CN105375963A - 一种用于微小区基站的辐射图可配置的天线 - Google Patents

一种用于微小区基站的辐射图可配置的天线 Download PDF

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徐朝军
沈钢
郑武
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Abstract

本发明涉及一种用于无线通信***中的微小区基站的辐射图可配置的天线，其包括第一天线，其被配置为提供基本覆盖范围，以使得所有在所述辐射图可配置的天线的覆盖范围之内的用户设备能够获取基本的***和控制信息并且接入网络；天线控制模块，其被配置为从基带获取第一信息并且据此产生第一控制信号；以及至少一个第二天线，其与所述天线控制模块相耦接并且根据所述第一控制信号产生第一波束图。依据本发明的天线能够应用于微小区基站，其具有至少一个第二天线和天线控制模块，从而使得该天线控制模块能够根据从基带之中所获取的信息产生控制信号以便控制该第一天线和至少一个第二天线的波束成形，形成相应的波束图来最大化无线资源的利用。

Description

一种用于微小区基站的辐射图可配置的天线
技术领域
本发明涉及无线通信领域，更具体地，涉及一种用于无线通信***中的微小区基站的辐射图可配置的天线。
背景技术
微小区基站(BS)被设计用于典型地为较少数量的用户设备(UE)服务并且通常部署在移动网络的热点区域或者室内环境之中。因为微小区被期望用于为多个静态的本地区域的用户提供服务，所以传输波束成形则成为提高***能力、覆盖范围以及能源利用率的关键技术之一，以便形成朝向所期望的用户的定向的波束，同时在干扰方向形成零陷。波束成形的传统的方式在于使用天线阵列。然而，对于微小区基站来说，其基本形式应该是低成本并且被限定为小的尺寸的，所以多天线和射频前端在一个平台之上将会导致增加了的尺寸、成本以及复杂度。因此，低成本的波束成形解决方案对于微小区基站来说则是值得期待的。
另一方面，当传输能量(波束)聚焦在激活的用户设备之上用于链路质量增强或者数据率提高时，对于其他非激活的用户来说，例如需要初始化接入过程(获取同步和小区***信息)的新进入的用户设备或者需要随机接入或者获取寻呼信息的RRC-空闲的用户设备，如何去保证这些用户设备的基本的覆盖范围则是一个大问题。特别地，对于不传输上行链路信号的空闲用户设备来说，基站甚至不能通过上行链路DOA估计来获取其位置信息。
传统的波束成形由天线阵列以模拟的或者数字的方式来实现。这样的方式是有效率的，但是对于考虑多射频前端、增加了的空间占用以及用于DOA估计的阵列信号处理的计算负担的微小区基站来说则是不合适的。
在已出版的论文中所出现的绝大多数波束控制机制仅仅提供了用于无线信道质量或者***能力改进的基于传统天线阵列的波束成形优化算法。据本发明的发明人的知识来说，在考虑真实的LTE***的更为实际的问题时并未在基站中应用可配置的天线。甚至对于传统的波束成形***来说，不同的用户状态(即激活或者空闲状态)也并未加以考虑并且在实施波束成形时也并未加以区别对待，这将导致非激活用户的覆盖范围的问题的出现。
发明内容
本发明提出了一种用于LTE微小区基站的、基于辐射方向可配置的天线的低成本的解决方案，由此能够显著地降低成本、重量、体积等。本发明还提供了一种相应的波束控制机制，以便在实现激活的用户设备的提高了的数据率的同时确保所有的(激活的和空闲的)用户的基本的覆盖范围。
根据上述对背景技术以及存在的技术问题的理解，本发明提出了一种用于无线通信***中的微小区基站的辐射图可配置的天线，所述天线包括：
第一天线，其被配置为提供基本覆盖范围，以使得所有在所述辐射图可配置的天线的覆盖范围之内的用户设备能够获取基本的***和控制信息并且接入网络；
天线控制模块，其被配置为从基带获取第一信息并且据此产生第一控制信号；以及
至少一个第二天线，其被配置为与所述天线控制模块相耦接并且根据所述第一控制信号产生第一波束图。
依据本发明的辐射图可配置的天线能够应用于微小区基站，其有别于传统的微小区基站而具有至少一个第二天线，此外还具有一个天线控制模块，从而使得该天线控制模块能够根据从基带之中所获取的信息产生控制信号以便控制该第一天线和至少一个第二天线的波束成形，形成相应的波束图来最大化无线资源的利用。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线和所述至少一个第二天线具有共同的射频前端。以这样的方式能够简化天线的结构并且降低天线的制造成本。
