CN102422570B - 使用插入的低功率序列的中继器通信 - Google Patents

使用插入的低功率序列的中继器通信 Download PDF

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Abstract

一种用于在部署在多中继器环境中的无线中继器中提供中继器通信的方法，包括将消息信号插入该中继器的发射信号中。该消息信号可以是区别于该环境中的其他中继器唯一性地标识该中继器的唯一性或准唯一性低功率扩展序列。该消息信号还可以包含与该中继器的操作特性有关的信息。该消息信号可被另一中继器或被最终用户无线通信设备检测到。

Description

使用插入的低功率序列的中继器通信
背景
相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年5月12日提交的美国临时专利申请S/N.61/177,451的权益，该申请通过引用整体纳入于此。
领域
本公开一般涉及无线通信系统中的中继器。
背景
无线通信系统和技术已成为我们进行通信的方式中的重要部分。然而，提供覆盖对于无线服务供应商而言可能是重大挑战。一种拓展覆盖的方式是部署中继器。
一般而言，中继器是接收信号、放大该信号并且发射经放大信号的设备。图1示出了在蜂窝电话系统的上下文中的中继器110的基本图示。中继器110包括施主天线115作为与诸如基站125之类的网络基础设施的示例网络接口。中继器110还包括服务天线120(亦称为“覆盖天线”)作为与移动设备130的移动接口。在工作中，施主天线115与基站125处于通信状态，而服务天线120与移动设备130处于通信状态。
在中继器110中，使用前向链路电路系统135来放大来自基站125的信号，而使用反向链路电路系统140来放大来自移动设备130的信号。有许多配置可被用于前向链路电路系统135和反向链路电路系统140。
有许多类型的中继器。在一些中继器中，网络和移动接口两者均是无线的；而在其他中继器中，使用有线的网络接口。一些中继器用第一载波频率来接收信号并且用不同的第二载波频率来传送经放大信号，而其他中继器使用相同的载波频率来接收和传送信号。对于“相同频率”中继器而言，一个特别的挑战在于管理由于所发射信号中的一些可能漏泄回接收电路体系并被再次放大和发射而出现的反馈。
现有的中继器使用数种技术来管理反馈；例如，中继器被配置成提供这两个天线之间的物理隔绝，使用滤波器，或者可以采用其他技术。
概述
本文中公开的系统、装置和方法允许中继器能力得以增强。根据本发明的一个实施例，提供一种用于在无线中继器中提供中继器通信的方法，该无线中继器部署在包括其他无线中继器和其他无线通信设备的环境中，该方法包括：提供消息信号；将该消息信号插入中继器的发射信号中，其中该消息信号具有比发射信号的功率电平低的功率电平；以及在中继器的发射天线上发射带有所插入的消息信号的发射信号。
根据本发明的另一方面，提供一种用于在无线中继器中提供中继器通信的方法，该无线中继器部署在包括其他无线中继器和其他无线通信设备的环境中，该方法包括：在中继器的接收天线处接收一接收信号；处理该接收信号以检测该接收信号中出现(若有)的消息信号；以及当在接收信号中检测到消息信号时，发起干扰缓解策略以降低中继器间干扰。在另一个实施例中，一种在包括一个或更多个无线中继器的环境中操作的无线通信设备可接收输入信号并检测消息信号的存在性。该无线通信设备可响应于该消息信号修改该无线通信设备的操作。
根据本发明的另一方面，提供一种具有第一天线和第二天线以接收一接收信号和发射一发射信号的无线中继器，其中该接收信号是要被中继的远程信号与因该无线中继器的第一和第二天线之间的反馈信道导致的反馈信号的总和，该无线中继器包括：放大器，配置成放大接收信号中的至少远程信号并生成经放大信号；以及信号组合电路，配置成将经放大信号与消息信号相组合。该中继器配置成在中继器的第一和第二天线之一上发射实为经放大信号与消息信号的组合的发射信号。
根据本发明的又一方面，一种具有第一天线和第二天线以接收一接收信号和发射一发射信号的无线中继器，其中该接收信号是要被中继的远程信号与因该无线中继器的第一和第二天线之间的反馈信道导致的反馈信号的总和，该无线中继器包括：检测电路，配置成处理接收信号以检测该接收信号中出现(若有)的消息信号。当在接收信号中检测到消息信号时，该中继器配置成发起干扰缓解策略以降低中继器间干扰。
附图简述
图1是根据现有技术的中继器的简化图示。
图2示出了根据本公开的一些实施例的中继器环境的图示。
图3解说了根据本发明一些实施例的其中能采用本发明的中继器通信系统和方法的多中继器环境。
图4是实现根据本发明一个实施例的中继器通信方法的中继器的框图。
图5解说了包括实现根据本发明一个实施例的中继器通信方法的中继器的多中继器环境。
图6是解说根据本发明一个实施例的在中继器中实现的中继器通信方法的流程图。
图7是解说根据本发明一个实施例的在无线通信设备中实现的中继器通信方法的流程图。
图8解说了根据本发明的实施例的其中部署了具有天线阵的中继器的中继器环境。
图9是解说根据本发明一个实施例的在采用天线阵的中继器中实现以抑制多径信号的天线权重确定方法的流程图。
详细描述
在结合附图考虑以下具体描述之后，所公开的方法和装置的性质、目的和优点对于本领域的技术人员而言将变得更加明显。
