CN100370652C - 定向天线控制设备及其波束选择方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明，提供了一种定向天线控制设备，其能够减少多波束的功率检测和选择所必需的处理量和时间。在初始波束切换的单位时间段中，波束功率检测部件检测所有M个波束的功率电平。波束输出选择结合部件根据所检测的功率电平来选择具有最大功率的波束，并基于所选择的波束来输出接收数据。在第二次波束切换的单位时间段中，检测波束选择部件将所选择的波束、与其相邻的m个波束以及除了所选择的波束和所述m个波束之外的所有波束中n个波束的波束号通知给波束功率检测部件。波束功率检测部件只检测具有所通知的波束号的波束的功率电平。

Description

定向天线控制设备及其波束选择方法
技术领域
本发明涉及定向天线控制设备和为此而使用的波束选择方法，更具体地说，本发明涉及一种方法，用于控制设在基站处的、接收进入的无线电波的多个阵列天线元件的方向性。
背景技术
人们对CDMA(码分多址)***已产生了很大的期望，它将是用于下一代移动通信蜂窝***的无线电接入***，因为它可极大地提高用户容量。
然而，这种CDMA***容易产生干扰，由于来自同时对同一个载波进行接入的其他用户的信号，在基站接收侧会产生这种干扰，并且由于从基站向其他用户发送的信号，在移动台接收侧也会产生这种干扰。为了消除这一干扰，已提供了基于阵列天线的技术(例如，参见“W-CDMAMobile Communication System”(由MARUZEN有限公司于2001年6月25日出版，Keiji Tachikawa编辑，第79到86页))。
通过多个天线元件接收信号的阵列天线通过下述方式来抑制与其他用户的信号的干扰：通过对所接收的信号进行复杂的加权，并将所获得的信号结合，以控制来自每个天线的所接收的信号的幅度和相位，从而形成定向波束。多波束***是用于这种阵列天线的控制方法的一个示例。图4示出了一个框图，示出了采用所述多波束***的传统方向性控制设备。
根据图4中的多波束***，接收阵列天线单元1通过彼此紧密排列的天线元件11到1N(N是大于1的整数)来接收信号，然后，A/D(模拟/数字)转换单元2在A/D转换器21到2N处将所接收的信号从模拟形式转换成数字形式，其中A/D转换器21到2N分别为天线元件11到1N而配备。
在接收波束形成单元3中，在分别设在波束形成器31到3M(M是大于1的整数)中的乘法器(未示出)处，所接收的信号乘以预先计算的加权因子，以形成M个固定波束。将所述乘积结合，然后乘以预先计算的加权因子，并进一步结合，以使得控制所接收的信号的相位和幅度，从而形成特定方向上的波束。
提供所述M个固定波束，以使得尽可能一致地覆盖例如扇区之类的预定空间区域。波束功率检测单元5在波束功率检测部件51到5M处测量来自波束形成器31到3M的波束的功率电平，并将所测量的功率电平及其波束号通知给波束输出选择结合单元6。通过参考所测量的功率电平，波束输出选择结合单元6选择并结合具有大功率电平的一个或多个波束，然后将所结合的波束作为所接收的数据而输出。
利用上述传统多波束***，波束功率检测单元5测量所有固定波束的功率电平，然后基于所述功率电平来确定将要接收的波束。此时，对所接收的信号的进入方向的分辨率取决于固定波束的数量。
因此，可通过增加波束的数量来提高分辨率。然而，这不可避免地会导致波束形成器31到3M和波束功率检测单元5的操作量的增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定向天线控制设备，其能够以简单的方式来减少多波束的功率检测和选择所需要的处理量和时间，还提供一种为所述设备而采用的波束选择方法。
