一个天线阵列系统的制作方法

专利名称：一个天线阵列系统的制作方法
技术领域：
本发明的领域本发明涉及一个天线阵列系统，特别地，涉及在一个蜂窝通信系统中被使用的一个天线阵列系统。
本发明的背景众所周知，无线通信系统的天线阵列包括多个相关的、独立的天线部件。典型地，这些独立的天线部件是简单的等距偶极子，它们的距离通常是半个波长。当进行发送时，这个无线射频信号(RF)被馈送到所有的天线部件，而当进行接收时，来自所有天线部件的信号被组合在一起。取决于每一个天线部件的信号之间的相对相位差异和幅度，整个相控阵列的组合效果是具有与一个方向天线等价的一个传播图形，即，某些角度上将会发送或者接收比其它角度更多的能量。
众所周知，通信系统的天线阵列系统包括一个天线阵列，用于提供一些固定束的一个束形成器，和针对每一个固定束的一个收发器。在一个通信系统中，使用能够为这个用户提供最佳通信的固定束来接收或者发送一个信号，并且仅当在当前束中的信号降低到一个阈值以下时，才切换到另一个束。
上面所描述的天线阵列的一个问题是它们比较复杂，并且对每一个束的资源与硬件分配是不灵活的。另外，传统的天线阵列包括的技术的体积大，价格昂贵，并且效率不高。
特别地，传统天线阵列中RF(射频)功率放大的复杂程度很高，其效率很低，并且/或者价格很昂贵。
本发明的目的是寻找能够提供具有高性能硬件的一个灵活的天线阵列系统。
根据本发明，提供了一个天线阵列系统，它包括至少一第一天线阵列；提供多个束端口的第一束形成装置，每一个束端口与第一天线阵列的一个方向束相关；多个收发器部件；切换装置，用于将多个收发器部件与多个束端口相关；其中对多个收发器部件中每一个所支持的无线通信的一个所需束方向作出响应，通过这个切换装置动态地将多个收发器部件与多个束端口相关，并且以一个基本上周期的间隔，重新安排收发器部件与束端口的相关。
这提供了对资源与收发器部件的一个非常有效的与灵活的利用。
优选地，这多个收发器部件中一第一收发器与束端口的相关至少是部分地对与这多个收发器部件中一第二收发器部件所支持的一个无线通信的一个特征相关的一个参数作出的响应。这允许对这个天线阵列系统所服务的所有用户单元的总体性能进行优化。
根据本发明的一第一特征，这个天线阵列系统具有多个束端口，它们比多个收发器部件大。
优选地，这个天线阵列系统进一步包括至少一第二天线阵列，相对这第一天线阵列来说，这第二天线阵列提供了至少部分分集；至少第二束形成装置通过提供另外的多个束端口，而增加了多个束端口，每一个束端口与第二天线阵列的一个方向束相关；和其中相对这第一天线阵列的方向束来说，这第二天线阵列的方向束是偏移的，并且与其重叠。
根据本发明的一第二特征，这个天线阵列系统被包括在一个时分多址通信系统，例如GSM中，这个交换装置可以进行工作来以一个时隙为单位，改变这多个收发器部件与多个束端口之间的相关。
收发器部件可以包括接收器部件或者发送器部件。优选地，这多个收发器部件包括发送器部件和接收器部件，并且交换装置可以进行工作，将接收器部件与发送器部件与多个束端口相关。
下面描述本发明的一个实施方式，该描述是通过示例，并且参考图来进行的，其中

图1是根据现有技术的一个GSM蜂窝通信系统的一个显示；图2显示了根据本发明的一个接收天线阵列系统的一个实施方式；图3显示了图2的接收天线阵列系统的交换装置的一个实施方式；图4显示了根据本发明的一个发送天线阵列系统的一个实施方式；图5显示了根据本发明，收发器部件与束端口相关的一个示例；图6显示了根据本发明的、与两个分集天线阵列重叠的一个示例束；图7显示了进一步包括根据本发明的一个宽束天线的一个发送天线阵列系统的一个实施方式。
一个优选实施方式的详细描述下面的内容被描述在一个蜂窝通信系统的上下文中，更具体地，被描述在全球移动通信系统(GSM)蜂窝通信系统的上下文中。但是，该领域内的一个技术人员将很清楚，本发明不局限于这个应用。其它可能的应用包括使用天线阵列和相关的领域，例如雷达领域的所有接收与发送系统。
