專利名稱：無線通信系統(tǒng)中可縮放扇區(qū)的廣域網(wǎng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電通信，更具體地說，涉及包括無線電通信系統(tǒng)覆蓋區(qū)域的一個或多個扇區(qū)的可縮放的廣域網(wǎng)。
本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)今，大部分無線電通信傳送采取用表達在通信鏈路上傳送的信息的數(shù)字數(shù)據(jù)編碼的信息載波的形式。在鏈路上傳送的信息往往可以包括，例如，聲頻或視頻信息以及用于特定應(yīng)用的文本信息或原始數(shù)據(jù)。
近年來隨著因特網(wǎng)和其它形式的數(shù)據(jù)通信日益增加，全世界的數(shù)據(jù)通信量呈指數(shù)增長。對數(shù)據(jù)通信日益增加的需求本質(zhì)上已超過現(xiàn)有系統(tǒng)的容量，因此需要容量更大的通信系統(tǒng)。通信鏈路的容量通常指的是單位時間內(nèi)能夠在鏈路上可靠地傳送的數(shù)據(jù)量，并且通常是以每秒鐘傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位(bps)為單位度量的。
無線電通信系統(tǒng)被認定是用戶互相聯(lián)系的有效方法。無線電通信系統(tǒng)可能是優(yōu)選的，在諸如交通擁擠的市區(qū)、遙遠的農(nóng)村或者地形復(fù)雜在那里鋪設(shè)電纜或光纖變得困難和/或成本高得驚人的地區(qū)之類的地理位置尤為如此。無線電系統(tǒng)在遍及覆蓋區(qū)域的“開放空間”中發(fā)射數(shù)據(jù)載波，而不是在諸如金屬絲導(dǎo)體或光纜之類物理上“有形的”通信鏈路上傳送關(guān)于數(shù)據(jù)載波的信息。在無線電系統(tǒng)中通信鏈路通?？梢杂脭?shù)據(jù)載波的輻射輪廓來定義。但是，許多被提議的無線電通信系統(tǒng)在容量和適應(yīng)性方面是有限的。
在無線電通信系統(tǒng)中輻射的數(shù)據(jù)載波往往是在指定的頻譜范圍內(nèi)為給定的通信鏈路預(yù)定帶寬和載波頻率的頻道。一些被提議用來增加無線電通信系統(tǒng)容量的解決方案以利用在覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)允許頻譜在多重扇區(qū)當(dāng)中重復(fù)使用的分扇區(qū)天線系統(tǒng)的單點對多點配置為目標。通過把覆蓋區(qū)域分成許多扇區(qū)和在一些扇區(qū)中重復(fù)使用一個或多個頻道，被重復(fù)使用的頻道傳遞數(shù)據(jù)的能力本質(zhì)上被乘以使用該頻道的扇區(qū)數(shù)。
因此，頻率的重復(fù)使用可以增加給定的“頻段”傳遞數(shù)據(jù)的能力。但是，頻率的重復(fù)使用如同前面描述的那樣通常要求在覆蓋區(qū)域的扇區(qū)之間充分的隔離，以相對地保證無錯誤的數(shù)據(jù)傳送。因此，頻率的重復(fù)使用以及因此增加的容量可能是以增加扇區(qū)之間的隔離為代價實現(xiàn)的。這種增加扇區(qū)隔離的要求可能針對可靠而且有效的無線電通信系統(tǒng)設(shè)計提出幾個工程問題。
一些被提議的無線電通信系統(tǒng)已經(jīng)采用“極化分集”技術(shù)，其中在覆蓋區(qū)域內(nèi)鄰近的扇區(qū)使用同一頻道，但是在正交的極化狀態(tài)下。例如，在一個扇區(qū)中，一個或多個頻道可能是采用水平極化發(fā)射和接收的，但在鄰近的扇區(qū)中，同一頻道將是采用垂直極化發(fā)射和接收的，反之亦然。其它的無線電通信系統(tǒng)在鄰近的扇區(qū)中采用極化分集與不同的頻道相結(jié)合，同時還在不相鄰的扇區(qū)中采用許多不同的頻率復(fù)用計劃。一般來說，兩種途徑往往由于關(guān)于分扇區(qū)天線系統(tǒng)的設(shè)計制約(它限制天線系統(tǒng)的性能，尤其是有關(guān)扇區(qū)之間的干擾)只獲得有限的成功。如同前面討論的那樣，扇區(qū)之間不符合要求的干擾量限制這樣的無線電通信系統(tǒng)傳遞數(shù)據(jù)的能力。
無線電通信系統(tǒng)設(shè)計中的一個考慮是用戶的“拓撲分布”；即，系統(tǒng)為之提供服務(wù)的用戶的位置、密度和總體分布。遍及無線電通信系統(tǒng)的天線或天線系統(tǒng)周圍的覆蓋區(qū)域，大量的用戶可能散布在各種各樣的拓撲分布中。例如，在一部分覆蓋區(qū)域中幾個用戶的位置可能靠得很近，在另一部分覆蓋區(qū)域中，其它的用戶可能是更稀疏地散布的。此外，不同的用戶可能相對于天線或天線系統(tǒng)處在不同的高度上而且處在距天線或天線系統(tǒng)不同的徑向距離上。
本發(fā)明的概述本發(fā)明的一個實施方案的目的是包括用來傳送給和來自覆蓋區(qū)域的眾多扇區(qū)中每個扇區(qū)的信息的基站的無線電通信系統(tǒng)?；局辽僭诒姸嗌葏^(qū)中的第一扇區(qū)和第二扇區(qū)中發(fā)射同樣的信息。
本發(fā)明的另一個實施方案的目的是在覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)接收至少來自第一扇區(qū)和第二扇區(qū)的輻射的無線電通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括接收來自第一扇區(qū)的輻射并且輸出第一信號的第一接收器和接收來自第二扇區(qū)的輻射并且輸出第二信號的第二接收器。該系統(tǒng)還包括至少一個至少與第一接收器和第二接收器耦合把第一和第二信號組合成組合信號的組合器，以及至少與一個組合器耦合將組合信號解調(diào)的解調(diào)器。
本發(fā)明的第三個實施方案的目的是至少包括各自接收傳遞信息的輻射的第一和第二接收器的無線電通信系統(tǒng)。第一接收器接收第一上游信息，第二接收器接收第二上游信息。該系統(tǒng)還包括至少一個至少與第一和第二接收器耦合將至少來自第一和第二接收器的第一和第二上游信息兩者解調(diào)的解調(diào)器。
本發(fā)明的第四個實施方案的目的是一種無線電通信方法，該方法包括如下舉動接收來自覆蓋區(qū)域的第一扇區(qū)的編碼的第一上游信息、接收來自覆蓋區(qū)域的第二扇區(qū)的編碼的第二上游信息、把編碼的第一上游信息和編碼的第二上游信息組合成組合上游信息和將組合上游信息解碼。
本發(fā)明的第五個實施方案的目的是至少包括第一和第二發(fā)射器至少分別發(fā)射傳遞覆蓋區(qū)域中的下游信息的第一和第二輻射的無線電通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)還包括至少一個至少與第一和第二發(fā)射器兩者耦合把下游信息至少提供給第一和第二發(fā)射器的調(diào)節(jié)器。
本發(fā)明的第六個實施方案的目的是一種無線電通信方法，該方法包括如下舉動給在至少一個信息載波上的下游信息編碼并且在覆蓋區(qū)域的至少兩個扇區(qū)中發(fā)射該編碼的下游信息。
本發(fā)明的第七個實施方案的目的是一種無線電通信方法，該方法包括如下舉動給下游信息信號編碼以及用至少兩個不同的載波頻率在覆蓋區(qū)域的至少兩個扇區(qū)中發(fā)射該編碼的下游信息信號。
本發(fā)明的第八個實施方案的目的是在覆蓋區(qū)域的眾多扇區(qū)中發(fā)射和接收信息的無線電通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括至少在覆蓋區(qū)域的第一和第二扇區(qū)中發(fā)射和接收傳遞信息的輻射的分扇區(qū)天線系統(tǒng)、至少兩個收發(fā)器、以及至少一個調(diào)制解調(diào)器。所述的至少兩個收發(fā)器包括第一收發(fā)器和第二收發(fā)器，每個收發(fā)器都與分扇區(qū)天線系統(tǒng)耦合并且分別與覆蓋區(qū)域的第一和第二扇區(qū)相關(guān)聯(lián)。第一收發(fā)器把第一下游信號傳送到分扇區(qū)天線系統(tǒng)并且接收來自分扇區(qū)天線系統(tǒng)的第一上游信號。第一下游信號傳遞打算用天線系統(tǒng)發(fā)射給第一扇區(qū)的第一下游信息，第一上游信號傳遞天線系統(tǒng)從第一扇區(qū)收到的第一上游信息。第二收發(fā)器把第二下游信號傳送給分扇區(qū)天線系統(tǒng)并且接收來自分扇區(qū)天線系統(tǒng)的第二上游信號。第二下游信號傳遞打算用天線系統(tǒng)發(fā)射給第二扇區(qū)的第二下游信息，第二上游信號傳遞用天線系統(tǒng)從第二扇區(qū)收到的第二上游信息。至少一個調(diào)制解調(diào)器至少與第一收發(fā)器和第二收發(fā)器兩者耦合并且把第一下游信息至少提供給第一收發(fā)器、把第二下游信息至少提供給第二收發(fā)器。至少一個調(diào)制解調(diào)器還接收至少來自第一收發(fā)器的第一上游信息和至少來自第二收發(fā)器的第二上游信息。
本發(fā)明的第九個實施方案的目的是至少在覆蓋區(qū)域的第一和第二扇區(qū)中發(fā)射和接收信息的方法。該方法包括下述舉動用第一下游載波頻率把傳遞第一下游信息的第一下游信號發(fā)射給第一扇區(qū)，用第二下游載波頻率把也傳遞第一下游信息的第二下游信號發(fā)射給第二扇區(qū)，接收來自第一扇區(qū)傳遞第一上游信息的第一上游信號，以及接收來自第二扇區(qū)傳遞第二上游信息的第二上游信號。
本發(fā)明的第十個實施方案的目的是包括至少兩個收發(fā)器和至少一個與所述的至少兩個收發(fā)器耦合的調(diào)制解調(diào)器的無線電通信系統(tǒng)，其中所述的至少兩個收發(fā)器的第一數(shù)目大于所述的至少一個調(diào)制解調(diào)器的第二數(shù)目。
本發(fā)明的第十一實施方案的目的是在具有眾多扇區(qū)的覆蓋區(qū)域中轉(zhuǎn)移信息的無線電通信方法，每個扇區(qū)與在該扇區(qū)中發(fā)射的傳遞用于該扇區(qū)的下游信息的至少一個相應(yīng)的輻射圖相關(guān)聯(lián)。該方法包括下述舉動至少部分地根據(jù)至少在一部分覆蓋區(qū)域中的至少一個用戶的容量要求和拓撲分布選擇在眾多扇區(qū)中發(fā)射同一下游信息的扇區(qū)的數(shù)目。
本發(fā)明的第十二實施方案的目的是在具有眾多扇區(qū)的覆蓋區(qū)域中轉(zhuǎn)移信息的無線電通信方法，每個扇區(qū)都與在該扇區(qū)中發(fā)射的傳遞用于該扇區(qū)的各個上游信息的至少一個相應(yīng)的輻射圖相關(guān)聯(lián)，該方法包括下述舉動至少部分地根據(jù)在至少一部分覆蓋區(qū)域中的至少一個用戶的容量要求和拓撲分布選擇眾多扇區(qū)中依據(jù)它們把各個上游信息組合起來提供組合上游信息的扇區(qū)的數(shù)目。
附圖簡要說明這些附圖不傾向于按比例繪制。在這些附圖中，用不同的附圖予以圖解說明的每個同樣的或幾乎同樣的部件都用同樣的數(shù)字表示。為了清楚起見，并非所有的部件在所有的附圖中都予以標注。在這些附圖中

圖1A和圖1B是依照本發(fā)明的一個實施方案的無線電通信系統(tǒng)的圖表；圖1C是圖1A和圖1B所示的依照本發(fā)明的一個實施方案的無線電通信系統(tǒng)的更詳細的方框圖；圖2是比較圖1C所示的通信系統(tǒng)中可能使用的幾種不同的數(shù)據(jù)載波調(diào)制/解調(diào)技術(shù)的圖表；圖3是圖1C所示的依照本發(fā)明的一個實施方案的無線電通信系統(tǒng)的固定用戶站的圖表；
圖4是圖1C所示的無線電通信系統(tǒng)的更詳細的圖表，它依照本發(fā)明的一個實施方案圖解說明分扇區(qū)的覆蓋區(qū)域；圖5是圖4所示系統(tǒng)的基站的示意圖，它依照本發(fā)明的一個實施方案圖解說明基于透鏡的分扇區(qū)天線系統(tǒng)一個實例；圖5A是依照本發(fā)明的一個實施方案展示圖4所示系統(tǒng)的基站的基于透鏡的分扇區(qū)天線系統(tǒng)的另一個實例的圖表；圖6是依照本發(fā)明的一個實施方案展示在360°覆蓋區(qū)域中用于圖5所示分扇區(qū)天線系統(tǒng)的頻率復(fù)用計劃的實例的圖表；圖7是展示圖4所示系統(tǒng)的一條通信鏈路的實例的圖表；圖8是依照本發(fā)明的一個實施方案展示用于覆蓋區(qū)域的一個扇區(qū)的天線輻射圖的實例的圖表；圖9和圖10是展示用于覆蓋區(qū)域的三個鄰近的扇區(qū)的類似于圖8的方向圖的天線輻射圖的主波瓣的圖表，它將兩種不同的扇區(qū)寬度進行比較；圖11是類似于圖9和圖10的圖表，它展示就給定的扇區(qū)寬度而言在覆蓋區(qū)域的一個扇區(qū)內(nèi)所需信號水平的變化；圖12是展示覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)扇區(qū)分布實例的圖表，它疊加在圖8所示輻射圖的曲線上；圖13是如同在圖8中那樣展示兩個分別與覆蓋區(qū)域的兩個不同的扇區(qū)相關(guān)聯(lián)的相同的輻射圖的圖表；
圖14是圖12的圖表，它還展示在每個扇區(qū)中歸因于圖8所示輻射圖的最大信號水平和平均信號水平的曲線；圖15是流程圖，它圖解說明依照本發(fā)明的一個實施方案在覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)確定最佳的扇區(qū)分布的方法的各個步驟；圖16是展示用于圖5所示基站的收發(fā)器的可仿效的設(shè)計參數(shù)的圖表圖17是展示圖3所示的用戶定向天線的可仿效的設(shè)計參數(shù)的圖表；圖18是展示用來自圖16和圖17的參數(shù)對圖7所示的下游通信鏈路進行鏈路預(yù)算分析的實例的圖表。
圖19是依照本發(fā)明的一個實施方案就圖4所示系統(tǒng)展示覆蓋區(qū)域的實例的圖表，其中至少兩個扇區(qū)具有不同的覆蓋半徑；圖20A和圖20B是依照本發(fā)明的一個實施方案展示覆蓋區(qū)域的扇區(qū)數(shù)目不同的可縮放的廣域網(wǎng)的實例的圖表。
本發(fā)明的詳細說明在一個實施方案中，依照本發(fā)明的無線電通信系統(tǒng)使用位于基站的分扇區(qū)天線系統(tǒng)傳送分散在分扇區(qū)的覆蓋區(qū)域上的一個或多個遠程“固定的用戶站”之間的數(shù)據(jù)。每個用戶站都具有固定的位置并且能夠為一個或多個終端用戶服務(wù)。本發(fā)明的系統(tǒng)在用于覆蓋區(qū)域的每個扇區(qū)的一個或多個獨立的雙向?qū)拵o線電通信鏈路上把數(shù)據(jù)發(fā)射給固定的用戶站并且接收來自固定的用戶站的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)通過在這些扇區(qū)當(dāng)中重復(fù)使用一個或多個信道增加在無線電通信鏈路上使用的任何數(shù)據(jù)載波的容量或頻道。此外，在一個實施方案中，該系統(tǒng)能夠在每個扇區(qū)中利用同樣的極化同時發(fā)射所有獨立的雙向無線電鏈路的數(shù)據(jù)載波。
在一個實施方案中，本發(fā)明的無線電通信系統(tǒng)還包括把分扇區(qū)的天線系統(tǒng)接到外部的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的轉(zhuǎn)接基礎(chǔ)設(shè)施。轉(zhuǎn)接基礎(chǔ)設(shè)施通過分扇區(qū)的天線系統(tǒng)在外部的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和固定的用戶站之間或在兩個或多個固定的用戶站之間傳輸數(shù)據(jù)。天線系統(tǒng)用工作頻率范圍不同于天線系統(tǒng)和固定的用戶站之間的雙向?qū)拵o線電通信鏈路的內(nèi)部通信鏈路與轉(zhuǎn)接基礎(chǔ)設(shè)施耦合。
在一個實施方案中，接到本發(fā)明的無線電通信系統(tǒng)上的外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)可以是局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)，具體地說可以是以太網(wǎng)或諸如因特網(wǎng)之類的包交換數(shù)據(jù)網(wǎng)，或使用因特網(wǎng)協(xié)議或其它數(shù)據(jù)協(xié)議的電話基礎(chǔ)設(shè)施。此外，依照本發(fā)明，一個或多個固定的用戶站本身可以是允許該系統(tǒng)與許多類似的系統(tǒng)鏈接形成無線電通信網(wǎng)絡(luò)干線的另一個基站。采用這種方式，本發(fā)明的無線電通信系統(tǒng)可以在固定的用戶站為終端用戶提供各種各樣的通信服務(wù)，例如視頻會議、電話、高速的因特網(wǎng)訪問和雙向的聲音和數(shù)據(jù)高速傳送。
本發(fā)明的無線電通信系統(tǒng)可以用各種頻譜把數(shù)據(jù)發(fā)射給固定的用戶站和接收來自固定的用戶站的數(shù)據(jù)，或者鏈接到類似的無線電通信系統(tǒng)上。尤其是，本發(fā)明的系統(tǒng)可以利用從大約2.5GHz到2.7GHz的多信道多點分布系統(tǒng)頻率(MMDS頻譜)與固定的用戶站通信，這具有幾個優(yōu)勢，因為它對電子流和其它潛在的不利環(huán)境條件是相當(dāng)健壯的。
依照本發(fā)明的又一個實施方案，無線電通信系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域的兩個或多個扇區(qū)可以被鏈接起來形成廣域網(wǎng)。在這個實施方案的一個方面中，在形成廣域網(wǎng)的扇區(qū)中信息的雙向傳送可以在每個相應(yīng)的扇區(qū)中用一個或多個不同的載波頻率來完成，其中每個扇區(qū)都與至少一個傳遞信息的輻射圖相關(guān)聯(lián)，而且形成廣域網(wǎng)的各個扇區(qū)至少共享一些相同的信息。例如，在這個實施方案的一個方面中，一個用來為信息編碼和解碼(例如，調(diào)制和解調(diào)信息載波)的基站調(diào)制解調(diào)器可以與兩個或多個無線電通信收發(fā)器耦合，其中每個收發(fā)器與不同的扇區(qū)耦合而且可以使用各自不同的載波頻率在不同的扇區(qū)中傳送信息。以這種方式，兩個或多個按不同的地理位置配置的扇區(qū)本質(zhì)上起一個廣域網(wǎng)的作用，因為多個扇區(qū)將由一個基站調(diào)制解調(diào)器提供服務(wù)。在這個實施方案的另一方面，被選定由某個特定的基站調(diào)制解調(diào)器提供服務(wù)的扇區(qū)數(shù)目至少部分地基于在至少一部分覆蓋區(qū)域中一個或多個用戶站的容量要求和拓撲分布。
