WO2006119686A1

WO2006119686A1 - Procede de selection dynamique de structure d'antenne reseau

Info

Publication number: WO2006119686A1
Application number: PCT/CN2006/000793
Authority: WO
Inventors: Tiezhu Xu; Feng Li; Shaoli Kang
Original assignee: Shanghai Ultimate Power Communications Technology Co., Ltd.
Priority date: 2005-05-09
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2006-11-16
Also published as: US20080278374A1; KR100945337B1; CN100495951C; CN1863004A; KR20080013895A

Description

一种动态选择阵列天线结构的方法技术领域

本发明涉及阵列天线技术，尤指一种动态选择阵列天线结构的方法。背景技术

在现有的时分同步码分多址（TD-SCDMA)系统中，基站大都使用阵列天线来完成用户信号的接收与发射。所谓阵列天线是由多个天线单元按照一定分布方式构成的，用于提高移动通信中天线系统的性能，阵列天线中的每个天线单元是相互独立的单元，每个天线单元也称作阵元，每个天线单元可以采用全向天线或定向天线，所有天线单元的分布可以是直线型、环型、平面型或立体型。阵列天线技术就是通过所有天线单元之间的相互配合完成各种环境下用户信号的接收与发送。一般来说，基站采用 8阵元的均勾圆形阵列天线来进行上行信号的接收和检测，但是，在某些情况下，比如基站处理能力受限时，就只能使用较少的天线单元比如仅采用 6阵元或 4阵元来进行上行信号的接收和检测，以保证基站能正常工作。那么，在当前采用的阵元数小于阵列天线总阵元数时，如何合理地确定阵列天线结构是非常重要的问题。

以 8阵元的阵列天线为例，当釆用的阵元数小于 8时，目前确定新阵列天线结构的方法有两种：一种是，利用当前确定的阵元数重新构建新的阵列天线；另一种是，从已有阵列天线结构中挑选确定数目的阵元形成新的阵列，但基本不改变原有阵列天线的分布形式，也就是说，不改变所选阵元在原阵列天线中的位置，如图 la和图 lb所示，图 la为 8阵元的均匀圆形阵列天线，图 lb为挑选出的 6个阵元所形成的新阵列天线，图中的标号 1〜8分别表示第几阵元。

上述两种确定新阵列天线结构的方法各自存在不同的缺陷和问题：对于第一种方法，由于要摒弃原有的阵列天线结构，完全重建一个全新的阵列天线结构，不仅会带来操作上的困难和资源的浪费，而且可能出现接收机在不同情况下不能兼容的问题，因此，很难在实际中得到应用。

对于第二种方法，虽然实现比较简单，但在选择阵元时需要考虑所选阵元对到达信号的接收强度，以免造成对接收信号的屏蔽。因为信号屏蔽主要与信号的到达角度有关，而无线环境下由于用户移动或者遮挡物变换使得信号到达天线的方向总是在变化的，接收机预先并不知道信号的到达角情况，这样，如果阵元选择不合适就会使一些信号被屏蔽，接收不到。换句话说就是，如果直接根据位置固定的已有阵元组成新阵列进行到达信号的接收，很容易出现接收盲区， gp : 某个区域一直不能收到到达的信号，进而导致接收机系统无法恢复信源、无法正常工作。可以看出，固定的阵列天线结构选择方案很容易造成接收信号的盲区，即：对应某个到达角的信号，接收机一直不能实现正确接收和检测，从而导致通信无法正常进行。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种动态选择阵列天线结构的方法，不仅实现简单灵活，而且能使每个阵元更合理地接收到达信号，提高阵列天线信号接收的可靠性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的- 一种动态选择阵列天线结构的方法，选定基本阵列天线并确定所需阵元数，从基本阵列天线的所有阵元中选出确定数目的阵元组成阵列天线结构，并采用当前阵列天线结构进行信号的接收和检测，该方法还包括：

判断接收信号的传输时间间隔和 /或时隙位置是否发生变化，如果是，则从基本阵列天线的所有阵元中重新选出确定数目的阵元组成新阵列天线结构，并采用新阵列天线结构进行信号的接收和检测，否则继续判断。

其中，所述基本阵列天线为任意形式的阵列天线。所述选出确定数目的阵元是在基本阵列天线的所有阵元中任意选择；所述基本阵列天线为 8阵元均匀圆形阵列天线时，所述从基本阵列天线中选出确定数目的阵元具体为：从 8 阵元均勾圆形阵列天线的所有阵元中任意选出 6个阵元、或 4个阵元。所述确定所需阵元数是根据系统处理能力和 /或当前用户数确定的。

