專利名稱：用于在天線元件布置處進(jìn)行多天線信號(hào)處理的方法、對(duì)應(yīng)的收發(fā)器和對(duì)應(yīng)的天線元件布置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在天線元件布置處進(jìn)行多天線處理的方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)配備有基站，這些基站包括適用于覆蓋網(wǎng)絡(luò)預(yù)定義區(qū)域的天線。 由天線提供的覆蓋應(yīng)該進(jìn)行優(yōu)化，以便一方面最小化基站數(shù)量，同時(shí)又保證良好的覆蓋，尤 其是在網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部分處(公路、城鎮(zhèn)等)。歸因于基站位置方面的約束，需要能夠?qū)μ炀€ 層面處的覆蓋進(jìn)行精細(xì)調(diào)諧。出于這一目的，計(jì)算代表天線在高度方向中傾斜的下傾，以提 供適當(dāng)覆蓋。此下傾或者是固定的且在站點(diǎn)處機(jī)械式預(yù)設(shè)的，或者可以使用能夠在高度方 向中移動(dòng)天線的遠(yuǎn)程控制電動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程修改。新的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)具有在比特率和容量方面提供更高效服務(wù)的需求。為了實(shí)現(xiàn)這 一點(diǎn)，已經(jīng)提出了基于基站站點(diǎn)處多個(gè)天線的一些新方法，這些方法趨向于將數(shù)據(jù)傳輸并 行化(以達(dá)到較高的比特率)，同時(shí)限制干擾(以確保高容量)。MIMO和波束成形是這種方 法。本發(fā)明的具體目的在于提供一種進(jìn)一步改進(jìn)多個(gè)天線信號(hào)處理的方式，尤其是 在新的無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)中的MIMO處理、波束成形或干擾協(xié)調(diào)的情況下。本發(fā)明的其他目的在于提供對(duì)應(yīng)的收發(fā)器和對(duì)應(yīng)的天線元件布置。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)如權(quán)利要求1的用于在天線元件布置處進(jìn)行多天線信號(hào)處理的方法、如權(quán)利 要求7的適用于在無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行多天線信號(hào)處理的收發(fā)器和如權(quán)利要求9的天線 元件布置，這些和下文出現(xiàn)的其他目的得以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，一種用于多天線信號(hào)處理的方法可以在水平方向和豎直方向中擴(kuò)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(diào)整波束的定向。波束的定向是通 過(guò)向不同的天線元件應(yīng)用適當(dāng)?shù)膹?fù)合天線權(quán)重實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明帶來(lái)了這樣的優(yōu)勢(shì)波束不僅可以取決于用戶在水平平面中位于何處來(lái)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 例如位于建筑物的較高樓層、位于飛機(jī)上，或者如果用戶靠近或遠(yuǎn)離基站，則可以應(yīng)用不同 的高度角。通過(guò)向天線元件中的每一個(gè)應(yīng)用復(fù)合天線權(quán)重可以實(shí)現(xiàn)高度方向中的定向，從而 給出了純軟件解決方案，而不用對(duì)天線元件做任何機(jī)械移動(dòng)。復(fù)合天線權(quán)重或者是碼本的 預(yù)定義天線權(quán)重部分，或者是在基站處計(jì)算的自適應(yīng)非基于碼本的天線權(quán)重。本發(fā)明帶來(lái)了改進(jìn)系統(tǒng)性能的優(yōu)勢(shì)。歸因于方向性，天線布置增益得到改進(jìn)，并且 產(chǎn)生了更強(qiáng)的接收信號(hào)。備選地，需要較低的發(fā)射功率來(lái)實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)相同的接收功率。 在此情況下，系統(tǒng)經(jīng)歷較低的小區(qū)間干擾，并且可以增大系統(tǒng)容量。而且，歸因于改進(jìn)的用戶空間分隔性，還減小了小區(qū)內(nèi)干擾。本發(fā)明還帶來(lái)了支持更靈活的ΜΙΜ0(多輸入多輸出)算法的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榭梢栽跁r(shí) 間方向和頻率方向中針對(duì)每個(gè)用戶單獨(dú)采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(qū)干擾減小。