重叠mimo天线物理扇区的方法和设备的制作方法

专利名称：重叠mimo天线物理扇区的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明实施例涉及利用多路输入多路输出("MIMO")天线和及 其操作方法的无线通信。
背景技术：
无线装置可以用在多种应用中，例如在计算机、无线蜂窝、客户 机、手持装置、移动装置、和文件服务器之间提供通信。具有多路输 入多路输出("MIMO，，)天线的无线装置受益于空间分集和冗余信 号。噪声源可能会干扰利用MIMO天线的无线装置。事实上，利用 具有MIMO天线的装置的无线通信可以受益于选择MIMO物理扇区 和/或MIMO虛拟扇区以改进性能。

发明内容
根据本发明的多个方面的一种第一无线蜂窝提供以不同定向定位 的重叠MIMO物理扇区。第一无线蜂窝包括至少四个天线，每个天 线在各自物理扇区内发送和接收无线电信号。每个天线属于至少两个 组中的至多一个组。每个组包括第一无线蜂窝的至少两个天线。每个
其它天线的物理扇区部分地重叠.对每个组定位从而使每个组的至少 一个天线的物理扇区与至少一个其它组的至少一个天线的物理扇区至 少部分地重叠，其中在至少两个天线的物理扇区重叠的区域内形成 MIMO物理扇区，并且其中在每个MIMO物理扇区内，至少两个天 线作为MIMO天线操作。
根据本发明的各个方面提供了一种由第一无线蜂窝执行以减小干 扰的方法。该方法包括以任何顺序的如下步骤(a)通过第一无线
蜂窝的每个MIMO天线测量性能，其中第一无线蜂窝包括至少四个 天线，每个天线在各自物理扇区内发送和接收无线电信号，第一无线 蜂窝的每个天线属于至少两个组中的至多一个组，每个组包括第一无
线蜂窝的至少两个天线，每个组的天线被定位从而使每个组的每个天 线的物理扇区与相同组的所有其它天线的物理扇区部分地重叠，每个 组被定位从而使每个组的至少一个天线的物理扇区与至少一个其它组 的至少一个天线的物理扇区至少部分地重叠，其中在至少两个天线的 物理扇区重叠的区域内形成MIMO物理扇区，其中在每个MIMO物 理扇区内，至少两个天线作为MIMO天线操作；(b)选择提供增 强性能的一个MIMO天线；以及(c)通过选出的MIMO天线进行 通信。
根据本发明的各个方面提供了一种用于提供以不同定向定位的第 一无线蜂窝的重叠MIMO物理扇区的方法。该方法包括以任何顺序 的如下步骤(a)将第一无线蜂窝的每个天线指定到至多一个组， 其中第一无线蜂窝包括至少四个天线，每个天线在各自物理扇区内发 送和接收无线电信号，第一无线蜂窝的每个天线属于至少两个组的至 多一个组，每个组包括第一无线蜂窝的至少两个天线；(b)每个组 的天线被定位从而使每个组的每个天线的物理扇区与相同组的所有其 它天线的物理扇区部分地重叠；以及(c)对每个组定位从而使每个 组的至少一个天线的物理扇区与至少一个其它组的至少一个天线的物 理扇区至少部分地重叠，其中在至少两个天线的物理扇区重叠的区域 内形成MIMO物理扇区，其中在每个MIMO物理扇区内，至少两个 天线作为MIMO天线操作。
根据本发明的多个方面的第一无线蜂窝提供了重叠的MIMO物 理扇区。第一无线蜂窝包括至少八个天线，每个天线在各自物理扇区 内发送和接收无线电信号。每个天线属于至少四个天线组的至多一个 天线组。每个天线组包括第一无线蜂窝的至少两个天线。每个天线组 的天线被定位为使得每个天线的物理扇区与相同天线组的所有其它天 线的物理扇区基本重叠。每个天线组的天线作为MIMO天线操作。
每个天线组属于至少两个无线电设备组的至多一个无线电设备组。每 个无线电设备组包括至少两个天线组。对每个天线组定位从而使每个 天线组的天线的物理扇区不与相同无线电设备组的任何其它天线组的 天线的物理扇区重叠。对每个无线电设备组的天线分配相同信道。每 个无线电设备组的至少一个天线组被定位为使得至少一个天线组的天 线的物理扇区与不同无线电设备组的至少一个天线组的天线的物理扇 区至少部分地重叠。对物理扇区重叠的不同无线电设备组的每个天线 组分配不同信道。
根据本发明的多个方面的一种用于形成第一无线蜂窝的重叠
MIMO物理扇区的方法。该方法包括以4壬何顺序的如下步骤(a) 将第一无线蜂窝的每个天线指定到至多一个天线组，其中第一无线蜂 窝包括至少八个有向天线，每个天线在各自物理扇区内发送和接收无 线电信号，每个天线属于至少四个天线组的至多一个天线组，每个天 线组包括第一无线蜂窝的至少两个天线；(b)对每个天线组的天线 定位从而使每个天线的物理扇区与相同天线组的所有其它天线的物理 扇区基本重叠，其中每个天线组的天线作为MIMO天线操作；(c) 将每个天线组指定到至少两个无线电设备组的至多一个无线电设备 组，其中每个无线电设备组包括至少两个天线組；(d)对每个天线 组定位从而使每个天线组的天线的物理扇区不与相同无线电设备组的 任何其它天线組的天线的物理扇区重叠；(e)对每个无线电设备组 的至少一个天线组进行定位从而使每个无线电设备组的至少一个天线 组的天线的物理扇区与不同无线电设备組的至少一个天线组的天线的 物理扇区至少部分地重叠；(f)将相同信道分配给每个无线电设备 组的每个天线；以及(g)将不同信道分配给物理扇区重叠的不同无 线电设备组的每个天线组。


现在将参照附图进一步描述本发明的实施例，其中相同标号表示 相同元件，这些附图如下
图l是根据本发明的多个方面的范例无线装置的图； 图2是范例物理扇区的图3是形成范例MIMO物理扇区的范例物理扇区的图； 图4是范例MIMO虚拟扇区的图； 图5是范例MIMO虚拟扇区的图； 图6是范例MIMO虚拟扇区的图7是用于图解表示物理扇区、MIMO物理扇区和MIMO虛拟
扇区的范例替换方法；
图8是噪声源存在时范例无线装置之间的通信的图9是具有三个无线电设备以及每个无线电设备具有三个天线的
