CN1499869A - 使用定向波束和无线基站的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是为了在无线基站传输定向波束的情况中，即使当移动台在没有传输上行信号的期间移动的时候，也能够避免无线基站和移动台之间无线链路的断开。根据本发明的无线基站包括用于传输/接收定向波束的天线阵列11，用于接收来自移动台2的上行信号、并根据天线权值为每一移动台产生定向波束图案的无线收发器12，用于测量自接收上行信号以来的实耗时间，以及用于基于由所述上行信号间隔测量器13测量的结果改变天线权值的天线权值发生器15。

Description

使用定向波束和无线基站的通信方法

相关申请的交叉引用

本申请基于2002年10月29日申请的，申请号为P2002-314975日本在先专利并要求其优先权，其整个内容在这里结合作为参考。

技术领域

本发明涉及一种使用定向波束的通信方法，以及一种无线基站，其根据码分多址(CDMA)方案的小区子区(sector-cell)结构采用频谱外散，进行无线通信的通信方法。更具体地说，本发明涉及使用若干天线执行定向波束的传输/接收的一种通信方法和一种无线基站。

背景技术

通常，作为一种移动通信系统，覆盖业务区域的蜂窝系统是使用与多个小区相对应的若干无线基站。此外，使用了小区子区结构，其将一个小区分割为多个子区。然后通过分别在各子区中配置一个基站天线来设定服务区域。对于所述移动通信系统，如图1A和1B中所示，通常采用三个(3)或者六个(6)小区子区配置。

此外，大家都知道使用自适应天线阵列传输/接收定向波束减少了其他用户(移动台)的干扰。使用若干天线执行所述定向波束的传输/接收，以便对天线处接收的信号使用一个适当的权值进行综合，从而可以减少来自其他用户的干扰。在DS-CDMA(直接序列-码分多址)方案中，已经建议了使用导频符号的相干自适应天线阵列分集(CAAAD)的接收方法。

对于下行链路，还建议了传输定向波束的传输方法。在该传输方法中，在对上行链路上形成的定向波束图案执行了对无线链路上发生的信号振幅及相位变化的补偿之后，传输定向波束。可以通过将定向波束传输到下行链路来减少来自位于同一子区及其他子区处的其他用户的干扰。

对于下行链路，可以有分别用于各个用户的信息数据传输的专用信道，以及所有用户共用的用于传输控制数据的公共信道。图2A和2B示出了无线基站中的专用信道和公共信道的定向波束图案的典型实例，所述基站使用自适应天线阵列执行定向波束传输/接收。

如图2A中所示，可以通过使用波束图案BP21和BP22为每一用户的专用信道传输定向波束来减少用户之间的干扰，其窄化了覆盖范围。另一方面，如图2B中所示，为公共信道使用了非定向的波束图案BP23，以便位于该子区中的所有用户接收控制数据。

然而，在如上所述的使用定向波束的传输方法中，自适应天线阵列不得不将天线权值(施加于被输入给每一天线的信号上的权值)最优化，以便通过恰当地形成面向每一用户的定向波束来减少干扰。

进一步来讲，在上述方法中，所述天线权值还得根据移动台MS(被干扰的MS以及干扰的MS)的移动以及传播条件的变化(例如反射物的移动)频繁地更新，以便维持朝向移动台MS的定向波束传输。另外，在常规方法中，所述天线权值是在无线基站根据从每一MS接收的导频符号，使用LMS(最小均方)或者RLS(递归均方)算法更新的。

在移动台MS始终将上行信号向无线基站传输的情况中，例如在电路交换方法中使用的AMR(语音)的情况中，无线基站可以从导频符号中抽取必要信息来更新天线权值。从而，无线基站可以形成朝向移动台MS的适当定向波束，并毫不费力地跟踪该移动台MS。

然而，在移动台MS间歇地传输上行信号(例如分组数据的或者到达无线基站的信号很微弱)的情况中，无线基站也间歇地接收该上行信号。这导致间隔发生无线基站没有从移动台MS接收到导频符号。因此，无线基站在该期间无法更新天线权值以及通过该天线权值确定的波束方向。

