CN1149752C - 自适应阵列装置 - Google Patents

Abstract

控制单元(50)计算用于每k个符号之中一个符号的加权因数。在这种计算过程中，控制单元(50)根据同相和正交分量、计算关于每个I和Q缓冲器中存储的符号的各个同相和正交分量的加权因数。控制单元(50)还为其余的k-1个符号内插加权因数。在这种内插过程中，控制单元(50)使用当前计算的加权因数和以前计算并存储在W缓中器(51)中的加权因数。计算和内插的加权因数用于形成方向图。

Description

自适应阵列装置

发明领域

本发明涉及用多个天线自适应地产生辐射方向图的自适应阵列装置，更具体地说，本发明涉及用来提高产生方向图所用的信号处理的效率的技术。

发明背景

近年来，为了提高传送效率，数字通信设备通过用数字信息信号(基带信号)调制载波来传送信息。

在数字通信中，通过提高传送速率、并且把每一个单独频带用于对应于多个用户的多个信道，可以更有效地使用频率。

移动通信服务的用户数量的显著增长导致频带短缺。自适应阵列方法作为解决这种问题的措施而受到关注。

自适应阵列方法用多个天线自适应地产生方向图，使得自适应阵列装置在发射期间仅向特定的用户发送无线电波，并且在接收期间仅从特定的用户接收无线电波。以具有四个通信子系统的自适应阵列装置为例，所述子系统每个均包括发射电路、接收电路和天线。上述自适应阵列装置通过在发射期间调整每个通信子系统中发射信号的振幅和相位、并且通过在接收期间调整每个通信子系统中接收信号的振幅和相位、分别产生用于发射和接收的方向图。在“用于空间区域的自适应信号处理及其技术应用”(在“Transactions of theInstitute of Electronics and Communication Engineers of Japan”第J75-B-II卷、No.11、1992年11月)一文中描述了这种自适应阵列方法，所以这里不再详述。

提出一种径分多址(PDMA)通信方法，它使得多个用户能按照自适应阵列方法同时使用同一频率。通过PDMA通信方法，对应于一个无线电设备(用户)产生一个方向图，用多个方向图发送和接收无线电波。在“径分多址(PDMA)移动通信方法”[日本电子与通信工程师协会的“Shingakugihou”、RSC93-84(1994-01)]一文中描述了PDMA通信方法，所以这里不再详述。

在自适应阵列方法用于移动通信时，需要按照传播环境的变化来调整方向图。这是因为用户位置和传播环境随时间改变。当把使用常规相位单元的模拟处理应用于这种移动通信中时，产生关于精度、稳定性和跟踪能力的各种问题。因此，用数字信号处理来实现自适应阵列方法是现实的。

如上所述，用数字信号处理来调整每个通信子系统中涉及的信号的振幅和相位。例如，在数字正交相位调制的情况下，把适当的权重分配给每个通信子系统中涉及的每个符号的同相分量和正交分量。以下把每个符号的同相分量和正交分量分别简称为I分量和Q分量。通过这样做来调整每个符号的振幅和相位。因此，信号处理主要包括计算与每个通信子系统中涉及的I和Q分量相对应的加权因数。

为了按照传播环境中的变化来调整方向图，调整所用的时间间隔需要足够小于传播环境改变所用的时间。因此，例如，最好在每个符号周期中调整方向图。而且，近来的移动通信系统中数据的传送速度变得更快而符号周期缩短了。例如，在PHS(个人手持电话系统)中，符号周期已缩短到大约五微秒。因此，需要在短时间内调整方向图。

自适应阵列方法所需的信号处理量相当大，因为需要进行矩阵计算以计算上述的加权因数。对于自适应矩阵方法，这产生如何进行这样大量的信号处理的问题。

当多个用户按照PDMA通信方法同时使用同一频率、以便高效地利用频率时，这个问题变得更为突出。也就是说，因为需要为每个用户进行信号处理，所以信号处理量与用户数量成比例地增加。

由于DSP的信号处理能力的限制，所以一个DSP(数字信号处理器)难以同时为多个用户处理信号。为了克服这个问题，可以用多个DSP来并行地为多个用户执行调整所必需的信号处理。但是，这明显增加了硬件规模和自适应阵列装置的成本。

鉴于所述问题，本发明的目的是提供自适应阵列装置，后者减少了调整方向图所必需的信号处理量并且使硬件规模和成本的增加最小化。

更具体地说，本发明的目的是提供自适应阵列装置，即使用户数量增加，该装置也能适当地为每个用户执行调整所需的信号处理。

发明的公开

通过包括多对天线和无线单元的自适应阵列装置可以达到本发明的目的，所述自适应阵列装置用于使用无线单元在每个符号周期中利用组合系数来发送和接收符号，所述组合系数是为每个无线单元计算的并且用于形成方向图，所述自适应阵列装置包括：用于存储由每个无线单元在多个符号周期中接收的符号的存储单元，每个无线单元在每个符号周期中接收一个符号；用于根据存储的符号之中与指定符号周期对应的符号、计算与所述多个符号周期之中指定符号周期对应的组合系数的计算单元；以及用于根据计算出的组合系数、内插与所述多个符号周期中指定符号周期以外的符号周期对应的组合系数的内插单元。

