CN1221544A - 定向无线电通信的方法与设备 - Google Patents

Abstract

一种在移动无线电通信网络中第一站(4)与第二移动站(MS)之间进行定向无线电通信的方法包括以下步骤:由第二站(MS)发送的通信数据在第一站(4)被接收。通信数据可通过一个或多个信号路径传播并作为一组来自一个或多个不同波束方向的信号被接收。确定第一波束方向,相应于信号中第一个由第一站接收到的信号的波束方向,代表信号路径中最短的路径,和第二波束方向,相应于信号中具有最大信号强度的信号被接收到的波束方向。当第一与第二波束方向不同时,将通信数据既在第一又在第二波束方向从第一站(4)发送到第二站(MS)。

Description

定向无线电通信的方法与设备

本发明涉及定向无线电通信的一种方法与设备，其中第一站与第二站之间的信号只能在一定的方向中发送。特别是，而且毫无例外地，本发明适用于采用空分多址的蜂窝通信网络。

利用当前已实施的蜂窝通信网络，提供一个基本的发送接收机站(BTS)，发送指定给于一个给定的移动站(MS)的信号，该移动站可以是由该基本发送接收机站服务的一个移动电话，整个一个蜂窝或蜂窝扇区。然而，现在已经提出空分多址(SDMA)系统。在一个空分多址系统中，基本发送接收机站将不把指定给于一个给定的移动站的信号发送到整个蜂窝或蜂窝扇区，而是只在从移动站接收到信号的波束方向中发送信号。SDMA系统也允许基本发送接收机站确定从移动站接收到的信号的方向。

SDMA系统对于已有的系统可以有许多优点。特别是，因为由BTS发送的波束可只在特定的方向中发射，因此可以是相对地窄，发送接收机的功率可被集中在窄的波束中。可以相信，这导致了良好的信号噪声比，无论是从基本发送接收机站发送信号还是由基本发送接收机站接收信号。因此，作为基本发送接收机站定向性的一个结果，实现了由基本发送接收机站接收到的信号的信号干扰比方面的改善。而且，在发射方向中，BTS的定向性使得能量能够集中到窄的波束中，因而由BTS发送的信号能够用比通常的BTS所需的较低的功率水平达到远处的移动站。这样可使移动站能够在离基本发送接收机站较远的距离处成功地运行，这就意味着蜂窝网络中每个蜂窝或蜂窝扇区的尺寸可以增加。作为较大蜂窝尺寸的结果，所需基站的数目也可减少，导致较低的网络成本。SDMA系统一般需要许多天线部件，以便取得信号可以发送与接收的所需的许多不同的波束方向。许多天线部件的提供增加了BTS对接收信号的灵敏度。这意味着较大的蜂窝尺寸未给BTS从移动站接收信号带来不良影响。

SDMA系统还可以增加系统的容量，也就是可以同时由系统支持的移动站的数目被增加，这是由于通信的定向性质，意味着BTS将检测到较少来自采用相同频率的其它蜂窝中的移动站的干扰。当与一个有关的蜂窝中给定的MS通信时，BTS将对采用相同频率的其它蜂窝中的其它移动站产生较少干扰。

最后，可以相信，SMDA系统将使相同的频率可同时用于发送到位于相同蜂窝不同位置处的两个或甚至多个不同的移动站，这可以使可由蜂窝网络传送的通信量大大地增加。

SDMA系统可以在模拟与数字的蜂窝网络中实施，也可并入各种已有的标准中，例如GSM,DCS1800,TACS,AMPS和NMT。SDMA系统也可与其它已有的多址技术，例如时分多址(TDMA)，码分多址(CDMA)与频分多址(FDMA)技术一道使用。

采用SDMA系统的一个问题是信号发送到移动站的方向需要被确定。在某些环境中，相对窄的波束将被用来发送信号从基本发送接收机站到移动站。因此，移动站的方向需要被适当精确地确定。正如已知的那样，来自移动站的信号一般将沿着几个路径到达BTS。这许多路径通常称为多径。由于这种多径效应，由移动站发送的一个给定的信号可由基本发送接收机站从多于一个方向接收到。