诸如以上所描述的那些现有技术中继器可以为蜂窝电话网络或类似网络提供显著的优点。然而，现有的中继器配置可能并不适用于某些应用。例如，现有的中继器配置可能不适用于室内覆盖应用(例如，为住宅或企业环境来中继信号)。不仅如此，在一些传统的中继器实现中，目标是达成尽可能高的合理增益而同时维持稳定的反馈环路(环路增益小于单位一)。然而，增大中继器增益会致使隔绝更加困难，因为漏泄回施主天线中的信号会增大。一般而言，环路稳定性需求要求从覆盖天线漏泄回施主天线中的信号要比远程信号(要被中继的信号)低得多。那么，中继器输出处最大可达成的信号干扰/噪声比(SINR)与中继器输入处的远程信号的SINR相同。高增益和改善的隔绝形成了要求现代中继器——尤其是那些用于室内应用的中继器实现的两个需求。
本文中的系统和技术提供了在中继器的施主天线(对于前向链路传输的示例而言为“接收天线”)与覆盖天线(对于前向链路传输而言为“发射天线”)之间有改善的隔绝的无线中继器。另外，在一些实施例中，本文中的系统和技术提供了采用干扰消去或回波消去来显著改善隔绝的独特的中继器设计。在一些实施例中，使用本文中提供的用于准确估计信道的改善的信道估计技术来实现干扰消去和回波消去。有效的回波消去要求对漏泄信道有非常准确的信道估计。一般而言，信道估计越准确，消去的程度就越高，并且因此有效隔绝的程度就越高。本文中，“干扰消去”或“回波消去”是指减少或消除中继器天线之间的漏泄信号量的技术；即“干扰消去”是指对估计的漏泄信号的消去，该消去提供了对实际漏泄信号的部分或完全消去。
根据本发明的一个方面，本文中的系统和技术提供了在多中继器环境中改善中继器性能的能力。在一些实施例中，提供了促成中继器间通信的系统和技术。根据本发明的另一方面，提供了用于抑制来自邻中继器的干扰并减小来自邻中继器的延迟张开的系统和技术。
图2示出了根据本公开的实施例的中继器210的操作环境200的图示。图2的示例解说了前向链路传输；即，来自基站225的远程信号140旨在送往移动设备230。在环境200中，如果沿基站225与移动设备230之间的路径227的未经中继的信号不能提供充分的信号以便在移动设备230处接收到有效的语音和/或数据通信，那么可以使用诸如中继器210之类的中继器。具有增益G和延迟Δ的中继器210被配置成使用服务天线220向移动设备230中继在施主天线215上从基站225接收到的信号。中继器210包括用于放大通过施主天线215从基站225接收到的信号并通过服务天线220向移动设备230发射这些信号的前向链路电路系统。中继器210还可包括用于放大来自移动设备230返回基站225的信号并将其发射回基站225的反向链路电路系统。在中继器210处，远程信号s(t)作为输入信号被接收，并且该远程信号s(t)作为中继或经放大信号y(t)被中继，其中理想情况下，增益G会是很大的，中继器的固有延迟Δ会是很小的，输入SINR在中继器210的输出处将得以维持(这对于数据话务支持而言可能是特别重要的)，并且仅合意载波会被放大。
实践中，中继器210的增益受到施主天线215与服务天线220之间的隔绝的限制。如果增益太大，那么中继器可能由于信号漏泄而变得不稳定。信号漏泄是指从一个天线(在图2中是服务天线220)发射的信号的一部分被另一天线(在图2中为施主天线215)接收到的现象，如由图2中的反馈路径222所示的。换言之，信号漏泄是所发射的信号没有被接收天线与发射天线之间的天线隔绝完全阻挡的结果。在没有干扰消去或其他技术的情况下，作为中继器的正常操作的一部分，中继器将放大此亦被称为漏泄信号的反馈信号，并且经放大的反馈信号将再次由服务天线220发射。由于信号漏泄和高中继器增益而对经放大的反馈信号的重复发射可能导致中继器不稳定。另外，中继器210中的信号处理具有固有的不可忽略的延迟Δ。中继器的输出SINR取决于RF非线性度和其他信号处理。因此，往往得不到上述的理想中继器工作特性。最后，在实践中，合意载波可能取决于部署中继器的操作环境或市场而变化。提供仅放大合意载波的中继器并不总是可能的。
在本公开的实施例中，提供了适用于室内覆盖(例如，企业、住宅、或类似用途)的中继器。该中继器具有约70dB或更高的有效增益，该增益是对于中等大小的住宅中的覆盖而言充足的增益的示例。另外，中继器具有小于1的环路增益以实现稳定性(环路增益是指发射天线与接收天线之间的反馈环路的增益)并且具有充分的稳定性余裕量和很低的输出噪声本底。在一些实施例中，中继器采用干扰/回波消去来达成很高程度的有效隔绝，这显然具有比对目前可得的中继器的要求更大的挑战性。
在其中能够部署本发明的中继器的通信系统包括基于红外、无线电、和/或微波技术的各种无线通信网络。此类网络可包括例如无线广域网(WWAN)、无线局域网(WLAN)、无线个域网(WPAN)等。术语“网络”和“系统”往往被可互换地使用。WWAN可以是码分多址(CDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、频分多址(FDMA)网络、正交频分多址(OFDMA)网络、单载波频分多址(SC-FDMA)网络、长期演进(LTE)网络、WiMAX(IEEE802.16)网络等等。CDMA网络可实现诸如cdma2000、宽带CDMA(W-CDMA)等一种或更多种无线电接入技术(RAT)。Cdma2000包括IS-95、IS-2000和IS-856标准。TDMA网络可实现全球移动通信系统(GSM)、数字高级移动电话系统(D-AMPS)、或其他某种RAT。GSM和W-CDMA在来自名为“第三代伙伴项目”(3GPP)的联盟的文献中描述。Cdma2000在来自名为“第三代伙伴项目2”(3GPP2)的联盟的文献中描述。3GPP和3GPP2文献是公众可获取的。WLAN可以是IEEE 802.11x网络，并且WPAN可以是蓝牙网络、IEEE 802.15x、或其他某种类型的网络。本文中所描述的这些系统和技术也可用于WWAN、WLAN和/或WPAN的任何组合。
