3示出了圖1天線陣列和基發(fā)收發(fā)信站的部分簡(jiǎn)化表示；圖4示出了圖3數(shù)字信號(hào)處理器的原理圖5示出了8個(gè)信道中的4個(gè)信道的信道脈沖響應(yīng)；和圖6a和6b分別示出了在快速變換信道和較慢變換速度信道上的上行鏈路更新信號(hào)的頻率。
首先參見圖1，其中3個(gè)小區(qū)的扇區(qū)2定義了所示蜂窩移動(dòng)電話網(wǎng)的一個(gè)小區(qū)。3個(gè)小區(qū)的扇區(qū)2由相應(yīng)的基發(fā)收發(fā)信站(BTS)4服務(wù)。三個(gè)獨(dú)立的基發(fā)收發(fā)信站位于同一位置。每個(gè)BTS 4都有獨(dú)立的無線電收發(fā)器，可與相應(yīng)的一個(gè)小區(qū)扇區(qū)2之間收發(fā)信號(hào)。這樣，每個(gè)小區(qū)扇區(qū)2都有特定的基發(fā)收發(fā)信站。因此每個(gè)BTS 4就能與位于相應(yīng)的小區(qū)扇區(qū)內(nèi)的諸如移動(dòng)電話的移動(dòng)臺(tái)(MS)之間進(jìn)行通信。
本實(shí)施例在時(shí)分多址(TDMA)系統(tǒng)中描述。本發(fā)明的實(shí)施例特別在TDD系統(tǒng)中描述。在一TDD系統(tǒng)中，使用相同的頻率范圍從基發(fā)收發(fā)信站和從移動(dòng)臺(tái)發(fā)送信號(hào)。然而，這些發(fā)送將發(fā)生在不同的時(shí)隙。換句話說，基站和移動(dòng)臺(tái)不會(huì)在同一時(shí)間發(fā)送信號(hào)。
圖2示出了用作無線電收發(fā)器的BTS 4的一個(gè)天線陣列6的原理圖。在圖2和圖3所示的方法中，使用了一模擬波束形成裝置，如Butler矩陣列。然而數(shù)字波束形成裝置也可以被使用。應(yīng)當(dāng)理解的是，為明晰起見，在此示出了現(xiàn)有元件的簡(jiǎn)化表示。實(shí)際上，還需要更多的元件。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖2所示的天線陣列6只服務(wù)于圖1所示的三個(gè)小區(qū)扇區(qū)2的其中一個(gè)。另外提供兩個(gè)天線陣列6服務(wù)于另外兩個(gè)小區(qū)扇區(qū)2。天線陣列6有如圖3所示的8個(gè)天線振子a1…a8。天線振子a1…a8的典型排列是每個(gè)天線振子之間間隔半個(gè)波長(zhǎng)，并且在水平方向排列成一條直線。每個(gè)天線振子a1…a8用于發(fā)送和接收信號(hào)，并且可為任何合適的結(jié)構(gòu)。每個(gè)天線振子a1…a8可以是耦極子天線，插接天線或任何其他合適的天線。8個(gè)天線振子a1…a8組合起來定義一個(gè)相控陣列天線6。
我們知道，相控陣列天線6的每個(gè)天線振子a1…a8提供有相同的信號(hào)以發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)(MS)。然而，提供給相應(yīng)天線振子a1…a8的信號(hào)的相位相互之間發(fā)生偏移。提供給相應(yīng)天線振子a1…a8的信號(hào)之間的相位的差值就導(dǎo)致了定向輻射模式。這樣，來自BTS 4的信號(hào)在與天線陣列6相關(guān)聯(lián)的小區(qū)扇區(qū)2只能以一定的方向發(fā)送。由天線陣列6產(chǎn)生的定向輻射模式是，相互之間相移并被每個(gè)天線振子a1…a8發(fā)送的信號(hào)之間引起的結(jié)構(gòu)性和破壞性干擾的結(jié)果。由天線陣列6產(chǎn)生的定向輻射模式如圖2所示。這樣，天線陣列6可被控制在圖2所示8個(gè)方向中的任意一個(gè)方向上提供波束b1…b8。比如，天線陣列6可被控制僅在波束b5方向或僅在波束b6方向發(fā)送信號(hào)到移動(dòng)臺(tái)。也有可能控制天線陣列同時(shí)在兩個(gè)或兩個(gè)以上波束方向上發(fā)送信號(hào)。比如，信號(hào)可同時(shí)在由波束b5和b6定義的兩個(gè)方向上被發(fā)送。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖2只是由模擬波束模型控制下的天線陣列6產(chǎn)生的8個(gè)可能波束方向的示意性表示。應(yīng)當(dāng)注意的是，實(shí)際上相鄰波束之間有重疊，以確保所有的扇區(qū)2由天線陣列6服務(wù)。
