CN102396163B - 用于天线阵控制的通信系统、设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种无线通信系统包括可与该天线阵耦合以便与远程无线通信单元(305)通信的网络单元(315)。该天线阵包括多个辐射元，该多个辐射元中的至少一个第一辐射元被安排成形成包括扇区波束(405)的辐射方向图。该多个辐射元包括至少一个第二辐射元，被安排成形成在扇区波束(405)内的至少一个子扇区波束(420，425，430)的主要部分。

Description

用于天线阵控制的通信系统、设备和方法
技术领域
本发明的领域涉及用于无线通信系统的主动天线阵控制，尤其但不仅仅涉及用于码分多址(CDMA)接收机的多波束成形增强型天线阵。
背景技术
当前，正在开发第三代(3G)蜂窝通信系统，以进一步增强为移动电话UE(用户设备)提供的通信服务。最为广泛接受的第三代通信系统基于码分多址(CDMA)即宽带码分多址(WCDMA)技术。一些载频被用于上行链路传输，即从移动无线通信单元(在第三代系统中，通常称为无线用户通信单元或用户设备)通过无线服务基站(在第三代系统中，通常称为节点B)到通信基础设施的传输，以及下行链路传输，即从通信基础设施通过无线服务基站(例如节点B)到移动无线通信单元的传输。对CDMA特别是对通用移动通信系统(UMTSTM)的宽带CDMA(WCDMA)模式的进一步说明可以参见″UMTS的WCDMA″(″WCDMA for UMTS″，Harris Holma(editor)，Antti Toskala(Editor)，Wiley & Sons，2001，ISBN 0471486876)。
作为在3G移动通信空中接口技术中所使的CDMA通信，从数据吞吐量观点来看，是″干扰受限″技术。CDMA技术利用与伪随机噪声(Pn)码组合的正交可变扩频因子(OVSF)码来区分同时用相同频谱在Uu无线电接口上进行上行链路接入的多个UE。为了为接入节点B的所有UE保持足够的信干比(SIR)保护，上行链路(UL)功率控制(PC)由网络基础设施动态管理。SIR估计一般从上行链路(UL)专用物理控制信道(DPCCH)内的领示音得出。按相同扩频因子(SF)向一个节点B发送的一些用户设备(UE)会被安排成使它们各自的传输在接收节点B处被接收时基本上具有相同的功率。通常，对于一个特定的节点B，可以同时支持多达96个处于呼叫模式的UE。
已知，CDMA技术对多径效应具有较为耐扰的性能。CDMA使用这些多径信号，将它们合并在一起，产生一个甚至更强的信号，供各个接收机接收和处理。图1中例示了已知CDMA无线接收机100的一个例子。CDMA无线接收机100包括天线102，用来接收辐射信号和将所接收的辐射信号104提供给射频(RF)电路106。RF电路106将经下变频和滤波的信号108提供给模数变换器(ADC)110，而模数变换器110将接收信号的数字表示112提供给RAKE(耙集)接收机114。CDMA接收机使用接收信号的耙集接收机，基本上是一组几个呈指状并行配置的接收机，通常称为耙指。RAKE接收机114包括接收滤波器116，被安排成对数字表示112滤波和将经滤波的数字信号188提供给耙指组118和路径选择逻辑120。路径选择逻辑120实质上是这些耙集接收机中的一个接收机，用来不断地搜索不同的多径信号。路径选择逻辑120将这信息通过RAKE控制信号122馈入耙指组118内的其他耙指。RAKE指组118的每个耙指于是选择与递归最强的多径相应的信号，将作为由RAKE控制信号122选择的输出接收信号124提供给最大比例合并器126，将各个RAKE接收信号合并在一起，使复合信号较强。RAKE指组118还提供信号198，是对所选的RAKE路径性能的估计。
在作为为3G部署的WCDMA系统中，信号198可以是从在专用物理控制信道(DPCCH)内所恢复的领示音得出的信干比(SIR)估计，或者可以在正在受处理的专用物理数据信道(DPDCH)内加以估计。信道估计逻辑130使用这个信号，将信道估计信号132提供给最大比例合并器126。最大比例合并器126能在信道估计信号132的控制下将适当的RAKE接收信号合并在一起，将适当的RAKE接收信号134提供给信道编解码器逻辑136解码。经解码的RAKE接收信号然后从RAKE接收机114输出(140)。
传统的天线阵包括多个与大多数3G设施内的现有节点B设备配合使用的天线元，应用固定的+/-65度波束的方向图。在天线波束的主波瓣外，信号受到空间滤波和显著衰减。传统的网络规划和被动天线阵的解决方案用一个公共的固定波束的方向图处理所有进来的信号。这样的接收处理基于在由天线波束的主波瓣确定的地理区域(称为RF覆盖区)内所接收的信号，往往决定了相应的用于发射机工作的共同波束方向图。因此，对于接收(Rx)和发送(Tx)操作所用的是同一射频(RF)覆盖区。
使用天线阵的Rx波束成形取决于将每个天线元上的入射信号以使来自所希望的方向的信号相干相加的方式建设性相加的能力。因此，不是来自所希望的方向的入射信号将不相干相加，从而不会经受到同样的处理增益。所谓″相干″是指这些信号在所附加的射束形成过程中将基本上具有相同的相角。此外，来自多个源的热噪声也呈现非相干特性，因此在将来自多个源的信号相加时不会经受到与相干的所需信号相同的处理增益。
相反，在发送主动天线阵中，这些信号在预定波束方向图内被相干地组合为″空间″电磁(EM)信号，因此它们相干地到达移动台(MS)(例如UE)接收机。
在节点B的天线阵内，从单个UE接收到的RF信号在没有将复合信号解调的情况下是不能辨别的。为一个特定用户的独立接收波束成形是不现实的，因为在天线阵处很可能同时会有多个从不同UE接收的功率差不多的信号。即使是少数UE在用节点B，也很可能这些信号会在节点B的接收机的固有噪声电平以下。WCDMA接收机的处理增益意味着可以从固有噪声电平中提取信号。然而，这至少需要一个部分解调过程。
还例示了已知的蜂窝网规划275的一个例子。这个蜂窝网规划应用一些呈现为″蜂房式″蜂窝结构的小区280。小区被分成一些扇区285。通常，每个小区有三个扇区，每个扇区相应于大致120度的覆盖范围。一个扇区与单个传统的天线阵的辐射方向图相应，它的+/-65度的波束方向图最大地覆盖这个扇区。在有些网络配置中使用6扇区的小区，虽然这不很常见。CDMA和WCDMA技术能将单个经调制的RF载频用于所有小区和那些小区内的扇区的所有上行链路用户。同样，可以将单个载频用于网络内所有小区和这些小区内所有扇区的下行链路。此外，每个扇区天线RF信号由各自的接收机或发射机独立处理。
对于该领域内的技术人员来说，众所周知的是，蜂窝体系包括宽区域地理覆盖范围的宏小区和用于宏地理结构内小的局部覆盖的微、皮和飞小区。在有些情况下，微、皮和飞小区可以使用与宏小区的相同的频率。由于微、皮和飞小区用于填充覆盖范围，它们的辐射天线单元将不与在宏扇区内所用的天线共享同一个物理地点。
在书籍″智能天线：技术现状″(″Smart Antennas：State of theArt″，Eurasip Book Series on Signal Processing & Communications，edited by Kaiser et al ISBN-10：9775945097 and authored KlemensFreudenthaler et al)的第5章中例示了一种WCDMA接收机。第5章处理最大比例合并(MRC)空间时间Rake接收机，将通过MRC实现的所组合的独立接收机与独立天线分开考虑。在耙集接收机前不存在波束成形。结果，这个建议不为RAKE接收机提供空间滤波，由于没有了来自波束成形器的处理增益，从噪声观点来看处于不利情况。噪声由于是不相关的，在波束成形中受到抑制。相反，所需的接收信号在波束成形器的合并级具有相关特性。此外，这种系统还受到向最强的所接收的WCDMA信号收敛的反馈影响。这个收敛时间，特别是在多径信号突然改变时，可以引起有损的链路性能。
