可数字转换无线电信噪比优化 【技术领域】
本发明涉及一种无线通信系统，并且尤其涉及一种用于这种无线通信系统的无线电收发机中的射频(RF)发射机。
背景技术
已知的通信系统用于支持无线和/或有线通信装置之间的无线和有线通信。这种通信系统的范围涉及从国内和/或国际移动电话系统到因特网，再到点对点内部无线网络。每一种通信系统都根据一种或多种通信标准来构造并运行。例如，无线通信系统可以根据一种或多种标准来运行，这些标准包括但不限于高级移动电话服务(AMPS)、数字AMPS、全球移动通信系统(GSM)、码分多址(CDMA)、通用移动电话系统(UMTSs)、本地多点分布式系统(LMDSs)、多信道多点分布系统(MMDSs)，和/或它们的变化，包括例如IEEE802.11、蓝牙等的无线LAN网络。
对于直接通信(也就是通称的点对点通信)，参与的无线通信装置调节它们的接收机和发射机到相同的信道或者多个信道(例如，无线通信系统的多个无线电频率载波器中之一)并且在这些信道上方进行通信。对于间接无线通信，每个无线通信装置都通过给定的信道直接与相关基站(例如，用于蜂窝服务)和/或相关接入点通信(例如，用于内部或楼内无线网络)。为了完成无线通信装置之间的通信耦合，相关的基站和/或相关的接入点通过系统控制器、通过公共交换电话网(PSTN)、通过因特网和/或通过一些其它宽域网，相互之间直接通信。
对于本领域的普通技术人员来说已知的是，发射机包括数据调制级、一个或多个中频级以及一个功率放大器。数据调制级根据特殊无线通信标准将原始数据转换成基带信号。一个或多个中频级将基带信号与一个或多个本机振荡混合从而产生RF信号。在通过天线发射之前，功率放大器放大RF信号。
通常，在一个每个小区都被分成三个或更多小区扇区的被分区的蜂窝网络中，每个小区扇区都具有各自的放大和传输电路，射束形成天线通常用来产生前向链路传输图形，该传输图形填充了小区扇区但并不与相邻的小区扇区重叠。尽管可以在具有超过两个扇区的小区同时使用一个或两个放大器，但通常还是在每个小区扇区使用一个放大器。其中的一个扇区中的放大器失效是现有技术所已经解决的一个问题。现有技术中使用了一对NxN混合矩阵。第一个矩阵将利用施加在每个分量上的锥度将第一个NxN混合矩阵输入端口处的信号分成N个相等的分量。然后，N个信号被施加给N个高功率放大器，之后，放大的信号被馈送给第二个NxN混合矩阵，从而使原始信号将仅仅出现在第二个NxN混合矩阵的一个输出端口。使用NxN混合矩阵的一个益处是，每个信号都被每个可运行的放大器部分地放大。因此，如果一个放大器失效，那么所有的输出信号都会通过全部小区扇区(尽管在简化运行工作方式中)被充分放大至可被传输。在混合矩阵放大器中(现有技术)，混合矩阵被固定，因此，简化的工作方式影响了信噪比。这种功率共享还具有一个优点，就是每个前向链路放大器都不需要容纳最大的功率负载，这是因为对于最大功率的需求(穿过所有区)，额外的功率可由另一个或多个功率放大器获得。因此，可以使用较低成本的功率放大器。
图1是现有技术中具有三个小区扇区的蜂窝网络小区的功能性框图。具体的讲，一个小区02包括三个小区扇区04。在小区02的中心附近有一个基站收发机组(BTS)06，该基站收发机组对于每个小区扇区04都包括一个放大器08和一个天线10。图1示出了在相应的小区扇区04内的放大器08和天线10，从而示出了它们之间的关系。但是，应当理解，每个小区扇区04的放大器08和天线10都大约位于小区02的中心。天线10被称为扇区天线，该扇区天线发射一个图形以填充小区扇区04，而不叠加到邻近的小区扇区中。对于如图1所示的系统，其中使用了不同的放大器，但是不包括用于功率共享的混合矩阵，每个放大器08都必须满足扇区的最大功率级的需求。
图2是一种现有技术的发射机，该发射机包括一对模拟混合矩阵。基带无线电14生成多个数字波形信号并传送到数-模转换模块16，以生成相应的多个模拟信号。然后，多个模拟信号通过多个混频器18升频，其中混频器18通过将基带信号与本地振荡信号相乘以使多个模拟信号升频，以生成输出RF信号。此后，将生成的输出RF信号传送第一混合矩阵20，该第一混合矩阵生成相应数量的变换信号。具体的讲，如果第一混合矩阵20接收sig_1、sig_2、sig_3，那么它将生成三个具有所有三个信号sig_1、sig_2、sig_3的分量的经变换的模拟信号。
功率放大器模块22包括多个功率放大器，这些功率放大器被耦合从而从一个第一混合矩阵20接收第一、第二和第三经变换地模拟输出信号，并将它们放大。然后，一个第二混合矩阵24接收经变换的和放大的第一、第二和第三信号，且将它们重新结合以在第二混合矩阵24的输出端口产生信号_1、信号_2、信号_3的放大本。在运行中，第二混合矩阵24在求和端口将信号相加并且在第二混合矩阵24的输出端口抵消信号部分。然而，为了在输出端口有效地抵消无用信号分量，相关分量矢量(相位和幅值)和延迟必须如所期望的那样。如果在第一混合矩阵20或第二混合矩阵24中或之间引入了一个矢量和/或延迟误差，则在无用端口不会发生理想的抵消，并且所得到的波形还将继续包括其它波形的分量。因此，需要基本上抵消包括其它波形分量的无用分量，从而使每个输出端口的信噪比得到优化。
