自適應陣列無線通信設備及其方法

2023-07-25 11:43:31

專利名稱：自適應陣列無線通信設備及其方法
技術領域：
本發明涉及具有由多個天線元件配置的陣列天線的自適應陣列 無線通信設備及其方法。
背景技術：
作為具有由多個天線元件配置的陣列天線的自適應陣列無線通
信設備，提出了多個設備(例如，見專利文獻1至3)。
例如，專利文獻l的通信設備在應用自適應陣列時，通過使用配 置陣列的所有陣列元件來計算陣列權重，並將陣列權重應用於所有元 件。
此外，專利文獻2和3的通信設備根據每個陣列元件的接收功率 的順序(order)和/或陣列元件的相關值的順序來選擇所有陣列元件的 一部分，並在此之後通過所選陣列元件發送和接收信號。
專利文獻1:日本專利公開(A) No. 11-504159
專利文獻2:日本專利公開(A) No. 10-154952
專利文獻3:日本專利公開(A) No. 2004-28940
發明內容
本發明要解決的問題
然而，專利文獻1至3中所公開的通信設備具有以下缺點。 在專利文獻l中公開的通信設備中，由於實際環境中的衰落和陣列 元件的設置位置，不同陣列元件的接收電平對於特定用戶來說是不同 的。因此，在使用具有低接收電平的陣列元件時，這些天線元件甚至 僅對於信號質量有微小的改進。隨著處理量增加，收斂速度變慢。
此外，對於處理量，儘管取決於自適應算法，但是通常，當元件個數為N時，處理量與N"2("指示冪)成正比。例如，當N-8時，處理 量與8**2=64成正比。此外，對於收斂速度，儘管取決於自適應算法， 但是通常，收斂速度與N的倍數成正比。例如，當N-8時，必須執行至 少16次(2乘以8)的重複運算。此外，同樣地，有時16或更多的接收 採樣非常必要。
如在該專利文獻l中所示，當通過使用配置了陣列的所有陣列元件 計算陣列權重、並向所有元件應用陣列權重時，當元件個數很大時， 處理量也很大，並且收斂變慢。此外，為了實際完成該處理量，需要 大量DSP。功耗也變大。
此外，由於利用了所有陣列元件，所以需要無方向性陣列元件， 從而所有陣列元件可以接收隨機出現在所有方向上的用戶信號，因而 不再能顯示出方向性陣列元件的優點。因此，傳送/接收所覆蓋的距離 變小。
此外，在專利文獻2和3中公開的通信設備根據接收功率的順序和/ 或相關值的順序(從最小一個開始)來選擇天線，但是該天線選擇方 法存在不能完全應對複雜環境的問題。
例如，在僅有期望信號的環境中，可以根據接收功率的順序和/ 或相關值的順序(從最小一個開始)來正確地選擇陣列元件。然而， 在還存在幹擾信號的環境中，接收功率還包括幹擾信號的分量。因此， 即使在接收功率最大時，也不知道該功率是期望信號的功率還是幹擾 信號的功率，所以存在將會失去接收功率的順序的意義、並且不能夠 正確地選擇天線陣列的可能性。
此外，對於相關值的順序(從最小一個開始)，由於存在幹擾分量， 所以幹擾信號影響了相關值，並且不能正確地選擇陣列元件。此外， 即使在通過同時使用接收功率的順序和相關值的順序來選擇陣列元件 時，幹擾分量也會影響功率值和相關值自身，因而失去了清楚的含義， 不能正確地選擇陣列元件。
此外，在信號傳送環境中出現了大量用戶信號、大量多路徑信號 和大量幹擾信號、特別是未知幹擾信號的複雜情況下，即使假設可以 測量和計算期望信號的功率和清楚定義的相關值，通過功率值和相關
值來確定適合的選擇標準自身也會變得非常困難。
例如，如果通過使用消除幹擾信號的標準來選擇陣列元件，則存 在將會選擇具有期望信號的低接收電平的陣列元件的可能性。
相反，當通過使用能夠最大限度地接收期望信號的標準來選擇陣 列元件時，存在幹擾消除效果變差的可能性。
接下來，在選擇了天線之後，所選天線元件固定。因此，當信號 條件隨傳送/接收的另一方而改變時(例如，當移動站的用戶高速移動 時)，不能夠再跟蹤另一方，不能很好地執行傳送/接收，有時不可能 進行傳送/接收本身。
此外，在專利文獻2和3中公開的通信設備中，需要處理每個天線 的功率和天線自身之間的相關值的計算。
具體地，當計算天線之間的相關值時，例如當存在八根天線時，
