專利名稱：用于多扇區(qū)基站的一種結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及通信系統(tǒng)，特別是涉及用于作為無線通信系統(tǒng)的一部分的各扇區(qū)基站的一種結構。


圖1描述一個為位于一個地理區(qū)域內(nèi)的許多無線終端(例如，無線終端101-1至101-3)提供無線通信服務的典型的無線通信系統(tǒng)的一部分的圖形。典型的無線通信系統(tǒng)的心臟是無線交換中心(“WSC”)120，可能也已知為移動交換中心(“MSC”)或移動電話交換局(“MTSO”)。典型地，無線交換中心120被連到散布在地理區(qū)域上并由系統(tǒng)提供服務的多個基站(例如，基站103-1至103-5)和本地和遠距離電話局(例如，本地局130，本地局138和長途局140)。無線交換中心120在這些事情中，負責建立和維護無線終端之間和無線終端和有線終端(例如，有線終端150)之間的呼叫，該有線終端經(jīng)由本地和/或遠距離網(wǎng)絡連到無線交換中心120。
由無線通信系統(tǒng)提供服務的地理區(qū)域被分成叫做“小區(qū)”的空間上不同的區(qū)域。如圖1所描述，每個小區(qū)圖示由蜂窩式圖案中的一個六邊形表示；然而，在實際中，每個小區(qū)具有依賴于圍繞小區(qū)的地帶的地形的不規(guī)則形狀。典型地，每個小區(qū)包含一個基站，該基站包含基站用來與在那個小區(qū)中的無線終端通訊的無線設備和天線，同時也包含基站用來與無線交換中心120通訊的傳輸設備。
例如，當無線終端101-1希望與無線終端101-2通信，無線終端101-1向基站103-1發(fā)送希望的信息，基站103-1向無線交換中心120轉播該信息。一旦接收到該信息，并確認它是企圖送給無線終端101-2的，無線交換中心120于是把該信息回送給基站103-1，基站103-1經(jīng)由無線設備轉播該信息給無線終端101-2。
圖2描述在已有技術中的第一基站結構的方框圖，其中包含一個或多個能經(jīng)發(fā)送天線(“Tx”)發(fā)送輸出信號和經(jīng)由接收天線(“Rx”)接收輸入信號的無線設備。根據(jù)該結構，每個小區(qū)只有一個全向發(fā)送的發(fā)射天線和只有一個全向接收的接收天線。
在該結構中的每個無線設備經(jīng)由接收天線接收一個輸入載波信號并遵照運用的某一接入體制(例如，頻分多址，時分多址，碼分多址等)，把載波信號解調(diào)為一個或多個基帶信號。輸入的基帶信號之后發(fā)送給無線交換中心120。類似地，來自無線交換中心120的輸出基帶信號遵照運用的某一復用體制(例如，頻分多址，時分多址，碼分多址等)，被無線設備調(diào)制用于經(jīng)發(fā)送天線發(fā)送。
當無線通信系統(tǒng)100是一個陸上系統(tǒng)，與基于衛(wèi)星的系統(tǒng)相比，業(yè)務質量和服務可獲得性易受環(huán)繞系統(tǒng)的地帶的特性影響。例如，當?shù)貛У牡匦螢榍鹆昊蛏絽^(qū)，或當象建筑物或樹木的物體出現(xiàn)時，由無線終端發(fā)送的信號將被吸收或反射，以致在基站處的信號質量不統(tǒng)一。結果是基站的接收天線能接收一個直接路徑的信號和來自無線終端的不同相位的一個或多個反射信號，從而信號破壞性地相互干擾。這種現(xiàn)象被廣泛地已知為多路徑衰落或快衰落或瑞利衰落。
