控制天线方向图的系统和方法技术方案

公开了一种用于控制天线方向图的通信系统及方法。该通信系统可以设置于移动站、基站、或它们的组合。上述通信系统包括智能天线模块，速度传感器、和波束控制模块。该智能天线模块可以设置于移动站、基站、或它们的组合。智能天线模块生成至少一种初始天线方向图。上述速度传感器被配置用于判断移动站的速度。上述波束控制模块生成与初始天线方向图不同的操作天线方向图。该操作天线方向图受移动站速度变化的影响。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及控制天线方向图的装置和方法。更特别地，本专利技术涉及作为移动站的速度的函数而对天线方向图进行的控制。
技术介绍
在移动通信系统中，容量和性能经常受到多径和同信道的干扰的限制。多径是当发送的信号从传播环境中的各种障碍物反射时产生的一种现象。当多径信号到达接收器时，它们的路径和相位都不同。由于相位的不匹配，当在接收器组合多径信号时，信号质量下降。智能天线通过有效减少多径和同信道的干扰而在无线网中实现更高的容量。智能天线以优选的方向对辐射进行聚焦，并且根据通信量条件或信号环境的改变而自我调整。来自这些部件的信号组合在一起，形成可移动的或可切换的波束方向图(pattern)。组合信号并以特殊方向聚焦辐射的处理经常被称为波束形成(beam forming)。通过非限制性的方式例举，具有两种能够为减少干扰和多径效果、并且同时增加覆盖范围，从而动态地变化天线方向图的智能天线，即切换波束和自适应的阵列。切换波束的智能天线系统通过能够生成覆盖特定范围的波束的天线阵列来提升网络容量。作为说明性的基站，该基站确定在感兴趣的信号方向上最佳对准的波束，然后切换到该波束与移动站通信。通过非限制性的示例，自适应阵列的智能天线系统通过控制主波束使其朝向移动站，并同时在干扰信号的方向形成空(null)，而不断地追踪移动用户。在示出的示例中，从每个空间分布的天线元件中接收到的信号都乘以权重。权重本身是复数并且用于调整信号的振幅和相位。组合这些信号得到阵列的输出。这些复数权重通过自适应运算计算。使用智能天线具有多种好处，例如减少了同信道干扰、提高了范围、增加了容量、减少了传输的能量、缓解了多径效果，以及与TDMA、FDMA和CDMA系统都兼容。但是，智能天线也有一定的局限性，包括当移动站运动时系统性能会降低。更特别地，当以驾驶和步行的速度移动时，不充分的波束控制会导致性能下降。波束控制改变辐射方向图的主波瓣方向。在无线电系统中，波束控制可通过切换天线元件或改变RF信号的相对相位来实现。性能的下降是由智能天线的局限性引起的。智能天线的波束控制过度聚焦，也不容易适应移动站的运动。因此，移动站可能丢失呼叫(drop call)。例如增加运算速度的解决方案并不能解决智能天线存在的上述不足，这是因为问题出现在用于控制波束所需要收集的测量上。用于控制波束所需要收集的测量包括功率级、信噪比、功率控制、和在执行波束控制过程中其它测量。为达到足够的准确度，都必须在一段时间上执行每次测量。但是，当移动站为移动时，并不能够获得足够的时间来进行所需精确的测量。因此得到的测量数据并不十分精确或完整，从而使得智能天线的性能下降。所以，当移动站的移动速度比智能天线完成测量的速度更快时，性能下降。
技术实现思路
一种用于控制天线方向图的通信系统及方法。该系统可以设置于移动站、基站或它们的组合。在一种实施方式中，通信系统包括智能天线模块、速度传感器、和波束控制模块。在另一实施方式中，使用确定移动站速度的装置。智能天线模块可以设置于移动站、基站或它们的组合。该智能天线模块生成至少一个初始天线方向图。速度传感器被配置为用于确定移动站的速度。波束控制模块与速度传感器通信地耦合，并且根据移动站的速度生成操作天线方向图。该操作天线方向图与上述初始天线方向图不同。所以，移动站速度的变化影响上述操作天线方向图。通常，当移动站的速度超过特定的速度时，操作天线方向图宽于比初始天线方向图。通过非限制性的示例，当移动站速度的提升时，操作天线方向图的覆盖增加，而移动站的速度降低时，操作天线方向图的覆盖也随之减少。例如，当移动站以驾驶速度运动时，操作天线方向图可能是全方位的。上述通信系统可以设置于移动站、基站或它们的组合。