CN1784840B - 具有极佳初始方向波束接收质量的自适应天线接收设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应天线接收设备,在其中可以快速轻易地获得具有极佳接收特性的方向性波束,开始于选择信号处理器的初始波束方向,使用时间平均、根据接收质量和在其中可靠性对于在每一个确保充分平均时间的信号处理器中接收的输入电波为高的到达方向来开始权重的确定。到达方向检测单元从权重中由检测在每一个信号处理器中接收的输入电波的到达方向,由针对平均时间至少确保了预定时间间隔用于找到时间平均的每一个信号处理器确定该权重。在针对平均时间至少确保了预定时间间隔的每一个信号处理器中,SIR测量单元通过加权和合成找到输入电波信号的接收质量。根据在针对平均时间至少确保了预定时间间隔的每一个信号处理器中的每一个方向和每一个接收质量,信号收集/选择处理器在要开始确定权重的信号处理器中使用时间平均来选择初始波束方向。
Description
技术领域
本发明涉及一种自适应天线接收方法,用于将构成自适应天线的天线中的每一个加权以便于接收具有优良特性的信号,以及一种使用这种方法的设备。
背景技术
在根据CDMA(码分多址接入)方法的移动通信系统中,无线电基站同时从多个移动台接收用户信号,因此其它用户信号会干扰特定用户信号。自适应天线用于以高增益接收所需用户信号。
自适应天线由多个天线构成,并且根据赋予由每一个天线接收的信号的复数权重来控制幅度和相位以便于形成方向性。因此自适应天线能够抑制构成干扰的其它用户信号并且能够有效地接收所需的用户信号。
典型地有两种方法用于确定赋予自适应天线中的每一个天线的权重。
在一种方法中,使用遵守MMSE(最小均方误差)标准的算法通过执行反馈控制来确定权重。使用自适应更新算法,例如连续权重更新类型的RLS(递归最小平方)算法或代表性LMS(最小均方)算法。
反之,另一种方法是作为本发明的目的的开环控制方法。根据该方法,例如MUSIC(多信号分类)算法或ESPRIT(经由旋转不变技术的信号参量估计)的到达方向估计算法用于根据在天线中接收到的信号来估计所需电波的到达方向,然后根据此方向确定每一个天线的权重。例如,在JP11-274976-A中公开了一种通过开环控制来确定权重的方法。
图1是示出了在JP11-274976-A中说明的现有技术的自适应天线接收设备配置示例的方框图。在图1所示的自适应天线接收设备中,N是构成自适应天线的天线数目(其中N是大于等于2的整数),L是合成多径的数目(其中L是自然数)。图1示出了用于接收来自第K个用户移动台的用户信号的电路部分(其中K是自然数)。
参考图1,自适应天线接收设备包括:天线11-1N、信号处理器21-2L、加法器11、判决器12、以及搜索器16。对应于经过了瑞克合成的每个多径的指状物(Finger)被分配给信号处理器21-2L。
信号处理器21包括:延迟单元31、解扩电路411-41N、加权/合成电路51、权重计算单元61、传输路径估计电路71、复共轭电路81、初始权重产生单元91、以及乘法器101。此外,权重计算单元61包括:信号共模平均计算单元131、相关检测单元141、以及时间平均计算单元151。
尽管在图中未示出,信号处理器22-2L具有与信号处理器21相同的配置。例如,信号处理器22由下面组件构成:延迟单元32、解扩电路421-42N、加权/合成电路52、权重计算单元62、传输路径估计电路72、复共轭电路82、初始权重产生单元92、以及乘法器102。此外,权重计算单元62包括:信号共模平均计算单元132、相关检测单元142、以及时间平均计算单元152。
搜索器16使用由N个天线11-1N接收到的信号的每一个来检测L个多径的延迟时间。然后搜索器16将在每一个指状物中使用的延迟时间的定时信息报告给构成瑞克合成的每一个指状物的信号处理器21-2L的延迟单元31-3L、权重计算单元61-6L以及初始权重产生单元91-9L。N个天线11-1N被设置得较为接近以便于互相间具有高级别的相关性,因此,可以认为N个天线11-1N的延迟分布是相同的。因此,针对所有天线11-1N可以共同使用每一个多径的延迟时间的定时信息。
延迟单元31根据来自搜索器16报告的定时信息来延迟由天线11-1N接收到的每一个信号并且将这些信号发送到解扩电路411-41N。类似地延迟单元32-3L根据来自搜索器16报告的定时信息来延迟由天线11-1N接收到的每一个信号。这样,信号处理器21-2L可对应于L个多径进行设置。
解扩电路411-41N执行每一个由延迟单元31延迟的接收信号的解扩、并且将结果发送到加权/合成电路51、权重计算单元61以及初始权重产生单元91。
当计算单元61不能够获得充分精确的权重时,初始权重产生单元91产生要使用的初始权重并将结果发送到加权/合成电路51。
当搜索器16新近分配一个指状物到信号处理单元21时或者当在被分配给指状物的处理器21的权重计算单元61中不能够确保充分的平均时间时,使用初始权重产生单元91。平均时间是用于找到作为平均目标的变化值的平均的时间。通过在平均时间中进行平均来找到变化值在平均时间中的平均值。此外,当正在使用中的指状物的路径定时经过了较大变化时,也使用初始权重产生单元91。
图2是示出了加权/合成电路51配置的方框图。加权/合成电路51包括:乘法器171-17N、加法器181以及复共轭电路191-19N。
加权/合成电路51的复共轭电路191-19N产生由权重计算单元61或由初始权重产生单元91产生的权重的复共轭、并且将该复共轭发送到乘法器171-17N。
乘法器171-17N的每一个将经过了解扩电路411-41N的解扩的接收信号与由对应于信号的复共轭电路191-19N产生的权重复共轭相乘、并且将结果发送到加法器18。
加法器18将乘法器171-17N的输出合成并且将结果发送到在图1中示出的传输路径估计电路71和乘法器101。
