專利名稱：填隙扇區(qū)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于蜂窩通信系統(tǒng)的扇區(qū)化天線，更具體而言是涉及扇區(qū)化天線配置，該配置利用了使其波束寬度聚焦于基站站址周圍多個等間隔空間扇區(qū)之內(nèi)的多個頻率。
相關(guān)技術(shù)說明個人通信業(yè)務(wù)(PCS)系統(tǒng)經(jīng)由低功率便攜式電話單元給用戶提供各種無線電話業(yè)務(wù)。PCS的普及預(yù)期在最近幾年之內(nèi)成指數(shù)地增長以及在U.S.之內(nèi)的PCS面臨提供全國覆蓋以便吸引用戶的問題。對于提供者，要求較大小區(qū)的應(yīng)用以便給其用戶經(jīng)濟(jì)地提供全國覆蓋。
然而，PCS電話必須更小以及具有更長的通話時間。這要求電話單元具有較低的功耗。為了保持現(xiàn)存的或者更大的小區(qū)規(guī)模與具有更低功率輸出的單元相結(jié)合，這要求改進(jìn)基站的接收能力。由于噪聲系數(shù)大概已經(jīng)盡可能地低，所以一個用于得到更好基站接收機(jī)能力的解決方法可以是減少與激勵天線相連的饋線損耗。改進(jìn)的天線裝置及更多分集接收的應(yīng)用是另一個用于改進(jìn)基站接收機(jī)特性的解決方法。
發(fā)明綜述根據(jù)本發(fā)明用于改進(jìn)基站接收機(jī)特性的方法及裝置克服了前述的及其它問題。一個具有多個所指配信道頻率的正常三扇區(qū)基站站址可以劃分成為多個120度的扇區(qū)，其中每個扇區(qū)有一個產(chǎn)生一個對于該扇區(qū)的方向性天線波束的天線。
給每個扇區(qū)這樣來指配多個信道頻率，即使基站通過每個扇區(qū)天線只發(fā)送及接收指配給該扇區(qū)的頻率。對于諸如DAMPS這樣的蜂窩電話系統(tǒng)，在每個上述扇區(qū)之間均等地劃分頻率信道，這樣無特定的頻率用于一個以上的扇區(qū)內(nèi)。然而，在GSM類型的系統(tǒng)內(nèi)，可以采用跳頻技術(shù)與鄰近的扇區(qū)共享特定扇區(qū)的頻率。
通過增加在特定基站周圍的扇區(qū)數(shù)量以及給每個扇區(qū)唯一地指配一組信道頻率，將大大增加位于波束峰值之內(nèi)的便攜式移動單元的似然性。此外，波束峰值的角距離以及據(jù)此導(dǎo)致的增益損失必定更小。這些因素相結(jié)合改進(jìn)了用于低功率電話單元的基站接收機(jī)特性。使用從在鄰近扇區(qū)之內(nèi)同一個移動單元所收到信號之間的分集組合，該系統(tǒng)還可以進(jìn)一步改進(jìn)接收機(jī)特性。
附圖簡述參照下面的詳述并且同時結(jié)合附圖可以對本發(fā)明的方法及裝置得到更加全面的理解，其中

圖1A及1B說明了普遍使用的三扇區(qū)站址裝置；圖2說明了在現(xiàn)行扇區(qū)化天線配置之內(nèi)所固有路徑損耗的幾何關(guān)系；圖3說明了填隙扇區(qū)方法，該方法用于改進(jìn)在現(xiàn)存小區(qū)規(guī)模之內(nèi)的基站接收或者能夠在對于DAMPS系統(tǒng)的更大小區(qū)規(guī)模之內(nèi)進(jìn)行接收；圖4是一個表，該表說明了多扇區(qū)配置及分集合并對于離波束峰值的各種角度處增益損失的影響；圖5說明了填隙扇區(qū)方法，該方法用于改進(jìn)在現(xiàn)存小區(qū)規(guī)模之內(nèi)的基站接收或者能夠在用于GSM系統(tǒng)的更大小區(qū)規(guī)模之內(nèi)進(jìn)行接收；圖6是一個表，該表說明了用于24個移動臺與單個站址通信的正交跳頻組；以及圖7是一個方框圖，該方框圖說明了一個使用填隙扇區(qū)方法用于處理在基站站址處所收到信號的系統(tǒng)。
