CN2582303Y - 对于无线通信信号使用动态射束形成的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种在无线网络中使用动态射束形成用于无线电通信信号的系统。基站和/或UE装备有具有射束形成选择范围的天线系统。相应的基站和UE位置是一种用于进行射束形成判定的准则。

Description

对于无线通信信号使用动态射束形成的系统

技术领域

本实用新型涉及无线通信领域。更具体地说，本实用新型涉及一种在无线网络中使用动态射束形成用于无线通信信号传输和/或接收的方法和系统。

背景技术

无线远程通信系统在本领域是为大家所熟知的。通常，一个基站将对于许多用户单元提供无线电通信。基站将典型地同时处理多个与用户系统的通信。基站容量的一个度量是并行通信的最大数量，其可以支持通过这样的情况确定的因素，如可用功率和带宽。

由于不是所有的用户与基站同时通信，一个基站可以超出其用于并行通信的容量对很多用户提供无线电服务。如果对于一个基站正在实施最大数量的并行通信，试图建立进一步的通信将导致业务无效指示，诸如系统忙碌信号。

基站的服务范围不仅局限于其处理并行通信的能力，而且也固有地局限于一个特定的地理区域。基站的地理分布区典型地由基站天线系统的位置和基站传播信号的功率划定。

为了在一个宽阔的地理区域之上提供无线电业务，网络系统通常装备有多个基站。每个基站具有其天线系统，实际上有选择地位于对于由该系统覆盖的总的地理区域特定的部分提供覆盖范围。上述的系统容易地对于移动用户单元提供无线电业务，该移动用户单元可以不中断正在进行的无线电通信移出一个基站的范围并且进入另一个基站的范围。在上述的网络中，一个基站覆盖的地理区域通常被称为小区，以及提供的电话通信业务通常被称作蜂窝电话业务。

按照当前的第三代合伙组织规划(3GPP)的技术要求构成的系统被设计成能提供上述的业务。在这样的系统中，典型的发送基站被称为“网点b”，并且典型的用户单元，移动或别的方式被称为用户设备(UE)。

在设计远程通信系统去覆盖特定的地理区域中，该地理区域可以被划分为预先确定的小区模式。例如，在图1A举例说明的，可以划定为六边形小区，使得该小区在蜂窝形图案中覆盖整个的地理区域。在这样的系统中，每个小区可以具有一个基站，该基站在小区的中心具有一个天线去提供360°的覆盖范围。虽然小区覆盖范围的布局图可以设计为没有任何重叠区，实际上如图1B所示，在阴影示出的来自相邻的小区基站天线的该发送射束肯定会重迭。这个射束覆盖范围的重迭使当该移动UE从一个小区另一个移动之时通信的“切换”由移动UE从一个基站引导到另一个。但是，当该UE位于该重叠区的时候，一个重迭基站信号有助于由UE从不同的基站接收干扰信号。

由于种种原因，小区可以划定为各种各样的不均匀的形状。可以提供定向天线、相控阵天线或其他的类型的天线系统，使得来自基站天线用于发送和/或接收的射束覆盖特定形状和大小的特定的地理区域。如在图1B由基站BS举例说明的，为了提供定型射束覆盖该小区，使用定向天线或相位天线阵使基站天线位于小区的边缘。和只在小区的边缘放置一个单极天线并且发送360°通信射束形成对比，这可以在充分地利用功率和避免在该小区外边产生干扰方面具有优势。

不同于仅适合静止用户单元的无线电通信系统，由于对一个移动UE的服务通常可以由在该系统之内的任何基站提供，设计成能与移动用户通信的系统具有更复杂的使用模式。因此，特定的基站可能发现其功率被从其他的小区进入其小区的移动UE完全地使用。

本实用新型的发明人已经认识到响应无线电系统的实际使用，基站和相关的天线系统可以动态地用于重新配置基站发送和/或接收射束。这可能导致动态地改变总体小区覆盖范围，以更容易地满足业务需要，因此充分地避免尝试的通信遭受网络忙碌信号。当一个UE从一个小区移动到另一个的时候，这还可以导致“智能”切换，以避免通信降低。

为了实施动态射束形成，本实用新型的发明人已经认识到按照传统方法产生识别移动UE的地理位置的数据，诸如使用有效的全球定位卫星(GPS)系统或基站三角测量方法，可以被有利地在基站天线系统的动态操作中使用。

实用新型内容

一个无线电远程通信系统有选择地控制基站RF通信信号。一个基站与多个用户设备(UE)建立无线电RF通信。一个UE的估算的位置被确定。然后使用该估算的UE位置和已知的基站天线系统的位置然后确定相对位置数据。在某种程度上基于该相对位置数据计算射束形成规范。基于该计算的射束形成规范，在该UE和基站天线系统之间形成用于RF通信信号的定向射束，使得该定向射束拥有该UE的估算位置。

