專利名稱：一種智能分布式天線系統(tǒng)的構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及一種移動通信技術(shù)，更確切地說是涉及一種蜂窩移動通信系統(tǒng)中的智能的分布式天線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
多入多出(MIMO)技術(shù)是現(xiàn)代移動通信技術(shù)領(lǐng)域中的一項重要的技術(shù)，特別是在蜂窩移動通信系統(tǒng)中使用多入多出技術(shù)后，可大大增加系統(tǒng)容量、提高系統(tǒng)性能等。應(yīng)用多入多出技術(shù)的系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)是基站由N只天線單元和射頻收發(fā)信機(jī)構(gòu)成的天線陣(列)、饋線電纜、基帶處理器等組成，移動臺由M只天線單元和射頻收發(fā)信機(jī)構(gòu)成的天線陣(列)、饋線電纜、基帶處理器等組成。基站和移動臺之間構(gòu)成了N×M的多入多出通信系統(tǒng)。
數(shù)字波束形成(DBF)技術(shù)(參見“自適應(yīng)濾波”，龔耀寰編著，電子工業(yè)出版社，2003.7)是現(xiàn)代移動通信技術(shù)領(lǐng)域中的另一項重要的技術(shù)，它是采用數(shù)字方式實現(xiàn)空域濾波的一項技術(shù)?？沼驗V波是用一定形狀的波束來通過有用信號或需要方向的信號，并抑制不需要方向的干擾，因而又稱波束形成。
分布式天線系統(tǒng)(DAS)是現(xiàn)代移動通信技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，分布式天線系統(tǒng)可以用于對抗大尺度衰落，特別是可以用于對抗由于建筑物或其它物體遮擋造成的陰影衰落。分布式天線系統(tǒng)也減少了移動臺與基站間的接入距離，因此節(jié)省了功率。分布式天線系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是基站由N只天線單元和射頻收發(fā)信機(jī)構(gòu)成的天線陣(列)、饋線電纜、基帶處理器等組成，但基站的N只天線單元和射頻收發(fā)信機(jī)分布在由基站所覆蓋區(qū)域內(nèi)的不同地點處，通過饋線電纜與基站處理器相連接。
目前的分布式天線系統(tǒng)的主要用途是用來解決系統(tǒng)的覆蓋問題，移動臺在基站覆蓋區(qū)域內(nèi)由覆蓋這個區(qū)域的某個天線覆蓋。隨著現(xiàn)代無線通信的發(fā)展，需要系統(tǒng)提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，因此在現(xiàn)有的分布式天線系統(tǒng)中也有考慮使用MIMO技術(shù)的，但都是考慮將覆蓋某個區(qū)域的天線單元增加為天線陣(列)，則移動臺在基站覆蓋區(qū)域內(nèi)由覆蓋這個區(qū)域的某個天線陣(列)覆蓋，形成MIMO通信系統(tǒng)。實質(zhì)上，這樣的MIMO系統(tǒng)收發(fā)兩端的天線陣(列)都是集中放置的，那么天線單元間存在一定的相關(guān)性，在相關(guān)性強(qiáng)的時候，如信道為萊斯(Ricean)信道或視距路徑(LOS)信道等信道條件下，系統(tǒng)的性能將急劇降低。因此迫切需要解決在相關(guān)性強(qiáng)的信道條件下一般多入多出通信系統(tǒng)性能下降的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種智能的分布式天線系統(tǒng)的構(gòu)造方法，采用本發(fā)明方法構(gòu)造的智能的分布式天線系統(tǒng)，結(jié)合MIMO技術(shù)和DBF技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)空間分集和空分多址，在改善小區(qū)覆蓋的同時大大增加移動通信系統(tǒng)的容量并提供更靈活的多址方式。
