專利名稱：對于無線通信信號使用動態(tài)射束形成的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及無線通信領域。更具體地說，本實用新型涉及一種在無線網(wǎng)絡中使用動態(tài)射束形成用于無線通信信號傳輸和/或接收的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無線遠程通信系統(tǒng)在本領域是為大家所熟知的。通常，一個基站將對于許多用戶單元提供無線電通信。基站將典型地同時處理多個與用戶系統(tǒng)的通信?；救萘康囊粋€度量是并行通信的最大數(shù)量，其可以支持通過這樣的情況確定的因素，如可用功率和帶寬。
由于不是所有的用戶與基站同時通信，一個基站可以超出其用于并行通信的容量對很多用戶提供無線電服務。如果對于一個基站正在實施最大數(shù)量的并行通信，試圖建立進一步的通信將導致業(yè)務無效指示，諸如系統(tǒng)忙碌信號。
基站的服務范圍不僅局限于其處理并行通信的能力，而且也固有地局限于一個特定的地理區(qū)域。基站的地理分布區(qū)典型地由基站天線系統(tǒng)的位置和基站傳播信號的功率劃定。
為了在一個寬闊的地理區(qū)域之上提供無線電業(yè)務，網(wǎng)絡系統(tǒng)通常裝備有多個基站。每個基站具有其天線系統(tǒng)，實際上有選擇地位于對于由該系統(tǒng)覆蓋的總的地理區(qū)域特定的部分提供覆蓋范圍。上述的系統(tǒng)容易地對于移動用戶單元提供無線電業(yè)務，該移動用戶單元可以不中斷正在進行的無線電通信移出一個基站的范圍并且進入另一個基站的范圍。在上述的網(wǎng)絡中，一個基站覆蓋的地理區(qū)域通常被稱為小區(qū)，以及提供的電話通信業(yè)務通常被稱作蜂窩電話業(yè)務。
按照當前的第三代合伙組織規(guī)劃(3GPP)的技術(shù)要求構(gòu)成的系統(tǒng)被設計成能提供上述的業(yè)務。在這樣的系統(tǒng)中，典型的發(fā)送基站被稱為“網(wǎng)點b”，并且典型的用戶單元，移動或別的方式被稱為用戶設備(UE)。
在設計遠程通信系統(tǒng)去覆蓋特定的地理區(qū)域中，該地理區(qū)域可以被劃分為預先確定的小區(qū)模式。例如，在圖1A舉例說明的，可以劃定為六邊形小區(qū)，使得該小區(qū)在蜂窩形圖案中覆蓋整個的地理區(qū)域。在這樣的系統(tǒng)中，每個小區(qū)可以具有一個基站，該基站在小區(qū)的中心具有一個天線去提供360°的覆蓋范圍。雖然小區(qū)覆蓋范圍的布局圖可以設計為沒有任何重疊區(qū)，實際上如圖1B所示，在陰影示出的來自相鄰的小區(qū)基站天線的該發(fā)送射束肯定會重迭。這個射束覆蓋范圍的重迭使當該移動UE從一個小區(qū)另一個移動之時通信的“切換”由移動UE從一個基站引導到另一個。但是，當該UE位于該重疊區(qū)的時候，一個重迭基站信號有助于由UE從不同的基站接收干擾信號。
由于種種原因，小區(qū)可以劃定為各種各樣的不均勻的形狀?？梢蕴峁┒ㄏ蛱炀€、相控陣天線或其他的類型的天線系統(tǒng)，使得來自基站天線用于發(fā)送和/或接收的射束覆蓋特定形狀和大小的特定的地理區(qū)域。如在圖1B由基站BS舉例說明的，為了提供定型射束覆蓋該小區(qū)，使用定向天線或相位天線陣使基站天線位于小區(qū)的邊緣。和只在小區(qū)的邊緣放置一個單極天線并且發(fā)送360°通信射束形成對比，這可以在充分地利用功率和避免在該小區(qū)外邊產(chǎn)生干擾方面具有優(yōu)勢。
不同于僅適合靜止用戶單元的無線電通信系統(tǒng)，由于對一個移動UE的服務通常可以由在該系統(tǒng)之內(nèi)的任何基站提供，設計成能與移動用戶通信的系統(tǒng)具有更復雜的使用模式。因此，特定的基站可能發(fā)現(xiàn)其功率被從其他的小區(qū)進入其小區(qū)的移動UE完全地使用。
本實用新型的發(fā)明人已經(jīng)認識到響應無線電系統(tǒng)的實際使用，基站和相關(guān)的天線系統(tǒng)可以動態(tài)地用于重新配置基站發(fā)送和/或接收射束。這可能導致動態(tài)地改變總體小區(qū)覆蓋范圍，以更容易地滿足業(yè)務需要，因此充分地避免嘗試的通信遭受網(wǎng)絡忙碌信號。當一個UE從一個小區(qū)移動到另一個的時候，這還可以導致“智能”切換，以避免通信降低。
為了實施動態(tài)射束形成，本實用新型的發(fā)明人已經(jīng)認識到按照傳統(tǒng)方法產(chǎn)生識別移動UE的地理位置的數(shù)據(jù)，諸如使用有效的全球定位衛(wèi)星(GPS)系統(tǒng)或基站三角測量方法，可以被有利地在基站天線系統(tǒng)的動態(tài)操作中使用。
實用新型內(nèi)容一個無線電遠程通信系統(tǒng)有選擇地控制基站RF通信信號。一個基站與多個用戶設備(UE)建立無線電RF通信。一個UE的估算的位置被確定。然后使用該估算的UE位置和已知的基站天線系統(tǒng)的位置然后確定相對位置數(shù)據(jù)。在某種程度上基于該相對位置數(shù)據(jù)計算射束形成規(guī)范。基于該計算的射束形成規(guī)范，在該UE和基站天線系統(tǒng)之間形成用于RF通信信號的定向射束，使得該定向射束擁有該UE的估算位置。