優(yōu)選實(shí)施方案詳述現(xiàn)在參照各個圖，更具體而言是參照圖1a及1b，此處說明了用于提供蜂窩空間覆蓋的每個站址裝置的兩個普遍使用的三扇區(qū)。圖1a的配置這樣安排每個站址，即在每個站址8處的三個扇區(qū)化天線10的一個天線直接地指向鄰近站址8。在圖1b的配置之內(nèi)，在每個站址8處的三扇區(qū)化天線10指向鄰近站址之間。
信號功率、范圍、以及傳播的原因決定了哪一個特定的站址將控制蜂窩呼叫。最佳接收移動單元信號的站址最好控制呼叫。圖2說明了用于圖1a之內(nèi)所示站址配置的路徑損耗幾何關(guān)系。計算到達(dá)在等強(qiáng)度處全部小區(qū)邊緣的相對天線增益作為離扇區(qū)化天線10的焦點(diǎn)方向的角度函數(shù)。沿著天線10的焦點(diǎn)線記錄無增益損失。在離天線10的焦點(diǎn)線30度角度處，天線方向圖顯示離峰值波束方向下降了-2.45dB的增益。在60度處，下降值是離峰值波束方向的-12dB。增益/角度的這些值基本確保了沿著小區(qū)邊界往來于移動臺的恒定信號強(qiáng)度。
例如，從在具有全天線增益的距離2X處的站址“A”或者從具有12dB天線增益損失的距離x處的站址“B”能夠以相等的功率達(dá)到在位置“C”處的移動臺。從在具有離峰值增益的2.45dB天線增益減少的距離 X處的站址“A”或者“B”能夠達(dá)到在點(diǎn)“D”處的移動臺。圖1b的站址配置具有類似的損耗特性。
作為離焦點(diǎn)線的角度函數(shù)的天線增益損失眾所周知地是天線方向圖或者輻射圖。因此，通常有意地選擇天線增益是離峰值增益方向或者焦點(diǎn)線偏移角度的函數(shù)以便達(dá)到在六邊形小區(qū)邊界的任何點(diǎn)處往來于移動臺的等增益接收或者發(fā)射。然而，傳統(tǒng)三扇區(qū)系統(tǒng)的不利之處是移動單元必須使用高于天線波束已經(jīng)提供的以及準(zhǔn)確地聚焦于移動臺方向之內(nèi)12dB的發(fā)射機(jī)功率，此時該移動臺位于離焦點(diǎn)線60度的偏移。提供此種附加波束是本發(fā)明的一個目的，上述附加波束稱作填隙波束。
現(xiàn)在參照圖3，此處說明了一種用于改進(jìn)基站接收特性的填隙扇區(qū)方法。圖3的討論將是就先進(jìn)的移動電話系統(tǒng)(AMPS)而言的。在AMPS系統(tǒng)之內(nèi)，給業(yè)務(wù)提供者指配了近似420個30KHz的信道。通常，采用每個扇區(qū)具有20個頻率或者每個站址60個頻率構(gòu)造了包含7個三扇區(qū)站址的21小區(qū)模式。在圖1所示的系統(tǒng)內(nèi)，在某個扇區(qū)之內(nèi)的全部20個頻率輻射于同一個方向上。
在圖3中所示的可選扇區(qū)方法之內(nèi)，小區(qū)站址劃分成為分別指向0度、60度、120度、180度、240度、以及360度的六個扇區(qū)。給每個扇區(qū)指配了10個頻率以及它們沿著扇區(qū)的中心線輻射。為了討論的目的，0度、120度以及240度天線扇區(qū)標(biāo)明為“藍(lán)”扇區(qū)，而60度、180度以及300度天線扇區(qū)標(biāo)明為“紅”扇區(qū)。給在0度的“藍(lán)”扇區(qū)指配了F1-F10，給在60度的“紅”扇區(qū)指配了F11-F20，以及按照圖3所示如此等等。
