方向性天线自适应指向的制作方法

文档序号:7853882
专利名称:方向性天线自适应指向的制作方法
技术领域
本案是与一方向性天线的指向有关,尤与一种以排列程序来定向的方向性天线有关。
背景技术
码分多址(CDMA)调制可以用来提供一基站与一或多个场单元(fieldunit)间的无线通信。在码分多址(CDMA)蜂窝式系统中,多重场单元可以传送与接收相同频率但不同编码的信号以允许信号的方向在每一个单元基础上。一典型的场单元是为一数字的蜂窝式电话手持听筒或是一耦合于蜂窝式调制解调器的个人计算机。
该基站一般是互相连结于一陆基式公众交换电话网络(PSTN)或是在数据系统,如同通过网际网络服服务商(ISP)的网际网络网关的情况下的无线收发机计算机控制组。该基站包含一天线装置,与以传送前向链路的无线频率信号到该场单元。该基站天线也负责用以接收由每一个场单元所传送的反向链路的无线频率信号。每一个场单元并且包含一天线装置用以作前向链路信号的接收以及该反向链路信号的传送。
一场单元用来传送与接收信号最常见的天线型式是为单极式或是全方向式天线。该类天线是由耦合于在该场单元内的一传送接受器的一单线(single wire)或天线单元所组成。该传送接收器接收反向链路信号以使的可由在该场单元内的电路系统所传送而且该传送接受器可调制对向该天线组件的信号到该场单元所指定的一特定频率。由该天线组件在一特定频率下所接收的前向链路信号经由该传送接收器调制之后提供给在场单元内部的电路系统。
由一单极天线所传送的信号很自然地就是全方向性的。也就是说,该信号在一正常的水平面上的每一个方向以相同的信号强度来传送。以单极天线组件来作为信号的接收很可能是全方向性的。一单极天线在一方向上侦测信号的能力相较于相同的方向或者是来自另一个方向的不同的信号并不构成差异。
另一个可以用在场单元的第二个天线型式是描述于美国专利号5,617,102。其中所描述的系统提供了一方向性天线,其包含两个固定在一笔记型计算机外壳上的天线组件。该系统包含一装在该两组件上的相位转换器。该相位转换器为了影响所传送或接受的信号的相位,在与计算机通信期间可以开启关闭。藉由将该转换器打开,该天线传送图形可以调整成一预定的半球图形,该半球图形提供该传送一具有集中的信号强度或增益(gains)的电波图形。该双组件的天线引导该信号到预定的扇形或半圆球形以考量在极小化的信号损失下与该基站相关的指向更大的改变。
CDMA蜂窝式系统并且也被认定为是电波干扰的限制系统。也就是说,随着更多的场单元在一小区与邻近的小区中变得更主动,频率电波干扰变得更大,而且误差率也因此增加。随着误差率增加,最大的数据率减少。因此,另一个在CDMA系统中藉以提升数据率的方法是为降低该主动式场单元的数目,据此以清除空气波中的电压干扰。例如,为了增加到两倍的现今的最大可提供的数据率,该主动式场单元的数目可以降低一半,然而,由于在用户之间很少会优先使用,这几乎不是一个增加数据率的有效的机制。

发明内容
仿真以及场的测量都证实方向性天线在频率双向的收发系统上的操作运作于电波干扰/多重路径的环境上可能矛盾的。换句话说,因为传送与接收频率是不同的而且因为干扰可以来自任何方向,该方向性天线的最佳设定可能在前向链路与反向链路上是不相同的。最佳化该前向链路与仍然达成一适当的反向链路是需要列入考虑。因此,当尝试着计划该反向链路时,为了决定最佳的天线设定,程序的排定是需要的。
为了使该前向链路信号的接收最佳化,该天线装置可以经由相位或者是机械引导技术指向一能够给予最大的信号/噪音比(Es/No)的角度,其中Es是定义为单位符号的能量而No是定义为全部的噪音值(dB)。这是因为Es/No是为定义全部的系统效能的度量。假如达到一较佳的Es/No值,提供给一用户来支持相同的数据处理能力的功率量可以降低。然而,在很多情况下,仅只有根据Es/No的指向可能导致反向链路效能上严重的衰减。这是因为该根据Es/No的指向可能引导该天线电波指向一远离该基站角度,而该基站是为该场单元藉以通信以降低在一邻近的小区中来自一基站的干扰。因此,当使用一与大部分的低成本的可携式天线数组而且没有考量到分离的与不相关的指向电波传送与接收的天线装置时,在该前向链路的通信将会最佳化,但在该反向链路的通信可能无法在相同的天线方向选择上最佳化。为了都佳化往前与回复两者方向上的所有通信效能,方向的选择也应该根据一与反向链路效能最佳化相关的度量,像是导频功率(Pilot power)。
因此,本发明提供一可以根据一排列程序而用来指向一方向性天线的技术。该选择的排列程序可能兼具使用Es/No与一由导频信号所量测的导频功率参数。利用这样的指向与排列顺序使得方向性天线在干扰与只有一天线电波指向传送与接收连结的多重路径驱动环境中能够自适应指向。该技术对传送与接收连结在频率上是分离的(也就是说双向收发通信)的应用特并有用。
除了根据一与良好的往前与反向链路效能有关的度量选择天线角度设定外,该系统可以使用这个程序进行初始基站的撷取或在建立一与基站的连结后,例如全方向模式再激活。除此之外,权重可以结合该度量以将不同的环境或方向因子列入考虑。