在一个蜂窝通信系统中，每一个用户单元(多个用户单元)典型地与一个固定基站进行通信。从这个用户单元到基站的通信被称作上行链路，从基站到这个用户单元的通信被称作下行链路。这个系统的总覆盖区域被划分为多个独立的小区，每一个小区被一单个基站所覆盖。典型地，这些小区在地理上和相邻小区是不同的，但有部分重叠。图1显示了一个蜂窝通信系统100。在这个系统中，一个基站101通过无线信道105与一些用户单元103进行通信。在这个蜂窝通信系统中，基站101覆盖了在一特定地理区域107内的用户，而其它地理区域109，111被其它基站113，115所覆盖。典型地，每一个基站101，113，115包括一个广播载波加一个或者多个业务载波。当一个用户单元从一个小区的覆盖区域移动到另一个小区的覆盖区域时，这个通信链路将从在这个用户单元与第一小区的基站之间的链路切换到在这个用户单元与第二小区的基站之间的链路。这被称作越区切换。特定情况下，某些小区将完全位于其它较大的小区的覆盖范围内。
所有基站将被一个固定网络所互联。这个固定网络包括通信线路，交换机，到其它通信网络的接口和操作这个网络所需要的各种控制器。从一个用户单元来的一个呼叫通过这个固定网络被路由到这个呼叫的目的地。如果这个呼叫是在相同通信系统的两个用户单元之间进行的，这个呼叫就通过这个固定网络被路由到另一个用户单元目前所位于的小区的基站。这样，通过这个固定网络，在这两个提供服务的小区之间建立了一个连接。替代地，如果这个呼叫在一个用户单元和连接到公众交换电话网络(PSTN)的一个电话之间的，这个呼叫就从提供服务的这个基站被路由到在这个蜂窝移动通信系统与PSTN之间的接口。然后，它被PSTN从这个接口路由到这个电话。
一个蜂窝移动通信系统被分配了一个频谱，来在这些用户单元(移动台)和这些基站之间进行无线通信。这个频谱必须同时被使用这个系统的所有用户单元共享。在全球移动通信系统(GSM)和类似的系统中，这是通过将这个频谱分为多个频率信道来实现的。在GSM中，每一个频率信道被进一步分为8个不同的时隙。通过将一个时隙分配到每一个激活的用户单元，这样，8个用户单元可以被每一个频率信道所提供服务。这个方法被称作时分多址(TDMA)。每一个小区被分配了一些频率信道。因为频率信道的数目是有限的，所以典型地，相同的频率信道被分配到不止一个小区。这被称作频率重用，并且频率重用越密，即，相同的频率信道被使用的地方越靠近，这个系统的可用业务能力就越高。
在这个用户单元与基站之间的无线通信的质量是由信号的信噪比所决定。其它基站和用户单元产生干扰信号，这增加了噪声电平，这样，降低了质量。为了获得一个可以接收的质量水平，这样，干扰就必须被保持在足够低的水平。这个干扰可以是被相同频率信道上的发送所产生，这一般被称作共信道干扰。替代地，干扰可以是从相邻信道上的发送所产生，因为是不可能避免被分配频率信道外面来的辐射。这个干扰被称作相邻信道干扰。因为这个干扰电平随着到干扰源的距离的增加而降低，所以对更密的频率重用，干扰电平就增加了。今天的蜂窝通信系统采用了其它措施来减少干扰电平。这些包括功率控制，由此使发送功率最小。
另一个减少干扰的重要方法是通过使用方向性天线，由此功率仅被发送到所希望的方向上，以对所希望的接收器获得最佳的信号质量。当进行接收时，一个方向性天线将衰减从其它方向上所接收的干扰，由此允许这个发送器以较低的功率进行发送。
典型地，方向性天线在物理尺寸上是很大的，并且其价格昂贵，所以，在用户单元安装方向性天线是不实际的，大多数方向性天线被放置在基站。最合适的方向性天线是包括多个天线部件的天线阵列。通过独立地调节每一个天线部件的相对相位纠正，这个天线阵列就具有一个方向性的束图案。天线阵列的工作被描述在1980年Wiley出版社所出版的、作者是Monzingo和Miller的“自适应阵列的介绍”中。
图2是根据本发明的一个接收系统的一个天线阵列系统200的一个实施方式的一个示意图框图。
具有N个天线部件的一个天线阵列201被连接到N个双工器203，这N个双工器203允许相同的天线阵列可以被用于进行接收与发送。这个双工器的输出被连接到一个束形成器205，在这个实施方式中，束形成器205是一个固定的束形成器，例如一个巴特勒矩阵(ButlerMatrix)束形成器205。替代地，这个双工器可以被连接到这个束端口和用于进行接收与发送的相同束形成器。这个束形成器205提供了天线部件之间的合适相位相关，来产生B方向的束，并且给一个束端口提供了每一个方向的束。在这样一个RF束形成系统中，一些固定束就这样被提供给发送器或者接收器。从效果上说，所提供的天线输入是束端口。这基本上与具有一个独立的窄束天线组等价。