移動交換中心(未示出)依然配置為三扇區(qū)系統(tǒng)，但是把“藍(lán)”扇區(qū)處理作為在每個扇區(qū)之內(nèi)具有10個頻率的一個基站以及把“紅”扇區(qū)作為在另一個扇區(qū)之內(nèi)具有10個頻率的另一個基站。這兩個處于同位置基站的事實(shí)不影響交換中心的功能。
通過在該站址周圍的六個扇區(qū)而不是三個扇區(qū)之間指配天線頻率，對于移動單元具有較大的幾率處于波束峰值區(qū)域。在波束峰值區(qū)域之間的距離只有60度而不是120度，以及對于六個扇區(qū)站址最大增益損失角度將是30度。因此，在小區(qū)的大區(qū)域之內(nèi)最小化了潛在損耗。例如，由藍(lán)基站“A”的0度扇區(qū)天線以及藍(lán)基站“B”的120度扇區(qū)天線相等地收到在“C”處的移動臺。在前面的配置之中，沒有任何一個站址都優(yōu)于另一個站址的優(yōu)勢。然而，由移動臺收到了比紅基站“B”的180度扇區(qū)天線強(qiáng)12dB，因?yàn)橐苿优_位于在只有一半最大范圍處“紅”基站的峰值之內(nèi)。該移動臺連接到“紅”基站直到它移出到點(diǎn)“E”為止，此點(diǎn)處由A-藍(lán)基站或者B-紅基站提供平等的服務(wù)。
在六個站址之間的頻率配置有效地增大了由站址“B”所提供服務(wù)的覆蓋大小到由虛線所示的六邊形30表示的六邊形。沒有覆蓋較大區(qū)域站址“B”也能夠接收來自在同樣大小小區(qū)覆蓋區(qū)域之內(nèi)低功率移動單元的信號。
盡管就在六個扇區(qū)的每者之內(nèi)使用10個頻率而言討論了本實(shí)施方案，但是六個扇區(qū)能夠進(jìn)一步地劃分成為五個頻率指配給每個扇區(qū)的12個扇區(qū)。另兩個具有偏移前面討論的“藍(lán)”及“紅”模式30度天線的三扇區(qū)基站將進(jìn)一步改進(jìn)在現(xiàn)存小區(qū)之內(nèi)的覆蓋或者延伸了站址“B”的范圍。不使用12個天線能夠得到在±60度處的12個扇區(qū)系統(tǒng)的增益。通過有效地合并鄰近天線能夠形成具有在原六個扇區(qū)之間輻射模式的虛擬天線。在低接收機(jī)功率處的此種合并能夠產(chǎn)生在任何方向上的虛擬波束，這依賴于加權(quán)。
現(xiàn)在參照在圖4中所示的表，此處說明了對于位于離基站±15及±30度的移動臺單元的六個扇區(qū)、十二個扇區(qū)以及無限個扇區(qū)配置對增益損失的影響。圖4表的第二部分說明了使用在鄰近不相關(guān)扇區(qū)之間分集合并可達(dá)到的增益。
如果在鄰近天線之間的衰落完全地相關(guān)，那么增益損失在±60度位置只有3dB。如果衰落不相關(guān)，那么鄰近天線能夠用于增加正如表內(nèi)所示的接收分集的次數(shù)。通過使用對于藍(lán)及紅扇區(qū)相反的圓極化能夠保證在鄰近天線之間的不相關(guān)信號。通過使用六個扇區(qū)之中最接鄰近扇區(qū)接收每個移動臺信號能夠進(jìn)一步增加分集的次數(shù)。因此，對于離-60度的10度天線信號處的移動臺，0度及+60度用于測度合并器以便產(chǎn)生最佳信號。藉此方式可達(dá)到的增益示于圖4之內(nèi)“6個分集中的3個分集合并”的列。由于消除了兩個主要干擾者的可能性導(dǎo)致了對于此種選擇的C/I增益將較大，上述干擾者正如U.S.專利申請08/286,775所描述的，據(jù)此引用作為參照。
由于六個接收天線均等地分布于360度周圍，所以它們不再提供在-12dB處的±60度波束寬度。然而，對于最佳六扇區(qū)系統(tǒng)的模式表明在這些三扇區(qū)系統(tǒng)之內(nèi)較小的改進(jìn)，以及當(dāng)使用分集時甚至更小。通過增加接收天線的數(shù)量超過六個能夠只達(dá)到較高的增益。提高分集的次數(shù)隨后贏得了更多的增益增加，因?yàn)槟Ｊ街丿B更大以及能夠合并更多的鄰近天線以便增強(qiáng)波束成形的影響或者干擾抑制的影響。
