專利名稱：增強型波束轉(zhuǎn)換天線配置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及波束轉(zhuǎn)換天線(switched-beam antenna)配置裝置，例如 用于基站設(shè)備的波束轉(zhuǎn)換智能天線，以及一種用于控制該天線配置裝置的 天線方向圖的方法。
背景技術(shù)：
智能天線是安裝在基站(BTS)站點的天線陣列，并且是在中國開發(fā) 的TD-SCDMA (時分-同步碼分多址)的一個重要特點。作為第3代 (3G)無線通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)之一，TD-SCDMA使用TDMA和CDMA來作 為多址接入方法，特別是其采用了 TDD (時分雙工)作為它的雙工模 式，這對于應(yīng)用智能天線提供了更多的方便性。在典型的TD-SCDMA配 置中，智能天線的天線陣列是包括8個天線元的環(huán)形陣列。TD-SCDMA 智能天線系統(tǒng)利用波束形成概念和其它成熟的信號處理算法，來合并來自 天線陣列的多個天線元，以自適應(yīng)地進(jìn)行發(fā)射和接收。一般而言，智能天線系統(tǒng)包括N個天線元以及N個相關(guān)的饋送電纜 和在RF部分中的N個相干RF (射頻)JlUL信機。它用于提供指向特定 終端設(shè)備(或3G術(shù)語的用戶設(shè)備(UE))的波束形成。因此，代替了 使用無線功率來"照射"整個小區(qū)，基站只對在小區(qū)中是活躍的終端發(fā)送 功率。該照射具有直接的益處，即在減少了小區(qū)中的移動裝置與移動裝置 之間的干擾和相鄰小區(qū)中的干擾的同時，增加了小區(qū)中的終端所接收的功率。在TD-SCDMA和TDD系統(tǒng)中的智能天線系統(tǒng)能夠非常有效，這是 因為對于上行和下行兩個鏈路這些系統(tǒng)使用同樣的頻率，從而能夠假定在 兩個方向上是近似同樣的信道。因此智能天線被廣泛認(rèn)可為是當(dāng)被用來代 替?zhèn)鹘y(tǒng)天線以減少不希望的來自空間域的用戶干擾時，解決無線通信系統(tǒng) 容量和覆蓋要求的有前途的技術(shù)。通常將智能天線分類為要么是波束轉(zhuǎn)換天線要么是自適應(yīng)陣列天線。 與自適應(yīng)陣列天線相比較，波束轉(zhuǎn)換天線復(fù)雜性較低，更易于實施，這對 于制造商或運營商而言具有吸引力。此外，波束轉(zhuǎn)換智能天線系統(tǒng)提供了 魯棒性實現(xiàn)方式以防備多徑傳播影響，并減少了復(fù)雜性，復(fù)雜性是完全自 適應(yīng)智能天線的實施方式的固有特性。但是，波束轉(zhuǎn)換智能天線的一個主要的局限性是"扇形畸變，，現(xiàn)象，U示當(dāng)UE在使用波束轉(zhuǎn)換智能天線的BTS周圍移動時，該BTS從該 UE接收的功率是變動的。當(dāng)DOA (到達(dá)方向)偏離所選波束的軸線 時，可得到的天線增益減少。圖2示出了帶有多個固定波束的傳統(tǒng)智能天線的固定天線方向圖的實 例。在圖2中，UE1位于波束A和波束B的交叉區(qū)域，而UE2和UE3 位于波束A和波束B的最大增益方向。不管UEl是選擇波束A或是選擇 波束B，它的信號將有別于UE2或UE3，因為用于在兩個波束交叉區(qū)域 處的UEl的天線增益比波束A或波束B的最大天線增益小很多。因此， UEl不能利用來自UE2的或UE3的波束的最大天線增益。于是，如果就 UE1而論，則UE2或UE3的干擾可以具有比從UE1接收的信號更高的 天線增益，這不是應(yīng)該從波束轉(zhuǎn)換智能天線的作用期望的。