專(zhuān)利名稱(chēng)：在利用天線陣列的cdma系統(tǒng)中的下行鏈路信號(hào)處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地，涉及在基于CDMA的數(shù)字蜂窩和類(lèi)似的系統(tǒng)中用于確定由使用多單元天線陣列來(lái)減小噪聲和干擾的通信站利用的專(zhuān)門(mén)的通信參量的方法。
每個(gè)信道受到的干擾和噪聲的很大部分來(lái)源于在地理上受局限的發(fā)射，諸如來(lái)自具有該通信頻率的其它用戶(hù)的發(fā)射。在理想的情形下，信道被完全地分開(kāi)，所以，在一個(gè)信道中的發(fā)射不應(yīng)當(dāng)“泄漏”到其它信道。在CDMA的情形下，信道隔離度取決于被使用來(lái)編碼發(fā)射的代碼的性質(zhì)?；ハ唷罢弧钡拇a提供互相不泄漏的信道。不幸地，即使在利用數(shù)學(xué)上正交的代碼的那些情形下，這些代碼的在商業(yè)上易于實(shí)現(xiàn)的設(shè)備實(shí)施和傳播環(huán)境的色散性質(zhì)也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生某些信道間泄漏。實(shí)際上，非理想的電子學(xué)和傳播環(huán)境使得即使是完全正交的代碼也會(huì)變換成僅僅接近正交的代碼。
一種用于減小信道間泄漏的方法，是利用“自適應(yīng)智能天線處理”來(lái)鑒別相對(duì)于感興趣的信號(hào)源在地理上處在不同位置的干擾和噪聲源。連同自適應(yīng)信號(hào)處理一起，自適應(yīng)智能天線處理利用天線陣列，在減小來(lái)自在地理上與感興趣的蜂窩用戶(hù)分開(kāi)的干擾源的視在信號(hào)強(qiáng)度的同時(shí)，可以增強(qiáng)來(lái)自該用戶(hù)的信號(hào)?？紤]在同一個(gè)頻率上用不同的代碼發(fā)射的兩個(gè)CDMA蜂窩用戶(hù)的情況。正如以上指出的，每個(gè)用戶(hù)的信號(hào)將“泄漏”到其它用戶(hù)的通信信道。如果足夠的距離把用戶(hù)互相分開(kāi)，以及天線組合體利用自適應(yīng)智能天線處理，則小區(qū)可被配置為以空間選擇的方式發(fā)射和接收，從而減小信道間泄漏。在這樣的系統(tǒng)中，基站(BS)這樣來(lái)配置天線復(fù)合體，以便將信號(hào)發(fā)送到它的用戶(hù)時(shí)使得它的信號(hào)能對(duì)準(zhǔn)第一用戶(hù)，以及優(yōu)先地從該用戶(hù)的位置接收信號(hào)。并且也要這樣來(lái)選擇發(fā)射和接收方向圖，使得在第二用戶(hù)的位置處有一個(gè)零點(diǎn)區(qū)域。也就是，當(dāng)BS正在向第一用戶(hù)發(fā)射時(shí)，在第二用戶(hù)的位置處接收的發(fā)送能量比起在第一用戶(hù)的位置處接收的能量低得多。同樣地，當(dāng)BS被配置成偵聽(tīng)第一用戶(hù)時(shí)，第二用戶(hù)的視在信號(hào)強(qiáng)度顯著地減小。所以，即使小部分的第二用戶(hù)的信號(hào)泄漏到第一信道，泄漏的強(qiáng)度也被顯著地減小，因?yàn)榈诙脩?hù)的信號(hào)的視在強(qiáng)度已被減小。
自適應(yīng)智能天線處理的一種形式被稱(chēng)為線性自適應(yīng)智能天線處理。在線性自適應(yīng)智能天線處理系統(tǒng)中，來(lái)自陣列的每個(gè)天線的信號(hào)首先被放大和被移相。得出的信號(hào)然后被相加在一起，以便形成一個(gè)可被看作為由“虛擬的”天線產(chǎn)生的信號(hào)，該天線能增強(qiáng)來(lái)自小區(qū)內(nèi)特定的位置的信號(hào)，而同時(shí)衰減來(lái)自其它位置的信號(hào)。放大倍數(shù)和相移決定虛擬天線的可接受的方向圖。同樣地，通過(guò)從施加到每個(gè)天線的信號(hào)產(chǎn)生經(jīng)過(guò)放大的和移相的信號(hào)，可以?xún)?yōu)選地把信號(hào)對(duì)準(zhǔn)小區(qū)中的一個(gè)被局限的區(qū)域。
由于每個(gè)用戶(hù)可以處在不同的位置，一組參量與每個(gè)用戶(hù)有關(guān)。這些參量確定在與該用戶(hù)通信時(shí)使用的相移和放大倍數(shù)。參量組規(guī)定從BS到蜂窩用戶(hù)的通信中使用的“下行鏈路”的相移和放大倍數(shù)組、以及從蜂窩用戶(hù)到BS的通信中使用的“上行鏈路”的相移和放大倍數(shù)組。通常，通過(guò)搜索對(duì)于該用戶(hù)提供最好信號(hào)質(zhì)量的該組的可能的相移和放大的空間，可以對(duì)于每個(gè)用戶(hù)“實(shí)驗(yàn)地”確定這些參量。因?yàn)橛脩?hù)和干擾源移動(dòng)以及環(huán)境隨時(shí)間改變，處理過(guò)程必須以規(guī)則的時(shí)間間隔重復(fù)進(jìn)行。
在利用CDMA的數(shù)字蜂窩單元中，有很大的資金投入。因此，把自適應(yīng)智能天線處理的好處附加到這樣的系統(tǒng)是有利的，而不需要蜂窩用戶(hù)得到新的設(shè)備或重新規(guī)劃現(xiàn)有的蜂窩電話。理想地，只有要求附加容量的那些BS需要通過(guò)提供天線陣列和相關(guān)的信號(hào)處理硬件而改變。因此，用于把現(xiàn)有的CDMA系統(tǒng)發(fā)展到組合的CDMA自適應(yīng)智能天線處理系統(tǒng)的任何方法不需要現(xiàn)有的蜂窩手機(jī)中任何新的特性。
