CN1120544C - 定向无线通信的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了在基站和移动站之间进行定向无线通信的方法和基站，在基站识别从移动站传送的通信数据突发；根据相邻的射束方向，确定由基站顺序地接收的通信数据突发的射束方向；选择射束方向以将信号从基站传送到移动站，当确定基站从两个不同射束方向顺序地接收到通信数据突发时，同时选择这两个不同射束方向，将信号从基站传送到移动站，当这两个不同射束方向并不相邻时，在这两个射束方向上和***射束方向将信号传送到移动站。

Description

定向无线通信的方法和装置

技术领域

本发明涉及定向无线通信的方法和装置，其中第一基站和第二基站间的信号只可以在确定的方向上发送。特别地，但不仅于此，本发明可用于使用空分多址的蜂窝通信网。

背景技术

在当前实现的蜂窝通信网中，一个基站收发器(BTS)为了给指定移动站(MS)发送信号，该基站收发器(BTS)一般在该基站收发器服务的整个小区或小区扇区内发送信号。而现在提出了空分多址(SDMA)***。在一个空分多址***中，基站收发器不会在整个小区或小区扇区内向一个指定移动站发送信号，而只会沿着从移动站接收信号的射束方向发送信号。SDMA***还可以允许基站收发器确定从移动站接收信号的方向。

SDMA***可以得到一些超过现有***的优点。具体地，由于BTS发送的射束只可以在一个特定的方向上发送，并且方向相对较窄，收发器的功率可以被集中到窄射束上。可以确定这种方法对于基站收发器发送的信号和基站收发器接收的信号均可得到较好的信噪比。另外，作为基站收发器定向特性的结果，可以改进基站收发器接收的信号的信噪比。并且，在发送方向上，BTS的定向特性允许把能量集中到一个窄射束上，使得BTS发送的信号可以到达距离较远的移动站，并且功率电平低于常规BTS的要求。这允许移动站在距离基站收发器很远的地方正常工作，因而意味着可以增加蜂窝网的小区或小区扇区的面积。作为增大小区面积的结果，可以减少所需的基站数量，从而降低了网络费用。SDMA***一般需要若干天线单元以便得到所需的发送和接收信号的多个不同射束方向。提供多个天线单元增加了BTS接收信号的灵敏度。这意味着较大的小区面积不会对BTS从移动站接收信号产生不利的影响。

SDMA***也可以增加***的容量，即增加了***可同时支持的移动站的数量。其原因是通信的定向特性，该特性意味着BTS会从使用相同频率的其它小区中的移动站拾取较少的干扰。当与相关小区内一个指定的MS通信时，BTS会对使用相同频率的其它小区中的移动站产生较少的干扰。

最后，SDMA***允许同时使用相同的频率向定位在同一个小区不同位置上的两个或更多不同的移动站发送信号。这大大增加了蜂窝网可以承担的传输量。

可通过模拟和数字蜂窝网实现SDMA，并且可以引入多种现有的，诸如GSM，DCS1800，TACS，AMPS和NMT的标准。SDMA***也可以和诸如时分多址(TDMA)，码分多址(CDMA)，频分多址(FDMA)技术的其它现有多址技术配合使用。

SDMA***的一个问题是需要确定应当向移动站发送信号的方向。在某些情况下，会使用一个相对较窄的射束从一个基站收发器向一个移动站发送信号。因此，需要相当精确地估定该移动站的方向。如果一个移动站正在进行相对于基站收发器的移动，它可以从一个第一射束覆盖的小区区域移动到相邻射束覆盖的小区区域。基站收发器需要判定应当使用相邻射束而非第一射束向移动站发送信号的时间。由于第一射束和相邻射束事实上会部分重叠，所以这种判定是复杂的。

另一个问题是根据BTS从移动站接收的上行链路信号确定BTS向移动站发送信号的方向。但从移动站向BTS发送下行链路信号的频率不同于BTS向移动站发送信号的频率。上行链路和下行链路信号中使用的频率的不同意味着上行链路方向中信道的行为不同于下行链路方向中的信道的行为。这样，针对上行链路信号确定的最优方向不总是下行链路信号的最优方向。

