CN103907291A - 使用相移发射分集来产生虚拟扇区宽静止波束的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，方法包含：接收信号S；在多个变换器(200-1、200-i、200-M)处使所述信号相移以产生多个经相移信号，所述多个经相移信号中的每一者具有随时间改变的相位；及从不同天线(210-1、210-i、210-N)发送所述多个经相移信号中的每一者。

Description

使用相移发射分集来产生虚拟扇区宽静止波束的方法及设备
背景技术
在现代无线系统(例如，LTE、WIMAX、HSPA、UMTS、CDMA等)中，在物理及逻辑两者上定义基站(BS)天线(在LTE中，其称为天线端口)。逻辑天线映射到物理天线且经由物理天线实施(例如，通常数个物理天线映射到一个逻辑天线)。物理天线通常为透明的且不为移动站(MS)所见，而逻辑天线通常可由MS区分。
当这些物理天线经组合以产生一个逻辑天线时，对应于所述逻辑天线的相同信号在其通过预编码矩阵预处理之后经由多个物理天线发射。因此发射的这些信号无线地组合以产生经由逻辑天线发射的一个信号。
这些信号中的一些信号(例如包含广播信道的共用信道)需要实现恰当扇区宽(或如在GSM/UMTS背景中已知的小区宽)覆盖。尤其在组成逻辑天线的物理天线的数目较小的情况下，实现此覆盖通常为困难的。举例来说，当前，根据现有技术两个物理天线无法提供一个逻辑天线的扇区宽覆盖。此外，如果使用充足物理天线来获得扇区宽覆盖，那么现有技术产生不能完全利用全BS功率的经组合无线信号。并且，在不求助于测量且等化跨越逻辑天线端口的物理天线的相位差所需的校准能力的情况下如此做为合意的，这是因为求助于校准能力增加天线成本及复杂性。
图1图解说明用以实现扇区宽静止波束的最常见方式中的一者。如所展示，每一变换器100将固定增益Ai及固定相位φi施加到同一信号S。即，增益及相位不随时间改变，使得来自与变换器100中的相应一者相关联的每一天线110的发射在发射时间内保持固定。无线地组合来自组成天线端口的多个天线110的发射。
所述组合可一般(在大多数但并非所有情形中，例如，不在2个天线的情况下)借助增益及相位的恰当选择产生恰当扇区宽静止波束。此通常需要相关天线配置，即，在大多数情况下，间隔开波长λ的分数的共极化天线。
然而，一般来说，此组合通常承受一些问题。举例来说，此组合需要校准能力：测量跨越不同发射路径的增益及相位且补偿跨越存在于真实物理系统中的不同路径的任何此类差异。此校准能力增加成本、操作复杂性及可能失败的额外部分。作为另一实例性问题，需要采用的增益通常不准许每一路径的全发射功率的使用。
另一方法为针对这些扇区宽波束及相关联共用信道，将仅一个物理天线(替代N个物理天线)映射到一个逻辑天线端口。在此情形中，替代针对这些共用信道利用N天线的功率，将利用用于映射到逻辑天线端口的仅一个实际天线的功率。缺点为，针对这些共用信道，显著未充分利用且浪费BS功率。
发明内容
至少一个实施例涉及一种产生发射信号的方法。
在一个实施例中，所述方法包含接收信号，及从所述所接收信号产生第一及第二发射信号。所述第一信号具有固定相位，且所述第二信号具有随时间改变的相位。分别从第一及第二天线发送所述第一及第二信号。
在一个实施例中，所述产生包含将第一增益施加到所述所接收信号以产生所述第一信号，及将第二增益及相移施加到所述所接收信号以产生所述第二信号。所述所施加相移随时间改变。
在一个实施例中，所述第一及第二增益相等。
在另一实施例中，所述方法包含接收信号，及在多个变换器处使所述信号相移以产生多个经相移信号，所述多个经相移信号中的每一者具有随时间改变的相位。从不同天线发送所述多个经相移信号中的每一者。
在一个实施例中，所述相移产生所述经相移信号，使得所述经相移信号中的至少一些经相移信号具有以不同相变速率改变的相位。在一个实施例中，所述多个经相移信号中的每一者的所述相变速率为参考相变速率的整数倍。在一个实施例中，所述多个经相移信号中的一者具有以所述参考相变速率改变的相位。
这些实施例中的任一者可进一步包含设定所述多个经相移信号的增益。在一个实施例中，针对所述多个经相移信号设定同一增益。
