分布式天線系統(tǒng)及其天線功率分配方法
【專利摘要】本發(fā)明是關(guān)于分布式天線系統(tǒng)及其天線功率分配方法。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的分布式天線系統(tǒng)包含一射頻模塊及至少一與該射頻模塊間通過(guò)無(wú)線信號(hào)進(jìn)行通信的天線模塊。該天線模塊包含：一全向天線、至少一可形成定向波束的天線，及一動(dòng)態(tài)功率分配器。該動(dòng)態(tài)功率分配器動(dòng)態(tài)的為該全向天線與該至少一可形成定向波束的天線的分配功率。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可降低系統(tǒng)功耗，減少用戶設(shè)備低密度區(qū)域?qū)Ω呙芏葏^(qū)域的干擾，并提高系統(tǒng)的吞吐量。
【專利說(shuō)明】分布式天線系統(tǒng)及其天線功率分配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是關(guān)于分布式天線系統(tǒng)（DAS，distributed-antenna system)，特別是分布 式天線系統(tǒng)及其天線功率分配方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在無(wú)線通信中，覆蓋空洞（coveage hole)是指在無(wú)線系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域內(nèi)無(wú)線信號(hào) 水平低于設(shè)計(jì)門(mén)限的區(qū)域。通常覆蓋空洞是由于物理障礙，如建筑物、樹(shù)木和小山等引起 的，也可能是由于附近無(wú)基站造成的。在這些覆蓋空洞區(qū)域，服務(wù)質(zhì)量會(huì)急劇下降，造成緩 慢的數(shù)據(jù)速率和低劣的語(yǔ)音質(zhì)量。顯然，室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是覆蓋空洞問(wèn)題的重災(zāi)區(qū)，也因而被 業(yè)內(nèi)認(rèn)為是全球性的無(wú)線通信難題。另一方面，無(wú)線通信用戶日益增加，業(yè)務(wù)類型日漸豐 富，如何滿足高標(biāo)準(zhǔn)的室內(nèi)服務(wù)質(zhì)量要求變得更為突出。
[0003] 目前解決這一問(wèn)題的方式有多種，如協(xié)議IEEE 802. 16和第三代合作伙伴計(jì)劃 (3GPP，3rd Generation Partnership Project)長(zhǎng)期演進(jìn) / 長(zhǎng)期演進(jìn)-高級(jí)（LTE/LTE-A, Long Term Evolution Advanced)項(xiàng)目中引入的中繼站。此外中繼器、被動(dòng)中繼、微小區(qū) (picocell)、家庭基站（femto cell)等也被用于擴(kuò)展覆蓋和提高吞吐量。然而這些技術(shù)方 案由于需要在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)增加新的元件，導(dǎo)致功耗增加、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜化，而且需要大量的信令 交換和更高要求的回程鏈接。
[0004] 鑒于上述的各種問(wèn)題，如何提供高質(zhì)量的室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)仍是亟需解決的問(wèn) 題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的之一在于提供一分布式天線系統(tǒng)及其天線功率分配方法，解決室內(nèi) 環(huán)境的無(wú)線覆蓋問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的實(shí)施例提供一分布式天線系統(tǒng)，該分布式天線系統(tǒng)包含一射頻模塊及至 少一與該射頻模塊間通過(guò)無(wú)線信號(hào)進(jìn)行通信的天線模塊。該天線模塊包含：一全向天線、至 少一可形成定向波束的天線，及一動(dòng)態(tài)功率分配器。該動(dòng)態(tài)功率分配器動(dòng)態(tài)的為該全向天 線與該至少一可形成定向波束的天線的分配功率。
