CN1438810A - 控制天线波束宽的无线接收装置与方法并基地台以及移动通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无线接收装置，其包括：接收无线信号并可改变波束宽的波束宽可变天线、从接收无线信号消除干扰波并输出干扰波消除信号的干扰消除单元、根据干扰波消除信号测定接收信号接收质量的测定单元、以及根据测定单元所测接收质量来控制上述波束宽可变天线的波束宽窄的波束宽控制单元。

Description

控制天线波束宽的无线接收装置与方法 并基地台以及移动通信系统
技术领域
本发明涉及无线接收装置与方法，尤其是涉及以根据接收到的期望波功率与干扰波功率比等接收质量控制波束宽可变天线的波束宽(或定向角)宽窄为特征的无线接收装置与方法。
背景技术
蜂窝电话系统等移动通信系统中，必须建立将基地台之间连接起来的无线进局网络(radio entrance network)。图1例示了这种无线通信系统。
根据图1，形成各服务区1的各基地台2具备带定向性3的天线4。基地台2之间的无线进局网络是通过定向天线4而建立的(参照图1的粗箭头)。在这种无线台间进局网络中，天线4不仅接收通信对方基地台直接传送的期望波，还会接收到干扰波，如来自其它基地台的非期望电波以及经建筑物等反射的反射波等。为提高接收质量必须要减轻干扰波影响。关于此的已有技术如下所述。
图2示出了一种圆形开口天线。拿已有进局网络中较多采用的圆形开口天线来讲，如图2所示，除了期望波5而外还有干扰波6入射于天线。天线具有强接收在区域8(表示天线定向图)行程长的传播电波这一特性。当因干扰波6而使得期望波功率对干扰波功率比或载波功率对干扰波功率比(CIR)变差时，如图2右侧天线所示，就将天线口径7加大、使波束宽或定向角8变窄，以减轻干扰影响。当强度相同电波从不同方向入射时，从定向的中心方向入射的电波的接收信号最强，而来自倾斜方向的电波的接收信号较弱，参见波瓣8。在此，以等于从中心方向最强入射的电波之功率一半的功率(减3dB)接收到入射电波的两方向之夹角就是所谓定向角。
又，在已有技术中还常采用图3所示自适应阵列天线以减轻干扰影响。自适应阵列天线9属于根据接收环境而适应性改变天线定向图10、利用空间上的信号处理来减轻干扰影响的技术。为了改善接收特性，通常是生成使增益显著降低的空(NULL)朝向干扰波6到来方向的天线方向图。
还有时空均衡器，其是将时间上的信号处理结合于自适应阵列天线而成的。通过进行时间/空间信号处理也可以减轻以同于期望波5的到来角度而到来的期望波之延迟波7造成的干扰影响。
至于其它减轻干扰技术，还有图4所示常见的干扰消除器。在图4所示干扰消除器中，从接收信号44与过去传播线路的估计误差来估计传播线路，利用该传播线路估计值生成干扰波46的拷贝(replica)47，通过从接收信号44减去干扰波拷贝47来改善载波(期望波)48对干扰波49之比(CIR)。
上述已有减轻干扰技术之中，利用圆形开口天线的场合，虽然通过增大天线口径有望减轻干扰，但是增大波束宽却会带来需要较大设置场所的问题。又，当干扰并不严重、欲对多个基地台自发地设置两个以上链路时，有时想加大定向角，但却无法顺应这种需求。另外，若波束宽改变则天线本身也要更换。还有一个缺点是：在新增设线路之际，不仅一定要设置实在的天线，而且徒增从新线路受到的干扰，甚至必须要更换其它线路的天线。
再拿采用自适应阵列天线减轻干扰的方法来说，可以自发地改变定向方向以及定向角，可通过控制来增设线路。虽然也可以处置新增干扰，但是却存在因控制复杂而导致难以构成处理系统、运算量增大的问题。
