CN1183792C - 无线基站及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空间多路复用多个移动站来进行无线连接的自适应阵列方式的无线基站，其特征在于，它包括：响应向量计算部，判断要重新进行空间多路复用的移动站的方向；强制零加权值计算部，对于已经无线连接的移动站，即与所述新的移动站应该进行空间多路复用的移动站，计算用于形成第1定向图形的第一参数群，该第1定向图形将由所述判断装置判断的方向设为零点；信号调制部，控制在对要重新进行空间多路复用的移动站发射链路信道分配后，对所述应该空间多路复用的移动站形成由强制零加权值计算部计算出来的第1定向图形；控制部，伴随所述第1定向图形的形成，作控制以降低对所述要进行空间多路复用的移动站的发射输出。

Description

无线基站及其控制方法
技术领域
本发明涉及空间多路复用多个移动站进行无线连接的自适应阵列方式的无线基站。
背景技术
近年来，伴随PHS、移动电话等的移动站增加，提高了对有效利用频率资源的社会需求。满足这种需求的方法之一是根据空间多路复用方式来通信。
空间多路复用方式是一种这样的多路复用方式，即：在无线基站，发送、接收同时使用具有敏锐的定向性的天线，同一时刻使用处于不同方向的多个移动站和1个频率进行多路复用。
在用于空间多路复用方式的有敏锐定向性的天线上有自适应阵列装置。自适应阵列装置配备有固定设置的多个天线，通过动态调整每个天线的收发信号的振幅与相位，作为天线整体，对发射和接收的各方动态形成定向图形(也叫阵列天线方向图形)。
在形成定向图形的过程中，自适应阵列装置不仅提高了向所希望的移动站的传送信号强度及接收信号灵敏度(下面称为指向射束)，还降低了向空间多路复用的其它移动站方向的发射强度与接收灵敏度(以下称为指向零)。
由于固定地设置各个天线，因此能够简单地设置自适应阵列装置，而且由于能够动态形成定向图形，所以特别适合利用于应该跟随移动站的移动的无线基站，这样提高了对频率资源的有效利用，促进了其实用化。
关于自适应阵列天线方式的详细说明，由于记载在[空间领域中的适应信号处理及其应用技术论文集](电子通信学会论文集VOL.J75-B-No.11，11月)中，这里省略了对它的详细说明。
在无线基站复用自适应阵列装置的情况下，为防止信号混合、维持通信品质，根据跟随空间多路复用的各个移动站的移动而变化定向图形。原先这种控制进行如下。
在正确地接收来自应该跟随的移动站的信号的情况下，信号内容已知的部分，例如，如果是符合PHS标准的信号，则对于UW(唯一字)部分，减去接收信号和已经知道的信号的误差，从而控制每个天线接收信号的振幅与相位。进行这种控制的结果是指向射束朝向应该跟随的移动站，而指向零朝向其它的空间多路复用的移动站。
由于进行这种控制，使用原来的自适应阵列天线的无线基站中，防止了信号混合，维持了通信品质。
但是，如果根据上述已有的控制，在测定接收分配的信道的噪声电平时，在有以同一频率进行无线连接的其它移动站存在的情况下，要新进行空间多路复用的移动站仍然把噪音电平降低到基准值以下，就会屡次判断杂音过多。
其结果，如这样连接，由于对其它移动站形成一个适当的定向图形，因此，尽管在该移动站不干扰其它移动站的信号，而且在可与基站通信的情况下，也会现由于噪声过多的缘故而错过在当前的信道的连接机会。
特别是，要新进行空间多路复用的移动站和无线基站之间的距离近，在对于已经空间多路复用的移动站的定向图形，不能大大降低噪声电平的情况下，出现这个问题的频度增加。
发明内容
针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种无线基站，其在要新进行空间多路复用的移动站接受分配后测定信道的噪声电平时，降低已经空间多路复用的其它移动站的经历的影响，提高连接的准确度。
为实现这一目的，(1)本发明的无线基站是一种空间多路复用多个移动站来进行无线连接的自适应阵列方式的无线基站，其特征在于，它包括：响应向量计算部，判断要重新进行空间多路复用的移动站的方向；强制零加权值计算部，对于已经无线连接的移动站，即与所述新的移动站应该进行空间多路复用的移动站，计算用于形成第1定向图形的第一参数群，该第1定向图形将由所述判端装置判断的方向设为零点；信号调制部，控制在对要重新进行空间多路复用的移动站发射链路信道分配后，对所述应该空间多路复用的移动站形成由强制零加权值计算部计算出来的第1定向图形；控制部，伴随所述第1定向图形的形成，作控制以降低对所述要进行空间多路复用的移动站的发射输出。
