專利名稱：用于基站中的自適應天線陣的方向圖形成方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總地涉及無線電工程，而更特別地，涉及在CDMA(Code DivisionMultiple Access，碼分多址)蜂窩通信系統(tǒng)中利用自適應天線陣進行無線電信號的接收和發(fā)射的方法。而且，本發(fā)明可以應用于BTS(Base TransceiverStation，基站無線電收發(fā)站)接收裝置，該裝置在反向和前向信道上對于每個移動用戶形成一個天線方向圖。
背景技術：
自適應天線陣在CDMA BTS中的應用顯著地提高了通信質(zhì)量和系統(tǒng)容量，并且擴展了BTS的覆蓋面積。因此，所有的第三代(3G)標準都要求在BTS中使用自適應天線陣。
下面所介紹的用于在前向信道上形成智能天線的天線方向圖的傳統(tǒng)方法在本領域是公知的。
按照第一種方法，在反向信道上接收信號時所得到的天線陣元的權向量被用于前向信道上的信號發(fā)射。這種方法在下列文獻中已被說明Joseph C.Liberti和Theodore S.Rappapot的“用于無線通信的智能天線(Smart Antennasfor Wireless Communication)”，Prentice Hall出版公司，1999，和2000年2月29日授予Simon Saunders的名稱為“天線陣中用于自適應波束形成的裝置和方法(Apparatus and Method for Adaptive Beam forming in an Antenna Array)”的美國專利US6031877；以及2000年9月19日授予Hui Liu和Guanghan Xu的名稱為“智能天線CDMA無線通信系統(tǒng)(Smart Antenna CDMA WirelessCommunication System)”的美國專利US6122260。這種方法對TDD(時分雙工)通信系統(tǒng)很有效。
在TDD系統(tǒng)中，前向和反向信道在載頻中被按時間分割及匹配。因此由MS信號確定的，從移動臺(MS)向基站(BS)傳播的信號的方向，與從BS向MS傳播的信號的方向匹配。然而，對于FDD(頻分雙工)CDMA系統(tǒng)，應用這種方法幾乎是不可能的，因為載頻的變化可能在前向和反向信道上導致顯著不同的多經(jīng)性能。
按照基于校準信號的第二種方法，MS估計前向信道參數(shù)并且該估計結(jié)果通過反向信道被提供給BTS?；谶@一估計結(jié)果，BTS校正前向信道上的SA(智能天線)權系數(shù)(weight factor)。這一方法在Ayman F.Naguib、Arogyaswami Paulrai和Thomas Kalath的論文“蜂窩CDMA中的基站天線陣容量的提高(Capacity Improvement with Base-Station Antenna arrays in CellularCDMA)”(IEEE Trans.Veh.Technol，vol.43 no.3，第691-698頁，1994年8月)中，和1998年10月27日授予Bjorn E.Ottersten、Craig H.Barratt、David M.Parish和Richard H.Roy的名為“采用時空處理的頻譜有效的高容量無線通信系統(tǒng)(Spectrally Efficient High Capacity Wireless Communication System withSpatio-Temporal Processing)”的美國專利US5828658中已被說明了。上述文件引用于此，以資參考。
這一方法的缺點是，大量的數(shù)據(jù)必須經(jīng)反向信道發(fā)射以提供反饋，并且需要很長的反饋響應時間。此外，對于某些蜂窩通信系統(tǒng)，尤其是3GPP2通信系統(tǒng)，使用反饋是不可能的，。
按照第三種方法，確定移動用戶多徑信號的最強分量所到達的方向(參見Joseph C.liberti和Theodore S.Rappapot的“用于無線通信的智能天線(SmartAntennas for Wireless Communication)”，Prentice Hall出版公司，1999，和2000年8月22日授予Shimon B.Scherzer的名為“用于增加CDMA通信容量的實用無線傳播方法(Practical Space-Time Radio Method for CDMA CommunicationCapacity Enhancement)”的美國專利US6108565)。這個方向被認為是信號從BTS向MS傳播的主方向。選擇前向信道上的天線陣元的復系數(shù)以使前向信道天線方向圖的主波瓣在這一方向上被確定。主瓣的寬度可以通過信號的角扇區(qū)確定。
第三種方法的一種可能的實施方式是一種在美國專利US6108565中公開的傳統(tǒng)方法。在時空信號處理方法中，利用了交換波束形成方法。天線波瓣的寬度依賴于移動用戶到BTS的距離。如果移動用戶處在與BTS非常接近的位置上，相應于它們的波束瓣變得較寬。當移動用戶遠離BTS時，相應于它們的波瓣變得較窄。由于角度擴展估計的必然性質(zhì)，這種方法需要到移動用戶的距離信息，從而該方法不可能具有足夠的精度。
美國專利US6108565中介紹了一種用于自適應天線陣的方向圖形成方法，它是現(xiàn)有技術中最接近本發(fā)明所提出的解決方案的現(xiàn)有技術(下文中稱為“原型”)。
利用原型的方法將在下面做出說明。對于每個路徑，天線陣元的權系數(shù)是為了周期性地執(zhí)行下述的操作。首先，在天線陣元處解調(diào)輸入信號，然后，對天線陣元處的已解調(diào)輸入信號進行快速哈達瑪(Hadamar)變換從而產(chǎn)生輸入信號矩陣。輸入信號矩陣與參考信號矩陣相乘，并且輸入路徑信號到達角度的估計是通過分析輸入信號矩陣和參考信號矩陣的乘積來確定的。權向量的當前值被確定為相應于輸入路徑信號到達角度的估計的向量。路徑的權向量的當前值被輸出并用于確定自適應天線陣的方向圖。參考信號的矩陣通過對應于預先確定的基于輸入信號到達的角度的離散假定的信號來確定。
根據(jù)下面的公式1，輸入信號到達的角度θ的估計確定一個權向量。
w＝[1，e-jφ，e-j2φ，...，e-j(N-1)φ]，......(1)其中φ=2πλdsinθ,]]>λ是波長，d是天線陣元之間的距離，而N是天線陣元的數(shù)量。
為了實現(xiàn)這種方法，使用了包括L個路徑信號處理模塊的原型(傳統(tǒng)的)裝置，在圖1中示出。如圖1所示，該裝置包括L個路徑信號處理模塊。L個路徑信號處理模塊中的每一個包含有N個并聯(lián)的信道，其包括順序連接的相關器2和快速哈達瑪變換器3，并且還包含有一個參考信號發(fā)生器1、一個矩陣乘法器及分析器4、反向信道天線陣權向量發(fā)生器5以及一個前向信道天線陣權向量發(fā)生器6。
相關器2.1-2.N的第一輸入端是信號輸入端并且也是該裝置的輸入端。第二輸入端是參考輸入端并且與參考信號發(fā)生器1的輸出端相結(jié)合。每個快速哈達瑪變換器3.1-3.N模塊的輸出端與相應的矩陣乘法器及分析器4的輸入端相連接，矩陣乘法器及分析器4的輸出端被作為反向信道天線陣權向量發(fā)生器5的輸入端。反向信道天線陣權向量發(fā)生器5的第一輸出端是反向信道的當前權向量的輸出端以及該裝置的路徑信號處理模塊的第一輸出端。反向信道天線陣權向量發(fā)生器5的第二輸出端被作為前向信道天線陣權向量發(fā)生器6的輸入端。前向信道天線陣權向量發(fā)生器6的輸出端是前向信道上的當前權向量的輸出端以及該裝置的路徑信號處理模塊的第二輸出端。
圖1中說明的原型(傳統(tǒng)的)裝置以下述方式運轉(zhuǎn)。
按照上面對原型的說明，在L個路徑信號處理模塊的每一個中，一個復輸入信號被饋送給相關器2.1-2.N的第一(信號)輸入端。一個參考PN序列被從參考信號發(fā)生器1提供給相關器2.1-2.N的第二(參考)輸入端。參考信號發(fā)生器1的狀態(tài)對應于將被接收的多徑信號中的路徑信號的時間位置值。由相關器2.1-2.N的輸出端提供的復解調(diào)信號被饋送給相應的快速哈達瑪變換器3.1-3.N的輸入端，在這里對輸入信號進行哈達瑪基分解(basis decomposition)?？焖俟_瑪變換器3.1-3.N的輸出端提供的輸入信號的頻譜被提供給矩陣乘法器及分析器4的N個輸入端。在模塊4中，參考信號矩陣與輸入信號矩陣相乘。輸入信號矩陣通過輸入信號的頻譜產(chǎn)生。參考信號矩陣由對應于預先確定的基于輸入路徑信號到達角度的離散假定的信號來確定。
此外，在矩陣乘法器及分析器4中，對輸入信號矩陣和參考信號矩陣的相乘結(jié)果進行分析，并且確定輸入路徑信號到達的角度的估計。由矩陣乘法器及分析器4的輸出端提供的輸入路徑信號到達的角度的估計被提供給反向信道天線陣權向量發(fā)生器5的輸入端。反向信道天線陣權向量發(fā)生器5基于輸入路徑信號到達的角度的估計在其第一輸出端產(chǎn)生反向信道路徑的當前權向量。該權向量是該裝置的第一輸出信號。
由反向信道天線陣權向量發(fā)生器5的輸出端提供的輸入路徑信號到達的角度的估計被饋送給前向信道天線陣權向量發(fā)生器6的輸入端。前向信道天線陣權向量發(fā)生器6根據(jù)該輸入路徑信號到達角度的估計在其輸出端產(chǎn)生前向信道路徑的當前權向量。這個權向量是該裝置的第二輸出信號。
在前向信道上的天線波束瓣的寬度依賴于從移動用戶到BTS的距離。如果移動用戶處在很接近BTS的位置上，相應于它們的波瓣變得較寬。當移動用戶遠離BTS時，相應于它們的波瓣變得較窄。
由于角度擴展估計的相應特性，這種方法要求確定到移動用戶的距離，從而該方法不可能具有足夠的精度。
這種方法其它的缺點包括，由于來自其它用戶(高速率用戶，即，有高發(fā)射速率的用戶)的強干擾的存在，希望得到的信號結(jié)果被干擾抵消了并且無法確定關于希望的信號的到達方向和角度范圍的正確解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
因此，由于上述問題而設計了本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個目的就是提高在存在對任意值希望信號的強干擾并且干擾角扇區(qū)包括大扇區(qū)的復雜干擾信號環(huán)境下的干擾消除效率。
兩個用于BTS自適應天線陣的方向圖形成方法和裝置的實施例將在下面介紹。天線方向圖形成方法的第一個實施例應用于用戶信號的角度覆蓋區(qū)域的隨機值，而在第二個實施例中的方法應用于用戶信號的角度覆蓋區(qū)域的相對小的值(例如，小于30度)。
