专利名称：用于干扰减少和mimo通信的天线设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在无线通信系统中使用的天线设备。该设备包括至少两个单极 化天线功能，这些功能适合于辐射在方位面中具有水平伸展且在垂直于方位面的高度面 (elevation plane)中 具有垂直伸展的天线辐射波瓣图。天线功能均在第一方向中基本上 具有第一极化。本发明还涉及无线通信系统中的节点，该节点包括根据上述的天线设备。
背景技术：
在用于无线通信的蜂窝系统中，通常使用不同种类的基站。蜂窝系统中的典型基 站(BS)经常部署在屋顶高度上或在高天线塔中以增大其覆盖面积。这给出基站之间视线 的高可能性，而这能够导致严重的BS对BS站干扰，特别是在使用较高传送功率时。在时分双工(TDD)系统中，上行链路数据业务(到BS)和下行链路数据业务(来 自BS)使用相同频率载波，但在时间中分离。在第一时间期内，下行链路数据业务是活动 的，在第二时间期内，上行链路数据业务是活动的，下行链路数据业务和上行链路数据业务 在不同时间活动。在两个小区具有不同期间、在这些期间中上行链路数据业务和下行链路数据业务 活动时，这可能造成问题，产生重叠的期间，其中，上行链路数据业务和下行链路数据业务 在同时是活动的，从而产生干扰。在TDD系统中，由于传送和接收在相同频率上进行，因此，系统内的BS到BS和MS 到MS站干扰能够变得严重。即使两个小区位于相邻载频，干扰也可能相当大。如果所有基站同步其传送和接收时间窗口，则干扰情况得到改善。由于传播延迟， 需要保护期间或静默期间以允许来自远处基站的传送衰退到可接受的级别。对相邻载波的 时间同步干扰能够类似地得到抑制。对于两个不同步TDD系统在相邻频带上传送的情况， 上行链路时隙中来自在相邻载波上在下行链路中传送的基站的干扰能够非常强。由于通过空中的传播延迟，来自在相同载波上传送的相邻基站的干扰将在从DL 传送到UL接收的切换后很快变高。在频分双工(FDD)系统中，上行链路和下行链路活动为其载波使用不同频率，因 此，BS-BS和MS-MS干扰一般通过使用双工滤波器和上行链路与下行链路频带之间的大间 隔而受到高度抑制。然而，在一些情况下，FDD系统在频率上部署，使得一个FDD系统的下行链路靠近 另一 FDD系统的上行链路，例如，使用800MHz和900MHz频带规划。此外，在相关共享情形下，FDD和TDD系统可能被要求在分离远远小于典型FDD双 工距离的频率间隔共存。为将两个系统之间的干扰降到最低，可能要另外的保护频带和符 合严密的频谱屏蔽。BS到BS干扰也能够通过增大基站之间的间隔或通过避免视线情形而得以减少。 然而，这严重地限制了运营商的部署备选方案和站点位置的选择。
现有的所 述干扰问题的解决方案有多个缺陷-保护频带和保护期间表示未使用的资源并导致更低的频谱效率。-仅在干扰源和受干扰者位于不同载波上时提高滤波器要求才有效，且甚至因此 滤波器表示带有某些成本和限制的物理实体_增大的物理间隔经常不是可行解决方案，并且严重限制运营商站点位置选择。如 果第二系统在第一系统之后部署，第一系统位置已经就位，并且选择受到限制。-如果相邻频带上部署有两个不同TDD系统(例如，WiMax和LTE/TDD)，则TDD中 的同步可能难以或者甚至不可能实现。-在TDD与FDD系统之间的共享情况下，上行链路与下行链路使用之间的同步通 常是不可能的，例如，一方面是WiMax或LTE/TDD，或另一方面是WCDMA (宽带码分多址)或 WCDMA HSAP (高速分组接入)。ΜΙΜ0(多输入多输出)是例如将在LTE(长期演进)中使用的新兴概念。MIMO概 念利用两个或更多传送天线和两个或更多接收天线以能够实现多个数据流的同时通信。天 线功能或位置需要不同以便给出充分去相关信道，使得数据流能够变得可分离。一个可能 性是使用不同极化以便为每个数据流使用一个极化来传递不同数据流。MIMO流的极化传送 因此对MIMO是一个有吸引力的天线解决方案。明显存在对获得在基站之间提供减少的干扰的设备的需要，该设备不具有上述缺 陷，并且其中基站与诸如移动电话等用户终端之间使用MIMO的通信可能实现。
发明内容