用于接收來(lái)自蜂窩用戶(hù)的信號(hào)的上行鏈路參量可以無(wú)需蜂窩用戶(hù)介入而被確定。例如，上行鏈路參量可以在BS處通過(guò)搜索能向所討論的用戶(hù)提供最佳接收的一組相移和放大倍數(shù)而被確定。已知有幾種用來(lái)確定使得在BS處接收的信號(hào)最佳化的相移和放大倍數(shù)的方法，所以，這里不詳細(xì)討論這些方法。讀者可參考授權(quán)給Roy等的、題目為“Spatial Division Multiple Access Wireless CommunicationSystems(空分多址無(wú)線通信系統(tǒng))”的美國(guó)專(zhuān)利5,515,378和5,642,353，它們是基于使用來(lái)自蜂窩用戶(hù)的信號(hào)到達(dá)方向的方法。授權(quán)給Barrat等的、題目為“Spectrally Efficient High CapacityWireless Communication Systems(頻譜有效的高容量無(wú)線通信系統(tǒng))”的美國(guó)專(zhuān)利5,592,490和授權(quán)給Ottersten等的、題目為“Spectrally Efficient High Capacity Wireless CommunicationSystems With Spatio-Temporal Processing(具有空間-時(shí)間處理的頻譜有效的高容量無(wú)線通信系統(tǒng))”的美國(guó)專(zhuān)利5,828,658描述了分別基于空間和空間-時(shí)間簽名的方法。授權(quán)給Barrat等的、題目為“Method And Apparatus For Decision Directed DemodulationUsing Antenna Arrays And Spatial Processing(使用天線陣列和空間處理的判決引導(dǎo)的解調(diào)的方法和設(shè)備)”的美國(guó)專(zhuān)利5,909,470描述了基于判決引導(dǎo)的參考信號(hào)的方法。這些專(zhuān)利在此引用，以供參考。
如果從BS到蜂窩用戶(hù)的通信是在與從該用戶(hù)到BS的通信相同的頻率上進(jìn)行的，則下行鏈路參量可以容易地從上行鏈路參量被計(jì)算出。這個(gè)計(jì)算也需要與在信號(hào)放大路徑中各種電子部件有關(guān)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及天線的特性。不幸地，遵從IS-95標(biāo)準(zhǔn)的CDMA系統(tǒng)將不同的頻率用于與每個(gè)用戶(hù)的下行鏈路和上行鏈路通信。結(jié)果，最佳下行鏈路參量在沒(méi)有蜂窩手機(jī)的一定程度的介入的情況下，通常不可能容易地被確定。
廣義地，本發(fā)明的目的是提供一種用于運(yùn)行自適應(yīng)智能天線處理-CDMA蜂窩電話系統(tǒng)以便確定下行鏈路信號(hào)處理參量的改進(jìn)的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于確定下行鏈路信號(hào)處理參量而不需要把任何新的特性添加到現(xiàn)有的CDMA蜂窩手機(jī)上的方法。
通過(guò)本發(fā)明的以下的詳細(xì)說(shuō)明和附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白本發(fā)明的這些和其它目的。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是采用與多個(gè)蜂窩用戶(hù)通信的天線陣列的BS的信號(hào)處理部分的方框圖。
發(fā)明詳細(xì)描述參照?qǐng)D1更容易了解本發(fā)明借以得到其優(yōu)點(diǎn)的方式。圖1是采用天線陣列111與多個(gè)蜂窩用戶(hù)通信的BS的信號(hào)處理部分110的方框圖。示例的用戶(hù)被顯示為101和102。來(lái)自天線的信號(hào)被耦合到RF(射頻)接收電路112。“開(kāi)關(guān)”132確定天線是被連接到接收電路112還是發(fā)射電路122。RF接收電路112下變頻來(lái)自陣列111中每個(gè)天線的、具有上行鏈路RF頻率的RF信號(hào)，以及把基帶信號(hào)數(shù)字化，以便提供同相和正交信號(hào)給用于每個(gè)天線的接收信號(hào)處理器113，以及把這些數(shù)值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器。在以下的討論中，對(duì)于第i個(gè)天線的、在時(shí)間t被數(shù)字化的同相信號(hào)用Ii(t)表示，正交信號(hào)用Qi(t)表示。基帶信號(hào)典型地被過(guò)采樣，以便確保由數(shù)字化引入的誤差不會(huì)顯著地影響到總的誤碼率。
如上所述，接收信號(hào)處理器可被看作為用于構(gòu)建每個(gè)用戶(hù)的虛擬信號(hào)的處理器，它以盡可能大的增益最佳地恢復(fù)由該用戶(hù)發(fā)送的信號(hào)，而同時(shí)盡可能地拒絕其它用戶(hù)和干擾源。接收信號(hào)處理器通過(guò)形成來(lái)自每個(gè)天線的信號(hào)的加權(quán)的和值，從而產(chǎn)生每個(gè)虛擬信號(hào)。在以下的討論中為了簡(jiǎn)化表示法，在時(shí)間t的來(lái)自第i個(gè)天線的信號(hào)被表示為zi(t)＝Ii(t)+jQi(t)。這里，zi(t)是根據(jù)在時(shí)間t由第i個(gè)天線產(chǎn)生的同相和正交的信號(hào)(Ii(t)和Qi(t))構(gòu)建的復(fù)數(shù)值函數(shù)。在時(shí)間t對(duì)于第n個(gè)用戶(hù)構(gòu)建的接收信號(hào)被給出為SmR(i)=Σi=1MWnjRzi(t)---(1)]]>這里，系數(shù)RWn，t是復(fù)數(shù)值接收加權(quán)因子組以及M是陣列中天線的數(shù)目。每個(gè)加權(quán)因子等價(jià)于要被施加到一個(gè)天線信號(hào)上的放大倍數(shù)和相移。
如上所述，接收信號(hào)處理器計(jì)算接收加權(quán)因子，以使得每個(gè)用戶(hù)的接收最佳化。通常，加權(quán)因子必須被周期地重新計(jì)算，因?yàn)槊總€(gè)用戶(hù)的位置隨時(shí)間改變，并且背景干擾源也隨時(shí)間改變。
