专利名称：具有基站波束扫描的无线通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信。具体说，本发明涉及使用波束扫描技术在多用户无线通信系统中提供更大的容量。
背景技术：
当今的通信系统需要支持各种应用。一种这样的通信系统是码分多址(CDMA)系统，该系统符合“TIA/EIA/IS-95 Mobile Station-Base Station CompatibilityStandard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System”，此后称为IS-95。CDMA系统允许在陆基链路上用户之间的语音和数据通信。CDMA技术在多址通信系统中的应用在美国专利号4,901,307，名为“SPREAD SPECTRUMMULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIALREPEATERS”以及美国专利号5,103,459，名为“SYSTEM AND METHOD FOR GENERATINGWAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM”(都已转让给本发明的受让人，并通过参考引入)中有揭示。
国际电信协会最近需要提交能在无线通信信道上提供高速率数据和高质量语音服务的建议方法。这些建议中的第一个建议由电信工业协会发布，名为“Thecdma2000 ITU-R RTT Candidate Submission”，此后称为cdma2000并通过参考引入。在cdma2000中揭示了在基础和补充信道上发送用户数据(非语音数据)的方法。
在CDMA系统中，用户通过一个或多个基站与网络进行通信。例如，用户站上的用户通过在反向链路上给基站发送数据来与陆基数据网络进行通信。基站接收数据，并能通过基站控制器(BSC)将数据发送给陆基数据网络。前向链路是指从基站到用户站的发送，而反向链路是指从用户站到基站的发送。在IS-95系统中，前向链路和反向链路分配有各自的频率。
在通信期间，用户站与至少一个基站进行通信。CDMA用户站能够在软切换期间同时与多个基站进行通信。软切换是在断开与先前基站链路之前，与新基站建立链路的处理。软切换使得中断呼叫的可能性最小化。在软切换处理期间通过超过一个的基站提供与用户站通信的方法和系统在美国专利号5,267,261，名为“MOBILE ASSISTED SOFT HANDOFF IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM”(已转让给本发明的受让人，并通过参考引入)中有揭示。软切换是在由同一基站进行服务的多个扇区上发生通信时执行的处理。软切换的处理在共同待批美国专利号5,625,876，名为“METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING HANDOFF BETWEENSECTORS OF A COMMON BASE STATION”(已转让给本发明的受让人，并通过参考引入)中有详细描述。
在现有的CDMA系统中，软切换是依据从用户站接收的基站信号强度来建立和撤消。例如，在IS-95系统中，用户站对多个基站的导频强度电平进行测量。当用户站从基站接收的导频强度电平超过阈值T_ADD时，该基站就加入到用户站的活动集中。当用户站从基站接收的导频强度电平下降到阈值T_DROP之下时，就从用户站活动集中去除该基站。当同一导频的强度再次升高到阈值T_ADD之上时，就将该基站重新加入活动集。基站和它们各自的基站控制器之间的回程(backhaul)连接通常结合每个用户站的活动集中的这些改变来建立和撤消。每个这种回程链路的建立和撤消都需要在基站和BSC之间的信息传递通信。这就需要将由这种信息传递通信消耗的回程容量最小化。例如，在IS-95中，当所接收的信号强度下降到T_DROP之下时，并不会立刻从活动集中去除该导频。应用了一种附加标准，就是活动集中的导频强度必须保持在T_DROP之下超过保护时间T-TDROP。这种保护时间的加入减少了由于虚假信号电平波动使得基站从用户站活动集中移除的可能性。
随着对无线数据应用需求的不断增长，对非常有效的无线数据通信系统的需求也有显著的增加。IS-95标准能在前向和反向链路上发送通信数据和语音数据。一种以固定大小的代码信道帧形式发送通信数据的方法在美国专利号5,504,773，名为“METHOD AND APPARATUS FOR THE FORMATTING OF DATA FORTRANSMISSION”(已转让给本发明的受让人，并通过参考引入)中有详细描述。根据IS-95标准，通信数据或语音数据被分割成代码信道帧，这些帧在数据率为14.4Kbps时为20msec宽。
语音服务和数据服务之间的明显差异是前者利用严格且固定的延迟要求。通常，语音帧的整个单向延迟必须小于100msec。相反，数据延迟可以成为可变参数以优化数据通信系统的效率。具体说，可以利用更加有效的纠错编码技术，而这些技术需要明显超过语音服务能够容忍的延迟。
衡量一种数据通信系统的质量和效能的参数是传送数据包所需的传输延迟以及系统的平均吞吐率。传输延迟对数据通信的影响并不象其对语音通信的影响，但它是一种用于衡量数据通信系统质量的重要量度。平均吞吐率是通信系统数据传输能力效能的量度。
在CDMA通信系统中，当信号的传输能量保持在能满足可靠性能要求的最小值时，就能使容量最大化。信号接收的可靠性依赖接收机端的载波-干扰比(C/I)。这样，就需要提供一种能在接收机端保持恒定C/I的传输功率控制系统。这种系统在美国专利号5,056,109(’109专利)，名为“Method and Apparatus forControlling Transmission Power in a CDMA Cellular Telephone System”(已转让给本发明的受让人，并通过参考引入)中有详细描述。
在’109专利中，描述了一种闭环功率控制系统，其中，测量接收机端的C/I(在’109专利中称为信噪比)，并且与单个阈值进行比较。当所测量的C/I超过阈值时，就发送功率控制命令请求发送机减少其发送功率。反之，当所测量的C/I低于阈值时，就发送功率控制命令请求发送机增加其发送功率。因为C/I并不是判定信号接收可靠性的唯一因素，因此，’109专利还描述了一种外环功率控制系统，该系统为了满足目标可靠性而改变阈值。
在蜂窝系统中，人们已经熟知任意给定用户的C/I是覆盖范围中用户位置的函数。为了保持给定的服务水平，TDMA和FDMA系统采取频率复用技术，即在每个基站中并不是使用所有的频率信道和/或时隙。在CDMA系统中，同一频率分配在每个系统小区中都被复用，因而改善了整体效率。任意给定用户的用户站所达到的C/I决定了从基站到该用户的用户站这条特定链路能够支持的信息速率。通过给出本发明所寻求的对数据传输进行优化的具体调制和纠错方法用于传输，就能在相应的C/I水平达到给定的性能水平。对于具有六角形小区布局且在每个小区中使用公共频率的理想化蜂窝系统来说，可以计算在理想化小区中所达到的C/I分布。一种在无线通信系统中用于发送高速数字化数据的示范系统在共同待批的美国专利申请号08/963,386，名为“METHOD AND APPARATUS FOR HIGHER RATE PACKETDATA TRANSMISSION”(此后称为’386申请，已转让给本发明的受让人，并通过参考引入)中有揭示。
