专利名称：用于多扇区基站的一种结构的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及通信系统，特别是涉及用于作为无线通信系统的一部分的各扇区基站的一种结构。
图1描述一个为位于一个地理区域内的许多无线终端(例如，无线终端101-1至101-3)提供无线通信服务的典型的无线通信系统的一部分的图形。典型的无线通信系统的心脏是无线交换中心(“WSC”)120，可能也已知为移动交换中心(“MSC”)或移动电话交换局(“MTSO”)。典型地，无线交换中心120被连到散布在地理区域上并由系统提供服务的多个基站(例如，基站103-1至103-5)和本地和远距离电话局(例如，本地局130，本地局138和长途局140)。无线交换中心120在这些事情中，负责建立和维护无线终端之间和无线终端和有线终端(例如，有线终端150)之间的呼叫，该有线终端经由本地和/或远距离网络连到无线交换中心120。
由无线通信系统提供服务的地理区域被分成叫做“小区”的空间上不同的区域。如图1所描述，每个小区图示由蜂窝式图案中的一个六边形表示；然而，在实际中，每个小区具有依赖于围绕小区的地带的地形的不规则形状。典型地，每个小区包含一个基站，该基站包含基站用来与在那个小区中的无线终端通讯的无线设备和天线，同时也包含基站用来与无线交换中心120通讯的传输设备。
例如，当无线终端101-1希望与无线终端101-2通信，无线终端101-1向基站103-1发送希望的信息，基站103-1向无线交换中心120转播该信息。一旦接收到该信息，并确认它是企图送给无线终端101-2的，无线交换中心120于是把该信息回送给基站103-1，基站103-1经由无线设备转播该信息给无线终端101-2。
图2描述在已有技术中的第一基站结构的方框图，其中包含一个或多个能经发送天线(“Tx”)发送输出信号和经由接收天线(“Rx”)接收输入信号的无线设备。根据该结构，每个小区只有一个全向发送的发射天线和只有一个全向接收的接收天线。
在该结构中的每个无线设备经由接收天线接收一个输入载波信号并遵照运用的某一接入体制(例如，频分多址，时分多址，码分多址等)，把载波信号解调为一个或多个基带信号。输入的基带信号之后发送给无线交换中心120。类似地，来自无线交换中心120的输出基带信号遵照运用的某一复用体制(例如，频分多址，时分多址，码分多址等)，被无线设备调制用于经发送天线发送。
当无线通信系统100是一个陆上系统，与基于卫星的系统相比，业务质量和服务可获得性易受环绕系统的地带的特性影响。例如，当地带的地形为丘陵或山区，或当象建筑物或树木的物体出现时，由无线终端发送的信号将被吸收或反射，以致在基站处的信号质量不统一。结果是基站的接收天线能接收一个直接路径的信号和来自无线终端的不同相位的一个或多个反射信号，从而信号破坏性地相互干扰。这种现象被广泛地已知为多路径衰落或快衰落或瑞利衰落。
图3描述已有技术中的第二种基站结构的方框图，它支持一种已知为N路的接收分集的技术，以减轻多路径衰落效应。在图3中描述的基站结构包含如图2中的结构一样的能经一单个发送天线发送输出信号的一个或多个无线设备，同时也包含N个空间分离的接收天线(“Rx1”至“RxN”)。由于多路径衰落为一个局部现象，几乎不可能同时出现所有空间分离的接收天线同时经历多路径衰落这种情况。因此，如果输入信号在一个接收天线处较弱，可能在其它天线中的一个是满意的。如已有技术中熟知的，与无线设备相关的分集合成器能运用各种技术(例如，选择分集，等增益合成分集，最大比合成分集等)合成每个来自N个接收天线中的一个的N个输入信号，从而改进输入信号的接收。
图4描述已有技术中的第三个基站结构的方框图，它支持一种用于增加远程通信系统的业务容量的技术。已知的这种技术为“基站扇区化”。遵照基站扇区化，由一个基站服务的小区被再分为M个棋盘格形的馅饼切片，每个切片包含一个中心在基站处的360°/M的扇区。在图4中的基站结构包含M套无线设备和相关联的发射和接收天线，如所示，与每个扇区相关联的发射和接收天线通常主要地从该扇区发送和接收，而与其它天线的工作独立。
然而，在图4中的结构是不利的，因为它要求比支持给定的业务容量所必需的要多的无线设备，这不必要地增加了基站的费用。如果它们如图5所描述被组合起来，可以用较少的无线设备适应相同的平均业务容量。