通过这种结构，计算单元为每组的多个符号周期之中的一个符号周期计算组合系数，并且内插单元为剩余的符号周期内插组合系数。因此，减少了计算组合系数所需的信号处理量。这使低通过量的DSP能执行必要的信号处理。结果，使在硬件规模和自适应阵列装置的成本方面的增加最小化。

这里，存储单元可存储在最后k个符号周期中接收的符号(k不小于二)，计算单元可计算与每组的k个符号周期之中的指定符号周期对应的组合系数，在该指定符号周期与计算单元为之计算组合系数的前一指定符号周期之间有k-1个符号周期，并且内插单元可根据为该指定符号周期和前一指定符号周期计算的组合系数、内插与该指定符号周期和前一指定符号周期之间的k-1个符号周期对应的组合系数。

这里，内插单元可根据为该指定符号周期和前一指定符号周期计算的组合系数、线性内插与所述k-1个符号周期对应的组合系数。

在这种结构下，内插单元根据为该指定符号周期和前一指定符号周期计算的组合系数、线性内插与所述k-1个符号周期对应的组合系数。因而，为k-1个符号周期中每个符号周期内插组合系数。结果，按照传播环境中的变化调整方向图。

这里，内插单元可以用与前一指定符号周期对应的组合系数作为内插的组合系数。

在这种结构下，内插单元不需要为k-1个符号周期中的每个符号周期计算组合系数。结果，减少了内插单元执行的信号处理量。

这里，内插单元可以使用与所述指定符号周期对应的组合系数作为内插组合系数。

在这种结构下，内插单元不需要为k-1个符号周期中的每个符号周期计算组合系数。结果，减少了内插单元执行的信号处理量。

这里，在每组的k个符号周期之中，计算单元可在指定符号周期中为一个用户无线电设备计算形成方向图所用的组合系数，并且在不同的指定符号周期中为另一用户无线电设备计算形成方向图所用的组合系数，这里，在不同的指定符号周期与计算单元为另一用户无线电设备计算形成方向图所用的组合系数的前一不同符号周期之间有k-1个符号周期，并且内插单元可以根据在指定符号周期和前一指定符号周期中计算的组合系数、内插与指定符号周期和前一指定符号周期之间的k-1个符号周期对应的组合系数，并且根据在不同的指定符号周期和前一不同的指定符号周期中计算的组合系数、内插与不同的指定符号周期和前一不同的指定符号周期之间的k-1个符号周期对应的组合系数。

在这种结构下，计算单元为各个用户无线电设备计算组合系数，内插单元为各个用户无线电设备内插组合系数。因此，同时为各个用户无线电设备形成方向图而不增加信号处理量。计算单元在不同符号周期中为各个用户无线电设备计算用于形成方向图的组合系数。结果，可以用一个DSP构造本发明的自适应阵列装置。

这里，每个符号可以由同相分量和正交分量来表示，存储单元可存储在最后k个符号周期中接收的符号的同相分量和正交分量，计算单元可根据相应符号的同相分量和正交分量、计算与存储的符号之中与指定符号周期对应的符号的同相分量和正交分量相对应的组合系数，而内插单元可根据在指定符号周期和不同指定符号周期中计算的组合系数、内插与所述指定符号周期和所述不同指定符号周期之间的k-1个符号周期对应的组合系数。

这里，在每组的k个符号周期之中，计算单元可在指定符号周期中为直接波计算用于形成方向图的组合系数，并且在不同的指定符号周期中为间接波计算用于形成方向图的组合系数，在所述不同的指定符号周期与计算单元为间接波计算形成方向图的组合系数的前一不同的指定符号周期之间有k-1个符号周期，而内插单元可根据在指定符号周期和前一指定符号周期中计算的组合系数、内插与所述指定符号周期和所述不同的指定符号周期之间的k-1个符号周期对应的组合系数，并且根据在不同的指定符号周期和前一不同的指定符号周期中计算的组合系数、内插与所述不同的指定符号周期和所述前一不同的指定符号周期之间的k-1个符号周期对应的组合系数。在这种结构下，容易地实现了路径分集。

这里，计算单元和内插单元可包括可编程数字信号处理器。结果，使自适应阵列装置的硬件规模和成本的增加最小化。

本发明的所述目的还可通过这样的自适应阵列装置来实现，该装置包括多对天线和无线单元，所述自适应阵列装置用于使用无线单元在每个符号周期中利用组合系数来发送和接收符号，所述组合系数是为每个无线单元计算的并且用于形成每个对应于多个用户无线电设备之一的方向图，所述自适应阵列装置包括：用于存储由每个无线单元在最后k(k不小于3)个符号周期中接收的符号的存储单元，每个无线单元在每个符号周期中接收一个符号；用于根据存储的符号之中与指定符号周期对应的符号、计算与每组的k个符号周期之中的指定符号周期对应的组合系数的计算单元，在计算单元在其中计算了组合系数的指定符号周期与前一指定符号周期之间有k-1个符号周期；以及用于根据计算出的与指定符号周期和前一指定符号周期对应的组合系数、内插与指定符号周期和前一指定符号周期之间的所述k-1个符号周期对应的组合系数的内插单元。

