CN101569058A

CN101569058A - 天线设备

Info

Publication number: CN101569058A
Application number: CNA2006800567608A
Authority: CN
Inventors: P·巴克伦; A·博格; J·卡尔森
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2009-10-28
Also published as: EP2092600A4; EP2092600A1; JP2010514338A; US20100060522A1; JP5209641B2; WO2008079065A1

Abstract

在蜂窝通信系统中，可根据发送的服务改变天线倾斜以达到不同蜂窝之间的不同的重叠程度。对于广播服务，天线倾斜可被设置为将重叠最大化，而对于数据或语音连接，天线倾斜可被设置为将重叠最小化。

Description

天线设备

技术领域

本发明涉及天线系统，并且更具体地，它涉及对天线的自适应控制。

背景技术

通常，在蜂窝网络中，若干基站被用于将信号发送到不同位置中的移动终端。通常，被基站覆盖的区域被称作小区。传统的蜂窝天线在整个小区上平均地广播能量。近年来，自适应天线已经被引入，以增加小区的容量。自适应天线是将传播能量限制为窄波束的天线阵列，通常，在每个小区中有四个或者八个。例如，在1999年EricssonReview的第3期的第132-137页中Derneryd和Johannisson的“Adaptivebase-station antenna arrays(自适应基站天线阵列)”和在1999年Ericsson Review的第3期的第138-141页中Andersson等的“Enhancingcellular network capacity with adaptive antennas(带有自适应天线的增强蜂窝网络容量)”中讨论了自适应天线。

为了将干扰降到最低，小区之间的重叠应该尽可能地小，因为这将防止导频污染并建立最佳的服务器边界区域。这对于只打算送给一个接收终端的语音通信和数据通信是所期望的，例如，3GPP release99(R99)中的专用信道(DCH)业务和高速下行链路分组接入(HSDPA)业务。

为了使用最佳的可能方式限定小区，每个天线在垂直方向上和/或在水平方向上被倾斜以使它的天线波瓣将覆盖整个区域的期望子区域，其方式使得来自所有基站的所有天线波瓣一起覆盖整个区域，其中它们之间的重叠最小。这可通过这样的方式简单地完成，即，以期望的角度物理地安装每个天线以实现机械倾斜。也可通过对到每个天线元件的信号应用相移来实现该倾斜。这被称作电气倾斜。

相反地，对于如多媒体广播和多播服务(MBMS)等广播服务，期望将不同小区之间的重叠最大化以允许软结合从而实现最大的宏分集。例如，按照这种方式发送的数据可为电视节目。因此，对于这种数据，天线应该按照这种方式被倾斜，即能够实现小区之间的重叠。在现有技术中，这只能通过如下方式被实现，即，除提供用于语音业务或数据业务的天线之外还提供额外的一组天线，并且具有将允许重叠的倾斜。

WO 02/47207公开了一种打算用作现有基站的外接附件的天线系统，以通过对不同的波束应用不同的倾斜允许根据业务强度分布对多波束进行独立的控制。按照这种方式，资源可被引导到任何给定的时间需要它们的区域。然而，该文献只公开了打算送给一个接收移动终端的语音信号与数据信号的使用。

发明内容

本发明的目的是改善广播服务中网络资源的利用率。

根据本发明，该目的是通过天线系统实现的，该天线系统包括：

●天线阵列，用于以相应的载频发送至少一个信号，所述天线阵列具有至少两个发送元件，和

●相移控制组件，配置为控制天线阵列的相移以根据该信号携载的服务类型实现电气倾斜。

该目的也可通过在蜂窝电信网络中使用的基站实现，以控制通过至少一个天线阵列的信号的发送，所述基站的特征在于它包括控制组件，该控制组件配置为根据该信号携载的服务类型控制信号的发送。

该目的也可通过在基站中使用的计算机程序实现，所述计算机程序包含计算机可读代码组件，当基站从网络接收到要发送给一个或多个终端的信号时，该计算机可读代码组件将使基站中的控制单元执行下面的功能：

●确定要发送的服务类型，以及

●控制信号的发送，控制方式使得根据该信号携载的服务类型以期望倾斜发送该信号。

因此，根据本发明，与打算送往一个接收端的语音服务或数据服务一样，如广播服务等受益于宏分集的服务可从相同的天线发送。对于广播服务，通过对不同的服务使用不同的倾斜，可使这些小区重叠，从而当小区之间的重叠对于其它服务被最小化时允许对于这些服务的宏分集。可在天线、基站中执行控制功能，或者在它们之间分布控制功能。