現(xiàn)在詳細(xì)參考圖3，該圖示出了天線陣列6和基發(fā)收發(fā)信站部分的簡(jiǎn)化表示。
每個(gè)天線振子a1…a8提供的信號(hào)的相對(duì)相位由模擬波束模式(可以為Butler矩陣列8)控制，以便信號(hào)能在所需要的波束方向上發(fā)送。這樣Butler矩陣列電路8就能提供相移功能。Butler矩陣列電路8具有來自基發(fā)收發(fā)信站8個(gè)輸入10a-h，以及8個(gè)到基地收發(fā)信站的輸出14a-h，每個(gè)天線振子a1…a8使用一個(gè)。由相應(yīng)的輸入10a-h接收的信號(hào)構(gòu)成要發(fā)送的信號(hào)。8個(gè)輸入10a-h中的每一個(gè)代表給定數(shù)據(jù)突發(fā)被發(fā)送的波束方向。比如，如果Butler矩陣列電路8在第一個(gè)輸入10a接收到一信號(hào)，Butler矩陣列電路將輸入10a提供的信號(hào)以所需要的相差施加到每個(gè)天線振子a1…a8上，以產(chǎn)生波束b1，以便信號(hào)在b1方向上發(fā)送。同樣地，輸入10b提供的信號(hào)在波束b2方向上產(chǎn)生一波束，其余依次類推。
由移動(dòng)臺(tái)發(fā)送到BTS 4的信號(hào)一般由每一個(gè)天線振子a1…a8接收。然而，由相應(yīng)的天線振子a1…a8接收的每個(gè)信號(hào)之間存在相差。Butler矩陣列電路因此能從相應(yīng)的天線振子a1…a8接收的信號(hào)的相對(duì)相位提供一指示，指出信號(hào)被接收的方向。Butler矩陣列電路8因此有8個(gè)輸入，每個(gè)天線振子a1…a8的每個(gè)輸入用于每個(gè)天線振子接收的信號(hào)。Butler矩陣列電路的8個(gè)輸出14a-h的每個(gè)輸出對(duì)應(yīng)于從移動(dòng)臺(tái)接收的指定信號(hào)的特定方向。比如，如果天線陣列6在波束b1方向從移動(dòng)臺(tái)接收到一信號(hào)，那么Butler矩陣列電路8將輸出所接收的信號(hào)到輸出端14a，其余依次類推。
總之，模擬波束模型8將在天線振子a1…a8上接收到相互相移的同一信號(hào)的8個(gè)版本。Butler矩陣列電路8能夠根據(jù)相對(duì)的相移簡(jiǎn)單地確定信號(hào)從移動(dòng)臺(tái)被接收的方向。
應(yīng)當(dāng)理解的是，在一些環(huán)境下，比如由于信號(hào)反射的效果，假如多路徑元件的角擴(kuò)展很寬，從移動(dòng)臺(tái)來的單個(gè)信號(hào)可能看起來來自不止一個(gè)方向。Butler矩陣列電路將在與指定信號(hào)看似來自的每個(gè)方向?qū)?yīng)的每個(gè)輸出14a-h上提供一個(gè)信號(hào)。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，在不止一個(gè)輸出14a-h上提供的信號(hào)可能相互有時(shí)延。
Butler矩陣列電路8的每個(gè)輸出14a-h連接到數(shù)字信號(hào)處理器21的相應(yīng)輸入19a-h。在Butler矩陣列電路8的輸出和數(shù)字信號(hào)處理器21的輸入之間，信號(hào)可能被處理，如被放大，分解為基帶頻率，和/或轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。對(duì)應(yīng)于Butler矩陣列電路的每個(gè)輸入10a-h連接到數(shù)字信號(hào)處理器21的相應(yīng)輸出22a-h。數(shù)字信號(hào)處理器21輸出的信號(hào)可被進(jìn)一步處理。如，信號(hào)處理器21的輸出信號(hào)可轉(zhuǎn)換成模擬形式，從基帶頻率轉(zhuǎn)換成射頻和/或被放大。
應(yīng)當(dāng)理解的是，被選擇的數(shù)字信號(hào)處理器21的輸出代表信號(hào)要發(fā)送的波束方向。
