CN102882568B - 一种天线阵列及其信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线阵列及其信号处理方法，所述天线阵列由具有不同天线特性的异构天线构成，所述天线特性包括天线方向性、发射功率；其中，具有不同天线方向性的天线阵列能够发送不同的下行信号；具有不同发射功率的天线阵列能够发送不同的下行信号。本发明能够在不增加基站地址的条件下有效提高系统容量，可以在与现有系统兼容的同时增加UE的接收功率，同时降低小区间干扰水平；还可以消除小区边界的干扰，尤其提高小区边缘UE的通信质量。

Description

一种天线阵列及其信号处理方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种天线阵列及其信号处理方法。

背景技术

为了增加蜂窝网通信的系统容量(频谱效率)，传统的做法是增加宏基站数量。但是考虑到运营商的成本，该方法受到诸多限制，例如在人口密集地区难以寻找合适基站地址(代价太高)，基站运营维护费用，硬件成本等。作为一种成本上的折衷方案，小蜂窝被大量部署。然而，小蜂窝只是宏蜂窝网络的覆盖和容量的补充，并不能取代宏蜂窝。目前，如何在不增加基站地址的条件下提高宏蜂窝的系统容量依然是业界关注的焦点之一。

现有的蜂窝网系统中，每一个基站侧的天线阵列单元有如下两个特点：

1.同构天线，即天线特性是一样的，所述天线特性包括天线方向性，例如半功率波束宽度等；

2.固定天线，即天线的位置/方向性是固定的。例如典型的三扇区系统，除非人工调整，天线阵列的覆盖方向是不变的。

然而扇区化天线的部署加重了扇区边界的用户设备(UE)所受到的邻扇区的干扰。协调多点(CoMP)技术理论上可以尽量减少小区间干扰，但是由于协同(非服务)小区在协同UE方向天线增益较低，因此存在如下问题：

1.协同UE接收到的来自协同(非服务)小区的信号功率较低；

2.协同(非服务)小区很难获得准确的下行信道状态信息(CSI)，影响了多输入多输出(MIMO)技术的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种天线阵列及其信号处理方法，以增加UE的接收功率，降低小区间干扰水平。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种天线阵列，该天线阵列由具有不同天线特性的异构天线构成，所述天线特性包括天线方向性、发射功率；其中，

具有不同天线方向性的天线阵列用于发送不同的下行信号；具有不同发射功率的天线阵列用于发送不同的下行信号。

具有不同天线方向性的天线阵列中，半功率波束宽度相对宽的天线阵列用于发送特定的小区信号；半功率波束宽度相对窄的天线阵列用于发送特定的用户设备UE信号；和/或，

具有不同发射功率的天线阵列中，大功率发射天线阵列用于发送特定的小区信号；小功率发射天线阵列用于发送特定的UE信号。

所述天线阵列中的定向天线主瓣的水平和/或垂直方向方向角，能够根据基站覆盖范围内UE的分布进行调整。

所述天线阵列中的异构活动天线的水平和/或垂直方向角，能够根据UE的分布进行电动调整。

所述天线阵列中的异构固定天线和所述异构活动天线处在不同的水平面上，支持360度的水平方向角调整；或，

所述天线阵列中的异构固定天线和所述异构活动天线处在相同的水平面上，支持小角度的水平方向角调整。

异构固定天线处于同一个水平面；异构活动天线分为几组，各组处于同一个水平面。

一种天线阵列的信号处理方法，该天线阵列由具有不同天线特性的异构天线构成，所述天线特性包括天线方向性、发射功率；所述方法包括：具有不同天线方向性的天线阵列发送不同的下行信号；具有不同发射功率的天线阵列发送不同的下行信号。

具有不同天线方向性的天线阵列发送不同的下行信号的方法为：

具有不同天线方向性的天线阵列中，半功率波束宽度相对宽的天线阵列发送特定的小区信号；半功率波束宽度相对窄的天线阵列发送特定的UE信号；

具有不同发射功率的天线阵列发送不同的下行信号的方法为：

具有不同发射功率的天线阵列中，大功率发射天线阵列发送特定的小区信号；小功率发射天线阵列发送特定的UE信号。

该方法还包括：

根据基站覆盖范围内UE的分布，调整所述天线阵列中的定向天线主瓣的水平和/或垂直方向方向角。

该方法还包括：

根据UE的分布，电动调整所述天线阵列中的异构活动天线的水平和/或垂直方向角。

所述天线阵列中的异构固定天线和所述异构活动天线处在不同的水平面上，支持360度的水平方向角调整；或，

所述天线阵列中的异构固定天线和所述异构活动天线处在相同的水平面上，支持小角度的水平方向角调整。

异构固定天线处于同一个水平面；异构活动天线分为几组，各组处于同一个水平面。

需要说明的是，所述相对宽的天线阵列可以对应于360度的全向天线，或120度的扇区化天线；所述相对窄的天线阵列可以对应于15度或30度的定向天线。

本发明能够在不增加基站地址的条件下有效提高系统容量，可以在与现有系统兼容的同时增加UE的接收功率，同时降低小区间干扰水平；还可以消除小区边界的干扰，尤其提高小区边缘UE的通信质量。

