CN1581577A - 信号发送装置以及信号发送方法 - Google Patents

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Abstract

信号发送装置以及信号发送方法。一种利用多个天线振子发送信号的信号发送装置，其包括：发送信号发生器，其被构造为将第一信号和第二信号中的至少一个信号转换成一个或更多个要利用规定的波束场型进行发送的发送信号，其中该第一信号寻址到属于一地理区域的任意移动终端，该第二信号寻址到位于所述地理区域的一部分内的特定移动终端；加权调节器，其被构造为对所述多个天线振子中的每一个的所述一个或更多个发送信号进行加权以限定所述规定的波束场型；以及信号合成器，其被提供给所述多个天线振子中的每一个，并被构造为对所加权的发送信号进行合成。

Description

信号发送装置以及信号发送方法
技术领域
本发明总体上涉及无线通信技术，更具体地，涉及用于将信号发送到位于指定地理区域内的一个或更多个用户的装置和方法。
背景技术
在无线通信领域中，对下一代通信方案进行了各种研究，也对这些通信方案进行了探讨。特别地，自适应阵列天线(AAA)技术是因具有增加用户数量的容量的潜力而受到关注的多种技术之一。
自适应阵列天线包括以阵列形式设置的多个天线振子(例如，偶极天线)。通过自适应地控制各个天线振子的权值，可以沿特定方向增大天线增益。例如，在朝对方通信节点传送信号的方向上增大天线增益，而在其他方向上降低天线增益。这种设置使得能够在降低干扰的情况下有效地发送信号，并使得要容纳在一个小区或扇区内的用户容量增大。例如，在文献A.Harada，S.Tanaka，M.Sawahashi以及F.Adachi，“Performance of Adaptive Antenna Array Diversity Transmitter forW-CDMA Forward Link”，Proc.PIMRC 99，pp.1134-1138，Osaka，Japan，1999年9月中公开了这种自适应控制技术。
下面对作为地理区域的扇区内的自适应控制进行说明，这同样适用于小区内的自适应控制。
在传统的移动通信***(例如，W-CDMA移动通信***)中，下行链路包括公共信道和专用信道。在专用信道上，利用由上述自适应阵列天线所产生的定向波束(beam)执行信号发送，同时使该波束场型(beampattern)适于每一个移动终端。另一方面，在公共信道上发送包含对属于该扇区的所有用户公共的信息的信号。因此，利用具有仅覆盖扇区的一部分的强方向性的波束的信号发送(称为“定向波束发送”)没有被采用。而是利用覆盖整个扇区的宽波束场型来发送信号(称为“全向扇区发送”)。
图1示意性地示出了传统信号发送装置的一部分。信号发送装置100具有彼此靠近设置的多个天线振子102、104和106。天线振子102、104和106分别设置有功率放大器108、110、和112。将通过相关加权调节器114、116和118进行适当加权的多个专用信道分别连接到功率放大器108、110和112的输入端。应该注意，将作为公共信道和加权专用信道的组合的复合信号从信号合成器120输入到功率放大器108。
在操作中，在加权调节器114-118分别将专用信道上的信号乘以适当的加权因子(W1-WN)，由功率放大器108-112进行放大，并利用仅覆盖扇区的一部分的定向波束从天线振子102-106发送。公共信道通过信号合成器120连接到功率放大器108，并从天线振子102发送信号。其他天线振子104和106不用于公共信道。天线振子102是全向天线，并且利用覆盖整个扇区的宽波束场型(即，通过全向扇区发送)发送来自公共信道的信号。因此，将公共信道信息同时发送给该扇区内的所有用户。
由于公共信道上的信号必须从天线振子102发送到整个扇区，所以与其它功率放大器相比，用于该天线振子102的功率放大器108需要更大的功率放大能力。假设将发送功率的20％分配给公共控制信道，并且均匀地利用十个天线振子对专用信道执行定向控制，则功率放大器108输出28％的发送功率，而各个其它功率放大器110-112输出发送功率的8％。因此，用于公共信道信令的功率放大器108需要比其它功率放大器110-112更高的放大能力。
但是，能够输出高功率信号的功率放大器占用了许多空间，这与减小信号发送装置尺寸的要求是相背离的。通常，从***的安全性和维护性角度来看要配备一备用功率放大器。该备用功率放大器也是大型且高功率的放大器。这也有悖于小型化的要求。随着发送公共信道所需的功率(即，总发送功率的一部分)增大，该缺点变得明显。另外，随着在公共信道上的全向扇区发送中所消耗的功率增大，分配给专用信道的发送功率下降。这限制了扇区容量。
为了克服该缺点，提出了一种用于利用构成阵列天线的多个天线振子向整个扇区发送公共信道的技术。例如，参见Ihara等人所著的“Efficient Common Channel Transmission Employing Multi-BeamAntennas for Adaptive Antenna Array Transmit Diversity in W-CDMAForward Link”。利用该技术，通过适当地控制多个天线振子的加权，可以经由多个天线振子将公共信道信息在整个扇区进行发送。该设置使得能够去除专用于公共信道发送的RF电路(例如，大型功率放大器108)。
但是，即使利用后一出版物中所公开的技术，在整个扇区发送公共信道的基本原理也是相同的。不管是使用单个天线振子还是使用多个天线振子，原则上总的功耗是相同的。因此，如果发送公共信道所需的功率增大，则依然存在着分配给专用信道的发送功率下降的问题。
发明内容
本发明旨在克服上述问题，本发明的一个目的是提供一种信号发送装置和一种信号发送方法，当通过全向扇区发送向位于无线基站的服务区内的移动终端发送公共信道时，该信号发送装置和信号发送方法能够控制发送功率。
为了实现该目的，在本发明的一个方面，利用多个天线振子来发送信号的信号发送装置包括：