現(xiàn)在參見圖4，該圖示意性地示意了數(shù)字信號(hào)處理器21。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖4示意的各個(gè)功能方塊并不一定對(duì)應(yīng)著體現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)際的數(shù)字信號(hào)處理器21的獨(dú)立單元。相反，圖4示意的不同功能方塊對(duì)應(yīng)著數(shù)字信號(hào)處理器21執(zhí)行的功能。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，數(shù)字信號(hào)處理器21至少部分由集成電路實(shí)現(xiàn)，并且同一單元可實(shí)現(xiàn)好幾個(gè)功能。
由數(shù)字信號(hào)處理器21相應(yīng)的輸入口19a-h接收的每個(gè)信號(hào)輸入到相應(yīng)的信道脈沖響應(yīng)(CIR)估值器塊30。CIR估值器塊30包含接收信號(hào)暫時(shí)存儲(chǔ)的存儲(chǔ)容量，還包括存儲(chǔ)估計(jì)的信道脈沖響應(yīng)的存儲(chǔ)容量。信道脈沖響應(yīng)估值器塊30用于計(jì)算相應(yīng)的輸入19a-h的信道的信道脈沖響應(yīng)。相關(guān)的信道可用于定義在指定的頻帶、分配的時(shí)隙內(nèi)和信號(hào)被接收的方向上傳送的指定信號(hào)。在此之前提到的信號(hào)接收的方向由模擬波束模型8確定，以便在數(shù)字信號(hào)處理器21的輸入19a接收的信號(hào)代表波束b1，其余依此類推。應(yīng)當(dāng)理解的是，在一指定輸入端接收的信號(hào)也可以包括，如在相鄰輸入端接收的信號(hào)旁瓣。
每個(gè)從移動(dòng)臺(tái)發(fā)送到BTS 4的信號(hào)包括一參考信號(hào)(在TDMA系統(tǒng)中可為一訓(xùn)練序列TS)。在CDMA系統(tǒng)中，參考信號(hào)可包括導(dǎo)頻符號(hào)。然而，由BTS 4接收的訓(xùn)練序列TSRX由于噪音和導(dǎo)致訓(xùn)練序列相鄰比特間干擾的多路徑效應(yīng)而受到影響。后者的干擾稱之為符號(hào)間干擾。TSRX也可由來自其他移動(dòng)臺(tái)的干擾所影響。如此前所述，從移動(dòng)臺(tái)來的指定信號(hào)可沿不止一個(gè)路徑到達(dá)BTS，而且天線陣列從指定方向可檢測(cè)到指定信號(hào)的不止一個(gè)版本。從輸入端19a接收的訓(xùn)練序列TSRX被CIR估值器塊30與存儲(chǔ)在一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器32的參照訓(xùn)練序列互相關(guān)。參考訓(xùn)練序列與最初被移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的訓(xùn)練序列相同。實(shí)際上，接收的訓(xùn)練序列TSRX是調(diào)制到載波頻率上的信號(hào)，而參考訓(xùn)練序列TSREF被當(dāng)作一個(gè)比特序列存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器32中。因此，在實(shí)現(xiàn)互相關(guān)前，存儲(chǔ)的參考訓(xùn)練序列類似地被調(diào)制，換句話說，BTS4接收的失真的訓(xùn)練序列與訓(xùn)練序列的未失真版本相關(guān)。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，參照訓(xùn)練序列在它與參照訓(xùn)練序列相關(guān)前被解調(diào)。
參考訓(xùn)練序列TSREF和接收的訓(xùn)練序列TSRX長(zhǎng)度都為L(zhǎng)，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的L比特。在分配時(shí)隙內(nèi)的接收的訓(xùn)練序列TSRX的確切位置可能不確定。這是因?yàn)閺囊苿?dòng)臺(tái)MS到BTS 4的距離將影響在分配時(shí)隙內(nèi)由移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的數(shù)據(jù)突發(fā)的位置。比如，如果一移動(dòng)臺(tái)MS與BTS 4的距離相當(dāng)遠(yuǎn)，那么與移動(dòng)臺(tái)MS相距BTS 4很近的情況相比，訓(xùn)練序列在分配時(shí)隙內(nèi)產(chǎn)生得要遲一些。