另外一个问题是由BTS发送到移动站的信号的方向是根据由BTS从移动站接收到的上行信号确定的。可是，从移动站发送到BTS的上行信号的频率是与由BTS发送到移动站的信号所用的频率是不同的。在上行与下行信号中所使用的频率不同意味着在上行方向中通道的特性可以与下行方向中通道的特性不同。因此，为上行信号确定的最佳方向将不一定是下行信号的最佳方向。

因而本发明某些实施方案的目的是解决这些难处。

依据本发明的第一方面，提供了一种在移动通信网络中第一站与第二移动站之间定向无线电通信的方法，所述的方法包括以下步骤：

在第一站接收由第二站发送的通信数据，其中通信数据可通过一个或多个信号路径传播并作为一组来自一个或多个不同波束方向的信号被接收；

确定第一波束方向，相应于由所述的第一站从代表所述的信号路径中最短的一条接收到的所述信号中第一个信号的波束方向，确定第二波束方向，相应于所述的信号中具有最大信号强度的一个信号接收到的波束方向；和

在所述的第一与第二两个波束方向中从所述的第一站发送通信数据到所述的第二站，其中第一与第二波束方向是不同的。

通过在第一与第二两个波束方向中发送通信数据，信号从第一站到达第二站的概率被增加。优选的做法是，本方法包括在第一站为发送一个辐射波束规定许多波束方向的步骤，其中每个波束方向是可单独选取的。

在确定步骤中，第一与第二波束方向中至少一个是由各自的通道脉冲响应确定的，可为所述的信号组中每一个确定通道脉冲响应。然后，所确定的通道脉冲响应可被比较以确定所述的第一与第二波束方向中至少一个方向。

通道脉冲响应可通过在第一站接收到的每个信号中通信数据的已知部分与该已知部分的参照原型相关来确定。

本方法可以包括监测代表第一与第二站之间距离的距离参数的步骤，由此，如果第一站与第二站之间的距离小于预先规定的值，要发送到第二站的通信数据在许多波束方向上从第一站发送到第二站。

最好的做法是，如果第一与第二站之间的距离小于预先规定的值，通信数据在相对低的功率水平上发送到第二站，如果该距离大于预先规定的值，通信数据在较高功率水平上发送。因此，利用本发明的实施方案，如果第一与第二站之间的距离大于临界距离，则通信数据将利用相对少的数量的波束以相对高的功率在第一与第二波束方向中发送。相反，如果第一与第二站之间的距离小于预先规定的距离，则通信数据在许多波束方向中从第一发送到第二站，以便取得宽的角展度，在后面的情况下，在许多波束方向上发送的通信数据的功率水平将是相对低的。应该明白，通过采用低功率，道间干扰的风险被降低了。

依据本发明的第二方面，提供一种在通信网络中第一站与第二站之间定向无线电通信的方法，所述的方法包括以下步骤：

在第一站接收由所述的第二站发送的第一信号，所述的第一信号是从一个或多个不同波束方向接收到的；

确定第一波束方向，相应于由所述的第一站首先接收到所述的第一信号的波束方向，确定第二波束方向，相应于具有最大信号强度的第一信号被接收到的波束方向；和

在所述的第一与所述的第二波束方向中从所述的第一站发送信号到所述的第二站。

依据本发明的第三方面，提供一种第一站，用于在移动无线电网络中与第二移动站进行定向无线电通信，该第一站包括；

接收机装置，用于接收由所述的第二站发送的通信数据，其中通信数据可以通过一个或多个信号路径传播并作为一组来自一个或多个不同波束方向的信号被接收。

确定装置，用于确定第一波束方向，相应于由所述的站接收到的所述信号中第一个信号的波束方向，代表所述的信号路径中最短的一条，确定第二波束方向，相应于所述的具有最大信号强度的一个信号被接收到的波束方向；

