专利名称：使用智能天线以建立回程网络的装置及系统的制作方法
技术领域：
本实用新型有关一种无线通信，尤其是有关一种使用智能天线以建立回程网络的装置及系统。
背景技术：
在无线通信系统中最重要的一个议题便是借由降低干扰来增加系统容量，阵列天线(亦称作智能天线)已经被发展出来以改善容量并且降低干扰。智能天线使用多个天线组件以产生指向性的电波，其仅向一特定方位发送信号。借由智能天线，因为信号在涵盖区域内发送至一狭窄区域，无线通信系统便可增加容量并减少干扰。由于传输器可增加指向电波的传输功率等级，而不会造成对其他传输器或接收器的过份干扰，例如无线传输/接收单元(WTRU)及基地台，因此增加了整体系统容量。
一无线通信系统通常包含多个节点，例如基地台及无线网络控制器等等，节点典型地互相以有线方式连接，例如网状网络或是蜂巢式网络，节点间互相通信并传输信息，例如回程信息。
然而，有线连接在建立回程网络上的缺点便是太昂贵、时间消耗、以及网络的变型或修改没有弹性。尤其是网状网络必须要求节点互相连结，当新节点加入至网状网络时，为回程建立新连接至该新节点就是很大的负荷(在成本和时间方面)。
实用新型内容因此需要一种有效利用成本、较少时间消耗以及有弹性的方法及系统来建立回程网络。
本实用新型是一种利用智能天线以建立一回程网络的装置和系统。本实用新型是直接使用智能天线以改善信元内通信、增加生产量、以及形成至少一部份具弹性的回程网络以传送回程数据。本实用新型用于包含多个节点无线通信系统中，其中每一节点在一网状网络中连接在一起，至少一部份的节点提供一或多个智能天线，其配置以产生多个指向电波，具有一或多个智能天线的每一节点会维护一个表，其包含其它具有智能天线的节点、电波方向、以及用以传输信息至其它节点的组态信息。当来源节点需要传输回程数据至目标节点时，该来源节点撷取该目标节点的电波方向及组态信息，并以指向该目标节点的指向电波传输该信息。
图1所示为根据本实用新型的多个节点的网络方块图；图2所示为根据本实用新型制造节点的方块图；图3所示为根据本实用新型，使用智能天线在节点间传输信息的程序流程图；以及图4所示为根据本实用新型由一节点产生的电波模式示范图。
具体实施方式
本实用新型适用于任何无线通信系统，其包含但不限制于分时双工(TDD)、分频双工(FDD)及分时同步码分多重存取(TD-SCDMA)，同样地亦适用于全球移动通信系统(UMTS)、CDMA 2000、一般的CDMA、全球移动通信系统(GSM)、整合封包无线系统(GPRS)以及增强数据率GSM演进(EDGE)。
此后，专用术语「WTRU」包含但并未限制于一使用者设备(UE)、一移动台、一固定或移动用户单元、一呼叫器或可在一无线环境下操作任何形式的装置。当本文此后提到专用术语「节点B」，其包含但并未限制于一基地台、一站台控制器、一存取点或是在无线环境下任何结识的接口装置。
图1所示为根据本实用新型的多个节点102a-n的网络100方块图。至少一该节点，图上所示为102n，连接至一核心网络110。无线通信系统的核心网络运作是熟悉本技术的人士所熟知的，而且其并非本实用新型的重点，因此在这里并不会详细解释核心网络110。
每一节点102a-n服务一或多个WTRUs(图上未示)，其位于该节点102a-n的涵盖区域之内，该网络110可为网状网络或是蜂巢式网络。在本实用新型内文中，网状网络和蜂巢式网络都传输回程信息，但在基础上有所不同，蜂巢式网络一般具有固定网络基础建设及回程连接，这些连接一般是点对点连接且不会有所改变，一节点传输回程数据至网络中另一位置的另一节点，且只传送至那个位置。
而在网状网络方面，节点间的连结会改变，且因此该回程数据可在不同时间以另一路线传输至不同的节点，特别是在网状网络中，由于该回程连结可以随时间改变，能调整智能天线使得可连接至不同节点而不会对其他节点产生过度的干扰便很重要。
至少一部份的节点102a-n提供至少一智能天线(之后将详细说明)，且除了一般下载传输至WTRUs以及由WTRUs上载接收之外，还利用该智能天线传输回程数据至其它节点102a-n，这些节点102a-n有能力产生多个指向电波，并且引导该电波至方位方向。
网络100被预期将包含有线连结的节点，以及使用智能天线的无线回程连接的节点，由于使用智能天线建立的连结可重新配置且指向不同的节点，因此增加系统的弹性。然而，至少一节点将具备有线连结至该核心网络110及无线连结至其它节点，以便提供无线节点群组与实质上是有线的核心网络之间的连结，至少一部份的节点102a-n亦提供通过有线或专用连结传输回程信息的能力，具有有线和无线回程连结的节点(图上所示为102n，此后称为混合节点)将连接到有线核心网络110。换句话说，当节点经由智能天线的帮助无线传输回程信息时，此回程信息终将通过该混合节点102n按路线至该核心网络，因此混合节点102n能通过无线回程连结接收和送出回程信息至节点，同时还能接收和送出回程信息至该核心网络110，借此形成桥接。