一个在无线电远程通信系统中用于与多个用户设备(UE)建立无线电RF通信的优选基站，包括一个与多个信道处理器连接的网络接口。多个调制调解器与相应的信道处理器连接。一个RF模块和一个相关的天线阵系统与所述调制调解器连接。一个射束形成装置，可操作地与RF模块相联，去在天线阵系统能够产生的射束范围内形成一个所需的射束。一个连接到信道处理器和所述射束形成装置的地理位置处理器，其相对于所述天线阵系统的位置数据配置去处理UE地理位置数据，并且输出选择的参数给该射束形成装置，使得该射束形成装置控制该RF模块去以定型射束对选择的UE发送或接收通信数据，该定型射束包围选择的UE的一个估算的位置，这里对应于选择的UE的该估算的位置的地理位置数据是由所述地理位置处理器处理的。优选地，该地理位置处理器被配置去通过估算一个发送射束覆盖范围A_beam的区域计算发送射束形成参数，A_beam作为RF相位和发射功率P的函数，使得相位和发射功率P被选择，以至选择的UE的相对位置数据(θ，d)，这里在A_beam范围之内，θ表示UE离基站天线系统的0度基准的角度，以及d表示离该基站天线系统位置的距离。优选地，该天线系统具有多个模式M，其对同相位和功率提供不同形状的射束，并且该地理位置处理器被配置去计算发送射束形成参数，该参数作为相位，发射功率P和天线系统模式M的函数，并且去输出表示选择的相位，发射功率P以及天线系统模式M组合的参数给射束形成装置去控制发送射束形成。

作为选择，或则此外，该地理位置处理器被配置通过估算接收射束覆盖范围的一个区域去作为RF相位的函数计算接收射束形成参数，使得相位选择，以至该选择的UE的相对位置数据是在接收射束覆盖范围的区域范围之内。其中该天线系统具有多个接收模式，其对同相位接收射束提供不同形状的射束，并且该地理位置处理器被配置去计算接收射束形成参数，该接收射束形成参数与相位和天线系统接收模式有关，并且去输出表示选择的相位和天线系统接收模式组合的参数给该射束形成装置去控制接收射束形成。

优选地，该RF模块具有提供大于一个发送射束的能力，使得每个发送射束能够对于单独的UE组携带通信信号。在此情形下，该射束形成装置被可操作地与RF模块相联，去在天线阵系统能够产生的发送射束范围内形成一组所需的发送射束。其中该地理位置处理器被配置基于多个选择的UE的每个UE_i的相对位置数据(θ_i，d_i)，通过估算一组发送射束覆盖范围的区域去计算发送射束形成参数，这里θi表示UE_i离基站天线系统的0度基准的角度，以及d_i表示UE_i离基站天线系统位置的距离，作为RF相位和发射功率P的函数，使得相位和发射功率P被选择的，以至多个选择的UE的每个UE_i的相对位置数据(θ_i，d_i)是在发送射束覆盖范围区域组的一个区域范围之内。其中该天线系统具有多个模式M，其对同相位和功率提供不同形状的射束，并且该地理位置处理器被配置去计算发送射束形成参数，该参数作为相位，发射功率P和天线系统模式M的函数，并且去输出表示一组选择的相位，发射功率P以及天线系统模式M组合的参数给射束形成装置去控制发送射束形成。

作为选择，或者此外，该RF模块具有提供大于一个接收射束的能力，使得每个接收射束能够对于单独的UE组携带接收信号。在此情况下，该射束形成装置被可操作地与RF模块相联，去在天线阵系统的接收射束容量范围内形成一组所需的接收射束。该地理位置处理器被配置基于多个选择的UE的每个UE_i的相对位置数据(θ_i，d_i)，通过估算一组接收射束覆盖范围的区域去计算接收射束形成参数，这里θ_i表示UE_i离基站天线系统的0度基准的角度，以及d_i表示UE_i离基站天线系统位置的距离，作为RF相位的函数，使得相位被选择的，以至多个选择的UE的每个UE_i的相对位置数据(θ_i，d_i)是在接收射束覆盖范围区域组的一个区域范围之内。其中该天线系统具有多个模式M，其对同相位提供不同形状的射束，并且该地理位置处理器被配置去计算接收射束形成参数，该接收射束形成参数与相位和天线系统M有关，并且去输出表示选择的相位和天线系统模式M组合的参数给该射束形成装置去控制接收射束形成。

一种无线电远程通信系统包括多个上述基站和多个移动用户设备(UE)。优选地，每个UE包括与信道处理器相连的调制解调器。一个具有相关天线的RF模块与调制解调器相连接。UE可以包括一个与信道处理器相连的地理位置处理器，配置为使用全球定位卫星(GPS)系统去确定当前的UE地理位置数据，所述数据是从所述UE RF模块天线发送用于由所述基站使用。每个UE还可以包括一个射束形成装置，可操作地与RF模块相联，去在该天线阵系统能够产生的射束范围内形成一个所需的射束。在此情形下，一个连接到所述射束形成装置的地理位置处理器，其相对于选择的基站已知的位置数据配置去处理一个估算的UE位置的UE地理位置数据，并且输出选择的参数给该射束形成装置。该射束形成装置控制该RF模块去以定型射束对选择的基站发送或接收通信数据，该定型射束包围选择的基站的已知的位置，这里对应于选择的基站的该已知的位置的地理位置数据是由所述地理位置处理器处理的。

