專利名稱：通信系統(tǒng)中具有可切換天線功能的節(jié)點的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)中的節(jié)點，該節(jié)點至少包括第一天線功能、第二天線功能、第一無線電鏈和第二無線電鏈。至少在第一操作模式開始時，每個天線功能連接到對應的無線電鏈。本發(fā)明還涉及一種在無線通信系統(tǒng)中的方法，所述方法包括如下步驟在第一操作模式開始時，將天線功能連接到對應的無線電鏈，每個天線功能都連接到對應的無線電鏈。
背景技術：
移動電話和無線寬帶裝置的使用在過去的十年期間已經(jīng)迅速提高了，并且預計在即將到來的幾年期間增長得甚至更快。為了滿足這些要求，運營商必須增大他們通信系統(tǒng)中的容量。增大通信系統(tǒng)中容量的眾所周知的方式是，在基站處和用戶終端處都集成多于一個的天線和無線電鏈，并使用所謂的MIMO (多輸入多輸出)。今天，諸如移動電話等用戶終端大部分用于語音通信，但明顯的趨勢是越來越多的人正在用其它方式將他們的移動電話用于數(shù)據(jù)應用，例如流播電影和音樂、聊天以及因特網(wǎng)。移動電話的一個問題是，它們的電池容量相當有限，并且因此需要頻繁地給移動電話電池再充電。在將來當更多的無線電鏈將被集成在終端中時，功耗將增大，并且電池必須甚至更加頻繁地再充電。因此存在對于降低功耗以增加充電之間的時間的需要。此外，該裝置的二氧化碳“足跡”將更小。W02009/080110描述了組合兩個天線單元的裝置，其使用射束形成網(wǎng)絡并由此優(yōu)化天線增益和對環(huán)境的極化。然而，天線的數(shù)量和活躍無線電的數(shù)量是固定的。MMO系統(tǒng)中的移動電話或構成用戶終端的另一無線寬帶裝置可經(jīng)歷秩I信道，或沒有對于高數(shù)據(jù)速率的需要。例如，在用戶終端與基站之間的視線情形中，除非鏈路兩端具有雙極化天線，否則傳播信道經(jīng)常僅支持一個流。在這種情況下，用戶終端不能利用多個流，或者不需要利用多個流。在其它類型節(jié)點(諸如基站和中繼站)中存在類似情況。因而，存在對于節(jié)點中天線和無線電鏈的更有效使用的需要。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是實現(xiàn)節(jié)點中天線和無線電鏈的更有效使用。所述目的借助無線通信系統(tǒng)中的節(jié)點實現(xiàn)，該節(jié)點至少包括第一天線功能、第二天線功能、第一無線電鏈和第二無線電鏈。至少在第一操作模式開始時，每個天線功能連接到對應的無線電鏈。所述節(jié)點還包括開關網(wǎng)絡和射束形成網(wǎng)絡，所述開關網(wǎng)絡至少在第二操作模式開始時設置成將至少一個天線功能與其對應的無線電鏈斷開連接，并經(jīng)由至少部分所述射束形成網(wǎng)絡將所述至少一個斷開連接的天線功能連接到另一個所述對應的無線電鏈，使得至少在第二操作模式開始時至少兩個天線功能連接到相同無線電鏈。該節(jié)點設置成借助所述射束形成網(wǎng)絡對于所述至少兩個天線功能執(zhí)行射束形成，該開關網(wǎng)絡設置成在第一模式與第二模式之間切換。所述目的還借助一種在無線通信系統(tǒng)中的方法實現(xiàn)，所述方法包括如下步驟
在第一操作模式開始時，將天線功能連接到對應的無線電鏈，每個天線功能都連接到對應的無線電鏈；
在第二操作模式開始時，將至少一個天線功能與其對應的無線電鏈斷開連接；