人们熟知在负载CDMA系统中的多数信号干扰是由同属于同一CDMA系统的发送机引起。在致力于增加容量的过程中，小区经常分成以较低功率运行的扇区或较小的小区，但这种方法成本高且很难在具有宽泛变化信号传播属性的区域中应用。本发明的数据通信系统提供了一种在不需要大量较小小区的情况下，就能减少系统中单元之间相互干扰的方法。
发明内容
本发明提供了一种改进容量的无线系统，该系统通过使用波束扫描技术以减少系统中基站和用户站所需发送功率。基站使用波束控制沿相对较窄信号波束进行的信号发送和接收，该波束对基站的覆盖区域进行“扫描”，而不是依靠覆盖区域上的固定覆盖图案。信号波束的扫描在此称为波束扫描，并且使用波束扫描技术的基站称为波束扫描基站。
沿窄信号波束进行发送导致对邻近小区中大多数用户站较少的干扰。沿窄信号波束进行接收减轻了从位于信号波束外的用户站发出的干扰。通过有效阻断来自其他用户站的多数干扰，位于信号波束中的用户站可以发送较少的反向链路功率并实现相同的C/I。
根据本发明的较佳实施例，基站创建使用机械控制定向天线的信号扫描。这些机械控制天线取代了宽束天线(例如用于扇形小区的全向或大约120度的天线)进行安装，或除宽束天线外，还安装这些机械控制天线。机械控制天线具有覆盖基站覆盖区域一部分的相对较窄的信号波束。这些天线随时间移动，因而，它们的信号波束在基站的覆盖区域上进行“扫描”。
在本发明的替代实施例中，使用多个宽束天线来创建信号波束以取代机械控制天线。对通过每个天线传播的信号相位进行调节，这样，它们就创建了覆盖一部分基站覆盖区域的信号波束。通过将轮转的图案应用到每个天线的信号相移，基站就对其覆盖区域上的信号波束进行“扫描”。
当基站信号波束在基站覆盖区域中扫描时，信号波束通过含有不同有效用户站的覆盖区域部分。用户数据的传输被延迟，因而，当其目的或源用户站在基站信号波束中时，就发送数据。在信号波束中进行发送需要最少的发送功率，并且因而引起对邻近小区的最少干扰。
结合附图通过下面给出的详细描述，本发明的特点、目标和优点将变得更明显，图中相同的标号字符在整个说明中对应一致图1a是根据本发明实施例的包括波束扫描基站和用户站的通信系统图例。
图1b是根据本发明实施例的包括两个波束扫描基站的通信系统图例，每个基站都沿其自身信号波束对用户站进行发送。
图2a是根据本发明实施例作为基站信号波束角度函数的保持给定前向链路信号可靠性水平所需的发送功率图例。
图2b是根据本发明实施例由位于两个波束扫描基站之间软切换区域中的用户站测量的导频强度图例。
图3a是根据本发明实施例的包括有波束扫描基站的无线通信设备框图，该基站使用多个天线对发送信号波束进行成形。
图3b是根据本发明实施例的包括有波束扫描基站的无线通信设备框图，该基站使用定向天线对发送信号波束进行成形。
图4a是根据本发明实施例的具有波束扫描基站的无线通信设备框图，该基站使用多个天线对接收信号波束进行成形。
图4b是根据本发明实施例的具有波束扫描基站的无线通信设备框图，该基站使用定向天线对接收信号波束进行成形。
图5是根据本发明实施例配置的基站控制器设备框图。
图6是根据本发明实施例配置的用户站设备框图。
图7a是根据本发明实施例收集信息用于使用户站和信号波束角度关联的方法的流程图。
图7b是根据本发明实施例用于在前向链路上从波束扫描基站有效发送用户数据的方法的流程图。
图8是根据本发明实施例，用于判定何时建立、撤消和保持无线通信系统中回程连接的方法的流程图。
图9是根据本发明实施例，用于判定何时发送反向链路用户数据的方法的流程图。
具体实施例方式
图1a是用于通过波束扫描基站102在网络116和用户站108之间通信数据的通信系统图例。网络116与基站控制器(BSC)114相连，该控制器通过基站102控制数据。虽然，仅示出一个基站，但较佳实施例可以包括许多基站，每个基站通过回程118a与BSC 114相连。基站102使用波束扫描技术，并且，在此称为波束扫描基站。根据本发明配置的无线系统可以专门使用波束扫描基站或可以包括波束扫描和非波束扫描基站的混合。
在回程118a上接收的信息包括语音通信和用户数据通信的结合。语音通信的一种性质是不能进行延迟以使吞吐量最大化或出于差错控制协议目的。然而，用户数据通信载有对延迟有较大容忍度的信息。这种用户数据的一个实例是已经从差错控制协议受益的因特网协议分组例如TCP。对于这些分组数据通信的类型，可以允许传输延迟的变化。
基站102在扇区边界112之间的小区扇区覆盖区域(在此简称为覆盖区域)中发送和接收信号。基站102通过定向天线104沿信号波束110发送和接收信号，该天线具有方向图106。定向天线104安装在基站102内部的电机(未示出)上，并且旋转以改变信号波束110指向的方向。位于覆盖区域中的有效用户站108对通过定向天线104由基站102发送的信号进行接收和解调。当在用户站108和一个或多个基站(例如基站102，也称为服务基站)之间存在呼叫或通信信道时，就称用户站108为有效。
在示范实施例中，信号波束110在某方向上以通常恒定的角速度从扇区边界112a向扇区边界112b扫描。只要波束到达扇区边界112b，该波束就从扇区边界112a开始其下一次扫描。
用户站108b，虽然没有处于沿信号波束110的位置，还可以与基站102进行通信，如果传播图案106的旁瓣107具有足够的幅度。在示范实施例中，在信号波束110扫描期间，当达到目标载波-干扰比(C/I)需要，用户站108就发送功率控制命令给基站102。当信号波束110从扇区边界112a向扇区边界112b扫描时，基站102就需要针对每个用户站108改变其发送功率电平以达到目标C/I。
通过针对每个信号波束角度关联每个用户站108所需的发送功率，基站102就能确定与每个用户站108进行通信的最佳信号波束角度。当信号波束110连续扫描，基站102就预测何时信号波束角度最适合有效发送前向链路补充信道通信给每个用户站108。基站102将发送给用户站的用户数据进行缓冲，直到信号波束110达到最适合向该用户站进行发送的信号波束角度。这时，用户数据就能发送给目标用户站，而又对周围小区影响最小。
例如，发送给用户站108a的用户数据(从网络116并通过BSC 114接收)，由基站102进行缓冲，直到信号波束110处于向用户站108a发送的最佳角度。该最佳角度是在保持目标C/I时，可以使用最小发送功率的角度。当信号波束110处于该最佳角度时，经缓冲的用户数据以脉冲形式发送给用户站108a。如果需要就使用多个补充信道发送该脉冲。
在替代实施例中，发送给用户站108a的用户数据在BSC 114进行缓冲，而不是在基站102。在BSC 114对用户数据进行缓冲就允许对发送给位于两个或多个小区之间的软切换区域中用户站的用户数据进行调整。例如，BSC 114监测第一和第二基站所需的发送功率电平以便在用户站处达到相同的C/I。因为两个基站都将其信号波束向用户站扫描，所以，BSC 114在两个相应最佳波束周期期间发送用户数据脉冲。
在替代实施例中，信号波束110的扫描速度是按照对给基站覆盖区域中用户站和来自基站覆盖区域中用户站的数据通信负载进行最佳调节的需要增加或减少。通过加速或减速其波束扫描，基站102将信号波束110进行调整以花费多数时间对准具有最大密度有效用户站的区域。在另一替代实施例中，基站将信号波束110速度进行调整以花费大多数时间对准含有必须向其发送最多用户数据的用户站区域。在另一BSC 114对发送给用户站数据缓冲的替换实施例中，BSC 114给每个基站发送控制信号，例如基站102。该控制信号规定了每个基站波束扫描的速度。