(a)发送信号发生器，其被构造为将第一信号和第二信号中的至少一个信号转换成要利用规定的波束场型发送的一个或更多个发送信号，其中该第一信号寻址到属于一地理区域的任意移动终端，该第二信号寻址到位于该地理区域的一部分中的特定移动终端；
(b)加权调节器，其被构造为对各个天线振子的所述一个或更多个发送信号进行加权以限定所规定的波束场型；以及
(c)信号合成器，将其提供给各个天线振子，并被构造为对加权发送信号进行合成。
利用该设置，不必始终将诸如公共信道的第一信号发送到该地理区域的整个区域，因为可以利用定向在特定方向上的规定波束场型来发送该信号。因此，可降低发送功率。
在本发明的另一方面，一种信号发送方法包括以下步骤：
(a)产生寻址到属于一地理区域的任意移动终端的第一信号；
(b)将该第一信号发送到该整个地理区域；
(c)获取位于该地理区域的一部分内的移动终端的位置信息；
(d)基于该位置信息产生寻址到所述移动终端的第二信号；以及
(e)利用规定的波束场型，从多个天线振子向该地理区域的所述部分发送该第一信号和该第二信号。
附图说明
当结合附图阅读以下的详细说明时，本发明的其他目的、特征和优点将变得更加明了，在附图中
图1表示传统信号发送装置的一部分；
图2是根据本发明实施例的信号发送装置的功能性方框图；
图3示出了天线振子布局的一个示例；
图4示出了天线振子的布局的另一示例；
图5是利用图3中所示的天线振子的线性布局获得的天线增益的模拟结果的曲线图；
图6是利用图4中所示的天线振子的扇形布局获得的天线增益的模拟结果的曲线图；
图7表示各种波束场型；
图8表示根据本发明实施例向许多不同扇区发送的多路复用公共信道；
图9表示对定向波束进行多路复用的示例；
图10表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图11表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图12表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图13表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图14表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图15表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图16表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图17表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图18表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图19表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图20表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图21表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图22表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图23表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图24表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图25表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图26表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图27表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图28表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图29表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图30表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图31表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图32表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图33表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图34表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图35表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图36表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图37表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图38表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图39表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图40表示对定向波束进行多路复用的另一示例；
图41表示对公共信道和导频信道进行多路复用的示例；
图42表示用于发送公共信道和导频信道的波束场型的多个示例；
图43是根据本发明另一实施例的信号发送装置的功能性方框图；
图44是表示根据本发明实施例的操作过程的流程图；以及