虽然使用混合矩阵具有上述包括功率共享优点，但混合矩阵是模拟装置，会在输出RF信号中引入幅值和相位误差。因此，需要一种系统，该系统允许功率共享以具有模拟混合矩阵放大器的优势，但却持续地对引入的幅值和相位误差进行补偿。
【发明内容】
具有幅值和相位分量的多个输入数据流耦合到可数字转换无线电(DCR)，以用于在蜂窝网络前向链路上进行传输。DCR将输入数据流处理、升频并放大为多个扇区信号，而后引导多个扇区信号至选定的扇区输出端口。每个扇区信号都包含其它扇区端口需要的其它输入数据流的无用部分。本发明的方法和装置通过调节数字混合矩阵模块中的复权重来优化扇区信噪比。本发明还通过按比例缩放出现在扇区信号中的每个输入数据流的总功率来控制每个扇区输出端口的功率。
一个数字混合矩阵接收多个输入数据流并由多个输入数据流以及多个加权矢量值生成多个混合输入数据流。每个混合输入数据流都包括所有的多个输入数据流的幅值和相位分量。多个混合输入数据流被转换成多个模拟混合信号，这些模拟混合信号经转换、放大和耦合到多个扇区信号以用于在蜂窝网络前向链路上进行传输。每个扇区信号都包括用于被选定的扇区端口的最大信号级以及所有其它扇区信号的最小级。
一个相关器模块接收多个输入数据流和多个扇区信号的数字表示。输入数据流相互交叉相关，从而生成多个输入交叉相关信号。输入数据流还与多个扇区信号的数字表示交叉相关从而生成多个扇区交叉相关信号。一个算出的传递函数以数学方法与多个交叉相关信号结合以算出由输入数据流之间的相关运算产生的测量误差。将该测量误差从扇区信号中减掉，以至于扇区信号中出现的的多个输入数据流的无用部分可以被准确的测出。在减掉测量误差之后，得出扇区信号的准确的版本。
一个加权矢量调节模块产生多个耦合于数字混合矩阵的包括幅值和相位分量的加权矢量值。每个加权矢量值都基于接收到的每个校正的无用信号的测出的功率级调节。响应于每个校正的无用信号的功率级，首先通过对每个加权矢量值减去一个收敛常数，然后通过对每个加权矢量值加入一个收敛常数，来更新每个加权矢量值的实部和虚部。通过基于生成最低测量出的校正的无用功率级的更新后的值，确定减掉或者加上收敛常数，以更新加权矢量值的实部或虚部。
一旦每一个加权矢量值的所有实部和虚部都被更新了，那么更新后的加权矢量值就被按比例缩放以控制期望的扇区中的前向链路功率级。通过补偿由模拟分量引入的相位和幅值的慢变，重复优化过程来保持最优的信噪比。
上述对本发明的内容的描述记录了本发明的一些，但并非各个方面。权利要求书指出了一些本发明主旨的其他一些实施方式的变体，另外，当结合附图时，本发明的其它方面、优点和新颖性特征将从本发明的以下详细描述中变得明显。
【附图说明】
图1是具有三个小区扇区的现有技术中的蜂窝网络小区的功能性框图；
图2是包括一对模拟混合矩阵的现有技术的发射机；
图3是根据本发明的一个实施例形成的无线电发射机的功能性框图；
图4是说明本发明的一个方面的无线电发射机的功能性框图；
图5是说明根据本发明的一个实施例的用于产生前向链路通信信号的方法的流程图。
图6是根据本发明的一个实施例的形成的用于优化信噪比的数字可转换无线电(DCR)的示意性框图；
图7是说明根据本发明的一个实施例的优化过程的图；
图8是本发明优化算法的流程图；
图9是本发明的加权矢量调节模块的示意性框图；
图10A和10B是数字可转换无线电(DCR)中用于优化信噪比的方法的流程图；以及
图11是数字可转换无线电中的无用信号的最小化方法的流程图。
【具体实施方式】
根据下面详细的说明、附属权利要求以及附图，本发明的这些和其它特征、方面和优点将完全可以被理解。
图3是根据本发明的一个实施例形成的无线电发射机的功能性框图。一个基带处理器30包括产生多个被转换和调节的数字波形信号的多个模块，其中被转换和调节的数字波形信号具有用于补偿由下游引入的误差的补偿分量。具体的讲，一个第一处理模块32产生多个数字波形信号，每个数字波形信号都是表示一个模拟射频(RF)信号(也就是，“模拟”RF信号的数字表示)的比特流，该模拟射频信号被传输到小区扇区。一个第二处理模块34接收多个数字波形信号并生成多个经变换的数字波形信号，其中每个变换的数字波形信号都包括由第一处理模块32生成的多个数字波形信号表示的每个RF模拟信号的部分的数字表示。
