專利名稱：多使用者檢測致能蜂巢式網絡用基地臺智能天線的制作方法
技術領域：
本實用新型是有關于″智能天線(smart antennas)″，更特別地是，本實用新型是指一用于蜂巢式網絡的基地臺″智能天線″，而位于該蜂巢式網絡中的無線傳送/接收單元及/或基地臺是采用多使用者檢測(MUD)。
(2)背景技術此后所述的一無線傳送/接收單元(WTRU)是包括，但不受限于，一使用者設備、移動基地臺的固定式或移動用戶單元、便攜式傳呼器，或任何其它形式能在一無線環境中操作的裝置。當于文后提及時，一基地臺包括，但不受限于，一基地臺、一B節點、站臺控制器(site controller)、存取點(access point)，或其它在一無線環境中的接口裝置。
一智能天線系統通常指的是一數個傳送及/或接收天線組件的組成，再加上一利用這些天線的信號處理程序，以改進信號接收的品質及蜂巢式網絡的容量。
智能天線已經受到廣泛的研究，并已顯示其對執行成效的改進具有高潛能。然而，大部分現今智能天線科技的一個主要缺點是，需要相當的復雜度以提供在執行成效上不只一個的不重要改進。而這個問題在亦采用多使用者檢測(MUD)的系統中會更加惡化，更甚者，目前智能天線的技術僅是將在每一WTRU的功率放至最大，但卻并沒有對源自及傳送至其它使用者的干擾進行處理。
(3)實用新型內容本實用新型是揭示一基地臺″智能天線″，用以使用于蜂巢式網絡中，而位于該蜂巢式網絡中的無線傳送/接收單元及/或基地臺是采用多使用者檢測(MUD)。本實用新型對源自及傳送至其它使用者的干擾進行考慮，以于消除或減低干擾信號時，最大化所需的信號。因此，整體系統的容量可以藉以增加。
(4)
圖1是顯示根據本實用新型中，一蜂巢區域以及相關于一單一WTRU的涵蓋區域的一隔離區域；圖2是顯示根據本實用新型的針對一傳送器的一簡單智能天線的邏輯方塊圖；圖3是顯示根據本實用新型的針對一傳送器的一簡單智能天線的實體方塊圖；圖4是顯示根據本實用新型的針對一接收器的一簡單智能天線的邏輯方塊圖；以及圖5是顯示根據本實用新型的針對一接收器的一簡單智能天線的實體方塊圖。
(5)具體實施方式
本實用新型將根據附圖而進行敘述，其中，附圖中相似的數字是顯示貫穿全文相近的組件。在此所述的一般方法是適用于經一些修飾處理的傳送器及接收器兩者。在兩者例子中，是為每一個使用者創造一波束場型，因此，接收自或傳送至所需使用者方向的信號的功率會比接收自或傳送至其它使用者方向的信號的功率強上許多。
圖1是顯示一波束場型(beam pattern)10，其是專屬于一第一無線傳送接收單元(WTRU)WTRU-112。傳送至或接收自該WTRU-112的信號是在其本身的區域內被凸顯，而在其它區域中被降低貢獻，因此，整體傳送至或源自WTRU-112的信號噪聲比可以獲得改善。從圖1亦可明顯的看出，涵蓋范圍可以是相當復雜的。然而，在有許多WTRU的情形里，其不太可能讓每一個單獨WTRU信號都可以被完全隔離，即使部分隔離可以提供對信號噪聲比重大的改進。
顯示在圖1的技術，當應用于已傳送的信號時，稱之為″波束成形(beamforming)″，而當應用于所接收信號時，則稱之為″智能天線接收(smartantenna reception)″。此一技木的執行成效優勢包括1)低數目的天線需求，例如，當涵蓋范圍已經方向化，如一胞元的區段時，3個天線對一全方向涵蓋范圍或可能更少；2)低復雜度處理；以及3)在接收器與MUD技術兼容的處理。
圖2是顯示用以處理將被傳送的信號的位于傳送器的一系統的一邏輯方塊圖。雖然此一方塊圖主要在著重于對單一WTRU處理信號，如WTRU-112，但相似的結構對每一個WTRU都可實施。如圖2及圖3所示，藉由一個或多個空(null)的引入以線性地處理WTRU-1的信號，而以這樣的方式可降低其對其他WTRU，或其它WTRU族群在方向上的貢獻。在WTRU-1的例子中，WTRU-數據20將在線性處理器24內，針對WTRU-2到WTRU-522而被以空處理。當該處理完成后，WTRU-1的信號以及其它WTRU的信號則一起被加入至加法器26中相似的已處理信號中。這些信號則隨后通過天線數組30而傳送出去。
