CN102763271A - 包括变换矩阵的通信系统节点 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线通信系统中的节点（1），该节点（1）包括至少一个天线（2），其布置成覆盖第一方向（4）上的第一扇区（3），并且包括多个（A个）天线端口（5、6、7、8），数量（A）至少为四。天线端口（5、6、7、8）连接到变换矩阵（9），其布置为用于将天线端口（5、6、7、8）变换成至少第一组（S1）虚拟天线端口（10、11）和第二组（S2）虚拟天线端口（12、13），每组（S1、S2）包括多个（B个）虚拟天线端口（10、11；12、13）。虚拟天线端口（10、11；12、13）的数量（B）小于或等于天线端口（5、6、7、8）的数量（A）的一半，但是不低于两个。所述组（S1、S2）的虚拟天线端口（10、11；12、13）对应于布置成至少覆盖在对应第二方向（16）和第三方向（17）上的第二扇区（14）和第三扇区（15）的虚拟天线。本发明还涉及对应的方法。

Description

包括变换矩阵的通信系统节点
技术领域
本发明涉及无线通信系统中的节点，该节点包括至少一个天线，其布置成覆盖第一方向上的第一扇区并且包括多个天线端口，其数量至少是四。
本发明还涉及无线通信系统节点中使用覆盖第一方向上的第一扇区且具有至少是四的多个天线端口的至少一个天线的方法。
背景技术
在无线通信系统中的节点中，有时需要在第二蜂窝系统中再用为第一蜂窝系统设计的天线布置。但是，第二蜂窝系统可能对天线布置有与第一蜂窝系统的要求不同的要求。
此类情况的一个示例是，SCDMA（空间码分多址）系统（第一蜂窝系统）要被迁移到3GPP（第3代合作伙伴计划）LTE（长期演进）系统（第二蜂窝系统）。SCDMA系统可能已部署有阵列天线，这些阵列天线具有比LTE中所使用的传输模式所需要的更多的天线端口。在此类情形中再用这些天线的可能方式是将SCDMA中的扇区分拆成用于LTE系统的两个扇区。LTE系统中每个扇区的天线端口的数量因而是SCDMA系统中每个扇区的天线端口数量的一半。
一般，对此问题的直接解决方案是将现有天线替换为针对第二蜂窝系统设计的新天线。但是，替换整个系统中的天线是非常昂贵的操作，使得再用现有天线成为具有吸引力的备选方案。
因此，期望再用要在第二蜂窝系统中使用但是已经为第一蜂窝系统设计的现有天线布置，其中第二蜂窝系统对天线布置有与第一蜂窝系统的要求不同的要求。
发明内容
本发明的目的在于，再用要在第二蜂窝系统中使用但是已经为第一蜂窝系统设计的现有天线布置，其中第二蜂窝系统对天线布置有与第一蜂窝系统的要求不同的要求。
所述目的通过无线通信系统中的一种节点来实现，该节点包括至少一个天线，其布置成覆盖第一方向上的第一扇区，并且包括多个天线端口，其数量至少是四。这些天线端口连接到变换矩阵，其布置为用于将天线端口变换成至少第一组虚拟天线端口和第二组虚拟天线端口。每组虚拟天线端口包括多个虚拟天线端口，其数量小于或等于天线端口的数量的一半，但是不低于两个。这些组虚拟天线端口对应于布置成至少覆盖在对应第二方向和第三方向上的第二扇区和第三扇区的虚拟天线。
所述目的通过无线通信系统节点中使用覆盖第一方向上的第一扇区且具有至少为四个的多个天线端口的至少一个天线的方法来实现。该方法包括如下步骤：将天线端口连接到变换矩阵，并使用变换矩阵将天线端口变换成至少第一组虚拟天线端口和第二组虚拟天线端口，每组虚拟天线端口具有多个虚拟天线端口。虚拟天线端口的数量小于或等于天线端口的数量的一半，但是不低于两个。这些组虚拟天线端口对应于用于至少覆盖在对应第二方向和第三方向上的第二扇区和第三扇区的虚拟天线。
在本发明的示例中，第一方向位于第二方向和第三方向之间。
在另一个示例中，变换矩阵布置成使得虚拟天线在每个扇区中具有基本上相等的天线辐射图。
在另一个示例中，该节点还包括无线电远程单元RRU，无线电远程单元RRU又包括连接到对应天线端口的对应放大器。