这里，变量k不小于符号周期数，后者等于计算单元为所有的多个用户无线电设备计算组合系数所用的时间。

在这种结构下，计算单元不需要同时使用多个DSP。因此，计算单元用一个DSP为多个无线单元计算组合系数。而且，即使使用低通过量的DSP，也可以通过考虑到DSP的通过量来设置变量k，为多个用户无线电设备计算组合系数。

附图简介

图1是表示本发明的实施例1的自适应阵列装置的结构的框图；

图2表示通过为符号分配权重来调整符号的情况；

图3表示产生多个方向图以使多个用户能同时使用同一频率的情况；

图4是表示自适应阵列装置的接收调整单元和控制单元的具体结构的框图；

图5是控制单元50的计算处理的时序图；

图6是表示实现图5中所示计算处理的时序的控制单元50的简化处理的流程图；

图7是图6中所示基本流程的详细流程图；

图8表示执行线性内插的实例；

图9是表示在图7中的步骤72中在当前符号时间计算加权因数(直接计算处理)的详细过程的流程图；

图10是表示实施例2的控制单元50的计算处理的定时的时序图；

图11是实施例3的控制单元50的计算处理的时序图；以及

图12表示本发明的自适应阵列装置的各种改型。

最佳实施例的描述

<实施例1>

<自适应阵列装置的简化结构>

图1是表示本发明的实施例1的自适应阵列装置的结构的框图。本发明的自适应阵列装置包括：无线通信单元10、20、30和40；天线17、27、37和47；接收调整单元18、28、38和48；发射调整单元19、29、39和49；以及控制单元50。这种自适应阵列装置被设置成用于移动通信的基站，所述移动通信使用诸如数字便携电话之类的装置。无线通信单元10包括调制器11、发射电路12、转换器13、接收电路15和解调器16。

在无线通信单元10中，调制器11调制从控制单元50经由发射调整单元19输入的基带信号，将其转换成中频信号(以下简称为“IF信号”)。发射电路12把从调制器11接收的IF信号转换成高频信号(以下简称为“RF信号”)，并且把RF信号放大到发射输出电平。转换器13在发射与接收之间切换。接收电路15把接收的信号转换成IF信号。解调器16对从接收电路15输入的IF信号进行解调，将其转换成基带信号。这里，调制器11和解调器16可以使用任何类型的数字调制和解调方法，如π/4相移QPSK(正交相移键控)。在本实施例中，已由解调器16产生的基带信号是用每个符号的I分量和Q分量表示的时间序列数据。

接收调整单元18按照来自控制单元50的指令调整从解调器16输入的接收基带信号的振幅和相位。更具体地说，当从解调器16输入用于一个符号的接收基带信号的I分量和Q分量时，接收调整单元18通过分别为I分量和Q分量分配权重来调整符号的振幅和相位。

图2表示通过为符号分配权重来调整该符号的情况。此图中，已由解调器16产生的符号和已分配权重的符号表示在I-Q坐标平面上。I1和Q1分别代表由解调器16产生的符号的I和Q分量。WI1和WQ1分别代表已被接收调整单元18分配权重的符号的I和Q分量。如图所示，接收调整单元18通过分别为每个符号的I分量和Q分量分配权重来调整每个符号的振幅和相位。控制单元50确定用于分别为I分量和Q分量分配权重的加权因数。

发射调整单元19调整从控制单元50输入的发射基带信号的振幅和相位以产生方向图。这种调整是以与图2所示相同的方式执行的。

无线通信单元20、30和40都具有与无线通信单元10相同的结构，所以这里不再描述。

控制单元50包括作为其主要元件的可编程数字信号处理器，并且通过执行程序来实现以下功能。也就是说，控制单元50控制无线通信单元10-40的发射和接收操作。控制单元50还计算与每个无线通信单元中处理的每个符号的I和Q分量对应的加权因数，并且向接收调整单元18和发射调整单元19输入所计算的加权因数以产生多个方向图。所述多个方向图是在多个用户同时使用同一频率的情况下、为每个用户产生的各自的方向图。图3表示产生多个方向图的情况。图中，四个用户无线电设备“a”-“d”(以下简称用户“a”-“d”)同时使用同一频率。

如上所述，在每个符号周期中，控制单元50为一个用户计算与每个无线通信单元中处理的符号的I和Q分量对应的加权因数。在本实施例中，降低了控制单元50的处理量从而提高了控制单元50的效率。也就是说，如图3中所示，当四个用户同时使用自适应阵列装置时，控制单元50从每四个符号周期中分配一个符号周期给用户“a”、作为为用户“a”处理信号的周期。在所分配的符号周期中，对用户“a”，控制单元50根据在分配的符号周期中接收的符号、为分配的符号周期计算加权因数，并且根据计算的加权因数为其他三个符号周期内插加权因数。下文中，把基于接收的符号计算加权因数和基于计算的加权因数内插加权因数分别称为直接计算处理和间接计算处理。如果在每个符号周期中通过直接计算处理为每个用户计算加权因数，控制单元50需要执行大量的处理。因此，在本实施例中，降低了控制单元50的处理量从而提高了控制单元50的效率。

类似地，控制单元50在每四个符号周期中为用户“b”分配另一个符号周期，并且通过直接计算处理和间接计算处理为用户“b”计算加权因数。每四个符号周期之中的其余两个符号周期分别被分配给用户“c”和“d”并且执行相同的操作。