[0007] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，該可形成定向波束的天線是定向天線或方向圖可重構(gòu)天 線，至少一可形成定向波束的天線環(huán)繞該全向天線設(shè)置。該至少一天線模塊適用于微小區(qū) 或家庭基站。
[0008] 本發(fā)明的實(shí)施例還提供一分配分布式天線系統(tǒng)的天線功率的方法，該方法包含： 藉由該分布式天線系統(tǒng)內(nèi)的至少一可形成定向波束的天線估計(jì)該分布式天線系統(tǒng)內(nèi)的用 戶設(shè)備分布，統(tǒng)計(jì)一時(shí)間段內(nèi)該分布式天線系統(tǒng)中用戶設(shè)備的密度與接入時(shí)間，及根據(jù)用 戶設(shè)備分布和統(tǒng)計(jì)為至少一可形成定向波束的天線分配功率。
[0009] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，該分配分布式天線系統(tǒng)的天線功率的方法還包含經(jīng)一預(yù)設(shè) 時(shí)間周期和/或接入質(zhì)量低于一預(yù)設(shè)門(mén)限時(shí)，重新估計(jì)該分布式天線系統(tǒng)內(nèi)的用戶設(shè)備分 布及統(tǒng)計(jì)一時(shí)間段內(nèi)用戶設(shè)備的密度與接入時(shí)間以進(jìn)行天線功率再分配。
[0010] 相較于傳統(tǒng)的分布式天線系統(tǒng)，本發(fā)明包含全向天線和可形成定向波束的天線。 通過(guò)估計(jì)和自學(xué)習(xí)系統(tǒng)內(nèi)用戶設(shè)備的分布及接入情況，本發(fā)明動(dòng)態(tài)的為可形成定向波束的 天線分配功率。從而降低系統(tǒng)功耗，減少用戶設(shè)備低密度區(qū)域?qū)Ω呙芏葏^(qū)域的干擾，并提高 系統(tǒng)的吞吐量。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的分布式天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖
[0012] 圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的分布式天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖
[0013] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的分布式天線系統(tǒng)的天線功率分配方法的流程示意 圖
[0014] 圖4所示是仿真得出的不同場(chǎng)景的參考信號(hào)接收功率的累積分布函數(shù)曲線圖

【具體實(shí)施方式】
[0015] 為更好的理解本發(fā)明的精神，以下結(jié)合本發(fā)明的部分優(yōu)選實(shí)施例對(duì)其作進(jìn)一步說(shuō) 明。
[0016] 中繼器是解決室內(nèi)無(wú)線信號(hào)覆蓋問(wèn)題的一個(gè)常用技術(shù)方案。該中繼器典型的是 一個(gè)無(wú)線接收器和無(wú)線發(fā)射器的組合，接收弱或更低水平的信號(hào)而轉(zhuǎn)以更高水平功率發(fā)射 出，以便信號(hào)可具有更長(zhǎng)的傳輸距離或填充覆蓋空洞。相對(duì)于中繼站，中繼器具有相對(duì)簡(jiǎn)單 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和低成本，然而仍無(wú)法避免功耗大和熱噪聲放大等缺點(diǎn)。