依照本發(fā)明，關(guān)于分扇區(qū)的多模天線系統(tǒng)的各種概念以及這種通信系統(tǒng)的實施方案更詳細地描述如下。人們應(yīng)該理解，本發(fā)明的各個方面如同前面和下面進一步討論的那樣當(dāng)本發(fā)明不局限于任何特定的實現(xiàn)方式時可以用眾多途徑中的任何一種予以實現(xiàn)。特定裝置的實例僅僅是為了說明的目的提供的。
圖1A和圖1B是依照本發(fā)明的一個實施方案的無線電通信系統(tǒng)的圖表。圖1A和圖1B所示系統(tǒng)包括一個或多個固定用戶站20、基站22和網(wǎng)絡(luò)操作中心(NOC)40。固定用戶站20的位置是固定的，而且通常位于遠離基站22的地方，例如在不超過大約30英里的遠處。網(wǎng)絡(luò)操作中心40也可以位于遠離基站22的地方。例如，基站22可能位于屋頂或塔頂上，而網(wǎng)絡(luò)操作中心40可能位于基站22下面的建筑物內(nèi)部，如圖1B所示。同樣，基站22可能位于山頂，而網(wǎng)絡(luò)操作中心40可能位于比較低的高度上，如圖1A所示。一般來說，基站22可以被置于實質(zhì)上比網(wǎng)絡(luò)操作中心40高的高度上，而且可以與網(wǎng)絡(luò)操作中心40隔開一段距離，例如，不超過大約500英尺。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，基站22對于固定的用戶站20有實質(zhì)上清晰的視線，但是其它的實施方案可能不需要這樣而且可能至少慮及在基站22和固定的用戶站20之間部分地受阻隔的視線。如同在圖1A和圖1B中展示的那樣，基站22在一個或多個雙向?qū)拵o線電通信鏈路26上把數(shù)據(jù)發(fā)射給固定用戶站20并且接收來自固定用戶站20的數(shù)據(jù)，而且在內(nèi)部通信鏈路34上把數(shù)據(jù)發(fā)射給網(wǎng)絡(luò)操作中心40并且接收來自網(wǎng)絡(luò)操作中心40的數(shù)據(jù)。
圖1C是用圖1A和圖1B展示的依照本發(fā)明的一個實施方案的無線電通信系統(tǒng)的更詳細的方框圖。在圖1C的所示的系統(tǒng)中，基站22包括通過它在一個或多個雙向?qū)拵o線電通信鏈路26上使用第一頻段內(nèi)的一個或多個數(shù)據(jù)載波28和30與固定用戶站20相互傳送數(shù)據(jù)的第一通信口24。基站22還包括通過它在內(nèi)部通信鏈路34上使用第二頻段內(nèi)的一個或多個數(shù)據(jù)載波36和38傳送數(shù)據(jù)的第二通信口32。
頻率范圍適合于雙向?qū)拵o線電通信鏈路26的數(shù)據(jù)載波的頻段實例包括但不限于從2.15GHz到2.156GHz的多點分布服務(wù)(MDS)頻譜、從2.5GHz到2.686GHz的多信道多點分布服務(wù)(MMDS)頻譜、在大約2.3GHz帶寬30兆赫的無線電通信服務(wù)(WCS)頻譜、從5GHz到6GHz的國家信息基礎(chǔ)設(shè)施(NII)頻譜以及28GHz附近的本地多點分布服務(wù)(LMDS)頻譜。一般來說，雙向?qū)拵o線電通信鏈路26可以使用在大約1GHz到40GHz的頻率范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)載波，包括目前可能或不可能得到發(fā)展或得到美國通信委員會(FCC)許可的頻譜。
在圖1A-C所示系統(tǒng)的優(yōu)選實施方案中，內(nèi)部通信鏈路34的頻率范圍不同于無線電通信鏈路26的頻率范圍。例如，無線電通信鏈路26可以優(yōu)選使用被分成大約30個頻道，每個頻道有大約6MHz帶寬的從2.5GHz到2.7GHz的MMDS頻譜。反之，內(nèi)部通信鏈路34可以使用包括通常用于公眾和電纜電視廣播的頻率的從大約10兆赫到1000兆赫的頻譜。此外，除了用MMDS頻譜與一個或多個固定的用戶站通信之外，無線電通信鏈路26可以使用從12GHz鄰近到18GHz的譜帶作為無線通信“干線”網(wǎng)絡(luò)的一部分與一個或多個其它的基站(未示出)通信，而內(nèi)部通信鏈路34可以使用頻率在大約103GHz到108GHz范圍內(nèi)的光學(xué)數(shù)據(jù)載波。
依據(jù)前面的描述，人們應(yīng)該理解用于圖1A-C中展示的系統(tǒng)的雙向?qū)拵o線電通信鏈路26和內(nèi)部通信鏈路34的頻率范圍的大幅度變化適合本發(fā)明的目的。此外，各種各樣的物理媒體和通信協(xié)議都可以用于內(nèi)部通信鏈路34，部分地取決于為內(nèi)部鏈路選擇頻率范圍。例如，內(nèi)部通信鏈路34可以包括一條或多條同軸電纜、光纜、內(nèi)部的無線電通信鏈路或它們的組合。此外，內(nèi)部鏈路34的數(shù)據(jù)載波可以包括一個或多個具有適合特定應(yīng)用的帶寬的獨特的頻道，下面將予以進一步討論。
在圖1C中，網(wǎng)絡(luò)操作中心40與內(nèi)部通信鏈路34和外部通信鏈路42耦合，并且可用來在基站22和外部的通信鏈路42之間傳輸數(shù)據(jù)。圖1C還表明外部的通信鏈路42把網(wǎng)絡(luò)操作中心40耦合到“外部的”數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)48上。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)48是包交換網(wǎng)絡(luò)，例如以太網(wǎng)，并且可以是，例如，局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)、因特網(wǎng)、或使用因特網(wǎng)協(xié)議或其它數(shù)據(jù)協(xié)議的電話基礎(chǔ)設(shè)施。圖1C所示的無線電通信系統(tǒng)把一個或多個固定用戶站20耦合到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)48上以便為固定的用戶站提供多種通信服務(wù)，例如，但不限于，視頻會議、電話、高速因特網(wǎng)訪問和雙向的高速語音和數(shù)據(jù)傳送。
圖1C表明網(wǎng)絡(luò)操作中心40可以包括一個或多個與內(nèi)部通信鏈路34耦合把數(shù)據(jù)傳送給基站22并且接收來自基站22的數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)器44。網(wǎng)絡(luò)操作中心40還可以包括被耦合到外部通信鏈路42和調(diào)制解調(diào)器44上的切換設(shè)備46，以便以預(yù)定的方式把數(shù)據(jù)傳送到任何調(diào)制解調(diào)器44和接收來自任何調(diào)制解調(diào)器44的數(shù)據(jù)，或者在任何調(diào)制解調(diào)器44和外部通信鏈路42之間傳送數(shù)據(jù)。
調(diào)制解調(diào)器44用從切換設(shè)備46收到的數(shù)據(jù)對內(nèi)部通信鏈路34的一個或多個載波進行調(diào)制或“編碼”，以便把數(shù)據(jù)傳送給基站22。調(diào)制解調(diào)器44還對在內(nèi)部通信鏈路34上來自基站22數(shù)據(jù)載波實施解調(diào)或“解碼”，以便獲得或恢復(fù)隨后將由調(diào)制解調(diào)器傳送給切換設(shè)備46的數(shù)據(jù)。
各種數(shù)據(jù)載波調(diào)制和解調(diào)技術(shù)都可以供調(diào)制解調(diào)器44使用。在本發(fā)明的不同的實施方案中調(diào)制解調(diào)器44所使用的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)可以部分地基于內(nèi)部通信鏈路34所使用的物理媒體、頻率范圍和通信協(xié)議，下面將予以進一步的討論。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，每個調(diào)制解調(diào)器44都使用唯一的一對頻道作為數(shù)據(jù)載波在內(nèi)部通信鏈路34上把數(shù)據(jù)傳送給基站22和接收來自基站22的數(shù)據(jù)。
適合本發(fā)明的目的的調(diào)制解調(diào)器44所使用的調(diào)制/解調(diào)技術(shù)實例包括但不限于二進制相移鍵控(BPSK)、M進制相移鍵控、以及各種類型的正交幅度調(diào)制(QAM)，包括正交相移鍵控(QPSK或QAM-4)。多種的因素可能影響用于調(diào)制解調(diào)器44的調(diào)制/解調(diào)技術(shù)的選擇，例如，頻譜效率、健壯性(對錯誤的敏感度)和電路復(fù)雜性。這些因素下面將予以簡要的討論。
頻譜效率(ε)是數(shù)據(jù)吞吐量或容量的度量，特定的調(diào)制/解調(diào)技術(shù)能支持特定的頻道帶寬，并且是以比特/秒/赫茲為單位用下式給出的ϵ=CBW,---(1)]]>其中C是數(shù)據(jù)傳輸率即頻道容量，以比特/秒(bps)為單位，BW是傳遞數(shù)據(jù)的頻道帶寬，以赫茲為單位。每種特定的調(diào)制/解調(diào)技術(shù)都有相關(guān)聯(lián)的頻譜效率ε，而且一旦調(diào)制/解調(diào)技術(shù)被選定，給定頻道的有效帶寬BW就將確定頻道容量。頻道的有效帶寬通常是該頻道使用的信號頻譜形狀的函數(shù)；理論上帶寬最大的頻道可以用矩形譜表示，更通用的頻道形狀的實例可以用余弦平方譜給出。
健壯性指的是調(diào)制解調(diào)器在可靠地發(fā)射或接收數(shù)據(jù)載波并且確保相對無錯誤的數(shù)據(jù)傳送的同時能忍受的外來干擾即“噪聲”(例如，附加的白噪聲或高斯噪聲、短暫的噪聲脈沖和來自其它頻道的干擾)。在給定的頻道中噪聲功率通常是相對于頻道中某種需要的信號功率進行測量的并且通常被表示成以相對功率即分貝(dB)為單位的信噪比(SNR)。
用于調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制/解調(diào)技術(shù)的特定的選擇通常涉及頻譜效率、健壯性和電路復(fù)雜性之間的折中，一般來說，頻譜效率越高的調(diào)制/解調(diào)技術(shù)健壯性就比較低并且需要更復(fù)雜的電路。圖2展示將不同的調(diào)制/解調(diào)技術(shù)實例的頻譜效率ε(bps/Hz)與所需要的相應(yīng)的SNR進行比較的表格。從圖2可以看到頻譜效率ε比較高的調(diào)制/解調(diào)技術(shù)對給定的頻道有更嚴格的SNR需求。圖2還根據(jù)6兆赫的余弦平方譜信道帶寬BW以兆位/秒(Mbps)為單位給出不同的調(diào)制/解調(diào)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸率即信道容量。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，圖1C所示系統(tǒng)的每個調(diào)制解調(diào)器44都使用QAM-4調(diào)制/解調(diào)技術(shù)把把數(shù)據(jù)傳送給基站22和接收來自基站22的數(shù)據(jù)，但是其它的實施方案可以在單一的調(diào)制解調(diào)器中使用其它的調(diào)制/解調(diào)技術(shù)以及不同的發(fā)射和接收技術(shù)。從圖2可以看到選擇QAM-4調(diào)制/解調(diào)技術(shù)要求每個頻道的理論信噪比大約為14分貝或更高，以確保數(shù)據(jù)出錯率為10E-6符號/秒。
盡管理論上的SNR需求可以作為適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)方針，但是在實踐中依照本發(fā)明的一個實施方案用于無線電通信系統(tǒng)的更保守的工程設(shè)計規(guī)范將包括大約10dB或更高的“噪聲極限”，因此把每個頻道實際需要的SNR帶到大約24dB或更高。在系統(tǒng)設(shè)計中可能把噪聲或干擾貢獻給頻道并因此影響用每個頻道需要的理論或?qū)嶋HSNR規(guī)定的總“噪聲預(yù)算”的一些方面將在下面結(jié)合圖7予以進一步討論。應(yīng)該理解作為選擇特定的調(diào)制/解調(diào)技術(shù)的結(jié)果可能包括也可能不包括噪聲極限的每個調(diào)制解調(diào)器44所需要的SNR依照本發(fā)明的一個實施方案將作為無線電通信系統(tǒng)的最佳設(shè)計的出發(fā)點。
再一次參照圖1C，在本發(fā)明優(yōu)選實施方案中，每個調(diào)制解調(diào)器都在作為內(nèi)部通信鏈路34的一個或多個同軸電纜上使用唯一的一對6兆赫帶寬的QAM-4頻道。這對頻道之一被用于發(fā)射數(shù)據(jù)，這對頻道中的另一個頻道被用于接收數(shù)據(jù)。因此，按照圖2，每個頻道的容量不超過大約10Mbps。頻道的6兆赫帶寬是基于為無線電通信鏈路26優(yōu)先選擇MMDS頻譜，其中MMDS頻譜被分成大約30個6兆赫的頻道。但是，應(yīng)該理解頻道帶寬的其它選擇在本發(fā)明的其它實施方案中是可能的，而且調(diào)制解調(diào)器44所使用的調(diào)制/解調(diào)技術(shù)規(guī)定的頻譜效率可以被用來確定與給定的帶寬相關(guān)的頻道容量，如同公式(1)給出的那樣。此外，在一個實施方案中，如果為任何頻道選定了頻道帶寬，則該帶寬在系統(tǒng)正常操作期間可以保持固定不變，盡管其它的實施方案或許不需要這樣。
此外，在優(yōu)選的實施方案中，內(nèi)部通信鏈路34把大體上對應(yīng)于公眾或電纜電視廣播頻率的中頻(IF)范圍用于唯一的一對與每個調(diào)制解調(diào)器44相關(guān)聯(lián)的頻道，其中一個頻道優(yōu)選具有大約10-40兆赫的載波頻率，另一個頻道優(yōu)選具有大約100-1000兆赫的載波頻率。在內(nèi)部通信鏈路34上使用較低的信道載波頻率使基站22和網(wǎng)絡(luò)操作中心40之間的有意義的分離變成可能，而且用于鏈路34的在一個或多個同軸電纜中沒有可感知的信號損失。因此，基站22可以被置于高建筑物的屋頂或塔頂上，而網(wǎng)絡(luò)操作中心40可以被置于地面建筑物中或比較低的地面上，如同前面討論的那樣。
在其它的實施方案中，內(nèi)部通信鏈路34可以在除了或代替一個或多個同軸電纜(之外)的多種物理媒體上使用多種頻率范圍的數(shù)據(jù)載波；例如，鏈路34可以使用一條或多條光學(xué)纖維和/或無線電鏈路。每個調(diào)制解調(diào)器44還可以包括適當(dāng)?shù)逆溌方涌?5，以適應(yīng)用于內(nèi)部通信鏈路34的頻率范圍。適合本發(fā)明的目的的鏈路接口的實例包括但不限于可以集成在調(diào)制解調(diào)器44中或作為分立元件與調(diào)制解調(diào)器44耦合的中頻(IF)、射頻(RF)或光學(xué)頻率的收發(fā)器。
再一次參照圖1C，網(wǎng)絡(luò)操作中心40的切換設(shè)備46可以在兩個或多個固定的用戶站20之間或者在任何固定的用戶站20和外部的通信鏈路42之間傳輸數(shù)據(jù)。具體地說，切換設(shè)備46把數(shù)據(jù)傳送給單一的調(diào)制解調(diào)器44并且接收來自單一的調(diào)制解調(diào)器44的數(shù)據(jù)，或者在兩個或多個調(diào)制解調(diào)器44之間或在任何調(diào)制解調(diào)器的44和外部的通信鏈路42之間以預(yù)定的方式傳送數(shù)據(jù)。適合本發(fā)明的目的的切換設(shè)備46的實例包括但不限于高速以太網(wǎng)開關(guān)、異步傳送方公式(ATM)開關(guān)和數(shù)據(jù)路由器。
圖1C還表明外部的通信鏈路42被耦合到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)48上，該數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)可以是諸如包交換數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之類的網(wǎng)絡(luò)。在包交換數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，源地址和目的地址通常被包括在數(shù)據(jù)“包”中。切換設(shè)備46優(yōu)選被這樣構(gòu)成和安排，以致指導(dǎo)數(shù)據(jù)如同通過每個數(shù)據(jù)包的源地址和目的地址確定的那樣以數(shù)據(jù)包的形式在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)48和適當(dāng)?shù)墓潭ㄓ脩粽?0之間或者在兩個或多個固定的用戶站20之間傳送。采用這種方式，一個或多個固定的用戶站20借助數(shù)據(jù)包通過切換設(shè)備46相互通信以及與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)48通信。
圖1C還表明網(wǎng)絡(luò)操作中心40可以包括處理器43和存儲單元47。例如，處理器43可以是一個或多個用來協(xié)調(diào)調(diào)制解調(diào)器44、切換設(shè)備46和存儲單元47的活動的計算機，下面將予以進一步討論。