根据本发明的一种定向天线控制设备是这样一种定向天线控制设备，其基于由多个阵列天线元件接收的信号来形成多个固定波束，检测所述固定波束的功率电平，并根据所检测的功率电平来选择固定波束，以基于所选择的波束来生成接收信号，所述设备包括检测装置和选择装置，其中，所述检测装置用于每一个波束切换单位时间段就检测在先前的单位时间段中所选择的固定波束的功率电平、与在先前的单位时间段中选择的固定波束相邻的m个固定波束(其中m是正整数)的功率电平以及除了在先前的单位时间段中选择的固定波束和所述m个固定波束之外的所述多个波束中的n个固定波束(其中n是正整数)的功率电平，并且，所述选择装置用于根据所述检测装置所检测的功率电平来选择具有最大功率的固定波束，其中，每一个波束切换的单位时间就将所述n个固定波束的组合改变成另一个n个固定波束的组合，以使得在预定时间段内测量到所有固定波束的功率电平。
根据本发明的另一种定向天线控制设备是这样一种定向天线控制设备，其基于由多个阵列天线元件所接收的信号来形成多个固定波束，检测所述固定波束的SIR(信号干扰功率比)，并根据所检测的SIR来选择固定波束，以基于所选择的波束来形成接收信号，所述设备包括检测装置和选择装置，其中，所述检测装置用于每一个波束切换单位时间段就检测在先前的单位时间段中所选择的固定波束的SIR、与在先前的单位时间段中选择的固定波束相邻的m个固定波束(其中m是正整数)的SIR以及除了在先前的单位时间段中选择的固定波束和所述m个固定波束之外的所述多个波束中的n个固定波束(其中n是正整数)的SIR，并且，所述选择装置用于根据所述检测装置所检测的SIR来选择具有最大SIR值的固定波束，其中，每一个波束切换的单位时间就将所述n个固定波束的组合改变成另一个n个固定波束的组合，以使得在预定时间段内测量到所有固定波束的SIR。
根据本发明的一种波束选择方法是用于某种定向天线控制设备的波束选择方法，所述定向天线控制设备基于由多个阵列天线元件接收的信号来形成多个固定波束，检测所述固定波束的功率电平，并根据所检测的功率电平来选择固定波束，以基于所选择的波束来生成接收信号，所述方法包括检测步骤和选择步骤，其中，在所述检测步骤，每一个波束切换单位时间段就检测在先前的单位时间段中所选择的固定波束的功率电平、与在先前的单位时间段中选择的固定波束相邻的m个固定波束(其中m是正整数)的功率电平以及除了在先前的单位时间段中选择的固定波束和所述m个固定波束之外的所述多个波束中的n个固定波束(其中n是正整数)的功率电平，并且，在所述选择步骤，根据所述检测步骤中所检测的功率电平来选择具有最大功率的固定波束，其中，每一个波束切换的单位时间就将所述n个固定波束的组合改变成另一个n个固定波束的组合，以使得在预定时间段内测量到所有固定波束的功率电平。
根据本发明的另一种波束选择方法是用于某种定向天线控制设备的波束选择方法，所述定向天线控制设备基于由多个阵列天线元件接收的信号来形成多个固定波束，检测所述固定波束的SIR(信号干扰功率比)，并根据所检测的SIR来选择固定波束，以基于所选择的波束来生成接收信号，所述方法包括检测步骤和选择步骤，其中，在所述检测步骤，每一个波束切换单位时间段就检测在先前的单位时间段中所选择的固定波束的SIR、与在先前的单位时间段中选择的固定波束相邻的m个固定波束(其中m是正整数)的SIR以及除了在先前的单位时间段中选择的固定波束和所述m个固定波束之外的所述多个波束中的n个固定波束(其中n是正整数)的SIR，并且，在所述选择步骤，根据所述检测步骤中所检测的SIR来选择具有最大SIR值的固定波束，其中，每一个波束切换的单位时间就将所述n个固定波束的组合改变成另一个n个固定波束的组合，以使得在预定时间段内测量到所有固定波束的SIR。
本发明的一个方面是一种定向天线控制设备，其具有多个阵列天线元件、用于基于所述多个阵列天线元件所接收的信号来形成多个固定波束的装置、以及用于检测所述固定波束的功率电平并根据所检测的功率电平来选择固定波束的装置，并且，这一控制设备基于所选择的波束来生成接收信号。
