重疊mimo天線物理扇區的方法和設備的制作方法

專利名稱：重疊mimo天線物理扇區的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明實施例涉及利用多路輸入多路輸出("MIMO")天線和及 其操作方法的無線通信。
背景技術：
無線裝置可以用在多種應用中，例如在計算機、無線蜂窩、客戶 機、手持裝置、移動裝置、和文件服務器之間提供通信。具有多路輸 入多路輸出("MIMO，，)天線的無線裝置受益于空間分集和冗余信 號。噪聲源可能會干擾利用MIMO天線的無線裝置。事實上，利用 具有MIMO天線的裝置的無線通信可以受益于選擇MIMO物理扇區 和/或MIMO虛擬扇區以改進性能。

發明內容
根據本發明的多個方面的一種第一無線蜂窩提供以不同定向定位 的重疊MIMO物理扇區。第一無線蜂窩包括至少四個天線，每個天 線在各自物理扇區內發送和接收無線電信號。每個天線屬于至少兩個 組中的至多一個組。每個組包括第一無線蜂窩的至少兩個天線。每個
其它天線的物理扇區部分地重疊.對每個組定位從而使每個組的至少 一個天線的物理扇區與至少一個其它組的至少一個天線的物理扇區至 少部分地重疊，其中在至少兩個天線的物理扇區重疊的區域內形成 MIMO物理扇區，并且其中在每個MIMO物理扇區內，至少兩個天 線作為MIMO天線操作。
根據本發明的各個方面提供了一種由第一無線蜂窩執行以減小干 擾的方法。該方法包括以任何順序的如下步驟(a)通過第一無線
蜂窩的每個MIMO天線測量性能，其中第一無線蜂窩包括至少四個 天線，每個天線在各自物理扇區內發送和接收無線電信號，第一無線 蜂窩的每個天線屬于至少兩個組中的至多一個組，每個組包括第一無
線蜂窩的至少兩個天線，每個組的天線被定位從而使每個組的每個天 線的物理扇區與相同組的所有其它天線的物理扇區部分地重疊，每個 組被定位從而使每個組的至少一個天線的物理扇區與至少一個其它組 的至少一個天線的物理扇區至少部分地重疊，其中在至少兩個天線的 物理扇區重疊的區域內形成MIMO物理扇區，其中在每個MIMO物 理扇區內，至少兩個天線作為MIMO天線操作；(b)選擇提供增 強性能的一個MIMO天線；以及(c)通過選出的MIMO天線進行 通信。
根據本發明的各個方面提供了一種用于提供以不同定向定位的第 一無線蜂窩的重疊MIMO物理扇區的方法。該方法包括以任何順序 的如下步驟(a)將第一無線蜂窩的每個天線指定到至多一個組， 其中第一無線蜂窩包括至少四個天線，每個天線在各自物理扇區內發 送和接收無線電信號，第一無線蜂窩的每個天線屬于至少兩個組的至 多一個組，每個組包括第一無線蜂窩的至少兩個天線；(b)每個組 的天線被定位從而使每個組的每個天線的物理扇區與相同組的所有其 它天線的物理扇區部分地重疊；以及(c)對每個組定位從而使每個 組的至少一個天線的物理扇區與至少一個其它組的至少一個天線的物 理扇區至少部分地重疊，其中在至少兩個天線的物理扇區重疊的區域 內形成MIMO物理扇區，其中在每個MIMO物理扇區內，至少兩個 天線作為MIMO天線操作。
根據本發明的多個方面的第一無線蜂窩提供了重疊的MIMO物 理扇區。第一無線蜂窩包括至少八個天線，每個天線在各自物理扇區 內發送和接收無線電信號。每個天線屬于至少四個天線組的至多一個 天線組。每個天線組包括第一無線蜂窩的至少兩個天線。每個天線組 的天線被定位為使得每個天線的物理扇區與相同天線組的所有其它天 線的物理扇區基本重疊。每個天線組的天線作為MIMO天線操作。
每個天線組屬于至少兩個無線電設備組的至多一個無線電設備組。每 個無線電設備組包括至少兩個天線組。對每個天線組定位從而使每個 天線組的天線的物理扇區不與相同無線電設備組的任何其它天線組的 天線的物理扇區重疊。對每個無線電設備組的天線分配相同信道。每 個無線電設備組的至少一個天線組被定位為使得至少一個天線組的天 線的物理扇區與不同無線電設備組的至少一個天線組的天線的物理扇 區至少部分地重疊。對物理扇區重疊的不同無線電設備組的每個天線 組分配不同信道。
根據本發明的多個方面的一種用于形成第一無線蜂窩的重疊
MIMO物理扇區的方法。該方法包括以4壬何順序的如下步驟(a) 將第一無線蜂窩的每個天線指定到至多一個天線組，其中第一無線蜂 窩包括至少八個有向天線，每個天線在各自物理扇區內發送和接收無 線電信號，每個天線屬于至少四個天線組的至多一個天線組，每個天 線組包括第一無線蜂窩的至少兩個天線；(b)對每個天線組的天線 定位從而使每個天線的物理扇區與相同天線組的所有其它天線的物理 扇區基本重疊，其中每個天線組的天線作為MIMO天線操作；(c) 將每個天線組指定到至少兩個無線電設備組的至多一個無線電設備 組，其中每個無線電設備組包括至少兩個天線組；(d)對每個天線 組定位從而使每個天線組的天線的物理扇區不與相同無線電設備組的 任何其它天線組的天線的物理扇區重疊；(e)對每個無線電設備組 的至少一個天線組進行定位從而使每個無線電設備組的至少一個天線 組的天線的物理扇區與不同無線電設備組的至少一個天線組的天線的 物理扇區至少部分地重疊；(f)將相同信道分配給每個無線電設備 組的每個天線；以及(g)將不同信道分配給物理扇區重疊的不同無 線電設備組的每個天線組。


現在將參照附圖進一步描述本發明的實施例，其中相同標號表示 相同元件，這些附圖如下
圖l是根據本發明的多個方面的范例無線裝置的圖； 圖2是范例物理扇區的圖3是形成范例MIMO物理扇區的范例物理扇區的圖； 圖4是范例MIMO虛擬扇區的圖； 圖5是范例MIMO虛擬扇區的圖； 圖6是范例MIMO虛擬扇區的圖7是用于圖解表示物理扇區、MIMO物理扇區和MIMO虛擬
扇區的范例替換方法；
圖8是噪聲源存在時范例無線裝置之間的通信的圖9是具有三個無線電設備以及每個無線電設備具有三個天線的
