用於天線陣控制的通信系統、設備和方法

2023-06-21 16:01:56

專利名稱：用於天線陣控制的通信系統、設備和方法
技術領域：
本發明的領域涉及用於無線通信系統的主動天線陣控制，尤其但不僅僅涉及用於碼分多址(CDMA)接收機的多波束成形增強型天線陣。
背景技術：
當前，正在開發第三代(3G)蜂窩通信系統，以進一步增強為行動電話UE (用戶設備)提供的通信服務。最為廣泛接受的第三代通信系統基於碼分多址(CDMA)即寬帶碼分多址(WCDMA)技術。一些載頻被用於上行鏈路傳輸，即從移動無線通信單元(在第三代系統中，通常稱為無線用戶通信單元或用戶設備)通過無線服務基站(在第三代系統中，通常稱為節點B)到通信基礎設施的傳輸，以及下行鏈路傳輸，即從通信基礎設施通過無線服務基站(例如節點B)到移動無線通信單元的傳輸。對CDMA特別是對通用移動通信系統(UMTS ) 的寬帶CDMA(WCDMA)模式的進一步說明可以參見"UMTS的WCDMA〃 (「 WCDMA for UMTS"， Harris Holma(editor)，Antti Toskala(Editor),Wiley & Sons，2001，ISBN 0471486876)。作為在3G移動通信空中接口技術中所使的CDMA通信，從數據吞吐量觀點來看， 是"幹擾受限"技術。CDMA技術利用與偽隨機噪聲(Pn)碼組合的正交可變擴頻因子 (OVSF)碼來區分同時用相同頻譜在Uu無線電接口上進行上行鏈路接入的多個UE。為了為接入節點B的所有UE保持足夠的信幹比(SIR)保護，上行鏈路(UL)功率控制(PC)由網絡基礎設施動態管理。S^估計一般從上行鏈路(UL)專用物理控制信道(DPCCH)內的領示音得出。按相同擴頻因子(SF)向一個節點B發送的一些用戶設備(UE)會被安排成使它們各自的傳輸在接收節點B處被接收時基本上具有相同的功率。通常，對於一個特定的節點B， 可以同時支持多達96個處於呼叫模式的UE。已知，CDMA技術對多徑效應具有較為耐擾的性能。CDMA使用這些多徑信號，將它們合併在一起，產生一個甚至更強的信號，供各個接收機接收和處理。圖1中例示了已知 CDMA無線接收機100的一個例子。CDMA無線接收機100包括天線102，用來接收輻射信號和將所接收的輻射信號104提供給射頻(RF)電路106。RF電路106將經下變頻和濾波的信號108提供給模數變換器(ADC) 110，而模數變換器110將接收信號的數字表示112提供給RAKE (耙集)接收機114。CDMA接收機使用接收信號的耙集接收機，基本上是一組幾個呈指狀並行配置的接收機，通常稱為耙指。RAKE接收機114包括接收濾波器116，被安排成對數字表示112濾波和將經濾波的數位訊號188提供給耙指組118和路徑選擇邏輯120。 路徑選擇邏輯120實質上是這些耙集接收機中的一個接收機，用來不斷地搜索不同的多徑信號。路徑選擇邏輯120將這信息通過RAKE控制信號122饋入耙指組118內的其他耙指。 RAKE指組118的每個耙指於是選擇與遞歸最強的多徑相應的信號，將作為由RAKE控制信號 122選擇的輸出接收信號IM提供給最大比例合併器126，將各個RAKE接收信號合併在一起，使複合信號較強。RAKE指組118還提供信號198，是對所選的RAKE路徑性能的估計。在作為為3G部署的WCDMA系統中，信號198可以是從在專用物理控制信道 (DPCCH)內所恢復的領示音得出的信幹比(SIR)估計，或者可以在正在受處理的專用物理數據信道(DPDCH)內加以估計。信道估計邏輯130使用這個信號，將信道估計信號132提供給最大比例合併器126。最大比例合併器1 能在信道估計信號132的控制下將適當的 RAKE接收信號合併在一起，將適當的RAKE接收信號134提供給信道編解碼器邏輯136解碼。經解碼的RAKE接收信號然後從RAKE接收機114輸出(140)。傳統的天線陣包括多個與大多數3G設施內的現有節點B設備配合使用的天線元， 應用固定的+/-65度波束的方向圖。在天線波束的主波瓣外，信號受到空間濾波和顯著衰減。傳統的網絡規劃和被動天線陣的解決方案用一個公共的固定波束的方向圖處理所有進來的信號。這樣的接收處理基於在由天線波束的主波瓣確定的地理區域(稱為RF覆蓋區)內所接收的信號，往往決定了相應的用於發射機工作的共同波束方向圖。因此，對於接收(Rx)和發送(Tx)操作所用的是同一射頻(RF)覆蓋區。使用天線陣的Rx波束成形取決於將每個天線元上的入射信號以使來自所希望的方向的信號相干相加的方式建設性相加的能力。因此，不是來自所希望的方向的入射信號將不相干相加，從而不會經受到同樣的處理增益。所謂"相干"是指這些信號在所附加的射束形成過程中將基本上具有相同的相角。此外，來自多個源的熱噪聲也呈現非相干特性， 因此在將來自多個源的信號相加時不會經受到與相干的所需信號相同的處理增益。相反，在發送主動天線陣中，這些信號在預定波束方向圖內被相干地組合為「空間"電磁(EM)信號，因此它們相干地到達移動臺(MS)(例如UE)接收機。在節點B的天線陣內，從單個UE接收到的RF信號在沒有將複合信號解調的情況下是不能辨別的。為一個特定用戶的獨立接收波束成形是不現實的，因為在天線陣處很可能同時會有多個從不同UE接收的功率差不多的信號。即使是少數UE在用節點B，也很可能這些信號會在節點B的接收機的固有噪聲電平以下。WCDMA接收機的處理增益意味著可以從固有噪聲電平中提取信號。然而，這至少需要一個部分解調過程。還例示了已知的蜂窩網規劃275的一個例子。這個蜂窩網規劃應用一些呈現為〃 蜂房式"蜂窩結構的小區觀0。小區被分成一些扇區觀5。通常，每個小區有三個扇區，每個扇區相應於大致120度的覆蓋範圍。一個扇區與單個傳統的天線陣的輻射方向圖相應， 它的+/-65度的波束方向圖最大地覆蓋這個扇區。在有些網絡配置中使用6扇區的小區， 雖然這不很常見。CDMA和WCDMA技術能將單個經調製的RF載頻用於所有小區和那些小區內的扇區的所有上行鏈路用戶。同樣，可以將單個載頻用於網絡內所有小區和這些小區內所有扇區的下行鏈路。此外，每個扇區天線RF信號由各自的接收機或發射機獨立處理。對於該領域內的技術人員來說，眾所周知的是，蜂窩體系包括寬區域地理覆蓋範圍的宏小區和用於宏地理結構內小的局部覆蓋的微、皮和飛小區。在有些情況下，微、皮和飛小區可以使用與宏小區的相同的頻率。由於微、皮和飛小區用於填充覆蓋範圍，它們的輻射天線單元將不與在宏扇區內所用的天線共享同一個物理地點。在書籍〃智能天線技術現狀〃(〃Smart Antennas State of the Art"， Eurasip Book Series on Signal Processing & Communications, edited by Kaiser et al ISBN-10 :9775945097 and authored Klemens Freudenthaler et al)的第 5 章中例示了一種WCDMA接收機。第5章處理最大比例合併(MRC)空間時間Rake接收機，將通過MRC 實現的所組合的獨立接收機與獨立天線分開考慮。在耙集接收機前不存在波束成形。結果， 這個建議不為RAKE接收機提供空間濾波，由於沒有了來自波束成形器的處理增益，從噪聲觀點來看處於不利情況。噪聲由於是不相關的，在波束成形中受到抑制。相反，所需的接收信號在波束成形器的合併級具有相關特性。此外，這種系統還受到向最強的所接收的WCDMA 信號收斂的反饋影響。這個收斂時間，特別是在多徑信號突然改變時，可以引起有損的鏈路性能。現在參見圖2，圖中例示了一種已知的用於CDMA接收機的天線陣波束成形方案 200。這種天線陣波束成形方案200包括多個將接收信號耦合給接收機210、220的天線205、 215，接收機210、220各包括被安排成將所接收的RF信號下變頻到基帶的射頻(RF)接收機前端電路、被安排成將經下變頻的信號變換到數字形式的模數變換器和被安排成提取接收信號的用升餘弦根(RRC)進行數字濾波的匹配信道濾波器。RRC濾波器各自的輸出被輸入到波束成形空間時間RAKE接收機功能225。