本發(fā)明提供的一種智能的分布式天線系統(tǒng)的構(gòu)造方法，其特征是采用下面步驟步驟1選擇K只天線單元及對應(yīng)的K個射頻收發(fā)信機(jī)構(gòu)成組成一個天線子陣；其中，K的數(shù)目大于或等于1，K值選取的方法是根據(jù)實際的覆蓋范圍和業(yè)務(wù)量需要選取覆蓋范圍和業(yè)務(wù)量越大則K值應(yīng)越大，但成本會越高；K只天線單元之間的間距按照K只天線單元之間使用DBF技術(shù)要求確定，K只天線單元之間的間距通常較小，如在線形天線陣中天線單元之間的間距小于四分之一載波波長；步驟2選擇M個由步驟1構(gòu)成的天線子陣組成一個天線陣；其中，M的數(shù)目大于或等于1，M值選取的方法是根據(jù)實際的覆蓋范圍和業(yè)務(wù)量需要選取覆蓋范圍和業(yè)務(wù)量越大則K值應(yīng)越大，但成本會越高；M組天線子陣之間的間距按照M組天線子陣之間使用MIMO技術(shù)要求確定，M組天線子陣之間的間距通常較大，如在線形天線陣中間距一般在載波波長的4倍以上；步驟3選擇N組由步驟2構(gòu)成的天線陣；其中，N的數(shù)目大于1，N值選取的方法是根據(jù)實際的覆蓋范圍和業(yè)務(wù)量需要選取覆蓋范圍和業(yè)務(wù)量越大則N值應(yīng)越大，但成本會越高；步驟4步驟3中選取的N組天線陣根據(jù)無線通信基站所需要覆蓋的小區(qū)范圍和業(yè)務(wù)量及基站覆蓋區(qū)域內(nèi)的信道環(huán)境進(jìn)行放置，構(gòu)成分布式天線系統(tǒng)，實現(xiàn)小區(qū)內(nèi)完全覆蓋以及滿足小區(qū)用戶業(yè)務(wù)需求；該N組天線陣之間通過N組饋線電纜與無線通信基站內(nèi)的基帶處理器連接。
通過以上步驟，就可以構(gòu)成本發(fā)明的智能的分布式天線系統(tǒng)。
需要說明的是，本發(fā)明提供的一種智能的分布式天線系統(tǒng)，包括N(N大于1)組天線陣(列)、N組饋線電纜、包括基帶處理器，分布在同一無線通信基站所覆蓋區(qū)域內(nèi)不同地點的天線陣(列)通過饋線電纜與無線通信基站內(nèi)的基帶處理器連接。所述的N組天線陣(列)中每組由M(M大于或等于1)組天線子陣(列)構(gòu)成，每組天線子陣(列)由K(K大于或等于1)只天線單元及對應(yīng)的K個射頻收發(fā)信機(jī)構(gòu)成，根據(jù)實際不同的天線陣(列)的覆蓋范圍和業(yè)務(wù)量需要，天線子陣(列)的數(shù)目可以選取不同的M，覆蓋的范圍和業(yè)務(wù)量越大則M取值越大，同理，不同的天線子陣(列)中的天線單元及射頻收發(fā)信機(jī)數(shù)目K值也根據(jù)天線子陣(列)的覆蓋范圍和業(yè)務(wù)量可以不同，N組天線陣(列)根據(jù)無線通信基站所需要覆蓋的小區(qū)范圍和業(yè)務(wù)量及基站覆蓋區(qū)域內(nèi)的信道環(huán)境進(jìn)行放置，實現(xiàn)小區(qū)內(nèi)完全覆蓋以及滿足小區(qū)用戶業(yè)務(wù)需求；在同一天線陣(列)中，為了使用MIMO技術(shù)，M組天線子陣(列)的間距通常較大(消除它們之間的相關(guān)性，如在線形天線陣中間距一般在載波波長的4倍以上)，在同一天線子陣(列)中，為了使用DBF技術(shù)，K只天線單元的間距通常較小(保證它們之間的高相關(guān)性，如在線形天線陣中間距通常小于四分之一載波波長)；所述的N組饋線電纜內(nèi)每組電纜的數(shù)目對應(yīng)于所連接天線陣(列)內(nèi)射頻收發(fā)信機(jī)的數(shù)目；所述的基帶處理器主要根據(jù)移動臺所處地理位置、信道條件和業(yè)務(wù)需求，采用不同的發(fā)射方案和選擇不同的發(fā)射天線，實現(xiàn)數(shù)字信號處理、空時頻MIMO處理、上下行波束形成等功能；所述的天線陣(列)中M組天線子陣(列)排列既可以是線形排列，又可以是圓形排列、陣列排列等其它用于天線陣列的排列方式；所述的天線子陣(列)中K只天線單元排列既可以是線形排列，又可以是圓形排列等其它天線陣列排列方式。