该地理位置处理器优选被配置去通过估算一个发送射束覆盖范围A_beam的区域计算发送射束形成参数，A_beam作为RF相位和发射功率P的函数，以便选择相位和发射功率P，以至相对于选择的基站的已知的位置的估算UE位置的相对位置数据，这里在A_beam之内。相对于选择的基站的已知的位置的估算UE位置的相对位置数据可以表示为(θ，d)，其中θ表示选择的基站离估算UE位置的0度基准的角度，以及d表示在该估算的UE位置和选择的基站的已知的位置之间的距离。

该基站天线系统具有多个模式M，其对同相位和功率提供不同形状的射束，该基站的地理位置处理器被配置去计算发送射束形成参数，该参数作为相位，发射功率P和天线系统模式M的函数，并且去输出表示选择的相位，发射功率P以及天线系统模式M组合的参数给射束形成装置去控制发送射束形成。

该地理位置处理器被配置通过估算接收射束覆盖范围的一个区域去作为RF相位的函数计算接收射束形成参数，使得相位被选择，以至该选择的基站的相对位置数据是在接收射束覆盖范围的区域范围之内。其中该基站天线系统具有多个接收模式，其对同相位提供不同形状的射束，该地理位置处理器被配置去计算接收射束形成参数，该参数作为相位和天线系统接收模式的函数，并且去输出表示选择的相位和天线系统接收模式组合的参数给射束形成装置去控制接收射束形成。

附图说明

图1A和1B举例说明一个常规的小区布局和传输模式。

图2举例说明使符合传输射束寻址特定用户集合的动态使用。

图3举例说明使符合传输射束的动态使用，这里基站经历失败。

图4是一个用于小区覆盖范围的动态再分配的流程图。

图5A-5E举例说明一个在许多情况下使用射束形成提供无线电射束覆盖范围给选择的用户设备(UE)的基站。

图6是一个基于射束形成用于实施地理位置的流程图。

图7是一个按照本实用新型的教导用于地理位置辅助射束形成移动通信系统的基站和UE组成部分的方框图。

图8举例说明作为UE从一个小区移动到另一个小区切换的情形。

图9描述在协作的基站之中用于智能切换的协商过程。

图10举例说明按照本实用新型的教导经由射束形成基站使用智能切换配套的用户设备。

图11是一个描述以射束形成基站用于智能切换步骤的流程图。

具体实施方式

用于无线电通信系统初期的小区覆盖范围可以以诸如在图1B举例说明的常规的方式配置。但是，作为保持精确地规定的覆盖区的替代，本实用新型利用动态的形状小区覆盖范围去适应实际的实时系统使用需要。无线电资源、覆盖范围和服务的用户可以在多个邻近和配合的基站之中充分地共享。这导致增加系统容量、利用率和效率。

下列描述主要是提出从基站传输射束动态的定型。但是，那些本领域普通的技术人员将理解射束形成的适用性也适合于接收。由于处于双向通信之中的数据要求对于同一通信的上行链路和下行链路部分可能是完全不同的，对于发送和接收优选独立控制射束成形。另外，在UE对于发送或接收还可以有利地采用射束形成。

最好是，对于每个小区该基站利用相位天线阵或类似的天线系统。正如在本领域公知的，相位天线阵及其他常规的系统可以使基站在选择的方向去发射(或接收)有选择大小的射束。对于相位天线阵，一个RF信号相位可以调节对准发送射束，及信号功率可以调节去控制该射束的大小。同样，天线选择和尺寸可以在射束的形状和大小中起一定的作用。例如，一个基站可以具有一个带有二个天线阵的天线系统，一个在给定的方向产生比较窄的射束，一个在给定的方向产生相对宽的射束。

通过调整上述的参数，两个或更多邻近小区可以以更加适宜的方式对于合起来的所有的小区协商和重新规定由每个基站覆盖的区域。作为在目前覆盖的区域中由其用户过剩需求的结果，或作为由低业务量份量反映的剩余的资源的结果，一个基站可以与在相邻的小区中的一个或多个其邻居启动协商过程。除以上所述之外，可能存在其他的可以使小区启动协商过程的理由。该协商过程本身最好是在合作的基站之间使用在他们自己之间的接口必然伴有许多的消息交换。在该协商过程的结尾，小区组可以达到覆盖总面积新的划分，从而改善集合的使用性能。由每个基站覆盖的新的区域通过天线阵的聚束技术用射频能量阐明。

图2和3描述方案的例子。图2举例说明在基站BS₁区域中和在基站BS₁和基站BS₃区域之间的用户的集合。一旦在这些区域中确定高密度的用户，在基站BS₁和基站BS₃的天线阵用于发送有选择的定型和定向射束，以对于该用户集合提供需要的无线电资源。图3示出一种基站BS₃经历失败的情况。基站BS₁和基站BS₂用于发送有选择的定型和定向射束，以在通常由基站BS₃服务的区域中提供需要的无线电资源给用户。

