專利名稱：：蜂窩式無線電信網(wǎng)的頻率分配的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及蜂窩式無線電信網(wǎng)中基站載波頻率分配方法，以及采用這種頻率分配的無線電信網(wǎng)。在諸如用于移動(dòng)電話的公知蜂窩式無線電信網(wǎng)中，給網(wǎng)中每個(gè)基站配置了天線。由于經(jīng)常在基站區(qū)內(nèi)和基站區(qū)間移動(dòng)，需要給移動(dòng)用戶單元配置全向天線。所以，例如，在阿爾泰克豪斯公司于1993年出版由巴爾斯坦DM馬卡利歐RCV編輯組編寫的《蜂窩式無線系統(tǒng))》(CellularRadioSystems，BalstonDMMacarioRCVEditors，ArtechHouseInc，1993)的第9至13頁(yè)中描述的那樣，常采用每7個(gè)基站區(qū)重復(fù)使用頻率的方式。對(duì)本發(fā)明的具體限定應(yīng)參照權(quán)利要求書。在從屬權(quán)利要求中規(guī)定了本發(fā)明的優(yōu)選特征。本發(fā)明可提供這樣的蜂窩無線電信網(wǎng)，它含有間隔開設(shè)置的基站，每個(gè)基站包含用于從/向用戶單元傳送和接收信號(hào)的三個(gè)定向天線，在各天線間分配8個(gè)頻率組，平均每8個(gè)基站中的3個(gè)重復(fù)使用一個(gè)頻率組。各基站的3個(gè)天線的方位朝向相互之間的間隔最好約為120°。各基站與它的6個(gè)最近基站最好等距離間隔開，且位于交錯(cuò)平行的第一和第二行中，使得第一行的各天線指向0°、120°和240°的方位角，第二行的各天線指向60°、180°和300°的方位角。方位角的轉(zhuǎn)向最好為順時(shí)針，且正北方向?yàn)?°。優(yōu)選基站的天線與朝向和該天線朝向相反的相鄰行相鄰基站的天線采用相同的頻率組。最好按照下列規(guī)則之一來分配頻率組(a)給一個(gè)基站上各天線分配的頻率組互不相同；(b)給沿一行中各第6個(gè)基站的相應(yīng)天線分配相同的頻率組；(c)給沿一列中各第24個(gè)基站的相應(yīng)天線分配相同的頻率組；(d)沿一行給在該行上具有0°或180°方位角的相同朝向的各天線分配交錯(cuò)的頻率組，并且給在該行中具有其他朝向的天線分配其他的頻率組，使得在相鄰天線的覆蓋區(qū)域不重復(fù)使用這些頻率組。具體情況是，在列i、行n上的基站中采用頻率組f1，f3，f4；在列i+1、行n上采用頻率組f2，f5，f3；在列i+2、行n上采用頻率組f1，f4，f5；(e)列i+2、行n+2的頻率組與列i、行n的頻率組相應(yīng)，但選擇的頻率組為fi+2，n+2＝fi，n3其中f為在列i、行n上基站的某個(gè)扇形區(qū)的頻率組，6+2，n+2為在列i、行n上基站的相應(yīng)扇形區(qū)的頻率組，表示進(jìn)制為8的循環(huán)加法。網(wǎng)絡(luò)中基站天線最好是120°束寬定向天線，但也可以是更窄例如60至85°束寬的天線。在網(wǎng)絡(luò)中選擇特定的基站組織結(jié)構(gòu)和合理分配頻率組可以避免出現(xiàn)不良通信路徑，特別是那些易出現(xiàn)較強(qiáng)共道干擾的路徑。為了避免出現(xiàn)不良的通信路徑，可以在該網(wǎng)絡(luò)中交錯(cuò)排列的基站行采用基本上交錯(cuò)的信號(hào)極化。選擇具有與同行中其他成員不同極化的基站可避免出現(xiàn)不良通信路徑。本發(fā)明主要用于具有定向天線的用戶單元。用戶單元的該或各天線的取向和位置最好是固定的。本發(fā)明也涉及頻率組分配的方法。頻率組可以是某個(gè)頻率、某段頻率范圍或若干選定的頻率。下面將參照附圖以示例的方式說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附圖中圖1示出具有三個(gè)天線的單個(gè)基站；圖2示出在該基站網(wǎng)內(nèi)的頻帶分配；圖3示出信噪比被確定的一些選定的信號(hào)路徑；以及圖4示出修改的基站網(wǎng)，其中交錯(cuò)設(shè)置的基站各行傳送和接收不同的極化信號(hào)?