必須進行相關性的(8*7) /2=28次計算。假設對於單個相關性運算必 須進行16次複數乘法運算，則必須進行28*16=448次複數乘法運算。當 利用所有元件時，這已經超出了處理量。
此外，在計算功率時，處理量小於計算相關值時的處理量，但是 如果假設對於單個功率計算必須進行10次複數乘法操作，則對於八根 天線的接收功率的計算，必須進行10*8=80次複數乘法運算。
因此，即使降低相關性和功率的處理精度並降低複數乘法運算的 所需次數，也明確地需要特定的處理程度。此外，即使不計算接收功 率，而僅計算特定接收信號、例如期望信號的功率，也需要能夠將特 定信號與接收信號分離的處理。對於該分離，也需要大量的處理。
如上所述，專利文獻l中公開的設備通過使用所有天線元件來計算 陣列權重，並向所有陣列元件應用陣列權重。然而，在這種方法中， 即使對於具有低接收電平的陣列元件(幾乎對於自適應陣列不起作用 的陣列元件)來說也需要計算陣列權重，因而處理量增加，收斂速度 變慢。
此外，在專利文獻2和3中公開的設備中，基於在所有陣列元件處 接收的信號功率的順序和相關值的順序，來選擇用於傳送/接收的陣列 元件。然而在這些選擇方法中，也引用了幹擾信號的功率，因而並沒
有適合地選擇適用於傳送/接收的陣列元件。
本發明的目的是提供自適應陣列無線通信設備及其方法，能夠適 當地使用處理量小、收斂速度快並適用於傳送/接收的天線元件。
解決問題的方案
本發明的第一方面是一種自適應陣列無線通信設備，具有由多個 天線元件配置的陣列天線，所述自適應陣列無線通信設備包括陣列 權重生成單元，用於生成在多個天線元件處接收的接收信號的權重系 數；天線元件確定單元，用於基於在陣列權重生成單元處生成的權重 係數來確定用於傳送/接收的天線元件；加權單元，用於對天線元件確 定單元所確定的天線元件的接收信號和/或傳送信號進行加權；以及方 向性控制單元，用於通過加權單元的加權來控制天線陣列的方向性。
本發明的第二方面是一種自適應陣列無線通信設備，具有由多個 天線元件配置的陣列天線，所述自適應陣列無線通信設備包括陣列 權重生成單元，用於生成在多個天線元件處接收的接收信號的權重系 數；天線元件確定單元，用於基於在陣列權重生成單元處生成的權重 係數來確定用於傳送/接收的天線元件；加權單元，用於對天線元件確 定單元所確定的天線元件的每一個接收信號和/或每一個傳送信號進 行加權；方向性控制單元，用於通過加權單元的加權來控制天線陣列 的方向性；以及天線元件確定時段的控制單元，用於控制所述天線元 件確定單元，從而間歇地執行天線元件的確定，以及用於基於天線元 件確定單元所確定的天線元件的信息來調整天線元件確定單元的確定 時段。
優選地，通過將天線元件確定單元所確定的天線元件的組合與在 前確定的天線元件的組合進行比較，來調整該時段，當這兩個組合相 同時使該時段變長，以及當這兩個組合不同時使該時段變短。
優選地，通過計算天線元件確定單元所確定的天線元件中的當前 陣列權重矢量與在前陣列權重矢量的內積來調整該時段，當該內積大 於閾值時使該時段變長，當該內積小於閾值時使該時段變短。
優選地，天線元件確定時段的控制單元對該時段進行調整，從而
在該時段長於提前設置的時間時，將該時段設為該提前設置的時間。
優選地，天線元件確定時段的控制單元計算天線元件確定單元所 確定的天線元件中的當前陣列權重矢量與在前陣列權重矢量的內積， 並控制所述天線元件確定單元，從而在該內積小於閾值時，在下次生 成權重係數時使用所有天線元件。
本發明的第三方面是一種無線通信方法，用於通過具有由多個天 線元件配置的陣列天線的自適應陣列無線通信設備進行無線通信，所 述方法包括陣列權重生成步驟，用於生成在多個天線元件處接收的 接收信號的權重係數；天線元件確定步驟，用於基於在陣列權重生成 步驟中生成的權重係數來確定用於傳送/接收的天線元件；加權步驟， 用於對天線元件確定步驟所確定的天線元件的接收信號和/或傳送信
號進行加權；以及方向性控制步驟，用於通過加權步驟的加權來控制
天線陣列的方向性。
本發明的第四方面是一種無線通信方法，用於通過具有由多個天 線元件配置的陣列天線的自適應陣列無線通信設備進行無線通信，所