存儲單元47可以被用來儲存任何通過切換設(shè)備46傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。存儲單元47可以包括各種形式的存儲器或大容量數(shù)據(jù)存儲器，包括一個或多個傳統(tǒng)的硬盤驅(qū)動器、光學(xué)存儲媒體、集成電路存儲器或上述存儲器的任何組合。存儲單元47可以被用于為一個或多個固定的用戶站提供“數(shù)據(jù)保管”服務(wù)。例如，網(wǎng)絡(luò)操作中心40可以在規(guī)定的時間周期內(nèi)利用存儲單元47把收到的來自一個或多個固定的用戶站20的數(shù)據(jù)存檔，然后隨時應(yīng)一個或多個相同或不同的固定用戶站的請求將一些或全部存檔數(shù)據(jù)返還。
在圖1C所示的無線電通信系統(tǒng)中，基站22的第一通信口24可以包括用來發(fā)射和接收在寬帶無線電通信鏈路26上傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)載波28和30的天線系統(tǒng)24。此外，基站22的第二通信口32可以包括一個或多個與內(nèi)部數(shù)據(jù)通信鏈路34耦合并且借助鏈路25與天線系統(tǒng)24耦合的收發(fā)器32。收發(fā)器32把天線系統(tǒng)24收到的無線電通信鏈路26的數(shù)據(jù)載波轉(zhuǎn)換成把數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)操作中心40的內(nèi)部通信鏈路34的數(shù)據(jù)載波。類似地，收發(fā)器32把在內(nèi)部通信鏈路34上收到的來自網(wǎng)絡(luò)操作中心40的數(shù)據(jù)載波轉(zhuǎn)換成天線系統(tǒng)24在無線電通信鏈路26上發(fā)射的數(shù)據(jù)載波。天線系統(tǒng)24和收發(fā)器32將在下面結(jié)合圖4和圖5予以更詳細地討論。
圖3展示依照本發(fā)明的一個實施方案的固定用戶站20的實例。在圖3中，固定的用戶站20被部署在諸如住所、辦公樓之類的結(jié)構(gòu)78中。固定的用戶站20優(yōu)選包括定向天線60，例如，可以如圖3所示借助支柱76安裝到結(jié)構(gòu)78上或者可以被固定在靠近結(jié)構(gòu)78的塔上的定向天線。定向天線60在雙向的寬帶無線電通信鏈路26上把在一個或多個數(shù)據(jù)載波30上編碼的數(shù)據(jù)發(fā)射到基站22，并且接收來自基站22的在一個或多個數(shù)據(jù)載波28上編碼的數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，定向天線60是網(wǎng)狀拋物面天線，雖然其它類型的天線可能適合其它的實施方案。但是，一般地說，定向天線60可以這樣構(gòu)成和安排，以使美學(xué)、重量和易于安裝與對用于無線電通信鏈路26的數(shù)據(jù)載波28和30的低輻射旁瓣、高增益和窄聚焦的工程要求達到平衡。這樣的工程要求如同前面結(jié)合圖2討論的那樣部分地是由調(diào)制解調(diào)器44所需要的SNR規(guī)定的。各種與天線輻射圖有關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)將在下面結(jié)合圖8-14予以更詳細地討論。天線60的定向性在兩個或多個依照本發(fā)明的無線電通信系統(tǒng)被部署在非?？拷牡胤讲⑶以谙嗲谢蛑丿B的覆蓋區(qū)域中數(shù)據(jù)載波所用頻率范圍相似的無線電通信干線網(wǎng)絡(luò)中可能是特別令人關(guān)注的。
圖3所示的固定用戶站20的定向天線60經(jīng)由鏈路62被耦合到用戶收發(fā)器64上，該收發(fā)器本身又被耦合用戶的內(nèi)部通信鏈路66上。優(yōu)選的是，用戶的內(nèi)部通信鏈路66使用在不同于無線電通信鏈路26的數(shù)據(jù)載波28和30的頻率范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)載波68和69。
圖3所示的用戶收發(fā)器64把定向天線60收到的至少一個無線電通信鏈路26的數(shù)據(jù)載波28轉(zhuǎn)換成至少一個數(shù)據(jù)載波68。同樣，用戶收發(fā)器64把來自用戶內(nèi)部通信鏈路66的至少一個其它的數(shù)據(jù)載波69轉(zhuǎn)換成適合定向天線系統(tǒng)60傳輸?shù)臒o線電通信鏈路26的至少一個其它的數(shù)據(jù)載波30。用戶收發(fā)器64在構(gòu)造上可以類似于用圖1C展示的基站22的收發(fā)器32，下面予以進一步的討論。此外，與圖1C所示的基站22和網(wǎng)絡(luò)操作中心40之間的內(nèi)部通信鏈路34一樣，內(nèi)部用戶通信鏈路66可以包括一個或多個同軸電纜、光纜、用戶的內(nèi)部無線電通信鏈路、或它們的組合。
圖3所示的固定的用戶站20也包括用戶調(diào)制解調(diào)器70以便在用戶內(nèi)部通信鏈路68和用戶前提裝備74之間傳送數(shù)據(jù)和給用戶內(nèi)部通信鏈路66的數(shù)據(jù)載波68和69編碼和解碼。用戶調(diào)制解調(diào)器70可以類似于圖1C所示的網(wǎng)絡(luò)操作中心40的調(diào)制解調(diào)器44，而且其構(gòu)成和安排適合與使用類似的數(shù)據(jù)載波調(diào)制和解調(diào)技術(shù)的調(diào)制解調(diào)器44協(xié)同地發(fā)揮作用。然而，人們應(yīng)該理解盡管調(diào)制解調(diào)器44可以如同下面予以進一步討論的那樣被設(shè)計成把數(shù)據(jù)發(fā)射給許多固定的用戶站和接收來自許多固定的用戶站的數(shù)據(jù)，但是用戶調(diào)制解調(diào)器70僅僅需要適應(yīng)基站22和一個用戶站20之間的通信。前提裝備74經(jīng)數(shù)據(jù)鏈路72被耦合到用戶調(diào)制解調(diào)器70上，并且可以包括，例如，一個或多個個人電腦、視頻監(jiān)視器、電話等等。此外，前提裝備74可以包括用來把包括在前提裝備74中的各種終端用戶裝置接到數(shù)據(jù)鏈路72上的包交換網(wǎng)絡(luò)接口(未示出)。
盡管圖3所示的固定用戶站20僅僅展示一個收發(fā)器64和一個調(diào)制解調(diào)器70，但是固定用戶站20可以包括不止一個收發(fā)器64和調(diào)制解調(diào)器70，并且可以分別使用許多數(shù)據(jù)載波在內(nèi)部用戶通信鏈路66和無線電通信鏈路26上傳送數(shù)據(jù)。每個用戶調(diào)制解調(diào)器70可以被耦合各自的用戶收發(fā)器64以及各自的前提裝備74上。
此外，人們應(yīng)該理解固定的用戶站20可以有許多實際的“終端用戶”。例如，例如，固定的用戶站20可以是為一個或多個商家服務(wù)的辦公樓、包括許多套住房的多樣化的公寓樓、或有許多分枝機構(gòu)的政府機構(gòu)。固定用戶站20的每個終端用戶可以有唯一的地址，以致呈數(shù)據(jù)包形式個個都有源地址和目的地址并且在基站和固定用戶站之間傳送的數(shù)據(jù)可以如同前面討論的那樣得到一個或多個用戶調(diào)制解調(diào)器70和網(wǎng)絡(luò)操作中心40的切換設(shè)備46的適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向。
圖4是用圖1C圖解說明的系統(tǒng)的更詳細的圖表，在該系統(tǒng)中基站22將數(shù)據(jù)傳送給幾個固定用戶站20并且接收來自幾個固定用戶站20的數(shù)據(jù)。圖4中展示的每個用戶站20都可以類似于用圖3圖解說明的用戶站，并且可以包括定向天線60、一個或多個用戶收發(fā)器64和一個或多個用戶調(diào)制解調(diào)器70。在圖4的系統(tǒng)中，固定用戶站20分散在圍繞著基站22按方位50定義的覆蓋區(qū)域52范圍內(nèi)眾多扇區(qū)152、252和352當(dāng)中。盡管圖4展示覆蓋區(qū)域52橫跨不足360°的方位角50并且僅僅被分成三個扇區(qū)，但是覆蓋區(qū)域52可以橫跨高達360°的方位角而且可以被分成許多具有不同寬度的扇區(qū)。覆蓋區(qū)域被分成的扇區(qū)數(shù)目可以受實際的系統(tǒng)設(shè)計要求的限制，下面將予以進一步討論。因此，人們應(yīng)該理解圖4的系統(tǒng)僅僅是為了圖解說明的目的，它可以應(yīng)用于依照本發(fā)明不同的實施方案在不超過360°的覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)具有任意數(shù)目的扇區(qū)的系統(tǒng)。
在圖4的無線電通信系統(tǒng)中，基站22可以在用于覆蓋區(qū)域52的每個扇區(qū)的獨立的雙向?qū)拵o線電通信鏈路上使用每個扇區(qū)中的許多數(shù)據(jù)載波把數(shù)據(jù)傳送給發(fā)射數(shù)據(jù)到固定的用戶站20并且接收來自固定用戶站20的數(shù)據(jù)。例如，在圖4中，無線電通信鏈路126、226和326分別地對應(yīng)于覆蓋區(qū)域52的扇區(qū)152、252和352。為了圖解說明的目的，在每條鏈路126、226和326上使用至少兩個數(shù)據(jù)載波，基站22的天線系統(tǒng)24是為了在扇區(qū)152中以數(shù)據(jù)載波128和130的形式在通信鏈路126上發(fā)射和接收輻射而建造和安排的。類似地，天線系統(tǒng)24是為了在扇區(qū)252中以數(shù)據(jù)載波228和230的形式在通信鏈路226上以及在扇區(qū)352中以數(shù)據(jù)載波328和330的形式在通信鏈路326上發(fā)射和接收輻射而建造和安排的。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，基站22能夠經(jīng)天線系統(tǒng)24同時發(fā)射覆蓋區(qū)域52的全部扇區(qū)中的數(shù)據(jù)載波。此外，在優(yōu)選的實施方案中，被天線系統(tǒng)24發(fā)射和接收的數(shù)據(jù)載波的極化對于覆蓋區(qū)域52的全部扇區(qū)都是一樣的。
在圖4中，每個獨立的無線電通信鏈路126、226和326的數(shù)據(jù)載波都可以包括一對或多對頻道。優(yōu)選的是每對頻道中的一個頻道被用來在給定的扇區(qū)中把“下游”數(shù)據(jù)從基站22傳送到每個固定的用戶站20，而這對頻道中的另一個頻道被用來在給定的扇區(qū)中把“上游”數(shù)據(jù)從每個固定的用戶站20傳送到基站22。例如，在通信鏈路126上，頻道128在圖4中被表示成傳送下游數(shù)據(jù)，而頻道130被表示成傳送上游數(shù)據(jù)。類似地，圖4表明頻道228和328可以被分別用于把下游數(shù)據(jù)從基站22傳送到位于扇區(qū)252和352中的每個固定的用戶站，而頻道230和330可以被分別用于把上游數(shù)據(jù)從扇區(qū)252和352中的每個固定用戶站傳送到基站22。對于任何無線電通信鏈路，頻道可以是相鄰的、或者大體上被每個頻道的帶寬分開，或者可以在為該通信鏈路指定的頻譜范圍內(nèi)被進一步隔開。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，獨立的無線電通信鏈路126、22和326的每個頻道在基站22正常操作期間都具有固定的載波頻率，并且被用于傳輸交給或來源于給定扇區(qū)中的全體固定用戶站的數(shù)據(jù)。具體地說，依照一個實施方案，與特定的扇區(qū)相關(guān)聯(lián)的頻道不可以分配給所述扇區(qū)內(nèi)的任何用戶站。在本發(fā)明的一個實施方案中，頻道的不可分配性不同于在無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中通常用于移動用戶的動態(tài)指定和分配頻道計劃，在該計劃中許多頻道在整個覆蓋區(qū)域中是可用的并且在逐一連接的基礎(chǔ)上根據(jù)信道上的噪聲和通信條件和移動用戶的位置被動態(tài)地分配給某個特定的移動用戶。
為了提高在圖4所示的無線電通信系統(tǒng)中使用的任何頻道的容量，在覆蓋區(qū)域52的每個扇區(qū)中使用的一對或多對頻道優(yōu)選在另一個扇區(qū)中被重復(fù)使用；明確地說，至少一對頻道對于至少兩個扇區(qū)是一樣的。此外，盡管在任何給定的扇區(qū)中使用的頻道如同前面討論的那樣可以是相鄰的也可以是不相鄰的，但是在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中相鄰的扇區(qū)不使用同樣的頻道對。
例如，在圖4中，依照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，扇區(qū)152的下游頻道128的載波頻率可以與扇區(qū)352的下游頻道328的載波頻率相同。同樣，扇區(qū)152的上游頻道130的載波頻率可以與扇區(qū)352的上游頻道330的載波頻率一樣。盡管在上述實例中，扇區(qū)152和352使用同樣的頻道傳送各自的上游和下游數(shù)據(jù)，但是扇區(qū)252的頻道226和228的載波頻率將不同于在扇區(qū)152和352中使用的頻道的載波頻率。此外，盡管在優(yōu)選的實施方案中覆蓋區(qū)域的相鄰扇區(qū)不使用相同的頻道，但是如同前面討論的那樣，在所有的扇區(qū)中使用的所有的頻道都具有一樣的極化。
在圖4的無線電通信系統(tǒng)中，基站22優(yōu)選包括至少一個用于覆蓋區(qū)域52的每個扇區(qū)的收發(fā)器32。因此，為了圖解說明的目的，圖4展示三個收發(fā)器32，每個收發(fā)器對應(yīng)于各自的扇區(qū)152、252和352。每個收發(fā)器32可以包括分別對每個扇區(qū)發(fā)射下游頻道的分立的發(fā)射器和接收上游頻道的分立的接收器，或可以是集成的收發(fā)器單元。盡管圖4僅僅展示與三個扇區(qū)相對應(yīng)的三個收發(fā)器，但是在任何扇區(qū)中都可以使用不止一個上游或下游頻道；因此基站22可以包括在扇區(qū)中供每個上游/下游頻道對專用的收發(fā)器?；?2的每個收發(fā)器32都可以與內(nèi)部通信鏈路34耦合。
類似地，圖4圖解說明網(wǎng)絡(luò)操作中心40可以包括為覆蓋區(qū)域52的每個扇區(qū)準備的一個調(diào)制解調(diào)器44。因此，為了圖解說明的目的，圖4展示三個調(diào)制解調(diào)器44，每個調(diào)制解調(diào)器對應(yīng)于每個扇區(qū)152、252和352。在圖4的系統(tǒng)中，每個調(diào)制解調(diào)器44如同前面參照圖1C討論的那樣在內(nèi)部通信鏈路34上把數(shù)據(jù)傳送到每個收發(fā)器32和接收來自每個收發(fā)器32的數(shù)據(jù)。如果在任何扇區(qū)中使用不止一個上游或下游頻道，那么網(wǎng)絡(luò)操作中心40可以包括供扇區(qū)中每個上游/下游頻道對專用的調(diào)制解調(diào)器44。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，圖4所示系統(tǒng)的每個調(diào)制解調(diào)器44使用獨特的一對頻道在內(nèi)部通信鏈路34把數(shù)據(jù)傳送給各自的收發(fā)器32并且接收來自每個收發(fā)器32的數(shù)據(jù)，在這對頻道中一個頻道用于傳送上游數(shù)據(jù)，另一個頻道用來傳送下游數(shù)據(jù)。例如，如同前面結(jié)合圖1C討論的那樣，內(nèi)部通信鏈路34的數(shù)據(jù)載波36和38可以包括每個調(diào)制解調(diào)器44一個專用頻道對。因此，在圖4所示的有三扇區(qū)每個扇區(qū)一個收發(fā)器/調(diào)制解調(diào)器對的示范系統(tǒng)中，內(nèi)部通信鏈路34將包括三個獨特的內(nèi)部頻道對，即六個獨特的頻道。每個內(nèi)部頻道對可以在覆蓋區(qū)域52的扇區(qū)之一中借助基站22的收發(fā)器32之一提供的變換與無線電通信鏈路相應(yīng)的“外部”頻道對相關(guān)聯(lián)。
人們應(yīng)該理解盡管內(nèi)部通信鏈路可以包括幾個獨特的頻道，但是無線電通信鏈路中至少有一些相應(yīng)的外部頻道將依照前面討論過的一個或多個預(yù)定頻率復(fù)用計劃具有同樣的載波頻率。此外，內(nèi)部通信鏈路34可以包括(或者由)至少兩個截然不同的媒體(例如，兩條或多條同軸電纜或光纜)、兩條或多條內(nèi)部的無線電通信鏈路或它們的組合(組成)。就每個截然不同的媒體而言，盡管在組成內(nèi)部通信鏈路34的不同的媒體之中載波頻率可以被重復(fù)使用，但是每個第二數(shù)據(jù)載波可以具有在第二頻率范圍中的獨特的載波頻率。例如，如果內(nèi)部通信鏈路34包括第一同軸電纜和第二同軸電纜，那么第一和第二同軸電纜中的每條電纜都可以傳送載波頻率為(例如)10兆赫的第二數(shù)據(jù)載波，但是被第一和第二同軸電纜之一傳送的每個第二數(shù)據(jù)載波將具有獨特的載波頻率。
在本發(fā)明的一個實施方案中，為了在由至少一對頻道提供服務(wù)的扇區(qū)中傳送交給和來源于每個固定的用戶站20的數(shù)據(jù)，每個內(nèi)部頻道(并因此每個外部頻道)可以包括眾多時間周期，其中至少一個時間時期被分配給扇區(qū)范圍內(nèi)的每個固定的用戶站。通常，這種時間周期分配是由與該扇區(qū)相關(guān)聯(lián)的調(diào)制解調(diào)器44完成的并且照慣例被稱為時分多址(TDMA)。每個調(diào)制解調(diào)器44可以把上游頻道和下游頻道中的至少一個時間時期分配給相應(yīng)扇區(qū)范圍內(nèi)的每個固定的用戶站。人們應(yīng)該理解盡管可以在一個或多個扇區(qū)范圍內(nèi)使用TDMA，但是基站仍然可以在兩個或多個扇區(qū)中同時獨立地發(fā)射和接收數(shù)據(jù)，即盡管某個給定的扇區(qū)內(nèi)的通信可能被多路復(fù)用，但諸扇區(qū)之間的通信可以是連續(xù)的。