在另一实施例中，所述方法包含：接收第一及第二信号；从所述第一所接收信号产生第一及第二发射信号，使得所述第二发射信号以大于所述第一发射信号的速率的第一速率改变相位；及从所述第二所接收信号产生第三及第四信号，使得所述第四发射信号以大于所述第三发射信号的速率的第二速率改变相位，所述第二速率为与所述第一速率相反及相同的速率中的一者。分别从第一、第二、第三及第四天线发送所述第一、第二、第三及第四发射信号。
至少一个实施例涉及一种发射器。
在一个实施例中，所述发射器包含多个变换器。每一变换器接收同一信号，且所述变换器中的至少一者使所述信号相移以产生具有随时间改变的相位的经相移信号。所述发射器还包含对应于所述多个变换器中的每一者的天线。每一天线发送由所述多个变换器中的对应一者产生的输出。
在一个实施例中，所述多个变换器产生一个以上经相移信号，使得所述经相移信号中的至少一些经相移信号具有以不同相变速率改变的相位。
在一个实施例中，所述经相移信号中的每一者的所述相变速率为参考相变速率的整数倍。
在一个实施例中，所述经相移信号中的一者具有所述参考相变速率。
在上文实施例中的任一者中，所述变换器可将相应增益施加到所述信号。在一个实施例中，所述变换器将同一增益施加到所述信号。
附图说明
从下文中所给出的具体实施方式及所附图式将更全面地理解实例性实施例，其中相似元件由相似元件符号表示，所述实施例仅通过图解说明给出且因此不限制本发明，且其中：
图1图解说明用以实现扇区宽静止波束的常见方式中的一者。
图2图解说明根据一实施例的实施用以实现扇区宽静止波束的方法的发射器。
图3图解说明根据一实施例的形成逻辑天线的两个天线的特定实例。
具体实施方式
现在将参考其中展示一些实例性实施例的所附图式更全面地描述各种实例性实施例。
尽管实例性实施例能够具有各种修改及替代形式，但所述实施例通过实例展示于图式中且将在本文中详细地描述。然而，应理解，不打算将实例性实施例限于所揭示的特定形式。相反，实例性实施例将涵盖归属于本发明的范围内的所有修改、等效形式及替代形式。遍及各图的说明，相似编号指代相似元件。
虽然本文中可使用术语第一、第二等来描述各种元件，但这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开。举例来说，可将第一元件称作第二元件，且类似地，可将第二元件称作第一元件，此并不背离本发明的范围。如本文中所使用，术语“及/或”包含相关联所列举物项中的一或多者的任何及所有组合。
当将一元件称为“连接”或“耦合”到另一元件时，其可直接连接或耦合到另一元件或可存在介入元件。相比来说，当将一元件称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在介入元件。应以相似方式解释用于描述元件之间的关系的其它字词(例如，“在…之间”对“直接在…之间”，“邻近”对“直接邻近”等)。
本文中所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的而非打算具限制性。如本文中所使用，单数形式“一(a、an)”及“所述(the)”也打算包含复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解，当本文中使用术语“包括(comprise、comprising)”、“包含(include及/或including)”时，其规定存在所陈述特征、整数、步骤、操作、元件及/或组件，但并不排除存在或添加一或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件及/或其群组。
还应注意，在一些替代实施方案中，所提及的功能/动作可不按图中所提及的次序发生。举例来说，取决于所涉及的功能性/动作，可实际上实质上同时执行或可有时以相反次序执行两个接连展示的图。
