專利名稱：確定空間特征以便校準(zhǔn)具有天線陣的通信站的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體而言，涉及用于校準(zhǔn)包括天線單元陣的通信站的方法和設(shè)備。
背景智能天線系統(tǒng)可將天線陣用于任何利用一個天線或若干天線發(fā)送或接收射頻信號的無線通信接收機或發(fā)射機或發(fā)送接收機(在此是指在“通信站”之下)中。在這樣一種通信站中使用天線陣比起使用單元件的天線在天線性能上有改進。這些天線性能改進包括對于接收信號來說有改進方向性，信號噪聲比，和干擾排除，對于發(fā)送信號來說有改進方向性，安全性，和降低發(fā)射功率要求?？蓪⑻炀€陣只用于信號接收，只用于信號發(fā)送，或既用于信號接收又用于信號發(fā)送。
天線陣通信站的一種典型應(yīng)用是在無線通信系統(tǒng)中。例子包括一種蜂窩通信系統(tǒng)，由一個或多個通常稱為基站的通信站組成，每個與其也稱為遠(yuǎn)程終端和手機的用戶單元通信。在蜂窩系統(tǒng)中，遠(yuǎn)程終端可以是移動的或在固定的位置上，當(dāng)處于固定位置上時，這樣的一種系統(tǒng)經(jīng)常被稱為無線本地環(huán)路系統(tǒng)。天線陣典型情況下位于基站。對于通信方向的術(shù)語來自通常的衛(wèi)星通信，用基站代替衛(wèi)星。因此從遠(yuǎn)程終端到基站的通信被稱為上行，從基站到遠(yuǎn)程終端的通信被稱為下行，因而，基站天線陣在下行方向發(fā)送，在上行方向接收。也可將天線陣用于無線通信系統(tǒng)，以增加空分多址(SDMA)的容量，這是在相同的“通常的”(FDMA，TDMA，或CDMA)信道上，每次與幾個用戶通信的能力，以前我們已經(jīng)公開過利用天線陣增加SDMA和非SDMA系統(tǒng)的譜效率的自適應(yīng)智能天線處理方法(包括空間處理)。見共同擁有的美國專利5,515,378“SPATIALDIVISION MULTIPLE ACCESS WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM”，美國專利5,592,490“SPECTRALLY EFFICIENT HIGH CAPACITY WIRELESSCOMMUNICATION SYSTEMS，”美國專利5,828,658“SPECTRALLY EFFICIENTHIGH CAPACITY WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS WITH SPATIO-TEMPORAL PROCESSING”，和美國專利申請串號08/729,390“METHOD ANDAPPARATUS FOR DECISION DIRECTED DEMODULATION USING ANTENNAARRAYS AND SPATIAL PROCESSING”。將利用天線陣改進通信效率和/或提供SDMA的系統(tǒng)有時稱為智能天線系統(tǒng)。
利用線性空間處理作為自適應(yīng)智能天線處理的智能天線通信系統(tǒng)，在上行通信期間，在基帶中對在天線陣元件上接收到的每個信號進行幅度和相位調(diào)節(jié)，以選擇(也就是優(yōu)先接收)感興趣的信號，同時使任何不感興趣的信號或噪聲--也就是干擾，為最小。這樣的基帶幅度和相位調(diào)節(jié)可用復(fù)數(shù)值的權(quán)來描述，即接收權(quán)，對于天線陣所有元件的接收權(quán)可用復(fù)數(shù)值向量，接收權(quán)向量來描述。同樣，通過調(diào)節(jié)由天線陣的每個天線發(fā)送的基帶信號的幅度和相位對下行信號進行處理。這樣的幅度和相位的控制可用復(fù)數(shù)值的權(quán)，即發(fā)送權(quán)來描述，對于天線陣所有元件的權(quán)可用復(fù)數(shù)值向量，發(fā)送權(quán)向量來描述。在某些系統(tǒng)中，接收(和/或發(fā)送)權(quán)包括臨時處理，被稱為用于空間臨時處理的空間臨時參數(shù)。在這樣的情況下，接收(和/或發(fā)送)權(quán)可以是頻率的函數(shù)并應(yīng)用于頻率域中，或者等效地，是作為卷積核應(yīng)用的時間函數(shù)。另一種方案是，如果對于被采樣的信號，每個卷積核本身可用一組復(fù)數(shù)來描述，則可將卷積核向量改寫為復(fù)數(shù)值的權(quán)向量，對于有M個天線，每個核有K個表列值的情況，將是一個KM個表目的向量。
接收空間特征表征基站天線陣在不存在任何干擾或其他用戶單元的情況下是如何從一個特定的用戶單元接收信號的?？衫貌煌募夹g(shù)確定用于特定用戶的接收權(quán)向量。例如，可從空間特征確定。也可從在天線陣接收到的來自遠(yuǎn)方用戶的上行信號，利用關(guān)于這些上行信號的某些知識，例如，所用的調(diào)制類型來確定。一個特定用戶的發(fā)送空間特征表征遠(yuǎn)方用戶在不存在任何干擾的情況下是如何從基站接收信號的。用于在下行與一個特定的用戶通信的發(fā)送權(quán)向量或者從接收權(quán)向量(見以下“對校準(zhǔn)的需要”欄目)確定，或者從特定用戶的發(fā)送空間特征和其他用戶的發(fā)送空間特征以這樣的一種方式確定，使得對特定用戶的能量最大和對其他用戶的能量最小。
美國專利5,592,490“SPECTRALLY EFFICIENT HIGH CAPACITYWIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS”描述空間特征和它們的使用，美國專利5,828,658“SPECTRALLY EFFICIENT HIGH CAPACITY WIRELESSCOMMUNICATION SYSTEMS WITH SPATIO-TFMPORAL PROCESSING”，引入于此作為參考，它描述利用空間臨時特征如何將此擴展為空間臨時處理。
因此，當(dāng)在此的描述通過空間特征提供時，增加時間均衡以提供空間臨時處理是容易提供的，例如，當(dāng)臨時處理是利用帶有K個抽頭的均衡器(也就是在權(quán)卷積函數(shù)中卷積核的長度是K)時，通過增加可由MK向量(既有上行又有下行)描述的空間臨時特征的概念來提供。因而，如何修改本發(fā)明以適應(yīng)空間臨時處理和空間臨時特征，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是清楚的，例如考慮到以上被參考并引入于此作為參考的美國專利5,828,658。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在任何時候使用術(shù)語空間特征，都可認(rèn)為是將本發(fā)明應(yīng)用于裝備有空間臨時處理裝置的通信站的范圍內(nèi)的空間臨時特征。
對校準(zhǔn)的需要對于一個特定的用戶來說，從接收權(quán)向量確定發(fā)送權(quán)向量是所希望的。更一般而言，從由此用戶接收到的信號確定適當(dāng)?shù)陌l(fā)送信號用于發(fā)送到特定的用戶是所希望的。對于一個特定的用戶來說，實際的問題可能難以從接收到的權(quán)向量確定發(fā)送權(quán)向量。頻分雙工(FDD)系統(tǒng)是這樣的，其中與一個特定的遠(yuǎn)方用戶的上行和下行通信是發(fā)生在不同的頻率上。時分雙工(TDD)系統(tǒng)是這樣的，其中與一個特定的遠(yuǎn)方用戶的上行和下行通信發(fā)生在相同的頻率但不同的時隙中。在TDD系統(tǒng)中，由于眾所周知的互易原理，可以預(yù)料，從接收權(quán)向量確定發(fā)送權(quán)向量是簡單的。但是，在上行，待處理的接收到的信號可能多少有些畸變，這是由于與天線陣的每個天線元件有聯(lián)系的接收電子設(shè)備(接收設(shè)備鏈路)引起的。接收電子設(shè)備鏈路包括天線元件，電纜，濾波器，RF接收機和其他部件，物理連接，和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(“ADC”)，如果處理是數(shù)字方式的話。在多元件天線陣的情況下，典型做法是，對于每個天線陣元件有分離的接收電子設(shè)備鏈路，因此，在每個天線元件上每個接收到的信號的幅度和相位由每個接收設(shè)備鏈路引起的畸變可能是不同的。另外，在用戶單元和特定的接收天線之間的上行發(fā)生的RF傳播效應(yīng)，這樣的效應(yīng)包括無限度的路徑損失，衰落和影區(qū)效應(yīng)，多徑，和近場散射，這些效應(yīng)可以是各個天線元件各不相同的。注意，接收電子設(shè)備鏈路和RF傳播效應(yīng)一起組成對于遠(yuǎn)方用戶的上行空間特征。不考慮這些接收電子設(shè)備鏈路和RF傳播效應(yīng)的接收權(quán)向量將有差錯，使得在基站低于最佳接收。然而，實際上，通信仍然是可能的。當(dāng)利用接收到的信號的特征的某些知識，例如，所用的調(diào)制類型，來確定接收權(quán)向量時，這樣一種方法已經(jīng)考慮到上行接收電子設(shè)備鏈路和RF傳播效應(yīng)。當(dāng)通過天線陣發(fā)送下行信號時，由天線元件輻射的每個信號通過不同的發(fā)送電子設(shè)備鏈路。因此，可能在所發(fā)送的信號中引起不同的幅度和相位偏動。另外，還存在RF傳播效應(yīng)。如果發(fā)送權(quán)向量從接收權(quán)向量導(dǎo)出，不考慮在接收電子設(shè)備鏈路和RF傳播中的差別，則從基站的發(fā)送可能很難達到。如果發(fā)送權(quán)向量并不考慮發(fā)送電子設(shè)備鏈路和發(fā)送RF傳播效應(yīng)中的差別，可能導(dǎo)致進一步的困難，可能使利用這樣一種發(fā)送權(quán)向量的通信成為不可能。
校準(zhǔn)的目的是確定校準(zhǔn)因數(shù)，用以補償在接收鏈路和上行RF傳播的信號中產(chǎn)生的不同的幅度和相位誤差，用以補償在發(fā)送鏈路和下行RF傳播中產(chǎn)生的不同幅度和相位誤差，在通信站中所用的校準(zhǔn)因數(shù)用以從由遠(yuǎn)方用戶接收到的信號組確定供發(fā)送到遠(yuǎn)方用戶的發(fā)送權(quán)向量。應(yīng)該補充的是，因為在接收和發(fā)送設(shè)備鏈路中產(chǎn)生的相位和幅度偏動，一般，是與頻率有關(guān)的，所以通常校準(zhǔn)因數(shù)是與頻率有關(guān)的。
在TDD系統(tǒng)的情況下，上行和下行RF傳播效應(yīng)抵消，使得校準(zhǔn)因數(shù)與用戶單元的位置無關(guān)。
大家知道，通過將由天線元件接收或發(fā)送的M個信號中的每一個與校準(zhǔn)因數(shù)(也就是復(fù)數(shù)值時間序列)卷積可以實現(xiàn)補償，其中每個校準(zhǔn)函數(shù)描述為補償當(dāng)信號通過發(fā)送和接收設(shè)備鏈路時信號經(jīng)受的增益和相位誤差所需的傳遞函數(shù)校正。在某些系統(tǒng)中，這可被簡化為倍數(shù)校正，其中每個校準(zhǔn)函數(shù)是一個校準(zhǔn)因數(shù)-一個復(fù)數(shù)值的數(shù)，描述為補償所需的幅度和相位校正。一般，校準(zhǔn)函數(shù)組規(guī)定校準(zhǔn)向量函數(shù)，每個元件一個校準(zhǔn)函數(shù)。在倍數(shù)校正的情況下，校準(zhǔn)因數(shù)組規(guī)定校準(zhǔn)向量，每個元件一個校準(zhǔn)因數(shù)。
從接收權(quán)向量確實發(fā)送權(quán)向量，在FDD系統(tǒng)的情況下對于一個特定用戶來說是比較困難的，因為可能不再可假定互易性。需要另外考慮在上行和下行上傳播中的差別。一旦考慮到這些差別，仍然需要確定校準(zhǔn)因數(shù)，用心補償在接收鏈路和上行RF傳播中的信號中產(chǎn)生的不同幅度和相位誤差，和補償在發(fā)送鏈路和下行RF傳播中產(chǎn)生的不同的幅度和相位誤差。一般，與遠(yuǎn)方用戶的位置無關(guān)的單個校準(zhǔn)因數(shù)是不可能的。在這樣一種情況中，需要能確定上行和下行空間特征。
在沒有可能獨立于遠(yuǎn)方用戶位置的校正因數(shù)的情況下，當(dāng)存在某些函數(shù)關(guān)系，使得能夠從接收到信號和某些參數(shù)，例如，到達的角度，確定發(fā)送權(quán)向量供使用時，仍然需要確定一組校準(zhǔn)函數(shù)，用于補償在接收鏈路和上行RF傳播的信號中產(chǎn)生的不同的幅度和相位誤差和在發(fā)送鏈路和下行RF傳播中產(chǎn)生的不同的幅度和相位誤差，這些函數(shù)與遠(yuǎn)方用戶的一個或多個參數(shù)有關(guān)，例如到達的角度。
對特征估計的需要當(dāng)簡單的校準(zhǔn)(如以上所定義的)不可能時，仍然需要補償在接收鏈路和上行RF傳播的信號中產(chǎn)生的不同的幅度和相位誤差，和在發(fā)送鏈路和下行RF傳播中產(chǎn)生的不同的幅度和相位誤差。特征估計的目的是確定表征這些差別的上行和下行空間特征。因此，當(dāng)或者1)RF傳播效應(yīng)抵消，使得下行權(quán)可從上行信號或權(quán)確定，或2)存在某些簡單的RF傳播效應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，使得上行權(quán)可從上行信號和遠(yuǎn)方用戶的某些參數(shù)，例如上行信號的到達角度，被確定時，校準(zhǔn)是特征估計的一種特殊情況。
其他方法已知的用于確定天線陣校準(zhǔn)的方法，每種都有一個或多個相關(guān)的缺點。大多數(shù)已知的方法需要外部測量設(shè)備，它們可能是昂貴的，對于重復(fù)使用來說，顯得笨重和麻煩。其次，通常的校準(zhǔn)方法對系統(tǒng)參數(shù)中的漂移敏感，例如，在測量進行的延續(xù)時間上的頻率參考，這些漂移導(dǎo)致所測量的天線陣校準(zhǔn)的不精確。另外，某些已知技術(shù)只確定倍增而不是卷積核校準(zhǔn)，不管對校準(zhǔn)天線陣中頻率有關(guān)組分的需要。為了消除這種頻率依賴關(guān)系，并仍然使用倍增校準(zhǔn)，必須為每個通信的頻率信道校準(zhǔn)天線陣。第三，RF電子設(shè)備的傳遞特征取決于改變著的環(huán)境條件，例如溫度和濕度，這就使重復(fù)地在它們的周圍環(huán)境中校準(zhǔn)天線陣是必不可少的。
Harrison等在美國專利No.5,274,844(1993，12，28)中公開了一種方法，用于在兩個實驗中分開校準(zhǔn)發(fā)送和接收鏈路(作為復(fù)數(shù)值向量傳遞函數(shù))，該實驗包括將資源控制器連到遠(yuǎn)程終端的數(shù)據(jù)總線。在第一個實驗中，數(shù)據(jù)總線對遠(yuǎn)程終端指明發(fā)送已知信號到基站。這就確定了接收設(shè)備鏈路的校準(zhǔn)。在第二個實驗中，將在遠(yuǎn)程終端接收到的信號通過數(shù)據(jù)總線回送到資源控制器，使得確定發(fā)送設(shè)備鏈路的校準(zhǔn)。
1996年8月13日頒布的，并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的共同擁有的美國專利5,546,090，公開了一種校準(zhǔn)方法，利用一個與遠(yuǎn)程終端在一起的簡單的轉(zhuǎn)發(fā)器，將在遠(yuǎn)程終端上從基站接收到信號重發(fā)到基站，可以既確定發(fā)送又確定接收校準(zhǔn)，這樣一種方法并不需要Harrison等發(fā)明的有線的數(shù)據(jù)總線。但仍需要附加的轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)備。
PCT專利申請出版WO 95/34103(1995，12，14出版)，標(biāo)題是“ANTENNAARRAY CALIBRATION”，發(fā)明人Johannison等，公開了一種方法和設(shè)備，用于校準(zhǔn)天線陣的發(fā)送(和接收)。對于發(fā)送校準(zhǔn)，將輸入發(fā)送信號每次輸入到一個天線的每個天線元件。在輸入發(fā)送信號已經(jīng)通過各自的功率放大器后，由每個天線元件發(fā)送的信號被校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)采樣。將所得到的信號送入接收機，和一種計算裝置將接收到的信號與對每個天線元件的原來的發(fā)送信號相聯(lián)系。然后可為每個天線元件構(gòu)成校正因數(shù)。利用該校正因數(shù)可以調(diào)節(jié)天線元件(幅度和相位，或者同相I和正交Q分量)，以保證每個元件在發(fā)送期間被正確地校準(zhǔn)。對于接收校準(zhǔn)，產(chǎn)生已知的輸入信號并利用校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)(無源的分布式網(wǎng)絡(luò))注入天線陣的每個天線元件。來自天線元件的信號通過各自的低噪聲放大器，因此由每個天線元件接收到的信號通過波束形成設(shè)備進行測量。然后，波束形成設(shè)備可通過將被注入的信號與所測量的信號作比較，以便單獨地校準(zhǔn)每個天線元件。可將該校正描述為幅度和相位校正，或同相I和正交Q分量的校正。
