用於在天線元件布置處進行多天線信號處理的方法、對應的收發器和對應的天線元件布置的製作方法

2023-10-11 08:51:54 1

專利名稱：用於在天線元件布置處進行多天線信號處理的方法、對應的收發器和對應的天線元件布置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於在天線元件布置處進行多天線處理的方法。
背景技術：
無線電通信網絡配備有基站，這些基站包括適用於覆蓋網絡預定義區域的天線。 由天線提供的覆蓋應該進行優化，以便一方面最小化基站數量，同時又保證良好的覆蓋，尤 其是在網絡的關鍵部分處(公路、城鎮等)。歸因於基站位置方面的約束，需要能夠對天線 層面處的覆蓋進行精細調諧。出於這一目的，計算代表天線在高度方向中傾斜的下傾，以提 供適當覆蓋。此下傾或者是固定的且在站點處機械式預設的，或者可以使用能夠在高度方 向中移動天線的遠程控制電動機來進行遠程修改。新的無線通信網絡具有在比特率和容量方面提供更高效服務的需求。為了實現這 一點，已經提出了基於基站站點處多個天線的一些新方法，這些方法趨向於將數據傳輸並 行化(以達到較高的比特率)，同時限制幹擾(以確保高容量)。MIMO和波束成形是這種方 法。本發明的具體目的在於提供一種進一步改進多個天線信號處理的方式，尤其是 在新的無線電通信網絡中的MIMO處理、波束成形或幹擾協調的情況下。本發明的其他目的在於提供對應的收發器和對應的天線元件布置。

發明內容
通過如權利要求1的用於在天線元件布置處進行多天線信號處理的方法、如權利 要求7的適用於在無線電通信網絡中執行多天線信號處理的收發器和如權利要求9的天線 元件布置，這些和下文出現的其他目的得以實現。根據本發明，一種用於多天線信號處理的方法可以在水平方向和豎直方向中擴展 的天線元件布置的上下文中、在方位方向和高度方向中調整波束的定向。波束的定向是通 過向不同的天線元件應用適當的複合天線權重實現的。本發明帶來了這樣的優勢波束不僅可以取決於用戶在水平平面中位於何處來在 方位方向中定向，而且可以在高度方向中定向，以便選擇性地將波束定向至用戶。如果用戶 例如位於建築物的較高樓層、位於飛機上，或者如果用戶靠近或遠離基站，則可以應用不同 的高度角。通過向天線元件中的每一個應用複合天線權重可以實現高度方向中的定向，從而 給出了純軟體解決方案，而不用對天線元件做任何機械移動。複合天線權重或者是碼本的 預定義天線權重部分，或者是在基站處計算的自適應非基於碼本的天線權重。本發明帶來了改進系統性能的優勢。歸因於方向性，天線布置增益得到改進，並且 產生了更強的接收信號。備選地，需要較低的發射功率來實現與現有技術相同的接收功率。 在此情況下，系統經歷較低的小區間幹擾，並且可以增大系統容量。而且，歸因於改進的用戶空間分隔性，還減小了小區內幹擾。本發明還帶來了支持更靈活的ΜΙΜ0(多輸入多輸出)算法的優勢，因為可以在時 間方向和頻率方向中針對每個用戶單獨採用方位方向和高度方向。例如，在多用戶MIMO情 況下，二維零陷或迫零與一維零陷相比增加了小區幹擾減小。二維複合天線權重控制使得 可以將用於單用戶MIMO的線性預編碼與空間復用相結合。在與多站點經協調的MIMO作為 網絡MIMO或合作式MIMO結合的情況下，可以獲得其他優勢。本發明進一步帶來了改進小區間幹擾協調算法的優勢。本發明的其他有益特徵在從屬權利要求中進行了限定。


在閱讀了通過非限制性說明給出的優選實施方式的下述描述以及參考了附圖之 後，本發明的其他特徵和優勢將變得明顯，其中-圖1示出了現有技術中已知的收發器基帶信號處理鏈/收發器的天線元件布置 部分；-圖2示出了根據本發明的收發器基帶信號處理鏈/收發器的天線元件布置部 分；-圖3示出了本發明針對波束成形的應用；-圖4示出了本發明針對幹擾協調的應用；-圖5示出了本發明針對多站點經協調的多輸入多輸出算法的應用。