虽然，定向天线104是作为机械移动盘型天线示出，本领域的熟练技术人员可以理解可以使用其他方法来创造具有方向图案106的定向信号波束110。例如，在不背离本发明的情况下，信号波束可以使用相控天线阵或多个空间分隔天线来创造。
如下所述，在使用多个空间分隔天线的替代实施例中，扫描基站的波束通过每个天线发送一个信号，信号除信号相位外其他都相同。通过控制经天线发送的信号相位，基站调节覆盖区域部分，使得所有发送的信号都能彼此同相接收。当信号由覆盖区域中用户站同相接收时，它们就相长地组合以形成较强的复合信号用于用户站解调。当信号由覆盖区域中用户站异相接收时，它们就彼此干扰，降低了由用户站解调的复合信号的强度。
对于由基站接收来自其覆盖区域中用户站的信号也会产生相同的结果。由于接收天线之间的间距，每个天线接收的信号以彼此略有不同的相位到达。通过对每个接收天线接收的信号的相位调整用作排列沿传播路径到达的信号分量相位(此后称为接收信号波束)。除沿接收信号波束外的方向接收的信号趋向有相消组合。出于这个原因，它们给沿接收信号波束接收的信号带来较少干扰。因此，通过来自沿接收信号波束发送的用户站的较低发送功率可以获得相同的反向链路信号可靠性。
通常，波束扫描基站给邻近小区带来的传输干扰要小于在其覆盖区域上通过宽束发送的基站。另外，从接收信号波束接收信号的波束扫描基站需要用户站发送较小的功率，其结果是该用户站给邻近小区带来较少的干扰。
当机械装置用于形成信号波束时，例如截抛物面天线，前向链路和反向链路信号波束的信号波束角度相同。当使用多个天线波束扫描设备时，例如用相控天线阵，信号波束的角度依赖施加给信号的相位。因为前向链路和反向链路的载波频率不同，所以，各自的发送和接收信号波束的角度也可能彼此各不相同。发送和接收信号波束角度中的差异依赖许多参数，例如天线的类型和位置、前向链路和反向链路载波频率间的差异以及用于通过天线调节信号相位的技术。
有时，基站必须将广播信息发送给其小区覆盖区域中的所有用户站。因为其小区中的所有用户站不可能都沿同一波束排列，因此，这种广播信息最好使用宽束进行发送，以使其到达基站覆盖区域中的所有用户站。在使用抛物面天线形成信号波束的基站中，这种广播信息使用附加宽束天线120进行发送。然而，在使用多个相控天线的波束扫描基站中，不需要附加天线，就能完成宽束覆盖范围。在示范实施例中，广播信息例如寻呼信道在仅使用多个天线之一的宽发送波束上进行发送。在不使用相移(传统的分集接收)的情况下，通过经一个或多个天线接收信号，就在宽束上接收访问信道信息。
本领域的熟练技术人员可以理解在不背离本发明的情况下，宽束天线120可以是许多类型天线中的任意一种。例如，宽束天线120可以是共线阵、偶极子天线或具有相对较宽波束的抛物面天线。
如果基站102使用非机械波束扫描方法，例如使用多个天线，那么，用于向在其小区中用户站发送信号的信号波束可以与用于从用户站接收信号的信号波束不同。因此，用于发送前向链路信号的波束可以以与接收反向链路信号的波束处于不同的方向，并且不同的速度进行扫描。
图1b是一种通信系统，该系统包括两个向用户站108进行发送的波束扫描基站102。如上所述，波束扫描基站102使用非机械装置形成信号波束110a和110b。通过对经多个无线120的每个天线发送和接收的信号的相关相位进行调整，基站102就改变了它们各自信号波束110方向图案的角度，并可选择改变方向图案的形状。如所示，基站102a通过多个天线120a进行发送和接收以形成信号波束110a。基站102b通过多个天线120b进行发送和接收以形成信号波束110b。
每个基站102通过回程118与基站控制器(BSC)114相连。在替代实施例中，基站102将每个用户站108的功率控制和信号波束角度发送给BSC 114。BSC 114使用这些信息来确定每个用户单元108的最佳波束角度，并发送波束扫描速度命令给每个基站102以改变它们的信号波束在它们各自覆盖区域中扫描的速率。当两个波束都处于朝向用户站的最佳角度，那么，向用户站108进行发送的传输电平和从用户站108发送的传输电平都得以最小化。BSC 114为了使网络的整体容量和吞吐量最大，就对基站108的波束扫描速度进行调整。
本领域的熟练技术人员可以认识到允许BSC 114对波束扫描基站102的波束扫描速度进行控制的技术同样可以很好地应用在使用机械定向天线(例如结合图1所述的抛物面天线)的波束扫描基站中。本领域的熟练技术人员也可以理解在不背离本发明的情况下，无线系统采用使用机械波束成形装置的波束扫描基站和使用非机械波束成形装置的波束扫描基站。
在替代实施例中，波束扫描基站102进一步对通过天线120发送和接收的信号相关相移进行调节以改变它们各自信号波束110的方向图案形状。例如，方向图案可以调节得更宽或更窄以适应不同基站覆盖区域中负载的变化。方向图案的形状可以在每个基站102处进行局部控制，或由BSC 114进行中央控制。
在替代实施例中，每个基站102将每个用户站108的功率控制、信号波束角度以及形状信息发送给BSC 114。BSC 114使用这些信息来确定随时间每个基站102所使用的最佳波束形状。BSC 114向每个基站102发送命令以随时间改变它们信号波束的形状。
图2a是以信号波束110角度函数形式示出保持从基站102到用户站108b的给定信号可靠性水平所需的发送功率。所需发送功率的功率增加或减少是按照保持有关信号波束110方向的目标C/I的需要进行变化。图例x轴的跨度从0度到120度，说明在120度小区扇区上的信号波束角度。当信号波束110大致与扇区边界112a平行对准时，就认为该信号波束110具有0度角，并且当它大致与扇区边界112b平行对准时，就认为该信号波束110具有120度角。
当信号波束110持续从扇区边界112a向扇区边界112b扫描时，它就会经过保持目标C/I所需的最小发送功率的角度。在示范图例上示出的最小所需发送功率202对应于大约为35度的信号波束角度。当信号波束110继续增至用户站108b的最佳C/I角度之处时，在大约为55度的信号波束角度时，来自基站的发送功率升至最大。当信号波束110继续其扫描时，移动站108b暴露给天线104传播图案106的旁瓣107a。与暴露给旁瓣107a关联而引起的发送功率的下降作为在所需发送功率曲线中较小的下降204示出。
图2b是示出由位于两个CDMA波束扫描基站之间软切换区域中的用户站测量的导频强度理想化图例，这两个基站使用了上述波束扫描技术。从第一基站接收的导频信号强度如曲线266所示，并且从第二基站接收的导频信号强度如曲线268所示。x轴作为时间轴，而两个基站的波束扫描图案彼此不同。
当第一基站的波束将用户站暴露给第一旁瓣时，其导频信号的强度升至较小的峰值256a。当波束继续扫描，波束就经过用户站接收的最佳信号波束角度，如较大峰值252a所示。曲线继续通过由旁瓣引起的较小峰值258。在来自第一基站的信号波束角度扫描到扇区末端并转换到扇区的另一边时，在曲线中出现不连续点如264所示。该连续点说明当基站102的信号波束110扫描到扇区边界112b，并开始从扇区边界112a再次扫描时发生的情况。第一基站的导频信号强度继续重复暴露给旁瓣的图案256b，以及另一用户站最佳信号波束角度的图案252b。
第二基站的导频信号强度曲线268以类似的方式显示出旁瓣峰值260和262以及最佳信号波束角度峰值254。在所示的实例中，与第一基站关联的导频强度266通常大于与第二基站关联的导频强度268。在所示的实例中，与第一基站关联的导频强度峰值252也通常大于与第二基站关联的导频强度峰值254。
