专利名称：用于无线通讯系统的多扇形小区模式的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及无线通讯系统，尤其涉及在无线通讯系统的小区中使用的多扇形定向天线安排。
无线通讯系统中的小区布局作为一些因数如可得到频谱、频率再用、干扰要求和通信业务负荷的函数而被确定。小区工程一般包括以一个给定的无线链路预算将干扰减至最小并将覆盖范围增至最大，该预算一般通过调节或者硬件性能定义。例如通过收缩小区来确保在小区边界有好的信噪电平或者通过使用放大器或高增益天线将增益加到RF(射频)路径而获得足够的覆盖范围。虽然干扰电平也取决于RF路径，但天线方向性和距离可以减少来自相邻同信道用户的干扰。
图1说明了由若干小区12组成的一个常规蜂窝式系统10的一部分，小区12中的每一个包括一个基站14。在这个例子中的小区12以六边形状示出。系统10的基站与配备着移动终端如蜂窝式电话或便携式计算机，或者固定终端如具有固定的、屋顶安装天线的终端的用户通讯。系统10使用全向基站天线和频率再用因数3。频率再用因数3说明系统10支持由F1、F2以及F3表示的三个不同集的通讯频率或通讯信道。例如，小区12-1、12-2和12-3分别使用信道F1、F2和F3。根据用来减少可能的同信道干扰的设计模式将诸信道分配给诸小区。然而，由于干扰限制，当用来与定向用户终端通讯时如系统10中所示的全向小区模式一般提供低的容量，当用于与全向用户终端通讯时甚至会提供更低的容量。
图2示出了一个常规全向无线系统20的一部分，该系统使用频率再用因数7。频率再用因数7以减少容量的代价提供相对于图1的系统10减少的同频道干扰。根据一个具有使用频道F1、F2、…F7的一个给定七小区组的七个小区的七小区六边形模式安排系统20的全向小区22。该模式如所示重复进行，使得例如由六个不同的七小区组的中心小区再用频道F1，在图2中这些组环绕着中心的七小区组。以类似的方式再用其他的频率F2、F3…F7。互联六个七小区组的中心小区的虚线圆24的半径被认为是系统20的“再用距离”。关于如图1和图2的系统中使用的那些小区布局的补充细节可以在例如D.M.Balston和R.C.V.Macario编辑的“蜂窝式无线电系统，”Artech House,Norwood,MA,1993；M.D.Yacoub，“移动无线电工程基础，”CRC Press,Boca Raton,FL,1993；以及A.Mehrotra,“蜂窝式无线电模拟和数字系统，”Artech House,Norwood,MA,1994中找到。
图3A和3B说明了能够使用定向天线进一步减少如图2所示的全向系统中同信道干扰并且增加容量的方式。如图3A所示，配置一个具有基站34的给定小区30以使用定义三个扇形S1、S2以及S3的三个120°的定向天线。在扇形S1、S2以及S3的每一个中使用一个不同的频道。因此能够安排小区使得在一组小区中由一个给定扇形使用的频道与使用相同频道的另一组中再用小区在方向上远离，因此减少了系统中的同频道干扰。现有技术系统已经配置使用定向天线的其他安排，包括图3B所示的六扇形配置，其中一个具有基站38的给定小区36使用定义扇形S1、S2…S6的六个60°的定向天线。
用于电路交换系统的这些和其他常规的定向天线安排一般仅仅用于如图1和2具有大于1的再用因数的系统中。在具有再用因数1的系统中，相邻小区使用相同的频道或信道集。然而，用于电路交换系统的常规定向天线安排一般被认为不适用于在非码分多址(CDMA)系统中提供频率再用因数1。
因此存在着对于无线系统的改进的多扇形小区模式的需要，它能够提供增加的容量和比基于上述常规定向天线安排的模式较低的频率再用因数。
