CN1091983C - 改进蜂窝式移动无线电通信系统中无线通信小区辐照的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

用于改进蜂窝式移动无线通信系统中无线通信小区辐照的方法，包括若干相邻、并部分重叠的邻近小区，其中每一小区的边界区域内设置有至少一固定发射机。为获得最佳的辐照，直接与某一小区邻接的小区的发射机用与该小区相同的信道组向之发射。从而不仅能由一固定发射机为位于该小区内的移动台提供服务，还能由邻近小区的发射机为其服务。各固定站分配有几个扇形天线，它们至少在其扇形发射区内部分重叠，并一起扫过至少360°的范围。

Description

改进蜂窝式移动无线电通信系统中无线通信小区辐照的方法及其装置

本发明涉及一种用于改进蜂窝式移动无线电通信系统中无线电通信小区辐照(radio cell illumination)的方法。

蜂窝式移动无线电通信网的特征在于将所提供的区域分成许多小区，每个小区都具有一个固定站。每个小区被分配有一个由几个信道组成的信道组。这些信道是指下文的话音信道，也称之为业务信道，通过这些信道保持与移动台的话音或数据通信。因此，这些信道是用于双向传输的双工无线信道，即一对具有一固定双工间隔的频率。可以通过频率、时间或信号形状(编码)的准则或者通过这些准则的组合来分隔信道和同样的信道组。在下面，为了原则上不加以任何限制地描述本发明的方法，假设一个信道组由一个或多个(双工)频率组成，而各个信道以时间复用(时分多路复用)的形式工作在上述的一个频率上。术语“移动台”包括各种设备，因而也包括便携式和手持用户设备。

为了获得尽可能高的用户容量，在不同的结合区域中这些信道组可以被尽可能经常地重复使用，即在空间上尽可能邻近的小区中重复使用(频率重复或信道重复使用)。另一方面，还必须同时保证没有公共信道干扰以及相互间的通话干扰。一种小区布置中，分配给这些小区的信道组是彼此不同的，并且可以用对小区相同的信道组分配在空间上重复这种布置，而在区域上没有间隙。这种小区布置被称作一个区群。

图6示出了一种由六角形全小区构成的七维区群布置。在一个这样的全小区布置中，在所有情况下，全方位的发射机都设置在各小区的中心。

通信过程中，如果一个移动台从一个小区变到一相邻小区，则该系统必须执行一个转移程序。这一程序被称作“过区切换”(美国也称之为“过区传接”)。在图6的正常网络中，这样一个过区切换程序同时需要从一个固定站到另一个固定站的接续转换，和从当前小区的无线电信道向另一个邻接的小区的无线电信道的改变。在这一过程中，在小区的各个边界经常存在着不希望有的、带有失去接续风险的多重转换。

我们知道，利用与扇形天线的小区对应的扇形区(简称扇形小区)，对于同样大小的区群能够获得信噪比的改善，或者对于同样的信噪比，能够减小该区群的大小。图8和图7示出了具有扇形小区区群的例子。

图7示出一个具有60°扇形小区的网络。

图6中的每个六角形小区被60°的定向天线分成6个起独立小区作用的三角扇形区，它们在种种情况下都被分配有属于其自己的信道组。因此，在所示的六角形三维区群中配置有18个不同的信道组。其优于图6之处在于，对于近似相同的信噪比，因构成区群的小区数目较少(3个小区而不是7个小区)而提高了信道重复的容量。但是，由于是18个信道而不是7个信道，所以这一优点重又被较差的组增益所部分抵消。所需的冗余度，即该区域的每一点确确实实仅提供有一个信道组，是没有的。

图8示出一个具有9个偏菱形扇形小区的六角形三维区群；该扇形小区具有120°定向天线。每个扇形小区分配有如图7所示的自己的信道组，因而，这里的三维区群中需要9个信道组。然而，其信噪比比图7中的要差。这是因为公共信道小区的主射束方向处于一条线，而图7中它们是彼此偏离的。在这种网络中也没有提供冗余度。