现在参见图2，图中例示了一种已知的用于CDMA接收机的天线阵波束成形方案200。这种天线阵波束成形方案200包括多个将接收信号耦合给接收机210、220的天线205、215，接收机210、220各包括被安排成将所接收的RF信号下变频到基带的射频(RF)接收机前端电路、被安排成将经下变频的信号变换到数字形式的模数变换器和被安排成提取接收信号的用升余弦根(RRC)进行数字滤波的匹配信道滤波器。RRC滤波器各自的输出被输入到波束成形空间时间RAKE接收机功能225。
波束成形空间时间RAKE接收机功能225包括空间合并功能，空间合并功能包括被安排成估计天线阵的每个天线处接收信号的相应延迟的延迟估计235。延迟估计235的输出然后被输入到计算多个需用于波束成形逻辑245、250上的空间加权向量的功能，波束成形逻辑245、250各还从它们各自的接收机接收经RRC滤波的输出。随着收敛，波束成形逻辑245、250输出SIR最大化了的信号。这个信号在包括接收这些经波束成形校正的信号的RAKE接收机指组260的多径(时间)合并功能255内受到进一步处理。RAKE接收机指组的输出被输入到多径合并器265，在那里它们经建设性地合并后被输入到常用的信道解码270过程，等等。
然而，与对所接收的最强多径信号的这样处理关联的一个已知问题是，多径信号可以由于UE的部位、角位置或在信号散射环境内的运动物体只是很小的运动而迅速改变。结果，波束具有一个较窄波束的天线波束成形技术很少用于CDMA系统。这是由于通信链路在多径效应改变时易于丢失，而使用窄波束的波束成形天线阵加重了这个效应。因此，在已知的系统中，使用天线阵波束成形没有象它可以那样广泛地得到采纳，因为专用于单独窄波束的UE在必须适应多径信号的移动环境内具有一些缺点。例如，在诸如在都市环境内进行通信的某些通信情况下，由于使用窄跟踪天线阵波束成形可以产生不希望有的广泛散射的接收信号。为了从这样广泛散射的接收信号中提取全部效益，窄波束处理是不值得推荐的，因为使得使用耙集接收机的完全多径合并效果成为多余的，结果损害了性能。
此外，在蜂窝通信的传统天线系统中，发送/接收波束方向图通常是可用诸如机械移相器之类的机电波束控制元件控制的。因此，波束控制当前通过操纵位于天线塔顶上的天线阵的机电元件远程执行。机电波束操纵局限于俯仰上的微小改变(通常最大到10度)。机电相移波束操纵不能大范围地改变主波束成形。
为了克服与对位于天线塔顶上的天线阵的机电移相器波束控制关联的有限灵活性，最近已有意使用智能或主动天线技术。这是一种无线电技术，天线系统具有每个天线阵元专用的信号处理单元或具有并置的天线和信号处理单元。主动天线技术分为以下三个显明的系列：
(i)多天线系统(MAS)；
(ii)具有或没有多输入多输出(MIMO)信号的无线电头；以及
(iii)无线电阵列。
众所周知，主动阵列天线技术能有助于双向形成独立和可变的波束方向图。
现代的空中接口协议，诸如WCDMA，允许多个UE同时用单个载频在上行链路上向基站发送。间在上行链信道上要求每比特的信噪比(Eb/No)大于最小界限，以保证适当的误码率(BER)。这意味着，对于特定的UE，数据率越高，要求至少按比例提高载波与干扰加噪声之比(CINR)，以保持Eb/No。
由于其他UE将增添干扰电平，随着小区负载的增多，所有的UE必须通过提高发送功率进行补偿，以便保持在节点B的接收机处的Eb/No。类似地，需要较高数据率服务的UE将要求所有的UE为节点B所需的较高Eb/No进行补偿。UE这样增大发送功率对于网络性能来说可以是有害的。本小区内所增大的功率电平传播到邻近小区，迫使这些小区也加大功率电平以保持Eb/No，即使这些小区负载可能并不重。
这个作用对WCDMA网络提出一些问题。例如，通信小区的固有噪声电平增大，这又导致网络上的传播效应，并且降低了数据传输率。此外，UE设备还因此消耗较多的功率，因为要求上行链路传输在较高的功率电平进行。而且，由于施加到UE传输上的动态范围的限制，在每小区的最大吞吐量上存在一些限制。
在论文″具有不完善信道状态信息和有色噪声的相关分集支路的最大比例合并″(″Maximum ratio combining of correlated diversitybranches with imperfect channel state information and colorednoise″，authored by Schmitt et al.and published in″Spread SpectrumTechniques and Applications″，2004 IEEE Eighth InternationalSymposium 30 Aug.-2 Sept.2004，pages 859-863)中提供了对以上所提出的技术的进一步改进。Schmitt等人考虑了被MRC合并的多个主动波束成形支路，表明处理多个波束可以获得高达6dB的Eb/No的增益。不幸的是，Schmitt等人所提出的这种实现，对于在节点B内使用来说，会使信号处理的组成量增大四倍，因为每个接收机通路会需要整套专用Rake接收机。
Schmitt等人还提出了一种只支持多个窄波束的方案。这可以损害有着宽泛散射特性的传播情况，因此不利于完全覆盖小区扇区。
因此，当前的技术并不是次优的。于是，能够解决支持无线通信网络内的主动天线阵技术的问题，例如在利用和处理上行链路通信信道上的多波束能力以改善空中接口(Uu)链接性能中，这样的得到改善的机制会是有益的。
发明内容
因此，本发明设法单个地或以任何组合方式减轻、缓和或消除一个或多个以上所提到的缺点。
按照本发明的第一方面，提供了一种用来与远程无线通信单元通信、包括与天线阵耦合的网络单元的无线通信系统。天线阵包括多个辐射元，这些辐射元中的至少一个第一辐射元被安排成形成一个包括扇区波束的辐射方向图。这些辐射元还包括至少一个第二辐射元，被安排成形成在扇区波束内的至少一个子扇区波束的主要部分，其中这至少一个子扇区波束与扇区波束使用相同的载频。
载频在这里所给出的说明书的语境中包括被限制在一个信道间距带宽内的上行链路或下行链路的经调制的RF信号的中心频率。对于该领域内的技术人员来说，众所周知的是，在不同的无线设备之间中心频率例如由于设备的频率产生和运动设备的多普勒效应可以存在频率偏移。因而，在这个以PPM(百万分之)规定的定义中考虑了一个小的容差。为了明确起见，在一个例子中这个容差被限制在中心频率的例如20ppm之内。信道间距带宽例如在WCDMA系统内规定为5MHz。
因此，在本发明的一个实施例中，可以形成多个指状接收方向图(例如呈现为有一些子扇区波束的形状)，于是实现主动阵列技术的数字信号处理(DSP)可以利用波束成形过程的空间滤波。本发明可以改善对通信系统内用于例如UE到达角信号在空间均匀分布的扇区的通信资源的使用。因此，对于波束到达处在任何一个子扇区波束内的上行链路UE来说，与作为整个波束处理的接收信号相比，子扇区波束可以含有少得多的来自其他用户的干扰。结果，可以获得SIR性能的改善，从而改善了空中接口链路。此外，这样的通信系统可以由已开发的3GPPTM标准支持，以便提供得到改善的3G WCDMA系统的链路性能。
按照本发明的一个任选特征，扇区波束由″第一波束成形器″逻辑形成，而至少一个子扇区波束由″第二波束成形器″逻辑形成，使得扇区波束和至少一个子扇区波束具有共同的极化。因此，可以独立地处理入射到固定极化的天线阵上的信号，以提取入射信号的相干特性。也可以用交叉极化天线来提取来自空中接口的极性不同的信号；但由于对于极性不同的信号不太可能存在相干特性。
按照本发明的一个任选特征，这些辐射天线元包括一个并置的波束形成支点。这样，扇区波束和至少一个子扇区波束可以部分交叠，并且可以基本上从相同天线元发出，以具有一个并置的波束形成支点。
按照本发明的一个任选特征，可以将至少一个子扇区波束被形成，使得它具有比所形成的扇区波束的窄的水平或垂直方位角辐射方向图。
按照本发明的一个任选特征，天线阵包括支持每个天线阵元专用的信号处理的主动天线阵。因此，可以获得根据每个天线阵辐射元改变辐射波束成形的能力。此外，可以将来自每个接收机的信号耦合给多个波束成形器逻辑模块，从而使多个所接收的辐射方向图可以得到处理。
