CN102918707A - 通信系统中具有可切换天线功能的节点 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线通信系统中的节点(1)，节点(1)至少包括第一和第二天线功能(2,3)以及第一和第二无线电链(4,5)。至少在第一操作模式开始时，每个天线功能(2,3)连接到对应的无线电链(4,5)。该节点还包括开关网络(6)和射束形成网络(7)，该开关网络(6)至少在第二操作模式开始时设置成将至少一个天线功能(2)与其对应的无线电链(4)断开连接，并经由至少部分射束形成网络(7)将它连接到另一个无线电链(5)，使得至少两个天线功能(2,3)连接到相同无线电链(5)。该节点(1)设置成借助所述射束形成网络(7)对于所述至少两个天线功能(2,3)执行射束形成，所述开关网络(6)设置成在第一模式与第二模式之间切换。

Description

通信系统中具有可切换天线功能的节点
技术领域
本发明涉及无线通信系统中的节点，该节点至少包括第一天线功能、第二天线功能、第一无线电链和第二无线电链。至少在第一操作模式开始时，每个天线功能连接到对应的无线电链。
本发明还涉及一种在无线通信系统中的方法，所述方法包括如下步骤：在第一操作模式开始时，将天线功能连接到对应的无线电链，每个天线功能都连接到对应的无线电链。
背景技术
移动电话和无线宽带装置的使用在过去的十年期间已经迅速提高了，并且预计在即将到来的几年期间增长得甚至更快。为了满足这些要求，运营商必须增大他们通信系统中的容量。
增大通信系统中容量的众所周知的方式是，在基站处和用户终端处都集成多于一个的天线和无线电链，并使用所谓的MIMO(多输入多输出)。
今天，诸如移动电话等用户终端大部分用于语音通信，但明显的趋势是越来越多的人正在用其它方式将他们的移动电话用于数据应用，例如流播电影和音乐、聊天以及因特网。移动电话的一个问题是，它们的电池容量相当有限，并且因此需要频繁地给移动电话电池再充电。在将来当更多的无线电链将被集成在终端中时，功耗将增大，并且电池必须甚至更加频繁地再充电。因此存在对于降低功耗以增加充电之间的时间的需要。此外，该装置的二氧化碳“足迹”将更小。
WO2009/080110描述了组合两个天线单元的装置，其使用射束形成网络并由此优化天线增益和对环境的极化。然而，天线的数量和活跃无线电的数量是固定的。
MIMO系统中的移动电话或构成用户终端的另一无线宽带装置可经历秩1信道，或没有对于高数据速率的需要。例如，在用户终端与基站之间的视线情形中，除非链路两端具有双极化天线，否则传播信道经常仅支持一个流。在这种情况下，用户终端不能利用多个流，或者不需要利用多个流。
在其它类型节点（诸如基站和中继站）中存在类似情况。
因而，存在对于节点中天线和无线电链的更有效使用的需要。
发明内容
本发明的目的是实现节点中天线和无线电链的更有效使用。
所述目的借助无线通信系统中的节点实现，该节点至少包括第一天线功能、第二天线功能、第一无线电链和第二无线电链。至少在第一操作模式开始时，每个天线功能连接到对应的无线电链。所述节点还包括开关网络和射束形成网络，所述开关网络至少在第二操作模式开始时设置成将至少一个天线功能与其对应的无线电链断开连接，并经由至少部分所述射束形成网络将所述至少一个断开连接的天线功能连接到另一个所述对应的无线电链，使得至少在第二操作模式开始时至少两个天线功能连接到相同无线电链。该节点设置成借助所述射束形成网络对于所述至少两个天线功能执行射束形成，该开关网络设置成在第一模式与第二模式之间切换。
所述目的还借助一种在无线通信系统中的方法实现，所述方法包括如下步骤：
在第一操作模式开始时，将天线功能连接到对应的无线电链，每个天线功能都连接到对应的无线电链；
在第二操作模式开始时，将至少一个天线功能与其对应的无线电链断开连接；
经由至少部分射束形成网络将所述至少一个断开连接的天线功能连接到另一个所述对应的无线电链，使得至少两个天线功能在第二操作模式连接到相同无线电链；以及
使用所述射束形成网络对于所述至少两个天线功能执行射束形成。
根据一个示例，无线电链的数量和天线功能的数量是相等的，其中在第一操作模式中，每个无线电链仅与一个天线功能连接。
根据另一个示例，射束形成网络包括至少一个相移器和/或至少一个衰减器。
根据另一个示例，所述节点还包括：控制单元，所述控制单元设置成控制所述开关网络和所述射束形成网络。