第二处理模块34包括一个间接矢量和延迟检测模块36以及一个矢量和延迟补偿变换模块38。间接矢量和延迟检测模块36利用输出端口的信号的幅值来确定求和及抵消的程度。基于求和及抵消的程度，通过调节矢量和延迟补偿变换模块38，矢量和延迟补偿变换模块38将矢量和延迟分量两者或其中之一引入给多个数字波形信号。因此，由基带处理器30的第二处理模块34产生的多个变换数字波形信号的幅值、相位和延迟都根据检测到下游引入的矢量和延迟误差而改变。然后，在第二处理模块34的输出端口，一个第三基带处理器40施加多个进一步的处理函数给每个变换数字波形信号。这些函数包括基带预矫、峰值功率削减以及多个滤波器函数。具体的讲，基带处理器30和第三处理模块40随后产生所述多个被经变换和调节的数字波形信号给数-模转换模块46，在数-模转换模块46中此多个经变换和调节的数字波形信号从数字域转换到模拟域，从而生成多个经变换的模拟信号。此经转换的多个变换模拟信号随后由数-模转换模块46传送到升频模块48，在升频模块48，它们由基带频率升频至射频频率(RF)，从而生成多个变换的RF模拟信号。
然后，此多个经变换的RF模拟信号从升频模块48到功率放大模块50，在功率放大模块50中，多个经变换的RF模拟信号被放大从而生成多个经变换和放大RF模拟信号。随后，多个转换和放大RF模拟信号由功率放大模块50传送到混合矩阵模块52。
混合矩阵模块52接收多个经变换及放大的RF模拟信号并生成多个经放大的RF模拟信号至特定的的求和及抵消端口，以传输到一个特定的小区扇区中。另外，多个放大RF模拟信号还被耦合到反馈回路54。反馈回路54包括一个交换模块56，该交换模块被耦合，用来在每个混合矩阵模块52前端的每个经变换和放大的RF模拟信号，以及混合矩阵模块52后端的多个经放大的RF模拟信号之间接收和选择。然后，交换模块56的所选择的输出传送到降频模块58，在降频模块58中，选定的经放大RF模拟信号被转换至一个基带或中间频率。继而，经降频信号传送到一个模-数转换模块60，该模-数转换模块将信号转换到数字域。经数字转换的信号由模-数转换模块60传送到第三处理模块40，具体的讲，传送到峰值功率削减模块44及传送到预矫模块42。针对给定的数字波形信号，预矫模块42和峰值功率检测模块44可以分别用来补偿失真和削减峰值功率。经数字化转换的信号还传送到第二处理模块34的间接矢量和延迟检测模块36。
第二处理模块34的间接矢量和延迟检测模块36随后确定求和及抵消端口相对于期望值的误差的程度。第二处理模块34的经矢量和延迟补偿的变换模块38根据由间接矢量和延迟检测模块36确定的误差，通过调节经矢量和延迟补偿的变换模块38，补偿并调节由第一处理模块32生成的多个数字波形信号的相应分量的幅值、相位以及延迟，从而补偿来由基带处理器30下游引入的误差，。
例如，如果数字信号表示一个第一放大RF模拟信号，并且经矢量和延迟补偿的变换模块38确定来自混合矩阵模块46的第一放大RF模拟信号有一个分量由于引入的相位误差而滞后10度，然后，矢量和延迟补偿变换模块38将相应的经变换和调节的数字波形信号中的相应分量超前10度。
在这个例子中，已经通过给相应的经变换和调节的数字波形信号增加10度而补偿第一放大RF模拟信号的分量的相移。如果必要的话，相同的补偿还可以用作其它信号分量。例如，间接矢量和延迟检测模块36可以检测矢量(相位和幅值)和延迟误差，并对其进行补偿。
图4是说明本发明的一个方面的无线电发射机的功能性框图。一个基带处理器62包括一个第一处理模块32、一个第二处理模块64以及一个第三处理模块40。第一和第三处理模块32和40也在图3有所描述。但是，第二处理模块64还包括数字功率放大器失效补偿模块66。
数字功率放大器失效补偿模块66的功能之一是用于限定矢量和延迟补偿变换模块39的结构如何改变来补偿基带处理器62和混合矩阵74之间的路径之一失效的情况，并在给定的失效条件下得到可能的最佳系统性能。
从统计学角度讲，所有的三个扇区并不会被完全加载，并且由于功率在所有放大器中被共享，所以放大器的尺寸可以被消减，且仍然可以达到跨过所有扇区所需要的总的功率。在没有功率共享的情况下，放大器的功率必须足够高，以处理满负载的扇区。但是，如果扇区在负载不足的情况下，那么部分放大器功率就会利用不足。因此，功率共享允许单个的放大器尺寸被削减。功率分配能力是变换过程的结果。
图4中的许多组件已在图3中示出。因此，那些组件在图4的将不作描述。图4还描述了一个反馈回路70，所述反馈回路70包括连接于每个分支的功率放大器和混合矩阵74之间的多个定向耦合器72，和连接于混合矩阵74和传送RF的天线之间的多个定向耦合器76。反馈回路70还包括一个六路交换机78。在图4的例子中，六个定向耦合器72和76耦合到六路交换机78(或者可选一个多路复用器)，其中六路交换机78选择由定向耦合器72和76提供的六个输入之一并且产生选择的输入给一个降频模块84。
降频转换模块84生成一个基带或中间频率信号给一个模-数转换器82，以将信号转换至数字域用于基带处理器62的处理和分析。作为反馈回路70的组成部分，六个定向耦合器72和76、六路交换机78、降频模块84以及模-数转换器82在图4中都被示出。反馈回路70将选定的信号传送给基带处理器62，具体的讲，传送给第二处理模块64和第三处理模块40(以及其中包括的模块)，以用于像这里描述的那样进行分析，并且用于相应信号的相位、幅值和延迟。