發(fā)送處理過(guò)程類(lèi)似于接收處理過(guò)程。各個(gè)話音/數(shù)據(jù)信號(hào)被輸入到信號(hào)處理器123，它產(chǎn)生要被發(fā)送到每個(gè)天線單元的信號(hào)。在時(shí)間t第m個(gè)同相信號(hào)被給出為zm(t)=Σn=1NWm,nTSnT(t)---(2)]]>這里，系數(shù)TWm，n，是復(fù)數(shù)值發(fā)送加權(quán)因子組以及TSn(t)是在時(shí)間t要被發(fā)送到第n個(gè)用戶(hù)的信號(hào)。N′表示外出信道的數(shù)目。通常，每個(gè)要接收信號(hào)的SU有一個(gè)這樣的信道。另外，可以有其它的信道，諸如下面討論的導(dǎo)引信道。天線信號(hào)然后被上變頻到下行鏈路頻率，以及從天線陣列111被發(fā)射。
如上所述，如果上行鏈路和下行鏈路頻率是不同的，則最佳發(fā)送加權(quán)因子矩陣不能容易地根據(jù)用于一個(gè)用戶(hù)的接收加權(quán)因子組被計(jì)算。在本發(fā)明中，用于任意給定的用戶(hù)的最佳發(fā)送加權(quán)因子是通過(guò)利用反饋機(jī)制得到的。BS嘗試各種候選的加權(quán)因子組，以及得到來(lái)自用戶(hù)的、有關(guān)于由該用戶(hù)接收的信號(hào)質(zhì)量的反饋。在遵從IS-95CDMA標(biāo)準(zhǔn)和它的以后的修改版本的蜂窩系統(tǒng)中，本發(fā)明提供用于測(cè)試加權(quán)因子和接收反饋的機(jī)制，而不引入任何需要改變用戶(hù)所利用的設(shè)備的新協(xié)議。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例利用反饋機(jī)制，它是為幫助BS執(zhí)行越區(qū)切換而建立的。遵從上述的標(biāo)準(zhǔn)的蜂窩CDMA系統(tǒng)將SU反饋用于諸如功率控制和越區(qū)切換的運(yùn)行中。直至SU從新的BS接收適當(dāng)?shù)男盘?hào)之前，SU不能越區(qū)切換到新的BS。所以，建立了用于SU的協(xié)議，以用于報(bào)告從每個(gè)BS接收的信號(hào)強(qiáng)度或信號(hào)質(zhì)量，從而有助于BS作出越區(qū)切換決定。
這些機(jī)制使用在預(yù)定的導(dǎo)引信道上發(fā)送的信號(hào)。例如，在IS-95CDMA標(biāo)準(zhǔn)中，BS在所有的時(shí)間在每個(gè)工作的載波上發(fā)送導(dǎo)引信道。在CDMA方案內(nèi)被使用來(lái)實(shí)施導(dǎo)引信道的代碼是通過(guò)把一個(gè)時(shí)間偏差收集到唯一地標(biāo)識(shí)BS的PN序列中，從而從長(zhǎng)的導(dǎo)引偽隨機(jī)(PN)序列中產(chǎn)生的。
如上所述，在CDMA系統(tǒng)中的越區(qū)切換典型地是SU輔助的。SU可以進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)BS的信號(hào)質(zhì)量的測(cè)量，以及把這些測(cè)量值報(bào)告給當(dāng)前與它進(jìn)行通信的BS。有許多可能的信號(hào)質(zhì)量測(cè)量。本發(fā)明并不依賴(lài)于信號(hào)質(zhì)量測(cè)量的特定的選擇。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的信號(hào)質(zhì)量測(cè)量的例子包括將每個(gè)比特的能量除以噪聲加上干擾譜密度(Eb/N0)、接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)、信號(hào)對(duì)干擾加噪聲的比值(SINR)、以及誤碼率。SU測(cè)量和測(cè)量報(bào)告可以自動(dòng)地或在BS的請(qǐng)求下執(zhí)行。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例通過(guò)使用通常與給定的BS無(wú)關(guān)的導(dǎo)引信號(hào)以一種新穎的方式來(lái)利用現(xiàn)有的SU反饋功能，以便在該BS處提供對(duì)于確定最佳發(fā)送加權(quán)因子所需要的反饋。為了簡(jiǎn)化以下的討論，將根據(jù)利用IS-95CDMA空中接口標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施方案描述本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員從以下的討論將會(huì)看到，也可以使用其它標(biāo)準(zhǔn)的反饋協(xié)議而不背離本發(fā)明的教導(dǎo)。
上述的標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)施一個(gè)被稱(chēng)為導(dǎo)引測(cè)量請(qǐng)求命令消息(PMROM)的協(xié)議。當(dāng)BS在導(dǎo)引信道上發(fā)送一個(gè)PMROM時(shí)，SU用導(dǎo)引強(qiáng)度測(cè)量消息(PSMM)進(jìn)行應(yīng)答，該消息包含作為在SU處測(cè)量的、在PMROM中標(biāo)識(shí)的導(dǎo)引信道的信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)量值。在本發(fā)明中，BS通過(guò)使用特定的發(fā)送加權(quán)因子組(其中包含對(duì)于每個(gè)天線的幅度和相位分量)在所討論的導(dǎo)引信道上發(fā)送信號(hào)。這些加權(quán)因子必須被保持一段足以允許SU完成它的測(cè)量的時(shí)間。