范例無線裝置的圖IO是形成范例MIMO物理扇區的范例物理扇區的圖11是具有兩個無線電設備組的范例無線裝置的圖，其中每個
無線電設備組具有兩個無線電設備，并且每個無線電設備具有兩個天
線；
圖12是基本重疊以形成范例MIMO物理扇區的范例物理扇區的
圖13是部分地重疊以形成范例MIMO虛擬扇區的范例物理扇區
的圖；圖14是部分地重疊以形成范例MIMO虛擬扇區的范例物理扇區
的圖15是部分地重疊以形成范例MIMO虛擬扇區的范例物理扇區
的圖16是基本重疊以形成范例MIMO物理扇區的范例物理扇區和 部分地重疊以形成范例MIMO物理扇區的范例MIMO物理扇區的
圖n是噪聲源存在時范例無線裝置之間的通信的圖； 圖18是范例噪聲源存在時范例無線裝置之間的通信的圖21是用于形成MIMO物理扇區的方法的圖；以及
圖20是用于形成MIMO物理扇區的方法的圖。
具體實施例方式
無線裝置利用天線發送和接收無線電信號。噪聲源，諸如其它無 線裝置(包括在相同信道上發送的無線裝置)可能會干擾無線通信。 傳統的無線裝置利用多種技術減小通信時噪聲的不利影響，例如將覆 蓋區域劃分成多個扇區，利用有向天線，以及利用多路天線，從而提 供冗余和空間分集。
根據本發明的各個方面的改進無線裝置包括有向天線，其中對有 向天線進行定位從而使無線裝置的天線的物理扇區重疊，并且被選擇 用于通信的天線是物理扇區在一區域中重疊從而使天線作為多路輸入 多路輸出("MIMO，，)天線操作的天線。
根據本發明的各個方面的無線裝置可以選擇有向天線的任何合適 組合用于通信，作為MIMO天線操作并且在期望通信方向上定向。 另外，無線裝置可以為天線分配任何可用信道以改進性能。
根據本發明的各個方面的無線裝置包括例如無線蜂窩、接入點、 無線客戶機、移動計算機和手持裝置。
術語"物理扇區，，應該理解為是指天線發送和接收信號的覆蓋區 域。物理扇區的尺寸和形狀取決于多種因素，例如，天線類型、大氣 條件、噪聲源的存在和物理環境。物理扇區58、 60和62表示有向天 線的理想化物理扇區的二維形狀。圖2中，物理扇區58、 60和62沒 有重疊。圖3中，物理扇區58、 60和62基本重疊。圖4和圖5中， 物理扇區58、 60和62部分重疊。
術語"MIMO天線，，應該理解為是指至少兩個天線，各自在天線 的物理扇區重疊的區域內在相同信道上發送和/或接收信號。可對天 線定位從而使它們的物理扇區重疊。相同區域內物理扇區重疊的天線 可以凈皮配置為在那個區域內操作的MIMO天線。MIMO天線的每個 獨立天線在相同信道(例如，頻率、編碼、或劃分無線電頻譜以進行 通信的其它方法)上操作。MIMO天線特別提供天線之間的空間分
集、冗余和時間分集，從而減小發送和接收時噪聲的效應。通過減小 噪聲的效應，無線裝置能夠更加可靠地通信。
形成MIMO天線的天線可定向為利用不同的信號極化，例如， 水平、垂直和圓形。形成MIMO天線的天線可被物理分離以提供空 間分集。
形成MIMO物理扇區以在MIMO物理扇區的區域內提供能夠更 好規避噪聲的通信。術語"MIMO物理扇區"是指作為MIMO天線操 作的天線的物理扇區重疊的區域。
范例實施例中，參照圖3，物理扇區58、 60和62基本重疊以形 成MIMO物理扇區82。物理扇區66、 68和70基本重疊以形成 MIMO物理扇區84。這個實施例中，每個MIMO物理扇區具有約 卯度的覆蓋角。另一實施例中，參照圖6，每個物理扇區58、 60和 62和每個物理扇區66、 68和70具有約180度的覆蓋角，由此合成 的MIMO物理扇區82和84具有約180度的覆蓋角。圖7示出圖解 表示物理扇區和MIMO物理扇區的另一種方法。物理扇區58-62分 別具有約180度的覆蓋角，并且每個物理扇區的中心以近似90度定 向(紙面直上)。盡管為了簡潔圖7顯示了物理扇區之間的間隙，但 是每個物理扇區58-62從無線裝置10開始延伸， 一直延伸到各個天 線到達的最遠距離。圖6和圖7的MIMO物理扇區82和84是等同 的，然而，圖7的圖解表示更加簡潔。因此，MIMO物理扇區82和 84分別包括三個基本重疊的物理扇區58-62和66-70。
形成MIMO天線的天線的物理扇區不限于基本重疊。當物理扇 區僅部分重疊時，MIMO物理扇區是形成MIMO天線的天線的物理 扇區重疊的區域。參照圖4和圖5，與物理扇區58-62關聯的天線利 用相同信道發送和接收。區域94是物理扇區58、 60和62重疊的區 域，由此區域94是MIMO物理扇區。與物理扇區58-62關聯的天線 作為MIMO天線在區域94中操作。圖4還顯示了由物理扇區66-70 形成的MIMO物理扇區，作為MIMO物理扇區82。
能夠以多種方式形成MIMO物理扇區。在形成MIMO物理扇區
的一個范例方法中，參照圖19，選擇作為MIMO天線操作的天線， 然后將這些天線定位從而使天線的物理扇區重疊。在形成MIMO物 理扇區的另一范例方法中，參照圖20，將多個天線定位從而使至少 一些天線的物理扇區至少部分重疊，然后選擇至少兩個天線在它們物 理扇區重疊的區域內操作為MIMO天線，以形成MIMO物理扇區。 可以對多個天線定位從而使所形成的各種MIMO物理扇區定向在不 同方向。可以才艮據選出的天線的物理扇區形成的MIMO物理扇區的 定向，選擇至少兩個天線作為MIMO天線搮作。相對其它MIMO物 理扇區的定向， 一些MIMO物理扇區的定向可提供增強的性能。另 外，形成MIMO天線的天線可,皮分配任何可用信道。因此，選出的 天線，及MIMO物理扇區，可被分配到提供更高性能的信道。