二維復(fù)合天線權(quán)重控制使得 可以將用于單用戶MIMO的線性預(yù)編碼與空間復(fù)用相結(jié)合。在與多站點(diǎn)經(jīng)協(xié)調(diào)的MIMO作為 網(wǎng)絡(luò)MIMO或合作式MIMO結(jié)合的情況下，可以獲得其他優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明進(jìn)一步帶來(lái)了改進(jìn)小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)算法的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明的其他有益特征在從屬權(quán)利要求中進(jìn)行了限定。


在閱讀了通過(guò)非限制性說(shuō)明給出的優(yōu)選實(shí)施方式的下述描述以及參考了附圖之 后，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢(shì)將變得明顯，其中-圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中已知的收發(fā)器基帶信號(hào)處理鏈/收發(fā)器的天線元件布置 部分；-圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的收發(fā)器基帶信號(hào)處理鏈/收發(fā)器的天線元件布置部 分；-圖3示出了本發(fā)明針對(duì)波束成形的應(yīng)用；-圖4示出了本發(fā)明針對(duì)干擾協(xié)調(diào)的應(yīng)用；-圖5示出了本發(fā)明針對(duì)多站點(diǎn)經(jīng)協(xié)調(diào)的多輸入多輸出算法的應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中已知的收發(fā)器處理鏈11和天線元件布置12。處理鏈11接 收基帶信號(hào)或多個(gè)基帶信號(hào)分量的和作為輸入。數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，該模擬信 號(hào)上變頻成RF信號(hào)，該RF信號(hào)在處理鏈中進(jìn)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(hào)出于回顧循環(huán)控制目的被反饋，并且該信號(hào)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(gè)豎直堆疊的天線元件121，…，124。本領(lǐng)域技術(shù)人員將 會(huì)理解，可以豎直堆疊任意數(shù)量的天線元件。而且，豎直堆疊的天線元件121，…，IM的若 干水平布置集合可以并行連接至處理鏈11。在圖1中，僅呈現(xiàn)了一個(gè)集合。在天線元件布置12內(nèi)部，功率分配器和匹配模塊125負(fù)責(zé)在不同天線元件 121，…，IM上分發(fā)輸入功率。每個(gè)天線的一個(gè)移相器還負(fù)責(zé)向?qū)⒁ㄟ^(guò)不同天線傳輸?shù)?不同信號(hào)應(yīng)用相位移位。歸因于用單個(gè)基帶信號(hào)處理鏈確定所有天線元件121，…，124的設(shè)置這一事實(shí)， 以使得實(shí)現(xiàn)期待的固定天線下傾的這種方式選擇向基帶信號(hào)分量應(yīng)用的天線元件權(quán)重。不 同的天線元件權(quán)重可以用于其他天線元件集合。更精確地，當(dāng)扇區(qū)天線針對(duì)定位在ζ方向中的每個(gè)元件列具有一個(gè)收發(fā)器鏈時(shí)， 下傾針對(duì)所有用戶和所有子載波固定為Θ d，并且只能隨著時(shí)間緩慢改變。用于一維波束成形的主波瓣操縱原則上與上述相同，由此對(duì)于第i個(gè)天線元件， 這可以寫成
Wi = exp(—Jkri ■ r)由于針對(duì)每個(gè)元件列僅存在一個(gè)收發(fā)器，在基帶中針對(duì)列中M個(gè)元件的每個(gè)元件 計(jì)算的權(quán)重是相同的wBBa = wBBj2 = ..·= wBBjm針對(duì)每個(gè)個(gè)體元件不存在控制。主波瓣操縱僅可以實(shí)現(xiàn)在方位方向中。在I=+個(gè)列的情況下，可以生成L個(gè)基帶權(quán)重，其中第1個(gè)權(quán)重為
J^iy ι sin ζ ))在與固定下傾 d結(jié)合的情況下，針對(duì)每個(gè)元件的有效權(quán)重為
