專利名稱：按移動(dòng)電臺(tái)方位形成基站天線輻射圖形方向性的天線設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于諸如無線尋呼系統(tǒng)、蜂窩電話系統(tǒng)等移動(dòng)通信系統(tǒng)的基站和移動(dòng)電臺(tái)中的一種方向性控制天線設(shè)備。
在現(xiàn)有技術(shù)中，作為與在已劃歸給移動(dòng)通信系統(tǒng)的各個(gè)基站的區(qū)域中的多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)通信的方法，已經(jīng)使用了諸如時(shí)分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)、碼分多址(CDMA)等方法。在采用時(shí)分多址的情形中，把具有單一頻率的一個(gè)信道沿時(shí)間軸劃分為等距的間隔以提供通信時(shí)隙，從而在多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)與一個(gè)基站之間能進(jìn)行通信，而在采用頻分多址的的情形中，這是通過采用多個(gè)不同頻率的信道來完成的。另一方面，在采用碼分多址的情形中，多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)通過使用經(jīng)過編碼的數(shù)據(jù)來實(shí)行頻譜分散調(diào)制(spectrum dispersion modulation)，以保證基站從各個(gè)移動(dòng)電臺(tái)獲得的各個(gè)接收到的信號(hào)之間沒有互相關(guān)，由此保證多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)和一個(gè)基站在相同的頻帶內(nèi)通信。
通常，采用這樣一種現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)，只能在一個(gè)基站和那些位于該基站的服務(wù)區(qū)域(即，一個(gè)標(biāo)稱地預(yù)定大小的區(qū)域)之內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)之間進(jìn)行通信。實(shí)際上，通常把基站從一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)接收到的信號(hào)強(qiáng)度的電平用作移動(dòng)電臺(tái)是否在該基站的服務(wù)區(qū)域之內(nèi)的指示。一般，一個(gè)基站和在該基站的服務(wù)區(qū)域之內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)所使用的無線電發(fā)射頻率也是預(yù)定的，從而不會(huì)干擾任何一個(gè)相鄰的基站和在該相鄰基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的那些移動(dòng)電臺(tái)之間的通信。
當(dāng)采用這種現(xiàn)有技術(shù)時(shí)，在時(shí)分多路復(fù)用的情形中，單個(gè)基站的服務(wù)區(qū)域所能提供的移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目被限于分配給移動(dòng)電臺(tái)的通信時(shí)隙的總數(shù)；在頻分多路復(fù)用的情形中，移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目被限于頻率信道的總數(shù)；而在碼分多路復(fù)用的情形中，移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目被限于干擾防止的有效程度(它由數(shù)據(jù)傳遞率對(duì)頻譜分散疇元率之比確定)。由于頻率資源是有限度的，所以能分派給移動(dòng)通信系統(tǒng)的信道頻率的數(shù)目和頻寬也有限度，這就為移動(dòng)通信系統(tǒng)能夠提供的移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目設(shè)置了一個(gè)上限。此外，由于基站的服務(wù)區(qū)域和基站能用來與移動(dòng)電臺(tái)通信的頻率或TDMA時(shí)隙的數(shù)目是固定的，因而會(huì)發(fā)生這樣的情形，即，一個(gè)基站具有可用的通信信道，而相鄰基站的時(shí)隙或通信信道已完全填滿。在現(xiàn)有技術(shù)中，在這種情形(即，在整個(gè)系統(tǒng)中有可用的通信信道容量)中，由于在一個(gè)或多個(gè)基站中缺少通信信道容量，在某些情形下可能無法通信。
本發(fā)明的目的在于通過提供能夠高效率利用通信信道資源的移動(dòng)通信系統(tǒng)來克服上述問題。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種移動(dòng)通信系統(tǒng)，由此每個(gè)基站包括到來方向估計(jì)裝置，用于估計(jì)從一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)接收到的無線電波的到來方向，由此估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)相對(duì)于基站天線的方向。根據(jù)這個(gè)估計(jì)結(jié)果，由天線方向性控制裝置形成基站天線的輻射圖形，該輻射圖形的方向性峰值沿該移動(dòng)電臺(tái)的方向取向。為做到這一點(diǎn)，天線方向性控制裝置適當(dāng)?shù)乜刂聘鱾€(gè)發(fā)射/接收信號(hào)的相位和幅度，這些信號(hào)是提供給/接收自構(gòu)成陣列天線的天線元件的。
由此能夠抑制從基站向除了正在與之通信的移動(dòng)電臺(tái)以外的移動(dòng)電臺(tái)發(fā)射無線電波，在能夠減少整個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)中所需的話通信信道頻率的數(shù)目的同時(shí)，于是能夠消除與其他基站和移動(dòng)電臺(tái)的干擾，并且每個(gè)基站只要用低電平的發(fā)射功率就能夠與在該基站服務(wù)區(qū)域內(nèi)的各個(gè)移動(dòng)電臺(tái)通信。那就是說，采用例如使用FDM的現(xiàn)有技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)，雖然對(duì)于相隔足夠遠(yuǎn)的基站能夠分派相同的頻率信道組，但對(duì)于在系統(tǒng)內(nèi)靠得很近的基站，必需分別分派不同的頻率信道組，以消除相互干擾的危險(xiǎn)。
此外，適應(yīng)地進(jìn)行天線方向性的成形。那就是說，當(dāng)基站與一個(gè)特定的移動(dòng)電臺(tái)通信時(shí)，在由基站從該移動(dòng)電臺(tái)接收信號(hào)的相繼時(shí)間間隔的每個(gè)間隔內(nèi)，能夠估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)的方向，從而在進(jìn)行與一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的通信時(shí)，能夠根據(jù)該基站的相繼估計(jì)的方向，相適應(yīng)地改變天線峰值的取向。
對(duì)于本發(fā)明，可以在每個(gè)基站處使用一個(gè)簡(jiǎn)單的直線陣列天線(或者能提供360°方位角覆蓋的陣列天線組)，以得出從一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)接收到的無線電波的到來方向，并且假設(shè)，相對(duì)于天線的移動(dòng)電臺(tái)的(方位角)方向與無線電波的到來方向相同。用如此得到的方向信息來使相應(yīng)的天線方向性的峰值取向。由于這樣的操作，對(duì)天線方向性成形，而不管移動(dòng)電臺(tái)與基站之間的距離如何。如果移動(dòng)電臺(tái)相對(duì)于基站的仰角較小，例如，移動(dòng)電臺(tái)離開基站足夠大的距離，則這種操作提供大體上準(zhǔn)確的方向信息。
換句話說，為了得到基站輻射圖形成形的較大的準(zhǔn)確度，由此在減小與相鄰的基站實(shí)行的通信的干擾方面獲得更大的有效性，可以采用本發(fā)明來估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)相對(duì)于基站的實(shí)際位置，例如，將位置表示為一個(gè)方位角和視線距離，并形成根據(jù)該位置成形的天線方向性的峰值。在那種情形下，在減小與由其他的基站實(shí)行的通信的干擾的同時(shí)，能夠得到移動(dòng)電臺(tái)方向的更準(zhǔn)確的估計(jì)，并且能對(duì)天線方向性作出更準(zhǔn)確的成形，以保證與特定的移動(dòng)電臺(tái)通信時(shí)，方向性峰值具有適當(dāng)?shù)拇笮?。這種位置估計(jì)也提供了能夠準(zhǔn)確確定每個(gè)服務(wù)區(qū)域的范圍的好處，即，當(dāng)移動(dòng)電臺(tái)從一個(gè)基站的服務(wù)區(qū)域移入另一個(gè)基站的服務(wù)區(qū)域時(shí)，能夠正確地實(shí)行移動(dòng)電臺(tái)從一個(gè)基站到一個(gè)相鄰基站的切換。
本發(fā)明為移動(dòng)通信系統(tǒng)的基站提供了一種方向性控制天線設(shè)備，移動(dòng)通信系統(tǒng)包括至少一個(gè)基站和多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)，方向性控制天線設(shè)備包括陣列天線，它具有天線元件的一個(gè)陣列，用于向在基站的預(yù)定服務(wù)區(qū)內(nèi)的一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)發(fā)射和從該移動(dòng)電臺(tái)接收無線電波；頻率變換裝置，在基站操作的接收模式時(shí)，用于把從各個(gè)天線元件接收到的信號(hào)變換成相應(yīng)的中頻信號(hào)或基帶信號(hào)，而在基站操作的發(fā)射模式時(shí)，用于分別相應(yīng)于天線元件把在中頻或基帶頻率下的發(fā)射信號(hào)變換成發(fā)射頻率下的發(fā)射信號(hào)，并將發(fā)射信號(hào)提供給天線元件；到來方向估計(jì)裝置，用于在接收模式時(shí)對(duì)來自頻率變換器裝置的中頻信號(hào)或基帶信號(hào)進(jìn)行操作，以估計(jì)來自移動(dòng)電臺(tái)的無線電波的到來方向，由此得出移動(dòng)電臺(tái)相對(duì)于基站的估計(jì)的方向，還用于產(chǎn)生表示估計(jì)的方向的方向數(shù)據(jù)；天線方向性控制裝置，用于在接收模式時(shí)，相應(yīng)于天線元件控制接收到的信號(hào)的相位和幅度，并且在發(fā)射模式時(shí)，分別相應(yīng)于天線元件控制發(fā)射信號(hào)的相位和幅度，從而確定陣列天線的方向性；以及響應(yīng)于方向數(shù)據(jù)的峰值產(chǎn)生裝置，用于在發(fā)射模式時(shí)和在接收模式時(shí)產(chǎn)生控制信號(hào)來控制天線方向性控制裝置，從而形成方向性的峰值，它沿移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)的方向取向。
天線方向性控制裝置最好包括響應(yīng)于來自峰值產(chǎn)生裝置的控制信號(hào)的裝置，用于當(dāng)各個(gè)天線元件的接收到的信號(hào)和發(fā)射信號(hào)是在中頻或基帶頻率下時(shí)，控制這些信號(hào)的相位和幅度。
然而，也可以采用周期地控制天線方向性控制裝置的裝置來構(gòu)造設(shè)備，為天線建立大體上均勻的方向性，并且這樣來安排，只有當(dāng)建立起均勻方向性條件時(shí)，到來方向估計(jì)裝置才得出每個(gè)估計(jì)的方向。自那種情形中，天線方向性控制裝置能夠包括響應(yīng)于來自峰值產(chǎn)生裝置的控制信號(hào)的裝置，用于直接控制各個(gè)信號(hào)的相位和幅度，這些信號(hào)是在發(fā)射和接收操作時(shí)，向天線元件提供或從天線元件接收的，即，這些信號(hào)是發(fā)射頻率下的信號(hào)。
除了到來方向估計(jì)裝置能夠用各個(gè)無線電波的到來方向來估計(jì)位于基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)相對(duì)于基站的各個(gè)方向之外，由此得到的方向的總數(shù)代表了在該服務(wù)區(qū)域內(nèi)工作的移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目，從而到來方向估計(jì)裝置也能夠得出此信息。這一設(shè)備還可設(shè)有用于判斷在服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)數(shù)是否等于或大于陣列天線的元件總數(shù)的裝置；以及當(dāng)判斷出作為估計(jì)值得到的移動(dòng)電臺(tái)數(shù)等于或大于天線元件的總數(shù)時(shí)起作用的裝置，用于在基站的接收模式時(shí)控制峰值產(chǎn)生裝置以產(chǎn)生控制信號(hào)，從而天線方向性控制裝置控制天線元件的各個(gè)接收到的信號(hào)的相位和幅度，以產(chǎn)生方向性的單個(gè)峰值，并且將峰值掃過陣列天線的方向性變化的整個(gè)范圍。
用那種方法，由到來方向估計(jì)裝置獲得在服務(wù)范圍內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)的各個(gè)方向?yàn)榕c檢測(cè)到接收信號(hào)相應(yīng)的方向。基站相繼地(即，在將峰值掃至這些移動(dòng)電臺(tái)的各個(gè)方向的相繼的間隔內(nèi))實(shí)行與每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的通信，由此檢測(cè)得這些電臺(tái)的方向。
本發(fā)明還可用于這樣一種移動(dòng)通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個(gè)基站，這些基站具有各自的互相相鄰的局部區(qū)域，將這些基站互連，以交換表示移動(dòng)電臺(tái)估計(jì)方向的數(shù)據(jù)，其中，每個(gè)基站的陣列天線是一個(gè)具有沿陣列軸隔開的元件的直線陣列天線，并且每個(gè)基站還包括移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)裝置，用于從基站的到來方向估計(jì)裝置接收指出從一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)接收到的無線電波的估計(jì)的到來方向的第一方向數(shù)據(jù)，用于對(duì)方向數(shù)據(jù)連同表示陣列天線高出地平面的高度的已知數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得出代表移動(dòng)電臺(tái)第一可能位置范圍的第一基線數(shù)據(jù)，并且用于從至少兩個(gè)其他基站的各個(gè)到來方向估計(jì)裝置接收指出來自一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的無線電波相對(duì)于其他基站的各個(gè)到來方向的第二和第三方向數(shù)據(jù)，用于處理第二和第三方向數(shù)據(jù)以得出分別指出移動(dòng)電臺(tái)第二和第三可能位置范圍的第二和第三基線數(shù)據(jù)，用于從第一、第二和第三基線數(shù)據(jù)導(dǎo)出移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)位置并產(chǎn)生指出該估計(jì)位置的位置數(shù)據(jù)，并將此位置數(shù)據(jù)提供給峰值產(chǎn)生裝置；并且其中峰值產(chǎn)生裝置響應(yīng)于位置數(shù)據(jù)，根據(jù)估計(jì)的位置，用于產(chǎn)生提供給天線方向性控制裝置的控制信號(hào)，用此信號(hào)來控制天線方向性控制裝置，從而確定方向性的峰值取向和峰值的形狀。
最好這樣構(gòu)造這種基站的直線陣列天線，以在180°的范圍內(nèi)提供方位角方向性，移動(dòng)電臺(tái)的可能位置的范圍作為地面和一半圓錐面的估計(jì)的交線而導(dǎo)出，此圓錐以天線的陣列軸線作為其中心軸，圓錐表面具有一個(gè)頂角，這個(gè)頂角的值是來自移動(dòng)電臺(tái)的到來無線電波的方向和陣列軸線之間的夾角之值的兩倍。
按照另一方面，本發(fā)明提供了一種方向性控制天線設(shè)備，其中，基站的陣列天線是具有沿陣列軸線隔開的天線元件的直線陣列天線，該設(shè)備還包括電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量裝置，用于測(cè)量從一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)接收到的無線電波的電場(chǎng)強(qiáng)度的值；以及位置估計(jì)裝置，用于將組合的信號(hào)強(qiáng)度值變換為從陣列天線至移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)的視線距離的值，用于對(duì)估計(jì)的距離值連同陣列天線高出地面的高度的已知值進(jìn)行操作，以得出表示移動(dòng)電臺(tái)的可能位置的范圍的基線數(shù)據(jù)，用于對(duì)基線數(shù)據(jù)連同由到來方向估計(jì)裝置提供的移動(dòng)電臺(tái)估計(jì)的方向數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，以得出表示移動(dòng)電臺(tái)相對(duì)于陣列天線的估計(jì)的位置的位置數(shù)據(jù)，并且將位置數(shù)據(jù)提供給峰值產(chǎn)生裝置；其中，峰值產(chǎn)生裝置用于響應(yīng)于位置數(shù)據(jù)，根據(jù)估計(jì)的位置產(chǎn)生提供給天線方向性控制裝置的控制信號(hào)，用此信號(hào)來控制天線方向性控制裝置，從而確定方向性的峰值取向和峰值的形狀。
另外，每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)包括位移矢量產(chǎn)生裝置，用于導(dǎo)出表示移動(dòng)電臺(tái)在第一時(shí)刻(t1)的位置與移動(dòng)電臺(tái)在第一時(shí)刻后的第二時(shí)刻(t2)的位置之差的位移矢量；以及用于通過無線電發(fā)射表示位移矢量的數(shù)據(jù)至基站的裝置；基站的陣列天線是具有沿陣列軸線隔開排列的天線元件的直線陣列天線，而基站還包括移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)裝置，它在第一時(shí)刻(t1)工作，以對(duì)由的到來方向估計(jì)裝置和距離檢測(cè)裝置提供的移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)的方向數(shù)據(jù)以及陣列天線高出地平面的已知的高度值進(jìn)行操作，以導(dǎo)出表示移動(dòng)電臺(tái)的可能位置的第一范圍的第一基線數(shù)據(jù)，該移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)裝置又在第二時(shí)刻(t2)工作，以對(duì)移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)的方向數(shù)據(jù)和高度值進(jìn)行操作，以導(dǎo)出表示移動(dòng)電臺(tái)的可能位置的第二范圍的第二基線數(shù)據(jù)，用于對(duì)位移矢量值連同第一基線數(shù)據(jù)和第二基線數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，以估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)在第二時(shí)刻(t2)的位置，用于產(chǎn)生表示估計(jì)的位置的位置數(shù)據(jù)，并將該位置數(shù)據(jù)提供給峰值產(chǎn)生裝置；并且峰值產(chǎn)生裝置用于根據(jù)估計(jì)的位置，響應(yīng)于位置數(shù)據(jù)產(chǎn)生提供給天線方向性控制裝置的控制信號(hào)來控制天線方向性控制裝置，從而決定方向性的峰值的取向以及峰值的形狀。