本发明提供多扇形小区模式，它能够以小到1的频率再用因数实现，使得无线系统的相邻小区可以每个使用相同集的频道。在一个说明的实施例中，基于分组的无线系统包括若干小区，每个具有一个带有五扇形定向天线的基站。五扇形定向天线可以包括五个近似72°的扇形。五扇形小区根据一个小区模式安排，它使从每个小区的相同集通讯信道再用产生的同频道干扰减至最小。对于小区模式中对小区扇形的频道分配在整个系统中以六小区组重复其本身进行。基于分组的无线系统也可以使用确认、重发尝试以及其他类似的常规特性来进一步减小从低的频率再用因数产生的同频道干扰的影响。
在上述说明的五扇形实施例的另一个可能的实现中，定向天线的扇形位置可以根据一个旋转的扇形瞄准角改变。在这样一个实现中，在一个给定小区的扇形相对于一个或多个相邻小区的扇形旋转一个整数或非整数扇形，以便避免由定向扇形对准引起的干扰。在另一个实现中，定向天线的扇形位置可以对于系统的所有小区固定。
不像基于常规定向天线安排的电路交换系统，根据本发明具有多扇形小区模式配置的基于分组的系统能够以小到1的频率再用因数提供有效的性能。因此本发明在非CDMA系统中提供了增加小区容量和使同频道干扰降至最小的优点。本发明的小区模式在系统用户配备着定向终端例如具有固定的、屋顶安装的定向天线的终端的应用中是特别有效的。参照附图和下面的详细描述，本发明的这些和其他特性及优点将变得更加明显。
图1说明了具有全向小区和频率再用因数为3的常规无线通讯系统的一部分。
图2说明了具有全向小区和频率再用因数为7的常规无线通讯系统的一部分。
图3A和3B示出了使用常规定向天线安排的无线系统小区。
图4示出了一个可以用于实现根据本发明具有频率再用因数为1的多扇形定向天线安排的基站。
图5A-5E说明了一个根据本发明的示范实施例，具有五扇形定向小区和频率再用因数为1的无线通讯系统。
图6说明了用于图5A-5E的无线系统的扇形中一个的示范扇形配置。
图7和8说明了用于根据本发明的五扇形定向小区模式中给定扇形的另一个扇形配置。
下面结合示范的无线通讯系统配置说明本发明。虽然本发明特别适用于结合基于分组的通讯系统，但它不限制用于任何特别类型的无线系统。公开的多扇形小区模式可以用于最好是提供增加的容量而又不过度地增加同频道干扰或系统的成本和复杂性的任何应用中。这里使用的术语“小区”一般认为是蜂窝式系统或者其他类型无线系统的一个工作区域或范围。这里使用的术语“信道”应该理解为包括单个频率、一组频率、一个或多个通讯频率的一个频带或任何其他分组或安排。这里使用的术语“再用因数”一般认为是被无线系统的不同小区再用的不同信道数。
如上所述，如结合图3A和3B描述的那些常规定向天线安排一般仅仅用在如图1和图2的系统的具有大于1的再用因数的系统中。本发明提供多扇形小区模式，它能够在基于分组的或其他类型的无线系统中提供小到1的频率再用因数，使得相邻小区能够每个使用相同的频道。这样，本发明的小区模式能够在各种无线系统中提供增加小区容量和将同频道干扰降至最小的优点。下面描述的本发明的说明实施例假定不限于基于分组的系统。应该注意基于分组的系统一般容许在整个确认、重发尝试和类似的公知特性的使用中有一定量的同频道干扰。一般这不是电路交换系统的情况，如基于话音的蜂窝式系统不具有重发由于同频道干扰在传输期间被不正确接收或变坏的数据的能力。