圖3是為用以實施圖2所示的架構的一實體方塊圖，其中，為了簡化，只考慮三個WTRU。天線的復合加權{wi，j}是被估算，以產生移除或減低干擾的空，并最大化一所需的使用者(WTRU)的復合頻道功率增益，其中i是為代表所設計的使用者的編號，j是為代表天線的編號。
其目標是針對所需的使用者WTRU-1 12最大化所接收的功率，而對其他使用者WTRU-214及WTRU-316最小化干擾功率。以數學的角度來看，假設所需使用者的編號為1，則天線加權可利用方程式(1)而計算出來maxwiwiHRiwiwiHR‾iwi]]>其中當i＝1，2，3時，|w·i|=1]]>方程式(1)其中Ri=HiHHi,]]>而Hi＝[h1ih2ih3i]，hij是為從使用者i至天線j的頻道脈沖響應，以及R‾i=Σk≠iRk.]]>方程式(1)可被最佳化而如方程式(2)所示Riwi=λimaxRi‾wi]]>方程式(2)其中，λimax為矩陣對 的通用特征值。該注意的是，此方法與用于目前3GPP標準的TxAA(傳送適應性數組)法有相當大的差異，該TxAA方案僅將所接收的功率最大化，但卻沒有考慮對其他使用者的干擾。而由于本實用新型的方法有考慮至其它使用者的干擾，所以可以增加整體系統的容量。
一個相似的結構則被實施于在接收端的處理，分別如圖4及圖5所示的邏輯及實體方塊圖所示。傳送器及接收器主要的不同在于，1)天線加權是被選擇以最大化所需信號功率，并最小化源自其它使用者的干擾；以及2)跟隨在該智能天線處理的后者，是為一結合內部來自各個使用者的不同天線的輸入的多用戶檢測(MUD)處理器。
然而，其是假設該頻道脈沖響應在下行線路及上行線路方向皆為相同，也因此，在一方向，下行線路或上行線路，的復合天線加權可被應用于其它方向，上行線路或下行線路。
當在一蜂巢環境中伴隨有任何智能天線應用時，其較佳者是在基地臺傳送器即在基地臺接收器兩者皆實施本實用新型，以提供最大優勢的執行成效。正如以方程式(1)及(2)做為參考所敘述，已知本實用新型的方法需要在每一個天線處的頻道脈沖響應，一般當無法獲得理想頻道脈沖響應時，對在各個天線的各個WTRU的頻道脈沖響應而言，一個非常準確的響應估算通常可以在正常接收器處理期間獲得。為了獲得如此的一個估算的目的，可利用各式標準非智能天線的習知方法來實現。
在分頻雙重劃分(FDD)系統中，由于下行線路及上行線路傳送是使用不同的頻帶，所以，為傳送器取得該頻道脈沖響應(如，從基地臺天線至WTRU的頻道的脈沖響應)可能是一個問題。因此，在如此的一個系統中，本實用新型傳送部分的實行可能會有困難。
然而，在分時雙重劃分(TDD)系統中，在上行線路及下行線路間所分享的時間有相同的頻段，而這允許對下行線路使用從在上行線路所接收的傳送獲得的頻道脈沖響應估算。在具有該頻道脈沖響應估算的完整性的TDD中，困難度可能在于獲得一些數目的時槽后而增加。然而，在許多TDD系統中，如所提出的UMTS W-CDMA標準的TDD模式，因為時槽持續時間夠短，所以對如室內(indoor)及行人形式(pedestrian-type)應用的慢衰退頻道而言，該頻道估算對一個或多個時槽依然是有效的。如此的慢衰退頻道一般多在微細胞(micro-cellular)或微微細胞(pico-cellular)環境中。本實用新型因此在此些環境特別可以有良好的適應。
一個更有效率的應用是在一蜂巢網絡中，其是具有利用一多用戶檢測(MUD)形式接收器的一多蜂巢環境。在這樣的網絡中，接收器的表現通常是主要藉由基地臺間及位于鄰近胞元內WTRU間的干擾而加以界定。舉例而言，當應用線性MUD時，在該MUD輸出的對去相關/零強制(de-correlating/zero-forcing)形式的接收器的有效信號噪聲比(SIR)可藉由方程式(3)得到SIReffdc=-1σ2Hkk+]]>方程式(3)其中，Hkk+是為H-1的[k，k]組件，而H是為一藉由胞元間構形及環境，如使用者識別序列、數據速率、及頻道狀態等決定的矩陣，而σ2是為根據熱噪聲及胞元間干擾的總功率。除了在非常大的胞元內外，該細胞間干擾對所有σ2值作必要的補償。在該MUD輸出的對在接收器的最小均方差(MMSE)的該有效SIR是由方程式(4)表示SIReffMMSE=|([H+σ2I]-1H)kk|2σ2|([H+σ2I]-1H[H+σ2I]-1)kk|+Σi=1i=kK|([H+σ2I]-1H)ki|2]]>方程式(4)其中，I是為與H有同樣規模的單位矩陣。