图5是说明了根据本发明的一个实施例的通过一个基站用于生成前向链路通信信号的方法的流程图。开始，一个基带处理器产生多个经变换和调节的数字波形信号，其中数字波形信号表示相应的多个经放大的RF模拟信号(步骤90)。通常，无线电发射机将经放大的RF模拟信号发送给小区或小区扇区内的移动终端。然而，由于基带处理器在数字域中运行，所有它生成了多个经变换和调节的数字波形信号，其中数字波形信号表示相应的多个放大RF模拟信号，该经放大的RF模拟信号将从相应小区扇区内的天线发射。
此后，无线电发射机中的数-模转换模块将每个经变换和调节的数字波形信号从数字域转换到模拟域，从而产生多个经变换的模拟信号(步骤92)。然后，经变换的模拟信号从基带频率升频至无线电频率(RF)，从而生成多个经变换的RF模拟信号(步骤94)。随后，无线电发射机放大由升频模块生的多个经变换的RF模拟信号，以产生多个经变换放大的RF模拟信号(步骤96)。
耦合混合矩阵模块用以接收多个经变换放大的RF模拟信号，并产生经放大的RF模拟信号给天线，以用于发射(步骤98)。每个经放大的RF模拟信号仅仅包括用于传送到特定小区扇区内的经放大的RF模拟信号的分量。发射机产生经放大的RF模拟信号给天线以用于贯穿小区扇区以及一个反馈回路传送(步骤100)。除了传送经放大的RF模拟信号，还需要利用反馈回路，以赋予基带处理器确定已经引入的下游误差的能力，从而对其进行补偿。因此，本发明包括，在本发明的一个实施例的六路交换模块中，从在混合矩阵模块前端的多个转换和放大RF模拟信号以及在混合矩阵模块后端产生的多个放大RF模拟信号当中选择信号，并将选定的信号传送给混频器以用于从RF降频到基带或一个中间频率(步骤102)。
此后，在本所述本发明的实施例中，将经放大的RF模拟信号转换成一个基带或中间频率(步骤104)。该方法继而包括将基带或中间频率模拟信号转换至数字域(步骤106)。然后，将数字域信号产生到基带处理器，具体的讲，产生至基带处理器的第二和第三处理模块(步骤108)。基带处理器，或者具体的讲是基带处理器的第二处理模块随后确定基带处理器的下游引入的误差的数量和类型(步骤110)。最后，本发明包括将相应的补偿引入数字波形信号，以补偿来自基带处理器的下游产生的确定的误差(步骤112)。
图6是根据本发明的一个实施例形成的一个用于优化信噪比的数字可转换无线电(DCR)的示意性框图。尽管为了简化说明，图6示出的DCR用于三个输入数据流和三个扇区，但是本领域的普通技术人员应当理解的是，可以预见本发明为NxN系统。
一个数字混合矩阵120接收输入数据流Sa，Sb，Sg，其包括去往蜂窝网络中的三个扇区处或者多束系统的单个扇区中的三束数字数据比特流。DCR通过最小化其它扇区的分量贡献的无用功率来优化每个扇区的信噪比。这是通过在DHM中，将具有相位和幅值分量的加权矢量值与每个输入数据流结合，从而产生基本上抵消了无用分量的混合输入数据流来实现的。每个输入信号Sa，Sb和Sg都与从加权矢量调节模块接收的三个复权重矢量值相乘。每个加权矢量值依次分别由实部wkr和虚部wki组成，其中k∈{a，b，g}。相乘得到的结果是九个信号流DK1，DK2，DK3。然后，将信号加在一起产生三个混合输入数据流E1，E2，E3，如下所示：
Ei＝Dai+Dbi+Dgi
其中i∈{1，2，3}。现在，这些混合输入数据流包含所有三个输入数据流的部分。由DHM产生的混合输入流被耦合到升频模块124，在升频模块124，混合输入数据流被数字化处理，从数字域转换到模拟域(A/D)并且从基带频率增频到RF通信频率。然后，模拟RF混合信号耦合到放大器模块128，以在传输之前放大。模拟混合矩阵132接收经放大的模拟混合RF信号并且将它们变换为扇区信号Aa，Ab，Ag，以在耦合的扇区天线上发射。
所有的下游组件，也就是AHM，A/D，升频以及放大产生相位和幅值误差，这些误差由于温度和其它因素而时刻变化。为了使特定扇区中的有用信号最大，调节加权矢量值从而校正产生的相位和幅值误差，并且使该扇区的无用信号最小。
扇区信号Aa，Ab以及Ag由降频模块136采样，从模拟域转换到数字域(D/A)，并且被降频到基带频率。每个信号Ua，Ub，Ug都是扇区信号Aa，Ab和Ag的比例表示形式，并且在优化之前，包含所有的三个输入数据流的部分。本发明的方法和装置试图将适当端口处的有用信号功率最大化，同时使相同的端口处的无用信号最小。换句话说，在AHM端口aa处输入数据流信号Sa将被最大化，而在AHM端口aa处，输入数据流Sb和Sg的部分将被最小化。同样地，在AHM端口ab和ag处，输入数据流Sb和Sg将分别被最大化。在优化过程之后，将通过使扇区信号的无用部分(噪音)最小化，而使所有的三个扇区输出端口处的信噪比被最大化。例如，令Saa代表出现在端口aa处的输入数据流Sa的部分，那么，在端口aa处的无用的输入数据流Sb和Sg的部分，也就是信号Sba和Sga都是噪音。