圖3描述已有技術中的第二種基站結構的方框圖，它支持一種已知為N路的接收分集的技術，以減輕多路徑衰落效應。在圖3中描述的基站結構包含如圖2中的結構一樣的能經(jīng)一單個發(fā)送天線發(fā)送輸出信號的一個或多個無線設備，同時也包含N個空間分離的接收天線(“Rx1”至“RxN”)。由于多路徑衰落為一個局部現(xiàn)象，幾乎不可能同時出現(xiàn)所有空間分離的接收天線同時經(jīng)歷多路徑衰落這種情況。因此，如果輸入信號在一個接收天線處較弱，可能在其它天線中的一個是滿意的。如已有技術中熟知的，與無線設備相關的分集合成器能運用各種技術(例如，選擇分集，等增益合成分集，最大比合成分集等)合成每個來自N個接收天線中的一個的N個輸入信號，從而改進輸入信號的接收。
圖4描述已有技術中的第三個基站結構的方框圖，它支持一種用于增加遠程通信系統(tǒng)的業(yè)務容量的技術。已知的這種技術為“基站扇區(qū)化”。遵照基站扇區(qū)化，由一個基站服務的小區(qū)被再分為M個棋盤格形的餡餅切片，每個切片包含一個中心在基站處的360°/M的扇區(qū)。在圖4中的基站結構包含M套無線設備和相關聯(lián)的發(fā)射和接收天線，如所示，與每個扇區(qū)相關聯(lián)的發(fā)射和接收天線通常主要地從該扇區(qū)發(fā)送和接收，而與其它天線的工作獨立。
然而，在圖4中的結構是不利的，因為它要求比支持給定的業(yè)務容量所必需的要多的無線設備，這不必要地增加了基站的費用。如果它們?nèi)鐖D5所描述被組合起來，可以用較少的無線設備適應相同的平均業(yè)務容量。
圖5描述已有技術中的第四個基站結構的方框圖，它支持分集接收，扇區(qū)化和無線組合。該結構包含多個無線設備501-1至501-Z，探測無線設備502，開關矩陣503和M套發(fā)射和接收天線504-1至504-M，如所示互聯(lián)。遵照該結構，探測無線設備502在搜索輸入信號時，掃描所有的潛在扇區(qū)和信道。當探測無線設備502從一個給定扇區(qū)檢測到一個輸入信號，它指示開關矩陣把輸入信號從那個扇區(qū)路由到一個合適的無線設備和把輸出信號從那個無線設備路由到同一扇區(qū)。由于任何無線設備可以從任意扇區(qū)接收和發(fā)送給任意扇區(qū)，該結構需要較少的無線設備來支持與圖4的結構相同的平均業(yè)務容量。然而，這種結構的不利之處是它需要在基站上附加一個探測無線設備和一個復雜的M×(N+1)+2到M×(N+1)的開關矩陣。
因此，存在一種對支持分集接收，扇區(qū)化和無線設備組合并能避免與已有技術中的結構相關的一些或所有費用和不利之處的基站結構的需要。
本發(fā)明是一種支持分集接收，扇區(qū)化和無線設備組合并且沒有與已有技術中的基站結構相關的費用和缺點的基站結構。特別地，本發(fā)明的一些實施例避免需要探測無線設備或在無線設備和接收天線之間的一個開關矩陣的需要。由于它減少了基站的費用和大小，所以是有利的。
不僅探測無線設備的費用是一個缺點，在已有技術中的基站結構中的探測無線設備實際上對基站的功能有一定的傷害。例如，在任意給定間隔，參與在與基站的一個無線設備的呼叫中的無線終端可以從一個扇區(qū)移動到另一個扇區(qū)。如果在無線終端從一個扇區(qū)移動到另一個扇區(qū)很長時間后基站中的探測無線設備才察覺到，那么該呼叫可能被基站漏掉。但是由于探測無線設備在一個時刻只搜索一個輸入信號，在探測無線設備檢測到無線終端的移動之前會有一段相當長的時間。因此，探測無線設備在基站的操作中是一個瓶頸。
而且，探測無線設備和開關矩陣的存在只允許每個無線設備在某一時刻運用來自接收天線的一個扇區(qū)的輸入信號，這剝奪了無線設備利用也許在其它接收天線可獲得的有用的輸入信號。盡管扇區(qū)化技術增加了系統(tǒng)的業(yè)務容量，但是沒有必要扇區(qū)化成使每個無線設備被限制只接收來自一個扇區(qū)天線的輸入信號。必要的只是在一個扇區(qū)中有意發(fā)送的頻率與在相鄰扇區(qū)中發(fā)送的頻率顯著不同。
