專利名稱：天線的分集組合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在蜂窩通信系統(tǒng)中基站使用的天線配置，特別是涉及包括用于增加蜂窩通信系統(tǒng)的靈敏度和范圍的多個天線的天線配置。
背景技術(shù)：
在近幾年中，基于無線電的電話的重要性迅速增加。其中許多原因之一是給用戶增加了靈活性，和在固定電話網(wǎng)中需要相當(dāng)高的安裝電纜的費用?；跓o線電的電話系統(tǒng)由所謂的網(wǎng)孔構(gòu)成，每個網(wǎng)孔接收來自一定的無線電基站的無線電覆蓋。該基站又通過特定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點連接到固定的電話網(wǎng)。在

圖1中示出典型的蜂窩通信系統(tǒng)。
圖1表示在典型的蜂窩移動無線電通信系統(tǒng)中的十個網(wǎng)孔C1-C10。通常，一個蜂窩移動無線電系統(tǒng)以十個以上的網(wǎng)孔實現(xiàn)。但是，為了簡化起見，本發(fā)明可使用圖1所示的簡化的表示方式進行說明。對于每個網(wǎng)孔C1-C10，有具有與相應(yīng)的網(wǎng)孔相同的標(biāo)號的一個基站B1-B10。圖1表示位于該網(wǎng)孔中心附近并且具有全向天線的基站。該基站也可位于一個網(wǎng)孔的邊界和使用定向天線。
圖1還表示九個移動站M1-M9，它們可在一個網(wǎng)孔內(nèi)和從一個網(wǎng)孔移動到另一個網(wǎng)孔。在典型的蜂窩無線電系統(tǒng)中，通常是九個以上的蜂窩移動站。實際上，典型地有基站的許多倍的移動站。但是，為了說明本發(fā)明目的，較少數(shù)量的移動站是足夠的。
在圖1中示出的還有一個交換中心MSC。移動交換中心MSC利用電纜連接到所有的十個基站B1-B10。移動交換中心還利用電纜連接到固定的交換電話網(wǎng)或類似的固定網(wǎng)絡(luò)。從移動交換中心MSC到該基站B1-B10的所有電纜和到該固定網(wǎng)絡(luò)的電纜未示出。
除了所示的移動交換中心MSC外，可能有通過電纜連接到不是圖1中所示的那些基站的基站的另外的移動交換中心。不是用電纜，其它的裝置例如固定無線電鏈路也可用于連接基站到移動交換中心。該移動交換中心MSC、基站和移動站都是計算機控制的。
由于多個蜂窩通信系統(tǒng)的增加，現(xiàn)有的蜂窩系統(tǒng)變得越來越擁擠。結(jié)果，希望增加該蜂窩系統(tǒng)的范圍和/或容量。此外，希望減少新的蜂窩通信系統(tǒng)的費用。降低費用的一個方法是使用較少的基站覆蓋一定的區(qū)域。但是，由于每個基站的范圍擴展，如果該移動站的輸出功率未改變，則每個基站的接收機的靈敏度必須增加。
目前的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)采用使用時間和頻率正交的分開移動信號的基站。從移動站來的信號傳播到一個基站且這些信號在單個或者有時是靠近間隔例如約20波長的雙天線接收到。接收機使用時間和頻率正交處理該信號以便分開來自不同天線的信號。雖然諸如跳頻和先進的編碼技術(shù)提供降低同信道干擾，這些技術(shù)固有地受到可用頻譜的限制。但是，使用定向敏感性自適應(yīng)天線提供了減少同信道干擾的新方法。自適應(yīng)天線由在空間分布的天線陣列構(gòu)成。射到該陣列的是從多個發(fā)射機來的信號。通過適當(dāng)?shù)亟M合天線輸出，從接收的重疊中提取單個信號，即使它們占用相同的頻帶。此外，波束形成矩陣可用于整形天線陣列的接收圖。結(jié)果，波束形成矩陣有多個輸出，每個輸出相應(yīng)該網(wǎng)孔的一部分。然后在分析所檢測的信號時使用輸出的最佳組合。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是通過增加蜂窩通信系統(tǒng)內(nèi)的每個基站的靈敏度來增加蜂窩通信系統(tǒng)的范圍?；镜撵`敏度是通過提供多個天線而增加的，每個天線覆蓋一個較大的網(wǎng)孔的分開的或部分分開的區(qū)域。在本發(fā)明中，來自位于由一個以上的天線覆蓋的區(qū)域中的移動站的信號自動地組合，因而當(dāng)移動站在該網(wǎng)孔中移動時取得了在該大網(wǎng)孔內(nèi)不同區(qū)域之間的自動和平滑的轉(zhuǎn)變。本發(fā)明的另一個目的是提供一個固定的系統(tǒng)，其中天線的數(shù)量、天線類型和天線的替換可以變化，而對它們的替換沒有任何大的限制。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，公開一種具有多個基站和多個移動站的一個蜂窩通信系統(tǒng)。
各個基站連至多個位于相同或不同地點的天線，這些天線覆蓋相分離或部分不相連的區(qū)域。此外，各個天線的接收裝置被用來接收移動站發(fā)送來的信號。各接收機附加有均衡器裝置，用于校正所接收到的信號。最后，組合裝置組合來自不同天線的已接收信號以便形成已發(fā)送信號的估計。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，天線陣列可設(shè)在天線地點。當(dāng)天線陣列用在天線位置時，波束形成裝置可被用來產(chǎn)生多個覆蓋相分離或部分不相連網(wǎng)孔部分的波束。