按照这种结构，在测定要新进行空间多路复用的移动站接收分配的信道噪声电平时，能够近一步降低所述应该空间多路复用的移动站的经历的影响。
(2)前述的(1)的无线基站，所述信号调整部在从要重新进行空间多路复用的移动站接收同步脉冲的情况下以及在限制时间内没有接收到相应信号的情况下，计算用于形成优化所述应该空间多路复用的移动站的信号的第2定向图形的第二参数群，并对于所述应该空间多路复用的移动站形成该计算出来的第2定向图形；所述控制部，伴随所述第2定向图形的形成，作控制以使对所述要进行空间多路复用的移动站的发射输出回复原状。
按照这种结构，在结束了要新进行空间多路复用的移动站的噪声电平测定后，对于所述应该空间多路复用的移动站，能够恢复发射输出并维持通信品质。
(3)前述(1)的无线基站，还包括：
检测装置，检测所述应该空间多路复用的移动站的信号电平；
所述控制装置根据检测装置检测到的所述应该空间多路复用的移动站的信号电平来调整发射输出的降低量。
按照这种结构，在已经空间多路复用的移动站位于远方的情况下，能抑制发射输出的降低量，并能够降低中断通信的危险。
(4)前述(2)的无线基站，还包括：
检测装置，检测所述应该空间多路复用的移动站的信号电平；
所述控制装置根据检测装置检测到的所述应该空间多路复用的移动站的信号电平来调整发射输出的降低量。
按照这种结构，能得到与所述(3)相同的效果。
(5)本发明的控制方法是一种用于无线基站的控制方法，所述无线基站是空间多路复用通信信道把多个移动站无线连接起来的自适应阵列方式的无线基站，包括：
判断步骤，判断要新进行空间多路复用的移动站的方向；
计算步骤，对于已经无线连接的移动站，即与所述新的移动站应该进行空间多路复用的移动站，计算用于形成定向图形的参数群，该定向图形在所述判端步骤判断的方向上设有零点；
控制步骤，控制在对要新进行空间多路复用的移动站发射链路信道分配后，对所述应该进行空间多路复用的移动站形成由计算步骤计算出来的定向图形，同时控制降低发射输出。
按照这种结构，在用该控制方法控制的无线基站中，能得到与所述(1)相同的效果。
从如下结合说明本发明的特定实施例的附图对本发明所进行的描述，将使本发明的这些和其它目的、优点及特点更加清楚。
附图说明
图1是本实施例的无线基站的功能框图；
图2是信号处理部分的功能框图；
图3是用户处理部分的功能框图；
图4是表示控制部分的处理的流程图。
具体实施方式
本实施例中的无线基站被设置为按照PHS标准制定的时分多路复用方式(TDMA/TDD)无线连接PHS移动站的基站，除所述时分多路复用之外，还进行空间多路复用，与移动站通信。
<整体构成>
图1是表示第一实施例的无线基站的结构的框图。无线基站由天线10-40、无线部11-41、信号处理部50、调制解调器60、基带部70及控制部80构成，空间多路复用使用同一频率的最大4个信号同时进行通信。
基带部70在经未示出的电话交换网连接的多条线路与信号处理部50之间发送接收多个信号(声音或数据的基带信号)。在本实施例中，根据PHS标准，在1个TDMA/TDD帧内多路复用4个信道，并列处理应在1个信道内空间多路复用的最多4条电话线路的信号。1个TDMA/TDD帧有5ms的周期，每个周期可被八等分，由4个发射时隙和4个接收时隙构成。发射接收的每一个时隙构成的1个TDMA信道。
调制解调器60在信号处理部50和基带部70之间按照π/4相移QPSK(正交相移键控)对数字化的基带信号进行调制和解调。对1个时分信道上空间多路复用的最大4个TDMA/TDD帧并列进行这种调制和解调。
信号处理部50由信号调整部51、强制零加权值计算部52、响应向量计算部53及RSSI检测部54构成，具体讲，由可编程的DSP(数字信号处理器)实现。
