CN1092428C - 发送导频信号的方法以及该蜂窝无线系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在蜂窝无线系统中发送导频信号的一种方法，该蜂窝无线系统包括在每一个蜂窝内至少有一个基站(100)与位于其区域内的移动站(102)通信，并且基站向移动站发送导频信号，该系统包括至少一个基站(100)，使用及时变化的辐射图向移动站(102)传送。为了尽可能有效地使用导频信号，该系统包括至少一个基站(100)，该基站(100)色括使用相当窄的变化天线射束发送导频信号的装置(606)，和以天线射束扫描蜂窝区域的方式控制所述天线射束的最大增益角的装置(606)。

Description

在蜂窝无线系统中发送导频信号的方法以及该蜂窝无线系统

本发明涉及在蜂窝无线系统中发送导频信号的一种方法，该蜂窝无线系统包括在每个蜂窝中至少有一个基站与位于其区域内的移动站通信，在该方法中基站使用及时变化的辐射图在干行传输方向上发送数据信号，并且该基站向移动站发送导频信号。

本发明适用于应用任何多址接入方法的数据传输系统，尤其是使用码分多址的蜂窝系统。码分多址(CDMA)是一种多址接入方法，它基于扩展频谱技术，近来在蜂窝无线系统中除了现有的FDMA和TDMA方法外，还应用了码分多址技术。CDMA与现有方法相比具有多个优点，例如频谱利用率和频谱利用方案的简化。已知的CDMA系统的一个例子已经在宽带蜂窝无线标准EIA/TIA IS-95中公开。

在CDMA方法中，用户的窄带数据信号乘上一个带宽远宽于数据信号的扩展码元，从而具有相对宽的带宽。在所知的测试系统中，已使用了例如1.25MHz，10Hz和25MHz的带宽。经过相乘，数据信号扩展到了所用的整个频带。所有用户同时使用相同的频率带宽传输。每一个基站和移动站之间的连接都使用一个独立的扩展码元，基于每个用户的扩展码，在接收器上可以区分不同用户的信号。

接收器中提供的匹配滤波器与所需信号同步，它们基于扩展码元识别。数据信号存贮在接收器中，通过再乘上与传输中所用的扩展码元相同的扩展码元，恢复成原来的带宽。乘上其它扩展码元的信号在理想状态下不相关，不能恢复到窄带。它们对所需信号而言就成了噪音。系统的扩展码最好以相互正交的方式选择，也就是说，它们彼此不相关。

在CDMA蜂窝无线系统中，在从基站到用户设备的传输方向，也就是在下行方向上，可以使用所谓的导频信道。一个导频信道是通过特定扩展码元传送的一个信号，它使用与实际业务信道所在的相同频带，导频信号仅基于扩展码元与它们相区分。导频信号是一个在蜂窝区内为所有用户设备所知并且监听的信号，它用于例如功率测量和用主生成相关相位参数。系统的每一个基站发送它自己的导频信号，基于该导频信号用户设备可以区分不同基站的传输。

美国专利5109390，在此作为参考，和前述IS-95标准公开了一个现有技术的CDMA蜂窝系统，它使用独立的导频信道，向数据信号所覆盖的相同区域发送。

在一般的移动电话环境中，基站和移动站之间的信号在发送器和接收器之间沿多条径路传播。这种多路传播主要是因为信号在周围表面上的反射。因为不同的传输时延，沿不同径路传播的信号在不同时刻到达接收器。在CDMA中，多路传播可以在信号接收中以与分集相同的方式加以利用。在CDMA系统中通常使用的接收器是一个多支路接收器结构，其中每一条支路与一个沿单个径路传播的信号分量同步。每一条支路是一个独立的接收器元件，其功能是组成和解调一个接收到的信号分量。在一个传统的CDMA接收器中，不同接收器元件的信号进行有利地相干或非相干合并，以达到信号的高质量。

CDMA系统也应用于软移交，其中移动站通过使用强分集可以同时与几个基站通信。这样，在移交过程中移动站的连接保持高质量，用户不会感觉到连接中的中断。

在所需连接上由其它连接引起的干扰在接收器中作为均匀分布的噪音出现。当根据接收器所检测到的信号的入射方向在角度域中检查信号时，这也成立。这样，在所需连接上由其它连接所引起的干扰，在接收器上也作为角度域的分布出现，也就是干扰相当均匀地分布在不同的入射方向上。

CDMA的容量，可以通过频谱利用率来测量，通过分段可以进一步提高。一个蜂窝可以划分成所需大小的区段，由定向天线提供服务。这样，在基站接收器上可以大幅度减少由移动站所引起的站间噪音。这基于以下事实：平均而言，干扰均匀分布在不同入射方向上，其数量可以通过分段化减少。分段自然可以在两个传输方向上都实现。由分段产生的容量收益正比于区段的数量。