发射机装置，用于发送通信数据到所述的第二站；和

控制装置，用于控制通信数据被发送的方向，其中当所述的第一与第二波束方向是不同时，发射机装置被控制装置控制在第一与第二波束方向中发送通信数据。

发射机装置最好安排为提供许多波束方向用于发送一个辐射波束，其中每个波束方向是可单独地选取的。

发射机装置可包括一个天线阵，在许多不同的方向中提供许多波束。天线阵可以是一个相控阵或可以是一种单独的定向天线部件的阵。相同的天线阵也可用于接收信号。然而，可以理解，接收机装置可以包括一个分开的天线阵。

应该理解，本发明的实施方案尤其适用于第一站是一个基站的蜂窝通信网络。然而，应该明白本发明的实施方案也应用在其它的定向无线电通信系统中。

为了更好地理解本发明以及如何实现，现将用举例的方法参考以下的附图，其中：

图1示出了一个基本发送接收机站(BTS)及其有关的蜂窝扇区的概貌；

图2示出了一个基本发送接收机站的天线阵的简图；

图3示出了由图2的天线阵提供的波束图型；

图4示出了图2的数字信号处理器的概貌；和

图5示出从八个通道中取出的四个通道的通道脉冲响应。

首先参考图1，其中示出了组成蜂窝移动电话网络中一个蜂窝的三个蜂窝扇区2。三个蜂窝扇区2由各自的基本发送接收机站(BTS)4提供服务。在相同的位置上提供三个分开的基本发送接收机站。每个BTS4有一个分开的发送接收机，发送与接收到达和来自三个扇区的蜂窝扇区2中各自的信号。因此，为每个蜂窝扇区2提供一个专用的基本发送接收机站。因而每个BTS4能够与位于各自的蜂窝扇区2中的移动站(MS)，例如移动电话通信。

本实施方案被描述在GSM(全球移动通信系统)网络的范围中。在GSM系统中，采用的是频/时分多址F/TDMA系统，数据在BTS4和MS之间以脉冲群的形式发送。数据脉冲群包括一个培训序列，它是一种已知的数据序列。培训序列的目的将在本文以下描述。每个数据脉冲群是在一个给定的频段中，在该频段中的一个预先规定的时隙中发送，使用定向天线阵使得空分多址也能被实现。因此，在本发明的实施方案中，每个数据脉冲群将在给定的频段中，在给定的时隙与方向中被发送。一个有关的通道可被规定用于一个在给定的频率，给定的时隙及给定方向中发送的数据脉冲群。正如将在以下更详细讨论的那样，在本发明的某些实施方案中，同样的数据脉冲群在相同的频段，相同的时隙但两个不同的方向中被发送。

图2示出了作为一个发送接收机的一个BTS4的天线阵6的概貌。应该明白，在图2中所示的阵6只为图1中所示的三个蜂窝扇区2中的一个扇区服务。另外两个天线阵6被提供来为其它两个蜂窝扇区2服务。天线阵6有八个天线部件a₁…a₈，部件a₁…a₈被安排成在每个天线部件a₁…a₈之间有关波长的间隔并在水平行中排成一直线，每个天线部件a₁…a₈被安排来发送与接收信号并可以有任何合适的结构。每个天线部件a₁…a₈可以是一个偶极子天线，一个Patch天线或任何其它合适的天线。八个天线部件a₁…a₈在一起组成一个相控阵天线6。

正如已知的那样，相控阵天线6的每个天线部件a₁…a₈由要发送到移动站MS的相同的信号馈电。然而，馈电到各个天线部件a₁…a₈的信号相位是互相移开的。在馈电到各个天线部件a₁…a₈的信号之间相位关系中的差别产生了一个定向辐射图型。因此，一个信号可以只在与阵6有关的蜂窝扇区2的某些方向中从BTS4发送。由阵6实现的定向辐射图型是互相被移相并由每个天线部件a₁…a₈发送的信号之间产生的相长与相消干扰的结果。在这一点上，参考图3，图上示出了用天线阵6实现的定向辐射图型。天线阵6可被控制用以提供在图3中所示的八个方向中任何一个方向中的一个波束b₁…b₈例如，天线阵6可被控制成只在b₅波束的方向中发送信号到MS或只在波束b₆的方向中发送信号到MS。正如将在以下更详细地讨论的那样，也可以控制天线阵6同时在多于一个波束方向中发送信号。例如，一个信号可以在由波束b₅与波束b₆所规定的两个方向中发送。图3只是用天线阵6可以实现的八个可能的波束方向的简图。然而，实际上，在邻近波束之间有重迭，以保证天线阵6为所有的天线扇区2服务。

