PT1571730E - Método de conversão de transmissão e de recepção de valor ponderado num sistema inteligente de antenas - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "MÉTODO DE CONVERSÃO DE TRANSMISSÃO E DE RECEPÇÃO DE VALOR PONDERADO NUM SISTEMA INTELIGENTE DE ANTENAS"

ÂMBITO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um sistema que usa uma rede de antenas para receber e transmitir dados utilizando o modo multi-acesso para comunicar. Mais particularmente, a invenção refere-se a um método para decidir o vector ponderado de transmissão de acordo com o vector ponderado de recepção da rede de antenas no sistema de comunicação móvel duplex por divisão de frequência utilizando a rede de antenas para receber e transmitir dados.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Num sistema de comunicação móvel comum, um sinal entre uma estação base e uma estação móvel é transmitido via um grupo de trajectos entre um receptor e um transmissor. Esta propagação de trajectos múltiplos é causada principalmente pela reflexão do sinal na superfície dos objectos em torno do transmissor e do receptor. Visto que os trajectos de propagação são diferentes, o atraso do tempo de propagação e o ângulo de chegada do mesmo sinal através dos diferentes trajectos ao receptor são diferentes, o que resulta na interferência dos múltiplos trajectos e desvanecimento do sinal.

Para reduzir a interferência dos múltiplos trajectos e o desvanecimento do sinal, o sistema de comunicação presente usa um dispositivo de recepção e um método que implementam a combinação da diversidade de tempo no sinal recebido.

Considere-se agora um sistema de CDMA como um exemplo.

Num sistema de CDMA, é usado um receptor com estrutura de canais múltiplos, em que cada canal é sincronizado com um grupo de múltiplos trajectos ao longo de um único 2 trajecto de propagação. Cada canal é um único componente do receptor, e sua função é a de desmodular a componente desejada do sinal recebido. Num sistema convencional de CDMA, os métodos coerentes ou incoerentes são usados para combinar os sinais recebidos por componentes diferentes do receptor para melhorar a qualidade do sinal recebido. Este receptor é chamado o receptor de Rake, que pode acumular a energia dos múltiplos trajectos com diferente atraso de tempo para o mesmo usuário de acordo com determinadas regras que desta forma melhoraram o desempenho do receptor. 0 receptor Rake pode ser visto como o combinar da diversidade de tempo para o sinal desejado. Este receptor, no entanto, emprega somente as caracteristicas no dominio do tempo do sinal de transmissão, e não utiliza efectivamente caracteristicas de espaço do sinal de transmissão. Durante a recepção do sinal, a modalidade do espaço da diversidade de recepção e a diversidade de transmissão pode também ser usada para impedir a interferência dos múltiplos trajectos.

Considere-se ainda um sistema de CDMA como um exemplo.

Num sistema de CDMA, duas antenas espaçadas de diversos comprimentos de onda electromagnéticos de funcionamento são ajustadas para a estação de base. Visto que o efeito dos múltiplos trajectos de vários utilizadores produz desvanecimento de Rayleigh, a correlação entre dois sinais recebidos pelas duas antenas é pequena. Consequentemente implementando a combinação da razão máxima, a combinação do ganho igual ou a combinação da selecção nos dois sinais pode realizar a diversidade do espaço para melhorar o desempenho do sistema. No entanto, por causa da limitação do preço, do tamanho, e da capacidade da bateria, etc., é impossível para a estação móvel (especialmente telefone móvel) efectuar recepção por diversidade através da antena. Assim um outro conceito de melhorar o desempenho do canal downlink é implementar a 3 diversidade da antena de transmissão na estação base. A diversidade da antena de transmissão na estação base não é tão simples quanto a diversidade da antena de recepção, e relativamente complexo de realizar.

Nos anos recentes são muito activas as investigações da tecnologia de diversidade da antena de transmissão, com as quais se fazem alguns progressos significativos. Em "On limits of wireless comm. in a fading environment when using multiple antennas", Wireless Personal Comm. Vol.6 N°.3 p. 311-335, Março. 1998, G. Jfoschini, Jr. e M. J. Gans calcularam a capacidade de canal do canal evanescente num sistema multi-antena de transmissão. V. Tarokh, N. Seshadri e A. R. Calderbank propuseram o código convolucional espaçotempo e o código de blocos, que são combinações orgânicas de codificação, modulação, e de diversidade da antena de transmissão. 0 protocolo de WCDMA define duas malhas abertas de diversidade de transmissão e duas malhas fechadas de diversidade de transmissão: diversidade de transmissão de tempo comutado (TSTD), diversidade de transmissão espaço tempo (STTD), malha fechada de diversidade de transmissão modo 1, e malha fechada de diversidade de transmissão modo 2.

Nas anteriores diversidades de transmissão, são utilizadas duas antenas. Os dados a transmitir geram dois trajectos de sinais de acordo com determinadas regras, e os sinais gerados são transmitidos respectivamente através de dois canais de transmissão fornecidas pelas duas antenas.

Para melhorar o desempenho do sistema empregando diferentes caracteristicas do espaço de diferentes sinais, muitos investigadores estudaram a tecnologia de antenas inteligentes, isto é, tecnologia de rede de antenas. A antena inteligente usa dois ou mais elementos separados da rede de antenas para dar forma à rede de antenas. Após o processo de radiofrequência, os sinais recebidos por cada elemento da rede são adicionados com ponderação com um peso 4 adequado para que se consiga a recepção direccional no espaço. Os valores de peso de todos os elementos da rede podem ser nomeados como um vector de pesos. Para se conseguir transmissão direccional ao mesmo tempo com recepção direccional, os dados transmitidos devem ser ponderados de forma semelhante para realizar a transmissão direccional. O essencial da ponderação é o filtro espacial. A um vector de pesos corresponde um determinado padrão do feixe, e a chave para realizar recepção direccional e transmissão direccional está no fazer corresponder os padrões do feixe com o vector de pesos de transmissão de forma igual ou muito semelhante à correspondência dos padrões do feixe com o vector de pesos de recepção. A antena inteligente pode também ser vista como um tipo de tecnologia de acesso múltiplo por divisão do espaço (SDMA) . Em SDMA, regulando as fases e as amplitudes dos sinais recebidos pela rede de antenas, os sinais desejados são fortalecidos pela adição para a soma, e outros sinais da interferência são enfraquecidos pela adição para a soma. Desta forma, os sinais recebidos pela rede de antenas podem realizar o máximo de SNR do sinal desejado após processamento do sinal digital para implementar o gerador do feixe digital (DBF).

Num sistema de comunicações, visto que os métodos de comunicação duplex adoptados pelo sistema são diferentes, a determinação do vector de pesos de recepção e transmissão da antena inteligente é também diferente. Por outras palavras, de forma a permitir que o padrão do feixe de recepção tenda a conformar o padrão do feixe de transmissão, diferentes tecnologias estão envolvidas. Para uma explicação adicional, o modo duplex de comunicação do sistema de comunicações é apresentada em primeiro lugar de forma sumária.

No sistema de comunicação móvel digital, há dois tipos de métodos de comunicações duplex: divisão de tempo duplex 5 (TDD) e divisão da frequência duplex (FDD).

Na modalidade de TDD, a estação de base e a estação móvel usam sinais com a mesma frequência de recepção e transmissão. Para a estação de base e a estação móvel, os sinais de recepção e transmissão são separados e alternados no tempo, num período de tempo somente sinais de recepção e num outro período de tempo somente sinais de transmissão. A assimetria de uplink e downlink de transmissão podem ser realizadas regulando a duração do tempo de recepção e de transmissão. No entanto, por causa do efeito do atraso temporal de transmissão, a área de cobertura da estação de base na tecnologia de TDD é relativamente pequena e difícil de aumentar. Adicionalmente, porque é usada a mesma frequência na recepção e na transmissão, a interferência é mais forte entre a recepção e transmissão assim como entre as células adjacentes.

No modo FDD, a estação de base e a estação móvel recebem e transmitem continuamente no tempo, e as frequências do uplink e do downlink são diferentes. A tecnologia de FDD pode ser realizada numa célula maior, e não ocorre nenhuma interferência entre o uplink e o downlink. A interferência entre as células adjacentes é relativamente pequena, e é mais fácil realizar do que a tecnologia de TDD.

