CN1350348A - 发送天线方向性控制装置和方法 - Google Patents

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Abstract

在发送天线方向性控制装置中,接收多波束产生部分采用一个预定的加权系数对来自接收阵列天线单元的接收信号进行加权和组合以产生接收多波束。发送加权系数产生部分根据接收多波束的检测功率,为与和发送阵列天线单元对应的每个发送多波束相应的发送数据产生发送加权系数。发送多波束产生部分将发送数据与发送加权系数相乘以产生发送多波束并将它们提供给相应的发送阵列天线单元。在发送加权系数产生部分中,功率比计算部分计算接收多波束的检测功率的最大功率与最大功率波束的一个相邻的呈现较大功率波束的功率之功率比,发送加权系数计算部分根据该功率比计算发送加权系数。还公开了一种发送天线方向性控制方法。

Description

发送天线方向性控制装置和方法
技术领域
本发明涉及用于通过多个接收阵列天线单元接收反向链路无线电波，和根据接收信号控制将从多个发送阵列天线单元中的每一个单元发送的前向链路传输信号的方向性的发送天线方向性控制技术。
背景技术
CDMA(码分多址)技术能够增加用户容量并可望作为下一代移动通信蜂窝***的无线接入技术。然而，在基站接收方，采用相同载波同时接入的另一个用户信号产生干扰，并且在移动站接收方，发送到另一用户的信号也产生干扰。为了去除这些干扰，采用一个阵列天线。
在阵列天线中，信号由多个天线发送/接收并采用复数加权和组合以形成方向束，同时控制每个天线的接收信号的幅度和相位，从而抑制其他用户的干扰。这种阵列天线控制技术的一个例子就是多波束技术。
图7示出了采用多波束技术的一个常规的发送方向性控制装置。在该多波束技术中，信号由接收阵列天线部分1中靠近布置的N个(N是一个等于或大于2的整数)天线单元1-1至1-N所接收，并由相应于各天线在A/D转换部分2中排列的A/D转换器2-1至2-N转换为数字信号。
在接收波束形成部分3中，由采用固定波束的M个(M是一个等于或大于2的整数)波束形成器3-1至3-M的乘法器把从A/D转换部分2输出的接收信号乘以一个预先计算好的加权系数。然后，组合相乘之后的信号以控制相位和幅度，从而实现特定方向上形成的波束的接收。
设置M个固定波束以便尽可能均匀地覆盖一个预定的空间区域(例如，一扇形区域)。图4示出了作为多波束图的一个情形，其中采用六个正交多波束A至F覆盖了一个±90°的区域。这样形成正交多波束使得每个多波束的峰值位置对应于其他相应波束的零电平。
在接收侧，波束功率检测部分4测量从每个波束形成器3-1到3-M输出的功率并将每个接收功率和波束数一起通知给波束输出选择/组合部分5。波束输出选择/组合部分5从接收功率中选择和组合呈现高电平接收功率电平的一个或多个波束并输出该组合的波束。当采用图4中所示的多波束时，在两个相邻波束的相交点附近接收增益从波束峰值降低大约4dB。因此，对于从相交点方向到达的所期望的无线电波信号，可以通过在相交点处接收两个相邻波束的信号并组合该输出对接收功率进行补偿。
当要采用多波束技术进行前向链路传输时，利用由波束功率检测部分4检测的接收功率，最大波束加权选择部分6选择呈现最大接收功率的波束。发送波束形成部分7利用与所选择的波束对应的前向链路加权系数来发送用户数据。来自发送波束形成部分7的信号由D/A转换器8-1至8-N转换为模拟数据并通过发送阵列天线9-1至9-N发送。
在采用多波束技术进行的前向链路传输中，当用户靠近两个相邻波束的相交点时，即使在选择和发送两个波束中的一个时，传输方向也从最佳方向偏移。
为了解决这个问题，增加固定波束的数目，并提高传输方向上的分辨功率。然而，这样增加了反向链路波束形成器3-1至3-M和最大波束加权选择部分6的计算量。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能提高发送波束的传输方向准确度的具有简单结构的发送天线方向性控制装置和方法。
