CN101006657A - 无线通信系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种MIMO通信设备包括检测器和天线，该天线包括多个天线元件。每个天线元件可进行操作以接收在与相对于天线元件的预定方向基本上相调准的天线元件上产生碰撞的电磁辐射上携带的信号，该天线元件相对于彼此而被调准，以使得对于所述天线的预定接收方向而言，所述天线相对地在角度上彼此移置。还公开了一种在MIMO系统中进行通信的相应方法，包括以下步骤：为给定设备确定与系统中的其它设备进行通信的推荐的方向，以及在与所述检测到的推荐的通信方向相对应的方向上调度与所述其它设备的通信。

Description

无线通信系统和方法

技术领域

本发明涉及一种无线通信系统，尤其涉及可以在多个输入和输出(MIMO)的情况下工作的无线通信系统。

背景技术

在现代无线通信系统中，其中不断地需要实现更高的数据速率。但是，存在有对于限制无线通信系统中所使用的设备的功率消耗和复杂性的相冲突的需求，并且，出于调整的原因，带宽也有可能会受到限制。

为了对这些限制加以考虑，多输入多输出(MIMO)通信正在日益得到普及。由于MIMO有利地根据环境问题来利用散射效应，因此，MIMO可以提供高的频谱效率，其中举例来说，所述环境问题可以是发送机与接收机之间的路径中的障碍物和/或墙壁、建筑物等。富有散射的环境将会提供从天线阵列中的每个发送天线到接收天线阵列中的每个接收天线的独立传输路径。

本领域的技术人员读者应当理解，使用术语MIMO并不是为了排除作为一般情况的子集的多输入单输出(MISO)通信。

通常，MIMO系统是使用具有以线性阵列方式安排的天线的设备来实现的。图1描述了这样的系统10，其包括MIMO发送机12以及MIMO接收机14。MIMO发送机12具有发送天线阵列16，该发送天线阵列16包括四个以线性阵列方式安排的发送天线18，而镜像的接收机14包括接收天线阵列20，该接收天线阵列20包括四个同样以线性方式安排的接收天线22。于是，此MIMO系统被描述为4×4的MIMO系统。

尽管，由于在几何方面加以简化，这种提供了一种易于分析的系统，并且因此，该传统的MIMO结构优选地用于仿真研究，但是，使用这种MIMO系统的无线通信会获取在一定数量的单独的信道上的容量，其中所述数量接近于发送天线数量和接收天线数量中较小的一个。

对这种MIMO系统的另外的限制涉及没有对接收天线上接收的功率加以任何考虑。没有考虑功率效率，并且仅考虑了点到点的应用。理想的是能够更有效地管理功率。

图2描述的是使用了MIMO通信的可能安排。为了清楚起见，图3在图2的复制之上描述了功率分布以及传输射线，以便说明图2所示系统的操作。该安排是在房间30内建立的，其中所述房间30包括各件家具，其包括会议桌和椅子32、办公桌34以及沙发36。基站40附着在墙壁上。该基站是线性天线阵列。

在图3中，沿着房间和家具的轮廓旁边说明了基站40的传输和接收功率分布。在图3中，基站40的传输和接收分布是用虚线42表示的，所述分布是关于基站40的线性阵列的中心点的辐射图。由此，应该理解，由基站执行的信号传输和接收具有定向分布，其中与线性阵列的方向基本上垂直的方向上的传输和接收相对高，而与基站40的线性阵列方向成非常锐的角度的信号的传输和接收是低的或者是可忽略的。

包括发送/接收天线阵列46的移动终端44被放置在会议桌上，并且在图3中，该终端的发送和接收功率分布是用虚线48表示的。因此，应当理解，由基站40直接发送到移动终端44的电波不能被移动终端44所接收。这个电波用点射线50表示。

应该理解，在附图中使用射线来表示电磁激励的传输仅是说明性的，而不是为了表示功率分配分布——即使在高方向性天线安排的情况下，具有可确定的幅度的电波也是在有限角度的范围中发送的。