如上所述，控制单元50需要为每个用户计算加权因数。这是因为用户“a”-“d”中每一位需要独特的方向图，如图3中所示。为了高效地执行涉及表示独特方向图的加权因数的信号处理，控制单元50周期性地为每个用户分配符号。

<自适应阵列装置的主要部分的结构>

图4是表示图1中所示的自适应阵列装置的接收调整单元和控制单元的详细结构的框图。

接收调整单元18、28、38和48都具有同样的结构，以下的描述以接收调整单元18为例。

接收调整单元18包括I缓冲器101、Q缓冲器102和乘法器103和104。

I缓冲器101不断地更新并且保存从解调器16输入的最后四个符号的I分量。最后四个符号的I分量由I1(t-3*Δt)、I1(t-2*Δt)、I1(t-Δt)和I1(t)来表示。这里，I1的“1”对应于无线通信单元10，“t”代表符号时间，而Δt代表符号周期。I缓冲器101输出I分量I1(t)并且控制单元50可随机地从I缓冲器101读取I分量。应当指出，I缓冲器101足以存储其数量由执行内插处理(间接计算处理)的符号数目加一得出的数据。在此实施例中，把I缓冲器101保存的数据的个数设置为四。

如同I缓冲器101，Q缓冲器102为从解调器16输入的最后四个符号保存Q分量。最后四个符号的Q分量由Q1(t-3*Δt)、Q1(t-2*Δt)、Q1(t-Δt)和Q1(t)来表示。

乘法器103为I分量分配权重。即，乘法器103将从解调器16输入的I分量乘以由控制单元50给出的相应的加权因数。

乘法器104为Q分量分配权重。即，乘法器104将从解调器16输入的Q分量乘以由控制单元50给出的相应的加权因数。

接收调整单元28、38和48执行与接收调整单元18同样的操作。

控制单元50包括W缓冲器51并且周期性地为每个用户分配符号周期。在每个分配给一个用户的符号周期中，对于该用户，控制单元50执行直接计算处理以计算与所分配的符号周期中接收的符号对应的加权因数，并且执行间接计算处理，以便计算与其余三个符号周期中接收的符号对应的加权因数。W缓冲器51存储先前已经通过直接计算处理为每个无线通信单元中处理的每个分量算出的一个符号的加权因数。存储在W缓冲器51中的加权因数用于间接计算处理。

下面描述控制单元50的计算处理的具体时序。

<控制单元50的计算处理时序>

图5是控制单元50的计算处理的时序图。此图是基于这样的假设：自适应阵列装置由四个用户按照PDMA通信方式共享。

图中的“符号时间”行给出符号时间t0、t1、t2…。当本发明的自适应阵列装置用作PHS(个人手持电话系统)的基站时，把一个符号周期设置为大约五微秒。

图中“来自所有I和Q缓冲器的输出”行给出在每个符号时间从所有I和Q缓冲器输出的输出数据D(t)。在符号时间L0输出的输出数据D(t0)表示为D(t0)＝[I1(t0)，I2(t0)，I3(t0)，I4(t0)，Q1(t0)，Q2(t0)，Q3(t0)，Q4(t0)]。

“控制单元50的计算处理”行表示哪位用户被分配相应的符号周期并且表示通过直接计算处理算出的加权因数。在此实例中，每个符号周期以a、b、c、d、a、b、c、d…的形式周期性地分配给各用户。例如，在符号时间t4的符号周期分配给用户“a”。在此符号周期中，计算对应于所有无线通信单元中处理的I和Q分量的加权因数以形成用户“a”的方向图。更具体地说，在此符号周期中，控制单元50通过直接和间接计算处理计算与在符号时间t1-t4接收的四个符号对应的加权因数。为计算加权因数，在符号时间t4执行直接计算处理而在符号时间t1-t3执行间接计算。

“用于用户‘a’的加权因数”行给出为形成用于用户“a”的方向图而计算的与每个符号对应的加权因数。例如，在符号时间t4的符号周期中计算与符号时间t1-t4对应的加权因数。在此图中，通过直接计算处理计算加权因数WIa1(t)至WIa4(t)和WQa1(t)至WQa4(t)，并且通过间接计算处理计算加权因数X3[＝XIa1(t)至XIa4(t)和XQa1(t)至XQa4(t)]。

“用于用户‘b’的加权因数”行给出为形成用于用户“b”的方向图而计算的与每个符号对应的加权因数。例如，在符号周期t5中计算与符号时间t2-t5对应的加权因数。

“用于用户‘c’的加权因数”和“用于用户‘d’的加权因数”行与“用于用户‘a’的加权因数”和“用于用户‘b’的加权因数”行相同。

<控制单元50的总体处理流程>

图6是表示控制单元50实现图5中所示的计算处理时序的处理的简化流程。此图也基于这样的假设：本实施例的自适应阵列装置由四个用户按照PDMA通信方式共享。

此流程图中每一步骤的基本流程表明在一个符号周期中控制单元50执行的信号处理。在每一步骤中，控制单元50通过直接和间接计算处理计算与四个符号对应的加权因数，以便形成用于一个用户的方向图。控制单元50通过周期性地改变要为之计算加权因数的用户来执行基本流程的处理(步骤61-64)。下面详细地描述基本流程。