用于BTS自適應天線陣的方向圖形成方法的第一個實施例中，共用導頻信號由天線陣元中的一個發(fā)射并從所有的天線陣元向每一個用戶發(fā)射信息信號，在接收用戶信號期間，產(chǎn)生天線陣元的導頻信號的復相關響應，產(chǎn)生反向信道上的天線陣元的復權系數(shù)，對于所研究的角區(qū)域的L個不同方向的每一個產(chǎn)生判決函數(shù)，確定判決函數(shù)最大值的方向，產(chǎn)生信號到達的平均角度的估計，考慮天線陣的幾何形狀并利用已產(chǎn)生的信號到達的平均角度的估計確定天線陣元的相位系數(shù)。在為每個用戶產(chǎn)生天線陣元的導頻信號的復相關響應之前，進行用戶信號的搜索以確定路徑信號的時間位置，選擇其信號具有最大功率的路徑，產(chǎn)生信號到達角估計序列，產(chǎn)生在產(chǎn)生了天線陣元的導頻信號的復相關響應之后的信號到達角的估計，對于所研究的角范圍的L個不同方向中的每一個，結(jié)合天線陣元的導頻信號的復相關響應和相應的每個方向的復系數(shù)的乘積，在天線陣的輸出端產(chǎn)生導頻信號的復相關響應，在天線陣的輸出端產(chǎn)生對于L個不同方向的導頻信號的復相關響應的模并且求出最大模，在天線陣的輸出端產(chǎn)生對于L個不同方向的導頻信號的復相關響應的歸一化模，以在天線陣的輸出端對于L個不同方向求出導頻信號的復相關響應的模與最大模之比。
對于所考慮的角范圍的L個不同方向中的每一個，在反向信道上產(chǎn)生了天線陣的復權系數(shù)之后，產(chǎn)生反向信道上天線方向圖的值，確定反向信道上天線方向圖的所產(chǎn)生的值的最大值，對于L個不同方向產(chǎn)生反向信道上天線方向圖的歸一化值以求出天線方向圖的值與最大值的比率，產(chǎn)生對于被研究的的角度范圍的L個不同方向中的每一個的判決函數(shù)，以進行在天線陣的輸出端的導頻信號的復相關響應的歸一化模和在反向信道上的天線方向圖的歸一化值的加權組合，在確定了判決函數(shù)最大值的方向時，得到信號到達角度的估計作為判決函數(shù)最大值的方向，所產(chǎn)生的信號到達角度估計序列被分成多個塊，每一個具有M個信號到達角度估計，產(chǎn)生模塊的信號到達角度的估計分布向量序列。在該情況中，對于每個模塊，長度為L的模塊的信號到達角度的估計分布向量是由M個產(chǎn)生的模塊的信號到達角度的估計產(chǎn)生的；該向量的每個元素相應于所研究的角度范圍中的L個方向中的一個，并且與給定方向的信號到達角度估計的數(shù)相等，使用滑動窗口，在模塊的信號到達角度估計分布向量序列的基礎上，產(chǎn)生信號到達角度的平均估計分布向量序列。
對于每個信號到達角度的平均估計分布向量，確定角信號范圍的頂部和底部邊界的估計，通過已得到的角信號范圍的頂部和底部邊界估計產(chǎn)生平均到達角的估計。
在天線陣元的相位系數(shù)被確定了之后，在已得到的角信號范圍的頂部和底部邊界的估計的基礎上，產(chǎn)生天線陣元的信號的相關矩陣，對已產(chǎn)生的相關矩陣進行Cholesky變換以得到下三角矩陣，確定天線陣各陣元的振幅系數(shù)和一個天線陣元的振幅系數(shù)的比例，利用已得到的下三角矩陣和天線陣各陣元的相位系數(shù)從該天線陣元發(fā)射導頻信號，通過已得到的比例并考慮天線陣元的數(shù)量確定歸一化系數(shù)，通過將歸一化系數(shù)乘以天線陣元的振幅系數(shù)與發(fā)射導頻信號的天線陣元的振幅系數(shù)的比來確定天線陣元的振幅系數(shù)，所產(chǎn)生的天線陣元的振幅和相位系數(shù)被用于向用戶發(fā)射信息信號。
執(zhí)行角信號范圍的底部和頂部邊界的估計，例如，如下所述確定信號到達角度的平均估計分布向量的最大元素，確定作為信號到達角度的平均估計分布向量的元素組的邊界的底部和頂部元素；在這一情況中，該元素組包括信號到達角度的平均估計分布向量的最大元素并且該組的元素都超過了門限值，然而，在最大元素的任一個方向上，一個單一的未超過門限值的元素，同樣地，三個彼此靠近放置的元素中的一個或兩個未超過門限值的組，是允許的，那些位于底部元素下面的信號到達角度的平均估計分布向量的元素的總和被確定，并且那些位于頂部元素上面的信號到達角度的平均估計分布向量的元素的總和也被確定，產(chǎn)生對底部元素的校正修正值，這個修正值依賴于那些位于底部元素下面的信號到達角度的平均估計分布向量的元素的總和，并且產(chǎn)生對于頂部元素的校正修正值，這個修正值依賴于那些位于頂部元素上面的信號到達角度的平均估計分布向量的元素的總和。
對底部和頂部元素都要確定修正值，該值依賴于信號到達角度的平均估計分布向量的最大元素的位置，信號角度范圍底部邊界的估計被確定為對應于底部元素的角坐標的差，并且對于底部元素和校正值確定校正值的總和。
角信號范圍的頂部邊界的估計被確定為與頂部元素對應的角坐標和對頂部元素的校正修正值以及校正值的總和。
產(chǎn)生信號到達的平均角度的估計，作為角信號范圍的底部和頂部邊界的估計的和的一半。
天線陣元的振幅系數(shù)和發(fā)射導頻信號的天線陣元的振幅系數(shù)的比例可以彼此相等。該比例被確定為0到1的區(qū)間中的最大值，由此由用戶接收到的信息信號模型的統(tǒng)計相干和統(tǒng)計不相干分量的平均功率的比例不超過給定值。
用于BTS自適應天線陣的前向信道方向圖形成方法的第二個實施例包括接收用戶信號，同時產(chǎn)生天線陣元的導頻信號的復相關響應，產(chǎn)生反向信道上的自適應天線陣元的復權系數(shù)，對于所研究的角度范圍中的L個不同的方向中的每一個產(chǎn)生判決函數(shù)，確定判決函數(shù)最大值的方向以產(chǎn)生信號到達的平均角度的估計，考慮天線陣的幾何結(jié)構并利用已產(chǎn)生的信號到達平均角度的估計確定天線陣元的相位系數(shù)。
在對每一個用戶的天線陣元導頻信號的復相關響應產(chǎn)生之前，進行用戶信號的搜索以確定路徑信號的時間位置，選擇其上的信號具有最大功率的一個路徑，周期性地產(chǎn)生用戶信號到達的平均角度的估計。此后，反向信道上的天線陣元的導頻信號的復相關響應發(fā)生之后，對于所研究的角度范圍中的L個不同方向的每一個，結(jié)合天線陣元的導頻信號的復相關響應和每個方向的相應的復系數(shù)的乘積，在天線陣的輸出端發(fā)生導頻信號的復相關響應，對于L個不同方向在天線陣的輸出端產(chǎn)生導頻信號的復相關響應的模，結(jié)合對于L個不同方向在天線陣的輸出端的導頻信號的復相關響應的模，在天線陣的輸出端產(chǎn)生導頻信號的已求和相關響應，并確定模的最大值，對于L個不同方向在天線陣的輸出端產(chǎn)生導頻信號的歸一化已求和相關響應，以確定對于L個不同方向在天線陣輸出端的導頻信號的已求和相關響應與已求和相關響應的最大值之間的比值。
在產(chǎn)生了反向信道上的天線陣元的復權系數(shù)之后，對于所研究的角度范圍中的L個不同方向中的每一個，在反向信道上產(chǎn)生天線方向圖的各個值，求出反向信道上所產(chǎn)生的天線方向圖的最大值，對于L個不同方向在反向信道上產(chǎn)生天線方向圖的歸一化值，從而求出天線陣的值和最大值的比值，產(chǎn)生針對所研究的角度范圍的L個不同方向中的每一個的判決函數(shù)，以進行在天線陣的輸出端的導頻信號的歸一化已求和相關響應和在反向信道上的天線陣歸一化值間的加權合并。在產(chǎn)生了信號到達平均角度和天線陣元的相位系數(shù)之后，天線陣各陣元的振幅系數(shù)被設置為彼此相等，天線陣元的振幅和相位系數(shù)被用于向用戶發(fā)射信號。
在進行對于L個不同的方向在天線陣的輸出端的導頻信號的復相關響應的模的合并時，分量的數(shù)量不是被設定為常數(shù)就是依賴于信號衰減頻率的估計被自適應地選擇。為了解決這一問題，用于BTS自適應天線陣的前向信道方向圖形成裝置的第一個實施例包含有N個相關器、參考信號發(fā)生器、信號到達角度估計器、反向信道上天線陣的權向量發(fā)生器以及產(chǎn)生前向信道上天線陣的權向量發(fā)生器，其中相關器的第一輸入端為信號輸入端并與本裝置的輸入端相連接，相關器的第二輸入端是參考輸入端并與參考信號發(fā)生器的輸出端相連接。
L個對于不同方向的判決函數(shù)的計算模塊，每一個包含有N-1個乘法器、第一合并器、模計算模塊、復方向系數(shù)模塊以及反向信道上的天線方向圖的離散值的計算模塊。并且還加入了以下模塊搜索模塊、控制器、第一和第二歸一化模塊、第二合并器、定標(scaling)模塊、信號到達角度的估計分布向量、信號到達角度的平均估計分布向量發(fā)生器、信號到達角度的平均估計分布向量的分析器，這里搜索模塊的第一輸入端與本裝置的第一輸入端相連接，搜索模塊的第二輸入端是控制端并連接到本裝置的輸出端，搜索模塊的輸出端是搜索判決函數(shù)的輸出端并被連接到控制器的輸入端，參考信號發(fā)生器的輸入端是控制端并與控制器的輸出端相連接，以提供本裝置的各模塊的同步操作，N-1個乘法器的第一輸入端和第一合并器的第一輸入端是方向的判決函數(shù)的計算器的第一輸入端并被連接到相應的相關器的輸出端。
在這些輸出端產(chǎn)生天線陣元的導頻信號的相關響應，各乘法器的輸出端與第一合并器的輸入端相連接，從第二個到第N個，第一合并器的輸出端是在天線陣的輸出端的給定方向的導頻信號的復相關響應的輸出端，并且被連接到模計算模塊的輸入端，每個方向判決函數(shù)計算器的第一輸出端與第一歸一化模塊的相應輸入端相連接，反向信道上的天線陣離散值計算器的第一輸入端是每個方向判決函數(shù)計算器的第二輸入端并被連接到反向信道上的天線陣權向量發(fā)生模塊的輸出端，以產(chǎn)生反向信道上的天線陣元的權系數(shù)，反向信道上的天線陣的權向量發(fā)生模塊的信號輸入端被連接到本裝置的輸入端，反向上的天線方向圖的離散值計算模塊的第二輸入端和N-1個乘法器的各個第二輸入端被合并并與復方向系數(shù)模塊的輸出端相連接，復方向系數(shù)模塊的輸出端輸出給定方向的復系數(shù)，作為方向判決函數(shù)計算模塊的第二輸出端和給定方向的反向信道上的天線陣方向圖的值的輸出端的反向信道上的天線方向圖的離散值的計算模塊的輸出端被連接到第二歸一化模塊的相應輸入端。
作為所有L個方向的天線陣的輸入端的導頻信號的復相關響應的歸一化模的輸出端的第一歸一化模塊的輸出端被連接到第二合并器的第一輸入端，第二歸一化模塊的輸出端是所有L個方向上在反向信道上的天線陣方向圖的歸一化值的輸出端并與定標模塊的輸入端相連接，定標模塊的輸出端是對L個方向在反向信道上的天線陣方向圖的加權歸一化值的輸出端并與第二合并器的第二輸入端相連接，第二合并器的輸出端是對于L個方向的判決函數(shù)的值的輸出端并被連接到信號到達角度估計器的輸入端，信號角度估計器的輸出端是信號到達平均角度的估計的輸出端并被連接到信號到達的角度的估計分布向量發(fā)生模塊的輸入端，在該輸出端產(chǎn)生信號到達角度的估計分布向量序列，信號到達角度的估計分布向量的發(fā)生模塊的輸出端被連接到信號到達角度的平均估計分布向量的發(fā)生模塊的第一輸入端，其第二輸入端是控制端并與控制器的輸出端相連接，信號到達角度平均估計分布向量的發(fā)生模塊的輸出端是信號到達角度的平均估計分布向量序列的輸出端并被連接到信號到達角度的估計分布向量的分析模塊的輸入端，以產(chǎn)生角度信號范圍的頂部和底部邊界的估計，信號到達角度的估計分布向量的分析模塊的輸出端被連接到前向信道上的天線陣方向圖的權向量發(fā)生模塊的相應輸入端，前向信道上的天線陣方向圖的權向量發(fā)生模塊的輸出端是天線陣元的振幅和相位系數(shù)的輸出端。
