自适应阵列无线通信设备及其方法

专利名称：自适应阵列无线通信设备及其方法
技术领域：
本发明涉及具有由多个天线元件配置的阵列天线的自适应阵列 无线通信设备及其方法。
背景技术：
作为具有由多个天线元件配置的阵列天线的自适应阵列无线通
信设备，提出了多个设备(例如，见专利文献1至3)。
例如，专利文献l的通信设备在应用自适应阵列时，通过使用配 置阵列的所有阵列元件来计算阵列权重，并将阵列权重应用于所有元 件。
此外，专利文献2和3的通信设备根据每个阵列元件的接收功率 的顺序(order)和/或阵列元件的相关值的顺序来选择所有阵列元件的 一部分，并在此之后通过所选阵列元件发送和接收信号。
专利文献1:日本专利公开(A) No. 11-504159
专利文献2:日本专利公开(A) No. 10-154952
专利文献3:日本专利公开(A) No. 2004-28940
发明内容
本发明要解决的问题
然而，专利文献1至3中所公开的通信设备具有以下缺点。 在专利文献l中公开的通信设备中，由于实际环境中的衰落和阵列 元件的设置位置，不同阵列元件的接收电平对于特定用户来说是不同 的。因此，在使用具有低接收电平的阵列元件时，这些天线元件甚至 仅对于信号质量有微小的改进。随着处理量增加，收敛速度变慢。
此外，对于处理量，尽管取决于自适应算法，但是通常，当元件个数为N时，处理量与N"2("指示幂)成正比。例如，当N-8时，处理 量与8**2=64成正比。此外，对于收敛速度，尽管取决于自适应算法， 但是通常，收敛速度与N的倍数成正比。例如，当N-8时，必须执行至 少16次(2乘以8)的重复运算。此外，同样地，有时16或更多的接收 采样非常必要。
如在该专利文献l中所示，当通过使用配置了阵列的所有阵列元件 计算阵列权重、并向所有元件应用阵列权重时，当元件个数很大时， 处理量也很大，并且收敛变慢。此外，为了实际完成该处理量，需要 大量DSP。功耗也变大。
此外，由于利用了所有阵列元件，所以需要无方向性阵列元件， 从而所有阵列元件可以接收随机出现在所有方向上的用户信号，因而 不再能显示出方向性阵列元件的优点。因此，传送/接收所覆盖的距离 变小。
此外，在专利文献2和3中公开的通信设备根据接收功率的顺序和/ 或相关值的顺序(从最小一个开始)来选择天线，但是该天线选择方 法存在不能完全应对复杂环境的问题。
例如，在仅有期望信号的环境中，可以根据接收功率的顺序和/ 或相关值的顺序(从最小一个开始)来正确地选择阵列元件。然而， 在还存在干扰信号的环境中，接收功率还包括干扰信号的分量。因此， 即使在接收功率最大时，也不知道该功率是期望信号的功率还是干扰 信号的功率，所以存在将会失去接收功率的顺序的意义、并且不能够 正确地选择天线阵列的可能性。
此外，对于相关值的顺序(从最小一个开始)，由于存在干扰分量， 所以干扰信号影响了相关值，并且不能正确地选择阵列元件。此外， 即使在通过同时使用接收功率的顺序和相关值的顺序来选择阵列元件 时，干扰分量也会影响功率值和相关值自身，因而失去了清楚的含义， 不能正确地选择阵列元件。
此外，在信号传送环境中出现了大量用户信号、大量多路径信号 和大量干扰信号、特别是未知干扰信号的复杂情况下，即使假设可以 测量和计算期望信号的功率和清楚定义的相关值，通过功率值和相关
值来确定适合的选择标准自身也会变得非常困难。
例如，如果通过使用消除干扰信号的标准来选择阵列元件，则存 在将会选择具有期望信号的低接收电平的阵列元件的可能性。
相反，当通过使用能够最大限度地接收期望信号的标准来选择阵 列元件时，存在干扰消除效果变差的可能性。
接下来，在选择了天线之后，所选天线元件固定。因此，当信号 条件随传送/接收的另一方而改变时(例如，当移动站的用户高速移动 时)，不能够再跟踪另一方，不能很好地执行传送/接收，有时不可能 进行传送/接收本身。
此外，在专利文献2和3中公开的通信设备中，需要处理每个天线 的功率和天线自身之间的相关值的计算。
具体地，当计算天线之间的相关值时，例如当存在八根天线时，
