CN101594620B - 用于控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法和基站 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法和基站：邻居基站的集群中的基站的天线单元向在由相应基站服务的小区的各扇区上应用相应波束方向图序列。波束方向图序列选自于相应预定义波束方向图序列集，并且各波束方向图序列限定用于与移动单元通信的波束子集序列。集群中的充当触发基站的基站之一通知邻居基站集群中的所有邻居基站不改变它们的波束方向图序列。触发基站控制触发基站的天线单元。触发基站触发位于邻居基站集群中的一个或者多个移动单元。触发基站基于计算出的一个或者多个信号质量参数从预定义波束方向图序列集选择最优波束方向图序列，并且触发基站的天线单元将最优波束方向图序列作为新波束方向图序列应用于相应扇区。

Description

用于控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法和基站
本发明基于优先权申请EP 08 290 502.7，在此通过参考将其并入。
技术领域
本发明涉及一种用于控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法和基站。
背景技术
本发明的技术领域涉及移动蜂窝网络、具体地涉及提高基站向借助无线链路接入移动蜂窝网络基站的移动单元所提供的服务质量。例如，本发明的方法和基站适用于WiMAX(WiMAX＝全球微波接入互操作性)、3GPP LTE(3GPP LTE＝第3代伙伴项目长期演进)和超越3G(3G＝第3代)的系统。
移动蜂窝网络的一个普遍问题在于可以用信号与干扰加噪声之比(SINR)描述的信号质量。典型移动蜂窝网络被划分成借助包括天线单元的基站来控制的多个小区。基站可以同时处理多个通信。如今，移动通信数量迅速增长。因此，可能由于如下干扰问题而出现带宽问题，这些干扰问题源于可用于在移动蜂窝网络中进行通信的有限频带。基于多个天线的波束天线波束形成可以用来优化移动单元与基站之间的无线电通信。然而，如果两个移动单元位置相互接近并且用相似的射频来通信，则空间干扰不可避免。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在移动蜂窝网络中的改进波束形成。
本发明的目的通过一种控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法来实现，其中邻居基站集群中的基站的天线单元向由相应基站服务的小区的各扇区应用相应波束方向图(pattern)序列，其中波束方向图序列选自于相应预定义波束方向图序列集，并且各波束方向图序列限定用于与移动单元通信的波束子集序列；集群中充当触发基站的基站之一通知邻居基站集群中的所有邻居基站不改变它们的波束方向图序列；触发基站控制触发基站的天线单元，用以改变应用于小区的扇区的波束方向图序列并且随后将预定义波束方向图序列集中的两个或者更多不同波束方向图序列应用于相应扇区，或者用以发送正交导频信号集；触发基站触发位于邻居基站集群中的一个或者多个移动单元，用以针对触发基站的当前应用的波束方向图序列计算一个或者多个信号质量参数，或者用以基于接收的导频信号和对波束子集的天线权值的知识来针对两个或者更多波束方向图序列计算一个或者多个信号质量参数；触发基站基于计算出的一个或者多个信号质量参数从预定义波束方向图序列集选择最优波束方向图序列；并且触发基站的天线单元将最优波束方向图序列作为新波束方向图序列应用于相应扇区。本发明的目的也通过一种在移动蜂窝网络中的基站来实现，其中基站包括用于控制波束形成的控制单元，其中控制单元控制基站的天线单元以便向由基站服务的小区的各扇区应用波束方向图序列，其中波束方向图序列选自于相应预定义波束方向图序列集，并且各波束方向图序列限定用于与移动单元通信的波束子集序列；基站通知邻居基站集群中的所有邻居基站不改变它们的波束方向图序列；基站控制天线单元，用以改变应用于小区的扇区的波束方向图序列并且随后将预定义波束方向图序列集中的两个或者更多不同波束方向图序列应用于相应扇区，或者用以发送正交导频信号集；基站触发位于邻居基站集群中的一个或者多个移动单元，用以针对基站的当前应用的波束方向图序列计算一个或者多个信号质量参数，或者基于接收的导频信号和对波束子集的天线权值的知识来针对两个或者更多波束方向图序列计算一个或者多个信号质量参数；基站基于计算出的一个或者多个信号质量参数从预定义波束方向图序列集选择最优波束方向图序列；并且控制单元控制基站的天线单元，用以将最优波束方向图序列作为新波束方向图序列应用于相应扇区。