再次參照?qǐng)D1，BS優(yōu)選地包括導(dǎo)引信號(hào)處理器141，它產(chǎn)生要被饋送到天線陣列中的每個(gè)天線的導(dǎo)引信號(hào)。通信的SU然后用引導(dǎo)強(qiáng)度測(cè)量消息(PSMM)來(lái)進(jìn)行應(yīng)答，這個(gè)消息被發(fā)送加權(quán)因子處理器142接收。BS注意到來(lái)自正在通信的SU的PSMM，然后重復(fù)具有不同的發(fā)送加權(quán)因子組的PMROM。BS也可以發(fā)送多個(gè)具有同一個(gè)發(fā)送加權(quán)因子組的PMROM，以便得出信號(hào)質(zhì)量或信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量值的時(shí)間平均。優(yōu)選地，BS循環(huán)測(cè)試所有的發(fā)送加權(quán)因子組；然而，BS也可以根據(jù)一部分加權(quán)因子組作出判決。一旦BS循環(huán)測(cè)試所有的發(fā)送加權(quán)因子組、以及從所有進(jìn)行通信的SU接收了測(cè)量信息后，它就確定用于從BS發(fā)送信號(hào)到每個(gè)SU的最佳發(fā)送加權(quán)因子組。應(yīng)當(dāng)指出，BS在這個(gè)最佳化程序過(guò)程期間，將發(fā)送其它的信息(即話音和/或數(shù)據(jù))給每個(gè)用戶(hù)。被用于那些發(fā)送的加權(quán)因子優(yōu)選地是對(duì)于相應(yīng)于每個(gè)用戶(hù)的加權(quán)因子組的最佳當(dāng)前估值。所以，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，每次找到候選的加權(quán)因子組比起當(dāng)前用于一個(gè)用戶(hù)的加權(quán)因子組更好時(shí)，當(dāng)前的加權(quán)因子組立即被更新，而不是等待整個(gè)的候選加權(quán)因子組都被檢驗(yàn)。
整個(gè)的這個(gè)最佳化程序過(guò)程然后按規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)重復(fù)。時(shí)間間隔典型地是系統(tǒng)中環(huán)境變化程度的函數(shù)。在高度移動(dòng)性的CDMA系統(tǒng)中，該程序過(guò)程將比SU不移動(dòng)的CDMA系統(tǒng)中更頻繁地重復(fù)進(jìn)行。IS-95標(biāo)準(zhǔn)保證，SU將在0.2秒內(nèi)用PSMM來(lái)應(yīng)答PMROM。
在重新計(jì)算時(shí)間間隔很短的環(huán)境中，最好是同時(shí)測(cè)試多個(gè)加權(quán)因子組的系統(tǒng)。多個(gè)加權(quán)因子組可被同時(shí)測(cè)試的實(shí)施例，可以通過(guò)使用通常被用來(lái)實(shí)施在BS之間或在同一個(gè)BS的扇區(qū)之間的越區(qū)切換的機(jī)制而被構(gòu)建。
每個(gè)BS具有由與該BS有關(guān)的導(dǎo)引代碼規(guī)定的導(dǎo)引信道。SU監(jiān)視多個(gè)不同的導(dǎo)引信道組。按照IS-95標(biāo)準(zhǔn)，SU監(jiān)視四個(gè)導(dǎo)引信道組激活的組、候選組、鄰居組、和剩余組。
激活的組包含與被分配給SU的前向業(yè)務(wù)信道有關(guān)的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)引信道。在激活的組中的每個(gè)導(dǎo)引信道相應(yīng)于一個(gè)這樣的BS，其中SU主動(dòng)與這個(gè)BS通信。通常，在激活的組中只有一個(gè)導(dǎo)引信道；然而，在越區(qū)切換期間，在激活的組中有附加的導(dǎo)引信道。在遵從IS-95標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)中，一開(kāi)始分配一個(gè)前向業(yè)務(wù)信道給SU，以及所述激活的組被初始化為只包含與該前向信道有關(guān)的導(dǎo)引信道。隨后，激活的組中的導(dǎo)引信道在來(lái)自當(dāng)前處在激活的組中的BS的消息中被規(guī)定。
候選組相應(yīng)于由SU以足夠的強(qiáng)度進(jìn)行接收的導(dǎo)引信道，以便指示相關(guān)的前向業(yè)務(wù)信道可被成功地接收。按照IS-95標(biāo)準(zhǔn)，如果SU處理在當(dāng)前的激活的組沒(méi)有列出導(dǎo)引信道的越區(qū)切換操縱消息(HDM)，以及對(duì)于該導(dǎo)引信道的越區(qū)切換停止定時(shí)器還沒(méi)有滿時(shí)，則SU把導(dǎo)引信道添加到候選組。所以當(dāng)前的BS可以通過(guò)使用傳統(tǒng)的越區(qū)切換消息把候選的導(dǎo)引信道裝載到SU，而不必中斷BS與SU之間的當(dāng)前的通信以及不需要把任何新的協(xié)議添加到SU。
鄰居組相應(yīng)于當(dāng)前不處在激活的組或候選組中、但多半是用于越區(qū)切換的候選者的導(dǎo)引信道。這個(gè)組也利用與激活的組中的導(dǎo)引碼不同的導(dǎo)引碼。在當(dāng)前的CDMA載波上與BS進(jìn)行的通信中規(guī)定的所有其它的導(dǎo)引信道都是處在剩余組中，它也由SU保持。