必须进行相关性的(8*7) /2=28次计算。假设对于单个相关性运算必 须进行16次复数乘法运算，则必须进行28*16=448次复数乘法运算。当 利用所有元件时，这已经超出了处理量。
此外，在计算功率时，处理量小于计算相关值时的处理量，但是 如果假设对于单个功率计算必须进行10次复数乘法操作，则对于八根 天线的接收功率的计算，必须进行10*8=80次复数乘法运算。
因此，即使降低相关性和功率的处理精度并降低复数乘法运算的 所需次数，也明确地需要特定的处理程度。此外，即使不计算接收功 率，而仅计算特定接收信号、例如期望信号的功率，也需要能够将特 定信号与接收信号分离的处理。对于该分离，也需要大量的处理。
如上所述，专利文献l中公开的设备通过使用所有天线元件来计算 阵列权重，并向所有阵列元件应用阵列权重。然而，在这种方法中， 即使对于具有低接收电平的阵列元件(几乎对于自适应阵列不起作用 的阵列元件)来说也需要计算阵列权重，因而处理量增加，收敛速度 变慢。
此外，在专利文献2和3中公开的设备中，基于在所有阵列元件处 接收的信号功率的顺序和相关值的顺序，来选择用于传送/接收的阵列 元件。然而在这些选择方法中，也引用了干扰信号的功率，因而并没
有适合地选择适用于传送/接收的阵列元件。
本发明的目的是提供自适应阵列无线通信设备及其方法，能够适 当地使用处理量小、收敛速度快并适用于传送/接收的天线元件。
解决问题的方案
本发明的第一方面是一种自适应阵列无线通信设备，具有由多个 天线元件配置的阵列天线，所述自适应阵列无线通信设备包括阵列 权重生成单元，用于生成在多个天线元件处接收的接收信号的权重系 数；天线元件确定单元，用于基于在阵列权重生成单元处生成的权重 系数来确定用于传送/接收的天线元件；加权单元，用于对天线元件确 定单元所确定的天线元件的接收信号和/或传送信号进行加权；以及方 向性控制单元，用于通过加权单元的加权来控制天线阵列的方向性。
本发明的第二方面是一种自适应阵列无线通信设备，具有由多个 天线元件配置的阵列天线，所述自适应阵列无线通信设备包括阵列 权重生成单元，用于生成在多个天线元件处接收的接收信号的权重系 数；天线元件确定单元，用于基于在阵列权重生成单元处生成的权重 系数来确定用于传送/接收的天线元件；加权单元，用于对天线元件确 定单元所确定的天线元件的每一个接收信号和/或每一个传送信号进 行加权；方向性控制单元，用于通过加权单元的加权来控制天线阵列 的方向性；以及天线元件确定时段的控制单元，用于控制所述天线元 件确定单元，从而间歇地执行天线元件的确定，以及用于基于天线元 件确定单元所确定的天线元件的信息来调整天线元件确定单元的确定 时段。
优选地，通过将天线元件确定单元所确定的天线元件的组合与在 前确定的天线元件的组合进行比较，来调整该时段，当这两个组合相 同时使该时段变长，以及当这两个组合不同时使该时段变短。
优选地，通过计算天线元件确定单元所确定的天线元件中的当前 阵列权重矢量与在前阵列权重矢量的内积来调整该时段，当该内积大 于阈值时使该时段变长，当该内积小于阈值时使该时段变短。
优选地，天线元件确定时段的控制单元对该时段进行调整，从而
在该时段长于提前设置的时间时，将该时段设为该提前设置的时间。
优选地，天线元件确定时段的控制单元计算天线元件确定单元所 确定的天线元件中的当前阵列权重矢量与在前阵列权重矢量的内积， 并控制所述天线元件确定单元，从而在该内积小于阈值时，在下次生 成权重系数时使用所有天线元件。
本发明的第三方面是一种无线通信方法，用于通过具有由多个天 线元件配置的阵列天线的自适应阵列无线通信设备进行无线通信，所 述方法包括阵列权重生成步骤，用于生成在多个天线元件处接收的 接收信号的权重系数；天线元件确定步骤，用于基于在阵列权重生成 步骤中生成的权重系数来确定用于传送/接收的天线元件；加权步骤， 用于对天线元件确定步骤所确定的天线元件的接收信号和/或传送信
号进行加权；以及方向性控制步骤，用于通过加权步骤的加权来控制
天线阵列的方向性。
本发明的第四方面是一种无线通信方法，用于通过具有由多个天 线元件配置的阵列天线的自适应阵列无线通信设备进行无线通信，所