附图说明

图1为本发明一实施例的异构天线部署示意图；

图2为本发明另一实施例的异构天线部署示意图；

图3为本发明实施例的异构固定天线与异构活动天线的比较示意图；

图4为本发明实施例的固定三维天线与活动三维天线的比较示意图；

图5为本发明一实施例的异构活动天线构造示意图；

图6为本发明另一实施例的异构活动天线构造示意图；

图7为本发明实施例的天线方向角调整流程图；

图8为本发明实施例中天线阵列处理信号的流程简图。

具体实施方式

在实际应用中，可以使用具有不同天线特性的异构天线构成天线阵列(如：基站天线阵列)，所述天线特性包括天线方向性(如：半功率波束宽度)、发射功率等。

具有不同天线方向性的天线阵列可以发送不同的下行信号；如：半功率波束宽度相对宽的天线阵列发送特定的小区信号，以标示小区范围；半功率波束宽度相对窄的天线发送特定的UE信号，以提高频谱效率。

具有不同发射功率的天线阵列可以发送不同的下行信号；如：大功率发射天线阵列发送特定的小区信号；小功率发射天线发送特定的UE信号。

图1和图2是异构天线的两个示例。

图1中，全向天线发送特定的小区下行信号，例如同步/广播信道，系统信息，小区参考符号等。全向天线决定了小区的覆盖范围。定向天线可以进一步把小区划分成多个(如：6个)区域。由一组定向天线为一个区域的UE服务，即发送特定的UE下行数据。

和同构天线相比(例如6组扇区化天线把六边形区域划分成6个小区)，异构天线同样能够在数据信道上获得小区分裂增益。

异构天线可以采用天线选择，例如对于没有活动UE的扇区，则对应的天线可以不工作而把功率转移到工作的天线上。此外，异构天线可以具有更窄的半功率波束宽度从而获得更大的定向天线增益。

异构天线和同构天线的区别如表1所示。

表1

图2中，扇区天线在水平方向的天线增益决定了宏小区的覆盖范围，可以发送上述特定的小区下行信号以及处在覆盖范围内的目标UE的UE特定下行数据。窄主瓣三维定向天线则可以进一步在宏小区特定范围内增加信号强度。

为了进一步发挥异构天线的特性，可以根据基站覆盖范围内活动UE的分布，调整定向天线主瓣方向角(水平方向和/或垂直方向)，优化基站对目标UE的天线增益以及信号发送。调整定向天线主瓣方向角的方式可以为电动。

图3中，根据UE的分布，定向天线调整水平主瓣方向角以保证目标UE有较高的天线增益，全向天线不动以确保小区覆盖范围不发生变化。和电子调整天线波束(例如二维/三维波束赋型)相比，电动调整天线主瓣方向的方式，可以获得较高的天线增益。此外，电动调整时的具体方向主要根据UE(尤其是大数据量通信的UE)的分布进行。

异构活动天线能够通过调整天线方向避免小区间干扰，其本质是消除了基站内部的小区边界。

图4显示了三维的异构活动天线，窄主瓣三维定向天线的倾角可以根据UE的分布调整，以获得最大的天线增益。

需要说明的是，异构活动天线和二维/三维波束赋型是可以联合使用的，即：根据UE的分布调整异构活动天线的水平和/或垂直方向角，然后采用二维/三维波束赋型。

从异构固定天线和异构活动天线的相对位置来说，

异构固定天线和异构活动天线可以处在不同的水平面上，支持异构活动天线360度的水平方向角调整；或，

异构固定天线和异构活动天线可以处在相同的水平面上，支持异构活动天线小角度的水平方向角调整。

图5示出了一个360度水平角调整的例子，异构固定天线和异构活动天线处在不同的水平面上，处于同一平面的异构活动天线可以通过连接杆实现360度调整。异构固定天线为传统的3扇区化天线，异构活动天线可以具有更小的半功率波束宽度和更大的天线增益，以实现对目标UE的高效数据传输，同时降低小区间干扰。

