CN1256820A - 确定发射方向的方法,以及无线*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一个无线***以及一种用于确定发射方向的方法,该无线***包括至少一个基站(100),通过发射一个覆盖整个蜂窝小区区域的辐射图形(110)以及仅覆盖该蜂窝小区区域的一部分的方向性辐射图形(112－116)来跟在其(服务)区域内的各终端(102—106)进行通信。该基站在一条公共控制信道上向各终端发送与基站有关的信息。在本发明的解决方案中,由基站发送的与基站有关的信息包括一个一般部分和一个波束专用部分,当发送一般部分时,该基站使用覆盖整个蜂窝小区区域的辐射图形(110)。使用一种特定的辐射图形(112－116)来发送每一个波束专用部分,该终端从来自基站的信息中检出一个或多个波束专用部分,并向基站发送关于检出结果的信息,基站根据该信息决定在与该终端进行通信时使用哪一种方向性辐射图形。本发明使得快速确定该终端相对于基站的方向成为可能。

Description

确定发射方向的方法，以及无线***

本发明涉及一种在一个无线***中确定发射方向的方法，上述无线***包括至少一个基站，通过发射一个覆盖整个蜂窝小区区域的辐射图形以及仅覆盖该蜂窝小区区域的一部分的方向性辐射图形来跟在其(服务)区域内的各终端进行通信，并且该基站在一条公共控制信道上向各终端发送与基站有关的信息。

本发明可以被应用于使用方向性天线波束的无线***。方向性天线的各波束通常是指向一个确定方向的窄波束。各波束可以固定地被定向，由此，一个基站的覆盖区域被若干个沿着半径方向定向的波束所覆盖，或者，换一种方式，各波束可以被定向于一个特定的终端或特定的诸终端，并且，在那种情况下，若该终端发生移动，则该波束跟踪该终端的位置。根据各用户的位置把他们彼此区分开来的方法被称为空分多址(SDMA)方法。为此目的，在基站中典型地使用各种自适应的天线阵列，即各种相控阵天线，以及已接收信号的处理，使得诸移动站得以被监测。SDMA使得，例在各种移动电话***的诸基站中，信号对干扰的比值或者信噪比得以改进。

在使用各种SDMA方法中的一个问题就是如何为基站的发射确定各用户终端的方向。打算使用的波束越窄，方向的确定就越精确。反过来说，使波束变窄是有利的，因为它减少了干扰。

人们早就知道，假定在两个发射方向上，无线信道是充分地相似，就可以根据用户站所发送的、并且被基站所接收的一组信号来确定(用户站的)方向。以这样一种方式来精确地确定方向需要占用相当长一段时间，因为在传输路径上的干扰和衰落导致不精确，而为了消除它们需要对测量结果进行平均运算。另一方面，方向的确定应当尽可能快地进行。特别是在各种快速的分组交换无线***中，这一点是很重要的，因为应当快速地和可靠地建立各种连接。并且不占用频率资源。

因此，本发明的一个目的就是提供一种用以解决上述问题的方法以及一个实施这种方法的无线***。采用在本文中所提供的类型的方法就能达到这个目的，其特征在于，由基站发送的与基站有关的信息包括一个一般部分和一个波束专用部分，还在于，当发送一般部分时，该基站使用覆盖整个蜂窝小区区域的辐射图形，还在于，使用一种特定的辐射图形来发送每一个波束专用部分，还在于，该终端从来自基站的信息中检出一个或多个波束专用部分，并向基站发送关于检出结果的信息，还在于，基站根据该信息决定在与该终端进行通信时使用哪一种方向性辐射图形。

本发明还涉及一个无线***，它包括至少一个基站，该基站跟在其(服务)区域内的各终端进行通信，该基站包括一些装置，用以发射一个覆盖整个蜂窝小区区域的辐射图形以及一个仅覆盖蜂窝小区区域的一部分的方向性辐射图形，还包括一些装置，用以在一条公共控制信道上向各终端发送与基站有关的信息，本发明的无线***的特征在于，  基站被安排去发送与基站有关的信息，其中包括一个一般部分以及一个波束专用部分，还在于，基站包括一些装置，当发送一般部分时，使用覆盖整个蜂窝小区区域的辐射图形，以及另外一些装置，通过使用一种特定的方向性辐射图形来发送每一个波束专用部分。还在于，该终端包括一些装置，用于从来自基站的的信息中检出一个或多个波束专用部分，以及另外一些装置，用于向基站发送关于检出结果的信息，还在于，基站包括一些装置，用于根据该信息决定在与该终端进行通信时使用哪一种方向性辐射图形。

在各项从属权利要求中公开了本发明的诸优选实施例。本发明基于这样一个事实，即，一个用户站接收由一个基站发送的一组信号，通常是一组控制信号。在本发明的解决方案中，可以从这组信号推断出基站应当用以进行发射、以便跟该用户终端建立窄波束连接的方向。