权重计算单元61的信号共模平均计算单元131将在匹配相位期间经过解扩电路411-41N的解扩的每一个信号符号的向量相加、针对每一个天线找到信号的平均值、并且将结果发送到相关检测单元141。此时,任一数量的符号可以经过向量加法,并且任一权重可用于每一个符号。
相关检测单元141使用来自信号共模平均计算单元131每一个信号的平均值来找到在作为标准的天线处的接收信号与其它天线处的接收信号之间的相关性。为此,相关检测单元141将对应于参考天线的信号平均值的复共轭与针对其它天线的信号的平均值相乘、并且将作为每一个乘法结果的相关性发送到时间平均计算单元151。
时间平均计算单元151针对来自相关检测单元141的每一个乘法结果,取在预定时间间隔中的平均值、并且针对天线11-1N的每一个找到权重、并且将结果发送到加权/合成电路51。在时间平均计算单元151中有多个权重方法和用于取平均的时间间隔,并且可以自由选择该方法和时间间隔。
这样,加权/合成电路51使用在权重计算单元61中已经产生的权重来控制和合成由天线11-1N接收到的信号的幅度和相位、并且形成通过其能够以高增益接收所需用户信号的方向性。
传输路径估计电路71根据加权/合成电路51的输出来估计传输路径失真、并且将结果发送到复共轭电路81。
复共轭电路81产生由传输路径估计电路71估计的传输路径失真的复共轭。
乘法器101将加权/合成电路51的输出信号与由复共轭电路81产生的传输路径失真的复共轭相乘来补偿传输路径失真。
类似地,由信号处理器21-2L获得已经补偿来自每一个指状物的传输路径失真的信号。
加法器11通过将信号处理器21-2L的输出信号相加来执行瑞克合成并且将合成输出信号发送到判决器12。
判决器12确定每一个符号并且提供第k个用户的接收符号作为输出。
图3是示出了在如图1所示的自适应天线接收设备中分配指状物时的操作的流程图。参考图3,首先,信号处理器21-2L确定被分配的指状物是否是新指状物(步骤C1)。
如果被分配的指状物是新指状物,则信号处理器21-2L使用由在加权/合成电路51-5L中的初始权重产生单元91-9L产生的初始权重(步骤C4)。
如果被分配的指状物不是新指状物,信号处理器21-2L确定在信号共模平均计算单元131-13L以及权重计算单元61-6L的时间平均计算单元151-15L中是否已经确保了充分平均时间(步骤C2)。
如果还未确保权重计算单元61-6L的充分平均时间,信号处理器21-2L使用由在加权/合成电路51-5L中的初始权重产生单元91-9L已经产生的初始权重(步骤C4)。另一方面,如果确保了权重计算单元61-6L的充分平均时间,信号处理器21-2L使用由在加权/合成电路51-5L中的时间平均计算单元151-15L产生的权重(步骤C3)。
图4是示出了在如图1所示的自适应接收设备中的指状物路径定时的变化时的操作的流程图。参考图4,首先,信号处理器21-2L确定指状物路径定时是否改变了XT个码片(chip)或者更多(步骤D1)。XT的值是在路径定时中的变化量的阈值,并且确定在路径定时中的变化率是否处于不能够由权重计算单元61-6L计算的权重跟随的水平。
当指状物的路径定时等于或超出XT个码片时,信号处理器21-2L使用在加权/合成电路51-5L中的初始权重产生单元91-9L产生的初始权重(步骤D4)。当在指状物的路径定时中的变化短于XT个码片时,信号处理器21-2L确定在信号共模平均计算单元131-13L以及权重计算单元61-6L的时间平均计算单元151-15L中是否已经确保了充分平均时间(步骤D2)。
如果权重计算单元61-6L的平均时间是不充分的,则信号处理器21-2L使用由在加权/合成电路51-5L中的初始权重产生单元91-9L产生的初始权重(步骤D4)。另一方面,如果已经确保了权重计算单元61-6L的充分平均时间,信号处理器21-2L使用由在加权/合成电路51-5L中的权重计算单元61-6L的时间平均计算单元151-15L已经产生的权重(步骤D3)。
通常,在自适应天线中使用两个方法来确定初始权重。
一种方法考虑到由于接收条件而使用户信号到达方向不同这一点,以及将例如非方向性权重的值作为初始权重,这允许与接收条件无关的接收以便于在任何条件下能够接收用户信号。
另一种方法是根据由多个天线11-1N接收的信号来估计初始权重(参考JP 2002-77011-A)。在这种方法中,根据例如来自每一个天线的接收信号来估计传输路径,并且将这样获得的权重作为初始权重。
上述现有技术的方法有下面的问题:
当将非方向性权重作为初始权重时,对于所有方向增益是相同的,结果,在所需用户信号的到达方向上不能够引导波束。
使用由多个天线11-1N接收的信号来估计传输路径并且使用这样获得的权重作为初始权重使得在短时间间隔中精确估计传输路径变得很复杂,并因此在所需用户信号的到达方向上防止了波束定向。
结果,当在指状物被最新分配的同时、指状物路径定时会发生很大变化时,或者当在权重计算单元61-6L中不能够确保充分平均时间时,有降低用户信号的接收性能的可能。
使用由多个天线11-1N接收的信号来估计传输路径并且然后使用这样获得的权重作为初始权重,不仅需要大量计算来估计传输路径,而且增加了位于信号处理器21-2L上的负担以及要求高水平的处理能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种开环控制自适应天线接收设备,能够在短时间间隔内而且使用少量计算找到使得用户信号接收具有极佳接收特性的初始权重。
在根据本发明能够实现上述目的的自适应天线接收设备中:信号处理器被分配于至少一个输入电波,并且在每一个信号处理器中,从多个天线的接收信号中通过预定计算获得计算值,通过使用计算值的时间平均来确定每一个天线的权重,每个天线的权重将多个天线接收的信号加权,并且信号被合成以便于进一步合成由多个处理器接收的多个输入电波以获得所需信号。
