一种基站选择天线的方法和装置的制造方法
【专利说明】一种基站选择天线的方法和装置
[0001 ] 本发明是申请日为2010年I月8日、申请号为201010022593.3、发明名称为“一种基站选择天线的方法和装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及通信网络，尤其涉及基站处进行天线选择的方法和装置。
【背景技术】
[0003]在多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，ΜΙΜ0)系统中，基站利用多副天线发射信号，也即，在基站端实现多天线传输。根据基站端是否需要下行链路的反馈信息，可以把多天线传输分为开环和闭环两种。开环多天线传输是指发射端在预先不了解信道状态的情况下发射信号，一般为各天线等功率发射，其主要优点在于系统较简单，性能不受信道反馈的影响；但缺点是没有充分利用信道信息。闭环发射则是通过移动台向基站反馈下行链路的信道状况，基站根据反馈信息计算每个移动台的加权系数，使发射波形与信道状态之间最优匹配。但闭环方法对反馈精确性和反馈时延的要求较高，如果信道变化的速度大于移动端反馈的速度，那么天线的最优权值将不能得到及时的更新。因此，闭环MMO技术所面临的最严峻的问题是如何获得精确的发射端信道信息(Channel StateInformat1n at the Transmitter，CSIT)。
[0004]现有的最常用的闭环MMO反馈方案是基于码本(codebook)的反馈方案。基于码本的反馈不受上、下行信道之间的非对称性的影响，适用于TDD和FDD系统。另一种基于sounding的反馈方式只适用于TDD系统，并且受到上、下行信道之间的非对称性的严重影响。因此在现有系统中，基于码本(codebook)的反馈方案是最主流的反馈方式。但这种方式面临了两个主要的问题:反馈开销较大和反馈的量化、延迟等所带来的CSIT不准确。
[0005]天线的空间相关性(spatial correlat1n)，也即，与天线相对应的信道之间的相关性与散射传播(包括空间的散射物)以及天线的特性密切相关。信道的空间相关性反映了信道的方向性，也即，各个子信道之间的独立的程度。信道的空间相关性越强，信道矩阵的分布就越集中于其统计方向，因此只需要反馈统计方向的信息；反之，若空间相关性很小，信道矩阵没有方向性，在空间上的分布是均匀的，因此，若希望准确地反映空间相关性很小的信道的信息，则需要很大的反馈量。
[0006]此外，现有的采用交叉极化(cross-polarizat1n)的方案中，采用彼此靠近的交叉极化的天线单元。一方面，彼此靠近的天线单元提供了强的空间相关性;另一方面，每根天线具有两个垂直的极化方向，例如水平极化和垂直极化，因此，每个天线单元可以提供不相关的极化方向，并可以作为两根空间不相关的虚拟的天线工作。通过在两个极化方向上传输信号，构建了一个虚拟的不相关的MIMO系统。但是，该解决方案的缺点在于，这种虚拟的不相关的MIMO系统所能提供的自由度局限在2个自由度。
【发明内容】
[0007]传统的研究认为，信道的空间相关性对于MMO系统而言是有害的。然而，最近的研究表明强的空间相关性对于CSIT的获取是一个很有前景的解决方案，主要取决于以下的几个原因。
[0008]1.当空间相关性足够强时，意味着信道矩阵的指向性很强，且在时域或频域的抖动程度小，因此，移动台仅需要反馈统计信道信息而不需要反馈瞬时信道信息，因此，极大地降低了反馈的开销，并且增加了对反馈延时的鲁棒性(robustness)。
[0009]2.因为反馈的信息有限，所以一般移动台反馈的信息都是经过量化的，这样就会带来量化误差。而在空间相关性强的情形下，不需要反馈时域或频域的抖动信息，因此，可以减小反馈的比特数，也即，在反馈的比特数一定的情况下，如果选择了与信道准确匹配的码本，强的空间相关性可以降低量化误差。
