专利名称：天线阵列系统、控制其方向图的方法以及移动终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种天线阵列系统、一种控制其方向图的方法，以及一种移动终端。
背景技术：
传统的自适应天线阵列系统采用MMSE(最小均方误差)准则来控制天线阵元的权重，从而最小化阵列输出信号与本地产生的参考信号之间的均方误差，例如LMS(最小均方算法)和RLS(递归最小二乘法)自适应天线阵列，即所谓的基于MMSE准则的天线阵列。为了减小在基于MMSE准则天线阵列的参考信号的生成中对运算能力和复杂度的要求，CDMA(码分多址)系统常常是在解扩处理之后才进行基于MMSE准则的天线阵列运算，以生成方向图。
另外，有一种传统的天线阵列系统，其在检测构成天线阵列的阵元天线之间的相位差的基础上进行工作，这种系统首先通过对接收的信号实施复共轭乘法来检测天线阵元所接收的信号之间的相位差，然后根据某种阵列权重生成算法(例如，DCMP(方向性受限最小功率)算法)、基于检测到的相位差来计算各个阵元的阵列权重，从而形成天线阵列的方向图(例如，请参考未经审查的日本专利申请，特开平11-274976)。
阵元之间的相位差与接收的信号的到达角(arrival direction)相关。更准确地说，阵元上的信号相位构成的相位向量代表了接收信号的到达角。下文中，这个相位向量也被称为空间特征。
但是，采用如上所述的基于MMSE准则的自适应天线阵列的系统都有需要生成参考信号。因为生成的参考信号对自适应天线阵列的性能有直接的影响，所以一般来说用于生成参考信号的结构就会变得比控制自适应天线阵列权重的主体结构更复杂。作为这样一个复杂结构的后果，很难让计算能力有限的设备(例如，移动终端)实现这种需要参考信号的、基于MMSE准则的自适应天线阵列。
而且，尽管将基于MMSE准则的自适应天线阵列置于解扩处理之后能够减少对阵列权重更新的计算能力的要求，并且使参考信号的生成变得更加容易，可是因为解扩操作的处理增益的影响，将这种基于MMSE准则的自适应天线阵列置于解扩处理之后则可能无法形成深度零点，从而使得干扰消除性能恶化。
另一方面，在未经审查的日本专利申请特开平11-274976所公开的自适应天线阵列中，从每个单独天线阵元接收到的信号中选一个接收信号作为标准信号，并且用复共轭乘法的方式来比较标准信号和其他接收信号，从而检测其空间特征。然而，标准信号本身是接收信号之一，所以与干扰和/或噪声影响其他信号一样，标准信号也被干扰和/或噪声所影响，从而降低了空间特征的检测精度。另外，天线阵元接收到的信号中除了一个或多个接收信号外还包括各种信号(干扰，噪声，等等)。因而，前述的复共轭乘法就会产生复杂的交叉调制，则很有可能空间特征只能以很低的精度被检测。此外，即使用平均处理等手段去努力增强检测精度，空间特征的检测精度还是不可避免地因为交叉调制的出现而降低，因为不可能完全消除干扰信号分量和其他分量。而且，因为复共轭乘法是一种非线性运算，所以很难估计干扰和其他分量对空间特征检测精度的影响。另外，在前面提到的未经审查的日本专利申请特开平11-274976中，为了检测空间特征，必须为每一个天线阵元单独实施匹配滤波处理，于是必须有大量的处理，也消耗大量的电能。用这种方法，很难提高空间特征的检测精度，因此也很难对自适应天线阵列的方向图进行最优化控制。