Wachs等人的美國專利5,530,449，標(biāo)題為“PHASED ARRAY ANTENNAMANAGEMENT SYSTEM AND CALIBRATION METHOD”(在此用“Wachs”表示)描述一種管理系統(tǒng)和校準(zhǔn)方法，用于相控陣天線，采用在波節(jié)操作期間進行的系統(tǒng)級的幅度和相位的測量。在逐個元件的基礎(chǔ)上確定，用于天線的各個鏈路的跟蹤性能。該系統(tǒng)和方法利用探查載波測量各個元件鏈路的幅度和相位。從測得的幅度和相位數(shù)據(jù)為每個鏈路確定所需的校正系數(shù)，單獨地補償每個單獨的元件鏈路以糾正幅度和相位誤差。系統(tǒng)在位于衛(wèi)星上的相控陣天線通信站上分開地校準(zhǔn)前向和回程鏈路的相控陣天線。在一種實施方案中，使用一種分離的遠(yuǎn)程校準(zhǔn)站。為了校準(zhǔn)發(fā)送路徑，將探測信號被交替地從一個元件(參考元件)和一個待測元件發(fā)送到校準(zhǔn)系統(tǒng)上的天線。將在該校準(zhǔn)站上接收到的信號比較以確定校正。將分離的通信鏈路用于提供校準(zhǔn)站和衛(wèi)星之間的通信。在接收方向中，將遠(yuǎn)程校準(zhǔn)站用于發(fā)送到相控陣的所有天線元件。但只有兩個元件被交替地采樣以形成校準(zhǔn)載波。然后將該校準(zhǔn)載波在K頻段上下行傳送到入口中樞站供計算。在一種替代的實施方案中，將在衛(wèi)星通信站上的一種本地檢測天線用于對發(fā)送天線元件的輸出采樣。在兩種實施方案中，對接收和發(fā)送路徑實施分離的校準(zhǔn)，需要附加設(shè)備，或者是一個分離的遠(yuǎn)程校準(zhǔn)站，帶一個附加的鏈路，或者是一個分離的檢測天線系統(tǒng)。Wachs系統(tǒng)的幾個特征是明顯的。首先，在分離的校準(zhǔn)站或探測天線的形式中需要附加的硬件。其次，為校準(zhǔn)需要使用特殊的波形，而不是原先由標(biāo)準(zhǔn)的空中接口支持的通信波形。這意味著通信站需要附加的硬件用于形成和發(fā)送這樣的波形。校準(zhǔn)站需要特殊的接收/解調(diào)硬件，不可能再使用標(biāo)準(zhǔn)硬件。因此，有這樣的可能性，被適配成在無線通信系統(tǒng)中使用的Wachs類的系統(tǒng)可能不允許在某些國家中運行。
因此，這些已知的方法為接收和發(fā)送路徑提供分離的校準(zhǔn)。這些方法需要專門的校準(zhǔn)設(shè)備。某些已知的方法和系統(tǒng)使用專門的波形，因而需要附加的硬件供處理這樣的波形，并且也不符合任何已建立的空中接口標(biāo)準(zhǔn)，所以面臨著不允許在某些國家中運行的風(fēng)險。將那些也為基站天線元件和用戶單元之間的不同空中路徑的校準(zhǔn)的已知系統(tǒng)較適當(dāng)?shù)貧w類為在此所采用的校準(zhǔn)定義下的空間特征估計技術(shù)。
Parish等在共同擁有的美國專利申請08/948,772“METHOD ANDAPPARATUS FOR CALIBRATING A WIRELESS COMMUNICATION STATIONHAVING AN ANTENNA ARRAY”中，描述了一種校準(zhǔn)方法，用于帶有天線元件陣的基站，它不需要任何附加的校準(zhǔn)設(shè)備。一方面包括利用天線元件的發(fā)送電子設(shè)備，從每個天線元件發(fā)送規(guī)定的信號，同時在至少一個與該天線無聯(lián)系的接收機電子設(shè)備鏈路中接收所發(fā)送的信號。將這個過程重復(fù)，利用其他的發(fā)送設(shè)備鏈路從其他的天線元件發(fā)送規(guī)定的信號，直到所規(guī)定的信號已經(jīng)從為校準(zhǔn)因數(shù)所需的所有的天線元件發(fā)送為止。用于每個天線元件的校準(zhǔn)因數(shù)被確定為有關(guān)的發(fā)送電子設(shè)備鏈路和接收電子設(shè)備鏈路傳遞函數(shù)的一個函數(shù)。當(dāng)下行和上行通信發(fā)生在相同頻率的信道中時，對于任何天線元件確定一個單一的校準(zhǔn)因數(shù)。在Parish等的發(fā)明的一種改型中，單一的校準(zhǔn)因數(shù)在相位上是與特定的天線元件有關(guān)的發(fā)送設(shè)備鏈路傳遞函數(shù)的相位與接收設(shè)備鏈路傳遞函數(shù)的相位之間的差的函數(shù)。在Parish等的發(fā)明的另一方面中，將這樣確定的校準(zhǔn)因數(shù)用于從一組接收權(quán)確定一組發(fā)送權(quán)。
雖然Parish等的發(fā)明能夠為基站確定單組的校準(zhǔn)因數(shù)，能夠不需要某些附加的設(shè)備，如轉(zhuǎn)發(fā)器從上行的權(quán)組確定下行的權(quán)組，并校準(zhǔn)基站電子設(shè)備路徑中的差別，Parish等的方法不可能適合于估計空間特征，以便處理可能發(fā)生的RF傳播路徑差別。另外，為了實施校準(zhǔn)試驗，基站需要進入空間校準(zhǔn)模式，因此在此期間不可能被用于任何其他目的。
在現(xiàn)有技術(shù)中也沒有提到通過組合從多個遠(yuǎn)程發(fā)送接收機測量進行校準(zhǔn)的能力。
想望的特征校準(zhǔn)過程的主要目的是為基站取得校準(zhǔn)信息。這可包含測量上行和下行信道之間的增益和相位差。在這個步驟期間準(zhǔn)確性和高的精度是十分重要的。如果校準(zhǔn)信息不準(zhǔn)確，那么在下行上的波束型式將被嚴(yán)重畸變。將較少的能量朝目標(biāo)用戶輻射，將過多的干擾朝同頻道輻射。這將對下行信號質(zhì)量和下行范圍有負(fù)面的影響。最終，一個壞的校準(zhǔn)策略可能大大地降低無線網(wǎng)的容量。
校準(zhǔn)方法的一個想望的特征是為校準(zhǔn)只需要一個基站和一個用戶單元，不需要另外的設(shè)備，如信號發(fā)生器，轉(zhuǎn)發(fā)器，校準(zhǔn)站，附加的天線，探測器，或其他的設(shè)備。這樣一種系統(tǒng)理想情況下應(yīng)該能夠校準(zhǔn)接收和發(fā)送電子設(shè)備中的差別。這些系統(tǒng)也應(yīng)該使用通常的通信波形，基本上符合它們所在的無線通信系統(tǒng)的特定的空中接口標(biāo)準(zhǔn)。這就能再使用標(biāo)準(zhǔn)硬件，并且也保證不違背標(biāo)準(zhǔn)，保持與利用標(biāo)準(zhǔn)的任何進一步修改的兼容性。我們用“符合空中接口標(biāo)準(zhǔn)”的意思是符合空中接口的信道結(jié)構(gòu)和調(diào)制，其中“信道結(jié)構(gòu)”在FDMA的情況下是頻率隙，在TDMA的情況下是時間和頻率隙，在CDMA的情況下是碼信道，“調(diào)制”是在該標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的特定的調(diào)制方案。
另一個想望的特征是該方法可用于特征估計，以便也計算出RF路徑中的差別。
校準(zhǔn)方法的另一個想望的特征是容易使用，能夠快速地，頻繁地實施校準(zhǔn)，甚至例如，頻繁到一分鐘幾次。這最終增加下行的處理準(zhǔn)確度，這對信號質(zhì)量，容量，覆蓋，和可能的其他參數(shù)有深遠(yuǎn)的影響。
校準(zhǔn)方法的另一個想望的特征是每個用戶單元支持校準(zhǔn)。
對校準(zhǔn)系統(tǒng)的另一個想望的特征是能夠在用戶單元內(nèi)實施某些或全部為校準(zhǔn)對接收到的數(shù)據(jù)的處理，因此不需要用戶單元將接收到的數(shù)據(jù)送回到基站和不需要基站實施全部的處理。因而通過將負(fù)載“分配”到智能用戶單元，可大大地降低基站的計算負(fù)擔(dān)。這個特征是特別所希望的，例如，對于服務(wù)于許多用戶單元的基站，或在每次呼叫以前校準(zhǔn)，或在每次呼叫期間甚至有幾次的校準(zhǔn)的場合。
另一個想望的特征是能夠在基站上任何可用的通常信道上啟動校準(zhǔn)，例如，F(xiàn)DMA/TDMA系統(tǒng)的任何載波和任何時隙。這種特征增強靈活性，因為可以選擇在使用時刻可得到的任何時隙和任何載波。
對于校準(zhǔn)方法的另一個想望的特征是能夠校準(zhǔn)一個基站，不必要讓基站為校準(zhǔn)脫機，因而能夠使基站校準(zhǔn)被實施，而同時基站服務(wù)于成百個呼叫，例如，在FDMA/TDMA/SDMA系統(tǒng)中其他載波(頻隙)/時隙/空間信道上進行。這種特征對于同時服務(wù)于許多通常信道(例如，對于FDMA/TDMA系統(tǒng)的載波)的寬帶基站特別重要。
對于校準(zhǔn)方法的另一種想望的特征是能夠?qū)嵤┛焖傩?zhǔn)，甚至在一個現(xiàn)存的呼叫期間進行幾次。
對于校準(zhǔn)方法的另一個想望的特征是在進行呼叫期間能夠以無接縫的方式實施校準(zhǔn)，使得基站能夠在若干呼叫期間連續(xù)地校準(zhǔn)自己。
對于校準(zhǔn)方法的另一個想望的特征是能夠通過組合測量利用幾個遠(yuǎn)方的發(fā)送接收機實施校準(zhǔn)，其中的每一個可能是只見到通信站天線陣的一個子集，或者其中的每一個可能面對不同的干擾環(huán)境。
對于校準(zhǔn)方法的另一個想望的特征是能夠確定是否校準(zhǔn)是準(zhǔn)確的，例如通過實施統(tǒng)計測量，連同能夠?qū)⑦@樣的信息反饋到通信站以確定，是否從幾個遠(yuǎn)方站進行組合可能是必要的。
另一個想望的特征是高準(zhǔn)確性，以及對在典型情況下與廉價的用戶單元通信中可能發(fā)生的頻率偏置，定時不一致，I/Q失配，和相位噪聲的抵抗能力。
因此，對于包括所有或大多數(shù)以上特征的校準(zhǔn)方法和設(shè)備，在技術(shù)上仍然有需要。例如，需要一種系統(tǒng)和方法，它是準(zhǔn)確的并且無論就必要的設(shè)備還是所需的時間來說都是簡單的，以致校準(zhǔn)可被在所要的無論何地，無論何時，重復(fù)地，快速地實施。在技術(shù)上也需要一種簡單的校準(zhǔn)技術(shù)，它只利用現(xiàn)有的基站電子設(shè)備，并不需要專門的校準(zhǔn)硬件。在技術(shù)上也需要一種方法，能夠從接收權(quán)向量確定發(fā)送權(quán)向量，包括對接收電子設(shè)備和發(fā)送電子設(shè)備的校準(zhǔn)，所得到的校準(zhǔn)利用簡單的技術(shù)，使用現(xiàn)有的基站和用戶單元電子設(shè)備，并不需要專門的校準(zhǔn)硬件。
因此，在技術(shù)上仍需要高效率的方法，以確定上行空間特征，用于校正在上行RF路徑和接收電子設(shè)備中的差別，和確定下行空間特征，用于校正在下行RF路徑和發(fā)送電子設(shè)備中的差別。
概述本發(fā)明的一個特征是能夠校準(zhǔn)具有天線陣的通信站在電子設(shè)備路徑中的差別，該校準(zhǔn)只利用該通信站和用戶單元。
本發(fā)明的另一個特征是提供能夠利用已校準(zhǔn)的發(fā)送權(quán)向量的校準(zhǔn)，發(fā)送權(quán)向量本質(zhì)上由接收權(quán)向量確定，校準(zhǔn)考慮了電子設(shè)備路徑中的差別。
本發(fā)明的另一個特征是確定能夠利用已校準(zhǔn)的發(fā)送權(quán)向量的空間特征、發(fā)送權(quán)向量本質(zhì)上由接收權(quán)向量確定，校準(zhǔn)考慮了電子設(shè)備路徑和RF傳播路徑中的差別。
本發(fā)明的另一個特征是能夠確定與通信站通信的用戶單元的上行空間特征，確定工作只利用通信站和用戶單元。
本發(fā)明的另一個特征是能夠確定與通信站通信的用戶單元的下行空間特征，確定工作只利用通信站和用戶單元。
還是本發(fā)明的另一個特征是校準(zhǔn)一種具有天線陣的通信站，校準(zhǔn)容易并且對于那些當(dāng)前不被校準(zhǔn)的通常的信道，未使通信站脫離空中接口。
還是本發(fā)明的另一個特征是校準(zhǔn)具有天線陣的通信站，校準(zhǔn)能夠在用戶單元上部分地或全部地被實施。
還是本發(fā)明的另一個特征是校準(zhǔn)通信站，該校準(zhǔn)方法提供高準(zhǔn)確度，并對典型情況下與廉價的用戶單元通信中可能發(fā)生的頻率偏移，定時不一致，I/Q失配，和相位噪聲有抵抗能力。
本發(fā)明的另一個特征是提供一種校準(zhǔn)方法和設(shè)備，能夠容易地在射頻系統(tǒng)中被實施并使實行經(jīng)常的和日常例行的系統(tǒng)校準(zhǔn)成為切實可行。校準(zhǔn)能夠使用已校準(zhǔn)的發(fā)送權(quán)向量，該發(fā)送權(quán)向量本質(zhì)上從接收權(quán)向量確定，校準(zhǔn)包括校正在電子設(shè)備路徑中的差別和RF傳播效應(yīng)中的差別。
還是另一個特征是能夠快速校準(zhǔn)，甚至在現(xiàn)存呼叫期間進行幾次。
還有另一個特征是在進行呼叫期間能夠以一種無接縫的方式實施校準(zhǔn)。使得通信站可在一個特定的呼叫期間連續(xù)地校準(zhǔn)自己。
還是另一個特征是能夠通過組合測量利用幾個遠(yuǎn)方的發(fā)送接收機實施校準(zhǔn)，其中每一個可能只“看見”通信站的天線陣的一個子集，或者其中的每一個可能面對不同的干擾環(huán)境。
還是另一個特征是能夠確定是否校準(zhǔn)是準(zhǔn)確的，例如，通過實施統(tǒng)計測量，與能夠?qū)⑦@樣的信息反饋到通信站一起確定，例如，是否從幾個遠(yuǎn)方站進行組合可能是必要的。
通過閱讀在此以下所提供的本發(fā)明的最佳實施方案詳述，這些和其他的特征將更為清楚。
附圖簡述從本發(fā)明的最佳的和某些替代的實施方案的詳述將會更充分的理解本發(fā)明，然而，不應(yīng)該將本發(fā)明限于任何特定的實施方案，它們只是用于解釋和更好的理解而已。藉助于以下的圖依次解釋這些實施方案。


圖1示出在基站上的上行和下行信號流；圖2示出將上行和下行信道分解為“傳播”和“電子”的因數(shù)；圖3示出一種典型的TDD系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)；圖4示出接收信號處理器和上行權(quán)的計算；圖5示出上行和下行信號路徑之間的對稱性；圖6示出發(fā)送權(quán)產(chǎn)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖7示出校準(zhǔn)期間的協(xié)議順序；圖8示出將6元件圓形陣分解為2元件子陣；圖9示出在基站上的上行特征估計；圖10示出在用戶單元上的下行特征估計；圖11用于利用正常的TCH脈沖串穿插的校準(zhǔn)脈沖串實現(xiàn)確定下行特征的一種方法的一種實施方案的流程圖；圖12示出本發(fā)明的內(nèi)容可被實現(xiàn)的一種典型的用戶單元結(jié)構(gòu)；
圖13示出用于下行特征估計的一種兩天線元件實施方案的測試結(jié)果；圖14示出利用一種單發(fā)射機和天線元件，進行下行特征估計的方法的一種實施方案的測試結(jié)果；和圖15示出利用一種單發(fā)射機和天線元件，但與用于得到圖14的結(jié)果不同的頻率組，進行下行特征估計的方法的一種實施方案的測試結(jié)果。
最佳實施方案詳述對參考數(shù)字的注解在參考數(shù)字中的頭一個或兩個數(shù)字指明參考數(shù)字首先在哪張圖上被引入。在100和199之間的參數(shù)數(shù)字首先在圖1被引入，在200和299之間的參考數(shù)字首先在圖2中被引入，依次類推。例如，參考數(shù)字111首先在圖1中被引入，909首先在圖9中被引入，1009首先在圖10中被引入，1211首先在圖12中被引入。
一般系統(tǒng)描述本發(fā)明最好在無線蜂窩通信系統(tǒng)中實施，該系統(tǒng)包括一個帶有多重天線陣的基站(也就是，發(fā)送接收機，通信站)，利用智能天線技術(shù)供上行或下行或兩者通信。最佳實施方案是在利用個人手持電話(PHS)空中接口通信協(xié)議運行的系統(tǒng)中進行的。兩種實施方案一種是用戶單元在位置上是固定的，另一種是用戶單元可以是移動的。以上提到的，引入于此作為參考的共同擁有的美國專利申請08/729,390詳細(xì)描述了一種移動系統(tǒng)基站的硬件，基站最好有四個天線單元。雖然本發(fā)明對于移動和固定的用戶單元的狀況都是有用的。在此被提供的詳細(xì)情況是對于將本發(fā)明引入帶有固定位置的用戶單元的系統(tǒng)而言的。固定位置的無線系統(tǒng)有時被稱為無線本地環(huán)路(WLL)系統(tǒng)。本發(fā)明的某些方面被引入的一種WLL基站被描述在美國專利申請09/020,049“POWER CONTROLWITH SIGNAL QUALITY ESTIMATION FOR SMART ANTENNA COMMUNICATIONSYSTEMS”中，引入于此作為參考，而供在這樣一種WLL系統(tǒng)中使用的用戶單元被描述在美國專利申請08/907,594“METHOD AND SYSTEM FORRAPID INITIAL CONTROL SIGNAL DETECTION IN A WIRELESSCOMMUNICATION SYSTEM”中，在以上被參考的美國專利申請09/020,049中所描述的WLL基站包括SDMA，并可擁有任何數(shù)量的天線元件，在此所描述的許多模擬裝置將假定是六天線陣。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將很清楚，本發(fā)明可在任何基于智能天線的系統(tǒng)中實施，利用帶有每個通常的信道一個或一個以上空間信道的任何空中接口，并具有移動的，固定的，或移動的和固定的用戶單元的組合。這樣的一種系統(tǒng)可以是模擬的或是數(shù)字的，并可利用頻分多址(FDMA)，碼分多址(CDMA)，或時分多址(TDMA)技術(shù)，后者通常與FDMA組合(TDMA/FDMA)。