又，毕竟上述圆形天线以及自适应阵列天线的波束宽的窄小程度有物理方面以及技术方面的局限性，所以从同期望波到来方向大自相同方向到来的干扰波的影响余留强烈。
再看一下干扰消除器的情形，虽然从理论上讲可以消除所有干扰波，但是，若干扰波数量变多，因对每一干扰波都需要一拷贝生成电路，故电路规模以及运算量会呈指数式增大，难以实现处理系统。
发明内容
本发明目的之一就在于提供一种能以较少处理量并小规模电路抑制干扰波影响的无线接收装置与方法。
又，本发明目的还在于提供一种采用这一无线接收方法的基地台以及移动通信系统。
本发明目的是这样实现的——一种无线接收装置，其中包括：接收无线信号并可改变波束宽的波束宽可变天线、从接收无线信号消除干扰波并输出干扰波消除信号的干扰消除单元、根据干扰波消除信号测定接收信号接收质量的测定单元、以及根据测定单元所测接收质量来控制上述波束宽可变天线的波束宽窄的波束宽控制单元。
又，在所述无线接收装置中，上述接收质量可由期望波对干扰波之比(CIR)来判定。另外，上述接收质量还可由接收信号对干扰波之比来判定。
当上述接收质量低于给定阈值时，上述波束宽控制单元可控制天线波束宽变窄。而当上述接收质量高于给定阈值时，上述波束宽控制单元可控制天线波束宽变宽。另外，上述波束宽控制单元，当上述接收质量低于第一给定阈值时可控制天线波束宽变窄，而当上述接收质量高于比上述第一给定阈值还大的第二给定阈值时则可控制上述天线波束宽变宽。
本发明目的还可以这样实现：一种基地台，可同时与多个其它无线台通信，其中，具有上述无线接收装置。
本发明目的还可以这样实现：一种移动通信系统，其中，具有多个上述基地台，构成基地台间无线进局网络。
本发明目的还可以这样实现：一种无线接收方法，其中包括如下步骤：利用可改变波束宽的波束宽可变天线来接收无线信号；从所接收无线信号消除干扰波而输出干扰波消除信号；根据上述干扰波消除信号测定接收信号的接收质量；以及根据上述测定的接收质量来控制上述波束宽可变天线的波束宽窄。
又，在所述无线接收方法中，上述接收质量可由期望波对干扰波之比(CIR)来判定，或者，上述接收质量还可由接收信号对干扰波之比来判定。
上述控制步骤，当上述接收质量低于给定阈值时，可控制上述天线波束宽变窄。另外，上述控制步骤，当上述接收质量高于给定阈值时，可控制上述天线波束宽变宽。进一步，上述控制步骤，当上述接收质量低于第一给定阈值时可控制上述天线波束宽变窄，而当上述接收质量高于比上述第一给定阈值还大的第二给定阈值时可控制上述天线波束宽变宽。
本发明特点以及优点可以通过下面结合附图所作详细描述得到理解，或者可以通过根据所描述的技术实施本发明而掌握。本发明目的以及其它特点与优点还可以通过具体装置得到实现与理解，该等装置将以全面￥清楚￥准确以及本专业技术人员可以实施程度被详细描述。
附图说明
图1是一种可以采用本发明实施例的无线进局网络概图。
图2是利用已有技术的圆形开口天线减轻干扰波的示意图
图3是利用已有技术的自适应阵列天线减轻干扰波的示意图
图4是利用已有技术的干扰消除器减轻干扰波的示意图
图5是根据本发明实施例的具有相控阵天线的无线接收装置的框图
图6是示意根据本发明第一实施例的天线波束宽控制步骤的流程图。
图7是示意根据本发明第二实施例的天线波束宽控制步骤的流程图。
图8是示意根据本发明第三实施例的天线波束宽控制步骤的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作以详细说明。
