CN1306702A - 无线通信系统中的与分区管理器共址的定向天线的收集器陈列的方法和装置 - Google Patents

无线通信系统中的与分区管理器共址的定向天线的收集器陈列的方法和装置 Download PDF

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布鲁斯·D·史密斯
戴维·A·霍华德
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Abstract

本发明是一种在一个区域中具有多个前向信道通信和多个相应的反向信道通信的通信系统,用于与蜂窝用户进行通信。每个区域包括多个分区管理器。每个分区管理器包括一个具有广播发送机的广播装置,用于使用宽带广播信号广播多个前向信道通信,以形成多个广播装置前向信道。每个分区管理器包括一个用于处理反向信道通信的集合器。每个分区管理器与一个收集器组进行通信,该收集器组用于从用户接收反向信道通信并将反向信道通信传送给该集合器。该用户中的每个包括一个用户接收机和一个用户发送机装置,其中用户接收机用于从所述广播装置接收不同的前向信道,用户发送机装置用于用不同的用户反向信道广播用户反向信道通信。用于每个分区管理器的收集器组由多个宏分集收集器构成,其中的一些宏分集收集器位于其它的分区管理器。通过使收集器与分区管理器站点共址,可进行宏分集收集器操作,同时减少了收集器的安装费用。

Description

无线通信系统中的与分区管理器共址的 定向天线的收集器阵列的方法和装置
相关申请的交叉参考
本申请是1997年5月30日提交的题目为“METHOD ANDAPPARATUS FOR WIRELESS COMMUNICATION EMPLOYINGCONFIDENCE METRIC PROCESSING FOR BANDWIDTH REDUCTION(使用置信度处理来压缩带宽的无线通信的方法和装置)”的、SC/序列号为08/866,700的申请的部分继续，并且该申请的受让人与本申请的相同。
本申请是1997年2月14日提交的题目为“METHOD AND APPARATUSFOR WIRELESS COMMUNICATIION EMPLOYING AGGREGATION FORDIGITAL SIGNALS(使用数字信号的集合的无线通信的方法和装置)”的、SC/序列号为08/801,711的申请的部分继续，并且该申请的受让人与本申请的相同。
本申请是1995年10月18日提交的题目为“METHOD AND APPARATUSFOR WIRELESS COMMUNICATION EMPLOYING COLLECTORARRAYS(使用收集器阵列的无线通信的方法和装置)”的、SC/序列号为08/544,913的申请的部分继续，并且该申请的受让人与本申请的相同。
本申请是1996年4月19日提交的题目为“METHOD AND APPARATUSFOR TDMA WIRELESS COMMUNICATION EMPLOYING COLLECTORARRAYS FOR RANGE EXTENSION(使用收集器阵列扩大范围的TDMA无线通信的方法和装置)”的、SC/序列号为08/634,141的申请的部分继续，并且该申请的受让人与本申请的相同。
本申请是1997年7月3日提交的题目为“METHOD AND APPARATUSFOR WIRELESS COMMUNICATION EMPLOYING CONTROL FORCONFIDENCE METRIC BANDWIDTH REDUCTION(使用置信度带宽压缩控制的无线通信的方法和装置)”的、SC/序列号为08/889,881的申请的部分继续，并且该申请的受让人与本申请的相同。
本申请与同时申请“METHOD AND APPARATUS FOR COLLECTORARRAYS IN WIRELESS COMMUNICATIONS SYSTEMS(无线通信系统中的收集器阵列的方法和装置)”同时提交，并且所指定的受让人相同。
本发明的背景
本发明涉及双向无线通信系统的领域，特别涉及在蜂窝系统中使用收集器阵列的方法和装置。
