[發明專利]具有相干和非相干接收特性的天線陣列系統

無效

• 申請號: 00108225.6
• 申請日: 2000-04-30
• 公開（公告）號: CN1273463A
• 公開（公告）日: 2000-11-15
• 發明（設計）人: 理查德·T·艾肯;羅杰·D·班寧;麥克斯·A·索隆茲;諾曼·G·茨西
• 申請（專利權）人: 朗迅科技公司
• 主分類號: H04B7/26
• 分類號: H04B7/26;H04B7/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 蔣世迅

本發明一般涉及無線通信系統中使用的天線陣列系統。

某些普通的天線系統使輻射圖適應于無線通信系統中的條件，這種天線系統稱之為“智能天線”或“自適應天線陣列”。通常，自適應天線陣列利用一組接收機確定合適的輻射圖，它使接收到的上行鏈路傳輸信號強度最大。若多個接收機與天線系統安裝在塔頂上，該天線系統的替換和維修變得十分困難和昂貴。此外，許多普通的自適應天線只能增加上行鏈路接收機性能，而在下行鏈路傳輸中沒有任何相應的改進。因此，需要有這樣一種可靠的天線系統，給無線通信系統的上行鏈路信號和下行鏈路信號都提供增強的性能。

普通上行鏈路接收的自適應陣列可以與下行鏈路傳輸的獨立切換的固定射束系統結合使用。例如，某些天線系統利用上行鏈路接收的“分扇區”方法，作為有關下行鏈路傳輸的正確切換選擇。然而，使用多個天線陣列可能超過現有安裝空間的限度。此外，使用多個天線可能增加傳輸線，雙工器，纜線，和其他硬件的要求。

為了簡化天線設計，一些自適應接收天線僅僅通過增大基站下行鏈路的傳輸功率以平衡它們接收性能的改進。增大功率不但加重了基站放大器系統用于距離延伸的負擔，而且對提高信號干擾(S/I)比沒有作用。提高S/I比可以增大通信業務容量或頻率復用密度。因此，需要有下行鏈路傳輸的全自適應輻射圖整形以提高下行鏈路信號的信號干擾比。

按照本發明，天線陣列系統能夠服務于上行鏈路接收和下行鏈路傳輸的基站。該天線陣列系統包括：第一陣列和與第一陣列在空間上分開的第二陣列。第一陣列代表下行鏈路傳輸的發射陣列，而第一陣列與第二陣列的組合稱之為上行鏈路接收的分集裝置。

在本發明的一個方面，該天線系統包括適當數量的天線元和天線元的空間安排以避免波瓣確定性(lobe?definition)問題，而保持接收信號(第一陣列和第二陣列中接收到的)中適當的去相關以防止快速衰落。在本發明的另一個方面，利用發射模式和接收模式中的自適應輻射方法，提高上行鏈路信號干擾(S/I)比和下行鏈路S/I比。因為在發射模式和接收模式中使用共同的天線元件，該天線陣列系統需要很少的輔助設備，例如，天線，傳輸線，硬件，連接器，和監控接收機。

圖1至圖8表示按照本發明天線陣列系統的各種示范性實施例。

圖9表示這種天線陣列系統應用于垂直的空間分集裝置。

圖10表示這種天線陣列系統應用于水平的空間分集裝置。

按照本發明，圖1表示連接到無線基礎結構的天線陣列系統10。天線陣列系統10包括：與第二陣列14在空間上分開的第一陣列12，該空間間隔40足以產生空間分集增益。該無線基礎結構包括：有接收機18和發射機20的基站16。接收機18和發射機20連接到雙工器系統22。可以包含一個放大器系統24，用于放大發射機20發射的信號。第一陣列12有連接到雙工器系統22的第一天線端口34。第二陣列14有連接到接收機18的第二天線端口38。

圖1中的天線陣列系統10能夠服務于上行鏈路接收和下行鏈路傳輸的基站16。第一陣列12代表下行鏈路傳輸的發射陣列。第一陣列12與第二陣列14的組合稱之為上行鏈路接收的分集裝置28。分集裝置28的特征是第一陣列12內的相干特性，用于準確地確定接收信號的到達角，或復相位，幅度，和時延權重。可以利用相位，幅度，時延權重，或以上這些組合確定引導下行鏈路傳輸輻射圖的控制信號。分集裝置28的特征是減輕衰落和增強空間分集增益的非相干特性。如此處所用到的，相干性是指來自任何兩個不同天線元(或組30)的接收信號之間相關關系，這兩個不同天線元對入射信號波前的響應多少有些相關。

一般來說，第一陣列12包括若干組30的天線元32，若按照控制方式適當地饋入一個或多個發射信號分支21，則產生的發射輻射圖具有定向和可操縱的特性。在第一陣列12中，每一組30有對應的第一天線端口34。第一陣列12可以包括天線元32的矩陣36，其中每一組30代表矩陣36中天線元32的線列。如圖所示，該線列往往是垂直取向的，把輻射圖會聚到仰角平面(即，垂直平面)。線列可以經第一天線端口34和傳輸線饋電(例如，端部饋電和中點饋電)，因此，該線列中各個天線元12之間的相位關系是已知的和固定的。