術語"MIMO虛擬扇區"是指可以作為MIMO天線操作的天線的 物理扇區重疊的區域。參照圖13，物理扇區58-62和66-70各自具有 約180度的覆蓋角。與物理扇區58-62和66-70關聯的天線被定位從 而寸吏物理扇區58、 68和70在區域150內重疊。在區域152內，物理 扇區58、 60和70重疊，區域154-160也類似。區域150-160中的每 個區域包括MIMO虛擬扇區，因為在區域內物理扇區重疊的天線可 以作為MIMO天線操作。如果選擇與物理扇區58、 68和70關聯的 天線以形成MIMO天線，則區域150作為MIMO物理扇區操作。如 果選擇與物理扇區58、 60和70關聯的天線形成MIMO天線，則區 域152作為MIMO物理扇區操作，其它區域也類似。選擇天線形成 MIMO物理扇區之前，區域150-160是MIMO虛擬扇區。當選擇天 線形成MIMO天線時，選出的天線的物理扇區重疊的區域變成 MIMO物理扇區、而其它區域仍是MIMO虛擬扇區。MIMO物理扇 區也可稱作選出的MIMO虛擬扇區、或活躍的MIMO虛擬扇區。可 以利用任何準則選擇MIMO虛擬扇區以進行通信。
通過對天線定位以形成MIMO虛擬扇區然后選擇天線作為 MIMO天線操作的方法，允許了無線裝置通過提供更高性能的 MIMO物理扇區通信而響應于例如性能、噪聲源和環境的改變。
對天線進行定位以形成MIMO虛擬扇區，允許了具有固定天線 位置的無線裝置從多種MIMO虛擬扇區中選擇以利用提供期望性能 水平的MIMO物理扇區進行通信。當選出的MIMO物理扇區的性能 由于諸如噪聲源或環境條件而下降時，無線裝置能夠選擇不同的天線 作為MIMO天線操作，從而選擇不同的MIMO虛擬扇區作為 MIMO物理扇區操作，不同的MIMO物理扇區提供更好的性能。
MIMO物理扇區允許無線裝置以更好的性能通信。MIMO虛擬 扇區允許無線裝置選擇區域以根據提供期望性能水平的MIMO虛擬 扇區而發送和接收。具有多路MIMO虛擬扇區的無線裝置可在多種 MIMO虛擬扇區之間選擇。無線裝置可選擇提供更高水平的性能的 MIMO虛擬扇區。對無線裝置的天線定位以形成在不同方向上定向 的MIMO虛擬扇區，允許了無線裝置基于虛擬扇區相對噪聲源的位 置定向而選擇MIMO物理扇區。
可以通過例如吞吐量、數據吞吐量、信噪比、減少的信號誤差、 減少的數據誤差、減少的重新發送請求、減少的干擾、多徑信號的拒 絕、更高的傳輸率和信號強度對性能進行測量。
MIMO系統包括可以配置為形成MIMO天線、MIMO物理扇區 和MIMO虛擬扇區的無線電i殳備和天線。MIMO系統可以利用無線 電i殳備和天線的4壬何合適組合形成MIMO天線。MIMO系統可以選 擇任何合適MIMO物理扇區進行通信。MIMO系統可以具有任何合 適數目的MIMO虛擬扇區和/或選出的MIMO虛擬扇區。MIMO系 統可以以任何定向定位它的MIMO物理扇區。MIMO系統的MIMO 物理扇區可以與相同MIMO系統的其它MIMO物理扇區重疊。相同 MIMO系統的重疊MIMO物理扇區可被分配不同的信道。
MIMO系統具有至少兩個無線電設備和至少兩個天線，其中至 少兩個無線電設備和至少兩個天線形成MIMO天線。在另一范例實 施例中，參照圖1， MIMO系統具有三個無線電設備，其中兩個天線 與每個無線電設備接口。三個天線(各自來自每個無線電設備)可作 為MIMO天線操作，從而得到具有兩個MIMO天線的MIMO系統。
本發明可以采用多種類型的無線電設備，其中可以利用任何類型 的通信協議以及以任何頻率操作和/或具有任何數目的適用信道。例 如，本發明可以利用任何種類的天線或天線組，用于進行發送、接 收、噪聲減小和多徑檢測。能夠以任何方式對天線定位，從而例如能 夠使得它們的物理扇區重疊和非重疊。無線電設備和天線可以作為
MIMO系統、MIMO天線、MIMO物理扇區和MIMO虛擬扇區進 行操作。可以利用任何類型的算法和/或處理器實現無線電設備和/或 天線以形成MIMO天線并且作為MIMO天線操作。可以根據諸如數 據吞吐量、信號強度、信號質量和信噪比的任何準則選擇天線進行通 信。
一個實施例中，無線裝置的天線被定位以形成非重疊MIMO物 理扇區，并且選擇非重疊MIMO物理扇區之一與其它無線裝置進行 通信。另一實施例中，無線裝置的天線被定位以形成重疊MIMO虛 擬扇區，并且選擇一些重疊MIMO虛擬扇區與其它無線裝置進行通 信。
能夠以任何方式利用形成MIMO天線的天線發送和/或接收信 號，例如，作為MIMO天線操作的任何數目的天線可以僅發送信 號、僅接收信號以及發送和接收信號。
范例實施例中，參照圖1，天線34、 36和38及其關聯的無線電 設備形成MIMO天線，其中每個天線34、 36和38發送和接收相同 信號。另一實施例中，天線34-38形成MIMO天線，其中天線34僅 發送，天線36僅接收，并且天線38既發送又接收。不同的MIMO 天線結構可以提供不同的通信特征。例如，MIMO天線的所有天線 發送和接收相同信息的配置可以增強糾錯能力。天線發送和/或接收 不同信息的配置可以增加數據吞吐量。MIMO天線的每個天線接收 相同信號的多個版本的配置中，MIMO天線的天線接收到的多種信 號版本的信息內容可以根據例如噪聲源的存在、多徑反射、和天線的 空間分集的環境條件而高度相似和/或低度相似。可以利用先進算法
處理形成MIMO天線的每個天線所接收到的信號，以構造盡量包含 所能提取的接收信號信息的合成接收信號。通過對MIMO天線的天 線定位從而使它們的物理扇區重疊，可以將MIMO天線的天線配置 為從公共源接收信號。