在本发明的自适应天线接收设备中,由每一个信号处理器确定权重,在处理器中至少获得预定时间间隔以便于平均时间找到时间平均,并且根据这些已经被确定的权重,到达方向检测单元检测已经由信号处理器A接收的输入电波的到达方向。然后接受质量获取单元通过由每一个处理器的加权和合成来找到已接收输入电波的信号的接收质量,在其处理器针中对平均时间至少确保了预定时间间隔。然后信息收集/选择处理器根据在每一个处理器中的每一个到达方向和每一个到达方向的接收质量,在其处理器中针对平均时间至少确保了预定时间间隔,在使用时间平均来开始确定权重的信号处理器中选择初始波束方向。
因此,在本发明中,可以根据在每一个确保充分平均时间的信号处理器中接收的高可靠性输入电波的接收质量和到达方向,来选择使用时间平均来开始确定权重的信号处理器的初始波束方向。结果,从开始可以很快并轻易地获得具有到达接收性能的方向性波束。
此外,信息收集/选择处理器可以从多个预定波束方向中选择波束方向,该方向最靠近于由信号处理器检测的到达方向,该信号处理器是在至少针对平均时间确保了预定时间间隔的处理器中获得最佳接收质量的处理器。
因此,可以提前以表格形式确定选择作为初始波束方向的多个波束方向,从每一个对其测量了高可靠接收质量和对其确保了充分平均时间的输入电波中确定具有最佳接收质量的输入电波,可以从多个波束方向中选择最靠近于具有最佳接收质量的输入电波的到达方向的波束方向。结果,从开始可以在短时间间隔内利用很少处理来获得具有到达接收质量的方向性波束。
此外,初始权重产生单元可以在由信息收集/选择处理器选择的初始波束方向内形成方向性波束、并且找到在权重和合成中使用的初始权重,直到在信号处理器中确保了至少预定时间间隔的平均时间为止。
因此,在开始确定使用时间平均的权重信号的处理器中,可以使用很快并轻易获得的波束方向,直到确保了充分平均时间为止,并且在平均时间变得充分之后,可以使用由时间平均获得的高度精确权重。结果,在确保了充分平均时间之前和之后,可以根据当前条件选择确定波束方向的适当方法,并且可以一直获得具有极佳接收特性的方向性波束。
附图说明
图1是示出了现有技术的自适应天线接收设备配置的示例的方框图;
图2是示出了加权/合成电路的配置的方框图;
图3是示出了在如图1所示的自适应天线接收设备中分配指状物时的操作的流程图;
图4是示出了在如图1所示的自适应接收设备中的指状物路径定时已经改变时的操作的流程图;
图5是示出了根据本发明实施例的开环控制自适应天线接收设备的配置示例的方框图;
图6示出了构成自适应天线的天线的信号接收的示例;
图7示出了从由正交多波束确定的多个波束中、选择最靠近于在其中测量到最大SIR的指状物的到达方向信息的方向上引导的波束;
图8示出了从由等距多波束确定的多个波束中、选择最靠近于在其中测量到最大SIR的指状物的到达方向信息的方向上引导的波束;
图9是示出了正交或等距的多波束的权重的表格;
图10是示出了当在根据本发明的自适应天线接收设备中分配指状物时的操作的流程图;
图11是示出了当在根据本发明的自适应天线接收设备中指状物路径定时已经改变时的操作的流程图;
图12是示出了在根据本发明另一个实施例的开环控制自适应天线接收设备中的配置的示例的方框图;
图13是示出了在根据本发明再一个实施例的开环控制自适应天线接收设备中的配置的示例的方框图。
具体实施方式
下面将参考附图来解释本发明实施例的细节。
图5是示出了根据本发明实施例的开环控制自适应天线接收设备的配置示例的方框图。在图5所示的本发明的自适应天线接收设备中,构成自适应天线的天线数目是N(其中N是大于等于2的整数),并且合成多径的数目是L(其中L是自然数)。图5示出了用于接收自第k个用户移动台的用户信号的电路部分(其中k是自然数)。
参考图5,自适应天线接收设备包括:天线11-1N、信号处理器21-2L、加法器11、判决器12、搜索器16、以及信息收集/选择处理器22。
信号处理器21包括:延迟单元31、解扩电路411-41N、加权/合成电路51、权重计算单元61、传输路径估计电路71、复共轭电路81、初始权重产生单元91、乘法器101、到达方向检测单元201、以及SIR测量单元211。此外,权重计算单元61包括:信号共模平均计算单元131、相关检测单元141、以及时间平均计算单元151。
尽管在图中未示出,信号处理器22-2L具有与信号处理器21相同的配置。例如,信号处理器22由下面构成:延迟单元32、解扩电路421-42N、加权/合成电路52、权重计算单元62、传输路径估计电路72、复共轭电路82、初始权重产生单元92、乘法器102、到达方向检测单元202、以及SIR测量单元212。此外,权重计算单元62包括:信号共模平均计算单元132、相关检测单元142、以及时间平均计算单元152。
搜索器16使用由N个天线11-1N接收到的信号的每一个来检测L个多径的延迟时间。例如,这些延迟时间由码片数来示出。然后搜索器16将在这些组件的每一个中使用的延迟时间的定时信息报告给每一个信号处理器21-2L的延迟单元31-3L、权重计算单元61-6L以及初始权重产生单元91-9L。此外,搜索器16还将已经报告给所有信号处理器21-2L的延迟时间的定时信息报告给信息收集/选择处理器22。
给信号处理器21-2L的指状物分配是指:搜索器16将每一个多径的延迟时间的定时信息报告给每一个信号处理器21-2L的延迟单元31-3L、权重计算单元61-6L以及初始权重产生单元91-9L并开始信号处理操作的操作。
此外,N个天线11-1N被设置得较为接近以便于具有高的互相关性。可以认为所有N个天线11-1N的延迟分布是相同的。因此,与天线11-1N无关,可以共同使用每一个多径的延迟时间的定时信息。
延迟单元31根据来自搜索器16报告的定时信息来延迟在天线11-1N处接收到的每一个信号并且将这些延迟信号发送到解扩电路411-41N。类似地,延迟单元32-3L根据来自搜索器16报告的定时信息来延迟在天线11-1N处接收到的每一个信号。因此,信号处理器21-2L的每一个对应于L个多径来设置。