述方法包括陣列權重生成步驟，用於生成在多個天線元件處接收的
接收信號的權重係數；天線元件確定步驟，用於基於在陣列權重生成 步驟中生成的權重係數來確定用於傳送/接收的天線元件；加權步驟， 用於對天線元件確定步驟所確定的天線元件的每一個接收信號和/或 每一個傳送信號進行加權；方向性控制步驟，用於通過加權步驟的加 權來控制天線陣列的方向性；以及天線元件確定時段的控制步驟，用 於控制所述天線元件確定步驟，從而間歇地執行天線元件的確定，以 及用於基於天線元件確定步驟所確定的天線元件的信息來調整天線元 件確定步驟的確定時段。
優選地，通過將天線元件確定步驟所確定的天線元件的組合與在 前確定的天線元件的組合進行比較，來調整該時段，當這兩個組合相 同時使該時段變長，以及當這兩個組合不同時使該時段變短。
優選地，通過計算天線元件確定步驟所確定的天線元件中的當前 陣列權重矢量與在前陣列權重矢量的內積來調整該時段，當該內積大 於閾值時使該時段變長，當該內積小於閾值時使該時段變短。
優選地，天線元件確定時段的控制步驟對該時段進行調整，從而 在該時段長於提前設置的時間時，將該時段設為該提前設置的時間。
優選地，天線元件確定時段的控制步驟計算天線元件確定步驟所 確定的天線元件中的當前陣列權重矢量與在前陣列權重矢量的內積， 並控制所述天線元件確定步驟，從而在該內積小於閾值時，在下次生 成權重係數時使用所有天線元件。
本發明的效果
根據本發明，可以適當地確定處理量小、收斂速度快、並且適用 於通信的天線元件，並可以將所確定的天線元件用於加權，從而改進 陣列天線的方向性。


圖1是示出了根據本實施例的自適應陣列無線通信設備的接收系 統的配置的示例的框圖。
圖2是示出了根據本實施例的自適應陣列無線通信設備的傳送系
統的配置的示例的框圖。
圖3是解釋根據本實施例的控制單元的控制操作的流程圖。
圖4是示出了天線元件確定處理的概況的圖示。
圖5是示出了所選天線的確定的第一示例的流程圖。
圖6是示出了所選天線的確定的第二示例的流程圖。
圖7是示出了天線選擇更新時間的控制的第一示例的流程圖。
圖8是示出了天線選擇更新時間的控制的第二示例的流程圖。
圖9是示出了更新後的天線更新時間的上/下限的控制的示例的
流程圖。
圖10是示出了用於天線選擇更新時間修正的控制的示例的流程圖。
圖11是示意性地示出了圖10中的處理概況的圖示。 圖12是示出了天線元件方向性的示例的圖示。附圖標記說明
10-自適應無線通信設備，20R-接收系統，20S-傳送系統，21-天 線陣列單元，211-圓柱反射板，22-RF單元，23-天線元件選擇單元， 24-陣列權重計算單元，25R-加權合成單元，25A-加權單元，26-控制 單元，以及27-天線開關。
具體實施例方式
以下將參照附圖對本發明的實施例進行描述。 圖1和圖2是示出了根據本實施例的自適應陣列無線通信設備的 配置示例的框圖，其中圖l示出了接收系統，以及圖2示出了傳送系統。
為了實現自適應陣列處理中的處理量的降低和收斂速度的提高， 根據本實施例的自適應無線通信設備10從配置自適應陣列的多個天 線元件中確定用於傳送/接收的天線元件。在本實施例中，通過基於在 多個天線元件處接收的接收信號的權重係數來確定用於傳送/接收的 天線元件，對所確定天線元件的接收信號進行加權，並控制天線的方 向性，有效地減小了加權合成的處理量，以提高收斂速度並提高天線 的方向性。
應注意，在本實施例中，"權重係數(陣列權重)的絕對值"表示 複數權重的幅度。
此外，選擇具有大絕對值的權重係數的天線元件的原因在於，具 有大絕對值的權重係數加權的信號對於加權和信號的質量的改進起到 重要的作用。
在本實施例中，提供了一種使用多個(三個或更多)天線元件的 陣列天線傳送/接收系統，其中，從天線元件中自適應地確定天線元件 的最佳部分，並僅將自適應陣列應用於所確定的元件。由此，提供了 一種自適應陣列傳送/接收設備，其減小了處理量並提高了收斂速度， 同時使用反射板或方向性天線元件來使傳送/接收的覆蓋範圍加倍。
