CN1259779C - 一种用于在通信网络中发送消息的方法,相关的系统和终端 - Google Patents

Abstract

一种用于从例如一个基站(BS)的一个给定点到例如一个移动通信网络终端(T)的一个终端发送信号，特别是数字信号的方法，设想所述的终端(T)在确定的时刻产生脉冲信号。基站(BS)检测接收的波形，该波形作为例如象多径传播的现象的一个结果已被改变。这样被检测的波形进行相位共轭，例如，以时间反转的形式。从基站(BS)到终端(T)的发送使用对应于这样获得的相位共轭的波形的波形来进行。以这种方式，对应于前述的脉冲信号的波形可以在终端(T)被重建。重建只在由终端(T)所占据的地理位置上发生，不需要基站跟踪终端的地理位置，也不需要为了允许频率再用而把地理区域分成小区。

Description

一种用于在通信网络中发送 消息的方法，相关的系统和终端

技术领域

本发明涉及通信网络，并以特别关注在移动通信网络中的可能的使用来建立。

背景技术

在本申请的背景技术中，与特别是在市区的信号的传播和正确接收相关联的一个主要问题是与如图1中的原理性示意的多传播路径(多径或MP)的构成相联系，它是指在一个基站BS和一个移动终端T之间的通信。

这种现象(同时在一个移动终端T和基站BS之间的通信中出现的)与另一组现象相连(包括来自象大楼等障碍物的波反射)并且发生的原因主要是由于下面的事实，用一个脉冲波形发送的信号(见图2中所示的信号P)被以数值上如图3中的实线曲线表示的合成形式的信号S的形式接收。该现象明显地干扰数字信号的传输，特别地对于它们的解码。

由于这个原因，用于处理这种现象的很多种技术已开发了好多年了。这种技术中的一些目前被用于移动电信网络中。

尽管多径干扰出现在从基站到移动接收机的发送期间和在相反方向的发送期间，用于实现设计来克服该现象的效应的信号处理技术的可能性根据我们是对待一个基站或一个移动终端而有很大不同。

实际上，基站是一个服务于多个用户的固定安装，并且于是能够运用相当复杂的装置用于信号处理，而不特别在空间、功耗，诸如此类的上有特别的限制。

相比之下，移动终端必须是可便携的，并且制造商持续努力来降低它的大小。正由于这个原因，对移动终端能够使用的信号处理技术的复杂性有本质的限制。

原则上，至少或者通过使用更多的双向链路，或者通过一个更精细的小区结构提供地理上的覆盖，将有可能补偿与多径相关联的一些问题。

然而，所有其它的考虑之外，这些方案要面对一个事实，即把它们运用到实践中将至少间接地需要从地理上定位移动终端，和它们的用户：出于保密原因，这种方法不可能被接受。

发明内容

本发明的目的因此是提供一种对与例如多径的干扰现象相关联的问题的解决方案，不必更精确地跟踪移动终端或不必将地理区域分成小区。

根据本发明，该目的可以通过一种具有在随附权利要求中详述的特征的方法来获得。本发明同时涉及相关联的系统，并且作为一个单独的部件，涉及相关联的终端。

除了获得上面列出的目的，由本发明设想的方案同时使得降低(并且实际上去除)把地理区域分成小区的需要成为可能。这继而降低了复杂性和配置和管理网络所包含的费用，由于需要更少的基站，同样降低了带宽的占用。

从它的本质上，由本发明设想的方案以使用其中接收的信号可以使用相位共轭来被重新发送的技术为基础。

在光学上，例如(尽管总体上原理可以应用到以波的形式，特别地以电磁波的形式传播的任何信号)目前已知为相位共轭的镜像的设备在许多种情况下被使用。

相位共轭的概念的总体描述和它在电磁波的传播中的潜在应用可以找到，例如，在Robert A.Fisher所写的“光相位共轭”(“Optical Phase Conjugation”)的2-11页中，科学出版社，1983。

