具有智能天线系统的基站的无线 数据通信系统中的下行链路传输 相关专利申请
本发明与下列三个同时申请的悬而未决的美国专利申请相关，其每个申请被转让给本发明的受让人，并且每个申请通过参考被合并到这里：
(1)备忘录/参考号No.015685.P034，发明者Trott等人的标题为”COOPERATIVE POLLING IN A WIRELESS DATA COMMUNICATIONSYSTEM HAVING SMART ANTENNA PROCESSING”(在具有智能天线处理的无线数据通信系统中合作轮询)。
(2)备忘录/参考号No.015685.P027，发明者Banatt等人的标题为”NON-DIRECTIONAL TRANSMITTING FROM A WIRELESS DATA BASESTATION HAVING A SMART ANTENNA SYSTEM”(来自具有智能天线系统的无线数据基站的非定向发射)。
(3)备忘录/参考号No.015685.P026，发明者Trott等人的标题为”REPETITIVE PAGING FROM A WIRELESS DATA BASE STATIONHAVING A SMART ANTENNA SYSTEM”(来自具有智能天线系统的无线数据基站的重复寻呼)。
【发明背景】
本发明涉及无线电通信，并且更特别地涉及蜂窝或类似无线通信系统中在基站发射机/接收机(收发信机)和多个远程用户终端之间的无线电通信方法，特别是对于在一个变化环境中的无线电通信。
在这样地通信系统中，期望使用诸如智能天线系统之类的定向天线系统来增加通信链路的信噪比和减少干扰。智能天线系统的使用还可以提供对多径和衰落的抵制。
一个智能天线系统包括一个天线单元阵列和确定智能天线处理策略以便增加信噪比和/或减少干扰的一个机构。一个智能天线系统可以是波束交换系统(switched beam system)，其包括形成一些固定波束的波束形成器和用于合并一个或多个波束的一个机构。一个智能天线系统可以交替地是一个自适应天线阵列系统，此自适应天线阵列系统包括一个智能天线处理策略确定机构，此机构可以实现一个无限可变的天线辐射模式，该无限可变的天线辐射模式可以按照对于特定接收或发射情形的处理策略而被修改。
智能天线系统可以被用于上行链路上的通信(从用户终端到基站)或者被用于下行链路上的通信((从基站到用户终端)或者被用于在两阶段的通信上。
智能天线系统还可以允许空分多址(＂SDMA”)。利用SDMA，只要共用信道用户终端空间上分离，则一个基站的一个以上用户终端可以在相同的”传统”信道上与基站通信，那就是说，在相同的频率和时间信道(对于FDMA和TDMA系统)或者相同的码信道(对于CDMA系统)上。在这种情况下，智能天线系统在相同的传统信道内提供了一个以上的”空间信道”。
在蜂窝系统中，发射RF和干扰环境可以相对快速地改变。在一个打包系统中，这些环境在连续的分组发射之间可能会显著地变化。例如，考虑一个蜂窝系统，该蜂窝系统包括一个基站和一个或多个远程用户终端，该基站具有智能天线系统。在一个快速变化环境中，适当的智能天线处理策略的确定需要适应在与发射周期近似相当的一个时间间隔期间从移动用户收到的一个上行链路信号。这样的适应通常使用从用户终端到基站的一个无线电信号，它采用使用这样的接收信号确定的智能天线处理策略。
在本领域需要适应一个快速改变的RF和干扰环境。
轮询
考虑一个蜂窝系统，该蜂窝系统包括好几个基站，每个基站具有一个或多个用户终端的组。在本领域已知如何为一个特定基站的智能天线系统确定智能天线处理策略以便实现来自共同信道用户终端中的干扰减轻，该共同信道用户终端可以正在相同的信道上但是是往其它基站发射信号。通过在特定基站处接收来自干扰共同信道用户终端的无线电信号并且从干扰信号中分辨出期望信号，可以获得这样的干扰减轻。
特定基站可能没有能够减轻在上行链路上来自其它基站用户终端的干扰，或者没有能够减轻在下行链路上对其它基站用户终端的干扰。特定基站可能没有足够的射频链路给其它用户终端的或者可能不知道如何轮询其它基站的用户终端。
开始通信
当与远程用户终端开始通信时，远程用户终端可以退出系统或者处于一个”空闲”状态，在该状态中，在基站和用户终端之间没有通信发生或者相对最近没有通信已经发生，或者在该状态中通信以基本无声的周期在相对慢的速率发生。
在基站和可能处于空闲状态的用户终端之间开始通信可能相对困难。用户终端的位置可能是未知的，例如因为它是移动的。此外，干扰模式可以快速变化，所以即使位置已知，也可能有相当的干扰呈现，其可以降低由基站发出(例如寻呼)的消息成功接收的可能性。此外，寻呼的信道可能被其它基站的用户终端重负荷地使用。在这种情况下，对期望/意向用户终端的干扰可能是相当大的。
经常期望在传统信道上寻呼用户终端。但是该传统信道可能在不同的空间信道上被同一基站的其它远程用户端重负荷使用。在这种情况下，对用户终端的干扰可能也是相当大的。
发送一个寻呼消息来寻呼一个用户终端通常以某种方式理想地进行，在具有快速变化干扰的环境中，该方式增加在未知的和可能改变的位置处的用户终端将成功接收来自其相关基站中的这些寻呼(和其它控制信号)的可能性。
发明概述
通信系统中的一个实施例是一种方法，其包括：提供一个下行链路信道用于发射从具有智能天线系统的基站到用户终端的下行链路数据，响应于该下行链路数据为该基站提供一个相关信道来接收来自用户终端的上行链路响应信号。该相关信道与下行链路信道相关并且具有与该下行链路信道的一个预定义关系。该方法还包括为该基站提供一个上行链路数据信道来接收来自用户终端的上行链路数据，该上行链路数据信道与该相关上行链路信道不同。该方法还包括：在基站接收上行链路响应信号，使用该接收到的上行链路响应信号来确定下行链路智能天线处理策略，使用确定的下行链路智能天线处理策略来把来自基站的下行链路数据发送给用户终端，和在上行链路数据信道上接收来自用户终端的上行链路数据。
一个实施例也是一种从包括智能天线系统的基站传送下行链路数据给用户终端的方法。该方法包括为基站提供一组连续的时间间隔，每一时间间隔具有选定数目的下行链路并且具有在上行链路上选定数目的相关信道。每个相关的上行链路信道与下行链路信道之一相关并且具有与下行链路信道之一的预定义关系。该方法还包括：在第一时间间隔的第一下行链路信道上发射来自基站的下行链路轮询信号并且响应于用户终端接收下行链路轮询信号在基站接收来自用户终端的一个上行链路响应信号。接收上行链路响应信号是在与第一时间间隔的第一下行链路传统信道相关的相关上行链路信道上。该方法包括使用接收到的第一上行链路响应信号为对用户终端的传输确定一个下行链路智能天线处理策略，以及使用确定的下行链路智能天线处理策略在第一下行链路信道上从基站发射下行链路数据给用户终端。
【附图说明】
图1是包括至少两个基站的一个通信系统的图，至少一个基站具有一个智能天线系统。
图2A和2B说明了使用智能天线系统的基站的两个实施例；图2 A示出了一个结构，在此结构中，智能天线系统是一个自适应天线阵系统并且自适应发生在基带中。图2B示出了具有波束交换智能天线系统的一个替换基站，该波束交换智能天线系统包括一个波束成形网络。
图3A、3B、3C、3D和3E说明了根据本发明半双工实施例的信号定时安排。
图4A、4B和4C说明了根据本发明全双工实施例的信号定时安排。
图5A、5B和5C说明了根据本发明替换实施例的信号定时安排。
详细描述
一种蜂窝系统及其智能天线基站
参见图1，这里概括地显示了具有至少两个基站的蜂窝无线通信系统100，即第一基站102和至少一个第二基站111，第一基站102包括一个智能天线系统，该智能天线系统具有一个天线阵元件104。系统100还包含用于与第一基站102进行双向分组通信的多个远程终端或者移动用户终端105、106、107以及108，以及用于与另外一个基站(例如第二基站111)进行双向分组通信的多个远程终端或者移动用户终端109和110。第一基站102据说与用户终端105、106、107以及108相关，而第二基站111与用户终端109和110相关。
第一基站102被耦合到诸如数据和/或话音网络之类的网络上。一个或多个第二基站111也可以被耦合到同一网络上。在一个实施例中，第一基站和另外一个基站111被耦合到因特网上。
图2A示出了第一基站102的一个实施例。该基站包括智能天线系统203，该智能天线系统即为自适应阵列系统。智能天线系统203具有天线阵元件104、一组发射机和一组接收机，在一个实施例中被实现为一组发射机/接收机(＂收发信机”)206，并且天线阵104的每个单个天线元件都有一个发射机和一个接收机以及一个用于执行上行链路和下行链路智能天线处理的空间处理器208。
