专利名称：一种智能分布式天线系统的构造方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，它特别涉及一种移动通信技术，更确切地说是涉及一种蜂窝移动通信系统中的智能的分布式天线系统。
背景技术：
多入多出(MIMO)技术是现代移动通信技术领域中的一项重要的技术，特别是在蜂窝移动通信系统中使用多入多出技术后，可大大增加系统容量、提高系统性能等。应用多入多出技术的系统基本结构是基站由N只天线单元和射频收发信机构成的天线阵(列)、馈线电缆、基带处理器等组成，移动台由M只天线单元和射频收发信机构成的天线阵(列)、馈线电缆、基带处理器等组成。基站和移动台之间构成了N×M的多入多出通信系统。
数字波束形成(DBF)技术(参见“自适应滤波”，龚耀寰编著，电子工业出版社，2003.7)是现代移动通信技术领域中的另一项重要的技术，它是采用数字方式实现空域滤波的一项技术。空域滤波是用一定形状的波束来通过有用信号或需要方向的信号，并抑制不需要方向的干扰，因而又称波束形成。
分布式天线系统(DAS)是现代移动通信技术领域的重要发展方向，分布式天线系统可以用于对抗大尺度衰落，特别是可以用于对抗由于建筑物或其它物体遮挡造成的阴影衰落。分布式天线系统也减少了移动台与基站间的接入距离，因此节省了功率。分布式天线系统的基本结构是基站由N只天线单元和射频收发信机构成的天线阵(列)、馈线电缆、基带处理器等组成，但基站的N只天线单元和射频收发信机分布在由基站所覆盖区域内的不同地点处，通过馈线电缆与基站处理器相连接。
目前的分布式天线系统的主要用途是用来解决系统的覆盖问题，移动台在基站覆盖区域内由覆盖这个区域的某个天线覆盖。随着现代无线通信的发展，需要系统提供更高的数据传输速率，因此在现有的分布式天线系统中也有考虑使用MIMO技术的，但都是考虑将覆盖某个区域的天线单元增加为天线阵(列)，则移动台在基站覆盖区域内由覆盖这个区域的某个天线阵(列)覆盖，形成MIMO通信系统。实质上，这样的MIMO系统收发两端的天线阵(列)都是集中放置的，那么天线单元间存在一定的相关性，在相关性强的时候，如信道为莱斯(Ricean)信道或视距路径(LOS)信道等信道条件下，系统的性能将急剧降低。因此迫切需要解决在相关性强的信道条件下一般多入多出通信系统性能下降的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能的分布式天线系统的构造方法，采用本发明方法构造的智能的分布式天线系统，结合MIMO技术和DBF技术的优势，实现空间分集和空分多址，在改善小区覆盖的同时大大增加移动通信系统的容量并提供更灵活的多址方式。
本发明提供的一种智能的分布式天线系统的构造方法，其特征是采用下面步骤步骤1选择K只天线单元及对应的K个射频收发信机构成组成一个天线子阵；其中，K的数目大于或等于1，K值选取的方法是根据实际的覆盖范围和业务量需要选取覆盖范围和业务量越大则K值应越大，但成本会越高；K只天线单元之间的间距按照K只天线单元之间使用DBF技术要求确定，K只天线单元之间的间距通常较小，如在线形天线阵中天线单元之间的间距小于四分之一载波波长；步骤2选择M个由步骤1构成的天线子阵组成一个天线阵；其中，M的数目大于或等于1，M值选取的方法是根据实际的覆盖范围和业务量需要选取覆盖范围和业务量越大则K值应越大，但成本会越高；M组天线子阵之间的间距按照M组天线子阵之间使用MIMO技术要求确定，M组天线子阵之间的间距通常较大，如在线形天线阵中间距一般在载波波长的4倍以上；步骤3选择N组由步骤2构成的天线阵；其中，N的数目大于1，N值选取的方法是根据实际的覆盖范围和业务量需要选取覆盖范围和业务量越大则N值应越大，但成本会越高；步骤4步骤3中选取的N组天线阵根据无线通信基站所需要覆盖的小区范围和业务量及基站覆盖区域内的信道环境进行放置，构成分布式天线系统，实现小区内完全覆盖以及满足小区用户业务需求；该N组天线阵之间通过N组馈线电缆与无线通信基站内的基带处理器连接。