当一个普通的反射镜像在它的表面上正常反转了传播矢量k的成分时，一个相位共轭镜像或PCM可以从整体上反转矢量k。

举一个具有沿方向z传播的脉冲ω的单模电磁场的例子，即

E₁(r，t)＝ψ(r)exp[i(ωt-kz)]+c.c                (1)

在该电磁场上相位共轭镜像的影响是产生了一个共轭的场，可以表示为

E₂(r，t)＝f(r)exp[i(ωt+kz)]+c.c                 (2)

上面给出的公式摘自由M.L.Stitch和M.Bass编著的“激光手册”第4卷，第342页，North Holland，1985。

上面描述的共轭定律的一个可能的简化应用包含根据以所谓的时间反转镜像或TRM的操作为基础的定律的一个信号的时间反转。

对于时间反转声学的基本定律的总体描述，见M.Fink，“时间反转声学”(“Time-reverse Acoustics”)，今日物理，50，No.3，1997年3月或由M.Fink所写，题目为“Acustica a inversionetemporale”发表在2000年3月出版的每周“Le Scienze”的第79到86页上。

后面的文章描述一个实验，其中超声波经随机浸在一桶水里的并行钢棒的所谓的森林传播。由以一个持续1微秒的脉冲的形式由一个小的传感器发送的波通过棒的森林被朝着96个传感器的阵列发送。由传感器接收的信号受到时间反转并反向朝着棒的森林传播发送回源。到达源的波于是通过一个水诊器被检测。尽管阵列通过由森林产生的超声扩散，送回一个持续200微秒的信号，但是在源处测量到一个持续大约1微秒的重新产生的脉冲。

相同的文章讨论在海水中所作的实验，其中一个声音脉冲被从一个离开区发送并在距离30公里处由一个收发信机阵列来记录，由于由海水表面和海底引起的折射和多次反射，在那里它是失真的。在经历时间反转(相位共轭)之后，信号由阵列送回到目标，在那里发现它被很好地集中。

本发明的一个优选实施例于是运用上面描述的物理规律，例如在一个移动共轭网络中的一个移动发射机处，来重建一个包含从所述的发射机发起的用于发送的单个脉冲的最忠实的可能的复制的信号。

除了克服与多径传输相关联的缺陷(特别地从基站到移动发射机的发送中影响移动网络的那些，如我们所见的，通常具有更有限的处理能力)，本发明的优选实施例同时提供在通信的保密性方面的一个显著的优点。实际上，启动脉冲，只在由所涉及的特定终端所覆盖的位置上重建，而不在空间的其它区域上。而且，脉冲重建通过信号传播的物理机制来实现，从而不需要由固定的基站对终端以任何方式，甚至是近似地进行定位。

至少在实际的观点上，本发明的优选实施例使得有可能分配给能够建立基于小区的地理覆盖的基站一个网络：由此脉冲被作为用于相位共轭的发送的结果被重建的前述的机制，实际上独立于从固定的站到移动终端的距离。自然地，仍有必要对信号在任何情况下作为由信号传播的媒介的能量吸收的结果所受到的损失进行扣除。

附图说明

本发明的下面的描述，将参考附图，目的只是为了示例的方式，而不是作为限制来解释，其中：

图1，已如上被参考，提供对多径传播体制的一个原理性示意，它出现在移动通信网络中从基站发起的面向一个移动终端(或反之)的通信中，

图2和3，同样地如在上面提到的，示意多径传播在展宽以一个集中的脉冲P的形式发送的一个信号中可能具有的影响，

图4是示意用于在一个移动无线通信系统中的基站实现本发明的一个可能的结构的方框图，和

图5是表示用于在图4所示的方框图中的可能的操作标准的流程图。

具体实施方式

在图4中表示的基站BS包括一个包含多个天线单元101，...，10n的天线10。它由此是典型地指定为一个阵列天线或合成孔径天线的类型的天线。天线10于是被配置为接收从一个或多个移动终端T发起的信号，同时检测有关它们的传播的时间间隔的数据。

