[发明专利]天线阵中用于自适应波束成型的装置以及方法

说明书

本发明一般涉及的通信系统，它尤其可用于采用自适应波束成形技术的通信系统。

在通信系统(特别是频分复用(FDM)系统，诸如泛欧数字蜂窝全球移动通信系统(GSM)通信以及交替码分多址(CDMA)系统)中，自适应天线(AA)的使用日益诱人，原因在于这种自适应天线全面提高了系统性能，特别是在(业务)容量处理上。可以理解，在自适应天线系统中，通过精确地改变发射波的相位和振幅(幅度)分量能获得高精度的波束。更确切地说，从收发信机的天线阵中发射出来的一组波的相位和幅度随着天线阵中的单个元素的“加权”而变化，从而(如某个基站的)天线辐射模式与普通信号以及有关的覆盖区如一个小区的接口环境自动(优化)匹配。

在双工通信系统中的自适应发射波束成形中，要求波束成形系数(即“加权”因子)通过响应先前接收信道信息来调整，这些接收信息在系统的上行链路或下行链路中产生。实际上，当特定考虑某个GSM基站时，某种业务模式的波束成形系数必须在四个时隙持续时间(也就是4×15/26毫秒(ms)，即2.3ms)求得，然而在实际中，在移动单元中计算波束成形系数的时间可能更短。不幸的是，当考虑计算(估算)这些波束成形系数所要求的处理量时，有限的时间严重限制了可获得的精度。事实上，根据信号接收，包含在信号中的信息(典型时)必须被采样、存储然后再解调(通过同步和均衡处理)。另外，必须从接收信号生成发射权重，然后在此数据加载与调制之前应用到该用于传输的数据。

此外，由于这种波束成形机制导致的固有缺陷，使可用于处理的有限时间进一步受到损害，这些问题主要来自：(i)波束成形系数(权重)是频率相关的(上行链路和下行链路通常是工作在不同频率，从而要求进行频率转换和相位错误修正)；以及(ii)在信道环境中由移动单元与固定基站相对运动导致的时间相关波动。在后一点上，时间变化带来的影响可以通过如对接收到的时隙权重求平均的方法来减轻一定程度，但这种形式的时间修正是很粗糙的。

鉴于典型通信系统中(可以被理解的)的波束成形系数选择，Weiner解决方案提出了一种优化选择(当然是用于修正上行链路与下行链路之间的频差)，为： w upt = R xx - 1 r xd - - - - - - ( 1 ) ]]>

其中：

i)x＝[x₁ ，x₂，...x_(n-1)，x_(n-2)，]^T是在n个支路(也就是n个天线单元)接收到的信号矢量；

ii)w_opt＝[w₁，w₂，...w_(n-1)，w_(n-2)]^T是这些n个支路的优化权重矢量；

iii)r_xd＝E[x^*s]是接收到的信号矢量与需要的信号矢量s的相关，需要的信号矢量在一脉冲串的确定训练序列期间被发送；

iv)R_xx是接收到的信号互相关矩阵，等于E[x^*x^T]；

v)R_xx^-1表示矩阵的逆矩阵R_xx；

vi)x^*是x的复共轭；

vii)T是一矢量传递函数，它的行由列取代，反之亦然；以及，

viii)E[.]表示一期望值。