解扩电路411-41N使每一个在延迟单元31处延迟的接收信号受到解扩、并且将结果发送到加权/合成电路51、权重计算单元61以及初始权重产生单元91。
加权/合成电路51具有与如图2所示现有技术的组件相同的配置。参考图2,加权/合成电路51包括:乘法器171-17N、加法器181以及复共轭电路191-19N。
加权/合成电路51的复共轭电路191-19N产生每一个由权重计算单元61或由初始权重产生单元91已经产生的权重的复共轭、并且将结果发送到乘法器171-17N。乘法器171-17N的每一个将经过解扩电路411-41N的解扩的接收信号与由复共轭电路191-19N产生的权重的相应复共轭相乘、并且将乘法结果发送到加法器18。加法器18将乘法器171-17N的输出合成并且将结果发送到在图5中示出的传输路径估计电路71、乘法器101和SIR测量单元211。
如上所述,加权/合成电路51将来自解扩电路411-41N的信号加权并合成。
权重计算单元61的信号共模平均计算单元131将每一个符号的相位进行匹配并执行对经过解扩电路411-41N解扩的接收信号符号的向量相加(共模相加);针对每一个天线找到信号的平均值;并且将结果发送到相关检测单元141。此时,任一数量的符号(平均符号的数目)可以经过共模加法。此外,每一个符号可以受到任一加权。由共模加法找到的信号平均值是在其中已经提高了SINR(信号与干扰加噪声比:所需电波的信号功率与干扰电波的信号功率和热噪声功率的比)的信号。
当经过解扩的符号已经经过调制时,这些符号不能简单地受到共模加法。如果在这种情况下使用已知的导频符号,则通过导频符号去除调制使得共模加法成为可能。SINR提高的效果随平均符号的数目增加而增加,但是例如当相位波动由于衰减而到达极限时,平均符号的数目是有限的。
相关检测单元141使用来自信号共模平均计算单元131每一个信号的平均值来找到在作为参考的天线处的接收信号与其它天线处的接收信号之间的相关值。为此,相关检测单元141将对应于参考天线的信号平均值的复共轭与对应于其它天线的信号平均值相乘。然后相关检测单元141将作为每一个乘法结果的相关值发送到时间平均计算单元151。
图6示出了构成自适应天线的天线11-1N的信号接收的示例。在此示例中,天线11-1N以元件间隔d等间隔在一排排列。
在由每一个天线11-1N接收的信号的相位中的提前量根据信号到达方向而不同。例如,在天线11处接收到的信号相位对比于在天线1n处接收到的信号提前了(n-1)(2πd/λ)sinθ0(其中n是2≤n≤N的整数)。在这种情况下,θ0是信号到达方向相对于天线11-1N排列方向的角度。此外,λ是载波频率的波长。
因此,如果天线11取作参考天线,则相关检测单元14将在第n个天线1n处接收到的信号相位-(n-1)(2πd/λ)sinθ0理想地检测为相关值。
时间平均计算单元151对于从相关检测单元141获得的每一个相关值取预定时间间隔的平均值,来找到对于每一个天线11-1N的权重、并且将该权重发送到加权/合成电路51和到达方向检测单元201。在时间平均计算单元151中用于平均的时间间隔和权重方法可以采用各种形式,可以从中选择任一一个。
这样,加权/合成电路51使用由权重计算单元61产生的权重或由初始权重产生单元91产生的初始权重来控制和合成由天线11-1N接收到的信号幅度和相位,并因而实现使得所需用户信号以高增益接收的方向性。
对于天线11-1N的每一个的加权进行以下操作:对于从角度θ0的方向到达的所需信号,通过与作为参考天线的天线11的接收信号的相位匹配来合成每一个天线11-1N的接收信号的相位。对于从与角度θ0不同的方向到达的信号,在作为参考天线的天线11和其它天线之间的相位将不匹配。
结果,作为天线阵的方向性形成波束,该波束在角度θ0方向上具有高增益而在其它不是θ0的方向具有减少的增益。
传输路径估计电路71根据加权/合成电路51的输出来估计传输路径失真,并且将结果发送到复共轭电路81。
复共轭电路81产生由传输路径估计电路71估计的传输路径失真的复共轭。
乘法器101将加权/合成电路51的输出信号与由复共轭电路81产生的传输路径失真的复共轭相乘,来补偿传输路径失真。
类似地,从由信号处理器21-2L实现的每一个指状物中获得传输路径失真已经得到补偿的信号。
加法器11通过将信号处理器21-2L的输出信号相加来执行瑞克合成并且将合成输出信号发送到判决器12。
判决器12确定每一个符号并且提供第k个用户的接收符号作为输出。
到达方向检测单元201-20L从由权重计算单元61-6L的时间平均计算单元151-15L产生的权重中找到到达方向角度θ0,并且将结果发送到信息收集/选择处理器22。
SIR测量单元211-21L测量在来自加权/合成电路51-5L的输出的任一时间间隔上已经平均的SIR(信号与噪声比),并且将结果发送到信息收集/选择处理器22。在其上该SIR被平均的时间间隔(平均时间)优选地与在权重计算单元61-6L的信号共模平均计算单元131-13L以及时间平均计算单元151-15L中使用的平均时间具有相同的数量级。平均时间是用于找到作为平均目标的变化值的平均的时间间隔。通过在平均时间间隔中平均,来找到在变化的平均时间中的平均值。
将每一个指状物的定时信息用作从搜索器16到信息收集/选择处理器22的输入。此外,来自对其已经分配指状物的信号处理器21-2L的SIR测量单元211-21L的SIR信息还用于到信息收集/选择处理器22的输入。此外,来自对其已经分配指状物、并且在其中在权重计算单元61-6L中已经确保了充分平均时间的信号处理器21-2L的到达方向检测单元201-20L的到达方向信息用作到信息收集/选择处理器22的输入。
