专利名称：：天线阵中用于自适应波束成型的装置以及方法
技术领域：
：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wupt=Rxx-1rxd------(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)wopt＝[w1，w2，...w(n-1)，w(n-2)]T是这些n个支路的优化权重矢量；iii)rxd＝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)Rxx是接收到的信号互相关矩阵，等于E[x*xT]；v)Rxx-1表示矩阵的逆矩阵Rxx；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。计算一连续信息帧必需的波束成形系数必须从接收信号来估算，因为相关矩阵Rxx和rxd不能直接得到(因为在接收到与这些矩阵有关的信号之前不可能知道这些相关矩阵)。在这一点上，估算(用一横线来表示)利用以下式子，适合用于计算一后续帧(n+1)的近似权重Rxx-(n+1)=1BΣk=n-B+1nx*(k)xT(k)-----(2)]]>其中B是每次估算中所考虑的采样部分(如脉冲串)的数目(在某些情形下，每帧包含可能不止一个脉冲串)，它的说明可参阅J.H.Winters的“SignalAcquisitionandTrackingwithAdaptiveArraysintheDigitalmobileRadioSystemIS-54withFlat-Fading”，发表在1993年11月42(4)的IEEETransactionsonVehicularTechnology第377-384页上。同样，相关矩阵的估算是基于实际接收信号的。同样，一般需要可靠的经过改进的机制(主要是提高效率)来计算波束成形系数。用于接收和发送从一自适应天线单元阵来的信息的装置，该装置包括存储装置，用于保存接收信息，其特征在于一个预测滤波器，它通过响应接收信息，用于估算在至该装置至少一次将来传输中由该装置可能接收到的信息，以及合并先前接收信息和预测信息用以产生波束成形系数的装置，波束成形系数用于加权随后由该自适应天线单元阵发送的信息，这样就允许至该装置的至少一次将来传输中，在该装置接收到信息之前，计算波束成形系数。本发明的第二点是它提供了一种在包含一自适应天线单元阵的装置中接收和发送信息的方法，该方法包括存储接收信息的步骤，其特征在于以下步骤通过响应接收信息，在至该装置至少一次的将来传输中估算被该装置可能接收到的信息；以及用于合并先前接收信息和预测信息以产生波束成形系数，用于加权随后由该自适应天线单元阵发送的信息，借此允许在至该装置至少一次将来传输中，在该装置接收到信息之前，计算波束成形系数。现在将结合附图对本发明的例示实施方式进行描述。图1表示的是采用现有技术的双工通信信道。图2表示的是本发明结合图1中的双工通信信道来实现时，定时得到的相应的改进。图3表示用于自适应波束成形的机制和装置(对应于本发明的优选实施方式)的功能图。参看图1，所表示的是采用现有技术的双工通信信道10，它包括多个帧12-18(在此特例中，为简洁起见仅例示了四帧)。每个帧分成8个分离时隙t0-t7(然而系统对应的时隙数目以及每个时隙的持续时间可能不同)。可以理解，该双工通信信道10可以是一业务信道(TCH)或广播控制信道(BCCH)，这些不同形式信道的明显区别是在BCCH中，至少分配一个专门时隙(通常是t0)用于系统控制目的。如果我们将双工通信信道10看成一TCH，那么时隙t0通常用作下行链路，而时隙t3将用作对应的上行链路。其余的时隙将以类似的方式被分配/配对。因此，在本例中，每个帧12-18在下行链路传输与上行链路接收之间产生两个时隙的缓冲；以及，如上面的解释，在相邻帧中的上行链路接收与下行链路传输之间产生四个时隙(t4-t7)的缓冲20。显然，在移动单元情形下，缓冲刚好相反。