專利名稱：應(yīng)用多具旋轉(zhuǎn)天線的基站波束掃描方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信，尤其涉及一種在多用戶無線通信系統(tǒng)中利用波束掃描技術(shù)提供更大容量的新穎設(shè)備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代化通信系統(tǒng)要求支持各種各樣的應(yīng)用場合。一種這樣的通信系統(tǒng)就是碼分多址(CDMA)系統(tǒng)，它符合“TIA/EIA/IS-95雙模寬帶擴(kuò)展頻譜蜂窩系統(tǒng)的移動站＝基站兼容標(biāo)準(zhǔn)(Mobile Station-Base Station Compatibility Standard forDual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System)”，下稱IS＝95。CDMA系統(tǒng)允許在用戶之間通過陸基鏈路作無線話音與數(shù)據(jù)通信。題為“SPREADSPECTROM MOLTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USINGSATELLITE OR TERRISTRIAL REPEATERS”的美國專利No.4,901,307和題為“SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING WAVEFORMS IN A CDMACELLULAR TELEPHONE SYSTEM”的美國專利No.5,103,459，都揭示了多址通信系統(tǒng)中使用的CDMA技術(shù)，上述兩專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并通過引用包括在此。
最近國際電信聯(lián)盟要求對通過無線通信信道提供高速數(shù)據(jù)與優(yōu)質(zhì)話音服務(wù)提出推薦方法。第一種推薦方法由電信行業(yè)協(xié)會發(fā)布，題為“The cdma 2000ITU-R RTT Candidate Submission”，下稱cdma 2000，通過引用包括在此。cdma2000揭示了若干在基本和增補信道上發(fā)射用戶數(shù)據(jù)(非話音數(shù)據(jù))的方法。
在CDMA系統(tǒng)中，用戶通過一個或多個基站與網(wǎng)絡(luò)通信，例如用戶站的用戶通過在遞向鏈路上向基站發(fā)送數(shù)據(jù)，可與陸基數(shù)據(jù)網(wǎng)通信?；窘邮赵摂?shù)據(jù)，并能通過基站控制器(BSC)把數(shù)據(jù)傳給陸基數(shù)據(jù)網(wǎng)。正向鏈路指基站到用戶站的傳輸，反向鏈路指用戶站到基站的傳輸。在IS-95系統(tǒng)中，對正向和反向鏈路分配分別的頻率。
通信期間，用戶站與至少一個基站通信。CDMA用戶站在軟切換期間能同時與多個基站通信。軟切換過程是在斷開與前一基站鏈接之前，與一新基站建立一條鏈路。軟切換盡量減少了丟失呼叫的機(jī)會。在題為“MOBILE ASSISTEOSOFT HANDOFF IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSYEM”的美國專利No.5,267,261中，揭示了在軟切換處理期間通過一個以上基站與用戶站提供通信的方法和系統(tǒng)，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并通過引用包括在此。利用軟切換處理，可在同一基站服務(wù)的多個扇區(qū)內(nèi)實現(xiàn)通信。在題為“METHODAND APPARATUS FOR PERFORMING HANDOFF BETWEEN SECTORS OFA COMMON BASE STATION”的共同來決美國專利No.5,625,876中，詳細(xì)描述了軟切換過程，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并通過引用包括在此。
根據(jù)對無線數(shù)據(jù)應(yīng)用不斷增長的要求，要求極其有效的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)變得越發(fā)主要了。IS＝95標(biāo)準(zhǔn)能通過正向和反向鏈路發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與話音數(shù)據(jù)。在題為“METHOD AND APPARATUS FOR THE FORMATTING OF DATATRANSMISSION”的美國專利No.5,504,773中，詳細(xì)描述了一種以固定大小編碼信道幀發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的方法，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，通過引用包括在此。按IS-95標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)或話音數(shù)據(jù)被分成持續(xù)時間為20毫秒的編碼信道幀，數(shù)據(jù)率高達(dá)14.4Kbps(每秒干位)。