在正常運(yùn)行時(shí)，如果出現(xiàn)兩個(gè)事件之一的話，SU將自動(dòng)地發(fā)送一個(gè)PSMM。當(dāng)候選組的導(dǎo)引信道、鄰居組導(dǎo)引信道或剩余組導(dǎo)引信道的強(qiáng)度超過(guò)預(yù)定的門(mén)限值、以及因?yàn)樽詈蟮腍DM從BS接收所以報(bào)告這一信息的PSMM還沒(méi)有被發(fā)送時(shí)，出現(xiàn)第一事件。當(dāng)候選組導(dǎo)引信道在強(qiáng)度上超過(guò)工作組導(dǎo)引信道時(shí)，觸發(fā)第二事件。在正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)SU移動(dòng)到在越區(qū)切換時(shí)將被轉(zhuǎn)移到的第二BS的范圍時(shí)，可能出現(xiàn)第一事件。當(dāng)候選的導(dǎo)引信道表示與其有關(guān)的BS比起當(dāng)前的一個(gè)BS可能是對(duì)于工作的BS的更好的選擇時(shí)，出現(xiàn)第二事件。通常，當(dāng)前的BS使用這些條件來(lái)管理越區(qū)切換。
本發(fā)明利用觀察到的結(jié)果通常在IS-95標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的導(dǎo)引碼比起由SU當(dāng)前使用的導(dǎo)引碼多得多。IS-95標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定512個(gè)導(dǎo)引碼。然而，一個(gè)SU很少處在512個(gè)BS范圍內(nèi)。考慮由處在SU的范圍以外的BS和當(dāng)前的BS使用的導(dǎo)引信道，或那些當(dāng)前沒(méi)有被系統(tǒng)中任何的BS使用的導(dǎo)引信道。當(dāng)前的BS可以利用這些導(dǎo)引信道，而不會(huì)干擾其它的BS的運(yùn)行。為了簡(jiǎn)化以下的討論，這些導(dǎo)引被稱(chēng)為“測(cè)試導(dǎo)引”。所以，當(dāng)前的BS可以通過(guò)發(fā)送HDM消息給把這些測(cè)試導(dǎo)引規(guī)定為候選組的成員或以上討論的其它組之一的SU，從而利用這些測(cè)試導(dǎo)引來(lái)測(cè)試加權(quán)因子組。然后，SU將把這些測(cè)試導(dǎo)引當(dāng)作為來(lái)自它認(rèn)為就處在它的鄰近的BS之中的導(dǎo)引那樣對(duì)待，因?yàn)镾U除了通過(guò)接收與該BS有關(guān)的導(dǎo)引碼之外，無(wú)法確定BS實(shí)際上是否存在。
在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，不同的加權(quán)因子被使用來(lái)發(fā)送在候選組、鄰居組或剩余組導(dǎo)引中的不同的測(cè)試導(dǎo)引。當(dāng)一個(gè)加權(quán)因子組被使用來(lái)發(fā)送滿足以上討論的兩個(gè)事件之一的一個(gè)測(cè)試導(dǎo)引信號(hào)時(shí)，SU將發(fā)送對(duì)于該測(cè)試導(dǎo)引的PSMM，并因此而把與相應(yīng)的加權(quán)因子組對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度告知BS。根據(jù)由SU報(bào)告的PSMM，BS可以選擇最佳發(fā)送加權(quán)因子組，以用于通過(guò)下行鏈路發(fā)送信息到該SU。
還應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明的上述的實(shí)施例提供把越區(qū)切換判決與加權(quán)因子確定處理過(guò)程組合在一起的機(jī)制。在按照本發(fā)明的BS中，當(dāng)最佳加權(quán)因子組被利用來(lái)發(fā)送當(dāng)前的BS的導(dǎo)引時(shí)，在相應(yīng)于附近的BS的候選組中的導(dǎo)引比起用于當(dāng)前的BS的導(dǎo)引更好地被接收時(shí)，SU準(zhǔn)備好越區(qū)切換。所以，如果在測(cè)試導(dǎo)引中利用所有可能的加權(quán)因子組、以及與測(cè)試導(dǎo)引有關(guān)的最好信號(hào)比起在一個(gè)不同的BS處發(fā)源的導(dǎo)引信號(hào)更壞，則指示出一個(gè)越區(qū)切換。如果最佳接收的測(cè)試導(dǎo)引比實(shí)際的導(dǎo)引信號(hào)更好，則與最好的測(cè)試導(dǎo)引有關(guān)的加權(quán)因子被施加到下行鏈路發(fā)送，其中包括對(duì)于當(dāng)前的BS導(dǎo)引的那些發(fā)送。在這種情形下，其它的實(shí)際的導(dǎo)引將不會(huì)呈現(xiàn)出比起激活的組中的導(dǎo)引更強(qiáng)的信號(hào)，以及將繼續(xù)與當(dāng)前的BS進(jìn)行通信。所以，本發(fā)明可以與通常的越區(qū)切換程序過(guò)程完全兼容，并且不會(huì)干擾正常的越區(qū)切換。
應(yīng)當(dāng)指出，如果鄰居組BS也是一個(gè)按照本發(fā)明的BS，則該BS將在它的導(dǎo)引信道上對(duì)各個(gè)加權(quán)因子組進(jìn)行循環(huán)，以便作出關(guān)于SU是否處在該BS的影響區(qū)域中的決定。所以，與當(dāng)前的BS進(jìn)行通信的SU將實(shí)際上測(cè)量與相鄰的BS對(duì)應(yīng)的幾個(gè)導(dǎo)引信號(hào)。每個(gè)這些導(dǎo)引也相應(yīng)于加在相鄰的BS中可被使用來(lái)與SU通信的一個(gè)加權(quán)因子組。當(dāng)這些導(dǎo)引之一比起來(lái)自它的BS的當(dāng)前最好的導(dǎo)引更好時(shí)，則將表示越區(qū)切換。提供最好的信號(hào)的導(dǎo)引信道的識(shí)別將提供用于越區(qū)切換的BS識(shí)別和在越區(qū)切換后要被使用的、在該BS中的最佳加權(quán)因子的估值。
在某些環(huán)境中，有利地以減小的功率來(lái)發(fā)送測(cè)試導(dǎo)引，以便減小由加權(quán)因子測(cè)試消耗的功率或由測(cè)試導(dǎo)引產(chǎn)生的干擾。在這樣的系統(tǒng)中，SU可能不自動(dòng)發(fā)送PSMM，因?yàn)榻邮盏臏y(cè)試導(dǎo)引的強(qiáng)度將不足以滿足上述的條件。在這樣的實(shí)施例中，BS通過(guò)發(fā)布PMROM而明顯地請(qǐng)求來(lái)自SU的PSMM。