波束成形空間時間RAKE接收機功能225包括空間合併功能，空間合併功能包括被安排成估計天線陣的每個天線處接收信號的相應延遲的延遲估計235。延遲估計235的輸出然後被輸入到計算多個需用于波束成形邏輯對5、250上的空間加權向量的功能，波束成形邏輯245、250各還從它們各自的接收機接收經RRC濾波的輸出。隨著收斂，波束成形邏輯對5、250輸出S^最大化了的信號。這個信號在包括接收這些經波束成形校正的信號的 RAKE接收機指組沈0的多徑(時間)合併功能255內受到進一步處理。RAKE接收機指組的輸出被輸入到多徑合併器265，在那裡它們經建設性地合併後被輸入到常用的信道解碼 270過程，等等。然而，與對所接收的最強多徑信號的這樣處理關聯的一個已知問題是，多徑信號可以由於UE的部位、角位置或在信號散射環境內的運動物體只是很小的運動而迅速改變。 結果，波束具有一個較窄波束的天線波束成形技術很少用於CDMA系統。這是由於通信鏈路在多徑效應改變時易於丟失，而使用窄波束的波束成形天線陣加重了這個效應。因此，在已知的系統中，使用天線陣波束成形沒有象它可以那樣廣泛地得到採納，因為專用於單獨窄波束的UE在必須適應多徑信號的移動環境內具有一些缺點。例如，在諸如在都市環境內進行通信的某些通信情況下，由於使用窄跟蹤天線陣波束成形可以產生不希望有的廣泛散射的接收信號。為了從這樣廣泛散射的接收信號中提取全部效益，窄波束處理是不值得推薦的，因為使得使用耙集接收機的完全多徑合併效果成為多餘的，結果損害了性能。此外，在蜂窩通信的傳統天線系統中，發送/接收波束方向圖通常是可用諸如機械移相器之類的機電波束控制元件控制的。因此，波束控制當前通過操縱位於天線塔頂上的天線陣的機電元件遠程執行。機電波束操縱局限於俯仰上的微小改變(通常最大到10 度)。機電相移波束操縱不能大範圍地改變主波束成形。為了克服與對位於天線塔頂上的天線陣的機電移相器波束控制關聯的有限靈活性，最近已有意使用智能或主動天線技術。這是一種無線電技術，天線系統具有每個天線陣元專用的信號處理單元或具有並置的天線和信號處理單元。主動天線技術分為以下三個顯明的系列⑴多天線系統(MAS)；(ii)具有或沒有多輸入多輸出(MIMO)信號的無線電頭；以及(iii)無線電陣列。眾所周知，主動陣列天線技術能有助於雙向形成獨立和可變的波束方向圖。
現代的空中接口協議，諸如WCDMA，允許多個UE同時用單個載頻在上行鏈路上向基站發送。間在上行鏈信道上要求每比特的信噪比(Eb/No)大於最小界限，以保證適當的誤碼率(BER)。這意味著，對於特定的UE，數據率越高，要求至少按比例提高載波與幹擾加噪聲之比(CINR)，以保持Eb/No。由於其他UE將增添幹擾電平，隨著小區負載的增多，所有的UE必須通過提高發送功率進行補償，以便保持在節點B的接收機處的mVNo。類似地，需要較高數據率服務的UE 將要求所有的UE為節點B所需的較高mVNo進行補償。UE這樣增大發送功率對於網絡性能來說可以是有害的。本小區內所增大的功率電平傳播到鄰近小區，迫使這些小區也加大功率電平以保持mVNo，即使這些小區負載可能並不重。這個作用對WCDMA網絡提出一些問題。例如，通信小區的固有噪聲電平增大，這又導致網絡上的傳播效應，並且降低了數據傳輸率。此外，UE設備還因此消耗較多的功率，因為要求上行鏈路傳輸在較高的功率電平進行。而且，由於施加到UE傳輸上的動態範圍的限制，在每小區的最大吞吐量上存在一些限制。在論文"具有不完善信道狀態信息和有色噪聲的相關分集支路的最大比例合併〃 (〃 Maximum ratio combining of correlated diversity branches with imperfect channel state information and colored noise「 ，authored by Schmitt et al. and published in" Spread Spectrum Techniques and Applications" , 2004 IEEE Eighth International Symposium 30 Aug. -2 Sept. 2004, pages 859-863)中提供了對以上所提出的技術的進一步改進。khmitt等人考慮了被MRC合併的多個主動波束成形支路，表明處理多個波束可以獲得高達6dB的mVNo的增益。不幸的是，khmitt等人所提出的這種實現，對於在節點B內使用來說，會使信號處理的組成量增大四倍，因為每個接收機通路會需要整套專用Rake接收機。Schmitt等人還提出了一種只支持多個窄波束的方案。這可以損害有著寬泛散射特性的傳播情況，因此不利於完全覆蓋小區扇區。因此，當前的技術並不是次優的。於是，能夠解決支持無線通信網絡內的主動天線陣技術的問題，例如在利用和處理上行鏈路通信信道上的多波束能力以改善空中接口(Uu) 連結性能中，這樣的得到改善的機制會是有益的。

發明內容
因此，本發明設法單個地或以任何組合方式減輕、緩和或消除一個或多個以上所提到的缺點。按照本發明的第一方面，提供了一種用來與遠程無線通信單元通信、包括與天線陣耦合的網絡單元的無線通信系統。天線陣包括多個輻射元，這些輻射元中的至少一個第一輻射元被安排成形成一個包括扇區波束的輻射方向圖。這些輻射元還包括至少一個第二輻射元，被安排成形成在扇區波束內的至少一個子扇區波束的主要部分，其中這至少一個子扇區波束與扇區波束使用相同的載頻。載頻在這裡所給出的說明書的語境中包括被限制在一個信道間距帶寬內的上行鏈路或下行鏈路的經調製的RF信號的中心頻率。對於該領域內的技術人員來說，眾所周知的是，在不同的無線設備之間中心頻率例如由於設備的頻率產生和運動設備的都卜勒效應可以存在頻率偏移。因而，在這個以PPM(百萬分之)規定的定義中考慮了一個小的容差。 為了明確起見，在一個例子中這個容差被限制在中心頻率的例如20ppm之內。信道間距帶寬例如在WCDMA系統內規定為5MHz。因此，在本發明的一個實施例中，可以形成多個指狀接收方向圖(例如呈現為有一些子扇區波束的形狀)，於是實現主動陣列技術的數位訊號處理(DSP)可以利用波束成形過程的空間濾波。本發明可以改善對通信系統內用於例如UE到達角信號在空間均勻分布的扇區的通信資源的使用。因此，對于波束到達處在任何一個子扇區波束內的上行鏈路 UE來說，與作為整個波束處理的接收信號相比，子扇區波束可以含有少得多的來自其他用戶的幹擾。結果，可以獲得^R性能的改善，從而改善了空中接口鏈路。此外，這樣的通信系統可以由已開發的3GPP 標準支持，以便提供得到改善的3G WCDMA系統的鏈路性能。按照本發明的一個任選特徵，扇區波束由"第一波束成形器"邏輯形成，而至少一個子扇區波束由"第二波束成形器"邏輯形成，使得扇區波束和至少一個子扇區波束具有共同的極化。因此，可以獨立地處理入射到固定極化的天線陣上的信號，以提取入射信號的相干特性。也可以用交叉極化天線來提取來自空中接口的極性不同的信號；但由於對於極性不同的信號不太可能存在相干特性。按照本發明的一個任選特徵，這些輻射天線元包括一個並置的波束形成支點。這樣，扇區波束和至少一個子扇區波束可以部分交疊，並且可以基本上從相同天線元發出，以具有一個並置的波束形成支點。按照本發明的一個任選特徵，可以將至少一個子扇區波束被形成，使得它具有比所形成的扇區波束的窄的水平或垂直方位角輻射方向圖。按照本發明的一個任選特徵，天線陣包括支持每個天線陣元專用的信號處理的主動天線陣。因此，可以獲得根據每個天線陣輻射元改變輻射波束成形的能力。此外，可以將來自每個接收機的信號耦合給多個波束成形器邏輯模塊，從而使多個所接收的輻射方向圖可以得到處理。按照本發明的一個任選特徵，可以在扇區波束成形過程或子扇區波束成形過程中使用虛擬天線元。按照本發明的一個任選特徵，無線通信系統是第三代合作夥伴計劃3GPP 寬帶碼分多址WCDMA蜂窩通信系統。因此，使用不同形式的CDMA技術的通信系統和通信單元可以很容易採用在這裡所說明的創造性構思。此外，可以用這種對這樣的WCDMA系統內的附加子扇區波束的處理來改善鏈路性能。按照本發明的一個任選特徵，網絡單元，例如為服務無線通信單元(諸如節點B)， 可以包括波束成形器信號處理邏輯或可以與波束成形器信號處理邏輯耦合，波束成形器信號處理邏輯包括至少"第一波束成形器"邏輯和"第二波束成形器"邏輯，被安排成分別處理與扇區波束和至少一個子扇區波束關聯的信號。此外，在一個任選實施例中，這種網絡單元可以包括耙集接收機邏輯或者可以與耙集接收機邏輯耦合，耙集接收機邏輯包括多個與波束成形器信號處理邏輯耦合的、可以被安排成分別接收與扇區波束和至少一個子扇區波束關聯的信號的耙集接收機。因此，扇區波束和至少一個子扇區波束可以分別予以處理， 這可以改善鏈路性能。此外，最大輸入信號落在所述子扇區波束內的入射信號可以呈現出得到改善的mVNo。
