CN107408966A - 用于适配波束图案的方法、控制系统和通信系统 - Google Patents

用于适配波束图案的方法、控制系统和通信系统 Download PDF

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Abstract

本公开涉及用于适配由服务一个或多个用户UE1、UE2的至少一个阵列天线21‑23产生的波束图案的方法和控制系统。每个阵列天线包括孔径内的多个天线子阵列24，并且被配置为使用固定波束集41来向服务区域提供覆盖，每个固定波束的波束图案覆盖所述服务区域的一部分，所述波束图案是通过向所述天线子阵列应用权重产生的。所述方法包括：针对每个固定波束产生116若干权重集，其中，每个权重集在主方向产生类似的覆盖并且在其他方向产生低于一个或多个阈值的旁瓣级别；针对每个固定波束存储118所述权重集；从调度器34；91接收120关于至少两个固定波束的信息，其中，第一固定波束25；96和第二固定波束26；94向所述一个或多个用户UE1、UE2提供覆盖；基于所述第二固定波束94的主方向上的旁瓣级别95针对所述第一固定波束25；96选择权重集，以及基于所述第一固定波束96的主方向上的旁瓣级别97针对所述第二固定波束26；94选择权重集，以最小化所述第一固定波束和所述第二固定波束之间的干扰；以及当产生相应的波束图案时，向天线子阵列应用122针对每个固定波束选择的权重集。

Description

用于适配波束图案的方法、控制系统和通信系统
技术领域
本公开涉及用于适配通过如独立权利要求1的前序部分限定的阵列天线产生的波束图案的方法。本公开还涉及用于适配通过阵列天线产生的波束图案的控制系统以及包括这一控制系统的通信系统。
背景技术
固定多波束天线系统是电信系统中的若干个可能实现之一。原理是具有相当大的固定波束集，其中每个波束覆盖节点的服务区域的一部分，并且所有波束一起覆盖具有两个正交极化的完整期望服务区域。
在这样的系统中，UE和节点之间的下行链路和上行链路传输可以通过利用最适合的波束子集(即给出最佳链路预算并具有最佳SIR的波束)来进行调度。同时，也可以通过使用另一波束子集来调度其他UE，其中假设干扰可以保持为足够低，即不同波束子集之间的空间隔离是足够的。
实现多波束天线系统的一种方式是利用阵列天线并使每个波束对应于元件激励(元件权重)集。
像所有系统中一样，固定多波束系统的一个问题是，信号将不仅通过期望的波束发送和接收，而是还会经由旁瓣发射和接收，即波束之间的空间隔离取决于波束的旁瓣级别。通过旁瓣发送和接收的信号将表现为对经由其他波束发送的其他信号的干扰，并且将使得针对多个用户(MU-MIMO)或单个用户(SU-MIMO)的同时发送和/或接收不太有利。
因此，波束之间的良好隔离要求每个波束不仅具有期望的覆盖区域，而且还具有覆盖区域外的低旁瓣级别，以便对其它波束产生较低干扰。
当使用阵列天线时，应为所期望的波束覆盖以及低旁瓣级别确定针对每个波束的元件权重。然而，一般来说，低旁瓣级别的要求意味着降低孔径效率的惩罚。在下行链路中，在有源阵列天线实现的情况下，较差的PA利用率将是一个问题。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种用于在与现有技术技术相比具有改进的空间隔离和信号干扰比的具有一个或多个用户的天线系统中适配波束图案的方法。
所述目标可使用一种用于适配由使用多个空间MIMO数据流服务一个或多个用户的阵列天线产生的波束图案的方法实现。所述阵列天线包括孔径内的多个子阵列。所述阵列天线被配置为使用固定波束集向服务区域提供覆盖。每个固定波束的波束图案只覆盖服务区域的一部分，并且波束图案是通过向天线子阵列应用权重产生的。
所述方法包括：
a)针对每个固定波束产生若干权重集。每个权重集在主方向(即主瓣)中产生类似的覆盖，并且在与主方向不同的其他方向上产生低于一个或多个阈值的旁瓣级别。其他方向对应于属于固定波束集的有限数量的固定波束的主方向；
b)针对每个固定波束存储所述权重集；
c)从调度器接收关于意欲用于通信目的的至少两个固定波束的信息，其中，第一固定波束向第一用户提供覆盖，以及第二固定波束向第二用户提供覆盖；
d)基于所述第二固定波束的主方向上的旁瓣级别针对所述第一固定波束从存储的权重集中选择权重集，以及基于所述第一固定波束的主方向上的旁瓣级别针对所述第二固定波束从存储的权重集中选择权重集，以最小化所述第一波束和所述第二波束之间的干扰；以及