述方法包括阵列权重生成步骤，用于生成在多个天线元件处接收的
接收信号的权重系数；天线元件确定步骤，用于基于在阵列权重生成 步骤中生成的权重系数来确定用于传送/接收的天线元件；加权步骤， 用于对天线元件确定步骤所确定的天线元件的每一个接收信号和/或 每一个传送信号进行加权；方向性控制步骤，用于通过加权步骤的加 权来控制天线阵列的方向性；以及天线元件确定时段的控制步骤，用 于控制所述天线元件确定步骤，从而间歇地执行天线元件的确定，以 及用于基于天线元件确定步骤所确定的天线元件的信息来调整天线元 件确定步骤的确定时段。
优选地，通过将天线元件确定步骤所确定的天线元件的组合与在 前确定的天线元件的组合进行比较，来调整该时段，当这两个组合相 同时使该时段变长，以及当这两个组合不同时使该时段变短。
优选地，通过计算天线元件确定步骤所确定的天线元件中的当前 阵列权重矢量与在前阵列权重矢量的内积来调整该时段，当该内积大 于阈值时使该时段变长，当该内积小于阈值时使该时段变短。
优选地，天线元件确定时段的控制步骤对该时段进行调整，从而 在该时段长于提前设置的时间时，将该时段设为该提前设置的时间。
优选地，天线元件确定时段的控制步骤计算天线元件确定步骤所 确定的天线元件中的当前阵列权重矢量与在前阵列权重矢量的内积， 并控制所述天线元件确定步骤，从而在该内积小于阈值时，在下次生 成权重系数时使用所有天线元件。
本发明的效果
根据本发明，可以适当地确定处理量小、收敛速度快、并且适用 于通信的天线元件，并可以将所确定的天线元件用于加权，从而改进 阵列天线的方向性。


图1是示出了根据本实施例的自适应阵列无线通信设备的接收系 统的配置的示例的框图。
图2是示出了根据本实施例的自适应阵列无线通信设备的传送系
统的配置的示例的框图。
图3是解释根据本实施例的控制单元的控制操作的流程图。
图4是示出了天线元件确定处理的概况的图示。
图5是示出了所选天线的确定的第一示例的流程图。
图6是示出了所选天线的确定的第二示例的流程图。
图7是示出了天线选择更新时间的控制的第一示例的流程图。
图8是示出了天线选择更新时间的控制的第二示例的流程图。
图9是示出了更新后的天线更新时间的上/下限的控制的示例的
流程图。
图10是示出了用于天线选择更新时间修正的控制的示例的流程图。
图11是示意性地示出了图10中的处理概况的图示。 图12是示出了天线元件方向性的示例的图示。附图标记说明
10-自适应无线通信设备，20R-接收系统，20S-传送系统，21-天 线阵列单元，211-圆柱反射板，22-RF单元，23-天线元件选择单元， 24-阵列权重计算单元，25R-加权合成单元，25A-加权单元，26-控制 单元，以及27-天线开关。
具体实施例方式
以下将参照附图对本发明的实施例进行描述。 图1和图2是示出了根据本实施例的自适应阵列无线通信设备的 配置示例的框图，其中图l示出了接收系统，以及图2示出了传送系统。
为了实现自适应阵列处理中的处理量的降低和收敛速度的提高， 根据本实施例的自适应无线通信设备10从配置自适应阵列的多个天 线元件中确定用于传送/接收的天线元件。在本实施例中，通过基于在 多个天线元件处接收的接收信号的权重系数来确定用于传送/接收的 天线元件，对所确定天线元件的接收信号进行加权，并控制天线的方 向性，有效地减小了加权合成的处理量，以提高收敛速度并提高天线 的方向性。
应注意，在本实施例中，"权重系数(阵列权重)的绝对值"表示 复数权重的幅度。
此外，选择具有大绝对值的权重系数的天线元件的原因在于，具 有大绝对值的权重系数加权的信号对于加权和信号的质量的改进起到 重要的作用。
在本实施例中，提供了一种使用多个(三个或更多)天线元件的 阵列天线传送/接收系统，其中，从天线元件中自适应地确定天线元件 的最佳部分，并仅将自适应阵列应用于所确定的元件。由此，提供了 一种自适应阵列传送/接收设备，其减小了处理量并提高了收敛速度， 同时使用反射板或方向性天线元件来使传送/接收的覆盖范围加倍。
