CN1595833A - 使用阵列天线的无线通信装置和方法 - Google Patents

Abstract

使用阵列天线的无线通信装置和方法。一种无线通信装置，其包括：阵列天线，被构造用来在多个天线振子处接收信号；到达方向估算单元，被构造用来估算包含在所接收的信号中的多条路径的到达方向；角度延展估算单元，被构造用来估算所述多条路径的角度延展；第一加权计算单元，被构造用来估算用于所有路径的公共加权系数集合；第二加权计算单元，被构造用来根据所估算的路径到达方向为所述多条路径中的每一条估算专用加权系数集合；加权单元，被构造用来通过将所接收的信号与公共加权系数集合或专用加权系数集合之一相乘来对所接收的信号进行加权；以及解调器，被构造用来解调所加权的信号。

Description

使用阵列天线的无线通信装置和方法

技术领域

本发明一般涉及无线通信技术，尤其涉及使用阵列天线的无线通信装置和方法。

背景技术

在无线通信系统中经常使用自适应阵列天线技术。在自适应阵列天线中，在一个阵列中设置多个偶极天线，并以自适应的方式控制每个天线的加权以产生与对端设备进行通信的最佳方向性(或波束场型(beampattern))。换句话说，在所期望的信号的方向(对端设备所处的方向)上增加天线增益，而在所期望的方向之外的方向上使天线增益很小。这种设置使得能够接收到所期望的信号，同时减少干扰波。

采用自适应阵列技术的常规无线通信系统(例如基于宽带码分多址(WCDMA)的第三代移动系统)主要适用于电路交换通信，包括语音通信。在电路交换通信中，上行链路和下行链路中的通信信道数量和数据速率是相同的(具有对称的通信量特征)，并且通信信道上的发送和接收是连续的。使用最小均方(LMS)算法或递归最小平方(RLS)算法来估算加权系数以使其收敛到最佳值。

在电路交换通信中，可以假定上行链路上入射干扰波的方向(或发送干扰波的用户的方向)很可能与下行链路上的入射干扰波的方向一致。因而，在发送信号时，可以使用在接收信号时设定的天线方向性或适当校正的方向性。这实现了高效的信号发送，同时减少了干扰。通过在上行链路和下行链路都获得适当的方向性，可以增加系统的用户容量。例如，在文献S.Tanaka，M.Sawahashi and F.Adachi，“PilotSymbol-assisted Decision-directed Coherent Adaptive ArrayDiversity for DS-CDMA Mobile Radio Reverse Link”，IEICE Trans.Fundamentals，Vol.E80-A，pp.2445-2454，Dec.1997以及A.Harada，S.Tanaka，M.Sawahashi and F.Adachi，“Performance of AdaptiveAntenna Array Diversity Transmitter for W-CDMA Forward Link”，Proc.PIMRC99，pp.1134-1138，Osaka，Japan，Sep.1999中描述了这种自适应阵列天线技术。

然而，考虑到与互联网网络的兼容性，目前无线通信系统正在从电路交换型向分组型转变。在分组通信系统中，要进行通信信道的突发传送。根据数据分组的有无，来中断通信信道上的发送和接收，而不是在通信信道上连续进行发送或接收。为此，在常规通信系统中用于在假定通信信道的连续到达的基础上而花费足够长时间来估算最佳加权系数的LMS算法或RLS算法不能适用于在短时间内发生的突发传送。

在分组交换通信中，上行链路通信量和下行链路通信量趋于不对称。例如，当移动终端下载大量数据时，在上行链路上只发送命令。相反，下行链路需要大量信道以向移动终端发送所要求数据。可以仅在下行链路上进行信号发送，而在上行链路上不进行信号发送。在这种情况下，根据所接收信号的波束场型来产生发送波束场型不可行。另外，因为非对称通信量特性以及所使用频率的差异，所以在上行链路和下行链路上的入射干扰波的方向基本相同的假定不再适用。因此，很难在上行链路和下行链路上(尤其是在下行链路上)减少干扰波并实现适当的波束场型。

