CN109997277B - 具有增强阵列间隔的基站天线系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

在一个示例中，基站系统包括用于至少第一工作频率的基站无线电单元和多个线性天线阵列。每个线性天线阵列可以包括多个辐射天线元件，并且多个线性天线阵列可以被设置在水平面中。在一个示例中，多个线性天线阵列中的用于第一工作频率的至少一组线性天线阵列具有针对第一工作频率相隔大体上1.6+1.1n波长的阵列间距距离，其中n是大于或等于零的整数。此外，在一个示例中，多个线性天线阵列包括用于与第一工作频率不同的第二工作频率的至少一个线性天线阵列。

Description

具有增强阵列间隔的基站天线系统及其操作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求对2016年7月19日提交的美国临时专利申请序列号62/364,173和2017年6月26日提交的美国专利申请序列号15/632,443的优先权，所有这些申请通过引用整体地结合于本文。

技术领域

本公开一般涉及基站天线系统，并且更特别地涉及用以使扇区间干扰最小化的解决方案。

背景技术

蜂窝基站天线可以包括服务于不同频带的多个独立天线阵列，和/或包括服务于被设计成利用无线电接入网络（RAN）技术（诸如长期演进（LTE）和高级LTE）的多入多出（MIMO）特征的相同频带的多个阵列。

发明内容

在一个示例中，一种基站系统包括用于至少第一工作频率的基站无线电单元和多个线性天线阵列。每个线性天线阵列可以包括多个辐射天线元件，并且所述多个线性天线阵列可以被设置在水平面中。在一个示例中，所述多个线性天线阵列中的用于第一工作频率的至少一组线性天线阵列具有针对第一工作频率的大体上相隔1.6+1.1n波长的阵列间距距离，其中n是大于或等于零的整数。此外，在一个示例中，所述多个线性天线阵列包括用于与第一工作频率不同的第二工作频率的至少一个线性天线阵列。

在另一示例中，本公开提供了一种部署或操作如上所述的基站系统的方法。

在另一示例中，一种基站系统包括至少三个扇区，每个扇区提供服务区域中的一定方位角范围上的无线通信服务，并且每个扇区包括至少一个基站无线电单元，以用于在特定的无线电频谱带中操作并且用于经由与每个基站无线电单元相关联的天线系统来应用预编码权重用于波束形成信号。在一个示例中，每个天线系统包括多个线性天线阵列，每个线性天线阵列包括多个辐射天线元件，并且所述多个线性天线阵列彼此相邻地设置。在所述天线系统中的至少一个中，与所述至少基站无线电单元相关联的具有相同工作频率的至少一对线性天线阵列具有大于所述工作频率的一个波长的阵列间距距离。此外，在一个示例中，所述阵列间距距离使由光栅瓣辐射的射频功率最小化，所述光栅瓣是以落入与所述至少三个扇区中的与所述天线系统中的所述至少一个天线系统相关联的扇区相邻的扇区的服务区域中的角度，所述光栅是由在服务于与所述天线系统中的所述至少一个天线系统相关联的扇区内的业务量时的预编码权重而引起的。

在另一示例中，本公开提供了一种部署或操作如上所述的基站系统的方法。

附图说明

可以通过结合附图来考虑下面的详细描述以容易地理解本公开的教导，在附图中：

图1描绘了示例天线阵列拓扑结构；

图2A和2B描绘了两个示例天线系统；

图3是例示了针对不同的阵列间距距离的扇区间干扰的示例曲线图；

图4例示了本公开的第一示例天线系统；

图5例示了第二示例天线系统；

图6例示了本公开的第三示例天线系统；

图7例示了本公开的第四示例天线系统；

图8例示了本公开的第五示例天线系统；

图9例示了本公开的第六示例天线系统；

图10例示了本公开的第七示例天线系统；

图11例示了本公开的第八示例天线系统；以及

图12例示了本公开的第九示例天线系统。

为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的参考标号来标明各图中共同的相同元件。

具体实施方式

本公开的示例经由跨服务基站扇区中的多个相关天线阵列的预编码来最小化由用户业务量的波束形成的结果所引起的扇区间同信道干扰。通过使用许多特定的阵列间距距离来使干扰最小化，所述距离特别地使由以落入相邻扇区服务区域中的角度的光栅瓣辐射的RF功率最小化；该光栅是由当在服务扇区内提供业务量时的预编码权重引起的。所述多个阵列可以是被包含在相同物理天线组装件中的阵列，或者可以是被包含在不同天线组装件中的阵列，或其组合。

每个共享井架（headframe）的扇区具有两个或更多个天线组装件方位的大多数扇区化基站站点倾向于采用一些固定或任意的天线组装件间距距离规则。本公开的示例使用使扇区间干扰最小化的特定的阵列间距距离，结合多个阵列可以在不同的多阵列天线组装件中可用的事实，从而提供了重新设计如何在基站扇区井架上相对于彼此定位和分开现有的和/或新的多阵列天线组装件的机会。本公开扩展到通过联合优化方法来同时支持多个频谱带。简而言之，本公开可以经由多阵列天线组装件的简单重新定位来更优化地递送更高阶的多入/多出（MIMO）特征，从而跨频谱带的组合提供更高频谱效率。

蜂窝基站天线可以包括服务于不同频带的多个独立天线阵列，和/或包括服务于被设计成利用无线电接入网络（RAN）技术（诸如长期演进（LTE）和高级LTE）的MIMO特征的相同频带的多个阵列。普遍的基站天线配置包括四个阵列，其被组成为具有服务于相同的（一个或多个）频谱带的双极化交叉极化天线元件的两个相同阵列，该两个相同阵列以线性并排配置进行设置，阵列拓扑结构被放置在共享的有限的反射口径前方约λ/4，以便增强在给定视轴方向中的方向性。这种阵列拓扑结构有时称为CLA-2X（紧密间隔的线性阵列，两个交叉极化阵列）。两个双极化阵列可以间隔开任何距离，但是最佳间隔约为λ/2。这样的天线配置被设计用于与能够提供利用四个天线的MIMO特征的基站无线电单元一起使用。在一个示例中，基站无线电单元具有连接到四个天线阵列的四个射频（RF）端口，其中每个RF端口服务于双工RF发射和RF接收信号，并且通常称为4T4R无线电。双工方案可以是频分双工（FDD）或时分（TD）。在一个示例中，天线配置还可以共享天线罩并且被视为单个（多阵列）天线组装件，并且因此提供在总成本、站点分区、天线租赁和风负荷方面优于部署多个单独的双极化天线阵列的优点。

