CN1144392C - 无线基站装置及无线发送方法 - Google Patents

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Abstract

只在通信信道(分组)或特定用户专用控制信道(FACH或AICH)中，在无线基站装置10和通信终端装置20之间，用分集天线11a、11b进行发送分集，并且进行发送自适应阵列天线控制。

Description

无线基站装置及无线发送方法
技术领域
本发明涉及数字无线通信系统中的无线基站装置及无线发送方法，特别涉及DS-CDMA(Direct Sequence-Code Division Multiple Access，直接序列码分多址)方式中的无线基站装置及无线发送方法。
背景技术
一般地，如日本专利申请No.H8-274687中所公开的，公知的是使用自适应阵列天线来进行通信。但是，使用自适应阵列天线进行通信，很难避免由衰落引起的接收品质下降，因为在天线单元之间存在大的衰落相关。
在移动通信中，衰落使接收信号的品质恶化变得显著。对这种衰落有效的对策有分集技术。在该分集技术中，通常用多个接收信号来实现高通信品质的传输。例如，假设接收机的2个天线充分远离，则衰落变动分别独立。因此，2个天线接收到的信号的功率同时变小的概率减少。分集技术就是利用该原理来防止在接收机端接收信号的功率的骤降。
然而，为了用移动台这样的通信终端装置来实现分集，有各种制约。因此，为了在基站的发送机端实现本来应在移动台的接收机端实现的分集，正在研究发送分集技术。
如图1所示，发送分集从基站1的天线2a、2b将相同相位的信号向移动台3发送，在移动台3中选择接收信号电平大的天线。通过该发送分集，能够抑制衰落，提高通信品质。
然而，在发送分集中，虽然能够抑制衰落，提高通信品质，但是不能发挥抑制对其他台的干扰的效果、即“对其他台干扰抑制效果”。特别是在CDMA方式中，通过抑制对其他台的干扰，能够分别进行效率高的通信，能够增加相同容量，所以该对其他台干扰抑制效果很重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线基站装置及无线发送方法，能够抑制衰落来提高通信品质，并且对其他台能够发挥对其他台干扰抑制效果，减小各移动台的发送功率。
本发明人着眼于发挥对其他台干扰抑制效果的发送自适应阵列天线(智能天线)技术，只在能够应用该发送自适应阵列天线技术的通信信道(包含分组)或特定用户专用控制信道(FACH(Forward Access Channel)或AICH(Acquisition Indication Channel))中，将发送分集与发送自适应阵列天线技术进行组合，实现了发挥衰落抑制效果及对其他台干扰抑制效果两方面的多个无线基站装置及无线发送方法。
本发明提供一种无线基站装置，包括：2个分集天线，间隔能够进行空间分集的距离，每个天线用作自适应阵列天线；以及发送机，对上述2个分集天线中的每个分集天线而设置，并具有：计算部件，根据用上行线路信号得到的接收加权或到来方向信息来计算发送加权；以及乘法部件，将发送信号乘以上述发送加权。
本发明还提供一种无线发送方法，包括下述步骤：根据用上行线路信号得到的接收加权或到来方向信息来计算发送加权；将发送信号乘以上述发送加权；以及从间隔能够进行空间分集的距离而配置的2个分集天线发送经过发送加权计算的发送信号，每个天线用作自适应阵列天线。
即，本发明的核心是：如图2所示，只在通信信道(包含分组)或特定用户专用控制信道(FACH或AICH)中，在无线基站装置10和通信终端装置20之间，用分集天线11a、11b来进行发送分集，并且进行发送自适应阵列天线控制。
附图说明
图1是用于说明发送分集的原理图；
图2是用于说明本发明的无线发送方法的原理图；
图3是本发明实施例1的无线基站装置的结构方框图；
图4是本发明实施例2的无线基站装置的部分结构方框图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。