按照本发明的一个任选特征，可以在扇区波束成形过程或子扇区波束成形过程中使用虚拟天线元。
按照本发明的一个任选特征，无线通信系统是第三代合作伙伴计划3GPPTM宽带码分多址WCDMA蜂窝通信系统。因此，使用不同形式的CDMA技术的通信系统和通信单元可以很容易采用在这里所说明的创造性构思。此外，可以用这种对这样的WCDMA系统内的附加子扇区波束的处理来改善链路性能。
按照本发明的一个任选特征，网络单元，例如为服务无线通信单元(诸如节点B)，可以包括波束成形器信号处理逻辑或可以与波束成形器信号处理逻辑耦合，波束成形器信号处理逻辑包括至少″第一波束成形器″逻辑和″第二波束成形器″逻辑，被安排成分别处理与扇区波束和至少一个子扇区波束关联的信号。此外，在一个任选实施例中，这种网络单元可以包括耙集接收机逻辑或者可以与耙集接收机逻辑耦合，耙集接收机逻辑包括多个与波束成形器信号处理逻辑耦合的、可以被安排成分别接收与扇区波束和至少一个子扇区波束关联的信号的耙集接收机。因此，扇区波束和至少一个子扇区波束可以分别予以处理，这可以改善链路性能。此外，最大输入信号落在所述子扇区波束内的入射信号可以呈现出得到改善的Eb/No。
按照本发明的一个任选特征，多个耙集接收机的与处理扇区波束关联的第一数目可以大于多个耙集接收机的与处理至少一个子扇区波束关联的第二数目。在当前的节点B设备中，添加每个波束一套的耙集接收机消耗了大量的信号处理开销。因此，按照这个任选特征，例如通过利用数目减少了的耙集接收机和采用资源加载算法，可以最佳地利用耙集接收机资源。
按照本发明的一个任选特征，波束成形器信号处理逻辑可以被安排成处理扇区波束和至少一个子扇区波束，可以包括被安排成对所述扇区波束和所述至少一个子扇区波束中的一个或多个应用极化分集的分集逻辑。因此，来自角位置不同的UE天线的信号可以得益于最佳地从不同极化选择信号的节点B接收机天线阵，从而进一步改善了链路性能。
按照本发明的一个任选特征，极化分集接收可以以与主接收机通路类似的方式处理，因为能使用CDMA技术的那些接收机可以应用极化分集接收。
按照本发明的一个任选特征，可以用数据通信链路在服务无线通信单元的一些功能子系统之间交接数据流。这些子系统元可以例如包括在RF子系统与基带子系统之间的数据通信链路。这个划分界面可以例如在波束成形器功能与解扩频功能之间。这个通信链路可以是串行链路，符合诸如开放基站体系结构动议(OBSAI)RP3或公用无线电接口(CPRI)规范之类的接口。
按照本发明的一个任选特征，网络单元，诸如服务无线通信单元，可以包括可以被安排成在使用极化分集的通信路径中有选择地分配至少一个远程通信单元的分配逻辑。因此，通过将耙集接收机资源限制到小于扇区波束路径所需的满定额，可以达到相当大的减少服务通信单元的处理功能。
按照本发明的一个任选特征，网络单元，诸如服务无线通信单元，可以包括多用户检测器(MUD)逻辑或可与多用户检测逻辑耦合，多用户检测逻辑与多个耙集接收机耦合，被安排成使得基于耙集接收机逻辑的多个输出对多个远程通信单元的信号干扰达到最小。在WCDMA系统内，任选的是可以使用解决近远问题的逻辑。MUD提供了目的是减少来自共享同一个频率的其他用户的干扰的选项。典型的途径被设计成使线性恢复所关心的用户的均方误差(MMSE)减到最小。也可以使用达到MUD的其他途径，诸如以径向为主的恢复所关心的用户的功能。因此，与上述特征结合使用MUD逻辑可以提供对上行链路性能的进一步改善。
按照本发明的一个任选特征，网络单元，诸如服务无线通信单元，可以包括最大比例合并逻辑或可与最大比例合并逻辑耦合，最大比例合并逻辑被安排成为每个上行链路信道分别合并在扇区波束上接收的信号和合并在至少一个子扇区波束上接收的信号。在一个任选的实施例中，最大比例合并逻辑可以将不同的比例常数应用于来自每个耙集接收机输出通路的信号。在一个任选的实施例中，最大比例合并逻辑可以对与由第一波束成形器形成的扇区波束和由第二波束成形器形成的至少一个子扇区波束关联的每个接收机通路上的每个远程无线通信单元信号进行加权。因此，MRC最佳地合并来自不同通路的信号，使得信号与干扰加噪声之比达到最大，导致整体得到改善的链路性能。
按照本发明的一个任选特征，网络单元诸如服务无线通信单元，可以包括分配逻辑，被安排成按照下列各项中至少一个为接收信号分配多个耙集接收机的接收机指：接收信号的扩频因子；接收信号的发送功率控制TPC。按照本发明的一个任选特征，分配逻辑可以被安排成首先按照下列各项中至少一个为接收信号分配多个耙集接收机的接收机指：接收信号的最小扩频因子；接收信号的最高发送功率控制TPC。
按照本发明的第二方面，提供了一种处理无线蜂窝通信系统的天线阵内天线元的波束成形信号的网络单元，诸如服务无线通信单元。这种网络单元，诸如服务无线通信单元，包括被安排成接收来自多个天线元的信号。这种网络单元，诸如服务无线通信单元，还包括多个被安排成接收这些信号的耙集接收机，其中第一组接收信号是从与一个扇区波束关联的″第一波束成形″逻辑接收的。这种无线通信单元还包括从与形成中心方位角处在扇区波束内的至少一个子扇区波束的主要部分关联的至少一个″第二波束成形″逻辑接收的第二组接收信号，其中这至少一个子扇区波束和扇区波束使用相同的载频。这种无线通信单元还包括分别处理从与扇区波束和至少一个子扇区波束关联的多个耙集接收机输出的信号的逻辑。
按照本发明的第三方面，提供了一种控制无线蜂窝通信系统的天线阵内的天线元的方法，无线蜂窝通信系统包括可与天线阵耦合以便与远程无线通信单元通信的网络单元，诸如服务无线通信单元。这种方法包括：将该天线阵的第一辐射元配置成形成包括扇区波束的辐射方向图；以及将该天线阵的至少一个第二辐射元配置成形成在扇区波束内的至少一个子扇区波束的主要部分，其中这至少一个子扇区波束和扇区波束使用相同的载频。
按照本发明的第四方面，提供了一种计算机程序产品，这种计算机程序产品包括控制无线蜂窝通信系统的天线阵内的天线元的程序代码，无线蜂窝通信系统包括可与天线阵耦合以便与远程无线通信单元通信的网络单元，诸如服务无线通信单元。这种计算机程序产品包括执行下列操作的程序代码：将该天线阵的第一辐射元配置成形成包括扇区波束的辐射方向图；以及将该天线阵的至少一个第二辐射元配置成形成在扇区波束内的至少一个子扇区波束的主要部分，其中所述至少一个子扇区波束和所述扇区波束使用相同的载频。
按照本发明的第五方面，提供了一种处理无线蜂窝通信系统的天线阵内的天线元的波束成形信号的方法，无线蜂窝通信系统包括可与天线阵耦合以便与远程无线通信单元通信的网络单元，诸如服务无线通信单元。这种方法包括：在天线阵的多个辐射元中被安排成形成包括扇区波束的辐射方向图的至少一个第一辐射元处接收第一信号；在多个辐射元中被安排成形成包括处在扇区波束内的至少一个子扇区波束的辐射方向图的主要部分的至少一个第二辐射元处接收第二信号，其中这至少一个子扇区波束和扇区波束使用相同的载频。这种方法还包括将在多个天线元处接收的信号加到多个耙集接收机上；以及由波束成形逻辑分别处理从与扇区波束和至少一个子扇区波束关联的多个耙集接收机输出的信号。
按照本发明的第六方面，提供了一种包括控制无线蜂窝通信系统的天线阵内的天线元的程序代码的计算机程序产品，无线蜂窝通信系统包括可与天线阵耦合以便与远程无线通信单元通信的网络单元，诸如服务无线通信单元。这种计算机程序产品包括执行下列操作的程序代码：在天线阵的多个辐射元中被安排成形成包括扇区波束的辐射方向图的至少一个第一辐射元处接收第一信号；在多个辐射元中被安排成形成包括处在扇区波束内的至少一个子扇区波束的辐射方向图的主要部分的至少一个第二辐射元处接收第二信号，其中这至少一个子扇区波束和扇区波束使用相同的载频。程序程序代码还执行下列操作：将在多个天线元处接收的信号加到多个耙集接收机上；以及由波束成形逻辑分别处理从与扇区波束和至少一个子扇区波束关联的多个耙集接收机输出的信号。
从参照以下所说明的实施例所作的解释中可以清楚地看到本发明的这些及其他一些方面、特征和优点。
附图说明
