无线通信网络中的方法和节点与流程

文档序号:11161973
无线通信网络中的方法和节点与制造工艺

本文所述实施方式总体上涉及基站收发台(BTS)以及BTS中的方法。本文进一步描述了一种BTS系统解决方案,其包括天线解决方案和MIMO收发器架构,其可产生一种以灵活的方式布置MIMO天线波束的可能性,既用于限定小区覆盖,也用于MIMO天线波束。



背景技术:

一般地,由于基站天线仅被配置为朝某个具体方向辐射波束,故而基站天线的波束成形能力有限。天线覆盖一般要么为扇形,要么为全向,这取决于所选天线类型。典型的扇形天线为贴片天线。典型的全向天线为偶极子天线。集成扇区波束天线的传统基站必须机械调整方向,才能让天线的扇区波束指向想要的覆盖区域。

典型的,基站收发台所安装的天线可以包括集成在基站收发台正面的扇形天线或者全向天线,这些天线安装在基站收发台的顶端或底部。

这样的传统基站天线解决方案在很多场景下都能工作得很好,但不够灵活。对于仅在有限的空间区域内才需要覆盖的地方,就不会在基站收发台上安装全向天线,那里使用扇形天线解决方案要更为适宜。此外,扇形天线通常在垂直于基站收发台正面的方向上具有最大方向性。由于基站收发台一般安装在墙壁上,这就带来了一个问题,因为这样会将基站收发台的扇区波束约束在垂直于壁面的方向上,这个限制并非总是有益的。要让波束指向不同于壁面的方向,就必须以机械方式让基站朝着想要的覆盖方向倾斜。的确,已经有尝试在平板扇形天线上做出波束指向功能,但由于平面天线结构的束缚,实现的波束指向能力相当有限。

基站天线需要进一步的发展来提高灵活性及适应小区内的需要。



技术实现要素:

因此,发明目的是消除至少部分前述缺陷,以提高无线通信网络中的性能。

根据第一方面,为达成发明目的,使用一种基站收发台(BTS)。所述BTS被配置用于在无线通信系统中与用户设备UE进行无线通信。所述BTS包括多输入多输出(MIMO)天线阵列,所述MIMO天线阵列被配置用于波束成形和MIMO传输。所述BTS还包括处理电路,其被配置用于修改所述MIMO天线阵列的相位激励,从而为控制面和用户面支持相同或分离的下行链路预编码,并为所述MIMO天线阵列中的各个天线单元提供不同的相位,从而使得收发器产生天线波束。所述BTS也包括收发器,其被配置用于通过所述MIMO天线阵列,在所述天线波束中发射信号,供所述UE接收。

如此,一种类型的BTS即可实现不同环境下的灵活的站点部署。另一个优点是BTS有着可配置的下行链路小区图案,可以覆盖想要的区域,最小化与相邻小区的下行链路干扰,从而支持多种类型的可能的站点部署和环境。如此,所述BTS可以安装在杆上或壁上,并可选择下行链路小区图案,以适应所述安装部署和BTS所希望覆盖的环境。

通过提供具有高度指向性的波束成形传输,提高了链路预算,进而提高了UE所感知到的信噪比,但也延展了下行信号发射的范围,包括开放空间范围和室内穿透范围。

此外,BTS的波束成形通过利用所述天线阵列的空间性质,克服了外部和内部的干扰,例如同信道干扰(CCI)。由于干扰来自确定的方向,故在某些情况下,为消除干扰,波束成形BTS可在朝向干扰者的方向施加较小的能量。

还一个优点包括提高了网络效率。通过显著减少干扰,相比于例如单天线系统而言,BTS波束成形可以允许远为密集的部署。由于链路预算更高,运行高阶调制(64QAM、16QAM)的可能性大为提高,即便在小区边缘也是如此。从而大幅提升了系统容量。

根据所述第一方面,在所述BTS的第一可能实施方式中,所述处理电路还可被配置用于依赖所述BTS的环境和部署,基于不同空间方向上的全向、半全向、扇形和双波束的不同天线波束,产生想要的覆盖。

提供可配置的BTS的优点在于,当需要新的或不同的覆盖区域时,无需在方位角和俯仰角上机械调整波束方向。

根据所述第一方面或所述第一方面的第一可能实施方式,在所述BTS的第二可能实施方式中,所述处理电路还可被配置用于为不同的物理小区使用多个下行链路预编码器以产生具有不同空间朝向的多个扇区。

如此,所述BTS只需一个BTS即可实现多达四个空间分离小区的产生。

根据所述第一方面或第一方面的任一前述可能实施方式,在所述BTS的第三可能实施方式中,所述处理电路还可被配置用于使得所述收发器在全方向或扇形方向中发射控制面信号,以及在UE专用波束中发射UE面信号。

如此而得的优点包括控制信令/基准信令可以在限定的小区内发射,同时UE专用信令可以在UE定向波束中发射,从而减少了下行链路干扰。如此,不论是被定向的UE,还是其他相邻的UE,接收信号质量都得到了提高。

根据所述第一方面或第一方面的任一前述可能实施方式,在所述BTS的第四可能实施方式中,所述处理电路还可被配置用于利用来自所述UE的上行信号的信噪干比超过阈值以检测其空间方向的到达角。同时,所述处理电路还可被配置用于基于检测到的所述到达角,为下行链路特定UE信令确定离开角,该离开角可以用于下行链路特定UE信令。

如此,利用了系统内上行链路与下行链路之间的互易,从而根据所述确定的到达角,为指向UE的UE专用波束确定了适当的离开角。如此,可以用方便可靠的方式,产生UE专用波束成形。

根据所述第一方面或第一方面的任一前述可能实施方式,在所述BTS的第五可能实施方式中,所述处理电路还可被配置用于通过接收所述UE反馈的预编码矩阵指示(PMI),为来自所述UE的上行信号检测最强空间方向的所述到达角。并且,所述处理电路还可被配置用于基于检测到的所述到达角,为下行链路特定UE信令确定离开角,该离开角可以用于下行链路特定UE信令。

如此,根据从所述UE所接收到的反馈,指向所述UE的下行链路波束成形还可微调,从而进一步改进了前文所列举的所提供的BTS的优点。

根据所述第一方面或第一方面的任一前述可能实施方式,在所述BTS的第六可能实施方式中,所述处理电路还可被配置用于选择下行链路预编码器,从而使得传输层在空间方向上解关联或者带正交极化。

