專利名稱：應(yīng)用多具旋轉(zhuǎn)天線的基站波束掃描方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信，尤其涉及一種在多用戶無線通信系統(tǒng)中利用波束掃描技術(shù)提供更大容量的新穎設(shè)備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代化通信系統(tǒng)要求支持各種各樣的應(yīng)用場合。一種這樣的通信系統(tǒng)就是碼分多址(CDMA)系統(tǒng)，它符合“TIA/EIA/IS-95雙模寬帶擴(kuò)展頻譜蜂窩系統(tǒng)的移動站＝基站兼容標(biāo)準(zhǔn)(Mobile Station-Base Station Compatibility Standard forDual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System)”，下稱IS＝95。CDMA系統(tǒng)允許在用戶之間通過陸基鏈路作無線話音與數(shù)據(jù)通信。題為“SPREADSPECTROM MOLTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USINGSATELLITE OR TERRISTRIAL REPEATERS”的美國專利No.4,901,307和題為“SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING WAVEFORMS IN A CDMACELLULAR TELEPHONE SYSTEM”的美國專利No.5,103,459，都揭示了多址通信系統(tǒng)中使用的CDMA技術(shù)，上述兩專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并通過引用包括在此。
最近國際電信聯(lián)盟要求對通過無線通信信道提供高速數(shù)據(jù)與優(yōu)質(zhì)話音服務(wù)提出推薦方法。第一種推薦方法由電信行業(yè)協(xié)會發(fā)布，題為“The cdma 2000ITU-R RTT Candidate Submission”，下稱cdma 2000，通過引用包括在此。cdma2000揭示了若干在基本和增補(bǔ)信道上發(fā)射用戶數(shù)據(jù)(非話音數(shù)據(jù))的方法。
在CDMA系統(tǒng)中，用戶通過一個(gè)或多個(gè)基站與網(wǎng)絡(luò)通信，例如用戶站的用戶通過在遞向鏈路上向基站發(fā)送數(shù)據(jù)，可與陸基數(shù)據(jù)網(wǎng)通信?；窘邮赵摂?shù)據(jù)，并能通過基站控制器(BSC)把數(shù)據(jù)傳給陸基數(shù)據(jù)網(wǎng)。正向鏈路指基站到用戶站的傳輸，反向鏈路指用戶站到基站的傳輸。在IS-95系統(tǒng)中，對正向和反向鏈路分配分別的頻率。
通信期間，用戶站與至少一個(gè)基站通信。CDMA用戶站在軟切換期間能同時(shí)與多個(gè)基站通信。軟切換過程是在斷開與前一基站鏈接之前，與一新基站建立一條鏈路。軟切換盡量減少了丟失呼叫的機(jī)會。在題為“MOBILE ASSISTEOSOFT HANDOFF IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSYEM”的美國專利No.5,267,261中，揭示了在軟切換處理期間通過一個(gè)以上基站與用戶站提供通信的方法和系統(tǒng)，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并通過引用包括在此。利用軟切換處理，可在同一基站服務(wù)的多個(gè)扇區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)通信。在題為“METHODAND APPARATUS FOR PERFORMING HANDOFF BETWEEN SECTORS OFA COMMON BASE STATION”的共同來決美國專利No.5,625,876中，詳細(xì)描述了軟切換過程，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并通過引用包括在此。
根據(jù)對無線數(shù)據(jù)應(yīng)用不斷增長的要求，要求極其有效的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)變得越發(fā)主要了。IS＝95標(biāo)準(zhǔn)能通過正向和反向鏈路發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與話音數(shù)據(jù)。在題為“METHOD AND APPARATUS FOR THE FORMATTING OF DATATRANSMISSION”的美國專利No.5,504,773中，詳細(xì)描述了一種以固定大小編碼信道幀發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的方法，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，通過引用包括在此。按IS-95標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)或話音數(shù)據(jù)被分成持續(xù)時(shí)間為20毫秒的編碼信道幀，數(shù)據(jù)率高達(dá)14.4Kbps(每秒干位)。
