确定空间特征以便校准具有天线阵的通信站的方法和设备技术

本发明专利技术涉及确定空间特征以便校准具有天线阵的通信站的方法和设备。可以利用一个或多个远程终端确定校准基站的校准函数，包括：利用第一无线电站的天线单元阵向第二无线电站发送校准信号，并在第一无线电站从第二无线电站接收包含第二无线电站下行空间特征的相关信息的下行空间特征相关信号。可以利用下行空间特征相关信号确定第二无线电站下行空间特征。可利用从第二无线电站发送到第一无线电站的上行空间特征信号。确定第二无线电站上行空间特征。之后可利用第二无线电站下行空间特征和第二无线电站上行空间特征来确定校准函数。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
确定空间特征以便校准具有天线阵列的通信站的方法和设备本申请是分案申请，其母案申请号为99808199.X(PCT/US99/08856)，专利技术名称为“确定空间特征以便校准具有天线阵列的通信站的方法和设备”，申请日为1999年4月22日。
本专利技术涉及复数个无线通信系统领域，更具体而言，涉及用于校准包括复数个天线元件阵列的通信站的方法和设备。
技术介绍
复数个智能天线系统可将复数个天线阵列用于任何利用一个或复数个天线发送或接收复数个射频信号的无线通信接收机或发射机或收发机(在此是指在“通信站”之下)中。在这样一种通信站中使用复数个天线阵列比起使用单元件天线在天线性能上有多种改进。这些天线性能改进对于所接收的复数个信号来说包括改进方向性，信号噪声比，和抗干扰度，对于所发送的复数个信号来说包括改进方向性，安全性，和降低发射功率要求。可将复数个天线阵列只用于信号接收，只用于信号发送，或既用于信号接收又用于信号发送。复数个天线阵列通信站的一种典型应用是在无线通信系统中。例子包括一种蜂窝通信系统，由一个或复数个通常称为基站的通信站组成，每个与其复数个用户单元(也称为远程终端和手机)通信。在复数个蜂窝系统中，远程终端可以是移动的或在固定的位置，当处于固定位置时，这样的一种系统经常被称为无线本地环路系统。天线阵列典型情况下位于基站。对于通信方向的术语来自传统的卫星通信，用基站代替卫星。因此从远程终端到基站的通信被称为上行链路，从基站到远程终端的通信被称为下行链路。因而，基站天线阵列在下行链路方向上发送，在上行链路方向上接收。也可将复数个天线阵列用于复数个无线通信系统，以增加空分多址(SDMA)的容量，这是在相同的“传统的”(FDMA，TDMA，或CDMA)信道上，每次与若干用户通信的能力。以前我们已经公开过利用天线阵列增加SDMA和非SDMA系统的谱效率的自适应智能天线处理方法(包括空间处理)。见共同拥有的美国专利5,515,378“SPATIALDIVISIONMULTIPLEACCESSWIRELESSCOMMUNICATIONSYSTEM”，美国专利5,592,490“SPECTRALLYEFFICIENTHIGHCAPACITYWIRELESSCOMMUNICATIONSYSTEMS，”美国专利5,828,658“SPECTRALLYEFFICIENTHIGHCAPACITYWIRELESSCOMMUNICATIONSYSTEMSWITHSPATIO-TEMPORALPROCESSING”，和美国专利申请序号08/729,390“METHODANDAPPARATUSFORDECISIONDIRECTEDDEMODULATIONUSINGANTENNAARRAYSANDSPATIALPROCESSING”。将利用于复数个天线阵列改进通信效率和/或提供SDMA的系统有时称为智能天线系统。利用线性空间处理作为自适应智能天线处理的智能天线通信系统，在上行链路通信期间，在基带中对在天线阵列元件处接收到的每个信号进行幅度和相位调节，以选择(也就是优先接收)感兴趣的信号，同时使任何不感兴趣的信号或噪声--也就是干扰，为最小。