為了解決所指出的問題，用于BTS自適應天線陣的前向信道方向圖形成裝置的第二個實施例包括；N個相關器、參考信號發(fā)生器、信號到達角度估計器、反向信道天線陣的權向量產(chǎn)生模塊以及前向信道天線陣權向量產(chǎn)生模塊，其中相關器的第一輸入端為信號輸入端并與本裝置的輸入端相連接，相關器的第二輸入端是參考輸入端并與參考信號發(fā)生器的輸出端相連接。
L個對于不同方向的判決函數(shù)的計算模塊，每一個包含有N-1個乘法器、第一合并器、模計算模塊、復位合并器、復方向系數(shù)模塊以及反向信道上的天線方向圖的離散值計算模塊。并且還加入了以下模塊搜索模塊、控制器、第一和第二歸一化模塊、第二合并器、定標模塊，這里搜索模塊的第一輸入端與本裝置的第一輸入端相連接，搜索模塊的第二輸入端是控制端并連接到控制器的輸出端，搜索模塊的輸出端是搜索判決函數(shù)的輸出端并被連接到控制器的輸入端，參考信號發(fā)生器的輸入端是控制端并與控制器的輸出端相連接，以提供本裝置的各模塊的同步操作。
N-1個乘法器的第一輸入端和第一合并器的第一輸入端是方向判決函數(shù)計算模塊的第一輸入端并被連接到相應相關器的輸出端，以在這些輸出端產(chǎn)生天線陣元的導頻信號的相關響應，各乘法器的輸出端與第一合并器的輸入端相連接，從第二個到第N個，第一合并器的輸出端是在天線陣的輸出端的給定方向的導頻信號的復相關響應的輸出端并且被連接到模計算模塊的輸入端，其輸出端是在天線陣的輸出端的給定方向的導頻信號的復相關響應的模的輸出端并與復位合并器的第一輸入端相連接，其第二輸入端是復位信號的輸入端并被連接到控制器的輸出端，復位合并器的輸出端是在天線陣的輸出端的給定方向的導頻信號復相關響應的輸出端以及每個方向判決函數(shù)的計算模塊的第一輸出端并被連接到第一歸一化模塊的相應的輸入端，反向信道上的天線陣離散值計算模塊的第一輸入端是每個方向判決函數(shù)計算模塊的第二輸入端并被連接到反向信道上的天線陣權向量發(fā)生模塊的輸出端，以在天線陣的輸出端產(chǎn)生反向信道上的天線陣元的權系數(shù)，反向信道上的天線陣的權向量發(fā)生模塊的信號輸入端被連接到本裝置的輸入端，反向信道上的天線方向圖的離散值計算模塊的第二輸入端和N-1個乘法器的各個第二輸入端被合并，并與復方向系數(shù)模塊的輸出端相連接，復方向系數(shù)模塊的輸出端是給定方向的復系數(shù)的輸出端，作為方向判決函數(shù)計算模塊的第二輸出端和反向信道上的天線陣方向圖的值的輸出端的反向信道上的天線陣方向圖的離散值的計算模塊的輸出端被連接到第二歸一化模塊的相應輸入端。
作為所有L個方向的在天線陣的輸出端的導頻信號的復相關響應的歸一化復模的輸出端的第一歸一化模塊的輸出端被連接到第二合并器的第一輸入端，第二歸一化模塊的輸出端是所有L個方向的在反向信道上的天線陣方向圖的歸一化值的輸出端并與定標模塊的輸入端相連接，定標模塊的輸出端是對L個方向的在反向信道上的天線陣方向圖的加權歸一化值的輸出端并與第二合并器的第二輸入端相連接，第二合并器的輸出端是對于L個方向的判決函數(shù)的值的輸出端并被連接到信號到達角度估計器的輸入端，信號到達角度估計器的輸出端是信號到達平均角度的估計的輸出端并與前向信道上天線陣方向圖的權向量發(fā)生模塊的輸入端相連接，前向信道上的天線陣方向圖的權向量的發(fā)生模塊的輸出端是天線陣元的振幅和相位系數(shù)的輸出端。
通過對基站自適應天線陣方向圖的生成方法和裝置的第一和第二實施例與原型所做的比較分析可以看出，本中請所提出的發(fā)明與原型有著顯著的區(qū)別，這是由于本發(fā)明的實施例提高了在復雜的干擾信號環(huán)境下的干擾消除能力。


通過下面所闡述的并與附圖相結(jié)合的詳細說明，本發(fā)明的上述的以及其它的特征、目的和優(yōu)點將變得更加清楚，附圖中相同的標號所代表的內(nèi)容全文一致，其中圖1是現(xiàn)有裝置的框圖；圖2表示在前向信道上的天線陣方向圖的形成過程；圖3表示用于得到一個信號到達角度的估計分布的平均向量的滑動窗口用法的一個例子；圖4表示確定頂部和底部元素的例子；圖5表示在強干擾的影響下被較大增加的底部元素的一個例子；圖6表示天線陣元的編號順序的一個例子；圖7本發(fā)明第一實施例的框圖；圖8表示在圖7中所示的信號到達角估計分布向量發(fā)生器的一個實施例；圖9表示在圖7中所示的信號到達平均估計分布向量發(fā)生器的一個實施例；圖10表示在圖7中所示的信號到達平均估計分布向量分析器的一個實施例；圖11表示前向信道天線陣權系數(shù)向量發(fā)生器的一個實施例；圖12表示天線陣元振幅系數(shù)的比值發(fā)生器的運算算法；圖13是本發(fā)明的第二實施例的框圖；圖14表示前向信道的天線方向圖，其中θ^=π/2,Δ^=π/2,μ=0.13;]]>
圖15表示前向信道的天線方向圖，其中θ^=π/3,Δ^=π/3,μ=0.49]]>圖16表示前向信道的天線方向圖，其中θ^=π/3,Δ^=2π/3,μ=0.14]]>具體實施方式
本發(fā)明的優(yōu)選實施例將在下面參考附圖詳細說明。在下面的說明中，對包含在這里的公知的功能和結(jié)構的詳細說明，如果對說明本發(fā)明的主題不是必須的，則將被省略。
在本發(fā)明的第一個實施例中，下面將首先介紹BS自適應天線陣的天線方向圖形成的第一種方法，其中共用導頻信號由天線陣元中的一個發(fā)射而信息信號由全部天線陣元發(fā)射給每個用戶。
對于每個用戶，對用戶信號的搜索是通過確定路徑信號的時間位置而進行的。選取其功率為最大值的信號。接下來，確定信號到達角度的估計序列。
為了產(chǎn)生每一個信號到達角度估計，產(chǎn)生天線陣元的復相關導頻信號響應。對于所研究的角范圍的L個不同的方向θi，i＝1，L中的每一個，天線陣輸出端的復相關導頻信號響應通過將天線陣元的復相關導頻信號響應的乘積加上相應的每個方向的復系數(shù)而被產(chǎn)生。對于L個不同方向，在天線陣元輸出端產(chǎn)生復相關導頻信號響應的模，并且求得其最大值。通過得到復相關導頻信號響應在天線陣輸出端對于L個不同方向的模與最大模的比值，確定對于L個不同方向在天線陣輸出端的復相關導頻信號響應的歸一化模。在用戶信號接收期間產(chǎn)生反向信道上自適應天線陣元的復權系數(shù)。
對于所研究的角范圍的L個不同的方向θi，i＝1，L中的每一個，產(chǎn)生反向信道上天線陣方向圖的值。確定所產(chǎn)生的在反向信道上的天線陣方向圖的值的最大值。然后，通過得到天線陣方向圖在反向信道上的值與最大值的比值，確定對于L個不同方向的反向信道上天線陣方向圖的歸一化值。
對于所研究的角范圍的L個不同的方向θi，i＝1，L中的每一個，產(chǎn)生判決函數(shù)，以實現(xiàn)天線陣輸出端的復相關導頻信號響應的歸一化模和反向信道上天線陣方向圖的歸一化值的加權合并。產(chǎn)生到達角估計，以作為判決函數(shù)的最大值方向，并且所產(chǎn)生的到達角估計序列被分成每個包含M個到達角估計值的多個組。對于每個組，通過M個所產(chǎn)生的分組到達信號角度的估計，產(chǎn)生分組信號到達角估計分布向量序列，分組信號到達角估計分布向量的長度是L，它的每個元素對應于所研究的角度范圍的L個方向中的一個并等于該方向上到達角度估計的數(shù)量。到達角度估計分布的平均向量序列由分組到達角度估計分布序列利用滑動窗構成。
對于每個到達角度估計分布的平均向量，將確定角度范圍的頂部和底部邊界的估計。通過已得到的角度范圍的頂部和底部邊界的估計產(chǎn)生平均到達角度的估計?？紤]天線陣的幾何結(jié)構，利用已確定的平均到達角度的估計，求得天線陣元的相位系數(shù)。根據(jù)這樣得到的信號角度范圍的頂部和底部邊界的估計，確定天線陣元信號的相關矩陣。
此外，對已形成的相關矩陣進行Cholesky變換，從而得到下三角矩陣。利用已得到的下三角矩陣和天線陣的相位系數(shù)，確定天線陣元的振幅系數(shù)與發(fā)射導頻信號的天線陣元的振幅系數(shù)間的比值?？紤]天線陣元的數(shù)量，確定歸一化系數(shù)。
由標準系數(shù)和天線陣元的振幅系數(shù)與發(fā)射導頻信號的天線陣元的振幅系數(shù)間的比值的乘積，確定天線陣的振幅系數(shù)。
已產(chǎn)生的天線陣元的振幅和相位系數(shù)用于給用戶發(fā)射信息符號。
例如，以如下的方式對信號角度范圍的頂部和底部邊界進行估計。
首先，確定到達角度估計分布平均向量的最大元素。然后，求得頂部和底部元素，作為平均到達角估計分布向量組的邊界，該元素組包括平均到達角度估計向量的最大元素，并且組中的元素值超過門限值，但是在最大元素的每一側(cè)，存在個別不超過門限值的元素是允許的，并允許由兩三個相鄰元素構成的一組不超過門限值的元素。確定平均到達角度估計分布向量的元素的總和，以及被放置在頂部元素的上面的平均到達角度估計分布向量的元素的總和。依靠位于在底部元素下面的平均到達角度估計分布的元素的總和，確定對于底部元素的校正修正值，以及，依靠放置在頂部元素的上面的平均到達角度估計分布的元素的總和，確定對于頂部元素的校正修正值。依靠平均到達角度估計分布向量的最大元素的位置，確定對于頂部和底部元素的校正值。
信號角度范圍底部邊界的估計被確定為對應于底部元素的角坐標的差并被確定為對于底部元素的校正修正值和校正值的總和。信號角度范圍頂部邊界的估計被確定為對應于頂部元素的角坐標、對頂部元素的校正修正值以及校正值的總和。
平均到達角度的估計可以被確定為信號角度范圍的頂部和底部邊界估計的總和的一半。
天線陣元的振幅系數(shù)與發(fā)射導頻信號的天線陣元的振幅系數(shù)的比值可以彼此相等，并且這一比值可以被確定為0到1的區(qū)間中的最大值。對于這個值，被用戶接收到的信息信號模型的平均功率統(tǒng)計統(tǒng)計不相干與統(tǒng)計相干被加數(shù)的比值不超過給定值。
由第一個實施例所建議的前向信道上天線方向圖形成算法由兩個階段組成。在第一個階段，可用信號角度邊界的估計被確定。這個估計通過被BS接收的移動用戶信號進行。在第二個階段，根據(jù)在第一個階段得到的可用信號角度范圍邊界的估計實現(xiàn)前向信道天線方向圖形成。