按照本發明的一個任選特徵，多個耙集接收機的與處理扇區波束關聯的第一數目可以大於多個耙集接收機的與處理至少一個子扇區波束關聯的第二數目。在當前的節點B 設備中，添加每個波束一套的耙集接收機消耗了大量的信號處理開銷。因此，按照這個任選特徵，例如通過利用數目減少了的耙集接收機和採用資源加載算法，可以最佳地利用耙集接收機資源。按照本發明的一個任選特徵，波束成形器信號處理邏輯可以被安排成處理扇區波束和至少一個子扇區波束，可以包括被安排成對所述扇區波束和所述至少一個子扇區波束中的一個或多個應用極化分集的分集邏輯。因此，來自角位置不同的UE天線的信號可以得益於最佳地從不同極化選擇信號的節點B接收機天線陣，從而進一步改善了鏈路性能。按照本發明的一個任選特徵，極化分集接收可以以與主接收機通路類似的方式處理，因為能使用CDMA技術的那些接收機可以應用極化分集接收。按照本發明的一個任選特徵，可以用數據通信鏈路在服務無線通信單元的一些功能子系統之間交接數據流。這些子系統元可以例如包括在RF子系統與基帶子系統之間的數據通信鏈路。這個劃分界面可以例如在波束成形器功能與解擴頻功能之間。這個通信鏈路可以是串行鏈路，符合諸如開放基站體系結構動議(0BSAI)RP3或公用無線電接口 (CPRI)規範之類的接口。按照本發明的一個任選特徵，網絡單元，諸如服務無線通信單元，可以包括可以被安排成在使用極化分集的通信路徑中有選擇地分配至少一個遠程通信單元的分配邏輯。因此，通過將耙集接收機資源限制到小於扇區波束路徑所需的滿定額，可以達到相當大的減少服務通信單元的處理功能。按照本發明的一個任選特徵，網絡單元，諸如服務無線通信單元，可以包括多用戶檢測器(MUD)邏輯或可與多用戶檢測邏輯耦合，多用戶檢測邏輯與多個耙集接收機耦合， 被安排成使得基於耙集接收機邏輯的多個輸出對多個遠程通信單元的信號幹擾達到最小。 在WCDMA系統內，任選的是可以使用解決近遠問題的邏輯。MUD提供了目的是減少來自共享同一個頻率的其他用戶的幹擾的選項。典型的途徑被設計成使線性恢復所關心的用戶的均方誤差(MMSE)減到最小。也可以使用達到MUD的其他途徑，諸如以徑向為主的恢復所關心的用戶的功能。因此，與上述特徵結合使用MUD邏輯可以提供對上行鏈路性能的進一步改
業
口 ο按照本發明的一個任選特徵，網絡單元，諸如服務無線通信單元，可以包括最大比例合併邏輯或可與最大比例合併邏輯耦合，最大比例合併邏輯被安排成為每個上行鏈路信道分別合併在扇區波束上接收的信號和合併在至少一個子扇區波束上接收的信號。在一個任選的實施例中，最大比例合併邏輯可以將不同的比例常數應用於來自每個耙集接收機輸出通路的信號。在一個任選的實施例中，最大比例合併邏輯可以對與由第一波束成形器形成的扇區波束和由第二波束成形器形成的至少一個子扇區波束關聯的每個接收機通路上的每個遠程無線通信單元信號進行加權。因此，MRC最佳地合併來自不同通路的信號，使得信號與幹擾加噪聲之比達到最大，導致整體得到改善的鏈路性能。按照本發明的一個任選特徵，網絡單元諸如服務無線通信單元，可以包括分配邏輯，被安排成按照下列各項中至少一個為接收信號分配多個耙集接收機的接收機指接收信號的擴頻因子；接收信號的發送功率控制TPC。按照本發明的一個任選特徵，分配邏輯可以被安排成首先按照下列各項中至少一個為接收信號分配多個耙集接收機的接收機指接收信號的最小擴頻因子；接收信號的最高發送功率控制TPC。按照本發明的第二方面，提供了一種處理無線蜂窩通信系統的天線陣內天線元的波束成形信號的網絡單元，諸如服務無線通信單元。這種網絡單元，諸如服務無線通信單元，包括被安排成接收來自多個天線元的信號。這種網絡單元，諸如服務無線通信單元，還包括多個被安排成接收這些信號的耙集接收機，其中第一組接收信號是從與一個扇區波束關聯的"第一波束成形"邏輯接收的。這種無線通信單元還包括從與形成中心方位角處在扇區波束內的至少一個子扇區波束的主要部分關聯的至少一個"第二波束成形"邏輯接收的第二組接收信號，其中這至少一個子扇區波束和扇區波束使用相同的載頻。這種無線通信單元還包括分別處理從與扇區波束和至少一個子扇區波束關聯的多個耙集接收機輸出的信號的邏輯。按照本發明的第三方面，提供了一種控制無線蜂窩通信系統的天線陣內的天線元的方法，無線蜂窩通信系統包括可與天線陣耦合以便與遠程無線通信單元通信的網絡單元，諸如服務無線通信單元。這種方法包括將該天線陣的第一輻射元配置成形成包括扇區波束的輻射方向圖；以及將該天線陣的至少一個第二輻射元配置成形成在扇區波束內的至少一個子扇區波束的主要部分，其中這至少一個子扇區波束和扇區波束使用相同的載頻。按照本發明的第四方面，提供了一種電腦程式產品，這種電腦程式產品包括控制無線蜂窩通信系統的天線陣內的天線元的程序代碼，無線蜂窩通信系統包括可與天線陣耦合以便與遠程無線通信單元通信的網絡單元，諸如服務無線通信單元。這種電腦程式產品包括執行下列操作的程序代碼將該天線陣的第一輻射元配置成形成包括扇區波束的輻射方向圖；以及將該天線陣的至少一個第二輻射元配置成形成在扇區波束內的至少一個子扇區波束的主要部分，其中所述至少一個子扇區波束和所述扇區波束使用相同的載頻。按照本發明的第五方面，提供了一種處理無線蜂窩通信系統的天線陣內的天線元的波束成形信號的方法，無線蜂窩通信系統包括可與天線陣耦合以便與遠程無線通信單元通信的網絡單元，諸如服務無線通信單元。這種方法包括在天線陣的多個輻射元中被安排成形成包括扇區波束的輻射方向圖的至少一個第一輻射元處接收第一信號；在多個輻射元中被安排成形成包括處在扇區波束內的至少一個子扇區波束的輻射方向圖的主要部分的至少一個第二輻射元處接收第二信號，其中這至少一個子扇區波束和扇區波束使用相同的載頻。這種方法還包括將在多個天線元處接收的信號加到多個耙集接收機上；以及由波束成形邏輯分別處理從與扇區波束和至少一個子扇區波束關聯的多個耙集接收機輸出的信號。按照本發明的第六方面，提供了一種包括控制無線蜂窩通信系統的天線陣內的天線元的程序代碼的電腦程式產品，無線蜂窩通信系統包括可與天線陣耦合以便與遠程無線通信單元通信的網絡單元，諸如服務無線通信單元。這種電腦程式產品包括執行下列操作的程序代碼在天線陣的多個輻射元中被安排成形成包括扇區波束的輻射方向圖的至少一個第一輻射元處接收第一信號；在多個輻射元中被安排成形成包括處在扇區波束內的至少一個子扇區波束的輻射方向圖的主要部分的至少一個第二輻射元處接收第二信號，其中這至少一個子扇區波束和扇區波束使用相同的載頻。程序程序代碼還執行下列操作將在多個天線元處接收的信號加到多個耙集接收機上；以及由波束成形邏輯分別處理從與扇區波束和至少一個子扇區波束關聯的多個耙集接收機輸出的信號。從參照以下所說明的實施例所作的解釋中可以清楚地看到本發明的這些及其他一些方面、特徵和優點。


圖1例示了一個已知的碼分多址(⑶MA)接收機的體系結構。圖2例示了一種已知的非分集化的非主動波束成形⑶MA接收機以及用於網絡規劃的典型小區扇區化方案。本發明的實施例將參照以下附圖予以例示性說明，在這些附圖中圖3例示了按照本發明的有些實施例適配的第三代(3G)無線通信系統的體系結構；圖4例示了按照本發明的有些實施例使用扇區波束和子扇區波束的波束成形的水平方向圖；圖5例示了按照本發明的有些實施例適配的基於多用戶檢測器的CDMA接收體系結構；圖6例示了按照本發明的有些實施例適配的基於多徑合併的CDMA接收體系結構；圖7例示了按照本發明的有些實施例在蜂窩系統內的解擴頻耙集接收機多徑合併器描述的方法；圖8例示了在本發明的實施例中分配可以用來實現信號處理功能的耙集接收機資源的流程圖；以及圖9例示了在本發明的實施例中可以用來實現信號處理功能的典型計算系統。