本发明提供一种用于控制移动蜂窝网络中的波束形成的自适应方法。该方法从预定义波束方向图序列集选择波束方向图序列。基站的天线单元向移动蜂窝网络的相应单元的相应扇区依次地和定期地应用这些波束方向图序列。各小区可以划分成一个或者多个扇区。基站的天线单元可以向小区的各扇区应用预定义波束方向图序列集中的不同波束方向图序列或者相同波束方向图序列。有可能限定预定义波束方向图序列集，从而减少空间干扰。因此，该方法提供了通过在空间上避免干扰来应对基于移动蜂窝网络的移动通信系统的干扰限制。另外，对预定义波束方向图序列集中的依次使用的波束方向图序列的使用考虑到了预测空间干扰，因此使得有可能防止空间干扰对移动蜂窝通信的负面影响。这样，接收器能力在空间干扰抑制方面的提高是可能的，因为预先已知干扰的空间性质。出于这一目的，使用从预定义波束方向图序列集选择的波束方向图序列。另外，对固定波束(即预定义波束集中的波束方向图序列)的使用允许低速反馈并且避免在移动蜂窝网络中包含专用导频。可以协调小区之间的干扰，因而可以至少在某一程度上或者完全地避免小区之间的干扰。另外，为了进一步改进移动蜂窝网络，各基站触发对一个或者多个信号质量参数的测量(即计算)，以确定它的最优波束方向图序列。最优波束方向图序列是预定义波束方向图序列集中的使移动蜂窝网络的邻居小区的移动单元的吞吐量最大化并且使干扰最小化的波束方向图序列。因此，有可能使触发基站的小区和邻居基站集群中的相应邻居基站的相应邻居小区的估计合计平均潜在吞吐量最大化。因此，触发基站和移动蜂窝网络有可能高效地对移动单元的改变位置和改变数量做出反应。
更多优点通过由从属权利要求表明的本发明实施例来实现。
根据本发明的一个优选实施例，在控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法中，向邻居基站集群中的基站通知用于与移动单元通信的波束子集的后续改变，以便在邻居基站集群中的所述基站之间同步波束子集的后续改变。优选地，邻居基站集群中的一个或者多个基站通过用信号发送用于与移动单元通信的波束子集的后续改变来通知邻居基站。例如，短的固定信号脉冲或者触发信号用于用信号发送波束子集的后续改变。有可能通过回程来使用基站之间的通信以用信号发送波束子集的后续改变。因此，有可能预测小区之间的干扰和/或小区内空间干扰。邻居基站集群中的移动单元和/或基站可以预先选择滤波器技术。可以应用滤波器技术以去除小区之间和/或小区内空间干扰，因为目前基于固定波束方向图序列已知干扰基站的传输权值。这可以例如使用于所谓的最优组合接收器、线性接收器(将MMSE原理和信道的二阶统计知识用于空间干扰抑制)中，即有可能的是邻居基站集群中的基站在波束方向图序列内同步地改变用于与移动单元通信的波束子集。借助基站之间的时间同步并且通过用信号发送所用波束方向图序列，干扰情形实际上从一个波束方向图序列到另一波束方向图序列重复，因为波束方向图序列是波束子集的周期性序列或者循环序列。因此，可以在基站和/或在移动单元针对各时刻通过来自先前波束方向图序列的既往时刻的反馈信令很精确地知道和/或预测即将到来的SIR(SIR＝信干比)或者SINR(SINR＝信号与干扰加噪声之比)。邻居基站集群中的邻居基站之间准确的频率选择性调度和链路适配是可能的。此外，在移动单元侧的接收器也受益于准确的干扰空间性质知识。
根据本发明的一个优选实施例，触发基站控制触发基站的天线单元，以改变应用于小区的扇区的波束方向图并且随后将预定义波束方向图序列集中的更多不同波束方向图序列应用于相应扇区。然后，触发基站触发位于邻居基站集群中的一个或者多个移动单元针对触发基站的当前应用的波束方向图序列计算一个或者多个信号质量参数。根据第二方式，触发基站控制触发基站的天线单元以发送正交导频信号集。另外，触发基站触发位于邻居基站集群中的一个或者多个移动单元以基于接收的导频信号和对波束子集的天线权值的知识来针对两个或者更多波束方向图序列计算一个或者多个信号质量参数。根据第二方式，不再有必要改变应用于扇区的实际波束方向图序列，而是基于接收的导频信号的评估和向相应波束方向图序列分配的波束子集的天线权值来仿真由于波束方向图序列造成的信号质量。
根据本发明的一个优选实施例，在控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法中，将触发基站应用的新波束方向图序列用信号发送到邻居基站集群中的一个或者多个基站。优选地，触发基站应用于其扇区的新波束方向图序列用信号发送到邻居基站集群中的一个或者多个基站。这意味着所述基站将新波束方向图序列转发到它们的一个或者多个关联移动单元。这允许改进移动单元对即将到来的SIR或者SINR的预测，该预测可以用于选择和应用滤波器技术以提高通信中的服务质量。
具体而言，关联移动单元是位于邻居基站集群中的移动单元。
优选地，移动蜂窝网络的小区包括一个或者多个扇区。扇区可以完全地覆盖所述小区。优选地，基站将相同波束方向图序列用于它在移动蜂窝网络中的分配小区的各扇区。将相同波束方向图序列用于各小区减少了即将到来的小区内空间干扰。
根据本发明的一个优选实施例，邻居基站集群中的各基站使用两个或者更多波束子集的集合。各波束子集包括从优选为预定义的一组可用波束或者可用波束集所选择的、以便使相应波束子集中的波束之间的小区内空间干扰最小化的两个或者更多波束。因此，邻居基站集群中的各基站可以基于SDMA(SDMA＝空分多址)来限定波束子集。
