CN1270449C - 定向波束通信系统、定向波束通信方法、基站及控制器 - Google Patents

Abstract

本发明的一个目的就是提出了一种定向波束通信系统，由此通过在多个相邻扇区中共用一阵列天线而减小了将要传送的定向波束的波束宽度，以便增加干扰抑制效果。将该定向波束通信系统配置成可利用从包括有多个天线元件(a)的天线阵列(A)传送而来的一定向波束来与位于由多个扇区(S1)和(S2)所构成的服务区中的一移动发射站MS进行通信。在至少两个相邻扇区(S1)和(S2)中共用用于对定向波束进行传输的阵列天线(A)。

Description

定向波束通信系统、定向波束通信方法、基站及控制器

技术领域

本发明涉及用于从包括有多个天线元件的天线阵列传送而来的一定向波束来与位于由多个扇区所构成的服务区中的一移动发射站进行通信的一定向波束通信系统和一定向波束通信方法。同时本发明还涉及在该定向波束通信系统和定向波束通信方法中所使用的一基站和一控制器。

背景技术

传统的移动通信系统使用一蜂窝式系统，通过将每一个都与一信元相关的多个基站安排在信元中而使该蜂窝式系统可覆盖一服务区。

传统的移动通信系统采用了扇区结构，在该扇区结构中将一信元C划分成多个扇区S并且每个扇区中安装一基站天线，以便构成服务区。

通常，传统的移动通信系统使用如图1A所示的将一信元C划分成三个扇区S的三扇区结构，或者使用如图1B所示的将一信元C划分成六个扇区S的六扇区结构。

在移动通信系统中，可使自调谐天线阵列传输定向波束的技术被认为是可使移动基站减小另一移动基站所造成的干扰的一技术。

该技术可通过利用多个天线来传输定向波束并根据适当地加权值来组合其输入到每个天线中的信号而减小了由另一移动发射站所造成的干扰功率，以便发出定向的信号以对其进行传输。

例如，在DS-CDMA(直接序列码分多址)无线接入系统中，已提出了一种其利用上行链路的导频符号的CAAAD(相干自适应分集式天线阵列)接收方法。

在传统的移动通信系统中，大家熟知这样一种自适应天线阵列传输方法，该方法为上行链路中由RF发射机和接收机电路的幅度和相位波动所形成的波束图进行补偿并在下行链路中传输具有已补偿波束图的定向波束。

自适应天线阵列传输方法可减小由位于同一扇区中的另一移动发射站所造成的干扰功率以及位于另一信元或扇区中的另一移动发射站所造成的干扰功率。

总而言之，在传统的移动通信站中存在两种下行链路信道。一种是对每个移动发射站所指定的专用信息进行传输的专用信道，另一种是对扇区内所有移动发射站所公用的控制信息进行传输的公共信道。

图2A给出了用于在下行链路中对专用信道进行传输的一波束的波束图B1和B2的示例。如图2所示，基站BS利用阵列天线A将具有波束图B1的定向波束传送到移动发射站MS#1，并且基站BS利用阵列天线A将具有波束图B2的定向波束传送到移动发射站MS#2。

更具体的说，基站BS通过定向波束传输使每个移动发射站MS#1或MS#2的专用信道的波束变窄了，以便减少移动发射站MS#1与MS#2间的干扰功率。

另一方面，图2B给出了用于在下行链路中对公用信道进行传输的一波束的波束图B3的一示例。如图2B所示，基站BS利用阵列天线A将具有波束图B3的非定向波束传送到移动发射站MS#1和MS#2。

因为用于传输控制信息的公用信道必须被位于同一扇区中的所有基站所接收，因此如图2B所示通过非定向波束来传输公用信道。公用信道可以由独立与阵列天线所安装的扇区天线所传输。

如图3A所示，将应用自适应天线阵列传输方法的基站配置成各个扇区S1至S3的具有天线阵列A1至A3并且该基站根据为每个扇区所独立创建的加权值来传输定向波束。

通常，能够安装在每个信元中的天线元件的数目受限于基站BS的安装条件的限制。

例如，如图3B所示，当信元C包括六个或多个扇区(S1至S6)时，传统的自适应天线阵列传输方法设置了如图4A和4B所示的其直线间隔为半波长的六个天线元件a1或a2，以便形成其波束宽度为17°的定向波束并对所形成的定向波束进行传输。

