专利名称：用于减轻自适应天线阵系统中信道间干扰的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统领域，并且更具体而言，本发明涉及用于在自适应天线系统中干扰减轻的方法和系统。
背景技术：
提高通信系统容量的一个进展是在资源共享或多址接入的范围。多址接入技术的例子包括码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA)。例如，在TDMA系统中，每个远程用户终端在与其它远程用户终端共享的频率信道中但是在其自己(即非重叠的)时隙中与一个中心通信设备(例如基站)通信。因此，在TDMA系统中，多个远程用户终端可以在相同的频率信道中但是在非重叠的时隙中与中心通信设备通信。(这里使用的术语“信道”指诸如频率、时间、码信道的传统通信信道的一个或者组合)。
不幸的是，特别是那些采用多址接入技术的通信系统会遭受信道间干扰(信道间干扰有时候也称作相邻信道干扰；不过，术语信道间干扰在这里用于强调干扰可能会出现在不一定相邻的信道之间，但是可能互相影响)。例如，在FDMA蜂窝通信系统中，当基站在一个主频率信道上向第一接收机(可以是蜂窝电话手机或者其它远程用户终端)发射下行链路信号时，被调谐来在可能邻近或者相当接近所述主频率信道的频带的非主频率信道中接收的第二接收机可能会遭受信道间干扰，这些信道间干扰归因于使得来自主下行链路信号的能量被在一个或多个非主要信道上检测为干扰的发射机、接收机和/或信道特性。同样地，在TDMA系统中，操作在相邻时隙的接收机可能会遭受信道间干扰。尽管如此，它目前还是被用于诸如GSM系统的一些系统中。
由不是基站或者其它通信设备的“主”发射的预期接收者的诸如远程用户终端的接收机遭受的信道间(和/或同信道)干扰可能由归因于接收机的限制、信道和/或环境的特性的因素之一或组合和/或由发射机(例如基站)对于“重影”信号的产生所引起的。例如，归因于诸如远程用户终端的接收机的限制并且可能促使信道间干扰出现的因素包括但不限于在远程用户终端的接收路径中相对有限的动态范围、远程用户终端的振荡器中的相位噪声、远程用户终端的相对差的模拟和/数字滤波或者信道选择性。另一方面，归因于诸如基站的发射机的因素可能也会引起由一个或多个接收机遭受的信道间(和/或同信道)干扰。例如，当发射机在主要信道上发射下行链路信道时，该发射机可能会产生有害的“重影信号”出现在“主要”或“非主要”信道上。
不幸的是，用于通过改善远程用户终端的选择性-也就是其丢弃邻近频率、时间和/或码信道中的有害信号的能力来减轻信道间干扰的技术通常使得要承担额外的费用或者功耗。另一方面，远程用户终端的接收机的相对有限的选择性可能会在通信系统中引起多个不希望的影响。实际上，如果相邻信道被足够功率信号所占据，则对于远程用户接收机的合成的影响会致使远程用户终端相对不可靠或者甚至不能工作。
用于减少或者消除信道间干扰的一个技术是离开可能遭受(或者引起)信道间干扰的未占用(即未使用)的邻近信道和/或其它相对邻近的信道。例如，如果与一个基站通信的远程用户终端在使用一个给定的信道，则该基站可以被编程以便不将相邻或者其它相对邻近信道分配给其相对有限的信道选择性可能致使这种相邻或者邻近信道易受信道间干扰影响的其它远程用户终端。不过，通过离开一些在其它情况下可使用信道不被使用，所述解决方案带来频谱效率中相对大的损失。在其中有相对大量远程用户终端的系统中，这种频率效率的损失会指示所述解决方案不切实际。
另一种用于减轻信道间干扰的现有技术涉及动态信道分配。动态信道分配的一个例子被用于个人手持电话系统(PHS)，以及目前在包括例如日本的部分地区的多个地理区域中实现的蜂窝网络结构中。PHS远程用户终端(也称作PHS手机)能够将控制消息发射到PHS基站。当PHS手机检测到一个(例如归因于信道间干扰的)恶化的信号质量时，PHS手机在通信会话期间(例如在话音或数据“通话”期间)经由一个控制消息来向PHS基站通知一个新信道被需要，并且这个新信道可以由PHS基站分配给PHS手机。
不过，在PHS手机接受一个新分配的信道之前，该手机测量该新分配信道上的干扰，以便确定该干扰相对于阈值是否重大。当PHS手机在新分配的信道上执行干扰测量时，该手机使用被在与PHS基站的话音或数据交换的正常业务期间被使用的相同的接收设备。因此，即使在用于一个新分配信道的测量阶段中，PHS手机也可能遭受来自相邻或邻近信道上的信号的干扰。如果这种干扰的电平例如与一个阈值相比太高，则PHS手机可能再向基站请求一个新信道。
最后，如果网络负载-即用户(例如PHS手机)或者其它信号源或者接收机的数量-没有超过一个阈值，则PHS网络中的PHS手机和基站可以找到便于在可容忍量的信道间干扰的情况下通信的时隙和频率的模式。另一方面，如果PHS手机在多个尝试或者在一个预定义时间周期中没有找到合适的信道，则呼叫会被中断-即通信会被非故意地在PHS手机与基站之间终止。此外，当PHS手机在信道之间切换时，即使通信不被终止，则语音质量或者数据完整性也通常会大大降低。
采用天线阵与信号处理硬件和/或软件的自适应天线(也称作“智能天线”)也被用来减轻干扰和改善无线通信中的性能。天线阵典型地包括空间分离和耦合到一个或多个数字信号处理器和/或通用处理器的多个天线。自适应天线阵或者只是自适应阵列周期地分析从一个阵列中的每个天线接收的信号，以便在(例如来自诸如蜂窝电话或者其它通信设备的所需远程用户终端的)所需信号和不希望有的信号(例如在相同或不同小区区域中的不希望有的远程用户终端的上行链路信号)之间进行区分，并且还周期地分析多径等。其它类型的天线阵系统并且特别是转换波束天线阵系统也可以被采用，尽管这种类型的天线阵系统通常不动态和自适应地改变其辐射图以便减轻干扰，但是被限制到有限数量的波束形成图。