形成MIMO物理扇區的天線的數目以及天線的物理扇區的重疊 可以影響性能。例如，參照圖1和圖5，區域90僅從物理扇區62接 收覆蓋，由此僅通過天線38發送和接收區域90內的通信。同樣地， 區域98僅從物理扇區60和天線36接收覆蓋。即使選擇天線36和 38作為MIMO天線操作時，區域90和98不是MIMO物理扇區， 因為該區域內僅一個天線操作。當選擇作為MIMO天線操作的天線 的僅一個天線在區域內發送和接收時，性能不會與天線的物理扇區重 疊以形成MIMO物理扇區的區域中一樣高。區域92和96分別從物 理扇區58和62和物理扇區58和60接收覆蓋。因為至少兩個天線作 為MIMO天線在區域92和區域96內操作，所以區域92和區域96 是MIMO物理扇區。利用選擇作為MIMO天線操作的天線的至少兩 個天線通信可增強性能。區域94，即通過三個天線的物理扇區的重 疊形成的MIMO物理扇區，從物理扇區58、 60和62及其關聯的天 線34-38接收覆蓋。天線34-38作為MIMO天線操作，所以與通過 區域90-92和區域96-98接收和/和發送相比較而言，區域94內通過 所有三個天線接收和/和發送能夠提供更高性能。MIMO天線的所有 天線在區域94內進行通信，所以區域94內的MIMO物理扇區最有 可能提供增強的性能。
利用有向天線形成的MIMO物理扇區可以利用傳統的天線選擇 方法以減小來自噪聲源的干擾。例如，參照圖1和圖8，無線裝置IO 包括處理器12、無線電i殳備18-22、 RF開關26-30和天線34-38和 天線42-46，其中兩個天線分別與每個RF開關接口。天線34-38和 天線42-46分別作為第一 MIMO天線和第二 MIMO天線操作。無線 電設備18-22利用802.11a/b/g/n通信協議。分別與天線34-38關聯的 天線物理扇區58-62基本重疊以形成MIMO物理扇區82。分別與天
線42-46關聯的天線物理扇區66-70基本重疊以形成MIMO物理扇 區84。這個實施例中，將每個無線電設備設置到相同信道。物理扇 區和MIMO物理扇區82-84能夠延伸得比圖8所示更遠，由此無線 裝置10能夠與無線裝置102通信并且接收來自噪聲源106和108的 干擾。無線裝置10利用RF開關26-30在天線34-38和天線42-46之 間選擇。這個實施例中，RF開關能夠在兩個天線組之間進行選擇， 也就是說，選擇天線34-38、或者選擇天線42-46，由此在任何給定 時間僅一個MIMO物理扇區是活躍的，也就是說，或者MIMO物理 扇區82活躍、或者MIMO物理扇區84活躍。圖8所示的實施例和 情景下，無線裝置10選擇MIMO天線物理扇區84以減小來自噪聲 源106和108的干擾、同時與無線裝置102通信。還可以利用與無線 裝置10的MIMO物理扇區相似的MIMO物理扇區實現圖8的無線 裝置104。無線裝置104可以選擇在與無線裝置102通信的同時提供 最佳性能并減小來自噪聲源110的干擾的MIMO物理扇區。
MIMO系統的另一實施例中，參照圖9，無線裝置10包括處理 器12、三個無線電設備18-22、三個RF開關26-30和與每個RF開 關接口的三個天線組。天線34-38、天線42-46和天線50-54可以具 有任何覆蓋角，可以以任何方向定向，形成MIMO天線，以及以任 何方式形成MIMO虛擬扇區。范例實施例中，參照圖10，天線34-38、天線42-46和天線50-54各自具有約120度的覆蓋角。對天線 34-38定向從而使分別與它們相關聯的物理扇區58-62基本重疊以形 成MIMO物理扇區82。對天線42-46定向從而使分別與它們相關聯 的物理扇區66-70基本重疊以形成MIMO物理扇區84。對天線50-54定向從而使分別與它們相關聯的物理扇區74-78基本重疊以形成 MIMO物理扇區86。分別對物理扇區58-62、 66-70和74-78定向從 而MIMO物理扇區82、 84和86的中心分別以約60度、180度、和 300度定向。這個實施例中，這些MIMO物理扇區基本不重疊。每 個無線電設備設置到相同信道，由此MIMO物理扇區82-86的各自 利用相同信道。通過選擇三個MIMO物理扇區之一進行通信，圖9
和圖10的無線裝置實施例也能用于減小與噪聲源的干擾。
未顯示的另一實施例中，無線裝置10包括處理器、四個無線電 設備、與每個無線電設備接口的RF開關和與每個RF開關接口的四 個有向天線。每個天線具有約90的覆蓋角。每個RF開關的一個天 線的物理扇區基本重疊以形成MIMO物理扇區，由此得到的MIMO 系統具有四個MIMO虛擬扇區。每個MIMO物理扇區從這四個無線 電設備的每一個接收覆蓋。這些天線的物理扇區被定向為使MIMO 物理扇區不重疊并且這些MIMO物理扇區提供約360度的組合覆蓋 角。將所有無線電設備設置到相同信道。
在未顯示的另一實施例中，無線裝置10包括處理器、與處理器 接口的兩個無線電設備、與每個無線電設備接口的RF開關和與每個 RF開關接口的三個有向天線。每個天線具有約120度的覆蓋角。每 個RF開關的一個天線的物理扇區基本重疊以形成MIMO物理扇 區，從而MIMO系統具有三個MIMO虛擬扇區。每個MIMO物理 扇區從這兩個無線電設備的每一個接收覆蓋。這些天線的物理扇區被 定向為使得這些MIMO物理扇區不重疊并且這些MIMO物理扇區提 供約360度的組合覆蓋角。將所有無線電設備設置到相同信道。
在未顯示的另一實施例中，無線裝置10包括處理器、與處理器 接口的兩個無線電設備、與每個無線電設備接口的RF開關和與每個 RF開關接口的"N"個有向天線。每個天線具有約等于360度除以N 的覆蓋角。兩個天線(每個RF開關的一個天線)形成MIMO天 線，由此形成N個MIMO天線。形成每個MIMO天線的天線的物 理扇區基本重疊以形成N個MIMO物理扇區。MIMO物理扇區,皮定 向從而這些MIMO物理扇區基本不發生重疊，由此提供約360度的 組合覆蓋角。將所有無線電設備設置到相同信道。
無線電設備、天線和MIMO物理扇區不限于利用單一信道通 信，或者不限于形成基本沒有重疊的MIMO物理扇區。可以對無線 電設備分組以提供利用不同信道的MIMO物理扇區。可以將不同信 道上通信的MIMO物理扇區定位為重疊。重疊利用不同信道的