Comparado com o TDD, a escala de serviço público de FDD é ainda mais larga. 0 método FDD duplex é adoptado em sistemas tais como o Sistema Global para as Comunicações Móveis (G/M), IS-95, Celular Digital Pessoal (PDC), Celular Digital Americano (CAD), Banda Larga de Acesso Múltiplo por Divisão de Código (WCDMA), simetria de banda de frequência e CDMA2000, enquanto o TDD é adoptado em sistemas digitais de telefone sem fios tais como as Telecomunicações Digitais Melhoradas Sem Fios (DECT) e Sistema de Telefone Pessoal (PHS) , e sistemas tais como Divisão de Tempo Síncrono de Acesso Múltiplo por Divisão de Código (TD-SCDMA) e banda de 6 frequência assimétrica de WCDMA.

Como descrito acima, sob o modo TDD, visto que as frequências de recepção e transmissão da estação base são as mesmas, os vectores de pesos de recepção e transmissão (uplink e downlink) são também os mesmos para a antena inteligente e os padrões do feixe são mesmos, é fácil de trabalhar. No entanto, sob o modo FDD, visto que as frequências de recepção e transmissão da estação base são diferentes e o padrão do feixe está relacionado com a radio frequência, os mesmos os vectores de pesos de recepção e transmissão correspondem a padrões diferentes do feixe. Assim, o vector de pesos de transmissão diferente do correspondente vector de pesos de recepção é usado para fazer com que o feixe padrão de recepção seja conforme ao feixe padrão de transmissão.

Visto que a tecnologia de FDD é usada extensamente em sistemas de comunicação móveis, como decidir o vector de pesos de transmissão da antena inteligente baseado no vector de pesos de recepção transformou-se num problema técnico significativo na área.

Até ao presente, algumas soluções foram propostas, mas todas têm algumas desvantagens.

Em primeiro lugar vejamos a antena inteligente de feixe comutado.

Nesta solução, alguns vectores de pesos do feixe que apontam em direcções diferentes são predeterminados. Durante uma comunicação, os pesos do feixe de sinais bem recebidos são escolhidos para calcular o resultado ponderado para os processos seguintes. Esta ideia é fácil de entender. Sob o modo FDD, a relação correspondente do vector de pesos de recepção e transmissão da antena inteligente é decidida principalmente por parâmetros de direcção, e a conversão do peso de recepção e transmissão é muito simples. Mas, as desvantagens desta solução são que mais e melhores vectores de pesos requerem ser 7 predeterminados, as características da rede espacial dos sinais para um tempo especifico podem não ser inteiramente usadas, e o SNR dos sinais recebidos podem não ser efectivamente melhorados.

Em segundo lugar, veja-se uma antena inteligente parcialmente adaptável.

Nesta solução, em geral a informação da direcção de chegada (DOA) para o usuário desejado é extraída a partir da rede de sinais recebidos, e depois o feixe que aponta para DOA é formado. A mudança dos pesos segue a mudança de DOA. 0 essencial desta solução é maximizar a energia recebida do usuário desejado, e ao mesmo tempo suprimir de forma limitada a interferência das outras direcções. A rede em fase pertence a esta tecnologia. Em FDD, o peso de recepção da antena inteligente é calculado de acordo com o DOA detectado utilizando um determinado algoritmo, e o peso de transmissão também pode ser obtido de acordo com DOA utilizando um algoritmo semelhante. 0 desempenho da antena inteligente parcialmente adaptável é melhor do que o desempenho da antena inteligente de feixe comutado. Pode utilizar as características de rede espacial do sinal num tempo específico. No entanto, a antena inteligente parcialmente adaptável não poderia totalmente utilizar a informação espacial do sinal, e a escala adaptável é limitada, por exemplo, todas as amplitudes numa rede controlada por fase são as mesmas e não são alteráveis, enquanto somente a fase pode variar adaptativamente; e adicionalmente o algoritmo para extrair o DOA é bastante complexo e determinados problemas existem numa implementação prática.

Em terceiro lugar, veja-se uma antena inteligente totalmente adaptável.

Os pesos deste tipo da antena não necessitam de ser pré-ajustados. Os seus pesos são actualizados continuamente por determinadas regras de acordo com a mudança das características de rede espacial do sinal. A amplitude e a fase do peso podem ser livremente atualizadas. Quando o algoritmo actualizante é convergente, este método pode fazer o uso total das caracteristicas espaciais dos sinais do usuário desejado e dos sinais da interferência para fazer com que o SNR dos sinais recebidos seja o máximo, mas em geral a antena inteligente parcialmente adaptável não é influenciada pelo DOA dos sinais de interferência. 0 resultado é o desejado , e pode ser 0 melhor efeito da antena inteligente. No FDD, o peso da transmissão deste tipo da antena inteligente depende do peso de recepção obtido. É óbvio que o sistema de comunicação sem fios que usa a rede de antenas adaptável pode conseguir o melhor desempenho do sistema. Na prática, no entanto, há ainda alguns problemas técnicos cruciais que necessitam ser resolvidos. Por exemplo: nos sistemas FDD adoptados, a decisão dos pesos de transmissão do feixe de acordo com o peso de recepção do feixe é um dos problemas que limita o desenvolvimento da antena adaptável. 0 método mais fácil é estimar o parâmetro do canal dos dados uplink recebidos independentemente da frequência, tais como DOA, e depois gerar o feixe de transmissão baseado no parâmetro, tal que o feixe cujo lóbulo principal aponta para o DOA. No entanto, este método tem algumas desvantagens: (1) sabendo que o ambiente do canal é complicado e variável, o trajecto com sentido definitivo não está sempre disponível; (2) sabendo que o DOA de outros utilizadores não é considerado, o feixe formado pode interferir fortemente com outros usuários; (3) o algoritmo para estimar DOA é relativamente complexo.

Em "the combination technology of forming downlink beam and uplink Rake receiver", publicado por Journal of China Institute of Communications, Vol. 22. N° . 3, Março 2001, Wang Anyi, Bao zhen, e Liao Guisheng propõem uma 9 outra solução tal que a optimização do feixe downlink está definido como maximização da média da potência recebida do usuário desejado e ao mesmo tempo manter a adição da potência de ruído e da potência média recebida por outros utilizadores menor do que ou o igual a uma tensão constante P|máx. Esta regra de optimização adopta um método de comparação, e o desempenho do peso óptimo de downlink obtido não é tão bom quanto o peso do uplink, por essa razão este não é o melhor método. FDD é um método de comunicação duplex usado extensamente. A conversão do peso de recepção e transmissão em FDD é uma das tecnologias chaves na implementação de antena inteligente adaptável.

Além disso, como indicado acima, a tecnologia que usa a diversidade de transmissão no espaço é um método mais eficaz para aumentar a qualidade do sinal. No entanto, a presente diversidade de transmissão é executada por meio de duas antenas espaçadas de uma distância grande, desta forma um outro problema relativamente difícil é como executar a diversidade de transmissão com a rede de antenas inteligentes (a distância entre antenas adjacentes é somente cerca de metade do comprimento de onda).

Em "Smart Antenna for Wireless Communications: IS-95 and Third Generation CDMA Applications", Joseph C. Liberti, Jr., método da diversidade que usa a duas redes de antenas é discutido, mas o método custa obviamente demasiado.

ArrayComm Co., uma companhia cujo serviço principal é a antena inteligente, tem feito esforços para combinar a diversidade e a antena inteligente. 0 seu método consiste em dividir uma rede de antenas comum em duas partes. Por exemplo, uma rede de antenas de 4 elementos é dividida em duas redes de antenas de 2 elementos que são posicionadas separadamente para a diversidade de recepção e transmissão. Neste método, as vantagens da diversidade de transmissão são obtidas com preço de redução do desempenho da antena 10 inteligente, que resulta num efeito que pode não ser desejável. A US 6018317 A divulga um método e um instrumento para processar os sinais recebidos dos co-canais numa rede de sensores num dispositivo de processamento de sinais de base cumulativa e de separação para obter um conjunto desejado de sinais de saida ou de parâmetros. Para o uso num sistema da recuperação do sinal, os sinais de saida são recuperados e separadas as versões dos sinais originalmente transmitidos pelos co-canais. Especialmente, o sistema de base cumulativa gera um vector de direcção generalizado estimado associado a cada fonte do sinal, e representativo de todas as componentes coerentes do sinal recebido atribuível à fonte, desempenha bem em condições de múltiplos trajectos, combinando todas as componentes coerentes de múltiplos trajectos da mesma fonte. Num sistema receptor/transmissor, os vectores de direcção generalizados estimados associados com cada fonte são usados para gerar os vectores de pesos do feixe gerador que permitem a transmissão do co-canal para múltiplas estações de usuário.

Consequentemente, como decidir o peso do feixe de transmissão usado para transmitir a diversidade da antena inteligente baseada no peso do feixe recepção ainda não está solucionado.

RESUMO DA INVENÇÃO

Um objectivo da invenção presente consiste em fornecer um método linear da conversão para o vector de pesos de recepção e transmissão para a antena inteligente aplicado a um sistema de comunicação móvel de FDD.

