专利名称：用于在天线元件布置处进行多天线信号处理的方法、对应的收发器和对应的天线元件布置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在天线元件布置处进行多天线处理的方法。
背景技术：
无线电通信网络配备有基站，这些基站包括适用于覆盖网络预定义区域的天线。 由天线提供的覆盖应该进行优化，以便一方面最小化基站数量，同时又保证良好的覆盖，尤 其是在网络的关键部分处(公路、城镇等)。归因于基站位置方面的约束，需要能够对天线 层面处的覆盖进行精细调谐。出于这一目的，计算代表天线在高度方向中倾斜的下倾，以提 供适当覆盖。此下倾或者是固定的且在站点处机械式预设的，或者可以使用能够在高度方 向中移动天线的远程控制电动机来进行远程修改。新的无线通信网络具有在比特率和容量方面提供更高效服务的需求。为了实现这 一点，已经提出了基于基站站点处多个天线的一些新方法，这些方法趋向于将数据传输并 行化(以达到较高的比特率)，同时限制干扰(以确保高容量)。MIMO和波束成形是这种方 法。本发明的具体目的在于提供一种进一步改进多个天线信号处理的方式，尤其是 在新的无线电通信网络中的MIMO处理、波束成形或干扰协调的情况下。本发明的其他目的在于提供对应的收发器和对应的天线元件布置。
发明内容
通过如权利要求1的用于在天线元件布置处进行多天线信号处理的方法、如权利 要求7的适用于在无线电通信网络中执行多天线信号处理的收发器和如权利要求9的天线 元件布置，这些和下文出现的其他目的得以实现。根据本发明，一种用于多天线信号处理的方法可以在水平方向和竖直方向中扩展 的天线元件布置的上下文中、在方位方向和高度方向中调整波束的定向。波束的定向是通 过向不同的天线元件应用适当的复合天线权重实现的。本发明带来了这样的优势波束不仅可以取决于用户在水平平面中位于何处来在 方位方向中定向，而且可以在高度方向中定向，以便选择性地将波束定向至用户。如果用户 例如位于建筑物的较高楼层、位于飞机上，或者如果用户靠近或远离基站，则可以应用不同 的高度角。通过向天线元件中的每一个应用复合天线权重可以实现高度方向中的定向，从而 给出了纯软件解决方案，而不用对天线元件做任何机械移动。复合天线权重或者是码本的 预定义天线权重部分，或者是在基站处计算的自适应非基于码本的天线权重。本发明带来了改进系统性能的优势。归因于方向性，天线布置增益得到改进，并且 产生了更强的接收信号。备选地，需要较低的发射功率来实现与现有技术相同的接收功率。 在此情况下，系统经历较低的小区间干扰，并且可以增大系统容量。而且，归因于改进的用户空间分隔性，还减小了小区内干扰。本发明还带来了支持更灵活的ΜΙΜ0(多输入多输出)算法的优势，因为可以在时 间方向和频率方向中针对每个用户单独采用方位方向和高度方向。例如，在多用户MIMO情 况下，二维零陷或迫零与一维零陷相比增加了小区干扰减小。二维复合天线权重控制使得 可以将用于单用户MIMO的线性预编码与空间复用相结合。在与多站点经协调的MIMO作为 网络MIMO或合作式MIMO结合的情况下，可以获得其他优势。本发明进一步带来了改进小区间干扰协调算法的优势。本发明的其他有益特征在从属权利要求中进行了限定。
在阅读了通过非限制性说明给出的优选实施方式的下述描述以及参考了附图之 后，本发明的其他特征和优势将变得明显，其中-图1示出了现有技术中已知的收发器基带信号处理链/收发器的天线元件布置 部分；-图2示出了根据本发明的收发器基带信号处理链/收发器的天线元件布置部 分；-图3示出了本发明针对波束成形的应用；-图4示出了本发明针对干扰协调的应用；-图5示出了本发明针对多站点经协调的多输入多输出算法的应用。