输入数据流和经转换的扇区信号被耦合到相关器模块140，该相关器模块产生多个交叉相关信号。交叉相关被限定为N次采样的信号Yk和信号Zx的共轭复数的乘积的总和，并将该总和归一除以N，其中x∈{a，b，g}：
Ckx=1NΣn=1NYk(n)[Zx(n)]*]]>
其中，[]*是Zx(n)的共轭复数。
相关器模块140产生多个扇区交叉相关信号和输入交叉相关信号。每个输入数据流都与其它两个输入数据流交叉相关，从而产生六个输入交叉相关信号，即Ckx，它由信号144表示，其中Ckx是输入数据流Sk与输入数据流Sx的交叉相关。例如，Cag是输入数据流Sa与输入数据流Sg之间的交叉相关。每个经转换的扇区信号，也就是Ua，Ub和Ug都与每个输入数据流交叉相关，从而产生九个扇区交叉相关信号，即，Ukx，它由信号148表示。例如，Uag是被转换的扇区信号UA与输入数据流Sx之间的交叉相关。
如果输入数据流(Sa，Sb和Sg)在求和次数N中完全不相关，那么Ukx将仅仅包含端口ak处的信号Sk的分量。但是，在现实的采样次数N上，通常的输入数据流在它们之间会具有一些形式的相关关系(部分相关)，因此，必须通过从Ukx中基本上抵消输入信号的部分相关部分来校正扇区交叉相关信号。
多个交叉相关信号耦合到抵消模块152，该抵消模块对多个交叉相关信号进行结合从而基本上抵消输入数据流之间的部分相关，并从中产生多个经校正的扇区交叉相关信号。输入数据流的交叉相关指示，在输入数据流与被转换的扇区信号之间的交叉相关，也就是Ukx中有多少无用信号要抵消。抵消模块152从单个扇区交叉相关信号中基本上抵消了所有其它扇区交叉相关信号Ckx的无用相关分量。
抵消模块152算法计算三个输入数据流Skx以及被转换的扇区信号Ua，Ub和Ug之间的传递函数，其中扇区信号Ua，Ub和Ug是三个扇区信号Aa，Ab和Ag的数字域表示。在输入端口和经转换的输出端口之间的传递函数是：
T=TaaTabTagTbaTbbTbgTgaTgbTgg]]>
其中Tkx是输出端口k和输入端口x之间的传递函数，包括加权矢量值。经转换的扇区信号Ua，Ub和Ug那么就是：
UaUbUg=TaaTabTagTbaTbbTbgTgaTgbTggSaSbSg]]>
利用上述等式，被转换的扇区信号Ua，Ub和Ug是：
Ua＝TaaSa+TabSb+TagSg
Ub＝TbaSa+TbbSb+TbgSg
Ug＝TgaSa+TgbSb+TggSg
最佳的算法需要精确测量在降频模块136的每个输出处出现的每个输入数据流的部分，也就是Ua，Ub和Ug。为了测量在Ua中的Sb的部分，例如，Ua与Sb交叉相关。交叉相关可以被写成：
Uab=1NΣn=1NUa(n)[Sb(n)]*]]>
或者：
Uab=1NΣn=1N{Taa(n)Sa(n)[Sb(n)]*}+1NΣn=1n{Tab(n)Sb(n)[Sb(n)]*}+1NΣn=1n{Tag(n)Sg(n)[Sb(n)]*}]]>
假设T在N次采样中是静态的，那么上述等式变成：
Uab=Taa1NΣn=1N{Sa(n)[Sb(n)]*}+Tab1NΣn=1N{Sb(n)[Sb(n)]*}+Tag1NΣn=1N{Sg(n)[Sb(n)]*}]]>
简化为：
Uab＝TaaCab+TabCbb+TagCgb
其中Cbb是Sb的自相关，Cab是Sa和Sb的交叉相关，并且Cgb是Sg和Sb之间的交叉相关。该算法测量Uab，并且使其最小化。假如在输入信号之间相关，那么Cab和Cgb将非零并且TaaCab和TagCgb将干扰Uab的测量。但是，信号Sa，Sb和Sg是已知的，因此，信号Cab和Cgb之间的交叉相关可以被精确地计算。
与上述的计算类似，信号Ukd，Ukb和Ukg的交叉相关是：
Uka＝TkaCaa+TkbCba+TkgCga
Ukb＝TkaCab+TkbCbb+TkgCgb
Ukg＝TkaCag+TkbCbg+TkgCgg
利用本领域普通技术人员公知的技术，分量Tka，Tkb和Tkg的传递函数可以从上述等式中确定：
TkaTkbTkg=CaaCab*Cag*CabCbbCbg*CagCbgCgg-1UkaUkbUkg]]>
一旦已经计算出输入数据流之间的传递函数和交叉相关，那么从输入数据流之间的相关所得到的测量误差将被抵消。在Uab的情况下，通过从Uab中减去测量误差部分TaaCab+TagCgb，或者
Uabc=Uab-TaaCab-TagCgb]]>
来进行抵消操作，其中Uabc表示经校正的信号。同样地，下面的分量必须从扇区信号的数字域表示中减去，从而校正测量误差：
端口a
Uaac=Uaa-TabCba-TagCga]]>
Uabc=Uab-TaaCab-TagCgb]]>
Uagc=Uag-TaaCag-TabCbg]]>