Um outro objectivo da invenção presente consiste em fornecer um método de conversão para o vector de pesos de recepção e transmissão para a antena inteligente integrado com diversidade Rake de recepção e transmissão. 11

De acordo com a invenção presente, é fornecido um método para decidir um peso de transmissão de uma rede de antenas, caracterizado tal que o peso de transmissão é decidido com base num peso de recepção da rede de antenas num sistema de comunicação de FDD, e o método inclui: uma etapa de decidir os vectores de direcção de recepção de uma rede de antenas de acordo com a diferença de fase do mesma sinal recebido por cada um dos elementos da disposição numa rede de antenas; uma etapa de decidir os vectores de direcção de transmissão da rede de antenas de acordo com a diferença de fase do sinal de transmissão recebido por um receptor quando cada um dos elementos da disposição na rede de antenas transmite um sinal; uma etapa de decidir a relação entre os valores ponderados de recepção e transmissão e os vectores de direcção da rede de recepção e a rede de transmissão de acordo com um principio de variância mínima dos padrões de feixe de recepção e transmissão; uma etapa de decidir uma matriz de conversão dos valores ponderados de recepção e transmissão de acordo com a relação entre os valores ponderados de recepção e transmissão e os vectores de direcção da rede de recepção e a rede de transmissão; e uma etapa de calcular um valor ponderado de transmissão correspondente pela matriz de conversão de valores ponderados de recepção e transmissão de acordo com os valores ponderados de recepção obtida a partir do sinal recebido pela rede de antenas.

De acordo com a presente invenção, é proporcionado outro método para decidir um valor ponderado de transmissão de uma rede de antenas, caracterizado porque os valores ponderados de transmissão é decidido com base aos valores ponderados de recepção da rede de antenas num sistema de comunicação FDD, e o método inclui: 12 uma etapa de valores ponderados de um sinal de transmissão com determinados valores ponderados de transmissão e de seguida transmitir com uma frequência de transmissão por uma rede fixa de antena; uma etapa de recepção do sinal de transmissão por um grupo de transceptores de grande extensão espacial uma determinada distância a partir da rede de antenas; uma etapa de registar a intensidade do sinal recebido pelos transceptores e transferir a intensidade do sinal detectada a um supervisor; uma etapa de obter um padrão do feixe de transmissão da rede de antenas no supervisor de acordo com a intensidade de sinal recebido pelos transceptores posicionados com diversos ângulos; uma etapa de transmitir sinais com a mesma potência de transmissão ppelo grupo de transceptores de acordo com uma frequência de recepção da rede de antenas; uma etapa de receber pela rede de antenas o sinal transmitido pelo grupo de transceptores, ponderando-a com um vector ponderado de recepção prefixado não supervisor e a seguir transferir o sinal ponderado para o supervisor; uma etapa de obter um padrão do feixe de recepção da rede de antenas no supervisor de acordo com a intensidade do sinal recebido; uma etapa de ajustar e calcular um vector de valor ponderado de recepção da rede de antenas no supervisor comparando o padrão do feixe de transmissão com o padrão do feixe de recepção da rede de antenas obtido para calcular um par de vectores de valores ponderados de recepção e transmissão que satisfazem um princípio de variância mínima dos padrões de feixe de recepção e transmissão; uma etapa de mudar o vector de valor ponderado de transmissão da rede de antenas, e repetir as etapas anteriores para calcular um outro vector correspondente de valores ponderados de recepção por repetição; 13 uma etapa de decidir uma matriz de conversão dos valores ponderados de recepção e transmissão de acordo com o grupo de pares de vectores de valores ponderados de recepção e transmissão a partir das etapas anteriores; e uma etapa de calcular valores ponderados de transmissão correspondente pela matriz de conversão de valores ponderados de recepção e transmissão anterior de acordo com os valores ponderados de recepção obtida a partir do sinal recebido pela rede de antenas.

De acordo com a presente invenção, é proporcionado um método para decidir valores ponderados de transmissão de uma rede de antenas, caracterizado porque os valores ponderados de transmissão é decidido convertendo valores ponderados de recepção da rede de antenas combinada da recepção Rake e diversidade de transmissão, e o método inclui: uma etapa de recepção Rake de espaço e tempo, em que o método de banda base da antena inteligente se implementa para cada um das multi-trajectórias distinguíveis no tempo no receptor Rake de modo que formam os vectores de valores ponderados do feixe de recepção correspondentes, e sendo o número de vectores de valores ponderados de recepção igual ao número de multi-trajectórias envolvidas na combinação de energia no receptor Rake; uma etapa de escolher os valores ponderados de recepção, em que de acordo com uma indicação desde um sinal de controlo para implementar a diversidade de transmissão, é escolhido um vector de valor ponderado do feixe com a melhor qualidade dos sinais recebido correspondente a partir de cada um dos vectores de valores ponderados do feixe de recepção; uma etapa de combinação dos valores ponderados de recepção, na qual de acordo com a indicação a partir de um sinal de controlo para implementar a diversidade de transmissão, são adicionados algebraicamente os vectores de 14 valores ponderados correspondentes para calcular um vector de ponderação; uma etapa de conversão de valores ponderados de recepção, na qual o vector de valor ponderado obtido pela etapa anterior é convertido num valor ponderado do feixe de transmissão por uma matriz de conversão do valores ponderados de recepção e transmissão; e uma etapa de transmitir o sinal de ponderação, na cual de acordo com a indicação a partir de um sinal de controlo para implementar a diversidade de transmissão, é implementado o valor ponderado do feixe sobre os dados a transmitir utilizando o valor ponderado do feixe de transmissão obtida a partir da etapa anterior, e é enviado o sinal ponderada para um sistema de RF para a sua transmissão.

De acordo com o método para decidir os valores ponderados de transmissão sobre os valores ponderados de recepção da rede de antenas num sistema de comunicações móveis FDD na presente invenção, pode realizar-se a actualização dos valores ponderados de transmissão continuamente com a actualização dos valores ponderados de recepção durante a comunicação utilizando a matriz de conversão de ponderação. 0 método para a conversão dos valores ponderados de recepção e transmissão da rede de antenas combinada da recepção Rake e a diversidade de transmissão, de acordo com a presente invenção, combina o receptor Rake com a diversidade de transmissão de uma antena inteligente, escolhe o valor ponderado do feixe de recepção adequada para formar o valor ponderado do feixe de transmissão utilizando a caracteristica do receptor Rake de espaço e tempo, de seguida implementa a diversidade de transmissão do sinal através dos dois feixes com pequena coerência. Em comparação com a tecnologia actual de diversidade de transmissão, este método combina o método de espaço da 15 antena inteligente. 0 seu ganho de direcção melhora dramaticamente, reduz-se a potência de transmissão, e a poluição electromagnética e a interferência do canal de transmissão reduzem-se. Entretanto o método aplica a tecnologia da diversidade de transmissão à antena inteligente utilizando a informação recebida pelo receptor Rake, de seguida utiliza-se completamente a caracteristica de espaço do sinal e as vantagens da diversidade de transmissão e é melhorado o funcionamento do sistema. Realiza satisfatoriamente a diversidade de transmissão da rede de antenas inteligente em que a distância entre antenas adjacentes é só de comprimento de onda médio.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Realizar-se-ão figuras adicionais com as figuras anexas, em que a Figura 1 é um diagrama de fluxo do método de conversão linear para o valor ponderado de recepção e transmissão de acordo com a presente invenção; a Figura 2 é um padrão de feixe correspondente aos valores ponderados de recepção aplicada a uma rede em linha; a Figura 3 é um padrão de feixe correspondente aos valores ponderados de transmissão aplicada a uma rede em linha; a Figura 4 é um padrão de feixe correspondente a la valores ponderados de recepção aplicada a uma rede circular; a Figura 5 é um padrão de feixe correspondente aos valores ponderados de transmissão aplicada a uma rede circular; a Figura 6 é um diagrama de fluxo do método de conversão de valores ponderados para uma antena inteligente combinada de recepção Rake e diversidade de transmissão de acordo com a presente invenção; a Figura 7 é um diagrama esquemático da propagação 16 multi-trajectória; a Figura 8 é um padrão de feixe correspondente à trajectória de sinal mais forte, obtido pelo receptor Rake de espaço e tempo, no ambiente de propagação da Figura 7; a Figura 9 é um padrão de feixe correspondente à trajectória do segundo sinal mais forte, obtido pelo receptor Rake de espaço e tempo, no ambiente de propagação da Figura 7; a Figura 10 é um padrão de feixe da diversidade de transmissão obtida através da conversão de valores ponderados no ambiente de propagação da Figura 7; e a Figura 11 é um padrão do feixe de transmissão obtido através da conversão de valores ponderados quando o nível mais alto não adopta a diversidade de transmissão, no ambiente de propagação da Figura 7.