这些束端口被连接到交换装置207，交换装置207将来自方向性束的被接收信号馈送到一些接收器部件209。这个束形成器205的每一个束端口被连接到一个分离器，这个分离器将从一个束所接收的信号划分为C信号。除了分离器，交换装置包括一组开关，它能够将分离器的输出交换到任何接收器部件。这些开关是被一个控制器所控制的，这个控制器是运行在一个合适的处理器，例如一个微处理器，一个微控制器或者一个数字信号处理器上的一个软件程序。
图3显示了这些交换装置的一个实施方式。在这个示例中，这个束形成器提供了3个束端口(B＝3)，这些端口中的每一个被馈送到一个分离器301，303，和305。分离器301，303，和305中的每一个提供两个输出到一个交换矩阵307。在这个实施方式中，这些接收器部件包括完整的GSM接收器309，311，这些接收器309，311中的每一个具有两个输入。在这些输入上被接收到的一个信号被在这个接收器中进行组合，以进行最佳检测。这个接收器309，311也将组合这些信号，并且执行信道选择滤波功能和接收这个信号所需要的所有其它功能。在一个时隙中，第一接收器309可能与在基站的束1和2中同时被接收的一个用户单元进行通信，而第二接收器可能支持同时在束1和3中被接收的一个用户单元。图3显示了在这个情形下的交换矩阵307。在下一个时隙中，这些接收器所支持的用户单元将在不同的束中，并且这个交换矩阵被更新以反映这个新的情形。在这个示例中，到这个交换装置的这些输入就这样与束的数目相等，并且输出的数目与每一个接收器部件的输入数目和接收器部件的数目的乘积相等。
很明显，相对这个交换装置，接收器功能的分布可以变化，以使某些接收器部件能够被交换矩阵所影响，而其它接收器部件不功能被交换矩阵所影响。这样，被这个交换矩阵而与每一个束相关的接收器部件可以是整个接收器，或者可以是按照需要分配到不同束的一特定接收器功能。也很清楚，同时可以有不止一个接收器部件与相同的方向性束相关。
例如，在一个具体用于码分多址的一个替代实施方式中，在进行交换前，频率选择性滤波器可以被提供在每一个束。在这个实施方式中，每一个接收器部件具有一单个输入，并且仅能够跟踪和接收一单个多径信号部件。在这个情形下，每一个接收器部件将与一个传统的CDMA瑞克接收器中的一单个瑞克指相应。(参考无线通信系统的扩频CDMA系统，1997年Artech House出版社出版的，作者是SavoGlisic&Branca Vucetic，书号是ISBN 0-89006-858-5)。在每一个交换时间间隔内，这些接收器部件可以被根据在这个束中、在这个交换时间间隔内所支持的用户单元所需要的瑞克指数目而连接到方向向束。这允许能够非常灵活地并且有效地将接收器计算资源分配给最需要它的束。
接收器部件与束端口的相关基本上被以周期性间隔进行重新组织。在一个GSM应用中，这个重新组织优选是每个时隙就被更新一次，由此允许将业务最佳地分配到这个特定的时隙，而与其它时隙中的业务分布无关。对一个特定时隙的相关可以进一步在每一帧内被进行重新评价和改变，这相应于一个新的资源分配被决定，并且被应用到每一个新的时隙。替代地，这个相关可以对不同帧内相同的时隙保持不变。在这个情形下，通过事件触发来重新分配资源，并且仅当例如建立一个新呼叫时，越区切换到一个不同的基站等等时，才进行资源的重新分配。
本发明允许非常有效地和灵活地使用在一个天线阵列系统中的硬件资源。根据一个实施方式，接收器部件的数目比方向性的束的数目少。所以，一个很多数目的高方向性束的优点可以被利用，而不需要对每一个方向性束有一个接收器结构。例如，如果一个天线阵列系统具有8个方向性束，但是仅支持两个载波频率，并且一个接收器被分配到每一个载波，这个所显示的结构允许每一个接收器被连接到8个束中的任何一个。
本发明不局限于接收器部件的相关。相反，收发器部件可以与方向性束相关，收发器部件包括接收器部件，发送器部件或者它们的组合。
