一種天線陣列及基站發送信號的方法與流程

本發明涉及通信領域，尤其是涉及一種天線陣列及基站發送信號的方法。

背景技術：

大規模天線技術是LTE-A演進以及未來5G的關鍵性技術之一，目前3GPP R13中RAN1的一個重要議題“Study on Elevation Beam forming/Full-Dimension(FD)MIMO for LTE”主要研究多輸入多輸出MIMO在LTE中的進一步演進。

我們通常可以把天線陣列分為兩個部分：物理天線陣列和收發通道陣列。傳統的MIMO技術主要基于一維的天線陣列(通常是水平維的天線陣列)，如圖1所示，具體來說，它的物理天線陣列可能是二維的(圖1中的物理天線陣列是8行8列)，但是收發通道陣列是一維的(圖1中的收發通道陣列是1行8列的)，同一列相同極化的多個物理天線陣子連接到同一個收發通道。因此只有水平維的多個物理天線陣子之間的相位差是可以調整的，而垂直維的多個物理天線陣子之間的相位差是不能調整的，所以傳統的MIMO只能在水平維進行波束賦形，而垂直維的波束形狀是固定的(通常垂直維的3dB帶寬為10度左右)，圖1中的波束只能在水平維調整朝向，但是垂直維的方向是固定的(一般由下傾角決定)。

由于傳統基站不管是業務波束還是廣播波束，其垂直維的波束寬度和朝向都是固定的，一般來說垂直維3dB帶寬為10度左右，因此當實際環境中用戶在垂直維的分布范圍較大時，傳統基站無法很好的覆蓋到所有用戶。

技術實現要素：

為了提升基站的廣播覆蓋范圍，本發明提供了一種天線陣列及基站發送信號的方法。

為了實現上述目的，本發明提供了一種天線陣列，所述天線陣列包括：

物理天線陣列和與所述物理天線陣列對應的收發通道陣列，且所述物理天線陣列中的部分天線單元對應于高功率收發通道，所述物理天線陣列中除所述部分天線單元外的剩余天線單元對應于標準功率收發通道，其中，所述高功率收發通道所支持的發射功率大于所述標準功率收發通道所支持的發射功率。

可選的，所述天線陣列為全維度多輸入多輸出FD-MIMO的LTE天線。

可選的，所述部分天線單元圍繞所述物理天線陣列的中心位置設置。

可選的，所述物理天線陣列中的天線單元為雙極化天線單元。

依據本發明的另一個方面，本發明還提供了一種基站發送信號的方法，所述基站包括天線陣列，所述方法包括：

根據所述高功率收發通道發送的利用小區特定參考信號CRS進行數據解調的傳輸模式的物理下行鏈路共享信道PDSCH和/或公共控制信號，進行廣播波束的波束賦形并發送；以及

根據所述高功率收發通道和標準功率收發通道上發送的業務數據，進行業務波束的波束賦形并發送，其中，所述高功率收發通道和標準功率收發通道共同用于業務數據的發送。

可選的，所述公共控制信號包括：小區特定參考信號CRS、主同步信號PSS、輔同步信號SSS、物理廣播信道PBCH和物理下行控制信道PDCCH中的至少一種。

可選的，所述業務數據為PDSCH承載的業務數據，其中，所述PDSCH為利用解調參考信號DMRS進行數據解調的傳輸模式的PDSCH。

本發明的有益效果是：

本發明利用提供的物理天線陣列中的部分天線單元對應于高功率收發通道，物理天線陣列中除部分天線單元外的剩余天線單元對應于標準功率收發通道的天線陣列，根據高功率收發通道發送的利用小區特定參考信號CRS進行數據解調的傳輸模式的物理下行鏈路共享信道PDSCH和/或公共控制信號，進行廣播波束的波束賦形并發送，以及根據高功率收發通道和標準功率收發通道上發送的業務數據，進行業務波束的波束賦形并發送。利用單個天線單元的波束為寬波束，多個天線單元在引用廣播賦形權值后才能形成寬波束的原理，本發明只使用高功率收發通道進行PDSCH和/或公共控制信號進行廣播波束的發送，避 免了多個天線單元在引入廣播賦形權值時造成的功率損失，即降低了波束賦形時的權重損耗，并在形成寬波束時提升了基站的廣播覆蓋范圍；且由于高功率收發通道支持的發射功率大于標準功率收發通道支持的發射功率，因此即使采用少量的高功率收發通道并產生少量的權值損耗，形成的廣播波束同樣為寬波束，同樣提升了基站的廣播覆蓋范圍。

