具有多传感器接收台和多个发送发射台的无线通信系统的制作方法

专利名称：具有多传感器接收台和多个发送发射台的无线通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统，该系统包括多个发射台，该发射台在无线链路的预定信道中向一个接收台发送数据包，所述接收台具有传感器阵列用以捕获所发送的数据，和接收机装置，与所述传感器阵列相连接，并在所述接收台的阵列输出端产生阵列输出信号，所述接收机装置包括一个与所述传感器阵列连接的加权矢量供给器装置，从被捕获的数据中获取加权矢量和与所述传感器阵列和所述加权矢量供给器装置连接的多个乘法器装置，用于提供作为所述捕获数据和加权矢量的乘积的函数的所述阵列输出信号。
这样的无线电通信系统在本领域已是公知的，例如可以由J.Ward和R，T Compton于1992年9月发表在IEEE TRANSAC-TIONS ON COMMUNICATION VOL.40，NO2，第292至300页上题目为“改进具有自适应阵列的时隙ALOHA系统数据包无线网络的性能”(“Improving the performance of a slotted ALOHApacket Radio Network with an Adaptie Array”)一文中了解到。其中，数据包按照公知的时隙ALOHA系统(slotted—ALOHA)(S—ALOHA)方案发送，该方案例如在B.Sklar的“数字通信—基础和应用”一书(edited by prentice—Hall International.InC.，1988)中作了描述，具体地参见其第9章中第475—505页。S—ALOHA存在的一个问题是当两个或更多的发射台在一个相同的信道同时发送数据包时，将发生冲突以使接收台再也不能够在由其接收数据包的各发射台之间进行区分。结果，所有这些数据包此时统统被拒绝，各发射台不得不再次发送它们。显然，这导致在无线链路上业务负荷的大量增加。
S—ALOHA方案的这一问题在按照上述文章的系统中通过使用传感器自适应阵列或天线而不是通常使用的不定向天线部分地解决。正如将在下面描述的，由此该无线电通信系统的性能得到了改进。
当发射台不发送数据包时，传感器阵列作为一个不定向天线工作，这样适于捕获来自任何方向即来自任何发射台的任何数据包。检测到这样一个由一发射台发送的数据包的开始即一个比特的训练序列之后，接收台以正发送的发射台的方向对准它的天线阵，由此忽略此时由其它发射台发送的其它数据包。然而，如果两个(多个)同时发送的数据包在地理上和时间上被分开，即它们正从不同的方向输入和在一定数量的比特互相移动，则上述这种按正确方向的指向是一可能的。如果在这种情况下，只有最初到达的数据包被接收台接收，而任何随后的由另一发射台以同一信道发送的数据包则被忽略。
在上述文章中提出的改进大大地提高了一些无线电通信应用的容量，因为，在冲突的情况下，冲突数据包并不是系统地全部被拒绝，而是它们中的第一个数据包通常接收。此外，由于冲突在第一预定信道期间没被接收的一个数据包通常将在其它信道中的几个发送恢复它后被接收。这意味着即使在上述已知的无线电通信系统中无线链路的一个时间帧的所有信道都可用发送和接收数据包时，冲突的会导致业务是过载。
这一遗留的业务量增加的缺陷在如下的那种无线移动通信系统的情况下变得更为显著，所述的这种无线移动通信系统，其中无线链路的每一时间帧通常仅有单个预定信道可由移动发射台使用，以发送一个所谓“呼叫建立数据包”给固定的接收基站，以便与其建立通信。在这样一种移动通信系统中，该无线链路的其它信道或者被用于发送信令信息，或者由基站单独地分配，以通过“用户信息包”区别是与其通信的移动台。
刚才所描述的问题例如发生在泛欧“移动通信全球系统”GSM中，GSM是一个数字蜂窝网络，其中每个网孔包括一个基站和在该网孔中移动的多个移动台。因为各移动台仅在允许在无线链路的单个预定信道，即以该无线链路的一个预定频率和在一个预定时隙期间发送呼叫建立数据包给所述基站，所述对那些由各移动台发送并同时尝试接通基站的数据包来说，它们发生冲突的危险是相当大的。
减少冲突可能性的一个可能的方法是增加各移动台允许发送呼叫建立数据包所使用的预定信道的数量。然而，这种方法导致该基站资源的使用效率低，因为这些信道此时不能用于其它诸如上面所述的信令正常通信业务的目的。