MIMO物理扇區可以同時通信而彼此較少干擾。
一個實施例中，參照圖11，無線裝置10包括處理器12、與處理 器IO接口的控制器14和16、與控制器14接口以形成第一無線電設 備組的兩個無線電設備18和20、與控制器16接口以形成第二無線 電設備組的兩個無線電設備22和24、分別與無線電設備18、 20、 22 和24接口的FR開關26、 28、 30和32和天線34-48，其中天線34-48與這些RF開關接口從而使兩個天線與每個RF開關接口。這些天 線可以形成任何方式的MIMO天線，然而，利用同一群的天線形成 MIMO天線，允許不同組的MIMO物理扇區在不同信道上操作。
一個實施例中，天線34和36形成第一 MIMO天線。天線42和 44形成第二 MIMO天線。第一和第二 MIMO天線屬于第一無線電 設備組。天線38和40形成第三MIMO天線。天線46和48形成第 四MIMO天線。第三和第四MIMO天線屬于第二無線電設備組。另 一實施例中，天線34-40形成第一 MIMO天線，天線42-48形成第 二MIMO天線。
天線和它們各自的物理扇區可以具有任何覆蓋角并以任何方向定 向。各組的天線可以以任何方式形成MIMO天線。得到的MIMO物 理扇區可以重疊也可以不重疊。范例實施例中，天線34、 36、 38、 40、 42、 44、 46和48及它們各自的物理扇區58、 60、 62、 64、 66、 68、 70和72均具有約180度的覆蓋角。參照圖11和圖12，物理扇 區58與物理扇區60基本重疊以形成MIMO物理扇區82。物理扇區 62與物理扇區64基本重疊，物理扇區66和物理扇區68基本重疊， 物理扇區70與物理扇區72基本重疊，以分別形成MIMO物理扇區 84、 86和88。天線34、 36和天線38、 40的覆蓋角的中心以約90度 定向(例如，頁面之上)，由此MIMO物理扇區82和物理扇區84 重疊。天線42、 44和天線46、 48的覆蓋角的中心以約270度定向 (例如，頁面之下)，由此MIMO物理扇區86和88基本重疊。無 線電設備18和20屬于第一無線電設備組，無線電設備22和24屬于 第二無線電設備組。將信道Cl分配給第一無線電設備組并將信道
C2分配給第二無線電設備組，從而MIMO物理扇區82和86利用信 道Cl并且MIMO物理扇區84和88利用信道C2。因此，信道分 配、天線定向和MIMO天線結構提供了利用不同信道的重疊MIMO 物理扇區。參照圖12,將Cl分配給MIMO物理扇區82,將C2分 配給MIMO物理扇區84，并且MIMO物理扇區82基本與MIMO 物理扇區84重疊。由于MIMO物理扇區82和84 ^皮分配不同的信 道，所以它們能夠同時與不同無線裝置通信且較少彼此干擾。利用不 同無線電i殳備組的天線形成MIMO物理扇區，允許了 MIMO物理扇 區重疊，被分配不同信道，以及同時通信。相同無線電設備組的 MIMO天線利用相同信道。例如，定位MIMO物理扇區從而4吏它們 不重疊并在任何時間僅利用相同組的一個MIMO物理扇區通信，由 此能夠減小利用相同組的天線形成的MIMO物理扇區之間的干擾。
另一實施例中，參照圖11，每個天線34-48的物理扇區具有約 90度的覆蓋角。如上所述組織這些天線以形成四個MIMO天線。對 天線物理扇區定位從而使天線對34和36、天線對38和40、天線對 42和44和天線對46和48及它們各自的物理扇區的覆蓋角的中心分 別以45度、135度、225度和315度定向。將信道C1分配給第一組 無線電設備，將信道C2分配給第二組無線電設備。獲得的四個 MIMO物理扇區被定位為基本不重疊，并且相鄰的MIMO物理扇區 被分配不同的信道。第一無線電設備組的一個MIMO物理扇區和第 二無線電群的一個MIMO物理扇區可同時操作。
無線裝置10的天線可被定向以形成MIMO虛擬扇區。MIMO 虛擬扇區可以具有任何覆蓋角并可以以任何方式定向。可選擇用于通 信的MIMO虛擬扇區以減小干擾。 一個實施例，參照圖1和圖13, 天線34-38和天線42-46具有約180度的覆蓋角。天線34、 36、 38、 42、 44、 46和它們各自的物理扇區58、 60、 62、 66、 68、 70的覆蓋 角的中心分別以卯度、150度、210度、270度、300度和30度定 向。圖13中標記為區域150的0度與60度之間的區域由物理扇區 58、 68和70覆蓋。天線34、 44和46可以一起用作MIMO天線以
將信號發送到區域150內的任何無線裝置以及從區域150內的任何無 線裝置接收信號。天線152、 154、 156、 158和160分別定位在約 60-120度之間、約120-180度之間、約180-240度之間、約240-300 度之間和約300-0度之間，并分別由天線34、 36和46、天線34、 36 和38、天線42、 36和38、天線42、 44和38、天線42、 44和46月艮 務。每個區域150-160包括MIMO虛擬扇區。
范例實施例中，參照圖1和圖13，利用天線34、 44和46形成 MIMO天線，區域150作為MIMO物理扇區操作。利用天線34、 36 和46形成MIMO天線，區域152作為MIMO物理扇區操作，區域 154-160也類似。這個實施例中，不可將區域158和160組合以作為 MIMO物理扇區操作，因為區域158需要天線42、 44和38形成 MIMO天線，而區域160需要天線42、 44和46形成MIMO天線。 對這個實施例，由于RF開關30 —次只選擇一個天線，所以MIMO 物理扇區限于與每個RF開關相關聯的任何一個天線的任何組合。這 個實施例中，無線裝置10可以在任何給定時間選擇任何一個MIMO 虛擬扇區并且通過其通信。選擇MIMO虛擬扇區的方法包括i殳置 RF開關以選擇服務所期望的MIMO虛擬扇區的天線。另一實施例 中，RF開關及其關聯的天線可以被相控陣替換。每個相控陣的天線 元件可以形成MIMO天線。