上行链路智能天线处理包括把通过收发信机组从单个天线元件中收到的信号合并，而下行链路智能天线处理包括产生一个信号的多个形式用于通过收发信机组从单个天线元件中发射。一个控制计算机210控制智能天线处理。空间处理器208和控制计算机210包括一个或多个数字信号处理装置(DSP)；用于实现上行链路和下行链路智能天线处理和控制的任何其它机构可以被使用。
在上行链路上，在控制计算机210控制之下通过根据一组上行链路加权参数来加权接收信号的幅度和相位从而执行智能天线处理以便有利地合并接收信号。这样的合并被称为上行链路空间处理和上行链路智能天线处理。上行链路智能天线处理策略在这种情况下由上行链路加权参数组定义。这样的合并还可以包括用于时间均衡的时间滤波，并且当与空间处理结合时，这样的合并被称作上行链路空间时间的处理或者还是被称作上行链路智能天线处理。根据由一组上行链路加权参数定义的上行链路智能天线处理策略来执行时间空间的处理，该上行链路加权参数组包括在每一天线元件处发起的信号的时间处理参数。为了简洁，术语上行链路空间处理和上行链路智能天线处理在此将意指上行链路时间空间的或者上行链路空间的处理。
上行链路策略通常基于在基站102的天线元件处接收的信号而被确定，并且在一个实施例中，下行链路策略也基于在天线元件处接收的信号而被确定。
因此，在一个实施例中，基站102包括：下行链路发送单元，所述下行链路发送单元耦合到所述天线元件，用来在下行链路信道上发射下行链路数据给相关的远程用户终端；上行链路接收单元，所述上行链路接收单元耦合到所述天线元件，用来接收来自远程用户终端中的上行链路信号；和处理器，所述处理器耦合到所述下行链路发送单元，并且还耦合到所述上行链路接收单元，所述处理器基于所述上行链路响应信号来确定一个下行链路智能天线处理策略。
注意：虽然在一个实施例中，第一基站102中的每个天线元件104既用于发射又用于接收，但是在另外一个实施例中，多个天线元件包括分离的天线用于接收和发射。
诸如105、106、107、108之类的用户终端通常包括一个天线系统和一个收发信机，并且可以被耦合到输入和/或输出设备和/或处理设备上，从而通过互联网或其它数据通信网提供例如话音通信和/或数据通信之类的各种类型的功能。这样一个用户终端可以是移动的或者固定的。在一个实施例中，天线系统可以具有单个天线，或者在另外一个实施例中，可以包括多个天线元件来促进分集接收和发射。在另一实施例中，天线系统可以包括一个智能天线系统。在一个实施例中用户终端甚至能够在彼此之间传送话音和/或数据。耦合到用户终端的、或者作为用户终端一部分的可以是诸如膝上型计算机之类的计算机、双向寻呼机、个人数字助理(PDA)、视频监视器、音频播放器、蜂窝电话或可以以无线形式与另外一个通信装置或通信站(例如基站)传递话音或者数据的其它设备中的一个或多个。
当从远程发射机105、106、107、108之一中收到信号时，自适应空间处理器208响应在天线阵104的每一天线元件处接收的信号的幅度和相位并且执行上行链路空间处理，该上行链路空间处理按照有效提供定向接收模式的形式来合并这些信号，其有利地增强了从用户终端到基站的信号链路，该上行链路空间处理包括补偿可能存在的多径状态并且提供干扰减轻。
用于确定由加权参数定义的上行链路智能天线处理策略的各种技术是公知的。在一个实施例中，公知的码元训练序列被包括在上行链路信号中。实施例的一个形式使用最小二乘法用于策略确定。在另一实施例中，一个“盲”方法被使用，据此，一个基准信号被构造为具有一个或多个性质：即，上行链路信号已知为例如具有一个恒定的模数或者一个特定的调制格式。已知的信号或者构造的基准信号被用来形成一个误差信号，并且上行链路智能天线策略确定确定了根据误差来使一些判定准则最优化的上行链路加权参数。在一个实施例中，该准则是一个最小平方误差准则。
一个实施例甚至可以根据空分多址(＂SDMA”)操作。利用SDMA，只要共同信道远程用户空间上分离，则与第一基站102相关的一个以上的用户终端可以在上行链路上在同一”传统”信道上与第一基站102通信，即，(对于一个FDMA和TDMA系统)为同一频率和时间信道，或者(对于一个CDMA系统)为同一码信道。在这种情况下，智能天线系统在同一传统信道内提供了一个以上的”空间信道”，并且自适应空间处理器208执行上行链路空间处理来减轻来自与第一基站102相关的、与期望用户终端共享传统信道的那些远程终端中的干扰。
第一基站102还要被用于按照有效提供方向性信号模式的形式发射信号到远程单元105、106、107、108中的一个或多个，该模式有利地增强从基站到用户终端的信号链路，第一基站102还用于补偿可能存在的多径条件并且减轻干扰。SDMA在下行链路方向上也是可能的，允许基站在同一传统信道上向与它相关一个以上用户终端发射。即，同一传统信道可以具有一个以上的空间信道。
在下行链路上，在控制计算机210控制之下，通过根据一组下行链路加权参数来加权信号的幅度和相位空间处理器208产生信号的各个形式以便发射给远程终端。此种处理通常被称为下行链路空间处理或者下行链路智能天线处理。下行链路智能天线处理策略在这种情况下由下行链路加权参数定义。这样的处理还可以包括用于时间均衡的时间滤波，以及当与加权结合时，这样的智能天线处理被称作下行链路空间时间的处理。根据由一组下行链路加权参数定义的下行链路智能天线处理策略来执行空间时间的处理，该下行链路加权参数组包括要被每一天线元件发射的信号的时间处理参数。为了简洁，术语下行链路空间处理和下行链路智能天线处理在此将意指下行链路空间时间或下行链路空间处理。
用于确定在这种情况由下行链路加权参数定义的一个下行链路智能天线处理策略的各种机构是公知的。一个实施例运行在使用时域双工(TDD)的TDMA系统的一个通信系统100中，因此在特定用户终端和它的相关基站之间的上行链路下行链路频率是相同的。下行链路加权参数通常从同一用户终端的上行链路加权参数中被确定。校准因子被包括在从上行链路加权参数中确定的下行链路加权参数中以便补偿失真中的差值，例如在信号经过耦合到天线阵104每一天线元件上的不同接收和发送链时信号中出现的幅度和相位偏移的差值。这样的链包含天线元件、电缆、滤波器、RF接收机、RF发射机、物理连接以及如果进行数字化处理还包含模数转换器。例如美国专利5,546,090和美国专利申请08/948,772以及09/295,434包括校准方法和设备的说明，其每一个都被转让给本发明的受让人。
在不使用时域双工的通信系统中运行的一个替换实施例中，例如在使用频域双工(FDD)的系统中运行的本发明一个实施例中，其中用于与一个特定用户终端通信的上行链路和下行链路频率是不相同的，各种技术可用于从用户终端中收到的上行链路信号确定下行链路加权参数，包括但是不局限于为用户终端确定到达的方向(DOA)。
图2B示出了第一基站102的一个替换实施例，其中第一基站102包括智能天线系统223，即波束交换系统。智能天线系统223具有天线元件阵104、为天线元件阵104形成一组固定波束的波束成形网络225、一组收发信机227(其一个发射机/接收机用于波束成形器227的每个单独波束终端)以及用于合并收发信机227的一个或多个波束的合并器229。所包含的控制计算机231控制智能天线系统。示范波束成形器包括但是不限制为一个Butler矩阵。合并器229选择一个或多个固定波束以便在上行链路或下行链路上使用，并且可以包括一个交换网络来选择一个或多个波束。合并器229还可以包括用于合并一个或多个波束的机构。正如利用图2A的自适应智能天线系统，确定如何控制下行链路通信的交换波束智能天线系统被称为确定上行链路智能天线处理策略。在下行链路通信期间合并器229的处理被称为下行链路空间处理。在上行链路上，合并通过根据一组上行链路加权参数来加权选定的波束从而进行操作以便有利地合并接收信号。正如利用图2A的自适应智能天线系统，此种上行链路合并被称为上行链路空间的处理，并且确定上行链路通信的合并被称为确定上行链路智能天线处理策略。
更特别地，当从远程单元105、106、107、108中的远程发射机之一中收到信号时，波束合并器229响应在天线阵104的每一天线元件处接收的信号并且执行按照有效提供方向信号模式的形式合并来自波束成形器225中的波束的上行链路空间处理，该模式增强了从用户终端到基站的信号链路，还执行补偿可能存在的多径环境并且根据本发明的一个方面减轻干扰。
仍然参见图2B，在下行链路上，合并器处理一个信号来确定加权形式以便通过波束成形器225的一个或多个选定波束来进行发射。合并器的处理是改善从基站到用户终端的发射，包括补偿可能存在的多径环境并且根据本发明的一个方面减轻干扰。
在图2A和2B的实施例中，根据本发明的一个方面，信号也从诸如另外一个基站(组)111的远程单元109和110之类的共同信道干扰中被接收到。空间处理按照减轻来自诸如另外一个基站111的远程单元109和110之类的共同信道用户中干扰的形式来使用这些接收信号。