为了在预计会出现非对称通信量的现在和将来的无线通信系统中估算加权系数，必须考虑随着发送速率的增加和频带的加宽而产生的多径衰落。当抽样频率增加时，会将常规无线通信系统中不被捕获的多径分量检测为干扰波。在这种情况下，如在上述文献中所公开的，为包含在所接收的信号中的L条路径中的每一条路径估算M个加权系数，并且组合在各条路径接收的L个信号分量，以解调所接收的信号，其中M是阵列天线的天线振子数量，L是路径数量。由于使用该技术识别每一条路径，所以提高了接收性能。从所解调的数据的精确性来看，这种技术是优选的。

然而，因为从各个路径获得的所接收的信号功率相对小，所以加权误差(这是由于热噪声或其他因素而导致的所产生的波束场型与最优波束场型的偏差)变得很大。

另一种公知技术是使用所有路径的一复合信号来估算M个加权系数，而不识别包含在所接收的信号中的各条路径。由于组合信号具有相对大的功率，所以加权误差变得很小。然而，当到达方向在这些路径之间变化很大时，也就是当角度延展(angle spread)很大时，因为没有区分该多条路径，所以接收性能下降。由于多径衰落，所以不能充分减少干扰波，并且不能产生满意的波束场型。

发明内容

提出本发明以克服上述问题，本发明的目的是提供一种无线通信技术，用于使得阵列天线即使在非对称通信量的无线通信环境中也能够产生令人满意地减少了干扰波的波束场型。

为了实现该目的，在本发明的一个方面，一种无线通信装置，其包括：

(a)阵列天线，被构造用来在多个天线振子处接收信号；

(b)DoA(到达方向)估算单元，被构造用来估算包含在所接收的信号中的多条路径的到达方向；

(c)角度延展估算单元，被构造用来估算该多条路径的角度延展；

(d)第一加权计算单元，被构造用来估算所有路径共用的公共加权系数集合；

(e)第二加权计算单元，被构造用来根据所估算的路径到达方向为该多条路径中的每一条路径估算专用(individual)加权系数集合；

(f)加权单元，被构造用来通过将所接收的信号乘以公共加权系数集合或专用加权系数集合，来对所接收的信号进行加权；以及

(g)解调器，被构造用来解调所加权的信号。

通过这种设置，可以在估算多条路径的到达方向的同时计算加权系数。因此，可以快速计算适当的加权系数集合，而不需要使用收敛时间很长的算法(例如LMS)。

在一优选示例中，该无线通信装置进一步包括确定单元，其被构造用来确定所估算的角度延展是否超过了阈值。在这种情况下，加权单元根据确定结果来选择公共加权系数集合和专用加权系数集合之一。

在一优选示例中，当角度延展位于规定范围内时，阵列天线根据由第一加权估算单元计算的公共加权系数集合来产生具有朝向该多条路径的平均方向的主波瓣的波束场型。

通过这种设置，可以根据所估算的角度延展来产生合适的波束场型。

优选地，该DoA估算单元识别所接收信号的源。通过在估算DoA和计算加权系数集合的过程中识别入射波的源，可以使用该加权系数集合将信号发送到所期望的目的地，同时防止干扰波。

在优选示例中，该无线通信装置进一步包括第三加权计算单元，其根据该DoA估算单元和角度延展估算单元的估算结果，计算一发送加权系数集合，以实现具有朝向选自多条路径的单个路径的主波瓣的波束场型、具有朝向多条路径中的每一条路径的主波瓣的波束场型、或具有朝向多条路径的平均到达方向的主波瓣的波束场型。