特别地，每个天线单元101，...，10n携带一个相关联的专用收发信机。

特别地，提供一个接收机12，目的是接收从天线10的单元101，...，10n发起的信号，它包含多个组121，...12n，其中每一个专用于一个相关联的天线单元101，...，10n。于是接收的信号被一个解调器14解调，解调器14同时包含多个组或模块141，...14n，以把这些信号转发到通信网络N为目的。

同时，基站包含一个调制器16，该调制器16接收从网络N发起的信号和通过一个发射机18继续经由天线10的单元101，...，10n发送所述的信号到移动终端T。

调制器16和发射机18都包含分别指定为161，...，16n和181，...，18n的多个模块，每个专用于一个相关联的天线单元101，...，10n。

符号20表示一个双向设备的合成(例如，所谓的环形器的一个合成)，它使得在接收和发送中都有可能使用天线10的单元101，...，10n。

基站BS的接收链12，14和发送链16，18的所示的表示是用于示意性的。实际上，组成这样一个站的单元是熟知的，因为根据采用的传输标准有使用不同方案的可能性。

这例如应用到从解调器发起的要发送到网络N的信号的产生：实际上，这些信号是从组成解调器14的组或模块141，...14n处理的单个信号来获得。

在任何情况下，基站BS的特定的实现细节本身与对本发明的理解无关。

本发明的一个显著的特征是基于事实：基站BS包含一个设计为确定由移动发射机T发射的单个发射脉冲在发送到基站BS期间所受到的展宽效应(主要是由于多径传播)的分析方框22。

为了允许该分析，移动发射机T周期性地(以一个固定的速率，例如，每毫秒，或换言之无论何时发射机发送例如一个时隙的某个消息单元给基站)发射一个包括与某些数目的“零”相关联的一个逻辑“1”，和最佳地与一个时间同步序列相关联的固定编码序列(探测或采样序列)。这样的目的是确保基站BS，特别地是它的分析方框22，准备好分析对应于前述的逻辑“1”的信号，原因是该信号在受到由于传播引起的干扰之后被基站接收。

在该领域的专家可以理解下面的事实：为了实现对本发明的理解，该例子有意以简化的形式给出，假定从移动发射机T到基站BS的发送以一个极其简单的调制方案进行，其中逻辑“1”对应于在图2中所示类型的脉冲P的发送，而逻辑“0”不对应信号的发射(非调制的载波)。

然而，如专家所熟知的，可被用来发送数字信号的编码方法实际上是无限的。这特别地应用到完全地以一个逻辑“1”和一个逻辑“0”发送信号的可能性。

为了回到以示意的方式提供的简化的例子，方框22确定当移动发射机T发送一个例如在图2中所示的脉冲P的一个脉冲时，由基站BS接收的波形S如何被配置。

为了简化的目的，关于根据单个电信号的动作(即检查来自接收机12的相关联的输出信号的方框22中的每个模块的一部分)，对应于分析的数据的集合典型地包含如图3中表示的波形S的一个采样，并采用一个足够高的采样率Tc，这典型地根据掌管信号采样操作的通用的准则(奈奎斯特定律)来选择。

这个分析的结果被发送到另一个方框24。在方框24中，前述的采样序列是可以时间反转的，或者换言之，在这个处理操作之后，在图3中表示的波形S如它表示的，在时间上反转，以便第一个采样变为最后一个或反之。

自然地，这种时间反转操作在经由天线单元101，...，10n和接收机1的相应的组121，...，12n接收的信号上单独执行。由于这个原因，方框22和方框24都有一个相应的组织到多个组或信道221，...，22n到241，...，24n，其中每个处理经由一个相应的天线单元101，...，10n接收的一个信号。由时间反转操作引起的共轭的波形通常与由虚线曲线原理性表示并在图3中标记为S^*的那个波形类似。