為考慮在分配時(shí)隙內(nèi)所接收的訓(xùn)練序列TSRX的位置的不確定性，接收的訓(xùn)練序列TSRX要與參考訓(xùn)練序列TSREF相關(guān)n次。n通常為一奇數(shù)，7或者9。第n次相關(guān)通常在所得最大相關(guān)的左右一側(cè)。所接收訓(xùn)練序列TSRX相對(duì)于參照訓(xùn)練序列TSREF的位置在每?jī)纱芜B續(xù)相關(guān)之間偏移一位。每一位等同于訓(xùn)練序列的一比特，且代表一個(gè)延遲段。接收的訓(xùn)練序列TSRX與參考訓(xùn)練序列TSREF的每一次相關(guān)引起一分支，這是信道脈沖響應(yīng)此次相關(guān)的表示。n次獨(dú)立的相關(guān)產(chǎn)生了有n個(gè)值的分支序列。
現(xiàn)在參見圖5，該圖示出了相應(yīng)于8個(gè)空間方向的8個(gè)可能信道中的4個(gè)信道的脈沖響應(yīng)。換句話說，圖5示出了相應(yīng)于從移動(dòng)臺(tái)來的8個(gè)波束方向中的4個(gè)方向上接收的指定數(shù)據(jù)突發(fā)的4條信道的信道脈沖響應(yīng)。每個(gè)圖表的x軸是對(duì)時(shí)延的度量，而y軸是基相對(duì)功率的度量。圖上標(biāo)注的每根線(分支)代表相應(yīng)于指定的相關(guān)延遲的接收的多路徑信號(hào)。每個(gè)圖具有n個(gè)分支，每個(gè)分支對(duì)應(yīng)于每個(gè)相關(guān)。
根據(jù)估計(jì)的信道脈沖響應(yīng)可確定分配時(shí)隙內(nèi)訓(xùn)練序列的位置。最大的分支值將從接收的訓(xùn)練序列TSRX與參考訓(xùn)練序列TSREF之間實(shí)現(xiàn)的最佳相關(guān)獲得。
CIR估值器塊30也為每個(gè)信道確定給出最大功率的5個(gè)(或其他合適數(shù)目)連續(xù)的分支。這5個(gè)值被選作代表該信道的信道脈沖響應(yīng)。一個(gè)指定信道的最大功率的計(jì)算公式如下所述E=Σj=15(hj)2]]>其中h代表交叉相關(guān)導(dǎo)致的一分支振幅。CIR估值器塊30通過使用滑動(dòng)窗技術(shù)為指定信道估計(jì)最大功率。
該功率可看作對(duì)從一指定移動(dòng)臺(tái)被BTS 4在指定方向接收的所要求信號(hào)的強(qiáng)度的度量。該過程在代表能接收同樣的數(shù)據(jù)突發(fā)的8個(gè)可能方向的8個(gè)信道的每個(gè)信道都執(zhí)行。所接收的具有最大功率的信號(hào)可被認(rèn)為是沿最小衰減路徑傳送的信號(hào)。
一個(gè)分析功能塊34與每個(gè)CIR估值器塊30相連，該功能塊存儲(chǔ)了由相應(yīng)的CIR估值器塊30計(jì)算出來的最大功率。每個(gè)分析功能塊也被用于確定窗開始的位置，該窗可確定為每個(gè)信道提供最大功率的5個(gè)值。時(shí)延由此可根據(jù)參考點(diǎn)和窗起點(diǎn)之間的時(shí)間確定。該參考點(diǎn)可能是每個(gè)分支的訓(xùn)練序列開始相關(guān)的時(shí)間，該時(shí)間對(duì)應(yīng)于所有分支的最早的窗邊緣的時(shí)間，或相似的通用點(diǎn)。為精確地比較不同信道的不同延遲，采用一個(gè)通用的計(jì)時(shí)刻度，該刻度依賴于為控制TDMA模式的操作而由BTS提供的同步信號(hào)。換句話說，在分配時(shí)隙內(nèi)接收的訓(xùn)練序列TSRX的位置是對(duì)時(shí)延的度量。
在GSM系統(tǒng)(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))中，要計(jì)算出指定信道的延遲，以提供計(jì)時(shí)超前信息。計(jì)時(shí)超前信息用來確保信號(hào)在分配時(shí)隙內(nèi)由移動(dòng)臺(tái)發(fā)送到BTS。計(jì)時(shí)超前信息可在計(jì)算的相對(duì)延遲和目前的計(jì)時(shí)超前信息的基礎(chǔ)上確定。如果移動(dòng)臺(tái)MS遠(yuǎn)離基站，那么移動(dòng)臺(tái)受BTS指示發(fā)送信號(hào)的時(shí)間要早于移動(dòng)臺(tái)MS相距基站很近的情況。