图45是根据本发明又一实施例的信号发送装置的功能性方框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
图2是根据本发明实施例的信号发送装置的功能性方框图。信号发送装置200包括第一发送信号发生器202和第二发送信号发生器204。该第一和第二发送信号发生器202和204产生发送信号，以使得可以通过调节频率、时隙或扩散码彼此区分这些信号(将在后面说明其细节)。将第一发送信号发生器202的多个输出端连接到用于天线振子208的各个加权调节器206。将各个加权调节器206的输出提供给为各个天线振子208设置的信号合成器210。在天线振子208和相关信号合成器210之间设置有功率放大器212。在该示例中，提供给各个天线振子的功率放大器212具有相同的放大性能。由加权控制器214确定加权调节器206中所使用的加权因子。
类似地，将第二发送信号发生器204的多个输出端连接到各个加权调节器216，并将各个加权调节器216的输出提供给多个信号合成器210之一。由加权控制器218确定加权调节器216中所使用的加权因子。在该实施例中，使用N个天线振子208，并由加权控制器214和218为各个波束确定一组加权因子(包括N个加权因子)。根据从天线振子208发送的定向波束的数量来设置第二发送信号发生器204。
通过开关220将第一发送信号发生器的输入端连接到基站(BS)公共信息生成器222的输出端。例如，BS公共信息生成器222产生寻址到容纳在该扇区中的所有用户的广播信息，例如W-CDMA移动通信***中使用的BBCH(广播控制信道)。例如，该广播信息包括小区编号、基站的杂乱码(scramble code)以及其他信息。
信号发送装置200还包括用于管理位于扇区内的所有用户终端的位置的用户位置信息管理单元224和用于产生关于各个用户的信息的用户信息生成器226。可以根据信号到达方向或者所接收的来自移动终端的上行链路信道的功率来估测用户的位置。另选地，通过确定从移动终端发送到基站的反馈信号属于覆盖该扇区的多个波束中的哪个波束，可以直接根据该反馈信号获得位置信息。用户位置信息管理单元224利用任意方法保留并管理该扇区内所有的用户位置。该位置信息通常由限定二维平面中的点的两个参数来表示。但是，由于在该实施例中，移动终端相对于基站的方向的角度比从基站到移动终端的距离更重要，所以位置信息可以表示为方向角度。用户信息生成器226产生各个用户的信息，例如用于呼叫特定用户的信息。
在用户位置信息管理单元224和用户信息生成器226之间***用户确定单元228。基于来自用户位置信息管理单元224的位置信息，用户确定单元228确定与特定定向波束相关联的用户，并将确定结果提供给用户信息生成器226。由多路复用单元230将用户信息生成器226的输出和开关220的输出进行合成。将各个多路复用单元230的输出提供给相关的第二发送信号发生器204。
将图2中所示的N个天线振子208彼此靠近地设置，以构成具有预定布局的自适应阵列天线。图3和图4表示天线布局的示例。在图3中，以间隔λ/2沿直线将多个天线振子设置得非常靠近，其中λ是发送信号的载频的波长。箭头方向表示主波束的方向。在图4中，以扇形的方式设置多个天线振子。虽然在图3和图4中所示的示例中使用了八个天线振子，但是，可以使用任意数量的天线振子。尽管在该实施例中，假设限定扇区的角度为120度，但可以以其它角度限定扇区。可以以不同的布局设置天线振子，只要该天线振子208可以适当地改变波束的波束场型。
接下来，对发送公共信道的方法进行说明。在该实施例中，可以将该扇区内的所有用户共用的公共信道发送到该扇区的整个区域，或者另选地仅发送到该扇区的一部分。当发送到该扇区的整个区域时，可以通过由一组加权因子(包括N个加权因子)限定的单个波束场型来发送公共信道。在这种情况下，使用第一发送信号发生器202。另选地，可以利用第二发送信号发生器204，通过多个定向波束发送公共信道。下面，对使用第一发送信号发生器202利用由N个加权因子实现的单个波束场型的公共信道的发送进行说明。在上述出版物“Efficient Common ChannelTransmission Employing Multi-Beam Antennas for Adaptive AntennaArray Transmit Diversity in W-CDMA Forward Link”中公开了利用N个天线振子和N个加权因子将公共信道发送到扇区的整个区域的原理。
由BS公共信息生成器222产生与该扇区内的所有用户相关联的公共信道。当执行公共信道的全向扇区发送时，将开关220连接到端子A，并将公共信道提供给第一发送信号发生器202。第一发送信号发生器202将公共信道转换成要利用预定波束场型进行发送的发送信号。所产生的发送信号应可以通过调节频率、时隙、扩散码或者它们的组合而与从天线振子208发送的其他信号相区分。将第一发送信号发生器202的输出对各个天线振子进行适当的加权，提供给信号合成器210，并从天线振子208发送。
开关220的切换操作在规定时隙内周期性地执行，或者另选地，可以响应于某一控制信号而执行。尽管示出了开关220以选择端子A或B，但是第一发送信号发生器202不必响应于不存在或存在通过开关220的输入信号而改变其输出信号。即使在开关220从端子A切换到端子B之后，第一发送信号发生器202也可以连续地输出相同的信息。
依据由加权调节器206和加权控制器214设定的加权因子W(n)确定要由无线电波发送的信号的波束场型，其中n表示第n个天线振子(1≤n≤N)。加权因子W(n)表示为
W ( n ) = 1 M Σ m = 1 M W ( n , m ) = 1 M N Σ m = 1 M exp [ j · π ( n - 1 ) sin ( θ m ) ] - - - ( 1 )
其中θm表示定向波束的主波瓣(main lobe)的方向，m是满足1≤m≤M的整数。系数M是要叠加的定向波束的数量，在该实施例中，假设M为8(M＝8)。通过将主波瓣朝向不同方向的8个定向波束进行叠加，来发送覆盖扇区的整个区域(120度)的波束场型。例如，该定向波束表示为
{θm}m＝1-8
