[發明專利]用于無線通信系統中的波束鎖定的裝置及方法

有效

• 申請號: 201280038985.6
• 申請日: 2012-02-21
• 公開（公告）號: CN103748799B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 張泳彬;R.陶里
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H04B7/0417
• 分類號: H04B7/0417;H04B7/06;H01Q3/24;H01Q1/24
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 蔡軍紅

技術領域

本發明一般地涉及無線通信系統，并且更具體地，本發明涉及用于保持無線通信系統中的波束形成的波束方向的裝置及方法。

背景技術

無線通信系統的發送器能夠使用天線發送電信號，而同一系統的接收器能夠通過無線電信道從發送器接收所述電信號。在接收器處一般使用Friis公式作為利用發送和接收天線的增益的接收信號的增益模型。

圖1是圖示無線通信系統中的發送器和接收器的圖。當發送器110具有天線增益G_t并且接收器120具有天線增益G_r時，如下面公式(1)所陳述地提供Friis公式。

在公式(1)中，P_r表示接收信號的功率，P_t表示發送信號的功率，G_t表示發送器的天線增益，G_r表示接收器的天線增益，λ表示波長，并且d表示發送器和接收器之間的距離。

公式(1)在真空中適用。相應地，在實際系統中，可以根據無線電信道的特性進行一些修改。公式(1)表明在接收器處接收到的功率與發送器的天線增益和接收器的天線增益成正比。

圖2A和圖2B是圖示無線通信系統中的天線的功率輻射圖案(power radiation patterns)的圖。圖2A圖示了各向同性天線的功率的輻射圖案，而圖2B圖示了定向天線的功率的輻射圖案。參照圖2A，從各向同性天線輻射出的功率是環形的或者球形的。相反，從圖2B的定向天線輻射出的功率是扇形或者圓錐體的形式。當從圖2A和圖2B的天線輻射出的功率值相等時，圖2B的定向天線在特定方向上集中功率并且圖2B中的產生的信號可以比經由圖2A的各向同性天線發送的信號傳播得更遠。基于天線方向性的接收是公式(1)的Friis公式中的天線增益值。具體來說，當天線的波束范圍變得更窄之時，天線的增益增加。然而，因為波束的功率在特定方向和范圍上集中，所以其可服務的區域減少。具體來說，所述天線增益一般與服務區域成反比。

可以依據如上所述的信號的輻射圖案來增強無線通信系統的性能。形成預期信號的輻射圖案的技術通常稱為波束形成。波束形成通過使用多天線將方向性施加到波束來增加發送和接收增益，從而提高特定接收器的信號接收強度。具體來說，波束形成技術取決于如何設置天線增益以及服務方向和范圍。

圖3是圖示無線通信系統中的采用波束形成技術的基站的波束的圖。參照圖3，所述基站覆蓋多個扇區(即，1、2和3)，并且在各個扇區中形成多個定向波束。當采用波束形成時，信號范圍是窄的。因此，為了服務一個基站小區或者扇區，每個扇區中的天線必需利用多個波束。例如，在圖3中，在扇區#1中形成波束#1-3。隨著基站執行窄范圍的波束形成，用戶站可以獲得更好的信道狀態。

所述用戶站從基站的波束中選擇最好的波束并且根據其運動或者移動選擇新的波束。波束寬度越窄，越頻繁地選擇新的波束。當所述用戶站也采用波束形成時，在基站的波束方向與用戶站的波束方向對齊時獲得最好的信道狀態。然而，與固定基站不同，所述用戶站是移動的，并且設備相對于基站的方向可容易地改變。結果，用戶站的波束方向可能與基站的波束方向經常地未對齊。

圖4A到4D是圖示根據本發明實施例的無線通信系統中的基站和用戶站的波束方向的圖。

首先參照圖4A，在基站410處的用于發送和接收的波束方向與在用戶站420處的用于發送和接收的波束方向對齊。當基站410的波束方向面對用戶站420時，用戶站420位于基站410的波束范圍內。為了提高數據發送和接收的可靠性和效率，用戶站420也朝基站410形成波束。當基站410和用戶站420的波束方向如圖4A中所示對齊時，獲得最佳的通信質量。

典型地，采用波束訓練(beam training)以使基站和用戶站之間的波束方向對準。波束訓練分成下行鏈路和上行鏈路。在下行鏈路中，基站將用于波束訓練的特定序列分配給特定方向的波束訓練參考信號，并且發送所述參考信號作為特定方向的波束。因此，所述用戶站向基站通知在從基站接收到的一個或多個波束訓練參考信號之中的具有最好通信質量的參考信號的特定代碼值。因此，可以確定基站和用戶站的對齊的波束方向。

在上行鏈路中，用戶站將用于波束訓練的特定代碼分配給特定方向的波束訓練參考信號，并且發送所述參考信號作為特定方向的波束。因此，所述基站向用戶站通知在波束訓練參考信號之中的具有最好通信質量的參考信號的特定代碼值。