；揪W(wǎng)中的頻率分配如圖1概略所示，一個(gè)基站具有三個(gè)定向天線，在水平面上它們的朝向相互間隔120°，這樣每個(gè)基站的站區(qū)或基址就分成三個(gè)扇形區(qū)。這些基站組成的網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。在該網(wǎng)絡(luò)中，將每個(gè)基站與它的最近六個(gè)鄰站等距布置。在圖2所示的水平行中，每個(gè)基站在同一行中其兩側(cè)各有一個(gè)鄰站，并且在每個(gè)相鄰行中各有兩個(gè)鄰站。從圖2中可以看出，各交錯(cuò)行中的天線是隔行對(duì)齊的。例如，在行n、n+2、n+4…、n+2i上基站的各天線朝向?yàn)楸?0°)、120°和240°。在行n+1、n+3…、n+(2i-1)上基站的各天線朝向?yàn)?0°、180°和300°。在行n+1、n+3上的基站沿東西方向偏移了半個(gè)一行中基站的間距。按照下列規(guī)則分配所使用的八個(gè)頻率組(i)在每一行上，給各第六個(gè)基站上(ibs＝1，7，13，19等)的相應(yīng)天線分配同一頻率組。(ii)在每一列上，由北向南，給各第二十四個(gè)基站上(ibs＝1，25，49，73等)的相應(yīng)天線分配同一頻率組。(iii)在行n上基站的朝北的各扇形區(qū)交替分配由頻率組標(biāo)號(hào)1和2標(biāo)出的頻率組，但相鄰的標(biāo)號(hào)如1和2雖可以是但不一定是在某個(gè)頻率范圍中的相鄰頻率。在此行中基站的其他各扇形區(qū)采用頻率組3、4和5，分配方式為一基站各天線使用的頻率組互不相同，并且在相鄰的兩個(gè)基站扇形區(qū)上也不會(huì)存在相同的頻率組。如圖2所示，在列i(行n)上的基站采用頻率組1、3、4；在列i+1(行n)上的基站采用頻率組2、5、3；在列i+2(行n)上的基站采用頻率組1、4、5，等等。如圖2所示，每個(gè)基站和在相鄰行上的相鄰基站具有朝向相反且采用同一頻率組的天線。沿行n+1的各基站將頻率組1和2交替分配給朝南的天線，將頻率組6、7和8中的兩組分配給其余的天線，方法是一基站各天線使用的頻率組互不相同，并且在相鄰的兩個(gè)基站扇形區(qū)上也不會(huì)存在相同的頻率組。沿列i+2、行n+2的各基站的排列方法與列i、行n的基站排列方法相似，但選擇的頻率組為fi+2，n+2＝fi，n3其中f為在列i、行n上基站的某個(gè)扇形區(qū)的頻率組，fi+2，n+2為在列i、行n上基站的相應(yīng)扇形區(qū)的頻率組，表示進(jìn)制為8的循環(huán)加法，即81＝173＝223＝5。這樣，如果頻率組f分配給在行n+1、列i+0.5上基站的方位角60°的天線，則頻率組f也分配給在行n+2、列i+1上基站的方位角240°的天線。而且，如果頻率組f分配給在行n+1、列i+0.5上基站的方位角300°的天線，則頻率組f也分配給在行n+2、列i-1上基站的方位角120°的天線。優(yōu)選網(wǎng)絡(luò)中信號(hào)與干擾關(guān)系的分析為了分析在基站網(wǎng)中可能的信號(hào)/干擾比，進(jìn)行了一簡(jiǎn)單分析來確定在可能的“最劣情況”位置上的信號(hào)/干擾比。圖3示出了圖2中所示的基站網(wǎng)的局部，其中具體標(biāo)出了基站A到O。圈點(diǎn)P至Z表示預(yù)期的不良(即低信噪比)接收區(qū)。圖3示出在各個(gè)扇形區(qū)中采用的頻率組。圖3中的虛線表示確定信噪比的信號(hào)傳輸路徑。假設(shè)有理想的信號(hào)強(qiáng)度值并且信號(hào)強(qiáng)度與距離的立方成反比(即d3，其中d為距離)，計(jì)算信號(hào)/干擾比。基站天線具有束寬為120°和前/后向比18dB(即因天線的方向性而產(chǎn)生的最大衰減)。假設(shè)固定的用戶單元天線具有束寬為10°、前/后向比為20dB的高度方向性。點(diǎn)P至Z設(shè)在各自扇形區(qū)的邊緣上且距最近的天線的距離為r，天線之間的間隔至少為2r。為點(diǎn)P至Z所在的扇形區(qū)服務(wù)的基站稱為“服務(wù)站”。起干擾作用的基站為“干擾站”。