倾斜相关的波束形状系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于在电倾斜期间改变天线阵列８３、８８的辐射方向图形状的系统。天线阵列８３、８８具有多个天线单元８４，并且该系统包括配备有一次端口１１和多个二次端口１２↓［１］－１２↓［４］、１２的移相设备１０、２０、４０、８５，一次端口１１被配置成接收发射信号，二次端口被配置成向每个天线单元８４提供相移输出信号。该系统还包括相位锥度设备２０、４０、８５、８７，其以倾角θ改变天线单元上的相位锥度，从而改变波束形状。本发明专利技术适用于无线通信系统内的下行链路以及上行链路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于适配(adapt)无线通信网络中天线的波束形状的系统。
技术介绍
可变波束倾斜(tilt)是一种用于优化蜂窝电话和数据通信的无线电 接入网络的重要工具。通过改变基站天线的主波束指向，能够控制干扰 环境和小区覆盖区域这二者。加可变线性相移来执行可变电波束倾斜。由于成本原因，该移相设备应 当尽可能简单并且包含尽可能少的部件。因此，其通常使用某些种类的 可变延迟线来实现。在本说明书中，术语"线性"和"非线性"应被理 解为指的是多端口移相网络的多个二次端口 (secondary port)上的相对 相位，而非端口本身的时间或相位特性。具有一个一次端口 ( primary port)和N个(N〉l) 二次端口的传统 的多端口移相器，是利用二次端口上的线性渐进可变相位锥度(taper) 来实现的。除了线性渐进相位锥度之外，固定振幅和相位锥度通常被用 作用于生成锥形(tapered)标称二次端口分布的手段。图la和lb图示了具有一个一次端口 11的传统移相器10,并且该 移相器在四个二次端口 12r124上生成下行链路线性渐进相移。可变角 度"延迟板，，13具有多个U形线(trombone line) 14，每个U形线用于 每个二次端口 12r124。 U形线14被以线性渐进半径来布置。通过适当 选择结的形状(junction configuration)、线长度和线阻抗值，能够控制 移相器的标称相位和振幅锥度，例如以实现图la中以"0"指示的二次 端口上的均匀相位。通过改变延迟线长度(即U形线14的长度)，在 该情况中是通过相对于固定板15旋转延迟板13, 二次端口 12广124经历 图lb中所指示的线性渐进相移。在上行链路中，二次端口 12广124从天 线(未示出)接收信号，这些信号在移相器中被组合成一次端口 11处 的共同接收信号。目前已考虑过利用非线性移相设备来控制电向下倾斜，例如Drach 的US 5,798,675和Butland等人的US 5,801,600中所提到的。JP2004 229220中公开了 一种4吏用传统线性移相器进行倾存+相关 (tilt-dependent)波束成形的系统。该系统具有取决于倾角的不同波束 宽度，但是这是通过基站控制器(4)中的倾角控制部(41)与垂直波 束宽度控制部(42)结合来实现的，见JP2004 229220中的图6。传统上，基站天线具有约一个波束宽度的可变波束倾斜范围。这种 情况加上当前多数移动连接是具有固定比特率要求的电路切换语音的 事实，尚未激起在提高接近天线处的信号与干扰加噪声比(SINR)方面 的兴趣。 一般而言，其已经足够好了。对于特定小区配置，例如对于高处放置的天线结合小型小区，更需 要使用具有大波束倾斜的天线。对于具有常规窄仰角波束辐射方向图的 天线，大波束倾斜使得接近基站的用户与比接近小区边界的用户相比经 受更低的路径增益，原因是远近用户的路径损耗之差小于方向性天线增 益之差。对于基于分组的数据通信而言，这并非是对可用功率的最优使 用。因此，对于具有大波束倾斜的天线，需要主波束下某种程度的辐射 方向图零值填充，或者甚至某种类似余割的波束成形。另一方面，在大型小区中，当不采用波束倾斜或采用小波束倾斜时， 应该针对最大峰值增益来优化天线方向图。小区边界处的用户的路径增 益总会小于更接近于基站的用户的路径增益，原因是在大型小区且接近 水平观测角的情况下，路径损耗随垂直观测角而快速变化。
技术实现思路
