CN1579035A

CN1579035A - 用于蜂窝通信系统的有源天线阵的配置和控制

Info

Publication number: CN1579035A
Application number: CN00813016.7A
Authority: CN
Inventors: 约瑟夫·夏皮雷
Original assignee: Celletra Ltd
Current assignee: Celletra Ltd
Priority date: 1999-07-21
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2005-02-09
Also published as: WO2001006595A3; WO2001006595A2; US20030073463A1; EP1203421A2; AU6010000A; US6900775B2

Abstract

各种天线装置装有有源发射和接收天线单元，用于在一个蜂窝通信系统内发送和接收信号。本发明还提出了特定的基站天线系统和方法以及其部分，它们能改善和控制包括天线波束图在内的天线系统的特性和特征。另外，提供一种用于优化蜂窝通信网络的方法，该方法利用反向链路、前向链路以及导频信号信息来优化网络操作。

Description

用于蜂窝通信系统的有源天线阵的配置和控制

本专利申请涉及在题为“可缩放的蜂窝通信系统”、以JosephShapira和Gideon Argaman的名义与此同一天申请(代理记录号No.259817/81746)的美国专利申请中的公布内容。

这个专利申请是1998.10.30申请的共同等待审查的美国专利申请No.09/171,986的部分继续申请，它是1998.3.3申请的国际专利申请No.PCT/IL98/00104的国内阶段，它要求(因此这个专利申请也要求)1997.3.3申请的以色列专利申请No.120364，1997.4.20申请的120706以及1997.6.30申请的121201的权利。

这个专利申请也是1998.3.3申请的共同等待审查的PCT国际专利申请No.PCT/IL98/00103的部分继续申请，它要求(因此这个专利申请也要求)1997.3.3申请的以色列专利申请No.120364，1997.4.20申请的120706以及1997.6.30申请的121201的权利。

每个上面提及的专利申请的内容因此在此全文作为参考。

技术领域

本发明一般涉及蜂窝通信领域。本发明尤其涉及一种用于蜂窝通信系统的有源天线阵装置。

背景技术

当今的蜂窝通信系统受到越来越广泛的用户需求。当前用户需要更多服务和更好质量而系统容量正被推到极限。因此，面临的挑战是提供能增大系统容量同时实现更高服务等级的可行和实用方案。

典型地，对每个地理小区，蜂窝通信系统应用具有全向天线的基站(BS)提供遍及整个小区的信号覆盖。增大通信容量的一种方式是，通过在该小区内部署附加BS将该地理小区划分为多个更小的小区(即小区分割)，由此增大该系统可再用的频率数。然而，这种小区分割可能有成本限制和环境阻碍，因为常规BS设备包括的天线装置很昂贵，而且对于流行的公众标准来说常体积过于庞大且不美观。

提高系统容量和保持服务质量的一种可选方案是按角度划分地理区域为扇区(即，扇区化)并部署辐射高方向性窄波束图的BS天线来覆盖指定扇区。这种方向性波束图在方位和仰角平面上都很窄，而且依靠它们的方向性增益，能使移动台(MS)在更远的距离与基站通信。另外，由于扇区化的小区不容易受来自相邻小区的干扰，因此系统容量得以增大。

用于为给定覆盖区域形成波束图的窄波束被优化用于改善无线网络的性能。其理想目标是提供优越的服务质量(例如无掉话)、增强容量、大覆盖区域实现的低每站成本、以及对MS的长电池服务周期。优化天线装置有多种方法。例如，无线系统工程师曾经利用关于基于RF传播覆盖的BS设计规则以便“平衡链路”。这种方案涉及控制用于发送和接收的BS天线增益和天线高度，BS发射功率级以及BS接收灵敏度参数。选择这些不同参数的目的是为MS-BS链路(即，反向链路)提供与BS-MS链路(即，前向链路)几乎相同的覆盖。

还需要进一步降低部署和操作成本以及以较低成本提供更好的覆盖/容量。因此，已设法引进新技术，例如CDMA技术，这种技术能工作于涉及高系统内干扰的环境中，而且能以低发射功率级提供特别高的容量。这些新环境和技术要求更为复杂的网络和设计方案以及干扰抑制策略。

同样地，根据上面指出的问题，需要改进天线系统和装置以及用于控制天线波束图的系统。

发明内容

本发明提供用于改进无线通信系统。本发明的某些方面能改进蜂窝无线通信系统的天线装置。这种改进包括在用于蜂窝应用的特定配置中提供有源收发天线单元。

本发明另一方面提供特定的基站天线系统和方法，以及其中一部分，它们改进和控制天线系统的特性及特征，包括发射和接收波束成形，极化分集处理、定向天线控制器等等。

另外，提供一种用于优化蜂窝通信网络的方法，该方法利用反向链路、前向链路以及导频信号信息来优化网络运行。

附图说明

在随后的详细描述中，借助本发明的非限制性典型实施例参考附图进一步描述本发明的上述和其它目的、特征以及优点，其中类似的辅助标记表示整个附图中本发明的类似部件，其中：

图1A描绘了第一种天线装置的高层(high level)图；

图1B和1C示出了波束方向图；

图2A和2B示出了不同天线装置单元；

图3A示出了一种有源辐射器单元；

图3B和3C描绘了其它天线装置；

图4描绘了一种天线装置和变换矩阵的高层系统图；

图5A示意了能形成复合波束的BS天线系统的高层图；

图5B示意了一种形成的复合波束的高层图；

图6A示意了BS天线系统的接收部分的高层图；

图6B示意了BS天线系统的发射部分的高层图；

图7A示意了BS天线系统的接收部分的高层图；

图7B示意了BS天线系统的发射部分的高层图；

图8描绘了BS天线系统的高层图；

图9A示意了BS天线系统的接收部分的高层图；

图9B示意了BS天线系统的发射部分的高层图；

图10A示意了BS天线系统的接收部分的高层图；

图10B示意了BS天线系统的发射部分的高层图；

图11A描绘了BS天线系统的发射部分的高层图；

图11B描绘了BS天线系统的发射部分的高层图；

图12A描绘了BS天线系统的多载波接收部分的高层图；

图12B描绘了BS天线系统的多载波接收部分的高层图；

图13示意了多天线管理BS系统的接收部分的高层图；

图14示意了多天线管理BS系统的接收部分的高层图；

图15A为定向发射天线分系统的功能方框图；

图15B为定向发射天线分系统的功能方框图；

图15C为一种示例性BS系统的功能方框图；

图15D为另一种示例性BS系统的功能方框图；

图16描绘了叠加小区和软切换区的图；

图17A为BTS接收功率与负载的关系曲线图；

图17B为优化过程的流程图；以及

图18为一种具有协调波束成形控制以及一个公用接收和/或发射RF信号的多天线装置图。

具体实现方式

图1A描绘了一种常规的BS天线阵100，其排列为8×1(列)。这种天线装置包括所有发射或所有接收天线单元。这种天线装置能在仰角或方位面上辐射高方向性波束方向图。互连这些天线单元的一个公共馈电使天线阵100的输入更为便利。

图1B、1C示意了一种柱状天线阵，例如天线阵100，的代表性辐射波束图的不同透视图。图1B描绘了在方位面上的辐射波束图，而图1C描绘了在仰角面上的辐射图。从图1C可看出，波束图在仰角面上方向性很强。