另外，在阵列的方向图中生成零点以消除干扰的时候，传统自适应天线阵列系统不能有选择性地消除干扰信号，而是消除所有干扰信号。而且，当天线阵列的方向图中需要包括许多零点时，很可能在方向图中产生许多具有高电平的旁瓣。特别当干扰信号的个数超过自适应天线阵列的自由度时，很难形成一个对准目标信号、具有很高阵列增益的尖锐波束。因此，自适应天线阵列的接收增益降低，从而引起接收到的目标信号的电平的降低。与此相类似，当阵列在接收过程中获取的权重在视需要被补偿后，它们可能被用在发送过程中生成方向图，这个时候也很难在发送过程中对准目标方向生成一个尖锐波束。这样，很难提高发送阵列的增益。
此外，当需要同时接收两个或多个目标信号时，传统的基于MMSE准则的自适应天线阵列为了获取两组或者多组阵列权重，需要两个或多个阵列权重计算部分。于是导致复杂的系统结构。
发明内容
本发明是鉴于前面所述的问题而提出的，本发明的一个目的就是提供一种自适应天线阵列系统、一种控制其方向图的方法和一种移动终端，可以通过适当地抑制干扰信号来提高目标信号的接收质量。
本发明的第一个方面是一种自适应天线阵列系统，包括天线阵列，包括多个天线阵元；信号检测部分，从各个天线阵元接收到的信号中检测包括目标信号和干扰信号在内的基站信号；控制部分，从检测到的信号中选择一个或多个目标信号以及一个或多个待消除的干扰信号；空间特征检测部分，基于接收信号检测目标信号和待消除的干扰信号的空间特征；虚拟信号发生部分，基于待消除的干扰信号的空间特征产生一个或多个虚拟信号，该虚拟信号的个数等于待消除的干扰信号的个数；阵列权重生成部分，根据目标信号的空间特征和虚拟信号为各个天线阵元生成阵列权重；信号合成部分，用阵列权重对各个天线阵元接收到的信号进行加权，并合并加权后的接收信号以输出最终的合成信号。
这种情况下，控制部分不必选择信号检测部分检测到的所有干扰信号。
本发明的第二个方面是一种控制包含有多个天线阵元的自适应天线阵列的方向图的方法，这种方法用于一种合并各个天线阵元的接收信号以输出合成信号的天线阵列系统中，所述的方法包括信号检测步骤，从接收信号中检测包括目标信号和干扰信号在内的基站信号；控制步骤，从检测到的信号中选取一个或多个目标信号以及一个或多个待消除的干扰信号；空间特征检测步骤，从接收信号中检测目标信号和待消除的干扰信号的空间特征；虚拟信号发生步骤，基于待消除的干扰信号的空间特征生成虚拟信号，所述虚拟信号的个数等于待消除的干扰信号的个数；阵列权重生成步骤，基于目标信号的空间特征以及虚拟信号为各个天线阵元产生阵列权重；信号合成步骤，用阵列权重对接收信号进行加权处理，然后合并加权后的信号以生成合成信号。
这样，本发明选择目标信号和待消除的干扰信号，然后基于所选的目标信号的空间特征以及所选的干扰信号的空间特征形成天线阵列的方向图。因此，本发明可以最优地控制自适应天线阵列的方向图，从而可以适当地抑制干扰信号和增强目标信号的接收质量。
此外，本发明在计算天线阵列的阵列权重时仅仅使用目标信号的空间特征和虚拟信号，因而本发明可以免受解扩操作的处理增益的影响。所以，与置于解扩处理之后的传统自适应天线阵列系统不同，本发明可以形成较深的零点，从而必定可以抑制干扰信号。
除此之外，本发明可以选择目标信号及其个数，待消除的干扰信号及其个数。这样，本发明可以灵活地控制方向图，因此本发明可以很容易根据目标信号的接收特性形成最佳的方向图。例如，即使为了增强目标信号的接收增益而需要形成尖锐的波束时，本发明就可以靠不选择任何干扰信号从而不形成任何零点来轻松实现这种波束。
在依据本发明的自适应天线阵列系统中，控制部分可以根据检测信号的信号电平来选择目标信号和待消除的干扰信号。因此，可以适当地选择待消除的干扰信号，从而可能有效地控制方向图。
在依据本发明的自适应天线阵列系统中，空间特征检测部分可以检测各个天线阵元上的信号相位作为空间特征。这里，检测到的空间特征表征由于接收信号的到达角或者衰落或者二者兼有而导致的在各个天线阵元上的相位。因此，即使在衰落环境下这个系统也可以相干地合并天线阵元接收到的信号。这样，依据本发明的自适应天线阵列系统也适用于衰落环境，在这种环境中由于衰落的影响不可能确定信号的到达角。