DESCRIÇÃO DAS REALIZAÇÕEES PREFERIDAS 0 receptor e transmissor na presente invenção podem ser estações móveis e dispositivos de recepção e transmissão incluindo também o método banda base na estação base. A chave do método para a conversão de valores ponderados de recepção e transmissão da antena inteligente aplicada no sistema de comunicações móveis FDD na presente invenção é que, de acordo com a dedução de teorias, os valores ponderado de recepção e os valores ponderados de transmissão com padrões de feixe consistentes podem formar uma relação de conversão linear para uma frequência de recepção, e uma frequência de transmissão determinadas e uma determinada rede de antenas no sistema de comunicações móveis. Sempre que a matriz de conversão linear seja calculada de acordo com um modelo de teoria adequado, ou se é medido de acordo com a rede de antenas real, a conversão de valores ponderados de recepção e transmissão pode implementar-se utilizando a matriz de conversão durante a comunicação. 17

Num sistema de antena inteligente, os sinais recebidos pelos diferentes elementos da rede numa rede de antenas são ponderados e combinados utilizando os diferentes vectores de valores ponderados de números complexos. Estas ponderações podem ver-se como diversas componentes de um vector. Um vector de valor ponderado para os valores ponderados dos sinais recebidos pode denominar-se um vector de valor ponderado de recepção, ou de forma mais curta um valor ponderado de recepção. De forma semelhante, os sinais enviados a cada um dos elementos da rede de antenas também deveriam ponderar-se utilizando diferentes vectores de valores ponderados de números complexos. As ponderações podem constituir vectores de valores ponderados de transmissão. Contudo, devido a que a frequência de recepção é diferente da frequência de transmissão num sistema FDD, os valores ponderados de recepção e os valores ponderados de transmissão também deveriam ser diferentes e deveria implementar-se certa conversão para assegurar que os padrões de feixe de recepção e transmissão são consistentes.

Considere-se que uma rede de antenas está composta de M elementos da rede de antenas, e cada um dos elementos da rede está disposto sobre o mesmo plano numa sequência aleatória. As coordenadas polares de cada elemento da rede são (rl, cpl), (r2, cp2), ..., (rM, φΜ) , respectivamente. Cada um dos elementos da rede tem a sua função padrão da direcção de radiação Rm(0), m = 1, 2, ..., M, sendo Θ [0, 2n]. Uma frequência central do sinal recebido é fr = c/Xr, onde, c é a taxa de propagação da onda electromagnética no ar, Xr é o comprimento de onda portador do sinal recebido. Como o tamanho da rede de antenas é pequeno em comparação com a distância entre a fonte de sinal e a rede de antenas, considera-se que o sinal chega à rede de antenas na forma de uma onda plana, e que as amplitudes são as mesmas quando o sinal chega em cada um dos elementos da rede de antenas. 18

Contudo, devido às diferenças de trajectória da onda com que chega o sinal em cada um dos elementos da rede de antenas, as fases do mesmo sinal recebido por cada um dos elementos da rede são diferentes. Para um sinal que chega com um ângulo Θ, tomando a origem como ponto de referência de fase, a fase ψιη no elemento m é: Ψιη = - {Jrrmcos (<pm - Θ) , |5r = 2n / Xr (1) A resposta dos diferentes atrasos de fase produzidos pelos diferentes elementos da rede para um sinal, chamam-se respostas da rede, que podem construir um vector:

R j

(2J rj se&tfa -#)

Este vector chama-se vector de direcção de recepção da rede. É uma função do ângulo de DOA Θ, e está relacionado com a frequência de funcionamento. Se a rede de antenas transmite um sinal, e a outra parte a receber na direcção Θ, as fases do sinal de transmissão recebido por cada um dos elementos da rede de antenas na outra parte são diferentes. De forma semelhante, considere-se que a frequência de transmissão é ft, o comprimento de onda correspondente é Xt, βt = 2n / Xt, então o vector de direcção de transmissão da rede é:

S-aCW'-******·**

RM

Inclusive se os elementos da rede estão dispostos num espaço de três dimensões, os vectores de direcção de recepção e transmissão também se podem calcular. Só a expressão do vector de direcção é mais complexa.

Considere-se que um valor ponderado de recepção de uma antena inteligente é um vector fila Wr de números complexos 19 de dimensão M, um valor ponderado de transmissão é um vector fila Wt de números complexos de dimensão Μ, o vector de direcção fila de números complexos de dimensão M com a direcção do ângulo de DOA Θ enquanto se recebe é Vr(0), e o vector de direcção fila de números complexos de dimensão M com a direcção de ângulo Θ enquanto se transmite é Vt(0). De acordo com o principio de variância minima dos padrões de feixe de recepção e transmissão, pode calcular-se a seguinte relação entre o valor ponderado de recepção e transmissão:

}[ t V<$)VrH (<S?)d©J Wr (4)

Na equação anterior, o superindice H denota a matriz transposta conjugada, e o superindice -1 denota a matriz inversa. A equação anterior pode escrever-se como: Wt = TWr (5)

Onde a matriz de conversão T para M colunas e M filas é:

Num cálculo prático, a forma dispersa da equação (6) pode utilizar-se também para o cálculo de dados. Dividindo o intervalo de 0 a 2n em K elementos de sectores tantos como possível sem se sobrepor nem deixar buracos, a largura do ângulo de cada um dos sectores é tão pequeno como seja possível, A0k, e a direcção de cada um dos sectores denomina-se como 0k:

A chamada variância mínima entre os padrões de feixe de recepção e transmissão é essencialmente a melhor 20 consistência do padrão do feixe de recepção e transmissão, o que significa que durante a comunicação, a direcção apontada pelo feixe de recepção é mesmo a direcção à que deveria apontar o feixe de transmissão. Desta forma, quando se recebe pode melhorar a energia do sinal do usuário desejado tão alta como possível e entretanto suprimir a energia do sinal de interferência do usuário tão baixa como possível; e quando se acabe pode transmitir energia de RF à direcção do usuário desejado tanta como puder e a interferência para os utilizadores das outras direcções é tão baixa como possível. A partir da equação (7), pode verse que a conversão de valores ponderados de recepção e transmissão pode realizar-se utilizando só um algoritmo simples de multiplicações e somas, sempre que seja determinada a matriz de conversão linear T. Esta é uma característica da presente invenção. A Figura 1 é um diagrama de fluxo do método para a conversão de valores ponderados de recepção e transmissão de acordo com a presente invenção. A caixa de método 101 corresponde à primeira etapa do método, a caixa de método 102 corresponde à segunda etapa do método, e a caixa de método 103 corresponde à terceira etapa do método. O seguinte é uma ilustração detalhada: A primeira etapa: quando se concebe um transceptor, se decide uma matriz de conversão de valores ponderados de recepção e transmissão. Se o transceptor necessita utilizar um grupo de pares de bandas de frequências simétricas, só se deveria decidir um grupo de matrizes de conversão. Existem muitas abordagens para decidir a matriz de conversão T, e vários exemplos são como segue: 1. São calculados os vectores de direcção Vr(0) e Vt(Θ) em cada uma das direcções durante os sinais de recepção e transmissão (a agregação de vectores de direcção em cada uma das direcções também se pode chamar um colector da rede) pela equação (2) ou (3) de acordo com as 21 frequências de recepção e transmissão, a configuração de antena e os padrões de radiação dos elementos da rede designados, e de seguida é calculada a matriz de conversão T pela equação (6) ou (7). 2. Obtêm-se os vectores de direcção Vr(0) e Vt(0) em cada uma das direcções de recepção e transmissão pela medição experimental de acordo com a rede de antenas desenhada e o sistema correspondente, e a seguir é calculada a matriz de conversão T utilizando a equação (6) ou (7). A medição para os vectores de direcção pode implementar-se numa área aberta ou num quarto blindado com um grande espaço. Para a medição dos vectores de direcção de recepção, pode colocar-se uma fonte de sinal num sitio fixo, e pode colocar-se uma rede de antenas a vários metros de distância (por exemplo, 20 metros) da fonte de sinal. A rede de antenas pode estar fixa sobre uma placa giratória que pode rodar horizontalmente. A rede de antenas pode rodar com a placa giratória. A fonte de sinal transmite sinais com a frequência de recepção da rede de antenas, e a rede de antenas recebe os sinais. Registando as amplitudes e as fases do sinal de recepção de cada um dos elementos da rede de antenas quando a rede de antenas roda para cada uma das direcções, se pode calcular Vr(0). De forma semelhante, quando são medidos os vectores de direcção de transmissão, a antena de recepção deveria colocar-se a vários metros de distância (por exemplo, a 20 metros) da rede de antenas. Cada um dos elementos da rede da rede de antenas transmite o mesmo sinal com a frequência de transmissão por sua vez. Medem-se as amplitudes e fases dos sinais recebidas na antena de recepção, e a rede de antenas está a rodar a cada ângulo a medir e a seguir obtém-se Vt(0). 3. A melhor matriz de conversão com uma variância mínima é calculada na equação (5) regulando directamente as ponderações de recepção e transmissão para formar o padrão do feixe de recepção estreitamente ao padrão do feixe de 22 transmissão e a seguir encontrar mais pares dessas ponderações de recepção e transmissão. A regulação dos valores ponderados pode implementar-se numa área aberta ou num guarto blindado com um grande espaço. Fixa-se a rede de antenas. Coloca-se um grupo de transceptores (por exemplo, 25) de forma uniforme sobre um circulo com centro na rede de antenas, que, para uma rede de antenas que se aplica a um sector, poderia ser um arco correspondente ao ângulo do sector. A distância entre os transceptores e a rede de antenas deveria ser suficientemente grande (por exemplo, 20 metros). A rede de antenas pondera o sinal de transmissão com determinado vector de valor ponderado de transmissão, e de seguida transmite com uma frequência de transmissão. Cada um dos transceptores recebe o sinal de transmissão desde a rede de antenas, e mede a intensidade dos sinais recebidos. E a seguir são enviados os resultados da medição para um computador de supervisão. O computador de supervisão obtém o padrão do feixe de transmissão da rede de antenas de acordo com a intensidade do sinal recebido a partir dos transceptores localizados em cada uma das direcções. Ao mesmo tempo, cada um dos transceptores transmite os sinais difundidos por um código de difusão diferente com a frequência de recepção da rede de antenas. A potência de transmissão de cada transceptor é a mesma. A rede de antenas recebe e pondera os sinais com os vectores de valores ponderados de recepção apontados pelo computador de supervisão. E de seguida concentram-se os sinais transmitidos por cada um dos transceptores e medem-se as intensidades do sinal recebido por cada um dos transceptores. O resultado da medição é enviado pelo computador de supervisão de modo que se obtém o padrão do feixe de recepção da rede de antenas. O computador compara a diferença entre os padrões do feixe de recepção e transmissão, e ajusta o vector de valor ponderado de 23 recepção da rede de antenas ligeiramente e de forma aleatória. Depois do ajuste, o computador mede as diferenças entre os padrões de feixe de recepção e transmissão. Se se reduz a diferença, recebe-se o ajuste. Ao contrário, deveria voltar-se ao estado anterior ao ajuste, e deveria implementar-se outro ajuste de forma ligeira e aleatória. Os ajustes implementa-se repetidamente para reduzir a diferença entre os padrões de feixe de recepção e transmissão cada vez mais. Quando se reduz a diferença a um determinado grau ou não se pode reduzir depois de muitas vezes (por exemplo, 200 vezes), considera-se que acabou o ajuste. Desta forma, obtém-se um par de ponderações de recepção e transmissão. A seguir, muda-se o vector de valor ponderado de transmissão da rede de antenas para fazer cada uma das componentes diferentes da componente correspondente aos valores ponderados de transmissão no par de valores ponderados de recepção e transmissão medidos. De seguida averiguam-se os valores ponderados de recepção correspondente implementandos ou método anterior. Para a rede de antenas com N elementos de rede, a matriz de conversão pode calcular-se de acordo com a equação (5) sempre que se saibam N pares de ponderações de recepção e transmissão. Para calcular uma matriz de conversão mais fiável, deveriam averiguar-se mais pares de valores ponderados de recepção e transmissão, e pode calcular-se a melhor matriz de conversão sob uma variância minima utilizando a equação (5) . A segunda etapa: a informação de dados da matriz de conversão é armazenada dentro do transceptor, e é proporcionada nos módulos de software e hardware do transceptor para realizar o algoritmo da equação (5) . A matriz de conversão é útil em todo momento. Não importa a troca que os utilizadores fazem de telemóvel ou se os telemóveis são desligados ou reiniciados, a matriz de conversão obtida pela primeira etapa não se deveria mudar 24 sempre que a estrutura da rede de antenas e as frequências de recepção e transmissão não mudem. Devido a que existem apenas operações de multiplicação e soma na equação (5), as condições software e hardware para a implementação do algoritmo da equação (5) é relativamente simples, o que se pode realizar utilizando um processador digital de sinais (DSP) numa situação em que a velocidade de actualização não seja elevada, ou utilizando uma rede de portas programáveis em campo (FPGA) ou um chip especial na situação de alta velocidade de actualização. A terceira etapa: durante a comunicação, actualizando continuamente os valores ponderados de recepção, os valores ponderados de transmissão são actualizados por determinado software e hardware de acordo com a equação (5) de modo que se mantenha a consistência entre os padrões de feixe de recepção e transmissão em todo momento. 0 método anterior pode aplicar-se a qualquer forma de rede incluindo a rede em linha, a rede circular e qualquer sistema multi-acesso incluindo o CDMA e o TDMA. Tem uma alargada aplicabilidade. 0 método da presente invenção pode simular-se como segue.

As Figuras 2 e 3 são padrões de feixe quando se aplica o método da presente invenção à rede em linha com partição equidistante. Os valores ponderados de recepção são gerados aleatoriamente. 0 número de elementos da rede M é de 8. A frequência de recepção (LongOndaAscendente) é de 1920 MHz, e a frequência de transmissão (LongOndaDescendente) é de 2110 MHz. A distância entre os elementos adjacentes da rede é a metade de um comprimento de onda do sinal de transmissão. Cada um dos elementos da rede é uma antena omni-direccional. Na Figura 2, a curva 201 é um padrão de feixe correspondente aos valores ponderados de recepção gerados aleatoriamente. A direcção do seu feixe principal é aproximadamente de 62 graus (devido a que a rede em linha 25 omni-direccional é simétrica relativamente ao eixo, isto é, o padrão do feixe do semicírculo inferior e o do semicírculo superior são iguais, não se necessita de considerar o semicírculo inferior). A matriz de conversão de valores ponderados pode deduzir-se de acordo com o modelo anterior. No método de dedução, o círculo é dividido em 360 sectores iguais, e a matriz de conversão T pode deduzir-se pela equação (7) . Na Figura 3, a curva 301 é o padrão do feixe dos valores ponderados de transmissão após a conversão linear. Comparando com a LongOndaAscendente na Figura 2, a diferença entre as mesmas é muito pequena. Por isso, pode ver-se que o método da presente invenção é realmente efectivo.

As figuras 4 e 5 são padrões de feixe quando se aplica o método da presente invenção a uma rede circular. Geram-se uns valores ponderados de recepção aleatoriamente. O número de elementos da rede M é de 8. A frequência de recepção (LongOndaAscendente) é de 1920 MHz, a frequência de transmissão (LongOndaDescendente) é de 2110 MHz. O factor da rede completa da rede circular rou =1, o rádio da rede circular R = rou * M * LongOndaDescendente / 4n, e os elementos da rede são distribuídos ao longo do círculo da mesma forma. Cada um dos elementos da rede é uma antena omni-direccional. Na Figura 4, a curva 401 é um padrão de feixe correspondente aos valores ponderados do uplink gerada aleatoriamente. Forma um ganho do feixe mais elevada nas direcções de 35 graus, 85 graus, 135 graus, 230 graus, etc., e forma um Nulo mais baixo nas direcções de 60 graus, 110 graus, 195 graus, 255 graus, 300 graus 350 graus, etc. A matriz de conversão de valores ponderados obtém-se a partir do modelo anterior. Neste método, o círculo está dividido em 360 sectores iguais, e a matriz de conversão T obtém-se pela equação (7). Na Figura 5, a curva 501 é o padrão do feixe dos valores ponderados de transmissão após a conversão linear. Comparando-a com a direcção do feixe 26 dos valores ponderados do uplink na Figura 4, a diferença entre o Nulo do feixe e a direcção do lóbulo principal/lateral é muito pequena. Por isso, pode ver-se que o método da presente invenção é realmente efectivo.