作為又一方面，這種方向性控制天線設(shè)備(其中，基站的陣列天線是具有沿陣列軸線隔開排列的天線元件的直線陣列天線)包括天線旋轉(zhuǎn)裝置，用于以陣列軸線在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方式旋轉(zhuǎn)陣列天線；以及位置估計(jì)裝置，用于接收方向信息，并且至少對(duì)來自到來方向估計(jì)裝置的第一方向數(shù)據(jù)和第二方向數(shù)據(jù)(前者是當(dāng)陣列軸線處于第一角位置時(shí)導(dǎo)出的，表示第一估計(jì)的方向，后者是當(dāng)陣列軸線已旋轉(zhuǎn)至第二角位置時(shí)導(dǎo)出的，表示第二估計(jì)方向)進(jìn)行操作，以估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)的位置并產(chǎn)生表示估計(jì)的位置的位置數(shù)據(jù)；峰值產(chǎn)生裝置用于響應(yīng)于位置數(shù)據(jù)，根據(jù)估計(jì)的位置產(chǎn)生提供給天線方向性控制裝置的控制信號(hào)，用此信號(hào)來控制天線方向性控制裝置，從而確定方向性的峰值取向和峰值的形狀。
按照另一方面，本發(fā)明提供基站用的方向性控制天線設(shè)備，還包括傳播延遲時(shí)間估計(jì)裝置，用于估計(jì)從移動(dòng)電臺(tái)接收到的無線電波的傳播延遲時(shí)間；電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量裝置，用于測(cè)量來自移動(dòng)電臺(tái)的作為直接波接收的無線電波和作為間接波接收的各個(gè)無線電波的電場(chǎng)強(qiáng)度；以及傳播路徑均衡裝置，用于從到來方向估計(jì)裝置接收到來方向數(shù)據(jù)，并從傳播延遲時(shí)間估計(jì)裝置接收傳播延遲時(shí)間的估計(jì)的值，并且當(dāng)?shù)絹矸较蚬烙?jì)裝置獲得的無線電波到來方向的估計(jì)結(jié)果指出該移動(dòng)電臺(tái)是在基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的唯一的移動(dòng)電臺(tái)時(shí)，根據(jù)估計(jì)的無線電波傳播延遲時(shí)間以及直接波與反射波的電場(chǎng)強(qiáng)度的比值，該裝置對(duì)于多路徑傳播信號(hào)的影響補(bǔ)償從移動(dòng)電臺(tái)接收到的信號(hào)。
采用這樣一種設(shè)備，傳播路徑均衡裝置可以包括多個(gè)級(jí)聯(lián)的延遲元件和按比例地組合延遲元件的輸出信號(hào)的裝置，延遲元件對(duì)接收到的信號(hào)施加相繼的延遲增量，而后一裝置是根據(jù)估計(jì)的無線電波延遲時(shí)間以及直接波與反射波的電場(chǎng)強(qiáng)度的比值來確定比例的。
按照另一方面，基站的方向性控制天線設(shè)備還可以包括零點(diǎn)產(chǎn)生裝置，當(dāng)由到來方向估計(jì)裝置對(duì)N個(gè)移動(dòng)電臺(tái)估計(jì)了各自的到來無線電波方向時(shí)，該裝置建立陣列天線的輻射圖形的零點(diǎn)，它們分別沿(N-1)個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的方向而取向，這里N是大于1的整數(shù)。
這樣一種設(shè)備能夠進(jìn)一步減小由基站發(fā)射的信號(hào)與系統(tǒng)的其他基站與移動(dòng)電臺(tái)正在進(jìn)行的通信之間的干擾。
按照另一方面，本發(fā)明提供一種移動(dòng)通信系統(tǒng)(該系統(tǒng)具有至少一個(gè)基站和多個(gè)移動(dòng)電臺(tái))的基站用的方向性控制天線設(shè)備，它包括直線陣列天線，它具有沿陣列軸線隔開排列的天線元件；至少一個(gè)偏置天線元件，它具有沿這樣一個(gè)方向的方向性，該方向從陣列天線的陣列軸線偏置一個(gè)固定的角度；到來方向估計(jì)裝置，用于接收偏置天線元件和陣列天線的一組天線元件的接收到的信號(hào)作為第一天線元件組的接收到的信號(hào)，并且接收陣列天線的其余元件的接收到的信號(hào)作為第二天線元件組的接收到的信號(hào)，用于將第一天線組的各個(gè)元件的接收到的信號(hào)加以組合，將第二天線元件組的各個(gè)元件的接收到的信號(hào)加以組合，由此獲得兩個(gè)組合的接收到的信號(hào)，用于獲得這些組合的接收到的信號(hào)之間的幅度的差值，以及用于根據(jù)幅度的差值來估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)所處的方向。
按照再一個(gè)方面，本發(fā)明為具有多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的移動(dòng)通信系統(tǒng)的基站提供一種方向性控制天線設(shè)備，其中，基站還設(shè)有第一陣列天線和第二陣列天線，前者用于到來方向估計(jì)的目的，而后者只用作數(shù)據(jù)發(fā)射和接收天線。
對(duì)于分別使用第一和第二陣列天線(前者用于方向估計(jì)，后者用于數(shù)據(jù)發(fā)射/接收)的這樣一種結(jié)構(gòu)，基站能夠設(shè)置這樣一個(gè)裝置，使得如有需要可以把這兩個(gè)天線用于方向估計(jì)。具體些說，按照該方面，基站的方向性控制天線設(shè)備還包括用于判斷由到來方向估計(jì)裝置導(dǎo)出的移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)數(shù)目是否大于第一陣列天線的元件數(shù)目；當(dāng)判斷出作為估計(jì)值得出的移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目大于第一天線陣列的元件數(shù)目時(shí)工作的一個(gè)裝置，用于實(shí)行控制，由此到來方向估計(jì)裝置為估計(jì)來自移動(dòng)電臺(tái)的無線電波的到來方向，把從第一陣列天線的所有元件和第二陣列天線接收天線的所有元件獲得的各個(gè)接收到的信號(hào)組合起來使用，該裝置還用于校正位于局部區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)數(shù)目的估計(jì)值。
對(duì)于這樣一種設(shè)備，如果首次作為到來方向估計(jì)裝置的估計(jì)結(jié)果(即，只使用第一陣列天線)而獲得的移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目大于第一陣列天線的元件的數(shù)目，則指出獲得的估計(jì)結(jié)果可能不準(zhǔn)確。在那個(gè)情形中，也能使用第二(即，數(shù)據(jù)發(fā)射和接收)陣列天線的元件，從而增加了用于估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目和它們的方向的天線元件的總數(shù)。由此能夠增加其方向可以由到來方向估計(jì)裝置同時(shí)估計(jì)的移動(dòng)電臺(tái)的最大數(shù)目。
對(duì)于本發(fā)明，基站天線的天線方向性的成形不必限于形成沿一個(gè)特定的移動(dòng)電臺(tái)的方向取向的單個(gè)峰值。同樣可以同時(shí)形成沿多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的各自的估計(jì)方向取向的多個(gè)峰值。
此外，如果由設(shè)備導(dǎo)出各個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)位置，則可以形成如此成形的單個(gè)峰值，從而能夠與互相靠得足夠近的多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)中的每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)進(jìn)行通信，同時(shí)把干擾在系統(tǒng)的其他基站和移動(dòng)電臺(tái)之間的通信的危險(xiǎn)減至最小。


圖1是按照本發(fā)明的方向性控制天線設(shè)備的第一實(shí)施例的簡(jiǎn)略的系統(tǒng)方框圖；圖2是說明基站天線的方向性的峰值的概念圖，該峰值是根據(jù)移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)的方向形成的；圖3是示出使用微帶天線提供360°方位角方向性控制的陣列天線的一個(gè)例子的圖；圖4是圖1的實(shí)施例中的變頻器部分的電路簡(jiǎn)圖；圖5是圖1的實(shí)施例中的天線方向性控制部分的電路簡(jiǎn)圖，該部分通過相應(yīng)于陣列天線的各個(gè)元件控制基帶信號(hào)的相位和幅度來進(jìn)行天線方向性控制；圖6是用于說明圖1的實(shí)施例中的到來方向估計(jì)部分的操作的流程圖；圖7是用于說明圖1的實(shí)施例中的峰值產(chǎn)生部分的操作的流程圖；圖8是第一實(shí)施例的第一種替代結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)方框簡(jiǎn)圖，該結(jié)構(gòu)通過相應(yīng)于陣列天線的各個(gè)元件直接控制發(fā)射頻率信號(hào)的相位和幅度來進(jìn)行天線方向性控制；圖9是圖8的實(shí)施例中的變頻部分的電路簡(jiǎn)圖，該變頻部分只用于所述天線元件的接收到的信號(hào)；圖10是圖8的實(shí)施例中的變頻器部分的電路簡(jiǎn)圖，該變頻部分只用于發(fā)射信號(hào)；
圖11是圖8的實(shí)施例中的天線方向性控制部分的電路簡(jiǎn)圖；圖12是說明圖8的實(shí)施例中的峰值產(chǎn)生部分的工作情形用的流程圖；圖13是第一實(shí)施例的第二種替代結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)方框簡(jiǎn)圖，該結(jié)構(gòu)通過相應(yīng)于陣列天線的各個(gè)元件直接控制發(fā)射頻率信號(hào)的相位和幅度來進(jìn)行天線方向性控制；圖14是圖13的實(shí)施例中的變頻器部分的電路簡(jiǎn)圖；圖15是圖13的實(shí)施例中的天線方向性控制部分的電路簡(jiǎn)圖；圖16是說明圖3的實(shí)施例中的峰值產(chǎn)生部分工作情形用的流程圖；圖17是按照本發(fā)明的方向性控制天線設(shè)備的第二實(shí)施例的系統(tǒng)方框簡(jiǎn)圖，它分別具有用于方向估計(jì)和數(shù)據(jù)通信的分開的陣列天線；圖18是圖17的實(shí)施例中的變頻器部分的電路簡(jiǎn)圖；圖19是按照本發(fā)明的方向性控制天線設(shè)備的第三實(shí)施例的系統(tǒng)方框簡(jiǎn)圖；圖20是圖19的實(shí)施例中的變頻器部分的電路簡(jiǎn)圖；圖21是圖20的實(shí)施例中的天線方向性控制部分的電路簡(jiǎn)圖；圖22A、22B、22C構(gòu)成了圖20的實(shí)施例中的到來方向估計(jì)部分的工作的流程圖，從而當(dāng)判斷出估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目等于或大于陣列天線元件的總數(shù)時(shí)，該到來方向估計(jì)部分在檢測(cè)來自移動(dòng)電臺(tái)的接收到的信號(hào)時(shí)，根據(jù)相繼地掃描陣列天線的方向性峰值來進(jìn)行方向估計(jì)；圖23、24、25、26、27A、27B和28A、28B是用于說明估計(jì)一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的可能位置的范圍的原理的概念圖，該范圍為地面和一個(gè)圓錐面的交線，該圓錐的半頂角等于來自移動(dòng)電臺(tái)的到來無線電波的方向與接收無線電波的直線陣列天線的軸線之間的夾角；圖29是本發(fā)明的第四實(shí)施例的系統(tǒng)方框簡(jiǎn)圖，它能夠由基站來估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)的各自的位置；圖30、31是說明第四實(shí)施例的基本原理用的概念圖；圖32是圖29的第四實(shí)施例中的移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分的工作的流程圖；圖33是本發(fā)明的第五實(shí)施例的系統(tǒng)方框簡(jiǎn)圖，它能夠由基站來估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)的各自的位置；圖34是圖33的第五實(shí)施例中的移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分的工作的流程圖；圖35是第五實(shí)施例中的場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量部分的電路圖；圖36是本發(fā)明的第六實(shí)施例的系統(tǒng)方框簡(jiǎn)圖，它能夠由基站來估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)的各自的位置；圖37是說明第六實(shí)施例的基本原理用的概念圖；圖38A、38B構(gòu)成了圖36的第六實(shí)施例中的移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分的工作的流程圖39是第六實(shí)施例中的移動(dòng)電臺(tái)的位移矢量產(chǎn)生部分的基本系統(tǒng)方框圖；圖40是本發(fā)明的第七實(shí)施例的系統(tǒng)方框簡(jiǎn)圖，它能夠根據(jù)直線陣列天線的旋轉(zhuǎn)由基站來估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)的各自的位置；圖41是說明第七實(shí)施例的基本原理用的概念圖；圖42是第七實(shí)施例中的移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分的工作的流程圖；圖43是本發(fā)明的第八實(shí)施例的系統(tǒng)方框簡(jiǎn)圖，它能夠?qū)Χ嗦窂絺鞑ビ绊懷a(bǔ)償基站的接收到的信號(hào)和發(fā)射信號(hào)；圖44是圖43的實(shí)施例中的傳播路徑均衡器部分的一個(gè)例子的電路圖；圖45是本發(fā)明的第八實(shí)施例的系統(tǒng)方框簡(jiǎn)圖，它能在各個(gè)基站之間均衡通信信道的使用，在此移動(dòng)通信系統(tǒng)中，對(duì)多個(gè)基站中的每個(gè)基站都分派了固定數(shù)目的通信信道；圖46A、46B構(gòu)成了圖45的第八實(shí)施例中的基站的區(qū)域轉(zhuǎn)換控制部分的工作的流程圖；圖47是說明第八實(shí)施例的基本原理用的概念圖；圖48是本發(fā)明的第九實(shí)施例的系統(tǒng)方框簡(jiǎn)圖，其中，每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)在隨機(jī)確定的時(shí)隙內(nèi)發(fā)射用于方向估計(jì)的控制信號(hào)；圖49是圖48的實(shí)施例中的基站使用的一段可變帶通濾波器的一個(gè)例子的電路圖；圖50是說明圖48的實(shí)施例中的隨機(jī)確定的時(shí)隙與可變帶通濾波器的控制之間的關(guān)系的時(shí)序圖；圖51是圖48的實(shí)施例的移動(dòng)電臺(tái)中的控制信號(hào)發(fā)射部分的一個(gè)例子的基本系統(tǒng)方框圖；圖52是本發(fā)明的第十實(shí)施例的系統(tǒng)方框簡(jiǎn)圖，它能夠產(chǎn)生基站天線的天線方向性的零點(diǎn)，這些零點(diǎn)沿基站當(dāng)前沒有與之通信的各個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的方向取向；圖53是圖52的實(shí)施例中的到來方向估計(jì)部分的工作的流程圖；圖54是圖52的實(shí)施例中的零點(diǎn)產(chǎn)生部分的工作的流程圖；圖55是本發(fā)明的第十一實(shí)施例的系統(tǒng)方框簡(jiǎn)圖，其中，為獲得一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的方向，一個(gè)基站使用一個(gè)直線陣列天線的定向特性與從陣列天線的軸線偏移的一個(gè)天線元件的定向特性之差；圖56是圖55的實(shí)施例中的到來方向估計(jì)部分的工作的流程圖；圖57是說明圖55的實(shí)施例中使用的第一組和第二組天線元件的各自的方向性特性的曲線圖；以及圖58是說明無線電波的到來方向與圖57的特性差值之間的關(guān)系用的曲線圖。
下面將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是按照本發(fā)明的一種方向性控制天線設(shè)備的第一實(shí)施例的系統(tǒng)方框圖。在圖1中，11是移動(dòng)通信系統(tǒng)的一個(gè)基站的陣列天線。陣列天線11由多個(gè)天線元件構(gòu)成，這里用11a、11b、11c來表示，此陣列天線例如可以是微帶天線，或者是具有后反射器元件的隔開的偶極天線的陣列。12是到來方向估計(jì)部分，它對(duì)由陣列天線11的元件獲得的接收到的信號(hào)進(jìn)行操作，以估計(jì)從移動(dòng)電臺(tái)發(fā)射的無線電波的各個(gè)到來方向。15是峰值產(chǎn)生部分，它對(duì)由到來方向估計(jì)部分提供的方向數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，以產(chǎn)生用于控制天線方向性控制部分13的控制信號(hào)，從而產(chǎn)生陣列天線11的方向性的峰值，該峰值沿由峰值產(chǎn)生部分15確定的各個(gè)方向取向。
在此實(shí)施例中，天線方向性控制部分13還用來當(dāng)基站進(jìn)行發(fā)射操作時(shí)將發(fā)射基帶信號(hào)變換成天線元件的各個(gè)I.F.發(fā)射信號(hào)，并且當(dāng)基站進(jìn)行接收操作時(shí)將天線元件的接收到的I.F.信號(hào)變換為接收到的基帶信號(hào)。
14是變頻部分，在此實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)射時(shí)，它把已調(diào)制的中頻信號(hào)上變頻至發(fā)射頻率(即，射頻)的頻帶，而當(dāng)接收時(shí)，把接收到的射頻信號(hào)下變頻至I.F.。
圖4和圖5分別示出圖1的實(shí)施例的變頻器部分14和天線方向性控制部分13的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。如圖5中的開關(guān)13g所指出的，系統(tǒng)可在操作的接收模式(RX)和發(fā)射模式(TX)之間切換。在發(fā)射模式中，由各對(duì)增益受控的放大器13d、13e把基帶信號(hào)放大，而把經(jīng)放大的每對(duì)信號(hào)連同來自頻率源13f的固定頻率信號(hào)提供給一對(duì)乘法器(即，混頻器)13a、13c，由此變換為相應(yīng)的一對(duì)已調(diào)制的中頻(I.F.)信號(hào)。由一個(gè)90度相移器13b把提供給這些乘法器之一的固定頻率信號(hào)的相位移動(dòng)90°，并且把得到的一對(duì)已調(diào)制的I.F.信號(hào)相加，從而得出單個(gè)的已調(diào)制的I.F.信號(hào)，該信號(hào)的相位和幅度由放大器13d、13e的放大率的組合確定。(為描述簡(jiǎn)單起見，在圖中未示出I.F.濾波器。)這些放大率由各個(gè)放大率控制信號(hào)確定，如后面所描述的，這些放大率控制信號(hào)由峰值產(chǎn)生部分15提供。把這樣得到的每個(gè)相位和幅度受控的I.F.信號(hào)提供給變頻部分14。
如圖4所示，把從天線方向性控制部分13如此提供的每個(gè)相位和幅度受控的I.F.信號(hào)輸入至相應(yīng)的乘法器14a，還向該乘法器提供來自頻率源14b的固定的高頻信號(hào)，由此得到一個(gè)相應(yīng)的已調(diào)制的射頻發(fā)射信號(hào)。把這些發(fā)射信號(hào)的每個(gè)信號(hào)提供給陣列天線11的一個(gè)相應(yīng)的元件。
當(dāng)把系統(tǒng)設(shè)定為操作的接收模式時(shí)，于是把來自陣列天線11的一個(gè)天線元件的每個(gè)接收到的RF信號(hào)輸入至相應(yīng)的一個(gè)乘法器14a，從而下變頻至相應(yīng)的I.F.信號(hào)，把該信號(hào)提供給到來方向估計(jì)部分12以及天線方向性控制部分13。在天線方向性控制部分13中，可以認(rèn)為每個(gè)乘法器13a、13c和放大器13d、13e與反方向的輸入/輸出信號(hào)流起作用，該信號(hào)流來自描述發(fā)射模式操作時(shí)的裝置(即，使用為便于描述而在圖中省略的那些裝置)。在那種情形下，把從一個(gè)天線元件接收到的每個(gè)I.F.信號(hào)輸入至兩個(gè)乘法器13a、13c，以獲得兩個(gè)相應(yīng)的有90°相位差的基帶信號(hào)，而由一對(duì)相應(yīng)的放大器13d、13e分別放大這兩個(gè)信號(hào)。然后把得到的一對(duì)基帶信號(hào)加以組合，以得到一個(gè)基帶信號(hào)，該信號(hào)的相位和幅度由對(duì)于放大器13d、13e設(shè)定的各個(gè)放大率決定，而放大率是由到來方向估計(jì)部分12提供的控制信號(hào)決定的。然后把從各個(gè)天線元件獲得的各個(gè)相位和幅度受控的基帶信號(hào)加以組合，以獲得最終的接收到的基帶信號(hào)。