在每个天线部件a₁…a₈提供的信号的相对相位是由Butler矩阵电路8控制的，使得信号能够在所希望的波束方向或方向中发送。因此Butler矩阵电路8提供一种相移功能。Butler矩阵电路8有八个来自BTS的输入10a-h与八个输出，每个天线部件a₁…a₈一个。由各个输入10a-h接收到的信号包括要发送的数据脉冲群。八个输入10a-h中每一个代表一个给定的数据脉冲群可能被发送的波束方向。例如，当Butler矩阵电路8在第一输入10a上接收到一个信号，Butler矩阵电路8将在输入10a上所提供的信号带上所需要的相位差加到每个天线部件a₁…a₈，产生需要产生的波束b₁，使得数据脉冲群能在波束b₁的方向中发送。同样地，在输入10b上产生一个需要产生波束b₂的方向中波束，等等。

正如已经讨论过的那样，天线阵6的天线部件a₁…a₈从MS接收信号以及发送信号到MS。通常，由MS发送的一个信号被八个天线部件a₁…a₈中每一个接收到。但是，由各个天线部件a₁…a₈接收到的每个信号之间将有相位角。因此Butler矩阵电路8能够从各个天线部件a₁…a₈接收到的信号的相对相位确定信号被接收到的波束方向。因而Butler矩阵电路8有八个输入，每个天线部件a₁…a₈一个，用于由每个天线部件接收到的信号。Butler矩阵电路8也有八个输出14a-h。每个输出14a至14h相应于一个给定的数据脉冲群可能被接收的一个特定的波束方向。例如，如果天线阵6从波束b1的方向接收到来自MS的信号，那末，Butler矩阵电路8将在输出14a上输出接收到的信号。从波束b₂的方向接收到的信号将使接收到的信号由Butler矩阵电路8在输出14b上输出，等等，概括地说，Butler矩阵电路8将在天线部件a₁…a₈上接收互相移相的相同信号的八个变型。Butler矩阵电路8从相对相移确定接收到的信号被接收的方向并取决于信号被接收的方向在一个给定的输出14a-h上输出一个信号。

应该理解，在某些实施方案中，来自MS的单独信号或脉冲群可能看上去是来自多于一个波束方向，这是由于在MS与BTS4之间传播的信号的反射，如果反射具有相对宽的角度展就产生这种情况。Butler矩阵电路8将在每个输出14a-h上提供一个信号，相应于一个给定的信号或数据脉冲群看上去来到的每一个波束方向。因此，同样的数据脉冲群可在Butler矩阵电路8的多于一个输出14a-h上被提供。然而，在各个输出14a-h上的信号互相之间可以是有时间延时的。

每个Butler矩阵电路8的输出14a-h被连到各个放大接收到的信号的放大器16的输入。每个Butler矩阵电路8的输出14a-h被提供一个放大器16。然后，放大后的信号被各自的处理器18处理，将接收到的信号的频率降低到基带频率，使该信号可由BTS4处理，为了实现这点，处理器18从输入信号中除去载频。并且，为每个Butler矩阵电路8的输出14a-h提供一个处理器18。接收到的模拟形式的信号由模数(A/D)变换器20变换成数字信号。提供八个A/D变换器20,Butler矩阵电路8的每个输出14a-h一个。然后，数字信号通过各自的输入19a-h输入到一个数字信号处理器21作进一步的处理。

数字信号处理器21也有八个输出22a-h，每个输出一个将要发送到一个给定的MS的数字信号。所选的输出22a-h代表信号要发送的波束方向。数字信号由数模(D/A)变换器变换成模拟信号。为数字信号处理器21的每个出22a-h提供一个数模变换器23。然后，模拟信号由处理器24处理，处理器24是一个调制器，将要发送的模拟信号调制到载频上。在信号由处理器24处理以前，信号是在基带频率上。然后，合成的信号由放大器26放大并传送到Butler矩阵电路8的各个输入10a-h。为数字信号处理器21的每个输出22a-h提供一个处理器24与一个放大器26。