图5描述已有技术中的第四个基站结构的方框图，它支持分集接收，扇区化和无线组合。该结构包含多个无线设备501-1至501-Z，探测无线设备502，开关矩阵503和M套发射和接收天线504-1至504-M，如所示互联。遵照该结构，探测无线设备502在搜索输入信号时，扫描所有的潜在扇区和信道。当探测无线设备502从一个给定扇区检测到一个输入信号，它指示开关矩阵把输入信号从那个扇区路由到一个合适的无线设备和把输出信号从那个无线设备路由到同一扇区。由于任何无线设备可以从任意扇区接收和发送给任意扇区，该结构需要较少的无线设备来支持与图4的结构相同的平均业务容量。然而，这种结构的不利之处是它需要在基站上附加一个探测无线设备和一个复杂的M×(N+1)+2到M×(N+1)的开关矩阵。
因此，存在一种对支持分集接收，扇区化和无线设备组合并能避免与已有技术中的结构相关的一些或所有费用和不利之处的基站结构的需要。
本发明是一种支持分集接收，扇区化和无线设备组合并且没有与已有技术中的基站结构相关的费用和缺点的基站结构。特别地，本发明的一些实施例避免需要探测无线设备或在无线设备和接收天线之间的一个开关矩阵的需要。由于它减少了基站的费用和大小，所以是有利的。
不仅探测无线设备的费用是一个缺点，在已有技术中的基站结构中的探测无线设备实际上对基站的功能有一定的伤害。例如，在任意给定间隔，参与在与基站的一个无线设备的呼叫中的无线终端可以从一个扇区移动到另一个扇区。如果在无线终端从一个扇区移动到另一个扇区很长时间后基站中的探测无线设备才察觉到，那么该呼叫可能被基站漏掉。但是由于探测无线设备在一个时刻只搜索一个输入信号，在探测无线设备检测到无线终端的移动之前会有一段相当长的时间。因此，探测无线设备在基站的操作中是一个瓶颈。
而且，探测无线设备和开关矩阵的存在只允许每个无线设备在某一时刻运用来自接收天线的一个扇区的输入信号，这剥夺了无线设备利用也许在其它接收天线可获得的有用的输入信号。尽管扇区化技术增加了系统的业务容量，但是没有必要扇区化成使每个无线设备被限制只接收来自一个扇区天线的输入信号。必要的只是在一个扇区中有意发送的频率与在相邻扇区中发送的频率显著不同。
一个更有利的结构允许每个无线设备接收来自基站处的所有接收天线的输入信号并对所有输入信号实行分集合成和/或聚束。这是有利的，原因是它排除了对探测无线设备和在无线设备和接收天线之间的开关矩阵的需要。而且，由于每个无线设备一直接收来自所有接收天线的输入信号，该无线设备能持续监控无线终端的运动，这有效地排除了由于无线设备未检测到穿过一个扇区边界的无线终端的运动从而丢失呼叫的可能。
本发明的示意性实施例包括用于接收第一输入信号的第一接收天线；用于接收第二输入信号的第二接收天线；用于发送到第一扇区的第一发送天线；用于发送到第二扇区的第二发送天线；用于接收第一输出信号和第一控制信号，并用于基于第一控制信号把第一输出信号路由到第一发送天线和第二发送天线中的至少一个的第一开关；和用于接收来自第一接收天线的第一输入信号和来自第二接收天线的第二输入信号和用于提供第一输出信号和第一控制信号给第一开关的第一无线设备。
图1描述在已有技术中的无线通信系统的示意图。
图2描述在已有技术中的第一基站结构的方框图。
图3描述在已有技术中的第二基站结构的方框图，该结构支持分集接收。
图4描述在已有技术中的第三基站结构的方框图，该结构支持分集接收和扇区化。
图5描述在已有技术中的第四基站结构的方框图，该结构支持分集接收，扇区化和无线设备组合。
图6描述遵照本发明的示意性实施例的基站结构的方框图。
图7描述图6中的天线路由器的细节的方框图。
图8描述本发明的示意性实施例的操作的流程图的方框图。
图6描述遵照本发明的示意性实施例的基站结构的方框图，它支持分集接收，扇区化和无线设备组合(radio pooling)。该示意性实施例有利地包含多个无线设备601-1至601-Z,M路开关607-1至607-Z，合成器/放大器603,M套分扇区的发送天线和M套接收天线606-1至606-M，如所示互联。