这样的基带幅度和相位调节可用复数值的权来描述，即接收权，天线阵列所有元件的接收权可用复数值向量，接收权向量来描述。同样，通过调节由天线阵列的每个天线发送的基带信号的幅度和相位对下行链路信号进行处理。这样的幅度和相位的控制可用复数值的权，即发送权来描述，天线阵列所有元件的权可用复数值向量，发送权向量来描述。在某些系统中，接收(和/或发送)权包括时间(temporal)处理，被称为用于空时(spatio-temporal)处理的空时参数。在这样的情况下，接收(和/或发送)权可以是频率的函数并应用于频域中，或者等效地，是作为卷积核应用的时间函数。另一种方案是，如果对于被采样的信号，每个卷积核本身可用一组复数来描述，则可将卷积核向量改写为复数值的权向量，对于有M个天线，每个核有K个表项(entry)的情况，将是KM个表项的向量。接收空间特征(spatialsignature)表征基站天线阵列在不存在任何干扰或其他用户单元的情况下是如何从特定用户单元接收信号的。可利用不同的技术来确定用于特定用户的接收权向量。例如，可根据空间特征来确定。也可根据在天线阵列接收到的来自该远程用户的上行链路信号，利用关于这些上行链路信号的某些知识，例如，所用的调制类型来确定。特定用户的发送空间特征表征远程用户在不存在任何干扰的情况下是如何从基站接收信号的。用于在下行链路与特定用户通信的发送权向量或者根据接收权向量(见以下“对校准的需要”栏目)来确定，或者根据特定用户的发送空间特征和其他用户的发送空间特征以这样的一种方式确定，使得对特定用户的能量最大和对其他用户的能量最小。美国专利5,592,490“SPECTRALLYEFFICIENTHIGHCAPACITYWIRELESSCOMMUNICATIONSYSTEMS”描述空间特征和它们的使用，美国专利5,828,658“SPECTRALLYEFFICIENTHIGHCAPACITYWIRELESSCOMMUNICATIONSYSTEMSWITHSPATIO-TEMPORALPROCESSING”，引入于此作为参考，它描述利用空时特征如何将此扩展为空时处理。因此，当在此的描述通过空间特征提供时，增加时间均衡以提供空时处理是容易提供的，例如，当时间处理是利用带有K个抽头(tap)的均衡器(也就是在权卷积函数中卷积核的长度是K)时，通过增加可由MK向量(既有上行链路已有下行链路)描述的空时特征的概念来提供。因而，如何修改本专利技术以适应空时处理和空时特征，对于本领域的技术人员来说将是清楚的，例如考虑到以上被参考并引入于此作为参考的美国专利5,828,658。因此，本领域的技术人员将理解，在任何时候使用术语空间特征，都可认为是将本专利技术应用于装备有空时处理装置的通信站的情境内的空时特征。对校准的需要对于特定的用户来说，根据接收权向量确定发送权向量是所希望的。更一般而言，根据从该用户接收到的信号确定适当的发送信号用于发送到特定的用户是所希望的。对于特定的用户来说，实际的问题可能难以根据接收权向量来确定发送权向量。频分双工(FDD)系统是这样的，其中与特定远程用户的上行链路和下行链路通信是发生在不同的频率上。时分双工(TDD)系统是这样的，其中与特定远程用户的上行链路和下行链路通信发生在相同的频率但在不同的时隙中。在TDD系统中，由于众所周知的互易原理，可以预料，根据接收权向量确定发送权向量是直截了当的。但是，在上行链路上，与天线阵列的每个天线元件相关联的接收电子设备(接收设备链)可能会使得正被处理的接收信号略微失真。接收电子设备链包括天线元件，电缆，滤波器，RF接收机和其他部件，物理连接，和模数转换器(“ADC”)，如果处理是数字方式的话。在多元件天线阵列的情况下，典型做法是，对于每个天线阵列元件有单独的接收电子设备链，因此，在每个天线元件处每个接收到的信号的幅度和相位由每个接收设备链引起的失真可能是不同的。另外，在用户单元和特定的接收天线之间的上行链路发生的RF传播效应，这样的效应包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：　从天线单元发送第一数据信号和第一校准信号；和　从另一天线单元发送第二数据信号和第二校准信号。