当搜索器16新近分配指状物到信号处理器21-2L时,当已经分配给信号处理器21-2L的指状物路径定时经过较大变化时,或者当在对其已经分配指状物的信号处理器21-2L的权重计算单元61-6L的信号共模平均计算单元131-13L和时间平均计算单元151-15L中还未确保充分平均时间时,信息收集/选择处理器22将用于产生初始权重的波束号报告给信号处理器21-2L的初始权重产生单元91-9L。此时被报告的波束号是最靠近于在指状物中的信号的到达方向的方向的波束号(在已经分配给信号处理器21-2L的任一个的指状物中),在所述到达方向上,在权重计算单元61-6L的信号共模平均计算单元131-13L和时间平均计算单元151-15L中已经确保了充分平均时间,并且针对其,在SIR测量单元211-21L中已经测量到最大SIR。此外,使用多个相对于信号到达方向垂直或等间隔的波束提前确定了多个波束号,并且信息收集/选择处理器22从这些波束中选择满足上述条件的波束号。
图7示出了从由正交多波束确定的多个波束中、选择最靠近于其中测量到最大SIR的指状物的到达方向信息的方向上引导的波束。在图7中,水平轴是指示波束方向的角度θ0,垂直轴是幅度。图7示出了可以选择作为初始权重的多个波束(在这种情况下是M,其中M是自然数)的特性。
确定在图7中示出的正交多波束的每一个的方向,使得特定波束的峰值方向是其它波束的空方向。如果针对其测量到最大SIR的指状物的到达方向是角度θ0,则将选择在最靠近于该方向的方向上的波束号为m的波束。
图8示出了从由等距多波束确定的多个波束中、选择在最靠近于其中测量到最大SIR的指状物的到达方向信息的方向上引导的波束的选择。确定在图8中示出的等间隔多波束的方向,使得波束方向的间隔相等。如果在其中测量到最大SIR的指状物的到达方向是角度θ0,则选择在最靠近于该方向的方向上的波束号为m的波束,如图7。
使用其中测量到最大SIR的指状物的到达方向信息,这是因为接收质量很可能在该指状物的波束方向的路径上是高的。在移动通信蜂窝系统的宏小区环境中,从移动台发射的电波被例如在移动台附近的建筑物的拓扑或结构反射、衍射或散射,并且典型地通过多个具有近似相同到达角度的路径到达无线电基站。结果,适合于使用最靠近于已经被选择的指状物的到达方向信息的波束的波束号的权重,如上所述,作为由初始权重产生单元91-9L产生的初始权重。
此外,针对其测量到最大SIR的指状物的到达方向信息不直接用来产生初始权重。这是因为:在已经分配的指状物中,在其中已经测量到最大SIR、并且在其中在权重计算单元61-6L的信号共模平均计算单元131-13L和时间平均计算单元151-15L中已经确保了充分平均时间的、信号处理器21-2L的到达方向信息将与新近分配给信号处理器21-2L的指状物、其中定时经过了较大变化的指状物、或其中在已经被分配指状物的信号处理器21-2L的权重计算单元61-6L中还未确保充分平均时间的指状物的信号到达方向不同。
初始权重产生单元91-9L产生当权重计算单元61-6L不能够获得充分精确的权重时使用的初始权重、并且将这些权重发送到加权/合成电路51-5L。
当搜索器16新近分配指状物到信号处理器21-2L并且在针对其已经分配指状物的信号处理器21-2L的权重计算单元61-6L中还未确保充分平均时间时,使用初始权重产生单元91-9L。此外,当正在使用的指状物的路径定时经过较大变化时,也使用初始权重产生单元91-9L。
图9是示出了正交或等间隔多波束的权重的表格。此表格由初始权重产生单元91-9L进行权重的确定。
参考图9,示出了对应于波束号的权重。初始权重产生单元91-9L从图9的表格中选择与由信息收集/选择处理器22报告的波束号m相对应的权重,并且将这些权重报告给加权/合成电路51-5L。
如果不存在其中在已经被分配给信号处理器21-2L的指状物中的权重计算单元61-6L中已经确保了充分平均时间的指状物,则初始权重产生单元91-9L使用例如非方向性权重或由传输路径估计找到的估计权重等指定权重。例如,诸如非方向性权重或由传输路径估计找到的估计权重等指定权重在下文中是指第二初始权重。
图10是示出了当在根据本发明的自适应天线接收设备中分配指状物时的操作的流程图。参考图10,信息收集/选择处理器22首先确定已经由搜索器16分配给信号处理器21-2L的指状物是否为新的(步骤A1)。如果指状物是新的,接下来,信息收集/选择处理器22确定在已经分配给信号处理器21-2L的指状物中、是否存在其中在权重计算单元61-6L的信号共模平均计算单元131-13L和时间平均计算单元151-15L中已经确保了充分平均时间的指状物(步骤A6)。
如果还未存在具有充分平均时间的指状物,则信息收集/选择处理器22将该情况报告给向其分配了新指状物的信号处理器21-2L的初始权重产生单元91-9L。接收到该报告的初始权重产生单元91-9L产生第二初始权重并且将该权重发送到加权/合成电路51-5L。从初始权重产生单元91-9L接收第二初始权重的加权/合成电路51-5L使用该第二权重来执行加权/合成(步骤A8)。
如果在步骤A6中确定了已经存在至少一个具有充分平均时间的指状物,则信息收集/选择处理器22将在最靠近已经存在的指状物中测量到最大SIR的指状物的信号到达方向的方向上的波束号的波束、报告给对其分配了新指状物的信号处理器21-2L的初始权重产生单元91-9L。接收到此报告的初始权重产生单元91-9L从表格中选择对应于该波束号的初始权重,并将该初始权重发送到加权/合成电路51-5L。从初始权重产生单元91-9L接收到初始权重的加权/合成电路51-5L使用该初始权重来实现权重合成(步骤A7)。
如果在步骤A1中确定指状物不是新的,则信息收集/选择处理器22确定在已经向其分配了这些指状物的信号处理器21-2L中是否已经确保了充分平均时间。(步骤A2)。
如果平均时间不是充分的,信息收集/选择处理器22确定在已经分配给信号处理器21-2L的指状物中是否存在其中在权重计算单元61-6L的信号共模平均计算单元131-13L和时间平均计算单元151-15L中已经确保了充分平均时间的指状物(步骤A4)。