当两个双极化天线阵列（如CLA-2X）被部署在典型的宏小区无线电信道中时，阵列提供相关的两对不相关端口（或等同地，不相关的两对相关端口）。实际上，LTE MIMO方案于是可以利用采用两层空间多路复用（使用不相关的阵列）的一些定向波束形成（使用相关阵列）。诸如具有四个紧密间隔的共极化阵列（给定四个相关阵列）的替换天线阵列拓扑结构可以提供进一步的波束形成增益但是更少的空间多路复用。另一替换阵列拓扑结构包括具有两个宽间隔的双极化阵列（有时称为分集-2交叉极化天线或DIV-2X），它们给出四个不相关的阵列，因此不提供定向波束形成，而是提供高达四层的空间多路复用。然而，大多数用户设备（UE）终端仅支持两个天线，并且因此对于单用户MIMO方案（SU-MIMO）通常不可能进行四层空间多路复用。

LTE FDD方案使用基于码本的用户数据预编码。当LTE FDD预编码与诸如CLA-2X天线之类的相关阵列一起使用时，由于预编码为用户数据创建了定向波束的事实，该预编码可以被认为是基于码本的波束形成。在FDD的情况下，UE测量从每个基站天线发射的下行链路基准符号、实行信道估计并且经由上行链路信道来往回报告预编码矩阵指示符（PMI），基站可以使用该预编码矩阵指示符来最佳地预编码用户数据以用于下一个下行链路传输间隔。在一个示例中，码本是有限的并且在基站和UE处都是已知的；这意味着相比于UE将完整的信道状态信息反馈给基站的情况可以显著减少上行链路信令。然而，有限码本意味着当使用CLA-2X天线时将形成有限数量的定向波束。

在LTE时分双工（TDD）或TD-LTE方案的情况下，基于非码本的预编码是可能的，这是因为可以利用无线电信道互易性。在TD-LTE中，在上行链路上进行的信道估计可以用于在下行链路信道上预编码用户数据。这准许使用任意预编码权重，有时称为基于特征向量的波束形成。可能的波束范围仅受预编码权重解析的限制。考虑其中UE在上行链路上发射数据的示例。基站接收器可以使用基带处的四分支最大比率组合（MRC）来组合在四个天线阵列上接收的信号。在平凡视线（LoS）情况下，以远离天线视轴的方位角到达天线阵列的上行链路信号意味着该信号是在具有固定相位差的相关阵列处接收的；这是简单的到达方向（DoA）估计。在MRC中估计的复向量权重（幅度和相位）可以用于对被预期用于该UE的下行链路数据进行预编码；在简单LoS情况下，这意味着用户数据作为导向波束以与在上行链路上确定的DoA相同的角度指向UE。

大多数宏基站站点包括三个扇区，每个扇区服务约120度的方位角。这种三扇区布置提供了具有最小数量站点的连续的移动无线电服务区域。这与下述事实有关，即三扇区服务占位面积与邻近基站站点嵌合得比其他的每站点扇区数量更高效。如果在每个扇区中部署使用CLA-2X天线的基站，则基于码本（在LTE FDD的情况下）或非码本（在TD-LTE的情况下）的波束形成将服务于整个服务区域的UE。UE将由它们相应的基站小区来服务。对每个被服务的UE，在下行链路上的频谱效率和所得到的数据吞吐量性能将是无线电信道等级和信号比干扰+噪声的比率（SINR）的函数。此外，任何性能度量通常是在完全网络负载（通常称为“全缓冲”）下测量的，完全网络负载用来指示每个小区处的用户数据信道始终满载。无线电信道等级是对多少空间信道可用于MIMO空间多路复用的量度；在CLA-2X天线的情况下，这通常最多为2，因为仅两个不相关分支在CLA-2X天线处可用。两个双极化阵列之间的较宽间距意味着共极端口之间的相关性降低。当充分去相关时，例如，对于宏基站站点来说超过10λ的距离，该天线方案不再称为CLA-2X而是变为DIV-2X，在这种情况下意图创建四个去相关分支，意味着高达4的信道等级更为常见。

当前公开内容涉及CLA-2X天线阵列，其中可以认为共极端口之间的相关性高，并且在若干个实施例中，两个双极化阵列可以封装在一个物理天线罩中。SINR是由经波束形成的辐射图承载的有用信号相对于UE位置处的同信道干扰的直接函数。同信道干扰是从同一站点的其他扇区（扇区间干扰）和从其他基站站点的所有其他扇区（站点间干扰）到达UE位置处的同信道资源的功率之和。例如，优化的天线倾斜确保满足了覆盖范围，同时使站点间干扰最小化。

扇区间干扰是在相邻扇区中服务于UE的经波束形成的方位角辐射图（来自CLA-2X天线系统）有多少溢出到期望UE所在的服务扇区中的结果。这种溢出是由于波束形成动作产生的光栅瓣。光栅瓣的量值和光栅瓣的方位角方向是双极化阵列之间的间隔的函数。当CLA-2X中的两个双极化阵列分开约0.5λ时，这被认为是提供最佳波束形成，因为当与更大的间距距离相比时，在服务于均匀的空间UE业务量分布时生成了最低水平的光栅瓣。不考虑小于0.5λ的阵列间距距离，因为阵列之间的互耦趋向于使得天线系统在辐射功率方面效率低下。由于在方位角的波束形成范围内（有时叫做扫描范围）任何光栅瓣都很小，因此高达0.7λ的间距距离也被认为是足够的。阵列通常服务于这样的频率范围，其中对于所服务的最低频率，阵列间距约为0.5λ。例如，覆盖频率范围1700-2360 MHz的CLA-2X天线可能具有88 mm的间距，其为针对1700 MHz的0.5λ，并且意味着这是针对2360 MHz的0.7λ。