图4是一个描述涉及使用天线阵动态重新分配基站覆盖范围的典型步骤顺序的流程图。首先，设置参数用于起动该重新分配。为了跟踪和确定起动结果，该网络最好是记住在每个基站和UE及UE特定区域之间有效通信的数目。由于移动UE位置可能连续地改变，最好是，这些信息被以很快的速度更新。

除该UE的位置之外，UE的速度和方向也可能被UE通告或由BS估算。这些信息伴随着地图信息可用于推算该UE的将来位置。这些信息可用于(1)降低必须由UE发送给BS的位置数据的频率，(2)确定是否该网络很可能在(近期)未来达到满载容量。在射束形成判定过程中后者可以被计及。

这些数据使该网络去确定是否特定的基站达到满载容量或很可能达到满载容量。然后，当与特定的基站通信的协作的用户达到阈值数目或数据业务份量达到阈值量的时候，该重新分配过程可以被起动。比较在相邻的小区中正在进行通信的数目，并且如果存在足够低的数目，该协商过程在两个或更多基站之间开始。由于UE位置是已知的，在一个小的区域中相当高密度的用户还可以被用作起动结果。最好是，基站失败也解释为起动结果，去提供由相邻的基站的辅助覆盖范围。

在由起动结果启动之后，该协商过程最好是必然伴有估算所有的UE位置数据，用于UE与特定的基站通信，并且与一组可以用于特定基站的射束方向图匹配它们，提供UE具有相同或低的信号噪音比(SNR)的更加平坦的业务分布。一旦完成该协商过程，该基站重调焦距其发送的RF信号，去对于UE提供在该协商过程期间确定的射束。

射束形成选择最好是使用UE地理位置数据确定。数据业务量也是一个重要因素，尤其当射束形成被适用于与多个UE通信的时候。

图5A举例说明一个基本的例子，这里基站10在单个UE、UE₁上聚焦无线电射束12。在这种情况UE₁下，该基站射束是使用明确的位置资料和/或该目标用户的位置形成的。

图6提供一个该过程基本的流程图。第一步由确定位置和/或目标UE的位置组成。这最好是通过使用公知的技术实现，包括：1)基于UE的方法，诸如GPS方法；2)基于网络的三角测量法，诸如基于抵达时差(TDOA)，入射角(AOA)的方法；3)包括UE和网络两者的混合方法。当使用基于UE技术的时候，提供第二个通信步骤，按照其使该网络知道每个目标UE的位置数据。这个过程包含在UE和网络之间交换适当的计算。

然后出现射束形成计算步骤，最好是包括基于目标UE的位置数据的判定过程。在此步骤期间，为了由该网络服务该目标UE，该网络以认为适当的和/或最适宜的方式确定射束形成的特征。这个判定过程也可以包括双向通信过程，其中该UE也涉及判定过程。最后，基于判定过程形成该射束，去产生有选择大小和指向的RF射束，作为按照其地理位置数据映出覆盖UE的位置。

在图7中举例说明基站20和UE 30的相关组成部分的方框图。该基站20最好是经由一组处理和格式化数据的信道处理器22耦合到网络元件。该基站/网络接口可以是有线、无线的或任何其他的类型的连接。

该信道处理器32与一组调制解调器单元24连接。该调制解调器单元24调制信号，用于发送和解调接收的信号。一个RF模块26具有相关的相位天线阵系统27，并且与调制解调器24连接。该RF模块26转换从基站调制解调器单元24接收的该已调制信号为选择的载波频率用于发送。该RF模块26可操作地与射束形成装置28有关，射束形成装置28可以有选择地调整电源、RF相位及天线选定，以从该天线阵系统27能够产生的射束范围形成想要的射束。地理位置处理器29处理UE地理位置数据，以输出选用的参数给该射束形成装置28。

该天线系统27可以具有有角度定向射束的范围或一大片离散有角度地定向射束。该射束值域也可以具有不同的射束宽度，可获得特定的角度方位。最好是，该RF模块26被配置使得其能够提供多于一个传输射束，使得每个射束能够携带用于单独组UE的通信信号。最好是，由于用户通信的数据流常常是不均匀的，用于接收的射束形成与用于发送的射束形成无关。例如，如果该UE请求数据链路去下载文件，在这样的通信期间，到该UE的该下行链路数据将通常非常大于任何到该基站的上行链路数据流。

该UE 30包括一个用于处理和格式化数据的信道处理器32，该信道处理器32与调制解调器单元34连接。可以提供一个应用处理器33去支持不同的语音和数据处理应用。该调制解调器单元34调制用于发送的信号，并且解调接收的信号。一个RF模块36具有一个相关的天线37，并且与该调制解调器34连接。该RF模块36转换从UE调制解调器34接收的该已调制信号为选择的载波频率用于发送。可以提供一个地理位置处理器39以从GPS系统确定UE地理位置，然后发送给该基站20，最好是以用于移动UE的时常发生的间距。

该UE可以装备有一个射束形成装置38(以阴影示出的)，可以有选择地调整电源、RF相位及天线选定，以从该天线阵系统37能够产生的射束范围形成想要的射束。在此情况下，提供该地理位置处理器39去处理该UE地理位置数据，以输出选用的参数给该UE的射束形成装置。使用射束形成用于UE发送和/或接收可以以信噪比降低在UE及对于网络两者提供好处。在许多情况下，发送定向射束将降低由UE对其他的系统基站或在该射束外边的UE产生的干扰量。在许多情况下，经定向射束接收将减少在接收的信号对于在该射束外边的信源的干扰量。