端口b
Ubac=Uba-TbbCba-TbgCga]]>
Ubbc=Ubb-TbaCab-TbgCgb]]>
Ubgc=Ubg-TbaCag-TbbCbg]]>
端口g
Ugac=Uga-TgbCba-TggCga]]>
Ugbc=Ugb-TgaCab-TggCgb]]>
Uggc=Ugg-TgaCag-TgbCbg]]>
一旦测量误差已经基本上被抵消模块152消去，那么由信号156表示的上面已经示出的九个校正信号将被耦合到功率确定模块160，该功率确定模块计算当前处于每个扇区端口处的每个输入数据流的功率的部分。通过将经校正的信号与它的共轭复数相乘计算出每个经校正的信号的功率：
Pkx=Ukxc(Ukxc)*]]>
通过归一化被测量的扇区功率与输入信号功率或者：
Pkxn=Ukxc(Ukxc)*Cxx]]>
消除采样N次的输入信号平均功率变化的影响，其中Cxx是信号Sx的自相关，实际上是N次采样的间隔的信号中的平均功率。优化算法将使每个端口处无用信号的功率的总和最小。信号Sa，Sb和Sg的无用功率为：
Puan=Pban+Pgan]]>
Pubn=Pabn+Pgbn]]>
Pugn=Pagn+Pbgn]]>
相关/抵消步骤保证了出现在扇区端口处的不同输入数据流的经测量的无用功率相互隔离。例如，改变输入数据流Sa的任意加权矢量值将仅仅影响出现在端口aa处的信号Sa的经测量的功率，或者Puan。另外，Puan不受当前处于Puan被测量的其它端口处的其它输入数据流的影响，因此每个加权矢量值都可以被同时更新。
由信号164表示的经归一化的校正的无用功率测量值，被耦合到加权矢量调节模块168，该矢量调节模块调节每个加权矢量值，从而最小化出现在每个扇区输出端口处的无用功率。每个输入数据流Sa，Sb和Sg都与包括实部和虚部的三个加权矢量值混合。输入数据流Sa的第一加权矢量值的实部表示为wa1r。同样地，输入数据流Sg的第三加权矢量值的虚部表示为wg3i。
加权矢量调节模块168的加权优化方法将反复并循序地调节每个加权矢量值(3个实部和3个虚部)，因此，无用功率测量值将收敛于最小值。加权矢量值调节过程在所有的三个输入数据流中并列操作，该过程从每个输入数据流Sx(wx1r)的第一加权矢量值的实部开始。例如，输入数据流Sa的加权矢量值的第一实部基于下式被更新：
(wa1r)new=wa1r+βμ]]>
其中(wa1r)new是新的或者更新后的加权矢量值，β是0、1或-1，这取决于测量的无用功率，μ是收敛常数。
β的值由下式确定：
若以下条件满足时：
(Pua(Wa1r-μ,wa1i,.....,wa3i)ξ<Pua(wa1r,wa1i,.....,wa3i))]]>
则β＝-1，且更新权。
其中：
ξ=|wa1r|2+|wa1i|2...+|wa3i|2|wa1r+βμ|2+|wa1i|2+...+|wa3i|2]]>
在这种情况下，ξ保证了无用功率中观测到的变化不仅仅是由于减去收敛常数而引起的加权矢量值的幅值减小。没有该因素，加权矢量值在特定的初始加权条件下将不再收敛。
若上述条件不满足，则检测以下条件，如果满足以下条件，则更新权：
若：
(Pua(wa1r+μ,wa1i,.....,wa3i)ξ<Pua(wa1r,wa1i,.....,wa3i))]]>
则β＝1。
在这种情况下，ξ保证了无用功率中观测到的变化不仅仅是由于加上收敛常数而引起的加权矢量值的幅值增加。没有该因素，加权矢量值在特定的初始加权条件下将不再收敛。若以上条件均不满足，则β＝0
选择收敛常数，从而优化化过程收敛并且留在最小值附近。在一个实施例中，收敛常数是一个固定值，而在另一个实施例中，收敛常数随无用功率测量值减少而变化。例如，可以在优化开始时选择为一个值作为收敛常数，然后当优化接近最小值时转换到第二个较小的值。
通过将其它加权矢量值固定为常数，并测量一个第一无用功率级开始优化过程。从第一加权wa1r中减去收敛常数，并且测量一个第二无用功率级。如果第二个无用功率级小于第一个无用功率级，那么权将由被减去的加权矢量值或者(wa1r)new=wa1r-μ]]>更新。如果第二无用功率级不小于第一无用功率级，那么收敛常数被加入原始加权wa1r，并测量一个第三无用功率级。如果第三无用功率级小于第一无用功率级，那么原始加权矢量值将通过将收敛常数加入权而被更新，或者(wa1r)new=wa1r+μ.]]>如果两个条件都不成立，那么加权矢量值不改变。第一加权矢量值的实部已经被更新。输入数据流Sa的每个剩余的两个实部和三个虚部加权矢量值都重复该过程。在第一次迭代之后，输入数据流Sa，Sb和Sg的所有加权矢量值都被更新。
为了控制希望的端口的功率，所有的加权矢量值都将被按比例缩放。这通过测量在信号Sa的所有输出端口处的功率来完成，或者：
Ptan=Paan+Pban+Pgan]]>
