用于无线系统中自适应波束放置的方法技术方案

一种用于无线通信系统的操作相控阵天线的方法，该无线通信系统服务于其中来自多个移动通信设备的通信需求作为时间的函数改变的区域，该方法涉及：对于多个连续时间中的每个时间，(1)获得指示对于那个时间作为波束方向的函数的总移动通信需求密度的信息；及(2)利用相控阵天线，电子地生成对于那个时间相对于其它波束方向指向其总移动通信需求密度高的方向的通信波束。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请依据35U.S.C.§119(e)要求于2014年7月17日提交的标题为“MethodforAdaptiveBeamPlacementinWirelessSystems”的临时申请序列No.62/025,638的权益，其全部内容通过引用被结合于此。
本专利技术的实施例一般而言涉及利用窄波束代替常规天线辐射模式或作为其附加的无线系统，并且涉及使用这些窄波束来增加无线系统的容量的方法。
技术介绍
诸如无线电或TV广播的许多无线系统使用全向天线，即，在至少一个平面中辐射360度的天线。诸如点对点微波链路的其它系统使用定向天线，即，主要在锥形或波束内辐射的天线。商业蜂窝系统首先引入了全向塔天线。后来，无线运营商迁移到在塔上利用3个定向天线的扇区体系架构，每个天线覆盖120度的方位角和大约15-20度的仰角。现代蜂窝网络每个小区使用三个扇区作为虚拟标准。这种解决方案在过去当语音通信主导无线流量时很好地服务于无线运营商。但是，随着运行具有大无线数据消耗的应用(诸如视频点播)的智能电话和其它智能移动设备的出现，对无线网络容量的要求已经远远超出了蜂窝系统的能力。原则上，通过添加塔、基站和天线的小区分割是用于增加网络容量的自然解决方案，但是这种做法的高成本以及公众对新小区塔的普遍反对呈现严重的实际限制。用于增加蜂窝网络容量的另一个自然方案是通过扩展所使用的电磁(EM)频谱。这也是高成本的解决方案，因为EM频谱稀缺并且获取是昂贵的。此外，这是受限的解决方案，因为只有很少频带可用于蜂窝使用。用于增加蜂窝网络容量的先进信号处理方法基于多输入多输出(MIMO)技术。这些方法依赖在基站和移动设备处使用多个天线来利用EM传播的空间分集并重用EM频谱。MIMO广泛地在诸如WiMAX和LTE(长期演进)的4G(第四代)无线网络中使用。不幸的是，在实践中，MIMO要求大量的信号处理并且仅提供较小的容量改进，因为其性能对在现有蜂窝环境中普遍存在的低信干噪比(SNIR)条件非常敏感。在美国专利申请13/442,561中描述了一种用于大量的增加蜂窝网络容量而无需添加小区塔或频谱的新方法，该专利申请通过引用被结合于此。这种方法基于使用窄的、灵活的扫描波束来增强扇区中所有位置处的SNIR并且创建频谱重用的可能性，类似于MIMO但是没有信号处理。在实践中，通过在美国专利#8,611,959中描述的低成本相控阵技术，在塔处生成窄波束是可能的，该专利通过引用被结合于此。但是，美国专利申请13/442,561中的方法要求波束放置与扫描之间的精确协调以及基站与移动设备之间的通信时间的调度。基站软件中的重要修改对于实现这种协调是必要的。在这里，我们公开利用窄波束增加蜂窝网络容量但不要求基站软件中的任何显著修改的其它方法。
技术实现思路
一般而言，在一方面，本专利技术的特征在于用于无线通信系统的操作相控阵天线的方法，该无线通信系统服务于其中来自多个移动通信设备的通信需求作为时间的函数改变的区域。该方法涉及：对于多个连续时间中的每个时间，(1)获得指示对于那个时间作为波束方向的函数的总移动通信需求密度的信息；和(2)利用相控阵天线，电子地生成对于那个时间相对于其它波束方向指向其总移动通信需求密度高的方向的通信波束。其它实施例包括以下特征中的一个或多个。获得指示作为波束方向的函数的总移动通信需求密度的信息涉及在一定方向范围内扫描探测波束并且测量作为探测波束方向的函数的总移动通信需求。探测波束是窄波束，并且探测波束在其上扫描的方向范围在方位角和仰角上都变化。作为替代，获得指示作为波束方向的函数的总移动通信需求密度的信息涉及：(1)引用提供关于作为时间的函数的移动通信设备的预期地理分布的信息的数据库；(2)获得关于多个移动通信设备的地理分布的信息；(3)在一定方向范围内扫描探测波束并测量作为探测波束方向的函数的瞬时频谱效率；或(4)参考指示作为波束方向的函数的瞬时频谱效率的所存储的信息源。通信波束是窄波束，并且具有基于与总移动通信需求密度的聚集有关的细节而选择的形状。所生成的通信波束是发送波束和/或接收波束。其它实施例还包括以下特征中的一个或多个。该方法还涉及，利用相控阵天线并且对于多个连续时间中的每个时间，电子地生成多个通信波束，每个通信波束指向对于那个时间相对于其它波束方向其总移动通信需求密度高的多个不同方向，其中首先提到的通信波束在所述多个通信波束之中。作为替代，该方法涉及，利用相控阵天线并且对于多个连续时间中的每个时间，电子地生成多个通信波束，每个通信波束指向总移动通信需求密度展现聚集的多个不同方向，其中首先提到的通信波束在所述多个通信波束之中。多个通信波束的波束形状被选择为匹配集群的形状。