即使在上面文章中所公开的改进被应用到一个移动通信系统例如GSM的特定情况中，但由于必须重发被基站忽略的即在预定信道中不是首先到达的冲突数据包，则该基站的业务负荷仍然很高。此外，在公知系统中，仅有一些冲突呼叫建立数据包可被恢复，而冲突用户信息包不可能得到挽救。这是因为一个呼叫建立数据包的持续时间短于该预定信道的持续时间。由此，如上所述，在同一预定信道中接收但在时间上充分错开的几个呼叫建立数据包中的第一个数据包可能被接收台识别出。另一方面，一个用户信息包的持续时间基本上与该信道的持续时间相对应，因此在同一信道中接收的两个或更多用户信息包的时间错开对于接收机站将它们分开是远远不够的。
本发明的目的是提供一种上述公知类型的无线电通信系统，但其中所获得的即由接收台捕获和处理的数据包的数量相对大的多，并且它特别适于使用在移动通信领域中。
按照本发明，这个目的的实现是基于这样的事实，即所述接收机装置还包括信号处理装置连接在所述传感器阵列与所述加权矢量供给器装置和所述多个乘法器装置之间，适于从所述捕获的数据中产生一信号矢量所述加权矢量供给器装置从该信号矢量中获得多个加权矢量，这些加权矢量被用于区别所述乘法器装置中的各乘法器装置。
按照这种方式，每个乘法器装置接收信号矢量和与由一个特定发射台发送的与数据包相对应的一个加权矢量。这样可能同时在同一预定信道中获得几个被发送的数据包，即从不同的发射台获得数据包。对于呼叫建立数据包以及用户信息包这是有效的。
在呼叫建立数据包特定情况下，一旦该数据包的最被比特被基站接收，信号处理装置就产生一个相应的信号矢量。从这个信号矢量中加权矢量供给装置获得一个第一加权矢量，它与所述信号矢旺一起被提供给乘法器装置之一。然后该乘法器装置产生一个阵列输出信号，该信号与所述信号矢量和加权矢量的乘积相对应。如果由另一发射台发送的一个第二数据包比第一个接收的数据包稍迟但仍在该同一预定信道期间并从另一方向到达，则信号处理装置产生另一个信号矢量，加权矢量供给装置从该信号矢量中获得两个加权矢量，它们被分别加给多个乘法器装置中上述的一个和另一个。结果，两个阵列输出信号的每一个信号对应于接收数据包中的一个数据包，它们在接收台的两个不同的阵列输出端是有效的。上述情况也适用于同一预定信道中接收的一个第三、第四、…数据包。此外，在数据包内不需要特别的训练比特序列，并且能够证明在GSM信号的情况下，各数据包仅需要分开约1.5比特。
如已提及的，在同一预定信道中由不同发射台发送的几个数据包可以被接收，并由该无线电通信系统的接收台有效地处理。结果，上面提到的由于数据包，尤其是呼叫建立数据包的冲突导致的业务量增加则不再发生，即便是在移动通信系统例如GSM的特定情况下，即其中那些呼叫建立数据包可以仅在时间帧的单个预定信道中被发送。
本发明的另一个特征性的特点是每个所述预定信道是在所述无线链路的预定频率的一个预时隙，以及所述加权矢量供给器装置包括串联连接的一个加权参数估计器和一个加权矢量发生器，所述加权参数估计器从所述信号矢量中获得多个加权参数，而所述加权矢量发生器根据所述获得的加权参数计算所述多个加权矢量。
发射台的加权参数例如是与传感器相应的其数据包的到达方向和捕获数据的信号功率。根据这些参数，加权矢量发生器可以为每个具体的发送发射台计算加权矢量。
此外，所述加权矢量供给装置还包括一个参数数据库，它连接在所述加权矢量发生器和所述乘法器装置之间，用于存贮所述获取的加权参数和计算出的加权矢量。
一旦由加权参数估计器提供了，每个发送发射台把其加权参数存贮在参数数据库中。然而，如将在后面说明的，加权参数以在同一信道中发送用主户信息包的所有发射台的加权参数的函数来进行计算，并因此进行可能的修正。
本发明的又一特征性的特点是所述加权矢量供给器装置还包括一个时间窗口滤波器装置，它连接在所述信号处理装置和所述加权参数估计器之间，并由也包含在所述加权矢量供给器装置中的一个定时控制装置控制，所述时间窗口滤波器装置允许所述信号矢量仅在所述预定信道的第一预定信道期间发送给所述加权参数估计器，从而允许所述加权参数估计器仅在所述第一预定信道期间，从所述捕获的数据中获取所述多个加权参数。
据此，仅在这些第一预定信道期间计算加权矢量，所述的第一预定信道是其中发送上述呼叫建立数据包的预定信道。
从一方面来看，在所述第一预定信道期间，由所述加权矢量发生器计算的所述加权矢量加到所述乘法器装置，并且所述的加权参数被存贮在所述参数数据库中。
从另一方面来看，在不同于所述第一预定信道的第二预定信道期间，加权矢量加给所述乘法器装置。
第二预定信道是发送用户信息包的预定信道。因此本接收机装置不仅能够在相同的第一信道中获得几个呼叫建立数据包，而且也能够在一个相同的第二信道中获得几个用户信息包。这样大大增加了无线电通信系统的业务容量。