附圖說明

圖1表示現有的一維天線陣列；

圖2表示現有的二維天線陣列；

圖3表示本發明的實施例中天線陣列中的物理天線陣列的示意圖之一；

圖4表示本發明的實施例中基站發送信號的方法的主要步驟流程圖；以及

圖5表示本發明的實施例中天線陣列中的物理天線陣列的示意圖之二。

其中圖中：

1、物理天線陣列；2、收發通道；3、部分天線單元；4.剩余天線單元。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠將本公開的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。

全維度多輸入多輸出FD-MIMO主要基于二維天線陣列(同一列的多個天線陣子連接到多個收發通道)，如圖2所示，其中，物理天線陣列1和收發通道2都是二維陣列。FD-MIMO的二維天線陣列對應的各個收發通道支持的功率大小是一致的，例如FD-MIMO基站的總發射功率為40W，共有64個通道，一般來說每個通道功率為(40/64)W即可。

目前3GPP中關于FD-MIMO采用的二維天線陣列可以用如下參數描述(M,N,P,M_TXRU)，其中M表示同極化的一列天線的陣子個數，N表示天線陣列的列數，P＝2表示采用雙極化天線，M_TXRU表示同一列天線陣子對應的收發通道的個數，一個收發通道可能對應到若干個天線陣子，Q＝2N*M_TXRU表示 該天線陣列對應的收發通道陣列中的收發通道總數。例如，天線陣列(M,N,P,M_TXRU)＝(8,4,2,4)對應的收發通道總數Q為32。

具體來說，二維天線陣列的物理天線陣列和收發通道陣列都是二維的，每個物理天線陣子對應一個收發通道，這樣不僅水平維的多個物理天線陣子之間的相位差可以調整，而且垂直維的多個物理天線陣子之間的相位差也可以調整，FD-MIMO不僅能在水平維進行波束賦形，而且可以在垂直維進行波束賦形。雖然FD-MIMO可以形成較窄的業務波束且可以在垂直維調整朝向使得最大波束方向指向用戶，但是對于廣播波束，由于小區特定參考信號CRS、物理下行控制信道PDCCH等公共控制信號依賴于廣播波束，為了盡量覆蓋到本小區不同高度的用戶，FD-MIMO需要形成較寬的廣播波束。另外，傳輸模式中的TM2、TM3等依靠CRS進行解調的傳輸模式也會受到廣播波束增益的影響。

FD-MIMO一般通過廣播賦形權值來形成廣播波束，一般來說，每個天線單元的波束寬度較寬(典型的有65度、90度等)，因此，要讓二維天線陣列形成廣播波束，其廣播賦形權值會引入一定的功率損失，天線單元數越多，可能引入的功率損失越大。以單個天線單元波束的水平3dB寬度和垂直3dB寬度都是65度為例，對于(M,N,P,M_TXRU)＝(8,4,2,64)的64TXRU天線陣列來說，如果要形成約60度的水平廣播波束和約60度的垂直廣播波束，廣播權值會帶來較大的權值損耗，例如采用水平廣播波束的信號幅度權值Am＝[0.45,1,1,0.53]，相位Pm＝[120,149,156,328]，垂直廣播波束的信號幅度權值為Am＝[0.45,1,0.9,0.4,0.9,1,0.45]，相位Pm＝[0,90,165，-120,-190,175,90，-10]，水平廣播波束的信號幅度權值導致的權值損耗約為-2.07dB，垂直廣播波束的信號幅度權值導致的權值損耗約為-2.65dB，總的權值損耗約為-4.72dB。

廣播賦形權值的權值損耗會導致降低廣播波束的增益，從而降低CRS、PDCCH等公共控制信號的覆蓋性能，另外，TM2、TM3等依靠CRS進行解調的傳輸模式也會受到影響。