[0017] 為進(jìn)一步降低功耗和部署成本，無(wú)源中繼技術(shù)也被用來(lái)解決室內(nèi)無(wú)線信號(hào)覆蓋問(wèn) 題。無(wú)源中繼系統(tǒng)基本上包含一對(duì)方向性天線，其中一者是位于接收端（下行）的施主天線 (donor antenna),而另一者是位于發(fā)射端（下行）的重發(fā)天線（service antenna);基本 天線反饋系統(tǒng)和用于連接接收和傳輸部分的同軸線。在下行鏈路中，施主天線設(shè)置為自施 主基站收集無(wú)線能量并將其通過(guò)同軸線纜轉(zhuǎn)給重發(fā)天線，以用作驅(qū)動(dòng)重發(fā)天線的激勵(lì)。重 發(fā)天線典型的設(shè)置為掩蓋覆蓋空洞或進(jìn)入建筑物內(nèi)用于室內(nèi)無(wú)線信號(hào)覆蓋改進(jìn)。然而，為 獲得更好的室內(nèi)覆蓋，重發(fā)天線設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)為具有高增益和寬束寬，這就意味著該天線 必須具有非常大的尺寸。
[0018] 改進(jìn)室內(nèi)無(wú)線信號(hào)覆蓋的另一個(gè)常見(jiàn)技術(shù)方案是在每一處需要改進(jìn)的區(qū)域，如每 一個(gè)小區(qū)布置一個(gè)或更多全向天線（omni-directional antenna)以覆蓋信號(hào)盲區(qū)。然而， 在實(shí)際環(huán)境中，用戶設(shè)備并非均勻分布的。那些改進(jìn)了覆蓋信號(hào)卻沒(méi)有用戶設(shè)備的小區(qū)往 往會(huì)給鄰近的小區(qū)造成干擾。
[0019] 綜上所述，現(xiàn)有的用于室內(nèi)無(wú)線覆蓋的技術(shù)方案都存在或多或少的問(wèn)題，不能令 業(yè)者滿意。
[0020] 本發(fā)明實(shí)施例的提供的分布式天線系統(tǒng)及其天線功率分配方法則可很好的解決 上述技術(shù)問(wèn)題。
[0021] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的分布式天線系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)示意框圖。如圖1所示， 該分布式天線系統(tǒng)10包含一射頻模塊12及至少一天線模塊14。該至少一天線模塊14適 用于微小區(qū)或家庭基站，與該射頻模塊12間通過(guò)無(wú)線信號(hào)進(jìn)行通信。每一天線模塊14包 含一全向天線140、至少一可形成定向波束的天線142,及一動(dòng)態(tài)功率分配器144。該可形成 定向波束的天線142可以是定向天線或方向圖可重構(gòu)天線。在本實(shí)施例中，至少一可形成 定向波束的天線142是若干環(huán)繞該全向天線140設(shè)置的定向天線。該動(dòng)態(tài)功率分配器16動(dòng) 態(tài)的為該全向天線與該至少一可形成定向波束的天線的分配功率。天線模塊14進(jìn)一步可 連接至基站16,如基站收發(fā)臺(tái)（BTS，Base transceiver station)或演進(jìn)型節(jié)點(diǎn)基站（eNB， evolved Node Base)已從室外接收無(wú)線信號(hào)（下行）。
[0022] 圖1所示的分布式天線系統(tǒng)10適用于機(jī)場(chǎng)等大平層或類似大平層建筑，同樣對(duì)于 辦公樓宇等樓層間封閉性較強(qiáng)的建筑本發(fā)明同樣適用。
[0023] 圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的分布式天線系統(tǒng)20的結(jié)構(gòu)示意框圖。如圖2所 示，該分布式天線系統(tǒng)20包含：基站16,如BTS或eNB已從室外接收無(wú)線信號(hào)（下行）、一 射頻模塊12,及至少一天線模塊14(圖中未示出具體結(jié)構(gòu)，而以覆蓋場(chǎng)景示出）。該分布式 天線系統(tǒng)20使用耦合器18將射頻模塊12接收的無(wú)線信號(hào)在各個(gè)樓層和各個(gè)房間進(jìn)行功 率分配。且在本實(shí)施例中由于存在多個(gè)天線模塊14,該分布式天線系統(tǒng)20進(jìn)一步通過(guò)功分 器20在每一層的多個(gè)天線模塊14間進(jìn)行功率分配。該至少一天線模塊14具有與圖1中 所示實(shí)施例同樣的功用。
