天線陣小區內切換的製作方法

2023-05-26 15:03:01 1

專利名稱：天線陣小區內切換的製作方法
技術領域：
本發明的領域本發明涉及一種在蜂窩通信系統中使用的小區內切換的方法並且更具體地是一種使用來自天線陣的空間信息進行小區內切換的方法。
本公開的背景當今的數字蜂窩系統使用基站通過時間和頻率正交性區分不同移動站。從移動站而來的信號傳播到基站。該信號被單一天線接收，或有時使用兩個天線接收以獲得分集效果。接收機使用時間和頻率正交性處理信號以分離來自不同用戶的信號。基站中信道間切換、小區內切換是基於來自移動站和基站的質量測量進行的。小區內切換用於，例如，避免帶有強幹擾的信道。信道分配，即新信道的選擇，在多數情況下根據一個頻率方案進行。自適應信道分配一即根據測量的質量信息將移動站分配給信道，已經計劃用於完善的TDMA系統並且已經用於數字無繩DECT系統。
空間濾波器在技術上是已知的並且用於建立空間選擇性，即，拒收來自特定方向的幹擾並且放大來自其它方向的期望信號。空間濾波器可以使用，例如，具有無線頻率的無源電路、一組模擬信號的相移器或基帶信號處理實現。術語空間信息用於代表有關空間濾波器如何處理信號的信息。空間信息可以，例如，由空間濾波器組成，該空間濾波器在處理來自移動站的信號的意義上是最佳的。空間信息也可以由移動站的功率所來自的方向組成。
期望提高這樣的系統的頻譜效率。提高系統頻譜效率的一種方法是使用天線陣，例如，使用多個空間分離的天線單元。然後就可能使用窄的自適應天線瓣區分空間上分離的用戶。這可以當做一種使用空間域正交的方法。
當今的數字蜂窩系統所使用的基站使用具有大約120或360度寬天線瓣的天線。基站在該瓣內接收/發射所有移動站的信號。因此不需要知道移動站的位置。在另一方面，也不可能抑制來自其它角度的移動站的發射。因此不考慮空間信息並且切換也必須在沒用空間信息的情況下進行。
使用自適應天線陣的系統能夠使用窄天線瓣接收/發射期望的信號並且抑制不想要的信號。這為切換策略添加了新的自由度(dimension)，因為空間信息可以用於將移動站置於恰當的信道。
當分配信道以增加譜效率並且避免太多切換時，需要考慮空間幹擾情況。在這種意義上，移動站應該「適應」信道，不要受到已經存在於自己或同信道小區中的信道中的移動站太大的幹擾。同時，選擇一個新移動站不幹擾已經使用該信道的移動站的信道是重要的。當一個新移動站被分配到信道中時，在它們自己小區中的移動站的收發機特性有時也應修改，這一點也是重要的。否則新移動站將嚴重地幹擾其它移動站並且導致丟失呼叫或低的質量。因此，必須考慮新信息以進行正確的切換。
另外，系統中的功率電平也必須調整使得基站功率電平(接收/發射)對於所有移動站近似相等。在實踐中，太大的功率差將破壞空間正交性並且產生非常類似於CDMA系統中的「近-遠」問題的問題。
在使用自適應天線陣的系統中，發射和接收對於陣列基站都是自適應的，這意味著添加一個新移動站可以修改周圍基站的發射和接收天線圖樣(pattern)。另一個不同是使用自適應陣列的基站中的一個信道上的多個用戶並不是自動正交的。空間正交性必須通過自適應空間濾波和正確的信道分配才能獲得。
發明概述本發明公開一種小區內切換方法，它使用來自天線陣的空間信息擴展了已知的切換算法。另外，本發明提供一種分散的自適應信道分配解決方案，基站考慮幹擾情況為移動站分配合適的信道。另外，本發明公開了一種修改收發機陣列的方法，即，引入一個新移動站時，將移動站連結到已經使用的信道中的方法。
本發明與現有技術相比至少有三個主要優點。首先，由於移動站在信道中用正確的方法分布，蜂窩系統的容量得到提高。第二，由於發明的解決方案對每個基站是分散的，網絡信令被最少化。最後，使用信道的所有收發機被直接調整以考慮新的分布情況。結果是，在引入新移動站時，舊移動站的質量不會下降。
根據本發明的一個實施例，是否應該進行小區內切換的判決是基於常規信息和/或增加的空間幹擾的預測做出的。如果確定功率電平與標稱值偏離太多，就進行蜂窩內切換，其中移動站被切換到一個不太幹擾其它連接的信道。然而，對於所有質量高於預定水平的信道，新移動站的相對上行鏈路幹擾從測量中計算。然後，使用測量計算新移動站對已經存在於該信道上的移動站的相對上行鏈路幹擾。然後計算來自輔助切換測量的移動站的下行鏈路幹擾以檢查存在的下行鏈路。然後，將常規小區內切換信息和上面計算的信息一起考慮，選擇最佳信道。最後，根據新的幹擾情況調整使用選擇的信道和舊信道的所有收發機。