(实施例1)
作为发送分集的方式，有闭环发送分集、和开环模式发送分集这2种方式。在本实施例中，说明闭环模式型发送分集的情况。本发明能够应用于FDD(Frequency Division Duplex，频分双工)方式的情况，也能够应用于TDD(Time Division Duplex，时分双工)方式的情况。这里，说明FDD方式的情况。此外，这里说明将本发明的无线发送方法只应用于通信信道(包含分组)及特定用户专用控制信道(FACH或AICH)的情况。
图3是本发明实施例1的无线基站装置的结构方框图。该无线基站装置包括：2个分集天线101，相隔能够进行空间分集的距离而配置；以及2个处理系统，对各个分集天线101而设置，具有对应的接收机103及发送机104。此外，各个接收机和发送机中的发送接收的切换由共用器(Dup)102a～102c来进行。在TDD方式的情况下，各个接收机和发送机中的发送接收的切换由切换开关取代共用器来进行。
在实际的通信中，多个信道被复用，所以在接收机端，在接收RF电路的后级设有分离部以对每个信道分离接收信号，而在发送机端，在发送RF电路的前级设有复用部以复用多个信道发送信号，但是为了说明的简单，在图3中只记载了1个信道，省略了分离部及复用部的记载。
从通信终端装置发送的信号由多个(在图3中为3个)天线元101a～101c构成的分集天线101接收，分别经共用器(Dup)102a～102c被送至接收机103的接收RF电路1031a～1031c。在接收RF电路1031a～1031c中，对接收信号进行规定的无线接收处理(下变频、A/D变换等)。在实际的通信中，进行了无线接收处理的接收信号被分离为各个信道。
无线接收处理过的接收信号分别被送至匹配滤波器(MF)1032a～1032c，使用通信终端装置端对发送数据进行扩频调制时所用的扩频码来进行解扩处理。这样解扩处理过的信号分别被送至接收自适应阵列天线(AAA)(到来方向估计)电路1033。
在接收AAA电路(或到来方向估计电路)1033中，进行接收AAA处理或到来方向估计处理。这些处理待后述。进行了这些处理的信号按每个分集天线被送至合成电路105，由合成电路105进行合成，取得接收信号。此外，该接收AAA处理或到来方向估计处理得到的加权信息或与到来方向有关的角度信息被送至发送机104的发送加权计算电路1042。
另一方面，发送信号被送至调制电路106，在那里进行数字调制处理。调制后的信号被送至扩频调制电路107，在那里用规定的扩频码进行扩频调制处理。此时，2个处理系统使用相同的扩频码。扩频调制后的信号(发送信号)经各发送机104的发送分集电路1041被送至发送加权乘法部1043。在发送分集电路1041中，根据发送分集控制信号1、2进行发送分集处理。
在发送加权乘法部1043中，由与天线对应设置的各个乘法器1043a～1043c将发送信号乘以发送加权计算电路1042算出的发送加权。乘以了发送加权的发送信号分别被送至发送RF电路1044a～1044c，在那里进行规定的无线发送处理(D/A变换、上变频等)。此时，向发送RF电路1044a～1044c输入用于通过闭环和/或开环方式来进行发送功率控制的控制信号，根据该发送功率控制信号来控制发送功率。在实际的通信中，对乘以了发送加权的发送信号进行发送功率控制，然后复用多个信道的发送信号。对该复用过的信号进行无线发送处理。无线发送处理过的发送信号经共用器102a～102c从各个天线元101a～101c向通信终端装置发送。
下面，说明具有上述结构的无线基站装置的操作。
从分集天线101接收到的信号按每个天线元101a～101c由接收RF电路1031a～1031c进行无线接收处理后，由匹配滤波器1032a～1032c进行解扩处理，被送至接收AAA电路(或到来方向估计电路)1033。