一個更有利的結構允許每個無線設備接收來自基站處的所有接收天線的輸入信號并對所有輸入信號實行分集合成和/或聚束。這是有利的，原因是它排除了對探測無線設備和在無線設備和接收天線之間的開關矩陣的需要。而且，由于每個無線設備一直接收來自所有接收天線的輸入信號，該無線設備能持續(xù)監(jiān)控無線終端的運動，這有效地排除了由于無線設備未檢測到穿過一個扇區(qū)邊界的無線終端的運動從而丟失呼叫的可能。
本發(fā)明的示意性實施例包括用于接收第一輸入信號的第一接收天線；用于接收第二輸入信號的第二接收天線；用于發(fā)送到第一扇區(qū)的第一發(fā)送天線；用于發(fā)送到第二扇區(qū)的第二發(fā)送天線；用于接收第一輸出信號和第一控制信號，并用于基于第一控制信號把第一輸出信號路由到第一發(fā)送天線和第二發(fā)送天線中的至少一個的第一開關；和用于接收來自第一接收天線的第一輸入信號和來自第二接收天線的第二輸入信號和用于提供第一輸出信號和第一控制信號給第一開關的第一無線設備。
圖1描述在已有技術中的無線通信系統(tǒng)的示意圖。
圖2描述在已有技術中的第一基站結構的方框圖。
圖3描述在已有技術中的第二基站結構的方框圖，該結構支持分集接收。
圖4描述在已有技術中的第三基站結構的方框圖，該結構支持分集接收和扇區(qū)化。
圖5描述在已有技術中的第四基站結構的方框圖，該結構支持分集接收，扇區(qū)化和無線設備組合。
圖6描述遵照本發(fā)明的示意性實施例的基站結構的方框圖。
圖7描述圖6中的天線路由器的細節(jié)的方框圖。
圖8描述本發(fā)明的示意性實施例的操作的流程圖的方框圖。
圖6描述遵照本發(fā)明的示意性實施例的基站結構的方框圖，它支持分集接收，扇區(qū)化和無線設備組合(radio pooling)。該示意性實施例有利地包含多個無線設備601-1至601-Z,M路開關607-1至607-Z，合成器/放大器603,M套分扇區(qū)的發(fā)送天線和M套接收天線606-1至606-M，如所示互聯(lián)。
盡管每個發(fā)送天線與一個扇區(qū)相關聯(lián)，但是每套接收天線也能，但卻不是必須，與一個扇區(qū)相關聯(lián)。相反，遵照本發(fā)明的示意性實施例，每個接收天線可全向接收或能有一個比與發(fā)送天線相關的扇區(qū)更寬或更窄的視場(field of view)。每組N個接收天線捕獲來自無線終端(未示出)的輸入信號的N個版本。
示意性實施例有利地包括Z個無線設備，每個能夠接收和解調(diào)來自無線終端的感興趣的輸入信號并能遵照運用的某一接入體制(例如，頻分多址，時分多址，碼分多址等)，產(chǎn)生一個或多個基帶信號。每個無線設備也能以已知的方式，發(fā)送那些基帶信號給無線交換中心。
每個無線設備有利地包含一個分集處理器和一個聚束(beamforming)處理器，通過接收輸入信號的N×M個變種(即從M個扇區(qū)來的N個變種)和以熟知的方式對這些變種實行N×M路分集合成和/或聚束，增加感興趣的輸入信號的保真度。
該結構因為4個原因是有利的。第一，不需探測無線設備。第二，在接收天線和各個無線設備之間不需開關矩陣。第三，現(xiàn)在可能跨扇區(qū)邊界進行分集合成和/或聚束。第四，由于引入能夠作N×M路分集合成和聚束的無線設備而產(chǎn)生的附加費用比由于省略探測無線設備和開關矩陣而節(jié)省的費用要少。
每個無線設備，無線設備i，對于1≤i≤Z，有利地能接收來自無線終端的一個或多個基帶信號并能遵照一種給定的復用體制(例如，頻分多址，時分多址，碼分多址等)，以熟知的方式產(chǎn)生基于這些基帶信號的輸出信號。輸出信號有利地經(jīng)由導線602-i從無線設備i輸出到開關607-i。