组合多个天线振子的信号以便提高在有用远程用户终端位置的增益，同时减少一个或多个其它远程用户终端位置的增益的过程通常被称作波束形成。一个下行链路加权值被天线阵系统计算来描述提供用于信号从天线阵系统发射到一个所需远程用户终端的合适的辐射图的下行链路波束形成策略。相反地，一个上行链路加权值被天线阵系统确定来描述提供用于由天线阵系统接收信号的合适的辐射图的上行链路波束形成策略。
所述加权值通常被计算作为与一个或多个远程用户终端相关联的空间和/时间特性的函数，所述空间和/时间特性被通过例如测量在天线阵的不同天线阵子接收的上行链路信号而确定。例如，在某些自适应天线阵系统中，由自适应阵列系统执行的到达方向(DOA)测量可以提供与一个上行链路信号以及因此这个上行链路信号的源(即发射机)相关联的空间特性。不过，也有其它已知的空间特性和确定这些空间特性的方法。因此，应当理解，这里的描述不依赖于因此也不限于特定类型的空间特性或空间特性测量技术。
图1表示根据现有技术的一种天线阵系统的简化辐射图。在如图1所示的系统中，天线阵10在一个或多个“主要”信道上向诸如移动或者固定远程用户终端(例如蜂窝话音和/数据通信设备、具有无线功能的PDA、耦合到移动或固定数据处理设备的调制解调器或者其它无线通信接口等)的所需(有时候称作“主要”)远程用户终端(RUT)12发射(下行链路)信号和/或从所述远程用户终端(RUT)12接收(上行链路)信号。根据已知的“智能天线”或“自适应天线”处理技术，天线阵10可以依赖于多个因素也同时产生向其它RUT的干扰减轻的区域。因此，在图1中，天线阵10在所需RUT 12的位置产生提高增益区域6，同时还在不希望有的RUT 14的位置产生相对最小化增益的第一区域或者“零”区域2以及在另一个不希望有的RUT 16的位置产生第二干扰减轻或者“零”区域4。
零区域2和4表示自适应阵列和“智能天线”处理的优点之一。特别地，零区域2和4中的每一个表示相对于提高增益区域6的最小化增益的区域。因此，当在主信道上向所需RUT 12发射时，天线阵10通常还在一个或多个位置产生一个零区域，其中每个位置通常对应于另一个RUT的位置。通过这样做，当天线阵10与所需RUT 12通信时，天线阵10可以减轻一个或多个其它RUT遭受的干扰。因此，零区域产生可以被看作是提供干扰减轻的技术，并且每个“零区域”可以被称作干扰减轻的区域。
通过提高在所需远程用户终端位置的增益，同时减轻在一个或多个其它远程用户终端位置的增益，天线阵10可以“空间地”接收和发射信号，因此通过在一个所需RUT的位置集中发射和/或接收增益，同时在一个或多个不希望有的RUT的位置减小发射和/接收增益，从而提高系统容量，减少由其它远程用户终端等等遭受或者由这些远程用户终端引起的干扰。
应当理解，在自适应阵列系统的环境中使用的术语“零”通常不意味着零电磁能量的区域，这是因为零通常包括某个增益等级，尽管通常小于一个提高的区域。此外，根据包括对于所需RUT的功率传输限制的各种因素，自适应天线系统可以通过改变所产生的零区域的数量和/或改变零区域的强度/深度而改变趋于零的“量”，以便使得一个零区域越接近零增益，则零区域就越强或越深。
不幸的是，自适应阵列通常将干扰减轻(或者趋于“零”)指向占用与一个所需RUT相同的主要信道(例如时隙或载波频率位置)的RUT。因此，即使在自适应阵列系统中，上述信道间干扰的影响通常也存在。
因此，希望有一种用于在无线系统中减少信道间干扰的方法和系统。
图1表示根据现有技术，在一种天线阵系统中的简化波束形成图。
图2是根据本发明的一个实施例，采用自适应干扰减轻机制的自适应天线系统的框图；图3A表示根据在PHS系统中采用的本发明的一个实施例，在主要信道上的所需信号和在相邻信道上的干扰信号；图3B表示当一个展宽信道选择滤波器被应用于如图3A所示的情况中之后的剩余相邻信道信号。
图3C表示抽取之后的基带信号；图4A表示根据在PHS系统中采用的本发明的一个实施例，在主要信道上的所需信号和在相邻信道上的干扰信号；不过，图4B表示在应用了一个修改的信道选择滤波器之后的剩余相邻信道信号；图4C表示在抽取之后的所需信号和相邻信道信号；图5表示根据本发明的一个实施例，用于在天线阵系统中减少信道间干扰的方法；以及图6表示根据本发明的一个实施例，用于减轻发射机相关的重影响信号的不希望有的影响的方法。
具体实施例方式
本发明提供了用于在无线通信系统中减少信道间和/或同信道干扰的方法和设备。所述干扰可能由接收机和/发射机的限制所引起。根据本发明的第一方面，通过在发射机(例如基站)执行一个新颖的方法来减轻归因于接收机(例如远程用户终端)限制的信道间干扰。根据本发明的第二方面，通过在发射机执行一个新颖的方法来减轻一个或多个远程用户终端可能遭受的由发射机(例如基站)引起的(信道间或者同信道相关的)干扰。根据以下对于本发明几个实施例的描述可以显而易见本发明的其它新颖特征和优点。