附圖的詳細描述本發明將參考僅做為例子給出的、結合


的優選實施例更詳細地描述，其中圖1說明根據本發明的一個實施例的謹慎切換判決；圖2說明根據本發明的一個實施例的信道分配；圖3說明根據本發明的一個實施例的信道連結。
公開的詳細描述本發明公開一種小區內切換方法，該方法可以分為三個主要步驟ICHO-判決；信道分配；和信道連結。簡而言之，ICHO-步驟確定是否需要小區內切換。當需要小區內切換時，信道分配步驟確定用於移動站的適當信道。移動站已經切換到新信道之後，正在使用該信道的移動站的收發機在信道連結步驟中被調整以考慮新幹擾情況。本發明可以結合，例如，常規的固定頻率方案、慢自適應信道分配或隨機跳頻。下面將更詳細地描述每個獨立步驟。
本發明描述了幾種增加容量的方法。較常規的第一種方法是使用天線陣降低簇的大小，即，頻率復用距離。這意味著在小區中，每個信道只有一個移動站並且幹擾來自其它小區中的用戶。第二中方法是在一個信道中允許有多個用戶，使用天線陣正交這些用戶。幹擾將來自小區中的同信道移動站和其它小區。本發明也包括使用這些技術結合情況下的ICHO。
ICHO-判決可以，例如，使用基於移動站和基站的分級質量測量的已知技術做出。在ETSI/GSM規範05.08中描述了一個已知技術的例子。另外，該算法可以使用謹慎策略，空間信息用於預測傳輸質量的惡化。例如，如圖1所說明，可以檢測兩個移動站MS1和MS2在彼此靠近。該移動站可以連接到相同小區或者它們可以連接到不同小區。這個檢測直接給出空間特性，即，移動站的接近方向、空間濾波器、…。例如，該算法可以跟蹤信號到達的角度並且檢測出移動站之間的角度差太小。結果是，可以做出ICHO-判決將移動站MS1和MS2中任意一個移動到另一個信道中。也可以做出ICHO判決以釋放可以在窄瓣信道中處理的用戶佔用的寬瓣信道。在GSM類型系統中，例如，BCHH載波必須分布在寬天線瓣中的整個小區上，因此BCHH載波是一個寬瓣信道。使用BCCH載波的業務時隙的移動站可以被移動到一個普通載波上，該載波的下行鏈路可以在一個窄天線瓣中發射，因此稱為窄瓣信道。因此，ICHO判決可以減少系統中的幹擾級別。ICHO判決因此意味著移動站與其它移動站一起被連結到一個信道。正在該信道上工作的移動站，即，舊移動站的功率電平一定不能淹沒來自新移動站的信號並且該移動站需要將它的上行鏈路功率調整到標稱值。基站下行鏈路功率也類似地設置為標稱值。
信道分配，即，正確的新信道選擇，可以如下做出。首先，檢查移動站的上行鏈路功率電平。如果移動站的功率電平與標稱值偏離至少一個預定量，移動站就被標為「帶有極端功率電平的MS」並且暫時被保持在寬瓣信道上。信道分配應該考慮空間信息的穩定性。測量的空間信息隨時間變化的移動站可以保持在一個寬瓣信道中或普遍小心對待以降低幹擾電平。
上行鏈路特性可以由基站測量。對於每個信道，可以測量由信道中存在的幹擾引起的，將要影響用於新移動站的基站接收機的幹擾功率。這個幹擾功率與新移動站的功率和路徑損耗比較形成信噪比。這個質量由αj表示，其中j是信道號。連接到其它基站的移動站表現為上行幹擾並且將影響αj。
對於每個信道，測量由新移動站幹擾引起的，將影響用於舊移動站的基站接收機的幹擾功率。這個幹擾功率與舊移動站的功率和路徑損耗相比形成每個舊移動站的信噪比。這個質量由βij表示，其中j是信道號而i是移動站號。
下行鏈路的特性不能在基站測量。因此該算法應該使用來自移動站的測量，如移動站輔助切換測量。然而，幹擾情況在這種意義上是相互的，即一個上行鏈路傳輸在基站中不幹擾的信道是一個從那個基站到一個移動站的下行鏈路傳輸不會明顯地幹擾其它移動站的信道。換句話說，基站將看到該移動站，它作為幹擾者正在幹擾。這個事實被用於信道分配和連結以優化性能和質量。
移動站也將看到第一基站不能考慮的其它基站。在另一方面，來自這些其它基站的信號與來自第一基站的信號相比通常將是較弱的。這意味著參數αj和βij可以用於選擇適當信道。它們應該也與常規信道分配信息(如移動站幹擾測量)結合。參數αj和βij將在下面計算。