e)当产生相应的波束图案时，向天线子阵列应用122针对意欲用于通信的每个固定波束选择的权重集。
所述目标还可通过一种用于适配由使用多个空间MIMO数据流服务一个或多个用户的阵列天线产生的波束图案的控制系统来实现。所述阵列天线包括孔径内的多个天线子阵列(包括一个或多个天线元件)。所述阵列天线被配置为使用固定波束集向服务区域提供覆盖。每个固定波束的波束图案只覆盖服务区域的一部分，并且波束图案是通过向天线子阵列应用权重产生的。所述控制系统包括：
-存储器，被配置为针对每个固定波束存储权重集。每个权重集被配置为在主方向(即主瓣)中产生类似的覆盖，并且在与主方向不同的其他方向上产生低于一个或多个阈值的旁瓣级别。其他方向对应于属于固定波束集的有限数量的固定波束的主方向，以及
-处理单元，被配置为：
-接收关于意欲用于通信目的的至少两个固定波束的信息，其中，第一固定波束和第二固定波束向所述一个或多个用户提供覆盖；
-基于所述第二固定波束的主方向上的旁瓣级别针对所述第一固定波束从所述存储器中选择权重集，以及基于所述第一固定波束的主方向上的旁瓣级别针对所述第二固定波束从所述存储器中选择权重集，以最小化所述第一固定波束和所述第二固定波束之间的干扰；以及
-提供关于针对意欲用于通信的每个固定波束的权重集的信息，所述权重集将在产生相应的波束图案时应用于所述天线子阵列。
本公开的一个优点是可以通过与调度决策一起适配波束图案(特别是在旁瓣区域)来改善用于MU-MIMO的性能。
本公开的另一个优点是允许更高效地使用天线孔径以及改进的PA利用率。
对于本领域技术人员来说，其它目的和优点将从详细说明和附图中显而易见。
附图说明
图1根据现有技术示出了电信系统中的节点，其说明了由所述节点服务的多个用户之间的通信。
图2示出了被配置为实现本公开的天线布置。
图3示出了被配置为实现本公开的控制系统。
图4a示出了经由具有均匀激励的一维阵列天线的波束集。
图4b示出了图4a中的一维阵列天线的功率利用率和相位。
图5a根据现有技术示出了经由具有根据Taylor分布的幅度权重的一维阵列天线形成的特定波束的示例。
图5b示出了图5a中的一维阵列天线的功率利用率和相位。
图6a示出了针对经由在第一方向具有抑制的一维阵列天线的特定波束的第一示例。
图6b示出了图6a中的一维阵列天线的功率利用率和相位。
图7a示出了针对经由在第二方向具有抑制的一维阵列天线的特定波束的第二示例。
图7b示出了图7a中的一维阵列天线的功率利用率和相位。
图8示出了结合图2说明本公开的波束图案。
图9示出了针对不同小区中的用户说明本公开的示例。
图10a示出了针对经由具有均匀幅度分布的二维矩形阵列天线形成的波束的波束图案。
图10b示出了图10a中的二维矩形阵列天线的功率利用率。
图11a示出了针对经由具有Taylor分布的二维矩形阵列天线形成的波束的波束图案。
图11b示出了图11a中的二维矩形阵列天线的功率利用率。
图12示出了实现本公开的方法的流程图。
图13示出了本公开的通用装置。
具体实施方式
为了以简化描述(以及附图)，下面的描述将主要关注一维(1D)天线的情况，但是并不限制于1D。如结合图9-11b进行的说明，对于二维(2D)天线，本公开的想法和方法实际上更有益。
阵列天线包括多个子阵列Ntot，例如Ntot被布置为孔径内的Ntot＝M×N个天线子阵列(每个子阵列包括一个或多个天线元件)；M和N是等于或大于1的整数，M、N≥1。下面的描述是针对M x N拓扑，而这些原理也适用于其他天线拓扑。
本公开涉及“固定多波束”系统，并且应被解释为功能描述，其中借助从波束集中选择的一个或多个波束进行发射和/或接收，每个波束覆盖服务区域的一部分(即仅部分)。在属性在原理上随时间是静态的意义上，波束是固定的。“固定波束”不应被解释为例如使用Butler矩阵或类似矩阵的实现描述。
本公开涉及一种固定多波束天线系统，其中引入了灵活的固定波束概念，以便改善不同的波束子集之间的良好空间隔离的先决条件，从而改善用于例如MU-MIMO调度的SINR。本公开也可应用于具有多个空间数据流、经由不同的路径、到同一用户的SU-MIMO或SU/MU-MIMO的组合。因此，尽管本公开适用于MU-MIMO、SU-MIMO或它们的组合，但是描述通过MU-MIMO作为示例来对本公开进行说明。