在本實施例中，根據諸如MMSE之類的標準，對於特定用戶， 從所有接收天線元件中自適應地確定天線元件的最佳部分。 此外，在相應用戶的下一接收時隙中，計算陣列權重，並僅將自 適應陣列應用於所確定的個數的天線。
此外，間歇地執行從所有接收天線元件中自適應地確定天線元件 的最佳部分的處理，以動態地跟蹤傳送/接收方之間的無線電波情況。
此外，根據傳送/接收方之間的無線電波情況的波動，來自適應地 調整用於執行確定天線元件的最佳部分的處理的時間間隔。
此外，在本實施例中，當成圓形地設置陣列的天線元件(這裡， 也可以將方形、三角形設置認為是圓形設置)時，將反射板放置在該 圓內。可選地，將方向性天線用於陣列元件，以強制地阻斷來自不必 要的方向的接收和/或至不必要的方向的傳送。由此，配置該設備，以 抑制所確定的天線元件的頻率改變、提高接收靈敏度、增加傳送方向 的傳輸功率同時保持發射機的傳輸功率、或者減小發射機的傳輸功率 同時保持傳送方向的傳輸功率。
以下，將使用圖1和2的接收系統20R和傳送系統20S作為示例 來具體地解釋本實施例的自適應陣列無線通信設備。
應注意，在這裡為了便於解釋，作為示例，將對陣列是圓形的並 應用於移動通信的基站的情況進行解釋。
如圖1所示，接收系統20R具有天線陣列單元21，具有圓形狀 態設置的多個陣列天線元件ANT-1至ANT-N和圓柱形的反射板 (RFLCT) 211; RF單元(RF前端單元)22R;為每個用戶設置的天 線元件選擇單元(ANTSEL) 23R;用作陣列權重生成單元的陣列權重 計算單元(AWCAL) 24R;用作加權單元的加權求和單元(WSYNT) 25R;以及作為主要組件的控制單元(CTL) 26R。
在圖1中，用戶USR-1至USR-K的接收單元RCVU-1至RCVU-K 的每個由天線元件選擇單元23R、陣列權重計算單元24R和加權合成 單元25R形成。此外，在圖1中，RS1指示用戶USR-1的接收信號， RS2指示用戶USR-2的接收信號，以及RSK指示用戶USR-K的接收 信號。
如圖2所示，按照與接收系統相同的方式，傳送系統20S具有 天線陣列單元21，具有圓形狀態設置的多個陣列天線元件ANT-1至
ANT-N和圓柱形的反射板(RFLCT) 211; RF單元(RF前端單元) 22S;天線元件選擇單元(ANTSEL) 23S;用作陣列權重生成單元的 陣列權重計算單元(AWCAL)24S;用作加權單元的加權單元(WEIT) 25A;控制單元(CTL)26S;以及作為主要組件的天線開關(ANTSW) 27。
在圖2中，每個用戶USR-1的接收單元RCVU-1由天線元件選擇 單元23S、陣列權重計算單元24S和控制單元26S形成。此外，在圖 2中，用戶USR-1的傳送單元TRNSM1由加權單元25A和天線開關 27形成。
RF單元22將天線元件ANT-1至ANT-N的接收信號轉換至基帶， 通過模擬/數字轉換器將它們數位化，並將它們作為接收信號XI、 X2、 ...XN輸出。
圖1僅示出了接收，但是在傳送的情況下，RF單元22S還具有 傳送/接收幵關單元(雙工器)，用於將基帶信號上變頻至傳送頻率， 以使傳送和接收能夠共享天線元件ANT-1至ANT-N。
天線元件選擇單元23使用所有天線元件ANT-1至ANT-N、或者 根據來自控制單元26的控制信息而使用控制單元26所指定的M個天 線，來輸出所接收的信號。
陣列權重計算單元24通過使用來自天線元件選擇單元23的輸出 信號和來自控制單元26的控制信息，根據MMSE等標準計算陣列權 重。
將陣列權重計算單元24所計算的陣列權重發送至控制單元26以 及加權求和單元25R或加權單元25A。
加權求和單元25R通過從陣列權重計算單元24發送的陣列權重 來對天線元件選擇單元23的輸出信號進行求和，並作為用戶的接收信 號而輸出結果。
此外，加權單元25A根據從陣列權重計算單元24發送的陣列權 重來對用戶的傳送信號進行加權。
控制單元26基於從陣列權重計算單元24發送的陣列權重信息， 來確定用於通信的天線元件的組合(天線元件確定單元)，並將信息發
送至天線元件選擇單元23和陣列權重計算單元24.