本专利技术的 一个目标是提供一种系统，该系统允许针对小倾角时的高 最大增益以及大倾角时的主波束下的高度零值填充这二者来优化天线 的辐射方向图。一种实现该目标的解决方案是通过提供一种用于根据倾角来改变 天线波束形状的系统来实现的，所述天线优选具有以阵列形式布置的多 个天线单元。电倾斜是通过包含移相设备来实现的，该移相设备将在移 相设备的二次端口上提供相移。相位锥度设备利用倾角来在天线单元上 提供经改变的相位锥度。本专利技术的一个优势是通过保持最优天线方向图，可以在自适应系统中使用单一天线以满足对增加通信链路质量进而增加与一个或多个 并发用户相关联的比特率的需要，所述最佳天线方向图取决于到基站的距离。对于本领域技术人员而言，在阅读详细描述后，本专利技术的其它目标 和优势将会4艮明显。附图简述图la和lb示出了线性移相器。图2a和2b示出了非线性移相器的第一实施例。图3a和3b示出了阐释来自线性移相器和非线性移相器的相移的图。图4示出了非线性移相器的第二实施例。图5示出了 O度波束倾斜时的天线单元激励。图6示出了 9度波束倾斜时的天线单元激励。图7a-7d示出了利用本专利技术的仰角辐射方向图图8示出了具有包括本专利技术的基站的无线电信网络。图9示意性地图示了根据本专利技术的倾斜相关波束形状。详细描述包括具有多个天线单元的天线的基站被布置在小区中，其中在所有 其他条件相同的情况下，天线的特性决定了小区的大小以及小区覆盖区 域。为在整个小区内实现相同的信号强度，无论到基站的距离如何，在 该小区中，天线增益G(。除以路径损耗丄(。作为观测角e的函数，应为常 数，二C二c福 丄的尽管如此，常数C随小区配置而变，即随着天线安装高度和小区大 小而变，这又意味着最优天线辐射方向图随波束倾角而改变，如图7b-7d 中的线71所示。能够通过利用倾角来改变天线上的相位锥度，例如通 过提供结合如图2a、 2b、 3b和4所描述的非线性移相器，来实现倾斜 相关辐射方向图。非线性移相器促进了不同波束倾角的不同相位锥度， 由此将提供倾斜相关的天线波束形状。在以下描述中将可互换地使用术语"相移"和"时间延迟，，，并且 应当理解，除非另外指出，这些术语在本上下文中指代等效属性。本专利技术的 一个基本部分是在移相器网络的二次端口上提供非线性相位锥度。 一种用于实现这一点的方法是使用多二次端口真(true)时 间延迟网络，其中相对延迟线长度通常是非线性渐进的。真时间延迟网 络生成频率相关的相移，该属性使得其特别适用于天线应用，如波束控制。图2a和2b中阐释了下行链路中非线性移相器20的第一实施例的 基本原理，类似于图la和图b中所示出的移相器，其使用真时间延迟 网络。延迟网络(以及像这样的方法)的关键属性是通过在延迟板23 上以非周期方式布置U形线24 (在该特定实施例中)，在二次端口上 提供非线性相对时间延迟。通过适当选择结的形状、线长度和线阻抗值， 能够控制具有非线性延迟相关性的真时间延迟网络的标称相位和振幅 锥度，例如以实现图2a中二次端口 12广124上由"0"标示的二次端口上 的均匀相位。与附图说明图1中的真时间延迟网络形成对照，通过相对于固定板 25旋转延迟板而改变延迟线长度在二次端口 12rl24上产生非线性渐进 时间延迟(并且因而相移)，如图2b中"a" 、 '>2" 、 '>3"和'V/ 所标示的那样。在上行链路中，移相器20的二次端口 12rl24从天线(未 示出)接收信号，这些信号经非线性时间延迟并在移相器内组合成一次 端口 11处的共同接收信号。作为非限制性实例，图3a和3b中分别针对延迟板13和23的不同 旋转(见图例)比较了下行链路中来自线性移相器和非线性真本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在电倾斜期间改变下行链路中天线阵列（８３；８８）的辐射方向图形状的系统，所述天线阵列（８３；８８）具有多个天线单元（８４），所述系统包括配备有一次端口（１１）和多个二次端口（１２↓［１］－１２↓［４］；１２）的移相设备（１０；２０；４０；８５），所述一次端口（１１）被配置成接收发射信号，所述多个二次端口被配置成向每个天线单元（８４）提供相移输出信号，其特征在于所述系统还包含相位锥度设备（２０；４０；８５；８７），所述相位锥度设备以倾角（θ↓［ｔｉｌｔ］）改变天线单元上的相位锥度，从而改变波束形状。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：L曼霍尔姆，MH安德森，M约翰逊，SO彼得森，
申请(专利权)人：艾利森电话股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]