根据一个实施例，使用无源天线，在这种情况中，该天线系统优选地包括第一天线阵列和第二天线阵列，所述相移控制组件包括第一旋钮、第二旋钮和载波选择组件，第一旋钮用于对要在第一天线阵列上发送的信号进行电气地相移，第二旋钮用于对要在第二天线阵列上发送的信号进行电气地相移，载波选择组件用于根据该信号携载的服务类型在第一天线阵列和第二天线阵列中选择一个天线阵列以发送外出信号(outgoing signal)。这些旋钮可保持在固定的位置。备选地，一个或两个旋钮可被旋转以调节天线倾斜。这些旋钮可手动旋转或者通过使用如远程控制步进马达等机械组件旋转。如何使用旋钮调节无源天线的倾斜本身是已知的。替代使用旋钮，可以电子学方法引入倾斜。例如，可通过电控模拟矢量调制器(vector modulator)技术引入相移。在本领域中，如何按照这种方式引入相移是众所周知的。可选择的，可在制造期间预置固定的倾斜。

在该实施例中，控制组件被配置为根据应用到每个天线阵列的倾斜和信号携载的服务类型在至少两个天线阵列中选择一个天线阵列以用于发送信号。计算机程序被配置为通过选择用于发送信号的天线阵列来控制发送，所述天线阵列具有根据信号携载的服务的期望倾斜。

根据另一个实施例，所述天线元件是有源元件，所述相移控制组件包括用于识别要由天线阵列发送的服务类型的组件和用于根据服务类型调节信号的相移的调节组件。

如果使用有源元件，那么天线系统优选地包括用于提供导频信道的组件，该导频信道具有根据也包含该服务的信号的相移确定的相移。这被完成以使MBMS信道能够在单独的天线分支或元件上被发送，或者具有相对于导频信道不同的相位。

在该第二实施例中，控制组件被配置为根据信号携载的服务类型对该信号应用相移，以实现期望倾斜。计算机程序被配置为通过应用适当的相移以实现根据该信号携载的服务的期望倾斜，从而控制该发送。

优选地，第二实施例的控制组件还被配置为根据应用到相应信号的相移对导频信号应用相移。

附图说明

在下文中，将通过示例并参考附图对本发明进行更详细的描述，其中：

图1示出了根据现有技术从第一基站和第二基站发送的波瓣。

图2示出了根据本发明可从第一基站和第二基站发送的波瓣。

图3示出了使用无源天线的本发明的实施例。

图4示出了使用有源天线的本发明的第一实施例。

图5示出了使用有源天线的本发明的第二实施例。

具体实施例

图1示出了本领域中众所周知的蜂窝网络部分，其中第一基站1和第二基站3发送来自于各自天线在各自的波瓣5、6中的信号。可看出，以某一角度倾斜天线波瓣5、6以将波瓣覆盖的区域之间的重叠最小化。这适合于一些服务，例如：打算送到各个终端的语音业务或数据业务。

图2示出了本领域中众所周知的蜂窝网络，其中第一基站1和第二基站3发送信号。如图1所示，每个基站发送倾斜的第一天线波瓣5、6以避免波瓣覆盖的区域之间的重叠，从而优化打算送到各个终端的业务。此外，基站应该能够发送广播数据服务，例如：多媒体广播/多播服务(MBMS)数据。在这种情况下，终端将受益于能够接收来自于不同的基站的相同的信号从而实现软结合(soft combining)增益。通过利用软结合增益的可能性，该数据的发送功率可被减小。因此，基站1和3也能够发送倾斜的第二天线波瓣7、8，倾斜的方式使得重叠最大化。这些第二天线波瓣7、8适合于广播数据，其中分集可被用于实现结合增益。

图3示出了使用无源天线在如图1和图2所示的基站中实施的本发明的第一实施例。在这种情况下，以不同的载频在相同的系统中发送两个服务。发送和接收天线元件的第一无源天线阵列11通过有线连接13被连接到基站12。技术人员熟知基站本身，因此在这里不再详细描述。发送和接收天线元件的第二无源天线阵列15通过第二有线连接17也被连接到基站。需要两组发送天线元件，更确切地说，两个发送阵列11、15，以通过使用无源天线实现本发明的目的。如果超过两个天线阵列被使用，那么可对不同的服务提供更多不同的倾斜。

在图3中，不同的服务是在不同天线阵列的天线中被发送的。根据本发明，相移被应用于每个天线阵列11、15。该相移可被称作电气倾斜。电气倾斜是通过本身已知的方式实现的。众所周知，使用旋钮同时控制两个阵列11、15的天线元件以对它们两者应用相同大小的电气倾斜。

