Устройство и способ для формирования луча передачи прямой линии связи интеллектуальной антенны в системе мобильной связи

Изобретение относится к мобильной связи. Техническим результатом является формирование оптимального луча передачи для минимизации рассогласования по фазе между общим лучом и лучом передачи и снижение взаимных помех другим мобильным станциям от луча передачи. Устройство базовой станции состоит из антенной решетки, вычислителя вектора весовых коэффициентов луча передачи и формирователя луча передачи. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится, в основном, к устройству и способу интеллектуальной антенны и, в частности, к устройству и способу для формирования лучей передачи прямой линии связи интеллектуальной антенны в системе мобильной связи.

Предшествующий уровень техники

Для удовлетворения быстро возрастающего спроса на мобильную связь и предоставления абонентам различных мультимедийных услуг существует потребность в увеличении пропускной способности прямой линии связи. Обычно используется множественный доступ с частотным разделением каналов (МДЧР) и множественный доступ с временным разделением каналов (МДВР) для обеспечения максимально возможной абонентской пропускной способности при имеющейся ограниченной полосе частот. В технологии МДЧР установленная полоса частот делится на множество частотных каналов, необходимых для связи, так что каждый абонент использует однозначно определенные частотные каналы. Однако в технологии МДВР каждый абонент использует единственный частотный канал только в течение заданного временного интервала, назначенного ему. Также был предложен множественный доступ с кодовым разделением каналов (МДКР), который использует одну и ту же полосу частот, но различает абонентов посредством назначения различных кодов абонентам.

Однако способ повышения эффективности ограниченной полосы частот посредством этих технологий множественного доступа имеет ограничение в числе участвующих абонентов. Для преодоления этого ограничения была предложена сотовая технология. Сотовая технология относится к технологии мобильной связи, в которой зона обслуживания делится на множество малых областей или сотовых ячеек, и используется одинаковая полоса частот в двух сотовых ячейках, достаточно удаленных друг от друга, для увеличения количества пространственно распределенных каналов, тем самым обеспечивая достаточную абонентскую пропускную способность. Кроме того, можно дополнительно повысить пропускную способность базовой станции посредством разбиения на секторы антенны базовой станции. Например, антенна базовой станции разбивается на сектора посредством превращения всенаправленной антенны с 360°-диаграммой направленности в три направленные секторные антенны с 120°-диаграммой направленности. В частности, в системе МДКР, если антенна базовой станции разбивается на сектора, то уменьшаются шумы от абонентов других секторов, содействуя увеличению пропускной способности вызовов базовой станции.

Такая обычная всенаправленная антенна или секторная антенна передает как сигнал общего канала, так и сигнал канала передачи на мобильную станцию по одному общему лучу. Сигнал общего канала включает в себя сигнал пилотного канала, сигнал канала синхронизации и сигнал пейджингового канала, все из которых должны передаваться с базовой станции на все мобильные станции в соответствующей соте. Сигнал канала передачи относится к сигналу канала трафика, который должен передаваться на конкретную мобильную станцию. Значительное количество энергии излучения расходуется бесполезно, за исключением энергии излучения, передаваемой на конкретную мобильную станцию, например, когда конкретный сигнал, такой как сигнал канала передачи, передается на конкретную мобильную станцию аналогично общему каналу, а не тогда, когда заданный сигнал, такой как сигнал общего канала, передается с передающей антенны базовой станции на все мобильные станции. Кроме того, такая энергия излучения действует в качестве сигнала взаимных помех для других мобильных станций за исключением соответствующей мобильной станции.

Поэтому, если можно посредством некоторых средств передавать сигнал канала передачи в направлении конкретной мобильной станции, то можно поддерживать высокое качество вызова, в то же самое время поддерживая низкую мощность передачи и уменьшая сигналы взаимных помех для других мобильных станций, таким образом способствуя увеличению пропускной способности вызовов. Антенна, основанная на таком принципе, представляет собой адаптивную антенную решетку, также известную как антенна с развитой логикой или интеллектуальная антенна.

Интеллектуальная антенная система относится к системе антенны с развитой логикой, которая может автоматически изменять свою диаграмму направленности луча в ответ на предварительно определенную сигнальную среду. Для интеллектуальной антенной системы принята технология упорядочения множества антенных элементов в определенную форму и умножения выходного сигнала каждого антенного элемента на комплексный весовой коэффициент, таким образом формируя антенный луч в направлении требуемой мобильной станции.

Такая интеллектуальная антенная система представляет собой технологию, которая может широко использоваться в области мобильной связи. В данной заявке, однако, интеллектуальная антенная система описывается со ссылкой на систему сотовой мобильной связи МДКР. Кроме того, интеллектуальная антенная система представляет собой технологию, в которой базовая станция принимает только сигнал, передаваемый от требуемой мобильной станции по обратной линии связи, и концентрирует мощность передачи только к требуемой мобильной станции по прямой линии связи. В данной заявке интеллектуальная антенная система описывается в предположении, что формируется луч передачи прямой линии связи.

Способ формирования луча передачи прямой линии связи интеллектуальной антенны в системе мобильной связи МДКР описан в патенте США № 6108565, который включен в данную заявку посредством ссылки. Описываемый способ вычисляет информацию о формировании луча передачи прямой линии связи посредством оценки угла прихода (АОА) и времени прихода (ТОА) из сигналов, принимаемых антенной решеткой базовой станции от мобильных станций. Кроме того, в патенте описан способ формирования луча передачи прямой линии для каждой мобильной станции в соответствии с вычисленными АОА и ТОА принимаемого сигнала. То есть сигнал общего канала передается широким лучом, т.е. общим лучом, тогда как сигнал канала передачи для каждой мобильной станции передается узким лучом, т.е. лучом передачи, в соответствии с вычисленной информацией о формировании луча передачи прямой линии связи. Ширина узкого луча определяется в соответствии с расстоянием между мобильной станцией и базовой станцией. Когда расстояние становится меньше, ширина луча становится шире, а когда расстояние становится больше, ширина луча становится уже. Кроме того, ширина узкого луча для сигнала канала передачи регулируется в соответствии с вероятностью ошибок в кадрах (FER), сообщаемой по обратной линии связи.

Описание способа формирования луча передачи прямой линии связи может быть выполнено отдельно со ссылкой на один случай, где только общий пилотный канал предусматривается для всех мобильных станций в сотовой ячейке, и другой случай, где выделенный пилотный канал предусматривается для каждой мобильной станции, так что каждая мобильная станция легко может выполнить когерентное детектирование. В последнем случае, где предусматривается выделенный пилотный канал, так как выделенный пилотный канал и канал передачи используют один и тот же луч передачи, гарантируется согласование по фазе между обоими каналами. Однако в первом случае, где предусматривается только общий пилотный канал, так как общий пилотный канал и канал передачи используют различные лучи передачи прямой линии связи, происходит рассогласование по фазе между обоими каналами. Рассогласование по фазе имеет различное последействие согласно схеме модуляции. В общих чертах, система мобильной связи использует схему модуляции путем двоичной фазовой манипуляции (ДФМ) или квадратурной фазовой манипуляции (КФМ), обычно называемой многопозиционной фазовой манипуляцией (МФМ). Когда в качестве схемы модуляции используется МФМ, разность фаз между сигналом общего канала и сигналом канала передачи должна минимизироваться, чтобы минимизировать вероятность ошибок в битах (ВОБ). То есть рассогласование по фазе должно минимизироваться для получения требуемого качества вызова. Поэтому, в общей системе мобильной связи существует необходимость минимизирования рассогласования по фазе.