當σ2等于零時，從方程式(3)及(4)可知，SIR變成無限大，因此，對一MUD致能網絡而言，降低胞元間干擾乃是當務之急。在蜂巢內項目間的橫跨干擾(cross-interferance)，若該項目變成無限大時，可藉由一MUD而完全被校正。這不像具有RAKE及以匹配濾波器為基礎的接收器的網絡，其中蜂巢內干擾也是很重要。σ2的值包括胞元間干擾，熱頻噪聲，從接收器處理所引入的噪聲。該胞元間干擾通常的這些組件的主要貢獻者。因此，降低胞元間干擾對大大降低由σ2所測量的整體干擾功率有最大的效果。
胞元間干擾在TDD系統特別大，其中節點B會大大干擾位于胞元邊緣的WTRU的接收。在胞元尺寸都很小的微細胞及微微細胞系統中，相似的干擾也是司空見慣，理想上，本實用新型是適合于降低在這樣環境中的胞元間干擾。藉由選擇性地瞄準在WTRU或在其胞元的WTRU群組的傳送，基地臺會大大的降低在任何方向發射的總能量，因而減低總胞元間干擾。藉由限制在接收器收集的能量的角度，一基地臺可以限制來自對任何單一WTRU接收器的輸入信號都有貢獻的其它胞元的干擾。這樣可得到相當大的執行成效改進。舉例而言，將進入一去相關接收器的胞元間干擾減半可以藉3dB而改善執行成效，相似的增益可從該MMSE接收器獲得。
熟悉本技術的人員該了解的是，理想上，本實用新型適合于減低胞元間干擾，特別是在該基地臺藉由選擇性地瞄準在每一WTRU的傳送而嚴重干擾位于或接近胞元邊緣的WTRU的接收時。當有需要時，天線加權的數目、所產生復合加權的數目、及天線傳送及接收的數目等可被執行而不脫離本實用新型的精神及范疇。
雖然特殊的處理功能以述及藉由特殊組件而執行，但可以理解的是，當有需要時，處理功能的執行可以分布在網絡組件間。
雖然本實用新型的實施例已被詳細敘述，但可以理解的是，本實用新型并不被限定于此，而且各式的改變可以加諸于其上而不會脫離本實用新型藉由所附權利要求所限定的精神及范圍。
權利要求1.一基地臺傳送器，其中該基地臺是利用多用戶檢測而進行通信，其包括復數i個用于傳送的平行數據信號輸入；復數j個天線；復數個加權產生器，其是耦接至該數據信號輸入，以產生根據該天線的該j數目及每一數據信號i所指示的復合加權值；至少一線性處理器，其是耦接至該加權產生器，以于對一所需點最大化功率增益時，藉助降低信號對非意欲點的貢獻的方式而處理該復合加權值；以及一向量加法器，其是耦接至該線性處理器，以總加該線性處理器的輸出，而形成在該復數j個天線的傳送的頻道脈沖響應數據。
2.如權利要求1所述的傳送器，其特征在于，該j個天線形成一智能天線，其是產生波束成型以響應該頻道脈沖響應數據。
3.如權利要求1所述的傳送器，其特征在于，該j等于3。
4.一利用多用戶檢測的基地臺接收器，其包括復數j個天線，以接收i個頻道脈沖響應數據的輸入；復數個加權產生器，其是耦接至該天線，以產生根據該天線的該j數目及每一數據信號i所指示的復合加權值；至少一線性處理器，其是耦接至該加權產生器，以于最大化源自一所需來源的功率增益時，藉助降低信號來自非意欲來源的貢獻的方式而處理該復合加權值；以及一多用戶檢測處理器，其是耦接至該線性處理器，以結合來自該j個天線的該加權信號而再現i個數據信號。
5.如權利要求4所述的接收器，其特征在于，該j個天線是形成一智能天線，其是產生該頻道脈沖響應數據的智能天線接收。
6.如權利要求4所述的接收器，其特征在于，該j等于3。
專利摘要本實用新型是揭示一基地臺“智能天線”，其是用以使用于蜂巢式網絡中，而位于該蜂巢式網絡中的無線傳送/接收單元及/或基地臺是采用多使用者檢測(MUD)。本實用新型是對源自及傳送至其它使用者的干擾進行考慮，以于消除或減低干擾信號時最大化所需的信號，并藉此增加整體系統的容量。
文檔編號H04B7/04GK2676544SQ0320484
公開日2005年2月2日 申請日期2003年8月1日 優先權日2002年8月1日
發明者利昂德·卡薩凱費許, 陸·楊, 亞歷山大·瑞茨尼克 申請人:美商內數位科技公司