应当理解，本发明可以用于各种类型的无线结构和应用，因此不限于一种类型的无线系统或结构。例如，本发明可以用于时分双工(TDD)或频分双工(FDD)系统或者其它无线结构。本发明还可以用于其中多个远程用户终端可以操作在基本上相同频率、时间和/或码信道中但是每个这样的远程用户终端与一个特定空间信道相关联的环境中。此外，本发明可以连同TDMA、CDMA和/或FDMA通信系统而使用。还应当理解，本发明不同单元的每个或者组合可以用硬件、软件或者其组合来实现。
如这里使用的，在基站可以同时处理来自多个远程用户终端的信号并且基站通常但不是必须耦合到网络(例如PSTN、互联网等)的方面，基站与远程用户终端是不同的。不过，本发明不限于任何一种类型的无线通信系统或设备。尽管参考包括自适应天线的基站描述了本发明，但是应当理解，一个或多个远程用户终端也可以包括自适应天线。因此，也可以利用远程用户终端至少部分地包括本发明的方法和设备。
应当理解，这里连同诸如基站的信道选择滤波器的一个或多个滤波器使用的术语“展宽”是指覆盖提供额外通带并且不一定是较宽通带的滤波器的一个或者组合。因此，在本发明的意义内，“展宽”信道选择滤波器可以表示具有两个或多个通带的信道选择滤波器或者两个或多个提供两个或多个通带的信道选择滤波器等。
硬件概述图2是根据本发明一个实施例的采用自适应干扰减轻机制的自适应阵列系统的框图。如图所示，在一个实施例中，可以是基站一部分的系统20包括进而又包括多个天线振子的天线阵22。天线阵22被用于将一个下行链路信号发射到远程用户终端并且用于从远程用户终端接收上行链路信号。当然，系统20可以与几个远程用户终端通信，因此可以处理多个分别与一个远程用户终端或其它信号源相关联的信号。此外，系统20可以被在一个无线通信网络中的若干基站中的每一个中采用，在所述无线通信网络中，每个基站使用给定的一组信道来与一个给定地理区域中的远程用户终端单元通信。这种远程用户终端可以是固定或者移动的，并且可以与系统20通信进行话音和/或数据通信。
如图2所示，天线阵22的每个天线振子耦合到功率放大器(PA)和低噪声放大器(LNA)24。每个天线阵子的PA/LNA 24对于接收的(上行链路)和/或发射的(下行链路)信号进行放大。如图所示，每个PA/LNA24耦合到下变换器26和上变换器28。下变换器26将天线阵22在载频上接收的“原始”信号变换到接收(Rx)基带信号，该基带信号被提供给基带处理器(也称作调制解调器板)30。相反，上变换器28将基带处理器30提供的发射(Tx)基带信号变换成为载频发射信号，该载频发射信号被提供给PA/LNA 24以便发射(例如到远程用户终端)。尽管未示出，但是模数转换(ADC)和数模(DAC)电路可以分别被耦合在下变换器26和基带处理器30之间以及上变换器28和基带处理器30之间。
基带处理器30典型地包括硬件(例如电路)和/或软件(例如存储在数据存储介质/设备上的机器可执行代码/指令)以便于对于接收的(上行链路)和发射的(下行链路)信号的处理。根据如图2所示的本发明的实施例，基带处理器30包括对于以模拟或者数字形式的被接收的信号进行滤波的至少一个窄带滤波器36。来自窄带滤波器36的被滤波的信号进而又被提供给空间处理器38。
空间处理器38典型地包括至少一个通用处理器和/或数字信号处理器(DSP)以便于空间或者空时处理。在一个实施例中，空间处理器38基于一个或多个上行链路信号的空间或空时特性(也称作“空间特征标记”)能够以空间选择方式在一个或多个远程用户终端之间发射和接收信号。因此，在其中使用空间信道和SDMA的一个实施例中，两个或多个远程用户终端可以在同一个信道(例如载频和/或时隙和/或码)同时接收和/发射，但是可以由系统20基于它们独特的空间或空时特性而区分。不过，在本发明的一个替代实施例中，也可以采用空间信道。空间特性的一个例子是到达方向(DOA)或到达角度(AOA)。在自适应天线领域中已知的其它类型的空间特性可以被连同本发明而使用。
一般而言，天线阵22便于在系统20与一个所需的远程用户终端和/或一个或多个其它设备(例如在无线通信网、卫星通信网等中的多个远程用户终端、其它基站)之间的信号传送。例如，天线阵可以将下行链路信号发射到所需的远程用户终端，并且从该远程用户终端接收上行链路信号。这种发射和接收可以出现在同一频率信道上，但是在不同的时间中(例如在TDD系统中)或者可以出现在不同的频率中(例如在FDD系统中)。处理器38确定来自这里也称作主要远程用户终端的所需远程用户终端的上行链路信号的空间特性以及一个或多个其它非主要远程用户终端的空间特性。基于这些特性，系统20确定一个下行链路波束形成策略，以便提高其在所需远程用户终端位置的发射增益，而在非主要远程用户终端位置相对最小化其发射增益(即，提供“零”或者干扰减轻的区域)。同样，系统20基于空间特性可以执行上行链路波束形成，以便提高其来自主要远程用户终端的位置的接收增益，而最小化其来自在一个或多个非主要远程用户终端位置的接收增益。
在本发明的一个实施例中，系统20支持空间信道，使得与系统20通信的两个或多个远程用户终端可以同时使用同一个传统的频率和/或时间信道。不过，在一个替代实施例中，可能不支持或使用空间信道，或者只是当满足一个或多个条件时，才使用空间信道。
如图2所示，空间处理器38还被耦合到一个解调器和错误控制单元40，该单元从空间处理器38接收“被提取的”或者“所需的”一个信号或一组信号，并且将提取的信号输出到网络处理器32。该单元40可以在将以数字数据形式的上行链路信息输出到网络处理器32之前，执行纠错，提供分组额外开销和/或执行其它处理。