发明内容

本发明的目标是克服这些困难。

根据本发明的第一个方面，提供了一种在移动通信网络的基站和移动站之间进行定向无线通信的方法，该方法包括步骤：

在所述基站识别从所述移动站所传送的通信数据的连续突发；

根据多个相邻的射束方向，确定由所述基站顺序地接收的通信数据突发的各个射束方向；

选择所述射束方向用以将信号从所述基站传送到所述移动站，从而当确定所述基站从两个不同的射束方向顺序地接收到通信数据突发时，同时选择这两个不同射束方向，用以将所述信号从所述基站传送到所述移动站，并且当这两个不同射束方向并不相邻时，在这两个射束方向上以及***射束方向上，将所述信号从所述基站传送到所述移动站。

这样，通过本发明的实施例，可以补偿从一个射束覆盖的区域移动到另一个射束覆盖的区域的第二站点导致的岐义性。具体地，增加了来自第一站点的信号到达第二站点的概率。

如果不同射束方向不相邻，其中一个可能对应于一个来自第一站点的通信数据突发所经过的反常路径。从第一站点发送到第二站点的信号未必会经过这个反常路径。通过在所有***射束方向上进行发送，可以减少检测到经过反常路径的信号所造成的影响。

第一和第二射束方向最好可以被用于预定多个从第一站点发送的连续信号。可选地，第一和第二射束方向只可被用于一个从第一站点发送的单独信号。在可能的情况下，最好只在一个单独的射束方向上发送来自第一站点的信号。

接收各个顺序数据突发的确定方向可以被定义成接收到最强信号的射束方向。该方向对应于为指定突发提供最少衰减的路径。可选地，接收各个顺序数据突发的确定方向可以被定义成接收到经过最短路径的信号的射束方向。

该方法最好包括一个监视一个表示第一和第二站点之间的距离的距离参数，其中如果第一和第二站点之间的距离小于一个预定值，不管接收第一和第二信号的方向如何，以一个相对较宽的扩展角度向上述第二站点发送信号。实际上，这意味着如果第一和第二站点之间的距离小于临界距离，在数量相对较多的射束方向上发送信号。如果第一和第二站点之间的距离小于上述预定值，可以通过相对较低的功率向第二站点发送信号，如果距离大于预定值，可以通过较高的功率发送信号。

根据本发明的第二方面，提供了一种在移动通信网络中与移动站进行定向无线通信的基站，所述基站包括：

识别装置，在所述基站识别从所述移动站所传送的通信数据的连续突发；

确定装置，根据多个相邻的射束方向，确定由所述基站顺序地接收的通信数据突发的各个射束方向；

发送器装置，用以将信号传送到所述移动站；

控制装置，选择所述射束方向用以将信号从所述基站传送到所述移动站，从而当确定所述基站从两个不同的射束方向顺序地接收到通信数据突发时，同时选择这两个不同射束方向，用以将所述信号从所述基站传送到所述移动站，并且当这两个不同射束方向并不相邻时，在这两个射束方向上以及***射束方向上，将所述信号从所述基站传送到所述移动站。

本发明特别适用于蜂窝通信网，其中第一站点是一个基站收发器。但应当理解，本发明的实施例可以适用于非蜂窝定向无线通信网络。应当理解在本文中术语“突发”仅表示从第二站点接收的一部分信号并且没有试图把本发明的应用范围限制到一个诸如GSM的标准***上，其中在GSM中术语“突发”具有一个特定的含义。可选地，术语“突发”可以是指从第二站点发送的数据的指定部分。

附图说明

为了更好地理解本发明以及实现本发明，现在参照附图以举例的方式加以描述，其中：

图1示出了一个基站收发器(BTS)及其相关的小区扇区的结构图；

图2示出了一个天线阵列和基站收发器的简图；

图3示出了图2的天线阵列提供的固定射束模式；

图4示出了图2的数字信号处理器的结构图；

图5图解了八个信道中四个信道的信道脉冲响应。

图6a-h示出了期望接收到MS发送到基站收发器的8个连续数据突发的射束方向；

图7a-h示出了根据本发明的一个实施例在一个SDMA基站收发器发送到一个MS的8个连续数据突发中选定的射束。

具体实施方式

首先参照图1，其中示出了定义蜂窝移动电话网的一个小区3的三个小区扇区2。三个小区扇区2由相应的基站收发器(BTS)4提供服务。各个BTS 4具有一个针对三个小区扇区2中相应的一个发送和接收信号的收发器。这样，为各个小区扇区2分别提供了一个专用的基站收发器。因而各个BTS 4能够与诸如位于相应小区扇区2中的移动电话的移动站(MS)通信。