可以通过稍微修改波束成形权重来改善用于所选波束组合的SINR，使得对于给定的波束，主波束中的信号强度原则上是不变的，而在其他同时使用的波束的方向上的干扰扩展通过在这些方向上的减小的旁瓣级别(SLL)而较低。
基本思想是让每个波束具有个权重集，其中每个集合在主方向上产生相同或至少相似的波束覆盖，并且其中权重集之间的差异是它们具有不同的区域或方向，具有低旁瓣级别。因此，一旦决定在哪个波束集中调度哪个UE，则调度器可以对其加以利用，以改善空间隔离和SIR。
通过与调度决策一起适配波束模式(使用不同权重集)(特别是在旁瓣区域)，可以提高MU-MIMO的性能。
所提出的方案不仅可以用于MU-MIMO，而且可以用于改善不同的(通常相邻的)小区中的用户的性能，如图9所示。
灵活的固定波束概念允许更高效地使用天线孔径以及改进的PA利用率。因为对于每组权重，旁瓣级别不需要在整个服务区域上被抑制，而仅需要在旁瓣级别低于预定阈值的服务区域的部分被抑制(即在不同于主方向的方向)，所以这能够被实现。可以针对相同的固定波束产生权重集，该相同的固定波束在所述相同方向上的旁瓣级别低于一个或多个阈值。对于二维阵列天线(如图10a-b和11a-b所示)，基本切割(cardinal cut)以外的SLL远低于基本切割。因此，对于在基本切割以外的方向的用户应用用于SLL抑制的措施的需求较少，与传统的SLL抑制技术相比，允许更好的PA利用率和孔径效率。
图1示出了根据现有技术的电信系统中的节点。通常，节点服务由在节点中实现的天线布置11确定的服务区域10中的用户(由第一用户设备UE1和第二用户设备UE2示出)。如节点和用户设备UE1和UE2之间的箭头12和13所示的同时通信可能发生，并且当使用固定多波束天线系统时，如背景技术中所描述的，UE1与节点之间的下行链路和上行链路传输可以通过使用最适合(即提供最佳链路预算并具有最佳SIR的波束)的子集波束来调度。然而，由于不同波束子集之间的空间隔离可能不够，所以可能难以同时使用另一波束子集来调度UE2。
图2示出了由水平面中的三个线性阵列天线21、22和23实现的节点20(具有十个天线阵列的1维示例)，其中每个线性阵列天线服务表示为A，B和C的120度扇区。UE1和UE2位于由线性阵列天线21所服务的同一扇区A内。在该示例中，每个阵列天线包括十个有源子阵列24(为了说明的目的，每个子阵列被示为单个天线元件)，并且假设天线子阵列的半功率波束宽度为90度。
假设每个阵列天线在不同方向具有十六个固定波束，以用于覆盖相应120度扇区，波束25为UE1提供覆盖，并且波束26为UE2提供覆盖。图4a和4b示出了基于具有适当相位的均匀幅度分布的十六个固定波束，以使固定波束指向适当的方向。通过均匀的幅度分布，实现了100％孔径效率和100％PA下行链路利用率。
图3示出了被配置为实现本公开的控制系统30。控制系统包括被配置为与存储器32连接的处理单元31。控制系统30的处理单元31还被配置为例如从调度器34接收信息33，并且被配置为提供当通过阵列天线36与用户通信时使用的天线控制信息35。
控制系统30的目的是适配由服务一个或多个用户的阵列天线36产生的波束图案，所述一个或多个用户可以是MU-MIMO系统中的同时用户。所述阵列天线包括孔径内的多个天线子阵列。阵列天线36被配置为使用固定波束集来向服务区域提供覆盖，每个固定波束的波束图案覆盖所述服务区域的一部分(例如，针对一维阵列天线的扇区)，所述波束图案是通过向所述天线子阵列应用权重产生的。
如上所述，控制系统包括存储器32和处理单元31。存储器32被配置为针对每个固定波束存储权重集。每个权重集被配置为在主方向(即主瓣)中产生相同或至少类似的覆盖，并且在与主方向不同的其他方向上产生低于一个或多个阈值的旁瓣级别。如结合图6a、7a和8所示，其他方向对应于属于固定波束集的有限数量的固定波束的主方向。
处理单元31被配置为：
-接收关于意欲用于通信目的的至少两个固定波束25和26(如图2所示)的信息，其中，第一固定波束25向第一用户UE1提供覆盖，以及第二固定波束26向第二用户UE2提供覆盖。在使用SU-MIMO的情况中，第一波束和第二波束可以向相同用户(例如UE1)提供覆盖。
-基于所述第二固定波束26的主方向上的旁瓣级别针对所述第一固定波束25从所述存储器32中选择权重集，以及基于所述第一固定波束25的主方向上的旁瓣级别针对所述第二固定波束26从所述存储器32中选择权重集，以最小化所述第一固定波束25和所述第二固定波束26之间的干扰。