[00?0]具有强的空间相关性的基站天线阵列的一个缺点是降低了自由度(degree offreedom，DoF)。在MIMO系统中，多天线发送/接收提高了系统的自由度。若各个收发天线对之间路径增益衰落是独立的，这种情况下就构建了多个并行的空间子信道，在这些子信道之间发射不同的信息流，数据传输率自然就会提高，因此就带来了空间复用(spatialmultiplexing)。另一方面，MIMO系统也可以用来实现空间分集(spatial diversity)，以对抗信道衰落。通信系统通过提供分集增益来提高无线链路的可靠性，其基本思想是向接收机提供信息符号的多个独立衰落副本，使得所有信号成分同时经历深度衰落的概率变小。综上所述，高的自由度能够带来空间分集增益和/或空间复用增益，反之，低的自由度意味着低的复用增益或者分集增益。例如，当基站天线之间的空间相关性非常强时，在基站与任何的移动台之间的传输矩阵都是非常病态(ill-condit1ned)的。例如，传输矩阵的相关矩阵的次大奇异值(也称为特征值，本征值，eigenvalue)非常小甚至为O，因此，无论在基站处使用多少根天线，复用增益均维持在I。
[0011]但是，使用多用户技术(mult1-user technique)可以很好地解决该问题。因为不同的用户位于不同的位置，即使在基站天线阵列具有很强的相关性的条件下，由于不同的用户位于不同的位置，所以天线阵列与不同用户之间所经历的信道的衰落是独立的，也即，不同用户的传输系数是彼此独立的。因此，该多用户的分集增益可以用于弥补自由度的损失，并且，可以通过同时为多用户服务增加复用增益，并使用多用户预编码(multiuserprecoding)或波束成形(beamforming)技术来避免用户间干扰。
[0012]因此，闭环MMO系统可以利用强的空间相关性获取信道信息。但是，在其他的应用场景，例如，用户的移动速率很快，此时用户所反馈的信道信息就不准确，或者传输的是广播信令信息时，就无法采用闭环技术，这些情况下，只能采用开环的传输技术。在开环的传输过程中，为了确保高的数据速率和/或可靠性，需要保证多个天线提供大的自由度。一般而言，多天线阵列的自由度和空间相关性这两个因素是相互制约的，提高自由度必然降低空间相关性。因此，在这种情况下，需要提供低相关性甚至是不相关的天线阵列，以提供最大化的自由度。
[0013]因此，不同的应用场景，例如基站工作在不同的工作模式，包括开环模式或者闭环模式时，需要基站的发射天线之间具有对应的空间相关模式，有时需要强相关性的天线阵列，有时需要低相关性的天线阵列。
[0014]根据本发明的第一方面，提供了一种在多输入多输出通信系统的基站中用于传输信号的方法，其中，所述基站包括若干个天线单元，该方法包括:根据所述基站的工作模式，从所述若干个天线单元中选择多个发射天线单元用于传输信号，其中，所述工作模式包括开环工作模式或闭环工作模式。
[0015]优选地，本发明可以通过以下步骤实现，基站根据所述工作模式，确定所述多个发射天线单元之间的空间相关性模式信息;根据所述空间相关性模式信息，从所述若干个天线单元中选择所述多个发射天线单元用于传输所述信号。
[0016]根据本发明的第二方面，提供了一种在多输入多输出通信系统的基站中用于传输信号的装置，其中，所述基站包括若干个天线单元，包括:传输装置，用于根据所述基站的工作模式，从所述若干个天线单元中选择多个发射天线单元用于传输信号，其中，所述工作模式包括开环工作模式或闭环工作模式。
[0017]优选地，该传输装置还包括，确定装置，用于根据所述工作模式，确定所述多个发射天线单元之间的空间相关性模式信息;选择装置，用于根据所述空间相关性模式信息，从所述若干个天线单元中选择所述多个发射天线单元用于传输所述信号。
[0018]通过本发明的方案，可以自适应地在弱相关性(包括不相关)和强相关性的天线阵列之间切换，根据基站的工作模式自适应地提供通信系统所需要的大的自由度或强的空间相关性，当基站工作在闭环模式下时，可以选择发射