此外，控制單元26獲知用於天線元件的確定的時段，從而跟蹤 信號環境隨傳送/接收的另一方的波動速率；基於所獲知的結果來調整 用於天線元件的確定的時段；並向天線元件選擇單元23 (天線元件確 定時段的控制單元)通知用於天線元件的確定的定時。
更具體地，控制單元26具有如方向性控制單元的功能，用於基 於加權信號來控制陣列天線元件的方向性，並具有間歇地確定天線元 件的功能。此外，控制單元26具有如天線元件確定時段的控制單元的 功能，用於基於控制單元236所確定的天線元件的信息來調整確定用 於通信的天線元件的時段。
通過將控制單元26所確定的天線元件的組合與在前確定的天線 元件的組合進行比較，來調整該時段，當這兩個組合相同時使該時段 變長，以及當這兩個組合不同時使該時段變短。
此外，通過計算控制單元26所確定的天線元件中的當前陣列權 重矢量與在前陣列權重矢量的內積來調整該時段，當該內積大於閾值 時使該時段變長，當該內積小於閾值時使該時段變短。
此外，控制單元26對該時段進行調整，從而在該時段長於提前 設置的時間時，將該時段設為該設置時間。然而，還可以計算控制單 元26確定的天線元件中的當前陣列權重矢量與在前陣列權重矢量的 內積，從而在該內積小於閾值時，在下次生成權重係數時使用所有天 線元件。
以下，將進一步詳細解釋控制單元26。
這裡，為了便於解釋，將作為示例對用戶l的接收進行解釋(見 圖3)。當存在多個用戶時，這些用戶獨立地執行與用戶1相同的處理。
圖3是用於解釋根據本實施例的控制單元的控制操作的流程圖。
圖4是示出了天線元件確定處理的概況的圖示。
在開始接收時，控制單元26控制天線元件選擇單元23，從而使 用在基站中提供的所有天線元件(ST1)。
陣列權重計算單元24根據MMSE等標準，使用所有天線元件的 接收信號X1、 X2、 ...、 XN來計算陣列權重W1、 W2、 ...、 WN。當接收到這些計算結果時，控制單元26確定用於通信的天線(ST2、 ST3)。
在步驟ST3中確定天線的過程中，例如在圖5所示的示例中，首 先，按照從陣列權重計算單元24所計算的陣列權重(權重係數)的最 大絕對值開始的順序對(多個)天線進行排序，並存儲為表(列表)。 當存在多個用戶時，針對多個用戶，將這些排序後的表(列表)準備 好並存儲(ST31)。
在恆定的時間間隔之後，繼續執行這些類型的排序和表的準備。 應注意，這裡"恆定時間間隔"是指"天線選擇更新時間"(例如1秒) Tantupd o
接下來，基於準備好的表，按照從陣列權重的最大絕對值開始的 順序確定M (<N)個天線元件(ST32)。
在圖3中，對於表準備好之後的預定經過時間(表準備好之後經 過的時間)TpAss，輸入0。當達到了用於計算陣列權重的信號接收的 時間時(ST5)，使天線元件選擇單元23選擇控制單元26所確定的M 個天線元件(ST6)，並使天線元件選擇單元23繼續使用那M個天線，
直至發布下一指令(直至經過了天線選擇更新時間tantupd) (ST7)。
應注意，作為確定天線的另一方法，還存在如下方法，用於根據 基於MMSE等標準所計算的陣列權重來選擇天線元件，但是不確定固 定的M個元件，而是如圖6所示，將具有與圖6所示的因素(陣列權 重絕對值的最大權重)相比例如1/10或更大的絕對值的天線元件確定 為用於通信的天線元件(ST33)。
以這種方式，根據基於MMSE等計算的陣列權重來確定用於通 信的天線元件，因而總是可以選擇最佳天線元件，而不考慮複雜的無 線電波環境。
接下來，當表準備好之後所經過的時間TPASS大於天線選擇更新 時間TANTUPD，換言之，當表準備好之後經過了天線選擇更新時間 TANTUPD (ST8)，則控制單元26使天線元件選擇單元23再次選擇所有 天線元件(ST9)，以及陣列權重計算單元24基於MMSE等針對所有 天線元件來計算陣列權重(STIO)。然後，控制單元26通過最新計算
的陣列權重來確定用於隨後的通信的天線元件(STll)。
在確定了天線元件之後，對於表準備好之後經過的時間TpASs,輸