不同的现象直接影响该天线指向程序的效能。这些现象可能在不同的环境中彼此间并不相同,而且可能包含多重路径的艰难、干扰的数量以及均方根(RMS)延迟分布等。
在一具体实施例中,该角度设定可以用于在不同的环境下操作的方向性天线指向系统的微调。该微调是应用调整因子或权重到使用于决定该角度设定到该方向性天线于任何环境下性能最佳化的度量。
除了环境权重外,一使用本发明原理的系统可以包含一与该天线图案有关的权重。这样的权重的一实施例是为该天线图案相关因子(CF),其是用来执行或者是连结其它的程序以改善方向性天线的指向。该CF是为一可以,但非限定于分离或者是不连续的形式来表示的图案的比较的结果。该比较可以藉由分离的或是连续的回旋或者世界由其它的比较技术,例如,但非限定于最小平方法来执行。该CF的使用,甚至当该度量再不同的指向角度有很大的差异时,考虑该最佳指向的选择。
该CF独立的利用允许了发现该「最佳」接收导频功率信号的质量中心、信号噪音比、帧误差率、延迟分布以及其它接收器信号度量。使用该CF结合其它权重程序是考虑到在该程序之内不同的度量的权重,例如根据多重路径遭遇的权重。


前述以及本发明的其它的目的、特征与优点将藉由下列关于本发明的特定较佳具体实施例的描述,以及伴随着关于相同部分的完整的各式图式说明来更清楚的说明。各图标并不需要有特定的尺寸,而是在强调本发明的原理。
图1是为采用两个不同型式的信道加密系统的框图;图2是图标说明应用一方向性天线装置的一CDMA通信系统的小区;图3是图标说明在图2中的蜂窝式通信系统的场单元所使用的方向性天线装置的较佳组态;图4是图标说明在图3的场单元所使用的方向性天线的替代组态;图5是为图2所描述的具有方向性天线的场单元的通信系统的系统图;图6是为场单元用以决定用来选择图5的一天线角度的度量的电路图;图7是为场单元用以选择根据图6的度量选择较度设定的程序流程图;图8是为图7所使用的流程图用以选择且排列该角度设定;图9A是为图7的程序的第一部份的细部流程图;图9B是为图7的程序的第二部份的细部流程图;图10是为用以计算图7的程序所额外选用的权重的程序流程图;图11是为图10的流程图所使用的利用10个不同的参考位置复制10次的理论上的自由空间方向性天线图案;图12是为图10的流程图所使用的一理论上的自由空间方向性天线图案与一叠合的理论上量测的导频功率图案;以及图13是为一实际量测的自由空间天线图案的导频与一藉由箭头做批注的量测的导频图案以用以计算一应用于图10以作为一权重的最大值的关系因子(CF)的计算。
具体实施例方式
本发明较佳的具体实施例描述如下。
图1为一码分多址(CDMA)通信系统10的框图。该通信系统10是描述为该共享信道资源是为一无线或广播信道。尽管图标为蜂窝式通信网路,应该了解的是这里所描述的技术可以应用到其它的无线网络,如无线局域网络(WLAN)。
该系统10为一第一组用户20以及一第二组用户30支持无线通信。该第一组用户20是为典型的蜂窝式电话设备的会员用户,如无线手持电话40-1、40-2以及/或是设置在运输工具中的蜂窝式行动电话40-K。该第一组用户20主要使用一声音模式的网络并藉此随着连续的传送加密。该用户的传输是从电话用户单元40藉由前向链路50广播信道以及反向链路60广播信道来发送。它们的信号在一包含一基站天线70、基地收发台(BTS)72以及基站控制器(BSC)74的中央区域来管理。该第一组用户20因此利用该场单元40、BTS 72与BSC 74很传统地执行声音的谈话以通过公众交换电话网络(PSTN)76连结到电话的联系对象。
该通信系统10也包含一第二组用户30。该第二组用户30是为典型的需要高速的无线数据服务的用户。他们的系统组件包含数个远程个人计算机(PC)装置80-1、80-2...80-h对应于远程访问端(ATs)82-1、82-2...82-h以及相关联的天线84-1、84-2...84-h…84-1。座落于中央区域的设备包含一基站天线90与一基站处理器(BSP)92。该基站处理器(BSP)92提供往或来自网际网络网关96的连结,该网关依序提供到一数据网络,如网际网络98,与网络文件服务器100的存取。
一考虑到多重用户(multi-user)正交(orthogonal)与非正交互通性的编码信道以支持该两群用户的系统的操作是描述于国际申请号WO02/09320,该文献的全部学说合并于本文的参考资料中。
图2图标说明利用一方向性天线装置的CDMA蜂窝式通信系统的一小区。该场单元210-1到210-3各自的天线220提供一由基站230以天线240所传送之前向链路广播信号的方向性接收,并且提供一反向链路信号经由一被称为电波形成的程序,从该场单元210到该基站230的方向性传送。电波形成可以藉由包含主动式的天线组件或主动式的以及被动的天线组件的组合的方向性天线数组来执行。
图3说明一移动式电话用户单元210以及一关于天线装置300的形式的详细等比例图标。该天线装置300包含一平台或是一外箱310,有五个天线组件301到305架设于其上。在该外箱310内部,该天线装置300包含相位转换器320到324、一双向总合网络或分离器/组合器330、传送接收器340以及控制处理器350,各组件间是藉由一总线360来相互连结。