图1例示了一个已知的码分多址(CDMA)接收机的体系结构。
图2例示了一种已知的非分集化的非主动波束成形CDMA接收机以及用于网络规划的典型小区扇区化方案。
本发明的实施例将参照以下附图予以例示性说明，在这些附图中：
图3例示了按照本发明的有些实施例适配的第三代(3G)无线通信系统的体系结构；
图4例示了按照本发明的有些实施例使用扇区波束和子扇区波束的波束成形的水平方向图；
图5例示了按照本发明的有些实施例适配的基于多用户检测器的CDMA接收体系结构；
图6例示了按照本发明的有些实施例适配的基于多径合并的CDMA接收体系结构；
图7例示了按照本发明的有些实施例在蜂窝系统内的解扩频耙集接收机多径合并器描述的方法；
图8例示了在本发明的实施例中分配可以用来实现信号处理功能的耙集接收机资源的流程图；以及
图9例示了在本发明的实施例中可以用来实现信号处理功能的典型计算系统。
具体实施方式
天线阵元是用来将电磁(EM)信号转换成电信号或反之的辐射结构，其中单个元具有固定的辐射方向图。所谓″辐射元″在这里是指能辐射电磁信号的元。此外，所谓″辐射元″在这里还包括能吸收EM辐射并将它转换成电信号的结构。这些元构成一个阵列，可以通过控制耦合给这些元的电信号将这个阵列配置成具有不同的辐射方向图。因此，可以获得改变辐射波束成形的能力。按照本发明的实施例，可以将来自每个接收机的信号耦合给多个波束成形器逻辑模块，从而允许处理多个接收辐射方向图。在无线电阵列主动天线技术的领域内，来自不同的接收机(Rx)元的接收信号被相干地相加性合并。这种接收合并操作可以在数字域内实现。为了使这些分开的信号在合并级存在最佳的相干性，必须均衡各个接收通路的延迟、相位响应和增益响应。阵列内不同的接收机可以由于例如组件制造公差、时钟相位差、温度和电源变化等在这些特性上呈现差异。例如，在实际系统中，会有对电压调整器的不同例示，因此不同的设备呈现过程所导致的偏移和随温度而变的系数。类似地，多个收发机的时钟配给遭受时钟通路的差异，从而导致每个收发机的相对相位的偏移。还知道的是，天线阵外壳内的温度分布可以是值得注意的。
此外，每个收发机与诸如数字信号处理链之类的产生热的组件接近情况也不会相同。类似地，一些收发机将处在阵列的边缘，因此遭受更大的周围环境变化影响。此外，按照波束成形系数，有些收发机将具有不同的发送功率分布，结果呈现不同的热产生分布。
与只处理一个波束(发送或接收波束)的已知天线阵和波束成形体系结构相反，本发明的实施例应用多个受处理的波束。因此，特别是通过应用一个扇区波束以及处在这个扇形波束内的至少一个子扇形波束，使现有技术的对迅速改变多径信号的敏感性得到缓和。
在本发明的实施例的语境中，所谓″波束″是指包括在垂直和水平方位角平面内画出的等EM辐射信号强度的天线辐射方向图的分布图。
本发明的实施例应用背景是，一些UE设备向一个节点B的发送路径通常在角度上散布在由一个天线阵波束成形支持的扇区内。因此，本发明的实施例利用主扇区波束和一个或多个附加的较窄子扇区波束方向图，来改善信干比(SIR)性能。因此，可以使每个UE上行链路的每比特信号与噪声加干扰之比(Eb/No)得到改善。有益的是，处在主波束和附加的较窄波束之外的空间区域内的UE可以受到抑制，从而限制了它们作为干扰对在波束方向图内进行发送的UE的影响。
特别是，本发明的实施例采用主动阵列天线技术，利用多个接收波束成形通路，使得特定的用户UE的Eb/No可以得益于对多个接收通路的空间滤波。在本发明的一个实施例中，这方面可以通过将与在上行链路通信信道上的功率控制算法链接的一个扇区接收机和一个或多个有选择的(子扇区)耙集接收机组合在一起来实现。此外，在本发明的一个实施例中，一小组UE的信号被安排成在这一个或多个子扇区波束内处理，因此就不需要显著提高对小区的信号处理要求。
以下说明集中于可适用于UMTS(通用移动通信系统)蜂窝通信系统特别是第三代合作伙伴计划(3GPPTM)系统的UMTS陆地无线电接入网(UTRAN)的本发明的实施例。然而，可以理解，本发明并不局限于这种特定的蜂窝通信系统，而是可以适用于任何其他能应用天线阵的蜂窝通信系统。此外，本发明的有些实施例可以适用于任何码分多址(CDMA)系统，诸如用于星载全球定位系统(GPS)的。例如，无线通信系统可以包括在地球大气层内的无线服务通信单元，而与无线服务通信单元通信的远程无线通信单元可以包括地球同步或轨道卫星。
在有些典型实施例中，可以有益地将产生主扇区波束和一些处在主扇区波束的一部分内的子扇区波束配置成使用相同的技术标准，例如3GPPTM、UMTSTM等。
此外，在有些典型实施例中，所设想的是，可以有益地将主扇区波束和一些处在主扇区波束的一部分内的子扇区波束配置成使用相同的载频。在有些示范性实施例中，所设想的是，主扇区波束和一些子扇区波束可以同时使用相同的载频。
以下说明集中于可用于主动天线阵的接收机操作、所关联的电路以及在有些实施例中节点B的接收机操作的本发明的实施例。然而，可以设想，在这里所说明的本发明的实施例同样可适用于主动天线阵的发射机操作。
现在参见图3，图中概括地示出了作为本发明的一个实施例的基于蜂窝的通信系统300。在这个实施例中，基于蜂窝的通信系统300遵从和含有一些能通过通用移动通信系统(UMTSTM)的空中接口运行的网络单元。特别是，这个实施例涉及与UTRAN无线电接口(见3GPPTM TS 25.xxx规范系列)有关的宽带码分多址(WCDMA)标准的第三代合作伙伴计划(3GPPTM)规范。
多个无线用户通信单元/终端(或者在UMTSTM术语中为用户设备(UE))305通过无线电链路与多个支持覆盖一个特定通信小区310的通信的基站收发台(UMTS术语中为节点B)315通信。系统300包括许多其他UE和节点B，为了清见这些没有示出。
无线通信系统，有时称为网络运行方网域，与外部网络340例如因特网连接。网络运行方的网域包括：
(i)一个核心网络，即至少一个网关通用分组无线电系统(GPRS)支持节点(GGSN)325和至少一个服务GPRS支持节点(SGSN)330；以及
(ii)一个接入网络，包括UMTS无线电网络控制器(RNC)320和至少一个UMTS节点B 315，每个RNC 320可以控制一个或多个节点B 315。
GGSN 325或SGSN 330负责UMTS与公用网(例如，公用数据交换网(PSDN)(诸如因特网)340或公用电话交换网(PSTN))接口。SGSN 330执行对话务的路由选择和隧穿封装功能，而GGSN325与外部分组网链接。每个SGSN 330为外部网络340提供一个网关。运行和管理中心(OMC)与RNC 320和节点B 315连接。OMC包括为了控制和管理蜂窝通信系统300各部的处理功能和逻辑功能，如该领域内的技术人员所理解的。
节点B 315通过一些包括RNC 320的无线电网络控制(RNC)站和诸如SGSN 330的移动交换中心(MSC)与外部网络连接。蜂窝通信系统通常将具有许多这样的基础设施元，为了清晰起见，图3中只示出了不多的一些元。
每个节点B 315含有一个或多个收发单元，并且通过Iub接口与基于小区的系统基础设施中的其余部分通信，如在UMTSTM规范中所规定的那样。每个节点B 315与向远程UE发送信号和从远程UE接收信号的天线塔317耦合，其中每个天线塔317包括一个按照本发明的实施例适配的天线阵319。
按照本发明的实施例，在蜂窝通信系统300中采用了主动阵列技术。特别是，将多个接收方向图形成成如图4的例子所示，并加以处理，以利用波束成形过程的空间滤波效应，如图5和图6的示范性方案中所示。
具体地说，本发明的实施例提出了能大大改善链路性能的(W)CDMA接收机体系结构，而不需要始终增加UE上行链路功率控制。
此外，在一个典型实施例中，在节点B的Rx中将这些单独接收信号的一些拷贝用不同的波束成形加权合并在一起，从而形成多个上行链路波束方向图。在上面所说明的CDMA通信系统中，对这些子扇区波束成形进行处理，以便改善链路性能。