特别是对于移动用户终端或多径环境或者对于诸如互联网之类的计算机网络中的数据通信，或者这些因素的一个组合，例如在一个蜂窝系统中，由于变化的RF和干扰环境，所以一个有利的智能天线策略的自适应确定在数据通信的特定时刻被最佳执行。在远程用户终端是移动的情况下，用户终端的移动可以导致用户终端在后续数据发射之间在良好的和不宜的位置之间移动。在数据发射情况下，例如当通信系统100是诸如互联网之类的一个计算机网络的一部分时数据在用户终端和第一基站102之间传送，则干扰环境可能在快速地改变。因此，对于第一基站102，诸如远程终端109和110之类的干扰可以在不同时刻被发射到它们各自的第二基站111，并且这样一个干扰模式可以快速地变化。
从基站发起通信
对于从第一基站102在下行链路上开始通信，为了快速地确定最佳智能天线处理策略，按照本发明一个实施例，第一基站102在一个约定的逻辑控制信道(agreed-upon logical control channel)中发射一个初始下行链路寻呼消息给用户终端以便指示第一基站102想要开始通信。
一个用户终端可以没有登录，或者可以在空闲状态中或者在激活状态中，在空闲状态中它登录了并被验证但是没有与它相关基站进行激活的通信交换，在激活状态中它与它相关的基站进行激活的通信。当一个用户终端在空闲状态中时，基站和用户终端都准备开始通信。此外，基站和它的空闲终端都具有为该基站指示可能的信道或信道组的信息，这些信道可以被基站用来寻呼用户终端，或者被用户终端用来始发与基站的通信。
注意，用户终端可以具有在一个以上信道上通信的能力并因此可以在一个信道上为空闲而在另外一个信道上激活。空闲意味着在感兴趣信道上空闲。应该理解为一个空闲用户终端可能在另外一个信道上不是空闲的。
发送一个寻呼消息以便按照某种方式来寻呼一个用户终端，该方式增加了在具有相对快速变化干扰的环境中的未知的和变化的位置处的一个用户终端将从其相关基站成功接收这些寻呼(和/或其它控制信号)的可能性。
本发明的一个方面需要以一种非定向的方式发射一个下行链路信号，而同时减轻对基站已知为非期望用户终端的一个或多个用户终端的干扰，因为一个或多个用户终端的每一个都可以在下行链路信号发射期间在特定的下行链路信道中接收一个或多个信号。
在此使用的非定向方式是指非故意地将能量定向到任意特定的用户。在一个分区系统中，这是指在扇区之内的非定向。此外，当整个发射被分类成为一组重复的发射(其每一个可能具有一个不同的策略)时，基本非定向性也是指关于时间平均的非定向。
本发明的一个方面需要一种在诸如系统100之类的无线分组数据系统中用于可靠地开始从诸如第一基站102之类的基站到一个特定用户终端的通信的方法。该方法对于具有将在下面被解释的一个智能天线系统的基站特别有用。
因为让用户终端响应的特殊原因，本方法的一个实施例包括由第一基站102发射一个相对重编码的、相对低速率的寻呼消息。该编码是帮助在用户终端处以相对高概率检测的方法之一。因为不是许多信息正被发射，所以一个低速度信号被发送。用户终端检测并响应这则寻呼消息。该响应然后被基站用于获取关于用于后续发射的通信链路的信息。关于通信链路的此信息通常提供基站和用户终端之间可靠的并且相对高速率的(例如，业务数据)通信。其它基站的用户终端也可能正在同一传统信道上响应它们各自的基站，并且这些响应也可以被第一基站102用来减轻在后续下行链路或上行线路发射中对或来自干扰共同信道用户终端(组)中的干扰。
在多个用户终端之间共享下行链路数据发射的下行链路信道中寻呼
在一个实施例中，一个寻呼消息可以在一个逻辑控制信道中被发送，其可以占用与诸如正在第一基站102和一个或多个用户终端之间通信的业务数据之类的其它数据相同的传统信道。
此外，寻呼消息可以在一个逻辑控制信道中从第一基站102发送，该逻辑控制信道可以占用与诸如其它基站和此类其它基站的一个或多个用户终端之间通信的业务数据或寻呼数据等其它数据相同的传统信道。
此外，寻呼消息可以在逻辑控制信道中从第一基站102发送，该逻辑控制信道可以占用与第一基站102相关的其它用户终端以及一个或多个其它基站的其它用户相同的传统信道。
一个实施例包括为每一用户终端提供一个唯一寻呼序列，称为UT序列。此序列可以以许多方法来产生。例如，基站标识和用户终端识别号码能被用作到PN序列发生器的输入。结果比特然后被调制并且结果I/Q基带序列形成该UT序列。产生UT序列的许多其它方式是可能的。例如，可以使用一个低速率纠错编码来编码用户终端标识号码，并且被编码的号码通过与所有的或部分的基站标识号码初始PN序列发生器的输出进行XOR操作从而被加扰。UT序列如此以致两个用户终端具有同一寻呼序列的可能性相对较低，并且在一个实施例中，一个UT序列对系统中的每个用户终端来说是唯一的。在一个实施例中，UT序列包含编码来提供一个非常大的冗余度以便增加在期望用户终端处成功接收UT序列的可能性。
每个用户终端在约定逻辑控制信道上侦听，尝试检测其UT序列。此逻辑控制信道可以是控制信道，或者根据本发明的一个方面，可以是同时被系统中其它用户终端用于业务的一个传统信道。
用户终端使用用户终端序列检测准则直到它成功地检测到它的UT序列为止。一种检测方法使用与包括相关门限值的检测准则的相关。
第一基站102在某些约定方式中具有指示关于期望用户终端正在侦听什么信道的信息，并且基站在此信道上发射UT序列。侦听的信道例如可以在用户终端与它的相关基站的注册(＂登录”)期间在一个初始交换期间达成协议，或者可以被预先设置。第一基站102通过减少干扰将阻止通信的可能性来确定它的智能天线系统的智能天线处理策略以便增加成功接收UT序列的可能性。
在寻呼之前，在要被寻呼的用户终端为空闲并因此已知为未发射的时间期间，第一基站102可能接收来自一个或多个它的相关用户终端的信号(“在寻呼之前接收的信号”)，但是在此时刻期间，可能正同时并且在同一传统信道上接收来自第一基站102作为寻呼消息的数据的与第一基站102相关的任意用户终端正在向第一基站102的上行链路上进行发射。
第一基站102使用寻呼前的接收信号来为它的智能天线系统确定下行链路智能天线处理策略以便把该数据同时发射到这样的共同信道用户终端并且在同一传统信道的不同空间信道上同时发射寻呼消息。
除了接收来自其相关用户终端中的信号之外，第一基站102可能正在接收来自干扰源的信号。第一基站102从来自干扰源的信号中区分出来自与自己相关的用户终端的信号。在一个实施例中，该区别使用用户终端标识符。
还要注意，这里可能没有与第一基站102相关的其它用户终端可以与寻呼消息共享下行链路传统信道。
一个或多个其它基站也可以被包括在通信系统中，并且在一个实施例中，其它基站与第一基站102协调，所以，第一基站102除了接收寻呼前的接收信号之外，在寻呼要被寻呼的用户终端之前，第一基站102可以接收来自与其它基站相关的一个或多个其它用户终端的信号(“其它用户终端接收信号”)，其它用户终端包括可以在同一传统信道上在发射寻呼消息期间被发送的那些。第一基站102从来自与其它基站相关的其它用户终端的信号中区分出来自其相关用户终端信号的信号。注意，与其它基站相关的其它用户终端可以正同时并且在同一传统信道上接收作为第一基站102寻呼的来自它们各自相关基站中的数据。
每个基站使用协议以便与其相关用户终端通信，因此，被协调的两个基站包括协调被基站使用的协议。
第一基站102使用寻呼前的接收信号以及其它用户终端接收的信号来为它的智能天线系统确定下行链路智能天线处理策略以便把该数据同时发射到它的相关共同信道用户终端并且在同一传统信道的不同空间信道上同时发射寻呼消息，同时减轻了对与第一基站102相关的用户终端以及对其它用户终端的干扰，从该其它用户终端中它接收其它用户终端接收的信号。
按照一个实施例，下行链路智能天线处理策略确定通过使用校准来使用从上行链路加权参数中确定的下行链路加权参数。从在与寻呼前的接收信号以及其它用户终端接收的信号对应的天线阵的天线元件处接收到的信号中确定上行链路加权参数。
在一个实施例中，利用校准，智能天线处理策略确定使用从在与寻呼前的接收信号以及其它用户终端接收的信号对应的天线阵的天线元件处接收到的信号的接收协方差矩阵中确定的发射协方差矩阵。特别地，该策略包含对于来自干扰远程用户中到达的信号使用干扰协方差矩阵。
设ZR为对于用于寻呼的传统信道中在基站处接收的来自它相关用户终端中的所有信号在天线元件上的接收信号的m乘n矩阵，每一行是在m个天线之一中接收的信号的n个复数值(I和Q值)抽样的一个向量。设zR为复数随机变量(I和Q值)的m乘1向量，该向量表示在m个天线的每一个中接收的信号和噪声。接收协方差矩阵被定义为RR＝E[ZRZRH]，其中，E[.]是期望操作并且上标H表示复共轭置换操作，即，Hennitian置换，因此对于m个天线元件，接收协方差矩阵RR是一个m乘m的矩阵。如果没有任何期望的上行链路信号，即，如果正如当期望用户终端在空闲状态中时将出现的那样在信道中只有干扰，则接收协方差矩阵是被定义为RR1＝E[zR1zR1H]的接收干扰协方差矩阵，其中，zR1是来自发射干扰远程终端中到达天线阵的天线元件之一处的信号的复数值(I和Q值)随机变量的向量。
