专利名称：无线网络系统及扩容方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术，尤其涉及第三代WCDMA、CDMA2000的通讯系统(简称3G系统)的组网技术。
背景技术：
移动通讯系统是由很多的基站(称为BTS)组成，并通过各个基站覆盖服务区域为处于覆盖区域的用户终端提供服务。基站的覆盖面积像一个一个的蜂窝，因此又称“蜂窝系统”。
现有无线蜂窝系统基本上均为以三扇区形式建网，如图1所示，图中圆圈表示基站位置，箭头表示基站天线的指向，在这种结构天线的指向是互相错开的，因此，所述的三扇区建网方式具有天线的方向图和覆盖区域形成最佳配合，以及网络小区之间的干扰小等优点。
移动通讯系统的建立需要设置很多的蜂窝，即需要设置大量的基站，设置的基站数量的多少决定了网络投资成本的大小。如果令每个基站的覆盖面积大一些，则组建移动通讯系统需要的基站的数量就会少一些，这样，相应的组网投资便会少一些。
但是，一个基站的容量是有限的，因此当其覆盖面积较大时，将导致容量密度变小，即单位面积内可提供接入用户的数量变小。进而导致，当系统中的用户数量不断增加时，则需要增加新的基站，即进行网络扩容。增加了新的基站后，为了给新增的基站留出相应的覆盖面积，便需要降低原有基站的覆盖面积，这种处理称为网络分裂或劈裂。
基于上述的网络劈裂技术，目前可以采用的理想的组网方式为初始建网时，首先令每个基站覆盖面积大一些，以减少初始投资；以后，随着用户增加再逐步扩容，也即不断进行网络劈裂。
然而，在采用网络劈裂方式进行扩容的处理过程中，除了需要添加必要的设备外，局部网络也要进行复杂的重新调整，导致扩容成本过高。例如，在采用WCDMA和CDMA2000标准的3G无线通讯系统中，当需要通过新增基站扩容时，在相应的扩容处理过程中，新增的基站的站址的选择将会带来站址建设成本；而且，由于3G覆盖和容量相关联，网络规划及工程实施都比较复杂，导致新增基站就需要将新增基站及其周围的原有基站一起重新进行网络规划，这此处理同样会带来较大的工作量。因此，通过这种增加新的基站扩容的实现方式将导致扩容成本较高。
以图2为例，如果需要在图2的三个基站A、B、C中间新增一个基站，其覆盖范围见图2中虚线圆圈所示。在图2中，基站A、B、C的天线指向如粗箭头所示，便由于基站覆盖区域的变化，各基站的天线均需要更换新规格的天线，且天线的指向与倾角均必须和新基站天线一起进行互动调整，以符合网络规划要求。而且由于新增基站期望的覆盖区域不规则，导致在该期望的覆盖区域中必然会存在无法覆盖的区域。
例如，通过图3中的由左侧的现有网络扩容到右侧的一分为三的网络拓扑可以看出，在扩容过程中，如果要保持现有网络的三扇区的网络结构，则需要在每三个成等边三角形的基站中心增加一个基站，并需要将原来基站的天线全部需要调整30度；同时，扩容处理过程中还需增加站址，因此，在目前的网络组网中，当进行一分为二或一分为三的网络扩容操作时，难以做到平滑扩容处理。
可以看出，虽然现有的三扇区是3G无线网络的最佳组网形式。但是由于上述诸多问题的存在，导致目前无法基于该三扇区组网进行一分二、二分四的渐进式平滑扩容。
因此，为了避免不平滑扩容问题的出现，目前业界普遍采用“一次性规划”的网络规划原则。即按照几年内对容量的需求进行规划建网，从而保证在几年时间内，无需对网络进行扩容。
但是，这种“一次性规划”的实现方案将带来以下问题(1)在无线网络建网开始，便需要布置足够数量的基站，且每个基站都有一些固定的建站费、蓄电池费用和租赁费等费用，导致初始投资比较大，给营运商带来比较大的投资压力及风险。
(2)由于“一次性规划”需要基站较多基站站址，可能出现在需要建站的位置无法提供合适的站址，导致网络无法合理规划。