一個優(yōu)選的去動態(tài)地重新配置基站發(fā)送射束的無線電遠程通信系統(tǒng)包括多個用于與多個用戶設備(UE)建立無線電RF通信的基站。每個基站具有一個與多個信道處理器連接的網(wǎng)絡接口。多個調(diào)制調(diào)解器與相應的信道處理器連接。一個RF模塊具有一個相關(guān)的天線陣系統(tǒng)并且與調(diào)制調(diào)解器連接。該RF模塊天線系統(tǒng)位于預先確定的位置，并且提供給該基站一個與所述基站的至少一個其他的傳輸范圍相一致的地理傳輸范圍。射束形成裝置被可操作地與每個基站的RF模塊相聯(lián)，去在基站的天線陣系統(tǒng)能夠產(chǎn)生的射束范圍內(nèi)形成一組想要的射束。地理位置處理器被連接到信道處理器和射束形成裝置。該網(wǎng)絡接口使該基站互相連接。該網(wǎng)絡接口和該地理位置處理器一起被配置為a.對應于選擇的UE的估算的位置，相對于基站的天線陣系統(tǒng)的位置數(shù)據(jù)，處理UE地理位置數(shù)據(jù)，該基站具有擁有選擇的UE的估算位置的傳輸范圍，b.分配所述選擇的UE為組，每個組用于保持與選擇的基站通信，該基站具有擁有選擇的UE的估算位置的傳輸范圍，和c.輸出選擇的參數(shù)給基站的射束形成裝置，該基站具有擁有估算位置的傳輸范圍，使得選擇的基站對于分配的UE相應組的每個UE以定型射束發(fā)送通信數(shù)據(jù)，該選擇的基站擁有相應的UE的估算位置。
用于每個選擇的UE的通信數(shù)據(jù)可以具有服務質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率要求。最好是，在某種程度上，基于要發(fā)送給該選擇的UE的該通信數(shù)據(jù)的服務質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率要求，該網(wǎng)絡接口和地理位置處理器被配置去分配該選擇的UE為組。每個選擇的UE的地理位置數(shù)據(jù)可以包括估算的UE的相對速度數(shù)據(jù)。最好是，在某種程度上，基于對應于該估算的UE位置的地理位置數(shù)據(jù)和該選擇的UE的相應的估算速度數(shù)據(jù)兩者，該網(wǎng)絡接口和地理位置處理器被配置去分配該選擇的UE為組。
最好是，每個基站的地理位置處理器配置為相對于其天線陣系統(tǒng)的預先確定位置處理UE地理位置數(shù)據(jù)，以輸出選擇的參數(shù)給其射束形成裝置，使得其射束形成裝置控制其RF模塊去以定型射束對選擇的UE發(fā)送通信數(shù)據(jù)，該選擇的UE擁有一個選擇的UE的估算位置，這里對應于該估算位置的地理位置數(shù)據(jù)由所述地理位置處理器處理。這里用于UE的通信數(shù)據(jù)具有服務質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率要求，每個基站地理位置處理器最好是配置去在某種程度上基于要發(fā)送到選擇的UE的通信數(shù)據(jù)的服務質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率要求，對一個對著選擇的UE射束計算射束形成參數(shù)。這里每個選擇的UE的地理位置數(shù)據(jù)包括該UE的估算相對速度數(shù)據(jù)，每個基站地理位置處理器最好是配置去在某種程度上基于對應于該估算的位置的地理位置數(shù)據(jù)和選擇的UE的相應的估算速度數(shù)據(jù)兩者，對一個對著選擇的UE射束計算射束形成參數(shù)。
每個基站地理位置處理器可以配置去通過估算一個發(fā)送射束覆蓋范圍Abeam的區(qū)域計算發(fā)送射束形成參數(shù)，Abeam作為RF相位和發(fā)射功率P的函數(shù)，以便選擇的相位和發(fā)射功率P，以至選擇的UE的相對位置數(shù)據(jù)(θ，d)，這里在Abeam之內(nèi)，θ表示UE離基站天線系統(tǒng)的0度基準的角度，以及d表示從基站天線系統(tǒng)位置的距離。這里該基站天線系統(tǒng)具有多個模式M，其對同相位和功率提供不同形狀的射束，該基站的地理位置處理器可以配置去計算發(fā)送射束形成參數(shù)，該參數(shù)作為相位，發(fā)射功率P和天線系統(tǒng)模式M的函數(shù)，去輸出參數(shù)給相應的表示選擇的相位，發(fā)射功率P以及天線系統(tǒng)模式M組合的射束形成裝置去控制發(fā)送射束形成。
另外，每個基站的地理位置處理器可以配置為輸出選擇的參數(shù)給基站的射束形成裝置，使得該基站的射束形成裝置控制RF模塊去以定型射束對選擇的UE發(fā)送或接收通信數(shù)據(jù)，該選擇的UE擁有一個選擇的UE的估算位置，這里對應于該估算位置的地理位置數(shù)據(jù)由所述地理位置處理器處理。每個基站RF模塊可以具有能力去提供大于一個發(fā)送或接收射束，使得每個發(fā)送或接收射束能夠?qū)τ趩为毜腢E組攜帶通信信號。在此情況下，每個相應的射束形成裝置被可操作地與RF模塊相聯(lián)，去在基站的天線陣系統(tǒng)的能力范圍內(nèi)能夠產(chǎn)生的射束范圍內(nèi)形成一組想要的發(fā)送或接收射束。