多中继器环境
中继器往往被安装在其中存在一个或更多个其他中继器的环境中。在存在多个RF中继器的情况下中继器的操作的稳定性和干扰是共同的关注点。典型的中继器接收远程信号，放大该远程信号并随后发射经放大的远程信号作为输出信号。所发射的信号的一部分漏泄回到接收机中。如果施主天线与覆盖天线之间的隔绝足够大，则系统保持稳定。然而，如果在覆盖区划中有其他中继器，则从一个中继器的输出发射的信号将被另一个中继器接收到，反之亦然。多中继器环境中的信号漏泄可能导致在维护个体中继器的稳定性方面产生问题。这样的场景会在无规划中继器部署中出现。
中继器通信
根据本发明的一些实施例，用于在无线中继器中实现中继器通信的方法和系统在中继器的发射信号中插入消息信号。该消息信号可包含唯一性地标识该中继器的标识序列，或者该消息信号可包含与该中继器的操作特性有关的信息。中继器可通过检测接收信号中该消息信号的存在性来发现其覆盖邻域中其他中继器的存在性。以此方式，本发明的中继器通信方法实现跨中继器的发现和通信机制。与多中继器环境相关联的稳定性和干扰问题则能得到缓解。一旦检测到邻中继器，就可以使用缓解策略，诸如减退增益以控制近旁中继器处的信号电平或请求其他中继器减退其增益。
此外，本发明的中继器通信方法使得能在中继器和在该中继器的覆盖邻域中操作的无线通信设备之间进行通信。该无线通信设备可检测嵌入中继器的发射信号中的消息信号以获得中继器的操作信息。该无线通信设备随后可响应于该消息信号按需修改自己的操作。因此，实现本发明的中继器通信方法的中继器能够向其他邻中继器或向无线通信设备传达或传送其操作参数。
本发明的中继器通信方法的突出特征在于使用带内通信来允许一个中继器能在不造成过度信号降格的情况下发现邻中继器并与之通信。更具体而言，该中继器通信方法是在与正被中继的远程信号相同的频率上执行的，因此该中继器通信是带内通信。
在一个实施例中，消息信号是嵌入中继器的发射信号中的低功率扩展序列。在一些实施例中，该消息信号可包含标识序列，其为插入中继器的发射信号中以唯一性地标识该中继器的唯一性或准唯一性低功率扩展序列。在其他实施例中，消息信号可将与中继器的操作特性有关的信息编码到该低功率扩展序列中。
图3解说了根据本发明一些实施例的其中能采用本发明的中继器通信系统和方法的多中继器环境。参照图3，在多中继器环境250中，两个或更多个中继器252、254和256可能正以交迭的覆盖区进行操作。中继器252、254和256中的每一个传送下行链路通信并接收上行链路通信。无线通信设备260可通过环境250中的中继器之一与基站通信。在本描述中，无线通信设备260可以是蜂窝手持机或移动电话、个人通信系统设备、个人信息管理器、个人数字助理、膝上型计算机或其他能够接收和传送无线通信的移动或驻定的设备。
根据本发明的一个实施例，中继器252、254和256中的每一个均实现本发明的中继器通信方法以发现其覆盖区中其他中继器的存在性。中继器252、254和256还可实现该中继器通信方法以向邻中继器传达自己的操作特性——诸如自己的增益设置或该中继器从近旁中继器接收到的功率电平。当启用中继器间通信时，这些中继器可实现一个或更多个缓解策略以缓解由于覆盖区中存在多个中继器造成的干扰或其他降格。
根据本发明的另一实施例，环境250中的无线通信设备可实现本发明的中继器通信方法以发现自己正与之通信的中继器的操作特性。在常规操作中，中继器对于无线通信设备而言是透明的，且中继器仅作用于信号中继，从而在无线通信设备与基站之间转发上行链路和下行链路信号。在常规操作中，无线通信设备不与中继器通信且对于中继器的操作特性一无所知。
然而，根据本发明，接收从中继器传入的输入信号的无线通信设备可尝试检测嵌入中继器的发射信号中的消息信号。该消息信号可包含与中继器的操作特性有关的信息以允许无线通信设备能视需要修改自己的通信参数。在一个实施例中，该消息信号包含中继器的功率放大器净空值。由于无线通信设备典型地以不同于中继器的功率放大器净空来操作，因此无线通信设备可在高于中继器所能处置的功率电平上发射输出信号。根据本发明，无线通信设备一旦检测到并处理来自中继器的消息信号就可作用于将自己的输出信号的功率电平设为停留在中继器的功率放大器净空值以内。替换地，通信设备可将自己的功率净空设为中继器的功率净空与其自己的可用净空中的最小值。
图4是实现根据本发明一个实施例的中继器通信方法的中继器的框图。参照图4，中继器300通过接收电路322在接收天线315上接收一接收信号“x”。该接收信号包括要被中继的远程信号，并且还可包括因中继器的接收天线315与发射天线320之间的反馈信道导致的反馈信号。在中继器300中，接收信号中的至少该远程信号分量被具有增益G的放大器330放大。放大器330生成要传出中继器的经放大信号“y”。中继器300可实现成具有或没有回波消去。在中继器300为回波消去中继器时，在放大器330之前提供回波消去器325(虚线)以从接收信号中消掉非合意的反馈信号。中继器300可包含其他控制电路系统，诸如用于估计反馈信道的信道估计块(未示出)以及用于控制放大器330的增益的增益控制块(未示出)。中继器300的这些及其他控制电路系统未在图3中示出以便简化讨论，但是应理解，中继器300可包括其他元件以实现完整的中继器操作。
