专利名称：利用确定性摄动梯度近似法来帮助天线权选择的设备及相关方法
一般来讲，本发明涉及在利用发射分集的发送站选择天线加权的方法。更具体来讲，本发明涉及在选择天线加权时利用摄动梯度近似技术的设备及相关方法。提供了改进的天线加权选择精度，因为跟踪了其中发送通信信号的信道的长期协方差矩阵，而不是仅跟踪短期衰落过程。而且，实行天线权选择时所需的反馈量与发送站所使用的发射天线的数量无关。
背景技术：
信息的传递是现代社会的地方必然性。信息的传递通过通信系统的操作来完成。信息在发送站与接收站之间通过通信信道来传递。必要时，发送站把信息转换成一种允许它在通信信道上传递的形式。而且，必要时，接收站对检测到的信息指示进行操作，从而允许对其进行操作以恢复信息。
各种各样不同类型的通信系统已经被开发以及正式用于实现发送站与接收站之间的信息传递。由于通信技术的进步，新型的通信系统已经且不断被开发和构建。
示范通信系统为无线电通信系统。在无线电通信系统中，通信信道在发送站与接收站之间延伸的无线电链路上定义。作为无线电通信系统实现的通信系统相对于有线的对应系统有时是减少成本的。另外，无线电通信系统可修改成作为移动通信系统的实现，因为采用无线电链路而不是固定的有线连接，在其上定义用于传递信息的通信信道。
蜂窝通信系统是已经取得显著使用水平的无线电通信系统的典范。在全球居住地的很大一部分已经安装了蜂窝通信系统。已经颁布了各种蜂窝通信标准，提出不同类型的蜂窝通信系统的工作参数。
一般来讲，蜂窝通信系统包括其中包含多个定位基站收发信台的固定网络基础设施。定位基站收发信台设置在通信系统要覆盖的地理区域上以定距离间隔的位置。每个基站收发信台定义一个区域，这个区域称作小区，蜂窝通信系统的名称由此而来。
基站收发信台构成其中一部分的固定网络基础设施耦合到核心网，例如分组数据骨干网或公共交换电话网。通信装置、如计算机服务器、电话台等又耦合到核心网或其它位置，并能够通过网络基础设施和核心网进行通信。
称作移动台的便携收发信机通过形成电磁波谱的部分的无线电链路与基站通信。通常按照服务预订来允许对蜂窝通信系统的使用，而用户称作订户，通过利用移动台经由蜂窝通信系统进行通信。
在无线电链路上传递的信息因非理想通信条件而易于失真。其它通信系统同样不是理想的，在其它这类通信系统中的信息的传递也同样易于失真。失真导致传递到接收站的信息的值不同于发送站发送时信息的相应值。如果失真明显，则无法在接收站准确地恢复信息的信息内容。
多径传输引起的衰落使通信信道上传递的信息失真。如果通信信道呈现明显的衰落程度，则可能无法恢复信息的信息内容。
各种技术被用来补偿或者克服在信息通过通信信道传递到接收站的过程中对信息引入的失真。例如，有时利用空间分集。通过在发送站使用一个以上发射天线换能器发送信息来创建空间分集。从其中提供空间冗余度。天线换能器通常被分开足够大的距离，以便确保各天线换能器传递的信息以不相关方式衰落。另外，接收站有时还利用一个以上接收天线换能器，这些天线换能器通常也被分开适当的间距。
利用多个发射天线换能器以及多个接收天线换能器的通信系统有时被称作MIMO(多输入多输出)系统。MIMO系统中的通信提供了与传统系统相比，可实现更高系统总容量的可能性。能够向数量更多的用户提供服务，或者能够为各用户提供更大的数据吞吐量。
如果为发送站提供关于连接发送站和接收站的接口、即通信信道的状态的信息，则会进一步增强通过使用空间分集提供的优势。
发送站无法直接测量通信信道的信道特性。这些测量仅在接收站才可行。在双向通信系统中，在接收站进行的测量可返回给发送站，从而向发送站提供信道特性的指示。
向多天线发送站提供这种信息的通信系统被认为是提供闭环发射分集的系统。从蜂窝通信系统的网络基础设施延伸到移动台的通信信道有时称作下行链路或前向链路信道。而从移动台返回到网络基础设施的信道有时称作上行链路或反向链路信道。
从接收站(这里为移动台)返回到发送站(这里为网络基础设施)的反馈信息用来选择天线加权的值。加权是加权值，根据这个值，提供给分开的一些天线换能器的信息信号在它们通过通信信道传递到移动台之前被加权。目的是以最佳地帮助信息传递到接收站的方式对施加到天线换能器上的信息信号加权。天线加权的值接近下行链路信道协方差矩阵所生成的子空间的共轭。天线加权的估算可表示为传输子空间跟踪过程。可利用若干闭环发射分集过程。有时采用TxAA、Eigenbeam Former及其它技术。但是，现有技术具有各种缺陷。例如，TxAA过程在选择天线加权时无法考虑通信信道的长期协方差矩阵。另外，Eigenbeam former技术的使用取决于发送站的天线换能器的数量。当天线换能器的数量增加时，这种技术的复杂度迅速增加。
因此，所需要的是一种改进方法，通过它来实现闭环发射分集，从而允许MIMO或其它通信系统中的改进通信。
根据这种与利用空间分集的无线电通信系统相关的背景信息，提出本发明的显著改进。
发明概述因此，本发明有利地提供一种方式，通过这种方式，在利用发射分集的发送站中选择天线加权时，使用摄动梯度近似技术。
在本发明的一个实施例的操作过程中，提供一种设备及相关方法，通过该设备和方法在利用发射分集的发送站中选择天线加权。
提供了提高的天线加权选择精度。跟踪通信信道的长期协方差矩阵，而不是仅跟踪短期衰落过程。实行天线加权选择所需的反馈量与发送站所用的发射天线的数量无关。而且，不需要用户特定的导频信号用于操作。因此，该方法和设备可在许多不同类型的高数据率系统的任一个中实现，而不只是利用导频信号的系统。
