專利名稱：用于在無線網(wǎng)絡(luò)中動態(tài)控制自適應(yīng)天線陣列下行鏈路波束寬度的裝置和方法
背景技術(shù)：
無線通信系統(tǒng)在社會中已經(jīng)普遍存在。商業(yè)和消費者使用很多種類的固定和移動無線終端，包括蜂窩電話、尋呼機、個人通信服務(wù)(PCS)系統(tǒng)、以及固定無線接入設(shè)備(例如具有蜂窩功能的自動售貨機)。無線服務(wù)提供商通過使無線設(shè)備和服務(wù)更便宜、更可靠，不斷地嘗試為無線設(shè)備創(chuàng)造新的市場并擴展現(xiàn)有市場。
例如，在碼分多址(CDMA)網(wǎng)絡(luò)中，已經(jīng)開發(fā)出了自適應(yīng)天線陣列，以提高在CDMA網(wǎng)絡(luò)中處理的呼叫的容量和質(zhì)量。在從基站到無線終端的下行鏈路中，自適應(yīng)天線陣列利用“波束形成”技術(shù)來提供方向性的天線波束。例如，可以使用從自適應(yīng)天線陣列接收到的信號確定的到達(dá)角(AOA)信息來確定波束形成系數(shù)，以用于在下行鏈路中提供空間定向到(spatially directedto)特定無線終端的窄波束，從而提供改進的容量和質(zhì)量。所述窄波束攜帶旨在用于特定無線終端的業(yè)務(wù)信號。
然而，在通信下行鏈路中使用窄波束帶來一個新問題。在CDMA網(wǎng)絡(luò)中，由單個的無線終端使用基站所服務(wù)的扇區(qū)或小區(qū)內(nèi)的所有無線終端所接收的公共導(dǎo)頻信號來解調(diào)業(yè)務(wù)信號。因此，在被發(fā)送到基站所在的整個小區(qū)或扇區(qū)的寬波束上攜帶公共導(dǎo)頻信息。由于與導(dǎo)頻信號相關(guān)聯(lián)的下行鏈路信道(例如寬波束)和與業(yè)務(wù)信號相關(guān)聯(lián)的下行鏈路信道(例如窄波束)不同，所以從導(dǎo)頻信號提取出來的相位信息可能與業(yè)務(wù)信號不能準(zhǔn)確相關(guān)。
為了補償相位失諧(mismatch)，提出了各種波束優(yōu)化技術(shù)。例如，在Scherzer等人(下文中稱為Scherzer)提出的已公開美國專利申請2002/0146983中，將基站服務(wù)區(qū)域分割成許多部分，并在學(xué)習(xí)和校準(zhǔn)階段中預(yù)先計算每個部分的最優(yōu)波束寬度，并將其存儲在表中。在正常運行期間，識別無線終端所在的部分，并使用對表格的查找操作來確定該部分的最優(yōu)波束寬度。在Scherzer的另外一個實施例中，將波束寬度作為無線終端測量的誤幀率的反函數(shù)來計算。
然而，為每個部分預(yù)先計算波束形成系數(shù)是不靈活的解決方案，該方案沒能在每個部分的全部區(qū)域內(nèi)平均地校正相位失諧。另外，預(yù)先計算的查找表假設(shè)靜態(tài)的物理環(huán)境，這在許多城市地區(qū)是不現(xiàn)實的。此外，學(xué)習(xí)或校準(zhǔn)階段是耗時、計算強度大的處理。同樣地，使用FER計算波束寬度還涉及長時計算，這可能導(dǎo)致對波束寬度的次優(yōu)選擇。
因此，在本領(lǐng)域中需要一種更加靈活、準(zhǔn)確和健壯的改進的下行鏈路波束寬度優(yōu)化系統(tǒng)和方法。尤其是需要能夠形成具有實時最優(yōu)波束寬度的窄波束的基站。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種實時優(yōu)化下行鏈路業(yè)務(wù)波束的波束寬度的技術(shù)。特別是，本發(fā)明使用從移動站接收的導(dǎo)頻強度信號和功率控制信號來確定空間定向以服務(wù)移動站的下行鏈路業(yè)務(wù)波束的最佳波束寬度。
為了解決上面討論的現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的主要目的是提供一種用于無線網(wǎng)絡(luò)的基站，其能夠優(yōu)化下行鏈路業(yè)務(wù)波束的波束寬度。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，該基站包括(i)收發(fā)機，能夠從選擇的移動站接收導(dǎo)頻強度信號和功率控制信號；以及(ii)波束形成電路，能夠形成空間定向以服務(wù)選擇的移動站的下行鏈路業(yè)務(wù)波束，其中，該下行鏈路業(yè)務(wù)波束將波束寬度設(shè)置為導(dǎo)頻強度信號和功率控制信號的函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，基站還包括自適應(yīng)天線陣列，其能夠幫助波束形成電路形成下行鏈路波束。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，基站還能夠在導(dǎo)頻波束上發(fā)送導(dǎo)頻信號，以便由多個移動站使用。導(dǎo)頻強度信號是由選擇的移動站響應(yīng)于接收到的導(dǎo)頻信號而生成的，用以報告接收到的導(dǎo)頻信號的信號強度。
