CN101483461A - 一种通过极化天线传输数据的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过极化天线传输数据的方法，用于实现通过多组极化天线传输数据，得到分集增益。所述方法为：网络侧获得需要发送的数据；网络侧从至少两组极化天线中选择一组极化天线用于传输所述数据；网络侧对所述数据进行波束赋形，并通过选择的极化天线发送。本发明还公开了一种用于实现所述方法的装置。

Description

一种通过极化天线传输数据的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是涉及通过极化天线传输数据的方法及装置。

背景技术

双极化天线是一种新型天线技术，组合了+45°和-45°两个极化方向相互正交的天线，同时工作在收发双工模式下，每个小区仅需一组双极化天线。双极化天线允许系统采用极化分集接收技术，其原理是利用±45°极化方向之间的不相关性，两者之间的不相关性程度决定了分集接收的好坏。由于±45°为正交极化，因此可以有效保证分集接收，其极化分集增益约为5dB，比单极化天线通常采用的空间分集提高约2dB。此外，单极化天线的空间分集接收效果和两副接收天线的位置有关，天线覆盖正方向为最佳，逐渐向两边减弱，导致小区实际覆盖范围缩小。采用极化分集代替空间分集技术，分集增益和天线位置几乎没有关系，覆盖主方向和边缘处的差别很小(该差别由于反射面宽度导致±45°正交效果变差引起)，因此可以有效改善边缘处的接收效果，保证覆盖范围。

波束赋形技术广泛应用于移动通信系统，采用波束赋形技术的阵列天线一般被称为智能天线。智能天线通过波束赋形，将主波束对准期望用户进行收发信号，提高了接收端的接收功率。智能天线也可以根据干扰信号的空间特征，通过调整各天线单元的加权系数，将阵列天线方向的零陷对准干扰用户，这样可以降低来自干扰用户的信号功率。在小区边缘，由于波束赋形提高了接收端的接收功率，所以小区的覆盖范围得到了扩展。但在无线信道变化较快的场景，会使系统性能严重恶化。

综上，目前尚无多组极化天线同时为用户提供服务的解决方案，并且直接应用现有技术，则系统性能不理想。

发明内容

本发明实施例提供一种通过极化天线传输数据的方法及装置，用于实现通过多组极化天线传输数据，得到分集增益。

一种通过极化天线传输数据的方法，包括以下步骤：

网络侧获得需要发送的数据；

网络侧从至少两组极化天线中选择一组极化天线用于传输所述数据；

网络侧对所述数据进行波束赋形，并通过选择的极化天线发送。

一种网络侧设备，包括：

第一接口模块，用于获得需要发送的数据；

选择模块，用于从至少两组极化天线中选择一组极化天线用于传输所述数据；

波束赋形模块，用于对所述数据进行波束赋形；

第二接口模块，用于通过选择的极化天线向用户发送进行波束赋形后的数据。

本发明实施例通过将波束赋形与时间切换结合的方式，实现了多组极化天线的数据传输，并且减少了单一应用波束赋形和时间切换时的弊端。

附图说明

图1为本发明实施例中网络侧装置的结构图；

图2为本发明实施例中通过多组极化天线发送数据的主要方法流程图；

图3为本发明实施例中波束赋形实现过程的示意图；

图4为本发明实施例中顺序循环选择时的详细方法流程图；

图5为本发明实施例中依据通信环境变化时的详细方法流程图；

图6为本发明实施例中依据通信环境变化规律时的详细方法流程图；

图7为本发明实施例中依据通信环境变化概率时的详细方法流程图；

图8为本发明实施例中按照时间切换发送数据的示意图。

具体实施方式

本发明实施例将波束赋形和时间切换技术结合，实现多组极化天线为向用户传输数据，得到分集增益。

本发明实施例中的一组极化天线包括至少一根单极化方向的天线，多组极化天线之间的极化方向不同。

参见图1，本实施例提供一种网络侧设备，用于实现通过多组极化天线为向用户传输数据。该网络侧设备可以是基站(Node B或Evolved Node B)。其包括第一接口模块101、选择模块102、波束赋形模块103和第二接口模块104。

第一接口模块101用于与网络侧的其它设备连接，获得需要发送的数据。若网络侧设备包括用于生成数据的模块，则第一接口模块101也可以与该模块相连，获得需要发送的数据。

选择模块102用于从至少两组极化天线中选择一组极化天线用于传输所述数据。选择模块102选择一组极化天线的方式有多种，如顺序循环选择，或者依据通信环境的变化、通信环境的变化规律、通信环境的变化概率进行选择等。通信环境变化的因素包括赋形权值、码道功率或信噪比(SNR)等。

