基站收发器及用于在基站收发器与用户设备之间通信的相关联方法

摘要

本发明涉及一种用于与划分成至少两个群组的多个用户设备UE1、UE2、UE3、UE4、UE5通信的基站收发器BTS，所述基站包括：-天线元件布置，其产生具有相应下倾角以到达所述用户设备UE1、UE2、UE3、UE4、UE5的至少两个经移位静态波束(Bi、Bo)；处理单元(25)，其连接到所述收发器链(9)且具有用于执行上行链路数字信号的至少两个线性复杂组合的构件；-用于接收所述上行链路信号及用于基于波束流(Fi、Fo)中的所述上行链路信号的质量而为每用户设备选择适当波束的构件。

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括天线元件布置的基站收发器。本发明还涉及一种用以优化由此 多天线布置提供的能力的方法。目标是使用对在用于管理同一逻辑小区内的业务的不同 波束内提取的信息的实时分析来优化频谱效率。

背景技术

无线电通信网络配备有包括适于覆盖所述网络的预定义小区且与此小区中的用户 设备通信的天线的基站收发器。针对所提供的给定覆盖范围要求，假设无线电资源为稀 少的，则用于给定频谱资源的不同波束可经优化以便减少致密化要求。

由于在基站的位置方面的约束，必需能够优化无线电小区几何形状(Ii/(Ie+Ii)，其 中Ii为内部小区干扰且Ie为来自其它小区的干扰)以提供每位于小区中的用户所请求 的Qos。

在遗留天线系统的情况下，计算表示天线沿俯仰方向的倾斜的唯一下倾角以提供适 当覆盖范围。此下倾角为固定的或在现场以机械方式预设，或者可使用能够使天线沿俯 仰方向移动的远程控制电机而远程地修改。

新的无线电通信网络具有在位速率方面及在容量方面提供更高效服务的要求。与使 用遗留天线系统的覆盖范围要求相联系的要求不提供优化覆盖范围/容量折衷的灵活性， 因为为了减少位点数目覆盖范围始终为优选的。

为了优化容量/覆盖范围要求，已提出基于一基站位点处的多个天线的一些新方法， 其趋向于并行化数据发射(以达到较高位速率)同时限制干扰(以确保高容量)。多输 入多输出(MIMO)及波束形成即为此类方法。

此外，通过水平地(每小区数个扇区)或垂直地(同心小区)分裂小区及所有相关 联硬件，更多的用户设备可与基站通信。

然而，在此解决方案中，需要额外天线布置及硬件，且那么此解决方案可为相对昂 贵的。

发明内容

本发明的一个目标是通过在不增加硬件及软件的情况下改进多个用户设备与基站 之间的通信来克服目前技术水平的缺点。

根据本发明，此目标通过一种用于与划分成至少两个群组的多个用户设备通信的基 站收发器来实现，所述基站包括：

-天线元件布置，其产生具有相应下倾角以到达所述用户设备的至少两个经移位静 态波束且包括：多个天线元件，其分别连接到收发器处理链以用于在所述基站收发器与 所述用户设备之间交换通信信号；处理单元，其连接到所述收发器链且具有用于针对相 同频谱资源执行在所述天线元件与所述基站收发器之间接收的数字信号的至少两个线 性复杂组合及处理分别与所述所产生的波束相关联的具有从用户设备接收的上行链路 信号的波束流的构件，

-用于接收所述上行链路信号及用于基于所述波束流中的所述上行链路信号的质 量而为每用户设备选择适当波束的构件。

借助此布置，保持了小区覆盖范围，同时减小每波束的干扰，以使每一用户群组的 性能最大化，而不会增加与天线元件布置相关联的硬件及软件。

与设法每用户识别一波束的良好波束形成特征相比，将同一静态及预定义波束分配 给一用户群组。

此外，使用两个统计波束，如果在两个波束内接收用户设备，那么改进上行链路性 能，因为空间分集将衰落去相关。

根据本发明的进一步实施例：

-所述天线元件布置适于产生内部波束及外部波束，其中所述内部波束到达位于靠 近于所述天线元件布置处的用户设备，且所述外部波束到达位于远离所述天线元件布置 处的用户设备，