一个分段化的蜂窝也可以使用软移交，其中移动站通过同时与两个区段通信来执行从一个区段向另一个区段的移交。尽管软移交提高连接质量，分段化提高了系统容量，但移动站的移动自然会导致这些站执行多次从一个区段到另一个区段的移交。这增加了基站控制器的处理性能的负担。多个软移交也产生了一种情况：多个移动站与多于一个(通常是两个)区段同时通信，因为移动站的信号在一个宽的区段由可听，因而由分段带来的容量增加就丧失了。

通过已知的不同多址接入干扰消除(IC)方法和多用户检测(MVD)也可以减少CDMA系统的多址接入干扰。这些方法最适用于减少用户自己蜂窝内的干扰，这样，与没有实现干扰消除的系统相比，系统容量可以增加将近一倍。然而，与已知技术相比，这些方法在基站覆盖区域大小上没有大的改进，也就是说，在应用这些方法的情况下，蜂窝大小没有大的改变。IC/MUD技术的实现也很复杂，对此，它们主要在上行方向上得到发展。

另一种已经得到发展的方法是SDMA(空分多址)方法，其中用户基于他们的位置相互区分。这也通过在基站的接收器天线射束根据移动站位置调整到所需方向的方式执行。出于这个目的，该系统使用自适应天线组，也就是调相天线，和接收信号的处理，通过它跟踪移动站。

使用SDMA与CDMA提供了超出现有技术的几个优点，例如分段化。如果为增加频谱利用率，在分段化中窄化了区段射束，需要执行的从一个区段向另一个区段的移交的数量也将相应增加。这使所需的基站控制器的计算量增加太多。

关于SDMA的应用，其背景技术在A.F.Naguib，A.Paulraj：Performance of CDMA Cellular Networks With Base-Station AnteenaArrays(Proc.International Zürich Seminar On Digital Communications，pp.87-100，Zürich，瑞士，1994年3月)中说明，在此作为参考。在SDMA中，信号通过天线组接收，接收的信号通过数字信号处理按下述方式整形：天线的方向性图适于随接收器中的整形变化。在现有技术的装置中，接收到的信号为了最大化所需信号的信号干扰比而整形。在根据前述参考资料的装置中，每一个检测出的信号分量需要进行单独射束整形，也就是说，在整形前必须知道脉冲响应。

当数据信号，也就是业务信道，根据SDMA原则通过使用变化的射束传送时，在现有技术的装置中，导频信号的使用将产生问题。在已知的方法中，导频信号与业务信道连续发送，以使导频可以在移动站用于基站识别，和作为需要移交的指示器。以传统方式发送导频信号限制了蜂窝覆盖区域，它应比变化的天线射束更大。

用已知方法发送的导频信号天线增益的缺陷，必须用更高的发送功率或增加用户终端的处理增益来补偿。

本发明的目的在于实现一种通过自适应天线射束以下述方式发送导频信号的方法：导频信号不局限在蜂窝覆盖区域内。本发明的目的是以下述方式实现导频信号的传输：移动站可以使用导频信号进行基站识别，并且导频信号可作为需要移交的一个指示器，而用户设备毋需连续接收导频，毋需用比其它信号更高的发送功率发送导频信号。

这通过序文所描述的方法实现，其特征在于，使用相当窄的变化天线射束发送导频信号，天线射束的最大增益角以天线射束扫描蜂窝区的方式操纵。

本发明也涉及一个蜂窝无线系统，包括在每一个蜂窝中至少有一个基站与位于其区域内的移动站通信，并且基站向移动站发送导频信号，该系统包括至少一个基站，使用及时变化的辐射图向移动站发送。根据本发明的蜂窝系统，其特征在于，该系统包括至少一个基站，该基站包括使用相当窄的变化天线射束发送导频信号的装置，以及以天线射束扫描蜂窝区域方式控制所述天线射束最大增益角的装置。

根据本发明的方法有利于避免由自适应天线射束发送导频信号所引起的问题。根据本发明方式实现的导频信号不和以前的方法一样受限于蜂窝大小，并且使用及时变化的天线束在传输业务信道时尽可能高效。

在根据本发明的移动天线射束装置中，与传统蜂窝系统，包括应用CDMA方法的系统相比，实现了好得多的频谱利用率。该方法既将所用信道的数量增加了10到100的一个因子，又将基站覆盖区域的大小增加了5到10的一个因子。这基于以下事实，由其它用户引起的干扰的影响，在根据本发明的方法中、实际上减少了，因为CDMA是一个干扰受限的方法，因而用户数量得到增加。其次，根据本发明，在入射角-时间域中对有利信号分量的搜索，其实现在技术上是先进的。