接收的干扰协方差矩阵包含有关干扰远程终端的平均空间性质的信息。此矩阵的特征向量定义了被干扰占有的平均空间方向。接收的干扰协方差矩阵的特征值指示被每一特征值方向上的干扰所占有的平均功率。因此，与相对大特征值相关的特征向量方向指示接收一个相对大量的平均干扰功率的空间方向，而与相对小特征值相关的特征向量方向指示接收相对较少平均干扰功率的空间方向。
在一个实施例中，通过在信号抽样上进行平均来实现期望操作。即，RR＝ZRZRH和RR1＝ZR1ZR1H，在此，在没有任何期望的上行链路信号时，ZR1是用于在基站处接收信号的天线元件上的接收信号抽样的m乘n矩阵，同样，每一行是在m个天线之一中接收的信号的n个复数值(I和Q值)抽样的一个向量。
在一个实施例中，接收协方差矩阵被用来确定一个良好的下行链路处理策略，该策略包含减轻对不期望共同信道用户终端的干扰。在计算接收方差矩阵期间发射的某些共同信道用户终端组也在第一基站发射时在接收时，则这样一个策略相对地有效地实现干扰减轻。
按照本发明的一个方面，在寻呼之前，通过在已知要被寻呼的用户未发射(例如在空闲状态)的时间期间进行抽样来确定接收的干扰协方差矩阵，但是在此期间与寻呼消息在相同的时间以及在相同的传统信道上在下行链路上正在接收的非期望用户终端可以在上行链路上发射到它们各自的基站。
可选地，干扰协方差矩阵可以从对于在第一基站102处在某个时间接收的信号执行上行链路空间处理中被确定，在该时刻中，在要被寻呼的用户终端和可能稍后在与寻呼相同的传统信道和时间上在下行链路上进行接收的其它用户终端可以发射。上行链路空间处理确定来自要被寻呼的用户终端中的信号，相减则确定了干扰信号。
当可能的共同信道远程终端可能发射数据时以及当期望用户终端为空闲时的那个时刻，从第一基站102接收的信号(例如，寻呼前的接收信号和其它用户终端接收的信号)中确定接收协方差矩阵。此接收协方差矩阵等于接收干扰协方差矩阵，并且它可用来有利地确定接收信号的智能天线处理策略，以及用减轻自干扰发射机中的干扰。
包括减轻对非期望用户终端的干扰在内的用于寻呼的发射空间处理因此能从非期望用户终端在上行链路上发射时确定的接收干扰协方差矩阵中被确定，提供的校准或另一操作被执行来解决到和来自不同天线元件中的电子设备链路中的偏差。特别地，用于发射寻呼的下行链路空间处理的下行链路加权参数组从接收干扰协方差矩阵的特征向量中产生，接收干扰协方差矩阵的特征向量具有一个相对小的数值，优选地但不必是最小值。
注意，正如在下面进一步描述的，根据一个实施例，在系统100的基站和它的相关用户终端之间的激活业务通信发生在连续的时间间隔(帧)组中，并且每一帧被分成选定数目的下行链路传统信道(例如，一个TDMA系统的时间周期)。对于每个下行链路传统信道，在上行链路上有一个相关的确认传统信道(例如，对于一个TDMA系统的时间周期)。在下文中的说明通常将应用到在TDMA系统中使用的本发明一个实施例，但是本发明不局限为TDMA系统。
在TDMA系统中，每一帧被分成选定数目的下行链路数据传输周期(时隙)，并且对于每一下行链路数据传输周期，在上行链路上有一个相关的确认传输周期(时隙)。在第一基站102和期望用户终端之间建立通信之后，在较早相关的确认传输周期(优选地但不是必定的，与下行链路数据发射的下行链路数据传输周期相关的上行链路上的最新近的确认传输周期)期间来自那个用户终端中的确认信号优先于从第一基站102到用户终端的下行链路数据发射。在上行链路上接收的确认信号被用来有利地确定第一基站102的智能天线系统的处理策略以便在将来最好但不是必定的与确认传输周期相关的下一下行链路数据传输周期中向期望用户终端发射。此外，被基站使用的连续时间周期组被协调以使来自同一基站或其它基站的干扰用户终端中的其它确认也在第一基站102处被接收并且被用于确定智能天线处理策略。因此，在确认周期期间在上行链路上向它们各自基站进行发射的通信系统100的用户终端数是可以在相关的将来下行链路数据传输周期(优选地但不必是下一下行链路数据传输周期)期间发射的激活期望用户终端组的一个超组。
在特定的下行链路数据传输周期期间向空闲用户终端发射寻呼消息的一个实施例中，使用校准和特征向量来确定下行链路智能天线处理策略，该特征向量具有在前一相关的确认传输周期期间在上行链路上接收的信号中确定的协方差矩阵的最小特征值。
使用这样一个寻呼策略包含减轻对那些用户终端的干扰，信号(例如，在寻呼前的接收信号和其它用户终端接收信号)在前一相关的确认传输周期期间在上行链路上被第一基站102从那些用户终端中接收。与来自发射用户终端中的这些接收信号相应的接收协方差矩阵的特征向量将具有比最小特征值明显更大的特征值。因此，在一个实施例中，寻呼消息在上行链路上具有最小功率干扰的方向上被发送以便将对共同信道用户的干扰减到最少。
在替换实施例中，具有比提供的门限值更小数值的发射(干扰)协方差矩阵的一个特征向量可以被用于确定使用于寻呼的下行链路智能天线处理策略(例如，下行链路加权参数)。这样一个特征向量大体上在发射干扰协方差矩阵的零空间中。
正如我们在此指出的以非定向方式发射的定义包含零空间发射，此零空间发射将能量“定向”到协方差矩阵的相对小的特征向量的方向。
在另一替换实施例中，在可能的共同信道远程终端很可能发射数据时以及在期望用户终端为空闲时的时刻所确定的接收信号协方差矩阵与校准一起被使用，以便将零信号特别地定向到非期望共同信道用户的方向，同时根据全向辐射模式在其它方向上发射寻呼消息。全向的模式是以非定向方式发射的一个特定情况。在一个分区系统中，全向是指在扇区之内基本上全向。此外，当整个发射被分类成为一组重复的发射(其每一个可能具有一个不同的策略)时，基本上全向也是指关于时间平均的基本全向。
Goldburg在1997 12月12日申请并且转让给本发明受让人的美国专利申请08/988,519提供了一种确定下行链路空间处理加权参数来获得任何期望辐射模式的方法的说明。根据Goldburg的方法，通过使最优化优化准则来确定加权。对于本发明的替换实施例，Goldburg的方法可以被修改来包含把零信号定向到从协方差矩阵中确定的可能干扰。
可选地，基于到达方向(DOA)的方法可用来确定下行链路智能天线处理策略。
减轻对非期望用户终端的干扰的一种替换方法包含通过在某些较早时刻从非期望用户终端中在第一基站102处接收的信号形成有关非期望用户终端的端信息(side information)。端信息可以被储存在第一基站102中的数据库中。
有关非期望用户终端的端信息是有关用户的信息，该信息可用于确定包括减轻对非期望用户终端干扰的策略。此类储存的有关用户终端的端信息的一个实例是用户终端的空间特征。例如，Barratt等人的标题为”SPECTRALLY EFFICIENT HIGH CAPACITY WIRELESSCOMMUNICATION SYSTEMS”(极有效的容量无线通信系统)的美国专利5,592,490以及Ottersten等人的标题为”SPECTRALLYEFFICIENT HIGH CAPACITY WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS WITHSPATIO-TEMPORAL PROCESSING”(具有空间时间处理的极有效大容量无线通信系统)的美国专利5,828,658，提供了利用空间特征减轻干扰的某些技术的描述。接收空间特征的特征在于如果没有任何干扰或其它用户终端的情况下基站阵如何接收来自特定用户终端的信号。特定用户终端的发射空间特征的特征在于在没有任何干扰的情况下远程用户终端如何接收来自基站的信号。使用校准，可以通过接收空间特征确定发射空间特征。
端信息从数据库提取出来并且被用于确定包括对不期望用户终端之一的干扰减轻的智能天线处理策略。
可以通过在同一第一基站102处从非期望用户终端中收到的信号形成端信息。可选地，通信系统可以包括至少一个第二基站和一个基站间的通信机构，该通信机构可以是有线的和/或无线的。一个或多个其它基站接收来自非期望用户终端的信号，并且每一非期望用户终端的端信息形成步骤发生在从每一个这些非期望用户终端接收信号的其它基站处。端信息被使用基站间的通信机构传送给第一基站102。当这种方法被使用时，其它向第一基站102通信的这样的基站非期望用户中的那些是“实际上”非期望的。
端信息的其它形式包含一个或多个非期望用户终端的DOA，以及从非期望用户终端真正接收的信号。