(3)现有的“一次性规划”的实现方案只是暂时回避了扩容的问题，并没有从根本上解决将来可能出现的由扩容引发的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线网络系统及扩容方法，以解决现有技术中“一次性规划”的组网方式存在的问题，并为无线通信系统提供一种可平滑扩容的组网实现方案。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的本发明提供了一种无线网络系统，包括在网络中设置有天线，所述的天线的设置包括以蜂窝状区域为单位设置一组天线，所述的一组天线用于对应覆盖蜂窝状区域的一组小区，每路天线负责覆盖其中的一个小区。
所述的一组天线采用的是赋形天线。
所述的赋形天线为包括四个输入端的赋形天线。
所述的赋形天线还连接设置有使用四路或两路功率合路器，通过四路或两路功率合路器或开关矩阵控制赋形天线获得等效的一路、二路或三路天线。
所述的一组小区包括对蜂窝状区域进行水平方向划分获得的小区和/或对蜂窝状区域进行垂直方向划分获得的小区。
所述的一组小区中包含的各个小区的区域范围的大小相同。
本发明还提供了一种无线网络扩容的实现方法，包括A、将待扩容区域的蜂窝小区划分为至少两个相互独立的覆盖区域，B、为所述的至少两个相互独立的覆盖区域中的每个区域分别设置一路对应的天线。
所述的步骤B包括针对所述的至少两个相互独立的覆盖区域设置一个包含至少两路输入端的赋形天线，所述的赋形天线包含的输入端数量不小于所述区域数量。
所述的步骤B包括B1、采用包含四路输入的赋形天线作为所述的至少两个相互独立的覆盖区域中的天线。
所述的步骤B1包括当包含两个相互独立的覆盖区域时，则利用两个两路功率合路器或开关矩阵将所述的赋形天线中的四路输入合路为两路输入，每路输入对应一个覆盖区域；或者，当包含三个相互独立的覆盖区域时，则利用一个两路功率合路器或开关矩阵将所述的赋形天线中的四路输入中的两路合路为一路输入，共获得三路输入，且每路输入对应一个覆盖区域；或者，当包含四个相互独立的覆盖区域时，则直接利用所述赋形天线的四路输入，每路输入对应一个覆盖区域。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提出了一种新的低成本扩容(或平滑扩容)组网方案，比较好地解决了现有技术存在的扩容矛盾问题，从而使得网络既可以在初始时进行低容量、低成本覆盖，又可以在不增加新站址的情况下，实现非常平滑的扩容。即本发明的实现使得低成本初始建网和低成本平滑扩容称为可能。
图1为三扇区覆盖示意图；图2为三扇区扩容示意图；图3为网络平滑扩容失败的示例示意图；图4为本发明提供的网络扩容方式一的示意图；图5为本发明提供的网络扩容方式二的示意图；图6为本发明提供的网络扩容方式三的示意图；图7为本发明提供的网络扩容方式四的示意图；图8为本发明具体实施时采用的赋形天线的示意图；图9为未扩容前的初始覆盖情况的合成方向图；图10为首次扩容后的覆盖情况合成方向图；图11为再次扩容后的覆盖情况合成方向图；图12为局部热点地区扩容示意图。
具体实施例方式
本发明提供的技术方案可以使营运商既能够以低成本进行初始网络覆盖，又能够在需要的时候进行平滑的扩容。本发明在具体实现过程中主要思想包括初始时采用普通的三扇区低容量、低成本覆盖的网络组网方式，降低初始投资费用。当网络需要扩容时，采用沿原来天线指向进行纵向和横向劈裂的覆盖方案，从而可以在不增加基站站址数量仅改动采用的天线的情况下，实现针对无线网络的平滑低成本扩容。
本发明中，具体可以采用赋型天线实施本发明提供的组网方案，通过赋型天线及其输入端组合可以使得上述扩容时不更换天线。本发明中，一方面可以利用赋形天线组合出三扇区的覆盖方向图，供初始覆盖用；另一方面还可以产生网络劈裂后的方向图，供扩容时使用。
这样，当进行初始覆盖后的扩容时，基站的天线不用调整，降低了扩容的工作量和复杂度。还可通过外置功率合成器(或定向耦合器)与赋型天线进行组合，也可以通过内置开关矩阵进行扩容。
为便于对本发明的理解，下面将结合附图对本发明的具体实现方式进行详细说明。
在进行无线通信网络的初始组网时，采用图1所示的三扇区网络，进行低容量、低成本覆盖，然后从局部热点进行平滑扩容。