在本实施例中，根据诸如MMSE之类的标准，对于特定用户， 从所有接收天线元件中自适应地确定天线元件的最佳部分。 此外，在相应用户的下一接收时隙中，计算阵列权重，并仅将自 适应阵列应用于所确定的个数的天线。
此外，间歇地执行从所有接收天线元件中自适应地确定天线元件 的最佳部分的处理，以动态地跟踪传送/接收方之间的无线电波情况。
此外，根据传送/接收方之间的无线电波情况的波动，来自适应地 调整用于执行确定天线元件的最佳部分的处理的时间间隔。
此外，在本实施例中，当成圆形地设置阵列的天线元件(这里， 也可以将方形、三角形设置认为是圆形设置)时，将反射板放置在该 圆内。可选地，将方向性天线用于阵列元件，以强制地阻断来自不必 要的方向的接收和/或至不必要的方向的传送。由此，配置该设备，以 抑制所确定的天线元件的频率改变、提高接收灵敏度、增加传送方向 的传输功率同时保持发射机的传输功率、或者减小发射机的传输功率 同时保持传送方向的传输功率。
以下，将使用图1和2的接收系统20R和传送系统20S作为示例 来具体地解释本实施例的自适应阵列无线通信设备。
应注意，在这里为了便于解释，作为示例，将对阵列是圆形的并 应用于移动通信的基站的情况进行解释。
如图1所示，接收系统20R具有天线阵列单元21，具有圆形状 态设置的多个阵列天线元件ANT-1至ANT-N和圆柱形的反射板 (RFLCT) 211; RF单元(RF前端单元)22R;为每个用户设置的天 线元件选择单元(ANTSEL) 23R;用作阵列权重生成单元的阵列权重 计算单元(AWCAL) 24R;用作加权单元的加权求和单元(WSYNT) 25R;以及作为主要组件的控制单元(CTL) 26R。
在图1中，用户USR-1至USR-K的接收单元RCVU-1至RCVU-K 的每个由天线元件选择单元23R、阵列权重计算单元24R和加权合成 单元25R形成。此外，在图1中，RS1指示用户USR-1的接收信号， RS2指示用户USR-2的接收信号，以及RSK指示用户USR-K的接收 信号。
如图2所示，按照与接收系统相同的方式，传送系统20S具有 天线阵列单元21，具有圆形状态设置的多个阵列天线元件ANT-1至
ANT-N和圆柱形的反射板(RFLCT) 211; RF单元(RF前端单元) 22S;天线元件选择单元(ANTSEL) 23S;用作阵列权重生成单元的 阵列权重计算单元(AWCAL)24S;用作加权单元的加权单元(WEIT) 25A;控制单元(CTL)26S;以及作为主要组件的天线开关(ANTSW) 27。
在图2中，每个用户USR-1的接收单元RCVU-1由天线元件选择 单元23S、阵列权重计算单元24S和控制单元26S形成。此外，在图 2中，用户USR-1的传送单元TRNSM1由加权单元25A和天线开关 27形成。
RF单元22将天线元件ANT-1至ANT-N的接收信号转换至基带， 通过模拟/数字转换器将它们数字化，并将它们作为接收信号XI、 X2、 ...XN输出。
图1仅示出了接收，但是在传送的情况下，RF单元22S还具有 传送/接收幵关单元(双工器)，用于将基带信号上变频至传送频率， 以使传送和接收能够共享天线元件ANT-1至ANT-N。
天线元件选择单元23使用所有天线元件ANT-1至ANT-N、或者 根据来自控制单元26的控制信息而使用控制单元26所指定的M个天 线，来输出所接收的信号。
阵列权重计算单元24通过使用来自天线元件选择单元23的输出 信号和来自控制单元26的控制信息，根据MMSE等标准计算阵列权 重。
将阵列权重计算单元24所计算的阵列权重发送至控制单元26以 及加权求和单元25R或加权单元25A。
加权求和单元25R通过从阵列权重计算单元24发送的阵列权重 来对天线元件选择单元23的输出信号进行求和，并作为用户的接收信 号而输出结果。
此外，加权单元25A根据从阵列权重计算单元24发送的阵列权 重来对用户的传送信号进行加权。
控制单元26基于从阵列权重计算单元24发送的阵列权重信息， 来确定用于通信的天线元件的组合(天线元件确定单元)，并将信息发
送至天线元件选择单元23和阵列权重计算单元24.