注意，雖然最佳實施方案將本發(fā)明應(yīng)用到具有基站，每個基站有用戶單元的無線通信系統(tǒng)中，本發(fā)明也適用于從一種無線電站到另一種無線電站的同級通信。并沒有內(nèi)在的需要規(guī)定基站或用戶單元的概念，如何修改本描述使適合同級的情況對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是清楚的。因此，雖然本發(fā)明被描述為在通信站和用戶單元中實施，在本文中的通信站可以是任何裝有天線陣的無線電發(fā)送接收機，用戶單元可以是任何遠(yuǎn)離裝有天線陣的發(fā)送接收機的其他無線電發(fā)送接收機，并能夠利用某種調(diào)制方案與裝有天線陣的發(fā)送接收機通信。雖然最佳實施方案描述了一種基站，具有既用于上行(接收)處理又用于下行(發(fā)送)處理的單一天線陣，利用在上行和下行上進行自適應(yīng)智能天線處理的裝置，本發(fā)明也適用于一種基站，只具有供發(fā)送處理的天線陣，也適用于一種基站，對上行處理和下行處理使用分離的天線陣。當(dāng)接收信號只使用單一天線時，校準(zhǔn)因數(shù)就是下行特征，因為所有接收到的信號通過相同的接收電子設(shè)備鏈路。很清楚天線的“數(shù)量”就是“現(xiàn)役的”天線的數(shù)量，也就是，用于通信的天線的數(shù)量。
雖然在此所描述的實施方案中校準(zhǔn)被規(guī)定用在自適應(yīng)智能天線處理中，校準(zhǔn)可用于任何其他目的，以致裝有天線陣的發(fā)送接收機甚至不需要包括用于自適應(yīng)智能天線處理的裝置。
圖1描述通過本發(fā)明可被實施的一種典型的基站的上行和下行信號流?；?01包括天線元件陣105?；九c一個或多個用戶單元，如用戶單元141和用戶單元143通信。在最佳實施方案中，基站具有單一的天線元件陣，既用于接收又用于發(fā)送，所以使用一個接收/發(fā)送單元107。對于頻率域，雙工單元107是一個頻率雙工器，對于時間域，如最佳實施方案中所用的那樣，雙工單元107是一個開關(guān)。在下行，來自用戶單元的信號在天線陣被接收，那些信號106通過被設(shè)置到接收位置的開關(guān)107，而這些信號通過接收RF電子設(shè)備109。在本描述中，所有接收RF電子設(shè)備的特征，包括所有的電纜和開關(guān)的特征以及RF接收機，和其他接收路徑的特征全被總括在一起。接收RF電子單元109將RF信號轉(zhuǎn)換為基帶信號110。在最佳實施方案中，接收RF電子單元109包括模擬RF部件，包括模擬下變頻，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，和數(shù)字下變換器部件以產(chǎn)生數(shù)字基帶天線信號110，這些基帶接收到的天線信號被接收信號處理器111處理，產(chǎn)生從一個特定的用戶單元，例如用戶單元141，接收到的信號。接收信號處理器包括以最佳方式確定復(fù)數(shù)值(同相I和正交Q)天線信號的加權(quán)和，其中加權(quán)是在幅度和相位中進行，其中所述的最佳的意思是所希望的信號成分被最大量地增強，不希望的成分被最大量地壓制。
通過鎖定在已知的訓(xùn)練序列上，或利用某種面向決策的技術(shù)，或者“盲目地”利用信號中某種其他的特殊結(jié)構(gòu)來計算復(fù)數(shù)值接收權(quán)。一般，為了實施上行(也就是接收)權(quán)的計算，并非一定要了解接收電子設(shè)備的相位和幅度關(guān)系。對于這些權(quán)如何被計算的更詳細(xì)情況見以下和以上參考過的共同擁有的美國專利申請08/729,390，提交日期為1996年10月11日。
圖1示出基站接收機部分的輸出是話音或帶有指向網(wǎng)絡(luò)接口單元(NIU)的信號的數(shù)據(jù)113的情形。因此如圖1中所示，接收信號處理器111也包括所有的解調(diào)功能。
在下行，基站從圖1被標(biāo)記為121的NIU接收話音/數(shù)據(jù)。信號被按照系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)進行調(diào)制。發(fā)送信號處理器123包括分配的已調(diào)基帶信號的復(fù)數(shù)值加權(quán)的復(fù)制品124(根據(jù)一組復(fù)數(shù)值發(fā)送權(quán)進行加權(quán))，加權(quán)的發(fā)送天線信號被送到發(fā)送RF電子單元125，產(chǎn)生一組RF發(fā)送信號127，目的是天線陣105的每個天線元件一個信號。這些RF天線信號被通過設(shè)置在發(fā)送位置的TX/RX開關(guān)107送到相應(yīng)的天線陣元件。發(fā)送權(quán)被選取，使得天線陣朝一個特定的用戶單元(“波束形成”)輻射大部分的能量，朝共同信道的用戶發(fā)送最少的能量(“空置”)。在最佳實施方案中，發(fā)送權(quán)組118直接從由接收信號處理器111產(chǎn)生的接收權(quán)組115算得，計算是由發(fā)送權(quán)產(chǎn)生器117實時進行的。然而，在此計算期間，發(fā)送權(quán)產(chǎn)生器117必須考慮上行和下行傳播信道之間的增益和相位差，其中信道既包括來自和到達用戶單元的空中路徑，又包括在接收RF電子設(shè)備內(nèi)和也在發(fā)送RF電子設(shè)備內(nèi)不同信號部件之間的變化。在最佳實施方案中，這種信息被以校準(zhǔn)向量133的形式存儲在校準(zhǔn)存儲單元131中，正如將在以下要描述的那樣。確定這種校準(zhǔn)信息是本發(fā)明的主要目的。
上行和下行信號路徑描述在本描述中，在基站天線陣105中的元件數(shù)將標(biāo)記為M。因此，在上行有M個來自用戶單元的信號路徑，接收信號處理器111M個輸入中每個輸入一條信號路徑。同樣，在下行，有M個信號路徑，從發(fā)送信號處理器123的M個輸入中每個輸入到用戶單元一條。這些信號路徑中每一個在此用表征基帶信號的相位和幅度畸變的復(fù)數(shù)值數(shù)來描述。作為一種緊湊的表示法，在本描述中，上行和下行信道在數(shù)學(xué)上分別用標(biāo)記為arx和atx的M維復(fù)數(shù)值向量來描述，其中M是基站天線陣105中的元件數(shù)，在向量中的每個元素代表與陣105中天線元件中的一個元件有關(guān)的路徑。當(dāng)來自(或到達)一個遠(yuǎn)方用戶單元和各個天線元件(延時擴展)的傳播時間上的差別遠(yuǎn)小于對于一個利用數(shù)字調(diào)制方案的系統(tǒng)，如最佳實施方案的系統(tǒng)的符號周期時，這樣一種描述尤其準(zhǔn)確。向量arx和atx可被辨別為(非正規(guī)的)分別對于用戶單元和此基站的上行空間特征和下行空間特征。
整個描述中，上行和下行特征，上行和下行權(quán)，將全描述在基帶中。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是清楚的，自適應(yīng)智能天線處理，包括在幅度和相位中的任何加權(quán)，可交替地在某個其他頻段中實施，例如，在中頻或通帶中。在這樣一種情況下，特征和所有它的組分同樣將被規(guī)定在該頻段中。
本發(fā)明的主要目的是校準(zhǔn)基站。假定在上行和下行上的RF傳播相同，一個單一的用戶單元可與它的基站一起實現(xiàn)校準(zhǔn)。這也將很清楚，本方法能夠?qū)θ魏斡脩魡卧珠_確定上行和下行特征。利用這種方法這樣一些數(shù)據(jù)可容易獲得，使我們能夠為任何(甚至每個)現(xiàn)役的用戶單元取得完全的特征信息。因此，除了通過利用用戶單元之一進行簡單的校準(zhǔn)試驗來校準(zhǔn)基站以外，本方法能夠為任何用戶單元確定用戶有關(guān)的上行和下行特征，這些特征包括在基站硬件中電子信號路徑的影響，對于用戶單元的上行和下行電子信號路徑之間的任何差別。當(dāng)RF傳播到達和來自用戶單元是不同時，利用這樣的信息為每個用戶單元確定分離的校準(zhǔn)。
另一種用法是用于校準(zhǔn)基站，但不是利用基站和單一的用戶單元獲得單一的校準(zhǔn)向量，而是利用幾個用戶單元確定單一的校準(zhǔn)向量。在一種實施方案中，單一校準(zhǔn)向量是平均校準(zhǔn)向量。在另一種實施方案中，是加權(quán)的平均校準(zhǔn)向量。為利用特定的用戶單元進行估計給出的權(quán)重取決于由該用戶單元接收到的信號質(zhì)量的一種量度，使得來自用戶單元的估計具有較好質(zhì)量的信號，并在加權(quán)平均中加權(quán)得更多。一種用于確定信號質(zhì)量的方法和設(shè)備被公開在以上參考過的U.S.專利申請9/02,049中?，F(xiàn)在描述信號質(zhì)量估計方法的實施方案。
用N標(biāo)記為估計所用的脈沖串的樣本數(shù)。首先通過組成同相和正交接收信號的平方和取出采樣的模信息。然后利用對采樣數(shù)平均作期望值運算確定平均功率和均方功率。R2‾=1NΣt=1NI2(t)+Q2(t),]]>和R4‾=1NΣt=1N(I2(t)+Q2(t))2.]]>注意，一旦瞬時功率R2(t)＝I2(t)+Q2(t)被確定，確定平方功率R4(t)＝[R2(t)]2只需要對每個樣本進行單次的附加乘法，所估計的信號對干擾加噪聲之比(SINR)被確定為信號質(zhì)量估計，最好利用至少一個平方根運算，利用SINR=2-R4‾/(R2‾)2/1-2-R4‾/(R2‾)2]]>=A-A1-A,]]>其中A=2-R4‾/(R2‾)2]]>R4‾/(R2‾)2]]>之比和量A有時被稱為峰態(tài)。
這種最佳的信號質(zhì)量估計方法對頻率偏移不敏感，所以用于CM方法是特別有吸引力的方法，CM方法也對頻率偏置不敏感。
在替代的實施方案中，可以利用幾種確定校準(zhǔn)向量的某個其他的函數(shù)來獲得單一的校準(zhǔn)向量估計，例如，從每個校準(zhǔn)向量只取好的元件質(zhì)量估計，然后將所有的子集組合得到一個高質(zhì)量的校準(zhǔn)向量。
注意，在以下的描述中，在不同的信號路徑中發(fā)生的相位和幅度畸變分別用單一的復(fù)數(shù)值數(shù)的幅度和相位來描述，所以對于1對M或M對1的系統(tǒng)用M維復(fù)數(shù)值向量來描述。對于FDMA或FDMA/TDMA系統(tǒng)，對于每個載波(每個頻段)可能需要不同的復(fù)數(shù)來描述相位和幅度畸變。
也注意到，常常雖然電子設(shè)備可通過簡單的相位和幅度因數(shù)來適當(dāng)?shù)孛枋觯谝粋€載波的每個頻段內(nèi)的RF傳播部分不適合用復(fù)數(shù)來描述，而適合于用傳遞函數(shù)來描述。甚至在這樣的一種情況下，利用上行和下行之間RF路徑中的互易性，當(dāng)用于校準(zhǔn)時，傳遞函數(shù)抵消，所以一個復(fù)數(shù)適當(dāng)?shù)孛枋鰧τ谝粋€天線的上行-下行信號路徑的校準(zhǔn)，一個復(fù)數(shù)值M維校準(zhǔn)向量是適當(dāng)?shù)摹?br> 有時，甚至通過接收機電子設(shè)備或發(fā)送電子設(shè)備或兩者的信號路徑并不適合用復(fù)數(shù)來描述，而是由傳遞函數(shù)來描述。在一種替代的實施方案中，考慮到了這點，所以，對于基帶信號每個上行和每個下行信號路徑用復(fù)數(shù)值傳遞函數(shù)來描述。如何將在此描述的實施方案延伸到考慮一組頻率而不是頻率無關(guān)的(在一個載波頻段內(nèi))相位和幅度基帶信號路徑的描述，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是清楚的，本發(fā)明的范圍肯定包括這樣的延伸。
圖2示出上行和下行信道描述如何用以下的方式進一步在數(shù)學(xué)上被分解為“傳播”和“電子設(shè)備”因數(shù)之積。在每個基站天線元件(在105中的一個元件)和用戶單元天線205之間，存在一個復(fù)數(shù)值的數(shù)，描述由于在上行和下行上RF傳播效應(yīng)，在基帶信號中產(chǎn)生的相位和幅度畸變。這樣的傳播效應(yīng)包括無限度的路徑損失，衰落和影區(qū)效應(yīng)，多徑，和近場散射。對于每個上行和下行，M這樣的數(shù)可被組合為M維復(fù)數(shù)值向量。分別規(guī)定grx和gtx為上行和下行的這些向量。在此grx和gtx被稱為傳播因數(shù)。在一種典型的低移動性的環(huán)境中，傳播因數(shù)在幾個幀上仍然是常數(shù)(也就是幾十到幾百微秒的時間內(nèi))。
同樣，存在著一個復(fù)數(shù)值數(shù)，描述在天線陣105的元件和相應(yīng)的接收信號處理器111的輸出端之間的接收電子設(shè)備引起的，在基帶信號中產(chǎn)生的相位和幅度畸變，和另一個復(fù)數(shù)值數(shù)，描述在發(fā)送信號處理器123的輸入端和相應(yīng)的天線陣105的元件之間的發(fā)送電子設(shè)備鏈路中基帶信號內(nèi)發(fā)生的相位和幅度畸變。這些電子設(shè)備鏈路相位和幅度畸變包括由于電纜損耗，不完善的物理連接，在各種有源的接收或發(fā)送RF電子設(shè)備的增益變化，在RF電子設(shè)備中所包括的特殊部件，例如，表面聲波(SAW)濾波器和其他部件中的群延時產(chǎn)生的結(jié)果。如果基站硬件是穩(wěn)定的，電子因數(shù)在被延伸的時間周期上(若干分鐘，小時或天)仍然是常數(shù)。對于每個發(fā)送和接收電子設(shè)備鏈路，有M個基于電子設(shè)備的因數(shù)。對于每個方向，這些因數(shù)可被組合為M維復(fù)數(shù)值向量。規(guī)定接收電子設(shè)備因數(shù)向量erx為M個接收電子設(shè)備鏈路的畸變向量，發(fā)送電子設(shè)備因數(shù)向量etx為M個發(fā)送電子設(shè)備鏈路的畸變組。
在圖2中，上行傳播因數(shù)向量grx被表示為211，上行電子設(shè)備因數(shù)向量erx被表示為215，而下行電子設(shè)備因數(shù)向量etx被表示為217，和下行傳播因數(shù)向量gtx被表示為219。
對于每個方向每個天線元件，這些因數(shù)的倍增特征在數(shù)學(xué)上可表達為arx＝grxerxatx＝gtxetx其中表示單元積(也就是Hadamard積)。
該最佳實施方案系統(tǒng)是頻分多址/時分多址(FDMA/TDMA)系統(tǒng)，其中每個通常的信道是頻率信道中的一個時隙(對于FDMA/TDMA系統(tǒng)，在此頻率信道被稱為“載波”)。特別是，時間被劃分為時隙幀，這樣的一個幀被示為圖3中的301。最佳實施方案的幀301包括8個時隙。按次序，在圖3中有4個標(biāo)記為0到3的接收時隙(項305，307，309和311)，后面是4個標(biāo)記為0到3的發(fā)送時隙(項315，317，319和321)。因此，在最佳實施方案中，上行和下行因數(shù)被在順序的接收和發(fā)送時隙上測量，這些時隙被相對短的時間間隔分開。因而，根據(jù)互易原理，有理由假定上行和下行傳播因數(shù)是相同的。
grx＝gtx在FDD系統(tǒng)中，上行和下行傳播因數(shù)之間的關(guān)系可能是比較復(fù)雜的，但仍然可被確定。
上行權(quán)的計算在該最佳實施方案中，上行權(quán)由接收信號處理器111在基站101計算。上行權(quán)通過復(fù)數(shù)值M維復(fù)數(shù)值接收權(quán)向量(也稱為上行權(quán)向量)115概要表示，在此標(biāo)記為Wrx，它的每個元素描述在基帶接收信號的幅度和相位中的加權(quán)情況。采用加權(quán)的結(jié)果產(chǎn)生來自特定的用戶單元的基帶信號。參考圖1，從天線元件接收到的信號106被接收RF電子設(shè)備單元109數(shù)字化并轉(zhuǎn)換為基帶。圖4示出接收信號處理單元111的最佳實施方案(通過編程)，包括接收(上行)權(quán)的計算。接收信號處理器111首先執(zhí)行帶通濾波并補償頻率偏置，定時偏置，I/Q失配，和其他可能的畸變。這些操作共同被標(biāo)記為“預(yù)處理”，并在圖4中用403表示的預(yù)處理器中實施。
在下一個步驟中，通過利用適當(dāng)?shù)目臻g處理和解調(diào)技術(shù)從已預(yù)處理的接收信號405組估計被發(fā)送的符號序列411。參考圖4，通過由接收(上行)權(quán)向量115描述的一組接收權(quán)幅度和相位中的加權(quán)，由空間處理器407確定來自特定的所希望的用戶單元的信號的估計。
注意，本發(fā)明也包含用包括時間均衡的空間臨時處理器代替空間處理器407。利用空間臨時處理，加權(quán)由時間域中的卷積運算，或者等效地，頻率域中的乘法代替。卷積通常是有限的，對所采樣的數(shù)據(jù)進行，所以等效于將空間處理與利用帶有有效數(shù)量均衡器抽頭的時間域均衡器的時間均衡組合。也就是，在權(quán)向量中的每個權(quán)用有限數(shù)量的值代替。如果每個卷積函數(shù)的長度是K，那么不是確定復(fù)數(shù)值M權(quán)向量Wrx，而是確定復(fù)數(shù)值M乘K矩陣Wrx。
注意，按照權(quán)矩陣，通過用不同規(guī)模的矩陣和向量將問題重新表達，空間權(quán)確定方法可容易被修改為用于空間臨時處理。因為在整個的本描述中，令M是天線元件數(shù)，N是樣本數(shù)，令K是每個天線元件的時間均衡器抽頭數(shù)。一組接收到的信號樣本可被寫為行向量矩陣，每個行向量代表來自單個天線的單個樣本。那么所有的信號樣本可用(M×N)接收信號矩陣表示。為了適應(yīng)空間臨時處理，(M×N)接收信號矩陣的N個樣本的每個行向量可被改寫為K行的第一行移位型，產(chǎn)生規(guī)模為(MK×N)的接收信號矩陣，通過規(guī)模為(MK×1)的權(quán)向量的Hermitian轉(zhuǎn)置(也就是復(fù)數(shù)共軛轉(zhuǎn)置)進行預(yù)乘，產(chǎn)生被估計的N個樣本的接收信號行向量。因此，空間臨時問題已被重新表達為權(quán)向量的確定問題。例如，對于基于協(xié)方差的方法，權(quán)向量是規(guī)模為(MK×1)的“長”權(quán)向量。重新安排“長”權(quán)向量中的項提供所要的(M×K)權(quán)矩陣。因而，雖然本描述在此是依據(jù)權(quán)和空間處理進行的，其范圍被規(guī)定包括空間臨時處理。