De facto, não importa a classe de forma da rede, todas elas têm uma rede de colector, de forma que a matriz de conversão de valores ponderados linear pode calcular-se com precisão pela equação (6) ou (7). A Figura 6 é um diagrama de fluxo da conversão de valores ponderados da antena inteligente combinada de um receptor Rake e diversidade de transmissão de acordo com a presente invenção. 0 seu conceito central é que o receptor Rake produz uns valores ponderados (isto é, um vector de ponderação) correspondentes a cada um das multi-trajectórias respectivamente. Entre as ponderações, são escolhidas as ponderações correspondentes à multi-trajectória com melhor sinal, e de seguida combinam-se ou não de acordo com o requisito de diversidade de transmissão de modo que formem uma ou duas ponderações. De seguida, essas uma ou duas ponderações são a conversão linear de recepção e transmissão implementada pela matriz de conversão de valores ponderados para calcular os valores ponderados de transmissão. 0 sinal de transmissão é ponderado para o feixe utilizando estes valores ponderados de transmissão. 0 método para a conversão de valores ponderados de recepção e transmissão da antena inteligente combinada da recepção Rake e a diversidade de transmissão, de acordo com a presente invenção, inclui as seguintes etapas: A primeira etapa é a recepção Rake de espaço e tempo. 0 método de banda base da antena inteligente é implementado sobre cada uma das multi-trajectórias distinguíveis no tempo no receptor Rake para formar um vector de valor ponderado do feixe de recepção. Deste modo, o número de vectores de valores ponderados do feixe de recepção n é o 27 número de multi-trajectórias no receptor Rake envolvidas na combinação de energia. Se o número de vectores de valores ponderados n = 1, o vector de valor ponderado define-se como Wr e vai para a quarta etapa; se n não é igual a 1, então começa a segunda etapa. A segunda etapa é a escolha do valor de ponderação. Verifica-se se o nivel mais alto da estação base indicou implementar a diversidade de transmissão. Se for necessária a diversidade de transmissão, são escolhidos dois ou mais vectores de valores ponderados do feixe correspondentes a sinais bons (para além de um determinado limiar), entre os vectores de valores ponderados de cada um dos feixes de recepção. Se não for necessária a diversidade de transmissão, escolhem-se um ou mais vectores de valores ponderados de feixe correspondentes aos sinais bons entre os vectores de valores ponderados de cada um dos feixes de recepção. Pelo menos, os vectores de valores ponderados escolhidos são Wrl, Wr2, ..., Wrn na sequência da qualidade do sinal de recepção correspondente de bom a mau. A terceira etapa é a combinação de ponderação. Se for necessária a diversidade de transmissão, todos os vectores de valores ponderados (Wr2, ..., Wrn) excepto o vector de valor ponderado(Wrl) correspondente ao melhor sinal são adicionados para calcular um novo vector de valor ponderado Wrb. Se não for necessária a diversidade de transmissão, todos os vectores de valores ponderados Wrl, Wr2, ..., Wrn) são adicionados para calcular um vector de valor ponderado do canal Wr. A quarta etapa é a conversão linear. Sob o principio de manter as formas do feixe de recepção e transmissão basicamente sem mudanças, as uma (Wr) ou duas (Wrl, Wrb) ponderações de feixe obtidas nas etapas anteriores convertem-se numa (Wt) ou duas (Wtl, Wt2) ponderações do feixe de transmissão correspondentes à frequência de transmissão utilizando o método de conversão linear de 28 valores ponderados de recepção e transmissão. A quinta etapa é a diversidade de transmissão. Se se obtêm duas ponderações do feixe de transmissão Wtl, Wt2, na quarta etapa (neste ponto um maior nivel indica implementar a diversidade de transmissão), os dois sinais da diversidade de trajectória são as ponderações do feixe implementadas respectivamente com as duas ponderações do feixe de transmissão, e de seguida são enviadas para o sistema de RF para a transmissão. Se se obtêm uns valores ponderados do feixe de transmissão Wt na quarta etapa, os dados a transmitir são os valores ponderados do feixe implementado com Wt, e se seguida são enviados para o sistema de RF para a sua transmissão.

As etapas anteriores descrevem-se de acordo com o fluxo de sinal. No método prático de comunicação todas as etapas realizam-se simultaneamente.

Na Figura 6, a caixa de método 601.a e a caixa de decisão 601.b correspondem à primeira etapa, implementando o método Rake de espaço e tempo sobre os sinais recebidos. Cada uma das multi-tra jectórias tem um vector de valor ponderado de recepção. Se existe apenas uma multi-trajectória, salta para a caixa de método 604.a2; caso contrário vai para a caixa de decisão 602.a para decidir se é necessária a diversidade de transmissão. Se é necessária a diversidade de transmissão pelo nivel mais alto, as caixas de método 602.bl, 603.al, 604.al, 605al implementam-se por sua vez para escolher um ou mais vectores de valores ponderados de feixe correspondentes a bons sinais de recepção a partir dos vectores de valores ponderados do feixe de recepção. Se o número de vectores de valores ponderados do feixe for maior que dois, todos os vectores de valores ponderados excepto o vector de valor ponderado correspondente ao melhor sinal são adicionados para calcular um novo vector de ponderação, e a seguir os dois vectores de valores ponderados do feixe de recepção 29 convertem-se em dois vectores de valores ponderados do feixe de transmissão pelo método de conversão linear de valores ponderados de recepção e transmissão, de modo que as formas do feixe de transmissão e recepção são basicamente as mesmas. De seguida os dois sinais de diversidade de trajectória são a operação de valores ponderados do feixe implementada com os dois vectores de valores ponderados do feixe de transmissão, e a seguir são enviados ao sistema de RF para a sua transmissão. Se o nível mais alto não instrui a diversidade de transmissão, as caixas de método 602.b2, 603.a2, 604.a2, 605a2 se implementam por sua vez. Em comparação com a diversidade de transmissão, sob esta situação, só necessita de se combinar com um vector de ponderação. Um ou mais vectores de valores ponderados de feixe com boa qualidade escolhem-se entre os vectores de valores ponderados de recepção. A seguir são adicionados os vectores de valores ponderados para calcular um novo vector de valor ponderado de recepção. A seguir o vector de valor ponderado de recepção converte-se no vector de valor ponderado do feixe de transmissão pelo método de conversão de valores ponderados de recepção e transmissão. Finalmente, os dados a transmitir é a operação de valores ponderados do feixe implementada com o vector de valor ponderado do feixe de transmissão, e a seguir são enviados para o sistema de RF para a sua transmissão. A caixa de decisão 602.a e as caixas de métodos 602.bl, 602.b2 correspondem à segunda etapa no método. As caixas de métodos 603.al, 603.a2 correspondem à terceira etapa no método. As caixas de método 604.al, 604.a2 correspondem à quarta etapa no método. E as caixas de método 605.al, 605.a2 correspondem à quinta etapa no método.

Agora representa-se o efeito do método da presente invenção com os exemplos particulares seguintes. A Figura 7 é um esquema de propagação multi-trajectória. Os sinais transmitidos pela estação móvel 701 30 chegam à antena 702 na estação base através de três trajectórias. 0 sinal que chega à estação base através da trajectória de transmissão directa 711 tem a maior energia (geralmente, a qualidade é a melhor). O sinal através da trajectória de reflexão 712 reflexada pela barreira 703 tem menos energia. O sinal através da trajectória de reflexão 713 reflexada pela barreira 704 tem a menor energia. O sinal desde a estação móvel 701 é o sinal desejado a processar. Além disso, existem outras duas estações móveis 705 e 706 na figura. Para o método de comunicação em que a estação base recebe o sinal transmitido pela estação móvel 701, os sinais provenientes destas duas estações móveis são um sinal de interferência. O sinal desde a estação móvel 705 chega à rede de antenas da estação base através das trajectórias 751 e 752. O sinal desde a estação móvel 706 chega à rede de antenas da estação base através da trajectória 761. A Figura 8 é um padrão de feixe correspondente ao vector de valor ponderado correspondente à trajectória mais forte 711 no receptor de ramas de espaço e tempo segundo o ambiente da Figura 7, durante a recepção Rake do espaço e tempo. Neste ponto assumimos que a rede de antenas é uma rede em linha uniforme de 8 elementos, que se aplica a uma cobertura de um sector de 120 graus. O que nos compete é um intervalo de 30 graus a 150 graus. O rádio de coordenação polar na figura significa o ganho de amplitude do sinal na direcção especifica. Pode ver-se a partir do feixe 801 na Figura que o ganho de sinal é muito grande na área em torno dos 105 graus, mas muito pequena nas outras direcções. Dessa forma, o sinal útil que passa através da trajectória 711 na Figura 7 pode receber-se correctamente, e o sinal a partir de outras direcções pode suprimir-se como interferência. A Figura 9 é um padrão de feixe correspondente à segunda trajectória mais forte 712 segundo ao ambiente da 31

Figura 7, a saber o padrão de feixe correspondente a outro valor ponderado no receptor de rama de espaço e tempo. Semelhante ao feixe 801 na Figura 8, o feixe 901 na Figura 9 tem um grande ganho em torno de 50 graus, enquanto nas outras direcções os ganhos são pequenos, assim o sinal útil que passa através da trajectória 712 na Figura 7 pode receber-se correctamente, e o sinal a partir das outras direcções pode suprimir-se como interferência. Finalmente, a energia de cada uma dos sinais multi-trajectória pode combinar-se pela combinação multi-trajectória de Rake.