在中继器300中，在经放大信号从发射天线320上发射出之前，向经放大信号y添加消息信号337以实现中继器通信。组合的经放大和发射消息信号y’被提供给发射电路338以从天线320发射。发射电路338可包括滤波器和驱动器电路。在一个实施例中，消息信号是低功率扩展序列且其功率电平远低于经放大信号y的功率电平。由中继器传送的该低功率消息信号在本文中被称为“发射消息信号”。在本解说中，加法器335代表将消息信号337添加到经放大信号y。加法器335仅是象征性的，且在实际实现中，可以使用恰适的用于将低功率消息信号与经放大信号相组合的电路系统。
如此配置，发射信号“Y”被生成且为经放大信号y与低功率发射消息信号337的组合，并且该发射信号在发射天线320上被发射。在一个实施例中，所插入的消息信号的功率充分低，从而所引入的噪声本底是可忽略的。在一个实施例中，所插入的消息信号比经放大信号低30到40dB。当所插入的消息信号的功率充分低时，所插入的消息信号对于与该中继器通信的最终用户设备而言将是透明的且将仅被视为噪声。
在本实施例中，中继器300还包括检测电路340，用于接收经回波消去的接收信号x’或接收信号x作为输入信号，并处理该输入信号以检测和标识接收信号中可能出现的任何低功率消息信号。也被称为“接收消息信号”的检出消息信号343随后可被中继器用来发起恰适或合意的缓解策略。在一个实施例中，当该消息信号是低功率扩展序列时，可以使用精通本领域的技术人员所熟悉的技术来确保对嵌入在接收信号中的低功率扩展序列的正确检测。仅在中继器300被部署在具有其他类似地构造的中继器的多中继器环境中时才需要检测电路340以促成中继器间通信。在一些情形中，中继器300只需传送消息信号，且中继器300不必检测来自其他中继器的消息信号。在这种情形中，检测电路340是可任选地且可被省略。
消息信号可编码中继器标识或中继器操作特性或其他有用信息以供多中继器环境中的中继器使用。在一个实施例中，消息信号是用于唯一性地标识中继器的唯一性或准唯一性低功率扩展序列。在其他实施例中，消息信号编码与中继器的操作特性有关的信息。例如，消息信号可编码中继器的增益水平、或该中继器从近旁中继器接收到的功率电平。消息信号还可编码中继器的功率放大器净空值。在消息信号中提供功率放大器净空信息提供了与最终用户无线通信设备通信以使得该最终用户无线通信设备能使用恰适的功率电平向该中继器发射信号的优点。
图5解说了包括实现根据本发明一个实施例的中继器通信方法的中继器的多中继器环境。在发射信号中包括低功率消息信号在多中继器环境中发现中继器。更具体而言，当多中继器环境中的每个中继器被赋予唯一性或准唯一性低功率消息信号以标识该中继器时，这些低功率消息信号随后被用作这多个中继器间的消息接发协议。参照图4，示出了包括第一中继器(中继器A)和第二中继器(中继器B)的多中继器环境400。中继器A和B按照与图3中的中继器相同的方式构造且每个中继器作用于在每个中继器的发射信号中插入作为标识序列的低功率消息信号。此外，每个中继器插入唯一性或准唯一性的标识序列以使得中继器A被提供了消息信号/标识序列A，而中继器B被提供了消息信号/标识序列B，从而唯一性地标识个体的中继器。中继器A和B由此能使用自己的唯一性标识序列向其覆盖区中的中继器广告自己的存在性以及其他低带宽信息。
在本解说中，中继器A和B不是回波消去中继器。一个或更多个中继器A和B可以是回波消去中继器。此外，在本解说中，中继器A和B各自设有检测电路，用于接收该接收信号并处理该接收信号以检测和标识接收信号中可能出现的低功率消息信号。
图6是解说根据本发明的一个实施例的在中继器中实现的中继器通信方法的流程图。参照图6，中继器通信方法500通过将消息信号插入诸如图5中的中继器A和B之类的中继器的发射信号中而开始(步骤502)。该低功率消息信号随后被多中继器环境中的中继器用来检测其覆盖区中其他中继器的存在性。纳入检测电路的中继器接收来自其覆盖邻域的传入的接收信号(步骤504)。例如，中继器A从中继器B接收来自中继器B的发射天线的包括标识序列B的发射信号。中继器A一旦接收到该接收信号就作用于检测该接收信号中是否出现任何消息信号(步骤506)。如果没有检测到消息信号(步骤508)，则中继器A继续正常的中继器操作(步骤510)且方法500重复。如果检测到诸如与中继器B相关联的标识序列B之类的消息信号，则中继器A处理该消息信号并发起一个或更多个缓解策略以降低中继器间干扰(步骤512)。根据本发明的实施例，可采用各种缓解策略。在一个实施例中，缓解策略可涉及仅发现或识别其覆盖区内其他中继器的存在性而不采取进一步行动。在另一实施例中，中继器A可响应于接收到消息信号而减退或减小其自己的增益(步骤514)。在替换实施例中，中继器A可请求诸如中继器B之类的邻中继器减退或减小其增益(步骤516)。也可以使用其他干扰缓解策略。图6仅仅是解说性的并且并不意图限定。例如，在另一实施例中，当中继器A设有天线阵时，中继器A可使用天线阵信号处理(干扰消零)来转向天线阵，从而将来自中继器B的信道消零。