使用解关联的正交传输层的优点在于降低了干扰,故得以使用高阶调制技术,从而提高了传输率和吞吐量。同时,还能减少信令对远近效应的敏感度。

根据所述第一方面或第一方面的任一前述可能实施方式,在所述BTS的第七可能实施方式中,所述MIMO天线阵列可包括含单层或若干层垂直极化全方向天线单元的方形阵列。

通过运用这种天线结构,由于实现了依赖于各个单独BTS的具体要求而发射全向信号和定向波束,极大地提高了所述BTS的灵活性。故而,系统容量和资源可以直指用户需要最大的方向和区域。

根据所述第一方面或第一方面的任一前述可能实施方式,在所述BTS的第八可能实施方式中,所述MIMO天线阵列可包括含单层或若干层垂直和水平极化全方向天线单元的方形阵列。

通过运用这种天线结构,实现了天线波束定向微调,进一步提高了所述BTS的灵活性。

根据所述第一方面或第一方面的任一前述可能实施方式,在所述BTS的第九可能实施方式中,所述天线波束的方向可以远程配置。其有可能具有空间分集天线,每个具有例如四个垂直或例如八个垂直和水平极化全向单元。例如一个位于顶部、且一个位于底部。

其优点在于无需在方位角和俯仰角上机械调整波束方向,从而节省了工作量和成本。

根据所述第一方面或第一方面的任一前述可能实施方式,在所述BTS的第十可能实施方式中,所述天线波束的方向可以依赖时间进行配置。

如此,所述BTS的下行链路小区图案可以顺应周围环境中流量在一天中依赖时间的变化进行配置,从而更好地利用硬件资源,并为系统用户提供更好的服务。

根据所述第一方面或第一方面的任一前述可能实施方式,在所述BTS的第十一可能实施方式中,所述MIMO天线阵列的全体天线单元均可参与产生所述天线波束。

其优点在于进一步改进了所述BTS的波束成形,从而也扩大了公开的方式中的波束成形的上述多个优点。

根据第二方面,为达成发明目的,使用一种BTS中的方法,该BTS被配置用于在无线通信系统中与UE进行无线通信的BTS中的方法。所述BTS包括MIMO天线阵列,其被配置用于波束成形和MIMO传输。所述方法包括通过修改所述MIMO天线阵列的相位激励进行下行链路预编码,以及通过为所述MIMO天线阵列中的各个天线单元提供相位不同的无线射频载波,使得收发器产生天线波束。进一步的,所述方法也包括通过所述MIMO天线阵列,在所述天线波束中发射信号,供所述UE接收。

如此,一种类型的BTS即可实现不同环境下的灵活的站点部署。另一个优点是BTS有着可配置的下行链路小区图案,可以覆盖想要的区域,最小化与相邻小区的下行链路干扰,从而支持多种类型的可能的站点部署和环境。如此,所述BTS可以安装在杆上或壁上,并可选择下行链路小区图案,以适应所述安装部署和BTS所希望覆盖的环境。

通过提供具有指向性的波束成形传输,提高了链路预算,进而提高了UE所感知到的信噪比,但也延展了下行信号发射的范围,包括开放空间范围和室内穿透范围。

此外,BTS的波束成形通过利用所述天线阵列的空间性质,克服了外部和内部的干扰,例如同信道干扰(CCI)。由于干扰来自确定的方向,故而波束成形BTS可通过减少自该干扰者处所接收的能量,从而应用规避干扰的波束成形技术。

还一个优点包括提高了网络效率。通过显著减少干扰,相比于例如单天线系统而言,BTS波束成形可以允许远为密集的部署。由于链路预算更高,运行高阶调制(64QAM、16QAM)的可能性大为提高,即便在小区边缘也是如此。从而大幅提升了系统容量。

根据所述第二方面,在所述方法的第一可能实施方式中,所述方法可包括为来自UE的上行信号检测最强空间方向的到达角。同时,基于检测到的所述到达角,可为下行链路特定UE信令确定离开角。进一步的,所述信号在所述天线波束中按照所述为下行链路特定UE信令所确定的离开角发射。

如此,利用了系统内上行链路与下行链路之间的互易,从而根据所述确定的到达角,为指向UE的UE专用波束确定了适当的离开角。如此,可以用方便可靠的方式,产生UE专用波束成形。

根据所述第二方面或所述第二方面的第一可能实施方式,在所述方法的第二可能实施方式中,所述方法也可包括依赖于所述BTS的环境和部署,基于不同空间方向上的全向、半全向、扇形和双波束的不同天线波束,产生想要的覆盖。

提供可配置的BTS的优点在于,当需要新的或不同的覆盖区域时,无需在方位角和俯仰角上机械调整波束方向。

根据所述第二方面或所述第二方面的任一前述可能实施方式,在所述方法的第三可能实施方式中,所述方法也可包括为不同的物理小区使用多个下行链路预编码器以产生具有不同空间朝向的多个扇区。

如此,所述BTS只需一个BTS即可实现多达四个空间分离小区的产生。

根据所述第二方面或所述第二方面的任一前述可能实施方式,在所述方法的第四可能实施方式中,所述方法也可包括在全方向或扇形方向中发射控制面信号,以及在UE专用波束中发射UE面信号。

如此而得的优点包括控制信令/基准信令可以在限定的小区内发射,同时UE专用信令可以在UE定向波束中发射,从而减少了下行链路干扰。如此,不论是被定向的UE,还是其他相邻的UE,接收信号质量都得到了提高。

根据所述第二方面或所述第二方面的任一前述可能实施方式,在所述方法的第五可能实施方式中,所述方法还可包括基于来自UE的上行信号的信噪干比超过阈值,检测其空间方向的到达角,并基于检测到的所述到达角以确定离开角,从而为下行链路特定UE信令运用检测到的所述到达角。

如此,利用了系统内上行链路与下行链路之间的互易,从而根据所述确定的到达角,为指向UE的UE专用波束确定了适当的离开角。如此,可以用方便可靠的方式,产生UE专用波束成形。