如果已经存在至少一个具有充分平均时间的指状物,则该处理进展到步骤A7,并且信息收集/选择处理器22将在最靠近已经存在的指状物中、测量到最大SIR的指状物的信号到达方向的方向上的波束的波束号、报告给对其已经分配了新指状物的信号处理器21-2L的初始权重产生单元91-9L。接收到此报告的初始权重产生单元91-9L从表格中选择对应于该波束的初始权重,并将该初始权重发送到加权/合成电路51-5L。从初始权重产生单元91-9L接收到初始权重的加权/合成电路51-5L使用该初始权重来实现加权/合成。
如果在步骤A4中没有已经存在的具有充分平均时间的指状物,信息收集/选择处理器22将该发现报告给作为指状物分配目标的信号处理器21-2L的初始权重产生单元91-9L。接收该报告的初始权重产生单元91-9L产生第二初始权重并且将该第二权重发送到加权/合成电路51-5L。从初始权重产生单元91-9L接收第二初始权重的加权/合成电路51-5L使用该第二权重来执行加权/合成(步骤A5)。
如果在步骤A2中确保了充分平均时间,作为指状物分配目标的信号处理器21-2L的权重计算单元61-6L将计算的权重发送到加权/合成电路51-5L。从权重计算单元61-6L接收权重的加权/合成电路51-5L使用这些权重来实现加权/合成(步骤A3)。
图11是示出了当在根据本发明的自适应天线接收设备中指状物路径定时变化时的操作的流程图。
如图11所示,在由搜索器16分配给信号处理器21-2L任一个的指状物的路径定时变化的情况下,信息收集/选择处理器22确定该指状物的路径定时是否已经变化了大于XT个码片(步骤B1)。在此,XT个码片是路径定时变化量的阈值,并且用于确定在路径定时中的变化是否处于由权重计算单元61-6L计算的权重不能够跟随的水平。当在路径定时中的变化大于阈值时,则不能依靠来自权重计算单元61-6L的权重,直到确保了充分平均时间为止。
如果在路径中的变化等于或大于XT个码片,则接下来,信息收集/选择处理器22确定在已经分配给信号处理器21-2L的指状物中、是否存在其中在权重计算单元61-6L的信号共模平均计算单元131-13L和时间平均计算单元151-15L中已经确保了充分平均时间的指状物(步骤B6)。
如果不存在其中确保了充分平均时间的指状物,则信息收集/选择处理器22将此发现报告给作为该处理的目标的信号处理器21-2L的初始权重产生单元91-9L。接收该报告的初始权重产生单元91-9L产生第二初始权重并且将该第二权重发送到加权/合成电路51-5L。从初始权重产生单元91-9L接收第二初始权重的加权/合成电路51-5L使用该第二权重来执行加权/合成(步骤B8)。
如果在步骤B8中已经存在至少一个具有充分平均时间的指状物,则信息收集/选择处理器22将在最靠近已经存在的指状物中、测量到最大SIR的指状物的信号到达方向的方向上的波束的波束号、报告给对其分配了作为处理对象的信号处理器21-2L的初始权重产生单元91-9L。接收到此报告的初始权重产生单元91-9L从表格中选择对应于该波束号的初始权重并将该初始权重发送到加权/合成电路51-5L。从初始权重产生单元91-9L接收到初始权重的加权/合成电路51-5L使用该初始权重来实现加权/合成(步骤B7)。
如果在步骤B1中路径定时的变化降到在XT个码片水平之下,信息收集/选择处理器22确定在指状物被分配给的信号处理器21-2L中是否确保了充分平均时间。(步骤B2)。
如果平均时间不是充分的,则信息收集/选择处理器22确定在已经分配给信号处理器21-2L的指状物中是否存在其中在权重计算单元61-6L的信号共模平均计算单元131-13L和时间平均计算单元151-15L中已经确保了充分平均时间的指状物(步骤B4)。
如果在至少一个已经存在中指状物中已经确保了充分平均时间,则该处理前进到步骤B7,并且信息收集/选择处理器22将在最靠近已经存在的指状物中、测量到最大SIR的指状物的信号到达方向的方向上的波束的波束号、报告给作为处理目标的信号处理器21-2L的初始权重产生单元91-9L。接收到此报告的初始权重产生单元91-9L从表格中选择对应于该波束号的初始权重,并将该初始权重发送到加权/合成电路51-5L。从初始权重产生单元91-9L接收到初始权重的加权/合成电路51-5L使用该初始权重来实现加权/合成。
如果在步骤B4中不存在具有充分平均时间的指状物,则信息收集/选择处理器22将该发现报告给作为处理目标的信号处理器21-2L的初始权重产生单元91-9L。接收该报告的初始权重产生单元91-9L产生第二初始权重并且将该第二权重发送到加权/合成电路51-5L。从初始权重产生单元91-9L接收第二初始权重的加权/合成电路51-5L使用该第二权重来实现加权/合成(步骤B5)。
如果在步骤B2中已经获得了充分平均时间,则作为处理目标的信号处理器21-2L的权重计算单元61-6L将计算的权重发送到加权/合成电路51-5L。从权重计算单元61-6L接收权重的加权/合成电路51-5L使用这些权重来实现加权/合成(步骤B3)。
如以上解释所述,在根据本发明实施例的针对每一个指状物形成波束的自适应天线中,在稳定时,将由权重计算单元61-6L计算的精确权重提供给加权/合成电路51-5L。但是,当指状物是新近被分配的时,当正在被分配的指状物的路径定时经过较大变化时,或者当针对由已经被分配指状物的权重计算单元61-6L计算的权重还未获得充分精确时,从具有多个波束的表格中选择其波束方向和权重已经提前被确定的波束作为正交或等间隔多波束。该选择波束最靠近在其它指状物中、具有最大SIR的指状物的信号到达方向,且对该指状物已经确保了充分平均时间并且计算了充分精确的权重。通过使用该选择波束的权重作为初始权重,在短时间内利用极少的计算能够形成具有高接收质量的方向性波束,并且可以防止特征劣化。当估计传输路径并且通过此估计获得的权重来作为初始权重时,该方法还减少了大量处理。