本发明还有一个特征性的特点是所述阵列输出端被连接到一个信道控制器，适于在一个所述第一预定信道期间把一个所述第二预定信道分配给发送所述呼叫建立数据包的每个发射台，并且所述信道控制器连接到所述参数数据库，该参数数据库存贮所述分配的第二预定信道的标识。
再者，所述信道控制器经所述加权矢量发生器连接到所述参数数据库，该加权矢量发生器在所述分配的第二预定信道中按存贮在所述参数数据库中并与所述分配的第二预定信道相关的数据的函数为所述发射台计算加权矢量。
鉴此，该参数数据库为每个发射台存贮它的识别码、它的所分配信道的标识、它的加权参数、以及它的加权矢量，通过考虑与也在同一分配信道中发送用户信息包的其它发射台相关的存储信息对后者进行计算。
本发明又有一个特征性的特点是所述信道控制器进一步适于当所述发射台的通信质量低于一个预等级时分配另一个所述第二预定信道给所述发射台，然后所述加权矢量发生器在先前和所述分配给所述发射台的其它第二预定信道中为所有发射台计算新的加权矢量，该新加权矢量的计算是按存贮在所述参数数据库中并与所述发射台和所述先前和所述其它被分配的第二预定信道相关的数据的函数进行的。
当发射台和接收台之间的通信质量变得很坏时，例如由于使用同一被分配信道的其它发射台的可能干扰造成的，另一信道被分配给该发射台。这种操作被称作“网孔内切换”。
本发明的另一个特征性的特点在于当利用所述基站建立通信时，所述发射台在所述各第一预定信道中发送所述跟踪数据包，和所述加权参数估计器从所述跟踪数据包中获取新的加权参数，新的加权参数被存贮在所述参数数据库中，所述加权矢量发生器由此在分配给发送所述跟踪数据包的所述发射台的第二预定信道中为所有发射台计算新的加权矢量，并且所述的新的加权矢量也存贮在所述参数数据库中。
这些跟踪数据包与上述呼叫建立数据包类似，但它们是在通信已建立时使用，用于连续地更新存贮在参数数据库中的发射台的数据，以便优化通信的质量。
本发明还有一个特征性的特点是所述传感器阵列包括N个天线单元，所述加权矢量供给器装置产生最大N—1个加权矢量，以及所述多个乘法器装置包括与N—1个所述阵列输出端连接的N—1个乘法器装置。
按照这种方式，多达N—1个数据包能够被接收台获得，作为响应它这时产生N—1个不同阵列输出信号。因而呼叫建立数据包之间冲突的可能性通过在第一信道中把多达N—1个数据包分开而得到降低，并且多达N—1个用户被同时允许接入一个相同的第二信道。
虽然可以使用任何一种的阵列结构，但在一个优选实施例中所述传感器阵列是一个均匀线性阵列(ULA)，而所述N个天线单元是相同的被均匀分开的各向同性传感器。
本发明再有一个特征性的特点是所述加权参数估计器是一个维纳滤波器估计器(wiener filterestimater)。
通过利用存贮在参数数据库中的加权矢量，传感器阵列中可被看作指向一个预定方向，例如朝着一个发射台，而不是以一种不定向辐射的方式覆盖一个区域。然后可按相对高的精度对从该发射台接收的信号进行测量。例如可采用比利用一个不定向天线的情况中的精度还高的精度对数据包的到达时间TOA进行测量。
本无线电通信系统的另一个优点在于只要由干扰源产生的干扰和发射台之一相对于传感器阵列不具有相同的到达方向，则它对噪声和干扰源不敏感。
通过参考下列实施例的描述并参考附图，本发明的上述和其它目的及其特点将更清楚了，其中

图1示出了按照本发明构成一无线电通信系统一部分的移动台MS1至MS4和一个基站BTS。
图2示出由图1的移动台MS1至MS4发送的选址脉冲串(access bursts)SUP1至SUP3的一种可能的重叠。
图3示出图1的基站BTS中使用的一个接收电络RM的简图。
图1所示的无线电通信系统是一个移动通信系统，它构成了公知的泛欧数字蜂窝“移动通信全球系统”(GSM)网络的一部分。这个移动通信系统GSM包括构成公共电话网(未示出)的一部分固定基站诸如BTS，和经无线链路链接到基站的便携电话机即移动台，诸如MS1至MS4，下面统称为MS。每个基站BTS被定位在被称叫“网孔”的自己的区域内，并能够与在其网孔内移动的任何移动台MS通信。
在GSM的每个网孔中，移动台MS可以在无线链路的预定信道中发送数据包给基站BTS，反之亦然。每个信道与一个预定时隙相对应，并具有一个预定载波频率。用于从移动台MS向基站BTS发送的上行链路频带范围从890至915MHz，而用于从基站BTS向移动台MS发送的下行链路频带范围从935到960MHZ。在这两个频带中共使用124个载波频率。这些载波频率彼此隔开200KHz，并且在上行链路中的相应载波频率和下行链路的频带隔开45MHz。该无线链路的8个时隙构成一个时间帧，其中每个时隙具有156.25比特的长度或宽度，8个时隙被操作TSO至TS7。于是，这样的一个时间帧具有一个1250比特的长度。