为了实现上述目的，根据本发明，对于到达多个接收阵列天线单元的无线电波信号的到达方向，提供一个发送天线方向性控制装置，用于控制由多个发送阵列天线单元形成的方向性，包括接收多波束产生装置，用于采用一个预定的加权系数对来自接收阵列天线单元的接收信号进行加权和组合以产生接收多波束；发送加权系数产生装置，根据来自于接收多波束产生装置的接收多波束的检测功率，用于为与和发送阵列天线单元对应的每个发送多波束相应的发送数据产生发送加权系数；发送多波束产生装置，用于将发送数据与来自于发送加权系数产生装置的发送加权系数相乘以产生发送多波束，并将该发送多波束提供给相应的发送阵列天线单元。发送加权系数产生装置包括功率比计算装置，用于计算接收多波束的检测功率的最大功率与最大功率波束的一个相邻的呈现较大功率波束的功率的功率比；和发送加权系数计算装置，用于根据来自功率比计算装置的功率比计算发送加权系数。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的发送天线方向性控制装置的方框图；
图2是图1中所示的接收波束形成器的方框图；
图3是图1中所示的发送波束形成器的方框图；
图4表示多波束图形；
图5A是根据本发明的第二实施例的发送加权产生部分的方框图；
图5B是表示发送加权产生操作的流程图；
图6是表示包括内插波束的多波束图形；和
图7是常规的发送天线方向性控制装置的方框图。
具体实施方式
下面将参照附图具体描述本发明。
图1示出了根据本发明的第一实施例的发送天线方向性控制装置。参照图1，由N个接收阵列天线单元101-1至101-N接收的信号被与上述单元对应设置的A/D转换器102-1至102-N进行A/D转换。经A/D转换的信号从A/D转换器102-1至102-N分别输出到M个波束形成器103-1至103-M。
波束形成器103-1至103-M采用预先计算的加权系数通过乘法器301-1至301-N对接收信号进行加权和组合，从而产生M个多波束输出，如图2中所示。形成的M个波束被输出到波束功率检测部分104和波束输出选择/组合部分105。
波束检测部分104获得多波束的M个接收信号功率并将结果输出到波束输出选择/组合部分105和发送加权产生部分106。根据来自于波束功率检测部分104的接收功率信息，波束输出选择/组合部分105从波束形成器103-1至103-M的M个输出中选择并组合一个或多个波束。
在发送加权产生部分106中，根据来自于波束功率检测部分104的接收功率信息，获得呈现最大功率的波束的波束号p1和波束功率P1以及呈现较大功率的一个相邻波束的波束号p2和波束功率P2。功率比Rp是通过波束功率P1和P2计算的。到达方向移位φ是通过功率比RP计算的，加权系数是通过波束号p1和p2计算的。
如图3所示，在发送波束形成部分107中，由发送波束形成器107-M的乘法器401-1至401-N采用加权系数对各单元的发送信号进行加权，然后输出到D/A转换部分108的D/A转换器108-1至108-N。由D/A转换器108-1至108-N进行了D/A转换的信号作为波束形成信号通过发送阵列天线109-1至109-N输出。
当采用向发送波束提供最大功率输出的接收波束方向时，发送方向偏移变大(图4中的“A”)。在本发明中，从接收波束的功率信息中检测发送方向的偏移量，并且根据检测的偏移量校正发送波束的加权系数。通过这种设置，很容易改善发送波束的发送方向精度。
下面将更详细地描述上述发送天线方向性控制装置。接收阵列天线部分101具有多个阵列天线单元101-1至101-N以接收CDMA信号。A/D转换部分102具有N个A/D转换器102-1至102-N以分别对来自阵列天线单元101-1至101-N的输出进行A/D转换。
接收波束形成部分103具有M个波束形成器103-1至103-M以接收来自A/D转换部分102的输出并采用多波束进行波束形成，从而形成M个波束输出。波束功率检测部分104测量由波束形成器103-1至103-M形成波束的每个波束输出的功率。根据来自于波束功率检测部分104的每个波束的功率信息，波束输出选择/组合部分105从波束输出中选择并组合一个或多个高电平输出。
发送加权产生部分106根据来自于波束功率检测部分104的每个波束的功率信息产生发送加权，从而可以形成比反向链路多波束的方向分辨功率更精确的发送波束。发送波束形成部分107向每个天线单元发送加权的传输数据，从而执行传输数据的波束形成。D/A转换部分108具有N个D/A转换器108-1至108-N，对来自发送波束形成部分107的输出进行D/A转换。
发送阵列天线部分109具有多个阵列天线单元109-1至109-N以便从每个天线发送该传输数据。
下面将更详细地描述发送加权产生部分106的操作。一个具有六个单元的线性阵列被用作阵列天线。为简单起见，假定天线单元间隔对于发送和接收二者是半个波长的距离。当采用图4中所示的多波束时，计算每个波束的加权系数
Wn(p)＝(1/6)exp{j2π(1/6)(p-1)(n-1)+j(π/6)(n-1)}    …(1)
其中p(p＝0至5)是波束编号，n(n＝0至5)是天线加权编号。
