專利名稱：利用提供所需輻射方向圖的天線陣列實(shí)現(xiàn)通信站的無線發(fā)送的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是涉及在無線通信系統(tǒng)中通過一使用多單元發(fā)送天線陣列的通信基站實(shí)現(xiàn)公共下行鏈路通信信道信號的有效廣播，以實(shí)現(xiàn)在其覆蓋的整個區(qū)域內(nèi)的接近全向輻射的方向圖。
蜂窩無線通信系統(tǒng)是眾所周知的，在該系統(tǒng)中，其地理區(qū)域被分成若干網(wǎng)孔，每個網(wǎng)孔都包括一個基站(BS，BTS)，用于與在該網(wǎng)孔內(nèi)的用戶單元(SU)(也被稱作遠(yuǎn)端終端、移動單元、移動臺、用戶站、或遠(yuǎn)端用戶)進(jìn)行通信。在這樣一種系統(tǒng)中，需要從基站向網(wǎng)孔內(nèi)的用戶單元廣播信息，例如尋呼一特定用戶單元以建立與該SU的初始呼叫，或者向所有用戶單元發(fā)送關(guān)于任何與該基站進(jìn)行通信的控制信息，所述控制信息例如包括基站識別、定時、和同步信號。所述尋呼和控制信息在稱為公共控制信道的信道上廣播。由于有關(guān)需要接收尋呼或控制信息的遠(yuǎn)端用戶的位置的信息并不總是能預(yù)先獲得，或者由于這樣的信息要向幾個用戶提供，因此最好能全方向或者接近全方向地發(fā)送這樣一種信號。這里，全方向通常意味著基站的輻射功率方向圖與該基站的規(guī)定覆蓋區(qū)域內(nèi)的方位角和仰角無關(guān)。此外，一些標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議要求某些信道要被全方向地發(fā)送，即使是在事先知道某些目標(biāo)接收者的位置信息的情況下。于是，即使是需要在這樣一個頻率信道上定向地向特定用戶發(fā)送所述信息，射頻(RF)能量仍需要被全方向發(fā)送。本發(fā)明就是能夠?qū)崿F(xiàn)這種全方向發(fā)送的方法和裝置。
可以應(yīng)用本發(fā)明的蜂窩系統(tǒng)的一些例子是使用由無線工業(yè)和商業(yè)協(xié)會(ARIB)基本標(biāo)準(zhǔn)，RCR STD-28(版本2)1995年12月，規(guī)定的各種個人手持電話系統(tǒng)(PHS)協(xié)議的系統(tǒng)，和使用全球移動通信系統(tǒng)(GSM)協(xié)議，包括原始版本、被稱作DCS-1800的1.8GHz版本、和被稱作PCS-1900的北美1.9GHz個人通信系統(tǒng)(PCS)版本(這三種版本稱作GSM的變型版本)的系統(tǒng)。PHS和GSM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩個一般的功能信道(也稱作邏輯信道)組控制信道(CCH)組和業(yè)務(wù)信道(TCH)組。TCH組包括用于在各用戶單元和一基站之間發(fā)送用戶數(shù)據(jù)的雙向信道。CCH組包括一個廣播控制信道(BCCH)，一個尋呼信道(PCH)，和幾個這里沒有涉及的其他控制信道。BCCH是一個從所述基站向用戶單元廣播控制信息的單向下行鏈路信道，所述控制信息包括系統(tǒng)和信道結(jié)構(gòu)信息。PCH是一個從所述基站向一所選用戶單元組或向一多個用戶單元的寬廣區(qū)域(尋呼區(qū)域)廣播信息的單向下行鏈路信道，其典型地用于向一特定遠(yuǎn)端站進(jìn)行來話提醒。本發(fā)明適用于所有下行鏈路廣播和發(fā)送。尤其適用于使用BCCH和PCH的基站向一個以上的用戶同時發(fā)送公共信息(即廣播)。本發(fā)明也適用于需要全方向發(fā)送RF能量的其他場合。
用于輻射RF能量的天線陣列的使用在各種無線電學(xué)科中都有詳細(xì)的描述。為了在下行鏈路中從一具有天線陣列的基站向一遠(yuǎn)端接收機(jī)(用戶單元)實(shí)現(xiàn)發(fā)送的目的，該SU所需的信號可被提供作為該天線陣列的每個輻射單元的輸入，而不同于僅利用增益和相位因子的單元對單元的情形，通過設(shè)計(jì)，通常產(chǎn)生一個聚焦于該用戶單元的定向輻射方向圖。與利用一個單一輻射單元的發(fā)送方式相比，這種發(fā)送策略的好處在于提高了增益，它超過了使用單一輻射單元可能獲得的增益，而且降低了對系統(tǒng)中其他公共信道用戶的干擾。通過使用這樣的天線陣列，空分多址(SDMA)技術(shù)的使用也是可能的，其中同樣的“常規(guī)信道”(即，頻分多址(FDMA)系統(tǒng)中同樣的頻率信道，時分多址(TDMA)系統(tǒng)中的時隙，碼分多址(CDMA)系統(tǒng)中的編碼，或TDMA/FDMA系統(tǒng)中的時隙和頻率)可以分配給一個以上的用戶單元。
如現(xiàn)有技術(shù)中所公知的，一個用戶單元可接收發(fā)送的任何下行鏈路信號，而接收的信號在該接收用戶單元中被進(jìn)行處理。
當(dāng)一信號從一遠(yuǎn)端單元向一基站發(fā)送時(即通信發(fā)生在上行鏈路中)，該基站典型地(但不是必須地)是使用一接收天線陣列的基站(通常，不必與發(fā)送天線陣列相同)，在該接收天線陣列的每個單元接收的基站信號被一個接收加權(quán)因子(也稱作空分去復(fù)用加權(quán)因子)對其幅度和相位進(jìn)行加權(quán)，該過程被稱作空分去復(fù)用，所有接收加權(quán)因子確定了一個復(fù)值接收加權(quán)矢量，該矢量與向該基站發(fā)送的遠(yuǎn)端用戶的接收空間署名有關(guān)。接收空間署名描述該基站天線陣列如何從一特定用戶單元接收信號而不存在干擾。在下行鏈路中(從基站到用戶單元的通信)，通過利用一組相應(yīng)的發(fā)送加權(quán)因子(也稱作空分復(fù)用加權(quán)因子)對由每個陣列單元發(fā)送的信號的幅度和相位進(jìn)行加權(quán)完成發(fā)送，對于一特定用戶的所有發(fā)送加權(quán)因子確定了一個復(fù)值發(fā)送加權(quán)矢量，該矢量與被稱作該遠(yuǎn)端用戶的“下行空間署名”有關(guān)。該下行空間署名描述該遠(yuǎn)端用戶如何從所述基站接收信號而不存在干擾。當(dāng)在同一個常規(guī)信道上向幾個遠(yuǎn)端用戶發(fā)送時，天線陣列將發(fā)送加權(quán)信號之和。雖然當(dāng)用戶單元也使用天線陣列用于發(fā)送并且要求從這樣一用戶單元進(jìn)行全方向發(fā)送時，本發(fā)明的技術(shù)也適用于上行鏈路，但本發(fā)明主要涉及下行鏈路通信。
在使用天線陣列的系統(tǒng)中，上行鏈路中來自一天線陣列的每個天線單元的信號的加權(quán)，或下行鏈路中到達(dá)每個天線單元的信號的加權(quán)被稱作空分處理。即使是當(dāng)不多于一個的用戶被指定給任何常規(guī)信道時，空分處理也是有用的。這里要使用的術(shù)語SDMA包括每個常規(guī)信道具有一個以上用戶的真實(shí)的空間多路復(fù)用情況，和每個信道僅具有一個用戶的空間處理的使用。術(shù)語“信道”將指一基站和一單一遠(yuǎn)端用戶之間的通信鏈路，以便術(shù)語SDMA既包括每個常規(guī)信道的一個單一信道，也包括每個常規(guī)信道的一個以上的信道。一個常規(guī)信道內(nèi)的多個信道被稱作空間信道。關(guān)于SDMA系統(tǒng)的描述，參見以下例子一并作為參考的美國專利5，515，378號(1996年5月7日授權(quán))和5，642，353號(1997年6月24日授權(quán))，其發(fā)明題目為“空分多址無線通信系統(tǒng)”，發(fā)明人為Roy，Ⅲ等；作為參考的美國專利5，592，490號(1997年1月7日授權(quán))，發(fā)明題目為“特別有效的高容量無線通信系統(tǒng)”，發(fā)明人為Barratt等；作為參考的美國專利申請08/735，520號(1996年10月10日申請)，發(fā)明題目為“具有時空處理的特別有效的高容量無線通信系統(tǒng)”，發(fā)明人為Ottersten等；和作為參考的美國專利申請08/729，390號(1996年10月11日申請)，發(fā)明題目為“利用天線陣列和空間處理確定定向解調(diào)的方法和裝置”，發(fā)明人為Barratt等。使用天線陣列以改進(jìn)通信效率和/或提供SDMA的系統(tǒng)有時被稱作“智能天線系統(tǒng)”。上述專利和專利申請?jiān)谶@里被共同稱作“我們的智能天線專利”。
因?yàn)閺V播意味著經(jīng)一個公共信道同時將數(shù)據(jù)發(fā)送給一組分散的用戶單元，所以需要找到一種利用多個單元天線陣列和組合發(fā)射機(jī)硬件用以廣播公共下行鏈路信道信息和一個或多個特定用戶所需業(yè)務(wù)信息的方法。
在某些應(yīng)用中，需要某些常規(guī)信道以一種全向輻射方向圖進(jìn)行輻射。例如，在各種協(xié)議(TDMA/FDMA系統(tǒng))的GSM家族中，要求所有的基站在所有邏輯信道上全方向地輻射RF能量。所述邏輯信道由被稱為“BCCH載波”的載波載送(TDMA/FDMA系統(tǒng)中的FDMA傳統(tǒng)頻率信道)，而在其他信道上的發(fā)射可以以定向的方式執(zhí)行。例如，在BCCH載波上，一個時隙被保留給BCCH消息使用。其他時隙中的一些可以被用于具有一個或多個用戶的TCH。當(dāng)使用SDMA時，這些其他時隙中的一些可用于通過向一個以上的遠(yuǎn)端用戶定向發(fā)送信息來與這些遠(yuǎn)端用戶通信。對于普通的SDMA(每個常規(guī)信道的用戶數(shù)量是獨(dú)立的)，RF能量輻射方向圖將被高度地定向以便依據(jù)可接受的信號質(zhì)量的要求使該網(wǎng)孔內(nèi)這些時隙中的凈RF能量最小化。然而，這樣將與GSM的要求即SCCH上所有時隙上的凈能量將被全方向發(fā)送相抵觸。這樣，在本領(lǐng)域中需要一種用于向一個或多個用戶直接發(fā)送信息而凈能量被全方向發(fā)送的方法和裝置。
使用天線陣列的扇區(qū)化系統(tǒng)(sectorized systems)在本領(lǐng)域是公知的。在一個扇區(qū)化系統(tǒng)中，為了在所需的天線陣列和相關(guān)電子設(shè)備的覆蓋區(qū)域(即扇區(qū))內(nèi)實(shí)現(xiàn)有效的廣播，并不是需要真的全方向廣播(360度方位角覆蓋)。這樣，在本說明書中，術(shù)語“全方向”將具有下列意義1)“全方向”意味著近似于、接近于全方向(“NOR”)；2)在一個非扇區(qū)化蜂窩系統(tǒng)中，全方向?qū)⒁馕吨朴?、接近于全方?60度方位角覆蓋，和3)在一個扇區(qū)化系統(tǒng)中，全方向?qū)⒁馕吨咏谠谒枭葏^(qū)寬度(例如，120度扇區(qū)的120度方位角覆蓋)上的全方向。
一個成功的策略應(yīng)具有以下特征·作為描述遠(yuǎn)端接收器的方位和其他量的函數(shù)應(yīng)具有近似恒定的增益；·天線陣列中每個單元的發(fā)送功率變動小，以便很好地利用陣列中的所有單元和使實(shí)際中出現(xiàn)的換算(scalingissues)問題最小化；·相對于通過陣列的一單獨(dú)單元以與該陣列單元的各自發(fā)送功率可比的功率發(fā)送的實(shí)現(xiàn)相比，具有大的輻射方向圖增益；和·低的總輻射能量，以便所有單元都被有效地利用。
雖然NOR方向圖通常是需要的，但是可能會有需要不同輻射方向圖的情形。例如，可能有一些情形，其需要廢止一個或若干特定的區(qū)域，或想要在一個或多個特定的區(qū)域中不超過某一功率電平。類似地，也可能有一些情形，其想要在大多數(shù)區(qū)域具有一NOR輻射方向圖，而在一個或兩個其他的區(qū)域可以以大多數(shù)NOR區(qū)域具有的功率電平兩倍或若干倍的方式具有一輻射方向圖。
這里，“低的相對輻射功率”意味著相對于利用與該天線陣列的各自單元相同增益(例如，以dBi測量)的單一天線單元實(shí)現(xiàn)一可比較輻射方向圖(在范圍、方向角和仰角方面可比較)所需功率每個天線單元的低輻射功率。由于在輻射功率方面的差異可轉(zhuǎn)換成對不同功率放大器的需求，且在某些情況下，功率很高的放大器是比較昂貴的，所以即使1dB在輻射功率方面也將是很大的不同。在更一般的情況下，3dB將被認(rèn)為在輻射功率方面是很大的不同。
僅由一個單獨(dú)陣列單元進(jìn)行發(fā)送的現(xiàn)有技術(shù)的方法可以滿足使作為描述遠(yuǎn)端接收機(jī)的位置的方位角和其他量的函數(shù)的增益近似恒定的所需準(zhǔn)則，但不能使在該陣列中每個單元的發(fā)射功率的變化小，以便很好地利用該陣列中所有的單元和使實(shí)際中出現(xiàn)的換算問題最小化，也不能提供相對于通過陣列的一單獨(dú)單元以與該陣列單元的各自發(fā)送功率可比的功率發(fā)送實(shí)現(xiàn)的增益更大的輻射方向圖增益。此外，僅由一個天線進(jìn)行發(fā)送將不能在同一常規(guī)信道上同時與幾個用戶進(jìn)行通信。