在發(fā)射操作和接收操作時(shí)，用那種方法確定施加至陣列天線11的天線元件的每個(gè)接收到的信號(hào)或發(fā)射信號(hào)的各個(gè)放大率和相移的值，從而產(chǎn)生天線的特殊的輻射圖形，于是基站能夠和一個(gè)或幾個(gè)特定的(即，在基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的)移動(dòng)電臺(tái)通信。
為尋找從這些移動(dòng)電臺(tái)發(fā)射的無線電波的各個(gè)到來方向，在系統(tǒng)工作于接收模式時(shí)，到來方向估計(jì)部分12通過使用諸如多信號(hào)分類(Multiple SignalClassification，MUSIC)方法或借助于旋轉(zhuǎn)不變性技術(shù)估計(jì)信號(hào)參數(shù)(Estimation ofSignal Parameters via Rotational Invariance techniques，ESPRIT)方法，周期地進(jìn)行一個(gè)過程，以對(duì)各個(gè)從天線元件接收到的信號(hào)進(jìn)行處理。能夠用這樣一種方法來估計(jì)從一個(gè)或數(shù)個(gè)移動(dòng)電臺(tái)發(fā)射的無線電波的各個(gè)到來方向，并由此估計(jì)這些移動(dòng)電臺(tái)相對(duì)于天線11的各個(gè)方向。
各種類型的陣列天線可以用作陣列天線11。特別，由于不需要非常清晰地規(guī)定的方向性，因此可以使用一個(gè)簡(jiǎn)單的直線陣列天線。那就是說，如果天線11和與每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的高度差不過分大，或者每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)與天線11之間的距離足夠大，則由直線陣列天線的元件接收到的無線電波的到來方向與無線電波源的方位角方向近似相同。
例如，MUSIC方法由Schmidt在《IEEE Transactions on Antennas andPropagation》，Vol.AP-34，No.3，March 1986中描述，而ESPRIT方法由Roy和Kailath在《IEEE Transactions on Acoustics，Speech and Signal Processing》，Vol.37，No.7，July 1989中描述。
此外，例如，根據(jù)從各個(gè)移動(dòng)電臺(tái)接收到的信號(hào)強(qiáng)度的電平，基站確定這些移動(dòng)電臺(tái)中的哪些移動(dòng)電臺(tái)當(dāng)前位于該基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)。因?yàn)橐苿?dòng)通信系統(tǒng)的基站的服務(wù)區(qū)域的技術(shù)是公知的，因此不再贅述。
如上所述，為了控制施加于由陣列天線11的元件接收或發(fā)射的各個(gè)信號(hào)的相移角和放大率，峰值產(chǎn)生部分15使用對(duì)于在基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)估計(jì)的方向，來確定要提供給天線方向性控制部分13的控制信號(hào)的適當(dāng)?shù)闹?。?dāng)基站與一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)通信時(shí)，由峰值產(chǎn)生部分15確定由此對(duì)每個(gè)天線元件信號(hào)建立的相移和放大率值的組合，以產(chǎn)生天線方向性的峰值，該峰值沿已對(duì)該移動(dòng)電臺(tái)估計(jì)的方向取向。這保證了(a)為了與移動(dòng)電臺(tái)進(jìn)行通信，在基站中需要的發(fā)射機(jī)功率和接收機(jī)靈敏度的值最小，以及(b)在與一個(gè)基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)的通信以及與移動(dòng)通信系統(tǒng)的其他基站的相鄰服務(wù)區(qū)域正在進(jìn)行的通信之間發(fā)生干擾的可能性最小。
圖2是用來對(duì)一個(gè)基站和在該基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)的關(guān)系作概念性說明的簡(jiǎn)圖。在圖2中，21是基站；23是天線定向波束，它是由基站的天線方向性控制部分形成的；24和25是各個(gè)移動(dòng)電臺(tái)。假設(shè)兩個(gè)移動(dòng)電臺(tái)24、25都在基站21的服務(wù)區(qū)域內(nèi)，能夠如圖2所示的那樣形成基站21的陣列天線11的輻射圖形23，其天線方向性的各個(gè)峰值沿移動(dòng)電臺(tái)24和25的方向取向。
在圖2所示的情形中，可以假設(shè)有兩個(gè)移動(dòng)電臺(tái)，它們的發(fā)射正由陣列天線11同時(shí)接收。如果分別用不同的數(shù)據(jù)來調(diào)制發(fā)射，即使這兩個(gè)發(fā)射使用同一頻帶，從移動(dòng)電臺(tái)接收到的各個(gè)信號(hào)也將沒有互相關(guān)，從而到來方向估計(jì)部分12可以檢測(cè)兩個(gè)移動(dòng)電臺(tái)各自的方向。作為可以判斷多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的各自的方向的最大值，它不得超過基站天線的天線元件的總數(shù)。
這樣，根據(jù)由移動(dòng)電臺(tái)發(fā)射的無線電波的到來方向能夠得出在一個(gè)基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)工作的移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目以及這些移動(dòng)電臺(tái)各自的方向。
除非另作說明，對(duì)于下面描述的每個(gè)實(shí)施例，假設(shè)每個(gè)基站使用一個(gè)陣列軸線沿水平方向設(shè)置的線性陣列天線，因而只能有方位角方向性。在那種情形中，“移動(dòng)電臺(tái)相對(duì)于基站天線的方向”的概念意味著方位角的值。
雖然在圖5的例中假設(shè)，把上述相位和幅度的改變施加于基帶電平的發(fā)射或接收到的信號(hào)，但同樣可以在中頻電平施加這種改變。在那種情形中，例如，圖4中的每個(gè)乘法器14a將用一對(duì)乘法器來代替，即，第一乘法器用于從中頻進(jìn)行直接上變頻或下變頻至中頻，而第二乘法器用于進(jìn)行具有90°相移的上變頻或下變頻。采用與圖5的乘法器13a、13c相同的方法，把每個(gè)這種乘法器的中頻信號(hào)提供給/獲得自一個(gè)增益受控制的放大器。
為描述方便起見，把圖1的陣列天線11作為只有三個(gè)天線元件的陣列天線示出，然而，元件的實(shí)際數(shù)目當(dāng)然要多得多。此外，對(duì)于基站的陣列天線一般需要能夠接收來自整個(gè)360°方位角范圍內(nèi)的各個(gè)方向的無線電波。通過構(gòu)造一個(gè)把天線元件排列成圓形的陣列天線，能夠做到這一點(diǎn)。然而，同樣可以使用多個(gè)直線陣列天線，每個(gè)陣列天線的陣列軸線沿水平方向設(shè)置，并且只在其一側(cè)具有方向性。能夠把這樣一種直線陣列天線做成直線微帶天線，或垂直偶極天線的直線陣列，每個(gè)偶極天線由一個(gè)后反射器。為獲得所需的360°的方位角覆蓋，可以背對(duì)背設(shè)置一對(duì)這樣的陣列天線，即，由每個(gè)陣列天線提供180°的方位角覆蓋。另外，如圖3所示，可以構(gòu)造三個(gè)陣列天線800、801、802(在此例子中，它們是微帶天線)的一個(gè)組，每個(gè)天線提供120°的方位角覆蓋。
圖6是由到來方向估計(jì)部分12用于導(dǎo)出表示移動(dòng)電臺(tái)的各個(gè)方向所進(jìn)行的處理的基本流程圖。在步驟S1中，由于在本實(shí)施例中假設(shè)采用接收到的I.F.信號(hào)來進(jìn)行方向估計(jì)處理，所以“N個(gè)相繼的數(shù)據(jù)位”是指用N個(gè)相繼的數(shù)據(jù)位調(diào)制的I.F.信號(hào)。采用MUSIC或ESPRIT技術(shù)，得到的估計(jì)的準(zhǔn)確度受被處理的接收到的數(shù)據(jù)量的影響，即，為獲得所需的準(zhǔn)確度，在每個(gè)方向估計(jì)操作中必需使用最小數(shù)目的相繼接收到的位。
一般，如圖6的S3所示的步驟將只導(dǎo)致對(duì)于一個(gè)特定的移動(dòng)電臺(tái)(即，基站當(dāng)前正與之通信或開始與之通信的移動(dòng)電臺(tái))的，每次要提供給峰值產(chǎn)生部分15的方向數(shù)據(jù)。雖然在上面沒有具體描述，到來方向估計(jì)部分或峰值產(chǎn)生部分還包括一個(gè)存儲(chǔ)器，用于在到來方向估計(jì)部分相繼進(jìn)行方向估計(jì)操作的時(shí)間間隔內(nèi)暫時(shí)存儲(chǔ)估計(jì)的方向數(shù)據(jù)，例如，用于當(dāng)基站在發(fā)射時(shí)將數(shù)據(jù)提供給峰值產(chǎn)生部分。
此外，到來方向估計(jì)部分可以利用估計(jì)的方向信息來估計(jì)當(dāng)前在基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)的總數(shù)。
圖7是由峰值產(chǎn)生部分15實(shí)行的處理的基本流程圖，用于對(duì)由到來方向估計(jì)部分12提供的方向數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。對(duì)于本實(shí)施例，如上所述，要施加至接收到的或發(fā)射的信號(hào)的相移角度和放大率由為天線方向性控制部分13的放大器設(shè)置的各個(gè)放大率確定，從而在圖7的步驟S2中對(duì)這些放大率確定適當(dāng)?shù)闹?，用于在已由到來方向估?jì)部分12找到的每個(gè)方向產(chǎn)生天線方向性的各個(gè)峰值。一般，如上所述，每次只產(chǎn)生一個(gè)峰值，它沿一個(gè)特定的移動(dòng)電臺(tái)的方向取向。然而，如上所述，本發(fā)明不限于這種安排，可以同時(shí)形成多個(gè)峰值，它們指向多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)中的有關(guān)的一些移動(dòng)電臺(tái)。
為描述簡(jiǎn)便起見，不再描述將每個(gè)估計(jì)的方向與特定的移動(dòng)電臺(tái)相聯(lián)系的方法，因?yàn)樽R(shí)別移動(dòng)通信系統(tǒng)的移動(dòng)電臺(tái)的方法是公知的。
圖8是本發(fā)明第一實(shí)施例的第一種替代結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)方框圖。在圖8中，33是天線方向性控制部分。圖8的設(shè)備與圖1的設(shè)備的不同之處在于，為確定陣列天線11的方向性，天線方向性控制部分33直接控制施加至陣列天線的元件的每個(gè)(R.F.)發(fā)射信號(hào)或接收到的信號(hào)的各個(gè)相移和放大率的值。如對(duì)于圖1的設(shè)備那樣，采用此設(shè)備，當(dāng)從移動(dòng)電臺(tái)接收數(shù)據(jù)時(shí)，即正常接收操作期間，到來方向估計(jì)部分12能夠估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)的方向。然而，只有當(dāng)進(jìn)行發(fā)射操作時(shí)才在陣列天線11的方向性中形成峰值。因?yàn)槠渌牟僮髋c圖1中的設(shè)備的操作相同，因此將只描述不同點(diǎn)。圖9示出變頻器部分34的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如圖所示，當(dāng)進(jìn)行接收操作時(shí)，由乘法器216進(jìn)行由天線元件接收到的信號(hào)至I.F.的下變頻，由乘法器213進(jìn)行從I.F.至基帶的變換，而基帶信號(hào)由放大器214放大，并將它們組合起來得到最終的接收到的信號(hào)。如圖10所示構(gòu)造第二變頻器部分35，用于向天線方向性控制部分33提供R.F.發(fā)射信號(hào)。天線方向性控制部分的結(jié)構(gòu)如圖11所示。這里，按照由峰值產(chǎn)生部分32提供給天線方向性控制部分33的到來方向數(shù)據(jù)，用相移器33b使每個(gè)天線元件的發(fā)射信號(hào)經(jīng)受一定量的相移，并且用放大器33a使每個(gè)天線元件的發(fā)射信號(hào)得到一定量的放大，而這些量分別由峰值產(chǎn)生部分32提供的控制信號(hào)來確定。圖12示出由本實(shí)施例的峰值產(chǎn)生部分32響應(yīng)于由到來方向估計(jì)部分提供的一組方向數(shù)據(jù)進(jìn)行的處理序列。這與圖7所示的處理的不同之處僅在于，為了直接控制要施加至天線元件的信號(hào)的各個(gè)相移量產(chǎn)生控制信號(hào)，而不是產(chǎn)生放大率控制信號(hào)。
第一實(shí)施例的第二種替代結(jié)構(gòu)如圖13所示。圖13的到來方向估計(jì)部分12的功能與上述圖1的到來方向估計(jì)部分12的功能相同。這里，如同對(duì)于圖1的設(shè)備那樣，在發(fā)射和接收操作時(shí)產(chǎn)生沿移動(dòng)電臺(tái)方向取向的方向性峰值。然而，在使用得到的I.F.或基帶信號(hào)估計(jì)到來無線電波的方向之前，必需把施加至天線元件的接收信號(hào)的相移量和放大率設(shè)定至分別相同的值。在圖13中，通過天線方向性控制部分把天線11的元件的各個(gè)發(fā)射和接收信號(hào)傳送至變頻器部分259。當(dāng)進(jìn)行接收操作，在要實(shí)行到來方向估計(jì)操作時(shí)，在下述條件下把來自天線元件的I.F.信號(hào)提供給到來方向估計(jì)部分12，即，由天線方向性控制部分257向來自天線元件的每個(gè)接收到的(R.F.)信號(hào)施加相等的相移量和放大率。在這樣獲得方向信息后，峰值產(chǎn)生部分產(chǎn)生控制信號(hào)用于把各個(gè)相移量和放大率施加至天線元件的發(fā)射/接收信號(hào)，從而在每個(gè)已對(duì)移動(dòng)電臺(tái)確定的方向產(chǎn)生方向性峰值。
圖14示出變頻器部分259的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖15示出天線方向性控制部分257的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而圖16示出當(dāng)由到來方向估計(jì)部分12進(jìn)行方向估計(jì)操作時(shí)，由峰值產(chǎn)生部分258進(jìn)行的處理序列。如圖16所示，在由到來方向估計(jì)部分12實(shí)際開始方向估計(jì)操作之前，峰值產(chǎn)生部分258產(chǎn)生控制信號(hào)，用于確保把相等的相移量(例如，零)和放大率施加至來自陣列天線11的天線元件的每個(gè)接收到的信號(hào)。此后，峰值產(chǎn)生部分的操作與上述圖12所述的操作相同。
圖17是本發(fā)明第二實(shí)施例的系統(tǒng)方框圖。在圖17中，41是第一陣列天線，只有在接收用于到來方向估計(jì)的信號(hào)時(shí)才使用它；而42是第二陣列天線，它只用作數(shù)據(jù)發(fā)射和接收天線。把到來方向估計(jì)部分12、天線方向性控制部分13和峰值產(chǎn)生部分15互相連接，并且以與圖1所示的第一實(shí)施例相應(yīng)標(biāo)出的部分相同的方式工作。
本實(shí)施例的變頻器部分45的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖18所示。如圖所示，把從第二陣列天線41的元件接收到的各個(gè)信號(hào)在變換至I.F.后提供給到來方向估計(jì)部分12。于是能夠明白，本實(shí)施例與圖1的第一實(shí)施例的不同之處僅在于設(shè)置了一個(gè)陣列天線，用于獲得到來方向估計(jì)用的接收到的信號(hào)，還能夠明白，操作的其他方面與對(duì)圖1的第一實(shí)施例所描述的相同。
如上所述，到來方向估計(jì)部分只可能對(duì)能接收到從它們發(fā)射的無線電波的每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)獲得準(zhǔn)確的方向信息，并且如果移動(dòng)電臺(tái)的總數(shù)不大于陣列天線的元件(它們的信號(hào)用于方向估計(jì))總數(shù)，則能準(zhǔn)確估計(jì)這些移動(dòng)電臺(tái)的總數(shù)。圖19是能夠克服那個(gè)限制的本發(fā)明第三實(shí)施例的系統(tǒng)方框圖。在圖19中，51是第一陣列天線，通常使用它來獲得估計(jì)到來方向用的接收到的信號(hào)；而52是第二陣列天線，通常使用它作為數(shù)據(jù)發(fā)射和接收天線。53是到來方向估計(jì)部分；54是天線方向性控制部分；55是變頻部分；56是接收到的信號(hào)強(qiáng)度判斷部分；而57是峰值產(chǎn)生部分。
此實(shí)施例的工作如下所述。到來方向估計(jì)部分53使用由陣列天線51的各個(gè)元件接收到的信號(hào)來估計(jì)在基站服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目和方向。如果發(fā)現(xiàn)估計(jì)的移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目小于陣列天線51的元件的數(shù)目，則表明由到來方向估計(jì)部分53獲得的到來方向數(shù)據(jù)是可靠的，而此后的操作與對(duì)于先前的實(shí)施例所描述的相同，即，峰值產(chǎn)生部分57產(chǎn)生控制信號(hào)，從而天線方向性控制部分54形成方向性，其峰值沿在該基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)的各個(gè)方向取向，于是能夠進(jìn)行與移動(dòng)電臺(tái)的通信。
然而，如果發(fā)現(xiàn)估計(jì)的移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目與陣列天線51的元件數(shù)目相等，則表明或者是移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目實(shí)際上大于陣列天線51的元件的數(shù)目，或者是移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目實(shí)際上等于陣列天線51的元件的數(shù)目。于是，在從到來方向估計(jì)部分53獲得的估計(jì)結(jié)果中可能有錯(cuò)誤。由于那個(gè)緣故，在這樣一種情形中，于是在估計(jì)來自移動(dòng)電臺(tái)的無線電波的到來方向時(shí)，到來方向估計(jì)部分53使用數(shù)據(jù)發(fā)射和接收天線52的所有元件的接收到的信號(hào)以及第一陣列天線51的那些接收到的信號(hào)。
如果從這樣獲得的估計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在基站服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目小于陣列天線51以及數(shù)據(jù)發(fā)射和接收天線52的元件總數(shù)，于是這表明能夠認(rèn)為估計(jì)結(jié)果是正確的。在那種情形下，來自峰值產(chǎn)生部分57的控制信號(hào)使天線方向性控制部分54將天線方向性峰值沿該基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)的方向取向，于是能進(jìn)行與移動(dòng)電臺(tái)的通信。