类似地，表示从单个墙壁反射过来并回到移动终端44的电波的射线52也不能被该移动终端接收到。实际上，可以由移动终端从基站40接收的电波的唯一的实例是图2中用射线54表示的电波。应当理解，另一个移动终端可以放置在办公桌上，并由此可以利用在基站与移动站之间沿着52所指示的射线来进行通信的能力。下行链路容量表示如下：

在 ${\mathrm{\Σ}}_{k=1}^K\mathrm{trace}\left(R_{x_k{x}_k}\right)\≤\max P_{\mathrm{BS}}$ 的条件下，

$C_{\mathrm{DL}}=\underset{R_{x_k{x}_k},\∀k}{\max }\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2\frac{\det (R_{z_k{z}_k}+H_k{R}_{x_k{x}_k}{H}_k^H)}{\det \left(R_{z_k{z}_k}\right)}$

其中 $R_{z_k{z}_k}=R_{n_k{n}_k}+{\mathrm{\Σ}}_{p=1,p\≠k}^K{H}_k{R}_{x_p{x}_p}{H}_k^H$

R_xkxk是在进行接收的天线上接收到的观察结果的协方差矩阵，以及H_k是信道矩阵。优选地， ${\mathrm{\Σ}}_{p=1,p\≠k}^K{H}_k{R}_{x_p{x}_p}{H}_k^H=0.$

为了力求优选地有零干扰， ${\mathrm{\Σ}}_{p=1,p\≠k}^K{H}_k{R}_{x_p{x}_p}{H}_K^H,$ 而建议有理想的空间隔离。此外，通过对功率进行限制， ${\mathrm{\Σ}}_{k=1}^K\mathrm{trace}\left(R_{x_k{x}_k}\right)\≤\max P_{\mathrm{BS}},$ 而暗示有基站功率的共享形式。

同样地，上行链路容量表示如下：

在 $\mathrm{trace}\left(R_{x_k,x_k}\right)\≤\max P$ 的条件下，

$C_{\mathrm{UL}}=\underset{R_{x_k{x}_k},\∀k}{\max }{\log }_2\frac{\det (R_{\mathrm{nn}}+\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{H}_k{R}_{x_k{x}_k}{H}_k^H)}{\det \left(R_{\mathrm{nn}}\right)}$

对于上行链路来说，如果假设活动的移动站的天线总数与基站的天线总数相同，则可以将上行链路视为是大型的MIMO系统。

在这个处理过程中，H_kR_xkxkH_k ^H于项是用于对多个用户和/或多个信道执行去相关处理所需的。对于这些涉及 ${\mathrm{\Σ}}_{k=1}^K\mathrm{trace}\left(R_{x_k{x}_k}\right)$ 和trace(R_xkxk)的计算所设置的条件是为了对功率控制以及功率分享加以考虑。

由此应当理解，由移动终端44所接收的能量显著地少于其在这样的情况中应该接收的能量的一半，其中，在所述情况中，其能够直接接收沿着由射线50指示的主电波路径发送的电波。这是直接的最强的路径，而却在图2所示的安排中被阻塞。因此，在移动站44所采取的信道测量会由于移动站被不正确地安置位置而出现失真，并且因此可能产生效率低下的通信。

此外，在具有多个用户(即，两个以上的相互联网的设备)的系统中使用MIMO还会加重这个问题。因为，大量的功率由于散射、障碍物或天线失准而不能接收到，因此，必需消耗相当大的功率，以便在每个进行接收的天线上提供可接受的信道功率电平。

发明内容

因此，理想的是，本发明的一个方面提供了用于在无线网络中建立MIMO通信的设备和处理过程，以便对上述状况加以改善。

此外，理想的是，本发明的一个方面提供了一种用于多用户MIMO系统的广泛的可重新配置的系统。为了实现高的潜在系统性能，该工作仅考虑了总的系统容量，而不是单个链路的MIMO容量。