根据另一个示例，天线功能与其断开连接的那些无线电链被关闭。
根据另一个示例，第一操作模式对应于MIMO多输入多输出通信。
从属权利要求中公开了其它示例。
本发明的主要优点是降低了移动电话和其它类型节点的能耗。同时，可得到对于多天线运用性能增强技术的可能性。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明，附图中：
图1示意性示出了根据本发明的节点的第一示例；
图2示出了极化天线辐射图，该极化天线辐射图示出本发明的功能；
图3示意性示出了根据本发明的节点的第二示例；以及
图4示出了根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
参考图1，示出了第一示例，在无线通信系统中存在用户终端1，用户终端1包括第一天线功能2、第二天线功能3、第一无线电链4和第二无线电链5。
根据本发明，用户终端1还包括开关网络6和射束形成网络7，其中开关网络6包括第一开关8。用户终端还包括第二开关9b。每个开关8、9b可各处于两种状态中的任一状态、第一状态或第二状态。第一状态由虚线指示，并且第二状态由实线指示。
射束形成网络7包括第一连接7a和第二连接7b，其中第一连接7a连接到开关网络6，并且第二连接7b连接到第二开关9b。
在其第一状态，第一开关8将第一天线功能2连接到第一无线电链4，并且在其第二状态，第一开关8将第一天线功能2连接到射束形成网络7的第一连接7a。
在其第一状态，第二开关9b将射束形成网络7的第二连接7b与第二天线3和第二无线电链5断开连接，并且在其第二状态，第二开关9b将射束形成网络7的第二连接7b连接到第二天线3和第二无线电链5。
在第一操作模式，每个开关8、9b都处于其第一状态，使得第一天线功能2连接到第一无线电链4，并与射束形成网络7断开连接，并且第二天线功能3连接到第二无线电链5。射束形成网络7的第二连接7b与第二天线3和第二无线电链5断开连接。
在第二操作模式，每个开关8、9b都处于其第二状态，使得第一天线功能2连接到射束形成网络7的第一连接7a，并与第一无线电链4断开连接，并且射束形成网络7的第二连接7b连接到第二天线3和第二无线电链5。
由此，在第二操作模式，天线功能2、3连接到相同无线电链5，并借助射束形成网络7，用户终端1设置成对于天线功能2、3执行射束形成。开关网络6设置成在第一操作模式与第二操作模式之间切换。
在此示例中，射束形成网络7包括相移器9，其中控制单元10设置成经由第一控制连接12控制这些。该控制单元还设置成经由对应的第二控制连接11和第三控制连接13控制开关网络6和第二开关9b。
控制单元10设置成根据信道执行控制，其中控制单元10经由对应的第四控制连接14和第五控制连接15连接到第一无线电链4和第二无线电链5。
根据一个控制替代方案，用户终端1在第一操作模式中，并经由两个天线功能2、3单独传送或接收参考信号。基于信道和秩估计或反馈，控制单元10可决定关断第一无线电链4，并按照第二操作模式将两个天线功能2、3都连接到第二无线电链5。
在此替代方案中，第二操作模式包括：
-将天线功能2、3连接到第二无线电链5；以及
-在短时间突发中将天线功能2、3分别连接到第一无线电链4和第二无线电链5，从而经由两个天线功能2、3单独传送或接收参考信号。
因而，第二操作模式包括在相当短的时间段切换回第一操作模式，以便在短时间突发中经由两个天线功能2、3单独传送或接收参考信号。
基于这些参考信号，控制单元10可选择切换回第一操作模式。
根据另一控制替代方案，该用户不要求高数据速率。那么，控制单元10可选择切换到第二操作模式，直到要求更高数据速率为止。
根据又一控制替代方案，用户想要在用户终端1中具有低功耗，并且因此人为决定总是使用第二操作模式。
图2举例说明了当用户终端根据第二操作模式工作时可如何使用该射束形成网络，这意味着两个天线功能2、3都连接到第二无线电链5。该用户终端（由其辐射图案23表示）与第一基站24通信，并从第二基站25接收干扰信号。相移器9用于操纵这两个天线功能的结果辐射图案23，使得它面对第一基站24并背对第二基站25，将在下面对此进行更详细讨论。