話音服務(wù)與數(shù)據(jù)服務(wù)的主要差異在于前者提出了嚴(yán)格而固定的延遲要求，話語幘單向總延遲一般必須小于100毫秒。與之相比，數(shù)據(jù)延遲可以變成用來優(yōu)化數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)效率的可變參數(shù)。尤其是，可以應(yīng)用更有效的糾錯(cuò)編碼技術(shù)，這類技術(shù)要求比話音服務(wù)允許的延遲大得多的延遲。
衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的質(zhì)量與有效性的參數(shù)是傳輸數(shù)據(jù)包所需的傳輸延遲和該系統(tǒng)的平均數(shù)據(jù)處理率。在數(shù)據(jù)通信中，傳輸延遲的影響與它對話音通信的影響不一樣，但在衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的質(zhì)量方面是個(gè)重要的量度。平均數(shù)據(jù)處理率則是通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸能力效率的一個(gè)量度。在題為“METHOD ANDAPPARATUS FOR HIGHER RATE PACKET DATA TRANSMISSION”的共同未決美國專利申請連續(xù)號08/963,386中，已描述了一種通過無線鏈路提供數(shù)據(jù)服務(wù)的示例性系統(tǒng)，該申請已轉(zhuǎn)讓給要發(fā)明的受讓人，通過引用包括在此。
在CDMA通信系統(tǒng)中，當(dāng)將信號發(fā)射能量保持為能滿足可靠性性能要求的最小值時(shí)，容量就最大。接收信號的可靠性取決于接收機(jī)方的載波-干擾比(C/I)，因而希望提供一種在接收機(jī)方保持C/I不變的傳輸功率控制系統(tǒng)。在題為“Method and Apparatus for Controlling Transmission Power in a CDMA cellularTelephone System”的美國專利No.5,056,109(‘109專利)中，已詳細(xì)描述了這種系統(tǒng)，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，通過引用包括在此。
在’109專利中，描述了一種閉環(huán)功率控制系統(tǒng)，其中在接收機(jī)方測量了C/I(在’109專利中指信噪比)，并將它與單一閾值作比較。當(dāng)測得過且的C/I超出該閾值時(shí)，就發(fā)出功率控制指令，要求發(fā)射機(jī)降低其發(fā)射功率。反之，當(dāng)測得的C/I低于該閾值時(shí)，則發(fā)出功控指令要求發(fā)射機(jī)提高其發(fā)射功率。因?yàn)镃/I并非是決定信號接收可靠性的唯一因素，所以’109專利還描述了一種外環(huán)路功率控制系統(tǒng)，為了滿足目標(biāo)可靠性，該系統(tǒng)可改變該閾值。
眾所周知，在蜂窩系統(tǒng)中，任一指定用戶的載波-干擾比(C/I)是該用戶在覆蓋區(qū)內(nèi)地點(diǎn)的函數(shù)。為了保持規(guī)定的服務(wù)水準(zhǔn)，TDMA與FDMA系統(tǒng)都要求助于頻率再使用技術(shù)，即每個(gè)基站并非使用所有的頻率信道和/或時(shí)隙。在CDMA系統(tǒng)中，系統(tǒng)每一小區(qū)再使用同一頻率分配，從而提高總效率。對于這種從基站到用戶的用戶站的特定鏈路而言，任一指定用戶的用戶站得到的C/I決定了能予以支持的信息速率。
還知道，在負(fù)荷的CDMA系統(tǒng)中，大多數(shù)信號干擾是負(fù)荷系統(tǒng)自身從基站和用戶站開始發(fā)送而造成的。從基站到用戶站的發(fā)送，也稱為正向鏈路傳輸，在其自身和鄰近小區(qū)內(nèi)引起干擾。從用戶站到基站的發(fā)送，也稱為反向鏈路傳輸，對其它用戶站的反向鏈路傳輸造成干擾。為了保持能可靠地通信的C/I，要克服這一干擾，負(fù)荷CDMA系統(tǒng)中的基站和用戶站便發(fā)射更大的功率。無線通信信道的容量限制著在正向和反向鏈路上發(fā)射的功率之和，因而各用戶站在正向或反向鏈路上發(fā)射更多的功率，系統(tǒng)能支持的用戶站就更少。因此，要求有若干識別方法來降低正向和反向鏈路功率而不犧牲C/I。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種擴(kuò)容無線系統(tǒng)，利用波束控制技術(shù)來降低系統(tǒng)中基站和用戶站所要求發(fā)射功率。改良無線系統(tǒng)中的基站，通過沿窄信號波束發(fā)射正向鏈路信號，降低了它對鄰近小區(qū)造成的干擾。用戶站位于一鄰近小區(qū)或扇區(qū)。
為了改進(jìn)正向和反向鏈路的載波-干擾比(C/I)，曾經(jīng)提出的基站設(shè)計(jì)方案用窄的移動信號波束替代或加入扇區(qū)的寬波束覆蓋區(qū)。例如，這種基站可以利用在任何時(shí)刻覆蓋一小部分各扇區(qū)的窄信號波束，向其扇區(qū)內(nèi)的用戶站發(fā)射信號。