许多基站天线支持多个频谱带。例如，一种普遍的多频带天线组装件包括：支持具有诸如690至960 MHz频率的低频带的双极化天线元件的线性阵列，以及被设置在该低频带阵列的任一侧、支持具有诸如1710至2690 MHz频率的高频带的两个双极化线性阵列。这种特定的阵列拓扑结构沿着多频带天线的线性长度纵向地呈现对称设计，其中低频带阵列居中位于反射口径前方，从而有助于确保低频带辐射图是对称的，具有从视轴偏斜开的最小的图，并且在一定范围的方位角上具有极化阵列之间的良好的辐射图跟踪。这样的天线具有六个物理线性极化阵列，并且因此具有六个RF端口用于连接到（一个或多个）基站无线电单元；两个端口用于低频带并且四个端口用于高频带。低频带双极化阵列的存在意味着两个高频带双极化阵列（作为CLA-2X布置）必须在物理上间隔得比就共享的有限公共反射口径而言优选的0.5λ远得多。图1中例示了该天线阵列拓扑结构100。在图1的示例中，高频带阵列111、112可以分开约140 mm，其表示1700 MHz处的0.8λ以及2690 MHz处的1.25λ（间距λ由图1中的标记101指示）。当这些高频带阵列111、112与4T4R LTE无线电一起用作具有这样的阵列间距的CLA-2X天线配置时，由于服务于UE的波束形成动作，将产生光栅瓣。如果这些光栅瓣在落入扇区化基站站点的相邻扇区的角度下很大，那么这将产生扇区间干扰增大。图1中还例示了低频带阵列115（例如，在690-960 MHz下操作）。

可以通过网络仿真来计算扇区间干扰。可以示出UE跨三扇区化的基站站点或跨一组有规律地嵌合的三扇区化基站站点的均匀分布，其中每个扇区服务120度的方位角范围并且具有阵列间距约为1.1λ的CLA-2X天线，由于产生了光栅瓣而导致产生了具有最大扇区间干扰的最糟糕的情况。

为了帮助例示这一点，图2A和2B描绘了两个不同的CLA-2X天线系统（分别为210、220），其中双极化阵列之间的间距为0.5λ和1.1λ。在图2A的天线系统210中，每个CLA-2X天线211、212利用四个双工发射/接收（Tx/Rx）端口（4T4R）214连接到TD-LTE基站无线电单元213（例如，基站无线电和相关联的基带设备），所述4T4R端口214在第三代合作伙伴计划（3GPP）频带41（2500 MHz）下操作。图2B描绘了具有CLA-2X天线221、222和基站无线电单元223的类似布置，其中4T4R端口224也在2500 MHz频带下操作。应当理解的是，每个天线系统210、220还可以包括低频带阵列和用于低频带发射/接收端口的对应的基站连接，为了易于例示，在图2A和2B中将其省略。在一个示例中，使用传输模式8（TM8）来对用户数据进行预编码，也称为“双层波束形成”，其提供多达两个的经空间多路复用的数据层以及针对每一层的跨共极（相关）天线阵列的波束形成。图2A还描绘了曲线图215，其具有当在视轴上服务于UE时在任一层的方位角217下所得到的下行链路用户数据辐射图；UE在图2A中（并且类似地在图2B中）处于180度的方位。作为参考，辐射图218孤立地指示各个阵列中的任何阵列的方位角辐射图，并且线219表示视轴和+/-60度服务扇区边缘（图2B中例示了类似的参考，即分别为辐射图228和线229）。

可以清楚地看到，对于0.5λ的最佳阵列间距，形成朝向UE的定向波束（图217），其将具有优于使用单独的双极化阵列约3 dB的附加增益。此外，没有旁瓣或光栅瓣溢出到邻近扇区中，即，对于三扇区化的基站站点来说超出+/-60度服务扇区边缘。类似地，对于图2B的1.1λ阵列间距情况，曲线图225指示朝向UE形成定向波束227，其具有优于单独阵列约3dB的增益。由于可从阵列口径的加倍而获得的波束形成增益，这两个CLA-2X天线配置都将受益于在下行链路上在UE处接收的3 dB功率增大。然而，对于1.1λ的情况可以看出，所形成的光栅瓣299可能溢出到相邻扇区中（例如，超出由线229表示的+/-60度扇区边缘），从而引起一定的扇区间干扰增大。

图2A和2B基本上例示了当在视轴上服务于UE时的瞬时波束形成。然而，当在不同位置处、跨所有三个扇区并且在有意义的时间段内服务于多个UE时，计算由波束形成过程所导致的扇区间干扰可能是有用的，以便更好地确定扇区间干扰的影响。在图3的曲线图300中示出了具有满载网络和UE的均匀分布的这样的仿真的结果。曲线图300示出了对于使用TM8（或双层波束形成）的TD-LTE服务、针对不同CLA-2X阵列间距距离、跨三扇区化基站站点的下行链路扇区间干扰的平均增大。应该注意的是，结合图3的示例，在基站扇区之间不存在协调调度。例如，当使用具有非波束形成65度3 dB波束宽度方位角辐射图的双极化天线时、或者仅仅是这两个双极化阵列中的仅一个时，扇区间干扰的增大与非波束形成情况有关。所有CLA-2X配置将在方向性上享有3 dB增大，并且因此享有增益。取决于阵列间距距离，扇区间干扰可以变化高达6 dB，其中当阵列间距约为1.1λ时，具有情况最糟糕的扇区间干扰情形（参见标记为310的峰值）。

图3中所示的结果与图2A和2B的示例相当。例如，图2B显示的是，约1.1λ的阵列间距导致显著的光栅瓣，并且因此导致扇区间干扰，这可以结合下述事实：对于三扇区化的基站站点周围的UE的均匀分布，意味着最高比例的UE将在视轴周围，并且朝向扇区边缘将服务于降低比例的UE。对于第一阶，图2A（或2B）中的经波束形成的辐射图将是最常见的。如可以在图3中看到的，将线性阵列间距增大到1.6λ（参见标记315）提供了有利的（最小的）扇区间干扰情形；该间距不如在阵列间距为0.5λ时（参见标记320）那么好，但是这是在0.5λ不可能的情况下的阵列间距的下一最佳选择。