入0 (ST12)，用於控制天線選擇更新時間TANTUPD (ST13)。此外， 例如對天線選擇更新時間TANTUPD的上/下限進行控制(ST14)。當達 到了用於接收計算陣列權重的信號的定時時，使天線元件選擇單元23 選擇控制單元26所確定的M個天線元件(ST15)，並使天線元件選 擇單元23繼續使用這M個天線，直至發布下一指令(直至經過了天 線選擇更新時間TANTUPD) (ST16)。
此外，如圖7所示，控制單元26將當前所選天線元件的組合與 在前所選天線元件進行比較(ST41)。
當上述組合相同時，山於信號環境穩定而增加天線選擇更新時間 Tantupd (S丁42)。
另一方面，當上述組合不同時，無線電波環境不穩定，因而必須
立即更新選擇，所以減小天線選擇更新時間TANTupD (ST43)。
通過這樣來調整天線選擇更新時間，可以控制陣列以跟蹤無線電 波情況隨傳送/接收的另一方的波動，同時減小天線元件的無用確定和 選擇的次數，並減小處理量。
應注意，對於獲知天線選擇更新時間的方法，如上所述，不同於
將該組合與在前所選的M個天線元件進行比較的方法，如圖8所示， 還存在如下方法使用陣列權重作為矢量，計算與在前計算的陣列權 重矢量的內積INNPRO (ST51)，在該內積小於閾值(例如0.5) TH 時減小天線選擇更新時間TANTUPD (ST52、 ST53)，並在該內積大於閾 值TH時增大天線選擇更新時間TANTUPD (ST52、 ST54)。
此外，當天線選擇更新時間T^tupd過長時，存在終端移動到所
選天線的方向性範圍外部的可能性，因而設置天線選擇更新時間 TANTUPD的更新上限時間TUPDIiMT。
例如，在圖9的示例中，當天線選擇更新時間超過了更新上限時
間TupDLMT時，為此輸入天線選擇更新時間TANTUPD的更新上限時間
T訓lmt (ST61、 ST62)。
如圖10所示，作為另一方法，可以考慮如下方法通過短於天
線選擇更新時間tantupd但長於陣列權重計算時段(時段)Pawcal的 時段，計算在前陣列權重和當前陣列權重的內積；以及在該內積小於
閾值時使用所有天線元件(縮短天線選擇更新時間TANTUPD) (ST71 至ST75)。
在圖10中，當內積驗證之後的時間T!麗VRF超過該內積驗證時段
PINNVRF (ST71)時，計算所有天線中的當前陣列權重矢量和在前陣列 權重矢量的內積INNPRO (ST72)。當內積INNPRO超過閾值TH時， 從下一陣列權重計算使用信號的接收時刻起選擇所有天線(ST74)， 並將0輸入內積驗證之後的時間TINNVRF。當內積INNPRO大於閾值 TH時，無需經過步驟ST74而將0輸入內積驗證之後的時間TINNVRF。 圖11示意性地示出了圖10中處理的概況。
在圖11中，以與所述方式相同的方式，在短於天線選擇更新時
間tantupd但長於陣列權重計算時段pawcal的時段(內積驗證時段) Pj麗vrf處計算在前陣列權重和當前陣列權重的內積。
然後，當計算結果小於閾值TH時，在由所指示的時間點處 選擇所有天線，儘管最初在圖中〈B〉所指示的時間點處選擇所有天線。
此外，為了抑制控制單元26中的天線元件的頻率確定，在本實 施例中，在以圓形狀態設置陣列元件的情況下，使用反射板或方向性 天線來強制地阻斷不必要方向上的接收。
由此，抑制了控制單元26中的天線元件的頻率確定，可以使天 線元件陣列元件確定的時段更長，並相應地減小處理量。
例如，使用反射板來阻斷不面向移動終端用戶方向(對於方向性 天線而言相同)的陣列元件的接收，並不草率地選擇相反側的天線元 件，通常穩定地選擇面向該用戶方向的天線元件。
由於這些因素和本實施例天線元件的確定時段的已知特徵，天線 元件的頻率確定並不必要，所以可以相應地減小處理量。
此外，在本實施例中，由於設置並利用了反射板或方向性天線， 所以僅在所需方向上接收和/或傳送信號，所以在傳送/接收方向上大 大地增加了接收靈敏度和傳輸功率，並且擴展了一個基站所能覆蓋的 範圍。可以使用反射板或方向性天線。不必同時使用。此外，當利用方 向性天線元件時，期望元件的方向可以覆蓋一半的面向該圓外部的板。 然而，當將圖12中示出的所有元件的方向組合時，也可以利用具有大 到足以覆蓋整個板的方向性的天線元件。