根据等式2，每个脉冲串传输可(从一训练序列的位的互相关，训练序列可以如在GSM中的中级缓行(mid-amble)序列)推得一帧k的接收信号矢量x(k)，同时每次估算要求的脉冲串的数量根据Rxx的预测变化率作相应的调整。然而，等式2要用到x(n)，因此可利用的时间限制在诸如基站或移动单元之类的通信装置的信息接收和发送之间。本发明的优选实施方式是利用线性预测滤波，提供前一传输脉冲串中可能被接收的接收信号样值x(n)的估算，并将此估算与从实际(先前接收到的)信号获得的接收信号样值合并，这些实际信号从任意(预定)数目脉冲串或帧接收，如三帧。可以理解，线性预测滤波可以用以下等式来表示x-(n)-Σm=n-Mn-1amTx(m)------(3)]]>其中i)am是用本领域普通技术人员所熟知的技术获得的滤波器系数矢量(参看SimonHaykin所著的参考书“AdaptiveFilterTheory”第二版，NewJersey，U.S.A.；Prentice-Hall，1986.ISBN0-13-01326-5中优化选择am的方法)；ii)M是线性预测滤波器长度；iii)m是整数标号；iv)n是当前帧。因此，与本发明优选实施方式相对应的相关矩阵的估算利用下式实现Rxx-(n+1)=1B(Σk=n-B+1n-1x*(k)xT(k)+x*-(n)xT-(n))---(4)]]>因此本发明的机制允许波束成形系数在脉冲串接收之前就被算得(因为先前接收到的信号影响到后面的波束成形系数)，例如在图1的基站情形中是在时隙t3之前。从而在数据的接收与传输之间获得了可用于处理的<p>表1</tables>评价如从表1结果可显见地，在本发明的实施例1～6中所制得的非水电解液电池隔膜用非织造布，其膜厚不匀指数Rpy低，与电极的密合性良好，因此具有优异的电极卷绕性等电池加工性，可以制得电流容量高的非水电解液电池。又，实施例1中的非织造布因未作热辊轧压处理；还有实施例5的非织造布因其处理温度为40℃，所以热辊轧压处理的效果差，其电极卷绕性等的电池加工性能也稍差。另一方面，实施例7及实施例8的非水电解液电池隔膜用非织造布，因为其膜厚不匀指数Rpy高，与电极的密合性恶化，因此其与电极卷绕性等的电池加工性也差，成为电流容量低的非水电解液电池。又，实施例3及8中的非织造布因在微玻璃纤维中含有阻碍电池反应的氧化钠，所以其电池保持性能稍差。实施例9将聚丙烯纤维(大和纺织公司制PZ，0.7d×5mm)65％和聚烯烃系热粘结纤维(大和纺织公司制NBF-H，0.7d×5mm)35％混合分散于水中，配制得到浆料，使用圆网抄浆机进行湿法抄浆制造，在湿部分加上强湿挤压，制得单位面积重量为25g/m2、厚50μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。在一发送通路，存储在缓冲器49中数据与先前帧相关，它被输入到根据等式3来计算x的信号预测器68中。存储在缓冲器49中的数据x还输入到相关矩阵估算器70(它对x作进一步的响应，它还对存储在寄存器54中的训练序列s的复制进行响应)中，由它完成等式4或等式5，生成和。一个二次权计算器72(它可能是权计算器56)接收和来完成等式1以生成wopt的值(用于该发送通路)，它们在波束成形器74(它可能是波束成形器58)中用于从诸如调制解调器或键盘等输入装置来的数据76。从波束成形器74来的一个输出耦合给调制器80阵列，而调制器阵列80反过来提供编码输出信号82给发射器48，最终通过天线开关阵列44提供给天线单元阵列41。可以理解，相关矩阵估算器52和70、权计算器56和72、波束成形器58和74以及信号预测器68的典型实现在一微处理器90中，而寄存器54可位于该微处理器90的内部(如图所示)或外部。由该通信装置在该脉冲串期间接收到的信息例如可以是数据或编码语音。详细地说，在数据场合下，开始通信时可能有多个帧被缓冲以允许进行精确的发送波束成形。然而，在语音通信情形下，有必要用估算所得的波束成形系数以及覆盖区域的全方位模式来开始通信，借此来优化初始加权因子，然后在最早可能时间即至少一个脉冲串传输被接收以后引入本发明机制。