CN101702809A - 使用波束成形及扫频的共享及专用频道中有效地提供区段化胞元涵盖的系统 - Google Patents

使用波束成形及扫频的共享及专用频道中有效地提供区段化胞元涵盖的系统 Download PDF

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Abstract

一种通信系统在至少一个主站与至少一个副站之间，于一区段化的胞元内传送与接收通信，此通信系统包含一单元，用以产生与成形一波束；一天线，用以在该波束内传送与接收信号；以及一单元，用以指示该波束方向，该成形的波束是被指向复数个预先决定的方向，其可为连续或是不连续的。

Description

使用波束成形及扫频的共享及专用频道中有效地提供区段化胞元涵盖的系统
本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2003/020160，国际申请日为2003年6月26日，进入中国国家阶段的申请号为03815050.6，发明名称为“使用波束成形及扫频的共享及专用频道中有效地提供区段化胞元涵盖的系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明有关一种使用波束成形及扫频的共享及专用频道中有效地提供区段化胞元涵盖的系统。
背景技术
区段化是一种已知的技术，用以提供在个别的胞元场所内清楚的覆盖区域并且可被以″智能型天线(smart antenna)″技术而达成。智能型天线方法动态地改变一个天线的辐射模式以形成一″波束″，其可特别地集中天线所传送与接收的能量与提供一渴望的地形的覆盖。波束成形是一种在区段化上的加强，因为区段可被调整其方向与宽度。两种技术都被用来：1)降低在胞元与部署在胞元间的无线传送/接收单元(WTRUs)之间的干扰；2)增加在一接收器与一传送器之间的许用范围；3)定位一无线传送/接收单元(WTRU)的地理位置。此等技术通常被用在无线传送/接收单元(WTRUs)的专用频道，一旦知道他们一般的位置。
在知道一无线传送/接收单元(WTRU)的位置之前，此共享频道广播所有无线传送/接收单元(WTRUs)可能接收的信息。当此信息可能被发送至静态的区段中时，其不会被发送在多变的波束中。在此方法中具有固有无效率的事例，因为需要额外的步骤来决定使用适当的波束用以做专用数据的交换。另外，波束通常必须是足够大以提供一宽的覆盖范围，此依序表示由于与传送器的距离他们的功率是较低的。在此类的例子中，其必须使用较高的功率、具有较长的符号次数及/或较健全的编码架构以覆盖相同的范围。
在图1中显示习用的共享频道覆盖范围，具有四个部分重叠的宽的波束。当给予胞元场所一个重新使用的程度时，其会提供全方位的覆盖。经由使每个区段传送具有一独特的辨识符，其亦提供一个粗略程度的指令至侦测其中之一传送的无线传送/接收单元(WTRUs)。
请参阅图2，显示在一主站(primary station，P)与数个无线传送/接收单元(WTRU3，WTRU4)之间的下行链路专用波束。假定图1与图2中由主站P的相同功率与所有其它的属性是相等的，图2中所显示的此等无线传送/接收单元(WTRU3，WTRU4)比图1中所显示的无线传送/接收单元(WTRU1，WTRU2)可更远离主站P。可选择地，此覆盖范围可经由减少符号速率(symbol rate)或者是增加错误校正编码而近乎相同的完成。这些方法的其中任何一个都可减少数据传送速率，此亦可应用在主站P的接收器上行波束型式，以及关于覆盖的相同的批注与请求由无线传送/接收单元(WTRUs)至主站P得到数据的选择。
在先前技术领域中，一个主站P或是一个无线传送/接收单元(WTRU)通常是经由较高的功率、具有较低的符号速率、错误校正编码与在时间、频率或是空间的分集(diversity)的组合来增加其范围。然而，此等方法产生的结果是缺乏最佳化的操作。再者，共享与专用通信频道之间在覆盖范围调准时并不协调。