下面的解释涉及本发明的另一个实施例。
图12是示出了在根据本发明另一个实施例的开环控制自适应天线接收设备中的配置的示例的方框图。如同如图5所示的设备,在图12所示的自适应天线接收设备中,N是构成自适应天线的天线数目(其中N是等于或大于2的整数)并且L是合成的多径数目(其中L是自然数)。此外,该图示出了从第k个用户的移动台接收用户信号的电路部分(其中k是自然数)。
参考图12,自适应天线接收设备包括:天线11-1N、信号处理器231-23L、加法器11、判决器12、搜索器16以及信息收集/选择处理器22。
信号处理器231包括:延迟单元31、解扩电路411-41N、加权/合成电路51、权重计算单元61、传输路径估计电路71、复共轭电路81、初始权重产生单元91、乘法器101、到达方向检测单元201以及信号功率测量单元241。此外,权重计算单元61包括:信号共模平均计算单元131、相关检测单元141、以及时间平均计算单元151。
尽管在图中未示出,信号处理器232-23L具有与信号处理器231相同的配置。例如,信号处理器232由下面组件构成:延迟单元32、解扩电路421-42N、加权/合成电路52、权重计算单元62、传输路径估计电路72、复共轭电路82、初始权重产生单元92、乘法器102、到达方向检测单元202、以及信号功率测量单元242。此外,权重计算单元62包括:信号共模平均计算单元132、相关检测单元142、以及时间平均计算单元152。
天线11-1N、加法器11、判决器12、搜索器16、信息收集/选择处理器22、延迟单元31、解扩电路411-41N、加权/合成电路51、权重计算单元61、传输路径估计电路71、复共轭电路81、初始权重产生单元91、乘法器101、到达方向检测单元201均与在图5中所示的组件相同。两个配置的不同在于:在图5中的SIR测量单元211-21L在图12中由信号功率测量单元241-24L代替。
信号功率测量单元241-24L根据加权/合成电路51-5L的输出来测量任一时间平均信号功率,并将结果发送到信息收集/选择处理器22。当在由权重计算单元61-6L计算的权重中还未获得充分精确时,信息收集/选择处理器22将用于产生初始权重的波束号发送到信号处理器232-23L的初始权重产生单元91-9L。在本发明实施例中,此时报告的波束号是在最靠近已经分配给任一信号处理器232-23L的指状物中、在权重计算单元61-6L的信号共模平均计算单元131-13L和时间平均计算单元151-15L中已经确保了充分平均时间、并且在信号功率测量单元241-24L中测量到最大信号功率的指状物中的信号的到达方向的方向上的波束号。如图7和8所示,使用相对于信号到达方向正交或等间隔的多波束已经提前确定了多个波束号。
在本发明实施例中,注意力集中于具有高信号功率的路径接收信号具有极佳特性的高可能性。因此,选择的波束是在其中确保了充分平均时间并且已经计算了充分精度的权重的指状物中、最靠近在其中接收到的功率最大的指状物的信号到达方向的波束。结果,如同图5中所示的设备,在短时间内利用极少操作能够形成具有高接收质量的方向性波束,并且防止了特性的下降。此外,当执行传输路径估计并且因此获得的权重用于作为初始权重时,本实施例能够减少大量处理。
下面的解释关于本发明的再一个实施例。
图13是示出了在根据本发明再一个实施例的开环控制自适应天线接收设备中的配置的示例的方框图。如同图5和图12中所示的设备,在图13所示的自适应天线接收设备中,N是构成自适应天线的天线数目(其中N是等于或大于2的整数),并且L是合成多径的数目(其中L是自然数)。该图示出了用于从第k个用户的移动台接收用户信号的电路部分(其中k是自然数)。
参考图13,自适应天线接收设备包括:天线11-1N、信号处理器251-25L、加法器11、判决器12、搜索器16、路径定时比较器26以及信息收集/选择处理器22。
信号处理器251包括:延迟单元31、解扩电路411-41N、加权/合成电路51、权重计算单元61、传输路径估计电路71、复共轭电路81、初始权重产生单元91、乘法器101以及到达方向检测单元201。此外,权重计算单元61包括:信号共模平均计算单元131、相关检测单元141、以及时间平均计算单元151。
尽管在图中未示出,信号处理器252-25L的内部具有与信号处理器251相同的配置。
天线11-1N、加法器11、判决器12、搜索器16、信息收集/选择处理器22、延迟单元31、解扩电路411-41N、加权/合成电路51、权重计算单元61、传输路径估计电路71、复共轭电路81、初始权重产生单元91、乘法器101以及到达方向检测单元201均与在图5中所示的组件相同。
在图13中示出的本实施例的自适应天线接收设备缺少在图5中示出的SIR测量单元211-21L,但是包括路径定时比较器26。
根据来自搜索器16的定时信息,路径定时比较器26将具有最短延迟时间的指状物报告给信息收集/选择处理器22。
当在由权重计算单元61-6L计算的权重中没有获得充分精确时,信息收集/选择处理器22将用于产生初始权重的波束号发送到信号处理器252-25L的初始权重产生单元91-9L。在本实施例中,此时报告的波束号是在已经分配给任一信号处理器252-25L的指状物中、最靠近在其中延迟时间是最短的、以及在其中在权重计算单元61-6L的信号共模平均计算单元131-13L和时间平均计算单元151-15L中已经确保了充分平均时间的指状物中的信号的到达方向的方向上的波束号。则这种情况下,如图7和8所示,使用相对于信号到达方向正交或等间隔的多波束已经提前确定了多个波束号。