图5给出了根据本发明实施例的无线接收装置50的框图。波束宽可变天线56可以是由多个单元构成的相控阵天线。相控阵列天线的波束宽或发射图主要是借各接收元件激励因数相位来控制。相控阵天线不象自适应阵列天线那样进行使空(NULL)朝向干扰波到来方向的高度运算控制，而只进行改变定向方向与波束宽的控制，故其具有处理量少这一优异效果。一般，定向性可变天线不仅定向方向可变而且波束宽也可变，但是就本发明而言只要是可以改变波束宽者任何天线都可采用。
同图4所示类似的干扰消除器57连接于相控阵天线56，由此天线56获取接收信号。干扰消除器57如图4说明中所称那样从接收信号消除干扰波。来自干扰波消除器57的干扰波消除信号输入给解调器52以及期望波功率对干扰波功率比(CIR)测定器58。解调器52解调干扰波消除信号以完成期望通信动作。
CIR测定器58计算所输入干扰波消除信号的CIR，将计算结果CIR值(譬如dB值)输入波束宽控制部59。波束宽控制部59是控制天线56波束宽的控制电路，其根据来自CIR测定器58的CIR值来进行天线56波束宽控制。下面描述其控制方法。
参照流程图6说明第一控制方法首先，从CIR测定器58接收CIR值(步骤S1)。判定一下该CIR值是否低于给定阈值(步骤S2)。若CIR值在阈值以下，则说明接收质量不好，故缩小天线波束宽(步骤S3)，以减弱干扰波影响。天线波束宽变窄后，判定一下新设天线波束宽是否缩小至达天线定向能力物理下限的程度(步骤S4)。若业已缩小到下限则结束缩小处理。若尚未缩小到最窄程度则直接返回至开始。
于步骤S2，当CIR值高于阈值时，表明接收质量良好，故没有必要缩小天线波束宽，直接返回至开始。
下面参照流程图7说明第二控制方法。首先，波束宽控制部59从CIR测定器58接收测定CIR值(步骤S5)。判定一下该CIR值是否高于给定阈值(步骤S6)。若CIR值高于阈值，则说明接收质量良好，故扩大天线波束宽(步骤S7)。虽然图中没有示意但天线波束宽扩大后也可以作一下判定，即判定一下新设天线波束宽是否扩大至达天线定向能力物理上限的程度。此时，若业已扩大到上限则结束扩大处理，返回至开始。
当CIR值低于阈值时(步骤S6)，表明接收质量不好，故没有必要扩大天线波束宽，直接返回至开始。
下面参照流程图8说明第三实施例，它是将上述第一控制方法与第二控制方法组合起来的复合控制方法或处理。首先，从CIR测定器58接收测定CIR值(步骤S8)。判定一下天线波束宽是否已小至下限(步骤S9)。若业已小至下限(即FANT＝0)则进入步骤S10，判定一下CIR值是否高于第一给定阈值。若判定CIR值高于第一给定阈值，则扩大天线波束宽(步骤S12)。此时，将天线最窄标志(FANT)设置为”1”，以示意不是最窄，而后返回开始。若于步骤S10判定CIR值不高于第一给定阈值，则不控制天线波束宽而返回开始。
于步骤S9，若天线定向角尚未小至下限，则进入步骤S11，判定一下CIR值是否低于第二给定阈值。若判定CIR值低于第二给定阈值，则缩小天线波束宽(步骤S13)。在波束宽缩小后再判定一下缩小后天线定向角是否达到最窄(步骤S14)，若是最窄，则将FANT设置为”0”，而后返回开始。若不是最窄则直接返回开始。
另外，当于步骤S11判定CIR值已低于第二给定阈值时，进入步骤S10’，于是进行同步骤S10、S12一样的动作。但此时由于FANT值已经为”1”，故维持FATN不变。通过重复这一系列动作即可将天线波束宽保持于最佳状态。
可以将步骤S11的第二给定阈值设得同步骤S10以及S10’的第一给定阈值程度相同。或者，也可将步骤S11的第二给定阈值设得比步骤S10以及S10’的第一给定阈值低，以便将改变天线定向角的次数抑制在必要最小限度内。