蜂窝系统
由于早期的系统不能满足对移动业务的大量需求，所以现代的蜂窝移动电话系统得到发展。蜂窝系统在一组小区内“复用”频率和其它射频(RF)资源，向大量的用户提供无线双向通信。每个小区覆盖一个小的地理区域，一组相邻的小区共同覆盖一个较大的地理区域。每个小区占RF频谱或其它可用来支持蜂窝用户的资源的总量的一小部分。小区的大小不同(例如，有宏小区或微小区)，而小区的容量通常是固定的。小区的实际形状和大小是地形、人为环境、要求的通信质量和用户容量的复函数。小区之间通过陆上线路或微波链路互相连接，并通过适用于移动通信的电话接线器连接到公共交换电话网(PSTN)。当移动用户在小区之间移动时，接线器向用户提供从小区到小区的越区切换。
在传统的蜂窝系统中，每个小区具有一个基站，基站具有共址的RF发射机和RF接收机，用于向小区中的蜂窝用户发射通信信息，和从小区中的用户接收通信信息。基站向用户发射前向信道通信，并从小区中的用户接收反向信道通信。
前向和反向信道通信使用独立的信道资源，例如，频带或扩频码，所以两个方向的发射可同时进行。对于使用独立的频带，这种操作称为频分双工(FDD)信号发射。在时分双工(TDD)信号发射中，前向和反向信道轮流使用相同的频带。在码分双工(CDD)中，在宽频谱上对信令进行扩频，并用不同的编码区分信号。
基站除了向用户提供RF连接之外，还向移动电话交换局(MTSO)或移动交换中心(MSC)提供连接。在典型的蜂窝系统中，在覆盖的区域内要使用一个或多个MTSO(MSC)。每个MTSO(MSC)可以向蜂窝系统中的多个基站(也称为基站收发信台(BTS)和相关联的小区提供服务，并且，其支持的交换操作用于在其它系统(例如PSTN)与蜂窝系统之间的路由呼叫、或用于在蜂窝系统内部的路由呼叫。
基站一般通过基站控制器(BSC)由MTSO来控制。BSC分配RF载波或其它资源以支持呼叫，协调移动用户在基站之间的越区切换，并且监视和报告基站的状态。由一个MTSO控制的基站的数量取决于每个基站的业务、MTSO与基站之间互连的费用、服务区的拓扑结构以及其它类似的因素。
越区切换是对一个特定用户进行的从一个小区中的一个基站到另一小区中的另一基站的通信转换。例如，当移动用户从第一小区行进到相邻的第二小区时，便会发生基站之间的越区切换。为了减轻业务承载容量已饱和的基站的负荷、或当通信质量变差时，也发生越区切换。在传统的蜂窝系统中的越区切换期间，可能会存在一个转移期间，在该转移期间中，第一小区的基站切断了到移动用户的前向和反向通信，而第二小区还没有建立起到移动用户的通信。
蜂窝体系结构
在无线系统中，存在物理信道和逻辑信道两者，逻辑信道传输映射到物理信道上的信令数据或用户数据。在蜂窝系统中，业务信道是逻辑信道，用于用户数据，控制信道也是逻辑信道，与业务信道不同的是，控制信道用于网络管理消息、维护、运行任务及用于使业务数据在系统中可靠地而有效地传输的其它控制信息。通常，如果上下文中没有指出，则信道这个术语是指逻辑信道，并且认为逻辑信道被映射到物理信道上。控制信道处理移动用户的接入请求。
传统的蜂窝通信的实现使用几种技术中的其中之一来在蜂窝域内分配从小区到小区的RF资源。由于接收机中的无线电信号的功率随着发射机与接收机之间的距离的增加而衰落，所以在蜂窝系统中，可依赖功率的衰落而使RF资源得以复用。在蜂窝系统中，有可能造成干扰的发射机离特定的接收机足够远，该发射机发射可接受的传输参数，但它不会影响该特定接收机的接收。
在频分多址(FDMA)系统中，通信信道包含指定的频率和带宽(载波)。如果一个载波正在一个给定的小区中使用，则它只能在与该给定小区充分隔离的其他小区中复用，以便使其他小区的信号不会严重地干扰该给定小区的载波。确定复用小区必须离多远、以及什么构成了严重干扰是与实现方法直接有关的细节。