В системе мобильной связи МДКР сигнал от одного абонента действует как сигнал взаимных помех для другого абонента, поэтому необходимо хорошо контролировать взаимные помехи для повышения пропускной способности канала. В частности, так как в последнее время повысился спрос на передачу данных, имеющую большую мощность, чем передача речи, стала более важной проблема взаимных помех. Была предложена система интеллектуальной антенны для существенного снижения сигналов взаимных помех посредством формирования луча передачи прямой линии связи, так что сигнал канала передачи передается в направлении требуемой конкретной мобильной станции. Фактически, однако, часть сигнала канала передачи, передаваемого на требуемую мобильную станцию, подается на другие мобильные станции внутри и вне сотовой ячейки, вызывая нежелательные взаимные помехи. Однако такие взаимные помехи не учитываются в способе формирования луча передачи прямой линии связи, описанном в патенте США № 6108565.

Между тем, если ширина луча передачи увеличивается и становится такой же широкой, как и ширина общего луча, чтобы минимизировать рассогласование по фазе, увеличиваются взаимные помехи для других мобильных станций. И наоборот, если ширина луча передачи уменьшается, чтобы минимизировать взаимные помехи, рассогласование по фазе увеличивается. То есть, так как два условия имеют компромиссную зависимость, то необходимо рассматривать два условия вместе для формирования оптимального луча передачи.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства и способа для оптимизации луча передачи прямой линии связи с одновременным учетом проблемы взаимных помех и проблемы рассогласования по фазе в системе мобильной связи, использующей интеллектуальную антенну.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства и способа для вычисления направления вектора весовых коэффициентов луча передачи для максимизирования мощности синфазного компонента для сигнала общего канала в сигнале канала передачи для мобильной станции и для минимизации суммы мощности квадратурного компонента и мощности взаимных помех для других мобильных станций внутри и вне сотовой ячейки, вызванных сигналом канала передачи для мобильной станции, в устройстве базовой станции, включающем в себя антенную решетку.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства и способа для вычисления направления вектора весовых коэффициентов луча передачи для минимизации вызываемой мощности взаимных помех, так как часть сигнала канала передачи для требуемой конкретной мобильной станции распространяется на другие мобильные станции внутри и вне сотовой ячейки, когда предусматривается выделенный пилотный канал, в устройстве базовой станции, включающем в себя антенную решетку.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства и способа для независимого вычисления направления и величины вектора весовых коэффициентов для луча передачи для передачи сигнала канала передачи для конкретной мобильной станции в устройстве базовой станции, включающем в себя антенную решетку.

Также задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства и способа для независимого вычисления векторов весовых коэффициентов лучей передачи для множества мобильных станций, обслуживаемых устройством базовой станции, включающем в себя антенную решетку.

Для решения вышеупомянутых и других задач предусматривается устройство управления формированием луча передачи в базовой станции для формирования луча передачи для сигнала канала передачи, предназначенного для передачи на мобильную станцию с антенной решетки, включающей в себя множество антенных элементов. Вычислитель вектора весовых коэффициентов луча передачи оценивает направление мобильной станции с использованием сигнала приема и бита управления мощностью обратной линии связи, принимаемого от мобильной станции, и вычисляет вектор весовых коэффициентов луча передачи в оцененном направлении. Формирователь луча передачи использует вычисленный вектор весовых коэффициентов луча передачи для сигнала канала передачи и подает взвешенный сигнал канала передачи на антенную решетку.

Для решения вышеупомянутых и других задач предусматривается способ управления формированием луча передачи в базовой станции для формирования луча передачи для сигнала канала передачи, предназначенного для передачи на мобильную станцию с антенной решетки, включающей в себя множество антенных элементов. Способ содержит этапы оценки направления мобильной станции с использованием сигнала приема и бита управления мощностью обратной линии связи, принимаемого от мобильной станции, и вычисления вектора весовых коэффициентов луча передачи в оцененном направлении; использования вычисленного вектора весовых коэффициентов луча передачи для сигнала канала передачи; и подачи взвешенного сигнала канала передачи на антенную решетку.

Краткое описание чертежей

Вышеупомянутые и другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения поясняются в последующем подробном описании, иллюстрируемом чертежами, на которых:

фиг.1 - схема системы, иллюстрирующая пример модели канала интеллектуальной антенны прямой линии связи согласно варианту выполнения настоящего изобретения;

фиг.2 - диаграмма, иллюстрирующая пример оценки мощности передачи обратной линии связи согласно варианту выполнения настоящего изобретения;

фиг.3 - подробная блок-схема, иллюстрирующая пример компонентов устройства передачи базовой станции с антенной решеткой согласно варианту выполнения настоящего изобретения;

фиг.4 - подробная блок-схема, иллюстрирующая пример компонентов вычислителя вектора весовых коэффициентов луча передачи согласно варианту выполнения настоящего изобретения;

фиг.5 - схема, иллюстрирующая пример формирователя луча передачи согласно варианту выполнения настоящего изобретения;

фиг.6 - график, иллюстрирующий диаграмму направленности луча передачи прямой линии связи согласно известному уровню техники в значениях амплитуды и градусов; и

фиг.7 - график, иллюстрирующий диаграмму направленности луча передачи прямой линии связи согласно варианту выполнения настоящего изобретения в значениях амплитуды и градусов.

Подробное описание предпочтительного варианта выполнения

Ниже подробно описываются несколько вариантов выполнения настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. На чертежах одинаковые или аналогичные элементы обозначаются одинаковыми ссылочными позициями. В нижеследующем описании для краткости опущено подробное описание известных функций и конфигураций, включенных в данную заявку.

Варианты выполнения настоящего изобретения описываются со ссылкой на два различных случая. Первый случай предусматривает способ для вычисления оптимального вектора весовых коэффициентов передачи, когда нет выделенного пилотного канала и существует только общий пилотный канал. Второй случай предусматривает способ для вычисления оптимального вектора весовых коэффициентов передачи, когда существует выделенный пилотный канал, например, особый случай, описанный в связи с известным уровнем техники. Варианты выполнения настоящего изобретения могут, в основном, применяться в существующей системе мобильной связи, такой как МДЧР, МДВР и МДКР. Однако для удобства варианты выполнения настоящего изобретения описываются со ссылкой на систему МДКР, особенно систему мобильной связи МДКР 3-го поколения, такую как система CDMA2000 и система широкополосного множественного доступа с частотным разделением каналов (ШМДКР). Предполагается, что направление и амплитуда для вектора весовых коэффициентов для общего луча были предварительно вычислены с использованием известных средств.

На фиг.1 представлена схема системы, иллюстрирующая пример модели канала интеллектуальной антенны прямой линии связи согласно варианту выполнения настоящего изобретения. В частности, на фиг.1 изображена модель канала интеллектуальной антенны прямой линии связи в предположении, что М мобильных станций MS_i (i=1, 2 ... М) в сотовой ячейке осуществляют связь с базовой станцией BS. На фиг.1 s_m(t) представляет сигнал канала трафика прямой линии связи для m-ой мобильной станции MS от базовой станции BS, h_m представляет вектор отклика канала прямой линии связи от базовой станции BS на m-ую мобильную станцию MS_m, и w_m представляет вектор весовых коэффициентов прямой линии связи от базовой станции BS на m-ую мобильную станцию MS_m. Кроме того, векторы отклика канала от базовой станции BS на множество мобильных станций, расположенных в других сотовых ячейках, представлены посредством h_oc.

Если сигнал прямой линии связи, передаваемый от базовой станции BS на мобильные станции при помощи антенной решетки, состоящей из множества антенных элементов, определяется как s(t), то s(t) становится линейной комбинацией сигнала s_p(t) общего канала с общим вектором w_p весовых коэффициентов и сигнала s_i(t)(i=1, 2 ... M) канала трафика с индивидуальным вектором w_i(i=1, 2 ... M) весовых коэффициентов передачи. То есть s(t) может быть представлена следующим образом:

Хотя сигнал общего канала включает в себя сигнал пилотного канала, сигнал канала синхронизации и сигнал пейджингового канала, в данной заявке только сигнал пилотного канала обозначается как сигнал общего канала для удобства объяснения. Сигнал s_p(t) пилотного канала представляет собой сигнал, передаваемый во всенаправленном луче или в луче сектора, для обеспечения критерия времени и фазы для когерентной демодуляции на мобильных станциях в сотовой ячейке. Поэтому, вектор w_p весовых коэффициентов для сигнала пилотного канала должен иметь возможность полного охвата внутренней области сотовой ячейки или внутренней области сектора. В представленных примерах предполагается, что w_p ранее вычисляется известным образом. Тем, что предусматривается, является способ для вычисления векторов w_i(i=1, 2 ... M) весовых коэффициентов передачи для сигналов s_i(t)(i=1, 2 ... M) канала трафика, передаваемых на каждую мобильную станцию в сотовой ячейке по оптимальному критерию. Для удобства описание ограничивается способом для вычисления вектора w_m весовых коэффициентов передачи для m-ой мобильной станции MS_m из числа М мобильных станций. Конечно, векторы весовых коэффициентов передачи для других мобильных станций также могут быть вычислены в этом же способе. Поэтому можно независимо вычислять векторы весовых коэффициентов передачи для соответствующих мобильных станций.