通过这种设置，计算适当的发送加权系数集合，以根据估算结果实现所期望的波束场型。由此，可以根据无线通信环境或信道状态产生用于发送信号的最优波束场型。

在本发明的另一方面，提供了一种无线通信方法。该方法包括以下步骤：

(a)在多个天线振子处接收信号；

(b)估算包含在所接收的信号中的多条路径的到达方向；

(c)估算该多条路径的角度延展；

(d)确定所估算的角度延展是否超过了阈值；

(e)根据确定结果，使用对所有路径共用的公共加权系数集合和为每一条路径计算的专用加权系数集合之一对所接收的信号进行加权；以及

(f)解调所加权的信号。

附图说明

当结合附图阅读以下详细描述时，本发明的其它目的、特征和优点将变得更加明显。在附图中：

图1是根据本发明第一实施例的无线接收机的功能方框图；

图2是由图1所示的无线接收机执行的操作的流程图；

图3是表示测量路径的到达方向的示意图；

图4是表示关于延迟时间和路径到达方向的功率分布(profile)的示意图；

图5示意性地示出了用于估算角度延展的功率分布；

图6示意性地示出了由为各个路径计算的加权系数产生的波束场型；

图7示意性地示出了由对所有路径共用的加权系数集合产生的波束场型；

图8是根据本发明第二实施例的无线通信装置的主要部分的功能方框图；

图9是在图8所示的无线通信装置中使用的基带发送单元的功能方框图；

图10是由图8所示的无线通信装置执行的操作的流程图；

图11示意性地示出了根据本发明第二实施例的由无线通信装置产生的指向最大路径的到达方向的发送波束场型；

图12示意性地示出了根据本发明第二实施例的由无线通信装置产生的在规定条件下指向所有路径的到达方向的发送波束场型；

图13示意性地示出了根据本发明第二实施例的由无线通信装置产生的在规定条件下指向所有路径的平均到达方向的发送波束场型。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明。

图1是根据本发明第一实施例的无线接收机100的主要部分的功能方框图。无线接收机100具有带有多个天线振子104的阵列天线102。在附图中，为了简化，只示出了三个天线振子104；然而，可以使用任何适当数量的天线振子。例如，这些天线振子104是多个偶极天线，这些偶极天线以直线、圆弧或任何适当形状设置，同时在它们之间例如具有半波长的间隔。确定各个天线振子104的大小、间隔和形状以实现适当的方向性(或波束场型)，因此，这些因素不限于该示例。多个前端单元106与各自的天线振子104相连以进行频率转换、带宽限制、功率放大和其它前端操作。该多个前端单元106的输出与相关联的多个模数转换器108的输入相连，将该多个模数转换器108的数字输出提供给到达方向(DoA)估算器110和将在下文中描述的与本发明相关的其他部件。可以将DoA估算器110和其它相关部件实现为硬件、软件或者其结合。

DoA估算器110估算包含在所接收的信号中的多径分量的到达方向。DoA估算器110包括用于估算该多条路径中的每一条的到达方向的第一估算单元112，以及用于估算该多条路径的公共到达方向的第二估算单元114。

无线接收机100具有与包含在所接收的信号中的L条路径相对应的L个处理模块。为了简化，在图1中只示出了第一处理模块116和第L处理模块118。L的值根据实际应用适当地确定。第一处理模块116包括用于第一路径的加权系数计算单元120，其接收来自第一估算单元112的多条路径的估算到达方向。加权系数计算单元120计算通过路径1到达的信号的一加权系数集合(例如，M个加权系数)。M是天线振子104的数量。将加权系数计算单元120的输出提供给对应于M个天线振子104设置的M个开关122。M个加权系数中的每一个与相关联的开关122的输入端之一相连。各个开关122的另一输入端接收来自公共加权系数计算单元124的共用于所有路径的公共加权系数。公共加权系数计算单元124输出在所有路径之间共用的加权系数集合(例如，M个加权系数)，以将阵列天线的方向性设置为朝向所有路径的一平均方向。