然而，根据本发明，第一旋钮19被配置为控制第一天线阵列11，而第二旋钮21被配置为控制第二天线阵列15。优选地，第一天线阵列11被设置为适合于第一服务类型的倾斜，例如：语音和数据业务，而第二天线阵列15被设置为适合于第二业务类型的倾斜，例如：广播。在这种情况下，应用于第二天线阵列11的倾斜应该产生与其它波瓣非常小的重叠，而应用于第二天线阵列15的倾斜应该被选择为将与其它波瓣的重叠最大化。这些倾斜可被固定或者可能通过旋钮19、21调节每个天线阵列11、15的倾斜。旋钮可手动调节或通过如步进马达等远程控制调节组件进行调节。如何使用旋钮调节倾斜本身是众所周知的。除了使用旋钮，可用电子学方法引入倾斜。例如，可通过电控模拟矢量调制器技术引入相移。在本领域中，如何按照这种方式引入相移是众所周知的。

如果使用固定的倾斜，那么制造商可预置该倾斜。在这种情况下，当无需调节倾斜时可直接购买具有期望倾斜的天线。

然后，基站12包括载波选择组件23，该基站12了解哪个倾斜被应用于哪个天线阵列，该载波选择组件23用于根据该载波携载的服务类型确定天线阵列11、15中的哪一个应该被用于发送特定载波。

因为相移对于每个天线阵列是独立的，因此它能够适合于每个服务。在这种情况下，+/-45度极化分集被使用，但是+/-90度极化分集或者空间分集也可被应用。在对以独立的载波发送的每个服务使用独立的垂直倾斜的情况下，可利用信号的相移改变倾斜从而对最佳服务要求进行调谐。

在图3示出的实施例中，载波选择组件23包括计算机程序，该计算机程序被配置为当基站接收来自于网络的信号更确切地说要被发送给一个或多个终端的信号时执行下面的功能：

1.确定要被发送的服务类型，和

2.根据信号携载的服务选择具有期望倾斜的天线阵列。

实际上，在哪个载波上发送哪个服务通常是通过静态的方式被预定的。

图4示出了图1和图2所示的基站中的第一实施例，其中使用有源天线。该天线包括至少一个天线阵列。在图4中，该天线包括天线元件的第一阵列31和天线元件的第二阵列33，这两个阵列都连接到基站35。如图3所示，基站未被详细地示出；相反地，只有针对本发明的部分被示出。在这种情况下，相移可作为基站中的信号处理的一部分被应用。因此，两种不同的服务可以相同的载频被发送，更确切地说，通过如第一阵列31等相同的天线阵列被发送。在该情况下，如图3所示，不同的电气倾斜被应用于每个服务。差别在于，在图3中，不同的载波被用于不同的服务，而在图4中，不同的服务可以相同的载频被发送，并且每个服务的垂直倾斜是通过对基站中的每个天线元件的信号的各个延迟/相移进行调整实现的。基站包括选择组件37，该组件用于识别服务类型并根据服务类型应用相移，以实现与具有相同服务的其它小区的期望的非重叠/重叠程度。

图5示出了使用图1和图2中所示的基站中的有源天线的第二实施例，在该情况中，其包括了垂直阵列天线和水平阵列天线。在图5中，作为一个示例，天线阵列包括三行天线元件对和三列天线元件对。在本领域中，该天线通常被连接到基站53。此外，只有针对本发明的基站部分被示出。如图4所示，通过基站53中的选择单元55，相移可作为信号处理的一部分被应用，并且通过对属于每个服务的信号使用不同相移，两个不同的服务可以相同的载频发送。除了根据图4实现的垂直倾斜，也可实现水平倾斜。通过水平阵列来应用水平倾斜以针对特殊的用户本身是众所周知的。根据本发明，水平倾斜和垂直倾斜两者均可根据该服务来应用，以对于每个服务实现期望的重叠水平。本领域技术人员将容易理解到，该实施例允许一种特别灵活的方式，即，根据被发送的服务来控制天线波瓣之间的重叠。

在图4和图5中示出的实施例中，控制单元37、55包括计算机程序，该计算机程序被配置为当基站接收来自于网络的信号更确切地说要发送给一个或多个终端的信号时执行下面的功能：