如已经提及的，在一个网孔内，基站BTS和移动台MS通过在上述信道中发送/接收的数据包相互通信。对于与一个移动台MS的任何特定通信来说，基站BTS在上行链路和在下行链路中分配一个或多个业务信道TCH。当该通信结束时，这些TCH信道是空闲的。
此外，基站BTS在每个频带按一特定的载波频率保留时间帧的时隙，用于发送/接收信令和其它业务控制信息。所保留的频率被称作广播公共控制信道”或BCCH频率。例如，在下行链路频带中，基站BTS以BCCH频率广播同步脉冲。这些同步脉冲是由在该网孔中移动的所有移动台MS使用的帧脉冲，作为同步它们的传输的参考信号。为了避免干扰问题，相邻网孔的各基站使用不同的BCCH频率。
在上行链路频带内仅BCCH频率的一个时隙通常是第一时隙TSO由在一个网孔中移动的移动台MS使用以向该网孔的基站BTS发送呼叫建立数据包。在BCCH频率的这个特定时隙TSO被称作“随机选取信道”RACH，而每个移动台MS被允许发送的呼叫建立数据包被称作“RACH脉冲串”或选址脉冲串，并且在下面通常被称作SUP。
当由基站BTS接收时，这样一个呼叫建立数据包即选址脉冲串SUP被用于开始与发送移动台MS进行通信。换句话说，要建立与该基站BTS通信的每个移动台，比方说MS1在该RACH信道发送一个呼叫建立数据包SUP1。
上行链路频带的随机选取信道RACH和选址脉冲串结构均在“ETSI/TC GSM建议GSM05.02”题目为“关于无线通路的复用和多址连接”，1990年1月版本3，4，1中进行了描述。此外，选址脉冲串SUP按照公知的时隙ALOHA”(S—ALOHA)发送方案发送，它在上面提及的B.Sklar所著的书中给予了详细的描述。
一个选址脉冲串SUP具有96比特的长度或宽度，这样其发送的持续时间比以BCCH频率的时隙TSO(156.25比特)的持续时间短。结果，只要在RACH信道内由基站BTS执行的选址脉冲串的接收结束，则该选址脉冲串SUP的开端即第一比特可以在与该时隙TSO的开始相应的不同时刻被接收。
因为一移动台例如正发送呼叫建立数据包SUP1的MS1不能够知道在同一网孔中移动的一个或多个移动台MS2至MS4是否也正在发送一选址脉中串，所以两个或多个移动台MS同时试图接入基站BTS是可能发生的。在这种情况下，冲突在由各发送移动台共同使用的RACH信道中发生。
这样的情况在下面的例子中进行了描述，并由图2示出。其中，三个移动台MS1、MS2和MS3同时试图接入基站BTS。所有的三个移动台MS1至MS3正在RACH信道(即在时隙TSO期间分别发送一个选址脉冲串或呼叫建立数据包SUP1至SUP3，并且与基站BTS同步。这些选址脉冲串的每一个都具有小于TSO持续时间的持续时间b。此外，假设MS1靠近BTS，MS2较远离BTS，而MS3距BTS最远。
当发送移动台MS1至MS3与基站BTS之间的距离不同时，显然相应的呼叫建立数据包SUP1至SUP3在RACH信道中以不同的时刻或时间位置到达。例如，由MS1发送的呼叫建立数据包SUP1的开始在to之后的时刻t1即时隙TSO的开始，在基站BTS中被接收。由于其到达基站BTS的距离较长，移动台MS2和MS3的呼叫建立数据包SUP2和SUP3分别在稍后的时刻t2和t3被接收。
为了获得即捕获和正确处理一个以上的呼叫建立数据包SUP，基站BTS配备一个传感器或天线阵列和在下面关于图3所描述的一个接收器电路。可以证明，如果在不同的角度由传感器阵列来观察移动台MS1至MS3，并且如果时刻t1和t2之间的距离以及t2和t3之间的距离至少等于1.5比特，则由于上述的这些装置，所有三个呼叫建立数据包SUP1、SUP2和SUP3都可被捕获到。如果t1—t2或t2—t3的距离小于1.5比特，则冲突选址脉冲串(colliding accessbursts)或呼叫建立数据包SUP1、SUP2和SUP3的干扰使得基站BTS不能再对它们进行区分。因此，这时它们都会被拒绝，并且三个移动台MS1至MS3都必须在另一个RACH信道重发另一个选址脉冲串。
应注意，在本GSM应用中，大约1.5比特的距离对应着5μs暂短的隔开，并且如将在后面描述的，这一时间期间用地估计来话信号的特性是充裕的。此外，还将就接收器电路RM允许几个移动台MS经过相同的业务信道与基站BTS通信进行描述。