所述用于选择固定波束的装置包括检测装置和选择装置，其中，所述检测装置用于每一个波束切换单位时间段就检测在先前的单位时间段中所选择的固定波束的功率电平、与在先前的单位时间段中选择的固定波束相邻的m个固定波束(其中m是正整数)的功率电平以及除了在先前的单位时间段中选择的固定波束和所述m个固定波束之外的所述多个波束中的n个固定波束(其中n是正整数)的功率电平，并且，所述选择装置用于根据所述检测装置所检测的功率电平来选择具有最大功率的固定波束，其中，每一个波束切换的单位时间就将所述n个固定波束的组合改变成另一个n个固定波束的组合，以使得在预定时间段内测量到所有固定波束的功率电平。
本发明的另一方面是一种定向天线控制设备，其具有多个阵列天线元件、用于基于所述多个阵列天线元件所接收的信号来形成多个固定波束的装置、以及用于检测所述固定波束的SIR(信号干扰功率比)并根据所检测的SIR来选择固定波束的装置，并且，这一控制设备基于所选择的波束来生成接收信号。
所述用于选择固定波束的装置包括检测装置和选择装置，其中，所述检测装置用于每一个波束切换单位时间段就检测在先前的单位时间段中所选择的固定波束的SIR、与在先前的单位时间段中选择的固定波束相邻的m个波束(其中m是正整数)的SIR以及除了在先前的单位时间段中选择的固定波束和所述m个固定波束之外的所述多个波束中的n个固定波束(其中n是正整数)的SIR，并且，所述选择装置用于根据所述检测装置所检测的SIR来选择具有最大SIR值的固定波束，其中，每一个波束切换的单位时间就将所述n个固定波束的组合改变成另一个n个固定波束的组合，以使得在预定时间段内测量到所有固定波束的SIR。
本发明如此配置的定向天线控制设备能够以简单的方式来减少多波束的功率检测和选择所需要的处理量和时间。
附图说明
图1是一个框图，示出了根据本发明的实施例的定向天线控制设备的配置；
图2是一个框图，示出了图1中的波束形成器的配置；
图3是图1中的接收波束选择单元的操作流程图；以及
图4是一个框图，示出了传统定向天线控制设备的配置的一个示例。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明的优选实施例。图1是一个框图，示出了根据本发明的实施例的定向天线控制设备的配置。如图1所示，所述定向天线控制设备包括：接收阵列天线单元1，其具有N个天线元件11到1N(N是大于1的整数)，彼此紧密排列；A/D(模拟/数字)转换单元2，其具有分别为天线元件11到1N而配备的A/D转换器21到2N；接收波束形成单元3，其具有波束形成器31到3M(M是大于1的整数)，以形成M个固定波束；以及接收波束选择单元4。在这一实施例中，接收波束选择单元4之外的组件与图4所示的传统定向天线控制设备相同，因此为其分配了相同的标号。
接收波束选择单元4包括波束功率检测部件41、波束输出选择结合部件42、检测波束选择部件43和记录介质44。波束功率检测部件41检测波束的功率电平，并且波束输出选择结合部件42根据所检测的波束功率电平来选择具有最大功率的波束。对于第二次和后续的波束切换的每一个单位时间，检测波束选择部件43都将波束输出选择结合部件42所选择的波束以及与其相邻的m个波束(m是正整数)的波束号，以及除了上述m+1个波束之外的所有波束中的n个波束(n是正整数)的波束号通知给波束功率检测部件41。记录介质44在其中存储有(计算机中可运行的)程序，以用于实现每个部件的操作。
图2是一个框图，示出了图1中的波束形成器31的配置。波束形成器31具有乘法部件311，其包括分别为A/D转换器21到2N配备的乘法器311-1到311-N，其中，基于预先计算的加权因子来执行信号加权与结合，以提供M个多波束输出。尽管未示出，但是其他波束形成器32到3M也具有和波束形成器31相同的配置。
现在参考图1和2，将描述根据本发明实施例的定向天线控制设备的操作。
在N个阵列天线元件11到1N处接收的信号在A/D转换器21到2N处进行A/D转换。所接收的信号从A/D转换器21到2N输入到M个波束形成器31到3M中的每一个。
如图2所示，利用预先计算的加权因子，在乘法器311-1到311-N处，每一个波束形成器31到3M都执行所接收的信号的加权与结合，从而提供M个多波束输出。来自波束形成器31到3M的M个波束输出被输入到接收波束选择单元4中。
