CN102884676B

CN102884676B - 包括重配置网络的通信系统节点

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Publication number: CN102884676B
Application number: CN201080064826.4A
Authority: CN
Inventors: F·阿思利; S·彼得松
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2030-02-25
Also published as: EP2539960A1; US20160087347A1; EP2539960B1; US20120319920A1; JP5530534B2; US9935379B2; US9214720B2; MX2012009034A; WO2011103919A1; CN102884676A; JP2013520892A

Abstract

本发明涉及一种无线通信系统中的节点(1)，所述节点(1)包括至少一个天线(2)，该天线包括至少四个且数量为偶数(A)的天线端口(3，4，5，6)，其中每个天线端口(3，4，5，6)与对应的极化(P1，P2)、波束宽度及相位中心相关联。所述天线端口(3，4，5，6)被连接至重配置网络(7)，该重配置网络被安排用来把相互正交极化的天线端口(3，4，5，6)成对线性组合到数量为(B)的虚拟天线端口(8，9)，该数量(B)等于天线端口(3，4，5，6)的数量(A)的一半。虚拟天线端口(8，9)对应于虚拟天线并且被连接至对应的无线电分支(10，11)。本发明还涉及对应的方法。

Description

包括重配置网络的通信系统节点

技术领域

本发明涉及一种无线通信系统中的节点，该节点包括至少一个天线，所述天线包括数量为至少四个且为偶数的天线端口，其中每个天线端口与对应的极化、波束宽度及相位中心相关联。

本发明还涉及一种无线通信系统节点中的方法，所述节点采用至少一个天线，所述天线具有数量为至少四个且为偶数的天线端口，其中所述方法包括以下步骤：将每个天线端口与对应的极化、波束宽度及相位中心相关联。

背景技术

在无线通信系统中的节点中，有时需要采用如无线电基站(RBS)之类的节点，所述无线电基站(RBS)的主单元(MU)具有比无线电远程单元(RRU)中的无线电分支的数量少的基带分支。

一种情形是当为一个系统部署的天线和RRU要被再用于另一个系统时。这个系统可部署有RBS，所述RBS的MU具有比所部署的RRU中的分支数量少的基带链。

另一种情形是当系统最初采用具有相对少的基带分支的MU来部署，但随着系统演进而被期待迁移至具有更多基带分支的MU时。为了避免被迫替换已部署的天线和RRU，可能希望一开始就使用已具有很多分支的RRU并且后来能够升级系统。那么，仅将MU沿迁移路径升级至更多分支就足够了。

一个简单方案是，将每个基带链连接至一个无线电分支，保留过多的无线电分支不使用。另一个方案是，将一个基带链连接至两个或更多个邻近的无线电链。如果这些无线电链连接至具有相同极化的天线元件，产生的波束将具有与单独物理天线元件相比更窄的波束宽度。

当采用功率放大器时，上述方案不充分利用功率放大器或者保留天线元件辐射图的波束宽度。为了使总输出功率最大化，所有的功率放大器应当被充分利用。为了保持相同的小区覆盖，所产生的波束应当具有与单独天线元件相同的波束宽度。

因此，希望关注节点的总容量，其中，在第一数量的基带分支和第二数量的无线电分支或天线端口之间存在连接，其中第二数量大于第一数量。

发明内容

本发明的目的是提供一种无线通信系统中的节点，其中，在第一数量的基带分支和第二数量的无线电分支或天线端口之间存在连接，其中第二数量大于第一数量。

所述目的通过无线通信系统中的节点来实现，所述节点包括至少一个天线，所述天线包括数量为至少四个且为偶数的天线端口，其中每个天线端口与对应的极化、波束宽度及相位中心相关联。此外，天线端口被连接至重配置网络，重配置网络被安排用来将相互正交极化的天线端口成对线性组合到一定数量的虚拟天线端口，虚拟天线端口的所述数量等于天线端口的数量的一半。虚拟天线端口对应于虚拟天线，虚拟天线端口被连接至对应的无线电分支。

