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無線信號進行通信的天線模塊。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，及一動態(tài)功率分配器。該動態(tài)功率分配器動態(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，本發(fā)明可降低系統(tǒng)功耗，減少用戶設備低密度區(qū)域對高密度區(qū)域的干擾，并提高系統(tǒng)的吞吐量。
【專利說明】分布式天線系統(tǒng)及其天線功率分配方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明是關于分布式天線系統(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】
[0002] 在無線通信中，覆蓋空洞（coveage hole)是指在無線系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域內無線信號 水平低于設計門限的區(qū)域。通常覆蓋空洞是由于物理障礙，如建筑物、樹木和小山等引起 的，也可能是由于附近無基站造成的。在這些覆蓋空洞區(qū)域，服務質量會急劇下降，造成緩 慢的數(shù)據(jù)速率和低劣的語音質量。顯然，室內無線網絡是覆蓋空洞問題的重災區(qū)，也因而被 業(yè)內認為是全球性的無線通信難題。另一方面，無線通信用戶日益增加，業(yè)務類型日漸豐 富，如何滿足高標準的室內服務質量要求變得更為突出。
[0003] 目前解決這一問題的方式有多種，如協(xié)議IEEE 802. 16和第三代合作伙伴計劃 (3GPP，3rd Generation Partnership Project)長期演進 / 長期演進-高級（LTE/LTE-A, Long Term Evolution Advanced)項目中引入的中繼站。此外中繼器、被動中繼、微小區(qū) (picocell)、家庭基站（femto cell)等也被用于擴展覆蓋和提高吞吐量。然而這些技術方 案由于需要在無線網絡內增加新的元件，導致功耗增加、網絡復雜化，而且需要大量的信令 交換和更高要求的回程鏈接。
[0004] 鑒于上述的各種問題，如何提供高質量的室內無線網絡服務仍是亟需解決的問 題。
【發(fā)明內容】
[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 環(huán)境的無線覆蓋問題。
[0006] 本發(fā)明的實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無線信號進行通信的天線模塊。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，及一動態(tài)功率分配器。該動態(tài)功率分配器動態(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天 線，至少一可形成定向波束的天線環(huán)繞該全向天線設置。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)內的至少一可形成定向波束的天線估計該分布式天線系統(tǒng)內的用 戶設備分布，統(tǒng)計一時間段內該分布式天線系統(tǒng)中用戶設備的密度與接入時間，及根據(jù)用 戶設備分布和統(tǒng)計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一預設 時間周期和/或接入質量低于一預設門限時，重新估計該分布式天線系統(tǒng)內的用戶設備分 布及統(tǒng)計一時間段內用戶設備的密度與接入時間以進行天線功率再分配。
[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。 通過估計和自學習系統(tǒng)內用戶設備的分布及接入情況，本發(fā)明動態(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，減少用戶設備低密度區(qū)域對高密度區(qū)域的干擾，并提高 系統(tǒng)的吞吐量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的分布式天線系統(tǒng)的結構示意框圖
[0012] 圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的分布式天線系統(tǒng)的結構示意框圖
[0013] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一實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景的參考信號接收功率的累積分布函數(shù)曲線圖
【具體實施方式】
[0015] 為更好的理解本發(fā)明的精神，以下結合本發(fā)明的部分優(yōu)選實施例對其作進一步說 明。
[0016] 中繼器是解決室內無線信號覆蓋問題的一個常用技術方案。該中繼器典型的是 一個無線接收器和無線發(fā)射器的組合，接收弱或更低水平的信號而轉以更高水平功率發(fā)射 出，以便信號可具有更長的傳輸距離或填充覆蓋空洞。相對于中繼站，中繼器具有相對簡單 的網絡結構和低成本，然而仍無法避免功耗大和熱噪聲放大等缺點。
[0017] 為進一步降低功耗和部署成本，無源中繼技術也被用來解決室內無線信號覆蓋問 題。無源中繼系統(tǒng)基本上包含一對方向性天線，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，施主天線設置為自施 主基站收集無線能量并將其通過同軸線纜轉給重發(fā)天線，以用作驅動重發(fā)天線的激勵。重 發(fā)天線典型的設置為掩蓋覆蓋空洞或進入建筑物內用于室內無線信號覆蓋改進。然而，為 獲得更好的室內覆蓋，重發(fā)天線設計要求設計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] 改進室內無線信號覆蓋的另一個常見技術方案是在每一處需要改進的區(qū)域，如每 一個小區(qū)布置一個或更多全向天線（omni-directional antenna)以覆蓋信號盲區(qū)。然而， 在實際環(huán)境中，用戶設備并非均勻分布的。那些改進了覆蓋信號卻沒有用戶設備的小區(qū)往 往會給鄰近的小區(qū)造成干擾。
[0019] 綜上所述，現(xiàn)有的用于室內無線覆蓋的技術方案都存在或多或少的問題，不能令 業(yè)者滿意。
[0020] 本發(fā)明實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 上述技術問題。