在一个GSM(全球移动通信***)网络的环境中描述了本实施例。在GSM***中，使用频/时分多址F/TDMA***。以突发的方式在BTS 4和MS之间发送数据。数据突发包含一个是已知数据序列的训练序列。下面将描述训练序列的目的。通过指定频段内的一个预定时隙在该频段中发送各个数据突发。使用一个定向天线阵列允许实现空分多址。这样，在本发明的实施例中，将通过指定频段，指定时隙和指定方向发送各个数据突发。可以针对通过指定频段，指定时隙和指定方向发送的指定数据突发定义一个相关的信道。如下所述，在本发明的某些实施例中，通过相同频段，相同时隙但两个不同的方向发送相同的数据突发。

图2示出了一个用作收发器的BTS 4的一个天线阵列6的结构图。应当理解图2所示的阵列6只服务于图1所示的三个小区扇区2中的一个。另两个天线阵列6为其它两个小区扇区2服务。天线阵列6具有8个天线单元a₁…a₈。各个天线单元a₁…a₈之间的间隔为半个波长，并且沿着一个垂直线排列成一行。各个天线单元a₁…a₈被用来发送和接收信号，并且可以具有任意合适的结构。各个天线单元a₁…a₈可以是一个偶极子天线，补片天线或任意其它合适的天线。8个天线单元a₁…a₈共同定义了一个相阵控天线6。

众所周知，相阵控天线6的各个天线单元a₁…a₈被提供了要发送到一个移动站MS的相同信号。但被提供给相应天线单元a₁…a₈的信号的相位被彼此偏移开。被提供给相应天线单元a₁…a₈的信号之间的相位差产生了一个定向发射模式。这样，来自BTS 4的信号只可以沿着某些方向在与阵列6相关的小区扇区2中发送。阵列6实现的定向发射模式是彼此相位偏移并且由各个天线单元a₁…a₈发送的信号之间出现的相长干扰和相消干扰的结果。在这点上，参照图3，该图图解了通过天线阵列6实现的定向发射模式。可以控制天线阵列6在图3图解的8个方向中任意一个方向上提供一个射束b₁…b₈。例如，可以控制天线阵列6只在射束b₅或b₆的方向上向一个MS发送信号。如下所述，也可以控制天线阵列6同时在多于一个的射束方向上发送信号。例如，可以在射束b₅和b₆定义的两个方向上发送信号。图3只是可以通过天线阵列6实现的8个可能的射束方向的结构表示。但实际上，在相邻射束之间会有重叠以保证天线阵列6为所有的小区扇区2提供服务。

由一个Butler矩阵电路8控制各个天线单元a₁…a₈上提供的信号的相对相位，使得能够沿着期望的射束方向发送信号。这样Butler矩阵电路8提供了一个相位偏移功能。Butler矩阵电路8具有8个来自BTS 4的输入10a-h和8个输出，其中每个输出均被输出到各个天线单元a₁…a₈。各个输入10a-h接收的信号包括要发送的数据突发。8个输入10a-h均表示可以发送指定数据突发的射束方向。例如，当Butler矩阵电路8在第一输入10a上接收一个信号时，Butler矩阵电路8以要求的相位差把输入10a上的信号提供给各个天线单元a₁…a₈以产生射束b₁，从而在射束b₁的方向上发送数据突发。类似地，在输入10b上提供的信号导致在射束b₂的方向上产生一个射束，等等。