在本发明的一个方面，执行确定性摄动梯度近似过程，以便于在利用空间分集的发送站中使用天线加权值。近似技术帮助优化天线加权值的选择，从而优化发送站与接收站之间的通信。对于在通信信道上向接收站的通信，在发送站选择摄动矢量。摄动矢量按照从所选矢量集中选取的选择顺序进行选择。各矢量由矢量值组成。发送站的天线换能器的天线加权在时间周期的第一部分中以第一方式被摄动，在时间周期的第二部分中以第二方式被摄动。当时间周期形成指定时间长度的时隙时，在前半个时隙中，根据摄动矢量以正方向摄动天线加权。而在后半个时隙中，摄动矢量应用于天线加权，以便以负方向摄动加权。
在本发明的另一个方面，接收由发送站在通信信道上传递的信息的接收站测量包含由发送站传递的信息的接收信号的功率电平。在前半个时隙和后半个时隙中进行独立的功率电平测量。确定在分开的各半时隙中测量的功率电平之差。而且把所计算的差值的指示返回到发送站。
而且，在本发明的另一个方面，发送站检测在接收站进行的所计算差值的指示的传递，并利用这类指示来调整天线加权，随后根据该天线加权，对于发送站发送到接收站的信息信号进行加权。
在一个实现中，确定性摄动梯度近似技术被用于具有利用空间分集的基站收发信台的蜂窝通信系统。提供闭环发射分集，以便优化天线加权选择，根据该天线加权，对于由基站收发信台传递到移动台的下行链路信号进行加权。摄动矢量在时间周期的分开部分中以正和负方向施加到天线加权元件。加权后的信号由基站收发信台发送到移动台并在该处被检测。移动台在时隙的第一和第二部分中测量在该处检测的信号的功率电平，并把在时隙的第一和第二部分中测量的功率电平的差值返回到基站收发信台。返回到基站收发信台的值在基站收发信台中被用来调整天线加权。从而提供闭环发射分集。由于利用了确定性摄动梯度近似技术，因此跟踪和利用长期协方差矩阵，根据它来选择天线加权。而且，天线加权选择与基站收发信台或其它发送站所用的发射天线的数量无关。
因此，在这些及其它方面，为具有第一通信站和第二通信站的通信系统提供设备及相关方法。第一通信站向第二通信站传递通信信号。通信信号在第一通信站的第一加权元件中由第一通信站的第一加权元件根据第一天线权进行加权。另外，通信信号至少在第一通信站的第二加权元件中采用至少第二天线权进行加权。促进了第一和至少第二天线权的选择的优化。摄动矢量选择器耦合到第一通信站。摄动矢量选择器选择至少第一组摄动矢量值，从而形成至少第一所选摄动矢量。摄动矢量施加器耦合到摄动矢量选择器。摄动矢量施加器把形成至少第一所选摄动矢量的摄动值施加到第一和至少第二加权元件。施加到第一和至少第二加权元件的摄动值至少部分决定了第一和至少第二天线权。
而且，在这些及其它方面，为具有第一通信站、第二通信站以及至少第三通信站的通信系统提供设备及相关方法。第一通信站和第三通信站可选地共同向第二通信站传递通信信号。通信信号在第一通信站的第一加权元件中根据第一天线权进行加权。通信信号至少在第一通信站的第二加权元件中采用至少第二天线权进行加权。另外，通信信号可选地至少在第三通信站的第三加权元件上进行加权。促进了第一、第二以及至少第三天线权的选择的优化。摄动矢量选择器耦合到第一通信站以及第三通信站。摄动矢量选择器选择至少第一组摄动矢量值，从而形成至少第一所选摄动矢量。另外，摄动矢量施加器耦合到摄动矢量选择器。摄动矢量施加器选择把形成至少第一所选摄动矢量的摄动值施加到第一通信站的第一和至少第二加权元件。摄动矢量施加器还可选地选择把形成至少第一摄动矢量的摄动值施加到第三天线加权元件。施加到第一、第二以及可选的至少第三加权元件的摄动值至少部分决定了第一和至少第二天线权。
通过以下概述的附图、本发明的当前优选实施例的以下详细说明以及所附权利要求书，可获得对本发明及其范围的更全面理解。
附图简介
图1说明一种通信系统的原理框图，其中，本发明的一个实施例可有助于选择最佳天线加权，根据这个天线加权对通信系统工作过程中传递的信号进行加权。
图2说明在本发明的一个实施例的工作过程中采用的确定性摄动梯度近似技术的表示。
图3说明与图2所示相似、在本发明的另一个实施例的工作过程中采用的确定性摄动梯度近似技术的表示。
图4说明一个方法流程图，其中列出了本发明的一个实施例的工作方法。
图5说明与图1所示相似的原理框图，但这里是表示切换过程中的通信系统。
图6说明图5所示通信系统的一部分的原理框图。
图7同样说明图5所示通信系统的一部分的原理框图。
详细说明首先参照图1，总体表示为10的无线电通信系统在通过无线电信道互连的两个位置分开的通信站之间提供双向无线电通信。在这里，通信站中的第一个形成蜂窝通信系统的基站收发信台(BTS)12。而通信站中的第二个形成同样在蜂窝通信系统中工作的移动台14。
无线电通信信道在无线电链路、这里为前向链路信道16和反向链路信道18上定义。发送到移动台的信息由基站收发信台在前向链路信道16上传递。另外，移动台14上发起的用于传递到基站收发信台的信息在反向链路信道18上传递。
通信系统10是按照若干不同的蜂窝通信标准中的任一个构建的蜂窝通信系统的示范。例如，基站收发信台和移动台是可按照CDMA(码分多址)通信方案、如3G-CDMA(第三代CDMA)通信标准来工作的装置的示范。本发明的一个实施例的工作当然同样可在其它类型的蜂窝通信系统以及可有利地使用闭环发射分集的其它类型的通信系统中工作。
基站收发信台构成还包括无线电网络控制器(RNC)22的无线电接入网的组成部分。另外，无线电网络控制器又耦合到移动交换中心(MSC)24和网关(GWY)26。移动交换中心和网关也形成无线电接入网的组成部分。
移动交换中心耦合到公共交换电话网(PSTN)28。另外，网关耦合到分组数据网(PDN)32、如互联网骨干网。对应的节点(CN)34表示为耦合到分组数据网以及PSTN。对应的节点是在通信系统工作期间从其中路由信息或者信息被路由到其中的数据源或数据目的地的示范。