图2A示意了用于BS的一种有源天线阵配置。如图2A所示，天线阵200包括以单个竖向(柱状)阵排列的2个有源发射天线单元205A、205B以及2个有源接收天线单元210A、210B的组合。这2个有源发射天线单元205A、205B以及这2个有源接收天线单元210A、210B最好为印刷元件辐射器，具有多层配置与环氧玻璃纤维天线罩密封。

通过在单个阵列内结合有源发射天线单元205A、205B以及有源接收天线单元210A、210B，BS能实现蜂窝操作的所有发射和接收功能同时无需图1所示的独立发射和接收天线阵。为此，天线阵200能以流线型和紧凑设计实现所有的BS功能。

在该阵列内空间分离发射天线单元205A、205B以及接收天线单元210A、210B，也避免了在接收部分由高功率发射信号导致的互调干扰，在上面就常规组合单元系统讨论过这种情况。空间分离还提供了BS发射和接收优化方案的灵活性，例如，独立的增益控制和波束成形，这在组合单元系统中是受限制的。另外，空间分离还避免了采用信号鉴别硬件，如双工器和复合发射和接收滤波器，这些硬件试图从组合的发/收天线单元以相对有损耗和低效的方式分离和滤波各自信号。这种空间分离还导致接收和发射信号之间的附加分离。

图2A进一步示意了在垂直排列中，天线单元以交错方式配置以便第一个发射天线单元205A之后为第一个接收天线单元210A，而第二个发射天线单元205B之后为第二个接收天线单元210B。发射天线单元205A、205B和接收天线单元210A、210B在该阵列内的交织使得能建立最佳垂直分隔距离S。最佳垂直分隔距离S为相似天线单元之间的垂直距离，对一个给定频率，这个距离使信号的主瓣增益最大同时使次瓣的作用最小。最佳垂直分隔距离S可变。例如，在PCS，S可以从0.70λ～0.95λ。

另外，在该天线阵内配置发射天线单元205A、205B和接收天线单元210A、210B以产生极化辐射图。本领域的普通技术人员将很容易理解，在一个指定方向极化辐射图将导致沿该指定方向上的辐射图增益最大。由于在永久安装的MS(即，汽车上的硬线设备)中天线垂直极化，因此，对BS发射天线单元205A、205B辐射的方向图来说，最适当的极化为垂直极化。

出于多路径考虑，加上MS的发射功率相对较低，每个接收天线单元210A、210B包括一对正交极化的天线单元，因此具备接收极化分集。极化分集典型地要求两个天线单元正交极化。接收极化分集的效率取决于这两个天线单元接收的辐射图的相似性以及这些单元接收的平均信号电平的一致性。例如，手持MS的发射天线线性极化，而且该极化根据MS的位置随机分布。同样地，天线阵200通过配置每个接收天线单元210A、210B包含两个反向线性倾斜的极化状态(即，±45°线性极化)来利用这些极化状态。

应理解的是，可修正天线阵200的特定配置以提供冗余或增强天线阵配置的属性和特性。例如，通过天线的层叠(stacking)组合可扩大天线阵200以实现以8×1、12×1或16×1阵列配置的天线单元。

因此，图2A示意了用于蜂窝通信具有全发射和接收能力的一种紧凑的单列天线阵配置。这种配置使得能进行独立的发射和接收增益控制和波束成形，最小化发射互调干扰以及提供接收极化分集。

图2B示意了用于BS的另一种有源天线阵配置。如图2B所示，天线阵250包括一个以单个竖向(柱状)阵排列的2个有源发射天线单元255A、255B以及2个有源接收天线单元260A、260B的组合。根据上面就第一个实施例的描述，利用空间分离发射天线单元255A、255B与接收天线单元260A、260B，天线阵250实现了全BS发射和接收功能，同时避免了对接收部分的发射互调影响。天线阵250与天线阵200极为相似，也提供了对BS发射和接收独立增益控制和波束成形的灵活性，以及在相似天线单元之间建立最佳间隔距离S。

天线阵250还提供了其他优点，其配置用于为BS发射天线单元255A、255B和BS接收天线单元260A、260B提供极化分集。如上所述，由于手持MS工作的方式，对应的MS接收天线的极化随机分布。如图2所示，天线阵250通过配置每个BS发射天线单元255A、255B以及每个接收天线单元260A、260B包含两个反向线性倾斜的极化状态(即，±45°线性极化)来利用这些极化状态。

应理解的是，可修正天线阵250的特定排列以提供冗余，或相反增强天线阵配置的属性和特性。例如，通过阵列的层叠组合可扩充天线阵250以实现以8×1、12×1或16×1阵配置的天线单元。因此，这种天线装置提供了用于蜂窝通信具有全发射和接收能力的一种紧凑的单列天线阵配置。这种配置使得能进行独立的发射和接收增益控制和波束成形，最小化发射互调干扰以及提供发射和接收极化分集。

图3A描绘了一种有源辐射单元(ARU)300的代表性实施例，这在题为“可缩放的蜂窝通信系统”、以Dr.Joseph Shapira的名义与此同一天申请、共同转让的专利申请中描述，在此作为参考。ARU300包括一个具有发射路径和接收路径的模块化天线设备。发射路径包含一个功率放大器(PA)302，其与发射带通滤波器304电耦合。发射滤波器304又电耦合到发射天线306。发射天线306可配置用于各种操作，包括例如，垂直或双倾斜线性极化，如上面的天线阵200、250所示。类似地，接收路径包含一个接收天线316，该天线电耦合到接收带通滤波器314。接收天线316也可配置用于各种操作，包括例如，垂直或双倾斜线性极化，如上面的天线阵200、250所示。接收带通滤波器314接着耦合低噪声放大器(LNA)312。ARU300也可包括监视和控制子单元以及功率调节子单元用于提供监控、管理功能以及最佳性能。同样地，ARU300由此在单个模块化单元内提供发射和接收路径部分。

图3B示意了以8×1(柱状)排列部署多个ARU300的天线阵350。分别互连所有发射天线单元和所有接收天线单元的两根公共馈电便于提供天线阵350的输入。根据上面就ARU300的描述，发射单元可垂直极化而接收天线单元可线性倾斜极化(即，±45°线性极化)。或者，通过配置发射天线单元和接收天线单元具有线性倾斜极化可配置天线阵350具有发射和接收极化分集。

图3C示意了用于BS的第三种有源天线阵配置。如图3C所示，天线阵375包括一个以多列阵排列的16个有源发射天线单元385A-385P和16个有源接收天线单元390A-390P的组合。根据上面对其它公开实施例的描述，通过组合发射天线单元385A-385P和接收天线单元390A-390P到该阵内，以及通过空间分离发射天线单元385A-385P与接收天线单元390A-390P，天线阵375实现了全BS发射和接收功能，同时避免了发射互调制对接收部分的影响。天线阵375还为BS发射和接收提供了独立增益控制和波束成形的灵活性。由于其独特的二维配置，天线阵375便于实现相似天线单元之间的最佳和接近最佳的垂直间隔距离S以及水平间隔距离S1。

天线阵375可耦合到方位(bear)成形电路以提供多个窄波束图。窄波束比宽波束更具有方向性。这种方向性源于在预定方向上的高增益，这使得距离增大而且波束图不易受干扰。因此，在相同功率限制下工作的MS与BS的通信距离更远。

由于上面就其它实施例陈述的原因，天线阵375的发射单元385A-385P可垂直极化而接收天线单元390A-390P可线性倾斜极化(即，±45°线性极化)。应注意的是，类似于前面指出的配置，天线阵375可通过配置发射天线单元385A-385P和接收天线单元390A-390P线性倾斜极化可实现发射和接收极化分集。