在接收AAA电路(或到来方向估计电路)1033中，用各天线元接收到的上行线路信号来求用于形成最佳接收方向性图的加权或到来方向。该加权信息或到来方向信息(到来角度)被送至发送加权计算电路1042，在那里计算发送加权。根据接收信号来求接收方向性的加权或到来方向信息以计算发送加权的方法有如下所述的各种方法。
第1方法是下述方法：在接收AAA电路(或到来方向估计电路)1033中，求接收AAA处理中的接收加权，用该加权来计算发送加权。例如，可举出通过波束调节(ビ一ムステアリング)来求接收加权的方法。接收AAA处理记载于IEICE TRANS.COMMUN.，VOL.E77-B.NO.5 MAY 1994“SpectralEfficiency Improvement by Base Station Antenna Pattern Control for Land MobileCellular Systems(用于地面移动蜂窝系统的基于基站天线方向性图的频谱效率改善)”。将该内容包含于此。
在该方法中，如图3所示，在FDD方式中，发送接收使用的频率不同，所以如果将接收AAA处理求出的加权原封不动地用于发送加权的计算，则在发送时成为不同的方向性图。因此，在发送加权计算电路1042中，用接收AAA处理中求出的接收加权来进行加权的再生成。该加权的再生成方法记载于上述IEICE TRANS.COMMUN.，VOL.E77-B.NO.5 MAY 1994“Spectral Efficiency Improvement by Base Station Antenna Pattern Control forLand Mobile Cellular Systems(用于地面移动蜂窝系统的基于基站天线方向性图的频谱效率改善)”。将该内容也包含于此。
在该方法中，在TDD方式的情况下，发送接收使用的频率相同，所以由发送加权计算电路1042原封不动地用接收AAA处理求出的加权来计算发送加权。
第2方法是下述方法：在接收AAA电路(或到来方向估计电路)1033中，求接收AAA处理中的接收加权，根据该接收加权来估计上行线路信号的到来方向，根据该估计值来计算发送加权。在接收AAA处理中，通过零点调节(ヌルステアリング)来设定零点方向，所以不必求到来方向。因此，用接收AAA处理求出的接收加权，进而检测希望波功率最大的波束方向，从候选到来方向中估计到来方向。
这样估计了到来方向后，将该估计值(角度信息)送至发送加权计算电路1042，在那里根据该估计值来计算发送加权，以便调节波束的方向。作为根据求出的估计值来计算发送加权的方法，可举出下述2种方法：预先准备将估计值和发送加权相互对应的表，在求出估计值后参照表来得到发送加权；或者用求出的估计值来进行波束形成，自适应地得到发送加权。
第3方法是下述方法：不用接收加权，而是估计上行线路信号的到来方向，根据该估计值来计算发送加权。这里，估计上行线路信号到来方向的方法没有特别的限制。例如使用“アンテナ·伝搬における設計·解析手法ワ一クシヨツプ(第10回)-アレ一アンテナによる適応信号处理技術と高分解能到來波推定入門コ一ス(天线、传播中的设计、解析手法研讨会(第10次)-基于阵列天线的自适应信号处理技术和高分辨率到来波估计输入教程)-1997年10月30日”中记载的任一种方法。
这样估计了到来方向后，将该估计值(角度信息)送至发送加权计算电路1042，在那里根据该估计值来计算发送加权，以便调节波束的方向。作为根据求出的估计值来计算发送加权的方法，与第2方法同样，可举出下述2种方法：预先准备将估计值和发送加权相互对应的表，在求出估计值后参照表来得到发送加权；或者用求出的估计值来进行波束形成，自适应地得到发送加权。
另一方面，发送信号由调制电路106进行数字调制处理后，由扩频调制电路107用规定的扩频码(对2个分集天线使用相同的扩频码)来进行扩频调制处理，经发送分集电路1041被送至发送加权乘法部1043的乘法器1043a～1043c。
在发送分集电路1041中，根据发送分集控制信号1、2来进行发送分集。具体地说，在发送分集电路1041中，将扩频调制后的发送信号乘以发送分集控制信号1、2的加权。