通过以上步骤，就可以构成本发明的智能的分布式天线系统。
需要说明的是，本发明提供的一种智能的分布式天线系统，包括N(N大于1)组天线阵(列)、N组馈线电缆、包括基带处理器，分布在同一无线通信基站所覆盖区域内不同地点的天线阵(列)通过馈线电缆与无线通信基站内的基带处理器连接。所述的N组天线阵(列)中每组由M(M大于或等于1)组天线子阵(列)构成，每组天线子阵(列)由K(K大于或等于1)只天线单元及对应的K个射频收发信机构成，根据实际不同的天线阵(列)的覆盖范围和业务量需要，天线子阵(列)的数目可以选取不同的M，覆盖的范围和业务量越大则M取值越大，同理，不同的天线子阵(列)中的天线单元及射频收发信机数目K值也根据天线子阵(列)的覆盖范围和业务量可以不同，N组天线阵(列)根据无线通信基站所需要覆盖的小区范围和业务量及基站覆盖区域内的信道环境进行放置，实现小区内完全覆盖以及满足小区用户业务需求；在同一天线阵(列)中，为了使用MIMO技术，M组天线子阵(列)的间距通常较大(消除它们之间的相关性，如在线形天线阵中间距一般在载波波长的4倍以上)，在同一天线子阵(列)中，为了使用DBF技术，K只天线单元的间距通常较小(保证它们之间的高相关性，如在线形天线阵中间距通常小于四分之一载波波长)；所述的N组馈线电缆内每组电缆的数目对应于所连接天线阵(列)内射频收发信机的数目；所述的基带处理器主要根据移动台所处地理位置、信道条件和业务需求，采用不同的发射方案和选择不同的发射天线，实现数字信号处理、空时频MIMO处理、上下行波束形成等功能；所述的天线阵(列)中M组天线子阵(列)排列既可以是线形排列，又可以是圆形排列、阵列排列等其它用于天线阵列的排列方式；所述的天线子阵(列)中K只天线单元排列既可以是线形排列，又可以是圆形排列等其它天线阵列排列方式。
所述的不同地点包括一个无线通信基站所服务的小区内不同建筑物、由一个无线通信基站所服务的一幢大楼内的不同楼层或同一楼层的不同地点。
所述的N组天线阵(列)中的天线单元是使用相同的载波频率、相同的时隙和相同的码道。
本发明的核心创新是将MIMO技术和DBF技术同时与分布式天线系统相结合形成新的智能的分布式天线系统。具体思想是无线通信基站端的基带处理器通过天线阵(列)和移动台通信的信道信息及传输速率和传输质量的需求选择与移动台进行通信的通信方式和使用的天线子阵(列)，实现数字信号处理、空时频MIMO处理、上下行波束形成等处理，则无线通信基站与移动台建立起多种方式(单入单出、单入多出、多入单出或多入多出)的无线通信。所选择的天线子阵(列)可以是一个或多个，当选择多个天线子阵(列)时，所选择的天线子阵(列)可以来自不同的天线阵(列)。同一天线阵(列)内多个天线天线子阵(列)根据业务量需求可以选择与同一移动台或与不同移动台进行通信。同一天线子阵(列)内多个天线单元间采用DBF技术与同一移动台进行通信。当只选择一个天线子阵(列)与一个移动台通信，则无线通信基站与移动台之间建立了单入单出(或单入多出，此时移动台采用多天线接收)的通信方式。当选定了多个天线子阵(列)与一个移动台通信，无线通信基站与移动台之间建立了多入单出(或多入多出，此时移动台采用多天线接收)的通信方式。