本发明的第一方面提供了一种MIMO系统，该系统包括至少两个MIMO通信设备，所述MIMO通信设备中的至少一个包括天线装置，所述天线装置包括角度分区化(sectorised)的天线阵列。

优选地，每一个通信设备包括包含角度分区化的天线阵列的天线装置。所述通信设备之一可以是基站，其它通信设备或者每一个其它通信设备是移动站，该基站可进行操作以确定在所述系统中与每个移动站的定向MIMO通信。

定向MIMO通信可以采用以下方式进行配置：在每个移动站检测信号对噪声加干扰比，并且然后将检测到的信号对噪声加干扰信息反馈给基站，基站然后据此做出调度决定。

在所述移动站或每个移动站的天线装置可以包括多个全向天线。

所述多个全向天线可以在没有自适应阵列的情况下进行安排，并且由此，调度处理过程可以关于从基站到移动站的通信而非从移动站到基站的通信来执行。在替换方案中，多个全向天线可以配备有自适应阵列。在这种情况下，在第一操作模式中，移动站可进行操作以初始检测来自于基站的扇区天线中的每个的所接收的功率，并且然后将自适应阵列应用于基站的扇区天线中的每个，以便使得信号对噪声加干扰最大化。然后，该系统可进行操作以重新选择基站的天线的最佳扇区，以便基于信号对噪声加干扰而形成MIMO通信信道。

在第二操作模式中，移动站可进行操作以选择基站的分区化的天线阵列中的最佳天线集合，以便基于信号对噪声加干扰而形成MIMO通信信道，并且然后在移动站应用自适应阵列，以便使得信号对噪声加干扰比最大化。

基站可以被配置成根据与在移动站的信号对噪声加干扰比(对于每个天线扇区)有关的反馈信息来控制传输功率。基站可以被配置成根据与在移动站的信号对噪声加干扰比(对于每个天线扇区)有关的反馈信息来控制传输调度(即，关于时间或帧域对天线的扇区操作进行控制)。