本发明的方法和***提供了许多好处。本发明的解决方案使得比以往更快地和更可靠地确定一个终端的方向成为可能。

下面，将借助于诸优选实施例并参照诸附图对本发明进行更详细的描述，在诸附图中：

图1表示一个可以采用本发明的***。

图2a和2b是方框图，表示在本发明的***所使用的一个基站中，接收侧和发射侧的结构的一个实例。

图3说明在一条话务信道上，一个基站的一种典型的波束形状。

图4a和4b说明一个基站的各种典型的波束形状。

图5说明在连接建立过程中，应用本发明的方法的一个实例。

图6a和6b表示在本发明的***中所使用的帧结构的诸实例。

图7是一份方框图，说明本发明的***的一种用户终端结构的一个实例。

让我们首先仔细观察图1，该图说明在本发明的无线***中一个蜂窝单元的一个实例。该***在每一个蜂窝单元中都包括一个基站100以及多个用户终端102-108。在根据图1的情况下，在各用户终端102-106中，正在进行一次呼叫。并且该基站通过使用窄波束辐射图形112-116来向各终端发送一组话务信道信号。终端108没有主动地跟基站进行通信。

在一条典型的用户专用的话务信道上，所要达到的目的是获得尽可能窄的波束，以便将发射(功率)引导到一个狭小的区域，并且避免干扰其他诸连接。除了各话务信道以外，诸基站还在各控制与寻呼信道上发送与基站有关的信息，各终端使用这些信息来识别该基站以及所使用的各频段，借助于这些，各用户就能向基站发送一组连接建立报文。在这些信道(译者注：指各控制与寻呼信道)上不能使用各种窄波束，而是要将发射(功率)引导到整个蜂窝小区区域。在图1的实例中，基站100借助于一种全方向性辐射图形110向整个蜂窝小区区域发送控制信号。要注意的是，在实践中，天线的各波束很少出现像图1所示那样的清晰的窄波束。但是，依赖于天线的结构，诸辐射图形通常包括若干最大和最小点，即，在大小上不断变化的若干波束。一个辐射图形可以包括一个主波束(主瓣)和多个小的旁瓣，根据应用(要求)，它们可以或者不可以在一次发送中被使用。

下面让我们仔细观察示于图2a和2b的诸方框图，它们表示在本发明的***中所使用的一个基站的结构。基站包括多个并行的发射机和接收机，或者其中的各射频部件，以及公共信号处理诸方框。图2a说明在接收方向上基站的结构。该基站包括天线装置200a，200b，用以接收来自所希望的方向的一个用户终端的信号。由诸天线接收的信号被施加到各带通滤波器202a，202b并送往各中间放大器204a，204b。该信号从各放大器被施加到一个混频器206a，206b，在那里它跟一个本地振荡器208a，208b的输出频率相乘，由此该信号可以被转换为一个较低的频率。转换后的信号经由各滤波器210a，210b，被施加到各A/D转换器212a，212b，将该信号从模拟形式转换为数字形式。已数字化的信号被送往一个信号处理器214，在这里它可以按照需要作进一步的处理。例如该处理可以包括去交织和解码，这对专业人士来说是显而易见的。一组信号216从信号处理器被送往基站的其他各部件。基站还包括处理器装置218，用以控制基站的其他各部件的运行，例如在一段给定的时间内、在所需方向上各天线的相位。处理器装置218可以用一个通用处理器或者一个信号处理器，或者用分离元件逻辑电路来实现。

图2b说明在接收方向上基站的结构。基站包括一个信号处理器220，在其中按照所需的方式对一组信号进行处理。信号从该处理器被施加到一个D/A转换器222a，222b，在那里信号被转换为模拟形式。该模拟信号从该转换器被施加到一个混频器224a，224b，在那里它跟一个本地振荡器226a，226b的输出频率相乘，由此该信号被转换为一个较高的频率。该信号从混频器经由一个放大器228a，228b以及一个带通滤波器230a，230b被施加到天线装置232a，232b，以便发射该信号。基站还包括处理器装置234，用以控制基站的其他各部件的运行，例如在一段给定的时间内、在所需方向上各天线的相位。处理器装置234可以用一个通用处理器或者一个信号处理器，或者用分离元件逻辑电路来实现。

在一个SDMA基站中，一组相控阵天线通常被用作天线装置200a，200b，232a，232b，但是也可以使用分离的诸天线。一个SDMA无线装置连同诸天线一起，形成一个自适应的辐射图形，其增益以及波束宽度依赖于，例如，所使用的天线单元即发射器的数目。在天线阵列中单元的数目越多，所得到的波束越窄，增益也越高。在本发明的基站中，可以用已知的方法来实现各天线的相位控制。