图7是解说根据本发明一个实施例的在无线通信设备中实现的中继器通信方法的流程图。当中继器实现本发明的中继器通信方法并传送嵌有消息信号的发射信号时，与该中继器通信的无线通信设备可检测该消息信号并使用该消息信号来获得关于该中继器的信息。参照图7，中继器通信方法550通过接收来自环境的传入的输入信号而开始(步骤552)。例如，中继器252可向无线通信设备260传送下行链路信号(图3)。无线通信设备一旦接收到输入信号就作用于检测该输入信号中是否出现任何消息信号(步骤554)。如果没有检测到消息信号(步骤556)，则无线通信设备继续正常的设备操作(步骤558)且方法550重复。如果检测到消息信号，则无线通信设备处理该消息信号以解码其内容(步骤560)。无线通信设备随后可响应于该消息信号修改自己的操作。在一个实施例中，无线通信设备可仅仅确认该中继器的存在而不采取进一步的行动。
在另一实施例中，消息信号包含中继器的功率放大器(PA)净空值。响应于检测到的消息信号，无线通信设备可通过将其自己的输出信号的功率电平调整到正如该消息信号所传达的该中继器的功率放大器净空值以内来修改其自己的操作(步骤562)。在替换实施例中，无线通信设备可将消息信号中所包含的该中继器的PA净空信息与其自己的功率放大器净空值作比较。无线通信设备随后可选择这两个PA净空值中的较小者以用作其自己的PA净空值(步骤564)。由此，假定无线通信设备的PA净空值为H1，且正如由消息信号所传达的该中继器的PA净空值为H2，则无线通信设备将H2与H1作比较并选择较小的值作为其自己的PA净空值。因此，当H2小于H1时，无线通信设备选择H2即中继器的PA净空值作为其自己的PA净空值。
本发明使用低功率消息信号来提供中继器标识和中继器信息的中继器通信方法实现了许多优点。首先，低功率消息信号创建了中继器之间的消息接发机制，从而允许它们交换对于在存在多个中继器的情况下维持稳定性将会有用的有关信息。例如，中继器可广告它可能正看到来自近旁中继器的过多信号功率并请求该近旁中继器降低其功率。其次，当中继器设有多个接收天线(天线阵)时，低功率消息信号还可被用来获悉来自邻中继器的信道(实际信道或统计信道)，并随后使用多天线信号处理来减小来自该中继器的信号的影响。最后，所传送的低功率扩展序列可用于稳健的引导策略，诸如用于衡量隔绝和延迟。
邻中继器抑制
在无线通信系统中，来自发射机的经RF调制的信号可能经由数条传播路径抵达接收机，该多条传播路径因所发射的信号被环境中的各种障碍物和周围物体反射或衰减而产生。结果，所发射的信号在各种功率电平上的各种副本在被引入了各种时间延迟的状态下在接收机处被接收到。延迟张开或多径效应是指相同信号沿不同路径被反射并在不同时间抵达接收机的天线。所发射的信号在接收机处被接收的这多个副本常被称为多径信号或多径分量。延迟张开是对首个显著多径分量的抵达与末个显著多径分量的抵达之间的时间延迟的衡量。
邻中继器和远程信号延迟张开可能对中继器性能造成显著降格，且甚至可能造成中继器不稳定。根据本发明的一个方面，本文中的系统和技术提供了采用天线阵的无线中继器，从而天线阵的阵列权重或阵列权重系数被选择成抑制多径信号并减小因邻中继器导致的延迟张开。在一个实施例中，使用波束转向方法来配置无线中继器的接收天线以抑制来自邻中继器的信号。在另一个实施例中，可使用波束转向方法来配置接收天线以减小来自基站的信号的延迟张开。以此方式，来自邻中继器的信号能被消零或者天线阵能被转向到更有方向性的波束以减小延迟张开。
图8解说了根据本发明的实施例的其中部署了具有天线阵的中继器的中继器环境。中继器环境600的中继器620包括具有第一天线振子625和第四天线振子640的天线阵645、多个收发机元件630、以及包括第二天线振子660和第三天线振子655的天线阵650。多个收发机元件630包括与这些天线振子中的每一个相关联的接收机电路和发射机电路。起作用地，源自第一网络605的下行链路信号610可被中继器620处理以生成经中继的下行链路信号665以供传达给第二网络675，而源自第二网络675的上行链路信号670可被中继器620处理以生成经中继的上行链路信号615以供传达给第一网络605。
在其他实施例中，中继器620可包括更多天线振子以及相关联的接收机电路。此外，应当领会，本文中所描述的天线阵的数目和配置仅仅是解说性的，因为本发明的中继器系统和方法构想了使用具有各种不同配置并包括各种不同数目的天线振子的各种不同数目的天线阵。
根据本发明的一个方面，中继器采用天线阵并实现本发明的天线权重确定方法以抑制多径信号，藉此改善信号接收。更具体而言，中继器应用本发明的天线权重确定方法来修改天线阵的空间选择性，从而使中继器的天线阵转向以便对信号的首次抵达更加灵敏并使得对相同信号的多径分量的接收最小化。以此方式，天线阵被配置成使得对来自主导路径的接收最大化，而同时抑制对被视为多径信号的来自邻中继器或来自远程信号延迟张开的信号的接收。
在天线阵中，来自每个天线振子的信号可按不同的权重进行比例缩放，并且可使用特定的加权模式来达成合意的天线灵敏度。在本描述中，阵列权重是指与每个天线振子的收到信号相乘的权重或因子。当阵列权重被恰当地选取时，天线阵能被转向成消去来自非合意方向的能量并使得对来自合意方向的能量更加灵敏。即，能通过改变天线权重来转向天线阵以改变最大接收的方向。
