[发明专利]具有相干和非相干接收特性的天线阵列系统

说明书

本发明一般涉及无线通信系统中使用的天线阵列系统。

某些普通的天线系统使辐射图适应于无线通信系统中的条件，这种天线系统称之为“智能天线”或“自适应天线阵列”。通常，自适应天线阵列利用一组接收机确定合适的辐射图，它使接收到的上行链路传输信号强度最大。若多个接收机与天线系统安装在塔顶上，该天线系统的替换和维修变得十分困难和昂贵。此外，许多普通的自适应天线只能增加上行链路接收机性能，而在下行链路传输中没有任何相应的改进。因此，需要有这样一种可靠的天线系统，给无线通信系统的上行链路信号和下行链路信号都提供增强的性能。

普通上行链路接收的自适应阵列可以与下行链路传输的独立切换的固定射束系统结合使用。例如，某些天线系统利用上行链路接收的“分扇区”方法，作为有关下行链路传输的正确切换选择。然而，使用多个天线阵列可能超过现有安装空间的限度。此外，使用多个天线可能增加传输线，双工器，缆线，和其他硬件的要求。

为了简化天线设计，一些自适应接收天线仅仅通过增大基站下行链路的传输功率以平衡它们接收性能的改进。增大功率不但加重了基站放大器系统用于距离延伸的负担，而且对提高信号干扰(S/I)比没有作用。提高S/I比可以增大通信业务容量或频率复用密度。因此，需要有下行链路传输的全自适应辐射图整形以提高下行链路信号的信号干扰比。

按照本发明，天线阵列系统能够服务于上行链路接收和下行链路传输的基站。该天线阵列系统包括：第一阵列和与第一阵列在空间上分开的第二阵列。第一阵列代表下行链路传输的发射阵列，而第一阵列与第二阵列的组合称之为上行链路接收的分集装置。

在本发明的一个方面，该天线系统包括适当数量的天线元和天线元的空间安排以避免波瓣确定性(lobe definition)问题，而保持接收信号(第一阵列和第二阵列中接收到的)中适当的去相关以防止快速衰落。在本发明的另一个方面，利用发射模式和接收模式中的自适应辐射方法，提高上行链路信号干扰(S/I)比和下行链路S/I比。因为在发射模式和接收模式中使用共同的天线元件，该天线阵列系统需要很少的辅助设备，例如，天线，传输线，硬件，连接器，和监控接收机。

图1至图8表示按照本发明天线阵列系统的各种示范性实施例。

图9表示这种天线阵列系统应用于垂直的空间分集装置。

图10表示这种天线阵列系统应用于水平的空间分集装置。

按照本发明，图1表示连接到无线基础结构的天线阵列系统10。天线阵列系统10包括：与第二阵列14在空间上分开的第一阵列12，该空间间隔40足以产生空间分集增益。该无线基础结构包括：有接收机18和发射机20的基站16。接收机18和发射机20连接到双工器系统22。可以包含一个放大器系统24，用于放大发射机20发射的信号。第一阵列12有连接到双工器系统22的第一天线端口34。第二阵列14有连接到接收机18的第二天线端口38。

图1中的天线阵列系统10能够服务于上行链路接收和下行链路传输的基站16。第一阵列12代表下行链路传输的发射阵列。第一阵列12与第二阵列14的组合称之为上行链路接收的分集装置28。分集装置28的特征是第一阵列12内的相干特性，用于准确地确定接收信号的到达角，或复相位，幅度，和时延权重。可以利用相位，幅度，时延权重，或以上这些组合确定引导下行链路传输辐射图的控制信号。分集装置28的特征是减轻衰落和增强空间分集增益的非相干特性。如此处所用到的，相干性是指来自任何两个不同天线元(或组30)的接收信号之间相关关系，这两个不同天线元对入射信号波前的响应多少有些相关。

一般来说，第一阵列12包括若干组30的天线元32，若按照控制方式适当地馈入一个或多个发射信号分支21，则产生的发射辐射图具有定向和可操纵的特性。在第一阵列12中，每一组30有对应的第一天线端口34。第一阵列12可以包括天线元32的矩阵36，其中每一组30代表矩阵36中天线元32的线列。如图所示，该线列往往是垂直取向的，把辐射图会聚到仰角平面(即，垂直平面)。线列可以经第一天线端口34和传输线馈电(例如，端部馈电和中点馈电)，因此，该线列中各个天线元12之间的相位关系是已知的和固定的。