可以采用硬件、软件或硬件与软件组合来实现变换矩阵。
从从属权利要求中显见到其它示例。
通过本发明获得一些优点。例如，提供一种解决方案用于在两个系统中对每个扇区的可用天线端口数的要求不同时从一个扇区化的蜂窝系统到另一个扇区化的蜂窝系统再用天线。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明，其中：
图1示出根据本发明的节点的示意图；
图2示出根据本发明的天线布置和无线电链的示意图；
图3示出天线辐射图的示意图；
图4示出虚拟天线辐射图的示意图；以及
图5示出根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
参考图1，无线通信系统中有节点1，其中节点1包括天线2，天线2包括四个天线端口5、6、7、8。还参考图3，天线2布置成覆盖在第一方向4上的第一扇区3。
还参考图2，天线2包括天线单元20、21、22、23，其中每个天线单元连接到对应的天线端口5、6、7、8。每个天线单元示出为单个天线单元，但是这仅是示意表示；每个天线单元实际可以构成包括多个物理天线单元的天线单元列。当下文使用术语“天线单元”时，应该理解为，它可以指单个天线单元（如图2中所示）或天线单元列中的多个天线单元。
天线单元的波束全部指向相同方向，通常为视轴（boresight），并且具有得以获得所述第一扇区3的期望扇区覆盖的波束宽度。
根据本发明，天线端口5、6、7、8连接到变换矩阵9，其布置为用于将天线端口5、6、7、8变换成第一组S1虚拟天线端口10、11和第二组S2虚拟天线端口12、13。在本示例中，每组S1、S2虚拟天线端口具有两个虚拟天线端口10、11；12、13。这些组S1、S2优选地连接到主单元MU 29。
还参考图4，这些组S1、S2虚拟天线端口10、11；12、13对应于布置成至少覆盖在对应第二方向16和第三方向17上的第二扇区14和第三扇区15的虚拟天线。
因此，第一扇区3已分拆成第二扇区14和第三扇区15，其中第二扇区14被第一组S1的虚拟天线单元覆盖，以及第三扇区15被第二组S2的虚拟天线单元覆盖。
为使得此类转变成为可能，对天线端口5、6、7、8应用重新配置网络9是必不可少的。例如，如果重新配置网络能够设计成使得所得到的天线布置特性适于LTE系统，则这提供就天线布置而言的从SCDMA系统到LTE系统的平滑迁移路径。
根据示例，虚拟天线单元具有使得第一组S1虚拟天线单元具有获得第二扇区14的期望覆盖而同时将来自/发往相邻扇区的干扰减到最小的波束方向和宽度的此类特性。这对于第二组S2虚拟天线单元和第三扇区15同样成立。
根据另一个示例，这些虚拟天线单元应该具有移位的相位中心，使得例如能够在第二扇区14和第三扇区15中应用波束成形（beamforming）和基于码本的预编码。
根据另一个示例，参考图1和图2，节点1还包括所谓的远程无线电单元（RRU）24，远程无线电单元（RRU）24连接在天线端口5、6、7、8与变换矩阵9之间，并且包括对应的放大器25、26、27、28。所示的此图是其中仅示出传送器链的RRU的简化图，还可能有未示出的接收器链，因为在本发明的框架内，天线2可以互易地工作。
当使用RRU或类似放大器布置时，变换矩阵9应该设计成使得传送器链中的所有放大器25、26、27、28得以更好或几乎充分地利用。
下文中，将参考图2呈现本发明的详细示例。在此示例中，有覆盖120°扇区的四个天线单元20、21、22、23。变换矩阵9创建两组S1、S2虚拟天线单元，其中每组中有两个单元。这两组S1、S2虚拟天线单元布置成各覆盖60°扇区，因此一起覆盖原120°扇区。此处，天线单元20、21、22、23是同极化的。
通过将阵列权重向量堆叠为根据如下表达式的列来构造变换矩阵W
其中每个w是4×1复权重向量。向量
Figure 701168DEST_PATH_IMAGE002
创建扇区B中的波束编号１，并以此类推。权重向量的下文设计将使得变换矩阵满足期望的要求：