包括使用反向信道天線陣權系數(shù)wup的前向信道天線方向圖形成算法的第一階段(可用信號區(qū)域的角邊界的估計)，由下述組成對于所研究的角度范圍的L個不同方向θi，i＝1，L中的每一個，天線陣輸出端的“短”復相關導頻信號響應的模為X(θi)=|Σn=1Nan(θi)un|······(2)]]>其中an(θi)＝exp[jπ(n-1)cosθi]，n＝1，N，i＝1，L代表每個方向的復系數(shù)，un，n＝1，N代表天線陣元相關器的輸出端的復相關導頻信號響應，N是天線陣元的個數(shù)。
由公式2得到的天線陣輸出端的復相關導頻信號響應模的值被歸一化X~(θi)=X(θi)/Xmax,Xmax=maxX(θi),i=1,L‾······(3)]]>對于相同的方向θi，i＝1，L，確定反向信道天線陣方向圖的離散值F(θi)=|wupHa(θi)|······(4)]]>其中wup是接收用戶信號時自適應天線陣元在反向信道上的權系數(shù)向量，用戶信號是天線陣在反向信道上的自適應期間得到的并且考慮了強伴生干擾的消除，(·)H是厄密頓(Hermitian)共軛運算。
由公式4所得到的值隨后被歸一化F~(θi)=F(θi)/Fmax,Fmax=maxF(θi),i=1,L‾······(5)]]>判決函數(shù)，等于由公式3得到的天線陣輸出端的復相關導頻信號響應標準模與由公式5得到的反向信道天線陣方向圖的標準值的加權和，其被形成R(θi)=X~(θi)+αF~(θi)······(6)]]>其中α是權系數(shù)。
短測量信號到達角度的估計被確定為由公式6得到的判決函數(shù)最大值的方向(角度位置)θ^=argmaxR(θi)θi······(7)]]>上述的所有的運算被重復M次，即，M個到達角度估計(“短”尺寸)被產(chǎn)生。所確定的到達角估計序列被分為若干組。每個組包括M個到達角估計。
根據(jù)每個組的M個由公式7得到的已產(chǎn)生的到達角度估計，確定長度為L的到達角度組估計分布向量，該向量的每個元素對應于L個方向中的一個并等于到達角度估計的數(shù)量，以這樣的方式產(chǎn)生了到達角度組估計分布的向量序列。到達角度組估計分布向量的物理意義對應于短(short)的到達角度估計直方圖這一現(xiàn)象。
由到達角度估計分布向量序列，通過使用滑動窗口，確定平均到達角度估計分布向量序列。平均到達角度估計分布向量根據(jù)其物理意義對應于信號到達角度估計Z(θi)，i＝1，L的平均直方圖。
此外，術語“平均信號到達角度估計直方圖”相當于術語“平均到達角度估計分布向量”。
為了得到其平均直方圖的穩(wěn)定性，“短”測量的數(shù)量應當足夠大。另一方面，出于對快速變化干擾信號情況的考慮，將產(chǎn)生平均穩(wěn)定直方圖所必須的大的分析時間，與關于信號角度范圍的底部和頂部邊界判定之間的相對短的時間間隔的必要性相均衡是必要的。這種折衷通過滑動窗口的使用來實現(xiàn)，其結(jié)構在圖3中說明。因此，關于底部和頂部信號范圍邊界的估計的判定通過M個“短”測量而被做出，并且平均直方圖由nM個“短”測量形成。
在平均到達角度估計直方圖Z(θi)，i＝1，L(平均到達角度估計分布向量)的基礎上，做出關于底部和頂部信號范圍邊界的估計的判定。例如，以下面的方式進行分析。
確定平均直方圖最大值的位置θmax=argmaxZθi(θi)······(8)]]>該方程式表示使Z(θi)最大的角度。
橫穿平均直方圖(底部和頂部元素)的βZmax門限值的底部 和頂部 的角坐標被確定，如在圖4中所示的。這里，β是系統(tǒng)參數(shù)，0≤β≤1。根據(jù) 值，從而得到最終的底部(最終的頂部)值θ，對于該值有Z(θi)＞βZmax。對于信號角度范圍，單個的未超過門限值的情況是允許的(圖4)。在θmax的每一邊，直方圖值不超過門限值(圖4)的一組離散角度值也是允許的。
對于θ<θ~1]]>且θ>θ~2,]]>計算到達角度范圍的概率P1=P(θ<θ~1),P2=P(θ>θ~2)······(9)]]>在強干擾的情況下考慮該概率數(shù)據(jù)是很重要的，當處于強干擾信號的影響下時，將發(fā)生一些如圖5所示的進入干擾角度范圍的到達角度估計位置的重新分布。因此，產(chǎn)生對于 的依賴于P1的校正修正值θc1和對于 的依賴于P2的校正修正值θc2以補償信號角度范圍損失。
計算對于 和 的校正修正值θa1和θa2，它們作為依賴于θmax值的函數(shù)，并且僅當θmax值接近于90°時θa1和θa2值不等于零且可以彼此相等。校正修正值用于補償信號角度范圍估計大小的可能存在的壓低估計。θa取決于P1和P2。θc取決于Qmax。
最后，以下述方法，利用已得到的值，產(chǎn)生底部和頂部信號范圍邊界的估計 和 θ^1=θ~1-θc1-θa1······(10)]]>θ^2=θ~2+θc2+θa2······(11)]]>在所提出的算法的第二階段，根據(jù)底部和頂部信號角度范圍 和 產(chǎn)生平均到達角度和信號的角度扇區(qū)的估計。θ^=θ^1+θ^22,Δ^=θ^2-θ^1······(12)]]>例如，認為天線陣元的編號可以是任意的。為了方便，從例如發(fā)射導頻信號的元件開始編號，如圖6中所示的。
信息信號由天線陣的所有陣元發(fā)射而由BS天線陣的一個(第一)陣元發(fā)射共用導頻信號。該陣元最好在天線陣的中部選擇，如圖6所示。該陣元與其它天線陣元的信號之間相對較高的信號相關的必然性，導致了這樣的選擇，并因此，在移動臺(MS)得到信息信號與導頻信道間較高的相位一致性。
以下述方法形成天線陣元的前向信道的復權系數(shù)wn＝wnexp(jΨn)，n＝1，N。
根據(jù)平均到達角估計 和天線陣幾何結(jié)構確定天線陣元的相位系數(shù)Ψn，n＝1，N。例如，如圖6所示，在N＝4并且等距的天線陣元以圖中所示的編號順序排列時，相位系數(shù)等于ψ1=0,ψ2=-2πλdcosθ^,ψ3=2πλdcosθ^,ψ4=4πλdcosθ^]]>其中λ是接收信號波長，d是BS天線陣的相鄰陣元之間的距離。
第一個陣元的相位等于零，該陣元是零點。
根據(jù)底部和頂部信號角度范圍邊界的估計 和 確定天線陣元的信號的相關矩陣K。 其中，當考慮編號時，a(q)＝[exp(jξ)，1，exp(2jξ)，exp(3jξ)]T， Q是信號到達路徑的數(shù)量，例如Q＝500。 由公式14得到的天線陣元的信號的相關矩陣K的Cholesky變換。
G＝K1/2……(15)其結(jié)果形成了如前面所述的下三角矩陣，例如，參見J.Golub和Van Chan.的《矩陣運算》(Matrix calculation)/M；Mir，1999，第134頁，和R.Horn和Ch.Jonson的《(矩陣分析》(Matrix analysis)/M.；Mir，1989，第141頁。
如果使用了降秩矩陣K，改進是很重要的。改進的本質(zhì)在于這樣的事實如果在對G矩陣的主對角線進行Cholesky變換的過程中，出現(xiàn)了等于零的元素(或非常小)，那么這一現(xiàn)象在降秩矩陣K中發(fā)生，并且G矩陣的所有的其它元素都將等于零。這一改進使得，當標準Cholesky變換法不能使用時，對由公式12得到的到達角度估計的任意值和角信號扇區(qū)，包括＝0的情況，使用Cholesky變換成為可能。
選取小參數(shù)γ的值。例如，γ＝0.01÷0.05 ……(16)G矩陣的元素和相位系數(shù)ψn，n＝1，N確定了函數(shù)f(μ)，該函數(shù)是用戶接收到的信息信號模型的統(tǒng)計相關和統(tǒng)計不相關被加數(shù)的乘方的平均比值。例如，對于四陣元天線陣列f(μ)=μ2[|exp(-jψ2G2,2+exp(-jψ3)G3,2+exp(-jψ4)G4,2)|2+|exp(-jψ3)G3,3+exp(-jψ4)G4,3|2+|G4,4|2]|1+μ(exp(-jψ2)G2,1+exp(-jψ3)G3,1+exp(-jψ4)G4,1)|2]]>……(17)最大μ值在區(qū)間0到1內(nèi)確定，它滿足不等式f(μ)≤γ ……(18)不等式可以通過，例如，利用數(shù)值法求解，對于不同的μ＝1；0.99；0.98，…計算f(μ)函數(shù)的值，直到公式19的條件無法滿足時。對于滿足不等式的第一個值μ被認為是最后一個。
所得到的μ值被用于確定天線陣列的振幅系數(shù)。如果各個天線陣元的振幅系數(shù)與發(fā)射導頻信號的天線陣元的振幅系數(shù)的比值彼此不相等，那么得到天線陣的振幅系數(shù)為w1＝k，w2＝…＝wN＝μk……(19)其中k是歸一化系數(shù)，它是通過例如下述條件得到的Σn=1Nwn2=N······(20)]]>當N＝4時，k=21+3μ2.]]>因此，所產(chǎn)生的天線陣元的復權系數(shù)用于對用戶進行信息信號發(fā)射。
參照圖7中示出的第一實施例，該方法的執(zhí)行過程將在下面說明。
參照圖7，第一個實施例包含N個相關器2.1-2.N；L個方向判決函數(shù)計算模塊7.1-7.L，其第一輸入端是天線陣元的導頻信號相關響應的輸入端并且被連接到相應的相關器2.1-2.N的輸入端；一個搜索模塊13；一個控制器14；反向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器5；接著連接了一第一歸一化模塊15、一個第二合并器16、角度估計器19、一個角度估計分布向量發(fā)生器20、一個平均估計分布向量發(fā)生器21、一個平均估計分布向量分析器22。
信號角度范圍的頂部和底部邊界的輸出端被連接到相應的前向信道上天線陣權系數(shù)生成模塊6的輸入端。并且還有一個定標模塊17和一個第二歸一化模塊18。相關器2.1-2.N的第一輸入是信號輸入并且與本裝置的輸入結(jié)合為一體。相關器2.1-2.N的第二輸入是來自信號發(fā)生器的參考輸入。參考信號發(fā)生器1的輸入端是控制端并與控制器14的輸出端相連接，控制器14提供了本裝置的同步工作。搜索模塊13的第一輸入端與本裝置的第一輸入端相連接，搜索模塊13的第二輸入端為控制端并與控制器14的輸出端相連接。搜索模塊13的輸出是判定搜索函數(shù)并與控制器14的輸入端相連接。每一個方向的判決函數(shù)的計算模塊7.1-7.L包括N-1個乘法器8.2-8.N、第一合并器9、模計算模塊10、方向復系數(shù)模塊11和反向信道離散值計算器12。乘法器8.2-8.N的第一輸入端和第一合并器9的第一輸入端與相關器2.2-2.N的輸出端相連接，乘法器8.2-8.N的輸出端與合并器9的輸入端相連接，從第二個開始直到第N個。合并器9輸出這個方向的導頻信號在天線陣輸出端的復相關響應并連接到模計算模塊10的輸入端。模計算模塊10的輸出端是這一方向的導頻信號在天線陣輸出端的復相關響應的模的輸出端，每個方向判決函數(shù)計算模塊7.1-7.L的第一輸出端被連接到第一歸一化模塊15的相應輸入端。