在包括使用波束扫描技术的基站的无线系统中，基站天线的扫描图案是规则并可以预测的。可以相信在一个波束扫描周期之后，与第一基站关联的导频信道峰值252a会再次出现。如果该波束扫描周期大于T_TDROP，那么，传统的软切换技术将把第一基站从用户站活动集中去除。另外，传统的软切换技术中断了对应于用户站的基站/BSC回程连接。当来自第一基站的波束再次在用户站方向上扫描时，用户站252b所接收第一基站功率电平的后续峰值将再次升至T_ADD之上。那么，传统的软切换技术将为用户站在第一基站和BSC之间重新建立回程连接。所有的这种建立和撤消回程连接浪费了基站和BSC之间的带宽。另外，在建立和撤消这些连接中固有的延迟增加了中断呼叫的可能性。出于这些原因，人们并不希望回程连接的过度建立和撤消。
在本发明的示范实施例中，基站102扫描图案的知识用于防止了在刚重新建立与BSC 114的回程连接不久，不必要地将该连接撤消。当从波束扫描基站102到用户站108b的导频强度下降到T_DROP之下，就从用户站108b的活动集中去除基站102。然而，基站102和BSC114保持了完整的对应回程连接，而不是将该连接撤消，以期待该导频强度能很快升回到T_ADD之上。在替代实施例中，越区切换和回程连接通过增加T_TDROP或减少T_DROP得以保留。
在某些情况中，两个用户站108可能位于基站102不会同时处于两个用户站108的活动集中的波束扫描基站102覆盖区域中。换句话说，只要信号波束角度为基站102在用户站108a的活动集中时，基站102就不会处于用户站108b的活动集中。或者，只要信号波束角度为基站102在用户站108b的活动集中时，基站102就不会处于用户站108a的活动集中。当发生这种情况时，基站102可以复用相同的Walsh信道用于给任一用户站108进行发送。
或者，当基站102位于用户站108a的活动集中时，由用户站108a测量的来自基站102的信号C/I可能并不足以用于任何可靠接收。当发生这种情况，基站108可以复用相同的Walsh信道以向具有更高C/I的用户站108b进行发送。换句话说，基站102可以同时处于两个用户站108的活动集中，并且两者都使用同一Walsh信道，但每次只向一个用户站108进行发送。目标用户站是依据哪个用户站测量到较高C/I来选择。
图3a是根据本发明实施例包括有波束扫描基站的无线通信设备框图，该基站通过多个天线进行发送，其中通过改变经过多个天线的信号相位来实现波束扫描。基站控制器(BSC)114在回程连接108a上将发送给用户站的通信信号提供给基站102，在基站102由回程接口304接收该信号。
回程接口304对从BSC 114接收的不同类型数据进行多路复用，并且将它们传送给基站102中的不同模块和处理器。例如，回程接口304将指定给用户站的语音通信立刻提供给信道元件模块306以进行调制和通过发送器308发送。回程接口304将用户数据通信传送给缓冲器305，该缓冲器保留这些用户数据直到由控制处理器316控制其释放给信道元件模块306。信道元件模块306产生经调制的信号，这些信号在发送器308中进行上变频和放大。随后，发送器308通过信号波束成形装置328将经放大的信号进行发送。
在示范实施例中，信号波束成形装置328包括多个移相器310。在通过天线312发送之前，每个移相器都将从发送器308接收的信号的相位进行移位。由每个移相器310提供的相移量依据来自波束扫描控制器314的控制信号。
波束扫描控制器314通过控制每个移相器310发生的相移量来控制经天线312发送的信号波束角度。如上所述，波束扫描控制器314为了随时间改变发送信号波束的角度，而向每个移相器310发送控制信号。波束扫描控制器314改变信号波束方向的速率依据从控制处理器316接收的控制信号。
本领域的熟练技术人员可以理解在不背离本发明的情况下，可以以几种替代方式实现波束成形。在不背离本发明的情况下，多个天线312也可以以各种配置形式安装，例如与平面垂直或沿柱面放置。
使用多个天线取代机械定向天线的一个优势在于广播通信装置326可以针对小区的广播覆盖范围使用一个波束扫描天线。例如，忽略天线324，而将天线312n与接收器318、发送器322以及移相器310n相连。
使用多个天线的另一优势是信号波束方向图案106可以随时间变化。在示范实施例中，波束扫描控制器314通过调节提供给移相器310的相控信号来改变波束方向性图案106。在另一个实施例中，波束扫描控制器314通过改变信号发送经过的天线312数目来改变波束方向图案106。使用较少的天线312导致较宽的波束，而使用更多的天线312导致更加窄的波束。波束扫描控制器314以几种可行方法中的任意方法来改变用于发送的天线数目。波束扫描控制器314将控制信号发送给每个移相器310，这些信号指示发送信号上要执行的衰减变化电平。波束扫描控制器314通过向对应移相器310子集指示高衰减电平来有效消除经过天线312子集的发送。
在示范实施例中，上述技术用来根据基站102覆盖区域中的负载调整方向图案106的宽度。控制处理器316监测参数例如存储在缓冲器305中的数据量以及对应于每个信号角度的有效用户站数目。依据这些参数值，控制处理器316将控制信号发送给波束扫描控制器314，该控制器对方向图案106进行相应地改变。例如，对于空闲通信覆盖范围区域，采用较宽波束，而当扫描经过繁忙通信区域(具有很多有效用户站的区域或要发送大量数据到此的区域)时采用较窄的波束。
除了沿单个波束通信所需的装置外，所示的示范实施例包括提供宽覆盖范围的波束覆盖的装置。在所示的本发明示范实施例中，回程接口304也可以将某些类型的数据多路传输给第二信道元件模块320，该模块给发送器322提供了用于通过单个天线324进行发送的经调制信号。通过单个天线324进行发送提供了非扫描宽束，并且导致基本上广播给基站102覆盖区域。为了在全向小区中使用，天线324为全向天线。为了在扇区化小区中使用，天线324大致为120度定向天线。
除了宽束发送外，通过将天线324和328与接收器318相连，就可以支持通过宽束的接收，接收器318将经下变频的信号提供给信道元件模块320用于解调。因为没有对通过天线324和328接收的信号进行移相，所以，它们为接收器318提供了传统的分集接收。这样的宽束接收比波束扫描更加适合于例如访问信道这样的信道，因为访问信道发送的定时通常由用户站用户控制而不是由信号波束角度控制。本领域的熟练技术人员可以认识到接收器318也可以使用超过两个的天线用于分集接收，或在不背离本发明的情况下，可以使用单个接收天线324。
接收器318、信道元件模块320、发送器322以及天线324一起组成了广播通信设备326。在通过广播通信设备326发送和接收的信道类型为寻呼和访问信道。在本发明的替代实施例中，使用广播通信设备发送语音通信，并且仅用户数据通信使用波束扫描装置进行发送。
信道元件模块320还对从小区中每个有效用户站接收的信号中功率控制命令进行解码，并将它们发送给控制处理器316。控制处理器316使用功率控制信息来判定对应于每个有效用户站的最佳信号波束角度。随后，控制处理器316使用这些信息通过将控制信号发送给波束扫描控制器314来控制波束扫描的速度。如上所述，信号波束110的扫描是以给和来自基站小区中用户站的用户数据通信负载进行最佳调节的需要进行加速和减速的。
在替代实施例中，波束扫描控制器314独立于控制处理器316工作。在替代实施例中，波束扫描控制器314以通常恒定的速度从小区一边112a向另一边112b扫描信号波束。控制处理器316为了预测与每个有效用户站关联的最佳发送周期的复现图案而对从用户站接收的功率控制命令定时进行分析。