为了获得间隔大于1.5比特的呼叫建立数据包SUP1至SUP3，并允许几个移动台在相同信道TCH上通信，基站BTS配备传感器或可具有任何几何图形天线的阵列。但是，在优选的实施例中这个阵列是一个均匀线性阵列(ULA)，它包括隔开相等的d厘米距离的相同的各向同性传感器A1至AN，N是等于或大于2的整数。这个简单的几何图形使得接收机电路RM的处理算法相当简单和迅速。此外，假设传感器阵列看见移动台的角度称为θk，k分别是发送移动站MS1、MS2或MS3的标号1、2或3，且假设接收信号的功率以σk表示。
N个传感器A1至AN连接到单个处理器SP，处理器SP是由连接到不同的传感器的N个无线接收机(未示出)构成的。这些无线接收机适于在SP的输出提供信号矢量X，它表示在传感器A1至AN收到的信号。信号矢量X加到时间窗口滤波器TWF和N—1个乘法器M1至MN-1的第一输入端。
时间窗口滤波器TWF是由定时控制电路CTL控制的，定时控制电路CTL与上述信道同步地工作。时间窗口滤波器TWF连接到一个加权参数估计器WDE和该定时控制电路CTL以这样的方法控制TWF在RACH信并期间TWF才打开一个时间窗口，即，只在RACH信道的时隙期间才允许信号矢量X传送到WPE。
加权参数估计器WPE主要由维纳(Wiener)滤波器估计器构成的，适用于在其输出提供发送移动台MSK的标识和相应的加权参数如到达的θk的方向和所有从信号矢量X得到的信号功率σk。WPE的输出接到加权矢量发生器WVG，它本身以双向方式连接到一个参数据库PDB、WVG和PDB都由定时控制电路CTL控制。
如加权参数估计器WPE和加权矢量发生器WVG这样的设备在本领域中例如从Mc.Graw Hill编辑的J.C.Candy的“信号处理—基于模型的方法”一书中是公知的，因此下面不再详细地叙述。
由加权参数估计器WPE估计的标识MSK、角度θk和功率σk经过加权矢量发生器WVG传送到参数数据库PDB。PDB存储这些参数，而WVG利用加权矢量WK计算，然后加权矢量WK也存储在PDB中。参数数据库PDB的输出连接到乘法器M1至MN—1的第二输入端，加以矢量是通过参数数据库的输出提供的。
N—1个乘法器的输出构成N—1个阵列输出端X1至XN—1，在此提供类似名称的阵列输出信号，该阵列输出信号等于加在这些乘法器的第一和第二输入的矢量的乘积。
阵列输出端X1至XN—1还连接到一个信道控制器CHC，根据在这些端子收集的信息，信道控制器CHC给发射台MS分配或再分配业务信道，如在下面说明的。信道控制器CHC的输出IHO连接到加权矢量发生器WVG，当CHC分配另一条TCH信道给发射台MS时，加权矢量发生器WVG重新计算加权矢量。
必须指出，由CHC分配给每个发射台MS1至NS3的TCH信道的标识也存储在参数数据库PDB中。
接收机电路RM包括信号处理器SP、加权参数估计器WPE、一加权定量发生器WVG、参数数据库、N—1个乘法器M1至MN-1和信道控制器CHC，其工作情况如下。
在RACH信道期间，只有一个移动台例如MS1在发送呼叫建立数据包SUP1，这个数据包在时刻t1和以角度θ1到达传感器阵列。然后信号处理器SP产生代表接收的呼叫建立数据包SUP1的信号矢量X1。由于这是在RACH信道期间发生的，所以时间窗口滤波TWF打开而且信号矢量X1被发送到加权参数估计器WPE，由此得到表示接收信号质量的加权参数θ1和σ1。这些参数加到加权矢量发生器WVG，它计算第一加权矢量W1。后者与发射台的标识MS1及这些加权参数一起传送到参数数据库PDB。所有这些信息都存储在PDB中，而加权矢量W1同时还加到乘法器M1的第二输入端。因为在这个乘法器M1的第一输入仍然可得到信号矢量X1，所以乘法器M1产生相应于信号矢量X1和加权矢量W1的乘积的一个阵列输出信号X1。然后由传感器A1至AN的阵列获得的呼叫建立数据包SUP1中得到的这个阵列输出信号X1也在基站BTS中再被发送到信道控制器CHC。因为这个呼叫建立数据包是从移动台MS1接收的第一数据包，信道控制器CHC给这个台分配一条业务信道TCH，其标识经过端子IHO发送到加权矢量发生器WVG。然后这个信道标识又发送到参数数据库PDB，其中存储有关该移动台MS1的上述信息。
由于在相同的RACH信道中没有其它移动台在发送，所以加到乘法器M2至MN—1的其它加权矢量W2至WN—1为零，使得在阵列输出端X2至XN—1的阵列输出信号也等于零。
