包括重配置網絡的通信系統節點的製作方法

2023-08-10 02:06:06 7

專利名稱：包括重配置網絡的通信系統節點的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無線通信系統中的節點，該節點包括至少一個天線，所述天線包括數量為至少四個且為偶數的天線埠，其中每個天線埠與對應的極化、波束寬度及相位中心相關聯。本發明還涉及一種無線通信系統節點中的方法，所述節點採用至少一個天線，所述天線具有數量為至少四個且為偶數的天線埠，其中所述方法包括以下步驟將每個天線埠與對應的極化、波束寬度及相位中心相關聯。
背景技術：
在無線通信系統中的節點中，有時需要採用如無線電基站(RBS)之類的節點，所述無線電基站(RBS)的主單元(MU)具有比無線電遠程單元(RRU)中的無線電分支的數量 少的基帶分支。一種情形是當為一個系統部署的天線和RRU要被再用於另一個系統時。這個系統可部署有RBS，所述RBS的MU具有比所部署的RRU中的分支數量少的基帶鏈。另一種情形是當系統最初採用具有相對少的基帶分支的MU來部署，但隨著系統演進而被期待遷移至具有更多基帶分支的MU時。為了避免被迫替換已部署的天線和RRU，可能希望一開始就使用已具有很多分支的RRU並且後來能夠升級系統。那麼，僅將MU沿遷移路徑升級至更多分支就足夠了。一個簡單方案是，將每個基帶鏈連接至一個無線電分支，保留過多的無線電分支不使用。另一個方案是，將一個基帶鏈連接至兩個或更多個鄰近的無線電鏈。如果這些無線電鏈連接至具有相同極化的天線元件，產生的波束將具有與單獨物理天線元件相比更窄的波束寬度。當採用功率放大器時，上述方案不充分利用功率放大器或者保留天線元件輻射圖的波束寬度。為了使總輸出功率最大化，所有的功率放大器應當被充分利用。為了保持相同的小區覆蓋，所產生的波束應當具有與單獨天線元件相同的波束寬度。因此，希望關注節點的總容量，其中，在第一數量的基帶分支和第二數量的無線電分支或天線埠之間存在連接，其中第二數量大於第一數量。

發明內容
本發明的目的是提供一種無線通信系統中的節點，其中，在第一數量的基帶分支和第二數量的無線電分支或天線埠之間存在連接，其中第二數量大於第一數量。所述目的通過無線通信系統中的節點來實現，所述節點包括至少一個天線，所述天線包括數量為至少四個且為偶數的天線埠，其中每個天線埠與對應的極化、波束寬度及相位中心相關聯。此外，天線埠被連接至重配置網絡，重配置網絡被安排用來將相互正交極化的天線埠成對線性組合到一定數量的虛擬天線埠，虛擬天線埠的所述數量等於天線埠的數量的一半。虛擬天線埠對應於虛擬天線，虛擬天線埠被連接至對應的無線電分支。所述目的還通過一種無線通信系統節點中的方法來實現，所述節點採用至少一個天線，所述天線具有數量為至少四個且為偶數的天線埠，其中所述方法包括以下步驟將每個天線埠與對應的極化、波束寬度及相位中心相關聯；以及將天線埠連接至重配置網絡，該重配置網絡被用來將相互正交極化的天線埠成對線性組合到一定數量的虛擬天線埠。虛擬天線埠的所述數量等於天線埠的數量的一半。根據一個示例，所述重配置網絡包括用於每個虛擬天線埠的分離器/組合器，每個分離器/組合器被連接至對應的虛擬天線埠。此外，對於每個分離器/組合器可以存在移相器，每個移相器被連接至一個對應的天線埠，其中移相器被安排用來控制虛擬天線的極化。根據另一個示例，天線埠可被連接至相應的天線元件，所述天線元件被安置成使得相互正交極化的天線元件對被置於天線列中。