另外，可通過在空間處理之前對任何信號實(shí)施預(yù)處理來對天線陣列輻射方向圖進(jìn)行控制。發(fā)明人為Forssen等、發(fā)明題目為“天線輻射方向圖零值補(bǔ)償?shù)恼环椒ā钡拿绹鴮＠?，649，287號(1997年7月15日授權(quán))公開了一種在一蜂窩通信系統(tǒng)中廣播信息的方法，該蜂窩通信系統(tǒng)包括至少一個具有一天線陣列的基站和多個移動臺。公共信息被預(yù)處理以生成正交信號。這些正交信號然后被形成波束以便該正交信號被傳送到陣列天線中不同的波束。發(fā)送該正交信號，隨后在一個或多個移動臺接收。然后在移動臺對這些信號進(jìn)行處理，以便從正交信號中解密出公共信息。形成將被發(fā)送給移動臺的正交化的信號，以便防止在該天線輻射方向圖中出現(xiàn)零值。
Forssen等人的方法對如何能夠適用于定向地發(fā)送某些信號(向任何常規(guī)信道上的共同用戶)而同時維持一凈全向輻射方向圖并不清楚。此外，F(xiàn)orssen等人的方法對控制信號預(yù)處理(正交化)以形成隨后被饋送到一波束形成器的M個正交信號。即，任何要被發(fā)送的信號首先要被轉(zhuǎn)換成一組不關(guān)聯(lián)信號。這需要額外的硬件或處理步驟。此外，F(xiàn)orssen等人所描述的特定實(shí)施例要求在用戶單元中有高性能的均衡器，以解決來自其他各個瓣的正交化的信號。因此，需要使用一種系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中將被發(fā)送的信號僅在相位和幅度上被加權(quán)，而無需額外的步驟(例如正交化)。
因而，在本領(lǐng)域中需要能找到利用包括在天線陣列中現(xiàn)有天線單元的現(xiàn)有通信系統(tǒng)裝置實(shí)現(xiàn)全向下行鏈路發(fā)送的方法，以便在每個常規(guī)信道上一個單一用戶和每個常規(guī)信道上多個用戶的雙重情況下以低的相對輻射功率實(shí)現(xiàn)可接受的全向特性。從而，在本領(lǐng)域中也需要一種實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種實(shí)現(xiàn)所想要的可能不是NOR的輻射方向圖的下行鏈路發(fā)送的方法和裝置。
本發(fā)明的上述和其他目的體現(xiàn)在所公開的本發(fā)明的各個方面。
本發(fā)明這里所要公開的一個方面是一種利用一所需輻射方向圖從一具有天線單元陣列的通信基站向用戶單元發(fā)送下行鏈路信號的方法。在上述通信基站中，具有一個或多個編程信號處理器(在可編程信號處理器的情況下)對任何下行鏈路信號在相位和幅度方面進(jìn)行加權(quán)，這種加權(quán)可描述為復(fù)值加權(quán)矢量。加權(quán)的信號被饋送到發(fā)送裝置的輸入端，發(fā)送裝置的輸出被耦合到各天線單元。該方法包括選擇一為以低的相對輻射功率發(fā)送而設(shè)計(jì)的第一加權(quán)矢量，以在一所需扇區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)所需的輻射方向圖，其中低的相對輻射功率意味著，每個天線單元相對于利用與該天線陣列的各自單元相同增益(例如，以dBi測量)的一單一天線單元實(shí)現(xiàn)一可比較輻射方向圖所需功率具有低輻射功率。方向角或仰角或兩者的范圍可以限定所需的扇區(qū)。典型但不是必須地，該所需方向圖是一個NOR方向圖。在本優(yōu)選實(shí)施例中，所選擇的加權(quán)矢量是使該加權(quán)矢量的成本函數(shù)最小化的加權(quán)矢量。所述成本函數(shù)包括由利用該矢量根據(jù)所需輻射方向圖在所需扇區(qū)中執(zhí)行發(fā)送而產(chǎn)生的輻射方向圖之變化量的一個表達(dá)式。在本優(yōu)選實(shí)施例中，該成本函數(shù)還包括利用加權(quán)矢量從各天線單元發(fā)送的全部功率的一個表達(dá)式，和當(dāng)利用該加權(quán)矢量時各天線單元之間的所發(fā)送功率中各變化量的一個表達(dá)式。在本實(shí)施例中，使用一個或多個信號處理器利用所選的加權(quán)矢量使下行鏈路信號加權(quán)，以形成一組加權(quán)的下行鏈路天線信號，其中每個信號都具有一個在天線陣列中的所需的天線單元。為了發(fā)送下行鏈路信號，每個加權(quán)的下行鏈路天線信號經(jīng)其與想要的天線單元相關(guān)的發(fā)送單元饋送到其想要的天線單元。
在所公開的該特定實(shí)施例中，通信站是作為在蜂窩通信系統(tǒng)中使用一變異的GSM空間接口工作的基站的一部分。本發(fā)明并不限于任何特定的多路復(fù)用方案或空間接口標(biāo)準(zhǔn)。其他的實(shí)施例可以使用任何模擬或數(shù)字多路復(fù)用方案(例如，F(xiàn)DMA、TDMA/FDMA、CDMA等)和/或任何空間接口標(biāo)準(zhǔn)(例如，AMPS、PHS等)。
本發(fā)明這里所要公開的另一個方面是一種經(jīng)單個的常規(guī)信道利用完全想要的輻射方向圖在一個所需扇區(qū)內(nèi)從一個通信站向一個或多個用戶單元同時發(fā)送一個或多個下行鏈路信號的方法，每個下行鏈路信號具有一個或多個想要的用戶單元。為了經(jīng)同一常規(guī)信道向幾個用戶同時發(fā)送，該通信站包括一個天線單元陣列，一個輸出與每個天線單元連接的發(fā)送裝置，和一個或多個編程的信號處理器(在可編程信號處理器的情況下)，用以通過對任何下行鏈路信號在相位和幅度方面進(jìn)行加權(quán)和對加權(quán)的信號進(jìn)行求和來空分復(fù)用下行鏈路信號。這種加權(quán)可描述為復(fù)值加權(quán)矢量。來自信號處理器被求和的加權(quán)信號被饋送到發(fā)送裝置的輸入端。該方法包括選擇一組所需的設(shè)計(jì)用于在所需扇區(qū)內(nèi)產(chǎn)生一個完整的所需的輻射方向圖的加權(quán)矢量，該組加權(quán)矢量包括一個設(shè)計(jì)用于向每個想要的用戶單元發(fā)送的所需加權(quán)矢量。方向角或仰角或兩者的范圍可以限定所需的扇區(qū)。該完整的所需的方向圖典型地可以是一個NOR方向圖，但也并非一定是NOR方向圖。每個想要的用戶單元具有一個已知(至少接近已知的)的位置，這些已知的位置被使用在所需加權(quán)矢量的選擇中。在本優(yōu)選實(shí)施例中，所述的選擇包括確定一組相應(yīng)的區(qū)域，每個區(qū)域包括至多一個用戶單元，這樣所有的相應(yīng)區(qū)域的聯(lián)合實(shí)質(zhì)上就覆蓋了該想要的扇區(qū)。為了向相應(yīng)區(qū)域之一進(jìn)行發(fā)送選擇每個所需的加權(quán)矢量，全部所需的加權(quán)矢量是使可能的加權(quán)矢量的成本函數(shù)最小化的加權(quán)矢量，該函數(shù)包括從凈完整輻射方向圖的所需輻射方向圖得出的一個變量表達(dá)式，其由利用該多個加權(quán)矢量進(jìn)行發(fā)送而產(chǎn)生。本優(yōu)選實(shí)施例成本函數(shù)還包括一個利用每個加權(quán)矢量從各天線單元發(fā)送的全部功率的表達(dá)式，一個在各天線單元之間利用每個加權(quán)矢量發(fā)送的功率中變量的表達(dá)式，和一個在一不希望的相應(yīng)區(qū)域內(nèi)相對于每個加權(quán)矢量接收的功率的表達(dá)式。所需加權(quán)矢量的數(shù)量可以超過同時用戶的數(shù)量，在此種情況下，使用與任何遠(yuǎn)端用戶不相關(guān)聯(lián)的加權(quán)矢量發(fā)送一個或多個虛擬信號。多個下行鏈路信號(和虛擬信號，如果有的話)被空分復(fù)用以形成一組被求和并被加權(quán)的下行鏈路信號，每個被求和并被加權(quán)的下行鏈路信號在天線陣列中具有一個所需的天線單元。為了發(fā)送下行鏈路(和虛擬)信號，每個加權(quán)的下行鏈路天線信號經(jīng)其與想要的天線單元相關(guān)的發(fā)送單元饋送到其想要的天線單元。
在一種變型中，對幾種情況和存儲的復(fù)合加權(quán)矢量重復(fù)進(jìn)行劃分和選擇直到足夠數(shù)量的情況被存儲。對于向一個或多個遠(yuǎn)端用戶的實(shí)際發(fā)送，適于各用戶單元的位置的情況的所需加權(quán)矢量被從存儲器中調(diào)出。
在另一種適于天線陣列被近似統(tǒng)一分布的情況的變型中，一種原型情況(或一個以上的原型情況)被存儲，并且，根據(jù)各遠(yuǎn)端用戶的位置對該原型情況的區(qū)域的一個解釋進(jìn)行確認(rèn)，以確保每個被解釋區(qū)域具有不多于一個以上的用戶單元和各用戶單元的位置被充分地分開。根據(jù)所確定的解釋原型加權(quán)矢量被平移，被平移的加權(quán)矢量用于空分多路復(fù)用。
在一種改進(jìn)的變型中，當(dāng)下行鏈路信號發(fā)送被周期地重復(fù)時，每次重復(fù)中的位移會在所確定的位移周圍發(fā)生抖動，這種抖動最好包括向所確定的位移增加一個隨機(jī)的位移。
在本發(fā)明的另一個方面中還公開了一種通信站，用于經(jīng)同一常規(guī)信道同時向一個或多個用戶單元發(fā)送一個或多個下行鏈路信號，以便在整個所需扇區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)一所需的完整輻射方向圖。
該通信站包括一個天線單元陣列；選擇加權(quán)矢量的選擇裝置，該加權(quán)矢量設(shè)計(jì)用于通過天線陣列發(fā)送以實(shí)現(xiàn)在所需扇區(qū)內(nèi)所需的完整輻射方向圖；和一個或多個信號處理器，用于根據(jù)加權(quán)矢量對下行鏈路信號在相位和幅度方面進(jìn)行加權(quán)并對加權(quán)的信號求和以形成一組加權(quán)的下行鏈路天線信號。每個求和并加權(quán)的下行鏈路天線信號包括天線陣列中一個所需的天線單元和一組相關(guān)的發(fā)送裝置，該相關(guān)的發(fā)送裝置利用所述天線陣列發(fā)送所述的一組加權(quán)的下行鏈路天線信號。每個相關(guān)的發(fā)送裝置具有一個用于接收求和并加權(quán)的下行鏈路天線信號之一的輸入端。每個天線單元被耦合到相關(guān)的發(fā)送裝置之一的輸出端。每個相關(guān)的發(fā)送裝置具有一個用于接收加權(quán)的下行鏈路天線信號之一的輸入端。
在本優(yōu)選實(shí)施例中，選擇裝置是一個或多個信號處理器。它們選擇那些使加權(quán)矢量的成本函數(shù)最小化的加權(quán)矢量，所述成本函數(shù)包括完整的輻射方向圖的一個變量表達(dá)式，該方向圖由利用該加權(quán)矢量根據(jù)所需完整的輻射方向圖在所需扇區(qū)中進(jìn)行發(fā)送而產(chǎn)生。在本優(yōu)選實(shí)施例中，該成本函數(shù)還包括利用每個加權(quán)矢量從各天線單元發(fā)送的全部功率的一個表達(dá)式，和相應(yīng)于每個加權(quán)矢量在不想要的相應(yīng)區(qū)域中接收的能量的表達(dá)式。


圖1(a)示出了在GSM系統(tǒng)中構(gòu)造一個GMSK調(diào)制幀的信號流程表示；圖1(b)示出了一個空分復(fù)用器，利用加權(quán)矢量w1，w2，和s3空分復(fù)用三個空間信道以形成通過m個天線單元發(fā)送的m個復(fù)值(I，Q)信號；
圖1(c)示出了天線單元之一的一個發(fā)送機(jī)的結(jié)構(gòu)；圖1(d)示出了如圖1(c)所示的m個發(fā)送機(jī)，用于從圖1(b)的空分復(fù)用器發(fā)送m個空分復(fù)用信號；圖2示出了一個計(jì)算增益(理論上的)的曲線圖，該計(jì)算增益是使用根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例設(shè)計(jì)用于NOR的加權(quán)矢量與使用一單一天線單元輻射對比的方位角的一次函數(shù)；圖3把使用根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例設(shè)計(jì)用于NOR的加權(quán)矢量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與圖2的理論結(jié)果進(jìn)行了比較；圖4(a)示出了功率作為使用一用于NOR發(fā)送的加權(quán)矢量w的角度的函數(shù)，和圖4(b)示出了功率作為對由加權(quán)矢量w導(dǎo)出的“被旋轉(zhuǎn)的”的加權(quán)矢量wr的方位角的函數(shù)；圖5示出了使用用于NOR發(fā)送的兩個加權(quán)矢量(每個加權(quán)矢量對應(yīng)一個NOR區(qū)域)獲得的增益的曲線，該加權(quán)矢量根據(jù)本發(fā)明的一個所描述的優(yōu)選實(shí)施例將用于使用SDMA和各種GSM協(xié)議的蜂窩系統(tǒng)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該清楚任何采用其他的空間接口和其他的多路復(fù)用方案。雖然該特定實(shí)施例適于數(shù)字蜂窩系統(tǒng)，但本發(fā)明也適用于使用SDMA的模擬通信系統(tǒng)，例如公共的AMPS系統(tǒng)(被改進(jìn)的包括SDMA)。GSM概述GSM是一種用于移動蜂窩通信的TDMA/FDMA系統(tǒng)。用戶單元通常被稱作移動臺(MS)。基站被稱作基地收發(fā)信機(jī)站(BTSs)。一個基站控制器(BSC)管理一個或多個BTSs的無線資源，這些資源包括信道建立/拆除，越區(qū)切換，和跳頻。