Когда базовая станция передает сигнал s(t) по радиоканалу, сигнал r_m(t), принимаемый на m-ой мобильной станции MS_m, может быть представлен следующим образом:

В уравнении (2) * обозначает сопряженный оператор, и Н обозначает эрмитов оператор.

Сигнал r_m(t) делится на сигнал r_p(t) пилотного канала, сигнал r_d(t) канала трафика для m-ой мобильной станции MS_m и сигнал r_imp(t) взаимных помех, означающий сигнал, передаваемый на другие мобильные станции, но распространяемый или поступаемый на m-ую мобильную станцию MS_m, как изображено в уравнении (3).

Мощность каждого сигнала, принимаемого на m-ой мобильной станции MS_m, приведенная в уравнении (3), может быть выражена уравнением (4), приведенным ниже. В уравнении (4) P_p представляет мощность сигнала пилотного канала, P_d представляет мощность сигнала канала трафика, и P_imp представляет мощность сигнала взаимных помех.

В уравнении (4) R_m представляет ковариационную матрицу передачи прямой линии связи для m-ой мобильной станции MS_m и равна и S_p представляет мощность сигнала пилотного канала, передаваемого с базовой станции, и равна . Кроме того, S_i представляет мощность сигнала канала трафика прямой линии связи, передаваемого с базовой станции на i-ую мобильную станцию MS_i, и равна и S_m представляет мощность сигнала канала трафика прямой линии связи, передаваемого на m-ую мобильную станцию MS_m.

Если нет выделенного пилотного канала и существует только общий пилотный канал, вектор w_p весовых коэффициентов, примененный к общему пилотному каналу, в основном, отличается от вектора w_m весовых коэффициентов, примененному к каналу трафика, таким образом вызывая рассогласование по фазе между сигналом пилотного канала и сигналом канала трафика, принимаемыми на m-ой мобильной станции MS_m, изображенными в уравнении (3). В данном случае исключается изменение фазы от s_p(t) и s_m(t) сигнала.

Однако так как канал трафика синхронизируется посредством пилотного канала, сигнал общего пилотного канала становится критерием фазы в мобильной станции. Поэтому, для сигнала канала трафика в уравнении (3) компонент, согласованный по фазе с сигналом пилотного канала, служит в качестве сигнального компонента, тогда как компонент, рассогласованный по фазе с сигналом пилотного канала, служит в качестве компонента взаимных помех. В данной заявке компонент, согласованный по фазе с сигналом пилотного канала, называется "синфазный компонент", и компонент, рассогласованный по фазе с сигналом пилотного канала, называется "квадратурный компонент". Учитывая это, мощность P_d сигнала трафика в уравнении (4) может быть разделена на синфазную мощность P_i и квадратурную мощность P_q, как показано в уравнении (5) ниже.

В уравнении (5) равен и представляет нормированный вектор весовых коэффициентов пилотного канала.

Для сигнала s(t), передаваемого с базовой станции BS, сигнал r_exp(t) взаимных помех, означающий сигнал канала трафика, предназначенный для передачи только на m-ую мобильную станцию MS_m, но распространяющийся на другие мобильные станции MS_i (i=1, 2 ... M) в сотовой ячейке, и сигнал r_oc(t) взаимных помех, означающий сигнал канала трафика, распространяющийся на мобильные станции, принадлежащие другим сотовым ячейкам, могут быть представлены следующим образом:

Мощность сигналов взаимных помех вследствие распространения сигнала на другие мобильные станции внутри и вне сотовой ячейки может быть определена следующим образом:

В уравнении (7) R_oc обозначает ковариационную матрицу передачи прямой линии связи для мобильных станций внутри других сотовых ячеек и может быть выражена как

Кроме того, тепловой шум, создаваемый в мобильной станции, может учитываться вместе с сигналами взаимных помех от других мобильных станций, и тепловой шум может быть определен следующим образом:

Вектор весовых коэффициентов для луча передачи вычисляется с использованием пересчитанной мощности сигнала и взаимных помех. Сначала для вычисления направления вектора весовых коэффициентов для луча передачи для m-ой мобильной станции MS_m отношение сигнал-взаимные помехи плюс шум (SINR) для формирования (FLBF) луча прямой линии связи определяется следующим образом:

не является значением, которое может быть фактически измерено в соответствующей мобильной станции MS_m. Однако чтобы максимизировать в уравнении (9), необходимо минимизировать сумму мощности P_q квадратурного компонента и мощностей P_exp и P_oc взаимных помех, означающих сигнал, передаваемый на соответствующую мобильную станцию MS_m, но распространяющийся на другие мобильные станции внутри и вне сотовой ячейки, в то же самое время максимизируя мощность P_i синфазного компонента, причем фаза сигнала пилотного канала служит в качестве критерия фазы во время когерентного детектирования. В результате с точки зрения всей системы фактическое увеличивается в мобильной станции MS_m. Поэтому можно определять SINR уравнения (9) вместо использования фактического

Если вектор w_m весовых коэффициентов луча передачи для максимизирования вычисляется при помощи определения, вычисленное значение становится оптимальным вектором весовых коэффициентов для минимизации рассогласования по фазе между сигналом пилотного канала и сигналом канала трафика и также минимизации мощности сигнала взаимных помех для других мобильных станций, таким образом выполняя цели настоящего изобретения.

Кроме того, становится функцией только вектора w_m весовых коэффициентов луча передачи для m^-ой мобильной станции MS_m, когда задан вектор w_p весовых коэффициентов общего луча. В результате, можно независимо оптимизировать вектор весовых коэффициентов луча передачи согласно мобильным станциям. В частности, из уравнения (9) можно понять, что зависит только от направления вектора w_m отклика канала прямой линии связи независимо от величины вектора w_m отклика канала прямой линии связи от базовой станции на соответствующую мобильную станцию и сигнала S_mканала трафика прямой линии связи для соответствующей мобильной станции. Из этого можно заметить, что можно независимо вычислять направление и величину вектора w_m отклика канала прямой линии связи.

В уравнении (9) результат вычисления, полученный выбором оптимального вектора весовых коэффициентов прямой линии связи в качестве значения для максимизирования принимает следующий вид:

(10)

Для ковариационных матриц, используемых в уравнении (10), могут использоваться другие средства, например ковариационная матрица прямой линии связи, вводимая назад от мобильной станции MS_m в базовую станцию BS, или эквивалентная ей информация. Если нет информации, вводимой назад от мобильной станции в базовую станцию, то базовая станция может оценивать сигналы, принимаемые от мобильных станций. Подробное описание этого приводится ниже. Сигнал _m, принимаемый от m-ой мобильной станции MS_m, был введен для вычисления w_m для максимизации и затем дополнительного регулирования фазы между общим лучом и лучом передачи.