每個無線設備有利地能以熟知的方式分析輸入信號的N×M個變種，產(chǎn)生對輸入信號來源的扇區(qū)的估計。該信息是有用的，因為每個無線設備使用該估計產(chǎn)生一個控制信號，即導線603-i上的控制信號#i，以把輸出信號從無線設備送到與無線設備估計認為是輸入信號起源的那(幾)個扇區(qū)相關聯(lián)的那(幾)個發(fā)送天線。
每個無線設備，即無線設備i，通過在導線603-i上發(fā)送一個控制信號給開關607-i，有利地指示開關607-i使用哪個發(fā)送天線。M路開關矩陣607-i，對于1≤i≤Z，有利地從無線設備601-i接收(1)在導線602-i上的輸出信號#i和(2)在導線603-i上的控制信號#i和在控制信號#i的指導下，將輸出信號#i路由到一個或多個發(fā)送天線。對那些本技術的熟練人員，如何制作和使用M路開關矩陣701-i是清楚的。
開關607-i的輸出被送到合成器/放大器603，它把用于同一發(fā)送天線的2個或多個信號合成并在傳輸之前把該信號放大。
對那些本技術的熟練人員，如何構建每個無線設備和開關607-i是清楚的。
圖7描述放大器/合成器603的方框圖，它有利地包含M個合成器702-1至702-M和M個功率放大器703-1至703-M。合成器702-j，對于1≤j≤Z，唯一地與扇區(qū)j有關并接收送給扇區(qū)j的所有輸出信號和以熟知的方式將它們矢量相加。合成器702-j的輸出被送到功放703-j，放大后在經(jīng)由扇區(qū)j的發(fā)送天線發(fā)射。如何制作和使用天線路由器603，那些本技術的熟練人員是清楚的。
圖8描述了本發(fā)明的示意性實施例的操作的流程圖，歸納為5步。示意性實施例象一個多處理器計算機那樣計算工作，所有5個步驟的那些方面事實上可由示意性實施例的一部分或另一部分計算在所有時間內(nèi)同時實現(xiàn)，那些本技術的熟練人員對這些是清楚的。流程圖的教育目的是突出與示意性實施例相關的一些因果關系。
在步驟801，一個無線設備接收來自所有N×M個接收天線的輸入信號的N×M個變種，在步驟802，無線設備使用N×M路分集合成和/或聚束技術產(chǎn)生一個比輸入信號的任何一個變種卻要好的輸入信號的估計。
在步驟803，無線設備分析輸入信號的N×M個變種產(chǎn)生一個或幾個作為輸入信號來源的最可能扇區(qū)的估計。在步驟804，無線設備產(chǎn)生一個輸出信號給無線終端。
在步驟805，無線設備指示天線路由器把輸出信號路由到與被認為是輸入信號來源的一個或幾個扇區(qū)相關聯(lián)的一個或多個發(fā)送天線。從步驟805，控制返回步驟801。
應該理解，上述的實施例只是本發(fā)明的示意，在不偏離本發(fā)明的范圍的前提下，本技術的熟練人員可作許多變更。因此，申請人意圖把這些變更包含在下面的權利要求和它們的等效的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種裝置，包含用于接收第一輸入信號的第一接收天線；用于接收第二輸入信號的第二接收天線；用于發(fā)送到第一扇區(qū)的第一發(fā)送天線；用于發(fā)送到第二扇區(qū)的第二發(fā)送天線；用于接收第一輸出信號和第一控制信號，并用于基于所述第一控制信號把所述第一輸出信號路由到所述第一發(fā)送天線和所述第二發(fā)送天線中的至少一個的第一開關；和用于接收來自所述第一接收天線的所述第一輸入信號和來自所述第二接收天線的所述第二輸入信號并用于提供所述第一輸出信號和所述第一控制信號給所述第一開關的第一無線設備。
2.權利要求1的裝置，進一步包含用于接收第二輸出信號和第二控制信號，并用于基于所述第二控制信號把所述第二輸出信號路由到所述第一發(fā)送天線和所述第二發(fā)送天線中的至少一個的第二開關；和用于接收來自所述第一接收天線的所述第一輸入信號和來自所述第二接收天線的所述第二輸入信號并用于提供所述第二輸出信號和所述第二控制信號給所述第二開關的第二無線設備。