应理解的是，可修正天线阵375的特定8×4排列以提供冗余度，或相反定制天线阵配置的属性和特性。例如，通过层叠组合阵列可扩充天线阵375以实现以16×4或8×8阵配置的天线单元。

图4示意了BS天线400的一般实现方式，天线400包括一个耦合变换矩阵420的多列天线装置410。如图4所示，天线装置410和变换矩阵420配置用于发射或接收BS操作。变换矩阵420在其波束面一侧包括多个波束端口而在其天线平面一侧则包括多个天线端口。多阵列天线装置410的每个阵列通过矩阵420耦合到这些波束端口。在BS系统400发射期间，这种配置使得变换矩阵420能从波束面端口接收包括相对幅度和相位信息等信号。基于这个信息，矩阵420将波束面信号转换为适合于这些辐射天线单元的信号并发送这些信号到所有天线端口。该多阵列410的阵列内的天线单元接着根据转换的信号在不同方向辐射一个窄波束图。相反，在BS系统400接收期间，变换矩阵420从天线平面端口接收信号并将它们转换为适合处理的信号。同样地，所示的系统400形成多个窄波束图，它们对一个给定轴横越不同角度方向。在该示图中，每个波束端口与其中一个波束图相关。

图5A示意了BS天线系统500，其包括一个耦合到变换矩阵520的多列天线装置510。如图5A所示，在变换矩阵520的波束面一侧的每个波束端口耦合到一个幅度或增益调节单元530和一个相位调节单元540。单元530、540便于幅度/增益和相位调节以便控制图5B所示的天线波束图的形状。

图5B示意了由一个BS系统，如图5A所示的BS天线系统500，辐射的一种典型复合波束图。变换矩阵520提供信号给天线端口，其使得天线单元能形成4个单独波束。这些单独波束的总效果就是图5B所示的包络复合波束。如上所述，幅度/增益调节单元530和相位调节单元540使得能控制天线波束图的形状。这些单独波束(即子波束)交叉的幅度电平称为交叉电平。交叉电平的位置至少部分取决于天线阵510中所包含的天线单元的最佳间隔距离。

图6A示意了BS天线系统600的接收部分，其包括一个耦合到接收变换矩阵620的多列接收天线装置610。在接收变换矩阵620的波束面一侧的每个波束端口耦合到一个幅度/增益调节单元630和一个相位调节单元640。类似地，图6B描绘了BS天线系统650的发射部分，其包括一个耦合到发射变换矩阵670的多列发射天线装置660。在发射变换矩阵670的波束面一侧的每个波束端口耦合到一个幅度/增益调节单元680和一个相位调节单元690。

图7A描绘了BS天线系统700的接收部分，其包括一个具有匹配相位中心能力的接收变换矩阵720。这种能力使得变换矩阵能生成具有相同相位中心的波束图。同样地，在变换矩阵720外没有提供相位调节单元。幅度/增益调节是通过耦合到波束端口的幅度/增益调节单元730实现的。类似地，图7B描绘了BS天线系统750的发射部分的一个代表性实施例，其包括一个具有匹配相位中心的发射变换矩阵，幅度/增益调节器780以及一个分路器。

图8示意的BS天线系统800包括一个分别耦合到发射变换矩阵820和接收变换矩阵822、824的多列天线装置810。多列天线装置810包括一个或多个收-发天线组；每组包括两个接收天线单元和一个发射天线单元。图中所示的装置用于在系统800的接收部分实现极化分集。应注意的是，也可提供其它天线装置，如每个收发天线组有两个发射和两个接收天线单元，或多个发射和接收天线单元，用于在发射和接收部分均实现分集。该天线阵装置810内的阵列的每个发射和接收天线单元与对应相应发射矩阵820和接收矩阵822、824的天线端口相关。接收部分的每个极化状态被转发到其自身的专用变换矩阵822、824，每个矩阵有其自己的独立主机进行幅度/增益调节。同样地，可以为每个辐射波束图单独控制每个极化状态。

图9A示意了BS天线系统900的接收部分，其包括一个耦合到接收变换矩阵920的多列天线装置910。该多阵列装置910在每列的两个极化分集接收天线单元之间包括一个延迟单元911。该延迟单元在两个接收极化状态之间提供延迟。这两个状态接着被单个接收变换矩阵920利用波束端口一侧的幅度/增益调节单元转换。利用极化状态之间的延迟，这种配置使得BS能区分通过不同极化接收天线接收的Rx信号，而无需对不同极化接收天线单元提供独立的天线端口和Rx变换矩阵。图9B示意了BS天线系统950的发射部分，这是系统900的发射模拟，其包括天线装置960、延迟元件965、发射变换矩阵970以及一个分路器。

图10A示意了BS天线系统1000的接收部分，其包括一个耦合到接收变换矩阵1020、1022的多列天线装置1010。该多阵列装置1010的每列包括一组极化分集的接收天线单元对，而且每组内的单独极化的接收天线单元备馈入每个相应的变换矩阵1020、1022。在波束端口组合两组幅度/增益衰减调节器1030、1032，而且相应地组合这些波束端口信号以形成两个极化的接收波束图。延迟1040被引入其中一个极化波束图，其结果与其它极化波束图组合以形成单个复合波束图。这种配置提供了在多波束环境下对极化分集的附加控制度。一般应注意，图9A和10A描绘的配置将生成不同的天线图。然而，这两种配置经调节都可生成相同的波束图。图10B示意了BS天线系统1050的发射部分，这是系统1000的发射模拟，其包括天线装置1060、变换矩阵1070，1072、幅度调节器1080，1082、分路器以及时延元件1090。

图11A示意了BS天线系统1100的发射部分，其包括一个耦合到发射变换矩阵1120的多列天线装置1110。在多列天线装置1110的每列内，在一组极化发射天线单元上有一个幅度/增益调节单元1112和一个相位调节单元1114，而在另一组极化发射天线单元上有一个幅度/增益调节单元1116。这些调节使得能基于发射波束图的极化改变某些特性。这两个极化状态接着被单个发射变换矩阵1120转换。同样地，这种配置通过以列为基础控制波束图以及以扇区为基础(即，小区的按角度划分部分)控制波束图提供两种控制程度。

图11B示意了BS天线系统1150的发射部分，其包括一个耦合到发射变换矩阵1170、1172的多列天线装置1160。在每个天线端口，将一个发射信号分路为两个极化信号。一个极化信号被幅度/增益和相位调节1190，而另一极化信号被幅度/增益调节1192。每个经调节的极化信号在施加到独立的变换矩阵1170、1172之前，接着分别被再次分路，然后被幅度/增益调节1180、1182。变换矩阵1172、1172接着转换这些信号并将它们提供给多列天线装置1160，天线装置1160在每列内包括成对的极化分集的发射天线单元。这种配置使得BS发射天线1150在提供两种控制度，即调节1190、1192的同时实现极化匹配，以匹配MS的极化和调节来优化波束图1180、1182。

图12A描绘了配置用于多频分配(即多载波)操作的BS天线系统1200的接收部分。BS接收系统1200包括一个耦合到接收变换矩阵1220的多列天线装置1210。出现在接收变换矩阵1220的每个波束端口的相应接收信号被分成它们的载频分量。这是通过设备1232、1234、1236、1238将每个波束端口信号分为独立频率分支实现的，每个分支对应一个相应的载频。例如，在图12有三个载频f_c1，f_c2和f_c3。每个波束端口信号的每个频率分支接着被幅度/增益调节和组合。组合信号接着被路由到调谐为相应载频的信道滤波器1240、1242、1244。因此，这种配置提供了利用单个多列天线装置1910控制每个载频的波束图的能力。此外，如图12B所示，对配置用于多频分配操作BS天线系统1250的发射部分也可实现这种配置。