根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例，業(yè)務(wù)波束攜帶與選擇的移動站相關(guān)聯(lián)的業(yè)務(wù)信號。由選擇的移動站響應(yīng)于接收到的業(yè)務(wù)信號而生成功率控制信號，以請求基站增加或者減低業(yè)務(wù)信號的功率。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，基站還能夠在波束更新時間內(nèi)接收第一導(dǎo)頻強度信號和第二導(dǎo)頻強度信號，并且在波束更新時間期間接收多個功率控制信號?；灸軌蛴嬎阄⒎謱?dǎo)頻強度和微分功率控制，該微分導(dǎo)頻強度對應(yīng)于第一導(dǎo)頻強度信號的值與第二導(dǎo)頻強度信號的值的差。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，基站還能夠在微分功率控制等于0或者-1時降低業(yè)務(wù)波束的波束寬度，在微分功率控制等于+1并且微分導(dǎo)頻強度等于+1時增加所述業(yè)務(wù)波束的波束寬度，在微分功率控制等于+1且微分導(dǎo)頻強度等于0或者-1時降低所述業(yè)務(wù)波束的波束寬度。
在開始
具體實施例方式
之前，闡明在整個專利文件中使用的某些詞、詞組的定義是有利的術(shù)語“包括”及其衍生詞是指非限制性的包括；術(shù)語“或”是指包括在內(nèi)的，意思是和/或；詞組“與…相關(guān)聯(lián)”和“與之相關(guān)聯(lián)”及其衍生詞可以指包括、被包括在、與…互連、包含、被包含在、連接到或與…連接、耦接到或與…耦接、可與…通信、與…合作、交織、并列、與…接近、限制為(be bound to or with)、具有、具有…性質(zhì)等；術(shù)語“控制器”指控制至少一個操作的任何設(shè)備、系統(tǒng)或其部分，這樣的設(shè)備可以以硬件、固件或軟件實現(xiàn)，或者以上述中至少兩個的某個組合來實現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)注意，與任何特定控制器相關(guān)聯(lián)的功能可以是集中式的或分布式的，無論是本地的還是遠(yuǎn)程的。規(guī)定了在本專利文件中通篇使用的特定詞和詞組的定義，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在許多場合，如果不是大多數(shù)場合，優(yōu)先使用這些定義，也會使用這些定義的詞和詞組的其它用法。


為了更加完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在結(jié)合附圖參照下列說明，附圖中相同的參考標(biāo)記代表相同的部件圖1示出了示例的無線網(wǎng)絡(luò)，其中根據(jù)本發(fā)明的示例實施例優(yōu)化波束寬度。
圖2示出了提供下行鏈路波束的基站，所述波束可以根據(jù)本發(fā)明的示例圖3更詳細(xì)地示出了基站，該基站能夠根據(jù)本發(fā)明的示例實施例優(yōu)化下行鏈路波束的波束寬度。
圖4是流程框圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的示例實施例的波束寬度優(yōu)化處理。
具體實施例方式
在本專利文件中，下面討論的圖1至圖4、以及用于描述本發(fā)明原理的各實施例僅僅是說明性的，不應(yīng)該以任何方式理解成限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，本發(fā)明的原理可以在任何適當(dāng)安排的無線網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)。
圖1示出了示例的無線網(wǎng)絡(luò)100，其中，根據(jù)本發(fā)明的原理優(yōu)化波束寬度。無線網(wǎng)絡(luò)100包括多個蜂窩小區(qū)(cell site)121-123，每個小區(qū)包含基站BS 101、BS 102、或BS 103中的一個?；?01-103通過例如根據(jù)IS-2000-C標(biāo)準(zhǔn)(即，cdma2000的版本C)的碼分多址(CDMA)信道與多個移動站(MS)111-114通信。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，移動站111-114能夠同時在兩個或多個CDMA信道上接收數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和/或語音業(yè)務(wù)。移動站111-114可以是任何能夠通過無線鏈路與基站101-103進行通信的適當(dāng)?shù)臒o線設(shè)備(例如，傳統(tǒng)蜂窩電話、PCS手機、個人數(shù)字助理(PDA)手機、便攜式計算機，遙測設(shè)備)。
本發(fā)明不限于移動設(shè)備。本發(fā)明還包含其它類型的無線接入終端，包括固定無線終端。為了簡單起見，下文中僅示出和討論移動站。但是，應(yīng)該理解在權(quán)利要求書和下面的描述中使用的術(shù)語“移動站”旨在包含真正的移動設(shè)備(例如蜂窩電話，無線便攜式計算機)以及固定無線終端(例如帶有無線功能的機器監(jiān)視器)兩者。