无线接收机100还包括角度延展估算单元126，其接收DoA估算单元110的第一估算单元112的输出。角度延展估算单元126估算由包含在所接收的信号中的多条路径的到达方向所限定的角度延展。将角度延展的估算结果提供给阈值确定单元128，该阈值确定单元128确定所估算的角度延展是否超过了规定的阈值，并根据确定结果输出控制信号。该输出控制信号与各个开关122的控制端子相连。

各个开关122根据控制信号的内容选择为单个路径估算的专用加权系数或者公共加权系数，并将所选择的加权系数提供给为各个天线振子104设置的相关乘法器130。乘法器130利用所选择的加权系数对所接收的信号执行复数乘法。并将计算结果输出到加法器132。加法器132将在各个天线振子104接收并通过相关乘法器130进行了适当加权的信号进行组合。将路径1的组合信号提供给解调器134。解调器134还从相关的处理模块(这些处理模块具有与路径1的处理模块116相同的结构)接收路径2-L的组合信号。解调器134例如使用瑞克组合(rake combining)来解调所接收的信号。在图1中，将公共加权系数集合提供给并列设置的L个处理模块中的每一个。然而，可以将无线接收机100构造为使得：当使用公共加权系数集合时，仅在第一处理模块116中使用公共加权系数集合对所接收的信号进行加权。在这种情况下，将利用公共加权系数集合进行了加权的所接收的信号仅从第一处理模块116提供给解调器134。

图2是无线接收机100的主要操作的流程图。在步骤S202中开始该处理。在多个天线振子104处接收信号，并在接收机前端单元106和模数转换器108处进行处理。从模数转换器108向DoA估算器110提供数字信号，并且处理进行到步骤S204。

在步骤S204中，估算包含在所接收的信号中的多条路径的到达方向。在DoA估算器110的第一和第二估算单元112和114中共同执行该步骤。

图3是表示估算各条路径的到达方向的示意图。在该示例中，无线基站(BS)304接收来自移动终端302的信号，并估算包含在来自移动终端302的信号中的多条路径的到达方向。由移动终端302发送的信号受到上行链路上的多径衰落的影响，并通过L条路径到达基站304。虽然在图3中仅示出了第一到达路径(路径#1)和第L到达路径(路径#L)，但是实际上存在L条路径。DoA估算器110沿箭头308在小区或扇区的整个区域扫描波束场型306，并测量入射波的功率。波束场型306具有窄的方向性，以使得可以相互区分各条路径。为了简化，在该附图中，在120度几何形状的扇区上扫描波束场型306。

图4是通过波束扫描获得的功率分布的示意图。将功率分布P(θ，t)作为到达方向(θ)和延迟时间(t)的函数进行检测。可以使用公知技术(例如，波束生成器、Capon波束生成器或者MUSIC(多信号分类)算法)来估算到达方向。

第一估算单元122通过在第一到第L路径的接收定时t1、t2…tL扫描波束场型，并选择表现出最大接收功率P(θ，t＝ti)的角度θi(其中i＝1，2，…L)，来估算各条路径的各自到达方向。第二估算单元114通过估算所有接收定时t1、t2…tL的各条路径处的功率总和P1、P2、…、PL，并选择表现出最大功率总和的方向作为这些路径的公共到达方向，来估算所有路径的公共到达方向。第i路径的总功率(或功率总和)Pi表示为：

Pi＝P(θi，t1)+P(θi，t2)+…，P(θi，tL)

其中i＝1，2，…，L。

另选地，可以基于公式(1)根据功率总和P1，P2，…，PL计算平均方向θave，并且可以将该平均方向用作为所有路径的公共到达方向。

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{avg}}=\frac{\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{p}_l{\mathrm{\θ}}_l}{\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{p}_l}---\left(1\right)$

应该注意，在该实施例中，为了简化，仅使用水平方向的角度(方位角)进行说明。然而，对于更一般的应用，也可以考虑向上的垂直角度(仰角)。当估算了各条路径的到达方向时，处理进行到步骤S206。