图4显示了一个发送天线阵列系统400的一个实施方式。具有N个天线部件的一个天线阵列401被连接到一个束形成器403，在这个实施方式中，束形成器403是一个固定的束形成器，例如一个巴特勒矩阵束形成器205。就这个接收系统来说，这个束形成器403对每一个束提供一个独立的束端口，并且另外，给天线阵列401提供一个独立的束端口，束形成器403与一组独立的窄束天线等价。如果这个天线阵列系统被用于进行接收与发送，这个束形成器可以通过双工器被连接到这个天线阵列。替代地，这个双工器可以被连接到这个束端口和用于进行接收与发送的相同束形成器。
需要被发送的一个基带信号被馈送到C调制器405的一个输出，并且被调制的信号被馈送到交换装置407。交换装置的输出被连接到一些功率放大器，这些功率放大器409中的每一个被连接到这个束形成器403的一单个束端口。这些功率放大器在这里被显示为直接连接到这个交换装置和这个束端口。但是，其它的部件，例如滤波器部件可以被包括在这个交换装置与这个束端口之间，而没有影响本发明。这个交换装置被一个控制器411所控制，这个控制器411是运行在一个合适的处理器上的一个软件程序。
通过将一给定的调制器405连接到这个束端口的这个功率放大器409，所描述的结构允许这个控制器将任何调制器405与任何束进行相关。很明显，这个交换装置所影响的发送器部件可以有很大的变化，并且可以是简单的、如所描述的调制器，或者可以是整个多载波发送器。优选地，但对本发明并不是必须，将功率放大器放置在交换装置的后面，因为这样可以使用一个低功率的、复杂程度很小的、并且也非常便宜的交换装置。
这个交换装置也将两个调制器连接到相同的功率放大器，或者在一个替代的实施方式中，将两个发送器连接到相同的束端口。如该领域内众所周知的，一个合适的混合器必须被引入。在一个优选的实施方式中，这些功率放大器是被连接到这个交换装置的输出的单载波放大器。在这个实施方式中，仅一单个调制器被连接到每一个功率放大器。其一个特别大的优点是，这些放大器不需要具有非常严格的线性要求，所以，其价格可以很便宜。
乍看起来，这好象具有有限的中继能力。但是，情形不是这样的，因为可以为每一个束提供附加的放大器。例如，对束1来说，可以使用两个功率放大器， 以使功率放大器输入的总数目是(B＋1)。这两个功率放大器的输出可以在被馈送到束形成器的束端口以前进行组合。使用这个方法，每一个束中的业务承载能力是以额外增加功率放大器为代价的，并且不需要额外的载波频率。在极限情形中，可以被提供给每一个束的功率放大器的数目可以和调制器的数目一样多。
在这个优选实施方式中，所描述的进行接收和发送的天线阵列系统被进行组合，例如在一个基站中。天线系统的操作是以时间间隔来进行考虑的，对每一个时间间隔来说，这个交换装置将对这个时间间隔合适的收发器部件进行相关(发送器部件或者接收器部件)。对一个GSM系统来说，天线束与收发器部件的相关在每一个时隙均被更新，以反映在这个时隙内被这个基站所提供服务的用户单元。优选地，这个接收器和发送器子系统的交换装置是独立的，以使任何接收器部件可以与任何束端口进行相关，而与发送器部件的相关无关(并且，反过来也成立)。
图5显示了发送器部件与方向性束的相关。在这个示例中，这个束形成器为4个方向性束(B＝4)中的每一个提供了一个束端口。这个系统包括3(C＝3)个调制器或者发送器(TRX1-3)。每一个束端口具有一个相关的功率放大器，除了束1具有两个相关的功率放大器外，因此，束1向这个交换装置提供两个输入(束1A和束1B)。这个示例显示了一个情形，其中到束1中的业务已知比较高，因此这个系统被合适地进行了分配。
如从图5中可以看出的，每一个发送器可以在每一个时隙被切换到不同的束。在时隙0中，两个发送器(TRX1和3)对束1中的两个用户单元提供服务。这是可能的，因为两个功率放大器被连接到束1的束端口。束3中的一个用户进一步被发送器TRX2所提供服务。因为这里仅有3个发送器，在时隙0中不能够支持更多的用户单元。在时隙1中，TRX1向束1中的一个用户单元提供服务，TRX3向在束2中的一个用户单元提供服务。TRX2没有向任何用户单元提供服务，并且如果需要的话，可以被分配到束1，3或者4中的任何一个，但是不能够被分配到束2，因为束2仅有一个相关的功率放大器，并且这个功率放大器已经被TRX3所使用。在所显示的情形下，这个系统几乎完全满负荷工作，并且仅可以使用3个时隙(时隙1，2，和5)。