<控制单元50在一个符号周期中的信号处理(基本流程)>

图7是图6中所示的基本流程的详细流程图。以下描述涉及用户“a”的情况。

如此图中所示，控制单元50从所有通信单元的I和Q缓冲器读取在当前符号时间“t”获得的I和Q分量[I1(t)-I4(t)，Q1(t)-Q4(t)](步骤71)。然后控制单元50从所读取的I和Q分量通过直接计算处理计算与当前符号对应的加权因数(步骤72)，并且在W缓冲器51中存储计算结果[WIa1(t)至WIa4(t)和WQa1(t)至WQa4(t)](步骤73)。控制单元50使所有乘法器利用计算出的加权因数在当前符号时间“t”为用户“a”计算组合信号(步骤74)。通过YIa(t)＝∑WIai(t)*Ii(t)、YQa(t)＝∑WQai(t)*Qi(t)、其中i＝1-4，得到在符号时间“t”用于用户“a”的组合信号YIa(t)和YQa(t)。该组合信号表示使用用户“a”的方向图在符号时间“t”收到的符号。即，组合信号表示去掉了其他用户的接收信号的接收符号。

然后控制单元50从W缓冲器51读取以前通过直接计算处理计算出的加权因数(步骤75)。在图5中所示的时序图的情况下，因为W缓冲器51存储在四个符号时间之前已计算的加权因数，所以控制单元50从W缓冲器51读取WIa1(t-4*Δt)至WIa4(t-4*Δt)和WQa1(t-4*Δt)至WQa4(t-4*Δt)。控制单元50通过执行间接计算处理、即利用从W缓冲器读取的加权因数和在当前符号时间“t”通过直接计算处理算出的加权因数来内插、计算与在符号时间(t-Δt)、(t-2*Δt)和(t-3*Δt)的三个符号对应的加权因数(步骤76)。

图8表示执行线性内插的实例。在符号时间t4执行的间接计算处理中，此图表示利用与无线通信单元10接收的I分量对应的加权因数WIa1(t4)和WIa1(t0)、计算与在符号时间t1、t2和t3的各符号对应的加权因数XIa1(t1)、XIa1(t2)和XIa1(t3)的情况。

通过同样的内插、计算与无线通信单元10接收的Q分量对应的加权因数XQ1(t1)、XQ1(t2)和XQ1(t3)。也以同样的方法内插与无线通信单元20、30和40接收的I和Q分量对应的加权因数。

控制单元50还从所有无线通信单元的I和Q缓冲器读取在当前符号时间之前获得的符号，即与在符号时间(t-Δt)、(t-2*Δt)和(t-3*Δt)的三个符号对应的I和Q分量(步骤77)。然后控制单元50从读取的I和Q分量以及通过执行间接计算处理得到的加权因数、计算以下给出的组合信号。应当指出在以下等式中i＝1-4。

一个符号时间之前的组合信号是YIa(t-Δt)＝∑XIi(t-Δt)*Ii(t-Δt)，以及YQa(t-Δt)＝∑XQi(t-Δt)*Qi(t-Δt)。

二个符号时间之前的组合信号是YIa(t-2*Δt)＝∑XIi(t-2*Δt)*Ii(t-2*Δt)，以及YQa(t-2*Δt)＝∑XQi(t-2*Δt)*Qi(t-2*Δt)。

三个符号时间之前的组合信号是YIa(t-3*Δt)＝∑XIi(t-3*Δt)*Ii(t-3*Δt)，以及YQa(t-3*Δt)＝∑XQi(t-3*Δt)*Qi(t-3*Δt)。

以这种方式，控制单元50在符号时间“t”的符号周期期间为用户“a”执行基本流程中的处理。同样，分别在符号时间(t+1)、(t+2)和(t+3)的符号周期期间为用户“b”、“c”和“d”执行基本流程中的处理。

这里应该指出，尽管控制单元50在步骤76中执行线性内插，但是可以在步骤76中执行任何其他内插方法。

例如，在步骤76中，控制单元50可通过以下方式来内插加权因数：把从W缓冲器5 1读取的加权因数、即WIa1(t-4*Δt)至WIa4(t-4*Δt)和WQa1(t-4*Δt)至WQa4(t-4*Δt)加上对应于当前符号的加权因数、即WIa1(t)至WIa4(t)和WQa1(t)至WQa4(t)，把相加结果除以二以得到平均值，并且用这些平均值作为与在符号时间(t-Δt)、(t-2*Δt)和(t-3*Δt)的三个符号对应的加权系数。

而且，控制单元50可通过以下方式来内插加权因数：用与当前符号对应的加权因数、即WIa1(t)至WIa4(t)和WQa1(t)至WQa4(t)作为与符号时间(t-Δt)、(t-2*Δt)和(t-3*Δt)的三个符号对应的加权系数。在这种情况下，控制单元50不需要在步骤75中从W缓冲器51读取以前计算的加权因数。结果，可以省略此步骤中的处理。

另外，控制单元50可通过以下方式来内插加权因数：使用与当前符号对应的加权因数、即WIa1(t)至WIa4(t)和WQa1(t)至WQa4(t)作为与当前符号时间之后的三个符号时间对应的加权系数。在这种情况下，I和Q缓冲器不需要存储与符号时间(t-Δt)、(t-2*Δt)和(t-3*Δt)对应的符号。