图4例示了示例天线系统410（例如， CLA-2X天线系统，其具有基站无线电单元413（例如，基站无线电和相关联的基带设备）、4T4R端口414、以及天线阵列411和412）在天线阵列411、412之间的间距为1.6λ的情况下生成按照方位角的经波束形成的辐射图（例如，当在视轴处服务于UE时），其中光栅瓣499没有落在扇区边缘（由线419表示）之外。曲线图415例示了在使用1.6λ的阵列间距时产生的定向波束417比0.5λ的情况（参见图2A）更窄，但是仍然提供3 dB增益并且具有足够的波束宽度来确保有效地服务于UE，考虑到了大多数宏小区无线电信道的方位角色散。（曲线图415中还示出了参考辐射图418，分别类似于图2A和2B中的218和228）。

虽然图3总结了TD-LTE网络仿真的结果，但是可以利用FDD网络做出类似的结果和观察。在FDD的情况下，由于码本是有限的，因此使用创建了经波束形成的图的有限数量的预编码权重；实际上，FDD情况创建四种不同的经波束形成的辐射图之一来服务于每个UE，而不是在使用TM8的TD-LTE的情况下的精确的经波束形成的定向图。

图3还指示的是，增大两个双极化线性阵列之间的间距距离显示出扇区间干扰水平方面的循环但逐渐减小的变化，其中最佳距离大约出现在距最佳0.5λ阵列间距情况的每1.1λ间距。在诸如超过4λ的较大间距距离处（未示出），经波束形成的图产生更多光栅瓣，并且图变得越来越干涉（interferometric）。当从宽阵列间距生成非常窄的光栅瓣时，尤其是对于TD-LTE，由于下行链路与上行链路无线电组件（例如诸如分别是功率放大器和低噪声放大器）之间的相位特性中的不匹配，存在定向波束不精确地指向UE的风险。对于TD-LTE天线，通常在天线上包括校准端口，其中对每个阵列进行周期性相位测量，并将其用作反馈系统的部分以帮助补偿相位中的任何变化，但是校准精度或分辨率将是有限的。针对高达所述4λ的阵列间距距离而形成的定向波束将是相当鲁棒的，并且在很大程度上不受校准限制的影响。

图5例示了包括六端口多频带天线505的示例天线系统500。天线505包括高频带阵列511、512，其在一个示例中分开180 mm，180 mm对应于在欧洲和世界的许多其他地区中使用的3GPP频带7的下行链路部分的中心（2600 Hz）处的1.6λ。两个高频带阵列511、512经由端口530中的四个连接到LTE基站无线电单元540（例如，4T4R基站无线电和基带设备）。为了完整，例示了低频带阵列520经由端口530中的两个连接到LTE基站无线电单元541（例如，2T2R基站无线电和相关联的基带单元），其例如在3GPP频带20（在欧洲是800 MHz）下操作。

180 mm的阵列间距可以对应于天线505的约360 mm（约两倍）的总宽度。当在分区、租赁、风负荷和总体美观方面考虑在宏基站站点处部署面板型天线时，对于大多数运营商来说，这个宽度可以是可接受的。两个高频带阵列511、512通常是宽频带的，例如，覆盖1710-2690 MHz的范围。因此，如果要将使用1800 MHz（3GPP频带3）下的波束形成的LTE服务部署到高频带端口上，则180 mm的阵列间距将等价于1.1λ，并且因此就跨扇区干扰而言是次优的间距选择。230 mm的阵列间距可以提供平衡折衷，其中1800 MHz和2600 MHz频带的下行链路部分分别对应于1.4λ和2.0λ，但是意味着更宽的天线组装件，例如超过400 mm，并且这在分区或风负荷方面可能是不可接受的。

图6描绘了本公开的示例天线系统600。两个多频带天线605、606（其可以与图5的天线505相同或类似）被设置在水平面中。多频带天线605、606中的每一个分别包括六个端口630和631。在一个示例中，中心到中心间距相隔约600 mm。两个双极化低频带阵列620、621（各自来自每个多频带天线605、606）分开该600 mm，因为低频带阵列620、621居中位于多频带天线上。600 mm对应于（美国使用的）3GPP频带26的下行链路部分的中心处的约1.7λ。当四端口LTE基站无线电单元（例如，基站无线电单元641）连接到这些低频带阵列620、621并且能够进行基于码本的预编码器波束形成时，该间距提供了例如与其他阵列间距距离相比的最小的和/或减小的扇区间干扰水平。

图6还示出了在3GPP频带41（2500 MHz）下操作的TD-LTE基站无线电单元640，其连接到用于分开180 mm的左多频带天线605的两个双极化阵列611、612的端口630中的四个。如针对图5中的3GPP频带7（2600 MHz）基站无线电单元540所描述的，两个阵列611、612的间距是最佳的1.6λ，其提供最小的和/或减小的扇区间干扰。在3GPP频带2（PCS 1900 MHz）下操作并且能够进行基于码本的预编码器波束形成的四端口FDD LTE基站无线电单元642经由端口630中的两个（并且经由双工器639，这是因为2500 MHz频带41基站无线电单元640也共享阵列612）连接到左多频带天线605的双极化阵列612，并且经由端口631中的两个连接到右多频带天线606的一个双极化阵列613。基于阵列拓扑结构和两个多频带天线605、606的中心线之间的600 mm间隔，两个双极化阵列613、613对于1900 MHz的间距是420 mm，这对于PCS 1900 MHz频带的下行链路部分约为2.7λ的间距，并且这也提供最小和/或减小的扇区间干扰水平。右多频带天线606的其余端口631（例如，两个高频带端口）可以用于支持如图6中所示的PCS 1900 MHz下的其他服务，诸如CDMA（例如，连接到双端口CDMA PCS 1900MHz基站无线电单元643）。