下行链路专用频道可在一具有一窄的宽度的波束中经由一智能型天线被传送，较窄的波束当作一个较窄的区域，窄化波束的好处是降低对于在胞元的其它区域的无线传送/接收单元(WTRUs)的干扰，此胞元具有一在系统效率上正面的作用。然而，专用频道仍然是易受由共享频道所产生干扰的影响，共享频道对于在整个覆盖区域内所有的移动部件必须是可被利用的。图3显示一胞元系统现行部署的辐射型式，此胞元系统是利用一个智能型天线系统所发射的一个遍及专用频道覆盖的小覆盖区域10并具有一窄宽度的波束与一全方位天线所发射的遍及在共享频道覆盖的一个宽覆盖区域的一全方位的型式。因为共享频道在一高的输出功率被传送以确保完全的胞元覆盖，专用频道的一个无线传送/接收单元(WTRU)的接收可因无线传送/接收单元(WTRU)变得更接近高功率的共享频道传送器而受干扰。
因而，提供一个用以供给在无线通信系统中共享与专用频道公平的覆盖且无习用技术的缺失的方法是目前所亟欲渴望的。
发明内容
一个通信系统用以在至少一个主站(primary station)与在至少一个副站(secondary station)间传送与接收共享与专用频道通信，其使用包含一个天线的至少一个波束。此系统包含一个装置，是用以产生与成形该波束以及用以扫频成形的波束的一装置。该扫频装置选择性地将成形的波束指向复数个的方向。
附图说明
图1为一习用的共享频道覆盖架构，其在一主站与具有四个部分重叠的宽波束的数个无线传送/接收单元(WTRU)之间。
图2为一习用的下行链路专用波束架构，其在一主站与使用专用波束的数个无线传送/接收单元(WTRU)之间。
图3为一胞元系统的一习用的辐射型式，该胞元系统使用专用频道覆盖遍及小覆盖区域的一个窄宽度波束与一共享频道覆盖遍及宽覆盖区域的一个全方位型式。
图4为发射自一主站的一个旋转共享频道波束。
图4A显示共享信标频道(common beacon channel)扫频的流程图。
图5为无线传送/接收单元(WTRUs)已知的不规则分布的波束形态。
图6为具有调整成流量型式的波束宽度的波束形态。
图7为具有专用与共享频道的相等覆盖区域的波束形态。
图8为具有专用与共享频道的相等覆盖区域的波束形态。
图9为一实施例的流程图，其中共享频道信标频道被扫频。
图10为一实施例的流程图，其中独特的共有信标频道被传送至一胞元的不同位置。
具体实施方式
本发明将参照图标而被说明，其中同样的数字自始至终代表同样的组件。前述关于波束成形的说明可被应用于信号的传送与其接收上。例如，较窄的传送波束引起对在波束外部的装置较少的干扰。本发明上述的说明可应用于信号的接收与传送上，此说明的特别部分的内文当其并非在本发明实例时，将可明确的参照接收或传送。
本发明是广泛地关于考虑在一利用智能型天线发射共享与专用频道的无线通信系统中的覆盖，并提供共享与专用频道类似的覆盖。此共享频道，如其名字所暗示，经由所有的装置而被利用。本发明的系统与方法安排此等共享频道在一种方式，提供一有用的信息至此系统与无线传送/接收单元(WTRU)以最后建立专用频道。
请参阅图4，破折号所指是代表发射自一主站PS的一共享频道波束B的P1-Pn的可能位置。在一特定的时间执行期间，此波束B只存在位置P1的其中之一中，如实线所显示者。箭头显示波束B的时间排序。在此图解中，波束B连续地由一位置P1顺时针方向移动至其它的P2-Pn，虽然，顺时针方向的旋转并不是必须。
此系统提供来辨识在每个P1-Pn位置的波束B，图4A是根据图4所示的本发明实施例中的方法40的流程图，此传送辨识的波束B其包含一独特的辨识字，当波束B在每个P1-Pn位置中时，其在胞元的附近被扫频(步骤41)。例如，在一第一位置P1，一第一辨识字I1将被传送，在一第二位置P2，将产生一第二辨识字I2，诸如此类对于每个P1-Pn位置皆然。假如波束B持续的被扫频，在每个等级，(或者是现在的数字等级)，会依序产生一个不同的辨识字I1-In。
当一个无线传送/接收单元(WTRU)成功地获得信标共有频道(步骤42)，其会报告共有频道的辨识字号码而至PS(步骤44)，此信息被系统使用来决定无线传送/接收单元(WTRUs)的位置(步骤48)。因为共享频道在一个区段中仅有很短的时间，由共享频道至专用频道引起所有的干扰因此而被降低。一个较小的缺失可能是一延长的取得时间，但是，此缺失可经由增加共享频道的数据速率而被减轻。
一个第二实施例用来辨识波束B的P1-Pn位置是利用一时间标记做为辨识字的一种型式，其为无线传送/接收单元(WTRU)返回PS，将此时间标记或是辨识字返回至PS是告知PS波束B已被无线传送/接收单元(WTRU)检测。在那个时间的执行期间，此PS现在已经知道可被与无线传送/接收单元(WTRU)通信的波束B的P1-Pn位置。然而，应注意的是，由于可能的反射从PS来的无线传送/接收单元(WTRU)的方向并非必要的。