根据所述第二方面或所述第二方面的任一前述可能实施方式,在所述方法的第六可能实施方式中,所述方法还可包括通过接收UE反馈的预编码矩阵指示(PMI),为来自所述UE的上行信号检测最强空间方向的到达角,并且基于检测到的所述到达角,确定离开角,从而为下行链路特定UE信令运用检测到的所述到达角。

如此,根据从所述UE所接收到的反馈,指向所述UE的下行链路波束成形还可微调,从而进一步改进了前文所列举的所提供的BTS的优点。

根据所述第二方面或所述第二方面的任一前述可能实施方式,在所述方法的第七可能实施方式中,所述方法还可包括选择下行链路预编码器,以使得传输层在空间方向上解关联或者带正交极化。

使用解关联的正交传输层的优点在于降低了干扰,故得以使用高阶调制技术,从而提高了传输率和吞吐量。同时,还能减少信令对远近效应的敏感度。

根据所述第二方面或所述第二方面的任一前述可能实施方式,在所述方法的第八可能实施方式中,所述MIMO天线阵列可包括含单层或若干层垂直极化全方向天线单元的方形阵列。

通过运用这种天线结构,由于从而实现了依赖于各个单独BTS的具体要求而同时发射全向信号和定向波束,极大地提高了所述BTS的灵活性。故而系统容量和资源能直指用户需要最大的方向和区域。

根据所述第二方面,在所述方法的第九可能实施方式中,或任一前述可能实施方式中,所述MIMO天线阵列可包括含单层或若干层垂直和水平极化单极全方向天线单元的方形阵列。

通过运用这种天线结构,实现了天线波束定向微调,进一步提高了所述BTS的灵活性。

根据所述第二方面或所述第二方面的任一前述可能实施方式,在所述方法的第十可能实施方式中,所述方法还可包括远程配置所述天线波束的方向。

其优点在于无需在方位角和俯仰角上机械调整波束方向,从而节省了工作量和成本。

根据所述第二方面或所述第二方面的任一前述可能实施方式,在所述方法的第十一可能实施方式中,所述方法还可包括依赖时间配置所述天线波束的方向。

如此,所述BTS的下行链路小区图案可以顺应周围环境中流量在一天中依赖时间的变化进行配置,从而更好地利用硬件资源,并为系统用户提供更好的服务。

根据所述第二方面或所述第二方面的任一前述可能实施方式,在所述方法的第十二可能实施方式中,所述MIMO天线阵列的全体天线单元均可参与产生所述天线波束。

其优点在于进一步改进了所述BTS的波束成形,从而也扩大了公开的方式中的波束成形的上述多个优点。

根据还一个方面,为达成发明目的,使用具有程序代码的计算机程序,所述程序代码用于当所述计算机程序在计算机上运行时,根据所述第二方面或所述第二方面的任一前述可能实施方式执行一种方法。

如此,一种类型的BTS即可实现不同环境下的灵活的站点部署。另一个优点是BTS有着可配置的下行链路小区图案,可以覆盖想要的区域,最小化与相邻小区的下行链路干扰,从而支持多种类型的可能的站点部署和环境。如此,所述BTS可以安装在杆上或壁上,并可选择下行链路小区图案,以适应所述安装部署和BTS所希望覆盖的环境。

如此在无线通信网络中提供了改进的性能。

通过后续的详细描述,各种实施方式的其他目的、优点和新颖特征将变得明显。

附图说明

参照随附的附图,更为详细地描述了各种实施例,附图中示出了实施例的示例,在附图中:

图1为示出了根据一些实施例的无线通信网络的框图。

图2为示出了根据一些实施例的BTS的框图。

图3为示出了根据一实施例示的天线阵列的框图。

图4为示出了根据一实施例的天线阵列的框图。

图5为示出了根据一实施例的BTS中的方法的流程图。

图6A示出了BTS部署的一示例。

图6B示出了BTS部署的又一示例。

图7示出了根据一实施例的BTS的一可能的双扇区覆盖配置。

图8示出了根据一实施例的BTS的又一可能的双扇区覆盖配置。

图9为示出了根据一实施例的BTS中的方法的流程图。

图10示出了根据一实施例的BTS的一可能的小区覆盖和UE特定波束配置。

图11描绘了根据一实施例的一天线配置。

图12描绘了根据一实施例的又一天线配置。

图13为示出了根据一实施例的BTS中的方法的流程图。

图14为示出了根据一实施例的BTS的框图。

具体实施方式

本文所描述的本发明实施例被限定为BTS及BTS中的方法,其可通过下述实施例付诸实施。不过,这些实施例可以通过多种不同形式以例示及实现,不可被视为限于本文所举实施例;相反,提供这些实施例是为了使得本公开变得全面和完整。

通过以下结合附图的详细描述,仍有其他目的和特性会变得明显。但是,应当理解的是,附图的设计仅为示例性目的,其并非对本文所公开的实施例的限制限定,限制限定应参见随附权利要求。进一步的,附图绘制未必符合比例,并且除非另有说明,否则它们仅旨在从概念上对本文所述的结构和过程进行示意。

图1是一无线通信网络100的示意图,其中包括一基站收发台(BTS)110和一用户设备(UE)120,二者可相互进行无线通信。

该无线通信网络100可至少部分基于无线接入技术,如3GPP LTE、LTE升级版、演进通用陆地无线接入网(E-UTRAN)、通用移动通信系统(UMTS)、全球移动通讯系统(原为Groupe Spécial Mobile)(GSM)/增强数据率GSM演进(GSM/EDGE)、宽带码分多址接入(WCDMA)、时分多址接入(TDMA)网络、频分多址(FDMA)网络、正交FDMA(OFDMA)网络、单载波FDMA(SC-FDMA)网络、微波存取全球互通(WiMax),或者超移动宽带(UMB)、高速分组接入(HSPA)、演进通用陆地无线接入(E-UTRA)、通用陆地无线接入(UTRA)、GSM EDGE无线接入网(GERAN)、3GPP2 CDMA技术等、CDMA2000 1x RTT和高速分组数据(HRPD),仅提及一些选项。短语“无线通信网络”和“无线通信系统”在本公开的技术上下文中,有时可互换使用。