接收到所述波束输出后，在初始波束切换的单位时间段中，波束功率检测部件41检测所有M个波束输出的波束功率电平，并将结果和所述波束输出输入到波束输出选择结合部件42。波束输出选择结合部件42根据所检测的波束功率电平来选择具有最大波束功率的波束输出，以将所选择的波束作为接收数据而输出，并且还将所选择的波束的波束号输入到检测波束选择部件43。
对于第二次和后续的波束切换的每一个单位时间，检测波束选择部件43都将波束输出选择结合部件42所选择的波束和与其相邻的m个波束的波束号以及除了上述m+1个波束之外的所有波束中的n个波束的波束号通知给波束功率检测部件41。为了在预定时间段内测量所有波束的功率电平，每一个波束切换的单位时间就将所述n个波束的组合改变成另一个n个波束的组合。
波束功率检测部件41只检测具有由检测波束选择部件43所通知的波束号的波束的功率电平。因此，可以减少功率计算中涉及的处理量。
下面的段落将更详细地说明根据本发明地实施例的定向天线控制设备的操作。接收阵列天线单元1具有接收CDMA(码分多址)信号的阵列天线元件11到1N。
A/D转换单元2具有对来自阵列天线元件11到1N的输出执行A/D转换的N个A/D转换器21到2N。接收波束形成单元3具有M个波束形成器31到3M，其响应于A/D转换单元2的输出而执行多波束的波束形成，并提供M个波束输出。从波束形成器31到3M接收到输出后，接收波束选择单元4检测每一个波束的功率电平，以基于具有最大波束功率的波束输出来生成接收数据。
图3是接收波束选择单元4的操作流程图。参考图1到图3，下面将详细描述接收波束选择单元4的操作。当计算机(未示出)执行存储在记录介质44中的程序时就实现了图3所示的操作。
当接收波束选择单元4从波束形成器31到3M接收波束输出时，在初始波束切换的单位时间段中，波束功率检测部件41检测从波束形成器31到3M输出的所有波束的功率电平(步骤S1)。
波束输出选择结合部件42根据所检测的功率电平来选择具有最大波束功率的波束，以基于所选择的波束生成接收数据(步骤S2)。所选择的波束的波束号被输入到检测波束选择部件43。
在第二次波束切换的单位时间段中(步骤S3)，检测波束选择部件43选择在步骤S2中所选择的波束、与其相邻的m个波束以及除了这m+1个波束之外的所有波束中的n个波束，并将这m+n+1个波束的波束号通知给波束功率检测部件41(步骤S4)。波束功率检测部件41检测所述m+1个波束和所述n个波束的功率电平(步骤S5)。波束输出选择结合部件42基于所检测的功率电平来选择具有最大波束功率的波束，并基于所选择的波束来生成接收数据(步骤S6)。所选择的波束的波束号被输入到检测波束选择部件43。
在第三次波束切换的单位时间段中(步骤S3)，检测波束选择部件43将在步骤S6中所选择的波束和其相邻的m个波束的波束号以及除了这m+1个波束之外的所有波束中的n个波束的波束号通知给波束功率检测部件41(步骤S4)。波束功率检测部件41检测所述m+n+1个波束的功率电平(步骤S5)，而波束输出选择结合部件42基于所检测的功率电平来选择具有最大波束功率的波束(步骤S6)。另外，在第四次和后续的波束切换的每一个单位时间段中，都执行上述步骤S3和S4中的处理操作。
对于每一个波束切换的单位时间，都将所述n个波束的组合改变成另一个n个波束的组合，以使得在预定时间段内测量到所有波束的功率电平。
如上所述，从所有M个固定波束中，波束功率检测部件41检测具有最大波束功率的固定波束以及与具有最大波束功率的固定波束相邻的m个固定波束的功率电平。另外，波束功率检测部件41检测所有M个固定波束中除了这m+1个波束之外的波束中的n个固定波束的功率电平。然后，波束输出选择结合部件42根据这m+n+1个波束的所检测的功率电平来选择具有最大波束功率的波束。这使得可减少多波束的功率检测和选择所必需的处理量和时间。
尽管上述对这一实施例的描述涉及参考波束功率来选择波束的情形，但是，每个波束的SIR(信号干扰功率比)也可用作选择标准，其中的操作与图3所示的相同。