在GSM中，各頻率信道(稱作“載波)按200KHz劃分。GSM使用頻分復(fù)用，這意味著在一個BS與一個MS之間的下行鏈路和上行鏈路發(fā)生在不同的頻率上。在標(biāo)準(zhǔn)的GSM中，每個多至25MHz的帶寬都可供下行鏈路載波(880-915 MHz)和上行鏈路載波(925-960 MHz)使用。每個BS被指定給一個或多個載波。對于DCS-1800來說，上行鏈路和下行鏈路范圍分別是1710-1785 MHz和1805-1880 MHz。而對于PCS-1900，上行鏈路和下行鏈路范圍分別是1850-1910 MHz和1930-1990 MHz。
每個載波按時間被分成8個時隙，每個時隙(被稱作短脈沖)為15/26ms長。每8個時隙組成一個TDMA幀，因此每個TDMA幀為120/26ms長。業(yè)務(wù)信道(TCH)和控制信道(CCH)由它們在該幀內(nèi)的相應(yīng)短脈沖周期的位置限定。
業(yè)務(wù)信道(TCH)用于載送話音和數(shù)據(jù)。一個全速率業(yè)務(wù)信道(TCH/F)以22.8kbps的總速率載送信息，而半速率業(yè)務(wù)信道(TCH/H)以11.4 kbps的總速率載送信息。業(yè)務(wù)信道以26個TDMA幀組出現(xiàn)，這樣的一個組被稱作一個多重幀。這樣，一個TCH多重幀為120ms長。
公共控制信道可以由空閑模式和專用模式移動臺接入?？臻e模式移動臺使用該公共信道交換所需的信令信息以便變換到專用模式。已處在專用模式的移動臺監(jiān)視基站周圍的用于越區(qū)切換的控制載波和其他信息。公共信道被限定在一個51幀多重幀內(nèi)，以便使用26幀多重幀TCH結(jié)構(gòu)的專用移動臺仍能夠?qū)刂菩诺肋M(jìn)行監(jiān)視。該公共信道包括廣播控制信道(BCCH)在下行鏈路上，該BCCH連續(xù)地廣播包括基站識別、頻率分配和跳頻序列的信息。
頻率校正信道(FCCH)和同步信道(SCH)FCCH和SCH是下行鏈路信道，用于通過定義短脈沖周期的邊緣、時隙計(jì)數(shù)和載波偏移使移動臺與一網(wǎng)孔的頻率和時隙結(jié)構(gòu)同步。GSM網(wǎng)絡(luò)中的每個網(wǎng)孔正好廣播一個FCCH和一個SCH。被定義的FCCH和SCH在BCCH載波上的一個TDMA幀內(nèi)的時隙編號0上被發(fā)送。
隨機(jī)接入信道(RACH)該RACH由移動臺使用，以便請求接入所述網(wǎng)絡(luò)。
尋呼信道(PCH)該P(yáng)CH是下行鏈路信道，用于向一移動臺告警來話呼叫。
接入授權(quán)信道(AGCH)該AGCH是下行鏈路信道，用于將一TCH或一特定相關(guān)控制信道(被稱作SDCCH)分配給一發(fā)出信令、隨后在RACH上提出請求的移動臺(為了獲得一專用信道)。
專用控制信道這些信道包括慢TCH/F相關(guān)控制信道(SACCH/TF)，快TCH/F相關(guān)控制信道(FACCH/TF)，慢TCH/H相關(guān)控制信道(SACCH/TH)，快TCH/H相關(guān)控制信道(FACCH/H)，和其他與TCH業(yè)務(wù)有關(guān)的專用控制信道。
在GMS的傳輸中使用4種不同類型的短脈沖。普通短脈沖用于載送數(shù)據(jù)和多數(shù)信令信息，并具有156.25比特的總長度，其由兩個57比特信息流、一個均衡使用的26比特訓(xùn)練序列、每個信息塊的一個挪用比特(stealingbit)(用于FACCH)、在每個末端的3個結(jié)尾比特、和一個8.25比特防護(hù)序列構(gòu)成。該156.25比特以15/26ms(0.577ms)發(fā)送，具有總比特率為270.833 kbps。在FCCH上使用的F-短脈沖和在SCH上使用的S-短脈沖具有與普通短脈沖相同的長度，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，這使得它們與普通短脈沖相區(qū)別，從而允許同步。短脈沖的第4種類型是接入短脈沖，它比普通短脈沖短，僅被使用在RACH上。特定GSM實(shí)施的描述本發(fā)明適用于使用天線單元的天線陣列的任何通信站，并具有調(diào)整信號的相位和幅度的裝置以便每個天線單元發(fā)送一種具有根據(jù)幅值換算(amplitude scaling)和相移調(diào)整的相位和幅度的信號。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會明白，對一特定通信信號加權(quán)的每個天線單元的幅度和相位可以用一個復(fù)值加權(quán)表示，并且所有天線單元的所述特定通信信號的一組復(fù)值加權(quán)可以用一個復(fù)值加權(quán)矢量表示。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是一個實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其使用GSM協(xié)議的變異版PCS-1900，并在PCS-1900頻率(大約1.9GHz)發(fā)送。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括一個GSM基站。因?yàn)楸景l(fā)明涉及從通信站進(jìn)行發(fā)送，所以這里僅就那些涉及這種發(fā)送的BS的單元進(jìn)行描述。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將清楚如何對這里所描述的實(shí)施例進(jìn)行改進(jìn)，以便應(yīng)用到其他系統(tǒng)，例如使用PHS協(xié)議的蜂窩系統(tǒng)，或者甚至非數(shù)字系統(tǒng)(諸如AMPS)，或者是非蜂窩通信系統(tǒng)。
全速率GSM話音數(shù)據(jù)按50Hz由260比特線性預(yù)測編碼(LPC編碼)話音包構(gòu)成。一個260比特GSM LPC話音包包含3類(組)比特，其中每組根據(jù)其重要性進(jìn)行分類，這樣每組由不同類型的保護(hù)編碼(奇偶校驗(yàn)和卷積，僅有卷積，或無編碼)保護(hù)。所有組都被交錯以構(gòu)成一個456比特輸出包。
連續(xù)的各456比特信道編碼的話音包彼此按8個無線短脈沖跨越進(jìn)行交錯。8個短脈沖(每個短脈沖為144比特)具有總共912比特，因此，事實(shí)上，任何TCH短脈沖的結(jié)構(gòu)都要求兩個話音包。此外，這些話音包彼此相對傾斜。
除了話音數(shù)據(jù)之外，根據(jù)GSM協(xié)議，還可以發(fā)送其他幾種數(shù)據(jù)。此外，利用SDMA，在任何載波的任何時隙中可以存在幾個空間信道(一般的說，任何數(shù)量直至每個TCH的天線陣列單元數(shù))。概念“TS-SpChan”在這里用于空間信道，而時隙適宜于例如一特定TCH。例如，在本優(yōu)選實(shí)施例使用的特定硬件中，由于8個時隙之一在本實(shí)施例中用于控制，所以一單一的載波系統(tǒng)具有復(fù)用多至3個空間信道的能力(這種限制是由于所有處理器的處理功率)，因而具有多至3×7=21個TS-SpChan。在空閑情況下，這些空間信道的每一個可以包含一個具有相關(guān)信令的全速率或半速率話音信道。
在本GSM系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例中，在每個下行鏈路TS-SpChan上，如GSM標(biāo)準(zhǔn)所允許的，僅幾個信道的組合被使用。因此，每個載波具有8個時隙，每個(載波、除了時隙0外的時隙)具有多至3個的空間信道，每個(載波、時隙、空間信道)具有一個下行鏈路信道組合，而每個下行鏈路信道組合由一組邏輯信道組成。此外，每個(載波、時隙、空間信道)具有一組與其相關(guān)的空間復(fù)用加權(quán)(加權(quán)矢量)。然而，應(yīng)該注意，標(biāo)準(zhǔn)GSM并不包括在同一載波上的一個單獨(dú)時隙上擁有多個TCH的概念。
為多個移動臺指定的且來自多個邏輯信道的數(shù)據(jù)被放在一起，以形成一個GSM下行鏈路幀。例如，時隙0可以包含一個同步控制信道(SCH)短脈沖，時隙1可以包含用于一個移動臺的TCH/F數(shù)據(jù)，時隙2-5可以不被使用，時隙6可以包含用于另一移動臺的相關(guān)的慢速控制信道(SACCH)，而時隙7可以包含還是用于另一移動臺的TCH/F數(shù)據(jù)。所有這些數(shù)據(jù)連同訓(xùn)練序列以及其他信息一起被裝入一個1250比特的幀以便發(fā)送。比特0-147是時隙0，比特148-155是短脈沖間防護(hù)比特，比特156-303是時隙1，等等。在時隙3和4之間以及時隙7和0之間分別插入一個額外的短脈沖間防護(hù)比特。
根據(jù)GSM的規(guī)定，所述GSM幀是高斯最小頻移鍵控(GMSK)調(diào)制。在該特定實(shí)施例中，利用一產(chǎn)生波形的檢查表執(zhí)行GMSK調(diào)制。該特定實(shí)施例的GSM處理器相對于每個天線單元使用一個單獨(dú)的數(shù)字信號處理器DSP，并且它是一種用于執(zhí)行調(diào)制方法和空間處理的DSP。
圖1(a)示出了在GSM系統(tǒng)中用于構(gòu)造一個GMSK調(diào)制幀的子系統(tǒng)的一個“信號流程”表示。在該結(jié)構(gòu)中并不存在一個用于構(gòu)建幀的實(shí)際裝置；該圖只是幫助解釋構(gòu)建幀的過程。幀構(gòu)建器103處理信道編碼話音包或控制包(集中表示為101)，并根據(jù)GSM空間接口標(biāo)準(zhǔn)對該數(shù)據(jù)格式化以短脈沖形式發(fā)送，和構(gòu)造8個時隙的GSM幀105。圖1(a)反映了在一個特定時隙所發(fā)生的情況，以及對于一個特定空間信道，如果在該特定幀的特定時隙存在一個以上的空間信道的情況下的話。幀數(shù)據(jù)(在任何時刻)105被GMSK調(diào)制器按高斯最小頻移鍵控(GMSK)調(diào)制107以產(chǎn)生一個基帶復(fù)值(即I和Q)信號109。建構(gòu)GSM幀和執(zhí)行必要的GSM(GSMK)調(diào)制在所有GSM基站進(jìn)行，這些是本領(lǐng)域所公知的。在本實(shí)施例中，基帶數(shù)據(jù)109是一個1.5倍過采樣數(shù)字I和Q數(shù)據(jù)(即以1.5×270.833KHz取樣的I，Q數(shù)據(jù))。
與調(diào)制緊密相關(guān)的是空分復(fù)用方法。正是已調(diào)制的基帶信號被空分復(fù)用。這在圖1(b)中示出。在任何特定的時刻(即在任何時隙期間)，可以有一個以上要被發(fā)送的信號。圖1(b)中示出了三個這樣的基帶信號(分別用109.1、109.2和109.3表示的信號)的空間信道。注意，圖1(b)記錄了在某些特定時隙的處理。在另一個時隙，不同數(shù)量的空間信道可被發(fā)送，例如僅發(fā)送一個信道。
在該特定實(shí)施例中，在每個天線的基礎(chǔ)上通過一個與一特定天線單元相關(guān)的DSP執(zhí)行單元111的空分復(fù)用。在一個m個天線的系統(tǒng)中，因而有m個所述的DSP被使用在我們的系統(tǒng)中。空分復(fù)用發(fā)生在GMSK波形產(chǎn)生之后。因而GMSK和空分復(fù)用在同一DSP中被有效地耦合，所述DSP在這里被稱作發(fā)送調(diào)制和復(fù)用DSP。耦合意味著每個(幀、時隙、空間信道)短脈沖內(nèi)容數(shù)據(jù)和對應(yīng)的空間復(fù)用加權(quán)矢量必須被寫入所述的發(fā)送調(diào)制和復(fù)用DSP。
在本優(yōu)選實(shí)施例的GSM系統(tǒng)的實(shí)施中，每個信道組織都是子程序的一個指針鏈接表，當(dāng)其被排序時，為發(fā)送調(diào)制和復(fù)用DSP生成合適的短脈沖包序列。
