專利名稱：從帶有天線陣的通信站順序地發(fā)送下行鏈路廣播的制作方法
本申請是序列號為08／988，519的美國專利申請的部分內(nèi)容的延續(xù)，該美國專利申請的申請日為1997年12月10日，題目為“從一個(gè)帶天線陣的通信站進(jìn)行無線電發(fā)射以提供預(yù)期的幅射圖”(稱為“母案專利”)。該母案專利在此被引用。
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及通過采用多元發(fā)射天線陣以獲得其覆蓋區(qū)內(nèi)近似全向幅射圖的通信站，在無線通信系統(tǒng)中進(jìn)行公共的下行鏈路通信信道信號的有效廣播。
眾所周知，蜂窩無線通信系統(tǒng)中將一物理區(qū)域劃分成若干蜂窩區(qū)，每一蜂窩區(qū)包括一個(gè)與用戶單元(也稱作遠(yuǎn)程終端、移動單元、移動站、用戶站或遠(yuǎn)端用戶)通信的基站(BS，BTS)。在這樣一個(gè)系統(tǒng)中，需要在蜂窩區(qū)從基站向用戶單元廣播信息，例如為了與一特定用戶建立起一個(gè)呼叫而尋呼該用戶，或者向所有的用戶單元發(fā)送控制信息，如如何與基站通信的信息，該控制信息包括如基站識別、定時(shí)、同步數(shù)據(jù)等。這些尋呼和控制信息在公共控制信道上廣播。因?yàn)闆]有關(guān)于需要接收這些尋呼或控制信息的遠(yuǎn)端用戶的位置的先前信息，或者這些信息只是針對某些用戶，所以全向或近似全向地發(fā)射這些信號是更可取的，在這里全向的意思是指在覆蓋區(qū)內(nèi)基站的幅射功率圖與方位角和高度無關(guān)。本發(fā)明的方法和裝置就是要完成這樣一種全向發(fā)射。
本發(fā)明可應(yīng)用的蜂窩系統(tǒng)的例子是采用AMPS標(biāo)準(zhǔn)的模擬系統(tǒng)；采用個(gè)人便攜電話系統(tǒng)(PHS)協(xié)議的變型的數(shù)字系統(tǒng)，該P(yáng)HS協(xié)議于1995年12月由無線電工商業(yè)協(xié)會ARIB(Association of RadioIndustries and Businesses)的初步標(biāo)準(zhǔn)RCRSTD-28(第二版)所制訂；和采用GSM協(xié)議的數(shù)字系統(tǒng)，該GSM協(xié)議包括原始形式、稱為DCS-1800的1．8GHz形式、和稱為PCS-1900的北美1．9GHz個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)形式，這三者稱為GSM的“變型”。PHS和GSM標(biāo)準(zhǔn)原則上定義了兩組功能信道(也稱邏輯信道)一種是控制信道(CCH)組，一種是業(yè)務(wù)信道(TCH)組。TCH組包括在用戶單元和基站之間發(fā)送用戶數(shù)據(jù)的雙向信道。CCH組包括一個(gè)廣播控制信道(BCCH)，一個(gè)尋呼信道(PCH)，和此處不關(guān)注的幾個(gè)其它控制信道。BCCH是一個(gè)從基站向用戶單元廣播控制信息的單向下行鏈路信道，該控制信息包括系統(tǒng)和信道結(jié)構(gòu)信息。PCH是一個(gè)從基站向某一選定用戶單元組或多個(gè)用戶單元的區(qū)域(尋呼區(qū)域)廣播信息的單向下行鏈路信道，它典型地用于提示某個(gè)特定移動站有一個(gè)呼入。本發(fā)明可適用于所有的下行鏈路廣播和發(fā)射，特別適用于當(dāng)基站同時(shí)向不止一個(gè)用戶發(fā)射公共信息(也就是廣播)時(shí)所用的BCCH和PCH。本發(fā)明也適用于其它的需要全向發(fā)射RF能量或至少在期望的區(qū)域內(nèi)不存在盲區(qū)的情形。
用于射頻(RF)能量幅射的天線陣的使用已經(jīng)在各種無線電規(guī)范中建立。為了在下行鏈路中從包括一個(gè)天線陣的基站向一個(gè)遠(yuǎn)程接收機(jī)(用戶單元)發(fā)射信號，該信號作為輸入被提供到天線陣的各個(gè)發(fā)射單元，單元與單元之間的區(qū)別僅在于增益和相位因數(shù)，其結(jié)果通常被設(shè)計(jì)為集中于該用戶單元的定向幅射圖。這種發(fā)射方法的益處在于比使用單個(gè)發(fā)射單元提高增益，并且與使用單個(gè)發(fā)射單元相比，能減少對本系統(tǒng)內(nèi)其它的同信道用戶的干擾。采用這樣一種天線陣，使得在空分多址(SDMA)技術(shù)中，指定相同的“常規(guī)信道”給不止一個(gè)用戶單元成為可能。(所謂“常規(guī)信道”也就是，在頻分多址(FDMA)系統(tǒng)中的相同頻率信道，在時(shí)分多址(TDMA)系統(tǒng)中的時(shí)隙，在碼分多址(CDMA)系統(tǒng)中的碼字，或在TDMA／FDMA系統(tǒng)中的時(shí)隙和頻率)。
任何發(fā)送的下行鏈路信號被用戶單元接收，并由用戶單元處理所接收的信號，這在現(xiàn)有技術(shù)中已熟知。
當(dāng)從移動單元向基站發(fā)送一信號(也就是上行鏈路通信)，基站典型地(但不是必須)采用一接收天線陣(通常與發(fā)射天線陣相同，但不是必須)。對在接收天線陣的每個(gè)單元所接收的基站信號在其幅度和相位上用一接收權(quán)數(shù)(也稱為空間多路分解權(quán)數(shù))進(jìn)行加權(quán)，這一過程被稱為空間多路分解，所有的接收權(quán)數(shù)確定一個(gè)復(fù)數(shù)值接收權(quán)矢量，該矢量依賴于由遠(yuǎn)端用戶向基站發(fā)射的接收空間特征標(biāo)記。接收空間特征標(biāo)記表征了基站陣列如何無干擾地從一特定用戶單元接收信號。在下行鏈路中(從基站到用戶單元的通信)，對要發(fā)送的信號進(jìn)行加權(quán)以完成發(fā)射，其加權(quán)是通過在天線陣的每一單元對信號幅度和相位利用一組各自發(fā)射權(quán)數(shù)(也稱為空間多路復(fù)用權(quán)數(shù))進(jìn)行，所有的對一特定用戶的發(fā)射權(quán)數(shù)確定一個(gè)復(fù)數(shù)值發(fā)射權(quán)矢量，該矢量也依賴于遠(yuǎn)端用戶的“下行鏈路空間特征標(biāo)記”或“發(fā)射空間特征標(biāo)記”，該“下行鏈路空間特征標(biāo)記”或“發(fā)射空間特征標(biāo)記”表征了遠(yuǎn)端用戶如何無干擾地從基站接收信號。當(dāng)在相同的常規(guī)信道上向若干移動用戶發(fā)送信號時(shí)，加權(quán)信號和由天線陣發(fā)射。當(dāng)用戶單元采用天線陣以進(jìn)行發(fā)射并期望這樣一個(gè)用戶單元的全向發(fā)射時(shí)，雖然這一技術(shù)也可以應(yīng)用于上行鏈路通信，然而本發(fā)明主要還是涉及下行鏈路通信。
在采用天線陣的系統(tǒng)中，無論是在從每個(gè)天線單元的上行鏈路進(jìn)行的信號加權(quán)，還是到每個(gè)天線單元的下行鏈路進(jìn)行的信號加權(quán)，在此都被稱作“空間處理”。即使當(dāng)不多于一個(gè)用戶單元被指定到任何常規(guī)信道上時(shí)，空間處理也是有用的。因此，在此采用的SDMA這個(gè)術(shù)語，既包括每個(gè)常規(guī)信道具有不止一個(gè)用戶的空間多路復(fù)用的情況，又包括每個(gè)常規(guī)信道僅有一個(gè)用戶的空間處理的使用?！靶诺馈边@個(gè)術(shù)語，是指基站和單個(gè)移動用戶之間的通信鏈路，因此，術(shù)語“SDMA”既包含了每個(gè)常規(guī)信道只有單個(gè)信道的情形，又包含了每個(gè)常規(guī)信道不止一個(gè)信道的情形。在一個(gè)常規(guī)信道內(nèi)的多個(gè)信道，被稱作空間信道。為描述SDMA系統(tǒng)，可參見如名稱為“空分多址無線通信系統(tǒng)”、由Roy三世等人共同擁有的美國專利US5，515，378(1996年5月7日出版)和US5，642，353(1997年6月24日出版)，在此，兩者結(jié)合起來作為參考；名稱為“有效頻譜高容量無線通信系統(tǒng)”、由Barratt等人共同擁有的美國專利US5，592，490(1997年1月7日出版)，在此作為參考；名稱為“具有時(shí)空處理的有效頻譜高容量無線通信系統(tǒng)”、由Ottersten等人共同擁有的美國專利申請08／735，520(申請日為1996年10月10日)，在此作為參考；以及名稱為“采用天線陣和空間處理的由判決指導(dǎo)的解調(diào)方法和裝置”、由Barratt等人共同擁有的美國專利申請08／729，390(申請日為1996年10月11日)，在此作為參考。采用天線陣以提高通信效率和／或提供SDMA的系統(tǒng)有時(shí)被稱作“智能天線系統(tǒng)”。上述專利和專利申請?jiān)诖撕戏Q為“我們的智能天線專利”。
因?yàn)閺V播意味著通過一個(gè)公共信道向分散的用戶單元組同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，所以需要找到一種方法和相關(guān)的發(fā)射設(shè)備，該方法和設(shè)備采用多個(gè)天線單元陣列，既能廣播公共下行鏈路信道信息，又能廣播用于一個(gè)或多個(gè)特定用戶的業(yè)務(wù)信息。預(yù)期的特性一個(gè)成功的方法將具有以下特性●在沒有預(yù)先給出遠(yuǎn)程接收機(jī)可能的位置信息時(shí)，一個(gè)遠(yuǎn)程接收機(jī)在一定期間內(nèi)任何方位上至少一次接收到的信號，與在該期間任何其它位置上接收的信號電平近似相同。在這里被稱作“近似全向”(NOR)廣播；●天線陣中每個(gè)單元在發(fā)射功率上的低變化，從而可以利用天線陣中每個(gè)單元，并且引起的定標(biāo)問題在實(shí)際操作中被最小化；●相對于采用天線陣中單個(gè)單元以與在該期間天線陣單元的單個(gè)發(fā)射功率的可比功率進(jìn)行發(fā)射來說，可得到顯著的模式增益；●低的幅射能量總和，因此所有的單元都被有效地利用。
在這里“相對低的幅射功率”意思是在一段時(shí)間內(nèi)，與采用增益(例如，可用dBi來測量)相同的單個(gè)天線單元作為天線陣中的各個(gè)單元來得到可比的最大幅射電平(在范圍、方位和高度上比較)所需要的功率相比，天線陣中每個(gè)單元的幅射功率低。由于幅射功率的不同需要不同的功率放大器，而且高倍數(shù)的功放相對昂貴，某些情況下，即使是1dB也使得幅射功率有很大區(qū)別。通常情況下，認(rèn)為3dB會使得幅射功率有很大區(qū)別。