在另一替代实施例中，波束扫描控制器314与控制处理器316相连，但不从控制处理器316接收命令。波束扫描控制器314仅将当前信号波束角度发送给控制处理器316用于分析有效用户站最佳发送周期。
当基站114的信号波束110在其覆盖范围中扫描时，它通过了信号可以最有效地发送给单独有效用户站108或从用户站108发送的角度。控制处理器316将控制信号发送给缓冲器305，控制信号指示缓冲器保留每个用户站的用户数据直到波束到达向该用户站进行发送的最佳角度。当波束到达或接近用户站最佳角度时，控制处理器316给缓冲器305发送信息将为该用户站收集的用户数据释放给信道元件模块306。随后，信道元件模块306对用户数据进行调制，并将其发送给发送器308。在本发明的较佳实施例中，信道元件模块306对来自缓冲器305的用户数据进行调制，以便使用一个或多个补充数据信道将其发送给目标用户站。
在另一替代实施例中，缓冲器305位于BSC114中，而不是在每个基站102中。将缓冲器305放置在BSC中就能使用户数据使用软切换从多个基站发送。即使仅有一个基站以目标用户站最佳角度通过波束进行发送，BSC也可以通过多个基站进行发送。在另一替代实施例中，BSC114通过回程接口304向控制处理器316发送波束扫描速度控制命令。随后，BSC114可以对多个波束扫描基站的信号波束进行调整以进一步改善到目标用户站的数据吞吐量。
图3b是无线通信系统设备中的框图，在其中根据本发明的替代实施例，通过旋转窄波束定向天线来完成信号波束成形。在替代实施例中，信号波束成形装置328机械上包括安置在旋转电机352上的定向窄波束天线350，作为抛物面天线示出。电机352为控制处理器316提供了信号波束角度信息以便用发送给有效用户站的信号功率电平帮助调节信号波束角度。控制处理器316从BSC114接收控制命令，并使电机352加速或减速。
图4a是具有基站102的无线通信系统设备，根据本发明实施例，基站102使用多个接收天线对接收信号波束进行成形。在所示的实施例中，接收波束成形装置412包括改变通过天线312接收的信号相位的移相器410。通过移相器410接收的信号在信号组合器409中相加，并提供给接收器408，接收器对组合信号进行下变频并将其提供给信道元件模块306。该模块306对所接收的信号进行解调和解码，并且通过回程接口304将结果用户数据发送给BSC 114。波束扫描控制器314产生控制信号，提供给每个移相器410以调节在每个移相器410中执行的移相量，这样，就改变了接收信号波束的角度。
如所示，接收器408通过绕过移相器410的附加连接从天线312接收信号。这些附加连接通常允许在不通过成形信号波束接收的情况下，接收信号分集。以这种方式接收的用户站信号用户站信号强度将依据用户站在覆盖区域中的位置，而不是单个波束角度。通过处理使用和不使用移相器所接收的信号，基站102可以按照不同的信道采用适合的波束扫描技术和广播通信技术。例如，这种“广播”接收覆盖类型更加适合这样的信号，例如从非有效用户站接收的访问信道信号。
如上所述，波束扫描控制器314可以以独立于控制处理器316命令的恒定速度扫描接收波束，或可以通过从控制处理器316接收的控制信号来控制波束扫描的加速或减速。另外，控制处理器316可以通过回程接口304从BSC114接收波束扫描速度命令。
如根据前向链路所述，波束扫描控制器314可以通过调节提供给移相器410的相位控制信号对反向链路的波束方向图案106进行变化。在示范实施例中，波束扫描控制器314通过改变接收信号所经过的通信312数量来改变波束方向图案106。使用较少的天线312导致较宽的波束，而使用更多的天线312会导致较窄的波束。波束扫描控制器314以几种可能方式中的任意一种来改变用于发送的天线数目。例如，波束扫描控制器314将控制信号发送给每个移相器410，这些信号指示接收信号上要执行的衰减变化电平。波束扫描控制器314通过向对应移相器310子集指示高衰减电平来有效消除经过天线312子集的发送。
在示范实施例中，上述技术用来根据基站102覆盖范围中不同区域中有效用户站分集调整方向图案106的宽度。控制处理器316监测对应于每个信号波束角度的有效用户站数目。依据这些参数值，控制处理器316将控制信号发送给波束扫描控制器314，该控制器对反向链路方向图案106进行相应地改变。例如，对于居民稀疏的覆盖范围区域，采用较宽波束，而当扫描经过居民密集区域(具有很多有效用户单元的区域)时采用较窄的波束。
图4b是具有波束扫描基站的无线通信系统设备的框图，该基站使用机械对准定向天线450对其反向链路信号波束进行成形。在所示的实施例中，接收波束成形装置412包括安置在电机452上的定向天线450，该天线对基站102覆盖区域上的接收信号波束进行扫描。通过定向天线450接收的信号提供给接收器408，它对组合的信号进行下变频并将其提供给信道元件模块306。信道元件模块306对所接收的信号进行解调和解码，并通过回程接口304将所得的用户数据发送给BSC114。控制处理器316通过回程接口304从BSC114接收扫描速度命令，并相应增加和减少电机452的扫描速度。
定向天线450是作为抛物面型天线示出，尽管本领域的熟练技术人员可以认识到在不背离本发明的情况下，可以使用其他机械对准波束成形装置来替代它。使用这种机械波束成形的方法的一个结果是前向链路信号波束具有与反向链路信号波束相同的角度。
在上述设备图例中，接收器和发送器描述为直接与天线相连。在不背离本发明的情况下，当工作在不同频率的接收器和发送器都共享一个公共天线时，可以在接收器、发送器和天线之间放置一个RF双工器。
图5是根据本发明实施例配置的无线通信系统基站控制器装置的框图。通过BSC 114和经回程118与其相连的基站，多个用户站可以与网络116交换用户数据。
交互工作功能块(IWF)504用作网络116和BSC 114剩余部分的接口。IWF504将网络数据转换为适合在无线通信系统中传输的格式。来自IWF 504要发送给用户站的数据存储在数据缓冲器510中。用户数据缓冲器510累积用户数据直到由基站波束控制器506控制将用户数据释放给回程接口512，在接口512，数据通过回程118发送给对应的基站。
基站波束控制器506接收功率控制以及对应于其无线网络中每个有效用户站和基站的波束扫描信息。基站波束控制器506对给信号波束角度的前向功率电平或每个有效用户站-波束扫描基站对的波束扫描定时进行调节。经调节的数据存储在用户基站波束数据库508中。从存储在该数据库中的数据，基站波束控制器506确定每个有效用户站的最佳信号波束角度或波束扫描时间。使用该信息，基站波束控制器506产生每个用户站的最佳吞吐量窗口预测。
在不背离本发明的情况下，基站波束控制器506可以使用几种不同类型的信息来形成这些估计。如上所述。基站波束控制器506可以使用对应于目标C/I的发送功率电平。或者，基站波束控制器506可以使用插入反向链路信号的快速功率控制上升和下降功率命令。或者，基站波束控制器506可以使用这些类型信号的结合。基站波束控制器506可以从每个基站中的波束扫描控制器318接收信号波束角度信息或可以在已知波束扫描周期上跟踪功率控制波动。
在替代实施例中，基站波束控制器506产生发送给每个波束扫描基站102中波束扫描控制器314的波束扫描速度控制命令。基站波束控制器506使用这些命令来扩大具有高密度用户站的小区区域的波束覆盖范围。扩大的波束覆盖范围也提供给具有较少用户站但要进行大量用户数据交换的小区区域。通常，希望基站波束控制器506使用波束扫描速度控制命令以使给BSC 114所服务的所有用户站的整体用户数据吞吐量最大化。