本发明的一个目的是减少基站之间的干扰，同时使基站与诸如移动电话等用户终 端之间的通信可能使用MIMO而无上述缺陷。此目的借助于一种用于在无线通信系统中使用的天线设备而得以解决。该设备包 括至少两个单极化天线功能，这些功能适合于辐射在方位面中具有水平伸展且在垂直于方 位面的高度面中具有垂直伸展的天线辐射波瓣图。天线功能均在第一方向中基本上具有第 一极化。根据本发明，在与第一方向分离的第二方向中，第二天线功能具有第二极化，并且 第一天线功能具有第三极化。第二极化和第三极化基本上相互正交。此目的还借助于一种无线通信系统中的节点而得以解决，该节点包括根据上述的 天线设备。根据一实施例示例，第三极化基本上等于第一极化。根据另一实施例示例，第二方向与第一方向至少在高度面中分离。根据另一实施例示例，第一极化的垂直分量和水平极化分量具有基本上相等的振 幅。根据另一实施例示例，第二方向预期用于与用户终端的通信。根据另一实施例示例，第二方向中的通信包括借助于多输入多输出MIMO的通信。根据另一实施例示例，无线通信系统还包括具有对应天线功能的至少一个另外的 基站。无线通信系统中的基站布置成用于通信，使得所有天线功能使用基本上相同的极化， 以便各个基站中包括的两个相对天线功能的每一个功能在第一方向中遇到来自另一个的 基本上正交的极化。第一方向基本上是从一个基站中包括的天线功能朝向其它基站中包括的相对天线功能的方向。根据另一实施例示例，天线功能具有第一极化和第二极化，并且在第一方向与第 二方向之间从第一极化到第二极化是持续可变的。
根据另一实施例示例，带有持续可变极化的每个天线功能包括具有第一极化向量 的第一元件和具有第二极化向量的第二元件。极化向量表示它们之间的角度，其中，元件辐 射基本上相等的辐射图，元件由一定的距离来分离。根据另一实施例示例，带有持续可变极化的每个天线功能包括具有第一极化向量 的第一元件和具有第二极化向量的第二元件。极化向量表示它们之间的角度，其中，元件辐 射不等的辐射图。借助于本发明，获得了多个优点。例如-大大减少了接收器之间的干扰。-可减少保护频带和保护期间。-为相邻频带上的服务促进了共存。-为实现本发明要求极少的附加硬件味意着获得它的成本较低。-一个方向中MIMO通信和另一方向中干扰抑制的可能性。
现在将参照附图更详细地描述本发明，其中图1示出两个基站和用户终端的简化视图；图2a示出布置成表示角度变化极化的第一类型天线设备的简化顶视图；图2b示出布置成表示角度变化极化的第一类型天线设备的简化正视图；图3a示出布置成表示角度变化极化的第二类型天线设备的简化顶视图；以及图3b示出布置成表示角度变化极化的第二类型天线设备的简化正视图。
具体实施例方式参照图1，无线通信系统1包括具有天线设备3的第一基站2，而该天线设备又包 括第一单极化天线4和第二单极化天线5，第一基站具有基本上沿其纵向伸展延伸的垂直 伸展。每个天线4，5适合于辐射天线辐射波瓣图6，其在方位面A中具有水平伸展，在对于 所有方位方向的与方位面A垂直的高度面中具有垂直伸展。无线通信系统1还包括也具有天线设备8的第二基站7，该天线设备又包括第一单 极化天线9和第二单极化天线10。每个天线9，10适合于辐射天线辐射波瓣图(未示出)， 其在方位面A中具有水平伸展，在对于所有方位方向的与方位面A垂直的高度面中具有垂 直伸展。第一基站的第一天线4和第二天线5布置成在从第一基站的天线4，5向第二基站 7的第一方向11中使用此处相对方位面A为+45°的第一极化pi来传送信号。第二基站 的第一天线9和第二天线10布置成使用来自其视点的所述第一极化pl，接收来自所述第一 方向11的信号。这意味着从第一基站2传送的信号显得与接收极化的第二基站的第一和 第二天线9，10基本上是正交的。这样，从第一基站2到第二基站7的干扰大大减少。包括第一天线13和第二天线14的用户终端12布置成用于经第一基站2的通信。
根据本发明，第一基站的第二天线5布置成在从第一基站的第一天线4向用户终 端12的第二方向15中使用第二极化p2来传送信号，并且第一基站的第一天线4还布置成