話音服務(wù)與數(shù)據(jù)服務(wù)的主要差異在于前者提出了嚴(yán)格而固定的延遲要求，話語幘單向總延遲一般必須小于100毫秒。與之相比，數(shù)據(jù)延遲可以變成用來優(yōu)化數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)效率的可變參數(shù)。尤其是，可以應(yīng)用更有效的糾錯編碼技術(shù)，這類技術(shù)要求比話音服務(wù)允許的延遲大得多的延遲。
衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的質(zhì)量與有效性的參數(shù)是傳輸數(shù)據(jù)包所需的傳輸延遲和該系統(tǒng)的平均數(shù)據(jù)處理率。在數(shù)據(jù)通信中，傳輸延遲的影響與它對話音通信的影響不一樣，但在衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的質(zhì)量方面是個重要的量度。平均數(shù)據(jù)處理率則是通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸能力效率的一個量度。在題為“METHOD ANDAPPARATUS FOR HIGHER RATE PACKET DATA TRANSMISSION”的共同未決美國專利申請連續(xù)號08/963,386中，已描述了一種通過無線鏈路提供數(shù)據(jù)服務(wù)的示例性系統(tǒng)，該申請已轉(zhuǎn)讓給要發(fā)明的受讓人，通過引用包括在此。
在CDMA通信系統(tǒng)中，當(dāng)將信號發(fā)射能量保持為能滿足可靠性性能要求的最小值時，容量就最大。接收信號的可靠性取決于接收機(jī)方的載波-干擾比(C/I)，因而希望提供一種在接收機(jī)方保持C/I不變的傳輸功率控制系統(tǒng)。在題為“Method and Apparatus for Controlling Transmission Power in a CDMA cellularTelephone System”的美國專利No.5,056,109(‘109專利)中，已詳細(xì)描述了這種系統(tǒng)，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，通過引用包括在此。
在’109專利中，描述了一種閉環(huán)功率控制系統(tǒng)，其中在接收機(jī)方測量了C/I(在’109專利中指信噪比)，并將它與單一閾值作比較。當(dāng)測得過且的C/I超出該閾值時，就發(fā)出功率控制指令，要求發(fā)射機(jī)降低其發(fā)射功率。反之，當(dāng)測得的C/I低于該閾值時，則發(fā)出功控指令要求發(fā)射機(jī)提高其發(fā)射功率。因為C/I并非是決定信號接收可靠性的唯一因素，所以’109專利還描述了一種外環(huán)路功率控制系統(tǒng)，為了滿足目標(biāo)可靠性，該系統(tǒng)可改變該閾值。
眾所周知，在蜂窩系統(tǒng)中，任一指定用戶的載波-干擾比(C/I)是該用戶在覆蓋區(qū)內(nèi)地點的函數(shù)。為了保持規(guī)定的服務(wù)水準(zhǔn)，TDMA與FDMA系統(tǒng)都要求助于頻率再使用技術(shù)，即每個基站并非使用所有的頻率信道和/或時隙。在CDMA系統(tǒng)中，系統(tǒng)每一小區(qū)再使用同一頻率分配，從而提高總效率。對于這種從基站到用戶的用戶站的特定鏈路而言，任一指定用戶的用戶站得到的C/I決定了能予以支持的信息速率。
還知道，在負(fù)荷的CDMA系統(tǒng)中，大多數(shù)信號干擾是負(fù)荷系統(tǒng)自身從基站和用戶站開始發(fā)送而造成的。從基站到用戶站的發(fā)送，也稱為正向鏈路傳輸，在其自身和鄰近小區(qū)內(nèi)引起干擾。從用戶站到基站的發(fā)送，也稱為反向鏈路傳輸，對其它用戶站的反向鏈路傳輸造成干擾。為了保持能可靠地通信的C/I，要克服這一干擾，負(fù)荷CDMA系統(tǒng)中的基站和用戶站便發(fā)射更大的功率。無線通信信道的容量限制著在正向和反向鏈路上發(fā)射的功率之和，因而各用戶站在正向或反向鏈路上發(fā)射更多的功率，系統(tǒng)能支持的用戶站就更少。因此，要求有若干識別方法來降低正向和反向鏈路功率而不犧牲C/I。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種擴(kuò)容無線系統(tǒng)，利用波束控制技術(shù)來降低系統(tǒng)中基站和用戶站所要求發(fā)射功率。改良無線系統(tǒng)中的基站，通過沿窄信號波束發(fā)射正向鏈路信號，降低了它對鄰近小區(qū)造成的干擾。用戶站位于一鄰近小區(qū)或扇區(qū)。