再次參考圖4和處理器407，首先利用上行權(quán)向量115的估值，例如來自以前幀的值。然后，信號估值408被解調(diào)器和參考信號發(fā)生器411解調(diào)，產(chǎn)生所發(fā)送的符號序列412的估值，然后進一步由較高等級的處理單元413處理，產(chǎn)生話音或數(shù)據(jù)信號113，發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)接口單元(未示出)。除了產(chǎn)生符號序列412外，解調(diào)和參考信號發(fā)生器411也產(chǎn)生參考信號410，它是一種由被估計的符號調(diào)制的已調(diào)信號并具有一種依據(jù)所用的特定的調(diào)制協(xié)議的正確的信號結(jié)構(gòu)。這個參考信號，和已預(yù)處理的接收信號組405一起由權(quán)向量發(fā)生器409用于產(chǎn)生接收權(quán)向量115較好的估值。權(quán)向量發(fā)生器409實現(xiàn)一種確定權(quán)向量的最佳方法，使權(quán)向量的目標(biāo)函數(shù)為最小，目標(biāo)函數(shù)包括利用權(quán)向量，通過對參考信號410的信號復(fù)制品空間處理操作產(chǎn)生的信號偏離的量度。在最佳實施方案中，目標(biāo)函數(shù)也包括限制權(quán)向量幅度的項。然后，從權(quán)向量發(fā)生器409獲得的下一個權(quán)向量的估值可由信號復(fù)制品操作407使用，也可由發(fā)送權(quán)發(fā)生器117使用。對于本發(fā)明的方法優(yōu)先實施的基站結(jié)構(gòu)方面的較詳細(xì)情況，見以上參考過的美國專利申請09/020,049。對于上行權(quán)向量計算進一步的詳細(xì)情況，見以上參考過的美國專利申請08/729,390和美國專利申請S/N 09/153，110“METHOD FOR REFERENCE SIGNAL GENERATIONIN THE PRESENCE OF FREQUENCY OFFSETS IN A COMMUNICATIONS STATIONWITH SPATIAL PROCESSING”。
下行權(quán)計算下行權(quán)118可被表達為M維的復(fù)數(shù)值權(quán)向量Wtx(稱為發(fā)送權(quán)向量，也稱為下行權(quán)向量)。在最佳實施方案中，下行權(quán)可直接從上行權(quán)算得。上行和下行信號路徑的對稱性被利用。示于圖5A(上行)和5B(下行)中的這種對稱性，可被表達如下1.在由用戶單元發(fā)送的已調(diào)基帶信號(用503表示)和以前的空間處理(也就是逆多路轉(zhuǎn)換)信號(例如，參考圖4，參考信號410)之間的標(biāo)量“信道”(在基帶中)的脈沖響應(yīng)基本上與從基站發(fā)送的以前的空間處理標(biāo)量基帶信號507對在用戶單元上接收到的基帶信號509的相反方向的脈沖響應(yīng)相同。在數(shù)學(xué)上，這種對稱性可被敘述為上行和下行權(quán)向量基本上滿足等式wrx*arx=wtx*atx,---(3)]]>2.對于從相同的用戶單元接收和發(fā)送到相同的用戶單元(假定用戶單元使用相同的天線接收和發(fā)送)，在上行和下行上天線陣的波束型式應(yīng)該是基本上相同的。在互易性條件(grx＝gtx)基本保持的情況下，這意味著權(quán)向量應(yīng)該基本上滿足Wrxerx＝Wtxetx(4)其中表示單元積(也就是Hadamard積)。注意，一般天線陣的波束型式取決于權(quán)向量，以及RF電子設(shè)備的傳遞函數(shù)。
當(dāng)?shù)仁?4)只有一個解時，等式(3)對于Wtx有許多解Wtx＝Wrxerxetx，(5)其中表示單元除，因此，控制發(fā)送權(quán)產(chǎn)生的主要等式由下式給出Wtx＝WrxC， (6)其中校準(zhǔn)向量133(標(biāo)記為C)被定義為C＝erxCtx(7)
發(fā)送權(quán)發(fā)生器117的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被示于圖6中。為了產(chǎn)生發(fā)送權(quán)向量118的元素，相應(yīng)的校準(zhǔn)向量133的元素被利用單元乘過程603乘以相應(yīng)的接收權(quán)向量115的元素。
校準(zhǔn)過程校準(zhǔn)過程的主要目的是為基站和支持校準(zhǔn)步驟的用戶單元之一確定校準(zhǔn)向量133。不需要附加的校準(zhǔn)設(shè)備，如轉(zhuǎn)發(fā)器，信號發(fā)生器，或測量網(wǎng)絡(luò)。在一個典型的TDD系統(tǒng)中，校準(zhǔn)過程由以下步驟組成1.與一個適當(dāng)?shù)挠脩魡卧⑦B接；2.估計上行信道空間特征arx；3.估計下行信道空間特征atx；4.假定互易性，計算校準(zhǔn)向量113為C＝arxa(chǎn)tx＝erxetx； (8)5.終止與用戶單元的連接。
很清楚，為了確定校準(zhǔn)函數(shù)，并不需要明顯地顯示或存儲上行和下行特征(步驟2和3以上)，代替的是可以直接進行到步驟4，從與上行和下行特征有關(guān)的中間量計算校準(zhǔn)函數(shù)。對于本發(fā)明的用途，從這些中間量計算校準(zhǔn)函數(shù)是等效于從上行和下行特征計算校準(zhǔn)函數(shù)。
在當(dāng)前的實現(xiàn)最佳實施方案的WLL系統(tǒng)中，每個用戶單元能夠支持校準(zhǔn)方法。然而，為了使信號噪聲比最大，通常推薦選擇靠近基站的用戶單元。校準(zhǔn)呼叫可在任何載波和任何時隙上被啟動，同時基站正在其他的載波和時隙上服務(wù)于校準(zhǔn)的通信業(yè)務(wù)信道(TCH)的呼叫。
注意到，雖然在此的描述是用于由基站與用戶單元通信發(fā)生的校準(zhǔn)，很清楚該范圍包括與執(zhí)行在此所描述的功能，而不必執(zhí)行任何其他功能，例如典型的用戶單元執(zhí)行的典型的功能，的專用發(fā)送接收機通信的基站。例如，可以利用包括在用戶單元中的硬件和軟件的子集實現(xiàn)校準(zhǔn)。
注意到，最佳實施方案利用一種通信是按脈沖串進行的系統(tǒng)。因此，在此的描述利用術(shù)語“脈沖串”，所用的術(shù)語如通信業(yè)務(wù)脈沖串，校準(zhǔn)脈沖串等。本發(fā)明肯定不限于脈沖串式的系統(tǒng)。一般與“脈沖串”等效的術(shù)語，既適用于脈沖串式又適用于在此所用的非脈沖串式的系統(tǒng)的是“波形”，因此，“校準(zhǔn)波形”對于脈沖串式的系統(tǒng)是校準(zhǔn)脈沖串，“通信業(yè)務(wù)波形”對于脈沖串式的系統(tǒng)是通信業(yè)務(wù)(或TCH)脈沖串，等等。
圖7示出一種典型的協(xié)議，包括依據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容的一種校準(zhǔn)呼叫。不同的協(xié)議可被設(shè)計成用于其他的實施方案。序列的次序是從頂?shù)降?。箭頭的方向指示通信的方向。協(xié)議以標(biāo)準(zhǔn)的呼叫建立步驟703開始，包括從基站到用戶單元的通信聯(lián)絡(luò)呼叫711，從用戶單元到基站的連接信道請求713，在步驟715中得到發(fā)送到用戶的連接信道分配。然后在上行(717)，接著在下行(719)上發(fā)送同步(“SYNCH”)脈沖串。最后，在步驟721，通信聯(lián)絡(luò)響應(yīng)被發(fā)送到基站。對于協(xié)議的校準(zhǔn)脈沖串階段705，用戶單元發(fā)送第一上行校準(zhǔn)脈沖串或若干脈沖串(723)，使得基站可以估計上行信道。緊接此后，在步驟725，基站發(fā)送第一下行校準(zhǔn)脈沖串(或若干脈沖串)，使得用戶單元可以估計下行信道。
注意到，在最佳實施方案中，校準(zhǔn)脈沖串是符合特定的空中接口標(biāo)準(zhǔn)，在這種情況下，是PHS標(biāo)準(zhǔn)，的校準(zhǔn)波形?！胺峡罩薪涌跇?biāo)準(zhǔn)”，我們的意思是符合一種空中接口的信道結(jié)構(gòu)和調(diào)制，其中“信道結(jié)構(gòu)”在FDMA的情況下是頻率隙，在TDMA的情況下是時間和頻率隙，或者在CDMA的情況下是碼信道，“調(diào)制”是，例如，在PHS的情況下是π/4-DQPSK，或者在GSM的情況下是GMSK，等等。在此以下所描述的兩音調(diào)和多音調(diào)校準(zhǔn)方法中，校準(zhǔn)波形由兩個或多個波形之和組成，每個符合PHS空中接口標(biāo)準(zhǔn)。因為這樣一些和自然地發(fā)生在利用頻率重復(fù)使用的多用戶通信系統(tǒng)中，符合一種空中接口標(biāo)準(zhǔn)的波形之和也被認(rèn)為符合一種用于本描述的空中接口標(biāo)準(zhǔn)。
雖然一種實施方案將同時校準(zhǔn)整個天線陣，在最佳實施方案中，考慮的不是M個天線元件的整個陣，而是陣的子陣，每個少于M個元件，并獨立地校準(zhǔn)每個子陣。在這種最佳實施方案中，可能需要一個或多個附加的上行校準(zhǔn)脈沖串和一個或多個附加的下行校準(zhǔn)脈沖串。每個用于每個附加的子陣，在圖7中分別用虛線727和729示出這些附加的步驟。注意到，雖然只有一個下行和一個上行附加步驟被用虛線示出，應(yīng)該理解，這表示與待校準(zhǔn)的附加子陣一樣多的附加脈沖串。
在該特定的實施方案中，天線被與相對于一個固定的參考天線校準(zhǔn)過的每個天線成對地校準(zhǔn)。因此，M元件的天線陣被看作是一個2元件子陣的集合，在每個方向中有M-1個脈沖串被用于校準(zhǔn)(步驟727和729，每個執(zhí)行M-2次)。圖8示出圓形安排的6個天線801，802，803，805，807，和809，天線801被隨意地選作固定的參考天線。這些子陣被示出作為虛線范圍內(nèi)的天線。五個子陣是天線801和802的子陣#1(811)，天線801和803的子陣#2(813)，天線801和805的子陣#3(815)，天線801和807的子陣#4(817)，和天線801和809的子陣#5(819)。
在該最佳實施方案中，用戶單元具有某些智能化信號處理能力，使其能夠分析下行校準(zhǔn)脈沖串或若干脈沖串。通常，某些下行信道估計可由遠(yuǎn)方用戶單元實施，這部分的特征估計確定部分結(jié)果，在此稱為“下行特征有關(guān)信號”。在最佳實施方案中，用戶單元具有足夠的處理能力全部地計算下行信道的估計。在這種情況下，下行特征有關(guān)的信號是下行信道估計的組分。這些結(jié)果(是否完全地或部分地估計-通常，下行特征有關(guān)信號)通過利用某些標(biāo)準(zhǔn)消息協(xié)議，包括無限度的SACCH，F(xiàn)ACCH，如在PHS協(xié)議中所描述的TCH有效載荷。PHS協(xié)議引入于此作為參考。PHS標(biāo)準(zhǔn)被描述在，例如，無線電工業(yè)和商業(yè)協(xié)會(ARIB，日本)初步標(biāo)準(zhǔn)，版本2，RCRSTD-28，和改型被描述在協(xié)議組的PHS備忘錄的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中(PHS MoU--見http//www.phsmou.or.jp)。這份消息作為步驟731示出，用于第一下行校準(zhǔn)脈沖串，作為虛線733示出，用于使用附加脈沖串的那些實施方案，例如，用于其余的子陣。其他的有關(guān)信息(例如，信號質(zhì)量估計或原始的I/Q樣本)也可從用戶單元回送到基站供功率控制和其他的分析和用途使用。對于用戶單元功率控制和信號質(zhì)量估計方面的描述見以上參考過的美國專利申請09/020,049。
在校準(zhǔn)過程結(jié)束時，基站計算校準(zhǔn)向量并終止校準(zhǔn)呼叫。呼叫終止709最好包括來自基站的脫開命令735，隨后是來自用戶單元的釋放消息737。
上行特征估計在該最佳實施方案中，上行特征估計發(fā)生在鄰近基站的現(xiàn)役用戶單元上。在服務(wù)信道被建立以后，用戶單元向基站發(fā)送上行校準(zhǔn)脈沖串。在我們的特定的實施方案中，上行校準(zhǔn)脈沖串是空閑的(無有效載荷)TCH脈沖串。在替代的實施方案中，可采用其他的順序，如何修改方法用于其他序列對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是清楚的。例如，在另一種實施方案中，首先實施下行特征估計。在用戶單元上計算下行特征有關(guān)信號，優(yōu)先是特征估計，然后發(fā)送到基站。然后這些信號被用于估計上行特征。
圖9描述用于確定上行特征arx的部件、在該最佳實施方案中，用戶單元(如單元141)包括上行校準(zhǔn)脈沖串合成器907，作為一組在信號處理器上的編程指令來實現(xiàn)。合成器907包括存儲器(已經(jīng)存在的信號處理器存儲器的部分)，并產(chǎn)生第一校準(zhǔn)脈沖串(在步驟723中)或第二校準(zhǔn)脈沖串(在步驟727中)。脈沖串被從用戶單元天線911利用用戶的發(fā)送RF電子設(shè)備909發(fā)送。最佳實施方案用戶單元的結(jié)構(gòu)被描述在以上參考過的美國專利申請08/907,594和圖12中。參考圖12，時間雙工器1203在發(fā)送期間是處于發(fā)送位置，并將發(fā)送RF電子設(shè)備909的輸出連到天線911。從電話接口單元1213通過聲碼器DSP1209得到正常的通信業(yè)務(wù)脈沖串信號。在連到與另一個DSP設(shè)備，用于信號接收的RX DSP1205共同使用的存儲器1207的DSP設(shè)備中形成復(fù)數(shù)值(I，Q)樣本。對于在此描述的上行信道確定實施方案，TX DSP1211除了其正常的發(fā)送信號處理功能外，被編程執(zhí)行上行校準(zhǔn)脈沖串合成器907的功能。如圖9中所示，上行校準(zhǔn)脈沖串由基站天線陣105接收并由接收RF電子設(shè)備109轉(zhuǎn)換成基帶信號110。然后來自天線元件的信號由接收信號處理器111處理，該處理器由一個或多個數(shù)字信號處理設(shè)備(DSP)組成，被編程履行部件403，921和931的功能。預(yù)處理器403實施預(yù)處理，包括基帶濾波，除去頻率偏置，時間偏置，和來自接收信號的I/Q失配。在某些實施方案中，如果必要的話，基帶均衡也可包括在預(yù)處理器403中，至于如何包括均衡，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是清楚的并且不是本發(fā)明的主要關(guān)注之處。單元921包括單元407和411，并通過實施信號復(fù)制操作，解調(diào)和參考信號發(fā)生估計所發(fā)送的符號序列(參考信號)。在最佳實施方案中，用戶單元發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的TCH脈沖串，從而基站常設(shè)的TCH解調(diào)方法可為此目的使用。在一種替代的實施方案中，用戶單元發(fā)送預(yù)先規(guī)定的，明確告知的校準(zhǔn)序列，因而可預(yù)存在基站上。在這種情況下，不必要對接收信號解調(diào)。這種替代方案用虛線示于圖9中，在其中使用預(yù)先規(guī)定的脈沖串段923代替發(fā)送信號估值410。信道識別單元931使用發(fā)送信號估值410和接收信號405，它們分別是上行信道933的輸入和輸出信號，用以估計基礎(chǔ)的空間特征933。任何標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)識別技術(shù)可用于信道識別單元931中。以下的方法被用在最佳實施方案中。使用接收信號405的N個樣本和發(fā)送信號估值410。在最佳實施方案中，N＝50。也就是剛好50個脈沖串樣本被使用。用k標(biāo)記N個樣本的時間指數(shù)，其中k＝0，1，…，N-1，用x(k)標(biāo)記在時間k上的接收信號向量，用s(k)標(biāo)記在時間K上發(fā)送信號估值。所得的上行信道特征估計如下rx＝XS*(SS*)-1(9)其中矩陣X＝[x(0)x(1)…x(N-1)]和向量S＝[s(0)s(1)…s(N-1)]。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可將此認(rèn)作對接收信號用下式模型化的信道特征的最大似然率估計x(k)＝arxs(k)+v(k)，k＝0，1，…，N-1(10)其中v(k)標(biāo)記在時間k上的相加噪聲向量，噪聲向量是統(tǒng)計獨立的，帶有均值E{v(k)}＝0和協(xié)方差矩陣E{v(k)v(k)*}＝σv2I，其中I是單位矩陣，同一分布的高斯隨機過程向量。然而，本發(fā)明的這部分并不取決于任何模型的假定。在替代的實施方案中，或多或少先進的標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)識別技術(shù)可被使用以代替等式(9)。Lyung.L.，的書，SystemIdentificationTheory for the User，Englewood-Cliffs，NJPrentice-Hall，1987，對于許多替代的系統(tǒng)識別方法是一個很好的來源，可被適配成在本發(fā)明中使用。也要指出，等式(9)的解和等效的解在此有時歸結(jié)為最大似然率估值，甚至當(dāng)接收信號模型和對于最大似然率的其他條件不滿足也這樣，應(yīng)該理解，術(shù)語“最大似然率估值”意思是當(dāng)適當(dāng)?shù)木€性信號模型和噪聲條件保持時，解將是最大似然率的。例如，對于任何發(fā)送的S和接收到的X，利用任何帶有任何類型考慮中的噪聲的模型或不利用模型，采用等式(11)或等效方法，將落在“最大似然率估值”的名下。