-提供关于针对意欲用于通信的每个固定波束的权重集的信息35，所述权重集将在从阵列天线36产生相应的波束图案时应用于所述天线子阵列。
图4a示出了说明经由具有均匀激励的10个元件的一维阵列天线(如结合图2所述)的固定波束集41的波束图案的图。x轴是-60度至+60度范围内的角度，y轴是以dBi为单位的增益。当产生固定波束时，还产生主瓣42和旁瓣，旁瓣低于+2dBi，这由线43示出。每个主瓣高于+12dBi，相对于相同方向的主波束的峰值增益，旁瓣级别(SSL)低于-13dB。图4b(在x轴上)示出了图2中的一维阵列天线21的所有十个天线子阵列的幅度为0.0dB(线44)；以及图2中的一维阵列天线21的所有十个天线子阵列的相位为0度(线45)。
图5a示出了根据如图5b所示的Taylor分布向来自图2的阵列天线21中的十个天线子阵列24应用的具有幅度权重(线51)的在+13dBi处的第三固定波束50的波束图案的示例。旁瓣低于-9dBi，SSL为-22dB。针对图2中的一维阵列天线21的所有十个天线子阵列，相位为0度(线52)。这对应于孔径效率为95％(-0.2dB)，PA利用率为62％(-2.1dB)。使用Taylor分布的优点是在服务区域内的任何方向都可以实现合适的但不是恒定的SSL。如Taylor分布所示，在主波束外的所有方向上具有固定旁瓣抑制的任何孔径分布将具有相同的优点，但也具有与差的PA利用率和孔径效率相关的缺点。
图6a示出了在15dBi处的第三固定波束60的波束图案的示例，其中优化了幅度和相位权重，以在第十固定波束61、第十一固定波束62和第十二固定波束63的位置实现相对于所述波束的峰值增益的-25dB的SLL(旁瓣低于-10dBi)。图6b(在x轴上)示出了图2中的一维阵列天线21的所有十个天线子阵列的变化幅度(线64)；以及针对图2中的一维阵列天线21的所有十个天线子阵列的变化相位(线65)。在这种情况下，孔径效率为98.6％(-0.06dB)，PA利用率为79％(-1.0dB)。
图7a示出了在15dBi处的第三固定波束70的波束图案的示例，其中优化了幅度权重，以在第八固定波束71和第九固定波束72的位置实现相对于所述波束的峰值增益的-23dB的SLL(旁瓣低于-8dBi)。图7b(在x轴上)示出了图2中的一维阵列天线21的所有十个天线子阵列的变化幅度(线73)；以及针对图2中的一维阵列天线21的所有十个天线子阵列的变化相位(线74)。在这种情况下，孔径效率为98.3％(-0.07dB)，PA利用率为93％(-0.3dB)。
图8示出了结合图2说明本公开的波束图案。UE1位于与第三波束75对应的第一方向(-40度)，并且UE2位于对应于第十一波束76的第二方向(+20度)。实线示出了具有旁瓣的第一方向上的固定波束(主瓣)，虚线示出了具有旁瓣的第二方向上的固定波束(主瓣)。
通过针对在第一方向上的固定波束选择适当的权重集，第二方向上的旁瓣级别低于-10dBi，如线77所示。同样，通过针对在第二方向上的固定波束选择适当的权重集，第一方向上的旁瓣级别低于-10dBi。因此，与UE1和UE2的同时通信可以通过改善的SIR来实现，这是因为旁瓣相对于其他波束的方向上的峰值减小到低于-25dB。
图9示出了针对不同小区中的用户说明本公开的电信系统90的示例。该示例中的系统90包括服务用户(UE1和UE2)的两个节点(98和99)。公共调度器91与节点通信，如箭头92和93所示。为了改善信号接收并促进与UE1和UE2的同时通信，调度器91向每个节点发送指示向哪个用户提供覆盖以及在什么方向上抑制旁瓣以最小化干扰的信息。
如结合图3描述的，控制系统可以在每个节点中实现。在第一节点98中，控制单元选择为UE2提供覆盖的权重集(主瓣94)，并且在UE1的方向上抑制旁瓣(旁瓣95)。类似地，在第二节点99中，控制单元选择为UE1提供覆盖的权重集(主瓣96)，并且在UE2的方向上抑制旁瓣(旁瓣97)。
当然可以使用与调度器91集成的公共控制单元，其向每个节点的天线控制系统提供天线控制信息。然而，必须提供与每个阵列天线相关联的存储器，以存储关于可用于提供覆盖的权重集的信息。存储器可以在每个节点中实现(如图3所示)，或者对于节点是公共的，例如与调度器91集成在一起。
所述控制系统被配置为适配由服务一个或多个用户的至少一个阵列天线(图3中示出的一个阵列天线的示例和图9中示出的具有两个阵列天线的示例)生成的波束图案。每个阵列天线包括孔径内的多个天线子阵列，并且被配置为使用固定波束集向服务区域提供覆盖。每个固定波束的波束图案覆盖所述服务区域的一部分(例如，针对一维阵列天线的扇区)，所述波束图案是通过向所述天线子阵列应用权重产生的。