可以任何方式對天線定向以形成任何尺寸的MIMO虛擬扇區。 在范例實施例中，參照圖13，每個MIMO虛擬扇區150-160具有約 60度的覆蓋角。另一實施例中，參照圖14, MIMO虛擬扇區150、 152、 154、 156、 158和160分別位于0-30度之間、30-60度之間、 60-180度之間、180-210度之間、210-240度之間和240-0度之間。 另一實施例中，參照圖15，每個MIMO虛擬扇區具有約40度的覆 蓋角。MIMO虛擬扇區150-166分別位于0-40度之間、40-80度之 間、80-120度之間、120-160度之間、160-200度之間、200-240度之 間、240-280度之間、280-320度之間和320-0度之間。另一實施例 中，參照圖11和圖18，每個MIMO虛擬扇區具有約90度的覆蓋
角。將信道Cl分配給第一組無線電設備，將信道C2分配給第二組 無線電設備。天線對34和36、 38和40、 42和44、以及46和48分 別形成MIMO天線。天線34、 36和天線42、 44形成的MIMO虛擬 扇區分別從0-180度和180-0度延伸，并且被分配信道Cl。天線 38、 40和天線46、 48形成的MIMO虛擬扇區分別從卯-270度和 270-90度延伸，并且被分配信道C2。對這些MIMO虛擬扇區定位以 形成區域150-156，其中每個區域從不同信道上操作的兩個MIMO 虛擬扇區接收覆蓋。
無線裝置可以選擇MIMO虛擬扇區并且通過其通信以改進性 能。無線裝置可以利用任何準則選擇MIMO虛擬扇區進行通信，例 如，噪聲源的存在、使用的噪聲源信道、信噪比、主要數據流的方 向、信號質量、信號強度和數據吞吐量。
一個實施例中，參照圖9和圖17，無線裝置10期望與無線裝置 102通信。無線裝置10連續允許形成每個MIMO虛擬扇區150-160 的每個天線組合。通過每個MIMO虛擬扇區，無線裝置10測量與無 線裝置102通信的能力。至少通過MIMO虛擬扇區150，無線裝置 10檢測噪聲源110的存在。至少通過MIMO虛擬扇區154和156， 無線裝置10分別檢測噪聲源106和108的存在。通過選擇MIMO虛 擬扇區150并通過該MIMO虛擬扇區150通信，在與無線裝置102 通信的同時，無線裝置10可以減小來自噪聲源106和108的干擾。 圖1和圖17所示無線裝置10的實施例中，與選出的MIMO虛擬扇 區相鄰的區域具有至少一個z厶共天線，由此選擇一個MIMO虛擬扇 區不會禁止其它扇區內的所有通信，但是選出的MIMO虛擬扇區內 的通信可以比相鄰區域提供更強的性能，因為它利用形成MIMO天 線的所有天線進行發送和/和接收。
仍然參照圖1和圖17，通過選擇與噪聲源110利用的信道不同 的信道，無線裝置10可以減小來自噪聲源110的干擾。在無線裝置 102不能切換到噪聲源110所沒有利用的信道的情況下，可以利用 MIMO虛擬扇區150處理與無線裝置102的通信，如果MIMO虛擬
扇區150提供了期望水平的性能。無線裝置可以選擇提供期望水平的 性能的任何MIMO虛擬扇區。這個實施例中，無線裝置10可以選擇 MIMO虛擬扇區152以與無線裝置102通信。盡管與無線裝置10通 過MIMO虛擬扇區150檢測來自噪聲源110的干擾相比較，無線裝 置IO通過MIMO虛擬扇區152能夠檢測到較少的來自噪聲源110的 干擾，但是無線裝置IO還從無線蜂窩102接收較少期望信號。在無 線裝置10期望與無線裝置104以及與無線裝置104在相同信道上操 作的噪聲源106、 108和110通信的情況下，通過選擇MIMO虛擬扇 區160與無線裝置104通信，無線蜂窩10可以減小來自噪聲源的干 擾。無線裝置可以在任何時間段內選擇并利用任何MIMO虛擬扇 區。無線裝置可以在任何時間、為任何目的從利用一個MIMO虛擬 扇區切換到利用任何其它MIMO虛擬扇區。范例實施例中，參照圖 17，無線裝置IO在MIMO虛擬扇區150和160之間切換以分別與無 線裝置102和104進行通信。此外，無線裝置可以通過一個MIMO 虛擬扇區發送，而通過不同的MIMO虛擬扇區接收。另一實施例 中，參照圖11和圖18，無線裝置10可以選擇為每個區域提供期望 通信水平的MIMO虛擬扇區。此外，無線裝置IO可以同時在不同信 道上與都在區域156內的兩個無線裝置104和120通信，例如，無線 裝置104利用信道Cl通信，而無線裝置120利用信道C2通信
除非與物理可能性相反，否則發明人構思于此描述的方法和系 統(i)能夠以任何順序和/或組合執行這里描述的方法和系統；以 及(ii)以任何方式組合各個實施例的部分。
盡管已經描述了這個新穎發明的優選實施例，但是可以對這些優 選實施例進行許多變動和變型并且這里描述的實施例不受以上特定公 開的限制而僅由權利要求的范圍進行限定。
權利要求
1. 第一無線蜂窩，提供以不同定向定位的重疊MIMO物理扇區，所述第一無線蜂窩包括至少四個天線，每個天線在各自物理扇區內發送和接收無線電信號，每個天線屬于至少兩個組中的至多一個組，每個組包括所述第一無線蜂窩的至少兩個天線，每個組的天線被定位從而使每個組的每個天線的物理扇區與相同組的所有其它天線的物理扇區部分地重疊，每個組被定位從而使每個組的至少一個天線的物理扇區與至少一個其它組的至少一個天線的物理扇區至少部分地重疊，其中在至少兩個天線的物理扇區重疊的區域內形成MIMO物理扇區，并且其中在每個MIMO物理扇區內，至少兩個天線作為MIMO天線操作。
2. 權利要求1所述的第一無線蜂窩，其中每個組的每個天線的物 理扇區與相同組的所有其它天線的物理扇區基本重疊。