现在参见图4，图中例示了按照本发明的有些实施例使用一个扇区波束和一些扇区波束的波束成形400的一系列水平方向图。天线的方位曲线绘出了常见的从天线发送时电磁(EM)场强对角位置的等值线410、415。相反，对于处在接收工作模式的天线，方位曲线为相等的衰减程度的等值线，如按从离天线固定距离的全向电磁(EM)源的输出的波束成形对电磁(EM)场源的角位置所测量的。
对于一个频率范围，提供了发送和接收方位曲线。波束成形400的这些方位方向图例示了不同的覆盖区410、415，因此例示了接收信号可以检测和恢复的接收功率电平。波束成形400的这些方位方向图包括一个以基本上是传统的方式形成的+/-65度扇区波束405。然而，按照本发明的有些实施例，还形成一个或多个基本上在+/-65度扇区波束405内的附加子扇区波束，诸如子扇区波束1420、子扇区波束2425、子扇区波束N 430。在一个实施例中，子扇区波束420、425、430各以与扇区波束405几乎相同的方式处理。例如，在图5中详细示出了处理子扇区波束420、425、430的一种配置，用于一个具有极化分集的WCDMA的例子。
实现本发明的这个实施例的代价是要求使用比传统上在节点B内所使用的多的RAKE接收机。然而，由于RAKE接收机通常是以软件、固件或诸如现场可编程门阵列(FPGA)器件之类的可重新配置硬件实现，因此增加RAKE接收机可以很容易用提高最近的数字信号处理器(DSP)的信号处理强度来适应。典型的节点B设备可以处理96个UE呼叫。因此，典型的以传统的现有技术方式工作的节点B将需要386个RAKE接收机。
为了实现本发明的实施例，例如使用4个在一个扇区波束内的子扇区(窄波束天线方向图)以及这个扇区波束天线方向图本身的实施例，所需RAKE接收机的总数为：
96个UE x 5个波束(例如4个子扇区+1个扇区波束)x 2(极化分集信号)x 2(每个用户2个DPCCH和DPDCH信道的极化分集信号)+2个用于RACH接收的附加RAKE接收机＝1922个RAKE接收机。
在节点B内的发送信号处理包括对与DPCCH和DPDCH有关的信息进行信道处理。DPDCH数据用根据每个用户所施加的Pn码和正交扩频因子码扩频。发送信号还受到信道滤波、经波束成形后变换成模拟信号、模拟滤波、上变频到RF频率和放大。
在这方面，用专用物理控制信道(DPCCH)来发送用于相干接收的领示符号、功率信令比特和用于速率检测的速率信息。这是与在专用物理数据信道(DPDCH)上发送的用户数据同时发送的，如许多控制信息那样。
采用本发明的实施例具有对处在该小区扇区的子扇区波束内的发送UE进行空间滤波的作用。使用扇区波束和一个或多个子扇区波束因此是对蜂窝通信系统内迅速改变的多径耐扰的。
在有些示范性实施例中，还设想了，主扇区波束和一些处在主扇区波束的一部分内的子扇区波束可以有益地被配置成供同一个正在进行的呼叫使用，从而以合并形式有助于呼叫处理链路的改善。因此，在有些示范性实施例中，可以为同一个呼叫同时执行对来自一个子扇区波束和来自一个扇区波束的信号的处理。因此，在有些示范性实施例中，使用同样的空中接口标准可以为来自从UE到节点B的若干多径传播状况的信号得到最佳的结果。无散射传播上行链路可以被认为是最适合子扇区波束处理，而广泛散射的多径传播状况可以被认为最适合扇区波束处理。上行链路传播状况可以在由单个节点B处理的呼叫的持续时间内改变。因此，即使在通过子扇区波束处理获得最佳性能的情况下，也同时处理这两个通路，以考虑会出现传播状况改变，包括迅速的多径改变或在散射分布中的任何改变。
在本发明的一个实施例中，所有的UE都被配置成能在扇区波束内处理。然而，按照本发明的一些实施例，可以有选择地将一些选择UE设置在这些子扇区波束成形通路内。图8详细示出了选择一些UE在子扇区波束成形通路上处理的算法途径。可以处理所有的UE，直至已达到RAKE资源限制。此时，将为上行链路扩频因子(SF)最小的用户分配额外的处理资源，因为它们将需要最高的CINR。如果此时有些资源仍是可用的，那么在本发明的有些实施例中就提出根据离小区边界的远近例如如上行链路功率控制参数所指示的来分配这些资源。在本发明的一些实施例中，可以将这些子扇区通路根据数据吞吐率要求或位于小区边界处的用户按优先次序分配。
WCDMA网络应用对上行链路的闭环功率控制。因而，功率控制参数由节点B控制。为此，将发送功率控制(TPC)比特发送给UE设备。因此，本发明的实施例提出使用这些比特的累积状态提供对趋近小区覆盖距离极限的上行链路信道的估计。因此，以此为基础，可以调节对子扇区波束处理的上行链路优先权。
在本发明的一个实施例中，所提出的是，至少一个子扇区波束的处在扇区波束内的主要部分包括这至少一个子扇区波束的至少80％地理覆盖范围，其中扇区和子扇区的波束是指上行链路上的同样衰减程度，而在下行链路的情况下是指同样场强。这样，这至少一个子扇区波束的一小部分可以被安排成超出扇区波束，以便支持与基本上处在扇区波束边缘的UE通信。可以设想，在其他实施例中，至少一个子扇区波束的较大或较小部分可以被设置在扇区波束内。对于本说明书的其余部分，所设想的是，所谓″主要部分″对于至少一个子扇区波束的处在扇区波束内的波束宽度可以包括任何地方都在扇区波束的51～99％之间。在本发明的一个实施例中，提出这些辐射天线元包括一个并置的波束形成支点。这样，在形成扇区波束和子扇区波束中基本上使用相同的辐射元。
在本发明的一个实施例中，提出可以将至少一个子扇区波束成形成使得它比所形成的扇区波束具有更窄的水平或垂直方位角辐射方向图。
在本发明的一个实施例中，提出了扇区波束成形过程和/或子扇区波束成形过程可以采用虚拟天线生成。虚拟天线生成使用来自两个或更多个天线元的信息来产生另一个(虚拟)天线元信号。然后可以采用外推逻辑来使用差值功能和相位转动功能，以便产生这样的虚拟天线元的效果。因此，有益地增加了波束成形器内的自由度。这样，就可以获得对干扰信号的较大衰减。或者或此外，不需用实际信号处理通路和所关联的实际天线元产生一些窄得多的波束。
现在参见图5，图中例示了如按照本发明的有些实施例所修改的基于多用户检测器(MUD)的CDMA接收机体系结构。在WCDMA网络中，本发明的实施例采用可以经处理后予以合并这样的多个子扇区波束成形，以改善链路性能。
在本发明的一个实施例中，应用了一些极化分集接收通路。然而，可以设想，这种创造性的构思可以适用于极化分集通路不可得到的情况。
首先说明基于多元合并的WCDMA接收机体系结构500在接收工作模式的情况。基于多径合并的WCDMA接收机体系结构500可以包括一个诸如节点B或其他无线基站之类的服务无线通信单元的接收机。或者，基于多径合并的WCDMA接收机体系结构500可以包括一个可以使服务无线通信单元与天线阵耦合的网络元的接收机。在这里之后，所谓网络单元可以包括服务无线通信单元和处在服务无线通信单元与天线阵之间的结构元两者。
基于多径合并的WCDMA接收机体系结构500可以包括一个接收机，这个接收机包括多个与一个主动天线阵耦合的并行收发电路，它的一些接收机元被安排成各自提供与接收信号的所关注接收信道相应的经下变频的数字化样本。如技术人员所理解的，发送部分也连接到天线阵上，为了简明起见，在500中没有示出它的波束成形部分的逆(发送)操作。
在发送操作中，不能将这些经波束成形的通路隔开，因为通过的空间媒体是相同的媒体；然而，对于接收操作来说，可以产生接收信号的接收拷贝，而不用改变受处理的其他通路。
多个并行收发机电路包括在接收模式将接收信号提供给低噪声放大器(LNA)594的天线收发开关592。
LNA 594将经放大的接收信号提供给被安排成根据下变频信号将相应经放大的接收信号下变频的相应正交(″I″和″Q″)下变频级。下变频信号从本机振荡产生子系统598以正交形式馈入。各个经放大、正交下变频的接收信号经各个低通滤波器596输入相应模数变换器597，以将经正交下变频的接收信号变换成数字形式。
按照本发明的一些实施例，各个接收信号的数字形式被输入多个并行波束成形处理逻辑模块540、545、550。波束成形处理涉及对各个接收信号进行与波束方向图系数相应的相位和振幅定标。