在第二方向15中使用第三极化p3来传送信号，其中，第二极化p2基本上与第三极化p3正 、-父。第二方向15可具有与不同于第一方向11的任何方向。通常，第二方向与第一方 向11至少在高度面E中不同，但也可具有与第一方向11不同的另一方位方向。这样，第一基站2可能使用两个基本上正交的极化p2，p3与用户终端通信，从而能 够实现MIMO通信，同时在传递的信号可构成干扰的方向中使用基本上一个相同的极化pi 来通^[曰ο根据一个备选方案，第一极化pi和第三极化p3基本上是相同的。第一基站2的天线4，5因此向带有相同天线设计的其它基站7且主要在相同方位 角传送极化中正交的信号。可变化的极化设计成从第一方向11到第二方向15更改大约 90°，连接到无线通信区域小区的所有用户终端12位于其中。增大的极化间隔得以实现， 从而改善了信道秩，这增大了使用MIMO的可能性。为了实现以上所述，至少第二天线5具有在不同方向中不同的极化，极化是传送 方向的函数。在第一极化Pl和第三极化P3基本上相同的情况下，仅第二天线5具有在不 同方向中不同的极化。参照图2a和图2b，在第二天线5的第一版本中，它由带有对应第一辐射图16a和 第二辐射图16b的第一元件5a和第二元件5b组成，辐射图16a、16b基本上类似。第一元 件5a通过具有第一极化向量V1的第一极化来辐射，第二元件5b通过具有第二极化向量V2 的第二极化来辐射，在它们的伸展之间示出角度θ。第一极化向量V1和第二极化向量^在 此示例中正交，即，角度θ =90°，但这不是绝对必需的，一定程度的平行性能够接受。两 个天线元件之间由小的距离d来分离。进入时变信号χ (t)分成到两个元件的两个信号X1 (t)、x2 (t)，其中，权重wl、w2添 加到对应信号X1 (t)、x2(t)。在方向φ中用于传送的净极化将是
ρ (φ) 二 W^1 ((P)V1 + w2g2 (φ) V2 · expf^^sincp
V Λ y为简明起见，在此示例中，wl =w2 = 1，并且gl(cp)=g2(cp)=l。因此，净极化向量是
两个元件极化的角度相关线性组合
ρ(φ) = ν1 + ν2·βχρ ——ειηφ
、λ7 参照图3a和图3b，在第二天线5的第二版本中，它由带有对应第一辐射图17a和 第二辐射图17b的第一元件5a'和第二元件5b'组成，辐射图17a'、17b'不同。第一元 件5a'通过具有第一极化向量ν/的第一极化来辐射，第二元件5b‘通过具有第二极化向 量V2'的第二极化来辐射，在它们的伸展之间示出角度Θ。元件5a'、5b'优选具有共同 相位中心，但这不是必需的。任何给定方向中的净极化将是第一极化向量ν/和第二极化向量V2'的加权和的结果。进入时变信号χ (t)分成到两个元件的两个信号X1 (t)、x2 (t)，其中，权重wl、w2添 加到对应信号X1 (t)、X2 (t)。权重wl、w2是用于在该特定方向中元件的天线增益。通过为 两个元件的辐射图定形，可能控制净极化将如何表现。根据以上所述，用于方向φ中传送的净极化向量是
权利要求
1.一种用于在无线通信系统(1)中使用的天线设备(3)，其中所述设备(3)包括至少 两个单极化天线功能G，5)，每个天线功能(4，5)适合于辐射在方位面(A)中具有水平伸展 且在垂直于所述方位面(A)的高度面(E)中具有垂直伸展的天线辐射波瓣图(6)，其中所述 天线功能(4，幻均在第一方向(11)中基本上具有第一极化(pi)，特征在于在与所述第一方 向(11)分离的第二方向(15)中，所述第二天线功能(5)具有第二极化(p2)，并且所述第一天线功能(4)具有第三极化(p3)，所述第二极化(ρ》和所述第三极化(p!3)基本上相互正 、-父。
2.如权利要求1所述的天线设备，特征在于所述第三极化(p3)基本上等于所述第一极 化(Pl)。
3.如权利要求1或2所述的天线设备，特征在于所述第二方向(15)与所述第一方向 (11)至少在高度面(E)中分离。
4.如前面权利要求任一项所述的天线设备，特征在于所述第一极化(pi)的垂直分量 和水平极化分量具有基本上相等的振幅。
5.如前面权利要求任一项所述的天线设备，特征在于所述第一极化(pi)相对于所述 方位面㈧倾斜45°。
6.如前面权利要求任一项所述的天线设备，特征在于所述第二方向(15)预期用于与 用户终端(1 的通信。
7.如前面权利要求任一项所述的天线设备，特征在于所述第二方向(15)中的通信包 括借助于多输入多输出MIMO的通信。
8.如前面权利要求任一项所述的天线设备，特征在于所述天线功能0，5;9，10;13， 14)包括在基站O)中。
9.如前面权利要求任一项所述的天线设备，特征在于所述天线功能0，5;9，10;13， 14)包括在用户终端(12)中。
10.如前面权利要求任一项所述的天线设备，特征在于所述天线功能(4，5)是分离的 天线或者是组合双极化天线。