每個UE最好是包括一個與信道處理器連接的調(diào)制調(diào)解器。一個具有相關(guān)天線陣系統(tǒng)的UE RF模塊與該調(diào)制調(diào)解器連接。該UE可以具有一個與信道處理器連接的地理位置處理器，該地理位置處理器配置使用全球定位衛(wèi)星(GPS)系統(tǒng)去確定當前的UE地理位置數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)從UE RF模塊天線發(fā)送用于由該基站使用。每個UE可以包括一個射束形成裝置，該射束形成裝置被可操作地與UE的RF模塊相聯(lián)，去在UE天線陣系統(tǒng)能夠產(chǎn)生的射束范圍內(nèi)形成想要的射束。在此情況下，地理位置處理器連接到UE射束形成裝置，配置去相對于選擇的基站的已知的位置數(shù)據(jù)處理一個估算的UE位置的UE地理位置數(shù)據(jù)，并且輸出選擇的控制參數(shù)給該射束形成裝置。該UE射束形成裝置控制該UE RF模塊去以定型射束對選擇的基站發(fā)送或接收通信數(shù)據(jù)，該選擇的基站擁有選擇的基站的已知的位置，這里相對于選擇的基站的已知的位置的UE地理位置數(shù)據(jù)是由該UE地理位置處理器處理的。
從以下的詳細說明中本實用新型的其他的目的和優(yōu)點對熟練工人是顯而易見的。


圖1A和1B舉例說明一個常規(guī)的小區(qū)布局和傳輸模式。
圖2舉例說明使符合傳輸射束尋址特定用戶集合的動態(tài)使用。
圖3舉例說明使符合傳輸射束的動態(tài)使用，這里基站經(jīng)歷失敗。
圖4是一個用于小區(qū)覆蓋范圍的動態(tài)再分配的流程圖。
圖5A-5E舉例說明一個在許多情況下使用射束形成提供無線電射束覆蓋范圍給選擇的用戶設備(UE)的基站。
圖6是一個基于射束形成用于實施地理位置的流程圖。
圖7是一個按照本實用新型的教導用于地理位置輔助射束形成移動通信系統(tǒng)的基站和UE組成部分的方框圖。
圖8舉例說明作為UE從一個小區(qū)移動到另一個小區(qū)切換的情形。
圖9描述在協(xié)作的基站之中用于智能切換的協(xié)商過程。
圖10舉例說明按照本實用新型的教導經(jīng)由射束形成基站使用智能切換配套的用戶設備。
圖11是一個描述以射束形成基站用于智能切換步驟的流程圖。
具體實施方式
用于無線電通信系統(tǒng)初期的小區(qū)覆蓋范圍可以以諸如在圖1B舉例說明的常規(guī)的方式配置。但是，作為保持精確地規(guī)定的覆蓋區(qū)的替代，本實用新型利用動態(tài)的形狀小區(qū)覆蓋范圍去適應實際的實時系統(tǒng)使用需要。無線電資源、覆蓋范圍和服務的用戶可以在多個鄰近和配合的基站之中充分地共享。這導致增加系統(tǒng)容量、利用率和效率。
下列描述主要是提出從基站傳輸射束動態(tài)的定型。但是，那些本領域普通的技術(shù)人員將理解射束形成的適用性也適合于接收。由于處于雙向通信之中的數(shù)據(jù)要求對于同一通信的上行鏈路和下行鏈路部分可能是完全不同的，對于發(fā)送和接收優(yōu)選獨立控制射束成形。另外，在UE對于發(fā)送或接收還可以有利地采用射束形成。
最好是，對于每個小區(qū)該基站利用相位天線陣或類似的天線系統(tǒng)。正如在本領域公知的，相位天線陣及其他常規(guī)的系統(tǒng)可以使基站在選擇的方向去發(fā)射(或接收)有選擇大小的射束。對于相位天線陣，一個RF信號相位可以調(diào)節(jié)對準發(fā)送射束，及信號功率可以調(diào)節(jié)去控制該射束的大小。同樣，天線選擇和尺寸可以在射束的形狀和大小中起一定的作用。例如，一個基站可以具有一個帶有二個天線陣的天線系統(tǒng)，一個在給定的方向產(chǎn)生比較窄的射束，一個在給定的方向產(chǎn)生相對寬的射束。
通過調(diào)整上述的參數(shù)，兩個或更多鄰近小區(qū)可以以更加適宜的方式對于合起來的所有的小區(qū)協(xié)商和重新規(guī)定由每個基站覆蓋的區(qū)域。作為在目前覆蓋的區(qū)域中由其用戶過剩需求的結(jié)果，或作為由低業(yè)務量份量反映的剩余的資源的結(jié)果，一個基站可以與在相鄰的小區(qū)中的一個或多個其鄰居啟動協(xié)商過程。除以上所述之外，可能存在其他的可以使小區(qū)啟動協(xié)商過程的理由。該協(xié)商過程本身最好是在合作的基站之間使用在他們自己之間的接口必然伴有許多的消息交換。在該協(xié)商過程的結(jié)尾，小區(qū)組可以達到覆蓋總面積新的劃分，從而改善集合的使用性能。由每個基站覆蓋的新的區(qū)域通過天線陣的聚束技術(shù)用射頻能量闡明。
圖2和3描述方案的例子。圖2舉例說明在基站BS1區(qū)域中和在基站BS1和基站BS3區(qū)域之間的用戶的集合。一旦在這些區(qū)域中確定高密度的用戶，在基站BS1和基站BS3的天線陣用于發(fā)送有選擇的定型和定向射束，以對于該用戶集合提供需要的無線電資源。圖3示出一種基站BS3經(jīng)歷失敗的情況?；綛S1和基站BS2用于發(fā)送有選擇的定型和定向射束，以在通常由基站BS3服務的區(qū)域中提供需要的無線電資源給用戶。
圖4是一個描述涉及使用天線陣動態(tài)重新分配基站覆蓋范圍的典型步驟順序的流程圖。首先，設置參數(shù)用于起動該重新分配。為了跟蹤和確定起動結(jié)果，該網(wǎng)絡最好是記住在每個基站和UE及UE特定區(qū)域之間有效通信的數(shù)目。由于移動UE位置可能連續(xù)地改變，最好是，這些信息被以很快的速度更新。
除該UE的位置之外，UE的速度和方向也可能被UE通告或由BS估算。這些信息伴隨著地圖信息可用于推算該UE的將來位置。這些信息可用于(1)降低必須由UE發(fā)送給BS的位置數(shù)據(jù)的頻率，(2)確定是否該網(wǎng)絡很可能在(近期)未來達到滿載容量。在射束形成判定過程中后者可以被計及。