對于波束轉(zhuǎn)換智能天線，波束方向圖和波束寬度典型的是固定的，并 且因為實施成本和;更件可行性的局限其不能無限狹窄。因此，當(dāng)用戶偶然 沒有位于波束峰值區(qū)域周圍時，該"扇形畸變"問題將無可避免。文件US 20020068590A1披露了 一種使用帶有各個波束方向的天線陣 列的無線通信方法和系統(tǒng)。更具體地，特定波束的波束方向被控制為在不 同的時隙中變化。為了防止來自各個基站的無線電波互相干擾，將這些無 線電波控制為在不同的時間發(fā)射，從而避免干擾。為了實現(xiàn)此目的，對不 同基站的操作進(jìn)行管理以便它們之間互相同步，從而使得基站發(fā)射無線電 波的方向能夠及時轉(zhuǎn)換以避免干擾。但是，該現(xiàn)有技術(shù)雖用來防止波束干
擾卻沒有防止上述的扇形畸變問題。 發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是提供陣列天線配置裝置，通過該裝置可以避免 扇形畸變問題而基本上不增加復(fù)雜性。通過一種控制波束轉(zhuǎn)換天線陣列的天線方向圖的方法來實現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述方法包括以下步驟*提供預(yù)定數(shù)量的固定天線方向圖；*對所述固定天線方向圖中的每一個分配時間復(fù)用信號的預(yù)定時隙；以及*在其所分配時隙期間轉(zhuǎn)換所述波束轉(zhuǎn)換天線陣列以產(chǎn)生所述固定 天線方向圖。此外，通過一種用于控制天線方向圖的波束轉(zhuǎn)換天線配置裝置來實現(xiàn) 本發(fā)明的上述目的，所述天線陣列包括*方向圖形成裝置，用于提供預(yù)定數(shù)量的固定天線方向圖；以及 *轉(zhuǎn)換控制裝置，用于控制所述波束轉(zhuǎn)換天線陣列，以在時間復(fù)用信號所分配的相應(yīng)不同時隙期間產(chǎn)生所述固定天線方向圖中的每一個。因此，時間域時隙被聯(lián)系到空間域，任何用戶具有多個不同的天線方 向圖以從中選擇.因此，極大的減少了用戶位于天線方向圖的兩個波束的 交叉區(qū)域的風(fēng)險。所提出的時間域和空間域處理方法的聯(lián)合使用導(dǎo)致減少 小區(qū)內(nèi)和小區(qū)間的千擾。此外，能夠?qū)嵸|(zhì)上減少波束轉(zhuǎn)換天線的"扇形畸 變"現(xiàn)象以便將波束轉(zhuǎn)換天線陣列的性能增強到"離散的"自適應(yīng)天線的 程度，其中該性能取決于可得到的工作時隙的數(shù)量。因此能夠以可以忽略 的附加成本實現(xiàn)巨大的增益.此外，通過為不同時隙屬性選擇不同波束方向圖能夠?qū)崿F(xiàn)慢DCA。 波束方向圖還能夠被緩慢調(diào)整以在不同時隙中傳播業(yè)務(wù)。終端設(shè)備或者用戶設(shè)備可以選擇具有最大天線增益的時隙以接入與波
束轉(zhuǎn)換天線配置裝置連接的基站設(shè)備。此外，每個固定天線方向圖可以適于以與其它固定天線陣互補的方式 覆蓋天線配置裝置的接收區(qū)域。因此由于不同天線方向圖的優(yōu)化交迭，能 夠最小化波束交叉的增益損耗。每個不同的固定天線方向圖可以包括指向 不同角方向的多個固定波束。才艮據(jù)第一選項，轉(zhuǎn)換步驟可以包括將天線元的多個傳輸或接收路徑轉(zhuǎn) 換為方向圖形成單元的多個輸出中預(yù)定的一個。在該情況下，方向圖形成 單元具有對于所有可選天線方向圖的可用方向圖形成參數(shù)，其中不同的輸 出被分配給特定的天線方向圖，于是被分配給時隙。才艮據(jù)可選擇的第二選項，轉(zhuǎn)換步驟可以包括將專用的方向圖形成W: 轉(zhuǎn)換到方向圖形成單元。