所述目的还通过一种无线通信系统节点中的方法来实现，所述节点采用至少一个天线，所述天线具有数量为至少四个且为偶数的天线端口，其中所述方法包括以下步骤：将每个天线端口与对应的极化、波束宽度及相位中心相关联；以及将天线端口连接至重配置网络，该重配置网络被用来将相互正交极化的天线端口成对线性组合到一定数量的虚拟天线端口。虚拟天线端口的所述数量等于天线端口的数量的一半。

根据一个示例，所述重配置网络包括用于每个虚拟天线端口的分离器/组合器，每个分离器/组合器被连接至对应的虚拟天线端口。此外，对于每个分离器/组合器可以存在移相器，每个移相器被连接至一个对应的天线端口，其中移相器被安排用来控制虚拟天线的极化。

根据另一个示例，天线端口可被连接至相应的天线元件，所述天线元件被安置成使得相互正交极化的天线元件对被置于天线列中。

根据另一个示例，在重配置网络中线性组合的每对中的天线端口与相同的相位中心相关联。然后，对于每列中的每个极化，具有相同极化的每列的那些天线元件可以被连接至对应的天线端口，使得重配置网络被安排为执行这些天线端口的成对线性组合，以使得虚拟天线的相位中心之间的间隔与列之间的间隔相同。

备选地，在重配置网络中线性组合的每对中的天线端口与在至少一维中相互移位的相位中心相关联。然后，具有相互不同极化的不同列中的那些天线元件可以被连接到对应的天线端口对，使得重配置网络被安排为执行这些天线端口对的成对线性组合，以使得虚拟天线元件的相位中心之间的间隔是对中的天线元件所在的列之间的间隔的两倍。

根据另一个示例，天线端口被连接至对应的放大器，放大器优选被安置于无线电远程单元RRU中。

通过本发明获得很多优势。例如，本发明为连接N/2分支MU到N分支RRU提供一种手段，具有充分的功率利用和所产生的虚拟天线元件的不变的有效波束宽度。因此，所建议的架构使总输出功率最大化，并且给出相同的小区形态，就像每个RRU分支被连接到一个MU分支一样。此外，仅通过改变参数设定，无需RF电缆的任何手动断开等等，所建议的架构支持向具有与RRU分支一样多的MU分支的组合的迁移。

附图说明

现在将参照附图更详细地描述本发明，其中：

图1示出依照本发明的节点的示意图；

图2示出依照本发明的一个示例、具有4个天线端口的天线排布和无线电链的示意图；

图3示出依照本发明的一个示例、具有8个天线端口的天线排布和无线电链的示意图；

图4示出依照本发明的另一示例、具有8个天线端口的天线排布和无线电链的示意图；以及

图5示出依照本发明的一种方法的流程图。

具体实施方式

参照图1和图2，无线通信系统中有节点1，所述节点1包括天线2，所述天线2包括第一天线端口3、第二天线端口4、第三天线端口5以及第四天线端口6，每个天线端口依次连接至对应的第一天线元件16、第二天线元件17、第三天线元件18和第四天线元件19。

每个天线元件被示为单个天线元件，但这仅仅是示意表示；事实上，每个天线元件可构成包含多个物理天线元件的天线元件列。当下文中使用术语“天线元件”时，应当理解，它可以指如图2中所示的单个天线元件或者天线元件列中的多个天线元件。

第一天线元件16和第二天线元件17被安置于第一天线列28中，第三天线元件18和第四天线元件19被安置于第二天线列29中。此外，第一天线元件16和第三天线元件18具有第一极化P1，并且第二天线元件17和第四天线元件19具有第二极化P2，其中，第一极化P1和第二极化P2是基本上正交的。这意味着，正交性不是在数学上精确的，而是存在达到某个实际程度的正交性。

因此，第一天线元件16和第二天线元件17被相互正交地极化，并且第三天线元件18和第四天线元件19被相互正交地极化。

所示出的第一天线元件16和第二天线元件17沿第一列28移位，这意味着它们具有不同的相位中心。当然，可以设想，把它们安置得使它们具有相同的相位中心。这对于第三天线元件18和第四天线元件19亦有效。