Figure 2010800645482100002DEST_PATH_IMAGE003
此处，dk表示第ｋ个天线单元的沿着天线轴相对于参考点的位置，λ是载波波长。再者，ｃ和
Figure 680626DEST_PATH_IMAGE004
是控制虚拟天线单元的最终波束图的设计参数。振幅锥度系数c影响波束宽度和旁瓣电平，而相位
Figure 460363DEST_PATH_IMAGE004
控制波束指向。能够相对于期望的标准功能来优化这些设计参数。此类标准可能包括例如，旁瓣电平和相邻扇区之间的交叉电平（cross-over level）。
所提出的解决方案具有如下关键特征，使之满足期望的要求：
1. 因为
Figure 2010800645482100002DEST_PATH_IMAGE005
其中
Figure 917889DEST_PATH_IMAGE006
表示
Figure 2010800645482100002DEST_PATH_IMAGE007
中的第k个元素，所以所有功率放大器得以充分地利用。
2. 因为
Figure 296043DEST_PATH_IMAGE008
且
Figure 2010800645482100002DEST_PATH_IMAGE009
，所以虚拟天线单元将具有移位的相位中心，从而使能波束成形和基于码本的预编码。
3. 通过设计参数c和
Figure 180822DEST_PATH_IMAGE010
的妥当选择，能够将虚拟单元的波束图设计成使得获得相应第二扇区14和第三扇区15的期望覆盖。
上文的段落（1）-（3）是当前示例的一部分，并且对于通用形式上而言的本发明不是必不可少的。
参考图5，本发明还涉及无线通信系统节点中使用覆盖第一方向4上的第一扇区3且具有数量A个天线端口5、6、7、8的至少一个天线2的方法，数量A至少是四。该方法包括如下步骤：
30：将天线端口5、6、7、8连接到变换矩阵9；以及
31：使用变换矩阵9以用于将天线端口5、6、7、8变换成至少第一组S1的虚拟天线端口10、11和第二组S2的虚拟天线端口12、13，每组虚拟天线端口S1、S2具有数量B个虚拟天线端口10、11；12、13，虚拟天线端口10、11；12、13的数量B小于或等于天线端口5、6、7、8的数量A的一半，但是不低于两个，这些组S1、S2虚拟天线端口10、11；12、13对应于用于至少覆盖在对应第二方向16和第三方向17上的第二扇区14和第三扇区15的虚拟天线。
本发明并不局限于上述示例，而是在所附权利要求书的范围内可以自由地变化。例如，四个天线列的示例仅仅是用于解释概念的说明。正如先前论述的，天线单元的数量能够对应于每个列是任何适合的数量，一般该概念可以应用于具有N个天线单元的天线。然后将物理天线单元覆盖的扇区分拆成各由N/2个虚拟天线单元覆盖的两个扇区。
虽然是针对单极化天线单元来描述的，但是此概念也能够应用于双极化阵列天线。然后对每个极化应用所提出的变换矩阵。然后，对于虚拟天线单元覆盖的某个扇区，相同极化的虚拟天线单元应该具有不同的相位中心，但是不同极化的虚拟天线单元或覆盖不同扇区的虚拟天线单元应该具有不同的相位中心不是必不可少的。
天线端口的数量A可以变化，但是至少为四。每组S1、S2虚拟天线端口具有数量B个虚拟天线端口10、11；12、13，虚拟天线端口10、11；12、13的数量B小于或等于天线端口5、6、7、8的数量A的一半，但是不低于两个。
该节点能够包括任何适合的天线布置，例如，包括三个天线的3扇区系统，波束宽度典型地为用于3扇区系统的65°或90°。
所描述的权重向量仅是作为举例来定义的。可设想许多其它权重向量。
还可能的是，使用本发明来将天线端口的数量从N减少到N/2，而不增加扇区的数量，例如，将3扇区系统中的8个天线端口重新配置成3扇区系统中的4个天线端口。
可以将变换矩阵置于RRU中，并且可以采用硬件、软件或硬件与软件组合来实现变换矩阵。