一个第三实施例用来辨识波束B的P1-Pn位置是利用时间-同步，波束B被定位并且与一已知的时间标记互相关联，达到此一程度的一个方法为使无线传送/接收单元(WTRUs)与PS两者皆存取相同的时间参照，例如全球定位系统(GPS)、标准与技术国际协会(National Institute of Standards andTechnology)的网际网络时间或是无线电时间广播(WWV)或是满足维持同步化的当地定时器。
一个第四实施例用来辨识波束B的P1-Pn位置是对无线传送/接收单元(WTRUs)与PS两者同步化以时序由公共建设传送而来的标记。此无线传送/接收单元(WTRUs)可检测辨识PS的波束传送，但是对个别的波束B的P1-Pn位置并不是必要的。当其检测此波束B时，经由无线传送/接收单元(WTRU)回报时间因素至PS，此PS可决定无线传送/接收单元(WTRU)参照哪一个波束B。此一实施例的优点是共享频道传送并非必须负担额外的数据以辨识波束B的P1-Pn位置。
一个第五实施例用来辨识波束B的P1-Pn位置是将一全球定位系统(GPS)并入无线传送/接收单元(WTRU)内，然后，此无线传送/接收单元(WTRU)经由纬度与经度并将此信息报告至PS而来决定其地理位置。接着，此PS可利用此信息精确地产生波束B、波束宽度与功率。此实施例的另一个优点是由无线传送/接收单元(WTRU)得到的精确的位置，假如需要产生时，其将允许使用者来确定无线传送/接收单元(WTRU)位置。
请参阅图5，波束型式可经由系统管理者要求而定做。在此种方式下，PS可将波束B设置在与一特定区域的无线传送/接收单元(WTRU)期望的密度一致的型式中，例如，一个宽波束W1、W2、W3可与很少数的无线传送/接收单元(WTRUs)而被分别投射至P1、P2、P3位置中，而较窄的波束N1、N5、N6与多数的无线传送/接收单元(WTRUs)而被分别投射至P4、P5、P6位置中。此促进了在较密集区域中较窄的专用波束B的产生，同时也增加共享频道上行与下行链路使用的处理容量，进而建立最初的通信。
波束宽度的操作最好是实时执行，然而，通信的状况与应用的本质决定了波束位置P1-Pn的数目的适合性与其相关联波束宽度型式。形成的波束型式应具有足够的宽度，如此无线传送/接收单元(WTRUs)进入与离开波束的数目可在无过度的递交(handoff)至其它的波束下被操控。一个静态的装置可由一窄波束而被服务，例如，迅速移动的汽车不能经由与流量正交的一窄波束而被有效率的服务，但是，可经由平行于传导方向的一窄波束而被服务。一个窄的正交波束仅能满足短的讯息服务，并不能用来做声音服务，例如电话。
使用不同波束宽度的其它优点是在一地区内无线传送/接收单元(WTRUs)移动的本质。请参阅图6，显示一建筑物BL(代表具有最初是较缓慢移动步行速度装置WTRUs的区域)与一高速信息通路(highway)H(代表具有最初是较快移动装置WTRUs的区域)。较缓慢速度的装置WTRUs可被窄波束N1-N3服务，其很可能是在一通信执行期间被穿越。或者是，较快移动装置WTRUs需要较宽的波束W1-W3以支持一通信。
波束宽度成形也减少无线传送/接收单元(WTRUs)自一波束B到其它的波束的交出(handover)的频率，而交出(handover)需要使用比一典型通信更多的系统信息，因为当此交出发生时，两个独立通信链路则被维持。因为声音通信较不能够忍受潜伏执行期间常常与交出相关联，因此波束的交出也应被避免。数据服务是封包大小与体积相关，虽然有一些小封包可毫无问题的被传送，需要明显数目交出(handovers)的大封包则可使用过大的频宽，当链路在一交出之后尝试被再建立时，此就会发生，而多个相同数据被发送以尝试执行一可靠的传送时，频宽也会被耗尽。下行链路共享频道通信通常上行链路传送将紧接在后，经由知道PS的传送型式，无线传送/接收单元(WTRU)可决定适当的时间来发送其上行链路传送。为了执行必要的时序，一个已知固定的或是广播时间关系被使用。在一个固定关系的实例，无线传送/接收单元(WTRU)使用一共有时序定时器(timing clock)，无线传送/接收单元(WTRU)等待直到一时间为止，其中在传送前PS已经形成遍及无线传送/接收单元(WTRU)区段的一个波束。在此实例中的一个广播时间关系，该PS通知无线传送/接收单元(WTRU)何时发送其上行链路信号，上行链路与下行链路波束成形可以或者是可以不部分重叠，避免部分重叠通常是一个优点，因此，比需要等待整个天线波束成形时序周期的相同传播时段发生时，一个装置会在较少的时间内反应一传送。