如果第二呼叫建立数据包SUP2由另一个发射台MS2在相同的RACH信道中发送，并且以不同于θ1的角度θ1在时刻t2到达传感器阵列，时刻t2至少比t1晚5微秒，则信号处理器SP产生代表两个接收的呼叫建立数据包SUP1和SUP2的另一个信号矢量X2。从这个信号矢量X2，加权参数估计器WPE得到两组参数MS1、θ1、σ1和MS2、θ2、σ2。加权矢量发生器WVG使用这两组参数计算两个加权矢量W1和W2，这两个加权矢量Wj和W2存储在参数数据库PDB中，同时分别发送到乘法器M1和M2的第二输入端。由于信号矢量还加在乘法器M1和M2的第一输入端，M1还产生一个阵列输出信号X1，它是从由传感器A1至AN的阵列接收的呼叫建立数据包SUP1中得到的，同时M2这时产生一个阵列输出信号X2，它也是从由这个传感器阵列接收的呼叫建立数据包SUP2中得到的。根据阵列输出信号X1和X2信道控制器CHC分配一条业务信道TCH给每个发射台MS1和MS2。然后这些信号的标识经过加权矢量发生器WVG被发送并存储在参数数据库PDB中。这些信道标识显然是与相应的发射台MS1和MS2的其它已存储的参数一起分别存储。
总之，相应于在相同的RACH信道中接收的所接收呼叫建立数据包SUP1和SUP2的各自数据包的两个不同的阵列输出信号X1和X2由基站BTS获得，并且可在接收机电路RM的两个不同的阵列输出端X1和X2得到。更一般地说，由基站BTS获得的N—1个不同呼叫建立数据中得到的多达N—1个阵列输出信号X1至XN—1可在接收电路RM的阵列输出端产生，假定它们以不同的角度θk和在至少分开5微秒的不同时刻到达传感器阵列。如已经提到的，在目前的GSM应用中，相应于270kb/s比特率的1.5比特的这5微秒允许已知的Wiener滤波器估计器收集足够数量的信号样值(抽点打印(snapshot))以便正确地估计输入信号的特性。
对于到达传感器A1至AN的阵列的K个信号，每个信号有一个角度θk，在信号处理器SP输出端的矢量信号X可写成X=Σk=1kSk.dk+n]]>式中K是K个发射移动台之一的标号；SK是接收的信号的复合幅度，等于Sk=ej2πfct·sk(t)]]>式中dK是相对位矢量，它等于sk(t)∈[-1，+1]dk=(1,...,e-jkφk,...,e-j(N-1)φk)T]]>其中T表示“移项”(transpose)，而φk=2πdsinθkλc]]>d是传感器A1至AN阵列的两个相邻单元之间的间隔；而n是噪声矢量，等于n＝(n1、…、nN)由加权矢量发生器WVG产生并用于分开不同输入信号的“Wiener滤波器矢量”WK可写成WK＝(WK1，…，WKN)因而一个阵列输出信号Xi等于Xi=Wi.X=(Widi)Si+Σk=1/k=iN-1WidkSk+Win]]>由于由加权矢量发生器WVG产生的加权矢量是这样的即相应的信号噪声/干扰比是最大的，所以最后式子的末尾两项分别代表可能的干扰和噪声，在下列情况下它们可被忽略当发送呼叫建立数据包的移动台不能由传感器阵列从相同的角度看到时；和当噪声是空白的和/或当从发送移动台之一的相同角度没有看到干扰源时。
使用上述的接收机电路，因而能够显著地增加上面叙述的时隙ALOHA协议的能力而不增加所用信道的数量。而且，对于由N—1个不同的移动台在相同的业务信道TCH中发送的分开的N—1个用户信息数据包，该相同的原理是有效的。
如已经提到的，一个相同的业务信道TCH可分配给几个移动台，一旦业务信道TCH分配给这样的发射台，该发射台被授权使用它传送用户信息数据包到基站，而且再传送到另一个用户。对于呼叫建立数据包，处理处理器SP产生对于在传感器A1至AN阵列收到的用户信息数据包的一个信号矢量X。但是，在TCH信道期间，时间窗口滤波器TWF关闭，在加权参数估计器WPE的输出无参数提供。在这种情况下，相应于目前信道TCH和允许在那条信道发送的发射移动台的加权矢量由参数据库PDB加到乘法器的第二输入端。这些加权矢量是在前一RACH信道期间由加权矢量发生器WVG事先计算的并且由于与那条特定TCH信道及移动台MS相关而存储在参数数据库PDB中。
由于它可从上面的公式中得到，所以允许多达N—1个移动台在相同的信道TCH中传送用户信息数据包，而相应的输出信息出现在N—1阵列输出端X1至XN—1。虽然在理论上这是正确的，但是目前技术的限制宁可限制允许N/2个移动台使用相同的信道。
因为发射台是移动的，因而在由基站BTS覆盖的网孔内移动，如果移动台的位置改变，它们相关的加权矢量可需要更新，例如以加权参数变化的函数进行更新。因此，为了保持最佳的通信质量，发送的移动台在RACH信道中周期地发送跟踪数据包。这些跟踪数据包类似于上面的呼叫建立数据包，而且由于它们也在时间窗口滤波器打开的RACH信道中发送，加权参数估算器WPE由此得到更新的加权参数，这些参数被传到加权矢量发生器WVG。然后后者使用发送跟踪数据包该台的业务信道TCH计算所有移动台的新的加权矢量。由使用从WPE收到的参数和已存储在PDB中的参数构成的这些新加权矢量被存储在这个参数数据库PDB中，以代替现有的加权矢量。