在一实施方式中，节点102a-n具有多个如同图4所示的预设电波109a-h，且在多个电波109a-h间选择一个以便指向一传输或接收。图4所示八个方为电波，其皆可由每一节点102a-n产生，值得注意的是图4所示的电波只是一个范例，任何数量的电波、电波模式或是任何形式的模式皆可执行。
在另一个实施方式中，每一电波109a-h可实时产生和指向，而不需要从预设的位置集合中挑出。
节点102a-n可动态地或从多个有效位置中选择电波109a-h方向，这在系统容量、数据生产量、干扰等等方面提供了最佳的效能。节点102a-n通常固定于一特定位置，因此一旦两节点102a-n设定好一电波109a-h及组态，指向和组态便会储存且之后不需修改变可使用。因为无线环境及流量负载长期下可能会有所改变，每一节点102a-n需有能力提供超过一个电波109a-h以连结至其它节点102a-n，因此每一节点102a-n监控接收自其它节点102a-n的信号，以便判定无线环境，并动态地调整该电波指向及信号组态以达到系统效能最佳化。
该系统运作的一实施方式如下一第一选择节点，例如节点102a，产生一电波并引导其朝向其它选择节点，例如102b，此可借由调整用于该天线阵列组件的复合权值达成，如同典型地由电波形成天线阵列完成一般。在此同时，节点102a测量链结A至节点102b的品质，链结A的品质可借由信号噪声比、位或帧错误率、或其它测量品质指示器来测量。该传输节点102a找到最佳天线电波指向、最佳权值组合以最大化该链结品质，并储存该链结品质测量和对应的电波指向(权值)。该传输节点102a替所有邻近节点做这些事且储存对应的品质和电波信息。
任何节点102a-n能弹性地且无线地与其它节点102a-n连接或断线，其借由选择指向其它节点102a-n的一或多个电波。在图1中，该第一节点102a使用指向电波A传输信息至该第二节点102b，且使用指向电波B传输信息至第四节点102d，指向电波A及指向电波B独立控制且能同时传输，由于每一指向电波A及指向电波B仅朝一特定方位发送，因此并不会对其他节点102a-n或WTRUs造成过度的干扰。
图2所示为根据本实用新型的节点202方块图。该节点202包含一智能天线204、一控制器206、一存储器208以及一非必要的有线链结210。该有线链结210可链结至该核心网络110或是其它节点。该节点202执行一信号处理算法以适应使用者移动、无线频率环境的改变、以及共同频道干扰的多路径。一无线资源管理(RRM)功能借由该控制器206执行，以决定无线资源在该节点202中该如何配置。
智能天线204包含多个天线组件(图上未示)，以在控制器206的控制下产生多个指向电波，每一电波作为介于该节点202及其它节点之间的无线连结，如同上文所述，因为节点202典型地为固定在一特定位置，因此两节点间的电波指向和组态便可预先设定并储存于存储器208中。存储器208维护一个包含其它节点、电波指向及每一其它节点的组态信息的表，当该节点202需要传输信息至其它节点，例如回程数据，该控制器206便会由该存储器208中撷取对应的电波指向和组态信息，并产生一指向电波引导至一特定方向，且使用该电波传输该信息。
在混合节点102n方面，此程序在该智能天线204帮助下建立与其它节点的无线连结之后。当混合节点102n建立回程连结至该核心网络110或其它节点时，并不需要组态信息或是电波选择，因为有线链结210实体上是固定的，且总是提供两节点之间的连结。
根据本实用新型，智能天线204较佳地具有多电波能力，其中每一电波可独立使用，一节点202产生超过一个的指向电波以同时传输回程数据至多个其它节点。因为超过一个指向电波可能在相同的涵盖区域使用相同的频率，因此系统容量实质上也有所增加。
具有数个电波的数个节点可耦合在一起，这使得改变连结及动态适应在无线环境中的改变变得很方便。举例来说，两节点之间可能提供两电波以供连结，如果一电波受到过度的干扰，则该节点可切换到另一个电波以传输信息。
智能天线的使用使得节点间的回程链结具备弹性，因为每一节点配置以产生多个指向电波，且能引导该指向电波至任何方位方向，因此当新的节点加至该网络100时，已经存在的节点可借由简单的设定新电波方向，及针对该新节点的配置以建立至新节点的连结，除此之外，当现存节点由该网络100移除时，节点亦可轻易地由存储器208删除移除节点的电波指向及组态信息。本实用新型使得不需要额外设置或删除设备便能建立或移除节点间的连结，值得注意的是本实用新型可于网状网络或蜂巢式网络中执行。
网状网络的一个强项是在于其产生新链结及删除节点间其它链结的能力，其依靠多个因素，包含流量负载、干扰及个别节点效能。如同图1所示，多个节点102a-n使用智能天线互相耦合，图1中介于节点102a-n之间的线表示可能的链结A-F，控制可集中，借此至少一节点作为控制节点以控制节点间的连结，控制亦可分散，借此控制可分布于数个节点或所有的节点。如果指定一节点为控制节点，则该控制节点收集关于流量状况及每一节点效能的信息，并决定由一节点至另一节点信息最佳传输的流量路线。