在基站的天线扇区可以是成对的。这可以提高MAC帧分配的效率。

本发明的优点在于，其提供了对于MIMO系统的有效操作而言重要的功率效率。

与常规的MIMO系统相比，本发明还允许为MIMO系统提供较高的容量。

本发明还提供了一种用于对MIMO系统进行多用户访问的简单配置，以及一种对空间、时间和频率(如果可用的话)进行完全组合的灵活的MIMO系统。

本发明的一个方面的另一个优点在于，其允许提供一种可重新配置的MIMO系统。对于移动站与基站之间的每条单独的链路，MIMO配置根据链路质量而被重新配置。

此外，除了上面指出的功率效率之外，本发明的一个方面还提供其它效率，例如通信效率。

与常规的MIMO系统相比，利用本发明的一个方面改进了系统控制。

本发明的一个方面(使用成对的扇区检测)允许降低开销(并且还允许有较短的切换保护周期)。这因此提高了数据效率。

根据本发明的一个方面来使用MAC控制允许提供比先前可用的通信链路具有更高质量的通信链路。

本发明中包括分区化的天线的方面可以被应用于在基站和移动站的两个或三个扇区天线集合，以产生比先前所能实现的MIMO系统更为复杂的MIMO系统。

现在将参考附图，通过例子的方式描述本发明的特定实施例。

附图说明

图1是根据现有技术实例的MIMO发送机以及MIMO接收机的安排的示意图；

图2是采用MIMO通信技术的微微网(piconet)的示意图；

图3是描述图2所示的微微网中的无线通信的示意图；

图4是根据本发明的第一实施例的通信系统的示意图；

图5是图4所示的通信系统的基站的示意图；

图6是图5所示的基站的天线阵列的透视图；

图7是图6所示的天线阵列的俯视图；

图8是从由箭头A所指示的方向得到的图7所示的天线阵列的侧视图；

图9是对图6至8所示的天线阵列的天线的主传输轴的方向进行说明的示意图；

图10是图6至9所示的天线阵列的传输功率分布；

图11是为图4和5所示的基站确定传输调度的处理过程的流程图；

图12是由图11所示的处理过程所调用的调度处理过程的流程图；

图13是由图12所示的处理过程所调用的初步调度处理过程的流程图；

图14是根据本发明的第二实施例的通信系统的示意图；

图15是图6至8所示的、以第一备选操作模式的天线阵列的示意图；

图16是图6至8所示的、以第二备选操作模式的天线阵列的示意图；

图17是在图4所示的通信系统安排中、在图15所示的第一备选操作模式下基站的容量对性能的曲线图(每个用户具有四个全向天线)；

图18是在图4所示的通信系统中发送的数据结构的示意图；

图19是根据本发明的第四实施例的通信系统的示意图；

图20是根据第二实施例的天线阵列的透视图；

图21是图21所示的天线阵列的俯视图；

图22是从由箭头A所指示的方向得到的图22所示的天线阵列的侧视图；

图23是根据第三实施例的天线阵列的俯视图；以及

图24是对图23所示的天线阵列的天线的主传输轴方向进行说明的示意图。

具体实施方式

参考图4，其中描述的是无线通信系统100，该系统展示了本发明具体实施例的操作。系统100包括基站110以及八个移动站(分别用MS-1至MS-8来标记)115。如图4所示，基站100能够与每一个移动站115进行无线通信，并且由基站110向每一个移动站115进行传输的传输功率分布是用基本上椭圆的图形轮廓指示的。用以界定每个轮廓的特定线条相对于图4中的图例之间的对应性与系统100的操作是关联的，并且在合适的时间将会对其进行描述。

图4中(通过表示定向功率分布的椭圆形状)所示的所有链路都具有MIMO格式。出于本说明书的目的，MIMO格式的通信链路意欲包括SISO、SIMO、MISO以及MIMO安排。

图5描述的是根据本实施例的基站110的结构。应该理解的是，这仅是通过实例的方式的，以及包括使用专用设备的其它可能的实施例也同样是恰当的。

图5所示的基站110包括通用计算设备，例如具有集成的显示器和用户输入装置(键盘、指示设备等)的手持计算机。

因此，详细地来说，基站110包括处理器120，它可进行操作以执行被组织成程序的可执行指令。这些程序可以存储在大容量存储单元122中，或者存储在与处理器进行通信的工作存储器124中。在图5所示的实例中说明了存储在工作存储器124中的一系列用户应用126以及通信控制器128。在使用中，为了方便起见，并且为了及时有效地执行程序指令，处理器(或其它相关装置)可进行操作以从大容量存储单元122中检索程序指令，并且将其临时存储在工作存储器124中。这完全是根据用于管理计算机中的信息存储设备的公知技术来进行的。

借助于通用总线130，处理器与连接到天线阵列134的通信单元132进行通信，由此提供可供基站110与其它设备实现无线通信的物理装置。在本实例中，通信单元132可进行操作以提供物理组件，以便根据IEEE802.11a标准来建立无线通信。在适当的时候还将更加详细地对本实施例的天线阵列134进行描述和说明。

在基站的操作中，用户输入单元136提供了用于接收用户输入动作的装置。在本实例中，用户输入单元包括集成在基站中的键盘以及嵌入式指示设备。包括显示器的用户输出单元138能为用户呈现与基站操作相关联的信息。

在使用中，基站110会以一般常规的方式来为用户提供功能(facility)，由此允许用户利用由用户应用所配置的基站110所提供的功能，其中包括借助于使用通信控制器128对通信单元132的操作进行配置以及通过天线阵列134来发送信号而与其它设备进行通信。然而，基站110与常规通信设备的不同之处在于：它提供了用于以下面的方式对通信进行管理的功能，即，以在需要时增强信号强度而同时保持对功率消耗的控制的方式。