具體實施例方式圖1示出了現有技術中已知的收發器處理鏈11和天線元件布置12。處理鏈11接 收基帶信號或多個基帶信號分量的和作為輸入。數字基帶信號轉換成模擬信號，該模擬信 號上變頻成RF信號，該RF信號在處理鏈中進行濾波、前置放大、功率控制和放大。在放大 器輸出處的一部分信號出於回顧循環控制目的被反饋，並且該信號的主要部分被提交至天 線元件布置12。天線元件布置12包括四個豎直堆疊的天線元件121，…，124。本領域技術人員將 會理解，可以豎直堆疊任意數量的天線元件。而且，豎直堆疊的天線元件121，…，IM的若 幹水平布置集合可以並行連接至處理鏈11。在圖1中，僅呈現了一個集合。在天線元件布置12內部，功率分配器和匹配模塊125負責在不同天線元件 121，…，IM上分發輸入功率。每個天線的一個移相器還負責向將要通過不同天線傳輸的 不同信號應用相位移位。歸因於用單個基帶信號處理鏈確定所有天線元件121，…，124的設置這一事實， 以使得實現期待的固定天線下傾的這種方式選擇向基帶信號分量應用的天線元件權重。不 同的天線元件權重可以用於其他天線元件集合。更精確地，當扇區天線針對定位在ζ方向中的每個元件列具有一個收發器鏈時， 下傾針對所有用戶和所有子載波固定為Θ d，並且只能隨著時間緩慢改變。用於一維波束成形的主波瓣操縱原則上與上述相同，由此對於第i個天線元件， 這可以寫成
Wi = exp(—Jkri ■ r)由於針對每個元件列僅存在一個收發器，在基帶中針對列中M個元件的每個元件 計算的權重是相同的wBBa = wBBj2 = ..·= wBBjm針對每個個體元件不存在控制。主波瓣操縱僅可以實現在方位方向中。在I=+個列的情況下，可以生成L個基帶權重，其中第1個權重為
J^iy ι sin ζ ))在與固定下傾 d結合的情況下，針對每個元件的有效權重為
Wi = exp(-Jkfyi sin φ sin 0rf + zt cos ))圖2示出了根據本發明的收發器基帶信號處理鏈/天線元件布置。該收發器包括若干處理鏈21，…，24，其各自連接至天線元件211，…，241。處理 鏈的數目取決於收發器天線元件的數目。所有處理鏈21，…二4接收利用向基帶信號分量 的每一個應用的不同複合權重進行了加權的基帶信號分量之和作為輸入。在並行處理鏈 中，數字基帶信號在模塊212，…，242處轉換成模擬信號，在模塊213，…，243處進行上變 頻，在模塊214，-,244處進行濾波，在模塊215，-,245處進行前置放大，在模塊216，…， 246處進行功率控制，以及在放大器217，…，247處進行放大。在放大器217，…，247輸出 處的信號的一部分出於回顧循環控制目的被反饋，並且該信號的主要部分被提交至天線元 件布置211，…，241。根據本發明，每個天線元件211，…，241應當與針對每個基帶分量的個體複合天 線權重相對應。出於這一目的，每個天線元件211，…，241需要由單獨的處理鏈21，-,24 控制。優選地，向輸入至每個處理鏈21，…二4的每個基帶信號應用不同的天線權重。利用這種收發器架構，使得可以獨立控制不同的天線元件、針對每個天線元件使 用不同的天線元件權重，並由此能夠在水平和豎直布置的天線元件上對每個基帶分量執行 三維控制。本領域技術人員應當理解，處理鏈可以進行調整以達到能夠向每個天線元件指派 個體天線元件權重的相同效果。並非作為處理鏈一部分進行描述的所有模塊對於實現這一 效果而言都是必須的，而是這些模塊中的一些可以省略，卻同樣落在本發明的範圍內。基於之前描述的本發明，可以設想到若干應用。下文將詳細描述本發明針對波束 成形、MIMO和幹擾協調的主要應用。圖3示出了本發明針對波束成形的應用。先決條件是基站30具有根據本發明的 天線元件布置，其或者是豎直堆疊天線元件的水平布置集合，或者是示出了水平擴展和豎 直擴展的二維天線陣列。取決於終端相對於基站的位置行動電話31在基站附近、汽車32離基站稍遠或者 最終用戶33，34分別位於建築物第10層和第20層，在基站天線布置處生成的波束定向需 要在高度方向和方位方向中進行調整，以便能夠以最大的準確性到達每個終端。高度方向中的定向是通過向基站30的天線元件布置的不同天線元件應用適當的天線元件權重而獲 得的。波束在高度方向中的定向可以與波束在方位方向中的領域現狀定向相結合，使得 通過基帶信號處理來生成和控制水平天線模式和豎直天線模式。這種方案允許將天線陣列 增益最大化，增大在終端31，…，34處接收的功率水平，以及優選地減小多用戶操作中其他 終端處的小區內幹擾。優選地，向基站報告用戶終端相對於基站的位置(距基站的距離、方位角、高度 角)，使得其可以計算出向不同天線元件應用的適當複合天線權重，以生成在用戶方向中準 確瞄準的波束。用於計算複合天線權重的可能方法包括確定權重向量，以便轉至某個方向。