具體實施例方式天線陣元是用來將電磁(EM)信號轉換成電信號或反之的輻射結構，其中單個元具有固定的輻射方向圖。所謂"輻射元"在這裡是指能輻射電磁信號的元。此外，所謂"輻射元"在這裡還包括能吸收EM輻射並將它轉換成電信號的結構。這些元構成一個陣列，可以通過控制耦合給這些元的電信號將這個陣列配置成具有不同的輻射方向圖。因此，可以獲得改變輻射波束成形的能力。按照本發明的實施例，可以將來自每個接收機的信號耦合給多個波束成形器邏輯模塊，從而允許處理多個接收輻射方向圖。在無線電陣列主動天線技術的領域內，來自不同的接收機(Rx)元的接收信號被相干地相加性合併。這種接收合併操作可以在數字域內實現。為了使這些分開的信號在合併級存在最佳的相干性，必須均衡各個接收通路的延遲、相位響應和增益響應。陣列內不同的接收機可以由於例如組件製造公差、時鐘相位差、溫度和電源變化等在這些特性上呈現差異。例如，在實際系統中，會有對電壓調整器的不同例示，因此不同的設備呈現過程所導致的偏移和隨溫度而變的係數。類似地，多個收發機的時鐘配給遭受時鐘通路的差異，從而導致每個收發機的相對相位的偏移。還知道的是，天線陣外殼內的溫度分布可以是值得注意的。此外，每個收發機與諸如數位訊號處理鏈之類的產生熱的組件接近情況也不會相同。類似地，一些收發機將處在陣列的邊緣，因此遭受更大的周圍環境變化影響。此外，按照波束成形係數，有些收發機將具有不同的發送功率分布，結果呈現不同的熱產生分布。與只處理一個波束(發送或接收波束)的已知天線陣和波束成形體系結構相反， 本發明的實施例應用多個受處理的波束。因此，特別是通過應用一個扇區波束以及處在這個扇形波束內的至少一個子扇形波束，使現有技術的對迅速改變多徑信號的敏感性得到緩和。在本發明的實施例的語境中，所謂「波束「是指包括在垂直和水平方位角平面內畫出的等EM輻射信號強度的天線輻射方向圖的分布圖。本發明的實施例應用背景是，一些UE設備向一個節點B的發送路徑通常在角度上散布在由一個天線陣波束成形支持的扇區內。因此，本發明的實施例利用主扇區波束和一個或多個附加的較窄子扇區波束方向圖，來改善信幹比(SIR)性能。因此，可以使每個UE 上行鏈路的每比特信號與噪聲加幹擾之比(Eb/No)得到改善。有益的是，處在主波束和附加的較窄波束之外的空間區域內的UE可以受到抑制，從而限制了它們作為幹擾對在波束方向圖內進行發送的UE的影響。特別是，本發明的實施例採用主動陣列天線技術，利用多個接收波束成形通路，使得特定的用戶UE的mVNo可以得益於對多個接收通路的空間濾波。在本發明的一個實施例中，這方面可以通過將與在上行鏈路通信信道上的功率控制算法連結的一個扇區接收機和一個或多個有選擇的(子扇區)耙集接收機組合在一起來實現。此外，在本發明的一個實施例中，一小組UE的信號被安排成在這一個或多個子扇區波束內處理，因此就不需要顯著提高對小區的信號處理要求。以下說明集中於可適用於UMTS (通用移動通信系統)蜂窩通信系統特別是第三代合作夥伴計劃(3GPP )系統的UMTS陸地無線電接入網(UTRAN)的本發明的實施例。然而，可以理解，本發明並不局限於這種特定的蜂窩通信系統，而是可以適用於任何其他能應用天線陣的蜂窩通信系統。此外，本發明的有些實施例可以適用於任何碼分多址(CDMA)系統，諸如用於星載全球定位系統(GPS)的。例如，無線通信系統可以包括在地球大氣層內的無線服務通信單元，而與無線服務通信單元通信的遠程無線通信單元可以包括地球同步或軌道衛星。在有些典型實施例中，可以有益地將產生主扇區波束和一些處在主扇區波束的一部分內的子扇區波束配置成使用相同的技術標準，例如3GPP 、UMTS 等。此外，在有些典型實施例中，所設想的是，可以有益地將主扇區波束和一些處在主扇區波束的一部分內的子扇區波束配置成使用相同的載頻。在有些示範性實施例中，所設想的是，主扇區波束和一些子扇區波束可以同時使用相同的載頻。以下說明集中於可用於主動天線陣的接收機操作、所關聯的電路以及在有些實施例中節點B的接收機操作的本發明的實施例。然而，可以設想，在這裡所說明的本發明的實施例同樣可適用於主動天線陣的發射機操作。現在參見圖3，圖中概括地示出了作為本發明的一個實施例的基於蜂窩的通信系統300。在這個實施例中，基於蜂窩的通信系統300遵從和含有一些能通過通用移動通信系統(UMTS )的空中接口運行的網絡單元。特別是，這個實施例涉及與UTRAN無線電接口 (見3GPP TS 25. XXX規範系列)有關的寬帶碼分多址(WCDMA)標準的第三代合作夥伴計劃(3GPP )規範。多個無線用戶通信單元/終端(或者在UMTS 術語中為用戶設備(UE) )305通過無線電鏈路與多個支持覆蓋一個特定通信小區310的通信的基站收發臺(UMTS術語中為節點B) 315通信。系統300包括許多其他UE和節點B，為了清見這些沒有示出。無線通信系統，有時稱為網絡運行方網域，與外部網絡340例如網際網路連接。網絡運行方的網域包括(i) 一個核心網絡，即至少一個網關通用分組無線電系統(GPRS)支持節點 (GGSN) 325和至少一個服務GPRS支持節點(SGSN) 330 ；以及(ii) 一個接入網絡，包括UMTS無線電網絡控制器(RNC) 320和至少一個UMTS節點 B 315，每個RNC 320可以控制一個或多個節點B 315。GGSN 325或SGSN 330負責UMTS與公用網(例如，公用數據交換網(PSDN)(諸如網際網路)340或公用電話交換網(PSTN))接口。SGSN 330執行對話務的路由選擇和隧穿封裝功能，而GGSN325與外部分組網連結。每個SGSN 330為外部網絡340提供一個網關。運行和管理中心(OMC)與RNC 320和節點B 315連接。OMC包括為了控制和管理蜂窩通信系統300各部的處理功能和邏輯功能，如該領域內的技術人員所理解的。節點B 315通過一些包括RNC 320的無線電網絡控制(RNC)站和諸如SGSN 330的移動交換中心(MSC)與外部網絡連接。蜂窩通信系統通常將具有許多這樣的基礎設施元， 為了清晰起見，圖3中只示出了不多的一些元。每個節點B 315含有一個或多個收發單元，並且通過Iub接口與基於小區的系統基礎設施中的其餘部分通信，如在UMTS 規範中所規定的那樣。每個節點B 315與向遠程 UE發送信號和從遠程UE接收信號的天線塔317耦合，其中每個天線塔317包括一個按照本發明的實施例適配的天線陣319。按照本發明的實施例，在蜂窩通信系統300中採用了主動陣列技術。特別是，將多個接收方向圖形成成如圖4的例子所示，並加以處理，以利用波束成形過程的空間濾波效應，如圖5和圖6的示範性方案中所示。具體地說，本發明的實施例提出了能大大改善鏈路性能的(W) CDMA接收機體系結構，而不需要始終增加UE上行鏈路功率控制。此外，在一個典型實施例中，在節點B的Rx中將這些單獨接收信號的一些拷貝用不同的波束成形加權合併在一起，從而形成多個上行鏈路波束方向圖。在上面所說明的 CDMA通信系統中，對這些子扇區波束成形進行處理，以便改善鏈路性能。現在參見圖4，圖中例示了按照本發明的有些實施例使用一個扇區波束和一些扇區波束的波束成形400的一系列水平方向圖。天線的方位曲線繪出了常見的從天線發送時電磁(EM)場強對角位置的等值線410、415。相反，對於處在接收工作模式的天線，方位曲線為相等的衰減程度的等值線，如按從離天線固定距離的全向電磁(EM)源的輸出的波束成形對電磁(EM)場源的角位置所測量的。對於一個頻率範圍，提供了發送和接收方位曲線。波束成形400的這些方位方向圖例示了不同的覆蓋區410、415，因此例示了接收信號可以檢測和恢復的接收功率電平。波束成形400的這些方位方向圖包括一個以基本上是傳統的方式形成的+/-65度扇區波束 405。然而，按照本發明的有些實施例，還形成一個或多個基本上在+/-65度扇區波束405內的附加子扇區波束，諸如子扇區波束1420、子扇區波束M25、子扇區波束N 430。在一個實施例中，子扇區波束420、425、430各以與扇區波束405幾乎相同的方式處理。