在依据本发明的一个实施例之中，在所述射频前端和所述第一天线以及所述至少一个第二天线之间设置有功率分配器，所述功率分配器被配置为为所述第一天线和所述至少一个第二天线分配相应的功率。以这样的方式便能借助于功率分配器来为相应的天线分配合适的功率，已达到最大化地利用现有硬件资源的作用。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线和所述至少一个第二天线分别具有第一射频前端和第二射频前端。以这样的方法，便能以具有独立的射频前端为代价来使得独立的第一和第二天线能够发射具有相应的辐射图的信号，以便与在天线的不同方向的用户设备分别进行通信。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线还被配置为与所述天线控制模块相耦接并且根据所述第一控制信号产生第二波束图以便在不需要向空闲的用户设备发送下行信号的时隙或者子帧之上被配置为为激活的用户设备提供相应于所述第二波束图的波束成形。以这样的方式使得第一天线不仅仅被配置为提供基本覆盖范围，以使得所有在所述辐射图可配置的天线的覆盖范围之内的用户设备能够获取基本的***和控制信息并且接入网络，而且还将在不需提供相应的下行信号之时能够充分利用该第一天线的无线资源用于其他激活的用户设备以便最大化所具有的无线资源的利用效率。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线还被配置为全向天线或者宽波束模式。以这样的方式便能提供最为全面的基本覆盖，以使得所有在所述辐射图可配置的天线的覆盖范围之内的用户设备能够获取基本的***和控制信息并且接入网络。
在依据本发明的一个实施例之中，所述天线控制模块还被控制为控制所述第一天线和所述至少一个第二天线的极化、波束成形图以及频率范围。本领域的技术人员应当了解，该天线控制模块还能够控制其他的天线参数。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线和所述至少一个第二天线在放置时通过空间隔离或正交极化的方式来降低所述第一天线和所述至少一个第二天线之间的相互干扰。在此，所给出的实施方式仅仅是示例性的而非限制性的，只要是能够减轻两个或者多个天线之间的相互干扰的天线布置方式均是可行的。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线和/或所述至少一个第二天线根据其各自的波束图配置扫描用户设备并且根据上行链路信号特征来估计相应的用户设备的到达方向。本领域的技术人员应当了解，在此所描述的扫描的方式仅仅是一种可行的实施方式，其他的用于识别或者估计用户设备的到达方向的方法也是可行的。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线和/或所述至少一个第二天线重新扫描用户设备，当出现以下情形中的至少一种时：
-用户设备的接收性能下降并且低于预先给定的阈值；
-新的用户设备连接至所述微小区基站；和/或
-空闲状态的用户设备进入激活状态。
以上这些情况均会使得所描述的微小区基站的天线的覆盖区域内的用户设备的情况发生变化，例如新的用户设备进入了该微小区、原先处于空闲状态的用户设备重新进入了激活的状态之中或者用户设备由于诸如远离该微小区基站而使得接收性能下降等等。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线和/或所述至少一个第二天线采用频分复用的方式形成波束成形与所述用户设备进行通信。本领域的技术人员应当了解，频分复用仅仅是一种示例性的复用方式，其他能够实现相似效果的复用方式同样是适用的。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线和/或所述至少一个第二天线采用时分复用的方式形成波束成形与所述用户设备进行通信。本领域的技术人员应当了解，时分复用仅仅是一种示例性的复用方式，其他能够实现相似效果的复用方式同样是适用的。