图6更详细地描述了天线阵列134。如该图所示，天线阵列134包括基本上圆形的架构140，它具有八个向外辐射的天线142。所述天线142是定向天线。这意味着每一个天线142都具有一个主传输轴；并且对天线142进行安排，以使得如图7所示，这些主传输轴在角度上是等间隔的，由此如图9所示，邻近天线142的主传输轴之间所限定的角度基本上为45°。如图8所示，天线42的主传输轴基本上是共面的。

图10更详细地描述了基站110的天线阵列134中的天线142的传输分布。图10是在极坐标图中的传输功率(采用标称的分贝标度)相对于角位移的图。每一个天线142都具有基本上定向的传输分布，该分布在主传输轴处具有最大值，并且该分布会在远离主轴的角位移处极剧恶化。

圆形的分区化的天线142的天线元件之一的传输功率分布可以被描述成余弦波束图形，其可以表示为：

$G_i\left(\mathrm{\φ}\right)=\sqrt{2(2n+1)}{\cos }^n(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\θ}}_i)$

举例来说，参考图10所示的与零角度轴(用0标记)相调准的天线142，最大值是以20分贝的可接收功率所指定的，而在远离这个最大值基本上30°的角位移处，可接收功率基本上降低10分贝。对于进行移置而远离天线阵列134的八个主轴之一的与所述基站110进行通信的设备而言，这是一个显著的信号强度损耗，并且将会导致在与所述基站110进行通信的设备处接收的信号中的信号对干扰加噪声的相应恶化。

天线阵列134的所有扇区的总功率将被确定为与全向天线施加于基站的功率相同。例如，在将给基站提供100mW的全向天线的等同辐射功率的特定情况下，每一个扇区的发射能量可以就在100mW以下。

此外，由于将要描述的系统操作，分区化的天线的总功率消耗将会远低于等同的全向天线，这是因为其不需要让天线的所有扇区同时进行发送。

应当理解，假定基站在分区化的天线阵列控制方面提供了本发明的具体实施例，那么移动站或若干移动站同样可以配备有分区化的天线，或者可以配备有全向天线，这取决于功率效率或控制简化的需要。

还应当理解，可以在移动站处实行自适应阵列处理。通过在每一个单独的扇区上独立发送功率，可以检测在每一个扇区上可用的功率。

返回图4，现在将参考图11至13来描述基站110在与移动站115建立无线通信的过程中执行的操作。

图11描述的是一种在基站110中当建立对于和网络中的移动站115的通信的调度时所执行的方法。应当理解，根据当时使用的网络通信协议，可能需要执行其它处理过程，例如将移动站登记到网路上。

在图11中所述的方法的初始步骤S1-2中，作为广播从基站110的天线134的所有扇区发送机142发送功率检测信号。该消息的结构是预先确定的，并且现在将会对其进行描述。

接下来，在步骤S1-4初始化调度处理过程。在图12中对这个调度处理过程进行了更详细地描述，并且该处理过程旨在为基站110与注册到网络的各个移动站115之间的通信确定一系列调度决定。

如图12所示，在步骤S2-2，初始化处理过程是通过根据反馈信息将移动站调度到相应扇区而开始的。这个步骤是通过图13所述的处理过程来进行例示的。图13的处理过程提供了第一步骤S3-2，在该步骤中，最佳适配被标识，用于调度给定的扇区ID以及功率数据。然后，在步骤S3-4，根据反馈信号而将移动站调度到相应扇区。

然后，在执行了步骤S2-2之后，在步骤S2-4，对于所有被调度成具有一个以上的已分配的移动站的扇区，在时间、帧或频率域对这些移动站进行调度，以防止发生冲突。

因此，在执行了图12所示处理过程之后，在步骤S1-6，各个调度决定被传递到移动站。

在图4中描述了关于这个实例所做出的调度决定。为了与移动站MS2和MS8进行通信，基站使用了相同的扇区。因此，所述移动站在时间域中进行复用——MS2在标记为t2的时间帧中通信，MS8在时间帧t3中通信。