如图标所说明的,一天线装置300是经由该传送接收器340耦合到一笔记型计算机80(没有缩小尺寸)。该相位数组式天线装置300允许该笔记型计算机80经由一基站90传送前向链路信号50以及传送反向链路信号60到该基站上以执行无线数据通信。
图4说明一场单元210以及另一个天线装置400的详细等比例图标。该天线装置400是为先前所讨论的天线装置300(图3)的一替代的具体实施例。对照先前所呈现的天线装置300,该天线装置400使用了数个电磁上耦合(也就是说相互耦合)于一中央区域的主动天线组件406的被动式天线组件401到405。该被动式天线401到405再次辐射出电磁能量以影响分别从/到该主动天线组件406接收/传送RF信号。该天线图案(没有呈现于图上)的方向是由各该分别设置于可选择阻抗的组件410-414上的被动天线组件401到405的相位所影响。
图5是为一场单元210与一与基站天线塔520与530相关的基站(没有显示于图上)通信的网络图。该场单元210具有一能够分别于一第一天线电波角度505与第二天线电波角度510提供一天线图案的方向性天线400(图4)。应该要注意的是,该方向性天线400能够提供很多电波角度;该第一与该第二天线电波角度505、510分别于图标中举例说明。
该场单元210可以由该天线电波直接指向在该第一天线塔520的第一天线电波角度505开始扫描。前向链路信号是由该第一天线塔520沿着该第一传送路径515传送到该场单元210。同时,该第二天线塔530正沿着该第二传送路径525传送该前向链路信号到该场单元210。当由该第一天线塔520沿着该第一传送路径514接收信号时,该场单元210接收来自该第二天线塔530之前向链路信号,而该第二天线塔530因为该第一天线电波505在该第二传送路径525上具有部分的增益而可能会被认为是干扰或噪音。
为了降低来自该第二天线塔530的干扰,该场单元210从该第一天线电波角度505到该第二天线电波角度510扫描该天线电波。藉由这样的方式,因为在该第二传送路径525的方向,于第二天线角度510上电波图案具有很小甚至没有增益,因而该沿着该第二传送路径525的来自该第二天线塔530的传送可以降低。这导致了一些用以接收来自该第一天线塔520接收信号的增益的损失(例如5dB的损失),而且,可以理解的,造成从该场单元210到该第一天线塔520的反向链路信号的损失。
然而,应该了解的是,该介于该场单元210与该第一天线塔520之间的所有通信可以藉由从该第二天线塔530所接收的信号的干扰的降低来改善。因此,藉由使用度量,像是分别与往前与反向链路的性能有关的Es/No与导频功率,在通信系统总体效能的改善可以在纵使面对干扰与多重路径的情况下达成。换句话说,在一连结方向上选择一次佳的角度设定可以改善在其它用以改善该场单元210的整体效能的连结方向。
图6提供一举例说明的处理器600或该处理器的一部份用以决定该与提线与反向链路相关的度量。这在情况下,该处理器600输出(1)一第一度量,经计算作为一噪音的函数,像是Pilot Es/No以及(2)一第二度量,像是导频功率(PilotPwr)。
与该处理器600相关,一来自该基地传送接收站(BTS)的接收信道是藉由一可变的增益放大器(VGA)605所接收。该VGA 605的输出是藉由一提供一信号到一自动增益控制(AGC)控制器615的侦测器610所接收。该AGC控制器615输出一控制电压以做为送回到该VGA 605的回馈。
该VGA 605的输出也藉由一导频解调器620所接收。该导频解调器输出一信号Es/No以表示在该导频信道中单位信号的能量除以该总噪音。该信号是藉由该控制电压经过一乘法器625的使用而增加。因为该控制电压表示该所接收信道的能量,该结果信号是为该导频功率。
应该了解的是,另外有一额外的电路(没有呈现于图标中),其是用以从该传送来自该BTS到该执行该处理器600的场单元210之前向链路的正交的信道中孤立该导频信道。
图7是为一程序700的流程图用以图标说明一替代性的利用或是在辨识与选择角度设定可以应用的时间点。该程序700描述一「最佳角度选择」的子程序702与一「最佳基站选择」的子程序704。在该最佳角度选择子程序702中,该程序700是与一基站相关,而且该程序700辨识该方向性天线的一最佳角度设定藉以和该基站通信,并如前所述的,平衡该往前与反向链路的良好性能。在该最佳基站选择子程序中,该程序700利用该天线的扫描能力以协助搜寻该将进行通信的「最佳」基站。
与该程序700相关,在该程序700开始(步骤705)之后,即进行一个用来判定是使用该天线的方向性模式找寻一「最佳」基站(步骤710)或是如传统上的做法去选择一全方位模式的基站的决定。假如选定传统上找寻一基站的该方式,例如通过该导频信号与该最佳信号噪音比(SNR)的辨识,该处理器700设定它的方向性天线到全方位模式(步骤715)而且根据接收来自一个或多个基站的该导频信号的量测寻找一基站720(步骤720)。一旦一基站在全方位模式中被选定,该场单元210设定它的方向性天线到方向性模式(步骤725)并且执行一扫描以决定每一个与方向性天线有关的角度设定的角度设定排列顺序(步骤730)。如前面已经讨论的,该角度设定排列顺序是藉由在该基站与该场单元210之间的一与该前向链路相关的度量以及一与该反向链路相关的度量的函数来决定。
