專利名稱：Mud致能蜂巢式網(wǎng)絡(luò)用簡單天線的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種智能型天線，更精確地說，本發(fā)明是針對在蜂巢網(wǎng)絡(luò)中使用的智能型天線，其中該網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送/接收單位及/或基地臺使用多用戶偵測(MUD)。
背景技術(shù)：
在此之后，一個無線發(fā)送/接收單位(WTRU)包含但不限制于一使用者裝置、移動基地臺固定或移動用戶單位、呼叫器、或可在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下操作的任何型式的裝置。之后所提到的一基地臺包括但不限制于一基地臺、節(jié)點B、網(wǎng)點控制器、存取點或其它在無線網(wǎng)絡(luò)中的接口裝置。
一個智能型天線系統(tǒng)通常指的是一個由數(shù)個發(fā)送及/或接收天線組件合起來的組合體，以一個使用這些天線的信號處理協(xié)議來增進(jìn)信號接收的品質(zhì)以及蜂巢網(wǎng)絡(luò)的容量。
智能型天線已經(jīng)被廣泛的研究并且已經(jīng)顯示在效果增進(jìn)方面的高度潛能。然而，大多數(shù)現(xiàn)行智能型天線技術(shù)的一個主要缺陷即在于，要在效果方面有超過微小的提升，其所需求有很大的復(fù)雜度。此問題在也使用多用戶偵測(MUD)技術(shù)的系統(tǒng)中會更加惡化，此外，現(xiàn)行智能型天線技術(shù)僅能在每一WTRU最大化其接收功率，但不能應(yīng)付對其它使用者或來自其它使用者的干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭示一個在蜂巢網(wǎng)絡(luò)使用的智能型天線的方法及裝置，其中該網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送/接收單位及/或基地臺使用多用戶偵測(MUD)。本發(fā)明將對其它使用者或來自其它使用者的干擾列入考慮，以在消除或減低干擾信號時能最大化所需的信號，因此，整個系統(tǒng)容量將會增大。


圖1所示為一與本發(fā)明有關(guān)的蜂巢地區(qū)，其具有在與一單一WTRU連結(jié)的涵蓋地區(qū)的隔離區(qū)域。
圖2所示為一邏輯方塊圖，其是與本發(fā)明有關(guān)的發(fā)送器的簡單智能型天線程序。
圖3所示為一實體方塊圖，其是與本發(fā)明有關(guān)的發(fā)送器的簡單智能型天線程序。
圖4所示為一邏輯方塊圖，其是與本發(fā)明有關(guān)的接收器的簡單智能型天線程序。
圖5所示為一實體方塊圖，其是與本發(fā)明有關(guān)的接收器的簡單智能型天線程序。
具體實施例方式
本發(fā)明將參照附圖進(jìn)行說明，其中相對應(yīng)的標(biāo)號代表相對應(yīng)的組件，本文中大體上相近的描述皆適用于某些變型的發(fā)送器和接收器處理程序。在兩個實施例中，為每一使用者建立一個波束模式，以便接收自或發(fā)送至目標(biāo)使用者方向的信號功率會比接收自或發(fā)送至其它使用者方向的信號功率要強。
圖1所示為一波束模式10，其是供以一單一無線發(fā)送接收單元(WTRU)WTRU-1 12使用。發(fā)送至或接收自WTRU-1 12的信號在其區(qū)域會加強而在其它區(qū)域會降低強度。因此，從或至WTRU-1 12的總信號噪聲比將會增加。從圖1中也可明顯看出該涵蓋地區(qū)也可能相當(dāng)復(fù)雜，在具有許多WTRUs的情況下，不太可能每個WTRU的信號都能完全分離，然而，即使部分分離也能于信號對噪聲比方面提供明顯的改進(jìn)。
圖1所示的技術(shù)當(dāng)應(yīng)用在發(fā)送信號時，就稱作為「波束成形」技術(shù)，而當(dāng)應(yīng)用在接收信號時，就稱作「智能型天線接收」。本技術(shù)的成效優(yōu)勢在于包含1)僅需較低數(shù)量的天線，例如一全方位涵蓋地區(qū)僅需三個(3)，或僅需更少于已經(jīng)如胞元區(qū)段般定向的涵蓋地區(qū)；2)低復(fù)雜度處理；以及3)在接收端以兼容MUD技術(shù)處理。