由每個(gè)分析功能塊34執(zhí)行分析的結(jié)果輸入到比較功能塊36。比較功能塊36用于確定信號(hào)從BTS發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)的方向。任何適合于確定這個(gè)方向的標(biāo)準(zhǔn)都可使用。比較功能塊能確定對(duì)一個(gè)指定信號(hào)來說哪個(gè)信道有最大的功率。這意味著能確定接收的信號(hào)最強(qiáng)版本的波束方向。這個(gè)方向接著被基發(fā)收發(fā)信站用來發(fā)送信號(hào)到該移動(dòng)臺(tái)。或者或另外，比較功能塊36也能確定哪個(gè)信道有最小的延遲。換句話說，能確定該信道具有沿最短路徑傳輸?shù)男盘?hào)。相關(guān)的波束方向可接著用來從基發(fā)收發(fā)信站發(fā)送信號(hào)到該移動(dòng)臺(tái)。
比較功能塊36可確定有最強(qiáng)信號(hào)的兩個(gè)波束方向，這兩個(gè)方向可被基發(fā)收發(fā)信站用來發(fā)送信號(hào)到移動(dòng)臺(tái)。實(shí)際上，任何一種合適的標(biāo)準(zhǔn)可被比較功能塊36所使用，以選擇信號(hào)應(yīng)被基發(fā)收發(fā)信站發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)的一個(gè)或每個(gè)波束方向。
這樣，比較功能塊36確定信號(hào)要從基發(fā)收發(fā)信站發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)的一個(gè)或每個(gè)波束方向。與指定信道相關(guān)的計(jì)時(shí)超前信息由相應(yīng)的分析功能塊34計(jì)算出。這樣，對(duì)基發(fā)收發(fā)信站和移動(dòng)臺(tái)之間距離的估計(jì)可從信號(hào)沿最短路徑傳輸?shù)男诺赖挠?jì)時(shí)超前信息確定。在某些情況下，基發(fā)收發(fā)信站和移動(dòng)臺(tái)之間的距離可認(rèn)為是方向信息或信道到達(dá)方向穩(wěn)定性的度量。換句話說，移動(dòng)臺(tái)和基發(fā)收發(fā)信站距離越遠(yuǎn)，方向信息或信道到達(dá)方向就越不可能發(fā)生突變。換句話說，當(dāng)基發(fā)收發(fā)信站和移動(dòng)臺(tái)距離很近時(shí)，他們之間距離的微小變化能對(duì)方向信息或信道到達(dá)方向產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。然而，當(dāng)基發(fā)收發(fā)信站和移動(dòng)臺(tái)之間的距離相當(dāng)大時(shí)，他們之間距離的變化對(duì)方向信息或信道到達(dá)方向的影響就小多了。
比較功能塊36用于確定接收信號(hào)的角擴(kuò)展。換句話說，比較功能塊36確定從移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào)的功率電平在功率電平門限之上的不同方向數(shù)。一般情況下，窄的角擴(kuò)展指示移動(dòng)臺(tái)與基發(fā)收發(fā)信站相隔很遠(yuǎn)，和/或基站天線陣列高居于周圍環(huán)境之上。相反，寬的角擴(kuò)展一般指示移動(dòng)臺(tái)與基發(fā)收發(fā)信站相隔很遠(yuǎn)，和/或基站天線陣列在周圍環(huán)境的低處。如果確定角擴(kuò)展很窄，如信號(hào)只在1或2個(gè)波束寬度內(nèi)接收，那么基發(fā)收發(fā)信站發(fā)送信號(hào)到移動(dòng)臺(tái)的方向，應(yīng)根據(jù)比較功能塊36確定的波束方向來選擇。然而，如果確定角擴(kuò)展很寬，如角擴(kuò)展跨越好幾個(gè)波束方向，那么在FDD系統(tǒng)中下行鏈路波束選擇就很重要。在使用如數(shù)字波束模型的TDD系統(tǒng)中，我們知道上行和下行鏈路信道使下行鏈路波束的形成更有效。