如上所述，天线阵列6的天线单元a₁…a₈从一个MS接收信号并且向一个MS发送信号。一个MS发送的信号通常会被8个天线单元a₁…a₈接收到。但在各个天线单元a₁…a₈接收的各个信号之间会有一个相位差。因而Butler矩阵电路8能够根据各个天线单元a₁…a₈接收的信号的相对相位确定已经接收信号的射束方向。因而Butler矩阵电路8具有8个输入，对于各个天线单元接收的信号，均有一个来自天线单元a₁…a₈的输入。Butler矩阵电路8也具有8个输出14a-h。各个输出14a-14h均对应于一个可以接收指定数据突发的特定射束方向。例如，如果天线阵列6在射束b₁的方向上从一个MS接收到一个信号，则Butler矩阵电路8会在输出14a上输出接收信号。在射束b₂的方向上接收的信号会导致在输出14b上从Butler矩阵电路8输出接收信号，等等。总之，Butler矩阵电路8会在天线单元a₁…a₈上接收相同信号的8个彼此偏移的版本。根据相对相位偏移，Butler矩阵电路8确定已经接收上述接收信号的方向并且根据已经接收信号的方向在一个指定输出14a-h上输出一个信号。

应当理解在某些环境下，由于信号反射来自一个MS的单独信号或数据突发看起来可以来自多于一个的射束方向，同时在MS和BTS4之间传递，假定反射具有相对较宽的扩展角度。Butler矩阵电路8会在各个输出14a-h上提供一个信号，而各个输出对应于出现指定信号或数据突发的各个射束方向。这样，可以在Butler矩阵电路8的多于一个的输出14a-h上提供相同的数据突发。但各个输出14a-h上的信号彼此之间可以有时间延迟。

Butler矩阵电路8的各个输出14a-h被连接到一个相应的放大接收信号的放大器16的输入上。为Butler矩阵电路8的每个输出14a-h提供一个放大器16。接着由一个相应的处理器18处理放大信号，该处理器处理放大信号以便把接收信号的频率减少到基带频率，使得BTS 4能够处理该信号。为此，处理器18从输入信号中清除载波频率分量。并且，为Butler矩阵电路8的每个输出14a-h提供一个处理器18。接着通过一个模数(A/D)转换器20把具有模拟形式的接收信号转换成数字信号。提供8个A/D转换器20，Butler矩阵电路8的每个输出14a-h均有一个。接着通过相应的输入19a-h把数字信号输入到一个数字信号处理器21进行后续的处理。

数字信号处理器21也有8个输出22a-h，每个输出均输出一个表示要被发送到一个指定MS的信号的数字信号。所选择的输出22a-h表示要发送信号的射束方向。该数字信号被一个数模(D/A)转换器23转换成模拟信号。为数字信号处理器21的每个输出22a-h均提供一个数模转换器23。接着处理器24处理模拟信号，该处理器是一个把要发送的模拟信号调制到载波频率上的调制器。在处理器24处理信号之前，信号处于基带频率上。接着一个放大器26对所产生的信号进行放大并且传递到Butler矩阵电路8的相应输入10a-h上。为数字信号处理器21的每个输出22a-h均提供一个处理器24和一个放大器26。

现在参照图解数字信号处理器21的图4。应当理解，图4中图解的各个模块不必对应于体现本发明的一个实际数字信号处理器21的各个单元。具体地，图4中图解的各个模块对应于数字信号处理器21所执行的各种功能。在本发明的一个实施例中，通过集成电路至少部分实现了数字信号处理器21，并且相同单元可以执行几个功能。

数字信号处理器21在相应输入19a-h上接收的各个信号被输入到相应的信道脉冲响应(CIR)估测器模块30。CIR估测器模块30包含存储接收信号的存储容量和存储估测的信道脉冲响应的存储容量。信道脉冲响应估测器模块30被用来估测相应输入19a-h的信道的信道脉冲响应。如上所述，针对通过选定的频段，分配的时隙和接收信号的射束方向发送的指定数据突发可以定义一个相关的信道。Butler矩阵电路8确定接收信号的射束方向，使得在数字信号处理器的输入19a上接收的信号主要表示已经从射束b₁的方向接收的信号，等等。应当理解，在指定输入上接收的信号也可以包含在相邻输入上接收的信号的边瓣。