根据本发明的一个优选实施例，信号处理可以在基带上数字化执行，天线射束可以根据所接收的信号调整相位，直接定向到所希望的方向。

在根据本发明的装置中，导频信号可以通过一个或多个天线射束以天线射束不重迭的方式在蜂窝内发送。

下面参照根据相关附图的示例更详细地描述本发明，其中

图1说明了移动站和基站间信号的多路传播；

图2a说明了信号多路传播引起的时域上的散射；

图2b说明了信号多路传播引起的入射角域上的散射；

图3说明了基站天线射束向移动站定向的一种可能性；

图4示出了自适应天线组的一种可能实现；

图5说明了根据本发明传输导频信号的方法的一个示例；

图6说明了根据本发明的接收器的一种可能结构的框图；

图7是说明单个信道元件结构的一个示例的框图。

下面，以CDMA系统作为例子，更详细地描述根据本发明的方法和接收器，但是，基于以下的叙述，本领域的技术人员显然明了，本发明也可以应用于其它多址接入方法，所以本发明不仅限于这里的叙述。

图1说明了在蜂窝系统中被发送信号的典型的多路传播，该图示出了基站100和与该基站通信的移动用户设备102。蜂窝无线系统的一种特征属性是移动站周围都是反射和散射无线电波的表面。这种表面可以是，例如建筑物和自然形成的壁垒，例如山峰和山坡。移动站通常以全方向天线辐射图发送信号，该图说明了从移动站发出的一些射束112，114，116。位于移动站102附近的表面104，108反射被发送的信号，因此这些信号沿不同径路到达基站100的天线，但是不同信号分量的时延差相当小。离移动站较远的反射表面，以更大的建筑物和山峰，在本图中以数字106标出，产生信号分量114，该信号分量在几毫秒，甚至几十毫秒后到达基站100。在该地形中也有障碍110，阻止了移动站和基站之间的直接连接。

图2a说明了，在时域上，因为信号多路传播，在基站接收器上信号分量瞬间时延的一个示例。简图中横轴200示出了时间，纵轴202示出了接收到的信号的功率。在图2a的示例中，基站接收器检测到三组信号分量204，206，208，这些信号分量在不同时刻到达接收器，其中分量208的时延明显比其它分量大得多。

如图1的示例所示，不同信号分量不仅在不同时刻到达，而且从不同方向到达。因此可以说信号散射不仅发生在时域，而且发生在角度域，可以通过该信号的入射角(AoA)描述。图2b说明了因为信号多路传播，在基站接收器上作为入射角函数的瞬间散射的一个示例。图2b的纵轴202示出了所接收信号分量的功率，横轴210示出了入射角。在图2b的示例中，信号分量212，214从两个方向到达。

在大的蜂窝单元中，所谓的“强蜂窝”，其基站天线位置比较高，到达天线的信号分量通常只有少数不同入射角，一般在移动站和基站间直接射线的附近。在小的“弱蜂窝”中，基站天线通常比建筑物的顶部低，信号分量的入射角就有较大的不同，因为与移动站相同，基站周围也经常有一些反射表面。

以上描述的多路传播是在上行传输方向上的。很显然，相应的情况也会发生在相反的下行方向。因为散射和反射不很依赖于频率，可以认为多路径路在这两个方向上基本对称。然而，应当注意快速信号衰减在不同传输方向上是相互独立的。这样，如果基站检测到从移动站发来的入射角为α₀的信号分量，以相同角度α₀发送的信号将被传向被移动站的方向，快衰减除外。

基于以上描述，可以认为蜂窝系统的典型多路传播环境导致基站接收下述信号：该信号在时间上分成时延不同的几个分量，在角度域中，分成以几个不同方向到达的分量。因为用户设备的移动，这两个分布配置都随时间改变，但是变化相当慢，也就是说，在几秒的范围内，并且配置可以同步和被监控。

接收到的信号分量因而具有上述类型的多维特征，就是以上在时间-角度域，也就是(α，τ)域予以说明的，根据本发明可以在基站中使用以提高对符接收信号的检测。在根据本发明的方法中，在多维信号域中搜索所接收信号的最佳信号分量，通过被测分量最好可以合并和检测的方式，由分量来控制接收器。最简单的信号质量标准可以是接收到的功率值，也可以使用其它标准，如信噪比。

根据本发明的接收器使用自适应天线组，包括几个不同元件。图4说明了自适应天线组的一种可能实现，可用于本发明的第一优选实施例。天线组包括L个天线元件400，402，404，可以是例如全方向天线。每一个天线元件连接到无线频率部分406，408，410，该无线频率部分将接收到的信号转换成中间频率，根据已知方式技术将信号抽样为(I，θ)分量。得到的复样本随后在乘法器412、414、416中与相应的复加权系数Wi(其中i＝1，…，2)相乘，已经乘过的样本422，424，426通过加法器418提供给接收器的其它部分。