根据本发明的一个优选实施例，在控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法中，邻居基站集群中的各基站使用预定义波束方向图序列集。各波束方向图序列包括与多个时隙对应的多个连续波束子集，这些时隙用来经由时分复用与由邻居基站集群中的相应基站所服务的移动单元通信。有可能的是连续波束子集之一同等地对应于一个时隙，该时隙用来经由时分复用与由邻居基站集群的相应基站所服务的移动单元通信。也有可能的是当比波束子集的数目更多的时隙可用时，连续波束子集的数目对应于两个或者更多时隙，这些时隙用来经由时分复用与由邻居基站集群中的相应基站所服务的移动单元通信。在这一情况下，高效地使用相应基站的资源。因此，有可能向一个或者多个移动单元提供TDMA(TDMA＝时分多址)。有可能通过在空间维度中也重用时频码多址资源来增加总小区吞吐量。通过构造波束子集和对应波束方向图序列可以减少或者去除空间干扰。另外，如果在波束方向图序列上应用TDMA、即将不同移动单元分配给相应不同时隙，可以增加由基站服务的移动单元的数量。在连续时间窗中使用这些固定波束的不同子集。
根据本发明的一个优选实施例，在控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法中，各波束子集中的各波束用来基于频分复用(例如通过使用一个或者多个OFDM子载波的频率资源)或者码分多址在相同时隙与两个或者更多移动单元通信。因此，有可能的是邻居基站集群中的各基站基于FDMA(频分多址)、OFDM(OFDM＝正交频分复用)或者CDMA(CDMA＝码分多址)来限定波束子集。借助OFDM或者CDMA，可以相对于本发明的先前优选实施例进一步提高小区吞吐量。
例如可以针对OFDM系统在OFDM符号级运用某个邻居基站集群的可用时间同步，其中所有接收信号的时间延迟在循环前缀内。各基站可以使用用于与移动单元通信的波束子集中的多个波束的波束方向图序列，其中循环地重复波束方向图序列。邻居基站集群中的邻居基站和移动单元可以经由信令知道彼此的波束方向图序列并且可以将这一知识用于CQI(CQI＝信道质量指示符)测量、链路适配和干扰抑制。
根据本发明的一个优选实施例，在控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法中，触发基站向邻居基站通知两个或者更多不同波束方向图序列中的序列。这些波束方向图序列选自于将应用于小区的相应扇区的预定波束方向图序列集。所述邻居基站将与两个或者更多不同波束方向图序列中的所述序列有关的信息发送到两个或者更多关联移动单元，以便将每个计算出的信号质量参数分配给应用于小区的相应扇区的波束方向图序列中的一个相应的波束方向图序列。因此，该方法可以提供与预定义波束方向图序列集中的特定波束方向图序列上的干扰和/或信号质量参数有关的特定信息。有可能的是各基站和各移动单元包括表，该表列出预定义波束方向图序列集的索引。仅有必要按照与两个或者更多不同波束方向图序列中的如下序列对应的序列顺序用信号发送相应索引，其中该序列减少用于管理移动蜂窝网络的带宽。
根据本发明的一个优选实施例，在控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法中，触发基站向邻居基站通知一个或者多个类型的信号质量参数。该一个或者多个类型的信号质量参数应当由与相应基站关联的移动单元计算。所述邻居基站触发一个或者多个关联移动单元以计算所述一个或者多个类型的信号质量参数。优选地，一个或者多个类型的信号质量参数是信干比(即SIR)或者信号与干扰加噪声之比(即SINR)。因此，邻居基站集群中的所有邻居基站将一个或者多个类型的信号质量参数转发到位于邻居基站集群中的一个或者多个移动单元用于计算一个或者多个信号质量参数。
该方法可以通过预测在高动态性系统中的干扰来获取精确信道质量测量和/或计算信号质量参数，如SIR或者SINR，该高动态性系统具有由于调度不同移动单元所致的快速改变波束形成权值所造成的干扰的强波动。因此，可能对传送格式进行更精确的选择。这归因于如下事实：干扰基站的所有传输权值是已知的，因为波束方向图序列中的序列是已知的。
根据本发明的一个优选实施例，在控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法中，位于邻居基站集群中的一个或者多个移动单元将针对触发基站的当前应用的波束方向图序列的一个或者多个信号质量参数的计算结果发送到它们在邻居基站集群中的相应基站。所述基站、即邻居基站集群中的邻居基站将所接收的一个或者多个信号质量参数的计算结果转发到触发基站。