从移动站MS发送到BTS 4的各个数据突发包含一个训练序列TS。但BTS 4接收的训练序列TS_RX因噪声和多路径效应而被畸变，其中多路径效应在训练序列的相邻位之间产生干扰。后一种干扰被称作符号间干扰。TS_RX也受到其它移动站的干扰的影响，例如位于其它小区或小区扇区，使用会导致联合信道干扰的相同频率的移动站。可以理解，来自MS的指定信号会沿着多于一个的路径到达BTS，并且天线阵列6会从一个指定方向上检测到指定信号的多于一个的版本。CIR估测器模块30把从输入19a接收训练序列TS_RX与存储在一个数据存储器32中的参考训练序列TS_REF进行交叉相关处理。参考训练序列TS_REF与移动站最初发送的训练序列相同。实际上接收训练序列TS_RX是一个被调制到载波频率的信号，而参考训练序列TS_REF在数据存储器32中被存储成一个位序列。相应地，在进行交叉相关之前，对存储的参考训练序列进行类似的调制。换言之，把BTS 4接收畸变训练序列与训练序列的未畸变版本进行相关处理。在本发明的一个可选实施例中，在用参考训练序列对其进行相关处理之前对接收训练序列进行解调。在这种情况下，参考训练序列会再次与正接收训练序列具有相同的形式。换言之，参考训练序列未被调制。

参考训练序列TS_REF和接收训练序列TS_RX均具有对应于L个数据位的长度L，并且可以是26个位。接收训练序列TS_RX在已分配时隙中的确切位置可以是不确定的。这是由于移动站MS与BTS 4之间的距离会影响到MS发送的数据突发在已分配时隙中的位置。例如，如果一个移动站MS距离BTS 4相对较远，那么与移动站MS距离BTS 4较近的情况相比，训练序列会出现在已分配时隙中较后的位置上。

考虑到接收训练序列TS_RX在已分配的时隙中的位置的不确定性，使用参考训练序列TS_REF对接收训练序列TS_RX进行n次相关处理。通常，n可以是7或9。n最好是一个奇数。n次相关通常会在最大获取相关的两边上进行。接收训练序列TS_RX针对参考训练序列TS_REF的相对位置被偏移了各个连续相关之间的一个位置。各个位置等价于训练序列中的一位并且表示一个延迟段。接收训练序列TS_RX与参考训练序列TS_REF各个单独的相关产生一个表示该相关的信道脉冲响应的抽头。n个单独的相关产生一个具有n个值的抽头序列。

现在参照图5，该图示出了对应于8个空间方向的8个可能的信道中4个信道的信道脉冲响应。换言之，图5示出了对应于在8个射束方向中4个方向上从移动站接收的一个指定数据突发的4个信道的信道脉冲响应，数据突发处于指定的频段和时隙上。各个图例的x轴是对时间延迟的测量，而y轴是对相对功率的测量。图中标出的各个连线(或抽头)表示所接收的，对应于指定相关延迟的多路径信号。各个图例具有n个连线或抽头，其中一个抽头对应于各个相关。

根据估测的信道脉冲响应，可以确定训练序列在已分配时隙中的位置。当得到接收训练序列TS_RX和参考训练序列TS_REF之间的最优相关时会得到最大抽头值。

针对各个信道，CIR估测器模块30还确定出5个(或任意其它的合适数量)给出最大能量的连续抽头。按照下面的方式计算一个指定信道的最大能量： $E=\underset{j=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\left(h_j\right)}^2$

其中h表示通过接收训练序列TS_RX和参考训练序列TS_REF的交叉相关得到的抽头振幅。CIR估测器模块30通过使用一种滑窗技术估测指定信道的最大能量。换言之，CIR估测器模块30每次考虑5个相邻的值并且根据这5个值计算出能量。选择给定最大能量的5个相邻值表示该信道的脉冲响应。

能量可以被看作是对BTS 4在一个指定方向上接收的来自一个指定MS的期望信号的相对强度的测量。针对所有8个信道执行该过程，这些信道表示可以接收相同数据突发的8个不同方向。以最大能量接收的信号所经过的路径对该信号的衰减最小。