根據另一個示例，在重配置網絡中線性組合的每對中的天線埠與相同的相位中心相關聯。然後，對於每列中的每個極化，具有相同極化的每列的那些天線元件可以被連接至對應的天線埠，使得重配置網絡被安排為執行這些天線埠的成對線性組合，以使得虛擬天線的相位中心之間的間隔與列之間的間隔相同。備選地，在重配置網絡中線性組合的每對中的天線埠與在至少一維中相互移位的相位中心相關聯。然後，具有相互不同極化的不同列中的那些天線元件可以被連接到對應的天線埠對，使得重配置網絡被安排為執行這些天線埠對的成對線性組合，以使得虛擬天線元件的相位中心之間的間隔是對中的天線元件所在的列之間的間隔的兩倍。根據另一個示例，天線埠被連接至對應的放大器，放大器優選被安置於無線電遠程單元RRU中。通過本發明獲得很多優勢。例如，本發明為連接N/2分支MU到N分支RRU提供一種手段，具有充分的功率利用和所產生的虛擬天線元件的不變的有效波束寬度。因此，所建議的架構使總輸出功率最大化，並且給出相同的小區形態，就像每個RRU分支被連接到一個MU分支一樣。此外，僅通過改變參數設定，無需RF電纜的任何手動斷開等等，所建議的架構支持向具有與RRU分支一樣多的MU分支的組合的遷移。


現在將參照附圖更詳細地描述本發明，其中圖I示出依照本發明的節點的示意圖；圖2示出依照本發明的一個示例、具有4個天線埠的天線排布和無線電鏈的示意圖；圖3示出依照本發明的一個示例、具有8個天線埠的天線排布和無線電鏈的示意圖；圖4示出依照本發明的另一示例、具有8個天線埠的天線排布和無線電鏈的示意圖；以及圖5示出依照本發明的一種方法的流程圖。
具體實施例方式參照圖I和圖2，無線通信系統中有節點1，所述節點I包括天線2，所述天線2包括第一天線埠 3、第二天線埠 4、第三天線埠 5以及第四天線埠 6，每個天線埠依次連接至對應的第一天線元件16、第二天線元件17、第三天線元件18和第四天線元件19。每個天線元件被示為單個天線元件，但這僅僅是示意表示；事實上，每個天線元件可構成包含多個物理天線元件的天線元件列。當下文中使用術語「天線元件」時，應當理解，它可以指如圖2中所示的單個天線元件或者天線元件列中的多個天線元件。第一天線元件16和第二天線元件17被安置於第一天線列28中，第三天線元件18和第四天線元件19被安置於第二天線列29中。此外，第一天線元件16和第三天線元件18具有第一極化Pl，並且第二天線元件17和第四天線元件19具有第二極化P2，其中，第一極化Pl和第二極化P2是基本上正交的。這意味著，正交性不是在數學上精確的，而是存在達到某個實際程度的正交性。
因此，第一天線元件16和第二天線元件17被相互正交地極化，並且第三天線元件18和第四天線元件19被相互正交地極化。所示出的第一天線元件16和第二天線元件17沿第一列28移位，這意味著它們具有不同的相位中心。當然，可以設想，把它們安置得使它們具有相同的相位中心。這對於第三天線元件18和第四天線元件19亦有效。這導致每個天線埠 3、4、5、6與對應的極化P1、P2，波束寬度以及相位中心相關聯。根據本發明，天線埠 3、4、5、6被連接至重配置網絡7，所述重配置網絡7被安排用於將基本上相互正交極化的天線埠 3、4、5、6成對線性組合到兩個虛擬天線埠 8、9。虛擬天線埠 8、9對應於虛擬天線，並且被連接至對應的無線電分支10、11。這些分支被依次連接到主單元(MU) 60。重配置網絡7的作用在於，通過物理天線元件的線性組合創建出新的虛擬的天線元件。在這個具體示例中，這意味著，在重配置網絡7中通過連接至第一天線埠 3和第二天線埠 4的第一分離器/組合器12，將第一天線埠 3和第二天線埠 4成對組合。第一天線埠 3通過第一移相器14連接至第一分離器/組合器12。以同樣的方式，在所述重配置網絡7中通過連接到第三天線埠 5和第四天線埠 6的第二分離器/組合器13，將第三天線埠 5和第四天線埠 6成對組合。第三天線埠 5通過第二移相器15連接至第二分離器/組合器13。每個分離器/組合器被連接至對應的虛擬天線埠 12、13。通過移相器14、15能夠控制虛擬天線埠 12、13的極化。通過本發明，通過組合多個天線埠而獲得的虛擬天線元件的波束寬度與單獨天線元件的波束寬度相同。如圖2所示，用虛線表示，節點I還包括所謂的遠程無線電單元(RRU)59，RRU 59被連接在天線埠 3、4、5、6與重配置網絡7之間，並且包括對應的放大器55、56、57、58。這是僅示出發射機鏈(TX)的RRU的簡化圖，還可以有未示出的接收機鏈(RX)，因為天線2可在本發明的框架內互逆地工作。當採用RRU或者類似的放大器安排時，重配置網絡7應被設計得使發射機鏈中的所有放大器55、56、57、58被充分利用。