图7描绘了本公开的另一示例天线系统700。在图7的示例中，近似最佳阵列间距被设计用于支持使用三个多频带天线705、706、707的LTE服务。例如，如图7中例示的，多频带天线705、706、707中的每一个具有三辐射阵列拓扑结构，其具有300 mm宽度和160 mm的高频带双极化阵列间距距离。多频带天线705、706、707分别包括高频带双极化阵列711-716并且分别包括低频带双极化阵列720、721和722。中央多频带天线706是八端口天线，其中中央低频带阵列721支持700 MHz和850 MHz这两个频谱带。在850 MHz（3GPP频带5）下操作并且能够进行基于码本的预编码器波束形成的四端口FDD LTE基站无线电单元741连接到左多频带天线705的端口730中的两个（例如，用于低频带阵列720的低频带端口），并且连接到中央多频带天线706的端口731中的两个（例如，用于低频带阵列721的低频带端口）。左和中央天线（705、706）间隔开580 mm，这也是850 MHz LTE服务下行链路频率处的约1.7λ或阵列间距距离。类似的布置被配置用于四端口LTE 700 MHz（3GPP频带17）基站无线电单元742，其处于中央与右多频带天线（706、707）之间，能够进行基于码本的预编码器波束形成。能够进行基于码本的预编码器波束形成的、在1900 MHz（3GPP频带2）下操作的四端口FDD LTE基站无线电单元740连接到用于左多频带天线705的右高频带阵列712的端口730中的两个，并且连接到用于中央多频带天线706的左高频带阵列713的端口731中的两个。这两个阵列712、713在物理上间隔开420 mm，这是1900MHz LTE服务的下行链路频率处的约2.7λ。类似的布置被配置用于四端口LTE AWS（3GPP频带66）基站无线电单元743，其能够进行基于码本的预编码器波束形成，处于中央与右多频带天线（706、707）之间，但是在双极化阵列714与715之间给出大约3.8λ的间距距离。例如，如图7中例示的，基站无线电单元743连接到用于中央多频带天线706的右高频带阵列714的端口731中的两个，并且连接到用于右多频带天线707的左高频带阵列715的端口732中的两个。最后，任何备用天线端口都可以用于支持非波束形成LTE服务或旧有服务。例如，如图7中例示的，双端口CDMA PCS 1900 MHz基站无线电单元744连接到用于多频带天线707的高频带阵列716的端口732中的两个。类似地，另一个服务（未示出）可以连接到多频带天线705的端口730中的两个，例如，用于高频带阵列711的空端口。连接双极化阵列711-716和720-722的特定间隔和配置达成了联合优化解决方案，其中所有四个LTE服务都能够通过确保阵列间距距离等于或接近最佳阵列间距距离1.6λ、2.7λ和3.8λ来最小化扇区间干扰。

图8描绘了本公开的示例天线系统800。如图8中例示的，近似最佳阵列间距被设计用于支持使用三个多频带天线805、806、807的LTE服务。例如，如图8中例示的，多频带天线805、806、807中的每一个具有三辐射阵列拓扑结构，其具有300 mm宽度和160 mm的高频带双极化阵列间距距离。多频带天线805、806、807分别包括高频带双极化阵列811-816并且分别包括低频带双极化阵列820、821和822。在850 MHz（3GPP频带5）下操作的能够进行基于码本的预编码器波束形成的四端口FDD LTE基站无线电单元842连接到左多频带天线805的端口830中的两个（例如，用于低频带阵列820的850 MHz/低频带端口），并且连接到右多频带天线807的端口831中的两个（例如，用于低频带阵列822的850 MHz/低频带端口）。左和右天线805、807间隔开（中心到中心）940 mm，这也是850 MHz LTE服务的下行链路频率处的约2.7λ或阵列间距距离。在1900 MHz（3GPP频带2）下操作的能够进行基于码本的预编码器波束形成的四端口FDD LTE基站无线电单元843连接到用于中央多频带天线806的右高频带阵列814的端口831中的两个，并且连接到用于右多频带天线807的左高频带阵列815的端口832中的两个。这两个高频带阵列814、815在物理上间隔开420 mm，这是1900 MHz LTE服务的下行链路频率处的约2.7λ。类似的布置被配置用于四端口LTE AWS（3GPP频带66）基站无线电单元840，其处于左与中央多频带天线805、806之间，但是在双极化高频带阵列811、813之间给出约2.6λ的间距距离。应该注意的是，基站无线电单元840经由双工器839连接到用于高频带阵列813的端口831中的两个，这是因为高频带阵列813是与另一服务共享的。特别地，类似的布置被配置用于四端口LTE WCS（3GPP频带30）基站无线电单元841，其处于左与中央多频带天线805、806之间，但是在双极化阵列812、813之间给出大约1.6λ的间距距离。最后，任何备用天线端口可以用于支持非波束形成LTE服务或诸如UMTS之类的旧有服务。例如，如图8中例示的，双端口UMTS PCS 1900 MHz基站无线电单元844连接到用于多频带天线807的高频带阵列816的端口832中的两个。

再次，如与先前的示例一样，连接双极化阵列的特定间距和配置提供了一种解决方案，其中所有波束形成LTE服务都能够通过确保双极化阵列间距距离接近最佳距离1.6λ、2.7λ和3.8λ来使扇区间干扰最小化。鉴于这些示例，可以领会的是，可以存在使用新设计的多频带天线、现有天线以及多频带天线之间的可允许的间距距离范围的大量不同配置。

图9描绘了本公开的示例天线系统900。图9的示例包括单个多频带天线905（或“天线组装件”），其包括：十个端口930；两个双极化阵列920、921，以用于在低频谱带（例如，690-900 MHz）下操作；以及三个双极化阵列911-913，其被设计用于在高频谱带（例如，1700-2400 MHz）下操作。两个低频带阵列920、921被设置在针对750 MHz下的基于码本的预编码器波束形成操作的最佳的0.5λ间距（200 mm）处，并且可以支持例如3GPP频带17，例如，基站无线电单元940。高频带阵列911、913中的两个与低频带阵列920、921共线，并且因此也具有200 mm的相同阵列间距距离。这两个高频带阵列911、913连接到在2300 MHz范围内操作的3GPP频带30基站无线电单元941，等同于1.6λ间距，并且因此最小化和/或减少扇区间干扰。对于每个阵列的65度3 dB方位角波束宽度，天线的总宽度可以约为450 mm或更小。