現(xiàn)在參照圖5，此處說明了在GSM系統(tǒng)之內(nèi)的本發(fā)明?？磥鞦CC將指配一個用于PCS系統(tǒng)的從1850到1865MHz的A頻帶范圍以及一個從1865到1890MHz的B頻帶范圍。指配將進(jìn)一步地包括一個比對應(yīng)A或者B頻帶高80MHz的雙工鏡象。GSM系統(tǒng)工作于具有每個扇區(qū)至少八個頻率的九小區(qū)(三扇區(qū)，三站址)模式。在某個站址之內(nèi)的三個扇區(qū)之每者能夠不同步到基站而在八個頻率之間跳頻，就象八個頻率對該扇區(qū)是唯一的。
正如圖5中所示，基站站址劃分為交替具有聚焦于沿著60度、180度和300度的“紅”扇區(qū)以及具有聚焦于沿著0度、120度和240度的“藍(lán)”扇區(qū)的“紅”扇區(qū)及“藍(lán)”扇區(qū)。按照兩個疊加三扇區(qū)系統(tǒng)的形式提供了六個天線16。在不同站址之間沒有同步，六個扇區(qū)之每者將只能夠在四個頻率之中跳頻。為了避免當(dāng)使用填隙扇區(qū)時減少跳頻組以及據(jù)此得到的頻率分集的次數(shù)，已經(jīng)修改了一種與GSM跳頻算法相兼容的方法，該方法使得能夠共享在鄰近填隙扇區(qū)之間的頻率組。
給每個扇區(qū)指配了24個頻率的八個頻率。在0度與120度之間的移動臺使用頻率ABCDEFGH，在120度與240度之間的移動臺使用頻率IJKLMNOP，以及在240度與0度之間的移動臺使用頻率QSTUVWX。允許上面的頻率原來輻射于藍(lán)扇區(qū)之內(nèi)的任何地方。在紅扇區(qū)之內(nèi)的移動臺使用在“紅”扇區(qū)60度到180度之內(nèi)的頻率EFGHIJKL、在“紅”扇區(qū)180度到300度之內(nèi)的頻率MNOPQRST、在“紅”扇區(qū)300度到60度之內(nèi)的頻率UVWXABCD。在圖6中的表說明了24個移動臺如何在允許移動臺在它們所位于的扇區(qū)之內(nèi)的八個頻率之間正交地跳頻。該方案使用24個頻率信道使得每六個填隙扇區(qū)站址的24個對話能夠出現(xiàn)。該對話對于每個扇區(qū)按照正交的方式在24個頻率的八個頻率之間跳頻。沒有任何頻率用于不同于正常三扇區(qū)化配置情況的位置或者輻射于不同于正常三扇區(qū)化配置情況的方向上。
上面的方案不要求在站址之間的同步，只要在同一個站址的扇區(qū)之間的同步。在同一個站址處既有“藍(lán)”又有“紅”扇區(qū)必須使用同樣的序列、密匙鍵以及編程產(chǎn)生在八個指配頻率之間的選擇，由GSM跳頻定義上述同樣的序列。這些要求的每者處于現(xiàn)存的GSM跳頻技術(shù)的范疇之內(nèi)。
能夠?qū)⑸厦嬗嬚摰脑碛糜?2個或者24個扇區(qū)之間劃分24個頻率，同時依然允許每個對話對全部24個頻率的三分之一中的其它者正交地跳頻。圖5的系統(tǒng)按照就圖3所討論的系統(tǒng)而言的同樣方式改進(jìn)了GSM基站的接收機(jī)特性。由于移動臺更可能處于波束峰值之內(nèi)，在現(xiàn)存大小的小區(qū)之內(nèi)更好地收到較低功率的移動臺。
現(xiàn)在參照圖7，此處說明了一個對于PCS系統(tǒng)的低功率手持便攜臺在基站處所建立的提供在6.5與11dB的增加接收機(jī)靈敏度的多扇區(qū)天線的方框圖。該天線40產(chǎn)生覆蓋高達(dá)360度方位角的重疊方向性天線波束。使用印制微帶片陣列天線按照低成本方式構(gòu)造了天線40。每個片陣列也能夠是一個用于圓極化的激勵發(fā)射陣列及一個用于相反圓極化的接收陣列。天線的極化將在鄰近扇區(qū)之間進(jìn)行交替。