本发明的实质是由K个天线单元511、512……5MK(如图2所示)和对应的K个射频收发信机411、412……4MK(如图2所示)组成天线子阵(列)31、32……3M(如图2所示)，由M组天线子阵(列)构成一组天线阵(列)2i(如图2所示)，N组分布在基站覆盖区域内的天线阵(列)21、22……2N(如图1所示)通过N组馈线电缆131、132……13N(如图1所示)和基带处理器11(如图1所示)相连接，基带处理器11根据移动台的信道环境和业务需求在整个基站覆盖区域内选择合适的发射方案和天线子阵(列)，和移动台建立多种方式(单入单出、单入多出、多入单出或多入多出)的无线通信链路。
本发明的有益效果是采用本发明方法构造的智能的分布式天线系统与现有的天线系统相比，同时具备多入多出(MIMO)技术和数字波束形成(DBF)技术的优点，因此本发明方法构造的智能的分布式天线系统具有较高的传输速率、覆盖质量以及较高的系统通信容量；同时它又具有较短的通信设备接入系统的距离、节省能量和减少电磁污染和更灵活的多址方式等特点。
图1是本发明的智能的分布式天线系统结构中11是基站端的基带处理器，131、132……13N是N组馈线电缆，21、22……2N是天线阵(列)，N是正整数。
图2是天线阵(列)结构中31、32……3M是天线子阵(列)，511、512……5MK是天线单元，411、412……4MK是射频收发信机，M是正整数。
图3是按照本发明方法构造的一个移动基站应用覆盖小区的结构示意中21，22……28是连接到基站处理器上的8个天线阵(列)，61、62、63是3个移动台。
图4是MIMO原理中71是基带处理器，72是馈线电缆，73是射频收发信机，74是天线单元。
图5是分步式天线系统原理中81是基带处理器，82是馈线电缆，83是射频收发信机，84是天线单元。
图6是本发明方法流程框图具体实施方式
在本发明的智能的分布式天线系统中，使用者可根据系统实际需求灵活配置天线阵(列)，基站的基带处理器可根据覆盖区域内移动台实际所处环境和实际需求灵活选择发射方案并选择与之通信的天线阵(列)或天线子阵(列)，进行相应的数字波束形成及空时频MIMO处理。
下面结合实施例及附图具体进一步说明本发明的技术。
参见图3，下面以一个小区无线通信系统为例。假设系统中的一个基站由8个天线阵(列)构成的，每个天线阵(列)由4个天线子阵(列)构成，每个天线子阵(列)由4个天线单元构成。移动台有4个(组)收发天线，系统可以根据移动台的具体位置提供多种基站和移动台间的通信方案。
方案一移动台63(如图3)只处于一个天线阵(列)22(如图3)的覆盖下，移动台63只能和这个天线阵(列)22建立无线通信。根据实际需求，系统选择移动台63同天线阵(列)22中的其中一组天线子阵(列)建立4×1的无线通信链路，或者选择移动台63同天线阵(列)22中的4组天线子阵(列)建立4×4的MIMO无线通信链路。
方案二移动台61(如图3)处于6个天线阵(列)21、23、24、25、26和27(如图3)的覆盖下，根据实际需求，系统选择移动台61分别同天线阵(列)21、23、25和27中的一个天线子阵(列)共4个天线子阵(列)建立通信，构成了4×4的MIMO无线通信链路。
方案三移动台64(如图3)处于2个天线阵(列)21、28(如图3)的覆盖下，且天线阵(列)28的4个天线子阵(列)的相关性太强，不适合使用MIMO技术，根据实际需求，系统选择移动台64同天线阵(列)21中的3个天线子阵(列)和天线阵(列)28中的一个天线子阵(列)共4个天线阵(列)建立通信，构成了4×4的MIMO无线通信链路。
方案四在第二种情况存在的情况下，移动台61(如图3)和移动台62(如图3)处于同一地点的，根据实际需求，系统选择移动台62同移动台61没选择的天线阵(列)24和26中的天线子阵(列)建立无线链路和基站进行无线通信。需要特别指出的是，此时，同处一个基站覆盖小区的移动台61和移动台62与基站通信时是使用同一时隙、同一频率和同一码道。此时，与传统的无线通信系统相比系统容量极大提高，并且提供了更加灵活的多址方式。