为了方便起见，对于每个UE的该地理位置数据可以就极坐标而言陈说相对于该基站的基站天线位置，从该基站射束将发送到该UE。参考图5A，实施中，该基站接收UE₁的位置数据，如(θ₁，d₁)，这里θ₁表示该UE离基站天线系统的0度参考光线的角度，及d₁表示UE离基站天线系统位置的估计距离。

这里动态射束形成由UE采用，用于该UE的地理位置数据可以类似地就相对于选择的基站的已知的位置极坐标而言陈说，该选择的基站与该UE通信。在此情况下，该相对位置数据坐标θ表示选择的基站离UE的0度参考光线的角度，并且d表示该UE离该选择的基站的估计距离。

这里采用一个相位天线阵系统，该射束覆盖范围面积A_beam是RF相位及用于发射射束、发射功率P的函数F()。该采用的特定的天线系统也可以提供不同的天线选定模式M，其对于同相位和电源提供不同的射束形状，例如宽射束和窄射束选择可以对于给定相位有效。因此，通常：

A_beam＝F(，P，M)(用于发送)

A_beam＝F(，M)(用于接收)

由于射束方向θ_beam主要是随相位而变的，θ_beam＝f()：

A_beam＝F(f^-1(θ_beam)，P，M)(用于发送)

A_beam＝F(f^-1(θ_beam)，M)(用于接收)

适用于此，在图5A中提供一个发送射束12去覆盖UE₁，

A_beam12＝F(f^-1(θ₁)，P，M)

这里选择P，M使得A_beam12至少扩展一个距离d₁。

可以使用具有双向射束的相控阵天线。典型地，这样的天线指向射束是和一个轴对称的。通过规定该天线沿着轴角度的0度基准，射束方向θ_beam与相位的函数关系可以按照其绝对值表示，如：

|θ_beam|＝f()

这里表示UE位置数据的极坐标被转换，使得该角数据θ从该基站的0度角度的基准变动范围±180度，即-180°≤θ≤180°。

在选择射束形成参数中的一个主要因素，尤其是P和M将保持该接收的信号足够的信噪比(干扰)比率(SNR)。在容量或覆盖范围受限制的系统中，目标通常是获得可允许最高的SNR。在干扰受限制的系统，诸如CDMA中，目标是满足某些最低的SNR以对于需要的链路保证令人满意的QoS，而不是非常高的，以便不引起对其他的链路不必要的干扰。SNR是S÷I，这里S是有效信号并且I是干扰。通用公式是： $\frac{S}{I}=\frac{S_b}{N_0+{\mathrm{\ΣS}}_k}$ 这里：S_b是在接收机中的有效信号

  N₀是噪音，以及

  ∑S_k是来自其他的通信的信号干扰的总和。

S_K值的本质通常从属于使用中的调制，与距离成反比关系。

图5b至5d举例说明不同的情形。在图5B中，UE₂和UE₃足够地远离，来自基站天线阵10在每个UE上形成的射束具有好处。在发送中，指向UE₂的射束远离指向UE₃形成的射束。因此，两者都不提供很大的干扰以减少接收信号相应的SNR。

在图5C中，该射束具有很大的交叠，表示各自的信号相互出现很大的干扰。在UE₂和UE₃两者之一，另一个的发送降表现为很大的噪声系数。在图5D中，举例说明相同的二个UE，UE₂和UE₃在相同特定区域由单个宽射束覆盖。对每个UE的信号，由于没有第二个信号对另一个UE遇见较少干扰信号，从而改善信号干扰比的分母。如果到达UE的功率保持恒定，在图5C举例说明备选方案，反映宽射束形状的模式参数M的选择使信噪比改善。

在实际应用中，其他的变量可以获得作用。在从基站发送期间，在发射机中的功率限制或某些到远处距离潜在的干扰可能实际上需要低的能力到达该UE，由于可能发生扩大射束，增加来自其他的信源的噪音。尤其是，这里两个或更多相邻的基站的射束正在被确定用于小区重新分配，在确定用于涉及处理的基站适当的组射束中，由相邻的小区发送的射束的功率和形状最好被考虑。

另外，由于不同类型的通信具有不同的数据传输速率和服务质量要求，可以考虑通信的类型。例如，数据文件传送可以以比较低的速度实施，但是为了该传送的程序文件去正确地工作，由于每位计算机数据程序文件通常必须是正确的，可以需要高质量的业务。语音或视频会议可能具有低的服务质量要求，但是可能需要高的数据传输速率，以便该语音或视频会议可以对用户看来似乎正在不中断实时实施。音乐或视频信息流通信可能具有类似的服务质量和数据传输速率要求用于下行线路，但是相对于上行链路要求可以是很不均匀的。因此，由于对于在基站10和各自的UE₂和UE₃之间二个独立的通信不均匀的数据传输速率和服务质量要求，图5C可以表示有选择的形成从基站10到UE₂和UE₃的下行链路发送射束，以及图5D可以表示适合于那些通信对于基站10有选择的形成上行链路接收射束。