除非另有定义，否则本文中所使用的所有术语(包含技术及科学术语)具有与实例性实施例所属的技术领域中的技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解，应将术语(例如，常用字典中所定义的那些术语)解释为具有与其在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，且将不以理想化或过分形式化的意义来解释，除非本文中明确如此定义。
在由控制器执行的算法方面呈现实例性实施例的部分及对应具体实施方式。如其在此处所使用及如其一般使用，术语算法被认为是产生所要结果的自相一致步骤序列。所述步骤为需要对物理量进行物理操纵的步骤。通常(但未必)，这些量采取能够存储、传送、组合、比较及以其它方式进行操纵的光信号、电信号或磁信号的形式。已证实，主要出于常用的原因，将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、项、数值等等有时比较方便。
以下说明中提供特定细节以提供对实例性实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将理解，可在不具有这些特定细节的情况下实践实例性实施例。举例来说，可以框图展示系统以免在不必要的细节中使实例性实施例模糊。在其它实例中，可不带有不必要细节地展示众所周知的程序步骤、结构及技术以避免使实例性实施例模糊。
在以下说明中，将参考操作的动作及符号表示(例如，呈流程图表、流程图、数据流程图、结构图、框图等形式)描述说明性实施例，所述操作可实施为包含执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等的程序模块或功能程序步骤，且可使用现有硬件在现有网络元件、现有终端用户装置及/或后处理工具(例如，移动装置、膝上型计算机、桌上型计算机等)处实施。此现有硬件可包含一或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)计算机等等。
除非另有具体陈述或根据论述显而易见，否则，例如“处理”或“计算”或“运算”或“确定”或者“显示”等等的术语指计算机系统或类似电子计算装置的动作及程序步骤，其将在计算机系统的寄存器及存储器内表示为物理电子量的数据操纵及变换为在计算机系统存储器或寄存器或者其它此类信息存储、传输或显示装置内类似地表示为物理量的其它数据。
虽然流程图表可能将操作描述为顺序程序步骤，但所述操作中的许多操作可并行、同时或同步执行。另外，可重新安排操作的次序。程序步骤可在其操作完成时终止，但还可具有图中未包含的额外步骤。程序步骤可对应于方法、函数、过程、子例程、子程序等。当程序步骤对应于函数时，其终止可对应于所述函数返回到调用函数或主函数。
还要注意，通常在某种形式的有形(或记录)存储媒体上编码或在某种类型的传输媒体上实施实例性实施例的软件实施的方面。如本文中所揭示，术语“存储媒体”可表示用于存储数据的一或多个装置，其包含只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁性RAM、磁盘存储媒体、光学存储媒体、快闪存储器装置及/或用于存储信息的其它有形机器可读媒体。术语“计算机可读媒体”可包含但不限于便携式或固定存储装置、光学存储装置及能够存储、含有或载运指令及/或数据的各种其它媒体。
此外，实例性实施例可由硬件、软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言或其任何组合实施。当以软件、固件、中间件或微码实施时，可将用以执行必要任务的程序代码或代码段存储于机器或计算机可读媒体(例如计算机可读存储媒体)中。当以软件实施时，一(或若干)处理器将执行必要任务。
代码段可表示过程、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件封装、类别或者指令、数据结构或程序语句的任何组合。代码段可通过传递及/或接收信息、数据、自变量、参数或存储器内容而耦合到另一代码段或硬件电路。可经由包含存储器共享、消息传递、权标传递、网络传输等的任何适合手段传递、转发或传输信息、自变量、参数、数据等。