Был описан способ для вычисления оптимального вектора весовых коэффициентов, когда нет выделенного пилотного канала и существует только общий пилотный канал. Однако когда существует выделенный пилотный канал, то вектор весовых коэффициентов для выделенного пилотного канала, служащего в качестве критерия фазы во время когерентного детектирования, идентичен по фазе вектору весовых коэффициентов, примененному для канала трафика. Поэтому если существует выделенный пилотный канал, то не возникает проблемы рассогласования по фазе между выделенным пилотным каналом и каналом трафика. Таким образом, уравнение (5) может быть переписано как

Поэтому для формирования луча прямой линии связи определяется как

Когда существует выделенный пилотный канал, то оптимальный вектор весовых коэффициентов для канала трафика представляет значение для максимизации в уравнении (12) и вычисляется следующим образом:

Как описано выше, для формирования луча прямой линии связи согласно присутствию/отсутствию выделенного пилотного канала, требуются ковариационные матрицы передачи прямой линии связи R_m(m=1, 2 ... M) и R_oc, т.е. как показано в уравнении (13). До сих пор сигнал, относящийся к обратной линии связи (RL), и сигнал, относящийся к прямой линии связи (FL), не различались с целью упрощения, так как они не могут быть спутаны. Однако далее верхний индекс "FL" будет использоваться для прямой линии связи, и верхний индекс "RL" будет использоваться для обратной линии связи для различения сигналов. Как указано выше, если такая информация предоставляется с мобильной станции, то информация может использоваться в том виде, как она есть. В противоположность этому, если информация не предоставляется, то базовая станция должна оценивать ковариационную матрицу прямой линии связи из сигнала, принимаемого от мобильной станции. Однако так как ковариационная матрица обратной линии связи получается из принятого сигнала обратной линии связи, то базовой станции сначала требуется оценить мощность передачи мобильной станции MS_m и исключить оцененную мощность передачи.

В современном стандарте на мобильную связь у базовой станции BS нет средств для непосредственного приема мощности передачи мобильной станции MS_m. Вместо этого, базовая станция BS может косвенно оценить мощность передачи мобильной станции MS_m, используя бит управления мощностью обратной линии связи, передаваемый на мобильную станцию MS_m на каждом интервале для управления мощностью обратной линии связи.

На фиг.2 представлена диаграмма, иллюстрирующая пример оценки мощности передачи обратной линии связи согласно варианту выполнения настоящего изобретения. Более конкретно, на фиг.2 изображен пример оценки мощности передачи мобильной станции MS_m из бита управления мощностью обратной линии связи. На фиг.2 означает бит управления мощностью обратной линии связи, который базовая станция BS передает на m^-ую мобильную станцию MS_m на каждом интервале t_k(k=1, 2 ... ). Как показано на фиг.2, мощность передачи мобильной станции повышается или понижается с заданным отношением согласно . Мощность передачи мобильной станции вычисляется следующим образом:

В уравнении (14) "приращение" представляет отношение (дБ) мощности передачи, которое увеличивается или уменьшается согласно биту управления мощностью обратной линии связи, и S_o представляет исходную мощность передачи. Уравнение (14) обеспечивает значение, которое базовая станция BS может вычислить, и посредством этого базовая станция может оценить мощность передачи мобильной станции. Уравнение (14) приведено в предположении, что отсутствуют ошибки во время передачи и демодуляции бита управления мощностью обратной линии связи. Однако даже если возникают ошибки во время передачи бита управления мощностью обратной линии связи, действительное значение может быть немедленно восстановлено при помощи обратной связи для бита управления мощностью обратной линии связи.

Если оценивается мощность канала трафика обратной линии связи, принимаемого от m-ой мобильной станции, ковариационная матрица передачи для канала обратной линии связи от m-ой мобильной станции может быть вычислена из оцененной мощности. Кроме того, АОА и ширина луча оцениваются из ковариационной матрицы передачи для канала обратной линии связи, принимаемого от m-ой мобильной станции. Кроме того, ковариационная матрица передачи для канала прямой линии связи на m-ую мобильную станцию может быть оценена посредством синтезирования ковариационной матрицы с учетом разности между полосами частот передачи и приема из оцененного АОА и ширины луча.

Даже для ковариационной матрицы R_oc передачи для мобильных станций в других сотовых ячейках может использоваться аналогичный способ. Однако может оказаться затруднительным индивидуально определить мощность передачи мобильных станций внутри и вне сотовой ячейки. В данном случае необходимо предварительно определить ожидаемые средние значения ковариационной матрицы R_oc передачи для мобильных станций внутри и вне других сотовых ячеек. В принципе, поскольку предполагается, что взаимные помехи от других сотовых ячеек являются однородными по пространству, ожидаемое среднее значение может быть применено без проблем.

Был описан способ одновременного учета проблемы рассогласования по фазе между сигналом общего пилотного канала и сигналом канала трафика и проблемы взаимных помех для других мобильных станций, когда не предусмотрен выделенный пилотный канал. Предлагается другой способ вычисления направления оптимального вектора весовых коэффициентов луча передачи при помощи формирования луча прямой линии связи с учетом проблемы взаимных помех, когда предусмотрен выделенный пилотный канал. Ниже описан процесс вычисления амплитуды вектора весовых коэффициентов луча передачи с использованием управления мощностью прямой линии связи (FLPC).

Уравнение (15) показывает пример для управления мощностью прямой линии связи на m-ой мобильной станции MS_m в сотовой ячейке.

представляет значение, которое непосредственно может быть измерено m-ой мобильной станцией MS_m. для управления мощностью прямой линии связи может быть определено различным образом в зависимости от конкретных систем. В представленном примере, так как функция управления мощностью прямой линии связи, предусмотренная в существующей системе МДКР, будет применяться в том виде, как есть, конкретное определение не является существенным.

m-ая мобильная станция MS_m сравнивает целевое значение с его текущим измеренным значением и определяет бит управления мощностью прямой линии связи согласно результату сравнения. Базовая станция BS принимает бит управления мощностью прямой линии связи по каналу обратной линии связи и определяет мощность сигнала прямого канала трафика, т.е. амплитуду вектора весовых коэффициентов для луча передачи согласно значению принимаемого бита управления мощностью прямой линии связи.

Посредством вычисления направления оптимального вектора весовых коэффициентов каждой мобильной станции при помощи формирования луча прямой линии связи и независимого вычисления требуемой мощности передачи базовой станции при помощи управления мощностью прямой линии связи, интеллектуальная антенна, использующая алгоритм формирования луча прямой линии связи, согласно изобретению, может достичь требуемого SINR с минимальной мощностью передачи базовой станции, по сравнению со всенаправленной антенной или секторной антенной. Таким образом, можно увеличить количество доступных мобильных станций в сотовой ячейке, способствуя повышению абонентской пропускной способности, что является целью для интеллектуальной антенны.

Ниже приведено подробное описание варианта выполнения настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На фиг.3 представлена подробная блок-схема, иллюстрирующая пример компонентов устройства передачи базовой станции с антенной решеткой согласно варианту выполнения настоящего изобретения. Как изображено, устройство передачи для базовой станции включает в себя антенную решетку 300, радиочастотную (РЧ) часть 310, формирователь 320 луча передачи, контроллер 330 луча передачи, генератор 340 сигнала общего канала, генератор 350 сигнала канала передачи, формирователь 360 луча приема и приемник 370 модема базовой станции. Предполагается, что базовая станция в текущий момент осуществляет связь с М мобильными станциями в сотовой ячейке.

Предполагается, что антенная решетка 300 состоит из N идентичных антенных элементов. Антенная решетка может определяться как передающая антенная решетка и приемная антенная решетка. В данном случае, описание приведено со ссылкой на передающую антенную решетку. Однако конструкция антенной решетки обычно разрабатывается так, что она может использоваться как для передачи, так и для приема за счет применения антенного переключателя. Антенная решетка 300 передает лучи передачи, сформированные формирователем 320 луча передачи, и подает РЧ-сигналы, принимаемые от нескольких мобильных станций внутри и вне сотовой ячейки, на РЧ-часть 310.