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线和/或所述至少一个第二天线采用时分频分复用的方式形成波束成形与所述用户设备进行通信。本领域的技术人员应当了解，频分时分复用仅仅是一种示例性的复用方式，其他能够实现相似效果的复用方式同样是适用的。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线和/或所述至少一个第二天线相互独立地在相同的时频资源之上与处于两个不同的方向上的用户设备通信。如此便能实现相互独立的同时使用相同的时频资源，而且相互间的干扰还较小。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一信息包括用户设备的链路质量或者达到方向的信息。
依据本发明的辐射图可配置的天线能够应用于微小区基站，其有别于传统的微小区基站而具有至少一个第二天线，此外还具有一个天线控制模块，从而使得该天线控制模块能够根据从基带之中所获取的信息产生控制信号以便控制该第一天线和至少一个第二天线的波束成形，形成相应的波束图来最大化无线资源的利用。
附图说明
通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1示出了依据本发明所述的用于无线通信***中的微小区基站的辐射图可配置的天线的一个实施例的示意图100；以及
图2示出了依据本发明所述的用于无线通信***中的微小区基站的辐射图可配置的天线的另一个实施例的示意图200。
在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置(模块)或步骤。
具体实施方式
在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。
在本发明中，辐射方向可配置的天线被用于在射频天线控制模块的电子控制之下实施波束成形。对于每个射频天线来说，仅借助于单个射频链便能成形不同的波束模式(differentbeampattern)并且切换到不同的方向之上。
为了同时确保所有的用户设备的基本的覆盖范围和数据增强，在本发明的***之中应用了两个射频天线。如图1所示，示出了两个射频天线，但是共用一个射频前端。RA1用于提供基础的覆盖范围以便确保所有的用户设备能够获取基础的***和控制信息，大体上工作在全向或宽光束模式之下。RA2通过定向波束聚焦来用于激活的用户设备的链路性能增强。在此，功率分配器被用于将输入的总功率分至所连接的两个天线之中。
射频天线控制模块用于从基带获取诸如链路质量或者用户设备的DOA的信息并且将控制信号发送至射频天线以便形成所期望的波束方向。该波束成形也能够和OFDMA时频资源调度相结合以便达到经优化的***能力。
图1中所示出的解决方案的拓展能够使用两个射频链，如图2所示。显然地，这将以增加一套射频前端的额外的代价而带来更灵活的控制和改善了的***性能。在本发明中，在LTE***之中很容易将波束切换与多用户时频资源调度相结合来联合优化，甚至是通过使用朝向间隔开的用户设备的不同的波束而在相同的小区之中用于资源重复利用。
如图1所示，本发明提出了一种用于无线通信***中的微小区基站的辐射图可配置的天线，所述天线包括：
第一天线RA1，其被配置为提供基本覆盖范围，以使得所有在所述辐射图可配置的天线的覆盖范围之内的用户设备能够获取基本的***和控制信息并且接入网络；
天线控制模块，其被配置为从基带获取第一信息并且据此产生第一控制信号；以及
至少一个第二天线RA2，其被配置为与所述天线控制模块相耦接并且根据所述第一控制信号产生第一波束图。
依据本发明的辐射图可配置的天线能够应用于微小区基站，其有别于传统的微小区基站而具有至少一个第二天线，此外还具有一个天线控制模块，从而使得该天线控制模块能够根据从基带之中所获取的信息产生控制信号以便控制该第一天线和至少一个第二天线的波束成形，形成相应的波束图来最大化无线资源的利用。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线和所述至少一个第二天线具有共同的射频前端(如图1所示)。以这样的方式能够简化天线的结构并且降低天线的制造成本。