此外，控制单元26获知用于天线元件的确定的时段，从而跟踪 信号环境随传送/接收的另一方的波动速率；基于所获知的结果来调整 用于天线元件的确定的时段；并向天线元件选择单元23 (天线元件确 定时段的控制单元)通知用于天线元件的确定的定时。
更具体地，控制单元26具有如方向性控制单元的功能，用于基 于加权信号来控制阵列天线元件的方向性，并具有间歇地确定天线元 件的功能。此外，控制单元26具有如天线元件确定时段的控制单元的 功能，用于基于控制单元236所确定的天线元件的信息来调整确定用 于通信的天线元件的时段。
通过将控制单元26所确定的天线元件的组合与在前确定的天线 元件的组合进行比较，来调整该时段，当这两个组合相同时使该时段 变长，以及当这两个组合不同时使该时段变短。
此外，通过计算控制单元26所确定的天线元件中的当前阵列权 重矢量与在前阵列权重矢量的内积来调整该时段，当该内积大于阈值 时使该时段变长，当该内积小于阈值时使该时段变短。
此外，控制单元26对该时段进行调整，从而在该时段长于提前 设置的时间时，将该时段设为该设置时间。然而，还可以计算控制单 元26确定的天线元件中的当前阵列权重矢量与在前阵列权重矢量的 内积，从而在该内积小于阈值时，在下次生成权重系数时使用所有天 线元件。
以下，将进一步详细解释控制单元26。
这里，为了便于解释，将作为示例对用户l的接收进行解释(见 图3)。当存在多个用户时，这些用户独立地执行与用户1相同的处理。
图3是用于解释根据本实施例的控制单元的控制操作的流程图。
图4是示出了天线元件确定处理的概况的图示。
在开始接收时，控制单元26控制天线元件选择单元23，从而使 用在基站中提供的所有天线元件(ST1)。
阵列权重计算单元24根据MMSE等标准，使用所有天线元件的 接收信号X1、 X2、 ...、 XN来计算阵列权重W1、 W2、 ...、 WN。当接收到这些计算结果时，控制单元26确定用于通信的天线(ST2、 ST3)。
在步骤ST3中确定天线的过程中，例如在图5所示的示例中，首 先，按照从阵列权重计算单元24所计算的阵列权重(权重系数)的最 大绝对值开始的顺序对(多个)天线进行排序，并存储为表(列表)。 当存在多个用户时，针对多个用户，将这些排序后的表(列表)准备 好并存储(ST31)。
在恒定的时间间隔之后，继续执行这些类型的排序和表的准备。 应注意，这里"恒定时间间隔"是指"天线选择更新时间"(例如1秒) Tantupd o
接下来，基于准备好的表，按照从阵列权重的最大绝对值开始的 顺序确定M (<N)个天线元件(ST32)。
在图3中，对于表准备好之后的预定经过时间(表准备好之后经 过的时间)TpAss，输入0。当达到了用于计算阵列权重的信号接收的 时间时(ST5)，使天线元件选择单元23选择控制单元26所确定的M 个天线元件(ST6)，并使天线元件选择单元23继续使用那M个天线，
直至发布下一指令(直至经过了天线选择更新时间tantupd) (ST7)。
应注意，作为确定天线的另一方法，还存在如下方法，用于根据 基于MMSE等标准所计算的阵列权重来选择天线元件，但是不确定固 定的M个元件，而是如图6所示，将具有与图6所示的因素(阵列权 重绝对值的最大权重)相比例如1/10或更大的绝对值的天线元件确定 为用于通信的天线元件(ST33)。
以这种方式，根据基于MMSE等计算的阵列权重来确定用于通 信的天线元件，因而总是可以选择最佳天线元件，而不考虑复杂的无 线电波环境。
接下来，当表准备好之后所经过的时间TPASS大于天线选择更新 时间TANTUPD，换言之，当表准备好之后经过了天线选择更新时间 TANTUPD (ST8)，则控制单元26使天线元件选择单元23再次选择所有 天线元件(ST9)，以及阵列权重计算单元24基于MMSE等针对所有 天线元件来计算阵列权重(STIO)。然后，控制单元26通过最新计算
的阵列权重来确定用于随后的通信的天线元件(STll)。
在确定了天线元件之后，对于表准备好之后经过的时间TpASs,输