采用天線陣的分區(qū)系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)中所熟知。在一個(gè)分區(qū)系統(tǒng)中，需要在天線陣和相關(guān)電子設(shè)備所期望覆蓋的區(qū)域內(nèi)(即，扇區(qū))有效地廣播，而不是真正的全向廣播(360°的覆蓋方向)。因此，在本文件中，“全向”這個(gè)術(shù)語將包括以下的含義1)“全向”意思是近似或接近全向(“NOR”)；2)在一個(gè)未分區(qū)蜂窩系統(tǒng)中，全向的意思是覆蓋方向360°的NOR，3)在一個(gè)分區(qū)系統(tǒng)中，全向的意思是在期望的扇區(qū)寬度內(nèi)接近全向(例如，120°的扇區(qū)其覆蓋方向?yàn)?20°)。
作為方向和其它描述遠(yuǎn)端接收機(jī)位置的量的函數(shù)，現(xiàn)有技術(shù)關(guān)于僅從單個(gè)天線單元發(fā)射信號的方法滿足增益近似恒定的標(biāo)準(zhǔn)，而且具有低的總幅射能量，但是卻不能提供低變化，該低變化是天線陣中各單元在發(fā)射功率上的低變化，從而利用天線陣中的每個(gè)單元，并使引起的定標(biāo)問題在實(shí)際操作中被最小化，也不能提供顯著的模式增益，該增益是相對于采用天線陣中單個(gè)單元以與天線陣單元的單獨(dú)發(fā)射功率的可比功率進(jìn)行發(fā)射來說可得到的顯著的增益。另外，僅從一個(gè)天線發(fā)射無法在相同的常規(guī)信道同時(shí)與幾個(gè)用戶進(jìn)行通信。
除此之外，還可以通過多波束發(fā)送和在成束前將預(yù)處理應(yīng)用于任何信號的組合來控制天線陣幅射圖。名稱為“用于零填充天線幅射圖的正交化方法”、發(fā)明人為Forssen等的美國專利US5，649，287(1997年7月15日出版)，公開了一種在蜂窩通信系統(tǒng)中發(fā)送信息的方法，該系統(tǒng)至少包括一個(gè)具有天線陣的基站和多個(gè)移動站。對公共信息預(yù)處理以形成正交信號。這些正交信號被成束以傳送到天線陣中的不同波束。然后正交信號被發(fā)射并被一個(gè)或多個(gè)移動站所接收。這些信號在移動站被處理以便從正交信號中解譯公共信息。上述發(fā)射到移動站的正交信號被形成以防止天線幅射圖中的盲區(qū)。
Forssen等提出的方法要求預(yù)處理(正交化)控制信號以形成m個(gè)正交信號然后饋送到射束形成裝置。也就是，任何將要廣播的信號首先轉(zhuǎn)換成一組不相關(guān)的信號，然后將這些信號中的每一個(gè)在不同的波束上發(fā)送。這就要求附加的硬件或處理步驟。另外，F(xiàn)orssen等描述的特定實(shí)施例中還要求在用戶單元有一個(gè)高性能的均衡器以分解來自其它不同波瓣的正交信號。期望采用這樣一種系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中任何要發(fā)送的信號只需要對其相位和幅度加權(quán)而不要求其它附加的步驟(如正交化)。
因此，需要這樣一種用于全向下行鏈路發(fā)射的方法，該方法采用現(xiàn)有的包括天線陣中天線單元的通信系統(tǒng)裝置，以獲得可接受的全向性能和相對低幅射功率。還需要一種實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。
本發(fā)明的一個(gè)目的是在包括一個(gè)天線陣的通信站上實(shí)現(xiàn)一種用于下行鏈路發(fā)射的方法以獲得可接受的全向性能和相對低幅射功率，全向的意思是一個(gè)時(shí)段內(nèi)處于通信站范圍內(nèi)的任意方位上的遠(yuǎn)端用戶都能接收到消息。本發(fā)明的另一個(gè)目的是獲得該特性的裝置。
這些以及其它的目的將在本發(fā)明所公開的不同方面被具體描述。
本發(fā)明所公開的一個(gè)方面是一種用于從通信站向用戶單元發(fā)射下行鏈路信號的方法，該信號具有預(yù)期的幅射圖且該通信站包括一個(gè)天線陣。在通信站中，對一個(gè)或多個(gè)信號處理器編程(在可編程信號處理器的情況下)以用來對所有下行鏈路信號的相位和幅度進(jìn)行加權(quán)，加權(quán)可用一個(gè)復(fù)數(shù)值權(quán)矢量來描述。加權(quán)信號被饋送到發(fā)射裝置的輸入端，其輸出端與天線單元耦合。該方法包括多次重復(fù)發(fā)射下行鏈路信號，每次發(fā)射包括(a)在一組信號處理過程中采用一個(gè)信號處理過程以形成已處理的下行鏈路天線信號，該處理過程包括根據(jù)一個(gè)權(quán)矢量對下行鏈路信號的相位和幅度進(jìn)行加權(quán)；(b)把每個(gè)已處理的下行鏈路天線信號傳送到指定的天線單元，并通過指定的天線單元的相關(guān)發(fā)射裝置將下行鏈路信號發(fā)射出去。對上述一組處理過程進(jìn)行設(shè)計(jì)以便在期望的扇區(qū)內(nèi)任何一個(gè)位置上在至少一次重復(fù)中能獲得預(yù)期的幅射電平。通常，期望的扇區(qū)是指一個(gè)方位范圍，例如，天線陣扇區(qū)的整個(gè)方位范圍，而預(yù)期的幅射電平是指非零(non-null)電平。我們認(rèn)為非零電平是一個(gè)有效的能量電平，它使得接收成為可能。也就是，在一段時(shí)間內(nèi)每一次重復(fù)過程中信號都可以發(fā)射到任何位置上的每一用戶。典型地，通過運(yùn)行信號處理器之一中的程序?qū)㈨槾蔚貓?zhí)行各個(gè)信號處理過程。
在本方法的一個(gè)實(shí)施例中，該組信號處理過程的每一個(gè)都包括按照不同權(quán)矢量的序列進(jìn)行加權(quán)。該方法包括對于權(quán)矢量序列中的每一權(quán)矢量執(zhí)行以下步驟從矢量序列中選擇下一個(gè)權(quán)矢量，根據(jù)選擇的權(quán)矢量對下行鏈路信號在相位和幅度上進(jìn)行加權(quán)以形成一組加權(quán)的下行鏈路天線信號，并把每一加權(quán)的下行鏈路天線信號傳送到指定的天線單元，通過指定的天線單元的相關(guān)發(fā)射裝置將下行鏈路信號發(fā)射。該矢量序列被設(shè)計(jì)成能夠在期望的扇區(qū)內(nèi)任何一個(gè)位置上在至少一次采用權(quán)矢量序列的順序發(fā)射過程中獲得預(yù)期的幅射電平。通常，期望的扇區(qū)是指整個(gè)方位范圍，預(yù)期的幅射電平是一個(gè)有效(也就是非零)電平。也就是，在要求的一段時(shí)間內(nèi)使用序列中的所有權(quán)矢量來順序地向每一用戶發(fā)送信號。典型地，通過運(yùn)行信號處理器之一中的程序來執(zhí)行程序控制邏輯。一種實(shí)現(xiàn)方式是，序列中的權(quán)數(shù)預(yù)先存儲在存儲器中，而另一種實(shí)現(xiàn)方式是，通過不工作從存儲在存儲器中的一個(gè)或多個(gè)原型權(quán)數(shù)進(jìn)行計(jì)算來得到權(quán)數(shù)。
在公開的特定實(shí)施例中，通信站在一個(gè)蜂窩系統(tǒng)中采用PHS空中接口協(xié)議工作。該系統(tǒng)的一個(gè)變型是用于低移動性應(yīng)用，而另一個(gè)是用于無線本地環(huán)路(WLL)系統(tǒng)。然而本發(fā)明并不局限于任何多路傳輸方案或空中接口標(biāo)準(zhǔn)。在其它的實(shí)施例中可以采用任何模擬或數(shù)字多路傳輸方案(如FDMA，TDMA／FDMA，CDMA，等等)和／或任何空中接口標(biāo)準(zhǔn)(如AMPS，GSM，PHS等等)。
在一個(gè)公開的實(shí)施例中，權(quán)矢量序列中的所有元素都具有相同幅度和隨機(jī)相位。一種實(shí)現(xiàn)方式是隨機(jī)相位通過隨機(jī)裝置來產(chǎn)生(如一個(gè)隨機(jī)相位發(fā)生器)，該隨機(jī)裝置包括在發(fā)射裝置中。在另一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，該序列是預(yù)先設(shè)計(jì)并預(yù)先存儲在一個(gè)存儲器中。
在另外一個(gè)實(shí)施例中，該序列由正交的權(quán)矢量組成。這些正交的權(quán)矢量最好(但不是必須)具有相同幅度的元素。該實(shí)施例的描述中公開了三種可被采用的正交序列一種序列是其元素是復(fù)數(shù)值沃爾什-Hadamard矩陣的行(或列)，另一種序列是其元素是實(shí)數(shù)Hadamard矩陣的行(或列)，還有一種序列是其元素是離散傅里葉變換(DFT或FFT)的基矢量。
在另一個(gè)實(shí)施例中，權(quán)矢量序列由能提供預(yù)期幅射圖(例如，近似全向(NOR)圖)的權(quán)矢量組成，該幅射圖在一個(gè)總的期望的扇區(qū)(典型地為整個(gè)方位范圍)內(nèi)的子扇區(qū)中，所有子扇區(qū)覆蓋總的期望扇區(qū)，從而具有序列中每個(gè)權(quán)數(shù)的順序廣播可以覆蓋整個(gè)期望的范圍。采用母案專利(美國專利申請序列號為08／988，519)中所描述的方法對序列中的每個(gè)權(quán)矢量進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如在一個(gè)實(shí)施例中，序列中的每個(gè)權(quán)矢量是使可能的權(quán)矢量的成本函數(shù)最小化的權(quán)矢量，該成本函數(shù)包括一預(yù)期的幅射圖的變化的表達(dá)式，其中該預(yù)期的幅射圖是在特定的子扇區(qū)內(nèi)采用該權(quán)矢量進(jìn)行發(fā)射而得到的幅射圖。在一個(gè)可用于具有均勻分布單元的天線陣的特定方案中，對于一個(gè)子扇區(qū)設(shè)計(jì)一個(gè)權(quán)矢量原型，序列中的其它的權(quán)矢量是通過對權(quán)矢量原型進(jìn)行移位得到，該移位量由子扇區(qū)的角度移位所決定。具體細(xì)節(jié)可參見母案專利。