根据不同的实施例,无线通信网络100可被配置为依照时分双工(TDD)和/或频分双工(FDD)原理运行。

TDD就是应用时分复用,在时间上分隔上行链路信号和下行链路信号,该分隔例如可通过在上行链路信令和下行链路信令的时域中放置保护间隔(GP)来实现。FDD意指发射器和接收器工作在不同的载波频率上。

进一步的,根据一些实施例,无线通信网络100可以被配置进行多输入多输出(MIMO)。

无线通信网络100覆盖着一被划分为多个小区区域的地理区域,其中各个小区区域由BTS 110提供服务,该BTS在某些网络中可能被称作无线电网络节点或者基站,例如无线基站(RBS)、“eNB”、“eNodeB”、“NodeB”或“B node”,具体取决于所用技术和/或术语。

有时,“小区”一词可用于表示该BTS 110自身。不过,小区一词在一般的术语中也可用于表示位于基站点的BTS 110提供无线覆盖的地理区域。位于基站点的一个BTS 110可以服务于一个或若干个小区。BTS 110可以通过工作于某些无线电频率下的空口,与位于相应BTS 110范围之内的UE 120进行通信。

用户设备(UE)120也被称为移动台、无线终端和/或移动终端,其在无线通信网络100(有时也被称为蜂窝无线电系统)中能够进行无线通信。所述通信可以在各UE 120之间、UE 120与有线连接的电话之间和/或UE 120与服务器之间,通过无线接入网(RAN)和可能一个或多个核心网进行。此种无线通信可以包括各种通信服务,如语音、消息、分组数据、视频、广播等。

UE 120还可被称为移动电话、蜂窝电话、具备无线功能的平板电脑或笔记本电脑等。UE 120在当前上下文中可以是,例如,便携式的、手持式的、计算机包含的或车载的等、能够通过无线接入网与另一个实体(如另一个UE或服务器)交流语音和/或数据的移动设备。

针对不同的站点部署,BTS 110可以运用多输入多输出(MIMO)发射器中的下行链路预编码器,为划定小区的控制面信号和信道而灵活修改下行链路天线图案。这里下行链路的图案可以是全向、半全向或扇形,以优化覆盖、流量定向,并最小化与其他相邻小区的下行链路干扰。

在当前上下文中,短语“下行链路”、“下游链路”或“前向链路”等可以用于指从BTS 110到UE 120的传输路径。短语“上行链路”、“上游链路”或“反向链路”等可以用于指相反方向的传输路径,即从UE 120到BTS 110。

对于UE面信道,即UE专用信道,本文所公开的实施例可基于例如3GPP LTE版本10中预设的预编码器,以预编码器来使用单独的空间解关联的下行链路MIM0波束,或者在不同的实施例中,也可使用上行链路空间信息和上行信道状态信息来产生用于一个或若干个UE 120的传输层的预编码器。

在上行链路中,BTS 110的一些实施例可以把天线解决方案和分集接收器用作具有算法的常规N路接收器,该算法例如为最大比合并(MRC)、干扰抑制合并(IRC)和/或最小均方误差(MMSE)。在一些实施例中,为估计UE 120的空间信道,BTS 110中所包括的接收器/收发器可以检测来自相连的UE 120的一个或若干个最强方向。由于存在互易,这个空间信息可供下行链路预编码器用在特定UE 120上。

图1示意图的目的在于为无线通信网络100及其所涉方法和节点,例如本文所述的BTS 110和UE 120,以及所涉功能提供一个简洁的、总体上的概述。接下来,作为非限制性示例,所述方法、BTS 110和UE 120将放在3GPP LTE/LTE升级版环境中加以描述,但所公开的方法、BTS 110和UE 120的实施例可以在基于例如前文所列举技术中的任意一种的其它接入技术的无线通信网络100中工作。故此,虽然本文所述的实施例是基于3GPP LTE系统,并采用了有关术语,但并非限定为3GPP LTE。

应当注意的是,图1所示的包括一个BTS 110和一个UE 120的网络设置只能被视为一个实施例的非限制性示例。无线通信网络100可以包括任意其他数量和/或组合的BTS 110和/或UE 120。故而在一些实施例中,可能涉及多个UE 120和另一种配置的BTS 110。在本上下文中,不论何时提到“一个”或“一/一种”UE 120和/或BTS 110,根据一些实施例,都可能涉及多个UE 120和/或BTS 110。

根据一些实施例,BTS 110可被配置用于下行传输,并可被分别称为例如基站、NodeB、演进型Node B(eNB或eNode B)、基站收发台、接入点基站、基站路由器、无线基站(RBS)、微基站、皮基站、飞基站、家庭eNodeB、传感器、信标装置、中继节点、中继器或其他被配置用于通过无线接口与UE 120通信的网络节点,具体取决于例如所用无线接入技术和/或术语。

相应地,UE 120则可表现为例如无线通信终端、移动蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、无线平台、移动台、平板电脑、便携式通信设备、笔记本电脑、计算机、起中继作用的无线终端、中继节点、移动中继、用户端设备(CPE)、固定无线接入(FWA)节点或任意其他类型的被配置用于与BTS 110进行无线通信的设备,具体根据不同实施例和不同术语表而定。

BTS 110的实施例可包括天线解决方案和MIM0收发器架构,其可实现以灵活的方式布置MIM0天线的波束,既用于划定小区覆盖,也用于UE专用的MIMO天线波束。如此,达成了一种更为灵活的站点部署。

BTS 110具有可配置的下行链路小区图案,可以覆盖想要的区域,最小化(或至少减少)与相邻小区的下行链路干扰,从而支持多种类型的可能的站点部署和环境。例如,所述BTS 110可以安装在杆上或壁上,并可选择下行链路小区图案,以适应所述安装部署和BTS 110所意图覆盖的环境。如此,不同环境下的灵活的站点部署只需一种类型的BTS:即BTS 110。

因此,所公开的BTS 110的又一个优点是无需在BTS 110的方位角和俯仰角上手动/机械调整波束方向即可覆盖想要的区域。

进一步的,所述BTS 110只需一个单元即可提供多达四个空间分离的小区。

同时,BTS 110以一种包括集成的MIM0天线阵列解决方案的、非常紧凑的硬件单元,解决了多用户MIMO调度。空间解关联的波束可以在水平面内配置。

该BTS 110所提供的又一个优点是实现了依赖时间的流量定向。故而下行链路(DL)小区图案可以随时间配置,使得小区覆盖得以适应周围环境中网络流量在一天中依赖于时间的变化。例如,在上午和下午,BTS 110可将DL小区图案集中在公交站和道路上,而午餐时间该节点则覆盖午餐馆以及写字楼中间地带。

