无线通信系统中的节点，该节点具有不同的功能模式的制作方法
【专利摘要】本发明涉及无线通信系统中的节点(1，1’)，节点(1，1’)包括至少一个收发器单元(2；2a)、第一天线功能元件(3，3’)和第二天线功能元件(4，4’)。天线功能元件至少包括对应第一天线功能元件第一端口连接(7，7’)和第二天线功能元件第一端口连接(8，8’)。收发器单元(2，2a)设置成通过至少一个频带(B)进行通信。各端口连接(7，8；7’，8’)至少经由不同量值的电信号延迟(11，12，13，14；15，16)可连接到所述收发器单元(2，2a)。在第一操作模式中，在天线功能元件对于频带(8)中的各频率(f1，f2，f3，f4；f1’，f2’，f3’，f4’)正进行接收和/或传送时获取某个产生主辐射波瓣(17，18，19，20；21，22，23，24)。所述主辐射波瓣(17，18，19，20；21，22，23，24)具有主指示方向(25，26，27，28；29，30，31，32)，该主指示方向相对于固定角方向(33，34)具有方位和高程上的某个角方向(α1，α2，α3，α4；β1，β2，β3，β4)。每一某个频率(f1，f2，f3，f4；f1’，f2’，f3’，f4’)的角方向(α1，α2，α3，α4；β1，β2，β3，β4)与任何其它频率的角方向是不同的。本发明还涉及对应方法。
【专利说明】无线通信系统中的节点，该节点具有不同的功能模式
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信系统中的节点，该节点包括至少一个收发器单元、第一天线功能元件和第二天线功能元件。第一天线功能元件至少包括第一天线功能元件第一端口连接，以及第二天线功能元件至少包括第二天线功能元件第一端口连接。收发器单元设置成通过至少一个频带进行通信。
[0002]本发明还涉及无线通信系统中的节点中的方法，该方法包括下列步骤:在使用至少一个频带进行通信时，至少使用第一天线功能元件和第二天线功能元件来接收和/或传
送信号。
【背景技术】
[0003]移动电话和无线宽带的使用在过去十年期间迅速增加，并且预计在未来几年甚至更快地增长。为了满足预计需求，运营商将必须增加通信系统的容量。这样做的一种方式是部署更多基站，并且使用较小的小区，使得能够利用更有效的空间再使用，并且能够增加系统的容量。但是，对于许多小的小区以及基站的密集部署，不同小区之间所谓的同信道干扰将可能增加。大量基站还将引起较高能量消耗，其将花费大量财力并且具有不利的环境影响。
[0004]典型小区的负荷在一天中改变，但是负荷通常比较低。然而，基站即使在不存数据传送时也消耗相当多功率。
[0005]因此，需要例如通过在不需要时关断功率放大器，来降低基站的输出功率。先前，这作为所谓的天线静默进行，其基本上表示一个或数个天线及其对应无线电链在不需要它们时被关断。但是，这表示比较昂贵的设备在某些时间期间未使用。
[0006]因此，需要在与尽可能有效地使用基站设备的同时，更有效地处理功率消耗的降低。
【发明内容】
[0007]本发明的一个目的是提供在与尽可能有效地使用基站设备的同时来更有效地处理功率消耗的降低。
[0008]这个目的通过无线通信系统中的节点来实现，该节点包括至少一个收发器单元、第一天线功能元件和第二天线功能元件。第一天线功能元件至少包括第一天线功能元件第一端口连接，以及第二天线功能元件至少包括第二天线功能元件第一端口连接。收发器单元设置成通过至少一个频带进行通信。各端口连接至少可连接到所述收发器单元，并且与相对于收发器单元的对应电信号延迟关联。所有电信号延迟具有不同量值，使得在第一操作模式中，对于频带中的各频率，在天线功能元件正进行接收和/或传送时获取某个所产生主辐射波瓣。所述主辐射波瓣具有主指示方向，其中相对于方位和高程上的固定角方向具有方位和高程上的某个角方向。每一个某个频率的角方向不同于任何其它频率的角方向。[0009]按照示例，所述端口连接经由功率组合和/或功率分流部件以及定位在功率组合和/或功率分流部件的公共端口与所述收发器单元之间的第一开关部件可连接到所述收发器单元。功率组合和/或功率分流部件包括各天线功能元件端口连接的单独端口。