РЧ-часть 310 состоит из N РЧ-блоков, соответствующих N антенным элементам антенной решетки 300, и каждый РЧ-блок соединен со своим соответствующим антенным элементом. Каждый РЧ-блок, хотя это не показано на чертеже, включает в себя малошумящий усилитель, преобразователь с понижением частоты и аналого-цифровой (А/Ц) преобразователь. РЧ-часть 310 преобразует РЧ-сигналы, принимаемые от мобильных станций при помощи антенной решетки 300, в цифровой сигнал x приема полосы модулирующих частот.

Формирователь 360 луча приема преобразует цифровой сигнал x приема полосы модулирующих частот с выхода РЧ-части 310 в лучи z_i(i=1, 2 ... M), сформированные для мобильных станций, и подает выводимые лучи на приемник 370 модема базовой станции. Формирователь 360 луча приема служит в качестве пространственного фильтра, выполненного с возможностью усиления или исключения сигнала, на основе направления сигнала, принимаемого от каждой мобильной станции при помощи антенной решетки 300. Когда многоотводный приемник (не показан с целью упрощения) используется для устранения сигнала взаимных помех из-за замирания, обусловленного многолучевым распространением, формирователь 360 луча приема может быть расположен перед или после демодулятора в каждом канале приема многоотводного приемника.

Приемник 370 модема базовой станции преобразует лучи z_i(i=1, 2 ... M), выводимые формирователем 360 луча приема, в сигналы речи или данных соответствующих мобильных станций. Кроме того, приемник 370 модема базовой станции восстанавливает биты управления мощностью прямой линии связи, передаваемые от соответствующих мобильных станций, и измеряет SINR для соответствующих мобильных станций, таким образом определяя биты управления мощностью обратной линии связи. Кроме того, приемник 370 модема базовой станции восстанавливает FER прямой линии связи, передаваемую от соответствующей мобильной станции, посредством верхнего уровня.

Контроллер 330 луча передачи вычисляет векторы весовых коэффициентов для управления формированием лучей передачи и включает в себя вычислитель 331 вектора весовых коэффициентов общего луча, вычислитель 333 вектора весовых коэффициентов луча передачи, вычислитель 335 мощности общего луча и вычислитель 337 мощности луча передачи. В вариантах выполнения настоящего изобретения вычислители могут быть реализованы, если требуется, аппаратными или программными средствами.

Формирователь 320 луча передачи включает в себя формирователь 323 общего луча для формирования общего луча, М формирователей 325 луча передачи для формирования лучей передачи для М мобильных станций и N сумматоров 321 для формирования M лучей прямой передачи посредством добавления общего луча к М лучам передачи и затем подачи сформированных лучей прямой передачи на N РЧ-блоков, соответствующих им.

Ниже приведено подробное описание принципа действия формирования лучей передачи базовой станцией, имеющей указанную выше структуру.

РЧ-сигналы, принимаемые от нескольких мобильных станций внутри и вне сотовой ячейки N антенными элементами антенной решетки 300, преобразуются в цифровой сигнал x приема полосы модулирующих частот РЧ-частью 310 и затем подаются на формирователь 360 луча приема и вычислитель 333 вектора весовых коэффициентов луча передачи. Вычислитель 333 вектора весовых коэффициентов луча передачи вычисляет ковариационные матрицы передачи прямой линии связи вышеуказанным способом посредством приема цифрового сигнала x приема полосы модулирующих частот от РЧ-части 310 и битов управления мощностью обратной линии связи от приемника 370 модема базовой станции. Если выделенный пилотный канал не предусматривается, то ковариационная матрица передачи прямой линии связи вычисляется с использованием уравнения (10), приведенного выше. В противоположность этому, когда выделенный пилотный канал предусматривается, ковариационная матрица передачи прямой линии связи вычисляется с использованием уравнения (13), приведенного выше. Поэтому вычислитель 333 вектора весовых коэффициентов луча передачи может быть спроектирован для реализации обоих способов вычисления, чтобы использовать, если требуется, один из двух способов вычисления. В одном варианте выполнения настоящего изобретения вычислитель 333 вектора весовых коэффициентов луча передачи может быть спроектирован для реализации только способа вычисления, соответствующего конкретной системе. В данном способе вычислитель 333 вектора весовых коэффициентов луча передачи вычисляет оптимальные векторы весовых коэффициентов луча передачи для мобильных станций на основе реального времени и подает оптимальные векторы весовых коэффициентов луча передачи на соответствующие формирователи 325 луча передачи.

Вычислитель 337 мощности луча передачи вычисляет мощности луча передачи для мобильных станций посредством приема битов управления мощностью прямой линии связи от приемника 370 модема базовой станции и подает вычисленные мощности луча передачи на генераторы 350 сигнала канала передачи. Каждый генератор 350 сигнала канала передачи генерирует сигналы канала передачи посредством умножения сигналов канала передачи, имеющих единичную амплитуду, на квадратные корни мощностей луча передачи, и подает сформированные сигналы канала передачи на соответствующий формирователь 325 луча передачи.

Формирователи 325 луча передачи формируют лучи передачи посредством умножения оптимальных векторов луча передачи для мобильных станций на сигналы канала передачи. Лучи передачи, сформированные таким образом, подаются на сумматоры 321, связанные с N антенными элементами антенной решетки 300.

Вектор весовых коэффициентов для общего луча определяется вычислителем 331 вектора весовых коэффициентов общего луча и вычислителем 335 мощности общего луча. Вычислитель 331 вектора весовых коэффициентов общего луча предварительно вычисляет вектор w_p весовых коэффициентов общего луча для охвата сотовой ячейки или сектора и подает вычисленный вектор весовых коэффициентов общего луча на формирователь 323 общего луча. Вычислитель 335 мощности общего луча предварительно вычисляет мощность S_p общего луча и подает вычисленную мощность общего луча на генератор 340 сигнала общего канала. Генератор 340 сигнала общего канала генерирует сигнал s_p общего канала посредством умножения сигнала общего канала, имеющего единичную амплитуду, на квадратный корень мощности S_p общего луча и подает сформированный сигнал общего канала на формирователь 323 общего луча.

Формирователь 323 общего луча умножает сигнал s_p общего канала на вектор w_p весовых коэффициентов общего луча и подает свой выходной сигнал на сумматоры 321, связанные с N антенными элементами антенной решетки 300.

Сумматоры 321 формируют векторы s(t) сигнала передачи базовой станции посредством суммирования выходных сигналов формирователя 323 общего луча и формирователей 325 луча передачи и подают свои выходные сигналы на соответствующие РЧ-блоки РЧ-части 310. Векторы s(t) сигнала передачи от базовой станции на мобильные станции преобразуются в РЧ-сигналы РЧ-блоками 310 после усиления по мощности, при помощи цифроаналогового преобразователя, преобразователя с повышением частоты и усилителя мощности и затем передаются на мобильные станции в сотовой ячейке по каналам прямой линии связи через антенную решетку 300.

На фиг.4 представлена подробная блок-схема, иллюстрирующая пример компонентов вычислителя 333 вектора весовых коэффициентов луча передачи, показанного на фиг.3. Более конкретно, на фиг.4 изображено устройство и способ для оценки ковариационных матриц прямой линии связи для М мобильных станций MS_i (i=1, 2 ... M) из вектора x сигнала приема базовой станции по обратной линии связи. Хотя ковариационная матрица прямой линии связи может оцениваться из вектора сигнала приема базовой станции по обратной линии связи, как упомянуто выше, она также может непосредственно вводиться назад от мобильных станций или может вычисляться с использованием других способов. Специалисту в данной области техники должно быть ясно, что хотя вычислитель 333 вектора весовых коэффициентов луча передачи на фиг.4 реализован аппаратными средствами, он также может быть реализован программными средствами без отклонения от объема настоящего изобретения.

Как показано на фиг.4, вычислитель 333 вектора весовых коэффициентов луча передачи включает в себя М вычислителей 400 ковариационной матрицы прямой линии связи, связанных с М мобильными станциями MSi (i=1, 2 ... M), М вычислителей 420 оптимального вектора весовых коэффициентов и вычислитель 410 ковариационной матрицы другой сотовой ячейки. Каждый вычислитель 400 ковариационной матрицы прямой линии связи состоит из блока 401 оценки ковариационной матрицы обратной линии связи, блока 403 оценки АОА, блока 405 оценки ширины луча и синтезатора 407 ковариационной матрицы прямой линии связи.