范例无线装置的图IO是形成范例MIMO物理扇区的范例物理扇区的图11是具有两个无线电设备组的范例无线装置的图，其中每个
无线电设备組具有两个无线电设备，并且每个无线电设备具有两个天
线；
图12是基本重叠以形成范例MIMO物理扇区的范例物理扇区的
图13是部分地重叠以形成范例MIMO虚拟扇区的范例物理扇区
的图；图14是部分地重叠以形成范例MIMO虚拟扇区的范例物理扇区
的图15是部分地重叠以形成范例MIMO虚拟扇区的范例物理扇区
的图16是基本重叠以形成范例MIMO物理扇区的范例物理扇区和 部分地重叠以形成范例MIMO物理扇区的范例MIMO物理扇区的
图n是噪声源存在时范例无线装置之间的通信的图； 图18是范例噪声源存在时范例无线装置之间的通信的图21是用于形成MIMO物理扇区的方法的图；以及
图20是用于形成MIMO物理扇区的方法的图。
具体实施例方式
无线装置利用天线发送和接收无线电信号。噪声源，诸如其它无 线装置(包括在相同信道上发送的无线装置)可能会干扰无线通信。 传统的无线装置利用多种技术减小通信时噪声的不利影响，例如将覆 盖区域划分成多个扇区，利用有向天线，以及利用多路天线，从而提 供冗余和空间分集。
根据本发明的各个方面的改进无线装置包括有向天线，其中对有 向天线进行定位从而使无线装置的天线的物理扇区重叠，并且被选择 用于通信的天线是物理扇区在一区域中重叠从而使天线作为多路输入 多路输出("MIMO，，)天线操作的天线。
根据本发明的各个方面的无线装置可以选择有向天线的任何合适 组合用于通信，作为MIMO天线操作并且在期望通信方向上定向。 另外，无线装置可以为天线分配任何可用信道以改进性能。
根据本发明的各个方面的无线装置包括例如无线蜂窝、接入点、 无线客户机、移动计算机和手持装置。
术语"物理扇区，，应该理解为是指天线发送和接收信号的覆盖区 域。物理扇区的尺寸和形状取决于多种因素，例如，天线类型、大气 条件、噪声源的存在和物理环境。物理扇区58、 60和62表示有向天 线的理想化物理扇区的二维形状。图2中，物理扇区58、 60和62没 有重叠。图3中，物理扇区58、 60和62基本重叠。图4和图5中， 物理扇区58、 60和62部分重叠。
术语"MIMO天线，，应该理解为是指至少两个天线，各自在天线 的物理扇区重叠的区域内在相同信道上发送和/或接收信号。可对天 线定位从而使它们的物理扇区重叠。相同区域内物理扇区重叠的天线 可以净皮配置为在那个区域内操作的MIMO天线。MIMO天线的每个 独立天线在相同信道(例如，频率、编码、或划分无线电频谱以进行 通信的其它方法)上操作。MIMO天线特别提供天线之间的空间分
集、冗余和时间分集，从而减小发送和接收时噪声的效应。通过减小 噪声的效应，无线装置能够更加可靠地通信。
形成MIMO天线的天线可定向为利用不同的信号极化，例如， 水平、垂直和圆形。形成MIMO天线的天线可被物理分离以提供空 间分集。
形成MIMO物理扇区以在MIMO物理扇区的区域内提供能够更 好规避噪声的通信。术语"MIMO物理扇区"是指作为MIMO天线操 作的天线的物理扇区重叠的区域。
范例实施例中，参照图3，物理扇区58、 60和62基本重叠以形 成MIMO物理扇区82。物理扇区66、 68和70基本重叠以形成 MIMO物理扇区84。这个实施例中，每个MIMO物理扇区具有约 卯度的覆盖角。另一实施例中，参照图6，每个物理扇区58、 60和 62和每个物理扇区66、 68和70具有约180度的覆盖角，由此合成 的MIMO物理扇区82和84具有约180度的覆盖角。图7示出图解 表示物理扇区和MIMO物理扇区的另一种方法。物理扇区58-62分 别具有约180度的覆盖角，并且每个物理扇区的中心以近似90度定 向(纸面直上)。尽管为了简洁图7显示了物理扇区之间的间隙，但 是每个物理扇区58-62从无线装置10开始延伸， 一直延伸到各个天 线到达的最远距离。图6和图7的MIMO物理扇区82和84是等同 的，然而，图7的图解表示更加简洁。因此，MIMO物理扇区82和 84分别包括三个基本重叠的物理扇区58-62和66-70。
形成MIMO天线的天线的物理扇区不限于基本重叠。当物理扇 区仅部分重叠时，MIMO物理扇区是形成MIMO天线的天线的物理 扇区重叠的区域。参照图4和图5，与物理扇区58-62关联的天线利 用相同信道发送和接收。区域94是物理扇区58、 60和62重叠的区 域，由此区域94是MIMO物理扇区。与物理扇区58-62关联的天线 作为MIMO天线在区域94中操作。图4还显示了由物理扇区66-70 形成的MIMO物理扇区，作为MIMO物理扇区82。
能够以多种方式形成MIMO物理扇区。在形成MIMO物理扇区
的一个范例方法中，参照图19，选择作为MIMO天线操作的天线， 然后将这些天线定位从而使天线的物理扇区重叠。在形成MIMO物 理扇区的另一范例方法中，参照图20，将多个天线定位从而使至少 一些天线的物理扇区至少部分重叠，然后选择至少两个天线在它们物 理扇区重叠的区域内操作为MIMO天线，以形成MIMO物理扇区。 可以对多个天线定位从而使所形成的各种MIMO物理扇区定向在不 同方向。可以才艮据选出的天线的物理扇区形成的MIMO物理扇区的 定向，选择至少两个天线作为MIMO天线搮作。相对其它MIMO物 理扇区的定向， 一些MIMO物理扇区的定向可提供增强的性能。另 外，形成MIMO天线的天线可,皮分配任何可用信道。因此，选出的 天线，及MIMO物理扇区，可被分配到提供更高性能的信道。