比較功能塊36還被用于確定信號(hào)超過門限功率電平的信道的相干時(shí)間。信道的相干時(shí)間是在該信道中被發(fā)送符號(hào)相對(duì)未受起伏干擾的間隔時(shí)間。如前所述，信道中的起伏是由移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)引起的，移動(dòng)臺(tái)本身在移動(dòng)或無線電環(huán)境有變化。相干時(shí)間與多普勒分布成反比。多普勒分布和由此的相干時(shí)間可從測(cè)量移動(dòng)臺(tái)的速度，或計(jì)算在預(yù)定時(shí)間內(nèi)移動(dòng)信號(hào)的深衰落數(shù)進(jìn)行估計(jì)。深衰落是當(dāng)移動(dòng)信號(hào)質(zhì)量下降到門限值之下。一般情況下，移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)得越快，深衰落出現(xiàn)得越頻繁。
比較功能塊36也估計(jì)移動(dòng)臺(tái)的速度，該速度可為信號(hào)到達(dá)基發(fā)收發(fā)信站的方向的變化和信道本身的變化提供度量。移動(dòng)臺(tái)的速度可由許多種方法估計(jì)，如通過計(jì)算在任何給定時(shí)間內(nèi)的深衰落數(shù)，或從時(shí)間進(jìn)展上的到達(dá)方向估計(jì)。在后一種情況下，整個(gè)時(shí)間內(nèi)到達(dá)方向的變化可度量移動(dòng)臺(tái)的速度。同樣的信息可用于確定移動(dòng)臺(tái)速度和多普勒分布。
比較功能塊36用來確定上行鏈路更新信令(UUS)速率。UUS速率是移動(dòng)臺(tái)應(yīng)發(fā)送更新的信息到BTS的頻率，以允許BTS以合理的精確性確定將信號(hào)發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)應(yīng)采用的波束方向，并設(shè)置其他信道參數(shù)，如TDD系統(tǒng)中的復(fù)合信道脈沖響應(yīng)和在FDD系統(tǒng)中的到達(dá)方向。
UUS速率由下述公式計(jì)算 其中K為常數(shù)，天線高度為基站天線陣列在周圍環(huán)境之上的高度。
這樣，UUS速率與無線電信道變化的快慢有關(guān)。特別地，無線電信道變化得越快，UUS速率就越高。同樣地，UUS速率越低，無線電信道變化得就越慢。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，基發(fā)收發(fā)信站將發(fā)送與UUS速率有關(guān)的信息到移動(dòng)臺(tái)。根據(jù)這個(gè)速率，上行鏈路更新信號(hào)將在上行鏈路更新信令率指示的時(shí)間間隔內(nèi)，從移動(dòng)臺(tái)被發(fā)送到基發(fā)收發(fā)信站。這個(gè)上行鏈路更新信號(hào)可能只簡(jiǎn)單地包含訓(xùn)練序列或其中一部分。
現(xiàn)在參考圖6a和6b。圖6a示出了TDD幀F(xiàn)的多樣性，其中，基發(fā)收發(fā)信站正維護(hù)一特定的移動(dòng)臺(tái)，主要是在下行鏈路方向。換句話說，基發(fā)收發(fā)信站發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)的信息多于它從移動(dòng)臺(tái)接收的信息。每個(gè)幀標(biāo)記為F，分配為從移動(dòng)臺(tái)到基發(fā)收發(fā)信站通信的幀的一部分標(biāo)注為UL，而分配為從基發(fā)收發(fā)信站發(fā)送信號(hào)到移動(dòng)臺(tái)的每個(gè)幀的一部分標(biāo)注為DL。
標(biāo)記為X的每個(gè)幀的一部分代表被BTS發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)。每個(gè)幀的下行鏈路部分的剩余部分用于提供諸如同步信息等信息。從圖6a可見，移動(dòng)臺(tái)在每個(gè)幀都提供上行鏈路信號(hào)，不論是不是有信息從移動(dòng)臺(tái)發(fā)送到基發(fā)收發(fā)信站。在某些應(yīng)用中，我們知道每個(gè)幀的上行鏈路部分對(duì)于許多連續(xù)幀來說還是沒有用。然而，在本發(fā)明的實(shí)施例中，如果需要的話，上行鏈路信號(hào)在每幀都提供。如果信道快速變化的話，比如如果移動(dòng)臺(tái)快速移動(dòng)，上行鏈路信號(hào)將在每個(gè)幀中都提供。