虽然一个实施例具体表达了运行在TDD系统中的一种方法，但是本发明也可应用于在FDD系统中运行。在FDD系统中，发射和接收信道通常在时间的任意给定瞬时处彼此不相关。基于DOA的技术可以被用于确定来自用户终端到达方向的下行链路智能天线处理策略。此外，当足够的时间平均被使用于接收协方差或干扰协方差矩阵的计算时，特别是当上行链路频率相对接近于下行链路频率时，发射和接收协方差矩阵通常基本上等同于FDD系统中的。在这种情况下，使用包括校准在内的通过上行链路空间处理策略确定的下行链路空间处理策略，可以提供令人满意的结果，例如正如在Clarity Wireless公司Raleigh等发明者在1998年3月5日公开的标题为”SPATIO-TEMPORAL PROCESSING FOR COMMUNICATION(通信的空间时间处理)的公开号为WO 98/09385PCT国际专利申请中所描述的。
本发明还适用于CDMA系统。经常，CDMA系统提供频率信道中的基本上所有资源给少数的用户终端。因此，与发射用户终端相应的接收协方差矩阵的特征向量相关的特征值将比最小的(即零空间)特征值明显更大。
因此，本发明的一个实施例允许基站以非定向方式来发送下行链路消息给期望用户终端(例如，寻呼远程终端)，所以对其它用户终端的干扰同时被减轻。此外，在一个实施例中，第一基站102同时发送其它数据给一个或多个其它用户终端。因此，在本发明的实施例上也提供了在同一传统信道上合并的定向业务(例如进行中的业务数据)和广播业务(例如寻呼)。
重复的寻呼
响应于成功接收一个寻呼消息，用户终端发射一个信号给第一基站102。用户终端通过在约定信道中向基站发送随机访问请求信号来响应。第一基站102然后发射接入分配消息给用户终端，该消息包含指定用于业务通信的频率信道和下行链路传输时间周期。接入分配消息还可以被使用来执行好几个控制功能，包括测量在用户终端和基站之间的链路中的路径损耗和/或用于执行功率控制。
寻呼消息优选地但不必相对较重地被编码。许多方法可用于从在用户终端的接收天线处接收的信号中检测此类很重编码的UT序列。一种这样的技术使用相关性。
随机访问请求信号因此是对第一基站102的指示：即，期望用户终端已经成功检测到它的UT序列。在一种形式中，随机访问请求信号的缺乏提供反馈给基站120：即，期望用户终端没有成功地接收到该寻呼。提供成功或失败反馈的其它方法也可以被使用于本发明的其它实施例中。
因此，在一个实施例中，第一基站102接收指示期望用户终端是不是已经成功接收到寻呼的反馈。
本发明的另一方面是一种通过利用完全相同的重复(即，在将来帧的同一相对时间部分中按照重复的方式利用一种完全相同的下行链路策略)来重复发射寻呼一次或多次从而进一步增加成功寻呼接收检测可能性的方法。非同一的重复是指一个或多个下行链路策略或者将来帧的相应时间部分不同。在一个实施例中，非同一的重复被用来帮助在重复中的不同干扰环境并且因此在完全相同的重复情况下在可能性上增加期望用户终端成功接收寻呼的累积可能性。例如，一种不同的智能天线策略可以被使用，或者不同的定时可用来增加干扰环境不同时的可能性。通过使用不同的下行链路智能天线策略来提供下行链路策略分集，或者通过在不同的干扰环境中重复寻呼来提供干扰分集。在一个实施例中，下行链路策略分集和干扰分集都被使用。
在一个实施例中，寻呼成功与否的反馈被使用。在第一次寻呼之后，则基站重复在将来帧例如下一帧中重复该寻呼，在一个实施例中使用不同的非定向下行链路策略。
在第一实施例中，不同的非定向策略向基本上在干扰协方差矩阵零空间中的特征向量之一发射以便确定智能天线处理策略用于下行链路寻呼。在帧序列的将来帧中的重复可以在不同干扰组存在时提供寻呼，因为干扰环境可以快速地改变，例如由于一个不同的用户终端组可能正在下一帧中被寻呼。使用零空间中的不同特征向量在不同的辐射模式上定向该寻呼，提供下行链路策略分集。
干扰环境可能没有足够快地变化。因此，在第二实施例中，在连续的时间周期组的不同下行链路数据传输周期中执行重复。在TDMA的情况下，例如，这可以与一个不同的时隙符合。概括来说，重复的发射发生在除第一发射的特定下行链路业务数据传输传统信道之外的不同下行链路传统信道上。对于FDMA系统，这可以是不同的频率。
因此，根据第二实施例，接收干扰协方差矩阵从在与不同下行链路数据传输周期相关的确认传输周期处接收的信号中被确定，并且具有最小特征值的接收干扰协方差矩阵的特征向量被用来确定在寻呼发射期间在此不同的下行链路数据传输周期期间智能天线系统的下行链路空间处理以便促进在不同的干扰环境中重复寻呼。
替换实施例使用不必通过干扰协方差矩阵确定的下行链路策略执行寻呼重复。在另一实施例中，使用智能天线系统的加权参数组中的一个不同序列反复地发射对一个特定用户终端的寻呼，该加权参数组被设计用来增加在未知位置处的用户终端接收寻呼的概率。例如，Barratt等人1998年2月9日申请的并且转让给本发明受让人的美国专利申请09/020,619描述了用于确定这样一个序列的技术。来按顺序发射消息的智能天线处理策略中的加权参数的序列根据一个实施例是基于离散傅里叶变换(DFT)的复数值加权参数组的一个正交序列。为了进一步增加成功接收寻呼的机会，寻呼的重复发射发生在不同的下行链路数据传输周期期间以便促进在不同的干扰环境中重复寻呼。
在使用寻呼重复的另一实施例中，寻呼每个都利用宽广的例如全向波束却又在每一不同的重复期间被发射，寻呼在不同的下行链路数据传输周期期间(例如，不同的时隙)被发射以便确保重复寻呼发生在不同的干扰环境中。用一种全向模式发射的方法正如在上述参考的Goldburg的美国专利申请08/988,519中被描述。
在一个实施例中，为了寻呼的目的，每一下行链路数据传输周期被分成两半。寻呼可以在任何下行链路数据传输周期的第一半或者在第二半上发送。这样就在给定数目的下行链路数据传输周期内提供相对更多的可能寻呼消息。这也提供了用于改变在寻呼重复之间的干扰环境的另外一种方法。在寻呼在下行链路数据传输周期一半中发送之后；下一重复在下一帧的下行链路数据传输周期(在一个实施例中为一个不同的下行链路数据传输周期)的另外一半中发送。因此，干扰环境至少相对于寻呼发射可以在第一和第二发射之间改变。
其它实施例可以包含把下行链路数据传输周期分成两个以上的寻呼周期。
图3示出了与TDMA一起使用的本发明实施例的帧序列。图3A示出三个完整的帧。图3B示出了单个(第N个)帧，而图3C示出了为了寻呼的目的的下行链路数据传输周期，在此情况下为周期D3，如何被分成第一半和第二半。同样地，图4描述了一个替换的全双工配置。图4C示出了为了寻呼的目的下行链路数据传输周期，在示例下为周期D3，如何被分成第一半和第二半。
在本发明的一个实施例中，重复次数是估计期望用户终端到寻呼基站的接近度的一个函数。用户终端的接近度在初始注册期间(例如登录)或者在前一成功寻呼序列期间被估计。通常但不必假定被估计接近寻呼基站的用户终端比被估计远离寻呼基站的用户终端经受更少的干扰。在一个实施例中，估计的接近程度是附近、远以及更远之一，并且一个附近的用户终端接收寻呼，即，没有重复，远用户终端接收两个寻呼，即，一个重复，而更远用户终端接收两个重复。
可是，替换实施例可以使用其它准则用于确定不同数目的重复。根据本发明的至少一个实施例已经公开的一种利用智能天线系统来用于重复从具有智能天线系统的基站发射寻呼到用户终端的方法，如此以致每一重复发生在不同的干扰环境中。
业务通信
在本发明的一个实施例中，在基站及其相关用户终端之间的业务通信按照无线电协议发生。无线电协议为第一基站102提供第一组顺序时间间隔(帧)来与它的相关用户终端通信。无线电协议还要为无线通信系统的其它基站组111的每一个提供连续的时间间隔(帧)组。
图3描述了在一个TDMA实施例情况下说明发射序列的一组发射时间图表。图3A示出了把时间整个划分成为在一个实施例中具有相等持续时间的连续帧序列。三个完整的连续帧在图3A中被说明。为了系统定时控制的目的，用户终端可以如所需要的那样协商的一个同步信道被提供。在一个替换实施例中，每一信令分段以来自基站的帧标志信号开始以便把所有的远程用户终端同步到基站的定时序列。
本发明的一个方面主要涉及在每一帧内的信号排列，并且因此在图3B中更详细地示出了示范帧(帧N)、前一帧(帧N-1)的结尾以及下一帧(帧N+1)的开始。
根据本发明的一个TDMA实施例的帧被细分为选定数目的下行链路数据传输周期(时隙)D1、D2、D3等以及选定数目的上行链路数据传输周期(时隙)U1、U2等。在上行链路上还有许多确认传输周期(时隙)AKD1、AKD2、AKD3等，其一个与每一下行链路数据传输周期相关并且与基站已知的它的相关下行链路数据传输周期具有一个预定义关系并且在一个实施例中是固定的。在上行链路上还有许多确认传输周期(时隙)AKU1、AKU2等等，其一个与每一上行链路数据传输周期相关并且与基站已知的它的相关上行链路数据传输周期具有一个预定义关系并且在一个实施例中是固定的。对于一个TDMA实施例，在数据传输周期和它的相关确认传输周期之间的固定关系由时隙来规定。即，数据业务周期的特定时隙确定在相反方向上相关确认传输周期的时隙。此外，在一个实施例中，这种关系对于系统所有基站的所有连续时间周期组都是相同的。