為了改進(jìn)正向和反向鏈路的載波-干擾比(C/I)，曾經(jīng)提出的基站設(shè)計方案用窄的移動信號波束替代或加入扇區(qū)的寬波束覆蓋區(qū)。例如，這種基站可以利用在任何時刻覆蓋一小部分各扇區(qū)的窄信號波束，向其扇區(qū)內(nèi)的用戶站發(fā)射信號。
在信號波束內(nèi)傳播的反向鏈路信號很少受到來自該信號波束以外的信號的干擾，因為后者大部分被定向天線衰減了。結(jié)果，這類反向鏈路信號能比寬信號波束更低的功率發(fā)射，從而減少了對鄰近覆蓋區(qū)的干擾。
在正向鏈路上，通過窄波束發(fā)射減小了發(fā)射基站對鄰近覆蓋區(qū)造成的干擾。當(dāng)無線通信系統(tǒng)的多個基站都通過窄信號波束發(fā)射時，可減少各基站對其鄰居造成的平均干擾。這種干擾減小允許以低功率可靠地發(fā)射正向鏈路信號。
如上所述，以較小的傳輸功率可靠地通信，可以擴(kuò)大無線通信系統(tǒng)的容量，所以非常歡迎有利于通過窄波束作無線通信的方法和設(shè)備。另外，還十分歡迎提供通過覆蓋區(qū)可靠穩(wěn)定地掃描的信號波束的方法。當(dāng)把基站劃分成普通三扇區(qū)結(jié)構(gòu)時，希望在任一規(guī)定時刻至少有一個通過各扇區(qū)掃描的信號波束。若這種信號波束總是以同一方向通過扇區(qū)掃描，就可提供相對均一的覆蓋區(qū)。
為了使信號波束以同一方向通過120度的扇區(qū)掃描，在每次掃描后，要求信號波束能從一個扇區(qū)邊緣跳到另一扇區(qū)邊緣。換言之，信號波束必須從一個邊緣通過扇區(qū)覆蓋區(qū)掃描到相對的邊緣，并在第一邊緣立即開始重新掃描。這種信號波束移動可利用諸如使用相控天線陣的非機(jī)械波束控制機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，但是這類非機(jī)械方法實施起來價貴而復(fù)雜。使用機(jī)械裝置控制信號波束，諸如轉(zhuǎn)動定向蝶形天線，就致便宜。以物理方法轉(zhuǎn)動蝶形天線的問題在于，較難作出大而突然的束角變化，如從120度扇區(qū)的一個邊緣迅速地變到另一邊緣。
本發(fā)明的該較佳實施例提供三個信號波束，它們?nèi)菀淄ㄟ^普通三個扇區(qū)小區(qū)的各扇區(qū)掃描，波束沿一個方向掃描，可對各扇區(qū)所有部分提供均勻的波束覆蓋。在該例中，這三個信號波束由裝在天線組件上三具定向蝶形天線的每具天線發(fā)射，各天線相互以約120度角定向。當(dāng)該天線組件在普通三扇區(qū)小區(qū)中心以一個方向轉(zhuǎn)動時，三條信號波束就同時穿過扇區(qū)邊界。
在該較佳實施例中，與各扇區(qū)正向和反向鏈路通信相關(guān)的基站設(shè)備接至信號轉(zhuǎn)換器，信號轉(zhuǎn)換器在任何時刻通過三具蝶形天線之一傳送各扇區(qū)的正向和反向鏈路信號。當(dāng)三條信號波束掃射到扇區(qū)之間的邊界時，信號天關(guān)把與各扇區(qū)基站設(shè)備往來信號路經(jīng)改變到波束剛進(jìn)入該扇區(qū)的蝶形天線。換言之，隨著各信號波束從一扇區(qū)跨入另一扇區(qū)，該波束信號就從現(xiàn)在所處的扇區(qū)切換到正在進(jìn)入的扇區(qū)。從單一扇區(qū)基站設(shè)備的角度來看，該扇區(qū)的信號波束從扇區(qū)一個邊緣均勻地掃射到另一邊緣，而且再次立即改變對扇區(qū)第一邊緣的位置。
這里把信號波束的掃描稱為波束掃描，應(yīng)用波束掃描技術(shù)的基站稱為波束掃描基站。
附圖簡介通過以下結(jié)合附圖所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的特征、目的和優(yōu)點就更清楚了。附圖中用同樣的標(biāo)號表示相應(yīng)的物種，其中

圖1a是本發(fā)明一實施例的配備扇區(qū)化基站的通信系統(tǒng)示圖，基站用寬束天線在各扇區(qū)中提供信號廣播覆蓋區(qū)。
圖1b是本發(fā)明一實施例的配備扇區(qū)化波束掃描基站的通信系統(tǒng)示圖，基站用三束天線向用戶站發(fā)射增補信道信號。
圖2a是基站發(fā)射設(shè)備示圖，該設(shè)備應(yīng)用按本發(fā)明一實施例配置的小功率轉(zhuǎn)換器和三束天線。
圖2b是基站發(fā)射設(shè)備示圖，該設(shè)備應(yīng)用按本發(fā)明一實施例配置的大功率轉(zhuǎn)換器和三束天線。
圖3是CDMA基站設(shè)備的框圖，該設(shè)備應(yīng)用按本發(fā)明一實施例配置的三束天線覆蓋三扇區(qū)之一。
圖4是本發(fā)明一實施例調(diào)節(jié)信號從多扇區(qū)到多個天線到多個發(fā)送子系統(tǒng)的路由的方法的流程圖。
圖5是按本發(fā)明一較佳實施例的信號發(fā)射方法步驟的流程圖。
圖6是按本發(fā)明一較佳實施例的信號接收方法步驟的流程圖。
具體實施例方式