信号处理部50调整无线部11-41的各个收发信号的振幅和相位，对每个移动站形成定向图形。由此，从由无线部11-41输入的空间多路复用的信号分离出每个移动站的信号后向调制解调器60输出，而且把从调制解调器60输入的信号进行仅向所希望的移动站发送的空间多路复用，然后向无线部11-41输出。
这种定向图形的形成按照下面的2种方法进行。一种是通常的控制方法，对于现在接收到的信号，减去与预先已知接收内容的部分相关的应该接收的信号的误差。另一种是称作强制零控制的控制方法，根据从接收信号计算出来的移动站的方向信息把射束指向所希望的移动站，把零指向其它移动站。虽然任何一种方法都是为优化与移动站的通信而进行控制，但是其方法是不同的。使用哪一个方法取决于控制部80的指示。
响应向量计算部53在每个TDMA/TDD帧内的时隙中根据从无线部11-41输入的信号和由信号调整部51调整过的信号计算参数，该参数称为响应向量，其含有在相应的时隙内正在进行通信的移动站的方向信息，然后把参数向强制零加权值计算部52输出。
强制零加权值计算部52根据在每个TDMA/TDD帧内的时隙中由响应向量计算部53计算出来的参数来计算定向图形形成参数(下面称为强制零加权值向量)，该参数用来在相应的时隙内把射束指向现在正在通信的移动站而且把零指向空间多路复用的其它移动站，然后向信号调整部51输出。强制零加权值向量是每个无线部的收发信号的振幅和相位的调整量。
信号调整部51调整无线部11-41的各个收发信号的振幅和相位，以便在调制解调器部60并列处理的最大4个TDMA/TDD帧内的每个时隙中最佳地收发在相应的时隙中通信的移动站的信号。
在通常的控制时，这样调整对定向图形形成参数(以下称为加权值向量)进行计算，该参数是对于信号调整部51在各个移动站现在接收到的信号减去与预先已知接收内容的部分相关的应该接收的信号的误差而得到的参数。加权值向量是每个无线部的收发信号的振幅和相位的调整量。强制零控制时，根据强制零加权值计算部52计算出来的强制零加权值向量进行调整。这种调整方法的更换依据控制部80的指示进行。
RSSI检测部54对各TDMA/TDD帧内的每个时隙，在相应的时隙内检测无线部11-41接收到的信号强度，并输出到控制部80。
无线部11由含有高功率放大器的发射部111、含有低噪声放大器的接收部112构成。发射部111把从信号处理部50输入的低频信号变换为高频信号，直至放大到发射输出电平后输出到天线10。发射部111响应于控制部80的指示来控制高功率放大器的增益来调整发射输出。接收部112把在天线10接收到的高频信号转换为低频信号，放大后输出到信号处理部50。
无线部设置在每个天线上，无线部21、31、41与无线部11构成相同，省略了对它们的说明。
具体讲，控制部80由CPU(中央处理单元)及存储器等构成，CPU根据存储器中的程序控制整个无线基站。
在把信道分配给要新进行空间多路复用的移动站时，控制部80对已经在通信中应该空间多路复用的其它移动站进行强制零控制的同时，向无线部11-41指示根据RSSI检测部54检测出的所述其它移动站的信号强度降低发射输出。例如，信号强度在基准值以下的情况下，抑制发射输出的降低量。，
移动站在接收到链路信道分配后进行该分配到的信道的噪声电平测定，如果在基准值以上，判断为不可使用该信道，但对空间多路复用的其它的移动站进行强制零及发射输出降低控制，以便降低噪声电平。
在执行了所述指示后，从要新进行空间多路复用的移动站接收到同步脉冲的情况以及在限制时间内没有接收相应信号的情况下，控制部80在对所述的其它移动站进行通常的控制的同时，指示无线部11-41恢复发射输出。
如果长时间进行发射输出降低控制，可能会降低空间多路复用的其它移动站的通信品质。通过在同步信号接收后，进行通常的控制，同时，将发射输出恢复，就可以解决该问题，以维持其它移动站的通信品质。
<信号调整部>
图2是表示信号调整部51的结构的框图。信号调整部51由收发信号切换转换器561-564、加法器551-554、用户处理部51a-51d构成。
用户处理部51a-51d调整在无线部11-41之间输入输出的各个收发信号的振幅和相位以便对于每一个TDMA/TDD帧在每个时隙上在相应的时隙中适当收发正在进行通信的移动站的信号。
加法器551-554加法计算由用户处理部51a-51d调整过的发射信号，并向无线部11-41输出。
<用户处理部>