＝{-52.5，-37.5，-22.5，-7.5，+7.5，+22.5，+37.5，+52.5}。
在该示例中，使用由公式(1)表示的平均加权因子。但是，实现覆盖扇区的整个区域的波束场型的加权因子并不限于该示例。例如，可以采用在文献R.C.Hanse，Phased Array Antenna，John Wiley和Sons，1998中公开的正交波束信息。可以估测加权因子，而不是叠加多个定向波束，以使得天线增益在扇区的整个区域内基本恒定。从便于加权控制的角度来讲，理想的是基于公式(1)设定加权因子。
图5是一曲线图，表示当通过图3中所示的线性天线布局构成使用由公式(1)限定的加权因子的公共信道的波束场型时的天线增益的模拟结果。由8个定向波束构成的波束场型(天线增益)由实线表示。作为比较，由虚线表示通过利用单个天线振子的传统技术所获得的天线增益(波束场型)。图6是一曲线图，表示利用图4中所示的扇形天线布局得到的天线增益的模拟结果。如图5和图6中所清楚显示的，与利用单个天线振子的发送波束场型相似地，由8个天线振子构成的波束场型覆盖120度(从-60度到+60度)的范围。
通过该方法，利用多个天线振子，使用覆盖扇区的整个区域的波束场型来发送公共信道，因此，可以避免在特定功率放大器上集中过量的工作负荷。由于取消了在图1中所示的传统装置中使用的大型功率放大器108，所以可以对为各个天线振子208设置的所有功率放大器212提供相同的性能水平。因此，可以使信号发送装置紧凑。
在适当加权条件下利用多个天线振子发送公共信道的原理可以扩展应用到通过调节加权因子，利用各种波束场型(包括宽波束场型和窄波束场型)发送公共信道。
图7A至图7D表示通过调节加权因子利用多个天线振子产生的各种波束场型。由图7A中的粗线所描述的波束场型是通过叠加N个定向波束而产生的，该波束场型可以覆盖扇区的整个区域。该波束场型可以用于使用多个天线振子执行全向扇区发送。图7B中所示的波束场型具有主波瓣朝向特定方向的强方向性。通过将发送波束集中在特定方向上，可以降低发送功率。图7C中所示的波束场型在图7A和图7B的波束场型之间。可以通过调节要叠加的定向波束的类型和数量来形成这类波束场型。例如，图7C的波束场型是通过将具有由公式(1)限定的方向θ4、θ5、θ6上的主波瓣的三个定向波束叠加而成的。
公共信道中所包含的信号包括要发送到当前属于该扇区的所有移动终端的信息。这种信息的一个示例是W-CDMA移动通信***中使用的主公共控制物理信道(primary-common control physical channel)(P-CCPCH)。因此，将该公共信道发送到该扇区的整个区域。但是，如果在基站的信号发送装置可以知道该扇区中的用户分布，则可以避免公共信道的全向扇区发送(图7A中所示)，作为替代，可以选择适当的波束场型(图7B或7C中所示)以发送公共信道。避免对该扇区的整个区域进行全向发送是有利的，因为可以将先前由全向扇区发送所消耗的发送功率分配给单个信道，因此可以增大扇区容量。
另外，如图7D所示，可以利用不同的波束场型发送两个或更多个公共信道。当对波束场型进行多路复用时，必须基于一些因素(例如，频率、时隙、扩散码或它们的组合)来识别各个波束场型。下面对这些因素的细节进行说明。
参照图2和图8，对利用取决于扇区中的用户分布的多个定向波束发送多个公共信道进行说明，其中所有或部分的公共信道彼此不同。在图8中，利用具有不同方向性的9个波束场型θ1至θ9发送公共信道。确定波束场型的加权因子以使扇区的整个区域(由虚线表示)被这些波束场型覆盖。用户1和3属于波束场型θ2，用户2、3和4属于波束场型θ3，用户5属于波束场型θ4，用户6和7属于波束场型θ6，用户8和9属于波束场型θ8。
通过用户位置信息管理单元224计算出各个用户的位置。例如，可通过在(基站的)信号发送装置处对从用户终端发送的上行链路信号的到达波的方向进行测量来估测该用户的位置或方向。另选地，通过接收关于当前由哪个波束场型覆盖该用户的方向信息来获取位置信息。在任何一种情况下，用户位置信息管理单元224具有关于用户及其位置(或者相对于基站的方向)的信息，并将该信息提供给用户确定单元228。
根据从信号发送装置200发送的定向波束的数量来设置用户确定单元228。各个用户确定单元228计算出哪些用户属于相关的波束场型(波束场型θ1至θ9之一)。例如，基于从用户位置信息管理单元224提供的用户位置信息，分配给波束场型θ3的用户确定单元228计算出用户2、3和4位于由波束场型θ3覆盖的区域内。然后，用户确定单元228请求用户信息生成器226输出关于用户2、3和4的信息项。响应于该请求，用户信息生成器226输出关于单个用户2、3和4的信息项(如果有的话)，并将这些信息项提供给多路复用单元230。然后在第二发送信号发生器204对这些信息项进行信号处理，由相关加权调节器216和加权控制器218进行加权，并利用多个天线振子208，通过由加权因子确定的波束场型进行发送。
除了寻址到单个用户2、3和4的信息以外，在将由BS公共信息生成器222为所有用户产生的公共信息提供给相关的第二发送信号发生器204之前，也可以在各个多路复用单元230上对这些信息进行多路复用。除了用于所有用户的公共信道的全向扇区发送外，也可以或者替代地采用单个波束场型发送包含寻址到所有用户的信息的信号。例如，对于波束场型θ3，对关于特定用户(用户2、3和4)的信息项和寻址到扇区内所有用户(用户1-9)的公共信息进行多路复用，并采用该波束场型θ3进行发送。类似地，对于波束场型θ6，对与用户6和7相关的信息项和寻址到该扇区内所有用户的公共信息进行多路复用，并采用该波束场型θ6进行发送。这同样适用于其他波束场型。通过这种方式，可以不必将公共信道发送到该扇区的整个区域。依据要发送的信号的内容或者移动终端的分布，通过开关220的操作确定是否要将来自BS公共信息生成器222的信号输入到第一发送信号发生器202或第二发送信号发生器204。