在时分多址(TDMA)系统中，把时间分割成多个具有指定持续时间的时隙。多个时隙组合成帧，并且，每一帧中的同种时隙被分配给相同的信道。惯例上把所有帧中的同种时隙集称为一个时隙。典型地，在一个公用载波频带上为每个逻辑信道分配一个时隙或多个时隙。这样，每个逻辑信道上的携带通信信息的无线电传输在时间上是不连续的。无线电发射机在时隙分配给它的期间开启，在时隙没有分配给它的时候关闭。每个占用一个单时隙的独立的无线电发射称为一个突发。每种TDMA的实现方法定义一个或多个突发结构。典型地，至少有两种突发结构，即，第一突发结构，用于用户对系统的接入请求；以及第二突发结构，用于用户登记后的例行通信。在TDMA系统中必须保持严格的定时，以防止构成一个逻辑信道的突发对在相邻时隙中构成其它逻辑信道的突发造成干扰。
GSM系统是TDMA系统的一个例子。在GSM系统中，除业务信道外，还有四类控制信道，即，广播信道、公共控制信道、专用控制信道以及相关控制信道，它们用于接入处理和用户登记。
在码分多址(CDMA)系统中，RF传输是前向信道通信和反向信道通信，它们用唯一的扩频码在一个宽频谱上(扩展频谱)进行扩频。该系统中的RF接收通过以严格的时间一致性对整个占用的频谱进行处理，而将特定发射机的发射与使用相同频谱的许多其它发射机的发射区分开来。在接收相关器中用扩频码的副本对信号进行解扩，以此恢复发射中的所需信号，而其它所有信号则仍保持完全扩频，不能进行解调。
从小区站点的基站发射的前向物理信道是包括多个单独的逻辑信道的前向波形，逻辑信道之间用其扩频码进行区分(与GSM系统不同，这些逻辑信道的频率或时间不是分开的)。前向波形包括导频信道、同步信道和业务信道。
对于正确解扩和解调CDMA信号来说，定时至关重要，移动用户使用导频信道与基站同步，以便用户能够识别任何其它信道。同步信道包含CDMA系统中移动用户需要的信息，包括系统标识号(SID)、接入程序以及精确的日历信息。
扩频通信协议包括但不限于CDMA以及跳频和跳时技术。跳频涉及把频率帝宽分割成更小的频率分量，然后信道以基本上随机的方式从一个频率分量跳跃到另一个频率分量。对于每个信道，信道间失真基本上是对时间的高斯白噪声。跳时涉及一种时间划分方案，其中，每个信道以基本上随机的方式在不同的时隙开始和停止。此外，对于每个信道，信道间失真基本上是对时间的高斯白噪声。
本专利申请适用的通信协议包括但不限于FDMA、TDMA、扩频技术、以及使用FDMA、TDMA、和扩频技术中的不止一个技术的协议。
许多蜂窝系统，其本身就是空分多址(SDMA)系统，在该空分多址系统中，每个小区占有并在一个较大的区域中的分区中操作。并且，小区扇区、微小区和窄波束天线都使用对优化RF资源的复用有益的空间划分。
空间分集
在多个空间隔开的天线接收到的，来自一个单信源的信号的组合称为空间分集。微分集是空间分集的一种形式，当两个或多个接收天线的位置彼此靠近(例如，在几米的距离之内)，并且每个天线从单信源接收信号时，存在微分集。在微分集系统中，对从公共信源接收到的信号进行处理和组合，以便为该单信源形成提高了质量的结果信号。微分集可有效地抑制瑞利或赖斯衰落或类似的干扰。因此，术语微分集位置(micro-diverse locations)的意思是指相互靠近，但仅充分分开到有效抑制瑞利(Rayleigh)或赖斯(Rician)衰落或类似的干扰的天线的位置。微分集位置的信号处理可在单物理位置上进行，并且因此，微分集处理不必对反向信道带宽要求施加不利影响。
宏分集是另一种形式的空间分集，当两个或多个接收天线的彼此位置相隔较远(距离远大于几米，例如，几公里)，并且每个天线从单信源接收信号时，存在宏分集。在宏分集系统中，对从单信源接收到的信号进行处理和组合，以便为该单信源形成提高了质量的信号。术语宏分集(macro-diversity)的意思是指天线之间的距离足够远，对于来自单信源的信号，在平均信号电平之间具有解相关。因此，术语宏分集位置(macro-diverse locatins)的意思是指分开的距离足够远，能够实现解相关的天线的位置。宏分集处理涉及信号到公共处理位置的发送，并且因此要占用通信带宽。
每个独立的信号路径具有唯一的减小信号强度的传播特性，所以宏分集系统中的平均信号电平是解相关的。每个路径的传播特性与每个其它信号路径的传播特性是不同的。这些唯一的传播特性随着超出瑞利或赖斯衰落距离的距离不同而变化，并且地形效应、由建筑物或植物引起的信号阻塞以及其它类似的环境因素也会造成上述传播特性的变化。由上述因素造成的衰落称为阴影衰落(shadow fading)。阴影衰落的解相关距离可能刚刚超出瑞利衰落距离，并且可能为几公里。蜂窝系统中的用户位置