在步骤S206中，估算该多条路径的角度延展。将角度延展定义为到达方向之间的最大角度。例如使用图5所示的功率分布来估算角度延展。在图5所示的示例中，将角度延展确定为满足规定条件的多条路径的最大角度和最小角度之间的差值。例如，在接收功率处于从最大功率开始的规定范围内的那些路径中，选择到达的最大角度(方向)和到达的最小角度(方向)以估算角度延展。在图5中，选择具有处于最大功率P1的5dB之内的接收功率为P1、P2和P3的路径1、2和3，并获得最大角度θ2和θ1之间的差值θ2-θ1作为角度延展。

另选地，可以使用图4所示的三维功率分布来估算角度延展。在这种情况下，使用公式(2)计算到达方向的标准偏差(standard deviation)(σ)或方差(variance)，并且可以将所计算的值用作为角度延展。

$\mathrm{\σ}=\sqrt{\frac{\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\θ}}_l-{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{avg}})}^2{p}_l}{\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{p}_l}},{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{avg}}=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{p}_l{\mathrm{\θ}}_l/\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{p}_l---\left(2\right)$

其中，θ1，θ2，…，θL是各条路径的到达方向，而P1，P2，…，PL是在所有接收定时t1，t2，…，tL的各条路径的功率总和。在估算角度延展后，处理进行到步骤S208。

在步骤S208中，通过阈值确定单元128确定所估算的角度延展是否超过规定值。阈值(或规定值)是通过试验或模拟预先确定的。如果所估算的角度延展大于阈值(S208中的是)，则处理进行到步骤S210。

在步骤S210中，产生控制信号并将其提供给开关122，以选择加权系数计算单元120的输出，该加权系数计算单元120的输出提供各个路径的加权系数。在这种情况下，如图6所示，将所选择的加权系数用于限定具有朝向跨越角度α分布的各个路径的主波瓣的波束场型。为了简化，在图6所示的示例中只示出了路径1和路径L，以及沿这两条路径指向的主波瓣。然而，很明显，可以产生覆盖三个或更多个到达方向的波束场型。

另一方面，如果所估算的角度延展没有超过阈值(S208中的否)，则处理进行到步骤S212。在这种情况下，产生控制信号并将其提供给各个开关122，以选择公共加权系数集合(包括M个加权系数)。在这种情况下，如图7所示，实现了具有指向平均到达方向的主波瓣的波束场型。

在步骤S212中选择的该加权系数集合由公共加权系数计算单元124例如使用公式(3)生成。

$w=\frac{1}{\sqrt{M}}\left[\begin{array}{c}1\\ \exp \{j2\mathrm{\π}d\sin \mathrm{\θ}/{\mathrm{\λ}}_U\}\\ \exp \{j2\mathrm{\πd}(M-1)\sin \mathrm{\θ}/{\mathrm{\λ}}_U\}\end{array}\right]---\left(3\right)$

其中，w是M个元素(entry)的集合的加权向量，M是天线振子数量，θ是所选择的(或平均)到达方向，d是相邻天线振子之间的距离，λu是载波频率的波长。该加权系数集合实现了具有朝向方位角θ的方向性的波束场型。

也可以通过相关的计算单元120使用公式(3)计算步骤210中为各条路径选择的专用加权系数集合。当然，公共和/或专用加权系数集合的计算不限于公式(3)，还可以使用任何合适的方法。

当选择了合适的加权系数集合(在步骤S210或S212中)时，在步骤S214中终止与加权系数集合的确定相关的处理，并对所接收的信号进行所需的后续信号处理。在多个乘法器130之一中，将在各个天线振子104处接收的信号与所选择的集合中的相关加权系数相乘。在加法器132处组合经加权的所接收信号，并通过解调器134进行解调。