本發明的實施例提供一種將收發通道陣列區分為高功率收發通道和標準功率收發通道的天線陣列，并根據所提供的天線陣列對基站的信號進行區分發送，降低了基站的廣播權值損耗并且提升了基站的廣播覆蓋范圍。下面將結合具體實施例進一步描述。

如圖3所示，為本發明的實施例中天線陣列中物理天線陣列的結構示意圖之一。天線陣列包括物理天線陣列和與物理天線陣列對應的收發通道陣列，且物理天線陣列中的部分天線單元3對應于高功率收發通道，物理天線陣列中除部分天線單元3外的剩余天線單元4對應于標準功率收發通道，其中，高功率收發通道所支持的發射功率大于標準功率收發通道所支持的發射功率。

具體的，根據基站發射的總功率不變的原理，高功率收發通道所支持的發射功率為基站的發射功率與高功率收發通道的總數目的比值，標準功率收發通道所支持的發射功率為基站的發射功率與收發通道的總數目的比值。例如，基站的總發射功率為40W，收發通道總數目為64個，高功率收發通道為2個，則標準功率收發通道所支持的發射功率為40/64W，高功率收發通道所支持的發射功率為20W。

本實施例提供的天線陣列，物理天線陣列中的部分天線單元3對應于高功率收發通道，物理天線陣列中除所述部分天線單元3外的剩余天線單元4對應于標準功率收發通道，解決了現有的FD-MIMO的二維天線陣列對應的各個收發通道支持的功率大小一致的問題。

可選的，基站的天線陣列為全維度多輸入多輸出FD-MIMO的LTE天線，且天線陣列中的物理天線陣列中的天線單元為雙極化天線單元。

可選的，繼續參見圖1，為了提升基站的廣播覆蓋范圍，對應于高功率收發通道的部分天線單元3圍繞在物理天線陣列的中心位置設置。

依據本發明的另一個方面，還提供了一種基站發送信號的方法，其中，基站包括天線陣列。如圖4所示，為基站發送信號的方法的主要步驟流程圖，主要包括如下步驟：

步驟101，根據高功率收發通道發送的利用小區特定參考信號CRS進行數據解調的傳輸模式的物理下行鏈路共享信道PDSCH和/或公共控制信號，進行廣播波束的波束賦形并發送。

在本步驟中，使用高功率收發通道對PDSCH和/或公共控制信號進行發送。具體的，利用單個天線單元的波束為寬波束，多個天線單元在引用廣播賦形權值后才能形成寬波束的原理，本步驟只使用高功率收發通道進行PDSCH和/或公共控制信號進行廣播波束的發送，避免了使用多個天線單元在引入廣播賦形 權值時造成的功率損失，即降低了波束賦形時的權重損耗，并在形成寬波束時提升了基站的廣播覆蓋范圍；并且由于高功率收發通道支持的發射功率大于標準功率收發通道的發射功率，因此可以在沒有信號幅度權值即在沒有功率損失的情況下，或者在少量高功率收發通道進行波束賦形時使用信號幅度權值即在少量功率損失的情況下，同樣可以達到降低基站的權值損耗并提高基站的廣播覆蓋范圍的效果。

具體的，公共控制信號包括：小區特定參考信號CRS、主同步信號PSS、輔同步信號SSS、物理廣播信道PBCH和物理下行控制信道PDCCH中的至少一種。

步驟102，根據所述高功率收發通道和標準功率收發通道上發送的業務數據，進行業務波束的波束賦形并發送。

在本步驟中，基站可以根據高功率收發通道和標準功率收發通道上發送的業務數據進行業務波束的波束賦形并發送。具體的，業務數據為PDSCH承載的業務數據，其中，PDSCH為利用解調參考信號DMRS進行數據解調的傳輸模式的PDSCH。