3. 權利要求1所述的第一無線蜂窩，包括兩個組，其中每個組的 每個天線的物理扇區與其它組的一個天線之外的所有天線的物理扇區 部分地重疊。
4. 權利要求1所述的第一無線蜂窩，其中每個組的一個天線的物 理扇區與一個其它組的除一個天線之外的所有天線的物理扇區部分地 重疊。
5. 權利要求1所述的第一無線蜂窩，其中所述第一無線蜂窩在任 一個時間僅利用一個MIMO物理扇區通信。
6. 權利要求1所述的第一無線蜂窩，其中對所有天線分配相同信道。
7. 權利要求1所述的第一無線蜂窩，所述第一無線蜂窩包括六個 天線，組成第一組和第二組，其中三個天線屬于每一組，其中每個天 線具有約180度的覆蓋角，其中每個組的天線被指定為那個組的第一 天線、第二天線和第三天線，其中第一組的第一天線的物理扇區基本 不與第二組的第一天線的物理扇區重疊，其中第一組的第二天線的物 理扇區基本不與第二組的第二天線的物理扇區重疊，其中第一組的第 三天線的物理扇區基本不與第二組的第三天線的物理扇區重疊，其中 第一組的第二天線的物理扇區與第一組的第一天線的物理扇區重疊約120度并且與第二組的第一天線的物理扇區重疊約60度，其中第二 組的第二天線的物理扇區與第二組的第一天線的物理扇區重疊約120 度并且與第一組的第一天線的物理扇區重疊約60度，其中第一組的 第三天線的物理扇區與第一組的第一天線的物理扇區重疊約60度并 且與第二組的第一天線的物理扇區重疊約120度，其中第二組的第三 天線的物理扇區與第二組的第一天線的物理扇區重疊約60度并且與 第一組的第一天線的物理扇區重疊約120度。
8. 權利要求7所述的第一無線蜂窩，物理扇區在相同約60度區 域內重疊的任何組的一個第一天線、 一個第二天線和一個第三天線作 為MIMO天線操作。
9. 權利要求1所述的第一無線蜂窩，包括九個天線，組成第一 組、第二組和第三組，其中三個天線屬于每組，其中每個天線具有約 120度的覆蓋角，其中每個組的天線被指定為那個組的第一天線、第 二天線和第三天線，其中每個組的第一天線的物理扇區基本不與任何 其它組的第一天線的物理扇區重疊，其中每個組的第二天線的物理扇 區基本不與任何其它組的第二天線的物理扇區重疊，其中每個組的第 三天線的物理扇區基本不與任何其它組的第三天線的物理扇區重疊， 其中第一組的第二天線的物理扇區與第一組的第一天線的物理扇區重 疊約80度并且與笫二組的第一天線的物理扇區重疊約40度，其中第 二組的第二天線的物理扇區與第二組的笫一天線的物理扇區重疊約 80度并且與第三組的第一天線的物理扇區重疊約40度，其中笫三組 的第二天線的物理扇區與第三組的第一天線的物理扇區重疊約80度 并且與第一組的第一天線的物理扇區重疊約40度，其中第一組的第 三天線的物理扇區與第一組的第一天線的物理扇區重疊約40度并且 與第二組的第一天線的物理扇區重疊約80度，其中第二組的第三天 線的物理扇區與第二組的第一天線的物理扇區重疊約40度并且與第三組的第一天線的物理扇區重疊約80度，其中第三組的第三天線的 物理扇區與第三組的第一天線的物理扇區重疊約40度并且與第一組 的第一天線的物理扇區重疊約80度。
10. 權利要求9所述的第 一無線蜂窩，物理扇區在相同約40度區 域內重疊的任何組的一個第一天線、 一個第二天線和一個第三天線作 為MIMO天線操作。
11. 一種由第一無線蜂窩執行以減小干擾的方法，所述方法包括通過所述第一無線蜂窩的每個MIMO天線測量性能，其中所迷 第一無線蜂窩包括至少四個天線，每個天線在各自物理扇區內發送和 接收無線電信號，所述第一無線蜂窩的每個天線屬于至少兩個組中的 至多一個組，每個組包括所述第一無線蜂窩的至少兩個天線，每個組它天線的物理扇區部分地重疊，每個組被定位從而使每個組的至少一 個天線的物理扇區與至少一個其它組的至少一個天線的物理扇區至少 部分地重疊，其中在至少兩個天線的物理扇區重疊的區域內形成 MIMO物理扇區，其中在每個MIMO物理扇區內，至少兩個天線作 為MIMO天線操作；選擇提供增強性能的一個MIMO天線；以及通過所選出的MIMO天線通信。
12.權利要求11所述的方法，其中每個組的每個天線的物理扇區 與相同組的所有其它天線的物理扇區基本重疊。
13，權利要求11所述的方法，其中所述測量包括通過每個MIMO 天線利用所有可用信道來測量性能。
14. 權利要求11所述的方法，其中所述測量包括測量吞吐量、 數據吞吐量、信噪比、信號誤差率、數據誤差率、重新發送請求、干 擾、多徑信號的拒絕、傳輸率和信號強度中的至少之一。
15. —種用于提供第一無線蜂窩的以不同定向定位的重疊MIMO 物理扇區的方法，所述方法包括 將所述第一無線蜂窩的每個天線指定到至多一個組，其中所述第 一無線蜂窩包括至少四個天線，每個天線在各自物理扇區內發送和接 收無線電信號，所述第一無線蜂窩的每個天線屬于至少兩個組的至多一個組，每個組包括所述第一無線蜂窩的至少兩個天線；定位每個組的天線從而使每個組的每個天線的物理扇區與相同組 的所有其它天線的物理扇區部分地重疊；以及定位每個組從而使每個組的至少一個天線的物理扇區與至少一個 其它組的至少一個天線的物理扇區至少部分地重疊，其中在至少兩個 天線的物理扇區重疊的區域內形成MIMO物理扇區，其中在每個 MIMO物理扇區內，至少兩個天線作為MIMO天線操作。
16. 權利要求15所述的方法，其中定位每個組的天線還包括定;它天線的物i扇區基本重i。
， 一 5
17. 權利要求15所述的方法，其中定位每個組還包括定位每個 組從而使每個組的每個天線的物理扇區與一個其它組的除一個天線以 外的所有天線的物理扇區部分地重疊。
18. 權利要求15所述的方法，其中定位每個組還包括定位每個 組從而使每個組的一個天線的物理扇區與一個其它組的除一個天線之 外的所有天線的物理扇區部分地重疊.