控制系统包括与每个阵列天线相关联的存储器和一个处理单元(图3)或两个处理单元(图9)。所述存储器被配置为针对每个相关联的阵列天线的每个固定波束存储若干权重集，并且每个权重集被配置为在主方向(即，主瓣)中产生类似的覆盖并且在与所述主方向不同的其他方向产生低于一个或多个阈值的旁瓣级别(例如，相对于主瓣，低于-20dB)，其中，所述其他方向对应于属于所述固定波束集的有限数量的固定波束的主方向；
至少一个处理单元被配置为：
-接收(例如从调度器接收)关于意欲用于通信目的的至少两个固定波束的信息，其中，第一固定波束和第二固定波束向所述一个或多个用户提供覆盖。所述信息可以包括公共坐标系统中的指示方向以及分离阵列天线的情况(如图9所示)中的其他相关信息。
-基于所述第二固定波束的主方向上的旁瓣级别针对所述第一固定波束从所述存储器中选择权重集，以及基于所述第一固定波束的主方向上的旁瓣级别针对所述第二固定波束从所述存储器中选择权重集，以最小化所述第一固定波束和所述第二固定波束之间的干扰；以及
-提供关于针对意欲用于通信的每个固定波束的权重集的信息，所述权重集将在产生相应的波束图案时应用于所述至少一个阵列天线的天线子阵列。
被配置为存储在存储器中的至少一个权重集可以在与不同于所述主方向的一个或多个相应固定波束的方向一致的方向上产生具有低于所述阈值之一的旁瓣级别。
至少一个处理单元可被配置为向一个天线控制系统(图3)或两个天线控制系统(图9)提供关于每个固定波束的权重集的信息。
可在被配置为与服务区域内的至少一个用户通信的通信系统中实现用于适配波束图案的控制系统和方法。该通信系统包括：
-具有服务一个或多个用户的至少一个阵列天线的至少一个节点，每个阵列天线包括孔径内的多个天线子阵列，并且被配置为使用固定波束集来向服务区域提供覆盖，每个固定波束的波束图案覆盖所述服务区域的一部分，所述波束图案是通过向所述至少一个阵列天线的天线子阵列应用权重产生的；
-调度器，被配置为提供关于至少两个固定波束的信息，其中，第一固定波束和第二固定波束向所述一个或多个用户提供覆盖；以及
-如上所述的控制系统。
为了进一步说明所述概念的益处，示出了具有二维服务区域的二维天线。在图10a中，示出了用于固定波束的波束图案80，其经由包括10×10个有源天线子阵列的二维矩形阵列天线形成。阵列天线馈送有均匀的幅度分布和均匀的相位分布，这意味着孔径效率以及功率放大器利用率较高，实际上与100％相同。可以观察到的是，在大区域上(基本切割(如箭头83和84所示)不包括在该区域中)，旁瓣级别相当低。阴影平面81表示相对于固定波束峰值82的-25dB级别。这意味着尽管阵列天线具有均匀幅度锥度，但只要它们不位于彼此的基本切割中，就可以为多个同时的用户提供良好的隔离。阵列天线中每个天线子阵列的功率利用率85如图10b所示。
在图11a中，示出了固定波束示例的另一波束图案100，其中Taylor锥度或分布被应用于阵列天线，使得在基本切割(方位角101和仰角102)中的旁瓣级别为-25dB。阴影平面103表示相对于固定波束峰值104的-25dB级别。显然，这些区域中的旁瓣级别有所下降，但是其代价在于，阵列效率现在是82％，对应于0.9dB的损失，并且功率放大器利用率现在是30％，对应于5dB的“损失”。这种情况下的功率利用率105如图11b所示。因此，在总是应用Taylor幅度锥度的情况下，对于所有的波束来讲，并且无论服务的UE的数量如何，这种布置总是会受到这些损失的影响。这对于在主波束外的所有方向上具有固定旁瓣抑制的任何孔径分布都是正确的，并且Taylor分布仅是这种分布的一个示例。
因此，最好仅在需要时使用不均匀的锥度，即当用户被服务时位于具有来自另一个服务波束的高旁瓣级别的区域中。当发生这种情况时，应该只抑制需要的方向上的旁瓣。例如，当沿着方位维度同时服务两个用户时，仅在该维度上应用非均匀幅度锥度，而在另一个维度上应用均匀的幅度锥度。沿该维度的增益与以前的一维示例相同。平均增益则取决于用户分布以及如何对这些分布进行调度。
本公开改善了平均孔径效率(孔径效率冲击最大方向性(directivity))，并且改善了功率放大器的利用率。假定共享功率资源(分布式PA)，并且功率利用率可以是对于所有用户(数据流)的每用户(数据流)平均情况。