在蜂窝系统中，设备和功能的分布覆盖了分区、小区以及其它覆盖区域。为了有效地控制和操作蜂窝系统，关于系统中激活用户的位置的信息格外重要。
在传统的蜂窝系统中，已经使用的用户位置信息包括用户所处的小区或小区的扇区。因为信号的衰落是接收机距发射机的距离的函数，所以用户在蜂窝系统中的位置很重要。虽然在广播装置与接收机之间的距离较大时可以使用提高广播功率的方法，但是提高广播功率会产生由其它接收机带来的接收干扰，并且因此会降低系统的用户容量。因此，蜂窝系统对RF资源进行平衡，以便优化参数，从而有效地建立良好的系统性能。覆盖区域边缘和小阴影地形
在交叉参考的同时申请中，基站(XTSs)分区管理器与相邻的XTS分区管理器一起工作，联合覆盖一个区域，以支持移动用户。当没有其它相邻的XTS分区管理器时，由于只有一个可用来支持移动通信的XTS，所以可认为移动用户在区域的边缘进行操作。在某些区域中，特别是在乡村地区中，和相邻的XTSs同处于“区域内部”的面积数，与在区域边缘服务的面积，或者仅由一个XTS支持的面积相比，前者较小。因此，为处于边缘条件(以及可能的中心区域条件)的区域开发一种更好的覆盖解决方案，以支持移动区域，同时比其它解决方案使用更少的站点，是很有价值的。
相反地，可能会有这样的区域结构的情况，即大部分目标小区区域中，阻碍从移动台到基站的rf信号的障碍物的数量很小。这种情况的一个极端的例子是犹他州沙漠的盐滩。其它不太极端的例子也适用。
当地形和潜在的无线电阴影干扰很小，并且在整个区域内一致时，操作员通过多站点RX检测、区域协作、以及信号集合来减小这些小阴影，这样会有一些益处，但是益处不大。该方法覆盖的区域中，阴影变化小的小区中的净增益确实要比在整个小区中阴影(和非阴影区)区域变化大的小区区域中的净增益小。当使用宏分集对一个区域服务时，我们在频谱无线电中的所有模拟证实了与小区中的rf变化的对数正态分布的变化有关的结果增益和损耗。
现有方法
基站设备包括小区站点的射频设备(或无线电设备)。该设备为典型的结构，以便通过天线从基站向移动台(前向信道)发射(TX)信号，该天线设计成覆盖基站周围的整个区域或该区域的一个子集--一个扇区。无线电设备的接收机部分对从移动用户电话到基站(反向链路)的信号进行检测，其服务区域使用对称式设计，以便支持移动用户围绕目标区域的移动。
由基站的一个或多个天线服务的前向信道TX区域和反向信道RX区域的定义是相同的，所以移动用户既能在整个目标扇区中从基站接收信号，也能在整个目标区域(扇区)中发射被基站成功接收的信号。基站支持收发信机设计，即，使用相同的(或类似形状的天线方向图)来发射和接收信号。
与提高蜂窝系统的容量有关的问题产生了改进无线移动通信系统中使用的方法和装置的需求。
本发明的概要
本发明涉及一种通信系统，它在一个区域中具有多个前向信道通信和多个相应的反向信道通信，用于与蜂窝用户进行通信。每个区域包括多个分区管理器。每个分区管理器包括具有广播发送机的广播装置，用于使用宽带广播信号广播多个前向信道通信，以形成多个广播装置前向信道。每个分区管理器包括一个用于处理反向信道通信的集合器(aggregator)。每个分区管理器与收集器组进通信，以便接收反向信道通信并向集合器传送反向信道通信。每个用户包括用户接收机和用户发送机装置，用户接收机用于从所述广播装置接收不同的前向信道，用户发送机装置用于使用不同的用户反向信道广播用户反向信道通信。
在本发明中，前向信道的天线服务区域与反向链路中使用的天线的服务区域不同。移动用户具有多个反向链路扇区，这些扇区在面积上要小于对同一移动用户提供服务的前向信道扇区。复合天线与分区管理器设备的位置在一起，并且通过集合处理将多个复合天线组合在一起，分区管理器对来自复合天线的信号进行检测，以便用前向信道信号对移动用户的信号进行“平衡(balanced)”。
因为前向信道中使用的功率比传统上使用的功率大，所以移动用户顺利地检测到前向信道信号。即使前向信道天线的增益比反向链路天线的增益小，通过提高功率，能量也能发射到必要的距离。