經(jīng)由至少部分射束形成網(wǎng)絡將所述至少一個斷開連接的天線功能連接到另一個所述對應的無線電鏈，使得至少兩個天線功能在第二操作模式連接到相同無線電鏈；以及 使用所述射束形成網(wǎng)絡對于所述至少兩個天線功能執(zhí)行射束形成。根據(jù)一個示例，無線電鏈的數(shù)量和天線功能的數(shù)量是相等的，其中在第一操作模式中，每個無線電鏈僅與一個天線功能連接。根據(jù)另一個示例，射束形成網(wǎng)絡包括至少一個相移器和/或至少一個衰減器。根據(jù)另一個示例，所述節(jié)點還包括控制單元，所述控制單元設置成控制所述開關網(wǎng)絡和所述射束形成網(wǎng)絡。根據(jù)另一個示例，天線功能與其斷開連接的那些無線電鏈被關閉。根據(jù)另一個不例，第一操作模式對應于MIMO多輸入多輸出通信。從屬權利要求中公開了其它示例。本發(fā)明的主要優(yōu)點是降低了移動電話和其它類型節(jié)點的能耗。同時，可得到對于多天線運用性能增強技術的可能性。


現(xiàn)在將參考附圖更詳細地描述本發(fā)明，附圖中
圖I示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的節(jié)點的第一示例；
圖2示出了極化天線輻射圖，該極化天線輻射圖示出本發(fā)明的功能；
圖3示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的節(jié)點的第二示例；以及 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實施例方式參考圖1，示出了第一示例，在無線通信系統(tǒng)中存在用戶終端1，用戶終端I包括第一天線功能2、第二天線功能3、第一無線電鏈4和第二無線電鏈5。根據(jù)本發(fā)明，用戶終端I還包括開關網(wǎng)絡6和射束形成網(wǎng)絡7，其中開關網(wǎng)絡6包括第一開關8。用戶終端還包括第二開關％。每個開關8、9b可各處于兩種狀態(tài)中的任一狀態(tài)、第一狀態(tài)或第二狀態(tài)。第一狀態(tài)由虛線指示，并且第二狀態(tài)由實線指示。射束形成網(wǎng)絡7包括第一連接7a和第二連接7b，其中第一連接7a連接到開關網(wǎng)絡6，并且第二連接7b連接到第二開關％。在其第一狀態(tài)，第一開關8將第一天線功能2連接到第一無線電鏈4，并且在其第二狀態(tài)，第一開關8將第一天線功能2連接到射束形成網(wǎng)絡7的第一連接7a。在其第一狀態(tài)，第二開關9b將射束形成網(wǎng)絡7的第二連接7b與第二天線3和第二無線電鏈5斷開連接，并且在其第二狀態(tài)，第二開關9b將射束形成網(wǎng)絡7的第二連接7b連接到第二天線3和第二無線電鏈5。在第一操作模式，每個開關8、9b都處于其第一狀態(tài)，使得第一天線功能2連接到第一無線電鏈4，并與射束形成網(wǎng)絡7斷開連接，并且第二天線功能3連接到第二無線電鏈
5。射束形成網(wǎng)絡7的第二連接7b與第二天線3和第二無線電鏈5斷開連接。在第二操作模式，每個開關8、9b都處于其第二狀態(tài)，使得第一天線功能2連接到射束形成網(wǎng)絡7的第一連接7a，并與第一無線電鏈4斷開連接，并且射束形成網(wǎng)絡7的第二連接7b連接到第二天線3和第二無線電鏈5。由此，在第二操作模式，天線功能2、3連接到相同無線電鏈5，并借助射束形成網(wǎng)絡7，用戶終端I設置成對于天線功能2、3執(zhí)行射束形成。開關網(wǎng)絡6設置成在第一操作模式與第二操作模式之間切換。 在此示例中，射束形成網(wǎng)絡7包括相移器9，其中控制單元10設置成經(jīng)由第一控制連接12控制這些。該控制單元還設置成經(jīng)由對應的第二控制連接11和第三控制連接13控制開關網(wǎng)絡6和第二開關％?？刂茊卧?0設置成根據(jù)信道執(zhí)行控制，其中控制單元10經(jīng)由對應的第四控制連接14和第五控制連接15連接到第一無線電鏈4和第二無線電鏈5。根據(jù)一個控制替代方案，用戶終端I在第一操作模式中，并經(jīng)由兩個天線功能2、3單獨傳送或接收參考信號?；谛诺篮椭裙烙嫽蚍答?，控制單元10可決定關斷第一無線電鏈4，并按照第二操作模式將兩個天線功能2、3都連接到第二無線電鏈5。在此替代方案中，第二操作模式包括
-將天線功能2、3連接到第二無線電鏈5 ；以及