为了做到平滑扩容，本发明提出了新的劈裂扩容覆盖方案，如图4为首次扩容的实现方案示意图，即沿天线指向劈裂两半的网络覆盖。在该方案中，扩容时网络的拓扑结构不再是正六边的蜂窝形，而是沿着天线指向分成两个“半正六边形”，每个“半正六边形”对应一个小区。这样，扩容时基站站址的数目并不增加，只需增加必要的扩容设备即可，相应的扩容设备包括新的一组天线和基站配套的载频模块或基站。具体可以采用两根赋形天线作为所述一组天线替换原来的天线，每根天线的方向图为原来天线的一半，这样合起来的覆盖和原来区域一样，但容量却增加了，经仿真测试相应的容量大概可以增加80％。
本发明中，还可以采用横向劈裂方式进行扩容操作，具体实现方式如图5所示，将原有的蜂窝小区横向劈裂为两个小区，并采用相应的一组天线替换原有的天线，从而可以实现针对无线网络的扩容。
本发明中，当需要进一步对网络进行扩容时，则还可采用劈裂为三小区方案，具体如图6所示，通常三个小区面积基本相等，此时，需要采用包含三路天线的一组天线替换原有的天线，每路天线负责覆盖一个小区，实现无线网络的扩容。
同样的原理，进一步本发明还可以将现有的蜂窝小区划分为四个小区的扩容实现方案，具体如图7所示，且四个小区面积基本相等，此时，需要采用包含四路天线的一组天线替换原有的天线，每路天线负责覆盖一个小区，实现无线网络的扩容。
本发明中，具体可以采用包含多路输入端的赋形天线作为所述的一组天线替换原有的天线。需要说明的是若在无线网络中，已经采用了相应的多路输入端的赋形天线，则在进行扩容时，仅需要通过赋形天线技术结合相应的功率合路器或开关矩阵便可以在不更换天线的情况下实现扩容。
下面首先将对采用赋形天线进行无线网络组网的实现进行说明，当然，本发明中也可以采用其他可以实现赋形天线功能的天线实现，在此，将以采用赋形天线为例进行说明。
本发明提供了一种无线网络系统，在该系统中设置有天线，所述的天线的设置方式具体为以蜂窝状区域为单位设置一组天线，所述的一组天线用于对应覆盖蜂窝状区域的一组小区，每路天线负责覆盖其中的一个小区；而且，所述的一组小区可以为对蜂窝状区域进行水平方向划分获得的小区，也可以为对蜂窝状区域进行垂直方向划分获得的小区，或者，包括两种划分方式获得的小区，各个小区包含的区域范围的大小可以相同或不同。也就是说，在本发明中，由一组天线覆盖的一组小区组成蜂窝状区域，利用该蜂窝状区域便可以覆盖较广阔的通信区域。
本发明中，所述的一组天线可以采用赋形天线实现，具体以采用包含四个输入端的赋形天线为例，所述的赋形天线还连接设置有使用四路或两路功率合路器或开关矩阵，通过四路或两路功率合路器或开关矩阵控制赋形天线获得等效的一路、二路或三路天线。
本发明采用的包含四个输入端的赋型天线的结构具体如图8(即图8a至图8e)所示，可以通过四路或两路功率合路器控制等效获得一路、两路或三路天线，进而可以实现需要的网络演进。具体的控制方式参照图8，包含四个输入端的赋形天线本身可以等效作为四路天线；之后，在具有四个输入端的赋形天线上连接一个四路功率合路器，可以等效获得一路天线，即可以实现单扇区方向图，其水平面、垂直面方向图如图9所示，这种情况可以在初始组网时应用；连接两个两路功率合路器，则可以等效得到两路天线；连接一个一路功率合路器，则可以等效得到三路天线。也就是说，使用四路、两路功率合路器(或者称为定向耦合器)进行不同组合，便可以分别实现本发明提供的组网方案及后续的扩容处理。
下面将再结合附图对采用包含多路输入端的赋形天线对现有无线通信网络进行扩容操作的具体实现方式进行说明。
实施例一当针对已有的无线通信网络进行第一次扩容时，参照图8c，可以使用两个两路合路器与天线端口进行连接，获得一分为二的两个小区，以实现扩容。其中，小区的划分方式可以有多种，以沿天线指向左右分开为例，要求划分后获得的两个小区的两个水平面方向图合起来的轮廓和图9相同。但在实际应用中，劈裂方向图通常无法完全做到理想模型，而只能逐步逼近，例如一个实际的方向图如图10所示，两个方向图在中间的交界面处有一定的重叠区，当重叠区较小时，对容量影响较小。此时，垂直面方向图不变。
由于扩容时天线的覆盖区和原来一样，因此天线的水平指向和垂直面的下倾角都不用进行调整。同时基站站址无需增加。从而可以大大降低扩容成本，实现了平滑扩容。
