[发明专利]具有智能天线的时分双工同步码分多址无线通信系统及其通信方法

说明书

本发明涉及一种无线通信系统及其通信方法，更确切地说是涉及一种具有天线阵的扩频码分多址通信系统及其通信方法。

未来无线通信系统的基础结构将包括高速数字通信网、各种基站以及大量的、多种型式的和复杂的移动终端，并实现无缝隙的覆盖。考察一个移动无线通信系统，不仅要看它的容量及性能，还应强调其抗衰落及抗干扰的能力、系统的灵活性以及快速接入的能力等。对新近提出的通信技术还提出了更高的性能要求，即对个人通信系统(PCS)的适应能力。

在个人通信及无线通信系统中，一个中心基站要与许多个远距离终端通信，实现多个终端同时接入的常规方法是采用频分多址(FDMA)及时分多址(TDMA)，其基本概念是将资源分成多个频率或时隙，供多个终端分别使用而不会相互干扰。码分多址(CDMA)不同于时分多址与频分多址，它允许多个用户同频且同时使用脉码调制实现多址，此外，在频谱效率及抗干扰等方面，CDMA也显示出其优势，特别是移动环境下用于动态业务分配的无线通信条件下。由于这些内在优势，CDMA被看作下一代无线通信中信号处理的主要技术。

现有商用CDMA技术，如Qualcomm公司开发出的IS-95标准，仍存在不少实际问题，其中最主要的问题是需要对用户终端发射功率进行严格地、准确地和快速地控制。虽然同步CDMA技术可以解决该问题，但却又引入了一个新的问题----同步问题。

众所周知，在一个给定的、固定的频率位置按一个确定的速率进行通信时，总有一个能实现通信的信道数的极限，因而上述技术仅能将通信系统容量及性能提高到一定程度，要超过此极限则必须增加其他资源。空间分集是增加系统容量与特性的最新发展技术，理论上分析只要正确地使用一组天线，所形成的新的自由度和空间，就能极大地增加系统容量。此外还有降低功耗、增加抗衰落和干扰的能力，更有效地切换以及更好的安全性。虽然使用了自适应天线阵的无线通信系统前景看好，但在实际使用中还有不少现实问题，其中最主要的问题是受现有无线通信标准的限制，使得在一般情况下，此先进的天线阵技术还不能集成到现有系统中。

为了增加容量和提高性能，实现空间分集的一种直接方法是使用定向天线，将无线通信系统的覆盖区域分为扇区，如美国专利U.S4955082(1989.1，移动通信系统)、美国专利U.S4989204(1989.12，数字移动站在通话期间通过小区时的高通过量通信的方法和系统)及美国专利U.S4128740(1977.12，蜂窝射频通信系统的天线阵列)等都作了大量的研究。分扇区虽然简单，但可能分的扇区的数目有限，而且，将带来处理变化业务分布方面的困难，其结果是：分扇区仅有限地增加了容量，但却付出了更多切换及系统复杂性方面的代价。

为适应移动通信时变特性，很多人研究自适应天线阵技术，如美国专利U.S4599734(1985.4，多向时分复用通信的空间分集通信系统)、美国专利U.S5507035(1993.4，在移动/室内蜂窝无线通信中的分集发送)和美国专利U.S5437055(1995.7，室内微小区内通信系统中多路分集的天线系统)，其中最有效的方式是空分多址(SDMA)，它允许多个终端通过不同的空间信道来共享同一个常规信道(频率、时间)，因而不需要增加频率就可倍增系统容量。SDMA的主要内容包括空间参数的估值、下行链路(基站至远区终端)的空间合路以及上行链路(远区终端至基站)的空间分路。由于大多数现有无线通信系统采用频分双工(FDD)方式，即上行与下行链路采用不同的载频(如AMPS、IS-54、GSM等)，由基本物理原理确定其上行与下行链路的空间特性是完全不同的。而且大多数SDMA情况下，空间运算都是基于来自终端的到达方向(DOA)信息，更重要的是通过分离不同方向上的同信道信号来实现空间复接与分接。