在另一替代实施例中，基站波束控制器506产生发送给每个波束扫描基站102中波束扫描控制器314的波束方向图案控制命令。基站波束控制器506根据获得所选小区区域更佳波束覆盖范围的这些命令，根据有效用户站的密度或在所选区域中要交换的用户数据量使用这些命令来调节方向图案106，本领域的熟练技术人员可以认识到波束扫描控制器314和基站波束控制器506可以使用现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑装置(PLD)、数字信号处理器(DSP)、微处理器、专用集成电路(ASIC)或其他能解释和产生这些控制器所需信号和命令的装置来实现。本领域的熟练技术人员可以理解这并不排除可以在无线系统中各基站102或BSC 114中存在的另一处理器或控制器中实现波束扫描控制器314或基站波束控制器506。
数字增益模块106可以使用现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑装置(PLD)、数字信号处理器(DSP)、微处理器、专用集成电路(ASIC)或其他能响应来自控制器(例如控制模块116)的信号执行所需数字处理的装置来实现。本领域的熟练技术人员可以理解这并不排除可以在一个数字增益模块106中实现控制模块116。本领域的熟练技术人员也可以理解在不背离本发明的情况下，数字增益模块106也可以放置在混频器102之前，相控振荡器104和混频器102之间，或可以内建在相控振荡器104中。
图6是根据本发明实施例配置的用户站设备框图。用户站108调节其反向链路数据率，以便在当服务基站可以最有效接收用户站反向链路信号周期期间发送用户数据。对于给定的波束扫描基站，这些周期通常与该基站波束扫描范围中最佳信号波束角度相符合。以这种方式优化反向链路功率提高了反向链路的容量，因为用户站以较低功率电平进行发送会在彼此之间引起较少的干扰。
在本发明的示范实施例中，前向链路信号通过天线620接收，并通过RF双工器618。前向链路信号在接收器616中进行增益控制和下变频，接收器616将所得的经下变频的信号提供给解调-解码器614。用户数据，例如由解调器614解调的分组数据提供给数据接口602。
在相反方向中，数据接口602将用户数据例如分组数据提供给发送数据缓冲器604。发送数据缓冲器604存储该用户数据直到能有效地将其发送给服务用户站108的基站102(也称为服务基站)。当在合适的时间，发送数据缓冲 604将用户数据提供给调制-编码器606，它对用于发送的用户数据进行调制。随后，调制-编码器606将经调制的用户数据提供给发送器608，它对信号进行上变频和放大。经上变频和放大的信号随后提供给RF双工器618，并通过天线620发送。双工器允许发送器608和接收器616在不彼此干扰的情况下，使用同一天线620。
功率控制模块612对前向和反向链路执行功率控制。接收器616对所接收的信号强度进行测量，并且将信息提供给功率控制模块612。解调-解码器对从服务基站接收的功率控制信息进行解码，并将信息提供给功率控制模块612。经解码的功率控制信息可以包括反向链路功率控制阈值、升/降插入前向链路中的功率控制命令以及统计帧误码率和擦除信息。信号强度和功率控制信息由功率控制模块612使用以产生所接收功率电平和发送功率电平之间的阈值比。随后，功率控制模块612使用这些信息对从发送器608发送的反向链路信号功率电平进行调节。
在本发明的较佳实施例中，功率控制模块612进一步包括监测所接收前向链路信号的信噪比，并且将功率控制信号通过调制-编码器606发送给服务基站。这些信号可以是信号消息形式，但最好是插入反向链路信号中的上升/下降命令。在本发明的替代实施例中，每个用户站108发送多位功率控制命令，规定对应于用户站活动集中特定基站的前向链路功率调节。在另一替代实施例中，用户站108由用户站108发送多位功率命令，该命令传达对特定基站所接收的信号进行估计的信号强度。
功率控制模块612依据反向链路功率电平将信号提供给控制处理器610。当用户站108由一个或多个波束扫描基站102进行服务时，用户站108的发送功率将受到服务基站的波束扫描图案的影响。当基站102的信号波束扫描到为来自用户站108的反向链路信号提供有效接收的角度时，如上所述的功率控制机制引起用户站108的发送功率下降。当信号波束离开用户站108最佳角度进行扫描时，如上所述的功率控制机制引起用户站108的发送功率上升。
功率控制模块612将发送给发送器608的功率电平提供给控制处理器610。控制处理器610依据发送功率电平控制从发送数据缓冲器604的反向链路用户数据的释放速率。控制处理器610使用来自功率控制模块612的信息来预测何时用户数据能从用户站108最有效地发送给服务基站的周期。这些周期通常对应于波束扫描基站102何时沿指向用户站108的信号波束进行接收的周期。
在本发明的较佳实施例中，基站102和用户站108使用CDMA技术将多个信号进行彼此发送。在前向链路和反向链路上发送的多个信号包括基础信道和补充信道。只要用户站与基站交换数据，那两者都必须使用双向的基础信道。当前向或反向上需要更高的数据率时，就在所需方向上建立一个或多个单向补充信道。
在较佳实施例中，数据缓冲器604用于缓冲用户数据，即使还没有建立反向链路补充信道。例如，在从数据接口602接收的用户数据率小于基础信道容量的反向链路基础信道上，基础信道数据率进行改变以使效率最大化。换句话说，当基站102的信号波束指向用户站108时，用户站108允许以全速帧形式从发送数据缓冲器604发送用户数据。当基站102的信号波束的指向离开用户站108时，用户站108以小于全速的帧形式从发送数据缓冲器604发送用户数据。然而，如果在非有效周期期间以较低速率进行发送引起发送数据缓冲器604超限运行，那么用户站108将在基础信道上以全速进行连续发送。
图7a是根据本发明实施例用于收集调节用户站到信号扫描角度的信息的方法。所述调节是基于保持每个有效用户站目标C/I电平所需的前向链路功率电平。或者，目标C/I电平的使用可以由具有特定服务质量的目标数据率来替代。例如，功率控制实现为提供支持19,200位每秒(bps)而有1％帧误码率(FER)所需的功率电平。
在示范实施例中，当用信息填充用户基站波束数据库508时，在BSC114中使用该方法。在替换实施例中，该方法在控制处理器316中用于调节单个基站用户的信号波束角度。
每次基站信号波束角度递增时(步骤702)，会对每个由该基站进行服务的有效用户站测量保持目标C/I比所需的前向链路功率电平(步骤704)。经测量的前向链路功率电平存储在数据库中用于由控制处理器进行的调节(步骤706)。
图7b是根据本发明实施例用于在前向链路上从波束扫描基站有效发送用户数据的方法的流程图。缓冲基站所接收并发送给有效用户站的用户数据(步骤752)。每个波束扫描基站的信号波束角度随时间周期性或连续性递增(步骤754)。对于当前信号波束角度中最佳位置的每组用户站(SS’s)来说，释放先前缓冲的用户数据用于在前向链路上发送(步骤756)。
在示范实施例中，保持服务基站的信号波束角度直到所有的前向链路用户数据发送给位于该信号波束角度最佳位置的用户站。在合适的间隔，对其余要发送给这些用户站的用户数据量进行估计(步骤758)。只要判定给这些用户站的前向链路用户数据已经取尽(步骤758)，就再次递增波束扫描基站的信号波束角度(步骤754)。