19. 權利要求15所述的方法，所述方法還包括通過每個MIMO 物理扇區測量性能。
20. 權利要求19所述的方法，其中測量包括測量呑吐量、數據 吞吐量、信噪比、信號誤差率、數據誤差率、重新發送請求、干擾、 多徑信號的拒絕、傳輸率和信號強度中的至少之一。
21. 權利要求15所述的方法，其中對所有天線分配相同信道。
22. 權利要求15所述的方法，其中還包括在任何一個時間利用 僅一個MIMO物理扇區通信。
23. —種第一無線蜂窩，提供重疊MIMO物理扇區，所述第一無 線蜂窩包括 至少八個天線，每個天線在各自物理扇區內發送和接收無線電信 號，每個天線屬于至少四個天線組的至多一個天線組，每個天線組包 括所述第一無線蜂窩的至少兩個天線，每個天線組的天線被定位從而 使每個天線的物理扇區與相同天線組的所有其它天線的物理扇區基本重疊，每個天線組的天線作為MIMO天線操作，每個天線組屬于至 少兩個無線電設備組的至多一個無線電設備組，每個無線電設備組包 括至少兩個天線組，每個天線組被定位從而使每個天線組的天線的物 理扇區不與相同無線電設備組的任何其它天線組的天線的物理扇區重 疊，每個無線電設備組的天線被分配相同信道，每個無線電設備組的 至少一個天線組被定位從而使至少一個天線組的天線的物理扇區與不 同無線電設備組的至少一個天線組的天線的物理扇區至少部分地重 疊，物理扇區重疊的不同無線電設備組的每個天線組被分配不同信 道。
24. 權利要求23所述的第一無線蜂窩，其中每個無線電設備組的 每個天線組的天線的物理扇區與不同無線電設備組的至少一個天線組 的天線的物理扇區至少部分地重疊。
25. 權利要求23所迷的第一無線蜂窩，包括八個天線，組成屬于 第一無線電設備組的第一天線組和第二天線組、以及屬于第二無線電 設備組的第三天線組和第四天線組。
26. 權利要求25所述的第一無線蜂窩，其中所述第一天線組的天 線的物理扇區與第三天線組的天線的物理扇區基本重疊，并且其中第 二天線組的天線的物理扇區與笫四天線組的天線的物理扇區基本重 疊，
27. 權利要求25所述的第一無線蜂窩，其中第一天線組和第二天 線組的天線的物理扇區與第三天線組和第四天線組的天線的物理扇區 至少部分地重疊。
28. —種用于形成第一無線蜂窩的重疊MIMO物理扇區的方法， 所述方法包括將所述第一無線蜂窩的每個天線指定到至多一個天線組，其中所述第一無線蜂窩包括至少八個有向天線，每個天線在各自物理扇區內 發送和接收無線電信號，每個天線屬于至少四個天線組的至多一個天線組，每個天線組包括所述第一無線蜂窩的至少兩個天線；每個天線組的天線被定位從而使每個天線的物理扇區與相同天線組的所有其它天線的物理扇區基本重疊，其中每個天線組的天線作為MIMO天線操作；將每個天線組指定到至少兩個無線電設備組的至多一個無線電設備組，其中每個無線電設備組包括至少兩個天線組；定位每個天線組從而使每個天線組的天線的物理扇區不與相同無線電設備組的任何其它天線組的天線的物理扇區重疊；定位每個無線電設備組的至少一個天線組從而使每個無線電設備組的至少一個天線組的天線的物理扇區與不同無線電設備組的至少一個天線組的天線的物理扇區至少部分地重疊；將相同信道分配給每個無線電設備組的每個天線；以及 將不同信道分配給物理扇區重疊的不同無線電設備組的每個天線組。
29. 權利要求28所述的方法，還包括通過每個MIMO天線利用所有可用信道測量性能。
30. 權利要求29所述的方法，其中測量包括測量吞吐量、數據 吞吐量、信噪比、信號誤差率、數據誤差率、重新發送請求、干擾、 多徑信號的拒絕、傳輸率和信號強度中的至少之一。
31.權利要求29所述的方法，其中根據測量性能分配相同信道以 及分配不同信道，其中這些信道被分配以提供高于閾值性能的性能。
32.權利要求28所述的方法，還包括選擇提供增強性能的 MIMO天線，并通過所選擇的MIMO天線通信。
全文摘要
本發明公開了用于定位第一無線蜂窩的天線以形成MIMO物理扇區和MIMO虛擬扇區的方法和設備。所述方法和設備響應于吞吐量、數據吞吐量、信噪比、信號誤差率、數據誤差率、重新發送請求、干擾、多徑信號的拒絕、傳輸率和信號強度，選擇MIMO虛擬扇區用于通信。
文檔編號H04B7/04GK101395820SQ200780007128
公開日2009年3月25日 申請日期2007年2月21日 優先權日2006年2月28日
發明者B·伍德布理, J·斯番尼克, R·拉斯丁格 申請人:羅塔尼公司