图3是表示用户处理部51a的结构的框图。用户处理部51a由乘法器521-524、581-584、加法器59、收发切换转换器56、参考信号发生部55、加权值计算部58、加权值选择部57构成。
参考信号发生部55对接收信号内的内容已知的部分，例如UW(单一字)部分，产生应该接收的理想的信号。
加权值计算部58在每个时隙上计算加权值向量，以便使接收到的信号和参考信号发生部55产生的信号的误差的总和最小。
乘法器521-524及加法器59根据加权值计算部58计算的加权值向量调整各个无线部11-41输入的信号的振幅和相位后进行加法运算。
加权值选择部57根据图1的控制部80的指示在每个时隙上选择加权值计算部58计算的加权值向量或同一图中的强制零加权值计算部52计算的强制零加权值向量中的某一个。
乘法器581-584根据该选择的加权值向量或强制零加权值向量中的某一个调整向各个无线部输出的信号的振幅和相位。
<响应向量计算部的细节>
响应向量计算部53具体求响应向量如下。
设移动站a、移动站b、移动站c、移动站d的信号在空间多路复用的无线部11-41上接收到的信号分别为X1、X2、X3、X4，应该从移动站a、移动站b、移动站c、移动站d理想地接收到的信号分别为Aa、Ab、Ac、Ad，
X1＝h1aAa+h1bAb+h1cAc+h1dAd
X2＝h2aAa+h2bAb+h2cAc+h2dAd
X3＝h3aAa+h3bAb+h3cAc+h3dAd
X4＝h4aAa+h4bAb+h4cAc+h4dAd
以上式表达时，把Ra＝(h1a、h2a、h3a、h4a)T称作移动站a的响应向量，其中T即转置。
在逻辑上，除其它站的信号项之外，通过获取在无线部11接收到的信号X1和应该从移动站a理想地接收到的信号Aa的相关性来求出h1a，但涉及到信号整体，由于移动站不可能知道Aa，所以代用由信号调整部51分离的移动站a的信号Ua，来渐近地求出h1a。对于h2a、h3a、h4a，也取各个无线部上接收到的信号和被分离出来的移动站a的信号Ua的相关性来求出。
对于移动站b、移动站c、移动站d的响应向量Rb、Rc、Rd也同样求出。
<强制零加权值计算部的细节>
强制零加权值计算部52具体如下来求出强制零加权值。
设由信号调整部51在移动站a、移动站b、移动站c、移动站d上分离的信号分别是Ua、Ub、Uc、Ud，移动站a、移动站b、移动站c、移动站d的强制零加权值向量分别是
Fa＝(f1a、f2a、f3a、f4a)T
Fb＝(f1b、f2b、f3b、f4b)T
Fc＝(f1c、f2c、f3c、f4c)T
Fd＝(f1d、f2d、f3d、f4d)T
T即转置。
对于信号调整部51，为从无线部11-41上接收的信号X1、X2、X3、X4分离移动站a、移动站b、移动站c、移动站d的信号Ua、Ub、Uc、Ud而进行的演算以下式表达：
Ua＝f1aX1+f2aX2+f3aX3+f4aX4
Ub＝f1bX1+f2bX2+f3bX3+f4bX4
Uc＝f1cX1+f2cX2+f3cX3+f4cX4
Ud＝f1dX1+f2dX2+f3dX3+f4dX4
对于在移动站a分离的信号Ua，用所述的响应向量的定义式展开：
Ua＝f1a(h1aAa+h1bAb+h1cAc+h1dAd)
    +f2a(h2aAa+h2bAb+h2cAc+h2dAd)
    +f3a(h3aAa+h3bAb+h3cAc+h3dAd)
    +f4a(h4aAa+h4bAb+h4cAc+h4dAd)
＝(f1ah1a+f2ah2a+f3ah3a+f4ah4a)Aa
   +(f1ah1b+f2ah2b+f3ah3b+f4ah4b)Ab
   +(f1ah1c+f2ah2c+f3ah3c+f4ah4c)Ac
   +(f1ah1d+f2ah2d+f3ah3d+f4ah4d)Ad
用来求出对移动站a应理想地接收的信号Aa作为Ua的强制零加权值向量的条件用所述应答向量有下式给出：
    f1ah1a+f2ah2a+f3ah3a+f4ah4a＝1
f1ah1b+f2ah2b+f3ah3c+f4ah4d＝0
f1ah1c+f2ah2c+f3ah3c+f4ah4c＝0
f1ah1d+f2ah2d+f3ah3d+f4ah4d＝0