虛線顯示了基站101-103所在的蜂窩小區(qū)121-123的近似邊界。將蜂窩小區(qū)顯示成近似圓形僅僅是出于說明和解釋的目的。應(yīng)該清楚地理解，取決于所選擇的小區(qū)配置以及自然和人造障礙物，蜂窩小區(qū)可以有其它不規(guī)則的形狀。
如本領(lǐng)域中所公知的，每個蜂窩小區(qū)121-123包括多個扇區(qū)，其中連接到基站的方向性天線輻射(illuminate)每個扇區(qū)。圖1的實施例示出了基站位于小區(qū)的中心。在替代實施例中，可以將方向性天線放置在扇區(qū)的角中。本發(fā)明的系統(tǒng)不局限于任何具體的蜂窩小區(qū)配置。
在本發(fā)明的一個實施例中，BS 101、BS 102和BS 103中的每一個都包括基站控制器(BSC)和一個或多個基站收發(fā)機子系統(tǒng)(BTS)?；究刂破骱突臼瞻l(fā)機子系統(tǒng)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。基站控制器是為無線通信網(wǎng)絡(luò)中指定的小區(qū)管理包括基站收發(fā)機子系統(tǒng)的無線通信資源的設(shè)備?；臼瞻l(fā)機子系統(tǒng)包括RF收發(fā)機、天線和位于每個蜂窩小區(qū)內(nèi)的其它電子設(shè)備。這些設(shè)備可能包括空氣調(diào)節(jié)單元、加熱單元、電源、電話線路接口以及RF發(fā)射機和RF接收機。為了簡單清楚地解釋本發(fā)明的操作，將每個小區(qū)121、122和123中的基站收發(fā)機子系統(tǒng)和與每個基站收發(fā)機子系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的基站控制器分別共同表示成BS 101、BS 102和BS 103。
BS 101、BS 102和BS 103相互之間傳輸語音和數(shù)據(jù)信號，并且通過通信線路131和移動交換中心(MSC)140與公共交換電話網(wǎng)(PSTN)(未示出)之間傳輸語音和數(shù)據(jù)信號。BS 101、BS 102和BS 103還通過通信線路131和分組數(shù)據(jù)服務(wù)器節(jié)點(PDSN)150與因特網(wǎng)(未示出)傳輸諸如分組數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)信號。分組控制功能(PCF)單元190控制基站101-103與PDSN150之間的分組數(shù)據(jù)流。PCF單元190可以被實現(xiàn)為PDSN 150的一部分，也可以被實現(xiàn)為MSC 140的一部分，或者如圖1所示，可以實現(xiàn)為與PDSN 150通信的單獨的設(shè)備。線路131還為MSC 140與BS 101、BS 102和BS 103之間發(fā)送的控制信號提供連接通路，該控制信號在MSC 140與BS 101、BS 102和BS 103之間建立語音和數(shù)據(jù)電路連接。
通信線路131可以是任何適當(dāng)?shù)倪B接方式，包括T1線路、T3線路、光纖鏈路、網(wǎng)絡(luò)分組數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)連接、或者任何其它類型的數(shù)據(jù)連接。線路131將BSC中的每個語音編碼器與MSC 140中的交換元件相鏈接。線路131上的連接可以以脈沖編碼調(diào)制(PCM)格式、因特網(wǎng)協(xié)議(IP)格式、異步傳輸模式(ATM)格式等發(fā)送模擬語音信號或數(shù)字語音信號。
MSC 140是交換設(shè)備，它在無線網(wǎng)絡(luò)的用戶和諸如PSTN或因特網(wǎng)的外部網(wǎng)絡(luò)之間提供服務(wù)和協(xié)調(diào)。MSC 140是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。在本發(fā)明的某些實施例中，通信線路131可以是幾個不同的數(shù)據(jù)鏈路，每個數(shù)據(jù)鏈路將BS 101、BS 102和BS 103中的一個連接到MSC 140。
在示例的無線網(wǎng)絡(luò)100中，MS 111位于蜂窩小區(qū)121中并與BS 101通信。MS 113位于蜂窩小區(qū)122中并與BS 102通信。MS 114位于蜂窩小區(qū)123中并與BS 103通信。MS 112還位于蜂窩小區(qū)123的邊緣附近，并且如緊接著MS 112的方向箭頭所示，其正在向蜂窩小區(qū)123的方向移動。在某個點，當(dāng)MS 112移入蜂窩小區(qū)123并移出蜂窩小區(qū)121時，將會發(fā)生切換。
圖2示出了提供下行鏈路波束的基站101，可以根據(jù)本發(fā)明的示例實施例來優(yōu)化該下行鏈路波束。BS 101包括自適應(yīng)天線陣列200，如本領(lǐng)域中所公知的，自適應(yīng)天線陣列具有以預(yù)定幾何結(jié)構(gòu)配置的、用于波束形成的天線元件(未示出)。BS 101被顯示為與MS 111進行通信。在優(yōu)選實施例中，BS101和MS 111用作提供根據(jù)CDMA-2000協(xié)議的無線通信服務(wù)。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明不局限于CDMA-2000協(xié)議，而是能夠應(yīng)用于任何使用自適應(yīng)天線陣列形成方向性業(yè)務(wù)信號的通信協(xié)議。