根据本发明的一个优选实施例，在控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法中，触发基站接收由位于邻居基站集群中的一个或者多个移动单元计算的一个或者多个信号质量参数。可选地，有可能的是一个或者多个移动单元将优选波束方向图序列而不是计算出的一个或者多个信号质量参数作为信号质量参数用信号发送。触发基站借助评估功能来评估接收的一个或者多个信号质量参数，该评估功能返回预定义波束方向图序列集中的最优波束方向图序列。触发基站可以选择对接收的一个或者多个计算的信号质量参数的评估功能、优选为加权求和进行优化的波束方向图序列。
也有可能的是接收的一个或者多个计算的信号质量参数是优选波束方向图序列。在这一情况下，移动单元可以借助针对它们的优选波束方向图序列的投票来进行表决。触发基站可以将移动单元的优选波束方向图序列的投票进行总计，并且触发基站可以选择获得移动单元多数投票的波束方向图序列。
根据本发明的一个优选实施例，在选择和应用最优波束方向图序列作为新波束方向图序列之后，触发基站的角色转移给集群中充当新触发基站的其它基站之一。新触发基站通知邻居基站集群中的所有邻居基站不改变它们的波束方向图序列。然后，新触发基站执行该控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法中的其它步骤，以便将最优波束方向图序列确定为将应用于它的相应扇区的新波束方向图序列。有可能的是移动蜂窝网络能够在希望的各可能部署中对自身自行配置，因为在实践中部署很少给出理想的六边形结构。波束方向图序列的改变允许基站自适应地执行空间干扰避免。波束方向图序列可以同等地称为半静态波束方向图序列。优选地，邻居基站集群中的各基站相继地或者定期地充当触发基站，以便将它的最优波束方向图序列确定为新波束方向图序列。因此，有可能以可自配置的方式适配蜂窝移动网络，以利用不同基站部署来操作，这样的不同基站部署可以偏离经典六边形结构，具有实现令人满意的信号质量参数和/或带宽的不同移动单元密度和移动单元分布。
也有可能的是该方法仅应用于触发基站的小区的一个或者多个扇区。对应地，触发基站可以仅选择一个或者多个波束方向图序列作为最优波束方向图序列。
附图说明
将通过阅读用以下附图进行的对当前优选实施例的以下具体描述来更好地理解本发明的这些以及更多特征和优点：
图1示出了一个基站的功能图，该基站具有借助两个不同波束方向图序列向四个移动单元提供通信的天线单元。
图2示出了六边形布局的移动蜂窝网络的七个邻居基站的集群的功能图。
图3示出了用对数标度表示相对波束强度的九个不同波束在小区的扇区中的相对强度的角分布图。
具体实施方式
图1示出了移动蜂窝网络中的小区的一个扇区中的基站21和四个移动单元41、42、43、44。基站21包括三个天线单元212，其中各天线单元212分配给小区的不同扇区。各天线单元212由一个线性天线阵列形成，该线性天线阵列包括平行布置的四个同等的线性天线单元212。前端天线单元212——下文仅称为天线单元212——借助波束31、32、33、34、35、36向移动单元41、42、43、44提供移动蜂窝通信。天线单元212能够在控制单元的控制之下在蜂窝移动网络的小区的相应扇区上应用波束31、32、33、34、35、36。另外，基站21的控制单元适合于执行对移动蜂窝网络中的波束形成进行控制的方法。
基站21的控制单元适合于控制天线单元212的波束形成并且为基站21提供与其它基站和/或移动单元41、42、43、44的通信功能性。基站是邻居基站集群中的邻居基站。邻居基站集群中的基站经由核心网的固定通信线路与邻居基站集群中的其它基站通信。邻居基站集群中的基站向位于邻居基站集群中的移动单元41、42、43、44提供无线接入。为了无线地接入基站，移动单元41、42、43、44包括控制单元、天线单元和向该天线单元进行馈送的射频通信单元。移动单元的控制单元控制移动单元的天线单元并且为移动单元提供无线通信功能性。另外，移动单元的控制单元提供用于计算和/或测量信号质量参数如SIR、SNR(SNR＝信噪比)和/或SINR的功能性。移动单元的控制单元也提供用于发送、接收和/或在移动单元之间传输提供无线通信功能的信号的功能性。另外，移动单元的控制单元也提供用于发送、接收和/或传输计算和/或测量的信号质量参数信号的功能性。
为了使小区内的空间干扰最小，用于与移动单元41、42、43、44通信的波束子集优选地设计如下：
各波束方向图序列由波束子集形成。波束用来向位于基站的小区中的移动单元提供最优信号质量。波束子集具有波束之间重叠最少的空间和角分布，但是同时使扇区的覆盖最大化。包括n个线性天线元件213的天线单元212用来形成约2n个不同的波束。这些不同的波束是固定的，即预定义的。优选地，n等于四并且形成九个不同波束。这九个波束是预定义的并且不变。
图3示例性地示出了九个不同波束31、32、33、34、35、36、37、38、39在度数51上的优选角分布，其中在方向52上表明九个波束31、32、33、34、35、36、37、38、39的相对强度的对数标度。最优地选择这九个不同波束31、32、33、34、35、36、37、38、39以减少这九个不同波束31、32、33、34、35、36、37、38、39中的两个波束之间的小区内空间干扰。当仅将各第三个波束用于相同时间-频率资源上的SDMA传输时，小区内干扰在宏蜂窝环境中保持充分低。