图4示出了基站40，它可以用于实现根据本发明具有频率再用因数1的系统中多扇形定向天线安排。基站40包括一组42，有N个定向天线42-i,i=1,2,…N。这个实施例中定向天线42-i用于传送信号到与系统用户有关的移动或固定终端和从与系统用户有关的移动或固定终端接收信号。天线42-i中每一个耦连到一个相应的双工器滤波器44-i。每个双工器滤波器44-i引导从发射机45来的基站到用户发送信号到定向天线44-i，并且引导从定向天线44-i来的用户到基站接收信号到接收机46。基站40还包括一个处理器47，该处理器控制发射机45和接收机46的工作。应该注意基站40的安排只是示范性的，并且本发明可以使用许多其他类型的基站实现。如下面将进行更详细的描述，定向天线组42可以安排在无线系统的小区中，使得提供再用因数1和在系统容量上相应的增加，而不会过度增加同频道干扰。
图5A-5E示出了包括若干小区52的基于分组的无线通讯系统50的部分。如图5A所示，小区52的每一个包括一个基站54，该基站可以结合上面图4描述的方式配置。根据本发明，每个小区52包括五个如所示配置的近似相等的扇形S1、S2、S3、S4以及S5。因此相应的基站54每个包括五个定向天线，每个天线提供近似72°的覆盖范围。在小区52中每一个的扇形S1、S2…S5中每一个分别在相同的频道F1、F2…F5上工作。于是系统50使用频率再用因数1，小区52中每一个再用相同集的频道。例如，如果系统10具有一个大约5MHz的工作带宽，小区52中每一个的扇形S1到S5中每一个可以分配在五个1MHz频道中的一个上工作。根据使相邻小区之间的同频道干扰降至最小的小区模式，将频道分配给扇形。设计图5A-5E的小区模式以在用户配备定向终端例如具有固定的、屋顶安装的定向天线的终端的应用中提供最优性能。在图5A中示出了被小区52的各个扇形遮蔽(shading)的示例小区模式。在每个小区的每个扇形中的遮蔽类型说明了分配给该扇形的频道。因此在图5A中具有相同遮蔽的扇形在相同的频道中工作。
图5A中说明的五扇形小区模式以六个小区组重复进行。图5B示出系统50中六个小区52的示范组55，说明六小区重复模式。图5C示出分配给六小区组55中相应扇形S1、S2、S3、S4以及S5的频道F1、F2、F3、F4以及F5。图5D说明在系统50内若干六小区组可以重复的方式。图5E更详细地示出示范的六小区组55。图5E中的组55的小区如所示表示为小区1、2、3、4、5和6。附表指出分配给组55中六小区的每一个的五个扇形的频道F1、F2、F3、F4和F5，并且相应于在图5C中说明的频道分配。在图5E中通过从小区扇形边缘56反时针方向测量的瞄准角识别扇形。例如，小区1中，具有相对于边缘56的一个36°瞄准角的扇形是紧接在边缘56上面的扇形，并且被分配频道F2。同样地，组55的小区1中具有相对于边缘56的108°、180°、252°以及324°的瞄准角的扇形分别地分配频道F3、F5、F4以及F1。
图5E中的表也列出了相对于小区1作为再用距离R函数的小区2、3、4、5以及6的水平和垂直间距ΔX和ΔY。因为系统50使用再用因数1，它具有相应于单个小区直径的再用距离2R。因此小区1的中心和小区4的中心之间的距离是4R，或者是单个小区半径的四倍。该表示出例如小区1和小区5之间的水平间距ΔX是0.866R，而小区1和小区5之间的垂直间距ΔY是3R。对于组55中其他小区中每一个在图5E中提供了类似的测量。
图6更明显地示出图5A-5E的基于分组的无线系统50中对于扇形S1的扇形配置。对于系统50的小区52中每一个示出扇形S1的辐射方向和由此的频道F1。应该理解这些小区的形状仅仅是说明性的。小区52的形状如图6中六边形所示以便更清楚地说明可能的同频道干扰。如上所述，配置系统50的小区52使得在用户配备定向终端的应用中，将来自具有在相同频道工作的邻近小区的同频道干扰减至最小。虽然一定量的同频道干扰来自于频率再用因数1，图6所示的扇形配置通过五扇形小区的适当配置将这个干扰减至最小。另外，天线的方向性和前后比帮助减轻了一些干扰，使得改进了整个性能。此外，系统50的基于分组的特性允许它通过使用确认、重发尝试以及诸如此类克服一定量的干扰。系统50的其他扇形根据它们相对于图5A-5E所示的扇形S1的位置分配。
