产生多个扇形梁的通信单元、集成电路和方法
【技术领域】
[0001]本发明的领域涉及在例如单个天线阵列上产生多个扇形波束的天线配置和方法。
【背景技术】
[0002]在传统的无源天线系统中，仅一个扇区可以支持在单载波频率的天线上。无源天线的所有扇区的光束形状通常由天线元件结构和馈电网络的组合进行固定，所述馈电网络将信号施加到各个天线元件馈送。为了克服无源天线系统的缺点，有源天线阵列系统(AAS)已经被开发。AAS通常通过整合多个射频(RF)组件(例如，功率放大器、收发器、耦合器等)与天线辐射元件创建，其通常被认为是基站的一部分。这使得天线内的各辐射元件的信号的相位和振幅被电子控制，使用信号处理来塑造并引导辐射束的方向。方向可以在两个垂直和水平方位来控制，并且该技术更一般地被称为波束成形。
[0003]垂直波束形成可用于创建多个束，至少一个波束用于每单元扇区专用的，并且其中所述光束被引导到远离天线的不同地理区域。在创造具有无源天线配置的两个专用小区扇区中，扇形区的硬件资源可加倍。目前，利用独立的天线阵列，提供天线射束的不同’片’(tilt)的已知方式使用常规无源天线。替代方法是区分天线阵列，以创建天线单元的子组作用于单独扇区，其中，每个子组将处理专用于单个单元扇区的光束。
[0004]这两种技术提供不同的片有许多与之相关联的缺点。例如，在利用单独的天线阵列作用于不同扇区的情况下，天线单元的复制将需要被部署以提供相同的性能。这导致安装时间、天线塔占地要求和同轴馈电电缆以分开无线电单元作为基础设施部署的一部分而言增加了成本。
[0005]另外，在天线阵列被子分区的情况下，可以由阵列产生的有效波束宽度增大，从而增加了相邻扇区之间的重叠区域。又一个缺点在于:由于该阵列变成在扇区之间划分，在可用天线增益有成比例的减小。
[0006]在天线与传播(EUCAP)，2012第六届欧洲会议，页面:2789-2793，对用阵列用于输出垂直扇区划分梁进行了讨论。该文献没有考虑波束信号处理的合成或如何支持这种垂直扇区划分的光束的天线阵列的校准方案的实施例。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的目的是单独或以任何组合减轻、缓解或消除上述缺点的一个或多个。
[0008]根据第一方面，通信单元包括:多个天线元件馈源，用于耦合到天线阵列的多个天线元件，其中每个天线元件馈源包含至少一个耦合器;多个发射器，可操作地耦合到所述多个天线元件馈源。所述多个发射器中的至少一个发射器包括:至少一个输入，用于接收第一信号和至少一个第二信号；波束形成逻辑，经配置成分别对发射器的第一信号和至少一个第二信号适用于独立波束形成权值，其中，以每个扇区为基础分配每个独立的波束形成权值;和信号组合器，经配置成组合第一信号和所述第二信号以产生组合信号，以使得组合信号支持多个扇形波束。
[0009]根据可选的例子，通信单元还可以包括:信号处理器，可操作地耦合到波束形成逻辑，和配置成同时处理应用到多个天线单元中的至少一个天线元件馈源的多个扇形波束的发送。
[0010]根据可选的例子，波束形成器逻辑可被配置成对在相同的载波频率或在重叠占用的频谱中发送的信号应用独立的波束形成权重。
[0011 ]根据可选的示例，有源天线系统的单个天线阵列可被配置成支持在至少一个载波频率的多个扇区。在一个示例中，有源天线系统的单个天线阵列被配置成使用至少一个公共天线单元支持单个载频上的多个扇区。
[0012]根据可选的例子，通信单元还可以包括频率转换器，可操作地耦合到信号组合器，并配置成将频率转换合成信号频率转换成组合信号并路由到多个天线元件，以支持多个扇形光束。
[0013]根据可选的示例，波峰因数降低(CFR)信号处理块可被配置成应用波峰因数降低到组合信号。
[0014]根据可选的例子中，独立的波束形成权重可以包括被归为至少一个发射器对基准发射器的至少一个校准校正系数。在一个示例中，相对于第一收发机归一化至少一个校准校正系数可以包括:相对于被确定为具有最长等待时间的收发机，归一化至少一个校准校正系数。在本示例中，通信单元还可以包括复数乘法器，经配置成应用独立的波束形成权值和至少一个校准校正因子。
[0015]根据可选的示例，波束成形器逻辑可被配置成对所述发射器的第一信号和第二信号应用独立的波束形成权重，以提供如下至少一个中的波束扇区划分:垂直平面、水平平面。在这个例子中，至少两个光束的光束扇区划分可包括:第一功率的第一扇形光束和第二功率的第二扇形光束。在这个例子中，至少两个光束的光束扇区划分可包括在第一波束宽度的第一扇形光束和在不同的第二波束宽度的第二扇形光束。在这个例子中，至少两个光束的光束扇区划分可以包括权重，以提供在第一方向的第一扇形光束和在不同的第二方向的第二扇形光束。
[0016]根据第二方面，对通信单元的至少一个收发器的集成电路进行说明。所述集成电路包括:至少一个输入，用于接收第一信号和至少一个第二信号;波束形成器逻辑，经配置成分别对发射器的所述第一信号和至少一个第二信号应用独立的波束形成权值，其中，在每个扇区为基础分配每个独立的波束形成权值;和信号组合器，经配置成组合第一信号和所述第二信号以产生组合信号，以使得组合信号支持多个扇形波束。