在信號波束內(nèi)傳播的反向鏈路信號很少受到來自該信號波束以外的信號的干擾，因?yàn)楹笳叽蟛糠直欢ㄏ蛱炀€衰減了。結(jié)果，這類反向鏈路信號能比寬信號波束更低的功率發(fā)射，從而減少了對鄰近覆蓋區(qū)的干擾。
在正向鏈路上，通過窄波束發(fā)射減小了發(fā)射基站對鄰近覆蓋區(qū)造成的干擾。當(dāng)無線通信系統(tǒng)的多個(gè)基站都通過窄信號波束發(fā)射時(shí)，可減少各基站對其鄰居造成的平均干擾。這種干擾減小允許以低功率可靠地發(fā)射正向鏈路信號。
如上所述，以較小的傳輸功率可靠地通信，可以擴(kuò)大無線通信系統(tǒng)的容量，所以非常歡迎有利于通過窄波束作無線通信的方法和設(shè)備。另外，還十分歡迎提供通過覆蓋區(qū)可靠穩(wěn)定地掃描的信號波束的方法。當(dāng)把基站劃分成普通三扇區(qū)結(jié)構(gòu)時(shí)，希望在任一規(guī)定時(shí)刻至少有一個(gè)通過各扇區(qū)掃描的信號波束。若這種信號波束總是以同一方向通過扇區(qū)掃描，就可提供相對均一的覆蓋區(qū)。
為了使信號波束以同一方向通過120度的扇區(qū)掃描，在每次掃描后，要求信號波束能從一個(gè)扇區(qū)邊緣跳到另一扇區(qū)邊緣。換言之，信號波束必須從一個(gè)邊緣通過扇區(qū)覆蓋區(qū)掃描到相對的邊緣，并在第一邊緣立即開始重新掃描。這種信號波束移動可利用諸如使用相控天線陣的非機(jī)械波束控制機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，但是這類非機(jī)械方法實(shí)施起來價(jià)貴而復(fù)雜。使用機(jī)械裝置控制信號波束，諸如轉(zhuǎn)動定向蝶形天線，就致便宜。以物理方法轉(zhuǎn)動蝶形天線的問題在于，較難作出大而突然的束角變化，如從120度扇區(qū)的一個(gè)邊緣迅速地變到另一邊緣。
本發(fā)明的該較佳實(shí)施例提供三個(gè)信號波束，它們?nèi)菀淄ㄟ^普通三個(gè)扇區(qū)小區(qū)的各扇區(qū)掃描，波束沿一個(gè)方向掃描，可對各扇區(qū)所有部分提供均勻的波束覆蓋。在該例中，這三個(gè)信號波束由裝在天線組件上三具定向蝶形天線的每具天線發(fā)射，各天線相互以約120度角定向。當(dāng)該天線組件在普通三扇區(qū)小區(qū)中心以一個(gè)方向轉(zhuǎn)動時(shí)，三條信號波束就同時(shí)穿過扇區(qū)邊界。
在該較佳實(shí)施例中，與各扇區(qū)正向和反向鏈路通信相關(guān)的基站設(shè)備接至信號轉(zhuǎn)換器，信號轉(zhuǎn)換器在任何時(shí)刻通過三具蝶形天線之一傳送各扇區(qū)的正向和反向鏈路信號。當(dāng)三條信號波束掃射到扇區(qū)之間的邊界時(shí)，信號天關(guān)把與各扇區(qū)基站設(shè)備往來信號路經(jīng)改變到波束剛進(jìn)入該扇區(qū)的蝶形天線。換言之，隨著各信號波束從一扇區(qū)跨入另一扇區(qū)，該波束信號就從現(xiàn)在所處的扇區(qū)切換到正在進(jìn)入的扇區(qū)。從單一扇區(qū)基站設(shè)備的角度來看，該扇區(qū)的信號波束從扇區(qū)一個(gè)邊緣均勻地掃射到另一邊緣，而且再次立即改變對扇區(qū)第一邊緣的位置。
這里把信號波束的掃描稱為波束掃描，應(yīng)用波束掃描技術(shù)的基站稱為波束掃描基站。
附圖簡介通過以下結(jié)合附圖所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的特征、目的和優(yōu)點(diǎn)就更清楚了。附圖中用同樣的標(biāo)號表示相應(yīng)的物種，其中

圖1a是本發(fā)明一實(shí)施例的配備扇區(qū)化基站的通信系統(tǒng)示圖，基站用寬束天線在各扇區(qū)中提供信號廣播覆蓋區(qū)。
圖1b是本發(fā)明一實(shí)施例的配備扇區(qū)化波束掃描基站的通信系統(tǒng)示圖，基站用三束天線向用戶站發(fā)射增補(bǔ)信道信號。
圖2a是基站發(fā)射設(shè)備示圖，該設(shè)備應(yīng)用按本發(fā)明一實(shí)施例配置的小功率轉(zhuǎn)換器和三束天線。
圖2b是基站發(fā)射設(shè)備示圖，該設(shè)備應(yīng)用按本發(fā)明一實(shí)施例配置的大功率轉(zhuǎn)換器和三束天線。
圖3是CDMA基站設(shè)備的框圖，該設(shè)備應(yīng)用按本發(fā)明一實(shí)施例配置的三束天線覆蓋三扇區(qū)之一。
圖4是本發(fā)明一實(shí)施例調(diào)節(jié)信號從多扇區(qū)到多個(gè)天線到多個(gè)發(fā)送子系統(tǒng)的路由的方法的流程圖。
圖5是按本發(fā)明一較佳實(shí)施例的信號發(fā)射方法步驟的流程圖。
圖6是按本發(fā)明一較佳實(shí)施例的信號接收方法步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1a是扇區(qū)化基站102的示圖，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，用寬束天線101對各扇區(qū)104提供信號廣播覆蓋區(qū)。該常規(guī)扇區(qū)化基站結(jié)構(gòu)作為建立本發(fā)明較佳實(shí)施例的起點(diǎn)。利用常規(guī)扇區(qū)化CDMA基站，通過兩具寬束定向天線101a提供寬覆蓋范圍的扇區(qū)104a。在該常規(guī)結(jié)構(gòu)中，兩具天線都用于反向鏈路分集接收，只有一具天線用于正向鏈路發(fā)送。本例中，寬束天線101一般供窄信號束不適合的信號使用。最好用寬束發(fā)射的幾例CDMA信號包括導(dǎo)頻、同步與基本信道。