附圖的簡要說明本發(fā)明將參考優(yōu)選實施例詳細敘述如下，僅以示例形式給出，并示于附圖，其中圖1示出典型的蜂窩無線通信系統(tǒng)；圖2示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的蜂窩通信系統(tǒng)中的一個網(wǎng)孔；圖3示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的接收機結(jié)構(gòu)；圖4示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的蜂窩通信系統(tǒng)中的網(wǎng)孔；圖5示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的接收機結(jié)構(gòu)；圖6示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng)孔；以及圖7示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的接收機結(jié)構(gòu)。
發(fā)明詳述本發(fā)明主要用于蜂窩通信系統(tǒng)中，雖然本領(lǐng)域的技術(shù)人員懂得，本發(fā)明可用于其它的各種通信應(yīng)用中。
現(xiàn)在對照圖2敘述本發(fā)明的一個實施例，圖2示出一個較大的蜂窩通信系統(tǒng)的一部分的單個網(wǎng)孔10。在這個例子中，網(wǎng)孔10包含一個基站12和四個天線14、16、18和20，它們位于不同的天線站點。本領(lǐng)域的技術(shù)人員懂得，本發(fā)明可以在一個網(wǎng)孔內(nèi)的任何多個不同的天線位置。通過給基站12提供四個天線，網(wǎng)孔10的范圍可以是單個天線網(wǎng)孔的范圍的四倍，而不增加移動站的功率。每個天線以某種方式連接到基站12，使得由每個天線接收的信號被發(fā)送到基站12。例如，這些天線可利用電纜、光信令裝置或利用無線電信令裝置接到該基站。
如圖3所示的，每個天線接到它自己的低噪聲放大器30、無線電接收器32和一個均衡器34。低噪聲放大器30放大由該天線接收的信號。然后放大的信號由接收器以已知的方式處理。然后這些信號被發(fā)送到均衡器34，以已知的方式構(gòu)成軟值(soft value)。由均衡器構(gòu)成的軟值包含有關(guān)確定檢測的碼元是否為實際地發(fā)送的碼元的信息。例如，二進制信號的方便表示式是+1和-1。如果這些軟值加在一起為零，則均衡器不知道發(fā)送了什么。但是，正的值表示發(fā)送+1碼元，而負(fù)值表示發(fā)送-1碼元。正的或負(fù)的值越大，均衡器有關(guān)所檢測的碼元越確定。根據(jù)本發(fā)明，然后來自每個均衡器的每個信號的軟值在該基站的組合器36中以已知的方式諸如最大比率組合進行組合。本領(lǐng)域的技術(shù)人員懂得，包含在天線和基站的部件之間的劃分線可放置在低噪聲放大器30和組合器36之間的任何地方。
在本發(fā)明的另一個實施例中，靜噪電路42可連接在均衡器34和組合器36之間，用于斷開天線分支，例如這些分支具有接收的信號能量或質(zhì)量低于一個可調(diào)節(jié)的值，或者用于斷開具有最低接收的信號能量或質(zhì)量的多個分支，斷開的分支數(shù)由分支和天線構(gòu)象的數(shù)量確定的。基于歷史的信息該靜噪電路也可斷開天線分支，例如可指示由于希望移動與相同的訓(xùn)練序列的同信道干擾的存在。上面所列的選擇取決于均衡器和間接取決于訓(xùn)練序列的長度。例如，假定一條已知的和理想的信道且沒有實施損耗，均衡器將傳遞正確的軟值和通過只增加來自所有分支的軟值取得最大比率組合。結(jié)果，在這個實施例不需要靜噪電路。
回來參見圖2，所有天線覆蓋一個分離的或部分分離的區(qū)域。因此，四個天線可覆蓋具有四倍單個天線網(wǎng)孔那樣大區(qū)域的網(wǎng)孔而不增加移動站的功率。當(dāng)移動站22位于由天線16和18兩者覆蓋的區(qū)域中時，發(fā)送到基站12的信號由天線16和18接收。然后接收的信號根據(jù)上述的說明進行處理。然后來自每個均衡器的軟值在基站12自動地組合。通過組合來自不同天線的信號，該基站產(chǎn)生該接收信號的較好的估計。此外，由于信號是自動地組合的，當(dāng)移動站從網(wǎng)孔10的一個覆蓋區(qū)移動到另一個覆蓋區(qū)時本發(fā)明不必執(zhí)行過區(qū)切換。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，天線可放置在圖4所示的相同天線地點。在圖4中，四個天線52、54、56和58放置在一個天線地點周圍，在這個實施例中，每個天線大約只覆蓋大網(wǎng)孔50的四分之一。在來自四個天線的信號被組合之后，這些天線覆蓋整個網(wǎng)孔50。
如圖5中所示的，當(dāng)天線站點包含一個天線陣列時，一個波形形成矩陣40可包含在該低噪聲放大器30之前或之后。波形形成矩陣40形成多個波束，其中每個波束覆蓋該網(wǎng)孔的一個分離的部分或一個部分地分離的部分。如圖6和7所示的，波形形成矩陣具有該網(wǎng)孔的每個部分的輸出?？墒褂迷摬ㄐ涡纬删仃嚕员爿敵?2覆蓋大網(wǎng)孔60的部分A，輸出74覆蓋部分B，輸出76覆蓋部分C和輸出78覆蓋部分D，其中這些部分是分離的或部分地分離的。本發(fā)明的優(yōu)點是如果在確定檢測的信號時不是使用來自波形形成矩陣的所有輸出，至少使用幾個。因此，當(dāng)移動站從該大網(wǎng)孔內(nèi)的一個區(qū)域移動到另一個區(qū)域時，本發(fā)明取得了在不同區(qū)域之間的自動的和平滑的轉(zhuǎn)換而無須執(zhí)行過區(qū)切換。