注意，对于一个TDMA实施例，每个数据传输周期对应一个传统信道。
在图3B中说明的示例中，有四个下行链路数据传输周期，因此也有四个上行链路确认传输周期，还有两个上行链路数据传输周期，因此还有两个下行链路确认传输周期。回想一下，SDMA促进在同一时隙期间被称为空间信道的一个以上的通信信道，图3B的示例符合来容纳至少四个激活用户终端在下行链路上通信并且至少两个激活用户终端在上行链路上通信。
时间间隔序列的一个特性是：它可以在上行链路上和在下行链路上容纳不同数目的数据传输周期。在数据通信中，例如当基站被耦合到诸如互联网之类的计算机网络时，通常在下行链路上有比上行链路上更多的通信。本发明的一个方面适应在上行链路和下行链路业务数据通信之间的不对称性。根据在每个方向上在系统的特定信道和数据传输需求和容量中要被容纳的激活用户终端数目，一个系统可以包括在此示出的更大或更小数目的每种类型的周期。对于更高的数据传输速率，在任意方向上的更大数目的用户可以被本发明各个实施例所容纳。
在一个替换实施例中，相同数目的上行链路和下行链路数据传输周期在每个连续的时间间隔中存在，因此，提供的下行链路业务信道组的总数据负荷量与提供的上行链路业务信道组的总数据负荷量相同。
下行链路业务通信
在一个成功的寻呼之后，来自第一基站102中的接入分配消息分配在第一组连续时间间隔中的每一连续时间间隔内的下行链路传输周期(即，下行链路业务信道)以及一个相关的确认传输周期(即，相关的上行链路信道)。
被成功寻呼的每个用户终端(例如，作为来自它的相关基站中的初始下行链路寻呼结果接收一个接入分配消息)在与它的分配下行链路业务传输周期相应的确认传输周期处在上行链路上响应寻呼序列(例如，响应接入分配消息)。第一以及另外组的连续时间间隔如此以致在上行链路上用户终端对初始下行链路寻呼序列(例如对接入分配消息)的响应(包括来自诸如第二基站111之类的其它基站的用户终端中的响应)发生在第一基站102已知的确认传统信道上----例如，传输周期和频率/码信道。特别地，在一个TDMA实施例中，基站定时被同步，并且任何期望的用户终端响应在时间上与任何干扰用户终端的可能响应对准，这些干扰用户终端诸如是与第一基端102关联的，或者是出现在相同频道和下行链路数据传输期间的其它基站111的其它同信道用户终端。
用户终端对其相关基站的确认信号可以包括某些训练数据和某些识别信息。在一个实施例中，训练数据包括标识信息。标识信息帮助第一基站102从其它基站的用户终端中的信号中区分出来自它自己的相关用户终端中的信号。识别信息可以包括一个基站标识符。第一基站102接收响应(即，确认)并且使用训练数据和识别信息来确定智能天线处理策略用于在用户终端的将来下行链路数据传输周期(在一个实施例中为下一下行链路数据传输周期)期间发射数据。
用于发射下行链路业务数据给用户终端的第一基站102的一个理想智能天线处理策略被确定包括被定向到共同信道干扰的干扰减轻以使从发射基站到此类其它共同信道用户终端的此类干扰被减轻。此外，用于从用户终端接收确认信号的一种理想的智能天线处理策略在一个实施例中被确定来包括来自共同信道干扰的干扰减轻。
在一个实施例中，确认包括一则确认消息(ACK)来向在来自基站的信号的用户终端处成功接收的基站提供反馈。当基站没有接收预期的ACK或者是反馈信息是消息未被成功接收时，则基站重新安排数据的发射。
第一基站102现在在指定的下行链路数据传输周期中发射数据(即，业务数据)给用户终端。工作用户终端接收第一基站102发射给它的下行链路业务数据。在一个实施例中，发射给用户终端的下行链路信号除了传送业务数据之外也担当一个下行链路轮询信号以便在上行链路上获得一个响应用于确定进一步通信的智能天线处理策略。因此，为了响应下行链路业务数据，在下一确认传输周期期间在上行链路上对于指定的下行链路数据传输周期，用户终端发射一个确认信号回到基站。基站接收此确认，并且还要接收来自被分配给同一下行链线路数据传输周期的一个或多个共同信道干扰用户终端中的确认，并且使用从用户终端中收到的这些信号来确定智能天线处理策略以便在用户终端的下一指定下行链路数据传输周期期间有利地发射数据给用户终端。确定的下行链路智能天线处理策略包括对其它基站111的共同信道远程终端的干扰减轻。此外，第一基站102还确定它的智能天线系统的处理策略以便按照包括来自干扰共同信道用户的干扰减轻的方式有利地接收来自期望的和干扰的共同信道远程终端中的确认信号。当按照本发明的一个实施例该系统还在同一传统信道中(例如在TDMA系统中的同一时隙)提供了一个以上空间信道时，则确定的智能天线处理策略包含在同一传统信道的其它空间信道上对于同一基站102的共同信道干扰远程终端的干扰减轻。
注意：用于从用户终端接收确认信号的一个给定确认传输周期处，第一基站102接收来自用户终端的确认，该用户终端可以响应一个寻呼序列(例如，一个接入分配消息)或者响应下行链路业务数据。
一旦下行链路数据传输被这样发出，则下行链路业务数据传输在指定的下行链路数据传输周期处一帧一帧继续。每个下行链路数据信号还担当一个下行链路轮询信号。用户终端在指定的下行链路数据传输周期处接收来自它的相关用户终端中的下行链路数据，并且在下一指定确认传输周期期间发送一个确认信号回到基站。确认信号在基站处，和来自同一基站或其它基站的其它共同信道用户终端中的任何其它确认信号一起被接收，并且再一次基站确定它的智能天线系统的一个处理策略用于最佳地接收确认并且用于在下一指定下行链路数据传输周期处最佳地发射下一下行链路数据信号。最佳是指使用一个下行链路策略，该下行链路策略减轻来自干扰用户终端以及到干扰用户终端中的干扰，第一基站102从该干扰用户终端中接收确认同时增强与一个或多个期望用户终端的通信。
因此，在智能天线处理策略确定使用在一个特定确认传输周期期间接收的信号并且被用于在与特定确认传输周期相关的下一下行链路数据传输周期期间发射数据的情况下，在此下一下行链路数据传输周期期间发射的激活用户终端组是在前一特定确认传输周期期间发射到它们各自基站的用户终端组的一个子组。
在一个实施例中，只有一个用户终端(从该用户终端中在前一特定确认传输周期处接收一个信号)在下行链路上在下一相关下行链路数据传输周期处被发射。因此，在下行链路数据传输周期中的特定一个上从一个基站中被发射的一个激活的(即，不在空闲状态中)用户终端已知为在与同一特定下行链路数据传输周期相关的上行链路上在前一确认传输周期上已经首先发射数据到基站。
从一个用户终端开始上行链路通信
根据本发明的另一方面，在上行链路上从与第一基站102相关的用户终端之一中开始的通信被提供。当用户终端试图发出对第一基站102的数据发射时，用户终端首先在约定逻辑控制信道上发射一个随机接入请求信号，并且此随机访问请求被第一基站102接收。在响应时，第一基站102还是在约定逻辑控制信道上发射一个接入分配消息给用户终端，包括发射信息到用户终端以便向用户终端指示随机访问请求信号已经被接收，并且还包括数据来指定上行链路数据传输周期和频率信道用于在上行链路上从用户终端接收一个数据传输。
用户终端在响应时在指定的上行链路业务传输周期期间发送上行链路业务数据。基站接收来自用户终端中的上行链路数据。诸如第二基站111之类的其它基站的用户终端也可以发射上行链路业务数据给它们各自的基站，并且这些信号可能干扰第一基站102的上行链路业务信号。此外，当第一基站102也提供用于SDMA，它的共享传统信道的其它相关用户终端也可能如此干扰。按照本发明的一个实施例，上行链路数据担当来自基站的接入分配消息的一个响应，并且为第一基站102提供来使用该响应(即，上行链路业务数据)以便确定一种智能天线处理策略用于接收来自用户终端的信号。按照这个实施例，第一和另外的连续时间间隔组被设计以使上行链路业务信号(或者响应接入分配消息或者继续上行链路业务数据)在第一基站102已知的上行链路传统信道上(例如，数据传输周期和频率/码信道)发送。第一基站102使用通过接收信号确定的智能天线处理策略来接收上行链路业务信号。智能天线处理策略用于接收来自它激活的相关用户终端中的数据信号。在一个实施例中，在一个指定上行链路数据传输周期内的每个上行链路业务数据信号包括训练数据来提供信息给基站用于确定智能天线系统的处理策略。训练数据可以包括标识信息。在一个实施例中，一个控制计算机提供用于自适应，因此智能天线处理策略在同一上行链路数据传输周期内有利地接收上行链路数据。在替换实施例中，其中，控制计算机没有足够计算功率来快速确定对于同一上行链路数据传输周期足以最佳接收数据的上行链路智能天线处理策略，在上行链路数据传输周期内接收的数据中的上行链路策略确定被智能天线系统使用来在一个将来帧的上行链路数据传输周期处、在特定用户终端的一个将来上行链路数据传输周期(例如下一上行链路数据传输周期)处接收数据。在一个TDMA实施例中，基站的定时被同步，并且用于发射到这些用户终端各自基站的期望用户终端的以及干扰共同信道用户终端的上行链路数据传输周期是可以在同一时隙处并且在同一频率信道中发生。