术语"MIMO虚拟扇区"是指可以作为MIMO天线操作的天线的 物理扇区重叠的区域。参照图13，物理扇区58-62和66-70各自具有 约180度的覆盖角。与物理扇区58-62和66-70关联的天线被定位从 而寸吏物理扇区58、 68和70在区域150内重叠。在区域152内，物理 扇区58、 60和70重叠，区域154-160也类似。区域150-160中的每 个区域包括MIMO虛拟扇区，因为在区域内物理扇区重叠的天线可 以作为MIMO天线操作。如果选择与物理扇区58、 68和70关联的 天线以形成MIMO天线，则区域150作为MIMO物理扇区操作。如 果选择与物理扇区58、 60和70关联的天线形成MIMO天线，则区 域152作为MIMO物理扇区操作，其它区域也类似。选择天线形成 MIMO物理扇区之前，区域150-160是MIMO虛拟扇区。当选择天 线形成MIMO天线时，选出的天线的物理扇区重叠的区域变成 MIMO物理扇区、而其它区域仍是MIMO虚拟扇区。MIMO物理扇 区也可称作选出的MIMO虚拟扇区、或活跃的MIMO虚拟扇区。可 以利用任何准则选择MIMO虚拟扇区以进行通信。
通过对天线定位以形成MIMO虚拟扇区然后选择天线作为 MIMO天线操作的方法，允许了无线装置通过提供更高性能的 MIMO物理扇区通信而响应于例如性能、噪声源和环境的改变。
对天线进行定位以形成MIMO虚拟扇区，允许了具有固定天线 位置的无线装置从多种MIMO虚拟扇区中选择以利用提供期望性能 水平的MIMO物理扇区进行通信。当选出的MIMO物理扇区的性能 由于诸如噪声源或环境条件而下降时，无线装置能够选择不同的天线 作为MIMO天线操作，从而选择不同的MIMO虛拟扇区作为 MIMO物理扇区操作，不同的MIMO物理扇区提供更好的性能。
MIMO物理扇区允许无线装置以更好的性能通信。MIMO虚拟 扇区允许无线装置选择区域以根据提供期望性能水平的MIMO虛拟 扇区而发送和接收。具有多路MIMO虚拟扇区的无线装置可在多种 MIMO虛拟扇区之间选择。无线装置可选择提供更高水平的性能的 MIMO虛拟扇区。对无线装置的天线定位以形成在不同方向上定向 的MIMO虚拟扇区，允许了无线装置基于虚拟扇区相对噪声源的位 置定向而选择MIMO物理扇区。
可以通过例如吞吐量、数据吞吐量、信噪比、减少的信号误差、 减少的数据误差、减少的重新发送请求、减少的干扰、多径信号的拒 绝、更高的传输率和信号强度对性能进行测量。
MIMO系统包括可以配置为形成MIMO天线、MIMO物理扇区 和MIMO虚拟扇区的无线电i殳备和天线。MIMO系统可以利用无线 电i殳备和天线的4壬何合适组合形成MIMO天线。MIMO系统可以选 择任何合适MIMO物理扇区进行通信。MIMO系统可以具有任何合 适数目的MIMO虚拟扇区和/或选出的MIMO虚拟扇区。MIMO系 统可以以任何定向定位它的MIMO物理扇区。MIMO系统的MIMO 物理扇区可以与相同MIMO系统的其它MIMO物理扇区重叠。相同 MIMO系统的重叠MIMO物理扇区可被分配不同的信道。
MIMO系统具有至少两个无线电设备和至少两个天线，其中至 少两个无线电设备和至少两个天线形成MIMO天线。在另一范例实 施例中，参照图1， MIMO系统具有三个无线电设备，其中两个天线 与每个无线电设备接口。三个天线(各自来自每个无线电设备)可作 为MIMO天线操作，从而得到具有两个MIMO天线的MIMO系统。
本发明可以采用多种类型的无线电设备，其中可以利用任何类型 的通信协议以及以任何频率操作和/或具有任何数目的适用信道。例 如，本发明可以利用任何种类的天线或天线组，用于进行发送、接 收、噪声减小和多径检测。能够以任何方式对天线定位，从而例如能 够使得它们的物理扇区重叠和非重叠。无线电设备和天线可以作为
MIMO系统、MIMO天线、MIMO物理扇区和MIMO虚拟扇区进 行操作。可以利用任何类型的算法和/或处理器实现无线电设备和/或 天线以形成MIMO天线并且作为MIMO天线操作。可以根据诸如数 据吞吐量、信号强度、信号质量和信噪比的任何准则选择天线进行通 信。
一个实施例中，无线装置的天线被定位以形成非重叠MIMO物 理扇区，并且选择非重叠MIMO物理扇区之一与其它无线装置进行 通信。另一实施例中，无线装置的天线被定位以形成重叠MIMO虛 拟扇区，并且选择一些重叠MIMO虚拟扇区与其它无线装置进行通 信。
能够以任何方式利用形成MIMO天线的天线发送和/或接收信 号，例如，作为MIMO天线操作的任何数目的天线可以仅发送信 号、仅接收信号以及发送和接收信号。
范例实施例中，参照图1，天线34、 36和38及其关联的无线电 设备形成MIMO天线，其中每个天线34、 36和38发送和接收相同 信号。另一实施例中，天线34-38形成MIMO天线，其中天线34仅 发送，天线36仅接收，并且天线38既发送又接收。不同的MIMO 天线结构可以提供不同的通信特征。例如，MIMO天线的所有天线 发送和接收相同信息的配置可以增强纠错能力。天线发送和/或接收 不同信息的配置可以增加数据吞吐量。MIMO天线的每个天线接收 相同信号的多个版本的配置中，MIMO天线的天线接收到的多种信 号版本的信息内容可以根据例如噪声源的存在、多径反射、和天线的 空间分集的环境条件而高度相似和/或低度相似。可以利用先进算法
处理形成MIMO天线的每个天线所接收到的信号，以构造尽量包含 所能提取的接收信号信息的合成接收信号。通过对MIMO天线的天 线定位从而使它们的物理扇区重叠，可以将MIMO天线的天线配置 为从公共源接收信号。