【技术特征摘要】
US 1998-5-1 60/0838751.一种用于确定用户单元的下行链路特征的方法，包括：（a）在所述用户单元上，接收来自基站的在空中接口协议的业务信道上的包括校准突发的信号，所述基站包括数个天线元件的基站阵列，其中所述校准突发包括M个不同的调制常量模数校准信号的数个组合，M是该基站阵列的数个天线元件的数目；（b）对所接收的信号进行采样，并使用采样的接收信号及已存储的先前从所述基站发送的一组发送信号来确定所述用户单元的下行链路空间特征，其中，所述M个不同的调制常量模数校准信号的每个校准信号包括第一段和第二段，这两段对于每个校准信号被相同地定时，其中在该第一段的时间间隔期间，数个校准信号的数个线性组合的第一组被从该基站阵列的该数个天线元件的每个发送出，并且在该第二段的时间间隔期间，该数个校准信号的数个线性组合的第二组被从该基站阵列的该数个天线元件的每个发送出。2.如权利要求1所述的方法，还包括：使用预先确定的方法来确定接收信号的该突发是对应于该校准突发还是对应于业务突发；如果接收的该突发对应于该校准突发，则通过相关来提取该校准突发；和使用该校准突发来计算该下行链路空间特征。3.如权利要求2所述的方法，还包括：向收发机发送与该下行链路空间特征相关的下行链路空间特征相关信号；在该收发机通过使用该下行链路空间特征相关信号来计算上行链路空间特征；和从该下行链路空间特征和该上行链路空间特征来确定用于该收发机的校准向量。4.如权利要求2或3所述的方法，其中该校准突发被穿插有该业务突发。5.一种校准方法，包括：在包括数个天线元件的基站阵列的基站把数个校准突发嵌入到数个同步突发中，其中所述数个校准突发包括M个不同的调制常量模数校准信号的数个组合，M是该基站阵列的数个天线元件的数目；和在信道中把包括嵌入的该数个突发的信号从所述基站发送到远程设备，供所述远程设备对所发送的信号进行采样并从所采样的信号以及存储的先前从所述基站发送的发送信号组确定下行链路空间特征，其中，所述M个不同的调制常量模数校准信号的每个校准信号包括第一段和第二段，这两段对于每个校准信号被相同地定时，其中在该第一段的时间间隔期间，数个校准信号的数个线性组合的第一组被从该基站阵列的该数个天线元件的每个发送出，并且在该第二段的时间间隔期间，该数个校准信号的数个线性组合的第二组被从该基站阵列的该数个天线元件的每个发送出。6.如权利要求5所述的校准方法，其中该数个校准突发是用于成对校准的数个两段多音调突发或者数个两段两音调突发中的任何突发。7.一种无线通信系统，包括基站和至少一个用户单元，其中该基站包括：数个天线元件的基站阵列，和发送信号处理器，被作为下行链路校准突发合成器而编程，用以生成一个或者数个将经由该数个天线元件的基站阵列发送给该用户单元的包括下行链路校准突发的下行链路校准波形；并且该用户单元包括：数个天线元件的远程阵列；和一个或者数个数字信号处理器，被配置成对包括从该数个天线元件的远程阵列所接收的该数个下行链路校准波形的接收信号进行采样，以基于所采样的信号以及存储的先前从所述基站发送的发送信号组确定下行链路空间特征并且使用标准消息协议向该基站发送与该下行链路空间特征相关的下行链路特征相关信号，其中，所述数个下行链路校准波形包括M个不同的调制常量模数校准信号的数个组合，M是该基站阵列的数个天线元件的数目，每个校准信号包括第一段和第二段，这两段对于每个校准信号被相同地定时，其中在该第一段的时间间隔期间，数个校准信号的数个线性组合的第一组被从该基站阵列的该数个天线元件的每个发送出，并且在该第二段的时间间隔期间，该数个校准信号的数个线性组合的第二组被从该基站阵列的该数个天线元件的每个发送出。