具体来讲，如图3中所示，如果移动台2在无线基站1没有收到导频符号的期间，移动到了定向波束BP23的覆盖范围之外(如图3中2标注所示的位置)，那么移动台2和无线基站1之间的无线链路被被断开。特别是，假定移动台2主要执行分组数据通信期间的数据接收，并且这将导致由该移动台2传输的上行信号的间隔被延长。因此，在这种情况下，无线链路断开的可能性极高。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种使用定向波束的通信方法，以及一种无线基站，即使在无线基站传输定向波束的情况中，当移动台移动时没有上行信号传输的时候，也能够避免无线基站和移动台之间的无线链路断开。

为了实现该目的，在本发明中，当在无线基站和移动台之间通过由具有若干天线单元的自适应天线阵列产生的定向波束进行通信的时候，执行：从移动台接收上行信号，测量上行信号接收所耗时间，基于测量步骤的结果改变天线权值，所述天线权值是用于由每一移动台向适应天线阵列输入的信号的加权因数，并根据天线权值为每一移动台产生定向波束图案。

顺便提及，在上述发明中，如果测量结果超过一规定阈值，最好改变所述天线权值，以便扩展定向波束的覆盖范围。如果需要，如果测量结果超过规定阈值，则也建议最好改变天线权值，以便覆盖移动台位于其中的整个子区。

根据本发明，没有信号被移动台传输的间隔被测量出来，并在该时期超过阈值的时候改变天线权值。因此，为移动台形成的定向波束的宽度可以被扩展，并且甚至当移动台移动到没有上行信号传输的子区内，也可以避免无线链路的断开。

在上述发明中，最好是使用若干规定的阈值。并且，如果测量步骤的结果超过所规定阈值中的每一个，改变所述天线权值，以便一步接一步的扩展定向波束的覆盖范围。在该情况下，测量没有信号被移动台传输的间隔，并可以根据该间隔的长度调节定向波束图案的宽度。例如，其允许可以鉴于移动台的移动速度和基站的地理位置恰当地设置定向波束图案的扩展比率。

在上述发明中，如果测量结果超过规定阈值，最好改变天线权值以便扩展定向波束的覆盖范围，并且如果基站接收上行信号，同时基站扩展了定向波束的覆盖范围，那么根据规定算法进一步改变该天线权值。在该情况下，在保持避免无线链路断开的同时仍可以将干扰抑制的效果最优化。因此可以增加可用于进行无线通信的能力。

根据本发明，可以提供使用定向波束的一种通信方法，其中在一改变的步骤中，如果测量结果超出一规定的阈值，改变天线的权值以扩展定向波速的覆盖范围。

另外，对于使用定向波束的一种通信方法，在一改变的步骤中，可以使用多个规定的阈值，并且如果测量步骤的结果超出每一规定的阈值，可以一步以一步为基础，改变天线权值以扩展定向波束的覆盖范围。

再者，对于使用定向波束一种通信方法，在一改变的步骤中，如果测量步骤的结果超出每一规定的阈值，可以改变天线权值以覆盖移动台位于的整个子区。

另外，对于使用定向波束一种通信方法，在一改变的步骤中，如果测量步骤的结果超出每一规定的阈值，改变天线权值以扩展定向波束的覆盖范围，并且如果无线基站接收一上行信号同时无线基站扩展定向波束的覆盖范围，根据一规定算法，天线权值被进一步改变。

附图说明

图1A和1B给出根据传统技术的子区配置的解释方框图；

图2A和2B给出根据传统技术的用于下行链路的传输波束图案的解释方框图；

图3给出根据传统技术的当移动台移动到定向波束覆盖范围之外时无线链路断开情形的解释方框图；

图4给出根据第一实施例的通信系统中当移动台没有上行信号传输时的定向波束图案的解释图表；

图5给出根据本发明第一实施例的移动台配置的方框图；

图6给出根据本发明第一实施例的通信系统的操作流程图；

图7A和7B给出根据第一实施例的定向波束图案变化的解释图表；

图8给出根据第二实施例的定向波束图案变化的解释图表；

图9给出根据本发明第二实施例的通信系统操作的流程图；

图10给出根据本发明第三实施例的通信系统操作的流程图；以及

图11A，11B，11C和11D给出根据第三实施例的定向波束图案变化的解释图表。

具体实施方式

(第一实施例)