具体实施例方式图1示出了现有技术中已知的收发器处理链11和天线元件布置12。处理链11接 收基带信号或多个基带信号分量的和作为输入。数字基带信号转换成模拟信号，该模拟信 号上变频成RF信号，该RF信号在处理链中进行滤波、前置放大、功率控制和放大。在放大 器输出处的一部分信号出于回顾循环控制目的被反馈，并且该信号的主要部分被提交至天 线元件布置12。天线元件布置12包括四个竖直堆叠的天线元件121，…，124。本领域技术人员将 会理解，可以竖直堆叠任意数量的天线元件。而且，竖直堆叠的天线元件121，…，IM的若 干水平布置集合可以并行连接至处理链11。在图1中，仅呈现了一个集合。在天线元件布置12内部，功率分配器和匹配模块125负责在不同天线元件 121，…，IM上分发输入功率。每个天线的一个移相器还负责向将要通过不同天线传输的 不同信号应用相位移位。归因于用单个基带信号处理链确定所有天线元件121，…，124的设置这一事实， 以使得实现期待的固定天线下倾的这种方式选择向基带信号分量应用的天线元件权重。不 同的天线元件权重可以用于其他天线元件集合。更精确地，当扇区天线针对定位在ζ方向中的每个元件列具有一个收发器链时， 下倾针对所有用户和所有子载波固定为Θ d，并且只能随着时间缓慢改变。用于一维波束成形的主波瓣操纵原则上与上述相同，由此对于第i个天线元件， 这可以写成
Wi = exp(—Jkri ■ r)由于针对每个元件列仅存在一个收发器，在基带中针对列中M个元件的每个元件 计算的权重是相同的wBBa = wBBj2 = ..·= wBBjm针对每个个体元件不存在控制。主波瓣操纵仅可以实现在方位方向中。在I=+个列的情况下，可以生成L个基带权重，其中第1个权重为
J^iy ι sin ζ ))在与固定下倾 d结合的情况下，针对每个元件的有效权重为
Wi = exp(-Jkfyi sin φ sin 0rf + zt cos ))图2示出了根据本发明的收发器基带信号处理链/天线元件布置。该收发器包括若干处理链21，…，24，其各自连接至天线元件211，…，241。处理 链的数目取决于收发器天线元件的数目。所有处理链21，…二4接收利用向基带信号分量 的每一个应用的不同复合权重进行了加权的基带信号分量之和作为输入。在并行处理链 中，数字基带信号在模块212，…，242处转换成模拟信号，在模块213，…，243处进行上变 频，在模块214，-,244处进行滤波，在模块215，-,245处进行前置放大，在模块216，…， 246处进行功率控制，以及在放大器217，…，247处进行放大。在放大器217，…，247输出 处的信号的一部分出于回顾循环控制目的被反馈，并且该信号的主要部分被提交至天线元 件布置211，…，241。根据本发明，每个天线元件211，…，241应当与针对每个基带分量的个体复合天 线权重相对应。出于这一目的，每个天线元件211，…，241需要由单独的处理链21，-,24 控制。优选地，向输入至每个处理链21，…二4的每个基带信号应用不同的天线权重。利用这种收发器架构，使得可以独立控制不同的天线元件、针对每个天线元件使 用不同的天线元件权重，并由此能够在水平和竖直布置的天线元件上对每个基带分量执行 三维控制。本领域技术人员应当理解，处理链可以进行调整以达到能够向每个天线元件指派 个体天线元件权重的相同效果。并非作为处理链一部分进行描述的所有模块对于实现这一 效果而言都是必须的，而是这些模块中的一些可以省略，却同样落在本发明的范围内。基于之前描述的本发明，可以设想到若干应用。下文将详细描述本发明针对波束 成形、MIMO和干扰协调的主要应用。图3示出了本发明针对波束成形的应用。先决条件是基站30具有根据本发明的 天线元件布置，其或者是竖直堆叠天线元件的水平布置集合，或者是示出了水平扩展和竖 直扩展的二维天线阵列。取决于终端相对于基站的位置移动电话31在基站附近、汽车32离基站稍远或者 最终用户33，34分别位于建筑物第10层和第20层，在基站天线布置处生成的波束定向需 要在高度方向和方位方向中进行调整，以便能够以最大的准确性到达每个终端。高度方向中的定向是通过向基站30的天线元件布置的不同天线元件应用适当的天线元件权重而获 得的。波束在高度方向中的定向可以与波束在方位方向中的领域现状定向相结合，使得 通过基带信号处理来生成和控制水平天线模式和竖直天线模式。这种方案允许将天线阵列 增益最大化，增大在终端31，…，34处接收的功率水平，以及优选地减小多用户操作中其他 终端处的小区内干扰。优选地，向基站报告用户终端相对于基站的位置(距基站的距离、方位角、高度 角)，使得其可以计算出向不同天线元件应用的适当复合天线权重，以生成在用户方向中准 确瞄准的波束。用于计算复合天线权重的可能方法包括确定权重向量，以便转至某个方向。