下行特征估計為了估計下行信道，基站101朝用戶單元141發(fā)送一個或多個下行校準(zhǔn)脈沖串。圖10描述了用于確定下行特征atx的部件。在最佳實施方案中，在基站101中的發(fā)送信號處理器123被編程作為下行校準(zhǔn)脈沖串合成器1005以產(chǎn)生下行校準(zhǔn)脈沖串(步驟725的第一脈沖串或步驟727的第二脈沖串取決于在本方法的實施方案中所用的脈沖串的數(shù)目，和在實施方案中的步驟)。這樣一種脈沖串最好通過從基站101中的存儲器調(diào)用脈沖串來產(chǎn)生。脈沖串被通過利用發(fā)送信號處理器123發(fā)送到用戶單元141供所需的空間處理(在圖10中作為單元1005的部分示出)，然后通過發(fā)送RF電子設(shè)備125和天線陣105發(fā)送。
脈沖串在天線911上經(jīng)用戶單元接收電子設(shè)備1009，在用戶單元中(例如單元141)被接收到。再次參考圖12，最佳實施例用戶單元包括RX DSP 1205，對于本實施方案，被編程為預(yù)處理器1011，以產(chǎn)生被標(biāo)記為y(k)的采樣接收信號1012，其中k被用作時間指數(shù)，并且也被編程為下行信道識別處理器1013，利用接收到的信號1012和標(biāo)記為M向量z(k)的發(fā)送信號組的被存儲型1019確定下行信道特征。被存儲型1019存儲在用存儲器1207組成的緩沖器中，然后用戶單元將結(jié)果回送到基站。
在該特定的實施方案中，信號被用π/4 DQPSK調(diào)制并具有每秒192Kband的波特率。接收到的信號y(k)被四倍過采樣。當(dāng)用于兩音調(diào)校準(zhǔn)時(見下面)，所發(fā)送的校準(zhǔn)波形是被適當(dāng)調(diào)制的正弦波，在最佳實施方案中，為了保存存儲器，在存儲器1207中只存儲每個正弦波的單個周期，存儲器1207的部分被配置為一種環(huán)形緩沖器。然后數(shù)據(jù)被作為周期序列重復(fù)地讀出。
一個典型的用戶單元通常至少有幾個天線(在本發(fā)明最佳實施的WLL系統(tǒng)中是一個天線911)，這就限制對下行特征估計可得到的信息。對于一個典型用戶單元的硬件是簡單的，因為受尺寸和成本的約束，不能夠像典型的基站硬件那樣進行先進的，準(zhǔn)確的處理。作為結(jié)果，在用戶單元上的接收信號可能有較大的畸變，包括，沒有限度，頻率和定時偏置影響，以及相位噪聲，這些可以降低下行信道估值的準(zhǔn)確度，與例如上行估值相比就是這樣。將來，期望較多的信號處理(或其他的計算)能力將在一般的用戶單元中可得到，使這些畸變能夠在預(yù)處理器1011中被校正。然而，當(dāng)較少的信號處理能力可得到時，我們的發(fā)明也工作。
在一種改進的實施方案中，基站使用專門設(shè)計的信號序列，對于以下的影響是健壯的，包括，無限度，頻率偏置，定時偏置，I/Q失配，和相位噪聲。這使利用甚至簡單的廉價的帶有某些，但有限的，信號處理能力的用戶單元就能獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。例如，下行校準(zhǔn)脈沖串可由純音調(diào)組成。這使RX DSP 1205能被編程作為用戶單元中的預(yù)處理器1011，利用很少的計算實現(xiàn)頻率偏置和定時調(diào)節(jié)的估計。另一種方案，下行校準(zhǔn)脈沖串可從偽隨機信號序列或線性調(diào)頻脈沖(掃頻)信號序列合成，使其有可能表征在較寬頻率范圍上的傳播信道。
讓行向量z(k)＝[z1(k)z2(k)…zM(k)]，k＝0，1，…N-1標(biāo)記M個已調(diào)基帶信號z1(k)z2(k)…zM(k)的N個樣本(基帶中)，這些信號是從基站101由校準(zhǔn)脈沖串發(fā)送來的。令y(k)，k＝0，1，…N-1標(biāo)記在用戶單元上接收到的信號(在基帶中并在預(yù)處理1011以后)的N個樣本。定義向量y和矩陣z分別為 下行特征估計1017最好在識別處理器1013中按下式確定tx＝(Z*Z)-1Z*Y.(11)本領(lǐng)域的技術(shù)人員可能認(rèn)識到，當(dāng)接收到的信號樣本1012符合以下模型(在基帶中)y(k)＝z(k)atx+n(k)，k＝0，1......，N-1(12)其中n(k)，k＝0，…，N-1，標(biāo)記在接收信號中的某些相加噪聲，作為N個統(tǒng)計獨立，同一分布的高斯隨機變量形成的模型時，這就是下行特征的最大似然率估計。注意，本發(fā)明并不取決于符合這樣一種模型的接收信號樣本。也注意到，等式(11)的解和等效的解在此有時歸結(jié)為最大似然率估值，甚至當(dāng)接收信號模型和對于最大似然率的其他條件未滿足也這樣，應(yīng)該理解，術(shù)語“最大似然率估值”意思是當(dāng)適當(dāng)?shù)木€性信號模型和噪聲條件保持時，解將是最大似然率解。例如，對于任何所發(fā)送的Z和接收到的Y，利用任何帶有任何類型所考慮的噪聲的模型或不利用任何模型，采用等式(11)或等效方法將落在術(shù)語“最大似然率估值”的名下。
將噪聲樣本標(biāo)記為一個向量 那么，等式(12)可被表達為Y＝Zatx+n(13)注意，只有若Z具有線性獨立列的情況下，可依據(jù)等式(11)確定特征1017。為此，被校準(zhǔn)的陣(或子陣)的每個天線元件在下行校準(zhǔn)期間從M個(或較少)天線元件發(fā)送M個(在子陣的情況下較少些)基本上“線性獨立的”信號。如果不可能找到恒定的復(fù)數(shù)值參數(shù)C1，C2，…，CM使得 cizi(k)＝0，對于k＝0，1，2，…，N-1，則M個所發(fā)送的信號Zi(k)是線性獨立的。實際上，這種要求可用各種不同的方法滿足。在一種實施方案中，校準(zhǔn)脈沖串可被分成段，使得在任何給定的時間上只有一個天線元件是現(xiàn)用的(在時間域中的正交性)。另一種方案，天線元件可發(fā)送不同頻率的純音調(diào)(在頻率域中的正交性)。線性獨立信號也可從偽隨機信號序列或線性調(diào)頻脈沖信號序列合成。其他的技術(shù)對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是清楚的。
兩音調(diào)下行校準(zhǔn)在該最佳實施方案中，將天線陣分成帶有一個公共參考元件的2元件子陣，如圖8所示，每個子陣被獨立地校準(zhǔn)。在一種實施方案中，在校準(zhǔn)期間，一個特定的子陣的每個天線元件在不同的頻率發(fā)送復(fù)數(shù)值正弦波。分別用ω1和ω2(每秒弧度)標(biāo)記通過一個特定的子陣的第一天線元件的第一校準(zhǔn)信號的頻率和通過一個特定的子陣的第二天線元件的第二校準(zhǔn)信號的頻率。在這種情況下，值M是2，依據(jù)等式(11)的下行信道估值為a^1a^2=NejΔωNT-1ejΔωT-1e-jΔωNTe-jΔωT-1N-1Σk=0N-1y(k)e-jω1kTΣk=0N-1y(k)e-jω2kT--(14)]]>其中T標(biāo)記對于信號的采樣周期，Δω＝ω2-ω1標(biāo)記在音調(diào)之間的頻率分隔。如果N被選取，使得觀測間隔NT是2π/Δω的整倍數(shù)，那么ejΔωNT＝1，我們得到簡單的公式a^1=1NΣk=0N-1y(k)e-jω1kT,---(15a)]]>a^2=1NΣk=0N-1y(k)e-jω2kT,---(15b)]]>將把這些分別認(rèn)定為在ω1和ω2上接收到的信號的離散富里哀變換(DFT或其快速實現(xiàn)，F(xiàn)FT)。也將把這些分別認(rèn)定為與帶有兩個校準(zhǔn)脈沖串的接收到的用戶單元信號Y的互相關(guān)成比例。很清楚，在實施方案中，1/N因數(shù)并未包括在確定特征的過程中。
對于天線元件之一的相對的下行特征，比如說第二天線元件，用第一天線元件作為參考，是將第二互相關(guān)除以第一互相關(guān)算得的。
在該最佳實施方案的實施中，RX DSP 1205被編程作為下行信道識別處理器1013。接收到的信號樣本y(k)是四倍過采樣的192 kb/s的信號。也就是，每秒有784K的樣本。所用的兩個頻率是24kHz(對于K弧度/秒，除以2π)和-72kHz(回憶起，校準(zhǔn)信號是復(fù)數(shù)值)。一般，頻率差Δω＝ω2-ω1越大，性能越好。在最佳的實施方案中，信號是通過對π/4 DQPSK調(diào)制器(對于PHS是標(biāo)準(zhǔn)的)提供特定的位型式合成的。這使音調(diào)容易被合成。然而，π/4 DQPSK調(diào)制和特定的波特率意味著只有帶有頻率為+72kHz，+24kHz，-24kHz和-72kHz的信號可被合成。雖然最大的分離是在音調(diào)對+72kHz和-72kHz得到，72kHz信號比起24kHz信號更不像純音調(diào)，所以在最佳實施方案中所使用的兩個音調(diào)是+24kHz和-72kHz。在此以下的“性能”部分中討論。這種方案比利用+24kHz和-24kHz音調(diào)的好。實現(xiàn)信道識別處理器1013的DSP程序可被概述如下 注意，替代的實施方案可以使用不同的方法合成音調(diào)信號，并不包括那些音調(diào)可用的限制，這樣一些方法可能需要更復(fù)雜的實現(xiàn)過程，或者可以利用不同的正交信號。
利用音調(diào)校準(zhǔn)脈沖串的該方法對于與頻率差Δω相比較小的頻率偏置和相位噪聲來說，對于相位噪聲和頻率偏置是健壯的。
當(dāng)較大的定時偏置出現(xiàn)時，一種兩音調(diào)方法的改進實施方案使這樣一種定時偏置能被確定，并且這些量能對定時偏置校正。令τ標(biāo)記發(fā)送信號被延時的恒定時間。在這種改進的實施方案中，校準(zhǔn)脈沖串被分成兩個時間段，對于兩個脈沖串的分離點是相同的。在第一時間段期間，第一和第二正弦波之和被從相同的天線元件，比如說第一天線元件發(fā)送。設(shè)在第一時間段期間有N1個樣本并將在用戶單元上接收到的信號用y1(k)，標(biāo)記k＝0，…，N1-1。假定第一段觀測間隔N1T是2π/Δω的整倍數(shù)。從帶有第二相關(guān)脈沖串的用戶單元接收到信號的互相關(guān)與帶有第一相關(guān)脈沖串的用戶單元接收到信號的互相關(guān)之比確定對于時間偏置的估值ejΔωτ=Σk=0N1-1y1(k)e-jω2kTΣk=0N1-1y1(k)e-jω1kT.----(16)]]>在校準(zhǔn)脈沖串的第二段，兩個正統(tǒng)波被通過兩個不同的天線發(fā)送，像在以前描述過的兩音調(diào)方法的實施方案那樣。設(shè)在第二時間段期間有N2個樣本，并將在用戶單元上接收到的信號用y2(k)標(biāo)記，k＝0，…，N2-1。如果N2被選取，使得觀測間隔N2T是2π/Δω的整倍數(shù)，那么Σk=0N2-1y2(k)e-jω2kTΣk=0N2-1y2(k)e-jω1kT=a^2a^1e-jΔωτ---(17)]]>將等式(16)和(17)組合引至所希望的兩個下行特征估值之比。為簡單起見，兩段做成相等的長度，N1＝N2。因為在第一個兩音調(diào)的實施方案中，所用的兩個頻率是24kHz和-72kHz(回憶起，校準(zhǔn)信號是復(fù)數(shù)值)。用于RX DSP 1205依據(jù)包括校正定時偏置的第二實施方案實現(xiàn)信道識別處理器1013的DSP程序可概述如下。 對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚，可以對本方法作各種修改，包括無限度，利用不相等長度的段。利用兩組兩音調(diào)信號(用已知的量分隔開)，和發(fā)送不同的組合。不同的公式也可用于確定校準(zhǔn)因數(shù)。
利用任何兩個點積是純音調(diào)的恒定模數(shù)信號是有利的。另一種方案是，可以，例如，對于第一段使用一個音調(diào)，對于第二段使用線性調(diào)頻脈沖信號序列。
也可以將本方法推廣到一次與兩個以上的天線打交道。以下的替代方法對于任何數(shù)量M的天線都是成立的。在該段的第一段(比如說頭一半)中，M個不同的單音調(diào)信號的和，M個音調(diào)中的每一個是不同的，被從第一(比如說是參考用)天線元件發(fā)送。同時沒有信號從其他天線元件發(fā)送。在第二段中，M個單音調(diào)信號中不同的信號被從M個天線元件發(fā)送。然后本方法進行如下以估計M天線元件陣(或子陣)。所用的標(biāo)記是頭一半的相關(guān)由Ai標(biāo)記，腳注i標(biāo)記接收到的信號與哪個音調(diào)相關(guān)，而后一半相關(guān)用Bi標(biāo)記，腳注i標(biāo)記接收到的信號與哪個音調(diào)相關(guān)，M個純音調(diào)信號具有的頻率分別用ω1，ω2，…，ωM標(biāo)記。 以上對于同時確定M個元件的特征的推廣可被修改以避免在第一段中的一個天線元件上發(fā)送所有M個音調(diào)之和。一般，可以假定，對于從基站的所有天線元件的發(fā)送來說，定時偏置是相同的。在此所描述的實施方案被實現(xiàn)的系統(tǒng)中，所有的ADC和所有的下變換和上變換是同步的。在這樣一種情況下，例如，只有從參考天線元件和一個其他的天線音調(diào)(例如第二個)發(fā)送的音調(diào)之和被從第一段中的第一元件發(fā)送。如何用這種和許多其他的方法修改以上的推廣對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是清楚的。
注意，雖然以上的討論提到抵消定時偏置，因數(shù)的除法也抵消任何相位偏置。
定時偏置的確定以上的討論也建議，發(fā)送多重信號，例如，純音調(diào)信號，如何通過非常少的計算可被用于確定用戶單元中的定時偏置。
為了確定定時偏置，執(zhí)行以上的“改進的兩音調(diào)下行方法”的步驟1，2和3。在步驟3中，量C1基本上就是exp-j(ω2-ω1)τ。因此，取對數(shù)并用Δω＝(ω2-ω1)除，給出定時偏置的估值。
在一種改進的定時偏移方法中，執(zhí)行以上的“改進的M音調(diào)下行方法”的步驟1和2。在步驟2中，量1，A2/A1，…，AM/A1，分別給出M個量1，exp-j(ω2-ω1)τ，…，exp-j(ωM-ω1)τ。取最后的M-1個量的對數(shù)并對這些量的第一個除以(ω2-ω1)，第二個除以(ω3-ω1)，…，最后一個除以(ωM-ω1)，分別給出定時偏置τ的M-1個估值。這些值可被平均以給出定時偏置的最后估值。
在標(biāo)準(zhǔn)的通信業(yè)務(wù)信道呼叫期間校準(zhǔn)在另一個替代的實施方案中，替代利用專用的校準(zhǔn)呼叫，將校準(zhǔn)步驟放入用于正常的通信業(yè)務(wù)功能的兩個方向中的標(biāo)準(zhǔn)電話呼叫內(nèi)是可能的。正常的通信業(yè)務(wù)功能依靠空中接口，并可包括解調(diào)，定時和頻率跟蹤，以及各種控制功能，如功率控制和轉(zhuǎn)交。例如，通過利用以上所描述的那樣的指向決策的技術(shù)，可以從標(biāo)準(zhǔn)的上行通信業(yè)務(wù)信道(TCH)脈沖串，估計上行信道特征。以上所描述的下行信道估計方法被修改如下在下行，基站以隨機方式朝用戶單元發(fā)送TCH脈沖串和校準(zhǔn)脈沖串的混合體。也就是，校準(zhǔn)脈沖串被用TCH脈沖串點綴。因為校準(zhǔn)脈沖串可以引起聽得見的誤差發(fā)生，最好不經(jīng)常地并在無聲周期內(nèi)發(fā)送這樣的校準(zhǔn)脈沖串。典型的無聲周期比脈沖串長，所以在一種改進的實施方案中，只在許多空閑的脈沖串被基站發(fā)送以后才發(fā)送校準(zhǔn)脈沖串(代替TCH脈沖串)。
一種用作說明由用戶單元處理的實施方案示于圖11中，其中包括估計下行信道特征。在步驟1105中，用戶單元獲得原始的脈沖串并首先在被編程作為預(yù)處理器1011的接收信號處理器中對脈沖串進行預(yù)處理。這種接收到的預(yù)處理過的信號被存儲。接著預(yù)處理過的信號在步驟1109中被作為一個標(biāo)準(zhǔn)的TCH脈沖串解調(diào)。在步驟1111中，確定是否被解調(diào)的位符合標(biāo)準(zhǔn)的TCH脈沖串。如大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中那樣，在用作說明的實施方案的系統(tǒng)中所用的PHS協(xié)議包括某種方法，確定何時一個序列被正確地接收到，例如根據(jù)存在一個特定的預(yù)先規(guī)定的位序列。在PHS標(biāo)準(zhǔn)中，有這樣一個32位的“唯一字”序列，這是預(yù)先安排的，對每個用戶單元都是已知的。在步驟1111中通過檢測存在唯一字確定正確接收。其他的協(xié)議使用其他的技術(shù)，在無論什么協(xié)議中確定正確接收標(biāo)準(zhǔn)的TCH脈沖串的替代方法，利用該協(xié)議的技術(shù)說明對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是清楚的。如果脈沖串被確定為一個標(biāo)準(zhǔn)的TCH脈沖，那么在步驟1113中該位序列被提交到聲碼器DSP 1209。如果，不是這樣，位序列并未被辨認(rèn)為一個標(biāo)準(zhǔn)的TCH脈沖串，那么用戶單元在步驟1115中確定是否接收到的脈沖串是一個校準(zhǔn)脈沖串。在此以上所描述的兩音調(diào)方法中，最好通過實施校準(zhǔn)方法的第一相關(guān)步驟執(zhí)行此步驟1115。如果相關(guān)程度高，則存在高等級的依賴度，所以這是一個校準(zhǔn)脈沖串。如果步驟1115的結(jié)果為是，這是一個校準(zhǔn)脈沖串，那么在步驟1117中繼續(xù)下行特征估計的方法，所得到的下行特征在步驟1119中被送到基站。