另外，本发明适用于通用多波束设备，包括那些不仅采用CDMA***也采用TDMA(时分多址)***和FDMA(频分多址)***的设备。
而且，不应将本发明限制于前述技术中，相反，可在本发明中做出各种改变和修正，而不会偏离其精神和范围。

Claims (4)

1.一种定向天线控制设备，其基于由多个阵列天线元件接收的信号来形成多个固定波束，检测所述固定波束的功率电平，并根据所检测的功率电平来选择固定波束，以基于所选择的波束来生成接收信号，所述设备包括：
检测装置，用于每一个波束切换单位时间段就检测在先前的单位时间段中所选择的固定波束的功率电平、与在先前的单位时间段中选择的固定波束相邻的m个固定波束的功率电平以及除了在先前的单位时间段中选择的固定波束和所述m个固定波束之外的所述多个波束中的n个固定波束的功率电平，其中m和n是正整数；以及
选择装置，用于根据所述检测装置所检测的功率电平来选择具有最大功率的固定波束，
其中，每一个波束切换的单位时间就将所述n个固定波束的组合改变成另一个n个固定波束的组合，以使得在预定时间段内测量到所有所述多个固定波束的功率电平。
2.一种定向天线控制设备，其基于由多个阵列天线元件所接收的信号来形成多个固定波束，检测所述固定波束的信号干扰功率比，并根据所检测的信号干扰功率比来选择固定波束，以基于所选择的波束来形成接收信号，所述设备包括：
检测装置，用于每一个波束切换单位时间段就检测在先前的单位时间段中所选择的固定波束的信号干扰功率比、与在先前的单位时间段中选择的固定波束相邻的m个固定波束的信号干扰功率比以及除了在先前的单位时间段中选择的固定波束和所述m个固定波束之外的所述多个波束中的n个固定波束的信号干扰功率比，其中m和n是正整数；以及
选择装置，用于根据所述检测装置所检测的信号干扰功率比来选择具有最大信号干扰功率比值的固定波束，
其中，每一个波束切换的单位时间就将所述n个固定波束的组合改变成另一个n个固定波束的组合，以使得在预定时间段内测量到所有所述多个固定波束的信号干扰功率比。
3.一种波束选择方法，用于某种定向天线控制设备，所述定向天线控制设备基于由多个阵列天线元件接收的信号来形成多个固定波束，检测所述固定波束的功率电平，并根据所检测的功率电平来选择固定波束，以基于所选择的波束来生成接收信号，所述方法包括：
检测步骤，每一个波束切换单位时间段就检测在先前的单位时间段中所选择的固定波束的功率电平、与在先前的单位时间段中选择的固定波束相邻的m个固定波束的功率电平以及除了在先前的单位时间段中选择的固定波束和所述m个固定波束之外的所述多个波束中的n个固定波束的功率电平，其中m和n是正整数；以及
选择步骤，根据所述检测步骤中所检测的功率电平来选择具有最大功率的固定波束，
其中，每一个波束切换的单位时间就将所述n个固定波束的组合改变成另一个n个固定波束的组合，以使得在预定时间段内测量到所有所述多个固定波束的功率电平。
4.一种波束选择方法，用于某种定向天线控制设备，所述定向天线控制设备基于由多个阵列天线元件接收的信号来形成多个固定波束，检测所述固定波束的信号干扰功率比，并根据所检测的信号干扰功率比来选择固定波束，以基于所选择的波束来生成接收信号，所述方法包括：
检测步骤，每一个波束切换单位时间段就检测在先前的单位时间段中所选择的固定波束的信号干扰功率比、与在先前的单位时间段中选择的固定波束相邻的m个固定波束的信号干扰功率比以及除了在先前的单位时间段中选择的固定波束和所述m个固定波束之外的所述多个波束中的n个固定波束的信号干扰功率比，其中m和n是正整数；以及
选择步骤，根据所述检测步骤中所检测的信号干扰功率比来选择具有最大信号干扰功率比值的固定波束，
其中，每一个波束切换的单位时间就将所述n个固定波束的组合改变成另一个n个固定波束的组合，以使得在预定时间段内测量到所有所述多个固定波束的信号干扰功率比。
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