那麼，使用RRU，一般想法是，在RRU 59中，以放大器55、56、57、58被充分利用的方式將每個基帶分支連接到多個無線電分支。上行鏈路中使用新虛擬元件的特徵將如同具有與虛擬元件相同的特徵(極化，波束寬度等)的新物理元件被連接至接收機分支之一而保持另一個不被使用一樣。在下行鏈路上類似，只是由於採用兩個放大器，對於虛擬元件，功率資源變成兩倍。對於虛擬天線元件的極化特徵取決於天線元件的空間位置、天線元件的極化以及被組合的天線埠之間的相對相位和幅度。由於希望在下行鏈路上利用功率資源，假定幅度對於兩條路徑是相同的。下面，將針對8分支RRU與4分支MU描述本發明，但是這種概念容易推廣至N分 支RRU與N/2分支MU，其中N為任意整數。天線被假定為具有N/2個雙極化天線元件，這些天線元件具有成對正交的極化。在圖3中示出本發明的一個示例，其中有四個天線列30、31、32、33，每個天線列包括兩個正交極化且具有±45°傾斜極化的天線元件20、24 ;21、25 ;22、26 ;23、27。天線元件 20、24 ;21、25 ;22、26 ;23、27 被連接至對應的天線埠 34、35、36、37、38、39、40、41。更詳細地說，對於每列中的每個極化，具有相同極化的每列30、31、32、33的那些天線元件 20,24 ;21、25 ;22、26 ;23、27 被連接至對應的天線埠 34、35、36、37、38、39、40、41。天線埠被連接至重配置網絡42，使得它執行這些天線埠 34、35、36、37、38、39、40、41的成對線性組合，以使得虛擬天線的相位中心之間的間隔與這些列之間的間隔相同。對於虛擬天線元件，所產生的極化取決於對應對之間的相對相位角β,，其中k表示虛擬元件編號，所述相位通過重配置網絡42中包含的移相器51、52、53、54來調整，移相器51、52、53、54被連接到每個天線埠對的一個天線埠 34、36、38、40。移相器51、52、53、54和另一個天線埠 35、37、39、41被成對地連接到包含在重配置網絡42中的對應分離器/組合器61、62、63、64，分離器/組合器61、62、63、64依次連接至虛擬天線埠，這裡僅用虛線65表示。此外，天線埠 34、35、36、37、38、39、40、41與重配置網絡42之間的連接用虛線66表示，這表示可能存在RRU，如參照圖I和圖2所討論的那樣。由於天線元件20、24;21、25;22、26;23、27具有±45°的傾斜極化，所以虛擬天線元件能夠採取隨@,而定的任意極化，從線性水平、主軸水平的橢圓，圓、主軸垂直的橢圓、到線性垂直。例如，可以選擇相位角β k，以使前兩列30，31的虛擬天線垂直極化，並且最後兩列32、33的虛擬天線水平極化。由於組合了具有至少幾乎正交的極化的元件，所以虛擬元件將具有功率輻射圖的與獨立元件相同的波束形態和因而相同的波束寬度。然而，如已經提到的，極化會受影響。在這個示例中，有兩組虛擬元件，這些組具有正交極化。組中的虛擬元件的相位中心之間的間隔與列間隔相同，而這兩組按列間隔兩倍的距離錯位。結果，由於兩組之間電相位角的差異取決於空間方位角，所以經由虛擬元件的陣列生成的波束具有取決於方位角的極化。注意，相同的相位角β k應當被應用於每個RX/TX對內的RX和TX分支中，以使虛擬元件在上行鏈路和下行鏈路上都具有相同的極化。對於每對正交天線元件，相位角β k可具有一個特定值，該值定義所述極化，並且應當最好在需要時容易改變。