由每個調(diào)制解調(diào)器44完成的時間周期的分配本身又可以受網(wǎng)絡(luò)操作中心40的處理器43的制約。每個調(diào)制解調(diào)器44可能有能力遵守各種通信協(xié)議，其中兩個或多個時間周期可以被分配給某個扇區(qū)內(nèi)的某個特定的固定用戶站。此外，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，處理器43可以根據(jù)扇區(qū)內(nèi)固定用戶站的相對要求控制每個調(diào)制解調(diào)器44，把數(shù)目適當(dāng)?shù)臅r間周期動態(tài)地分配給扇區(qū)內(nèi)的每個固定用戶站，雖然其它的實施方案可以使用其它判據(jù)動態(tài)地分配時間周期。例如，在給定的扇區(qū)中一個固定的用戶站可能是包括許多作為終端用戶的個體商業(yè)或住宅的商用或多樣化居住單元，而在同一扇區(qū)中另一個固定的用戶站可能是單一的家庭住宅。一般來說，前者的固定用戶站與后者的相比將需要有更多的容量來自對該扇區(qū)專用的通信鏈路。
因此，在網(wǎng)絡(luò)操作中心40的處理器43和相應(yīng)的調(diào)制解調(diào)器44將在上游和下游頻道兩者中適當(dāng)?shù)胤峙鋾r間周期數(shù)(例如，把更多的時間周期分配給前者的用戶站)以適應(yīng)商業(yè)或多樣化居住單元和單一的家庭住宅的相對要求。
此外，處理器43和調(diào)制解調(diào)器44可以在上游和下游頻道兩者中為給定的扇區(qū)指定尚未分配給扇區(qū)中任何特定的固定用戶站但可以在被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中作為“間隔”的時間周期。具體地說，這種尚未分配的時間周期可以作為每個頻道中的“同步”周期被留出，以便說明在扇區(qū)中從基站22到每個固定用戶站的傳播距離的差異。鑒于在基站或固定用戶站接收數(shù)據(jù)，這種傳播距離上的差異可以導(dǎo)致頻道信號到達扇區(qū)中各個固定用戶站的時間差異。
例如，如果在給定的扇區(qū)中第一固定用戶站距離基站10英里，第二固定用戶站距離基站20英里，那么由基站發(fā)射頻道抵達第二站所花費的時間將大約是抵達第一站所花費的時間的兩倍。同樣，第二用戶站發(fā)射的頻道與第一用戶站發(fā)射的頻道相比將花費大約兩倍的時間才能抵達基站。因此，尚未分配的時間周期可以被處理器43和/或一個或多個調(diào)制解調(diào)器44指定在某個頻道中用于同步或糾正扇區(qū)中各個固定用戶站之間的計時差異的目的。
在另一個實施方案中，在由至少一對頻道提供服務(wù)的扇區(qū)中傳送給和來自每個固定用戶站20的數(shù)據(jù)可以利用碼分多址(CDMA)被指定或分配給某個特定的用戶站。在CDMA中，與某個特定的用戶站相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)可以用(或者與)也與該特定的用戶站相關(guān)聯(lián)的數(shù)字式參考代碼調(diào)制(或相關(guān))。這樣的相關(guān)和相應(yīng)的解相關(guān)函數(shù)通常是由與該扇區(qū)相關(guān)聯(lián)的調(diào)制解調(diào)器44完成的。扇區(qū)中每個用戶調(diào)制解調(diào)器70將相應(yīng)地能夠把每個固定用戶站20發(fā)射和接收的數(shù)據(jù)與各自獨特的數(shù)字式參考代碼相關(guān)和解相關(guān)。
在CDMA中，數(shù)據(jù)與數(shù)字式參考代碼相關(guān)的結(jié)果對于每個固定用戶站類似于在該扇區(qū)中的頻道之一上與對應(yīng)于與該扇區(qū)中的其它用戶站相關(guān)聯(lián)的唯一相關(guān)的數(shù)據(jù)一起傳送的隨機的或噪聲狀的信號。在扇區(qū)中的每個用戶調(diào)制解調(diào)器70，傳遞噪聲狀信號的頻道是用相應(yīng)的數(shù)字式參考代碼解調(diào)和解相關(guān)的，以便重新獲得數(shù)據(jù)。
在圖4的系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)操作中心40的切換設(shè)備46可以在任何一個調(diào)制解調(diào)器44和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)48之間傳輸數(shù)據(jù)。此外，切換設(shè)備46還可以在任何兩個調(diào)制解調(diào)器44之間傳輸數(shù)據(jù)，以便在不同的扇區(qū)中的固定用戶站之間引導(dǎo)數(shù)據(jù)，或者可以接收在給定的扇區(qū)中由某個特定的固定用戶站經(jīng)相應(yīng)的調(diào)制解調(diào)器發(fā)送的數(shù)據(jù)以及引導(dǎo)數(shù)據(jù)回到同樣的調(diào)制解調(diào)器，以致該數(shù)據(jù)被傳送到同一扇區(qū)中的另一個固定的用戶站。
另外，如同前面參照圖1C討論的那樣，在一個實施方案中，散布在圖4所示系統(tǒng)的整個覆蓋區(qū)域52上的一個或多個固定用戶站20可以是用于另一個依照本發(fā)明的無線電通信系統(tǒng)的類似于基站22的基站。圖4中的基站22可以在覆蓋區(qū)域范52圍內(nèi)利用與其中有其它基站的扇區(qū)相關(guān)聯(lián)的獨立的無線電通信鏈路的同樣的數(shù)據(jù)載波或者利用頻率范圍不同于與所述扇區(qū)相關(guān)聯(lián)的無線電通信鏈路的專用數(shù)據(jù)載波把數(shù)據(jù)傳送給一個或多個其它基站和接收來自一個或多個其它基站的數(shù)據(jù)。通過兩個或多個基站的耦合，依照本發(fā)明的兩個或多個無線電通信系統(tǒng)可以被鏈接成橫跨兩個或多個覆蓋區(qū)域的無線電通信網(wǎng)絡(luò)干線。在以兩個或多個基站耦合為宗旨的另一個實施方案中，一個或多個用戶站在給定的扇區(qū)中可以作為兩個基站之間的“中繼站”，或者作為供兩個或多個基站共同使用的“公用站”。
圖5是依照本發(fā)明的一個實施方案圖4所示系統(tǒng)的基站22的詳圖。圖5的基站22包括在覆蓋區(qū)域52的每個扇區(qū)中發(fā)射和接收供獨立的雙向?qū)拵o線電通信鏈路使用的數(shù)據(jù)載波的基于透鏡的分扇區(qū)天線系統(tǒng)24。適合本發(fā)明的目的的基于透鏡的天線設(shè)計的一個實例包括但不限于由多層具有不同的介電常數(shù)的介電材料形成的楞勃透鏡。為了圖解說明的目的，如同在圖4中那樣，圖5所展示的覆蓋區(qū)域52被分成三個扇區(qū)152、252和352，其中分別地與每個扇區(qū)相關(guān)聯(lián)的獨立的無線電通信鏈路126、226和326被象征性地展示為虛線。
分扇區(qū)天線系統(tǒng)24是為了發(fā)射在覆蓋區(qū)域52的每個扇區(qū)中傳送的數(shù)據(jù)載波的輻射圖使這些數(shù)據(jù)載波抵達位于每個扇區(qū)內(nèi)的所有的固定用戶站而構(gòu)成和安排的。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，分扇區(qū)天線系統(tǒng)24包括具有一個或多個焦點的電介質(zhì)透鏡124，其中每個焦點對應(yīng)于覆蓋區(qū)域52的一個扇區(qū)。在圖5中，為了圖解說明的目的，電介質(zhì)透鏡124的三個焦點182、282和382分別對應(yīng)于扇區(qū)152、252和352。
圖5的分扇區(qū)天線系統(tǒng)24還包括一個或多個位于每個焦點附近用來發(fā)射和接收發(fā)射和/或接收每個扇區(qū)中的數(shù)據(jù)載波的饋送裝置。例如，在圖5中，位于焦點182旁邊的饋送裝置180發(fā)射和接收用于扇區(qū)152中的通信鏈路126的數(shù)據(jù)載波。類似地，位于焦點282旁邊的饋送裝置280發(fā)射和接收用于扇區(qū)252中的通信鏈路226的數(shù)據(jù)載波，位于焦點382旁邊的饋送裝置380發(fā)射和接收用于扇區(qū)352中的通信鏈路326的數(shù)據(jù)載波。
盡管圖5展示只有一個饋送裝置發(fā)射和接收每個扇區(qū)中的數(shù)據(jù)載波，但是一個或多個饋送裝置可以被用來發(fā)射每個扇區(qū)中的數(shù)據(jù)載波，而一個或多個其它的饋送裝置可以被用來接收每個扇區(qū)中的數(shù)據(jù)載波。適合本發(fā)明的目的的包括各種饋送裝置構(gòu)造和安排的基于透鏡的分扇區(qū)天線系統(tǒng)的實例是在三份美國專利申請08/677,413、08/963,039和09/151,036中描述的。
上面提及的幾份申請的目的是減少在每個扇區(qū)中發(fā)射的數(shù)據(jù)載波的旁瓣和后瓣的輻射能量的高效的分扇區(qū)天線系統(tǒng)。這種分扇區(qū)天線系統(tǒng)的改良的輻射分布將減少不同的扇區(qū)之間的干擾，如同前面結(jié)合圖2討論的那樣，考慮到對于數(shù)據(jù)載波的調(diào)制/解調(diào)技術(shù)的特定的選擇必不可少的信噪比(SNR)，這將依次改善系統(tǒng)的總性能。此外，這種改進的分扇區(qū)天線系統(tǒng)考慮到扇區(qū)數(shù)目有所增加的360°覆蓋區(qū)域，這本身又導(dǎo)致系統(tǒng)容量有所增加。幾種影響系統(tǒng)性能的工程設(shè)計構(gòu)思，尤其是影響輻射圖和扇區(qū)寬度的選擇從而使干擾減少到最小并因此使容量達到最大的設(shè)計構(gòu)思將在下面結(jié)合圖7-17更詳細地討論。
圖5還圖解說明基站22可以包括接在天線系統(tǒng)的饋送裝置24和內(nèi)部通信鏈路34之間的一個或多個可調(diào)的收發(fā)器32。如同前面結(jié)合圖4討論過的那樣，每個收發(fā)器32把天線系統(tǒng)24從獨立的無線電通信鏈路126、226和326之一收到的數(shù)據(jù)載波轉(zhuǎn)換成內(nèi)部通信鏈路34的相應(yīng)的數(shù)據(jù)載波。同樣，每個收發(fā)器3 2把來自內(nèi)部通信鏈路34的數(shù)據(jù)載波轉(zhuǎn)換成適合天線系統(tǒng)24在獨立的無線電通信鏈路126、226和326之一上發(fā)射的相應(yīng)的數(shù)據(jù)載波。優(yōu)選的是基站22包括至少一個用于覆蓋區(qū)域52的每個扇區(qū)的收發(fā)器32。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，分扇區(qū)天線系統(tǒng)24位于極靠近收發(fā)器32的地方，以使任何可能的信號衰減最小化。每個收發(fā)器32可以利用低損耗連接器與天線系統(tǒng)的一個或多個相應(yīng)的饋送裝置24耦合。例如，在圖5中，收發(fā)器32被表示部件別用低損耗電纜125、225和325(它們可能是長度相當(dāng)短的同軸電纜)連接到饋送裝置180、280和380上。其它低損耗地連接收發(fā)器32和天線系統(tǒng)24的方法(例如，一條或多條光纜)也可以被使用，以使天線系統(tǒng)24和收發(fā)器32之間有更大的間距變得容易。
另一種可以在本發(fā)明的一個實施方案中使用的基于透鏡的分扇區(qū)天線系統(tǒng)是用圖5A圖解說明的。例如，圖5A展示的基于透鏡的分扇區(qū)天線系統(tǒng)24A包括一個或多個波束形成裝置1500和一個或多個使多重信息載波1530(“多波束”)的發(fā)射和接收變得容易的相控陣1520。相控陣通常指的是用激發(fā)信號的特定的相位激發(fā)每個饋送裝置的天線饋送裝置1540的排列。通過控制用于相控陣中每個饋送裝置的激發(fā)信號的相位，相控陣可以是為劃的到生成按放射不同于零度(即，偏離相控陣法線)的特定的方位角輻射的輻射波束。以這種方式，輻射波束可以按特定的方向轉(zhuǎn)向或“掃描”。
在圖5A所示的相控陣1520的一個方面，每個饋送裝置1540可以代表單一的要素或要素陣列(即，相控陣1520可以是一維陣列或二維陣列)。波束形成裝置1500可以與相控陣1520結(jié)合起來以某種特定的方式激發(fā)各種饋送裝置(例如，把特定的幅度和相位用于每個饋送裝置)以便根據(jù)給波束形成裝置1500的大量的輸入信號(每個信號代表一個特定的信息載波)從相控陣1520產(chǎn)生大量的輻射波束1530。波束形成裝置1500可以用許多傳統(tǒng)方式中的任何一種方式來實現(xiàn)，其中包括但不限于Butler矩陣、Blass矩陣或Rotman型透鏡。
在圖5A所示的可仿效的基于透鏡的分扇區(qū)天線系統(tǒng)中，波束形成裝置1500被具體地描繪成Rotman型透鏡。如圖5A所示，Rotman型透鏡具有許多輸入口1560和輸出口1580并且能夠使根據(jù)在輸入口1560的輸入信號1600(例如，如同在圖4和圖5中展示的那樣，來自一個或多個收發(fā)器32)產(chǎn)生在輸出口1580的許多饋送裝置激發(fā)信號1620之間的特定的幅度和相位關(guān)系變得容易，其中每個輸入信號代表一個特定的輻射波束153。在Rotman型透鏡中輻射傳播的機理可以被理解為類似于通過受到輻射撞擊的反射體所引進的輻射。例如，Rotman型透鏡的輸入口1560可以被看成類似于分別發(fā)射撞擊在具有特型反射表面的反射體上的輻射的許多饋送裝置。同樣，Rotman型透鏡的輸出口1580的輪廓可以被看成類似于反射體的特型反射表面。
具體地說，圖5A展示的Rotman型透鏡1500在透鏡的輸入口1560接收輸入信號1600并且在輸出口1580把許多激發(fā)信號1620提供給每個輸入信號。用于每個輸入信號1600的激發(fā)信號1620都被饋送到相控陣1520的饋送裝置1540并且具有特殊的幅度和相位關(guān)系以便以特定的掃描角生成一個多輻射波束的輻射波束1530。更具體地說，進入Rotman型透鏡時，每個輸入信號行進不同的路徑長度穿過Rotman型透鏡，而透鏡的輸出口1580“收集”經(jīng)過處理的信號并且把它們作為激發(fā)信號1620提供給相控陣1520的饋送裝置1540。Rotman型透鏡的構(gòu)造允許這個過程對于許多不同的輸入信號同時發(fā)生，借此使許多輻射波束1530以各自特定的方位(掃描)角從相控陣1520同時產(chǎn)生變得容易。
盡管圖5A示意地圖解說明生成四個波束1530，但是人們應(yīng)該理解本發(fā)明在這方面是不受限制的，因為透鏡和相控陣可以是生成許多波束的工具。此外，人們應(yīng)該理解依照一個方面，許多透鏡和相控陣實際上可以彼此相對于對方排列以便為許多輻射波束圍繞著使用透鏡和相控陣的基站覆蓋全部360度覆蓋區(qū)域創(chuàng)造條件。
在圖5A所示的基于透鏡的天線系統(tǒng)中，人們還應(yīng)該理解(如同前面結(jié)合圖5討論過的那樣)基于透鏡的天線系統(tǒng)可以與一個或多個與透鏡耦合的可調(diào)的收發(fā)器32相關(guān)聯(lián)，以便把輸入信號1600提供給用于傳送多重信息載波的透鏡的輸入口1560。基于Rotman型透鏡的天線系統(tǒng)與收發(fā)器一起也可以接收來自蜂窩扇區(qū)中不同用戶的入射信號。
如同前面結(jié)合圖4討論過的那樣，圖5所示的收發(fā)器32可以每個都包括分立的發(fā)射器和接收器元件，或可以被集成為單一元件的收發(fā)器。此外，每個收發(fā)器32都可以把用于每個扇區(qū)的一對數(shù)據(jù)載波頻道(一個頻道用于上游數(shù)據(jù)和一個頻道用于下游數(shù)據(jù))轉(zhuǎn)換成內(nèi)部頻道，或者可以把用于每個扇區(qū)的多個頻道對轉(zhuǎn)換成內(nèi)部頻道。作為替代，如同前面結(jié)合圖1C討論過的那樣，許多收發(fā)器32可以與每個扇區(qū)相關(guān)聯(lián)，例如，用于扇區(qū)中使用的所有頻道對的一個收發(fā)器。
在基站22正常操作期間，供每個獨立的無線電通信鏈路使用的各個頻道的載波頻率優(yōu)選保持固定的。但是收發(fā)器32可以是可調(diào)的，因為載波頻率在過收發(fā)器32的校準或調(diào)整期間可以被調(diào)整。在本發(fā)明的一個實施方案中，收發(fā)器32的頻道可手適應(yīng)性是通過綜合本機振蕩器和操作員可挑選的陶瓷濾波器實現(xiàn)的。
優(yōu)選的是基站收發(fā)器32和用戶收發(fā)器64兩者都是為低噪聲操作而計劃的。收發(fā)器在基站或固定的用戶單元貢獻的任何噪聲如同結(jié)合圖2和圖7討論的那樣都必定構(gòu)成系統(tǒng)的每個通信鏈路的總噪聲預(yù)算的因素。影響鏈路噪聲預(yù)算和系統(tǒng)總體性能的特定的收發(fā)器設(shè)計構(gòu)思將在下面結(jié)合圖16予以進一步的討論。