这些组S1、S2优选地连接到主单元MU 29，但是当然可以连接到任何其它适合的部分。
当在本上下文中指示这些虚拟天线在每个扇区具有相等的天线辐射图时，这不意味为那些辐射图在数学上精确地相等，而是就此技术领域中实际可能实现的程度上而言相等。

Claims (9)

1. 无线通信系统中的一种节点（1），所述节点（1）包括至少一个天线（2），其中所述天线（2）布置成覆盖在第一方向（4）上的第一扇区（3），并且包括多个（A个）天线端口（5、6、7、8），其中天线端口（5、6、7、8）的数量（A）至少是四，其特征在于，所述天线端口（5、6、7、8）连接到变换矩阵（9），变换矩阵（9）布置为用于将所述天线端口（5、6、7、8）变换成至少第一组（S1）虚拟天线端口（10、11）和第二组（S2）虚拟天线端口（12、13），每组（S1、S2）虚拟天线端口包括多个（B个）虚拟天线端口（10、11；12、13），其中虚拟天线端口（10、11；12、13）的数量（B）小于或等于天线端口（5、6、7、8）的所述数量（A）的一半，但是不低于两个，其中所述组（S1、S2）的虚拟天线端口（10、11；12、13）对应于布置成至少覆盖在对应第二方向（16）和第三方向（17）上的第二扇区（14）和第三扇区（15）的虚拟天线。
2. 根据权利要求1所述的节点，其特征在于，所述第一方向（4）位于所述第二方向（16）与所述第三方向（17）之间。
3. 根据权利要求1或2中任一项所述的节点，其特征在于，所述变换矩阵（9）布置成使得所述虚拟天线在每个扇区（14、15）中具有相等的天线辐射图（18、19）。
4. 根据权利要求3所述的节点，其特征在于，对于每个极化，按大于0.4个波长分隔布置为用于覆盖某个扇区的虚拟天线的相位中心，其中所述波长对应于所使用的频带的中心。
5. 根据先前权利要求中任一项所述的节点，其特征在于，所述天线（2）包括同极化的天线单元（20、21、22、23）。
6. 根据先前权利要求中任一项所述的节点，其特征在于，所述节点（1）还包括无线电远程单元RRU（24），所述无线电远程单元RRU（24）又包括连接到对应天线端口（5、6、7、8）的对应放大器（25、26、27、28）。
7. 根据先前权利要求中任一项所述的节点，其特征在于，采用硬件、软件或硬件与软件组合来实现所述变换矩阵（9）。
8. 根据先前权利要求中任一项所述的节点，其特征在于，通过将阵列权重向量堆叠为根据如下表达式的列来构造所述变换矩阵（9）
Figure 2010800645482100001DEST_PATH_IMAGE002
其中每个w是复权重向量，并且向量
Figure 2010800645482100001DEST_PATH_IMAGE004
创建扇区k中的波束编号n，以及其中K表示扇区的数量，以及N表示每个扇区的波束的数量。
9. 无线通信系统节点中使用覆盖第一方向（4）上的第一扇区（3）且具有至少是四的多个（A个）天线端口（5、6、7、8）的至少一个天线（2）的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（30）将所述天线端口（5、6、7、8）连接到变换矩阵（9）；以及
（31）使用所述变换矩阵（9）以用于将所述天线端口（5、6、7、8）变换成至少第一组（S1）虚拟天线端口（10、11）和第二组（S2）虚拟天线端口（12、13），每组（S1、S2）虚拟天线端口具有多个（B个）虚拟天线端口（10、11；12、13），虚拟天线端口（10、11；12、13）的数量（B）小于或等于天线端口（5、6、7、8）的所述数量（A）的一半，但是不低于两个，所述组（S1、S2）的虚拟天线端口（10、11；12、13）对应于用于至少覆盖在对应第二方向（16）和第三方向（17）上的第二扇区（14）和第三扇区（15）的虚拟天线。
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