在依据本发明的一个实施例之中，在所述射频前端和所述第一天线以及所述至少一个第二天线之间设置有功率分配器，所述功率分配器被配置为为所述第一天线和所述至少一个第二天线分配相应的功率。以这样的方式便能借助于功率分配器来为相应的天线分配合适的功率，已达到最大化地利用现有硬件资源的作用。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线和所述至少一个第二天线分别具有第一射频前端和第二射频前端。以这样的方法，便能以具有独立的射频前端为代价来使得独立的第一和第二天线能够发射具有相应的辐射图的信号，以便与在天线的不同方向的用户设备分别进行通信。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线还被配置为与所述天线控制模块相耦接并且根据所述第一控制信号产生第二波束图以便在不需要向空闲的用户设备发送下行信号的时隙或者子帧之上被配置为为激活的用户设备提供相应于所述第二波束图的波束成形。以这样的方式使得第一天线不仅仅被配置为提供基本覆盖范围，以使得所有在所述辐射图可配置的天线的覆盖范围之内的用户设备能够获取基本的***和控制信息并且接入网络，而且还将在不需提供相应的下行信号之时能够充分利用该第一天线的无线资源用于其他激活的用户设备以便最大化所具有的无线资源的利用效率。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线还被配置为全向天线或者宽波束模式。以这样的方式便能提供最为全面的基本覆盖，以使得所有在所述辐射图可配置的天线的覆盖范围之内的用户设备能够获取基本的***和控制信息并且接入网络。
在依据本发明的一个实施例之中，所述天线控制模块还被控制为控制所述第一天线和所述至少一个第二天线的极化、波束成形图以及频率范围。本领域的技术人员应当了解，该天线控制模块还能够控制其他的天线参数。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线和所述至少一个第二天线在放置时通过空间隔离或正交极化的方式来降低所述第一天线和所述至少一个第二天线之间的相互干扰。例如，所述第一天线和所述至少一个第二天线分别被设置在所述辐射图可配置的天线的两端，以降低所述第一天线和所述至少一个第二天线之间的相互干扰。在此，所给出的实施方式仅仅是示例性的而非限制性的，只要是能够减轻两个或者多个天线之间的相互干扰的天线布置方式均是可行的。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线和/或所述至少一个第二天线根据其各自的波束图配置扫描用户设备并且根据上行链路信号特征来估计相应的用户设备的到达方向。本领域的技术人员应当了解，在此所描述的扫描的方式仅仅是一种可行的实施方式，其他的用于识别或者估计用户设备的到达方向的方法也是可行的。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线和/或所述至少一个第二天线重新扫描用户设备，当出现以下情形中的至少一种时：
-用户设备的接收性能下降并且低于预先给定的阈值；
-新的用户设备连接至所述微小区基站；和/或
-空闲状态的用户设备进入激活状态。
以上这些情况均会使得所描述的微小区基站的天线的覆盖区域内的用户设备的情况发生变化，例如新的用户设备进入了该微小区、原先处于空闲状态的用户设备重新进入了激活的状态之中或者用户设备由于诸如远离该微小区基站而使得接收性能下降等等。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线和/或所述至少一个第二天线采用频分复用的方式形成波束成形与所述用户设备进行通信。本领域的技术人员应当了解，频分复用仅仅是一种示例性的复用方式，其他能够实现相似效果的复用方式同样是适用的。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线和/或所述至少一个第二天线采用时分复用的方式形成波束成形与所述用户设备进行通信。本领域的技术人员应当了解，时分复用仅仅是一种示例性的复用方式，其他能够实现相似效果的复用方式同样是适用的。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线和/或所述至少一个第二天线采用时分频分复用的方式形成波束成形与所述用户设备进行通信。本领域的技术人员应当了解，频分时分复用仅仅是一种示例性的复用方式，其他能够实现相似效果的复用方式同样是适用的。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一天线和/或所述至少一个第二天线相互独立地在相同的时频资源之上与处于两个不同的方向上的用户设备通信。如此便能实现相互独立的同时使用相同的时频资源，而且相互间的干扰还较小。