本發(fā)明的另一方面，權(quán)矢量序列包括代表了為發(fā)射到通信站的已知用戶單元而設(shè)計(jì)的權(quán)矢量。典型地，為發(fā)射到已知用戶單元而設(shè)計(jì)的權(quán)矢量由已知用戶單元的發(fā)射空間特征標(biāo)記來確定。在一個(gè)實(shí)施例中，該代表性的權(quán)矢量是為發(fā)射到已知用戶單元而設(shè)計(jì)的權(quán)矢量。在另一個(gè)實(shí)施例中，該代表性的權(quán)矢量在數(shù)量上比為發(fā)射到已知用戶單元而設(shè)計(jì)的權(quán)矢量少，并且由采用矢量量化聚類方法的用戶單元權(quán)矢量來確定?，F(xiàn)有技術(shù)中許多聚類方法是已知的，其中的任何一個(gè)方法都可以應(yīng)用于本發(fā)明的這一部分。最佳實(shí)施例中的聚類方法以一組權(quán)矢量(如，為發(fā)射到已知用戶單元而設(shè)計(jì)的權(quán)矢量)開始，并迭代地從一組權(quán)矢量中確定代表性的權(quán)矢量的一個(gè)更小的組。首先，指定代表性的權(quán)矢量的初始組。在每一次迭代過程中，各權(quán)矢量根據(jù)某些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與最鄰近的代表性的權(quán)矢量合并。在各代表性的權(quán)矢量和所有的與代表性權(quán)矢量合并的權(quán)矢量之間確定一個(gè)距離的平均測量值，該平均值最好是距離的均方。直到本次迭代過程中的平均值與前次迭代過程中的平均值之間的差值幅度小于某一閾值，在該次迭代過程中各代表性的權(quán)矢量才被一個(gè)核心權(quán)矢量所代替，該核心權(quán)矢量是相對于所有的與代表性權(quán)矢量合并的權(quán)矢量而言的，然后重復(fù)合并和閾值檢測的步驟。該核心權(quán)矢量最好是該次迭代過程中所有的與代表性權(quán)矢量合并的權(quán)矢量的幾何重心。當(dāng)各代表性的權(quán)矢量和所有的與代表性權(quán)矢量合并的權(quán)矢量之間的平均量度小于某一閾值時(shí)，完成了這一結(jié)果的代表性的權(quán)矢量將成為用于順序發(fā)射下行鏈路信號的最終的代表性權(quán)矢量。
在該聚類方法的一個(gè)實(shí)施例中，用于“鄰近”的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是最接近的歐幾里德距離，并且核心權(quán)矢量是該次迭代過程中所有的與代表性權(quán)矢量合并的權(quán)矢量的幾何重心，在另一個(gè)實(shí)施例中，用于“鄰近”的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是最大余弦角，在這種情況下，取代代表性的權(quán)矢量的核心權(quán)矢量是從在所有的權(quán)矢量上執(zhí)行奇異值分解而獲得的主要奇異矢量，其中該所有權(quán)矢量是在該次迭代過程中同代表性權(quán)矢量合并的權(quán)矢量。另外，在該聚類方法的一個(gè)實(shí)施例中，初始的代表性權(quán)矢量是在希望的角度范圍內(nèi)(360度的方位角)對應(yīng)于不同的均勻分布的各個(gè)角度的單位幅度權(quán)矢量。也可以采用其它的初始值。例如，在另一個(gè)可用于代表性權(quán)矢量的數(shù)目等于天線單元的數(shù)目的實(shí)施例中，可采用沃爾什-Hadamard正交權(quán)數(shù)作為代表性權(quán)矢量的初始組。除此之外，還可以采用DFT正交權(quán)數(shù)作為代表性權(quán)矢量的初始組。
在一個(gè)替代的改進(jìn)實(shí)施例中，權(quán)矢量序列包括兩個(gè)子序列，第一子序列包括代表現(xiàn)有用戶單元的發(fā)射權(quán)矢量的權(quán)矢量，第二子序列包括一個(gè)為近似全向廣播而設(shè)計(jì)的權(quán)矢量。為近似全向廣播而設(shè)計(jì)的權(quán)矢量可以根據(jù)母案專利所實(shí)施的方法來設(shè)計(jì)。除此之外，第二子序列還可以是一組正交權(quán)矢量。
從本發(fā)明的最佳實(shí)施例的詳述中能更加全面地理解本發(fā)明，但是，任何特定的實(shí)施例僅僅是為了解釋和更好地理解，本發(fā)明不受這些實(shí)施例的限制。借助于以下附圖依次解釋各實(shí)施例


圖1示出了體現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)基站的發(fā)射處理部分和發(fā)射RF部分；圖2示出了在用于每個(gè)天線單元的發(fā)射路徑上帶有后處理裝置的一個(gè)基站的發(fā)射處理部分和發(fā)射RF部分；圖3(a)和3(b)示出了在一簡化方式中，在兩個(gè)不同階段(迭代)的最佳實(shí)施例聚類方法，其中的兩個(gè)階段是從一組權(quán)矢量中選擇矢量量化代碼矢量的一種方法的兩個(gè)不同階段；圖4示出了沒有任何權(quán)數(shù)定序的模擬結(jié)果。圖4(a)、4(b)和4(c)示出了γ值為0(完全隨機(jī))、0．5和1．O(完全幾何)時(shí)的PNLTY測量柱狀圖，試驗(yàn)次數(shù)分別為10000次；圖5(a)、5(b)和5(c)示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面采用DFT權(quán)數(shù)定序的模擬結(jié)果，其γ值分別為0、0．5和1．0，試驗(yàn)次數(shù)分別為10000次；圖6(a)、6(b)和6(c)示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面采用矢量量化權(quán)矢量定序的模擬結(jié)果，其γ值分別為0、0．5和1．0，試驗(yàn)次數(shù)分別為10000次。
本發(fā)明最好在SDMA無線通信系統(tǒng)的基站部分實(shí)現(xiàn)，特別是蜂窩SDMA系統(tǒng)。在一種實(shí)現(xiàn)方式中，系統(tǒng)采用適合于低移動性應(yīng)用的PHS通信協(xié)議。用戶單元可以是移動的。上面提到并在此被引用的共有的美國專利申請08／729，390具體描述了這樣一種系統(tǒng)的基站的硬件，該基站最好具有四個(gè)天線單元。在第二種實(shí)現(xiàn)方式中，用戶單元具有固定位置。再次采用PHS通信協(xié)議。具有固定位置的無線系統(tǒng)有時(shí)稱作“無線本地環(huán)路(WLL)系統(tǒng)”。在此被引用(以下稱為“我們的功率控制專利”)的、名稱為“用于智能天線通信系統(tǒng)的利用信號質(zhì)量評價(jià)的功率控制”、發(fā)明人為Yun的美國專利申請09／xxx．xxx(申請日為1998年2月6日)中描述了一種在本發(fā)明的某些方面被涉及的WLL基站。這樣一種WLL基站可以有任意數(shù)目的天線單元，在此假定的許多模擬一個(gè)12個(gè)單元的天線陣。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，對于任意一種在每個(gè)常規(guī)信道上具有一個(gè)或多個(gè)空間信道、并且具有或者移動或者固定或者移動和固定組合的用戶單元的SDMA系統(tǒng)來說，都可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。這樣一種系統(tǒng)可以是模擬或者數(shù)字，可以采用頻分多址(FDMA)、碼分多址(CDMA)或時(shí)分多址(TDMA)技術(shù)，后者通常與FDMA組合(TDMA／FDMA)。
圖1示出了體現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)基站(BS)的發(fā)射處理部分和發(fā)射RF部分。數(shù)字下行鏈路信號103將由基站廣播，并且典型地由基站產(chǎn)生。信號103由一個(gè)處理下行鏈路信號103的信號處理器105處理，該處理過程包括對下行鏈路信號103在相位和幅度上進(jìn)行加權(quán)以形成一組加權(quán)的下行鏈路天線信號的空間處理過程，該加權(quán)可由一復(fù)數(shù)值權(quán)矢量來描述。信號處理器105可以包括一個(gè)可編程處理器，該可編程處理器的形式可以是具有為進(jìn)行操作所需的存貯器和邏輯的一個(gè)或多個(gè)數(shù)字信號處理器裝置(DSP)，或者一個(gè)或多個(gè)通用微處理器(MPU)，或者一個(gè)或多個(gè)MPU和DSP組合。其具體細(xì)節(jié)讀者可以參照上面提到的美國專利申請08／729．390和09／xxx．xxx。在最佳實(shí)施例中，空間處理(空間多路復(fù)用)及其在本發(fā)明中的方法以信號處理器105中的程序指令的形式來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)程序加載到DSP(s)或MPU(s)或兩者的組合中并被執(zhí)行時(shí)，圖1中所示的裝置執(zhí)行該方法。因此信號處理器105具有與基站發(fā)射天線陣的天線單元數(shù)目相同的輸出，該數(shù)目在此以m表示。這些輸出在圖1中以106．1、106．2、…106．m示出。在最佳實(shí)施例中，具有由一發(fā)射／接收開關(guān)產(chǎn)生的時(shí)域雙工(TDD)效果的發(fā)射和接收采用相同的天線陣。由于本發(fā)明主要涉及發(fā)射，雙工功能在圖1中沒有示出。因此圖1也應(yīng)用于僅用來發(fā)射的基站、具有用于發(fā)射和接收的不同天線的基站、和具有相同的發(fā)射和接收天線的采用頻域雙工(TDD)的基站。信號處理器105在基帶(典型但不必須)上的m個(gè)輸出被上變換到所要求的RF頻率，然后RF放大并饋送到m個(gè)天線單元109．1、109．2、…109．m。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的WLL和移動系統(tǒng)中，某些上變換以數(shù)字上變換實(shí)現(xiàn)，某些以模擬上變換實(shí)現(xiàn)。由于上變換和RF放大在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，在圖1中兩者以RF單元107．1、107．2、…107．m表示。方法的一般描述本發(fā)明的方法和裝置的共同點(diǎn)是多次(即n次)發(fā)射下行鏈路信號，每一次信號處理不同，該信號處理包括以發(fā)射權(quán)矢量進(jìn)行加權(quán)和進(jìn)行選擇，使得在具有全部n個(gè)不同信號處理過程的發(fā)射中，在期望的扇區(qū)內(nèi)的任何一個(gè)位置在至少一次發(fā)射期間獲得預(yù)期的幅射電平。通常，期望的扇區(qū)是一個(gè)方位角范圍，例如，天線陣扇區(qū)的整個(gè)方位角范圍，而預(yù)期的幅射電平是一有效電平(即，非零電平)。而且，在沒有給出其它信息的情況下，在具有全部n個(gè)不同信號處理過程的發(fā)射中，當(dāng)與發(fā)射機(jī)的距離相同時(shí)，期望的扇區(qū)內(nèi)任意方位角的一個(gè)遠(yuǎn)端用戶能獲得相同的最大幅射電平。通常，對于非分區(qū)系統(tǒng)來說期望的扇區(qū)是360°，對于分區(qū)系統(tǒng)來說期望的扇區(qū)是天線陣扇區(qū)。