<直接计算处理的详细流程>

图9是表示在图7的步骤72中、计算与当前符号时间对应的加权因数(直接计算处理)的详细处理的流程图。

此图中的处理使用涉及利用卡尔曼(Kalman)滤波器的自适应阵列方法的众所周知的技术。在“使用卡尔曼滤波器的自适应天线的分析”(“Transactions of the Institute of Electronics and CommunicationEngineers of Japan”B-II、第J75-B-II卷、No.11、第835-843页、1992年11月)一文中详细描述了此项技术。因此，以下简要地说明此项技术。

在尚未进行初始化时，控制单元50执行初始化(步骤91和92)。在初始化期间，设置卡尔曼滤波器的估计误差离差矩阵的初始值P(0)和加权因数矩阵的初始值W(0)。在此实施例中，如图所示，初始值P(0)是C*I(C是常数且I是4×4的单位矩阵)，而初始值W(0)是4×1向量。在此情况下，加权因数矩阵W(t)表示为图中所示的4×1向量。

控制单元50则把从I和Q缓冲器输入的与符号时间“t”对应的I和Q分量设置为输入信号(步骤93)，并且设置参考信号d(t)(步骤94)。这里，参考信号d(t)是应该从特定用户得到的接收信号的估计波形。当在符号时间“t”接收的信号是已知数据时，控制单元50把接收的信号的波形设置为估计波形。另一方面，当在符号时间“t”接收的信号是未知数据时，控制单元50暂时确定接收的数据并且把接收数据的波形设置为估计波形。这里，由控制单元50暂时确定的接收信号Y(t)是通过将与符号时间“t”对应的I和Q分量乘上以前计算的加权因数并且通过合并相乘后的I和Q分量得到的。

然后控制单元50计算卡尔曼增益和估计波形的误差并且更新加权因数和相关矩阵(步骤95-98)，如图所示。步骤95-98中的处理是用把递归最小二乘方(RLS)法(RLS算法)应用于卡尔曼滤波器的众所周知的技术来完成的，所以这里不再描述。

以这种方式，通过直接计算处理算出加权因数。

如上所述，在PDMA通信方法的情况下，本实施例的自适应阵列装置周期性地把符号周期分配到多个用户。在一个符号周期中，自适应阵列装置执行直接计算处理以计算与预定的符号周期之一对应的符号的加权因数并且执行间接计算处理以计算与其他符号周期对应的加权因数。结果，计算加权因数所用的信号处理量大大减小，同时为所用用户更新了对应每个符号的加权因数。

<实施例2>

本实施例的自适应阵列装置的简化结构几乎与图1中所示实施例1的自适应阵列装置的相同。因此，以下描述集中在这些自适应阵列装置之间的不同方面。

不同方面是周期性地为多个用户分配符号周期的方式。本实施例的自适应阵列装置被配置成周期性地为多个用户分配两个符号周期的组。

为此，实施例2中的I和Q缓冲器与实施例1中的不同，它们顺序地更新并且保存在最后八个符号时间从解调器输入的数据。

而且，实施例2的控制单元50与实施例1的不同，在相继的两个符号周期中执行对一个符号的直接计算处理而对其余七个符号执行间接计算处理。

图10是表示控制单元50的计算处理的时序的时序图。在此图中，每组的两个符号周期分配给一个用户，与图5中所示时序图不同。例如，在符号时间t0和t1的符号周期分配给用户“a”，在符号时间t2和t3的符号周期分配给用户“b”。类似地，在两个符号时间的符号周期组分配给用户“c”和“d”中的每一个。

在两个符号周期中，控制单元50执行直接计算处理以便计算与八个符号中的一个对应的加权因数，并且执行间接计算处理以便计算与其余七个符号对应的加权因数。尽管为之执行间接计算处理的符号的比例增加了，但是为一位用户处理信号的周期是实施例1的两倍。因此，即使控制单元50的DSP具有低通过量，控制单元50可以通过直接计算处理和间接计算处理为多个用户计算与每个符号对应的加权因数。

<实施例3>

在此实施例中，本发明的自适应阵列装置用于路径分集。路径分集指的是这样的方法：分开接收在不同时间到达的信号(首先到达的信号称为直接波，随直接波之后的信号称为延迟波)并且将其组合而产生接收信号。

本实施例的自适应阵列装置的简化结构几乎与图1中所示的实施例1的自适应阵列装置相同。因此，以下描述集中于这些自适应阵列装置之间的不同方面。不同方面是本实施例的自适应阵列装置为一个用户的直接波和延迟波产生方向图、而不是为多个用户产生方向图。延迟波指从用户发出、经建筑物、火车和汽车反射后、在直接波之后到达自适应阵列装置的无线电波。因此，延迟波的方向图与直接波的不同。因此，把本实施例的自适应阵列装置配置成为直接波和延迟波产生分开的方向图。为此，本实施例的自适应阵列装置自动地选择和接收延迟波以及直接波，并且把延迟波与直接波组合。