现在参考图4，图上简要地示出了数字信号处理器21。应该理解，在图4中示出的各种方框并不一定对应于体现本发明的一个实际的数字信号处理器21的分开的部件，特别是，图4中所示的各种方框相应于数字信号处理器21实现的各种功能。在本发明的一个实施方案中，数字信号处理器21至少部分地用集成电路实现并且几个功能可由同一部件实现。

由数字信号处理器21在各个输入19a-h上接收到的每个信号被输入到各个通道脉冲响应(CIR)评估器方框30。CIR评估器方框30包含接收到的信号被临时存贮的存贮器容量和也包含用于存贮被评估的通道脉冲响应的存贮器容量。通道脉冲响应评估器方框30被安排来计算各个输入19a-h的通道的通道脉冲响应。正如已经讨论过的那样，可为在所选的频段，所分配的时隙以及信号被接收的波束方向中发送的给定的数据脉冲群规定一个有联系的通道。由Butler矩阵电路8查明信号被接收的波束方向，使得在数字信号处理器的输入19a上接收到的信号主要代表从波束b₁的方向接收到的信号，等等。应该理解，在一个给定的输入上接收到的信号也可以包括，例如，在邻近输入上接收到的信号的旁瓣。

从移动站MS发送到BTS4的每个数字脉冲群包括一个培训序列TS。然而，由BTS4接收到的培训序列TS_RX受到噪声以及多径效应的影响，导致在培训序列的相邻位之间产生干扰。这后一种干扰称为符号间干扰。TS_RX也受到来自其它移动站的干扰的影响。例如采用相同频率，位于其它蜂窝或蜂窝扇区中的移动站可以引起道间干扰。正如将要了解的那样，一个来自MS的给定信号可以沿着多于一个路径到达BTS和多于一个给定信号的变型可由天线阵6从一个给定的方向中被检测到。由CIR评估器方框30将从输入19a接收到的培训序列TS_RX与存贮在数据存贮器32中的参照培训序列TS_REF互相关。参照培训序列TS_REF与起初由移动站发送的培训序列是相同的。实际上接收到的培训序列TS_RX是调制到载频上的一个信号，而参照培训序列TS_REF是作为一个位序列存贮在数据存贮器32中。因此，在进行互相关以前，存贮的参照培训序列被同样地调制，换句话说，由BTS4接收到的畸变的培训序列与未畸变的培训序列的原型相关。在本发明的另一种实施方案中，在与参照培训序列相关以前，接收到的培训序列被解调。在这种情况下，参照培训序列再次具有与接收到的培训序列相同的形式。换句话说，参照培训序列未被调制。

参照培训序列TS_REF与接收到的培训序列TS_RX每个长度为L，相应于L位数据。例如，可以是26位。接收到的培训序列TS_RX在所分配的时隙中的精确位置可以是不确定的。这是因为移动站MS离BTS4的距离将影响由MS发送的数据脉冲群在所分配的时隙中的位置。例如，如果一个移动站MS相对地远离BTS4，与移动站MS靠近BTS4的情况相比较，前者的培训序列可以较晚地出现在所分配的时隙中。

考虑到接收到的培训序列TS_RX在所分配的时隙中的位置的不确定性，接收到的培训序列TS_RX与参照培训序列TS_REF相关n次，典型情况下，n可以是7或9。优选的做法是n取奇数。典型情况下n次相关将位于最大获得的相关的任一边。接收到的培训序列TS_RX相对于参照培训序列TS_REF的相对位置在每个相继的相关之间移动一个位置。每个位置等效于培训序列中一位并代表一个延时段。接收到的培训序列TS_RX与参照培训序列TS_REF的每次相关产生一个分支，代表对于该次相关的通道脉冲响应。n次分开的相关产生一个有n个值的分支序列。