本公开的示例扩展到支持更高阶波束形成，诸如当使用四个双极化阵列时的情况。这样的多阵列天线更常与TD-LTE服务一起使用，并且通常遵循严格的0.5λ阵列间距设计。可以通过仿真类似地示出的是，在这样的更高阶波束形成的情况下，出现次优的阵列间距距离，例如约1.1λ，其中当服务于均匀分布的用户业务量时，超出+/-60度的扇区边缘的光栅瓣比针对其他阵列间距距离的更强。然而，针对最小化扇区间干扰，最佳波束形成阵列间距距离再次出现在大约1.6λ处。

当0.5λ间距距离不可用于使用八个分支的更高阶波束形成时，本公开的另一示例提出了最佳阵列间距距离。例如，图10例示了具有两个多阵列天线1005、1006（其可以与图6的多阵列天线605、606相同或相似）的天线系统1000，多阵列天线1005、1006各自具有服务于低频带频谱范围的一个双极化阵列1020、1021和服务于高频带频谱范围的两个双极化阵列，分别为1011、1012和1013、1014。两个多阵列天线1005、1006均为六端口天线，并且共同提供十二个端口1030。高频带双极化阵列1011-1014连接到LTE 3GPP频带7（2600 MHz）基站无线电单元1040，基站无线电单元1040具有连接到端口1030中的八个的八个RF端口，其中基站无线电单元1040被设计成利用基于码本的预编码器波束形成来操作。两个多阵列天线1005、1006被设置成并排布置，使得相邻高频带阵列1012、1013之间的间距距离是180 mm或2660 MHz下的1.6λ。两个低频带双极化天线阵列之一（例如，天线阵列1020）经由对应端口1030中的两个连接到LTE 3GPP频带20（800 MHz）基站无线电单元1041，其具有两个RF端口，仅用于例示。端口1030中其余的未使用端口（例如，用于天线阵列1021的两个低频带天线端口）可以用于另一个低频带服务（未示出）。可以示出的是，优选的阵列间距距离组合（0.5λ、1.6λ、2.7λ、3.8λ）也可以用于更高阶波束形成。通过确保使用这些最佳距离，将产生最小的扇区间干扰。

图11例示了本公开的另一示例，其使用阵列间距距离的组合用于多频带天线解决方案。如图11中例示的，天线系统1100包括两个多阵列天线1105、1006（其可以与图6的多阵列天线605、606相同或相似），多阵列天线1105、1006各自具有服务于低频带频谱范围的一个双极化阵列1120、1121和服务于高频带频谱范围的两个双极化阵列，分别为1111、1112和1113、1114。如图11中进一步例示的，高频带双极化阵列1111-1114经由端口1130中对应的四个端口和端口1131中的四个端口连接到具有八个RF端口的TD-LTE 3GPP频带41（2500MHz）基站无线电单元1140。在一个示例中，基站无线电单元1140被设计成以双层波束形成传输模式8进行操作。每个多阵列天线1105、1106中的高频带阵列1111、1112和1113、1114具有180 mm或2660 MHz下的1.6λ的间距距离。两个多阵列天线1105、1106被设置成并排布置，使得这两个多阵列天线的相邻高频带阵列1112、1113之间的间距距离为320 mm或2660 MHz处的2.7λ，这也对应于两个双极化低频带阵列1120、1121之间的约500 mm或870 MHz处的1.5λ的间距距离。低频带双极化阵列1120、1121经由端口1130中的两个和端口1131中的两个（例如，分别用于低频带阵列1120和1121的端口）连接到具有四个RF端口的FDD LTE 3GPP频带26（850 MHz）基站无线电单元1141。如在其他示例中，基站无线电单元1141被设计成以基于码本的预编码器波束形成进行操作。在图11的示例中，针对低频带和高频带二者联合优化双极化阵列之间的特定间距距离以实现最小的扇区间干扰水平。

图12是本公开的另外的示例，其例示了使用阵列间距距离的组合用于多频带天线解决方案。如图12中例示的，天线系统1200包括单个多阵列天线1205，其具有服务于低频带频谱范围的一个双极化阵列1220和服务于高频带频谱范围的四个双极化阵列1211-1214。如图12的示例中进一步例示的，高频带双极化阵列1211-1214经由端口1230中的对应八个端口连接到具有八个RF端口的LTE 3GPP频带7（2600 MHz）基站无线电单元1240。在一个示例中，基站无线电单元1240被设计成以基于码本的预编码器波束形成进行操作。四个高频带阵列1211-1214被布置成位于低频带阵列1220的任一侧的两对（1211、1212和1213、1214）。每对高频带阵列1211-1214内的阵列具有56 mm或2660 MHz处的0.5λ的间距距离。各对高频带阵列1211-1214被布置成使得来自每对的相邻阵列（例如，1212、1213）分开180 mm或2660 MHz处的1.6λ的距离。出于例示性目的，低频带双极化天线阵列1220经由端口1230中的对应两个端口连接到具有两个RF端口的LTE 3GPP频带20（800 MHz）基站无线电单元1214。

先前的实施例和描述聚焦于优化阵列间距距离，该阵列间距距离使具有相等的120度宽扇区口径的常见的三扇区化基站站点的扇区间干扰最小化。本公开的示例还扩展到用于其他基站扇区化（诸如四个扇区或六个扇区）的最佳阵列间距距离。本公开的示例进一步包括不等扇区口径的情况，其覆盖总计基站站点周围的360度，具有小于120度的相等或不等的扇区口径。

此外，先前的示例和描述聚焦于使用双极化阵列，其利用无线电信道的极化分集，这是用于基站天线系统的最普遍的辐射元件选择。然而，本公开的示例也适用于单极化阵列，或者适用于利用空间分集而不是无线电信道极化分集的两个单极化阵列。用于宏基站的这样的空间分集解决方案通常需要其之间的较大（>10λ）的空间间距。

当0.5λ间距在物理上不可能时，本公开利用两个或更多个阵列之间的优选阵列间距距离。示例例示了新的多阵列天线不必然被设计成利用这些优选距离。通过在了解阵列是如何被设置的情况下使用现有多阵列天线，可以联合优化多阵列天线的方位，使得可以实现（或接近）优选的阵列间距距离，从而确保跨基站扇区的最小扇区间干扰水平。