-在短時間突發(fā)中將天線功能2、3分別連接到第一無線電鏈4和第二無線電鏈5，從而經(jīng)由兩個天線功能2、3單獨傳送或接收參考信號。因而，第二操作模式包括在相當短的時間段切換回第一操作模式，以便在短時間突發(fā)中經(jīng)由兩個天線功能2、3單獨傳送或接收參考信號?；谶@些參考信號，控制單元10可選擇切換回第一操作模式。根據(jù)另一控制替代方案，該用戶不要求高數(shù)據(jù)速率。那么，控制單元10可選擇切換到第二操作模式，直到要求更高數(shù)據(jù)速率為止。根據(jù)又一控制替代方案，用戶想要在用戶終端I中具有低功耗，并且因此人為決定總是使用第二操作模式。圖2舉例說明了當用戶終端根據(jù)第二操作模式工作時可如何使用該射束形成網(wǎng)絡，這意味著兩個天線功能2、3都連接到第二無線電鏈5。該用戶終端(由其輻射圖案23表示)與第一基站24通信，并從第二基站25接收干擾信號。相移器9用于操縱這兩個天線功能的結果輻射圖案23，使得它面對第一基站24并背對第二基站25，將在下面對此進行更詳細討論。為了獲得期望結果，測試相移器9的若干相位設置，這將導致不同形狀的輻射圖案23。期望實現(xiàn)朝向用戶終端與之通信的第一基站24具有高增益并且朝向干擾用戶終端的第二基站25具有低增益的輻射圖案。第一基站24與該用戶終端之間通信鏈路的性能被顯著改進了。
找到該相位設置的備選方式是使用數(shù)值優(yōu)化來最大化SINR (例如梯度搜索)。其它度量(諸如秩指示符或CQI)可用于檢查該通信鏈路的質量。
本發(fā)明可實現(xiàn)在具有多于一個天線和多于一個無線電的任何無線裝置中。例如，如果存在4個天線功能和4個無線電鏈，則所有4個天線功能都可連接到I個無線電鏈，而3個無線電鏈被關閉，并且由此節(jié)能。另一替代方案是，將兩個天線功能連接到一個無線電鏈并將其余兩個天線功能連接到另一無線電，而兩個無線電鏈被關閉以節(jié)能。將參考圖3對此進行更詳細描述，圖3示出了具有更一般特征的第二示例。在此，諸如用戶終端I’等節(jié)點包括第一天線功能15、第二天線功能16、第三天線功能17和第四天線功能18。該節(jié)點還包括開關網(wǎng)絡6’和射束形成網(wǎng)絡7’并且還有第一無線電鏈19、第二無線電鏈20、第三無線電鏈21和第四無線電鏈22。節(jié)點I’也包括控制單元，與上面第一示例中一樣，該控制單元為了清楚起見而未示出。在此，第一示例的第二開關應該理解為實現(xiàn)在射束形成網(wǎng)絡7’中，其在此當然由三個開關構成。指示了三個不同狀態(tài)，其中第一狀態(tài)對應于根據(jù)上面第一示例的第一操作模式，并且第二狀態(tài)和第三狀態(tài)對應于根據(jù)上面第一不例的第二操作模式。在第一狀態(tài)，如在射束形成網(wǎng)絡7’與無線電鏈19、20、21、22之間用實線所指示的，所有天線功能15、16、17、18都連接到所有無線電鏈19、20、21、22。在第二狀態(tài)，如在射束形成網(wǎng)絡7’與無線電鏈19、20、21、22之間用虛線所指示的，天線功能15、16、17、18連接到第二無線電鏈20、第三無線電鏈21和第四無線電鏈22，第一無線電鏈19被斷開連接并關閉。在第三狀態(tài)，如在射束形成網(wǎng)絡7’與無線電鏈19、20、21、22之間用點劃線所指示的，天線功能15、16、17、18連接到第三無線電鏈21和第四無線電鏈22，第一無線電鏈19和第二無線電鏈20被斷開連接并關閉。上面討論的有關開關網(wǎng)絡控制的控制替代方案當然可應用于第二示例，并且可應用于使用本發(fā)明的任何配置。關閉移動電話I中的無線電相當于降低ΜΜ0(多輸入多輸出)系統(tǒng)中那個天線端口上的SINR。因此，利用MMO通信的移動系統(tǒng)將這看作好像減少了可能流的數(shù)量，并相應地行動。因此，在用戶終端I中實現(xiàn)的所提出概念不要求移動系統(tǒng)中的任何改變。參考圖4，本發(fā)明還涉及一種在無線通信系統(tǒng)中的方法，該方法包括如下步驟