如果总的归一化的功率小于一个的目标值时，所有的六个权值将被乘以一个增益比例因数，该增益比例因数大于并接近于1，也就是1.1。在总的标准化功率大于1的情况下，所有的加权都将被乘以增益比例因数的倒数。这个值越大，总的信号就越快达到目标值。比例值也可以基于总体测量的功率和目标功率之间的差异改变。如果总体功率接近于1，那么就使用一个较小的比例因数。
一旦所有的加权都已经被按比例缩放，通过基于上述测量的无用功率顺序更新这六个单个加权矢量值时，开始第二次迭代操作。所有的加权矢量值都将被再次按比例缩放，这取决于总的功率级。该过程重复进行一直到无用功率达到了希望的阈值。
当已经达到希望的信噪比时，认为DCR已得到优化。重复该过程从而保持DCR优化，这样，在模拟分量和模拟混合矩阵中的相位和幅值的慢变将被该算法校正。
图7是说明根据本发明的一个实施例的优化过程的图。在图7中示出输入数据流Sa的优化，但是本领域的普通技术人员应当理解，对输入数据流Sb和Sg的优化是同时进行的。信号Sa的第一加权矢量值的实部的功率测量值被表示为172。如前面所描述的，功率测量值176是通过其它的加权矢量值固定为常数获得的。通过减去收敛常数μ，然后测量无用功率Pua180来调节加权矢量值wa1r。如果功率测量值Pua180小于功率测量值176，那么加权矢量值被wa1r-μ的新值更新，并且顺序进行到虚部wa1i。但是，如果功率测量值Pua180大于功率测量值176，那么收敛常数被加到wa1r，并且得到功率测量值Pua184。如果Pua184小于Pua176，则更新加权矢量值wa1r，否则加权矢量值wa1r不变。该步骤在所有的加权矢量值的所有实值和虚值重复。
当优化过程达到设定的无用功率测量值阈值时，在一个实施例中，该算法使用较小的收敛常数值，从而达到希望的优化。这由188详细说明。一个第一增量192和一个第二增量196通常具有比通常由172示出的增量小的幅值。在一个可选实施例中，第一增量192和第二增量196被分配了不同的幅值。第一增量192从前面描述的加权矢量值200中减去，而第二增量196加到前面描述的加权矢量值200中。使用一个更小的收敛常数允许更加精确的控制最小的无用功率点附近的加权矢量值。当无用功率(噪音)处于或者靠近最小值时，信噪比被优化。
图8是本发明的优化算法的流程图。该流程图示出了输入数据流Sa的处理过程，但是本领域的一名普通技术人员应当理解输入数据流Sb和Sg与Sa同时被更新。该算法设置收敛常数为希望值并且将计数器N设置为1(步骤210)。计数器N将转而步进通过每个实部(三个)和虚部(三个)加权矢量值，直到所有的六个部分都被计算。通过保持所有的其它输入数据流Sa的加权矢量值为常数来测量无用功率Pua的权(N)(步骤214)。将权(N)递减一个收敛常数，并生成新的权(新)，然后针对新的权产生新的无用功率测量值(步骤218及步骤222)。
该算法将新的无用功率测量值与无用功率测量值Pua进行比较(步骤230)。如果新的功率测量值小于Pua，那么该算法将加权矢量值更新为新的加权值(步骤234)。但是，如果新的功率测量值大于Pua，那么算法将加权矢量值递增一个收敛常数(步骤238)，然后测量权(新)的无用功率，也就是，增加的权值(步骤242)。将递增的权的无用功率，Pw(新)与无用功率Pua相比较(步骤246)。如果Pw(新)大于Pua，那么不更新加权矢量值(步骤250)。如果Pw(新)小于Pua，那么将加权矢量值更新为新的权值(步骤234)。
该算法检查是否所有的六个加权矢量值都已经被更新(步骤254)以及递增N(步骤260)并且继续进行到下一个加权矢量值或者重复该步骤(步骤264)。
图9是本发明的加权矢量调节模块的功能性框图。加权矢量调节模块270包括数字处理器274，该处理器被耦合以在总线278上通信。数字处理器274用于存储并且执行计算机的指令，其中计算机的指令限定了加权矢量调节模块270的可操作逻辑。总线278可耦合到输入/输出模块282，该模块从功率测定模块(图6的功率测定模块160)接收多个归一化能量反馈信号164，来自功率测定模块的归一化能量反馈信号164还包括多个无用功率测量值。输入/输出模块282还被耦合从而提供多个具有实部和虚部的加权矢量值290给数字混合矩阵(图6的数字混合矩阵)，该数字混合矩阵能够使数字混合矩阵将多个加权矢量值与输入数据流混合，从而优化信噪比。可选的存储器286用于存储从数字处理器274接收到的数据。
在运行中，数字处理器274根据计算机指令内限定的逻辑使计算机指令进行操作，从而产生多个加权矢量值。另外，存储在数字处理器274中的计算机指令限定逻辑，该逻辑通过利用第一增量或第二增量中会导致最低的无用信号功率级的增量来调节多个加权矢量值的每一个幅值和相位分量，从而优化多个加权矢量值。