基站收发信台12包括由接收电路36表示的接收部分以及由发送电路38表示的发送部分。将由基站收发信台传递到移动台的前向链路信号被转换成允许它通过发送电路在前向链路信道16上传递的形式。另外，闭环反馈信息由移动台通过反向链路信道18返回到基站收发信台。
移动台14也包括由接收电路40表示的接收部分以及由发送电路42表示的发送部分。接收电路用于接收基站收发信台在前向链路信道16上发送的前向链路信号并对其进行操作。另外，发送电路42用于在反向链路信道18上向基站收发信台发送反向链路信号。
在这里，基站收发信台和移动台都包括多个天线换能器，以及基站收发信台-移动台组合构成MIMO(多输入多输出)系统。基站收发信台包括N个天线换能器44-1到44-N。另外，移动台包括M个天线换能器，即天线换能器46-1到46-M。在这里，天线换能器44和46分别耦合到基站收发信台和移动台的发送和接收电路。
发送电路38包括编码器52，它对通过线路54提供到其中的数据进行编码，从而在线路56上形成编码数据。线路56耦合到升频混频器58的第一输入端子，升频混频信号v(t)通过线路62施加到升频混频器的第二输入端子。在线路64上产生升频混频信号。
线路64包括用于把升频混频信号施加到分开的天线换能器44的分开的支路。加权元件66和68串联在线路64的分开的支路中。也就是说，线路64的一条支路耦合到加权元件66的输入端子，以及线路64的第二支路耦合到加权元件68的输入端子。线路72和74也分别耦合到天线加权元件66和68。在线路72和74上产生的值决定了施加到升频混频信号的加权。一旦信号经过加权后，这些信号被施加到天线换能器，在其中进行转换。在加到天线换能器之前，对加权后的信号进行附加的升频混频以及其它操作。
基站收发信台还包括本发明的一个实施例的设备78。设备78调整在线路72、74上产生并分别施加到加权元件66、68上的加权值，其方式有助于按照本发明的一个实施例的闭环发射分集方案的最佳天线加权选择。构成设备的元件在功能上以任何所需方式来表示和实现，例如通过处理电路可执行的算法。该设备包括摄动矢量选择器82，它用于选择从摄动矢量缓冲器84中检索的矢量值构成的摄动矢量。选择器82所选的摄动矢量被提供到摄动矢量施加器84，以所选方式把摄动矢量施加到天线加权元件66和68。摄动矢量摄动天线加权元件的加权，从而又摄动天线换能器44所转换的信号的值。在前向链路信道16上产生的、采用摄动矢量加权的前向链路信号被传递到移动台14。天线换能器46检测的信号被转换成电形式，以及被提供到接收电路40并在其中对其进行操作。
移动台还包括本发明的一个实施例的设备78。设置在移动台中的设备78包括检测器88，它用于检测和测量基站收发信台产生并通过前向链路信道16传递的信号的功率电平的摄动指示。在这里，测量信号的功率电平的指示，并将其指示提供到发送电路，以便回传到基站收发信台。一旦被返回到基站收发信台，检测器进行的检测的指示被用来调整后续天线加权，加权元件66和68根据它来对施加到其中的信号进行加权。
设备78用于提供确定性摄动梯度近似，它提供长期反馈的跟踪。本发明的一个实施例的设备78所采用的确定性摄动梯度近似技术建立在随机摄动梯度近似法(SPGA)之上。优化技术有时利用称作梯度下降的过程。
优化文献中采用的最重要方法之一称作梯度下降。它涉及自适应地向矢量空间中与该空间中定义的成本函数的全局最小值(或最大值)对应的点收敛。在自适应的每次迭代中，形成成本函数的梯度的估算值，修改最佳矢量的估算值，使得它沿梯度矢量的方向移动。这个过程可在包含二维矢量空间的三维中显现为在各次迭代中移动到接近成本函数凹处的底部。
最广泛使用的梯度搜索技术是随机梯度搜索，它在最小均方(LMS)算法中用于自适应有限脉冲响应(FIR)滤波。自适应时域FIR滤波的特征之一是，在大多数这类问题表示中，对滤波器进行输入随机矢量过程，它与滤波器的维数相同，因此可用来估算成本函数梯度矢量。
在其它某些情况下，例如神经网络学习，需要使用其它方法来得出梯度矢量。其中一种方法称作同时随机摄动梯度近似技术，其中，在每次迭代中，研究随机摄动对成本函数的影响，并且根据这种影响，把最佳矢量的估算值朝摄动矢量的方向移动或者使之远离该方向。
上述随机摄动技术已经应用于闭环发射分集和MIMO的传输子空间跟踪的问题。为了让这种SPGA技术可行，使用了专用导频，它们携带估算成本函数所基于的摄动权。专用导频还用于对接收信号进行相干解调，因为两个时隙上的专用导频的平均值提供相干解调所需的加权复合信道估算值。但是，在许多关于高速分组接入无线系统的建议中，根本没有关于专用导频信道的规定。因此，现有SPGA技术无法在没有用户特定导频的这类环境中实现。
现有SPGA技术的另一个缺点在于，专用导频通常采用与业务信号相同的功率来发送，与用户非特定天线导频、以下称作公共导频相比，这个功率相当低。这个事实导致信道估算的质量下降，因而同样导致链路性能的下降。
增加信道估算值的可靠性的一种可行方法是使用来自公共导频的信道估算值与运用在发射机上的权的估算值的组合。如果运用在发射机上的同一组随机摄动矢量可在移动接收机上被复制，则这些权实际上可被移动台知道。这涉及在基站和移动台以同步方式操作复合随机数发生器。复杂度和同步问题使这种方法成为不合要求的备选方案。
本发明的一个实施例的确定性摄动梯度近似技术的使用解决了上述两种问题。首先，提出了确定性摄动，它使得不需要操作两个同步随机矢量发生器。其次，提出了从业务信号本身提取成本函数的方法，使得不需要用户特定的导频。