在圖1b中，基站102通過三束天線112與用戶站110作無線通信。三具定向天線108以機(jī)械方法裝到三束天線112，其輻射圖106(這里也指信號束)從三束天線112中心相互以120度角度向外作經(jīng)向指引。三束天線112轉(zhuǎn)動時(shí)，三個(gè)信號束106之一總是掃過每個(gè)扇區(qū)覆蓋區(qū)104。
在圖示的例子中，兩用戶站110都位于β扇區(qū)104b的覆蓋區(qū)內(nèi)，雖然波束掃描在任一方向都有效，但是為便于討論，假定三束天線112(這里也指天線組件)以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。因此，各信號束先后通過扇區(qū)α104a、β104b和γ104c掃描，接著再從α104a開始掃描。每具定向蝶形天線104在各不同扇區(qū)104內(nèi)的定向時(shí)間占三分之一。
在圖中，信號束106a向用戶站110b掃射。如圖所示，用戶站110b未位于任一信號束106的覆蓋區(qū)內(nèi)，因此，要與用戶站110b可靠地作信號發(fā)送，要求強(qiáng)的或大功率的信號。當(dāng)實(shí)現(xiàn)某種可靠性程度而要求大功率發(fā)送時(shí)，就認(rèn)為發(fā)送是低效的。反之，若用戶站110a位于信號束106b內(nèi)，就可有效地通過三束天線112收發(fā)信號。
本發(fā)明的該較佳實(shí)施例是一種CDMA系統(tǒng)，在基站與用戶站之間發(fā)射組合的話音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。話音業(yè)務(wù)容不得延遲，要用覆蓋整個(gè)扇區(qū)104的靜止寬束天線101發(fā)射。因特網(wǎng)數(shù)據(jù)等高速數(shù)據(jù)傳輸通常應(yīng)用誤差控制協(xié)議，所以更容易延遲。在cdma 200中，話音業(yè)務(wù)通過基本信道發(fā)射，非話音數(shù)據(jù)用增補(bǔ)信道發(fā)射。本例中，導(dǎo)頻信道和基本信道通過寬束天線101發(fā)射，增補(bǔ)數(shù)據(jù)通過三束天線112發(fā)射。在王碼電腦公司軟件中心替代實(shí)施例中，基站102則通過寬束天線101與三束天線112相組合而收發(fā)增補(bǔ)數(shù)據(jù)。
在通過定向天線108b接收信號時(shí)，來自信號束106b以外的用戶站110b的傳輸，對信號束106b內(nèi)用戶站110a發(fā)射的信號造成最小干擾。由于窄束以外的干擾減小了，用戶站110a能以較小功率發(fā)射其信號，基站102仍能可靠地收到。反向鏈路功率的這種減小，導(dǎo)致基站102和鄰近小區(qū)的小區(qū)覆蓋區(qū)內(nèi)的容量增大。
通過窄信號束發(fā)射還減小了正向鏈路可靠接收所需的功率。在信號束106a較窄時(shí)，扇區(qū)覆蓋區(qū)104b偏出信號束的部分比落在信號束的部分更大。一般而言，基站102對鄰近基站的干擾較小。在多個(gè)基站以窄信號束發(fā)射增補(bǔ)信道信號的系統(tǒng)中，正向鏈路功率的減小可增大整個(gè)系統(tǒng)的容量。
在該示例性實(shí)施例中，定向天線108是天線輻射圖106較窄的蝶形天線，如每具定向天線108都是30度半功率束寬天線。三具定向天線108以機(jī)械方式耦合到轉(zhuǎn)動組件上，各天線相互以約120度指向某一方向，得到的組件是一具裝在電機(jī)(后面附圖中示出)頂部的旋轉(zhuǎn)三束天線112，電機(jī)以一個(gè)方向連續(xù)地轉(zhuǎn)動三束天線112。隨著三束天線112轉(zhuǎn)動，天線輻射圖或信號束106也轉(zhuǎn)動，覆蓋基站102覆蓋區(qū)的三個(gè)分別區(qū)域。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，本發(fā)明并不限于定向蝶形天線，諸如直排天線降或相控降天線等其它天線類型，都可裝在旋轉(zhuǎn)平臺上形成各信號束106。
另外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還會明白，本發(fā)明并不限于三信號束或定向天線，可以用任意數(shù)量的信號束或旋轉(zhuǎn)定向天線束覆蓋扇區(qū)而不違背本發(fā)明。而且，本發(fā)明可使用多束天線改變扇區(qū)覆蓋區(qū)104的形狀而不違背本發(fā)明，例如α扇104a可以覆蓋基站102覆蓋區(qū)的180度部分，β扇區(qū)104b和γ扇區(qū)104c代表90°扇區(qū)。
圖2a示出的基站發(fā)射設(shè)備，使用了按本發(fā)明一實(shí)施例配置的小功率轉(zhuǎn)換器202和三束天線112。在圖示示例性實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)204a對應(yīng)于α扇區(qū)，發(fā)射機(jī)204b對應(yīng)于β扇區(qū)，而發(fā)射機(jī)204c對應(yīng)于γ扇區(qū)。各定向天線108接至大功率放大器(HPA)208，后者再接至信號轉(zhuǎn)換器202。三束天線裝在電機(jī)210頂部，后者以一個(gè)方向逆轉(zhuǎn)動三束天線112。