在依据本发明的自适应天线阵列系统中，阵列权重生成部分可以通过对虚拟信号相关矩阵的逆矩阵与各个目标信号的空间特征实施乘法运算并且合并乘法运算的结果来产生各个天线阵元的阵列权重。因为虚拟信号发生部分生成的虚拟信号的相关矩阵(如后面方程(12)所述的相关矩阵R(k))不包含与目标信号相关的成分，则能够使用阵列权重适当地形成对应于待消除的干扰信号的零点。因而，必定可以抑制待消除的干扰信号。另外，本发明可以用一组阵列权重生成具有多个主波束的方向图，从而本发明可以同时接收从不同角度到达的目标信号。因此，本发明在CDMA移动终端接收机中特别有用，这种接收机需要同时接收多径信号或者两个或多个基站发送的信号。
在依据本发明的自适应天线阵列系统中，控制部分可以选择待消除的干扰信号，使得待消除的干扰信号的个数等于或者少于自适应天线阵列的自由度。这就可能形成一个适当的方向图，允许提高目标信号方向上的阵列增益。从而可以避免天线阵列接收增益降低的问题。
在依据本发明的自适应天线阵列系统中，空间特征检测部分可以靠接收信号与本地产生的扩频码(例如，伪随机(PN)码)之间的相关运算来检测空间特征。例如在未经审查的日本专利申请特开平11-274976中公开了一种天线阵列系统，与这种传统的天线阵列系统不同，采用这种结构就不需要实施接收信号之间的复共轭乘法。进而，也没必要以一个接收信号为基准与其他接收信号进行比较，因此也就可以提高空间特征的检测精度。
依据本发明的自适应天线阵列系统还可能进一步包括一个信号缩放部分，可以调节空间特征检测部分输出的空间特征的幅度，从而使调节后的幅度位于预定的范围内。这种结构可以避免实际中采用DSP(数字信号处理器)进行的数字信号处理中存在的过载问题。
在依据本发明的自适应天线阵列系统中，虚拟信号发生部分可以产生两两不相关的信号作为虚拟信号。
在依据本发明的自适应天线阵列系统中，天线阵元可能以比预定值宽的间隔被安装。采用这种结构，可以增强抑制干扰信号的能力。
依据本发明的移动终端包括前述的自适应天线阵列系统。
图1是依据本发明具体实施例的自适应天线阵列系统的接收功能的结构框图。
图2是一个CIR(载波干扰功率比)的累计概率分布图，图中比较了如上所述的本发明具体实施例的自适应天线阵列系统与置于解扩处理之后的传统LMS天线阵列系统。
图3显示了如上所述的本发明具体实施例的自适应天线阵列系统形成的天线方向图。
具体实施例方式
下面将参照附图解释本发明的具体实施例。
图1是依据本发明具体实施例的自适应天线阵列系统的接收功能的结构框图。图1所示天线阵列系统可以安装于一个移动电话等设备中，系统用一个天线阵列接收从一个或多个基站发送的符合CDMA模式的无线信号，从而实现无线通信，该天线阵列包含有多个天线阵元1-1至1-N。
图1中，无线接收部分2将天线阵元1-1至1-N接收到的N个无线信号放大，并将放大后的信号转换为复基带信号，再用其中内置的模/数转换器(模拟到数字)将复基带信号转换为数字信号，最后将转换后的数字信号作为接收信号x1到xN输出。
信号检测部分3，通常称为搜索器，对从接收信号x1到xN中任意选择的一个接收信号(例如，接收信号x1)和PN码生成部分5本地产生的一个PN码(扩频码)实施相关处理。基于相关处理的结果，此信号检测部分3检测从基站到达的、包括多径信号(以后称为“基站信号”)所有信号，以及针对每个基站信号各自的码片同步定时，直到信号检测部分3可以分辨每个信号在整个接收信号中的存在。然后，信号检测部分3向控制部分4输出标识各个检测到的基站信号的信号电平以及各自的信号标识ID(标识符)的数据，例如分配给各个检测到的基站信号的PN码的偏移量。这样，信号检测部分3仅仅需要为一个天线阵元产生的一个接收信号进行相关处理，这样用于检测基站信号所必须的处理次数减少了。例如，比起未经审查的日本专利申请特开平11-274976中公开的天线阵列，本实施例可以将处理量减少到1/N，其中N是天线阵元的数量。