该算法的目的是估算用于传输的最佳天线权w。设Hpk＝[hplk...hplk]M×L，其中hplk是表示从M-天线发射机到具有N个天线的接收机的第p个天线、在时间k的衰落信道系数的M-长度矢量，其中从各发射天线到各接收天线有L个路径。接收信号功率由Pr＝wHRkw给出，其中Rk=Σp=0N-1Σl=0L-1hplkhplkH]]>为信道协方差矩阵。
为了使接收信号功率最大的最佳权由下式给出w=argmaxwwHRkwwHw.]]>等式1这个优化的解由下式给出Wk＝uo，其中Rk＝UΛUH，U＝[uO...uM-1]，Λ＝diag(λ0λ1，...，λM-1)，Λ＝diag(λ0≥λ1，...，λM-1)，等式2在(2)中，uO称作主本征矢量或者称作Rk的主分量。如果协方差矩阵的时间平均估算值R^k=Σn=k-TkRn]]>用于优化，则这些权跟踪信道的长期协方差。要被最大化的成本函数从(1)中得到为Jk=wkHR^kwkwkHwk]]>等式3以及可以表明，这个成本函数对于矢量wk的梯度由泰勒级数展开式的一阶近似表示为gk=∂Jk∂wk=2R^kwkwkHwk]]>等式4权矢量本身的自适应通过迭代表示Wk+1＝wk+μg等式5从等式4中清楚地看到，可在接收机上形成梯度的估算值。在许多情况下，必须在接收机上进行自适应。但在这里，自适应必须在发射机上进行。通过反向链路反馈整个Mxl梯度矢量是不实际的。
摄动算法是通过最小反馈向发射机提供对成本函数的梯度的近似值的方法。在两个连续时间周期上，当前权矢量被摄动为we＝wk+βΔwkwo＝wk+βΔwk等式6在接收机上研究摄动的影响，如下式所示c=weH·R^kweweHwe-woHR^kwowoHwo]]>等式7注意，c为实标量。另外还要注意，协方差矩阵被假定为在执行摄动期间是恒定的。在随机摄动技术中，已知当摄动由随机生成的复矢量构成时，量E[cΔwk]是与真梯度矢量gk成比例的矢量，其中E[.]表示期望算子。此外，仅让量sgn(c)来取代c就足够了。这是因为sgn(c)可以视为c的高量化形式，其中具有1位量化。因此，sgn(c)＝c+γ，其中γ为量化噪声，通常假定为与c的统计值不相关。
主要思想是采用一组或预定矢量用于摄动，以及循环通过它们。关于来自用于此目的的完整摄动集的矢量的状态是否满足以下条件的测试EΔw[cΔw]＝+∝gk，等式8如随机摄动的情况那样。
首先，直观上非常清楚，任何一组摄动矢量Δw∈(δw1，δw2，...，δwk)必须是这样的，使得任何任意M维复矢量可表示为x+jy=Σiakδwi,]]>wi∈R等式9这个条件是必要的，因为以下事实权的迭代解是具有实比例因子的摄动矢量的线性和，这个和必须能够表示矢量空间中的任何点。
设QM＝[q0，q1，...，qM-1]为M长度矢量的归一正交集。则可证明，集合
Q~M=[QMjQM]]]>等式10形成完整摄动集。
已知任何任意复矢量X可表示为来自QM的矢量的线性和，即存在αi(＝αreal，i+jαimag，i)，i＝0，...，M-1，使得X=Σiaiqi]]>等式11但上述线性和可改写为X=Σiαreal.iqi+Σijαimag.iqi]]>=Σiαreal.iqi+Σiαimag.i(jqi)]]>等式12因此，复空间中的任何任意矢量可利用实系数表示为 中的矢量的线性和。
下面必须确定 满足(8)中的条件。
cΔw=weHR^kweweHwe-woHR^kwowoHwoΔw]]>=wk+βΔw)HR^k(wk+βΔw)(wk+βΔw)H(wk+βΔw)-wk-βΔw)HR^k(wk-βΔw)(wk-βΔw)H(wk-βΔw)Δw]]>等式13假定分母可换算为＝(wk+βΔw)H(wk+βΔw)≈wk-βΔw)H(wk-βΔw)≈wkHwk，得cΔw=2β||wk||2(wkHR^kΔw+ΔwHR^kwk)Δw]]>等式14利用(4)的梯度近似，上式可改写为cΔw＝2β(gkHΔw+wHgk)Δw等式15矢量Δw以相等概率 具有等于Q~M=[QMjQM]]]>的任何列的值。因此，
E[cΔw]=βM[Σi(gkHqi+qiHgk)qi]+βM[Σi(gkHjqi+jqiHgk)jqi]]]>=βM[2Σi(qiHgk)qi]]]>=2βMQMQMHgk]]>=2βMgk]]>等式16因为根据定义有QMQMH＝IM。
这样，矢量的任何归一正交集可用来组成用于传输子空间跟踪的摄动集。归一正交集的一些实例是离散傅立叶变换(DFT)矢量或者离散余弦变换(DCT)矢量的集合。
DPGA方法的收敛可表示为与随机摄动方法相似。摄动的随机性已经描述为收敛的必要条件。考虑之一看来在于，确定性摄动将导致有偏估算值。另一个考虑在于，只有随机摄动才产生到全局最小值的保证收敛。从这个观点来看，迭代算法仅在以下条件中才陷入局部最小值成本函数表面在该局部最小值上与各摄动矢量有关的所有方向是平坦的。这种情况的发生概率可能较小，尤其在时变衰落信道环境中。
必须在移动接收机中得到(7)中的量g1。一种方法是发射用摄动权进行加权的导频信号。这个导频将是用户特有的，因此要求分配给该用户的附加功率。注意，业务信号本身将采用通过前一迭代中的自适应得到的权矢量、即wk进行加权，而专用导频将依次采用wk+βΔw]和wk-βΔw]进行加权。
示范实现中使用的一个备选方法是使用业务信道本身来得到成本函数。假定在每个瞬间，业务信号采用摄动权值进行加权。考虑在天线p的接收业务信号，在扩频之后，当使用摄动权we＝wk+βΔw]时，当发送符号为srp＝weHHps+n，等式17