在本实施例中,注意力集中于在具有最短延迟时间的路径上接收的信号是具有高接收水平和极佳接收特性的直接电波的高可能性。因此,选择的波束是在其中确保了充分平均时间并且计算了充分精度的权重的指状物中、最靠近在其中具有最短延迟时间的指状物的信号到达方向的波束。结果,如同图5中所示的设备,在短时间内利用极少操作能够形成具有高接收质量的方向性波束,并且能够防止特性的下降。此外,当执行传输路径估计并且将因此获得的权重用作初始权重时本实施例,还减少了大量处理。
此外,尽管在本实施例中使用具有最短延迟时间的指状物的信号到达方向,如另一个示例,但是也可以使用在其中路径的持续时间是最长的指状物的信号到达方向。路径的持续时间是在连续接收到进来电波而不被信号处理器252-25L中断期间的时间。在这种情况下,注意力集中在由具有最长持续时间的路径接收的信号是最稳定的直接电波的高可能性。
因此已经说明的所有实施例包括用于CDMA通信的设备的示例,但是本发明不局限于此CDMA形式。例如,本发明也可用于在TDMA(时分多址接入)或FDMA(频分多址接入)通信中使用的设备。
此外,在所有实施例中呈现了示例,在其中说明了在权重计算单元61-6L中使用了一种用于简单估计所需电波到达方向的方法,但是本发明不局限于在权重计算单元61-6L中使用的算法。例如,也可以使用由MUSIC算法或ESPRIT算法实现的到达方向估计算法。
Claims (12)
1.一种自适应天线接收方法,其中信号处理器至少被分配了一个输入电波,并且在所述信号处理器中,通过使用由多个天线的接收信号以指定计算获得的计算值的时间平均而确定的所述天线的每一个的权重,对由所述多个天线接收的信号进行加权,然后对其进行合成以进一步合成在多个信号处理器中接收的多个输入电波以获得所需信号,所述自适应天线接收方法包括以下步骤:
第一步,用于根据已经为以指定计算获得的所述计算值的平均时间至少确保了预定时间间隔以找到时间平均的每一个信号处理器确定的权重来检测由信号处理器接收的输入电波的到达方向;
第二步,用于找到由每一个所述信号处理器通过加权和合成来接收的输入电波的信号的接收质量,在所述每一个信号处理器中,已经为以指定计算获得的所述计算值的平均时间至少确保了所述预定时间间隔;以及
第三步,用于根据每一个到达方向和每一个所述信号处理器中的接收质量,在要开始使用时间平均来确定权重的信号处理器中选择初始波束方向,在所述每一个信号处理器中,已经为以指定计算获得的所述计算值的平均时间至少确保了所述预定时间间隔,
其中,在所述第三步中,从多个预定波束方向中选择最靠近在每一个信号处理器中、已经获得最佳接收质量的信号处理器中已经检测到的到达方向的波束方向,在所述每一个信号处理器中,已经为以指定计算获得的所述计算值的平均时间至少确保了所述预定时间间隔。
2.根据权利要求1所述的自适应天线接收方法,其特征在于,在所述第二步中,测量所需电波的信号功率与干扰电波的信号功率的比值,作为所述接收质量。
3.根据权利要求1所述的自适应天线接收方法,其特征在于,在所述第二步中,测量信号功率,作为所述接收质量。
4.根据权利要求1所述的自适应天线接收方法,其特征在于,在所述第二步中,使用延迟时间,作为所述接收质量。
5.根据权利要求1所述的自适应天线接收方法,其特征在于,在所述第二步中,使用路径的持续时间,作为所述接收质量。
6.根据权利要求1所述的自适应天线接收方法,其特征在于,还包括第四步,用于找到初始权重以便在第三步中选择的初始波束方向上形成方向性波束,并且在加权和合成中使用该初始权重,直到在所述信号处理器中已经为以指定计算获得的所述计算值的平均时间至少确保了预定时间间隔为止。
7.一种自适应天线接收设备,其中信号处理器至少被分配了一个输入电波,并且在所述信号处理器中,通过使用由多个天线的接收信号以指定计算获得的计算值的时间平均而确定的所述天线的每一个的权重,对由所述多个天线接收的信号进行加权,然后对其进行合成以进一步合成在多个信号处理器中接收的多个输入电波以获得所需信号,所述自适应天线接收设备包括:
到达方向检测单元,用于根据已经为以指定计算获得的所述计算值的平均时间至少确保了预定时间间隔以找到时间平均的每一个信号处理器确定的权重来检测由信号处理器接收的输入电波的到达方向;
接收质量获取单元,用于找到由每一个所述信号处理器通过加权和合成来接收的输入电波的信号的接收质量,在所述每一个信号处理器中,已经为以指定计算获得的所述计算值的平均时间至少确保了所述预定时间间隔;以及
信息收集/选择处理器,用于根据每一个到达方向和每一个所述信号处理器中的接收质量,在要开始使用时间平均来确定权重的信号处理器中选择初始波束方向,在所述每一个信号处理器中,已经为以指定计算获得的所述计算值的平均时间至少确保了所述预定时间间隔,
其中,所述信息收集/选择处理器从多个预定波束方向中选择最靠近在每一个信号处理器中、已经获得最佳接收质量的信号处理器中已经检测到的到达方向的波束方向,在所述每一个信号处理器中,已经为以指定计算获得的所述计算值的平均时间至少确保了所述预定时间间隔。
8.根据权利要求7所述的自适应天线接收设备,其特征在于,所述接收质量获取单元测量所需电波的信号功率与干扰电波的信号功率的比值,作为所述接收质量。
9.根据权利要求7所述的自适应天线接收设备,其特征在于,所述接收质量获取单元测量信号功率,作为所述接收质量。
10.根据权利要求7所述的自适应天线接收设备,其特征在于,所述接收质量获取单元使用延迟时间,作为接收质量。
11.根据权利要求7所述的自适应天线接收设备,其特征在于,所述接收质量获取单元使用路径的持续时间,作为所述接收质量。
12.根据权利要求7所述的自适应天线接收设备,其特征在于,还包括初始权重产生单元,用于在所述信息收集/选择处理器已经选择的初始波束方向上形成方向性波束,并且找到在加权和合成中使用的初始权重,直到在所述信号处理器中已经为以指定计算获得的所述计算值的平均时间至少确保了所述预定时间间隔为止。
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