权利要求
1.一种智能的分布式天线系统的构造方法，其特征是采用下面步骤步骤1选择K只天线单元及对应的K个射频收发信机构成组成一个天线子阵；其中，K的数目大于或等于1，K值选取的方法是根据实际的覆盖范围和业务量需要选取覆盖范围和业务量越大则K值应越大，但成本会越高；K只天线单元之间的间距按照K只天线单元之间使用DBF技术要求确定；步骤2选择M个由步骤1构成的天线子阵组成一个天线阵；其中，M的数目大于或等于1，M值选取的方法是根据实际的覆盖范围和业务量需要选取覆盖范围和业务量越大则K值应越大，但成本会越高；M组天线子阵之间的间距按照M组天线子阵之间使用MIMO技术要求确定；步骤3选择N组由步骤2构成的天线阵；其中，N的数目大于1，N值选取的方法是根据实际的覆盖范围和业务量需要选取覆盖范围和业务量越大则N值应越大，但成本会越高；步骤4步骤3中选取的N组天线阵根据无线通信基站所需要覆盖的小区范围和业务量及基站覆盖区域内的信道环境在不同地点进行放置，构成分布式天线系统，实现小区内完全覆盖以及满足小区用户业务需求；该N组天线阵之间通过N组馈线电缆与无线通信基站内的基带处理器连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能的分布式天线系统的构造方法，其特征是所述的天线阵中M组天线子阵排列既可以是线形排列方式，又可以是圆形排列方式、阵列排列等天线排列方式；所述的天线子阵中K只天线单元排列既可以是线形排列方式，又可以是圆形排列方式、阵列排列等天线排列方式。
3.根据权利要求1所述的一种智能的分布式天线系统的构造方法，其特征是所述的K只天线单元在线形天线阵中天线单元之间的间距小于四分之一载波波长。
4.根据权利要求1所述的一种智能的分布式天线系统的构造方法，其特征是所述的M组天线子阵在线形天线阵中M组天线子阵之间的间距大于载波波长的4倍。
5.根据权利要求1所述的一种智能的分布式天线系统的构造方法，其特征是所述的N组天线阵中的天线单元是使用相同的载波频率、相同的时隙和相同的码道。
6.按照权利要求1所述的一种智能的分布式天线系统的构造方法，其特征在于所述的基带处理器具有天线选择及发射方案选择和数字波束形成及空时频MIMO处理等信号处理功能。
7.按照权利要求1所述的一种智能的分布式天线系统的构造方法，其特征在于所述的天线阵中，不同的天线阵中天线子阵的数目可以选取不同的M，同一天线阵内M个天线天线子阵根据业务量需求可以选择与同一移动台或与不同移动台进行通信，同理不同的天线子阵中的天线单元及射频收发信机数目K值也可以不同，同一天线子阵内多个天线单元间与同一移动台进行通信。
8.按照权利要求1所述的一种智能的分布式天线系统的构造方法，其特征在于所述的不同地点包括一个无线通信基站所服务的小区内不同建筑物、由一个无线通信基站所服务的一幢大楼内的不同楼层或同一楼层的不同地点。
全文摘要
本发明提供了一种智能的分布式天线系统的构造方法，它是由K个天线单元和对应的K个射频收发信机组成天线子阵，由M组天线子阵构成一组天线阵，A组分布在基站覆盖区域内的天线阵通过N组馈线电缆和基带处理器相连接，基带处理器根据移动台的信道环境和业务需求在整个基站覆盖区域内选择合适的发射方案和天线子阵，和移动台建立多种方式的无线通信链路。采用本发明的系统能够充分发挥波束形成技术和MIMO技术的优势，在改善小区覆盖能力的同时极大地增加系统容量，并提供更为灵活的多址接入。
文档编号H04B7/04GK1933356SQ20051002165
公开日2007年3月21日 申请日期2005年9月12日 优先权日2005年9月12日
发明者罗涛, 徐晓军, 王军, 文宇, 李少谦 申请人:电子科技大学, 华为技术有限公司