在一个实施例中，当基站从工作用户终端成功接收上行链路业务数据时，它对于上行链路数据传输周期在一个指定的确认传输周期期间在下行链路上发射确认信号给用户终端。上行链路业务数据信号因此被使用作为来自用户终端中的反向轮询信号，并且对此的响应是来自基站的确认信号，该响应在通信开始之后可以被认为是一个反向轮询确认信号。对进一步反向轮询确认信号的响应(即，对来自基站中的确认)可以被基站使用来进一步确定它的智能天线系统的处理策略。
在一个实施例中，为了增加在下行链路上的确认在用户终端处被成功接收的可能性，第一基站102使用被确认的上行链路业务数据来确定它的智能天线系统的处理策略来在下行链路上在下一指定确认周期有利发射该确认给用户终端。确定的策略包括对其它基站或第一基站的一个或多个共同信道用户终端的干扰减轻，从这些共同信道用户终端中上行链路业务数据被第一基站102接收。
在一个实施例中，从第一基站102中发送给用户终端的确认信号还向用户终端提供一则确认消息(ACK)作为在基站成功接收的反馈。确认消息还可以是一个否定确认消息(NACK)或者其它此类反馈。当用户终端或者接收一个NACK或者没有接收到预期的ACK或者不知何故是消息未被接收的反馈信息时，则用户终端重新安排数据的发射。此外，确认信号可以包括训练数据来帮助用户终端处的成功接收。而且，在一个实施例中，一个或多个用户终端可以包括一个智能天线系统，并且在此种情况下，在下行链路上对上行链路业务的确认还可以被用来确定用户终端的智能天线系统的智能天线处理策略。
从用户终端到第一基站102的上行链路通信可以在指定的上行链路数据传输周期一帧一帧继续。被基站接收的每个上行链路数据可以和来自其它干扰用户终端的任何共同信道的上行链路业务数据一起被使用，以便在第一基站102处确定用于接收来自用户终端的数据智能天线系统的处理策略的，并且基站然后还确定它的天线系统的处理策略以便把确认信号作为进一步反向轮询确认信号发射到它的相关用户终端。
虽然本发明的一个实施例被使用于仅仅一个具有智能天线系统的基站中，但是根据其它实施例，通信系统100可以具有许多基站，每个基站包括这样的智能天线系统。在一个实施例中，第一基站102和一个或多个第二基站111使用相等配置的连续时间间隔组，以使第一连续时候周期组和另外的连续时间间隔组具有完全相同的结构。
如图3B所示的信号用于包括TDD的TDMA系统，因此上行链路信号和下行链路信号被归组在一起以便降低基站智能天线系统从上行链路到下行链路交换的次数。作为如图3B所示的信号的一个替换，时间周期的顺序可以改变，例如当基站使用频域双工(FDD)时，在其中用于与同一用户终端通信的下行链路频率和上行链路频率不同。一个这样的替换如图3D所示。图3E示出了另外一个替换，其类似于图3B的配置，但是具有偏移的帧边界。在不偏离在下面权利要求中阐明的本发明的范围的情况下，对图3B配置的许多其它替换是可能的。
业务通信的替换实施例
利用如图3所示帧结构的一个实施例是一个半双工实施例，其中，帧组的任何上行链路数据传输周期未必与同一用户终端的下行链路数据传输周期相关。
按照一个替换半双工实施例，在确认上行链路数据传输的帧序列的一帧中的确认传输周期被包括在用户终端的未来的(例如下一)指定下行链路数据传输周期中。因此，在下行链路数据传输周期期间在下行链路上传输的数据可以包括确认数据和/或可以包括训练数据。此外，对于每一上行链路数据传输周期有一个下行链路数据传输周期。
此外，按照另一替换半双工实施例，在用于确认下行链路数据传输的一帧(或者响应接入分配消息)中的确认传输周期被包括在用户终端的一个未来的(例如，下一)指定上行链路数据传输周期。因此，在一个上行链路数据传输周期期间传送的数据可以包括训练和/或标识数据和/或确认数据。此外，对于每一下行链路数据传输周期有一个上行链路数据传输周期。
图4是一组发射时间图表，它说明了在利用全双工系统并因而在此称为全双工替换实施例的另一替换替换实施例情况下的发射序列。图4A示出了时间整个划分成为相等持续时间的连续帧序列。三个完整的连续帧在图4A中被说明。
一个特定信道的一个示范数据传输段在图3B中被更详细示出。按照本发明全双工替换实施例的帧被细分为许多上行链路数据传输周期U1、U2、U3等等以及相同数目的下行链路数据传输周期D1、D2、D3等等。在图4B中说明的示例中相应于容纳至少五个激活用户终端，这里有五个下行链路和上行链路数据传输周期。每个激活用户终端被分配给一个上行链路和一个下行链路数据传输周期，正如在此使用来自其相关基站中的接入分配消息来描述的。其它实施例可以在每一帧中具有更多或更少的下行链路和上行链路数据传输周期。例如，一个实施例使用在每一帧中具有三个上行链路和三个下行链路数据传输周期的帧结构。
按照全双工替换实施例，在用于确认上行链路数据传输的时间间隔序列的一帧中的确认传输周期被包括在用户终端的一个未来的(最好下一)指定的下行链路数据传输周期。此外，在用于确认下行链路数据传输(或者响应一个接入分配消息)的时间间隔序列的一帧中的确认传输周期被包括在用户终端的一个未来的(最好是下一)指定的上行链路数据传输周期。
对于在此描述的一个半双工实施例实现如上所述的从基站开始的数据通信。基站首先发送寻呼信息。用户终端利用随机访问请求来响应。基站利用一则接入分配消息来响应，该消息包括规定上行链路和下行链路时间周期以便用于业务通信。
当用户终端接收接入分配消息时，它在它被分配的上行链路业务信道期间发送一个确认信号。该信号可以包括训练数据和/或识别数据，其被它的相关基站在确定用户终端和基站之间的无线电链路的一种有利智能天线处理策略中使用。第一基站102的连续时间周期组与其它基站的基站(比如第二基站111)的连续时间周期组一致，因此用户终端对接入分配消息的响应是在基站已知的时间/频率位置处，所以例如第一基站102之类的基站不仅从它相关用户终端接收包括干扰信号的信号而且从与诸如第二基站111之类的其它基站相关的共同信道用户终端接收信号。用于与用户终端通信的有利智能天线处理策略被确定为包括来自共同信道干扰(在上行链路上)和到共同信道干扰(在下行链路上)的干扰减轻。
此外，当基站从与其相关的至少一个用户终端接收上行链路业务数据时，它在与它接收上行链路数据的上行链路数据传输周期相应的下行链路数据传输周期中发射确认信号给这样的用户终端。
因此，信号被用户终端发送不仅响应来自它相关基站中的一个接入分配消息而且作为对从它相关基站中收到的下行链路业务数据的确认。
此外，根据此全双工替换实施例，上行链路业务数据还包括训练数据和标识数据，并且基站使用这样的数据来确定它的智能天线系统的处理策略。
因此，在下行链路数据传输周期期间在下行链路上传送的数据可以包括训练数据并且可以包括确认数据，例如ACK和/或NACK数据等，或者包括用于确认的其它机制，并且在一个上行链路数据传输周期期间传送的数据可以包括训练和/或标识数据和/或确认数据，例如ACK和/或NACK数据等，或者其它的确认数据。当一个发射实体接收到一个NACK或者未接收到预期的ACK时，或者已知没有成功接收时，它重新安排数据的发射。
现在描述本发明的另一替换实施例。根据此替换实施例，为了从基站开始通信，基站102和111每一个在接收来自它各自相关的激活用户终端中的数据发射之前都发射一个下行链路轮询信号给这样的用户终端。根据本发明的一个实施例，此轮询被执行以便帮助确定特定分组数据通信的智能天线处理战略。在一个实施例中，下行链路轮询在提供给第一基站102的第一连续时间间隔组内以及在提供给每一个第二基站111的另外连续时间间隔组内被第一基站102和一个或多个第二基站111执行，每一时间间隔包括一个数据传输分段(该分段具有包括前向轮询周期的选定数目的下行链路传输周期)、以及许多相关的上行链路传输周期(其每一个与一个前向轮询周期相关)以及许多业务数据传输周期。
图5是一组发射时间图，说明了在此替换实施例情况下的发射序列。图5A示出了时间整个划分成为相等持续时间的连续帧序列。每一帧包括用于诸如蜂窝开销之类系统开销信号的发射和接收的信号分段和数据传送分段。三个完整的连续帧在图5A中被说明。为了系统定时控制的目的，每个信令分段从来自基站中的帧标志信号开始来把所有的远程单元同步到基站的定时序列。
本发明的一个方面主要涉及每一帧的数据传输分段内的信号排列，并且相应地用于特定信道的示范数据传输分段在图5B中被更详细示出。