如果發(fā)現(xiàn)，到來方向估計(jì)部分通過使用第一陣列天線51以及數(shù)據(jù)發(fā)射和接收天線52的元件作為估計(jì)結(jié)果獲得的移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目等于陣列天線51以及數(shù)據(jù)發(fā)射和接收天線52的元件的總和，于是這表明或者移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目大于陣列天線51以及數(shù)據(jù)發(fā)射和接收天線52的元件的總數(shù)，或者移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目實(shí)際上等于陣列天線51以及實(shí)際發(fā)射和接收天線52的元件的數(shù)目。這樣，由到來方向估計(jì)部分獲得的估計(jì)結(jié)果可能是錯(cuò)誤的。由于那個(gè)原因，在此情形中，在設(shè)備工作于接收模式時(shí)，峰值產(chǎn)生部分57產(chǎn)生控制信號(hào)，從而天線方向性控制部分54改變提供給或接收自第一陣列天線51以及數(shù)據(jù)發(fā)射和接收天線52的各個(gè)元件的各個(gè)信號(hào)(即，作為發(fā)射信號(hào)或接收到的信號(hào))的相位和幅度，從而在整個(gè)掃描范圍(即，一般，經(jīng)過360°方位角)進(jìn)行天線方向性單個(gè)峰值的掃描。當(dāng)進(jìn)行該掃描操作時(shí)，對(duì)于從一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)獲得的任何接收到的信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行判斷(例如，由接收到的信號(hào)強(qiáng)度判斷部分56根據(jù)得到的基帶信號(hào)的電平)。當(dāng)進(jìn)行這種掃描時(shí)，每當(dāng)從一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)接收一個(gè)信號(hào)(該信號(hào)具有足夠的強(qiáng)度，表明該移動(dòng)電臺(tái)位于基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi))，就暫時(shí)停止掃描，而在基站與這移動(dòng)電臺(tái)之間進(jìn)行通信(例如，在一個(gè)預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)，或者對(duì)于一個(gè)必要的時(shí)間間隔)。然后再繼續(xù)掃描，直至檢測(cè)到來自位于服務(wù)區(qū)域內(nèi)的下一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的接收到的信號(hào)，然后與該移動(dòng)電臺(tái)進(jìn)行通信，等等，對(duì)于在服務(wù)區(qū)域內(nèi)的每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)接連地進(jìn)行。以那種方式，用時(shí)分操作，能夠?qū)嵭信c位于服務(wù)區(qū)域內(nèi)的每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的通信。
圖20示出變頻器部分55的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而圖21示出本實(shí)施例的無線方向性控制部分54的結(jié)構(gòu)。如圖所示，來自天線51、52的每個(gè)元件的接收到的I.F.信號(hào)是到來方向估計(jì)部分53可以利用的。此外，如圖21所示，利用由峰值產(chǎn)生部分57提供給放大器54d、54e的放大率控制信號(hào)能夠控制第一和第二陣列天線的每個(gè)天線元件的發(fā)射信號(hào)和接收到的信號(hào)的相位和幅度。這使得峰值產(chǎn)生部分57能夠形成單個(gè)方向性波束(即，方向性的單個(gè)峰值)并且在如上所述的整個(gè)控制范圍內(nèi)相繼地掃描該峰值。特別，在提供360°方位角覆蓋的陣列天線的情形中，可以作為峰值的相繼的整圈進(jìn)行這種掃描。
圖22A、22B和22C組成由本實(shí)施例的到來方向估計(jì)部分53實(shí)行的處理的流程圖。如圖22A所示，進(jìn)行決定步驟(S2)來判斷通過只使用由天線51的元件接收到的信號(hào)而獲得的估計(jì)結(jié)果是否可能不正確。如果有這種可能性，于是就進(jìn)行圖22B所示的處理。這里，再次進(jìn)行決定步驟(S7)，以判斷通過使用由天線51和天線52接收到的信號(hào)獲得的估計(jì)結(jié)果是否可能不正確。如果有這種可能性，于是就進(jìn)行圖22C所示的處理，通過產(chǎn)生表示相繼改變的峰值方向的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)提供給峰值產(chǎn)生部分，來進(jìn)行上述的波束掃描操作。在圖22C的例子中假設(shè)，只在一段預(yù)定的持續(xù)時(shí)間(稱為掃描操作時(shí)間間隔)內(nèi)進(jìn)行這一操作，隨后操作返回至圖22A的步驟S1。如圖22C中的步驟所指出的，假設(shè)每當(dāng)從位于基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)檢測(cè)到無線電波時(shí)，就停止掃描，即，在基站與該移動(dòng)電臺(tái)進(jìn)行通信的時(shí)間間隔內(nèi)，提供給峰值產(chǎn)生部分的方向數(shù)據(jù)保持不變。這可以是一個(gè)固定的時(shí)間間隔，或者是一個(gè)具有特定的通信所需的持續(xù)時(shí)間的時(shí)間間隔。然后再繼續(xù)掃描，直至檢測(cè)到服務(wù)區(qū)域內(nèi)的另一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)發(fā)射的無線電波為止，等等，直至檢測(cè)到掃描操作時(shí)間間隔的末尾。
通過與先前的每個(gè)實(shí)施例作比較，從以上的描述可以明白，本實(shí)施例的基本優(yōu)點(diǎn)是，一個(gè)基站能夠管理的移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目不限于陣列天線元件的總數(shù)，從這些天線元件能夠獲得用于到來方向估計(jì)的接收到的信號(hào)。那就是說，即使在一個(gè)基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目大于陣列天線元件的總數(shù)，也能進(jìn)行天線方向性峰值的掃描，以相繼檢測(cè)并且與服務(wù)區(qū)域內(nèi)的每一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)通信。
當(dāng)然，同樣可以把這樣一個(gè)掃描/檢測(cè)特性與方向性控制天線設(shè)備的第一和第二實(shí)施例相組合，以獲得上述好處。
在描述本發(fā)明的第四實(shí)施例之前，首先參見圖23，總結(jié)作為該實(shí)施例的主要特征的直線陣列天線的某些基本原理。它示出了無線電波Sm(t)之間的關(guān)系，這些無線電波入射在具有元件E(將它們按間距d排列)的直線陣列天線上。這里用到來方向與天線的陣列方向的法線之間的夾角θm來表示無線電波的到來方向。如圖所示，由于波前在到達(dá)這些天線元件所經(jīng)過的距離之間有路徑差d·sinθm，因此在從天線的相鄰的元件獲得的信號(hào)之間將有相位差。然而，當(dāng)例如用MUSIC方法對(duì)于這樣一個(gè)天線估計(jì)無線電波的到來方向時(shí)，并且如果天線能從繞其陣列軸線在360°范圍內(nèi)延伸的方向接收無線電波，則由此估計(jì)的角度表示圓錐的半頂角(half-apexangle)，該圓錐的表面確定了無線電波實(shí)際到達(dá)的所有可能的方向。這在圖24中示出，其中，直線陣列天線310的陣列軸線沿直線313。如果天線310只能接收來自一側(cè)的無線電波(即，能夠在180°的方位角范圍內(nèi)具有方向性，而在仰角方向基本上沒有方向性)，如沿水平方向延伸的微帶天線或者具有各自的后反射器的偶極天線陣列的情形那樣，則無線電波的可能的到來方向的范圍將構(gòu)成半圓錐311，如圖所示。下面，將把它稱為到來方向半圓錐。
圖25概念性地表示基站300的直線陣列天線301和移動(dòng)電臺(tái)302之間的關(guān)系，移動(dòng)電臺(tái)302正發(fā)射沿著由直線304表示的方向到達(dá)無線301的無線電波。將采用示于圖25的xyz坐標(biāo)系統(tǒng)來描述這個(gè)關(guān)系，即，把天線301的中心取作原點(diǎn)。
將天線301在地平面以上的高度用h來表示(即，地平面為-h)，而來自一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的到來無線電波的角度為θ(從x軸量起)，于是到來方向半圓錐與地面的交線可以表示為y2＝x2tan2θ-h2在設(shè)計(jì)圖中看到的位置關(guān)系如圖26所示，其中，移動(dòng)電臺(tái)302相對(duì)于天線301的方位角用θA來表示(從x軸量起)。如果移動(dòng)電臺(tái)302相對(duì)于陣列天線301的仰角很小(即，移動(dòng)電臺(tái)302與天線301基本上處于同一高度，或者相對(duì)于任何高度差而言，移動(dòng)電臺(tái)302離天線301足夠遠(yuǎn))，如圖27A的沿x軸的視圖所示，則從移動(dòng)電臺(tái)302來的無線電波的到來方向?qū)⒈硎疽苿?dòng)電臺(tái)302相對(duì)于天線301的方位角。從圖27B可以明白這一點(diǎn)，其中，當(dāng)沿x方向觀看是時(shí)，305表示上述的到來方向半圓錐。先前的實(shí)施例都根據(jù)這一假設(shè)，即，每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的仰角度足夠小。
然而，如果仰角較大，如圖28A所示，則從圖28B可以明白，用來自移動(dòng)電臺(tái)302的接收到的無線電波的到來方向表示移動(dòng)電臺(tái)的方位角方向可能不準(zhǔn)確。如果能估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)302的位置，則(例如，用極坐標(biāo)來表示位置)能夠準(zhǔn)確地獲得移動(dòng)電臺(tái)的方位角方向。此外，如果位置已知，則能夠相對(duì)于移動(dòng)電臺(tái)離開基站的距離，把當(dāng)基站與移動(dòng)電臺(tái)通信時(shí)從基站到移動(dòng)電臺(tái)的發(fā)射功率的電平設(shè)定為一個(gè)適當(dāng)?shù)闹?，即，能夠?zhǔn)確地建立天線的方向性，從而能更有效地消除與移動(dòng)通信系統(tǒng)的其他基站和移動(dòng)電臺(tái)的干擾。為了這些原因，本發(fā)明的第四實(shí)施例能夠由基站在與一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)通信之前估計(jì)該移動(dòng)電臺(tái)的位置。
圖29是方向性控制天線設(shè)備的第四實(shí)施例的系統(tǒng)方框圖。在圖29中，基站67具有直線陣列天線61、到來方向估計(jì)部分12、天線方向性控制部分13和變頻器部分14，每一個(gè)部分如在先前的實(shí)施例中所描述的那樣。在此實(shí)施例中，用于天線方向性控制部分13的控制信號(hào)由峰值產(chǎn)生部分65產(chǎn)生。峰值產(chǎn)生部分65的功能與先前的實(shí)施例的峰值產(chǎn)生部分15的功能相似，但不同之處在于，由峰值產(chǎn)生部分65產(chǎn)生的放大率控制信號(hào)使得天線方向性控制部分13形成一個(gè)峰值，根據(jù)正在與之通信的移動(dòng)電臺(tái)的位置對(duì)該峰值成形，即，峰值沿方位角方向取向，而峰值的幅度根據(jù)移動(dòng)電臺(tái)的視線距離決定。把到來方向估計(jì)部分12產(chǎn)生的到來方向數(shù)據(jù)提供給移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分402。用通信電纜406、407將基站67連至系統(tǒng)的其他鄰近的基站，諸如基站68、69。把由這些其他的基站的每個(gè)基站的到來方向估計(jì)部分獲得的估計(jì)的到來方向數(shù)據(jù)提供給基站67的移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分402，并且根據(jù)這樣提供的數(shù)據(jù)，移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分402計(jì)算各個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)的位置。當(dāng)基站67與已獲得其估計(jì)位置的一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)進(jìn)行通信時(shí)，由移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分402把規(guī)定該移動(dòng)電臺(tái)的方位角方向和視線距離的數(shù)據(jù)403提供給峰值產(chǎn)生部分65，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)直線陣列天線61的方向性的成形，而那樣的成形是適合該移動(dòng)電臺(tái)的位置的。
圖30是用于說明由移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分402進(jìn)行的位置估計(jì)的基本原理的圖。在圖30中，61、73和75分別表示圖29的基站67、68、69的直線陣列天線。根據(jù)一個(gè)特定的移動(dòng)電臺(tái)的到來方向信息(它由該移動(dòng)電臺(tái)自身的到來方向估計(jì)部分12和基站68、69的每個(gè)到來方向估計(jì)部分獲得)，如上所述，基站67的移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分402計(jì)算該移動(dòng)電臺(tái)的到來方向半圓錐之間的交線。下面將假設(shè)，此計(jì)算假設(shè)每個(gè)基站的各自的高度值h為常數(shù)，即，假設(shè)地平面是平坦的。由此得出交線72、74、76，而所需的移動(dòng)電臺(tái)的為位置為交點(diǎn)77。
如果地面實(shí)際上是平坦的，則只需獲得兩條這樣的交線來估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)的位置。然而，一般說來情形并非如此(即，h的值不是常數(shù))，為了使位置估計(jì)更加準(zhǔn)確，使用三條交線。參見圖31能夠明白這一點(diǎn)，在該圖中，假設(shè)所考慮的移動(dòng)電臺(tái)實(shí)際上位于比在計(jì)算交線72、74、76時(shí)假設(shè)的高度更高的地方。在那種情形下，這些交線將不相交于一點(diǎn)，而將具有三個(gè)分開的交點(diǎn)，如圖所示。然而，在此情形中的移動(dòng)電臺(tái)的位置(即，點(diǎn)77)由移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分402作為這三個(gè)交點(diǎn)之間的重心獲得。
通過上述的通信電纜406、407，系統(tǒng)的其他的基站可以利用由此獲得的位置信息。在對(duì)一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的位置作出估計(jì)后，于是最靠近該移動(dòng)電臺(tái)的基站，或者當(dāng)前正在與個(gè)數(shù)最少的移動(dòng)電臺(tái)通信的基站(它是與該移動(dòng)電臺(tái)靠得足夠近的那些基站中的一個(gè))實(shí)行與該移動(dòng)電臺(tái)的通信。
圖32是由移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分402為估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)的位置而進(jìn)行的處理的流程圖。雖然在該流程圖中把步驟S3規(guī)定為尋找到來方向半圓錐與地之間的三條交線之交點(diǎn)，但如上所述由于這三條線可能實(shí)際上不相交于一點(diǎn)，因此步驟S3一般將包括尋找上述的重心(即，與三條交線的每一條交線等距的點(diǎn))，作為移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)位置。
假設(shè)已在直角坐標(biāo)中獲得位置信息，然后在步驟S4將該信息變換為極坐標(biāo)形式，從而相對(duì)于將與該移動(dòng)電臺(tái)通信的基站的天線獲得移動(dòng)電臺(tái)的方位角方向和視線距離。然后把這些數(shù)據(jù)提供給該基站的峰值產(chǎn)生部分，以根據(jù)移動(dòng)電臺(tái)的位置對(duì)由該基站產(chǎn)生的天線方向性進(jìn)行準(zhǔn)確成形，即，產(chǎn)生一個(gè)輻射圖形的峰值，它沿移動(dòng)電臺(tái)的方位角方向取向，并且它提供適合于該移動(dòng)電臺(tái)的距離的發(fā)射功率電平。
雖然上述實(shí)施例描寫了采用三個(gè)相鄰的基站來獲得用于估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)的位置的數(shù)據(jù)，但為此目的可以采用數(shù)目更多的基站，即，獲得到來方向半圓錐與地之間的更多條交線，以達(dá)到位置估計(jì)的更高的準(zhǔn)確度。
此外，可以對(duì)上述實(shí)施例設(shè)想各種的變更，例如，為了能夠獲得到來方向半圓錐與地之間的實(shí)際交線(即，作為三維的交線)，向每個(gè)基站提供存儲(chǔ)顯示周圍區(qū)域高度變化的地形數(shù)據(jù)的源。
這樣，由本實(shí)施例，通過使用直線陣列天線以及使用由三個(gè)或更多個(gè)基站獲得的估計(jì)結(jié)果，可以確定一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的位置，由此設(shè)定基站的方向性圖形，從而可在該移動(dòng)電臺(tái)與基站之間進(jìn)行通信，而干擾其他移動(dòng)電臺(tái)和基站之間的通信的可能性最小。
圖33是按照本發(fā)明的方向性控制天線設(shè)備的第五實(shí)施例的系統(tǒng)方框圖。在圖33中，直線陣列天線61、到來方向估計(jì)部分12、天線方向性控制部分13、變頻器部分14和峰值產(chǎn)生部分65的各自的功能與在先前的實(shí)施例中所描述的那些相同，因而不再贅述。84是電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量部分，它根據(jù)從移動(dòng)電臺(tái)接收的接收到的信號(hào)強(qiáng)度，測(cè)量從一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)接收到的電場(chǎng)強(qiáng)度；而86是移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分，它接收分別來自場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量部分84和到來方向估計(jì)部分12的輸入值87、88。移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分84將輸出值86提供給峰值產(chǎn)生部分65，該輸出值表示對(duì)于每個(gè)估計(jì)其位置的移動(dòng)電臺(tái)的方位角和視線距離的組合。
如圖35所示，可以將電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量部分84簡(jiǎn)單地作成一組接收到的信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)器84a，它們對(duì)陣列天線61的元件的各個(gè)接收到的信號(hào)進(jìn)行操作，并且把它們的輸出信號(hào)在加法器84b中相加。可以用未在圖中示出的裝置將得到的和信號(hào)作模-數(shù)變換，并作為數(shù)字信號(hào)值提供給移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分81。