图13示意了BS多天线系统1300的接收部分，其包括多列天线装置1310、1312、1314，每个天线装置耦合到一个相应的变换矩阵1320、1322、1324。变换矩阵1320、1322、1324的波束端口耦合到波束端口分支，波束端口分支可能包括调节单元用于执行幅度/增益和相位调节，以及调制器用于对波束端口信号提供幅度、相位或极化调制。这些波束端口分支接着耦合到信道化控制板1350，其中对应一个复合波束的子波束覆盖小区的一个特定扇区部分的每个波束端口信号与该控制板上的一个信道时隙相关。配置这种信道化控制板1350使得波束端口信号对占用临近信道时隙的一个小区扇区包括一个复合波束。同样地，这种配置利用“修补(patching)”波束端口信号分支到对应一个预期小区扇区的信道时隙，提供从一个扇区到另一扇区重新分配任何数量的子波束图的能力。应理解的是，实际上从一个扇区到另一扇区修补”一个子波束图可利用在信道化控制板1350上手动定位电缆实现。或者，控制板1350本身可以是一个转换设备，不用手动定位就能修补子波束图到不同扇区。

图14示意了BS多天线系统1440的接收部分，其包括多个多列天线装置1410、1412、1414，每个天线装置耦合到一个相应的变换矩阵1420、1422、1424。变换矩阵1420、1422、1424的波束端口耦合到波束端口分支，这些分支包括幅度/增益调节单元以调节波束端口信号的幅度。这些波束端口分支接着提供给交换结构1450，该结构能从一个扇区到另一扇区重新分配任何数量的子波束图。该交换结构可配置使得，具有相同的相位中心并且生成子波束图以形成一个扇区复合波束图的所有波束端口信号能组合在一起。此外，每个波束端口信号分组被延迟一个预定量，这个预定量是每个分组所特有的，这样在不共用相同相位中心的相邻子波束图(即，位于扇区边界对面一侧的相邻子波束图)之间存在一个相对延迟。这种配置通过不使每个扇区的子波束图相关提供波束图分集，而且最小化扇区边界对面一侧的子波束之间的干扰。

图15A示意了定向发射天线分系统1500A的系统级功能方框图。图15B示意了定向接收天线分系统1500B的系统级功能方框图。定向发射和接收天线分系统1500A和1500B可共址于一个BS以形成一个组合定向天线分系统。发射波束成形部分1502A包括一个用于接收发射射频信号1504A的输入端。这些射频信号1504A包括有关用于发送MS要接收的信息的发射信道时隙的信息。

如图15A所示，天线装置1506A包括多个天线阵耦合到发射波束成形部分1502A的相应输出天线端口1508A。虽然在图15A所示的特定实施例提供了数量等于天线端口1508A数的多列天线，但这并不排除天线端口与阵列之间不是1比1关系的其它配置。应注意的是，可以通过与本申请公开的各种实施例一致的任何方式设计这些特定天线装置和天线单元配置。

有关单个波束图或波束图组的多个参数可通过发射波束成形部分1502A处理。如图15A所示，这些参数包括时延1510A、幅度1511A、相位1512A、幅度调制1513A、相位调制1514A以及增益1515A。准确地说，可设置或调整一个或多个这些参数。例如，可调整一个特定波束图的时延或将其设置为一个特定值。另外，可通过影响由发射波束成形部分1502A处理的一组波束方式，将时延设置为一个给定值或对其作调整。该组波束可包括整个波束图集合或这些波束图的一个子集。可基于每个波束或每个波束组类似地设置或调整诸如幅度和相位等其它参数。幅度和相位调制参数可定义并提供给单独波束或例如一组波束，以实现该组内的波束的相对幅度调制或执行一组内的波束的相对相位调制。也可在天线一侧，即天线装置1506A内单独设置和/或调节类似参数。可对单独天线单元、这些天线单元组或整个天线单元阵列设置和/或调节这些参数。在所示的实施例中，这些参数包括时延1516A、幅度1517A、相位1518A。在该天线装置内可设置或调节所有参数，一个参数子集或不同参数。

可利用特定电路(其中一些电路将在下面描述)来实现在图15A提到的一个或多个参数的设置或调节。例如，发射波束成形部分1502A可利用已知电路组件实现，包括变换矩阵，如巴特勒变换矩阵。

利用在上面(图3A)简要描述的、与此同一天申请的相关Shapira专利申请中公开的天线辐射器设备(ARU)可实现这种天线单元。ARU可包括可调节的电路元件，它们受ARU内提供的一个监视和控制部分的监视和控制。如图15C所示，在波束成形部分1502A和定向天线分系统控制器1522以及在ARU内提供的监视和控制部分之间可提供通信结构1541。因此，可发送一个特定指令以调节或设置ARU内的一个给定电路元件。该电路元件可包括例如时延元件，幅度调节元件(例如在一个给定发射或接收路径上的给定放大器)，或相位调节元件。相应的，为调节一个给定波束组的幅度，可借助ARU的监视和控制部分适当地调节发射或接收路径上的一个放大器。除了调节一个给定波束的幅度，这也可通过波束成形部分1502A的幅度设置部分1511A实现。

图15B描绘了接收定向天线分系统1500B，其包括接收波束成形部分1502B以及一个接收天线装置1506B。接收定向天线分系统1500B在功能上与发射定向天线分系统1500A的相反。同样地，在接收波束成形部分1502B和接收天线装置1506B之间耦合一组天线端口。接着，提供接收的射频信号给输出端1504B。

图15C提供了一种示例性的BS系统1520的方框图。该示意系统包括一个耦合到波束成形部分1524的定向天线分系统控制器1522，1524又耦合到天线阵1526。波束成形部分1524包括两组接收天线端口1528、1530，它们对应在天线阵1526内提供的两组接收天线(即，主接收和分集接收)。类似地，两组发射天线端口1532、1533耦合到在天线阵1526内的两组发射单元(例如，主接收和分集接收)。波束成形部分1524也包括两组接收波束端口1534、1536和两组发射波束端口1538、1539。这些波束端口使得BTS1544耦合到波束成形部分1524。虽然是在天线阵1526内连接，但所示的波束成形分系统1524和BTS1544包括某些端口组，可提供便于传送Rx和Tx信号的任何适当连接。

定向天线分系统控制器1522可进一步耦合到外部计算机1540、网管系统1542以及BTS1544。可提供结构1545用于使网管系统1542和BTS1544之间能直接通信。网管系统1542还可包括一个用于从其它BTS接收信息的接口。举例来说，天线阵1526可包括一个如图1所示的列阵组合。因此，每个主接收天线单元和分集接收天线单元可线性倾斜极化，而且每个主发射天线单元和分集发射天线单元可如图2A所示垂直极化。或者，所有天线单元可如图2B所示线性倾斜极化。

图15D示意了天线分系统1548，它示范了对图15C所示系统结构的改进。在图4D所示的实施例中，天线装置1526耦合到波束成形部分1524，但在图15D中没有示出该示例性BS系统的其它单元(为简化起见)。然而，可提供一个附加的接收波束功率监视结构1550，该结构1550在功能上监视在波束成形部分1524的每个波束端口的接收波束功率。为此，可在指示这些相应波束的接收波束功率的任何适当位置监视这些波束端口。例如，在波束成形部分1524可提供一种结构，该结构只提供在接收一侧的各个波束端口耦合到一个功率测量装置，并生成数字值存储于对应相应波束端口的相应寄存器。