复加权系数Wi是根据某一个通常为自适应的算法以实现所需波形的天线辐射图的方式选取。这种对接收到的信号整形的方式称为该信号的数字调相，因为它对基带上数字化的信号执行，因为这种对接收到的信号的整形，天线增益可以定向到所需的方向。这样的天线组可以包括定向或全方向天线元件。调整从不同天线上得到的信号的相位，并且组合这些调相信号产生了所需方向上的虚天线射束。相应的处理也可以对待发送信号执行，以实现所需的辐射图。

图3说明了包括一个由四个元素300，302，304，306组成的平均间距线性组的天线组如何产生发向移动站308的入射角为α的强定向射束310。也形成了一组较小的副射束312到316。这种方向性可以通过调整信号相位来实现，而毋需定向天线。

在根据本发明的装置中，在角度域定向，并且由一种应用时间-角度分集的新类型接收器所产生的天线射束减少了接收器的多址接入干扰。在根据本发明的装置中，从接收到的信号中测量的入射角也可用于发送方向，以提高这两个传输方向上的连接质量。

下面，首先描述本发明的第一优选实施例，它涉及到对CDMA系统中所接收信号应用数字调相。

在基站使用的应用了时间-角度分集的接收器，包括数字接收器装置，可用于在两维(α，τ)域中监控所接收的信号分量和解调所需的信号分量。在解调之前，调整所接收数字化信号样本的相位，使接收信号的天线增益定向到所需的信号入射方向。在优选实施例中，由调整相位产生的天线射束具有由加权系数Wi和天线形状所决定的预定波形。如果这样的天线射束波形保持不变，就可以容易地计算出每一最大增益角的这些系数。这样，因为仅依赖于一个参数，也就是入射角α，调相过程可以迅速地得到调整。

在根据本发明的方法中，不需要应用所知的复杂技术，如MUSIC，以估计入射角或自适应算法，如LMS和DM1。尽管这些算法可以得出待接收信号的优化射束波形，从而通过将天线方位图的零点定向到干扰源，使所需信号的信噪比最大，但对于CDMA这不是必须的，因为如上所述，在CDMA中干扰信号类似噪音分布，没有任何明确的干扰源方向。因此，在干扰均匀分布的环境中，具有预定波形的天线射束最大增益角指向接收最佳信号分量的方向，就已足够。这使实现比现有技术更为简单的接收器成为可能。

在根据本发明的方法中，接收器在(α，τ)域中搜索所需的信号分量。这通过互相关接收到的扩展频谱信号和所需扩展码元，以及比较得到的测量结果和给定的阈值来实现。这种搜索可以理解为在给定区域上扫描天线射束，同时执行信道脉冲响应测量和收集从每一个方向接收到的终端设备信号能量。接收器检测该方向和接收最佳信号的码元相位，分配所需数量的解调装置以保持与这些信号的同步，和接收这些信号分量。接收到的解调信号分量最好在接收器中合并。对最佳信号分量的搜索连续进行，如果需要，则改变对解调装置的分配。

这样，所有时间中接收器部知道接收来自移动站的最佳信号分量的方向。根据本发明，这个信息可以用于下行方向的基站设备。这也可以，例如通过下述方式执行。发送器-接收器的控制器通知该方向上的发送器单元何处检测到了重要的信号分量。发送器单元可以通过自适应天线组，以天线射束最大增益角指向所需方向的方式，调整待发送信号的相位。可以有一个或多个发送射束，其数量也可以与接收器射束的数量不同。

这种方法也消除了下行方向上的许多干扰。传输中所用的天线组可以与接收时使用的天线组相同。它也可以是一个独立的天线组。信号调相也通过加权系数以可接收时相同的方式执行。

根据本发明的装置可以使用，例如现有技术的移动站，该移动站通过接收到的基站信号连续执行对基站连接质量的测量。这个信息可以包括与移动站已接收到的信号分量的数量相关的数据。根据本发明的装置可以应用一种方法，该方法使用了当传输天线射束导向下行方向时，由移动站执行的连接质量测量的结果。

移动站将它收集的测量结果发送给基站。基于从移动站接收的信息和基站自己执行的测量，基站可以改变用于向移动站传输信号的天线射束的数量、波形和方向。这些改变将逐渐进行，以使移动站能够跟踪改变的信号。

基站也可以使用连接质量信息，该信息从移动站接收，用于在测量结果说明上述指施并不提高移动站的信号质量的情况下，调整每一天线射束的发送功率。

上述方法的一个优点是，例如在困难的衰减情况下，移动站可以向基站发送改变信号传输中使用的天线参数的请求，例如方向、形状和数量以迅速提高移动站接收信号的质量。

现有技术CDMA系统使用导频信号，该导频信号由每一个基站发送，用于基站识别，功率测量和允许移动站的相干接收。在已知的系统中，导频信号是一个数据未经调制的扩展码元信号，以与实际业务信道相同的方式连续传向基站所覆盖区域。