利用该角度设定排列顺序,该场单元210可以尝试着在反向链路中连结到使用该最高排序的角度设定的该基站(步骤735)。假如该联结是成功的(步骤740),该程序就完成了(步骤770)。假如该连结并没有成功(步骤740),随后该场单元210使用该方向性天线并且尝试连结到使用该次最高排序的角度设定的该基站(步骤735),该尝试使用该次最高排序的角度设定(步骤735)连结的程序一直持续到该场单元与一于全方位模式715下所搜寻的基站的该连结成功或者是造成该场单元连结到该全方位模式下的基站为止。该步骤没有显示如图中,但其是为当方向性模式连结失败时的预设的步骤。
假如该场单元210使用方向性模式去寻找一使用该其它的子程序704的「最佳」基站(步骤710),该程序700设定该方向性天线400到方向性模式(步骤745)。该程序700执行一利用方向性天线的扫描并且通过扫描角度的利用决定基站排列顺序(步骤750)。该基站排列顺序可以指定为该基站的代表性导频信号的信号/噪音比(SNR)的函数,以作为在每一个扫描角度的辨识。
一旦该扫描完成后,该使用该子程序704的场单元210尝试连结到该最高来列顺序的基站(步骤755)。假如该联结是成功的(步骤760),该程序700持续进行结束(步骤770)或者是为所选择的基站藉由使用该扫描以及角度设定排列顺序程序(765),如同是上述的其它子程序702的相同的步骤735与740,以执行一额外的最佳化该扫描角度步骤。假如该连结并没有成功(步骤760),该场单元210使用该方向性天线以尝试连结到该次最高排序的该基站(步骤755)。同样应该可以了解的,当尝试连结到该次最高排序的基站时,该方向性天线400是设定成具有与该次高的排列顺序基站相关的一扫描角度。
图8是为该通过如参照图7所描述的方向性天线400的使用以执行一扫描(步骤730与750)的程序800。在该程序800开始(步骤802)后,该程序800选择一接近的角度设定(步骤803)以及计算一导频信号或其它与一指定的基站相关预定信号的接收功率(步骤805)。该程序800计算一度量以作为一与该导频信号相关的信道的噪音的函数(例如Es/No)(步骤810)。这三个步骤(803、805与810),直到所有的角度设定都被量测之前都一直重复(步骤815)。
在该量测之后,该程序800根据所接收的功率与该度量的组合选择该方向性天线的一排列顺序的角度设定(步骤820)。该程序800随后便已完成(步骤825),而且一列表、数据库或其它与排列顺序以及角度设定相关的参考值可以由该程序800中输出。
同时应该要了解的是,该程序可以造成使用于图7的程序700的一单一角度设定(也就说该「最佳」角度设定),而程序800在此一替代性的具体实施例中是根据一如果需要的基础来使用。
图9A是为根据一排列顺序程序以设定该天线装置400方向的一指向程序的流程图。该控制器350使用该指向程序以决定该可选择的阻抗组件411到414在激活期间的最佳的阻抗设定。该激活期间也就是当该AT 82经由该天线装置400开始建立一与该BSP 92的一通信时。在该激活时间(由该步骤903开始),该天线装置400是位于全方位模式(步骤906)。该天线装置400锁定在该「最佳」BSP 92(步骤909到921)并且执行一初始导频扫描(步骤924)。
该场单元210可以包含一复杂的数字接收器以能够提供输出参数,像是如Es/No、导频功率、全接收功率、RMS延迟散布(假如一所谓的「搜寻接受器」用以分离多重路径)、前向错误率(FER)以及其它接收器信号度量。其它能决定这些信号度量的技术可以用来替代。
该天线装置400随后放到方向性模式,而且在每一个1到第i个不同的指向角度或模式的相同的参数都被纪录。再一次,应该要了解的是,本发明的原理部分是根据该BSP 92相较于任何一个场单元210(例如笔记型计算机80)的位置在本质上大约是围绕于其周围的的观察。也就是说,假如一圆周是被绘制于一场单元的周围而且于其上的任意两个位置之间是被假设成具有一最小的一度的粗糙度,该BSP 92可以座落于任何数个不同的指向角度或模式。假设精确度到例如10度,这样的天线装置将会有36个不同的可能模式或设定组合存在。每一种相位设定组合可以被视为是一组5个组抗的值,其中的一用以使每一个可选择的阻抗410到414电连结到所对应的被动式电线组件401到405。
一旦该数据库建立之后,每一种模式,包含该全方位模式都将排列成到从1到第i个附加使用一排列顺序程序的全方位模式(步骤933)。该较佳的角度或是模式的排列顺序程序的选择可以包含使用Es/No与该导频功率,如下所示Rank(A0)=Es0/No0+PilotPwr0Rank(A1)=Es1/No2+PilotPwr1Rank(A2)=Es2/No2+PilotPwr2