根據(jù)CDMA-2000協(xié)議，每個MS 111在上行鏈路上向BS 101發(fā)送業(yè)務(wù)信號和與MS 111相關(guān)聯(lián)的唯一的導(dǎo)頻信號。在下行鏈路上，BS 101發(fā)送對每個MS 111是唯一的業(yè)務(wù)信號，并向BS 101服務(wù)的扇區(qū)或小區(qū)內(nèi)的所有MS 111發(fā)送公共導(dǎo)頻信號?？臻g定向到MS 111的業(yè)務(wù)波束220攜帶業(yè)務(wù)信號，而輻射到BS 101服務(wù)的整個區(qū)域(例如扇區(qū)或小區(qū))的導(dǎo)頻波束250攜帶公共導(dǎo)頻信號。因此，導(dǎo)頻波束250具有的波束寬度基本上比業(yè)務(wù)波束220寬。MS 111使用導(dǎo)頻波束250攜帶的導(dǎo)頻信號解調(diào)業(yè)務(wù)波束220所攜帶的業(yè)務(wù)信號。
BS 101根據(jù)MS 111的位置形成業(yè)務(wù)波束220，而MS 111的位置是根據(jù)諸如從MS 111向BS 101發(fā)送的信號的到達(dá)角(AOA)和/或到達(dá)時間(TOA)的各種上行信道信息確定的。根據(jù)MS 111的位置，BS 101計算與天線陣列200中的各個天線元件的信號相關(guān)聯(lián)的波束形成系數(shù)，以用于形成空間定向到MS 111的窄波束(業(yè)務(wù)波束220)。波束形成系數(shù)定義業(yè)務(wù)波束220的各種波束形成屬性。例如，波束形成系數(shù)可以定義業(yè)務(wù)波束220的波束寬度、方向(方位角和仰角)以及功率。
MS 111在導(dǎo)頻強度信號(例如，導(dǎo)頻強度測量消息(PSMM)或功率測量報告消息(PMRM))中向BS 101報告下行鏈路信道的信道特性。PSMM和PMRM兩者都將MS 111接收到的導(dǎo)頻信號的信號強度通知給BS 101，并且都可以被BS 101用于確定MS 111的位置。MS 111通過在功率控制消息(例如，功率控制組(PCG)消息)中發(fā)送DGU增加或者DGU降低來請求BS 101增加或者降低下行鏈路業(yè)務(wù)信號的數(shù)字增益單元(DGU)的功率。典型地，對應(yīng)于波束更新周期，BS 101可以每100ms接收一次PSMM，而典型地，BS 101每1.25ms接收一次PCG。
通常，導(dǎo)頻信道強度和PCG之間存在反比(inverse)關(guān)系。因此，如果導(dǎo)頻信號強度增加(例如，由于MS 111靠近BS 101的移動)，PCG請求降低業(yè)務(wù)信號的功率。同樣地，如果導(dǎo)頻信號強度降低(例如，由于MS 111遠(yuǎn)離BS 101的移動)，則PCG請求增加業(yè)務(wù)信號的功率。因此，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的BS 101僅依靠PCG和誤幀率(FER)來確定業(yè)務(wù)信號的發(fā)送功率。
然而，當(dāng)使用帶有窄業(yè)務(wù)波束220的自適應(yīng)天線陣列200時，窄業(yè)務(wù)波束220的角度擴展(angle spread)(從其接收信號的角度擴展，歸因于諸如散射區(qū)域、多徑環(huán)境等信道特性)可能與寬導(dǎo)頻波束250的角度擴展不同，從而可能導(dǎo)致業(yè)務(wù)信號和導(dǎo)頻信號之間的相位失諧。結(jié)果，MS 111可能在PCG中報告請求增加功率，而沒有報告相應(yīng)地降低導(dǎo)頻信號強度。這種情況下，根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以通過增加業(yè)務(wù)波束220的波束寬度(+BW)來減少相位失諧，而不是通過增加業(yè)務(wù)信號的發(fā)送功率。
圖3更具體地說明了根據(jù)本發(fā)明示例實施例的基站(BS)101，其具有優(yōu)化下行鏈路波束的波束寬度的能力。基站101包括基站控制器(BSC)310和基站收發(fā)站(BTS)320。之前參照圖1描述了基站控制器和基站收發(fā)站。BSC 310管理蜂窩小區(qū)121中的資源，包括BTS 320。BTS 320包括BTS控制器325、信道控制器335(其包含典型的信道元件(channel element)340)、收發(fā)機接口(IF)345、RF收發(fā)機單元350、自適應(yīng)天線陣列200、和波束形成電路355。
BTS控制器325包括能夠執(zhí)行操作程序的處理電路和存儲器，該操作程序控制BTS 320的全部操作以及與BSC 310通信。在正常情況下，BTS控制器325與波束形成電路355通信，以指導(dǎo)信道控制器335的操作，所述信道控制器包括多個信道元件，包括執(zhí)行前向(下行鏈路)信道和反向(上行鏈路)信道中的雙向通信的信道元件340。收發(fā)機IF 345在信道控制器340和RF收發(fā)機單元350之間傳輸雙向信道信號。