该方法进一步包括：确定不同阵元对应的一种以上阵元组合，则所述选出确定数目的阵元为：选择一种阵元组合。其中，所述重新选出确定数目的阵元组成新的阵列天线结构为：对于同一传输时间间隔内的不同时隙选择不同阵元组合组成的阵列天线结构，或者选择同一种阵元组合组成的阵列天线结构。或者，所述重新选出确定数目的阵元组成新的阵列天线结构为：对于不同传输时间间隔的不同时隙选择不同阵元组合组成的阵列天线结构，或者选择同一种阵元组合组成的阵列天线结构。或者，所述重新选出确定数目的阵元组成新的阵列天线结构为：对于不同传输时间间隔的相同时隙选择同一种阵元组合组成的阵列天线结构，或者选择不同阵元组合组成的阵列天线结构。

本发明所提供的动态选择阵列天线结构的方法，是从选定的基本阵列天线结构中，选出数量少于总阵元数的阵元组成新的阵列天线结构，在阵元数相对固定的情况下，对不同传输时间间隔的不同传输时隙，选择不同的阵元形成不同的阵列天线结构，这样，不仅实现起来简单方便、具有更大的灵活性，而且能够保证整个阵列天线对所有不同到达角的用户信号的接收，也就是说，即使某个时隙的阵列天线结构对某个到达角的信号出现屏蔽，随着时隙的变化，所采用的阵列天线结构也会改变，所出现的屏蔽问题也就相应消除了，如此，可使当前采用的阵列天线中的每个阵元能更合理地接收到达信号，避免固定阵列天线结构可能出现的盲区问题，进而明显提高基站系统的性能，提高用户信号接收的可靠性。另外，为了防止某些信号因屏蔽而长时间无法接收，可进一步配合通信系统中的编码和重传机制，从而更有效的完成通信过程，为用户提供更好的服务。

在本发明实现过程中，所采用的已有阵列天线结构是任意的，比如：可以选用直线形阵列天线、均匀圆形阵列天线等等；对于阵元个数的确定可根据系统处理能力或用户数有多种选择，比如：从 8元阵列天线中选出 6个阵元、 5个阵元等等；对于阵元的选择可以是任意的，比如：在 8元阵列天线中选出任意 6个阵元；对应不同传输时隙选用哪种阵列天线结构也是任意的，比如：选用第 1阵元〜第 6阵元组成的阵列天线结构、或是第 3阵元〜第 8阵元组成的阵列天线结构等等。而且，本发明的方法可适用于所有以阵列进行信号接收的通信系统。总而言之，本发明方法的实现具有很强的灵活性、实用性和通用性，适用范围更广，实现形式多种多样。

附图说明

图 la和图 lb为现有技术中一阵列天线阵元变化前后的阵列天线结构图; 图 2为 8阵元均匀圆形阵列天线结构示意图；图 3为本发明方法的实现流程图。

具体实施方式

本发明的核心思想是：从选定的基本阵列天线的所有阵元中选出部分阵元组成不同的阵列天线结构，根据传输时间间隔和 /或时隙位置的变化，动态选择不同的阵列天线结构进行用户信号的接收和检测。

这里，将已有阵列天线作为基本阵列天线，已有阵列天线是指 4阵元、 8 阵元、 16阵元的直线形阵列天线、圆形阵列天线等等；所述选择部分阵元主要是根据系统的处理能力和 /或当前接入的用户数先确定要选的阵元数目，再确定选哪些阵元，具体选择哪些阵元是任意的，比如：对于 8阵元均匀圆形阵列天线结构确定要选出 4个阵元，可以选连续的 4个阵元，也可以等间隔地选 4 个阵元，还可以不等间隔地选 4个阵元等等；所述动态选择不同阵元结构也是任意选择的，并不限定可选阵列天线结构的选择顺序。

本发明适用于任何一个以阵列天线接收用户信号的通信系统，下面仅以 TD-SCDMA系统为例。本实施例中，所采用的基本阵列天线是 8阵元均匀圆形阵列天线，并根据系统处理能力选定采用 6个阵元组成新的阵列天线结构。

图 2为 8阵元均勾圆形阵列天线的结构示意图，图 2中标号 1〜8表示第 1阵元〜第 8阵元，该阵列天线的参考点为圆心，参考线为圆心与第 1阵元之间的连线，阵元标号按逆时针排列。图 2中五角星表示一个信源，该信源的方向用（θ， φ) 来描述，其中， Θ表示信号到达的方位角， φ表示信号到达的仰角，图 2中的 χ、 y、 z为三维坐标轴。