表1.采樣點(diǎn)上服務(wù)站的衰減表1示出了P至Z各點(diǎn)的服務(wù)站和頻率組。在點(diǎn)P至Z的方向和其服務(wù)天線的朝向之間的方位角偏移與在服務(wù)天線處的相應(yīng)方位衰減一起列出。在確定信號(hào)/干擾比的過程中，要確定干擾站對(duì)信號(hào)的影響，假定所有的發(fā)射機(jī)具有相同的功率。表2的前兩列中示出到點(diǎn)P至Z的各個(gè)路徑和在每種情況下采用相同頻率組而產(chǎn)生干擾的相鄰基站。表2的第三列示出頻率組，第四列示出干擾信號(hào)必須經(jīng)過的路徑距離與期望信號(hào)的相應(yīng)路徑距離的比。表2.干擾和最差位置上的C/I.0780107328*XB72.6018002029YYBD774.36513504710122033626*ZO26.05102025*</table></tables>第五列示出在欲與點(diǎn)P至Z通信的天線的朝向和相同頻率組的干擾信號(hào)產(chǎn)生的方向之間的偏角。第六列示出在該干擾信號(hào)和相應(yīng)點(diǎn)的用戶單元之間的偏角。各用戶單元具有直接指向其服務(wù)站天線的定向天線。在第七列和第八列示出因偏角而帶來的衰減。這些估算的衰減要比實(shí)際情況下的可能衰減嚴(yán)重得多。在表2的最后一列示出估算的信號(hào)/干擾比值，從中可以看出點(diǎn)S為最差信噪比的位置，其信擾比為23dB。其它的不良位置為點(diǎn)U、Y、W、V和Z。在表2中這些點(diǎn)用星號(hào)注示。優(yōu)選網(wǎng)絡(luò)中改善通信質(zhì)量的辦法通過選擇不同的基站天線束寬和/或利用不同的信號(hào)極化方向可以改善信號(hào)/干擾比。下面將對(duì)此作出解釋。天線束寬可以采用60°束寬的天線來替換120°束寬的天線。若離天線朝向的60°偏角處的衰減為12dB，則最壞情況的信噪比僅為32dB。由于在基站上采用三個(gè)60°的天線可能會(huì)在覆蓋區(qū)域中留下空隙，所以應(yīng)采用在60°偏角處的靈敏度近似與全向天線相當(dāng)?shù)奶炀€。采用85°的天線可將最壞情況的信號(hào)/干擾比提高約3dB，而不會(huì)影響覆蓋區(qū)域。極化另一個(gè)提高信號(hào)/干擾比的方法是采用交叉極化。如圖4所示，相互交錯(cuò)的行具有相互交錯(cuò)的水平和垂直極化。水平極化區(qū)為陰影區(qū)。這樣就將沿圖3所示的到點(diǎn)SVZ路徑上的干擾減小了10dB，原因是最強(qiáng)干擾站采用與服務(wù)站交叉極化的信號(hào)。對(duì)點(diǎn)W和Y的干擾沒有變化，原因是它們的服務(wù)站和干擾站采用的是相同的極化。在有限制的區(qū)域內(nèi)設(shè)立基站網(wǎng)時(shí)，可避免出現(xiàn)特別差的信號(hào)/干擾比的路徑。例如，如果覆蓋的區(qū)域?yàn)橐华M長(zhǎng)區(qū)域，應(yīng)采用兩行極化沿每行交錯(cuò)的基站。這樣就不會(huì)出現(xiàn)由第三行基站引起的沿到點(diǎn)V和Z的路徑上的不良信號(hào)/干擾比。因極化的衰減作用也避免出現(xiàn)點(diǎn)S、W和Y的情況。另一個(gè)是覆蓋區(qū)域較小而需要很少基站的例子。如圖4中所示，在該例規(guī)劃的區(qū)域內(nèi)，通過選用8個(gè)基站利用適當(dāng)?shù)臉O化安排，使得在所選規(guī)劃區(qū)域內(nèi)避免出現(xiàn)點(diǎn)U和Y的干擾情況以避免出現(xiàn)最壞信噪比。如圖4中所示，在該例的規(guī)劃區(qū)域內(nèi)，兩個(gè)基站采用與其所在行極化相交叉的極化。在圖4中，這兩個(gè)基站以斜陰影線表示。通過采用交叉極化，改善了信號(hào)/干擾比，使最壞情況下的該比值約為26dB(到點(diǎn)Y路徑)，并且避免出現(xiàn)許多不可接受的路徑(信號(hào)/干擾比小于30dB的路徑)。除圖4中所示的本例子之外，應(yīng)根據(jù)避免出現(xiàn)不良通信的原則，來選擇和使用較大國(guó)家網(wǎng)內(nèi)的許多其它規(guī)劃區(qū)域。