即使在这个情形下，也可以看出，这个安排可以产生阻塞；例如，在束2中仅能够再容纳一个呼叫，在束3中可以容纳两个呼叫，在束4中可以容纳3个呼叫。因为在这个表中，每一个新的功率放大器产生了一个新的行，所以这可以通过增加额外的功率放大器来实现。功率放大器在这个交换机后面的位置由此可以允许使用简单而有效的单载波功率放大器来组织这个系统，而容易地和价格便宜地组织整个天线阵列。
将向一特定用户单元提供服务的接收器部件分配到一个束端口不局限于对仅这个用户单元的特性作出响应。相反，需要进行一个全局优化，其中这样来进行相关，以使可以对所有的用户均获得最佳总的性能。作为一个示例，如果测量表明一第一用户单元最好被束1提供服务，但是被束2提供服务也是足够的，而一第二用户单元仅能够被束1提供服务，第一用户单元将与束2进行相关。向用户单元提供服务的收发器部件的相关这样将典型地对这个和其它用户单元的无线条件的特性作出响应。
本发明的优选实施方式包括给第一天线阵列提供分集性的一第二天线阵列。这第二天线阵列所接收的无线信号就这样至少被与第一天线阵列所接收的信号进行部分去相关。这可以通过位于同一个位置但是极化方向垂直的阵列(极化分集性)，或者可以通过一个相同极化的、但是空间距离位置足够远的天线阵列(空间分集性)来实现，这在该领域内是众所周知的。这个阵列被连接到一个束形成器，这个束形成器提供与这个阵列的方向性束相应的一些束端口。这样，这个交换部件被提供了一些附加的束端口，以使束端口的总数目是两个独立天线阵列的束端口的数目和。优选地，两个去相关的天线阵列的束不是重合的，相互之间是重叠的。这被显示在图6中，其中第一天线阵列的4个方向性束601与第二天线阵列的4个方向性束重叠，另外，这些束相互偏离大约相邻束瞄准线之间夹角的一半。
分集束的重叠与偏移提供了几个优点。一个静态的用户单元因为重叠，而可能被至少两个束提供服务。因为天线阵列之间的去相关，在这两个可能的束之间交换提供服务的束可以改善在一个衰落信道中的接收，这是因为错误纠正与交织。另外，它允许能够进行一个更灵活的资源分配。例如，一个用户单元目前可以被束A提供服务，虽然束A和束B均能够向这个用户单元提供服务。如果一个不同的用户单元移动到束A提供服务的区域内，这第一个用户单元可以被切换到束B，以允许束A向这个新用户提供服务。
在其最简单的形式中，将收发器部件与束相关的算法将简单地分配一个自由的收发器部件/时隙/束组合，仅当如果所希望的束没有准备好被用于相同的时隙时。
在一个更有效的实施方式中，这个进行接收的系统被用于提供数据，以构造一个束排序表，这个排序表被用于给每一个用户单元分配一单个发送束。
如果提供了一足够数目的接收器，然后，在每一个束中的所希望信号功率就可以被对每个突发进行估计(例如，通过使用该领域内众所周知的训练序列相关)。这个量的平均可以被用于根据每一个束来构造一个接收功率Pbeam表。这与GSM中标准的RXLEV平均测量类似，除了所希望的信号功率是来自特定用户单元而不是使用原始功率外。
如果提供了较少数目的接收器，这个交换机被用于在每一个突发中选择一些束。仍然可以构造Pbeam表，但是它将不是完全的表。在这个情形下，优选地，可以使用附加的接收器能力来对没有被覆盖的所有束和对所有用户单元的所希望信号电平的接收信号电平进行估计。这可以通过使用空闲的接收器或者激活接收器中空闲的时隙来实现。接收器部件越少，这个功能就越重要。在这个有限的情形下，有可能有必要具有一个独立的扫描接收器，这个扫描接收器专用于扫描束来产生功率电平测量。构造这个表的一个替代技术是总是使用接收器中排序最高的束，但是否则，就在所有其它束之间交替交换装置来收集足够的数据。
这个系统的一个重要特征是两组可以使用的束来自两个分集天线阵列。如果用于支持一个用户单元的被选择束的数目是2或者更大，就将使用来自两个分支的束。例如，如果有足够的接收器容量来将两个接收器分配到一单个用户，然后，一个接收器将使用一个天线阵列中排序最高的束，而另一个接收器将使用分集天线阵列中排序最高的束。使用这个方法，在一单个透明的组合器过程中，就可以实现对干扰的减少和进行分集的组合。