在根据本发明的系统中，导频信号使用相对较窄的天线射束发送，该天线射束的最大增益角以天线射束扫描蜂窝区域的方式操纵。通过上述方式由天线组调整待发送信号来控制天线射束。这样，包含导频信号的天线组象灯塔一样扫描蜂窝区域，避免了向整个蜂窝区域传输连续导频。该导频也可以通过几个扫描天线射束来传输，这些天线射束可以以不相互重迭的方式来调相。基站将导频信道扫描每个区域的时间告知控制信道上的移动站。

导频信道的传输与基站的帧或帧结构成比例，导频信号在帧结构中相同位置传送，或者也可以每次以特定相移在帧结构上滑动。在这样一种情况下，不需要单独将传送导频信号的时刻告知张端设备，一旦终端设备接收到一个导频，其后它便知道导频将于所时传送。

该方法在图5的例子中说明，其中基站区域假设为圆形，而基站位于中央。然而，本发明也适用于例如扇形覆盖区域。在该图的示例中，基站通过窄天线射束550发送一个导频信道，该信道按箭头552，554所示方式扫描蜂窝区域。

导频信道的传播也可以通过几个窄射束同时传送的方式实现。在图5的例子中，基站可以例如通过射束550，556，558发送导频信号，它们每一个都以相同的角速度沿相同方向旋转，从而它们互不重迭。

因为在无线径路上发生反射，无法精确确定天线射束的辐射图，但是实际上天线射束比该蜂窝的总区域要窄。

因为导频信号不是在蜂窝中任意点都连续可听，在移动站中，对导频信号的测量不得不以导频信号瞬态不可听，不立即产生移交消息的方式实现。移动站应当知道哪个基站使用了扫描技术以发送导频信号，以及每一导频信号扫描移动站所在区域的时刻。这在根据本发明的装置中，通过基站在通用控制信道上前转包含导频信道的射束经过蜂窝的频率或间隔的信息来实现。这个信息，以下用参数t-peniod来表示，取决于天线射束的旋转速度和所用天线射束的数量。因为当移动站与基站保持通信时，移动站必须有规律地测量周围基站的导频，它应该知道所有相邻基站的t-peniod参数。

移动站也监控基站的导频信道，除了它们正用于通信的那条。为了避免移动站需要同时测量几个导频信号的情况相邻基站所用的t-period参数应当不同。相邻基站的导频信道射束的旋转也可以通过适当的相位调整同步，以免重迭。在设计网络时可以考虑这个因素。如果网络是同步的，前述的t-period在每一个基站都是相同的。

下面，将描述根据本发明在蜂窝无线系统中使用的第一实施例的基站设备结构。图6是根据本发明说明设备结构的框图。该设备包括L个独立天线元件组成的天线组500，天线组可以是线性的，平面的(二维的)或全方向的。天线组500通过L个元素中的每一个从几个不同方向上接收每一个移动站在不同径路上延时的多路传播信号，执行预放大，将信号转换成中频，将所有L个信号数字化。得到的L个复I，Q样本514提供给信道元件504，506，508的输入端。

每一个同基站通信的活跃移动站由一个信道元件提供服务，该信道元件在接收到的信号和待发送信号上都执行数字信号处理，以下将更详细地予以描述。每一个信道元件包括一个(α，τ)域接收器和相应的发送器。天线射束的数字整形功能、通过信号调相来实现，在一个信道元件中在发送方向和接收方向上都执行。

在接收方向上，一个信道元件在角度-空间域对信号进行滤波，解调接收到的信号分量，在分集合并器中将它们合并，最终解码从移动站接收到的和已经合并的信号。得到的用户数据比特进一步提供给基带单元510，该基带单元将它们前转给网络的其它部分。

在发送方向上，用户数据比特从网络其它部分到达基带510，基带单元510将它们前转给正确的信道元件504到508，在那里进行编码，通过一个扩展码元进行调制，并调相待发送信号，相位调整决定了要发送天线射束的发送方向。得到的L个信号提供给天线组502的L个元素的每一个。实际上，接收和发送天线组500，502可以是独立的，或者由相同物理天线组实现，其中发送和接收方向通过适当的复式滤波相互独立。

在发送天线组502，从每一个信道元件到达的和发向每一个天线元件的信号被转换成模拟形式，转换成无线频率，并通过天线元件发送。

尽管为了简单起见上面的叙述中公开的是每一组中有相同数量的L个元素，但是，在根据本发明的装置中，发送和接收天线组自然可以包括不同数量的天线元件。该图也示出了控制模块512，控制设备的不同单元的操作，如根据基站控制器来的消息，为不同连结分配信道单元。

图7是说明根据本发明第一实施例的设备的信道元件结构的框图。信道元件包括一个或多个数字接收器单元600，602，该图中示出了其中的两个，一个或多个搜索器单元604，该图中示出了其中一个，一个分集合并器608，它的输入包括从接收器单元来的信号，一个解码器610，在分集合并器608的输出端可见的信号连接到它的输入端，和控制装置612。从天线组到达的L个数字化综合I，Q样本514提供给所有数字接收器单元600，602和搜索器单元604的输入端。如果根据本发明的装置应用于发送器-接收器，根据本发明的发送器-接收器也包括一个编码器614和一个数字发送单元606。