圖1a是扇區(qū)化基站102的示圖，根據(jù)本發(fā)明一實施例，用寬束天線101對各扇區(qū)104提供信號廣播覆蓋區(qū)。該常規(guī)扇區(qū)化基站結(jié)構(gòu)作為建立本發(fā)明較佳實施例的起點。利用常規(guī)扇區(qū)化CDMA基站，通過兩具寬束定向天線101a提供寬覆蓋范圍的扇區(qū)104a。在該常規(guī)結(jié)構(gòu)中，兩具天線都用于反向鏈路分集接收，只有一具天線用于正向鏈路發(fā)送。本例中，寬束天線101一般供窄信號束不適合的信號使用。最好用寬束發(fā)射的幾例CDMA信號包括導(dǎo)頻、同步與基本信道。
在圖1b中，基站102通過三束天線112與用戶站110作無線通信。三具定向天線108以機(jī)械方法裝到三束天線112，其輻射圖106(這里也指信號束)從三束天線112中心相互以120度角度向外作經(jīng)向指引。三束天線112轉(zhuǎn)動時，三個信號束106之一總是掃過每個扇區(qū)覆蓋區(qū)104。
在圖示的例子中，兩用戶站110都位于β扇區(qū)104b的覆蓋區(qū)內(nèi)，雖然波束掃描在任一方向都有效，但是為便于討論，假定三束天線112(這里也指天線組件)以順時針方向旋轉(zhuǎn)。因此，各信號束先后通過扇區(qū)α104a、β104b和γ104c掃描，接著再從α104a開始掃描。每具定向蝶形天線104在各不同扇區(qū)104內(nèi)的定向時間占三分之一。
在圖中，信號束106a向用戶站110b掃射。如圖所示，用戶站110b未位于任一信號束106的覆蓋區(qū)內(nèi)，因此，要與用戶站110b可靠地作信號發(fā)送，要求強的或大功率的信號。當(dāng)實現(xiàn)某種可靠性程度而要求大功率發(fā)送時，就認(rèn)為發(fā)送是低效的。反之，若用戶站110a位于信號束106b內(nèi)，就可有效地通過三束天線112收發(fā)信號。
本發(fā)明的該較佳實施例是一種CDMA系統(tǒng)，在基站與用戶站之間發(fā)射組合的話音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。話音業(yè)務(wù)容不得延遲，要用覆蓋整個扇區(qū)104的靜止寬束天線101發(fā)射。因特網(wǎng)數(shù)據(jù)等高速數(shù)據(jù)傳輸通常應(yīng)用誤差控制協(xié)議，所以更容易延遲。在cdma 200中，話音業(yè)務(wù)通過基本信道發(fā)射，非話音數(shù)據(jù)用增補信道發(fā)射。本例中，導(dǎo)頻信道和基本信道通過寬束天線101發(fā)射，增補數(shù)據(jù)通過三束天線112發(fā)射。在王碼電腦公司軟件中心替代實施例中，基站102則通過寬束天線101與三束天線112相組合而收發(fā)增補數(shù)據(jù)。
在通過定向天線108b接收信號時，來自信號束106b以外的用戶站110b的傳輸，對信號束106b內(nèi)用戶站110a發(fā)射的信號造成最小干擾。由于窄束以外的干擾減小了，用戶站110a能以較小功率發(fā)射其信號，基站102仍能可靠地收到。反向鏈路功率的這種減小，導(dǎo)致基站102和鄰近小區(qū)的小區(qū)覆蓋區(qū)內(nèi)的容量增大。
通過窄信號束發(fā)射還減小了正向鏈路可靠接收所需的功率。在信號束106a較窄時，扇區(qū)覆蓋區(qū)104b偏出信號束的部分比落在信號束的部分更大。一般而言，基站102對鄰近基站的干擾較小。在多個基站以窄信號束發(fā)射增補信道信號的系統(tǒng)中，正向鏈路功率的減小可增大整個系統(tǒng)的容量。
在該示例性實施例中，定向天線108是天線輻射圖106較窄的蝶形天線，如每具定向天線108都是30度半功率束寬天線。三具定向天線108以機(jī)械方式耦合到轉(zhuǎn)動組件上，各天線相互以約120度指向某一方向，得到的組件是一具裝在電機(jī)(后面附圖中示出)頂部的旋轉(zhuǎn)三束天線112，電機(jī)以一個方向連續(xù)地轉(zhuǎn)動三束天線112。隨著三束天線112轉(zhuǎn)動，天線輻射圖或信號束106也轉(zhuǎn)動，覆蓋基站102覆蓋區(qū)的三個分別區(qū)域。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，本發(fā)明并不限于定向蝶形天線，諸如直排天線降或相控降天線等其它天線類型，都可裝在旋轉(zhuǎn)平臺上形成各信號束106。
另外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還會明白，本發(fā)明并不限于三信號束或定向天線，可以用任意數(shù)量的信號束或旋轉(zhuǎn)定向天線束覆蓋扇區(qū)而不違背本發(fā)明。而且，本發(fā)明可使用多束天線改變扇區(qū)覆蓋區(qū)104的形狀而不違背本發(fā)明，例如α扇104a可以覆蓋基站102覆蓋區(qū)的180度部分，β扇區(qū)104b和γ扇區(qū)104c代表90°扇區(qū)。