權(quán)利要求1.一種蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，它包含間隔設(shè)置的基站，每個(gè)所述基站具有三個(gè)用于向/從用戶單元傳送和接收信號(hào)的天線，在這些天線間分配八個(gè)頻率組，使得基本上每個(gè)頻率組被平均復(fù)用在至少每八個(gè)基站中的三個(gè)基站上。2.如權(quán)利要求1所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，其中每個(gè)基站的三個(gè)天線的方位朝向相互之間的間隔約為120°。3.如權(quán)利要求1或2所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，其中各基站與它的6個(gè)最近基站等距離間隔開，且位于交錯(cuò)平行的第一和第二行中，使得第一行的各天線指向0°、120°和240°的方位角，第二行的各天線指向60°、180°和300°的方位角。4.如權(quán)利要求3所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，其中方位角的轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針，且正北方向?yàn)?°。5.如前面各權(quán)利要求所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，其中第一基站的天線與朝向和該天線朝向相反的相鄰行相鄰基站的天線采用相同的頻率組。6.如前面各權(quán)利要求所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，其中按照下列規(guī)則分配頻率組給一個(gè)基站上各天線分配的頻率組互不相同。7.如前面各權(quán)利要求所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，其中按照下列規(guī)則分配頻率組給沿一行中各第6個(gè)基站的各相應(yīng)天線分配相同的頻率組。8.如前面各權(quán)利要求所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，其中按照下列規(guī)則分配頻率組給沿一列中各第24個(gè)基站的各相應(yīng)天線分配相同的頻率組。9.如前面各權(quán)利要求所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，其中按照下列規(guī)則分配頻率組沿一行給在該行上具有0°或180°方位角的相同朝向的各天線分配交錯(cuò)的頻率組，并且給在該行中具有其他朝向的天線分配其他的頻率組，使得在相鄰天線的覆蓋區(qū)域不重復(fù)使用這些頻率組。10.如前面各權(quán)利要求9所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，其中在列i、行n的基站上采用頻率組f1，f3，f4；在列i+1、行n的基站上采用頻率組f2，f5，f3；在列i+2、行n的基站上采用頻率組f1，f4，f5。11.如前面各權(quán)利要求所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，其中按照下列規(guī)則分配頻率組在列i+2、行n+2基站的頻率組與在列i、行n基站的頻率組相對(duì)應(yīng)，但選擇的頻率組為fi+2，n+2＝fi，n3其中f為在列i、行n上基站的某個(gè)扇形區(qū)的頻率組，fi+2，n+2為在列i、行n上基站的相應(yīng)扇形區(qū)的頻率組，以及表示進(jìn)制為8的循環(huán)加法。12.如前面各權(quán)利要求所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，其中該網(wǎng)絡(luò)中各基站的天線為120°束寬的定向天線。13.如權(quán)利要求1至11之一所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，其中該網(wǎng)絡(luò)中各基站的天線為小于120°束寬的定向天線。