形成MIMO物理扇区的天线的数目以及天线的物理扇区的重叠 可以影响性能。例如，参照图1和图5，区域90仅从物理扇区62接 收覆盖，由此仅通过天线38发送和接收区域90内的通信。同样地， 区域98仅从物理扇区60和天线36接收覆盖。即使选择天线36和 38作为MIMO天线操作时，区域90和98不是MIMO物理扇区， 因为该区域内仅一个天线操作。当选择作为MIMO天线操作的天线 的仅一个天线在区域内发送和接收时，性能不会与天线的物理扇区重 叠以形成MIMO物理扇区的区域中一样高。区域92和96分别从物 理扇区58和62和物理扇区58和60接收覆盖。因为至少两个天线作 为MIMO天线在区域92和区域96内操作，所以区域92和区域96 是MIMO物理扇区。利用选择作为MIMO天线操作的天线的至少两 个天线通信可增强性能。区域94，即通过三个天线的物理扇区的重 叠形成的MIMO物理扇区，从物理扇区58、 60和62及其关联的天 线34-38接收覆盖。天线34-38作为MIMO天线操作，所以与通过 区域90-92和区域96-98接收和/和发送相比较而言，区域94内通过 所有三个天线接收和/和发送能够提供更高性能。MIMO天线的所有 天线在区域94内进行通信，所以区域94内的MIMO物理扇区最有 可能提供增强的性能。
利用有向天线形成的MIMO物理扇区可以利用传统的天线选择 方法以减小来自噪声源的干扰。例如，参照图1和图8，无线装置IO 包括处理器12、无线电i殳备18-22、 RF开关26-30和天线34-38和 天线42-46，其中两个天线分别与每个RF开关接口。天线34-38和 天线42-46分别作为第一 MIMO天线和第二 MIMO天线操作。无线 电设备18-22利用802.11a/b/g/n通信协议。分别与天线34-38关联的 天线物理扇区58-62基本重叠以形成MIMO物理扇区82。分别与天
线42-46关联的天线物理扇区66-70基本重叠以形成MIMO物理扇 区84。这个实施例中，将每个无线电设备设置到相同信道。物理扇 区和MIMO物理扇区82-84能够延伸得比图8所示更远，由此无线 装置10能够与无线装置102通信并且接收来自噪声源106和108的 干扰。无线装置10利用RF开关26-30在天线34-38和天线42-46之 间选择。这个实施例中，RF开关能够在两个天线组之间进行选择， 也就是说，选择天线34-38、或者选择天线42-46，由此在任何给定 时间仅一个MIMO物理扇区是活跃的，也就是说，或者MIMO物理 扇区82活跃、或者MIMO物理扇区84活跃。图8所示的实施例和 情景下，无线装置10选择MIMO天线物理扇区84以减小来自噪声 源106和108的干扰、同时与无线装置102通信。还可以利用与无线 装置10的MIMO物理扇区相似的MIMO物理扇区实现图8的无线 装置104。无线装置104可以选择在与无线装置102通信的同时提供 最佳性能并减小来自噪声源110的干扰的MIMO物理扇区。
MIMO系统的另一实施例中，参照图9，无线装置10包括处理 器12、三个无线电设备18-22、三个RF开关26-30和与每个RF开 关接口的三个天线组。天线34-38、天线42-46和天线50-54可以具 有任何覆盖角，可以以任何方向定向，形成MIMO天线，以及以任 何方式形成MIMO虚拟扇区。范例实施例中，参照图10，天线34-38、天线42-46和天线50-54各自具有约120度的覆盖角。对天线 34-38定向从而使分别与它们相关联的物理扇区58-62基本重叠以形 成MIMO物理扇区82。对天线42-46定向从而使分别与它们相关联 的物理扇区66-70基本重叠以形成MIMO物理扇区84。对天线50-54定向从而使分别与它们相关联的物理扇区74-78基本重叠以形成 MIMO物理扇区86。分别对物理扇区58-62、 66-70和74-78定向从 而MIMO物理扇区82、 84和86的中心分别以约60度、180度、和 300度定向。这个实施例中，这些MIMO物理扇区基本不重叠。每 个无线电设备设置到相同信道，由此MIMO物理扇区82-86的各自 利用相同信道。通过选择三个MIMO物理扇区之一进行通信，图9
和图10的无线装置实施例也能用于减小与噪声源的干扰。
未显示的另一实施例中，无线装置10包括处理器、四个无线电 设备、与每个无线电设备接口的RF开关和与每个RF开关接口的四 个有向天线。每个天线具有约90的覆盖角。每个RF开关的一个天 线的物理扇区基本重叠以形成MIMO物理扇区，由此得到的MIMO 系统具有四个MIMO虛拟扇区。每个MIMO物理扇区从这四个无线 电设备的每一个接收覆盖。这些天线的物理扇区被定向为使MIMO 物理扇区不重叠并且这些MIMO物理扇区提供约360度的组合覆盖 角。将所有无线电设备设置到相同信道。
在未显示的另一实施例中，无线装置10包括处理器、与处理器 接口的两个无线电设备、与每个无线电设备接口的RF开关和与每个 RF开关接口的三个有向天线。每个天线具有约120度的覆盖角。每 个RF开关的一个天线的物理扇区基本重叠以形成MIMO物理扇 区，从而MIMO系统具有三个MIMO虚拟扇区。每个MIMO物理 扇区从这两个无线电设备的每一个接收覆盖。这些天线的物理扇区被 定向为使得这些MIMO物理扇区不重叠并且这些MIMO物理扇区提 供约360度的组合覆盖角。将所有无线电设备设置到相同信道。
在未显示的另一实施例中，无线装置10包括处理器、与处理器 接口的两个无线电设备、与每个无线电设备接口的RF开关和与每个 RF开关接口的"N"个有向天线。每个天线具有约等于360度除以N 的覆盖角。两个天线(每个RF开关的一个天线)形成MIMO天 线，由此形成N个MIMO天线。形成每个MIMO天线的天线的物 理扇区基本重叠以形成N个MIMO物理扇区。MIMO物理扇区,皮定 向从而这些MIMO物理扇区基本不发生重叠，由此提供约360度的 组合覆盖角。将所有无线电设备设置到相同信道。
无线电设备、天线和MIMO物理扇区不限于利用单一信道通 信，或者不限于形成基本没有重叠的MIMO物理扇区。可以对无线 电设备分组以提供利用不同信道的MIMO物理扇区。可以将不同信 道上通信的MIMO物理扇区定位为重叠。重叠利用不同信道的