其中,Es/No是相当于单位符号的能量比上全部的噪音,以分贝来表示(dB′s);PilotPwr是相当于所选择的基站的所接受的导频功率,以单位毫瓦的分贝来表示(dBm′s);以及Rank(Ai)是为该第i个模式或角度的排列顺序值。
因为相关的功率与该反向链路效能相较于该信号噪音比具有一更强烈的关系,因此该度量是较佳的。例如Angle 6 Es/No=8dB, PilotPwr=-100dBm,Ranking Value=-92Angle 10Es/No=6.5dB,PilotPwr=-92dBm, Ranking Value=-85.5大致而言,假如只有Es/No被使用,那么该角度6将被排列成高于该角度10,即使在Es/No上只有1.5分贝的差值。而藉由利用PilotPwr于排列顺序上,该角度10将被排列成更高的顺序,而在很多的情况下将造成一更可以接受的反向链路。
虽然也许会被认为因为该功率控制是可提供的,但是电话用户的传送功率是否必须要增加是不重要的。这是正确的(1)假如在该电话用户单元具有一无限程度的传输功率,以及(2)假如该额外的功率的传送并不贡献到相通的小区或其它的小区干扰。因为这并不是相同的情况,所以最好是尝试着尽可能的平衡该往前或反向链路的最佳化。
因为该导频符号是用来作为该角度排列顺序中的Es/No的度量,天线指向的决定可以在话务信道被激活之前完成。除此之外,因为该导频功率传统上是为固定的,因此这将给予一稳定的随着干扰与多重路径变得更糟而线性衰减的基准线。
该导频信号的Es/No是用来作为该话务信号的Es/No的相反,因为有很多时间是存在于当没有话务数据被传送时。而关于该度量Es/No的噪音组成,假如没有前向链路被假设造成干扰限制,该对No最大的贡献将是来自邻近的小区以及多重路径的干扰。藉由使用一由固定比值开始的导频Es/No,任何在这个比值的衰减被预期是来自邻近的小区与多重路径的感扰。
其它可以用来将该模式排列顺序的因子包含全接收功率、RMS延迟散布以及FER等前面所谈述的因子。
再回头注意图9A,该处理器350为首先使用该最高排列顺序天线模式而为每一个可选择的阻抗组件411到414提供并且设定该最佳阻抗(步骤936)。接下来,一反向链路的联系藉由使用该最高排列顺序的天线模式起始化(步骤939)。假如一适当的联系无法成功(步骤942),该处理器350设定该下一个次高的排列顺序候选模式(步骤945到948),而且一反向链路的联系是藉由该模式起始化。该程序一直到成功的达成一反向链路的联系之前、尝试连结的候选的模式的数目达到之前或者是该全方位模式达到之前都一直持续着(步骤942到954)。
该程序900可以用来指定一方向性天线操作于任何实际上的环境但特别适合于蜂窝式网络、无线局域网络(WLAN)或其它强烈的与干扰/多重路径相关的环境或一个使用不同的传送(TX)与接收(RX)频率的环境。
一替代的选择程序可以用来选择该「最佳」基站,以对应于该已经选定的基站的一最佳角度的选择。该「最佳」基站的选择可以根据一排列程序设定该天线装置400的方向。该替代程序的一实施例是如图9B所示。相似于根据图9A所描述的一最佳角度设定的选择跟随着一全方位基站的选择,设定该天线装置400的方向是藉由为每一个可选择的阻抗组件411到414设定各该组抗。
关于该图9B,在激活期间(由步骤905开始),该天线装置400是安置于方向性模式(步骤957),而且该天线装置400锁定在1到第i个BSPs92并且执行一初始导频扫描(步骤909)。
该天线装置400随后纪录在每一个1到第i个不同的指向BSPs的相同的参数(步骤924到930)。
一旦这个数据库建立后(步骤960),每个BSP是利用一排列顺序的程序(步骤963)由1到第i个的顺序来排列。该较佳的「最佳」BSP排列顺序程序的选择是利用Es/No以及导频功率,如下所示Rank(A0)=Es0/No0+PilotPwr0Rank(A1)=Es1/No1+PilotPwr1Rank(Ai)=Esi/Noi+PilotPwri其中Es/No是相当于单位符号的能量比上全部的噪音,以分贝来表示(dB′s);PilotPwr是相当于所选择的基站的所接受的导频功率,以单位毫瓦的分贝来表示(dBm′s);以及Rank(Ai)是为该第i个BSP的排列顺序值。
继续参照图9B,该处理器350为首先使用该最高排列顺序的BSP而为每一个可选择的阻抗组件411到414提供并且设定该最佳阻抗(步骤966)。接下来,一反向链路的联系藉由使用该最高排列顺序的BSP起始化(步骤969到972以及939)。假如一适当的联系无法成功(步骤942),该处理器350设定该天线角到下一个次高的排列顺序的候选BSP(步骤975到978),而且一反向链路的联系是藉由该模式起始化。该程序一直到成功的达成一反向链路的联系之前或者是尝试连结的候选的BSPs的数目达到之前都一直持续着(步骤942到954)。
该处理器可以用来指定一方向性天线400操作于任何实际上的环境但特别适合于蜂窝式网络或其它强烈的与干扰/多重路径相关以及一个使用不同的传送(TX)与接收(RX)频率的环境。