这导致每个天线端口3、4、5、6与对应的极化P1、P2，波束宽度以及相位中心相关联。

根据本发明，天线端口3、4、5、6被连接至重配置网络7，所述重配置网络7被安排用于将基本上相互正交极化的天线端口3、4、5、6成对线性组合到两个虚拟天线端口8、9。虚拟天线端口8、9对应于虚拟天线，并且被连接至对应的无线电分支10、11。这些分支被依次连接到主单元(MU)60。

重配置网络7的作用在于，通过物理天线元件的线性组合创建出新的虚拟的天线元件。在这个具体示例中，这意味着，在重配置网络7中通过连接至第一天线端口3和第二天线端口4的第一分离器/组合器12，将第一天线端口3和第二天线端口4成对组合。第一天线端口3通过第一移相器14连接至第一分离器/组合器12。以同样的方式，在所述重配置网络7中通过连接到第三天线端口5和第四天线端口6的第二分离器/组合器13，将第三天线端口5和第四天线端口6成对组合。第三天线端口5通过第二移相器15连接至第二分离器/组合器13。每个分离器/组合器被连接至对应的虚拟天线端口12、13。

通过移相器14、15能够控制虚拟天线端口12、13的极化。

通过本发明，通过组合多个天线端口而获得的虚拟天线元件的波束宽度与单独天线元件的波束宽度相同。

如图2所示，用虚线表示，节点1还包括所谓的远程无线电单元(RRU)59，RRU 59被连接在天线端口3、4、5、6与重配置网络7之间，并且包括对应的放大器55、56、57、58。这是仅示出发射机链(TX)的RRU的简化图，还可以有未示出的接收机链(RX)，因为天线2可在本发明的框架内互逆地工作。

当采用RRU或者类似的放大器安排时，重配置网络7应被设计得使发射机链中的所有放大器55、56、57、58被充分利用。

那么，使用RRU，一般想法是，在RRU 59中，以放大器55、56、57、58被充分利用的方式将每个基带分支连接到多个无线电分支。

上行链路中使用新虚拟元件的特征将如同具有与虚拟元件相同的特征(极化，波束宽度等)的新物理元件被连接至接收机分支之一而保持另一个不被使用一样。在下行链路上类似，只是由于采用两个放大器，对于虚拟元件，功率资源变成两倍。

对于虚拟天线元件的极化特征取决于天线元件的空间位置、天线元件的极化以及被组合的天线端口之间的相对相位和幅度。由于希望在下行链路上利用功率资源，假定幅度对于两条路径是相同的。

下面，将针对8分支RRU与4分支MU描述本发明，但是这种概念容易推广至N分支RRU与N/2分支MU，其中N为任意整数。天线被假定为具有N/2个双极化天线元件，这些天线元件具有成对正交的极化。

在图3中示出本发明的一个示例，其中有四个天线列30、31、32、33，每个天线列包括两个正交极化且具有±45°倾斜极化的天线元件20、24；21、25；22、26；23、27。天线元件20、24；21、25；22、26；23、27被连接至对应的天线端口34、35、36、37、38、39、40、41。

更详细地说，对于每列中的每个极化，具有相同极化的每列30、31、32、33的那些天线元件20、24；21、25；22、26；23、27被连接至对应的天线端口34、35、36、37、38、39、40、41。天线端口被连接至重配置网络42，使得它执行这些天线端口34、35、36、37、38、39、40、41的成对线性组合，以使得虚拟天线的相位中心之间的间隔与这些列之间的间隔相同。

对于虚拟天线元件，所产生的极化取决于对应对之间的相对相位角β_k，其中k表示虚拟元件编号，所述相位通过重配置网络42中包含的移相器51、52、53、54来调整，移相器51、52、53、54被连接到每个天线端口对的一个天线端口34、36、38、40。移相器51、52、53、54和另一个天线端口35、37、39、41被成对地连接到包含在重配置网络42中的对应分离器/组合器61、62、63、64，分离器/组合器61、62、63、64依次连接至虚拟天线端口，这里仅用虚线65表示。