特别地，如上文的示例中描述的，本公开的天线系统包括波束形成阵列，其被部署成关于工作频率大体上相隔1.6+1.1n波长，其中n是大于或等于零的整数。工作频率可以是耦合到阵列的基站的工作频率和/或关于阵列的预期操作范围的工作频率。在这方面，应该注意的是，当应用于阵列间距距离时，术语“大约”、“大体上”或“近似最佳”可以包括1.6+1.1n波长的“最佳”阵列间距距离之上和之下的范围。例如，在一个示例中，“大体上”可以包括+/-30％，在另一示例中，“大体上”可以包括+/-20％，在又一示例中，“大体上”可以包括+/-10％等等。为了例示，如可以从图3的曲线图中看到的，“最佳”阵列间距距离之一约为1.6λ（标记315）。然而，即使在低于1.4λ或高于1.8λ的情况下，相对于非波束形成的固定65度方位角波束的干扰（例如，零dB）也是减小的。此外，对于诸如例如低于0.9λ、高于1.3λ、低于2λ和高于2.4λ的阵列间距距离，相对于具有1.1λ、2.2λ、3.3λ等的“最糟情况”阵列间距距离的在相同频带下操作的2列阵列的干扰也是减小的。此外，在本公开的多频带天线系统中，第一组波束形成阵列可以被部署成关于第一工作频率（或频带）大体上相隔1.6+1.1n波长，而第二组波束形成阵列可以被部署成关于第二工作频率（或频带）大体上相隔1.6+1.1m波长，其中n和m是大于或等于零的整数，并且其中可以例如基于针对这两个频带中的通信的最佳总体性能、基于共享天线罩的商业上可得的多频带阵列的配置、基于风负荷约束等来联合优化关于1.6+1.1n和1.6+1.1m而实现的精确的阵列间距距离。

尽管前文描述了根据本公开内容的一个或多个方面的各种示例，但是可以想出根据本公开内容的一个或多个方面的其他和另外的（一个或多个）示例而不偏离由所附（一个或多个）权利要求及其等同方案确定的本公开的范围。

Claims (20)

1.一种基站系统，包括：

至少三个扇区，所述至少三个扇区中的每个扇区提供服务区域中的一定方位角范围上的无线通信服务，所述至少三个扇区中的每个扇区包括多个基站无线电单元中的至少一个基站无线电单元，所述多个基站无线电单元中的每个基站无线电单元用于在特定的无线电频谱带中操作并且用于经由多个天线系统中的相应天线系统来应用预编码权重以用于波束形成信号；

所述多个天线系统，所述多个天线系统中的每个天线系统包括多个线性天线阵列，所述多个线性天线阵列中的每个线性天线阵列包括线性地布置在垂直平面中的多个辐射天线元件，所述多个线性天线阵列彼此相邻地设置在水平面中，其中，在所述多个天线系统中的至少一个天线系统中，所述多个线性天线阵列中的用于与所述多个基站无线电单元之一相关联的工作频率的至少一组线性天线阵列具有在所述工作频率处相隔1.6波长加或减百分之十的阵列间距距离；

其中，所述阵列间距距离使由光栅瓣辐射的射频功率最小化，所述光栅瓣是以落入与所述至少三个扇区中的与所述至少一个天线系统相关联的扇区相邻的扇区的服务区域中的角度，所述光栅是由在服务于与所述至少一个天线系统相关联的扇区内的业务量时所述多个基站无线电单元的所述之一的预编码权重而引起的。

2.根据权利要求1所述的基站系统，其中，对于所述至少一个天线系统，所述多个线性天线阵列全部被包含在同一多阵列天线组装件内。

3.根据权利要求1所述的基站系统，其中，对于所述至少一个天线系统，该组线性天线阵列中的至少一个线性天线阵列被包含在与该组线性天线阵列中的其他线性天线阵列不同的天线组装件中。

4.根据权利要求1所述的基站系统，其中，对于与所述至少一个天线系统相关联的扇区，存在所述多个天线系统中的至少两个天线系统，所述至少两个天线系统中的每一个用于在不同的频谱带中操作，其中，对于所述至少两个天线系统中的每一个，所述多个线性天线阵列全部被包含在同一天线组装件内。

5.根据权利要求1所述的基站系统，其中，对于与所述至少一个天线系统相关联的扇区，存在所述多个天线系统中的至少两个天线系统，所述至少两个天线系统中的每一个用于在不同的频谱带中操作，其中，对于所述至少两个天线系统中的每一个，所述多个线性天线阵列包括至少一个线性天线阵列，所述至少一个线性天线阵列被包含在与所述多个线性天线阵列中的其他线性天线阵列不同的天线组装件中。

6.根据权利要求1所述的基站系统，其中，对于与所述至少一个天线系统相关联的扇区，存在所述多个天线系统中的至少两个天线系统，所述至少两个天线系统中的每一个用于在不同的频带中操作，其中，对于所述至少两个天线系统中的第一个，所述多个线性天线阵列全部被包含在同一天线组装件中，并且其中，对于所述至少两个天线系统中的第二个，所述多个线性天线阵列中的至少一个线性阵列被包含在与所述多个线性天线阵列中的其他线性天线阵列不同的天线组装件中。

7.根据权利要求1所述的基站系统，其中，对于与所述至少一个天线系统相关联的扇区，存在至少两个基站无线电单元和所述多个天线系统中的至少两个天线系统，所述至少两个天线系统中的第一个包括具有所述至少一组线性天线阵列的所述至少一个天线系统，所述至少一组线性天线阵列具有在与所述多个基站无线电单元中所述之一相关联的工作频率处相隔1.6波长加或减百分之十的阵列间距距离，所述多个基站无线电单元中的所述之一包括所述至少两个基站无线电单元中的第一个，并且所述至少两个天线系统中的第二个具有分开第二阵列间距距离的至少一对相邻的线性天线阵列，其中所述第二阵列间距距离是与所述扇区的所述至少两个基站无线电单元中的第二基站无线电单元相关联的第二工作频率处相隔1.6+1.1n波长加或减百分之十，其中n是大于或等于零的整数。