使用专用全向天线，前向信道全向(360度)的天线增益大约是14dB。使用专用天线的每个反向链路(45度)的天线增益大约是22dB--提高了8dB。这就意味着用于前向信道的功率放大器必须比传统的全向系统的功率放大器大8dB。
当然，如果将反向链路分成6个方向的扇区，那么我们也可以配置60度的天线(360度除以6个方向=60度)，然而，规定天线在其覆盖区域的边缘降低3dB。在许多情况下，当离开边缘时，尽管信号有点变弱，但天线仍会检测到一定电平的信号。在这种情况下，与收集器关联的相邻的扇区很可能也检测到该信号的一部分，并且通过集合处理可获得一定的增益，以补偿绝对叠加的不足。
在这种结构中，在分区管理器中配置6个收集器，其每个与一个窄带高增益天线关联。然后，将每个收集器的输出用于6方向集合，以便以高质量检测移动用户的信号。
上述反向链路的扇区化可用于许多其它的情况，包括全向前向信道的或多或少的扇区，以及在已扇区化的前向信道区域中对反向链路区域进行扇区化。在这种情况下，一个具有3个前向信道扇区的已扇区化小区应具有9个收集器，其每个都带有30度的天线，用于对前向信道中使用的120个扇区进行分割。这样，通过不对称天线的增益(通过集合)和增加前向信道功率，可实现5dB或更高的增益，以平衡前向信道。
用于每个分区管理器的收集器组由多个宏分集收集器构成，其中有些宏分集收集器位于其它分区管理器。通过将收集器与分区管理器站点共址，宏分集收集器能够运行，同时可减少收集器的安装费用。
与增加蜂窝系统容量有关的问题产生了改进无线移动通信系统中使用的方法和装置的需求。
附图的简单说明
图1是用于无线用户的通信系统的示意图，该系统使用宏分集收集器，用于接收用户的接入请求以进行处理，并将其传送到集合器以进行组合。
图2是在蜂窝系统中形成六边形分区的、图1类型的多分区示意图。
图3是图2类型的多个六边形分区的示意图。
图4进一步详细描述了图1的通信系统的用户、多个收集器以及一个集合器。
图5是收集器与分区管理器共址的区域的方框图。
图6是用于图5的区域的分区管理器通信布局的方框图。
图7是典型的分区管理器的方框图。
图8是区域管理器和分区管理器及其一次资源的示意图。
图9是典型的已扇区化的区域管理器的示意图。
图10是图9的已扇区化的区域管理器的收集器天线方向图。
详细描述蜂窝系统--图1
图1所示的蜂窝系统具有分区管理器20，该分区管理器20包括广播装置(B)16、集合器(A)17以及分区控制器(ZC)18。广播装置16广播从广播装置16到多用户15的前向信道(FC)通信，其中多用户15包括用户U1、U2、……、UU，它们位于由虚线三角形所指定的广播区5中。用户15可能是位于固定地点，也可能是移动的。多用户15中的每个向多收集器45的一个或多个发送反向信道(RC)通信，其中多收集器45包括收集器C1、C2、C3、C4、C5、……、CNc，它们在激活时依次将反向信道通信传送到分区管理器20中的集合器17中。广播装置16、集合器17和分区控制器18可放在一起，也可处于不同的位置。对于任何特定的用户15，在分区控制器18的控制下确定控制器45中激活的控制器。分区控制器18用于根据带宽有效性、信号质量以及其它的系统参数进行操作，以选择激活的收集器。为了对该应用进行说明，这里假定已对用户U1选择了收集器C1、C2和C3。
用户15中的每个都具有接收机，用于在前向信道上从广播装置16接收广播。并且，用户15中的每个还具有发送机，用于在反向信道上向收集器45进行发送。通常，在广播区5中，各收集器45相对于彼此位于宏分集位置。因此，对于每个用户15，在集合器17中接收宏分集反向信道通信的多个副本。
在图1的系统中，当任何用户15在分区5中从关闭转为开启时，为了使用户成为认可的和已登记的以便在系统中进行操作，要执行接入协议。首先，用户15执行定向程序，以使该用户定向到分区管理器20和任何连接的网络，例如公共交换电话网(PSTN)。该用户从广播装置16接收接入同步信号。
当用户15在广播区5中从关闭转为开启，并且已执行了定向程序时，用户15在接入反向信道上发送接入请求突发。每个突发包括由多个比特位构成的接入请求序列。