现在将参考附图说明本发明的第一实施例。图4示出了显示使用了定向波束的通信系统实例的解释图表。

如图4中所示，根据该实施例的该通信系统是一个在移动台2和基站1之间以子区结构进行无线通信的系统。基站1使用定向波束BP1和BP2与移动台2进行无线通信。顺便提及，在图4中，在基站1处接收用于上行链路的信号，即上行信号，并在基站1根据一个通过天线权值最优化算法确定的天线权值形成定向波束BP1。然后在移动台2和基站1之间进行无线通信。进一步来讲，定向波束在基站1处基本上不改变，直到基站1处接收到新的上行信号。

图5示出了基站1的方框图。如图5中所示，基站1包括天线阵列11、无线收发器12、上行信号间隔测量器13，比较器14，天线权值发生器15和计时器阈值存储单元16。

天线阵列11根据天线权值为每一移动台产生定向波束图案。所述的天线权值是由天线权值发生器15输入给该天线阵列11的每一移动台的加权系数，由该定向波束进行移动台2和基站1之间的无线通信。顺便提及，该天线阵列11配置为波束图案发生器。

无线收发器12是一个发送与接收各种信号的模块。无线收发器12可以发送与接收间歇信号，例如该实施例中的用于分组数据的信号，并且无线收发器12从移动台2接收上行信号并将下行信号传输给移动台2。顺便提及，该无线收发器12配置为接收器。

当无线收发器12接收上行信号的时候，它在天线阵列11的每一单元处获取接收功率作为信号。然后无线收发器12使用由天线权值发生器15产生的天线权值合成所述信号。进一步来讲，无线收发器12在传输的时候，使用由天线权值发生器15产生的天线权值将下行信号分发给天线阵列11的每一单元。

上行信号间隔测量器13测量接收由移动台2传输的上行信号的实耗时间(上行信号间隔：τ)。顺便提及，所述上行信号间隔测量器配置为定时器。在无线收发器12被告知接收上行信号的时候，所述上行信号间隔测量器13将已测实耗时间复位，以便测量接收上次上行信号的实耗时间。上行信号间隔测量器13将已测实耗时间的值输出给比较器14。

所述比较器14获取上行信号间隔即由上行信号间隔测量器13测量的实耗时间值以及存储在计时器阈值存储单元16中的计时器阈值。然后比较器14比较所述上行信号间隔和计时器阈值，并输出比较结果。计时器阈值存储单元16是一个用于存储上行信号间隔的计时器阈值的存储单元。

所述天线权值发生器15根据比较器执行的比较产生天线权值。顺便提及，所述天线权值发生器15配置一天线权值转换器。具体来讲，如果上行信号间隔超过计时器阈值，则天线权值发生器15改变天线权值，以便扩展定向波束图案的宽度。

如上所述的使用定向波束的通信系统操作如下。图6示出说明所述通信系统操作的流程图。

首先，基站1接收来自移动台2的上行信号(S101)。在该步骤中，无线收发器12根据由天线权值发生器15产生的天线权值合成天线阵列11的每一单元处的接收功率。

所述上行信号间隔测量器13测量从接收上一个上行信号的实耗时间，并将实耗时间值相继输出给比较器14(S102)。比较器14获取实耗时间值即上行信号间隔(τ)以及存储在计时器阈值存储单元16中的计时器阈值(S103)。然后比较器14比较所述上行信号间隔和计时器阈值(S104)，并将上行信号间隔和计时器阈值的比较结果输出给天线权值发生器15。

在步骤S104中，如果比较器14确定上行信号间隔没有超过计时器阈值(步骤S104中的“否”)，则天线权值发生器15基于在由移动台2传输的上行信号中所包括的导频符号产生天线权值(S105)。顺便提及，所述天线权值发生器15根据天线权值最优化算法例如LMS和RLS产生天线权值。

另一方面，如果比较器14确定上行信号间隔超过计时器阈值(步骤S104中的“是”)，则天线权值发生器15将天线权值改变为不同权值，以便扩展定向波束图案的宽度(覆盖范围)，所述不同权值是不同于根据天线权值最优化算法产生的天线权值(S106)。

这里，图7A和7B示出如果上行信号间隔超过计时器阈值的时候采用的定向波束图案。如图7A中所示，可以使用预先决定的并且产生非定向波束图案的天线权值。进一步来讲，如图7B中所示，基站1可以基于由移动台2传输的上次上行信号，使用根据天线权值最优化算法产生的天线权值执行一种附加的计算，以便所述基站1可以产生天线权值，这就产生了从作为中心的移动台2扩展的用于移动台2的定向波束图案。

