多天线系统功率分配及波束赋形方法、基站及多天线系统的制作方法
【专利摘要】本发明适用于通信领域，提供了多天线系统功率分配及波束赋形方法、基站及多天线系统，所述系统包括多排天线组，每排所述天线组包括多个子阵元，所述方法包括：基站获取发射功率指示消息，所述发射功率指示消息包括邻基站的强干扰指示或者UE分布关键参数；所述基站根据所述发射功率指示消息分别为每排所述天线组分配不同的发射功率。本发明基于具备多个仰角方向及水平夹角方向的多天线系统实现，当位于基站信号范围内不同位置的用户信号需求不一致时，通过为多天线系统中不同仰角方向或不同水平夹角方向的天线分别进行功率分配，以使不同位置的用户获取到不同强度的信号能量，实现不同位置上天线信号的差异性覆盖，优化了基站的信号覆盖效果。
【专利说明】多天线系统功率分配及波束赋形方法、基站及多天线系统
【技术领域】
[0001]本发明属于通信领域,尤其涉及多天线系统功率分配及波束赋形(Beamforming,BF)方法、基站及多天线系统。
【背景技术】
[0002]在多入多出(Multiple-1nputand Multiple-Ouput,ΜΙΜΟ)系统中，为了进一步提高单小区的系统容量，面状天线或者三维天线阵列技术被提出，分别在不同的应用场景下为基站用户发射信号。
[0003]在基站的多天线系统中，用户在基站下的分布并非均匀分布，且其分布具有时变性。以图1所示的应用场景为例，在某个时刻，更多的用户可能集中在区域I内，此时需要使更多的天线信号能量朝向区域I ;在另一时刻，更多的用户可能集中在区域2内，此时则需要使更多的天线信号能量朝向区域2，因此，多天线系统需要实现多自由度的信号差异性覆盖。
[0004]在上述提及的两种天线阵列技术中，面状天线阵列技术通常应用于射频信号的波长非常短的场景下，例如60GHz毫米波长无线通信技术，其天线阵列中的每个天线子阵元具有全向等方向的方向图，实现的是一对一的目标波束对准，没有更多的自由度以同时对着多个目标。
[0005]当基站使用三维天线阵列技术时，工程上通常会将三维天线阵列做成具有一定仰角的水平全向或者定向天线，当天线的仰角方向超过一定角度后信号会有急剧的衰减，以避免天线会对天顶方向或者远处仰角方向上的同频或者邻频系统造成强干扰。因此，在部分仰角方向上，三维天线阵列的信号能量受限，也无法实现多自由度的信号差异性覆盖。
[0006]因此，综上所述，当基站信号范围内处于不同位置的用户信号需求不同时，现有的面状天线及三维天线阵列技术均无法实现多自由度的信号差异性覆盖。
【发明内容】
[0007]本发明实施例的目的在于提供一种多天线系统功率分配方法，旨在解决现有的面状天线及三维天线阵列技术均无法实现多自由度的信号差异性覆盖的问题。
[0008]本发明实施例是这样实现的，一种多天线系统功率分配方法，所述系统包括多排天线组，每排所述天线组包括多个子阵元，所述方法包括:
[0009]基站获取发射功率指示消息，所述发射功率指示消息包括邻基站的强干扰指示或者用户设备UE分布关键参数；
[0010]所述基站根据所述发射功率指示消息分别为每排所述天线组分配不同的发射功率。
[0011]本发明实施例的另一目的在于提供一种基站，所述基站包括多天线系统，所述系统包括多排天线组，每排所述天线组包括多个等间隔的子阵元，还包括:
[0012]发射功率指示消息获取单元,用于所述基站获取发射功率指示消息,所述发射功率指示消息包括邻基站的强干扰指示或者用户设备UE分布关键参数；
[0013]发射功率分配单元，用于所述基站根据所述发射功率指示消息分别为每排所述天线组分配不同的发射功率。
[0014]本发明实施例基于具备多个仰角方向或者多个水平夹角方向的多天线系统实现，当位于基站信号范围内不同位置的用户信号需求不一致时，通过为多天线系统中不同仰角方向或者不同水平夹角方向的天线分别进行功率分配，以使不同位置的用户获取到不同强度的信号能量，实现不同位置上天线信号的差异性覆盖，优化了基站的信号覆盖效果。
[0015]本发明实施例的另一目的在于提供一种多天线系统波束赋形方法，所述系统包括多排天线组，每排所述天线组包括多个子阵元，所述方法包括:
[0016]所述基站获取每排所述天线组内各个子阵元波束范围内的每个用户设备UE的信道特征；
[0017]所述基站根据获取到的信道特征，分别为每排天线组进行预编码。