在其他实施例中,DL小区图案可以在办公时间指向办公区域,并在傍晚、夜晚和周末指向邻近的住宅区。在又一个实施例中,BTS小区图案配置的时间依赖性可以基于一年中的时间,例如,在夏季时间让小区图案指向海滩,而在一年中余下的时间内则指向位于附近的咖啡馆和餐馆。

根据一些实施例,DL小区图案对时间的依赖性可以基于对小区内和/或BTS 110周边区域的流量图案的统计分析。在其他实施例中,可以基于运营商通过经验对区域内用户无线流量需求的估计。在一些实施例中,可由BTS测量或估计区域内的用户活动,然后让小区指向包括用户/UE最多的方向和区域。

图2示出了根据一实施例的BTS 110。该BTS 110包括MIMO收发器220和MIMO天线阵列200。图2所描述的概念显示了一个4x4MIMO解决方案。在一些实施例中也可使用更高阶的MIMO解决方案,例如8x8。该MIMO天线阵列200包括天线单元210。

该BTS 110可包括基带(BB)下行链路(DL)物理层(PHY)以支持4x4(或更高)天线配置和用于UE面信令和控制面信令的DL预编码器230、240。UE面信令可包括UE专用信道,即UE特定波束,而控制面信令则可包括基准信号(RS),也称导频、同步信道(SCH)、广播信道(BCH)和公共控制信道(CCH),用于限定小区覆盖。

同时,BTS 110可包括BB UL PHY,其可支持检测各个UE 120的信号强度和干扰的最强空间方向,其可用于DL预编码器230、240或流量统计。

所包括的MIMO收发器220支持天线阵列200的校正,从而实现了一致的波束成形。

在一些实施例中,通用公共射频接口(CPRI)250可在BTS 110的无线发射部件和网络连接部件之间产生接口。不过,本文所述方法并不局限于或依赖于任何具体的协议接口。

天线阵列200可包括四个全方向天线单元210-1、210-2、210-3、210-4,其可以是例如单极或偶极子,并置于地平面上;此地平面可以具有不同的形状,例如圆形、矩形或图3所示的方形。不过,这只是各种其他可能的天线实施方式中的一例。该全方向单元210可包括垂直极化辐射器。在不同的实施例中,具有增加的全方向单元210数量的其他选项也是可能的,可用例如垂直和水平的两个极。具有垂直和水平两个极的一个优点在于可以实现空间复用。

只有一个极也有可能进行空间复用。不过,根据一些实施例,当所有垂直单元都被合并为一个逻辑端口,并且所有水平单元都被合并为另一个端口,则必须具有两个极才能实现空间复用或其他分集信号合并调度。

在图示示例中,天线单元210之间的距离约为λ/2,其中λ为无线电传输的波长。不过,这只是一个非限制性示例。此概念也可用于其他的空间分隔。在一些不同的实施方式中,各天线单元210之间的距离例如可以是0.4-0.6λ、0.3-0.7λ或其他类似距离。不过,当各天线单元210之间的空间分隔距离显著超过λ/2时,可能会影响到所产生的波束的方向。如此,生成理想的全向或扇区波束的可能性将受到限制。例如,全向波束中的波纹可能会增多,并且扇区波束的副瓣可能会较大。

当将BTS 110安装到具体的位置例如杆、墙或屋顶时,有可能无需对天线进行任何机械重定向即可对天线波束进行方位角和俯仰角上的重定向,让BTS小区覆盖指向任意方向,具体取决于站点部署和该BTS 110所在的环境。通过向各天线单元210中分别馈入不同的相位即可实现这点,具体将结合附图4作进一步的讨论。如此,避免了为不同的小区覆盖而机械/手动重整BTS天线200朝向。

根据本文所示的一些实施例,可以按照任意方向调整扇区覆盖的方向,或者可选地具有全向、双波束半球或扇区覆盖。一些实施例也可支持小区扇区化。

DL预编码器230、240可修改天线阵列200的相位激励。让各天线单元210的相位不同,即可产生不同的天线波束。图4示出了一个示例,其中的DL预编码器230、240通过对馈入各个单独天线单元210-1、210-2、210-3、210-4的信号的相位激励加以修改,为天线阵列200在x方向上产生了一个扇区波束。在图示示例中,第一单独天线单元210-1馈入的相位激励被修改了1/-90°,第二单独天线单元210-2馈入的相位激励被修改了I/0°,第三单独天线单元210-3馈入的相位激励被修改了1/-90°,并且第四单独天线单元210-4馈入的相位激励被修改了1/-180°。

正如相关说明所述,各天线单元210在轴线上的距离,无论是X轴还是Y轴,均可约为λ/2,其对应着约-180°,其中λ为无线电传输的波长。不过,这只是一个非限制性示例。此概念也可用于其他的空间分隔。在一些不同的实施方式中,各天线单元210之间的距离例如可以是0.4-0.6λ、0.3-0.7λ或其他类似距离。在一些实施例中,位于X轴上的天线单元210-2、210-4之间的位于Y轴上的天线单元210-1、210-3可以约为λ/4,其对应着约-90°。如此,四个天线单元210-1、210-2、210-3、210-4均可参与到产生大体上指向单独一个方向(即天线波束方向)的扇区波束中。

DL预编码器230、240可以根据部署和环境进行预设,详见图5和图6A和图6B。图5示出了根据一方法500参考部署和环境来设置DL预编码器230、240的一示例。

在操作520中,运营商510可根据部署和环境为BTS 110配置DL小区图案。在操作530中,BTS 110上可针对BTS 110中的DL和UL校正射频路径。基于此,即可在操作540中配置DL预编码器小区图案。最后,可在操作550中针对小区图案设置物理DL预编码器。