在上述实施例中，作为接收质量的较好例子例举了CIR，但是本发明并非受此限制，也可采用接收信号对干扰波比(SIR)以及其它接收质量来控制波束宽。
在本说明书中，所谓干扰波包括来自没有同其通信的其它基地台的电波、来自移动台等其它电波传播源的电波、反射波、其它所有妨碍通信的电波和噪音以及其它因素。
综上所述，根据本发明实施例，来自期望波到来方向以外方向的干扰波受到抑制，只剩下来自天线定向方向的强干扰波。但由于强干扰波数量有限，故能以可实现的电路规模的干扰消除电路抑制之。
又，通过组合干扰消除器和以CIR值控制波束宽的波束宽可变天线，即使天线波束宽上下限比较宽也可以获得足够的减轻干扰效果。由于只是相应于CIR值进行波束宽控制，采用简单的天线即可，故比起自适应阵列天线等复杂天线来可以在进行控制时抑制运算量。
根据本发明，可以在无线进局网络中提供处理量少、电路规模小、干扰抑制效果强的无线接收装置。又，天线波束宽不会没必要地过度缩小，故自发地设定链路变得容易。
本发明并非仅限于上述实施例，在不脱离本发明范围情况下可以有变形和修改。
本申请是基于2002年2月15日于日本提出的申请号为2002-039236号的在先申请，在此参照了其全部内容。

Claims (14)

1一种无线接收装置，其中包括：接收无线信号并可改变波束宽的波束宽可变天线、从接收无线信号消除干扰波并输出干扰波消除信号的干扰消除单元、根据干扰波消除信号测定接收信号接收质量的测定单元、以及根据测定单元所测接收质量来控制上述波束宽可变天线的波束宽窄的波束宽控制单元。
2按权利要求1所述无线接收装置，其特征在于：上述接收质量由期望波对干扰波之比(CIR)来判定。
3按权利要求1所述无线接收装置，其特征在于：上述接收质量由接收信号对干扰波之比来判定。
4按权利要求1所述无线接收装置，其特征在于：当上述接收质量低于给定阈值时，上述波束宽控制单元控制天线波束宽变窄。
5按权利要求1所述无线接收装置，其特征在于：当上述接收质量高于给定阈值时，上述波束宽控制单元控制天线波束宽变宽。
6按权利要求1所述无线接收装置，其特征在于：上述波束宽控制单元，当上述接收质量低于第一给定阈值时控制天线波束宽变窄，而当上述接收质量高于比上述第一给定阈值还大的第二给定阈值时则控制上述天线波束宽变宽。
7一种基地台，可同时与多个其它无线台通信，其中，具有按权利要求1所述的无线接收装置。
8一种移动通信系统，其中，具有多个按权利要求7所述的基地台，构成基地台间无线进局网络。
9一种无线接收方法，其中包括如下步骤：利用可改变波束宽的波束宽可变天线来接收无线信号；从所接收无线信号消除干扰波而输出干扰波消除信号；根据上述干扰波消除信号测定接收信号的接收质量；以及根据上述测定的接收质量来控制上述波束宽可变天线的波束宽窄。
10按权利要求9所述无线接收方法，其特征在于：上述接收质量由期望波对干扰波之比(CIR)来判定。
11按权利要求9所述无线接收方法，其特征在于：上述接收质量由接收信号对干扰波之比来判定。
12按权利要求9所述无线接收方法，其特征在于：上述控制步骤，当上述接收质量低于给定阈值时，控制上述天线波束宽变窄。
13按权利要求9所述无线接收方法，其特征在于：上述控制步骤，当上述接收质量高于给定阈值时，控制上述天线波束宽变宽。
14按权利要求9所述无线接收方法，其特征在于：上述控制步骤，当上述接收质量低于第一给定阈值时控制上述天线波束宽变窄，而当上述接收质量高于比上述第一给定阈值还大的第二给定阈值时控制上述天线波束宽变宽。
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