此外，天线端口34、35、36、37、38、39、40、41与重配置网络42之间的连接用虚线66表示，这表示可能存在RRU，如参照图1和图2所讨论的那样。

由于天线元件20、24；21、25；22、26；23、27具有±45°的倾斜极化，所以虚拟天线元件能够采取随β_k而定的任意极化，从线性水平、主轴水平的椭圆，圆、主轴垂直的椭圆、到线性垂直。

例如，可以选择相位角β_k，以使前两列30，31的虚拟天线垂直极化，并且最后两列32、33的虚拟天线水平极化。由于组合了具有至少几乎正交的极化的元件，所以虚拟元件将具有功率辐射图的与独立元件相同的波束形态和因而相同的波束宽度。然而，如已经提到的，极化会受影响。在这个示例中，有两组虚拟元件，这些组具有正交极化。组中的虚拟元件的相位中心之间的间隔与列间隔相同，而这两组按列间隔两倍的距离错位。结果，由于两组之间电相位角的差异取决于空间方位角，所以经由虚拟元件的阵列生成的波束具有取决于方位角的极化。

注意，相同的相位角β_k应当被应用于每个RX/TX对内的RX和TX分支中，以使虚拟元件在上行链路和下行链路上都具有相同的极化。对于每对正交天线元件，相位角β_k可具有一个特定值，该值定义所述极化，并且应当最好在需要时容易改变。

如参照图2所示，并且如先前所讨论的，所示的第一天线元件16和第二天线元件17沿第一列28移位，这意味着，它们具有不同的相位中心，对于第三天线元件18和第四天线元件19情形也是如此。这意味着，在重配置网络(7)中线性组合的每对中的天线端口(3、4、5、6)与沿列28、29的维度中相互移位的相位中心相关联。一般，天线端口可与至少一维中相互移位的相位中心相关联。

这在参照图4的另一个示例中说明，其中，空间上分离的极化正交的天线元件被连接以形成虚拟元件。类似于先前示例中元件的那些元件具有相同的参考标号。

这里，具有相互不同极化的不同列30、31、32、33中的那些天线元件20、25；24、21；22、27；26、23被连接至对应的天线端口对43、44；46、45；47、48；50、49，使得重配置网络42被安排为执行这些天线端口对43、44；46、45；47、48；50、49的成对线性组合，以使得虚拟天线元件的相位中心之间的间隔是对中的天线元件20、25；24、21；22、27；26、23所处的列之间的间隔的两倍。

更详细地说，具有正交极化的前两个天线列30、31的天线元件20、25；24、21被连接到第一天线端口对43、44和第二天线端口对46、45。以同样的方式，具有正交极化的另外两个天线列32、33的天线元件22、27；26、23被连接到第一天线端口对47、48和第二天线端口对50、49。

如参照图3的先前示例一样，虚拟天线元件的所产生的极化取决于对应对之间的相对相位角β_k，其中k表示虚拟元件编号，所述相位通过重配置网络42中包含的移相器51、52、53、54来调整，移相器51、52、53、54被连接到每个天线端口对的一个天线端口43、45、47、49。移相器51、52、53、54和另一个天线端口44、46、48、50被成对地连接到包含在重配置网络42中的对应分离器/组合器61、62、63、64，所述分离器/组合器61、62、63、64依次连接至虚拟天线端口，这里仅用虚线65表示。

此外，天线端口43、44、45、46、47、48、49、50与重配置网络42之间的连接用虚线66表示，这表示可能存在RRU，如参照图1和图2所讨论的那样。

因此，在参照图4的这个示例中，所获得的具有相同极化的虚拟天线元件的相位中心之间的间隔将是列距离的两倍，而具有不同极化的一对虚拟天线元件将具有相同的相位中心。归因于物理元件的空间分离，虚拟天线元件将具有随空间方位角而改变的极化。