由此获得的相位共轭的波形S^*以基站BS使用这个共轭的波形来发送对应于逻辑“1”的信号到终端T的这样一个方式，被转发到调制器16中。

可以理解，前述的时间反转操作对于每个前述的信号被单独执行，这样使得调制器16和发射机18的单个的组或模块161，...，16n和181，...，18n使用一个相位共轭的波形经由相应的天线单元101，...，10n发送到终端T。

在移动终端T处接收期间，这产生终端T原先在发送中使用的脉冲P的一个严格复制的脉冲波形。

移动终端T的接收单元于是在极其“干净”的波形上，执行它们的接收操作，其中多径传播的负效应已通过在基站BS处执行的相位共轭的操作被去除。

在图5中的流程图示意上述的操作如何被执行。

这些操作以标记为100的一个启动步骤开始。在步骤102中，基站BS接收对应于(在上面提到的简化的例子中)由移动终端T发射的采样序列中的一个逻辑“1”的发送的波形S。

在步骤104中，基站BS(特别地方框24)将信号存储到存储器中，并随后对它执行时间反转(相位共轭)从而在信息必须被发送到移动终端T的时刻它是可获得的。

在步骤106中，方框24发送作为相位共轭的结果而获得的数据给调制器16。

从这个时刻以后，调制器16可以使用对应于相位共轭操作的波形用于到移动终端T的发送。

步骤108是一个判决步骤，其中系统确定(根据可以包括只是等待直到某个方框的信息已被发送的各种准则)是否有必要更新相位共轭操作。该操作可以通过给终端装备一个测量可能出现的任何移动的惯性传感器(例如，由模拟设备公司生产的ADXL 202器件)来实现。如果移动超过了某个门限，移动终端T要求基站BS通过发送采样或探测序列执行更新。

在该连接中，应该记住移动终端T由于它的移动性，相对于基站BS精确地移动。对于在发送中使用的任何给定的脉冲波形P，接收的波形可以改变，例如在由于承受多径传播的反射机制中的改变。

如果步骤108的输出是负的(即还不需要更新)，系统通常进入一个等待阶段并且之后执行另一个检测来确定是否需要更新。

当它发现相位共轭操作必须被更新时，系统走到步骤112来检查它未被再触发(例如，由于呼叫被中断)并且返回步骤102的上行流。优选地，这将在步骤114之后发生，其中一个信号(例如，从上述的惯性传感器发起，并传送到移动终端T)被发射，目的是通知终端T它必须重新发送采样序列以便基站能够分析波形S。步骤112的否定输出指示通信已被重新触发，在这种情况下，系统将走到停止步骤116。

自然地可以理解，本发明的优选实施例基于的和已在上面特定的参考以发送到移动终端T为目的在基站BS处执行相位共轭的一种情形进行描述的标准，可以同样应用到相反方向的发送，只要移动终端T装备了天线和具有处理能力，以便由图4中方框22和24所表示的类型的分析和相位共轭操作可以被执行。

在该意义上，可以理解在随附的权利要求中使用的术语“给定点”和“终端”，每一个应用到一个基站BS(在任何情况下是一个网络终端)和一个终端T(无论它是移动的还是固定的，在任何情况下是网络中的一个给定点)。

如上面强调的，应用本发明的优选实施例在下面的情形中是特别有利的，即以发送到移动终端T为目的在固定的基站处执行相位共轭操作。

重新构建或重新构造发送的脉冲的期望的效应，实际上只在每个特定时刻所涉及的移动终端T的地理位置处发生。高保密程度被保证，既因为脉冲波形只在涉及的移动终端处(不在系统中的其它终端上)被重新构造，而且因为重新构建的实现不需要基站BS具有有关在每个特定情况下所涉及的移动终端T的实际的地理位置的信息。