忽略时间下标。可简单求出量weHR^kwe]]>的估算值为1|s|2Σpγpγp.]]>采用如QPSK、8PSK等恒定模数方案时，发送符号的能量的项变为可消去的，但对多级方案、如16-QAM必须考虑。同样，在下一个时间间隔中，在业务信道上使用摄动矢量we＝wk-βΔw，以及估算出量woHR^kwo.]]>因此，量sgn(c)可根据(7)来估算。使用业务信道本身来帮助上述自适应的唯一缺点在于，始终从自适应规定的值来摄动所应用的实际权。也就是说，自适应算法所规定的权为wk，但所用的实际权为we或wo。但是，由于β是较小的量，因此这个摄动对算法性能的影响不明显。
图2说明设备78，表示它的示范操作，优化加权元件的天线加权，以便优化前向链路上发往移动台的通信。
图中，线条92左侧(如图所示)所示的元件表示在基站收发信台执行的操作。而线条92右侧(如图所示)所示的功能在移动台14上执行。由权矢量表示的天线加权的加权值最初被初始化为零值或者移动台以及基站收发信台已知的小复矢量值。然后，如功能94所示，在时隙k从预定的矢量集中以预定顺序选择摄动矢量。
在时隙k的前一半，发送权以正方向被摄动，从而产生we，以及前向链路业务信道在由天线换能器44转换之前通过摄动权进行加权。这些操作由功能96表示。
而且，在时隙k的后一半，发送权以负方向被摄动而产生wo，以及前向链路业务信道信号在由天线换能器44转换之前通过摄动权进行加权。这些操作由功能98表示。另外，这些值被延迟，由框102表示的算子D-1表示。
在移动台，设备78用于在时隙k的两半中测量接收信号的功率电平。如功能104所示，在时隙的前一半中，在对于调制发送符号的幅度进行校正之后得到接收功率Pe。另外，通过功能106表示的算子D-1对这种值进行操作。在时隙k的后一半中，得到接收功率Po，如功能108所示。然后，确定它们之差，以及确定其单一位表示，由功能112所示，并作为反馈返回给基站收发信台。
对于后续时隙k+1，一旦在基站收发信台检测到反馈，天线加权被更新，如功能114所示。
在连续时隙中执行连续迭代。另外，利用由基站收发信台返回的反馈，可在移动台执行类似操作。
图3说明设备78，表示帮助选择施加到发送站的加权元件上的加权值以便优化到移动台的前向链路上的通信的本发明的另一个实施例的示范操作。
在本实现中，当这里的摄动在移动台执行时，功能102和106表示的、与图2所示的实施例的操作相关的延迟被取消。
同样，在图中，线条92左侧(如图所示)所示元素表示在基站收发信台执行的操作。另外，线条92右侧(如图所示)所示的功能同样在移动台14上执行。
功能116表示通过基站收发信台产生导频信号，用于向移动台、如移动台14传递。另外，如本文所述，移动台上的功能118表示矢量R的值的形成。功能R所产生的值的指示提供到功能Pe和Po122、124。
功能122和124还耦合到在这里设置在移动台上的功能94。功能94保持与基站收发信台上维护的相应功能94同步。功能94表示在时隙k从预定的矢量集中以预定顺序选择的摄动矢量的选择。
功能122和124被提供给差值功能112，差值功能112用于确定分别在功能122和124上确定的值之差的单一位表示。差值被返回到基站收发信台，并用来调整加权值，如块126所示，根据这个值对天线加权的加权值进行加权。
图4说明总体表示为134的方法，它表示本发明的一个实施例的工作方法。该方法有助于优化天线权选择，根据这个天线权对利用闭环发射分集的无线电通信系统中产生的信号进行加权。
首先，如框136所示，选择至少由摄动值组成的第一所选摄动选择器。然后，如框138所示，至少第一所选摄动矢量被施加到发送站的天线加权元件。然后，如框142所示，通信信号一旦按照第一和至少第二天线权进行加权后，被发送到第二通信站。
从而通过本发明的一个实施例的操作，提供了一种方式，根据这种方式，利用单一位反馈值来选择天线加权元件对发送信号进行加权的天线加权。提供了提高的精度，因为利用长期协方差矩阵，而不是仅跟踪短期衰落过程。另外，实行天线加权选择所需的反馈量与发送站所使用的发射天线的数量无关。
其中确定性摄动梯度近似技术还与基站配合使用的本发明的一个实施例涉及软切换过程。软切换过程被用于例如可按照上述3G-CDMA通信标准以及其它通信标准工作的蜂窝通信系统。在软切换过程中，移动台在业务信道上同时接收多个、即两个或两个以上基站发送的数据。活动集由移动台维护或者与移动台相关。活动集列出其信号的信号电平、如信号强度优于所选门限的相邻基站。
在这种蜂窝通信系统的工作期间，基站发送导频信号。移动台测量所选相邻基站发送的导频信号的信号强度。当基站发送的导频信号的信号强度被移动台确定为大于所选门限时，移动台向网络报告这种判定的指示。从其中发送导频信号的基站成为与移动台相关的活动集的一部分。待传递到移动台的业务数据是由与移动台相关的活动集的所有基站传递的。通过同样的方式，当其中产生的导频信号下降到低于所选门限时，从活动集中有选择地删除基站。因此，当移动台在蜂窝通信系统的小区之间移动时，可继续与该移动台之间传递业务数据，因为一连串的基站构成与该移动台相关的活动集。当两个或两个以上基站是活动集的组成部分时，被认为出现软切换过程。
当涉及切换过程的一个或多个基站利用天线加权时，确定性摄动梯度近似技术的使用有助于天线加权选择精度。在切换过程之前和之后，确定性摄动梯度近似技术按照以上参照图1-4中所示实施例所述的来进行。另外，在切换过程中，也使用确定性摄动梯度近似技术，在这里，其中天线加权摄动被运用到相应一些基站的天线加权元件上。
图5表示一种无线电通信系统，与图1所示的通信系统相似，在这里同样总体表示为10。该通信系统同样包括网络部分，通过这个部分，移动台14通过前向和反向链路信道进行通信。所示这个实施例的网络部分包括两个基站12，这里表示为12-1和12-2。基站由与前面图1所示的功能元件基本相同的功能元件组成，从而构成参照图1所述的基站12。共同参照图1所示的与基站12-1和12-2的元件对应的元件。另外，这种共同参照的元件的操作的描述可参见前面图1的描述。基站12-1和12-2表示在切换过程中组成活动集的一部分的基站。其它基站12也可组成活动集的一部分，以及图5可相应地表示这类其它基站。