101 :至少在第一操作模式開始時，將天線功能連接到對應的無線電鏈，每個天線功能
都連接到對應的無線電鏈；
102:至少在第二操作模式開始時，將至少一個天線功能與其對應的無線電鏈斷開連
接;
103 :經(jīng)由至少部分射束形成網(wǎng)絡將所述至少一個斷開連接的天線功能連接到另一個所述對應的無線電鏈，使得至少兩個天線功能至少在第二操作模式開始時連接到相同無線電鏈；以及
104:使用所述射束形成網(wǎng)絡對于所述至少兩個天線功能執(zhí)行射束形成。本發(fā)明不限于上面的示例，而是可在所附權利要求書的范圍內自由改變。例如，天線功能與其斷開連接的那些無線電鏈可以關閉或者可以不關閉。應該注意，盡管某些開關狀態(tài)在某一操作模式是明顯的，但這些一般應該看作至少在某一操作模式開始時是明顯的。優(yōu)選地，第一操作模式對應于MMO通信。對只使用一個相移器的擴展是以作為“相位-功率轉換器”的配置來使用兩個相移器和混合組合器。用這種方式，兩個天線功能的相位和幅度都可借助兩個相移器來控制。射束形成網(wǎng)絡7、7’可具有任何適當形式，并且根據(jù)天線功能和無線電鏈的數(shù)量可包括任何適當組件。例如，示出射束形成網(wǎng)絡7包括衰減器9a。開關網(wǎng)絡6被描述為僅包括一個開關8。當然，開關網(wǎng)絡6中開關的數(shù)量和配置可根據(jù)天線功能和無線電鏈的數(shù)量而改變?？梢杂萌魏芜m當技術(優(yōu)選為半導體技術)來實現(xiàn)這些開關。上面示例提到節(jié)點或用戶終端，其中節(jié)點是最通用的術語。節(jié)點可指的是任·何類型用戶終端，諸如移動電話或膝上型計算機。節(jié)點也可以指的是任何類型的裝備(installation),諸如基站或中繼站。第二開關9b用于隔離第二天線功能3與射束形成網(wǎng)絡7的第二連接7b。這種隔離可能不是必要的，并且也可用其它適當方式實現(xiàn)。第二開關或對應開關(如在第二示例中所指示的那樣)可包含在射束形成網(wǎng)絡7’中。開關網(wǎng)絡6和射束形成網(wǎng)絡7、7’可包含在一個公共單元中。所討論的有關如何控制開關狀態(tài)的控制替代方案僅是可如何執(zhí)行這種控制的示例。許多其它類型的控制當然是也可想到的。本發(fā)明涉及關斷節(jié)點中的一個或多個無線電，同時保持對所有天線具有訪問權的好處。如何執(zhí)行這些天線的射束形成或組合不在本發(fā)明范圍內，不過在說明書中提供了有關如何找到期望相位設置的一些示例。這些當然應該僅視為示例。在節(jié)點中應該存在至少兩個天線功能和至少兩個無線電鏈。 這些天線功能可具有任何適當形式，其取決于目前的應用。在移動電話中，天線功能可由小的彎彎曲曲的傳送線構成，并且在基站中，它可包括陣列天線。
權利要求
1.一種在無線通信系統(tǒng)中的節(jié)點(I)，所述節(jié)點(I)至少包括第一天線功能(2)、第二天線功能(3)、第一無線電鏈(4)和第二無線電鏈(5)，其中至少在第一操作模式開始時，每個天線功能(2，3)連接到對應的無線電鏈(4，5)，其特征在于所述節(jié)點還包括開關網(wǎng)絡(6)和射束形成網(wǎng)絡(7)，所述開關網(wǎng)絡(6)至少在第二操作模式開始時設置成將至少一個天線功能(2)與其對應的無線電鏈(4)斷開連接，并經(jīng)由至少部分所述射束形成網(wǎng)絡(7)將所述至少一個斷開連接的天線功能(2)連接到另一個所述對應的無線電鏈(5)，使得至少在第二操作模式開始時至少兩個天線功能(2，3)連接到相同無線電鏈(5)，其中所述節(jié)點(I)設置成借助所述射束形成網(wǎng)絡(7)對于所述至少兩個天線功能(2，3)執(zhí)行射束形成，所述開關網(wǎng)絡(6)設置成在第一模式與第二模式之間切換。
2.如權利要求I所述的節(jié)點，其特征在于無線電鏈的數(shù)量和天線功能的數(shù)量是相等的，其中在第一操作模式中，每個無線電鏈僅與一個天線功能連接。