对分布在宏分集位置的收集器45进行时间同步，并且该收集器45从用户45接收带有接入请求突发的反向信道信号。对在宏分集收集器45接收的来自用户的接入请求进行处理，并发送到集合器17，用于最终的用户登记处理。
在图1中，U1用户15是一个典型，并且，它从广播装置16接收包括接入同步信息的前向信道(FC)通信。该用户15还向收集器45中的每个，特别是向激活的收集器C1、C2和C3，发送包括用户接入请求的用户到收集器反向信道通信(u/cRC)。用于U1的激活收集器C1、C2和C3中的每个发送收集器到集合器反向信道通信(c/aRCU1)到集合器17。来自U1用户15的反向信道通信包括用户到收集器通信u/cRC1U1和收集器到集合器通信c/aRC1、用户到收集器通信u/cRC2和收集器到集合器通信c/aRC2以及用户到收集器通信u/cC3U1和收集器到集合器通信c/aRC3。图1中的其它用户U2、……、UU每个具有类似的包括接入同步信号的前向信道通信和包括用户接入请求的反向信道通信。
在图1中，U1用户15-11、……、15-1u1全部位于由收集器C1和弧51围成的子区域中，并且因此接近收集器C1。因为距离近，所以从U1用户15-11、……、15-1u1到收集器C1的反向信道发射的信号强度通常很高。类似地，U2用户15-21、……、15-2u2全部位于由收集器C2和弧52围成的子区域中，并且因此接近收集器C2。因为距离近，所以从U2用户15-21、……、15-2u2到收集器C2的反向信道发射的信号强度通常很高。U3用户15-31、……、15-3u3全部位于由收集器C3和弧53围成的子区域中，并且因此接近收集器C3。从U3用户15-31、……、15-3u3到收集器C3的反向信道发射的信号强度通常很高。
在图1中，通常由弧51、52和53围成的中心子区域5c离收集器C1、C2和C3相对较远，因此，相对于子区域51、52和53中的更接近收集器的用户来说，从该区域中的所有UU用户15-U1、……、15-UuU到收集器C1、C2和C3中的每个的反向信号强度通常都比较弱。
本发明的图1中的前向和反向信道通信适用于任何数字无线电信号系统，包括，例如，TDMA、CDMA、SDMA以及FDMA系统。如果有个别的系统，其数字无线电信号本来就不具有突发结构，则根据本发明，将时间任意分割成多个区间，以进行处理。多分区结构——图2和图3
在图2中，分区5与图1的分区5相似，包括分区5-1、5-2、……、5-6，并且象分区5-1一样，每个分区5都包括用户15。例如，分区5-2与分区5-1邻接，并包括C4收集器45，该收集器至少与收集器C1和C3一起操作，同时，收集器C1和C3也对分区5-1进行操作。
图2中示出的蜂窝系统具有分区管理器20-1、……、20-6，分区管理器20-1是其中典型的一个。该分区管理器具有广播装置16-1、……、16-6，其中广播装置16-1是其典型，这些广播装置向分区5-1、……、5-6的一个或多个中的多用户15广播前向信道(FC)通信。用户15中的每个向包括收集器C1、C2、C3和C4的多收集器45中的一个或多个发送反向信道(RC)通信，收集器C1、C2、C3和C4依次将反向信道通信传送到集合器17-1、……、17-6，其中集合器17-1是其典型。分区管理器20可位于基站中，这可有几种不同的结构。在一种结构中，每个广播装置用与分区5-1、5-2、……、5-6相对应的六个不同的频率范围，在六个扇区的不同的一个中广播前向信道通信。不同分区中的用户在相应的频率范围上发送反向信道到在其广播范围内操作的各个收集器，并且，这些收集器依次将反向信道通信传送到收集器17中的相应的一个。在另一结构中，所有的分区使用相同的频率范围，并且不使用扇区化，在这样的实施例中可使用一个或多个分区管理器。通常，不论何种结构，都有一些收集器站点与用于几个分区的收集器相关联。例如，C3对5-1和5-2两个分区中的用户提供服务。分区5-1和5-2中的用户共享从C3到集合器17-1的回程链路。