反射板的提供或方向性天線的使用改進了本發明的效果，但是並 不是本發明所實質需要的。
此外，在圖2中示出的傳送系統20S中，當使用根據接收信號而計算的陣列權重時，由於所確定天線之外的天線不具有權重，所以在天線開關27處斷開這些天線的輸出。
如上所述，針對特定用戶，通過不是向配置陣列的所有天線元件、 而是僅向適於通信的天線元件的一部分應用自適應陣列，減小了處理 量，並且可以提高自適應陣列的收斂速度。同時，通過在圓內提供反 射板、或者使用方向性天線，阻斷了來自不需要的方向的接收和/或至 所需要的方向的傳送，所以可以降低傳輸功率、或者可以大大增加所 覆蓋的距離。
如上所述，根據本實施例的自適應陣列無線通信設備IO，基於加 權信號來控制陣列天線的方向性，間歇地確定天線元件，並可以基於 控制單元26所確定的天線元件的信息來調整確定天線元件的時段，因 而獲得了以下效果。
針對特定用戶，採用配置了陣列的天線元件的一部分，並將自適 應陣列應用於接收和/或傳送，因而處理量小並且收斂速度快。
可以採用減小了處理減小量的相對較小的DSP，並且可以減小功耗。
此外，當選擇了天線元件時，通過使用諸如MMSE之類的最佳 標準來選擇天線元件，因而總是可以自適應地選擇最佳天線元件，而 不用考慮複雜的信號環境，在不會使自適應陣列的性能降級的情況下 了減小處理量，並且可以提高收斂速度。
定期地確定天線元件，因而可以跟蹤無線電波環境的波動。此外， 通過學習(learning)來調整天線元件的開關時段，因而可以沒有延時 地跟蹤在無線電波環境中具有快速波動的傳送/接收的另一方，並且不
必對於在無線電波環境中具有慢或無波動的傳送/接收的一方執行任 何無用的操作。
通過選擇天線元件的最佳部分，很好地利用了自適應陣列的應用 特徵，採用方向性天線(或者反射板)，並僅沿所需方向接收和/或傳 送信號，可以增加自適應陣列所能覆蓋的距離，或者可以減小發射功 率。
例如，當採用能夠覆蓋水平面上半部分的方向性天線時，對於沒 有被該方向所覆蓋的另一半，無法傳送/接收信號，而在所覆蓋的一半 中，接收靈敏度和傳輸功率可以加倍。
因此，配備了根據本實施例的自適應陣列的傳送/接收設備(例如 移動通信的基站)的覆蓋範圍可以擴展，以及因此，可以減小所部署 的基站個數。
應注意，在本實施例的自適應陣列無線通信設備10中，使用反 射板或方向性天線，因而通過阻斷來自不需要的方向的接收，抑制了 控制單元26中的天線元件的頻率確定，可以使天線元件的選擇時段更 長，相應地減小了處理量。
例如，通過反射板(對於方向性天線而言相同)阻斷不面向移動 終端用戶方向的天線元件的接收，因而並不草率地選擇相反側的天線 元件，通常穩定地選擇面向該用戶方向的天線元件。
由此，並且由於本實施例確定時段的已知特徵，天線元件的頻率 確定並不是必需的，可以相應地減小處理量。
工業應用
根據本發明的自適應陣列無線通信設備及其方法，處理量小並且 收斂速度快，以及可以適當地選擇適於傳送/接收的天線元件，因而可 以將此應用於移動終端或其他通信系統的基站等。
權利要求
1、一種自適應陣列無線通信設備，具有由多個天線元件配置的陣列天線，所述自適應陣列無線通信設備包括陣列權重生成單元，用於生成在多個天線元件處接收的接收信號的權重係數；天線元件確定單元，用於基於在陣列權重生成單元處生成的權重係數來確定用於傳送/接收的天線元件；加權單元，用於對天線元件確定單元所確定的天線元件的接收信號和/或傳送信號進行加權；以及方向性控制單元，用於通過加權單元的加權來控制天線陣列的方向性。
2、 一種自適應陣列無線通信設備，具有由多個天線元件配置的 陣列天線，所述自適應陣列無線通信設備包括陣列權重生成單元，用於生成在多個天線元件處接收的接收信號的權重係數；天線元件確定單元，用於基於在陣列權重生成單元處生成的權重 係數來確定用於傳送/接收的天線元件；加權單元，用於對天線元件確定單元所確定的天線元件的每個接 收信號和/或每個傳送信號進行加權；方向性控制單元，用於通過加權單元的加權來控制天線陣列的方 向性；以及天線元件確定時段的控制單元，用於控制所述天線元件確定單 元，從而間歇地執行天線元件的確定，以及用於基於天線元件確定單 元所確定的天線元件的信息來調整天線元件確定單元的確定時段。