在图1中，天线单元212在扇区上应用六个波束31、32、33、34、35、36。天线单元212提供具有四个线性天线元件213的线性天线阵列。例如，有可能借助两个波束子集序列在一个波束方向图序列中布置波束31、32、33、34、35、36。在这一情况下，波束子集之一包括波束31、33和35，而另一波束子集包括波束32、34、36。在图1中，基站21经由包括波束31、33、35的波束子集向移动单元42和44提供通信而经由包括波束32、34、36的波束子集向移动单元41和43提供通信。两个波束子集交替地重复。
具体而言，所有波束31、32、33、34、35、36是预定义的。各基站具有多个可用的固定波束。优选地，将小区的各扇区的天线元件213在相位上进行校准，以实现既定波束方向。
图2示出了邻居基站21、22、23、24、25、26、27的集群。各邻居基站21、22、23、24、25、26、27分别被分配给小区11、12、13、14、15、16、17，其中各小区被进一步划分为用a、b、c标记的三个同等尺寸的扇区。
根据本发明一个优选实施例的控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法如下：
首先，由邻居基站21、22、23、24、25、26、27的集群中的基站21、22、23、24、25、26、27的相应控制单元控制的天线单元在由相应基站服务的小区的各扇区上应用相应波束方向图序列。各基站21、22、23、24、25、26、27包括适于执行如下方法的控制单元，该方法控制波束形成并且使基站能够控制它的天线单元。借助控制单元，基站21、22、23、24、25、26、27在它们的小区的一个或者多个扇区上将波束和/或波束方向图序列与它们的天线单元一起应用。基站21、22、23、24、25、26、27与邻居基站21、22、23、24、25、26、27的集群中的其它邻居基站以及移动单元通信。优选地，如图2中所示，各小区划分成三个扇区。三个扇区完全地覆盖小区。选择波束方向图序列以形成预定义波束方向图序列集。各波束方向图序列由波束子集(即波束的子集)序列限定。优选地，波束方向图序列是自重复或者循环的。这些波束的子集是基于SDMA和TDMA的，以便使小区内和小区之间的干扰最小并且向多个移动单元提供通信。这意味着在一个扇区内用多个固定波束向数个移动单元立即完成多流传输。
具体而言，对于某个时间窗，例如一个TTI(TTI＝传输时间间隔)，各基站21、22、23、24、25、26、27将这些固定波束的波束子集用于同时传输并且用于向移动单元提供通信。为了避免小区内干扰，波束子集由“非邻居”波束形成，这意味着所选波束的天线方向图或者波束方向图序列的主瓣具有某一充分距离。
图3示出了三个适当波束子集。第一波束子集包括波束31、34、37。第二波束子集包括波束32、35、38。第三波束子集包括波束33、36、39。因此，借助SDMA在按照波束方向分离的相同时频码(time-frequency-code)资源上同时服务若干移动单元。这三个波束子集具有小的空间干扰。
另外，从预定义波束方向图序列集选择波束方向图序列。各波束方向图序列限定用于与移动单元通信的波束子集序列，即在连续时隙中使用这些固定波束的不同子集。
具体而言，各基站21、22、23、24、25、26、27的各波束方向图序列的持续时间相同。各基站21、22、23、24、25、26、27的各波束方向图序列的持续时间与信道相干时间相比没有过长。这保证某一时隙内的所有相干星座保持近似地恒定并且按照波束方向图序列持续时间来周期性地重复。这进一步保证移动单元观测的SINR将在一个波束方向图序列持续时间以后重现。波束方向图序列持续时间应当长到足以有用于调度器(即基站21的控制单元)的反馈信令延迟和处理的充足时间。
因此，在一个波束方向图序列重复以后，可能预先知道用于链路适配的SINR。这改进了在进行调度判决之时的传送格式选择。此外，例如使用最优比率组合的接收器(即基站或者移动单元)已经知道或能够预测传入干扰的空间性质。因此，有可能至少部分地去除传入干扰。
从实用观点来看，波束子集和波束方向图序列的最优选择至关重要以便使移动蜂窝网络的吞吐量最大化。各基站21、22、23、24、25、26、27的波束方向图序列的最优选择依赖于移动蜂窝网络内的用户分布，即移动单元的分布。它也依赖于各基站21、22、23、24、25、26、27的地理位置以及基站21、22、23、24、25、26、27在障碍物、分散物等方面的环境特性。因此，可以不在实用系统中预先计算这一最优选择，因为移动单元的分布在移动蜂窝网络的各小区中随时间而改变。因此，基站的天线单元所应用的波束方向图序列的选择应当是自优化。