MIMO物理扇区可以同时通信而彼此较少干扰。
一个实施例中，参照图11，无线装置10包括处理器12、与处理 器IO接口的控制器14和16、与控制器14接口以形成第一无线电设 备组的两个无线电设备18和20、与控制器16接口以形成第二无线 电设备组的两个无线电设备22和24、分别与无线电设备18、 20、 22 和24接口的FR开关26、 28、 30和32和天线34-48，其中天线34-48与这些RF开关接口从而使两个天线与每个RF开关接口。这些天 线可以形成任何方式的MIMO天线，然而，利用同一群的天线形成 MIMO天线，允许不同组的MIMO物理扇区在不同信道上操作。
一个实施例中，天线34和36形成第一 MIMO天线。天线42和 44形成第二 MIMO天线。第一和第二 MIMO天线属于第一无线电 设备组。天线38和40形成第三MIMO天线。天线46和48形成第 四MIMO天线。第三和第四MIMO天线属于第二无线电设备组。另 一实施例中，天线34-40形成第一 MIMO天线，天线42-48形成第 二MIMO天线。
天线和它们各自的物理扇区可以具有任何覆盖角并以任何方向定 向。各组的天线可以以任何方式形成MIMO天线。得到的MIMO物 理扇区可以重叠也可以不重叠。范例实施例中，天线34、 36、 38、 40、 42、 44、 46和48及它们各自的物理扇区58、 60、 62、 64、 66、 68、 70和72均具有约180度的覆盖角。参照图11和图12，物理扇 区58与物理扇区60基本重叠以形成MIMO物理扇区82。物理扇区 62与物理扇区64基本重叠，物理扇区66和物理扇区68基本重叠， 物理扇区70与物理扇区72基本重叠，以分别形成MIMO物理扇区 84、 86和88。天线34、 36和天线38、 40的覆盖角的中心以约90度 定向(例如，页面之上)，由此MIMO物理扇区82和物理扇区84 重叠。天线42、 44和天线46、 48的覆盖角的中心以约270度定向 (例如，页面之下)，由此MIMO物理扇区86和88基本重叠。无 线电设备18和20属于第一无线电设备组，无线电设备22和24属于 第二无线电设备组。将信道Cl分配给第一无线电设备组并将信道
C2分配给第二无线电设备组，从而MIMO物理扇区82和86利用信 道Cl并且MIMO物理扇区84和88利用信道C2。因此，信道分 配、天线定向和MIMO天线结构提供了利用不同信道的重叠MIMO 物理扇区。参照图12,将Cl分配给MIMO物理扇区82,将C2分 配给MIMO物理扇区84，并且MIMO物理扇区82基本与MIMO 物理扇区84重叠。由于MIMO物理扇区82和84 ^皮分配不同的信 道，所以它们能够同时与不同无线装置通信且较少彼此干扰。利用不 同无线电i殳备组的天线形成MIMO物理扇区，允许了 MIMO物理扇 区重叠，被分配不同信道，以及同时通信。相同无线电设备组的 MIMO天线利用相同信道。例如，定位MIMO物理扇区从而4吏它们 不重叠并在任何时间仅利用相同组的一个MIMO物理扇区通信，由 此能够减小利用相同组的天线形成的MIMO物理扇区之间的干扰。
另一实施例中，参照图11，每个天线34-48的物理扇区具有约 90度的覆盖角。如上所述组织这些天线以形成四个MIMO天线。对 天线物理扇区定位从而使天线对34和36、天线对38和40、天线对 42和44和天线对46和48及它们各自的物理扇区的覆盖角的中心分 别以45度、135度、225度和315度定向。将信道C1分配给第一组 无线电设备，将信道C2分配给第二组无线电设备。获得的四个 MIMO物理扇区被定位为基本不重叠，并且相邻的MIMO物理扇区 被分配不同的信道。第一无线电设备组的一个MIMO物理扇区和第 二无线电群的一个MIMO物理扇区可同时操作。
无线装置10的天线可被定向以形成MIMO虚拟扇区。MIMO 虚拟扇区可以具有任何覆盖角并可以以任何方式定向。可选择用于通 信的MIMO虚拟扇区以减小干扰。 一个实施例，参照图1和图13, 天线34-38和天线42-46具有约180度的覆盖角。天线34、 36、 38、 42、 44、 46和它们各自的物理扇区58、 60、 62、 66、 68、 70的覆盖 角的中心分别以卯度、150度、210度、270度、300度和30度定 向。图13中标记为区域150的0度与60度之间的区域由物理扇区 58、 68和70覆盖。天线34、 44和46可以一起用作MIMO天线以
将信号发送到区域150内的任何无线装置以及从区域150内的任何无 线装置接收信号。天线152、 154、 156、 158和160分别定位在约 60-120度之间、约120-180度之间、约180-240度之间、约240-300 度之间和约300-0度之间，并分别由天线34、 36和46、天线34、 36 和38、天线42、 36和38、天线42、 44和38、天线42、 44和46月艮 务。每个区域150-160包括MIMO虛拟扇区。
范例实施例中，参照图1和图13，利用天线34、 44和46形成 MIMO天线，区域150作为MIMO物理扇区操作。利用天线34、 36 和46形成MIMO天线，区域152作为MIMO物理扇区操作，区域 154-160也类似。这个实施例中，不可将区域158和160组合以作为 MIMO物理扇区操作，因为区域158需要天线42、 44和38形成 MIMO天线，而区域160需要天线42、 44和46形成MIMO天线。 对这个实施例，由于RF开关30 —次只选择一个天线，所以MIMO 物理扇区限于与每个RF开关相关联的任何一个天线的任何组合。这 个实施例中，无线装置10可以在任何给定时间选择任何一个MIMO 虚拟扇区并且通过其通信。选择MIMO虛拟扇区的方法包括i殳置 RF开关以选择服务所期望的MIMO虛拟扇区的天线。另一实施例 中，RF开关及其关联的天线可以被相控阵替换。每个相控阵的天线 元件可以形成MIMO天线。