本發(fā)明也可利用極化分集減少衰落的影響。無線電電波的垂直和水平部分的衰落大多數(shù)是不相關(guān)的，即互相獨立的。在本發(fā)明中，天線可以是垂直或水平極化的或者混合的。例如，一些天線地點可包含水平極化的天線而其余天線地點可包含垂直極化的天線。另一個方案，每個地點可包含水平地和垂直地極化的天線。而且，單個的實際天線可提供極化分集。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可懂得，在不脫離其精神或中心特性情況下，本發(fā)明可有其它的具體形式實施。因此目前公開的實施例在各個方面考慮是說明性的而不是限制性的。本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書而不是前面的敘述限定，且所有的在其等效范圍內(nèi)的變化都預(yù)定包含在其中。
權(quán)利要求
1.具有多個基站和多個移動站的一個蜂窩通信系統(tǒng)，所述基站包括多個天線，其中所述天線覆蓋一個網(wǎng)孔的分離的或部分地分離的區(qū)域；每個天線的接收裝置，用于接收從所述移動站發(fā)送的信號；接到每個接收器的均衡裝置，用于校正所述的接收信號；和用于組合從所述天線來的接收信號形成所述發(fā)送信號的估計的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的蜂窩通信系統(tǒng)，其中所述多個天線被安排在一個天線地點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的蜂窩通信系統(tǒng)，其中所述多個天線被安排在多個不同的天線地點。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的蜂窩通信系統(tǒng)，其中所述組合裝置使用最大比率組合以形成所述的估計。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的蜂窩通信系統(tǒng)，還包括連接到所述組合裝置的靜噪裝置，用于斷開具有接收的信號能量低于預(yù)定值的天線分支。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的蜂窩通信系統(tǒng)，還包括連接到所述組合裝置的靜噪裝置，用于斷開具有接收的信號能量低于一個可調(diào)節(jié)值的天線分支。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的蜂窩通信系統(tǒng)，還包括連接到所述組合裝置的靜噪裝置，用于斷開具有最低接收信號能量值的多個天線分支。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的蜂窩通信系統(tǒng)，還包括連接到所述組合裝置的靜噪裝置，用于斷開具有接收信號質(zhì)量低于預(yù)定值的天線分支。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的蜂窩通信系統(tǒng)，還包括連接到所述組合裝置的靜噪裝置，用于斷開具有接收信號質(zhì)量低于可調(diào)節(jié)值的天線分支。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的蜂窩通信系統(tǒng)，還包括連接到所述組合裝置的靜噪裝置，用于斷開具有最低接收信號質(zhì)量值的多個天線分支。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的蜂窩通信系統(tǒng)，還包括連接到所述組合裝置的靜噪裝置，基于歷史信息斷開天線分支。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的蜂窩通信系統(tǒng)，還包括插在天線和接收器之間的波形形成裝置，用于產(chǎn)生多個天線波束，這些波束覆蓋該網(wǎng)孔的分離的或部分地分離的區(qū)域。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的蜂窩通信系統(tǒng)，其中所述波形形成裝置是一個butler矩陣。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的蜂窩通信系統(tǒng)，其中使用垂直地極化和水平地極化的天線。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的蜂窩通信系統(tǒng)，其中所述不同的天線站點位于8個網(wǎng)孔中。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的蜂窩通信系統(tǒng)，1其中至少一個天線提供極化分集。
全文摘要
一種天線配置通過提供多個天線增加基站的靈敏度，每個天線覆蓋一個大網(wǎng)孔的一個分離的或部分地分離的區(qū)域。用于每個天線的接收器接收從移動站發(fā)送的信號。均衡器接到每個接收器，用于校正接收的信號。然后一個組合器組合從不同的天線來的接收信號，以便形成該發(fā)送信號的估計。
文檔編號H04B7/08GK1149946SQ9519342
公開日1997年5月14日 申請日期1995年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月3日
發(fā)明者B·J·卡爾森, U·G·福爾森, R·S·波丁 申請人:艾利森電話股份有限公司