空分多址無線電通信系統及其內分配信道的方法
2023-04-22 19:52:41 1
專利名稱：空分多址無線電通信系統及其內分配信道的方法
技術領域：
本發明涉及空分多址(SDMA)無線電通信系統，特別涉及在這樣的系統中信道分配的方法和裝置。
空分多址(SDMA)系統通常使用天線陣列根據空間可分解性將共享公共頻率和時間信道的通信設備分開。在一列站點或低散射環境中工作的系統中，這種可分解性可直接涉及各個信號到達的角度。在這樣的環境中，標準的技術可用於確定各個信號到達的角度。由這樣的系統服務的無線電通信設備的轉換判定或信道再分配是相當簡單的；當各種通信設備到達的角度太接近時，則執行轉換。
在高散射環境中，到達估計的角度變得不準確和導致很差的解析度。以差的解析度，SDMA系統不能準確地確定通信設備的位置，因此，允許較少通信設備使用相同的時間和頻率信道，即較少的信道容量。另外，在這樣的環境中使用到達估計的角度導致轉換判定不準確。據此，具有一種用於在工作在高散射環境中的SDMA系統中執行轉換或信道分配的替代標準是十分有利的。
本發明的第一方面包括一個使用自適應天線的無線電通信系統，該無線電通信系統包括與多個通信設備通信的第一基站，該無線電通信系統包括使用第一信道與該基站通信的第一通信設備，使用第一信道與該基站通信的第二通信設備，該基站的特徵在於用於從多個通信設備發送和接收射頻信號的一組天線單元；用於形成使用第一信道與第一通信設備通信的第一波束的第一組加權；用於形成使用第一信道與第二通信設備通信的第二波束的第二組加權；一個處理器，用於計算第一通信設備和第二通信設備之間的一組距離度量，其中該距離度量是基於第一和第二組加權；以及一個再分配設備，響應該處理器，用於為第一和第二通信設備再指配信道分配。
本發明的第二方面包括在使用自適應天線的無線電通信系統中的多個通信設備之間指配信道分配的方法，該方法的特徵在於步驟分配第一通信信道和第一組加權給與該基站通信的第一通信設備；分配第一通信信道和第二組加權給與該基站通信的第二通信設備；計算第一通信設備和第二通信設備之間的一組距離度量，其中該距離度量是基於第一和第二組加權；和響應所述計算步驟再分配第一和第二通信設備的信道分配。
圖1示出根據本發明可使用的空分多址系統的示意圖。
圖2示出根據本發明的基站方框圖形式的示意圖。
圖3示出根據本發明的處理流程的示意圖。
在優選實施例中，空分多址(SDMA)無線電通信系統使用了具有多個天線單元的基站與多個無線電通信設備在相同頻率和時間信道上通信。多個天線單元應用一組加權形成一個波束，這些加權是通過在接收信號的基礎上利用波束形成算法計算得出的。當多個移動站被容納在同一信道上時，將不同組的加權應用於每個無線電通信設備以使無線電通信設備之間的幹擾減至最小。
在高散射的環境中，為了確定過區切換而計算到達角度的標準技術變得極不準確。這種不準確性是由於從建築物、簇葉(foliage)和其它地物幹擾的多重散射引起的，導致在每個天線單元基本上不相關的衰落。
在優選的實施例中，一組距離度量是利用分配給每個無線電通信單元的幾組加權計算的。具體地說，該距離度量計算是在相同信道上的每對無線電通信設備之間執行的。公式為dj,k=|Wmj-Wmk|2m=1N]]>式中dj，k是通信設備j和k之間的距離；N是天線單元的數量；Wmj是通信設備j的第m個加權。基站定期地監視每對移動站之間的這些距離。當任何距離度量小於預定的閾值時，無線電通信設備之一應該再分配給一條新的信道或應該執行轉換指令。
選擇哪個無線電通信設備再分配是基於標準的測量值例如信號強度和質量。如果沒有其它可用的信道，則該系統容量已超過而且該呼叫應該丟掉。利用基於該組加權的距離度量將允許空間容量比正常的到達角度方法遠大得多的，因為它在移動站的去相關信號中內在地利用了散射環境的性能，這些移動站實際上可能只是稍微分開，但是還是導致單元之間大的相位差。
圖1示出SDMA無線電通信系統的示意圖，該系統包括具有多個天線單元103的基站101，在覆蓋區105內提供無線電業務。可提供的無線電業務包括話音、數據、電子郵件和其它的數據和/或目前可用的話音業務。基站101提供這種業務給該覆蓋區105內的移動站和便攜無線電通信設備。無線電通信設備107和109是該覆蓋區105內的兩個這樣的設備。在優選的實施例中，第一無線電通信設備107是由基站101經過通信信道113服務的。第二通信設備109是由該基站經過通信信道111服務的。在優選實施例中，無線電通信信道111、113具有相同的時間和頻率分配。在基站和多個無線電通信單元之間的上行鏈路和下行鏈路中形成的波束允許在網孔中的多個用戶被分配相同的時間和頻率信道。在無線電通信系統100中利用的基站的更詳細的敘述結合圖2討論。