圖2說明根據本發明的一個實施例的信道分配的一個例子。在圖2中，小區邊界50分割兩個小區52和54。每個小區分別有一個具有天線陣的基站BS1和BS2。在這個例子中，第一移動站MS1由基站BS1服務並且被分配一個任意的信道C1。另外，第二移動站MS2由基站BS1服務並且可以被分配一個相同的信道C1，因為天線陣可以使移動站在上行鏈路和下行鏈路上都正交。如所說明的，從第二基站BS2看，第三移動站MS3使第二移動站MS2具有相同的角度。結果是，第二基站BS2將把第二移動站MS2當做信道C1中的幹擾，並且因此為第三移動站MS3分配一個不同的信道，如C2。
在這個例子中，第四移動站MS4在到第一基站BS1的上行鏈路中，將表現為對第一移動站MS1的幹擾。當第四移動站MS4進行下行鏈路測量時，該移動站將確定信道C1被第一基站BS1幹擾。第四移動站向第二基站BS2報告該測量，該基站將為第四移動站分配一個不同於C1的信道。然而，如果第四移動站MS4不能進行有效地MAHO測量，第二基站可以只基於上行鏈路測量為第四移動站MS4分配信道。結果是，移動站MS4可能被分配到信道C1。第一基站BS1將在信道C1上檢測到第一移動站的一個新幹擾者。結果是，如果第四移動站引起的幹擾太高，第一移動站MS1應該被第一基站BS1重分配到另一個信道。
本發明也可以使用一個指示信道是否重負荷的停止標準，因為如果信道上的任何用戶太接近指示可能切換的質量限度，就不應該再添加移動站。
信道連結，將新移動站連結到信道可以如下進行。需要調整使用選擇的信道的舊移動站的收發機以及將要在選擇的信道上引入的新移動站的收發機。在陣列基站中的接收機和發射機中使用的空間濾波器用導引矢量計算，該矢量包括有關期望的信號的信息並且使用有關信道上的幹擾情況的信息。當新移動站進入信道時，幹擾情況被改變，所有空間濾波器必須重計算以考慮新的信息。舊信道上的移動站的收發機也應該被調整，因為有一個幹擾者被移去。
圖3說明根據本發明的一個實施例的信道連結的例子。在這個例子中，當移動站MS2被分配到信道C1時移動站MS1正使用信道C1。移動站MS1和MS2的收發機中的空間濾波器必須被調整使得它們空間正交。換句話說，移動站MS1的空間濾波器應該對移動站MS2零輸出，反之亦然。本發明在一個不進行測量的瞬間步驟中完成這個清零。當移動站MS3開始使用信道時，移動站MS3將被基站BS1測量到並且被當做一個新幹擾者。然而，移動站MS3的清零可以基於空間幹擾測量進行。
根據本發明的一個實施例，可以使用簡單信道分配方法。在這個方法中，移動站可以被分類到功率類別中並且使用空間扇區。例如，具有近似相等功率級別和良好隔離的空間濾波器的移動站可以共享相同信道。
根據本發明的另一個實施例，可以在信道分配中使用運用固定濾波器的簡單算法。在這個例子中，假設已經預計算並存儲了多個具有筆波束的濾波器。例如，濾波器α(θ1)，α(θ2)，…，α(θ25)可以在-60°，-55°，…，60°方向上與筆波束一起使用。該濾波器可以，例如，是一個與所期望方向的陣列導引矢量相乘的漢明窗。每個濾波器被它的筆波束的方向一它的到達方向(DOA)標識。
一個適當的信道可以如下建立。如果DOA本身或它的兩個最近鄰居中的一個已經在前十個脈衝(突發)期間被成功的使用，DOA就被認為是由移動站使用的。掃描所有質量足夠好的信道以尋找一個信道，該信道的被新移動站使用的DOA既不被其它小區中的移動站幹擾又不被自己小區中的移動站使用。典型地，如果濾波器的輸出功率高於標稱功率電平的尾數(fraction)，DOA就被判為被幹擾。然後，用於選定信道的DOA被新移動站佔用並且將該移動站連結到該信道。用於新移動站的空間收發機簡單地就是它所使用的濾波器集。因此，不必修改信道上的舊移動站的收發機。
根據本發明的一個實施例，可以使用一種改進的算法進行信道分配。將被重分配的移動站的特點可以用一個空間濾波器矩陣W，一個協方差矩陣R和功率P表示。J個可接入信道的特點用它們的空間濾波器矩陣Wi，j，i＝1，…，Mj，其中Mj是信道j上的移動站數，它們的協方差矩陣Rj和移動站的功率Pi，j表示。