天线阵1526可包括一个形成N个波束的阵列，还可进一步装设例如在前面提及的相关专利申请中描述的监视和控制部分。另外，一个监视和控制部分可提供作为波束成形部分1524的部件。定向天线分系统控制器1522可包括一个在上面提到的相关专利申请中公开的IDU，而且还可装设一个监视和控制部分构成IDU的部件。网管系统442包括一个网络信息数据库。BTS1544包括分部分，其中包含发送部件，主接收部件，分集接收部件以及网管系统442的接口。

如图15C所示，接收天线单元可包括成对的正交极化的接收天线单元。可独立控制每个这种天线单元对内的单元(即，可独立控制每个这些单元相关的天线增益)。除了独立控制不同极化的接收单元，也可独立控制垂直或正交极化的发射单元。

图16示意了一组小区A、B和C，它们构成了一个给定蜂窝网的部分覆盖区域。提供该图是用于参考便于下面有关优化的讨论。在图16中描绘的每个小区分为3个扇区。准确地说，每个小区有自己的BS，这个BS包括一个天线装置，用于辐射一般对应图16所示形状的天线发射和接收波束图。这些波束图相互重叠以便形成如图16所示的软切换区SH1、SH2、SH3和SH4。

现在描述某些网络优化特征，包括描述图17A-17B所示的优化算法。这些特征可一起使用，或它们的子集可用于改善(即优化)蜂窝通信网的各个方面。图17A-17B所示的算法提供了一个过程的特定实现，这个过程可通过图15C所示的定向天线分系统控制器1522或通过图15A和4B所示的发射和接收波束成形部分1502A、1502B执行。所示的优化算法优化对一个给定覆盖区由该天线装置形成的波束图。下面将描述，该特定实施例能基于逐个小区或为一个局部地理区域内的某些小区分组执行优化。

可优化蜂窝通信系统的许多方面。对前向和反向链路上的最小帧差错率(FER)的优化比例较大。另一目标是最小化掉话数以及不是由一个给定MS接收的呼叫数。从局部观点(例如，基于逐个扇区)和总体(即遍及整个小区或遍及一个包括多个小区的覆盖区域)网络容量都将最大化。另外，可为最小EIRP提供优化以便不辐射大量能量(例如，由于规定和安全原因)。此外，最小EIRP使得能节省功率和资源。例如，辐射功率低的系统所需的组件要便宜。此外，可最小化质量通信所需的MS设备功率。这将允许MS更小巧和更便宜，同时提高电池寿命和产生较小辐射机会。

在此提出的优化特征可用于现有系统和蜂窝技术以及现有资源。换言之，通过提供这些特征与现有标准和蜂窝技术，不用对蜂窝基础设施作大量和昂贵改进就可实现它们的优势。

在此公开的优化特征的各个方面可涉及已知技术或概念，其中一些在下面的参考文献中公布：题为“具有根据业务量条件用于改变小区边界装置的蜂窝移动通信系统”的US专利No.5,499,395(Doi)；题为“在蜂窝通信系统内提供冗余覆盖的方法和装置”的US专利No.5,861,844(Gilmore)；A.Jalali：CDMA网络的小区间歇缓变(breathing)；Charles Wheatley：蜂窝系统的容量商业覆盖：系统前景，微波期刊1995.7；J.Shapira：微区工程；以及J.Shapira：CDMAIS95中的前向链路——我们遗忘了什么？URSI研究组5/6/1997。每个参考文献的内容在此全部作为参考。

反向链路

许多参数和因素将影响反向链路的容量和性能。这些参数包括涉及比率E_b/I₀的路径损耗问题。这个比率是多路径环境以及为减小路径损耗和多路径损耗所采取措施的函数。换言之，E_b/I₀指示信道质量并且包括路径损耗的受频率控制部分，而路径损耗一般不依赖于该频带内的一个给定频率。为最小化路径损耗，蜂窝系统控制一个给定区域内(例如一个扇区或小区)MS通过反向链路发射的功率。这些功率调节同样应用于径向方向(即全向)，因为MS典型地不具备定向发射能力。

在容量和性能之间存在一种直接折衷关系：实际的E_b/I₀越高，性能越高(FER越低)，而且容量越低。

可应用各种类型的分集来减小路径损耗。

软切换(SHO)提供附加空间分集、宏空间分集以及控制其它小区的干扰。SHO区域越大，要求的小区资源(信道卡)的数量越大；因此限制SHO区域的面积是有利的。软切换(同一BS的扇区之间)提供了附加的空间/天线分集，以及相邻扇区干扰的控制。路径损耗对共址的扇区天线相关而且没有宏空间分集。无需额外的信道卡。

前向链路

上面提及的某些特征为示意起见应用到诸如CDMA的数字系统。然而，在此网络优化特征也可应用于其它类型的蜂窝网。

有多个参数和因素将影响前向链路的容量和性能。这些参数包括涉及E_b/I₀比的路径损耗问题。在前向链路要求的E_b/I₀不同于反向链路的E_b/I₀。相干接收降低了对高E_b/I₀的需求。另外，使用正交传输码能消除小区内干扰。干扰向小区/扇区的边界增大。当在BS没有发射天线分集(例如，空间、极化、角度)时，所需的E_b/I₀增大。

在BS的发射端的快速、高动态范围功率控制在例如单阵、瑞利衰落的环境下，有助于缓慢移动的MS的性能。

由于长时延路径效应导致的正交性损耗将导致小区内干扰。

软切换提供了空间宏以及宏分集。然而，它从该切换所涉及的BS吸收能量。这只能部分通过BS发射功率控制措施补偿。SHO区域的附加BS发射功率对同一SHO区域附近或内部的所有其它MS造成干扰。

较软切换(softer handoff)只提供宏分集，因为路径损耗完全相关。

网络优化

可采取多种措施优化网络，例如通过增强BS。这些措施可构成总体网络优化方案的初始部分。

可采取措施修正BS以增强覆盖，由此降低BS在网络中的密度。这些措施包括使用高天线增益、分集技术以及通过在接收路径提供低噪声系数放大器。在此公开的各种实施例，例如，ARU，一定的天线装置，以及一定的波束成形系统可用于增强覆盖。

通过使用高EIRP以及结合分集技术可增大容量。链路平衡有助于实现相同覆盖而没有过大干扰，而且有助于避免降级和掉话。

可使用软切换平衡，其涉及平衡相邻小区的反向链路到这些小区的导频功率级与BS的接收导频功率级相同的同一点。这有助于确保SHO区域对这些导频和反向链路充分重叠，而且使得该平衡点附近的SHO区域最小。因此，SHO平衡有助于防止出现在切换过程期间MS丢失或无法获得导频的情况。

可采用的另一措施涉及使小区尺寸和所需容量匹配，同时保持连续性(“小区呼吸”)。这意味着为在一个给定小区和/或给定小区组的扇区间不均匀的扇区负载改变扇区角度跨度，以及为一个给定小区群集内的不均匀小区负载改变小区范围。

反向链路的覆盖/容量控制

小区/扇区的环境极少相同。某些区域可能具有支持瑞克分集的延迟多路径分量，而其它——例如，单射线瑞利支配环境不支持瑞克分集。某些区域比其它区域更容易受干扰。在一个给定小区或扇区内的所有MS发射功率利用同一S/N比经调节达到BTS的区域，可以应用功率控制技术。应注意的是，满足FER需求的E_b/I₀——对该小区/扇区内的不同区域中的MS可能不同。享受更多分集的区域可进一步延伸，而其它——收缩。类似地——干扰过大的小区(由相邻小区/扇区导致)可能需要通过降低该方向的增益特意抑制干扰。