這些數(shù)據(jù)使該網(wǎng)絡去確定是否特定的基站達到滿載容量或很可能達到滿載容量。然后，當與特定的基站通信的協(xié)作的用戶達到閾值數(shù)目或數(shù)據(jù)業(yè)務份量達到閾值量的時候，該重新分配過程可以被起動。比較在相鄰的小區(qū)中正在進行通信的數(shù)目，并且如果存在足夠低的數(shù)目，該協(xié)商過程在兩個或更多基站之間開始。由于UE位置是已知的，在一個小的區(qū)域中相當高密度的用戶還可以被用作起動結(jié)果。最好是，基站失敗也解釋為起動結(jié)果，去提供由相鄰的基站的輔助覆蓋范圍。
在由起動結(jié)果啟動之后，該協(xié)商過程最好是必然伴有估算所有的UE位置數(shù)據(jù)，用于UE與特定的基站通信，并且與一組可以用于特定基站的射束方向圖匹配它們，提供UE具有相同或低的信號噪音比(SNR)的更加平坦的業(yè)務分布。一旦完成該協(xié)商過程，該基站重調(diào)焦距其發(fā)送的RF信號，去對于UE提供在該協(xié)商過程期間確定的射束。
射束形成選擇最好是使用UE地理位置數(shù)據(jù)確定。數(shù)據(jù)業(yè)務量也是一個重要因素，尤其當射束形成被適用于與多個UE通信的時候。
圖5A舉例說明一個基本的例子，這里基站10在單個UE、UE1上聚焦無線電射束12。在這種情況UE1下，該基站射束是使用明確的位置資料和/或該目標用戶的位置形成的。
圖6提供一個該過程基本的流程圖。第一步由確定位置和/或目標UE的位置組成。這最好是通過使用公知的技術(shù)實現(xiàn)，包括1)基于UE的方法，諸如GPS方法；2)基于網(wǎng)絡的三角測量法，諸如基于抵達時差(TDOA)，入射角(AOA)的方法；3)包括UE和網(wǎng)絡兩者的混合方法。當使用基于UE技術(shù)的時候，提供第二個通信步驟，按照其使該網(wǎng)絡知道每個目標UE的位置數(shù)據(jù)。這個過程包含在UE和網(wǎng)絡之間交換適當?shù)挠嬎恪?br> 然后出現(xiàn)射束形成計算步驟，最好是包括基于目標UE的位置數(shù)據(jù)的判定過程。在此步驟期間，為了由該網(wǎng)絡服務該目標UE，該網(wǎng)絡以認為適當?shù)暮?或最適宜的方式確定射束形成的特征。這個判定過程也可以包括雙向通信過程，其中該UE也涉及判定過程。最后，基于判定過程形成該射束，去產(chǎn)生有選擇大小和指向的RF射束，作為按照其地理位置數(shù)據(jù)映出覆蓋UE的位置。
在圖7中舉例說明基站20和UE 30的相關(guān)組成部分的方框圖。該基站20最好是經(jīng)由一組處理和格式化數(shù)據(jù)的信道處理器22耦合到網(wǎng)絡元件。該基站/網(wǎng)絡接口可以是有線、無線的或任何其他的類型的連接。
該信道處理器32與一組調(diào)制解調(diào)器單元24連接。該調(diào)制解調(diào)器單元24調(diào)制信號，用于發(fā)送和解調(diào)接收的信號。一個RF模塊26具有相關(guān)的相位天線陣系統(tǒng)27，并且與調(diào)制解調(diào)器24連接。該RF模塊26轉(zhuǎn)換從基站調(diào)制解調(diào)器單元24接收的該已調(diào)制信號為選擇的載波頻率用于發(fā)送。該RF模塊26可操作地與射束形成裝置28有關(guān)，射束形成裝置28可以有選擇地調(diào)整電源、RF相位及天線選定，以從該天線陣系統(tǒng)27能夠產(chǎn)生的射束范圍形成想要的射束。地理位置處理器29處理UE地理位置數(shù)據(jù)，以輸出選用的參數(shù)給該射束形成裝置28。
該天線系統(tǒng)27可以具有有角度定向射束的范圍或一大片離散有角度地定向射束。該射束值域也可以具有不同的射束寬度，可獲得特定的角度方位。最好是，該RF模塊26被配置使得其能夠提供多于一個傳輸射束，使得每個射束能夠攜帶用于單獨組UE的通信信號。最好是，由于用戶通信的數(shù)據(jù)流常常是不均勻的，用于接收的射束形成與用于發(fā)送的射束形成無關(guān)。例如，如果該UE請求數(shù)據(jù)鏈路去下載文件，在這樣的通信期間，到該UE的該下行鏈路數(shù)據(jù)將通常非常大于任何到該基站的上行鏈路數(shù)據(jù)流。
該UE 30包括一個用于處理和格式化數(shù)據(jù)的信道處理器32，該信道處理器32與調(diào)制解調(diào)器單元34連接?？梢蕴峁┮粋€應用處理器33去支持不同的語音和數(shù)據(jù)處理應用。該調(diào)制解調(diào)器單元34調(diào)制用于發(fā)送的信號，并且解調(diào)接收的信號。一個RF模塊36具有一個相關(guān)的天線37，并且與該調(diào)制解調(diào)器34連接。該RF模塊36轉(zhuǎn)換從UE調(diào)制解調(diào)器34接收的該已調(diào)制信號為選擇的載波頻率用于發(fā)送?？梢蕴峁┮粋€地理位置處理器39以從GPS系統(tǒng)確定UE地理位置，然后發(fā)送給該基站20，最好是以用于移動UE的時常發(fā)生的間距。
該UE可以裝備有一個射束形成裝置38(以陰影示出的)，可以有選擇地調(diào)整電源、RF相位及天線選定，以從該天線陣系統(tǒng)37能夠產(chǎn)生的射束范圍形成想要的射束。在此情況下，提供該地理位置處理器39去處理該UE地理位置數(shù)據(jù)，以輸出選用的參數(shù)給該UE的射束形成裝置。使用射束形成用于UE發(fā)送和/或接收可以以信噪比降低在UE及對于網(wǎng)絡兩者提供好處。在許多情況下，發(fā)送定向射束將降低由UE對其他的系統(tǒng)基站或在該射束外邊的UE產(chǎn)生的干擾量。在許多情況下，經(jīng)定向射束接收將減少在接收的信號對于在該射束外邊的信源的干擾量。