所述的不同地點包括一個無線通信基站所服務(wù)的小區(qū)內(nèi)不同建筑物、由一個無線通信基站所服務(wù)的一幢大樓內(nèi)的不同樓層或同一樓層的不同地點。
所述的N組天線陣(列)中的天線單元是使用相同的載波頻率、相同的時隙和相同的碼道。
本發(fā)明的核心創(chuàng)新是將MIMO技術(shù)和DBF技術(shù)同時與分布式天線系統(tǒng)相結(jié)合形成新的智能的分布式天線系統(tǒng)。具體思想是無線通信基站端的基帶處理器通過天線陣(列)和移動臺通信的信道信息及傳輸速率和傳輸質(zhì)量的需求選擇與移動臺進(jìn)行通信的通信方式和使用的天線子陣(列)，實現(xiàn)數(shù)字信號處理、空時頻MIMO處理、上下行波束形成等處理，則無線通信基站與移動臺建立起多種方式(單入單出、單入多出、多入單出或多入多出)的無線通信。所選擇的天線子陣(列)可以是一個或多個，當(dāng)選擇多個天線子陣(列)時，所選擇的天線子陣(列)可以來自不同的天線陣(列)。同一天線陣(列)內(nèi)多個天線天線子陣(列)根據(jù)業(yè)務(wù)量需求可以選擇與同一移動臺或與不同移動臺進(jìn)行通信。同一天線子陣(列)內(nèi)多個天線單元間采用DBF技術(shù)與同一移動臺進(jìn)行通信。當(dāng)只選擇一個天線子陣(列)與一個移動臺通信，則無線通信基站與移動臺之間建立了單入單出(或單入多出，此時移動臺采用多天線接收)的通信方式。當(dāng)選定了多個天線子陣(列)與一個移動臺通信，無線通信基站與移動臺之間建立了多入單出(或多入多出，此時移動臺采用多天線接收)的通信方式。
本發(fā)明的實質(zhì)是由K個天線單元511、512……5MK(如圖2所示)和對應(yīng)的K個射頻收發(fā)信機(jī)411、412……4MK(如圖2所示)組成天線子陣(列)31、32……3M(如圖2所示)，由M組天線子陣(列)構(gòu)成一組天線陣(列)2i(如圖2所示)，N組分布在基站覆蓋區(qū)域內(nèi)的天線陣(列)21、22……2N(如圖1所示)通過N組饋線電纜131、132……13N(如圖1所示)和基帶處理器11(如圖1所示)相連接，基帶處理器11根據(jù)移動臺的信道環(huán)境和業(yè)務(wù)需求在整個基站覆蓋區(qū)域內(nèi)選擇合適的發(fā)射方案和天線子陣(列)，和移動臺建立多種方式(單入單出、單入多出、多入單出或多入多出)的無線通信鏈路。
本發(fā)明的有益效果是采用本發(fā)明方法構(gòu)造的智能的分布式天線系統(tǒng)與現(xiàn)有的天線系統(tǒng)相比，同時具備多入多出(MIMO)技術(shù)和數(shù)字波束形成(DBF)技術(shù)的優(yōu)點，因此本發(fā)明方法構(gòu)造的智能的分布式天線系統(tǒng)具有較高的傳輸速率、覆蓋質(zhì)量以及較高的系統(tǒng)通信容量；同時它又具有較短的通信設(shè)備接入系統(tǒng)的距離、節(jié)省能量和減少電磁污染和更靈活的多址方式等特點。


圖1是本發(fā)明的智能的分布式天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中11是基站端的基帶處理器，131、132……13N是N組饋線電纜，21、22……2N是天線陣(列)，N是正整數(shù)。
圖2是天線陣(列)結(jié)構(gòu)中31、32……3M是天線子陣(列)，511、512……5MK是天線單元，411、412……4MK是射頻收發(fā)信機(jī)，M是正整數(shù)。
圖3是按照本發(fā)明方法構(gòu)造的一個移動基站應(yīng)用覆蓋小區(qū)的結(jié)構(gòu)示意中21，22……28是連接到基站處理器上的8個天線陣(列)，61、62、63是3個移動臺。
圖4是MIMO原理中71是基帶處理器，72是饋線電纜，73是射頻收發(fā)信機(jī)，74是天線單元。
圖5是分步式天線系統(tǒng)原理中81是基帶處理器，82是饋線電纜，83是射頻收發(fā)信機(jī)，84是天線單元。