因而，即使当移动台2在没有上行信号传输时移动的时候，也可以避免移动台2和基站1之间无线链路断开，并且还可以在移动台2和基站1之间进行无线通信。

(第二实施例)

在下文中，将说明本发明的第二实施例。图8是示出一种根据第二实施例的定向波束图案的实例的解释图表。类似于图4，图8示出在一规定时期内，没有上行信号被移动台2传输的情形，所述的规定时期是从基站1形成用于移动台2的定向波束时开始的。

第二实施例特征在于，计时器阈值存储单元16存储了若干计时器阈值，而当上行信号间隔超过每一计时器阈值的时候，所述天线权值被一步接一步的改变，以便逐渐扩展定向波束图案的宽度。

具体来讲，在计时器阈值存储单元16中存储了若干计时器阈值(T1，T2和T3，T1<T2<T3)。当上行信号间隔(τ)超过每一计时器阈值T1，T2和T3的时候，天线权值发生器15改变天线权值。如图8中所示，然后基站1一步接一步的将定向波束图案的宽度从BP7扩展到BP9。所述基站1扩展该宽度，以便最大程度的覆盖整体子区(当r>T3的时候)。

根据第二实施例的所述通信系统操作如下。图9示出用于说明根据第二实施例的所述通信系统操作的流程图。

首先，基站1接收来自移动台2的上行信号(S201)。然后，所述上行信号间隔测量器13测量从接收上次上行信号以来的实耗时间，并将实耗时间值相继输出给比较器14(S202)。比较器14获取实耗时间值即上行信号间隔(τ)以及存储在计时器阈值存储单元16中的计时器阈值(S203)。比较器14比较所述上行信号间隔和计时器阈值(S204)，并将上行信号间隔和计时器阈值的比较结果输出给天线权值发生器15。

在步骤S204中，如果比较器14确定上行信号间隔(τ)没有超过计时器阈值(步骤S204中的“否”)，则天线权值发生器15基于由移动台2传输的上行信号中所包括的导频符号产生天线权值(S205)。

另一方面，如果比较器14确定上行信号间隔超过计时器阈值(步骤S104的“是”)，则所述天线权值发生器15获取指示所述上行信号间隔(τ)已经被超过的计时器阈值(T1，T2或者T3)(S206)。然后天线权值发生器15基于计时器阈值改变天线权值，以便逐渐地将波束图案从BP7扩展到BP9，并且所述宽度被扩展到以最大的方式覆盖整体子区(当τ＞t3的时候)(S207)。

在根据第二实施例的所述使用定向波束的通信系统中，由于随着扩展定向波束宽度，干扰抑制的效果受到限制，所以根据移动台2的最大移动速度设置所述若干计时器阈值。因此基站1可以通过考虑到基站1的最大移动速度而逐渐地扩展定向波束图案覆盖范围，来有效地进行无线通信。

顺便提及，作为一种用于当上行信号间隔(τ)超过计时器阈值的时候产生所用天线权值的方法，举例来说，基于由移动台2传输的上次上行信号、并根据天线权值最优化算法，基站1可以使用所产生的天线权值执行一种附加计算，以便所述基站1可以产生天线权值，所述的天线权值一步接一步的产生了从作为中心的移动台2扩展的用于移动台2的定向波束图案。

(第三实施例)

在下文中，将说明本发明的第三实施例。图11是示出一种根据第三实施例的定向波束图案实例的解释图表。类似于第一和第二实施例，图11示出在一规定时期内，移动台2没有上行信号被传输的情形，所述的规定时期是由基站1形成用于移动台2的定向波束时开始的。

第三实施例的特征在于，当上行信号间隔(τ)超过计时器阈值的时候，所述基站1改变天线权值，以便扩展定向波束图案的宽度，并且如果基站1在定向波束图案正被扩展的同时接收了上行信号的话，则通过根据天线权值最优化算法改变天线权值而进一步改变定向波束图案的宽度。

图10示出用于说明根据第三实施例的所述通信系统操作的流程图。

首先，如图11A中所示，基站1接收来自移动台2的上行信号(S301)。然后，所述上行信号间隔测量器13测量从接收上次上行信号以来的实耗时间，并将实耗时间值相继输出给比较器14(S302)。所述比较器14获取实耗时间值即上行信号间隔(τ)以及存储在计时器阈值存储单元16中的计时器阈值(S303)。然后比较器14比较所述上行信号间隔(τ)和计时器阈值(S304)，并将上行信号间隔(τ)和计时器阈值的比较结果输出给天线权值发生器15。

