[发明专利]一种自适应控制天线波束的基站设备及方法

说明书

本发明涉及一种在采用频分双工(FDD)方式的无线蜂窝通信系统中，自适应控制天线波束进行所需用户信号的接收和发送的基站设备及方法，本发明可以应用于任何采用频分双工(FDD)方式的多址接入方法的数据传输系统，尤其适用于采用频分双工(FDD)方式的码分多址(CDMA)蜂窝系统。

码分多址(CDMA)是一种多址接入方法，它基于扩频技术并且近来已成为除现有FDMA和TDMA方法之外应用于蜂窝无线系统的又一种多址方法。与现有方法相比，CDMA具有许多优点，例如频谱利用率高、规划简单等。

在采用CDMA方法的系统中，每一个用户被分配给一个唯一的扩频码，用户的窄带数据信号与该扩频码相乘形成一个频带比原有频带宽很多的扩频调制信号。所有用户通过同时使用同一个频带来进行接收或发送。在接收机中可以根据每一个用户的扩频码区分不同用户的信号。在接收机中提供的匹配滤波器与所需信号同步，它们根据每一个用户的扩频码识别每一个用户的信号。在接收机中通过将扩频信号再次乘以发送时所用的扩频码，将扩频信号恢复成用户的数据信号。由于在设计扩频码时，使不同的扩频码间尽可能地不相关，因而用其他扩频码扩频的信号在乘以所需用户的扩频码后并不会恢复到窄带上。因此它们对所需信号而言以噪声形式出现。在一般的移动通信环境中，基站和移动台之间的信号沿接收机和发射机之间的若干路径进行传播。这种多径传播现象主要是由信号在发射机和接收机周围的物体表面的反射引起的。由于不同的传播路径的长度不同，沿不同路径到达接收机的同一信号的不同多径成分到达接收机的传播时延也不同。在CDMA系统中，在信号的接收过程中以与分集接收或发送相同的方式处理多径传播。在CDMA系统中使用的接收机是一种多分支结构的接收机，其中每一分支与沿某一单独路径传播的多径组分同步。每一分支是一个单独的接收机元件，其功能是生成和解调期望接收信号分量。在传统的CDMA系统中采用相干或不相干的方法合并不同接收机元件信号是有益的，并且可得到良好的接收信号质量。

在CDMA系统中，许多用户使用同一频带进行通信。由于不可能设计出完全互不相关的扩频码集合，所以不同用户之间仍存在相互干扰。一般来说，在一个频带内的用户数越多，干扰水平就越高，链路的通信质量就越差。因此，CDMA系统是一个干扰受限的无线通信系统，其每一个规定宽度的频带所能容纳的信道数是有限度的，所以前述的各种技术手段只能将通信系统的容量提高到一定程度，要想超过这个限度则必须增加其他的资源。空间分集是增加系统容量与改善系统性能的最新发展技术，理论上分析表明只要正确地使用一组天线，形成新的自由度和空间，就能极大地增加系统容量。此外，采用空间分集还可以降低功耗、增加抗衰落和抗干扰能力，更有效地切换以及更好的安全性和系统鲁棒性。

为了增加系统容量改善系统性能，实现空间分集的一种直接方法是使用定向天线，将无线系统分为扇区。在这方面进行了大量研究，如美国专利U.4955082(1989.1，移动通信系统)、美国专利U.S4989204(1989.12，数字移动站在通话期间通过小区时的高通过量通信的方法和系统)等。采用扇区的基站接收机中可以大幅度减少移动台间的相互干扰。这是因为：一般干扰均匀分布在不同的入射方向上，因而其数量可以通过扇区化减少。当然可以在传输的两个方向上都实现扇区化，扇区化所提供的容量收益正比于扇区的数量。

扇区化可以采用一种特殊形式的软切换，即更软越区切换。其中移动台通过同时与两个扇区通信来执行从其中一个扇区到另一个扇区的软越区切换。尽管越区切换提高了连接质量，扇区化增加了系统容量，可是多个移动台的移动自然导致了这些移动台执行若干从一个扇区到另一个扇区的越区切换的次数，这增加了系统的负荷。若干越区切换也产生了几个移动台同时与多个扇区通信的情况，从而因为移动台要在较宽的区域内接收信号而丧失了扇区化所增加的系统容量的优势。