圖6是本發(fā)明方法流程框圖具體實施方式
在本發(fā)明的智能的分布式天線系統(tǒng)中，使用者可根據(jù)系統(tǒng)實際需求靈活配置天線陣(列)，基站的基帶處理器可根據(jù)覆蓋區(qū)域內(nèi)移動臺實際所處環(huán)境和實際需求靈活選擇發(fā)射方案并選擇與之通信的天線陣(列)或天線子陣(列)，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字波束形成及空時頻MIMO處理。
下面結(jié)合實施例及附圖具體進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)。
參見圖3，下面以一個小區(qū)無線通信系統(tǒng)為例。假設(shè)系統(tǒng)中的一個基站由8個天線陣(列)構(gòu)成的，每個天線陣(列)由4個天線子陣(列)構(gòu)成，每個天線子陣(列)由4個天線單元構(gòu)成。移動臺有4個(組)收發(fā)天線，系統(tǒng)可以根據(jù)移動臺的具體位置提供多種基站和移動臺間的通信方案。
方案一移動臺63(如圖3)只處于一個天線陣(列)22(如圖3)的覆蓋下，移動臺63只能和這個天線陣(列)22建立無線通信。根據(jù)實際需求，系統(tǒng)選擇移動臺63同天線陣(列)22中的其中一組天線子陣(列)建立4×1的無線通信鏈路，或者選擇移動臺63同天線陣(列)22中的4組天線子陣(列)建立4×4的MIMO無線通信鏈路。
方案二移動臺61(如圖3)處于6個天線陣(列)21、23、24、25、26和27(如圖3)的覆蓋下，根據(jù)實際需求，系統(tǒng)選擇移動臺61分別同天線陣(列)21、23、25和27中的一個天線子陣(列)共4個天線子陣(列)建立通信，構(gòu)成了4×4的MIMO無線通信鏈路。
方案三移動臺64(如圖3)處于2個天線陣(列)21、28(如圖3)的覆蓋下，且天線陣(列)28的4個天線子陣(列)的相關(guān)性太強(qiáng)，不適合使用MIMO技術(shù)，根據(jù)實際需求，系統(tǒng)選擇移動臺64同天線陣(列)21中的3個天線子陣(列)和天線陣(列)28中的一個天線子陣(列)共4個天線陣(列)建立通信，構(gòu)成了4×4的MIMO無線通信鏈路。
方案四在第二種情況存在的情況下，移動臺61(如圖3)和移動臺62(如圖3)處于同一地點的，根據(jù)實際需求，系統(tǒng)選擇移動臺62同移動臺61沒選擇的天線陣(列)24和26中的天線子陣(列)建立無線鏈路和基站進(jìn)行無線通信。需要特別指出的是，此時，同處一個基站覆蓋小區(qū)的移動臺61和移動臺62與基站通信時是使用同一時隙、同一頻率和同一碼道。此時，與傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)相比系統(tǒng)容量極大提高，并且提供了更加靈活的多址方式。
權(quán)利要求
1.一種智能的分布式天線系統(tǒng)的構(gòu)造方法，其特征是采用下面步驟步驟1選擇K只天線單元及對應(yīng)的K個射頻收發(fā)信機(jī)構(gòu)成組成一個天線子陣；其中，K的數(shù)目大于或等于1，K值選取的方法是根據(jù)實際的覆蓋范圍和業(yè)務(wù)量需要選取覆蓋范圍和業(yè)務(wù)量越大則K值應(yīng)越大，但成本會越高；K只天線單元之間的間距按照K只天線單元之間使用DBF技術(shù)要求確定；步驟2選擇M個由步驟1構(gòu)成的天線子陣組成一個天線陣；其中，M的數(shù)目大于或等于1，M值選取的方法是根據(jù)實際的覆蓋范圍和業(yè)務(wù)量需要選取覆蓋范圍和業(yè)務(wù)量越大則K值應(yīng)越大，但成本會越高；M組天線子陣之間的間距按照M組天線子陣之間使用MIMO技術(shù)要求確定；步驟3選擇N組由步驟2構(gòu)成的天線陣；其中，N的數(shù)目大于1，N值選取的方法是根據(jù)實際的覆蓋范圍和業(yè)務(wù)量需要選取覆蓋范圍和業(yè)務(wù)量越大則N值應(yīng)越大，但成本會越高；步驟4步驟3中選取的N組天線陣根據(jù)無線通信基站