稱為導引向量。對於第i個天線元件，其可以寫為
權利要求
1.一種用於在屬於無線電通信網絡的收發器的天線元件布置處進行多天線信號處理 的方法，所述天線元件布置包括水平方向和豎直方向中的天線元件，其中向所述天線元件 應用複合天線權重。
2.如權利要求1的方法，其中所述收發器包括豎直堆疊的天線元件的至少兩個水平布 置集合，所述天線元件適用於在預定義方位方向和高度方向中生成波束，所述方位方向通 過向豎直堆疊的天線元件的所述至少兩個集合應用第一複合天線權重而達到，所述高度方 向通過另外向豎直堆疊的天線元件的所述集合中的所述天線元件應用第二複合天線權重 而達到。
3.如權利要求2的方法，其中所述波束適用於被計算以達到具有從所述無線電通信網 絡的所述收發器看來的預定義方位和/或高度的終端。
4.如權利要求1的方法，其中所述方法包括獨立地針對每個天線元件計算所述第一復 合天線權重和所述第二複合天線權重的步驟，每個天線元件由所述收發器的對應基帶信號 處理鏈控制。
5.如權利要求4的方法，用於與經協調的多站點傳輸結合使用，終端從至少兩個收發 器接收信號，所述方法進一步包括以下步驟-取決於從第一收發器看來的所述終端的所述方位和高度，為所述第一收發器的每個 天線元件選擇複合天線權重的第一集合；-取決於從第二收發器看來的所述終端的所述方位和高度，為所述第二收發器的每個 天線元件選擇複合天線權重的第二集合。
6.如權利要求4的方法，用於在包括至少兩個相鄰基站和多個終端的蜂窩通信網絡中 與小區間幹擾協調算法結合使用，所述方法包括以下步驟-構建由每個基站服務的至少兩個終端組，所述終端組取決於從所述相應基站看來的 所述終端的高度角，所述組中的一個組對應於低於第一閾值的高度，所述組中的另一個組 對應於高於第二閾值的高度，-使用相同資源來調度由第一基站服務的、高度低於第一閾值的終端組和由第二基站 服務的、高度高於第二閾值的終端組。
7.一種適用於在無線電通信網絡中執行多天線信號處理的收發器，所述收發器包括天 線元件布置，其具有水平方向和豎直方向中的天線元件，所述收發器包括用於向所述天線 元件應用複合天線權重的裝置。
8.如權利要求7的收發器，進一步包括至少兩個處理鏈，其單獨控制兩個豎直堆疊的 天線元件，每個連結收向其應用了所述複合天線權重的至少一個複合天線權重的輸入信號 作為輸入。
9.一種適用於在無線電通信網絡的收發器處生成波束的天線元件布置，所述天線元件 布置包括水平方向和豎直方向中的天線元件，所述天線元件布置包括用於向所述天線元件 應用複合天線權重的裝置。
10.如權利要求9的天線元件布置，其中所述至少兩個豎直堆疊的天線元件適用於由 對應的基帶信號處理鏈來控制。
11.如權利要求9的天線元件布置，包括豎直堆疊的天線元件的至少兩個水平布置集 合，所述天線元件適用於在預定義方位方向和高度方向中生成波束，所述方位方向通過向豎直堆疊的天線元件的所述至少兩個集合應用第一複合天線權重而達到，所述高度方向通 過向豎直堆疊的天線元件的所述集合中的所述天線元件應用第二複合天線權重而達到。
12.如權利要求9的天線元件布置，是豎直和水平布置的天線元件的平面陣列。
全文摘要
本發明涉及一種用於在屬於無線電通信網絡的收發器的天線元件布置處進行多天線信號處理的方法，該天線元件布置包括水平方向和豎直方向中的天線元件(211，221，231，241)，其中向所述天線元件應用複合天線權重。
文檔編號H01Q1/24GK102077413SQ200980125301
公開日2011年5月25日 申請日期2009年7月16日 優先權日2008年9月4日
發明者C·赫克, M·奧姆, T·維爾德 申請人:阿爾卡特朗訊