此外，该通信系统可以集成电路、处理器、或上述类似设备的组合来实现。附图说明通过参考以下非限制性的、用于说明的附图，将会更加理解本专利技术，其中，图1是具有与移动站通信的智能天线的基站的示意图；图2是具有与基站通信的智能天线的移动站的示意图；图3显示了具有智能天线和波束控制模块的示意性移动站；图4示出了具有智能天线和波束控制模块、并与移动站通信的示意性的基站；图5示意性地示出了移动站以不同速度移动并由此生成的天线波束宽度；以及图6示意性地示出了由于移动站速度的改变而控制天线波束宽度的流程图。具体实施例方式本领域技术人员可以理解，下面的描述是示意性而非限制性的。根据本专利技术的公开，本领域技术人员能够获得所要求主题的其它实施方式。本领域技术人员应当理解，本文所描述的系统的设置与细节都可以改变。另外，本专利技术方法的细节和动作顺序可以改变、并在未背离本文公开的示意性方法的情况下进行变化。参考图1，图1示意性地显示了具有生成初始天线方向图的智能天线模块的基站。示意性的基站10具有能生成示意性的初始天线方向图12的智能天线模块(未显示)。示意性的初始天线方向图12涉及基站传送、基站接收、或者它们的组合。示意性的基站10分为三个区阿尔法(α)、贝它(β)和伽马(γ)。通过非限制性的示例，每个基站区包括可以发送和接收120°的波束宽度的天线。基站10的边界通过圆14表示。圆14用于显示示意性辐射方向图。示意性的基站10包括智能天线模块。通过非限制性的示例，用于基站10操作的智能天线模块可以从加州圣何塞市的Arraycomm有限公司得到。在示意性示例中，设置于基站10的智能天线模块使用不用定制的(off the shelf)天线小阵列与高级信号处理技术相结合，来动态控制基站和示意性的移动站16之间的无线电信号。基站的信号处理选择性地放大每个移动站想要的信号，而拒绝全部不需要的信号，从而使得更多的移动站共享频谱。其结果是容量和覆盖显著提升。应该注意，常规的基站(没有智能天线模块)以所有的方向输送能量，因此只有一小部分信号到达目的移动站，而其余的RF能量都浪费，并产生干扰系统中其他用户的噪音。参考图2，在图2中示意性地显示了具有用于与基站10通信的智能天线的示意性移动站16。该示意性的智能天线模块(未显示)设置于移动移动站16，并与上述智能天线模块的工作方式一致。通过非限制性的示例，移动站16生成初始天线方向图18。该初始天线方向图18涉及移动站的传送、接收和它们的组合。另外，该智能天线模块可以利用与本申请具有相同专利技术人的申请(该申请通过引用并入本文)中的相同方式来进行改进。参考图3，图3中显示了示意性的移动站100，移动站100具有智能天线模块和波束控制模块。另外，在图中还显示出定位模块和/或定位传感器116。示意性的第一天线元件102与双工器103可操作地耦合，双工器103可操作地耦合于发射器104和接收器108。示意性的第二天线元件106与接收器108可操作地耦合。示意性的智能天线模块110和逻辑元件112通过波束形成模块114与发射器104和接收器108通信地耦合。在图中还显示了示意性的、用于确定移动站速度的装置，并称之为定位模块和/定位传感器116。进一步，具有计时元件的定位模块和定位传感器的组合可以起到速度传感器(speed sensor)的功能。又进一步，示意性的传感器可以发现多普勒频移，并根据多普勒频移而计算速度。另外，本领域技术人员可以理解，也可以使用速率传感器(veloc本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通信系统，该系统用于控制移动站的天线的天线方向图，并包括：智能天线模块，被配置为生成至少一个用于所述移动站的天线的初始天线方向图；速度传感器，用于测量与所述移动站相关的速度；波束控制模块，通信地耦合于所述速度传感器，并且被配置为根据所述移动站的速度，为所述移动站生成操作天线方向图，所述操作天线方向图不同于所述初始天线方向图。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨利常，道格邓恩，
申请(专利权)人：京瓷无线公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]