尽管本发明是结合GSM泛欧数字蜂窝通信系统来描述的，本发明可应用于任何双向系统，包括那些使用时分复用(TDM)协议、声波以及双工系统。而且，本发明的实施方式可以是在某个移动单元中，或者是在某个控制多个移动单元的基站中。当然可以理解，本发明在此仅给出了示例，可以在本发明范围内作细节上的修改，如预测滤波技术(该预测滤波技术的使用可以结合实际的数据接收，而无需局限于本发明例示实施方式中所描述的线性预测滤波)在紧接着的脉冲串传输之前可能超过一帧。这样，尽管处理时间会增加，但精度会相应提高。权利要求1.用于从某自适应天线单元阵(41)接收和发送信息(42)的装置(40)，该装置包括存储装置(49)以用于存储接收信息(x)，其特征在于一预测滤波器(68)，响应于接收的信息，在至该装置的至少一次将来传输中估算可能被该装置接收的预测信息；用于合并先前接收信息(x)和此预测信息(x)的装置(70)，以生成波束成形系数(wopt)，用于加权随后由自适应天线单元阵(41)发送的信息(76)，从而允许至该装置的至少一次将来传输中，在该装置接收到信息之前，计算波束成形系数。2.根据权利要求1，其中预测滤波器(68)是一线性滤波器，形式如下x-(n)=Σm=n-Mn-1amTx(m)]]>其中i)x是预测所得信息；ii)am是滤波器系数矢量；iii)x(m)是接收信息；iv)T是矢量传输函数，它的行用列替换，反之亦然；v)M是线性预测滤波器长度；vi)m是整数标号；vii)n是当前帧。3.根据权利要求2的装置，其中用于合并的装置(70)包括一相关矩阵估算器，它根据下式估算预测所得信息(x)与接收信息(x)之间的相关矩阵1B(Σk=n-B+1n-1x*(k)xT(k)+x*-(n)xT-(n))]]>其中i)x＝[x1，x2，...x(n-1)，x(n-2)]T是在自适应天线单元阵中的接收信号矢量；ii)x*是x的复共轭；以及iii)B是每次估算中所考虑的样值部分的数量。4.根据权利要求2的装置，其中用于合并的装置(70)包括一相关矩阵估算器，它根据下式估算预测所得信息(x)与接收信息(x)之间的相关矩阵1B(Σk=n-B+1n-1c(k-n+B)x*(k)xT(k)+c(B)x*-(n)xT-(n))]]>其中i)x＝[x1，x2，...x(n-1)，x(n-2)，]T是在自适应天线单元阵中的接收信号矢量；ii)x*是x的复共轭；iii)B是每次估算中所考虑的样值部分的数量；iv)c是一常数集合[c(1)...c(B)]，对应与相关矩阵的预测变化率。5.根据前述权利要求的装置，其中信息的接收和发送是在脉冲串中。6.根据权利要求5的装置，其中脉冲串是在一时分复用(TDM)通信系统中。7.根据权利要求5和6的装置，其中接收信息是从预定数量的脉冲串得到的。8.根据前面任何权利要求的装置，其中该装置是一基站。9.根据权利要求1到7的任意一项的装置，其中该装置是一移动单元。10.一种用于在包含一自适应天线单元阵(41)的装置(40)中接收和发送信息的方法，包括存储(49)接收信息(x)的步骤，其特征在于如下步骤响应于接收信息(x)，在至该装置的至少一次将来传输中，估算(68)可能被该装置接收的预测(x)；以及，合并(70)先前接收信息和该预测信息，以产生波束成形系数，用于加权随后由该自适应天线阵发送的信息，从而允许信息在至该装置的至少一次将来传输中，在该装置接收到信息之前，计算波束成形系数。全文摘要一种用于从一自适应天线单元阵来接收和发送信息的装置和方法,其中一预测滤波器(68)提供在紧接着的一次传输脉冲串中可能被接收的接收信号样值(x(n))的估算。将此估算x(n))与从实际(先前接收到的)信号获得的信号样值(x)合并(70),以生成优化波束成型系数w文档编号H01Q3/26GK1179856SQ96192944公开日1998年4月22日申请日期1996年12月16日优先权日1996年12月16日发明者西蒙·桑德斯申请人:摩托罗拉有限公司