首先，发送加权产生部分106接收来自于波束功率检测部分104的每个波束的功率信息。其次，检测部分106-1检测呈现最大功率的波束的波束编号p1和接收功率P1，以及呈现较大功率的一个相邻波束的波束编号p2和功率P2。功率比计算部分106-2利用下式
RP＝P1/P2                                            …(2)计算两个检测的功率P1和P2的功率比RP。
方向偏移计算部分106-3根据得到的功率比RP利用下式
φP＝f(RP)                                         …(3)计算信号到达方向从波束中心方向的偏移φ。
从波束的增益特性可以很容易地计算该函数的反向特性。因此，更适合通过在ROM(只读存储器)或类似存储器中查表获得信号到达方向偏移φ，其中该存储器预先存储了信号到达方向偏移φ与功率比RP之间的相互关系。
加权系数计算部分106-4根据等式(1)和(3)把用作信号到达方向控制项的方向校正项加到用于反向链路接收的加权系数，以便利用
Wn(p1，p2，φ)＝(1/6)exp{j2π(1/6)(p1-1)(n-1)
                    +j(π/6)(n-1)+j(p2-p1)πsinφ}    …(4)获得用于前向链路发送的加权系数。
图4示出了在接收中的六个多波束图形。在反向链路接收中，当信号从图4中箭头所示的方向到达时，用于前向链路发送的发送加权产生部分106从波束功率检测部分104输出的接收功率中检测p1作为“A”和p2作为“B”。
在这种情况下，在等式(4)中，右侧第一项的p1表示“A”被用作参照波束，第三项的(p2-p1)表示相邻波束的位置，也就是，左侧或右侧，具有一个正值或负值，πsinφ表示波束方向控制的量。
图5A示出了根据本发明第二实施例的发送加权产生部分，图5B说明了发送加权产生的操作。
在图1所示的实施例中，加权系数是从反向链路接收功率比中计算得到的。然而，如图4中所示，在波束中心附近，两个相邻波束的接收功率之间的差值变大，导致在计算信号到达方向偏移φ时的困难。这是因为难以检测弱的接收功率，或者RP的表示范围加宽，并且等式(3)的表具有更大的比例。
如图6中所示，在图4所示的多波束之间准备了内插波束(细实线)，并且仅确定是否选择该内插波束。检测部分505-1和计算部分505-2的操作(步骤S11和S12)与图1中所示的检测部分106-1和功率比计算部分106-2的相同。为由计算部分106-2得到的功率比RP准备一个适当的阈值RTH，比较部分505-3将功率比RP与该阈值RTH进行比较(步骤S13)。
当比较结果表明RP≤RTH时，加权选择部分505-4采用波束功率p1和p2之间的内插波束(步骤S14)。如果RP＞RTH，则采用呈现最大接收功率的固定波束p1(步骤S15)。在这种情况下，发送波束的方向分辨功率加倍。从波束的增益特性可以容易地计算该阈值。
作为一种通过加权选择部分505-4选择对应于具有波束功率P1的固定波束的加权系数的方法，对应于固定波束(图4中对应于“A”至“F”的发送波束)的加权系数被预先登记在从诸如ROM等记录介质形成的表505-5a中，并查找表505-5a。
作为一种在波束功率p1和p2之间选择内插波束的方法，同样地，对应于内插波束的加权系数被预先登记在表505-5b中，并查找表505-5b。
如上所述，根据本发明，可以容易地形成一个具有比接收中使用的多波束更精确的方向分辨功率的发送波束。

Claims (12)

1.一种发送天线方向性控制装置，对于到达多个接收阵列天线单元(101-1-101-N)的无线电波信号的到达方向，该装置用于控制由多个发送阵列天线单元(109-1-109-N)形成的方向性，其特征在于包括：
接收多波束产生装置(103)，用于采用一个预定的加权系数对来自接收阵列天线单元的接收信号进行加权和组合以产生接收多波束；
发送加权系数产生装置(106)，用于根据来自所述的接收多波束产生装置产生的接收多波束的检测功率，为与和发送阵列天线单元对应的每个发送多波束相应的发送数据产生发送加权系数；
发送多波束产生装置(107)，用于将发送数据与来自于所述发送加权系数产生装置的发送加权系数相乘以产生发送多波束并将该发送多波束提供给相应的发送阵列天线单元，
所述发送加权系数产生装置包括：
功率比计算装置(106-2；505-2)，用于计算接收多波束的检测功率的最大功率(P1)与最大功率波束的一个相邻的呈现较大功率波束的功率(P2)的功率比(R)；和