[0010]按照另一个示例，功率组合和/或功率分流部件经由第二开关部件可连接到第一天线功能元件第一端口连接。在这种情况下，第一开关部件和第二开关部件可设置成在第二开关模式将所述收发器单元切换成直接连接到第一天线功能元件第一端口连接，以及在第一开关模式将所述收发器单元切换成经由功率组合和/或功率分流部件来连接到第一天线功能元件第一端口连接。
[0011]此外，功率组合和/或功率分流部件可经由第三开关部件连接到第二天线功能元件第一端口连接。第三开关部件设置成在第一开关模式将所述收发器单元切换成连接到第二天线功能元件第一端口连接，以及在第二开关模式将另外的收发器单元切换成连接到第二天线功能元件第一端口连接。
[0012]按照另一个示例，第一开关模式和第二开关模式对第一开关部件、第二开关部件和第三开关部件是公共的，第一开关模式对应于第一操作模式。
[0013]按照另一个示例，各天线功能元件包括正交极化天线单元，其中各天线功能元件包括各极化的端口连接。
[0014]这个目的还通过无线通信系统中的节点中的方法来实现，该方法包括下列步骤:在使用至少一个频带进行通信时，至少使用第一天线功能元件和第二天线功能元件来接收和/或传送信号。该方法还包括下列步骤:组合并且延迟送往和/或来自天线功能元件的信号，使得对于频带中的各频率，在天线功能元件正进行接收和/或传送时获取某个所产生主辐射波瓣。所述主辐射波瓣的主指示方向相对于方位和高程上的固定角方向具有方位和高程上的某个角方向。各频率的角方向不同于任何其它频率的角方向。
[0015]按照示例，该方法还包括下列步骤:在第一天线功能元件第一端口连接与功率组合和/或功率分流部件之间切换至少一个收发器单元。
[0016]此外，该方法还可包括下列步骤:借助于第二电信号延迟在第二收发器单元与功率组合和/或功率分流部件的单独端口之间切换第二天线功能元件第一端口连接。
[0017]其它示例通过从属权利要求是显而易见的。
[0018]多个优点通过本发明来提供。
[0019]当今，基站、用户终端、转发器和中继器的天线对于整个频带沿相同方向传送能量。但是，通常在每一个方向仅使用频带的一部分，这表示使用不必要的许多发射功率，并且小区间干扰不必要地变高。
[0020]通过本发明，诸如基站、中继器、转发器和用户终端之类的节点可节省能量，这将降低成本并且有利于环境。此外，小区间干扰将降低，这将增加通信系统的容量。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]现在将参照附图更详细地描述本发明，其中:
图1a示意示出按照本发明的第一示例的、在第二操作模式的节点；
图1b示意示出按照本发明的第一示例的、在第二操作模式的节点的顶视图；
图2a示意示出按照本发明的第一示例的、在第二操作模式的节点； 图2b示意示出按照本发明的第一示例的、在第二操作模式的节点的顶视图；
图3a示意示出按照本发明的第二示例的、在第二操作模式的节点；
图3b示意示出按照本发明的第二示例的、在第二操作模式的节点的顶视图；
图4a示意示出按照本发明的第二示例的、在第二操作模式的节点；
图4b示意示出按照本发明的第二示例的、在第二操作模式的节点的顶视图；
图5示意示出按照本发明的第三示例的节点；
图6示意示出按照本发明的第四示例的节点；
图7示意示出按照本发明的第五示例的节点；
图8示出按照本发明的方法的流程图；以及
图9示意示出适合于在按照本发明的节点中使用的双极化天线功能元件。
【具体实施方式】