上面所描述的选择程序可以藉由增加关于操作环境或该方向性天线400的方向性的预定的或自适应的学习信息来改善或者是细部调整。这信息表示于该场单元210,或是其它在本发明中所使用的系统,例如权重。
图10是为一程序1000的流程图,其中这些权重是应用于该关于噪音与经由利用该扫描程序800所得知的预定信号功率的度量。
关于该程序1000,该程序1000开始(步骤1005)并且计算该噪音相关的度量(例如Es/No)以及该利用于例如前面参照图8所讨论步骤805与810的引导功率度量(步骤1010)。假如要应用该权重(步骤1015),该选定的权重是在步骤1020与1025中被决定。
假如该权重在本上是环境相关的,该程序1000计算或接收该环境权重(步骤1020)。假如要计算权重,该场单元210是操作于自发式模式(也就是说该场单元自行决定该环境权重)。假如该场单元接收该环境权重,该基站将藉由无限的通信提供该权重,而且因而该场单元210不再自发地动作。
假如该权重是根据该方向性天线的方向性而被应用(也就是说该全重视方向性的),该程序1000可以计算、接收或者以一相关因子(CF)来规划(步骤1025)。该相关因子是为一权重计算的特殊形式而且其是以该天线形式为基础。该相关因子将进一步参照下面的第11到13图的图标来讨论。
假如没有应用该权重,该权重的值将被设定为「1」。该程序1000藉由该个别的度量乘上该权重。例如,一第一环境权重与第一方向权重可以乘上该作为噪音的函数的度量,而一第二环境权重与第二方向权重可以乘上一矩该导频功率相关的度量(步骤1030)。当该程序1000结束(步骤1035)时,该加权的度量可以储存于一列表、数据库或送到在该场单元210上的实时执行的程序以用于产生一角度选择。该加权度量随后可以应用于前面所述的相同的、没有加权过的度量。
一个针对不同的区域建立与该环境相关的权重的方法(也就是说环境调整因子),是根据统计上不同的重大环境,例如城市、郊区或农村等的仿真。另一种建立这些权重的方法可以根据实际的场测量。可交互替代的,这些权重可以实时的根据一利用根据该仿真或该随意的自适应最佳化的核心的最佳化的例行程序来建立。
一例行程序的最佳化可以根据特定网络的需要来建立以最佳化不同的度量。例如,再一稠密的城市区域,往前容量,也就是说往前的信号噪音比(SNR)可以被视为是比程度的改善更加重要,以使得该程序可以为每一位用户设定在汇聚于最佳SNR。同样的,在乡村地区覆盖范围可以被视为是比较重要的,所以所接收的信号功率或者是电话用所所传送的功率可以被最佳化。
一种执行该可调式因子的方法是为执行一数值到每一个场单元10。该数值可以根据地理上的区域,也就是说行星上的地球,不同的大陆,不同的国家,不同的国家之内的不同的区域以及该用户住家区域的网络。这些值考虑了根据该地理上的区域的程序的巨观调整。这些值并没有考虑到该用户在一不同的地理区域或在该用户本身的地理区域之内的明显的变异的位置变换的不同。因此,假如该用户移动到一新的地理区域或者是在其本身的地理区域之内的的明显的变异的区域时,该相关于环境的权重有很高的可能性会无法修正该用户的场单元。
一执行该调整因子的第二种方法是为嵌入一预先定义的数据库到该场单元210中。该预先亿的数据库可以包含针对一组预先定义的不同环境的不同的权重,例如乡村、郊区、城市以及大都市区域等。当一用户登入一特定的网络时,该基站可以辨识该场单元所处在的环境类别。该场单元由其内部的数据库中根据该基站所提供的数据取出该与环境相关的预先定义值。这一个方法并不容易考虑到不同的环境的权重因子的改变,也不能实时的支持该因子的调整。
一种最佳的方法是利用使用于最小可定义区域的特殊权重。这些权重在登入期间,可以动态的下载到该使用着的场单元,或者是这些权重可以连续的广播到该用户的场单元。在一蜂窝式网络中,每一个基站可以包含它本身的权重组以通过一些控制信道下载、或者是一广播信道的广播到每一个用户。这些管理一特定地址的网络工程师在一特定的小区中,可以「扭曲(tweak)」这些参数到更最佳化的性能。这些网络工程师可以「扭曲」的参数可以根据其容量、天数的时间或是连结品质度量(LQM)。自动性的权重扭曲可以使用一监视该整体系统与网络效能的网络最佳化工具来完成。该最佳化工具收集连结统计以及在该小区之内建立一用户效能的数据库。该最佳化工具输入统计值到一实时的仿真程序并且使用交换技术,例如尝试并且解决最大化整体效能的最佳的权重。
该较佳的角度或模式排列顺序的演算的选择是利用Es/No以及导频功率,如下所示Rank(A0)=RfAntEsNoWgt×Es0/No0+RfAntPilotWgt×PilotPwr0Rank(A1)=RfAntEsNoWgt×Es1/No1+RfAntPilotWgt×PilotPwr1Rank(Ai)=RfAtitEsNoWgt×Esi/Noi+RfAntPilotWgt×PilotPwri其中该Es/No是相当于单位符号的能量比上全部的噪音,以分贝来表示(dB′s);该PilotPwr是相当于所选择的基站的所接受的导频功率,以单位毫瓦的分贝来表示(dBm′s);该Rank(Ai)是为该第i个模式或角度的排列顺序值;该RfAtitEsNoWgt是为该由现在的基站、内部的或者是定义该Es/No如何列入该基站的环境的指向决定因子的自适应的择定所下载的Es/No权重;以及该RfAntPilotWgt是为该由现在的基站、内部的或者是定义该导频功率如何列入该基站的环境的指向决定因子的自适应的择定所下载的Es/No权重。