每个波束成形通路会由一个耙集接收机组分别处理。这些并行波束成形处理逻辑模块各包括被安排成处理扇区波束的波束成形和信道滤波540、第一子扇区的波束成形和信道滤波直至第N子扇区的波束成形和信道滤波545的相应逻辑。
在发明的一个与DPDCH耙集接收机处理配合的实施例中，所设想的是，可以将一些分立的专用RAKE接收机配置在波束成形功能后，以便处理DPCCH和处理随机接入信道(RACH)。
并行波束成形处理逻辑模块540、545、550用各自的信道滤波器处理所接收的数字形式的信号，将输出信号提供给多个并行的被安排成对所接收的每个波束的数字信号解扩频的相应解扩频逻辑模块，例如扇区波束解扩频逻辑535、子扇区1解扩频逻辑536直至子扇区N解扩频逻辑537。波束解扩频逻辑535、536、537将输出提供给相应多用户检测(MUD)逻辑模块530、531、532。MUD逻辑模块530、531、532的功能是减少来自共享同一频率的其他用户的干扰。MUD处理在WCDMA内是任选的，取决于所考虑的标准的版本。在这个实施例中，MUD检测逻辑模块530、531、532的输出被输入多径合并逻辑515。在本发明的一个实施例中，还分配一些分立的专用接收通路，用来处理专用物理控制信道(DPCCH)和处理随机接入信道(RACH)。因此，MRC逻辑可以用DPCCH来得出一些以最佳信号与干扰加噪声之比合并的信号通路。
在本发明的一个实施例中，需要随机接入信道(RACH)解码来登记处在上网预占模式的UE或者为了位置更新或作为启动呼叫调度的一部分的接入需求。在本发明的一个实施例中，RACH资源专用于只是扇区波束。此外，在本发明的一个实施例中，在所有的RAKE接收机通路内执行DPDCH和DPCCH处理。
因此，在多径合并逻辑515内产生一个复合信号，这个复合信号提供给被安排成对交织的接收信号去交织的去交织逻辑510，而经去交织的复合信号被输入前向纠错(FEC)维特比解码器逻辑电路505，以对经去交织的复合信号解码。
在本发明的一个实施例中，用每个通路的DPCCH信道领示信息来确定最大比例合并(MRC)逻辑在每个被合并通路上所用的加权。MRC是合并的方法，其中：
(a)将来自每个信道的信号相加在一起；
(b)使每个信道的增益与均方根(rms)信号电平成正比而与本信道内的均方噪声电平成反比；以及
(c)对于每个信道使用不同的比例常数。
在一个示范性实施例中，现代的空中接口协议，诸如WCDMA，允许多个UE同时用单个载频在上行链路上向基站发送。在上行链路信道上要求每比特信噪(Eb/No)大于最小极限，以保证适当的误码率(BER)。这意味着，对于特定的UE，数据率越高，要求至少按比例提高载波与干扰加噪声之比(CINR)，以保持Eb/No。
现在参见图6，图中所示的本发明的示范性实施例例示了按照本发明的另一个实施例适配的基于多径合并的CDMA接收体系结构600。首先说明基于多径合并的收发机体系结构600处于接收工作模式的情况。基于多径合并的CDMA收发机体系结构600包括多个与主动天线阵耦合的并行收发机电路。在接收工作模式，并行接收机阵列提供接收信号的与所关注的接收信道相应的经下变频的数字化样本。
多个并行收发机电路包括在接收模式将接收信号提供给低噪声放大器(LNA)694的天线收发开关692。LNA 694将经放大的接收信号提供给各个被安排成根据下变频信号将相应经放大的接收信号下变频的正交(″I″和″Q″)下变频级。下变频信号从本机振荡产生子系统698以正交形式馈入。各个经放大、正交下变频的接收信号经相应低通滤波器696输入相应模数变换器697，以将经正交下变频的接收信号变换成数字形式。
按照本发明的实施例，数字形式的各个接收信号被输入多个并行波束成形处理逻辑模块640、645、650。波束成形处理涉及对各个接收信号进行与波束方向图系数相应的相位和振幅定标。
每个波束成形通路由一个耙集接收机组分别处理。这些并行波束成形处理逻辑模块各包括各自的被安排成处理扇区波束的波束成形和信道滤波逻辑640、处理第一子扇区的波束成形和信道滤波逻辑645直至处理第n子扇区的波束成形和信道滤波逻辑650。并行波束成形处理逻辑模块640、645、650用各自的信道滤波器处理所接收的数字形式的信号，将输出信号提供给多个并行的被安排成对所接收的每个波束的数字信号解扩频的相应解扩频逻辑模块，例如扇区波束解扩频逻辑635、子扇区1解扩频逻辑636直至子扇区N解扩频逻辑637。波束解扩频逻辑635、636、637将输出提供给相应多径合并逻辑模块615、616、617。在这种情况下，可以为每个分立通路执行多径合并。多径合并逻辑模块615、616、617各将与每个UE上行链路相应的多个数据流输入最大比例合并(MRC)逻辑612，逻辑612在一个实施例中被安排成用信道估计器来得到每个天线阵元的MRC加权。最大比例合并(MRC)是一种分集合并方法，其中：
(a)将来自每个信道的信号相加在一起；
(b)使每个信道的增益与均方根(rms)信号电平成正比而与本信道内的均方噪声电平成反比；以及
(c)对于每个信道使用不同的比例常数。在WCDMA实现中比例常数通常是相等的。如果一个通路相对其他通路按比例放大或衰减后添加给复合信号，就使用这样一些比例常数。
因此，在MRC合并逻辑电路612内产生一个复合信号，这个复合信号提供给被安排成对经交织的接收信号去交织的去交织逻辑610，此后经去交织的复合信号被输入前向纠错(FEC)维特比解码逻辑电路605，以对经去交织的复合信号解码。
在本发明的一个实施例中，用每个通路的DPCCH信道领示信息来确定MRC用于每个被合并通路的加权。
在本发明的一个可适用于图5或图6的体系结构的实施例中，两个极化通路上的所有接收机都被安排成处理通常会是+/-65度的波束方向图的小区扇区波束成形。在这个扇区内的所有UE因此都能被这个波束方向图接收。这是在小区规划蜂窝网络时扇区所用的传统方向图。按照本发明的实施例，使用同样的来自多个ADC的不同波束方向图的数字信号。这些波束方向图包括扇区波束成形和至少一个较窄的波束方向图。如果一个子扇区波束方向图是+/-17度的方向图，那就意味着大约扇区的25％可以用这个子扇区波束覆盖。
如果每个UE的到达角在扇区内是空间均匀分布的，那么就有75％的UE会受到显著衰减。例如，如果波束是以方位-48度为中心+/-17度，那么到达角为+20度的入射信号就会受到显著衰减。这两个信号同时在扇区波束内处理。然而，空间选择将保证其中一些信号受到衰减。与传统的接收机相比，这可以相当于对于在这个扇区内的UE来说Eb/No有高达6dB的改善。
图7例示了各按照本发明的一些实施例适配的示范性解扩频耙集接收机700和示范性多径合并器750的原理框图。
示范性解扩频耙集接收机700包括接收如参照图5和图6所说明的波束成形和信道滤波器信号702的参数估计逻辑705和RAKE指组710。参数估计逻辑705检测和提供一些参数，特别是对接收信号内的缺陷的校正因子，这样的缺陷可以包括由于多普勒或UE设备内的频率误差而引起的频率偏移。RAKE指组710包括多个并行RAKE指720、722、724。RAKE指组710内的多个RAKE指被安排成跟踪单个代码，以形成这个代码的耙集接收机。
因此，一个代码的峰值相关根据这些RAKE指标识。随后，对这些经延迟的指通路上的相关峰值执行MRC相加。将共同接收的信号乘以加扰码和经延迟的加扰码。延迟由代码跟踪器逻辑电路730确定后再解扰。每个延迟各与一个独立的最终将被合并的多径信号相应。在合并操作前执行解扰和解扩频，以便将码片层次的信号变换成符号层次的信号。解扩频逻辑模块736接收来自伪序列产生器738的Pn码序列，将它乘以经解扰的数据。解扩频逻辑模块736的输出施加到累积和转储逻辑模块740上。于是，将经解扩频的数据在一个符号周期上累积，从而提供每个符号一个的复数样本输出。这个过程对所有的需合并的通路执行。这个过程的输出742将一个输入信号提供给MRC。
图8例示了在本发明的实施例中分配可以用来实现信号处理功能的耙集接收机资源的流程图800。流程图800示出了WCDMA系统的机制，利用这个机制，扇区波束成形的耙集接收机可以处理所有的UE，而子扇区波束成形的通路可以被安排成具有比扇区波束成形通路少的耙集接收机。流程图800例示了高效地将一些特定的UE分配给子扇区波束通路的方法。