圖2所示為一系統(tǒng)于發(fā)送器處理被發(fā)送信號的邏輯方塊圖。雖然該方塊圖焦點集中在為一如WTRU-1 12的單一WTRU處理信號，但相似的結(jié)構(gòu)也可用在每一個WTRU上。如同圖2及圖3所示，該WTRU-1信號是借由一或更多無效的引進(jìn)，在降低該信號于其它WTRUs或其它WTRUs群組方位上貢獻(xiàn)度方面作線性處理。以WTRU-1舉例來說，該WTRU-1數(shù)據(jù)20在線性處理器24中對于WTRU-2至WTRU-5來說皆以無效處理，一旦處理完畢，該WTRU-1信號將于包含其它WTRU信號的增加器26中加至相似處理的信號，這些信號接著就經(jīng)由天線數(shù)組30發(fā)送出去。
圖3為一用以實行圖2架構(gòu)的實體方塊圖。為了簡化僅考慮三個WTRU’s。天線復(fù)雜加權(quán)數(shù){wi.j}會被計算以產(chǎn)生無效，其中i是表示設(shè)計好的用戶，而j則表示天線，該無效是移除或減少干擾以及將所需用戶的合成頻道功率增至最大。
該目標(biāo)即是將該所需用戶WTRU-1 12的接收功率放至最大，以及對其它用戶WTRU-2 14和WTRU-3 16的干擾功率降至最低。數(shù)學(xué)上來說，假設(shè)該所需用戶的標(biāo)示是1，則該天線加權(quán)數(shù)可以下列方程式1計算maxwiwiHRiwiwiHRi‾wi]]>限制|wi|＝1，i＝1，2，3；方程式1其中Ri=HiHHi]]>且Hi＝[h1ih2ih3i]，而hij是從天線i至用戶j的頻道脈沖響應(yīng)，且Ri‾=Σk≠iRk.]]>方程式1可以有效地表示成方程式2Riwi=λimaxRi‾wi]]>方程式2其中λimax是矩陣對(Ri， )的廣義特征值。特別注意的是，本方法與使用在現(xiàn)今3GPP標(biāo)準(zhǔn)的TXAA(發(fā)送適應(yīng)數(shù)組)有很大的差異，該系統(tǒng)僅將WTRU接收功率放至最大，并不會去理會對其它用戶的干擾。因為本發(fā)明著手將對其它用戶的干擾列入考慮，因此整個系統(tǒng)的容量也可以增加。
在接收端的處理也是執(zhí)行類似的結(jié)構(gòu)，如同第4和圖5所示的邏輯和實體方塊圖。發(fā)送端和接收端主要的差異在于1)該天線加權(quán)數(shù)的選擇是將所需信號功率放至最大，以及將對其它用戶的干擾降至最低；2)該智能型天線的處理是接續(xù)在多用戶偵測(MUD)處理器之后，其將內(nèi)部地結(jié)合每一用戶來自不同天線的輸入端。
然而，這是假設(shè)該頻道脈沖響應(yīng)在上行通路方向及下行通路方向都是相同的，因此在上行通路或下行通路方向中的復(fù)雜天線加權(quán)數(shù)，也能應(yīng)用于另一于另一上行通路或下行通路方向。
當(dāng)于一蜂巢環(huán)境下使用任何智能型天線應(yīng)用系統(tǒng)時，最好是在基地臺發(fā)送器及基地臺接收器都能實行本發(fā)明，借以提供成效上的優(yōu)勢。如同參照方程式1及方程式2的敘述，本發(fā)明方法需要知道每一天線的頻道脈沖響應(yīng)。當(dāng)頻道脈沖響應(yīng)充分獲知時，在每一天線中對每一WTRU的頻道脈沖響應(yīng)的精確響應(yīng)評估，典型地將在一般接收器處理的過程中獲得，不同標(biāo)準(zhǔn)的非智能型天線習(xí)知方式能用以獲得類似這類評估。
為在分頻雙工(FDD)系統(tǒng)中的發(fā)送器取得頻道脈沖響應(yīng)(亦即從基地臺發(fā)送天線至WTRUs的頻道脈沖響應(yīng))會是一個問題，因為不同頻帶會用來作下行通路及上行通路發(fā)射，因此在該系統(tǒng)中，本發(fā)明于發(fā)送器部分的實行會有些困難度。
然而，在時分雙工(TDD)系統(tǒng)中，該相同頻帶在上行通路和下行通路之間是時間共享的，這允許下行通路使用從上行通路接收到的發(fā)送所得到的頻道脈沖響應(yīng)評估。在TDD系統(tǒng)中獲得完整的頻道脈沖響應(yīng)評估之后，困難度會提升一些數(shù)量的時槽，然而，在許多如被推薦的UMTS W-CDMA的TDD模式的TDD系統(tǒng)中，該時槽持續(xù)時間夠短以致于對于具有緩慢衰退如給入門或一般形式應(yīng)用的頻道而言，該頻道評估對于一或多個時槽還是有效的，而此類緩慢衰退的頻道典型地是在微蜂巢或微微蜂巢環(huán)境中才有。因此本發(fā)明特別適用于這些環(huán)境。