利用SYNCH脈沖串校準(zhǔn)在另一種替代的實施方案中，代替使用專用的校準(zhǔn)呼叫，將校準(zhǔn)脈沖串放入SYNCH脈沖串是可能的，校準(zhǔn)脈沖串最好是兩段的多音調(diào)脈沖串(或兩段的兩音調(diào)脈沖串用于成對校準(zhǔn))。
性能對于兩音調(diào)方法的下行信道估計的準(zhǔn)確性是通過利用來自最佳實施方案中所用的WLL系統(tǒng)的PHS基站和用戶單元進行試驗測量得到的。在第一試驗中，PHS基站的兩個天線使用兩個不同組的發(fā)送電子設(shè)備。40組校準(zhǔn)脈沖串被發(fā)送到用戶單元，用戶單元被編程保存接收到的信號。然后被保存的接收到的信號被用于計算有關(guān)的下行特征。計算是利用MATLAB環(huán)境(The Mathworks，Inc.，Natick，MA)脫機進行的。結(jié)果被示于圖13中，正如可以看到的那樣，對于試驗的載波頻率，兩個發(fā)送電子設(shè)備/天線元件具有不同的幅度增益并產(chǎn)生相對相位大約109度。所用的兩個音調(diào)是+24kHz和-72kHz。
第二試驗被進行，這次使用相同的發(fā)送電子設(shè)備和相同的天線。也就是從相同的電子設(shè)備和天線元件發(fā)送兩個校準(zhǔn)信號(兩個音調(diào))。圖14示出當(dāng)所用的兩個音調(diào)是+24kHz和-72kHz時的結(jié)果。正如可以看到的那樣，相角接近0.0，幅度接近1.0，正如所預(yù)料的那樣。利用兩個+24kHz和-24kHz的音調(diào)重復(fù)相同的試驗。結(jié)果示于圖15中。當(dāng)利用這兩個音調(diào)時的誤差和方差大于利用圖14所用頻率時的情形。
利用幾個用戶單元在本發(fā)明的另一方面，校準(zhǔn)因數(shù)可利用一個以上的用戶單元得到，并作為從這些用戶單元得到的特征的一個函數(shù)來確定。這些甚至可以是所有的用戶單元。這種函數(shù)可以是，例如，主分量，平均，或矩心。在組合步驟的最佳實施方案中，采用主分量方法。通過組成一個矩陣A＝[a1…aNS]將分別從用戶1，…，NS收集到的特征a1…aNS組合，并計算AHA的主分量(相應(yīng)于最大幅度本征值的本征向量)，或者，等效地，找出對應(yīng)于A的最大單數(shù)值的左側(cè)單數(shù)向量。在一種改進的實施方案中，每個用戶單元也得到一個信號質(zhì)量估值，這些估值被送到基站。任何用戶單元實行的信號質(zhì)量確定方法可被采用，在最佳實施方案中所用的用于確定信號質(zhì)量的方法(和設(shè)備)是基于峰態(tài)的方法，被公開在以上參考過的美國專利申請09/020,049中，在此以上也被描述過。也注意到，信號質(zhì)量有關(guān)的測量已經(jīng)可以為功率控制的目的在基站得到。當(dāng)信號質(zhì)量估值可得到，就得到加權(quán)平均的校準(zhǔn)因數(shù)，利用用戶單元依據(jù)對該用戶單元的接收到的信號質(zhì)量對校準(zhǔn)因數(shù)加權(quán)。例如，利用主分量方法，特征估值是加權(quán)特征矩陣A＝[β1a1…βNSaNS]的主分量，其中β1，…，βNS是對于各個用戶單元1，…，NS的加權(quán)因數(shù)。
在另一方面中，校準(zhǔn)因數(shù)再次可作為從幾個(甚至全部)用戶單元獲得的校準(zhǔn)因數(shù)的一個函數(shù)得到。然而，函數(shù)考慮來自這些用戶中每一個的特征估值的每個元素的相對“質(zhì)量”。這適用于一個用戶單元，基站天線元件中一個或多個比其他元件“弱”的情況。在這樣一種情況下，某些特征估值元素和相應(yīng)的校準(zhǔn)因數(shù)元素被舍棄。例如，可以舍去具有小于某個幅度閾值的較小(歸一化)幅度的特征元素。另一種方案是，可以利用特征估值將預(yù)測的接收到的信號與實際的接收到的信號作比較，從而確定每個元素的殘差(例如，對一個脈沖串的誤差平方平均)并舍去產(chǎn)生較大殘差的特征元素。然后，可以將幾個這樣的“不完全的”校準(zhǔn)因數(shù)估計組合，包括校準(zhǔn)因數(shù)元素中每一個的至少一個估值。作為一個例子，假定在一個陣(或子陣)中有四個天線元件，分別在標(biāo)記為SU1，SU2和SU3的三個用戶單元上，第一和第二元件，第二和第三元件，和第三和第四元件，分別被認(rèn)為是足夠準(zhǔn)確的。將利用第i個用戶單元的第j個校準(zhǔn)因數(shù)元素用Cij表示，完全的校準(zhǔn)因數(shù)估值的四個元素分別被確定為C11，C12，C23(C12/C22)，和C34(C12/C22)(C23/C33)。這可被推廣到任何組的完全的或不完全的SU的確定。步驟如下讓Cij是從第i個用戶單元確定的第j個校準(zhǔn)因數(shù)元素，Qij是與Cij的測量結(jié)果有關(guān)的估計質(zhì)量，其中i＝1，…，NS和j＝1，…，M。利用以上提到的確定特征可靠性的方法，如果該分量被認(rèn)為是不可靠，則Qij值為0，如果它被認(rèn)為是可靠的，其值為1。數(shù)學(xué)上指明可靠性的其他方法也是可能的，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是清楚的。通過對D和復(fù)數(shù)值參數(shù)B1，…，BNS執(zhí)行聯(lián)合最小化確定完全的校準(zhǔn)向量D＝[D1D2…DM]。也就是，定義B＝[B1…BNS]，通過執(zhí)行操作 Qij|Dj-CijBi|2確定D，這種最小化可利用標(biāo)準(zhǔn)的方法實施。例如，通過對D執(zhí)行網(wǎng)格搜索，以近似地定出綜合最小值，然后執(zhí)行梯度下降操作，以改進估值。替代的方法對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是清楚的。
其他方面正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的那樣，可以做以上所描述的方法和設(shè)備方面的許多改變而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。變更包括，(無限度)●本方法可被修改用于估計上行特征或下行特征，而不是只用于確定校準(zhǔn)因數(shù)，用于從上行權(quán)向量估計下行權(quán)向量。
●每個上行特征或下行特征可被確定為傳遞函數(shù)的一個向量。在此所描述的方法將被修改為包括標(biāo)準(zhǔn)的傳遞函數(shù)系統(tǒng)識別技術(shù)。
●上行或下行信道特征可利用基于對于信道的不同模型和不同的估計技術(shù)的公式，而不是從等式(9)或等式(11)導(dǎo)出的公式得到。
●上行或下行信道特征可不在基帶中描述，將適用于上行和下行權(quán)在基站上被應(yīng)用于不在基帶中的信號的情況。
●本方法可適合于不同類型的通信系統(tǒng)，包括，(無限度)帶有移動用戶單元的系統(tǒng)，或利用不同協(xié)議的系統(tǒng)，或兩者皆有。本方法也可適應(yīng)非數(shù)字調(diào)制的系統(tǒng)，如普通的AMPS FDMA系統(tǒng)。本方法也可適應(yīng)非TDMA數(shù)字系統(tǒng)。在這樣一些情況下，上行和下行頻率一般是不同的，以致需要為每個用戶單元獲得分開的上行和下行特征。注意，了解對于用戶單元的所有下行特征后我們就可以確定下行權(quán)向量。
●可以使用不同的預(yù)先規(guī)定的校準(zhǔn)信號。
●可以使用不同的子陣配置(兩個以上的天線元件)，或者可以同時使用被校準(zhǔn)陣中的所有天線元件。
●或多或少的下行處理可在用戶單元中進行，取決于在用戶單元和基站中可得到多少計算和存儲能力。
在此所描述的本發(fā)明的幾個方面被描述成作為在一個或多個DSP設(shè)備上運行的程序?qū)崿F(xiàn)的。給出的足夠經(jīng)濟的令人鼓舞的DSP功能，包括DSP程序，可被并入專用的硬件中，例如作為專用集成電路(ASIC)的部分或作為超大規(guī)模集成電路(VLSI)的部分。DSP的功能也可用其他的處理器，例如，通用的微處理器來滿足。另外，運行程序的DSP設(shè)備可被轉(zhuǎn)換成一種專用的硬件片。因此，術(shù)語數(shù)字信號處理器，DSP和在此所用的DSP設(shè)備包括這些等效的替代品。
正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的那樣，有經(jīng)驗的從業(yè)者對以上所描述的方法和設(shè)備可做許多改變而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。例如，實施本方法的通信站可使用許多協(xié)議之一。另外，這些站和用戶單元可能有幾種結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可應(yīng)用在包括任何裝有天線陣的發(fā)送接收機和另一個與裝有陣的發(fā)送接收機通信的發(fā)送接收機的系統(tǒng)中。眾多的變更都是可能的。本發(fā)明真正的精神和范圍應(yīng)該只限于以下的權(quán)利要求中所提出的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.在無線通信系統(tǒng)中，一種用于估計對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征的方法，該系統(tǒng)包括一個主發(fā)送接收機和一個能從主發(fā)送接收機接收信號并發(fā)送信號到主發(fā)送接收機的遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機，主發(fā)送接收機包括一個發(fā)送天線元件陣，和至少一個接收天線元件，每個發(fā)送天線元件是利用發(fā)送天線元件用于發(fā)送發(fā)送設(shè)備信號的發(fā)送電子設(shè)備鏈路的部分，每個接收天線元件是用于從接收天線元件接收接收天線信號的接收機設(shè)備鏈路的部分，主發(fā)送接收機和遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機被設(shè)計成供利用符合空中接口標(biāo)準(zhǔn)的波形相互通信，該方法包括(a)從主發(fā)送接收機通過發(fā)送天線陣發(fā)送一組一個或多個下行校準(zhǔn)波形到遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機，下行校準(zhǔn)波形組基本上符合空中接口標(biāo)準(zhǔn)；(b)處理在遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機接收到的對應(yīng)于下行校準(zhǔn)波形的信號，處理確定涉及對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征的下行特征有關(guān)信號；(c)從遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機利用基本符合空中接口標(biāo)準(zhǔn)的波形發(fā)送下行特征有關(guān)信號；和(d)從在主發(fā)送接收機上接收到的下行特征有關(guān)信號確定遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一個接收天線元件是組成接收天線元件陣的多個接收天線元件，在接收天線元件陣中的元件數(shù)是與發(fā)送天線元件陣中的天線元件數(shù)相同，該方法還包括(e)從遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送一組一個或多個上行校準(zhǔn)波形到主發(fā)送接收機，下行校準(zhǔn)波形組基本上符合空中接口標(biāo)準(zhǔn)；(f)在主發(fā)送接收機處理對應(yīng)于從遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送的上行校準(zhǔn)信號的接收天線信號，處理確定對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的上行特征；和(h)從對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的上行和下行特征確定對于主發(fā)送接收機的校準(zhǔn)函數(shù)。
3.在無線通信系統(tǒng)中，一種用于對遠(yuǎn)程發(fā)送接收機估計下行特征的方法，該系統(tǒng)包括一個主發(fā)送接收機和一個能夠從主發(fā)送接收機接收信號和發(fā)送信號到主發(fā)送接收機的遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機，主發(fā)送接收機包括發(fā)送天線元件陣，和至少一個接收天線元件，每個發(fā)送天線元件是用于利用發(fā)送天線元件發(fā)送發(fā)送設(shè)備信號的發(fā)送電子設(shè)備鏈路的部分，和每個接收天線元件是用于從接收天線元件接收接收天線信號的接收機設(shè)備鏈路的部分，主發(fā)送接收機和遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機被設(shè)計成利用符合空中接口標(biāo)準(zhǔn)的波形相互通信，該方法包括(a)從主發(fā)送接收機通過發(fā)送天線陣發(fā)送一組一個或多個下行校準(zhǔn)波形到遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機，下行校準(zhǔn)波形組被設(shè)計成對于包括頻率偏置，相位噪聲，I/Q失配，和定時偏置的組中一項或多項是健壯的；(b)處理在遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機上接收到的對應(yīng)于下行校準(zhǔn)波形的信號，處理確定涉及對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征的下行特征有關(guān)信號；(c)從遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送下行特征有關(guān)信號到主發(fā)送接收機；和(d)從在主發(fā)送接收機上接收到下行特征有關(guān)信號確定遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中至少一個接收天線元件是組成接收天線元件陣的多個接收天線元件，在接收天線元件陣中的元件數(shù)與發(fā)送天線元件陣中的天線元件數(shù)相同，該方法還包括(e)從遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送一組一個或多個上行校準(zhǔn)波形到主發(fā)送接收機，下行校準(zhǔn)波形組基本上符合空中接口標(biāo)準(zhǔn)；(f)在主發(fā)送接收機處理對應(yīng)于從遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送的上行校準(zhǔn)信號的接收天線信號，處理確定對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的上行特征；和(g)從對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的上行和下行特征確定對于主發(fā)送接收機的校準(zhǔn)函數(shù)。
5.如權(quán)利要求3或權(quán)利要求4的方法，其中在下行校準(zhǔn)波形組中的每個波形符合空中接口標(biāo)準(zhǔn)。
6.在無線通信系統(tǒng)中，一種用于對遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機估計下行特征的方法，該系統(tǒng)包括一個主發(fā)送接收機和一個能夠從主發(fā)送接收機接收信號和發(fā)送信號到主發(fā)送接收機的遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機，主發(fā)送接收機包括發(fā)送天線元件陣，和至少一個接收天線元件，每個發(fā)送天線元件是用于利用發(fā)送天線元件發(fā)送發(fā)送設(shè)備信號的發(fā)送電子設(shè)備鏈路的部分，和每個接收元件是用于從接收天線元件接收接收天線信號的接收機設(shè)備鏈路的部分，主通信發(fā)送接收機被設(shè)計成發(fā)送通信業(yè)務(wù)波形，主通信發(fā)送接收機也被設(shè)計成發(fā)送下行校準(zhǔn)波形，該方法包括(a)從主發(fā)送接收機通過發(fā)送天線陣發(fā)送下行校準(zhǔn)波形和通信業(yè)務(wù)波形到遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機，下行校準(zhǔn)波形被用通信業(yè)務(wù)波形穿插；(b)在遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機確定在遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機上接收到的信號是對應(yīng)于下行校準(zhǔn)波形還是通信業(yè)務(wù)波形；(c)處理在遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機上接收到的，在步驟(b)中被確定對應(yīng)于下行校準(zhǔn)波形的信號，處理確定涉及對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征的下行特征有關(guān)信號；(d)處理在遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機上接收到的，被在步驟(b)中確定對應(yīng)于通信業(yè)務(wù)波形的信號，處理實現(xiàn)正常的通信業(yè)務(wù)功能；(e)從遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送下行特征有關(guān)的信號到主發(fā)送接收機；和(f)從在主發(fā)送接收機上接收到的下行特征有關(guān)信號確定遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中下行校準(zhǔn)波形在無聲周期期間被發(fā)送。