按照本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，n個(gè)信號處理過程中的每一個(gè)都包括由n個(gè)發(fā)射權(quán)矢量的序列中的一個(gè)相應(yīng)權(quán)矢量進(jìn)行加權(quán)。因此，在該實(shí)施例中，下行鏈路信號被發(fā)射n次，每一次都具有在n個(gè)不同權(quán)矢量的序列中的一個(gè)不同的權(quán)矢量，該n個(gè)權(quán)矢量被選擇，使得在具有全部n個(gè)權(quán)矢量的發(fā)射中，在期望的扇區(qū)內(nèi)(如，天線陣扇區(qū))的任何一個(gè)位置在至少一次發(fā)射中獲得預(yù)期的幅射電平。通常，期望的扇區(qū)是一個(gè)方位角范圍，例如，天線陣扇區(qū)的整個(gè)方位角范圍，而預(yù)期的幅射電平是一有效電平(即，非零電平)。而且，在沒有給出其它信息的情況下，在具有全部n個(gè)權(quán)矢量的發(fā)射中，當(dāng)與發(fā)射機(jī)的距離相同時(shí)，期望的扇區(qū)內(nèi)任意方位角的一個(gè)遠(yuǎn)端用戶能獲得相同的最大幅射電平。通常，對于非分區(qū)系統(tǒng)來說期望的扇區(qū)是360°，對于分區(qū)系統(tǒng)來說期望的扇區(qū)是天線陣扇區(qū)。一個(gè)不同的權(quán)矢量在每一重復(fù)過程中被有效地采用，為獲得這樣一種不同，例如，或者選擇一不同的權(quán)矢量或者使用一附加裝置產(chǎn)生的單個(gè)權(quán)矢量來改變權(quán)矢量以產(chǎn)生一個(gè)不同的有效權(quán)矢量。
在另一實(shí)現(xiàn)方式中，信號處理過程包括在空間處理之后的后處理，例如，在基帶采用模擬或數(shù)字濾波，或者在RF域采用模擬濾波，在每一重復(fù)過程中空間處理典型但非必須地采用相同的發(fā)射權(quán)矢量。在n次下行鏈路信號發(fā)射中的每一次，下行鏈路信號被空間處理為多個(gè)信號，每個(gè)信號用于一個(gè)天線單元。每一天線信號以不同方式進(jìn)行后處理。注意每一天線信號上變換到RF，帶有一級或多級中頻(IF)放大，并且該處理可以在這種上變換之前進(jìn)行，采用數(shù)字或模擬裝置，或者在數(shù)字上變換(當(dāng)有數(shù)字上變換時(shí))之后采用數(shù)字或模擬裝置，或者在模擬上變換之后采用模擬裝置。在模擬方式中，不同的模擬濾波被引入到m個(gè)天線信號的每一個(gè)，并且n次在RF單元107．1，107．2，…107．m中饋送給m個(gè)天線單元109．1，109．2，…，109．m。可以這樣做，例如，在m個(gè)天線信號的每一個(gè)中n次引入不同數(shù)量的延時(shí)。如圖2所示的后處理裝置203．1，203．1，…203．m例如是產(chǎn)生m個(gè)不同延時(shí)的各延時(shí)裝置。對于各RF單元，后處理裝置在輸入處。然而，后處理不僅可以在基帶，也可以在RF單元進(jìn)行，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯然的。當(dāng)引入這種延時(shí)后，用戶接收單元可能需要適當(dāng)?shù)木馄鳎@對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的。后處理還可以例如，通過n次引入不同數(shù)量的頻率偏移到m個(gè)天線信號的每一個(gè)中。在這種情況下，圖2所示的后處理裝置203．1，203．1，…203．m是產(chǎn)生m個(gè)不同頻率偏移的各頻率偏移裝置。引入到m個(gè)天線信號的每一個(gè)中的不同頻率偏移或不同延時(shí)的數(shù)量在用戶單元不會帶來解調(diào)的問題，但是卻足以使m個(gè)天線信號正交化。頻率偏移引入后處理的一個(gè)特定實(shí)施例可以被一個(gè)在RF發(fā)射裝置中使用可編程上變換器／濾波器的系統(tǒng)所采用。在“我們的功率控制專利”(上面提到的美國專利申請09／xxx．xxx)所描述的WLL系統(tǒng)的基站中，用于實(shí)現(xiàn)RF系統(tǒng)107．1，107．2，…107．m的設(shè)備是Graychip公司(加利福尼亞的Palo Alto)的GC4114四線數(shù)字上變換器／濾波器。GC4114具有可以用于將頻率偏移引入到信號的相位偏移(和增益)寄存器。
頻率偏移后處理方法可被認(rèn)為是使用在每次重復(fù)的發(fā)射過程中相位變化的發(fā)射權(quán)矢量進(jìn)行發(fā)射。例如，最佳實(shí)施例中所采用的數(shù)字調(diào)制，引入一個(gè)小的頻率偏移使構(gòu)象空間產(chǎn)生緩慢旋轉(zhuǎn)。該構(gòu)象空間是由復(fù)數(shù)值(同相分量I，正交分量Q)基帶信號所掃出的復(fù)數(shù)構(gòu)象。因此，采用頻率偏移后處理將導(dǎo)致下行鏈路信號短脈沖串的不同碼元以一個(gè)不同的幅射圖被發(fā)射。因此，在每一次重復(fù)過程中出現(xiàn)幅射圖的一些平均，并且可能使用更少的重復(fù)。
引入后處理以產(chǎn)生一組順序發(fā)射的正交化處理下行鏈路信號的另一種方式是只采用一個(gè)權(quán)矢量，并使用包括用于隨機(jī)化相位的裝置的RF系統(tǒng)107．1，107．2，…107．m。每一發(fā)射過程中m個(gè)相位相互是隨機(jī)的。在這種情況下，圖2所示的后處理裝置203．1，203．1，…203．m是包括在RF系統(tǒng)107．1，107．2，…107．m中的各個(gè)相位隨機(jī)化裝置。對于各RF單元，相位隨機(jī)化裝置在輸入處。然而，隨機(jī)化不僅可以在基帶，也可以在RF單元進(jìn)行，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的。在一個(gè)實(shí)施例中，隨機(jī)化裝置203包括以隨機(jī)初始索引順序?qū)ぶ氛液陀嘞也樵儽怼Ａ硪粋€(gè)實(shí)施例可用于在RF發(fā)射裝置中采用可編程上變換器／濾波器的系統(tǒng)中。例如，上面提到的采用了Graychip公司GC4114的實(shí)施例，GC4114具有相位偏移(和增益)寄存器，這些寄存器可以用于改變信號的相位(和幅度)。相位變化發(fā)生在數(shù)字IF。
體現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)第一裝置包括用于對n個(gè)不同權(quán)矢量的序列進(jìn)行定序的定序邏輯。在最佳實(shí)施例中，該定序邏輯是在信號處理器105(可以包括一個(gè)或多個(gè)DSP裝置)中的一組程序指令。該定序裝置在一個(gè)實(shí)施例中還包括用于貯權(quán)矢量序列的存貯器，而在另一個(gè)實(shí)施例中還包括用于在不工作時(shí)產(chǎn)生權(quán)矢量序列中的權(quán)矢量的發(fā)生裝置，和用于存貯一個(gè)或多個(gè)權(quán)矢量原型的存貯裝置，發(fā)生裝置從這些原型產(chǎn)生該序列。如何采用DSP和／或微處理器實(shí)現(xiàn)該定序邏輯對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的。
體現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)第二裝置包括用于對n個(gè)信號處理過程進(jìn)行定序的定序邏輯。在最佳實(shí)施例中，該定序邏輯和該信號處理過程分別是在信號處理器105(可以包括一個(gè)或多個(gè)DSP裝置)中的一組程序指令。信號處理過程可以是任意一組上面所描述的后處理過程，該后處理過程和適當(dāng)?shù)目臻g處理過程一起用于對下行鏈路信號進(jìn)行空間處理以形成一組正交的下行鏈路信號中的一個(gè)。如何采用DSP和／或微處理器實(shí)現(xiàn)該定序邏輯和信號處理，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的。
在最佳實(shí)施例中采用的PHS協(xié)議允許定義控制信道間隔(以幀表示的控制脈沖串之間的時(shí)間)。例如，在許多PHS系統(tǒng)中，每20幀發(fā)送控制脈沖串。由于在PHS標(biāo)準(zhǔn)中一幀是5ms，這就意味著每100ms發(fā)送BCCH。在最佳實(shí)施例中采用PHS的WLL系統(tǒng)中，控制脈沖串每5幀(25ms)被發(fā)送。因此，如果權(quán)序列有12個(gè)權(quán)數(shù)，那么每300ms重復(fù)一個(gè)完整的序列。隨機(jī)相位權(quán)數(shù)在采用權(quán)矢量序列的一個(gè)第一實(shí)施例中，該組權(quán)矢量包括具有相同幅度和隨機(jī)變化相位的權(quán)矢量。有幾種方式可以實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)。
實(shí)現(xiàn)這種隨機(jī)相位的一種方式是預(yù)先選擇和預(yù)先存貯一組具有相等幅度但隨機(jī)相位的權(quán)矢量，對這組權(quán)矢量定序。
實(shí)現(xiàn)隨機(jī)相位的第二種方式是具有一個(gè)權(quán)矢量原型，并利用在不工作時(shí)修改相同權(quán)矢量來重復(fù)發(fā)射以進(jìn)行相位隨機(jī)化。在數(shù)學(xué)上，通過具有元素w1，…wm，的矢量w來表示發(fā)射權(quán)矢量原型，該方法包括用具有元素w1exp(jφ1)，…wmexp(jφm)的一個(gè)權(quán)矢量來重復(fù)發(fā)射下行鏈路信號，在每一次重復(fù)中，φ1，…φm隨機(jī)地變化。也就是，φ1，…φm中的每個(gè)值在0至2π之間是均勻分布的隨機(jī)數(shù)。