图7和8说明根据本发明对于一个五扇形定向小区模式的另一个配置。图7示出具有若干小区72的基于分组的无线系统70的一部分，每个小区72包括一个基站74。小区中每一个包括如图5A-5E的实施例中的五个近似相等的扇形S1、S2、S3、S4和S5。所示的辐射方向仅仅用于小区72中每一个的扇形S1和由此的频道F1。小区72中的每一个的其他扇形可以根据它们相对于图5A的小区中一个的扇形S1的位置分配。然而，不象图5A-5E的实施例，图7的实施例使用小区72中每一个内扇形的相同的相对排序。
系统70的小区72根据使用旋转的扇形瞄准角的另一个小区模式配置。在这个小区模式中，系统小区的每一个相对于相邻小区旋转一个整数量的扇形，以便避免由直接扇形对准引起的干扰。一个给定扇形的瞄准角可以作为该扇形的中心线如一个特定小区中扇形S1的中心线和一个参考点之间的角度表征。例如，图7的最上面小区72中扇形S1的瞄准角相对于最上面小区的左边较低和右边较低小区的相邻小区中S1扇形的瞄准角旋转大约72°。类似的，图7的其他小区中每一个的扇形S1的瞄准角相对于至少一个相邻小区的扇形S1的瞄准角旋转大约72°。应该注意这个示范旋转的扇形模式可能不是最优的，即一些小区将可能比其他小区具有较高的干扰。在另一个实施例中，小区模式可以使用一个旋转的扇形瞄准角，其中小区中的每一个相对于一个相邻小区旋转一个非整数量扇形。
图8示出具有若干小区82的基于分组的无线系统80的一部分，每个小区82包括一个基站84。小区中每一个包括如图5A-5E和图6的实施例中的五个近似相等的扇形S1、S2、S3、S4和S5，但是具有根据另一个小区模式配置的小区，其中对于每个小区固定扇形位置。如图6和7，图8示出小区82中每一个对于扇形S1的辐射方向以及由此的频道F1，具有根据相对于扇形S1的它们的位置分配的小区82的其他扇形。如图7的实施例，图8的实施例在小区82的每一个内使用扇形的相同的相对排序。应该注意图7的旋转扇形模式在用户配备定向终端的应用中可能提供比图8的固定扇形模式更好的性能。这是因为当给定的扇形如同其他扇形将不依赖相同的定向矢量时一般是具有旋转的扇形模式的情况。然而，对于用户配备全向终端的应用，图8的固定扇形模式可能比图7的旋转扇形模式提供更好的性能。如前所述，图6所示的模式一般对于使用定向用户终端的应用提供最优的性能。
本发明的上述实施例仅仅是用来说明的。另一个实施例可以根据本发明使用具有减少的频率再用因数的不同类型的多扇形定向小区模式。例如，另一个实施例中的小区模式可以包括大约五个扇形。此外，在另一个实施例中一个给定多扇形小区的扇形不需要如说明的实施例中近似相等的覆盖角度。另外，虽然特定的小区模式可以对于一定类型的用户终端如定向用户终端提供最优性能，这些模式也可以向其他类型的终端提供改进的性能。对于本领域的那些技术人员来说，很明显这些和许多其他的另一个实施例都在下面的权利要求书的范围内。
权利要求
1．一种无线通讯系统，包括多个小区，至少一个小区子集，其每个小区包含一个具有与此有关的多扇形定向天线的基站，其中安排多个小区使得至少有一个小区使用至少一个通讯信道，其频率基本上与在相邻该至少一个小区的另一个小区中使用的通讯信道的频率相同。
2．如权利要求1所述的系统，其中多扇形定向天线是一个五扇形定向天线。
3．如权利要求1所述的系统，其中多个小区中每一个包括一个具有与此有关的五扇形定向天线的基站。
4．如权利要求1所述的系统，其中多个小区中每一个包括一个具有多扇形定向天线的基站并且基本上使用相同集的通讯信道，以及其中对于诸通讯信道的多扇形天线的扇形分配根据多小区扇形分配模式对诸组小区重复其本身进行。