一個更有效率的應(yīng)用是在具有多蜂巢環(huán)境的蜂巢網(wǎng)絡(luò)使用一MUD型式的接收器。在該網(wǎng)絡(luò)中，接收器的成效通常首要地會遭到基地臺之間以及座落于鄰近胞元的WTRUs之間的胞元間干擾限制。舉例來說，使用線性MUDs之處，該使用解相關(guān)/強制歸零型式接收器的MUD，其輸出端的有效信號對噪聲比(SIR)如下列方程式3SIReffdc=1σ2HKK+]]>方程式3其中HKK+是[k，k]組件的H-1；H是由例如用戶簽名序列、數(shù)據(jù)速率及頻道狀態(tài)的胞元間配置及環(huán)境所決定的矩陣；而σ2則是因為熱噪聲及胞元間干擾所造成的總功率，除非在非常大的胞元中，胞元間噪聲就足以代表所有σ2值；該使用解最小均方差(MMSE)型式接收器的MUD，其輸出端的有效信號對噪聲比(SIR)如下列方程式4所示SIReffMMSE=|([[H+σ2I]-1]H)kk|2σ2|([H+σ2I]-1H[H+σ2I]-1)kk|+Σl=1,l≠kK|([H+σ2I]-1H)kl|2]]>方程式4其中I是與H同維的同一矩陣。
從方程式3及4來看，當(dāng)σ2逼近于零時，SIR值就會趨近無限。因此，減少胞元間干擾即是MUD致能網(wǎng)絡(luò)最重要的事。胞元內(nèi)的交叉干擾在σ2趨近無限時可由MUD完全校正，這不像具有RAKE及配對過濾基本接收器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其胞元內(nèi)干擾也是很重要的。σ2值包含了胞元間干擾、熱頻道噪聲以及接收器處理引進(jìn)的噪聲，在這些組成中，胞元間干擾典型地是最主要的因素，因此，減少胞元間干擾就對明顯地減低如σ2測量的總干擾功率有最大的影響。
胞元間干擾在TDD系統(tǒng)中會特別大，其節(jié)點Bs明顯地干擾座落于胞元邊緣的WTRUs接收器，相似的干擾在胞元大小很小的微蜂巢和微微蜂巢系統(tǒng)中是司空見慣的事。本發(fā)明理想地適合用于該環(huán)境中胞元間干擾的降低，借由選擇地瞄準(zhǔn)在那些胞元中WTRUs或WTRUs群組的發(fā)送器，該基地臺明顯地減少任何特定方位能量發(fā)散的總量，因此減少了總胞元間干擾。借由限制來自接收器收集能量的角度范圍，基地臺即能限制來自其它胞元的干擾對任何單一WTRU接收器輸入信號的影響，最終的成效改善是很明顯的。舉例來說，減少一半進(jìn)入解相關(guān)接收器的胞元間干擾可以增加3分貝的成效，MMSE接收器也有類似的效果。
必須了解的是借由習(xí)知技術(shù)，本發(fā)明理想地適合用以減低胞元間干擾，特別是基地臺明顯地經(jīng)由選擇地瞄準(zhǔn)干擾每一WTRU的發(fā)送器來干擾位于或近于胞元邊緣的WTRUs接收器。天線加權(quán)數(shù)的數(shù)量、產(chǎn)生復(fù)雜加權(quán)數(shù)的數(shù)量以及發(fā)送器和接收器天線的數(shù)量可能依所需要求實行，而不會背離本發(fā)明的精神和范圍。
雖然特別處理功能已經(jīng)于上文描述及借由特殊組件來執(zhí)行，但必須了解的是處理功能的實行也可依網(wǎng)絡(luò)組件所需分布。
雖然本發(fā)明已經(jīng)詳細(xì)地描述，也必須了解到本發(fā)明并不限制于此，且在不背離本發(fā)明的精神和范圍下也可作不同的變化，這些都定義于申請專利范圍中。
權(quán)利要求
1.一種使用多用戶偵測以通訊的基地臺，其包含復(fù)數(shù)個j天線；一發(fā)送器，其包含復(fù)數(shù)個用以發(fā)送的i平行數(shù)據(jù)信號輸入；復(fù)數(shù)個加權(quán)數(shù)產(chǎn)生器用以制造復(fù)合加權(quán)值索引，其是根據(jù)天線數(shù)量j及每一數(shù)據(jù)信號i；至少一線性處理器用以處理該復(fù)合加權(quán)值，其是當(dāng)將功率增益最大化至要求點時，降低信號貢獻(xiàn)的強度至非計劃點；以及一向量增加器用以增加該線性處理器的輸出以形成頻道脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)供該復(fù)數(shù)個j天線發(fā)送。