应该注意的是CMD与其它的射频(RF)协议使用时分(time division)的某个形式。当反应暂存的公共建设的此等类型时，协议的波束区段与时序两者将是非常重要。其它无时间相关的RF协议，例如，带槽Aloha式(slotted Aloha)仅牵涉区段。
以上所述的实施例是针对以连续的方式″扫频″在PS附近的波束B，在许多情况下，非常典型地其将是最方便的方式来完成本发明。然而，有另外的方式来假定不同的位置，例如，在特定区域中有更多的实例是令人向往的。此可在一连串的时间位置(timed-position)产生波束而完成，例如，假使有7个位置(由号码1至70)，一连串的(1，2，3，4，2，5，6，2，7，1)可被使用，此总有被波束位置号码2所覆盖的区域比其它位置的更长，但是，具有相同的停止时间。在一个地区有较长的停止时间也是令人可望的。例如，此顺序(1，2，3，4，4，5，6，7，1)波束位置号码4对于两个时间执行期间来说是保持不变的，任何适合的顺序可被使用与修饰成依情况所保证的解析。
同样地，并不需要去限定波束位置为一旋转型式，波束位置可以被产生在任何顺序而提供此通信系统的操作。例如，散布波束B遍及时间，如此每个象限被至少一个波束B所覆盖，对于接近PS并且可能被多于一个波束位置所覆盖的无线传送/接收单元(WTRUs)来说可能是有用的。
应该注意的是类似于所有的RF传送，假使有一法拉第(Faraday)类型的阻碍时(意即，基本的金属顶部)，一个RF信号只停止在一实体点(physicalpoint)。通常信号相继消失，且边界为来自传送的峰值的某种清晰衰退数值。在本发明的应用中为了提供足够的覆盖，较佳是邻接的波束位置某种程度的部分重叠，此部分重叠倾向于更明显接近传送与接收天线。接近一公共建设天线场所，任何的无线传送/接收单元(WTRU)很可能可经由一些不同位置波束B来进行通信。经由数个波束位置而可进行通信的装置因而可，假如需要的话，使用此等多个位置而达到较高的数据速率。然而，装置离开更远时更可能经由只有一次立即的聚束(beaming)而能进行通信，且得到更高的数据速率需要另外的技术，例如，一个较长的停止时间。
请参阅图7，显示一实施例，共享信标频道经由被划分成n个号码的位置P，以P1至Pn标示，的胞元而被扫频。每个位置P代表一个不同的共享频道波束B，一个无线传送/接收单元(WTRU)位于波束位置P3中以及一PS位于胞元的中央。
请参阅图9是显示根据本发明实施例中图7的程序。程序81始于当共享信标频道经由位置P1至Pn在胞元附近(步骤91)被扫频时，每个位置P代表天线聚集的能量与其独特的共享信标频道信号的一个辨识字(identifier)。一个无线传送/接收单元(WTRU)位于获得一独特的共享信标频道(步骤92)的胞元覆盖区域中，然后，无线传送/接收单元(WTRU)回报所获的的信标辨识字至PS(步骤94)，此PS接收由来自无线传送/接收单元(WTRU)的辨识字并决定无线传送/接收单元(WTRUs)的位置(步骤96)，于是无线传送/接收单元(WTRU)指定一专用频道至无线传送/接收单元(WTRU)的方向(步骤98)。
本发明的另一个实施例显示于图8，其包含在每个区段的一共享频道波束，不必去扫频关于胞元的覆盖区域。虽然，如此的选择些微的增加在胞元中的干扰，但其提供了共享与专用频道相同的覆盖范围。如所示，PS具有八个位置P1至Pn，每个代表不同的未被扫频的独特共享信标频道信号，一个无线传送/接收单元(WTRU)是位于位置P4。
请参阅图10是显示根据本发明实施例中图8的一供选择的程序100。八个独特的共享信标频道信号被传送至胞元中(步骤101)的位置P1至P8，每个位置P代表天线聚集的能量的实体位置与其独特的共享信标频道信号的一个辨识字(identifier)。位于胞元覆盖区域中的一个无线传送/接收单元(WTRU)获得八个独特的共享信标频道信号(步骤102)的其中之一并且将波束辨识字获得哪一个波束(步骤104)回报至PS。PS接收来自无线传送/接收单元(WTRU)的辨识字并决定无线传送/接收单元(WTRU)的位置(步骤106)。于是，PS指定一专用频道至无线传送/接收单元(WTRU)的方向(步骤108)。