新移動站上所期望的幹擾功率相對於它的有用功率是j=deftrace[WHRjW]P]]>使用信道j的舊信道i所期望的來自新移動站的幹擾功率是i,j=deftrace[wi,jHRWi,j]Pi,j]]>一個選擇是選擇信道Jo其中J0=argminj{j+i=1Mji,j}]]>另一個解決方案是測量將影響任何舊移動站的最大幹擾，並且讓J0=argminj{j+maxii,j}]]>還應該使用常規分級(scalar)信息。例如，根據前面提到的停止標準，一個重幹擾信道不應再有負荷。
根據本發明的一個實施例，可以將一個改進的算法用於信道連結。這個例子顯示了如何修改正在使用信道Jo的移動站和新移動站的空間濾波器。使用該信道的M個移動站的空間濾波器矩陣表示為W1，…，WM，而新移動站表示為WM＋1。首先，計算現存移動站的平均互相關，其中將信道Jo的相關矩陣記為Rold。R^xd(i)=R^oldWi---i=l,,M]]>在所關聯的相關矩陣表示為R的情況下，新移動站的平均互相關是R^xd(M+l)=R^Wm+l]]>信道在添加了新移動站後的相關矩陣可以近似為R^new=R^old+R^]]>然後可以計算新空間濾波器Wi=Rnew^-1R^xd(i)---i=l,,M+l]]>前面的處理假設每信道有唯一的Rj，但直接地結合了對抽樣相位的依賴。
在本發明的具體實施例已經被描述和說明的同時，應該理解本發明並不受到它們的限制，因為本領域的技術人員可以進行修改。本申請包括在這裡公開和聲明的發明的精神和範圍內的任何以及所有修改。
權利要求
1.在具有自適應天線陣的蜂窩通信系統中的小區內切換的方法，包括以下步驟用天線陣測量空間信息；基於上述測量的空間信息確定是否需要對移動站進行小區內切換；在需要時，將上述移動站從第一信道切換到第二信道。
2.根據權利要求1的小區內切換方法，其中所測量的空間信息用於預測不同信道分配判決將導致的幹擾情況。
3.根據權利要求1的小區內切換方法，其中所測量的空間信息用於調整上述移動站和其它工作在第一和第二信道上的移動站的收發機。
4.根據權利要求1的小區內切換方法，其中所測量的空間信息用於調整使用第一信道的移動站的收發機。
5.根據權利要求2的小區內切換方法還包括以下步驟測量所述移動站的功率電平；和基於測量的功率電平和測量的空間信息為所述移動站分配一個信道。
6.根據權利要求2的小區內切換方法還包括以下步驟計算該移動站上相對上行鏈路幹擾。
7.根據權利要求6的小區內切換方法還包括以下步驟計算其它移動站上由所述移動站引起的相對上行鏈路幹擾。
8.根據權利要求2的小區內切換方法還包括以下步驟計算下行鏈路幹擾以檢查存在的下行鏈路。
9.根據權利要求7的小區內切換方法還包括以下步驟計算下行鏈路幹擾以檢查存在的下行鏈路。
10.根據權利要求2的小區內切換方法，其中所述第二信道是使用所述的計算的信息選擇的。
11.在具有自適應天線陣的蜂窩通信系統中的小區內切換的方法，包括以下步驟確定是否需要小區內切換；測量需要切換的移動站的功率電平；基於上述測量的功率電平為上述移動站分配一個信道；計算該移動站上的相對上行鏈路幹擾；計算其它移動站上來自上述移動站的相對上行鏈路幹擾；計算下行鏈路幹擾以檢查存在的下行鏈路；使用上述計算的信息選擇最佳信道；根據新幹擾情況調整所有使用選擇信道和舊信道的收發機的空間濾波器。
12.根據權利要求11的小區內切換方法，其中所述的下行鏈路幹擾是使用從所述移動站的測量計算的。
13.根據權利要求11的小區內切換方法，其中的分級質量測量在確定是否需要切換時使用。
14.根據權利要求11的小區內切換方法，其中的切換在使用相同信道的兩個移動站彼此移動得太接近時進行。
15.根據權利要求11的小區內切換方法，其中所述的上行鏈路幹擾是在基站測量的。
全文摘要
本文公開了一個在利用來自天線陣的空間信息的蜂窩通信系統中小區內切換的方法。用天線陣測量空間信息。隨後根據所述測量的空間信息判定移動站是否需要小區內切換。需要時，移動站從第一信道切換到第二信道。
文檔編號H04B7/26GK1155366SQ95194598
公開日1997年7月23日 申請日期1995年6月21日 優先權日1994年6月23日
發明者U·G·福森, B·O·古德蒙松 申請人:艾利森電話股份有限公司