在一个实施例中，天线权重确定方法使接收天线波束转向以使度量(度量1)：(a*X+b*Y+c*Z)/S最小化，其中X是中继器反馈信号的功率；Y是来自邻中继器的信号的功率；Z是非合意远程信号延迟张开的功率；而S是合意的有用信号的功率。使用精通本领域的技术人员所知的波束转向方法来选择天线权重以使度量1最小化。系数a、b和c被选择成反映要被缓解的信号的相对重要性。在一个实施例中，a＝1、b＝0、c＝0且天线权重将被确定成缓解中继器反馈信号，而忽略来自邻中继器的信号以及非合意的远程信号延迟张开。在另一个实施例中，a＝0、b＝1、c＝0且天线权重将被确定成缓解来自邻中继器的信号，而忽略中继器反馈信号以及非合意的远程信号延迟张开。
图9是解说根据本发明一个实施例的在采用天线阵的中继器中实现以抑制多径信号的天线权重确定方法的流程图。参照图9，天线权重确定方法700实现在采用包括M个天线振子的天线阵的中继器中。这M个天线振子中的每一个被耦合到中继器的收发机电路以处理传入和传出的信号。更具体而言，每个收发机电路包括用于接收来自相关联的天线振子的传入的收到信号的接收机电路、以及用于向相关联的天线振子提供传出的发射信号的发射机电路。在步骤702，中继器在与天线阵的M个天线振子相关联的M个接收机电路上接收到来自操作环境的传入信号。传入信号可包括来自近旁基站的远程信号、来自中继器自己的天线的反馈信号、以及还有多径信号。
方法700随后计算与这M个天线振子中的每一个相关联的天线阵权重(“阵列权重”)，以使来自主导路径的信号能量最大化而同时使来自多径信号的总能量最小化(步骤704)。阵列权重确定可使用各种度量来执行。在一个实施例中，通过使以上的度量1最小化来适配阵列权重。以此方式，阵列权重被选择成增强对来自主导路径的信号的接收，而同时抑制对来自邻中继器或来自远程信号延迟张开的多径信号的接收。
在演算出阵列权重时，演算出的阵列权重被施加于收到信号，且来自每个天线振子的经加权信号被组合(步骤706)。经组合信号随后可由中继器处理。在一个实施例中，经组合信号被放大并作为中继器输出信号在中继器的天线阵上被发射(步骤708)。
在一个实施例中，天线权重确定模块被纳入中继器620(图8)中以实现本发明的方法。中继器620可进一步纳入天线权重施加模块，其配置成施加演算出的天线权重以调理收到信号。
值得注意的是，在一些中继器中，天线权重是在执行回波消去之后确定的，而在其他中继器中，天线权重是在回波消去之前或在不进行回波消去的情况下确定的。本发明的天线权重确定方法可实现在没有回波消去的中继器中，或者该方法可在回波消去中继器中在应用回波消去之前或之后实现。由此，在一些实施例中，中继器可在接收传入信号(步骤702)之后但在计算阵列权重之前执行回波消去。替换地，在其他实施例中，中继器可执行方法700的步骤并随后对经组合信号执行回波消去。
在一个实施例中，提供一种用于抑制无线通信网络用的中继器中的多径信号的方法，其中该中继器采用包括M个天线振子的天线阵，该方法包括：在与该M个天线振子相关联的M个接收机电路上接收传入信号，以及使用度量来演算用于该M个天线振子的天线权重，以使来自主导路径的信号能量最大化同时使来自多径信号的总能量最小化。
在另一个实施例中，提供一种无线通信网络用的中继器，其中该中继器采用包括M个天线振子的天线阵，该中继器包括：M个接收机电路，耦合成接收与该M个天线振子相关联的传入信号；天线权重确定模块，配置成执行用于该M个天线振子的天线权重的演算，其中该天线权重确定模块作用于使用度量使来自主导路径的信号能量最大化而同时使来自多径信号的总能量最小化；以及天线权重施加模块，其配置成施加演算出的天线权重以调理收到信号。
本领域技术人员将理解，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如：贯穿上面说明始终可能述及数据、信息、信号、比特、码元、码片、指令和命令。它们可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或其任何组合来表示。
在一个或更多个示例性实施例中，所描述的功能和过程可以在硬件、软件、固件、或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则各功能可以存储在计算机可读介质上。计算机可读介质包括计算机存储介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。本文中所用术语“控制逻辑”适用于软件(其中功能由存储在机器可读介质上的将通过使用处理器来执行的指令来实现)、硬件(其中功能通过使用电路系统(诸如逻辑门)来实现)——其中电路系统被配置成针对特定输入提供特定输出、以及固件(其中功能通过使用可重编程电路系统来实现)，并且还适用于软件、硬件和固件中的一者或更多者的组合。
对于固件和/或软件实现，这些方法体系可用执行本文中描述的功能的模块(例如，规程、函数等等)来实现。有形地实施指令的任何机器可读介质可用于实现本文中所描述的方法体系。例如，软件代码可被存储在例如移动站或中继器的存储器之类的存储器中，并由例如调制解调器的微处理器等处理器执行。存储器可以实现在处理器内部或处理器外部。如本文所用的，术语“存储器”是指任何类型的长期、短期、易失性、非易失性、或其他存储器，而并不限于任何特定类型的存储器或特定数目的存储器、或记忆存储在其上的介质的类型。