在當(dāng)前的蜂窩系統(tǒng)中被利用來(lái)增加容量的一個(gè)技術(shù)是把小區(qū)劃分成扇區(qū)。每個(gè)扇區(qū)可被看作為獨(dú)立的小區(qū)，越區(qū)切換在扇區(qū)之間進(jìn)行。因此，這里使用的術(shù)語(yǔ)“基站”被認(rèn)為包括帶有一個(gè)BS的扇區(qū)。某些CDMA蜂窩系統(tǒng)支持被稱(chēng)為“軟越區(qū)切換”的功能，其中SU在開(kāi)始與新的BS通信時(shí)不中斷與老的BS通信。也有被稱(chēng)為“更軟的越區(qū)切換”的相關(guān)的功能，其中SU同時(shí)與同一個(gè)BS的幾個(gè)扇區(qū)通信，而同時(shí)把連接從一個(gè)扇區(qū)改變到另一個(gè)扇區(qū)。這些越區(qū)切換協(xié)議需要相當(dāng)大的控制信道帶寬。通過(guò)使用可以讓每個(gè)用戶(hù)用不同的加權(quán)因子組來(lái)進(jìn)行尋址的天線陣列，可以減少軟的和更軟的越區(qū)切換的頻度。其結(jié)果是，所需的控制信道帶寬被釋放。這個(gè)附加的帶寬可被用來(lái)執(zhí)行用于加權(quán)因子確定和越區(qū)切換的合并的信令。
也可以構(gòu)建本發(fā)明的這樣的實(shí)施例，它處理在可用來(lái)執(zhí)行信令和下行鏈路加權(quán)因子確定的控制信道帶寬量之間的技術(shù)上的折衷。如果控制信道帶寬是充裕的，則可以利用長(zhǎng)的測(cè)試導(dǎo)引信道表，并且對(duì)于每個(gè)測(cè)試導(dǎo)引信道通過(guò)選擇發(fā)送加權(quán)因子來(lái)產(chǎn)生高定向性的輻射方向圖。這樣的高的定向方向圖使得下行鏈路通信功率增益最大化。另一方面。如果控制信道帶寬是不足的，則可以利用短的測(cè)試導(dǎo)引信道表，并且對(duì)于每個(gè)測(cè)試導(dǎo)引信道通過(guò)選擇發(fā)送加權(quán)因子來(lái)產(chǎn)生相對(duì)較寬的輻射方向圖。寬的輻射方向圖具有相對(duì)較低的功率增益，但它的性能對(duì)于SU的移動(dòng)以及環(huán)境和SU位置的改變很不敏感。結(jié)果，當(dāng)利用寬的輻射方向圖時(shí)，反饋更新速率可以低得多，并且性能上沒(méi)有明顯的改變，從而減少控制信道上的負(fù)荷。
利用一個(gè)組合協(xié)議的、SU反饋和自適應(yīng)加權(quán)因子確定的組合方式也能夠執(zhí)行時(shí)間迭代技術(shù)，以便得到用扇區(qū)化或切換的波束系統(tǒng)不可能達(dá)到的、更高的下行鏈路定向性增益。初始地，短的測(cè)試導(dǎo)引信道表被用來(lái)為每個(gè)測(cè)試導(dǎo)引信道選擇發(fā)送加權(quán)因子以便產(chǎn)生相對(duì)較寬的輻射方向圖。通過(guò)初始地使用具有寬的輻射方向圖的一個(gè)小的測(cè)試導(dǎo)引信道組，可以快速確定用于最佳測(cè)試導(dǎo)引信道的候選者。在識(shí)別這些寬的方向圖中哪些方向圖是最好的以后，于是可以利用具有相應(yīng)于逐漸越來(lái)越強(qiáng)的定向性輻射的方向圖的加權(quán)因子的新候選組，直至確定了能產(chǎn)生最大增益的發(fā)送加權(quán)因子為止。
在Goldburg的題目為“Radio Transmission From aCommunication Station With an Antenna Array To Provide aDesirable Radiation Pattern(從具有提供想要的發(fā)射方向圖的天線陣列的通信站進(jìn)行無(wú)線發(fā)送)”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)08/988,519和Barratt等的題目為“Downlink Broadcasting By SequentialTransmissions From a Communication Station Having an AntennaArray(通過(guò)從具有天線陣列的通信站的順序的發(fā)送來(lái)進(jìn)行下行鏈路廣播)”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)09/020,619中，教導(dǎo)了可被用來(lái)產(chǎn)生加權(quán)因子組(它們可被用作為本發(fā)明中的候選加權(quán)因子組)的具體的方法。這些專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)诖艘?，以供參考?br> 上述的本發(fā)明的實(shí)施例使用了自適應(yīng)智能天線以用于相對(duì)于用戶(hù)的兩個(gè)方向上的通信。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員從前面的討論將會(huì)看到，本發(fā)明也可以在只有下行鏈路方向上實(shí)施自適應(yīng)智能天線處理的系統(tǒng)中被實(shí)施。