在該情況下，方向圖形成單元被配置為產(chǎn)生或形 成所選天線方向圖，而用于產(chǎn)生或形成不同天線方向圖所需要的方向圖形 成參數(shù)被選擇性地轉(zhuǎn)換到方向圖形成單元。單獨的方向圖形成參數(shù)能夠被 存儲在相應(yīng)的存儲器中。此外，能夠測量所接收信號的到達(dá)方向，并且能夠根據(jù)測量結(jié)果觸發(fā) 到所述時隙中不同的一個的小區(qū)內(nèi)切換.在從屬權(quán)利要求中限定有利的進(jìn)一步的發(fā)展。


現(xiàn)在參考附圖，在優(yōu)選實施例的基礎(chǔ)上描述本發(fā)明，其中 圖1示出了才艮據(jù)第一優(yōu)選實施例的波束轉(zhuǎn)換天線陣列的原理^f匡圖； 圖2示出了具有為所有時隙維持的多個固定波束的傳統(tǒng)智能天線的天 線方向圖；圖3示出了根據(jù)該優(yōu)選實施例所提出的智能天線的天線方向圖；以及 圖4示出了根據(jù)笫二優(yōu)選實施例的波束轉(zhuǎn)換天線陣列的原理框圖。
具體實施方式
如圖1所示，現(xiàn)在根據(jù)用于TD-SCDMA系統(tǒng)的智能天線來描述本發(fā)
明的優(yōu)選實施例。圖1示出了根據(jù)第一優(yōu)選實施例的可控波束轉(zhuǎn)換智能天線的原理框圖。智能天線的天線陣列包括N個天線元Al到An以及N個相干iML信 機20-1到20-n，用于通過各自的天線元Al到An來發(fā)射和接收時間復(fù)用 的TD-SCDMA信號。該天線陣列可以是環(huán)形天線陣列或者線形天線陣 列，其中天線元的數(shù)量可以設(shè)置為例如N-8。由于實際上天線元Al到 An被配置在不同的位置，接收的或者發(fā)射的信號的相位將隨預(yù)定接收點 的不同而不同。為了產(chǎn)生或者形成預(yù)期的天線方向圖，在方向圖形成單元30中使用 波束形成或方向圖形成參數(shù)來處理每個天線元Al到An的單獨的傳輸或 接收信號，以實現(xiàn)具有最大值或指向各自預(yù)定方向的波束的預(yù)期天線方向 圖。方向圖形成參數(shù)可以是復(fù)雜的加權(quán)，其能夠基于用于信號傳輸或接收 的預(yù)期方向，被計算出來或從存儲器讀取出來。根據(jù)該優(yōu)選實施例，波束轉(zhuǎn)換智能天線的性能通過利用TD-SCDMA 系統(tǒng)的時間復(fù)用特性而得以增強。為了減輕波束轉(zhuǎn)換天線的"扇形畸變" 現(xiàn)象，聯(lián)合利用時間域和空間域。更具體的，方向圖形成單元30所形成 的天線方向圖在時間復(fù)用信號的不同時隙中被連續(xù)^"改或變化。因此，在 不同的定時，波束轉(zhuǎn)換智能天線將覆蓋小區(qū)的不同區(qū)域或不同的照射區(qū) 域。在整個時間域中，轉(zhuǎn)換方向圖的波束能夠覆蓋整個小區(qū)其余部分，例 如一個方向圖的最大值或波束基本上位于其它方向圖的最小值或波束交叉 處。例如，在3個上行時隙的情況下，用戶在時間域中具有3個不同的方 向圖來選擇，從而用戶位于兩個波束的交叉區(qū)域的風(fēng)險減少了。因此，能 夠增強波束轉(zhuǎn)換智能天線的性能而無需增加實施復(fù)雜性。在優(yōu)選實施例的對稱資源分配模式中，系統(tǒng)可以使用用于從終端設(shè)備 到可以i殳置智能天線的基站設(shè)備的上行鏈路方向的時隙Tl、 T2和T3， 以及用于相反的下行鏈路方向的時隙T4、 T5和T6。接下來，只描述上行方向，雖然用于下行方向的控制方法與用于上行 方向相同是顯而易見的， 在圖2的傳統(tǒng)或常規(guī)波束轉(zhuǎn)換天線系統(tǒng)中，所有時隙具有相同的波束 方向圖。