3.如以上權利要求中任一項所述的節(jié)點，其特征在于所述射束形成網(wǎng)絡(7)包括至少一個相移器(9)。
4.如以上權利要求中任一項所述的節(jié)點，其特征在于所述射束形成網(wǎng)絡包括至少一個衰減器(9a)。
5.如以上權利要求中任一項所述的節(jié)點，其特征在于所述節(jié)點還包括控制單元(10)，所述控制單元(10)設置成控制所述開關網(wǎng)絡(6)和所述射束形成網(wǎng)絡(7)。
6.如權利要求5所述的節(jié)點，其特征在于所述控制單元(10)設置成根據(jù)信道來控制所述開關網(wǎng)絡(6)和所述射束形成網(wǎng)絡(7)。
7.如以上權利要求中任一項所述的節(jié)點，其特征在于在另外操作模式中，另外天線功能(15，16，17，18)設置成連接到已經(jīng)連接到至少一個天線功能的無線電鏈(19，20，21，22)。
8.如以上權利要求中任一項所述的節(jié)點，其特征在于天線功能(2)與其斷開連接的那些無線電鏈(4)被關閉。
9.如以上權利要求中任一項所述的節(jié)點，其特征在于在第二操作模式中，所述控制單元設置成切換回第一操作模式，從而允許執(zhí)行對所述信道的測量。
10.如以上權利要求中任一項所述的節(jié)點，其特征在于第一操作模式對應于MMO多輸入多輸出通信。
11.一種在無線通信系統(tǒng)中的方法，所述方法包括如下步驟 (101)在第一操作模式開始時將天線功能連接到對應的無線電鏈，每個天線功能都連接到對應的無線電鏈， 其特征在于，所述方法還包括如下步驟 (102)在第二操作模式開始時，將至少一個天線功能與其對應的無線電鏈斷開連接； (103)經(jīng)由至少部分射束形成網(wǎng)絡將所述至少一個斷開連接的天線功能連接到另一個所述對應的無線電鏈，使得至少兩個天線功能在第二操作模式連接到相同無線電鏈；以及 (104)使用所述射束形成網(wǎng)絡對于所述至少兩個天線功能執(zhí)行射束形成。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于無線電鏈的數(shù)量和天線功能的數(shù)量是相等的，其中在第一操作模式中，每個無線電鏈僅與一個天線功能連接。
13.如權利要求11-12中任一項所述的方法，其特征在于所述射束形成網(wǎng)絡(7)使用至少一個相移器(9)和/或至少一個衰減器(9a)。
14.如權利要求11-13中任一項所述的方法，其特征在于根據(jù)所述信道來控制所述開關網(wǎng)絡(6)和所述射束形成網(wǎng)絡(7)。
15.如權利要求11-14中任一項所述的方法，其特征在于在第二操作模式中，通過切換回第一操作模式來執(zhí)行對所述信道的測量。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)中的節(jié)點(1)，節(jié)點(1)至少包括第一和第二天線功能(2,3)以及第一和第二無線電鏈(4,5)。至少在第一操作模式開始時，每個天線功能(2,3)連接到對應的無線電鏈(4,5)。該節(jié)點還包括開關網(wǎng)絡(6)和射束形成網(wǎng)絡(7)，該開關網(wǎng)絡(6)至少在第二操作模式開始時設置成將至少一個天線功能(2)與其對應的無線電鏈(4)斷開連接，并經(jīng)由至少部分射束形成網(wǎng)絡(7)將它連接到另一個無線電鏈(5)，使得至少兩個天線功能(2,3)連接到相同無線電鏈(5)。該節(jié)點(1)設置成借助所述射束形成網(wǎng)絡(7)對于所述至少兩個天線功能(2,3)執(zhí)行射束形成，所述開關網(wǎng)絡(6)設置成在第一模式與第二模式之間切換。
文檔編號H01Q3/24GK102918707SQ201080067371
公開日2013年2月6日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權日2010年6月11日
發(fā)明者A.尼爾森, A.德納伊德, J.弗里登, L.曼霍爾姆 申請人:瑞典愛立信有限公司