圖2是以圖1的基站101更詳細方框圖的形式的示意圖。基站101包括多個天線單元、多個組合器201、一個組合/分離器203、一個解調器205、一個調製器207、一個處理器209和數據總線211、213。
當從無線電通信設備收到射頻(RF)信號時，基站101接收在多個天線單元103上的RF信號。根據每個天線單元的實際位置，每個接收的信號與為每個無線電通信設備而選擇的一個複合組的加權相組合。這種組合是在多個組合器201中進行的。每個移動站的複合組的加權是在處理器209中確定的。加權的選擇最好使用本領域所熟悉的維恩納(Wiener)組合方法或維恩納組合方法的逼近法確定。維恩納解決方案使得信號與噪聲加幹擾之比(SINR)最大。一旦接收的信號與加權相組合，該組合器分離器203就使得到的加權信號相加成為一個單一的接收信號，並輸入到解調器205。該解調器將接收的加權RF信號處理成為基帶信號。然後，基帶信號被解碼且得到的數據在處理器209中被格式化成為適當的電話協議。然後，已格式化的數據經過電話中繼線211輸出到標準的電話網絡。
一旦從基站101向無線電通信設備即下行鏈路發送RF信號時，處理器209經過電話中繼線211從標準電話網絡接收電話信號。然後處理器把接收的電話信號格式化為由調製器207以已知方式調製的話音和數據。然後調製的碼元被分離到在分離器203的多個天線單元。在優選的實施例中，分離器在可用的N個天線單元中均等地分離該信號。每個已調製的信號然後與特定的無線電通信設備的一個獨特組的複合加權相組合，在理論上，下行鏈路加權可與用在上行鏈路的加權相同，但是，最好對這些加權進行修改以適應不同的傳輸時間與頻率以及與相鄰網孔和其他無線電通信設備的潛在幹擾。然後，組合器201把加權的已調製的電話信號輸出到多個天線單元103，以便發送到特定的無線電通信設備。
除了格式化數據之外，處理器209根據結合圖3所討論的所需方法分配和再分配通信設備到所需的頻率和時間信道。另外，該處理器近似計算落入基站101的覆蓋區105內每個無線電通信設備的複合組的加權。
圖3是在諸如SDMA系統的無線電通信系統中的多個通信設備之間指配信道分配的過程流程300的示意圖。在步驟301，過程300給一個通信設備分配指示時間與頻率和第一組複合加權的第一通信信道。一旦從無線電通信設備接收到一個隨機接入脈衝串，該處理器確定用於接收和發送到該通信設備的所需的一組加權。另外，通信信道是從多個可用的通信信道中選擇的。通信信道的選擇可使用如在下面敘述的距離度量進行。
在步驟303，過程300再指配與前面選擇的相同的通信信道和用於發送信息到第二通信設備並從它接收信息的第二組獨特的加權。因為該優選系統是空分多址系統，所以基站101具有在相同的頻率和時間通信信道上廣播到兩個或多個通信設備的能力。
在步驟305，使用第一和第二組加權計算一組距離度量，以指示在第一和第二通信設備之間的距離，用以協助轉換過程。計算的距離不指示分開兩個通信設備的實際距離，而是指示該基站在電氣上將第一通信設備從第二通信設備分開的能力。在優選實施例中所用的距離度量使用下式計算dj,k=|Wmj-Wmk|2m=1N]]>式中dj，k是通信設備j和k之間的距離；N是天線單元的數量；Wmi是通信設備j的第m個加權。最好基站101，具體地講處理器209保持一個表，指示共用相同信道的每對無線電通信設備之間的距離度量。
在步驟307，過程300響應於已在步驟305計算的該組距離度量再指配通信信道。特別是，一旦該距離度量指示一個移動站不再能容易地與另一個移動站區別開時，就進行轉換或信道資源的再指配。在該優選實施例中，對於到一個無線電通信設備的每個發送和接收，由處理器209產生一組新的加權。對於每組新的加權，在新的加權和指配給相同信道的其它無線電通信設備的現有加權之間計算距離度量。然後將該組已得到的距離度量與預定的閾值比較。在本優選實施例中，已確定的閾值被選擇為最大容量與保持質量的折衷值。閾值越高，質量越高，而閾值越低，容量越大。最佳的閾值是與系統有關的，並且是建立在特定系統的廣泛模擬和實驗基礎上的。如果距離度量小於預定閾值，則指配給那個信道的通信設備之一被再指配給第二通信信道。
另一種可替代的方案是，線性預測濾波器可與加權及距離度量一起用於計算距離度量的趨勢。然後預測的距離度量可與預定的閾值比較，以便通信設備之間的幹擾可進一步避免。雖然這可減少SDMA系統的潛在容量，但是該系統的質量將改善。線性預測濾波器可從任何一個已知的線性預測濾波技術推導出。