进一步的，不同异构活动天线可以处于不同平面，如图6所示。这样可以更好地支持垂直方向的波束赋型。

作为折中，一个可能的方案是：异构固定天线处于同一个水平面；异构活动天线分为几组，各组处于同一个水平面。

以时分双工(TDD)系统的8天线小区为例，每个基站有24根天线，其中4根为全向天线，用于发送特定的小区下行信号(包括基于小区特定的参考信号的数据信道)，其余20根天线为三维定向天线。所述24根天线构成的基站共享同一个小区标识号(cellID)。

下面应用一具体实施例对本发明进行描述，如图7所示。系统利用全向天线发送小区特定的信道/参考符号，以帮助新的UE完成初始接入过程(同步，随机接入，广播信息获取等)。然后系统判断该新接入UE是否符合预先定义的“参考UE标准”，如果符合则将其添加到“参考UE池”。系统每隔一定周期(天线方向调整周期)，读取“参考UE池”中每个UE的位置，计算当前优化的天线方向角，据此调整天线。

结合以上描述可见，本发明的天线阵列处理信号的操作思路可以表示如图8所示的流程，该流程包括以下步骤：

步骤810：应用具有不同天线特性的异构天线构成天线阵列，所述天线特性包括天线方向性、发射功率；

步骤820：具有不同天线方向性的天线阵列发送不同的下行信号；具有不同发射功率的天线阵列发送不同的下行信号。

综上所述可见，无论是天线阵列还是天线阵列处理信号的方法，本发明能够在不增加基站地址的条件下有效提高系统容量，可以在与现有系统兼容的同时增加UE的接收功率，同时降低小区间干扰水平；还可以消除小区边界的干扰，尤其提高小区边缘UE的通信质量。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种天线阵列，其特征在于，该天线阵列由具有不同天线特性的异构天线构成，所述天线特性包括天线方向性、发射功率；其中，

具有不同天线方向性的天线阵列用于发送不同的下行信号；具有不同发射功率的天线阵列用于发送不同的下行信号；

其中，具有不同天线方向性的天线阵列中，半功率波束宽度相对宽的天线阵列用于发送特定的小区信号，以标识小区范围；半功率波束宽度相对窄的天线阵列用于发送特定的用户设备UE信号，以提高频谱效率；和/或，

具有不同发射功率的天线阵列中，大功率发射天线阵列用于发送特定的小区信号，以标识小区范围；小功率发射天线阵列用于发送特定的UE信号，以提高频谱效率。

2.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述天线阵列中的定向天线主瓣的水平和/或垂直方向方向角，能够根据基站覆盖范围内UE的分布进行调整。

3.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述天线阵列中的异构活动天线的水平和/或垂直方向角，能够根据UE的分布进行电动调整。

4.根据权利要求3所述的天线阵列，其特征在于，

所述天线阵列中的异构固定天线和所述异构活动天线处在不同的水平面上，支持360度的水平方向角调整；或，

所述天线阵列中的异构固定天线和所述异构活动天线处在相同的水平面上，支持小角度的水平方向角调整。

5.根据权利要求4所述的天线阵列，其特征在于，

异构固定天线处于同一个水平面；异构活动天线分为几组，各组处于同一个水平面。

6.一种天线阵列的信号处理方法，其特征在于，该天线阵列由具有不同天线特性的异构天线构成，所述天线特性包括天线方向性、发射功率；所述方法包括：具有不同天线方向性的天线阵列发送不同的下行信号；具有不同发射功率的天线阵列发送不同的下行信号；

其中，具有不同天线方向性的天线阵列发送不同的下行信号的方法为：

具有不同天线方向性的天线阵列中，半功率波束宽度相对宽的天线阵列发送特定的小区信号，以标识小区范围；半功率波束宽度相对窄的天线阵列发送特定的UE信号，以提高频谱效率；

具有不同发射功率的天线阵列发送不同的下行信号的方法为：

具有不同发射功率的天线阵列中，大功率发射天线阵列发送特定的小区信号，以标识小区范围；小功率发射天线阵列发送特定的UE信号，以提高频谱效率。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

根据基站覆盖范围内UE的分布，调整所述天线阵列中的定向天线主瓣的水平和/或垂直方向方向角。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

根据UE的分布，电动调整所述天线阵列中的异构活动天线的水平和/或垂直方向角。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述天线阵列中的异构固定天线和所述异构活动天线处在不同的水平面上，支持360度的水平方向角调整；或，

所述天线阵列中的异构固定天线和所述异构活动天线处在相同的水平面上，支持小角度的水平方向角调整。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

异构固定天线处于同一个水平面；异构活动天线分为几组，各组处于同一个水平面。