图3说明在一个基站中，在一条话务信道上的一个典型的波束形状。在图中，水平轴表示角度，垂直轴表示幅度。因此，所显示的波束对应于图1所示的诸辐射图形116-122中的任何一个。其目的是获得用于话务信道的可能的最窄的辐射波束。然而，还需要一种覆盖整个小区区域的辐射图形，以供各控制信道之用。在那种情况下，使用若干天线单元并以一种适当的方式控制诸信号的相位也是可能的，并且由此得到的天线辐射图形可能跟图4a所示的那一种相同。在图中，各坐标轴具有跟图3相同的意义。接着，图4b说明借助于各方向性波束来实现若干条话务信道同时发射的情形。该图示出了指向不同方向的4个波束400-406。若波束专用的各信号是独立的，即正交的，则单独的各波束的同时发射是成功的。

在本发明的解决方案中，按照图4a和4b的诸发射方式以这样一种方法被整合，使得公共信息按照图4a所示的发射方式被发送，并且波束专用信息按照图4b所示的发射方式被发送。图5说明在连接建立过程中，应用本发明的方法的一个实例。参照图1，假定终端108希望建立一次呼叫。基站100借助于指向整个小区区域的辐射图形110发送与基站有关的信息。该信息还包括一个波束专用部分，它通过每一个波束被发送出去，并且在每一个波束中是不同的。图5说明3个波束500-504，它们投射到紧靠终端108的地方。换句话说，每一个波束都发送一组信号，它含有一个不同于其他诸信号的部分。该终端检测从基站接收到的与基站有关的信息，并将它已经检测到的关于波束专用的各部分的信息发送到该基站。因此，该基站能够断定该终端所在的方向以及打算用于话务信道传输的波束将要被引导的方向。在图5的实例的情况下，波束502使该终端得到最佳的收听效果。该终端可以向该基站发送它已经检测到的一个或多个波束专用标识符。该终端并不需要知道它已经接收到的信息是波束专用的，但是它可以，例如通过使用在其传输过程中接收到的对准序列来回应它已经接收到的波束专用信息。

根据一个优选实施例，基站以帧结构的形式发送与基站有关的信息。在那种情况下，该帧包括一个一般部分以及一个波束专用部分。当发送该帧的一般部分时，该基站使用一种覆盖着整个小区区域的辐射图形。使用一种特定的窄波束辐射图形来发送该帧的每一个波束专用部分。图6说明了这一点，该图示出了在本发明的***中所使用的帧结构的一个实例。该帧包括起始和终了诸比特600，602。实际信息604，606，一个对准序列608，以及一个色彩代码610。除了当色彩代码610被发送时以外，在所有其他各方框中，都使用示于图4a的发射方式。色彩代码610是一个波束专用标识符，它根据示于图4b的发射方式而被发送。最好从互相正交的代码序列中形成各色彩代码，以保证能被该终端可靠地检测到。需要足够的、但是有限数目的色彩代码。

用户终端例如通过将接收到的信号跟每一个色彩代码进行相关运算来检出该色彩代码。最佳的相关运算结果表示能够从它那里接收到最强信号的波束。得到两个或多个良好的相关结果表明无线环境的角散射是较大的，并且基站应当使用一个较宽的发射波束。该终端可以将该基站在跟该终端建立一种用户专用连接时所能够使用的最佳波束或诸波束告知该基站。该终端还可以将已经适当地量化的各相关运算结果告知该基站，由此该基站能够独立地判定一个适当的波束方向和宽度。

若在***中使用码分多址，则可以用含有不同的扩频代码的每一个波束专用部分来实现波束专用部分。另一种可供选择的方法是通过使用相同的扩频代码(但相位不同)来发送一般部分以及各波束专用部分。在那种情况下，该终端根据相位差来区分该发送。换句话说，该终端测量介于一次窄带发送和一次宽带发送之间的代码相位移。

下面让我们仔细观察图7，该图示出了在本发明的无线***中所使用的用户终端结构的一个实例。在发射机方向，用户终端包括对准备发送的一组信号700进行编码的装置702，该装置的输出通过操作被连接到调制装置704的输入端，调制装置704的的输出被施加到一个发射机单元706。在发射机单元中，该信号被转移到一个射频频率上并且被放大。该信号从发射机单元经过一个双向滤波器708被施加到一组天线710。

在接收机方向，用户终端还包括一个接收机单元712，从天线710那里接收到的信号经由双向滤波器708被施加到接收机单元712。在接收机单元712中，已接收的信号被转换为一个中间频率，并且该单元的输出信号通过操作被连接到转换器装置714的输入端。在转换器装置中，该信号被转换为数字形式。已转换的信号被施加到检测器装置716，在那里，来自基站的与基站有关的信息被检出。该装置还包括控制与计算装置718，用以控制上述其他诸方框的运行。典型地，通过一个处理器或者通过分离元件逻辑电路来实现该控制与计算装置。

