[发明专利]高频谱效用的高容量无线通信系统

说明书

本发明涉及无线通信系统，特别是涉及利用天线矩阵和信号处理以显著地增加无线通信系统的容量和性能。

无线通信系统可以被用来做为一种补充设施，和在某些情况下在传统的有线系统不能使用、不可靠或成本过高的地区取代传统的有线通信系统。这些地区的例子有：具有很小数量的分散用户的乡村地区；几乎没有或没有现代基础结构、可靠性敏感应用的不发达地区，在这些地区有线基础结构是不可靠的；以及垄断有线业务的经营者维持人为高价格的政治环境。甚至在都市地区和高度发达国家，无线通信系统可被用于实现低成本的随处通信、新的灵活的数据业务，和紧急通信系统。总之，无线通信系统可用于话音通信，如同传统的电话系统一样，也可在基于无线的宽域或局域网内用于数据通信。

无线用户利用诸如蜂窝电话和设置在无线收发射机上的数据调制解调器的远程终端访问无线通信系统。这样的系统(特别是远程终端)具有用于初始呼叫，接收呼叫和总的信息传递的协议。信息传递可以时实方式实现，诸如以电路交换话音通话和传真的情况，或者以存储转发方式实现，诸如经常为电子邮件，寻呼和其他类似的消息传递系统。

为了工作，无线通信系统通常要被分配有一部分射频频谱。被分配的这部分频谱被分成多个通信信道。这些信道可通过频率、时间、编码、或上述的组合来区别。这些信道中的每一个在这里将被称作“常规信道”。取决于可用的频率分配，无线系统可能具有从一个到几百个通信信道。为了提供全双工通信链路，典型地是，这些通信信道中的一些被用作从基站到用户远程终端的通信(下行链路)，而还有一些被用作从用户远程终端到基站的通信(上行链路)。

无线通信系统通常具有一个或多个无线基站，其中每一个都覆盖一个称为网孔的地理区域，并经常作为一个提供与诸如公共电话交换网(PSTN)的广域网连接的存在点(POP)。在使系统的用户所受干扰量最小化的每次尝试中，经常将可用信道的一个预定子集分配给每个无线基站。在其网孔内，一个无线基站能通过使用用于每个远程终端的不同的通常的通信信道同时与多个远程终端通信。

如上所述，基站能够起着提供与一个或多个有线通信系统连接的POP的作用。所述系统包括局域数据网，广域数据网和PSTN。这样，向用户提供对局域和/或广域数据业务和局域公共电话系统的访问。基站还可被用于提供局域连接，而无需直接访问有线网，例如在局域区域中的急救和移动战地通信系统。基站还能提供各种各样的连接。在上述的例子中，假设为点对点通信，其中两用户间双向流动的信息量基本相等。在其他诸如交互性电视的应用中，信息被同时向所有用户广播，在基站中将对来自多个远端单元的响应进行处理。

然而，通常的无线通信系统比较起来频谱利用率不高。在通常的无线通信系统中，在任意一个时间，仅一个远程终端能够使用网孔内的任何一个通常的信道。如果网孔内一个以上的远程终端想要在同一时间使用同一信道，则与该远程终端相关的下行链路和上行链路会彼此干扰。由于通常的接收机技术不能消除在组合的上行链路和下行链路信号中的干扰，因此，当干扰存在时，远程终端不能与基站进行有效的通信。这样，系统的总容量受到基站所拥有的可用的通常信道数的限制，而在整个系统中，这些信道在多个网孔中是重复使用的。因此，通常的无线通信系统无论在哪也不能提供接近于有线通信系统的容量。

因此，本发明的一个目的是利用天线矩阵和信号处理将接收的(上行链路)信号的组合分开。本发明的另一个目的是发送空间复用的下行信号。其结果是显著地提高了无线通信系统的频谱效率、容量、信号质量和覆盖区域。通过允许多个用户同时共享一个网孔内的同一通常信道而彼此互不干扰，以及通过允许在覆盖多个网孔的地理区域内的同一通常信道的多次频率重用使容量增加。信号质量和覆盖区域是通过对从多个天线部件接收和发射的信号的智能处理来改进。此外，本发明的又一个目的是通过动态地分配在基站和远端单元中的通常信道提供容量增益。

简单地说，本发明包括天线矩阵和信号处理装置，用于对无线通信系统中的接收机和发射机的空间特征进行测量，计算，存储和使用，以提高系统容量、信号质量、和覆盖范围，降低整个系统的成本。天线矩阵和信号处理装置可使用在基站(POP)和远程终端中。通常，在基站中有着与远程终端不同的处理要求，在基站中多个信号要被集中，而在远程终端中通常仅有有限数量的通信链路要进行按排。