现在参考图5，图上示出了相应于八个太空方向的八个可能的通道中四个通道的通道脉冲响应。换句话说，图5示出相应于在八个波束方向中的四个方向中从移动站接收到的一个给定的数据脉冲群的四个通道的通道脉冲响应。数据脉冲群是在一个给定的频段与一个给定的时隙中。每张图的X轴是时间延时量，而y轴是相对功率量。在图上标出的每条线(或分支)代表相应于给定的相关延时下接收到的多径信号。每张图将有n条线或分支，每个分支相应于每次相关。

从已评估的通道脉冲响应，可以确定培训序列在所分配的时隙中的位置。当接收到的培训序列TS_RX与参照培训序列TS_REF达到最佳相关时，将获得最大分支值。

CIR评估器方框30也为每个通道确定给出最大能量的五个(或任何其它适当的数)相继的分支。对于一个给定通道的最大能量计算如下： $E=\underset{j=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\left(h_j\right)}^2$

其中h代表由参照培训序列TS_REF与接收到的培训序列TS_RX互相关得到的分支幅度。CIR评估器方框30采用一种滑动窗技术为一个给定的通道评估最大能量。换句话说，CIR评估器方框30考虑每组五个相邻的值并从这五个值中计算能量。这五个给出最大能量的相邻值被选作该通道的脉冲响应的代表。

该能量可被认为是从一个给定的方向由BTS4接收到的，来自一个给定的MS的，所希望信号的强度的一种量度。这种方法用于八个通道中每个通道，这八个通道代表同样的数字脉冲群可以被接收到的八个不同的方向。以最大能量被接收到的信号沿着一条对该信号衰减最小的路径来的。

提供一个分析方框34，用于存贮由CIR评估器方框30为各个通道计算的最大能量，因为由CIR评估器方框选出的五个相邻的值作为通道脉冲响应的代表。分析方框34也可以分析由CIR评估器方框30确定的通道脉冲响应，查出最小延时。该延时是接收到的培训序列TS_RX在所分配的时隙中的位置的一种量度，因而是信号在移动站与BTS4之间传播的距离的一种相对的量度。具有最小延时的通道具有传播最短距离的信号。这种最短距离在某些情况下可以代表在移动站MS与BTS4之间的视线路径。

分析方框34被安排来确定提供最大能量的五个值的窗的起始位置。然后，根据一个参考点与窗的起始位置之间的时间确定时间延时。参考点可以是在每个部分中的培训序列开始被相关时，相应于所有部分中最早的窗的边缘的时间或一种类似的公共点。为了精确地比较不同通道的各种延时，采用一种依据BTS4提供的同步信号的公共定时标尺，以便控制TDMA的工作模式。换句话说，接收到的培训序列TS_RX在所分配的时隙中的位置是时间延时的一种量度。应该了解，在已知的GSM系统中，对于一个给定通道的延时被算出，以便提供定时提前信息。定时提前信息用来保证由移动站发送到BTS的一个信号落在分配给它的时隙中。定时提前信息可根据计算出的相对延时以及当前的定时提前信息来确定。如果移动站MS远离基站，那末BTS将命令MS发送数据脉冲群比移动站MS靠近BTS的情况早一些。

由每个分析方框34进行的分析结果被送到比较方框36。比较方框36比较为每个通道确定的最大能量，也比较为每个通道确定的延时，比较方框36查明对于一个在给定频段，给定时隙中的给定的数据脉冲群，那个通道具有最大能量。这意味着一个给定的数据脉冲群的最强的类型被接收到的波束方向可被查明。比较方框36也查明通道中那个通道具有最小延时。换句话说，沿着最短路径的数据脉冲群的通道也可被查明。

然后比较方框36检查，看看是否具有最大能量的通道与具有最小延时的通道是同一的。如果这些通道是相同的，比较方框36输出一个信号到发生方框38，指明到所谈论的移动站MS的下一个信号应该在具有最大强度与最短路径的信号已被接收到的单一的波束方向中发送。