提供一个分析模块34，该模块存储CIR估测器模块30根据5个相邻值针对相应信道计算出的最大能量，而CIR估测器模块30选择这5个相邻值表示信道脉冲响应。分析模块34也可以分析CIR估测器模块30确定的信道脉冲响应以便确定出最小延迟。该延迟是对接收训练序列TS_RX在已分配时隙中的位置的测量，因而是对信号在移动站和BTS 4之间传播距离的相对测量。具有最小延迟的信道具有穿过最短距离的信号。在某些情况下这个最短距离可以表示移动站MS和BTS 4之间的直射路径的线路。

分析模块34被用来确定窗口的开始位置，该窗口确定五个提供最大能量的值。接着根据一个参考点和窗口开始之间的时间确定时间延迟。该参考点可以是各个分支中的所有接收训练序列开始被相关的公共时间，该时间对应于所有分支的最早窗口边缘或一个类似的公共点。为了精确比较不同信道的各种延迟，采用一个公共的定时比例，该比例取决于BTS 4为了控制操作的TDMA模式而提供的同步信号。换言之，接收训练序列TS_RX在已分配时隙中的位置是对时间延迟的测量。应当理解，在已知的GSM***中，为了提供定时超前信息计算出一个指定信道的延迟。定时超前信息被用来保证移动站发送到BTS的信号落在为其分配的时隙内。可以根据计算的相对延迟和当前定时超前信息确定出定时超前信息。如果移动站远离基站，则BTS会指示MS在某个时间发送其数据突发，该时间比在移动站MS更接近BTS的情况下发送数据突发的时间更早。

各个分析模块34得出的分析结果被输入到一个确定期望接收指定数据突发的方向的射束选择控制模块36。这个期望方向可以是接收到具有最大强度信号的射束方向，或者可选的，可以是首先接收到数据突发的方向。接着射束选择模块36存储该射束方向并且针对从移动站接收的下一个突发执行相同的步骤。如果两个确定射束方向在两个连续数据突发中相同，则在该确定射束方向上发送从BTS到MS的信号。在一个最优实施例中，控制基站收发器以便在普通环境中只在一个单独的射束方向上向MS发送信号。但如果接收第一和第二连续突发的射束方向不同，则BTS会在接收第二信号的方向和接收第一信号的方向上向MS发送下一个信号。

如果BTS接收第一信号的射束方向与接收第二数据突发的射束方向不相邻，则也在***射束方向上发送BTS所发送的信号。例如，如果确定第一突发来自射束b₁的方向并且第二突发来自射束b₃的方向，则基站会在射束b₁，b₂，和b₃的方向上向移动站发送信号。

现在参照图6a-h和7a-h，其中图解了本发明实施例使用的原理。图6a-h图解了接收一个移动站发送到基站的8个连续数据突发的射束方向。

可选地，图6图解的射束方向可以被认为是在只应为各个数据突发选择一个单独的射束方向的情况下，应当为BTS发送到MS的连续数据突发选择的射束方向。来自移动站MS的第一和第二数据突发被期望来自射束b₃的方向。第三和第四数据突发被期望来自射束b₄的方向。第五和第六数据突发被期望来自射束b₃的方向，第七数据突发被期望来自射束b₅的方向。

图7a-h中示出了BTS向MS发送8个连续数据突发的射束方向。由于期望从射束b₃的方向上接收来自移动站的第一和第二信号，所以BTS 4均在射束b₃的方向上向移动站发送第一和第二数据突发。但由于期望分别从射束b₃和射束b₄的方向上接收来自移动站的第二和第三突发，所以BTS在射束b₃和射束b₄的方向上向移动站发送第三突发。期望从相同的射束方向，即射束b₄的方向上接收来自移动站的第三和第四突发。相应地，BTS 4只在射束b₄的方向上发送第四突发。在射束b₄的方向上接收BTS接收的第四突发，并且BTS 4在射束b₃的方向上接收第五突发。这样，BTS在射束b₃和射束b₄的方向上发送第五突发。期望从射束b₃的方向上接收BTS接收的第六突发，期望从射束b₅的方向上接收BTS接收的第七突发。相应地，在射束b₃和射束b₅的方向上和***射束，即射束b₄的方向上向MS发送第七突发。最后，由于BTS 4期望分别从射束b₅和射束b₃的方向上接收来第七和第八突发，所以BTS在射束b₃，b₄和b₅的方向上发送第八突发。