图8是根据本发明实施例由BSC 114用于判定何时建立、撤消和保持与波束扫描基站的回程连接的方法的流程图。流程图从在基站102和BSC 114之间已经建立回程连接以支持用户站108通信开始(步骤802)。用户站108周期性地测量从基站102接收的信号强度(步骤804)，并将该信号强度与越区切换断开阈值(T_DROP)进行比较(步骤806)。如果来自基站102的信号在越区切换断开阈值之下，就从用户站108的活动集中去除基站102(步骤808)。
此时，与其立刻撤消对应的回程连接，不如估计在不久将来(在波束扫描周期上)再次必须建立相同回程连接的可能性(步骤810)。如果这个可能性很低，那么就撤消对应的回程连接(步骤812)，并且处理重新开始(步骤814)。如果该可能性很高，那么该回程连接就完整保留，即使基站102不再处于用户站108的活动集中。
图9是根据本发明实施例由用户站108用来判定何时将存储在发送数据缓冲器604中的用户数据进行发送的方法的流程图。如上所述，用户站108调节其反向链路用户数据率以便当服务基站能最有效接收用户站反向链路信号的周期期间发送用户数据。
在较佳实施例中，数据以具有固定持续时间的连续帧序列进行发送。例如，在传统的IS-95系统中，帧持续时间为20毫秒，并且在20毫秒边界上开始发送。在每个帧周期准备最初(步骤902)，用户站108对发送数据缓冲器604中的用户数据量进行估计。如果缓冲器为空(没有用户数据要发送)，那么用户站不发送用户数据，并等待下一发送站周期(步骤912)。
如果存在要发送的用户数据，那么对在反向链路上立刻发送数据的效率进行估计(步骤906)。例如，如果发送功率在反向链路功率阈值之下，那么就立刻发送用户数据(步骤910)。例如，当服务波束扫描基站所使用的接收信号波束对于用户站来说处于最佳角度时，发送功率可以较低。
如果发送功率不处于反向链路功率阈值之下，那么用户站就估计(步骤908)用户数据是否累积得太快足以值得无效率地发送数据(步骤910)(以较高功率)。如果，例如，存在用户数据将超过用户站缓冲器容量限度的危险，那么，就立刻发送数据(步骤910)。
在发送用户数据(步骤910)之后，用户数据的处理完成(步骤912)，直到下一帧周期(步骤902)。虽然是作为单独步骤示出，但步骤904、906和908可以以不同的顺序执行，或者在不背离本发明的情况下，可以结合在一起。
前面所提供的对较佳实施例的描述是为了使本领域的熟练技术人员能完成或使用本发明。对于本领域的熟练技术人员来说，对这些实施例各种修改将是显而易见的，并且在不使用创造性的情况下，在此所定义的一般原理可以应用于其他实施例。这样，本发明并不是要局限于在此所示出的实施例，而是符合与在此所揭示的原理和新颖特征关联的最宽范畴。
权利要求
1.用于发送信号的设备，其特征在于，包括a)用于使具有信号波束角度的第一信号波束成形的装置，所述信号波束位于基站覆盖区域中；b)与所述用于成形的装置可操作耦合的装置，所述装置用于控制所述信号波束的角度；c)与所述用于成形的装置可操作耦合的发送器，用于沿所述信号波束发送信息信号；和d)与所述发送器可操作耦合的缓冲器，用于存储对应于一个或多个目标用户站的用户数据，并且依据所述信号波束角度和所述一个或多个目标用户站将所述用户数据提供给所述发送器。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述用于成形的装置包括a.1)多个相控发送模块，其中所述多个相控发送模块中的每个模块接收所述信息信号，并依据多个相位控制信号之一改变所述信息信号的相位以创建相控信息信号，其中，所述多个相控发送模块中的每个模块进一步包括天线；以及与所述天线可操作耦合的移相器，用于接收所述信息信号并创建所述相控信息信号以及通过所述天线发送所述相控信息信号；以及a.2)与每个所述移相器可操作耦合的波束扫描控制器，用于产生所述多个相位控制信号，以便从所述多个相控发送模块发送的经组合信号形成所述的信号波束。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述波束扫描控制器进一步通过调节所述多个相位控制信号来随时间改变所述信号波束的形状。
4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第一移相器进一步根据从所述波束扫描控制器接收的振幅控制信号来调节所述相控信息信号的振幅，以及通过调节所述幅度控制信号，所述波束扫描控制器进一步随时间改变所述信号波束的波形，以接近零功率发送一个或多个所述相控信息信号。
5.如权利要求2所述的设备，其特征在于，进一步包括第二发送器，用于通过所述多个相控发送模块之一的所述天线，主要在所述覆盖区域上发送第二信息信号。
6.如权利要求2所述的设备，其特征在于，进一步包括与所述用于成形的装置可操作耦合的接收器，用于通过所述成形装置接收第一反向链路信号。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述反向链路信号通过所述第一信号波束进行接收。
8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述第一反向链路信号是通过具有第二信号波束角度的第二信号波束进行接收。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述第二信号波束具有大致与所述第一信号波束相同的形状。
10.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述接收器与一个或多个接收天线可操作耦合，用于另外接收第二反向链路信号。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述一个或多个接收天线包括一个或多个所述相控发送模块的所述天线。
12.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述波束扫描控制器对所述信号波束角度进行调节，以便所述信号波束以某个方向在覆盖区域中扫描。
13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括与所述波束扫描控制器可操作耦合的控制处理器，用于产生扫描速度控制命令，以及改变所述信号波束的角速度。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述控制处理器依据存储在所述缓冲器中的所述用户数据量来改变所述角速度的命令。
15.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述控制处理器依据位于所述第一信号波束中的所述一个或多个用户站的数量来改变所述角速度控制命令。
16.如权利要求13所述的设备，其特征在于，进一步包括与所述控制处理器可操作耦合的数据库，用于针对所述第一信号波束角度的每个角度值范围将所述信息信号发送给每个所述一个或多个目标用户站的功率电平进行存储。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述功率电平对应于在所述角度值保持每个所述一个或多个目标用户站的载波-干扰比(C/I)所需的功率电平。
18.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述缓冲器位于无线通信系统的基站中。
19.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述缓冲器位于无线通信系统的基站控制器(BSC)中。