根据第一实施例，在估算无线电波的到达方向的同时，计算一加权系数集合。由此，迅速产生了合适的波束场型，而无需使用收敛时间长的算法(例如LMS)。

因为加权系数估算方案是根据入射波的角度延展适当选择的，所以可以不考虑延展角度的度数来产生最优波束场型。当角度延展很大时，使用为各条路径计算的专用加权系数集合，从而防止接收性能的下降。如果角度延展很小，则根据所有路径的组合信号计算公共加权系数集合，从而提高加权系数的估算精度。通过这种方式，不论角度延展如何都可以生成最优波束场型，同时，可以保证加权系数的估算精度以及接收性能。

图8是根据本发明第二实施例的无线通信装置的功能方框图。无线通信装置具有阵列天线802，该阵列天线802具有多个天线振子804。在附图中，为了简化，只示出了三个天线振子804；然而可以使用任何适当数量的天线振子。确定天线阵列802的各个天线振子804的大小、间隔和形状以实现适当的方向性(或波束场型)。接收前端单元806与各个天线振子804相连，以对所接收的信号进行频率转换、带宽限制、功率放大和其它前端操作。接收前端单元806的输出与相关联的模数转换器808的输入相连。将模数转换器808的数字输出提供给各个基带接收单元810、812和814。基带接收单元810、812和814中的每一个完成要在模数转换之后进行的信号处理，更具体地，是由图1所示的组成部分110到134执行的操作。基带接收单元810、812和814分别为第一、第二和第三移动终端(MS)输出再生(解调)数据。在这种设置中，为从第一到第三移动终端接收的各个信号进行基带处理，区分入射波的源。尽管为了简化，在图8中示出的无线通信装置仅处理三个移动终端，但该无线通信装置可以处理任意数量的移动终端。另外，天线振子的数量不必与移动终端的数量一致。

无线通信装置还包括基带发送单元816、818和820，分别用于对要发送到第一、第二和第三移动终端的数据进行基带信号处理。在对应于天线振子804设置的各个加法器822处组合基带发送单元816、818和820的输出。将加法器822的输出提供给相关联的模数转换器824。对应于天线振子设置的发送前端单元826对要发送的数字化数据进行必须的信号处理，包括频率转换、带宽限制、功率放大。发送前端单元826的输出通过循环器(circulator)828与相关的天线振子804相连，并从天线振子804发送。

图9是表示图8所示的基带发送单元816的示例的功能方框图。基带发送单元818和820具有相同的结构。基带发送单元816具有DoA(到达方向)存储单元902，其存储关于由基带接收单元810估算的包含在所接收的信号中的多条路径的到达方向和角度延展的信息。更确切地说，将通过包括在第一移动终端(MS)的基带接收单元810中的DoA估算器110、角度延展估算单元126和阈值确定单元128获得的信息作为第一移动终端的DoA信息存储在DoA存储单元902中。

基带发送单元816还包括加权系数计算单元904、分配单元910和发送帧生成单元908。加权系数计算单元904计算一用于发送数据的加权系数集合(例如，M个加权系数，其中M是天线振子804的数量)。M个加权系数中的每一个与乘法器906(对应于多个天线振子804之一设置乘法器906)的多个输入端子之一相连。发送帧生成单元908对要发送到第一移动终端的数据的帧结构进行转换，以产生适当的无线分组。根据天线振子804的数量由分配单元910分配这些无线分组。并且将所分配的分组的每一部分提供给相关联的乘法器906的另一输入端子。将乘法器906的输出提供给相关的加法器822(参见图8)。

图10是由根据本发明第二实施例的无线通信装置800执行的操作的流程图。如上所述，在该示例中，无线通信装置800是与移动终端1、2和3进行通信的无线基站。当在天线振子804处接收到信号并且在接收前端单元806和模数转换器808处进行了适当的信号处理时，在步骤S1002开始流程。将模数转换器808的输出提供给基带接收单元810、812和814中的每一个。然后，处理进行到步骤S1004。

在步骤S1004中，如在图2所示的步骤S204中一样，估算包含在所接收的信号中的多条路径的到达方向。然后，在步骤S1006中，与在第一实施例的步骤S206中一样，估算所检测的路径的角度延展。在步骤S1008中，如在第一实施例的步骤S208中一样，由基带接收单元810的确定单元确定所估算的角度延展是否超过阈值。