自適應(yīng)天線陣列200向BS 101的覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動站發(fā)送從RF收發(fā)機單元350接收的前向信道信號。自適應(yīng)天線陣列200還向RF收發(fā)機單元350發(fā)送從BS 101的覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動站接收的反向信道信號。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，天線陣列200是諸如三扇區(qū)天線的多扇區(qū)天線，在三扇區(qū)天線中，每個天線扇區(qū)負(fù)責(zé)覆蓋區(qū)域的120度弧度內(nèi)的發(fā)送和接收，并且如圖2所示，每個天線包括多個用于波束形成的天線元件。另外，RF收發(fā)機350可以包含天線選擇單元，用以在發(fā)送和接收操作兩者期間在天線陣列200中的不同天線和天線元件中進行選擇。
RF收發(fā)機350從BS 101當(dāng)前正在服務(wù)的每個移動站接收包括接收到的導(dǎo)頻信號強度(PS)的PSMM和包括請求的DGU的PCG。RF收發(fā)機350將PS和PCG轉(zhuǎn)發(fā)給波束形成電路355，以確定各種波束形成屬性，包括在下行鏈路上發(fā)送的每個窄業(yè)務(wù)波束的波束寬度。由于通常每100ms接收一次PSMM，而每1.25ms接收一次PCG，因此為了將PS與請求的DGU進行比較，波束形成電路355將在波束更新時間周期內(nèi)的累計的DGU變化(movement)與PS的微分值進行比較，如下dPS(t1)＝sign{PS(t1)-PS(t0)}，并且dDGU(t1)＝sign{對從t0到t1的所有功率控制周期求和}，或者可替代地dDGU(t1)＝sign{DGU_Tx_Power(t1)-DGU_Tx_Power(t0)}.
如前面所討論的，通常，在dPS和dDGU之間存在反比關(guān)系。然而，當(dāng)使用自適應(yīng)天線陣列200時，可能在前向業(yè)務(wù)信道和前向?qū)ьl信道之間具有相位失諧，在這種情況下移動站將報告dDGU＞0和dPS＝0。這種情況下，可以通過增加業(yè)務(wù)波束的波束寬度(+BW)來減少相位失諧，而不是通過增加業(yè)務(wù)信號的發(fā)送功率。一般來講，波束形成電路355能夠使用如下的算法來改變特定移動站的業(yè)務(wù)波束的波束寬度(BW)如果dDGU＝0或-1，則降低BW(-BW)。
如果dDGU＝+1并且dPS＝+1，則增加BW(+BW)，否則降低BW(-BW)。
具體地說，考慮前向鏈路業(yè)務(wù)波束wt，導(dǎo)頻波束wp，衰落信道a和方向(steering)向量v(θ)。移動站接收的業(yè)務(wù)信號可以表示為r＝wtHas+n，其中n是加性白高斯噪聲(AWGN)過程。由于a(t)＝∑iv(θi)α(θi)，其中α(θi)是復(fù)瑞利衰落，協(xié)方差可以定義為R＝E[aaH]＝∑iv(θi)p(θi)vH(θi)，其中p(θi)是散射區(qū)域包括角度θi的概率。術(shù)語“E[]”表示方括號內(nèi)的統(tǒng)計期望值。通常，將p(θi)選擇為標(biāo)準(zhǔn)方差20度的正態(tài)分布。為了考慮各種測量中的誤差，可以使用對角線加載(diagonal loading)，即R＝R+δI，其中δ是各種誤差容許的百分比，通常為10％。
RF收發(fā)機350實現(xiàn)最大比合并(MRC)檢測器，其中被估計的信道是導(dǎo)頻信道。因此，檢測器統(tǒng)計量為wtHaaHwp，該統(tǒng)計量是導(dǎo)頻和業(yè)務(wù)信道之間的相位失諧的函數(shù)Φ(t)＝相位{wtHa(t)aH(t)wp}。因此有必要選擇wt以使得相位失諧Φ對于特定調(diào)制方案(scheme)是可接受的，如下在滿足‖wt‖2＝1的條件下，最大化wtHRwt/wtHwt。
最大化問題的一個公知的解決方案是選擇wt作為對應(yīng)于R的最大特征值的特征向量。然而，業(yè)務(wù)波束可能與導(dǎo)頻波束不匹配。為了使業(yè)務(wù)波束與導(dǎo)頻波束匹配，增加導(dǎo)頻成分，直到導(dǎo)頻波束與業(yè)務(wù)波束匹配?？梢匀缦碌赜嬎銟I(yè)務(wù)波束對于給定的信道協(xié)方差矩陣R以及與特征值[λ1λ2λ3λ4]對應(yīng)的特征向量的矩陣G＝[g1g2g3g4]，其中λ1＞λ2＞λ3＞λ4，并且給定自適應(yīng)速率0＜μ＜1，則以表格形式生成[g1Hwpg1μg2Hwpg2μg3Hwpg3μg4Hwpg4]。應(yīng)當(dāng)注意到，較大的μ將較快地生成相位匹配波束，但是波束將是次優(yōu)的(less optimum)(較低的增益)。
在運行中，當(dāng)呼叫建立時，波束形成電路355計算wt＝g1Hwpg1的初始值，其中wt是最窄的波束，wp是最寬的波束，并且i＝2，n＝0。每次接收到PSMM消息時，波束形成電路355都執(zhí)行下面的算法如果{n＞1/μ，并且(+BW)并且i＜4}，則設(shè)置{i＝i+1；n＝0，wt(t+1)＝wt(t)+μgiHwpgi，n＝n+1}.