随着UE接收呼叫UE被加载到节点B上(步骤805)，节点B能分配所有的波束成形通路上的RAKE接收机资源(步骤810)，直至在波束成形的通路上没有资源剩下，如在步骤815所确定的。
当在步骤815确定UE的数量超过波束成形通路的耙集接收机预算时，根据正被使用的扩频因子选择一些UE，如步骤820中所示。例如，在步骤825，首先将优先权分配给最小的扩频因子，因为这些扩频因子需要最好的信噪比。然后，在步骤830，算法确定采用一个公共扩频因子的UE的数目是否大于或等于剩下备用的耙集接收机的数目。如果在步骤830确定采用一个公共扩频因子的UE的数目大于或等于剩下备用的耙集接收机的数目，就在步骤835将这个公共扩频因子分配给UE子扇区RAKE接收机。然后，在步骤840，选择下一个最小的扩频因子，再确定采用一个公共扩频因子的UE的数目是否大于或等于剩下备用的耙集接收机的数目，如在步骤835所示。因此，这个过程一直继续到分配算法确定根据一个公共SF分配了多个UE，而UE的数目小于可用的RAKE接收机的数目。此后，分配算法转至优先化级，确定应该具有最高优先权的那些UE，如在步骤845所示。
那些具有最高的累积TPC的UE是所需的，因为这指示这些UE很可能处于下线呼叫情况。在这方面，分配算法选择从具有最高的累积TPC的用户接收的信号，如在步骤850所示。然后，确定采用一个公共的累积TPC的UE的数目是否大于或等于剩下备用的耙集接收机的数目。如果在步骤855确定采用一个公共的累积TPC的UE的数目大于或等于剩下备用的耙集接收机的数目，就在步骤860将这个公共的累积TPC分配给一个UE子扇区RAKE接收机。然后，在步骤865，选择下一个最高的累积TPC，算法环回，再确定采用一个公共的累积TPC的UE的数目是否大于或等于剩下备用的耙集接收机的数目，如在步骤855所示。因此，这个过程一直继续到分配算法确定根据一个公共TPC分配了多个UE，而UE的数目小于或等于可用的RAKE接收机的数目。在所有的耙集接收机资源都被利用时，就在步骤870，算法等待接收机通路成为可用的，在此点截断算法启动。
在本发明的一个实施例中，按照上面的说明，本发明的组件可以用于分为宏、微、皮和飞基站的不同类别的无线服务设备。呼叫处理能力和辐射功率按照分类类别改变。
在本发明的一个实施例中，按照上面的说明，可以将本发明的组件与天线辐射元设置在同处，例如位于在同一个物理支承结构上，例如相互在5米以内。
在本发明的一个实施例中，按照上面的说明，本发明的组件和并置天线辐射元可以处在同一个物理结构例如平板天线阵装置上。
现在参见图9，图中例示了在本发明的实施例中可以用来实现信号处理功能的典型计算系统900。这种计算系统可以用于接入点和无线通信单元。相应领域内的技术人员也会认识到，可以用其他计算机系统或体系结构来实现本发明。计算系统900可以表示例如台式、膝上型或笔记本计算机、手持式计算设备(PDA、蜂窝电话机、掌上计算机等)、主机、服务器、客户机或任何其他类型的所希望的或适合给定应用或环境的专用或通用计算设备。计算系统900可以包括一个或多个处理器，诸如处理器904。处理器904可以用通用或专用的处理引擎诸如微处理器、微控制器或其他控制逻辑之类来实现。在这个例子中，处理器904与总线902或其他通信媒体连接。
计算系统900还可以包括主存储器908，诸如随机存取存储器(RAM)或其他动态存储器，用来存储信息和需由处理器904执行的指令。主存储器908也可以用来存储在需由处理器904执行的指令的执行期间的临时变量或其他中间信息。计算系统900同样可以包括与总线902耦合的只读存储器(ROM)或其他静态存储装置，用来存储静态信息和给处理器904的指令。
计算系统900可以还包括信息存储系统910，信息存储系统910可以包括例如媒体驱动器912和可移动存储接口920。媒体驱动器912可以包括支持固定或可移动存储媒体的驱动器或其他机构，诸如硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器、光盘(CD)或数字视盘(DVD)读写驱动器(R或RW)或其他可移动或固定媒体驱动器。存储媒体918可以包括例如硬盘、软盘、磁带、光盘、CD或DVD，或者其他由媒体驱动器912读写的固定或可移动媒体。作为这些例子的例示，存储媒体918可以包括其中存有特定的计算机软件或数据的计算机可读存储媒体。
在另一些实施例中，信息存储系统910可以包括其他使计算机程序或其他指令或数据可以装入计算系统900的类似组件。这样的组件可以包括例如诸如程序盒式磁盘和盒式磁盘接口、可移动存储器(例如，闪速存储器或其他可移动存储模块)和存储器槽口之类的可移动存储单元922和接口920，以及允许软件和数据从可移动存储单元918传送给计算系统900的其他可移动存储单元922和接口920。
计算系统900还可以包括通信接口924。通信接口924可以用来使软件和数据可以在计算系统900与外部设备之间传送。通信接口924的例子可以包括调制解调器、网络接口(诸如以太网或其他NIC卡)、通信端口(例如，通用串行总线(USB)端口)、PCMCIA槽口和卡等。通过通信接口924传送的软件和数据呈现为可以是电子、电磁和光信号，或者其他能由通信接口924接收的信号。这些信号通过信道928提供给通信接口924。这个信道928可以承载信号，并且可以用无线媒体、金属线或电缆、光纤或者其他通信媒体实现。信道的一些例子包括电话线、蜂窝电话链路、RF链路、网络接口、局域或广域网和其他通信信道。
在这个文件中，所谓″计算机程序产品″、″计算机可读媒体″之类通常可以指诸如存储器908、存储设备918或存储单元922之类的媒体。这些及其他一些形式的计算机可读媒体可以存储供处理器904使用的一个或多个指令，以使处理器执行所规定的操作。这样的指令，通常称″计算机程序码″(可以以计算机程序或其他分组的形式分组)，在执行时，能使计算系统900执行本发明的实施例的功能。注意，这码可以直接、经编译和/或与其他软件、硬件和/或固件(例如，执行标准功能的程序库)配合使处理器执行所规定的操作。
在这些组成部分用软件实现的一个实施例中，软件可以存储在计算机可读媒体内，用例如可移动存储媒体驱动器922、驱动器912或通信接口924装入计算系统900。控制逻辑(在这个例子中为软件指令或计算机程序码)在由处理器904执行时使处理器904执行如在这里所说明的本发明的功能。
可以理解，为了清晰起见，以上说明是参照不同的功能单元和处理器对本发明的实施例进行说明的。然而，可以看到，可以使用将这些功能例如对于波束成形逻辑或多径耙集接收机合并逻辑方面的功能适当地分配给不同的功能单元或处理器，这并不有损于本发明。例如，例示为由一些独立的处理器或控制器执行的功能可以由同一个处理器或控制器执行。于是，对具体功能单元的引用仅需看作对提供所说明的功能的适当手段的引用，而不是表示严格的逻辑或物理结构或组织。
本发明的一些方面可以以任何适当形式包括硬件、软件、固件或它们的任何组合的形式实现。任选的是，本发明可以至少部分作为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器或诸如FPGA器件之类的可配置逻辑组件上运行的计算机软件来实现。因此，本发明的实施例的元件和组件可以以任何适当方式在物理上、功能上和逻辑上实现。确实，可以用单个单元、多个单元或其他功能单元的一部分来实现。
所设想的是，本发明的实施例的目的是提供对上行链路信号的空间滤波，空间滤波可以显著减少小区扇区内的干扰而没有迅速改变的多径效应的缺点。特别是，揭示了一种不用承担功能资源巨大增加的高效配置。
虽然本发明是结合一些实施例进行说明的，但并不意味着本发明局限于在这里所提出的具体形式。更确切些说，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。此外，虽然一个特征可以看来是结合具体实施例予以说明的，但在该领域内的技术人员可以看到，可以按照本发明将所说明的这些实施例的不同特征合并在一起。在权利要求书中，所谓″包括″并不排除存在其他元件或步骤。