对于一维阵列天线，上述示例示出了孔径效率的增益在0.13至0.15dB的范围内，以及功率放大器利用率的增益在1.1至1.8dB的数量级。
对于二维天线，增益可以大得多。在上述示例中，阵列效率的增益在0.9dB的范围内，而功率利用率的增益要高得多，在4到5dB的数量级。
图12示出了说明用于适配由服务一个或多个用户的至少一个阵列天线产生的波束图案的方法的流程图。如上所述，所述方法需要每个阵列天线包括孔径内的多个天线子阵列，并且被配置为使用固定波束集向服务区域提供覆盖。每个固定波束的波束图案覆盖所述服务区域的一部分(例如，针对一维阵列天线的扇区)，所述波束图案是通过向所述天线子阵列应用权重产生的。
110：流程开始。
111：在服务区域中限定了数量“K”个固定波束。此外，第一整数n被设为1，n＝1。
112：第二整数k被设为1，k＝1。
113：如果k＝K+1，则针对每个波束产生若干权重集完成，并且流程继续到120。如果不是这样，则流程继续到114。
114：如果n＝k，则不产生任何权重集，这是因为不可能产生这种波束图案，并且流程经由115返回到113。
115：整数k增加1，k＝k+1。
116：针对第一固定波束n＝1产生权重集Wnk，所述第一固定波束覆盖主方向并且在一个其他方向(即，在波束k＝2的方向)具有低于一个或多个阈值的旁瓣级别。应当注意的是，如图6a和7a所示，可以创建将在几个波束k的方向上同时提供低于阈值的SLL的权重集。一个或多个阈值可被选择为低于-20dB。
至少一个权重集可被产生为：在与不同于所述主方向的有限数量的固定波束的方向一致的方向上具有低于所述阈值之一的旁瓣级别。
117：如果k不等于K，则流程经由115继续到113。但是，如果k＝K，则流程继续到118。
118：将第一波束的权重集W11-W1k存储在存储器中以供将来使用，然后流程经119继续到112。可以修改流程图，并且在步骤116中生成针对第一波束的每个权重集后，直接将其存储在存储器中。
119：整数n增加1，n＝n+1。
通过重复步骤112-119直到已经产生了针对n和k的所有可能组合的权重集，流程从113继续到120。
120：如果从调度器接收到具有关于意欲用于通信目的的至少两个固定波束的信息的形式的输入，其中，第一固定波束和第二固定波束向同一用户提供覆盖，或第一固定波束向第一用户提供覆盖，以及第二固定波束向第二用户提供覆盖，则流程继续到121。如果不是，则流程循环返回，直到从调度器接收到输入。
121：基于所述第二固定波束的主方向上的旁瓣级别针对所述第一固定波束从存储的权重集中选择权重集，以及基于所述第一固定波束的主方向上的旁瓣级别针对所述第二固定波束从存储的权重集中选择权重集，以最小化所述第一波束和所述第二波束之间的干扰。
应该注意到，对权重集的选择可涉及附加特征：
所述权重包括天线子阵列上的幅度分布和/或相位分布，并且针对每个固定波束产生的每个权重集对应于孔径效率。对权重集的选择还可包括：在维持第一固定波束和第二固定波束的方向上的旁瓣级别低于所述阈值之一的同时，针对第一固定波束和第二固定波束选择对应于最高孔径效率的每个权重集。所述孔径效率可以被选为：与当应用在主波束之外的所有方向上具有固定旁瓣抑制的孔径分布时的孔径效率相比是改善的。作为示例，所述孔径效率与应用均匀的幅度分布时的孔径效率相比可以提高超过95％的预定值。
此外，针对每个固定波束产生的每个权重集对应于功率放大器利用率，并且对权重集的选择还可以包括针对第一固定波束和第二固定波束选择对应于最高功率放大器利用率的每个权重集。所述功率放大器利用率可以被选为：与当应用在主波束之外的所有方向上具有固定旁瓣抑制的孔径分布时的功率放大器利用率相比是改善的。作为示例，所述功率放大器利用率与应用均匀的幅度分布时的功率放大器利用率相比可以提高超过65％的预定值。
对权重集的选择还可包括：只在服务相同或其他用户的其他波束的方向上针对服务用户的每个固定波束抑制旁瓣。
当通过第一维度和垂直于第一维度的第二维度中的多个波束来服务一个或多个用户时，使用二维阵列天线可能是有益的。多个波束沿着第一维度分布，并且对权重集的选择还可以包括在第一维度中使用不均匀的幅度分布，并且在第二维度中使用均匀的幅度分布。
122：当生成各个波束图案时，将针对每个固定波束的所选权重集应用于至少一个阵列天线的天线子阵列，并且流程返回到120以等待来自调度器的输入来改变所选权重集(如果需要的话)。