14.如權(quán)利要求13所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，其中所述天線的束寬在60°到85°的范圍內(nèi)。15.如前面各權(quán)利要求所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，包括具有為避免出現(xiàn)不良通信路徑而分配的頻率組的基站選擇。16.如權(quán)利要求15所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，其中為避免出現(xiàn)不良通信路徑，在該網(wǎng)絡(luò)中交錯(cuò)排列的基站行采用基本上交錯(cuò)的信號(hào)極化。17.如權(quán)利要求15或16所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，其中為避免出現(xiàn)選擇不良通信路徑，選擇的基站具有與同行中其他成員不同的極化。18.如前面各權(quán)利要求所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，其中所述用戶單元具有定向天線。19.如權(quán)利要求18所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，其中用戶單元的該或各天線的取向和位置是固定的。20.如前面各權(quán)利要求所述的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)，其中頻率組可以是某個(gè)頻率、某段頻率范圍或若干選定的頻率。21.一種在蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)中分配頻率組的方法，在該蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò)中包含間隔設(shè)置的基站，每個(gè)所述基站具有三個(gè)用于向/從用戶單元傳送和接收信號(hào)的天線，通過該方法在這些天線間分配八個(gè)頻率組，使得每個(gè)頻率組被平均復(fù)用在每八個(gè)基站中的三個(gè)基站上。22.如權(quán)利要求21所述的頻率組分配方法，其中按照下列的某個(gè)、部分或全部規(guī)則來分配頻率組(a)給一個(gè)基站上各天線分配的頻率組互不相同；(b)給沿一行中各第6個(gè)基站的相應(yīng)天線分配相同的頻率組；(c)給沿一列中各第24個(gè)基站的相應(yīng)天線分配相同的頻率組。(d)沿一行給在該行上具有0°或180°方位角的相同朝向的各天線分配交錯(cuò)的頻率組，并且給在該行中具有其他朝向的天線分配其他的頻率組，使得在相鄰天線的覆蓋區(qū)域不重復(fù)使用這些頻率組；以及(e)在列i+2、行n+2基站的頻率組與在列i、行n基站的頻率組相應(yīng)，但選擇的頻率組為fi+2，n+2＝fi，n3其中f為在列i、行n上基站的某個(gè)扇形區(qū)的頻率組，fi+2，n+2為在列i、行n上基站的相應(yīng)扇形區(qū)的頻率組，表示進(jìn)制為8的循環(huán)加法。23.如權(quán)利要求22所述的頻率組分配方法，其中采用規(guī)則(d)使得在列i、行n的基站上采用頻率組f1，f3，f4；在列i+1、行n的基站上采用頻率組f2，f5，f3；在列i+2、行n的基站上采用頻率組f1，f4，f5。全文摘要一種包含間隔設(shè)置基站的蜂窩式電信網(wǎng)絡(luò),每個(gè)基站具有三個(gè)用于向/從用戶單元傳送和接收信號(hào)的天線,在這些天線間分配八個(gè)頻率組,使得每個(gè)頻率組被平均復(fù)用在每八個(gè)基站中的三個(gè)基站上。文檔編號(hào)H04W16/12GK1181867SQ96193368公開日1998年5月13日申請(qǐng)日期1996年4月19日優(yōu)先權(quán)日1995年4月28日發(fā)明者伊恩·R·布羅迪申請(qǐng)人:艾奧尼卡國(guó)際有限公司