圖2a示出的基站發(fā)射設(shè)備，使用了按本發(fā)明一實施例配置的小功率轉(zhuǎn)換器202和三束天線112。在圖示示例性實施例中，發(fā)射機(jī)204a對應(yīng)于α扇區(qū)，發(fā)射機(jī)204b對應(yīng)于β扇區(qū)，而發(fā)射機(jī)204c對應(yīng)于γ扇區(qū)。各定向天線108接至大功率放大器(HPA)208，后者再接至信號轉(zhuǎn)換器202。三束天線裝在電機(jī)210頂部，后者以一個方向逆轉(zhuǎn)動三束天線112。
隨著三束天線112轉(zhuǎn)動，各定向天線108的信號束106通過三個不同扇區(qū)104的每一個掃射。信號轉(zhuǎn)換器202引導(dǎo)來自發(fā)射機(jī)204a的信號，使它們總是通過信號束106在α扇區(qū)104a里的定向天線108發(fā)射。同樣地，信號轉(zhuǎn)換器202傳送發(fā)射機(jī)204b通過瞄準(zhǔn)beta扇區(qū)104b的定向天線108發(fā)射的信號，并且傳送發(fā)射機(jī)204c通過瞄準(zhǔn)γ扇區(qū)104c的定向天線108發(fā)射的信號。例如在圖1所示的時刻，來自發(fā)射機(jī)204a的信號通過HPA208a與天線108a傳送，使它們通過位于α扇區(qū)104a內(nèi)的信號束106a發(fā)射。來自發(fā)射機(jī)204b的信號通過HPA208b和天線108b傳送，使它們通過位于α扇區(qū)104b內(nèi)的信號束106b發(fā)射。來自發(fā)射機(jī)204c的信號則通過HPA208c和天線108c傳送，使它們通過位于α扇區(qū)104c內(nèi)的信號束106c發(fā)射。
控制處理器206向信號轉(zhuǎn)換器202發(fā)出控制信號，指示應(yīng)對各HPA108傳送哪一發(fā)射機(jī)信號和路由何時改變。在該示例性實施例中，基站102的覆蓋區(qū)均分為三個120度扇區(qū)104?？刂铺幚砥?06向信號轉(zhuǎn)換器202發(fā)出控制信號，在所有三條信號束106都跨過扇區(qū)邊界時，傳送給所有三個信號轉(zhuǎn)換器。運用三條信號束106相互分離120度瞄準(zhǔn)的三束天線112，可以同時切換所有三臺發(fā)射機(jī)204與三個HPA208之間的連接。
在本例中，控制處理器206基于三束天線112轉(zhuǎn)動的角位置制定其控制信號發(fā)給信號轉(zhuǎn)換器202的時序?？刂铺幚砥?06接收來自電機(jī)210的角位置信號。在該較佳實施例中，該角位置信號只有在扇區(qū)變更時才向控制處理器206批示應(yīng)將哪具天線分配給哪一扇區(qū)。例如，電機(jī)210可以發(fā)出一信號，表明定向天線108a跨越α與β、β與γ及γ與α之間邊界的時間。這種信息是以讓控制處理器206正確地調(diào)節(jié)信號從所有三臺發(fā)射機(jī)204到所有三個HPA208的傳送。
在一替代實施例中，電機(jī)210向控制處理器206發(fā)送更詳盡的角位置信息，這類信號可讓控制處理器206調(diào)節(jié)扇區(qū)104的相對大小。在上例中，α扇區(qū)104a可以覆蓋基站102覆蓋區(qū)的180度部分，β扇區(qū)104b與γ扇區(qū)104c代表90度扇區(qū)。在一應(yīng)用波束相互隔開120度的三束天線的實施方案中，這意味著在某些時刻，β扇區(qū)104b和γ扇區(qū)104c沒有通過它們掃射的波束。然而，α扇區(qū)104a有時卻有兩條波束在掃射。
電機(jī)210可以是任一種能轉(zhuǎn)動天線組件112的電機(jī)設(shè)計。電機(jī)210可以連續(xù)掃描，或通過預(yù)定的轉(zhuǎn)動角度作步進(jìn)掃描。能轉(zhuǎn)動天線組件的電機(jī)設(shè)計方法，已為本領(lǐng)域公知，任一種方法都可應(yīng)用而不違背本發(fā)明的范圍。
在另一替代實施例中，控制處理器206向電機(jī)210發(fā)出控制信號以加速或減速其轉(zhuǎn)速。這種加減速以任一種可能的判據(jù)為基礎(chǔ)，包括基站102覆蓋區(qū)內(nèi)的負(fù)載模式。
在另一替代實施例中，控制處理器206在控制信號轉(zhuǎn)換器202的路由時無須從電機(jī)210接收角位置信號。在該例中，控制處理器206根據(jù)接收自特定用戶站的功控信號等判據(jù)，或根據(jù)控制處理器206內(nèi)的內(nèi)部定時器將信號從諸扇區(qū)傳給天線。若使用獨立的內(nèi)部定時器，扇區(qū)104的安排可作為時間的函數(shù)而移動，可能希望這樣，也可能不希望這樣。
圖2b示出一替代實施例，它在HPA208與定向天線108之間應(yīng)用一只大功率轉(zhuǎn)換器212。該例不是將來自發(fā)射機(jī)204的小功率信號通過信號轉(zhuǎn)換器202送至HPA208的輸入端，而是用大功率轉(zhuǎn)換器212把HPA208放大的輸出傳給天線108。信號從HPA208到天線108的路由以上述控制處理器206發(fā)出的同樣信號為基礎(chǔ)。通過圖2a設(shè)備中無線108發(fā)射的最終信號，一般相當(dāng)于圖26設(shè)備中的信號。