图13示出了通用装置130，其被配置为适配由服务一个或多个用户的至少一个阵列天线使用多个空间MIMO数据流产生的波束图案，每个阵列天线包括孔内的多个天线子阵列，并且被配置为使用固定波束集向服务区域提供覆盖。每个固定波束的波束图案覆盖服务区域的一部分，并且波束图案是通过向天线子阵列应用权重产生的。所述通用装置包括：
第一模块131，适于针对每个固定波束产生若干权重集，其中，每个权重集在主方向产生类似的覆盖并且在与主方向不同的其他方向产生低于一个或多个阈值的旁瓣级别。其他方向对应于属于固定波束集的有限数量的固定波束的主方向，
第二模块132，适于针对每个固定波束存储所产生的权重集。
第三模块133，适于从调度器接收关于意欲用于通信目的的至少两个固定波束的信息。第一固定波束和第二固定波束向所述一个或多个用户提供覆盖，
第四模块134，适于基于所述第二固定波束的主方向上的旁瓣级别针对所述第一固定波束从存储的权重集中选择权重集，以及适于基于所述第一固定波束的主方向上的旁瓣级别针对所述第二固定波束从存储的权重集中选择权重集，以最小化所述第一波束和所述第二波束之间的干扰；以及
第五模块135，适于在产生相应的波束图案时向所述至少一个阵列天线的天线子阵列应用针对每个固定波束选择的权重集。
缩写
dBi-dB(各项同性)
MIMO-多输入多输出
MU-MIMO-多用户MIMO
PA-功率放大器
SNR-信号干扰比
SINR-信噪比
SLL-旁瓣级别
SU-MIMO-单用户MIMO
UE-用户设备

Claims (17)

1.一种用于适配由使用多个空间MIMO数据流服务一个或多个用户(UE1、UE2)的至少一个阵列天线(21-23)产生的波束图案的方法，每个阵列天线包括孔径内的多个天线子阵列(24)，并且被配置为使用固定波束集(41)来向服务区域提供覆盖，每个固定波束的波束图案覆盖所述服务区域的一部分，所述波束图案是通过向所述天线子阵列应用权重产生的，其中，所述方法包括：
a)针对每个固定波束产生(116)多个权重集，其中，每个权重集在主方向产生类似的覆盖并且在与所述主方向不同的其他方向产生低于一个或多个阈值的旁瓣级别，所述其他方向对应于属于所述固定波束集的有限数量的固定波束的主方向；
b)针对每个固定波束存储(118)所述权重集；
c)从调度器(34；91)接收(120)关于意欲用于通信目的的至少两个固定波束的信息，其中，第一固定波束(25；96)和第二固定波束(26；94)向所述一个或多个用户(UE1、UE2)提供覆盖；
d)基于所述第二固定波束(94)的主方向上的旁瓣级别(95)针对所述第一固定波束(25；96)从存储的权重集中选择(121)权重集，以及基于所述第一固定波束(96)的主方向上的旁瓣级别(97)针对所述第二固定波束(26；94)从存储的权重集中选择(121)权重集，以最小化所述第一波束和所述第二波束之间的干扰；以及
e)当产生相应的波束图案时，向所述至少一个阵列天线(21-23)的天线子阵列应用(122)针对每个固定波束选择的权重集。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个阈值被选为低于-20dB。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤a)还包括：
在与不同于所述主方向的一个或多个相应固定波束的方向一致的方向上产生具有低于所述阈值之一的旁瓣级别的至少一个权重集。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述权重包括天线子阵列上的幅度分布和/或相位分布，并且针对每个固定波束产生的每个权重集对应于孔径效率，以及步骤d)还包括：
针对所述第一固定波束和所述第二固定波束选择对应于最高孔径效率的每个权重集。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述孔径效率被选为：与当应用在主波束之外的所有方向上具有固定旁瓣抑制的孔径分布时的孔径效率相比是改善的。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，其中，针对每个固定波束产生的每个权重集对应于功率放大器利用率，以及步骤d)还包括：