在一特定時隙期間，對于K個空間信道，分別使用K個復(fù)值加權(quán)矢量w1，w2，…，wj，…，wk，第j個加權(quán)矢量是行矢量Wj=[wjl…，wji，…，wjm]，(1)由與第j個天線單元(總共m個天線陣列單元)關(guān)聯(lián)的發(fā)送調(diào)制與復(fù)用DSP執(zhí)行的空間處理和GMSK調(diào)制可以在數(shù)學(xué)上表示為yi(n)=Σj=1kwji*GMSK(sj(n)),------(2)]]>其中()*表示復(fù)數(shù)共軛，n是在特定時隙期間隨時間的取樣，yi(n)是將由第j個天線單元發(fā)送(以射頻)的輸出(以基帶)，而GMSK(sj(n))是在時間取樣n第j個空間信道的GMSK調(diào)制基帶波形。
因此，圖1(b)示出了使用所有m個發(fā)送調(diào)制與復(fù)用DSP的空間處理，利用加權(quán)矢量w1，w2，和w3空分復(fù)用3個空間信道以構(gòu)成m個復(fù)值(I，Q)信號，以便由m個天線單元發(fā)送。每個發(fā)送調(diào)制與復(fù)用DSP產(chǎn)生一個這樣的用于一個天線單元的輸出。
圖1(d)示出了這些m個基帶信號113.1至113.m如何被各自的發(fā)送機(jī)115.1至115.m發(fā)送以產(chǎn)生被分別耦合到天線單元129.1至129.m的RF信號。
雖然可以使用任何適合的發(fā)送機(jī)，但是本特定實(shí)施例使用了具有圖1(c)所示結(jié)構(gòu)的發(fā)送機(jī)，圖1(c)示出了用于一個天線單元的這樣的一個發(fā)送機(jī)。來自第i個發(fā)送調(diào)制與復(fù)用DSP的1.5倍過取樣基帶信號113.i通過單元117被首先數(shù)字化地32倍上行取樣、上行變換和內(nèi)插。復(fù)合信號然后經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)119在13MHz被轉(zhuǎn)換成模擬信號。隨后，復(fù)合信號123通過發(fā)送機(jī)125以模擬方式被上行變換和放大。
術(shù)語發(fā)送機(jī)裝置(每個這樣的裝置都與一個天線單元相關(guān)聯(lián))是指所有的裝置，包括與把一基帶信號轉(zhuǎn)換成一被放大的用于通過一天線單元以射頻發(fā)送相關(guān)的數(shù)字和模擬硬件，電纜等等，這樣的裝置對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)員來說是公知的。
雖然這里所描述的特定實(shí)施例是指使用一特定調(diào)制格式的FDMA/TDMA系統(tǒng)，但本發(fā)明不限于任何類型的調(diào)制或復(fù)用，因而可被使用在任何系統(tǒng)中，包括使用TDMA，F(xiàn)DMA，F(xiàn)DMA/TDMA或CDMA系統(tǒng)的模擬和數(shù)字系統(tǒng)中。
讓基站(BS)具有一個m個天線單元的天線陣列。用Θ代表描述在該BS的天線陣列之遠(yuǎn)場內(nèi)的一遠(yuǎn)端接收機(jī)(移動臺，用MS表示)的位置范圍的參數(shù)集合。即，對于一特定用戶的RF輻射方向圖的目標(biāo)覆蓋范圍。集合Θ可以表示一個方位角的集合，例如Θ=[30°，150°]，
其中[θ1，θ2]表示方位角從θ1到θ2的范圍。另外，Θ可以是方位角和俯角以及極化的集合，例如Θ=[30°，150°]×[-30°，-5°]×{V，H}它是具有仰角從-30°至-5°并具有V或H極化的方位角從30°至150°的范圍集合。在本特定實(shí)施例中，輻射方向圖被設(shè)計(jì)僅提供方位角的特定范圍，并本發(fā)明的方法當(dāng)然不限于這樣的一個范圍限定。
在許多系統(tǒng)中，包括那些使用本優(yōu)選實(shí)施例的GSM協(xié)議的系統(tǒng)中，所有信號可被假設(shè)是近似窄帶信號，在這個意義上，中心頻率是已知的，信號的帶寬與其中心頻率之比是遠(yuǎn)小于1的。定義α(θ)，θ∈Θ，是一個m-矢量，它包含在遠(yuǎn)端接收機(jī)(MS)從每個天線陣列單元接收的信號的有關(guān)相位和幅度，此時所述天線陣列單元每個都在發(fā)送一個相同的窄帶信號。如此定義的α(θ)有時被稱作控制矢量(steering vector)?？梢跃哂袛?shù)種天線陣列幾何圖形，本發(fā)明并不限制于任何特定的結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選實(shí)施例中使用的一個例子是一個沿線路按照統(tǒng)一間隔設(shè)置的m個相同的、全向天線單元的線性陣列，所述間隔用d表示。對于這樣的一個幾何圖形，在某一環(huán)境下(基本上沒有反射或繞射物體)，該控制矢量可表示為(在一個恒定比例內(nèi))α(θ)=[1e-j2πdcos(θ)/λ…e-j2(m-1)πdcos(θ)/λ]T等式1其中λ=c/f，()T表示矩陣轉(zhuǎn)置，c是傳播速度，f是RF頻率，θ是方位角或相對于天線陣列的軸測量的與MS的位置對應(yīng)的圓錐角。如果每個天線陣列單元具有一個全方向的仰角響應(yīng)，但為非恒定和相同的方位角響應(yīng)，用e(θ)表示，則該控制矢量可表示為α(θ)=e(θ)[1e-j2πdcos(θ)/λ…e-j2(m-1)πdcos(θ)/λ]T等式2
定義發(fā)送簇T(Θ)為對于集合Θ中的所有θ，在遠(yuǎn)端接收機(jī)從每個天線陣列單元接收的信號的相對相位和幅度的集合。即T(Θ)={a(θ)，θ∈Θ｝等式4在本優(yōu)選實(shí)施例中，假設(shè)T(Θ)是已知的。精確估算T(Θ)的各種方法是公知的，這些方法包括與陣列電子學(xué)的校準(zhǔn)相結(jié)合的解析模擬，和在場中的直接測量。例如，參見我們的智能天線專利關(guān)于如何確定控制矢量和如何確定SDMA系統(tǒng)中的遠(yuǎn)端用戶的位置的例子，這里連同發(fā)明題目為“校準(zhǔn)天線陣列的方法和裝置”(發(fā)明人為Roy等)的美國專利5，546，090號(1996年8月13日授權(quán))一并作為參考，該專利公開了一個校準(zhǔn)SDMA系統(tǒng)的例子。
復(fù)值m維行加權(quán)矢量w包含有用于在整個天線陣列單元分布一復(fù)值(同相I和正交Q)信號s(t)的復(fù)合加權(quán)，以實(shí)現(xiàn)作為θ的函數(shù)的一個特定輻射方向圖。當(dāng)一個加權(quán)矢量w被用于發(fā)送空間處理時，應(yīng)用于天線單元(以基帶方式)的m個復(fù)值信號由復(fù)值m-行矢量的元素給出w*s(t)=[w1*s(t)w2*s(t)…w*ms(t)］，等式5其中()*表示復(fù)共軛，s(t)是要被發(fā)送的基帶信號(在使用GSM的本優(yōu)選實(shí)施例中為GMSK調(diào)制的)，則在位置θ由一MS接收的凈信號與下列復(fù)值量成比例w*α(θ)s(t)，等式6在本優(yōu)選實(shí)施例中，如前所述，每個要被發(fā)送的信號由發(fā)送與復(fù)用DSP產(chǎn)生，正如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員清楚的，其他實(shí)施方案肯定也是可能的，并不超出本發(fā)明的范圍。每單位時間上的單個邏輯信道確定實(shí)現(xiàn)所需特征，例如，接近全方向(NOR)特征的加權(quán)矢量w的本優(yōu)選實(shí)施例包括定義一個測量與所需響應(yīng)方向圖偏差的加權(quán)矢量w的成本函數(shù)和解決尋找使成本函數(shù)最小化的加權(quán)矢量w的最小化問題。對于本實(shí)施例，許多成本函數(shù)都是可能的。在每單位時間一個單一邏輯信道的情況下，對于NOR方向圖，作為測量用于全向廣播的所需特征的最佳成本函數(shù)是 其中|w|是矢量w之各元素的幅值矢量，|w|是|w|中所有元素的平均值?！瑆‖2是矢量w的L2范數(shù)(即“長度”)。成本函數(shù)表達(dá)式(等式7)的第一項(xiàng)是各天線單元之間的發(fā)送功率中的變化量，第二項(xiàng)是總發(fā)送功率的表達(dá)式，第三項(xiàng)是與一些用gd表示的恒定目標(biāo)增益值的增益偏差量。αi是為成本函數(shù)成分提供相關(guān)加權(quán)的正的換算因子。第三項(xiàng)中的積分是在整個Θ′上的，一個Θ的子集，特別地，是求解成本函數(shù)最小化的整個參數(shù)空間Θ的一部分(例如，整個的一個角扇區(qū))。其他的成本函數(shù)也可以用于，例如，對某些區(qū)域中的響應(yīng)方向圖中的波動施加更高的“費(fèi)用”，或?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)一所需的非NOR方向圖等等。特定的成本函數(shù)可以留給設(shè)計(jì)工程師確定并取決于成本函數(shù)中某些量的相對重要性。
用于全向(或所需方向圖)廣播的最佳w是使成本函數(shù)J(w)最小化的w。能夠被解析最小化的J(w)幾乎是不存在的。而在本優(yōu)選實(shí)施例中，使用了數(shù)值最小化方法。特別地，我們使用了一種準(zhǔn)牛頓(quasi-Newton)法并把真的與想象的w的成分作為一個2m個實(shí)參數(shù)的集合。
如何執(zhí)行所述的數(shù)值最小化將是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員清楚的。對于實(shí)際的實(shí)施來說，使用了交互矩陣操作程序MATLAB(TheMathworks，Inc.，Natick，MA)。MATLAB，其能在大多數(shù)普通計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)上運(yùn)行積分?jǐn)?shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號處理和在以數(shù)學(xué)方式表達(dá)問題和解決方案的單一環(huán)境下的圖形計(jì)算，沒有傳統(tǒng)程序語言的雜項(xiàng)開支，以便支持更多精心的應(yīng)用?；緮?shù)據(jù)單元是一個不要求維數(shù)的矩陣。它使數(shù)值問題的解決能夠在以諸如FORTRAN、Basic、或?qū)Ｓ玫摹肮ぞ呦洹盋語言寫一個程序的很短時間內(nèi)完成，并提供了MATLAB函數(shù)的全面收集(M個文件)。這種收集擴(kuò)展了MATLAB環(huán)境，以便解決各種特定類型的問題。所述“工具箱”包括信號處理、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、動態(tài)系統(tǒng)仿真、系統(tǒng)識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等等。特別地，“MATLAB優(yōu)化工具箱”被用來解決優(yōu)化問題?！癕ATLAB優(yōu)化工具箱”包括一種準(zhǔn)牛頓優(yōu)化法。
應(yīng)該再一次聲明，雖然通常希望實(shí)現(xiàn)一種NOR輻射方向圖，但是其他的考慮經(jīng)常也是很重要的。在本發(fā)明的另一個方面，可以使用本方法實(shí)現(xiàn)其他輻射方向圖，而未必是NOR方向圖。通常，那些非NOR方向圖會具有一些寬的區(qū)域。例如，可以充分地實(shí)現(xiàn)一種方向圖，其在覆蓋的所需區(qū)域內(nèi)沒有空白，使得從天線單元到天線單元的功率變化以及發(fā)送的整個能量最小。對于這樣的應(yīng)用，可以使用相同的方法，但在成本函數(shù)中具有不同的成分。因此，雖然將按照實(shí)現(xiàn)全向輻射方向圖來描述特定的實(shí)施例，但利用本發(fā)明的不同變化也可實(shí)現(xiàn)其他的輻射方向圖。
上述的方法被用來為一個天線陣列設(shè)計(jì)一個方位角NOR加權(quán)矢量w。該天線陣列由按照線性陣列排列的具有0.51λ間距、工作在1945.2MHz的8個120°的接插天線單元組成。實(shí)際設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，假設(shè)0.5λ間距，J(w)如等式6，具有a(θ)=[1e-jπcos(θ)…e-j(m-1)πcos(θ)]T/8]]>α1=1.0，α2=1.0，α3=0.5，gd=1.0，和Θ′=[30°，150°]
因?yàn)楸纠窍鄳?yīng)于一個扇區(qū)化的設(shè)計(jì)，所以對Θ′作了特別的選擇。gd是根據(jù)α(θ)的換算和該天線陣列中的單元數(shù)(8)選擇的。