Блок 401 оценки ковариационной матрицы обратной линии связи сначала вычисляет ковариационную матрицу для i-ой мобильной станции MS_i посредством приема вектора x цифрового сигнала приема полосы модулирующих частот. Затем блок 401 оценки ковариационной матрицы обратной линии связи оценивает мощность передачи мобильной станции, используя бит управления мощностью обратной линии связи, и затем вычисляет ковариационную матрицу передачи обратной линии связи i-ой мобильной станции из оцененной мощности передачи мобильной станции. Блок 401 оценки ковариационной матрицы обратной линии связи подает вычисленную ковариационную матрицу обратной линии связи на блок 403 оценки АОА и блок 405 оценки ширины луча. Блок 403 оценки АОА и блок 405 оценки ширины луча вычисляют значение АОА_i оценки АОА и значение BW_i оценки ширины луча для соответствующей мобильной станции из значения оценки ковариационной матрицы обратной линии связи и подают вычисленные AOAi и BW_i на синтезатор 407 ковариационной матрицы прямой линии связи. В состоянии, когда происходит резкое увеличение FER, блок 405 оценки ширины луча обнаруживает это резкое увеличение FER из величины прямой линии связи, принимаемой от мобильной станции, и затем увеличивает или уменьшает ширину луча на заданное значение, тем самым обеспечивая необходимую обработку данного состояния, характеризующегося отклонением от нормального состояния.

Синтезатор 407 ковариационной матрицы прямой линии связи синтезирует значение оценки ковариационной матрицы прямой линии связи из значения АОА_i оценки АОА и значения BW_i оценки ширины луча и подает синтезированное значение оценки ковариационной матрицы прямой линии связи на вычислитель 420 оптимального вектора весовых коэффициентов. В системе дуплексного режима с частотным разделением (ДЧР), где полоса частот передачи отличается от полосы частот приема, разность между частотой передачи и частотой приема компенсируется в синтезаторе 407 ковариационной матрицы прямой линии связи.

Вычислитель 410 ковариационной матрицы другой сотовой ячейки вычисляет значение R_oc оценки ковариационной матрицы для взаимных помех мобильным станциям в других сотовых ячейках от сигнала канала передачи для i-ой мобильной станции MS_i, посредством приема вектора x цифрового сигнала приема полосы модулирующих частот и подачи вычисленного значения оценки ковариационной матрицы на вычислитель 420 оптимального вектора весовых коэффициентов. Оценка ковариационной матрицы обратной линии связи и ковариационной матрицы другой сотовой ячейки может выполняться с использованием известного метода. Например, может использоваться способ, описанный в "Performance Analysis of CDMA Mobile Communication Systems using Antenna Arrays", B. Suard, A. Naguib, G,Xu, A.Paulraj, Proc. ICASSP, 1993, которая включена в данную заявку посредством ссылки.

Вычислитель 420 оптимального вектора весовых коэффициентов вычисляет оптимальный вектор w_i весовых коэффициентов согласно уравнению (10) или уравнению (11) посредством приема значения R_i оценки ковариационной матрицы прямой линии связи для i-ой мобильной станции MS_i от вычислителя 400 ковариационной матрицы прямой линии связи, значения R_oc оценки от вычислителя 410 ковариационной матрицы другой сотовой ячейки и вектора w_p весовых коэффициентов общего луча от вычислителя 331 вектора весовых коэффициентов общего луча и затем подает вычисленный оптимальный вектор весовых коэффициентов на формирователь 325 луча передачи.

На фиг.5 представлена диаграмма, иллюстрирующая пример формирователя 325 луча передачи для m-ой мобильной станции MS_m согласно варианту выполнения настоящего изобретения. Если предполагается, что антенная решетка базовой станции включает в себя N антенных элементов, то формирователь 325 луча передачи включает в себя N комплексных умножителей 510, связанных с антенными элементами. Вектор w_m весовых коэффициентов луча передачи для m^-ой мобильной станции MS_m делится на N элементов, связанных с антенными элементами, и затем подается на соответствующие комплексные умножители 510. Общеизвестно, что w_m может быть представлен как w_m=[w_m,1 w_m,2 ... w_m,N-1 w_m,N]^T. Комплексные умножители 510 производят комплексное умножение сигнала s_m(t) канала трафика для m-ой мобильной станции MS_m на элементы вектора w_m весовых коэффициентов и подают свои выходные сигналы на соответствующие сумматоры 321.

Хотя на фиг.5 изображен формирователь 325 луча передачи для m-ой мобильной станции MS_m, формирователи луча передачи для других мобильных станций также имеют такую же структуру. Формирователи общего луча для других мобильных станций также имеют такую же структуру, что и формирователь 323 общего луча.

На фиг.6 представлен график, иллюстрирующий диаграмму направленности луча передачи прямой линии связи согласно известному уровню техники в значениях амплитуды и градусов, и на фиг.7 представлен график, иллюстрирующий диаграмму направленности луча передачи прямой линии связи согласно варианту выполнения настоящего изобретения в значениях амплитуды и градусов. Фиг.6 и 7 основаны на предположении, что количество лучей передачи прямой линии связи равно 2 в линейной антенной решетке базовой станции, которая имеет 4 антенных элемента, и промежуток между антенными элементами равен половине длины волны. Более конкретно, на фиг.6 изображена диаграмма направленности луча передачи прямой линии связи, сформированная с учетом только АОА и ширины луча из сигнала, принимаемого базовой станцией от мобильной станции, и на фиг.7 изображена диаграмма направленности луча передачи прямой линии связи, сформированная согласно варианту выполнения настоящего изобретения. Также на фиг.6 и 7 предполагается, что лучи 610 и 710 передачи прямой линии связи, показанные сплошными линиями, представлены для АОА=-40° и ширины луча = 20°, и лучи 620 и 720 передачи прямой линии связи, также показанные сплошными линиями, представлены для АОА=-0° и ширины луча = 20°.

Ясно, что по сравнению с диаграммой направленности луча передачи прямой линии связи, изображенной на фиг.6, для диаграммы направленности луча передачи прямой линии связи, изображенной на фиг.7, уменьшены взаимные помехи примерно на 3-4 дБ в диапазоне угла отсутствия передачи. То есть, когда луч передачи прямой линии связи формируется согласно описанным вариантам выполнения настоящего изобретения, то можно повысить величину абонентской пропускной способности на ту же самую величину, что и уменьшение сигнала взаимных помех.

Как описано выше, описанные варианты выполнения настоящего изобретения могут формировать оптимальный луч передачи для минимизации рассогласования по фазе между общим лучом и лучом передачи и также снижать взаимные помехи другим мобильным станциям от луча передачи. То есть изобретение обеспечивает передачу по прямой линии связи с высокой эффективностью, повышение пропускной способности в полосе частот системы мобильной связи, улучшение качества вызова и снижение мощности передачи мобильной станции.

Хотя изобретение было показано и описано со ссылкой на некоторые варианты выполнения, для специалиста в данной области техники понятно, что в нем могут быть выполнены различные изменения в форме и деталях без отступления от сущности и объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.

1. Устройство управления формированием луча передачи базовой станции для формирования луча передачи для сигнала канала передачи, предназначенного для передачи на мобильную станцию посредством антенной решетки, включающей в себя множество антенных элементов, причем устройство содержит вычислитель вектора весовых коэффициентов луча передачи для оценки направления мобильной станции с использованием сигнала приема и бита управления мощностью обратной линии связи, принимаемого от мобильной станции, и вычисления вектора весовых коэффициентов луча передачи для минимизации рассогласования по фазе между сигналом общего канала и сигналом канала передачи, в оцененном направлении; формирователь луча передачи для использования вектора весовых коэффициентов, вычисленного вычислителем вектора весовых коэффициентов луча передачи, для сигнала канала передачи и подачи сигнала канала передачи в антенную решетку.