Para o sinal que chega à estação base através da trajectória 713, devido a que a energia é demasiado baixa para se utilizar, o receptor Rake pode utilizar ou não esta trajectória para formar outro feixe. A Figura 10 é um padrão de feixe da diversidade de transmissão segundo o ambiente da Figura 7. Durante a conversão dos valores ponderados de recepção e transmissão, são escolhidos os vectores de valores ponderados de recepção correspondentes ao feixe 801 e 901 de boa qualidade, e a seguir são convertidos em duas ponderações de transmissão pelo método de conversão linear de valores ponderados de recepção e transmissão. Os feixes de transmissão correspondentes são o feixe 101 e o feixe 102. Para as duas trajectórias do sinal da diversidade de transmissão, uma é transmitida através do feixe 101, a outra através do feixe 102. O feixe 101 corresponde ao feixe 801 na Figura 8, e o sinal através deste feixe será transmitido a partir da rede de antenas da estação base para a estação móvel 701 através da trajectória 711 na Figura 7. 0 feixe 102 corresponde ao feixe 901 na Figura 9, e o sinal através deste feixe será transmitido a partir da rede de antenas da estação base para a estação móvel 701 através da trajectória 712 na Figura 7. Como os dois feixes têm boa caracteristica direccional, ' '' este método causa 32 interferências muito pequenas às estações móveis noutras direcções (por exemplo, as estações móveis 705 e 706 na Figura 7), quando se realiza a diversidade de transmissão comum, o que contribui altamente para o aumento da qualidade e a capacidade da comunicação e para a diminuição da potência do sistema. A Figura 11 é um padrão de feixe sobreposto por duas ponderações de feixe desconhecidas sob o ambiente da Figura 7. Se o nível alto não indica a diversidade de transmissão, os vectores de valores ponderados correspondentes ao feixe 801 na Figura 8 e o feixe 901 na Figura 9 somam-se para calcular um padrão de feixe correspondente a um novo vector de valor ponderado de acordo com o método de conversão de valores ponderados de recepção e transmissão. No padrão de feixe, existem dois lóbulos maiores 111 e 112 que apontam à direcção de 105 graus e 50 graus respectivamente. Os dados de usuário são transmitidos através do feixe, e podem chegar à estação móvel 701 desde a rede de antenas da estação base através das trajectórias 711 e 712 na Figura 7, o que gera pouca interferência às outras estações móveis 705 e 706. Na estação móvel 701, os sinais através dos dois lóbulos podem receber-se e combinar-se pelo receptor Rake da estação móvel. O método de conversão de recepção e transmissão realiza outra classe de diversidade de transmissão para determinado grau. Este método tem o efeito semelhante ao da diversidade de transmissão convencional (por exemplo, a diversidade de transmissão de malha aberta, a diversidade de transmissão de bucle fechado), e é mais fácil para a estação móvel implementar o método de recepção. Também, a interferência para os outros utilizadores é pequena, e a potência necessária é mais baixa. Além disso, em comparação com o sistema de antena inteligente com um feixe de direcção, este método de transmissão pode resistir de forma eficaz a diversidade de multi-trajectórias causada pelo movimento da estação móvel, 33 e a estabilidade e robustez do sistema da antena inteligente são melhorados.

Em conclusão, o método de conversão linear de valores ponderados de recepção e transmissão da presente invenção faz apenas cálculos de uma matriz linear e envolve só operações de soma e multiplicação, o qual é simples. 0 método pode minimizar a variância entre os padrões do feixe correspondentes às ponderações de recepção e transmissão, de modo que a consistência dos padrões de feixe de recepção e transmissão é muito boa. 0 método de conversão linear de valores ponderados de recepção e transmissão resolve o problema chave na tecnologia de antenas inteligentes - a conversão de valores ponderados de recepção e transmissão no sistema FDD, o que elimina um grande obstáculo para a antena inteligente no sistema FDD e tem um grande significado. 0 método de conversão linear de valores ponderados de recepção e transmissão combinado do receptor Rake e a diversidade de transmissão, de acordo com a presente invenção, pode utilizar completamente a informação recebida pelo receptor Rake, e utilizar a tecnologia de diversidade de transmissão na antena inteligente habilmente. Inclusive quando o nivel alto não indica diversidade de transmissão, o método pode ainda fazer com que os valores ponderados do feixe de transmissão tenham a função da diversidade de transmissão, de modo que o sinal de transmissão pode chegar à outra parte através de um grupo das melhores trajectórias. 0 método resolve o problema de como combinar organicamente a antena inteligente e a diversidade de transmissão. Em comparação com os sistemas de comunicação móveis actuais que só utilizam determinada tecnologia, o método da presente invenção tem determinadas vantagens. 0 método da presente invenção pode aplicar-se a qualquer rede, e o sistema de comunicação de antena inteligente de FDD que utiliza tecnologia multi-acesso, o 34 que tem uma ampla aplicabilidade. 35

DOCUMENTOS REFERIDOS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de documentos referidos pelo autor da presente solicitação de patente foi elaborada apenas para informação do leitor. Não é parte integrante do documento de patente europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, o IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.

Documentos de patente referidos na descrição

US 6018317 A

Literatura não relacionada com patentes referida na descrição G. Jfoschini, Jr. ; M. J. Gans. On limits of wireless comm. in a fading environment when using muitiple antennas. Wireless Personal Comm., March 1998,vol. 6 (3), 311-335

Wang Anyi ; Bao zhen ; Liao Guisheng. the combination technology of forming downlink beam and uplink Rake receiver. Journal of China Institute of Communications, March 2001, vol. 22 (3

Joseph C. ; Liberti, Jr. Smart Antenna for Wireless

Communications: IS-95 and Third Generation CDMA

Applications

Claims (14)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Um método para decidir um vector de valor ponderado de transmissão de uma rede de antenas caracterizado por o vector de valor ponderado de transmissão se decidir com base num vector de valor ponderado de recepção de uma rede de antenas num sistema de comunicações FDD, e o método inclui: uma etapa em que determina os vectores de direcção de recepção de uma rede de antenas de acordo com a diferença de fase do mesmo sinal recebido por cada um dos elementos da rede de antenas; uma etapa em que se determina os vectores de direcção de transmissão da rede de antenas de acordo com a diferença de fase do sinal de transmissão recebido por um receptor quando cada um dos elementos da rede de antenas transmite sinal; uma etapa em que se determina a relação entre os vectores de valores ponderados de transmissão e recepção e os vectores de direcção da rede de antenas de recepção e a rede de antenas de transmissão de acordo com um principio de variância mínima dos padrões de feixe de recepção e transmissão; uma etapa em que se determina uma matriz de conversão dos vectores de valores ponderados de recepção e transmissão de acordo com a relação entre os vectores de valores ponderados de recepção e transmissão e os vectores de direcção da rede de antenas de recepção e a rede de antenas de transmissão (101); e uma etapa de cálculo de um vector de valor ponderado de transmissão correspondente pela matriz de conversão de vectores de valores ponderados de recepção e transmissão de acordo com o vector de valor ponderado de recepção obtido a partir do sinal recebido pela rede de antenas (103) .

2 2. 0 método da reivindicação 1, em que os vectores de direcção de recepção e os vectores de direcção de transmissão podem decidir-se pelas frequências de recepção e transmissão, a estrutura da antena e o padrão de radiação do elemento da rede de antenas do sistema.

3. 0 método da reivindicação 1, em que: os vectores de direcção de recepção podem calcular-se registando as amplitudes e fases dos sinais recebidos por cada um dos elementos da rede de antenas posicionados com diversos ângulos na rede de antenas através do posicionamento da rede de antenas sobre uma placa giratória que pode rodar horizontalmente e se encontra afastada a uma determinada distância da fonte de sinal que transmite um sinal com a frequência de recepção da rede de antenas; os vectores de direcção de transmissão podem calcular-se registando as amplitudes e as fases dos sinais recebidos por cada um dos elementos da rede de antenas posicionados com diferentes ângulos na rede de antenas de recepção através do posicionamento da rede de antenas de recepção sobre uma placa giratória que pode rodar horizontalmente e que está afastada a determinada distância da rede de antenas de transmissão em que cada um dos elementos da disposição da antena de transmissão transmite o mesmo sinal por sua vez com a mesma frequência de transmissão.