[0022]参照图1a和图2a，存在按照第一示例的无线通信系统中的节点I。节点I包括收发器单元2、第一天线功能元件3、第二天线功能元件4、第三天线功能元件5和第四天线功能元件6。第一天线功能元件3包括第一天线功能元件第一端口连接7,第二天线功能元件4包括第二天线功能元件第一端口连接8，第三天线功能元件5包括第三天线功能元件第一端口连接9，以及第四天线功能元件6包括第四天线功能元件第一端口连接10。收发器单元2设置成通过至少一个频带B进行通信，并且包括无线电单元53和放大器单元54。
[0023]对于这个示例以及以下所有其它示例，描述将针对经由天线功能元件3、4的信号的发射，但是本发明当然同样可适用于信号的接收。
[0024]如图1a所示，图1a示出第二操作模式，收发器单元2经由第一开关部件36和第二开关部件42连接第一天线功能元件3。其它天线功能元件4、5、6没有连接到收发器单元
2。又参照图1b,图1b示出天线功能元件布置的示意顶视图，示出第一天线功能元件3如何经由单个天线辐射波瓣55进行传送。
[0025]如图2a所示，图2a示出第一操作模式，第一开关部件36改为将收发器单元2连接到功率分流器35的公共端口 37，功率分流器35具有单独输出端口 38、39、40、41。
[0026]按照本发明，各单独输出端口 38、39、40、41经由对应相位延迟线11、12、13、14来连接到对应天线功能元件端口连接7、8、9、10。
[0027]更具体来说，第一输出端口 38经由第一相位延迟线11连接到第一天线功能元件第一端口连接7，第二输出端口 39经由第二相位延迟线12连接到第二天线功能元件第一端口连接8，第三输出端口 40经由第三相位延迟线13连接到第三天线功能元件第一端口连接9，以及第四输出端口 41经由第四相位延迟线14连接到第四天线功能元件第一端口连接10。
[0028]各相位延迟线11、12、13、14由某个长度的电导体来构成，使得各输出端口 38、39、40,41与对应天线功能元件端口连接7、8、9、10之间存在不同的相位延迟。这意味着，从收发器单元2传送的信号分流成使得以对于各天线功能元件3、4、5、6的某个延迟将其馈送给所有天线功能元件3、4、5、6，以使得获取主辐射波瓣。通过相位延迟线11、12、13、14，所产生主辐射波瓣将具有某个频率的某个指示方向。
[0029]频带B包括第一频率、第二频率f2、第三频率f3和第四频率f4。[0030]这在图2b中示出，图2b示出天线功能元件3、4、5、6的示意顶视图，其中，对于第一频率，存在第一主辐射波瓣17 ;对于第二频率f2，存在第二主辐射波瓣18 ;对于第三频率&，存在第三主辐射波瓣19 ;以及对于第四频率f4，存在第四主辐射波瓣20。每个主辐射波瓣具有对应的主指示方向25、26、27、28，其中各主指示方向25、26、27、28相对于固定角方向33具有方位上的某个角方向a 1、α 2、α 3、α 4。固定角方向33在这里定向成与平面P垂直，平面P沿其中分布天线功能元件3、4、5、6的孔径的平面延伸，固定角方向33又称作视轴。
[0031]关于高程角，主指示方向25、26、27、28被假定为沿除穿过固定角方向33延伸的平面以相同高程角进行指向。
[0032]对于本描述中的所有示例，天线功能元件3、4、5、6具有纵向延长L，其限定天线功能元件的高度，并且为了清楚起见仅在图1中示出，但是纵向延长L可适用于本发明的所有示例。高程角定义为沿所述纵向延长的方向，以及方位角定义为与纵向延长垂直的方向，其围绕天线功能元件3、4、5、6延伸,如图2b所示。
[0033]所述的高程平面可垂直于纵向延长L延伸。
[0034]在这个示例中，如图2b所示，第一频率提供具有第一方位角a i的第一主指示方向25，第二频率&提供具有第二方位角α 2的第二主指示方向26，第三频率&提供具有第三方位角Q3的第三主指示方向27，以及第四频率f4提供具有第四方位角Ci4的第四主指示方向28。
[0035]方位a 1、α 2、α 3、α 4在示例中使得第一主指示方向25至第四主指示方向28接连地从最左方向改变到最右方向，其中方向如图2b所示。这是相位延迟线11、12、13、14从第一相位延迟线11至第四相位延迟线14越来越长的结果。