本發(fā)明的上述的實(shí)施例是根據(jù)純“空間”處理方面描述的。這也就是，按照公式(1)和(2)對(duì)于時(shí)間t產(chǎn)生的信號(hào)值只取決于在特定的時(shí)間t的信號(hào)?？紤]這樣一個(gè)信號(hào)環(huán)境，其中由SU產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)不同的路徑到達(dá)基站。例如，由該SU輻射的信號(hào)的第一部分沿著SU與基站之間的直接路徑到達(dá)BS，而信號(hào)的第二部分按不同的方向行進(jìn)然后從物體(諸如建筑物)反射回來(lái)而到達(dá)BS。通常，不同的路徑將具有顯著地不同的路徑長(zhǎng)度；所以，沿著這些路徑之一到達(dá)的信號(hào)比起由直接路徑到達(dá)的信號(hào)將有延時(shí)。理想地，BS希望組合這兩個(gè)信號(hào)，以便增加接收的來(lái)自SU的功率。為了做到這一點(diǎn)，BS必須組合來(lái)自不同的時(shí)間的信號(hào)。這種時(shí)間處理也可以實(shí)施于本發(fā)明中。在提供空間-時(shí)間處理的系統(tǒng)中，上面討論的公式(1)和(2)分別被歸一化如下SnR(tk)=Σj=-K1K2Σi=1MWn,i,jRzi(tk+j)---(3)]]>和zm(tk)=Σj=-K3K4Σn=1NWm,n,jTSnT(tk+j)---(4)]]>這里，三維加權(quán)因子組RWm，i，j和TWm，n，j是必須對(duì)于每個(gè)用戶(hù)而確定的加權(quán)因子組。K1-K4的數(shù)值取決于時(shí)間處理的具體的實(shí)施方案。雖然公式(1)和(2)比起公式(3)和(4)在一定程度上更復(fù)雜，以及要被確定的加權(quán)因子的數(shù)目更多得多，但是基本的加權(quán)因子組確定處理過(guò)程幾乎是相同的。這里，tk(其中k是整數(shù))表示離散的時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間天線信號(hào)被測(cè)量或被產(chǎn)生。所以，將會(huì)看到，本發(fā)明也可被利用來(lái)確定這些加權(quán)因子。
本發(fā)明的上述的實(shí)施例利用線性自適應(yīng)智能天線處理，也就是，要被確定的參量是在組合信號(hào)值時(shí)要被使用的簡(jiǎn)單的加權(quán)因子。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員從前面的討論將會(huì)明白，本發(fā)明可被應(yīng)用于任何情形，其中影響信號(hào)質(zhì)量的最佳化參量是通過(guò)來(lái)自SU的反饋而確定的。因此，這里使用的術(shù)語(yǔ)“加權(quán)因子組”被認(rèn)為包括在組合天線信號(hào)時(shí)被利用的任何處理參量(通過(guò)對(duì)天線信號(hào)的所述組合，可以提供這樣一個(gè)信號(hào)，它表示在上行鏈路方向上由SU發(fā)送的信號(hào))，或者包括被使用來(lái)處理要被發(fā)送到SU的信號(hào)以便產(chǎn)生在天線陣列的各個(gè)天線上發(fā)送的信號(hào)的參量。
本發(fā)明的上述的實(shí)施例利用了在特定的CDMA系統(tǒng)中實(shí)施的協(xié)議。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員從前面的討論將會(huì)明白，本發(fā)明可被應(yīng)用于規(guī)定一個(gè)命令的任何系統(tǒng)，其中信號(hào)在相關(guān)的發(fā)射頻率上被發(fā)送，以及SU利用由SU在預(yù)定的頻率上測(cè)量的信號(hào)質(zhì)量的測(cè)量值來(lái)進(jìn)行應(yīng)答。因此，術(shù)語(yǔ)導(dǎo)引信號(hào)被認(rèn)為包括任何一種信號(hào)，它的質(zhì)量由BS進(jìn)行測(cè)量和報(bào)告。
從以上的說(shuō)明和附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)明白本發(fā)明的各種修改方案。因此，本發(fā)明僅僅由以下的權(quán)利要求的范圍來(lái)限制。
權(quán)利要求
1.用于運(yùn)行在蜂窩通信系統(tǒng)中的第一基站(BS)的方法，該蜂窩通信系統(tǒng)包括多個(gè)用于發(fā)送信息到用戶(hù)單元(SU)的基站(BS)，所述信息被包括在從所述第一BS發(fā)送出的下行鏈路信號(hào)中，所述第一BS包括一個(gè)天線陣列，每個(gè)天線被耦合到信號(hào)處理電路，后者通過(guò)處理所述下行鏈路信號(hào)產(chǎn)生用于該天線的天線信號(hào)，所述處理取決于一個(gè)加權(quán)因子組，該加權(quán)因子組在產(chǎn)生通過(guò)天線陣列中的各個(gè)天線來(lái)發(fā)送的各個(gè)信號(hào)時(shí)被利用，所述加權(quán)因子組取決于所述SU相對(duì)于所述天線陣列的位置，所述蜂窩通信系統(tǒng)包括至少一個(gè)協(xié)議，在其中所述SU產(chǎn)生一個(gè)報(bào)告信號(hào)，表示當(dāng)所述第一BS發(fā)送導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)時(shí)由所述SU接收的信號(hào)質(zhì)量，所述方法包括用于確定與所述SU相對(duì)應(yīng)的所述加權(quán)因子組的方法，所述確定方法包括以下步驟把多個(gè)導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)從所述第一BS發(fā)送到所述SU，每個(gè)導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)利用與所述導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)的其它加權(quán)因子組的不同的加權(quán)因子組來(lái)進(jìn)行處理；接收對(duì)于至少兩個(gè)所述導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)的所述報(bào)告信號(hào)之一；以及根據(jù)報(bào)告信號(hào)分配所述加權(quán)因子組給所述SU。
2.權(quán)利要求1的方法，其中第一個(gè)所述導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)包括第一識(shí)別符。