以隨機(jī)相位方法來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以觀察到由固定用戶所接收的信號的統(tǒng)計(jì)值近似于瑞利分布。例如，從以一單個(gè)天線進(jìn)行發(fā)射的基站接收信號的一個(gè)移動用戶可獲得這樣的一個(gè)分布。因此，標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議和空間接口標(biāo)準(zhǔn)特別適用于具有瑞利分布的信號。正交權(quán)數(shù)第二實(shí)施例中權(quán)矢量序列采用了一組正交的權(quán)矢量。在最佳實(shí)施例中，所要定序的正交矢量的數(shù)目與天線陣109的天線單元的數(shù)目m相等。由wi，i=1，…m表示序列中的第i個(gè)(復(fù)數(shù)值)發(fā)射權(quán)矢量。也就是，在以第i個(gè)權(quán)矢量進(jìn)行發(fā)射期間，根據(jù)相應(yīng)的權(quán)矢量w1的復(fù)數(shù)元素的值，對每一個(gè)天線單元上的將被廣播的已調(diào)信號在幅度和相位上進(jìn)行加權(quán)(在基帶)。以s(t)表示將被廣播的下行鏈路信號，其中t表示時(shí)間(如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣，對于數(shù)字系統(tǒng)來說t是整數(shù)值，而對于模擬系統(tǒng)t是時(shí)間值)。以fn表示用于特定發(fā)射系統(tǒng)的必要發(fā)射調(diào)制。對于最佳實(shí)施例中所采用的PHS標(biāo)準(zhǔn)，fn是差分四相移相鍵控調(diào)制(DQPSK)。wi表示成wi=[wil…wim]，利用第i個(gè)權(quán)數(shù)由(總數(shù)為m個(gè)單元的天線陣的)第j個(gè)天線單元發(fā)射的信號(例如基帶)yij(t)可以被數(shù)字地描述為yij(t)=w*ijfn(s(t))，其中()*表示復(fù)共軛。
一種表示序列中全部m個(gè)權(quán)矢量的方便的方法是把wi，(i=1，…m)中的每一個(gè)矢量加起來以形成一個(gè)由W表示的m×m矩陣，使得 指定W表示整個(gè)序列。在這里，W有時(shí)作為基礎(chǔ)矩陣。
在最佳實(shí)施例中，由于要求使用所有的天線單元，序列中的每一權(quán)矢量的各(復(fù)數(shù)值)元素被強(qiáng)制具有相同的大小。也就是，所有的天線以相同的功率進(jìn)行發(fā)射(在廣播期間)。在數(shù)學(xué)上，對所有的i和j這可以用｜wij｜=1來表示。其實(shí)際值由基站的功率控制部分來確定。例如可參見“我們的功率控制專利”(上面提到的美國專利申請09／xxx．xxx)。沃爾什-Hadamard系數(shù)在一個(gè)實(shí)施例中，權(quán)矢量是W的行(或列)，其中W是一個(gè)廣義的(即復(fù)數(shù)值)沃爾什-Hadamard矩陣。下面的MATLAB計(jì)算機(jī)代碼(Mathworks公司，Natick，MA)產(chǎn)生當(dāng)m=2、4和8時(shí)的沃爾什-Hadamard矩陣。％％采用復(fù)數(shù)形式的沃爾什-Hadamard矩陣產(chǎn)生一組正交的權(quán)矢量。％該權(quán)矢量可以是基礎(chǔ)矩陣W的行或列矢量。m=4，％m是天線數(shù)目pos=[1+sqrt(-1)1-sqrt(-1)]／sqrt(2)；neg=[-1-sqrt(-1)1-sqrt(-1)]／sqrt(2)；a2=[pos；neg]；a4=[a2a2；a2-a2]；a8=[a4a4；a4-a4]；if(m=2)basis=a2；elseif(m=4)basis=a4；elseif(m=8)basis=a8；end；
在另一個(gè)實(shí)施例中，權(quán)矢量是m維矩陣W的行(或列)，其中W是一個(gè)具有+1和-1系數(shù)的實(shí)數(shù)Hadamard矩陣。DFT系數(shù)在另一實(shí)施例中，權(quán)矢量是m點(diǎn)離散傅里葉變換(DFT)及其快速形式快速傅里葉變換(FFT)的基矢量。以下是W的行(或列)，其中j2=-1 基于具有預(yù)期幅射圖的權(quán)數(shù)的方法母案專利描述了定義一個(gè)(權(quán)矢量的)成本函數(shù)，根據(jù)全部的幅射圖確定權(quán)矢量的預(yù)期特性，如在天線單元之間的功率分配等等。同樣地，在另一實(shí)施例中，定義一個(gè)權(quán)矢量序列的成本函數(shù)，以獲得一個(gè)預(yù)期的完整幅射圖和一個(gè)在發(fā)射天線陣的不同單元之間的預(yù)期的功率變化。
一方面是把這個(gè)設(shè)計(jì)問題分成多個(gè)權(quán)矢量的設(shè)計(jì)，這些權(quán)矢量構(gòu)成權(quán)矢量序列。每一個(gè)權(quán)矢量(例如使用母案專利中的方法)被設(shè)計(jì)成在一子扇區(qū)具有預(yù)期幅射圖，所有子扇區(qū)的組合定義一個(gè)期望的覆蓋區(qū)域，所有子扇區(qū)的重疊定義在覆蓋區(qū)域內(nèi)的預(yù)期的完整幅射圖。當(dāng)以一特定順序定序時(shí)，這相當(dāng)于“掃描”一具有子扇區(qū)的區(qū)域，盡管沒有要求以模擬掃描的特定順序定序。當(dāng)采用一個(gè)近似的均勻天線陣時(shí)，為在一單個(gè)扇區(qū)內(nèi)(寬度為Δθ)獲得一近似全向幅射圖設(shè)計(jì)一單個(gè)權(quán)矢量“原型”，對該權(quán)矢量“移位”由Δθ(即期望的整個(gè)區(qū)域的大小)和序列中權(quán)矢量的數(shù)目定義的量。例如，對于一個(gè)覆蓋角度為180°的具有m次順序發(fā)射的近似均勻線性天線陣，其移位為180°／m并且Δθ最好略大于180°／m。
另一方面是能直接獲得預(yù)期特性的權(quán)矢量序列的更一般的設(shè)計(jì)，由最小化成本函數(shù)來定義。如何設(shè)計(jì)這種成本函數(shù)，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從本說明書和母案專利中獲知?；谶h(yuǎn)端用戶的知識的方法在一個(gè)WLL系統(tǒng)中，用戶單元的位置對于基站來說是固定的和已知的(以發(fā)射空間特征標(biāo)記的形式)。一個(gè)廣播策略是基于通過采用一權(quán)矢量向各用戶順序發(fā)射廣播消息，該權(quán)矢量由用戶已知的可能具有其它標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)射空間特征標(biāo)記來確定。采用僅由用戶空間特征標(biāo)記來確定的發(fā)射權(quán)矢量可以確保向該用戶發(fā)出最大功率。增加一個(gè)附加的標(biāo)準(zhǔn)可以使向其他用戶的能量最小化。
對于有大量用戶單元的本地用戶環(huán)路來說，向所有的用戶單元順序發(fā)射每一廣播信息可能需要太多時(shí)間。所要求的時(shí)間可以通過提供一組可定序的分區(qū)的幅射圖(參見前面)來減少，其中每一被分區(qū)的幅射圖能夠覆蓋不止一個(gè)用戶。另一選擇是確定一組更少的廣播發(fā)射權(quán)矢量，該組足以表示用于每一用戶單元的權(quán)矢量組。象這樣的一個(gè)例子是矢量量化(VQ)。參見Gray，R．M．，“矢量量化”，IEEE ASSP雜志，Vol．1，No．2，1984年4月(ISSN-0740-7467)中關(guān)于VQ的介紹。VQ方法被應(yīng)用于其它技術(shù)領(lǐng)域，如圖象壓縮，用于語音編碼和話音識別的話音特性矢量的線性預(yù)測編碼，等等。
假定有p個(gè)遠(yuǎn)端用戶，其中第k個(gè)用戶具有一發(fā)射空間特征標(biāo)記atk，k=1，…，p。wk是對應(yīng)于第k個(gè)用戶的權(quán)矢量。也就是，如果我們以下面這種形式來表示空間特征標(biāo)記 其中αki是正的幅度，φki是s角度，那么對應(yīng)于p用戶的“最優(yōu)”權(quán)矢量是 許多用于從一個(gè)pm-矢量的大組中選擇一組n個(gè)代表性的m-矢量的方法是已知的。這些在文獻(xiàn)中一般是作為“聚類”方法而被了解的。在我們的應(yīng)用中，以p個(gè)權(quán)矢量(如，對應(yīng)于p個(gè)已知遠(yuǎn)端用戶的p個(gè)權(quán)矢量)開始，并從中確定代表p個(gè)權(quán)矢量的n個(gè)權(quán)矢量(代碼矢量)?，F(xiàn)在描述所采用的特定的聚類方法。注意雖然p最好是遠(yuǎn)端用戶的數(shù)目，該方法是通用的；可能有比已知遠(yuǎn)端用戶多的初始權(quán)矢量(見后面)。我們所采用的方法按如下步驟反復(fù)進(jìn)行1、以p個(gè)權(quán)矢量(這些矢量以wi表示，其中i=1，…，p)開始，p最好是遠(yuǎn)端用戶的數(shù)目，wi是對應(yīng)于p個(gè)遠(yuǎn)端用戶的最優(yōu)權(quán)矢量，并且以n個(gè)初始代碼矢量(以vk，k=1，…n表示)開始。初始代碼矢量最好是對應(yīng)于希望的角度區(qū)域內(nèi)(最好是360度的方位角)n個(gè)均勻分布的角度的單位幅度權(quán)矢量。
2、對于各權(quán)矢量，(也就是，i=1，…，p)，找到這樣的一個(gè)k使得當(dāng)l=1，…n時(shí)，‖wi-vk‖≤‖wi-vl‖。對于各權(quán)矢量wi，這可以找到最鄰近的代碼矢量vk(在歐幾里德距離‖…‖中是“最鄰近”的)。在此采用的標(biāo)準(zhǔn)稱為“關(guān)聯(lián)”標(biāo)準(zhǔn)，因此該關(guān)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)最好是最接近的歐幾里德距離。
3、將各個(gè)權(quán)矢量wi與其最鄰近的代碼矢量vk合并(關(guān)聯(lián))。以nk表示與代碼矢量vk合并的權(quán)矢量的數(shù)目并以wi，k表示已經(jīng)與代碼矢量vk合并的權(quán)矢量wi。
4、計(jì)算被合并的權(quán)矢量和代碼矢量之間的均方歐幾里德距離。也就是，計(jì)算d2=1pΣk=1nΣi=1nk||wi,k-vk||2]]>并確定本次迭代過程中結(jié)果d2與前次重復(fù)過程中結(jié)果d2之間的差值是否小于某一小閾值δd2。如果是這樣，那么停止迭代。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)所有的權(quán)矢量歸一化為1時(shí)，δd2是10-12。注意在第一次迭代過程中不需要執(zhí)行步驟4。
5、如果是第一次迭代或者本次和前次結(jié)果d2之間的差值不小于閾值δd2，那么由與代碼矢量vk合并的nk個(gè)權(quán)矢量wi，k的幾何重心(在m維復(fù)數(shù)空間)來取代各代碼矢量vk，k=1，…n。也就是以Vk,new=1nkΣi=1nkwi,k]]>取代各個(gè)vk。
