[发明专利]用于支持蜂窝网络中天线波束形成的系统和方法

说明书

本申请是申请号为200980126234.8，申请日为2009年5月8日，名称为“用于支持蜂窝网络中天线波束形成的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。

相关申请数据

本申请与2008年5月9日提交的临时专利申请序号61/052,011有关，且根据35U.S.C§119(e)，要求该较早申请的优先权，且本申请与2008年10月6日提交的PCT申请序号PCT/US2008/078913有关，且根据35U.S.C§120，要求该较早申请的优先权。该临时专利申请和在先的PCT申请通过引用并入此专利申请中。

技术领域

本发明涉及支持小区分段(cell segment)内的空间波束的形成。

背景技术

对于移动无线运营商提供语音服务和高速数据服务的需求日益增长，同时，这些运营商希望在每个基站上支持更多的用户，从而降低总的网络成本，使服务对于订户是负担得起的。因此，需要能够达到更高数据率和更高容量的无线系统。但是，无线服务的可用频谱是有限的，在固定带宽内增加业务的先前尝试已增加了系统内的干扰并且降低了信号质量。

无线通信网络通常分成小区，其中每个小区进一步被分成小区扇区。在每个小区中提供一个基站以实现与位于该小区内的移动站进行无线通信。当在基站处使用现有技术的全向天线时存在一个问题，由于每个用户的信号的发射/接收会成为位于网络上相同小区位置内的其它用户的干扰源，使整个系统的干扰是有限的。此类全向天线示于图1(a)中。

在这些传统全向天线蜂窝网络系统中，基站没有关于小区内移动单元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。这造成在没有要联系的移动单元时，在发射上浪费功率，还会引起对使用相同频率的相邻小区(所谓的同信道小区)的干扰。同样，在接收时，天线接收来自所有方向的信号，包括噪声和干扰。

一种提高带宽使用效率并降低此类干扰的有效方式是使用多输入多输出(MIMO)技术，该技术支持发射器和接收器处的多个天线。对于多天线广播信道，如蜂窝网络上的下行链路，已经开发了发射/接收策略以通过将小区划分为多个扇区，并使用扇形天线(sectorized antenna)同时与多个用户通信来使下行链路吞吐量最大化。这样的扇形天线技术提供了一种降低干扰电平并且提高系统容量的显著改进解决方案。

扇形天线系统以同时与通信会话中涉及的多个接收器(用户设备、蜂窝电话等)通信的集中式发射器(小区站点/塔)为特征。通过该技术，每个用户的信号仅由基站在该特定用户的方向上发射和接收。这允许系统显著降低系统中的总干扰。扇形天线系统，如图1(b)所示，包括将不同发射/接收波束引向位于小区的扇区的覆盖区域中的用户的天线阵列。

为了提高扇形小区扇区的性能，已经实施了使用正交频域多址(OFDMA)系统的方案，OFDMA系统也称为空分多址(SDMA)系统。在这些系统中，移动站可以使用这些空间波束中的一个或多个与基站通信。这种正交地引导信号的发射和接收的方法(称为波束形成)通过在基站处的先进信号处理而成为可能。

波束形成方案由以下定义：形成小区扇区内的多个空间波束，以将该小区扇区分成不同的覆盖区域。基站在发射和接收中的辐射图适于每个用户，从而获得该用户方向上的最高增益。通过使用扇形天线技术，并通过利用小区内移动单元的空间位置和信道特性，已经开发了用来增强性能的被称作空分多址(SDMA)的通信技术。空分多址(SDMA)技术基本上通过波束形成和/或预编码产生同时发射的多个不相关的空间管道，由此它可以提供多址无线电通信系统中的优越性能。

一类波束形成方案是自适应波束形成方案，它动态地将波束引向移动站的位置。这种自适应波束形成方案需要移动性跟踪，其中为了产生自适应波束，要跟踪移动站的位置和空间特性。根据位置和空间特性，每个用户的信号与复加权相乘，所述复加权调节往来于每个天线的信号的幅度和相位。这使扇形天线阵列的输出在期望方向上形成发射/接收波束，并最小化了其它方向上的输出，这可在图形上从图2中看出。

然而，这些波束形成天线系统所需要的网络小区中用户位置的移动性和空间信道跟踪增加了系统的开销。而且，移动性和空间信道跟踪可能对于以相对较高速度移动的移动站而言是不可能的或不实际的。需要支持移动宽带通信网络中的扇形波束形成天线系统，包括解决上述指出的一些问题。