如參照圖2所示，並且如先前所討論的，所示的第一天線元件16和第二天線元件17沿第一列28移位，這意味著，它們具有不同的相位中心，對於第三天線元件18和第四天線元件19情形也是如此。這意味著，在重配置網絡(7)中線性組合的每對中的天線埠(3、
4、5、6)與沿列28、29的維度中相互移位的相位中心相關聯。一般，天線埠可與至少一維中相互移位的相位中心相關聯。這在參照圖4的另一個示例中說明，其中，空間上分離的極化正交的天線元件被連接以形成虛擬元件。類似於先前示例中元件的那些元件具有相同的參考標號。這裡，具有相互不同極化的不同列30、31、32、33中的那些天線元件20、25 ;24、21 ；22,27 ;26、23被連接至對應的天線埠對43、44 ;46、45 ;47、48 ;50、49，使得重配置網絡42被安排為執行這些天線埠對43、44 ;46、45 ;47、48 ;50、49的成對線性組合，以使得虛擬天線元件的相位中心之間的間隔是對中的天線元件20、25 ;24、21 ;22、27 ;26、23所處的列之間的間隔的兩倍。 更詳細地說，具有正交極化的前兩個天線列30、31的天線元件20、25 ;24、21被連接到第一天線埠對43、44和第二天線埠對46、45。以同樣的方式，具有正交極化的另外兩個天線列32、33的天線元件22、27 ;26、23被連接到第一天線埠對47、48和第二天線埠對 50、49。如參照圖3的先前示例一樣，虛擬天線元件的所產生的極化取決於對應對之間的相對相位角β,，其中k表示虛擬元件編號，所述相位通過重配置網絡42中包含的移相器51、52、53、54來調整，移相器51、52、53、54被連接到每個天線埠對的一個天線埠 43、45、47、49。移相器51、52、53、54和另一個天線埠 44、46、48、50被成對地連接到包含在重配置網絡42中的對應分離器/組合器61、62、63、64，所述分離器/組合器61、62、63、64依次連接至虛擬天線埠，這裡僅用虛線65表示。此外，天線埠 43、44、45、46、47、48、49、50與重配置網絡42之間的連接用虛線66表示，這表示可能存在RRU，如參照圖I和圖2所討論的那樣。因此，在參照圖4的這個示例中，所獲得的具有相同極化的虛擬天線元件的相位中心之間的間隔將是列距離的兩倍，而具有不同極化的一對虛擬天線元件將具有相同的相位中心。歸因於物理元件的空間分離，虛擬天線元件將具有隨空間方位角而改變的極化。參照圖4和圖5的兩個示例均公開了一種陣列天線，該陣列天線對於某些選定的相位角β,值具有正交極化的虛擬元件。然而，該虛擬元件的陣列在某些方面將與「傳統的」雙列、雙極化陣列天線不同。對於圖3中的陣列，分別具有垂直和水平極化的虛擬元件將在空間上彼此分離，而如果假定理想的天線元件，則每個虛擬元件的極化將與空間方向無關。對於圖4中的陣列，虛擬元件將具有相同的空間位置，但極化將取決於空間方位角。在這兩種情況下，虛擬元件陣列上形成的波束將具有取決於方位角的極化。一般來說，分離器/組合器12、13;61、62、63、64執行下行鏈路中的信號分離、複製以及上行鏈路中的組合、疊加。所述操作可在數字域中執行。為了控制虛擬天線元件的極化，網絡還具有施加無線電分支特定相移的功能性。虛擬天線元件的極化特徵將取決於哪些天線元件被組合；天線元件的極化特徵；以及天線埠對之間的相位/幅度關係。天線元件在發送和接收上是相同的並且因此互逆地工作。儘管對於本發明非必需，但是獲取互逆虛擬天線元件是可能的。對於互逆的虛擬元件，重配置網絡7、42必須滿足某些特徵I、連接到上行鏈路上的基帶分支的相同物理天線元件對必須也被連接到下行鏈路上。