尽管每个发送天线与一个扇区相关联，但是每套接收天线也能，但却不是必须，与一个扇区相关联。相反，遵照本发明的示意性实施例，每个接收天线可全向接收或能有一个比与发送天线相关的扇区更宽或更窄的视场(field of view)。每组N个接收天线捕获来自无线终端(未示出)的输入信号的N个版本。
示意性实施例有利地包括Z个无线设备，每个能够接收和解调来自无线终端的感兴趣的输入信号并能遵照运用的某一接入体制(例如，频分多址，时分多址，码分多址等)，产生一个或多个基带信号。每个无线设备也能以已知的方式，发送那些基带信号给无线交换中心。
每个无线设备有利地包含一个分集处理器和一个聚束(beamforming)处理器，通过接收输入信号的N×M个变种(即从M个扇区来的N个变种)和以熟知的方式对这些变种实行N×M路分集合成和/或聚束，增加感兴趣的输入信号的保真度。
该结构因为4个原因是有利的。第一，不需探测无线设备。第二，在接收天线和各个无线设备之间不需开关矩阵。第三，现在可能跨扇区边界进行分集合成和/或聚束。第四，由于引入能够作N×M路分集合成和聚束的无线设备而产生的附加费用比由于省略探测无线设备和开关矩阵而节省的费用要少。
每个无线设备，无线设备i，对于1≤i≤Z，有利地能接收来自无线终端的一个或多个基带信号并能遵照一种给定的复用体制(例如，频分多址，时分多址，码分多址等)，以熟知的方式产生基于这些基带信号的输出信号。输出信号有利地经由导线602-i从无线设备i输出到开关607-i。
每个无线设备有利地能以熟知的方式分析输入信号的N×M个变种，产生对输入信号来源的扇区的估计。该信息是有用的，因为每个无线设备使用该估计产生一个控制信号，即导线603-i上的控制信号#i，以把输出信号从无线设备送到与无线设备估计认为是输入信号起源的那(几)个扇区相关联的那(几)个发送天线。
每个无线设备，即无线设备i，通过在导线603-i上发送一个控制信号给开关607-i，有利地指示开关607-i使用哪个发送天线。M路开关矩阵607-i，对于1≤i≤Z，有利地从无线设备601-i接收(1)在导线602-i上的输出信号#i和(2)在导线603-i上的控制信号#i和在控制信号#i的指导下，将输出信号#i路由到一个或多个发送天线。对那些本技术的熟练人员，如何制作和使用M路开关矩阵701-i是清楚的。
开关607-i的输出被送到合成器/放大器603，它把用于同一发送天线的2个或多个信号合成并在传输之前把该信号放大。
对那些本技术的熟练人员，如何构建每个无线设备和开关607-i是清楚的。
图7描述放大器/合成器603的方框图，它有利地包含M个合成器702-1至702-M和M个功率放大器703-1至703-M。合成器702-j，对于1≤j≤Z，唯一地与扇区j有关并接收送给扇区j的所有输出信号和以熟知的方式将它们矢量相加。合成器702-j的输出被送到功放703-j，放大后在经由扇区j的发送天线发射。如何制作和使用天线路由器603，那些本技术的熟练人员是清楚的。
图8描述了本发明的示意性实施例的操作的流程图，归纳为5步。示意性实施例象一个多处理器计算机那样计算工作，所有5个步骤的那些方面事实上可由示意性实施例的一部分或另一部分计算在所有时间内同时实现，那些本技术的熟练人员对这些是清楚的。流程图的教育目的是突出与示意性实施例相关的一些因果关系。
在步骤801，一个无线设备接收来自所有N×M个接收天线的输入信号的N×M个变种，在步骤802，无线设备使用N×M路分集合成和/或聚束技术产生一个比输入信号的任何一个变种却要好的输入信号的估计。
在步骤803，无线设备分析输入信号的N×M个变种产生一个或几个作为输入信号来源的最可能扇区的估计。在步骤804，无线设备产生一个输出信号给无线终端。
在步骤805，无线设备指示天线路由器把输出信号路由到与被认为是输入信号来源的一个或几个扇区相关联的一个或多个发送天线。从步骤805，控制返回步骤801。
应该理解，上述的实施例只是本发明的示意，在不偏离本发明的范围的前提下，本技术的熟练人员可作许多变更。因此，申请人意图把这些变更包含在下面的权利要求和它们的等效的范围内。
权利要求
1.一种装置，包含用于接收第一输入信号的第一接收天线；用于接收第二输入信号的第二接收天线；用于发送到第一扇区的第一发送天线；用于发送到第二扇区的第二发送天线；用于接收第一输出信号和第一控制信号，并用于基于所述第一控制信号把所述第一输出信号路由到所述第一发送天线和所述第二发送天线中的至少一个的第一开关；和用于接收来自所述第一接收天线的所述第一输入信号和来自所述第二接收天线的所述第二输入信号并用于提供所述第一输出信号和所述第一控制信号给所述第一开关的第一无线设备。