本實(shí)施例的工作情形如下。由于接收到的無線電波的場(chǎng)強(qiáng)隨發(fā)射距離的減小率是已知的，因而可以把從一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)接收到的電場(chǎng)強(qiáng)度的值用作移動(dòng)電臺(tái)與基站的天線的視線距離的量度。又，假設(shè)基站周圍的地面基本上是平坦的，因而能夠從基站的天線的已知高度(h)和測(cè)得的移動(dòng)電臺(tái)的視線距離(r)計(jì)算移動(dòng)電臺(tái)的仰角。換言之，可以考慮由移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)的距離確定一個(gè)圍繞基站天線的半徑為r的球。此球面與地面(地面相對(duì)于天線的高度為-h)的交線(即，離天線61的視線距離r處的地面位置的軌跡)構(gòu)成，了移動(dòng)電臺(tái)的可能位置的范圍。如對(duì)于先前的實(shí)施例所描述的，天線61是直線陣列天線。移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分81從到來方向估計(jì)部分12接收估計(jì)的方向數(shù)據(jù)(即，規(guī)定從一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)接收到的到來無線電波相對(duì)于天線61的陣列軸線的角度的數(shù)據(jù))，在直角坐標(biāo)(xy)中計(jì)算構(gòu)成上述到來方向半圓錐之間交線的一組位置，然后找出該交線與上述具有半徑r的球面和地面的交線的交點(diǎn)，由此得出移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)位置。
然后把如此找到的位置信息變換至極坐標(biāo)，從而獲得移動(dòng)電臺(tái)相對(duì)于陣列天線61的所需的方位角。然后把方位角和視線距離值r作為數(shù)據(jù)86提供給峰值產(chǎn)生部分65，由此峰值產(chǎn)生部分65產(chǎn)生用于使天線方向性控制部分13產(chǎn)生天線方向性，該方向性是經(jīng)適當(dāng)成形的，以與已估計(jì)位置的移動(dòng)電臺(tái)通信。
圖34是示出在那種情形中由移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分81實(shí)行的處理序列的流程圖。
如對(duì)先前的實(shí)施例所作的描述那樣，對(duì)于本實(shí)施例，也可以使用已存儲(chǔ)的基站周圍區(qū)域的地形數(shù)據(jù)，以更準(zhǔn)確地確定到來方向半圓錐與地面之間的交線，即，作為三維空間中的一條曲線。
同樣可以只使用極坐標(biāo)來進(jìn)行上述位置估計(jì)過程。即，使用基站天線的高度值，能夠計(jì)算沿到來方向半圓錐和地面的交線的一些點(diǎn)的仰角值，可以從移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)的視線距離和地平面之上的天線高度估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)的仰角，然后可以將該仰角值與對(duì)于到來方向半圓錐交線得到的每個(gè)仰角值作比較，以找出所需的移動(dòng)電臺(tái)位置，即，找出在半圓錐與地面的交線上的位置，該位置的仰角與使用估計(jì)的移動(dòng)電臺(tái)位置的仰角相等。
從上所述可以明白，對(duì)于本發(fā)明的此實(shí)施例，當(dāng)一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)出現(xiàn)于基站的服務(wù)區(qū)域之內(nèi)時(shí)，基站通過測(cè)量它從移動(dòng)電臺(tái)接收到的無線電波的電場(chǎng)強(qiáng)度能夠估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)的位置，從而移動(dòng)電臺(tái)與基站的天線相隔的距離。然后，設(shè)備使用此估計(jì)的距離連同估計(jì)的來自該移動(dòng)電臺(tái)的無線電波的到來方向估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)的位置，并且再使用位置信息來使基站的方向性適當(dāng)?shù)爻尚危瑥亩軌蚺c移動(dòng)電臺(tái)進(jìn)行通信，而在通信時(shí)把與其他移動(dòng)電臺(tái)和其他基站之間的干擾減至最小。
圖36是按照本發(fā)明的方向性控制天線設(shè)備的第六實(shí)施例的系統(tǒng)方框圖。在圖36中，90是一個(gè)基站，它具有直線陣列天線61、到來方向估計(jì)部分12、天線方向性控制部分13以及峰值產(chǎn)生部分65，它們之中的每一個(gè)與先前的實(shí)施例中的相應(yīng)標(biāo)號(hào)的部分具有類似的功能，因此不再贅述。
基站90還包括移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分91，它從到來方向估計(jì)部分12接收到來方向數(shù)據(jù)94，它還接收接收到的基帶信號(hào)作為輸入96，用于如下所述的估計(jì)接收到的信號(hào)強(qiáng)度。如對(duì)先前的實(shí)施例所描述的那樣，移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分91對(duì)于每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)產(chǎn)生估計(jì)的位置數(shù)據(jù)(即，方位角和視線距離數(shù)據(jù))，把這些數(shù)據(jù)提供給峰值產(chǎn)生部分65。
450表示一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)，假設(shè)它在基站90的服務(wù)區(qū)域內(nèi)。移動(dòng)電臺(tái)450設(shè)有位移矢量產(chǎn)生部分452，它周期地工作以確定第一時(shí)刻(t1)，并且在經(jīng)過固定時(shí)間間隔的第二時(shí)刻(t2)，導(dǎo)出代表位移矢量的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)表示在第一時(shí)刻(t1)后所發(fā)生的移動(dòng)電臺(tái)450的位移的大小和方向。把位移矢量數(shù)據(jù)提供給數(shù)據(jù)發(fā)射部分453，將由無線電把該數(shù)據(jù)發(fā)送給基站90。
在基站90的移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分91和移動(dòng)電臺(tái)450中確定各個(gè)時(shí)刻t1、t2的出現(xiàn)。通過把這些時(shí)刻預(yù)定為沿時(shí)間軸在正常的固定時(shí)刻處出現(xiàn)的時(shí)刻，或者通過從移動(dòng)電臺(tái)450由無線電發(fā)射同步信息至基站90，能夠保證做到這一點(diǎn)。
參照?qǐng)D37描述此實(shí)施例的基本原理，圖37是直線陣列天線61的平面圖，天線的陣列軸線用422表示。在第一時(shí)刻t1，基站90從移動(dòng)電臺(tái)450接收到來無線電波，到來方向估計(jì)部分12導(dǎo)出到來方向(即，到來無線電波相對(duì)于陣列軸線422的角度)，并將估計(jì)的方向數(shù)據(jù)提供給移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分91。然后，移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分91產(chǎn)生表示如對(duì)先前的實(shí)施例所描述的到來方向半圓錐的數(shù)據(jù)，以獲得表示該到來方向半圓錐和地面的交線423的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。當(dāng)?shù)竭_(dá)時(shí)刻t2時(shí)，移動(dòng)電臺(tái)450將表示位移矢量420的數(shù)據(jù)(即，表示在第一時(shí)刻(t1)后所發(fā)生的移動(dòng)電臺(tái)450的移動(dòng)的大小和方向的數(shù)據(jù))發(fā)射至基站90。此時(shí)，基站90的移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分91從到來方向估計(jì)部分12接收一個(gè)到來無線電波方向的新的估計(jì)值，并導(dǎo)出表示到來方向半圓錐和地面的新的交線的數(shù)據(jù)，在圖37中，該交線用標(biāo)號(hào)424表示。
然后移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分91對(duì)于表示位移矢量420的數(shù)據(jù)、表示交線423的數(shù)據(jù)和表示交線424的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，以找出分別位于交線423和424的一對(duì)點(diǎn)，這一對(duì)點(diǎn)隔開一個(gè)與位移矢量420相同的矢量距離。在圖37中，把這些點(diǎn)表示為425和426，并且可以看出，點(diǎn)426表示例如在直角坐標(biāo)(xy)中移動(dòng)電臺(tái)450當(dāng)前的(即，在時(shí)刻t2)估計(jì)的位置。
如對(duì)于先前的實(shí)施例所描述的那樣，用如此得到的估計(jì)的地面位置和天線61高于地平面的已知高度，把這樣得到的位置數(shù)據(jù)變換為極坐標(biāo)形式，然后把移動(dòng)電臺(tái)450相對(duì)于天線61的方位角和視線距離的值提供給峰值產(chǎn)生部分65，它再控制天線方向性控制部分13以進(jìn)行相位和幅度控制，為與移動(dòng)電臺(tái)450通信而產(chǎn)生一合適地成形的天線方向。
圖38A、38B構(gòu)成了一個(gè)如上所述的由移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分91實(shí)行移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)的過程的例子的流程圖。在此例中，假設(shè)在時(shí)刻t1存儲(chǔ)表示到來方向半圓錐與地表面的交線的數(shù)據(jù)，而在時(shí)刻t2接著讀出并使用它。然而，當(dāng)然也可以在時(shí)刻t1只存儲(chǔ)由到來方向估計(jì)部分12提供的到來方向角度值，并在時(shí)刻t2進(jìn)行所有必需的計(jì)算處理。圖38B示出圖38A中的步驟S8的內(nèi)容，從而進(jìn)行圖37所說明的操作，以通過利用接收到的位移矢量420獲得點(diǎn)426。
為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電臺(tái)450的位移矢量產(chǎn)生部分452，可以設(shè)想各種的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中假設(shè)，移動(dòng)電臺(tái)450是一輛機(jī)動(dòng)車。這樣，可以基本上把位移矢量產(chǎn)生部分452做成如圖39所示的方框圖的形式。這里，用速度脈沖檢測(cè)器461獲得由車輪460運(yùn)動(dòng)導(dǎo)出的脈沖，并把這些脈沖連同由移動(dòng)方向檢測(cè)器463提供的方向數(shù)據(jù)(它表示移動(dòng)電臺(tái)當(dāng)前的移動(dòng)方向)提供給計(jì)數(shù)器部分462。例如，移動(dòng)方向檢測(cè)器463可以基于一個(gè)回轉(zhuǎn)羅盤。例如，計(jì)數(shù)器部分462可以用一對(duì)可逆計(jì)數(shù)器構(gòu)成，即，第一計(jì)數(shù)器根據(jù)車輛的當(dāng)前移動(dòng)狀態(tài)的東-西分量的幅度和方向向上和向下計(jì)數(shù)，而第二計(jì)數(shù)器類似地根據(jù)南-北分量向上和向下計(jì)數(shù)，而把每個(gè)計(jì)數(shù)器在上述時(shí)刻t1復(fù)位至零。
圖40是按照本發(fā)明的方向性控制天線設(shè)備的第七實(shí)施例的系統(tǒng)方框圖。在圖40中，直線陣列天線61、到來方向估計(jì)部分12、天線方向性控制部分13、變頻器部分14和65的功能與對(duì)于先前的實(shí)施例的相應(yīng)標(biāo)號(hào)的部分所描述的功能相同，因而不再贅述。487表示天線旋轉(zhuǎn)器，用于物理地旋轉(zhuǎn)直線陣列天線，而天線的陣列軸線在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。天線旋轉(zhuǎn)器487由天線旋轉(zhuǎn)控制部分486控制。下面將假設(shè)，天線旋轉(zhuǎn)控制部分486這樣工作，周期地使旋轉(zhuǎn)器487旋轉(zhuǎn)直線陣列天線61至少一整圈。當(dāng)在作這樣的旋轉(zhuǎn)時(shí)，天線旋轉(zhuǎn)控制部分486把通知數(shù)據(jù)489送至移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分482，規(guī)定天線的陣列軸線要旋轉(zhuǎn)的相繼的方位角。在天線旋轉(zhuǎn)時(shí)，移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分482使用由到來方向估計(jì)部分12所提供的到來方向信息來估計(jì)在基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的各自的位置。如已對(duì)先前的實(shí)施例所描述的那樣，把如此估計(jì)的位置信息提供給峰值產(chǎn)生部分65，用于控制天線方向性控制部分13，以對(duì)天線元件的發(fā)射和接收到的信號(hào)進(jìn)行相位和幅度控制，從而產(chǎn)生合適的天線方向性。
首先參見圖41，具有上述結(jié)構(gòu)的方向性控制天線設(shè)備的工作情形如下。圖41是示出沿箭頭所指的方向旋轉(zhuǎn)的天線61的平面圖，天線61的陣列軸線從位置471旋轉(zhuǎn)至位置472，如圖所示。假設(shè)在第一時(shí)刻t1天線軸線在位置471處，并在第二時(shí)刻t2到達(dá)位置472。在時(shí)刻t1，移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分482接收來自天線旋轉(zhuǎn)控制部分486的表示天線軸線在方位角位置471的數(shù)據(jù)，并接收來自到來方向估計(jì)部分12的到來方向數(shù)據(jù)(該數(shù)據(jù)表示天線陣列軸線與從一個(gè)特定的移動(dòng)電臺(tái)接收到的無線電波的到來方向之間的角度)，并且計(jì)算表示相應(yīng)的到來方向半圓錐與地平面之間的交線的數(shù)據(jù)。在圖41中，該第一條交線用標(biāo)號(hào)473表示。在時(shí)刻t2，當(dāng)天線61已旋轉(zhuǎn)至位置472時(shí)，重復(fù)上述步驟，以獲得到來方向半圓錐與地平面之間的第二條交線474。然后計(jì)算這兩條交線473、474的交點(diǎn)，從而得出移動(dòng)電臺(tái)相對(duì)于xy平面的當(dāng)前位置。然后使用天線61的已知的高度，以用極坐標(biāo)獲得該位置，從而獲得移動(dòng)電臺(tái)相對(duì)于天線61的方位角方向和視線距離。然后把該信息提供給峰值產(chǎn)生部分65。
為了在位置估計(jì)時(shí)獲得更高的準(zhǔn)確度，最好使用在天線的三個(gè)或更多個(gè)相繼的角位置處獲得的方向信息來估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)的位置，而不是如在圖41中那樣只使用兩個(gè)角位置。
圖42是由移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分482進(jìn)行的得出上述位置信息的處理序列的流程圖，在該情形中，使用了在陣列天線61的三個(gè)相繼的角位置處的方向信息來估計(jì)一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的位置。雖然在圖42中假設(shè)在步驟S3和S6的每個(gè)步驟中存儲(chǔ)表示到來方向半圓錐與地面的交線的數(shù)據(jù)，并在計(jì)算步驟S9中使用，但當(dāng)然也可以在步驟S3和S6(即，在時(shí)刻t1和t2)只存儲(chǔ)各個(gè)到來方向信息，并在步驟S8(即，在時(shí)刻t3)進(jìn)行所有必需的計(jì)算處理以獲得各個(gè)到來方向半圓錐之間的三條交線。
這樣，如上所述，在本實(shí)施例中，通過在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)直線陣列天線，能夠把移動(dòng)電臺(tái)的位置估計(jì)為從對(duì)于天線的各個(gè)旋轉(zhuǎn)角獲得的估計(jì)結(jié)果得到的交點(diǎn)。然后，如對(duì)先前的實(shí)施例所描述的那樣，可以把位置信息用于對(duì)天線的方向性適當(dāng)?shù)爻尚巍?br> 圖43是按照本發(fā)明的方向性控制天線設(shè)備的第八實(shí)施例的系統(tǒng)方框圖。在圖43中，陣列天線11、到來方向估計(jì)部分12、天線方向性控制部分13、變頻部分14和峰值產(chǎn)生部分15分別如圖所示的第一實(shí)施例的相應(yīng)部分那樣，因此不再贅述。115是傳播延遲時(shí)間估計(jì)部分而116是傳播路徑均衡部分。117是電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量部分，它例如可以具有上述圖35所示的結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施例的工作情形如下。到來方向估計(jì)部分12估計(jì)來自一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的無線電波的到來方向，而傳播延遲時(shí)間估計(jì)部分115估計(jì)從該移動(dòng)電臺(tái)接收到的無線電波的傳播延遲時(shí)間。即，如果由于從移動(dòng)電臺(tái)發(fā)射的無線電波被建筑物、小山等反射，而有反射的無線電波到達(dá)基站的天線11，則在直接接收到的無線電波和這些反射的無線電波之間可能發(fā)生干擾，導(dǎo)致接收到的信號(hào)的多路徑失真。如果在基站服務(wù)區(qū)域內(nèi)只有一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)，則由天線11接收到的信號(hào)只包括來自該移動(dòng)電臺(tái)的直接的無線電波和反射的無線電波。在那種情形下，傳播延遲時(shí)間估計(jì)部分115使用MUSIC方法來估計(jì)直接波的到達(dá)和反射波的到達(dá)之間的時(shí)間延遲。(為此目的，同樣可以使用上述的ESPRIT方法)。
通過從陣列天線11的元件獲得組合的接收到的信號(hào)，并使用這些信號(hào)來計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度，電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量部分117測(cè)量直接的無線電波和反射的無線電波的電場(chǎng)強(qiáng)度。傳播路徑均衡部分116使用直接接收到的無線電波與反射的無線電波之間的延遲時(shí)間的值(它是由傳播延遲時(shí)間估計(jì)部分115估計(jì)的)以及直接接收到的無線電波和反射的無線電波的電場(chǎng)強(qiáng)度的值(它們是由電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量部分117估計(jì)的)，通過施加陣列天線11的接收到的信號(hào)的延遲和幅度補(bǔ)償，在這已由變頻部分14(或由變頻部分14與天線方向性控制部分13的組合，如圖43所示)變換至基帶后，來抵銷直接波和反射波的延遲時(shí)間。應(yīng)該注意，在由變頻器部分14變換至I.F.頻率后，通過對(duì)接收到的信號(hào)施加作用，同樣可以實(shí)現(xiàn)這一功能。具體說來，通過經(jīng)一系列的延遲元件傳遞接收到的信號(hào)，并把來自延遲元件的各個(gè)輸出信號(hào)按比例地加以組合從而抵銷延遲，可以獲得延遲補(bǔ)償。此外，在把這些信號(hào)組合起來獲得最終的接收到的信號(hào)之前，可以根據(jù)直接波和反射波的各自的電場(chǎng)強(qiáng)度的比來改變這些延遲信號(hào)的各自的比例。從而可以得到最終的接收到的信號(hào)，它不受多路徑失真的影響。
此外，在發(fā)射操作中，可以相繼地使用在接收操作時(shí)獲得的傳輸延遲時(shí)間和電場(chǎng)強(qiáng)度比的值，以將一預(yù)計(jì)的反射波信號(hào)加至基帶發(fā)射信號(hào)，然后將得到的信號(hào)變頻至發(fā)射頻率并由陣列天線11發(fā)射。