5．如权利要求1所述的系统，其中该系统是一个基于分组的系统并且根据频率再用因数1安排多个小区中至少一个子集。
6．如权利要求1所述的系统，其中多个小区的每一个包括一个多扇形定向天线，以及其中安排定向天线的扇形使得在一个给定小区中的扇形相对于相邻小区的扇形旋转以便避免由直接扇形对准引起的干扰。
7．如权利要求1所述的系统，其中多个小区的每一个包括一个多扇形定向天线，以及其中定向天线扇形的位置对于所有的小区是固定的。
8．一种在包括多个小区的无线通讯系统中使用的设备，该设备包括在多个小区中给定的一个内配置的基站；以及与该基站有关的多扇形定向天线，其中配置多扇形定向天线使得给定的小区使用至少一个通讯信道，其频率基本上与在相邻于该给定小区的另一个小区中使用的通讯信道的频率相同。
9．如权利要求8所述的设备，其中多扇形定向天线是一个五扇形定向天线。
10．如权利要求8所述的设备，其中系统中多个小区中每一个包括一个具有与此有关的五扇形定向天线的基站。
11．如权利要求8所述的设备，其中系统中多个小区中每一个包括一个多扇形定向天线并且基本上使用相同集的通讯信道，以及其中对于诸通讯信道的多扇形天线的扇形分配根据一个多小区扇形分配模式对诸组小区重复其本身进行。
12．如权利要求8所述的设备，其中该系统是一个基于分组的系统并且根据频率再用因数1安排多个小区中至少一个子集。
13．如权利要求8所述的设备，其中多个小区中每一个包括一个多扇形定向天线，以及其中安排定向天线的扇形使得在一个给定小区中的扇形相对于相邻小区中的扇形旋转以便避免由直接扇形对准引起的干扰。
14．如权利要求8所述的设备，其中多个小区的每一个包括一个多扇形定向天线，以及其中定向天线的扇形位置对于所有的小区是固定的。
15．一种实施无线通讯系统的方法，包括步骤配置多个小区，至少一个小区子集，其每个小区包括具有与此有关的多扇形定向天线的基站；以及操作多个小区使得至少该诸小区中的一个使用至少一个通讯信道，其频率基本上与在相邻于该给定小区的另一个小区中使用的通讯信道的频率相同。
16．如权利要求15所述的方法，其中配置步骤包括配置小区使得多个小区中每一个包括一个具有与此有关的五扇形定向天线的基站。
17．如权利要求15所述的方法，其中配置步骤包括安排多个小区使得该多个小区的每一个包括一个多扇形定向天线并且基本上使用相同集的通讯信道，以及其中对于通讯信道多扇形天线的扇形分配根据多小区扇形分配模式对诸组重复其本身进行。
18．如权利要求15所述的方法，其中该系统是一个基于分组的系统并且配置步骤包括根据频率再用因数1安排多个小区。
19．如权利要求15所述的方法，其中多个小区中每一个包括一个多扇形定向天线，并且配置步骤包括安排定向天线的扇形使得在一个给定小区中的扇形相对于相邻小区中的扇形旋转以便避免由直接扇形对准引起的干扰。
20．如权利要求15所述的方法，其中多个小区中每一个包括一个多扇形定向天线，以及其中配置步骤包括安排小区使得定向天线的扇形位置对于所有的小区是固定的。
全文摘要
一个基于分组的无线系统根据一个使用多扇形定向小区的小区模式配置。一个说明的实施例在每个小区的基站中使用具有五个近似72°的定向天线的一个五扇形小区模式。小区模式中对于小区扇形的频道分配在整个系统中以六小区组重复其本身进行。这个小区模式允许系统使用频率再用因数1,使得在系统的每个小区中可以使用基本上相同的通讯信道集。本发明可用于增加非CDMA无线系统的容量而不会显著增加同频道干扰。
文档编号H01Q1/24GK1226125SQ9812633
公开日1999年8月18日 申请日期1998年12月25日 优先权日1997年12月26日
发明者沃尔特·洪查伦科 申请人:朗迅科技公司