基于信号检测部分3检测到的各个基站信号的信号电平，控制部分4从检测到的基站信号中选取一个或多个待接收的基站信号作为一个或多个目标信号，选取选定的目标信号以外的信号做为一个或多个待消除的基站信号(例如，干扰信号)。
然后，控制部分4从M个空间特征检测部分6-1至6-M(其中M是大于1的整数)中选取一定的空间特征检测部分，使得这些空间特征检测部分检测那些选做目标信号的基站信号以及选做干扰信号的基站信号各自的信号特征。例如，当目标信号与干扰信号的总数是M，目标信号的个数是L(L是大于0的整数)，也就意味着干扰信号的个数是M-L，控制部分4选择空间特征检测部分6-1到6-L用于L个目标信号的空间特征检测，选择空间特征检测部分6-(L+1)到6-M用于M-L个干扰信号的空间特征的检测。基于这种选择，控制部分4随后命令信号检测部分3向空间特征检测部分6-1至6-M输出选做目标信号和选做干扰信号的各个基站信号的码片同步定时。作为对控制部分4的指令的响应，信号检测部分3实际地向信号空间检测部分6-1到6-M输出上述的码片同步定时。
另外，选择的目标信号以及选择的待消除的干扰信号的个数之和最大等于空间特征检测部分的个数(例如，M)。通常，M的数值等于或小于自适应天线阵列的天线阵元数N是合理的。然而，M的取值并不限于这个范围。
如上所述，控制部分4基于已经检测到的基站信号各自的信号电平来选取待消除的基站信号，这样就可以从所有干扰信号中适当地选取待消除的干扰信号。此外，因为待消除的干扰信号的数目是受限制的，就可以防止待消除的信号的个数超过自适应天线阵列的自由度。而且，当为了增加目标信号方向上的阵列增益而有必要形成天线阵列的尖锐的波束时，不选取任何一个基站信号作为待消除的干扰信号也是可以接受的。用这种方式，本实施例可以适当地控制对干扰信号的抑制。
除此之外，控制部分4通过用不同的控制信号控制天线阵列系统配置的各个部分来控制干扰信号的消除。例如，除了上述的控制，当选取的目标信号的个数和选取的待消除的干扰信号的个数之和少于空间特征检测部分的总数(例如，M)时，控制部分4还可以切断一个或多个不使用的空间特征检测部分的电源。
接下来，基于在信号检测部分3确定的、对应于控制部分4选择的各个基站信号的各个码片同步定时，各个空间特征检测部分6-1至6-M用PN码生成部分5产生的PN码对接收信号x1到xN进行解扩处理，从而可以提取包括在各个基站信号中的导频信号。检测到的导频信号包含每个天线阵元上的、对应于选择的基站信号的到达角的相位信息，这样，相位信息就等价于代表基站信号到达角的空间特征。于是，空间特征检测部分6-1至6-M对提取出的导频信号进行检测，作为控制部分4选取的基站信号的空间特征。
下面将详细解释提取导频信号的过程，也就是检测空间特征的过程。
我们设从天线阵元上接收到的信号用一个向量X(nTs)表示。
X(nTs)＝[x1，x2，…，xN]T其中T表示转置，n表示取样数，Ts表示取样周期。
这样，在符合譬如CDMA制式的移动通信系统中天线阵列的阵元的输出信号可以用等式(1)和(2)给出。