注意，對于一個線性陣列，由于對稱，非扇區(qū)化NOR方向圖的設(shè)計(jì)問題將是從0至180度。非線性和非對稱陣列方向圖將要求在整個360度范圍進(jìn)行設(shè)計(jì)。
如上所述，MATLAB用于根據(jù)表達(dá)式等式7設(shè)計(jì)加權(quán)矢量w。結(jié)果被換算表示以便來自任何天線單元的最大歸一化輻射功率是1。圖2中的兩條垂直虛線203和205是扇區(qū)[30°，150°]的限制。很清楚，相對于一個單一單元，方向圖201具有很大的增益。關(guān)于扇區(qū)[30°，150°]中的波動將作出兩種解釋。第一，數(shù)量級在幾個dB的峰一峰值波動不可能具有可供使用的意義。第二，在扇區(qū)邊緣處增加的增益實(shí)際是該方向圖的一個想要的特性，因?yàn)樗鼘Ω鱾€單元的方向圖中在扇區(qū)邊緣處減少的增益進(jìn)行補(bǔ)償(參見等式2)。如果波動是不可容忍的，則可以構(gòu)造一個不同的成本函數(shù)對任何特定區(qū)域內(nèi)的波動給予高的加權(quán)。這些改進(jìn)對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是很清楚的。
這種處理策略已在使用SDMA的實(shí)驗(yàn)性GSM系統(tǒng)上實(shí)施，并且在扇區(qū)內(nèi)每5度對場進(jìn)行測量，以便將實(shí)際性能與理論預(yù)測進(jìn)行比較。在圖3中，結(jié)果用多個×表示，通過內(nèi)插給出圖3中的虛線305。圖3中的實(shí)跡201與圖2中的相同，并且正如圖中所見，實(shí)際場測量與理論計(jì)算之間存在著良好的吻合。每單位時間上的多個邏輯信道存在著一些這樣的情況，即在NOR能量方向圖不變的情況下，可能需要使用BS處的天線陣列在相同的載波上同時發(fā)送多個邏輯信道。例如，天線陣列可被用于在一個載波上支持多個下行鏈路業(yè)務(wù)信道或幾個空間信道。該載波對全向能量方向圖具有額外要求。該要求例如對某些載波是存在的，包括GSM系統(tǒng)中的BCCH載波。本發(fā)明的另一個方面是一種實(shí)現(xiàn)此種情況的方法和裝置。當(dāng)在一個單獨(dú)的時隙內(nèi)(在一個FDMA/TDMA系統(tǒng)中)或在一個常規(guī)信道中(一般的說)向一個以上的用戶發(fā)送時，無需使用本發(fā)明的這一方面，普通空間處理會為每個用戶生成高定向的RF方向圖，以便凈RF方向圖是定向的。在保持一個接近全方向的凈RF方向圖的同時，需要能夠定向地將信息發(fā)送給那些同信道用戶。
假設(shè)在由D個方位角θi(i=1，…，D)給定的不同位置存在有D個MS(即遠(yuǎn)端用戶)。這些位置典型地應(yīng)至少是基本上已知的。目的是設(shè)計(jì)D個加權(quán)矢量，每個矢量為一相應(yīng)的MS產(chǎn)生一定向方向圖，而對其他MS不產(chǎn)生干擾，同時在一個想要或需要NOR方向圖的整個區(qū)域中維持一個凈NOR方向圖。為了做到這些，首先要將整個參數(shù)空間Θ(這里，NOR方向圖是所需的)分隔成D個非重疊區(qū)域，Ωi，i=1…，D滿足θi∈Ωi，i=1，…，D，等式8 和 等式9Ωi⌒Ωj=φ，i□j， 等式10等式8表示第i個MS處在由Ωi的第i個區(qū)域內(nèi)，等式9表示Θ是所有區(qū)域的總和，等式10表示各區(qū)域不重疊(φ是空集合)。這意味著每個遠(yuǎn)端用戶都有一個區(qū)域。也可以具有比用戶多的區(qū)域，即大于D個區(qū)域。在這種情況下，一個或多個“虛擬信號”可發(fā)送到已知沒有用戶存在的區(qū)域。包括“虛擬信號”的改進(jìn)是很好理解的。在本說明書和權(quán)利要求書中，“虛擬信號”既可以是一個虛擬信號，也可以是幾個不同的虛擬信號，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，根據(jù)上下文這些是很清楚的。然而，本優(yōu)選實(shí)施例僅使用了D個區(qū)域。如前所述，為每個用戶確定加權(quán)矢量的方法包括定義D個加權(quán)矢量w1，…，WD的成本函數(shù)，每個成本函數(shù)表示與所需響應(yīng)方向圖的偏差；和隨后解決尋找使成本函數(shù)最小化的D個加權(quán)矢量之集合的最小化問題。而且，對于本發(fā)明的這方面而言，許多成本函數(shù)都是可能的。在本優(yōu)選實(shí)施例中，我們使用了如下定義的總成本函數(shù)。定義 等式11和 等式12總最佳成本函數(shù)J(W)由下面給定J(W)=Σi=1D(Ki(wi)+Li(wi)),]]>等式13其中W是D個加權(quán)矢量的集合，W={w1…，WD}。由Wopt表示的最佳的加權(quán)矢量集合然后由使成本函數(shù)J(W)最小化的集合W給出。在等式11中，各項(xiàng)的意義與等式7中的類似。等式12的Li(wi)是由第i個用戶接收的能量的量，但不是該用戶想要的。即，對應(yīng)于加權(quán)矢量wi在所有不想要區(qū)域中接收的能量。對于總成本函數(shù)的該成分而言，βi是正的加權(quán)。
在另一實(shí)施例中，使用由L′i(wi)表示的Li(wi)形式 等式15其中γi是D個參數(shù)，可以用來設(shè)定一個在Ωi中的用戶可接受的干擾電平，該干擾是來自Ωj(j≠i)中的各用戶所需的信號。正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所清楚的，其他的替換方法也是可以的。
對于單一用戶的情況，最好使用數(shù)值法求出使J(W)最小化的加權(quán)矢量集合。特別地，再次使用了準(zhǔn)牛頓法，尤其是“MATLAB優(yōu)選工具箱”中的準(zhǔn)牛頓法，而且實(shí)際的和想象的wi的成分被作為一個2m×D個實(shí)參數(shù)的集合?？商鎿Q的計(jì)算上有效的方法當(dāng)用戶在覆蓋區(qū)域中移動時，最佳的加權(quán)矢量的集合W一般需要被重新計(jì)算。這潛在地包含了以高的速率重復(fù)求解一個計(jì)算上的高度優(yōu)化問題。在第一個替換實(shí)施例中，可預(yù)先定義一個位置的集合(同信道用戶的位置區(qū)域)，和為這些位置預(yù)先計(jì)算加權(quán)矢量，然后將其預(yù)先存在一個存儲器中。只要當(dāng)同信道用戶的已知或接近已知位置與預(yù)先計(jì)算的位置之一相吻合，對于各位置之一特定位置的加權(quán)矢量的集合被從存儲器讀出并用于發(fā)送。為了確保設(shè)計(jì)用于同信道用戶的區(qū)域被充分地分開，典型地是需要為任何特定數(shù)量的同信道用戶設(shè)計(jì)一組以上的區(qū)域。否則，當(dāng)兩個用戶接近過渡區(qū)域時，同信道干擾可能會發(fā)生。
對于近似均勻的天線陣列幾何圖形，例如對于一個近似均勻的線性陣列，和一些其他的幾何圖形，另一個替換實(shí)施例包括僅存儲很少量的預(yù)先計(jì)算的加權(quán)矢量的集合，和利用一種簡單計(jì)算為非預(yù)先計(jì)算的位置迅速計(jì)算加權(quán)矢量。即，該方法涉及預(yù)先計(jì)算一個原型的加權(quán)集合W，然后“移動”該原型集合W以適合在集合Θ中改變位置的移動用戶。
將使用一個例子對該第二替換實(shí)施例進(jìn)行更好地解釋。假定一個統(tǒng)一線性天線陣列由m個具有λ/2間隔的全方向單元組成，并進(jìn)一步假設(shè)全向發(fā)送的整個區(qū)域是方位角中的整個平面，即Θ=
，和設(shè)計(jì)問題僅是超方位角，不存在任何特定的仰角集合或規(guī)定的極化集合。這種情況的控制矢量α(θ)具有等式1給定的形式，特別地，α(θ) = [1e-jπcos(θ)… e-j(m-1)πcos(θ)]T等式16當(dāng)使用一個發(fā)送加權(quán)矢量w時，作為方位角的函數(shù)的總輻射功率與量P(θ)成比例，這里P(θ) =|w*α(θ)|2，θ∈Θ，等式17對于α(θ)由等式16給定的形式的任何矢量被認(rèn)為具有一種范德蒙(Vandermonde)結(jié)構(gòu)。假設(shè)wr是另一個發(fā)送加權(quán)矢量(它是加權(quán)矢量w被移位了37度的加權(quán)矢量)。即wr=w⊙[1e-jπ(cos(127°)-cos(90°))e-j(m-1)π(cos(127°)-cos(90°))］，等式18其中⊙是表示元素與元素相乘的運(yùn)算符。由于α(θ)的Vandermonde結(jié)構(gòu)，作為方位角的函數(shù)、使用加權(quán)wr的輻射功率將被旋轉(zhuǎn)(修改180度)一個類似的量。換句話說，總輻射功率將與下式成正比|w*rα(θ)｜2=P((θ+37°)mod180°)，等式19由于等式16中余弦的存在，等式19為近似相等而不是確切的相等。余弦是非線性的。
這種關(guān)系在圖4(a)和4(b)中示出。圖4(a)中的曲線403表示作為角度的函數(shù)、使用原始加權(quán)矢量w的功率，圖4(b)中的曲線405表示對于“被旋轉(zhuǎn)”的加權(quán)矢量wr作為方位角的函數(shù)的功率。
這個概念構(gòu)成了用于同時發(fā)送多個(空間上區(qū)別的)邏輯信道而同時保持一NOR輻射方向圖的方法的第二替換實(shí)施例的基礎(chǔ)。本方法的優(yōu)選實(shí)施例按如下步驟進(jìn)行
1·把參數(shù)空間分隔成其總體是整個空間的有限個區(qū)域，該區(qū)域的數(shù)量等于同信道用戶的數(shù)量。注意，其他實(shí)施例可以是用戶數(shù)量少于區(qū)域的數(shù)量。
2·為每個區(qū)域設(shè)計(jì)加權(quán)矢量，每個加權(quán)矢量在其整個所需的區(qū)域提供接近恒定的增益，同時使發(fā)送進(jìn)入其他區(qū)域的功率最小。這最好是通過確定使一成本函數(shù)最小化的加權(quán)矢量的集合來完成，所述成本函數(shù)由等式13確定。預(yù)先存儲該加權(quán)矢量，以便根據(jù)加權(quán)矢量的一個原型集合在區(qū)域中實(shí)現(xiàn)NOR。
3·根據(jù)同信道用戶的位置的信息，確定必要的區(qū)域平移以確保同信道用戶被充分地分開和在每個區(qū)域中不含有一個以上的用戶。注意，在區(qū)域的平移中可能有一些變形。用戶的位置或近似位置在SDMA處理中是已知的(參見我們的“智能天線專利”中的例子)。
4·“移位”預(yù)先設(shè)計(jì)的加權(quán)矢量，以便它們與區(qū)域的平移相對應(yīng)。
第二實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于需要預(yù)存很少的加權(quán)矢量的原型集合。一般，僅為每次潛在的同信道用戶量預(yù)先計(jì)算一個原型集合可能就足夠了。實(shí)驗(yàn)結(jié)果上面描述的第二替換實(shí)施例的方法已被用于根據(jù)一具有用于單一用戶實(shí)驗(yàn)的相同天線陣列的BS的一個復(fù)合NOR方向圖為兩個同時空間信道系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個加權(quán)矢量w1和w2，所述天線陣列包括由按照線性陣列排列的具有0.51λ間距、工作在1945.2MHz的8個120°的接插天線單元(對于一個PCS-1900GSM系統(tǒng))。這些加權(quán)被設(shè)計(jì)供具有不同邏輯信道的兩個同時同信道用戶使用(例如，在兩個TCH上的兩個不同話音談話)，同時維持一個完整的凈NOR輻射方向圖。
全向覆蓋的整個區(qū)域Θ被認(rèn)為是一個完整的平面。即Θ=
，即使需要覆蓋的實(shí)際區(qū)域是[30°，150°]，且該區(qū)域被分割成兩個區(qū)域，第一，Ω1，從0至60度和從60度至180度(Ω1=
∪[120°，180°])和第二，Ω2，從60度至120度(Ω2=[60°，120°]，具有Θ=Ω1∩Ω2。
應(yīng)該注意，扇區(qū)化成一個120°扇區(qū)是通過各個天線單元的物理輻射方向圖(參考等式2)實(shí)現(xiàn)的，以便即使選擇Θ=
，輻射方向圖中的扇區(qū)化也將存在。確定使設(shè)計(jì)的區(qū)域Θ擴(kuò)展至整個180°是由于本優(yōu)選實(shí)施例的線性天線陣列之方向圖的周期性互疊。向低于0°的方向平移一方向圖，使該方向圖從180°向“負(fù)”的方向向下位移。這被稱作“互疊”?；クB特性被用來通過平移一單一方向圖為兩個用戶的情況生成兩個原型方向圖。雖然該特性是需要的，但并不是本發(fā)明該方面的一個必要部分，該特性可以其他方式實(shí)現(xiàn)。
區(qū)域的斷點(diǎn)被取作{60°，120°}，因?yàn)閏os(60°)=-cos(120°)=0.5。這給出了相等的角寬度區(qū)域，一個區(qū)域是其他區(qū)域的一個位移(對互疊特性取模)。這樣，利用這種區(qū)域定義和互疊特性，僅有一個優(yōu)化問題需要求解確定與Ω1對應(yīng)的加權(quán)矢量w1，然后通過將w1移動90°生成w2。