與此相反，根據(jù)優(yōu)選實施例，每個時隙被聯(lián)系到或分配給特定的 波束轉(zhuǎn)換天線方向圖。在第一實施例中，對于每個天線元Al到An，方 向圖形成單元30具有3個輸出，每個輸出被分配給3個時隙Tl到T3中 的一個。此外，提供了轉(zhuǎn)換裝置50，其功能在圖1中示意性的示出。當(dāng)然， 該轉(zhuǎn)換裝置50的實現(xiàn)能夠基于任何合適電子硬件或軟件解決方案，其反 映了下面的功能性。基于從定時電路46得到的時間復(fù)用信號的時隙定 時，方向圖控制單元42產(chǎn)生與3個時隙Tl到T3同步的控制信號或輸 出，或產(chǎn)生在3個時隙Tl到T3處的控制信號或輸出。根據(jù)該控制信 號，控制轉(zhuǎn)換裝置50被控制為將M信機20-1到20-n相繼接觸到方向 圖形成單元30的輸出中相應(yīng)的一個，以將基于所分配的方向圖形成Wt 的方向圖形成處理應(yīng)用到轉(zhuǎn)換裝置50所選擇的單獨時隙Ti (i-l到 3)。這樣，轉(zhuǎn)換裝置50用于依據(jù)當(dāng)前時隙，選擇用于每個天線元Al到 An的特定的處理操作集合，以便提供在時隙與天線方向圖之間的固定聯(lián) 系。圖3示出了根據(jù)該優(yōu)選實施例的所提出的智能天線的天線方向圖的實 例。正如從圖3中能夠推斷的，以" + "和"o"標(biāo)記的3個不同波 束方向圖中的每一個屬于不同時隙Tl、 T2和T3,并且與其它兩個方向 圖互補地被配置。即該3個天線方向圖或者波束方向圖集合以互補方式覆 蓋了該小區(qū).結(jié)果，每個時間域時隙Tl到T3被聯(lián)系到空間特性，從而 使得為了優(yōu)化覆蓋或者信號能量，任何用戶具有3個不同的波束方向圖來 選擇。因此，極大的減少了用戶位于兩個波束交叉區(qū)域的風(fēng)險，該風(fēng)險在 3個不同天線方向圖的本實例中近似為1/3。從而極大地減少"扇形畸 變"現(xiàn)象的損害。在圖3中，該3個天線方向圖作為候選被提供，并且如果UE1選擇 時隙T2來接入，即選擇聯(lián)系到時隙T2的天線方向圖，那么它能夠在時 隙T2中利用波束C的最大增益來通信。 因此，該方法能夠凈iuf作一種"離散，，自適應(yīng)智能天線，當(dāng)移動終端 在系統(tǒng)中接入或移動時，該方法能夠通過確定其不同的工作時隙來離！UiL 選擇或^"改其M信機天線波束方向圖，但是與真正的自適應(yīng)天線不同， 自適應(yīng)天線計算新的加權(quán)矢量.圖4示出了根據(jù)第二優(yōu)選實施例的可控波束轉(zhuǎn)換智能天線的原理框圖。在第二實施例中，對于聯(lián)系到各自的時隙Tl到T3的所有可選天線 方向圖，方向圖形成# Wi的集合被存儲在存儲器44中。再次，定時 電路46向方向圖控制單元42提供時隙定時，方向圖控制單元42訪問存 儲器44，例如通過在尋址存儲器情況下應(yīng)用預(yù)定的存儲器地址或者在環(huán) 形存儲器(ring-type of memory)情況下應(yīng)用時鐘信號，以便為時隙Tl 到T3中的現(xiàn)行的一個讀取預(yù)期的方向圖形成參數(shù)Wi。于是，所讀取的 方向圖形成^ltWi被提供給方向圖形成單元32，該方向圖形成^L可以 包括m個單獨的參數(shù)一一諸如復(fù)雜的權(quán)重，方向圖形成單元將所提供的 方向圖形成;f^t Wi應(yīng)用到方向圖形成處理以便產(chǎn)生或形成分配給現(xiàn)行時 隙的預(yù)期天線方向圖。