在特定的业务信道TCH收到的阵列输出信号变得使基站BTS再也不能将它们中的一个与其它的区别开来，即来话信号再也不能分开，这也是可能的。这些“干扰”例如可能是由于两个或几个发射移动台的相对位置变化。当信道控制器CHC检测这样的干扰时，它分配另一个TCH信道给其中的至少一个发射移动台。信道的再分配称为“网孔内切换”(hand over)，并且地致加权矢量发生器WVG使用其先前的或新的业务信道TCH不仅计算有关的移动台而且计算所有的移动台的新的加权矢量。
应指出，上面已经对装备传感器阵列的基站BTS进行了叙述，该基站执行网孔的全向覆盖，但是同样的推理可应用于网孔的扇形覆盖，每个扇区按上面叙述的方法进行处理。
虽然在上面结合特定的装置已经叙述了本发明的原理，但是可以清楚地懂得这只是通过举例进行说明，而不是对本发明范围的限定。
权利要求
1.一种无线通信系统，包括多个发射台(MS1—MS4)，适于在无线链路的预定信道(RACH、TCH)发送数据包给一个接收台(BTS)，该接收台配备了用于获得发送的数据的传感器(A1—AN)阵列和连接到所述传感器阵列的接收装置(SP、TWF、WPE、WVG、PDB、CTL、M1—MN—1、CHC)，和适于在所述接收台的阵列输出端(X1—XN—1)产生阵列输出信号，所述接收装置包括连接到所述传感器阵列的一个加权矢量供给装置(TWF、WPE、WVG、PDB、CTL)并且适于从获得的数据中得到加权矢量(W1—WN—1)，和连接到所述传感器阵列和所述加权矢量供给装置的多个乘法器装置(M1—MN—1)，用于按照所述获得的数据与加权矢量的乘积的函数提供所述的阵列输出信号，其特征在于所述接收装置(SP、TWF、WPE、WVG、PDB、CTL、M1—MN－1、CHC)还包括连接在所述传感器(A1—AN)阵列和所述加权矢量供给装置(TWF、WPE、WVG、PDB、CTL)及所述多个乘法器装置(M1—MN—1)二者之间的信号处理装置(SP)，并且适用于从所述获得的数据中产生一个信号矢量(X)，所述加权矢量供给装置从该信号矢量得到多个加权矢量(W1—WN—1)；这些加权矢量加到所述乘法器装置中的不同的乘法器装置上。
2.根据权利要求1的无线通信系统，其特征在于，每条所述的预定信号(RACH、TCH)是在所述无线链路的预定频率上的一个预定时隙(TS0—TS7)；和所述加权矢量供给装置(TWF、WPE、WVG、PDB、CTL)包括串连连接的一个加权参数估计器(WPE)和一个加权矢量发生器，该加权参数估计器(WPE)从所述的信号矢量(X)得到多个加权参数(θk、σk)数该加权矢量发生器(WVG)从所述得到的加权参数计算所述多个加权矢量(W1—WN—1)。
3.根据权利要求2的无线通信系统，其特征在于，所述加权矢量供给装置(TWF、WPE、WVG、PDB、CTL)还包括连接在所述加权矢量发生器(WVG)和所述乘法器装置(M1—MN1)之间的一个参数数据库(PDB)，用于存储所述得到的加权参数(θk、σk)和计算的加权矢量(W1—WN—1)。
4.根据权利要求2的无线通信系统，其特征在于，所述加权矢量供给装置(TWF、WPE、WVG、PDB、CTL)还包括连接在所述信号处理(SP)和所述加权参数估计器(WPE)之间的一个时间窗口滤波器装置(TWF)，它是由也包括在所述加权矢量供给装置中的一个定时控制装置(CTL)控制的，所述时间窗口滤波器装置是在所述预定信道(RACH、TGH)的第一信道(RACH)期间才允许所述信号矢量(X)被发送到所述加权参数估计器，因而只在所述第一预定信道期间才允许所述加权参数估计器从所述获得的数据中得到所述多个加权参数(θk、σk)。
5.根据权利要求3的无线通信系统，其特征在于，在所述第一预定信道(RACH)期间，由所述加权矢量发生器(WVG)计算的所述加权矢量(W1—WN—1)被施加给所述乘法器装置(M1—MN—1)，且所述加权参数(θk、σk)存储在所述参数数据库(PDB)中。
6.根据权利要求3的无线通信系统，其特征在于，在与所述第一预定的信道(RACH)不同的第二预定的信道(TCH)期间，加权矢量(W1—WN—1)被施加给所述乘法器装置(M1—MN—1)。
7.根据权利要求4的无线通信系统，其特征在于，所述第一预定信道(RACH)的预定时隙(TSO)的持续时间比数据包传输的持续时间长；所述第一预定信道(RACH)的所述时隙(TSO)内的数据包的相对时间位置(t1—t3)对于所述发射台(MS1—MS4)中的每个发射台(MS1—MS3)是不同的；并且所述数据包对于所述传感器(A1—AN)阵列具有不同的到达方向(θk)。