可以或者不可以构成系统20一部分的网络处理器32便于在系统20和外部网络34之间的信息传送。这种信息可以包括话音和/或数据并且可以被以分组交换或者电路交换方式传送。例如，在一个实施例中，远程用户终端可以包括蜂窝电话、双向寻呼机、具有无线通信功能的PDA、可以与诸如膝上型计算机、PDA、游戏设备或其它计算设备的数据处理设备接口的无线调制解调器或者其它便于在远程用户终端和网络34之间对话音和/或数据信号进行路由的通信设备，所述网络34在这个例子中包括公共交换电话网(PSTN)、互联网和/或其它话音和/或数据网。因此，远程用户终端可以包括计算设备(例如便携式数字助理、膝上型/笔记本计算机、计算蜂窝电话手机等)或者与网络浏览器一起与所述计算设备接口，在这种情况下，网络34可以表示互联网并且网络接口处理器可以便于远程用户终端(经由系统20)和一个或多个服务器或者耦合到互联网的其它数据处理系统之间的通信。因此，话音和/或数据(例如视频、音频、图形、文本等)可以被在系统20(和一个或若干与之通信的远程用户终端)与外部网34之间传送。
信道间干扰减轻-趋于零的非主要信道用户根据本发明的一方面，当系统20在一个主要信道上向主要远程用户终端发射时，可以接收并且因此易受非主要(频率、时间和/码)信道上能量影响的一个或多个“非主要”远程用户终端的空间特性被获得。在一个实施例中，这种非主要信道邻近或者接近主要信道。
本发明的一个方面，一个或多个非主要远程用户终端的空间特性可以被系统20使用，以便当系统20在主要信道上向主要远程用户终端发射下行链路信号时，在一个或多个这种非主要远程用户终端的位置产生干扰减轻的区域(或者零区域)。因此，在一个实施例中，为了在主要信道上向主要远程用户终端发射下行链路信号，系统20确定一个下行链路波束形成策略，它在使用非主要信道用于接收的一个或多个远程用户终端的位置提供干扰减轻的区域，不过当下行链路信号被发射时，所述非主要信道易于承载不必要的能力(即干扰)。如下所述，这种非主要远程用户终端(或者它们的空间特性)可以被用多种方式来识别，诸如通过测量由系统20从中接收的上行链路信号或者来自存储使用这种非主要信道的一个或多个远程用户终端的空间特性的数据库的上行链路信号等。其它机制也可以使用在替代实施例中，以便获得一个或多个远程用户终端的空间特性，所述一个或多个远程用户终端使用邻近或者接近由系统20用来向主要远程用户终端发射下行链路信号的主要信道的非主要时间、频率和/或码信道。
在这里的描述中，应当理解，系统20可以用多种方法“向”主要远程用户终端发射信号。例如，“向”特定远程用户终端的发射可以被(例如使用一个智能天线空间处理技术)空间上指向一个或多个位置。另一方面，所述发射不一定是定向的/空间的，而是可以是非定向、全方向、分扇区或者否则利用或者不利用空间处理而执行的。
在本发明的各个实施例中，可以用多种方式来确定一个或多个非主要远程用户终端的空间特性。例如，在本发明的一个实施例中，系统20的一个或多个部分可以被控制，以便当系统20接收一个或多个上行链路信号时，检测非主要信道上的信号能量。通过确定邻近或者接近主要信道的一个或多个非主要信道被一个或多个非主要远程用户终端使用，系统20可以获得这种非主要远程用户终端的空间特性并且作为空间特性的函数，确定一个下行链路波束形成策略，当在主要信道上向主要远程用户发射下行链路信号时，所述策略在这种非主要远程用户终端的位置产生一个零。
例如，在图2所示的实施例中，基带处理器30包括对于下变换器26和上变换器28的调谐控制。在本发明的一个实施例中，这种调谐控制允许基带处理器“展宽”系统20的上行链路和/或下行链路信道选择和/或滤波机制，以便在上行链路通信期间检测接近或者邻近用于与主要远程用户终端通信的主要频率信道的一个或非主要频率信道上的能量。然后，系统20可以在主要信道上向主要远程用户终端的下行链路发射期间产生一个或多个零，其中的每一个在分别被调整来在非主要频率信道之一上接收的一个或多个非主要远程用户终端的位置。
同样，空间处理器38可以提供关于窄带滤波器36的调谐控制以改变系统20的信道选择性，从而便于识别可以在邻近或者接近主要信道的非主要信道上发射和/或接收的非主要远程用户终端的一个或多个空间特性。在这种情况下，当在主要信道上向主要远程用户终端发射时，系统20可以在一个或多个这种非主要远程用户终端上的方向中产生一个零。
虽然参考非主要频率信道中的能量检测描述了一个实施例，但是，代替或者补充在非主要频率信道中检测能量，替代实施例可以在非主要时隙或者码信道中检测能量。例如，在一个替代实施例中，系统20的定时选通电路可以被展宽，以便在除了主要时隙之外的时隙中检测能量。在另一个实施例中，一个或多个非主要码信道可以被监视来检测能量。
应当强调的是，本发明可以用于使用天线阵的各种类型的系统和应用中，特别是其中波束形成策略被基于改变的信号和干扰环境而动态确定的自适应阵列(或者智能天线)系统中。在一个实施例中，本发明被应用于使用自适应阵列的个人手持电话系统(PHS)基站中。
在PHS系统中，通过根据上行链路协方差矩阵的测量来解决(正则化)最小平方问题，从而计算下行链路加权值。换句话说，下行链路加权值被确定为被测量的上行链路信号的函数。因此，在本发明的用于PHS基站的一个实施例中，通过添加一个对应于在一个或多个其它/非主要信道(例如在附近或者邻近信道上)被基站接收的能量的协方差矩阵的成比例的版本，来修改对应于主要信道上的上行链路信号的上行链路协方差矩阵。在一个替代实施例中，在协方差矩阵被计算之前，由基站通过添加在非主要信道上(例如在附近或者邻近信道上)接收的上行链路能量的成比例的版本来修改接收的上行链路信号。在一个实施例中，这通过展宽基站的数字频率信道选择滤波器或者其它信道机制来检测一个或多个非主要信道上存在的上行链路能量来执行。