例如，在圖 5中詳細示出了處理子扇區波束420、425、430的一種配置，用於一個具有極化分集的WCDMA 的例子。實現本發明的這個實施例的代價是要求使用比傳統上在節點B內所使用的多的 RAKE接收機。然而，由於RAKE接收機通常是以軟體、固件或諸如現場可編程門陣列(FPGA) 器件之類的可重新配置硬體實現，因此增加RAKE接收機可以很容易用提高最近的數位訊號處理器(DSP)的信號處理強度來適應。典型的節點B設備可以處理96個UE呼叫。因此， 典型的以傳統的現有技術方式工作的節點B將需要386個RAKE接收機。為了實現本發明的實施例，例如使用4個在一個扇區波束內的子扇區(窄波束天線方向圖)以及這個扇區波束天線方向圖本身的實施例，所需RAKE接收機的總數為96個UE χ 5個波束(例如4個子扇區+1個扇區波束)χ 2 (極化分集信號)χ 2 (每個用戶2個DPCCH和DPDCH信道的極化分集信號)+2個用於RACH接收的附加RAKE接收機 =1922個RAKE接收機。在節點B內的發送信號處理包括對與DPCCH和DPDCH有關的信息進行信道處理。 DPDCH數據用根據每個用戶所施加的Pn碼和正交擴頻因子碼擴頻。發送信號還受到信道濾波、經波束成形後變換成模擬信號、模擬濾波、上變頻到RF頻率和放大。在這方面，用專用物理控制信道(DPCCH)來發送用於相干接收的領示符號、功率信令比特和用於速率檢測的速率信息。這是與在專用物理數據信道(DPDCH)上發送的用戶數據同時發送的，如許多控制信息那樣。採用本發明的實施例具有對處在該小區扇區的子扇區波束內的發送UE進行空間濾波的作用。使用扇區波束和一個或多個子扇區波束因此是對蜂窩通信系統內迅速改變的多徑耐擾的。在有些示範性實施例中，還設想了，主扇區波束和一些處在主扇區波束的一部分內的子扇區波束可以有益地被配置成供同一個正在進行的呼叫使用，從而以合併形式有助於呼叫處理鏈路的改善。因此，在有些示範性實施例中，可以為同一個呼叫同時執行對來自一個子扇區波束和來自一個扇區波束的信號的處理。因此，在有些示範性實施例中，使用同樣的空中接口標準可以為來自從UE到節點B的若干多徑傳播狀況的信號得到最佳的結果。 無散射傳播上行鏈路可以被認為是最適合子扇區波束處理，而廣泛散射的多徑傳播狀況可以被認為最適合扇區波束處理。上行鏈路傳播狀況可以在由單個節點B處理的呼叫的持續時間內改變。因此，即使在通過子扇區波束處理獲得最佳性能的情況下，也同時處理這兩個通路，以考慮會出現傳播狀況改變，包括迅速的多徑改變或在散射分布中的任何改變。在本發明的一個實施例中，所有的UE都被配置成能在扇區波束內處理。然而，按照本發明的一些實施例，可以有選擇地將一些選擇UE設置在這些子扇區波束成形通路內。 圖8詳細示出了選擇一些UE在子扇區波束成形通路上處理的算法途徑。可以處理所有的 UE，直至已達到RAKE資源限制。此時，將為上行鏈路擴頻因子(SF)最小的用戶分配額外的處理資源，因為它們將需要最高的CINR。如果此時有些資源仍是可用的，那麼在本發明的有些實施例中就提出根據離小區邊界的遠近例如如上行鏈路功率控制參數所指示的來分配這些資源。在本發明的一些實施例中，可以將這些子扇區通路根據數據吞吐率要求或位於小區邊界處的用戶按優先次序分配。WCDMA網絡應用對上行鏈路的閉環功率控制。因而，功率控制參數由節點B控制。 為此，將發送功率控制(TPC)比特發送給UE設備。因此，本發明的實施例提出使用這些比特的累積狀態提供對趨近小區覆蓋距離極限的上行鏈路信道的估計。因此，以此為基礎，可以調節對子扇區波束處理的上行鏈路優先權。在本發明的一個實施例中，所提出的是，至少一個子扇區波束的處在扇區波束內的主要部分包括這至少一個子扇區波束的至少80%地理覆蓋範圍，其中扇區和子扇區的波束是指上行鏈路上的同樣衰減程度，而在下行鏈路的情況下是指同樣場強。這樣，這至少一個子扇區波束的一小部分可以被安排成超出扇區波束，以便支持與基本上處在扇區波束邊緣的UE通信。可以設想，在其他實施例中，至少一個子扇區波束的較大或較小部分可以被設置在扇區波束內。對於本說明書的其餘部分，所設想的是，所謂"主要部分"對於至少一個子扇區波束的處在扇區波束內的波束寬度可以包括任何地方都在扇區波束的51 99% 之間。在本發明的一個實施例中，提出這些輻射天線元包括一個並置的波束形成支點。這樣，在形成扇區波束和子扇區波束中基本上使用相同的輻射元。在本發明的一個實施例中，提出可以將至少一個子扇區波束成形成使得它比所形成的扇區波束具有更窄的水平或垂直方位角輻射方向圖。在本發明的一個實施例中，提出了扇區波束成形過程和/或子扇區波束成形過程可以採用虛擬天線生成。虛擬天線生成使用來自兩個或更多個天線元的信息來產生另一個 (虛擬)天線元信號。然後可以採用外推邏輯來使用差值功能和相位轉動功能，以便產生這樣的虛擬天線元的效果。因此，有益地增加了波束成形器內的自由度。這樣，就可以獲得對幹擾信號的較大衰減。或者或此外，不需用實際信號處理通路和所關聯的實際天線元產生一些窄得多的波束。現在參見圖5，圖中例示了如按照本發明的有些實施例所修改的基於多用戶檢測器(MUD)的CDMA接收機體系結構。在WCDMA網絡中，本發明的實施例採用可以經處理後予以合併這樣的多個子扇區波束成形，以改善鏈路性能。在本發明的一個實施例中，應用了一些極化分集接收通路。然而，可以設想，這種創造性的構思可以適用於極化分集通路不可得到的情況。首先說明基於多元合併的WCDMA接收機體系結構500在接收工作模式的情況。基於多徑合併的WCDMA接收機體系結構500可以包括一個諸如節點B或其他無線基站之類的服務無線通信單元的接收機。或者，基於多徑合併的WCDMA接收機體系結構500可以包括一個可以使服務無線通信單元與天線陣耦合的網絡元的接收機。在這裡之後，所謂網絡單元可以包括服務無線通信單元和處在服務無線通信單元與天線陣之間的結構元兩者。基於多徑合併的WCDMA接收機體系結構500可以包括一個接收機，這個接收機包括多個與一個主動天線陣耦合的並行收發電路，它的一些接收機元被安排成各自提供與接收信號的所關注接收信道相應的經下變頻的數位化樣本。如技術人員所理解的，發送部分也連接到天線陣上，為了簡明起見，在500中沒有示出它的波束成形部分的逆(發送)操作。在發送操作中，不能將這些經波束成形的通路隔開，因為通過的空間媒體是相同的媒體；然而，對於接收操作來說，可以產生接收信號的接收拷貝，而不用改變受處理的其他通路。多個並行收發機電路包括在接收模式將接收信號提供給低噪聲放大器(LNA) 594 的天線收發開關592。LNA 594將經放大的接收信號提供給被安排成根據下變頻信號將相應經放大的接收信號下變頻的相應正交(「I"和"Q")下變頻級。下變頻信號從本機振蕩產生子系統598以正交形式饋入。各個經放大、正交下變頻的接收信號經各個低通濾波器596輸入相應模數變換器597，以將經正交下變頻的接收信號變換成數字形式。按照本發明的一些實施例，各個接收信號的數字形式被輸入多個並行波束成形處理邏輯模塊M0、M5、550。波束成形處理涉及對各個接收信號進行與波束方向圖係數相應的相位和振幅定標。每個波束成形通路會由一個耙集接收機組分別處理。這些並行波束成形處理邏輯模塊各包括被安排成處理扇區波束的波束成形和信道濾波Mo、第一子扇區的波束成形和信道濾波直至第N子扇區的波束成形和信道濾波545的相應邏輯。在發明的一個與DPDCH耙集接收機處理配合的實施例中，所設想的是，可以將一些分立的專用RAKE接收機配置在波束成形功能後，以便處理DPCCH和處理隨機接入信道 (RACH)。並行波束成形處理邏輯模塊540、545、550用各自的信道濾波器處理所接收的數字形式的信號，將輸出信號提供給多個並行的被安排成對所接收的每個波束的數位訊號解擴頻的相應解擴頻邏輯模塊，例如扇區波束解擴頻邏輯535、子扇區1解擴頻邏輯536直至子扇區N解擴頻邏輯537。波束解擴頻邏輯535、536、537將輸出提供給相應多用戶檢測 (MUD)邏輯模塊530、531、532。MUD邏輯模塊530、531、532的功能是減少來自共享同一頻率的其他用戶的幹擾。MUD處理在WCDMA內是任選的，取決於所考慮的標準的版本。