图6A示出了一个安装在杆上的BTS 110,并且图6B示出了一个安装在壁上的BTS 110。

在LTE框架结构下,可为多个资源单元(RE)使用不同的DL预编码器230、240,这使得有可能为单个的RE产生DL波束。

这可用于BTS 110的一些实施例中,为不同的物理小区ID(PCI)使用若干个DL预编码器230、240,以产生空间朝向不同的若干个扇区。

图7和图8示出了根据一些不同的实施例的一些小区扇区化的任意示例。图7示出了一种可能的双扇区覆盖配置,图8则示出了一种可能的街道覆盖配置,其为针对街道峡谷场景的双波束配置。在图7和图8中,之前在图1中所呈现的BTS 110在一个包括若干个楼宇710-1、710-2、710-3、710-4、710-5、710-6、710-7、710-8、710-9的城市景观中划定了一个小区覆盖,其为基准和同步信号以及公共控制和广播信道使用了DL预编码器230、240。于是例如基于服务需要,在四个方向上分别产生了四个不同的小区720-1、720-2、720-3、720-4,如图7和图8所示。

对于UE专用信道,可以利用针对该特定UE120所接收的信号中的上行链路信息来生成DL波束选择,例如将天线阵列中的信号合并以确定到达角(AoA),参见图9,和/或通过自UE 120接收反馈,例如在LTE中是以预编码矩阵指示符(PMI)的形式。不过在一些实施例中,例如WiFi,也可使用其他类型的UE上行链路基准信号。

下面将说明一种用于选择DL预编码器的方法900的实施例。在BTS 110所包含的物理UL硬件910中,可在操作920中通过解调探测基准信号(SRS)以检测上行链路的到达角。检测出UE 120的到达角之后,即可将之发送到BTS 110的物理DL硬件940,例如通过内部有线或无线通信。在物理DL硬件940中可以为该UE 120设置与在操作950中为小区而设置的相同的DL预编码器。当从物理UL硬件910获取到UE 120的到达角之后,即可在操作960中根据所获取到的UE 120的到达角,为该UE 120确定DL预编码器。

到达角(AoA)有时也可(或另选)称为到达方向(DoA),或简称为接收上行信号的“方向”。AoA的测量就是一种为天线阵列200上所发生的射频波事件确定传播方向的方法。

要确定AoA,可以测量到达时间的延迟,或指天线阵列200中各个单独的天线单元210的到达时间差(TDOA);根据这些延迟,即可求出AoA。一般的,这种TDOA的测量可包括测量多天线阵列200中各个单元所接收到的相位之间的差。这可理解为波束成形的逆反。在下行链路波束成形中,可按一定的权重对各天线单元210的信号进行延迟,从而让天线阵列200的增益相对具体的UE 120进行定向。在一些实施例中,在AoA中,可直接测量各天线单元210的到达延迟,然后将其转化为AoA测量。

进一步的,可以进行滤波,滤出较弱的上行信号。从而在接收到的上行信号中滤出信号强度低于某个阈值的信号。然后即可针对余下的、经过选择的信号确定AoA,并可确定接收器预滤波器,用于分离出在确定的AoA方向上所收到的信号。其他信号/AoA可放弃。

由于上行链路与下行链路之间的互易,在一些实施例中,可以利用之前所确定的AoA来确定适当的离开角(AoD),用于指向UE 120的UE专用波束。

在一些实施例中,BTS 110可在不同模式中使用。一个模式可以是上述划定小区的模式,其中想要的小区覆盖是有限定的,即全向、扇区、双波束。在另一个模式中,BTS 110可以监听UE 120的上行链路探测基准信号(SRS),并且由于互易的存在,采用相匹配的滤波器(H’)来实现针对到UE 120的下行传输的波束成形。在又一个模式中,UE 120上行链路的SRS的互易可被用于信号预编码,以实现空间复用。

图10示出了根据一实施例的一个带波束选择或空间复用的小区覆盖和用户特定波束的实施例。根据图示示例,在一个包括若干个楼宇710-1、710-2、710-3、710-4、710-5、710-6的城市景观中,显示了BTS 110的小区波束成形1000以及针对两个UE 120-1、120-2的UE特定波束720,UE 120-1、120-2各有两个空间复用传输层。可以选择DL预编码器230、240,以使空间传输层尽可能解关联,即互为正交。在一些实施例中,可以根据检测出的UL AoA,可能加上UE的反馈,以产生多UE预编码器230、240,从而进行多UE配对。

不同的实施例可以基于宽带全向天线、单极、双极或其他全向天线单元,每个单元包括一个或两个极化正交辐射图案。在图11中显示了一个垂直极化天线阵列的示例。图11示出了一个带垂直极化单极天线单元的双层方形阵列的示例。

在图11中,天线结构200包括8个垂直极化天线210,分为两层。每层都具有以方形布置的天线单元210。在俯仰角(Phi面)上,由于地平面反射器所产生的对称性,天线单元210可以具有类似的辐射图案,其允许天线俯仰角图案的下倾和/或上倾。天线结构200可以在高度上堆叠,从而在俯仰面上得到更窄的天线半功率波束宽度。天线单元210的一些其他可能实施例可包括例如8x8天线配置的双极化偶极子天线。示出的天线阵列200实施例仅为任意示例。天线阵列200可以在各种方式中实现,例如图12所示的方式。

图12示出了根据一实施例的天线阵列200的一示例,其包括双极化天线单元210。如此,在一些实施例中,可以选择用垂直极化辐射器与水平辐射器相组合。

根据本文一些实施例,BTS 110上可以配备MIMO天线阵列200,该阵列被配置为具有无需改变BTS 110和/或天线阵列200的机械朝向即可在水平面上将波束指向想要的方向的可能,从而支持多种站点部署和无线电环境。如此省去了技师不得不物理地爬上BTS 110来改变其方向的繁重任务。在一些实施例中,波束的朝向可以远程控制,从而有可能将波束改到不同的方向,具体取决于何处需要容量,例如取决于一天当中的时间、一年当中的时间等。

包括MIMO天线阵列配置的BTS 110在一些实施例中可能支持小区扇区化,产生多达四个不同的空间上相分离的扇区720。

包括MIMO天线阵列配置的BTS 110的一些实施例,使得用双极化全方向天线单元210达到最多共8个传输层的单用户MIMO(SU-MIMO)传输或多用户MIMO(MU-MIMO)成为可能,或者让在一个紧凑的BTS和MIMO天线阵列配置中使用单极化全方向天线单元210以达到最多共4个传输层的SU-MIMO或MU-MIMO成为可能。