2.权利要求1的装置，进一步包含用于接收第二输出信号和第二控制信号，并用于基于所述第二控制信号把所述第二输出信号路由到所述第一发送天线和所述第二发送天线中的至少一个的第二开关；和用于接收来自所述第一接收天线的所述第一输入信号和来自所述第二接收天线的所述第二输入信号并用于提供所述第二输出信号和所述第二控制信号给所述第二开关的第二无线设备。
3.权利要求1的装置，进一步包含用于接收第三输入信号的第三接收天线；用于接收第四输入信号的第四接收天线；其中所述第一无线设备也接收来自所述第三接收天线的所述第三输入信号，并且其中所述第二无线设备也接收来自所述第四接收天线的所述第四输入信号。
4.权利要求2的装置，其中所述第一接收天线和所述第三接收天线从所述第一扇区接收，所述第二接收天线和所述第二接收天线和所述第四接收天线从所述第二扇区接收。
5.权利要求1的装置，其中所述第一无线设备包含所述第一开关。
6.权利要求1的装置，其中所述第一无线设备包含用于合成来自所述第一接收天线的所述第一接收信号和来自所述第二接收天线的所述第二接收信号的分集处理器。
7.权利要求1的装置，其中所述第一无线设备包含用于合成来自所述第一接收天线的所述第一接收信号和来自所述第二接收天线的所述第二接收信号的聚束处理器。
8.一种装置，包含用于接收来自第一扇区的第一输入信号的第一接收天线；用于接收来自第二扇区的第二输入信号的第二接收天线；和用于接收来自所述第一接收天线的所述第一输入信号和来自所述第二接收天线的所述第二输入信号的第一无线设备。
9.权利要求8的装置，进一步包含用于接收来自所述第一接收天线的所述第一输入信号和来自所述第二接收天线的所述第二输入信号的第二无线设备。
10.权利要求8的装置，进一步包含用于接收来自所述第一扇区的第三输入信号的第三接收天线；用于接收来自所述第四扇区的第四输入信号的第四接收天线；和其中所述第一无线设备也接收来自所述第三接收天线的所述第三输入信号，并且其中所述第二无线设备也接收来自所述第四接收天线的所述第四输入信号。
11.权利要求8的装置，其中所述第一无线设备包含用于合成来自所述第一接收天线的所述第一接收信号和来自所述第三接收天线的所述第三接收信号的分集处理器。
12.权利要求8的装置，其中所述第一无线设备包含用于合成来自所述第一接收天线的所述第一接收信号和来自所述第三接收天线的所述第三接收信号的聚束处理器。
13.一种装置，包含用于接收来自第一扇区的第一输入信号的第一接收天线；用于接收来自第二扇区的第二输入信号的第二接收天线；用于发送到第一扇区的第一发送天线；用于发送到第二扇区的第二发送天线；用于接收第一输出信号和第一控制信号，并用于基于所述第一控制信号把所述第一输出信号路由到所述第一发送天线和所述第二发送天线中的至少一个的第一开关；和用于接收来自所述第一接收天线的所述第一输入信号和来自所述第二接收天线的所述第二输入信号并用于提供所述第一输出信号和所述第一控制信号给所述第一开关的第一无线设备；用于接收第二输出信号和第二控制信号，并用于基于所述第二控制信号把所述第二输出信号路由到所述第一发送天线和所述第二发送天线中的至少一个的第二开关；和用于接收来自所述第一接收天线的所述第一输入信号和来自所述第二接收天线的所述第二输入信号和用于提供所述第二输出信号和所述第二控制信号给所述第二开关的第二无线设备。
全文摘要
一种无线通信系统基站结构,包含:分别用于接收第一和第二输入信号的第一和第二接收天线;分别用于发送到第一和第二扇区的第一和第二发送天线;用于接收第一输出信号和第一控制信号,并用于基于第一控制信号把第一输出信号路由到第一发送天线和第二发送天线中的至少一个的第一开关;分别用于接收来自第一和第二接收天线的第一和第二输入信号并用于提供第一输出信号和第一控制信号给第一开关的第一无线设备。
文档编号H04B7/26GK1230864SQ9910230
公开日1999年10月6日 申请日期1999年2月12日 优先权日1998年2月13日
发明者马克思·阿龙·索罗兹 申请人:朗迅科技公司