入0 (ST12)，用于控制天线选择更新时间TANTUPD (ST13)。此外， 例如对天线选择更新时间TANTUPD的上/下限进行控制(ST14)。当达 到了用于接收计算阵列权重的信号的定时时，使天线元件选择单元23 选择控制单元26所确定的M个天线元件(ST15)，并使天线元件选 择单元23继续使用这M个天线，直至发布下一指令(直至经过了天 线选择更新时间TANTUPD) (ST16)。
此外，如图7所示，控制单元26将当前所选天线元件的组合与 在前所选天线元件进行比较(ST41)。
当上述组合相同时，山于信号环境稳定而增加天线选择更新时间 Tantupd (S丁42)。
另一方面，当上述组合不同时，无线电波环境不稳定，因而必须
立即更新选择，所以减小天线选择更新时间TANTupD (ST43)。
通过这样来调整天线选择更新时间，可以控制阵列以跟踪无线电 波情况随传送/接收的另一方的波动，同时减小天线元件的无用确定和 选择的次数，并减小处理量。
应注意，对于获知天线选择更新时间的方法，如上所述，不同于
将该组合与在前所选的M个天线元件进行比较的方法，如图8所示， 还存在如下方法使用阵列权重作为矢量，计算与在前计算的阵列权 重矢量的内积INNPRO (ST51)，在该内积小于阈值(例如0.5) TH 时减小天线选择更新时间TANTUPD (ST52、 ST53)，并在该内积大于阈 值TH时增大天线选择更新时间TANTUPD (ST52、 ST54)。
此外，当天线选择更新时间T^tupd过长时，存在终端移动到所
选天线的方向性范围外部的可能性，因而设置天线选择更新时间 TANTUPD的更新上限时间TUPDIiMT。
例如，在图9的示例中，当天线选择更新时间超过了更新上限时
间TupDLMT时，为此输入天线选择更新时间TANTUPD的更新上限时间
T訓lmt (ST61、 ST62)。
如图10所示，作为另一方法，可以考虑如下方法通过短于天
线选择更新时间tantupd但长于阵列权重计算时段(时段)Pawcal的 时段，计算在前阵列权重和当前阵列权重的内积；以及在该内积小于
阈值时使用所有天线元件(缩短天线选择更新时间TANTUPD) (ST71 至ST75)。
在图10中，当内积验证之后的时间T!丽VRF超过该内积验证时段
PINNVRF (ST71)时，计算所有天线中的当前阵列权重矢量和在前阵列 权重矢量的内积INNPRO (ST72)。当内积INNPRO超过阈值TH时， 从下一阵列权重计算使用信号的接收时刻起选择所有天线(ST74)， 并将0输入内积验证之后的时间TINNVRF。当内积INNPRO大于阈值 TH时，无需经过步骤ST74而将0输入内积验证之后的时间TINNVRF。 图11示意性地示出了图10中处理的概况。
在图11中，以与所述方式相同的方式，在短于天线选择更新时
间tantupd但长于阵列权重计算时段pawcal的时段(内积验证时段) Pj丽vrf处计算在前阵列权重和当前阵列权重的内积。
然后，当计算结果小于阈值TH时，在由<八>所指示的时间点处 选择所有天线，尽管最初在图中〈B〉所指示的时间点处选择所有天线。
此外，为了抑制控制单元26中的天线元件的频率确定，在本实 施例中，在以圆形状态设置阵列元件的情况下，使用反射板或方向性 天线来强制地阻断不必要方向上的接收。
由此，抑制了控制单元26中的天线元件的频率确定，可以使天 线元件阵列元件确定的时段更长，并相应地减小处理量。
例如，使用反射板来阻断不面向移动终端用户方向(对于方向性 天线而言相同)的阵列元件的接收，并不草率地选择相反侧的天线元 件，通常稳定地选择面向该用户方向的天线元件。
由于这些因素和本实施例天线元件的确定时段的已知特征，天线 元件的频率确定并不必要，所以可以相应地减小处理量。
此外，在本实施例中，由于设置并利用了反射板或方向性天线， 所以仅在所需方向上接收和/或传送信号，所以在传送/接收方向上大 大地增加了接收灵敏度和传输功率，并且扩展了一个基站所能覆盖的 范围。可以使用反射板或方向性天线。不必同时使用。此外，当利用方 向性天线元件时，期望元件的方向可以覆盖一半的面向该圆外部的板。 然而，当将图12中示出的所有元件的方向组合时，也可以利用具有大 到足以覆盖整个板的方向性的天线元件。