隨著三束天線112轉(zhuǎn)動，各定向天線108的信號束106通過三個(gè)不同扇區(qū)104的每一個(gè)掃射。信號轉(zhuǎn)換器202引導(dǎo)來自發(fā)射機(jī)204a的信號，使它們總是通過信號束106在α扇區(qū)104a里的定向天線108發(fā)射。同樣地，信號轉(zhuǎn)換器202傳送發(fā)射機(jī)204b通過瞄準(zhǔn)beta扇區(qū)104b的定向天線108發(fā)射的信號，并且傳送發(fā)射機(jī)204c通過瞄準(zhǔn)γ扇區(qū)104c的定向天線108發(fā)射的信號。例如在圖1所示的時(shí)刻，來自發(fā)射機(jī)204a的信號通過HPA208a與天線108a傳送，使它們通過位于α扇區(qū)104a內(nèi)的信號束106a發(fā)射。來自發(fā)射機(jī)204b的信號通過HPA208b和天線108b傳送，使它們通過位于α扇區(qū)104b內(nèi)的信號束106b發(fā)射。來自發(fā)射機(jī)204c的信號則通過HPA208c和天線108c傳送，使它們通過位于α扇區(qū)104c內(nèi)的信號束106c發(fā)射。
控制處理器206向信號轉(zhuǎn)換器202發(fā)出控制信號，指示應(yīng)對各HPA108傳送哪一發(fā)射機(jī)信號和路由何時(shí)改變。在該示例性實(shí)施例中，基站102的覆蓋區(qū)均分為三個(gè)120度扇區(qū)104?？刂铺幚砥?06向信號轉(zhuǎn)換器202發(fā)出控制信號，在所有三條信號束106都跨過扇區(qū)邊界時(shí)，傳送給所有三個(gè)信號轉(zhuǎn)換器。運(yùn)用三條信號束106相互分離120度瞄準(zhǔn)的三束天線112，可以同時(shí)切換所有三臺發(fā)射機(jī)204與三個(gè)HPA208之間的連接。
在本例中，控制處理器206基于三束天線112轉(zhuǎn)動的角位置制定其控制信號發(fā)給信號轉(zhuǎn)換器202的時(shí)序?？刂铺幚砥?06接收來自電機(jī)210的角位置信號。在該較佳實(shí)施例中，該角位置信號只有在扇區(qū)變更時(shí)才向控制處理器206批示應(yīng)將哪具天線分配給哪一扇區(qū)。例如，電機(jī)210可以發(fā)出一信號，表明定向天線108a跨越α與β、β與γ及γ與α之間邊界的時(shí)間。這種信息是以讓控制處理器206正確地調(diào)節(jié)信號從所有三臺發(fā)射機(jī)204到所有三個(gè)HPA208的傳送。
在一替代實(shí)施例中，電機(jī)210向控制處理器206發(fā)送更詳盡的角位置信息，這類信號可讓控制處理器206調(diào)節(jié)扇區(qū)104的相對大小。在上例中，α扇區(qū)104a可以覆蓋基站102覆蓋區(qū)的180度部分，β扇區(qū)104b與γ扇區(qū)104c代表90度扇區(qū)。在一應(yīng)用波束相互隔開120度的三束天線的實(shí)施方案中，這意味著在某些時(shí)刻，β扇區(qū)104b和γ扇區(qū)104c沒有通過它們掃射的波束。然而，α扇區(qū)104a有時(shí)卻有兩條波束在掃射。
電機(jī)210可以是任一種能轉(zhuǎn)動天線組件112的電機(jī)設(shè)計(jì)。電機(jī)210可以連續(xù)掃描，或通過預(yù)定的轉(zhuǎn)動角度作步進(jìn)掃描。能轉(zhuǎn)動天線組件的電機(jī)設(shè)計(jì)方法，已為本領(lǐng)域公知，任一種方法都可應(yīng)用而不違背本發(fā)明的范圍。
在另一替代實(shí)施例中，控制處理器206向電機(jī)210發(fā)出控制信號以加速或減速其轉(zhuǎn)速。這種加減速以任一種可能的判據(jù)為基礎(chǔ)，包括基站102覆蓋區(qū)內(nèi)的負(fù)載模式。
在另一替代實(shí)施例中，控制處理器206在控制信號轉(zhuǎn)換器202的路由時(shí)無須從電機(jī)210接收角位置信號。在該例中，控制處理器206根據(jù)接收自特定用戶站的功控信號等判據(jù)，或根據(jù)控制處理器206內(nèi)的內(nèi)部定時(shí)器將信號從諸扇區(qū)傳給天線。若使用獨(dú)立的內(nèi)部定時(shí)器，扇區(qū)104的安排可作為時(shí)間的函數(shù)而移動，可能希望這樣，也可能不希望這樣。
圖2b示出一替代實(shí)施例，它在HPA208與定向天線108之間應(yīng)用一只大功率轉(zhuǎn)換器212。該例不是將來自發(fā)射機(jī)204的小功率信號通過信號轉(zhuǎn)換器202送至HPA208的輸入端，而是用大功率轉(zhuǎn)換器212把HPA208放大的輸出傳給天線108。信號從HPA208到天線108的路由以上述控制處理器206發(fā)出的同樣信號為基礎(chǔ)。通過圖2a設(shè)備中無線108發(fā)射的最終信號，一般相當(dāng)于圖26設(shè)備中的信號。