在依据本发明的一个实施例之中，所述第一信息包括用户设备的链路质量或者达到方向的信息。
依据本发明的辐射图可配置的天线能够应用于微小区基站，其有别于传统的微小区基站而具有至少一个第二天线，此外还具有一个天线控制模块，从而使得该天线控制模块能够根据从基带之中所获取的信息产生控制信号以便控制该第一天线和至少一个第二天线的波束成形，形成相应的波束图来最大化无线资源的利用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (15)

1.一种用于无线通信***中的微小区基站的辐射图可配置的天线，所述天线包括：
第一天线，其被配置为提供基本覆盖范围，以使得所有在所述辐射图可配置的天线的覆盖范围之内的用户设备能够获取基本的***和控制信息并且接入网络；
天线控制模块，其被配置为从基带获取第一信息并且据此产生第一控制信号；以及
至少一个第二天线，其被配置为与所述天线控制模块相耦接并且根据所述第一控制信号产生第一波束图。
2.根据权利要求1所述的辐射图可配置的天线，其特征在于，所述第一天线和所述至少一个第二天线具有共同的射频前端。
3.根据权利要求1所述的辐射图可配置的天线，其特征在于，在所述射频前端和所述第一天线以及所述至少一个第二天线之间设置有功率分配器，所述功率分配器被配置为为所述第一天线和所述至少一个第二天线分配相应的功率。
4.根据权利要求1所述的辐射图可配置的天线，其特征在于，所述第一天线和所述至少一个第二天线分别具有第一射频前端和第二射频前端。
5.根据权利要求1所述的辐射图可配置的天线，其特征在于，所述第一天线还被配置为与所述天线控制模块相耦接并且根据所述第一控制信号产生第二波束图以便在不需要向空闲的用户设备发送下行信号的时隙或者子帧之上被配置为为激活的用户设备提供相应于所述第二波束图的波束成形。
6.根据权利要求1所述的辐射图可配置的天线，其特征在于，所述第一天线还被配置为全向天线或者宽波束模式。
7.根据权利要求1所述的辐射图可配置的天线，其特征在于，所述天线控制模块还被控制为控制所述第一天线和所述至少一个第二天线的极化、波束成形图以及频率范围。
8.根据权利要求1所述的辐射图可配置的天线，其特征在于，所述第一天线和所述至少一个第二天线在放置时通过空间隔离或正交极化的方式来降低所述第一天线和所述至少一个第二天线之间的相互干扰。
9.根据权利要求1所述的辐射图可配置的天线，其特征在于，所述第一天线和/或所述至少一个第二天线根据其各自的波束图配置扫描用户设备并且根据上行链路信号特征来估计相应的用户设备的到达方向。
10.根据权利要求9所述的辐射图可配置的天线，其特征在于，所述第一天线和/或所述至少一个第二天线重新扫描用户设备，当出现以下情形中的至少一种时：
-用户设备的接收性能下降并且低于预先给定的阈值；
-新的用户设备连接至所述微小区基站；和/或
-空闲状态的用户设备进入激活状态。
11.根据权利要求1所述的辐射图可配置的天线，其特征在于，所述第一天线和/或所述至少一个第二天线采用频分复用的方式形成波束成形与所述用户设备进行通信。
12.根据权利要求1所述的辐射图可配置的天线，其特征在于，所述第一天线和/或所述至少一个第二天线采用时分复用的方式形成波束成形与所述用户设备进行通信。
13.根据权利要求1所述的辐射图可配置的天线，其特征在于，所述第一天线和/或所述至少一个第二天线采用时分频分复用的方式形成波束成形与所述用户设备进行通信。
14.根据权利要求1所述的辐射图可配置的天线，其特征在于，所述第一天线和/或所述至少一个第二天线相互独立地在相同的时频资源之上与处于两个不同的方向上的用户设备通信。
15.根据权利要求1所述的辐射图可配置的天线，其特征在于，所述第一信息包括用户设备的链路质量或者达到方向的信息。
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