2、對於連接到相同物理元件的天線埠對，在接收上的傳遞功能之間的關係必須與在發送上相同。需要段(2)中的要求，以便在上行鏈路和下行鏈路上對於虛擬天線元件具有相同的極化。如果想要利用互逆性，則具有相同極化是重要的。對於互逆性不成問題的配置，所建議的架構允許在上行鏈路和下行鏈路上具有不同的極化(如果需要的話)。為了確保無線電鏈滿足段(2)中的一致要求，最可能需要校準。本發明還涉及一種方法。參照圖5，所述方法涉及一種無線通信系統節點，所述節點使用至少一個天線2，該天線具有數量為至少四個且為偶數A的天線埠 3，4，5，6，所述方法包括以下步驟 67 :將每個天線埠 3、4、5、6與對應的極化P1、P2、波束寬度以及相位中心相關聯；以及68 :將天線埠 3、4、5、6連接到重配置網絡7，該重配置網絡是用來將基本上相互正交極化的天線埠 3、4、5、6成對線性組合到數量為B的虛擬天線埠 8、9，虛擬天線埠8、9的數量B等於天線埠 3、4、5、6的數量A的一半。本發明不限於上述討論的示例，而是可以在所附權利要求的範圍內自由地變化。重配置網絡的其他可能、但非必需的要求是I、為了靈活性-不同虛擬天線配置的可能性-和遷移目的，所述網絡可以是可重配置的。2、任何基帶分支應能夠連接到任何上行鏈路/下行鏈路天線埠對。任何基帶分支應能夠連接到任何單個上行鏈路/下行鏈路天線埠。3、為創建所希望的虛擬元件極化，發送天線埠對和接收天線埠對之間的相位關係應當是可重配置的。根據本發明的節點可包括互逆工作的虛擬天線元件，但是這不作要求。事實上，節點可以僅適用於發送或接收，其中，裝配可選的RRU來處理所需功能性。當然，可以裝配RRU來處理對發送和接收均適合的節點，從而為上行鏈路和下行鏈路工作。重配置網絡7、42可以是獨立的、包含在RRU中的或包含在MU中的。在任何情況下，重配置網絡7、42可以用硬體、軟體或二者的組合來實現。本發明可以支持僅通過參數設定的改變來調整，即，不需要手動斷開RF電纜等。一般，虛擬天線埠 8、9的數量B等於天線埠 3、4、5、6的數量A的一半。在本上下文中，當天線元件被表示成具有相互正交極化或基本上相互正交極化時，這並不意味著那些極化是在數學上嚴格正交的，而是指在本技術領域中實際可能獲得的一定程度上的正交。當虛擬天線的相位中心之間的間隔被表示成與列之間的間隔相同時同樣如此，在這裡，這應當被解釋為在本技術領域中實際可能獲得的一定程度上有效。
權利要求
1.一種無線通信系統中的節點(I)，所述節點(I)包括至少一個天線(2)，其中所述天線(2)包括數量為至少四個且為偶數A的天線埠(3，4，5，6)，其中每個天線埠(3，4，5，6)與對應的極化(Pl，P2)、波束寬度及相位中心相關聯，其特徵在於所述天線埠(3，4，5,6)被連接至重配置網絡(7)，所述重配置網絡(7)被安排用來把相互正交極化的天線埠(3，4，5，6)成對線性組合到數量為B的虛擬天線埠(8，9)，虛擬天線埠(8，9)的數量B等於天線埠(3，4，5，6)的數量A的一半，其中所述虛擬天線埠(8，9)對應於虛擬天線，所述虛擬天線埠(8,9)被連接至對應的無線電分支(10,11)。
2.如權利要求I所述的節點，其特徵在於所述重配置網絡(7，42)包括用於每個虛擬天線埠 (8,9,65)的分離器/組合器(12，13 ;61，62，63，64)，每個分離器/組合器(12，13;61，62，63，64)被連接到對應的虛擬天線埠 (8,9,65)
3.如權利要求2所述的節點，其特徵在於對於每個分離器/組合器(12，13;61，62，63，64)存在移相器(14，15;51，52，53，54)，每個移相器(14，15 ;51，52，53，54)被連接到一個對應的天線埠 (3,5 ；34, 36, 38,40 ;43，45，47，49)，其中，所述移相器(14，15 ;51，52，53，54)被安排用來控制所述虛擬天線的極化。
