一种用于移动无线通信的智能天线通信系统及通信方法

摘要

本发明公开了一种用于移动无线通信的智能天线系统及采用该智能天线的移动无线通信方法。所述系统包括：与一个基站控制器相连的一个基站，该基站被配置从基站控制器向进入或穿过该基站覆盖区域的用户发送无线信息，其中至少有2个天线单元与该基站相连以形成所需的分布式小区，每个天线单元具有一个或多个天线。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于移动无线通信的智能天线系统和与之相应的通信方法，具体地说，涉及一种在分布式小区内，用于减少基站数量，以降低系统投资额为目的智能天线系统和方法。

背景技术

移动无线的要求不断增长，这就需要运营商安装越来越多的移动无线基础设施。运营商越来越难于找到可以安装基站的合适的站址。同时，所有这些站址的维护也变成越来越重要的问题。

因此，在这些方面，移动无线系统正面临如下问题：

(1)网络变得越来越密集。这意味着运营商必须安排多个站址。运营商还必须建立一个相当复杂的网络，并且将众多的基站与基站控制器和其他移动无线基础设施相连接。另外，运营商必须找到适当的空间来容纳这些基站和其他移动无线设备，并需要支付租金和维护费用。这样就增加了运营商的成本。

(2)网络过于密集又可能加大信号之间的干扰水平。基站彼此之间过于密集，会对网络的总体性能带来严重的问题。

(3)基站不得不做得很小，以降低运营商的费用。第三代移动通信系统内的基站(3G基站)可同时支持很多个用户(WCDMA声称每载波可以支持192个用户)，然而这种解决方案未必经济，最终运营商不得不为这些小基站的研发而付费。

(4)许多基站还会严重地增加网络的信令负荷，例如切换、切换中掉话等问题。

(5)对于微小区而言，类似智能天线这样的先进技术的意义并不象它在宏小区域中那样明显。这也是为什么可以预见到较差的性能的另一个原因。

目前，中国的时分同步码分多址接入(TD-SCDMA)已经成为中国无线通信标准委员会(CWTS)、国际电信联合会(ITU)、第三代移动通信成员项目组(3GPP)框架内的一个标准。TD-SCDMA由于其采用TDD技术的缘故而特别适用于采用智能天线。目前已采用智能天线技术开发出用于宏小区的产品。本发明旨在于使这些产品同样适用于微小区。

对TD-SCDMA系统的描述可见于下述的TD-SCDMA规范：CWTS TSC101(3.0.0)、TS C102(3.0.0)、TS C103(2.2.0)、TS C104(3.0.1)、TSC105(3.0.0)。

迄今为止，都是利用常规方法来解决基站密集分布的问题，即部署众多不同类型的基站。

图2中说明了这种部署。在图2中，围绕多个建筑物设置了4个基站，以使这些基站可以覆盖图中所述的区域。每个基站用不同灰度的块来表示，而且各个街道也分别用相应于其基站的灰度区域来表示。在路口交叉处，两基站覆盖区域相重叠。大箭头示出了移动用户的路线。所有的基站都顺序连接到它们的基站控制器(BSC)。

在本发明的附图中可以看出，现有技术存在下列问题：

(1)必须设置4个基站，因此必须要租用并且维护4个站址。

(2)各基站的覆盖区域在交叉处会出现重叠。这会造成干扰。利用带织纹的块来强调上述的问题区域。

(3)本例中的用户不得不穿过所有4个基站的覆盖区域，必须实施3次信号切换，并且要穿过3个会危及链路维护的问题区域。

(4)基站的容量非常小，但仍需支持移动无线系统的所有连接，因此会增加每个注册用户的费用。

(5)由于环境的影响，不宜于采用类似智能天线的提供系统容量的方法。

发明内容

本发明解决上述问题的方法是，在某些站址用天线单元来代替多个基站。天线单元与一个单一基站相连。一个天线单元具有一个或多个用于接收和发送操作的天线。天线单元也可以有选则地包括功率放大器和低噪声放大器，或包括一套(RF)射频组件。

由于维护和租用天线站址所花费的精力要大大高于在屋顶上架设天线单元所花费的精力，因此这对运营商更有吸引力。由于无论如何这些基站总要彼此相连，因此将远处的天线单元与一个单一基站相连并不会带来太大的成本差异。