该发送分集控制信号1、2的加权是闭环模式中的相位偏移、或相位及功率的偏移。在该闭环模式中，有将相位偏移用作发送分集控制信号的模式、以及将相位偏移及功率偏移用作发送分集控制信号的模式。本实施例能够同样应用于闭环模式中的任一种模式，即能够应用于将相位偏移用作发送分集控制信号的情况，也能够应用于将相位偏移及功率偏移用作发送分集控制信号的情况。
在闭环模式中，在无线基站装置端，相对于一个天线(这里是多个天线元构成的分集天线)，对另一个天线(这里是多个天线元构成的分集天线)施加相位旋转(例如90°间隔)或功率偏移(例如8∶2或相反的2∶8的功率比)来进行发送。与偏移有关的控制由通信终端装置端来决定。即，在通信终端装置端，根据从两个天线发送的信号，来判定对两个信号施加何等程度的相位差、或相位差及功率差才好，将该控制信息发送到无线基站装置，无线基站装置根据该控制信息来进行发送。
由发送分集电路1041赋予了偏移的发送信号由发送加权乘法部1043的乘法器1043a～1043c与发送加权相乘。该发送加权如上所述是由发送加权计算电路1042根据接收AAA电路或到来方向估计电路求出的加权信息或角度信息算出的。这样乘以了发送加权的发送信号分别由发送RF电路1044a～1044c进行规定的无线发送处理后，在波束形成了的状态下向通信终端装置发送。在此情况下，从间隔能够进行空间分集的距离而配置的2个分集天线101进行并行分集发送。
在不是闭环模式的情况下，扩频调制处理过的发送信号由发送加权乘法部1043的乘法器1043a～1043c与上述发送加权相乘。
本实施例的无线基站装置在通信信道及特定用户专用控制信道中，能够通过空间分集效果来进行衰落抑制，并且能够通过空间方向性的缩窄来发挥对其他台干扰抑制效果。因此，能够通过衰落抑制使通信品质提高，可以与各通信终端装置进行高效率的通信，由此能够减小对他人的影响，增加系统容量。此外，由于通信品质提高，所以无需增大发送功率控制中的控制量，无需缩短控制周期。而且，空间分集效果对遮蔽很有效。由于缩窄空间方向性，所以能够高效率地进行通信，能够减小发送功率。
在图3所示的结构中，将扩频调制处理后的发送信号乘以闭环模式时的相位偏移，进而乘以发送加权。该相位偏移的乘法及发送加权的乘法也可以由同一处理部合起来进行乘法处理。即，也可以采用下述结构：能够在一个乘法部中，对扩频调制处理后的发送信号进行相位偏移的乘法及发送加权的乘法。由此，即使应用闭环模式，也能够不改变硬件规模(不增加乘法器)来进行。
(实施例2)
在本实施例中，说明开环模式的一例、即应用于STTD(Space TimeTransmit Diversity，时空发送分集)的情况。在此情况下，也是既能够应用于FDD(Frequency Division Duplex)方式，也能够应用于TDD(Time DivisionDuplex)方式。此外，这里说明将本发明的无线发送方法只应用于通信信道(包含分组)及特定用户专用控制信道(FACH或AICH)的情况。
图4是本发明实施例2的无线基站装置的部分结构方框图。在图4中，对与图3相同的部分附以与图3相同的标号，并且省略其详细说明。
该无线基站装置的发送机端具有：调制电路106，对发送信号进行数字调制处理；发送分集电路201，对调制后的发送信号进行发送分集处理；扩频调制电路202，对发送分集处理过的发送信号进行扩频调制处理；发送加权乘法部1043，将扩频调制后的发送信号乘以发送加权计算电路1042算出的发送加权；以及发送RF电路1044a～1044c，对乘以了发送加权的发送信号进行规定的无线发送处理。
接着，说明具有上述结构的无线基站装置的操作。
用来自通信终端装置的上行线路信号来取得接收加权信息或到来方向信息、在发送加权计算电路1042中根据取得的接收加权或到来方向信息来计算发送加权之前的操作与实施例1相同。