自优化意味着用于某个基站21的波束方向图序列的如下改变，该改变例如是更好地适于避免小区之间的干扰。为了避免高信令开销，可以按照秒级或者甚至更长时间的量级来完成波束方向图序列的改变。这是用于由移动单元的移动所致的偏离角改变的典型时标。
波束方向图序列是半静态的。优选地，在简单情况下，所有波束方向图序列在所有基站21、22、23、24、25、26、27都相同。在所有基站21、22、23、24、25、26、27的波束方向图序列都具有时隙数目不同的偏移。可以提供如下表，该表列出邻居基站21、22、23、24、25、26、27的集群中的各基站21、22、23、24、25、26、27的可能不同波束方向图序列。
然而，作为借助天线单元212向基站21的扇区应用的新波束方向图序列来使用的最优波束方向图序列的最优选择需要信号质量测量或者一个或者多个信号质量参数的计算。在邻居基站21、22、23、24、25、26、27的集群中，一次仅一个基站应当考虑改变它的波束方向图序列以提供简易适配过程。优选地，每1秒到10秒，邻居基站21、22、23、24、25、26、27的集群中的另一基站触发对一个或者多个信号质量参数的计算，以便借助于利用作为最优波束方向图序列的新波束方向图序列取代当前波束方向图序列来改进它的波束方向图序列。由移动单元进行一个或者多个信号质量参数的计算。已经触发计算的基站从移动单元接收与它们计算的一个或者多个信号质量参数对应的结果。根据接收的结果，基站选择新波束方向图序列。优选地，各移动单元反馈它的最佳波束索引或者最佳波束方向图序列。总是假设最佳波束索引在所有操作模式中可用作反馈。在触发这一自优化波束方向图序列适配过程的情况下，然后还需要‘最佳波束方向图序列’反馈。波束索引是用以标识波束方向图序列的标记。另外，在希望自适应调度的情况下，它的时频码资源的SINR也由移动单元反馈。
想要改变它的当前应用的波束方向图序列的基站21称为触发基站。触发基站21通知邻居基站21、22、23、24、25、26、27的集群中的所有邻居基站22、23、24、25、26、27。有可能的是触发基站触发在所有现有波束方向图序列内的完整搜索。优选地，在邻居基站21、22、23、24、25、26、27的集群中的一个或者多个基站21、22、23、24、25、26、27提供的数据库保持所有现有波束方向图序列的表，即方向图表。在大量波束方向图序列可用的情况下，在现有波束方向图序列的子集内进行搜索。
邻居基站22、23、24、25、26、27触发它们在它们的扇区中的关联移动单元。移动单元默认计算用于当前应用的波束方向图序列的SINR。SINR可以是频率选择性的。此外，移动单元必须通过将触发基站21的所有潜在波束方向图序列纳入考虑之中来计算SINR。邻居基站22、23、24、25、26、27收集由移动单元计算的结果。邻居基站22、23、24、25、26、27将这些收集的结果发送到触发基站21。触发基站21基于包括移动单元的SINR的接收结果来选择引起估计的潜在最高吞吐量的波束方向图序列。
为了减少反馈信令开销，可选地，各移动单元没有将计算的一个或者多个信号质量参数作为计算结果来发送，而是仅反馈它的优选波束方向图序列。移动单元的计算结果由它们的相应分配邻居基站22、23、24、25、26、27进行计数。邻居基站22、23、24、25、26、27可以确定或者选择对相对多数移动单元有利的由邻居基站22、23、24、25、26、27的移动单元优选的波束方向图序列。这一选择现在可以由邻居基站22、23、24、25、26、27用信号发送回到触发基站21。触发基站21可以用与邻居基站22、23、24、25、26、27相同的方式选择它的优选波束方向图序列作为它的扇区的新波束方向图序列。
简言之，控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法如下：
邻居基站21、22、23、24、25、26、27的集群中的充当触发基站21的基站之一21通知集群中的所有邻居基站22、23、24、25、26、27。触发基站21控制触发基站21的天线单元212以改变小区11的扇区11a、11b、11c上应用的波束方向图序列，其中在相应扇区11a、11b、11c上的预定义波束方向图序列集中的两个或者更多不同波束方向图序列是依次地应用的。触发基站21对位于邻居基站21、22、23、24、25、26、27的集群中的一个或者多个移动单元进行触发，以便针对该触发基站21当前应用的波束方向图序列计算一个或者多个信号质量参数。
另外，有可能借助评估由一个或者多个移动单元接收的导频信号来仿真由于扇区上应用的波束方向图序列的改变所得到的信号质量参数。在具有公共导频和波束权值码书的移动通信系统中，触发基站无需改变它的方向图。移动站基于这些公共导频来进行原始信道的信道估计并且现在可以测试不同的可选波束方向图序列。这通过计算如下有效信道来完成，该有效信道是原始信道矩阵与来自波束方向图序列的波束子集中的对应波束索引的波束权值向量的乘积。可以简易地从移动单元中存储的表读出波束权值。基于这些有效信道，例如可以估计得到的SINR并且可以选择使这一SINR最大化的‘波束方向图序列’。