本实施例中，从 8阵元中选出 6个阵元组成新的阵列天线结构，可选择的组合共有0₈ ⁶=28种，具体如表一所示，表一中每组阵元标号表示选择哪几个阵元，比如： 1、 2、 3、 4、 5、 6，表示选择第 1阵元到第 6阵元; 1、 2、 3、 4、 6、 8，表示选择第 1阵元、第 2阵元、第 3阵元、第 4阵元、第 6阵元和第 8阵元。

序号阵元标号

1 1， 2, 3 , 4， 5 , 6

2 1， 2, 3， 4， 5 , 7

3 1， 2， 3， 4， 5， 8

4 1， 2， 3， 4, 6， 7 5 1， 2, 3 , 4, 6， 8

6 1， 2, 3， 4， 7, 8

7 1， 2， 3， 5， 6， 7

8 1， 2， 3， 5， 6, 8

9 1， 2， 3 , 5， 7， 8

10 1， 2， 3 , 6, 7， 8

11 1， 2, 4， 5， 6， 7

12 1， 2, 4, 5 , 6， 8

13 1， 2， 4, 5， 7， 8

14 1， 2， 4， 6， 7， 8

15 1， 2， 5， 6， 7， 8

16 1， 3， 4， 5, 6， 7

17 1 , 3 , 4， 5， 6， 8

18 1， 3 , 4, 5， 7, 8

19 1， 3， 4, 6， 7， 8

20 1， 3， 5， 6， 7， 8

21 1， 4， 5， 6， 7, 8

22 2， 3， 4， 5， 6， 7

23 2, 3 , 4， 5， 6， 8

24 2， 3 , 4， 5， 7， 8

25 2， 3 , 4， 6, 7， 8

26 2， 3， 5， 6， 7 8

27 2, 4， 5， 6， 7, 8

28 3， 4， 5， 6, 7, 8

表一

同样的，如果是从 m阵元中选出 η个阵元组成新的阵列天线结构，可选择的组合应为种。在具体实现时，可以每次重新选择不同的阵元组成新的阵列天线结构，也可以预先生成如表一所示的阵元组合表，每次选择一个序号，进而就可以得到所对应的阵元组合，再由所选的阵元组合组成新的阵列天线结构。

本发明中，如何根据时隙的变化或传输时间间隔的变化动态选择不同的阵列天线结构可以有很多种方式，比如：每个传输时间间隔的每个时隙采用一种选出阵元的组合，或者每个传输时间间隔中相同子帧或帧采用相同的阵元组合。同一传输时间间隔中不同时隙的阵列天线结构可以相同，也可以不同；不同传输时间间隔的不同时隙的阵列天线结构可以相同，也可以不同。

具体来说，在传输时间间隔为 20ms的情况下，每个传输时间间隔中包括两个帧，一个帧由两个子帧组成，每个子帧具有多个时隙，通常，在业务量低时业务只占用每个子帧中的一个时隙，业务量高时会占用一个子帧中的多个时隙。

以 12.2kbps业务为例，该业务仅占用每个子帧的一个时隙，相当于每个传输时间间隔中包括与业务相关的四个时隙，那么，在具体操作中，在同一个传输时间间隔内，可以选出四种组合，比如：选出表一中的第 3、 7、 19、 27 四种组合，每个子帧或时隙采用一种组合，比如：第一子帧的一个业务相关时隙采用第 3种阵元组合，第二子帧的一个业务相关时隙采用第 7种阵元组合，第三子帧的一个业务相关时隙采用第 19种阵元组合，第四子帧的一个业务相关时隙采用第 27种阵元组合。或者，同一传输时间间隔内相同帧采用同一种阵元组合，比如：第一子帧和第二子帧为相同帧，第三子帧和第四子帧为相同帧，那么，选出表一中任意两种组合，第一子帧和第二子帧采用两种中的任意一种组合，第三子帧和第四子帧采用两种中的另一种组合。