然而，如果具有最强信号的通道并不与首先到达BTS4的信号相同，则比较方框36输出一个信号到发生方框38，指明要发送到数据脉冲群所接收到的移动站MS的下一个信号应该在两个波束方向中发送。一个方向将相应于最强信号被接收到的波束方向和另一个方向将相应于数据脉冲群首先被接收到的波束方向。例如，如果比较方框36查明最强的信号已经在输入19b上输入到数字信号处理器21，而首先到达BTS4的信号已经通过输入19d输入到数字信号处理器21，则从BTS到移动站的信号将在波束b₂与b₄的方向中发送。在这种情况下，要发送的信号将在数字信号处理器21的输出22b与22d上输出。

以上描述的实施方案特别适合于移动站位于相对远离BTS，也就是大于临界距离的那种情况。临界半径取决于每个单独的蜂窝的环境。典型情况下可以是大约0.5至1Km。当BTS与MS之间的距离大于临界距离时，从MS接收到的大部分能量分布在相对少的波束方向中。尤其是，能量将主要集中在一个或二个波束，或可能三个波束方向中。然而，当移动站与BTS之间的距离小于临界距离时，接收到的所希望的能量通常看来是分布在大量的波束中。因此，在本发明的实施方案中，根据最大信号强度与最小延时来选择波束只能应用在MS与BTS4之间的距离大于临界距离的那种场合中。当MS与BTS之间的距离小于临界距离时，BTS4将在比较大量的波束方向上发送信号到MS，例如4或更多。在相对宽的角展度上发送时采用的功率水平一般低于MS与BTS4之间距离大于临界距离时每个波束方向中采用的功率。

任何合适的方法可用来确定是否MS与BTS之间的距离大于临界距离。在一种实施方案中，比较方框36比较为每个可能的方向获得的通道脉冲响应。如果大多数接收到的能量分布在三个或更少的波束方向中，那末就假定在BTS与MS之间的距离大于临界距离。另一种情况，如果大多数接收到的能量是从4或更多的波束方向接收到，则假定MS与BTS之间的距离小于临界距离。比较方框也可以采用定时提前信息，以便确定是否MS与BTS之间的距离大于或小于临界距离。这种方法被优先应用在本发明的某些实施方案中，因为它给出比以前概要叙述过的方法更精确的结果。

产生方框38负责产生从数字信号处理器21输出的信号。产生方框38有一个代表要发送到移站MS的语音和/或信息的输入40。产生方框38负责对要发送到移动站MS的语音或信息编码并在信号中包括一个培训序列与一个同步序列。方框38也负责产生调制信号。根据所产生的信号与所确定的波束方向，产生方框38在数字信号处理器21的各个输出22a-h上提供信号。产生方框38也提供一种输出50，用来控制由放大器24提供的放大倍数，以保证在各种波束方向中的信号具有所需要的功率水平。

通道脉冲响应评估器方框30也用来均衡与匹配从移动站MS接收到的信号。特别是，由多径传播产生的符号间干扰的影响可以被匹配滤波器(MF)与均衡器方框42从接收到的信号中消除或减轻。应该了解，匹配滤波器(MF)与均衡器方框42有一个输入(未示出)，用来接收从MS接收到的信号，每个方框42的输出被复原方框44接收，复原方框负责复原由MS发送的语音和/或信息。由复原方框实施的步骤包括对信号的解调与解码。已复原的语音或信息被输出到输出48上。

应该了解，虽然以上描述过的实施方案已经在GSM蜂窝通信网络中被实施，本发明可被用于其它数字蜂窝通信网络以及模拟蜂窝网络中。以上描述过的实施方案采用一种有八个部件的相控阵。当然，阵可以有任何数量的部件。另外，相控阵可以用离散的定向天线来代替，这种离散的定向天线中每个天线在一个给定的方向中辐射一个波束。Butler矩阵电路可由任何其它合适的相移电路来代替。如果需要这样的电路的话，Butler矩阵电路是一种模拟波束形成器。当然可以采用数字波束形成器DBF或任何其它合适类型的波束形成器。该阵可被控制产生多于八个波束，尽管只提供八个部件，这取决于馈电给这些部件的信号。

