[发明专利]多天线波束形成蜂窝网络的改进的性能

说明书

相关申请数据

本申请与在2008年4月29日提交的序列号为第60/048,716号的临时专利申请有关并且按照35U.S.C.§119(e)要求这些较早的提交文件的优先权。该临时专利申请也通过引用结合于本实用专利申请中。

技术领域

一种用于选择具有多个发射天线的移动通信系统中的码本子集的系统和方法。

背景技术

越来越多地需要移动无线运营商提供语音和高速数据服务，并且同时这些运营商想要通过基站支持更多用户以减少整体网络成本并且使服务可为订户所承受。因而需要实现更高数据速率和更高容量的无线系统。用于无线服务的可用频谱有限，并且用于增加固定带宽之内的通信量的在先尝试已经造成系统中的干扰增加和信号质量下降。

当在基站使用现有技术的全向天线时存在一个问题，因为每个用户的信号的发射/接收成为位于网络上的相同小区中的其它用户的干扰源，从而使整体系统干扰被限制。在图1(a)中示出了这样的全向天线。在这些传统的移动蜂窝网络系统中，基站没有关于移动单元在小区内的位置的信息并且在小区内的所有方向上辐射信号，以便提供无线电覆盖。这除了引起针对使用相同频率的相邻小区(所谓的同信道小区)的干扰之外还在没有到达移动单元时造成发射功率的浪费。类似地，在接收时，天线接收包括噪声和干扰的来自所有方向的信号。

一种用于减少这类干扰的有效方式是使用在发射机和接收机处支持多个天线的多输入多输出(MIMO)技术。对于多天线广播信道、诸如蜂窝网络上的下行链路，已经开发发射/接收策略来通过将小区分成多个扇区并且使用扇区化天线(sectorized antenna)以与多个用户同时进行通信来最大化下行链路吞吐量。这样的扇区化天线技术呈现出一种用于减少干扰水平并且提高系统容量的明显改进的解决方案。

扇区化天线系统的特征在于与在通信会话中涉及到的多个接收机(用户设备、蜂窝电话等)同时进行通信的中央发射机(小区站点/塔)。利用这一技术，每个用户的信号仅在该特定用户的方向上由基站发射和接收。这允许系统明显减少系统中的整体干扰。如图1(b)中所示的扇区化天线系统包括如下天线的阵列，这些天线基于系统中的每个用户的位置将不同发射/接收波束引向该用户或者蜂窝网络中的不同方向。

基站(在发射和接收时)的辐射模式均适应于每个用户，以在该用户的方向上获得最高增益。通过使用扇区化天线技术并且通过利用移动单元在小区内的空间位置，已经开发用于增强性能的称为空分多址(SDMA)的通信技术。空分多址(SDMA)技术实质上创建通过波束形成和/或预编码来同时发射的多个无关的空间管道，由此能够呈现出多址接入无线电通信系统中的优良性能。

这一正交地引导信号发射和接收的方法被称为波束形成，并且通过在基站的高级信号处理而变得可能。在波束形成时，每个用户的信号乘以对往返于每个天线的信号的幅度和相位进行调节的复数权重。这使得来自扇区化天线阵列的输出在预期方向上形成发射/接收波束并且最小化在其它方向上的输出，这在图形上可在图2中看出。

尽管在运用正交预编码器以对空间上正交的波束形成发射安置加权的常规多用户多天线系统中存在公知方法，但是这些公知的方法和系统在预编码操作中未被优化，并且由此无法对网络优化性能。本发明解决这些问题。另外，在单基站安装多个天线可能具有由本发明解决的诸多挑战。由于可用频谱带将可能有限而数据速率的要求将持续地增加，所以本发明也支持可用频谱较用于在蜂窝网络中进行预编码的公知方法而言的扩展。

系统上的各种部件可以根据对任何特定网络配置或者通信系统使用的术语而称为不同名称。例如，“用户设备”涵盖有线网络上的PC以及通过无线连接直接耦合到蜂窝网络的其它类型的设备，如具有诸如因特网接入、电子邮件、消息接发服务等的各种特征和功能的、各种构造和机型的移动终端(“蜂窝电话”)可经历的那样。

另外，措词“接收机”和“发射机”可以根据哪个方向正发射和接收通信而称为“接入点”(AP)、“基站”和“用户”。例如，对于下行链路环境，接入点AP或者基站(e节点B或者eNB)为发射机并且用户为接收机，而对于上行链路环境，接入点AP或者基站(e节点B或者eNB)为接收机而用户为发射机。这些术语(诸如发射机或者接收机)并非限制性地加以限定而是可以包括位于网络上的各种移动通信单元或者发射设备。

发明内容