為了方便起見，對于每個UE的該地理位置數(shù)據(jù)可以就極坐標而言陳說相對于該基站的基站天線位置，從該基站射束將發(fā)送到該UE。參考圖5A，實施中，該基站接收UE1的位置數(shù)據(jù)，如(θ1，d1)，這里θ1表示該UE離基站天線系統(tǒng)的0度參考光線的角度，及d1表示UE離基站天線系統(tǒng)位置的估計距離。
這里動態(tài)射束形成由UE采用，用于該UE的地理位置數(shù)據(jù)可以類似地就相對于選擇的基站的已知的位置極坐標而言陳說，該選擇的基站與該UE通信。在此情況下，該相對位置數(shù)據(jù)坐標θ表示選擇的基站離UE的0度參考光線的角度，并且d表示該UE離該選擇的基站的估計距離。
這里采用一個相位天線陣系統(tǒng)，該射束覆蓋范圍面積Abeam是RF相位及用于發(fā)射射束、發(fā)射功率P的函數(shù)F()。該采用的特定的天線系統(tǒng)也可以提供不同的天線選定模式M，其對于同相位和電源提供不同的射束形狀，例如寬射束和窄射束選擇可以對于給定相位有效。因此，通常Abeam＝F(，P，M)(用于發(fā)送)Abeam＝F(，M)(用于接收)由于射束方向θbeam主要是隨相位而變的，θbeam＝f()Abeam＝F(f-1(θbeam)，P，M)(用于發(fā)送)Abeam＝F(f-1(θbeam)，M)(用于接收)適用于此，在圖5A中提供一個發(fā)送射束12去覆蓋UE1，Abeam12＝F(f-1(θ1)，P，M)這里選擇P，M使得Abeam12至少擴展一個距離d1。
可以使用具有雙向射束的相控陣天線。典型地，這樣的天線指向射束是和一個軸對稱的。通過規(guī)定該天線沿著軸角度的0度基準，射束方向θbeam與相位的函數(shù)關(guān)系可以按照其絕對值表示，如|θbeam|＝f()這里表示UE位置數(shù)據(jù)的極坐標被轉(zhuǎn)換，使得該角數(shù)據(jù)θ從該基站的0度角度的基準變動范圍±180度，即-180°≤θ≤180°。
在選擇射束形成參數(shù)中的一個主要因素，尤其是P和M將保持該接收的信號足夠的信噪比(干擾)比率(SNR)。在容量或覆蓋范圍受限制的系統(tǒng)中，目標通常是獲得可允許最高的SNR。在干擾受限制的系統(tǒng)，諸如CDMA中，目標是滿足某些最低的SNR以對于需要的鏈路保證令人滿意的QoS，而不是非常高的，以便不引起對其他的鏈路不必要的干擾。SNR是S÷I，這里S是有效信號并且I是干擾。通用公式是SI=SbN0+ΣSk]]>這里Sb是在接收機中的有效信號，N0是噪音，以及
∑Sk是來自其他的通信的信號干擾的總和。
SK值的本質(zhì)通常從屬于使用中的調(diào)制，與距離成反比關(guān)系。
圖5b至5d舉例說明不同的情形。在圖5B中，UE2和UE3足夠地遠離，來自基站天線陣10在每個UE上形成的射束具有好處。在發(fā)送中，指向UE2的射束遠離指向UE3形成的射束。因此，兩者都不提供很大的干擾以減少接收信號相應的SNR。
在圖5C中，該射束具有很大的交疊，表示各自的信號相互出現(xiàn)很大的干擾。在UE2和UE3兩者之一，另一個的發(fā)送將表現(xiàn)為很大的噪聲系數(shù)。在圖5D中，舉例說明相同的二個UE，UE2和UE3在相同特定區(qū)域由單個寬射束覆蓋。對每個UE的信號，由于沒有第二個信號對另一個UE遇見較少干擾信號，從而改善信號干擾比的分母。如果到達UE的功率保持恒定，在圖5C舉例說明備選方案，反映寬射束形狀的模式參數(shù)M的選擇使信噪比改善。
在實際應用中，其他的變量可以獲得作用。在從基站發(fā)送期間，在發(fā)射機中的功率限制或某些到遠處距離潛在的干擾可能實際上需要低的能力到達該UE，由于可能發(fā)生擴大射束，增加來自其他的信源的噪音。尤其是，這里兩個或更多相鄰的基站的射束正在被確定用于小區(qū)重新分配，在確定用于涉及處理的基站適當?shù)慕M射束中，由相鄰的小區(qū)發(fā)送的射束的功率和形狀最好被考慮。
另外，由于不同類型的通信具有不同的數(shù)據(jù)傳輸速率和服務質(zhì)量要求，可以考慮通信的類型。例如，數(shù)據(jù)文件傳送可以以比較低的速度實施，但是為了該傳送的程序文件去正確地工作，由于每位計算機數(shù)據(jù)程序文件通常必須是正確的，可以需要高質(zhì)量的業(yè)務。語音或視頻會議可能具有低的服務質(zhì)量要求，但是可能需要高的數(shù)據(jù)傳輸速率，以便該語音或視頻會議可以對用戶看來似乎正在不中斷實時實施。音樂或視頻信息流通信可能具有類似的服務質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率要求用于下行線路，但是相對于上行鏈路要求可以是很不均勻的。因此，由于對于在基站10和各自的UE2和UE3之間二個獨立的通信不均勻的數(shù)據(jù)傳輸速率和服務質(zhì)量要求，圖5C可以表示有選擇的形成從基站10到UE2和UE3的下行鏈路發(fā)送射束，以及圖5D可以表示適合于那些通信對于基站10有選擇的形成上行鏈路接收射束。
如果使用一個射束的數(shù)據(jù)傳輸速率不夠支持UE兩者的要求，也許必需去改變調(diào)制格式(速度，每個符號位等等.)以能夠使用一個射束。這樣的改變很可能降低在分子中的信號值。因此，基站的地理位置處理器最好是進行相對的計算，以確定用于這樣的射束是否最好的情況涉及一個或二個射束和需要的功率。然后最好是基于SNR實現(xiàn)提供最好的信號的射束方向圖。擴展該計算去包括從直接聚焦在UE上轉(zhuǎn)動該射束的可能性是合理的，當對于分母有些不利時，由于該增加的分離在分子中可以更加值得注意。