8.如權(quán)利要求6或權(quán)利要求7的方法，其中下行校準(zhǔn)波形只在許多空間波形被從主發(fā)送接收機發(fā)送以后才被發(fā)送。
9.如權(quán)利要求6，7，或8中任何一項的方法，其中至少一個接收天線元件是組成接收天線元件陣的多個接收天線元件，在接收天線元件陣中的元件數(shù)與發(fā)送天線元件陣中天線元件數(shù)相同，該方法還包括(g)從遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送一組一個或多個上行校準(zhǔn)波形到主發(fā)送接收機，下行校準(zhǔn)波形組基本上符合空中接口標(biāo)準(zhǔn)；(h)在主發(fā)送接收機上處理對應(yīng)于從遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送的上行校準(zhǔn)信號的接收天線信號，處理確定對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的上行特征；和(j)從對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的上行和下行特征確定對于主發(fā)送接收機的校準(zhǔn)函數(shù)。
10.如權(quán)利要求6-9中任一項的方法，其中從主發(fā)送接收機發(fā)送的下行校準(zhǔn)波形被設(shè)計成對于包括頻率偏置，相位噪聲，I/Q失配，和定時偏置的組中一項或多項是健壯的。
11.在無線通信系統(tǒng)中，一種用于確定遠(yuǎn)程發(fā)送接收機的下行權(quán)向量的方法，該系統(tǒng)包括一個主發(fā)送接收機和一個能夠從主發(fā)送接收機接收信號和發(fā)送信號到主發(fā)送接收機的遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機，主發(fā)送接收機包括天線元件陣和接收天線元件陣，每個發(fā)送天線元件是用于利用發(fā)送天線元件發(fā)送發(fā)送設(shè)備信號的發(fā)送電子設(shè)備鏈路的部分，和每個接收天線元件是從接收天線元件接收接收天線信號的接收機設(shè)備鏈路的部分，在接收天線元件陣中的元件數(shù)與發(fā)送天線元件陣中天線元件數(shù)相同，主發(fā)送接收機包括用于上行自適應(yīng)智能天線處理的裝置，包括根據(jù)上行權(quán)向量的線性上行自適應(yīng)智能天線處理，和下行自適應(yīng)智能天線處理，包括根據(jù)下行權(quán)向量的線性下行自適應(yīng)智能天線處理，主發(fā)送接收機和遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機被設(shè)計成利用符合空中接口標(biāo)準(zhǔn)的波形相互通信，主發(fā)送接收機進一步包括確定對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的上行權(quán)向量的裝置，該方法包括(a)從主發(fā)送接收機通過發(fā)送天線陣發(fā)送一組一個或多個下行校準(zhǔn)波形到遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機，下行校準(zhǔn)波形組基本上符合空中接口標(biāo)準(zhǔn)；(b)處理在遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機上接收到的對應(yīng)于下行校準(zhǔn)波形的信號，處理確定涉及對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征的下行特征有關(guān)信號；(c)從遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送下行特征有關(guān)信號到主發(fā)送接收機；(d)從遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送一組一個或多個上行校準(zhǔn)波形到主發(fā)送接收機；(e)在主發(fā)送接收機上處理對應(yīng)于從遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送的上行校準(zhǔn)信號的接收天線信號，處理確定對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的上行特征；(f)從在主發(fā)送接收機上接收到的來自遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的任何信號確定對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的上行權(quán)向量；和(g)從●被確定的上行權(quán)向量，●被確定的上行特征，和●在主發(fā)送接收機接收到的對應(yīng)于下行特征有關(guān)信號的接收天線信號，確定對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行權(quán)向量。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中下行權(quán)確定步驟包括(i)從已確定的上行特征和對應(yīng)于在主發(fā)送接收機上接收到的下行特征有關(guān)信號的接收天線信號，和從在主發(fā)送接收機上接收到的下行特征有關(guān)信號，確定對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的校準(zhǔn)函數(shù)，和(ii)從已確定的上行權(quán)向量和校準(zhǔn)函數(shù)，確定下行權(quán)向量。
13.在無線通信系統(tǒng)中，一種用于估計對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征的方法，包括一個主發(fā)送接收機和多個遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機，每個能夠從主發(fā)送接收機接收信號和發(fā)送信號到主發(fā)送接收機，主發(fā)送接收機包括發(fā)送天線元件陣，和至少一個接收天線元件，每個發(fā)送天線元件是用于利用發(fā)送天線元件發(fā)送發(fā)送設(shè)備信號的發(fā)送電子設(shè)備鏈路的部分，和每個接收天線元件是從接收天線元件接收接收天線信號的接收機設(shè)備鏈路的部分，該方法包括(a)從主發(fā)送接收機通過發(fā)送天線陣發(fā)送一組一個或多個下行校準(zhǔn)波形到遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機；(b)處理在每個遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機上接收到的，對應(yīng)于下行校準(zhǔn)波形的信號，處理確定涉及對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征的下行特征有關(guān)信號；(c)從每個遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機利用基本上符合空中接口標(biāo)準(zhǔn)的波形發(fā)送下行特征有關(guān)信號到主發(fā)送接收機；(d)從在主發(fā)送接收機接收到的來自遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征有關(guān)信號確定對每個遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征；和(e)將對遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征組合以確定組合的下行特征。
14.如權(quán)利要求13的方法，其中主發(fā)送接收機和遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機被設(shè)計成利用符合空中接口標(biāo)準(zhǔn)的波形相互通信，其中在下行校準(zhǔn)波形組中的每個波形基本上符合空中接口標(biāo)準(zhǔn)。
15.如權(quán)利要求13或權(quán)利要求14的方法，其中至少一個接收天線元件是組成接收天線元件陣的多個接收天線元件，在接收天線元件陣中的元件數(shù)與發(fā)送天線元件陣中的天線元件數(shù)相同，該方法進一步包括(f)從每個遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送一組一個或多個上行校準(zhǔn)波形到主發(fā)送接收機；(g)在主發(fā)送接收機上處理對應(yīng)于從每個遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送的上行校準(zhǔn)信號的接收天線信號，處理確定對每個遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的上行特征；(h)將對遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的上行特征組合，確定組合的上行特征；和(j)從上行和下行的組合特征確定對主發(fā)送接收機的校準(zhǔn)函數(shù)。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中主發(fā)送接收機包括用于上行自適應(yīng)智能天線處理，包括依據(jù)上行權(quán)向量的線性上行自適應(yīng)智能天線處理，和下行自適應(yīng)智能天線處理，包括依據(jù)下行權(quán)向量的線性下行自適應(yīng)智能天線處理的裝置，該方法進一步包括(k)在主發(fā)送接收機上通過處理在遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機正發(fā)送到主發(fā)送接收機時接收到的接收天線信號，確定從用戶單元接收的上行權(quán)向量；和(1)在主發(fā)送接收機上從已確定的上行權(quán)和校準(zhǔn)因數(shù)確定發(fā)送到遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行權(quán)。
17.如權(quán)利要求13-16中任一項的方法，其中特征組合是通過主分量方法實現(xiàn)的。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中每個遠(yuǎn)距離發(fā)射機也發(fā)送遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機接收到的信號質(zhì)量估值到主發(fā)送接收機，其中特征組合是加權(quán)組合，對每個遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的特征加權(quán)是遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機接收到的信號質(zhì)量估值或遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機。
19.如權(quán)利要求15或16的方法，其中如果是對應(yīng)于相對于其他天線元件較弱的接收或發(fā)送天線元件，則在特征估值中的任何組分被舍棄。
20.如權(quán)利要求2，4，9，12，15，16或19中任何一項的方法，其中上行校準(zhǔn)信號是空間的通信業(yè)務(wù)波形。
21.如權(quán)利要求2，4，9，12，15，16，或19中任何一項的方法，其中上行校準(zhǔn)信號是下行特征有關(guān)信號。
22.如權(quán)利要求2，4，9，12，15，16，或19中任一項的方法，其中主發(fā)送接收機包括用于上行自適應(yīng)智能天線處理，包括依據(jù)上行權(quán)向量的線性上行自適應(yīng)智能天線處理，和下行自適應(yīng)智能天線處理，包括依據(jù)下行權(quán)向量的線性下行自適應(yīng)智能天線處理的裝置，該方法進一步包括(h)在主發(fā)送接收機上通過處理在遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機正發(fā)送到主發(fā)送接收機時接收到的接收天線信號，確定從用戶單元接收的上行權(quán)向量；和(j)在主發(fā)送接收機上從已確定的上行權(quán)和校準(zhǔn)因數(shù)，確定發(fā)送到遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行權(quán)。
23.如以上權(quán)利要求中任一項的方法，其中下行特征是相對于發(fā)送天線陣的參考天線元件確定的，其中下行校準(zhǔn)波形被選取，使得從每個發(fā)送天線元件發(fā)送的信號是基本上正交的。
24.如權(quán)利要求23的方法，其中下行校準(zhǔn)波形是所選的已調(diào)的恒定模數(shù)校準(zhǔn)信號，以致從發(fā)送陣的任何兩個不同的天線元件發(fā)送的任何兩個校準(zhǔn)信號的點積是純音調(diào)。
25.如權(quán)利要求23或權(quán)利要求24的方法，其中下行校準(zhǔn)波形包括M個不同的已調(diào)恒定模數(shù)校準(zhǔn)信號的組合，M是天線陣天線元件數(shù)，由此確定下行特征，每個校準(zhǔn)信號包括兩段，被分別標(biāo)記為第一段和第二段，對于每個校準(zhǔn)信號來說兩段的定時是相同的，其中在第一段時間間隔期間，第一組校準(zhǔn)信號的線性組合被從發(fā)送陣的每個天線元件發(fā)送，在第二段時間間隔期間，第二組校準(zhǔn)信號的線性組合被從發(fā)送陣的每個天線元件發(fā)送。
26.如權(quán)利要求23的方法，其中從發(fā)送陣的每個天線元件發(fā)送的信號是已調(diào)音調(diào)信號，來自不同陣的音調(diào)信號的頻率是不同的，下行特征有關(guān)信號確定處理步驟和下行特征確定步驟共同包括●將在遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機上接收到的信號與每個音調(diào)信號互相關(guān)，和●將與從參考單元發(fā)送的信號的相關(guān)歸一化。
27.如權(quán)利要求23的方法，其中有M個天線元件，第一組線性組合是從參考天線元件發(fā)送的M個不同的音調(diào)信號之和，沒有音調(diào)信號從其他發(fā)送天線元件發(fā)送，不同音調(diào)信號的音調(diào)頻率是不同的，第二組線性組合是從每個天線元件發(fā)送的音調(diào)信號中不同的信號，來自不同陣的音調(diào)的頻率是不同的，處理確定下行特征有關(guān)信號和下行特征確定共同包括●將在遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機上在第一段期間接收到的信號與由每個天線元件發(fā)送的每個第一段信號互相關(guān)以得到第一段相關(guān)，●用第一段與從參考元件發(fā)送的信號相關(guān)，將第一段相關(guān)歸一化，歸一化組成第一段歸一化相關(guān)，●將在遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機上，在第二段期間接收到的信號與由每個天線元件發(fā)送的每個第二段信號互相關(guān)以得到第二段相關(guān)，●用第二段與從參考元件發(fā)送的信號相關(guān)，將第二段相關(guān)歸一化，歸一化組成第二段歸一化相關(guān)，和●將每個第二段歸一化相關(guān)用相應(yīng)的第一段歸一化相關(guān)除，以形成下行特征估計組分。
28.如以上權(quán)利要求中任一項的方法，其中下行特征有關(guān)信號包括對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征。
29.如以上權(quán)利要求中任一項的方法，其中發(fā)送天線元件陣和一個或多個接收天線元件包括公共天線元件。