触发基站21基于一个或者多个计算的信号质量参数从预定义波束方向图序列集选择最优波束方向图序列。触发基站21的天线单元212在小区11的扇区11a、11b、11c上或者在相应扇区上应用最优波束方向图序列作为新波束方向图序列。
借助图2和图3来呈现本发明一个优选实施例的另一例子。各基站21、22、23、24、25、26和27分别被分配给小区11、12、13、14、15、16和17。各小区11、12、13、14、15、16和17包括由另外的标记a、b和c表示的三个扇区。各基站21、22、23、24、25、26和27配备有形成为4单元的线性阵列的天线单元。利用这一天线单元，根据图3形成九个不同的波束31、32、33、34、35、36、37、38、39，其包括用于旁瓣抑制的衰减(taper)。
利用这九个波束31、32、33、34、35、36、37、38、39，形成各自包括三个波束的三个子集。包括三个波束的各子集根据表1形成波束方向图序列。
表1示出了各自分配有三个波束的三个子集。
  子集索引   波束
  1   31+34+37
  2   32+35+38
  3   33+36+39
表2示出了可以根据这些子集的时间顺序来形成的六个不同波束方向图序列。
  方向图索引   子集索引
  1   1，2，3
  2   1，3，2
  3   2，3，1
  4   2，1，3
  5   3，1，2
  6   3，2，1
例如，方向图索引2表示按顺序地应用包括波束31、34、37的子集1，然后应用包括波束33、36、39的波束子集3，进而应用包括波束32、35、36的子集2中的波束，然后再次从以子集1作为起始来开始。
相同的方向图索引在基站的所有三个扇区中用来保证避免扇区内或者扇区之间的干扰。
图2示出了七个邻居基站21、22、23、24、25、26、27的示例性部署。各基站21、22、23、24、25、26、27具有为了触发信号质量参数(即它的波束方向图序列测量)的计算而分配的不同时间。例如，基站21在时间t开始并且在时间t+7、t+14等触发它的后继测量。基站22在时间t+1、t+8、t+15等触发它的测量。现在，可以针对提供多于七个基站的移动蜂窝网络和/或更大区域重复邻居基站21、22、23、24、25、26、27的这一基本集群。
移动蜂窝网络起初从使用方向图索引1的波束方向图序列的所有基站开始。在时间t，基站21开始触发方向图测量，即对一个或者多个信号质量参数的计算。被分配给基站21、22、23、24、25、26、27的所有移动单元必须在基站21使用方向图索引1至6这一假设之下计算六个附加SINR值。基站21选择具有如下方向图索引的波束方向图序列作为最优波束方向图序列，该方向图索引提供基站21、22、23、24、25、26、27的估计求和吞吐量合计的最佳结果。基站21切换到对应方向图。最后，将基站21的新方向图用信号发送到所有其它基站22、23、24、25、26、27。邻居基站22、23、24、25、26、27向它们的关联移动单元通知波束方向图序列的改变。

Claims (12)

1.一种控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法，其中所述方法包括以下步骤：
邻居基站集群中的基站的天线单元向由相应基站服务的小区的各扇区应用相应波束方向图序列，其中所述波束方向图序列选自于相应预定义波束方向图序列集，并且各波束方向图序列限定用于与移动单元通信的波束子集序列，
所述集群中的充当触发基站的基站之一通知邻居基站集群中的所有邻居基站不改变它们的波束方向图序列，
所述触发基站控制所述触发基站的天线单元，用以改变应用于所述小区的扇区的波束方向图序列并且随后将所述预定义波束方向图序列集中的两个或者更多不同波束方向图序列应用于相应扇区，或者用以发送正交导频信号集，
所述触发基站触发位于所述邻居基站集群中的一个或者多个移动单元，用以针对所述触发基站的当前应用的波束方向图序列计算一个或者多个信号质量参数，或者用以基于接收的导频信号和对波束子集的天线权值的知识来针对两个或者更多波束方向图序列计算一个或者多个信号质量参数，
所述触发基站基于计算出的一个或者多个信号质量参数从所述预定义波束方向图序列集选择最优波束方向图序列，所述最优波束方向图序列使所述移动蜂窝网络的邻居小区的移动单元的吞吐量最大化并且使干扰最小化，以及
所述触发基站的天线单元将所述最优波束方向图序列作为新波束方向图序列应用于相应扇区。
2.根据权利要求1所述的控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法，其中所述方法还包括以下步骤：
向所述邻居基站集群中的基站通知用于与移动单元通信的波束子集的序列改变，以便在所述邻居基站集群中的所述基站之间同步波束子集的序列改变。
3.根据权利要求1所述的控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法，其中所述方法还包括以下步骤：