图4A和4B给出了在六扇区结构中每个扇区S1或S2中的天线阵列A1或A2的天线元件a1或a2数目是六个的情况下的仅仅两个相邻扇区。假设天线元件的水平波束宽度是60°。

然而，当扇区S的数目大于上述所述的数目时，每个扇区S1或S2中的天线阵列A1或A2的天线元件a1或a2数目则很少，以便增加阵列天线A1或A2所传输的定向波束的波束宽度。这造成了这样一个问题，即干扰抑制效果减小了。

尤其是，当CDMA(码分多址)系统用作无线接入系统时，基站通常利用用于对每个扇区进行标识的一特定扰码以及用于对每个扇区中的每个信道进行标识的一信道化码来传播下行链路信号并对其进行调制。

此时，信道化码通常采用一正交码，并且可维持其使用相同扰码的信道间的正交性。因此，可将信道之间所造成的干扰功率控制到很小。

这里，在三扇区结构的情况下，因为每个扇区中的阵列天线的天线元件数目相对很大，并且阵列天线所传输的定向波束具有很小的波束宽度，这样可获得很大的干扰抑制效果。

如果信道化码的传播因子是N，信道化码的数目则是N。这里，在可对扇区中的N个信道或更多的信道进行调节的情况下，信道化码则不足，并且必须利用位于同一扇区中的用于对信道进行标识的多个扰码来进行通信。

然而，当多个扰码用在同一扇区中使用时，其分配有不同扰码的信道之间会产生干扰，并且这导致了这样一个问题，即系统容量减小了。

另一方面，在六扇区结构的情况下，每个扇区的面积是三扇区结构的情况下的每个扇区面积的一半。所以每个扇区被补偿的移动站数目是一半，因此，信道化码不欠缺。

然而，因为如上所述的每个扇区中的阵列天线的天线元件数目减少了，阵列天线所传输的定向波束的波束宽度是增加的，这导致了干扰抑制效果减小了。

发明内容

针对前面所描述的，本发明的一个目的就是提出了一种定向波束通信系统、一种定向波束通信方法、一基站以及一控制器，由此通过在多个相邻扇区中共用一阵列天线而减小了将要传送的定向波束的波束宽度，以便增加干扰抑制效果和系统容量，同时可确保分配给移动发射站的信道化码数目。

本发明的第一方面概述了一定向波束通信系统，该系统利用从包括有多个天线元件的天线阵列传送而来的一定向波束来与位于由多个扇区所构成的服务区中的一移动发射站进行通信。在至少两个相邻扇区中共用用于对定向波束进行传输的阵列天线。

本发明的第二方面概述了一定向波束通信方法，该方法利用从包括有多个天线元件的天线阵列传送而来的一定向波束来与位于由多个扇区所构成的服务区中的一移动发射站进行通信。在至少两个相邻扇区中共用用于对定向波束进行传输的阵列天线。

本发明的第三方面概述了一基站，该基站利用利用从包括有多个天线元件的天线阵列传送而来的一定向波束来与位于由多个扇区所构成的服务区中的一移动发射站进行通信。在至少两个相邻扇区中共用用于对定向波束进行传输的阵列天线。

在第三方面，基站包括一接收机和一传播调制器。该接收机被配置成获得了由移动发射站所测定的公共信道的接收质量信息。该传播调制器利用一扰码来执行传播调制。根据接收质量信息所指定的移动发射站的位置来将扰码分配给该移动发射站所处的扇区。

在第三方面，通过所安装的独立于阵列天线的一扇区天线来传输公用信道。为所述每个扇区安装了该扇区天线。

在第三方面，基站可包括一DOA估计器和一传播调制器。该DOA估计器被配置成对从移动发射站传送来的信号的到达方向进行估计。该传播调制器利用一扰码来执行传播调制。根据由达到方向所指定的移动发射站的位置来将该扰码分配给移动站下行链路的专用信道。