2.如權(quán)利要求1所述的基地臺，其特征在于該j天線形成一智能型天線，其產(chǎn)生波束形成以響應(yīng)該頻道脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的基地臺，其特征在于j＝3。
4.一種使用多用戶偵測的基地臺，其包含復(fù)數(shù)個j天線用以接收i頻道脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)的輸入；一接收器，其包含復(fù)數(shù)個加權(quán)數(shù)產(chǎn)生器用以制造復(fù)合加權(quán)值索引，其是根據(jù)天線數(shù)量j及每一數(shù)據(jù)信號i；至少一線性處理器用以處理該復(fù)合加權(quán)值，其當(dāng)將功率增益最大化至要求點時，降低信號貢獻(xiàn)的強度至非計劃點；以及一多用戶偵測處理器，用以組合來自該j天線的該加權(quán)信號以重建i數(shù)據(jù)信號。
5.如權(quán)利要求4所述的基地臺，其特征在于該j天線形成一智能型天線，其是產(chǎn)生接收該頻道脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)的智能型天線。
6.如權(quán)利要求4所述的基地臺，其特征在于j＝3。
7.一種用以減低基地臺間的胞元間干擾的方法，其包含為每一復(fù)數(shù)個來源于每一基地臺儲存一組天線脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)；于胞元內(nèi)選擇至少二平面點，當(dāng)作對每一該復(fù)數(shù)個來源的干擾位置；從該組天線脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)及每一來源的該平面點決定一組天線加權(quán)數(shù)，其是當(dāng)將于其它來源的該信號降至零時，將一位于每一該復(fù)數(shù)個來源的信號最大化；以及應(yīng)用該天線加權(quán)數(shù)以制造該胞元分割，其中加強每一來源信號于其地區(qū)的強度并減低其于其它地區(qū)的強度。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于該組天線脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)是由基地臺決定。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于一下行通路包含該組天線加權(quán)數(shù)，其是被選擇以將該所需信號功率最大化及將對其它用戶及胞元的干擾最小化。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于一上行通路包含該組天線加權(quán)數(shù)，其是被選擇以將該所需信號功率最大化及將對其它用戶及胞元的干擾最小化。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于一下行通路頻道及一上行通路頻道是相同的，該組天線加權(quán)數(shù)接著被選擇，其是來自下行通路或上行通路的該組天線脈沖響應(yīng)。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于該智能型天線具有至少三天線組件用以發(fā)送和接收。
全文摘要
一種智能型天線的方法和裝置應(yīng)用于于蜂巢網(wǎng)絡(luò)中，其中無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送接收單位及/或該基地臺是使用多用戶偵測(MUD)。干擾至或來自其它使用者會列入考慮，其當(dāng)消除或減少干擾信號時，可將所需信號最大化，因此增加總系統(tǒng)容量。
文檔編號H04B7/04GK1672334SQ03818393
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月1日
發(fā)明者利昂德·卡薩凱費許, 陸·楊, 亞歷山大·瑞茨尼克 申請人:美商內(nèi)數(shù)位科技公司