该导频信号的Es/No是相同于前面所述的原因而用来作为该话务信号的Es/No的相反。也就是说,该指向方向的决定最好是发生在出使的系统存取期间,在该时间内并没有话务数据被传送。假如没有前向链路被假设造成干扰限制,该对No最大的贡献将是来自邻近的小区以及多重路径的干扰。藉由使用一由固定比值开始的导频Es/No,任何在这个比值的衰减都是来自邻近的小区与多重路径的感扰。
其它可以用来将该模式排列顺序的因子包含全接收功率、RMS延迟散布以及FER等前面所谈述的因子。
除了与该操作环境相关的权重可以应用于该度量以细部调整该指向外,该与天线的方向性或电波图案相关的权重也可以应用到细部微调的度量上。这些方向性权重可以独立的应用或者是附加于环境权重上的应用。
一方向性权重的实施例是为一天线图案相关因子(CF)。此一CF是为一介于一自由空间的一方向性天线的天线图案与任何纪录在该天线指向方向的函数之间的比较值。该图案可以,但非限定是以一连续的或是分离的量测来表示。该比较值可以藉由连续的或者分散的递回或藉由一些比较技术,例如最小平均平方法来执行。
一种比较的形式用以比较该方向性天线400的自由空间图案与该导频功率。该比较位在该导频能量的质量中心并且形成一度量以描述多重路径环境的遭遇与呈现。
图11图标说明一理论上的自由空间的方向性天线图案藉由使用不同的参考位置重复10次,如角度1到角度10。该自由空间参考图案可以藉由在一非反射的环境中量测该天线所得到。为了量化该多重路径环境,利用该自由空间天线图案是有用的,因为一个量测图案(例如该导频功率)与该自由空间图案之间有多少偏差必须被决定出来。如果有更多严厉的多重路径环境,在该量测图案与该自由空间的方向性天线图案的比较值就会更低(也就说一个较小的CF)。
图12图标说明一理论上的自由空间的方向性天线与一理论上的量测的导频功率图案。如同图12所示,角度5在每一组10个自由空间的天线图案与该量测的导频功率图案之间具有一最高的相互关系。因此,该角度5被选为是最佳的指向角。然而,计算该最大的CF更进一步最佳化该指向角。该最大的CF可以藉由使用该由角度5与一复杂的指向程序的相互关系值计算出来。该CF值在以更大的多重路径分布的环境中较小,而在具有较少的多重路径角分布的环境中较大。一种为每一天线位置j计算CF的方法是利用下列的方程式CFj=1-(sumi=1→A(sqrt(abs(Diffij)/X)其中该CF是为该相互关系因子;该「A」是为该量测角度的所有数目该「Diff」是为在该第i个量测值与该第j个天线图案之间的差值;以及该「X」是为由假如一平整的噪音图案围绕在实际的自由空间的天线图案中所得到的最大的全部差值。
图13是图标一程序,其是利用一真正量测的自由空间的天线图案与一量测的导频功率图案以计算该最大的CF。该程序可以条列方式说明如下外部循环1.将所量测的导频图案的峰值正常化到该自由空间天线的参考图案的峰值2.选择该10个不同的自由空间天线图案的第一个;内部循环a.转化该所量测的导频功率图案与该所纪录的自由空间参考图案到功率,以瓦数表示。
b.计算介于该自由空间参考图案与在现在角度所量测的导频图案的差值(Diff)。
c.计算该差值的绝对值;d.计算该差值的平方根;
e.以该由该假如一平整的噪音图案包围在实际的自由空间图案所得到的该最大的差值除该差值。例如,对方向性天线400而言,该值为7,6951。
f.执行该内部循环b到e直到D1到D10被计算完成;g.总合D1到D10的结果,并且以1减掉该总合值;3.选择下一个自由空间的天线图案并且再一次执行该内部循环;4.一旦所有10个自由空间参考图案计算该CF,该具有最大值(介于0到1之间)的参考图案,是为该具有CFmax的CF值的导频能量的质量空间的方向。
一旦该模式的数据库(也就是说在图7中所描述的角度或是基站)以及Cfmax被产生之后,每一种模式都被排序成从1到第i个使用一权重排列顺序的程序以获得该最佳的指向角度。一加权的排列顺序程序的实施例是为随着该多重路径环境因为该PilotPwr在排列顺序方程式中是被与以符合该往前与反向链路而变得更糟时,加权该所接收的PilotPwr使其变得更小。随着该多重路径环境的变糟,找到一个主流的基站导频的抵达角度是困难的。因此藉由该PilotPwr的排序的贡献最好是降低的。该较佳的角度或是选择的排序程序系列用该Es/No以及加权的导频功率,如下所示Rank(A0)=Es0/No0+CFmax×PilotPwr0Rank(A1)=Es1/No1+CFmax×PilotPwr1Rank(Ai)=Esi/Noi+CFmax×PilotPwri其中,该Es/No是相当于单位符号的能量比上全部的噪音,以分贝来表示(dB′s);该PilotPwr是相当于所选择的基站的所接受的导频功率,以单位毫瓦的分贝来表示(dBm′s);该Rank(Ai)是为该第i个模式或角度的排列顺序值;该Cfmax是为最大的相互关系因子。