其他斷點(diǎn)和區(qū)域也可被定義。如果位移特性不允許兩個原型區(qū)域通過位移相關(guān)聯(lián)，則將需要求解兩個優(yōu)化問題。
雖然最好確保整個區(qū)域Θ是所有單獨(dú)區(qū)域的聯(lián)合體，但這樣做可能會發(fā)生一些計(jì)算性問題，例如，以準(zhǔn)牛頓方法。在該第二替換實(shí)施例所使用的特定實(shí)施中，在每個區(qū)域的邊緣加入了一個10°的緩沖區(qū)。這種方法的發(fā)現(xiàn)改進(jìn)了準(zhǔn)牛頓優(yōu)化程序的收斂特性。于是，Ω1=
∪[130°，180°]和Ω2=[70°，110°]。這種設(shè)計(jì)原理意味著必須為同信道用戶保持一個20°的間隔。用于計(jì)算w1的實(shí)際成本函數(shù)作為等式13的成本函數(shù)，僅使用K1(即，α2.j=0)，具有α(θ)=[1e-jπcos(θ)…e-j(m-1)πcos(θ)]T；等式20α1.1=6.0；α1.2=0.0；α1.3=1.0；gd=1；等式21Ω1=
∪[130°，180°]；和Ω2=[70°，110°]。
等式22使用L1的一個修改版本，其目的在于降低Ω1對Ω2干擾至少30dB，同時使Ω2中Ω1能量方向圖的正向增長極值受到數(shù)學(xué)上的抑制。 等式23w2是通過以90°而不是0°為中心旋轉(zhuǎn)w1獲得的。兩個方向圖的曲線在圖5中以曲線503和505示出。為了產(chǎn)生這兩個曲線，對加權(quán)進(jìn)行歸一化處理以便在任何一個加權(quán)矢量中的各元素的最大模數(shù)是0.5，從而使從任何單元發(fā)送的歸一化功率不大于1。曲線上表示的增益是針對以1的歸一化功率發(fā)送的單一天線單元。注意，作為方位角之函數(shù)的輻射功率，即線跡503和505之和仍然大于用以可比較功率工作的單一發(fā)送單元實(shí)現(xiàn)的輻射功率。
如果一個用戶是在如前所限定的Ω1和Ω2每一個中，則這些加權(quán)矢量w1和w2適合于兩個用戶。如果不是這種情況(其中遠(yuǎn)端用戶可以通過幾種技術(shù)來確定，參見我們的智能天線專利中的例子)，各方向圖被移動[cos(θ1)+cos(θ2)]-cos(60°)，并被存儲以便θ1＞θ2，如上所述，位移方向圖之間的斷點(diǎn)到用戶之間的中點(diǎn)。對于94°和137°的用戶角，合成的方向圖在圖6中表示為曲線603和605。注意，加權(quán)計(jì)算是僅以用戶之間的方位距離為基礎(chǔ)的，并且計(jì)算是很有效。
下面是用于生成圖5和6的MATLAB碼。在MATLAB碼中，通過優(yōu)化確定的實(shí)際加權(quán)被作為參數(shù)示出，并且需要被輸入成該碼。為了生成圖5，人們公布了指令Pat2(0，[94 137]，1)，為了生成圖6，人們公布了指令Pat2(1，[94 137]，1)。
<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[％function pat2(sel，angs，new)％％usagepat2(sel，angs，new)％％inputssel-0，原型的雙用戶最小分區(qū)加權(quán)20度。％1，雙用戶加權(quán)規(guī)定的角度％angs-1x2以度數(shù)為單位的用戶方位角矢量，兩個角都在[30，150]間％new-選項(xiàng)，指定的MATLAB圖號％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％此處加權(quán)矢量單元顯示為參數(shù)。％用戶將修改代碼并為每個數(shù)w_real_i和w_imag_i，i=1，…，8.％和w_2real_I和w_2imagI分別插入實(shí)際的實(shí)部和虛部％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％w=[w_real_1+w_imag_li w_real_2+w_imag_2i w_real_3+w_imag_3i w_real_4+w_imag_4i w_real_5+w_imag_5i w_real_6+w_imag_6i w_real_7+w_imag_7i w_real_8+w_imag_8i]；patBp=60；％％實(shí)際常數(shù)％doverlam=0.079/(2.997925e8/1945.2e6)；dtr=pi/180；tpdol=2*pi*doverlam；％％基本未平移的雙用戶加權(quán)，對最大值換算，Tx單位功率％wl=w(∶)/(2*max(abs(w)))；wh=wl.*((-1).∧
’)；％％與用戶位置相應(yīng)的平移加權(quán)和計(jì)算波束圖％angs=sort(angs)；centerPhase=tpdol*sum(cos(angs*dtr))/2；shift=centerPhase-tpdol*cos(patBp*dtr)；if(sel = = 1) wl=wl.*exp(-j
’*shift)； wh=wh.*exp(-j*
’*shift)；endpatL=(w1.’exp(j2*pi*doverlam*
’*cos([1∶180]*pi/180)))；patH=(wh.’*exp(j*2*pi*doverlam*
”*cos([1∶180]*pi/180)))；％％繪制雙用戶圖％if(nargin = = 3) figure (new)else figurel(1)endclfhl1=plot(20*log10(abs(patL))，‘g’)；holdh12=plot(20*log10(abs(patH))，‘r--’)；axis(
)if(sel= = 0) h=legend([hl1 hl2]，‘w1’，‘w2’)；else h=legend ([hl1 hl2]，sprintf(‘User @ ％d’，fix (angs(1)))，… sprintf(‘User @ ％d’，fix (angs(2))))；endxlabel(‘Azimuth (deg)’)ylabel(‘Gain (dB)’)title(‘Weights for Co-Channel Users’)gridaxes (h)抖動]]></pre>在一個進(jìn)一步的改進(jìn)中，方向圖之間的斷點(diǎn)抖動一個很小的量，最好是5度，以某個低頻率抖動，例如一個幾百Hz的頻率。結(jié)果，網(wǎng)孔中沒有任何位置永久地處在該復(fù)合方向圖的一個本地最小值上，且作為方位角之函數(shù)的平均時間的能量是相對恒定的。
抖動例如可以通過從短脈沖到短脈沖具有一輕微的抖動來執(zhí)行。例如，如果某個原型加權(quán)需要一個角θ的移動，則在某個短脈沖處施加的位移應(yīng)該是θ+5°×m，其中m是一個在±1之間統(tǒng)一分布的隨機(jī)數(shù)。這樣，從短脈沖到短脈沖，加權(quán)矢量將根據(jù)一標(biāo)稱加權(quán)矢量的位移抖動。
圖7示出了如圖6所示的同一兩個同時用戶情況在具有和沒有抖動情況下在一個天線單元上整個全向發(fā)送獲得的時間平均功率增益。這種平均是在100次重復(fù)以上，其中兩個信號的相關(guān)相位隨機(jī)地確定。實(shí)線703表示具有抖動的結(jié)果，而虛線705表示沒有抖動的結(jié)果。
下面是用于生成圖7的MATLAB碼“ditherDemo”。如在碼Pat2中的一樣，通過優(yōu)化確定的實(shí)際加權(quán)被作為參數(shù)示出，并且需要被輸入成該碼。
<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[％function ditherDemo％％ usageditherDemo％％按角度“userAngs”繪制用戶的時間-平均的凈能量圖形，％在抖動和不抖動情況下對于頻率為1945.2 MHz的0.079m間隔的％均勻線性陣列％操作通過加權(quán)修改代碼。％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％userAngs=[94 137]；％％實(shí)際的和模擬的常數(shù)％doverlam=0.079/(2.997925e8/1945.2e6)；dtr=pi/180；tpdol=2*pi*doverlam；calcAngs=[30∶150]；innerIter=100；a=exp(-j*tpdol*
’*cos(calcAngs*dtr))；％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％在這里將20度加權(quán)矢量單元作為參數(shù)顯示％用戶將修改代碼并對每個數(shù)w_real_i和w_imag_i，I=1，8.和％w_2real_i和w_2imag_i，分別插入實(shí)部和虛部％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％w=[w_real_1+w_imag_li w_real_2+w_imag_2i w_real_3+w_imag_3iw_real_4+w_imag_4i w_real_5+w_imag_5i w_real_6+w_imag_6i w_real_7+w_imag_7i w_real_8+w_imag_8i]；patBp=60；％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％選擇innerIter不同的抖動角并對其中的每一個選擇100種％不同相對相位的信號％計(jì)算整個實(shí)驗(yàn)中的功率相對于方位角的平均值％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％innerArray=zeros(size(a，2)，innerIter)；for inner=1innerIter wl=w(∶)/(2*max(abs(w)))； wh=wl.*((-1).∧
’)； ％ ％ this if-block is the dithering step ％ angs=sort(userAngs)； if(abs(diff(angs))＞=25)angs=angs+(10*(rand(1，1)-.5))； end centerPhase=tpdol*sum(cos(angs*dtr))/2； shift=centerPhase-tpdol*cos(patBp*dtr)； wl=wl.*exp(-j*
’*shift)； wh=wh.*exp(-j*
’*shift)； power=(abs((wl*ones(1，100)+wh*exp(j*2*pi*rand(1，100))).’*a)).∧2； innerArray (∶，inner)=mean(power)’；endpowArrayAO=mean(innerArray’)’；％％對非抖動情況計(jì)算功率相對于方位角的平均值％wl=w(∶)/(2*max(abs(w)))；wh=wl.*((-1).∧
’)；angs=sort(userAngs)；centerPhase=tpdol*sum(cos(angs*dtr))/2；shift=centerPhase-tpdol *cos(patBp*dtr)wl=wl.*exp(-j*
’*shift)；wh=wh.*exp(-j*
’*shift)；power=(abs((wl*ones(1，1000)+wh*exp(j*2*pi*rand(1，1000))).’*a)).∧2；powArray=mean(power)；％％繪制結(jié)果％figure (1)hold offclfhl1=plot(calcAngs，10*log10(powArrayAO)，‘g’)；hold onhl2=plot(calcAngs，10*log10(powArray)，‘r-.’)；ax=axis；axis([min(calcAngs)max(calcAngs) 0 ax (4)])title(sprintf(‘Time Averaged Gain for Users at％d，％d Degrees’， userAngs))；xlabel(‘Azimuth (deg)’)ylabel(‘Gain (dB)’)h=legend([hl1 hl2]，‘dithering’，‘no dithering’)；]]></pre>每個空間信道一個用戶的抖動也可使用上述的用于幾個用戶情況的抖動以減小每個常規(guī)信道在一個用戶的情況下具有的波動。加權(quán)矢量類似地以某個低的頻率被上下移動幾度，最好是從短脈沖到短脈沖。場測試還進(jìn)行了設(shè)計(jì)所需要的場測試。圖8示出了場實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在以PCS-1900各頻率工作的實(shí)驗(yàn)GSM系統(tǒng)上進(jìn)行了3個實(shí)驗(yàn)。在每個實(shí)驗(yàn)中，一對同信道用戶按固定方位角被確定，且被接收功率的測量可替換地由一個單獨(dú)的輻射單元和本發(fā)明的第二替換實(shí)施例的方法和裝置(具有抖動)實(shí)施。在扇區(qū)內(nèi)按5度遞增的方式進(jìn)行測量。對于這3個實(shí)驗(yàn)，用戶的方位角對分別是52°/107°，52°/84°和60°/136°。在每個角度計(jì)算使用第二實(shí)施例超過使用一單一輻射單元的增益，然后確定這些增益的一個累積分布函數(shù)。圖中的實(shí)線803是使用該方案的下行鏈路功率增益的測量累積分布函數(shù)(相對于以1的歸一化功率來自一單一單元的輻射)。實(shí)線803是在所有3個實(shí)驗(yàn)期間收集的數(shù)據(jù)的合成結(jié)果。虛線805是一個理論預(yù)測，其包含了斷點(diǎn)抖動策略的效果。通過執(zhí)行上述實(shí)驗(yàn)的蒙特卡羅模擬獲得該理論結(jié)果。兩個曲線的形狀呈現(xiàn)了良好的吻合。曲線之間1.5至2dB的偏移可能可歸因于為單一天線和多個天線數(shù)據(jù)所做的收集之間的系統(tǒng)測量誤差。