反射板的提供或方向性天线的使用改进了本发明的效果，但是并 不是本发明所实质需要的。
此外，在图2中示出的传送系统20S中，当使用根据接收信号而计算的阵列权重时，由于所确定天线之外的天线不具有权重，所以在天线开关27处断开这些天线的输出。
如上所述，针对特定用户，通过不是向配置阵列的所有天线元件、 而是仅向适于通信的天线元件的一部分应用自适应阵列，减小了处理 量，并且可以提高自适应阵列的收敛速度。同时，通过在圆内提供反 射板、或者使用方向性天线，阻断了来自不需要的方向的接收和/或至 所需要的方向的传送，所以可以降低传输功率、或者可以大大增加所 覆盖的距离。
如上所述，根据本实施例的自适应阵列无线通信设备IO，基于加 权信号来控制阵列天线的方向性，间歇地确定天线元件，并可以基于 控制单元26所确定的天线元件的信息来调整确定天线元件的时段，因 而获得了以下效果。
针对特定用户，采用配置了阵列的天线元件的一部分，并将自适 应阵列应用于接收和/或传送，因而处理量小并且收敛速度快。
可以采用减小了处理减小量的相对较小的DSP，并且可以减小功耗。
此外，当选择了天线元件时，通过使用诸如MMSE之类的最佳 标准来选择天线元件，因而总是可以自适应地选择最佳天线元件，而 不用考虑复杂的信号环境，在不会使自适应阵列的性能降级的情况下 了减小处理量，并且可以提高收敛速度。
定期地确定天线元件，因而可以跟踪无线电波环境的波动。此外， 通过学习(learning)来调整天线元件的开关时段，因而可以没有延时 地跟踪在无线电波环境中具有快速波动的传送/接收的另一方，并且不
必对于在无线电波环境中具有慢或无波动的传送/接收的一方执行任 何无用的操作。
通过选择天线元件的最佳部分，很好地利用了自适应阵列的应用 特征，采用方向性天线(或者反射板)，并仅沿所需方向接收和/或传 送信号，可以增加自适应阵列所能覆盖的距离，或者可以减小发射功 率。
例如，当采用能够覆盖水平面上半部分的方向性天线时，对于没 有被该方向所覆盖的另一半，无法传送/接收信号，而在所覆盖的一半 中，接收灵敏度和传输功率可以加倍。
因此，配备了根据本实施例的自适应阵列的传送/接收设备(例如 移动通信的基站)的覆盖范围可以扩展，以及因此，可以减小所部署 的基站个数。
应注意，在本实施例的自适应阵列无线通信设备10中，使用反 射板或方向性天线，因而通过阻断来自不需要的方向的接收，抑制了 控制单元26中的天线元件的频率确定，可以使天线元件的选择时段更 长，相应地减小了处理量。
例如，通过反射板(对于方向性天线而言相同)阻断不面向移动 终端用户方向的天线元件的接收，因而并不草率地选择相反侧的天线 元件，通常稳定地选择面向该用户方向的天线元件。
由此，并且由于本实施例确定时段的已知特征，天线元件的频率 确定并不是必需的，可以相应地减小处理量。
工业应用
根据本发明的自适应阵列无线通信设备及其方法，处理量小并且 收敛速度快，以及可以适当地选择适于传送/接收的天线元件，因而可 以将此应用于移动终端或其他通信系统的基站等。
权利要求
1、一种自适应阵列无线通信设备，具有由多个天线元件配置的阵列天线，所述自适应阵列无线通信设备包括阵列权重生成单元，用于生成在多个天线元件处接收的接收信号的权重系数；天线元件确定单元，用于基于在阵列权重生成单元处生成的权重系数来确定用于传送/接收的天线元件；加权单元，用于对天线元件确定单元所确定的天线元件的接收信号和/或传送信号进行加权；以及方向性控制单元，用于通过加权单元的加权来控制天线阵列的方向性。
2、 一种自适应阵列无线通信设备，具有由多个天线元件配置的 阵列天线，所述自适应阵列无线通信设备包括阵列权重生成单元，用于生成在多个天线元件处接收的接收信号的权重系数；天线元件确定单元，用于基于在阵列权重生成单元处生成的权重 系数来确定用于传送/接收的天线元件；加权单元，用于对天线元件确定单元所确定的天线元件的每个接 收信号和/或每个传送信号进行加权；方向性控制单元，用于通过加权单元的加权来控制天线阵列的方 向性；以及天线元件确定时段的控制单元，用于控制所述天线元件确定单 元，从而间歇地执行天线元件的确定，以及用于基于天线元件确定单 元所确定的天线元件的信息来调整天线元件确定单元的确定时段。