此外，提供前面对所公开的实现的描述是为了使本领域任何技术人员皆能制作或使用本发明。对这些实现的各种改动对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的普适原理可被应用于其他实现而不会脱离本发明的精神或范围。由此，本发明并非旨在被限定于本文中示出的特征，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征一致的最广义的范围。

Claims (30)

1.一种用于在无线中继器中提供中继器通信的方法，所述无线中继器部署在包括其他无线中继器和其他无线通信设备的环境中，所述方法包括：
提供消息信号；
将所述消息信号插入所述中继器的发射信号中，所述信号具有比所述发射信号的功率电平低的功率电平；以及
在所述中继器的发射天线上发射带有所插入的消息信号的所述发射信号，其中所述消息信号包括以下至少一者：指示所述中继器的一个或多个操作特性的信息、指示所述中继器的中继器增益的信息、指示与来自一个或多个近旁中继器的信号相关联的一个或多个功率电平的信息、以及指示所述中继器的功率放大器净空值的信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述消息信号包括区别于所述环境中的其他中继器唯一性地标识所述中继器的唯一性或准唯一性低功率扩展序列。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述中继器的接收天线处接收一接收信号；以及
处理所述接收信号以检测所述接收信号中是否出现任何消息信号。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
当在所述接收信号中检测到消息信号时，发起干扰缓解策略以降低中继器间干扰。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，发起干扰缓解策略包括降低所述中继器的增益值。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，发起干扰缓解策略包括请求所述环境中的所述其他中继器降低其增益值。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供消息信号包括提供功率电平比所述发射信号的功率电平低至少30dB的消息信号。
8.一种用于在无线中继器中提供中继器通信的方法，所述无线中继器部署在包括其他无线中继器和其他无线通信设备的环境中，所述方法包括：
在所述中继器的接收天线处接收一接收信号；
处理所述接收信号以检测所述接收信号中是否出现任何消息信号；以及
当在所述接收信号中检测到消息信号时，发起干扰缓解策略以降低中继器间干扰，其中发起干扰缓解策略包括请求所述环境中的所述其他中继器降低其增益值。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，发起干扰缓解策略包括发现所述环境中其他中继器的存在性。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，发起干扰缓解策略包括降低所述中继器的增益值。
11.一种用于在无线通信设备中提供中继器通信的方法，所述无线通信设备在包括一个或更多个无线中继器的环境中操作，所述方法包括：
在所述无线通信设备的天线处接收来自无线中继器的输入信号；
处理所述输入信号以检测来自所述中继器的所述输入信号中是否出现任何消息信号；以及
当在所述输入信号中检测到消息信号时，处理所述消息信号以响应于所述消息信号修改所述无线通信设备的操作，其中所述消息信号包括以下至少一者：指示所述中继器的一个或多个操作特性的信息、指示所述中继器的中继器增益的信息、指示与来自一个或多个近旁中继器的信号相关联的一个或多个功率电平的信息、以及指示所述中继器的功率放大器净空值的信息。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述消息信号包括与所述中继器的功率放大器净空值有关的信息，并且其中处理所述消息信号以响应于所述消息信号修改所述无线通信设备的操作包括将从所述无线通信设备向所述中继器发射的输出信号的功率电平调整成落在所述中继器的所述功率放大器净空值以内。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述消息信号包括与所述中继器的功率放大器净空值有关的信息，并且其中处理所述消息信号以响应于所述消息信号修改所述无线通信设备的操作包括：
将所述中继器的所述功率放大器净空值与所述无线通信设备的功率放大器净空值作比较；以及
选择这两个功率放大器净空值中的较小者以用作所述无线通信设备的功率放大器净空值。
14.一种无线中继器，包括：
配置成接收一接收信号和发射一发射信号的第一天线和第二天线，所述接收信号是要被中继的远程信号与因所述无线中继器的所述第一和第二天线之间的反馈信道导致的反馈信号的总和；
放大器，配置成放大所述接收信号中的至少所述远程信号并生成经放大信号；
信号组合电路，配置成将所述经放大信号与消息信号相组合；以及