6、回到步驟2。
因此可以確定代表p個(gè)權(quán)矢量的n個(gè)矢量，該p個(gè)矢量對于已知遠(yuǎn)端用戶來說最好是最優(yōu)權(quán)矢量。
在另一實(shí)現(xiàn)方式中，在步驟2的確定鄰近值和步驟3的合并中的關(guān)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)是將各權(quán)矢量wi與其最大余弦角代碼矢量vk合并而不是與最鄰近代碼矢量合并。兩個(gè)矢量間角度的余弦是規(guī)一化矢量的點(diǎn)積cosθi,k=|wi•vk|||wi||·||vk||,]]>其中·是點(diǎn)積。在這種情況下步驟5的替換各代碼矢量就變?yōu)樵谝粋€(gè)矩陣的列是與代碼矢量vk合并的nk個(gè)權(quán)矢量wi，k的矩陣上執(zhí)行奇異值分解(SVD)，并由主要奇異矢量替換各代碼矢量vk，k=1，…n，該主要奇異矢量通過在與代碼矢量vk合并的nk個(gè)權(quán)矢量wi，k上執(zhí)行SVD而得到。
也可以采用其它的初始值。例如，在另一種實(shí)現(xiàn)方式中，對于代碼矢量的數(shù)目n等于天線單元的數(shù)目m這種情況，可以采用沃爾什-Hadamard正交權(quán)數(shù)作為代碼矢量的初始組。此外，還可以采用DFT正交權(quán)數(shù)作為代碼矢量的初始組。此外，還可以采用一組隨機(jī)初始代碼矢量。
為簡單起見，圖3(a)和3(b)示出了在二維平面采用優(yōu)選方法選擇代碼矢量的方法的一個(gè)例子。當(dāng)然實(shí)際上矢量是復(fù)數(shù)值并且是在m維空間。在所示的情況中，有12個(gè)原始權(quán)矢量，并從中產(chǎn)生4個(gè)(數(shù)目n)代碼矢量。圖3(a)和3(b)示出了優(yōu)選代碼矢量產(chǎn)生方法的兩個(gè)不同階段(迭代)的狀態(tài)。這四個(gè)代碼矢量以圓圈表示，并在圖3(a)中編號為333、335、337和339，在圖3(b)中編號為343、345、347和349。12個(gè)原始權(quán)矢量在兩幅圖中都以×來表示。最初指定一代碼矢量的初始組，它們是圖3(a)中的代碼矢量333、335、337和339。在每一次迭代中，各權(quán)矢量與其最接近的代碼矢量合并，將空間分成四個(gè)區(qū)域。區(qū)域的分界線在圖3(a)中以虛線303表示，在圖3(b)中以虛線313表示，這些區(qū)域在圖3(a)和3(b)中分別標(biāo)號為P11-P41和P12-P42。任意階段的代碼矢量，如圖3(b)中的343、345、347和349，是前面每個(gè)區(qū)域權(quán)矢量的重心。因此，在圖3(b)中代碼矢量345是圖3(a)中區(qū)域P21中的四個(gè)權(quán)矢量的重心。以重心取代代碼矢量，則代碼矢量和原始權(quán)矢量之間的平均歐幾里德距離將減小。當(dāng)在本階段(迭代)中的平均歐幾里德距離與在上次迭代中的平均歐幾里德距離之間的差值小于某一預(yù)定閾值時(shí)，最佳實(shí)施例所描述的方法將停止執(zhí)行。用于定序的n個(gè)權(quán)矢量是最后一次迭代中的代碼矢量。
從一組p個(gè)初始權(quán)矢量中確定n個(gè)代碼矢量的另一方法是基于采用奇異值分解(SVD)，其中n個(gè)代碼矢量用作順序發(fā)射下行鏈路信號的權(quán)矢量序列。應(yīng)用于代碼矢量選擇過程的SVD方法按以下步驟循環(huán)執(zhí)行1、在矩陣的列是p個(gè)權(quán)矢量的矩陣[w1…wp]上執(zhí)行奇異值分解。如前面所述，p最好是遠(yuǎn)端用戶的數(shù)目，wi是對應(yīng)于p個(gè)遠(yuǎn)端用戶的最優(yōu)權(quán)矢量。主要奇異矢量以x表示。
2、對于p個(gè)權(quán)矢量w1，…wp，確定權(quán)矢量和該主要奇異矢量之間的角度的余弦，也就是，確定cosθi,x=|wi•x|||wi||·||x||,i=1,···p]]>。
3、將該組權(quán)矢量分成兩組。如果權(quán)矢量和主要奇異矢量之間角度的余弦小于某一閾值，那么選擇該權(quán)矢量用于第一組。否則，指定該權(quán)矢量到第二組。
4、重復(fù)上述步驟1、2和3，將第二組矢量分成兩組。循環(huán)執(zhí)行步驟4直到獲得n個(gè)組，則代碼矢量為從循環(huán)過程中得到的n個(gè)主要奇異矢量。
在不背離此范圍的前提下，也可以采用其它的方法確定用作順序發(fā)射下行鏈路信號的權(quán)矢量序列的n個(gè)代碼矢量。可以參見如上面提到的由R．M．Gray所著的文獻(xiàn)，還可以參見，如，Rabiner，L．R．等人提出的二分法，“用于LPC系數(shù)的一個(gè)矢量量化量的特性說明”，刊載在“貝爾系統(tǒng)技術(shù)雜志”，Vo1．62，No．8，1983年10月，第2603-2616頁。這個(gè)以及其它的在現(xiàn)有技術(shù)中已知的“聚類”方法適合于公共信道廣播問題，如何采用一聚類方法對本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的。
雖然上面的論述假定p個(gè)遠(yuǎn)端用戶和p個(gè)初始權(quán)矢量，每個(gè)遠(yuǎn)端用戶也可以有不止一個(gè)權(quán)矢量，因此p可能大于已知遠(yuǎn)端用戶的數(shù)目。例如，在一個(gè)典型的系統(tǒng)中，某些遠(yuǎn)端用戶的空間特征標(biāo)記可能隨時(shí)間有較大的變化，而其他用戶則沒有。因此，在一個(gè)VQ方法(對所有的VQ實(shí)施都適用)的另選實(shí)施例中，原始權(quán)矢量包括用戶權(quán)矢量的一個(gè)時(shí)間上的記錄，其中從該原始權(quán)矢量中確定n個(gè)權(quán)矢量的代表性組。在另一實(shí)施例中，使用遠(yuǎn)端用戶權(quán)矢量的一個(gè)統(tǒng)計(jì)記錄。
為了在可應(yīng)用本發(fā)明的幾個(gè)可替代實(shí)施例的WLL系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)該方法，對于每個(gè)遠(yuǎn)端用戶可典型存貯6或7個(gè)空間特征標(biāo)記。另外，還可以存貯空間特征標(biāo)記的短期(一個(gè)通話期間)和長期(幾個(gè)通話期間)變化。
在這些實(shí)施例中，在已知用戶基礎(chǔ)變化時(shí)周期性地執(zhí)行n個(gè)代碼矢量的產(chǎn)生過程，該代碼矢量用于本發(fā)明的順序廣播方法。該產(chǎn)生過程可以脫機(jī)執(zhí)行，或在基站的信號處理器105中執(zhí)行。
此外，p可以少于已知遠(yuǎn)端用戶的數(shù)目。如，p權(quán)矢量中的一個(gè)可以充分地覆蓋不止一個(gè)遠(yuǎn)端用戶。基于部分知識的方法雖然通常在一個(gè)WLL系統(tǒng)中，現(xiàn)有的遠(yuǎn)端用戶的空間特征標(biāo)記是已知的，在系統(tǒng)中可能有一些其標(biāo)記是未知的新用戶。在一個(gè)改進(jìn)的實(shí)施例中，利用代表現(xiàn)有遠(yuǎn)端用戶的第一組n個(gè)權(quán)矢量中的各權(quán)矢量來順序地發(fā)射消息，然后利用一個(gè)附加的權(quán)矢量再次廣播該消息，其中的附加權(quán)矢量是第二組n1個(gè)為(近似)全向廣播而設(shè)計(jì)的權(quán)矢量中的一個(gè)，例如以上所描述的正交或者隨機(jī)化(如隨機(jī)相位)的權(quán)矢量。具有n個(gè)代表性權(quán)矢量的順序發(fā)射過程在具有第二組權(quán)矢量的下一加權(quán)的發(fā)射過程之前被重復(fù)。這樣，下行鏈路消息將最終被未知遠(yuǎn)端用戶所接收，顯然這比被已知遠(yuǎn)端用戶的接收花費(fèi)更長時(shí)間。
在另一改進(jìn)的實(shí)施例中，以代表現(xiàn)有遠(yuǎn)端用戶的第一組n個(gè)權(quán)矢量中的各權(quán)矢量來順序地發(fā)射消息，然后以一個(gè)為近似全向廣播而設(shè)計(jì)的附加權(quán)矢量來廣播該消息，例如采用母案專利中所描述的任何一個(gè)實(shí)施例。
在服務(wù)于移動用戶單元的一個(gè)蜂窩系統(tǒng)中，不可能指定固定的發(fā)射權(quán)矢量因?yàn)槲恢秒S時(shí)間而改變。但是，由于用戶“聚集”位置，如機(jī)場或其它的運(yùn)輸中心可以得到一組首選的位置，這些位置是在任意給定時(shí)間的覆蓋區(qū)域內(nèi)對于相當(dāng)大部分的用戶移動站來說傾向于成為暫時(shí)的位置。
如果一個(gè)特定的基站對固定的和移動的用戶都提供服務(wù)，那么可以采用一種組合的方法對兩種類型的用戶提供服務(wù)，首先通過對一組代表了用于具有已知空間特征標(biāo)記的用戶的權(quán)矢量的VQ權(quán)矢量進(jìn)行定序，然后通過對一組為似近全向廣播而設(shè)計(jì)的隨機(jī)相位的或正交的權(quán)矢量進(jìn)行定序。而且，具有多個(gè)遠(yuǎn)端用戶的聚集位置，如運(yùn)輸中心，由于具有已知的關(guān)聯(lián)發(fā)射權(quán)矢量，而與固定用戶單元一起被包括在VQ處理中，或者可以除其它天線幅射圖定序之外被訪問。具有不同的用戶單元密集程度的扇區(qū)被不同地處理，如，對不同的扇區(qū)分別產(chǎn)生多個(gè)用于廣播的VQ碼本或者與其它的定序方法結(jié)合。模擬結(jié)果通過模擬來評價(jià)下文中所描述的某些方法。在模擬中，采用的“最優(yōu)”權(quán)矢量是已知的，其中“最優(yōu)”的含義在下面定義。發(fā)射空間特征標(biāo)記表示一個(gè)移動終端如何通過一個(gè)特定的常規(guī)信道從基站的各天線陣單元接收信號。在一個(gè)實(shí)施例中，它是一個(gè)復(fù)數(shù)值的列矢量，在此以at表示，包括遠(yuǎn)程終端接收機(jī)的輸出包含的各天線單元發(fā)射機(jī)輸出的相對值(相對于某一固定基準(zhǔn)的幅度和相位)。對于一個(gè)m單元天線陣，at=[at1at2…atm]T，其中()T是轉(zhuǎn)置操作，atj，j=1，…，m，是遠(yuǎn)程終端接收機(jī)輸出的從基站第j個(gè)天線單元向移動終端發(fā)射的單位功率信號的幅度和相位(相對于某一固定基準(zhǔn))。因此，在沒有任何干擾和噪聲時(shí)，當(dāng)一個(gè)信號yij(t)=w*ijfn(s(t))以權(quán)數(shù)序列中的第i個(gè)發(fā)射權(quán)矢量被第j個(gè)天線單元(總數(shù)為m個(gè)單元的天線陣)發(fā)送時(shí)，在遠(yuǎn)程終端接收機(jī)的輸出信號zi(t)為zi(t)=fn(s(t))Σj=1mwij*atj=fn(s(t))wi*at]]>。