图6、7和8的布置属于现有技术，因而，相应的区群都是公知的。

在区群10、13的外侧，利用相同的场强分布重复同样的布置，其中固定站1-9以能避免干扰(相同波长的幅度的放大和发射)的方式进行发射。

然而，使用上述区群10、13的布置，其缺点在于只有少量信道组能够使用，这限制了控制各自扇形小区内所设置的多个移动台的可能性。

公知的带扇形小区以及在这些扇形小区的边界区域内设置扇形天线的区群原理的另一个缺点是各扇形小区只有由设在边界区域内的固定站提供的不充足的辐照。移动台离固定台越远，接收质量就越差，同时它还受到来自邻近小区固定站的干扰影响。

此外，在图8的公知扇形小区中，难于实现所谓过区切换程序。因为，扇形小区仅由设置在边界区域内的固定台提供不充足的辐照，如果不将移动台过区切换到邻近扇形小区的固定站，移动台中所收到的场强可能会存在过大的起伏。因而过区切换程序是靠不住的，并且其定时是至关重要的。

本发明的目的是提供一种诸如上面提到的方法，以这种方法能够采用简单的、无干扰的过区切换程序来达到改进无线电通信小区的辐照的目的。

为了实现这一目的，本发明提供一种用于改进蜂窝式移动无线电通信系统中无线电通信小区辐照的方法，其中多个邻近的和相邻的小区形成一个区群，每个小区的边界区域内设置有至少一个具有至少一个扇形天线的固定发射机，所述扇形天线利用一个信道组的无线电通信频率至少扫过该小区的区域，其特征是当小区的固定发射机为其自身提供服务时，直接与该小区相邻的邻近小区的固定发射机以相同的信道组向该小区发射。

本发明的一个特征在于：不再像以往那样对一个小区确定一个单一的固定站，而是与最初提及的小区相邻的邻近小区的固定站也用相同的信道组向这个最初提及的小区的区域内进行发射。

这样就确保了设置在一个小区内的每个移动台不仅可由设置在本小区内的一个固定站提供服务，而且也可由多个邻近小区的固定站提供服务。

每个固定站也不像以往那样确定一个120°的扇形天线，而是确定6个其辐射区域各有60°重叠的扇形天线。对一个固定站的6个扇区中的每一个都分配有自己的信道组。相互对面的邻近固定站的扇区具有相同的信道组，并由互相同步。原则上每个移动台总是由三个最靠近的固定站以新的方式提供服务。对各固定站中的每个信道提供一个单独的功率配置，其中调整该信道上相应的固定站功率，与其在该移动台的接收机输入端的贡献成比例。还对各固定站中的每个信道提供附加的边界条件，即接收机输入端的总功率刚好超过对衰减情况下给定的传输质量的最低允许信噪比(适当的功率配置)。按照本发明的一个独立的主题，以下面的方式对每个固定站各个信道上的发送进行预加重，即到移动台的发送通路起均衡器的作用。因而，各固定站在接收机处的贡献得到最佳均衡，并且各个贡献相互同步地叠加。各移动台的发送基本上由三个最靠近的固定站接收，再送到分集合并装置。

这意味着决定了在通过相同的信道组发射的固定站之间哪个固定站可以把发射机功率发射到要被辐照的小区去。

例如，如果车辆现在位于两固定站之间的中心区域，但远离第三固定站，则以这样一种方式调整各个固定站的功率，即最靠近该车辆的两个固定站在所有情况下发射其功率的一部分，而第三固定站则被断开。