例如，在一个实施例中，基站计算对应于主要远程用户终端在主要信道上的上行链路发射的上行链路协方差矩阵，所述上行链路发射被基站接收。然后，基站将一个对应于在第二信道上检测的能量的成比例版本的第二上行链路协方差矩阵添加到所述第一上行链路协方差矩阵上，以便形成一个第三协方差矩阵。在一个实施例中，所述能量至少部分地由另一个非主要远程用户终端的上行链路发射所引起。基于所述第三协方差矩阵，基站计算一个下行链路加权值，因此确定一个下行链路波束形成策略，用于发送到预定给主要远程用户终端的下行链路信号，其中下行链路加权值减轻第二信道上的能量。
在另一个实施例中，在计算协方差矩阵之前，在主要信道上和至少一个非主要信道(例如邻近主要信道的一个信道)上接收的上行链路信号被组合。因此，在这个实施例中的基站将在非主要信道上从非主要远程用户终端接收的信号添加到由主要远程用户终端在主要信道上接收的上行链路信号，以便形成一个组合的信号。然后，基站计算用于所述组合的信号的协方差矩阵，并且获得作为协方差矩阵的函数的下行链路波束形成策略，以便在对应于非主要远程用户终端的位置产生一个零。在一个实施例中，这通过展宽基站的信道选择机制(例如频率信道滤波器、定时选通滤波器)来被执行。
通常已知本发明使用的用于基于一个或多个上行链路信号的测量而确定下行链路波束形成策略的技术。例如，在于2000年10月31日授予Youssefmir等人的美国专利No.6,141,567中描述了用在本发明一个实施例中的用于获取下行链路波束形成策略的技术，所述美国专利的名称是“APPARATUS AND METHOD FOR BEAMFORMING IN A CHANGINGINTERFERENCE ENVIRONMENT(用于在变化的干扰环境中的波束形成的设备和方法)”，所述专利被转让给本发明的受让人，该专利被包括在此作为参考。不过，应当理解，用于确定下行链路加权值并且对应于波束形成策略的特定技术对于理解本发明不是必要的。因此，用于根据上行链路信息确定下行链路加权值以及通常的下行链路波束形成策略的各种技术可以被用于本发明的各种实施例中。
在一个实施例中，使用已知技术与校准一起来执行下行链路波束形成，所述已知的技术是例如在美国专利6,037,898中被描述，该专利的名称是“METHOD AND APPARATUS FOR CALIBRATING RADIOFREQUENCY BASE STATIONS USING ANTENNA ARRAYS(用于使用天线阵来校准无线电频率基站的方法和设备)”，并且该专利被转让给本发明的受让人。
一旦被检测到，一个加权值就被确定为在非主要信道上发射能量的一个或多个非主要远程用户终端的空间位置的函数。当基站在主要信道上向主要远程用户终端发射信号时，由基站使用被计算为非主要信道上的能量的函数的加权值来在一个或多个非主要远程用户终端的一个或多个空间位置产生一个零。因此，可以减少由调谐到非主要信道的非主要远程用户终端遭受的信道间干扰。
在一些情况中，诸如在PHS系统中，展宽基站的信道选择滤波器可以稍微降低基站的相邻信道选择性，这是因为信道选择滤波器的输出可以被既用于解调还用于确定下行链路(发射)加权值。如果本发明被用于其中选择性限制主要被限于远程用户终端的系统中，则基站的相邻信道选择性的降低可以被容忍，特别是因为上行链路空间处理趋于自动拒绝不必要的信号(即非主要信道上的能量)。
因此，在一个实施例中，为了防止基站的信道选择性的不可容忍的降低，代替或者连同展宽基站的上行链路信道选择滤波器来检测并且然后使得附近或者相邻信道干扰为零，最好是以某种其它方式改变信道选择滤波器。在执行T/8分数符号速率抽样的PHS基站中采用的本发明的一个实施例中，在上行链路加权应用之后，但是在解调之前应用时间滤波。因为这种时间滤波被应用于单独一个数据流，而不是所有天线，所以在许多系统中不是计算禁止的。如下所述，根据本发明一个方面，可以采用混叠。
信道间干扰减轻-混叠在另一个实施例中，基站的上行链路信道选择滤波器以混叠到或者靠近含有对应于主要信道的波形的频带的方式来输出非主要(例如相邻)信道能量的一部分，以便允许进一步滤波/处理来减轻其影响。
在一个实施例中，T/1.5抽样(或者在其它实施例中的某个其它抽样率)以及滤波足够用来减轻相邻信道能量的影响。但是，在某个数字通信系统中，基带处理可以涉及一个抽样率，它可以促使诸如邻近主要信道的信道上的能量的非主要信道信号混叠到用于由主要远程用户终端的发射和/或接收的主要信道。
在本发明的一个实施例中，基站的上行链路信道选择滤波器允许非主要能量/信号的被混叠的分量落在主要信道上存在的信号的频带边缘附近并且充分接近主要频带的中心频率，以便允许空间处理测量其影响，但是距离中心频率足够远，以便允许非主要信道能量基本上被随后的处理滤去。
图3和4说明根据本发明的在PHS系统中使用混叠来减轻信道间干扰的方法的一个实施例。不过，应当理解，本发明不限于PHS或任何其它特定无线系统或者应用，因此可以被修改用于各种类型的无线系统和应用。
在所示的PHS实现中，利用每个符号1.5个抽样的抽样率使用基带处理。PHS符号速率是每秒192,000个符号。PHS符号的脉冲波形具有50％的额外带宽，并且PHS信道被分开300kHz。