如果求出满足这个条件的f1a、f2a、f3a、f4a，就称为把射束指向移动站a、把零指向移动站b、移动站c、移动站d而计算的强制零加权值向量。也可以修正转移到强制零控制之前的加权值向量以满足该条件来求出强制零加权值向量。上面的记载是计算强制零加权值向量的方法的一个例子，在本申请中并不特定计算强制零加权值向量的方法。
对于移动站b、移动站c、移动站d也进行同样计算也能够根据响应向量求出强制零加权值向量。
<控制部的细节>
下面说明本实施例进行的根据本发明的控制部80的控制动作。
在从移动站接收到链路信道建立请求及链路信道建立进一步请求的情况下(步骤S01、步骤S02)，控制部80根据相应信号计算要求链路信道的移动站的响应向量(步骤S03)。探测分配给该移动站的可能信道(步骤S04)，如果是那样的信道(步骤S05)，不拒绝分配发射链路信道(步骤S06)。分配的信道不空间多路复用，即相应的时隙内是个唯一的信道的情况下(步骤S07)，发射链路信道分配(步骤S08)。分配的信道是空间多路复用的信道情况下，对于空间多路复用的其它的移动站开始强制零及发射输出降低控制(步骤S09)，发射链路信道分配(步骤S10)。
开始强制零及发射输出降低控制后，从分配到链路信道移动站接收同步脉冲(步骤S11)，或者，在限制时间内没有接收到同步脉冲的情况下(步骤S12)，对于空间多路复用的其它移动站，进行一般的定向图形形成控制，恢复发射输出(步骤S13)。
在本实施例中，以PHS系统为例进行说明，但是如果是采用空间多路复用方式的通信系统，即在移动站接受链路信道分配时测定噪声电平来判断信道可否使用的系统，也能适用本发明。
尽管本发明参考附图以举例方式进行了充分的描述，但应注意到对熟悉本领域的技术人员而言显然可进行各种改变和修改。因此，不脱离本发明的范围的这些改变和修改将包括在其中。

Claims (5)

1.一种空间多路复用多个移动站来进行无线连接的自适应阵列方式的无线基站，其特征在于，它包括：
响应向量计算部，判断要重新进行空间多路复用的移动站的方向；
强制零加权值计算部，对于已经无线连接的移动站，即与所述新的移动站应该进行空间多路复用的移动站，计算用于形成第1定向图形的第一参数群，该第1定向图形将由所述判断装置判断的方向设为零点；
信号调制部，控制在对要重新进行空间多路复用的移动站发射链路信道分配后，对所述应该空间多路复用的移动站形成由强制零加权值计算部计算出来的第1定向图形；
控制部，伴随所述第1定向图形的形成，作控制以降低对所述要进行空间多路复用的移动站的发射输出。
2.根据权利要求1的无线基站，其特征在于：
所述信号调整部在从要重新进行空间多路复用的移动站接收同步脉冲的情况下以及在限制时间内没有接收到相应信号的情况下，计算用于形成优化所述应该空间多路复用的移动站的信号的第2定向图形的第二参数群，并对于所述应该空间多路复用的移动站形成该计算出来的第2定向图形；
所述控制部，伴随所述第2定向图形的形成，作控制以使对所述要进行空间多路复用的移动站的发射输出回复原状。
3.根据权利要求1的无线基站，其特征在于，还包括：
检测装置，检测所述应该空间多路复用的移动站的信号电平；
所述控制装置根据检测装置检测到的所述应该空间多路复用的移动站的信号电平来调整发射输出的降低量。
4.根据权利要求2的无线基站，其特征在于，还包括：
检测装置，检测所述应该空间多路复用的移动站的信号电平；
所述控制装置根据检测装置检测到的所述应该空间多路复用的移动站的信号电平来调整发射输出的降低量。
5.一种用于无线基站的控制方法，所述无线基站是空间多路复用通信信道把多个移动站无线连接起来的自适应阵列方式的无线基站，其特征在于，包括以下步骤：
判断步骤，判断要重新进行空间多路复用的移动站的方向；
计算步骤，对于已经无线连接的移动站，即与所述新的移动站应该进行空间多路复用的移动站，计算用于形成定向图形的参数群，该定向图形在所述判断步骤判断的方向上设有零点；
控制步骤，控制在对要新进行空间多路复用的移动站发射链路信道分配后，对所述应该空间多路复用的移动站形成由计算步骤计算出来的定向图形，同时控制降低发射输出。
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