[0036]在第一操作模式，增益与第二操作模式相比将会增加，这表示较小功率需要在第一操作模式中传送。第一操作模式可在低业务情况期间、例如在夜间使用，以便节省能量。在白天，当业务通常较高时，可改为使用第二操作模式。
[0037]关于控制信道信息，节点I可重新配置到若干载波，使得控制信道将分布于整个频带。
[0038]在这个示例中，参照图1a和图2a，第一开关部件36和第二开关部件42设置成在第二开关模式将所述收发器单元2切换成直接连接到第一天线功能元件第一端口连接7，以及在第一开关模式将所述收发器单元2切换成经由功率分流器35连接到所有天线功能元件端口连接7、8、9、10。第一开关模式对应于第一操作模式，以及第二开关模式对应于第二操作模式。
[0039]在第二示例中，参照图3a和图4a，存在节点I ’，其包括第一收发器单元2a、第二收发器单元2b、第一天线功能元件3’和第二天线功能元件4’。第一天线功能元件3’包括第一天线功能元件第一端口连接7’，以及第二天线功能元件4’包括第二天线功能元件第一端口连接8’。收发器单元2a、2b设置成通过至少一个频带B’进行通信，并且各包括对应无线电单元53a、53b和放大器单元54a、54b。
[0040]如图3a所示，图3a示出第二操作模式，第一收发器单元2a经由第一开关部件36’和第二开关部件42’连接第一天线功能元件3’。此外，第二收发器单元2b经由第三开关部件43连接第二天线功能元件4’。又参照图3b，图3b示出天线功能元件布置的示意顶视图，其示出第一天线功能元件3’和第二天线功能元件4’如何经由所产生天线辐射波瓣56进行传送。
[0041]如图4a所示，图4a示出第一操作模式，第一开关部件36’改为将第一收发器单元2a连接到功率分流器35’的公共端口 37’，功率分流器35’具有单独输出端口 38’、39’。
[0042]按照本发明，各单独输出端口 38’、39’经由对应相位延迟线15、16连接到对应天线功能元件端口连接7’、8’。
[0043]更详细来说，第一输出端口 38’经由第一相位延迟线15连接到第一天线功能元件第一端口连接7’，以及第二输出端口 39’经由第二相位延迟线16连接到第二天线功能元件第一端口连接8’。
[0044]如同第一示例中一样，频带B’包括第一频率f/、第二频率&’、第三频率f3’和第四频率f4’。
[0045]此外，在第一操作模式，从第一收发器单元2a传送的信号分流成使得以对于各天线功能元件3’、4’的某个延迟将其馈送给所有天线功能元件3’、4’，以使得获取主辐射波瓣。通过相位延迟线15、16，所产生主辐射波瓣将具有如同前一示例中一样的某个频率的某个指示方向。
[0046]这在图4b中示出，图4b示出天线功能元件3、4、5、6的示意顶视图，其中，对于第一频率f/，存在第一主辐射波瓣21 ;对于第二频率f2’，存在第二主辐射波瓣22 ;对于第三频率f3’，存在第三主辐射波瓣23 ;以及对于第四频率f4’，存在第四主辐射波瓣24。每个主辐射波瓣具有对应的主指示方向29、30、31、32，其中各主指示方向29、30、31、32相对于固定角方向34具有方位上的某个角方向βρ β2、β3、β4。如前所述，固定角方向34定向成垂直于平面P。
[0047]第二示例示出具有两个收发器2a、2b的节点1’，这表示节点I’能够用于在第二操作模式的预编码和多层发射。当系统中存在低业务负荷时，在第一操作模式将关断第二收发器2b以节省能量。为了能够使用第二天线功能元件4’，天线功能元件3’、4’均连接到同一收发器2a。在第二操作模式，对每个收发器2a、2b存在一个基带，但是在第一操作模式，只有一个基带留下。
[0048]在以下第三示例中，将描述本发明如何能够应用于FDD(频分双工)系统。参照图5，使用由第一天线功能元件45、第二天线功能元件4和第三天线功能元件47所组成的天线阵列。
