CN105429682A

CN105429682A - 有源天线工作模式的自适应控制装置和方法

Info

Publication number: CN105429682A
Application number: CN201410460619.0A
Authority: CN
Inventors: 谢伟良; 杨峰义; 毕奇
Original assignee: China Telecom Corp Ltd
Current assignee: China Telecom Corp Ltd
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2034-09-11
Also published as: CN105429682B

Abstract

本发明公开了一种有源天线工作模式的自适应控制装置和方法，涉及移动通信领域。本发明实施例根据基站与终端之间的独立传输路径信息选择天线工作模式，使得基站可以根据信道环境自适应的选择合适的天线工作模式，提升系统的覆盖性能和容量；同时，在数字中频部分，根据天线工作模式进行信号分配，建立信号与天线振子的映射，并集成幅相控制功能，实现若干固定下倾角的设置，实现下倾角的非连续改变，可以简化基带与数字中频之间的控制信令，更稳定和可靠地保证波束之间的空间隔离。

Description

有源天线工作模式的自适应控制装置和方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域，特别涉及一种有源天线工作模式的自适应控制装置和方法。

背景技术

在移动通信领域，有源天线技术是研究的一个热点问题。有源天线技术是在每个天线振子后面都集成一套信号处理系统，实现振子级的信号处理与控制技术。通过振子级的信号处理与控制技术实现辐射波束的灵活控制。

现有的有源天线技术方案需要将每个天线振子都与系统的基带处理单元连接，随着天线振子数量的增加，基带与有源天线之间的连接就变得异常庞大而复杂，基带与有源天线之间的交互信令比较复杂，并且稳定性和可靠性比较差。

发明内容

本发明实施例所要解决的一个技术问题是：解决目前的有源天线技术存在的基带与数字中频之间的交互信令比较复杂，并且稳定性和可靠性比较差的问题。

根据本发明实施例的一个方面，提出一种有源天线工作模式的自适应控制装置，包括：自适应控制模块，用于根据基站与终端之间的独立传输路径信息，选择天线工作模式；数字中频模块，用于根据自适应控制模块选择的天线工作模式进行信号分配，建立信号与天线振子的映射，并通过调整天线振子中信号幅度和相位，将用户在所述天线工作模式下的各个波束的下倾角调整为若干预置离散下倾角中的其中一个下倾角。

在一个实施例中，自适应控制模块，具体用于：

当独立传输路径数量大于或等于4路，选择4×4MIMO天线工作模式；

或者，当独立传输路径数量小于4路，选择2×2MIMO天线工作模式。

在一个实施例中，4×4MIMO天线工作模式通过以下方式实现：设置上下垂直的两组天线振子，每组天线振子形成下倾角相同的两个极化方向的波束。例如，+45°和－45°极化方向的波束。

在一个实施例中，自适应控制模块，还用于通过信道估计确定基站与终端之间的独立传输路径信息。

根据本发明实施例的再一方面，提出一种有源天线工作模式的自适应控制方法，包括：根据基站与终端之间的独立传输路径信息，选择天线工作模式；在数字中频部件中，根据选择的天线工作模式进行信号分配，建立信号与天线振子的映射，并通过调整天线振子中信号幅度和相位，将用户在所述天线工作模式下的各个波束的下倾角调整为若干预置离散下倾角中的其中一个下倾角。

在一个实施例中，根据基站与终端之间的独立传输路径信息，选择天线工作模式包括：

在一个实施例中，有源天线工作模式的自适应控制方法还包括：通过信道估计确定基站与终端之间的独立传输路径信息。

本发明实施例根据基站与终端之间的独立传输路径信息选择天线工作模式，使得基站可以根据信道环境自适应的选择合适的天线工作模式，提升系统的覆盖性能和容量；同时，在数字中频部分，根据天线工作模式进行信号分配，建立信号与天线振子的映射，并集成幅相控制功能，实现若干固定下倾角的设置，实现下倾角的非连续改变，可以简化基带与数字中频之间的控制信令，更稳定和可靠地保证波束之间的空间隔离。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明有源天线工作模式的自适应控制装置一个实施例的结构示意图。

图2示出本发明2×2MIMO天线工作模式的结构示意图。

图3示出本发明4×4MIMO天线工作模式的结构示意图。

图4示出本发明有源天线自适应波束MIMO控制机制的示意图。

图5示出本发明有源天线工作模式的自适应控制方法一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，有源天线(ActiveAntennaSystem，AAS)将射频拉远单元(RadioRemoteUnit，RRU)与天线集成为一个设备，并实现基于不同频率的波束独立成形技术，即，在一个基站下的不同用户将占用小区的不同频率资源，不同频率上的用户波束通过数字中频系统的幅度和相位控制来实现不同波束特性。具体来说，有源天线将天线振子幅相控制功能集成在有源设备的数字中频部件中，因此可以在一副天线振子中形成多个同时存在的波束，每个波束可以分别对应一个系统频率，用于不同网络技术的小区覆盖，每个波束可以独立设置下倾角，即形成多系统多频率的覆盖系统。