[0018]本发明实施例的另一目的在于提供一种基站，所述基站包括多天线系统，所述系统包括多排天线组，每排所述天线组包括多个子阵元，还包括:
[0019]信道特征获取单元，用于所述基站获取每排所述天线组内各个子阵元波束范围内的每个用户设备UE的信道特征；
[0020]预编码单元，用于所述基站根据获取到的信道特征，分别为每排天线组进行预编码。
[0021]本发明实施例的另一目的在于提供一种多仰角天线系统，包括:
[0022]多排天线组，每排所述天线组包括多个子阵元。
[0023]在本实施例中，根据每个子阵元波束范围内的每个UE的信道特征，基站即可以获知每排天线组波束范围内的UE对信号的指向性要求，从而根据获取到的信道特征来分别为每排天线组进行相互独立的预编码，从而对不同天线组分别进行波束赋形，以实现多天线系统多自由度的信号指向能力，优化了基站的信号覆盖效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是现有技术提供的基站下用户的分布情况图；
[0025]图2是本发明实施例提供的多天线系统实现示例一的结构图；
[0026]图3是本发明实施例提供的多天线系统实现示例二的结构图；
[0027]图4是本发明实施例提供的多天线系统功率分配方法的实现流程图；
[0028]图5是本发明实施例提供的多天线系统功率分配方法步骤S402的实现流程图；
[0029]图6是是本发明另一实施例提供的多天线系统功率分配方法步骤S402的实现流程图；
[0030]图7是是本发明实施例提供的多天线系统功率分配方法步骤S602的实现流程图；
[0031]图8是本发明实施例提供的多天线系统功率分配方法步骤S402之后的实现流程图；
[0032]图9是本发明实施例提供的多天线系统功率分配方法步骤S404的实现流程图；
[0033]图10是本发明实施例提供的运行多天线系统功率分配方法的基站的结构框图；[0034]图11是本发明实施例提供的多天线系统波束赋形方法的实现流程图；
[0035]图12是本发明实施例提供的运行多天线系统波束赋形方法的基站的结构框图。
【具体实施方式】
[0036]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0037]本发明实施例基于具备多个仰角方向及水平夹角方向的多天线系统实现，当位于基站信号范围内不同位置的用户信号需求不一致时，通过为多天线系统中不同仰角方向或不同水平夹角方向的天线分别进行功率分配，以使不同位置的用户获取到不同强度的信号能量，实现不同位置上天线信号的差异性覆盖，优化了基站的信号覆盖效果。
[0038]首先，对本发明实施例提供的多天线系统功率分配方法所基于的多天线系统的结构进行阐述:
[0039]该多天线系统位于基站侧，包括多排天线组，每排所述天线组包括多个子阵元。其中，多排天线组之间可以呈上下排列分布或者水平排列分布，每两排天线组之间的间隔可以相同，也可以不同。
[0040]需要说明的是，在工程实施上，对于多天线系统，出于预编码的需要，会尽可能地为每排天线组中的子阵元配置相同的仰角方向(水平夹角方向)、天线方向图及仰角角度，且每排天线组中的子阵元尽可能相互等间隔地分布。
[0041]为了进一步说明，以下结合实现示例来对上述多天线系统做详细阐述:
[0042]图2示出了本发明实施例提供的多天线系统实现示例一的结构图，如图2所示，al、a2、bl、b2、cl、c2均为多天线系统中的子阵元，其中，al和a2组成天线组A，bl和b2组成天线组B，Cl和c2组成天线组C。在该多天线系统中，每个子阵元之间的空间间隔相等，而每排天线组之间的空间间隔不等，每排天线组之间的仰角方向、水平夹角方向和天线方向图也互不相同，其对应的天线信号分别指向不同的区域。
[0043]图3示出了本发明实施例提供的多天线系统实现示例二的结构图，在图3所示的天线阵列中，有A、B、C和D四排天线组，每排天线组均有四个子阵元，所有子阵元呈均匀分布排列。在工程上，图3所示的天线阵列可以做成一个大的面状天线结构。
[0044]以上只列举了本发明实施例提供的多天线系统的两种实现示例，实际应用中可根据工程需要来具体实现，在此不作限定。
[0045]而对于不同天线组的天线方向图，在本实施例中，可以通过调整天线的物理指向方向来实现，也可以通过电控制的方式来调整天线的指向。对于不同天线组的仰角角度，可以根据蜂窝系统组网时的要求来选择，较窄的仰角角度有利于在仰角方向上具有更高的空间分辨能力，较宽的仰角角度则有利于提高重叠区域的覆盖能力。