X(nTS)=Σh=1K{ejPN(nTS-PN_offseth-dh)[1+spth(nTs-dh)]}Sh---(1)]]>其中ejPN(nTs-PN_offseth-dh)]]>表示一个扩频码(PN码)，PN_offseth表示一个PN码偏移量，该PN码偏移量用来唯一标识第h个基站h，dh表示从基站h到达的信号的传输时延，K表示基站信号的个数，spth(nTs)表示除导频信号以外的所有信号(SYNC(同步)，寻呼，业务等信号)，“1”表示导频信号，Sh表示空间特征。
Sh=[Ah1ejθh1,···,Ahiejθhi,···,AhNejθhN]N---(2)]]>其中Ahi(h＝1，…K；i＝1，…，N；)表示基站h发送、天线阵元i接收到的信号的幅度，另外θhi(h＝1，…K；i＝1，…，N；)表示到达角或者衰落或者两者兼有而导致的相位。
这样，从特定基站h0到达的信号的空间特征Sh0可用等式(3)来检测。
Σn=n0n0+Tc-1X(nTS)e-jPN(nTS-PN_offseth0-dh0)≈TcSh0---(3)]]>其中Tc表示进行解扩运算的范围(固定整数)，n0表示解扩运算的临时起点，e-jPN(nTS-PN_offseth0-dh0)]]>表示PN扩频码，更准确的说是从PN码生成部分5中输出的解扩码。
基站h0的PN码偏移量PN_offseth0以及从基站h0到达信号的传输时延dh0表示从基站h0到达的、由信号检测部分3检测信号的码片同步定时。因为等式(3)表示相关运算(解扩计算)，所以可以根据被沃尔什(Walsh)码调制过的spth(nTs)的相关特性和PN码的相关特性检测从基站h0到达的信号的空间特征Sh0。
通过选择n0的值使其满足n0＝kTc(其中k＝0，1，2，…)来检测空间特征Sh0的时间序列，这样就可以跟踪信号到达角的变化。针对由控制部分4选择的基站信号执行等式(3)定义的操作，以便检测各个基站信号的空间特征。
然后，空间特征检测部分6-1至6-M向各自的噪声抑制与信号缩放部分7-1至7-M输出其通过上述检测过程所检测到的空间特征。
如上所述，空间特征检测部分6-1至6-M用各自的接收信号x1至XN与本地产生的PN码之间的相关运算来计算空间特征。从而，与传统的天线阵列系统不同，这里不需要在接收信号x1至xN之间进行复共轭乘法。于是，也不需要对接收信号x1至xN中被选做标准信号的信号与其他接收信号进行比较。这样可以用很高的精度检测空间特征。
噪声抑制与信号缩放部分7-1至7-M具有对空间特征检测部分6-1至6-M输出的各个空间特征中存在的噪声和所需的信号以外的信号进行抑制的功能，以及对这些空间特征进行缩放的功能。所述所需的信号是指其空间特征需要检测的基站信号。
抑制噪声的过程利用了如下事实对不相关的信号进行解扩处理后获得的信号具有与伪噪声一样的性质，并且可以利用LPF(低通滤波器)对噪声进行抑制，例如，可以用滑动平均滤波器。因为进行噪声抑制处理后的空间特征的幅度依赖于接收信号的幅度(参见等式(2))，则在噪声抑制处理后的数字信号处理中有可能发生诸如过载等问题。为了防止这个问题，缩放过程调节噪声抑制处理后的空间特征的幅度，使得调节后的幅度处于预定的范围内。
这样，缩放过程简单地调节空间特征的幅度，使得调节后的幅度落在预定的范围内，有许多方法可以实现缩放处理。下面是缩放处理的一个例子。
空间特征Sh可以被表示如下Sh＝[Sh1，Sh2，…ShN]T其中Shi(i＝1，2，…，N)是空间特征Sh的第i个元素。
首先，从所有元素Shi(i＝1，2，…，N)中选择具有最大绝对值的元素并记为Smax。
Smax＝max[|Shi|] …(4)其中|Shi|表示元素Shi的绝对值。
接下来，根据等式(5)进行缩放处理。
ShSmax---(5)]]>等式(6)可以代替等式(4)。这样，就需要用等式(7)代替等式(5)进行缩放处理。