另一方面，发送信号被送至调制电路106，进行数字调制处理。数字调制处理过的信号被送至发送分集电路201。在发送分集电路201中，对数字调制处理过的发送信号进行发送分集运算(STTD编码)。在STTD编码中，对连续的每2个符号(S1，S2)，作为从另一个发送天线在同一时刻发送的信号来进行求(-S2*，S1*)的运算。“*”表示复共轭。
发送分集运算过的发送信号被送至扩频调制电路202。在扩频调制电路202中，用规定的扩频码(对2个分集天线使用相同的扩频码)对发送信号进行扩频调制处理。
扩频调制过的发送信号由发送加权乘法部1043的乘法部1043a～1043c与发送加权相乘。该发送加权如实施例1所述，是由发送加权计算电路1042根据接收AAA电路或到来方向估计电路求出的加权信息或角度信息算出的。这样乘以了发送加权的发送信号分别由发送RF电路1044a～1044c进行规定的无线发送处理后，在波束形成了的状态下向通信终端装置发送。在此情况下，从间隔能够进行空间分集的距离而配置的2个分集天线101进行并行分集发送。
本实施例的无线基站装置在通信信道及特定用户专用控制信道中，能够通过空间分集效果来进行衰落抑制，并且能够通过空间方向性的缩窄来发挥对其他台干扰抑制效果。因此，能够通过衰落抑制来提高通信品质，可以与各通信终端装置进行高效率的通信，由此能够减小对他人的影响，增加系统容量。此外，由于通信品质提高，所以无需增大发送功率控制中的控制量，无需缩短控制周期。再者，空间分集效果对遮蔽很有效。由于缩窄空间方向性，所以能够高效率地进行通信，能够减小发送功率。
此外，在开环模式中，无需从通信终端装置向无线基站装置发送控制信号，所以能够简易地进行通信终端装置和无线基站装置之间的控制。
本发明不限于上述实施例，而是可以进行各种变更来实施。例如，在上述实施例1、2中，说明了用无线基站装置的接收机进行自适应阵列天线接收的情况，但是本发明也能够同样应用于不用接收机进行自适应阵列天线接收的情况。此外，在上述实施例1、2中，说明了上行线路和下行线路的发送接收用FDD方式来进行的情况，但是本发明也能够同样应用于上行线路和下行线路的发送接收用TDD方式来进行的情况。
本发明的无线基站装置采用下述结构，包括：2个分集天线，由间隔能够进行空间分集的距离而配置的多个天线元构成；以及对上述2个分集天线中的每个分集天线设置的发送机，该发送机具有：计算部，根据用上行线路信号得到的接收加权或到来方向信息来计算发送加权；以及乘法部，将用规定的扩频码扩频调制处理过的发送信号乘以上述发送加权。
根据该结构，在通信信道及特定用户专用控制信道中，能够通过空间分集效果来进行衰落抑制，并且能够通过空间方向性的缩窄来发挥对其他台干扰抑制效果。因此，能够通过衰落抑制来提高通信品质，可以与各通信终端装置进行高效率的通信，由此能够减小对他人的影响，增加系统容量。此外，由于通信品质提高，所以无需增大发送功率控制中的控制量，无需缩短控制周期。而且，空间分集效果对遮蔽很有效。由于缩窄空间方向性，所以能够高效率地进行通信，能够减小发送功率。
本发明的无线基站装置在上述结构中采用下述结构：上述发送机包括偏移赋予部，对发送信号赋予相位偏移、或相位偏移及功率偏移。
根据该结构，即使在闭环模式中，在通信信道及特定用户专用控制信道中，也能够通过空间分集效果来进行衰落抑制，并且能够通过空间方向性的缩窄来发挥对其他台干扰抑制效果。
本发明的无线基站装置在上述结构中采用下述结构：上述乘法部兼作上述偏移赋予部。
根据该结构，即使作为发送分集应用闭环模式，也能够不改变硬件规模(不增加乘法器)来进行。
本发明的无线基站装置在上述结构中采用下述结构：上述发送机包括运算部，对扩频调制处理前的发送信号进行发送分集运算。
根据该结构，通过基于开环模式的发送分集，在通信信道及特定用户专用控制信道中，能够通过空间分集效果来进行衰落抑制，并且能够通过空间方向性的缩窄来发挥对其他台干扰抑制效果。
本发明的通信终端装置的特征在于与上述无线基站装置进行无线通信。由此，在通信信道中，能够通过空间分集效果来进行衰落抑制，并且能够通过空间方向性的缩窄来发挥对其他台干扰抑制效果，能够进行效率更高的无线通信。