如果使用一个射束的数据传输速率不够支持UE两者的要求，也许必需去改变调制格式(速度，每个符号位等等。)以能够使用一个射束。这样的改变很可能降低在分子中的信号值。因此，基站的地理位置处理器最好是进行相对的计算，以确定用于这样的射束是否最好的情况涉及一个或二个射束和需要的功率。然后最好是基于SNR实现提供最好的信号的射束方向图。扩展该计算去包括从直接聚焦在UE上转动该射束的可能性是合理的，当对于分母有些不利时，由于该增加的分离在分子中可以更加值得注意。

图5E举例说明增加UE数目的情况，UE₁至UE₇。便于计算，该UE可以按照其的角极坐标标识，使得所有的UE_i由(θ_i，d_i)表示，及UE_i+1由(θ_i+1，d_i+1)表示，θ_i≤θ_i+1。对于许多N的UE，该射束形成选择过程能因此搜索(θ_i，-θ_i+1)的二个最大值，即Δθ_i，i+1，包括Δθ_N，1，去确定相对于该基站天线阵10在角度方位中最靠近的二个组UE。图5E表示在UE₇和UE₁和(Δθ_7，1)之间角位差，及在UE₃和UE₄(Δθ_3，4)之间的角位差是最大的情况，因而UE，UE₁至UE₃及UE，UE₄至UE₇最初选择用于分组。

对于二个提出的射束配置的每一个的θ_beam然后可以最初选择去切分二个组的每个的末尾UE角取向。在图5E的情况下，对于第一个提出的射束配置的θ_beam最好是初始化为(θ₁+θ₃)÷2，及对于第二个提出的射束配置的θ_beam最好是初始化为((θ₄+θ₇)÷2。

然后选择M去保证足够宽的射束去覆盖在每个组的末尾UE之间的方位角宽度，以及选择P去保证信号射出的距离足以覆盖在相应的UE组中反映在每个UE的距离坐标d上的距离。可以进行对于其他的组的计算以确定是否针对系统基准SNR改善，使得无法提供改善导致试图终止集群变异类型。这里该天线阵提供双向的对称射束，正如以上的讨论的，基于每个UE的相应的角度位置6的绝对值，以上所述的计算可以改动，该角度位置6将在-180°≤θ≤180°范围改变。

动态射束形成还可以在实施正在进行的通信的切换中被有利地采用。为了使UE进行通信，该UE在自己和基站天线系统之间建立一个RF链路，该基站天线系统可能位于小区天线杆上。当该UE移动之时，RF链路的特性改变，和在UE和/或小区天线杆上的接收信号质量可能降低，引起切换补偿过程被起动。图8举例说明一个UE在一个小区中实施与基站BS₁通信，并且朝着一个相邻的小区的方向移动，相邻的小区由不同的基站BS₂服务。

该切换补偿过程涉及UE和多个候选者目标小区，如果实施，然后其中一个选择用于切换。图9举例说明在配合的基站之中进行智能切换判定的协商过程。在这个切换补偿过程期间，每个候选者小区在它们自己之中通信，并且交换对于RF资源可利用性信息，和任何其他的值得考虑与支持UE有关的补偿信息。由于两个或更多相邻的基站的射束正在被确定用于小区重新分配，在确定适当的组射束用于包含在该过程中的基站，由相邻的小区发送的射束的功率和形状最好被计及。该协商过程利用射束形成选择，基于如上所述的UE地理位置数据。协商的结果是确定选择的组射束用于涉及的基站，提供UE以相对低的SNR的覆盖范围。

在这个协商阶段期间，该UE借助于其天线阵使用跟踪和聚焦的射束继续由初始小区天线杆支持。因而，该切换补偿过程不一定受严厉的时间限制影响。如在图10举例说明的，在极端的情况下，如果邻近的小区不能有效地接受该UE，可以确定该初始小区是最好的定位，并且应该继续服务于该UE。这通过例如基站BS₁的该天线阵的射束形成和跟踪性能进行，以继续保持与UE₁和UE₃的通信，即使它们已经移动超出UE₁的正常小区覆盖范围。在图10举例说明的例子中，高密度的用户贴近基站BS₂导致“智能”切换确定去重新配置扩展的射束从基站BS₁继续服务于UE₃。

图11是一个用于实施“智能”切换通用的过程的流程图，其实际上可以导致没有切换进行。第一步通过起动事件的出现将起动该智能切换过程。该起动事件最好是包括涉及UE位置数据的阈值，表示移动方向位置数据的改变，UE信号品质恶化，在按照通信应用为基础的根据需要通信期间，运行中服务基站负载和改变UE需要，可以从低高速率数据切换。

一旦起动该过程，该服务基站确定基站将对所有涉及的基站选择一个优选的射束配置模式。一旦选择新的射束配置过程，实施重调焦距该相应的基站射束。在该初始服务基站实施其新的射束模式之前，该新的服务基站将首先实施确定用于其的该选择的射束并且获得该UE通信，将出现切换。