Savg=1MselectNΣh=1MselectΣi=1N|Shi|---(6)]]>其中Mselect表示控制部分4所选目标信号的个数与控制部分4所选干扰信号的个数之和。
ShSavg---(7)]]>经过缩放处理后，噪声抑制与信号缩放部分7-1至7-M向阵列权重生成部分9输出控制部分4选取的目标信号的空间特征S1至SL(例如有L个目标信号)。此外，噪声抑制与信号缩放部分7-1至7-M还向虚拟信号发生部分8-1至8-(M-L)(例如有M-L个干扰信号)输出控制部分4选取的、待消除的干扰信号的空间特征。
响应输入的空间特征，虚拟信号发生部分8-1至8-(M-L)生成虚拟信号V1至VM-L，该虚拟信号的个数等于待消除的干扰信号的个数(例如，M-L)。这里，生成的虚拟信号之间不具有相关性。换句话说，生成的虚拟信号V1至VM-L两两不相关。
更明确地说，首先虚拟信号发生部分8-1至8-(M-L)产生不相关信号g1(k)至gM-L(k)。等式(8)到(10)列举了一些可用做不相关信号g1(k)至gM-L(k)的信号的例子。
gi(k)＝sin(2πfik)…(8)其中i取1，2，…，M-L之一，fi是任意实数。这里，当i≠j时，满足fi≠fj。
gi(k)＝PN(k-Ui)…(9)其中i取1，2，…，M-L之一，PN()表示PN码函数，Ui是任意整数。这里，当i≠j时，满足Ui≠Uj。
gi(k)＝PN(k-Ui)sin(2πfik)…(10)其中i取1，2，…，M-L之一。这里，当i≠j时，满足fi≠fj且Ui≠Uj。
如等式(11)所示，虚拟信号发生部分8-1至8-(M-L)将信号g1(k)至gM-L(k)分别与各自的输入空间特征相乘，得到虚拟信号V1至VM-L。
Vi(k)＝gi(k)SL+i…(11)其中i取1，2，…，M-L之一，SL+1至SM是对应于M-L个待消除的干扰信号的M-L个空间特征。
加法器11将虚拟信号V1至VM-L加在一起，并将得到的信号输出至阵列权重生成部分9。
这样，阵列权重生成部分9用输入的信号为天线阵列1-1至1-N生成各自的阵列权重，所述的输入信号也就是虚拟信号V1至VM-L之和以及空间特征S1至SL。生成阵列权重的算法将在下面详细解释。
首先，如等式(12)定义一个相关矩阵R(k)。
R(k)＝E[V(k)VH(k)]…(12)其中E[]表示集合平均运算，V(k)表示虚拟信号V1至VM-L之和(从加法器11输出)，VH(k)表示V(k)的厄密共轭转置向量(复共轭转置向量)。
其次，用等式(13)得到阵列权重{W；w1至wN}。
W＝R-1(k)SH…(13)
其中R-1(k)表示R(k)的逆矩阵，S是目标信号空间特征的矩阵[S1，…，SL](例如有L个目标信号)，H是[H1，…，HL]的转置向量，而H1至HL是任意复数。向量H用来合并那些分别对应于各自的目标信号空间特征(例如有L个目标信号)主波束。例如，H1至HL全设为1。用等式(13)得到的阵列权重形成的自适应天线阵列的方向图，可以形成零点，从而消除干扰，这种自适应天线阵列被称为零点导向(null steering)的。
等式(12)所示的相关矩阵R(k)不包括目标信号分量。这样就可能用权重向量W确实形成对应于待消除的干扰信号的零点，则可以确实抑制待消除的干扰信号。进而也就可能用等式(13)定义的一组阵列权重W形成具有多个主波束的方向图。这样允许同时接收从不同方向到达的目标信号。从而，这种方法在需要同时接收多径信号或者从两个或多个基站所发送信号的CDMA移动终端接收机中就显得特别有用。
另外，当没有任何基站信号被选做干扰信号时，可以用等式(14)来计算阵列权重。用等式(14)得到的权重所形成的自适应天线阵列方向图将主波束指向目标信号的方向但不形成任何零点，这种自适应天线阵列被称为波束导向的。