这个系统的另一个特征是，它可以根据一个有用的准则来选择将使用其最佳束的用户单元。一个简单的算法将包括允许具有最低的路径损耗(即，比较靠近BTS)的用户单元被优先级低的下行链路提供服务，而具有较高路径损耗的用户单元被排序高的下行链路提供服务。如果使用了上行链路功率控制，然后很明显地，测量的上行链路Pbeam值将需要进行补偿。
在下面中，显示了作为一个GSM基站而被布放的一个天线阵列系统中的束分配算法示例。这个示例算法的一个基本目的是避免束阻塞，这是通过将功率放大器的负荷尽可能地保持一致来实现的，并且也使扇区天线的使用最小，另外，如果可能的话，就使明显内部越区切换的数目最小(而不是束切换)。
当一个新的呼叫到达时，在对RACH和可能的上行链路SDCCH时隙进行分析后，这个控制器将了解根据每束Pbeam的有用信号功率估计而排序的这个用户单元的束优先级表(在这个呼叫期间，这个列表的更新速度较慢)。联合TCH/束分配的一个简单算法是1检查是否有TCH和/或者BCCH收发器容量。如果没有可以使用的电路，就阻塞呼叫(或者进行排队或者重新试算法，如普通的情形一样)。
2如果仅可以使用BCCH容量，将呼叫分配到BCCH。
3如果TCH收发器容量可以被使用，就使用被估计的上行链路路径损耗来估计这个最佳束的下行链路接收信号的电平(即，具有最高上行链路Pbeam)。
4对这个列表中的每一个束，用dB来估计相对这个特定用户单元的最佳束的功率损耗。
5检查在这个列表的每一个束中有多少个可以使用的时隙，并且以可以使用的时隙数目来对束进行排序。
6将呼叫分配到这个束，这个束具有较多可以使用的时隙，并且假定在这个束中的功率损耗不使所估计的下行链路信号电平比一个特定电平(例如25)低。如果不是这个情形，测试在这个列表中排序第二的束。如果没有束通过了这个功率测试，就在具有最高上行链路Pbeam的束中进行建立，如果那里有一个时隙可用。如果就时隙来说束的排序是相同的，并且通过了这个功率测试，就或者可以使用低损耗的束，或者可以使用高损耗的束(有进取力的/谨慎的策略)。
7如果没有分配束，使用一个宽束天线(例如一个扇区天线)或者一个全方向天线(例如，BCCH)。如果这还不可能，就阻塞这个呼叫，对这个呼叫进行排队或者重新定向。
以固定的间隔，进行检查来测试所使用的束是否仍然可以被接受(另外，使用路径损耗的估计和/或者信号电平值)。如果现在功率被认为是太低，或者如果通过重新组织束，束中的空闲时隙数目变得更均匀了，就可以进行改变。
当一个呼叫被完成时，所以，在一个特定束中的一个时隙就被释放，就使用下面的算法1如果在一个宽束天线中目前有任何进行通信的呼叫，就预选择那些可以使用被释放束的呼叫；在这些呼叫中，选择在相同时隙中的一个呼叫(不需要越区切换)；如果没有一个，就选择在被释放束中具有较低或者较高功率的呼叫(上行链路Pbeam)。
2如果上面的没有成功，就检查束上的呼叫，并且将一个呼叫移动到被释放的束，仅当如果束中的空闲时隙的数目变得更均匀了(例如，在一个利用率高的束中的一个呼叫被分配到被释放束/时隙)。例如，预选择可以使用被释放束的、在负荷最大的束中的呼叫，在这些呼叫中，选择在相同时隙中的呼叫(不需要越区切换)；如果没有一个，就选择在被释放束中具有较低或者较高功率的呼叫(上行链路Pbeam)。如果这不可能，移动到就负荷来说的下一个束，等等。
很清楚，对这个算法有很多可能的和明显的变化。
无论何时，这个用户单元被从一个束移动到另一个束，不管是在上行链路，或者是在下行链路中，或者是在两个中，很可能，将需要在功率控制中进行一个步进重新调节。所以，当这样一个越区切换发生时，与这个用户单元相关的功率控制环的动态性能被改变了。这个变化将允许环的稳定时间更快，并且因此，减少这个功率步骤所产生的性能降低。在一个实施方式中，对每一个用户单元来说，独立的定时器被包括在上行链路和下行链路中。无论何时一个束的切换发生了，这两个定时器被复位为0。如果这个定时器值比一给定值低，然后，相对其正常值来说，这个功率控制步进大小可以被增加，(例如，从其2dB的正常值到4或者6dB)。这个阈值与例如大约5秒相应。