圖6是展示為圍繞著位于覆蓋區(qū)域52的中心的基站22覆蓋全部360°方位角50而設(shè)計的分扇區(qū)天線系統(tǒng)24的覆蓋區(qū)域52的實例的圖表。一般來說覆蓋區(qū)域52可以按依照本發(fā)明的無線電通信系統(tǒng)所使用的獨特的頻道對的數(shù)目分成許多可分的扇區(qū)。在一個實施方案中，覆蓋區(qū)域52被分成偶數(shù)個大體呈楔形的相鄰扇區(qū)，每個扇區(qū)都有本質(zhì)上相似的寬度。在覆蓋區(qū)域52周圍某個給定的扇區(qū)的相對位置可以用在扇區(qū)內(nèi)部居中的輻射圖的峰值予以識別，如同在圖6中分別用射線56和58為編號為19和20的扇區(qū)指出的那樣。就圖6所示的覆蓋區(qū)域而言，在任何兩個扇區(qū)中輻射圖相應(yīng)的峰值被角距離或方位100分開。例如，圖6展示編號分別為19和20的相鄰扇區(qū)的射線56和58被方位100分開。如果覆蓋區(qū)域52被等分成許多扇區(qū)，那么每個扇區(qū)覆蓋大體相同的面積，任何兩個相鄰扇區(qū)之間的方位100也代表扇區(qū)寬度54，用方位角θsw給出，如同在圖6中對編號為17的扇區(qū)指出的那樣。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，覆蓋區(qū)域52被分成22個大體呈楔形的扇區(qū)，每個有同樣的扇區(qū)寬度θsw。為了圖解說明的目的，圖6中的扇區(qū)從1到22按順序編號；用參考符號152、252、352、452等等指明的各個扇區(qū)分別對應(yīng)于編號為1、2、3、4等等的楔形扇區(qū)。盡管在圖6中覆蓋區(qū)域52的每個扇區(qū)被表示成楔形的，但是每個扇區(qū)可以有任意的形狀。在實踐中，為每個扇區(qū)指定的輻射圖的輪廓可以有一些彎曲。此外，為每個扇區(qū)指明的輻射圖可以與一個或多個相鄰扇區(qū)的地域重疊。因此，人們應(yīng)該理解盡管為了本發(fā)明的目的扇區(qū)被看作是不重疊的地域，但是，為某個給定的扇區(qū)指定的一個輻射圖可以與為另一個扇區(qū)指定的另一個輻射圖重疊。依照本發(fā)明確定覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)的最佳扇區(qū)分布、尤其是優(yōu)選的扇區(qū)寬度θsw以及由此獲得的每個覆蓋區(qū)域方位50優(yōu)選的扇區(qū)數(shù)的方法將在下面結(jié)合圖8-15予以進一步討論。
在圖6中覆蓋區(qū)域52的每個扇區(qū)優(yōu)選包括至少一個把數(shù)據(jù)發(fā)射到該扇區(qū)中的固定用戶站和接收來自所述用戶站的數(shù)據(jù)的獨立的雙向?qū)拵o線電通信鏈路，如同前面結(jié)合圖4和圖5討論過的那樣。例如，如圖6所示，獨立的雙向?qū)拵o線電通信鏈路426、526和626分別與對應(yīng)于順序編號的楔形扇區(qū)4、5和6的扇區(qū)452、552和652相關(guān)聯(lián)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，用圖6展示的覆蓋區(qū)域52的交替扇區(qū)把同樣的頻道用于它們各自獨立的無線電通信鏈路。例如，一個或多個第一對頻道可以被用于在覆蓋區(qū)域52的偶數(shù)編號的扇區(qū)中傳輸數(shù)據(jù)，而一個或多個與第一對不同的第二對頻道可以被用于在覆蓋區(qū)域52的奇數(shù)編號的扇區(qū)中傳輸數(shù)據(jù)。
具體地說，圖6表示扇區(qū)452和652在各自獨立的無線電通信鏈路426和626上分別把頻道430用于上游數(shù)據(jù)、把頻道428用于下游數(shù)據(jù)。反之，扇區(qū)552在獨立的無線電通信鏈路526上把頻道530用于上游數(shù)據(jù)、把頻道528用于下游數(shù)據(jù)。同樣，盡管在圖6中沒有明確地表明，但是在依照本發(fā)明的交替扇區(qū)頻率復(fù)用計劃的一個實例中，每個偶數(shù)編號的扇區(qū)在它們各自獨立的無線電通信鏈路上都將把頻道430用于上游數(shù)據(jù)、把頻道428用于下游數(shù)據(jù)。同樣，每個奇數(shù)編號的扇區(qū)在它們每個獨立的無線電通信鏈路上都將把頻道530用于上游數(shù)據(jù)、把頻道528用于下游數(shù)據(jù)。在適合本發(fā)明的目的的MMDS譜中頻道載波頻率的一個實例包括但不限于用于上游頻道430的2.665GHz和用于下游頻道428的2.503GHz，以及用于上游頻道530的2.659GHz和用于下游頻道528的2.509GHz在用圖6圖解說明的交替扇區(qū)頻率復(fù)用計劃的一個實施方案中，只需要不同的兩對頻道遍及整個覆蓋區(qū)域52，一對用于偶數(shù)編號的扇區(qū)，另外一對用于奇數(shù)編號的扇區(qū)。通過在許多扇區(qū)當(dāng)中重復(fù)使用某個頻道，在給定的覆蓋區(qū)域中該頻道的數(shù)據(jù)容量本質(zhì)上乘以使用該頻道的扇區(qū)數(shù)。但是，人們應(yīng)該理解，盡管在優(yōu)選的實施方案中只有一個頻道對被用于圖6中的每個扇區(qū)，但是在眾多頻道對可以被用于這些扇區(qū)當(dāng)中的每個扇區(qū)以及不同的復(fù)用計劃。確實，完全用戶化的頻率復(fù)用計劃，例如在所有的第三或第四或第五等等扇區(qū)中的頻率復(fù)用，或者僅僅在任意指定的特定的扇區(qū)中的頻率復(fù)用，都可以依照適合高度用戶化系統(tǒng)的其它實施方案被實現(xiàn)。
如同前面結(jié)合圖1C和圖2討論過的那樣，網(wǎng)絡(luò)操作中心40的任何一個調(diào)制解調(diào)器44以及固定用戶站20的用戶調(diào)制解調(diào)器70用來完成遍及覆蓋區(qū)域的無線電通信鏈路的頻道的編碼和解碼的調(diào)制/解調(diào)技術(shù)的選擇確定用于這些通信鏈路的信噪比(SNR)最低要求。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，系統(tǒng)的每個雙向通信鏈路都有上游數(shù)據(jù)頻道和下游數(shù)據(jù)頻道，而且都與一個在網(wǎng)絡(luò)操作中心40的調(diào)制解調(diào)器44和至少一個在作為給定的通信鏈路的終端的固定用戶站20的用戶調(diào)制解調(diào)器70相關(guān)聯(lián)。在任何給定的通信鏈路的兩個調(diào)制解調(diào)器終端之間，鏈路上各種潛在的噪聲源都可能對為了保證鏈路上可靠的、事實上無差錯的數(shù)據(jù)傳輸(例如數(shù)據(jù)差錯率為10E-6符號/秒或更低)而受調(diào)制解調(diào)器的SNR需求限制的“噪聲預(yù)算”作貢獻。依照本發(fā)明無線電通信系統(tǒng)的首要的工程設(shè)計構(gòu)思是保證在系統(tǒng)中所有沿著任何通信鏈路潛在的噪聲來源都被最小化，以致任何鏈路的噪聲預(yù)算都不被超越。
圖7展示圖4所示系統(tǒng)的一條通信鏈路的下游數(shù)據(jù)部分(基站到用戶站)的一個實例，為了圖解說明的目的該實例在圖7中被表示成起源于網(wǎng)絡(luò)操作中心40的調(diào)制解調(diào)器44、終止于用戶調(diào)制解調(diào)器70。下游數(shù)據(jù)是借助一系列載波頻率可以不同但通常帶寬相似的頻道38、28和68從圖7所示的通信鏈路的這頭傳輸?shù)侥穷^的。
沿著用圖7圖解說明通信鏈路潛在的噪聲來源可以包括(1)可以被調(diào)制解調(diào)器44用來在內(nèi)部通信鏈路34上發(fā)射頻道38的任何鏈路接口45(例如IF、RF或光學(xué)發(fā)射器)貢獻的噪聲；(2)影響內(nèi)部通信鏈路34的環(huán)境干擾；(3)基站收發(fā)器32的發(fā)射電路貢獻的噪聲；(4)影響收發(fā)器32和天線系統(tǒng)24之間的鏈路25的環(huán)境干擾；(5)天線系統(tǒng)24在使用頻道28的其它鄰近扇區(qū)中發(fā)射的輻射圖的旁瓣和后瓣(因此它也干擾使用頻道28的無線電通信鏈路26)；(6)影響固定用戶站20的定向天線60和用戶收發(fā)器64之間的鏈路62的環(huán)境干擾；(7)用戶收發(fā)器64的接收電路貢獻的噪聲；以及(8)影響用戶內(nèi)部通信鏈路68的環(huán)境干擾。
從前面羅列的潛在的噪聲來源，對圖7所示的通信鏈路的總噪聲預(yù)算貢獻最大的來源是在無線電通信鏈路26中由于來自覆蓋區(qū)域中使用同樣的頻道28的其它的扇區(qū)的干擾造成的不想要的信號水平。因此，依照本發(fā)明關(guān)于使對有限的噪聲預(yù)算的貢獻最小的無線電通信系統(tǒng)設(shè)計的討論應(yīng)該首先提出任何可能影響這種來自使用同樣的頻道的鄰近扇區(qū)的干擾的因素。
與覆蓋區(qū)域的任何一個扇區(qū)相關(guān)聯(lián)的天線系統(tǒng)24的饋送裝置發(fā)射的輻射圖可以提出在覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)的許多其它的扇區(qū)中，尤其是在那些使用一個或多個相同的頻道的扇區(qū)中的干擾來源。如同在前面引證的美國專利申請第08/963,039和09/151,036號中討論的那樣，不同的分扇區(qū)天線系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)致不同的輻射圖，并且在各個扇區(qū)之間取得不同程度的隔離。但是，就任何給定的輻射圖而言，在扇區(qū)中不想要的信號水平的數(shù)量通常是天線系統(tǒng)輻射的各種信號的功率以及最后確定潛在干擾源的接近度的扇區(qū)寬度θsw的函數(shù)。
鑒于上述內(nèi)容，本發(fā)明提供的至少一個優(yōu)勢包括在覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)確定最佳扇區(qū)分布的方法，具體地說，是在給定每個扇區(qū)的輻射圖的情況下確定最佳扇區(qū)寬度θsw的方法。依照本發(fā)明的方法，扇區(qū)寬度θsw可以被確定下來，它將在維持每個扇區(qū)中期望的信號水平的充分均勻的分布的同時使不想要的信號水平最小。就某個扇區(qū)中使用的每個頻道而言，想要的與不想要的信號水平之比，即D/U比，可以作為扇區(qū)寬度θsw的函數(shù)進行估算。在優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明的方法根據(jù)給定的輻射圖確定使每個扇區(qū)的D/U比最大的最佳扇區(qū)寬度θsw。反之，在其它的實施方案中，本發(fā)明的方法可以在給定使每個扇區(qū)的D/U比最大的扇區(qū)寬度的情況下確定最佳輻射圖。這種依照本發(fā)明的方法的各種實施方案可以用軟件(例如，以模擬程序的形式)予以實現(xiàn)。
圖8展示與覆蓋區(qū)域的某個特定的扇區(qū)的一個頻道相關(guān)聯(lián)的一個或多個饋送裝置發(fā)射的天線輻射圖96的示范曲線。輻射圖96代表這些饋送裝置發(fā)射的頻道覆蓋的地域和該頻道遍及這個區(qū)域的信號相對強度。如同前面結(jié)合圖6討論過的那樣，盡管扇區(qū)指明不與任何其它區(qū)域重疊的固定的地域，在該地域中用戶站優(yōu)選接收明確地指定用于該扇區(qū)的一個或多個頻道，但是圖8表明被指定用于某個特定的扇區(qū)的輻射圖96確實可以橫越比該扇區(qū)相應(yīng)的地域大的地域。
一般來說，發(fā)射到覆蓋區(qū)域的某個扇區(qū)的輻射圖代表能被實測或預(yù)測的遠場輻射圖G(θ)。作為替代，輻射圖G(θ)可以是一個或多個饋送裝置通過在圖5展示的天線系統(tǒng)24的電介質(zhì)透鏡124上的一個或多個孔產(chǎn)生的近場輻射分布的變換。因此，不同的輻射圖是可能的，部分地取決于所用的饋送裝置的類型、一個或多個饋送裝置和一個或多個孔之間的空間關(guān)系和電介質(zhì)透鏡124的物理性質(zhì)。這些主題是在前面引證的美國專利申請第08/963,039和09/151,036號中討論的。
如同在圖8中看到的那樣，與一個扇區(qū)相關(guān)聯(lián)的輻射圖G(θ)可以橫越整個360°方位角。在圖8中，水平軸表示在360°覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)用角度θ(以度為單位)給定的方位角50，而垂直軸表示相對的信號水平以分貝(dB)為單位。圖8所示的輻射圖96包括被用作信號相對水平的基準(0dB)并且為了圖解說明的目的被表示成與0°基準位置一致的具有峰值97的主瓣102。圖8所示的輻射圖96還包括遍及全部的360°覆蓋區(qū)域分布的許多次要的旁瓣104。
盡管圖8所示的主瓣10傾向于覆蓋與覆蓋區(qū)域52的一個扇區(qū)相關(guān)聯(lián)的地域，但是主瓣102和旁瓣104兩者都可能在覆蓋區(qū)域的其它扇區(qū)(尤其是那些使用與輻射圖96相同的頻道的扇區(qū))中貢獻不想要的信號。在下面的討論中，首先作為扇區(qū)寬度θsw的函數(shù)定性地考慮由給定的扇區(qū)的主瓣102在鄰近的同一的頻道扇區(qū)中造成的干擾，接下來作為扇區(qū)寬度θsw的函數(shù)更全面地定量分析由給定的扇區(qū)的主瓣102和旁瓣104兩者在覆蓋區(qū)域的其它使用同一頻道的扇區(qū)中造成的干擾。
圖9是展示由分扇區(qū)天線系統(tǒng)24的裝置180、280和380發(fā)射的輻射圖的主瓣輪廓的圖表。在圖9中，以覆蓋扇區(qū)152為主的主瓣1102對應(yīng)于饋送裝置180。同樣地，以覆蓋扇區(qū)252為主的主瓣2102對應(yīng)于饋送裝置280，而以覆蓋扇區(qū)252為主的主瓣3102對應(yīng)于饋送裝置380。為了下面的討論，假定由每個饋送裝置180、280和380生成的輻射圖以及由此產(chǎn)生的主瓣1102、2102和3102具有本質(zhì)上同一的空間輪廓，雖然其它的實施方案可能不需要這個假定。
在圖9中，每個扇區(qū)152、252和352的扇區(qū)寬度54是用相鄰主瓣交點之間的角度θsw給定的。例如，射線85穿過主瓣1102和2102之間的交點89。同樣，射線86穿過主瓣2102和3102之間的交點85。因此，扇區(qū)寬度54在圖9中被表示成射線85和射線86之間的角度θsw。同樣，假定主瓣1102、2102和3102的輪廓、扇區(qū)寬度θsw就圖9中的每個扇區(qū)152、252和352而言是相等的，盡管其它的實施方案可能不需要這樣。
在圖9中還展示了表示扇區(qū)352中主瓣3102的峰值81的射線397。在類似于圖8的射線97就輻射圖96的主瓣102所表示的意義上，射線397可以作為在扇區(qū)352的中心的基準位置。在射線397和射線86之間的角度88(在圖9的實例中被表示成大約7.5°)表示扇區(qū)352的一半寬度。因此，每個扇區(qū)152、252和352的寬度在圖9的實例中大約為15°。人們應(yīng)該理解任何給定的扇區(qū)的寬度如同在圖9中定義的那樣不必與輻射圖的主瓣輪廓相關(guān)；而是如同前面討論過的那樣，為了現(xiàn)在的討論，扇區(qū)寬度是用相鄰扇區(qū)中主瓣交點之間的交點定義的。
圖10是類似于圖9的圖表，它表示主瓣輪廓對于每個扇區(qū)152、252和352是一樣的。但是，在圖10中每個扇區(qū)的半寬度88已被減少到5°。因此，扇區(qū)寬度54已從圖9中的15°減少到圖10中的10°。
如同可以從圖9和圖10的對比中看到的那樣，對于給定的輻射圖并因此對于給定的主瓣空間輪廓，相鄰主瓣的重疊程度是選定的扇區(qū)寬度54的函數(shù)。因此，較小的扇區(qū)寬度54導(dǎo)致較大的主瓣重疊程度，反之，較大的扇區(qū)寬度54導(dǎo)致較小的重疊程度。由于作為在鄰近的同頻道扇區(qū)中干擾的一個來源的是這種主瓣重疊，所以較小的扇區(qū)寬度54和由此產(chǎn)生的主瓣高度重疊通常在鄰近的扇區(qū)中導(dǎo)致更高程度的干擾或不想要的信號。但是，較小的扇區(qū)寬度通常導(dǎo)致在每個扇區(qū)中想要的信號水平的更均勻的分布。因此，減少干擾和增加均勻性的目標優(yōu)選在確定最佳的扇區(qū)寬度時取得平衡，如同下面進一步討論的那樣。
反之，如果扇區(qū)寬度54是固定的，那么較低或較高程度的重疊可以通過改變每個扇區(qū)的輻射圖并因此使主瓣的輪廓變窄或加寬予以實現(xiàn)的。如同前面結(jié)合圖8討論的那樣，各種各樣的輻射圖都可以適合本發(fā)明的目的并且是分扇區(qū)天線系統(tǒng)24的構(gòu)造和排列的函數(shù)。因此，盡管下面的討論集中在針對給定的輻射圖確定最佳的扇區(qū)寬度θsw上，但是人們應(yīng)該理解扇區(qū)寬度和輻射圖兩者都是可能影響D/U比的變量，而且最佳的輻射圖可以針對固定的扇區(qū)寬度被確定下來，以使扇區(qū)之間的干擾最小，同時在每個扇區(qū)中維持想要的信號均勻性。
依照本發(fā)明的一個實施方案，覆蓋區(qū)域52的相鄰扇區(qū)不使用同樣的頻道傳輸數(shù)據(jù)。具體地說，如同前面結(jié)合圖6討論的那樣，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，覆蓋區(qū)域52的交替的扇區(qū)使用同樣的頻道傳輸數(shù)據(jù)。把這樣的頻率復(fù)用計劃應(yīng)用于圖9所示的實例，并且假定扇區(qū)152和352使用同樣的頻道傳輸數(shù)據(jù)。因此，下面的討論集中于由主瓣1102在扇區(qū)352中造成的干擾(并且同樣應(yīng)用于由主瓣3102在扇區(qū)152中造成的干擾)。
在圖9中，在扇區(qū)352中沿著經(jīng)過主瓣3102的峰值81的射線397定位的任何固定用戶站都接收在扇區(qū)352中發(fā)射的頻道的最大的信號水平。射線397上的點83代表沿著射線397由扇區(qū)152的主瓣1102造成的輻射信號水平。由于在這個實例中假定扇區(qū)152使用與扇區(qū)352一樣的頻道，所以點83代表在扇區(qū)352中沿著射線397來自扇區(qū)152的不想要的信號水平。因此，線段82的長度代表沿著射線397同一頻道信號水平的差異，因此也代表扇區(qū)352中最有利的或最大的D/U比。
同樣，在圖9中射線86在主瓣2102和3102的交叉點經(jīng)過點85。在圖9的實例中，波瓣2102和3102與分別在相鄰的扇區(qū)252和352中使用的不同的頻道相關(guān)聯(lián)。沿著射線86定位的固定的用戶站在扇區(qū)252和352之間的邊界上，并且可以選擇在為扇區(qū)252或352指定的頻道上發(fā)射和接收數(shù)據(jù)。然而，為了這項討論的目的，假定沿著射線86定位的固定用戶站選擇使用為扇區(qū)352指定的頻道發(fā)射和接收數(shù)據(jù)。如同可以在圖9中看到的那樣，沿著射線86定位在扇區(qū)352的邊界的固定用戶站接收那個扇區(qū)中最小的想要的信號水平。