称为导引向量。对于第i个天线元件，其可以写为
权利要求
1.一种用于在属于无线电通信网络的收发器的天线元件布置处进行多天线信号处理 的方法，所述天线元件布置包括水平方向和竖直方向中的天线元件，其中向所述天线元件 应用复合天线权重。
2.如权利要求1的方法，其中所述收发器包括竖直堆叠的天线元件的至少两个水平布 置集合，所述天线元件适用于在预定义方位方向和高度方向中生成波束，所述方位方向通 过向竖直堆叠的天线元件的所述至少两个集合应用第一复合天线权重而达到，所述高度方 向通过另外向竖直堆叠的天线元件的所述集合中的所述天线元件应用第二复合天线权重 而达到。
3.如权利要求2的方法，其中所述波束适用于被计算以达到具有从所述无线电通信网 络的所述收发器看来的预定义方位和/或高度的终端。
4.如权利要求1的方法，其中所述方法包括独立地针对每个天线元件计算所述第一复 合天线权重和所述第二复合天线权重的步骤，每个天线元件由所述收发器的对应基带信号 处理链控制。
5.如权利要求4的方法，用于与经协调的多站点传输结合使用，终端从至少两个收发 器接收信号，所述方法进一步包括以下步骤-取决于从第一收发器看来的所述终端的所述方位和高度，为所述第一收发器的每个 天线元件选择复合天线权重的第一集合；-取决于从第二收发器看来的所述终端的所述方位和高度，为所述第二收发器的每个 天线元件选择复合天线权重的第二集合。
6.如权利要求4的方法，用于在包括至少两个相邻基站和多个终端的蜂窝通信网络中 与小区间干扰协调算法结合使用，所述方法包括以下步骤-构建由每个基站服务的至少两个终端组，所述终端组取决于从所述相应基站看来的 所述终端的高度角，所述组中的一个组对应于低于第一阈值的高度，所述组中的另一个组 对应于高于第二阈值的高度，-使用相同资源来调度由第一基站服务的、高度低于第一阈值的终端组和由第二基站 服务的、高度高于第二阈值的终端组。
7.一种适用于在无线电通信网络中执行多天线信号处理的收发器，所述收发器包括天 线元件布置，其具有水平方向和竖直方向中的天线元件，所述收发器包括用于向所述天线 元件应用复合天线权重的装置。
8.如权利要求7的收发器，进一步包括至少两个处理链，其单独控制两个竖直堆叠的 天线元件，每个链接收向其应用了所述复合天线权重的至少一个复合天线权重的输入信号 作为输入。
9.一种适用于在无线电通信网络的收发器处生成波束的天线元件布置，所述天线元件 布置包括水平方向和竖直方向中的天线元件，所述天线元件布置包括用于向所述天线元件 应用复合天线权重的装置。
10.如权利要求9的天线元件布置，其中所述至少两个竖直堆叠的天线元件适用于由 对应的基带信号处理链来控制。
11.如权利要求9的天线元件布置，包括竖直堆叠的天线元件的至少两个水平布置集 合，所述天线元件适用于在预定义方位方向和高度方向中生成波束，所述方位方向通过向竖直堆叠的天线元件的所述至少两个集合应用第一复合天线权重而达到，所述高度方向通 过向竖直堆叠的天线元件的所述集合中的所述天线元件应用第二复合天线权重而达到。
12.如权利要求9的天线元件布置，是竖直和水平布置的天线元件的平面阵列。
全文摘要
本发明涉及一种用于在属于无线电通信网络的收发器的天线元件布置处进行多天线信号处理的方法，该天线元件布置包括水平方向和竖直方向中的天线元件(211，221，231，241)，其中向所述天线元件应用复合天线权重。
文档编号H01Q1/24GK102077413SQ200980125301
公开日2011年5月25日 申请日期2009年7月16日 优先权日2008年9月4日
发明者C·赫克, M·奥姆, T·维尔德 申请人:阿尔卡特朗讯