圖3是CDMA基站設(shè)備的框圖，用于根據(jù)其信號束106的位置，把信號從一個(gè)CDMA扇區(qū)模塊302路由選擇到有關(guān)的天線發(fā)射模塊322。在該示例性實(shí)施例中，數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324為雙向轉(zhuǎn)換器，根據(jù)來自控制處理器206的信號，在CDMA扇區(qū)模塊302與各個(gè)天線發(fā)射模塊322之間路由傳送正向和反向兩種鏈路的數(shù)字信號。該例中，控制處理器206接收來自電機(jī)210的角位置信息。
每個(gè)天線發(fā)射模塊322都包括定向天線108和雙工器320。雙工器320允許正向和反向鏈路的不同頻率信號通過天線108饋送而不相互干擾。在正向，束自數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324的復(fù)合數(shù)字信號饋入發(fā)射機(jī)326，信號調(diào)制后轉(zhuǎn)換成模擬信號并且上變頻RF載頻。來自發(fā)射機(jī)326的上變頻模擬信號供給HPA208，后者放大該信號并通過雙工器320和天線108發(fā)射。反向鏈路模擬信號經(jīng)天線108接收，通過雙工器320饋給接收機(jī)328。在接收機(jī)328中，反向鏈路信號在提供給數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324之前，先作下變頻和采樣。
CDMA扇區(qū)模塊302處理與單個(gè)扇區(qū)104相關(guān)的正向和反向鏈路信號。正向鏈路幀提供給正向糾錯(cuò)(FEC)模塊304，后者根據(jù)FEC碼對幀編碼。FEC模塊304使用任何一種正向糾錯(cuò)技術(shù)，包括渦輪編碼、卷積編碼或其它形式的軟判斷或塊編碼。FEC模塊304把得到的編碼幀提供給交織器306，后者交織該數(shù)據(jù)而將時(shí)間分集提供到發(fā)射信號中。交織器306應(yīng)用任一種交織技術(shù)，如塊交織與位顛倒交織。交織器的輸出為二進(jìn)制，提供給信號點(diǎn)映射模塊308，在此將二進(jìn)制采樣流轉(zhuǎn)換成復(fù)合數(shù)字采樣流，然后在沃爾什(Walsh)擴(kuò)展器310中用沃爾什信道碼擴(kuò)展。在本發(fā)明的該較佳實(shí)施例中，沃爾什擴(kuò)展器310所作的沃爾什擴(kuò)展對應(yīng)于CDMA增補(bǔ)信道。沃爾什擴(kuò)展后，將沃爾什擴(kuò)展器310的輸出提供給偽噪聲(PN)擴(kuò)展器312，用PN碼擴(kuò)展。然后，將PN擴(kuò)展器308的輸出送給數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324，這里對一個(gè)或多個(gè)天線發(fā)射模塊322選路由。數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324還向一個(gè)或多個(gè)CDMA指狀解調(diào)器330提供該復(fù)合反向鏈路采樣流，對反向鏈路信號進(jìn)行PN解擴(kuò)展、解調(diào)和解碼。
在該較佳實(shí)施例中，PN擴(kuò)展器312是一種復(fù)數(shù)PN擴(kuò)展器，用復(fù)數(shù)PN碼乘沃爾什擴(kuò)展器310的復(fù)數(shù)輸出。在一替代例中，PN擴(kuò)展器312用實(shí)數(shù)(非復(fù)數(shù))PN碼乘沃爾什擴(kuò)展器310的復(fù)數(shù)輸出。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，信號點(diǎn)映射模塊308可執(zhí)行任一種映射功能而不背離本發(fā)明。信號點(diǎn)映射模塊308可以應(yīng)用的映射功能包括二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)、正交相移鍵控(QPSK)或與8元相移鍵控(8PSK)。
圖3所示CDMA扇區(qū)模塊320部分能在單個(gè)扇區(qū)104中提供無線通信服務(wù)。如圖所示，數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324接收來自PN擴(kuò)展器312的兩個(gè)正向鏈路信號，并把兩個(gè)反向鏈路信號提供給指狀解調(diào)器330。每對信號代表復(fù)合信號流的實(shí)部與虛部分量。王碼電腦公司軟件中心一個(gè)正向鏈路復(fù)合信號流與一個(gè)反向鏈路復(fù)合信號流的信號組，構(gòu)成了與數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324一起切換的單個(gè)扇區(qū)104相關(guān)的信號。換言之，數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324總是將與指定扇區(qū)相關(guān)的正向鏈路復(fù)合信號流像與同一扇區(qū)相關(guān)的反向鏈路復(fù)合信號流那樣路由選送到同一組天線發(fā)射模塊322，把單個(gè)扇區(qū)的正向和反向鏈路信號流合在一起稱為扇區(qū)信號流。用于在數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324與同該扇區(qū)相關(guān)的硬件或設(shè)備之間載送扇區(qū)信號流的連接稱為扇區(qū)連接。