当对不同波束场型进行多路复用时，必须利用一些因素来识别各个波束或者使各个波束区分于其它波束。可以使用频率、时隙和扩散码以及方向性作为这种因素。为了更加精确，第一发送信号发生器202和/或第二发送信号发生器204执行信号处理，从而以不同的频率或不同的时隙或者在利用不同扩散码进行扩频之后从天线振子发送信号。在图9至图40中示出了波束场型的识别的各种示例。
图9和图10示出了多个示例，其中通过改变频率来彼此区分波束。由第二发送产生器204(参见图2)产生定向波束场型。在图9中，N个定向波束的所有频率彼此不同。用户检测该到达公共信道(的频率)，并接收该公共信道中所包含的广播信息。可以采用诸如使用同步化的已知方法检测该到达公共信道的频率。在图10中，交替使用两个不同的频率。这两个频率中的每一个频率每隔一个波束分配一次。当采用具有充分不同的方向性的波束场型时，在空间方面减少了干扰，因此可以重复地使用两个不同的频率。这种设置提高了无线电资源的使用效率。
图11和图12示出了多个示例，其中通过改变时隙来彼此区分波束。由第二发送产生器204产生要在不同时隙发送的定向波束。在图11中，分配给N个定向波束的所有时隙彼此不同。在图12中，利用波束场型的充分不同的方向性，交替地使用两个不同的时隙。这两个时隙中的每一个时隙每隔一个波束分配一次。这种设置提高了吞吐量(发送速率)。用户通过检测该到达公共信道的时隙来接收公共信道中所包含的信息。可以通过适当的已知方法来检测时隙。
图13和图14示出了多个示例，其中利用不同的扩散码来彼此区分波束。由第二发送产生器204产生已利用不同的扩散码进行了扩频的定向波束。在图13中，用于N个信号的频谱扩展的扩散码都不相同。在图14中，利用波束的充分不同的方向性，交替地使用两个不同的扩散码。这两个扩散码中的每一个扩散码每隔一个波束分配一次。通过重复使用两个扩散码，可以提高资源的使用效率。用户检测该到达公共信道的扩散码，并接收该公共信道中所包含的信息。可以利用任何已知的方法来检测扩散码。
图15、图16和图17示出了多个示例，其中利用不同的频率和不同的时隙彼此区分波束。由第二发送信号发生器204(图2)产生这些波束中的每一个波束。在图15中，产生要在不同时隙内但以相同频率(频率1)发送的一对波束。还产生要在不同时隙内但以另一频率(频率2)发送的另一对波束。重复使用这两对波束。因此，每隔三个波束分配相同的时隙和相同的频率。在图16中，产生要使用不同的频率(频率1和频率2)但在相同时隙内发送的一对波束。还产生要使用不同频率但在另一个时隙内发送的另一对波束。重复使用这两对波束。每隔三个波束分配相同的时隙和相同的频率。在图17中，产生要在不同时隙内使用不同频率发送的一对波束，重复使用这两种类型的波束。换句话说，每隔一个波束就以相同的频率并在相同的时隙内进行发送。
图18、图19和图20示出了多个示例，其中利用不同的频率和不同的扩散码来彼此区分波束。由第二发送信号发生器204(图2)产生这些波束中的每一个波束。在图18中，产生使用不同扩散码(扩散码1和扩散码2)进行不同扩频但以相同频率(频率1)发送的一对波束。产生由不同扩散码(扩散码1和扩散码2)进行不同扩频但以另一频率(频率2)发送的另一对波束场型。重复使用这两对波束。因此，每隔三个波束出现由相同扩散码和相同频率限定的波束。在图19中，产生要使用不同频率(频率1和频率2)发送但由相同扩散码(扩散码1)扩展的一对波束场型。还产生要使用不同频率发送但由另一个扩散码(扩散码2)扩展的另一对波束场型。重复使用这两对波束，并且每隔三个波束出现由相同扩散码和相同频率限定的波束。在图20中，产生要使用不同频率和不同扩散码发送的一对波束，交替使用这两个波束。每隔一个波束就以相同的频率并使用相同的扩频进行发送。
图21、图22和图23示出了多个示例，其中利用不同的扩散码和不同的时隙来彼此区分波束。由第二发送信号发生器204(图2)产生这些波束中的每一个波束。在图21中，产生要在不同时隙中发送但使用相同扩散码(扩散码1)扩展的一对波束。还产生要在不同时隙中发送但使用另一扩散码(扩散码2)扩展的另一对波束。因此，每隔三个波束出现由相同扩散码和相同时隙限定的波束。在图22中，产生由不同扩散码(扩散码1和扩散码2)进行不同扩频在相同时隙内发送的一对波束。产生由不同扩散码进行不同扩频在另一时隙内发送的另一对波束。重复使用这两对波束。每隔三个波束出现由相同时隙和相同扩散码限定的波束场型。在图23中，产生要在不同时隙内发送的由不同扩散码进行不同扩频的一对波束，并重复使用这对波束。每隔一个波束就以相同的时隙和相同的扩频进行发送。
图24示出了利用不同频率、不同时隙和不同扩散码来彼此区分波束的示例。由第二发送信号发生器204(图2)产生各个波束场型。准备四对波束场型，以使得利用不同频率(频率1和频率2)但以相同的扩散码和相同的时隙来发送各对波束，并且在这四对波束之间改变时隙和扩散码。重复使用这四对波束。因此，每隔七个波束就出现由相同频率、相同时隙和相同扩散码限定的波束。
接下来，如图7D所示，对当在具有强方向性的波束上对具有弱方向性的波束进行多路复用时的波束识别进行说明。利用图9至图24中所示的技术之一来彼此区分这些波束。如在传统方法中那样，可以利用大型功率放大器，通过单个天线振子102(图1)形成并从其发送用于全向扇区发送的波束。另选地，可以从多个天线振子208(图2)发送波束，如本实施例中所述。在以下的示例中，为方便起见将要进行全向扇区发送的波束称为“波束0”。另一方面，在加权调节器216上进行加权因子的调节之后，从多个天线振子208中发送在全向波束上进行多路复用的定向波束。
图25和图26示出了利用不同频率来彼此区分波束的示例。在图25中，分配给N个波束的所有频率与分配给波束0的频率不同。在图26中，交替分配与波束0的频率不同的两个频率。这种设置提高了使用资源(频率)的效率。
图27和图28示出了利用不同时隙来彼此区分定向波束并区分波束0的示例。在图27中，在时隙1至N内分别发送波束1至波束N，时隙1至N与分配给波束0的时隙都不同。在图28中，利用波束场型的独特方向性，准备并交替使用与分配给波束0的时隙不同的两个时隙。每隔一个波束就在同一个时隙内进行发送。这种设置提高了吞吐量(或发送速率)。