在上述实施例的一个修改中，分别从两个不同的方向接收两个连续的数据突发，BTS将会在这两个不同方向和任何***方向上向MS发送连续N个突发。N可以是任意合适的突发数量，例如3或4。

可以发现上述方法非常适用于BTS和MS之间的距离大于一个指定距离的情况。这个距离很大程度上取决于本地环境，但可以大于大约0.5km。如果移动站与BTS的距离小于0.5km，则通过一个较宽的扩展角度发送到达MS的信号。这涉及到选择若干个可能的射束方向，例如4个或更多的方向。通常，在选择较多的射束时用于各个射束的功率电平会较低。

一种确定MS和BTS之间的距离的方式是根据提供对BTS 4和MS之间距离的测量的定时超前信息。由于给出相当精确的结果，所以在本发明的某些实施例中这第一个方法是最优的。可选地，BTS接收信号的扩展角度可以被用作对MS和BTS之间距离的测量。当BTS和MS之间的距离大于临界距离时，从MS接收的多数能量分布在一个，两个或三个射束上。但当BTS和MS之间的距离小于临界距离时，接收的期望能量分布在数量更多的射束上。为了确定扩展角度，射束选择控制模块36比较从指定信号的各个可能的射束方向上获得的信道脉冲响应。如果多数接收能量分布在三个或更少的射束方向上，则假定BTS和MS之间的距离大于临界距离。可选地，如果多数接收能量来自四个或更多的射束方向上，则假定BTS和MS之间的距离小于临界距离。

相应地，在本发明的实施例中，使用两个从MS接收的前导信号确定向MS发送信号的方向或各个方向的方式只可以被用在MS和BTS 4之间的距离大于临界距离的情况下。当MS和BTS 4之间的距离小于临界距离时，BTS 4会通过相对较多的射束方向向MS发送信号。当通过相对较宽的扩展角度发送时使用的功率电平通常会小于当MS和BTS 4之间的距离大于临界距离时在射束或各个射束上使用的功率电平。通过射束选择模块36选择所需的功率电平。

产生模块38负责产生要从数字信号处理器21输出的信号。产生模块38具有一个表示要发送到移动站MS的话音和/或信息的输入40。产生模块38负责对发送到移动站MS的话音或信息进行编码，并且在信号中包含一个训练序列和一个同步序列。模块38还负责产生调制信号。根据产生的信号和确定出的射束方向，产生模块38在数字信号处理器21的相应输出22a-h上提供信号。产生模块38还提供一个输出50，该输出被用来控制放大器24所提供的放大，从而保证主要和辅助射束方向上的信号具有要求的功率电平。

信道脉冲响应模块30的输出也被用来均衡和匹配从移动站MS接收的信号。具体地，匹配滤波器(MF)和均衡器模块42可以消除或减轻接收信号中由多路径传播产生的符号间干扰的效应。应当理解，匹配滤波器(MF)和均衡器模块具有一个接收来自MS的接收信号的输入(未示出)。负责恢复MS发送的话音和/或信息的恢复模块44接收各个模块42的输出。恢复模块完成的步骤包含对信号进行解调和解码。恢复出的话音或信息被输出到输出48上。

应当理解，虽然已经在GSM蜂窝通信网络中实现了上述实施例，但本发明还可以被用于其它的数字蜂窝通信网络和模拟蜂窝网络。上述实施例使用了具有8个单元的定相阵列。阵列当然可以具有任意数量的单元。可选地，定相阵列可以被离散定向天线取代，每个天线均在一个指定方向上发射射束。在需要的情况下，Butler矩阵电路可以被任意其它合适的移相电路取代。Butler矩阵电路是一个模拟射束生成器。当然可以使用一个数字射束生成器DBF或任何其它合适类型的模拟射束生成器。根据提供给各个单元的信号，即使在只有8个单元的情况下，也可以控制阵列产生多于8个的射束。

也可以提供多个定相阵列。定相阵列可以提供不同数量的射束。当需要一个较宽的扩展角度时，使用具有较少数量的单元的阵列，当需要一个相对较窄的射束时，使用具有较大数量的单元的阵列。