图3A表示所需信号(即在主要信道上的信号)以及第一相邻信道信号(即非主要信道信号)，该信号被以1152kHz的速率抽样。
图3B表示在一个展宽信道选择滤波器被应用到如图3A所示的情况之后的剩余相邻信道信号。如图所示，第一相邻信道信号的相对低频率的部分在滤波之后保留。
图3C表示在抽取到288KHz的抽样率之后的基带信号。如图所示，在某些系统中，(对应于一个远程用户终端的不在主要信道上的)第一相邻信道信号以可能难以通过随后的滤波去除的方式混叠到所需远程用户终端的信号中。
因此，图4A-4C表示根据本发明的一个实施例，用于通过混叠来减轻相邻信道干扰的改进方法。与图3A类似，图4A表示所需信号(即主要信道上的信号)与第一相邻信道信号(即非主要信道信号)，该信号被以1152kHz的速率抽样。
不过，图4B表示在应用一个修改的信道选择滤波器之后的剩余相邻信道信号。与图3B相反，所述修改的信道选择滤波器输出相邻信道信号的相对小的、高频部分。如下所述，通过修改信道选择滤波器来这样做(例如通过使用提供两个或多个通带的已知的滤波器设计技术)，相邻信道信号可以被以相对有效的方式通过随后的滤波而被清除。
图4C表示在抽取到288kHz的抽样率之后的所需信号与相邻信道信号(信道间干扰)。如图所示，混叠的相邻信道信号占用其中所需信号的强度相对小的频谱部分。因此，使用随后的滤波清除相邻信道信号相对较容易。
在一个实施例中，根据由基站在接收上行链路信号时检测到的非主要信道能量，计算用于当在被调谐在非主要(例如相邻或者附近)信道上接收的一个或多个其它远程用户终端中提供零的同时，在主要信道上与所需远程用户终端通信的下行链路加权值。在替代实施例中，一个或多个远程用户终端、其它基站和/或网络设备可以将信息提供到基站，以便通知基站关于非主要信道远程用户终端。根据这些信息，基站可以确定当基站向调谐到第二信道的第二远程用户终端发射时，被调谐到第一(时间、频率和/或码)信道的第一远程用户终端被影响。因此，当在第二信道上向第二远程用户终端发射时，基站产生一个下行链路加权值，并且因此产生一个下行链路波束形成策略，该策略在第一远程用户终端的位置提供零。第一和第二信道例如可以是互相相邻或者接近的频带或者时隙。
图5表示根据本发明的一个实施例，用于在天线阵系统中减少信道间干扰的方法。
在框60，第一信道被用于与第一远程用户终端(RUT)通信。例如，基站和第一远程用户终端可以使用第一信道，诸如用于通信(即诸如下行链路和/或上行链路信号的信号的传送)的特定时间、频率或者码信道。
在框62，确定例如使用上述方法之一，使用第二信道用于(与基站或者诸如另一个基站的另一个实体)通信的第二RUT易受由第一信道上的信号发射所引起的干扰的影响。例如，即使第二RUT被“调谐”到第二信道，第二RUT也可以检测到归因于第一信道上到第一RUT的下行链路发射的能量。
在框64，当向第一信道上的第一RUT发射诸如下行链路信号的信号时，干扰减轻的区域被提供在第二RUT的位置。
发射机“重影信号”减轻如上所述，根据本发明的一个或多个方面，一个发射机(例如基站的发射机)可以被修改来减少或者补偿归因于一个或多个接收机(例如远程用户终端)的限制的信道间干扰。根据本发明的另一方面，归因于发射机本身的信道间或者同信道干扰可以被利用发射机执行的方法减轻。特别地，由发射机(例如具有自适应阵列的基站)引起的“重影信号”被根据本发明的一个方面而减轻。
这里所使用的重影信号指与发射机发射的下行链路信号一起的由发射机发射的不需要的信道间和/或同信道信号。这种重影信号可以由例如发射机发射的相对强的信号和/或发射机的非线性特性和/或基站使用的特定波束形成策略所引起。例如，重影信号可以被至少部分地由发射机滤波器引起，在这种情况下，重影信号可以具有等于或者基本上等于主要信号的加权值的有效加权值。
在一个实施例中，由包括自适应阵列的通信设备来确定重影信号的空间特性，并且所述通信确定作为重影信号的空间特性的功能的下行链路波束形成，以便下行链路波束形成策略减轻所述重影信号。在一个实施例中，通过在接收重影信号的一个或多个远程用户终端的位置提供零，从而执行这种“重影信号减轻”。
如上所述，重影信号可以来自于涉及发射机的若干因素。例如，在某些情况下，当一个或多个相对强的信号被诸如自适应阵列基站的通信设备发射时，互调影响会使得重影下行链路信号出现在主要信道和/或一个或多个其它(即非主要)信道上。因此，在本发明的一个实施例中，重影信号的有效发射加权值被确定(例如基于例如从测量、制造商规范和/或校准获得的发射机放大器的非线性特性)。使用重影信号的有效发射加权值，用于发射到所需远程用户终端的下行链路加权值被修改，以便使得重影信号在可能会遭受归因于重影信号的干扰的一个或多个远程用户终端(可以包括所需的远程用户终端)的位置为零。
在一个实施例中，采用天线阵(例如自适应阵列基站或者其它无线通信设备)的发射机确定由发射机对于至少一个下行链路信号的发射将导致在至少一个远程用户终端位置的重影信号干扰。因此，在发射至少一个下行链路信号之前，发射机调整对应于该下行链路信号的一个下行链路加权值，以便重影信号被在所述位置减轻。然后，发射机可以发射具有应用到其上的被调整的下行链路加权值的下行链路信号，从而减轻至少一个远程用户终端位置的重影的影响。在一个实施例中，一个或多个其它远程用户终端(可以是同信道、信道间或者相邻信道用户)也可以被易受重影信号干扰影响的基站所识别。因此，发射机也可以减轻其位置中的重影信号。这个实施例由图6所示。