在这里，基站12-1和12-2之间共用设备78。由于设备78以功能来表示，因此该设备同样可通过任何所需方式来实现，其中的元件由基站12-1和12-2分担、设置在基站之一上、设置为与基站分离、或者分布在其间。
在切换过程中，当数据由基站12-1和12-2发送到移动台时，摄动选择器在线路72和74上产生一些值，摄动两个基站的天线元件的天线加权。也就是说，在切换过程中，摄动矢量值被施加到附加数量的天线加权元件上。确定性摄动梯度算法的修改通过增加所使用的摄动矢量的长度来进行，从其中确定性选择摄动矢量的矢量集的大小也被增加。在其中缓存摄动矢量的缓冲器84在这里表示为包括第一集合84-1和第二集合84-2。第一集合为第一大小的以及矢量为第一长度的。第二集合为第二大小的以及矢量为第二长度的。在切换过程中，矢量从第二集合中选取，以及其值被施加到两个基站的天线加权元件上。
图6说明在非切换条件下通信系统的工作期间的基站12-1的各部分。同样，设备78在线路72和74上产生一些值，这些值被施加到天线加权元件66和68。在这里，摄动矢量从第一集合84-1中选取。
图7说明在切换条件下通信系统的工作期间的基站12-1和12-2的部分。在这里，设备78在延伸到分开的基站12-1和12-2的天线加权元件的线路72和74上产生一些值。另外，在这里，摄动矢量从第二集合84-2中选取。
更一般来讲，当处于软切换条件时，各具有M个天线的P个基站向移动节点发送数据。M的值对于P个基站中的每一个可能不同。但是，为了便于说明，在这里各基站被视为具有相同数量的天线。用于发射的天线总数则为PM。当利用确定性摄动梯度算法时，随着所使用的摄动矢量的长度增加，反馈速率仍然未受影响。也就是说，矢量集84-2包括2PM个矢量wPM，q，其中q＝0，...，2PM-1，每个长度为PM。摄动矢量在这个集合中转动，以及反馈保持与非切换条件期间使用的一样。
当软切换过程开始时，移动台的活动集增加到包含附加的基站，以及开始摄动矢量集的重置和扩展。摄动算法以新的较长权矢量继续进行。在一个实现中，摄动从扩展集合的第一矢量开始。另外，根据非切换条件期间的操作，扩展权矢量的前(P-1)M个元素已经在自适应并收敛到某个值。当软切换过程开始时，元素开始自适应以再收敛到新的最佳值，且其它元素开始自适应。
在示范实现中，权被施加到天线加权元件的顺序是明确的。例如，信息从活动集缓冲器中的基站12的顺序、以及对各基站中的天线数量的了解中导出。这种信息可用于所有基站以及移动台。
因此，如本文中结合图5-7所述，提出一种与软切换中的闭环发射分集相关的技术。确定性摄动算法的使用被扩展到软切换条件，有助于在这些条件期间的通信。
以上说明是实现本发明的优选实例，以及本发明的范围应该不一定由此说明来限制。本发明的范围由以下权利要求来定义。
权利要求
1.在具有第一通信站、第二通信站以及至少第三通信站的通信系统中，所述第一通信站和所述第三通信站有选择地共同向所述第二通信站传递通信信号，在所述第一通信站的第一加权元件中根据第一天线权对所述通信信号进行加权，至少在所述第一通信站的第二加权元件中采用至少第二天线权对所述通信信号进行加权，以及有选择地至少在所述第三通信站的第三加权元件中对所述通信信号进行加权，一种用于帮助分别优化所述第一、第二和至少第三天线权的选择的设备的改进，所述设备包括摄动矢量选择器，耦合到所述第一通信站以及所述第三通信站，所述摄动矢量选择器用于选择至少第一组摄动矢量值，从而组成至少第一所选摄动矢量；以及摄动矢量施加器，耦合到所述摄动矢量选择器，所述摄动矢量施加器用于选择组成所述至少第一所选摄动矢量的摄动值到所述第一通信站的第一和至少第二加权元件的施加，以及还有选择地用于选择组成所述至少第一摄动矢量的所述摄动值到所述第三天线加权元件的施加，施加到所述第一、第二以及可选择地至少第三加权元件的所述摄动值至少部分决定了所述第一和至少第二天线权。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述通信系统包括具有网络部分的移动通信系统，所述第一通信站和所述第三通信站组成所述网络部分的一部分，以及在所述网络部分实现所述摄动矢量施加器。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，在所述网络部分还实现所述摄动矢量选择器。
4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第二通信站包括移动台，所述网络部分与所述移动台之间的通信切换按照软切换过程来实行，以及所述通信信号在所述软切换过程中由所述第一通信站和所述第三通信站传递，所述摄动矢量施加器产生的所述摄动值至少在所述软切换过程中分别被施加到所述第一和第三通信站。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于还包括可由所述摄动矢量选择器存取的摄动矢量缓冲器，所述摄动矢量缓冲器用于缓存可供所述摄动矢量选择器选择的所述至少第一组摄动矢量值。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，在所述摄动矢量缓冲器中缓存的所述至少第一组摄动矢量值可选地具有第一矢量长度大小和具有第二矢量长度大小。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，当所述通信信号由所述第一通信站而不是所述第三通信站传递到所述第二通信站时，所述摄动矢量选择器选择至少所述第一组摄动矢量值，从而组成具有所述第一矢量长度大小的所述至少第一所选摄动矢量。