圖5E舉例說明增加UE數(shù)目的情況，UE1至UE7。便于計算，該UE可以按照其的角極坐標標識，使得所有的UEi由(θi，di)表示，及UEi+1由(θi+1，di+1)表示，θi≤θi+1。對于許多N的UE，該射束形成選擇過程能因此搜索(θi，-θi+1)的二個最大值，即Δθi，i+1，包括ΔθN，1，去確定相對于該基站天線陣10在角度方位中最靠近的二個組UE。圖5E表示在UE7和UE1和(Δθ7，1)之間角位差，及在UE3和UE4(Δθ3，4)之間的角位差是最大的情況，因而UE，UE1至UE3及UE，UE4至UE7最初選擇用于分組。
對于二個提出的射束配置的每一個的θbeam然后可以最初選擇去切分二個組的每個的末尾UE角取向。在圖5E的情況下，對于第一個提出的射束配置的θbeam最好是初始化為(θ1+θ3)÷2，及對于第二個提出的射束配置的θbeam最好是初始化為((θ4+θ7)÷2。
然后選擇M去保證足夠?qū)挼纳涫ジ采w在每個組的末尾UE之間的方位角寬度，以及選擇P去保證信號射出的距離足以覆蓋在相應的UE組中反映在每個UE的距離坐標d上的距離。可以進行對于其他的組的計算以確定是否針對系統(tǒng)基準SNR改善，使得無法提供改善導致試圖終止集群變異類型。這里該天線陣提供雙向的對稱射束，正如以上的討論的，基于每個UE的相應的角度位置6的絕對值，以上所述的計算可以改動，該角度位置6將在-180°≤θ≤180°范圍改變。
動態(tài)射束形成還可以在實施正在進行的通信的切換中被有利地采用。為了使UE進行通信，該UE在自己和基站天線系統(tǒng)之間建立一個RF鏈路，該基站天線系統(tǒng)可能位于小區(qū)天線桿上。當該UE移動之時，RF鏈路的特性改變，和在UE和/或小區(qū)天線桿上的接收信號質(zhì)量可能降低，引起切換補償過程被起動。圖8舉例說明一個UE在一個小區(qū)中實施與基站BS1通信，并且朝著一個相鄰的小區(qū)的方向移動，相鄰的小區(qū)由不同的基站BS2服務。
該切換補償過程涉及UE和多個候選者目標小區(qū)，如果實施，然后其中一個選擇用于切換。圖9舉例說明在配合的基站之中進行智能切換判定的協(xié)商過程。在這個切換補償過程期間，每個候選者小區(qū)在它們自己之中通信，并且交換對于RF資源可利用性信息，和任何其他的值得考慮與支持UE有關(guān)的補償信息。由于兩個或更多相鄰的基站的射束正在被確定用于小區(qū)重新分配，在確定適當?shù)慕M射束用于包含在該過程中的基站，由相鄰的小區(qū)發(fā)送的射束的功率和形狀最好被計及。該協(xié)商過程利用射束形成選擇，基于如上所述的UE地理位置數(shù)據(jù)。協(xié)商的結(jié)果是確定選擇的組射束用于涉及的基站，提供UE以相對低的SNR的覆蓋范圍。
在這個協(xié)商階段期間，該UE借助于其天線陣使用跟蹤和聚焦的射束繼續(xù)由初始小區(qū)天線桿支持。因而，該切換補償過程不一定受嚴厲的時間限制影響。如在圖10舉例說明的，在極端的情況下，如果鄰近的小區(qū)不能有效地接受該UE，可以確定該初始小區(qū)是最好的定位，并且應該繼續(xù)服務于該UE。這通過例如基站BS1的該天線陣的射束形成和跟蹤性能進行，以繼續(xù)保持與UE1和UE3的通信，即使它們已經(jīng)移動超出UE1的正常小區(qū)覆蓋范圍。在圖10舉例說明的例子中，高密度的用戶貼近基站BS2導致“智能”切換確定去重新配置擴展的射束從基站BS1繼續(xù)服務于UE3。
圖11是一個用于實施“智能”切換通用的過程的流程圖，其實際上可以導致沒有切換進行。第一步通過起動事件的出現(xiàn)將起動該智能切換過程。該起動事件最好是包括涉及UE位置數(shù)據(jù)的閾值，表示移動方向位置數(shù)據(jù)的改變，UE信號品質(zhì)惡化，在按照通信應用為基礎的根據(jù)需要通信期間，運行中服務基站負載和改變UE需要，可以從低高速率數(shù)據(jù)切換。
一旦起動該過程，該服務基站確定基站將對所有涉及的基站選擇一個優(yōu)選的射束配置模式。一旦選擇新的射束配置過程，實施重調(diào)焦距該相應的基站射束。在該初始服務基站實施其新的射束模式之前，該新的服務基站將首先實施確定用于其的該選擇的射束并且獲得該UE通信，將出現(xiàn)切換。
智能切換和總體網(wǎng)絡動態(tài)定型的小區(qū)覆蓋范圍兩者被采用，該智能切換標準只可能對在圖4舉例說明的小區(qū)覆蓋范圍過程的動態(tài)定型起動事件的作用。
雖然就某些特定的參數(shù)而言描述了本實用新型，對那些本領域技術(shù)人員來說其他的變化將是容易顯而易見的，并且被認為是落在本實用新型的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種無線電遠程通信系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括多個基站，用于與多個用戶設備(UE)建立無線電RF通信；每個基站具有一個與多個信道處理器連接的網(wǎng)絡接口；多個與相應的信道處理器連接的調(diào)制調(diào)解器；一個RF模塊，其具有一個相關(guān)的天線陣系統(tǒng)并且與所述調(diào)制調(diào)解器連接；該RF模塊天線系統(tǒng)位于預先確定的位置，并且提供給該基站一