这个单一基站会比先前的小基站更大，但是由于其与多个天线相连，从而不需要多个小基站，因此对更加节约成本。从系统研发的角度而言，这表明大基站同样可适用于微小区，因而不必专门为微小区开发这种小基站。

操作这种单一的基站的一种可行的方法是，设计不同的天线，使其与一个常规大基站的相关扇区相对应。即使已经有很大的潜力，但是并没有覆盖这种方法的全部潜力。

如今，智能天线技术已可应用于移动无线。借助于智能天线的算法，可以自适应地为任何任意配置的天线中RX和TX，确定最佳的幅值和相位。与常规算法相比，这些算法能够同时检测更多的用户。上述这些方法的一种即是基于特征值的智能天线算法。

对这些算法来说，具有远端天线单元的天线配置也是可能的天线配置方案当中的一种。因此，如果所有的天线单元的载波频率都相同并且都采用上述的智能天线算法，则按照它们属于同一小区那样，对所有的天线信号进行处理。对该基站而言，所有的天线是位于一个天线阵列还是分散部署并没有任何区别。所有天线单元的小区会形成一个大的小区，其中针对分布式小区概念，自动优化功率控制，波束成形和DTX技术。

这就意味着可以采用宏分集，并且可以依据具有最强信号的天线(干扰减少)，最大限度地调整TX功率。而且还可以有效地避免利用所有信令的切换以及掉话的危险。如果用户的呼叫同时被两个或更多的天线单元接收到，则与以前相比，可以获得更大的分集增益。就当前解决方案的干扰状况而言，这将是显著的区别。所有这些技术特点会大大地提高移动无线系统的性能。

另外，智能天线算法可以被用于为仅利用一个天线单元单一小基站的多个用户提供服务。因此，与所有基站以分布式策略所能服务的用户相比，这个大基站为更多的用户提供服务。

本发明的创造性体现于：

(1)用多个远端天线单元来代替多个(微型)基站，将这些天线单元与一个较大的基站相连，该较大的基站与先前的多个小基站相比，可以提供相同或更多的业务流量。

(2)在同一个工作频率下运行所有的天线单元，以使它们形成一个分散式区域，

(3)采用先进的智能天线算法，以有效地利用宏分集以及用于提高系统效能的干扰消除。

(4)采用智能天线算法，把每个载频的最大用户数提高到所有的分散式基站共同工作所能达到的最高限度。

附图说明

图1示出了采用分散式小区概念所部署的多个微型基站。

图2示出了多个微型基站的常规部署方式。

具体实施方式

图1中给出与图2中描述相同的定位方案，由利用本发明分散式小区概念的一个单一的基站所覆盖。

作为将4个基站彼此相连方案的替代，本发明在此处只采用一个基站，它与4个天线单元相连。每个天线单元可具有比如2个天线，以形成一种分集设置。这样总共有8个天线。这种8个天线的布置方案也与西门子公司目前的TD-SCDMA产品的天线数相同。因此，西门子公司的这种产品也可以应用于本发明所述的微小区。

一般来说，天线单元包括用于RX和TX的放大器以及一个或多个天线。连接天线单元与基站最简单的办法就是在天线单元和基站之间使用长的射频电缆。但这种方案只是当天线单元距中央基站的距离较短时才省钱。

将来一个更为节约成本的方案是将所有的射频部件放置在天线单元之中，并且在基站和天线单元之间传送一个数字信号或中频(IF)/基带信号，所采用的设备例如可以是常规的电缆/光缆、局域网(LAN)、微波链路、光纤链路和空中接口的光链路。

采用了上述解决方案后，本发明显然至少具有下列的优点：

(1)只需设立一个基站，也就是说只需租用并维护一个站址。与现有的方法相比，租用和维护3个远端天线单元的成本要低得多。

(2)原来被视为4个区域的一个小区，在本发明的技术方案中被视为一个区域，因此在现有技术中各区的交叉区域处不会存在干扰问题。

(3)本发明实施例中的用户信号在该区内不必进行切换，因此也不会增加信令负荷，而且也存在出现切换期间掉话的危险。

(4)该基站可利用宏分集，因此该方法会对网络部分的性能有较大的影响。

(5)为大区域部署而设计的智能天线产品也可用于微小区部署。