因此，其基本优点在于，由于从几个侧面辐照小区，各小区可得到最佳无线通信小区辐照，这在以前是不可能的。

也可通过固定侧的控制，调整移动台的功率，也能看到最低允许信噪比的情况。可根据分别接收的功率足以精确地计算出功率调整参数。

总之，作为这种网络结构的结果仍然取六角形的小区图形，这些六角形小区互相交错，它们每一个都配有自己的信道组。

这些小区由固定站从6个角落中的3个对其辐照，并且其各有1/3彼此重叠。因此，每个这样的小区由两个信道组覆盖。

在这样的网络中，存在着两种过区切换形式。首先是一种“含蓄”的或“软”的过区切换，这种切换通过适当的功率配置发生在固定侧上，而且移动台不能识别它。这种过区切换通过顺序转换，发生在以相同信道组控制一个小区的3个固定站之间。既然是这样，如前所述，至少一个或两个固定站以链路保持联系。不会发生信道的变化。

其次是一种在两个小区之间的重叠区域中具有信道变化的普通过区切换，它总是发生在这样的区域中，对这些区域通常由两个固定站在原信道和新信道上对它们提供良好的均等服务，并且这样的区域不与扇形边界或普通无线电通信区域边界相重合。因而，这种过区切换既可靠且其定时也不是至关重要的。

通过数学算法来确定固定站的功率调整。

本发明的优点如下：

形成了就整个频率而言具有显著增益的三维区群，

“不引人注意”地进行过区切换程序，并且完全避免了各种问题的发生，

按照计划其服务质量显著地高于已知网络的服务质量。

本发明的主题不仅可以从各个权利要求中得出，也可以由各个权利要求相互组合得出。本文件(包括摘要，尤其附图所示的特殊结构)所公开的全部细节和特征就其各自的新颖性或者配合，与现有技术相结合，将作为对本发明提出权利要求的基础。

下面结合表示实施例的附图对本发明进行更详细的描述。本发明进一步的重要特征及其优点在附图和相应的描述中是很清楚的。

图1示出了根据本发明的具有边际辐照(marginal illumina-tion)的六角形小区图形；

图2以更加详细的放大视图示出了图1的中间小区；

图3示出了本发明的带有120°扇形天线的网络和具有边照明的六角形小区，还表示出本发明的多次重叠；

图4示出了根据本发明在两个小区的重叠区内具有信道变化的过区切换；

图5示出了根据本发明在一个三维区群中具有6个信道组的天线辐照。

图6示出了现有技术的全小区；

图7示出了现有技术的具有60°扇区的三角形小区；

图8示出了现有技术的具有120°扇区的扇形小区；

图6、7和8已在详细描述区群概念的介绍中进行了描述，它们属于现有技术。例如，根据图8，我们知道那里所示的固定站1，2，3，4向具有一单一扇形天线和120°夹角的扇形小区20至23辐射，这种设置具有这样缺陷，即在相关扇形小区20-23中车辆离开相应的固定站越远，接收质量则越差。

车辆越是靠近另一个邻近扇形小区中的固定站，则在一扇形小区(例如扇形小区20)的信道组与在一邻近区群的一个扇形小区(例如扇形小区20a)中的相同信道组之间存在干扰的危险越大。

根据本发明，如图1所示提出了一个新颖的小区概念，例如它由6个天线控制，每个天线重叠60°，其中图1中仅简略地示出与每个固定站1，2，3相应的天线的天线辐射束。

图1是要表明，当一移动台位于例如小区20内时，该移动台(图3的车辆34)不仅由直接与该小区20相关的固定站1提供服务，而且也由固定站2和固定站3提供服务。

类似地，这一概念适用于所有其它邻近小区22、24、25、26。

借助于一个具有以120°扇形夹角12辐射的扇形天线的实际例子，通过附图2和3更详细地描述图1所示的实例。

这里，为了对附图进行放大，假设有6个天线A、B、C、D、E、F，并且天线A-F中的每一个都扫过一个扇形夹角a-a或b-b或c-c等等直到f-f。

因此，与小区20相应的固定站1具有6个天线，这些天线以在整个圆的四周均匀分布的方式进行发射，因而不仅发射到小区20，还同等地发射到邻近小区25和26。此外，它还为另外3个其六角形边界在图3中的虚线所示的小区提供服务，其中的两个小区与中间小区20互相有1/3的部分重叠。