4.如先前權利要求中任一項所述的節點，其特徵在於所述天線埠被連接到相應的天線元件(16，17，18，19 ;20，21，22，23，24，25，26，27)，所述天線元件被安置以使得相互正交極化的天線元件對(16，18 ;17，19 ;20，24 ;21，25 ;22，26 ;23，27)被置於天線列(28,29 ；30,31,32,33)中。
5.如先前權利要求中任一項所述的節點，其特徵在於在所述重配置網絡(42)中線性組合的每對中的天線埠(34，35，36，37，38，39，40，41)與相同的相位中心相關聯。
6.如權利要求5所述的節點，其特徵在於對於每列中的每個極化，具有相同極化的每列(30，31，32，33)中的那些天線元件(20，24 ;21，25 ;22，26 ;23，27)被連接到對應的天線埠(34，35，36，37，38，39，40，41)，使得所述重配置網絡(42)被安排為執行這些天線埠(34，35，36，37，38，39，40，41)的成對線性組合，以使得所述虛擬天線的相位中心之間的間隔與所述列之間的間隔相同。
7.如權利要求1-4中任一項所述的節點，其特徵在於在所述重配置網絡(24)中線性組合的每對中的天線埠(16，17 ;18，19 ；20,21 ;22，23)與在至少一維中相互移位的相位中心相關聯。
8.如權利要求7所述的節點，其特徵在於具有相互不同極化的不同列(30，31，32，33)中的那些天線元件(20，25 ;24，21 -,22,21 ;26，23)被連接至對應的天線埠對(43，44 ;46，45;47，48 ;50，49)，使得所述重配置網絡(42)被安排為執行這些天線埠對(43，44 ;45，46;47，48 ；49,50)的成對線性組合，以使得所述虛擬天線元件的相位中心之間的間隔是所述對中所述天線元件(20，25 ;24，21 -,22,21 ;26，23)所在列之間的間隔的兩倍。
9.如先前權利要求中任一項所述的節點，其特徵在於所述天線埠(7，8，9，10)被連接到對應的放大器(55，56，57，58)。
10.如權利要求9所述的節點，其特徵在於所述放大器(55，56，57，58)被安置於無線電遠程單元RRU (59)中。
11.一種無線通信系統節點中的方法，所述節點使用至少一個天線(2)，所述天線(2)具有數量為至少四個且為偶數A的天線埠(3，4，5，6)，其中所述方法包括以下步驟將每個天線埠(3，4，5，6)與對應的極化(P1，P2)、波束寬度及相位中心相關聯， 其特徵在於，所述方法還包括以下步驟 將所述天線埠(3，4，5，6)連接至重配置網絡(7)，所述重配置網絡(7)用於將相互正交極化的天線埠(3，4，5，6)成對線性組合到數量為B的虛擬天線埠(8，9)，虛擬天線埠(8，9)的數量B等於天線埠(3，4，5，6)的數量A的一半。
全文摘要
本發明涉及一種無線通信系統中的節點(1)，所述節點(1)包括至少一個天線(2)，該天線包括至少四個且數量為偶數(A)的天線埠(3，4，5，6)，其中每個天線埠(3，4，5，6)與對應的極化(P1，P2)、波束寬度及相位中心相關聯。所述天線埠(3，4，5，6)被連接至重配置網絡(7)，該重配置網絡被安排用來把相互正交極化的天線埠(3，4，5，6)成對線性組合到數量為(B)的虛擬天線埠(8，9)，該數量(B)等於天線埠(3，4，5，6)的數量(A)的一半。虛擬天線埠(8，9)對應於虛擬天線並且被連接至對應的無線電分支(10，11)。本發明還涉及對應的方法。
文檔編號H01Q1/24GK102884676SQ201080064826
公開日2013年1月16日 申請日期2010年2月25日 優先權日2010年2月25日
發明者F·阿思利, S·彼得松 申請人:瑞典愛立信有限公司