除了单独应用该CF到该排列顺序程序外,该CF也可以与该环境因子组合后应用,其如下所示Rank(A0)=RfAntEsNoWgt×Es0/No0+CFmax×RfAntPilotWgt×PilotPwr0
Rank(A1)=RfAntEsNoWgt×Es1/No1+CFmax×RfAntPilotWgt×PilotPwr1Rank(Ai)=RfAtitEsNoWgt×Esi/Noi+CFmax×RfAntPilotWgt×PilotPwri本发明已经参照这里的较佳具体实施例特别的图标与说明,必须说明的是那些在本领域的形式上或细节上不同的改变,皆可以不偏离本发明的所附加的权利要求说明的目标。
权利要求
1.一种用于决定一方向性天线的一角度设定的方法,其包含针对与方向性天线相关联的至少两个角度设定计算一预定传送信号的接收功率;在一关于该预定传送信号的信道中计算作为一噪音函数的度量;以及根据该所接收的功率与度量的一组合而针对该方向性天线选择一角度设定。
2.如权利要求1所述的方法,其中该预定传送信号为一导频信号或一指针信号。
3.如权利要求1所述的方法,其更进一步包含施加至少一权重于该接收功率、该度量或者两者都有。
4.如权利要求3所述的方法,其中该至少一权重与操作环境或者是该方向性天线的方向性有关。
5.如权利要求4所述的方法,其更进一步包含计算与该操作环境有关的该权重。
6.如权利要求4所述的方法,其更进一步包含接收与该操作环境有关的该权重。
7.如权利要求4所述的方法,其中与该方向性天线的方向性有关的该权重包含一相关因子。
8.如权利要求1所述的方法,其更包含搜寻该预定传送信号。
9.如权利要求8所述的方法,其中计算该接收功率与该度量发生于该搜寻的期间。
10.如权利要求1所述的方法,其中该度量被定义成将每一符号的能量除以信道总噪音。
11.如权利要求1所述的方法,其更包含尝试在在对应于各角度设定所产生的组合的一最大值的扫描角度上建立一反向链路。
12.如权利要求11所述的方法,其中假如不能够建立该反向链路,在一对应于该等组合的一较低值的扫描角度上重新尝试。
13.如权利要求1所述的方法,其是使用于一码分多址(CDMA)网络、频分多址(FDMA)网络、时分多址(TDMA)网络或是无线局域网络(WLAN)。
14.一用于无线通信的装置,其是包含一方向性天线,用以接收一预定传送信号;一处理器,耦合于该方向性天线,用以针对与该方向性天线相关联的至少两个角度设定,计算(i)该预定信号的接收功率;(ii)在一关于该预定传送信号的信道中一作为噪音函数的度量;以及一选择器,耦合于该处理器,用以根据该接收功率与度量的一组合而选择该方向性天线的一角度设定。
15.如权利要求14所述的装置,其中该预定传送信号为一导频信号或一指针信号。
16.如权利要求14所述的装置,其中该处理器施加至少一权重于该接收信号、该度量或者两者都有。
17.如权利要求16所述的装置,其中该至少一权重与操作环境或者是该方向性天线的方向性有关。
18.如权利要求17所述的装置,其中该处理器计算与该操作环境有关的该权重。
19.如权利要求17所述的装置,其中该处理器接收与该操作环境有关的该权重。
20.如权利要求17所述的装置,其中与该方向性天线的方向性有关的该权重包含一相关因子。
21.如权利要求14所述的装置,其中该处理器控制该方向性天线以搜寻该预定传送信号。
22.如权利要求21所述的装置,其中该处理器于该搜寻的期间计算该接收功率与该度量。
23.如权利要求14所述的装置,其中该处理器被定义成将每一符号的能量除以该信道的总噪音。
24.如权利要求14所述的装置,其中该处理器尝试在对应于各角度设定所产生的组合的一最大值的扫描角度上建立一反向链路
25.如权利要求14所述的装置,其中假如该处理器无法建立该反向链路,其将于一对应于该等组合的一较低值的扫描角度重新尝试。
26.如权利要求14所述的装置,是应用于一码分多址(CDMA)网络、频分多址(FDMA)网络、时分多址(TDMA)网络或是无线局域网络(WLAN)。
27.一用以决定一方向性天线的一角度设定的装置,其包含针对与该方向性天线相关联的至少两个角度设定一用以计算一预定传送信号的接收功率的装置;在一关于该预定传送信号的信道中计算作为一噪音函数的度量的一工具;以及一用以根据该接收功率与度量的组合而选择该方向性天线的一角度设定的工具。
全文摘要
一方向性天线,其根据一排列顺序程序来定向。该排列顺序程序的选择乃利用E
文档编号H04B7/06GK1656647SQ03811611
公开日2005年8月17日 申请日期2003年5月2日 优先权日2002年5月2日
发明者肯尼士·M·盖内, 詹姆士·C·欧德, 约拿森·L·修斯, 葛里分·K·哥沙德 申请人:美商智慧财产权授权股份有限公司
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