本发明的第四方面概述了一种对基站进行控制的控制器，该基站利用利用从包括有多个天线元件的天线阵列传送而来的一定向波束来与位于由多个扇区所构成的服务区中的一移动发射站进行通信。该控制器包括一位置指定器、一扰码分配器、以及一通知器。该位置指定器根据移动发射站上的公用信道的接收质量或从移动发射站传送来的信号的到达方向来指定移动发射站的位置；该扰码分配器将一扰码分配给移动发射站的下行链路的专用信道。该通知器被配置成向基站通知所分配的扰码。

附图说明

图1A和1B给出了传统扇区结构的示意图；

图2A和2B给出了传统的在下行链路中所传输的一波束的波束图的示意图；

图3A和3B给出了传统的移动发射站的结构示意图；

图4A给出了应用于传统定向波束传输的基站的天线阵列所传送的水平波束图的示意图；

图4B给出了应用于传统定向波束传输的基站的天线元件所传送的水平波束图的示意图；

图5给出了根据第一实施例的定向波束通信系统的结构示意图；

图6A给出了根据第一实施例的由基站的阵列天线所传送的水平波束图的示意图；

图6B给出了根据第一实施例的由基站的天线元件所传送的水平波束图的示意图；

图7A给出了根据第二实施例的由基站的阵列天线所传送的水平波束图的示意图；

图7B给出了根据第二实施例的由基站的天线元件所传送的水平波束图的示意图；

图8给出了根据第二实施例的其共用基站阵列天线的扇区间的扰码变换控制示意图。

图9给出了根据第二实施例的定向波束通信系统的结构示意图；

图10给出了根据第二实施例的定向波束通信系统的操作流程图；

图11给出了根据第二实施例的定向波束通信系统的结构方框图；

图12给出了根据第三实施例的定向波束通信系统的操作流程图。

具体实施方式

参考图5至图6，对本发明的第一实施例进行详细的说明。图5给出了根据第一实施例的定向波束通信系统的结构。

如图5所示，根据第一实施例的定向波束通信系统包括位于信元C1和C2上的多个移动发射站MS、所安装的分别与多个信元S1和S2相对应的多个基站BS1和BS2、以及与基站BS1和BS2相连的一无线电网络控制器(RNC)。

无线电网络控制器2通过有线传输路径而与多个基站BS1和BS2相连。无线电网络控制器2被配置成执行每个移动发射站MS的位置登记管理、为每个基站BS1和BS2分配扰码等等。

基站BS1包括由每一扇区多个天线元件a1组成的一天线阵列A1，并且基站BS2包括由每一扇区多个天线矩阵a2组成的一天线阵列A2。

每个基站BS1和BS2利用由每个阵列天线A1和A2所传输的定向波束来与位于一服务区中的多个扇区上的移动发射站MS进行通信。

在传统定向波束通信系统中，每个扇区的每个阵列天线包括六个天线元件。在总的六扇区中每一信元的阵列天线的天线元件数目是36。

尤其是在第一实施例中，如图6A所示，每个天线元件具有120°的水平波束宽度以可覆盖住两个扇区S1和S2，并且在每个基站BS1和BS2中的相邻扇区S1和S2之间共用一个12个元件的阵列天线A。

特别是，如图6B所示，12个天线元件以间隔为半波长而线性排列，以便形成其波束宽度为8.5°的定向波束并对所形成的定向波束进行传输。

根据第一实施例，定向波束通信系统通过在多个扇区S1和S2中共用其具有多个天线元件的阵列天线A而增加了干扰抑制效果，并且使定向波束的水平波束宽度变窄了。

参考图7A至10，对本发明的第二实施例进行详细的说明。

图7A给出了根据第二实施例的水平波束图及由基站所传输的公共信道的扰码的一示例。

图7B给出了根据第二实施例的水平波束图及由基站所传输的专用信道的扰码的一示例。

如图7A所示，在第二实施例中，由为每个扇区S1和S2所安装的独立于天线阵列A的扇区天线SA1和SA2来传输公用信道。

这些扇区天线SA1和SA2的波束图具有60°的波束宽度。将各个特定的扰码#1和#2分配给扇区S1和S2。

在第二实施例中，基站MS被配置成对传输到每个扇区S1和S2的每个公共导频信道(CPICH)的接收质量(例如，所接收到的信号功率)进行测定。无线电网络控制器2被配置成将其公共导频信道具有最佳接收质量的扇区选为移动发射站MS所处的扇区。