图6表示根据本发明的一个实施例，用于减轻发射机相关的重影信号的不希望的影响的方法。在框70，天线阵系统(例如在一个实施例中的采用自适应阵列的基站)确定至少一个下行链路信号的发射将引起在一个位置的重影信号。所述位置对应于例如要接收至少一个下行链路信号的远程用户终端，或者所述位置对应于被调谐到其上要发射至少一个下行链路信号的相同或不同信道的另一个远程用户终端。
在框72，对应于下行链路信号的一个下行链路加权值被调整来减少重影信号会在所述位置产生的影响。
在框74，下行链路信号被根据所调整的下行链路加权值而发射，从而减轻或者有效地消除重影信号将对至少一个位置产生的影响。
在一个实施例中，包括自适应阵列的发射机发射两个信号，其中一个特定加权值被应用到每个信号。在确定至少一个加权值时，自适应阵列(例如系统20)调整所述加权值以便解决或者减轻一个重影信号，该重影信号可能是由如果被自适应阵列发射的两个信号的交互所产生的。可以如下面关于一个实施例所描述的利用直接计算或者以迭代方式来调整加权值。在一个实施例中，两个信号占用同一信道。在另一个实施例中，两个信号占用不同信道。
在本发明的一个实施例中，发射机功率放大器的非线性由以下的三次式模仿zf，out(t)＝zf，in(t)+bz3，f，in(t)，其中zf，in(t)表示到基站发射机的第f个功率放大器的输入；zf，out(t)表示基站发射机的第f个功率放大器的相应输出；并且b＝[b1b2...bM]是在功率放大器的制造期间测量的或者由后来的(例如使用已知的校正技术的)测量所确定的常数的矢量。
假设由M-振子自适应天线阵系统使用各自的下行链路加权值矢量来发射分别具有中心频率f1和f2(这两个频率不一定是不同的)的两个带宽有限的信号s1(t)和s2(t)。
w1＝[w1，1w1，2...w1，M]T以及w2＝[w2，1w2，2...w2，M]T则zf，in＝w1，1s1(t)+w2，1s2(t)，在本发明的一个实施例中，假设相对高频谐波被RF发射链大大衰减。则来自第f个功率放大器的输出信号被近似为四项之和zf，out＝w1，1s1(t)+w2，1s2(t)+b1w*1，1w22，a(t)+b1w21，1w*2，1b(t)，其中a(t)和b(t)是分别具有中心频率-f1+2f2和2f1-f2的不希望的信号分量。
因此，不希望的信号a(t)和b(t)的行为就像它们分别被利用以下空间加权值矢量发射一样x1＝[b1w*1，1w22，1b2w21，2w*2，2...bMw*1，Mw22，M]＝diag(b)diag(w2)2w*1，以及x2＝[b1w21，1w*2，1b2w21，2w*2，2...bMw21，Mw*2，M]＝diag(b)diag(w1)2w*1，其中diag(y)表示对角矩阵diag(y)=y10··0yM]]>在本发明的一个实施例中，w1和w2被调整来改变加权值x1和x2，从而获得一个辐射图，该辐射图减轻对于同信道或者信道间远程用户终端的干扰并且/或将希望的发射功率传输到一个或多个远程用户终端。
在本发明的连同时分双工(TDD)系统使用的一个实施例中，在对应于频率-f1+2f2的上行链路信道c上测量的上行链路协方差矩阵RII可以被用于预测由信道c上的下行链路发射所引起的干扰。特别地，如果一个下行链路信号被天线阵在信道c上发射，并且该下行链路信号具有一个空间加权矢量x1，则表达式J＝xH1RIIx1可以被用于测量例如由互调影响所引起的下行链路干扰。对于J的表达式可以写成如下的形式J=J*=xT1R*IIx*1]]>=wH1[diag(w2)2diag(b)RTIIdiag(b*)diag(w*2)2]w1]]>=wH1R~IIw1,]]>其中R~II=diag(w2)2diag(b)RTIIdiag(b*)diag(w*2)2]]>使用上述的TDD技术，下行链路加权矢量w1和w2可以被获得来提供对于干扰源(例如互调影响、在主要或者其它信道上的一个或多个远程用户终端等)的干扰减轻的希望等级，同时为希望的远程用户终端提供希望的发射功率。因此，w2可以被使用诸如上述的正则化最小平方方法的已知方法来获得。然后，使用关于最小平方方法的上行链路加权来确定w1，如w1＝R-1ZZRZs，其中Z是接收信号抽点打印(snapshot)，s是参考信号矢量。通过将 (或者其成比例的版本)添加到协方差矩阵RZZ中可以将成本项(cost term)J包括在w1的计算中，使得w1=(RZZ+R~II)-1RZs]]>替代实施例应当理解，在附图以及以上的描述中的各个单元可以用硬件、软件或者其组合来实现。例如，在一个实施例中，一个处理器(例如数字信号处理器、通用微处理器、FPGA、ASIC、其组合等)被配置来执行一个或多个例程，从而引起与多个远程用户终端相关联的上行链路信号之间的偏移，并且还根据这个偏移来区分所关心的远程用户。作为补充或者替代，诸如抽头延迟线的延迟电路可以被用于将下行链路信号相互延迟，从而引起上行链路信号之间的相对偏移。应当理解，在一个实施例中，可以专门地在软件中采用本发明，以便包括一个用于引起上行链路信号发射之间的偏移的软件模块以及用于根据其间引起的相对偏移来区分上行链路信号的另一个软件模块。这种软件模块可以被存储在由诸如一个或多个通用或者数字信号处理器或者其它数据处理设备的执行电路可访问的数据存储介质中。因此，应当理解，本发明的方法和附图以及这里的描述中所给出的单元可以用硬件(例如电路)、软件或者硬件和软件的组合来实现。