8.根据权利要求1-7中的任一项所述的基站系统，其中，所述多个辐射天线元件包括双极化辐射天线元件。

9.一种操作基站系统的方法，包括：

经由多个基站无线电单元中的第一基站无线电单元生成无线电信号，第一基站无线电单元与所述基站系统的至少三个扇区中的第一扇区相关联，所述至少三个扇区中的每个扇区提供服务区域的一定方位角范围上的无线通信服务，所述至少三个扇区中的每个扇区包括所述多个基站无线电单元中的至少一个基站无线电单元，所述多个基站无线电单元中的每个基站无线电单元用于在特定的无线电频谱带中操作并且用于经由多个天线系统中的相应天线系统来应用预编码权重以用于波束形成信号；以及

经由耦合到所述第一基站无线电单元并且与所述第一扇区相关联的第一天线系统发射所述无线电信号，其中所述基站系统包括多个天线系统，所述多个天线系统包括所述第一天线系统，所述多个天线系统中的每个天线系统包括多个线性天线阵列，所述多个线性天线阵列中的每个线性天线阵列包括线性地布置在垂直平面中的多个辐射天线元件，所述多个线性天线阵列彼此相邻地设置在水平面中，其中，在第一天线系统中，所述多个线性天线阵列中的用于与第一基站无线电单元相关联的工作频率的至少一组线性天线阵列具有在所述工作频率处相隔1.6波长加或减百分之十的阵列间距距离；

其中，所述阵列间距距离使由光栅瓣辐射的射频功率最小化，所述光栅瓣是以落入与所述第一扇区相邻的扇区的服务区域中的角度，所述光栅是由第一基站无线电单元所应用的预编码权重而引起的。

10.一种基站系统，包括：

用于至少第一工作频率并且用于经由多个线性天线阵列来应用预编码权重以用于波束形成信号的基站无线电单元；以及

所述多个线性天线阵列，其中所述多个线性天线阵列中的每个线性天线阵列包括多个辐射天线元件，其中所述多个线性天线阵列被设置在水平面中，其中所述多个线性天线阵列中的用于所述至少第一工作频率的至少一组线性天线阵列具有针对第一工作频率相隔1.6+1.1n波长加或减百分之十的阵列间距距离，其中n是大于或等于零的整数，其中所述多个线性天线阵列包括用于第二工作频率的至少一个线性天线阵列，其中第二工作频率不同于第一工作频率；

其中，所述阵列间距距离使由光栅瓣辐射的射频功率最小化，所述光栅瓣是以落在所述多个线性天线阵列服务的基站系统的扇区的服务区域之外的角度，所述光栅是由所述基站无线电单元所应用的预编码权重而引起的。

11.根据权利要求10所述的基站系统，其中，用于第二工作频率的所述至少一个线性天线阵列被设置在用于第一工作频率的所述至少一组线性天线阵列中的两个线性天线阵列之间。

12.根据权利要求10所述的基站系统，其中，第一工作频率包括相对于第二工作频率较高频带内的频率，并且其中，第二工作频率包括相对于第一工作频率较低频带中的频率。

13.根据权利要求10所述的基站系统，进一步包括：

用于至少第二工作频率的附加的基站无线电单元。

14.根据权利要求10所述的基站系统，进一步包括：

天线罩，其中所述多个线性天线阵列被设置在所述天线罩内。

15.根据权利要求10所述的基站系统，进一步包括：

至少两个天线罩，其中用于第一工作频率的所述至少一组线性天线阵列中的第一线性天线阵列被设置在所述至少两个天线罩中的第一个天线罩中，并且用于第一工作频率的所述至少一组线性天线阵列中的第二线性天线阵列被设置在所述至少两个天线罩中的第二个天线罩中。

16.根据权利要求10所述的基站系统，其中，用于第二工作频率的所述至少一个线性天线阵列包括至少两个线性天线阵列，其中，所述至少两个线性天线阵列以针对第二工作频率相隔1.6+1.1m波长加或减百分之十的阵列间距距离设置在所述基站系统中，其中m是大于或等于零的整数。

17.根据权利要求16所述的基站系统，进一步包括：

至少两个天线罩，其中用于第二工作频率的所述至少两个线性天线阵列中的第一线性天线阵列被设置在所述至少两个天线罩中的第一个天线罩中，并且用于第二工作频率的所述至少两个线性天线阵列中的第二线性天线阵列被设置在所述至少两个天线罩中的第二个天线罩中。

18.根据权利要求17所述的基站系统，其中，用于第一工作频率的所述至少一组线性天线阵列中的第一线性天线阵列被设置在所述至少两个天线罩中的第一个天线罩中，并且用于第一工作频率的所述至少一组线性天线阵列中的第二线性天线阵列被设置在所述至少两个天线罩中的第二个天线罩中。

19.根据权利要求10所述的基站系统，其中，所述基站系统用于基站的多个扇区中的第一扇区。

20.一种操作基站系统的方法，包括：

经由用于至少第一工作频率的基站无线电单元生成无线电信号，其中，所述生成包括经由多个线性天线阵列来应用预编码权重以用于波束形成信号；以及

经由耦合到所述基站无线电单元的天线系统发射所述无线电信号，其中所述天线系统包括所述多个线性天线阵列，其中所述多个线性天线阵列中的每个线性天线阵列包括多个辐射天线元件，其中所述多个线性天线阵列被设置在水平面中，其中所述多个线性天线阵列中的至少一组线性天线阵列用于第一工作频率并且具有针对第一工作频率相隔1.6+1.1n波长加或减百分之十的阵列间距距离，其中n是大于或等于零的整数，其中所述多个线性天线阵列包括用于第二工作频率的至少一个线性天线阵列，其中第二工作频率不同于第一工作频率；

其中，所述阵列间距距离使由光栅瓣辐射的射频功率最小化，所述光栅瓣是以落在所述多个线性天线阵列服务的基站系统的扇区的服务区域之外的角度，所述光栅是由所述基站无线电单元所应用的预编码权重而引起的。

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