由A/D變換器44各自數(shù)字化十二個收到信號42以及由數(shù)字信號處理器(DSP)處理上述十二個收到信號42。DSP 46采用分集合并均衡器以便合并來自三個鄰近扇區(qū)的信號來達(dá)到在接收性能上的6.5與11dB的增益。該信號隨后傳送到基站48的發(fā)送及接收裝置以便進(jìn)一步地處理。
由移動交換中心50指配用于多個扇區(qū)天線40的每者之頻率。移動交換中心50進(jìn)一步地負(fù)責(zé)控制便攜式無線電話單元分配到最強(qiáng)的可用頻率。由于位于基站處扇區(qū)的增加數(shù)量，極大地增加了位于之內(nèi)或者鄰近于波束峰值的便攜式單元的概率，藉此改進(jìn)了低功率單元的接收特性。
盡管在附圖之中已經(jīng)說明了以及在前面的詳述中描述了本發(fā)明的方法及裝置的實(shí)施方案，將可以理解的是本發(fā)明不是限制于所公布的實(shí)施方案，而是能夠有多種重新配置、修改以及替換，它們都沒有脫離正如下面權(quán)利要求所提出及定義的本發(fā)明的精神。
權(quán)利要求
1.一種用于使用正交跳頻在基站與多個移動站之間進(jìn)行通信的方法，所述多個移動站分布在由所述基站提供服務(wù)的服務(wù)區(qū)內(nèi)，所述服務(wù)區(qū)被劃分為多個部分重疊的扇區(qū)，每個扇區(qū)在所述基站處都具有與之相關(guān)的單個方向性天線(40)，該方法包括以下步驟給每個扇區(qū)分配一定數(shù)目的頻率，所述數(shù)目大于可用的頻率總數(shù)除以扇區(qū)數(shù)目；將一定數(shù)目的收發(fā)信機(jī)連接到每個方向性天線(40)上，所述數(shù)目小于或等于分配給一個相關(guān)扇區(qū)的頻率數(shù)目；在所述基站同步全部所述收發(fā)信機(jī)，以便同時從它們被分別分配的頻率集中選擇一個頻率，所述頻率在相同的時刻沒有被任何其它收發(fā)信機(jī)所選擇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述服務(wù)區(qū)域被劃分為6個部分重疊的扇區(qū)，并且24個可用頻率中有8個頻率被分配給每個扇區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述服務(wù)區(qū)域被劃分為12個部分重疊的扇區(qū)，并且24個可用頻率中有4個頻率被分配給每個扇區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述服務(wù)區(qū)域被劃分為24個部分重疊的扇區(qū)，并且24個可用頻率中有2個頻率被分配給每個扇區(qū)。
全文摘要
公布了一種用于在基站站址(8)處改善對低功率便攜式電話單元接收特性的方法及裝置。正常的三扇區(qū)天線站址(8)劃分為多個扇區(qū)，每個扇區(qū)具有一條焦點(diǎn)中心線。在這些扇區(qū)之間劃分所指配給該基站站址(8)的頻率信道，以及在每個扇區(qū)之內(nèi)的天線(10)沿著對每個扇區(qū)的焦點(diǎn)中心線輻射所指配的頻率。
文檔編號H04W16/28GK101083827SQ20071012632
公開日2007年12月5日 申請日期1997年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月11日
發(fā)明者P·W·登特 申請人:艾利森公司