针对所述第一固定波束和所述第二固定波束选择对应于最高功率放大器利用率的每个权重集。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述功率放大器利用率被选为：与当应用在主波束之外的所有方向上具有固定旁瓣抑制的孔径分布时的功率放大器利用率相比是改善的。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的方法，其中，步骤d)还包括：
只抑制服务用户的每个固定波束在服务相同或其他用户的其他波束的方向上的旁瓣。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述阵列天线是二维阵列天线，被配置为经由第一维度和垂直于所述第一维度的第二维度中的多个波束服务一个或多个用户，其中，所述多个波束沿所述第一维度分布，以及步骤d)还包括：
在第一维度中使用非均匀幅度分布；以及
在第二维度中使用均匀幅度分布。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，单个阵列天线(21-23)服务所述一个或多个用户。
11.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，至少两个阵列天线服务所述一个或多个用户。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中，所述第一固定波束(25；96)向第一用户(UE1)提供覆盖，以及所述第二固定波束(26；94)向第二用户(UE2)提供覆盖。
13.一种用于适配由使用多个空间MIMO数据流服务一个或多个用户(UE1、UE2)的至少一个阵列天线(21-23)产生的波束图案的控制系统，每个阵列天线包括孔径内的多个天线子阵列，并且被配置为使用固定波束集来向服务区域提供覆盖，每个固定波束的波束图案覆盖所述服务区域的一部分，所述波束图案是通过向所述天线子阵列应用权重产生的，所述控制系统包括：
与每个阵列天线相关联的存储器(32)，被配置为针对每个固定波束存储多个权重集，其中，每个权重集被配置为在主方向产生类似的覆盖并且在与所述主方向不同的其他方向产生低于一个或多个阈值的旁瓣级别，所述其他方向对应于属于所述固定波束集的有限数量的固定波束的主方向；以及
至少一个处理单元(31)，被配置为：
接收关于意欲用于通信目的的至少两个固定波束的信息，其中，第一固定波束(25；96)和第二固定波束(26；94)向所述一个或多个用户(UE1、UE2)提供覆盖；
基于所述第二固定波束(94)的主方向上的旁瓣级别(95)针对所述第一固定波束(25；96)从所述存储器(32)中选择权重集，以及基于所述第一固定波束(96)的主方向上的旁瓣级别(97)针对所述第二固定波束(26；94)从所述存储器(32)中选择权重集，以最小化所述第一固定波束和所述第二固定波束之间的干扰；以及
提供关于针对意欲用于通信的每个固定波束的权重集的信息，所述权重集将在产生相应的波束图案时应用于所述至少一个阵列天线(21-23)的天线子阵列。
14.根据权利要求13所述的控制系统，其中，所述一个或多个阈值被选为低于-20dB。
15.根据权利要求13或14所述的控制系统，其中，被配置为存储在存储器(32)中的至少一个权重集在与不同于所述主方向的一个或多个相应固定波束的方向一致的方向上产生具有低于所述阈值之一的旁瓣级别。
16.根据权利要求13-15中的任一项所述的控制系统，其中，每个处理单元被配置为从调度器(34；91)接收关于固定波束的所述信息，以及所述至少一个处理单元被配置为向至少一个天线控制系统提供关于针对意欲用于通信的每个固定波束的权重集的所述信息。
17.一种被配置为与服务区域内的至少一个用户进行通信的通信系统，包括：
具有服务一个或多个用户(UE1、UE2)的至少一个阵列天线(21-23)的至少一个节点，每个阵列天线包括孔径内的多个天线子阵列(24)，并且被配置为使用固定波束集来向服务区域(A、B、C)提供覆盖，每个固定波束的波束图案覆盖所述服务区域的一部分，所述波束图案是通过向所述至少一个阵列天线的天线子阵列应用权重产生的；
调度器(34；91)，被配置为提供关于意欲用于通信目的的至少两个固定波束的信息，其中，第一固定波束(25；96)和第二固定波束(26；94)向所述一个或多个用户(UE1、UE2)提供覆盖；以及
根据权利要求13-16中的任一项所述的控制系统(30)。
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