3、 如权利要求2所述的自适应阵列无线通信设备，其中通过将 所述天线元件确定单元所确定的天线元件的组合与在前确定的天线元 件的组合进行比较，来调整所述时段，当这两个组合相同时使所述时 段变长，而当这两个组合不同时使所述时段变短。
4、 如权利要求2所述的自适应阵列无线通信设备，其中通过计 算所述天线元件确定单元所确定的天线元件中的当前阵列权重矢量与 在前阵列权重矢量的内积来调整所述时段，当所述内积大于阈值时使 所述时段变长，而当所述内积小于阈值时使所述时段变短。
5、 如权利要求2所述的自适应阵列无线通信设备，其中所述天 线元件确定时段的控制单元对所述时段进行调整，从而在所述时段长 于提前设置的时间时，将所述时段设为所述提前设置的时间。
6、 如权利要求2所述的自适应阵列无线通信设备，其中所述天 线元件确定时段的控制单元计算所述天线元件确定单元所确定的天线 元件中的当前阵列权重矢量与在前阵列权重矢量的内积，并控制所述 天线元件确定单元，从而在所述内积小于阈值时，在下次生成权重系 数时使用所有天线元件。
7、 一种无线通信方法，用于通过具有由多个天线元件配置的阵 列天线的自适应阵列无线通信设备进行无线通信，所述无线通信方法 包括阵列权重生成步骤，用于生成在多个天线元件处接收的接收信号的权重系数；天线元件确定步骤，用于基于在阵列权重生成步骤中生成的权重 系数来确定用于传送/接收的天线元件；加权步骤，用于对天线元件确定步骤所确定的天线元件的接收信 号和/或传送信号进行加权；以及方向性控制步骤，用于通过加权步骤的加权来控制天线阵列的方 向性。
8、 一种无线通信方法，用于通过具有由多个天线元件配置的阵 列天线的自适应阵列无线通信设备进行无线通信，所述无线通信方法包括阵列权重生成步骤，用于生成在多个天线元件处接收的接收信号的权重系数；天线元件确定步骤，用于基于在阵列权重生成步骤中生成的权重 系数来确定用于传送/接收的天线元件；加权步骤，用于对天线元件确定步骤所确定的天线元件的每个接收信号和/或每个传送信号进行加权；方向性控制步骤，用于通过加权步骤的加权来控制天线阵列的方向性；以及天线元件确定时段的控制步骤，用于控制所述天线元件确定步骤，从而间歇地执行天线元件的确定，以及用于基于天线元件确定步骤所确定的天线元件的信息来调整天线元件确定步骤的确定时段。
9、 如权利要求8所述的无线通信方法，其中通过将所述天线元 件确定步骤所确定的天线元件的组合与在前确定的天线元件的组合进行比较，来调整所述时段，当这两个组合相同时使所述时段变长，而当这两个组合不同时使所述时段变短。
10、 如权利要求8所述的无线通信方法，其中通过计算所述天线元件确定步骤所确定的天线元件中的当前阵列权重矢量与在前阵列权重矢量的内积，来调整所述时段，当所述内积大于阈值时使所述时段变长，而当所述内积小于阈值时使所述时段变短。
11、 如权利要求8所述的无线通信方法，其中所述天线元件确定时段的控制步骤对所述时段进行调整，从而在所述时段长于提前设置的时间时，将所述时段设为所述提前设置的时间。
12、 如权利要求8所述的无线通信方法，其中所述天线元件确定 时段的控制步骤计算天线元件确定步骤所确定的天线元件中的当前阵列权重矢量与在前阵列权重矢量的内积，并控制所述天线元件确定步骤，从而在所述内积小于阈值时，在下次生成权重系数时使用所有天线元件。
全文摘要
一种自适应阵列无线通信设备及其方法，能够适当地选择处理量小、收敛速度快、并适于传送/接收的天线元件，所述设备基于阵列权重来控制阵列天线元件的方向性，控制天线元件选择单元23，从而间歇地确定天线元件，并基于在控制单元26处确定的天线元件的信息来调整天线元件的确定时段。
文档编号H01Q3/26GK101208829SQ20068002340
公开日2008年6月25日 申请日期2006年4月27日 优先权日2005年4月27日
发明者冲野健太, 木村滋, 童方伟 申请人:京瓷株式会社