個與所述多個基站的至少一個其他基站的傳輸范圍相交疊的地理傳輸范圍；和一個射束形成裝置，該射束形成裝置被可操作地該RF模塊相聯(lián)，去在該基站的天線陣系統(tǒng)能夠產(chǎn)生的射束范圍內(nèi)形成一組所需的射束；和一個地理位置處理器，連接到信道處理器和所述射束形成裝置；該網(wǎng)絡接口相互連接所述基站，并且和該地理位置處理器一起被配置為對應于選擇的UE的估算的位置，相對于基站的天線陣系統(tǒng)的位置數(shù)據(jù)，處理UE地理位置數(shù)據(jù)，該基站具有擁有選擇的UE的估算位置的傳輸范圍；分配所述選擇的UE為組，每個組用于保持與選擇的基站通信，該基站具有擁有選擇的UE的估算位置的傳輸范圍；和輸出選擇的參數(shù)給基站的射束形成裝置，該基站具有擁有估算位置的傳輸范圍，使得選擇的基站對于分配的UE相應組的每個UE以定型射束發(fā)送通信數(shù)據(jù)，該定型射束包圍相應的UE的估算位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的無線電遠程通信系統(tǒng)，其特征在于用于每個選擇的UE的通信數(shù)據(jù)具有服務質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率要求，并且所述網(wǎng)絡接口和地理位置處理器被配置去部分基于要發(fā)送到選擇的UE的通信數(shù)據(jù)的服務質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率要求，分配所述選擇的UE為組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的無線電遠程通信系統(tǒng)，其特征在于每個選擇的UE的地理位置數(shù)據(jù)包括估算的該UE的相對速度數(shù)據(jù)，并且部分基于對應于該估算的位置的地理位置數(shù)據(jù)和該選擇的UE的相應的估算速度數(shù)據(jù)兩者，該網(wǎng)絡接口和地理位置處理器被配置去分配該選擇的UE為組。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的無線電遠程通信系統(tǒng)，其特征在于用于每個選擇的UE的通信數(shù)據(jù)具有服務質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率要求，并且所述網(wǎng)絡接口和地理位置處理器被配置去部分基于要發(fā)送到選擇的UE的通信數(shù)據(jù)的服務質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率要求，分配所述選擇的UE為組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的無線電遠程通信系統(tǒng)，其特征在于每個基站的地理位置處理器配置為相對于其天線陣系統(tǒng)的預先確定位置處理UE地理位置數(shù)據(jù)，以輸出選擇的參數(shù)給其射束形成裝置，使得其射束形成裝置控制其RF模塊去以定型射束對選擇的UE發(fā)送通信數(shù)據(jù)，該定型射束包圍選擇的UE的估算位置，這里對應于該估算位置的地理位置數(shù)據(jù)由所述地理位置處理器處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的無線電遠程通信系統(tǒng)，其特征在于用于一個UE的通信數(shù)據(jù)具有服務質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率要求，并且每個基站地理位置處理器被配置去部分基于要發(fā)送到選擇的UE的通信數(shù)據(jù)的服務質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率要求，計算用于對著選擇的UE射束的射束形成參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的無線電遠程通信系統(tǒng)，其特征在于每個選擇的UE的地理位置數(shù)據(jù)包括估算的該UE的相對速度數(shù)據(jù)，并且部分基于對應于該估算的位置的地理位置數(shù)據(jù)和該選擇的UE的相應的估算速度數(shù)據(jù)兩者，每個基站地理位置處理器被配置去計算用于對著選擇的UE射束的射束形成參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的無線電遠程通信系統(tǒng)，其特征在于每個基站地理位置處理器被配置去通過估算一個發(fā)送射束覆蓋范圍Abeam的區(qū)域計算發(fā)送射束形成參數(shù)，Abeam作為RF相位和發(fā)射功率P的函數(shù)，以便選擇相位和發(fā)射功率P，以至選擇UE的相對位置數(shù)據(jù)(θ，d)，這里在Abeam之內(nèi)，θ表示UE離基站天線系統(tǒng)的0度基準的角度，以及d表示離基站天線系統(tǒng)位置的距離。