在一个实施例中，为了节约带宽，当多个分区共享来自公同关联的收集器，例如上述例子中的收集器C1和C3，的反向信道通信带宽时，时常减小一个分区的置信度带宽，以便增加另一分区的带宽。在每个收集器中都存储并执行带宽控制算法。此外，在需要作带宽平衡这样的调整时，图1的分区管理器20通过远程接口与图4的处理器42进行通信。
在图2中，区域管理器12控制用于邻接的分区5-1、……、5-6和用于其它可能与或可能不与分区5-1、……、5-6邻接的分区的分区管理器20-1、……、20-6的带宽分配。
在图3中，分区51、52、……、57的每个都与图2的分区5相同，并且形成了一个七分区簇。类似地，在图3中，分区61、62、……、67的每个都与图2的分区5相同，并且形成了一个七分区簇。在需要时，可提供任意数目的附加的分区簇，以覆盖任何特定的区域。图3的区域管理器12用于控制收集器反向信道的带宽值，以便平衡图3的各个区域中的公共回程信道上的负荷。例如，如果在某一时期期间(例如在交换时期期间)，业务倾向于从一个特定的分区向另一分区移动，则对公共回程信道的带宽进行动态分配，以便给业务量较高的分区分配较多的带宽。多收集器结构--图4
在图4中，有多个收集器45-1、……、45-Nc，与图1中的收集器45相同，其每个都从用户15-1、……、15-U接收反向信道通信。对于每个用户15，收集器45-1、……、45-Nc的每个都对接收信号进行处理，这些接收信号全都代表相同的来自用户15的通信。因为是以宏距离分隔图1的收集器45，这些上述通信具有宏分集。这些通信空间地包括宏分集数据突发，1Bp、……、NcBp，以及相应的已处理的置信度向量1CMp、……、NcCMp，它们按照指定为1Bp/1CMp/1M/1CC、……、NcBp/NcCMp/NcM/NcCC的已格式化格式被传送到集合器17。集合器17组合空间不同的数据突发1Bp、……、NcBp和相应置信度向量1CMp、……、NcCMp，以形成数据突发的最终单一表示，Bf，以及相应的最终置信度向量，CMf。集合器17可能将测量信号1M、……、NcM和控制信号1CC、……、NcCC用于选择或处理数据突发1Bp、……、NcBp和/或相应的置信度向量1CMp、……、NcCMp。例如，如果一个特定的突发与一个质量差的信号关联，则该特定突发可能被排除在集合之外。在一个例子中，根据信道模型衰减估计来测量信号的质量。
在图4中，收集器45-1、……、45-Nc包括RF子系统43-1、……、43-Nc，该子系统具有两个或多个宏分集接收天线48-1、……、48-Na。天线48-1、……、48-Na的每个都接收从多个用户15-1、……、15-U的每个发射的信号。RF子系统43-1、……、43-Nc接收的来自单用户的接收信号的每个表示都以数据突发的形式连接到信号处理器42-1、……、42-Nc中的相应的一个。从天线48-1、……、48-Na接收到的数据突发表示为1BT、……、NaBT。信号处理器42-1、……、42-Nc处理单用户的多个接收突发，以形成代表来自单用户的信号的单个已处理的突发1Bp、……、NcBp。已处理的突发1Bp、……、NcBp具有代表数据突发的每个比特的可靠性的相应的置信度向量1CMp、……、NcCMp。每个已处理的突发具有比特βp1、βp2、……、βpB，并且已处理的置信度向量CMp具有相应的已处理的置信度Cmp1、Cmp2、……、CmpB。通过测量信号的功率或其它特性形成测量信号1M、……、NcM。已处理的突发、置信度向量、以及测量连接到接口单元46-1、……、46-Nc，接口单元对这些信号进行格式化，并进行发送，或将其作为反向信道信号连接到集合器17。
在图4中，信号处理器42-1、……、42-Nc接收定时信息，使来自每个收集器的收集器信号与来自其它收集器中的每个的信号时间同步。例如，每个收集器可能具有一个用于接收时间同步信号的全球定位系统(GPS)接收机(图中未示出)。也可由图1的分区管理器20广播或发射同步信号。以上两者可选择其一，也可两者同时使用。信号处理器42-1、……、42-Nc把从接口单元46-1、……、46-Nc传送的收集器控制信号1CC、……、NcCC中的时间标记提供给集合器17作为反向信道信号的部分。