发送加权系数计算装置(106-3，106-4；505-3，505-4)，用于根据来自所述功率比计算装置的功率比，计算发送加权系数。
2.根据权利要求所述1的装置，其特征在于所述发送加权系数计算装置包括：
偏移量检测装置(106-3)，用于根据来自于所述功率比计算装置的功率比，检测无线电波到达方向从波束中心方向的偏移量，和
计算装置(106-4)，用于根据来自于所述偏移量检测装置的偏移量，计算校正的发送加权系数。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
所述发送加权系数产生装置进一步包括波束编号检测装置(106-1)，用于检测最大功率的波束编号(p1)和相邻功率的波束编号(p2)，和
所述计算装置通过一个函数计算发送加权系数，该函数采用来自所述偏移量检测装置的偏移量作为一个方向校正项和来自所述波束编号检测装置的波束编号作为一个变量。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述发送加权系数产生装置进一步包括：
预先存储了对应于每个发送多波束的加权系数的第一加权系数存储装置(505-5a)，
预先存储了对应于被***在发送多波束的相邻波束之间的每个内插波束的加权系数的第二加权系数存储装置(505-5b)，和
选择装置(504)，用于根据来自所述功率比计算装置的功率比的值，选择存储在所述第一和第二加权系数存储装置中的一个加权系数。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于当来自所述功率比计算装置的功率比大于一个预定阈值时，所述选择装置选择所述第一加权系数存储装置并且将对应于最大功率的发送波束的加权系数输出到所述发送多波束产生装置。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于当来自所述功率比计算装置的功率比不大于一个预定阈值时，所述选择装置选择所述第二加权系数存储装置，并且将最大功率与相邻功率之间的内插波束的加权系数输出到所述发送多波束产生装置。
7.一种发送天线方向性控制方法，对于到达多个接收阵列天线单元(101-1-101-N)的无线电波信号的到达方向，控制由多个发送阵列天线单元(109-1-109-N)形成的方向性，其特征在于包括步骤：
采用一个预定的加权系数对来自接收阵列天线单元的接收信号进行加权和组合以产生接收多波束；
根据产生的接收多波束的检测功率，为与和发送阵列天线单元对应的每个发送多波束相应的发送数据产生发送加权系数；和
将发送数据与产生的发送加权系数相乘以产生发送多波束并将该发送多波束提供给相应的发送阵列天线单元，
发送加权系数产生步骤包括：
计算接收多波束的检测功率的最大功率(P1)与最大功率波束的一个相邻的呈现较大功率波束的功率(P2)的功率比(R)；和
根据计算的功率比计算发送加权系数。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于发送加权系数产生步骤包括步骤：
根据计算的功率比检测无线电波到达方向从波束中心方向的偏移量，和
根据检测的偏移量计算校正的发送加权系数。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：
发送加权系数产生步骤进一步包括检测最大功率的波束编号(p1)和相邻功率的波束编号(p2)的步骤，和
计算步骤包括由一个函数计算发送加权系数的步骤，该函数采用检测的偏移量作为一个方向校正项和检测的波束编号作为一个变量。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于发送加权系数产生步骤进一步包括：根据计算的功率比的值，在预先存储了对应于每个发送多波束的加权系数的第一表(505-5a)和预先存储了对应于被***在发送多波束的相邻波束之间的每个内插波束的加权系数的第二表(505-5b)中选择其中之一。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于选择步骤包括：当计算的功率比大于一个预定阈值时，选择第一表并输出对应于最大功率的发送波束的加权系数。
12.根据权利要求10所述的方法，其中选择步骤包括步骤：当计算的功率比不大于一个预定阈值时，选择第二表并输出最大功率与相邻功率之间的内插波束的加权系数。
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