特别是，移动发射站MS测定每个公共导频信道的接收质量并通过基站BS将接收质量的测定结果通知给无线电网络控制器2。无线电网络控制器2确定移动发射站所处的扇区。

无线电网络控制器2被配置成将每个移动发射站MS所处扇区所指定的一扰码分配给移动发射站MS的专用信道。

如图7B所示，基站BS被配置成利用定向波束来对其分配有一扰码的专用信道进行传输，该扰码是移动发射站MS所处的扇区所指定的一扰码。

另外，在第二实施例中，如图8所示，在移动发射站MS从一扇区S1移动到一扇区S2的情况下，移动发射站MS根据传送到扇区S1和S2的公共导频信道的接收质量来检测移动发射站MS所处扇区的变化，并且无线电网络控制器2将扇区S1所指定的扰码#1变为扇区S2所指定的扰码#2。这里，扇区S1和S2共用阵列天线A。

此时，无需考虑扰码的变化即可连续的更新定向波束的加权值(天线值)。

(定向波束通信系统的结构)

图9给出了根据第二实施例的定向波束通信系统的结构方框图。

如图9所示，移动发射站MS包括一接收单元31、一接收质量测定单元32、一通知单元33、以及一传输单元34。

接收单元31被配置成接收从多个基站BS传送而来的公用信道和专用信道。

接收质量测定单元32被配置成测定所接收到的公用信道的接收质量。

通知单元33被配置成通过基站BS将来自传输单元34的由接收质量测定单元32所测定的接收质量信息通知给无线电网络控制器2。

无线电网络控制器2被配置成对基站BS进行控制。如图9所示，无线电网络控制器包括一通信单元21、一当前位置确定单元22、以及一扰码分配单元23。

通信单元21被配置成通过有线传输路径来将数据传送到每个基站BS，并通过有线传输路径来接收来自每个基站BS的数据。

当前位置确定单元22被配置成根据移动发射站BS所通知的公用信道的接收质量信息来确定每个移动发射站MS的当前位置。

扰码分配单元23被配置成根据所确定的当前位置来分配扰码。

通信单元21将扰码分配单元23所分配的扰码通知给每个基站BS。

基站BS被配置成利用由包括有多个天线元件的一阵列天线所传送的定向波束来与位于由多个扇区S所构成的服务区中的移动发射站MS进行通信。

如图9所示，基站BS包括一阵列天线控制单元11、一扇区天线控制单元12、一通信单元13、以及一传播调制单元17。

阵列天线控制单元11被配置成控制哪个扇区可共用阵列天线14的扇区。阵列天线控制单元11被配置成允许阵列天线14可执行定向波束的传输和接收。

扇区天线控制单元12被配置成控制扇区天线15。安装并独立提供给阵列天线14一个或多个扇区天线1以便与多个扇区相对应。通过该扇区天线15来传输和接收公用信道。

通信单元13通过有线通信路径将数据传送到无线电网络控制器2，并通过有线通信路径来接收无线电网络控制器2的数据。

例如，通信单元13获得了由移动发射站MS对其进行测定的公用信道的接收质量信息。

传播调制单元17被配置成利用分配给移动发射站MS所处扇区的特定扰码来执行传播调制。

(定向波束通信系统的工作状况)

图10给出了根据第二实施例的用于改变定向波束通信系统中的扰码的一控制处理的流程图。

如图10所示，在步骤101，当移动发射站MS从扇区S1移动到扇区S2时，在步骤102，移动发射站MS的接收质量测定单元32对每个扇区S1和S2的公共导频信道所接收的信号功率进行测定。

在步骤103，移动发射站MS的通知单元33通过基站BS将所测定的接收信号功率通知给无线电网络控制器2的通信单元21。

在步骤104，无线电网络控制器2的当前位置确定单元22根据所通知的移动发射站的接收信号功率来确定移动发射站MS的当前位置。

在步骤105，扰码分配单元23将特定扰码分配给当前位置(扇区)，并且通信单元21将所分配的扰码通知给每个基站BS。

在步骤106，基站的通信单元13接收来自无线电网络控制器2的通知，并且传播调制单元17利用无线电网络控制器2所通知的扰码来执行传播调制。

阵列天线控制单元11控制对阵列天线14的共用，以便利用定向波束来传输专用信道。

(定向波束通信系统的操作和效果)