圖3是CDMA基站設(shè)備的框圖，用于根據(jù)其信號束106的位置，把信號從一個CDMA扇區(qū)模塊302路由選擇到有關(guān)的天線發(fā)射模塊322。在該示例性實施例中，數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324為雙向轉(zhuǎn)換器，根據(jù)來自控制處理器206的信號，在CDMA扇區(qū)模塊302與各個天線發(fā)射模塊322之間路由傳送正向和反向兩種鏈路的數(shù)字信號。該例中，控制處理器206接收來自電機(jī)210的角位置信息。
每個天線發(fā)射模塊322都包括定向天線108和雙工器320。雙工器320允許正向和反向鏈路的不同頻率信號通過天線108饋送而不相互干擾。在正向，束自數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324的復(fù)合數(shù)字信號饋入發(fā)射機(jī)326，信號調(diào)制后轉(zhuǎn)換成模擬信號并且上變頻RF載頻。來自發(fā)射機(jī)326的上變頻模擬信號供給HPA208，后者放大該信號并通過雙工器320和天線108發(fā)射。反向鏈路模擬信號經(jīng)天線108接收，通過雙工器320饋給接收機(jī)328。在接收機(jī)328中，反向鏈路信號在提供給數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324之前，先作下變頻和采樣。
CDMA扇區(qū)模塊302處理與單個扇區(qū)104相關(guān)的正向和反向鏈路信號。正向鏈路幀提供給正向糾錯(FEC)模塊304，后者根據(jù)FEC碼對幀編碼。FEC模塊304使用任何一種正向糾錯技術(shù)，包括渦輪編碼、卷積編碼或其它形式的軟判斷或塊編碼。FEC模塊304把得到的編碼幀提供給交織器306，后者交織該數(shù)據(jù)而將時間分集提供到發(fā)射信號中。交織器306應(yīng)用任一種交織技術(shù)，如塊交織與位顛倒交織。交織器的輸出為二進(jìn)制，提供給信號點映射模塊308，在此將二進(jìn)制采樣流轉(zhuǎn)換成復(fù)合數(shù)字采樣流，然后在沃爾什(Walsh)擴(kuò)展器310中用沃爾什信道碼擴(kuò)展。在本發(fā)明的該較佳實施例中，沃爾什擴(kuò)展器310所作的沃爾什擴(kuò)展對應(yīng)于CDMA增補信道。沃爾什擴(kuò)展后，將沃爾什擴(kuò)展器310的輸出提供給偽噪聲(PN)擴(kuò)展器312，用PN碼擴(kuò)展。然后，將PN擴(kuò)展器308的輸出送給數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324，這里對一個或多個天線發(fā)射模塊322選路由。數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324還向一個或多個CDMA指狀解調(diào)器330提供該復(fù)合反向鏈路采樣流，對反向鏈路信號進(jìn)行PN解擴(kuò)展、解調(diào)和解碼。
在該較佳實施例中，PN擴(kuò)展器312是一種復(fù)數(shù)PN擴(kuò)展器，用復(fù)數(shù)PN碼乘沃爾什擴(kuò)展器310的復(fù)數(shù)輸出。在一替代例中，PN擴(kuò)展器312用實數(shù)(非復(fù)數(shù))PN碼乘沃爾什擴(kuò)展器310的復(fù)數(shù)輸出。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，信號點映射模塊308可執(zhí)行任一種映射功能而不背離本發(fā)明。信號點映射模塊308可以應(yīng)用的映射功能包括二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)、正交相移鍵控(QPSK)或與8元相移鍵控(8PSK)。
圖3所示CDMA扇區(qū)模塊320部分能在單個扇區(qū)104中提供無線通信服務(wù)。如圖所示，數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324接收來自PN擴(kuò)展器312的兩個正向鏈路信號，并把兩個反向鏈路信號提供給指狀解調(diào)器330。每對信號代表復(fù)合信號流的實部與虛部分量。王碼電腦公司軟件中心一個正向鏈路復(fù)合信號流與一個反向鏈路復(fù)合信號流的信號組，構(gòu)成了與數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324一起切換的單個扇區(qū)104相關(guān)的信號。換言之，數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324總是將與指定扇區(qū)相關(guān)的正向鏈路復(fù)合信號流像與同一扇區(qū)相關(guān)的反向鏈路復(fù)合信號流那樣路由選送到同一組天線發(fā)射模塊322，把單個扇區(qū)的正向和反向鏈路信號流合在一起稱為扇區(qū)信號流。用于在數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324與同該扇區(qū)相關(guān)的硬件或設(shè)備之間載送扇區(qū)信號流的連接稱為扇區(qū)連接。