如本文中所使用，术语“移动站”可与移动用户、移动设备或UE、移动终端、用户、订户、无线终端、终端及/或远程站同义，且可描述无线通信网络中的无线资源的远程用户。因此，移动站(MS)可为无线电话、配备无线功能的膝上型计算机、配备无线功能的器具等。
术语“基站”可理解为一或多个小区站点、基站、nodeB、增强型NodeB(eNodeB)、接入点及/或射频通信的任何终端。虽然当前网络架构可考虑移动/用户装置与接入点/小区站点之间的区别，但此后描述的实例性实施例通常还可适用于其中所述区别并不如此清楚的架构，例如特设及/或网状网络架构(举例来说)。
从基站到MS的通信通常称作下行链路或正向链路通信。从MS到基站的通信通常称作上行链路或反向链路通信。
图2图解说明根据一实施例的实施用以实现扇区宽静止波束的方法的发射器。此实施例跨越发射阵列采用相移发射分集(PSTD)。如图2中所展示，发射器包含并行接收信号S的多个(N个)变换器200，其中N大于或等于2。发射器可包含于无线装置(例如基站)中。每一变换器200可使信号S不同地相移，且将经相移信号供应到相应物理天线210。N个物理天线210形成一个逻辑天线。替代如在常规方法中跨越天线使相位(φ)变化(除了使增益变化以外)，在PSTD方法中，跨越阵列使相位改变速率(ω)变化。即，如所展示，变换器200中的每一者可以与下文针对第i变换器200-i展示的方式相同的方式产生经相移信号。第i变换器200-i根据以下表达式产生经相移信号PSi：
PSi＝S*Ai*e^(j*ωi*t)   (1)
其中S为与天线端口相关联的原始信号，A为增益，ω为相变速率，且t为时间。以另一方式陈述，在发射时间内，经相移信号PSi的相位可随时间线性地增加。此导致跨越经PSTD处理的天线的经组合信号随时间扫掠扇区。
在一个实施例中，可将增益全部设定为同一常数，举例来说，设定为等于1(即，针对所有i，Ai＝1)。所述实施例不限于此限定。即，变换器200还可影响信号S的增益以及相位。另外，可在一个特定实施例中经由相关天线配置(例如，间隔开波长λ的分数的共极化天线)发射信号。注意，在其它环境中，在非共极化天线或间隔开比波长的分数更远的天线下，相关天线配置可为可行的。
或者或另外，可设定若干个天线210的相变速率，使得ωi＝i×ωr，其中ωr为参考相变速率。在一个实施例中，ωi＝ωr。请注意，此并非要求而是实施方案简化。更进一步，可将相变速率中的一者设定为零。此可适用于(举例来说)下文关于图3详细地描述的双天线情形。
变换器200可实施于使用RF电路的模拟域中，其中如上文针对每一天线的方程式中所描述，相位随时间均匀地改变。变换器200可替代地实施于使用处理器(例如数字信号处理器)的数字域中，其中在适用时间t根据以上方程式借助从预编码器组选择的预编码器使信号倍增，以循环方式以指定间隔顺序地步进通过每一信号。
当以时间快照观看时，实例性实施例的PSTD预编码技术的效应为致使来自不同天线的相同信号以形成方向波束的方式无线地组合。随着时间推进，方向波束将在空间上扫掠扇区。在由MS在跨越天线的PSTD的最高频率(例如，一个实例中为ωn)的数个循环内积分(其通常由MS针对各种操作(例如信道估计、信道质量估计、信道秩、用于往回反馈到基站的预编码器矩阵索引等)进行)时，这些信号将产生与单个物理天线的波束方向图等效的波束方向图，但其中总功率等效于所有发射路径放在一起。即，MS看到具有N×单个发射分支的功率的静止波束。因此，扫掠扇区的波束产生如MS看到的虚拟静止扇区宽波束。此外，由于MS时间积分，将取消跨越发射阵列存在的任何相位与振幅校准不匹配。因此，不需要天线电平校准。此方法保留以下益处：用以确保共用信道的扇区宽覆盖的跨越频带的每一天线端口的卓越扇区宽覆盖(与单个天线覆盖相同)；利用跨越共用信道的全基站功率来确保充分共用信道覆盖；简化静止波束形成方法的实施方案；简化PSTD预编码器实施；及消除天线电平校准。