反向信道天線陣元方向圖離散值計算器12的第一輸入端是每個方向判決函數(shù)計算模塊7.1-7.L的第二輸入端并被連接到反向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器5的輸出端，該權系數(shù)發(fā)生器5在其輸出端產(chǎn)生天線陣元在反向信道上的權系數(shù)。反向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器5的信號輸入端與本裝置的輸入端相連接。反向信道天線陣元方向圖離散值計算器12的第二輸入端與乘法器8.2-8.N的第二輸入端接合在一起并連接到輸出對于這一方向的復系數(shù)的方向復系數(shù)模塊11的輸出端。
反向信道天線陣元方向圖離散值計算器12的輸出端從方向判決函數(shù)計算模塊7.1-7.L與第二歸一化模塊18相應輸入端相連接。
第一歸一化模塊15的輸出端輸出復相關導頻信號響應在天線陣輸出端對于所有的L個方向的歸一化模，它與第二合并器16的第一輸入端相連接。第二歸一化模塊18的輸出端是所有L個方向在反向信道上天線陣方向圖的歸一化值，它與定標模塊17的第一輸入端相連接。定標模塊17輸出對于所有L個方向的在反向信道上的天線陣方向圖的加權歸一化值，它被連接到第二合并器16的第二輸入端。第二合并器16的輸出端輸出對于所有L個方向的判決函數(shù)值，它與信號到達角度估計器19的輸入端相連接，其輸出為平均到達角度估計值并且被連接到信號到達角度估計分布向量發(fā)生器20的輸入端，該角度估計分布向量發(fā)生器20在其輸出端形成信號到達角度估計分布向量序列(信號到達角度估計直方圖)。信號到達角度估計分布向量發(fā)生器20的輸出端被連接到平均估計分布向量發(fā)生器21的輸入端，其第二輸入端連接到控制器14的輸出端。信號到達角度估計分布向量發(fā)生器20的輸出端輸出平均到達角度估計分布向量序列(信號到達角度估計的平均直方圖)并被連接到信號到達角度平均估計分布向量分析器22的輸入端。信號到達角度平均估計分布向量分析器22的輸出端形成信號角度范圍的頂部和底部邊界并被連接到前向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器6的相應輸入端。前向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器6的輸出端輸出天線陣各陣元的振幅和相位系數(shù)。
具有天線陣的N個陣元輸出的復多徑信號被傳送給相關器2.1-2.N的第一(信號)輸入端以及反向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器5的輸入端。
同時，來自天線陣的第一陣元的復多路信號被傳送到搜索模塊13的輸入端。搜索模塊13，利用導頻信號，形成在離散時間點的路徑信號搜索的判決函數(shù)。來自搜索模塊13的該信息被傳送到控制器14，控制器14將接收到的搜索判決函數(shù)值與門限值進行比較，并且，由超過門限值的值，確定路徑信號的時間位置。在控制器14中，所得到的對于被檢測的路徑信號的判決函數(shù)的值彼此進行比較并且確定具有判決函數(shù)最大值(最大功率)的路徑信號的時間位置。
根據(jù)從控制器14的輸出端接收到的控制信號，對應于最大功率的信號路徑的參考信號被從參考信號發(fā)生器1的輸出端傳送到相關器2.1-2.N的第二輸入端。
在相關器2.1-2.N中，天線陣元的導頻信號的復相關響應un，n＝1，N具有例如由J個碼片長度的短時間間隔。
天線陣元導頻信號的相關響應被傳送到L個方向判決函數(shù)計算模塊7.1-7.L的第一輸入端，即，合并器9的第一輸入端和相應的(復)乘法器8.2-8.N的第一輸入端。L個方向判決函數(shù)計算模塊7.1-7.L的數(shù)量等于所研究的角度范圍的不同方向的數(shù)量。
在反向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器5中，在用戶信號接收期間，在反向信道上形成自適應天線陣元的權系數(shù)，例如，按照下面所給出的算法中的一個R.A.Monzingo和T.U.Miller的《自適應天線陣》(The Adaptive Antenna Arrays)；《無線電與通信》(Radio and communications)，1986，第77-90頁、A.A.Pistolkors，O.S.Litvinov的《天線陣原理導論》(The Introduction into the Adaptive Arraystheory)，M.，Nauka，1991。這些系數(shù)被傳送到方向判決函數(shù)計算模塊7.1-7.L的第二輸入端，即，反向信道離散值計算器12的第一輸入端。
在方向復系數(shù)模塊11中，有對于第i個(i＝1，L)方向的復系數(shù)an(θi)，n＝1，N。這些系數(shù)通過例如下述文獻中的算法被算出Joseph C.、Liberti、Jr.、Bellcore和Theodore S.Rappaport的《用于無線通信的智能天線》(Smart Antennas forWireless Communications)，Prentice Hall出版公司，1999，第86-88頁。方向復系數(shù)an(θi)，n＝1，N被傳送到相應的(復)乘法器8.1-8.N的第二輸入端以及反向信道離散值計算器12的第二輸入端。
根據(jù)Joseph C.、Liberti，Jr.、Bellcore和Theodore S.Rappaport的《用于無線通信的智能天線)》(Smart Antennas for Wireless Communications)，PrenticeHall出版公司，1999，第86-88頁，復系數(shù)a1(θi)＝1，因此在方向判決函數(shù)計算模塊7中使用的乘法器的數(shù)量等于N-1。
在每個乘法器8.2-8.N中，實現(xiàn)了相應的天線陣元的復相關導頻信號響應與每個方向的復系數(shù)an(θi)，n＝1，N間的乘法操作。
各乘法器8.2-8.N的輸出信號以及從第一相關器2.1的輸出端得到的天線陣第一陣元的復相關導頻信號響應被傳送給合并器9的輸入端，在這里進行計算合并。從合并器9的輸出端得到的信號相應于天線陣輸出端在θi方向的復相關導頻信號響應。
合并器的輸出信號被傳送到模計算模塊10的輸入端，其中對信號的實部和虛部的平方和求平方根。計算模塊10的輸出信號等于天線陣輸出端在θi方向的導頻信號的復相關響應。該信號從模計算模塊10的輸出端傳送到第一歸一化模塊15的相應的輸入端。在歸一化模塊15中，對于L個不同的方向，通過將不同方向的在天線陣Z(θi)輸出端的導頻信號的復相關響應的模彼此相互比較，確定導頻信號在天線陣輸出端的復相關導頻信號響應的最大模，并且產(chǎn)生對于L個不同方向的在天線陣輸出端的導頻信號復相關響應的歸一化模。通過確定對于L個不同方向的在天線陣輸出端的導頻信號復相關響應的模與最大模之間的比值來實現(xiàn)歸一化處理。所得到的對于L個不同方向的歸一化信號被傳送給合并器16的第一輸入端。
在反向信道離散值計算器12中，對于所研究的角度范圍的L個不同方向θi，i＝1，L中的每一個，按照如上面所述的算法，求得反向信道上天線陣方向圖的值。這些值被傳送到歸一化模塊18的各個輸入端。在歸一化模塊18中，對于L個不同方向，通過對不同方向的反向信道天線陣方向圖的各個值進行互相比較，而求得天線陣方向圖在反向信道上的最大值，并且求得對于L個不同方向的反向信道上的天線陣方向圖的各個歸一化值。歸一化處理是通過確定對于L個不同方向的反向信道上的天線陣方向圖的值與最大值之間的比值來進行的。所得到的對于L個不同方向的反向信道上的天線陣方向圖的歸一化值被傳送到定標模塊17的輸入端。在定標模塊17中，通過將對于來自L個不同方向的反向信道上的天線陣方向圖的歸一化值乘以權系數(shù)α，求得對于L個不同方向的反向信道上的天線陣方向圖的加權歸一化值。所求得的值被傳送到合并器16的第二輸入端。在合并器16的輸入端，通過對在天線陣輸出端的導頻信號的復相關響應的歸一化模和反向信道上的天線陣方向圖的加權歸一化值進行求和，得到對于所研究的的角度范圍的L個不同的方向θi，i＝1，L的判決函數(shù)。判決函數(shù)的值被傳送到角度估計器19，在其中通過對所研究的的角度范圍的對于L個不同方向θi，i＝1，L的判決函數(shù)的各個值間彼此相互比較，確定判決函數(shù)的最大值。根據(jù)判決函數(shù)最大值位置，確定在短時間間隔內(nèi)確定的反向信道上信號到達角度的估計 各個反向信道上信號到達角度估計 被傳送到信號到達角度估計分布向量發(fā)生器20的輸入端。在信號到達角度估計分布向量發(fā)生器20中，信號到達角度的在短時間隔上確定的估計的序列被分為多個組，每個組包含M個信號到達角度估計。
信號到達角度估計分布向量發(fā)生器20的實現(xiàn)如圖8所示。下面將對信號到達角度估計分布向量發(fā)生器20進行說明。
已確定的信號到達角度估計序列被傳送到L個并行的門限值比較節(jié)點24.1-24.L。每個門限值對應于L個不同方向中的一個。如果信號到達角度估計大于第i個門限值并小于第i+1個門限值，那么作為邏輯“否(NO)”元件25.1-25.L的操作結(jié)果，以及“或(OR)”元件的操作結(jié)果，第i個計數(shù)器27的值增加，而其它計數(shù)器的值不發(fā)生變化。第i個計數(shù)器27的最終值確定了對應于第i個信號到達角度的估計的數(shù)量。計數(shù)器27.1-27.P計算大于零并且小于所討論的信號到達角度方向的最接近零的值的信號到達角度估計的數(shù)量。
計數(shù)器29產(chǎn)生兩個信號，這兩個信號的周期等于在模塊M的輸入端接收到達角度估計的時間間隔，并且定時脈沖在一個周期內(nèi)在它們彼此間輪換。通過M值的第一個信號，用來確定對應于信號到達角度估計的數(shù)量的計數(shù)器27.1-27.P通過多路復用器28在隨機存取存儲器31(RAM)中被重寫。通過第二個信號，所有的計數(shù)器27.1-27.P被設置為零狀態(tài)。定時脈沖發(fā)生器30確定計數(shù)器29的定時脈沖的頻率。
因此，由M個信號到達角度估計，得到了長度為L的信號到達角度估計分布向量，該向量的每一個元素對應于L個方向中的一個并且等于該方向上的信號到達角度估計的數(shù)值。
在角度估計分布向量發(fā)生器20的輸出端得到的信號到達角度估計分布向量序列被傳送到信號到達角度平均估計分布向量發(fā)生器21的輸入端，其具體實施方式
在圖9中示出。信號到達角度平均估計分布向量發(fā)生器以下述方式操作。