参照图4和图5的两个示例均公开了一种阵列天线，该阵列天线对于某些选定的相位角β_k值具有正交极化的虚拟元件。然而，该虚拟元件的阵列在某些方面将与“传统的”双列、双极化阵列天线不同。对于图3中的阵列，分别具有垂直和水平极化的虚拟元件将在空间上彼此分离，而如果假定理想的天线元件，则每个虚拟元件的极化将与空间方向无关。对于图4中的阵列，虚拟元件将具有相同的空间位置，但极化将取决于空间方位角。在这两种情况下，虚拟元件阵列上形成的波束将具有取决于方位角的极化。

一般来说，分离器/组合器12、13；61、62、63、64执行下行链路中的信号分离、复制以及上行链路中的组合、叠加。所述操作可在数字域中执行。为了控制虚拟天线元件的极化，网络还具有施加无线电分支特定相移的功能性。

虚拟天线元件的极化特征将取决于：哪些天线元件被组合；天线元件的极化特征；以及天线端口对之间的相位/幅度关系。天线元件在发送和接收上是相同的并且因此互逆地工作。尽管对于本发明非必需，但是获取互逆虚拟天线元件是可能的。对于互逆的虚拟元件，重配置网络7、42必须满足某些特征：

1、连接到上行链路上的基带分支的相同物理天线元件对必须也被连接到下行链路上。

2、对于连接到相同物理元件的天线端口对，在接收上的传递功能之间的关系必须与在发送上相同。

需要段(2)中的要求，以便在上行链路和下行链路上对于虚拟天线元件具有相同的极化。如果想要利用互逆性，则具有相同极化是重要的。对于互逆性不成问题的配置，所建议的架构允许在上行链路和下行链路上具有不同的极化(如果需要的话)。为了确保无线电链满足段(2)中的一致要求，最可能需要校准。

本发明还涉及一种方法。参照图5，所述方法涉及一种无线通信系统节点，所述节点使用至少一个天线2，该天线具有数量为至少四个且为偶数A的天线端口3，4，5，6，所述方法包括以下步骤：

67：将每个天线端口3、4、5、6与对应的极化P1、P2、波束宽度以及相位中心相关联；以及

68：将天线端口3、4、5、6连接到重配置网络7，该重配置网络是用来将基本上相互正交极化的天线端口3、4、5、6成对线性组合到数量为B的虚拟天线端口8、9，虚拟天线端口8、9的数量B等于天线端口3、4、5、6的数量A的一半。

本发明不限于上述讨论的示例，而是可以在所附权利要求的范围内自由地变化。

重配置网络的其他可能、但非必需的要求是：

1、为了灵活性-不同虚拟天线配置的可能性-和迁移目的，所述网络可以是可重配置的。

2、任何基带分支应能够连接到任何上行链路/下行链路天线端口对。

任何基带分支应能够连接到任何单个上行链路/下行链路天线端口。

3、为创建所希望的虚拟元件极化，发送天线端口对和接收天线端口对之间的相位关系应当是可重配置的。

根据本发明的节点可包括互逆工作的虚拟天线元件，但是这不作要求。事实上，节点可以仅适用于发送或接收，其中，装配可选的RRU来处理所需功能性。当然，可以装配RRU来处理对发送和接收均适合的节点，从而为上行链路和下行链路工作。

重配置网络7、42可以是独立的、包含在RRU中的或包含在MU中的。在任何情况下，重配置网络7、42可以用硬件、软件或二者的组合来实现。

本发明可以支持仅通过参数设定的改变来调整，即，不需要手动断开RF电缆等。

一般，虚拟天线端口8、9的数量B等于天线端口3、4、5、6的数量A的一半。

在本上下文中，当天线元件被表示成具有相互正交极化或基本上相互正交极化时，这并不意味着那些极化是在数学上严格正交的，而是指在本技术领域中实际可能获得的一定程度上的正交。当虚拟天线的相位中心之间的间隔被表示成与列之间的间隔相同时同样如此，在这里，这应当被解释为在本技术领域中实际可能获得的一定程度上有效。