因此，與第一實施例相類似，轉(zhuǎn)換功能由方向圖控制單元42和定時 電路46控制，以便依據(jù)當(dāng)前的時隙為天線元A1到An中的每一個選擇由 所讀取的方向圖形成M Wi定義的特定的處理操作集合，從而提供在時 隙與天線方向圖之間的固定聯(lián)系。4艮顯然，能夠以多于3個的可選天線方向圖實現(xiàn)本發(fā)明。如果存在足 夠的時隙來以僅4艮'J、角度差配置足夠的互補天線方向圖，那么從干擾抵消 的觀點來看波束轉(zhuǎn)換天線將非常接近自適應(yīng)天線，并且?guī)缀跷挥谌魏畏较?的每個用戶都能夠發(fā)現(xiàn)具有指向其的波束峰的天線方向圖，以〗更得到對于 所有其它用戶或終端設(shè)備的相對波束增益。另一個修改可以是從終端設(shè)備(諸如移動終端)接收的信號的所測量 DoA觸發(fā)小區(qū)內(nèi)切換，該切換將終端移到與以前的時隙相比具有不同的 天線方向圖的不同時隙。這能夠通過^^基站設(shè)備發(fā)起合適的切換信號來實現(xiàn)。如果使用3個時隙則小區(qū)內(nèi)切換的可能性是傳統(tǒng)方法的3倍。因此， 知道小區(qū)內(nèi)切換能夠花費多久很重要。在移動終端的速度v-30kmh (即 8.3m/s)、自基站(BTS)起的徑向距離r-300m、 n-4個波束、對于上 行和下行鏈路LCR一TDD系統(tǒng)分別具有s-3個時隙、副幀長度sl-5ms 以及扇區(qū)角sa-120度的情況下，小區(qū)內(nèi)切換周期(HOP)的平均值能夠 如下計算HOP-2*pi*r*sa/(n*s)/360/v = 2*pi*300*120/(4*3)/360/8.3 = 6.3s 該小區(qū)內(nèi)切換周期的平均值應(yīng)該是可接受的。因此，雖然所提出的方 法增加了小區(qū)內(nèi)切換的頻率，但是該方法沒有導(dǎo)致嚴(yán)重的過載.應(yīng)注意，本發(fā)明不局限于上述的優(yōu)選實施例，而是可以被實現(xiàn)在用于 針對時間復(fù)用信號一一諸如TDMA信號一一的任何種類的無線通信系統(tǒng) 的4壬何波束轉(zhuǎn)換天線配置中。此外，圖1和圖4的塊可以作為分立的石更件 單元或電路或作為軟件程序來實現(xiàn)，基于所迷塊來控制信號處理功能或單 元以執(zhí)行所述的功能步驟，因此優(yōu)選實施例可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi) 而變化。
權(quán)利要求
1.一種控制波束轉(zhuǎn)換天線陣列的天線方向圖的方法，所述方法包括以下步驟a)提供預(yù)定數(shù)量的固定天線方向圖；b)對所述固定天線方向圖中的每一個分配時間復(fù)用信號的預(yù)定時隙；以及c)在其分配的時隙期間轉(zhuǎn)換所述波束轉(zhuǎn)換天線陣列以產(chǎn)生所述固定天線方向圖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述時間復(fù)用信號包括TDMA信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，進(jìn)一步包括這樣的步驟 選捧具有最大天線增益的時隙以接入具有所述波束轉(zhuǎn)換天線配置的基站。
4. 才艮據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其中所述固定天線方向圖 中的每一個以相對于其它固定天線方向圖互補的方式覆蓋所述天線配置的 傳輸或接收區(qū)域，