在步驟309，過程300結束。
當新的通信設備進入覆蓋區105時，基站101必須指配一條信道，用於該通信設備與基站101之間的通信。最好該無線電通信設備發送一個初始的隨機接入脈衝串。一旦在基站101收到這個初始的隨機接入脈衝串，處理器209就使用前面討論的已知技術為那個通信設備計算所需的一組加權。然後處理器209為在每個建議的通信信道上的所有的無線電通信設備計算一組距離度量。然後處理器209根據得到的距離度量確定哪個通信信道最適合於該新的通信設備。最好處理器209選擇在新的通信設備與已經在那個建議的信道上通信的通信設備之間具有最大距離度量分離的通信信道。
總之，通過提供根據本發明的距離度量計算，SDMA系統可在高散射環境中提供可靠的轉換和信道指配。本發明不再依賴於在SDMA系統中確定轉換的傳統的接收角度計算。因此，該優選的實施例不會由於在高散射環境中接收角度的計算而對變化和不準確敏感。相反本發明僅依賴於選擇的複合加權計算距離度量和轉換判定。
權利要求
1.一種使用自適應天線的無線電通信系統，該無線電通信系統包括與多個通信設備通信的第一基站，該無線電通信系統包括使用第一信道與該基站通信的第一通信設備；使用第一信道與該基站通信的第二通信設備；該基站的特徵在於用於從多個通信設備發送和接收射頻信號的一組天線單元；用於形成使用第一信道與第一通信設備通信的第一波束的第一組加權；用於形成使用第一信道與第二通信設備通信的第二波束的第二組加權；一個處理器，用於計算第一通信設備和第二通信設備之間的一組距離度量，其中該距離度量是基於第一和第二組加權；和一個再指配設備，響應該處理器，用於為第一和第二通信設備再指配信道分配。
2.根據權利要求1的無線電通信系統，其特徵在於，該再指配設備還包括一個比較器，用於將所述組的距離度量與一個閾值比較，如果所述組的距離度量小於該閾值，則再指配該信道至少用於第一通信設備。
3.根據權利要求1的無線電通信系統，其特徵在於，所述的處理器利用以下距離度量公式dj,k=|Wmj-Wmk|2m=1N]]>式中dj，k是通信設備j和k之間的距離；N是天線單元的數量；Wmi是通信設備j的第m個加權。
4.根據權利要求1的無線電通信系統，其特徵在於，還包括一個線性預測濾波器，用於計算該組距離度量的趨勢，其中該組距離度量的趨勢由該再指配設備使用。
5.一種用以在使用自適應天線的無線電通信系統中在多個通信設備之間指配信道分配的方法，該方法的特徵在於以下步驟把第一通信信道和第一組加權指配給與該基站通信的第一通信設備；把第一通信信道和第二組加權指配給與該基站通信的第二通信設備；計算第一通信設備和第二通信設備之間的一組距離度量，其中該距離度量是基於第一和第二組加權；和響應所述計算步驟，再為第一和第二通信設備指配信道分配。
6.根據權利要求5的方法，其特徵在於，第一指配的步驟還包括以下步驟從第一通信設備發送初始隨機接入脈衝串；在所述基站接收該初始隨機接入脈衝串；為第一通信設備計算所需的一組加權；計算在多個建議的通信信道中的第一通信設備與該通信設備之間的一組距離度量；和響應所述的計算步驟，指配第一通信設備的通信信道。
7.根據權利要求5的方法，其特徵在於，所述再指配的步驟還包括把所述組的距離度量與一個閾值比較，如果所述組的距離度量小於該閾值，則至少對第一通信設備再指配信道。
8.根據權利要求5的方法，其特徵在於，所述計算的步驟還包括利用以下距離度量公式dj,k=|Wmj-Wmk|2m=1N]]>式中dj，k是通信設備j和k之間的距離；N是天線單元的數量；Wmj是通信設備j的第m個加權。
9.根據權利要求5的方法，其特徵在於，還包括預測該組距離度量的趨勢的中間步驟，其中該組距離度量的趨勢用於再指配的步驟中。
全文摘要
空分多址無線電通信系統(100)利用具有多個天線單元(103)的基站(101)在相同頻率和時間信道上對多個無線電通信設備(107、109)進行發送和接收。不同組的波束形成加權用於每個無線電通信設備的通信，以使無線電通信設備之間的幹擾最小化。利用共享一條信道的每對無線電通信單元的加權組來計算一組距離度量。當任何距離度量小於一個預定的閾值時，無線電通信設備(107、109)其中之一被再指配給一個新的信道或執行轉換指令。
文檔編號H04B7/04GK1164170SQ97102299
公開日1997年11月5日 申請日期1997年1月20日 優先權日1996年1月27日
發明者西蒙·桑德斯 申請人:摩託羅拉有限公司