在這個實施例中，MUD檢測邏輯模塊530、531、532的輸出被輸入多徑合併邏輯515。在本發明的一個實施例中，還分配一些分立的專用接收通路，用來處理專用物理控制信道(DPCCH)和處理隨機接入信道(RACH)。因此，MRC邏輯可以用DPCCH來得出一些以最佳信號與幹擾加噪聲之比合併的信號通路。在本發明的一個實施例中，需要隨機接入信道(RACH)解碼來登記處在上網預佔模式的UE或者為了位置更新或作為啟動呼叫調度的一部分的接入需求。在本發明的一個實施例中，RACH資源專用於只是扇區波束。此外，在本發明的一個實施例中，在所有的RAKE 接收機通路內執行DPDCH和DPCCH處理。因此，在多徑合併邏輯515內產生一個複合信號，這個複合信號提供給被安排成對交織的接收信號去交織的去交織邏輯510，而經去交織的複合信號被輸入前向糾錯 (FEC)維特比解碼器邏輯電路505，以對經去交織的複合信號解碼。在本發明的一個實施例中，用每個通路的DPCCH信道領示信息來確定最大比例合併(MRC)邏輯在每個被合併通路上所用的加權。MRC是合併的方法，其中(a)將來自每個信道的信號相加在一起；(b)使每個信道的增益與均方根(rms)信號電平成正比而與本信道內的均方噪聲電平成反比；以及(c)對於每個信道使用不同的比例常數。
在一個示範性實施例中，現代的空中接口協議，諸如WCDMA，允許多個UE同時用單個載頻在上行鏈路上向基站發送。在上行鏈路信道上要求每比特信噪(Eb/No)大於最小極限，以保證適當的誤碼率(BER)。這意味著，對於特定的UE，數據率越高，要求至少按比例提高載波與幹擾加噪聲之比(CINR)，以保持mVNo。現在參見圖6，圖中所示的本發明的示範性實施例例示了按照本發明的另一個實施例適配的基於多徑合併的CDMA接收體系結構600。首先說明基於多徑合併的收發機體系結構600處於接收工作模式的情況。基於多徑合併的CDMA收發機體系結構600包括多個與主動天線陣耦合的並行收發機電路。在接收工作模式，並行接收機陣列提供接收信號的與所關注的接收信道相應的經下變頻的數位化樣本。多個並行收發機電路包括在接收模式將接收信號提供給低噪聲放大器(LNA)694 的天線收發開關692。LNA 694將經放大的接收信號提供給各個被安排成根據下變頻信號將相應經放大的接收信號下變頻的正交(「I"和"Q")下變頻級。下變頻信號從本機振蕩產生子系統698以正交形式饋入。各個經放大、正交下變頻的接收信號經相應低通濾波器696輸入相應模數變換器697，以將經正交下變頻的接收信號變換成數字形式。按照本發明的實施例，數字形式的各個接收信號被輸入多個並行波束成形處理邏輯模塊640、645、650。波束成形處理涉及對各個接收信號進行與波束方向圖係數相應的相位和振幅定標。每個波束成形通路由一個耙集接收機組分別處理。這些並行波束成形處理邏輯模塊各包括各自的被安排成處理扇區波束的波束成形和信道濾波邏輯640、處理第一子扇區的波束成形和信道濾波邏輯645直至處理第η子扇區的波束成形和信道濾波邏輯650。並行波束成形處理邏輯模塊640、645、650用各自的信道濾波器處理所接收的數字形式的信號，將輸出信號提供給多個並行的被安排成對所接收的每個波束的數位訊號解擴頻的相應解擴頻邏輯模塊，例如扇區波束解擴頻邏輯635、子扇區1解擴頻邏輯636直至子扇區N解擴頻邏輯637。波束解擴頻邏輯635、636、637將輸出提供給相應多徑合併邏輯模塊615、 616、617。在這種情況下，可以為每個分立通路執行多徑合併。多徑合併邏輯模塊615、616、 617各將與每個UE上行鏈路相應的多個數據流輸入最大比例合併(MRC)邏輯612，邏輯612 在一個實施例中被安排成用信道估計器來得到每個天線陣元的MRC加權。最大比例合併 (MRC)是一種分集合併方法，其中(a)將來自每個信道的信號相加在一起；(b)使每個信道的增益與均方根(rms)信號電平成正比而與本信道內的均方噪聲電平成反比；以及(c)對於每個信道使用不同的比例常數。在WCDMA實現中比例常數通常是相等的。 如果一個通路相對其他通路按比例放大或衰減後添加給複合信號，就使用這樣一些比例常數。因此，在MRC合併邏輯電路612內產生一個複合信號，這個複合信號提供給被安排成對經交織的接收信號去交織的去交織邏輯610，此後經去交織的複合信號被輸入前向糾錯(FEC)維特比解碼邏輯電路605，以對經去交織的複合信號解碼。在本發明的一個實施例中，用每個通路的DPCCH信道領示信息來確定MRC用於每個被合併通路的加權。
在本發明的一個可適用於圖5或圖6的體系結構的實施例中，兩個極化通路上的所有接收機都被安排成處理通常會是+/-65度的波束方向圖的小區扇區波束成形。在這個扇區內的所有UE因此都能被這個波束方向圖接收。這是在小區規劃蜂窩網絡時扇區所用的傳統方向圖。按照本發明的實施例，使用同樣的來自多個ADC的不同波束方向圖的數位訊號。這些波束方向圖包括扇區波束成形和至少一個較窄的波束方向圖。如果一個子扇區波束方向圖是+/-17度的方向圖，那就意味著大約扇區的25%可以用這個子扇區波束覆
蓋如果每個UE的到達角在扇區內是空間均勻分布的，那麼就有75%的UE會受到顯著衰減。例如，如果波束是以方位-48度為中心+/-17度，那麼到達角為+20度的入射信號就會受到顯著衰減。這兩個信號同時在扇區波束內處理。然而，空間選擇將保證其中一些信號受到衰減。與傳統的接收機相比，這可以相當於對於在這個扇區內的UE來說mVNo有高達6dB的改善。圖7例示了各按照本發明的一些實施例適配的示範性解擴頻耙集接收機700和示範性多徑合併器750的原理框圖。示範性解擴頻耙集接收機700包括接收如參照圖5和圖6所說明的波束成形和信道濾波器信號702的參數估計邏輯705和RAKE指組710。參數估計邏輯705檢測和提供一些參數，特別是對接收信號內的缺陷的校正因子，這樣的缺陷可以包括由於都卜勒或UE 設備內的頻率誤差而引起的頻率偏移。RAKE指組710包括多個並行RAKE指720、722、724。 RAKE指組710內的多個RAKE指被安排成跟蹤單個代碼，以形成這個代碼的耙集接收機。因此，一個代碼的峰值相關根據這些RAKE指標識。隨後，對這些經延遲的指通路上的相關峰值執行MRC相加。將共同接收的信號乘以加擾碼和經延遲的加擾碼。延遲由代碼跟蹤器邏輯電路730確定後再解擾。每個延遲各與一個獨立的最終將被合併的多徑信號相應。在合併操作前執行解擾和解擴頻，以便將碼片層次的信號變換成符號層次的信號。解擴頻邏輯模塊736接收來自偽序列產生器738的Pn碼序列，將它乘以經解擾的數據。解擴頻邏輯模塊736的輸出施加到累積和轉儲邏輯模塊740上。於是，將經解擴頻的數據在一個符號周期上累積，從而提供每個符號一個的複數樣本輸出。這個過程對所有的需合併的通路執行。這個過程的輸出742將一個輸入信號提供給MRC。圖8例示了在本發明的實施例中分配可以用來實現信號處理功能的耙集接收機資源的流程圖800。流程圖800示出了 WCDMA系統的機制，利用這個機制，扇區波束成形的耙集接收機可以處理所有的UE,而子扇區波束成形的通路可以被安排成具有比扇區波束成形通路少的耙集接收機。流程圖800例示了高效地將一些特定的UE分配給子扇區波束通路的方法。隨著UE接收呼叫UE被加載到節點B上(步驟805)，節點B能分配所有的波束成形通路上的RAKE接收機資源(步驟810)，直至在波束成形的通路上沒有資源剩下，如在步驟815所確定的。當在步驟815確定UE的數量超過波束成形通路的耙集接收機預算時，根據正被使用的擴頻因子選擇一些UE，如步驟820中所示。例如，在步驟825，首先將優先權分配給最小的擴頻因子，因為這些擴頻因子需要最好的信噪比。然後，在步驟830，算法確定採用一個公共擴頻因子的UE的數目是否大於或等於剩下備用的耙集接收機的數目。如果在步驟830確定採用一個公共擴頻因子的UE的數目大於或等於剩下備用的耙集接收機的數目，就在步驟835將這個公共擴頻因子分配給UE子扇區RAKE接收機。然後，在步驟840，選擇下一個最小的擴頻因子，再確定採用一個公共擴頻因子的UE的數目是否大於或等於剩下備用的耙集接收機的數目，如在步驟835所示。