在步骤S304中，如果比较器14确定上行信号间隔没有超过计时器阈值(步骤S304中的“否”)，则天线权值发生器15基于由移动台2传输的上行信号中所包括的导频符号产生天线权值(S305)。

另一方面，如果比较器14确定上行信号间隔超过计时器阈值(步骤S304中的“是”)，则如图11B中所示，天线权值发生器15将天线权值改变为预定的权值，以便扩展定向波束图案的宽度(S306)。在步骤S306的处理之后，如果如图11C中所示，基站1接收来自移动台2的上行信号(步骤S307中的“是”)，那么基站1根据天线权值最优化算法为移动台2产生较窄的定向波束，如图11D中所示(S308)。

因而，甚至当移动台2在没有上行信号传输期间移动的时候，也可以在基站1和移动台2之间维持无线链路。此外，一旦定向波束的宽度被扩展过，只要移动台2再次使用较窄的定向波束传输上行信号，那么就可能将干扰抑制的效果最优化。

(变型)

本发明不局限于如上所述的第一至第三实施例，而以下替换方案同样有效。

举例来说，尽管是在基站1中配置了所述上行信号间隔测量器13、比较器14和计时器阈值存储单元16，但也可以将这些功能块配置在移动台2或者是管理所述各个基站的无线网络控制器中。在该情况下，由所述移动台2或者无线网络控制器将在移动台2或者无线网络控制器获取的上行信号间隔(τ)、计时器阈值或者和计时器阈值的比较结果(τ)告知给基站1。

进一步来讲，可以在无线网络控制器中配置上述实施例中的天线权值发生器15。在该情况下，无线网络控制器处产生的天线权值被传输到基站1。

正如迄今为止所说明的，根据本发明的使用定向波束的通信方法和基站，在无线基站传输定向波束的情况中，即使当移动台在没有传输上行信号期间移动的时候也可能避免无线基站和移动台之间无线链路的断开。

本领域技术人员应该理解的是，尽管已经参考实施例说明了本发明，但本发明不局限于所说明的实施例。本发明可以以不脱离由所附权利要求书所定义的本发明的精神和范围的修改和变更的方式实现。因此，在这里说明书是为了说明的目的，在任何情况下都不限制本发明。

Claims (6)

1.一种使用定向波束的通信方法，用于通过由具有若干天线单元的自适应天线阵列产生的定向波束在无线基站和移动台之间进行通信，该通信方法包括以下步骤：

接收来自所述移动台的上行信号；

测量自接收该上行信号以来的实耗时间；

基于所述测量步骤的结果改变天线权值，所述天线权值是用于为每一移动台输入给所述自适应天线阵列的信号的加权系数；以及

根据所述天线权值为每一移动台产生定向波束图案。

2.一种无线基站，用于通过由具有若干天线单元的自适应天线阵列产生的定向波束与移动台进行通信，所述无线基站包括：

一波束图案发生器，用于根据天线权值为每一移动台产生定向波束图案，所述天线权值是一个用于被输入给自适应天线阵列的信号的加权系数；

一接收器，用于接收来自所述移动台的上行信号；

一计时器，用于测量自接收该上行信号以来的实耗时间；以及

一天线权值转换器，用于基于由所述计时器测量的结果改变天线权值。

3.根据权利要求2所述的基站，其特征在于，如果由计时器测量的结果超过一规定的阈值，那么天线权值转换器就改变天线权值以扩展定向波束的覆盖范围。

4.根据权利要求3所述的无线基站，其特征在于，如果由所述计时器测量的结果超过每一个所规定的阈值，则所述天线权值转换器使用若干规定的阈值一步接一步的改变所述天线权值，以便扩展定向波束的覆盖范围。

5.根据权利要求3所述的无线基站，其特征在于，如果由计时器测量的结果超过一规定的阈值，那么天线权值转换器就改变天线权值以覆盖移动台所在的整个子区。

6.根据权利要求2所述的无线基站，其特征在于，如果由计时器测量的结果超过一规定的阈值，那么天线权值转换器就改变天线权值以扩展所述定向波束的覆盖范围，以及

如果该无线基站扩展定向波束的覆盖范围的同时接收器接收到上行信号，那么所述的天线权值转换器则根据一规定算法进一步改变所述天线权值。

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