每一节点102a-n较佳地在其一或多个电波中传输一或多个信标信号，其提供对网络运作有益的信息。举例来说，该信标信号可传输现行功率等级、流量等级、干扰等级及其它参数。信标信号亦可包含存取、优先权、安全、识别及其它形式的存取控制和安全控制信息。信标信号周期或非周期性的测量，且该参数用以作为调整节点间连结的基础，以便找出最有效率的流量路线。根据本实用新型使用智能天线形成至少一部份无线回程连结，使得建立和调整节点间的连结有弹性并减少非必要的成本。
举例来说，如图1所示，如果第二节点102b和第四节点102s之间的流量负载太重，其它节点借由读取节点102b、102d的信号信号得知两节点102b、102d之间的流量状况，其将在下文描述。如果该第一节点102a想要将流量排至该第五节点102e，如果可行的话，则将避免第二和第四节点102b、102d，且将通过第N个节点102n排定路线。
本实用新型不仅是具有提供弹性、无线网状网络的优点，现在亦可使回程信息(典型地经由一有线线路发送)经由同一个通过智能天线的弹性链结发送。根据本实用新型执行此双使用智能天线机制的形式，亦是显著胜过现行无线通信系统的优点。
图3所示为根据本实用新型，利用智能天线进行节点间信息传输的程序300流程图。至少一部份节点提供至少一智能天线，其配置以产生多个指向电波，且接着独立地引导方位(步骤302)。每一电波除了一般下载至WTRUs的流量及由WTRUs上载的流量之外，还用以作为至其它节点的无线连结。每一节点维护一表，其包含其它节点及电波指向及用以传输至其它节点的组态信息(步骤304)。必须注意的是，步骤320和304典型地根据设定好的系统或是重新配置系统，以执行接受或删除节点的动作，且典型地将不需要在正常运作下形成。当一来源节点需要传输至目标节点时，该来源节点由存储器中撷取目标节点的电波指向和组态信息，并使用该电波指向及组态信息产生一指向电波(步骤306)。一旦一节点被选择用来传输回程数据，基于链结品质及其它例如流量密度的考量，该传输节点由该表中选择该电波指向(权值)，且将用于该天线上。
因为环境可能改变，用以测量链结品质及储存相关信息的程序可能需要周期性的执行，且电波指向调整也是必须的。该来源节点接着以产生的指向电波传输至该目标节点(步骤308)。
在一个非必要的步骤中，网络的改变可能发生，借此一新的节点可能加入至该网络中，一个现存节点可能由网络中移除，或是无线频号或其它状态可能有所改变。为了适应这些改变，其它节点会更新反应这些改变的电波指向和组态信息表(步骤310)。
尽管本实用新型的特征和组件皆于实施例中以特定组合方式所描述，但实施例中每一特征或组件能独自使用，而不需与其它特征或组件组合，亦能与/不与本实用新型的其它特征和组件做不同的组合。
权利要求1.一种无线通信系统，用以利用至少一智能天线以建立一回程网络，其特征在于该系统包含多个节点，每一节点包含一智能天线，用以产生多个指向电波；一存储器，用以储存邻近节点的表，其中每一节点连结至该表，以及用于传输信息至该邻近节点的电波组态信息；以及一控制器，用以选择一特定指向电波以传输一特定信息至另一节点。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于该多个节点包含一网状网络。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于多个节点包含一蜂巢式网络。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于每一节点使用多于一电波来连结，借此一电波在提供以连结的电波间适当地切换。
5.一种无线通信节点，用以在一无线通信系统中利用至少一智能天线以建立一回程网络，该无线通信系统包含多个节点，其特征在于该节点包含一智能天线，用以产生多个指向电波；一存储器，用以储存邻近节点的表，其中每一节点连结至该表，以及用于传输信息至该邻近节点的电波组态信息；以及一控制器，用以选择一特定指向电波以传输一特定信息至另一节点。
6.如权利要求5所述的节点，其特征在于该多个节点包含一网状网络。
7.如权利要求5所述的节点，其特征在于多个节点包含一蜂巢式网络。
8.如权利要求5所述的节点，其特征在于每一节点使用多于一电波来连结，借此一电波是在提供以连结的电波间适当地切换。
专利摘要本实用新型提供一种装置和系统，用以利用智能天线在节点间传输信息。一种无线通信系统包含多个节点，且每一节点能互相连结，至少一部份节点提供一智能天线，其是经配置而产生多个指向电波，每一节点维护一表，其包含其它节点及用以传输信息至其它节点的电波组态信息。当一来源节点需要传输至一目标节点时，该来源节点撷取电波组态信息并以指向该目标节点的指向电波传输。
文档编号H04L12/56GK2877150SQ20052010954
公开日2007年3月7日 申请日期2005年6月10日 优先权日2004年6月10日
发明者费堤·M·欧兹鲁特 申请人:美商内数位科技公司