在图14中描述了本发明的第二实施例，其在MIMO通信系统中的两个通信设备210上利用了本发明的特征。设备之间的三条反射路径被说明，所述设备在名义上是基站(BS)以及移动站(MS)，但是应当理解，这种指定并不排除更分散的通信方法，例如在自组织(adhoc)的网络中。

图14所述的安排利用了这样的事实，即，每一个通信设备210的角度分区化的天线阵列都是多天线安排，例如可以在MIMO通信中使用的多天线安排，一旦适当的路径和路径响应的建立被建立起来，就使用调度处理过程来标识MIMO通信中所要使用的MIMO路径。

现在将参考附图中的图15至18来描述本发明的第三实施例。本发明的这个实施例使用了成对的扇区检测，以便减少在扇区切换所需的保护时间方面的开销。图15描述的是第一安排，其中邻近的扇区对是作为一个扇区而被操作的，而图16是以如下方式操作的，其中在基站上将相对的扇区作为一个扇区来进行操作。

应当理解，这些操作仅是根据本发明的可能操作的两个实例，并且根据系统设计和应用，任何两个扇区的组合都是可能的。在每种情况下，成对的扇区的顺序和安排都是预先设置的，并且是移动站已知的。

在操作中，基站会在每一个MAC帧中通过每个成对的扇区向移动站发送对信号。应当理解，该对信号可以采用任何能够被移动站所识别的格式。

另一方面，对于单个扇区、扇区对或扇区对与单个扇区的组合来说，可以根据本发明来进行功率检测。

在这个实例中，每一个移动站都配备有全向天线。然而，有可能给移动站配备分区化的天线，在这种情况下，通过这种配置，在移动站有可能操作自适应阵列/阵列优化。

对该分区化的MIMO系统，将会在基站与移动站之间定义MAC帧格式，以使得系统能够进行操作。在下文中关于图18描述了适当的MAC帧的具体实例及其操作的例子。为此，成对的扇区的检测被给出，以便支持所述MAC帧。

图18描述的是通信协议中的连续MAC帧的结构。在图18中，其术语如下所述：

m-成对的扇区的数量；

n-观察到的用户/MS的数量；

p-所支持的用户/MS的数量。

可以看出，向所有的MS发送了m个BCH。每一个BCH代表了一个成对的扇区。基于BCH，每一个MS可以识别其适当的扇区。如果MS希望进行发送，那么它必须向RCH发送请求。在MAC帧上有n个RCH可供n个用户发送请求。FCH和ACH是用于此MAC帧内所支持的用户的。

所述MAC帧结构是支持这种多扇区系统所需的。天线134的每一个扇区都被指派了一个扇区ID。MAC帧包括广播信道(BCH)序列。BCH提供了一种供扇区广播信息、以便能由移动站进行接收的功能。

在本实例中的BCH的数量与BS正使用的扇区数量是相等的。同样地，可能存在有基于所支持的用户数量的上限。

在BCH(其中的每一个都具有固定的持续时间)序列之后，移动站将会传递帧信道(FCH)和访问信道(ACH)(其组合被视为是协议数据单元(PDU))序列。FCH是被广播并且承载帧控制信道的传输信道；ACH传递在之前MAC帧的随机接入阶段中进行的之前的接入尝试的结果。如果在当前帧中没有为该扇区调度业务量，则不发送FCH。

然后，在上行链路段之后跟随的是随机信道(RCH)序列。每一个意图进行观察的用户分配了至少一个RCH。如果存在相应的FCH，那么所述帧还包括用于特定扇区的至少一个下行链路(DL)段和/或上行链路(UL)段。

对于每一个扇区，在链路建立期间，由移动站MS在确定其适当的扇区(若干扇区)的过程中使用的关键参数是链路功率。基站与移动站之间的常规通信技术是基于每个扇区的，这因此需要附加的开销。在本实例中，描述了一种用于检测成对的扇区的处理过程。