本實施例使用高功率收發通道發送PDSCH和/或公共控制信號，利用高功率收發通道和標準功率收發通道發送業務數據。利用單個天線單元的波束為寬波束，多個天線單元在引用廣播賦形權值后才能形成寬波束的原理，只使用高功率收發通道進行PDSCH和/或公共控制信號進行廣播波束的發送，避免了多個天線單元在引入廣播賦形權值時造成的功率損失，即降低了波束賦形時的權重損耗，并在形成寬波束時提升了基站的廣播覆蓋范圍；且由于高功率收發通道支持的發射功率大于標準功率收發通道支持的發射功率，因此即使采用少量的高功率收發通道并產生少量的權值損耗，形成的廣播波束同樣為寬波束，同樣提升了基站的廣播覆蓋范圍。

下面用兩個具體的實施例對上述實施例進行解釋說明。

實施例一：

如圖3所示，在圖3中，物理天線陣列為8行8列，即物理天線陣列對應于64個收發通道，且在物理天線陣列中第5行第2列為對應于2個高功率收發通道的部分天線單元3，剩余天線單元4對應于標準功率收發通道。從圖中可以 看出，部分天線單元3圍繞物理天線陣列的中心位置設置。假設與圖3中的物理天線陣列對應的基站的總發射功率為40W，則2個高功率收發通道所支持的發射功率為20W，標準功率收發通道所支持的發射功率為40/64W。

在本實施例中，采用部分天線單元3所對應的2個高功率收發通道對PDSCH和/或公共控制信號(CRS、PSS、SSS、PBCH、PDCCH中的至少一個)進行發送。在此過程中，由于高功率收發通道支持的發射功率高于標準收發通道支持的功率，因此即使2個高功率收發通道在波束賦形形成寬波束的過程中產生少量的權值損耗，依然不影響PDSCH和/或公共控制信號(CRS、PSS、SSS、PBCH、PDCCH中的至少一個)的發射，在降低基站權值損耗的同時，擴大了基站的廣播覆蓋范圍。此外，由于業務數據的發送要求較低，因此采用高功率收發通道和標準功率收發通道同時對業務數據(可以為PDSCH承載的業務數據)進行發送。

實施例二：

如圖5所示，為本發明的實施例中天線陣列中的物理天線陣列的示意圖之二。在圖5中，物理天線陣列同樣為8行8列，即物理天線陣列對應于64個收發通道，且在物理天線陣列中第四行第2列和第5行第2列為對應于4個高功率收發通道的部分天線單元3，剩余天線單元4對應于標準功率收發通道。從圖中可以看出，部分天線單元3圍繞物理天線陣列的中心位置設置。假設與圖5中的物理天線陣列對應的基站的總發射功率為40W，則4個高功率收發通道所支持的發射功率為10W，標準功率收發通道所支持的發射功率為40/64W。

在本實施例中，采用部分天線單元3所對應的4個高功率收發通道對PDSCH和/或公共控制信號(CRS、PSS、SSS、PBCH、PDCCH中的至少一個)進行發送。在此過程中，由于高功率收發通道支持的發射功率高于標準收發通道支持的功率，因此即使4個高功率收發通道在波束賦形形成寬波束的過程中產生少量的權值損耗，依然不影響PDSCH和/或公共控制信號(CRS、PSS、SSS、PBCH、PDCCH中的至少一個)的發射，在降低基站權值損耗的同時，擴大了基站的廣播覆蓋范圍。此外，由于業務數據的發送要求較低，因此采用高功率收發通道和標準功率收發通道同時對業務數據(可以為PDSCH承載的業務數據)進行發送。

本發明利用單個天線單元的波束為寬波束，多個天線單元在引用廣播賦形權值后才能形成寬波束的原理，只使用高功率收發通道進行PDSCH和/或公共控制信號進行廣播波束的發送，避免了多個天線單元在引入廣播賦形權值時造成的功率損失，即降低了波束賦形時的權重損耗，并在形成寬波束時提升了基站的廣播覆蓋范圍；此外，由于高功率收發通道支持的發射功率大于標準功率收發通道支持的發射功率，因此即使采用少量的高功率收發通道并產生少量的權值損耗，形成的廣播波束同樣為寬波束，同樣提升了基站的廣播覆蓋范圍。

以上所述的是本發明的優選實施方式，應當指出對于本技術領域的普通人員來說，在不脫離本發明所述的原理前提下還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也在本發明的保護范圍內。