利用根据第二实施例的定向波束通信系统，可在多个扇区中共用阵列天线14，这使得每个扇区中所使用的天线元件数目增加了。

因此，定向波束的波束宽度变窄了，并且干扰抑制效果增加了。

在第二实施例中，移动发射站MS的接收质量测定单元32对每个公共导频信道的接收质量进行测定。无线电网络控制器2根据所测定的接收质量来确定移动发射站MS的当前位置，并根据所确定的当前位置来控制对阵列天线的共用。

因此，根据移动发射站MS的接收环境可有效的执行定向波束的传输和接收。

另外，在第二实施例中，通过所提供的独立于阵列天线14的扇区天线15来传输公用信道。

因此，可根据不同的波束图来控制公用信道和专用信道。，并且根据通信环境可实现定向波束的各种控制。

另外，在第二实施例中，每个扇区被分配有一特定扰码。因此，即使当在相邻扇区中共用阵列天线14时，不会存在信道化码不足的问题，并且可确保将大量的信道分配给移动发射站MS。

[第三实施例]

参考图11和12，对本发明第三实施例进行详细的说明。

在第三实施例中，基站BS利用在每个阵列天线中所接收的上行链路信号来估计从每个移动发射站传送来的信号的到达方向(DOA)。无线电网络控制器2被配置成根据所估计的DOA来确定移动发射站所处的扇区。

特别是，移动发射站BS估计每个移动发射站MS的DOA，并将所估计的DOS通知给无线电网络控制器2。

无线电网络控制器2确定移动发射站MS所处的扇区。无线电网络控制器2将所指定的扇区所特有的扰码分配给每个移动发射站的专用信道。

随后，移动发射站BS利用定向波束来将具有所分配的扰码的专用信道传送到下行链路中的每个用户，该扰码是所指定的扇区所特有的扰码。

这里，在估计DOA的方法中，例如，基站BS中的阵列天线主瓣是每单位阶跃角度所扫描的全部方向(例如1°)，并且将具有最大接收功率的方向确定为所估计的DOA。

当移动发射站MS从共用阵列天线的扇区S1移动到扇区S2时，并且当从移动发射站MS传送来的上行链路信号地DOA超过了与扇区间的预定边界相对应的方向(角度)时，无线网络控制器2改变扰码。这里，通过DOA估计而获得了上行链路信号的DOA。

(定向波束通信系统的结构)

图11给出了根据第三实施例的定向波束通信系统的结构方框图。在第三实施例中，移动发射站MS不必具有特殊的结构并且可由公知的设备来实现。

如图11所示，基站BS包括一阵列天线控制单元11、一DOA估计单元16、一通信单元13、以及一传播调制单元17。

阵列天线控制单元11被配置成控制阵列天线14以便执行定向波束的传输和接收以及阵列天线14的共用。

通信单元13被配置成通过有线传输路径来将数据传输到无线电网络控制器2，并通过有线传输路径来接收来自无线电网络控制器2的数据。

DOA估计单元16被配置成估计从移动发射站MS传送来的信号的到达方向。

传播调制单元17被配置成利用分配给移动发射站MS所处扇区的特定扰码来执行传播调制。这里，根据所估计的到达方向将扰码所指定的移动发射站MS所处的位置，将扰码分配给移动站MS所处的扇区。。

如图11所示，无线电网络控制器2包括一通信单元21、一当前位置确定单元22、一扰码分配单元23。

通信单元21被配置成通过有线传输路径来将数据传送到每个基站BS，并通过有线传输路径来接收来自每个基站BS的数据。

当前位置确定单元22被配置成根据从移动发射站BS传送来的信号的到达方向来确定每个移动发射站MS的当前位置。

扰码分配单元23被配置成根据所确定的当前位置来将扰码分配给移动发射站所处的扇区。

通过通信单元21将扰码分配单元23所分配的扰码通知给每个基站BS。

(定向波束通信系统的工作状况)