图29和图30示出了利用不同的扩散码来彼此区分定向波束并区分波束0的示例。在图29中，利用扩散码1至N对波束1至N的频谱进行扩展，扩散码1至N彼此都不相同并且与分配给波束0的扩散码也不同。在图30中，准备并交替使用与分配给波束0的扩散码不同的一对扩散码。这种设置提高了使用资源(扩散码)的效率。
图31至图38示出了利用不同频率和不同时隙来彼此区分定向波束并区分波束0的多个示例。在图31中，在不同时隙内，以与分配给波束0的第一频率不同的第二频率发送波束1至N。更精确地，准备并交替使用一对时隙以发送波束1至N。每隔一个波束就以相同的频率并在相同的时隙内进行发送。在图32中，在与分配给波束0的第一时隙不同的第二时隙内发送波束1至N。准备一对频率并交替地将这对频率分配给波束1至N。因此，每隔一个波束就以相同的频率在相同的时隙内进行发送。
在图33中，将均与分配给波束0的时隙不同的两个不同时隙交替地分配给波束1至N。另外，使用两个不同的频率，从而以频率1发送设置有不同时隙的一对波束，以频率2发送设置有不同时隙的另一对波束。换句话说，重复地使用以不同频率发送的两对波束(各对波束在不同的时隙中进行发送)。因此，每隔三个波束就以相同的频率在相同的时隙内进行发送。在图34中，使用均与分配给波束0的时隙不同的两个不同时隙。将第一时隙分配给一对波束，这对波束以两个不同的频率1和2发送。将第二时隙分配给另一对波束，这对波束也以两个不同的频率1和2发送。重复使用在不同时隙内发送的两对波束(每对波束以不同频率进行发送)。因此，每隔三个波束就以相同频率在相同时隙内进行发送。在图35中，将均与分配给波束0的时隙不同的两个不同时隙交替地分配给波束1至N。另外，将两个不同频率交替地分配给波束1至N。重复使用以不同频率在不同时隙内发送的一对波束。因此，每隔一个波束就在相同时隙内以相同频率进行发送。
在图36中，将均与分配给波束0的频率不同的两个不同频率(频率2和频率3)交替地分配给波束1至N。另外，使用两个不同时隙，从而在一个时隙内发送设置有不同频率的一对波束，并在另一个时隙内发送设置有不同频率的另一对波束。换句话说，重复地使用在不同时隙内发送的两对波束(各对波束以不同频率进行发送)。因此，每隔三个波束就以相同频率在相同时隙内进行发送。在图37中，将均与分配给波束0的频率不同的两个不同频率分配给波束1至N。另外，将两个不同时隙交替地分配给波束1至N，从而以频率2发送设置有不同时隙的一对波束，并以频率3发送另一对波束。换句话说，重复使用以不同的频率发送的两对波束(各对波束在不同时隙内进行发送)。因此，相隔三个波束就以相同频率在相同时隙内进行发送。在图38中，将均与分配给波束0的频率不同的两个不同频率交替地分配给波束1至N。另外，将两个不同的时隙交替地分配给波束1至N。重复使用要以不同频率在不同时隙内发送的一对波束。因此，每隔一个波束就以相同频率在相同时隙内进行发送。
图39和图40示出了利用不同的频率、不同的时隙和不同的扩散码来彼此区分波束并区分波束0的示例。在图39中，使用与波束0所使用的扩散码1不同的扩散码2对波束1至N的频谱进行扩展。将两个不同频率交替地分配给波束1至N，并将两个不同的时隙交替地分配给波束1至N。换句话说，重复使用要以不同频率在不同时隙内发送的一对波束，因此，利用相同的扩散码，每隔一个波束就以相同频率在相同时隙内进行发送。在图40中，波束0用于利用两个不同扩散码发送两个公共信道。与波束0所使用的扩散码不同的第三扩散码用于对波束1至N的频谱进行扩展。将两个不同频率和两个不同时隙交替地分配到波束1至N，从而重复使用要以不同频率在不同时隙内发送的一对波束。因此，利用相同的扩散码，每隔一个波束就以相同频率在相同时隙内进行发送。
除了图9至图40中所示的示例以外，还可以利用各种方法来识别(或者彼此区分)波束。例如，当重复利用多个频率时，除了每隔一个波束或者每隔三个波束以外，也可以每隔任意数量的波束分配相同频率。这种波束场型可以规则地或不规则地变化。跟据目的适当地确定要采用哪种波束场型。为了降低在信号处理方面的工作量，希望基于频率、时隙和扩散码这些因素之一来识别波束。为了改善波束识别，希望基于上述因素的组合来识别波束。为了应用到正交频分多路复用(OFDM)通信***(在该***中频率轴上的信息极大地影响信号的解调精度)，希望利用除了频率以外的诸如时间、扩散码或方向性的因素来识别波束。
接下来，对利用全向扇区发送和定向波束发送的公共信道和导频信道的多路复用进行说明。导频信道是用于公共信道的解调的已知信号或基准信号(其调制模式在用户端的接收机上是已知的)。导频信道的示例包括用于同步检测的基准信号、用于信道估测的基准信号以及用于SIR(信号干扰比)测量的基准信号。当进行小区搜索、自适应调制/解调、纠错编码以及进行发送功率控制时使用该SIR。该公共信道例如包括发送到位于某一区域内的用户的CCCH。当发送公共信道和导频信道时，必须基于方向性、频率、时隙或扩散码来彼此区分用于承载这些信道的波束。
图41A至41E示出了对公共信道和导频信道进行多路复用的示例。在图41A中，利用不同频率对公共信道和导频信道进行多路复用。所示的信道方框的横向与时间轴相对应，信道方框的纵向(或高度)与功率相对应。在图41B中，利用时隙对公共信道和导频信道进行多路复用。在图41C中，利用不同的扩散码对公共信道和导频信道进行多路复用。在图41D中，利用不同的时隙和不同的频率对公共信道和导频信道进行多路复用。在图41E中，利用不同的时隙和不同的扩散码对公共信道和导频信道进行多路复用。
图42A至42C示出了当对公共信道和导频信道进行多路复用时所形成的波束场型的示例。在这些示例中，为便于图示，由不同的扩散码来彼此区分波束。可以使用上述的许多其它方法来区分这些波束。
在图42A中，公共信道和导频信道都利用全向扇区发送的波束场型进行发送。由于公共信道和导频信道的波束场型相同，所以可以利用导频信道高精度地执行信道估测。因为在扇区内仅使用单个导频，所以可降低在打开电源或执行越区切换时所执行的小区搜索的工作量。