可以任何方式对天线定向以形成任何尺寸的MIMO虚拟扇区。 在范例实施例中，参照图13，每个MIMO虚拟扇区150-160具有约 60度的覆盖角。另一实施例中，参照图14, MIMO虚拟扇区150、 152、 154、 156、 158和160分别位于0-30度之间、30-60度之间、 60-180度之间、180-210度之间、210-240度之间和240-0度之间。 另一实施例中，参照图15，每个MIMO虚拟扇区具有约40度的覆 盖角。MIMO虚拟扇区150-166分别位于0-40度之间、40-80度之 间、80-120度之间、120-160度之间、160-200度之间、200-240度之 间、240-280度之间、280-320度之间和320-0度之间。另一实施例 中，参照图11和图18，每个MIMO虛拟扇区具有约90度的覆盖
角。将信道Cl分配给第一组无线电设备，将信道C2分配给第二组 无线电设备。天线对34和36、 38和40、 42和44、以及46和48分 别形成MIMO天线。天线34、 36和天线42、 44形成的MIMO虚拟 扇区分别从0-180度和180-0度延伸，并且被分配信道Cl。天线 38、 40和天线46、 48形成的MIMO虛拟扇区分别从卯-270度和 270-90度延伸，并且被分配信道C2。对这些MIMO虚拟扇区定位以 形成区域150-156，其中每个区域从不同信道上操作的两个MIMO 虛拟扇区接收覆盖。
无线装置可以选择MIMO虛拟扇区并且通过其通信以改进性 能。无线装置可以利用任何准则选择MIMO虚拟扇区进行通信，例 如，噪声源的存在、使用的噪声源信道、信噪比、主要数据流的方 向、信号质量、信号强度和数据吞吐量。
一个实施例中，参照图9和图17，无线装置10期望与无线装置 102通信。无线装置10连续允许形成每个MIMO虚拟扇区150-160 的每个天线组合。通过每个MIMO虚拟扇区，无线装置10测量与无 线装置102通信的能力。至少通过MIMO虛拟扇区150，无线装置 10检测噪声源110的存在。至少通过MIMO虚拟扇区154和156， 无线装置10分别检测噪声源106和108的存在。通过选择MIMO虚 拟扇区150并通过该MIMO虛拟扇区150通信，在与无线装置102 通信的同时，无线装置10可以减小来自噪声源106和108的干扰。 图1和图17所示无线装置10的实施例中，与选出的MIMO虚拟扇 区相邻的区域具有至少一个z厶共天线，由此选择一个MIMO虚拟扇 区不会禁止其它扇区内的所有通信，但是选出的MIMO虚拟扇区内 的通信可以比相邻区域提供更强的性能，因为它利用形成MIMO天 线的所有天线进行发送和/和接收。
仍然参照图1和图17，通过选择与噪声源110利用的信道不同 的信道，无线装置10可以减小来自噪声源110的干扰。在无线装置 102不能切换到噪声源110所没有利用的信道的情况下，可以利用 MIMO虚拟扇区150处理与无线装置102的通信，如果MIMO虚拟
扇区150提供了期望水平的性能。无线装置可以选择提供期望水平的 性能的任何MIMO虚拟扇区。这个实施例中，无线装置10可以选择 MIMO虚拟扇区152以与无线装置102通信。尽管与无线装置10通 过MIMO虚拟扇区150检测来自噪声源110的干扰相比较，无线装 置IO通过MIMO虚拟扇区152能够检测到较少的来自噪声源110的 干扰，但是无线装置IO还从无线蜂窝102接收较少期望信号。在无 线装置10期望与无线装置104以及与无线装置104在相同信道上操 作的噪声源106、 108和110通信的情况下，通过选择MIMO虛拟扇 区160与无线装置104通信，无线蜂窝10可以减小来自噪声源的干 扰。无线装置可以在任何时间段内选择并利用任何MIMO虚拟扇 区。无线装置可以在任何时间、为任何目的从利用一个MIMO虚拟 扇区切换到利用任何其它MIMO虛拟扇区。范例实施例中，参照图 17，无线装置IO在MIMO虚拟扇区150和160之间切换以分别与无 线装置102和104进行通信。此外，无线装置可以通过一个MIMO 虛拟扇区发送，而通过不同的MIMO虛拟扇区接收。另一实施例 中，参照图11和图18，无线装置10可以选择为每个区域提供期望 通信水平的MIMO虛拟扇区。此外，无线装置IO可以同时在不同信 道上与都在区域156内的两个无线装置104和120通信，例如，无线 装置104利用信道Cl通信，而无线装置120利用信道C2通信
除非与物理可能性相反，否则发明人构思于此描述的方法和系 统(i)能够以任何顺序和/或組合执行这里描述的方法和系统；以 及(ii)以任何方式组合各个实施例的部分。
尽管已经描述了这个新颖发明的优选实施例，但是可以对这些优 选实施例进行许多变动和变型并且这里描述的实施例不受以上特定公 开的限制而仅由权利要求的范围进行限定。
权利要求
1. 第一无线蜂窝，提供以不同定向定位的重叠MIMO物理扇区，所述第一无线蜂窝包括至少四个天线，每个天线在各自物理扇区内发送和接收无线电信号，每个天线属于至少两个组中的至多一个组，每个组包括所述第一无线蜂窝的至少两个天线，每个组的天线被定位从而使每个组的每个天线的物理扇区与相同组的所有其它天线的物理扇区部分地重叠，每个组被定位从而使每个组的至少一个天线的物理扇区与至少一个其它组的至少一个天线的物理扇区至少部分地重叠，其中在至少两个天线的物理扇区重叠的区域内形成MIMO物理扇区，并且其中在每个MIMO物理扇区内，至少两个天线作为MIMO天线操作。
2. 权利要求1所述的第一无线蜂窝，其中每个组的每个天线的物 理扇区与相同组的所有其它天线的物理扇区基本重叠。