如果{n＜1/μ，并且(+BW)并且i＜＝4}，則設(shè)置{wt(t+1)＝wt(t)+μgiHwpgi，n＝n+1}.
如果{n＝0，并且(-BW)并且i＞2}則設(shè)置{i＝i-1；n＝1/μ；wt(t+1)＝wt(t)-μgiHwpgi，n＝n-1}.
如果{n＞0，并且(-BW)并且i＞＝2}則設(shè)置{wt(t+1)＝wt(t)-μgiHwpgi，n＝n-1}.
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明示例實施例的波束寬度優(yōu)化處理的流程圖400。最開始，BS 101在波束更新周期內(nèi)從MS 111接收導(dǎo)頻強度信號(例如PSMM)和功率控制信號(例如PCG)(處理步驟410)。然后，BS 101計算波束更新周期內(nèi)的微分導(dǎo)頻強度(DPS)和微分功率控制(DPC)(處理步驟420)。如果DPC等于0或-1(判決步驟430)，指示MS 111正在請求保持不變或者降低業(yè)務(wù)信號的功率，則BS 101降低被空間定向以服務(wù)MS 111的業(yè)務(wù)波束的波束寬度(-BW)(處理步驟440，來自判決步驟430的“是”分支)。降低波束寬度具有降低接收到的業(yè)務(wù)信號的功率的效果。
然而，如果DPC等于+1，指示MS 111請求增加業(yè)務(wù)信號的功率，則BS 101確定DPS的數(shù)值。如果DPC和DPS兩者都等于+1，指示業(yè)務(wù)信號和導(dǎo)頻信號之間相位失諧，(判決步驟450，來自判決步驟430的“否”分支)，則BS 101增加空間定向以服務(wù)MS 111的業(yè)務(wù)波束的波束寬度(+BW)，以校正相位失諧(處理步驟440，來自判決步驟450的“是”分支)。但是，如果DPC等于+1且DPS等于0或者-1，則BS 101降低空間定向以服務(wù)MS 111的業(yè)務(wù)波束的波束寬度(-BW)(處理步驟440，來自判決步驟450的“否”分支)。
雖然描述了本發(fā)明的示范實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員能聯(lián)想到各種變化和修改。本發(fā)明旨在包括落在所附的權(quán)利要求范圍之內(nèi)的變化和修改。
權(quán)利要求
1.用于無線網(wǎng)絡(luò)中，能夠服務(wù)多個移動站的基站，所述基站包括收發(fā)機，可操作用以從多個移動站中選擇的一個移動站接收導(dǎo)頻強度信號和功率控制信號；以及波束形成電路，可操作用以形成下行鏈路業(yè)務(wù)波束，該下行鏈路業(yè)務(wù)波束空間定向以服務(wù)所述多個移動站中的所述選擇的一個移動站，所述下行鏈路業(yè)務(wù)波束具有被設(shè)置為所述導(dǎo)頻強度信號和所述功率控制信號的函數(shù)的波束寬度。
2.權(quán)利要求1中所述的基站，還包括自適應(yīng)天線陣列，其連接到所述波束形成電路，以幫助所述業(yè)務(wù)波束形成電路形成所述下行鏈路業(yè)務(wù)波束。
3.權(quán)利要求1中所述的基站，其中，所述波束形成電路包括可操作用以形成所述下行鏈路業(yè)務(wù)波束的業(yè)務(wù)波束形成電路，以及可操作用以形成服務(wù)所述多個移動站的導(dǎo)頻波束的導(dǎo)頻波束形成電路。
4.權(quán)利要求3中所述的基站，其中，所述導(dǎo)頻波束的波束寬度比所述業(yè)務(wù)波束的所述波束寬度寬。
5.權(quán)利要求3中所述的基站，其中，所述導(dǎo)頻波束攜帶導(dǎo)頻信號，以便由所述多個移動站使用，所述導(dǎo)頻強度信號由所述多個移動站中的所述選擇的一個移動站響應(yīng)于所述多個移動站中的所述選擇的一個移動站所接收到的所述導(dǎo)頻信號而生成。
6.權(quán)利要求3中所述的基站，其中，所述業(yè)務(wù)波束攜帶與所述多個移動站中的所述選擇的一個移動站相關(guān)聯(lián)的業(yè)務(wù)信號，所述功率控制信號由所述多個移動站中的所述選擇的一個移動站響應(yīng)于所述多個移動站中的所述選擇的一個移動站所接收到的所述業(yè)務(wù)信號而生成。
7.權(quán)利要求6中所述的基站，其中，所述功率控制信號請求所述基站增加或者降低所述業(yè)務(wù)信號的功率。
8.權(quán)利要求1中所述的基站，其中，所述功率控制信號包括數(shù)字增益單元。
9.權(quán)利要求1中所述的基站，其中，所述收發(fā)機還可操作用以在波束更新時間內(nèi)接收第一導(dǎo)頻強度信號和第二導(dǎo)頻強度信號，并在所述波束更新時間期間接收多個功率控制信號。
10.權(quán)利要求9中所述的基站，其中，每1.25ms接收所述多個功率控制信號，并且其中，所述波束更新時間為100ms。
11.權(quán)利要求9中所述的基站，其中，波束形成電路還可操作用以計算微分導(dǎo)頻強度以及微分功率控制，其中所述微分導(dǎo)頻強度對應(yīng)于所述第一導(dǎo)頻強度信號的值與所述第二導(dǎo)頻強度信號的值之間的差。