自然地，并且不损害本发明的根本的原理，实现的细节和形式可以根据在这里提供的描述和示意，不由于无法落在本发明的范围内的原因，可以广泛地改变。

这特别地应用到网络中的可能的应用，其中在这里描述的发送标准被用于在至少部分地被配置为固定的安装(即在家庭，办公室，等等)的基站BS和终端T之间发送。在这样的情况下，相位共轭操作可以甚至很容易地被执行，在每个固定的终端在一个给定的位置被“标记”，这不会变化除非终端在其它的地方被转发。

Claims (12)

1.一种用于从一个给定点(BS)发送信号到通信网络中的一个终端(T)的方法，其特征在于，它包括步骤：

有选择地产生从所述的终端(T)发起的脉冲信号，

在所述的脉冲信号发射之后检测在所述的给定点(BS)处接收的波形，

以产生相关联的相位共轭的波形的方式，对这样被检测的波形进行相位共轭，和

使用所述的相位共轭的波形用于从所述的给定点(BS)到所述的终端(T)的发送。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的脉冲信号是数字信号，而且所述的脉冲信号对应于由所述的终端(T)用来发送与所述的数字信号相关联的至少一个逻辑电平给所述的给定点(BS)的一个信号；由此所述的相位共轭的波形于是被用来从所述的给定点(BS)发送数字信号的逻辑电平到所述的终端(T)。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于，包括有选择地从所述的终端(T)发出包括所述的脉冲信号的探测信号给所述的给定点(BS)的步骤，所述的探测信号被用来基于每种情况，产生所述的相位共轭的波形的更新版本。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的终端(T)是移动终端。

5.根据权利要求3或权利要求4的方法，其特征在于，包括检测所述的终端(T)的移动的步骤和当移动超过一个给定的门限时，更新所述的相位共轭的波形的步骤。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于，包括通过多个接收单元(101，...，10n)在所述的给定点检测所述的波形的步骤。

7.一种用于在一个通信网络中从一个给定点(BS)发送信号到一个终端(T)的系统，其中所述的终端(T)能够产生脉冲信号，其特征在于，所述系统包括：

用于在所述的给定点(BS)处接收所述的脉冲信号的接收机(12)，

用于在由所述的终端(T)发射所述的脉冲信号之后，检测由所述的接收机(12)接收的波形的分析单元(22)，

以产生相关联的相位共轭的波形的方式，使由所述的接收机(12)检测的波形进行相位共轭的共轭单元(24)，和

用于从所述的给定点(BS)发送到所述的终端(T)的发送链(16，18)，所述的发送链(16，18)被配置为使用所述的相位共轭的波形用于发送。

8.根据权利要求7的系统，其特征在于，所述的脉冲信号是数字信号，所述的脉冲信号对应于由所述的终端(T)用来发送与所述的数字信号相关联的至少一个逻辑电平给所述的给定点(BS)的一个信号，所述的发送链(16，18)使用所述的相位共轭的波形用于从所述的给定点(BS)发送数字信号的逻辑电平给所述的终端(T)。

9.根据权利要求8的系统，其特征在于，所述的终端(T)被配置来有选择地发送包括所述的脉冲信号的探测信号给所述的给定点(BS)；所述的共轭单元(24)使用所述的探测信号基于每种情况，产生所述的相位共轭的波形的更新版本。

10.根据权利要求7的系统，其特征在于，所述的终端(T)是移动终端。

11.根据权利要求7的系统，其特征在于，所述的终端(T)与检测所述的终端(T)的移动的移动传感器相关联，并且被配置为当该移动超过一个给定的门限时，发送所述的探测信号。

12.根据权利要求7的系统，其特征在于，所述的接收机(12)包括多个接收单元(101，...，10n)，用于检测所述的接收的波形，同时维护关于它们的传播的时间间隔的数据。

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