根据本发明的一个替代实施方式，这个天线阵列系统也包括一个宽束天线，例如经常在目前的GSM基站中所使用的一个扇区或者全方向天线。这被显示在图7中，图7显示了用一个120度扇区天线701进行增强的图4的天线阵列系统700。这个扇区天线通过一个混合器703和一个功率放大器705被连接到交换机407。这样，这个交换机能够将向一特定用户单元提供服务的收发器部件与这个扇区天线701进行相关。混合器703将来自这个交换机的信号和GSM导频和称作一个BCCH载波的广播载波组合在一起。
在这个实施方式中，如果一个用户单元不能够被一个方向束提供服务，其原因是这个束已经被分配到其它地方，它仍然可以被这个扇区天线所支持。这是通过将支持这个用户单元的收发器部件经交换装置连接到扇区天线而实现的。因为较宽的束覆盖区域，所以，这将导致在下行链路方向上的干扰增加。在GSM系统中，这被称作DTX发送。使用这个方法，对被支持的通信的当前特性作出响应，在这个方向性束和宽束天线上的用户单元的分配是被动态更新的。
替代地，通过将一特定呼叫分配到这个扇区天线，就可以减少所产生的下行链路方向上的干扰，在饱和束中的呼叫通过这个束(和/相邻的束)和扇区天线被跳过。使用这个方法，所有的呼叫使用在某些时隙中的宽束天线，并且每一个呼叫的当前特性可以不被考虑进来。
如果发现，这个特定的束经常是过载的，并且经常溢出到这个扇区天线，在这样的束中的呼叫应被倡导越区切换到一个可能的相邻基站。这将减少这个束的阻塞率，假如在另一个小区的相应束在相同的时刻没有过载。实现这个的一个简单方法是对每一个束设置越区切换的容限偏移。例如，具有低阻塞的一个束应具有0dB的偏移，以使可以使用正常的越区切换假设。一个高阻塞的束的偏移可以是3dB，以使这些呼叫可以被越区切换到信号比正常值低的(低3dB)的周围基站。这有效地减少了每一个束的小区半径。
另外，为了避免在小区之间产生过度的来回切换，优选地，在一个越区切换后，越区切换到前一个提供服务的小区的阈值将增加，并且持续一特定时间。这个持续时间被一个定时器所设置(例如，20秒)，和在这个定时器溢出后，将恢复正常的操作。
至今为止，所概括的这个系统的另一个特征是，所报告的、下行链路的信号电平可能比一个BCCH业务信道上的电平低；这是因为这个呼叫可能使用了下行链路上一个次优的束。对功率控制来说，这是可接受的，但是对越区切换来说，是不可接受的-例如，应是基于潜在的覆盖范围来决定越区切换到另一个小区，而不是束覆盖范围的特定损失，这是被束交换装置所处理的，如上面所讨论的。
如果这个下行链路信号电平测量与越区切换无关，就可以避免这个现象。优选地，但是，提供服务的BCCH将被包括在发送到这些用户单元的邻居列表中。这个邻居列表告知这个用户单元测量哪一个邻居导频信号，并且通过将提供服务的基站包括在这个列表中，就包括了对提供服务小区导频信号的测量。这允许对提供服务基站的潜在覆盖范围进行评价，并且允许全面了解因为束形成而导致的损失。
权利要求
1.一个天线阵列系统，包括至少一第一天线阵列；第一束形成装置，提供了多个束端口，每一个束端口与第一天线阵列的一个方向性束相关；多个收发器部件；交换装置，用于将多个收发器部件与多个束端口相关；其中，对多个收发器部件中每一个所支持的无线通信的一个所希望束方向作出响应，多个收发器部件通过这个交换装置被动态地与多个束端口相关，并且收发器部件与束端口的相关基本上被以周期性间隔而进行安排。
2.如权利要求1的一个天线阵列系统，其中多个收发器部件中一第一收发器部件与束端口的相关至少是部分地对多个收发器部件中一第二收发器部件所支持的一个无线通信的一个特性相关的一个参数作出的响应。
3.如权利要求1的一个天线阵列系统，其中多个束端口比多个收发器的数目多。
4.如前面权利要求中任何一个的一个天线阵列系统，进一步包括至少一第二天线阵列，相对第一天线阵列来说，提供了至少部分分集特性；至少第二束形成装置，通过提供其它多个束端口而增加了多个束端口的数目，其中每一个束端口与第二天线阵列的一个方向性束相关；并且其中，第二天线阵列的方向性束相对第一天线阵列的方向性束来说，是有偏移的，并且是有重叠的。