12.權(quán)利要求11中所述的基站，其中，所述微分功率控制包括在所述波束更新時間內(nèi)所述功率控制信號的累積值。
13.權(quán)利要求11中所述的基站，其中，所述微分功率控制對應(yīng)于在所述波束更新時間內(nèi)第一時間的所述功率控制信號的值與在所述波束更新時間內(nèi)第二時間的所述功率控制信號的值之間的差。
14.權(quán)利要求11中所述的基站，其中，波束形成電路還可操作用以在所述微分功率控制等于0或者-1時降低所述業(yè)務(wù)波束的波束寬度。
15.權(quán)利要求11中所述的基站，其中，所述波束形成電路還可操作用以在所述微分功率控制等于+1且所述微分導(dǎo)頻強度等于+1時增加所述業(yè)務(wù)波束的波束寬度，并且在所述微分功率控制等于+1且所述微分導(dǎo)頻強度等于0或者-1時降低所述業(yè)務(wù)波束的波束寬度。
16.一種包括多個基站的無線網(wǎng)絡(luò)，每個所述基站能夠服務(wù)多個移動站，所述每個基站包括收發(fā)機，可操作用以從多個移動站中的選擇的一個移動站接收導(dǎo)頻強度信號和功率控制信號；以及波束形成電路，可操作用以形成下行鏈路業(yè)務(wù)波束，該下行鏈路業(yè)務(wù)波束空間定向以服務(wù)所述多個移動站中的所述選擇的一個移動站，所述下行鏈路業(yè)務(wù)波束將波束寬度設(shè)置為所述導(dǎo)頻強度信號和所述功率控制信號的函數(shù)。
17.權(quán)利要求16中所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中，每個所述基站還包括自適應(yīng)天線陣列，其連接到所述波束形成電路，以幫助所述波束形成電路形成所述下行鏈路業(yè)務(wù)波束。
18.權(quán)利要求16中所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中，所述波束形成電路包括可操作用以形成所述下行鏈路業(yè)務(wù)波束的業(yè)務(wù)波束形成電路，以及可操作用以形成服務(wù)各個多個移動站的導(dǎo)頻波束的導(dǎo)頻波束形成電路。
19.權(quán)利要求18中所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中，所述導(dǎo)頻波束具有的波束寬度比所述業(yè)務(wù)波束的所述波束寬度寬。
20.權(quán)利要求18中所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中，所述導(dǎo)頻波束攜帶導(dǎo)頻信號，以便由所述各個多個移動站使用，所述導(dǎo)頻強度信號由所述多個移動站中的所述選擇的一個移動站響應(yīng)與所述多個移動站中的所述選擇的一個移動站所接收到的所述導(dǎo)頻信號而生成。
21.權(quán)利要求18中所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中，所述業(yè)務(wù)波束攜帶與所述多個移動站中的所述選擇的一個移動站相關(guān)聯(lián)的業(yè)務(wù)信號，所述功率控制信號由所述多個移動站中的所述選擇的一個移動站響應(yīng)于所述多個移動站中的所述選擇的一個移動站所接收到的所述業(yè)務(wù)信號而生成。
22.權(quán)利要求21中所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中，所述功率控制信號請求所述各個基站增加或者降低所述業(yè)務(wù)信號的功率。
23.權(quán)利要求16中所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中，所述功率控制信號包括數(shù)字增益單元。
24.權(quán)利要求16中所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中，所述收發(fā)機還可操作用以在波束更新時間內(nèi)接收第一導(dǎo)頻強度信號和第二導(dǎo)頻強度信號，并在所述波束更新時間期間接收多個功率控制信號。
25.權(quán)利要求24中所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中，每1.25ms接收所述多個功率控制信號，并且其中，所述波束更新時間為100ms。
26.權(quán)利要求24中所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中，波束形成電路還可操作用以計算微分導(dǎo)頻強度以及微分功率控制，其中微分導(dǎo)頻強度對應(yīng)于所述第一導(dǎo)頻強度信號的值與所述第二導(dǎo)頻強度信號的值之間的差。