可以理解，上述实施例被描述成从Butler矩阵电路提供8个输出。应当理解，实际上在Butler矩阵的各个输出上会同时输出若干个不同的信道。那些信道可以有不同的频段。在相应的输出上还会提供不同时隙的信道。虽然前面描述了单独的放大器，处理器，模数转换器和数模转换器，实际上可以通过一个具有多个输入和输出的单独单元提供上述所有的部件。

应当理解本发明的实施例具有不仅限于蜂窝通信网的应用。例如，本发明的实施例可以被用在任何需要定向无线通信的环境中。例如，可以在PMR(专用无线网络)或类似的网络中使用该技术。

针对两个连续的信号不需要确定接收两个连续信号的方向。例如，可以每N个突发确定一次期望接收一个数据突发的方向，其中N是一个指定整数。例如，BTS可以确定从MS接收一个第一突发的方向和接收第三突发的方向。如果这两个方向不同，则BTS会在这两个方向上发送信号。

类似地，第一站点发送信号的方向不会立即响应从MS接收的前导通信数据突发。在某些实施例中，BTS可以根据前面从MS接收的一或多个数据突发构成的顺序通信数据突发选择用于发送的不同射束方向。

本发明的实施例可以具有不仅限于蜂窝通信网的应用。例如，本发明的实施例可以被用在任何需要定向无线通信的环境中。例如，可以在PRN(专用无线网络)或类似的网络中使用该技术。

Claims (10)

1.一种在移动通信网络的基站和移动站之间进行定向无线通信的方法，该方法包括步骤：

在所述基站识别从所述移动站所传送的通信数据的连续突发；

根据多个相邻的射束方向，确定由所述基站顺序地接收的通信数据突发的各个射束方向；

选择所述射束方向用以将信号从所述基站传送到所述移动站，从而当确定所述基站从两个不同的射束方向顺序地接收到通信数据突发时，同时选择这两个不同射束方向，用以将所述信号从所述基站传送到所述移动站，并且当这两个不同射束方向并不相邻时，在这两个射束方向上以及***射束方向上，将所述信号从所述基站传送到所述移动站。

2.根据权利要求1的方法，其中所述两个射束方向用于从所述基站传送的预定的多个连续信号。

3.根据权利要求1或2的方法，其中顺序地接收每个数据突发的确定方向被定义为接收最强信号的射束方向。

4.根据权利要求1或2的方法，其中顺序地接收每个数据突发的确定方向被定义为接收经过最短路径的信号的射束方向。

5.根据权利要求1的方法，还包括监视表示所述基站和所述移动站之间距离的距离参数的步骤，如果基站和移动站之间的距离小于预定值，利用一个相对较宽的扩展角度向所述移动站传送信号，而与这两个信号的接收方向无关。

6.根据权利要求5的方法，其中如果基站和移动站之间的距离小于所述的预定值，利用一个相对较低的功率电平向所述移动站传送信号，并且如果所述的距离大于所述的预定值，利用较高的功率电平传送所述信号。

7.根据权利要求1的方法，其中所述的网络是一个蜂窝通信网络。

8.一种在移动通信网络中与移动站进行定向无线通信的基站，所述基站包括：

识别装置，在所述基站识别从所述移动站所传送的通信数据的连续突发；

确定装置，根据多个相邻的射束方向，确定由所述基站顺序地接收的通信数据突发的各个射束方向；

发送器装置，用以将信号传送到所述移动站；

控制装置，选择所述射束方向用以将信号从所述基站传送到所述移动站，从而当确定所述基站从两个不同的射束方向顺序地接收到通信数据突发时，同时选择这两个不同射束方向，用以将所述信号从所述基站传送到所述移动站，并且当这两个不同射束方向并不相邻时，在这两个射束方向上以及***射束方向上，将所述信号从所述基站传送到所述移动站。

9.根据权利要求8的基站，其中所述控制装置被设置成监视表示所述基站和所述移动站之间距离的距离参数的步骤，如果基站和移动站之间的距离小于预定值，利用一个相对较宽的扩展角度向所述移动站传送信号，而与这两个信号的接收方向无关。

10.根据权利要求8的基站，其中所述控制装置被设置成控制所述的发送器装置，以在所述两个射束方向上传送预定的多个连续信号。

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