在操作過程中，根據(jù)控制信號，從信號到達角度估計分布向量發(fā)生器201得到的當前信號到達角度估計分布向量的各個元素被寫入RAM1 35.1。在對于下一個向量根據(jù)控制信號傳送到信號到達角度估計分布向量發(fā)生器的輸入端時，當前角度向量值被從RAM1 35.1重寫到RAM2 35.2，而信號到達角度估計分布向量發(fā)生器的下一個向量值被寫入RAM1 35.1。每一次，在對角度估計分布向量發(fā)生器20的輸入端傳送的過程中，根據(jù)控制信號，信號到達角度估計分布向量的元素被從一個RAM 35類似地連續(xù)重寫到另一個。
在信號到達角度估計分布向量的元素被從一個RAM 35重寫到另一個之后，在求和節(jié)點32的輸入端進行從所有的RAM 35并行地讀取信號到達角度估計分布向量的元素，在其內(nèi)部進行所有這些向量的求和。合并的結(jié)果在除運算節(jié)點33內(nèi)被nM除，且該結(jié)果被寫入RAM 34(n-在求平均值期間用于信號到達角度估計分布向量的數(shù)量，M-在產(chǎn)生信號到達角度估計分布向量期間使用的到達角度估計的數(shù)量)。在RAM 34的輸出端，平均信號到達角度估計分布向量的各個元素從信號到達角度估計分布向量發(fā)生器21的輸出端傳送給平均信號到達角度估計分布向量分析器22以進行分析。
信號到達角度平均估計分布向量分析器22的具體實施方式
在圖10中示出。平均估計分布向量分析器以下述方式操作。
信號到達角度估計分布平均向量分析器22的各個元素被寫入RAM 36。然后這些元素被讀入到信號到頂部元素確定節(jié)點37、底部確定節(jié)點38以及最大元素確定節(jié)點39，以及寫入相關值計算器42。
在最大元素確定節(jié)點42中，選出的信號到達角度估計分布平均向量的最大元素被傳送到頂部元素確定節(jié)點37、底部元素確定節(jié)點28以及相關值計算器42。在信號到達角度估計分布平均向量的頂部元素確定節(jié)點37中，頂部元素被確定為超過給定的門限值的信號到達角度估計分布平均向量的元素組的頂部邊界。對于該組中超出最大元素之外的元素，不超過單個門限值的情況是允許的，同樣地由兩個或三個不超過門限值的相鄰元素組成的元素組也是允許的。在底部元素確定節(jié)點38中，類似地確定信號到達角度估計分布平均向量的底部元素。
在相關值計算器42的各輸入端，傳送信號到達角度估計分布向量的頂部、底部以及最大的元素的各個值。在相關值計算器42中，求得信號到達角度估計分布平均向量中低于底部元素的元素的總和，并求得信號到達角度估計分布平均向量中低于頂部元素的元素的總和。求出取決于信號到達角度估計分布平均向量中低于底部元素的元素的總和的對于底部元素的校正修正值，同樣求得取決于信號到達角度估計分布平均向量中高于頂部元素的元素的總和的對于頂部元素的校正修正值。依靠最大元素位置求得底部和頂部元素的校正值。對頂部元素的校正和校正值傳送到頂部邊界估計器40。對底部元素的校正修正值和校正值被傳送到底部邊界估計節(jié)點41。
在底部估計器41中，信號角度范圍的底部邊界的調(diào)整后的估計被確定為底部元素和對底部元素的校正修正值與校正值的和的差值。
在頂部邊界估計器40中，信號角度范圍的底部邊界的調(diào)整后的估計被確定為對頂部元素的校正修正值的頂部元素與校正值的和。
在信號到達角度平均估計分布向量分析器22的輸出端得到的信號角度范圍的頂部和底部邊界的估計被傳送到前向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器6的輸入端。
反向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器6的具體實施方式
在圖11中示出。反向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器6將在下面說明。
信號角度范圍的底部和頂部邊界的調(diào)整后的估計是信號到達角度平均估計分布向量分析器22的輸出信號并被傳送到前向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器6的輸入端。也就是傳送到相關矩陣發(fā)生器43和平均到達角度估計發(fā)生器44的輸入端。前向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器6的實用電路可以在用于數(shù)字信號處理(DSP)的新式微處理器的基礎上實現(xiàn)，例如TMS 320Cxx、Motorola 56xxx、Intel等。
在平均到達角度估計發(fā)生器44內(nèi)，根據(jù)信號角度范圍的底部和頂部邊界的估計，平均到達角度的估計被確定為信號角度范圍的頂部和底部邊界估計θ1，θ2的和的一半，即，θ^=θ1+θ22,]]>并且被傳送到天線陣元的相位系數(shù)發(fā)生器46的輸入端。根據(jù)平均到達角度估計同時考慮天線陣幾何結(jié)構求得天線陣件的相位系數(shù)。例如，在N＝4并且采用如圖6所示的等距天線陣元的編號順序，例如，天線陣元的相位系數(shù)相等，如式(13)所示。
計算所得的天線陣元的權系數(shù)被傳送到天線陣元振幅系數(shù)比值發(fā)生器47的第一輸入端和前向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器6的輸出端。
在相關矩陣發(fā)生器43內(nèi)，根據(jù)信號角度范圍的底部和頂部邊界的估計 依據(jù)公式(14)計算相關矩陣K的各元素。
突相關矩陣的各元素被傳送到Cholesky變換節(jié)點45的輸入端，這里，使用了例如在J.Golub和Ch.Van Loun的《(矩陣運算》(Matrixcalculations)M.Mir，1999，第134頁，以及P.Horn和Ch.Jonson的《矩陣分析》M.Mir，1989，第141頁中提出的算法，結(jié)果形成了下三角矩陣，其元素被傳送到天線陣方向圖陣元振幅系數(shù)的比值發(fā)生器47的第一輸入端。在這個節(jié)點47中，在圖12中給出的處理算法可以被實現(xiàn)。
圖12是天線陣方向圖陣元振幅系數(shù)的比值發(fā)生器47的操作流程圖。被提議的天線陣方向圖陣元振幅系數(shù)的比值發(fā)生器的算法包括下列順序的操作。在步驟1201，對n＝1…N，G輸入Ψ。在步驟1202，將μ(天線陣元振幅系數(shù)與發(fā)送導頻信號的天線陣元的振幅系數(shù)間的比值)設置為1。在步驟1203利用天線陣元的相位系數(shù)、下三角矩陣的元素以及給定的μ值，計算由用戶接收到的信息信號模型的統(tǒng)計不相干和統(tǒng)計相干被加數(shù)的平均功率的比值f(μ)。在步驟1204，小的γ(例如，γ＝0.01÷0.05)參數(shù)被預先選擇并用來與f(μ)的值進行比較。如果f(μ)≤γ被滿足，則在步驟1206輸出恒定值。否則，在步驟1205將μ值降低0.01，并且對于不同的μ＝1；0.99；0.98…，的f(μ)函數(shù)值被與參數(shù)γ進行比較。該程序被持續(xù)進行直到條件f(μ)≤γ被完全滿足。
該信號被傳送到歸一化系數(shù)發(fā)生器48的輸入端以及天線陣元振幅系數(shù)發(fā)生器49的第一輸入端。在歸一化系數(shù)發(fā)生器48中，取決于接收到的μ值并根據(jù)天線陣元的數(shù)量，產(chǎn)生歸一化系數(shù)k。歸一化系數(shù)k的值被傳送到天線陣元振幅系數(shù)發(fā)生器49的第二輸入端，在這里，根據(jù)所得到的μ值和歸一化系數(shù)k，以方程(20)確定振幅權系數(shù)。
振幅權系數(shù)與相位系數(shù)一起作為前向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器6的輸出信號。
所得到的天線陣元的振幅和相位系數(shù)被用于在前向信道上對用戶發(fā)送信息信號。
控制器14可以通過用于數(shù)字信號處理(DSP)的新式微處理器來實現(xiàn)，例如TMS 320Cxx、Motorola 56xxx、Intel等。
在所提議的裝置中，搜索模塊13可以如Zhuravlev V.I.的《在寬帶系統(tǒng)中的搜索和同步》(Search and Synchronization in Broadband System)，M.，無線電與通信(Radio and communications)，1986第24頁中所公開的那樣被實現(xiàn)。
在圖14、15、16中，給出了對于不同的信號角度范圍的前向信道的天線方向圖(根據(jù)本方法建立的)。
BS自適應天線陣方向圖形成方法的第二個實施例由下面所述構成。
對于每個用戶，通過確定路徑信號的時間位置來實現(xiàn)用戶信號的搜索；選定其信號功率最大的信號。然后，周期性地產(chǎn)生信號到達平均角度的估計，并此產(chǎn)生天線陣元的復相關導頻信號響應。對于角度范圍的L個不同方向θi，i＝1，L中的每一個，通過對天線陣元的復相關導頻信號響應與相應的每個方向的復系數(shù)的積求和，在天線陣的輸出端確定復相關導頻信號響應。確定對于L個不同方向在天線陣輸出端的復相關導頻信號響應的模。通過將對于L個不同方向在天線陣的輸出端的復相關導頻信號的模求和，產(chǎn)生在天線陣的輸出端的經(jīng)合并的復導頻信號相關響應，并且最大相關響應被確定。
通過求得對于L個不同方向的在天線陣輸出端的復相關導頻信號響應與最大組合相關響應的比值，確定對于L個不同方向的在天線陣的輸出端產(chǎn)生歸一化組合復相關導頻信號響應。反向信道上的天線陣元的復權系數(shù)在用戶信號的接收過程中求得。
對于所討論的角度范圍的L個不同方向θi，i＝1，L中的每一個，在反向信道上確定天線陣方向圖的各個值。確定最大值(從已產(chǎn)生的反向信道上的天線陣方向圖值中求得)。通過計算天線陣方向圖的值與最大值的比值確定對于L個不同方向的在反向信道上的天線陣方向圖的歸一化值。
對于所討論的角度范圍的L個不同方向θi，i＝1，L中的每一個，通過對在天線陣輸出端的歸一化組合復相關導頻信號響應和反向信道上的天線陣方向圖的歸一化值進行加權合并，而確定判決函數(shù)。通過產(chǎn)生平均信號到達角度估計，確定判決函數(shù)的最大值的方向。根據(jù)天線陣的幾何結(jié)構，利用已產(chǎn)生的平均信號到達角度估計，確定天線陣元的相位系數(shù)。天線陣元的振幅系數(shù)被設置為彼此相等，天線陣元的振幅和相位系數(shù)用于對用戶發(fā)射信號。
在對L個不同方向的在天線陣的輸出端對復相關導頻信號響應的模求和的過程中，加數(shù)的數(shù)量是恒定的或根據(jù)信號衰落估計自適應地選擇。
按照這一算法，根據(jù)反向信道信號實現(xiàn)在前向信道上的天線陣方向圖確定。
智能天線方向圖在前向信道上的形成將在下面說明。