将在步骤S1004、S1006和S1008中获得的路径的到达方向、角度延展和确定结果作为DoA信息存储在基带发送单元816、818和820的DoA存储单元902中。

如果该角度延展大于阈值(S1008中的是)，则处理进行到步骤S1010。在步骤S1010中，通过加权系数计算单元904根据所存储的DoA信息计算适当的加权系数，以产生具有朝向最大路径的主波瓣的波束场型(如图11所示)，或者具有朝向各个路径的主波瓣的波束场型(如图12所示)。如果该角度延展没有超过阈值(S1008中的否)，则处理进行到步骤S1012，在步骤S1012中，通过加权系数计算单元904根据所存储的DoA信息计算加权系数，以产生具有朝向最大路径的主波瓣的波束场型(如图11所示)，或者具有朝向所有路径的平均到达方向的主波瓣的波束场型(如图13所示)。

图11表示使用所计算的一加权系数集合产生的波束场型，其主波瓣朝向具有最大接收功率的路径#1的θ1。使用天线振子的数量(M)、相邻天线振子之间的距离(d)和下行链路载波的波长(λD)这些参数，通过公式(3)来表示方向θ1的加权系数向量w。

图12表示使用计算的加权系数产生的波束场型，其主波瓣指向各条路径的方向θ1，θ2，…，θL。在角度延展很大时，实现这种波束场型的加权系数集合是有效的。

图13表示使用所计算的加权系数产生的波束场型，其主波瓣朝向所有路径的平均到达方向θave。当角度延展很小时，实现这种波束场型的加权系数集合是有效的。

实现图11所示的波束场型的加权系数集合不仅可以有效地应用于大角度延展的情况，而且可以有效地应用于小角度延展的情况。这是因为，根据无线通信环境，最好朝特定方向集中所发送的信号，而不是将信号分散到所有的路径，即使在大角度延展的情况下也是如此。除了角度延展的范围之外，例如还要考虑功率分布的延迟时间来确定在步骤S1010和步骤S1012中应该使用哪个波束场型(图11所示的或者另选的)。例如，如果在步骤S1010中角度延展大并且各条路径的延迟时间短，则选择用于实现图12所示的波束场型的加权系数集合。如果在步骤S1010中的大角度延展的情况下，各条路径的延迟时间长，则选择用于实现图11所示的波束场型的加权系数集合。当然，当选择加权系数集合时，也可以考虑其他参数。

在设置适当的加权系数之后，在步骤S1014终止该处理。

在第二实施例中，在识别入射波的源的同时，估算每一个所接收的信号中的多条路径的到达方向，并根据估算结果计算用于信号发送的加权系数。因此，可以以较少的干扰波向所期望的目的地发送信号。

由于根据角度延展、延迟时间、或其它参数选择了适当的加权系数集合，所以可以根据通信环境或信道状态使用适当的波束场型发送信号。

通过根据多条路径的角度延展来计算适当的加权系数，实现了向所期望的目的地的有效信号发送，同时，可以减少在无线基站的功率消耗。功率消耗的减少可以增大覆盖范围和链路容量。

通过上述实施例的无线通信接收机或装置，即使在非对称无线通信环境(在上行链路和下行链路之间具有非对称通信量特性)中，阵列天线也可以产生能够减少干扰波的有效波束场型。

Claims (14)