如上所述，图15显示了根据本发明的一个特定实施例的典型的成对安排的实例。

扇区标识(ID)是通过成对的扇区的序列而被分配的，并且成对的扇区的序列对于BS和MS是已知的。所述ID被分配给每一个扇区，但是如表1中作为例子所示出的那样，UL和DL的使用是不同的。

表1

扇区	成对的扇区	下行链路ID	上行链路ID
				1	1	00	000
2	001
		3	2	01			010
4	011
		5			3	10	100
6	101
		7	4	11			110
8	111

广播信道(BCH)是基于扇区对来进行发送的。BCH的前同步码需要成对的扇区的序列，以便检测成对的扇区中的两个扇区的功率。在功率检测之后，每一个单独的移动站确定一组适当的扇区，并且将此信息作为请求反馈给基站。该请求在MAC帧的RCH部分被发送。

应该理解，在本实例中，RCH的数量可以与在基站处的扇区数量相同。然而，每一个RCH都与一个移动站相对应，而不是与特定的扇区相对应。

每一个用户(移动站)对于RCH所进行的接入是通过时分复用而被控制的。基站会优化所有的扇区，并且会将扇区分配给所支持的移动站，并由此建立通信链路。

可能需要MIMO格式训练序列以便通过一个BCH前同步码/中间码或是DL前同步码/中间码(mid-amble)来进行发送。该训练序列包括多个不相关的序列。在优选实施例中，序列的数量与在基站处的扇区数量是相同的；然而，这对本发明的输送而言并不是必需的。基于训练序列，每一个单独的移动站可以对其所分配的扇区执行自适应阵列/阵列优化。这种自适应阵列/阵列优化是为了优化信号对噪声加干扰比。

在表2中显示了“三段”前同步码的例子。

表2

扇区1	A	B
			扇区2	A	C
	检测系统之外的干扰	检测自身的干扰

在图17中显示了多用户的分区化的MIMO系统的容量比较。此容量仅是基于信道容量的。在这里假设：

(1)基站具有足够的扇区来支持多个用户；

(2)基站可以始终调度最大数量的用户；

(3)最佳功率控制对平均功率的比值是相等的；

(4)最佳的信道配置；

(5)容量是比特/s/Hz/小区。

如所示的那样，系统容量会随着所支持的用户的增多而增大，即使这种增加不是线性的。

图19描述的是一种系统200，该系统进一步利用了类似于之前所描述的用于产生与一个或多个移动站220的通信的基站的基站210。在这种情况下，基站与第一和第二移动站进行通信。通过适当控制天线阵列中的八个可用天线，基站可以首先仿真全向天线的效果(虚线A)，其次仿真定向天线的效果(虚线B)，第三仿真贴片(patch)阵列天线(虚线C)。这些传输和接收功率分布是通过以成组的方式使用阵列中的若干个天线的加性效应而产生的——在贴片阵列仿真组的情况下，该组包括用1至4标记的天线。

图20至22描述的是根据本发明使用的天线阵列的另一个实施例。读者应当理解，所示的天线阵列与图6至8中所示的天线阵列的不同之处仅在于：该天线阵列包括两个具有八个阵列的平面，由此布置了16个天线，而不是之前的8个天线——这是有利的，因为在发送或接收信号的时候，它提供了更高的天线自由度，并且由此提供了进一步的天线控制。它还提供了空间位移，所述空间位移可以用于检测空间调制的信号。然而，它不需要额外的比特来寻址特定的天线。为了帮助理解两个天线阵列之间的相似性，而使用了共同的参考数字。通过使用图20至22所示实例，应当理解，可以特别地为定向MIMO系统建立三维(3D)阵列，其中面上的水平阵列(俯视图)可以用于定向阵列，并且垂直阵列(侧视图)可以用于形成多阵列发送机/接收机。