[0021] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的分布式天線系統(tǒng)10的結構示意框圖。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間通過無線信號進行通信。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天線。在本實施例中，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設置的定向天線。該動態(tài)功率分配器16動 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進一步可 連接至基站16,如基站收發(fā)臺（BTS，Base transceiver station)或演進型節(jié)點基站（eNB， evolved Node Base)已從室外接收無線信號（下行）。
[0022] 圖1所示的分布式天線系統(tǒng)10適用于機場等大平層或類似大平層建筑，同樣對于 辦公樓宇等樓層間封閉性較強的建筑本發(fā)明同樣適用。
[0023] 圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的分布式天線系統(tǒng)20的結構示意框圖。如圖2所 示，該分布式天線系統(tǒng)20包含：基站16,如BTS或eNB已從室外接收無線信號（下行）、一 射頻模塊12,及至少一天線模塊14(圖中未示出具體結構，而以覆蓋場景示出）。該分布式 天線系統(tǒng)20使用耦合器18將射頻模塊12接收的無線信號在各個樓層和各個房間進行功 率分配。且在本實施例中由于存在多個天線模塊14,該分布式天線系統(tǒng)20進一步通過功分 器20在每一層的多個天線模塊14間進行功率分配。該至少一天線模塊14具有與圖1中 所示實施例同樣的功用。
[0024] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一實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內的至少一可形成定向波 束的天線142估計該分布式天線系統(tǒng)10內的用戶設備分布。通常為保證良好的無線信號 覆蓋，該分布式天線系統(tǒng)10內的全向天線140是常開的，而可形成定向波束的天線142則 通過功率分配方法確定是否開啟。在估計該該分布式天線系統(tǒng)10內的用戶設備分布時，可 形成定向波束的天線142將被逐一開啟，即當一個可形成定向波束的天線142開啟時，其它 的可形成定向波束的天線142將被關閉。服務于該分布式天線系統(tǒng)10的基站16可通過測 量上行鏈路信道或來自用戶設備的反饋（如參考信號接收功率（RSRP，Reference Signal Receiving Power))的信號強度檢測到用戶設備，如用戶設備的所在方向，及接入的用戶設 備數(shù)量等。具體的測量方法，可參見中國專利申請201210594333. 2號，該專利申請的全部 內容通過引用的方式包含在本申請中，此處不再贅述。
[0026] 在檢測到用戶設備的分布狀況后，該分布式天線系統(tǒng)10進入自學習的階段，即了 解用戶設備的分布規(guī)律。在步驟32,基站16會統(tǒng)計一時間段內上述室內環(huán)境的用戶設備 的密度與接入時間。該時間段可能是1天、1月或更長時間，可依需要進行設置。通常，用 戶設備的分布并不均勻而且會成一定的規(guī)律變化。在某一時間段，某一區(qū)域的用戶設備會 比較集中，另一區(qū)域的比較稀少；而在另外的時間段，前者的用戶設備則可能減少而后者的 會增加。例如基站16會統(tǒng)計到一天線模塊14服務的某辦公室在一個月內的每天早上9至 12點及下午1點至6兩個時間段用戶設備接入量非常高，而其它時段則非常低；也會統(tǒng)計 到該天線模塊14服務的某一餐廳在一個月內每天中午11點至下午2點及晚上5點至7點 用戶設備接入量非常高，而其它時段則非常低。
[0027] 接著在步驟34,基站16根據(jù)用戶設備分布和統(tǒng)計為天線模塊14內的至少一可形 成定向波束的天線14分配功率，為用戶設備集中的區(qū)域服務的可形成定向波束的天線14 分配更多的功率，而為用戶設備集中的區(qū)域服務的可形成定向波束的天線14分配較小的 功率。針對上述的舉例，對于天線模塊14中服務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點及下午1點至6點兩個時間段開啟甚至提高其功率，而在其它時段 則降低其功率甚至將其關閉。同時對于天線模塊14中服務餐廳所在方向的可形成定向波 束的天線14在每天中午11點至下午2點及晚上5點至7點兩個時間段開啟甚至提高其功 率，而在其它時段則降低其功率甚至將其關閉。通過該功率分配，更多用戶設備由于具有高 功率的覆蓋而可采用更高效的調制和編碼選擇，從而為處于低功率覆蓋的用戶設備節(jié)省了 更多的時頻資源，進而提高了整個系統(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設時間周期和/或接入質量低 于一預設門限時，重新估計該分布式天線系統(tǒng)內的用戶設備分布及統(tǒng)計一時間段內用戶設 備的密度與接入時間以進行天線功率再分配。例如，當區(qū)域職能改變，用戶設備的分布或接 入時間等發(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重新進行估計 和統(tǒng)計。
[0029] 本發(fā)明的優(yōu)點可通過以下的仿真進一步凸顯。用于室內模型的實驗性路徑損耗可 以以下公式表示：
【權利要求】
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無線信號進行通信；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 一動態(tài)功率分配器，動態(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 方向圖可重構天線。
3. 如權利要求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 該全向天線設置。
4. 如權利要求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)內的至少一可形成定向波束的天線估計該分布式天線系統(tǒng)內 的用戶設備分布； 統(tǒng)計一時間段內該分布式天線系統(tǒng)中所述用戶設備的密度與接入時間；及 根據(jù)所述用戶設備分布和統(tǒng)計為所述至少一可形成定向波束的天線分配功率。
6. 如權利要求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 構天線。
7. 如權利要求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 設置。
8. 如權利要求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. 如權利要求5所述的方法，其進一步包含經一預設時間周期和/或接入質量低于一 預設門限時，重新估計該分布式天線系統(tǒng)內的用戶設備分布及統(tǒng)計一時間段內所述用戶設 備的密度與接入時間以進行天線功率再分配。
【文檔編號】H04W52/14GK104349440SQ201310335745
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月2日 優(yōu)先權日:2013年8月2日
【發(fā)明者】倪威, 冷曉冰 申請人:上海貝爾股份有限公司