1.确定要被发送的服务类型，以及

2.根据信号携载的服务应用合适的相移以实现期望倾斜。

在目前的3GPP标准中，公共导频信道(CPICH)被定义。CPICH是连续的预定序列，当使用自适应天线时，CPICH以恒定的功率被广播到整个小区(主CPICH)中或者仅仅被广播到小区的一部分(第二CPICH)中。如果第二CPICH也在服务波束连同被服务的用户的数据信道上被发送，那么使用固定的波束方法在网络中工作的移动终端可使用第二CPICH进行信道估计。对于MBMS，如3GPP规范(3GPP TS25.211V6.7.0(2005-12)中所定义的，目前没有第二CPICH。为了使MBMS信道能够在分离的天线分支或元件上发送，或者以与导频信道不同的相移被发送，该MBMS服务必须能够操控相同小区中的附加的导频信道。附加的导频信道应该具有被用于MBMS服务的相同的倾斜。对于图3中所示的实施例，使用两个载波是没有问题的。因为已经存在两个载波，因此这两个载波中的每一个具有各自的CPICH。对于图4和图5的实施例，应该提供附加的导频信道以使在两个不同服务和不同倾斜的情况下，每个服务将具有它自己的导频信道。每个导频信道应该使用与其相应的服务信号相同的天线元件阵列和相移被发送，以得到相同的倾斜。

Claims

1.一种天线系统，包括：

天线阵列(11、15；31、33；35)，用于在相应的载波上发送至少一个信号，所述天线阵列具有至少两个发送元件，以及

相移控制组件(19、21、23；37；55)，配置为根据所述信号携载的服务类型控制所述天线阵列(11、15；31、33；51)的相移，以实现电气倾斜。

2.根据权利要求1所述的天线系统，其中所述天线元件(31、33、55)是有源元件，所述相移控制组件(37；55)包括选择组件(37)和调节组件(55)，所述选择组件用于识别要由所述天线阵列发送的服务类型，所述调节组件用于根据所述服务类型调节所述信号的相移。

3.根据权利要求1或2所述的天线系统，进一步包括用于为每个信号提供导频信道的组件，每个导频信道具有根据所述信号的相移确定的相移。

4.根据权利要求1所述的天线系统，包括第一天线阵列(11)和第二天线阵列(15)，所述第一天线阵列和所述第二天线阵列包括无源天线元件，所述控制组件(19、21、23)被配置为将第一倾斜引入发送至所述第一天线阵列(11)的信号以及将与所述第一倾斜不同的第二倾斜引入发送至所述第二天线阵列(15)的信号。

5.根据权利要求4所述的天线系统，其中所述相移控制组件(19、21、23)包括第一旋钮(19)、第二旋钮(21)和载波选择组件(23)，所述第一旋钮用于对要在所述第一天线阵列上发送的信号进行相移，所述第二旋钮(21)用于对要在所述第二天线阵列上发送的信号进行电气地相移，所述载波选择组件(23)用于根据由所述信号携载的服务类型选择所述第一天线阵列和所述第二天线阵列(11、15)之一发送外出信号。

6.根据权利要求4所述的天线系统，其中所述相移控制组件(19、21、23)包括至少一个用于对所述信号进行相移的电子组件。

7.根据权利要求4所述的天线系统，其中所述相移控制组件(19、21、23)被配置为将固定相移引入所述信号。

8.一种在蜂窝电信网络中使用的基站(12；35；53)，所述基站用于通过至少一个天线阵列控制信号的发送，所述基站的特征在于其包括控制组件(23；37；55)，所述控制组件被配置为根据信号携载的服务类型控制所述信号的发送。

9.根据权利要求8所述的基站，其中所述控制组件(37；55)被配置为根据所述信号携载的服务类型对所述信号应用相移以实现期望倾斜。

10.根据权利要求9所述的基站，其中所述控制组件(37；55)被配置为根据应用于所述信号的相移对导频信号应用相移。

11.根据权利要求8所述的基站，其中所述控制组件(23)被配置为根据应用于每个天线阵列的倾斜和所述信号携载的服务类型从至少两个天线阵列(11、15)中选择一个天线阵列以发送所述信号。

12.一种在基站(12；35；53)中使用的计算机程序，所述计算机程序包括计算机可读代码组件，当所述基站接收来自于所述网络的、要被发送给一个或多个终端的信号时，所述计算机可读代码组件将使所述基站中的控制单元(23；37；55)执行下述功能：

确定要发送的服务类型，以及

控制所述信号的发送，控制方式使得所述信号是以期望倾斜来发送的，所述倾斜是根据所述信号携载的服务类型的。

13.根据权利要求12所述的计算机程序，所述计算机程序被配置为通过应用合适的相移来实现根据所述信号携载的服务的期望倾斜，从而控制所述发送。

14.根据权利要求12所述的计算机程序，所述计算机程序被配置为通过选择要发送所述信号的天线阵列来控制所述发送，所述天线阵列具有期望倾斜，所述期望倾斜是根据所述信号携载的服务的。