在圖6b，每個(gè)幀F(xiàn)又被分成上行鏈路部分UL和下行鏈路部分DL。然而，更新信令速率比圖6a所示的實(shí)例要低得多。特別地，信道變化不快，因此上行鏈路更新信號(hào)由移動(dòng)臺(tái)每6幀提供一次。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，比較功能塊36確定基發(fā)收發(fā)信站從移動(dòng)臺(tái)接收信息的頻率。如果確定的速率低于UUS速率，信號(hào)被發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)以請(qǐng)求上行鏈路更新信號(hào)。然而，如果確定的速率大于所要求的UUS速率，那么移動(dòng)臺(tái)不要求發(fā)送上行鏈路更新信號(hào)。
上述實(shí)施例已在TDD系統(tǒng)中進(jìn)行了描述。然而應(yīng)當(dāng)理解的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，F(xiàn)DD(頻分雙工)模式也可采用。在FDD模式的操作中，BTS采用一種頻率范圍來發(fā)送信號(hào)到移動(dòng)臺(tái)，而移動(dòng)臺(tái)采用一種不同的頻率范圍來發(fā)送信號(hào)到基發(fā)收發(fā)信站。
在此前描述的實(shí)施例中，BTS為移動(dòng)臺(tái)確定UUD速率。然而也可能的是移動(dòng)臺(tái)可利用此前概述的同一原理計(jì)算出自己的UUS速率。
應(yīng)當(dāng)理解的是，此前描述的基發(fā)收發(fā)信站的功能可選擇性地組合到移動(dòng)臺(tái)中去。
本發(fā)明的實(shí)施例除了移動(dòng)終端，也可用于固定的終端。在一些實(shí)施例中，基站可移動(dòng)，但基站最好是固定的。
上述的實(shí)施例使用一模擬波束模型，然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，模擬波束模型可由任何其他合適的模擬或數(shù)字波束形成電路取代。某些形式的數(shù)字波束形成裝置允許波束的大小和數(shù)量隨需要修改。
雖然本發(fā)明是在TDMA系統(tǒng)中進(jìn)行描述的，但是本發(fā)明的實(shí)施例可用于任何合適的尋址方式，如碼分多址，頻分多址或這些尋址方式的混合方法。
應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然本發(fā)明是在蜂窩通信網(wǎng)中進(jìn)行描述的，但是本發(fā)明的實(shí)施例可用在要求定向無線電通信的諸如PMR(個(gè)人移動(dòng)無線電系統(tǒng)或其他類似系統(tǒng))的其他情況中。
權(quán)利要求
1．一種在第一個(gè)站和第二個(gè)站之間進(jìn)行定向無線電通信的方法，所述方法包括下述步驟通過一無線電信道從所述第二個(gè)站發(fā)送信號(hào)到所述第一個(gè)站；在所述無線電信道上測(cè)量至少一個(gè)指示變化速度的參數(shù)；從所述至少一個(gè)參數(shù)確定所述第二個(gè)站發(fā)送信號(hào)到所述第一個(gè)站應(yīng)采用的速率；使所述第二個(gè)站用至少所述的速率發(fā)送信號(hào)到所述第一個(gè)站。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括從所述第一個(gè)站發(fā)送信號(hào)到所述第二個(gè)站的步驟。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，從第一個(gè)站傳送到所述第二個(gè)站的信號(hào)多于從所述第二個(gè)站傳送到第一個(gè)站的信號(hào)。
4．根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中，至少一個(gè)參數(shù)是第二個(gè)站相對(duì)于第一個(gè)站的速度，所述測(cè)量步驟測(cè)量第二個(gè)站相對(duì)于第一個(gè)站的速度。
5．根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中，至少一個(gè)參數(shù)是第一個(gè)站和第二個(gè)站之間的距離，所述測(cè)量步驟測(cè)量第一個(gè)站和第二個(gè)站之間的距離。