图3图解说明根据一实施例的形成逻辑天线的两个天线的特定实例。根据上文所描述实施例的技术的另一益处为可使用仅两个物理天线获得扇区宽覆盖。图3展示4物理天线配置，其中第一物理天线310及第二物理天线320具有与第三物理天线330及第四物理天线340的列分离D。图3进一步展示第一天线310及第三天线330映射到且形成一个逻辑天线。如将了解，第二天线320及第四天线340可映射到且形成第二逻辑天线。如将理解，以此方式提供两个逻辑天线提供对MIMO操作的支持。相变速率ω可跨越不同逻辑天线端口相同或不同。在典型实施例中，使跨越两个逻辑天线端口的相变速率相反，即，可如上文所描述相对于天线310将ω施加到天线330以形成逻辑天线端口0，且可以类似方式相对于天线320将相反相变速率(即，-ω)施加到天线340以形成逻辑天线端口1。在此情形中，跨越逻辑天线端口0及1施加MIMO操作。并且，将理解，替代地，可相对于天线320将相同相变速率施加到天线340。
图3中所图解说明的实施例采取施加相同增益(例如，Ai)的实施方案简化。更进一步，可将与第一物理天线310相关联的相变速率设定为零。即，关于图2，将第一变换器200-1的相变速率设定为等于零。相比来说，与第三物理天线330相关联的第三变换器200-3将相变速率ω3设定为非零值。如此，来自第三物理天线330的经相移信号将具有与第一物理天线310的时间变化的相移α，其中α＝ωt。在操作期间，来自第三物理天线330的经相移信号导致在随时间观察时跨越第一天线310及第三天线330的经组合波束形成的信号扫掠扇区，如图3中所展示。
因此描述实例性实施例，将显而易见，可以许多方式使相同实施例变化。举例来说，在相关实施例中，可替代如上文所描述的共极化阵列跨越相同列内的交叉极化天线310及320(或跨越列的310及340)进行PSTD组合。此打算在每一逻辑天线端口中替代如上文所描述的单极化波束形成的信号而实现圆形或椭圆形极化波束形成的信号。此变化不应视为与本发明背离，且所有此类修改打算包含于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种用于产生发射信号的方法，其包括：
接收信号S；
在多个变换器(200-1、200-i、200-N)处使所述信号相移以产生多个经相移信号，所述多个经相移信号中的每一者具有随时间改变的相位；及
从不同天线(210-1、210-i、210-N)发送所述多个经相移信号中的每一者。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述相移产生所述经相移信号，使得所述经相移信号中的至少一些经相移信号具有以不同相变速率(ω1、ωi、ωn)改变的相位。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述多个经相移信号中的每一者的所述相变速率为参考相变速率的整数倍。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述多个经相移信号中的一者具有以所述参考相变速率改变的相位。
5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括：
设定所述多个经相移信号的增益。
6.根据权利要求8所述的方法，其中所述设定针对所述多个经相移信号设定同一增益。
7.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括：
设定所述多个经相移信号的增益(A1、Ai、An)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述设定针对所述多个经相移信号设定同一增益。
9.一种发射器，其包括：
多个变换器(200-1、200-i、200-N)，每一变换器经配置以接收同一信号S，所述变换器中的至少一者经配置以使所述信号相移以产生具有随时间改变的相位的经相移信号；及
天线(210-1、210-i、210-N)，其对应于所述多个变换器中的每一者，每一天线经配置以发送由所述多个变换器中的对应一者产生的输出。
10.根据权利要求9所述的发射器，其中所述多个变换器经配置以产生一个以上经相移信号，使得所述经相移信号中的至少一些经相移信号具有以不同相变速率改变的相位。
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