一种天线阵列及基站发送信号的方法与流程

文档序号:11138103
一种天线阵列及基站发送信号的方法与制造工艺

本发明涉及通信领域,尤其是涉及一种天线阵列及基站发送信号的方法。



背景技术:

大规模天线技术是LTE-A演进以及未来5G的关键性技术之一,目前3GPP R13中RAN1的一个重要议题“Study on Elevation Beam forming/Full-Dimension(FD)MIMO for LTE”主要研究多输入多输出MIMO在LTE中的进一步演进。

我们通常可以把天线阵列分为两个部分:物理天线阵列和收发通道阵列。传统的MIMO技术主要基于一维的天线阵列(通常是水平维的天线阵列),如图1所示,具体来说,它的物理天线阵列可能是二维的(图1中的物理天线阵列是8行8列),但是收发通道阵列是一维的(图1中的收发通道阵列是1行8列的),同一列相同极化的多个物理天线阵子连接到同一个收发通道。因此只有水平维的多个物理天线阵子之间的相位差是可以调整的,而垂直维的多个物理天线阵子之间的相位差是不能调整的,所以传统的MIMO只能在水平维进行波束赋形,而垂直维的波束形状是固定的(通常垂直维的3dB带宽为10度左右),图1中的波束只能在水平维调整朝向,但是垂直维的方向是固定的(一般由下倾角决定)。

由于传统基站不管是业务波束还是广播波束,其垂直维的波束宽度和朝向都是固定的,一般来说垂直维3dB带宽为10度左右,因此当实际环境中用户在垂直维的分布范围较大时,传统基站无法很好的覆盖到所有用户。



技术实现要素:

为了提升基站的广播覆盖范围,本发明提供了一种天线阵列及基站发送信号的方法。

为了实现上述目的,本发明提供了一种天线阵列,所述天线阵列包括:

物理天线阵列和与所述物理天线阵列对应的收发通道阵列,且所述物理天线阵列中的部分天线单元对应于高功率收发通道,所述物理天线阵列中除所述部分天线单元外的剩余天线单元对应于标准功率收发通道,其中,所述高功率收发通道所支持的发射功率大于所述标准功率收发通道所支持的发射功率。

可选的,所述天线阵列为全维度多输入多输出FD-MIMO的LTE天线。

可选的,所述部分天线单元围绕所述物理天线阵列的中心位置设置。

可选的,所述物理天线阵列中的天线单元为双极化天线单元。

依据本发明的另一个方面,本发明还提供了一种基站发送信号的方法,所述基站包括天线阵列,所述方法包括:

根据所述高功率收发通道发送的利用小区特定参考信号CRS进行数据解调的传输模式的物理下行链路共享信道PDSCH和/或公共控制信号,进行广播波束的波束赋形并发送;以及

根据所述高功率收发通道和标准功率收发通道上发送的业务数据,进行业务波束的波束赋形并发送,其中,所述高功率收发通道和标准功率收发通道共同用于业务数据的发送。

可选的,所述公共控制信号包括:小区特定参考信号CRS、主同步信号PSS、辅同步信号SSS、物理广播信道PBCH和物理下行控制信道PDCCH中的至少一种。

可选的,所述业务数据为PDSCH承载的业务数据,其中,所述PDSCH为利用解调参考信号DMRS进行数据解调的传输模式的PDSCH。

本发明的有益效果是:

本发明利用提供的物理天线阵列中的部分天线单元对应于高功率收发通道,物理天线阵列中除部分天线单元外的剩余天线单元对应于标准功率收发通道的天线阵列,根据高功率收发通道发送的利用小区特定参考信号CRS进行数据解调的传输模式的物理下行链路共享信道PDSCH和/或公共控制信号,进行广播波束的波束赋形并发送,以及根据高功率收发通道和标准功率收发通道上发送的业务数据,进行业务波束的波束赋形并发送。利用单个天线单元的波束为宽波束,多个天线单元在引用广播赋形权值后才能形成宽波束的原理,本发明只使用高功率收发通道进行PDSCH和/或公共控制信号进行广播波束的发送,避 免了多个天线单元在引入广播赋形权值时造成的功率损失,即降低了波束赋形时的权重损耗,并在形成宽波束时提升了基站的广播覆盖范围;且由于高功率收发通道支持的发射功率大于标准功率收发通道支持的发射功率,因此即使采用少量的高功率收发通道并产生少量的权值损耗,形成的广播波束同样为宽波束,同样提升了基站的广播覆盖范围。