在圖9中點87指出沿著射線86扇區(qū)152的主瓣1102的輻射信號水平。由于在這個實例中假定主瓣1102和主瓣3102代表同一頻道的輻射圖，并且假定沿著射線86定位的固定用戶站使用為扇區(qū)352指定的頻道，所以點87代表對于沿著射線86定位在扇區(qū)352的邊界的固定用戶站不想要的信號水平。因此，線段84的長度代表對于扇區(qū)352最不利的D/U比。
對每個扇區(qū)中最大和最小的D/U比的影響作為扇區(qū)寬度54的函數(shù)在圖10中是用線段82和84的相對長度定性地指出的。從扇區(qū)寬度54相對圖9有所減少的圖10中人們可以看到用線段長度82表示的最大的D/U比相對圖9有所減少。同樣，用線段長度84表示的最小的D/U比相對圖9也有所減少。圖10中的結(jié)果意味著如果給定每個扇區(qū)的輻射圖，則存在某個最小的扇區(qū)寬度，超過該寬度進一步減少扇區(qū)寬度將導(dǎo)致每個扇區(qū)的最大和最小的D/U比兩者不合需要的減少。
反之，如果在努力減少來自相鄰扇區(qū)的干擾時扇區(qū)寬度被增加，在給定的扇區(qū)上想要的信號水平的變化可以變得過大。這種效應(yīng)是不合需要的，因為優(yōu)選的是扇區(qū)中所有的固定用戶站接收對于每個頻道大體一樣信號水平并且因此接受來自扇區(qū)中任何對方的可靠的服務(wù)。圖11展示在用于沿著射線397定位在扇區(qū)352中心的固定用戶站的主瓣3102的峰值81和在交點85處用于沿著射線86位于扇區(qū)352邊界的用戶的信號水平之間的輻射信號水平的差異。在這兩個位置之間輻射信號水平的差異是用線段94長度予以定性地圖解說明的。就給定的輻射圖而言，隨著扇區(qū)寬度增加，線段94的長度增加，從而表明輻射水平的更大的變化遍及扇區(qū)352。
更明確地說，某種最小的預(yù)期信號水平是位于或接近扇區(qū)邊界的用戶站(例如，在圖11中就扇區(qū)352而言沿著射線86用點85指出的)必需的。增大扇區(qū)寬度可能把邊界的預(yù)期信號水平減少到在最小需求以下不能操作的水平。一般來說，由于在扇區(qū)邊界預(yù)期的信號水平隨著扇區(qū)寬度增加比不想要的信號減少得更迅速，所以在扇區(qū)邊界不大有利的最小的D/U比隨著扇區(qū)寬度增加而產(chǎn)生。
總之，增大扇區(qū)寬度，或者換一種說法使輻射圖的主瓣輪廓相對于扇區(qū)寬度變窄，將減少來自附近同一頻道扇區(qū)的干擾，但是以增加扇區(qū)上輻射水平的變化和降低在或接近扇區(qū)邊界處的D/U比為代價。因此，為了使D/U比達到最大值，任何確定最佳扇區(qū)寬度或輻射圖的方法都應(yīng)該考慮到這些競爭效應(yīng)并且以在維持充分的信號均勻性遍及扇區(qū)的同時使D/U比達到最大值為目標。
盡管前面關(guān)于D/U比的討論主要是集中在來自使用同一頻道的鄰近扇區(qū)的主瓣的干擾，但是在實踐中來自覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)全部扇區(qū)(尤其是那些使用一個或多個相同頻道的扇區(qū))的所有的輻射圖都應(yīng)該被考慮進去，以便精確地確定任何扇區(qū)中的D/U比。具體地說，如同前面結(jié)合圖8討論過的那樣，與給定的扇區(qū)相關(guān)聯(lián)的輻射圖96除了表明為特定的扇區(qū)指定的頻道實際上可以輻射某種遍及整個覆蓋區(qū)域52的信號的主瓣102之外還可以包括幾個旁瓣104。因此，本發(fā)明用來確定在覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)最佳的扇區(qū)分布的方法估算在給定的扇區(qū)中由來自覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)所有使用同樣頻道的其它扇區(qū)的鄰近的主瓣以及旁瓣兩者造成的干擾。
圖12展示與圖8所示的輻射圖96的曲線重疊的一個在覆蓋區(qū)域52范圍內(nèi)可能的扇區(qū)分布的實例。在圖12中，每個扇區(qū)的邊界是用反對稱的曲線106表示的。為了圖解說明的目的，每個扇區(qū)最初被選定具有θsw＝20°的扇區(qū)寬度54，從而導(dǎo)致在360°覆蓋區(qū)域中總共有18個扇區(qū)。在圖12的示范扇區(qū)分布中，扇區(qū)寬度θsw被選定近似等于主瓣102在-10dB點108和110的寬度，但是扇區(qū)寬度的其它選擇適合依照本發(fā)明的方法的各種實施方案的目的。但是，一般地說，為了現(xiàn)在的討論，假定任何備選的扇區(qū)寬度θsw都導(dǎo)致在跨度為360°的覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)扇區(qū)數(shù)目為整數(shù)。此外，在本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案中，扇區(qū)交替使用同樣的頻道，而且假定任何備選的扇區(qū)寬度θsw都導(dǎo)致在覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)扇區(qū)數(shù)目為偶數(shù)。但是人們應(yīng)該理解，覆蓋區(qū)域的跨度可以小于360°，而且覆蓋區(qū)域可以被分成具有多種扇區(qū)寬度數(shù)目任意的扇區(qū)。
在圖12中，用射線97表示的主瓣102的峰值在0°基準位置編號為1的扇區(qū)中心。所以，扇區(qū)1在圖12的水平軸上具有以±10°表示的邊界。從扇區(qū)1開始，各個扇區(qū)按順序從左到右或者“順時針”編號，從2到10，直到圖12最右側(cè)以+180°標注的扇區(qū)為止。扇區(qū)的連續(xù)編號在圖12的最左側(cè)繼續(xù)進行，扇區(qū)10在-180°，并且繼續(xù)進行到中心在離開基準位置-20°方位的扇區(qū)18。
如同在圖12中可以看到的那樣，每個扇區(qū)都包括由旁瓣104造成的一部分輻射圖96。從圖12人們還可以看到就扇區(qū)寬度θsw的不同數(shù)值而言，不同的旁瓣104可能落在每個扇區(qū)的邊界之內(nèi)；因此，如同前面討論過的那樣，在給定的扇區(qū)中由與給定的輻射圖相關(guān)聯(lián)的旁瓣造成的干擾是扇區(qū)寬度θsw的函數(shù)。
圖13是展示用于覆蓋區(qū)域52的兩個相應(yīng)的扇區(qū)的兩個一致的輻射圖96和98的曲線圖。如同在圖12中那樣，假定輻射圖96對應(yīng)于中心在0°基準位置編號為1的扇區(qū)，并且如同樣在圖8中那樣可以用函數(shù)G(θ)表示。中心在某個其它扇區(qū)n的輻射圖98的主瓣的峰值是用射線99指出的，而且被證明在扇區(qū)1中從主瓣102的峰值移動用αn給定的角度100。因此，用于扇區(qū)n的輻射分布98可以用函數(shù)Gn＝G(θ-αn)表示，它僅僅是從0°基準位置偏移角度αn的輻射分布G(θ)。
為了下面的討論，假定在覆蓋區(qū)域52的全部n個扇區(qū)中，天線系統(tǒng)同時發(fā)射具有類似于輻射圖96和98的本質(zhì)上一致的空間分布的輻射圖。對于被分成寬度θsw相等的n個扇區(qū)的360°覆蓋區(qū)域來說，例如用圖12的曲線106表示的那樣，用于扇區(qū)n的角度αn可以利用扇區(qū)寬度的倍數(shù)表示αn＝θsw*(n-1)，其中n＝1…(360/θsw)。因此，參照扇區(qū)1，用于任何扇區(qū)n的輻射圖Gn可以利用扇區(qū)寬度θsw用下式表示
其中G1＝G(θ)，如同預(yù)期的那樣。例如，如果在圖1 3中假定輻射圖98與扇區(qū)3相關(guān)聯(lián)，那么G3＝G(θ-2*θsw)，其中角度100是由α3＝2*θsw給定的。
再一次參照圖12，用曲線106指出的每個扇區(qū)的邊界可以作為離開0°基準位置的角度θsn給出。這些邊界角θsn也可以利用扇區(qū)寬度θsw表示θsn＝θsw*(n-1/2) (3)其中θsn是在扇區(qū)n和(n+1)之間從0°基準位置到邊界的角度，n＝1…(360/θsw)。利用這個公式，在圖12中被圖解說明在扇區(qū)1左邊的任何扇區(qū)都具有以偏離0°基準位置正角度(從+180°到360°)而不是在圖12中展示的相等的負角度(從-180°到0°)表示的邊界。當(dāng)然，用任何一種表達指出的扇區(qū)邊界的實際位置都是一樣的。
再一次參照圖13，依據(jù)公式(2)和公式(3)，對于給定的扇區(qū)寬度θsw，把扇區(qū)1中預(yù)期的信號水平(來自輻射圖96的主瓣102)與由來自任何使用同樣的頻道的其它扇區(qū)n的旁瓣在扇區(qū)1中造成的噪聲信號水平進行比較的比值[D1/U1n]可以利用相對功率表示[D1/U1n](θ)=G1*β1Gn*βn=G(θ)*β1G(θ-θsw*[n-1])*βn,---(4)]]>其中β1是與輻射圖G1相關(guān)聯(lián)的復(fù)數(shù)功率，βn是與輻射圖Gn相關(guān)聯(lián)的復(fù)數(shù)功率，角度θ掃過扇區(qū)1，即θs(360/θsw)≤θ≤θs1因此，用公式(4)給出的關(guān)系導(dǎo)致在扇區(qū)1范圍內(nèi)適合給定的扇區(qū)寬度θsw的D/U比對角度的曲線。這樣的曲線的最小值代表在扇區(qū)1中由于來自扇區(qū)n的干擾造成的“最壞情況”的D/U比。
上面的分析可以延伸，以便通過把來自每個同一頻道扇區(qū)的不想要的信號水平加起來把由來自覆蓋區(qū)域中所有使用同一頻道的扇區(qū)的旁瓣在扇區(qū)1中造成的不想要的信號水平包括在內(nèi)。如果假定在交替的扇區(qū)中頻率被重復(fù)使用，如同在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中那樣，那么在扇區(qū)1中由所有其它使用同一頻率的扇區(qū)造成的不想要的信號水平的總和U1(θ)是由下式給出的U1(θ)=Σn=3,nadd(360/θsw)Gn*βn---(5)]]>其中角θ再一次掃過扇區(qū)1，即θs(360/θsw)≤θ≤θs1，而且只有來自奇數(shù)編號扇區(qū)的信號貢獻被加起來。利用公式(4)和公式(5)，將扇區(qū)1中想要的信號水平與由來自全部其它使用同一頻道的扇區(qū)的旁瓣在扇區(qū)1中造成的不想要的信號水平的總和進行比較的比值[D1/U1]可以利用相對功率用公式(6)表示[D1/U1](θ)=G1*β1Σn=3,nadd(360/θsw)Gn*βn---(6)]]>類似于公式(4)，用公式(6)給出的關(guān)系導(dǎo)致D/U比對在扇區(qū)1內(nèi)用于給定的扇區(qū)寬度θsw的角度的曲線。這樣的曲線的最小值代表由于來自全部使用同一頻道的扇區(qū)的干擾在扇區(qū)1中造成的“最壞情況”的D/U比。
盡管逐漸導(dǎo)致公式(6)的分析即使在有簡化假設(shè)(即在每個扇區(qū)中用于輻射圖的本質(zhì)上一致的空間分布、相等的扇區(qū)寬度和在交替的扇區(qū)中頻率復(fù)用)的情況下也是繁重的，但是公式(6)仍然根據(jù)扇區(qū)的輻射圖和使用同一頻道的每個扇區(qū)的輻射圖提供了給定的扇區(qū)中的D/U比的精確評估。就每個選定的扇區(qū)寬度θsw而言，具有相關(guān)聯(lián)的最小的D/U比的D/U曲線可以是針對給定的扇區(qū)生成。最佳扇區(qū)寬度θsw可以通過選擇將導(dǎo)致對于該扇區(qū)D/U比的最小值最高的扇區(qū)寬度被確定下來。
盡管前面的討論的目的是根據(jù)針對扇區(qū)1的D/U比曲線確定最佳扇區(qū)寬度θsw，(鑒于簡化假設(shè)這種討論對于所有的扇區(qū)n都是一致的)，但是前面概述的原則將同樣應(yīng)用于針對扇區(qū)之間具有不同的輻射圖、不同的扇區(qū)寬度和任意的頻率復(fù)用計劃的覆蓋區(qū)域的每個扇區(qū)確定最佳的扇區(qū)寬度。對于在兩個或多個扇區(qū)之間使用不同的輻射圖和扇區(qū)寬度的橫跨360°的覆蓋區(qū)域以及任意的或傳統(tǒng)的頻率復(fù)用計劃，前面概述的本發(fā)明的方法的參數(shù)可以被修改，以便考慮到遍及覆蓋區(qū)域可能在感興趣的給定扇區(qū)中對干擾或不想要的信號作貢獻的任何輻射圖的任何的部分。而且，每個輻射圖Gn的復(fù)數(shù)功率βn可以是任意選定的，而且對于可能導(dǎo)致扇區(qū)之間覆蓋半徑不同的兩個或多個的扇區(qū)可以是不同的，下面將結(jié)合圖19進一步討論。盡管如此，公式(6)仍然在確定感興趣的給定扇區(qū)中的D/U比曲線時考慮到每個輻射圖Gn的復(fù)數(shù)功率βn。
此外，人們應(yīng)該理解，盡管在前面的分析中扇區(qū)寬度是變化的而假定輻射圖是固定的，但是在給定的扇區(qū)中類似的D/U比分析可以被完成，在該分析中扇區(qū)寬度保持不變而對于一個或多個扇區(qū)輻射圖Gn是變化的，以便針對固定的扇區(qū)寬度確定使該扇區(qū)中的D/U比達到最大值的輻射圖。
為了依照本發(fā)明進行通信鏈路的實際的噪聲預(yù)算分析，前面概述的本發(fā)明的方法可以被大大簡化同時仍然提供適當(dāng)?shù)腄/U比。撤回結(jié)合圖9和圖10對通常在扇區(qū)邊界發(fā)現(xiàn)扇區(qū)n中最小的預(yù)期信號水平的討論。這個最小的預(yù)期信號水平Dmin，n可以在計算扇區(qū)n中的D/U比，而不是計算扇區(qū)n中主瓣的實際分布Gn時被用作預(yù)期信號水平的“最壞情況”基準。類似地，在使用交替的扇區(qū)頻率復(fù)用計劃的實施方案中，來自任何干擾同頻率扇區(qū)(例如n+2，n+4…等等)的旁瓣的最大值或平均值可以被用作用于扇區(qū)n中噪聲信號水平而不是扇區(qū)n中旁瓣的實際分布Gn+2，Gn+4，…等等的基準。這種方法的簡化在于獲得了用于扇區(qū)n中總噪聲信號水平的單一的最大值或平均值而不是一系列作為角度的函數(shù)的數(shù)值。然后，這個單一的數(shù)值可以與數(shù)值Dmin，n進行比較，以便確定在扇區(qū)n中用于每個選定的扇區(qū)寬度θsw的單一的保守的D/U比，而不是D/U比對角度的曲線。
圖14是類似于圖12的圖表，但它還展示由于輻射圖96的旁瓣104在每個扇區(qū)中造成的最大的和平均的信號水平的曲線。在圖14中，指出代表在扇區(qū)1的邊界最小的預(yù)期信號水平的量Dmin1的點110可以被定義為Dmin1＝G(θs1)＝G(θsw/2)， (7)其中G(θ)是與扇區(qū)1相關(guān)聯(lián)的輻射圖96。；類似地，代表輻射圖G1＝G(θ)在扇區(qū)n中最大的信號水平或者相反假定在所有的扇區(qū)中輻射圖完全一致代表輻射圖Gn在扇區(qū)1中最大的信號水平的量Gsn可以被定義為Gsn＝max[G(θ)]， (8)其中[θsw*(n-3/2)]≤θ≤[θsw*(n-1/2)]，n＝2…(360/θsw)
最大值Gsn代表就扇區(qū)1中來自扇區(qū)n的干擾而言最壞情況下的上限。圖14表示幾個Gsn值的曲線112，n＝1-10。
同樣，代表輻射圖Gl＝G(θ)在扇區(qū)n中的平均信號水平或者相反假定輻射圖在所有的扇區(qū)中完全一致代表輻射圖Gn在扇區(qū)1中的平均信號水平的量Gan可以被定義為Gan＝ave[G(θ)](9)其中[θsw*(n-3/2)]≤θ≤[θsw*(n-1/2)]，n＝2…(360/θsw)圖14也表示幾個Gan值的曲線114，n＝1-10。利用量Gsn和Gan，由所有使用同一頻道的扇區(qū)n在扇區(qū)1中造成的噪聲信號水平的最大值或平均值都可以作為扇區(qū)寬度θsw的函數(shù)被獲得。
就扇區(qū)1而言，最壞情況下的D/U比可以通過假定復(fù)數(shù)功率是在所有同頻道扇區(qū)n中同時輻射的并且是平衡的(β1＝β2＝βn)、相干的和相關(guān)的，以致來自全部潛在的干擾扇區(qū)的最大的噪聲信號水平建設(shè)性地相加和利用所有使用與扇區(qū)1相同的頻道的扇區(qū)的Gsn的總和被確定下來。因此，用于扇區(qū)1中最大的噪聲信號水平Umax1的公式(5)的簡化版本可以用下式給出Umax1=Σn=3,nadd(360/θsw)Gsn*βn---(10)]]>而用于最壞情況下的D/U值的公式(6)的簡化版本可以用下式給出Dmin1/Umin1=Dmin1Σn=3,nadd(360/θsw)Gsn*βn---(11)]]>在實踐中，輻射到每個扇區(qū)中的復(fù)數(shù)功率可能不與其它的扇區(qū)相干或相關(guān)，這部分地取決于網(wǎng)絡(luò)操作中心40的調(diào)制解調(diào)器44所用的調(diào)制/解調(diào)技術(shù)，同時也是由于分扇區(qū)天線系統(tǒng)24在制造過程中的輕微變化造成的。此外，功率可能不是在所有的同頻道扇區(qū)中同時輻射的。再者，輻射圖Gn可能從一個扇區(qū)到另一個扇區(qū)發(fā)生輕微的變化。由于這些理由，用于扇區(qū)1的更現(xiàn)實的D/U比可以利用所有使用與扇區(qū)1相同的頻道的扇區(qū)的平均噪聲信號水平Gan的總和Uave1被確定下來，其中總和Uave1由下式給出Uavel=Σn=3,nadd(360/θsw)Gan*βn---(12)]]>然后，公式(6)根據(jù)Uave1的簡化版本可以用下式給定Dmin1/Uave1=Dmin1Σn=3,nadd(360/θsw)Gan*βn---(13)]]>基于輻射圖Gn和在交替的扇區(qū)中頻率復(fù)用，最佳的扇區(qū)寬度θsw可以通過針對許多扇區(qū)寬度θsw計算公式(13)的值并且選擇導(dǎo)致Dmin1/Uave1的值最高的扇區(qū)寬度得以確定。當(dāng)然，公式(11)可以被進行類似的計算，然而，用公式(11)確定的最佳扇區(qū)寬度將是以D/U比在最壞情況下的值為基礎(chǔ)的。盡管最壞情況下的D/U比可以提供同頻道干擾對通信鏈路的總噪聲預(yù)算的貢獻的更保守的估計，但是公式(13)給定的D/U比可以提供鏈路噪聲預(yù)算的這個部件的更實際的估計。適合本發(fā)明的目的的D/U比的可仿效的范圍是由10至35dB給定的，但是不受這個范圍的限制。在本發(fā)明的一個實施方案中，適當(dāng)?shù)腄/U比可以通過在從在-3分貝點的輻射圖的主瓣寬度到在-10分貝點的主瓣寬度的范圍中選擇扇區(qū)寬度得以實現(xiàn)。在另一個實施方案中，基站的天線系統(tǒng)使空間分布本質(zhì)上一致的輻射圖與360°覆蓋區(qū)域的每個扇區(qū)這樣相關(guān)聯(lián)，以致當(dāng)每個扇區(qū)的扇區(qū)寬度大約為16.4度時對于每個扇區(qū)都達到適當(dāng)?shù)?，更?yōu)選最佳的D/U比；即，在這個實施方案中，360度覆蓋區(qū)域的最佳的扇區(qū)分布包括22個相鄰的扇區(qū)。