上述情况同样适用于具有扇形天线的固定站2，它的天线同样不仅辐射到自己的小区21，而且还辐射到小区20和邻近小区22。此外，该固定站2还为3个以上的重叠小区服务。

类似地上述情况同样适用于固定站3。

由此可以得出结论(相对于被观察的小区20)，位于小区20内的车辆34由3个不同的固定站1-3供给发射的功率。

总之，利用6个信道组构成了两个三维区群，它们彼此交错并相互重叠，而且彼此偏离一个小区半径，如图3所示。这里应该指出，按照本发明的网络具有与图6、7、8的已知布置相同的固定站数量。因而不增加站的数量也行。

通过所述天线A-F的重叠来获得可能的频率数值。每个天线A-F以扇形夹角27-32向外发射，在实际的例子中，该扇形夹角被表示为120°。在本发明的另一实施例中，该扇形夹角也可以是90°(具有45°的重叠)或60°(具有30°的重叠)。

例如，通过与固定站1相对应的图2中的例子表明天线A与天线B在重叠区域38重叠。类似地，天线A与天线F在重叠区域37重叠。

例如，由于天线A以不同于天线B或天线F的频率发送。所以能发生重叠。由于有例如16个话音信道既适用某一信道组又适用另一个也向小区20发射的信道组，因而将会大大增加小区20范围内可能的通话的数量。

不言而喻，同样的情况一定也存在于固定站2、3的其它扇形天线中。这就是说，相对于与小区20相应的固定站2，存在着天线C与B和C与D的重叠，并且不言而喻，在所有情况下这些天线都象前面由固定站1的例子所描述的天线那样，在同一信道组上向外发射，以便为位于小区20的区域内的车辆均匀地提供分别产生的发射频率。

此外，上述解释同样适用于固定站3的扇形天线。

借助于图4，将对一个所谓的过区切换程序进行描述，所谓的过区切换程序发生在从一小区20向一邻近的重叠的小区的转移过程中。

这里假设车辆34大约位于两个固定站1、2之间的中心区域，并且离固定站3最远。现在在上述固定站1、2、3之间进行商议，目的是确定哪一个固定站被认定具有与移动台(车辆34)通信的能力。由于车辆34从两个固定站1，2接收的辐射束18、19最强，而从固定站3接收10的辐射束36很弱，所以固定站3被断开，而另外两个固定站1，2，每个都用其大约1/3的有效功率进行发射。“有效功率”在这里被定义为由一个单独的固定站向小区20的整个区域提供的有效功率，它近似于图6的中心布置。

利用本发明的这种方法，六角形小区内可以通过上述功率的适当分配建立与从一个固定站向另一固定站有关的通过无线电通信的转换，而不必改变无线电信道。可通过数学算法来确定功率分配。

如果移动台(车辆34)从一个小区移到一个邻近的重叠的小区，则执行带信道改变的过区切换。在图4中，由固定站1，2和3提供服务的小区20横向地受到两个边缘16和17的约束，而由固定站1、2和3提供服务的邻近的重叠小区利用边缘14和15扩展进入到小区20中。

在这两个小区之间的过渡区域有一个转换区33，由于固定站1和2发射的辐射束18、19，该区域近似于椭圆。在这种情况下，车辆34沿着箭头35的方向移出小区20，其方向向着固定站4。