图23和24描述的是可以根据本发明使用的天线阵列的另一个实施例。读者应当理解，所示的天线阵列与图6至8中所示天线阵列的不同之处仅在于：该天线阵列包括了十个阵列，而不是之前的八个阵列——这是有利的，因为尽管需要额外的比特来寻址特定的天线，但是它对系统中可用的角度调制提供了进一步的控制。

应当理解，首先，除了图12中所述的程序之外，在工作存储器124中还可以存储的其它程序，以使得能够执行基站操作，例如，所述程序是操作系统或者是被设计成对后台任务的性能进行配置的其它程序。其次，根据工作存储器的容量以及处理器120所需要的快速存取的程度，有时可以在大容量存储单元122中存储指令的全部或一部分，所述指令包括用户应用126和通信控制器128。

通常，工作存储器提供了快速存取，但是可能在容量上受到限制，而大容量存储单元(例如磁盘驱动器)则提供了充裕的存储容量，但是却只能提供有限的数据存取速度。然而，在经过适当配置的操作系统的控制下，有可能在大容量存储单元中分配容量来充当附加的或“虚拟的”存储器。

虽然通过包括基站和移动站——即，集中控制的网络的实例而描述了本发明，但是应当理解，根据本发明还可以实现其它自组织的网络。

Claims (15)

1.一种用于在MIMO通信中使用的通信设备，该设备包括天线装置，所述天线装置包括基本上定向的天线元件的角度分区化的阵列。

2.根据权利要求1的设备，其中天线元件相对于彼此而被调准，以使得所述基本上定向的元件的主方向基本上是从单个点辐射的。

3.根据权利要求2的设备，其中天线元件基本上是在角度上等间隔的。

4.根据权利要求1至3中的任何一个的设备，包括：用于在天线元件处产生传输信号的装置，以及用于在天线元件处检测所接收的信号的装置，其中天线元件的传输和接收增益是可独立控制的。

5.根据权利要求4的设备，包括：调度装置，可进行操作以控制天线元件的传输和接收增益，以便将所述设备的通信与多个其它设备中的一个隔离开来。

6.根据权利要求5的设备，其中调度装置可进行操作以经由所述天线来广播调度信号，以及根据来自于在使用中与所述设备进行通信的其它设备的响应信息来确定适当的定向通信调度用于所述定向天线元件的使用。

7.根据权利要求1至6中的任何一个的设备，包括：控制器，其可进行操作以对天线元件的操作进行控制，该控制器包括用于将天线元件分配到具有至少两个元件的组中以便同时操作组中的天线元件的分配装置。

8.根据权利要求7的设备，其中分配装置可进行操作以将元件分配到具有两个元件的组中。

9.根据权利要求8的设备，其中分配装置可进行操作以分配元件的组，其中每个组包括两个邻近的元件。

10.根据权利要求8的设备，其中分配装置可进行操作以分配元件的组，其中每个组包括两个关于直径相对的元件。

11.根据权利要求1至10中的任何一个的设备，其中天线包括了第一多个天线元件和第二多个天线元件，每个所述多个天线元件被安排，以使得其主传输/接收波束共同地是基本上共面的，以及所述第一多个天线元件和第二多个天线元件的所述相应平面是基本上平行的。

12.一种用于信息通信的系统，包括多个通信设备，所述设备中的至少一个是根据权利要求1至11中的任何一个的通信设备。

13.一种在MIMO系统中进行通信的方法，包括以下步骤：为给定设备确定与系统中的其它设备进行通信的推荐的方向，以及在与所述检测到的推荐的通信方向相对应的方向上调度与所述其它设备的通信。

14.根据权利要求13的方法，其中在所述设备在给定方向上具有多于一个的、推荐所述设备与之进行通信的设备的情况下，该方法包括以下步骤：根据时间和/或频率来调度与共享所述推荐的方向的所述设备的通信。

15.一种计算机程序产品，用于根据权利要求5或权利要求6对设备进行配置，并且携带有在所述设备执行的处理器可执行指令，用于对所述设备进行配置，以执行权利要求13或权利要求14的步骤。

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