在图42B中，利用定向波束场型发送公共信道和导频信道之一，并通过全向扇区发送将另一个发送到扇区的整个区域。由于公共信道和导频信道的波束场型不同，所以可以通过不同的信道发送公共信道和导频信道。为了在由定向波束发送导频信道时准确估测信道，将来自各个波束的导频信道进行平均是有利的。在这种情况下，不管用户位于扇区的什么位置，该用户都可以容易地获取公共信道。
在图42C中，利用定向波束发送公共信道和导频信道。由于公共信道和导频信道的波束场型相同，所以与图42A相似地，可以实现高精度的信道估测。另外，由于不必向扇区的整个区域发送信号，所以可大大降低发送功率，并且可以从信号发送装置中去除第一发送信号发生器。始终将来自基站(BS)公共信息生成器222的信号提供给第二发送信号发生器204，如图43所示。
从节省发送功率的角度来看，图42C中所示的波束场型是有利的。但是，用户必须提前获得关于定向波束发送所使用的扩散码的信息，并且与图42A中所示的设置相比，用户终端上的工作量更大。例如，当打开电源时，增加了在小区搜索过程中波束搜索所需的工作量。当需要降低用户终端上的工作量时或者当用户广泛地分布在扇区内时，图42B中所示的波束场型是有利的。跟据环境切换图42B和图42C中所示的波束场型也是有利的。
图44是表示该实施例中执行的处理的流程图。在步骤S4302，将初始广播信息发送到扇区的整个区域。参照图2，BS公共信息生成器222通过开关220的端子A向第一发送信号发生器202提供初始广播信息。对于覆盖扇区的整个区域的波束场型，对第一发送信号发生器202的输出进行加权，并随后从多个天线振子208进行发送(通过全向扇区发送)。该初始广播信息包括关于用于产生发送广播信息的定向波束的频率、时隙和扩散码的信息项，，但不包括广播信息本身。广播信息是关于寻址到位于该扇区内的所有用户的整个扇区的信息(例如，BCCH)，并且例如包括小区编号。通常，初始广播信息的数量少于广播信息。
在步骤S4304，获取用户的位置信息。该位置信息由用户终端相对于基站的方向的角度来表示。在用户位置信息管理单元224对用户位置信息进行管理。可以根据来自移动终端(用户终端)的上行链路信道的到达方向或信号强度来估测用户位置信息。另选地，可以直接从移动终端接收用户位置信息。例如，如果在某一时间点可以获得定向波束θ1、θ2和θ3，则基站发送接收该定向波束θ1、θ2和θ3所需的初始广播信息(例如，频率、时隙或扩散码)。用户捕获该初始广播信息，并选择适于当前位置的合适波束(例如，波束θ2)。将选择结果反馈给基站，并且基站直接获取移动终端(用户终端)的位置。
在步骤S4306，基于用户位置信息产生发送信号。将用户位置信息管理单元224管理的位置信息提供给所设置的用户确定单元228，以与各个定向波束相对应。各个用户确定单元228找到与该波束相关联的用户。然后，如果存在寻址到该用户的信息，则用户确定单元228请求用户信息生成器226输出该信息，用户信息生成器226输出所请求的信息，并将该信息提供给多路复用单元230的多个输入端子之一。通过开关220的端子B，多路复用单元230的另一个输入端子从基站(BS)公共信息生成器222接收广播信息。在该实施例中，BS公共信息生成器222输出信息，该信息的内容可以根据开关220所连接的端子(端子A或端子B)而改变。
在步骤S4308，对各个第二发送信号发生器204的输出进行加权，以实现通过对应的信号合成器210和功率放大器212提供给对应的天线振子208的适当定向波束，并利用该定向波束从天线振子208发送该输出。然后，过程返回到步骤S4302以发送初始广播信息。通过交替地地执行初始广播信息的全向扇区发送以及广播信息的定向波束发送，可以降低用户终端上的波束搜索工作量，同时可以节省基站的发送功率。可以规则地执行发送模式的切换操作，或者另选地，可以根据要求不规则地执行发送模式的切换操作。与广播信息相比，初始广播信息的数量很小。因此，与向扇区发送广播信息相比，即使基站向扇区的整个区域发送初始广播信息，也可以使基站的发送功率保持较低。
尽管在图44所示的操作流程图中，交替地发送初始广播信息和广播信号，但也可以发送其他信号。例如，在由定向波束发送导频信道的同时，可以交替地执行全向扇区发送和定向波束发送以发送公共信道。另选地，在利用定向波束发送导频信道的同时，可以交替地执行初始公共信道的全向扇区发送和公共信道的定向波束发送。初始公共信道包含接收公共信道所需的信息，并且其信息量少于公共信道的信息量。通过交替地执行在图42B和42C中所示的无线电信号发送，实现了对用户和基站都有利的信号发送。
如上所述，在从基站向移动终端发送公共信道时，无需向扇区的整个区域进行全向发送。利用定向波束而不利用全向扇区发送来发送公共信道。可以利用仅覆盖扇区的一部分的波束场型，发送要发送到属于该扇区的任意移动终端的信号和要发送到位于扇区区域内的特定移动终端的信号。在这种情况下，将公共信道发送到扇区的限定区域内，而不是发送到扇区的整个区域。因此，可以节省发送功率。可以将所节省的功率在各个信道之间进行分配，并可以增大***容量。
即使执行全向扇区发送以发送公共信道，也可以通过将公共信道的定向波束发送与全向扇区发送进行组合来降低总发送功率。例如，可以将广播信息的定向波束发送与初始广播信息的全向扇区发送进行组合，以使用户能够使用该广播信息。在利用覆盖该扇区的整个区域的波束场型发送捕获该信号所需的初始信息的同时，利用仅覆盖扇区的一部分的波束场型发送要发送到位于该扇区内的任意用户的信号。将要发送到位于该扇区的一部分中的特定移动终端的信号发送到覆盖该扇区的一部分的波束场型。通过这种方式，减少由全向扇区发送所发送的信息量以节省发送功率。
上述发送技术可以应用于各种信号发送，例如(1)发送寻址到位于该扇区的特定区域内的用户的信息，以及(2)发送寻址到该扇区内的所有用户的信息。发送(1)包括向位于特定区域中的用户发送个人信道、公共信道以及发送关于特定定向波束的公共导频信道。发送(2)包括发送寻址到所有用户的公共信道(包括初始广播信息)以及关于全向扇区发送的公共导频信道。可以对这些信号适当地进行多路复用。通过利用定向波束发送两个或更多个多路复用信号，可以极大地降低发送功率。通过改变频率、时隙或扩散码中的全部或部分，可以彼此区分要进行多路复用的信号。