[0049]第一组三条连接线57将发射器单元58分别连接到第一双工器48、第二双工器49和第三双工器50。这三条连接线57各包括对应相位延迟59、60、61。按照对应方式，第二组三条连接线62将接收器单元63分别连接到第一双工器48、第二双工器49和第三双工器50。这三条连接线62各包括对应相位延迟64、65、66。
[0050]各双工滤波器48、49、50包含在对应天线功能元件45、46、47中，使得各天线功能元件45、46、47设置用于发射以及接收两者。
[0051]一般来说，对于FDD系统，需要一些计算，以便对于下行链路实现与对于上行链路大致相同的覆盖。下行链路频带开始于fstart并且结束于fs_，其中是中间频率。此外，y表示两个相邻天线功能元件的连接线的长度差。为了使覆盖是围绕宽边(broad side)对称的，y应当是X0 (入(|是匕_的波长)的倍数，参见下式⑴:
【权利要求】
1.一种在无线通信系统中的节点所述节点(1，I’)包括至少一个收发器单元(2 ;2a)、第一天线功能元件(3，3’ )和第二天线功能元件(4，4’)，所述第一天线功能元件(3,30至少包括第一天线功能元件第一端口连接(7，7’)，并且所述第二天线功能元件(4，4’ )至少包括第二天线功能元件第一端口连接(8，8’)，所述收发器单元(2，2a)设置成通过至少一个频带(B)进行通信，其特征在于，各端口连接(7，8 ;7’，8’)至少可连接到所述收发器单元(2，2a)，并且与相对于收发器单元(2，2a)的对应电信号延迟(11，12，13，14 ;15，16)关联，所有电信号延迟(11，12，13，14 ;15，16)具有不同量值，使得在第一操作模式，对于频带⑶中的各频率(f\，f2r f3? f4 ，f/，fV，fV )，在所述天线功能元件正进行接收和/或传送时获取某个所产生主辐射波瓣(17，18，19，20 ;21，22，23，24)，所述主辐射波瓣(17，18，19，20 ;21，22，23，24)的主指示方向(25，26，27，28 ;29，30，31，32)相对于方位和高程上的固定角方向(33，34)具有方位和高程上的某个角方向(Ct1, α2，α 3，α 4 ； β 17 β 2, β 3, β 4)，每--定频率(f17 f2,f3,f4 /，f2’，，f/ )的角方向(α I，α 2, α 3, α 4 ; β I，β 2,β3, β4)与任何其它频率的角方向是不同的。
2.如权利要求1所述的节点，其特征在于，所述端口连接(7，8，9，10;7’，8’)经由功率组合和/或功率分流部件(35，35’)以及定位在所述功率组合和/或功率分流部件(35，35’ )的公共端口(37，37’ )与所述收发器单元(2，2a)之间的第一开关部件(36，36’ )可连接到所述收发器单元(2，2a)，所述功率组合和/或功率分流部件(35，35’ )包括各天线功能元件端口连接(7，8，9，10 ;7，，8，)的单独端口(38，39，40，41 ;38’，39’)。
3.如权利要求2所述的节点，其特征在于，所述功率组合和/或功率分流部件(35，35’)经由第二开关部件(42，42’)可连接到所述第一天线功能元件第一端口连接(7，7’)。
4.如权利要求3所述的节点，其特征在于，所述第一开关部件(36，36’)和所述第二开关部件(42，42’)设置成在第二开关模式将所述收发器单元(2，2a)切换成直接连接到所述第一天线功能元件第一端口连接(7，7’)，以及在第一开关模式将所述收发器单元(2，2a)切换成经由所述功率组合和/或功率分流部件(35，35’ )来连接到所述第一天线功能元件第一端口连接(7，7’)。