进一步的,根据一些实施例,于此公开的包括MIMO天线阵列配置的BTS 110可以使得在该BTS 110上产生任意正交波束并指向任意想要的方向成为可能。这将使得为不同的站点部署和无线电环境、及针对要求BTS 110所具有的任意类型的波束覆盖而做出定制解决方案变得非常灵活。

根据又一些实施例,也有可能实施自优化网络(SON)特性,如优化小区覆盖的网络,并也有无线通信系统100中容量依赖于时间的空间流量定向。

此外,也可以通过让不同的UE 120具有单独的波束图案,从而改进空间复用。根据一些实施例,这意味着可将更多的传输层发射到一个(单用户MIMO)或若干个经过调度的UE 120(多用户MIMO)。

根据迄今为止的常规解决方案,基站所具有的不是全向覆盖、就是扇区覆盖。如果需要改变覆盖,就必须有技师物理到访BTS站点,将天线重定向到新的方向上。若为例如优化下行链路覆盖和容量依赖于时间的空间流量定向等网络特性,则常规BTS只有带多个天线或使用天线波束切换方可支持。

在不同实施例中,结合BTS 110,可以使用若干种天线配置来实现空间复用。根据一些公开的实施例,优点包括在整个方位角面上产生空间解关联的波束,并且也支持用一个紧凑的BTS解决方案进行小区覆盖的扇区波束。

该BTS 110的一些实施例可包括例如图2中所示的BTS架构,配有例如图2-4和/或图11-12中所示的MIMO天线阵列200。该BTS 110也可以包括DL预编码器230、240,用于灵活的小区覆盖,可用于针对各种类型的天线图案,让部署更便利并适应环境。在一些实施例中,以整个方位角面上的空间解关联的、针对特定UE的波束图案实现了空间复用、SU-MIMO和/或MU-MIMO。

图13是例示了根据实施例的一种基站收发台(BTS)110中的方法1300的流程示意图,其用于在无线通信系统100中与用户设备(UE)120以天线流进行无线通信。所述BTS 110包括多输入多输出(MIMO)天线阵列200,所述MIMO天线阵列被配置用于波束成形和MIMO传输。该MIMO天线阵列200可包括单层、双层或若干层垂直极化全方向天线单元210的方形阵列。

多天线阵列200包括多个天线单元210,如4个、6个、8个或更多个天线单元210。在一些实施例中,所述多个天线单元210可按照彼此一定的距离安装在所述多天线阵列200中,该距离对应着约λ/2,例如可以是0.4-O.6λ、0.3-0.7λ或其他类似间隔。所述天线单元210中的一些、若干个或全体能够以天线波束向UE 120发射和/或自UE 120接收同一个信号。在一些实施例中,所述天线波束的方向可以远程配置。此外,在一些实施例中,所述天线波束的方向可以依赖于时间进行配置。在一些实施例中,所述MIMO天线阵列200中的全部天线单元210都可以参与产生天线波束。

该无线通信网络100可以是基于第三代合作伙伴计划长期演进(3GPP LTE)。进一步的,该无线通信网络100可以是基于FDD或TDD。根据一些实施例,该BTS 110可包括演进NodeB(eNodeB)。

为了以天线流与UE 120进行良好的通信,方法1300可包括若干个操作1301-1304。但应当注意的是,所述操作1301-1304中的任一个、一些或全部都可以按照与所列举的时间顺序有所不同的顺序执行、同步执行或甚至反序执行。所述操作中的一些,如1302和/或1303仅可在方法1300的一些实施例中执行。进一步的,应当注意的是,根据不同的实施例,一些操作可以按照多种另选的方式执行。方法1300可包括以下操作:

操作1301

MIMO天线阵列200通过修改的相位激励被下行链路预编码,并且BTS 110中所包括的收发器220为所述MIMO天线阵列200中的各个天线单元210提供不同的相位,从而产生天线波束。

根据不同的实施例,可以为控制面和用户面采用相同或分离的下行链路预编码。

在一些实施例中,收发器220可在全方向或扇形方向中发射控制面信号,以及在UE专用波束中发射UE面信号。

根据一些实施例,可通过选择下行链路预编码器230、240,从而使得传输层在空间方向上解关联或者带正交极化。

操作1302

此操作可被包括在BTS 110中的方法1300的一些、但未必全部的可能实施例之中。

可检测出来自UE 120的上行信号的最强空间方向的到达角(AoA)。

最强到达角的检测可包括利用来自所述UE 120的上行信号的信噪干比超过阈值来检测所述空间方向。

不过,在一些实施例中,来自UE 120的上行信号的最强空间方向的到达角可以通过接收所述UE 120反馈的预编码矩阵指示符(PMI)来检测。

在一些实施例中,可以直接或通过漫反射间接接收来自UE 120的上行信号,从而检测出来自UE 120的上行信号的到达角。可以对接收到的上行信号进行空间分析。对接收到的上行信号进行的空间分析可包括将所收信号的强度/质量与预定的阈值进行比对。然后根据空间分析和比对,可选择一些信号。

根据一些实施例,可选择信号强度/质量超过预定阈值的信号。

选定所述信号之后,可确定所选信号的到达角(AoA)。根据一些实施例,要确定AoA,可以测量多天线阵列200中各个单独的天线单元210的到达时间差(TDOA)。

操作1303

此操作可被包括在BTS 110中的方法1300的一些、但未必全部的可能实施例之中,其中操作1302已被执行。

基于检测到的到达角,即可确定离开角(AoD)。

从而可确定待发射信号的离开角,该AoD对应着之前操作1302所确定的来自UE 120的被选上行信号的AoA。由于互易,故而根据一些实施例,AoD所包含的角度可以与之前所确定的被选上行信号的AoA大致相同。在一些实施例中,所确定的离开角可用于下行链路特定UE信令。

操作1304

通过MIMO天线阵列200,在天线波束中发射信号,供UE 120接收。

根据一些实施例,在所述天线波束中,按照在操作1303中为下行链路特定UE信令所确定的离开角发射所述信号。

在一些实施例中,要实现想要的无线电信号覆盖或小区覆盖,可以依赖于BTS 110的环境和部署,从不同空间方向上的全向、半全向、扇形和/或双波束中产生不同的天线波束。