通过在各个固定站1，2，3之间进行监视检测这种移动，并且固定站3的射束被中断，其中移动台34仅由固定站1，2以近似相等的部分提供服务。

这时可以在这种伸长的椭圆区域内，执行有无线电通信道变化的过区切换。因而，过区切换总是发生在由两个固定站按照规定在原信道和新信道上对其提供良好的均等的服务的区域内，而且这些区域不与扇形边界或普通的小区边界相重合。因而，与目前的网络相反，使用按照本发明方法的这种过区切换是可靠的，其定时不是至关重要的，并且与确切的位置无关。以这种方法，还能够避免不想要的多重转换。当然，所述的程序以相同的方式适用于朝任意方面移动的移动台，并且它能进入任何其它的邻近的、重叠的小区。

除了这种过区切换程序的可靠性以外，还应提及的另一个优点是实际所用的小区的信道组的边界被减小到每两个固定站之间的过区切换边界的外侧，这些边界在许多部分近似为椭圆，如图4中固定站1和2之间所示的那样。另外，该网络中的信噪比也得到了改善。

图5示出了一个三维区群所需的6个信道组1-6的配置，对于固定站FS1-FS3的120°扇形天线，这样的三维区群可以是连续区域，这里FS1’具有与FS1相同的天线辐照。类似地，这同样适用于FS2’和FS3’。

最后，下面提一下作为本发明的单独的或几个权利要求限定的网络的主要优点：

利用多重重叠改进了提供服务的可靠性；

利用固定侧的发射机和接收机分集(diversity)降低了固定站和移动台的发射机功率；

改进了网络中的信噪比，这种改进转变为降低了公共信道的重复间隔；

可靠的过区切换程序，其中时间和空间不是至关重要的，不存在失去现存连系的危险；

由于信道组数目较少，即每个信道组中有较多的信道，也由于提供服务的冗余度，使得具有良好的信道的负载携带容量。

这些特征使得在节约频率资源方面，进而在有限可用频带内能够服务的用户数量方面有了显著的提高，由于提供服务的改进和可靠的过区切换程序，改进了为用户提供服务的质量，而并不导致固定站数量的增加。

附图中的符号说明如下：

1-9为固定站；

10为区群；

12为扇区夹角；

13为区群；

14-17为边缘；

18、19为发射的辐射束；

20为小区；

20a为公共信道小区；

21-26为小区；

27-32分别为扇形夹角天线A、B、C、D、E和F；

33为过区切换区；

34为车辆(移动台)；

35为箭头；

36为发射的辐射束；

37、38为重叠区域。

Claims (19)

1.用于改进蜂窝式移动无线电通信系统中无线电通信小区辐照的方法，其中多个邻近的和相邻的小区(20-26)形成一个区群(10，13)，在每个小区(20)的边界区域内设置有至少一个具有至少一个扇形天线的固定站(1)，所述的扇形天线利用一个信道组的无线电通信频率至少扫过该小区(20)的区域，其特征在于：当小区(20)的固定站(1)为其自身提供服务时，直接与该小区(20)相邻的邻近小区(21，23)的固定站(2，3)以相同的信道组向该小区(20)发射。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于：固定站(1，2，3)是互相同步的。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于：每个位于小区(20)内、设置在车辆(34)上的移动台由不同的固定站(1，2，3)同时提供服务，所述固定站的数目少于等于3、且大于零。

4.根据权利要求1至3中任何一项的方法，其特征在于：在每个固定站(1，2，3)中的每个信道利用一个单独的可变功率进行发射，其中，与固定站(1，2，3)在设置于车辆(34)上的移动站的接收机输入端的发射机功率的成分成比例地调整该固定站(1，2，3)的相应功率。

5.根据权利要求1至3中任何一项的方法，其特征在于：在每个固定站(1，2，3)中的每个信道利用一个单独的、可变功率进行发射，其中，与固定站(1，2，3)的接收机输入端从设置在车辆(34)上的移动站接收的功率成比例地调整固定站(1，2，3)在这个信道上的相应功率。