正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員清楚的，可以對上述的本發(fā)明的方法和裝置做出多種改進(jìn)，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。例如，系統(tǒng)可以實(shí)施不同的通信協(xié)議、不同的用于確定實(shí)現(xiàn)所需方向圖的加權(quán)w的方法，包括可以使用NOR方向圖，等等。本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求書闡述的內(nèi)容限定。
權(quán)利要求
1．一種從通信站向一個或多個用戶單元發(fā)送下行鏈路信號的方法，該通信站包括一個天線單元陣列，每個天線單元與一個相關(guān)發(fā)送裝置耦合連接，所述相關(guān)發(fā)送裝置與一個或多個信號處理器耦合連接，所述信號處理器用于根據(jù)一加權(quán)矢量在相位和幅度方面對下行鏈路信號進(jìn)行加權(quán)，該方法包括(a)確定一個為以低的相對功率進(jìn)行發(fā)送而設(shè)計(jì)的第一加權(quán)矢量，以便在一個所要的扇區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)所需的輻射方向圖；(b)使用一個或多個信號處理器利用所選的第一加權(quán)矢量對下行鏈路信號進(jìn)行加權(quán)，以形成一組加權(quán)的下行鏈路天線信號，每個加權(quán)的下行鏈路天線信號擁有陣列中的一個所需天線單元；和(c)通過把該組加權(quán)的下行鏈路天線信號中的每一個傳遞到其所需的天線單元，經(jīng)所需天線單元的相關(guān)發(fā)送裝置發(fā)送該下行鏈路信號。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括(d)在至少一個用戶單元中接收所述下行鏈路信號。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所需扇區(qū)包括一個方位角的范圍。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所需扇區(qū)包括一個仰角的范圍。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所需輻射方向圖是一個NOR方向圖。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在所述步驟(a)中確定的加權(quán)矢量是使該加權(quán)矢量的成本函數(shù)最小化的加權(quán)矢量，該成本函數(shù)包括由利用該加權(quán)矢量根據(jù)所需扇區(qū)上的所需輻射方向圖進(jìn)行發(fā)送而產(chǎn)生的輻射方向圖之變化量的一個表達(dá)式。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中成本函數(shù)包括一個使用所述加權(quán)矢量從各天線單元發(fā)送的總功率的表達(dá)式。
8．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中成本函數(shù)包括一個當(dāng)使用所述加權(quán)矢量時在各天線單元之間所發(fā)送的功率中變化量的表達(dá)式。
9．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述確定的步驟(a)還包括(ⅰ)定義所述加權(quán)矢量的一個成本函數(shù)，該加權(quán)矢量包括由利用該加權(quán)矢量根據(jù)所需扇區(qū)上的一NOR方向圖發(fā)送產(chǎn)生的輻射方向圖之變化量的一個表達(dá)式；和(ⅱ)選擇使成本函數(shù)最小化的加權(quán)矢量作為第一加權(quán)矢量。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中成本函數(shù)包括一個使用所述加權(quán)矢量從各天線單元發(fā)送的總功率的表達(dá)式。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中成本函數(shù)包括一個當(dāng)使用所述加權(quán)矢量時在各天線單元之間所發(fā)送的功率的變化量的表達(dá)式。
12．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述通信站是FDMA/TDMA系統(tǒng)的一部分。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述通信站按照GSM通信協(xié)議的一個變型版本工作。
14．根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述通信站按照PHS通信協(xié)議的一個變型版本工作。
15．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述通信站是CDMA系統(tǒng)的一部分。
16．一種從一個通信站經(jīng)常規(guī)信道向相應(yīng)多個用戶單元發(fā)送多個下行鏈路信號的方法，每個下行鏈路信號具有一個所需的用戶單元，每個所需的用戶單元都有一個位置，每個位置至少是基本上已知的，所述通信站包括一個天線單元陣列，每個天線單元與一個相關(guān)發(fā)送裝置耦合連接，所述相關(guān)發(fā)送裝置與一個或多個用于空分復(fù)用下行鏈路信號的信號處理器耦合連接，所述空分復(fù)用包括根據(jù)一加權(quán)矢量在相位和幅度方面對每個下行鏈路信號進(jìn)行加權(quán)和對加權(quán)的信號求和，該方法包括(a)確定多個所需的加權(quán)矢量，每個用戶單元在該多個所需加權(quán)矢量中具有一個相關(guān)的所需加權(quán)矢量，每個相關(guān)的所需加權(quán)矢量被設(shè)計(jì)用于與其相關(guān)用戶單元進(jìn)行下行鏈路通信，所述多個所需加權(quán)矢量被設(shè)計(jì)用于在一個所需扇區(qū)上產(chǎn)生一個完整的所需輻射方向圖；(b)對該多個下行鏈路信號進(jìn)行空分復(fù)用，所述空分復(fù)用包括用與該特定下行鏈路信號的所需用戶單元相關(guān)的所需加權(quán)矢量為每個特定下行鏈路信號加權(quán)，由在多個所需加權(quán)矢量中不是相關(guān)所需加權(quán)矢量的所需加權(quán)矢量實(shí)現(xiàn)的空分復(fù)用具有一個或多個偽信號，該空分復(fù)用使用一個或多個信號處理器以形成一組求和并加權(quán)的下行鏈路天線信號，每個求和并加權(quán)的下行鏈路天線信號在所述陣列中具有一個所需的天線單元；和(c)通過把每個求和并加權(quán)的下行鏈路天線信號傳遞到其所需的天線單元發(fā)送該多個下行鏈路信號，傳遞是經(jīng)所需天線單元的相關(guān)發(fā)送裝置實(shí)現(xiàn)的。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中多個所需加權(quán)矢量中的加權(quán)矢量的數(shù)量與用戶單元的數(shù)量相同，以便在該組所需加權(quán)矢量中的所有所需加權(quán)矢量是相關(guān)的所需加權(quán)矢量。
18．根據(jù)權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括(d)在用戶單元之一特定的單元處接收被空分復(fù)用的多個下行鏈路信號。
19．根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中整個所需的輻射方向圖是一個NOR方向圖。
20．根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所需扇區(qū)包括方位角的一個范圍。
21．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所需扇區(qū)包括仰角的一個范圍。
22．根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所需扇區(qū)包括一組相應(yīng)區(qū)域，每個相應(yīng)區(qū)域包括至多一個用戶單元的位置，所有相應(yīng)區(qū)域在總體上基本覆蓋了所需扇區(qū)，在所述確定步驟(a)中，為向相應(yīng)區(qū)域之一發(fā)送確定每個所需加權(quán)矢量，和在所述確定步驟(a)中確定的多個所需加權(quán)矢量是使可能的加權(quán)矢量的成本函數(shù)最小化的多個加權(quán)矢量，該成本函數(shù)包括由利用該多個加權(quán)矢量發(fā)送所產(chǎn)生的凈整個輻射方向圖的所需輻射方向圖的變化量的一個表達(dá)式。
23．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中多個所需加權(quán)矢量中的加權(quán)矢量的數(shù)量與用戶單元的數(shù)量相同，以便在該組所需加權(quán)矢量中的所有所需加權(quán)矢量是相關(guān)的所需加權(quán)矢量，且每個用戶單元的位置是處在所述相應(yīng)區(qū)域之一。
24．根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中成本函數(shù)包括使用每個加權(quán)矢量從各天線單元發(fā)送的總功率的表達(dá)式。
25．根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中成本函數(shù)包括在使用每個加權(quán)矢量時在各天線單元之間發(fā)送的功率中各變化量的表達(dá)式。
26．根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中成本函數(shù)包括對每個加權(quán)矢量在不想要的相應(yīng)區(qū)域中接收的能量的表達(dá)式。
27．一種利用在一個所需扇區(qū)上的完整的所需輻射方向圖從一個通信站經(jīng)常規(guī)信道向相應(yīng)多個用戶單元發(fā)送多個下行鏈路信號的方法，每個下行鏈路信號具有一個所需用戶單元，每個所需用戶單元都具有一個位置，每個位置至少是基本上已知的，所述通信站包括一個天線單元陣列，每個天線單元與一個相關(guān)發(fā)送裝置耦合連接，所述相關(guān)發(fā)送裝置與一個或多個用于空分復(fù)用下行鏈路信號的信號處理器耦合連接，所述空分復(fù)用包括根據(jù)一加權(quán)矢量在相位和幅度方面對每個下行鏈路信號進(jìn)行加權(quán)和對加權(quán)的信號求和，該方法包括(a)將所需扇區(qū)劃分成一組區(qū)域，該區(qū)域的數(shù)量與用戶單元的數(shù)量相同，所有區(qū)域合在一起基本上覆蓋所需扇區(qū)；(b)確定多個所需加權(quán)矢量，每個所需加權(quán)矢量被設(shè)計(jì)用于與所述區(qū)域之一進(jìn)行下行鏈路通信，所述多個所需加權(quán)矢量被設(shè)計(jì)用于在所需扇區(qū)上產(chǎn)生一個完整的所需輻射圖，所述多個所需加權(quán)矢量和該組區(qū)域限定了一個位置；(c)將所需加權(quán)矢量存儲在一個存儲器中；(d)對不同的區(qū)域組重復(fù)步驟(a)至(c)，直到存儲了足夠數(shù)量的位置為止；(e)從存儲器中讀出與各用戶單元的位置相適應(yīng)的位置的多個所需加權(quán)矢量；(f)對該多個下行鏈路信號進(jìn)行空分復(fù)用，所述空分復(fù)用包括用讀取的設(shè)計(jì)用于向包括該特定下行鏈路信號的所需用戶單元的位置的區(qū)域發(fā)送的所需加權(quán)矢量為每個特定下行鏈路信號加權(quán)，該空分復(fù)用使用一個或多個信號處理器以形成一組求和并加權(quán)的下行鏈路天線信號，每個求和并加權(quán)的下行鏈路天線信號在所述陣列中具有所需的天線單元；和(g)通過把每個求和并加權(quán)的下行鏈路天線信號傳遞到其所需的天線單元發(fā)送該多個下行鏈路信號，傳遞是經(jīng)所需天線單元的相關(guān)發(fā)送裝置實(shí)現(xiàn)的。