图11是控制单元50的计算处理的时序图。除了为直接波和延迟波1-3而不是为用户“a”-“d”产生方向图之外，此图与图5相同。

因此，在图9中的步骤94，执行不同的处理以设置参考信号。以与实施例1相同的方式，控制单元50把估计波形设置为对应于直接波的参考信号d(t)。控制单元50暂时确定直接波的符号以得到接收信号，为接收信号给出估计的延迟时间以得到估计波形，并且把估计波形设置为与每一个延迟波对应的参考信号d(t)。

利用相应的加权因数把直接波和延迟波1-3的接收信号组合，并且用于判断接收的符号。

以这种方式，本实施例的自适应阵列装置自动地选择和接收多个延迟波和直接波，并且利用组合直接波和延迟波的结果、判断最后接收的符号。因此，提高了C/N(载波/噪声)比，即使无线电波的传播环境由于衰落而恶化，这也提高了可靠性。

如上所述，当仅通过直接计算处理来处理信号时，信号处理量极大地增加。为克服此问题，在每个实施例中，在一定比例下还执行间接计算处理(内插处理)。因此，极大地降低了信号处理量。

下面描述由内插处理引起特性下降的概率。

当通过内插计算数据时，与所有数据通过直接计算处理来计算的情况相比，一般有特性下降的概率。这是因为通过间接计算处理算出的数据与实际数据之间有误差。因此，随着通过间接计算处理计算的数据的数目增加，特性下降的概率增加。

但是，在每个实施例中，充分减小了通过内插处理计算的加权因数的变化。因此，降低了误差的影响和特性下降的概率。也就是说，特性未下降的内插处理之间的间隔是由加权因数的变化率来确定的。

加权因数的变化是由用户移动引起的传播环境的变化导致的，并且加权因数的变化率与用户的移动速度成正比。因此，加权因数的变化率的上限可从用户的移动速度的上限得出。因此，即使移动速度高，通过把内插处理之间的间隔设置成不大于加权因数的变化率的上限，不会导致特性下降。

因此，当本发明的自适应阵列装置的内插处理之间的间隔不大于加权因数的变化率的上限时，本发明的自适应阵列装置基本上可以使用而不用考虑移动速度。

应该指出，可以如下修改本发明的自适应阵列装置。图12表示本发明的自适应阵列装置以及实施例1-3的自适应阵列装置的各种改型。

在此图中，四个符号周期称为一个循环并且每个循环中的每个符号周期周期性地设置为时隙1-4。此图中，情况1涉及实施例1而情况2涉及实施例3。

情况3涉及对于一个用户在时隙1和3中得到直接波而在时隙2和4中得到延迟波的情况。在此情况下，在每两个符号周期中的一个符号周期中执行直接计算处理，并且在剩余的一个符号周期中执行间接计算处理，以便计算加权因数。

情况4涉及对于一个用户在时隙1和3中得到直接波的情况。在此情况下，通过直接计算处理计算与时隙1和3对应的加权因数，并且通过间接计算处理计算与时隙2和4对应的加权因数。

情况5涉及对于一个用户在时隙1中得到直接波而在时隙3中得到延迟波的情况。在此情况下，通过直接计算处理来计算与直接波的一个符号对应的加权因数和与延迟波的一个符号对应的加权因数，并且通过间接计算处理计算与其余三个符号对应的加权因数。

情况6涉及两个用户共享自适应阵列装置、并且在第一和第三时隙为用户“1”计算加权因数、在第二和第四时隙为用户“2”计算加权因数的情况。在此情况下，对于每个用户，通过直接计算处理计算与每两个符号中一个对应的加权因数，并且通过间接计算处理计算与剩余一个符号对应的加权因数。

情况7涉及两个用户“1”和“2”共享自适应阵列装置、并且在第一时隙计算与用户“1”的直接波对应的加权因数、在第二时隙计算与用户“1”的延迟波对应的加权因数、在第三时隙计算与用户“2”的直接波对应的加权因数、在第四时隙计算与用户“2”的延迟波对应的加权因数的情况。在此情况下，对于每个用户的直接波和延迟波中的每一个，通过直接计算处理计算与四个符号中一个对应的加权因数，并且通过间接计算处理计算与剩余三个符号对应的加权因数。

在情况8、9和10中以图12中所示方式适当计算加权因数。

在每个实施例中，如图5、10和11中所示，控制单元50在分配的符号周期中为特定用户计算与直接波或延迟波对应的加权因数。但是，加权因数的计算不一定与符号周期同步。也就是说，关于每个实施例，本发明的自适应阵列装置可以实时地与符号(I和Q分量)的接收时间同步地工作。自适应阵列装置还可存储在预定数目的符号周期中接收的符号并且通过一种操作来处理存储的符号。

如上所述，本发明的自适应阵列装置作为用于移动通信的基站是非常有用的。

Claims (11)

1.一种自适应阵列装置，它包括多对天线与无线单元，用于在每个符号周期中利用组合系数、使用所述无线单元发射和接收符号，所述符号周期表示被顺序接收或发送的多个符号中相邻符号之间的时间片段，每个符号周期是每个符号被接收或发送的时间片段，所述组合系数是为每个无线单元计算的并且用于形成方向图，所述自适应阵列装置包括：