-所述处理单元包括用于对所述天线元件施加复杂天线权数使得所述天线元件布 置沿预定义及俯仰方向产生波束的构件，

-所述基站收发器包括用于将针对所述相同频谱资源每波束接收的上行链路信号 之间的载波/干扰比与预定阈值进行比较以确定待使用的所述适当波束的构件，

-所述基站收发器包括用以隔离每波束接收的所述上行链路信号的构件，

-所述基站收发器经配置以基于经确定用于上行链路发射的所述适当波束而识别 用于下行链路发射的所述适当波束，

-所述基站收发器包括监视下行链路信号的质量以证实经选择用于下行链路发射 的所述波束的反馈信道，

-所述基站收发器包括用于识别每波束使用的适当下行链路资源以在每一波束中 使用及再使用的构件，

-所述处理单元包括用于将具有下行链路信号的波束流引导到相应波束的构件，所 述相应波束绑定到使用相应波束的用户设备。

本发明还涉及一种用于在基站收发器与划分成至少两个群组的多个用户设备之间 通信的方法，所述基站包括：天线元件布置，其产生具有相应下倾角以到达所述用户设 备的至少两个经移位静态波束且包括：多个天线元件，其分别连接到收发器处理链以用 于在所述基站收发器与所述用户设备之间交换通信信号；处理单元，其连接到所述收发 器链且具有用于针对相同频谱资源执行所述天线元件与所述基站收发器之间的数字信 号的至少两个线性复杂组合的构件，所述方法包括以下步骤：

-处理分别与所述所产生的波束相关联的具有从用户设备接收的上行链路信号的 波束流，

-接收所述上行链路信号，并基于所述波束流中的所述上行链路信号的质量而为每 用户设备选择适当波束。

根据本发明的进一步实施例：

-所述方法包括进一步的以下步骤：

·针对每一波束流，将针对所述相同频谱资源每波束接收的上行链路信号之间的 载波/干扰比与预定阈值进行比较，

·如果所述比满足或超过所述阈值，那么选择在用户设备位置处具有最高功率级 的波束并将所述用户设备指派给所述选定波束，

·否则使用最大比组合MRC组合所述波束流，

-所述方法包括例如多用户检测、干扰消除或直接16QAM解调/调制的处理步骤，

-所述方法包括进一步处理：

·基于经确定用于上行链路发射的所述适当波束而识别用于下行链路发射的所述 适当波束，

·监视下行链路信号的质量以证实经选择用于下行链路发射的所述波束。

算法的复杂性减小，因为每波束用户的数目在统计上减小。在上行链路上，频率再 使用因子(Ie/Ii)的减小及每波束的小区内干扰减小改进额外处理步骤的效率。

附图说明

依据下文关于各图所解释的示范性实施例，本发明的进一步细节及优点将变得显而 易见，图中：

-图1展示根据本发明的通信网络，

-图2图解说明图1的通信网络的天线元件布置，

-图3是天线元件布置的收发器链的实例，

-图4图解说明波束流的处理的实例，

-图5是图解说明投射于小区半径上的两个波束的功率级的变化的图表，且

-图6是多用户检测的实例。

具体实施方式

在例如WCDMA(宽带码分多址)的多用户系统中，多个用户具备从用户设备(例 如，蜂窝式电话或计算机)到连接到有线网络的基站收发器BTS的通信链路。

图1展示本发明的实例。在具有建筑物的密集城市情景的情况下，可使用多波束到 达室内及室外的用户。在所描述的实施例中，用户设备UE1到UE5被分成两个群组： 第一群组的室内用户，其靠近于基站BTS且位于内部小区1中；及第二群组的室外用户， 其位于外部小区2中。

更精确地说，所有用户均由网络中的局部划分成以下两个空间体积的同一逻辑小区 对象管理：内部小区1及外部小区3，

-两个第一用户设备UE1及UE2位于基站BTS附近内部小区1中，

-另一用户设备UE3(例如移动电话)位于距基站BTS较大距离处两个小区1与 3中间，且

-两个最终用户设备UE4及UE5(例如计算机)位于由同一逻辑小区覆盖的建筑 物中外部小区3中，

如图2中更详细地展示，基站BTS包括适于覆盖网络中的预定义区域的天线元件布 置5，例如有源天线阵列或智能天线。

所述天线布置包括数个辐射元件7的阵列，在图2的简化实例中，所述天线布置包 括四个辐射元件7。

此处辐射元件7为贴片元件。或者，可使用偶极子。

每一辐射元件7连接到用于向用户设备UE1到UE5发射下行链路通信信号及从用 户设备UE1到UE5接收上行链路通信信号的相应收发器处理链9。

每一收发器链9包括相应发射器与接收器。

图3中详细地展示收发器处理链9的变体。

处理链9接收基带信号分量的总和作为输入。在所述处理链中，数字基带信号在模 块11处经转换成模拟信号、在模块13处经上变频、在模块15处经滤波、在模块17处 经预放大、在模块19处经功率控制且在放大器21处经放大。出于回溯循环目的而反馈 放大器21的输出处的信号的一部分，且所述信号的主要部分被呈送到天线元件布置且 反向地用于上行链路信号。匹配模块23负责在不同的天线元件7内分配输入功率。