获得指示作为波束方向的函数的总移动通信需求密度的信息涉及：(1)在一定方向范围内扫描探测波束，并且测量作为探测波束方向的函数的总移动通信需求，其中探测波束是窄波束并且探测波束在其上扫描的方向范围在方位角和仰角上都变化；(2)引用提供关于作为时间的函数的移动通信设备的预期地理分布的信息的数据库；(3)获得关于多个移动通信设备的地理分布的信息；(4)在一定方向范围内扫描探测波束，并测量作为探测波束方向的函数的瞬时频谱效率；或(5)参考指示作为波束方向的函数的瞬时频谱效率的所存储的信息来源。本专利技术的实施例包括用于以在特定时间最大化小区的平均容量的方式放置在小区塔处生成的波束和其它波束形状(以下统称为“窄波束”)并且用于根据移动流量(移动通信流量)的变化改变波束的放置(诸如为了维持最大平均容量)的方法。根据本专利技术的一个实施例，提供了在具有至少在方位角和/或仰角上使窄波束转向的装置的小区塔上生成窄波束的波束形成设备，用于估计小区中的移动流量的密度的方法，以及用于放置窄波束(诸如为了最大化平均流量)的方法。根据本专利技术的一个实施例，提供了在具有改变波束模式的装置的小区塔上生成波束模式的波束形成设备，用于估计小区中的移动流量的密度的方法，以及用于放置波束模式(诸如为了最大化平均流量)的方法。根据本专利技术的另一个实施例，提供了在小区塔上生成窄波束的波束形成设备，该小区塔具有经由独立于基站的控制信号来使窄波束转向的装置。根据本专利技术的另一个实施例，提供了在具有使窄波束转向的装置的小区塔上生成窄波束的波束形成设备，用于独立于基站估计小区中的移动流量的密度的方法，以及用于放置窄波束(诸如为了最大化平均流量)的方法。根据本专利技术的另一个实施例，提供了在具有使窄波束转向的装置的小区塔上生成窄波束的波束形成设备，用于从由UE提供的信息而不使用基站来估计小区中的移动流量的密度的方法，以及用于放置窄波束(诸如为了最大化平均流量)的方法。根据本专利技术的另一个实施例，提供了在具有使窄波束转向的装置的小区塔上生成窄波束的波束形成设备，用于从在基站和波束形成设备之间流动的信号来估计小区中的移动流量的密度的方法，以及用于放置窄波束(诸如为了最大化平均流量)的方法。根据本专利技术的另一个实施例，提供了在具有使窄波束转向的装置的小区塔上生成窄波束的波束形成设备，用于从由UE提供的信息而不使用基站、从在基站和波束形成设备之间流动的信号来估计小区中的移动流量的密度的方法，以及用于放置窄波束(诸如为了最大化平均流量)的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于无线通信系统的操作相控阵天线的方法，该无线通信系统服务于其中来自多个移动通信设备的通信需求作为时间的函数改变的区域，所述方法包括：对于多个连续时间中的每个时间，(1)获得指示对于那个时间作为波束方向的函数的总移动通信需求密度的信息；及(2)利用相控阵天线，电子地生成对于那个时间相对于其它波束方向指向其总移动通信需求密度高的方向的通信波束。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.17 US 62/025,6381.一种用于无线通信系统的操作相控阵天线的方法，该无线通信系统服务于其中来自多个移动通信设备的通信需求作为时间的函数改变的区域，所述方法包括：对于多个连续时间中的每个时间，(1)获得指示对于那个时间作为波束方向的函数的总移动通信需求密度的信息；及(2)利用相控阵天线，电子地生成对于那个时间相对于其它波束方向指向其总移动通信需求密度高的方向的通信波束。2.如权利要求1所述的方法，其中获得指示作为波束方向的函数的总移动通信需求密度的信息包括在一定方向范围内扫描探测波束并且测量作为探测波束方向的函数的总移动通信需求。3.如权利要求2所述的方法，其中探测波束是窄波束。4.如权利要求2所述的方法，其中探测波束在其上扫描的方向范围在方位角和仰角上都变化。5.如权利要求1所述的方法，其中获得指示作为波束方向的函数的总移动通信需求密度的信息包括引用提供关于作为时间的函数的移动通信设备的预期地理分布的信息的数据库。6.如权利要求1所述的方法，其中获得指示作为波束方向的函数的总移动通信需求密度的信息包括获得关于多个移动通信设备的地理分布的信息。7.如权利要求1所述的方法，其中获得指示作为波束方向的函数的总移动通信需求密度的信息包括在一定方向范围内扫描探测波束并测量作为探测波束方向的函数的瞬时频谱效率。8.如权利要求1所述的方法，其中获得指示作为波束方向的函数的总移动通信需求密度的信息包括参考指示作为波束方向的函数的瞬时频谱效率的所存储的信息源。9.如权利要求1所述的方法，其中通信波束是窄波束。10.如权利要求1所述的方法，其中通信波束具有基于与总移动通信需求密度的聚集有关的细节而选择的形状。11.如权利要求1所述的方法，其中所生成的通信...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉梅什·蒋博尔帕拉特，大卫·M·柏迪新，冯一平，马克·R·平托，米哈伊·巴努，
申请(专利权)人：蓝色多瑙河系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US