8.如权利要求7所述的系统，其中该数个下行链路校准波形包括数个调制的常量模数校准信号，该数个调制的常量模数校准信号被选择成使得从该基站阵列的任何两个不同的天线元件所发送的任何两个校准信号的点积是纯音调，或者该数个调制的常量模数校准信号被选择成使得该数个下行链路校准波形的第一段是音调，而第二段是线性调频脉冲信号序列。9.如权利要求8所述的系统，其中在该用户单元中的该一个或者数个处理器被编程以包括：预处理器，被配置成对接收的该数个下行链路校准波形进行预处理，以执行通带滤波和补偿失真；信道识别处理器，被配置成根据预处理的该数个下行链路校准波形和该数个下行链路校准波形的预存储版本来估计该数个下行链路空间特征。10.如权利要求9所述的系统，其中在该用户单元中的该一个或者数个处理器被作为上行链路校准突发合成器加以编程，以向该基站发送上行链路校准信号；和该基站还包括：接收信号处理器，被编程用于处理该上行链路校准信号，以确定上行链路空间特征，由此用于该基站的校准向量被从该上行链路空间特征和该下行链路空间特征确定。11.如权利要求10所述的系统，其中该接收信号处理器还被编程用于通过处理在该收发机单元正在向该基站发送时所接收的数个接收天线信号来确定从该用户单元接收的上行链路权向量；和该基站还包括发送权生成器，被配置成从该上行链路权向量和该校准向量确定要向该用户单元发送的下行链路权。12.如权利要求11所述的系统，其中该校准向量被设计成arxφatx,arx表示该上行链路空间特征，atx表示该下行链路空间特征，其中φ表示逐元素除。13.如权利要求12所述的系统，其中该上行链路空间特征arx包括数个“传播”因数和数个“电子设备”因数的积，其中所述数个“传播”因数表示在该上行链路上多种RF传播效应所引起的相位和幅度失真，所述数个“电子设备”因数表示在该基站的接收电子设备链中的相位和幅度失真；和该下行链路空间特征atx包括数个“传播”因数和数个“电子设备”因数的积，其中所述数个“传播”因数表示在该下行链路上多种RF传播效应所引起的相位和幅度失真，所述数个“电子设备”因数表示在该基站的发送电子设备链中的相位和幅度失真。14.如权利要求13所述的系统，其中该上行链路校准信号是预先确定的校准序列；和该接收信号处理器还被编程以包括：预处理器，被配置成对来自该用户单元的该预先确定的校准序列进行预处理，以便执行通带滤波和补偿失真；和信道识别单元，被配置成根据预处理的上行链路校准序列和在该基站中所预存储的预先确定的上行链路校准序列来估计该上行链路空间特征。15.如权利要求13所述的系统，其中该上行链路校准信号包括数个标准业务信道TCH校准突发，该接收信号处理器还被编程以包括：预处理器，被配置成用于对接收的该数个标准TCH突发进行预处理，以便执行通带滤波和补偿失真；发生器，被配置成从预处理的该数个标准TCH突发来估计发送的该数个标准TCH突发；和信道识别单元，被配置成根据预处理的该数个TCH校准突发和发送的数个TCH校准突发的该估计来估计该上行链路空间特征。16.如权利要求7所述的系统，其中该数个下行链路校准波形包括数个调制的音调信号，要在该基站阵列的数个天线元件的每一个发送的该数个音调信号的每一个在频率上是不同的，其中该下行链路信道特征通过把该数个音调信号的每个与相应的接收的音调信号互相关并用来自该基站阵列的参考天线元件的一个相关来归一化该数个相关而确定。17.如权利要求7所述的系统，其中该数个下行链路校准波形包括M个不同的音调信号，在时间段的第一半中，数个不同的音调信号之和被从该基站阵列的参考天线元件发送出，而没有任何音调信号被从其它数个天线元件发送出，在第二半中，该数个音调信号中的不同的...

【专利技术属性】
技术研发人员：T波罗斯，CH巴拉特，CR乌利克，MD特罗特，
申请(专利权)人：阿雷伊通讯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]