发射电路，配置成在所述中继器的所述第一和第二天线之一上发射经组合的所述经放大信号和消息信号作为所述发射信号，其中所述消息信号包括以下至少一者：指示所述中继器的一个或多个操作特性的信息、指示所述中继器的中继器增益的信息、指示与来自一个或多个近旁中继器的信号相关联的一个或多个功率电平的信息、以及指示所述中继器的功率放大器净空值的信息。
15.如权利要求14所述的无线中继器，其特征在于，所述消息信号包括区别于多中继器环境中的其他中继器唯一性地标识所述中继器的唯一性或准唯一性低功率扩展序列。
16.如权利要求14所述的无线中继器，其特征在于，还包括：
检测电路，配置成处理所述接收信号以检测所述接收信号中是否出现任何消息信号。
17.如权利要求16所述的无线中继器，其特征在于，当在所述接收信号中检测到消息信号时，所述中继器配置成发起干扰缓解策略以降低中继器间干扰。
18.如权利要求17所述的无线中继器，其特征在于，作为所述干扰缓解策略的一部分，所述中继器配置成降低自己的增益。
19.如权利要求17所述的无线中继器，其特征在于，作为所述干扰缓解策略的一部分，所述中继器配置成请求环境中的其他中继器降低其增益。
20.如权利要求14所述的无线中继器，其特征在于，所述消息信号具 有比所述发射信号的功率电平低至少30dB的功率电平。
21.如权利要求14所述的无线中继器，其特征在于，还包括：
回波消去器，配置成从所述接收信号中消去反馈信号估计。
22.一种无线中继器，包括：
用于接收一接收信号和发射一发射信号的第一和第二装置，所述接收信号是要被中继的远程信号与因所述第一和第二装置之间的反馈信道导致的反馈信号的总和；
用于放大所述接收信号中的至少所述远程信号并生成经放大信号的装置；
用于将所述经放大信号与消息信号相组合的装置；以及
用于在所述第一和第二装置之一上发射经组合的所述经放大信号和消息信号作为所述发射信号的装置，其中所述消息信号包括以下至少一者：指示所述中继器的一个或多个操作特性的信息、指示所述中继器的中继器增益的信息、指示与来自一个或多个近旁中继器的信号相关联的一个或多个功率电平的信息、以及指示所述中继器的功率放大器净空值的信息。
23.一种无线中继器，包括：
配置成接收一接收信号和发射一发射信号的第一天线和第二天线，所述接收信号是要被中继的远程信号与因所述无线中继器的所述第一和第二天线之间的反馈信道导致的反馈信号的总和；
检测电路，配置成处理所述接收信号以检测所述接收信号中是否出现任何消息信号，
当在所述接收信号中检测到消息信号时，所述中继器配置成发起干扰缓解策略以降低中继器间干扰，其中作为所述干扰缓解策略的一部分，所述中继器配置成请求环境中的其他中继器降低其增益。
24.如权利要求23所述的无线中继器，其特征在于，作为所述干扰缓解策略的一部分，所述中继器配置成发现所述环境中其他中继器的存在性。
25.如权利要求24所述的无线中继器，其特征在于，作为所述干扰缓解策略的一部分，所述中继器配置成降低自己的增益。
26.一种无线中继器，包括：
用于接收一接收信号和发射一发射信号的第一和第二装置，所述接收信号是要被中继的远程信号与因所述第一和第二装置之间的反馈信道导致的反馈信号的总和；
用于处理所述接收信号以检测所述接收信号中是否出现任何消息信号的装置，
当在所述接收信号中检测到消息信号时，所述中继器配置成发起干扰缓解策略以降低中继器间干扰，其中作为所述干扰缓解策略的一部分，所述中继器配置成请求环境中的其他中继器降低其增益。
27.一种在包括一个或更多个无线中继器的环境中操作并接收输入信号和发射输出信号的无线通信设备，所述设备包括：
检测电路，配置成处理所述输入信号以检测所述输入信号中是否出现任何消息信号，
当在所述输入信号中检测到消息信号时，所述无线通信设备配置成处理所述消息信号以响应于所述消息信号修改所述无线通信设备的操作，其中所述消息信号包括以下至少一者：指示所述中继器的一个或多个操作特性的信息、指示所述中继器的中继器增益的信息、指示与来自一个或多个近旁中继器的信号相关联的一个或多个功率电平的信息、以及指示所述中继器的功率放大器净空值的信息。
28.如权利要求27所述的无线通信设备，其特征在于，所述消息信号包括与所述环境中的无线中继器的功率放大器净空值有关的信息，并且其中所述无线通信设备配置成将从所述无线通信设备向所述中继器发射的所述输出信号的功率电平调整到落在所述中继器的所述功率放大器净空值以内。
29.如权利要求27所述的无线通信设备，其特征在于，所述消息信号包括与所述环境中的无线中继器的功率放大器净空值有关的信息，并且其中所述无线通信设备配置成将所述中继器的所述功率放大器净空值与所述无线通信设备的功率放大器净空值作比较；并且选择这两个功率放大器净空值中的较小者以用作所述无线通信设备的功率放大器净空值。
30.一种在包括一个或更多个无线中继器的环境中操作并接收输入信号和发射输出信号的无线通信设备，所述设备包括：
用于处理所述输入信号以检测所述输入信号中是否出现任何消息信号的装置，
当在所述输入信号中检测到消息信号时，所述无线通信设备配置成处理所述消息信号以响应于所述消息信号修改所述无线通信设备的操作，其中所述消息信号包括以下至少一者：指示所述中继器的一个或多个操作特性的信息、指示所述中继器的中继器增益的信息、指示与来自一个或多个近旁中继器的信号相关联的一个或多个功率电平的信息、以及指示所述中继器的功率放大器净空值的信息。
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