3.權(quán)利要求2的方法，其中第二個(gè)所述導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)包括第二識(shí)別符，它不同于所述第一識(shí)別符。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述第一和第二識(shí)別符標(biāo)識(shí)第一和第二BS，所述第二BS被設(shè)置在離所述第一BS一個(gè)距離，該距離足以確保由第一BS發(fā)送的、和包含所述第二識(shí)別的導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)不干擾在所述第二BS與當(dāng)前正在同所述第二BS通信的所述SU之間的通信。
5.權(quán)利要求3的方法，其中所述第一導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)標(biāo)識(shí)第一BS，以及其中所述SU也接收來(lái)自第二BS的第三導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)，所述SU產(chǎn)生和發(fā)射一個(gè)報(bào)告信號(hào)到第一BS，所述報(bào)告信號(hào)表示第三導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度，以及其中所述第一BS根據(jù)對(duì)于所述第一、第二和第三導(dǎo)引信號(hào)報(bào)告的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)確定是否把所述SU切換到所述第二BS。
6.權(quán)利要求3的方法，其中所述蜂窩通信遵循這樣一種蜂窩標(biāo)準(zhǔn)，在其中每個(gè)SU自動(dòng)地監(jiān)視在由所述導(dǎo)引BS發(fā)送到所述SU的消息中規(guī)定的一組導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)中多個(gè)導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)的每一個(gè)，當(dāng)所述SU確定在所述導(dǎo)引信號(hào)組中所述導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)之一具有的信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)門(mén)限值時(shí)，所述SU產(chǎn)生一個(gè)所述報(bào)告消息，所述報(bào)告消息標(biāo)識(shí)所述導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述蜂窩標(biāo)準(zhǔn)是IS-95，以及其中所述導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)組包括在該標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的所述候選組、鄰居組、或剩余組之一。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于運(yùn)行在蜂窩通信系統(tǒng)中的第一基站(BS)的方法,蜂窩通信系統(tǒng)包括多個(gè)用于發(fā)送信息到用戶(hù)單元(SU)的基站(BS)。信息被包括在從第一BS發(fā)送到SU的下行鏈路信號(hào)中。第一BS包括一個(gè)天線陣列,它被使用來(lái)發(fā)送下行鏈路信號(hào)到SU。每個(gè)天線被耦合到信號(hào)處理電路,該電路通過(guò)處理下行鏈路信號(hào)而產(chǎn)生用于該天線的天線信號(hào)。該處理過(guò)程取決于在產(chǎn)生要被發(fā)送到天線陣列的各個(gè)天線上的各個(gè)信號(hào)時(shí)要利用的一個(gè)加權(quán)因子組。加權(quán)因子組取決于所述SU相對(duì)于所述天線陣列的位置。蜂窩系統(tǒng)包括至少一個(gè)這樣的協(xié)議,其中SU產(chǎn)生一個(gè)報(bào)告信號(hào),用于表示當(dāng)?shù)谝籅S發(fā)送導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)時(shí)由SU接收的信號(hào)質(zhì)量。本發(fā)明的方法通過(guò)從BS發(fā)送多個(gè)導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)到SU,確定在與SU通信時(shí)要被使用的加權(quán)因子組,每個(gè)導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)利用不同于被使用來(lái)處理其它的導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)的一個(gè)加權(quán)因子組來(lái)執(zhí)行處理。針對(duì)每個(gè)導(dǎo)引下行鏈路信號(hào)而接收的報(bào)告信號(hào)被進(jìn)行比較,以便確定哪個(gè)加權(quán)因子組應(yīng)當(dāng)被用于下行鏈路方向上的通信。本發(fā)明的方法可以在現(xiàn)有的CDMA蜂窩標(biāo)準(zhǔn)(諸如IS－95標(biāo)準(zhǔn))內(nèi)被實(shí)施。
文檔編號(hào)H04B7/26GK1423864SQ00818294
公開(kāi)日2003年6月11日 申請(qǐng)日期2000年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月9日
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