2. Устройство управления формированием луча передачи по п.1, в котором вычислитель вектора весовых коэффициентов луча передачи содержит первый вычислитель ковариационной матрицы прямой линии связи для вычисления значения оценки ковариационной матрицы прямой линии связи с использованием сигнала, принимаемого от мобильной станции при помощи антенной решетки, значения управления мощностью обратной линии связи от мобильной станции и вероятности ошибки на кадр; второй вычислитель ковариационной матрицы прямой линии связи для вычисления значения оценки ковариационной матрицы прямой линии связи для других мобильных станций; вычислитель оптимального вектора весовых коэффициентов для вычисления оптимального вектора весовых коэффициентов луча передачи из значений оценки, выводимых из первого и второго вычислителя ковариационной матрицы прямой линии связи, и вектора весовых коэффициентов для сигнала общего канала.

3. Устройство управления формированием луча передачи по п.2, в котором второй вычислитель ковариационной матрицы прямой линии связи вычисляет вектор весовых коэффициентов с учетом ожидаемого среднего значения мощности передачи для других мобильных станций.

4. Устройство управления формированием луча передачи по п.2, в котором первый вычислитель ковариационной матрицы прямой линии связи содержит блок оценки ковариационной матрицы обратной линии связи для оценки ковариационной матрицы обратной линии связи с использованием сигнала, принимаемого от мобильной станции при помощи антенной решетки, и сигнала управления мощностью обратной линии связи; блок оценки угла прихода (АОА) для оценки угла прихода сигнала из значения ковариационной матрицы обратной линии связи; блок оценки ширины луча для определения ширины луча сигнала прямой линии связи с использованием значения ковариационной матрицы обратной линии связи и вероятности ошибки на кадр; синтезатор ковариационной матрицы прямой линии связи для синтезирования ковариационной матрицы прямой линии связи с использованием выходного сигнала блока оценки АОА и выходного сигнала блока оценки ширины луча.

5. Устройство управления формированием луча передачи по п.2, в котором вычислитель оптимального вектора весовых коэффициентов вычисляет вектор весовых коэффициентов луча передачи для максимизации отношения сигнал-взаимные помехи плюс шум (SINR) для формирования луча прямой линии связи, причем SINR определяется как:

где Р_i представляет мощность синфазного компонента для сигнала общего канала, Р_q представляет мощность квадратурного компонента для сигнала общего канала, Р_ехр представляет мощность взаимных помех от сигнала канала передачи для других мобильных станций, расположенных в пределах сотовой ячейки, обслуживаемой базовой станцией, и Р_ос представляет мощность взаимных помех от сигнала канала передачи для других мобильных станций, расположенных вне сотовой ячейки.

6. Устройство управления формированием луча передачи по п.5, в котором вычислитель оптимального вектора весовых коэффициентов вычисляет вектор весовых коэффициентов для луча передачи по следующему уравнению:

где представляет оптимальный вектор весовых коэффициентов луча передачи для мобильной станции, М представляет количество мобильных станций, обслуживаемых в текущий момент базовой станцией, R_i представляет ковариационную матрицу передачи для i-й мобильной станции из числа М мобильных станций, обслуживаемых базовой станцией, представляет значение ковариационной матрицы взаимных помех для мобильных станций, обслуживаемых другими базовыми станциями, представляет вектор весовых коэффициентов общего луча, R_m представляет ковариационную матрицу передачи прямой линии связи для m-й мобильной станции, и представляет вектор весовых коэффициентов луча передачи для максимизации отношения SINR в прямой линии связи к m-й мобильной станции.

7. Устройство управления формированием луча передачи по п.2, в котором вычислитель оптимального вектора весовых коэффициентов вычисляет вектор весовых коэффициентов луча передачи для максимизации отношения сигнал-взаимные помехи плюс шум (SINR) для формирования луча прямой линии связи, причем SINR определяется как:

где P_d представляет мощность сигнала канала передачи, Р_ехр представляет мощность взаимных помех от сигнала канала передачи для других мобильных станций, расположенных в пределах сотовой ячейки, обслуживаемой базовой станцией, и Р_ос представляет мощность взаимных помех от сигнала канала передачи для других мобильных станций, расположенных вне сотовой ячейки.

8. Устройство управления формированием луча передачи по п.7, в котором направление вектора весовых коэффициентов луча передачи для максимизирования SINR вычисляется как

где представляет оптимальный вектор весовых коэффициентов луча передачи для мобильной станции, М представляет количество мобильных станций, обслуживаемых в текущий момент базовой станцией, R_i представляет ковариационную матрицу передачи для i-й мобильной станции из числа М мобильных станций, обслуживаемых базовой станцией, представляет значение ковариационной матрицы взаимных помех для мобильных станций, обслуживаемых другими базовыми станциями, и R_m представляет ковариационную матрицу передачи прямой линии связи для m-й мобильной станции.

9. Устройство управления формированием луча передачи по п.1, в котором ширина луча вектора весовых коэффициентов луча передачи определяется согласно вероятности ошибки на кадр (FER) при вычислении вектора весовых коэффициентов луча передачи.

10. Устройство управления формированием луча передачи по п.1, в котором вычислитель вектора весовых коэффициентов луча передачи минимизирует рассогласование по фазе между сигналом общего канала и сигналом канала передачи посредством деления мощности сигнала канала передачи на синфазный компонент мощности и квадратурный компонент мощности для сигнала общего канала, максимизации синфазного компонента мощности и минимизации квадратурного компонента мощности.

11. Устройство управления формированием луча передачи по п.1, в котором вычислитель вектора весовых коэффициентов луча передачи вычисляет вектор весовых коэффициентов луча передачи для минимизации рассогласования по фазе между сигналом общего канала и сигналом канала передачи.

12. Способ управления формированием луча передачи базовой станции для формирования луча передачи для сигнала канала передачи, предназначенного для передачи на мобильную станцию посредством антенной решетки, включающей в себя множество антенных элементов, причем способ содержит этапы оценки направления мобильной станции с использованием сигнала приема и бита управления мощностью обратной линии связи, принимаемого от мобильной станции, и вычисления вектора весовых коэффициентов луча передачи для минимизации рассогласования по фазе между сигналом общего канала и сигналом канала передачи, в оцененном направлении; использования вычисленного вектора весовых коэффициентов для сигнала канала передачи; подачи сигнала канала передачи в антенную решетку.

13. Способ управления формированием луча передачи по п.12, в котором вычислитель вектора весовых коэффициентов луча передачи вычисляет вектор весовых коэффициентов луча передачи для минимизации рассогласования по фазе между сигналом общего канала и сигналом канала передачи.

14. Способ управления формированием луча передачи по п.12, в котором этап вычисления вектора весовых коэффициентов луча передачи содержит этапы вычисления первого значения оценки ковариационной матрицы прямой линии связи с использованием сигнала, принимаемого от мобильной станции при помощи антенной решетки, значения управления мощностью обратной линии связи от мобильной станции и вероятности ошибки на кадр; вычисления второго значения оценки ковариационной матрицы прямой линии связи для других мобильных станций; вычисления оптимального вектора весовых коэффициентов луча передачи из вычисленных первого и второго значений оценки ковариационной матрицы прямой линии связи и вектора весовых коэффициентов для сигнала общего канала.

15. Способ управления формированием луча передачи по п.14, в котором второй этап вычисления значения оценки ковариационной матрицы прямой линии связи содержит этап вычисления вектора весовых коэффициентов с учетом ожидаемого среднего значения мощности передачи для других мобильных станций.

16. Способ управления формированием луча передачи по п.14, в котором первый этап вычисления ковариационной матрицы прямой линии связи содержит этапы оценки ковариационной матрицы обратной линии связи с использованием сигнала, принимаемого от мобильной станции при помощи антенной решетки, и сигнала управления мощностью обратной линии связи; оценки угла прихода сигнала из значения ковариационной матрицы обратной линии связи; определения ширины луча сигнала прямой линии связи с использованием значения ковариационной матрицы обратной линии связи и вероятности ошибки на кадр; синтезирования ковариационной матрицы прямой линии связи с использованием оцененного угла прихода и определенной ширины луча.