在該較佳實(shí)施例中，CDMA扇區(qū)模塊302包括適于在三個(gè)扇區(qū)內(nèi)提供服務(wù)的附加硬件。例如，可對每個(gè)支持的扇區(qū)復(fù)制正向鏈路信號處理鏈，包括FEC模塊304、交織器306、信號點(diǎn)映射模塊308、沃爾什擴(kuò)展器310和PN擴(kuò)展器312，一組附加的復(fù)合信號由PN擴(kuò)展器312提供給數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324。一組共用的指狀解調(diào)器330對所有三個(gè)扇區(qū)提供反向鏈路服務(wù)，每個(gè)指狀解調(diào)器330利用數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324訪問以三個(gè)天線發(fā)射模塊322中每個(gè)模塊傳送的三個(gè)復(fù)合采樣流。這種配置可讓單個(gè)用戶站110發(fā)射的信號被多個(gè)扇區(qū)用軟切換技術(shù)解調(diào)。
如上所述，本發(fā)明的扇區(qū)數(shù)量不限于最大為三個(gè)，而且扇區(qū)數(shù)量不一定與天線發(fā)射模塊322的數(shù)量一樣。如在一替代實(shí)施例六具定向天線裝在轉(zhuǎn)動組件上相互分開60度。在該替代例中，基站102包括六個(gè)向三扇區(qū)104提供服務(wù)的天線發(fā)射模塊322，控制處理器206令數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324對信號選擇路由，從而每個(gè)扇區(qū)104正好有兩條在任何時(shí)刻通過它掃射的波束106。
圖4是本發(fā)明方法的流程圖，用于調(diào)整信號從多個(gè)扇區(qū)到多個(gè)天線傳輸子系統(tǒng)的路由。在流程圖起點(diǎn)402，假定天線組件112處于初始角位置或波束角，而且扇區(qū)信號流(通常每個(gè)扇區(qū)一條信號流)正通過信號轉(zhuǎn)換器324路由選擇到天線發(fā)射子系統(tǒng)322。由于電機(jī)210的運(yùn)動，天線組件112的角位置或波束角就增大(404)。
在本示范實(shí)施例中，根據(jù)波束角指示的信號波束106是否從一扇區(qū)104掃出而掃入另一扇區(qū)，判斷406改變信號通過信號轉(zhuǎn)換器324的路由。例如，新的波束角可以指示信號束106b已從β扇區(qū)104b掃入γ扇區(qū)104c。若斷定信號束104這樣跨過了某扇區(qū)邊界，則通過與該信號束相關(guān)的天線發(fā)射子系統(tǒng)322接收的信號，必須對CDMA扇區(qū)模塊302的有關(guān)扇區(qū)連接再次選路由(408)。
一旦根據(jù)波束角變化作出了任何必需的再選路由調(diào)整，就重新改變天線組件112的波束角。
圖5是本發(fā)明一較佳實(shí)施例發(fā)射信號方法步驟的流程圖。該例用于利用上述天線組悠揚(yáng)112從基站發(fā)射CDMA正向鏈路信號。信號在開始步驟502之前產(chǎn)生，在其通過具有信號束106的一具或多具定向天線108發(fā)射(520)而結(jié)束(522)。
產(chǎn)生的基帶數(shù)據(jù)用上述FEC編碼器304和交織器306作正向糾錯(cuò)(FEC)編碼(504)和交織(506)，然后用信號點(diǎn)映射模塊308應(yīng)用信號點(diǎn)映射法(508)將得到的交織數(shù)據(jù)映射為復(fù)數(shù)值。得到的復(fù)合采樣流由沃爾什擴(kuò)展器310應(yīng)用沃爾什擴(kuò)展法擴(kuò)展(510)，再由PN擴(kuò)展器312利用偽噪聲(PN)擴(kuò)展法擴(kuò)展沃爾什擴(kuò)展數(shù)據(jù)(512)，于是將該P(yáng)N擴(kuò)展信號流傳給有關(guān)的發(fā)射機(jī)326(514)。接著，由發(fā)射機(jī)326將每個(gè)發(fā)射信號上變頻為RF(516)，并由HPA208放大(518)，于是像通過定向天線108那樣，通過信號束發(fā)射該信號(520)。如上所述，可以應(yīng)用不同類型的FEC編碼(504)、交織(506)、信號點(diǎn)映射(508)和沃爾什擴(kuò)展(510)而不違背本發(fā)明。
圖6是本發(fā)明一較佳實(shí)施例接收信號方法步驟的流程圖，該例供按本較佳實(shí)施例配置的CDMA基站用來通過上述天線組件112接收反向鏈路信號并對其解碼。
像通過定向天線108一樣，通過一條或多條信號束106接收信號(604)，接收機(jī)328將接收的信號從RF下變頻到基帶(606)，再通過一個(gè)或多個(gè)扇區(qū)連接把下變頻信號路由選送給一個(gè)或多個(gè)指狀解調(diào)器330(608)。
在每個(gè)指狀解調(diào)器330內(nèi)，運(yùn)用CDMA技術(shù)對CDMA數(shù)據(jù)幀解碼。這些技術(shù)包括搜索收到的信號指針(610)、對探測到的一個(gè)或多個(gè)指針作PN解擴(kuò)展(612)、對PN解擴(kuò)展信號作沃爾什解碼(614)、把得到的復(fù)合采樣流去映射成二進(jìn)制數(shù)據(jù)流(616)。對去映射二進(jìn)制流作去交織(618)，并用正用糾錯(cuò)(FEC)技術(shù)解碼(620)，判斷接收幀的有效性。接收了一個(gè)或多個(gè)有效幀后，隨著收到其它信號，過程繼續(xù)下去(604)。