27.權(quán)利要求26中所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中，所述微分功率控制包括在所述波束更新時間內(nèi)所述功率控制信號的累積值。
28.權(quán)利要求26中所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中，所述微分功率控制對應(yīng)于在所述波束更新時間內(nèi)第一時間的所述功率控制信號的值與在所述波束更新時間內(nèi)第二時間的所述功率控制信號的值之間的差。
29.權(quán)利要求26中所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中，波束形成電路還可操作用以在所述微分功率控制等于0或者-1時，降低所述業(yè)務(wù)波束的波束寬度。
30.權(quán)利要求26中所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中，所述波束形成電路還可操作用以在所述微分功率控制等于+1且所述微分導(dǎo)頻強度等于+1時增加所述業(yè)務(wù)波束的波束寬度，并且在所述微分功率控制等于+1且所述微分導(dǎo)頻強度等于0或者-1時降低所述業(yè)務(wù)波束的波束寬度。
31.一種在能夠服務(wù)多個移動站的基站中使用的、控制下行鏈路業(yè)務(wù)波束的波束寬度的方法，該下行鏈路業(yè)務(wù)波束空間定向以服務(wù)所述多個移動站中的選擇的一個移動站，該方法包括步驟從所述多個移動站中的所述選擇的一個移動站接收導(dǎo)頻強度信號和功率控制信號，并且形成所述下行鏈路業(yè)務(wù)波束，該下行鏈路業(yè)務(wù)波束的波束寬度被設(shè)置為所述導(dǎo)頻強度信號和所述功率控制信號的函數(shù)。
32.權(quán)利要求31中所述的方法，其中，所述形成的步驟還包括使用自適應(yīng)天線陣列來幫助形成所述下行鏈路波束。
33.權(quán)利要求31中所述的方法，還包括形成攜帶服務(wù)所述多個移動站的導(dǎo)頻信號的導(dǎo)頻波束，所述導(dǎo)頻波束具有的波束寬度比所述業(yè)務(wù)波束的所述波束寬度寬。
34.權(quán)利要求33中所述的方法，其中，所述接收的步驟還包括接收由所述多個移動站中的所述選擇的一個移動站響應(yīng)于所述多個移動站中的所述選擇的一個移動站所接收到的所述導(dǎo)頻信號而生成的所述導(dǎo)頻強度信號。
35.權(quán)利要求31中所述的方法，其中，所述接收的步驟還包括接收由所述多個移動站中的所述選擇的一個移動站響應(yīng)于由所述業(yè)務(wù)波束攜帶的、并且由所述多個移動站中的所述選擇的一個移動站接收到的業(yè)務(wù)信號而生成的所述功率控制信號。
36.權(quán)利要求31中所述的方法，其中，所述接收的步驟還包括在波束更新時間內(nèi)接收第一導(dǎo)頻強度信號和第二導(dǎo)頻強度信號，并在所述波束更新時間期間接收多個功率控制信號。
37.權(quán)利要求36中所述的方法，其中，所述形成的步驟還包括計算微分導(dǎo)頻強度以及計算微分功率控制，其中微分導(dǎo)頻強度對應(yīng)于所述第一導(dǎo)頻強度信號的值與所述第二導(dǎo)頻強度信號的值之間的差。
38.權(quán)利要求37中所述的方法，其中，所述計算所述微分功率控制還包括計算所述波束更新時間內(nèi)所述功率控制信號的累積值。
39.權(quán)利要求37中所述的方法，其中，所述計算所述微分功率控制還包括計算在所述波束更新時間內(nèi)第一時間的所述功率控制信號的值與在所述波束更新時間內(nèi)第二時間的所述功率控制信號的值之間的差。
40.權(quán)利要求37中所述的方法，其中，所述形成的步驟還包括在所述微分功率控制等于0或者-1時，降低所述業(yè)務(wù)波束的波束寬度。
41.權(quán)利要求37中所述的方法，其中，所述形成的步驟還包括當(dāng)所述微分功率控制等于+1且所述微分導(dǎo)頻強度等于+1時，增加所述業(yè)務(wù)波束的波束寬度；并且當(dāng)所述微分功率控制等于+1且所述微分導(dǎo)頻強度等于0或者-1時，降低所述業(yè)務(wù)波束的波束寬度。
全文摘要
提供了一種用于實時優(yōu)化下行鏈路業(yè)務(wù)波束的波束寬度的無線網(wǎng)絡(luò)基站。該基站包括收發(fā)機，用于從移動站接收導(dǎo)頻強度信號和功率控制信號。該基站還包括波束形成電路，可操作用以形成空間定向以服務(wù)移動站的下行鏈路業(yè)務(wù)波束，并且該下行鏈路業(yè)務(wù)波束將波束寬度設(shè)置為接收到的導(dǎo)頻強度信號和功率控制信號的函數(shù)。
文檔編號H04B1/38GK1910840SQ200580002753
公開日2007年2月7日 申請日期2005年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者科尼利厄斯·范倫斯伯格, 珀瓦·R·雷杰科蒂亞 申請人:三星電子株式會社