[0046]图4示出了本发明实施例提供的多天线系统功率分配方法的实现流程，详述如下:
[0047]在步骤S401中，基站获取发射功率指示消息,所述发射功率指示消息包括邻基站的强干扰指示或者UE分布关键参数。
[0048]在步骤S402中，所述基站根据所述发射功率指示消息分别为每排所述天线组分配不同的发射功率。
[0049]在本实施例中，由于每排天线组的仰角方向可能不同，因此，其相应的波束范围也不同，天线信号覆盖区域也相应不同，基站可以根据每个覆盖区域内UE所需要的天线信号的强度大小来为每排天线组分配不同的发射功率，从而实现多自由度的信号差异性覆盖。
[0050]需要说明的是，在基站为不同天线组分配发射功率的过程中，显然地，无论如何分配，出于预编码的需要，每排天线组内各子阵元所分配到的发射功率相同。同时，显然地，在发射功率分配过程中，多天线系统中每个子阵元所分配到的发射功率之和不能超过该多天线系统的最大发射功率，上述分配原则在后续实施例中同样适用，不再加以说明。
[0051]作为本发明的一个实施例，当发射功率指示消息包括邻基站的强干扰指示时，可以根据本基站对邻基站的信号干扰情况来为天线组分别分配不同的发射功率，图5示出了本发明步骤S402的具体实现流程，详述如下:
[0052]在步骤S501中，所述基站接收邻基站的强干扰指示，所述强干扰指示用于指示至少一排所述天线组对所述邻基站产生了强干扰。
[0053]在步骤S502中，所述基站将产生了强干扰的所述天线组的发射功率减少至对所述邻基站不产生强干扰的范围内。
[0054]在多天线系统中，由于可能出现某排或者某几排仰角方向或者水平夹角方向上的天线组所发射的信号对邻基站造成强干扰的情况，在本实施例中，根据接收到的来自邻基站的强干扰指示，以获知本基站天线系统中某排或者某几排天线组对邻基站产生了强干扰。
[0055]在本实施例中，来自邻基站的强干扰指示通常可以包括邻基站的位置(如邻基站的GPS座标)、邻基站下的被干扰UE相对于本基站在垂直方向上的角度、邻基站下UE的信号与干扰加噪声比(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)均值以及期望的工作SINR均值等信息，基站在接收到强干扰指示后，首先可以根据自身位置(如本基站的GPS座标)计算得到该邻基站受到的强干扰是不是由本基站带来的，或者多大程度上是由本基站带来的，并可以根据相关的角度信息计算得到该邻基站受到的强干扰是由本基站哪个仰角方向或者水平夹角方向的天线组带来的，之后即可以根据干扰程度以及邻基站实际的SINR均值以及期望的工作SINR均值来减少本基站特定仰角方向或者水平夹角方向天线组上的发射功率。
[0056]在本实施例中，减少产生了强干扰的天线组的发射功率至对所述邻基站不产生强干扰的范围内，由于减少的只是多天线系统中的其中一部分天线的发射功率，因此上述过程并不会同时减少未对邻基站产生强干扰的天线组的发射功率，因此对基站的整体信号覆盖效果并未产生影响。
[0057]作为本发明的一个实施例，当发射功率指示消息包括UE分布关键参数时，可以根据每排所述天线组的UE分布关键参数来为天线组分别分配不同的发射功率，图6示出了本发明步骤S402的具体实现流程，详述如下:
[0058]在步骤S601中，所述基站根据每排所述天线组的UE分布关键参数，按照预设规则获取每排所述天线组所需要的发射功率。
[0059]其中，UE分布关键参数用于描述每排天线组波束覆盖范围内的信号强度需求，包括但不限于天线组波束范围内的UE的总数量、UE的总吞吐量或者每个UE的服务质量(Quality of Service, QoS)中的至少一项。所述UE的QoS包括传输时的时延、吞吐等方面的要求。
[0060]在本实施例中，根据每排天线组的UE分布关键参数来获取每排天线组所需要的发射功率的预设规则包括但不限于:
[0061]1、基于系统容量最大化原则进行发射功率分配。
[0062]例如对信道质量更好的UE分配更多的发射功率，然后按每排天线组波束范围内所有UE可以得到的发射总功率来分配系统的发射总功率；或者例如按照每排天线组波束范围内的UE数量比例来进行公平调度的基站侧调度算法。