尽管以上参考若干实施例描述了本发明，但是应当理解，在不偏移由所附权利要求定义的本发明的精神和范围的条件下，可能作出各种修改和改变。
权利要求
1.一种用于在天线阵系统中减轻信道间干扰的方法，该方法包括提供在其上发射下行链路信号到第一远程用户终端的第一信道；获取采用第二信道用于通信的第二远程用户终端的空间特性，其中该第二远程用户终端易受所述第二信道上的干扰的影响，该干扰是由所述下行链路信号引起的；以及基于所述空间特性，当在所述第一信道上发射所述下行链路信号时，在所述第二远程用户终端的位置产生一个干扰减轻的区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其中获取第二远程用户终端的空间特性还包括接收由第一远程用户终端在第一信道上发射的第一上行链路信号；接收第二信道上的能量；以及对于所述第一上行链路信号进行滤波，以便在接收第一信道上的第一上行链路信号时检测到第二信道上的能量。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括展宽天线阵系统的滤波器，该滤波器被调谐到第一信道，以便检测在第二信道上存在的能量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中第一和第二信道是频率信道。
5.根据权利要求1所述的方法，其中第一和第二信道是码信道。
6.根据权利要求1所述的方法，其中第一和第二信道是时间信道。
7.根据权利要求1所述的方法，其中第一和第二信道是相邻信道。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括确定对应于第一远程用户终端的上行链路发射的第一上行链路协方差矩阵；将第二上行链路协方差矩阵添加到第一上行链路协方差矩阵上，以便形成第三协方差矩阵，其中第二协方差矩阵对应于第二信道上被检测到的能量的成比例版本；以及产生一组作为第三协方差矩阵的函数的下行链路加权值，当发射下行链路信号时，该组下行链路加权值提供干扰减轻的区域。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括接收至少部分地由第一远程用户终端发射的第一上行链路信号；接收第二上行链路信号，该第二上行链路信号被至少部分地由第二远程用户终端发射；将第一和第二上行链路信号相加以便形成一个组合的被接收信号；确定所述组合的被接收信号的协方差矩阵；以及产生一组作为所述协方差矩阵的函数的下行链路加权值，当发射下行链路信号时，该组下行链路加权值提供干扰减轻的区域。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括提供第一滤波器来输出一个组合的信号，该组合的信号包括由第一远程用户终端在第一信道上发射的上行链路信号的至少一部分以及由第二远程用户终端在第二信道上发射的能量的至少一部分。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括确定作为所述组合的信号的函数的上行链路加权值；提供一个第二滤波器来输出一个滤波后的信号，该滤波后的信号表示被去除了至少一部分能量的所述组合的信号；以及解调所述滤波后的信号。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括输出一个组合的信号，该信号包括由第一远程用户终端至少部分地在第一信道上发射的上行链路信号以及第二信道上存在的至少一部分能量；以及动态地改变第二信道上存在的能量的量。
13.根据权利要求12所述的方法，其中动态地改变所述存在的能量的量还包括与第二信道上存在的能量的幅度成反比例地衰减所述存在的能量的量。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括接收来自第一远程用户终端的上行链路信号；产生作为所述上行链路信号的函数的一个上行链路加权值；将所述上行链路加权值应用到所述上行链路信号以便获得一个被加权的上行链路信号；在所述被加权的上行链路信号上执行时间滤波，以便产生一个被滤波的上行链路信号；对所述被滤波的上行链路信号进行解调；以及确定一个波束形成策略，在发射下行链路信号时，该策略提供干扰减轻的区域。
15.根据权利要求1所述的方法，还包括使得在第二信道上检测到的能量的至少一部分混叠到第一信道中；以及确定作为所述能量的函数的空间特性。
16.根据权利要求1所述的方法，还包括提供一个信道选择滤波器，以便允许所述能量的被混叠的分量接近第一信道的频带边缘而存在。
全文摘要
一种用于在天线阵系统中减轻同信道和信道间干扰的方法和设备。根据一个方面，基站或者其它通信设备的信道选择滤波器被修改，以便当发射机在主要信道上与远程用户终端通信时，检测至少一个非主要信道上的信道间干扰。干扰的空间特性被确定和用来获得一个减轻信道间干扰的加权值。根据另一方面，由发射机引起的同信道和/或信道间重影信号干扰的空间特性被确定并且被用于减轻这种干扰的影响。
文档编号H04B7/10GK1502179SQ01821249
公开日2004年6月2日 申请日期2001年10月3日 优先权日2000年12月22日
发明者A·A·卡萨皮, M·D·特罗特, A A 卡萨皮, 特罗特 申请人:阿雷伊通讯有限公司