1.一种无线通信装置，其包括：

阵列天线，被构造用来在多个天线振子处接收信号；

到达方向估算单元，被构造用来估算包含在所接收的信号中的多条路径的到达方向；

角度延展估算单元，被构造用来估算所述多条路径的角度延展；

第一加权计算单元，被构造用来估算对所有路径共用的公共加权系数集合；

第二加权计算单元，被构造用来根据所估算的路径到达方向为所述多条路径中的每一条路径估算专用加权系数集合；

加权单元，被构造用来通过将所接收的信号与所述公共加权系数集合或所述专用加权系数集合相乘来对所接收的信号进行加权；以及

解调器，被构造用来解调所加权的信号。

2.根据权利要求1所述的无线通信装置，进一步包括：

确定单元，被构造用来确定所估算的角度延展是否超过一阈值；

其中所述加权单元根据所述确定结果，选择所述公共加权系数集合和所述专用加权系数集合之一。

3.根据权利要求1所述的无线通信装置，其中当所述角度延展位于规定的范围内时，所述阵列天线使用由所述第一加权估算单元计算的所述公共加权系数集合来产生具有朝向所述多条路径的平均方向的主波瓣的波束场型。

4.根据权利要求1所述的无线通信装置，进一步包括：

到达方向信息存储单元，被构造用来存储关于所接收的信号的多条路径的角度延展和到达方向的信息；

第三加权计算单元，被构造用来计算用于限定要发送的信号的波束场型的发送加权系数集合；以及

第二加权单元，被构造用来通过将所述发送信号与所述发送加权系数集合相乘来对所述发送信号进行加权。

5.根据权利要求1所述的无线通信装置，进一步包括：

第三加权计算单元，被构造用来根据所述到达方向估算单元和所述角度延展估算单元的估算结果，计算发送加权系数集合，以实现具有朝向从所述多条路径中选择的单个路径的主波瓣的波束场型、具有朝向所述多条路径中的每一条路径的主波瓣的波束场型、或者具有朝向所述多条路径的平均到达方向的主波瓣的波束场型。

6.根据权利要求1所述的无线通信装置，其中所述到达方向估算单元识别所接收信号的源。

7.根据权利要求4所述的无线通信装置，其中所述第三加权计算单元根据存储在所述到达方向信息存储单元中的到达方向信息，计算所述发送加权系数集合，以实现具有朝向从所述多条路径中选择的单个路径的主波瓣的波束场型、具有朝向所述多条路径中的每一条路径的主波瓣的波束场型、或者具有朝向所述多条路径的平均到达方向的主波瓣的波束场型中的一种。

8.根据权利要求4所述的无线通信装置，进一步包括：

确定单元，被构造用来确定所估算的角度延展是否超过一阈值；

其中当所估算的角度延展超过所述阈值时，所述第三加权计算单元计算所述加权系数集合，以实现具有朝向所述多条路径中的每一条路径的主波瓣的波束场型。

9.根据权利要求4所述的无线通信装置，进一步包括：

确定单元，被构造用来确定所估算的角度延展是否超过一阈值；

其中当所估算的角度延展没有超过所述阈值时，所述第三加权计算单元计算所述加权系数集合，以实现具有朝向从所述多条路径中选择的单个路径的方向的主波瓣的波束场型。

10.根据权利要求1所述的无线通信装置，其中所述角度延展估算单元基于所述多条路径的到达方向的统计方差或基于根据满足规定范围的接收功率的那些路径确定的角度差来估算所述角度延展。

11.一种无线通信方法，包括以下步骤：

在多个天线振子处接收信号；

估算包含在所接收的信号中的多条路径的到达方向；

估算所述多条路径的角度延展；

确定所估算的角度延展是否超过一阈值；

根据所述确定结果，使用对所有路径共用的公共加权系数集合和为所述多条路径中的每一条路径计算的专用加权系数集合之一对所接收的信号进行加权；以及

解调所加权的信号。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括以下步骤：

存储所述多条路径的角度延展和到达方向作为到达方向信息；

根据所述到达方向信息，计算用于限定用来发送信号的波束场型的发送加权系数集合。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括以下步骤：

当所述角度延展超过所述阈值时，产生具有朝向所述多条路径中的每一条路径的主波瓣的波束场型。

14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括以下步骤：

当所述角度延展没有超过所述阈值时，产生具有朝向从所述多条路径中选择的单个路径的方向的主波瓣的波束场型。

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