4. Um método para decidir um vector de valor ponderado de transmissão com base num vector de valor ponderado de recepção de uma rede de antenas num sistema de comunicação FDD, que inclui: uma etapa em que se determina os valores ponderados do sinal de transmissão com determinado vector de valor ponderado de transmissão seguido da transmissão de sinal com uma frequência de transmissão pel rede de antenas fixo; uma etapa de recepção do sinal de transmissão por um 3 grupo de transceptores posicionados a uma determinada distância da rede de antenas. uma etapa em que se regista a intensidade do sinal recebido pelos transceptores e transfere-se a intensidade registada do sinal detectado para um supervisor; uma etapa de calcular um padrão do feixe de transmissão da rede de antenas no supervisor de acordo com a intensidade do sinal recebido pelos transceptores posicionados com diferentes ângulos; uma etapa para a transmissão dos sinais com a mesma potência de transmissão pela rede de transceptores de acordo com uma frequência de recepção da rede de antenas; uma etapa de receber pela rede de antenas o sinal transmitido pelo grupo de transceptores, ponderando-o com um vector de valor ponderado de recepção preconfigurado no supervisor, e a seguir transferir o sinal ponderado ao supervisor; uma etapa para obtenção de um padrão do feixe de recepção da rede de antenas no supervisor de acordo com a intensidade do sinal recebido; uma etapa para ajustar e calcular um vector de valor ponderado de recepção da rede de antenas no supervisor comparando o padrão do feixe de transmissão com o padrão do feixe de recepção da rede de antenas obtido para calcular um par de vectores de valores ponderados de recepção e transmissão que satisfazem um princípio de mínima variância dos padrões de feixe de recepção e transmissão; uma etapa para a alteração do vector de valor ponderado de transmissão da rede de antenas, e repetir as etapas anteriores para calcular um outro vector de valor ponderado de recepção correspondente por repetição; uma etapa em que se determina uma matriz de conversão de vectores de valores ponderados de recepção e transmissão de acordo com um grupo de pares de vectores de valores ponderados de recepção e transmissão a partir das etapas 4 anteriores (101); e uma etapa para adquirir um vector de valor ponderado de transmissão correspondente pela matriz de conversão de vectores de valores ponderados de recepção e transmissão anterior de acordo com o vector de valor ponderado de recepção obtido a partir do sinal recebido pela rede de antenas (103) .

5. O método da reivindicação 1 ou 4, em que a rede de antenas se encontra disposta em linha.

6. 0 método da reivindicação 1 ou 4, em que a rede de antenas se encontra disposta numa forma circular.

7. 0 método da reivindicação 1 ou 4, em que a matriz de conversão dos vectores de valores ponderados de recepção e transmissão implementa a operação de conversão por uma operação linear, que se pode realizar por um processador de sinal digital.

8. O método da reivindicação 1 ou 4, em que a matriz de conversão dos vectores de valores ponderados de recepção e transmissão implementa a operação de conversão por uma operação linear, que se pode realizar por uma matriz de portas programáveis local.

9. O método da reivindicação 1 ou 4, em que a matriz de conversão dos vectores de valores ponderados de recepção e transmissão implementa a operação de conversão por uma operação linear, que se pode realizar por um chip especial.

10. O método da reivindicação 1 ou 4, em que de acordo com as diferentes bandas de frequência de recepção e transmissão, a matriz de conversão dos vectores de valores ponderados de recepção e transmissão podem determinar-se 5 como sendo diferentes matrizes de conversão correspondentes.

11. Um método para decidir um vector de valor ponderado de transmissão de uma rede de antenas caracterizado por o vector de valor ponderado de transmissão ser determinado convertendo um vector de valor ponderado de recepção da rede de antenas utilizando para isso a diversidade de recepção e transmissão Rake combinada da rede, o método inclui: uma etapa de recepção Rake de espaço e tempo, em que se implementa um método de banda base de antena inteligente para cada uma das multi-trajectórias distinguíveis no tempo no receptor Rake de modo que formam os vectores de valores ponderados do feixe de recepção correspondentes, sendo o número de vectores de valores ponderados de recepção igual ao número de multi-trajectórias envolvidas na combinação de energia no receptor Rake (601.a, 601.b); uma etapa em que se escolhe um vector de valor ponderado de recepção, em que, de acordo com uma indicação a partir de um sinal de controlo para implementar a diversidade de transmissão, escolhe-se um vector de valor ponderado de feixe com uma qualidade melhor do correspondente sinal recebido a partir de cada um dos vectores de valores ponderados do feixe de recepção (602.a, 602.bl, 602.b2); uma etapa em se que procede à determinação do vector de valor ponderado de recepção através de combinação, em que, de acordo com uma indicação a partir de um sinal de controlo para implementar a diversidade de transmissão, somam-se algebraicamente os vectores de valores ponderados correspondentes para calcular um vector de valor ponderado(603.a.1, 603.a.2); uma etapa de conversão do vector de valor ponderado de recepção, em que o vector de valor ponderado obtido pela 6 etapa anterior é convertido num vector de valor ponderado do feixe de transmissão por uma matiz de conversão de vectores de valores ponderados de recepção e transmissão (604.al, 604.a.2); uma etapa de transmissão do sinal de ponderação, em que de acordo com a indicação a partir de um sinal de controlo para implementar a diversidade de transmissão, é implementado o valor ponderado do feixe sobre os dados a transmitir utilizando o vector de valor ponderado do feixe de transmissão obtido a partir da etapa anterior, e é enviado o sinal ponderado para um sistema de RF para a sua transmissão (605.a.1, 605.a.2).

12. O método da reivindicação 11, em que quando o sinal de controlo indica a diversidade de transmissão, a etapa de escolha do vector de valor ponderado de recepção inclui a escolha de dois ou mais vectores de valores ponderados de feixe (Wrl, Wr2, ..., Wrn) correspondentes aos sinais de recepção de melhor qualidade (para além de um determinado limiar) de entre todos os vectores de valores ponderados do feixe de recepção; a etapa de combinação de vectores de valores ponderados de recepção inclui adicionar todos os outros vectores de valores ponderados do feixe (Wr2, ..., Wrn) excepto um vector de valor ponderado de feixe (Wrl) correspondente ao sinal da melhor qualidade para calcular um novo vector de valor ponderado de feixe combinado (Wrb); a etapa de conversão do vector de valor ponderado de recepção inclui a conversão do vector de valor ponderado do feixe correspondente ao sinal da melhor qualidade e o vector de valor ponderado de feixe combinado em dois vectores de valores ponderados do feixe de transmissão (Wtl, Wt2) pela matriz de conversão de vectores de valores ponderados de recepção e transmissão; a etapa da transmissão do sinal de valores ponderados 7 inclui a implementação da operação de valores ponderados do feixe sobre os dois sinais de diversidade com os dois vectores de valores ponderados do feixe de transmissão obtidos anteriormente, e enviar os sinais ponderados para um sistema de RF para a sua transmissão.

13. 0 método da reivindicação 11, em que o sinal de controlo não indica a transferência de diversidade, a etapa de escolha de vectores de valores ponderados de recepção inclui a escolha de um ou mais dos vectores de valores ponderados de feixe (Wrl, Wr2, ...Wrn) correspondentes aos sinais de recepção de melhor qualidade entre todos os vectores de valores ponderados do feixe de recepção; a etapa de combinação de vectores de valores ponderados de recepção inclui adicionar todos os vectores de valores ponderados de feixe (Wrl, Wr2, ..., Wrn) para calcular um vector de valor ponderado de canal (Wr); a etapa de conversão do vector de valor ponderado de recepção inclui a conversão do vector de valor ponderado combinado anterior (Wr) num vector de valor ponderado do feixe de transmissão (Wt) pela matriz de conversão de vectores de valores ponderados de recepção e transmissão; a etapa de transmissão do sinal de valores ponderados inclui implementar a operação de valores ponderados do feixe sobre o sinal a transmitir com o vector de valor ponderado do feixe de transmissão (Wt) obtido anteriormente, e enviar o sinal ponderado para o sistema de RF para a sua transmissão.

14. 0 método da reivindicação 11, em que, na etapa de recepção Rake de espaço e tempo, se o número de vectores de valores ponderados do feixe de recepção for igual a 1, as etapas de escolha do vector de valor ponderado de recepção e de combinação dos vectores de valores ponderados de recepção nao será implementado, independentemente de sinal de controlo indicar diversidade de transmissão nao.