3、 如權利要求2所述的自適應陣列無線通信設備，其中通過將 所述天線元件確定單元所確定的天線元件的組合與在前確定的天線元 件的組合進行比較，來調整所述時段，當這兩個組合相同時使所述時 段變長，而當這兩個組合不同時使所述時段變短。
4、 如權利要求2所述的自適應陣列無線通信設備，其中通過計 算所述天線元件確定單元所確定的天線元件中的當前陣列權重矢量與 在前陣列權重矢量的內積來調整所述時段，當所述內積大於閾值時使 所述時段變長，而當所述內積小於閾值時使所述時段變短。
5、 如權利要求2所述的自適應陣列無線通信設備，其中所述天 線元件確定時段的控制單元對所述時段進行調整，從而在所述時段長 於提前設置的時間時，將所述時段設為所述提前設置的時間。
6、 如權利要求2所述的自適應陣列無線通信設備，其中所述天 線元件確定時段的控制單元計算所述天線元件確定單元所確定的天線 元件中的當前陣列權重矢量與在前陣列權重矢量的內積，並控制所述 天線元件確定單元，從而在所述內積小於閾值時，在下次生成權重系 數時使用所有天線元件。
7、 一種無線通信方法，用於通過具有由多個天線元件配置的陣 列天線的自適應陣列無線通信設備進行無線通信，所述無線通信方法 包括陣列權重生成步驟，用於生成在多個天線元件處接收的接收信號的權重係數；天線元件確定步驟，用於基於在陣列權重生成步驟中生成的權重 係數來確定用於傳送/接收的天線元件；加權步驟，用於對天線元件確定步驟所確定的天線元件的接收信 號和/或傳送信號進行加權；以及方向性控制步驟，用於通過加權步驟的加權來控制天線陣列的方 向性。
8、 一種無線通信方法，用於通過具有由多個天線元件配置的陣 列天線的自適應陣列無線通信設備進行無線通信，所述無線通信方法包括陣列權重生成步驟，用於生成在多個天線元件處接收的接收信號的權重係數；天線元件確定步驟，用於基於在陣列權重生成步驟中生成的權重 係數來確定用於傳送/接收的天線元件；加權步驟，用於對天線元件確定步驟所確定的天線元件的每個接收信號和/或每個傳送信號進行加權；方向性控制步驟，用於通過加權步驟的加權來控制天線陣列的方向性；以及天線元件確定時段的控制步驟，用於控制所述天線元件確定步驟，從而間歇地執行天線元件的確定，以及用於基於天線元件確定步驟所確定的天線元件的信息來調整天線元件確定步驟的確定時段。
9、 如權利要求8所述的無線通信方法，其中通過將所述天線元 件確定步驟所確定的天線元件的組合與在前確定的天線元件的組合進行比較，來調整所述時段，當這兩個組合相同時使所述時段變長，而當這兩個組合不同時使所述時段變短。
10、 如權利要求8所述的無線通信方法，其中通過計算所述天線元件確定步驟所確定的天線元件中的當前陣列權重矢量與在前陣列權重矢量的內積，來調整所述時段，當所述內積大於閾值時使所述時段變長，而當所述內積小於閾值時使所述時段變短。
11、 如權利要求8所述的無線通信方法，其中所述天線元件確定時段的控制步驟對所述時段進行調整，從而在所述時段長於提前設置的時間時，將所述時段設為所述提前設置的時間。
12、 如權利要求8所述的無線通信方法，其中所述天線元件確定 時段的控制步驟計算天線元件確定步驟所確定的天線元件中的當前陣列權重矢量與在前陣列權重矢量的內積，並控制所述天線元件確定步驟，從而在所述內積小於閾值時，在下次生成權重係數時使用所有天線元件。
全文摘要
一種自適應陣列無線通信設備及其方法，能夠適當地選擇處理量小、收斂速度快、並適於傳送/接收的天線元件，所述設備基於陣列權重來控制陣列天線元件的方向性，控制天線元件選擇單元23，從而間歇地確定天線元件，並基於在控制單元26處確定的天線元件的信息來調整天線元件的確定時段。
文檔編號H01Q3/26GK101208829SQ20068002340
公開日2008年6月25日 申請日期2006年4月27日 優先權日2005年4月27日
發明者衝野健太, 木村滋, 童方偉 申請人:京瓷株式會社