波束赋形模块103用于计算赋形权值，并对所述数据进行波束赋形。

第二接口模块104包括至少两组极化天线，用于与终端侧设备连接，通过选择的极化天线向用户发送进行波束赋形后的数据。

波束赋形模块103与选择模块102前后关系不固定，可以第一接口模块101连接波束赋形模块103，再连接选择模块102。即，先计算赋形权值，再选择一组极化天线。

由于通信环境变化的因素有很多，则该网络侧设备还包括码道功率模块和信噪比模块，本图未示出。

码道功率模块用于计算各组极化天线的码道功率。信噪比模块用于计算各组极化天线的信噪比。

相应的，选择模块102包括赋形选择单元、功率选择单元和信噪比选择单元。

赋形选择单元用于依据赋形权值选择一组极化天线，例如选择赋形权值最大的一组极化天线，或者选择一组赋形权值总是最大的极化天线，或者选择一组预判赋形权值最大的极化天线；功率选择单元用于依据码道功率选择一组极化天线，例如选择码道功率最大的一组极化天线，或者选择一组码道功率总是最大的极化天线，或者选择一组预判码道功率最大的极化天线；信噪比选择单元用于依据信噪比选择一组极化天线，例如选择信噪比最大的一组极化天线，或者选择一组信噪比总是最大的极化天线，或者选择一组预判信噪比最大的极化天线。

下面通过实现流程的方式介绍通过极化天线传输数据的过程。

参见图2，本实施例中多组极化天线传输数据的网络侧主要方法流程如下：

步骤201：网络侧获得需要发送的数据。可以通过接收获得数据，也可以通过数据的生成从而获得。

步骤202：网络侧从至少两组极化天线中选择一组极化天线用于传输所述数据。

步骤203：网络侧对所述数据进行波束赋形。

步骤204：网络侧通过选择的极化天线发送波束赋形后的数据。

在步骤203中，需要计算波束赋形系数w，w计算可以采用特征值波束赋形法亦可以采用固定波束赋形的方法等，设一组极化天线波束赋形加权系数矢量为：w₁＝[w₁₁，w₁₂，...，w_1N]^H；将赋形系数w与相应天线发送的信号相乘，完成波束赋形。即用w₁乘以所述数据。其中w_1i表示极化天线组1中的第i根天线的波束赋形加权系数。由于步骤203是在选择极化天线后进行的，所以只需对一组极化天线进行波束赋形，若步骤203在步骤202之前进行，则需要对各组极化天线上的信号进行波束赋形，用w₂＝[w₂₁，w₂₂，...，w_2N]^H表示第二组极化天线波束赋形加权系数矢量，用w₁乘以所述数据中的部分数据1，用w₂乘以所述数据中的部分数据2，w_2i表示极化天线组2中的第i根天线的波束赋形加权系数，参见图3所示的波束赋形过程的示意图，s(t)表示一路信号。

由于步骤202中选择一组极化天线的方式有多种，下面通过四个实施例来详细描述极化天线传输数据的过程。

参见图4，采用顺序循环选择时传输数据的实现流程如下：

步骤401：网络侧获得需要发送的数据，该数据包括多个子帧，以4个子帧为例。

步骤402：网络侧判断是否有剩余数据，若是，则继续步骤403，否则结束流程。

步骤403：网络侧选择一组极化天线发送一个子帧，例如共有3组极化天线。用极化天线组1发送子帧1，用极化天线组2发送子帧2，用极化天线组3发送子帧3，用极化天线组1发送子帧4。

步骤404：网络侧对当前的子帧进行波束赋形。

步骤405：网络侧通过选择的一组极化天线发送该子帧。

可以在步骤403-405中任一步继续步骤402。

步骤406：终端侧通过一组极化天线接收数据。

本实施例是用数据以子帧为单位举例进行说明的，实际应用时不限于此。若不以子帧为单位频繁的进行极化天线选择，则较适用于信道变化较慢的情况，节省系统资源。

参见图5，依据通信环境变化进行选择时传输数据的实现流程如下：

步骤501：网络侧获得需要发送的数据。

步骤502：网络侧计算各组极化天线的赋形权值，以两组极化天线为例，分别得到赋形权值w₁和w₂。其中， ${\left|\right|w_1\left|\right|}^2=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|w_{1i}\right|}^2,$ ${\left|\right|w_2\left|\right|}^2=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|w_{2i}\right|}^2.$

步骤503：网络侧比较w₁和w₂的大小，例如w₁大于w₂。

步骤504：网络侧选择最大的赋形权值对应的一组极化天线，即选择了极化天线组1。

步骤505：网络侧根据w₁对数据进行波束赋形。

步骤506：网络侧通过极化天线组1发送波束赋形后的数据。

依据码道功率或SNR等因素选择天线的实现过程可参见图5所示的流程，其方法类似，在此不再赘述。

本实施例中，也可以综合考虑多种因素。例如，极化天线组1的w₁和码道功率大于极化天线组2的，而极化天线组1的SNR小于极化天线组2的，由于极化天线组1有两项因素大，一项因素小，所以选择极化天线组1发送数据。