在此实例中，一个无线传送/接收单元(WTRU)被设置在或接近两个或多个区段的边界，此无线传送/接收单元(WTRU)可能有困难来辨识与哪一个区段相关联。当无线传送/接收单元(WTRU)获得一个区段时，系统会部署磁滞现象在其指示的规则系统中以确保无线传送/接收单元(WTRU)在希望另一个区段之前的某限定的时间具有一可接受的信号品质。
相关领域中熟习此技术的人士应可了解，波束的数目或者是如上所述遍布在一胞元中的波束位置已经于实例中使用。较多或是较少数目的波束，或者是波束的位置，得由熟悉此技术的人士作出种种的等效的变化或替换，然而皆在如附本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (19)

1.一种用以在基站中进行通信的方法，所述基站具有覆盖区域以用于在所述覆盖区域内服务至少一个无线传送接收单元，所述方法包括：
产生波束，所述波束具有比基站的覆盖区域窄的宽度；
在所述基站的所述覆盖区域周围的多个位置之间扫频所述波束的方向，每一个位置是以唯一辨识而区分；
从无线传送接收单元接收报告，所述报告指出所述位置的唯一辨识；以及
根据所侦测的位置而控制到所述无线传送接收单元的传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述辨识是每一个位置的唯一号码。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述辨识是时间标记，所述时间标记指出所述波束被传送的时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述辨识是对所述基站使用的相同时间参考的时间同步。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述时间参考是从全球定位系统获得。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法还包括基于所述基站与所述无线传送接收单元之间的时序关系而传送上行链路传输的步骤。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述波束是以多个位置之间的非连续的顺序而被扫频。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述波束是以多个位置之间的连续的顺序而被扫频。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该波束相较于其它位置更频繁地被指向特定位置。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该波束相较于其它位置持续更长时间地被指向特定位置。
11.一种用于通信的基站，包括：
天线，用以传送波束，所述波束具有比基站的覆盖区域窄的宽度；
用于在所述基站的所述覆盖区域周围的多个位置之间扫频所述波束的方向的装置，每一个位置以唯一辨识而区分；以及
用于根据所述惟一辨识而控制对于无线传送接收单元的传输的装置，所述惟一辨识在被所述无线传送接收单元所接收及报告的所述波束的位置上被接收。
12.根据权利要求11所述的基站，其特征在于所述辨识是被指定给每一位置的唯一号码。
13.根据权利要求11所述的基站，其特征在于所述辨识是时间标记，所述时间标记指出所述波束被传送的时间。
14.根据权利要求11所述的基站，其特征在于所述辨识是对所述基站使用的相同时间参考的时间同步。
15.根据权利要求14所述的基站，其特征在于所述时间参考是从全球定位系统获得。
16.根据权利要求11所述的基站，其特征在于所述多个位置之间的非连续的顺序而被扫频。
17.根据权利要求11所述的基站，其特征在于所述波束相较于其它位置更频繁地被指向特定位置。
18.根据权利要求11所述的基站，其特征在于所述波束相较于其它位置持续更长时间地被指向特定位置。
19.根据权利要求11所述的基站，其特征在于所述波束是以多个位置之间的连续的顺序而被扫频。
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