用于存储由每个无线单元在多个符号周期中接收的符号的存储装置，每个无线单元在每个符号周期中接收一个符号；

用于根据所述存储的符号之中与指定符号周期对应的符号、计算与所述多个符号周期之中所述指定符号周期对应的组合系数的计算装置；以及

用于根据所述计算的组合系数、内插与所述多个符号周期中除所述指定符号周期以外的符号周期对应的组合系数的内插装置。

2.权利要求1的自适应阵列装置，其特征在于：

所述存储装置存储在最后k个符号周期中接收的符号，k大于或等于2，

所述计算装置计算与每组的k个符号周期之中的指定符号周期对应的组合系数，在所述指定符号周期与其中所述计算装置计算了组合系数的前一指定符号周期之间有k-1个符号周期，以及

所述内插装置根据在所述指定符号周期和所述前一指定符号周期计算的所述组合系数、内插与所述指定符号周期和所述前一指定符号周期之间的所述k-1个符号周期对应的组合系数。

3.权利要求2的自适应阵列装置，其特征在于：

所述内插装置根据在所述指定符号周期和所述前一指定符号周期计算的所述组合系数、线性内插与所述k-1个符号周期对应的所述组合系数。

4.权利要求2的自适应阵列装置，其特征在于：

所述内插装置使用与所述前一指定符号周期对应的所述组合系数作为所述内插的组合系数。

5.权利要求2的自适应阵列装置，其特征在于：

所述内插装置使用与所述指定符号周期对应的所述组合系数作为所述内插的组合系数。

6.权利要求2的自适应阵列装置，其特征在于：

所述计算装置在每组的k个符号周期中的所述指定符号周期中为一个用户无线电设备计算形成方向图所用的组合系数、并且在每组的k个符号周期中的不同的指定符号周期中为另一用户无线电设备计算形成方向图所用的组合系数，在所述不同的指定符号周期与其中所述计算装置计算了用于形成供另一用户无线电设备用的方向图的组合系数的前一不同符号周期之间有k-1个符号周期，以及

所述内插装置根据在所述指定符号周期和所述前一指定符号周期中计算的所述组合系数、内插与所述指定符号周期和所述前一指定符号周期之间的所述k-1个符号周期对应的组合系数，并且根据在所述不同的指定符号周期和所述前一不同的指定符号周期中计算的所述组合系数、内插与所述不同的指定符号周期和所述前一不同的指定符号周期之间的所述k-1个符号周期对应的组合系数。

7.权利要求6的自适应阵列装置，其特征在于：

每个符号由同相分量和正交分量表示，

所述存储装置存储在所述最后k个符号周期中接收的所述符号的同相分量和正交分量，

所述计算装置根据所述相应符号的所述同相分量和所述正交分量、计算与所述存储的符号之中与所述指定的符号周期对应的符号的所述同相分量和所述正交分量对应的组合系数，以及

所述内插装置根据在所述指定的符号周期和所述不同的指定符号周期计算的所述组合系数、内插与所述指定符号周期和所述不同的指定符号周期之间的所述k-1个符号周期对应的组合系数。

8.权利要求2的自适应阵列装置，其特征在于：

所述计算装置在每组的k个符号周期中的所述指定符号周期中为计算关于直接波的用于形成方向图的组合系数、并且在每组k个符号周期中的不同的指定符号周期中计算关于间接波的用于形成方向图的组合系数，在所述不同的指定符号周期与其中所述计算装置计算关于所述间接波的用于形成方向图的组合系数的前一不同符号周期之间有k-1个符号周期，以及

所述内插装置根据在所述指定符号周期和所述前一指定符号周期中计算的所述组合系数、内插与所述指定符号周期和所述不同指定符号周期之间的所述k-1个符号周期对应的组合系数，并且根据在所述不同的指定符号周期和所述前一不同的指定符号周期中计算的所述组合系数、内插与所述不同的指定符号周期和所述前一不同的指定符号周期之间的k-1个符号周期对应的组合系数。

9.权利要求1-7其中之一的自适应阵列装置，其特征在于：

所述计算装置和所述内插装置包括可编程的数字信号处理器。

10.一种自适应阵列装置，它包括多对天线与无线单元，周于在每个符号周期中利用组合系数、使用所述无线单元发射和接收符号，所述符号周期表示被顺序接收或发送的多个符号中相邻符号之间的时间片段，每个符号周期是每个符号被接收或发送的时间片段，所述组合系数是为每个无线单元计算的并且用于形成每个与多个用户无线电设备之一对应的方向图，所述自适应阵列装置包括：

用于存储由每个无线单元在最后k个符号周期中接收的符号的存储装置，k大于或等于3，每个无线单元在每个符号周期中接收一个符号；

用于根据所述存储的符号之中与指定符号周期对应的符号、计算与每组的k个符号周期之中指定的符号周期对应的组合系数的计算装置，在所述指定的符号周期与其中所述计算装置计算了组合系数的前一指定的符号周期之间有k-1个符号周期；以及

用于根据计算出的与所述指定符号周期和所述前一指定符号周期对应的组合系数、内插与所述指定符号周期和所述前一指定符号周期之间的所述k-1个符号周期对应的组合系数的内插装置。

11.权利要求10的自适应阵列装置，其特征在于：

所述存储装置用于以大于或等于符号周期的数目存储由每个无线单元在所述符号周期中接收的符号，所述计算装置使用等于符号周期的时间为所有所述多个用户无线电设备计算组合系数。

Images