8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，当所述通信信号由所述第一通信站和所述第三通信站传递到所述第二通信站时，所述摄动矢量选择器选择所述至少第一组摄动矢量值，从而组成具有所述第二矢量长度大小的所述至少第一所选摄动矢量。
9.如权利要求5所述的设备，其特征在于，在所述第一摄动矢量缓冲器中缓存的所述矢量的所述第一矢量长度大小允许其第一摄动值由所述摄动矢量施加器选择以施加到所述第一通信站的所述第一加权元件，以及允许其第二摄动值由所述摄动矢量施加器选择以施加到所述第一通信站的所述第二天线加权元件。
10.如权利要求5所述的设备，其特征在于，在所述第一摄动矢量缓冲器中缓存的所述矢量的所述第一矢量长度大小允许其第一摄动值由所述摄动矢量施加器选择以施加到所述第一通信站的所述第一加权元件，允许其第二摄动值由所述摄动矢量施加器选择以施加到所述第一通信站的所述第二天线加权元件，以及允许其第三摄动值由所述摄动矢量施加器选择以施加到所述第三通信站的所述第三天线加权元件。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述至少第一所选摄动矢量是从摄动矢量集中选取的，所述摄动矢量选择器选择摄动矢量序列，以及所述序列的所述摄动矢量是确定性的。
12.在如权利要求7所述的通信系统中，用于所述第二通信站、以及还用于帮助优化所述第一、第二以及可选的至少第三天线权的选择的设备的进一步改进，所述设备包括检测器，耦合到所述第二通信站，所述检测器用于检测与所述通信信号相关的标记，所述通信信号在传递到所述第二通信站后，按照所述第一天线权、所述第二天线权以及可选的另一个所述至少第三天线权进行加权。
13.在用于在具有第一通信站、第二通信站以及至少第三通信站的通信系统中进行通信的方法中，所述第一通信站用于把通信信号传递到所述第二通信站，在所述第一通信站的第一加权元件中根据第一天线权对所述通信信号进行加权，至少在所述第一通信站的第二加权元件中采用至少第二天线权对所述通信信号进行加权，以及可选地至少根据第三天线权在所述第三通信站的第三加权元件中对所述通信信号进行加权，一种用于帮助分别优化所述第一、第二和可选的第三天线权的选择的方法的改进，所述方法包括选择由摄动值组成的至少第一所选摄动矢量；把组成所述至少第一所选摄动矢量的所述摄动值中所选的一些施加到所述第一和至少第二天线加权元件，施加到所述第一和至少第二加权元件的所述摄动值至少部分决定了所述第一和至少第二天线权；可选地把所述至少第一所选摄动矢量的至少另外的所选摄动值施加到所述第三加权元件；以及在按照所述第一和至少第二天线权进行加权以及可选地按照所述第三天线权进行加权后，把所述通信信号发送到所述第二通信站。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于还包括以下操作检测发送到所述第二通信站的所述通信信号；确定与所述通信信号相关的标记；以及响应在所述确定操作过程中进行的判定而把反馈标记返回给所述第一通信站。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二通信站包括移动台，所述网络部分与所述移动台之间的通信切换按照软切换过程来实行，以及所述至少附加的所选摄动值在所述软切换过程中在所述可选地施加的操作过程中被施加。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于还包括在所述可选地施加的操作之前的以下操作确定所述软切换过程是否正在实行，以及响应在所述确定操作过程中对所述软切换过程正在实行的确定而执行所述可选地施加的操作。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述选择操作过程中所选的摄动值所组成的所述至少第一所选摄动矢量可选地具有第一矢量长度大小以及具有第二矢量长度大小。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，当所述通信信号由所述第一通信站而不是所述第三通信站传递到所述第二通信站时，所述第一所选摄动矢量在所述选择操作过程中被选择为具有所述第一矢量长度大小。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，当所述通信信号由所述第一通信站和所述第三通信站传递到所述第二通信站时，所述第一所选摄动矢量在所述选择操作过程中被选择为具有所述第二矢量长度大小。
20.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述选择操作包括选择摄动矢量序列，所述序列的所述摄动序列是预定的。
21.在具有第一通信站和第二通信站的通信系统中，所述第一通信站用于向所述第二通信站传递通信信号，在所述第一通信站的第一加权元件中根据第一天线权对所述通信信号进行加权，以及至少在所述第一通信站的第二加权元件中采用至少第二天线权对所述通信信号进行加权，一种用于帮助分别优化所述第一和至少第二天线权的选择的设备的改进，所述设备包括摄动矢量选择器，耦合到所述第一通信站，所述摄动矢量选择器用于选择至少第一组摄动矢量值，从而组成至少第一所选摄动矢量；以及摄动矢量施加器，耦合到所述摄动矢量选择器，所述摄动矢量施加器用于选择把组成所述至少第一所选摄动矢量的所述摄动值施加到所述第一和至少第二加权元件，施加到所述第一和至少第二加权元件的所述摄动值至少部分决定了所述第一和至少第二天线权。
