[发明专利]对频率漂移效应具有减低灵敏度的天线阵列

说明书

本发明涉及天线阵列，尤其涉及在蜂窝和其它无线通信系统中用作上行链路及下行链路通信的天线阵列。

每个天线都具有与方向有关的响应函数，该响应函数经常在传送时被称为“辐射方向图”，在接收时被称为“灵敏度方向图”。已经知道当多个天线振子安装在天线阵列中时，该响应函数的形状可以通过将适当的复数值加权(其将指定的相位延迟与指定的衰减系数相组合)加到相应振子上而加以修整。这种阵列的一个特有的已知优点是通过主动地改变加权系数，可以使在指定方向上被传送或被接收的功率达到最大。能够有效地实现该目的的天线阵列为一自适应阵列实例。

在蜂窝通信领域中，一个理想的、但一般来说达不到的目标是，每个基站仅向指定接收区域内的移动台发送功率，并且仅对来自这些移动台的传送灵敏。一种已经提出的实现这个目标的方法是基站利用自适应阵列传送及接收，该自适应阵列力图使在其接收区域内的移动台的响应函数实现最大。

例如，在来自给定移动台的上行链路传送期间，可以对该阵列的每个振子测量表征其本身与该移动台之间物理信道的各自的传播系数。该系数最好被时间抽样。例如在时分多址(TDMA)系统中，来自每个移动台的传播系数可以每隔例如占据该移动台的时隙为162个码元的周期被依次抽样。该按平均时间的抽样可以被集合在每个移动台的协方差矩阵中。近来，已经公开了一种从每个协方差矩阵中获得一组加权系数的技术，这些加权系数有助于将该响应函数集中在相应移动台的方向上。该技术例如在G.G.Raleigh等的“用于频率双工数字无线通信的自适应天线传送”(Proc.Int.Conf.Comm.，蒙特利尔，加拿大，1997，6月)中被描述。

然而，还有某些使该方案不能成功实现的障碍。必须测量以防止上行链路与下行链路之间信号的干扰。至少在TDMA系统中，最常见的这种测量被称为“频分双工传输”(FDD)。在FDD中，上行链路与下行链路载频之间(或者等效地，在对应的波长之间)有一漂移，一般为5％-10％。该漂移足以使基站及移动台中的接收机容易地把上行链路信号与下行链路信号区别开。因而，上行链路及下行链路传送在时间上发生重叠是可能的(尽管也有时分双工系统存在，在该系统中这种重叠被阻止，但这种系统很少使用)。

天线阵列的响应函数取决于发送或接收的频率。因此，在FDD系统中，上行链路的灵敏度方向图不同于下行链路的辐射方向图。一组加权系数在上行链路上自适应地得到以提供某种方向性，在下行链路上一般不提供相同的方向性。

有一些已知的公式用于从上行链路加权系数中得到一组新的系数，该系数对下行链路波长也有效。然而，这些公式一般要求要知道的至目标移动台的方向比仅从协方差矩阵中得到的更加精确。提供这种方向性信息所需的操作非常复杂且费时，并且由于该原因而受到冷遇。

因为上述的障碍，所以要求提供带有天线系统的基站，所述天线系统可以得到关于上行链路传播系数的统计信息，接着从这些统计信息中得到加权值用于下行链路。

已经提出一种手段用于这种系统，它包括两个不同的天线阵列，一个用于上行链路，另一个用于下行链路。已经知道工作在不同频率上(因而，在不同波长上)的两个天线阵列，如果除了比例之外都相同，并且如果它们的相对比例因数等于各自波长之比，那么将具有相同的响应函数。也就是说，令阵列2的每对振子间的间隔为阵列1的相应振子间隔的r倍。令阵列1工作于波长λ₁，令阵列2工作于波长λ₂。如果，那么这些阵列将具有相同的响应函数。因而，一个波长可以被作为上行链路的波长，另一个被作为下行链路的波长。可以安装不同的上行链路及下行链路的天线阵列，这些阵列的几何形状类似，但具有由波长之比确定的相对比例。

然而，这种手段具有某些缺点。一个缺点是第二个天线安装的费用。另一个缺点与各个天线阵列的相对位置有关。如果阵列彼此设置得太近，它们将受到不希望有的相互耦合效应的影响。另一方面，如果它们彼此设置的太远，则从上行链路测量中选出的加权值可能在下行链路上不能正常地起作用，至少对于相对靠近的移动台是这样。

因而，在蜂窝无线领域以及其它上行链路及下行链路天线阵列可以利用方向性的领域中，继续需要一种实用的天线系统，该天线系统的响应函数对于波长漂移不灵敏。

我们已经发明了一种具有对保持一特定比例的波长对之间的漂移不灵敏的响应函数的天线阵列。