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的無線電遠程通信系統(tǒng)，其特征在于每個基站天線系統(tǒng)具有多個模式M，其對同相位和功率提供不同形狀的射束，并且每個基站地理位置處理器被配置去計算發(fā)送射束形成參數(shù)，參數(shù)作為相位，發(fā)射功率P和天線系統(tǒng)模式M的函數(shù)，并且去輸出表示選擇的相位，發(fā)射功率P以及天線系統(tǒng)模式M組合的參數(shù)給相應的射束形成裝置去控制發(fā)送射束形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的無線電遠程通信系統(tǒng)，其特征在于每個基站的地理位置處理器被配置為輸出選擇的參數(shù)給基站的射束形成裝置，使得該基站的射束形成裝置控制RF模塊去以定型射束對選擇的UE發(fā)送或接收通信數(shù)據(jù)，該定型射束包圍選擇的UE的估算位置，這里對應于該估算位置的地理位置數(shù)據(jù)由所述地理位置處理器處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的無線電遠程通信系統(tǒng)，其特征在于每個基站地理位置處理器被配置通過估算接收射束覆蓋范圍的一個區(qū)域去作為RF相位的函數(shù)計算接收射束形成參數(shù)，使得相位被選擇，以至該選擇的UE的相對位置數(shù)據(jù)是在接收射束覆蓋范圍的區(qū)域范圍之內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的無線電遠程通信系統(tǒng)，其特征在于每個基站天線系統(tǒng)具有多個接收，其對同相位提供不同形狀的射束，每個基站地理位置處理器被配置去計算接收射束形成參數(shù)，每個基站參數(shù)作為相位和天線系統(tǒng)接收模式的函數(shù)，并且去輸出表示選擇的相位和天線系統(tǒng)接收模式組合的參數(shù)給射束形成裝置去控制接收射束形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求5的無線電遠程通信系統(tǒng)，其特征在于每個基站RF模塊具有提供多于一個發(fā)送射束的能力，使得每個發(fā)送射束能夠?qū)τ趩为毜腢E組攜帶通信信號；和每個相應的射束形成裝置被可操作地與該RF模塊相聯(lián)，去在基站的天線陣系統(tǒng)能夠產(chǎn)生的發(fā)送射束范圍內(nèi)形成一組所需的發(fā)送射束。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的無線電遠程通信系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)進一步包括多個移動用戶設備(UE)，每個UE包括一個具有相關(guān)的天線的射頻模塊；和一個配置使用全球定位衛(wèi)星(GPS)系統(tǒng)去確定當前的UE地理位置的地理位置處理器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的無線電遠程通信系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)進一步包括多個移動用戶設備(UE)，每個UE包括一個RF模塊和一個相關(guān)的天線陣系統(tǒng)；一個射束形成裝置，可操作地與RF模塊相聯(lián)，去在該天線陣系統(tǒng)能夠產(chǎn)生的射束范圍內(nèi)形成一個所需的射束；和一個連接到所述射束形成裝置的地理位置處理器，其相對于選擇的基站已知的位置數(shù)據(jù)配置去處理一個估算的UE位置的UE地理位置數(shù)據(jù)，并且輸出選擇的參數(shù)給該射束形成裝置，使得該射束形成裝置控制該RF模塊去以定型射束對選擇的基站發(fā)送或接收通信數(shù)據(jù)，該定型射束包圍選擇的基站的已知的位置，這里對應于選擇的基站的該已知的位置的地理位置數(shù)據(jù)是由所述地理位置處理器處理的。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的無線電遠程通信系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)進一步包括多個移動用戶設備(UE)，每個UE包括一個與信道處理器連接的調(diào)制調(diào)解器；一個RF模塊和一個與所述調(diào)制調(diào)解器連接的相關(guān)的天線陣系統(tǒng)；一個射束形成裝置，可操作地與RF模塊相聯(lián)，去在該天線陣系統(tǒng)能夠產(chǎn)生的射束范圍內(nèi)形成一個所需的射束；和一個連接到所述信道處理器和所述射束形成裝置的地理位置處理器，其相對于選擇的基站已知的位置數(shù)據(jù)配置去處理一個估算的UE位置的UE地理位置數(shù)據(jù)，并且輸出選擇的參數(shù)給該射束形成裝置，使得該射束形成裝置控制該RF模塊去以定型射束對選擇的基站發(fā)送或接收通信數(shù)據(jù)，該定型射束包圍選擇的基站的已知的位置，這里對應于選擇的基站的該已知的位置的地理位置數(shù)據(jù)是由所述地理位置處理器處理的。
專利摘要本實用新型涉及一種在無線網(wǎng)絡中使用動態(tài)射束形成用于無線電通信信號的系統(tǒng)。基站和/或UE裝備有具有射束形成選擇范圍的天線系統(tǒng)。相應的基站和UE位置是一種用于進行射束形成判定的準則。
文檔編號H04W4/02GK2582302SQ0228744
公開日2003年10月22日 申請日期2002年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月29日
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