在該較佳實施例中，CDMA扇區(qū)模塊302包括適于在三個扇區(qū)內(nèi)提供服務(wù)的附加硬件。例如，可對每個支持的扇區(qū)復(fù)制正向鏈路信號處理鏈，包括FEC模塊304、交織器306、信號點映射模塊308、沃爾什擴(kuò)展器310和PN擴(kuò)展器312，一組附加的復(fù)合信號由PN擴(kuò)展器312提供給數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324。一組共用的指狀解調(diào)器330對所有三個扇區(qū)提供反向鏈路服務(wù)，每個指狀解調(diào)器330利用數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324訪問以三個天線發(fā)射模塊322中每個模塊傳送的三個復(fù)合采樣流。這種配置可讓單個用戶站110發(fā)射的信號被多個扇區(qū)用軟切換技術(shù)解調(diào)。
如上所述，本發(fā)明的扇區(qū)數(shù)量不限于最大為三個，而且扇區(qū)數(shù)量不一定與天線發(fā)射模塊322的數(shù)量一樣。如在一替代實施例六具定向天線裝在轉(zhuǎn)動組件上相互分開60度。在該替代例中，基站102包括六個向三扇區(qū)104提供服務(wù)的天線發(fā)射模塊322，控制處理器206令數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器324對信號選擇路由，從而每個扇區(qū)104正好有兩條在任何時刻通過它掃射的波束106。
圖4是本發(fā)明方法的流程圖，用于調(diào)整信號從多個扇區(qū)到多個天線傳輸子系統(tǒng)的路由。在流程圖起點402，假定天線組件112處于初始角位置或波束角，而且扇區(qū)信號流(通常每個扇區(qū)一條信號流)正通過信號轉(zhuǎn)換器324路由選擇到天線發(fā)射子系統(tǒng)322。由于電機(jī)210的運動，天線組件112的角位置或波束角就增大(404)。
在本示范實施例中，根據(jù)波束角指示的信號波束106是否從一扇區(qū)104掃出而掃入另一扇區(qū)，判斷406改變信號通過信號轉(zhuǎn)換器324的路由。例如，新的波束角可以指示信號束106b已從β扇區(qū)104b掃入γ扇區(qū)104c。若斷定信號束104這樣跨過了某扇區(qū)邊界，則通過與該信號束相關(guān)的天線發(fā)射子系統(tǒng)322接收的信號，必須對CDMA扇區(qū)模塊302的有關(guān)扇區(qū)連接再次選路由(408)。
一旦根據(jù)波束角變化作出了任何必需的再選路由調(diào)整，就重新改變天線組件112的波束角。
圖5是本發(fā)明一較佳實施例發(fā)射信號方法步驟的流程圖。該例用于利用上述天線組悠揚112從基站發(fā)射CDMA正向鏈路信號。信號在開始步驟502之前產(chǎn)生，在其通過具有信號束106的一具或多具定向天線108發(fā)射(520)而結(jié)束(522)。
產(chǎn)生的基帶數(shù)據(jù)用上述FEC編碼器304和交織器306作正向糾錯(FEC)編碼(504)和交織(506)，然后用信號點映射模塊308應(yīng)用信號點映射法(508)將得到的交織數(shù)據(jù)映射為復(fù)數(shù)值。得到的復(fù)合采樣流由沃爾什擴(kuò)展器310應(yīng)用沃爾什擴(kuò)展法擴(kuò)展(510)，再由PN擴(kuò)展器312利用偽噪聲(PN)擴(kuò)展法擴(kuò)展沃爾什擴(kuò)展數(shù)據(jù)(512)，于是將該PN擴(kuò)展信號流傳給有關(guān)的發(fā)射機(jī)326(514)。接著，由發(fā)射機(jī)326將每個發(fā)射信號上變頻為RF(516)，并由HPA208放大(518)，于是像通過定向天線108那樣，通過信號束發(fā)射該信號(520)。如上所述，可以應(yīng)用不同類型的FEC編碼(504)、交織(506)、信號點映射(508)和沃爾什擴(kuò)展(510)而不違背本發(fā)明。
圖6是本發(fā)明一較佳實施例接收信號方法步驟的流程圖，該例供按本較佳實施例配置的CDMA基站用來通過上述天線組件112接收反向鏈路信號并對其解碼。
像通過定向天線108一樣，通過一條或多條信號束106接收信號(604)，接收機(jī)328將接收的信號從RF下變頻到基帶(606)，再通過一個或多個扇區(qū)連接把下變頻信號路由選送給一個或多個指狀解調(diào)器330(608)。
在每個指狀解調(diào)器330內(nèi)，運用CDMA技術(shù)對CDMA數(shù)據(jù)幀解碼。這些技術(shù)包括搜索收到的信號指針(610)、對探測到的一個或多個指針作PN解擴(kuò)展(612)、對PN解擴(kuò)展信號作沃爾什解碼(614)、把得到的復(fù)合采樣流去映射成二進(jìn)制數(shù)據(jù)流(616)。對去映射二進(jìn)制流作去交織(618)，并用正用糾錯(FEC)技術(shù)解碼(620)，判斷接收幀的有效性。接收了一個或多個有效幀后，隨著收到其它信號，過程繼續(xù)下去(604)。