附图说明

图1表示现有的一维天线阵列;

图2表示现有的二维天线阵列;

图3表示本发明的实施例中天线阵列中的物理天线阵列的示意图之一;

图4表示本发明的实施例中基站发送信号的方法的主要步骤流程图;以及

图5表示本发明的实施例中天线阵列中的物理天线阵列的示意图之二。

其中图中:

1、物理天线阵列;2、收发通道;3、部分天线单元;4.剩余天线单元。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

全维度多输入多输出FD-MIMO主要基于二维天线阵列(同一列的多个天线阵子连接到多个收发通道),如图2所示,其中,物理天线阵列1和收发通道2都是二维阵列。FD-MIMO的二维天线阵列对应的各个收发通道支持的功率大小是一致的,例如FD-MIMO基站的总发射功率为40W,共有64个通道,一般来说每个通道功率为(40/64)W即可。

目前3GPP中关于FD-MIMO采用的二维天线阵列可以用如下参数描述(M,N,P,M_TXRU),其中M表示同极化的一列天线的阵子个数,N表示天线阵列的列数,P=2表示采用双极化天线,M_TXRU表示同一列天线阵子对应的收发通道的个数,一个收发通道可能对应到若干个天线阵子,Q=2N*M_TXRU表示 该天线阵列对应的收发通道阵列中的收发通道总数。例如,天线阵列(M,N,P,M_TXRU)=(8,4,2,4)对应的收发通道总数Q为32。

具体来说,二维天线阵列的物理天线阵列和收发通道阵列都是二维的,每个物理天线阵子对应一个收发通道,这样不仅水平维的多个物理天线阵子之间的相位差可以调整,而且垂直维的多个物理天线阵子之间的相位差也可以调整,FD-MIMO不仅能在水平维进行波束赋形,而且可以在垂直维进行波束赋形。虽然FD-MIMO可以形成较窄的业务波束且可以在垂直维调整朝向使得最大波束方向指向用户,但是对于广播波束,由于小区特定参考信号CRS、物理下行控制信道PDCCH等公共控制信号依赖于广播波束,为了尽量覆盖到本小区不同高度的用户,FD-MIMO需要形成较宽的广播波束。另外,传输模式中的TM2、TM3等依靠CRS进行解调的传输模式也会受到广播波束增益的影响。

FD-MIMO一般通过广播赋形权值来形成广播波束,一般来说,每个天线单元的波束宽度较宽(典型的有65度、90度等),因此,要让二维天线阵列形成广播波束,其广播赋形权值会引入一定的功率损失,天线单元数越多,可能引入的功率损失越大。以单个天线单元波束的水平3dB宽度和垂直3dB宽度都是65度为例,对于(M,N,P,M_TXRU)=(8,4,2,64)的64TXRU天线阵列来说,如果要形成约60度的水平广播波束和约60度的垂直广播波束,广播权值会带来较大的权值损耗,例如采用水平广播波束的信号幅度权值Am=[0.45,1,1,0.53],相位Pm=[120,149,156,328],垂直广播波束的信号幅度权值为Am=[0.45,1,0.9,0.4,0.9,1,0.45],相位Pm=[0,90,165,-120,-190,175,90,-10],水平广播波束的信号幅度权值导致的权值损耗约为-2.07dB,垂直广播波束的信号幅度权值导致的权值损耗约为-2.65dB,总的权值损耗约为-4.72dB。

广播赋形权值的权值损耗会导致降低广播波束的增益,从而降低CRS、PDCCH等公共控制信号的覆盖性能,另外,TM2、TM3等依靠CRS进行解调的传输模式也会受到影响。