為了利用發(fā)射空間特征標(biāo)記at將一信號最佳地發(fā)送到遠(yuǎn)端用戶，選擇一個(gè)使接收功率在遠(yuǎn)程終端最大化的權(quán)矢量w，也就是使｜w*at｜2或｜w*at｜最大化的w，例如，其受到總的幅射功率的約束。這就是上文所稱的“最優(yōu)”權(quán)矢量。以wopt表示這樣一個(gè)權(quán)矢量，用于評價(jià)權(quán)矢量序列的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是對所有的遠(yuǎn)端用戶(各具有一個(gè)特定的空間特征標(biāo)記at)進(jìn)行計(jì)算，一個(gè)penalty figure PNLTY定義為 希望獲得一更低的PNLTY值。
在測試本發(fā)明的某些方面的模擬過程中，假定各空間特征標(biāo)記(與一遠(yuǎn)端用戶關(guān)聯(lián)的)由一“幾何”的部分和一“隨機(jī)”的部分組成。幾何部分考慮從天線陣各單元向遠(yuǎn)端用戶發(fā)射的信號之間的相對相位延遲。假定遠(yuǎn)端用戶位于各天線單元的遠(yuǎn)場。假定幾何發(fā)射介質(zhì)是各向同性的和非發(fā)散的，這樣幅射是以直線傳播到遠(yuǎn)端用戶，并假定遠(yuǎn)端用戶遠(yuǎn)離基站，因此遠(yuǎn)端用戶與各天線單元之間的方向具有相同的角度。此外，假定發(fā)射的信號是窄帶并具有相同的載頻。
任何空間特征標(biāo)記的隨機(jī)部分由實(shí)數(shù)和虛數(shù)部分組成，是服從高斯分布的具有0均值和某一方差的隨機(jī)變量。在模擬過程中，假定任意(復(fù)數(shù)值的)發(fā)射空間特征標(biāo)記具有以下形式at=γatG+(1-γ)atR其中atG是幾何部分，atR是隨機(jī)部分，γ是一參數(shù)，在此稱為“雜波參量”并具有在0-1之間的值。因此，在用于測試本發(fā)明的不同實(shí)施例的模擬過程中，當(dāng)γ=0時(shí)表示一個(gè)完全的隨機(jī)空間特征標(biāo)記，而當(dāng)γ=1時(shí)表示一個(gè)完全的幾何空間特征標(biāo)記。
圖4示出了沒有任何權(quán)數(shù)定序時(shí)的模擬結(jié)果。用于模擬的天線陣由在一圓周上均勻分布的12個(gè)天線單元組成。示出了PNLTY值的三個(gè)柱狀圖，在圖4(a)、4(b)和4(c)中都具有總數(shù)為N的空間特征標(biāo)記值，其中N=10000，γ值分別為0(完全隨機(jī))、0．5、1．0(完全幾何)。水平軸是Penalty值PNLTY。沒有權(quán)數(shù)定序時(shí)，在γ=0、γ=0．5和γ=1．0的情況下PNLTY的均值分別為14．6dB、15．0dB和29．1dB。此外，介于16．0dB和19．8dB之間的、依賴于如何模擬信道空間特征標(biāo)記的余量，必須達(dá)到模擬的用戶單元的80％。
在γ=0、γ=0．5和γ=1．0且試驗(yàn)次數(shù)分別為10000次的情況下當(dāng)采用DFT權(quán)數(shù)定序時(shí)的模擬結(jié)果示于圖5(a)、5(b)和5(c)。采用DFT權(quán)數(shù)定序時(shí)，在γ=0、γ=0．5和γ=1．0的情況下PNLTY的均值分別為5．1dB、5．2dB和7．3dB。此外，必須達(dá)到模擬的用戶單元80％的、依賴于γ值的余量是6．1dB到8．8dB。與沒有權(quán)數(shù)定序相比這是一個(gè)重要的改進(jìn)。
也可以采用最佳實(shí)施例中當(dāng)代碼矢量的數(shù)目n等于天線單元的數(shù)目m時(shí)(也就是n=m=12)的矢量量化方法執(zhí)行模擬過程。采用均勻方向分布的權(quán)矢量作為一組初始代碼矢量，并采用歐幾里德距離(范數(shù))作為關(guān)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)。在γ=0、γ=0．5和γ=1．0且試驗(yàn)次數(shù)分別為10000次的情況下模擬結(jié)果示于圖6(a)、6(b)和6(c)。采用這樣的代碼矢量定序，在γ=0、γ=0．5和γ=1．0的情況下PNLTY的均值分別為5．4dB、5．0dB和4．0dB。此外，必須達(dá)到模擬的用戶單元80％的、依賴于γ值的余量是5．3d到6．4dB。與沒有權(quán)數(shù)定序相比這也是一個(gè)重要的改進(jìn)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的前提下，可以對本發(fā)明所述的方法和裝置作出多種改變。例如，按照本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)的通信站可以采用多個(gè)協(xié)議中的一個(gè)，而且，這些基站也可以采用多種結(jié)構(gòu)?？梢杂懈嗟母淖儭１景l(fā)明實(shí)際的范圍和精神只由所附的權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1．一種用于從一通信站向一個(gè)或多個(gè)用戶單元發(fā)射一下行鏈路信號的方法，該通信站包括一天線單元陣列，各天線單元耦合到一個(gè)具有一輸入端和一輸出端的相關(guān)的發(fā)射裝置，各天線單元耦合到與其相關(guān)的發(fā)射裝置的輸出端，該相關(guān)的發(fā)射裝置的輸入端耦合到一信號處理器，該方法包括(a)對于一組不同信號處理過程中的各個(gè)特定信號處理過程來說，每一信號處理過程是用于處理下行鏈路信號以形成多個(gè)已處理的下行鏈路天線信號，各信號處理過程包括根據(jù)相應(yīng)的權(quán)矢量對下行鏈路信號在相位和幅度上進(jìn)行加權(quán)，各已處理的下行鏈路天線信號在天線陣中具有一預(yù)期的天線單元，重復(fù)以下步驟(b)根據(jù)特定信號處理過程來處理下行鏈路信號以形成特定的多個(gè)已處理的下行鏈路天線信號；通過將該特定的多個(gè)已處理的下行鏈路天線信號中的各已處理的下行鏈路天線信號通過預(yù)期的天線單元的相關(guān)發(fā)射裝置傳送到其預(yù)期的天線單元來發(fā)射下行鏈路信號對該組不同信號處理過程進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而在至少一次重復(fù)步驟(b)的發(fā)射過程中在期望的扇區(qū)內(nèi)的任何位置上獲得一預(yù)期的幅射電平。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，預(yù)期的幅射電平是一非零電平。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中，期望的扇區(qū)包括一方位角的范圍。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，方位角的范圍是天線陣的整個(gè)方位角的范圍。
5．根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4的方法，其中，信號處理器包括一個(gè)可編程處理器，各信號處理過程包括運(yùn)行可編程處理器內(nèi)的一組程序指令。
6．根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4的方法，其中，在各個(gè)不同的處理過程中的用于加權(quán)的各相應(yīng)權(quán)矢量，是一組不同權(quán)矢量的序列中的一個(gè)不同的權(quán)矢量，根據(jù)各相應(yīng)權(quán)矢量進(jìn)行加權(quán)以產(chǎn)生多個(gè)已處理的下行鏈路天線信號，該權(quán)矢量序列被設(shè)計(jì)成在至少一次重復(fù)步驟(b)的發(fā)射過程中在期望的扇區(qū)內(nèi)的任何位置上獲得一預(yù)期的幅射電平。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，權(quán)矢量序列中的權(quán)矢量預(yù)先存貯在一存貯器中。
8．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，權(quán)矢量序列中的權(quán)矢量是通過對一組一個(gè)或多個(gè)權(quán)矢量原型計(jì)算而得到，該組權(quán)矢量原型預(yù)先存貯在一存貯器中。
9．根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4的方法，其中該組不同信號處理過程中的各個(gè)不同過程還包括不同組的后處理過程的相應(yīng)序列的一組后處理過程，對于不同組的信號處理過程的序列的各組過程來說，其相應(yīng)的權(quán)矢量實(shí)質(zhì)上是相同的，重復(fù)步驟(a)，包括(ⅰ)根據(jù)相應(yīng)的權(quán)矢量對下行鏈路信號進(jìn)行加權(quán)以形成多個(gè)下行鏈路天線信號，和(ⅱ)把一組后處理過程中的一個(gè)不同的后處理過程應(yīng)用到多個(gè)下行鏈路天線信號中的各下行鏈路天線信號，以形成該特定的多個(gè)已處理的下行鏈路天線信號中的各已處理的下行鏈路天線信號。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，不同組的后處理過程的相應(yīng)序列的各組后處理過程包括應(yīng)用一不同組的相位移位。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，各個(gè)不同組中的相位移位相互間是隨機(jī)的。
12．根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，不同組的后處理過程的相應(yīng)序列的各組后處理過程包括應(yīng)用一不同組的時(shí)間延遲。
13．根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，相應(yīng)的一組不同后處理過程中的各個(gè)后處理過程包括應(yīng)用一個(gè)不同的頻率偏移。
14．根據(jù)權(quán)利要求1至13中任意一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中，通信站是FDMA／TDMA系統(tǒng)的一部分。