3. 权利要求1所述的第一无线蜂窝，包括两个组，其中每个组的 每个天线的物理扇区与其它组的一个天线之外的所有天线的物理扇区 部分地重叠。
4. 权利要求1所述的第一无线蜂窝，其中每个组的一个天线的物 理扇区与一个其它组的除一个天线之外的所有天线的物理扇区部分地 重叠。
5. 权利要求1所述的第一无线蜂窝，其中所述第一无线蜂窝在任 一个时间仅利用一个MIMO物理扇区通信。
6. 权利要求1所述的第一无线蜂窝，其中对所有天线分配相同信道。
7. 权利要求1所述的第一无线蜂窝，所述第一无线蜂窝包括六个 天线，组成第一组和第二组，其中三个天线属于每一组，其中每个天 线具有约180度的覆盖角，其中每个组的天线被指定为那个组的第一 天线、第二天线和第三天线，其中第一组的第一天线的物理扇区基本 不与第二组的第一天线的物理扇区重叠，其中第一组的第二天线的物 理扇区基本不与第二組的第二天线的物理扇区重叠，其中第一组的第 三天线的物理扇区基本不与第二组的第三天线的物理扇区重叠，其中 第一组的第二天线的物理扇区与第一组的第一天线的物理扇区重叠约120度并且与第二组的第一天线的物理扇区重叠约60度，其中第二 组的第二天线的物理扇区与第二组的第一天线的物理扇区重叠约120 度并且与第一组的第一天线的物理扇区重叠约60度，其中第一组的 第三天线的物理扇区与第一组的第一天线的物理扇区重叠约60度并 且与第二组的第一天线的物理扇区重叠约120度，其中第二组的第三 天线的物理扇区与第二组的第一天线的物理扇区重叠约60度并且与 第一组的第一天线的物理扇区重叠约120度。
8. 权利要求7所述的第一无线蜂窝，物理扇区在相同约60度区 域内重叠的任何组的一个第一天线、 一个第二天线和一个第三天线作 为MIMO天线操作。
9. 权利要求1所述的第一无线蜂窝，包括九个天线，組成第一 组、第二组和第三组，其中三个天线属于每组，其中每个天线具有约 120度的覆盖角，其中每个组的天线被指定为那个组的第一天线、第 二天线和第三天线，其中每个组的第一天线的物理扇区基本不与任何 其它组的第一天线的物理扇区重叠，其中每个组的第二天线的物理扇 区基本不与任何其它组的第二天线的物理扇区重叠，其中每个组的第 三天线的物理扇区基本不与任何其它组的第三天线的物理扇区重叠， 其中第一组的第二天线的物理扇区与第一组的第一天线的物理扇区重 叠约80度并且与笫二组的第一天线的物理扇区重叠约40度，其中第 二组的第二天线的物理扇区与第二组的笫一天线的物理扇区重叠约 80度并且与第三组的第一天线的物理扇区重叠约40度，其中笫三组 的第二天线的物理扇区与第三组的第一天线的物理扇区重叠约80度 并且与第一组的第一天线的物理扇区重叠约40度，其中第一组的第 三天线的物理扇区与第一组的第一天线的物理扇区重叠约40度并且 与第二组的第一天线的物理扇区重叠约80度，其中第二组的第三天 线的物理扇区与第二組的第一天线的物理扇区重叠约40度并且与第三组的第一天线的物理扇区重叠约80度，其中第三组的第三天线的 物理扇区与第三组的第一天线的物理扇区重叠约40度并且与第一组 的第一天线的物理扇区重叠约80度。
10. 权利要求9所述的第 一无线蜂窝，物理扇区在相同约40度区 域内重叠的任何组的一个第一天线、 一个第二天线和一个第三天线作 为MIMO天线操作。
11. 一种由第一无线蜂窝执行以减小干扰的方法，所述方法包括通过所述第一无线蜂窝的每个MIMO天线测量性能，其中所迷 第一无线蜂窝包括至少四个天线，每个天线在各自物理扇区内发送和 接收无线电信号，所述第一无线蜂窝的每个天线属于至少两个组中的 至多一个组，每个组包括所述第一无线蜂窝的至少两个天线，每个组它天线的物理扇区部分地重叠，每个组被定位从而使每个组的至少一 个天线的物理扇区与至少一个其它组的至少一个天线的物理扇区至少 部分地重叠，其中在至少两个天线的物理扇区重叠的区域内形成 MIMO物理扇区，其中在每个MIMO物理扇区内，至少两个天线作 为MIMO天线操作；选择提供增强性能的一个MIMO天线；以及通过所选出的MIMO天线通信。
12.权利要求11所述的方法，其中每个组的每个天线的物理扇区 与相同组的所有其它天线的物理扇区基本重叠。
13，权利要求11所述的方法，其中所述测量包括通过每个MIMO 天线利用所有可用信道来测量性能。
14. 权利要求11所述的方法，其中所述测量包括测量吞吐量、 数据吞吐量、信噪比、信号误差率、数据误差率、重新发送请求、干 扰、多径信号的拒绝、传输率和信号强度中的至少之一。
15. —种用于提供第一无线蜂窝的以不同定向定位的重叠MIMO 物理扇区的方法，所述方法包括 将所述第一无线蜂窝的每个天线指定到至多一个组，其中所述第 一无线蜂窝包括至少四个天线，每个天线在各自物理扇区内发送和接 收无线电信号，所述第一无线蜂窝的每个天线属于至少两个组的至多一个组，每个组包括所述第一无线蜂窝的至少两个天线；定位每个组的天线从而使每个组的每个天线的物理扇区与相同组 的所有其它天线的物理扇区部分地重叠；以及定位每个组从而使每个组的至少一个天线的物理扇区与至少一个 其它组的至少一个天线的物理扇区至少部分地重叠，其中在至少两个 天线的物理扇区重叠的区域内形成MIMO物理扇区，其中在每个 MIMO物理扇区内，至少两个天线作为MIMO天线操作。
16. 权利要求15所述的方法，其中定位每个组的天线还包括定;它天线的物i扇区基本重i。
， 一 5
17. 权利要求15所述的方法，其中定位每个组还包括定位每个 组从而使每个组的每个天线的物理扇区与一个其它组的除一个天线以 外的所有天线的物理扇区部分地重叠。
18. 权利要求15所述的方法，其中定位每个组还包括定位每个 组从而使每个组的一个天线的物理扇区与一个其它组的除一个天线之 外的所有天线的物理扇区部分地重叠.
