用於多扇區基站的一種結構的製作方法
2023-09-24 02:41:35 1
專利名稱：用於多扇區基站的一種結構的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及通信系統，特別是涉及用於作為無線通信系統的一部分的各扇區基站的一種結構。
圖1描述一個為位於一個地理區域內的許多無線終端(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的一部分的圖形。典型的無線通信系統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」)或行動電話交換局(「MTSO」)。典型地，無線交換中心120被連到散布在地理區域上並由系統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，該有線終端經由本地和/或遠距離網絡連到無線交換中心120。
由無線通信系統提供服務的地理區域被分成叫做「小區」的空間上不同的區域。如圖1所描述，每個小區圖示由蜂窩式圖案中的一個六邊形表示；然而，在實際中，每個小區具有依賴於圍繞小區的地帶的地形的不規則形狀。典型地，每個小區包含一個基站，該基站包含基站用來與在那個小區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，並確認它是企圖送給無線終端101-2的，無線交換中心120於是把該信息回送給基站103-1，基站103-1經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發送天線(「Tx」)發送輸出信號和經由接收天線(「Rx」)接收輸入信號的無線設備。根據該結構，每個小區只有一個全向發送的發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由接收天線接收一個輸入載波信號並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)，把載波信號解調為一個或多個基帶信號。輸入的基帶信號之後發送給無線交換中心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)，被無線設備調製用於經發送天線發送。
當無線通信系統100是一個陸上系統，與基於衛星的系統相比，業務質量和服務可獲得性易受環繞系統的地帶的特性影響。例如，當地帶的地形為丘陵或山區，或當象建築物或樹木的物體出現時，由無線終端發送的信號將被吸收或反射，以致在基站處的信號質量不統一。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幹擾。這種現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一單個發送天線發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」)。由於多路徑衰落為一個局部現象，幾乎不可能同時出現所有空間分離的接收天線同時經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，它支持一種用於增加遠程通信系統的業務容量的技術。已知的這種技術為「基站扇區化」。遵照基站扇區化，由一個基站服務的小區被再分為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。在圖4中的基站結構包含M套無線設備和相關聯的發射和接收天線，如所示，與每個扇區相關聯的發射和接收天線通常主要地從該扇區發送和接收，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。如果它們如圖5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套發射和接收天線504-1至504-M，如所示互聯。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和信道。當探測無線設備502從一個給定扇區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。由於任何無線設備可以從任意扇區接收和發送給任意扇區，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複雜的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，扇區化和無線設備組合併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。
本發明是一種支持分集接收，扇區化和無線設備組合併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。由於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移動到另一個扇區。如果在無線終端從一個扇區移動到另一個扇區很長時間後基站中的探測無線設備才察覺到，那麼該呼叫可能被基站漏掉。但是由於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。儘管扇區化技術增加了系統的業務容量，但是沒有必要扇區化成使每個無線設備被限制只接收來自一個扇區天線的輸入信號。必要的只是在一個扇區中有意發送的頻率與在相鄰扇區中發送的頻率顯著不同。
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並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，由於每個無線設備一直接收來自所有接收天線的輸入信號，該無線設備能持續監控無線終端的運動，這有效地排除了由於無線設備未檢測到穿過一個扇區邊界的無線終端的運動從而丟失呼叫的可能。
本發明的示意性實施例包括用於接收第一輸入信號的第一接收天線；用於接收第二輸入信號的第二接收天線；用於發送到第一扇區的第一發送天線；用於發送到第二扇區的第二發送天線；用於接收第一輸出信號和第一控制信號，並用於基於第一控制信號把第一輸出信號路由到第一發送天線和第二發送天線中的至少一個的第一開關；和用於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於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，扇區化和無線設備組合。
圖6描述遵照本發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的方框圖。
圖8描述本發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套分扇區的發送天線和M套接收天線606-1至606-M，如所示互聯。
儘管每個發送天線與一個扇區相關聯，但是每套接收天線也能，但卻不是必須，與一個扇區相關聯。相反，遵照本發明的示意性實施例，每個接收天線可全向接收或能有一個比與發送天線相關的扇區更寬或更窄的視場(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來自無線終端的感興趣的輸入信號並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，現在可能跨扇區邊界進行分集合成和/或聚束。第四，由於引入能夠作N×M路分集合成和聚束的無線設備而產生的附加費用比由於省略探測無線設備和開關矩陣而節省的費用要少。
每個無線設備，無線設備i，對於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並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)，以熟知的方式產生基於這些基帶信號的輸出信號。輸出信號有利地經由導線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，產生對輸入信號來源的扇區的估計。該信息是有用的，因為每個無線設備使用該估計產生一個控制信號，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)個扇區相關聯的那(幾)個發送天線。
每個無線設備，即無線設備i，通過在導線603-i上發送一個控制信號給開關607-i，有利地指示開關607-i使用哪個發送天線。M路開關矩陣607-i，對於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送天線。對那些本技術的熟練人員，如何製作和使用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，它把用於同一發送天線的2個或多個信號合成並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，對於1≤j≤Z，唯一地與扇區j有關並接收送給扇區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，放大後在經由扇區j的發送天線發射。如何製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同時實現，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係。
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個變種產生一個或幾個作為輸入信號來源的最可能扇區的估計。在步驟804，無線設備產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相關聯的一個或多個發送天線。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明的示意，在不偏離本發明的範圍的前提下，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範圍內。
權利要求
1.一種裝置，包含用於接收第一輸入信號的第一接收天線；用於接收第二輸入信號的第二接收天線；用於發送到第一扇區的第一發送天線；用於發送到第二扇區的第二發送天線；用於接收第一輸出信號和第一控制信號，並用於基於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送天線和所述第二發送天線中的至少一個的第一開關；和用於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並用於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，進一步包含用於接收第二輸出信號和第二控制信號，並用於基於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送天線和所述第二發送天線中的至少一個的第二開關；和用於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並用於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，進一步包含用於接收第三輸入信號的第三接收天線；用於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，並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於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於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，包含用於接收來自第一扇區的第一輸入信號的第一接收天線；用於接收來自第二扇區的第二輸入信號的第二接收天線；和用於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，進一步包含用於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，進一步包含用於接收來自所述第一扇區的第三輸入信號的第三接收天線；用於接收來自所述第四扇區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，並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於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於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，包含用於接收來自第一扇區的第一輸入信號的第一接收天線；用於接收來自第二扇區的第二輸入信號的第二接收天線；用於發送到第一扇區的第一發送天線；用於發送到第二扇區的第二發送天線；用於接收第一輸出信號和第一控制信號，並用於基於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送天線和所述第二發送天線中的至少一個的第一開關；和用於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並用於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；用於接收第二輸出信號和第二控制信號，並用於基於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送天線和所述第二發送天線中的至少一個的第二開關；和用於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於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
一種無線通信系統基站結構,包含:分別用於接收第一和第二輸入信號的第一和第二接收天線;分別用於發送到第一和第二扇區的第一和第二發送天線;用於接收第一輸出信號和第一控制信號,並用於基於第一控制信號把第一輸出信號路由到第一發送天線和第二發送天線中的至少一個的第一開關;分別用於接收來自第一和第二接收天線的第一和第二輸入信號並用於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 優先權日1998年2月13日
發明者馬克思·阿龍·索羅茲 申請人:朗迅科技公司