以LTE(长期演进)系统为例，每个用户占用不同OFDM(正交频分复用)子载波，每个子载波具有不同频率，通过本发明实施例中的集成幅相控制功能的数字中频部件，可以控制每个用户占用的频率信号的幅度与相位，形成不同下倾角的波束，对用户形成最佳覆盖。

有源天线系统中的每个天线振子中所传输的独立信号数量是远远小于天线振子数量的，一般1根18分贝双极化天线的振子数量为20个，而实际仅仅是传输2路独立信号来实现2×2MIMO传输，所以为了简化基带与有源天线之间的接口，在本发明中，可以将2路信号与天线振子之间的匹配放在有源天线中的数字中频部件来处理。同时，对于每个天线振子中信号的幅度和相位调整也可以放在数字中频部件来处理，以简化基带部件的处理工作。简化基带部件与数字中频部件之间接口也简化了各路天线振子之间的相位校准问题，这将由数字中频来统计调整，增强了系统的稳定性和可靠性。

根据本发明实施例的一个方面，提出一种有源天线工作模式的自适应控制装置。参考图1，本实施例的装置包括以下功能模块：

自适应控制模块102，用于根据基站与终端之间的独立传输路径信息，选择天线工作模式；其中，独立传输路径信息，即散射径信息，能够反映信道环境。

数字中频模块104，用于根据天线工作模式进行信号分配，建立信号与天线振子的映射，同时通过调整每个振子中信号的幅度和相位，将用户在该天线工作模式下的各个波束的下倾角调整为若干预置离散下倾角中的其中一个下倾角。其中，若干预置离散下倾角例如可以是0°、5°、10°等，根据需要可以设置或改变下倾角的具体数值，此处仅是举例说明。

其中，天线工作模式例如包括但不限于4×4MIMO(多入多出)天线工作模式、2×2MIMO天线工作模式。在一个实施例中，自适应控制模块102，具体用于：

当基站与终端之间的独立传输路径数量大于或等于4路，即，用户周围无线信号散射径比较多时，选择4×4MIMO天线工作模式。

当基站与终端之间的独立传输路径数量小于4路，即，用户周围无线信号散射径比较少时，此时信道条件无法满足4×4MIMO系统的要求，可以选择2×2MIMO天线工作模式。

在一个应用实例中，可以由BBU(基带处理单元)将用户信号发送给AAS，同时告知AAS的数字中频模块，该用户信号采用4×4MIMO天线工作模式或者2×2MIMO天线工作模式。

在一个实施例中，自适应控制模块102，还用于通过信道估计确定基站与终端之间的独立传输路径信息。例如，基站向终端发送信息，终端对基站发送的信息进行测量，并将测量结果(如时延扩展、相干带宽、多普勒扩展和相干时间等)发送给基站，基站根据测量结果确定出独立传输路径信息。另外，也可以由基站对终端发送的信息进行测量，并根据测量结果确定出独立传输路径信息。

2×2MIMO天线工作模式例如可以采用空间隔离或双极化隔离等技术实现。空间隔离一般采用水平摆放多根天线，通过水平空间位置的不同，实现不同天线之间的弱相关信道，从而保证MIMO性能。双极化隔离是通过天线的不同极化方向来实现天线之间的弱相关，从而保证MIMO性能。图2示出2×2MIMO天线工作模式的一个示例。

传统技术采用不同天线振子数来形成不同频率多波束，由于有源天线采用的天线振子数一般多于传统无源天线，波束垂直面宽度都会窄于普通天线，基于有源天线的特殊性，本发明提出一种新的MIMO技术，即垂直隔离多天线MIMO技术，可以用于实现4×4MIMO天线工作模式，即，将天线振子分为垂直上下两组，每组分别形成独立MIMO天线，这样就可以在MIMO维度上扩展一倍，形成4×4MIMO。垂直隔离只会增加天线长度，不会对基站天面提出空间要求，也更容易保证两组天线振子的倾角一致，此外，垂直隔离多天线MIMO技术还可以增加空间复用传输路径的数量，从而提升系统性能。下面具体说明。

在一个实施例中，4×4MIMO天线工作模式通过以下方式实现：设置上下垂直的两组天线振子，每组天线振子形成下倾角相同的两个极化方向的波束。例如，极化角度差例如可以是90°，即+45°和－45°极化方向的波束，从而保证波束之间的弱相关。图3示出4×4MIMO天线工作模式的一个示例。