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其中所迷固定天線方向圖 中的每一個包括指向不同角度方向的多個固定波束。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其中所述轉(zhuǎn)換步驟包括將 天線元(Al到An)的多個傳輸或接*徑轉(zhuǎn)換到方向圖形成單元(30) 的多個輸出中預(yù)定的一個。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項的方法，其中所述轉(zhuǎn)換步驟包括將 專用方向圖形成參數(shù)轉(zhuǎn)換到方向圖形成單元(30)。
8. 根據(jù)前迷權(quán)利要求中的任一項的方法，進(jìn)一步包括以下步驟 測量所接收信號的到達(dá)方向；以及根據(jù)所述測量步驟的結(jié)果來觸發(fā)到所述時隙中不同的一個的小區(qū)內(nèi)切換。
9. 一種用于控制天線方向圖的波束轉(zhuǎn)換天線配置裝置，所述天線陣 列配置裝置包括a) 方向圖形成裝置(30)，用于提供預(yù)定數(shù)量的固定天線方向圖；以及b) 轉(zhuǎn)換控制裝置(42， 46)，用于控制所述波束轉(zhuǎn)換天線陣列，以 在時間復(fù)用信號的相應(yīng)不同分配時隙期間，產(chǎn)生所述固定天線方向圖中的 每一個。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8的波束轉(zhuǎn)換天線配置裝置，其中所述轉(zhuǎn)換控制裝 置(42， 46)被配置為控制轉(zhuǎn)換裝置(50)，以i吏將天線元(Al到An) 的多個傳輸或接收路徑轉(zhuǎn)換到所述方向圖形成裝置(30)的多個輸出中預(yù) 定的一個.
11. 根據(jù)權(quán)利要求8或9的波束轉(zhuǎn)換天線配置裝置，其中所述轉(zhuǎn)換控 制裝置(42， 46)被配置為將專用方向圖形成##1轉(zhuǎn)換到所述方向圖形成 裝置(30)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10的波束轉(zhuǎn)換天線配置裝置，進(jìn)一步包括 存儲裝置(44)，用于存儲所迷專用方向圖形成參數(shù).
13. 根據(jù)權(quán)利要求8到11中的任一項的波束轉(zhuǎn)換天線配置裝置，其 中所述波束轉(zhuǎn)換天線陣列包括用于TDMA系統(tǒng)的智能天線。
14. 一種基站i殳備，包括根據(jù)權(quán)利要求9到13中的任一項的波束轉(zhuǎn) 換天線配置裝置.
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的基站設(shè)備，進(jìn)一步包括 測量裝置，用于測量所接收信號的到達(dá)方向；以及觸發(fā)裝置，用于^L據(jù)所述測量步驟的結(jié)果來觸發(fā)到所述時間間隙中不 同的一個的小區(qū)內(nèi)切換，
全文摘要
本發(fā)明涉及波束轉(zhuǎn)換天線配置裝置和一種控制這樣的天線配置裝置的天線方向圖的方法，其中預(yù)定數(shù)量的固定天線方向圖中的每一個的天線方向圖被分配給時間復(fù)用信號的預(yù)定時隙，在其分配的時隙期間將波束轉(zhuǎn)換天線配置裝置轉(zhuǎn)換為產(chǎn)生固定天線方向圖。因此，任何用戶能夠通過選擇合適的時隙而在不同的波束方向圖之間選擇，所以極大的減少了用戶位于兩個波束的交叉區(qū)域的風(fēng)險。
文檔編號H04B7/08GK101128995SQ200680006114
公開日2008年2月20日 申請日期2006年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月11日
發(fā)明者馮明海, 源 朱, 胡武婕 申請人:諾基亞公司