5.如前面权利要求中任何一个的一个天线阵列系统，被包括在一个时分多址通信系统中，并且其中这个交换装置可以进行工作来以一个时隙为单位，改变多个收发器部件与多个束端口之间的相关。
6.如前面权利要求中任何一个的一个天线阵列系统，被包括在一个蜂窝通信系统中。
7.如权利要求6的一个天线阵列系统，进一步包括装置，用于当一个提供服务的方向性束被从一第一方向性束改变到这个天线系统的一第二方向性束时，改变与一个用户单元相关的一个功率控制环路的一个动态行为。
8.如权利要求6的一个天线阵列系统，被包括在一个基站中，并且其中，与一第一方向性束相关的一第一越区切换阈值与和一第二方向性束相关的一第二越区切换阈值不同。
9.如权利要求6的一个天线阵列系统，被包括在一个基站中，并且包括装置，用于在一个越区切换后的一个时间间隔内，增加这个基站的一个越区切换阈值，由此在这个时间间隔内，对反越区切换产生阻力。
10.如权利要求6的一个天线阵列系统，进一步包括装置，用于发送基本上是全方向的导频信号。
11.如前面权利要求6到10中任何一个的一个天线阵列系统，其中这个蜂窝通信系统是一个GSM系统。
12.如权利要求11的一个天线阵列系统，其中通过使用这个天线阵列而向一个用户单元提供服务的一个基站被包括在这个用户单元的邻居列表中。
13.如前面权利要求中任何一个的一个天线阵列系统，其中多个收发器部件包括接收器部件。
14.如权利要求13的一个天线阵列系统，其中至少一个接收器部件可以进行工作来在没有向一个用户单元提供服务的一个方向性束中评价这个用户单元的接收质量。
15.如权利要求14的、并且与权利要求3相关的一个天线阵列系统，其中这至少一个接收器部件可以进行工作，来在没有向一个用户单元提供服务的多个方向性束，包括来自第一和第二天线阵列的方向性束，中，评价这个用户单元的接收质量。
16.如前面权利要求中任何一个的一个天线阵列系统，其中多个收发器部件包括发送器部件。
17.如权利要求16的一个天线阵列系统，包括至少一个功率放大器，被连接在这个交换装置与一个束端口之间。
18.如权利要求17的一个天线阵列系统，包括与一个束端口相关的至少一个功率放大器，并且其中这个交换装置可以进行工作，来将与这个束端口相关的一个信号与至少多个功率放大器中的每一个相关。
19.如权利要求16的一个天线阵列系统，进一步包括至少一个宽束天线，其中一个无线通信系统与至少一个宽束天线相关，如果没有一个可以使用的能够支持这个无线通信的方向性束。
20.如权利要求19的一个天线阵列系统，其中使用这个非连续发送的一个信号被与至少一个宽束天线相关，并且这是不使用非连续发送的一个信号的优选。
21.如前面权利要求中任何一个的一个天线阵列系统，其中多个收发器部件包括发送器部件和接收器部件，并且这个交换装置可以进行工作，来将接收器部件和发送器部件独立地与多个束端口进行相关。
22.如权利要求21的一个天线阵列系统，其中在一个发送方向上发送器部件的相关是对一个接收方向上的测量的响应。
23.如权利要求22的一个天线阵列系统，其中在接收方向上的这个测量是一个希望信号的一个信号电平，并且多个发送器部件中至少一个被与具有最高接收信号电平的一个束端口进行相关。
全文摘要
本发明涉及一个天线阵列系统。与这个天线阵列系统相关的一个问题是,它们不能够有效地利用硬件,并且不能够对资源进行灵活的分配。本发明提供了一个灵活的天线阵列系统结构,它能够非常灵活地将收发器部件分配到束。本发明包括交换装置(407),这个交换装置将收发器部件(405)与连接到一个天线阵列(401)的一个束形成器(403)的束端口进行相关。收发器部件(405)与束端口的相关被周期性地进行重新安排,典型地,是对每一个时隙进行的,并且对所有用户单元的整体性能进行优化。本发明可以用于,例如,蜂窝通信系统,例如GSM。
文档编号H04B7/04GK1336025SQ00802536
公开日2002年2月13日 申请日期2000年1月10日 优先权日1999年2月8日
发明者路斯·罗皮斯, 埃里克·维利尔, 斯蒂芬·B·阿夫特拉克, 雷·欧文 申请人:摩托罗拉有限公司