[0063]2、以保证各个仰角方向的UE吞吐量为原则进行发射功率分配。
[0064]例如，可以采用如下的发射功率分配方法:
[0065]首先，天线组A内第i个UE容量与发射功率之间的关系为:
【权利要求】
1.一种多天线系统功率分配方法，其特征在于，所述系统包括多排天线组，每排所述天线组包括多个子阵元，所述方法包括: 基站获取发射功率指示消息，所述发射功率指示消息包括邻基站的强干扰指示或者用户设备UE分布关键参数； 所述基站根据所述发射功率指示消息分别为每排所述天线组分配不同的发射功率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射功率指示消息包括所述邻基站的强干扰指示，所述基站根据所述发射功率指示消息分别为每排所述天线组分配不同的发射功率包括: 所述基站接收邻基站的强干扰指示，所述强干扰指示用于指示至少一排所述天线组对所述邻基站产生了强干扰； 所述基站将产生了强干扰的所述天线组的发射功率减少至对所述邻基站不产生强干扰的范围内。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射功率指示消息包括UE分布关键参数，所述基站根据所述发射功率指示消息分别为每排所述天线组分配不同的发射功率包括: 所述基站根据每排所述天线组的UE分布关键参数，按照预设规则获取每排所述天线组所需要的发射功率； 所述基站根据每排所述天线组所需要的发射功率进行发射功率分配。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述UE分布关键参数包括天线组波束范围内的UE的总数量、总吞吐量或者每`个UE的服务质量QoS中的至少一项。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述基站根据每排所述天线组所需要的发射功率进行发射功率分配包括: 所述基站为每排所述天线组分配其所需要的发射功率。
6.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述基站根据每排所述天线组所需要的发射功率进行发射功率分配包括: 当一排或者多排所述天线组所需要的发射功率增加时，所述基站减少一排或者多排其他所述天线组的发射功率； 所述基站将减少的发射功率全部或者部分地分配给需要增加发射功率的所述天线组。
7.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述基站根据每排所述天线组的UE分布关键参数，按照预设规则获取每排所述天线组所需要的发射功率之前，还包括: 所述基站检测每排所述天线组的UE分布关键参数相比上一次发射功率分配时的变化是否超过了预设阈值； 当任一所述天线组的任一 UE分布关键参数相比上一次发射功率分配时的变化超过预设阈值，所述基站根据每排所述天线组的UE分布关键参数，按照预设规则获取每排所述天线组所需要的发射功率。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 所述基站检测发射功率的分配结果相比上一次发射功率的分配结果是否产生变化； 当所述基站检测发射功率的分配结果相比上一次发射功率的分配结果产生了变化，所述基站重新分配时频资源。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基站重新分配时频资源包括: 所述基站根据上一次分配的发射功率下每排所述天线组波束范围内的UE的第一信道质量指示符CQI值，获取每排所述天线组波束范围内的UE的第一信号与干扰加噪声比SINR值； 所述基站根据所述第一 SINR值获取当前发射功率下每排所述天线组波束范围内的UE的第二 SINR值； 所述基站根据所述第二 SINR值获取当前发射功率下每排所述天线组波束范围内的UE的第二 CQI值； 所述基站根据所述第二 CQI值重新分配时频资源。
10.一种多天线系统波束赋形方法，其特征在于，所述系统包括多排天线组，每排所述天线组包括多个子阵元，所述方法包括: 所述基站获取每排所述天线组内各个子阵元波束范围内的每个用户设备UE的信道特征； 所述基站根据获取到的信道特征，分别为每排天线组进行预编码。