6.根据权利要求4的方法，其特征在于：固定站(1，2，3)的发射机功率按这样的方式进行调整，即它们在设置在车辆(34)上的移动台的接收机输入端的总功率刚好超过在衰减情况下对给定传输质量的最低允许信噪比。

7.根据权利要求5的方法，其特征在于：固定站(1，2，3)的发射机功率按这样的方式进行调整，即它们在设置在车辆(34)上的移动台的接收机输入端的总功率刚好超过在衰减情况下对给定传输质量的最低允许信噪比。

8.根据权利要求6的方法，其特征在于：设置在车辆(34)上的移动台的发射在由该车辆所处的小区(20)的固定站(1)接收的同时由相邻小区的固定站(2，3)接收，并且固定站(1，2，3)之间进行发射机功率的调整，以便最靠近车辆(34)的固定站发射其部分功率，而远离该车辆的固定站发射其功率的很小一部分，或被完全关断。

9.根据权利要求7的方法，其特征在于：设置在车辆(34)上的移动台的发射在由该车辆所处的小区(20)的固定站(1)接收的同时由相邻小区的固定站(2，3)接收，并且固定站(1，2，3)之间进行发射机功率的调整，以便最靠近车辆(34)的固定站发射其部分功率，而远离该车辆的固定站发射其功率的很小一部分，或被完全关断。

10.根据权利要求8或9的方法，其特征在于：设置在车辆(34)上的移动台的发射由该车辆所处的小区的固定站(1)接收，同时由相邻小区(21，23)的固定站(2，3)接收，并且利用从本文献所知的方法对这些被接收的用来改善质量的信号进行分集合并。

11.根据权利要求8或9的方法，其特征在于：通过适当配置辐照该小区的固定站(1，2，3)的功率，建立在通信状态下设置在车辆(34)上的移动台从一小区(20)的某一扇区到该小区的一个邻近扇区的过区切换程序。

12.根据权利要求11的方法，其特征在于：，设置在车辆(34)上的移动台，通过信道变化，以如下方式建立在通信状态下从一小区到一邻近小区的过区切换程序，即至少一个固定站(1，或2，或3，或1和2，或1和3，或2和3)在过区切换的前后都处于链路中。

13.一种蜂窝式移动无线电通信系统中所用的无线电通信小区辐照装置，在所有情况下，它都包括一个或多个小区构成区群，其个每个小区的边界区域至少设置一个固定站，该固定站包括至少一个扇形天线，该扇形天线利用一信道组扫过至少该小区(20)的区域，其特征在于：几个扇形天线(A至F)与每个固定站(1至9)相对应，这些天线至少在它们的扇形发射区域内部分重叠并一起扫过至少360°的范围。

14.根据权利要求13的装置，其特征在于：固定站(1至9)设有总共6个扇形天线(A至F)，其中每一个都具有一个120°的扇形夹角，并且所有情况下这些扇形天线(A至F)的发射区域都重叠60°。

15.根据权利要求13的装置，其特征在于：固定站(1至9)设有总共8个扇形天线，其中每一个都具有一个90°的扇形夹角，并且所有情况下这些扇形天线的发射区域都重叠45°。

16.根据权利要求13的装置，其特征在于：固定站(1至9)设有总共12个扇形天线，其中每一个都具有一个60°的扇形夹角，并且所有情况下这些扇形天线的发射区域都重叠30°。

17.根据权利要求13至16中任何一项的装置，其特征在于：在每个固定站(1，2，3)中的每个信道的发射机功率是作为该固定站(1，2，3)的接收机输入端由设置在车辆(34)上的移动台接收功率的函数而变化的，并且根据该移动台的相应发射机功率进行调整。

18.根据权利要求13至16中任何一项的装置，其特征在于：每个固定站(1-3)仅发射必须提供给整个小区(20)作发射机功率用的一部分功率。

19.根据权利要求17的装置，其特征在于：每个固定站(1-3)仅发射必须提供给整个小区(20)作发射机功率用的一部分功率。

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