本发明的无线发送方法包括下述步骤：根据用上行线路信号得到的接收加权或到来方向的角度来计算发送加权；对用规定的扩频码扩频调制处理过的发送信号赋予相位偏移、或相位偏移及功率偏移；将赋予了上述偏移的发送信号乘以上述发送加权；从由间隔能够进行空间分集的距离而配置的多个天线元构成2个分集天线发送乘以了上述发送加权的发送信号。
根据该方法，在闭环模式中，在通信信道及特定用户专用控制信道中，能够通过空间分集效果来进行衰落抑制，并且能够通过空间方向性的缩窄来发挥对其他台干扰抑制效果。
本发明的无线发送方法包括下述步骤：根据用上行线路信号得到的接收加权或到来方向的角度来计算发送加权；对发送信号进行发送分集运算；用规定的扩频码对进行了发送分集运算的发送信号进行扩频调制处理；将扩频调制过的发送信号乘以上述发送加权；从由间隔能够进行空间分集的距离而配置的多个天线元构成2个分集天线发送乘以了上述发送加权的发送信号。
根据该方法，在开环模式中，在通信信道及特定用户专用控制信道中，能够通过空间分集效果来进行衰落抑制，并且能够通过空间方向性的缩窄来发挥对其他台干扰抑制效果。
如上所述，根据本发明，在通信信道及特定用户专用控制信道中，能够通过空间分集效果来进行衰落抑制，并且能够通过空间方向性的缩窄来发挥对其他台干扰抑制效果。
本说明书基于1999年10月8日申请的特愿平11-287896号。其内容全部包含于此。
产业上的可利用性
本发明能够应用于数字无线通信系统、特别是DS-CDMA中使用的无线基站装置及无线发送方法。

Claims (7)

1、一种无线基站装置，包括：
2个分集天线，间隔能够进行空间分集的距离，每个天线用作自适应阵列天线；以及
发送机，对上述2个分集天线中的每个分集天线而设置，并具有：
计算部件，根据用上行线路信号得到的接收加权或到来方向信息来计算发送加权；以及
乘法部件，将发送信号乘以上述发送加权。
2、如权利要求1所述的无线基站装置，其中，上述发送机包括：
扩频调制处理器，用于使用预定扩频码对发送信号执行扩频调制处理；和
发送分集电路，用于通过对在所述扩频调制处理器中经过扩频调制处理的发送信号进行发送分集计算，向经过扩频调制处理的发送信号提供相位偏移、或相位偏移及功率偏移，以及
其中，所述乘法部件将在所述发送分集电路中经过发送分集计算的发送信号相乘。
3、如权利要求1所述的无线基站装置，其中，  上述发送机包括扩频调制处理器，用于使用预定扩频码对发送信号执行扩频调制处理；和
其中，所述乘法部件将在所述扩频调制处理器中经过扩频调制处理的发送信号乘以所述发送加权和相位偏移，或乘以所述发送加权、相位偏移和功率偏移。
4、如权利要求1所述的无线基站装置，其中，上述发送机包括：
发送分集电路，对发送信号进行发送分集计算；和
扩频调制处理器，用于对在所述发送分集电路中经过发送分集计算的发送信号执行扩频调制处理，
其中，所述乘法部件将在所述扩频调制处理器中经过扩频调制处理的发送信号乘以所述发送加权。
5、一种无线发送方法，包括下述步骤：
根据用上行线路信号得到的接收加权或到来方向信息来计算发送加权；
将发送信号乘以上述发送加权；以及
从间隔能够进行空间分集的距离而配置的2个分集天线发送经过发送加权计算的发送信号，每个天线用作自适应阵列天线。
6、如权利要求5所述的无线发送方法，还包括下述步骤：
用预定扩频码对发送信号进行扩频调制处理；和
通过对经过扩频调制处理的发送信号进行发送分集计算，来向经过扩频调制处理的发送信号提供相位偏移或相位偏移和功率偏移，
其中经过发送分集计算的发送信号乘以所述发送加权。
7.如权利要求5所述的无线发送方法，还包括步骤：
对发送信号进行发送分集计算；和
对经过发送分集运算的发送信号执行扩频调制处理，
其中，将经过扩频调制处理的发送信号乘以所述发送加权。
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