22.如权利要求21所述的设备，其特征在于还包括可由所述摄动矢量选择器存取的摄动矢量缓冲器，所述摄动矢量缓冲器用于缓存可供所述摄动矢量选择器选择的所述至少第一组摄动矢量值。
23.如权利要求22所述的设备，其特征在于，所述摄动矢量缓冲器缓存各由一组摄动矢量值组成的多个摄动矢量。
24.如权利要求23所述的设备，其特征在于，所述至少第一组摄动矢量值组成的所述至少第一所选摄动矢量是由所述摄动矢量选择器从缓存在所述摄动矢量缓冲器中的所述多个摄动矢量中选取的。
25.如权利要求24所述的设备，其特征在于，所述摄动矢量选择器选择摄动矢量序列，所述序列是根据所选顺序来选择的。
26.如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述摄动矢量施加器在所选时间周期的第一部分中以第一方式把所述至少第一所选摄动矢量施加到所述第一和至少第二加权元件。
27.如权利要求26所述的设备，其特征在于，所述摄动矢量施加器在所述所选时间周期的第二部分中以第二方式把所述至少第一所选摄动矢量施加到所述第一和至少第二加权元件。
28.如权利要求27所述的设备，其特征在于，所述摄动矢量施加所述至少第一所选摄动矢量所采取的所述第一方式是沿正方向，以及所述摄动矢量施加所述至少第一所选摄动矢量所采取的所述第二方式是沿负方向。
29.如权利要求27所述的设备，其特征在于，所述通信系统定义所选时间长度的时隙，以及其中所述摄动矢量施加器施加所述至少第一所选摄动矢量的所述所选时间周期包括时隙。
30.如权利要求29所述的设备，其特征在于，其中所述摄动矢量施加器施加所述至少第一摄动矢量的所述时隙的第一部分和第二部分包括所述时隙的基本相等的部分。
31.如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述通信系统包括具有固定网络部分的多输入多输出(MIMO)无线电通信系统，所述第一通信站组成所述固定网络部分的一部分，以及所述摄动矢量选择器和所述摄动矢量施加器在所述固定网络部分实现。
32.在如权利要求27所述的通信系统中，用于所述第二通信站、以及还用于帮助优化所述第一和至少第二天线权的选择的设备的进一步改进，所述设备包括检测器，耦合到所述第二通信站，所述检测器用于检测与所述通信信号相关的标记，所述通信信号在传递到所述第二通信站后，被按照所述第一天线权和至少所述第二天线权进行加权。
33.如权利要求32所述的设备，其特征在于，所述检测器检测的所述标记包含在所述所选时间周期中检测的能量等级选取标记。
34.如权利要求33所述的设备，其特征在于，所述检测器还确定在所述第一部分期间检测的所述能量等级相关标记与所述第二部分期间检测的所述能量等级相关标记之间的差。
35.如权利要求34所述的设备，其特征在于，所述检测器形成所述差的单一位表示。
36.如权利要求34所述的设备，其特征在于还包括反馈发生器，它耦合到所述检测器以接收表示在其中所确定的所述差的值，所述反馈发生器用于产生表示所述差的反馈指示信号，所述反馈指示信号用于回送到所述第一通信站。
37.如权利要求36所述的设备，其特征在于还包括设置在所述第一通信站的反馈检测器，所述反馈检测器用于检测回送到所述第一通信站的所述反馈指示信号以及用于指示按照所述第一天线权和所述第二天线权实行对施加于所述通信信号的加权的更新。
38.在用于在具有第一通信站和第二通信站的通信系统中进行通信的方法中，所述第一通信站用于向所述第二通信站传递通信信号，在所述第一通信站的第一加权元件中根据第一天线权对所述通信信号进行加权，以及至少在所述第一通信站的第二加权元件中采用至少第二天线权对所述通信信号进行加权，一种用于帮助分别优化所述第一和至少第二天线权的情况的方法的改进，所述方法包括选择由摄动值组成的至少第一所选摄动矢量；把组成所述至少第一所选摄动矢量的所述摄动值施加到所述第一和至少第二天线加权元件，施加到所述第一和至少第二加权元件的所述摄动值至少部分决定了所述第一和至少第二天线权；以及把所述通信信号按所述第一和至少第二天线权进行加权后，发送到所述第二通信站。
39.如权利要求18所述的方法，其特征在于还包括以下操作检测发送到所述第二通信信号的所述通信信号；确定与所述通信信号相关的标记；以及响应在所述确定操作中进行的确定而把反馈标记返回给所述第一通信站。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述施加操作包括在第一所选时间周期中以第一方式施加所述至少第一摄动矢量，并在第二所选时间周期中以第二方式施加所述至少第一摄动矢量，以及所述确定操作包括检测所述第一所选时间周期中与所述第二所选时间周期中检测的所述通信信号之间的差。
全文摘要
用于帮助选择最佳天线加权的设备及相关方法，其中，根据这个最佳天线加权对利用闭环发射分集的通信系统中发送的信号进行加权。利用确定性摄动梯度近似技术，其中，摄动矢量由选择器进行选择(136)，并由施加器施加到天线加权元件。摄动矢量的所选集合以正方向和负方向施加到天线加权元件(138)。一旦采用摄动矢量加权后，接收站上的检测器与传递到其中的信号无关地进行测量。单一位反馈值被返回到发送站，以及天线加权被适当调整(142)。该技术在非切换条件期间以及在切换条件期间使用。
文档编号H04B7/02GK1653706SQ03810817
公开日2005年8月10日 申请日期2003年5月15日 优先权日2002年5月15日
发明者B·拉霍塔曼, T·R·德里贝里 申请人:诺基亚有限公司