5.如权利要求4所述的节点，其特征在于，所述功率组合和/或功率分流部件(35，35’)经由第三开关部件(43)可连接到所述第二天线功能元件第一端口连接(8，8’)，其中所述第三开关部件(43)设置成在第一开关模式将所述收发器单元(2a)切换成连接到所述第二天线功能元件第一端口连接(8，8’)，以及在第二开关模式将另外的收发器单元(2b)切换成连接到所述第二天线功能元件第一端口连接(8,8’ ) ο
6.如权利要求5所述的节点，其特征在于，所述第一开关模式和所述第二开关模式对所述第一开关部件(36，36’)、第二开关部件(42，42’ )和第三开关部件(43)是公共的，所述第一开关模式对应于所述第一操作模式。
7.如以上权利要求中的任一项所述的节点，其特征在于，各天线功能元件(3a)包括正交极化天线单元(44),其中各天线功能元件(3a)包括各极化的端口连接(7,7a)。
8.如以上权利要求中的任一项所述的节点，其特征在于，各天线功能元件(45，46，47)包括对应双工滤波器(48，49，50)，使得各天线功能元件(45，46，47)设置用于发射和接收两者。
9.如以上权利要求中的任一项所述的节点，其特征在于，所述功率组合和/或功率分流部件由混合器(75)来构成。
10.如以上权利要求中的任一项所述的节点，其特征在于，每个电信号延迟(11，12，13,14 ；15,16)由延迟线来构成,其中各延迟线是与所述频带中的适当频率对应的波长的整数倍，所述整数对于第一天线功能元件(3，3’ )以零开始，并且对每个另外的天线功能元件增加。
11.一种在无线通信系统中的节点中的方法，所述方法包括下列步骤: (51)在使用至少一个频带(B)进行通信时至少使用第一天线功能元件(3，3’)和第二天线功能元件(4，4’ )来接收和/或传送信号； 其特征在于，所述方法包括下列步骤: (52)组合并且延迟送往和/或来自所述天线功能元件(3，4;3’，4’)的信号，使得对于频带⑶中的各频率;fi’，f/，f/，f/ )，在所述天线功能元件(3，4 ;3’，4’ )正进行接收和/或传送时获取某个所产生主辐射波瓣(17，18，19，20 ;21，22，23，24)，所述主辐射波瓣(17，18，19，20 ;21，22，23，24)的主指示方向(25，26，27，28 ;29，30，31，32)相对于方位和高程上的固定角方向(33，34)具有方位和高程上的某个角方向(Ci1, α2, α3，α4;β1; β 2, β3, β 4),各频率(f17 f2, f3, f4 !f /，f2’，f/ , f4’ )的角方向(α p α 2，α 3，α 4 ；β1; β2，β3，β4)与任何其它频率的角方向是不同的。
12.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤: 在第一天线功能元件第一端口连接(7)与功率组合和/或功率分流部件(35，35’ )之间切换至少一个收发器单元(2，2a)。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤: 借助于第二电信号延迟(16)在第二收发器单元(2b)与所述功率组合和/或功率分流部件(35’ )的单独端口(39’ )之间切换第二天线功能元件第一端口连接(8’)。
14.如权利要求11-13中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤: 使用各天线功能元件(45，46，47)中的对应双工滤波器(48，49，50)，使得各天线功能元件(45，46，47)可用于发射以及接收两者。
15.如权利要求11-14中的任一项所述的节点，其特征在于，混合器(75)用作功率组合和/或功率分流部件。
【文档编号】H01Q3/22GK103563167SQ201180071202
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2011年5月27日 优先权日:2011年5月27日
【发明者】A.尼尔森, S.乔汉森 申请人:瑞典爱立信有限公司