11.一种基站，其特征在于，所述基站包括多天线系统，所述系统包括多排天线组，每排所述天线组包括多个等间隔的子阵元，还包括: 发射功率指示消息获取单元，用于所述基站获取发射功率指示消息，所述发射功率指示消息包括邻基站的强干扰指示或`者用户设备UE分布关键参数； 发射功率分配单元，用于所述基站根据所述发射功率指示消息分别为每排所述天线组分配不同的发射功率。
12.如权利要求11所述的基站，其特征在于，所述发射功率指示消息包括所述邻基站的强干扰指示，所述发射功率分配单元包括: 强干扰指示接收子单元，用于所述基站接收邻基站的强干扰指示，所述强干扰指示用于指示至少一排所述天线组对所述邻基站产生了强干扰； 强干扰消除子单元，用于所述基站将产生了强干扰的所述天线组的发射功率减少至对所述邻基站不产生强干扰的范围内。
13.如权利要求11所述的基站，其特征在于，所述发射功率指示消息包括UE分布关键参数，所述发射功率分配单元包括: 发射功率获取子单元，用于所述基站根据每排所述天线组的UE分布关键参数，按照预设规则获取每排所述天线组所需要的发射功率； 发射功率分配子单元，用于所述基站根据每排所述天线组所需要的发射功率进行发射功率分配。
14.如权利要求13所述的基站，其特征在于，所述UE分布关键参数包括天线组波束范围内的UE的总数量、总吞吐量或者每个UE的服务质量QoS中的至少一项。
15.如权利要求13或14所述的基站，其特征在于，所述发射功率分配子单元用于所述基站为每排所述天线组分配其所需要的发射功率。
16.如权利要求13或14所述的基站，其特征在于，所述发射功率分配子单元包括: 发射功率减少子单元，用于当一排或者多排所述天线组所需要的发射功率增加时，所述基站减少一排或者多排其他所述天线组的发射功率；发射功率分配子单元，用于所述基站将减少的发射功率全部或者部分地分配给需要增加发射功率的所述天线组。
17.如权利要求13或14所述的基站，其特征在于，还包括: 参数检测子单元，用于所述基站检测每排所述天线组的UE分布关键参数相比上一次发射功率分配时的变化是否超过了预设阈值； 所述发射功率获取子单元用于当任一所述天线组的任一 UE分布关键参数相比上一次发射功率分配时的变化超过预设阈值，所述基站根据每排所述天线组的UE分布关键参数，按照预设规则获取每排所述天线组所需要的发射功率。
18.如权利要求11所述的基站，其特征在于，还包括: 分配结果检测子单元，用于所述基站检测发射功率的分配结果相比上一次发射功率的分配结果是否产生变化； 时频资源分配子单元，用于当所述基站检测发射功率的分配结果相比上一次发射功率的分配结果产生了变化，所述基站重新分配时频资源。
19.如权利要求18所述的基站，其特征在于，所述时频资源分配子单元包括: 第一 SINR获取子单元，用于所述基站根据上一次分配的发射功率下每排所述天线组波束范围内的UE的第一信道质量指示符CQI值，获取每排所述天线组波束范围内的UE的第一信号与干扰加噪声比SINR值； 第二 SINR获取子单元，用于所述基站根据所述第一 SINR值获取当前发射功率下每排所述天线组波束范围内的UE的第二 SINR值； 第二 CQI值获取子单元，用于所述基站根据所述第二 SINR值获取当前发射功率下每排所述天线组波束范围内的UE的第二 CQI值； 重分配子单元，用于所述基站根据所述第二 CQI值重新分配时频资源。
20.一种基站，其特征在于，所述基站包括多天线系统，所述系统包括多排天线组，每排所述天线组包括多个子阵元，还包括: 信道特征获取单元，用于所述基站获取每排所述天线组内各个子阵元波束范围内的每个用户设备UE的信道特征； 预编码单元，用于所述基站根据获取到的信道特征，分别为每排天线组进行预编码。
21.一种多仰角天线系统，其特征在于，包括: 多排天线组，每排所述天线组包括多个子阵元。
22.如权利要求21所述的天线系统，其特征在于，每排所述天线组的仰角方向或水平夹角方向互不相同。
23.如权利要求21所述的天线系统，其特征在于，每排所述天线组等间隔分布。
24.如权利要求21所述的天线系统，其特征在于，每排所述天线组不等间隔分布。
【文档编号】H04B7/06GK103491621SQ201210192639
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年6月12日 优先权日:2012年6月12日
【发明者】武雨春, 刘培 申请人:华为技术有限公司