图10A和10B是用于优化信噪比的可数字转换无线电(DCR)的方法的流程图。DCR接收多个输入数据流，输入数据流的数字数据还具有幅值和相位分量(步骤300)。在指定端口处的信噪比中的噪音分量包括位于该端口处的输入数据流的无用部分。每个输入数据流均与多个加权矢量值混合，从而产生多个加权输入数据流(步骤304)。通常，如果具有“N”个数据流，那么会产生N2个加权数据流。DCR从多个加权输入数据流产生多个混合输入数据流，每个混合输入数据流均包括所有的输入数据流的幅值和相位分量(步骤308)。多个加权矢量值通过最小化扇区输出端口处的无用分量(噪音)来优化信噪比。另外，加权矢量值还补偿从DCR的下游产生的模拟相位和幅值误差。
将多个混合输入数据流转换成多个模拟混合信号(步骤312)，放大(步骤314)并且耦合到一个模拟混合矩阵，从而由多个放大模拟混合信号产生多个扇区信号(步骤320)。每个放大模拟混合信号都包括其它放大模拟混合信号的分量。例如，在加权优化之后，一个三扇区的系统中，第一扇区信号包括最大的第一扇区信号、最小的第二扇区信号分量以及最小的第三扇区信号分量。同样地，第二扇区信号包括最大的第二扇区信号、最小的第一扇区信号分量以及最小的第三扇区信号分量。第三扇区信号包括最大的第三扇区信号、最小的第一扇区信号分量以及最小的第二扇区信号分量。多个扇区信号都从耦合到多个输出端口的天线发射(步骤324)。
在优化开始时，每个扇区信号都包括所有输入数据流的部分。为了测量处于扇区信号中的每个输入数据流的功率，每个扇区信号都与每个输入数据流交叉相关。为了优化在指定扇区端口处的信噪比，其它扇区信号的无用功率在该端口处被最小化。将扇区信号耦合到模-数转换器，从而产生多个扇区信号的数字域表示(步骤328)。多个扇区信号的数字域表示包括每个输入数据流的分量以及由上游模拟组件产生的相位和幅值误差。多个扇区信号的数字域表示与多个输入数据流相关，从而产生多个扇区交叉相关信号(步骤332)。多个输入数据流相互交叉相关，从而产生多个输入交叉相关信号(步骤336)。然后，将多个扇区交叉相关信号和多个输入交叉相关信号耦合到一个抵消模块(步骤340)，从而基本上抵消当前处于多个被测量的扇区交叉相关信号中的输入数据流之间的交叉相关，从而产生多个校正的扇区交叉相关信号(步骤344)。抵消功能基本上从单个扇区测量交叉相关信号除去所有其它的扇区交叉相关信号的相关分量。校正的扇区交叉相关信号被耦合到功率测定模块，该功率测定模块由多个校正扇区交叉相关信号产生归一化能量反馈信号(步骤348)。通过将加权矢量值加上然后减去一个增量以使加上或者减去增量引起无用输出功率级减小，以连续并反复寻找最小的无用功率级(356)，并籍此令加权矢量调节模块通过归一化能量反馈信号确定多个加权矢量值，(步骤352)。每个加权矢量值都随增量值更新，该增量值使无用输出功率级减小。如果减去或者加上增量值都没有使无用功率级减小，那么加权矢量值不改变。
图11是数字可转换无线电中无用信号最小化方法的流程图。多个输入数据流耦合于数字可转换无线电(DCR)。为了使每个扇区端口处的无用分量最小，一个DCR加权矢量调节模块产生多个加权矢量值，其中每个加权矢量值都包括一个幅值和相位分量(步骤360)。每个输入数据流都与多个加权矢量值混合。响应于多个输入数据流与多个加权矢量值的混合加权矢量调节模块接收多个归一化功率反馈信号，其中每个归一化功率反馈信号都包括有用信号功率测量值和无用信号功率测量值(步骤364)。归一化能量反馈信号包括来自每个输入数据流的交叉相关分量。交叉相关分量包括无用信号，该信号被减少从而达到希望的最小的信号级。
为了抵消无用信号，略微调节加权矢量值，从而观测在无用信号功率级上的影响。对于每个加权矢量值的每个幅值和相位分量，接收一个第一无用信号功率级，其根据从加权矢量值的每个幅值和相位分量中减去一个第一增量得到(步骤368)。对于每个加权矢量值的每个幅值和相位分量，接收一个第二无用信号功率级，其根据从加权矢量值的每个幅值和相位分量中加上一个第二增量得到(步骤372)。第一和第二分量可以是不同的幅值，但是典型的是相同的幅值。在一个实施例中，第一和第二增量具有可变的幅值，因此，优化过程快速地收敛到最小地无用信号级。例如，在优化过程开始时，第一和第二增量幅值将被设置为相对大的值，因此该方案收敛的很快。类似地，当该过程接近希望地优化级时，增量被设置为较小的值。在另一个实施例中，第一和第二增量具有固定的幅值。基于接收到的归一化能量反馈信号，加权矢量值的每个幅值和相位分量都由第一增量或第二增量两者中可以获得最低的无用信号功率级的增量调节(步骤376)。无用信号最小化方法连续运行，从而消除DCR中相位和幅值分量的慢变化所产生的无用信号。
这里所公开的本发明的内容容易变换成多种改变和变化形式。因此，通过附图和详细描述中的示例的方式示出具体实施例。但是，应当理解的是，附图和详细的描述并不用于限制本发明于公开的特定内容，相反，本发明覆盖了落入由权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有的改变、等价物和变化。