W＝SH…(14)根据上述的阵列权重生成算法，不再需要参考信号，则可能明显简化自适应天线阵列系统的结构，并减小计算复杂度。而且因为系统不再受处理增益的影响，就可能形成深度零点，从而准确地抑制干扰信号。
接下来如等式(15)所示，在信号合成部分10中，乘法器12将接收信号{X；x1至xN}与阵列权重生成部分9输出的各个权重{W；w1至wN}相乘，然后加法器13将上面得到的信号加在一起则产生一个阵列输出信号y。
y＝WHX…(15)其中WH表示W的厄密转置矩阵。
当自适应天线阵列的方向图是用等式(13)计算的权重形成时，为了加强对干扰信号的抑制能力，最好天线阵元之间的间隔比预定值宽，例如半个波长。另一方面，在等式(14)计算的阵列权重被用来形成方向图时，不需要消除干扰信号，那么对天线阵元之间的间隔就没有要求。譬如，可以将天线阵元的间隔设为0。然而，在间隔为0这种情况下需要天线阵元自己具有方向性。或者，如果每个形成天线阵列的天线阵元是全向的，就需要适当地安排天线阵元使得阵列中的天线阵元成为定向天线。
另外，按照上面的实施例做成的自适应天线阵列系统配备有M个空间特征检测部分，如图1所示。然而，只配备一个空间特征检测部分也是可以接受的，则如上所述的检测一个空间特征的过程就需要基于各自的码片同步定时顺次重复执行最多达M次，这样就需要采用时分的方法。
与此类似，只配置一个噪声抑制与信号缩放部分也是可以接受的，则如上所述的抑制噪声与缩放信号的过程就需要基于时分的方法顺次重复执行最多达M次。
此外，如果接收信号的幅度起伏不大时，缩放部分也可以被省略。
另外，按照上面的实施例做成的自适应天线阵列系统配备有多个虚拟信号发生部分。然而，需要的虚拟信号发生部分的个数依赖于待消除的干扰信号的个数。从而，为了更有效地利用天线阵列系统的结构，只配备一个虚拟信号发生部分也是可以接受的，则产生一个虚拟信号的过程就需要基于时分的方法顺次重复执行一定次数，这个次数与待消除的干扰信号的个数相同。
另外，信号检测部分3与控制部分4之间功能的分配(例如，信号处理的不同过程)不限于上面所说的方法。例如，如下安排也是可接受的信号检测部分3向控制部分4输出关于各个基站信号强度和码片同步定时的信息，然后控制部分4选取目标信号和待消除的干扰信号，并向空间特征检测部分6-1至6-M输出所选信号的码片同步定时。
图2是CIR(载波干扰功率比)的累积概率分布图，其中比较了依据本发明如上所述实施例的自适应天线阵列系统和一个传统的置于解扩过程之后的LMS天线阵列系统。图中的CIR评估结果是从一个现场测试得到的，测试采用一个由四个天线阵元构成的天线阵列系统，四个天线阵元被安排在一个规则正方形的四角，阵元间距为半个波长。图中符号A1表示依据本发明的自适应天线阵列系统的CIR，A2表示传统LMS天线阵列系统的CIR。图2显示了采用依据本发明的天线阵列系统可以获得CIR的提高。
图3是依据本发明上述实施例的自适应天线阵列系统的方向图。在图3的例子中，第一目标信号的到达角是30°，第二目标信号的到达角和相对于第一目标信号的信号强度分别为-50°和0dB；第一、二干扰信号的到达角和相对于第一目标信号的信号强度分别为70°、-3dB和-10°、-2dB。在这种信号的状况下，图3显示了由四个阵元构成的天线阵列形成的方向图，四个阵元按照半个波长的阵元间隔线性排列。从图3可以看出，在第一、二目标信号的到达方向上形成主波束，在第一、二干扰信号的到达方向上形成零点。方向图的这些特性对于CDMA移动终端接收机特别有用，在这种接收机中多径信号或者从两个或多个基站发送的信号需要同时被接收。