首先参照图7，说明数字搜索器单元604的操作。与通常的瑞克接收器一样，搜索器单元用于从接收到的信号中搜索所需的信号分量。在根据本发明的装置中，一种新类型的搜索器单元不断监控在(α，τ)域中接收到的信号，搜索有用的信号分量，并将它们的参数，也就是入射角(AOA)和时延配置传给控制装置612，控制装置则分配解调最佳分量所需的一定数量的接收的接收器单元。根据本发明的接收器自然也可以按下述方式实现：信道元件不包括独立控制装置612，但是搜索器单元604将与待监控的信号分量相关的信息前转给接收器支路600，602。

搜索器单元包括调相由天线组无线频率部分所提供的信号的装置634，和用于检测从调相装置634输出所得到的信号是否包括给定时延的信号分量，并且用于测量该信号分量质量的装置636。搜索器单元进一步包括装置638，用于以下述方式控制前述调相装置634和测量装置636，所接收信号的入射方向和时延可以测量。

调相天线组无线频率部分所提供的信号的装置634可以通过，例如上述类型和图4中示出的设备实现，该设备包括将信号与复系数Wi(i＝1，…，L)相乘，以确定在调相装置输出信号中放大可见的信号的入射角。如上所述，每一个系数合并对应于天线射束的特定合并。调相装置(634)由装置638控制，以便该信号所有主要的入射方向都可以被检测到。

相位调整装置的输出显示了一个信号，该信号对应于基于控制装置638从特定方向上接收的信号。测量装置636对调相装置输出端可见信号执行不同时延的测量，测量的目的是检测出不同时延的信号分量。每次待测的时延由前述装置638设置。在测量装置中，位于装置输入端的信号被去扩展，测量例如在信道相关时间内复信号能量和能量的平方，并且将所得的测量结果与给定阈值比较，强度大于给定阈值的被测信号分量的参数，也就是入射角，时延和功率，提供给信道元件的控制装置612。

装置638可以控制调相装置和测量装置的操作。这样，尽管在根据本发明的装置中，装置638以一种新的方式运行，但该装置对应于传统瑞克接收器的搜索器分支所提供的同步环路。对(α，τ)域中所需信号分量的搜索，可以在装置638控制下通过许多方式实现。如上所述，信号功率的测量可以用对信号质量的其它测量来替换。

由天线组接收到的数字化信号可以通过调相装置634以最大增益的方向角随给定角度间隔变化的方式逐步进行相位调整。从可能的入射方向中，选择出相互间距为所需角度间隔的一组代表性入射角，对每一个入射方向进行不同时延值的多个能量测量，其中时延配置τ_K从入射方向上得到。

另一种方式是将测量装置636操纵到所接收信号的第一测量时延配置τ_K，例如非定向天线方向图。这样，可以检测出接收信号分量的可能时延。调相装置634操纵窄定向射束扫描不同的方向角，测量装置同时使前述时延值在第一测量中被检测到。可以得到以不同时延到达的分量的入射方向α_j。

检测出的信号分量的参数传给信道元件的控制装置612。控制装置分配接收器元件600，602，通过告知接收器元件信号分量的入射方向和时延，接收和解调检测到的最佳信号分量。如上所述，接收器元件也可以由搜索器单元604直接控制，而不需要独立控制装置。

参照图7，下列说明数字化接收器单元600，602的操作。和传统的瑞克接收器一样，接收器单元的功能是接收和解调给定的信号分量。假设信道元件的控制装置612已经分配了接收器单元以接收特定信号分量，该信号分量的参数是入射角α_j和时延τ_K。

接收器单元600，602包括监控装置624，632，该信道元件控制装置612将有关待监控信号分量的相位和入射方向的信息前转给这些监控装置。监控装置控制该接收器单元的第一调相装置，其输入是得自天线组的数字化信号。调相装置618，626与搜索器单元中提供的调相装置634有相似的结构。基于有关入射角α_j和从控制单元所接收的信息，监控装置以下述方式设置复加权系数Wi(i＝1，…，2)：从所需入射方向上到达的信号在调相装置的输出端可见。这可以理解为接收器天线射束指向所需的方向，并且有预定波形。

接收器单元600，602进一步包括解调装置620，628，其输入包括得自调相装置618，626的信号。监控装置624，632导致解调装置与以给定时延τ_K到达的信号分量同步。在解调装置中，该信号根据已知技术使用τ_K作为码元相位去扩展和去解调。所得的码元和时延数据提供的该信道元件的其它部分。