为了获得期望结果，测试相移器9的若干相位设置，这将导致不同形状的辐射图案23。期望实现朝向用户终端与之通信的第一基站24具有高增益并且朝向干扰用户终端的第二基站25具有低增益的辐射图案。第一基站24与该用户终端之间通信链路的性能被显著改进了。
找到该相位设置的备选方式是使用数值优化来最大化SINR（例如梯度搜索）。
其它度量（诸如秩指示符或CQI）可用于检查该通信链路的质量。
本发明可实现在具有多于一个天线和多于一个无线电的任何无线装置中。例如，如果存在4个天线功能和4个无线电链，则所有4个天线功能都可连接到1个无线电链，而3个无线电链被关闭，并且由此节能。另一替代方案是，将两个天线功能连接到一个无线电链并将其余两个天线功能连接到另一无线电，而两个无线电链被关闭以节能。
将参考图3对此进行更详细描述，图3示出了具有更一般特征的第二示例。在此，诸如用户终端1'等节点包括第一天线功能15、第二天线功能16、第三天线功能17和第四天线功能18。该节点还包括开关网络6'和射束形成网络7'并且还有第一无线电链19、第二无线电链20、第三无线电链21和第四无线电链22。节点1'也包括控制单元，与上面第一示例中一样，该控制单元为了清楚起见而未示出。在此，第一示例的第二开关应该理解为实现在射束形成网络7'中，其在此当然由三个开关构成。
指示了三个不同状态，其中第一状态对应于根据上面第一示例的第一操作模式，并且第二状态和第三状态对应于根据上面第一示例的第二操作模式。
在第一状态，如在射束形成网络7'与无线电链19、20、21、22之间用实线所指示的，所有天线功能15、16、17、18都连接到所有无线电链19、20、21、22。
在第二状态，如在射束形成网络7'与无线电链19、20、21、22之间用虚线所指示的，天线功能15、16、17、18连接到第二无线电链20、第三无线电链21和第四无线电链22，第一无线电链19被断开连接并关闭。
在第三状态，如在射束形成网络7'与无线电链19、20、21、22之间用点划线所指示的，天线功能15、16、17、18连接到第三无线电链21和第四无线电链22，第一无线电链19和第二无线电链20被断开连接并关闭。
上面讨论的有关开关网络控制的控制替代方案当然可应用于第二示例，并且可应用于使用本发明的任何配置。
关闭移动电话1中的无线电相当于降低MIMO(多输入多输出)系统中那个天线端口上的SINR。因此，利用MIMO通信的移动系统将这看作好像减少了可能流的数量，并相应地行动。因此，在用户终端1中实现的所提出概念不要求移动系统中的任何改变。
参考图4，本发明还涉及一种在无线通信系统中的方法，该方法包括如下步骤：
101：至少在第一操作模式开始时，将天线功能连接到对应的无线电链，每个天线功能都连接到对应的无线电链；
102：至少在第二操作模式开始时，将至少一个天线功能与其对应的无线电链断开连接；
103：经由至少部分射束形成网络将所述至少一个断开连接的天线功能连接到另一个所述对应的无线电链，使得至少两个天线功能至少在第二操作模式开始时连接到相同无线电链；以及
104：使用所述射束形成网络对于所述至少两个天线功能执行射束形成。
本发明不限于上面的示例，而是可在所附权利要求书的范围内自由改变。例如，天线功能与其断开连接的那些无线电链可以关闭或者可以不关闭。
应该注意，尽管某些开关状态在某一操作模式是明显的，但这些一般应该看作至少在某一操作模式开始时是明显的。
优选地，第一操作模式对应于MIMO通信。
对只使用一个相移器的扩展是以作为“相位-功率转换器”的配置来使用两个相移器和混合组合器。用这种方式，两个天线功能的相位和幅度都可借助两个相移器来控制。
射束形成网络7、7'可具有任何适当形式，并且根据天线功能和无线电链的数量可包括任何适当组件。例如，示出射束形成网络7包括衰减器9a。
开关网络6被描述为仅包括一个开关8。当然，开关网络6中开关的数量和配置可根据天线功能和无线电链的数量而改变。可以用任何适当技术（优选为半导体技术）来实现这些开关。
上面示例提到节点或用户终端，其中节点是最通用的术语。节点可指的是任何类型用户终端，诸如移动电话或膝上型计算机。节点也可以指的是任何类型的装备（installation），诸如基站或中继站。
第二开关9b用于隔离第二天线功能3与射束形成网络7的第二连接7b。这种隔离可能不是必要的，并且也可用其它适当方式实现。第二开关或对应开关（如在第二示例中所指示的那样）可包含在射束形成网络7'中。
开关网络6和射束形成网络7、7'可包含在一个公共单元中。