在基站中，從被檢測的BS用戶信號時間路徑中，根據(jù)其功率路徑信號，選取最大時間路徑。在第一階段，設置平均功率路徑信號到達角度的最大估計。在第二個階段，確定自適應天線陣在前向信道上的天線方向圖，其最大值被設置在信號到達平均角度估計的方向上。復權系數(shù)可以取值w={exp[jπ(n-1)cosθ^]},n=1,N‾······(21)]]>其中 是反向信道上信號到達平均角度的估計。
確定MS信號到達 方向的算法是基于反向信道的權系數(shù)向量的使用以及導頻信號累加實現(xiàn)的，并由下述內(nèi)容組成。
對于所研究的角度范圍的L個不同方向θi，i＝1，L中的每一個在天線陣的輸出端確定M個復相關導頻信號響應X~k(θi)=Σn=1Nan(θi)un,k=1,M‾······(22)]]>其中un，n＝1，N代表以每個J碼片的比率產(chǎn)生的在天線陣元相關器的輸出端的導頻信號的復相關響應，an(θi)＝exp[jπ(n-1)cosθi]，n＝1，N，i＝1，LM個復相關響應的模的不相干累加如下Z(θi)=Σk=1M|X~k(θi)|······(23)]]>在對天線陣輸出端的復相關導頻信號響應的模求和的過程中，設置相加的數(shù)量，其為恒定的或根據(jù)信號衰落頻率自適應地選取，通過這種方式，不相干累加的整個持續(xù)時間被確定為數(shù)個衰落周期。否則，由于有用信號的淡沒消失，在到達角度估計中可能出現(xiàn)錯誤。
通過公式24得到的值被歸一化，即Z~(θi)=Z(θi)/Zmax,Zmax=maxZ(θi)······(24)]]>產(chǎn)生反向信道上的天線陣方向圖的離散值，通過下式F(θi)=|wupHa(θi)|······(25)]]>其中wup是反向信道上自適應天線陣權系數(shù)的向量，它是考慮了存在的強相應干擾而得到的，(·)H-厄密頓共軛運算。an(θi)表示θi方向的復系數(shù)的向量。
在公式26得到的值被歸一化，即F~(θi)=F(θi)/Fmax,Fmax=maxF(θi)······(26)]]>判決函數(shù)被構成為公式(24)和(26)的加權和R(θi)=Z~(θi)+αF~(θi)······(27)]]>其中α是權系數(shù)。
根據(jù)在公式(27)中判決函數(shù)最大值的位置，確定MS信號到達的平均角度的期望估計 θ^=argmaxRθi·(θi)·····(29)]]>為了實現(xiàn)這樣的方法，使用了在圖13中示出的第二實施例。
如圖13所示，所提議的裝置包括N個相關器2.1-2.N；L個方向判決函數(shù)的計算模塊7.1-7.L，其第一輸入端是天線陣元的導頻信號相關響應的輸入端，并且被連接到相應的相關器2.1-2.N的輸出端；搜索模塊13；控制器14；反向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器5；第一歸一化模塊15；第二合并器16；信號到達角度估計器19；前向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器6；定標模塊17；和第二歸一化模塊18。相關器2.1-2.N的第一輸入端是信號輸入端并且被連接到本裝置的輸入端。相關器2.1-2.N的第二輸入端是參考信號輸入端并與參考信號發(fā)生器1的參考輸出端相連接。參考信號發(fā)生器1的輸入端被連接到模塊14的輸出端，該模塊提供本裝置的同步功能。搜索模塊13的第一輸入端被連接到本裝置的輸入端；搜索模塊13的第二輸入端被連接到控制器14的輸出端。搜索模塊13的輸出端輸出搜索判決函數(shù)并被連接到控制器14的輸入端。每個方向判決函數(shù)計算模塊7.1-7.N都包括N-1個乘法器8.2-8.N、第一合并器9、模計算模塊10、方向復系數(shù)模塊11和反向信道天線陣方向圖離散值計算器12以及復位合并器23。
乘法器8.2-8.N的第一輸入端和第一合并器9的第一輸入端被連接到相關器2.1-2.N的輸出端，乘法器8.2-8.N的輸出端與合并器9的輸入端連接在一起，從第二個開始直到第N個。合并器9的輸出端輸出是在天線陣的輸出端的方向?qū)ьl信號的復相關響應，并被連接到模計算模塊10的輸入端。模計算模塊10的輸出是在天線陣的輸出端的方向?qū)ьl信號的復相關響應的模并被連接到復位合并器23的第一輸入端，復位合并器23的第二輸入端是復位信號輸入端。復位合并器23的輸出端輸出在天線陣的輸出端的導頻信號復合相關響應并且是每個方向判決函數(shù)計算模塊7.1-7.L的第一輸出端，并且被連接到第一歸一化模塊15的相應輸入端。
反向信道天線陣方向圖離散值計算器12的第一輸入端是每個方向判決函數(shù)計算模塊7.1-7.L的第二輸入端并被連接到反向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器5的輸出端，在其輸出端產(chǎn)生反向信道上的天線陣元的權系數(shù)。反向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器5的信號輸入端被連接到本裝置的輸入端。反向信道離散值計算器12的第二輸入端和乘法器8.2-8.N的第二輸入端被連接到復方向系數(shù)模塊11的輸出端，該模塊輸出對于給定方向的復系數(shù)。
反向信道天線陣方向圖離散值計算器12的輸出端，是方向判決函數(shù)計算模塊7.1-7.L的第二輸出端，并輸出反向信道上天線陣方向圖的值，該輸出端被連接到第二歸一化模塊18的相應輸入端。
第一歸一化模塊15的輸出端輸出所有L個方向的判決函數(shù)的歸一化模，該輸出端被連接到第二合并器16的第一輸入端。第二歸一化模塊18的輸出端輸出所有L個方向的在反向信道上的天線陣方向圖的歸一化值并被連接到定標模塊17的輸入端。定標模塊17的輸出端輸出對于L個方向的反向信道上的天線陣方向圖的加權歸一化值并被連接到第二合并器16的第二輸入端。第二合并器16的輸出端輸出對L個方向的判決函數(shù)值并被連接到信號到達角度估計器19的輸入端，信號到達角度估計器19的輸出端輸出信號到達平均角度的估計并被連接到前向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生模塊6的輸入端。前向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器6的輸出端輸出天線陣元的振幅和相位系數(shù)。
由N個天線陣元提供的復多徑信號被饋送給相關器2.1-2.N的第一(信號)輸入端以及反向信道天線陣權系數(shù)發(fā)生器5的輸出端。
在同一時刻，由第一天線陣元提供的復多徑信號被饋送給搜索模塊13的輸入端。搜索模塊13在離散時間點產(chǎn)生路徑信號搜索的判決函數(shù)。搜索模塊13的這一信息被發(fā)送給控制器14，控制器14將所得到的判決函數(shù)值與門限值比較并通過確定超過門限值的判決函數(shù)值來確定路徑信號的時間位置。在控制器14中，所得到的相應于檢測到的路徑信號的判決函數(shù)值被彼此相互比較，并確定具有判決函數(shù)最大值的路徑信號的時間位置。
根據(jù)由控制器14的輸出端所提供的控制信號，對應于具有最大功率的路徑信號的參考信號被從參考信號發(fā)生器1的輸出端饋送到相關器2.1-2.N的第二輸入端。
在相關器2.1-2.N中，以J碼片長度的時間間隔產(chǎn)生天線陣元的導頻信號的復相關響應un，n＝1，N。
天線陣元的導頻信號的相關響應被饋送到L個判決函數(shù)計算模塊7.1-7.L的第一輸入端，即饋送到合并器9的第一輸入端，并饋送到相應的(復數(shù))乘法器8.2-8.N的第一輸入端。L個判決函數(shù)計算模塊7.1-7.L的數(shù)量等于所研究的角度范圍的所考慮的方向的數(shù)量。
在反向信道權系數(shù)發(fā)生器5中，根據(jù)下面所建議的一個算法，在接收用戶信號的過程中，產(chǎn)生自適應天線陣元在反向信道上的復權系數(shù)，所建議的算法為，例如，R.A.Monzingo和T.U.Miller的《自適應天線陣》(Adaptiveantenna arrays)/M.《無線電與通信》(Radio and communications)，1986，第77-90頁中的算法。這些系數(shù)被饋送到判決函數(shù)計算模塊7.1-7.L的第二輸入端，即饋送到反向信道天線陣離散值計算器12的第一輸入端。
復方向系數(shù)θi11包括對第i個方向的復系數(shù)an(θi)，n＝1，N，i＝1，L。這些系數(shù)例如按照在Joseph C.、Liberti、Jr.、Bellcore和Theodore S.Rappaport的《用于無線通信的智能天線》(Smart Antennas for WirelessCommunications)，Prentice Hall出版公司，1999，第86-88頁中所提出的算法被計算出來。復方向系數(shù)an(θi)，n＝1，N被饋送到相應的(復數(shù))乘法器8.2-8.N的第二輸入端并被饋送到反向信道天線陣方向圖離散值計算器12的第二輸入端。
在這種情況下，根據(jù)Joseph C.、Liberti、Jr.、Bellcore和Theodore S.Rappaport的《用于無線通信的智能天線》(Smart Antennas for WirelessCommunications)，Prentice Hall出版公司，1999，第86-88頁，復系數(shù)a1(θi)＝1，從而在方向判決函數(shù)計算模塊7中所使用的乘法器的數(shù)量是N-1。
在每個乘法器8.2-8.N中，相應的天線陣元的導頻信號的復相關響應與每個方向的復系數(shù)an(θi)，n＝1，N相乘。
乘法器8.2-8.N的各輸出信號和由第一相關器2.1的輸出端提供的第一天線陣元的導頻信號復相關響應被饋送給合并器9的輸入端，在這里它們被合并。由合并器9的輸出端提供的信號對應于對于θi方向在天線陣的輸出端的導頻信號的復相關響應。
這個信號被饋送到模計算模塊10的輸入端，在這里計算信號的實部和虛部的平方和的平方根。模計算模塊10的輸出信號等于對于θi方向在天線陣的輸出端的導頻信號的復相關響應的模。這一信號由模計算模塊10的輸出端提供給復位合并器23的第一輸入端，提供給復位合并器23的第二輸入端的控制(復位)信號是由控制器14提供的。
根據(jù)復位合并器23中的控制復位信號，對于θi方向在天線陣的輸出端的導頻信號的復相關響應的M個模進行不相干累加(合并)。
M個不相干分量的數(shù)量被設置成常數(shù)，或根據(jù)信號衰落頻率被自適應地選擇，以致不相干累加的整個持續(xù)時間被確定為數(shù)個衰落周期。
每個方向判決函數(shù)計算模塊7.1-7.L中的復位合并器23的輸出端所提供的信號是在θi向的天線陣Z(θi)的輸出端的導頻信號的組合復相關響應并且它被饋送到歸一化模塊15的相應的輸入端。在歸一化模塊15中，對于L個不同方向，通過對不同方向的在天線陣Z(θi)輸出端的導頻信號的組合復相關響應互相進行比較，確定在天線陣輸出端的導頻信號的最大組合相關響應，并且對于L個不同方向產(chǎn)生在天線陣的輸出端的導頻信號的歸一化組合復相關響應。歸一化過程是通過確定對于L個不同方向的天線陣輸出端的導頻信號的組合復相關響應與最大組合相關響應的比值來進行的。所得到的對于L個不同方向的歸一化信號被饋送到合并器16的第一輸入端。