为了获得较好的MIMO性能，还可以使上下垂直的两组天线振子与地面法线之间的倾角一致，从而提高双极化天线振子的重叠覆盖区域。

图4是本发明有源天线自适应波束MIMO控制机制的示意图。如图4所示，对于有源天线系统，基站的基带处理单元BBU将基带信号通过接口发给AAS，在AAS中信号要经过中频信号处理，这时会给每一路信号引入幅度和相位，最终经过信号合成，从而产生出各种天线波束，并通过天线振子传送出去。其中，AAS中的数字中频模块具体可以细分为天线信号分配功能，用于在不同天线工作模式下建立基带信号与每个天线振子之间的映射关系，以及幅相控制功能，用于对每一天线振子中的信号引入幅度和相位以改变合成波束的下倾角。

有源天线自适应波束MIMO控制机制，对于采用OFDM系统的每一个用户所占用的子载波形成独立波束特性，即可以选择采用高增益双波束来用于提升覆盖性能，也可以选择形成垂直多天线MIMO波束形成4×4MIMO系统来提升容量。这种方案优点是基于用户来构成各自的用户波束，同时可以在传统单列振子天线下来构成4×4MIMO系统。

利用有源天线可以同时生成不同频率多波束的技术特性，对每个用户信号进行数字中频幅度和相位控制，并采用自适应波束MIMO控制机制，实现基于用户的MIMO工作模式转换，来满足不同网络应用环境需求，提升系统覆盖性能和容量性能。

一个实施例中，由于AAS采用了数字中频技术，数字中频模块104采用数字软件实现，实现基带信号与天线振子映射，同时实现对每个天线振子中信号的幅相控制。但是，为了简化基带与数字中频部件之间的控制信令，用户与基站之间路径的垂直扩散角一般较小，例如10度，所以波束下倾角采用固定几个值的设置方式，而不采用连续变化的方式，这样可以简化控制信令，同时可以更稳定的保证波束之间的垂直空间隔离。

根据本发明实施例的再一方面，提出一种有源天线工作模式的自适应控制方法，参考图5，本实施例的方法包括：

步骤S502，根据基站与终端之间的独立传输路径信息，选择天线工作模式；

步骤S504，在数字中频部件中，根据选择的天线工作模式进行信号分配，建立信号与天线振子的映射，并通过调整每个振子中信号的幅度和相位，将用户在所述天线工作模式下的各个波束的下倾角调整为若干预置离散下倾角中的其中一个下倾角。

在一个实施例中，步骤S502根据基站与终端之间的独立传输路径信息，选择天线工作模式具体包括：

在一个实施例中，4×4MIMO天线工作模式通过以下方式实现：设置上下垂直的两组天线振子，每组天线振子形成下倾角相同的两个极化方向的波束。例如，+45°和－45°极化方向的波束，以满足弱相关要求。

在一个实施例中，有源天线工作模式的自适应控制方法还包括：通过信道估计确定基站与终端之间的独立传输路径信息。其中一种方法可以根据基站与终端之间的信号测量结果确定独立传输路径信息，具体参考前述，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种有源天线工作模式的自适应控制装置，其特征在于，所述装置包括：

自适应控制模块，用于根据基站与终端之间的独立传输路径信息，选择天线工作模式；

数字中频模块，用于根据自适应控制模块选择的天线工作模式进行信号分配，建立信号与天线振子的映射，并通过调整每个振子中信号的幅度和相位，将用户在所述天线工作模式下的各个波束的下倾角调整为若干预置离散下倾角中的其中一个下倾角。

2.根据权利要求1所述的有源天线工作模式的自适应控制装置，其特征在于，所述自适应控制模块，具体用于：

3.根据权利要求2所述的有源天线工作模式的自适应控制装置，其特征在于，所述4×4MIMO天线工作模式通过以下方式实现：

设置上下垂直的两组天线振子，每组天线振子形成下倾角相同的两个极化方向的波束。

4.根据权利要求1所述的有源天线工作模式的自适应控制装置，其特征在于，所述自适应控制模块，还用于通过信道估计确定基站与终端之间的独立传输路径信息。

5.根据权利要求3所述的有源天线工作模式的自适应控制装置，其特征在于，所述天线振子形成+45°和－45°极化方向的波束。

6.一种有源天线工作模式的自适应控制方法，其特征在于，所述方法包括：

根据基站与终端之间的独立传输路径信息，选择天线工作模式；

在数字中频部件中，根据选择的天线工作模式进行信号分配，建立信号与天线振子的映射，并通过调整天线振子中信号幅度和相位，将用户在所述天线工作模式下的各个波束的下倾角调整为若干预置离散下倾角中的其中一个下倾角。

7.根据权利要求6所述的有源天线工作模式的自适应控制方法，其特征在于，所述根据基站与终端之间的独立传输路径信息，选择天线工作模式包括：

8.根据权利要求7所述的有源天线工作模式的自适应控制方法，其特征在于，4×4MIMO天线工作模式通过以下方式实现：

9.根据权利要求6所述的有源天线工作模式的自适应控制方法，其特征在于，所述方法还包括：通过信道估计确定基站与终端之间的独立传输路径信息。

10.根据权利要求8所述的有源天线工作模式的自适应控制方法，其特征在于，所述天线振子形成+45°和－45°极化方向的波束。