将由所述触发基站应用的新波束方向图序列用信号发送到所述邻居基站集群中的一个或者多个基站，以及
所述基站将所述新波束方向图序列转发到它们的一个或者多个关联移动单元。
4.根据权利要求1所述的控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法，其中所述方法还包括以下步骤：
所述邻居基站集群中的各基站使用两个或者更多波束子集的集合，其中各波束子集包括从一组可用波束中选择的两个或者更多波束，以便使相应波束子集中的波束之间的小区内空间干扰最小化。
5.根据权利要求1所述的控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法，其中所述方法还包括以下步骤：
所述邻居基站集群中的各基站使用预定义波束方向图序列集，其中各波束方向图序列包括与多个时隙对应的多个连续波束子集，所述时隙用于经由时分复用与由所述邻居基站集群中的相应基站所服务的移动单元通信。
6.根据权利要求1所述的控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法，其中所述方法还包括以下步骤：
使用各波束子集中的各波束基于正交频分复用或者码分多址在相同时隙与两个或者更多移动单元通信。
7.根据权利要求1所述的控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法，其中所述方法还包括以下步骤：
所述触发基站向邻居基站通知从所述预定义波束方向图序列集选择的两个或者更多不同波束方向图序列中的一个将被应用于所述小区的相应扇区上的序列，并且
所述邻居基站向两个或者更多关联移动单元发送与所述两个或者更多不同波束方向图序列中的所述序列有关的信息，以便将所述计算出的信号质量参数中的每个信号质量参数分配给应用于所述小区的相应扇区的波束方向图序列中的一个相应的波束方向图序列。
8.根据权利要求1所述的控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法，其中所述方法还包括以下步骤：
所述触发基站向邻居基站通知将由与所述相应基站关联的移动单元计算的一个或者多个类型的信号质量参数，并且
所述邻居基站触发一个或者多个关联的移动单元以计算所述一个或者多个类型的信号质量参数。
9.根据权利要求1所述的控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法，其中所述方法还包括以下步骤：
位于所述邻居基站集群中的一个或者多个移动单元将针对所述触发基站的当前应用的波束方向图序列的一个或者多个信号质量参数的计算结果发送到它们在所述邻居基站集群中的相应基站，以及
所述邻居基站将所接收的一个或者多个信号质量参数的计算结果转发到所述触发基站。
10.根据权利要求1所述的控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法，其中所述方法还包括以下步骤：
所述触发基站接收由位于所述邻居基站集群中的一个或者多个移动单元计算的一个或者多个信号质量参数，并且
所述触发基站借助评估功能来评估所述接收的一个或者多个信号质量参数，所述评估功能返回所述预定义波束方向图序列集中的最优波束方向图序列。
11.根据权利要求1所述的控制移动蜂窝网络中的波束形成的方法，其中所述方法还包括以下步骤：
在选择最优波束方向图序列和将所述最优波束方向图序列作为新波束方向图序列应用之后，所述集群中的充当新触发基站的基站之一通知邻居基站集群中的所有邻居基站不改变它们的波束方向图序列。
12.一种在移动蜂窝网络中的基站，其中所述基站包括用于控制波束形成的控制单元，所述控制单元适于：
控制所述基站的天线单元以便向由所述基站服务的小区的各扇区应用波束方向图序列，其中所述波束方向图序列选自于相应预定义波束方向图序列集，并且各波束方向图序列限定用于与移动单元通信的波束子集序列，
通知邻居基站集群中的所有邻居基站不改变它们的波束方向图序列，
控制所述基站的天线单元，用以改变应用于所述小区的扇区的波束方向图序列并且随后将所述预定义波束方向图序列集中的两个或者更多不同波束方向图序列应用于相应扇区，或者用以发送正交导频信号集，
触发位于所述邻居基站集群中的一个或者多个移动单元，用以针对所述基站的当前应用的波束方向图序列计算一个或者多个信号质量参数，或者用以基于接收的导频信号和对波束子集的天线权值的知识来针对两个或者更多波束方向图序列计算一个或者多个信号质量参数，
基于计算出的一个或者多个计算的信号质量参数从所述预定义波束方向图序列集选择最优波束方向图序列，所述最优波束方向图序列使所述移动蜂窝网络的邻居小区的移动单元的吞吐量最大化并且使干扰最小化，以及
控制所述基站的天线单元，用以将所述最优波束方向图序列作为新波束方向图序列应用于相应扇区。
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