图12给出了根据第三实施例的用于改变定向波束通信系统中的扰码的一控制处理的流程图。

如图12所示，在步骤201，当移动发射站MS从扇区S1移动到扇区S2时，在步骤202，基站BS的DOA固定单元16对每个移动发射站MS的上行链路信号的DOA进行估计。

在步骤203，每个基站BS的通信单元13将所估计的DOA通知给无线电网络控制器2的通信单元21。

在步骤204，无线电网络控制器2的通信单元21接收所通知的DOA，并且当前位置确定单元22根据基站BS所通知的DOA来确定移动发射站MS的所处的扇区。

在步骤205，扰码分配单元23将特定扰码分配给移动发射站MS所处的扇区。通信单元21将所分配的扰码通知给每个基站BS。

在步骤206，基站的通信单元13接收无线电网络控制器2所通知的扰码且传播调制单元17利用无线电网络控制器2所通知的扰码来执行传播调制。阵列天线控制单元11控制对阵列天线的共用，以便利用定向波束来传输专用信道。

(定向波束通信系统的操作和效果)

利用根据第三实施例的定向波束通信系统，通过在多个扇区中共用阵列天线14可使每个扇区中所使用的天线元件数目增加了。

其结果是，定向波束的波束宽度变窄了，并且干扰抑制效果增加了。

尤其是在第三实施例中，DOA估计单元16估计从移动发射站MS传送来的信号的DOA，并且根据所估计的DOA来确定移动发射站MS的当前位置。

因此，可更准确的确定移动发射站MS的当前位置，并且根据移动发射站MS的当前位置可有效的执行定向波束的传播和接收。

值得注意的是在第三实施例中，每个扇区分配有一特定扰码。因此，即使当在相邻扇区中共用阵列天线14时，也不会存在信道化码不足的问题，并且可确保将大量的信道分配给移动发射站MS。

如上所述的，根据本发明，在包括有多个扇区的扇区结构中，在多个相邻扇区中共用一阵列天线，这可使得定向波束具有较窄的水平波束宽度，同时刻确保分配给移动发射站的信道化码数目，以便增加干扰抑制效果。其结果是，定向波束通信系统的系统容量也增加了。

对于本领域普通技术人员来说其他的优点和修改也是显而易见的。因此，具有更广方面的本发明并不局限于这里所示出的并且所描述的具体说明及示例性实施例。因此，在不脱离由随后权利要求及其等价体所定义的一般发明构思的精神和范围的情况下，可对其作出各种修改。

Claims (6)

1.一种定向波束通信系统，其特征在于，该系统利用从包括有多个天线元件的天线阵列传送而来的一定向波束来与位于由多个扇区所构成的服务区中的一移动发射站进行通信，其中

在至少两个相邻扇区中共用用于对定向波束进行传输的阵列天线。

2.一种定向波束通信方法，其特征在于，该方法利用从包括有多个天线元件的天线阵列传送而来的一定向波束来与位于由多个扇区所构成的服务区中的一移动发射站进行通信，其中

在至少两个相邻扇区中共用用于对定向波束进行传输的阵列天线。

3.一种基站，其特征在于，该基站利用从包括有多个天线元件的天线阵列传送而来的一定向波束来与位于由多个扇区所构成的服务区中的一移动发射站进行通信，其中

在至少两个相邻扇区中共用用于对定向波束进行传输的阵列天线。

4.根据权利要求3的基站，其特征在于，包括：

一接收机，该接收机用于获得移动发射站所测定的公共信道的接收质量信息；

一传播调制器，该传播调制器被配置成利用一扰码来执行传播调制，根据由接收质量信息所指定的移动发射站的位置来将该扰码分配给移动发射站下行链路的专用信道。

5.根据权利要求4的基站，其特征在于，通过所安装的独立于阵列天线的一扇区天线来传输公用信道，并且为所述每个扇区安装了该扇区天线。

6.根据权利要求3的基站，其特征在于，包括：

一DOA估计器，该DOA估计器被配置成对从移动发射站传送来的信号的到达方向进行估计；以及

一传播调制器，该传播调制器被配置成利用一扰码来执行传播调制，根据由到达方向所指定的移动发射站的位置来将该扰码分配给该移动发射站的下行链路的专用信道。

Images