在反向信道天線陣方向圖離散值計算器12中，對于所研究的角度范圍的L個不同方向θi，i＝1，L中的每一個，按照前面所指出的《用于無線通信的智能天線》(Smart Antennas for Wireless Communications)的算法產(chǎn)生反向信道上天線陣方向圖的值，這些值被傳送到歸一化模塊18的輸入端。
在歸一化模塊18中，對于L個不同的方向，通過將不同方向上的反向信道天線陣方向圖的各個值彼此互相比較，確定反向信道上的天線陣方向圖的最大值，產(chǎn)生對于L個不同方向的反向信道天線陣方向圖的歸一化值。歸一化過程是通過計算對于L個不同方向的反向信道天線陣方向圖的各個值與最大值的比值來進行的。所得到的對于L個不同方向的反向信道天線陣方向圖的各個歸一化值被饋送到定標模塊17的輸入端。通過將歸一化天線陣方向圖的各個值與權系數(shù)α相乘，定標模塊17產(chǎn)生對于L個不同方向的反向信道上的歸一化天線陣方向圖的加權值，這些加權值被饋送到合并器16的第二輸入端。通過對天線陣輸出端的導頻信號的歸一化組合相關系數(shù)與反向信道天線陣方向圖的加權值進行合并，在合并器16的輸出端產(chǎn)生所研究的角度范圍的L個不同方向θi，i＝1，L的判決函數(shù)。判決函數(shù)信號被發(fā)送到信號到達角度估計器19，在角度估計器19中，通過對所研究的角度范圍的L個不同方向θi，i＝1，L的各個判決函數(shù)值彼此間的相互比較，確定判決函數(shù)的最大值。根據(jù)判決函數(shù)最大值所對應的方向的位置，確定所搜索的反向信道上信號到達平均角度的估計 反向信道上信號到達平均角度的估計 被饋送到前向信道上天線陣權向量發(fā)生模塊6的輸入端，其中，例如，按照前面所述的算法，利用所產(chǎn)生的信號到達平均角度估計并考慮天線陣的幾何結(jié)構，確定天線陣元的相位系數(shù)。天線陣元的振幅系數(shù)被設置為彼此相等。最后，例如，對于半波長等距天線陣的前向信道上的天線陣的復權系數(shù)向量是下列向量w={exp[jπ(n-1)cosθ^]},n=1,N‾]]>其中 是反向信道上信號到達平均角度的估計。
所得到的天線陣元的復權系數(shù)被用于在前向信道上對用戶發(fā)送信號。
盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領域的技術人員可以理解，本發(fā)明不應僅限于所描述的優(yōu)選實施例，可以在本發(fā)明的權利要求所限定的精神和范圍內(nèi)進行各種修改。
權利要求
1.一種用于在裝備了天線陣的通信系統(tǒng)的基站中形成前向信道方向圖的方法，包括步驟分別產(chǎn)生對于由天線陣接收到的與L個不同方向相關聯(lián)的信號的復相關響應；分別計算與L個不同方向相關聯(lián)的反向信道上的天線方向圖的離散值；將所產(chǎn)生的復相關響應和與之相關的天線方向圖的離散值合并起來；和產(chǎn)生前向信道上的天線陣權向量。
2.如權利要求1所述的方法，其中所接收到的信號是導頻信號。
3.如權利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生復相關響應的步驟包括步驟產(chǎn)生對于通過天線陣的一個陣元接收到的導頻信號的復相關導頻信號響應；將所產(chǎn)生的導頻信號響應分別乘以與L個不同方向相關聯(lián)的為各天線陣元預定的復方向系數(shù)；和將相乘的結(jié)果合并起來，從而產(chǎn)生分別與L個不同方向相關聯(lián)的復相關響應。
4.如權利要求3所述的方法，進一步包括根據(jù)預定的數(shù)量不相干地累加與L個不同方向相關聯(lián)的復相關響應的步驟。
5.如權利要求3所述的方法，進一步包括歸一化與L個不同方向的每一個相關聯(lián)的復相關響應的步驟。
6.如權利要求1所述的方法，其中計算天線方向圖的離散值的步驟包括步驟在反向信道上為各天線陣元產(chǎn)生復權系數(shù)；和基于所產(chǎn)生的復權系數(shù)和分別對各天線陣元預先確定的復方向系數(shù)，計算分別與L個不同方向相關聯(lián)的天線方向圖的離散值。
7.如權利要求6所述的方法，進一步包括步驟對分別與L個不同方向相關聯(lián)的天線方向圖的離散值進行歸一化；和對天線方向圖的歸一化離散值進行定標。
8.如權利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生權向量的步驟包括步驟將所產(chǎn)生的復相關響應和與其相關的天線方向圖的離散值合并在一起，因此產(chǎn)生分別與L個不同方向相關聯(lián)的判決函數(shù)；估計與L個不同方向相關聯(lián)的信號到達角度，對于每一個信號達到角度，所產(chǎn)生的相關聯(lián)的一個判決函數(shù)具有最大值；和根據(jù)所估計的信號到達角度，分別確定天線陣元的振幅和相位系數(shù)。
9.如權利要求8所述的方法，進一步包括估計所估計的信號到達角度的各自的平均值以使該平均角度被用于確定振幅和相位系數(shù)的步驟。
10.如權利要求9所述的方法，其中確定振幅和相位系數(shù)的步驟包括如下步驟對于所估計的信號到達角度的各自的平均估計分布向量，估計信號角度范圍的頂部和底部邊界，從而估計平均信號到達角度；根據(jù)所估計的平均信號到達角度，同時考慮天線陣的幾何結(jié)構，分別確定相位系數(shù)；根據(jù)所估計的角度信號范圍的頂部和底部邊界，形成天線陣元的相關矩陣；由所形成的相關矩陣得到一個下三角矩陣；和根據(jù)所得到的下三角矩陣和所確定的相位系數(shù)，確定天線陣元的振幅系數(shù)。
11.如權利要求10所述的方法，其中發(fā)送導頻信號的天線陣元的振幅系數(shù)與每一個剩下的天線陣元的振幅系數(shù)的比值是1∶μ，其中μ是所接收到的信號的相干和不相干分量之間的平均功率比的最大值，該值不超過一個預定值。
12.如權利要求10所述的方法，進一步包括對角度信號范圍的頂部和底部邊界進行補償?shù)牟襟E。
13.一種用于在裝備了天線陣的通信系統(tǒng)的基站中形成前向信道方向圖的裝置，包括計算模塊，用于分別產(chǎn)生與L個不同方向相關聯(lián)的對由天線陣接收的信號的復相關響應并且計算反向信道上天線方向圖的離散值；合并器，用于將所產(chǎn)生的復相關響應和與之相關聯(lián)的天線方向圖離散值分別合并在一起，從而產(chǎn)生判決函數(shù)；和權向量發(fā)生器，用于根據(jù)所產(chǎn)生的判決函數(shù)分別產(chǎn)生前向信道上的天線陣權向量。
14.如權利要求13所述的裝置，其中所接收到的信號是導頻信號。
15.如權利要求15所述的裝置，其中計算模塊包括多個乘法器，用于將對于通過天線陣的一個陣元接收到的導頻信號的復相關導頻信號響應與對于天線陣的各個元件預定的分別與L個不同方向相關聯(lián)的復方向系數(shù)相乘；合并器，用于對相乘的結(jié)果進行合并，從而產(chǎn)生分別與L個不同方向相關聯(lián)的復相關響應；和用于接收天線陣元反向信道上的各自的復權系數(shù)以及為天線陣元預定的與L個不同方向相關聯(lián)的復方向系數(shù)，從而分別計算天線方向圖的離散值的模塊。
16.如權利要求15所述的裝置，進一步包括多個相關器，用于對接收到的導頻信號產(chǎn)生復相關導頻信號響應；和用于產(chǎn)生天線陣元在反向信道上的復權系數(shù)的模塊。
17.如權利要求15所述的裝置，進一步包括復位合并器，用于對復相關響應合并器的輸出進行復位，以便對與L個不同方向的每一個相關聯(lián)的復相關響應不相干累加預定次數(shù)。
18.如權利要求16所述的裝置，進一步包括歸一化模塊，用于對與L個不同方向的每一個相關聯(lián)的復相關響應進行歸一化。
19.如權利要求16所述的裝置，進一步包括歸一化模塊，用于對分別與L個不同方向相關聯(lián)的天線方向圖的離散值進行歸一化，和定標模塊，用于對天線方向圖的歸一化離散值進行定標。
20.如權利要求13所述的裝置，其中權向量發(fā)生器分別與L個不同方向相關聯(lián)地根據(jù)信號到達角度確定天線陣元的振幅和相位系數(shù)，對于每一個信號達到角度，所產(chǎn)生的相關聯(lián)的判決函數(shù)具有最大值。
21.如權利要求20所述的裝置，進一步包括用于估計與L個不同方向相關聯(lián)的信號到達角度的模塊，對于每一個信號到達角度，所產(chǎn)生的相關聯(lián)的判決函數(shù)具有最大值；和用于估計所估計的信號到達角度的各自的平均值以使平均角度被用于確定振幅和相位系數(shù)的模塊。
22.如權利要求21所述的裝置，其中平均信號到達角度估計模塊是通過對所估計的信號到達角度的各自的平均估計分布向量的角度信號范圍的頂部和底部邊界分別進行估計來實現(xiàn)平均信號到達角度的估計的。
23.如權利要求22所述的裝置，其中權向量發(fā)生器執(zhí)行下述操作根據(jù)所估計的平均信號到達角度，同時考慮天線陣的幾何結(jié)構，分別確定相位系數(shù)；根據(jù)角度信號范圍的所估計的頂部和底部邊界，形成天線陣元的相關矩陣；由所形成的相關矩陣得到下三角矩陣；和根據(jù)所得到的下三角矩陣和所確定的相位系數(shù)，確定天線陣元的振幅系數(shù)。
24.如權利要求23所述的裝置，其中發(fā)射導頻信號的天線陣元的振幅系數(shù)與剩下的天線陣各陣元的振幅系數(shù)的比值是1∶μ，其中μ是所接收到的信號的相干和不相干分量之間的平均功率比的最大值，該值不超過一個預定的值。
25.如權利要求23所述的裝置，其中角度信號范圍的頂部和底部邊界被補償。
全文摘要
一種用于基站中的自適應天線陣的方向圖形成方法和裝置。該方法包括步驟分別產(chǎn)生對于由天線陣接收到的與L個不同方向相關聯(lián)的信號的復相關響應；分別計算與L個不同方向相關聯(lián)的反向信道上的天線方向圖的離散值；將所產(chǎn)生的復相關響應和與之相關的天線方向圖的離散值合并起來；和產(chǎn)生前向信道上的天線陣權向量。從而實現(xiàn)了強干擾消除。
文檔編號H04B7/08GK1445885SQ03122660
公開日2003年10月1日 申請日期2003年2月8日 優(yōu)先權日2002年2月8日
發(fā)明者千炳珍, 亞歷山大·V·加爾莫諾夫, 弗拉迪米爾·B·馬尼利斯, 安德魯·Y·薩文科夫, 亞歷山大·I·瑟吉恩科, 維塔利·D·塔巴斯基, 尹淳暎 申請人:三星電子株式會社