跨越该扇区控制接收天线增益的形式因此是优化覆盖和增大容量的一种很有力方式。由于这些链路不同，优化反向链路的增益形式不必为优化前向链路的增益形式。

因此，为最好地优化一个给定覆盖区域，可在BS对反向和前向链路单独应用增益控制。

反向链路公式为：

q &cong; \frac{S}{N_{o} W} = \frac{C / I}{1 - {(1 - n) (1 + f) vC / I}} &cong; \frac{C / I}{1 - η} - - - (1)

而两个小区之间的平衡则为：

\frac{q_{1}}{q_{2}} = \frac{T_{1}}{T_{2}}

式中：

C/I为信号(载波)对噪声和干扰比，

q为标准化为热噪声的信号功率，

S为在BS从每个用户接收的功率，

N₀为在接收机输入端的热噪声频谱密度，

W为经调制的载波带宽，

n为有效呼叫数，

f为小区/扇区外与小区/扇区内的干扰之比，

v为话音有效因数，而

T1和T2为MS和相应的BS之间的传输损耗。

反向链路的波束成形优化

波束成形器可结合到BS的接收(和/或发射)部分。一个波束可形成和控制多个波束的形状，这些波束一起构成覆盖该扇区的接线盒(rosette)，而每个单独波束覆盖该小区的一部分。在此公开了成形器的多种不同示例性实施例。一组接线盒可覆盖围绕该BS的整个360度方位。每个波束通过一个可控放大器，接着，属于一个扇区的所有波束组合到BTS接收机。每个波束还受一个总功率接收机的监视。

与可选扇区天线装置相比提供成形器有利。其中一个好处涉及控制波束形状的程度。可以使这些波束的斜率比典型的扇区天线的斜率要陡得多，由此降低了扇区间重叠、干扰泄漏以及有助于包含较软切换区。该扇区覆盖是通过控制每个波束的增益形成的。这提供了与相邻小区的控制重叠，以及提供覆盖成形来适应环境变化和扇区干扰。

如前所述，对于图15D，例如，每个BS可装设一个用于监视在一个给定多波束的每个波束接收的总功率的结构。在一个给定扇区接收的总功率可用作该扇区的负载测量，如图17A所示。

S_{T} = \frac{P_{Total}}{N_{o} W} = \frac{1}{1 - η} - - - (2)

N = \frac{n}{1 - \frac{1}{S_{T}}}

式中N为渐进负载，实际设置在0.6到0.85N之内，而且

η = \frac{n}{N}

在一个波束接收的相对功率为对相关MS的负载或过大小区外干扰的测量。在MS分配上的附加信息能在网管中心得到，而且可用于解决这两种方案。

在覆盖受限的波束中，增益增大扩展了范围(或穿透)并且降低了MS发射功率。在干扰受限的波束中，增益降低缩小了小区边界并降低了对小区内的干扰。在网络控制中心可得到的有关MS位置的附加信息可与有关难度的特定MS报告相关，而且通过增益控制补偿。

控制反向链路MS发射功率受MS的最大功率限制。前向链路的相应控制为在BS设置发射功率和对单个MS的功率控制。

显示出单射线瑞利衰落特性的杂波区域需要很高的E_b/I₀，除非提供附加分集措施(例如发射分集)。可能必须分配较高增益(较高EIRP)到这些方向以便平均跨越该扇区的覆盖范围。

长时延的多路径增加了不与该信号正交的干扰。这个干扰与从BTS发射的总功率成正比。E_b/I₀很稳定，它是从该小区内的BS直到来自其它小区的干扰使其降级的小区边缘的距离的函数。

前向链路公式(近似)为：

\frac{E_{b}}{I_{o}} = \frac{W}{R_{o}} \cdot \frac{β (1 + ua)}{(a + hx \frac{T_{oc}}{T_{i}}) v 1} - - - (3)

而在边界为：

\frac{E_{b}}{I_{o}} = \frac{W}{R_{o}} \cdot \frac{β (1 + ua)}{(a + hx) v 1} - - - (4)

式中：·为在BTS功率范围外业务所占分数，

α为在延迟的多路径BTS功率所占分数，

v为话音有效因数，

u为在瑞克接收机接收的延迟多路径数，

T_i为来自归属BTS的传输损耗，

T_oc为来自其它BTS的传输损耗，

h为在边界的其它BTS数，

x为其它BTS的负载与归属BTS的负载之比，

I为业务信道+寻呼数.

如果边界附近的传播规律假设为R^-4，那么

对2小区边界：

\frac{T_{i}}{T_{o}} &cong; 1 + 4 \frac{δR}{R_{o}} \frac{T_{oc}}{T_{o}} &cong; 1 - 4 \frac{δR}{R_{o}} \frac{T_{oc}}{T_{i}} &cong; 1 - 8 \frac{δR}{R_{o}} - - - (5)

对3小区边界：

\frac{T_{i}}{T_{o}} &cong; 1 + 4 \frac{δR}{R_{o}} \frac{T_{oc}}{T_{o}} &cong; 1 - 2 \frac{δR}{R_{o}} \frac{T_{oc}}{T_{i}} &cong; 1 - 6 \frac{δR}{R_{o}} - - - (6)

两个小区的前向链路平衡在下述实现(假设·＝0)

x = \frac{T_{i}}{T_{oc}} - - - (7)

这意味着小区的前向链路随负载扩展。

当扇区的负载不一致时，应该为分布更密集的子扇区分配一个更高的EIRP以便最小化该扇区所需的总发射功率。然而，这将扩大在扇区的范围。

前向链路的波束成形器优化

对扇区成形的最初措施为基于穿过该扇区的环境变化，由此所需E_b/I₀的变化。EIRP补偿是有效的。

软切换窗口由相邻小区的导频平衡确定。通过使SHO窗口在这些小区的反向链路的平衡点附近对称，可实现包括平衡反向链路、降低干扰以及在小区之间漫游时保持连续连接的优点。其目的是使导频平衡反向链路的平衡点。这需要对导频功率进行控制，导频功率是在归属小区和相邻小区中的负载的函数。

导频控制可直接在BS实现。然而，设置总BS发射功率是一种更容易得到的控制。当应用这种方案[3]时，前向链路功率控制恢复每个MS所需的EIRP，同时该导频保持不变。成形器提供穿过不同类扇区的EIRP的控制。这不是应用BTS功率控制来调谐每个波束内的导频。导频调谐的规则从公式(1)和(7)推导。

调谐信息可在网管中心得到，或相反根据测量每个BTS的总接收功率估计(公式(2))。

称为“导频污染”的情形发生在许多导频(超过MS的瑞克接收机所能处理的数量)在同一区域具有类似的E_b/I₀时。在这种情况下，所有这些导频必定有一个低E_b/I₀，而且对欲新MS在它们接入时将出现孤立情形，锁定一个导频并很快将其释放。尽管由于在参与该有效导频集中不包含的小区时控制MS不当可发现功率过大，但根据总接收功率的测量识别这个情形没有直接方式。这种情形的指示可从下述得到：