因此，這個過程一直繼續到分配算法確定根據一個公共SF分配了多個UE,而UE的數目小於可用的RAKE接收機的數目。此後，分配算法轉至優先化級，確定應該具有最高優先權的那些UE,如在步驟845所示。那些具有最高的累積TPC的UE是所需的，因為這指示這些UE很可能處於下線呼叫情況。在這方面，分配算法選擇從具有最高的累積TPC的用戶接收的信號，如在步驟850 所示。然後，確定採用一個公共的累積TPC的UE的數目是否大於或等於剩下備用的耙集接收機的數目。如果在步驟855確定採用一個公共的累積TPC的UE的數目大於或等於剩下備用的耙集接收機的數目，就在步驟860將這個公共的累積TPC分配給一個UE子扇區RAKE 接收機。然後，在步驟865，選擇下一個最高的累積TPC，算法環回，再確定採用一個公共的累積TPC的UE的數目是否大於或等於剩下備用的耙集接收機的數目，如在步驟855所示。 因此，這個過程一直繼續到分配算法確定根據一個公共TPC分配了多個UE,而UE的數目小於或等於可用的RAKE接收機的數目。在所有的耙集接收機資源都被利用時，就在步驟870， 算法等待接收機通路成為可用的，在此點截斷算法啟動。在本發明的一個實施例中，按照上面的說明，本發明的組件可以用於分為宏、微、 皮和飛基站的不同類別的無線服務設備。呼叫處理能力和輻射功率按照分類類別改變。在本發明的一個實施例中，按照上面的說明，可以將本發明的組件與天線輻射元設置在同處，例如位於在同一個物理支承結構上，例如相互在5米以內。在本發明的一個實施例中，按照上面的說明，本發明的組件和並置天線輻射元可以處在同一個物理結構例如平板天線陣裝置上。現在參見圖9，圖中例示了在本發明的實施例中可以用來實現信號處理功能的典型計算系統900。這種計算系統可以用於接入點和無線通信單元。相應領域內的技術人員也會認識到，可以用其他計算機系統或體系結構來實現本發明。計算系統900可以表示例如臺式、膝上型或筆記本計算機、手持式計算設備(PDA、蜂窩電話機、掌上計算機等)、主機、伺服器、客戶機或任何其他類型的所希望的或適合給定應用或環境的專用或通用計算設備。計算系統900可以包括一個或多個處理器，諸如處理器904。處理器904可以用通用或專用的處理引擎諸如微處理器、微控制器或其他控制邏輯之類來實現。在這個例子中，處理器904與總線902或其他通信媒體連接。計算系統900還可以包括主存儲器908，諸如隨機存取存儲器(RAM)或其他動態存儲器，用來存儲信息和需由處理器904執行的指令。主存儲器908也可以用來存儲在需由處理器904執行的指令的執行期間的臨時變量或其他中間信息。計算系統900同樣可以包括與總線902耦合的只讀存儲器(ROM)或其他靜態存儲裝置，用來存儲靜態信息和給處理器904的指令。計算系統900可以還包括信息存儲系統910，信息存儲系統910可以包括例如媒體驅動器912和可移動存儲接口 920。媒體驅動器912可以包括支持固定或可移動存儲媒體的驅動器或其他機構，諸如硬碟驅動器、軟盤驅動器、磁帶驅動器、光碟驅動器、光碟(⑶) 或數字視盤(DVD)讀寫驅動器(R或RW)或其他可移動或固定媒體驅動器。存儲媒體918可以包括例如硬碟、軟盤、磁帶、光碟、⑶或DVD，或者其他由媒體驅動器912讀寫的固定或可移動媒體。作為這些例子的例示，存儲媒體918可以包括其中存有特定的計算機軟體或數據的計算機可讀存儲媒體。在另一些實施例中，信息存儲系統910可以包括其他使電腦程式或其他指令或數據可以裝入計算系統900的類似組件。這樣的組件可以包括例如諸如程序盒式磁碟和盒式磁碟接口、可移動存儲器(例如，閃速存儲器或其他可移動存儲模塊)和存儲器槽口之類的可移動存儲單元922和接口 920，以及允許軟體和數據從可移動存儲單元918傳送給計算系統900的其他可移動存儲單元922和接口 920。計算系統900還可以包括通信接口 924。通信接口擬4可以用來使軟體和數據可以在計算系統900與外部設備之間傳送。通信接口擬4的例子可以包括數據機、網絡接口(諸如乙太網或其他NIC卡)、通信埠(例如，通用串行總線(USB)埠)、PCMCIA槽口和卡等。通過通信接口擬4傳送的軟體和數據呈現為可以是電子、電磁和光信號，或者其他能由通信接口擬4接收的信號。這些信號通過信道擬8提供給通信接口 924。這個信道 9 可以承載信號，並且可以用無線媒體、金屬線或電纜、光纖或者其他通信媒體實現。信道的一些例子包括電話線、蜂窩電話鏈路、RF鏈路、網絡接口、局域或廣域網和其他通信信道。在這個文件中，所謂"電腦程式產品"、「計算機可讀媒體"之類通常可以指諸如存儲器908、存儲設備918或存儲單元922之類的媒體。這些及其他一些形式的計算機可讀媒體可以存儲供處理器904使用的一個或多個指令，以使處理器執行所規定的操作。 這樣的指令，通常稱"電腦程式碼"(可以以電腦程式或其他分組的形式分組)，在執行時，能使計算系統900執行本發明的實施例的功能。注意，這碼可以直接、經編譯和/或與其他軟體、硬體和/或固件(例如，執行標準功能的程序庫)配合使處理器執行所規定的操作。在這些組成部分用軟體實現的一個實施例中，軟體可以存儲在計算機可讀媒體內，用例如可移動存儲媒體驅動器922、驅動器912或通信接口擬4裝入計算系統900。控制邏輯(在這個例子中為軟體指令或電腦程式碼)在由處理器904執行時使處理器904 執行如在這裡所說明的本發明的功能。可以理解，為了清晰起見，以上說明是參照不同的功能單元和處理器對本發明的實施例進行說明的。然而，可以看到，可以使用將這些功能例如對于波束成形邏輯或多徑耙集接收機合併邏輯方面的功能適當地分配給不同的功能單元或處理器，這並不有損於本發明。例如，例示為由一些獨立的處理器或控制器執行的功能可以由同一個處理器或控制器執行。於是，對具體功能單元的引用僅需看作對提供所說明的功能的適當手段的引用，而不是表示嚴格的邏輯或物理結構或組織。本發明的一些方面可以以任何適當形式包括硬體、軟體、固件或它們的任何組合的形式實現。任選的是，本發明可以至少部分作為在一個或多個數據處理器和/或數位訊號處理器或諸如FPGA器件之類的可配置邏輯組件上運行的計算機軟體來實現。因此，本發明的實施例的元件和組件可以以任何適當方式在物理上、功能上和邏輯上實現。確實，可以用單個單元、多個單元或其他功能單元的一部分來實現。所設想的是，本發明的實施例的目的是提供對上行鏈路信號的空間濾波，空間濾波可以顯著減少小區扇區內的幹擾而沒有迅速改變的多徑效應的缺點。特別是，揭示了一種不用承擔功能資源巨大增加的高效配置。雖然本發明是結合一些實施例進行說明的，但並不意味著本發明局限於在這裡所提出的具體形式。更確切些說，本發明的範圍僅由所附權利要求書限定。此外，雖然一個特徵可以看來是結合具體實施例予以說明的，但在該領域內的技術人員可以看到，可以按照本發明將所說明的這些實施例的不同特徵合併在一起。在權利要求書中，所謂"包括"並不排除存在其他元件或步驟。此外，雖然是逐個列出，但多個裝置、元件或方法步驟可以用例如單個單元或處理器實現。此外，雖然可以將各別的特徵包括在不同的權利要求內，但可以有益地將這些特徵合併在一起，而將一些特徵包括在不同權利要求內並不意味著合併這些特徵是不現實的和 /或無益的。在一起此外，將一個特徵包括在一個類別的權利要求內並不意味著對這個類別的限制，而是表示特徵在適當時同樣可適用於其他權利要求類別。此外，在權利要求書內特徵的次序並不意味著執行這些特徵必須遵循的任何特定次序，特別是在方法權利要求中的各個步驟的次序並不意味著這些步驟必須按這個次序執行。更確切些說，這些步驟可以按任何適當的次序執行。此外，單數所指的並不排除有多個。 因此，「一個〃、「第一〃、「第二〃等並不排除有多個。
權利要求
1.一種無線通信系統，包括可與天線陣耦合以便與至少一個遠程無線通信單元通信的網絡單元，其中，所述天線陣包括多個輻射元，所述多個輻射元中的至少一個第一輻射元被安排成形成包括扇區波束的輻射方向圖，其中，所述無線通信系統的特徵在於所述多個輻射元包括至少一個第二輻射元，該至少一個第二輻射元被安排成形成在所述扇區波束內的至少一個子扇區波束的主要部分，使得所述至少一個子扇區波束和所述扇區波束使用相同的載頻。