Wi = exp(-Jkfyi sin φ sin 0rf + zt cos ))圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的收發(fā)器基帶信號(hào)處理鏈/天線元件布置。該收發(fā)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(shù)目取決于收發(fā)器天線元件的數(shù)目。所有處理鏈21，…二4接收利用向基帶信號(hào)分量 的每一個(gè)應(yīng)用的不同復(fù)合權(quán)重進(jìn)行了加權(quán)的基帶信號(hào)分量之和作為輸入。在并行處理鏈 中，數(shù)字基帶信號(hào)在模塊212，…，242處轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，在模塊213，…，243處進(jìn)行上變 頻，在模塊214，-,244處進(jìn)行濾波，在模塊215，-,245處進(jìn)行前置放大，在模塊216，…， 246處進(jìn)行功率控制，以及在放大器217，…，247處進(jìn)行放大。在放大器217，…，247輸出 處的信號(hào)的一部分出于回顧循環(huán)控制目的被反饋，并且該信號(hào)的主要部分被提交至天線元 件布置211，…，241。根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)天線元件211，…，241應(yīng)當(dāng)與針對(duì)每個(gè)基帶分量的個(gè)體復(fù)合天 線權(quán)重相對(duì)應(yīng)。出于這一目的，每個(gè)天線元件211，…，241需要由單獨(dú)的處理鏈21，-,24 控制。優(yōu)選地，向輸入至每個(gè)處理鏈21，…二4的每個(gè)基帶信號(hào)應(yīng)用不同的天線權(quán)重。利用這種收發(fā)器架構(gòu)，使得可以獨(dú)立控制不同的天線元件、針對(duì)每個(gè)天線元件使 用不同的天線元件權(quán)重，并由此能夠在水平和豎直布置的天線元件上對(duì)每個(gè)基帶分量執(zhí)行 三維控制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，處理鏈可以進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到能夠向每個(gè)天線元件指派 個(gè)體天線元件權(quán)重的相同效果。并非作為處理鏈一部分進(jìn)行描述的所有模塊對(duì)于實(shí)現(xiàn)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(fā)明的范圍內(nèi)?；谥懊枋龅谋景l(fā)明，可以設(shè)想到若干應(yīng)用。下文將詳細(xì)描述本發(fā)明針對(duì)波束 成形、MIMO和干擾協(xié)調(diào)的主要應(yīng)用。圖3示出了本發(fā)明針對(duì)波束成形的應(yīng)用。先決條件是基站30具有根據(jù)本發(fā)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(kuò)展和豎 直擴(kuò)展的二維天線陣列。取決于終端相對(duì)于基站的位置移動(dòng)電話31在基站附近、汽車32離基站稍遠(yuǎn)或者 最終用戶33，34分別位于建筑物第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(jìn)行調(diào)整，以便能夠以最大的準(zhǔn)確性到達(dá)每個(gè)終端。高度方向中的定向是通過(guò)向基站30的天線元件布置的不同天線元件應(yīng)用適當(dāng)?shù)奶炀€元件權(quán)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(lǐng)域現(xiàn)狀定向相結(jié)合，使得 通過(guò)基帶信號(hào)處理來(lái)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(yōu)選地減小多用戶操作中其他 終端處的小區(qū)內(nèi)干擾。優(yōu)選地，向基站報(bào)告用戶終端相對(duì)于基站的位置(距基站的距離、方位角、高度 角)，使得其可以計(jì)算出向不同天線元件應(yīng)用的適當(dāng)復(fù)合天線權(quán)重，以生成在用戶方向中準(zhǔn) 確瞄準(zhǔn)的波束。用于計(jì)算復(fù)合天線權(quán)重的可能方法包括確定權(quán)重向量，以便轉(zhuǎn)至某個(gè)方向。
稱為導(dǎo)引向量。對(duì)于第i個(gè)天線元件，其可以寫為
權(quán)利要求
1.一種用于在屬于無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)器的天線元件布置處進(jìn)行多天線信號(hào)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(yīng)用復(fù)合天線權(quán)重。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所述收發(fā)器包括豎直堆疊的天線元件的至少兩個(gè)水平布 置集合，所述天線元件適用于在預(yù)定義方位方向和高度方向中生成波束，所述方位方向通 過(guò)向豎直堆疊的天線元件的所述至少兩個(gè)集合應(yīng)用第一復(fù)合天線權(quán)重而達(dá)到，所述高度方 向通過(guò)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(yīng)用第二復(fù)合天線權(quán)重 而達(dá)到。