·从过大的接收功率

·从有关接入故障或该区域的掉话报告。期望得到的有关希

望MS位置的信息进一步阐明这种情形。

·从有关有效和相邻集合的报告。这些消息由每个MS发送

到其BTS。

一旦观察到这种情形，在该区域重叠与不同小区相关的波束的EIRP——通过改变该平衡并允许至多3种主要导频的方式受控。

图17B示意了一种优化算法的一个实施例。该优化算法实施例所提出的一个因素是降低路径损耗和多路径损耗。现有的蜂窝系统通过控制由一个给定覆盖区域(例如一个扇区或小区)内的MS经反向链路发射的功率最小化这些因素。这些功率调节同样应用于径向方向(即全向)，因为MS不具备定向发射能力。这个实施例采用了超出现有系统的其它措施并沿方位方向改变波束图的形状，以便降低不想要的多路径和路径损耗效应。

波束图的成形可通过以一种特殊方式设置一个给定BS实现，以便在预定覆盖区(例如扇区)内的波束图形状在反向链路和前向链路上都具有一定的预期特性。

所示意的优化算法实施例的特征包括通过为反向和前向链路部署动态/闭环过程优化BS操作，这将描述如下。

参考用于反向链路的图17A和17B，在第一步骤(act)A1702，该优化过程首先查看反向链路属性，主要集中于有关在一个给定时刻与BS通信的用户/MS(即，有效用户)的数量的负载信息。这个负载信息可基于每个扇区获得和分类，以及当扇区覆盖是通过应用多个波束图实现时基于每个波束获得和分类。分类负载信息为对应几个波束的集合对应本发明的特定实施例的多波束特征，这些特征在图3C-7B示出以及在与此对应的文字中描述。为得到基于每个波束的负载信息，可使用各种方法，包括在BS接收机放置一个测量反向链路上的入射功率的特殊传感器和/或利用从MS得到的用户报告信息。该负载信息接着与地理位置信息相关(例如，地图的一种通用数字表示)。

该地图可包括二维地理表示以及关于该几何的各项位置，包括例如小区、扇区、波束图、MS位置以及BS位置。

在下一步骤A1706，对一个给定小区群集(例如，如图16所示的3个相邻小区)，接着利用MS信息(例如，涉及有关区域内相应MS的位置和功率级的信息)确定在相邻小区或扇区之间存在的边界线。这些边界线划分了切换边界，它们对应用于反向链路的软切换区SH1、SH2、SH3和SH4的中心。

BS优化过程接着集中于前向链路属性并执行一定的相关导频过程。现有BS通过前向链路发送业务和导频信号信息，而且预约MS为其接收到的所有导频信号测量导频信号强度。当一个新导频信号超过一定强度“门限”时，可利用该新导频命令MS进入软切换模式(即，SH1、SH2、SH3和SH4)。

当MS锁定一个新导频时，其进入到一个通常所称的“软切换窗口”。在该窗口内，在相邻小区之间存在一个虚拟“功率-距离”边界。通常，当MS到达该边界时，将到达一个能转变到新覆盖区/小区的分界点。然而，存在虚拟功率-距离分界过于接近该软切换窗口的其中一个边界的情况。这将带来问题并导致呼叫损耗。这种损耗发生在例如MS没有及时切换到新导频而且利用原导频信号移动到新小区时。

在步骤A1708，所示的优化算法在前向链路上执行导频信号处理并确定有关该地理图上位置的导频信号功率级。应注意，将为前向链路以及反向链路提供一个独立的“呼吸”(即随时改变)图。这些呼吸图分别表示关于在特定时刻这些小区和扇区的位置和边界的前向链路和反向链路辐射波束图。

在步骤A1710，该优化算法利用反向链路信息调节两个相邻BS的导频信号功率级，以便它们在一个与步骤A1706中识别的对应映射分界线一致的位置上相同/平衡。参考图16，通过一条沿软切换区SH1、SH2、SH3和SH4中心的线可在地图上描绘这个边界线。

定向天线分系统控制器1522可命令波束成形分系统1524调节某些单独波束图的形状，这使得能在接近切换区域的某些位置能修正导频信号电平。这可控制用于强制虚拟功率-距离边界更靠近软切换窗口的中心。

再次参考步骤A1708，例如通过利用MS报告的导频信息可获得各种导频信号功率级的地理图。由于在新系统中提供了有关MS的位置信息，因此更容易识别MS的位置。然而，利用本系统不容易获得关于每个MS的特定位置信息。因此，可利用一种算法来校正通过对应一个特定区域的相应MS得到的导频信号信息，以及识别该MS的位置，由此得到导频信号信息。这便于计算在地理图的某些位置的导频信号功率级。该算法可识别MS所处扇区，获得相邻扇区的导频信号功率级，对相互之间在5dB内的导频信号使来自MS的导频信号信息相关，以及集合这些导频。

基于在步骤1708得到的映射导频信号信息，现在可基于前向链路信息识别软切换“岛”。在步骤A1710，比较这些软切换“岛”(包括根据前向链路透视确定的切换区域)与在步骤1706根据反向链路信息得到的边界线，而且比较每个这些对应区域(即，切换区域内(反向链路)以及切换岛内(前向链路))内的导频信号电平与一个门限。上述门限为可被落入这些重叠区域内的一个MS用来执行切换的导频。

如果给定重叠区域内的导频数大于一个允许数量(例如3个导频)，这可能指示出现导频污染，这将对该区域内的网络性能产生有害影响，例如导致掉话或试图接入网络失败。

该算法将确定忽略某些导频，这样导频数下降到或低于该允许数量。可执行波束重排列或成形以降低导频数，即降低“被忽略的”导频电平，这样对任何软切换区域都有一个最大允许导频数(例如，3个导频)。

为调节给定区域的功率级，该优化算法调节这些导频的EIRP。这可通过调节分配给导频信号的功率(这将在该导频服务的整个区域有相同效果)和/或通过调节天线增益实现。调节分配给导频信号的功率影响整个扇区，而调节天线增益可控以便影响一个给定扇区内的单独波束(即，波束成形)。分配给一个导频信号的功率可在该BS改变，但是需要更新BS软件。或者，可改变BS的总发射功率。通过这种方式，BS的功率控制为每个业务信道恢复功率级同时导频信号的率保持不变。

图18示出了辐射系统1800，其包括借助一个合路器和/或一个分路器1816耦合到一个公共BTS(未示出)的多天线装置1802、1806、1808等。每个所示天线装置包括一个收发天线单元。某些天线装置，即1802和1808，分别耦合到收发波束成形部分1804和1810。其它天线配置，包括天线装置1806，不包含波束成形器。

图18所示的配置可提供用于通过一个中央BTS适应不同的接收和/或发射天线覆盖模式。在装置1806和1808的BTS的一侧示意了可选时延1812和1814。它们对CDMA系统提供用于通过使这些信号与第一个天线装置1802的信号去相关消除干扰图。或者，例如为了同样的目的，正交信号可用于相应的不同天线装置，或可不提供这些设备。

图中示意了协调控制结构1820。它可在例如图15C所示的控制器1522内或在网管中心内体现。协调控制结构1820为每种自适应类型的天线装置(图中所示的波束成形部分1804和1810)提供指令以促进天线图的协调控制，用于优化这些装置所服务的蜂窝网络的各个部分。

也可通过例如一种给定的优化算法，如上面就图17B描述的算法控制这些协调操作。如果需要从一个给定切换区域去除导频，可重新分配服务该切换区域的发射天线图；例如，曾经由装置1802照射的相同区域可从一个不同天线装置1808的一个不同角度照射。

所示的天线装置(或可提供其它装置)可并联或串联该公共BTS。它们可通过共址就近放置，或远距离放置，以便产生在一个给定覆盖区域、小区或扇区内不同区域所需的相邻覆盖和EIRP。