[0017]根据第三方面，讨论用于在天线阵列中产生多个扇形光束的方法，其包括多个天线元件馈源，用于经由各自的耦合器端口耦合多个相应的发射器到多个天线单元。该方法包括，在通信单元:施加第一信号和至少一个第二信号到多个发射器的第一发射器;对发射器的第一信号和至少一个第二信号应用独立的波束形成权值，其中，以每个扇区为基础分配每个独立的波束形成权值；以及组合所述第一信号和所述至少一个第二信号以产生组合的信号，以使得组合信号支持多个扇形波束。
[0018]根据本发明的第四方面，一种计算机程序产品包括在天线阵列中产生多个扇形光束的程序代码，该计算机程序产品包括程序代码，可操作用于当在通信单元执行时，执行本发明的第三方面的方法。
【附图说明】
[0019]通过仅作为示例的方式，参考附图对本发明的实施例进行说明，其中:
[0020]图1示出作为在产生两个扇区的网络中部署的有源天线系统的例子。
[0021]图2示出有源天线阵列系统(AAS)架构的例子。
[0022]图3示出有源天线阵列系统(AAS)架构的另一个例子。
[0023]图4示出校准有源天线阵列系统(AAS)的架构的处理的示例流程图。
[0024]图5示出可用于实现本发明实施例的信号处理功能的常规计算系统。
【具体实施方式】
[0025]本发明的示例实施例参照在无线通信系统中使用的智能(或活性)天线技术进行说明。本发明的示例实施例描述校准和利用有源天线阵列系统(AAS)的整体的装置，以支持多扇区操作，从而支持使用相同的天线单元的不同光束。以这种方式，描述了一种机制，有效地提供在单个天线阵列上的多扇区支持。此外，在一些示例中，可有利地提供多扇区支持，其利用相同的载波频率或重叠占用的频谱和利用天线阵列的共同的天线元件。
[0026]下面的描述集中在本发明的实施例，其适用于长期演进(LTE)蜂窝通信系统中使用的有源天线阵列，包括基于频分双工(FDD)的LTE网络和演进到这个标准，例如LTE-A由第三代合作伙伴计划(3GPP?)标准化。本发明的示例实施例也适用于LTE的时分双工(TDD)变体，例如TD-LTE。然而，可以理解，本发明不局限于该特定蜂窝通信系统，而可以应用到任何无线通信系统中，包括传统的无线系统，例如利用天线阵列配置的3G UMTS和HSPA，其中使用多个天线元件。
[0027]为清楚的目的，表述’占用带宽’的定义已经由3GPPTS 34.121提供。这里，占用带宽(OBW)是含有99 %的发射光谱的总积分功率的带宽，集中于所分配的信道频率(作为分配给单个扇区)ο占用频谱然后根据定义，是所分配的信道频率减去分配的信道频率的一半的占用带宽加上一半的占用带宽。
[0028]其中，扇区具有’重叠占用的频谱’，这种表达在本文中定义为包括第二扇区的占用带宽内的任何频率常用的一个扇区的占用频谱内的任意频率。
[0029]对于在此描述的示例实施例的目的，蜂窝网络的扇区是三维空间(由天线波束和传播环境中定义)，由此用户设备(UE)可以利用指定的信道频率或多个信道频率中继消息来往于基站。
[0030]本地地理区域内的相邻扇区常常可以包括进一步的独特属性，以允许UE装置来区分它们分开，或者限制干扰，这些属性例如是;单元或扇区ID(标识符)广播作为嵌入调制逻辑信道的部分、扰频码、载频、空中接口协议或通道占用的带宽。
[0031]参考图1，根据本发明的一些实施例示出生成两个分区的有源天线系统102。在该示例实施例中，所述有源天线系统102能在下行链路传输路径中形成多个光束形状104、106。仅显示支持两个扇区的两个光束形状，仅供参考。在其它示例中，也可以在接收上行链路路径产生相应的接收波束。
[0032]有源天线系统102还包括通过至少一个光学界面109可操作地连接到基带单元/模块108。在本示例中，至少一个光学界面109是常见的公共无线电接口(CPRI)。在其它示例中，所述至少一个光学接口可以是OBSAI RP3-01接口，或开放无线电设备接口(ORI)。在这个示例中，CPRI接口 109可以是可操作的，以允许IQ数据样本被转移来往于基带单元/模块108，其可驻留在AAS 102的远程物理位置。在这个示例中，基带模块108包括解调呼叫处理功能和核心网络回程功能。在一些示例中，基带部/模块108还可以含有例如LTE系统的RNC(无线电网络控制)功能。在其它示例中，基带部/模块108可以嵌入在AAS 102中。AAS 102进一步可操作地连接到DC(直流)电源模块110，其可操作以供电AAS 102。
[0033]在这个例子中，AAS 102可用于发射和接收不同扇区的不同光束形状104、106，利用共同的辐射元件。参照后面附图描述的本发明的示例实施例提供使用相同的天线元件而校准和利用AAS 102上高达天线单元的整体，以支持不同光束的一种装置。以这种方式，描述一种机制，有效地在例如单个天线阵列上提供多扇区支持。此外，在一些示例中，可有利地利用相同的载波频率或重叠占用的频谱提供多扇区支持和支持相同的空中接口标准和使用天线阵列的共同天线元件。
[0034]以这种方式，AAS102可进行校准以利用公共辐射元件而提供具有不同的片(垂直)和或盘(水平)的输出。在一些示例中，可有利地发射和接收在不同片和盘的波束，以便扇区104的干扰基本上不降低其他的，例如106。
[0035]虽然相对于每个扇区提供相同或类似的波束宽度示出示例实施例，可以设想，在其他示例中，例如当AAS支持比方说宏观和小单元应用时，本文所描述的概念也可应用到支持每个