在一些实施例中,可以为不同的物理小区720使用多个下行链路预编码器230、240以产生具有不同空间朝向的多个扇区。

图14为例示了无线通信系统100中的基站收发台(BTS)110的框图。BTS 110被配置用于依照操作1301-1304中的任一个、一些或全部以执行上述方法1300,从而在无线通信系统100中与UE 120在天线流中进行无线通信。

无线电网络节点110包括或连接至MIMO天线阵列200,该阵列被配置用于进行波束成形、空间复用和MIMO传输。MIMO天线阵列200包括多个天线单元210,例如单层、双层或若干层垂直极化全方向天线单元210的方形阵列。在一些实施例中,所述MIMO天线阵列200中的全部天线单元210都可以参与产生天线波束。在一些实施例中,所述天线波束的方向可以远程配置。此外,在一些实施例中,所述天线波束的方向可以依赖于时间进行配置。

在一些实施例中,无线通信网络100可基于3GPP LTE。进一步的,该无线通信网络100可以是基于FDD或TDD。根据一些实施例,无线电网络节点110可包括eNodeB。

为更加清楚,BTS 110的内部电子元件或其他组件中,凡在理解本文所述实施例中并不完全必要的,都已在图14中略去。

BTS 110包括处理电路1420,其被配置用于修改所述MIMO天线阵列200的相位激励,从而为控制面和用户面支持相同或分离的下行链路预编码。处理电路1420也被配置用于为MIMO天线阵列200中的各个天线单元210提供不同的相位,从而使得收发器220产生天线波束。

在一些实施例中,处理电路1420还可被配置用于依赖于BTS 110的环境和部署,从不同空间方向上的全向、半全向、扇形和/或双波束中产生想要的覆盖。

此外,处理电路1420也还可被配置用于为不同的物理小区720使用多个下行链路预编码器230、240,从而产生具有不同空间朝向的多个扇区。

同时,此外,处理电路1420也还可被配置用于使得收发器220在全方向或扇形方向中发射控制面信号,以及在UE专用波束中发射UE面信号。

处理电路1420也还可被配置用于根据来自所述UE 120的上行信号的信噪干比超过阈值而检测所述空间方向的到达角。同时,处理电路1420也还可被配置用于基于检测到的到达角确定离开角,并将该离开角用于下行链路特定UE信令。

附加地,处理电路1420还可被配置用于接收UE 120反馈的预编码矩阵指示(PMI),从而为来自UE 120的上行信号检测最强空间方向的到达角。

此外,处理电路1420也可附加地被配置用于选择下行链路预编码器230、240,以使得传输层在空间方向上解关联或者带正交极化。

处理电路1420可包括例如中央处理单元(CPU)、处理单元、处理电路、处理器、专用集成电路(ASIC)、微处理器、或其他能够解释及执行指令的处理逻辑的一个或多个实例。故而本文所用短语“处理电路”可代表包括多个处理电路(例如前文所列举的中的任一个、一些或全部)的处理线路。

处理电路1420还可为输入、输出执行数据处理功能,且数据的处理包括数据缓冲和设备控制功能,如调用处理控制、用户接口控制等。

进一步的,所述BTS 110也包括收发器220,其被配置用于通过所述MIMO天线阵列200,在所述天线波束中发射/接收信号,供所述UE 120接收/发射。

在一些实施例中,收发器220可被配置用于按对应于或基于被选上行信号的AoA的AoD而发射信号,供UE 120接收。

此外,根据一些实施例,BTS 110可包括至少一个存储器1425。存储器1425可包括用于临时性或永久性存储数据或程序(例如指令序列)的物理装置。根据一些实施例,存储器1425可包括集成电路,该集成电路包括硅基晶体管。进一步的,存储器1425可为易失性或非易失性。

前述在BTS 110中执行的操作1301-1304可以通过BTS 110中的一个或多个处理电路1420,配合用于执行操作1301-1304的功能的计算机程序代码,从而加以实施。包括有用于在BTS 110中执行操作1301-1304的指令的计算机程序产品可以执行方法1300,当该计算机程序产品载入到BTS 110的处理电路1420中时,即可用于在无线通信系统100中与UE 120进行无线通信。计算机程序和计算机程序产品所包括的程序代码可在当该计算机程序在计算机上运行时,根据前述操作1301-1304中的任一个执行方法1300。

上述计算机程序产品的提供形式可以是例如当被载入到处理电路1420中时、可以根据一些实施例以执行操作1301-1304中的任一个、一些或全部的、被携带在数据载体上的计算机程序。该数据载体可以是例如硬盘、光盘只读存储器盘、记忆棒、光存储装置、磁存储装置或如磁盘或磁带等可以非暂时性保持机器可读数据的其他任意合适的介质。计算机程序产品的提供形式还可以是服务器上的、并且例如通过互联网或内联网连接而远程下载到BTS 110的计算机程序代码。

在如附图中示出的实施例的详细描述中,所用术语并非旨在限定所述方法1300和/或BTS 110,此二者应由附上的权利要求书限定。

依本文用法,“和/或”包括其所关联列出项目中的一个或多个的任何及全部组合。此外,单数形式“一个”、“一”和“所述”应理解为“至少一个”,从而也可能包括多个同类实体,但另有明确说明的例外。还应当理解的是,短语“包含”、“包括”、“其包含”和/或“其包括”规定了出现明确提出的特征、动作、事物、步骤、操作、元件和/或组件,但并不排除此中出现或添加一个或多个其他特征、动作、事物、步骤、操作、元件、组件和/或它们的集合。本文所用的“或”字应理解为数学上的“或”(OR),即可兼析取,而不能理解为数学上的互斥或(XOR),但另有说明的例外。一个单一的单元(例如处理器)可能满足权利要求中所记载的若干个项目的功能。仅仅因为某些措施被记载为互不相同的从属权利要求,并不表示不能将这些措施组合使用以得到有益效果。计算机程序可以在合适的介质上存储/分发,例如光存储介质或与其他硬件一同或作为其一部分而提供的固态介质,但也可以其他形式分发,例如通过互联网或其他有线或无线通信系统。

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