圖44是傳播路徑均衡部分116的一個(gè)結(jié)構(gòu)例的電路方框圖。這里，把由天線方向性控制部分13輸出的基帶接收到的信號(hào)提供給級(jí)聯(lián)的延遲元件500的第一個(gè)元件，并把每個(gè)延遲元件的輸出信號(hào)輸入至相應(yīng)的放大器501。每個(gè)放大器501設(shè)有一對(duì)增益控制輸入端子501a、501b，并且把由控制信號(hào)電平的組合確定的放大器增益施加至這些端子。圖中示出，把表示傳播延遲時(shí)間的估計(jì)值的一個(gè)信號(hào)以及表示直接波和反射波的電場(chǎng)強(qiáng)度的上述比值的一個(gè)信號(hào)分別施加至每個(gè)放大器501的控制端子501a、501b。用加法器502把從放大器501得到的輸出信號(hào)加以組合，以獲得最終的基帶接收到的信號(hào)，它不受多路徑失真的影響。
類似地，把基帶發(fā)射信號(hào)輸入至一組放大器501的每個(gè)放大器，用上述相同的方式對(duì)每個(gè)放大器進(jìn)行控制，并把從放大器501得出的輸出信號(hào)施加至一組級(jí)聯(lián)的延遲元件500的各個(gè)輸入端。從這些級(jí)聯(lián)的延遲元件500的最后一個(gè)元件輸出加有上述預(yù)計(jì)的反射波信號(hào)的基帶發(fā)射信號(hào)，并將它提供給天線方向性控制部分13，因而變頻器部分14，用于上變頻至R.F.發(fā)射頻率。
這樣，由本發(fā)明的上述實(shí)施例，能夠?qū)緩囊苿?dòng)電臺(tái)接收到的無線電信號(hào)的多路徑失真施加補(bǔ)償，也可以在用無線電實(shí)際發(fā)射之前，將補(bǔ)償施加至由基站產(chǎn)生的發(fā)射信號(hào)。從而雖然由于在基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)存在大的建筑物或其他障礙物而發(fā)生對(duì)于無線電通信的多路徑干擾，仍能保證在基站和移動(dòng)電臺(tái)之間進(jìn)行可靠的通信。
圖45是按照本發(fā)明的方向性控制天線設(shè)備的第九實(shí)施例的系統(tǒng)方框圖。在下面的描述中，假設(shè)將實(shí)施例應(yīng)用于一個(gè)蜂窩電話系統(tǒng)，例如，如圖47所示，對(duì)于基站127、128、129指派各自的六角形服務(wù)區(qū)域，形成通信系統(tǒng)的各自的小區(qū)。在圖45中，每個(gè)基站127設(shè)有陣列天線11、電路方向估計(jì)部分12、天線方向性控制部分13和變頻器部分14。這些部分具有先前的實(shí)施例中的相應(yīng)標(biāo)號(hào)的部分所具有的功能，因此不再贅述。每個(gè)基站設(shè)有移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分125和區(qū)域切換控制部分126。如圖所示，為進(jìn)行下述的數(shù)據(jù)的互相傳送，用通信電纜123把一個(gè)基站的每個(gè)區(qū)域切換控制部分126連至其他基站的區(qū)域切換控制部分。
例如可以這樣構(gòu)成移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分125，使之如在包括一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分的任何一個(gè)先前的實(shí)施例中所描述的那樣，因此不再贅述。在那種情形中，陣列天線11將是固定的或旋轉(zhuǎn)的直線陣列天線。
再參見圖47，除基站127、128和129之外，標(biāo)為134、135、136、137、138和139的一組移動(dòng)電臺(tái)位于基站129的小區(qū)內(nèi)，兩個(gè)移動(dòng)電臺(tái)141、142位于基站127的小區(qū)內(nèi)，而單個(gè)移動(dòng)電臺(tái)13位于基站128的小區(qū)內(nèi)。140基站128的一個(gè)天線定向波束，即，在基站128的區(qū)域切換控制部分126的控制下，由基站128的天線方向性控制部分13對(duì)該基站的天線的方向性作如標(biāo)號(hào)140所示的成形。即，每個(gè)區(qū)域轉(zhuǎn)換控制部分126除了其他的功能之外，還包括對(duì)于第五實(shí)施例所描述和圖33所示的峰值產(chǎn)生部分的功能。
對(duì)每個(gè)基站的區(qū)域轉(zhuǎn)換控制部分126提供每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的識(shí)別信息，正在從它接收(即，從接收到的基帶信號(hào)獲得)信號(hào)。因?yàn)榘l(fā)射和接收這種識(shí)別信息的裝置在本領(lǐng)域中是公知的，因此這里不再描述。
在每個(gè)基站中，到來方向估計(jì)部分1使用從在小區(qū)(即，服務(wù)區(qū)域)中的移動(dòng)電臺(tái)獲得的接收到的信號(hào)來估計(jì)在該區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目，以及來自這些移動(dòng)電臺(tái)的每個(gè)電臺(tái)的無線電波的到來方向。把那個(gè)信息提供給移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分125，它估計(jì)在小區(qū)中的這些移動(dòng)電臺(tái)的各自的位置，并把位置信息提供給區(qū)域切換控制部分126。此外，基站的區(qū)域切換控制部分126從一組相鄰的小區(qū)的每個(gè)小區(qū)的基站接收(a)指出對(duì)于那個(gè)其他的基站當(dāng)前可以獲得的多余通信信道的數(shù)目，或者指出通信信道的數(shù)目是否不夠的信息；(b)對(duì)于在那個(gè)其他的基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)選出的移動(dòng)電臺(tái)中的每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)(即，那個(gè)其他的基站沒有足夠的通信信道容量來加以處理，并且還沒有切換至任何別的基站的那些移動(dòng)電臺(tái))的識(shí)別信息。
例如，可以假設(shè)示于圖47的每個(gè)基站具有最多與三個(gè)移動(dòng)電臺(tái)通信的信道容量。在那種情形下，如果每個(gè)基站限于只與在其小區(qū)內(nèi)的那些移動(dòng)電臺(tái)通信，則基站127具有一個(gè)通信信道的多余容量，基站128具有兩個(gè)通信信道的多余容量，而由于在基站129的小區(qū)中當(dāng)前有六個(gè)移動(dòng)電臺(tái)，因此基站129具有三個(gè)通信信道的缺額。
每個(gè)基站的區(qū)域轉(zhuǎn)換控制部分126的功能是均衡由基站處理的移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目。如果在一個(gè)小區(qū)中通信信道的容量不足，則(盡可能)把與在該小區(qū)內(nèi)的多余數(shù)目的移動(dòng)電臺(tái)的通信切換至相鄰的小區(qū)的基站。在圖47的例子中，基站128具有可用的通信容量，即，還可以與兩個(gè)移動(dòng)電臺(tái)通信。在此情形中，基站129(在送出上述移動(dòng)電臺(tái)識(shí)別信息后)通知移動(dòng)電臺(tái)138、139切換至基站128的各個(gè)可用的通信信道。當(dāng)此后基站128從這些移動(dòng)電臺(tái)接收無線電波時(shí)，該基站的到來方向估計(jì)部分估計(jì)這些移動(dòng)電臺(tái)的各自的方向，而移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)部分125估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)138、139的各自的位置。此后，當(dāng)要與這些移動(dòng)電臺(tái)中的一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)進(jìn)行通信時(shí)，區(qū)域切換控制部分126使天線方向性控制部分13形成峰值天線方向性的適當(dāng)?shù)拇笮『头较颍韵嗤姆绞竭M(jìn)行通信，好比這些移動(dòng)電臺(tái)138、139位于基站128的服務(wù)區(qū)域(小區(qū))中。用類似的方式，把移動(dòng)電臺(tái)137切換至基站127。
這樣，在圖47的例子中(其中，有九個(gè)移動(dòng)電臺(tái)在三個(gè)基站的區(qū)域中)，為了均衡由各個(gè)基站處理的移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目，通過每個(gè)基站與三個(gè)移動(dòng)電臺(tái)通信的安排而進(jìn)行均衡。
最好這樣來安排，當(dāng)用這種方式來將移動(dòng)電臺(tái)從第一小區(qū)切換至第二小區(qū)時(shí)，選擇最接近該第二小區(qū)的“多余的”移動(dòng)電臺(tái)進(jìn)行切換。這樣，在圖47的例子中，基站129保持與移動(dòng)電臺(tái)134、135、136通信，比起移動(dòng)電臺(tái)137、138、139來，移動(dòng)電臺(tái)134、135、136離開基站127、129的小區(qū)較遠(yuǎn)。
雖然在上面假設(shè)基站的天線方向性控制部分是受控的，從而對(duì)于為一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)估計(jì)的每個(gè)不同的方向或位置分別形成不同的天線方向性峰值，但同樣可以這樣來形成天線方向性，即，一個(gè)峰值同時(shí)覆蓋多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的位置(即，已估計(jì)各自位置的移動(dòng)電臺(tái))。這在圖47中說明，其中，基站128控制其天線方向性，從而形成單個(gè)定向峰值140，它如此成形，使得基站128不僅可以與其自身的區(qū)域內(nèi)的單個(gè)移動(dòng)電臺(tái)143通信，還能夠與最靠近它的在基站129的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的兩個(gè)移動(dòng)電臺(tái)138、139通信。
圖46A、46B組成了由按照本實(shí)施例的每個(gè)基站的區(qū)域切換控制部分126實(shí)行的處理的流程圖。在此流程圖中，基站可用的通信信道的數(shù)目用參數(shù)nB來表示，根據(jù)該基站是否有多余的通信容量、多余容量為零或者容量不足，該參數(shù)可以取正值、零或負(fù)值。如果通信信道容量不足，則如步驟S9所示，基站的區(qū)域切換控制部分126送出信息至相鄰基站的每個(gè)區(qū)域切換控制部分126，以將信道容量不足的信息通知這些基站，并且對(duì)一些選出的移動(dòng)電臺(tái)進(jìn)行識(shí)別，這些移動(dòng)電臺(tái)雖然位于自己的小區(qū)內(nèi)，但將被切換至這些其他的基站。例如，在圖47的例子中，基站129將它的通信信道不足的數(shù)目(即，3)以及識(shí)別三個(gè)移動(dòng)電臺(tái)137、138、139的信息通知基站127、128。
這樣，對(duì)于本發(fā)明的本實(shí)施例，能夠這樣來確定天線方向性，從而均衡與多個(gè)基站中的每個(gè)基站通信的移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目，從而保證能夠充分地利用整個(gè)通信系統(tǒng)的可用的通信信道容量。
對(duì)于本發(fā)明的先前的實(shí)施例(進(jìn)行天線旋轉(zhuǎn)除外)，基站最多只可以定出比基站的陣列天線元件總數(shù)少的移動(dòng)電臺(tái)的各自的方向。下面將描述本發(fā)明的第十實(shí)施例，從而克服這一限制。對(duì)于此實(shí)施例，每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)間歇地發(fā)射控制信號(hào)，基站只用這些信號(hào)來確定移動(dòng)電臺(tái)的方向，而不是用于在移動(dòng)電臺(tái)與基站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
圖48是第十實(shí)施例的系統(tǒng)方框圖。下面將假設(shè)陣列天線11總共具有三個(gè)天線元件。在圖48中，150是基站，它具有陣列天線11、到來方向估計(jì)部分12、天線方向性控制部分13、變頻器部分14和峰值產(chǎn)生部分15，它們分別地如先前的實(shí)施例中所描述的那樣工作。此外，基站150設(shè)有可變頻率濾波器144，在陣列天線11的元件的接收到的信號(hào)被變頻器部分14變?yōu)橹蓄l之后(即，在對(duì)這些信號(hào)施加任何中頻濾波處理之前)，可變頻率濾波器144接收這些信號(hào)，是這些信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)通過一組可變帶通濾波器部分144中的相應(yīng)的一個(gè)，并將得到的信號(hào)提供給到來方向估計(jì)部分12。146是一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)，它具有控制信號(hào)發(fā)射部分，該部分如下所述產(chǎn)生控制信號(hào)，并將這些信號(hào)用無線電發(fā)射至基站150。
圖50是示出一個(gè)時(shí)序例的圖，多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的控制信號(hào)發(fā)射部分按照該時(shí)序發(fā)射控制信號(hào)，由六個(gè)移動(dòng)電臺(tái)發(fā)射的控制信號(hào)的序列分別用#1、#2、#3、#4、#5和#6來表示。501、502、503、504、505、506表示各自的時(shí)隙。在每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)中，例如，在圖48的移動(dòng)電臺(tái)146中，控制信號(hào)發(fā)射部分147從示于圖50的時(shí)隙中隨機(jī)地選擇時(shí)隙，并在這樣一個(gè)隨機(jī)選擇的時(shí)隙，從要作為控制信號(hào)發(fā)射至基站的四個(gè)頻率f1、f2、f3、f4中隨機(jī)地選擇一個(gè)頻率。當(dāng)基站的陣列天線11從一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)接收到控制信號(hào)時(shí)，把從陣列天線的每個(gè)天線單元接收到的各個(gè)信號(hào)，在由變頻部分14變頻至中頻后，輸入至可變頻率濾波器145的可變帶通濾波器部分144。把由變頻部分14對(duì)接收到的信號(hào)的頻率f1、f2、f3和f4變頻的各個(gè)頻率表示為F1、F2、F3和F4?？勺儙V波器部分144的每一個(gè)的工作是受控的，從而在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)，當(dāng)在該時(shí)隙的四個(gè)子間隔時(shí)，設(shè)置濾波器通帶使之相繼地通過頻率F1、F2、F3和F4。在圖50中，例如在時(shí)隙501的情形下，把這些子間隔表示為501a、501b、501c、501d。當(dāng)頻率F1至F4之一正在通過時(shí)，濾波器相對(duì)于其他三個(gè)頻率處于截止?fàn)顟B(tài)。把可變頻率濾波器145的輸出信號(hào)(它相應(yīng)于天線11的元件各個(gè)接收到的信號(hào))提供給到來方向估計(jì)部分142，然后該到來方向估計(jì)部分估計(jì)來自移動(dòng)電臺(tái)的無線電波的到來方向。
如上所述，如果分別用不同的數(shù)據(jù)來調(diào)制發(fā)射信號(hào)，并且如果這些移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目小于基站的天線元件的數(shù)目，則基站的到來方向估計(jì)部分12能夠估計(jì)多個(gè)經(jīng)相同頻率信道發(fā)射的移動(dòng)電臺(tái)的各自的方向。如果天線元件的數(shù)目是三，則由于在時(shí)隙501、502、503的每一個(gè)時(shí)隙中，同時(shí)使用相同頻率信道的移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目小于三，因而能夠正確地估計(jì)到來方向信息。在時(shí)隙501、502等等的每個(gè)子間隔，對(duì)最多為兩個(gè)移動(dòng)電臺(tái)(它們?cè)谠摃r(shí)隙發(fā)射控制信號(hào)，其頻率是當(dāng)前被可變頻率濾波器144所選擇的)的無線電波的到來方向進(jìn)行估計(jì)，在下一個(gè)子間隔，對(duì)濾波器進(jìn)行切換，以選擇另一個(gè)頻率，然后到來方向估計(jì)部分142類似地估計(jì)別的一個(gè)或一些移動(dòng)電臺(tái)的無線電波的到來方向。
圖51示出本實(shí)施例的移動(dòng)電臺(tái)的控制信號(hào)發(fā)射部分147的一個(gè)結(jié)構(gòu)例子。這里，把從ROM(只讀存儲(chǔ)器)160讀出的數(shù)據(jù)連同在由頻率合成器163產(chǎn)生的信道頻率上的載波信號(hào)施加至調(diào)制器161。在根據(jù)由隨機(jī)數(shù)發(fā)生器162產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的信號(hào)的控制下，頻率合成器在隨機(jī)地確定的時(shí)隙中，隨機(jī)地選擇四個(gè)可能的信道頻率之一。從ROM讀得的數(shù)據(jù)對(duì)于系統(tǒng)的每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)是各不相同的。
在對(duì)所有的控制信號(hào)完成方向估計(jì)操作后，峰值產(chǎn)生部分15引起天線方向性控制部分143對(duì)陣列天線141的每個(gè)元件的發(fā)射信號(hào)或接收到的信號(hào)的相位和幅度實(shí)行控制，以使天線方向性峰值朝著正在與之通信的移動(dòng)電臺(tái)取向，如對(duì)先前的實(shí)施例所描述的那樣。
在圖50的例子的時(shí)隙504中，由于有三個(gè)同時(shí)發(fā)射相同的控制信號(hào)頻率(f4)(即，移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目大于天線元件的數(shù)目)，因此不可能獲得正確的估計(jì)結(jié)果。此外，由于在時(shí)隙5沒有移動(dòng)電臺(tái)發(fā)射控制信號(hào)，因而該時(shí)隙不能用于到來方向估計(jì)。在這種情形下，天線方向性控制部分將天線方向性峰值保持在不變的狀態(tài)下，直至能夠獲得正確的結(jié)果。在時(shí)隙506，由移動(dòng)電臺(tái)同時(shí)發(fā)射的頻率的數(shù)目小于天線元件的數(shù)目，所以能夠獲得正確的估計(jì)結(jié)果。
例如能夠如圖49那樣來構(gòu)造可變頻率濾波器144的每個(gè)可變帶通濾波器部分。這里，在每個(gè)時(shí)隙的四個(gè)子間隔，用開關(guān)600、601(它們由濾波器選擇時(shí)序控制部分602控制)相繼地選擇通過頻率F1、F2、F3、F4(如上所述，相應(yīng)于控制信號(hào)頻率f1、f2、f3、f4)的一組四個(gè)帶通濾波器603、604、605、606中的有關(guān)的濾波器。
這樣，對(duì)于上述實(shí)施例，隨機(jī)地選擇由移動(dòng)電臺(tái)發(fā)射的控制信號(hào)的頻率和時(shí)隙，從而基站能夠通過改變一個(gè)可變頻率濾波器的通帶中心頻率獲得來自移動(dòng)電臺(tái)的無線電波的到來方向，因此，基站可以對(duì)數(shù)目大于基站的陣列天線的元件總數(shù)的多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的各自的方向進(jìn)行檢測(cè)。
顯然，可對(duì)此實(shí)施例加以改變，以提供移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)功能，如對(duì)先前的實(shí)施例所描述的那樣。在那種情形下，能夠估計(jì)其數(shù)目大于基站的陣列天線的元件總數(shù)的多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的各自的位置。