并非必需描述为处理链9的一部分的所有模块来达到此效应，使得可省略这些模块 中的一些模块。

天线布置5(图2)还具备连接到所有收发器链9的处理单元25。

此处理单元25包括分别耦合到收发器链9的信号端口及从收发器链9接收的数字 信号的线性复杂组合构件(未展示)，所述构件具有移相器以用于在数个线性复杂组合 之间更改相位差，以便形成具有相应下倾角的数个经相移波束，举例来说，内部波束 Bi及外部波束Bo。移相器可为可调整的以使波束Bi、Bo的下倾角变化。

使用此架构，可产生用于到达不同用户设备UE1到UE5的两个或两个以上波束Bi、 Bo，而不需要其它天线元件或天线布置且不对相同无线电资源进行再使用。

此外，在改进经由两个波束Bi、Bo而在两个群组中所经历的用户信号的隔离及其 相关联波束流Fi、Fo容器在共用公共无线电接口(CPRI)上的隔离时，小区内干扰的 效应减小。在无端到端隔离的情况下，可仅在下行链路方向上获得增益。

此外，每一波束Bi、Bo可沿预定义俯仰方向产生以能够以最佳准确度到达每一群 组的用户设备。此解决方案允许使天线布置增益最大化且增加所接收信号质量，优选地 减小小区内及小区间干扰。

此外，处理单元25还适于使用适合多址方法(例如高速分组接入(HSPA))在共 用公共无线电接口(CPRI)上在上行链路发射中将与内部波束Bi及外部波束Bo相关联 的内部流Fi及外部流Fo发送到基站调制解调器节点B且接收所述调制解调器信号以在 下行链路发射中发射到用户设备UE1到UE5。

调制解调器节点B可基于两个波束流Fi、Fo的专用物理控制信道(DPCCH)上的 上行链路信号的信号强度而将用户设备指派给内部或外部小区。

出于所述目的，调制解调器包括比较器(未展示)，所述比较器用于针对每一波束 流Fi、Fo将载波/干扰比(C/I)与预定阈值进行比较(图4)。

因此，在所描述的实施例中，一种用于处理多个天线元件的方法包括以下步骤。

处理单元25(图2)执行从收发器链9接收的所有数字信号的第一及第二线性复杂 组合。然而，处理单元25可执行两个以上线性复杂组合。

接着，处理单元25对第一组合施加第一相位，以便在具有给定下倾角(例如-8°或 -10°)且具有覆盖内部小区1的主波瓣的内部波束Bi中发射第一下行链路信号。相反地， 从由所述主波瓣界定的接收区接收上行链路信号(图1、图2)。

类似地，处理单元25对第二组合施加提供与第一组合的相移的第二相位，且以便 在具有给定下倾角(例如-2°)且具有覆盖外部小区3的主波瓣的外部波束Bo中发射第 二下行链路信号。相反地，从由所述主波瓣界定的接收区中接收上行链路信号。

处理单元25还可对输入到每一收发器链的每一基带信号施加用于达到方位方向的 第一复杂权数及用于达到俯仰方向的第二复杂权数。此使得收发器链9能够独立地控制 不同的天线元件7且针对每一天线元件7使用不同的天线元件权数。可将用户设备相对 于基站BTS的位置(到基站的距离、方位角、俯仰角)报告给所述基站BTS，使得其可 计算待施加到不同天线元件7的适当复杂天线权数。

上行链路发射

现在参考上行链路发射，其中在由多个用户共享的链路上将处于同一频率F1(图1) 下的上行链路信号从用户设备发射到基站。

针对每一用户设备发射，调制解调器节点B在CPRI上接收两个波束流Fi、Fo。在 CPRI上将所接收的数字信号隔离。节点B每用户针对相同频谱资源的每一波束流Fi、 Fo将载波/干扰比(C/I)与预定阈值进行比较(图4)。