11.一种无线通信系统(1)中的节点，所述节点包括天线设备(3)，所述天线设备又包 括至少两个单极化天线功能G，5)，每个天线功能(4，5)适合于辐射在方位面(A)中具有水 平伸展且在垂直于所述方位面(A)的高度面(E)中具有垂直伸展的天线辐射波瓣图(6)，其 中所述天线功能(4，幻均在第一方向(11)中基本上具有第一极化(pi)，特征在于在与所述 第一方向(11)分离的第二方向(15)中，一个天线功能(5)具有第二极化(p2)，并且另一个天线功能(4)具有第三极化(p3)，所述第二极化(ρ》和所述第三极化(p!3)基本上相互正 、-父。
12.如权利要求11所述的节点，特征在于所述第三极化(p3)基本上等于所述第一极化 (Pl)。
13.如权利要求11或12任一项所述的节点，特征在于所述第一极化(pi)的垂直分量 和水平极化分量具有基本上相等的振幅。
14.如权利要求11-13的任一项所述的节点，特征在于所述第一极化(pi)相对于所述 方位面㈧倾斜45°。
15.如权利要求11-14的任一项所述的节点，特征在于所述第二方向(15)预期用于与用户终端(1 的通信。
16.如权利要求11-15的任一项所述的节点，特征在于所述第二方向(15)中的通信包 括借助于多输入多输出MIMO的通信。
17.如权利要求11-16的任一项所述的节点，特征在于它由基站(2)构成，所述基站又 包括所述天线功能G，5)。
18.如权利要求17所述的节点，特征在于所述无线通信系统(1)还包括具有对应天线 功能(9，10)的至少一个另外的基站(7)，其中所述无线通信系统(1)中的所述基站(2，7) 布置成用于通信，使得所有所述天线功能G，5 ；9,10)使用基本上相同的极化，以便各个基 站(2，7)中包括的两个相对天线功能G，5 ;9，10)的每一个功能在所述第一方向(11)中遇 到来自另一个的基本上正交的极化，所述第一方向(11)基本上是从一个基站(2，7)中包括 的天线功能G，5 ；9,10)朝向其它基站(7，2)中包括的相对天线功能(9，10 ；4, 5)的方向。
19.一种如前面权利要求的任一项所述的天线功能，特征在于所述天线功能(5)具有 第一极化(Pl)和第二极化(P2)，并且在所述第一方向(11)与所述第二方向(1 之间从所 述第一极化(Pl)到所述第二极化(P》是持续可变的。
20.如权利要求19所述的天线功能，特征在于带有持续可变极化的每个天线功能(5) 包括具有第一极化向量(V1)的第一元件(5a)和具有第二极化向量(V2)的第二元件( ), 所述极化向量(Vl，v2)表示它们之间的角度(Θ)，其中所述元件(5ajb)辐射基本上相等 的辐射图(16a，16b)，所述元件(5a, 5b)由一定距离(d)来分离。
21.如权利要求20所述的天线功能，特征在于带有持续可变极化的每个天线功能(5) 包括具有第一极化向量(ν/ )的第一元件(5a')和具有第二极化向量(y2')的第二元 件(5b')，所述极化向量(ν/ , V2')表示它们之间的角度(Θ)，其中所述元件(5a'， 5b‘)辐射不等的辐射图(17a，17b)。
22.如权利要求21所述的天线功能，特征在于所述元件(5a'，5b')具有基本上共同 的相位中心。
23.如前面权利要求19-22的任一项所述的天线功能，特征在于为所述元件(5a，恥； 5a’，5b’ )的每一个元件馈送相同信号(x(t))，所述信号通过用于所述元件(5ajb ；5a', 5b’ )的每一个元件的某个权重(wl，w2)来加权。
全文摘要
本发明涉及一种用于在无线通信系统(1)中使用的天线设备(3)，其中，该设备(3)包括至少两个单极化天线功能(4，5)。每个天线功能(4，5)适合于辐射在方位面(A)中具有水平伸展和在垂直于方位面(A)的垂直面(E)中具有垂直伸展的天线辐射波瓣图(6)。天线功能(4，5)均在第一方向(11)中基本上具有第一极化。在与第一方向(11)分离的第二方向(15)中，第二天线功能(5)具有第二极化，并且第一天线功能(4)具有第三极化，第二极化和第三极化基本上相互正交。
文档编号H01Q1/24GK102138251SQ200880131022
公开日2011年7月27日 申请日期2008年8月28日 优先权日2008年8月28日
发明者A·西蒙森, B·哈格曼, H·阿斯普伦德 申请人:爱立信电话股份有限公司