17. Способ управления формированием луча передачи по п.14, в котором этап вычисления оптимального вектора весовых коэффициентов содержит этап вычисления вектора весовых коэффициентов луча передачи для максимизации отношения сигнал-взаимные помехи плюс шум (SINR) для формирования луча прямой линии связи, причем SINR определяется как:

где P_i представляет мощность синфазного компонента для сигнала общего канала, P_q представляет мощность квадратурного компонента для сигнала общего канала, Р_ехр представляет мощность взаимных помех от сигнала канала передачи для других мобильных станций, расположенных в пределах сотовой ячейки, обслуживаемой базовой станцией, и Р_ос представляет мощность взаимных помех от сигнала канала передачи для других мобильных станций, расположенных вне сотовой ячейки.

18. Способ управления формированием луча передачи по п.17, в котором вектор весовых коэффициентов луча передачи для максимизации SINR вычисляется как

где представляет оптимальный вектор весовых коэффициентов луча передачи для мобильной станции, М представляет количество мобильных станций, обслуживаемых в текущий момент базовой станцией, R_i, представляет ковариационную матрицу передачи для i-й мобильной станции из числа М мобильных станций, обслуживаемых базовой станцией, представляет значение ковариационной матрицы взаимных помех для мобильных станций, обслуживаемых другими базовыми станциями, представляет вектор весовых коэффициентов общего луча, R_m представляет ковариационную матрицу передачи прямой линии связи для m-й мобильной станции, и представляет вектор весовых коэффициентов луча передачи для максимизации отношения SINR в прямой линии связи к m-й мобильной станции.

19. Способ управления формированием луча передачи по п.14, в котором этап вычисления оптимального вектора весовых коэффициентов содержит этап вычисления вектора весовых коэффициентов луча передачи для максимизации отношения сигнал-взаимные помехи плюс шум (SINR) для формирования луча прямой линии связи, причем SINR определяется как

где P_d представляет мощность сигнала канала передачи, Р_exp представляет мощность взаимных помех от сигнала канала передачи для других мобильных станций, расположенных в пределах сотовой ячейки, обслуживаемой базовой станцией, и Р_ос представляет мощность взаимных помех от сигнала канала передачи для других мобильных станций, расположенных вне сотовой ячейки.

20. Способ управления формированием луча передачи по п.19, в котором направление вектора весовых коэффициентов луча передачи для максимизирования SINR вычисляется как

где представляет оптимальный вектор весовых коэффициентов луча передачи для мобильной станции, М представляет количество мобильных станций, обслуживаемых в текущий момент базовой станцией, R_i представляет ковариационную матрицу передачи для i-й мобильной станции из числа М мобильных станций, обслуживаемых базовой станцией, представляет значение ковариационной матрицы взаимных помех для мобильных станций, обслуживаемых другими базовыми станциями, и R_m представляет ковариационную матрицу передачи прямой линии связи для m-й мобильной станции.

21. Способ управления формированием луча передачи по п.12, в котором этап вычисления вектора весовых коэффициентов луча передачи содержит этап минимизации рассогласования по фазе между сигналом общего канала и сигналом канала передачи посредством деления мощности сигнала канала передачи на синфазный компонент мощности и квадратурный компонент мощности для сигнала общего канала, максимизации синфазного компонента мощности и минимизации квадратурного компонента мощности.

22. Устройство для формирования луча передачи для сигнала канала передачи, предназначенного для передачи на каждую мобильную станцию, в устройстве базовой станции, включающем в себя антенную решетку, имеющую множество антенных элементов, причем устройство базовой станции осуществляет связь с мобильными станциями, при этом устройство содержит формирователь луча приема для разделения сигналов полосы модулирующих частот, принимаемых от антенных элементов согласно мобильным станциям; приемник модема базовой станции для вычисления и выделения вероятности ошибки на кадр и бита управления мощностью прямой линии связи для каждой мобильной станции из сигналов, принимаемых от формирователя луча приема; контроллер луча передачи для вычисления вектора весовых коэффициентов луча передачи и мощности луча передачи для минимизации рассогласования по фазе между сигналом общего канала и сигналом канала передачи с использованием сигнала полосы модулирующих частот и выходного сигнала приемника модема базовой станции; генератор сигнала канала передачи для генерирования данных, предназначенных для передачи на каждую мобильную станцию; формирователь луча передачи для формирования луча передачи посредством использования вычисленного вектора весовых коэффициентов для выходного сигнала генератора сигнала канала передачи.

23. Устройство по п.22, в котором контроллер луча передачи содержит вычислитель вектора весовых коэффициентов луча передачи для вычисления вектора весовых коэффициентов луча передачи для минимизации рассогласования по фазе между сигналом общего канала и сигналом канала передачи с использованием сигнала полосы модулирующих частот и выходного сигнала приемника модема базовой станции; вычислитель мощности луча передачи для вычисления мощности луча передачи с использованием бита управления мощностью для каждой мобильной станции.

24. Устройство по п.23, в котором вычислитель вектора весовых коэффициентов луча передачи вычисляет вектор весовых коэффициентов луча передачи для максимизации отношения сигнал-взаимные помехи плюс шум (SINR) для формирования луча прямой линии связи, причем SINR определяется как:

где Р_i представляет мощность синфазного компонента для сигнала общего канала, P_q представляет мощность квадратурного компонента для сигнала общего канала, Р_ехр представляет мощность взаимных помех от сигнала канала передачи для других мобильных станций, расположенных в пределах сотовой ячейки, обслуживаемой базовой станцией, и Р_oc представляет мощность взаимных помех от сигнала канала передачи для других мобильных станций, расположенных вне сотовой ячейки.

25. Устройство по п.24, в котором вычислитель вектора весовых коэффициентов луча передачи вычисляет вектор весовых коэффициентов для луча передачи по следующему уравнению:

где представляет оптимальный вектор весовых коэффициентов луча передачи для мобильной станции, М представляет количество мобильных станций, обслуживаемых в текущий момент базовой станцией, R_i представляет ковариационную матрицу передачи для i-й мобильной станции из числа М мобильных станций, обслуживаемых базовой станцией, представляет значение ковариационной матрицы взаимных помех для мобильных станций, обслуживаемых другими базовыми станциями, представляет вектор весовых коэффициентов общего луча, R_m представляет ковариационную матрицу передачи прямой линии связи для m-й мобильной станции, и представляет вектор весовых коэффициентов луча передачи для максимизации отношения SINR в прямой линии связи к m-й мобильной станции.

26. Устройство по п.24, в котором вычислитель вектора весовых коэффициентов луча передачи вычисляет вектор весовых коэффициентов луча передачи для максимизации отношения сигнал-взаимные помехи плюс шум (SINR) для формирования луча прямой линии связи, причем SINR определяется как:

где P_d представляет мощность сигнала канала передачи, Р_exp представляет мощность взаимных помех от сигнала канала передачи для других мобильных станций, расположенных в пределах сотовой ячейки, обслуживаемой базовой станцией, и Р_ос представляет мощность взаимных помех от сигнала канала передачи для других мобильных станций, расположенных вне сотовой ячейки.

27. Устройство по п.26, в котором направление вектора весовых коэффициентов луча передачи для максимизирования SINR вычисляется как

где представляет оптимальный вектор весовых коэффициентов луча передачи для мобильной станции, М представляет количество мобильных станций, обслуживаемых в текущий момент базовой станцией, R_i представляет ковариационную матрицу передачи для i-й мобильной станции из числа М мобильных станций, обслуживаемых базовой станцией, представляет значение ковариационной матрицы взаимных помех для мобильных станций, обслуживаемых другими базовыми станциями, и R_m представляет ковариационную матрицу передачи прямой линии связи для m-й мобильной станции.