所讨论的有关如何控制开关状态的控制替代方案仅是可如何执行这种控制的示例。许多其它类型的控制当然是也可想到的。
本发明涉及关断节点中的一个或多个无线电，同时保持对所有天线具有访问权的好处。如何执行这些天线的射束形成或组合不在本发明范围内，不过在说明书中提供了有关如何找到期望相位设置的一些示例。这些当然应该仅视为示例。在节点中应该存在至少两个天线功能和至少两个无线电链。
这些天线功能可具有任何适当形式，其取决于目前的应用。在移动电话中，天线功能可由小的弯弯曲曲的传送线构成，并且在基站中，它可包括阵列天线。

Claims (15)

1.一种在无线通信系统中的节点(1)，所述节点(1)至少包括第一天线功能(2)、第二天线功能(3)、第一无线电链(4)和第二无线电链(5)，其中至少在第一操作模式开始时，每个天线功能(2,3)连接到对应的无线电链(4,5)，其特征在于：所述节点还包括开关网络(6)和射束形成网络(7)，所述开关网络(6)至少在第二操作模式开始时设置成将至少一个天线功能(2)与其对应的无线电链(4)断开连接，并经由至少部分所述射束形成网络(7)将所述至少一个断开连接的天线功能(2)连接到另一个所述对应的无线电链(5)，使得至少在第二操作模式开始时至少两个天线功能(2,3)连接到相同无线电链(5)，其中所述节点(1)设置成借助所述射束形成网络(7)对于所述至少两个天线功能(2,3)执行射束形成，所述开关网络(6)设置成在第一模式与第二模式之间切换。
2.如权利要求1所述的节点，其特征在于：无线电链的数量和天线功能的数量是相等的，其中在第一操作模式中，每个无线电链仅与一个天线功能连接。
3.如以上权利要求中任一项所述的节点，其特征在于：所述射束形成网络(7)包括至少一个相移器(9)。
4.如以上权利要求中任一项所述的节点，其特征在于：所述射束形成网络包括至少一个衰减器(9a)。
5.如以上权利要求中任一项所述的节点，其特征在于：所述节点还包括：控制单元(10)，所述控制单元(10)设置成控制所述开关网络(6)和所述射束形成网络(7)。
6.如权利要求5所述的节点，其特征在于：所述控制单元(10)设置成根据信道来控制所述开关网络(6)和所述射束形成网络(7)。
7.如以上权利要求中任一项所述的节点，其特征在于：在另外操作模式中，另外天线功能(15,16,17,18)设置成连接到已经连接到至少一个天线功能的无线电链(19,20,21,22)。
8.如以上权利要求中任一项所述的节点，其特征在于：天线功能(2)与其断开连接的那些无线电链(4)被关闭。
9.如以上权利要求中任一项所述的节点，其特征在于：在第二操作模式中，所述控制单元设置成切换回第一操作模式，从而允许执行对所述信道的测量。
10.如以上权利要求中任一项所述的节点，其特征在于：第一操作模式对应于MIMO多输入多输出通信。
11.一种在无线通信系统中的方法，所述方法包括如下步骤：
(101)在第一操作模式开始时将天线功能连接到对应的无线电链，每个天线功能都连接到对应的无线电链，
其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
(102)在第二操作模式开始时，将至少一个天线功能与其对应的无线电链断开连接；
(103)经由至少部分射束形成网络将所述至少一个断开连接的天线功能连接到另一个所述对应的无线电链，使得至少两个天线功能在第二操作模式连接到相同无线电链；以及
(104)使用所述射束形成网络对于所述至少两个天线功能执行射束形成。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：无线电链的数量和天线功能的数量是相等的，其中在第一操作模式中，每个无线电链仅与一个天线功能连接。
13.如权利要求11-12中任一项所述的方法，其特征在于：所述射束形成网络(7)使用至少一个相移器(9)和/或至少一个衰减器(9a)。
14.如权利要求11-13中任一项所述的方法，其特征在于：根据所述信道来控制所述开关网络(6)和所述射束形成网络(7)。
15.如权利要求11-14中任一项所述的方法，其特征在于：在第二操作模式中，通过切换回第一操作模式来执行对所述信道的测量。
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