30.如以上權(quán)利要求中任一項的方法，其中下行特征估值被確定為最大似然率估值。
31.如以上權(quán)利要求中任一項的方法，其中通信系統(tǒng)是一種蜂窩系統(tǒng)，包括一個或多個基站，每個有一個或多個用戶單元，其中主發(fā)送接收機是基站之一。
32.如權(quán)利要求31的方法，其中遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機是主發(fā)送接收機的一個用戶單元。
33.如以上權(quán)利要求中任一項的方法，其中空中接口標(biāo)準(zhǔn)是PHS。
34.一種無線通信系統(tǒng)包括(a)主發(fā)送接收機，包括(i)發(fā)送天線元件陣，每個發(fā)送天線元件是用于從發(fā)送天線元件發(fā)送發(fā)送設(shè)備信號的發(fā)送電子設(shè)備鏈路的部分，(ii) 一個或多個接收天線部件，每個接收天線元件是用于從接收天線接收接收天線信號的接收設(shè)備鏈路的部分，和(iii)一個或多個主發(fā)送接收機信號處理器，用于處理接收天線信號和形成發(fā)送設(shè)備信號；和(b)遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機，能夠利用符合空中接口標(biāo)準(zhǔn)的波形從主發(fā)送接收機接收信號和發(fā)送信號到主發(fā)送接收機，遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機包括(i)遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的接收機，包括遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機接收天線，用于接收遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機接收到的信號，(ii)遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的發(fā)射機，包括遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送天線，用于發(fā)送遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送信號到主發(fā)送接收機，和(iii)一個或多個遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機信號處理器，用于處理遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機接收到的信號；和形成遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送信號，其中主發(fā)送接收機信號處理器中至少一個被編程為●從主發(fā)送接收機通過發(fā)送天線陣發(fā)送一組下行校準(zhǔn)波形到遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機，下行校準(zhǔn)波形組基本上符合空中接口標(biāo)準(zhǔn)，其中遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機信號處理器中至少一個被編程為●在遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機上處理接收到的對應(yīng)于所發(fā)送的下行校準(zhǔn)波形的信號，以確定涉及對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征的下行特征有關(guān)信號，和●利用基本上符合空中接口標(biāo)準(zhǔn)的波形從遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送下行特征有關(guān)信號到主發(fā)送接收機，和其中主發(fā)送接收機信號處理器中至少一個被編程為●在主發(fā)送接收機上處理從遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機接收到的下行特征有關(guān)信號，以確定對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征。
35.如權(quán)利要求34的系統(tǒng)，其中至少一個接收天線元件是組成接收天線元件陣的多個接收天線元件，在接收天線元件陣中的元件數(shù)與發(fā)送天線元件陣中的天線元件數(shù)相同，其中遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機信號處理器中至少一個被編程為●發(fā)送一組一個或多個上行校準(zhǔn)波形到主發(fā)送接收機，和其中主發(fā)送接收機信號處理器中至少一個被編程為●處理接收到的對應(yīng)于從遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送的上行校準(zhǔn)波形的天線信號，處理確定對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的上行特征，和●從對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的上行和下行特征確定對于主發(fā)送接收機的校準(zhǔn)函數(shù)。
36.如權(quán)利要求35的系統(tǒng)，其中主發(fā)送接收機還包括用于包括依據(jù)上行權(quán)向量的線性上行自適應(yīng)智能天線處理的上行自適應(yīng)智能天線處理，和包括依據(jù)下行權(quán)向量的線性下行自適應(yīng)智能天線處理的下行自適應(yīng)智能天線處理的裝置，其中發(fā)送接收機信號處理器中至少一個被編程為●通過處理在遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機正發(fā)送到主發(fā)送接收機時接收到的接收天線信號，確定從用戶單元接收的上行權(quán)向量，和●從對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機確定的上行權(quán)和校準(zhǔn)因數(shù)，確定對于發(fā)送到遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行權(quán)。
37.一種無線通信系統(tǒng)，包括(a)主發(fā)送接收機，包括(i)發(fā)送天線元件陣，每個發(fā)送天線元件是用于從發(fā)送天線元件發(fā)送發(fā)送設(shè)備信號的發(fā)送電子設(shè)備鏈路的部分，(ii)接收天線元件陣，每個接收天線元件是用于從接收天線接收接收天線信號的接收設(shè)備鏈路的部分，在接收陣中現(xiàn)用元件的數(shù)目與發(fā)送陣中現(xiàn)有元件的數(shù)目相同，和(iii)一個或多個主發(fā)送接收機信號處理器，用于處理接收到的天線信號和形成發(fā)送設(shè)備信號；和(b)多個遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機，每個能夠從主發(fā)送接收機接收信號和發(fā)送信號到主發(fā)送接收機，每個遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機包括(i)遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的接收機，包括遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機接收天線，用于接收遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機接收到的信號，(ii)遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的發(fā)射機，包括遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送天線，用于發(fā)送遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的發(fā)送信號到主發(fā)送接收機，和(iii)一個或多個遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機信號處理器，用于處理遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機接收到的信號；和形成遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送信號，其中主發(fā)送接收機信號處理器中至少一個被編程為●從主發(fā)送接收機通過發(fā)送天線陣發(fā)送一組下行校準(zhǔn)波形至多個遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機，其中每個遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機信號處理器中至少一個被編程為●處理在遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機上接收到的對應(yīng)于所發(fā)送的下行校準(zhǔn)波形的信號以確定涉及到對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征的下行特征有關(guān)信號。●利用基本上符合空中接口標(biāo)準(zhǔn)的波形，從遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送下行特征有關(guān)信號到主發(fā)送接收機，●從遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機發(fā)送一組一個或多個上行校準(zhǔn)信號到主發(fā)送接收機，和其中主發(fā)送接收機信號處理器中至少一個被編程為●處理在主發(fā)送接收機上接收到的來自每個遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征有關(guān)信號，以確定對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征，●處理對應(yīng)于來自每個遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的上行校準(zhǔn)信號的接收到的天線信號，以確定對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的上行組合特征，●將對于發(fā)送接收機的下行特征組合，以確定下行組合特征，●將對于發(fā)送接收機的上行特征組合，以確定上行組合特征，和●從下行組合特征和上行組合特征確定對于主發(fā)送接收機的校準(zhǔn)因數(shù)。
38.如權(quán)利要求35-37中任一項的系統(tǒng)，其中上行校準(zhǔn)信號是空閑的通信業(yè)務(wù)波形。
39.如權(quán)利要求35-37中任一項的系統(tǒng)，其中上行校準(zhǔn)信號是下行特征有關(guān)信號。
40.如權(quán)利要求34-39中任一項的系統(tǒng)，其中下行特征是相對于發(fā)送天線陣的參考天線元件確定的，其中下行校準(zhǔn)波形被選取，使得從每個發(fā)送天線元件所發(fā)送的信號是基本上正交的。
41.如權(quán)利要求40的系統(tǒng)，其中下行校準(zhǔn)波形被設(shè)計成對于包括頻率偏置，相位噪聲，I/Q失配，和定時偏置的組中一項或多項是健壯的。
42.如權(quán)利要求41的系統(tǒng)，其中下行校準(zhǔn)波形是所選的已調(diào)恒定模數(shù)校準(zhǔn)信號，使得從發(fā)送陣的任何兩個不同天線元件所發(fā)送的任何兩個校準(zhǔn)信號的點積是純音調(diào)。
43.如權(quán)利要求41的系統(tǒng)，其中下行校準(zhǔn)波形包括M個不同的已調(diào)恒定模數(shù)校準(zhǔn)信號的組合，M是天線陣的天線元件數(shù)，由此確定下行特征，每個校準(zhǔn)信號包括兩段，分別被標(biāo)記為第一段和第二段，對于每個校準(zhǔn)信號來說，兩段的定時是相同的，其中在第一段時間間隔期間，第一組校準(zhǔn)信號的線性組合被從發(fā)送陣的每個天線元件發(fā)送，和在第二段時間間隔期間，第二組的校準(zhǔn)信號線性組合被從發(fā)送陣的每個天線元件發(fā)送。
44.如權(quán)利要求42的系統(tǒng)，其中從發(fā)送陣的每個天線元件所發(fā)送的信號是已調(diào)音調(diào)信號，來自不同陣的音調(diào)信號的頻率是不同的，下行特征信號確定和下行特征確定共同包括●在遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機上接收到的信號與每個音調(diào)信號互相關(guān)，和●用從參考元件所發(fā)送的信號對相關(guān)歸一化。
45.如權(quán)利要求41的系統(tǒng)，其中有M個天線元件，第一組線性組合是從參考天線元件所發(fā)送的M個不同音調(diào)信號的和，沒有音調(diào)信號從其他的發(fā)送天線元件發(fā)送，不同的音調(diào)信號的音調(diào)的頻率是不同的，第二組線性組合是從每個天線元件發(fā)送的音調(diào)信號中不同的信號，來自不同陣的音調(diào)的頻率是不同的，下行特征信號確定和下行特征確定共同包括●將在第一段期間在遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機上接收到的信號與由每個天線元件發(fā)送的每個第一段信號互相關(guān)以得到第一段相關(guān)；●利用第一段相關(guān)和從參考元件發(fā)送的信號將第一段相關(guān)歸一化，歸一化形成第一段歸一化相關(guān)；●在遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機上在第二段期間接收到的信號與由每個天線元件發(fā)送的每個第二段信號互相關(guān)以得到第二段相關(guān)；●利用第一段相關(guān)和從參考元件發(fā)送的信號將第二段相關(guān)歸一化，歸一化形成第二段歸一化相關(guān)；和●用相應(yīng)的第一段歸一化相關(guān)除每個第二段歸一化相關(guān)，以形成下行特征估值組分。
46.如權(quán)利要求34-45中任一項的系統(tǒng)，其中通信系統(tǒng)是一種蜂窩系統(tǒng)，包括一個或多個基站，每個有一個或多個用戶單元，其中主發(fā)送接收機是基站之一。
47.如權(quán)利要求34-46中任一項的系統(tǒng)，其中遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機是主發(fā)送接收機的用戶單元。
48.如權(quán)利要求34-47中任一項的系統(tǒng)，其中空中接口標(biāo)準(zhǔn)是PHS。
49.如權(quán)利要求34-48中任一項的系統(tǒng)，其中下行特征有關(guān)信號包括對于遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機的下行特征。
50.如權(quán)利要求34-49中任一項的系統(tǒng)，其中發(fā)送天線元件陣和一個或多個接收天線元件包括公共天線元件。
51.如權(quán)利要求34-50中任一項的系統(tǒng)，其中下行特征估值被確定為最大似然率估值。
全文摘要
一種用于估計遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機(141,143)的下行特征的方法和設(shè)備,遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機是無線通信系統(tǒng)的部分,該系統(tǒng)包括一個主發(fā)送接收機(101),用于與遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機(141,143)通信,主發(fā)送接收機包括一個發(fā)送天線元件陣(105)。本方法利用遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機,用于當(dāng)主發(fā)送接收機發(fā)送下行校準(zhǔn)信號時接收信號。當(dāng)主發(fā)送接收機也有接收天線陣時,遠(yuǎn)距離發(fā)送接收機可發(fā)送上行校準(zhǔn)信號到主發(fā)送接收機以確定上行特征。下行和上行特征被用于確定校準(zhǔn)函數(shù)以說明包括陣的天線元件的設(shè)備鏈路中的差別,當(dāng)主發(fā)送接收機包括用于依據(jù)權(quán)進行智能化天線處理的裝置時,從上行智能化天線處理的權(quán)(115)能夠確定下行智能化天線處理的權(quán)(118)。
文檔編號H04B7/04GK1308794SQ99808199
公開日2001年8月15日 申請日期1999年4月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月1日
發(fā)明者T·波羅斯, C·H·巴拉特, C·R·烏利克, M·D·特羅特 申請人:阿雷伊通訊有限公司