本发明的实施例提供一种将收发通道阵列区分为高功率收发通道和标准功率收发通道的天线阵列,并根据所提供的天线阵列对基站的信号进行区分发送,降低了基站的广播权值损耗并且提升了基站的广播覆盖范围。下面将结合具体实施例进一步描述。

如图3所示,为本发明的实施例中天线阵列中物理天线阵列的结构示意图之一。天线阵列包括物理天线阵列和与物理天线阵列对应的收发通道阵列,且物理天线阵列中的部分天线单元3对应于高功率收发通道,物理天线阵列中除部分天线单元3外的剩余天线单元4对应于标准功率收发通道,其中,高功率收发通道所支持的发射功率大于标准功率收发通道所支持的发射功率。

具体的,根据基站发射的总功率不变的原理,高功率收发通道所支持的发射功率为基站的发射功率与高功率收发通道的总数目的比值,标准功率收发通道所支持的发射功率为基站的发射功率与收发通道的总数目的比值。例如,基站的总发射功率为40W,收发通道总数目为64个,高功率收发通道为2个,则标准功率收发通道所支持的发射功率为40/64W,高功率收发通道所支持的发射功率为20W。

本实施例提供的天线阵列,物理天线阵列中的部分天线单元3对应于高功率收发通道,物理天线阵列中除所述部分天线单元3外的剩余天线单元4对应于标准功率收发通道,解决了现有的FD-MIMO的二维天线阵列对应的各个收发通道支持的功率大小一致的问题。

可选的,基站的天线阵列为全维度多输入多输出FD-MIMO的LTE天线,且天线阵列中的物理天线阵列中的天线单元为双极化天线单元。

可选的,继续参见图1,为了提升基站的广播覆盖范围,对应于高功率收发通道的部分天线单元3围绕在物理天线阵列的中心位置设置。

依据本发明的另一个方面,还提供了一种基站发送信号的方法,其中,基站包括天线阵列。如图4所示,为基站发送信号的方法的主要步骤流程图,主要包括如下步骤:

步骤101,根据高功率收发通道发送的利用小区特定参考信号CRS进行数据解调的传输模式的物理下行链路共享信道PDSCH和/或公共控制信号,进行广播波束的波束赋形并发送。

在本步骤中,使用高功率收发通道对PDSCH和/或公共控制信号进行发送。具体的,利用单个天线单元的波束为宽波束,多个天线单元在引用广播赋形权值后才能形成宽波束的原理,本步骤只使用高功率收发通道进行PDSCH和/或公共控制信号进行广播波束的发送,避免了使用多个天线单元在引入广播赋形 权值时造成的功率损失,即降低了波束赋形时的权重损耗,并在形成宽波束时提升了基站的广播覆盖范围;并且由于高功率收发通道支持的发射功率大于标准功率收发通道的发射功率,因此可以在没有信号幅度权值即在没有功率损失的情况下,或者在少量高功率收发通道进行波束赋形时使用信号幅度权值即在少量功率损失的情况下,同样可以达到降低基站的权值损耗并提高基站的广播覆盖范围的效果。

具体的,公共控制信号包括:小区特定参考信号CRS、主同步信号PSS、辅同步信号SSS、物理广播信道PBCH和物理下行控制信道PDCCH中的至少一种。

步骤102,根据所述高功率收发通道和标准功率收发通道上发送的业务数据,进行业务波束的波束赋形并发送。

在本步骤中,基站可以根据高功率收发通道和标准功率收发通道上发送的业务数据进行业务波束的波束赋形并发送。具体的,业务数据为PDSCH承载的业务数据,其中,PDSCH为利用解调参考信号DMRS进行数据解调的传输模式的PDSCH。