对于不同传输时间间隔，比如 12.2kbps业务的两个传输时间间隔，包括八个子帧，可以选出八种阵元组合，每个子帧采用一种阵元组合；也可以只选出四种阵元组合，在两个传输时间间隔的相同子帧或时隙采用一种相同的阵元组合，比如：在每个传输时间间隔的第一子帧的一个业务相关时隙采用第 3 种阵元组合，第二子帧的一个业务相关时隙采用第 7种阵元组合，第三子帧的一个业务相关时隙采用第 19种阵元组合，第四子帧的一个业务相关时隙采用第 27种阵元组合；当然也可以对两个传输时间间隔内相同的帧采用同一种阵元组合。两个以上传输时间间隔的处理方式与上述方案均类似。那么，本发明方法应用于上行信号接收时，信号接收的具体处理流程如图 3所示，该方法的实现前提是：已选定基本阵列天线，并已根据系统处理能力确定参与用户信号接收的阵元数，进而已确定可选的阵元组合。该方法包括以下步骤：

步骤 301 :任意选择一种阵元组合，基站的接收机通过当前选择的阵元组合组成的阵列天线结构接收用户信号。

步骤 302 303 :接收机判断传输时间间隔或时隙位置是否发生变化，如果是，则重新选择阵元组合组成新的阵列天线结构，否则，返回步骤 302。

本步骤中，由于在标准中，对于不同的业务类型规定了相应的传输时间间隔，这样，高层可以根据用户的业务类型和系统时钟判断时间传输间隔的分界点，并将传输时间间隔通知接收机，进而接收机可以判断传输时间间隔是否变化。同样，时隙位置是系统帧结构决定的，接收机根据系统时钟的变化可以判断时隙位置是否变化。

如果时隙位置或传输时间间隔有变化，则需要重新选择阵元组合。具体如何重新选择阵元组合就是：接收机根据传输时间间隔的不同，在每个传输时间间隔的每个时隙，选择任意一种可选的阵元组合。对于同一传输时间间隔的不同时隙，阵列天线结构可以相同或者不同；对于不同传输时间间隔的不同时隙，阵列天线结构也可以相同或者不同；对于不同传输时间间隔的相同时隙，阵列天线结构同样可以相同或者不同。

步骤 304: 接收机采用步骤 302所选阵元组合组成的新阵列天线结构接收和检测到达的用户信号，返回步骤 302。

从步骤 304的处理可以看出，对于每个时隙都是采用新选择的阵元组合组成的阵列天线结构对相应时隙的信号进行接收和检测，每个时隙阵列天线对信号的处理是相互独立的，每个时隙所选择的阵元组合可以是相同或不同的。

本发明所述的动态选择阵列天线结构的方法可适合于任意使用阵列天线进行接收的通信系统，只要参与实际接收或处理的阵元数小于基本阵列天线的阵元数，接收机皆可从基本阵列天线中任意选取合适数目的阵元，用于不同时刻的用户信号接收和检测。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims

权利要求书

1.一种动态选择阵列天线结构的方法，选定基本阵列天线并确定所需阵元数，从基本阵列天线的所有阵元中选出确定数目的阵元组成阵列天线结构，并采用当前阵列天线结构进行信号的接收和检测，其特征在于，该方法还包括：

2.根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述基本阵列天线为任意形式的阵列天线。

3.根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述选出确定数目的阵元是在基本阵列天线的所有阵元中任意选择。

4.根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述确定所需阵元数是根据系统处理能力和 /或当前用户数确定的。

5.根据权利要求 2或 3所述的方法，其特征在于，所述基本阵列天线为 8 阵元均匀圆形阵列天线。

6.根据权利要求 5所述的方法，其特征在于，所述从基本阵列天线中选出确定数目的阵元具体为：从 8阵元均匀圆形阵列天线的所有阵元中任意选出 6个阵元、或 4个阵元。

7.根据权利要求 1、 2或 3所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括: 确定不同阵元对应的一种以上阵元组合；

则所述选出确定数目的阵元为：选择一种阵元组合。

8.根据权利要求 7所述的方法，其特征在于，所述重新选出确定数目的阵元组成新的阵列天线结构为：对于同一传输时间间隔内的不同时隙选择不同阵元组合组成的阵列天线结构，或者选择同一种阵元组合组成的阵列天线结构。

9.根据权利要求 7所述的方法，其特征在于，所述重新选出确定数目的阵元组成新的阵列天线结构为：对于不同传输时间间隔的不同时隙选择不同阵元组合组成的阵列天线结构，或者选择同一种阵元组合组成的阵列天线结构。

10.根据权利要求 7所述的方法，其特征在于，所述重新选出确定数目的阵元组成新的阵列天线结构为：对于不同传输时间间隔的相同时隙选择同一种阵元组合组成的阵列天线结构，或者选择不同阵元组合组成的阵列天线结构。