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中所述波束適用于被計(jì)算以達(dá)到具有從所述無(wú)線電通信網(wǎng) 絡(luò)的所述收發(fā)器看來(lái)的預(yù)定義方位和/或高度的終端。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中所述方法包括獨(dú)立地針對(duì)每個(gè)天線元件計(jì)算所述第一復(fù) 合天線權(quán)重和所述第二復(fù)合天線權(quán)重的步驟，每個(gè)天線元件由所述收發(fā)器的對(duì)應(yīng)基帶信號(hào) 處理鏈控制。
5.如權(quán)利要求4的方法，用于與經(jīng)協(xié)調(diào)的多站點(diǎn)傳輸結(jié)合使用，終端從至少兩個(gè)收發(fā) 器接收信號(hào)，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟-取決于從第一收發(fā)器看來(lái)的所述終端的所述方位和高度，為所述第一收發(fā)器的每個(gè) 天線元件選擇復(fù)合天線權(quán)重的第一集合；-取決于從第二收發(fā)器看來(lái)的所述終端的所述方位和高度，為所述第二收發(fā)器的每個(gè) 天線元件選擇復(fù)合天線權(quán)重的第二集合。
6.如權(quán)利要求4的方法，用于在包括至少兩個(gè)相鄰基站和多個(gè)終端的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中 與小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)算法結(jié)合使用，所述方法包括以下步驟-構(gòu)建由每個(gè)基站服務(wù)的至少兩個(gè)終端組，所述終端組取決于從所述相應(yīng)基站看來(lái)的 所述終端的高度角，所述組中的一個(gè)組對(duì)應(yīng)于低于第一閾值的高度，所述組中的另一個(gè)組 對(duì)應(yīng)于高于第二閾值的高度，-使用相同資源來(lái)調(diào)度由第一基站服務(wù)的、高度低于第一閾值的終端組和由第二基站 服務(wù)的、高度高于第二閾值的終端組。
7.一種適用于在無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行多天線信號(hào)處理的收發(fā)器，所述收發(fā)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(fā)器包括用于向所述天線 元件應(yīng)用復(fù)合天線權(quán)重的裝置。
8.如權(quán)利要求7的收發(fā)器，進(jìn)一步包括至少兩個(gè)處理鏈，其單獨(dú)控制兩個(gè)豎直堆疊的 天線元件，每個(gè)鏈接收向其應(yīng)用了所述復(fù)合天線權(quán)重的至少一個(gè)復(fù)合天線權(quán)重的輸入信號(hào) 作為輸入。
9.一種適用于在無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)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于向所述天線元件 應(yīng)用復(fù)合天線權(quán)重的裝置。
10.如權(quán)利要求9的天線元件布置，其中所述至少兩個(gè)豎直堆疊的天線元件適用于由 對(duì)應(yīng)的基帶信號(hào)處理鏈來(lái)控制。
11.如權(quán)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(gè)水平布置集 合，所述天線元件適用于在預(yù)定義方位方向和高度方向中生成波束，所述方位方向通過(guò)向豎直堆疊的天線元件的所述至少兩個(gè)集合應(yīng)用第一復(fù)合天線權(quán)重而達(dá)到，所述高度方向通 過(guò)向豎直堆疊的天線元件的所述集合中的所述天線元件應(yīng)用第二復(fù)合天線權(quán)重而達(dá)到。
12.如權(quán)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(fā)明涉及一種用于在屬于無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)器的天線元件布置處進(jìn)行多天線信號(hào)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(yīng)用復(fù)合天線權(quán)重。
文檔編號(hào)H01Q1/24GK102077413SQ200980125301
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月4日
發(fā)明者C·赫克, M·奧姆, T·維爾德 申請(qǐng)人:阿爾卡特朗訊