[0024] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的分布式天線系統(tǒng)的天線功率分配方法的流程示意 圖，該分布式天線系統(tǒng)可以是圖1或圖2所示的分布式天線系統(tǒng)，例如圖1的分布式天線系 統(tǒng)10。
[0025] 如圖3所示，在步驟30中，藉由該分布式天線系統(tǒng)10內(nèi)的至少一可形成定向波 束的天線142估計(jì)該分布式天線系統(tǒng)10內(nèi)的用戶設(shè)備分布。通常為保證良好的無(wú)線信號(hào) 覆蓋，該分布式天線系統(tǒng)10內(nèi)的全向天線140是常開(kāi)的，而可形成定向波束的天線142則 通過(guò)功率分配方法確定是否開(kāi)啟。在估計(jì)該該分布式天線系統(tǒng)10內(nèi)的用戶設(shè)備分布時(shí)，可 形成定向波束的天線142將被逐一開(kāi)啟，即當(dāng)一個(gè)可形成定向波束的天線142開(kāi)啟時(shí)，其它 的可形成定向波束的天線142將被關(guān)閉。服務(wù)于該分布式天線系統(tǒng)10的基站16可通過(guò)測(cè) 量上行鏈路信道或來(lái)自用戶設(shè)備的反饋（如參考信號(hào)接收功率（RSRP，Reference Signal Receiving Power))的信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)到用戶設(shè)備，如用戶設(shè)備的所在方向，及接入的用戶設(shè) 備數(shù)量等。具體的測(cè)量方法，可參見(jiàn)中國(guó)專利申請(qǐng)201210594333. 2號(hào)，該專利申請(qǐng)的全部 內(nèi)容通過(guò)引用的方式包含在本申請(qǐng)中，此處不再贅述。
[0026] 在檢測(cè)到用戶設(shè)備的分布狀況后，該分布式天線系統(tǒng)10進(jìn)入自學(xué)習(xí)的階段，即了 解用戶設(shè)備的分布規(guī)律。在步驟32,基站16會(huì)統(tǒng)計(jì)一時(shí)間段內(nèi)上述室內(nèi)環(huán)境的用戶設(shè)備 的密度與接入時(shí)間。該時(shí)間段可能是1天、1月或更長(zhǎng)時(shí)間，可依需要進(jìn)行設(shè)置。通常，用 戶設(shè)備的分布并不均勻而且會(huì)成一定的規(guī)律變化。在某一時(shí)間段，某一區(qū)域的用戶設(shè)備會(huì) 比較集中，另一區(qū)域的比較稀少；而在另外的時(shí)間段，前者的用戶設(shè)備則可能減少而后者的 會(huì)增加。例如基站16會(huì)統(tǒng)計(jì)到一天線模塊14服務(wù)的某辦公室在一個(gè)月內(nèi)的每天早上9至 12點(diǎn)及下午1點(diǎn)至6兩個(gè)時(shí)間段用戶設(shè)備接入量非常高，而其它時(shí)段則非常低；也會(huì)統(tǒng)計(jì) 到該天線模塊14服務(wù)的某一餐廳在一個(gè)月內(nèi)每天中午11點(diǎn)至下午2點(diǎn)及晚上5點(diǎn)至7點(diǎn) 用戶設(shè)備接入量非常高，而其它時(shí)段則非常低。
[0027] 接著在步驟34,基站16根據(jù)用戶設(shè)備分布和統(tǒng)計(jì)為天線模塊14內(nèi)的至少一可形 成定向波束的天線14分配功率，為用戶設(shè)備集中的區(qū)域服務(wù)的可形成定向波束的天線14 分配更多的功率，而為用戶設(shè)備集中的區(qū)域服務(wù)的可形成定向波束的天線14分配較小的 功率。針對(duì)上述的舉例，對(duì)于天線模塊14中服務(wù)辦公室所在方向的可形成定向波束的天線 14在每天早上9至12點(diǎn)及下午1點(diǎn)至6點(diǎn)兩個(gè)時(shí)間段開(kāi)啟甚至提高其功率，而在其它時(shí)段 則降低其功率甚至將其關(guān)閉。同時(shí)對(duì)于天線模塊14中服務(wù)餐廳所在方向的可形成定向波 束的天線14在每天中午11點(diǎn)至下午2點(diǎn)及晚上5點(diǎn)至7點(diǎn)兩個(gè)時(shí)間段開(kāi)啟甚至提高其功 率，而在其它時(shí)段則降低其功率甚至將其關(guān)閉。通過(guò)該功率分配，更多用戶設(shè)備由于具有高 功率的覆蓋而可采用更高效的調(diào)制和編碼選擇，從而為處于低功率覆蓋的用戶設(shè)備節(jié)省了 更多的時(shí)頻資源，進(jìn)而提高了整個(gè)系統(tǒng)的吞吐量。
