[发明专利]波束成形方法、天线装置、网络节点、无线设备和介质

说明书

本公开提供了使用包括至少一对相互正交的极化元件的天线阵列进行波束成形的机制。该方法包括生成一个或两个波束端口，其中所述一个或两个波束端口通过组合至少两个不重叠子阵列来定义。每个子阵列具有两个子阵列端口，所述两个子阵列端口具有相同的功率样式和相互正交的极化。所述至少两个不重叠子阵列通过扩展权重进行组合。扩展权重将所述一个或两个波束端口映射到子阵列端口，使得所述一个或两个波束端口具有与子阵列相同的功率样式。扩展权重中的至少一些具有相同的非零幅度并且在相位上相关以形成发射波瓣。该方法包括使用所述一个或两个波束端口发射信号。本公开还提供了天线装置、网络节点、无线设备和计算机可读介质。

本申请是2012年7月19日提交的中国专利申请No.201580077091.1的发明名称为“波束成形方法、天线装置、网络节点、无线设备和计算机可读介质”的分案申请。

技术领域

本文提出的实施例涉及波束成形，更具体地，涉及使用包括双极化元件的天线阵列进行波束成形的方法、天线阵列和计算机程序。

背景技术

在通信网络中，针对给定的通信协议、其参数和部署有该通信网络的物理环境，获得良好性能和容量会是一种挑战。

无线通信网络中获得良好性能和容量的可能的一个挑战在于配置用于不论是去往/来自另一网络节点、还是/或者去往/来自无线用户终端的无线通信的网络节点的天线。

例如，大规模波束成形(即，使用比在当前通信网络中使用的天线元件多若干数量级的有源天线阵列的波束成形)预期将成为未来第五代(5G)通信网络的无线电接入部分中的技术组件。通过在无线基站使用大天线阵列，用户数据可以在空间中聚焦的状态下被发射，使得能量主要被用户数据所针对的无线设备接收，因此其他无线设备或其他类型的节点几乎不会感觉到干扰。因此，大规模波束成形具有成数量级地提高系统容量和能量效率的潜力。

大规模波束成形的一个潜在问题可能涉及波束可能太窄以致数据只能被所针对的无线设备接收的事实。对于用户数据而言，这是期望的，但是对于一些数据(例如系统信息)，优选地需要将其发射给通信网络中的全部或至少大多数的无线设备(即广播)。因此，为了到达所有无线设备，这种数据应该以宽覆盖范围发射。下面将总结解决这个问题的一些方法。然而，还应指出的是，这些方法中的每一种都有其缺点。

根据第一种方法，可以使用单独的宽波束天线来发射广播数据。这种方法的缺点是需要额外的硬件。

根据第二种方法，使用天线的单个天线阵列元件或子阵列来发射广播数据。该阵列元件或子阵列将具有比天线的整个阵列更宽的波束。这种方法的缺点在于，仅使用天线阵列中的一个或几个功率放大器(PA)，从而造成功率资源的浪费。

根据第三种方法，在天线的整个阵列上使用幅度和/或相位渐缩(tapering)以加宽波束。这种渐缩的缺点在于幅度渐缩导致PA资源的不良利用，并且在许多情况下，不可能仅使用相位渐缩来合成期望的波束形状。

根据第四种方法，使用窄波束在不同方向上顺序地发射广播数据。这种方法的潜在缺点在于，这需要更长的时间并且比用宽波束在所有方向上同时发射广播数据消耗更多的资源单元。

可能希望使用具有许多元件的天线阵列的宽波束的其他场景是毫米波(mmW)通信，其是预见成为5G无线电接入的一部分的接入技术。由于在这样高的频率下增加的传播损耗，可能需要高增益波束成形(可能在接收机和发射机两者处均)保持链路预算。可能需要波束成形，因为发射机和接收机之间的主要传播路径通常不是先验已知的。测试大量窄发射和接收波束的所有组合以找到最佳波束对可能会消耗过高的时间/频率资源量。解决这个问题的一种方法可以是无线电基站用宽波束开始搜索过程，然后使波束变得越来越窄，直到找到最好的窄波束对。这种波束寻找过程通常需要以灵活的方式生成具有不同波束宽度的波束的手段。为了充分利用天线阵列和可用的PA资源，可能需要在发射具有不同波束宽度的波束时以全功率使用所有天线元件和所有PA。

因此，需要改进的波束成形。