圖15是展示前面概述過的本發(fā)明用來根據(jù)公式(11)或公式(13)利用最佳的扇區(qū)寬度θsw確定最佳的扇區(qū)分布的方法的優(yōu)選實施方案的各個步驟的流程圖。如同前面討論過的那樣，在依照本發(fā)明的方法的其它實施方案中，該區(qū)域跨度為360°。變量N代表覆蓋區(qū)域被分成的扇區(qū)總數(shù)，并且可以是這樣選定的，以致最初的扇區(qū)寬度是主瓣分布在-10分貝點的寬度的大約兩倍。例如，參照圖12，主瓣102的-10分貝點108和110被表明分別在-10°和+10°的方位，從而給出主瓣寬度大約為20°。N的數(shù)值可以是這樣選定的，以致最初的扇區(qū)寬度(θsw)N是主瓣寬度的大約兩倍，在圖12的實例中將是40°。上述實例僅僅是為了說明的目的，依照其它的實施方案其它的最初的扇區(qū)寬度可能是適當(dāng)?shù)摹Ｔ谝粋€實施方案中，N優(yōu)先被選定為偶數(shù)，這種選擇特別適合于交替的頻率復(fù)用計劃。
基于最初的扇區(qū)寬度(θsw)N，在圖15的步驟702中，根據(jù)公式(7)變量Dmin1被計算出來。一旦將變量Dmin1計算出來，依照本發(fā)明的方法就可以遵從用參考符號703和705指出的兩條路徑之一或兩者。用參考符號703指出的路徑最終計算用公式(11)給出的“較壞情況下”的D/U比，用參考符號705指出的路徑計算用公式(13)給出的更保守的D/U比。
遵從用參考符號703指出的路徑，在圖15的步驟704中，本發(fā)明的方法計算公式(8)給出的變量Gsn在步驟708中，計算公式(10)給出的變量Umax1。在步驟712中，依據(jù)公式(11)計算比值Dmin1/Umax1。類似地，遵從參考符號705指出的路徑，本發(fā)明的方法在步驟706中按照公式(9)計算變量Gan在步驟710中，利用公式(12)計算變量Uave1。在步驟714中，利用公式(13)計算比值Dmin1/Uave1。
一旦公式(11)和(13)指出的D/U比之一或兩者被計算出來并且與當(dāng)前的扇區(qū)寬度一起被儲存起來，例如儲存在傳統(tǒng)的存儲器中，在步驟716中，通過變量N指出的扇區(qū)總數(shù)被增加一個整數(shù)值i，并且在步驟718中根據(jù)新的扇區(qū)總數(shù)N計算新的扇區(qū)寬度。在N是偶數(shù)實施方案中，在步驟716中N被相應(yīng)地增加一個偶整數(shù)。在步驟720中，該方法質(zhì)問新的扇區(qū)寬度是否小于在-0.5分貝點的主瓣寬度。如果新的扇區(qū)寬度大于在-0.5分貝點的主瓣寬度，那么該方法依照在圖15中概述的實例返回步驟702并且根據(jù)新的扇區(qū)寬度計算變量Dmin1的新數(shù)值。但是，如果新的扇區(qū)寬度小于在-0.5分貝點的主瓣寬度，那么在步驟722中選擇與該方法儲存的D/U比之一或兩者的最大值相對應(yīng)的扇區(qū)寬度。
因此，在上面概述的實例中，在-0.5分貝點的主瓣寬度大體上作為依照本發(fā)明的一個實施方案的方法評估的最小的扇區(qū)寬度。這個用于最小的扇區(qū)寬度的判據(jù)僅僅在用圖15概述的實例中被用于圖解說明的目的，而且步驟700和720兩者都可以被修改，以便變更依照本發(fā)明的其它實施方案的方法用來評估最小的和最大的扇區(qū)寬度的判據(jù)。例如，在一個實施方案中，扇區(qū)數(shù)目N可以在步驟716中被增加某個整數(shù)i，從而減少扇區(qū)寬度，直到在步驟712和714中算出的D/U比漸進地逼近某個最大值為止。然后，質(zhì)問步驟720可以查詢D/U比的遞增量，而且如果遞增量在某個預(yù)定的門限值以下，那么可以在步驟722退出該方法。
一旦獲得適當(dāng)?shù)腄/U比，或者換句話說，獲得由于來自同頻道扇區(qū)的干擾造成的總噪聲信號水平，前面結(jié)合圖7討論過的其它潛在的噪聲來源，例如不想要的RF功率的其它來源，可以被加到這張圖上，以便確定通信鏈路上的總數(shù)噪聲水平。這個總噪聲水平將在通信鏈路的接收端與預(yù)期信號水平進行比較，而且應(yīng)該在為通信鏈路的接收端服務(wù)的調(diào)制解調(diào)器必需的信噪比(SNR)所規(guī)定的內(nèi)部噪聲預(yù)算范圍內(nèi)。
再一次參照在圖7中展示的下游頻道通信鏈路(基站到用戶站)，發(fā)自NOC調(diào)制解調(diào)器44的鏈路發(fā)射器45并且到達到用戶收發(fā)器64的輸入端的數(shù)據(jù)載波的預(yù)期被接收的信號水平(RSL)708可以依照本發(fā)明的一個實施方案被計算如下。鏈路發(fā)射器45發(fā)射具有相關(guān)聯(lián)的信號水平700(例如，它可以被表示成以dBm為單位的功率)的數(shù)據(jù)載波38。為了下面的討論，假定內(nèi)部通信鏈路34是低損耗的通信鏈路，并因此不衰減被基站收發(fā)器32接收的信號水平700。
數(shù)據(jù)載波38的信號水平700被具有可調(diào)增益702的基站收發(fā)器32的發(fā)射器部分放大?？烧{(diào)增益702可以被這樣選定，以致收發(fā)器32的發(fā)射器部分在線性區(qū)域工作，以適應(yīng)NOC調(diào)制解調(diào)器44輸出的調(diào)制信號(例如，優(yōu)選需要線性頻道的QAM調(diào)制信號)。經(jīng)過收發(fā)器32的發(fā)射器部分放大的收發(fā)器輸出信號水平704可能首先由于雙工器損失706(這對于某些類型的收發(fā)器作為發(fā)射器和接收器部分集成的結(jié)果可能是固有的)以及鏈路25上的某些線路損失722被衰減。天線系統(tǒng)24把增益720提供給信號704，減去由于雙工器損失706和線路損失722造成的衰減，以便在無線電通信鏈路26的始端輸出具有有效的輻射信號水平728的數(shù)據(jù)載波28在圖7中，無線電通信鏈路26被表示成在基站天線系統(tǒng)24和用戶天線60之間具有路徑長度718。無線電通信鏈路26的特征是自由空間的路徑損失726是路徑長度718和頻道28的載波頻率的函數(shù)。路徑損失726是從天線系統(tǒng)24的有效輻射信號水平728中被減掉的衰減因素。為了至少部分地計及路徑長度718增加時的路徑損失726或信號密度的減少，用戶天線60把增益716提供給收到的數(shù)據(jù)載波28。在用戶天線60和用戶收發(fā)器64之間的鏈路62被假定是不衰減收到的數(shù)據(jù)載波28的低損耗鏈路。因此，在用戶收發(fā)器的輸入端64預(yù)期收到的信號水平RSL(在圖7中被表示成參考符號708)可以由下式給出RSL(dBm)＝基站收發(fā)器的輸出(704)-雙工器損失(706)-線路25上的衰減(722)+天線系統(tǒng)24的增益(720)-自由空間路徑損失(726)+用戶天線60的增益(716)(14)以類似的方式，沿著圖7所示的下游通信鏈路的噪聲來源可以被加起來，以便在用戶收發(fā)器64的輸入端達到總噪聲水平(TNL)714。為了目前的討論，假定NOC調(diào)制解調(diào)器44或鏈路發(fā)射器45提供的任何噪聲以及由于環(huán)境干擾在內(nèi)部通信鏈路34上造成的任何噪聲都是可忽略的。
此外，盡管來自基站收發(fā)器32的發(fā)射器部分的相位噪聲也可能影響鏈路噪聲，但是在這個實例中假定所使用的是低相位噪聲收發(fā)器，而且相位噪聲的影響是可忽略的。同樣，假定由于可能影響鏈路25以及用戶站20的鏈路62和68的環(huán)境干擾造成的任何噪聲都是可忽略的。這留下在圖7中用參考符號724指出的由于來自同頻道扇區(qū)的干擾造成的噪聲信號水平和和用戶收發(fā)器64的接收器部分貢獻的熱噪聲作為用圖7展示的下游通信鏈路上的主要噪聲來源。
由于來自同頻道扇區(qū)的干擾造成的噪聲信號水平724可能被提交給戶收發(fā)器64的輸入端而且可以就該扇區(qū)而言被表示成預(yù)期收到的信號水平708(RSL，以dBm為單位)減D/U比。這種方法是適當(dāng)?shù)模驗橛脩籼炀€60本質(zhì)上把同樣的增益716在無線電通信鏈路26上同時施加給想要的和不想要的信號兩者。如同前面討論過的那樣，依照本發(fā)明的一個實施方案，扇區(qū)寬度是這樣選定的，以致用于每個扇區(qū)的D/U比都在大約10到35分貝的范圍內(nèi)。由用戶收發(fā)器64的接收器部分引入的熱噪聲功率可以依據(jù)下述關(guān)系進行計算熱噪聲(dBm)＝-174dBm+10log[BW]+NF，(15)其中BW是頻道38、28和68的帶寬，而NF是下面結(jié)合圖16進一步討論的用戶收發(fā)器64的噪聲指數(shù)710。于是，提交給用戶收發(fā)器64的輸入端的總噪聲水平714(TNL)是由公式(16)給定的
TNL(dBm)＝熱噪聲+同頻道干擾噪聲(724)＝熱噪聲+[RSL(708)-D/U](16)由于總噪聲水平714的上述計算被提交到用戶收發(fā)器64的輸入端，而且包括用戶收發(fā)器64引入的熱噪聲，所以用戶收發(fā)器64的接收器部分把預(yù)期的信號水平708和總數(shù)噪聲水平714兩者用本質(zhì)上相同的增益系數(shù)712放大，以致圖7中展示的下游通信鏈路的實際的信噪比(SNRactual)可以在用戶收發(fā)器64的輸入端而不是在用戶調(diào)制解調(diào)器70被計算出來。這個實際的信噪比是用公式(17)給定的SNRactual(dB)＝RSL-TNL， (17)其中公式(14)、(15)和(16)將被使用。
最后，在圖7中展示的通信鏈路的噪聲極限可以通過用公式(17)給出的實際的信噪比與圖2中給出的對用戶調(diào)制解調(diào)器70的理論SNR需求進行比較利用公式(18)給出的關(guān)系被計算出來噪聲極限(dB)＝SNRactual-SNRtheoretical(18)圖16和圖17是分別展示基站收發(fā)器32和用戶收發(fā)器64的依照本發(fā)明的一個實施方案的可仿效的設(shè)計參數(shù)以及固定用戶站20的定向天線60的可仿效的設(shè)計參數(shù)的圖表，這些設(shè)計參數(shù)可能影響這些部件對鏈路噪聲預(yù)算的貢獻。圖19是利用來自圖16和圖17的相關(guān)的參數(shù)展示對圖7中展示的下游通信鏈路的一個實施方案的通信鏈路預(yù)算分析的實例的圖表。
從圖16人們可以看到在這個實例中輸入到基站收發(fā)器32的數(shù)據(jù)載波38的信號功率700可以從-10dBm到+5dBm，而且收發(fā)器32的發(fā)射器增益702可以按1分貝增量從7分貝調(diào)整到51分貝。此外，人們從圖16還能看到收發(fā)器32的經(jīng)過放大的最大的輸出信號水平704是26dBm。在實踐中，如同在圖18的鏈路預(yù)算分析中指出的那樣，這個最大的輸出信號水平704被“放棄”大約5分貝，以保證收發(fā)器32的發(fā)射器部分在線性區(qū)域中操作，借此使幅度和相位扭曲最小化，并因此提供低噪聲輸出。收發(fā)器32的最大的輸出信號水平、輸出放棄和實際的輸出信號水平在圖18中是分別通過參考符號704a、704b和704b識別的。此外，從圖16人們可以看到就輸入用戶收發(fā)器64的預(yù)期接收的信號水平708而言適當(dāng)?shù)墓β史秶鷥?yōu)選在30到70dBm的范圍內(nèi)，而用戶收發(fā)器64的可調(diào)增益712可以從-22分貝到+22分貝。另外，圖16還表明用來計算用戶收發(fā)器64的接收器部分貢獻的熱噪聲的噪聲指數(shù)(NF)710為8分貝。
圖17概述固定用戶站20的定向天線60的可仿效的設(shè)計參數(shù)。從圖17人們可以看到在這個實施方案中定向天線的60的增益716是24分貝。圖17還展示天線60關(guān)于后瓣和旁瓣抑制的其它參數(shù)，以及用來保證天線減少或抑制從不同于入射的數(shù)據(jù)載波28的方向照射定向天線60的有害輻射的用戶天線60接收的數(shù)據(jù)載波的可接受的波束寬度28。
為了說明的目的，圖18展示的通信鏈路預(yù)算分析的實例表明在基站22的天線系統(tǒng)24和用戶站20的定向天線60之間的路徑長度718為26英里，但是依照其它的實施方案其它的路徑長度是可能的。圖18還指出天線系統(tǒng)24的增益720，以及對鏈路25上的信號衰減作出貢獻的雙工器損失706和線路損失722。
如同前面結(jié)合圖16討論過的那樣，圖18表明盡管來自基站收發(fā)器32的發(fā)射器部分的可用的最大的輸出水平是26dBm，但是這個水平被“放棄”5.0dB，因此基站收發(fā)器的最大的輸出水平704是21dBm?；谶@個21dBm的最大的輸出信號704、鏈路損失和雙工器損失以及21分貝的天線增益710，天線系統(tǒng)24的有效的輻射信號水平728在圖18中被給定為39dBm或7.9瓦特。自由空間路徑損失726根據(jù)路徑長度718和頻道28的載波頻率在圖18中被給定為132.9dB，而用戶天線增益716依據(jù)圖17被給定為24分貝。依照公式(14)，這些參數(shù)導(dǎo)致在用戶收發(fā)器64的輸入端預(yù)期接收的信號水平(RSL)708為-69.9dBm。
依照公式(15)利用在圖16中指出的6兆赫的帶寬的和8分貝的噪聲指數(shù)(NF)710計算出的熱噪聲功率在圖18中被給定為-98.9dBm。在圖18的分析中，可仿效的D/U比被選定為30分貝，根據(jù)預(yù)期接收的信號水平RSL為-69.9dBm，這將導(dǎo)致來自同頻道扇區(qū)的干擾所造成的噪聲信號水平724為-99.9dBm。因此，用公式(16)給出的在用戶收發(fā)器64的輸入端的總噪聲水平(TNL)714在圖18中被表明是-96.4dBm，而依照公式(17)實際的信噪比在圖18中被表明是26.5dB，因此依照公式(18)導(dǎo)致12.5分貝的噪聲極限。
人們應(yīng)該理解盡管在上述的實例中理論上14分貝的SNR需求是針對使用QAM調(diào)制/解調(diào)技術(shù)的調(diào)制解調(diào)器假定的，但是使用不同的調(diào)制/解調(diào)技術(shù)和/或具有不同的SNR需求的其它的調(diào)制解調(diào)器也可以使用，只要用于本發(fā)明給定的實施方案的通信鏈路的實際的SNR大于理論上的SNR需求；即，噪聲極限優(yōu)選應(yīng)該大于零，更優(yōu)選大于5分貝，甚至更優(yōu)選大于10分貝。
圖19是展示其中的扇區(qū)有不同的覆蓋半徑的覆蓋區(qū)域52的實例的附圖。在圖19中，基站22位于覆蓋區(qū)域52的中心，而給定扇區(qū)的半徑是從基站22測量的。例如，在圖19中，扇區(qū)152和352具有半徑92，而扇區(qū)252具有半徑90。.While Fig|盡管圖19表示扇區(qū)252與兩個扇區(qū)152和352相鄰，但是覆蓋區(qū)域252的任何兩個不相鄰或相鄰的扇區(qū)都可以有不同的半徑。
如同在圖4和圖5中展示的那樣，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中基站22包括用于每個扇區(qū)的收發(fā)器32。給定的扇區(qū)的半徑可以是把輻射圖發(fā)射到該扇區(qū)中的收發(fā)器32的功率水平的函數(shù)。就某些應(yīng)用而言，符合要求的是改變對應(yīng)于某些特定的扇區(qū)的收發(fā)器32的輸出功率水平，因為在一些特定的扇區(qū)中基站22在某些情況下必須有比較大的距離。為了避免干擾和過度的功耗，如果只有一些扇區(qū)需要比較大的距離那么單方面地增加所有扇區(qū)中的功率輸出水平可能是不合乎要求的。因此，只有那些需要比較大的距離的扇區(qū)的輸出功率水平可以被增加。因此，不再可以假定輻射圖在所有的扇區(qū)中完全一致，所以依照本發(fā)明的方法確定最佳扇區(qū)分布應(yīng)該考慮到在扇區(qū)功率水平和輻射圖方面的任何變化。在扇區(qū)功率水平方面的這種差異可以被計及，例如，通過前面關(guān)于公式(4)討論的復(fù)數(shù)功率變量βn。
依照本發(fā)明的另一個用圖20A和20B予以圖解說明的實施方案，無線電通信系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域的兩個或多個扇區(qū)可以被連接在一起形成廣域網(wǎng)。圖20A和20B是類似于圖4的附圖，為了說明的目的，每張圖都展示具有四個扇區(qū)152、252、352和452的覆蓋區(qū)域52。在圖20A和圖20B中，收發(fā)器32被表明與天線系統(tǒng)耦合，該通信系統(tǒng)可能是，例如，用圖5展示的分扇區(qū)天線系統(tǒng)24或者是用圖5A展示的分扇區(qū)天線系統(tǒng)24。如同在圖20A和20B中展示的那樣，依照一個實施方案，至少一個收發(fā)器32與每個扇區(qū)152、252、352和452相關(guān)聯(lián)。依照這個實施方案的一個方面，每條無線電通信鏈路126、226、326和426都可以在相應(yīng)的扇區(qū)152、252、352和452中使用一對或多對數(shù)據(jù)載波傳輸扇區(qū)中的下游和上游信息。加之，在一方面，無線電通信鏈路126、226、326和426中不同的鏈路可以把不同的載波頻率用于成對的數(shù)據(jù)載波(例如，如同前面討論過的那樣，交替的扇區(qū)可以把同樣的載波頻率用于數(shù)據(jù)載波對中的每個數(shù)據(jù)載波)。