19. 权利要求15所述的方法，所述方法还包括通过每个MIMO 物理扇区测量性能。
20. 权利要求19所述的方法，其中测量包括测量呑吐量、数据 吞吐量、信噪比、信号误差率、数据误差率、重新发送请求、干扰、 多径信号的拒绝、传输率和信号强度中的至少之一。
21. 权利要求15所述的方法，其中对所有天线分配相同信道。
22. 权利要求15所述的方法，其中还包括在任何一个时间利用 仅一个MIMO物理扇区通信。
23. —种第一无线蜂窝，提供重叠MIMO物理扇区，所述第一无 线蜂窝包括 至少八个天线，每个天线在各自物理扇区内发送和接收无线电信 号，每个天线属于至少四个天线组的至多一个天线组，每个天线组包 括所述第一无线蜂窝的至少两个天线，每个天线组的天线被定位从而 使每个天线的物理扇区与相同天线組的所有其它天线的物理扇区基本重叠，每个天线组的天线作为MIMO天线操作，每个天线组属于至 少两个无线电设备组的至多一个无线电设备组，每个无线电设备组包 括至少两个天线组，每个天线组被定位从而使每个天线组的天线的物 理扇区不与相同无线电设备组的任何其它天线组的天线的物理扇区重 叠，每个无线电设备组的天线被分配相同信道，每个无线电设备組的 至少一个天线组被定位从而使至少一个天线组的天线的物理扇区与不 同无线电设备组的至少一个天线组的天线的物理扇区至少部分地重 叠，物理扇区重叠的不同无线电设备组的每个天线组被分配不同信 道。
24. 权利要求23所述的第一无线蜂窝，其中每个无线电设备组的 每个天线組的天线的物理扇区与不同无线电设备组的至少一个天线组 的天线的物理扇区至少部分地重叠。
25. 权利要求23所迷的第一无线蜂窝，包括八个天线，组成属于 第一无线电设备组的第一天线组和第二天线组、以及属于第二无线电 设备組的第三天线组和第四天线组。
26. 权利要求25所述的第一无线蜂窝，其中所述第一天线组的天 线的物理扇区与第三天线组的天线的物理扇区基本重叠，并且其中第 二天线组的天线的物理扇区与笫四天线组的天线的物理扇区基本重 叠，
27. 权利要求25所述的第一无线蜂窝，其中第一天线组和第二天 线组的天线的物理扇区与第三天线组和第四天线组的天线的物理扇区 至少部分地重叠。
28. —种用于形成第一无线蜂窝的重叠MIMO物理扇区的方法， 所述方法包括将所述第一无线蜂窝的每个天线指定到至多一个天线组，其中所述第一无线蜂窝包括至少八个有向天线，每个天线在各自物理扇区内 发送和接收无线电信号，每个天线属于至少四个天线组的至多一个天线组，每个天线组包括所述第一无线蜂窝的至少两个天线；每个天线组的天线被定位从而使每个天线的物理扇区与相同天线组的所有其它天线的物理扇区基本重叠，其中每个天线组的天线作为MIMO天线操作；将每个天线组指定到至少两个无线电设备组的至多一个无线电设备组，其中每个无线电设备组包括至少两个天线组；定位每个天线组从而使每个天线组的天线的物理扇区不与相同无线电设备组的任何其它天线组的天线的物理扇区重叠；定位每个无线电设备组的至少一个天线组从而使每个无线电设备组的至少一个天线组的天线的物理扇区与不同无线电设备组的至少一个天线组的天线的物理扇区至少部分地重叠；将相同信道分配给每个无线电设备组的每个天线；以及 将不同信道分配给物理扇区重叠的不同无线电设备组的每个天线组。
29. 权利要求28所述的方法，还包括通过每个MIMO天线利用所有可用信道测量性能。
30. 权利要求29所述的方法，其中测量包括测量吞吐量、数据 吞吐量、信噪比、信号误差率、数据误差率、重新发送请求、干扰、 多径信号的拒绝、传输率和信号强度中的至少之一。
31.权利要求29所述的方法，其中根据测量性能分配相同信道以 及分配不同信道，其中这些信道被分配以提供高于阈值性能的性能。
32.权利要求28所述的方法，还包括选择提供增强性能的 MIMO天线，并通过所选择的MIMO天线通信。
全文摘要
本发明公开了用于定位第一无线蜂窝的天线以形成MIMO物理扇区和MIMO虚拟扇区的方法和设备。所述方法和设备响应于吞吐量、数据吞吐量、信噪比、信号误差率、数据误差率、重新发送请求、干扰、多径信号的拒绝、传输率和信号强度，选择MIMO虚拟扇区用于通信。
文档编号H04B7/04GK101395820SQ200780007128
公开日2009年3月25日 申请日期2007年2月21日 优先权日2006年2月28日
发明者B·伍德布理, J·斯番尼克, R·拉斯丁格 申请人:罗塔尼公司