接收器单元600，602进一步包括第二调相装置622，630，其输入包括得自天线组的数字化信号。第二调相装置的输出信号提供给监控装置624，632。监控装置通过分配给接收器的信号分量的当前参数(α_j，τ_K)环境装置进行测量，从而控制第二调相装置的操作，以检测所接收信号分量的时延和入射方向变化。出于这个目的，第二调相装置包括类似于第一调相装置的复系数以调整信号相位，和类似于位于搜索器单元以检测脉冲响应的测量装置636。如果监控装置通过第二调相装置检测出所需信号分量入射方向23或时延τ_K的变化，它们修改第一调相装置和解调装置的相应数据。

现有技术公开了在扩展频谱系统中实现监控装置624，632的几种方式，例如超前-滞后门，可用于根据本发明的装置中。这些电路通过在给定时间段Δτ中，一般是当前设置点、的环境扩展码元的芯片时间，执行两次能量测量，以估计码元定时误差。能量测量通过第二调相装置622，630的测量装置执行，当时延变化时，这些测量装置提供标称设置点τ_k所需的正确数据。

相应的，信号入射角α_j的改变可以通过第二调相装置监控，例如，可能利用给定时延τ_k，用天线射束通过相位调整，在两个方向上都从当前入射角α_j除去一个角度Δα，进行两个或更多个能量测量。所用的减角Δα的度数一般是天线射束宽度的一部分。

这样，监控装置624，632控制由第二调相装置622，630执行的能量测量，以使在所有时间内、都可接收到最大可能能量的信号。监控装置改变第一调相装置和解调装置，以及读信道元件的控制装置612中有关被改动的参数(α_j，τ_k)的数据，以使数据在需要的情况下，可以在传输方向上使用。

上述接收信号的最大化可以与传统系统中所用的接收器天线分集相比较，其中信号由两个或更多个天线接收，这些天线相互间隔数倍于所接收信号波长的距离。在根据本发明的接收器中，如果接收到的信号是在入射角为α_j的长、深度衰减情况下得到的，通过将接收器射束角度改变一个小角度Δα，可能会消除该衰减。因而不需要相隔给定间距的两根独立天线。

信号元件的分集合并器608和解码器610的操作与现有技术的分集接收器类似。合并器608通过考虑并补偿码元的不同时延τ_k和可能根据它们的信噪比加权不同码元序，合并从不同接收器元件到达的码元序列，以得到最大合并率。得到的合并后的码元序列提供给解码器610，解码器610将这些码元解码成用户数据比特，通常首先执行去交织。CDMA应用一般使用强卷积编码，其最佳检测方法是提供了软判定的Viterbi算法。

很显然，上述信道元件也可以用于监控和接收选址信道。(因为并不知道发送呼叫建立消息的移动站的确切位置。)在接收方向上使用的天线射束具有更宽的天线方向图，也就是说，它们可以是例如120°宽。

下面参考图7，说明数字传输单元606的操作。用户数据比特首先提供给编码器614，编码器614一般用卷积码编码这些比特，在编码码元上再进行交织。得到的交织码元应用于扩展频谱解调器642，该解调器执行传统调制。所有上述功能可以根据已知技术执行。

然而，在本发明中，发送单元包括装置644，640以控制和数字调相待发送的信号，响应所接收的信号。在根据本发明的发送单元中，调整发送射束的装置644从该信道元件控制装置612的输入端接收有关不同接收器单元600，622用以接收移动站信号的入射方向的信息。控制装置612也可以报告由搜索器单元604所检测信号的其它入射方向，但不是所有的方向在信号接收中都必需使用。

用于调整发送射束的发送单元装置644，控制调相装置640，调相装置从预定射束形成函数J×L计算出复加权系数W_ij(i＝1，…2；j＝1，…，J)，通过L个天线元件产生J个天线射束。除了天线射束的方向和数量之外，装置644通过指示每个射束所用的和装置644从信道元件612的控制装置中得到的发送功率，控制调相装置640。

调相装置640的结构在上述接收方向上与调相装置618，626，634类似。在调相装置中，出局信号的数字化(I，Q)样本由调制装置642提供，按如下方式乘上L个复加权因子，其中L是天线元件的数量： $v_i=\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{g}_j{w}_{\mathrm{ij}},i=1,\·\·\·,L$ 以得到天线组的L个复样本序列。复数乘法也使用实字标(realscaling)因子g_j(j＝1，…，J)，g_j从调整装置644得到并且可用于每一个天线射束的独立的功率调整。调整装置644也指示了所用的频率，以使加权系数W_ij可以正确设置。

根据本发明的装置也可以使用由移动站基于它所接收的信号产生的特定射束控制比特，并将该比特加入到它向基站发送的信号中。根据本发明的接收器包括装置616的去复用和从接收到的信号中检测这些射束控制比特，为了避免产生时延，这种检测应当在解码器610之前已经得到执行。射束控制比特被前转到发送单元的调整装置644。