20.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述用于控制的装置是旋转电机，并且用于成形的所述装置是与所述旋转电机可操作耦合的定向抛物面天线。
21.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括用于大致在所述覆盖区域中发送第二信息信号的发送器。
22.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述用于控制的装置对所述信号波束角进行控制，以便在所述覆盖区域中所述信号波束的角度以相对恒定的速度改变。
23.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括与所述成形装置可操作耦合的接收器，用于通过所述成形装置接收反向链路信号。
24.如权利要求23所述的设备，其特征在于，所述反向链路信号通过所述信号波束来接收。
25.如权利要求23所述的设备，其特征在于，所述反向链路信号是通过所述第二信号波束接收。
26.用于发送信号的设备，其特征在于，包括a)用于沿具有第一信号波束角度的第一信号波束发送前向链路信号的第一基站，其中，所述第一信号波束角度随时间变化而变化；b)用于沿具有第二信号波束角度的第二信号波束发送第二前向链路信号的第二基站，其中，所述第二信号波束角度随时间变化而变化；c)基站控制器(BSC)，它包括c.1)回程接口，用于通过多个回程连接与所述第一和第二基站交换信息；c.2)与所述回程接口可操作耦合的用户数据缓冲器，用于接收和存储对应于一个或多个目标用户站的前向链路用户数据，并依据所述第一和第二信号波束角度以及所述一个或多个目标用户站将所述用户数据提供给所述回程接口。
27.如权利要求26所述的设备，其特征在于，所述BSC向所述第一基站和所述第二基站发送控制信号，其中所述第一基站和所述第二基站依据所述控制信号改变所述第一信号波束角度和所述第二波束角度随时间变化的速率。
28.如权利要求26所述的设备，其特征在于，所述BSC通过所述多个回程连接向所述第一基站和所述第二基站发送控制信号用于随时间调节所述第一信号波束的形状。
29.如权利要求26所述的设备，其特征在于，所述BSC进一步包括用户基站波束数据库，用于存储和检索相关基站信号波束角度和功率控制数据。
30.用户站设备，其特征在于，包括a)发送器，用于通过天线发送信息信号；以及b)与所述发送器可操作耦合的发送数据缓冲器，用于接收和存储用户数据，并依据反向链路功率电平向所述发送器提供所述用户数据。
31.如权利要求30所述的设备，其特征在于，进一步包括与所述发送数据缓冲器可操作耦合的控制处理器，用于依据所述反向链路功率电平的预测值控制所述用户数据提供给所述发送器的速率。
32.如权利要求30所述的设备，其特征在于，进一步包括与所述发送器可操作耦合的功率控制模块，用于依据对应于多个基站之一的所接收信号强度产生前向链路功率控制命令，每条命令包括多个位。
33.如权利要求30所述的设备，其特征在于，进一步包括与所述发送器可操作耦合的功率控制模块，用于依据对应于一组基站子集的所接收信号强度产生前向链路功率控制命令，每条命令包括多个位。
34.一种发送信息信号的方法，其特征在于，包括下述步骤a)缓冲对应于目标用户站的用户数据；b)依据所述目标用户站和第一信号波束角度判定是否要从基站通过具有信号波束角度的信号波束发送所述用户数据。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，进一步包括下述步骤依据所述目标用户站和所述波束角度调节所述信号波束形状。
36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，调节所述信号波束形状的所述步骤包括选择多个发送天线的子集，所述信息信号通过这些发送天线进行发送。
37.如权利要求35所述的方法，其特征在于，调节所述信号波束形状的所述步骤包括对通过多个发送天线进行发送的所述信息信号相位进行调节。
38.如权利要求34所述的方法，其特征在于，进一步包括下述步骤c)依据所接收的功率控制反馈信号调节所述信息信号的发送功率电平；d)在数据库中记录所述发送功率；
39.如权利要求34所述的方法，其特征在于，进一步包括下述步骤随时间改变所述信号波束的角度，以便所述信号波束以波束扫描速度在基站覆盖区上进行扫描。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，进一步包括下述步骤依据位于所述信号波束角度的所述信号波束中的有效用户站的数目调节所述波束扫描速度。
41.如权利要求39所述的方法，其特征在于，进一步包括下述步骤依据位于所述信号波束角度的所述信号波束中的有效用户站的数目调节所述信号波束的形状。
42.如权利要求39所述的方法，其特征在于，进一步包括下述步骤依据位于所述信号波束角度的信号波束中发送给有效用户站的用户数据总量，调节所述波束扫描的速度。
43.如权利要求39所述的方法，其特征在于，进一步包括下述步骤依据位于所述信号波束角度的信号波束中发送给用户站的用户数据总量，调节所述信号波束的形状。
44.如权利要求34所述的方法，其特征在于，包括下述步骤c)随时间调节由第二基站发送的第二信号波束的第二信号波束角度，以便所述第二信号波束以第二波束扫描速度在第二基站覆盖区域上进行扫描；以及d)依据所述目标用户站和所述第二信号波束角度，判定是否通过所述第二信号波束从所述第二基站发送所述用户数据。
45.如权利要求44所述的方法，其特征在于，包括下述步骤依据所述信号波束角度，调节所述第二波束扫描速度。
46.如权利要求44所述的方法，其特征在于，包括下述步骤依据所述信号波束角度，调节所述第二信号波束的形状。
47.用于发送信号的设备，其特征在于，包括a)用于对具有信号波束角度和信号波束形状的信号波束进行成形的装置；b)与所述成形装置可操作连接的波束扫描控制器，用于依据从基站控制器(BSC)接收的控制信号对所述信号波束角度进行控制；以及c)与所述成形装置可操作耦合的发送器，用于沿所述信号波束发送信息信号。
48.如权利要求47所述的设备，其特征在于，所述用于成形的装置包括多个天线，其中每个所述天线依据由所述波束扫描控制器产生的多个相位控制信号中的一个，发送具有某个相位的所述信息信号的一个副本。
49.如权利要求48所述的设备，其特征在于，所述用于成形的装置进一步包括放置在所述多个天线中每个天线和所述发送器之间的多个移相器，用于依据所述多个相位控制信号中的一个信号对所述信息信号进行移相。
50.如权利要求49所述的设备，其特征在于，所述波束扫描控制器通过调节所述多个相位控制信号进一步随时间改变所述信号波束的形状。
全文摘要
一种用于无线通信的方法和设备，其中基站(102)通过信号波束(110)发送信号以使数据发送给用户站(108)，该信号波束在基站(102)的覆盖区域上进行扫描。对发送给基站(108)的用户数据进行缓冲，直到信号波束(110)的信号波束角度允许有效发送。基站(102)可以随时间改变波束扫描速度或波束方向图案(106)的形状以使系统效率和容量最大化。
文档编号H04B7/04GK1402914SQ00816333
公开日2003年3月12日 申请日期2000年9月29日 优先权日1999年9月30日
发明者陈道, 林福韵, J·赫兹曼, 周渔君, S·A·伦比 申请人:高通股份有限公司