28．根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中在步驟(b)中確定的多個所需加權(quán)矢量是使可能的加權(quán)矢量的成本函數(shù)最小化的多個加權(quán)矢量，該成本函數(shù)包括由利用該多個加權(quán)矢量發(fā)送所產(chǎn)生的凈整個輻射方向圖的所需輻射方向圖之變化量的表達(dá)式。
29．根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中成本函數(shù)包括使用每個加權(quán)矢量從各天線單元發(fā)送的總功率的表達(dá)式。
30．根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中成本函數(shù)包括在使用每個加權(quán)矢量時在各天線單元之間的發(fā)送功率變化量的表達(dá)式。
31．根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中成本函數(shù)包括對每個加權(quán)矢量在不想要的相應(yīng)區(qū)域中接收的能量的表達(dá)式。
32．一種利用在一個所需扇區(qū)上的完整的所需輻射方向圖從一個通信站經(jīng)常規(guī)信道向相應(yīng)多個用戶單元發(fā)送多個下行鏈路信號的方法，每個下行鏈路信號具有一個所需用戶單元，每個所需用戶單元都具有一個位置，每個位置至少是基本上已知的，所述通信站包括一個天線單元陣列，各天線單元接近均勻地分布，每個天線單元與一個相關(guān)發(fā)送裝置耦合連接，所述相關(guān)發(fā)送裝置與一個或多個用于空分復(fù)用下行鏈路信號的信號處理器耦合連接，所述空分復(fù)用包括根據(jù)一加權(quán)矢量在相位和幅度方面對每個下行鏈路信號進(jìn)行加權(quán)和對加權(quán)的信號求和，該方法包括(a)將所需扇區(qū)劃分成一組區(qū)域，該區(qū)域的數(shù)量與用戶單元的數(shù)量相同，所有區(qū)域總體基本覆蓋所需扇區(qū)；(b)確定多個所需加權(quán)矢量，每個所需加權(quán)矢量被設(shè)計(jì)用于與所述區(qū)域之一進(jìn)行下行鏈路通信，所述多個所需加權(quán)矢量被設(shè)計(jì)用于在所需扇區(qū)上產(chǎn)生完整的所需輻射圖，所述多個所需加權(quán)矢量和該組區(qū)域限定了一個位置；(c)利用各用戶單元的位置確定該組區(qū)域的一個平移，以確保每個被平移區(qū)域具有不多余一個以上的用戶單元，和確保各用戶單元的位置被充分的分開；(d)移位每個被確足的所需加權(quán)矢量以形成多個移位的加權(quán)矢量，每個移位與步驟(c)中確定的平移相對應(yīng)；(e)空分復(fù)用該多個下行鏈路信號，所述空間復(fù)用包括用設(shè)計(jì)用于向包括該特定下行鏈路信號的所需用戶單元之位置的被平移區(qū)域發(fā)送的移位的所需加權(quán)矢量為每個特定下行鏈路信號加權(quán)，利用設(shè)計(jì)用于向沒有用戶單元的任何被平移區(qū)域發(fā)送的任何移位的加權(quán)矢量實(shí)現(xiàn)的復(fù)用具有一個或多個偽信號，該空分復(fù)用使用一個或多個信號處理器以形成一組求和并加權(quán)的下行鏈路天線信號，每個求和并加權(quán)的下行鏈路天線信號在所述陣列中具有一個所需的天線單元；和(f)通過把每個求和并加權(quán)的下行鏈路天線信號傳遞到其所需的天線單元發(fā)送該多個下行鏈路信號，傳遞是經(jīng)所需天線單元的相關(guān)發(fā)送裝置實(shí)現(xiàn)的。
33．根據(jù)權(quán)利要求32的方法，每個被移位區(qū)域都具有一個用戶單元，且其中在步驟(b)中確定的多個所需加權(quán)矢量是使可能的加權(quán)矢量的成本函數(shù)最小化的多個加權(quán)矢量，該成本函數(shù)包括由利用該多個加權(quán)矢量發(fā)送而產(chǎn)生的凈整個輻射方向圖的所需輻射方向圖之變化量的一個表達(dá)式。
34．根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中成本函數(shù)包括一個使用各加權(quán)矢量從各天線單元發(fā)送的總功率的表達(dá)式。
35．根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中成本函數(shù)包括在使用每個加權(quán)矢量時在各天線單元之間發(fā)送的功率中各變化量的表達(dá)式。
36．根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中成本函數(shù)包括對應(yīng)每個加權(quán)矢量在不想要的相應(yīng)區(qū)域中接收的能量的表達(dá)式。
37．根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中步驟(d)至(f)被周期地重復(fù)，每次重復(fù)中的移位在步驟(c)中確定的平移周圍抖動。
38．根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中所述抖動包括把一個隨機(jī)化的移位加到在步驟(c)中確定的平移上。
39．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中天線單元接近均勻地分布，且其中步驟(b)至(c)被周期地重復(fù)，利用多個移位的加權(quán)矢量取代多個所需加權(quán)矢量，通過移位每個所需加權(quán)矢量形成每個移位的加權(quán)矢量，每次重復(fù)中的移位抖動以便使平均移位為零。
40．一種通信站，用于向一個或多個用戶單元發(fā)送一下行鏈路信號，該通信站包括(a)天線單元陣列；(b)用于確定第一加權(quán)矢量的裝置，該第一加權(quán)矢量設(shè)計(jì)用于用低的相對輻射功率經(jīng)所述陣列進(jìn)行發(fā)送，以在整個所需扇區(qū)上實(shí)現(xiàn)一所需輻射方向圖；(c)一個或多個信號處理器，被連接用于根據(jù)第一加權(quán)矢量在相位和幅度上對下行鏈路信號進(jìn)行加權(quán)，以形成一組加權(quán)的下行鏈路天線信號，每個加權(quán)的下行鏈路天線信號在所述陣列中具有一所需天線單元；和(d)一組相關(guān)發(fā)送裝置，用于通過陣列發(fā)送該組加權(quán)的下行鏈路天線信號，每個天線單元與所述相關(guān)發(fā)送裝置組中的一個相關(guān)發(fā)送裝置的輸出端耦合連接，每個相關(guān)發(fā)送裝置包括用于接收加權(quán)的下行鏈路天線信號之一的輸入端。
41．根據(jù)權(quán)利要求40的通信站，其中所需扇區(qū)包括方位角的一個范圍。
42．根據(jù)權(quán)利要求41的通信站，其中所需扇區(qū)包括仰角的一個范圍。
43．根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中所需輻射方向圖是一個NOR方向圖。
44．根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中用于確定的裝置選擇使該加權(quán)矢量的成本函數(shù)最小化的加權(quán)矢量作為第一加權(quán)矢量，該成本函數(shù)包括由利用該加權(quán)矢量從所需扇區(qū)上的所需輻射方向圖發(fā)送而產(chǎn)生的變化量的第一表達(dá)式。
45．根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中成本函數(shù)包括使用所述加權(quán)矢量從各天線單元發(fā)送的總功率的表達(dá)式。
46．根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中成本函數(shù)包括當(dāng)使用所述加權(quán)矢量時在各天線單元之間所發(fā)送的功率中變化量的表達(dá)式。
47．一種通信站，用于通過常規(guī)信道向一個或多個用戶單元發(fā)送一個或多個下行鏈路信號，每個下行鏈路信號具有一個或多個所需用戶單元，每個所需用戶單元都具有一個位置，每個位置至少是基本上已知的，該通信站包括(a)天線單元陣列；(b)用于確定多個所需加權(quán)矢量的裝置，每個用戶單元在該多個所需加權(quán)矢量中具有一個相關(guān)的所需加權(quán)矢量，每個相關(guān)的所需加權(quán)矢量被設(shè)計(jì)用于與其相關(guān)用戶單元進(jìn)行下行鏈路通信，所述多個所需加權(quán)矢量被設(shè)計(jì)用于在所需扇區(qū)上生成完整的所需輻射方向圖；(c)一個或多個信號處理器，用于空分復(fù)用多個下行鏈路信號，以形成一組被求和并加權(quán)的下行鏈路天線信號，所述復(fù)用包括用與該特定下行鏈路信號的所需用戶單元相關(guān)的所需加權(quán)矢量對每個特定下行鏈路信號進(jìn)行加權(quán)，利用在所述多個所需加權(quán)矢量中不是相關(guān)加權(quán)矢量的所需加權(quán)矢量實(shí)現(xiàn)的空分復(fù)用是一個或多個偽信號；和(d)一組相關(guān)發(fā)送裝置，用于通過陣列發(fā)送該組被求和并加權(quán)的下行鏈路天線信號，每個天線單元與所述相關(guān)發(fā)送裝置組中的一個相關(guān)發(fā)送裝置的輸出端耦合連接，每個相關(guān)發(fā)送裝置包括一個用于接收加權(quán)的下行鏈路天線信號之一的輸入端。
48．根據(jù)權(quán)利要求47的通信站，其中在所需加權(quán)矢量組中的加權(quán)矢量的數(shù)量與用戶單元的數(shù)量相同，以便該所需加權(quán)矢量組中的所有所需加權(quán)矢量是相關(guān)所需加權(quán)矢量。
49．根據(jù)權(quán)利要求48的通信站，其中所需扇區(qū)包括一組相應(yīng)區(qū)域，每個相應(yīng)區(qū)域包括最多一個用戶單元的位置，所有相應(yīng)區(qū)域合在一起基本上覆蓋所需扇區(qū)；利用確定裝置(b)為向一相應(yīng)區(qū)域發(fā)送而確定每個所需加權(quán)矢量，和由確定裝置(b)確定的多個所需加權(quán)矢量是使可能的加權(quán)矢量的成本函數(shù)最小化的多個加權(quán)矢量，該成本函數(shù)包括由利用該多個加權(quán)矢量發(fā)送產(chǎn)生的凈整個輻射方向圖的所需輻射方向圖之變化量的一個表達(dá)式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種經(jīng)同一常規(guī)信道同時從一個通信站向一個或多個用戶單元發(fā)送一個或多個下行鏈路信號,以便在一所需扇區(qū)上實(shí)現(xiàn)一所需完整的輻射方向圖的方法和裝置。該通信站包括一個天線單元陣列(129);用于為通過所述陣列(129)進(jìn)行發(fā)送確定加權(quán)矢量的裝置;一個或多個信號處理器,用于根據(jù)所述加權(quán)矢量在相位和幅度上對下行鏈路信號進(jìn)行加權(quán)和對加權(quán)的信號求和,以形成一組加權(quán)的下行鏈路天線信號,每個求和并加權(quán)的下行鏈路天線信號在所述陣列(129)中具有一所需天線單元;和一組相關(guān)發(fā)送裝置(115),用于通過陣列(129)發(fā)送該組加權(quán)的下行鏈路天線信號,每個相關(guān)發(fā)送裝置包括一個用于接收求和并加權(quán)的下行鏈路天線信號之一的輸入端(113)。
文檔編號H04L27/12GK1286001SQ98811943
公開日2001年2月28日 申請日期1998年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月10日
發(fā)明者馬克H·戈德伯格 申請人:埃瑞康姆公司