调整发送射束的装置644基于从信道元件的控制装置得到的信息和移动站所发送的射束控制比特，控制调相装置640。这种调整可以通过以不同方式修改参数α_j和g_j(j＝1，…，L)的许多方法来实现，例如，一些天线射束所使用的发送功率可以独立调整，或者一些天线射束的方向角α_j可以改变一给定的角度Δα，或者所使用的天线数量可以改变。通过这些方法，可以补偿无线路径上发生的信号质量的恶化，如衰减。

在根据本发明的装置中，在给定方向角α_j的环境下，发送单元606的调整装置644可以将一个或多个所用天线射束的方向偏转一个小角度Δα。基于这种消除，能够减少移动站长时间陷入深度衰减的可能性。因为天线射束的方向角持续在标称方向角α_j附近振荡，通过无线径路传播的信号不是连续使用相同的路由。该方法可以认为是下行方向上一种新的天线分集类型。

在根据本发明的装置中，调整装置644以下述方式控制调相装置640：通过适当调整加权系数W_ij(i＝1，…，L；j＝1，…，J)和因子g_j(j＝1，…，J)，一个或多个具有相当窄的天线射束的信号从发送天线组中得到，信号最大增益角连续扫描该蜂窝区域。这样得到的天线方向图用于发送导频信号。调整装置644也可以以下述方式控制调相装置640：导频信道号与几个旋转的窄带射束同时发送。

尽管上面参照根据附图的例子描述了本发明，显然本发明不局限于这些，在后附权利要求书所公开的发明思想的范畴内可以通过许多方法加以修改。

根据本发明的方法也可以在上行传输方向上实现。移动站在选址信道上发送长距离脉冲串，基站用在旋转天线射束的接收上，用以检测这种发送。通过这种装置，可以在基站减少选址信道所需的信道元件的数量。通过这种装置，在业务信道和选址信道上可以使用相同的天线增益。这实际上导致终端设备在发送呼叫建立消息时不必使用高发送功率以减少其它连结中所引起的干扰。

天线射束的调整可以用在，例如横向和纵向上，以使上述(α，τ)域可以被理解为(α，β，τ)域，其中α是垂直角，β是水平角，τ是时延。

一种可能性是在信道元件中使用相干，非相干或差分相干调制和解调方法。例如为了允许移动站的相干解调，基站可以包括每一个天线射束中已知参考码元作为相位参数。

本发明的一个可选实施例包括将数字调相装置618放置于一个通用调相装置块的信道元件634中，通过调相装置用于向所有信道元件提供服务。

Claims (10)

1.一种在蜂窝无线系统中发送导频信号的方法，该蜂窝无线系统包括在每一个蜂窝中，至少有一个基站(100)，与其所在区域内的移动站(102)通信，在该方法中，

基站在下行传输方向上使用及时改变的辐射图发送数据信号，并且

基站向移动站发送导频信号，其特征在于，

在导频信号传输中使用一个窄的变化天线射束，并且

天线射束的最大增益角按天线射束扫描蜂窝区域的方式操纵。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，同一个导频信号被用一个以上的天线射束发送。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于，在每一时刻天线射束的最大增益角指向不同的方向。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，基站向位于其区域内的移动站发送有关包含导频信号的天线射束扫描覆盖区域任何区段的时刻的信息。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于，基站通过包含多个元件的天线组(500)从移动站接收一信号，并且

从接收到的信号中搜索信号分量的入射方向和时延，并且

当数据信号从基站向移动站通过包含多个元件的天线组(500，502)发送时，基于所述测量控制所用的辐射图格式。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于，以任何时刻射束都不相互重迭的方式控制天线射束发送相邻基站的导频信号。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于，对天线射束的控制与系统的全局定时同步。

8.一个蜂窝无线系统，包括：

在每个蜂窝中至少有一个基站(100)，与位于其区域内的移动站(102)通信，并且

基站向移动站发送导频信号，并且

系统包括至少一个基站(100)，基站(100)使用及时变化的辐射图向移动站(102)传送，其特征在于，

该系统包括至少一个基站(100)，该基站包括使用窄的变化天线射束发送导频信号的装置(606)，和以天线射束扫描蜂窝区域的方式控制所述天线射束最大增益角的装置(606)，

并且装置(606)用于向移动站发送关于导频信号扫描的信息。

9.根据权利要求8的蜂窝无线系统，其特征在于，基站(100)包括至少一个包含多个元件的天线组(500，502)，连接到该天线组的一组无线频率单元(500)，一个或多个信道单元(504-508)，功能上连接到无线频率部分(500)，并且其信道单元包括通过天线组(502)调整待发送信号相位的装置(606)，从而从天线组得到的增益在所需方向上最大。

10.根据权利要求8的蜂窝无线系统，其特征在于，基站包括向移动站发送有关包含导频信道的天线射束扫描所覆盖区域任何区段的时刻的信息的装置(606)。

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