圖52是按照本發(fā)明的方向性控制裝置天線設(shè)備的第十一實(shí)施例的系統(tǒng)方框圖。本實(shí)施例與先前的實(shí)施例的不同之處在于，能夠使基站的天線方向性成形，從而形成沿基站正在與之通信的移動(dòng)電臺(tái)取向的單個(gè)峰值，與此同時(shí)形成一些天線方向性的零點(diǎn)，它們分別沿基站服務(wù)區(qū)域內(nèi)的已對(duì)其方向進(jìn)行估計(jì)的其他移動(dòng)電臺(tái)的方向取向。結(jié)果，即使其他相鄰的基站與移動(dòng)電臺(tái)之間用相同的頻率信道通信，也可以把與這些通信的干擾減至最小。
在圖52中，陣列天線11、變頻器部分14和峰值產(chǎn)生部分15分別以與先前的實(shí)施例的相應(yīng)的部分相同的方式工作。到來方向估計(jì)部分701以與先前的實(shí)施例的到來方向估計(jì)部分12大體上相同的方式工作，即，相對(duì)于天線11分別估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)(總數(shù)為N)的方向。然而，此外，由接收方向選擇部分702提供的數(shù)據(jù)來控制到來方向估計(jì)部分701，以在這些N個(gè)方向中選擇一個(gè)作為天線峰值方向，而把其余的(N-1)個(gè)估計(jì)的方向作為天線零點(diǎn)方向。此外，天線方向性控制部分700以與先前的實(shí)施例的天線方向性控制部分13大體上相同的方式工作，即，對(duì)天線11的天線元件的發(fā)射信號(hào)或接收到的信號(hào)進(jìn)行相位和幅度控制，從而提供方向性的一種特定形狀。然而，此外，參見第一實(shí)施例的圖5，用一對(duì)放大率控制信號(hào)(即，由零點(diǎn)產(chǎn)生部分703提供的第一信號(hào)和由峰值產(chǎn)生部分15提供的第二信號(hào))來控制天線方向性控制部分700中的每個(gè)放大器13d、13e。這樣，通過組合由峰值產(chǎn)生部分15和零點(diǎn)產(chǎn)生部分703產(chǎn)生的控制信號(hào)，確定為天線11建立的方向性。
由到來方向估計(jì)部分701把規(guī)定上述天線峰值方向的數(shù)據(jù)提供給峰值產(chǎn)生部分15，與此同時(shí)，把來自到來方向估計(jì)部分701的規(guī)定各個(gè)零點(diǎn)方向的數(shù)據(jù)提供給零點(diǎn)產(chǎn)生部分703。零點(diǎn)產(chǎn)生部分703和峰值產(chǎn)生部分15由此控制天線方向性控制部分，以建立天線方向性，它具有沿估計(jì)的峰值方向取向的單個(gè)峰值，并具有各個(gè)零點(diǎn)，它們?cè)谝苿?dòng)電臺(tái)的每個(gè)其他的估計(jì)的方向。
接收方向選擇部分702例如在每個(gè)固定持續(xù)時(shí)間通信間隔相繼地選擇由到來方向估計(jì)部分估計(jì)的有關(guān)的方向?yàn)樘炀€峰值方向。通過時(shí)分復(fù)用的工作形式，在基站服務(wù)區(qū)域內(nèi)的每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)能夠以那種方式相繼地與基站通信。
圖53是由本實(shí)施例的到來方向估計(jì)部分701進(jìn)行的處理的流程圖，以完成上述操作，用于把規(guī)定峰值方向的數(shù)據(jù)提供給峰值產(chǎn)生部分15，并把規(guī)定各個(gè)零點(diǎn)方向的數(shù)據(jù)提供給零點(diǎn)產(chǎn)生部分703。圖54是由零點(diǎn)產(chǎn)生部分703進(jìn)行的操作的流程圖，該操作用于產(chǎn)生控制信號(hào)，施加至天線方向性控制部分700，以響應(yīng)于由到來方向估計(jì)部分701提供的方向數(shù)據(jù)，對(duì)于已被選擇為零點(diǎn)方向的每個(gè)方向建立零點(diǎn)。
圖55是按照本發(fā)明的方向性控制天線的第十二實(shí)施例的系統(tǒng)方框圖。在圖55中，171是陣列天線，172是到來方向估計(jì)部分，15是峰值產(chǎn)生部分，173是天線方向性控制部分，而174是變頻部分。175是一個(gè)偏移天線元件，而176、177和178是陣列天線171的第一、第二和第三元件。假設(shè)天線171是一個(gè)直線陣列天線，從而只能估計(jì)到來的無線電波的方位角。作為一個(gè)實(shí)際的例子，陣列天線171可以包括三個(gè)偶極天線，它們沿水平方向排成直線，每個(gè)偶極天線帶有一個(gè)后反射器元件，而偏移天線175可以包括具有后反射器的單個(gè)偶極天線，把它與天線171的陣列方向偏移一個(gè)合適的方位角(例如，90°)。然而，顯然，在本實(shí)施例中也能夠設(shè)想使用其他形式的天線結(jié)構(gòu)。
圖57、58是用于說明到來方向估計(jì)部分172的工作原理的圖。在圖57中，181是天線方向性特性曲線(它是接收到的信號(hào)幅度對(duì)正在發(fā)射的移動(dòng)電臺(tái)的方位角的曲線)，該曲線由第一組天線元件得出，而該組元件只由陣列天線171的元件構(gòu)成，182是由的第二組天線元件得出的天線方向性特性曲線，第二組元件包括偏移天線元件175。在圖58中，183表示正在發(fā)射的移動(dòng)電臺(tái)的方位角與從第一組天線元件獲得的組合的接收到的信號(hào)幅度和從第二組天線元件獲得的組合的接收到的信號(hào)幅度的差值之間的關(guān)系，即，表示圖57的特性曲線181和182之差的特性曲線。可以明白，特性曲線181只在特性曲線181和182都具有非零的信號(hào)幅度值的角度值范圍內(nèi)可靠地準(zhǔn)確，即，在圖58中的-θ至θ的范圍。
本實(shí)施例的工作情形如下。當(dāng)由陣列天線171和偏移天線元件175接收來自移動(dòng)電臺(tái)的無線電波時(shí)，到來方向估計(jì)部分172把各組天線元件的接收到的信號(hào)加以組合，并根據(jù)從第一和第二組天線元件接收到的信號(hào)幅度的差值，估計(jì)到來無線電波的方位角(即，正在發(fā)射的移動(dòng)電臺(tái)的方位角)。天線元件的組例如可以包括第一天線元件組和第二天線元件組，其中，第一天線元件組由陣列天線171的第一元件176和第二元件177構(gòu)成，第二天線元件組由陣列天線的第三元件178和偏移天線元件175構(gòu)成。
示于圖57的特性曲線183建立了無線電波到來方向與第一天線元件組的組合信號(hào)和第二天線元件組的組合信號(hào)的差值之間的關(guān)系。從而到來方向估計(jì)部分能夠估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)所處的方位角方向。
然后把方向信息提供給峰值產(chǎn)生部分15，它產(chǎn)生控制信號(hào)，用于使天線方向性控制部分173對(duì)接收到的信號(hào)和發(fā)射信號(hào)施加幅度和相位控制，從而產(chǎn)生天線方向性的一個(gè)峰值，如對(duì)先前的實(shí)施例所描述的那樣。
圖56是由本實(shí)施例的到來方向估計(jì)部分周期地進(jìn)行的一個(gè)簡(jiǎn)單算法例子的流程圖，用于根據(jù)來自第一和第二組天線單元的組合的接收到的信號(hào)，獲得估計(jì)的方向值。
這樣，對(duì)于本發(fā)明的上述實(shí)施例，通過合適地使用一個(gè)陣列天線和一個(gè)偏移天線元件的組合，可以通過使用天線方向性來估計(jì)一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的方向。
當(dāng)然，在陣列天線171和偏移天線175中可以比圖55所示的例子使用數(shù)目更多的元件。為了能夠提供足夠的定向覆蓋范圍，還可以使用如圖55所示的多組特天線，而這些陣列天線分別沿不同的角度取向。還可以采用旋轉(zhuǎn)天線結(jié)構(gòu)的另一種做法，如圖40的實(shí)施例所示，使得能在360°的方位角范圍內(nèi)估計(jì)到來的無線電波的方向。
對(duì)于如上所述的本發(fā)明，可以由移動(dòng)通信系統(tǒng)的一個(gè)基站估計(jì)一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的各自的方向，并且能夠根據(jù)估計(jì)的方向，對(duì)基站的陣列天線的方向性作合適的控制，從而能夠有效地利用發(fā)射頻率和發(fā)射功率，即，能夠減小與移動(dòng)通信系統(tǒng)的其他基站和移動(dòng)電臺(tái)之間的通信干擾的可能性。
如上所述，可以按照本發(fā)明這樣構(gòu)造一個(gè)設(shè)備，使得形成具有一個(gè)峰值的天線方向性，它是為與一個(gè)特定的移動(dòng)電臺(tái)通信而成形的，即，從而根據(jù)基站分別與不同的移動(dòng)電臺(tái)進(jìn)行的通信，分別形成不同的峰值，或者換一種做法，使得形成具有一個(gè)峰值的天線方向性，它是如此成形的，從而能與多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)中的每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)通信，這些移動(dòng)電臺(tái)位于相隔不遠(yuǎn)的估計(jì)的位置處，如圖47的例子所示。
顯然，上述實(shí)施例的各種特性可以與其他實(shí)施例的特性組合起來，因此不能將上述特定實(shí)施例的描述作為對(duì)在所附的權(quán)利要求書中提出的發(fā)明范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于移動(dòng)通信系統(tǒng)的基站的方向性控制天線設(shè)備，所述移動(dòng)通信系統(tǒng)具有至少一個(gè)基站和多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)，其特征在于，所述方向性控制天線設(shè)備包括陣列天線，它具有天線元件的一個(gè)陣列，用于向位于基站的預(yù)定的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)發(fā)射和從該移動(dòng)電臺(tái)接收無線電波；變頻裝置，用于當(dāng)所述基站工作于接收模式時(shí)，把從所述天線元件接收到的各個(gè)信號(hào)變換為相應(yīng)的中頻信號(hào)或基帶信號(hào)，并且用于當(dāng)所述基站工作于發(fā)射模式時(shí)，分別相應(yīng)于所述天線元件把在中頻或基帶頻率上的發(fā)射信號(hào)變換為在發(fā)射頻率上的發(fā)射信號(hào)，并將所述發(fā)射信號(hào)提供給所述天線元件；到來方向估計(jì)裝置，用于在所述接收模式時(shí)，對(duì)來自所述變頻器裝置的所述中頻信號(hào)或基帶信號(hào)進(jìn)行操作，以估計(jì)來自所述移動(dòng)電臺(tái)的無線電波的到來方向，由此導(dǎo)出所述移動(dòng)電臺(tái)相對(duì)于所述基站的估計(jì)的方向，它還用于產(chǎn)生表示所述估計(jì)的方向的方向數(shù)據(jù)；天線方向性控制裝置，用于在所述接收模式，相應(yīng)于所述天線元件控制所述接收到的信號(hào)的相位和幅度，并且在所述發(fā)射模式，相應(yīng)于所述天線元件控制所述發(fā)射信號(hào)的相位和幅度，從而確定所述陣列天線的方向性；以及峰值產(chǎn)生裝置，它對(duì)所述方向數(shù)據(jù)起反應(yīng)，用于在所述發(fā)射模式和所述接收模式時(shí)產(chǎn)生控制信號(hào)，以控制所述天線方向性控制裝置，從而形成所述方向性的一個(gè)沿所述移動(dòng)電臺(tái)的所述估計(jì)的方向的峰值。
2.如權(quán)利要求1所述的方向性控制天線設(shè)備，其特征在于，所述天線方向性控制設(shè)備包括對(duì)來自所述峰值產(chǎn)生裝置的所述控制信號(hào)起反應(yīng)的裝置，用于控制所述天線元件的各個(gè)接收到的信號(hào)以及所述天線元件的各個(gè)發(fā)射信號(hào)的相位和幅度，這些信號(hào)都在所述中頻或所述基帶頻率上。
3.如權(quán)利要求1所述的方向性控制天線設(shè)備，其特征在于，所述方向性控制天線設(shè)備還包括用于控制所述天線方向性控制裝置的裝置，以建立所述天線的大體上均勻的方向性，其中，所述到來方向估計(jì)裝置只有在所述均勻方向性的條件建立時(shí)才導(dǎo)出所述估計(jì)的方向，并且所述天線方向性控制裝置包括對(duì)來自所述峰值產(chǎn)生裝置的所述控制信號(hào)起反應(yīng)的裝置，用于直接控制所述天線元件的各個(gè)發(fā)射信號(hào)和接收到的信號(hào)的相位和幅度，這些信號(hào)都在所述發(fā)射頻率上。
4.如權(quán)利要求1至3的任何一條所述的方向性控制天線設(shè)備，其特征在于，還包括這樣的裝置，用于檢測(cè)是否正在接收來自一個(gè)位于所述服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)的信號(hào)，并且所述到來方向估計(jì)裝置還包括用于導(dǎo)出當(dāng)前位于所述服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)的數(shù)目的裝置；用于判斷在所述服務(wù)區(qū)域內(nèi)的所述移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)的數(shù)目是否等于或大于所述陣列天線的元件的總數(shù)；以及當(dāng)判斷出作為所述估計(jì)值獲得的所述移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目等于或大于所述元件的總數(shù)時(shí)才工作的裝置，用于在基站的所述接收模式時(shí)控制所述峰值產(chǎn)生裝置產(chǎn)生所述控制信號(hào)，使得所述天線方向性控制裝置控制所述天線元件的各個(gè)所述接收到的信號(hào)的相位和幅度，以產(chǎn)生所述方向性的單個(gè)峰值，并在所述陣列天線的方向性變化的整個(gè)范圍內(nèi)掃描所述峰值；這樣，由所述到來方向估計(jì)裝置作為檢測(cè)到所述接收到的信號(hào)的相應(yīng)方向，獲得在所述服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)的各個(gè)方向，并且在掃描所述峰值至所述各個(gè)方向的相繼的時(shí)間間隔內(nèi)，所述基站相繼地與由此測(cè)得其方向的所述移動(dòng)電臺(tái)的每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)通信。
5.一種用于移動(dòng)通信系統(tǒng)的基站的方向性控制天線設(shè)備，所述移動(dòng)通信系統(tǒng)具有一個(gè)基站和多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)，其特征在于，所述方向性控制天線設(shè)備包括第一陣列天線，它具有天線元件的一個(gè)陣列，用于接收來自位于基站的預(yù)定的服務(wù)區(qū)域的內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的無線電波；第二陣列天線，它具有天線元件的一個(gè)陣列，用于與從所述移動(dòng)電臺(tái)中選出的一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)通信而發(fā)射和接收無線電波；變頻裝置，用于當(dāng)所述基站工作于接收模式時(shí)，把從所述第一和第二陣列天線的所述天線元件接收到的各個(gè)信號(hào)變換為相應(yīng)的中頻信號(hào)或相應(yīng)的基帶信號(hào)，并且用于當(dāng)所述基站工作于發(fā)射模式時(shí)，分別相應(yīng)于所述第二陣列天線的所述天線元件把在中頻或基帶頻率上的發(fā)射信號(hào)變換為在發(fā)射頻率上的發(fā)射信號(hào)，并將所述發(fā)射信號(hào)提供給所述第二陣列天線的相應(yīng)的天線元件；到來方向估計(jì)裝置，用于對(duì)由所述變頻器裝置從所述第一陣列天線的天線元件的所述接收到的信號(hào)導(dǎo)出的所述中頻信號(hào)或基帶信號(hào)進(jìn)行操作，以估計(jì)來自在服務(wù)區(qū)域內(nèi)的所述移動(dòng)電臺(tái)的無線電波的各個(gè)到來方向，它用于產(chǎn)生表示所述估計(jì)的方向的方向數(shù)據(jù)，它還用于利用所述方向數(shù)據(jù)來估計(jì)在所述服務(wù)區(qū)域內(nèi)的所述移動(dòng)電臺(tái)的總數(shù)；天線方向性控制裝置，用于在所述接收模式，相應(yīng)于第二陣列天線的所述天線元件控制所述接收到的信號(hào)的相位和幅度，并且在所述發(fā)射模式，分別相應(yīng)于第二陣列天線的所述天線元件控制所述發(fā)射信號(hào)的相位和幅度，從而確定所述第二陣列天線的方向性；以及峰值產(chǎn)生裝置，它響應(yīng)于所述方向數(shù)據(jù)，用于在所述發(fā)射模式和所述接收模式時(shí)產(chǎn)生控制信號(hào)，以控制所述天線方向性控制裝置，從而形成所述第二陣列天線的方向性的一個(gè)沿所述選定的移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)的方向的峰值。
6.如權(quán)利要求5所述的方向性控制天線設(shè)備，其特征在于，還包括用于判斷作為所述估計(jì)值從所述到來方向估計(jì)裝置獲得的移動(dòng)電臺(tái)的所述數(shù)目是否等于或大于所述第一陣列天線的元件數(shù)目；當(dāng)判斷出移動(dòng)電臺(tái)的所述數(shù)目等于或大于第一陣列天線的所述元件的數(shù)目時(shí)才工作的裝置，用于實(shí)行控制，由到來方向估計(jì)裝置把從第一陣列天線的所有的所述元件和第二陣列天線的所有的所述元件獲得的接收到的信號(hào)組合起來使用，用來估計(jì)來自移動(dòng)電臺(tái)的無線電波的到來方向，并用來導(dǎo)出在所述基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的所述移動(dòng)電臺(tái)的經(jīng)校正的估計(jì)數(shù)目。
7.如權(quán)利要求6所述的方向性控制天線設(shè)備，其特征在于，還包括用于判斷在服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)的所述經(jīng)校正的估計(jì)數(shù)目是否等于或大于所述第一陣列天線和所述第二陣列天線的元件總數(shù)的裝置；當(dāng)判斷出作為所述估計(jì)值獲得的所述移動(dòng)電臺(tái)的數(shù)目等于或大于所述元件的總數(shù)時(shí)才工作的裝置，用于在基站的所述接收模式時(shí)控制所述峰值產(chǎn)生裝置產(chǎn)生所述控制信號(hào)，使得所述天線方向性控制裝置控制所述天線元件的各個(gè)所述接收到的信號(hào)的相位和幅度，以產(chǎn)生所述輻射圖形的的單個(gè)峰值，并在所述第一陣列天線的方向性變化的整個(gè)范圍內(nèi)掃描所述峰值；以及當(dāng)所述峰值掃描以相繼地檢測(cè)從所述服務(wù)區(qū)域內(nèi)的各個(gè)移動(dòng)電臺(tái)發(fā)射的無線電波的接收時(shí)工作的裝置，由此獲得所述移動(dòng)電臺(tái)相對(duì)于所述基站的各個(gè)檢測(cè)到的方向；其中，在掃描所述峰值至所述各個(gè)方向的相繼的時(shí)間間隔內(nèi)，所述基站相繼地與由此測(cè)得其方向的所述移動(dòng)電臺(tái)的每個(gè)移動(dòng)電臺(tái)通信。
8.如權(quán)利要求1至3的任何一條所述的方向性控制天線設(shè)備，其中，所述移動(dòng)通信系統(tǒng)包括多個(gè)具有各自的服務(wù)區(qū)域并且為互換數(shù)據(jù)而用通信線路互相連接的基站，其特征在于，每個(gè)所述基站還包括移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)裝置，用于從所述基站的所述到來方向估計(jì)裝置接收一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的所述方向，并用于從至少兩個(gè)其他的基站的各自的到來方向估計(jì)裝置接收所述移動(dòng)電臺(tái)相對(duì)于所述其他的基站的方向數(shù)據(jù)，用于處理所述數(shù)據(jù)以獲得所述移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)的位置，并產(chǎn)生表示所述估計(jì)的位置的位置數(shù)據(jù)，并將所述位置數(shù)據(jù)提供給所述峰值產(chǎn)生裝置；其中，所述峰值產(chǎn)生裝置對(duì)所述位置數(shù)據(jù)起反應(yīng)，用于產(chǎn)生提供給所述天線方向性控制裝置的控制信號(hào)來控制所述天線方向性控制裝置，從而根據(jù)所述的估計(jì)的位置確定所述方向性的一個(gè)峰值的取向和所述峰值的形狀。