智能切换和总体网络动态定型的小区覆盖范围两者被采用，该智能切换标准只可能对在图4举例说明的小区覆盖范围过程的动态定型起动事件的作用。

虽然就某些特定的参数而言描述了本实用新型，对那些本领域技术人员来说其他的变化将是容易显而易见的，并且被认为是落在本实用新型的范围之内。

Claims (23)

1.一个在无线电远程通信系统中用于与多个用户设备(UE)建立无线电RF通信的基站，其特征在于所述基站包括：

一个与多个信道处理器连接的网络接口；

多个与相应的信道处理器连接的调制调解器；

一个RF模块和一个与所述调制调解器连接的相关的天线阵系统；

一个射束形成装置，可操作地与RF模块相联，去在天线阵系统能够产生的射束范围内形成一个所需的射束；和

一个连接到信道处理器和所述射束形成装置的地理位置处理器，其相对于所述天线阵系统的位置数据配置去处理UE地理位置数据，并且输出选择的参数给该射束形成装置，使得该射束形成装置控制该RF模块去以定型射束对选择的UE发送或接收通信数据，该定型射束包围选择的UE的一个估算的位置，这里对应于选择的UE的该估算的位置的地理位置数据是由所述地理位置处理器处理的。

2.根据权利要求1的基站，其特征在于该地理位置处理器被配置去通过估算一个发送射束覆盖范围A_beam的区域计算发送射束形成参数，A_beam作为RF相位和发射功率P的函数，使得相位和发射功率P被选择，以至选择的UE的相对位置数据(θ，d)，这里在A_beam范围之内，θ表示UE离基站天线系统的0度基准的角度，以及d表示离该基站天线系统位置的距离。

3.根据权利要求2的基站，其特征在于该天线系统具有多个模式M，其对同相位和功率提供不同形状的射束，并且该地理位置处理器被配置去计算发送射束形成参数，该参数作为相位，发射功率P和天线系统模式M的函数，并且去输出表示选择的相位，发射功率P以及天线系统模式M组合的参数给射束形成装置去控制发送射束形成。

4.根据权利要求3的基站，其特征在于该地理位置处理器被配置通过估算接收射束覆盖范围的一个区域去作为RF相位的函数计算接收射束形成参数，使得相位选择，以至该选择的UE的相对位置数据是在接收射束覆盖范围的区域范围之内。

5.根据权利要求4的基站，其特征在于该天线系统具有多个接收模式，其对同相位接收射束提供不同形状的射束，并且该地理位置处理器被配置去计算接收射束形成参数，该接收射束形成参数与相位和天线系统接收模式有关，并且去输出表示选择的相位和天线系统接收模式组合的参数给该射束形成装置去控制接收射束形成。

6.根据权利要求1的基站，其特征在于：

该RF模块具有提供大于一个发送射束的能力，使得每个发送射束能够对于单独的UE组携带通信信号；和

该射束形成装置被可操作地与RF模块相联，去在天线阵系统能够产生的发送射束范围内形成一组所需的发送射束。

7.根据权利要求6的基站，其特征在于该地理位置处理器被配置基于多个选择的UE的每个UE_i的相对位置数据(θ_i，d_i)，通过估算一组发送射束覆盖范围的区域去计算发送射束形成参数，这里θ_i表示UE_i离基站天线系统的0度基准的角度，以及d_i表示UE_i离基站天线系统位置的距离，作为RF相位和发射功率P的函数，使得相位和发射功率P被选择的，以至多个选择的UE的每个UE_i的相对位置数据(θ_i，d_i)是在发送射束覆盖范围区域组的一个区域范围之内。

8.根据权利要求7的基站，其特征在于该天线系统具有多个模式M，其对同相位和功率提供不同形状的射束，并且该地理位置处理器被配置去计算发送射束形成参数，该参数作为相位，发射功率P和天线系统模式M的函数，并且去输出表示一组选择的相位，发射功率P以及天线系统模式M组合的参数给射束形成装置去控制发送射束形成。

9.根据权利要求6的基站，其特征在于该地理位置处理器被配置通过估算接收射束覆盖范围的一个区域去作为RF相位的函数计算接收射束形成参数，使得相位被选择，以至该选择的UE的相对位置数据是在接收射束覆盖范围的区域范围之内。

10.根据权利要求9的基站，其特征在于：

该RF模块具有提供大于一个接收射束的能力，使得每个接收射束能够对于单独的UE组携带接收信号；

该天线系统具有多个接收模式，其对于同相位提供不同形状的接收射束；和

该射束形成装置被可操作地与RF模块相联，去在天线阵系统的接收射束容量范围内形成一组所需的接收射束。

11.根据权利要求1的基站，其特征在于该地理位置处理器被配置去通过估算一个发送射束覆盖范围A_beam的区域计算接收射束形成参数，A_beam作为RF相位的函数，使得相位被选择，以至选择的UE的相对位置数据(θ，d)，这里在A_beam范围之内，θ表示UE离基站天线系统的0度基准的角度，以及d表示离该基站天线系统位置的距离。