作正向鏈路傳輸時(shí)，圖示的步驟可可用各種現(xiàn)有技術(shù)執(zhí)行而不背離本發(fā)明，如步驟612與614中的PN解擴(kuò)展和沃爾什解擴(kuò)展可以是實(shí)數(shù)或復(fù)數(shù)。信號點(diǎn)解映射616可以使用各種映射法，包括二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)、正交相移鍵控(QPSK)或與8元相移健控(8PSK)。去交織步驟618可以應(yīng)用各種交織技術(shù)，如塊交織與位顛倒交織。FEC解碼步驟620可以應(yīng)用各種解碼技術(shù)，如渦輪編碼、卷積編碼或其它形式的軟判斷或塊編碼。
上述對諸較佳實(shí)施例的描述旨在使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能應(yīng)用本發(fā)明，他們顯然明白，可對這些實(shí)施例作各種修改，而且這里規(guī)定的一般原理適用于其它實(shí)施例而無須運(yùn)用創(chuàng)新才智。因此，本發(fā)明并不限于示出的實(shí)施例，而與揭示的原理和新特征在最廣的范圍內(nèi)相一致。
權(quán)利要求
1.一種在通信系統(tǒng)中向多個(gè)扇區(qū)發(fā)送信號的方法，其特征在于，所述方法包括提供對應(yīng)于所述多個(gè)扇區(qū)的多個(gè)發(fā)射機(jī)；提供對應(yīng)于所述多個(gè)扇區(qū)的多個(gè)天線；旋轉(zhuǎn)一旋轉(zhuǎn)器上所述多個(gè)天線；以及將所述信號從每一個(gè)所述發(fā)射機(jī)發(fā)送到所述天線中的一個(gè)天線。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)器的角度位置達(dá)到預(yù)定值時(shí)將所述信號從每一個(gè)所述發(fā)射機(jī)發(fā)送到所述天線中的另一個(gè)天線。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括在每一個(gè)所述發(fā)射機(jī)中的所述信號的扇區(qū)信號流。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括由PN擴(kuò)展器擴(kuò)展每一個(gè)所述發(fā)射機(jī)中的所述扇區(qū)信號流。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括由具有預(yù)定PN偏移的PN擴(kuò)展器擴(kuò)展每一個(gè)所述發(fā)射機(jī)中的所述扇區(qū)信號流。
6.一種在通信系統(tǒng)中一種向多個(gè)扇區(qū)發(fā)送信號的裝置，其特征在于，所述裝置包括提供對應(yīng)于所述多個(gè)扇區(qū)的多個(gè)發(fā)射機(jī)的裝置；提供對應(yīng)于所述多個(gè)扇區(qū)的多個(gè)天線的裝置；旋轉(zhuǎn)一旋轉(zhuǎn)器上所述多個(gè)天線的裝置；以及將所述信號從每一個(gè)所述發(fā)射機(jī)發(fā)送到所述天線中的一個(gè)天線的裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于進(jìn)一步包括當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)器的角度位置達(dá)到預(yù)定值時(shí)將所述信號從每一個(gè)所述發(fā)射機(jī)發(fā)送到所述天線中另一個(gè)天線的裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于進(jìn)一步包括在每一個(gè)所述發(fā)射機(jī)中的所述信號的扇區(qū)信號流。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于進(jìn)一步包括由PN擴(kuò)展器擴(kuò)展每一個(gè)所述發(fā)射機(jī)中的所述扇區(qū)信號流的裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于進(jìn)一步包括由具有預(yù)定PN偏移的PN擴(kuò)展器擴(kuò)展每一個(gè)所述發(fā)射機(jī)中的所述扇區(qū)信號流的裝置。
全文摘要
一種無線通信方法與設(shè)備，其中基站通過裝在旋轉(zhuǎn)天線組件上的多具定向天線收發(fā)無線信號。各定向天線發(fā)射的信號束以一個(gè)角度方向通過多個(gè)扇區(qū)覆蓋區(qū)掃射。隨著信號束從一個(gè)扇區(qū)跨向另一扇區(qū)，與該信號束相關(guān)的正向和反向鏈路信號的路由就從現(xiàn)在的扇區(qū)切換到真正在進(jìn)入的扇區(qū)。
文檔編號H04B7/02GK1848522SQ20061007992
公開日2006年10月18日 申請日期2000年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月14日
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