6．根據(jù)任意一個(gè)前述權(quán)利要求的方法，其中，至少一個(gè)參數(shù)是無線電信道的相干時(shí)間，測(cè)量步驟測(cè)量所述信道的相干時(shí)間。
7．根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中，至少一個(gè)參數(shù)是第一個(gè)站從第二個(gè)站接收信號(hào)的角擴(kuò)展，測(cè)量步驟測(cè)量所述角擴(kuò)展。
8．根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中，所述至少一個(gè)參數(shù)是第一個(gè)站超出周圍環(huán)境之上的天線陣列高度。
9．根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中，該速率與(第二個(gè)站速度×第一個(gè)站從第二個(gè)站接收信號(hào)的角擴(kuò)展)÷(第一個(gè)站與第二個(gè)站之間的距離×所述信道的相干時(shí)間)成比例。
10．根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中，所述速率隨所述信道變化率的增大而變大。
11．根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中，所述第一個(gè)站與第二個(gè)站之間采用將幀分為時(shí)隙的時(shí)分多址模式進(jìn)行通信。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，所述速率定義為，一個(gè)信號(hào)每隔n幀被從所述第二個(gè)站發(fā)送到所述第一個(gè)站，其中n為整數(shù)。
13．根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中，第一個(gè)站與第二個(gè)站使用同一頻率范圍發(fā)送信號(hào)。
14．根據(jù)權(quán)利要求1到12中任意一個(gè)的方法，其中，第一個(gè)站與第二個(gè)站使用不同的頻率范圍發(fā)送他們的信號(hào)。
15．根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中，一個(gè)參考信號(hào)可以所述的預(yù)定的速率從第二個(gè)站發(fā)送到所述第一個(gè)站。
16．根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中，第二個(gè)站為一移動(dòng)臺(tái)。
17．根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中，所述第一個(gè)站為基發(fā)收發(fā)信站。
18．一種與第二個(gè)站之間進(jìn)行定向無線電通信的第一個(gè)站，所述第一個(gè)站包括通過一無線電信道接收從所述第二個(gè)站發(fā)送到所述第一個(gè)站的信號(hào)的裝置；在所述無線電信道上測(cè)量至少一個(gè)指示變化速度的參數(shù)的裝置；從所述至少一個(gè)參數(shù)確定所述第二個(gè)站發(fā)送信號(hào)到所述第一個(gè)站應(yīng)采用的速率的裝置；以及發(fā)送所述速率信號(hào)到所述第二個(gè)站的裝置。
全文摘要
在第一個(gè)站和第二個(gè)站之間進(jìn)行定向無線電通信的一種方法包含下述步驟:通過一無線電信道從所述第二個(gè)站發(fā)送信號(hào)到所述第一個(gè)站;在所述無線電信道上測(cè)量至少一個(gè)指示變化速度的參數(shù);從所述至少一個(gè)參數(shù)確定,所述第二個(gè)站發(fā)送信號(hào)到所述第一個(gè)站應(yīng)采用的速率;所述第二個(gè)站用至少所述的速率發(fā)送信號(hào)到所述第一個(gè)站。
文檔編號(hào)H04W16/28GK1286005SQ98813000
公開日2001年2月28日 申請(qǐng)日期1998年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月11日
發(fā)明者馬庫斯·凱茨, 尤哈·伊利塔羅 申請(qǐng)人:諾基亞網(wǎng)絡(luò)有限公司