2.根據權利要求1的無線通信系統，其中，所述扇區波束由第一波束成形器邏輯形成， 而所述至少一個子扇區波束由第二波束成形器邏輯形成，使得所述扇區波束和所述至少一個子扇區波束具有共同的極化。
3.根據權利要求1或2的無線通信系統，其中，所述多個輻射天線元包括一個並置的波束形成支點。
4.根據以上任一權利要求的無線通信系統，其中，所述至少一個子扇區波束被形成，使得它比所形成的扇區波束具有更窄的水平或垂直方位角輻射方向圖。
5.根據以上任一權利要求的無線通信系統，其中，所述天線陣包括支持每個天線陣元專用的信號處理的主動天線陣。
6.根據以上任一權利要求的無線通信系統，其中，所述無線通信系統是第三代合作夥伴計劃寬帶碼分多址WCDMA蜂窩通信系統。
7.根據以上任一權利要求的無線通信系統，其中，所述多個輻射元中的至少一個第一輻射元和所述多個輻射元中的至少一個第二輻射元包括同樣的輻射元。
8.根據以上任一權利要求的無線通信系統，其中，所述網絡單元包括耙集接收機邏輯或可與耙集接收機邏輯耦合，所述耙集接收機邏輯包括多個耙集接收機，所述多個耙集接收機可與包括至少第一波束成形器邏輯和第二波束成形器邏輯的波束成形器信號處理邏輯耦合，並被安排成分別接收與所述扇區波束和所述至少一個子扇區波束關聯的信號。
9.根據權利要求8的無線通信系統，其中，所述多個耙集接收機的與處理所述扇區波束關聯的第一數目大於所述多個耙集接收機的與處理所述至少一個子扇區波束關聯的第二數目。
10.根據以上權利要求7至9中任一項的無線通信系統，其中，處理所述扇區波束和所述至少一個子扇區波束的波束成形器信號處理邏輯包括分集邏輯，被安排成對所述扇區波束和所述至少一個子扇區波束中的一個或多個應用極化分集。
11.根據權利要求10的無線通信系統，其中，所述網絡單元包括分配邏輯，被安排成在使用極化分集的通信路徑中有選擇地分配至少一個遠程通信單元。
12.根據以上權利要求8至11中任一項的無線通信系統，其中，所述網絡單元包括多用戶檢測器邏輯或可與多用戶檢測器邏輯耦合，所述多用戶檢測器邏輯可與所述多個耙集接收機耦合，並被安排成根據來自所述耙集接收機邏輯的多個輸出使對多個遠程通信單元的信號幹擾達到最小。
13.根據以上權利要求7至12中任一項的無線通信系統，其中，所述網絡單元包括最大比例合併邏輯或可與最大比例合併邏輯耦合，所述最大比例合併邏輯被安排成對於每個上行鏈路信道分別合併在所述扇區波束上接收的信號和合併在所述至少一個子扇區波束上接收的信號。
14.根據權利要求13的無線通信系統，其中，所述最大比例合併邏輯將不同的比例常數應用於來自每個耙集接收機輸出通路的信號。
15.根據權利要求13或14的無線通信系統，其中，所述最大比例合併邏輯對在與由第一波束成形器邏輯形成的所述扇區波束和由第二波束成形器邏輯形成的所述至少一個子扇區波束關聯的每個接收機通路上的每個遠程無線通信單元信號應用加權。
16.根據以上權利要求6至15中任一項的無線通信系統，其中，所述網絡單元包括控制信道邏輯，被安排成處理每個通路上的專用物理控制信道DPCCH信息和每個通路上的專用物理數據信道DPDCH信息中至少一個，以確定要對每個接收機通路應用的加權。
17.根據以上權利要求8至16中任一項的無線通信系統，其中，所述網絡單元還包括分配邏輯，被安排成按照下列各項中至少一個將所述多個耙集接收機的耙集接收機指分配給接收信號接收信號的擴頻因子；接收信號的發送功率控制TPC。
18.根據權利要求17的無線通信系統，其中，所述分配邏輯被安排成首先按照下列各項中至少一個將所述多個耙集接收機的接收機指分配給接收信號接收信號的最小擴頻因子；接收信號的最高發送功率控制TPC。
19.根據以上任一權利要求的無線通信系統，其中，所述扇區波束和所述至少一個子扇區波束被同時利用。
20.根據以上任一權利要求的無線通信系統，其中，所述扇區波束和所述至少一個子扇區波束被安排成利用相同的載頻。
21.根據以上權利要求8至20中任一項的無線通信系統，其中，所述波束成形器信號處理邏輯包括外推邏輯，用來根據兩個或更多個天線信號形成一個虛擬天線信號並將該虛擬天線信號應用於形成扇區波束成形和/或子扇區波束成形中。
22.根據以上任一權利要求的無線通信系統，其中，所述在扇區波束內的至少一個子扇區波束的主要部分包括所述至少一個子扇區波束的至少80%。
23.根據以上權利要求1至5、7至14、19至22中任一項的無線通信系統，其中，所述無線通信系統包括在地球大氣層內的無線服務通信單元，而所述遠程無線通信單元包括地球同步或軌道衛星。
24.一種用於處理在無線通信系統的天線陣內的天線元的波束成形信號的網絡單元， 所述網絡單元包括被安排成接收來自多個天線元的信號的邏輯；被安排成接收所述信號的多個耙集接收機，其中，第一組接收信號是從與扇區波束關聯的第一波束成形邏輯接收的，而第二組接收信號是從與形成在該扇區波束內的至少一個子扇區波束的主要部分關聯的至少一個第二波束成形邏輯接收的，其中所述至少一個子扇區波束和所述扇區波束使用相同的載頻；以及用於分別處理從與所述扇區波束和所述至少一個子扇區波束關聯的所述多個耙集接收機輸出的信號的邏輯。
25.—種控制無線蜂窩通信系統的天線陣內的天線元的方法，所述無線蜂窩通信系統包括可與該天線陣耦合以便與遠程無線通信單元通信的網絡單元，所述方法包括 將該天線陣的第一輻射元配置成形成包括扇區波束的輻射方向圖；以及將該天線陣的至少一個第二輻射元配置成形成在所述扇區波束內的至少一個子扇區波束的主要部分，其中所述至少一個子扇區波束和所述扇區波束使用相同的載頻。
26.—種包括用於控制無線蜂窩通信系統的天線陣內的天線元的程序代碼的電腦程式產品，所述無線蜂窩通信系統包括可與該天線陣耦合以便與遠程無線通信單元通信的網絡單元，所述電腦程式產品包括可用於執行下列操作的程序代碼將該天線陣的第一輻射元配置成形成包括扇區波束的輻射方向圖；以及將該天線陣的至少一個第二輻射元配置成形成在所述扇區波束內的至少一個子扇區波束的主要部分，其中所述至少一個子扇區波束和所述扇區波束使用相同的載頻。
27.一種處理無線蜂窩通信系統的天線陣內的天線元的波束成形信號的方法，所述無線蜂窩通信系統包括可與該天線陣耦合以便與遠程無線通信單元通信的網絡單元，所述方法包括在該天線陣的多個輻射元中的至少一個第一輻射元接收第一信號，該至少一個第一輻射元被安排成形成包括扇區波束的輻射方向圖；在所述多個輻射元中的至少一個第二輻射元接收第二信號，該至少一個第二輻射元被安排成形成包括處在所述扇區波束內的至少一個子扇區波束的主要部分的輻射方向圖，其中所述至少一個子扇區波束和所述扇區波束使用相同的載頻； 將在所述多個天線元接收的信號加到多個耙集接收機上；以及分別處理從與所述扇區波束和所述至少一個子扇區波束關聯的所述多個耙集接收機輸出的信號。
28.—種包括用於處理無線蜂窩通信系統的天線陣內的天線元的波束成形信號的程序代碼的電腦程式產品，所述無線蜂窩通信系統包括可與該天線陣耦合以便與遠程無線通信單元通信的網絡單元，所述電腦程式產品包括可用於執行下列操作的程序代碼在該天線陣的多個輻射元中的至少一個第一輻射元接收第一信號，該至少一個第一輻射元被安排成形成包括扇區波束的輻射方向圖；在所述多個輻射元中的至少一個第二輻射元接收第二信號，該至少一個第二輻射元被安排成形成包括處在所述扇區波束內的至少一個子扇區波束的主要部分的輻射方向圖，其中所述至少一個子扇區波束和所述扇區波束使用相同的載頻； 將在所述多個天線元接收的信號加到多個耙集接收機上；以及分別處理從與所述扇區波束和所述至少一個子扇區波束關聯的所述多個耙集接收機輸出的信號。
全文摘要
一種無線通信系統包括可與該天線陣耦合以便與遠程無線通信單元(305)通信的網絡單元(315)。該天線陣包括多個輻射元，該多個輻射元中的至少一個第一輻射元被安排成形成包括扇區波束(405)的輻射方向圖。該多個輻射元包括至少一個第二輻射元，被安排成形成在扇區波束(405)內的至少一個子扇區波束(420，425，430)的主要部分。
文檔編號H04B7/04GK102396163SQ201080016606
公開日2012年3月28日 申請日期2010年2月10日 優先權日2009年2月13日
發明者C·奧克菲 申請人:索科波技術有限公司