除了检测器装置以外，该控制处理器检测波束专用各部分，并通过使用位于发射机侧的装置702-706，向基站发送信息。

根据本发明的一个实施例，包含在一帧里面的对准序列被用来作为波束专用部分。在图6b中对此作了说明。在这种情况下，该帧包括起始和终了诸比特600，602。实际信息604，606，一个对准序列608。所带来的好处是，获得一个能导致较好的相关特性的较长的序列。一个缺点就是，所有的对准序列都应当运算一遍，所进行的计算需要更多的资源。

虽然以上参照于根据诸附图的实例对本发明作了说明，但是显而易见，本发明并不局限于此，在所附权利要求书所表达的创新性构思的范围内，可以用不同方法对本发明加以修改。

Claims (13)

1.一种在一个无线***中确定发射方向的方法，上述无线***包括至少一个基站(100)，通过发射一个覆盖整个蜂窝小区区域(110)的辐射图形以及仅覆盖该蜂窝小区区域的一部分(112-116)的方向性辐射图形来跟在其区域内的各终端(102-106)进行通信，并且该基站在一条公共控制信道上向各终端发送与基站有关的信息，本方法的特征在于

由基站发送的与基站有关的信息包括一个一般部分和一个波束专用部分，还在于

当发送一般部分时，该基站使用覆盖整个蜂窝小区区域的辐射图形(110)，还在于

使用一种特定的辐射图形(112-116)来发送每一个波束专用部分，还在于

该终端从来自基站的信息中检出一个或多个波束专用部分，并向基站发送关于检出结果的信息，还在于

基站根据该信息决定在与该终端进行通信时使用哪一种方向性辐射图形。

2.一种如权利要求1所述方法，其特征在于，由基站发送的与基站有关的信息中的波束专用部分包括一组代码，在由该基站发送的每一种方向性辐射图形中，该代码是不同的。

3.一种如权利要求1所述方法，其特征在于，该终端向该基站发送关于一个或多个已检出的波束专用标识符的信息。

4.一种如权利要求1所述方法，其特征在于，该基站以帧结构的形式发送与基站有关的信息，还在于该帧包括一个一般部分和一个波束专用部分，还在于

当发送该帧的一般部分时，该基站使用覆盖整个蜂窝小区区域的辐射图形，还在于

使用一种特定的方向性辐射图形来发送每一个波束专用部分。

5.一种如权利要求4所述方法，其特征在于，该帧包括一个对准序列，用来作为波束专用部分。

6.一种如权利要求1所述方法，其特征在于，基站借助于由若干单元组成的一个天线阵列，通过控制准备经由诸天线发送除去的信号的相位，来形成覆盖整个蜂窝小区区域的辐射图形以及各方向性的辐射图形。

7.一种如前述各项权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，各方向性的辐射图形都是窄波束的各辐射图形。

8.一种如权利要求1所述方法，其特征在于，在该***中，使用码分多址。

9.一种如权利要求8所述方法，其特征在于，每一个波束专用部分都由一组不同的扩频代码组成。

10.一种如权利要求8所述方法，其特征在于，使用相同的扩频代码，但以不同的相位来发送一般部分和波束专用部分。

11.一个包括至少一个基站的无线***，该基站跟在其区域内的各终端进行通信，该基站包括装置(232a，232b，234)，用以发射一个覆盖整个蜂窝小区区域的辐射图形以及一个仅覆盖蜂窝小区区域的一部分的方向性辐射图形，还包括装置(232a，232b，234，220)，用以在一条公共控制信道上向各终端发送与基站有关的信息，上述无线***的特征在于

基站被安排去发送与基站有关的信息，其中包括一个一般部分以及一个波束专用部分，还在于

该基站包括装置(232a，232b，234)，当发送一般部分时，使用覆盖整个蜂窝小区区域的辐射图形，以及

装置(232a，232b，234)，通过使用一种特定的方向性辐射图形来发送每一个波束专用部分。

该终端包括装置(716，718)，用于从来自基站的的信息中检出一个或多个波束专用部分，以及装置(702-706，718)，用于向基站发送关于检出结果的信息，还在于

基站包括装置(218，234)，用于根据该信息决定在与该终端进行通信时使用哪一种方向性辐射图形。

12，一种如权利要求11所述的无线***，其特征在于，基站包括一个由若干单元组成的天线阵列(200a，200b，232a，232b)，以及装置(218，234)，用以控制经由诸天线发送的信号的相位，以便形成各方向性的辐射图形。

13，一种如权利要求11所述的无线***，其特征在于，基站包括装置(220，234)，它按照这样一种方式来形成与基站有关的信息中的波束专用部分，使得它包括一组代码，在由基站所发送的每一个方向性的辐射图形中，该代码是不同的。

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