15．根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，根據(jù)GSM通信協(xié)議的一個(gè)變型進(jìn)行通信站操作。
16．根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，根據(jù)PHS通信協(xié)議的一個(gè)變型進(jìn)行通信站操作。
17．根據(jù)權(quán)利要求1至14中任意一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中，通信站是CDMA系統(tǒng)的一部分。
18．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，權(quán)矢量序列中的各權(quán)矢量所具有的元素有相同幅度和隨機(jī)相位。
19．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，權(quán)矢量序列中的各權(quán)矢量的元素具有相等的幅值。
20．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，權(quán)矢量序列中的權(quán)矢量的數(shù)目與天線的數(shù)目相同，天線的數(shù)目以m表示，并且權(quán)矢量序列中的權(quán)矢量是正交的。
21．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中，權(quán)矢量序列中的各權(quán)矢量的元素具有相等的幅值。
22．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中，權(quán)矢量序列中的權(quán)矢量由一個(gè)復(fù)數(shù)值的m維沃爾什-Hadamard矩陣的行構(gòu)成。
23．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中，權(quán)矢量序列中的權(quán)矢量由一個(gè)實(shí)數(shù)值的m維Hadamard矩陣的行構(gòu)成。
24．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中，權(quán)矢量序列中的權(quán)矢量由一個(gè)m維離散傅里葉變換(DFT)的基矢量構(gòu)成。
25．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，不同權(quán)矢量的序列中的各權(quán)矢量被設(shè)計(jì)成在整個(gè)期望的扇區(qū)內(nèi)的一個(gè)子扇區(qū)中提供一特定的預(yù)期幅射圖，所有的子扇區(qū)覆蓋整個(gè)期望的扇區(qū)，各權(quán)矢量使可能的權(quán)矢量的成本函數(shù)最小化，該可能的權(quán)矢量包括該特定的預(yù)期幅射圖的變化的一個(gè)表達(dá)式，該預(yù)期幅射圖是在特定的子扇區(qū)內(nèi)采用該權(quán)矢量進(jìn)行發(fā)射而得到的幅射圖。
26．根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中，天線陣具有均勻分布的天線單元，為一個(gè)子扇區(qū)設(shè)計(jì)一個(gè)權(quán)矢量原型，序列中的其它權(quán)矢量是通過對權(quán)矢量原型進(jìn)行一定數(shù)量的移位而得到的該原型的移位形式，該數(shù)量由權(quán)矢量原型子扇區(qū)中的子扇區(qū)的角度移位所確定。
27．根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中，天線陣具有均勻分布的天線單元，為一個(gè)子扇區(qū)設(shè)計(jì)一個(gè)權(quán)矢量原型，序列中的其它權(quán)矢量是通過對權(quán)矢量原型進(jìn)行一定數(shù)量的移位而得到的該原型的移位形式，該數(shù)量由權(quán)矢量原型子扇區(qū)中的子扇區(qū)的角度移位所確定。
28．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，權(quán)矢量序列包括為發(fā)射到通信站的已知用戶單元而設(shè)計(jì)的權(quán)矢量，該被設(shè)計(jì)的權(quán)矢量由通信站的已知用戶單元的發(fā)射空間特征標(biāo)記所確定。
29．根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中，包括在序列中的該組代表性權(quán)矢量具有比已知用戶單元的數(shù)目更少的權(quán)矢量。
30．根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中，代表性權(quán)矢量由為發(fā)射到已知用戶單元而設(shè)計(jì)的權(quán)矢量所確定，為用戶單元設(shè)計(jì)的權(quán)矢量中的代表性權(quán)矢量的確定采用了一種矢量量化聚類方法。
31．根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中，該聚類方法包括(ⅰ)指定一個(gè)權(quán)矢量的初始組作為一個(gè)代表性權(quán)矢量的當(dāng)前組；(ⅱ)在當(dāng)前組中，將各為用戶單元設(shè)計(jì)的權(quán)矢量與其最鄰近的代表性權(quán)矢量合并，根據(jù)某一關(guān)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)確定“最鄰近”；(ⅲ)確定一個(gè)在當(dāng)前組中的各代表性權(quán)矢量和與該代表性權(quán)矢量合并的所有權(quán)矢量之間的距離的平均值；(ⅳ)以一個(gè)核心權(quán)矢量取代當(dāng)前組中的各代表性權(quán)矢量，該核心權(quán)矢量是與代表性權(quán)矢量合并的所有權(quán)矢量的核心權(quán)矢量；(ⅴ)迭代地重復(fù)步驟(ⅱ)、(ⅲ)和(ⅳ)，直到本次重復(fù)的平均值與前次重復(fù)的平均距離之間的差值小于一閾值，當(dāng)該差值小于該閾值時(shí)，該組代表性權(quán)矢量成為當(dāng)前組。
32．根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中，用于“鄰近”的關(guān)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)是歐幾里德距離，核心權(quán)矢量是在本次重復(fù)期間與代表性權(quán)矢量當(dāng)前組中的代表性權(quán)矢量合并的所有權(quán)矢量的幾何重心。
33．根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中，平均值是距離的均方。
34．根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中，用于“鄰近”的關(guān)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)是最大余弦角，核心權(quán)矢量是在所有權(quán)矢量上執(zhí)行奇異值分解而得到的主要奇異矢量，該所有權(quán)矢量是在本次重復(fù)期間與代表性權(quán)矢量當(dāng)前組中的代表性權(quán)矢量合并的所有權(quán)矢量。
35．根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中，權(quán)矢量初始組是在期望的扇區(qū)內(nèi)對應(yīng)于均勻分布的各個(gè)角度的單位幅度權(quán)矢量。
36．根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中，該組代表性權(quán)矢量形成權(quán)矢量序列的第一子序列，并且權(quán)矢量序列還包括權(quán)矢量的第二子序列。
37．根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中，第二子序列包括一個(gè)在期望的扇區(qū)內(nèi)提供一特定的預(yù)期幅射圖的特定權(quán)矢量，該特定權(quán)矢量使可能的權(quán)矢量的成本函數(shù)最小化，該可能的權(quán)矢量包括該特定的預(yù)期幅射圖的變化的一個(gè)表達(dá)式，該預(yù)期幅射圖是在該扇區(qū)內(nèi)采用該權(quán)矢量進(jìn)行發(fā)射而得到的幅射圖。
38．根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中，特定的預(yù)期幅射圖是一個(gè)近似全向的幅射圖。
39．根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中，第二子序列是一組正交的權(quán)矢量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在期望的扇區(qū)內(nèi)(如,任何區(qū)域)從一個(gè)通信站向一個(gè)或多個(gè)用戶單元發(fā)射下行鏈路信號(103)以獲得預(yù)期的輻射電平的方法和裝置,該通信站包括一個(gè)天線單元陣列(109.1—109.M)和一個(gè)或多個(gè)被編程(在可編程信號處理器的情況下)以用來根據(jù)一個(gè)復(fù)數(shù)值權(quán)矢量序列對下行鏈路信號進(jìn)行加權(quán)的信號處理器(105)。該方法包括順序地重復(fù)發(fā)送下行鏈路信號,每次重復(fù)都利用序列中的一個(gè)不同的權(quán)矢量直到序列中的所有權(quán)矢量都已被發(fā)送過。該序列被設(shè)計(jì)成在至少一次重復(fù)期間能獲得期望的發(fā)射電平。這樣,在這段期間可以向所期望的區(qū)域內(nèi)的每一用戶發(fā)射。
文檔編號H04L27/12GK1289466SQ9980261
公開日2001年3月28日 申請日期1999年2月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月9日
發(fā)明者克雷格H·巴勒特, 戴維M·帕里什, 克里斯托弗R·烏里克, 斯蒂芬·博伊德, 路易斯C·揚(yáng), 馬克H·戈德伯格 申請人:埃瑞康姆公司