本实施例中的数据可以包括多个子帧，可以在每需要发送一个子帧时均进行步骤502-506。其中，步骤501可以是以数据流的形式获得数据，可能以子帧为单位获得数据。

参见图6，依据通信环境变化规律进行选择时传输数据的实现流程如下：

步骤601：网络侧获得需要发送的数据，例如该数据包括40个子帧。

步骤602：网络侧计算当前子帧下各组极化天线的赋形权值，以两组极化天线为例，分别得到赋形权值w₁和w₂。

步骤603：网络侧比较w₁和w₂的大小，例如w₁大于w₂。

步骤604：网络侧选择最大的赋形权值对应的一组极化天线，即选择了极化天线组1。

步骤605：网络侧根据w₁对当前子帧数据进行波束赋形并发送。

步骤606：预设有参考数量(例如10个子帧)，网络侧判断是否下一个子帧是否需要计算，即判断是否未超过10个子帧，若是，则将下一个子帧作为当前子帧，继续步骤602，否则继续步骤607。

步骤607：通过步骤602-606的多次循环执行，得到了赋形权值的变化规律，例如10个子帧中，最大赋形权值依次为：1121211122，“1”和“2”分别表示极化天线组1和极化天线组2，则按照此规律依次选择相应的一组极化天线发送后30个子帧数据。

信道变化可能较快，也可以根据前10个子帧的规律发送第11-20个子帧，然后对第21-30个子帧继续上述规律的计算，再根据第21-30个子帧的规律发送第31-40个子帧。

参见图7，依据通信环境变化概率进行选择时传输数据的实现流程如下：

步骤701：网络侧获得需要发送的数据，例如该数据包括多个子帧。

步骤702：网络侧计算当前子帧下各组极化天线的赋形权值，以两组极化天线为例，分别得到赋形权值w₁和w₂。

步骤703：网络侧比较w₁和w₂的大小，例如w₁大于w₂。

步骤704：网络侧选择最大的赋形权值对应的一组极化天线，即选择了极化天线组1，并将极化天线组1对应的记录加1，目前极化天线组1对应的记录为1，极化天线组2对应的记录为0。

步骤705：网络侧根据w₁对当前子帧数据进行波束赋形并发送。

步骤706：网络侧依据当前记录选择记录最大的一组极化天线发送下一个子帧数据，并针对下一个子帧数据继续步骤702，直到数据发送完毕。

本实施例对每个子帧进行了比较，适用于信道变化较快的情况；也可以对前面几个子帧(例如10个)进行比较，得到关于多组极化天线的变化概率，例如，通过10次的比较发现有7次极化天线组1的赋形权值w₁大于极化天线组2的赋形权值w₂，有3次极化天线组1的赋形权值w₁小于极化天线组2的赋形权值w₂，则后续均通过极化天线组1发送数据，这种方式较适用于信道变化较慢的情况。

用于实现本发明实施例的软件可以存储于软盘、硬盘、光盘和闪存等存储介质。

本发明实施例通过将波束赋形与时间切换结合的方式，实现了多组极化天线的数据传输，并且减少了单一应用波束赋形和时间切换时的弊端，参见图8所示的切换示意图。本实施例提供了多种选择极化天线的方式，适用于多种信道变化情况，在实际应用中可灵活选择，也可多种方式结合。并且，由于本发明实施例实现了多组极化天线的数据传输，保证了天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度要求(≥30dB)，多组极化天线之间的空间间隔仅需20～30cm，因此移动基站可以不必兴建铁塔，只需要架一根直径20cm的铁柱，将双极化天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1、一种通过极化天线传输数据的方法，其特征在于，包括以下步骤：

网络侧获得需要发送的数据；

网络侧从至少两组极化天线中选择一组极化天线用于传输所述数据；

网络侧对所述数据进行波束赋形，并通过选择的极化天线发送。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择一组极化天线的实现方式是：选择赋形权值最大的一组极化天线。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择一组极化天线的实现方式是：选择码道功率最大的一组极化天线。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择一组极化天线的实现方式是：选择信噪比最大的一组极化天线。

5、如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述选择一组极化天线的实现方式是：依据通信环境的变化规律进行选择。

6、如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述选择一组极化天线的实现方式是：依据通信环境的强弱概率进行选择。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择一组极化天线的实现方式是：顺序循环选择。

8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据为子帧数据。

9、一种网络侧设备，其特征在于，包括：

第一接口模块，用于获得需要发送的数据；

选择模块，用于从至少两组极化天线中选择一组极化天线用于传输所述数据；

波束赋形模块，用于对所述数据进行波束赋形；

第二接口模块，用于通过选择的极化天线向用户发送进行波束赋形后的数据。

10、如权利要求9所述的网络侧设备，其特征在于，所述选择模块用于顺序循环选择一组极化天线；或者

所述选择模块用于依据通信环境的变化、通信环境的变化规律或通信环境的变化概率选择一组极化天线。

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