[0028] 該分布式天線系統(tǒng)的天線功率分配方法可在一預(yù)設(shè)時(shí)間周期和/或接入質(zhì)量低 于一預(yù)設(shè)門(mén)限時(shí)，重新估計(jì)該分布式天線系統(tǒng)內(nèi)的用戶設(shè)備分布及統(tǒng)計(jì)一時(shí)間段內(nèi)用戶設(shè) 備的密度與接入時(shí)間以進(jìn)行天線功率再分配。例如，當(dāng)區(qū)域職能改變，用戶設(shè)備的分布或接 入時(shí)間等發(fā)生變化，基站16發(fā)現(xiàn)其執(zhí)行的天線功率分配方案不再適合就會(huì)重新進(jìn)行估計(jì) 和統(tǒng)計(jì)。
[0029] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)以下的仿真進(jìn)一步凸顯。用于室內(nèi)模型的實(shí)驗(yàn)性路徑損耗可 以以下公式表示：

【權(quán)利要求】
1. 一種分布式天線系統(tǒng)，包含： 一射頻模塊； 至少一天線模塊，與該射頻模塊間通過(guò)無(wú)線信號(hào)進(jìn)行通信；該天線模塊包含： 一全向天線； 至少一可形成定向波束的天線；及 一動(dòng)態(tài)功率分配器，動(dòng)態(tài)的為該全向天線與該至少一可形成定向波束的天線的分配功 率。
2. 如權(quán)利要求1所述的分布式天線系統(tǒng)，其中該可形成定向波束的天線是定向天線或 方向圖可重構(gòu)天線。
3. 如權(quán)利要求1所述的分布式天線系統(tǒng)，其中所述至少一可形成定向波束的天線環(huán)繞 該全向天線設(shè)置。
4. 如權(quán)利要求1所述的分布式天線系統(tǒng)，其中該至少一天線模塊適用于微小區(qū)或家庭 基站。
5. -種方法，分配分布式天線系統(tǒng)的天線功率；該方法包含： 藉由該分布式天線系統(tǒng)內(nèi)的至少一可形成定向波束的天線估計(jì)該分布式天線系統(tǒng)內(nèi) 的用戶設(shè)備分布； 統(tǒng)計(jì)一時(shí)間段內(nèi)該分布式天線系統(tǒng)中所述用戶設(shè)備的密度與接入時(shí)間；及 根據(jù)所述用戶設(shè)備分布和統(tǒng)計(jì)為所述至少一可形成定向波束的天線分配功率。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中該可形成定向波束的天線是定向天線或方向圖可重 構(gòu)天線。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述至少一可形成定向波束的天線環(huán)繞一全向天線 設(shè)置。
8. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中該至少一天線模塊適用于微小區(qū)或家庭基站。
9. 如權(quán)利要求5所述的方法，其進(jìn)一步包含經(jīng)一預(yù)設(shè)時(shí)間周期和/或接入質(zhì)量低于一 預(yù)設(shè)門(mén)限時(shí)，重新估計(jì)該分布式天線系統(tǒng)內(nèi)的用戶設(shè)備分布及統(tǒng)計(jì)一時(shí)間段內(nèi)所述用戶設(shè) 備的密度與接入時(shí)間以進(jìn)行天線功率再分配。
【文檔編號(hào)】H04W52/14GK104349440SQ201310335745
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】倪威, 冷曉冰 申請(qǐng)人:上海貝爾股份有限公司