除了利用定向波束将不同信息项发送到整个扇区或扇区的一部分，可以利用多个定向波束将相同内容的信息发送到该扇区的整个区域。这种设置使得不管用户位于扇区的什么位置都能接收信息，并能够基于从其中获取信息的定向波束来识别用户当前所在的扇区区域。
在上述实施例中，在将来自BS公共信息生成器222(图2和图43)的信号和来自用户信息生成器226的信号提供给第二发送信号发生器204之前，在多路复用单元230对两个信号进行多路复用。但是，本发明并不限于该结构。只要从天线振子208发送出该多路复用信号，可以在任意点上执行信号的多路复用。例如，可以在信号合成器210对信号进行多路复用，如图45所示。如果由加权调节器207、209和211所调节的加权因子全都相同，则在由加权因子实现的定向波束上对来自BS公共信息生成器222的信号和来自用户信息生成器226的信号进行多路复用。为了区分要进行多路复用的信号，发送信号发生器202和204利用频率、时隙或扩散码来执行适当的正交化。如果由加权因子调节器209和211所调节的加权因子彼此不同，并且如果波束的方向性不同，则从在这些定向波束上对来自BS公共信息生成器222的信息进行有效地多路复用的角度来看，在产生发送信号之前对信号进行多路复用是优选的，如图2所示。为了通过图45中所示的结构实现该目的，必须为具有不同方向性的多个定向波束中的每一个提供与加权调节器207相对应的信号路径。
在上述实施例中，根据在该扇区中的移动终端的状况(包括位置)，以适当的发送方案发送公共信道、导频信道和其它信号。因此，可以降低总发送功率，并且可以增大***容量。通过利用一个或更多个用于全向扇区发送和/或定向波束发送的波束在公共信道上对导频信号进行多路复用，可以有效地发送该导频信号。通过执行各种模式的信道多路复用，例如公共信道和个人信道、或者公共信道和公共导频信道的多路复用，可以节省发送功率和控制信道带宽(资源)。

Claims (15)

1.一种利用多个天线振子发送信号的信号发送装置，其包括：
发送信号发生器，其被构造为将第一信号和第二信号中的至少一个信号转换成要利用规定的波束场型进行发送的一个或更多个发送信号，其中该第一信号寻址到属于一地理区域的任意移动终端，该第二信号寻址到位于所述地理区域的一部分内的特定移动终端；
加权调节器，其被构造为对所述多个天线振子中的每一个的所述一个或更多个发送信号进行加权以限定所述规定的波束场型；以及
信号合成器，其被提供给所述多个天线振子中的每一个，并被构造为对所加权的发送信号进行合成。
2.根据权利要求1所述的信号发送装置，其中所述加权调节器通过对具有不同方向性的多个定向波束所使用的加权因子进行平均，来设定用于限定所述规定的波束场型的加权因子。
3.根据权利要求1所述的信号发送装置，其中在发送所述发送信号之前，所述发送信号发生器利用频率、时隙和扩散码中的至少一种对所述一个或更多个发送信号进行正交化。
4.根据权利要求1所述的信号发送装置，进一步包括：
管理单元，其被构造为对所述地理区域内的移动终端的位置信息进行管理；以及
用户信息生成器，其被构造为基于所述移动终端的位置信息产生所述第二信号。
5.根据权利要求1所述的信号发送装置，进一步包括：
用户确定单元，其被构造为基于所述移动终端的位置信息对与特定的定向波束相关联的用户进行检测；以及
多路复用单元，其被构造为对要发送给所检测的用户的所述第一信号和所述第二信号进行多路复用。
6.根据权利要求1所述的信号发送装置，其中所述第一信号或所述第二信号包括多个移动终端共用的公共信道或者用于解调所述公共信道的公共导频信道。
7.根据权利要求6所述的信号发送装置，其中所述公共信道包括寻址到属于所述地理区域的任意移动终端的信息项和寻址到位于所述地理区域的一部分内的特定移动终端的另一信息项中的至少一个信息项。
8.根据权利要求1所述的信号发送装置，进一步包括：
开关，其被构造为根据所述第一信号的信息类型或属于所述地理区域的移动终端的状态，选择将信号发送到整个所述地理区域或所述地理区域的一部分。
9.根据权利要求1所述的信号发送装置，其中所述发送信号发生器包括：
第一发送信号发生器，其被构造为将所述第一信号转换成要利用覆盖整个所述地理区域或所述地理区域的一部分的波束场型进行发送的第一发送信号；以及
第二发送信号发生器，其被构造为将所述第二信号转换成要利用所述规定的波束场型进行发送的第二发送信号。
10.根据权利要求9所述的信号发送装置，其中所述加权调节器包括：
第一加权调节器，其被构造为对所述多个天线振子中的每一个的所述第一发送信号进行加权；以及
第二加权调节器，其被构造为对所述多个天线振子中的每一个的所述第二发送信号进行加权。
11.一种信号发送方法，包括以下步骤：
产生寻址到属于一地理区域的任意移动终端的第一信号；
将所述第一信号发送到所述地理区域的整个区域；
获取位于所述地理区域的一部分内的移动终端的位置信息；
基于所述位置信息产生寻址到所述移动终端的第二信号；以及
利用规定的波束场型将所述第一信号和所述第二信号从多个天线振子发送到所述地理区域的所述部分。
12.根据权利要求11所述的信号发送方法，进一步包括以下步骤：
产生寻址到位于所述地理区域中的多个不同区域内的多个移动终端的多个第二信号；以及
利用具有不同方向性的多个波束场型发送所述第二信号。
13.根据权利要求12所述的信号发送方法，进一步包括以下步骤：
利用频率、时隙和扩散码中的至少一种对所述多个第二信号进行正交化以彼此区分所述多个第二信号。
14.根据权利要求11所述的信号发送方法，进一步包括以下步骤：
对所述第一信号和所述第二信号进行多路复用以产生发送信号；
对所述发送信号进行加权以限定所述规定的波束场型。
15.根据权利要求11所述的信号发送方法，进一步包括以下步骤：
对所述第一信号进行加权以限定覆盖所述地理区域的整个区域的第一波束场型；以及
利用所述第一波束场型从所述多个天线振子发送所述第一信号。
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