提供许多相控阵也是可能的。相控阵可以提供不同数目的波束。当需要宽角展度时，采用具有较少数目部件的阵，当需要较窄波束时，采用具有较多数目部件的阵。

正如将要理解的那样，以上的实施方案已经作为从Butler矩阵电路提供八个输出作了描述。应该了解，实际上同时在Butler矩阵的每个输出将输出许多不同的通道。那些通道可以是不同的频段。用于不同时隙的通道也将提供在各个输出上。虽然单独的放大器，处理器，模数变换器及数模变换器已被示出，实际上每种可由具有许多输入与输出的一个单独部件来提供。

应该了解，本发明的实施方案不是只在蜂窝通信网络中有应用。例如，本发明的实施方案可用在任何需要定向无线电通信的环境中。例如，这种技术可用在PMR(私人无线电网络)或诸如此类系统中。

Claims (11)

1．一种在移动通信网络中第一站与第二站之间定向无线电通信的方法，所述的方法包括以下步骤：

在第一站接收由所述的第二站发送的通信数据，其中通信数据可以通过一个或多个信号路径传播并作为一组来自一个或多个不同波束方向的信号被接收。

确定第一波束方向，相应于所述的信号中第一个被所述的第一站接收到的波束方向，代表所述的信号路径中最短的一条路径，确定第二波束方向，相应于所述的信号中具有最大信号强度的信号被接收到的波束方向；和

其中第一与第二波束方向是不同的，既在所述的第一又在第二波束方向中将通信数据从所述的第一站发送到所述的第二站。

2．根据权利要求1的方法，包括在第一站为发送一个辐射波束规定许多波束方向的步骤，其中每个所述的波束方向是可以单独选取的。

3．根据权利要求1或2的方法，其中在所述的确定步骤中，所述的第一与第二波束方向中至少一个是从各自的通道脉冲响应确定的。

4．根据权利要求3的方法，其中为所述的组的信号中每个信号确定通道脉冲响应，所确定的通道脉冲响应被比较，以便确定所述的第一与第二波束方向中至少一个方向。

5．根据以前的权利要求中任一个的方法，包括监测代表所述的第一与第二站之间距离的距离参数的步骤，其中如果所述的第一与第二站之间的距离小于预先规定的值，发送到所述的第二站的通信数据在许多波束方向中从所述的第一站发送到所述的第二站。

6．根据权利要求5的方法，其中如果所述的第一与第二站之间的距离小于所述的预先规定的值，通信数据在相对低的功率水平上发送到所述的第二站，如果距离大于所述的预先规定的值，通信数据在较高的功率水平上发送。

7．一种在通信网络中第一站与第二站之间定向无线电通信的方法，所述的方法包括以下步骤：

在第一站接收由所述的第二站发送的第一信号，所述的第一信号是从一个或多个不同的波束方向中接收到的；

确定第一波束方向，相应于所述的第一信号首先由所述的第一站接收到的波束方向，确定第二波束方向，相应于具有最大信号强度的第一信号被接收到的波束方向；和

从所述的第一站在所述的第一与所述的第二波束方向中发送信号到所述的第二站。

8．根据以前的权利要求中任一个的方法，其中所述的通信网络是蜂窝网络和所述的第一站是一个基本发送接收机站。

9．一种第一站，用于在移动通信网络中与第二移动站进行定向无线电通信，该第一站包括：

接收机装置，用于接收由所述的第二站发送的通信数据，其中通信数据可以通过一个或多个信号路径传播并作为一组来自一个或多个不同波束方向的信号被接收；

确定装置，用于确定第一波束方向，相应于所述的信号中第一个被所述的站接收到的波束方向，代表所述的信号路径中最短一条路径，确定第二波束方向，相应于所述的具有最大信号强度的信号被接收到的波束方向；

发射机装置，用于发送通信数据到所述的第二站；和

控制装置，用于控制通信数据被发送的方向，其中当所述的第一与第二波束方向不同时，发射机装置由控制装置控制，在第一与第二波束方向中发送通信数据。

10．根据权利要求9的第一站，其中所述的发射机装置被安排来提供许多波束方向用于发送一个辐射波束，其中每个所述的波束方向可单独选取。

11．根据权利要求9或10的第一站，其中每个所述的发射机装置包括一个天线阵，被安排来提供在许多不同方向中的许多波束。

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