如果C/I比满足或超过预定阈值，用户设备明显地集中在仅一个波束下，那么由调 制解调器的选择器执行最佳波束的选择。

如图5中所图解说明，在靠近于天线布置5处，内部波束Bi的功率级Pi高于外部 波束Bo的功率级Po。相反，在远离天线布置5处，外部波束Bo的功率级Po高于内部 波束Bi的功率级Pi。在交叉点27处此情形发生逆转。

调制解调器节点B将用户设备：

-当内部波束Bi的功率级Pi高于外部波束Bo的功率级Po时(在图5中交叉点 27的左边)，指派给内部小区1，举例来说，第一用户设备UE1及UE2，且

-当外部波束Bo的功率级Po高于内部波束Bi的功率级Pi时(在图5中交叉点 27的右边)，指派给外部小区3，举例来说，最终用户设备UE4及UE5。

再次参考图4，如果C/I比不满足或超过阈值，那么此意味着用户设备位于两个波 束Bi、Bo中间(例如图1中的用户设备UE3)。

因此，最大比组合(MRC)由调制解调器的MRC模块执行。在MRC中，基于以 下假设而组合所接收信号：干扰紧密地逼近白高斯噪声：每一所接收信号由选定加权因 子加权且组合所接收信号。对于此情形，空间分集得以改进，因为多波束保证信号接收 之间的去相关。假设每波束可获得2路空间分集，那么性能等效于上行链路中的4路空 间分集系统。

或者，可仅执行MRC。

接着以较高信号/噪声比(SNR)或载波/干扰比(C/I)执行最佳波束流或经组合流 的进一步处理，且所述处理准许从每一用户设备发射提取信息内容。

进一步处理可为在每一经连接用户与一个波束相关联之后的多用户检测(MUD)、 干扰消除(IC)。在图6中所图解说明的实例中，MUD模块接收内部波束流Fi、外部 波束流Fo及MRC经组合流F′并输出数个信号，此处为五个信号S1到S5，所述信号中 的每一者与相应用户设备UE1到UE5相关联。

此外，各种IC算法可减小有效干扰，例如连续IC、迭代并行IC。还可使用空间干 扰算法来消除Bi-Bo干扰贡献，且反之亦然。

在连续IC中，按用户的成功解码的可能性对用户进行排序，且首先解码最强用户 的分组。在解码分组之后，重构信号并从所接收信号减去所述信号。针对下一轮的解码 再次对剩余的用户进行排序。在所有用户内迭代地执行所述程序。一般来说，稍后解码 的用户从先前用户的取消中获益且遇到经改进的信干噪比。

在迭代并行IC中，解码多个用户且同时从所接收信号消除所述多个用户。

还可将用户划分成若干群组，且接着连续地从高优先级群组到低优先级群组执行并 行IC。

下行链路发射

现在参考下行链路发射，其中调制下行链路信号以供发射到波束，所述波束绑定给 位于所述波束下的用户设备。

关键目标是在下行链路中每波束地分裂资源且还识别这些资源是否可再使用。

当与用户设备建立链接时，基站使用从用户设备接收的信号来估计最佳波束。更精 确地说，基站使用在上行链路中自我学习的信息来针对下行链路识别最佳候选波束。

如上文所描述，此估计是基于C/I比与预定阈值的比较或MRC加权因子分析。接 着，基站BTS在具有最高功率级的最佳波束上重新引导下行链路流。

由处理单元进行外部环路及用户反馈设备分析以证实下行链路波束选择，因为用户 设备与收发器模块不具有相同天线增益。反馈信道监视环路确保基于上行链路信号分析 的选择不使下行链路性能降级。

此外，基站可实时地识别每波束使用的最佳候选下行链路资源(举例来说，UMTS 中的OVSF代码)以在每一预定义波束中使用。

所属领域的技术人员将理解，可围绕一基站创建两个以上用户群组。创建群组的主 要准则将为界定对应于围绕基站的同心圆的数个角度值，其中不同的俯仰角用于到达位 于两个同心圆之间的用户。

因此，可同时使用具有相应下倾角的两个或两个以上波束，且通过调整波束的下倾 角，改进小区的覆盖范围并减小小区之间的干扰。

的确，借助此解决方案，基站调制解调器的承载的干扰保护的改进为显著的(即， 大约3dB到5dB)，此导致一小区中可接入小区覆盖范围内的这些承载的用户的数目 增加(即，50％到70％)。

此外，不存在总体所需硬件的增加，且仅需要某种调制解调器软件改进来处理两个 波束，但不需要更多处理努力。