虽然本发明是借助实施例描述的，但应理解的是，在此所使用的措辞只用于描述而不限制本发明。可在所附权利要求书的范围内对本发明作改动而不偏离本发明广义上的范围和精神。尽管本发明在此是参考特定结构、材料和实施例描述的，但应理解的是本发明并不局限于所公开的这些特定内容。

Claims

1.一种用于无线通信网络的天线阵装置，包括：

多个有源发射天线单元；以及

多个有源接收天线单元，

其中所述发射天线单元和接收天线单元以反复交替配置方式设置，以便每个所述发射天线单元相互之间间隔一个最佳距离，而且每个所述接收天线单元相互之间间隔所述最佳距离。

2.根据权利要求1的天线阵装置，其中所述发射天线单元垂直极化，所述接收天线单元线性倾斜极化，而且所述发射天线单元和接收天线单元垂直配置。

3.根据权利要求1的天线阵装置，其中所述发射天线单元垂直极化，所述接收天线单元线性倾斜极化，而且所述发射天线单元和接收天线单元以多列方式配置。

4.根据权利要求1的天线阵装置，其中所述发射天线单元和所述接收天线单元线性倾斜极化，而且所述发射天线单元和接收天线单元垂直配置。

5.根据权利要求1的天线阵装置，其中所述发射天线单元和所述接收天线单元线性倾斜极化，而且所述发射天线单元和接收天线单元以多列方式配置。

6.根据权利要求1的天线阵装置，还包括多个有源辐射单元，其中所述发射天线单元和所述接收天线单元结合到所述有源辐射单元内。

7.一种基站天线系统，包括：

一个多列天线装置，包含多个有源发射和有源接收天线单元；

一个发射变换矩阵，耦合到所述多列天线装置，用于处理将由有源发射天线单元发射的信号；以及

一个接收变换矩阵，耦合到所述多列天线配置，用于处理由有源接收天线单元接收的信号，

其中，所述发射变换矩阵和所述接收变换矩阵分离，而且每个矩阵构成在一个预定平面跨越不同角度方向的多个窄波束图。

8.根据权利要求7的基站天线系统，其中所述发射变换矩阵和所述接收变换矩阵包含耦合到幅度调节单元、增益调节单元以及相位调节单元的波束端口，用于控制所述多个窄波束图的形状。

9.一种基站天线系统，包括：

一个多列天线配置，包含至少两个有源极化分集天线单元；

一个延迟单元，耦合到其中一个所述至少两个极化分集天线单元，用于延迟所述一个天线单元的信号；以及

一个变换矩阵，用于构成在一个预定平面跨越不同角度方向的多个窄波束图，所述变换矩阵有多个波束端口和多个天线端口。

10.根据权利要求9的方法，其中所述两个分集极化天线单元为接收天线单元，所述变换矩阵处理由所述有源接收天线单元接收的信号，而且所述一个天线单元的所述延迟信号在被所述变换矩阵处理之前，与一个来自另一天线单元的信号组合。

11.根据权利要求10的方法，其中所述两个分集极化天线单元为发射天线单元，所述变换矩阵处理将由所述有源发射天线单元发射的信号。

12.一种基站天线系统，包括：

一个多列天线装置，包含多个第一有源发射和多个第二有源接收天线单元，所述多个第一有源天线单元具有来自所述多个第二有源天线单元的极化分集；

一个第一变换矩阵，耦合到所述多列天线装置，用于构成在一个预定平面跨越不同角度方向的多个窄波束图，所述第一变换矩阵与所述多个第一有源天线单元相关，而且具有多个波束端口耦合到用于调节第一多个波束端口信号的多个调节单元；

一个第二变换矩阵，耦合到所述多列天线装置，用于构成在一个预定平面跨越不同角度方向的多个窄波束图，所述第二变换矩阵与所述多个第二有源天线单元相关，而且具有多个波束端口耦合到用于调节第二多个波束端口信号的多个调节单元；

一个第一合路器，用于通过组合在所述第一多个波束端口信号的所有信号生成第一合路信号；

一个第二合路器，用于通过组合在所述第二多个波束端口信号的所有信号生成第二合路信号；

一个耦合到所述第一合路器的延迟单元，用于延迟所述第一合路信号；以及

一个第三合路器，用于通过组合经延迟的第一合路信号与第二合路信号。

13.一种基站天线系统，包括：

一个多列天线装置，包含多个第一有源天线单元和多个第二有源天线单元，所述多个第一有源天线单元具有来自所述多个第二有源天线单元的极化分集；

一个合路信号分路器，用于将合路信号分为第一分路信号和第二分路信号；

一个延迟单元，用于延迟所述第一分路信号；

一个第一分路器，用于分路所述延迟的第一分路信号为第一多个波束端口信号；以及

一个第二分路器，用于分路所述第二分路信号为第二多个波束端口信号，

其中调节所述第一和第二多个波束端口信号，并分别提供给所述第一变换矩阵和所述第二变换矩阵。

14.一种基站天线系统，包括：

第一组调节单元，耦合到每个所述多个第一有源天线单元，用于调节所述第一有源天线单元的辐射特性；

第二组调节单元，耦合到每个所述多个第二有源天线单元，用于调节所述第二有源天线单元的辐射特性；

一个变换矩阵，用于构成在一个预定平面跨越不同角度方向的多个窄波束图，所述变换矩阵具有多个波束端口和多个天线端口。

15.根据权利要求14的方法，其中所述多个第一有源天线单元和所述多个第二有源天线单元为发射天线单元，所述变换矩阵处理将由所述第一和第二有源发射天线单元发射的信号。

16.一种基站天线系统，包括：

一个第一变换矩阵，耦合到所述多列天线装置，用于构成在一个预定平面跨越不同角度方向的多个窄波束图，所述第一变换矩阵与所述多个第一有源天线单元相关，而且有多个波束端口耦合到用于调节第一多个波束端口信号的多个第一变换调节单元；

一个第二变换矩阵，耦合到所述多列天线装置，用于构成在一个预定平面跨越不同角度方向的多个窄波束图，所述第二变换矩阵与所述多个第二有源天线单元相关，而且有多个波束端口耦合到用于调节第二多个波束端口信号的多个第二变换调节单元；

一个信号分路器，用于分路一个合路信号为第一分路信号和第二分路信号；

第一组调节单元，用于调节所述第一分路信号；

第二组调节单元，用于调节所述第二分路信号；

一个第一分路器，用于分路所述调节的第一分路信号为第一多个波束端口信号；以及

一个第二分路器，用于分路所述调节的第二分路信号为第二多个波束端口信号，

其中所述第一和第二多个波束端口信号分别被所述第一和第二变换调节单元进一步调节，并分别提供给所述第一变换矩阵和所述第二变换矩阵。

17.一种基站多载波天线系统，包括：

一个多列天线装置，包含多个有源天线单元；

一个变换矩阵，耦合到所述多列天线装置，用于构成在一个预定平面跨越不同角度方向的多个窄波束图，所述变换矩阵有多个波束端口；

多个频率分离器，耦合到所述波束端口，用于从所述波束端口分离信号为多个组分载频信号；

多个调节单元，用于调节每个所述多个载频信号；

多个合路器，其中每个所述多个合路器组合一个预定频率的所有经调节的载频信号，并输出一个预定的频率信号；

以及多个滤波器，其中每个所述多个滤波器被调节到所述预定频率信号并耦合到每个所述合路器。