9.按照權(quán)利要求1至3的任何一條所述的方向性控制天線設(shè)備，其中，所述移動(dòng)通信系統(tǒng)包括多個(gè)具有相鄰的各自的服務(wù)區(qū)域并且為互換數(shù)據(jù)而用通信線路互相連接的基站，基站的每個(gè)所述陣列天線是具有沿其陣列軸線隔開排列的元件的直線陣列天線，其特征在于，每個(gè)所述基站還包括移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)裝置，用于從所述基站的所述到來方向估計(jì)裝置接收表示從一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)接收到的無線電波的估計(jì)的到來方向的第一方向數(shù)據(jù)，用于對(duì)所述方向數(shù)據(jù)連同表示所述陣列天線高于地面的高度的已知數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以得出表示所述移動(dòng)電臺(tái)的可能位置的第一范圍的第一基線數(shù)據(jù)，用于從至少兩個(gè)其他的基站的各自的到來方向估計(jì)裝置接收表示來自所述移動(dòng)電臺(tái)的無線電波相對(duì)于所述其他的基站的各個(gè)到來方向的第二和第三方向數(shù)據(jù)，用于對(duì)所述第二和第三方向數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以得出分別表示所述基站的可能位置的第二和第三范圍的第二和第三基線數(shù)據(jù)，用于從所述第一、第二和第三基線數(shù)據(jù)導(dǎo)出所述移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)的位置并產(chǎn)生表示所述估計(jì)的位置的位置數(shù)據(jù)，以及將所述位置數(shù)據(jù)提供給所述峰值產(chǎn)生裝置；并且所述峰值產(chǎn)生裝置對(duì)所述位置數(shù)據(jù)起反應(yīng)，用于產(chǎn)生提供給所述天線方向性控制裝置的控制信號(hào)，以控制所述天線方向性控制裝置，從而根據(jù)所述估計(jì)的位置，確定方向性的一個(gè)峰值的取向和所述峰值的形狀。
10.如權(quán)利要求9所述的方向性控制天線設(shè)備，其特征在于，構(gòu)造每個(gè)所述直線陣列天線，以在180°的范圍內(nèi)提供方位角方向性，并且作為所述地面與以所述陣列軸線做它的中心軸線的半個(gè)圓錐面的一條估計(jì)的交線而導(dǎo)出所述移動(dòng)電臺(tái)的可能位置的每個(gè)所述范圍，所述圓錐面具有一個(gè)頂角，它兩倍于來自所述移動(dòng)電臺(tái)的到來的無線電波的所述方向與所述陣列軸線之間的夾角。
11.如權(quán)利要求1至3的任何一條所述的方向性控制天線設(shè)備，其中，所述陣列天線是具有沿其陣列軸線隔開排列的元件的直線陣列天線，其特征在于，所述方向性控制天線設(shè)備還包括電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量裝置，用于測(cè)量從一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)接收到的無線電波的電場(chǎng)強(qiáng)度的值；以及位置估計(jì)裝置，用于把所述經(jīng)組合的信號(hào)強(qiáng)度值變換為所述移動(dòng)電臺(tái)離所述陣列天線的估計(jì)的視線距離值，用于對(duì)所述估計(jì)的距離值連同所述陣列天線高于地面的已知高度值進(jìn)行處理以得出表示所述移動(dòng)電臺(tái)的可能位置的一個(gè)范圍的基線數(shù)據(jù)，用于對(duì)所述基線數(shù)據(jù)連同由所述到來方向估計(jì)裝置提供的所述移動(dòng)電臺(tái)的所述估計(jì)的方向數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，以得出表示所述移動(dòng)電臺(tái)相對(duì)于所述陣列天線的估計(jì)的位置的位置數(shù)據(jù)，并將所述位置數(shù)據(jù)提供給所述峰值產(chǎn)生裝置；其中，所述峰值產(chǎn)生裝置對(duì)所述位置數(shù)據(jù)起反應(yīng)，用于產(chǎn)生提供給所述天線方向性控制裝置的控制信號(hào)，以控制所述天線方向性控制裝置，從而根據(jù)所述估計(jì)的位置，確定所述方向性的一個(gè)峰值的取向和所述峰值的形狀。
12.如權(quán)利要求11所述的方向性控制裝置天線設(shè)備，其特征在于，構(gòu)造每個(gè)所述直線陣列天線，以在180°的范圍內(nèi)提供方位角方向性，并且作為所述地面與以所述陣列軸線做它的中心軸線的半個(gè)圓錐面的一條估計(jì)的交線而導(dǎo)出所述移動(dòng)電臺(tái)的可能位置的每個(gè)所述范圍，所述圓錐面具有一個(gè)頂角，它兩倍于來自所述移動(dòng)電臺(tái)的到來的無線電波的所述方向與所述陣列軸線之間的夾角。
13.如權(quán)利要求1至3的任何一條所述的方向性控制天線設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述移動(dòng)電臺(tái)包括位移矢量產(chǎn)生裝置，用于導(dǎo)出表示所述移動(dòng)電臺(tái)在第一時(shí)刻(t1)的位置與所述移動(dòng)電臺(tái)在所述第一時(shí)刻后的第二時(shí)刻(t2)的位置之差的位移矢量；以及用于通過無線電發(fā)射表示所述位移矢量的數(shù)據(jù)至所述基站的裝置；其中，所述基站的所述陣列天線是具有沿陣列軸線隔開排列的天線元件的直線陣列天線，所述基站還包括移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)裝置，它在所述第一時(shí)刻(t1)工作，以對(duì)由所述到來方向估計(jì)裝置和距離檢測(cè)裝置提供的所述移動(dòng)電臺(tái)的所述估計(jì)的方向數(shù)據(jù)連同所述陣列天線高出地平面的已知的高度值進(jìn)行操作，以導(dǎo)出表示所述移動(dòng)電臺(tái)的可能位置的第一范圍的第一基線數(shù)據(jù)，該移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)裝置又在所述第二時(shí)刻(t2)工作，以對(duì)所述移動(dòng)電臺(tái)的所述估計(jì)的方向數(shù)據(jù)和所述高度值進(jìn)行操作，以導(dǎo)出表示所述移動(dòng)電臺(tái)的可能位置的第二范圍的第二基線數(shù)據(jù)，用于對(duì)所述位移矢量值連同所述第一基線數(shù)據(jù)和第二基線數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，以估計(jì)所述移動(dòng)電臺(tái)在所述第二時(shí)刻(t2)的位置，用于產(chǎn)生表示所述估計(jì)的位置的位置數(shù)據(jù)，并將位置數(shù)據(jù)提供給所述峰值產(chǎn)生裝置；所述峰值產(chǎn)生裝置對(duì)所述位置數(shù)據(jù)起反應(yīng)，用于根據(jù)所述估計(jì)的位置，產(chǎn)生提供給所述天線方向性控制裝置的控制信號(hào)來控制所述天線方向性控制裝置，從而決定所述方向性的一個(gè)峰值的取向以及所述峰值的形狀。
14.如權(quán)利要求13所述的方向性控制天線設(shè)備，其特征在于，構(gòu)造每個(gè)所述直線陣列天線，以在180°的范圍內(nèi)提供方位角方向性，并且作為所述地面與以所述陣列軸線做它的中心軸線并有一個(gè)頂角的半個(gè)圓錐面之間的一條估計(jì)的交線而導(dǎo)出所述移動(dòng)電臺(tái)的可能位置的每個(gè)所述范圍，所述圓錐面的一個(gè)頂角，它兩倍于來自所述移動(dòng)電臺(tái)的到來的無線電波的所述方向與所述陣列軸線之間的夾角。
15.如權(quán)利要求1至3的任何一條所述的方向性控制天線設(shè)備，其中，所述基站的所述陣列天線是具有沿陣列軸線隔開排列的天線元件的直線陣列天線，其特征在于，所述方向性控制天線設(shè)備還包括天線旋轉(zhuǎn)裝置，用于以所述陣列軸線在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方式旋轉(zhuǎn)所述陣列天線；以及位置估計(jì)裝置，用于接收所述方向信息，并且至少對(duì)來自所述到來方向估計(jì)裝置的第一方向數(shù)據(jù)和第二方向數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，以估計(jì)所述移動(dòng)電臺(tái)的位置并產(chǎn)生表示所述估計(jì)的位置的位置數(shù)據(jù)，其中，所述第一方向數(shù)據(jù)是當(dāng)所述天線軸線處于第一角位置時(shí)導(dǎo)出的，表示第一估計(jì)的方向，而所述第二方向數(shù)據(jù)是當(dāng)所述天線軸線已旋轉(zhuǎn)至第二角位置時(shí)導(dǎo)出的，表示第二估計(jì)方向；所述峰值產(chǎn)生裝置對(duì)所述位置數(shù)據(jù)起反應(yīng)，用于根據(jù)所述估計(jì)的位置產(chǎn)生提供給所述天線方向性控制裝置的控制信號(hào)，用所述信號(hào)來控制所述天線方向性控制裝置，從而確定所述方向性的一個(gè)峰值取向和所述峰值的形狀。
16.如權(quán)利要求15所述的方向性控制天線設(shè)備，其特征在于，構(gòu)造所述直線陣列天線，以在180°的范圍內(nèi)提供方位角方向性，其中，所述位置估計(jì)裝置對(duì)所述第一方向數(shù)據(jù)連同所述陣列天線高出地平面的已知高度值進(jìn)行操作，以作為所述地面與半個(gè)圓錐面的第一條估計(jì)的交線導(dǎo)出所述移動(dòng)電臺(tái)的可能位置的第一范圍，所述圓錐面具有沿所述陣列軸線的中心軸線，它的頂角是來自所述移動(dòng)電臺(tái)的到來無線電波的所述方向與所述陣列軸線之間的夾角值的兩倍，對(duì)所述第二方向數(shù)據(jù)連同所述高度值進(jìn)行操作，以作為所述圓錐面與地面的第二條估計(jì)的交線導(dǎo)出所述移動(dòng)電臺(tái)的可能位置的第二范圍，以及得出所述第一條和第二條估計(jì)的交線的交點(diǎn)作為所述移動(dòng)電臺(tái)的所述位置。
17.如權(quán)利要求1至3的任何一條所述的方向性控制天線設(shè)備，其特征在于，還包括傳播延遲時(shí)間估計(jì)裝置，用于估計(jì)從一個(gè)移動(dòng)電臺(tái)接收到的無線電波的傳播延遲時(shí)間；電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量裝置，用于測(cè)量來自所述移動(dòng)電臺(tái)的作為直接波接收到的無線電波和作為反射波接收到的各個(gè)無線電波的電場(chǎng)強(qiáng)度；以及傳播路徑均衡裝置，用于從所述到來方向估計(jì)裝置接收到來方向數(shù)據(jù)，并從所述傳播延遲時(shí)間估計(jì)裝置接收傳播延遲時(shí)間的估計(jì)的值，并且當(dāng)所述到來方向估計(jì)裝置獲得的結(jié)果指出所述移動(dòng)電臺(tái)是在所述基站的所述服務(wù)區(qū)域內(nèi)的唯一的移動(dòng)電臺(tái)時(shí)，根據(jù)所述估計(jì)的無線電波傳播延遲時(shí)間以及所述直接波與反射波的所述電場(chǎng)強(qiáng)度的比值，對(duì)于多路徑傳播信號(hào)的影響補(bǔ)償從所述移動(dòng)電臺(tái)接收到的信號(hào)。
18.如權(quán)利要求17所述的方向性控制天線設(shè)備，其特征在于，所述傳播路徑均衡裝置包括多個(gè)級(jí)聯(lián)的延遲元件和按比例地組合所述延遲元件的各個(gè)輸出信號(hào)的裝置，所述延遲元件對(duì)所述接收到的信號(hào)施加連續(xù)的延遲增量，而后一裝置是根據(jù)所述估計(jì)的無線電波延遲時(shí)間以及直接波與反射波的電場(chǎng)強(qiáng)度的所述比值來確定比例的。
19.如權(quán)利要求1至3的任何一條所述的方向性控制天線設(shè)備，其特征在于，還包括零點(diǎn)產(chǎn)生裝置，當(dāng)由所述到來方向估計(jì)裝置對(duì)N個(gè)移動(dòng)電臺(tái)估計(jì)了各自的到來無線電波方向時(shí)，所述裝置建立所述陣列天線的方向性的零點(diǎn)，它們分別沿(N-1)個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的方向取向，這里N是大于1的整數(shù)。
20.一種用于移動(dòng)通信系統(tǒng)的基站的方向性控制天線設(shè)備，所述移動(dòng)通信系統(tǒng)具有一個(gè)基站和多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)，其特征在于，所述方向性控制天線設(shè)備包括直線陣列天線，它具有沿陣列軸線隔開排列的天線元件；至少一個(gè)偏移天線元件，它具有沿這樣一個(gè)方向的方向性，該方向從所述陣列天線的所述陣列軸線偏移一個(gè)固定的角度；到來方向估計(jì)裝置，用于在所述基站工作于接收模式時(shí)接收所述偏移天線元件和所述陣列天線的一組元件的各個(gè)接收到的信號(hào)作為第一天線元件組的接收到的信號(hào)，并且接收所述陣列天線的其余元件的接收到的信號(hào)作為第二天線元件組的接收到的信號(hào)，用于將第一天線組的各個(gè)元件的接收到的信號(hào)加以組合，將第二天線元件組的各個(gè)元件的接收到的信號(hào)加以組合，由此獲得兩個(gè)組合的接收到的信號(hào)，用于獲得這些組合的接收到的信號(hào)之間的幅度的差值，以及用于根據(jù)幅度的差值來估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)所處的方向，并產(chǎn)生表示所述方向的方向數(shù)據(jù)；天線方向性控制裝置，用于基站工作于所述接收模式時(shí)，相應(yīng)于陣列天線的所述天線元件控制所述接收到的信號(hào)的相位和幅度，并且在所述基站工作于發(fā)射模式時(shí)，相應(yīng)于所述天線元件分別控制所述發(fā)射信號(hào)的相位和幅度，從而確定所述陣列天線的方向性；以及峰值產(chǎn)生裝置，它對(duì)所述方向數(shù)據(jù)起反應(yīng)，用于在所述發(fā)射模式和所述接收模式時(shí)產(chǎn)生控制信號(hào)，以控制所述天線方向性控制裝置，從而形成所述陣列天線的方向性的一個(gè)沿所述估計(jì)的方向的峰值。
21.如權(quán)利要求1至3的任何一條所述的方向性控制裝置天線設(shè)備，其中，所述移動(dòng)通信系統(tǒng)包括多個(gè)基站，為交換數(shù)據(jù)所述基站用通信線路互連，每個(gè)所述基站具有固定數(shù)目的可用于與移動(dòng)電臺(tái)通信的通信信道，每個(gè)所述基站還包括用于對(duì)在基站的所述服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)導(dǎo)出各自的識(shí)別信息的裝置，所述到來方向估計(jì)裝置利用來自移動(dòng)電臺(tái)的元線電波的所述估計(jì)的到來方向來估計(jì)當(dāng)前位于所述基站的所述服務(wù)區(qū)域內(nèi)的所述移動(dòng)電臺(tái)的總數(shù)，每個(gè)基站的所述到來方向估計(jì)裝置還能夠?qū)С鑫挥谒龌镜乃龇?wù)區(qū)域外的一些服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)的的估計(jì)的方向數(shù)據(jù)，其特征在于，每個(gè)所述基站還包括移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)裝置，用于從所述到來方向估計(jì)裝置接收所述方向數(shù)據(jù)，并利用所述方向數(shù)據(jù)來估計(jì)各個(gè)移動(dòng)電臺(tái)的方向和產(chǎn)生表示所述位置的位置數(shù)據(jù)；以及天線方向性圖形選擇裝置，用于從所述到來方向估計(jì)裝置接收移動(dòng)電臺(tái)的所述估計(jì)的數(shù)目和從所述移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)裝置接收所述位置數(shù)據(jù)，并且根據(jù)移動(dòng)電臺(tái)的所述估計(jì)的數(shù)目和分派的通信信道的數(shù)目，對(duì)移動(dòng)電臺(tái)的所述數(shù)目和位置數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，確定所述基站當(dāng)前可用的多個(gè)通信信道或沒有通信信道可用的多個(gè)移動(dòng)電臺(tái)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有一個(gè)或多個(gè)通信信道可用，則從一個(gè)或多個(gè)其他的基站接收對(duì)位于所述其他的基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的選出的移動(dòng)電臺(tái)規(guī)定各自的識(shí)別信息的數(shù)據(jù)，除了位于服務(wù)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)電臺(tái)的位置數(shù)據(jù)之外，從所述移動(dòng)電臺(tái)位置估計(jì)裝置獲得所述選出的移動(dòng)電臺(tái)的各自的位置數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生和提供控制信號(hào)至所述天線方向性控制裝置，以控制所述天線方向性控制裝置產(chǎn)生天線方向性的峰值，所述峰值是所述基站與位于服務(wù)區(qū)域內(nèi)的所述移動(dòng)電臺(tái)通信以及所述基站與位于其他基站的所述服務(wù)區(qū)域內(nèi)的所述選出的移動(dòng)電臺(tái)通信時(shí)所需的，當(dāng)從所述判斷操作發(fā)現(xiàn)可用通信信道的數(shù)目不足時(shí)，就把在所述基站的服務(wù)區(qū)域內(nèi)的選出的移動(dòng)電臺(tái)的識(shí)別信息發(fā)送給其他的基站。
22.如權(quán)利要求1至3的任何一條所述的方向性控制天線設(shè)備，其中，每個(gè)所述移動(dòng)電臺(tái)還包括控制信號(hào)發(fā)射裝置，用于在隨機(jī)確定的固定持續(xù)時(shí)間時(shí)隙中，使用隨機(jī)選擇的頻率信道進(jìn)行無線電發(fā)射，所述頻率信道是從N個(gè)頻率信道中選出的，這里N是一個(gè)固定的整數(shù)，在用所述變頻器裝置變換為中頻后，所述基站的所述到來方向估計(jì)裝置根據(jù)從所述天線元件接收到的各個(gè)信號(hào)進(jìn)行所述方向估計(jì)，其特征在于，所述基站還包括一組可變頻率帶通濾波器，用于分別把所述天線元件的所述中頻信號(hào)傳遞至所述到來方向估計(jì)裝置；以及用于在每個(gè)所述時(shí)隙的N個(gè)固定持續(xù)時(shí)間子間隔的一些連續(xù)的子間隔中相繼地改變每個(gè)所述可變頻率濾波器的通帶的裝置，使所述每個(gè)可變頻率濾波器在每個(gè)所述時(shí)隙中，在所述子間隔的一些連續(xù)的子間隔中，能相繼地通過與所述頻率信道的一些連續(xù)的頻率信道相應(yīng)的中頻值。
全文摘要
在移動(dòng)通信系統(tǒng)中,每個(gè)基站設(shè)有陣列天線(11)、用于根據(jù)從移動(dòng)電臺(tái)接收到的電波的估計(jì)的到來方向,估計(jì)移動(dòng)電臺(tái)方向的部分(12)、以及用于對(duì)天線元件的信號(hào)進(jìn)行操作的部分(15、13),從而對(duì)天線的輻射圖形成型,形成沿移動(dòng)電臺(tái)的估計(jì)的方向取向的方向性峰值。它們還具有按估計(jì)的方向?qū)@些峰值成型的能力,從而把該基站的發(fā)射與系統(tǒng)其他相鄰的基站正在進(jìn)行的通信之間的干擾減至最小,并把整個(gè)系統(tǒng)所需的發(fā)射頻率的數(shù)目減至最小。
文檔編號(hào)H01Q3/30GK1176566SQ97117540
公開日1998年3月18日 申請(qǐng)日期1997年8月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月28日
發(fā)明者深川隆, 長(zhǎng)谷川誠(chéng), 松岡昭彥, 安達(dá)尚季 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社