8.根据权利要求7的无线通信系统，其特征在于，所述接收站是一个固定的基站(BTS)；所述发射台是移动台(MS1—MS4)；由所述移动台在所述第一预定的信道(RACH)发送的数据是用于建立/保持与所述基站的通信的呼叫建立/跟踪数据包。
9.根据权利要求6的无线通信系统，其特征在于，所述第二预定的信道(TCH)的预定时隙(TS1—TS7)的持续时间基本上等于一个数据包传输的持续时间；所述第一(RACH)和所述第二(TCH)预定的信道的所述预定时隙(TS0—TS7)都具有相同的持续时间。
10.根据权利要求8的无线通信系统，其特征在于，由所述移动台在所述第二预定的信道(TCH)中以送的数据包是用户信息数据包。
11.根据权利要求8的无线通信系统，其特征在于，所述阵列输出端(X1—XN—1)连接到一个信道控制器(CHC)，它适于分配所述第二预定信道(TCH)给在所述第一预定信道(RACH)期间发送所述呼叫建立数据包的每个发射台(MS1—MS3)；和所述信道控制器连接到所述参数数据库(PDB)，该参数数据库(PDB)存储所述分配的第二预定信道的识别。
12.根据权利要求11的无线通信系统，其特征在于，所述信道控制(CHC)是经过所述加权矢量发生器(WVG)连接到所述参数数据库(PDB)，所述加权矢量发生器(WVG)在所述分配的第二预定信道中根据存储在所述参数数据函数为所述的发射台计算加权矢量(W1—WN—1)。
13.根据权利要求12的无线通信系统，其特征在于，所述信道控制器(CHC)还适用于在所述发射台的通信质量低于预定等级时，分配所述第二预定信道(TCH)的另一个信道给所述发射台；和所述加权矢量发生器(WVG)在分配给所述发射台的先前的和所述其它的第二预定信道中对所有的发射台计算新的加权矢量(W1—WN—1)，这是按照存储在所述参数数据库(PDB)中并与所述发射台和所述先前的与所述其它分配的第二预定信道有关的数据的函数进行计算的。
14.根据权利要求12或13的无线通信系统，其特征在于，当所述基站(BTS)的通信建立时，所述发射台(MS1—MS3)在所述第一预定信道(RACH)中发送所述跟踪数据包；所述加权参数估计器(WPE)从所述跟踪数据包中得到新的加权参数，(θk、σk)，它们被存储在所述参数数据库(PDB)中；因此所述加权矢量发生器(WVG)在分配给发送所述跟踪数据的所述发射台的第二预定信道中对所有的发射台计算新的加权矢量；和所述新的加权矢量也存储在所述参数数据库中。
15.根据权利要求1的无线通信系统，其特征在于，所述传感器(A1—AN)阵列包括N个无线单元；所述加权矢量供给装置(TWF、WPE、WVG、PDB、CTL)产生量多N—1加权矢量(W1—WN—1)和所述多个乘法器装置(M1—MN—1)包括连接到N—1个所述阵列输出端(X1—XN—1)的N—1个乘法器装置。
16.根据权利要求15的无线通信系统，其特征在于，所述的传感器(A1—AN)阵列是一个均匀性阵列(ULA)，和所述N个无线单元是均匀地分开(d)的相同的各向同性传感器。
17.根据权利要求2的无线通信系统，其特征在于，所述的信号矢量(X)加在所述多个的所述乘法器装置(M1—MN—1)中的每一个乘法器第一输入端上；所述加述矢量(W1—WN—1)加在所述乘法器装置的第二输入端上；和每一个所述乘法器装置连接到所述阵列输出端(X1—XN—1)的不同的输出端，以及在该输出端提供一个所述的阵列输出信号(X1—XN—1)，所述的阵列输出信号等于所述信号矢量和所述加权矢量的乘积。
18.根据权利要求2的无线通信系统，其特征在于所述加权参数估计器(WPE)是一个Wiener(维纳)滤波器估计器。
全文摘要
多个发射台(MS1-MS4)向接收台(BTS)在RACH信道中发送呼叫建立数据包和在TCH信道中发送用户信息数据包，该接收台设置N个传感器阵列和一个接收机，从发射台同时地获得N-1个数据包并由此得到N-1个不同的阵列输出信号。在RACH信道期间，发射台的标识以及其信号到达的方向和功率与计算的其加权矢量和分配给它的TCH信道一起存储在参数数据库中。该加权矢量提供给乘法器以产生N-1个阵列输出信号。
文档编号H04B7/08GK1117677SQ9410951
公开日1996年2月28日 申请日期1994年8月2日 优先权日1993年8月3日
发明者苏尔德·布鲁诺·皮埃尔, 库马尔·维诺德 申请人:阿尔卡塔尔有限公司