12.根据权利要求11的基站，其特征在于该天线系统具有多个模式M，其对同相位提供不同形状的射束，并且该地理位置处理器被配置去计算接收射束形成参数，该接收射束形成参数与相位和天线系统M有关，并且去输出表示选择的相位和天线系统模式M组合的参数给该射束形成装置去控制接收射束形成。

13.根据权利要求11的基站，其特征在于：

该RF模块具有提供大于一个接收射束的能力，使得每个接收射束能够对于单独的UE组携带接收信号；和

该射束形成装置被可操作地与RF模块相联，去在天线阵系统的接收射束容量范围内形成一组所需的接收射束。

14.根据权利要求13的基站，其特征在于该地理位置处理器被配置基于多个选择的UE的每个UE_i的相对位置数据(θ_i，d_i)，通过估算一组接收射束覆盖范围的区域去计算接收射束形成参数，这里θ_i表示UE_i离基站天线系统的0度基准的角度，以及d_i表示UE_i离基站天线系统位置的距离，作为RF相位的函数，使得相位被选择的，以至多个选择的UE的每个UE_i的相对位置数据(θ_i，d_i)是在接收射束覆盖范围区域组的一个区域范围之内。

15.根据权利要求14的基站，其特征在于该天线系统具有多个模式M，其对同相位提供不同形状的射束，并且该地理位置处理器被配置去计算接收射束形成参数，该接收射束形成参数与相位和天线系统M有关，并且去输出表示选择的相位和天线系统模式M组合的参数给该射束形成装置去控制接收射束形成。

16.一种无线电远程通信系统，其特征在于所述系统包括多个根据权利要求1基站。

17.根据权利要求16的无线电远程通信系统，进一步包括多个移动用户设备(UE)，每个UE包括：

一个具有相关天线的RF模块；和

一个地理位置处理器，配置使用全球定位卫星(GPS)系统去确定当前的UE地理位置数据，所述数据是从所述UE RF模块天线发送用于由所述基站使用。

18.根据权利要求16的无线电远程通信系统，进一步包括多个移动用户设备(UE)，每个UE包括：

一个RF模块和一个相关的天线阵系统；

一个射束形成装置，可操作地与RF模块相联，去在该天线阵系统能够产生的射束范围内形成一个所需的射束；和

一个连接到所述射束形成装置的地理位置处理器，其相对于选择的基站已知的位置数据配置去处理一个估算的UE位置的UE地理位置数据，并且输出选择的参数给该射束形成装置，使得该射束形成装置控制该RF模块去以定型射束对选择的基站发送或接收通信数据，该定型射束包围选择的基站的已知的位置，这里对应于选择的基站的该已知的位置的地理位置数据是由所述地理位置处理器处理的。

19.一种在无线电远程通信系统中用于与具有已知的位置的基站建立无线电RF通信的用户设备(UE)，其特征在于所述用户设备(UE)包括：

一个与信道处理器连接的调制调解器；

一个RF模块和一个与所述调制调解器连接的相关的天线阵系统；

一个射束形成装置，该射束形成装置被可操作地该RF模块相联，去在该天线阵系统能够产生的射束范围内形成一个所需的射束；和

一个连接到所述信道处理器和所述射束形成装置的地理位置处理器，其相对于选择的基站已知的位置数据配置去处理一个估算的UE位置的UE地理位置数据，并且输出选择的参数给该射束形成装置，使得该射束形成装置控制该RF模块去以定型射束对选择的基站发送或接收通信数据，该定型射束包围选择的基站的已知的位置，这里对应于选择的基站的该已知的位置的UE地理位置数据是由所述地理位置处理器处理的。

20.根据权利要求19的UE，其特征在于该地理位置处理器被配置去通过估算一个发送射束覆盖范围A_beam的区域计算发送射束形成参数，A_beam作为RF相位和发射功率P的函数，以便选择相位和发射功率P，以至相对于选择的基站的已知的位置的估算UE位置的相对位置数据(θ，d)，这里在A_beam之内，θ表示选择的基站离估算UE位置的0度基准的角度，以及d表示在该估算的UE位置和选择的基站的已知的位置之间的距离。

21.根据权利要求19的UE，其特征在于该基站天线系统具有多个模式M，其对同相位和功率提供不同形状的射束，该基站的地理位置处理器被配置去计算发送射束形成参数，该参数作为相位，发射功率P和天线系统模式M的函数，并且去输出表示选择的相位，发射功率P以及天线系统模式M组合的参数给射束形成装置去控制发送射束形成。

22.根据权利要求20的UE，其特征在于该地理位置处理器被配置通过估算接收射束覆盖范围的一个区域去作为RF相位的函数计算接收射束形成参数，使得相位被选择，以至该选择的基站的相对位置数据是在接收射束覆盖范围的区域范围之内。

23.根据权利要求21的UE，其特征在于该基站天线系统具有多个接收模式，其对同相位提供不同形状的接收射束，该地理位置处理器被配置去计算接收射束形成参数，该参数作为相位和天线系统接收模式的函数，并且去输出表示选择的相位和天线系统接收模式组合的参数给射束形成装置去控制接收射束形成。

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