作正向鏈路傳輸時，圖示的步驟可可用各種現(xiàn)有技術(shù)執(zhí)行而不背離本發(fā)明，如步驟612與614中的PN解擴(kuò)展和沃爾什解擴(kuò)展可以是實數(shù)或復(fù)數(shù)。信號點解映射616可以使用各種映射法，包括二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)、正交相移鍵控(QPSK)或與8元相移健控(8PSK)。去交織步驟618可以應(yīng)用各種交織技術(shù)，如塊交織與位顛倒交織。FEC解碼步驟620可以應(yīng)用各種解碼技術(shù)，如渦輪編碼、卷積編碼或其它形式的軟判斷或塊編碼。
上述對諸較佳實施例的描述旨在使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能應(yīng)用本發(fā)明，他們顯然明白，可對這些實施例作各種修改，而且這里規(guī)定的一般原理適用于其它實施例而無須運用創(chuàng)新才智。因此，本發(fā)明并不限于示出的實施例，而與揭示的原理和新特征在最廣的范圍內(nèi)相一致。
權(quán)利要求
1.一種在通信系統(tǒng)中向多個扇區(qū)發(fā)送信號的方法，其特征在于，所述方法包括提供對應(yīng)于所述多個扇區(qū)的多個發(fā)射機(jī)；提供對應(yīng)于所述多個扇區(qū)的多個天線；旋轉(zhuǎn)一旋轉(zhuǎn)器上所述多個天線；以及將所述信號從每一個所述發(fā)射機(jī)發(fā)送到所述天線中的一個天線。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)器的角度位置達(dá)到預(yù)定值時將所述信號從每一個所述發(fā)射機(jī)發(fā)送到所述天線中的另一個天線。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括在每一個所述發(fā)射機(jī)中的所述信號的扇區(qū)信號流。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括由PN擴(kuò)展器擴(kuò)展每一個所述發(fā)射機(jī)中的所述扇區(qū)信號流。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括由具有預(yù)定PN偏移的PN擴(kuò)展器擴(kuò)展每一個所述發(fā)射機(jī)中的所述扇區(qū)信號流。
6.一種在通信系統(tǒng)中一種向多個扇區(qū)發(fā)送信號的裝置，其特征在于，所述裝置包括提供對應(yīng)于所述多個扇區(qū)的多個發(fā)射機(jī)的裝置；提供對應(yīng)于所述多個扇區(qū)的多個天線的裝置；旋轉(zhuǎn)一旋轉(zhuǎn)器上所述多個天線的裝置；以及將所述信號從每一個所述發(fā)射機(jī)發(fā)送到所述天線中的一個天線的裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于進(jìn)一步包括當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)器的角度位置達(dá)到預(yù)定值時將所述信號從每一個所述發(fā)射機(jī)發(fā)送到所述天線中另一個天線的裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于進(jìn)一步包括在每一個所述發(fā)射機(jī)中的所述信號的扇區(qū)信號流。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于進(jìn)一步包括由PN擴(kuò)展器擴(kuò)展每一個所述發(fā)射機(jī)中的所述扇區(qū)信號流的裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于進(jìn)一步包括由具有預(yù)定PN偏移的PN擴(kuò)展器擴(kuò)展每一個所述發(fā)射機(jī)中的所述扇區(qū)信號流的裝置。
全文摘要
一種無線通信方法與設(shè)備，其中基站通過裝在旋轉(zhuǎn)天線組件上的多具定向天線收發(fā)無線信號。各定向天線發(fā)射的信號束以一個角度方向通過多個扇區(qū)覆蓋區(qū)掃射。隨著信號束從一個扇區(qū)跨向另一扇區(qū)，與該信號束相關(guān)的正向和反向鏈路信號的路由就從現(xiàn)在的扇區(qū)切換到真正在進(jìn)入的扇區(qū)。
文檔編號H04B7/02GK1848522SQ20061007992
公開日2006年10月18日 申請日期2000年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月14日
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