在圖20A和20B所展示的實施方案的一個方面中，在形成廣域網(wǎng)的扇區(qū)中雙向信息傳送可以利用一個或多個不同的載波頻率在每個相應(yīng)的扇區(qū)中被完成，其中每個扇區(qū)與至少一個傳遞信息的輻射圖相關(guān)聯(lián)，而且形成廣域網(wǎng)的扇區(qū)至少共享一些同樣的信息。例如，在這個實施方案的一個方面中，一個用于完成信息編碼和解碼(例如，調(diào)制和解調(diào)信息載波)的基站調(diào)制解調(diào)器44可以與兩個或多個無線電通信收發(fā)器32耦合，其中每個收發(fā)器與不同的扇區(qū)相關(guān)聯(lián)，而且可以使用各自不同的載波頻率在不同的扇區(qū)中傳送信息。以這種方式，兩個或多個按不同地域配置的扇區(qū)本質(zhì)上起一個廣域網(wǎng)的作用，因為多重扇區(qū)是由一個基站調(diào)制解調(diào)器44提供服務(wù)的。在這個實施方案的另一方面，被選定由特定的基站調(diào)制解調(diào)器提供服務(wù)的扇區(qū)的數(shù)目至少部分地基于在至少一部分覆蓋區(qū)域中一個或多個用戶站的容量要求和拓撲分布，下面將進一步討論。
如同在圖20A和20B中展示的那樣，“調(diào)制解調(diào)器縮放”的觀念通常可以被用在依照本發(fā)明的一個實施方案的無線電通信系統(tǒng)中，在該系統(tǒng)中在無線電通信系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器44和收發(fā)器32之間不必存在一一對應(yīng)的關(guān)系。以這種方式，為具有M個扇區(qū)以任意種方式分布在系統(tǒng)基站周圍遍及全部或一部分360度覆蓋區(qū)域而設(shè)計系統(tǒng)最初可以配備至少M個收發(fā)器32和不足M個調(diào)制解調(diào)器44。在這個實施方案中，每個調(diào)制解調(diào)器與不止一個收發(fā)器相關(guān)聯(lián)，以致兩個或多個扇區(qū)形成廣域網(wǎng)。
例如，圖20A展示一個調(diào)制解調(diào)器44與四個收發(fā)器32耦合以形成四扇區(qū)廣域網(wǎng)。以這種方式，四個扇區(qū)152、252、352和452本質(zhì)上作為(即，在無線電通信系統(tǒng)“看來”)一個扇區(qū)起作用。然而，人們應(yīng)該理解，依照這個實施方案的一個方面，用于各自的無線電鏈路126、226、326和426的一些載波頻率可以是不同的。雖然如此，只有一個調(diào)制解調(diào)器44被用于完成與全部四個扇區(qū)152、252、352和452相關(guān)聯(lián)的信息的編碼和解碼，而且在各自的扇區(qū)中使用不同的載波頻率從信息交換的觀點未必影響廣域網(wǎng)的形成。
以類似的方式，如同在圖20B中展示的那樣，一個調(diào)制解調(diào)器44可以與兩個發(fā)器32耦合以形成兩個扇區(qū)的廣域網(wǎng)。圖20B展示兩個這樣的調(diào)制解調(diào)器44，每個調(diào)制解調(diào)器與兩個收發(fā)器32耦合，以致扇區(qū)152和252形成第一廣域網(wǎng)而扇區(qū)352和452形成第二廣域網(wǎng)。另外，如同前面結(jié)合圖20A討論過的那樣，在各自的扇區(qū)中使用不同的載波頻率既不影響廣域網(wǎng)的形成，也不由于添加或拆除調(diào)制解調(diào)器而影響廣域網(wǎng)的可縮放性。此外，人們應(yīng)該理解在這個實施方案中多重扇區(qū)廣域網(wǎng)的形成不局限于把鄰近的扇區(qū)組合成網(wǎng)絡(luò)；而是可以更一般地把覆蓋區(qū)域的任何兩個或多個扇區(qū)集合到一起形成網(wǎng)絡(luò)。
如同在圖20A和20B兩者中圖解說明的那樣，某個給定的調(diào)制解調(diào)器可以利用一個或多個諸如分離器(功率分配器)或功率組合器之類的傳統(tǒng)的組合裝置1000與任何數(shù)目的收發(fā)器耦合。這樣的組合裝置的一個實例是購自Technifab ProductsIncorporated，10339 N.Industrial Park Drive，Brazil，IN.的6∶1 IF分配組件。依照一個實施方案，組合裝置1000(即“組合器”)包括至少兩個為收發(fā)器32提供接口的收發(fā)器通信口1010和一個或多個為一個或多個調(diào)制解調(diào)器44提供接口的調(diào)制解調(diào)器通信口1030。上游和下游的信息1020A、B可以經(jīng)收發(fā)器通信口1010在組合裝置1000和收發(fā)器之間傳輸。上游和下游的信息1040A、B可以經(jīng)調(diào)制解調(diào)器通信口1030在聯(lián)合裝置1000和一個或多個調(diào)制解調(diào)器之間傳輸。
依照一個實施方案，經(jīng)調(diào)制解調(diào)器通信口1030由組合器1000傳輸?shù)揭粋€或多個調(diào)制解調(diào)器44的上游信息1040A可以至少包括一些傳送到組合器1000的上游信息1020A(例如，組合器可以輸出包括來自一個以上扇區(qū)的上游信息的復(fù)合信號)。同樣地依照一個實施方案，經(jīng)調(diào)制解調(diào)器通信口1030傳輸?shù)浇M合器1000下游信息1040B可以被同一地(例如，分離信號功率、但不分離信息內(nèi)容)提供給每個收發(fā)器通信口1010，以致于同樣的下游信息被提供給每個收發(fā)器32(并因此提供給形成廣域網(wǎng)的每個扇區(qū))。
圖20A和圖20B展示的實施方案可以提供許多優(yōu)勢，其中一些在這里作為例證予以討論。然而，人們應(yīng)該理解，這個實施方案的潛在優(yōu)勢未必局限于下面討論的那些。一個潛在優(yōu)勢是無線電通信系統(tǒng)可以是先驗地與為每個扇區(qū)中使用的數(shù)據(jù)載波準備的特定的頻率方案或計劃一起設(shè)計的，從而把將來的系統(tǒng)擴充的可能性考慮在內(nèi)。如果最初的系統(tǒng)容量要求和/或用戶站在覆蓋區(qū)域各個不同的部分中的拓撲分布是這樣的，以致于調(diào)制解調(diào)器對收發(fā)器的完全配套(即每個扇區(qū)至少一個調(diào)制解調(diào)器和收發(fā)器)并非是必不可少的，那么比較少的調(diào)制解調(diào)器最初可以在不干擾借助收發(fā)器實現(xiàn)的頻率方案的情況下被部署在系統(tǒng)中。這可以在圖20A和圖20B中看到，在這兩種情況下用于各個扇區(qū)(例如，rf1、rf2、rf3和rf4)的相同的頻率計劃即使系統(tǒng)中使用的調(diào)制解調(diào)器的數(shù)目發(fā)生變化也仍然保持原狀。這種不時先驗地經(jīng)常設(shè)計不依賴容量要求和/或用戶的拓撲分布的特定的頻率方案憑借僅僅在需要時添加調(diào)制解調(diào)器為實際的簡易系統(tǒng)隨著容量和/或用戶分布的變化縮放創(chuàng)造條件。此外，最初安裝比較少的調(diào)制解調(diào)器，然后隨容量需求增加經(jīng)一段時間添加較多的調(diào)制解調(diào)器允許系統(tǒng)操作員在一段時間中分攤設(shè)備費用。
至此已經(jīng)描述了至少一個本發(fā)明作為例證的實施方案，各種變更、修改和改進對于熟悉這項技術(shù)的人將會毫不費力地發(fā)生。這樣的變更、修改和改進傾向于在發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。因此，前面的描述僅僅是為了舉例說明，不傾向于作為限制。
權(quán)利要求
1.一種無線電通信系統(tǒng)，其中包括轉(zhuǎn)移給和來自覆蓋區(qū)域的每一個扇區(qū)的信息的基站，基站至少在眾多扇區(qū)中的第一扇區(qū)和第二扇區(qū)發(fā)射同樣的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的無線電通信系統(tǒng)，其中基站至少在眾多扇區(qū)中的第一扇區(qū)和第二扇區(qū)同時發(fā)射同樣的信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的無線電通信系統(tǒng)，其中基站用第一扇區(qū)中的第一載波頻率和第二扇區(qū)中的第二載波頻率發(fā)射同樣的信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的無線電通信系統(tǒng)，其中第一載波頻率和第二載波頻率的頻道是不同的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的無線電通信系統(tǒng)，其中第一載波頻率和第二載波頻率是相同的；而且第一扇區(qū)和第二扇區(qū)是不相鄰的。
6.一種在覆蓋區(qū)域內(nèi)至少接收來自第一扇區(qū)和第二扇區(qū)輻射的無線電通信系統(tǒng)，其中包括接收來自第一扇區(qū)的輻射并且輸出第一信號的第一接收器；接收來自第二扇區(qū)的輻射并且輸出第二信號的第二接收器；至少一個至少與第一接收器和第二接收器耦合、把第一和第二信號組合形成合成信號的組合器；以及與至少一個組合器耦合將合成信號解調(diào)的解調(diào)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的無線電通信基站，其中每個第一和第二信號都是時分多路復(fù)用信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的無線電通信基站，其中組合器是功率組合器。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的無線電通信基站，其中從第一扇區(qū)接收的輻射和從第二扇區(qū)接收的輻射具有不同的載波頻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的無線電通信基站，其中第一和第二信號具有相同的載波頻率。
11.一種無線電通信系統(tǒng)，其中包括各自接收傳遞信息的輻射的至少第一和第二接收器，第一接收器接收第一上游信息和第二接收器接收第二上游信息；以及至少一個至少與第一和第二接收器耦合將至少來自第一和第二接收器的第一和第二上游信息兩者解調(diào)的解調(diào)器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的無線電通信系統(tǒng)，其中第一上游信息和第二上游信息是用不同的載波頻率發(fā)射的。
13.一種無線電通信方法，該方法包括下述舉動(A)接收來自覆蓋區(qū)域的第一扇區(qū)的編碼的第一上游信息；(B)接收來自覆蓋區(qū)域的第二扇區(qū)的編碼的第二上游信息；(C)把編碼的第一上游信息和編碼的第二上游信息組合形成組合的上游信息；以及(D)把組合的上游信息解碼。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的無線電通信方法，其中(A)包括把編碼的第一上游信息的第一載波頻率向下變導(dǎo)換的舉動；(B)包括把編碼的第二上游信息的第二載波頻率向下變換的舉動，第二載波頻率不同于第一載波頻率。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的無線電通信方法，進一步包括下述舉動把來自第一扇區(qū)的編碼的第一上游信息作為第一時分多路復(fù)用信息發(fā)射，以及把來自第二扇區(qū)的編碼的第二上游信息作為第二時分多路復(fù)用信息發(fā)射。
16.一種無線電通信系統(tǒng)，其中包括在覆蓋區(qū)域中至少分別發(fā)射傳遞下游信息的第一和第二輻射的至少第一和第二發(fā)射器；以及至少一個至少與第一和第二發(fā)射器兩者耦合把下游信息提供給至少第一和第二發(fā)射器的調(diào)節(jié)器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的無線電通信系統(tǒng)，其中第一發(fā)射器用第一載波頻率發(fā)射第一輻射，用第二載波頻率發(fā)射第二輻射。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的無線電通信系統(tǒng)，其中第一載波頻率和第二載波頻率是不同的。
19.一種無線電通信方法，其中包括下述舉動在至少一個信息載波上給下游信息編碼；以及在覆蓋區(qū)域的至少兩個扇區(qū)中發(fā)射編碼的下游信息。
20.一種無線電通信方法，其中包括下述舉動給下游信息信號編碼；以及在覆蓋區(qū)域的至少兩個扇區(qū)中用至少兩種不同的載波頻率發(fā)射編碼的下游信息信號。
21.一種在覆蓋區(qū)域的眾多扇區(qū)中發(fā)射和接收信息的無線電通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少在覆蓋區(qū)域的第一和第二扇區(qū)中發(fā)射和接收傳遞信息的輻射的分扇區(qū)天線系統(tǒng)；包括第一收發(fā)器和第二收發(fā)器在內(nèi)的至少兩個收發(fā)器，每個收發(fā)器都與分扇區(qū)天線系統(tǒng)耦合并且分別與覆蓋區(qū)域的第一和第二扇區(qū)相關(guān)聯(lián)，第一收發(fā)器把第一下游信號傳送給分扇區(qū)天線系統(tǒng)并且接收來自分扇區(qū)天線系統(tǒng)的第一上游信號，傳遞第一下游信息的第一下游信號是用該天線系統(tǒng)發(fā)射給第一扇區(qū)的，傳遞第一上游信息的第一上游信號是用該天線系統(tǒng)從第一扇區(qū)接收的，第二收發(fā)器把第二下游信號傳送給分扇區(qū)天線系統(tǒng)并且接收來自分扇區(qū)天線系統(tǒng)的第二上游信號，傳遞第二下游信息的第二下游信號是用該天線系統(tǒng)發(fā)射給第二扇區(qū)的，傳遞第二上游信息的第二上游信號是用該天線系統(tǒng)從第二扇區(qū)接收的；以及至少一個至少與第一收發(fā)器和第二收發(fā)器兩者耦合把第一下游信息至少提供給第一收發(fā)器、把第二下游信息至少提供給第二收發(fā)器并且接收至少來自第一收發(fā)器的第一上游信息和至少來自第二收發(fā)器的第二上游信息的調(diào)制解調(diào)器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的無線電通信系統(tǒng)，其中第一下游信息和第二下游信息是相同的。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的無線電通信系統(tǒng)，其中第一和第二下游信號是用至少兩種不同的載波頻率通過該天線系統(tǒng)發(fā)射的。
24.一種用來至少在覆蓋區(qū)域的第一和第二扇區(qū)中發(fā)射和接收信息的方法，該方法包括下述舉動用第一下游載波頻率把傳遞第一下游信息的第一下游信號發(fā)射到第一扇區(qū)；用第二下游載波頻率把也傳遞第一下游信息的第二下游信號發(fā)射到第二扇區(qū)；接收來自第一扇區(qū)傳遞第一上游信息的第一上游信號；以及接收來自第二扇區(qū)傳遞第二上游信息的第二上游信號。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中第一下游載波頻率不同于第二載波頻率。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，進一步包括如下舉動把第一上游信號和第二上游信號組合成組合信號。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，進一步包括如下舉動將組合信號解調(diào)以便重新獲得第一上游信息和第二上游信息。
28.一種無線電通信系統(tǒng)，其中包括至少兩個收發(fā)器；以及至少一個與所述的至少兩個收發(fā)器耦合的調(diào)制解調(diào)器；其中至少兩個收發(fā)器的第一數(shù)目大于至少一個調(diào)制解調(diào)器的第二數(shù)目。
29.一種用來在具有眾多扇區(qū)的覆蓋區(qū)域中轉(zhuǎn)移信息的無線電通信方法，其中每個扇區(qū)都與至少一個在該扇區(qū)中發(fā)射并且為該扇區(qū)傳遞下游信息的相應(yīng)的輻射圖相關(guān)聯(lián)，該方法包括如下舉動至少部分地根據(jù)至少在一部分覆蓋區(qū)域中的至少一個用戶的容量要求和拓撲分布選擇在眾多扇區(qū)中發(fā)射同一下游信息的扇區(qū)的數(shù)目。
30.一種用來在具有眾多扇區(qū)的覆蓋區(qū)域中轉(zhuǎn)移信息的無線電通信達方法，其中每個扇區(qū)都與至少一個相應(yīng)的在該扇區(qū)中發(fā)射并且為該扇區(qū)傳遞相應(yīng)的上游信息的輻射圖相關(guān)聯(lián)，該方法包括如下舉動至少部分地根據(jù)至少在一部分覆蓋區(qū)域中的至少一個用戶的容量要求和拓撲分布選擇在眾多扇區(qū)中把相應(yīng)的上游信息組合起來提供組合上游信息的扇區(qū)的數(shù)目。
全文摘要
無線電通信系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域的兩個或多個扇區(qū)可以被連接在一起形成廣域網(wǎng)。每個扇區(qū)都與至少一個傳遞信息的輻射圖相關(guān)聯(lián)，而形成廣域網(wǎng)的扇區(qū)至少共享某些相同的信息。用來給信息編碼和解碼的一個基站調(diào)制解調(diào)器可以與兩個或多個無線電收發(fā)器耦合，其中每個收發(fā)器與不同的扇區(qū)相關(guān)聯(lián)。以這種方式，兩個或多個地理上不同配置的扇區(qū)本質(zhì)上作為一個廣域網(wǎng)起作用，其中多重扇區(qū)是由一個基站調(diào)制解調(diào)器提供服務(wù)的。被選定由某個特定的基站調(diào)制解調(diào)器提供服務(wù)的扇區(qū)的數(shù)目至少可以部分地基于在至少一部分覆蓋區(qū)域中一個或多個用戶站的容量要求和拓撲分布。
文檔編號H04W16/02GK1419792SQ01802293
公開日2003年5月21日 申請日期2001年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月8日
發(fā)明者托馬斯·J·約翰遜, 愛德華·P·查姆派三世, 唐納德·C·米爾斯 申請人:銳美克有限公司