Claims

1. 一种无线通信系统中的节点（1），所述节点（1）包括至少一个天线（2），其中所述天线（2）包括数量为至少四个且为偶数A的天线端口（3，4，5，6），其中每个天线端口（3，4，5，6）与对应的极化（P1，P2）、波束宽度及相位中心相关联，其特征在于：所述天线端口（3，4，5，6）被连接至重配置网络（7），所述重配置网络（7）被安排用来把相互正交极化的天线端口（3，4，5，6）成对线性组合到数量为B的虚拟天线端口（8，9），虚拟天线端口（8，9）的数量B等于天线端口（3，4，5，6）的数量A的一半，其中所述虚拟天线端口（8，9）对应于虚拟天线，所述虚拟天线端口（8，9）被连接至对应的无线电分支（10，11）。

2. 如权利要求1所述的节点，其特征在于：所述重配置网络（7，42）包括用于每个虚拟天线端口（8，9，65）的分离器/组合器（12，13；61，62，63，64），每个分离器/组合器（12，13；61，62，63，64）被连接到对应的虚拟天线端口（8，9，65）。

3. 如权利要求2所述的节点，其特征在于：对于每个分离器/组合器（12，13；61，62，63，64）存在移相器（14，15；51，52，53，54），每个移相器（14，15；51，52，53，54）被连接到一个对应的天线端口（3，5；34，36，38，40；43，45，47，49），其中，所述移相器（14，15；51，52，53，54）被安排用来控制所述虚拟天线的极化。

4. 如先前权利要求中任一项所述的节点，其特征在于：所述天线端口被连接到相应的天线元件（16，17，18，19；20，21，22，23，24，25，26，27），所述天线元件被安置以使得相互正交极化的天线元件对（16，18；17，19；20，24；21，25；22，26；23，27）被置于天线列（28，29；30，31，32，33）中。

5. 如权利要求1-3中任一项所述的节点，其特征在于：在所述重配置网络（42）中线性组合的每对中的天线端口（34，35，36，37，38，39，40，41）与相同的相位中心相关联。

6. 如权利要求5所述的节点，其特征在于：对于每列中的每个极化，具有相同极化的每列（30，31，32，33）中的那些天线元件（20，24；21，25；22，26；23，27）被连接到对应的天线端口（34，35，36，37，38，39，40，41），使得所述重配置网络（42）被安排为执行这些天线端口（34，35，36，37，38，39，40，41）的成对线性组合，以使得所述虚拟天线的相位中心之间的间隔与所述列之间的间隔相同。

7. 如权利要求1-3中任一项所述的节点，其特征在于：在所述重配置网络（24）中线性组合的每对中的天线端口（16，17；18，19；20，21；22，23）与在至少一维中相互移位的相位中心相关联。

8. 如权利要求7所述的节点，其特征在于：具有相互不同极化的不同列（30，31，32，33）中的那些天线元件（20，25；24，21；22，27；26，23）被连接至对应的天线端口对（43，44；46，45；47，48；50，49），使得所述重配置网络（42）被安排为执行这些天线端口对（43，44；45，46；47，48；49，50）的成对线性组合，以使得所述虚拟天线元件的相位中心之间的间隔是所述对中所述天线元件（20，25；24，21；22，27；26，23）所在列之间的间隔的两倍。

9. 如权利要求1-3中任一项所述的节点，其特征在于：所述天线端口（7，8，9，10）被连接到对应的放大器（55，56，57，58）。

10. 如权利要求9所述的节点，其特征在于：所述放大器（55，56，57，58）被安置于无线电远程单元RRU（59）中。

11. 一种用于无线通信系统节点中的方法，所述节点使用至少一个天线（2），所述天线（2）具有数量为至少四个且为偶数A的天线端口（3，4，5，6），其中所述方法包括以下步骤：

将每个天线端口（3，4，5，6）与对应的极化（P1，P2）、波束宽度及相位中心相关联，

其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

将所述天线端口（3，4，5，6）连接至重配置网络（7），所述重配置网络（7）用于将相互正交极化的天线端口（3，4，5，6）成对线性组合到数量为B的虚拟天线端口（8，9），虚拟天线端口（8，9）的数量B等于天线端口（3，4，5，6）的数量A的一半。