[发明专利]倾斜相关的波束形状系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于适配(adapt)无线通信网络中天线的波束形状的系 统。

背景技术

可变波束倾斜(tilt)是一种用于优化蜂窝电话和数据通信的无线电 接入网络的重要工具。通过改变基站天线的主波束指向，能够控制干扰 环境和小区覆盖区域这二者。

通常通过借助于某种移相设备向天线单元或天线单元组的激励增 加可变线性相移来执行可变电波束倾斜。由于成本原因，该移相设备应 当尽可能简单并且包含尽可能少的部件。因此，其通常使用某些种类的 可变延迟线来实现。在本说明书中，术语“线性”和“非线性”应被理 解为指的是多端口移相网络的多个二次端口(secondary port)上的相对 相位，而非端口本身的时间或相位特性。

具有一个一次端口(primary port)和N个(N＞1)二次端口的传统 的多端口移相器，是利用二次端口上的线性渐进可变相位锥度(taper) 来实现的。除了线性渐进相位锥度之外，固定振幅和相位锥度通常被用 作用于生成锥形(tapered)标称二次端口分布的手段。

图1a和1b图示了具有一个一次端口11的传统移相器10，并且该 移相器在四个二次端口12₁-12₄上生成下行链路线性渐进相移。可变角 度“延迟板”13具有多个U形线(trombone line)14，每个U形线用于 每个二次端口12₁-12₄。U形线14被以线性渐进半径来布置。通过适当 选择结的形状(junction configuration)、线长度和线阻抗值，能够控制 移相器的标称相位和振幅锥度，例如以实现图1a中以“0”指示的二次 端口上的均匀相位。通过改变延迟线长度(即U形线14的长度)，在 该情况中是通过相对于固定板15旋转延迟板13，二次端口12₁-12₄经历 图1b中所指示的线性渐进相移。在上行链路中，二次端口12₁-12₄从天 线(未示出)接收信号，这些信号在移相器中被组合成一次端口11处 的共同接收信号。

目前已考虑过利用非线性移相设备来控制电向下倾斜，例如Drach 的US 5,798,675和Butland等人的US 5,801,600中所提到的。

JP2004 229220中公开了一种使用传统线性移相器进行倾斜相关 (tilt-dependent)波束成形的系统。该系统具有取决于倾角的不同波束 宽度，但是这是通过基站控制器(4)中的倾角控制部(41)与垂直波 束宽度控制部(42)结合来实现的，见JP2004 229220中的图6。

传统上，基站天线具有约一个波束宽度的可变波束倾斜范围。这种 情况加上当前多数移动连接是具有固定比特率要求的电路切换语音的 事实，尚未激起在提高接近天线处的信号与干扰加噪声比(SINR)方面 的兴趣。一般而言，其已经足够好了。

对于特定小区配置，例如对于高处放置的天线结合小型小区，更需 要使用具有大波束倾斜的天线。对于具有常规窄仰角波束辐射方向图的 天线，大波束倾斜使得接近基站的用户与比接近小区边界的用户相比经 受更低的路径增益，原因是远近用户的路径损耗之差小于方向性天线增 益之差。对于基于分组的数据通信而言，这并非是对可用功率的最优使 用。因此，对于具有大波束倾斜的天线，需要主波束下某种程度的辐射 方向图零值填充，或者甚至某种类似余割的波束成形。

另一方面，在大型小区中，当不采用波束倾斜或采用小波束倾斜时， 应该针对最大峰值增益来优化天线方向图。小区边界处的用户的路径增 益总会小于更接近于基站的用户的路径增益，原因是在大型小区且接近 水平观测角的情况下，路径损耗随垂直观测角而快速变化。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种系统，该系统允许针对小倾角时的高 最大增益以及大倾角时的主波束下的高度零值填充这二者来优化天线 的辐射方向图。

一种实现该目标的解决方案是通过提供一种用于根据倾角来改变 天线波束形状的系统来实现的，所述天线优选具有以阵列形式布置的多 个天线单元。电倾斜是通过包含移相设备来实现的，该移相设备将在移 相设备的二次端口上提供相移。相位锥度设备利用倾角来在天线单元上 提供经改变的相位锥度。