3.權利要求1的裝置，進一步包含用于接收第三輸入信號的第三接收天線；用于接收第四輸入信號的第四接收天線；其中所述第一無線設備也接收來自所述第三接收天線的所述第三輸入信號，并且其中所述第二無線設備也接收來自所述第四接收天線的所述第四輸入信號。
4.權利要求2的裝置，其中所述第一接收天線和所述第三接收天線從所述第一扇區(qū)接收，所述第二接收天線和所述第二接收天線和所述第四接收天線從所述第二扇區(qū)接收。
5.權利要求1的裝置，其中所述第一無線設備包含所述第一開關。
6.權利要求1的裝置，其中所述第一無線設備包含用于合成來自所述第一接收天線的所述第一接收信號和來自所述第二接收天線的所述第二接收信號的分集處理器。
7.權利要求1的裝置，其中所述第一無線設備包含用于合成來自所述第一接收天線的所述第一接收信號和來自所述第二接收天線的所述第二接收信號的聚束處理器。
8.一種裝置，包含用于接收來自第一扇區(qū)的第一輸入信號的第一接收天線；用于接收來自第二扇區(qū)的第二輸入信號的第二接收天線；和用于接收來自所述第一接收天線的所述第一輸入信號和來自所述第二接收天線的所述第二輸入信號的第一無線設備。
9.權利要求8的裝置，進一步包含用于接收來自所述第一接收天線的所述第一輸入信號和來自所述第二接收天線的所述第二輸入信號的第二無線設備。
10.權利要求8的裝置，進一步包含用于接收來自所述第一扇區(qū)的第三輸入信號的第三接收天線；用于接收來自所述第四扇區(qū)的第四輸入信號的第四接收天線；和其中所述第一無線設備也接收來自所述第三接收天線的所述第三輸入信號，并且其中所述第二無線設備也接收來自所述第四接收天線的所述第四輸入信號。
11.權利要求8的裝置，其中所述第一無線設備包含用于合成來自所述第一接收天線的所述第一接收信號和來自所述第三接收天線的所述第三接收信號的分集處理器。
12.權利要求8的裝置，其中所述第一無線設備包含用于合成來自所述第一接收天線的所述第一接收信號和來自所述第三接收天線的所述第三接收信號的聚束處理器。
13.一種裝置，包含用于接收來自第一扇區(qū)的第一輸入信號的第一接收天線；用于接收來自第二扇區(qū)的第二輸入信號的第二接收天線；用于發(fā)送到第一扇區(qū)的第一發(fā)送天線；用于發(fā)送到第二扇區(qū)的第二發(fā)送天線；用于接收第一輸出信號和第一控制信號，并用于基于所述第一控制信號把所述第一輸出信號路由到所述第一發(fā)送天線和所述第二發(fā)送天線中的至少一個的第一開關；和用于接收來自所述第一接收天線的所述第一輸入信號和來自所述第二接收天線的所述第二輸入信號并用于提供所述第一輸出信號和所述第一控制信號給所述第一開關的第一無線設備；用于接收第二輸出信號和第二控制信號，并用于基于所述第二控制信號把所述第二輸出信號路由到所述第一發(fā)送天線和所述第二發(fā)送天線中的至少一個的第二開關；和用于接收來自所述第一接收天線的所述第一輸入信號和來自所述第二接收天線的所述第二輸入信號和用于提供所述第二輸出信號和所述第二控制信號給所述第二開關的第二無線設備。
全文摘要
一種無線通信系統(tǒng)基站結構,包含:分別用于接收第一和第二輸入信號的第一和第二接收天線;分別用于發(fā)送到第一和第二扇區(qū)的第一和第二發(fā)送天線;用于接收第一輸出信號和第一控制信號,并用于基于第一控制信號把第一輸出信號路由到第一發(fā)送天線和第二發(fā)送天線中的至少一個的第一開關;分別用于接收來自第一和第二接收天線的第一和第二輸入信號并用于提供第一輸出信號和第一控制信號給第一開關的第一無線設備。
文檔編號H04B7/26GK1230864SQ9910230
公開日1999年10月6日 申請日期1999年2月12日 優(yōu)先權日1998年2月13日
發(fā)明者馬克思·阿龍·索羅茲 申請人:朗迅科技公司