实施例二当基于图10需要进一步扩容时，则参考图8d和图8e，此时，垂直面方向图也将发生劈裂，如图11所示，具体可以使用一个两路合路器与天线端口进行连接，获得一分为三的三个小区，或者，不采用合路器，获得一分为四的四个小区，以实现扩容。其他原理与实施例一的原理类似，故不再详述。
综上所述，本发明的实现使得网络既可以在初始时进行低容量、低成本覆盖，又可以在不增加新站址的情况下，实现非常平滑的扩容。例如，如图12所示，采用现有技术提供的技术方案不便于针对局部热点地区的扩容，而采用本发明提供的技术方案则可以很方便的实现平滑扩容。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种无线网络系统，包括在网络中设置有天线，其特征在于，所述的天线的设置包括以蜂窝状区域为单位设置一组天线，所述的一组天线用于对应覆盖蜂窝状区域的一组小区，每路天线负责覆盖其中的一个小区。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的一组天线采用的是赋形天线。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的赋形天线为包括四个输入端的赋形天线。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述的赋形天线还连接设置有使用四路或两路功率合路器，通过四路或两路功率合路器或开关矩阵控制赋形天线获得等效的一路、二路或三路天线。
5.根据权利要求1至4任一项所述的系统，其特征在于，所述的一组小区包括对蜂窝状区域进行水平方向划分获得的小区和/或对蜂窝状区域进行垂直方向划分获得的小区。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述的一组小区中包含的各个小区的区域范围的大小相同。
7.一种无线网络扩容的实现方法，其特征在于，包括A、将待扩容区域的蜂窝小区划分为至少两个相互独立的覆盖区域，B、为所述的至少两个相互独立的覆盖区域中的每个区域分别设置一路对应的天线。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的步骤B包括针对所述的至少两个相互独立的覆盖区域设置一个包含至少两路输入端的赋形天线，所述的赋形天线包含的输入端数量不小于所述区域数量。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述的步骤B包括B1、采用包含四路输入的赋形天线作为所述的至少两个相互独立的覆盖区域中的天线。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的步骤B1包括当包含两个相互独立的覆盖区域时，则利用两个两路功率合路器或开关矩阵将所述的赋形天线中的四路输入合路为两路输入，每路输入对应一个覆盖区域；或者，当包含三个相互独立的覆盖区域时，则利用一个两路功率合路器或开关矩阵将所述的赋形天线中的四路输入中的两路合路为一路输入，共获得三路输入，且每路输入对应一个覆盖区域；或者，当包含四个相互独立的覆盖区域时，则直接利用所述赋形天线的四路输入，每路输入对应一个覆盖区域。
全文摘要
本发明涉及一种无线网络系统及扩容方法。本发明的核心是在无线网络系统中采用专门的天线设置方式，以便于组网及扩容，具体为以蜂窝状区域为单位设置一组天线，所述的一组天线用于对应覆盖蜂窝状区域的一组小区，每路天线负责覆盖其中的一个小区。其中所述的一组天线可以采用包含多个输入的赋形天线实现。因此，本发明比较好地解决了现有技术存在的扩容矛盾问题，从而使得网络既可以在初始时进行低容量、低成本覆盖，又可以在不增加新站址的情况下，实现非常平滑的扩容。
文档编号H04W16/28GK1867157SQ20061006655
公开日2006年11月22日 申请日期2006年3月30日 优先权日2006年3月30日
发明者李亚锐, 郭宽新, 应关祥 申请人:华为技术有限公司