[發明專利]用于天線陣控制的無線網絡元件和方法

有效

• 申請號: 201080030393.0
• 申請日: 2010-06-15
• 公開（公告）號: CN102484310A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發明（設計）人: C·奧克菲;J·摩爾
• 申請（專利權）人: 索科波技術有限公司
• 主分類號: H01Q1/24
• 分類號: H01Q1/24;H01Q3/26
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李向英

技術領域

本發明的領域涉及用于無線通信系統中的有源天線陣控制。具體而言，本發明的領域涉及使用天線陣來進行波束掃描，以記錄通信單元內的用戶活動。

背景技術

當前，第三代(3G)蜂窩通信系統正在被開發，以進一步增強提供到移動電話UE(用戶設備)的通信服務。最廣泛采用的第三代通信系統基于碼分多址(CDMA)技術，即，寬帶碼分多址(WCDMA)。載波頻率用于上行鏈路傳輸，即，通過無線服務基站(在第三代系統中被稱為節點B)從移動無線通信裝置(常常被稱為無線訂戶通信裝置或UE(在第三代系統中))到通信基礎結構的傳輸，下行鏈路傳輸，即，通過無線服務基站(例如，節點B)從通信基礎結構到移動無線通信裝置的傳輸。可以在“WCDMA?for?UMTS”(Harri?Holma(編輯)、Antti?Toskala(編輯)、Wiley?&?Sons、2001、ISBN?0471486876)中找到對于CDMA的進一步的描述，特別是對于全球移動通信系統(UMTS)的寬帶碼分多址(WCDMA)模式的進一步的描述。

已知，蜂窩式層次結構包括用于寬闊的地區覆蓋的宏單元和用于宏地理結構內的小的局部覆蓋的微、微微和毫微微單元。在某些情況下，微、微微和毫微微單元可以與宏單元使用相同頻率。由于微、微微和毫微微單元用于in-fill覆蓋，因此，它們的輻射天線裝置將不與用于宏扇區的天線共享同一個物理站點。

圖1示出了常常用于宏單元部署的已知蜂窩網絡平面圖175的示例。蜂窩網絡平面圖利用“蜂窩”結構中的單元180，其中，基站(節點B)將使用包括多個天線元件的常規(無源)天線來支持每一個單元內的通信。單元被分成扇區185。通常，每個單元存在三個扇區，對應于每個扇區大致120′的覆蓋。一個扇區對應于單個常規天線的輻射方向圖，其+/-65°HPBW(半功率波束寬度)的水平方位角波束方向圖最大限度地覆蓋扇區。在扇區內所使用的天線波束的主波瓣之外，信號被在空間上濾波，并大大地減弱。常規的網絡計劃和無源天線陣解決方案利用共同的固定波束方向圖來處理所有輸入信號。此接收處理，基于在由天線主瓣所標識的地理區域內接收到的信號，容易規定傳輸器操作的相對應的共同的波束方向圖。如此，相同的射頻(RF)覆蓋區用于接收(Rx)和發射(Tx)操作。

在某種網絡配置中，利用了六個扇區單元，盡管不太常見。CDMA和WCDMA技術能夠針對所有單元上的以及那些單元內的扇區上的所有上行鏈路用戶使用單個調制的RF載波頻率。同樣，單個載波頻率用于網絡中的所有單元以及這些單元內的所有扇區上的下行鏈路。此外，由其相應的接收器或發射器獨立地處理每一個扇區天線射頻(RF)信號。

在用于蜂窩通信的常規天線系統中，常常可以使用諸如機械移相器之類的機電波束操控元件來控制發射/接收波束方向圖。波束操控當前是通過操縱位于天線桿的頂部的天線陣的機電元件來遠程執行的。機電波束操縱僅限于傾斜角的微小變化(通常高達10°)。水平方位面中的波束操控是手動或者使用機電調整來實現的。機電相移波束操縱(水平或垂直)不會嚴重地改變主波束形狀。當執行波束操控時，在接收信號處理之前，來自常規平板天線元件的信號被結合在一起。然而，對于這樣的垂直/水平方位面波束操控，已知輸入信號的到達角信息不能夠被辨別。

對能量和基礎結構資源的有效利用已知是蜂窩網絡中的運營和資本支出的主焦點。此外，保證鏈路性能會改善對于用戶的QoE(體驗質量)，允許產生服務的ARPU(每用戶平均收入)被最大化。為了允許網絡運營商優化基礎結構配置，涉及一個扇區，單元以及單元集群內的用戶的位置的信息將是有用的。到目前為止，網絡運營商已經執行了現場試驗，同時對大多數通常使用的網絡配置執行迭代更新，作為網絡優化的手段。這已知是一個慢而昂貴的過程。此外，這樣的慢的變化也不能動態地適應于網絡內的用戶數量的變化。通過使用常規天線系統，只能在由單元或單元集群處理時，估計用戶地理密度。有時，可以嘗試三角形法，基于越區切換信息，確定用戶在一個單元或單元集群內的位置。

使用天線陣的接收(Rx)波束形成取決于以連貫地將來自所希望的方向的那些入射信號相加的方式結構性地將每一個天線元件上的入射信號相加的能力。如此，那些非來自所希望的方向的入射信號將被不連貫地相加，如此，將不會體驗到相同的處理增益。術語“連貫性”暗示，當在波束形成過程中相加時，信號將具有基本上相同的相位角。相比之下，來自多個源的熱噪聲表現出不連貫的屬性。如此，當熱噪聲與入射信號相加時，來自多個源的信號不會與連貫的所需信號體驗到相同處理增益。