所需要覆蓋的小區(qū)范圍和業(yè)務(wù)量及基站覆蓋區(qū)域內(nèi)的信道環(huán)境在不同地點進(jìn)行放置，構(gòu)成分布式天線系統(tǒng)，實現(xiàn)小區(qū)內(nèi)完全覆蓋以及滿足小區(qū)用戶業(yè)務(wù)需求；該N組天線陣之間通過N組饋線電纜與無線通信基站內(nèi)的基帶處理器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能的分布式天線系統(tǒng)的構(gòu)造方法，其特征是所述的天線陣中M組天線子陣排列既可以是線形排列方式，又可以是圓形排列方式、陣列排列等天線排列方式；所述的天線子陣中K只天線單元排列既可以是線形排列方式，又可以是圓形排列方式、陣列排列等天線排列方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能的分布式天線系統(tǒng)的構(gòu)造方法，其特征是所述的K只天線單元在線形天線陣中天線單元之間的間距小于四分之一載波波長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能的分布式天線系統(tǒng)的構(gòu)造方法，其特征是所述的M組天線子陣在線形天線陣中M組天線子陣之間的間距大于載波波長的4倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能的分布式天線系統(tǒng)的構(gòu)造方法，其特征是所述的N組天線陣中的天線單元是使用相同的載波頻率、相同的時隙和相同的碼道。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種智能的分布式天線系統(tǒng)的構(gòu)造方法，其特征在于所述的基帶處理器具有天線選擇及發(fā)射方案選擇和數(shù)字波束形成及空時頻MIMO處理等信號處理功能。
7.按照權(quán)利要求1所述的一種智能的分布式天線系統(tǒng)的構(gòu)造方法，其特征在于所述的天線陣中，不同的天線陣中天線子陣的數(shù)目可以選取不同的M，同一天線陣內(nèi)M個天線天線子陣根據(jù)業(yè)務(wù)量需求可以選擇與同一移動臺或與不同移動臺進(jìn)行通信，同理不同的天線子陣中的天線單元及射頻收發(fā)信機(jī)數(shù)目K值也可以不同，同一天線子陣內(nèi)多個天線單元間與同一移動臺進(jìn)行通信。
8.按照權(quán)利要求1所述的一種智能的分布式天線系統(tǒng)的構(gòu)造方法，其特征在于所述的不同地點包括一個無線通信基站所服務(wù)的小區(qū)內(nèi)不同建筑物、由一個無線通信基站所服務(wù)的一幢大樓內(nèi)的不同樓層或同一樓層的不同地點。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種智能的分布式天線系統(tǒng)的構(gòu)造方法，它是由K個天線單元和對應(yīng)的K個射頻收發(fā)信機(jī)組成天線子陣，由M組天線子陣構(gòu)成一組天線陣，A組分布在基站覆蓋區(qū)域內(nèi)的天線陣通過N組饋線電纜和基帶處理器相連接，基帶處理器根據(jù)移動臺的信道環(huán)境和業(yè)務(wù)需求在整個基站覆蓋區(qū)域內(nèi)選擇合適的發(fā)射方案和天線子陣，和移動臺建立多種方式的無線通信鏈路。采用本發(fā)明的系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮波束形成技術(shù)和MIMO技術(shù)的優(yōu)勢，在改善小區(qū)覆蓋能力的同時極大地增加系統(tǒng)容量，并提供更為靈活的多址接入。
文檔編號H04B7/04GK1933356SQ20051002165
公開日2007年3月21日 申請日期2005年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月12日
發(fā)明者羅濤, 徐曉軍, 王軍, 文宇, 李少謙 申請人:電子科技大學(xué), 華為技術(shù)有限公司