本实施例使用高功率收发通道发送PDSCH和/或公共控制信号,利用高功率收发通道和标准功率收发通道发送业务数据。利用单个天线单元的波束为宽波束,多个天线单元在引用广播赋形权值后才能形成宽波束的原理,只使用高功率收发通道进行PDSCH和/或公共控制信号进行广播波束的发送,避免了多个天线单元在引入广播赋形权值时造成的功率损失,即降低了波束赋形时的权重损耗,并在形成宽波束时提升了基站的广播覆盖范围;且由于高功率收发通道支持的发射功率大于标准功率收发通道支持的发射功率,因此即使采用少量的高功率收发通道并产生少量的权值损耗,形成的广播波束同样为宽波束,同样提升了基站的广播覆盖范围。

下面用两个具体的实施例对上述实施例进行解释说明。

实施例一:

如图3所示,在图3中,物理天线阵列为8行8列,即物理天线阵列对应于64个收发通道,且在物理天线阵列中第5行第2列为对应于2个高功率收发通道的部分天线单元3,剩余天线单元4对应于标准功率收发通道。从图中可以 看出,部分天线单元3围绕物理天线阵列的中心位置设置。假设与图3中的物理天线阵列对应的基站的总发射功率为40W,则2个高功率收发通道所支持的发射功率为20W,标准功率收发通道所支持的发射功率为40/64W。

在本实施例中,采用部分天线单元3所对应的2个高功率收发通道对PDSCH和/或公共控制信号(CRS、PSS、SSS、PBCH、PDCCH中的至少一个)进行发送。在此过程中,由于高功率收发通道支持的发射功率高于标准收发通道支持的功率,因此即使2个高功率收发通道在波束赋形形成宽波束的过程中产生少量的权值损耗,依然不影响PDSCH和/或公共控制信号(CRS、PSS、SSS、PBCH、PDCCH中的至少一个)的发射,在降低基站权值损耗的同时,扩大了基站的广播覆盖范围。此外,由于业务数据的发送要求较低,因此采用高功率收发通道和标准功率收发通道同时对业务数据(可以为PDSCH承载的业务数据)进行发送。

实施例二:

如图5所示,为本发明的实施例中天线阵列中的物理天线阵列的示意图之二。在图5中,物理天线阵列同样为8行8列,即物理天线阵列对应于64个收发通道,且在物理天线阵列中第四行第2列和第5行第2列为对应于4个高功率收发通道的部分天线单元3,剩余天线单元4对应于标准功率收发通道。从图中可以看出,部分天线单元3围绕物理天线阵列的中心位置设置。假设与图5中的物理天线阵列对应的基站的总发射功率为40W,则4个高功率收发通道所支持的发射功率为10W,标准功率收发通道所支持的发射功率为40/64W。

在本实施例中,采用部分天线单元3所对应的4个高功率收发通道对PDSCH和/或公共控制信号(CRS、PSS、SSS、PBCH、PDCCH中的至少一个)进行发送。在此过程中,由于高功率收发通道支持的发射功率高于标准收发通道支持的功率,因此即使4个高功率收发通道在波束赋形形成宽波束的过程中产生少量的权值损耗,依然不影响PDSCH和/或公共控制信号(CRS、PSS、SSS、PBCH、PDCCH中的至少一个)的发射,在降低基站权值损耗的同时,扩大了基站的广播覆盖范围。此外,由于业务数据的发送要求较低,因此采用高功率收发通道和标准功率收发通道同时对业务数据(可以为PDSCH承载的业务数据)进行发送。

本发明利用单个天线单元的波束为宽波束,多个天线单元在引用广播赋形权值后才能形成宽波束的原理,只使用高功率收发通道进行PDSCH和/或公共控制信号进行广播波束的发送,避免了多个天线单元在引入广播赋形权值时造成的功率损失,即降低了波束赋形时的权重损耗,并在形成宽波束时提升了基站的广播覆盖范围;此外,由于高功率收发通道支持的发射功率大于标准功率收发通道支持的发射功率,因此即使采用少量的高功率收发通道并产生少量的权值损耗,形成的广播波束同样为宽波束,同样提升了基站的广播覆盖范围。

以上所述的是本发明的优选实施方式,应当指出对于本技术领域的普通人员来说,在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

再多了解一些
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