根据本发明此替换实施例的数据传输分段被细分为许多前向轮询周期F1、F2、F3等等、许多反向轮询周期R1、R2、R3等等、以及许多业务数据传输周期D1、R2、R3等等。在图5B中说明的示例中，对应于至少容纳五个激活用户终端的容量，这里有五个前向轮询周期、五个反向轮询周期以及五个业务数据传输周期。每个工作用户终端被分配给一个信号信道以及一个前向轮询周期和一个反向轮询周期。
第一基站102和其它基站111在它们各自的前向轮询周期中发射它们的下行链路轮询信号。从其相关基站中接收轮询信号的每一用户终端在与前向轮询周期相关的上行链路传输周期处响应该轮询信号。相关的上行链路传输周期是它相关基站的连续时间间隔组的业务数据传输周期的一部分。第一和另外的连续时间间隔组是如此以使用户终端对下行链路轮询的响应发生在第一基站102已知的相关上行链路传输周期和频率/码信道处。
基站102接收响应并且使用该响应来确定智能天线系统的下行链路处理策略，并且使用确定的下行链路处理策略来把数据信号发射给它激活的相关用户终端。在一个TDMA实施例中，基站的定时被同步，并且期望用户终端105、106、107、108和干扰用户终端109、110对来自这样用户终端各自基站中的下行链路轮询的响应发生在同一时隙处并且在同一频率信道中。确定的智能天线处理策略包括对这些干扰共同信道远端的干扰减轻。
为了从与第一基站102相关的用户终端之一中开始通信，当用户终端期望发送数据到第一基站102时，用户终端在第一基站102接收反向轮询周期期间发射一个反向轮询信号。第一基站102现在发射一个反向轮询确认信号给用户终端，该信号包括发射信息给用户终端来向用户终端指示该反向轮询已经被接收并且包括数据来指定用于在上行链路上接收来自用户终端的数据传输的业务数据传输周期和频率信道。
用户终端然后在指定的上行链路业务数据传输周期期间发送一个数据传输信号。数据传输信号可以在上行链路业务数据传输周期的一个训练数据段中包括训练数据，如图5D所示。基站接收来自用户终端的信号。响应来自它们各自基站中的反向轮询确认，诸如第二基站111之类的其它基站也可以接收信号，并且这些信号可能干扰到第一基站102的数据传输信号。按照本发明的一个实施例，第一和另外的连续时间间隔组是如此以致响应于反向轮询确认信号在上行链路业务数据传输周期和第一基站102已知的频率/码信道处发送数据传输信号。第一基站102接收对反向轮询确认的响应并且使用该响应来确定智能天线系统的处理策略用于从它激活的相关用户终端接收。
第一基站102然后使用确定的智能天线处理策略来接收来自它激活的相关用户终端的数据信号。在一个TDMA实施例中，基站的定时被同步，并且期望用户终端105、106、107、108和可能的干扰用户终端109、110对来自这样用户终端的各自基站的反向轮询确认的响应可以发生在同一时隙处并且在同一频率信道中。智能天线处理策略被确定包括来自此类干扰用户中的干扰减轻。
在一个实施例中，系统100包括第一基站102和一个或多个其它基站111，它们每个都具有一个智能天线系统，并且第一基站102和其它基站111使用相同配置的连续时间间隔组，因此第一连续时间周期组和另外的连续时间间隔组具有完全相同的结构。在另一实施例中，只有第一基站102具有一个智能天线系统。
作为对如图5B所示的信号的一个替换，如图5C所示首先提供反向轮询周期并且其次提供前向轮询周期可能是有利的。在这种事件中，基站可以确认接收到来自用户终端的反向轮询信号并且在相应的前向轮询周期期间通过选定的反向轮询确认信号指定数据传输分段。在前向轮询的情况下，如上所述，由于数据传输周期开始时用户终端的训练信号的发射构成对基站的足够认识(即，用户终端已经接收前向轮询信号)，所以不需要确认。
替换实施例可以使用增加在远程终端处成功接收基站发射的开销信号和轮询信号的可能性的不同方式。在一个替换中，开销信令和轮询信号在一个宽波束上使用元件阵104发射(例如参见Goldburg1997年12月12日申请的并且转让给本发明受让人的美国专利申请08/988,519)。
在用户终端的响应中，替换实施例可以进一步使用导频音调而不是训练信号。其它替换实施例可以不包括一个训练信号或导频音调，并且在这样的情况下，已知的“盲”方法可用来确定第一基站102的智能天线系统的加权参数。
在其它替换实施例中，可以对允许获得基站智能天线系统加权参数的其它已知轮询排列进行修改。可以被修改的这样一个协议有如下提议：Z.Zhang和A.S.Amapora的“Performance of a modifiedpolling strategy for broadband wireless LANs in a harsh fadingenvironment”(严厉衰落环境中宽带无线局域网的修改轮询策略的性能)(Proc.GLOBECOM′91)(“Zhang”)，A.S.Amapora和S.V.Krislanamurthy的“New adaptive MAC layer protocol for wirelessATM networks in harsh fading and interference environments”(在严厉衰落和干扰环境中无线ATM网的新自适应MAC分层协议)(Proc.ICUPC′97，San Diego，CA 1997)(“Amapora和Krislmamurtlry”)，以及S.V.Krishnamurthy、A.S.Amapora和M.Zorzi类的“Polling based media access protocol for usewith smart adaptive array antennas”(与智能自适应阵列天线一起使用的基于轮询的媒体接入协议)(Proc.ICUPC′98，pp.337-341、1998)(＂Krishnamurthy”)。Zhang建议一种基于令牌的协议，其允许基站的智能天线系统通过按顺序轮询每一远程终端来定期地更新其加权参数。远程终端利用一个信息请求或者一个未调制导频音调来响应轮询请求，并且任一响应可用来更新加权。为了修改Zhang的方法并合并本发明，被基站和一个或多个其它基站使用的协议被协调，所以从诸如第二基站111之类的其它基站的远程用户终端中收到的信息请求或未调制导频信号发生在第一基站102已知的时间/频率位置处，并且被用来确定第一基站的智能天线系统的处理策略来提供对于或者来自与其它基站相关的用户终端中的干扰减轻。Amapora和Krishnamurthy建议了声称容许比Zhang更快适应的一种媒体访问(MAC)协议。在任一方向上的每一发射立即被远程优先用于立即把阵列适应到那个远程的基站导频信号。Amapora和Krislmamurthy方法的修改是类似的。在Krislmamurthy的方案中，任何远程可以将其信息请求装载到在基站和它本身之间的任何信息传输。因此，只有在前面帧中没有传送信息的远程在当前帧中被轮询。帧尺寸因此不是固定的而是至少按照所包括的轮询数来变化。在一个变型中，基站使用有限的轮询，其中在每个轮询处远程发送一个显著的请求给基站，并且在第二变型中，基站尽力地轮询每个远程，并且远程在被轮询时发送它所有的显著请求。一个修改的Krishnamurthy的方案也可以被容纳在本发明的一个替换实施例中，其中，特定基站使用的协议与其它基站使用的协议协调以使远程终端的响应发生在该特定基站可用的时间/频率位置处。
虽然上面的许多讨论是用于TDMA系统的，但是本发明也可以被实现在FDMA和CDMA系统中。
本发明可以以硬件、软件或它们的组合的形式被使用。例如，在一个实施例中，本发明至少部分地被储存在一个机器可读介质上的信息所执行，其信息表示一组指令，当指令被机器(例如，由诸如基站或用户终端之类的通信装置使用的数据处理系统)执行时，使该机器执行由本发明具体表达的方法的至少一部分。该介质可以包括一个储存材料(例如，磁存储器磁盘，光盘等等。)和/或一个存储设备(例如，ROM，RAM，DRAM，SRAM等等。)。一个或多个通用和/或专用处理器，例如数字信号处理器(DSP)之类的可以被与本发明实施例协同操作的基站或用户终端使用。
在本发明环境中的用户终端可以表示各种类型的通信装置，并且可以被耦合到输入和/或输出装置和/或处理装置以便在互联网或其它数据通信网上提供不同类型的功能，例如话音通信、数据通信。
还应该理解，虽然在通信环境中并且特别在使用具有智能天线系统的至少一个基站的蜂窝通信系统环境中已经描述了本发明，但是本发明不局限于这些环境而是可以在不同的无线应用和系统中被利用，例如在包含诸如包含智能天线系统的通信站之类的通信装置的一个系统中。此外，本发明不局限于任意一种类型的结构或空中接口，并且因此可以与TDMA、FDMA或CDMA以及TDD或FDD或其它结构/协议中的一个或组合协同被利用。
因此，虽然描述了被认为是本发明的优选实施例的实施例，但是本领域技术人员应该认识到对其可以进行其它以及进一步修改而不偏离本发明的精神，并且本发明意欲主张所有这样的改变和修改落都本发明范围之内。