此外，虽然是逐个列出，但多个装置、元件或方法步骤可以用例如单个单元或处理器实现。此外，虽然可以将各别的特征包括在不同的权利要求内，但可以有益地将这些特征合并在一起，而将一些特征包括在不同权利要求内并不意味着合并这些特征是不现实的和/或无益的。在一起此外，将一个特征包括在一个类别的权利要求内并不意味着对这个类别的限制，而是表示特征在适当时同样可适用于其他权利要求类别。
此外，在权利要求书内特征的次序并不意味着执行这些特征必须遵循的任何特定次序，特别是在方法权利要求中的各个步骤的次序并不意味着这些步骤必须按这个次序执行。更确切些说，这些步骤可以按任何适当的次序执行。此外，单数所指的并不排除有多个。因此，″一个″、″第一″、″第二″等并不排除有多个。

Claims (21)

1.一种无线蜂窝通信系统，包括可与天线阵耦合的网络单元，该天线阵能够从多个远程无线通信单元同时接收在共同的载频上的无线通信信号，其中，所述天线阵包括多个辐射天线元，所述网络单元包括：
第一波束成形器电路，被安排成通过所述多个辐射天线元中的至少一个第一辐射天线元形成包括扇区波束的辐射方向图；以及
第二波束成形器电路，被安排成通过所述多个辐射天线元中的至少一个第二辐射天线元形成包括所述扇区波束内的至少一个子扇区波束的主要部分的辐射方向图，使得所述至少一个子扇区波束和所述扇区波束具有在所述共同的载频上的共同的极化，
其中，使得所述第一波束成形器电路和第二波束成形器电路利用所述扇区波束和所述至少一个子扇区波束来在数字域内同时处理从多个远程无线通信单元发出的无线通信信号。
2.根据权利要求1的无线蜂窝通信系统，其中，所述多个辐射天线元包括一个并置的波束形成支点。
3.根据权利要求1的无线蜂窝通信系统，其中，所述至少一个子扇区波束被形成，使得它比所形成的扇区波束具有更窄的水平或垂直方位角辐射方向图。
4.根据权利要求1的无线蜂窝通信系统，其中，所述天线阵包括支持每个天线阵元专用的信号处理的主动天线阵。
5.根据权利要求1的无线蜂窝通信系统，其中，所述多个辐射天线元中的至少一个第一辐射天线元和所述多个辐射天线元中的至少一个第二辐射天线元包括同样的辐射天线元。
6.根据权利要求1的无线蜂窝通信系统，其中，所述网络单元包括耙集接收机电路或可与耙集接收机电路耦合，所述耙集接收机电路包括多个耙集接收机，所述多个耙集接收机可与包括至少第一波束成形器电路和第二波束成形器电路的波束成形器信号处理电路耦合，并被安排成分别接收与所述扇区波束和所述至少一个子扇区波束关联的信号。
7.根据权利要求6的无线蜂窝通信系统，其中，所述多个耙集接收机的与处理所述扇区波束关联的第一数目大于所述多个耙集接收机的与处理所述至少一个子扇区波束关联的第二数目。
8.根据权利要求7的无线蜂窝通信系统，其中，处理所述扇区波束和所述至少一个子扇区波束的波束成形器信号处理电路包括分集电路，该分集电路被安排成对所述扇区波束和所述至少一个子扇区波束中的一个或多个应用极化分集。
9.根据权利要求8的无线蜂窝通信系统，其中，所述网络单元包括分配电路，该分配电路被安排成在使用极化分集的通信路径中有选择地分配至少一个远程通信单元。
10.根据权利要求6的无线蜂窝通信系统，其中，所述网络单元包括多用户检测器电路或可与多用户检测器电路耦合，所述多用户检测器电路可与所述多个耙集接收机耦合，并被安排成根据来自所述耙集接收机电路的多个输出使对多个远程通信单元的信号干扰达到最小。
11.根据权利要求6的无线蜂窝通信系统，其中，所述网络单元包括最大比例合并电路或可与最大比例合并电路耦合，所述最大比例合并电路被安排成对于每个上行链路信道分别合并在所述扇区波束上接收的信号和合并在所述至少一个子扇区波束上接收的信号。
12.根据权利要求11的无线蜂窝通信系统，其中，所述最大比例合并电路应用下列各项中至少一个：
对来自每个耙集接收机输出通路的信号的不同的比例常数；
对在与由第一波束成形器电路形成的所述扇区波束和由第二波束成形器电路形成的所述至少一个子扇区波束关联的每个接收机通路上的每个远程无线通信单元信号的加权。
13.根据权利要求1的无线蜂窝通信系统，其中，所述无线蜂窝通信系统是第三代合作伙伴计划宽带码分多址WCDMA蜂窝通信系统，以及其中，所述网络单元包括控制信道电路，该控制信道电路被安排成处理每个通路上的专用物理控制信道DPCCH信息和每个通路上的专用物理数据信道DPDCH信息中至少一个，以确定要对每个接收机通路应用的加权。
14.根据权利要求6的无线蜂窝通信系统，其中，所述网络单元还包括分配电路，该分配电路被安排成按照下列各项中至少一个将多个耙集接收机的耙集接收机指分配给接收信号：
接收信号的扩频因子；
接收信号的发送功率控制TPC。
15.根据权利要求14的无线蜂窝通信系统，其中，所述分配电路被安排成首先按照下列各项中至少一个将所述多个耙集接收机的接收机指分配给接收信号：
接收信号的最小扩频因子；
接收信号的最高发送功率控制TPC。
16.根据权利要求6的无线蜂窝通信系统，其中，所述波束成形器信号处理电路包括外推电路，用来根据两个或更多个天线信号形成一个虚拟天线信号并将该虚拟天线信号应用于形成扇区波束成形和/或子扇区波束成形中。
17.根据权利要求1的无线蜂窝通信系统，其中，所述扇区波束内的至少一个子扇区波束的主要部分包括所述至少一个子扇区波束的至少80％。
18.根据权利要求1的无线蜂窝通信系统，其中，所述无线蜂窝通信系统包括在地球大气层内的无线服务通信单元，而所述远程无线通信单元包括地球同步或轨道卫星。
19.一种网络单元，与无线蜂窝通信系统的天线阵耦合，用于处理天线阵内的辐射天线元的波束成形信号，所述网络单元包括：
被安排成通过多个辐射天线元从多个远程无线通信单元同时接收在共同的载频上的无线通信信号的电路；
被安排成接收所述无线通信信号的多个耙集接收机，其中，第一组接收信号是从与扇区波束关联的第一波束成形电路接收的，而第二组接收信号是从与形成在该扇区波束内的至少一个子扇区波束的主要部分关联的至少一个第二波束成形电路接收的，其中所述至少一个子扇区波束和所述扇区波束具有在所述共同的载频上的共同的极化；以及
用于在数字域内分别并同时处理从多个远程无线通信单元发出并从与所述扇区波束和所述至少一个子扇区波束关联的所述多个耙集接收机输出的无线通信信号的电路。
20.一种控制无线蜂窝通信系统的天线阵内的辐射天线元的方法，所述无线蜂窝通信系统包括可与该天线阵耦合以便与远程无线通信单元通信的网络单元，所述方法包括：
通过第一波束成形器电路将该天线阵的第一辐射天线元配置成形成包括扇区波束的辐射方向图；
通过第二波束成形器电路将该天线阵的至少一个第二辐射天线元配置成形成在所述扇区波束内的至少一个子扇区波束的主要部分，其中所述至少一个子扇区波束和所述扇区波束具有在共同的载频上的共同的极化；以及
利用所述扇区波束和所述至少一个子扇区波束来在数字域内同时处理从多个远程无线通信单元发出的无线通信信号。
21.一种处理无线蜂窝通信系统的天线阵内的辐射天线元的波束成形信号的方法，所述无线蜂窝通信系统包括可与该天线阵耦合以便与远程无线通信单元通信的网络单元，所述方法包括：
在该天线阵的多个辐射天线元中的至少一个第一辐射天线元接收第一信号；
通过第一波束成形器电路在数字域内形成包括扇区波束的辐射方向图；
在所述多个辐射天线元中的至少一个第二辐射天线元接收第二信号；
通过第二波束成形器电路在数字域内由所述多个辐射天线元中的至少一个第二辐射天线元形成包括处在所述扇区波束内的至少一个子扇区波束的主要部分的辐射方向图，其中所述至少一个子扇区波束和所述扇区波束使用相同的载频；
将在所述多个辐射天线元接收的信号加到多个耙集接收机上；以及
分别处理从与所述扇区波束和所述至少一个子扇区波束关联的所述多个耙集接收机输出的信号。
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