另外，如上所述的实施例只是举例说明了在接收过程中形成方向图。然而，如果需要也可以依靠适当的补偿阵列权重W来形成发送过程中的方向图。
另外，如上所述实施例涉及符合CDMA制式的移动通信系统，接收信号的空间特征是依靠导频信号来检测的。然而，本发明不限于这种采用导频信号的系统。也就是说，只要依赖于接收信号和/或衰落的到达角的、天线阵元所接收信号的相位信息可以被提取出来，就可以将依据本发明实施例的技术思想施于其他不采用导频信号的无线通信系统。
尽管本发明在上面是按照特定的优选实施例以及参照其附图来说明的，实际上不应该认为本发明就局限于上面示出的实施例或者附图的任何细节；只要没有背离其主旨，本发明的实现细节可以做出许多不同的选择。
权利要求
1.一种天线阵列系统，包括天线阵列，包含多个天线阵元；信号检测部分，从各个天线阵元所接收的接收信号中检测包括目标信号和干扰信号在内的基站信号；控制部分，从检测到的信号中选择一个或多个目标信号以及一个或多个待消除的干扰信号；空间特征检测部分，从接收信号中检测目标信号和待消除的干扰信号的空间特征；虚拟信号发生部分，基于待消除的干扰信号的空间特征产生一个或多个虚拟信号，所述虚拟信号的个数等于待消除的干扰信号的个数；阵列权重生成部分，基于目标信号的空间特征以及虚拟信号为各个天线阵元生成阵列权重；信号合成部分，用阵列权重对各个天线阵元所接收的接收信号进行加权，并且将加权后的接收信号合并，从而输出此合并得到的合成信号。
2.如权利要求1所述的天线阵列系统，其中控制部分基于检测到的信号的信号电平来选择目标信号以及待消除的干扰信号。
3.如权利要求1所述的天线阵列系统，其中空间特征检测部分检测各个天线阵元上的信号相位，作为空间特征。
4.如权利要求1所述的天线阵列系统，其中阵列权重生成部分通过对虚拟信号相关矩阵的逆矩阵与各个目标信号各自的空间特征实施乘法运算并且合并乘法运算的结果来生成各个天线阵元的阵列权重。
5.如权利要求1所述的天线阵列系统，其中空间特征检测部分通过对接收信号和本地产生的扩频码实施相关运算来检测空间特征。
6.如权利要求1所述的天线阵列系统，进一步包括信号缩放部分，用于调节空间特征检测部分所输出空间特征的幅度，从而使得调节后的幅度处于预定的范围内。
7.如权利要求1所述的天线阵列系统，其中虚拟信号发生部分产生两两不相关的信号，作为虚拟信号。
8.一种移动终端，包含如权利要求1到7中任意一项所述的天线阵列系统。
9.一种控制包含有多个天线阵元的自适应天线阵列的方向图的方法，这种方法用于一种合并各个天线阵元的接收信号以输出合成信号的天线阵列系统中，该方法包括信号检测步骤，从接收信号中检测包括目标信号和干扰信号在内的基站信号；控制步骤，从检测到的信号中选取一个或多个目标信号以及一个或多个待消除的干扰信号；空间特征检测步骤，从接收信号中检测目标信号和待消除的干扰信号的空间特征；虚拟信号发生步骤，基于待消除的干扰信号的空间特征生成虚拟信号，所述虚拟信号个数等于待消除的干扰信号的个数；阵列权重生成步骤，基于目标信号的空间特征以及虚拟信号为各个天线阵元生成阵列权重；以及信号合成步骤，用阵列权重对接收信号进行加权处理，并且合并加权后的信号以生成合成信号。
全文摘要
公开了一种自适应天线阵列系统，其依靠对干扰信号进行适当的抑制来提高目标信号的接收质量。该系统包括信号检测部分(3)，从天线阵元(1－1至1－N)所接收到的信号(x
文档编号H04B7/08GK1489416SQ0315673
公开日2004年4月14日 申请日期2003年9月8日 优先权日2002年9月13日
发明者童方伟, 则, 加藤正则 申请人:京瓷株式会社, Kddi株式会社