在图4中，示出了集合器17的方框图表示。集合器17包括接收/格式化组66，用于接收并格式化收集器45发送的信号。接收信号1Bp/1CMp/1M/1CC、2Bp/2CMp/2M/2CC、……、NcBp/NcCMp/NcM/NcCC在格式化后被连接到信号处理器67，由处理器67对接收信号进行处理，以进行宏分集组合。对同一个用户，格式化组66使用时间标记和其它控制码(CC)对来自不同收集器的信号进行对齐。更具体地说，对于每一个或多个突发，单元66根据控制字段1CC、2CC、……、NcCC，对时间标记进行比较并对齐，以便为来自一个用户的相同的公共突发对齐来自不同收集器的相应的数据、置信度和测量信号。
集合器17的信号处理器67处理来自每个用户的突发信号、以及通过Nc个激活的收集器45接收的来自该用户的Nc个反向信道信号表示。单用户的Nc个数据、置信度和测量值包括数据和已处理的置信度对[1Bb,1CM],[2Bb,2CMp],……、[NcBb,NcCMp]以及测量值1M、2M、……、NcM。对已处理的置信度1CMp、2CMp、……、NcCMp进行处理，以形成集合器处理的置信度1CMpp、2CMpp、……、NcCMpp。
共址收集器--图5
在图5所示的实施例中，收集器45与图2的分区管理器20的广播装置16和集合器17处于同一位置。在图5中，六个分区管理器ZM1、ZM2、ZM3、ZM4、ZM5和ZM6沿道路22(由粗线指定的)分散于移动用户易于集中的社区。分区管理器ZM1和ZM5为全向的，而分区管理器ZM2、ZM3、ZM4和ZM6为扇区化的。分区管理器ZM2具有扇区2-1和2-2，分区管理器ZM3具有扇区3-1和3-2，分区管理器ZM4具有扇区4-1和4-2，以及分区管理器ZM6具有扇区6-1和6-2。每个扇区具有一个广播装置16(未示出)和一对宏分集收集器45(未示出)，以便在扇区分区上进行广播和接收。例如，在图5中，作为例子示出了分区管理器ZM2的扇区2-1的扇区分区21和分区管理器ZM4的扇区4-1的扇区分区41。此外，分区11是分区管理器ZM1的全向分区，图5中示出了分区11的一部分。用户15从，例如，分区管理器ZM1、ZM2或ZM4的任何一个接收广播。分区管理器ZM1、ZM2或ZM4中的特定的一个被选作对用户15激活的一个，并且，该激活的分区管理器在唯一的前向广播信道上进行广播。用户15依次在相应的反向信道上进行广播。分区管理器ZM1、ZM2和ZM4的每个包括宏分集收集器，用于接收用户广播，而不管分区管理器ZM1、ZM2和ZM4的广播装置中哪个对特定的用户激活。
当用户15移动到15′所示的新位置时，分区管理器ZM1、ZM2和ZM4可能会越区切换从一个分区管理器到另一分区管理器的广播频率，也可能不切换，例如，在从用户15的位置到用户15′的位置的移动过程中，如果用于分区管理器ZM4的广播装置激活，则该广播装置甚至在用户15移动时也可能保持激活。如果广播装置前向信道保持不变，则用户15反向信道也保持不变。然而，接收反向信道的收集器组可能会改变。例如，在用户15的位置，激活的收集器可能是用于ZM2的扇区2-1、ZM4的扇区4-1的收集器和用于ZM1的收集器。在用户15′的位置，激活的收集器可能来自ZM2的扇区2-2、ZM3的扇区3-1和ZM4的扇区4-1。
在另一个例子中，在从用户15的位置到用户15′的位置的移动过程中，如果用于分区管理器ZM2的扇区2-1的广播装置激活，则用户15移动的结果是用于一个分区管理器的广播装置可能会改变，越区切换至用于另一分区管理器的广播装置。如果广播装置前向信道改变了，则收集器反向信道也相应地改变，并且接收用户反向信道的收集器组改变频率。例如，在用户15的位置，激活的收集器可能是在一个反向信道频率上的用于ZM2的扇区2-1、ZM4的扇区4-1的收集器和用于ZM1的收集器。在用户15′的位置，与在用户15的位置上的用户相比，激活的收集器可能来自在不同的反向信道频率上的ZM2的扇区2-2、ZM3的扇区3-1和ZM4的扇区4-1。用于图5的通信布局--图6
在图6示出了用于图5的区域的通信布局。每个分区管理器包括一个个XTS单元和一个X单元，其中XTS单元带有处理器和T1通信装置，X单元带有信息包(IP，information packet)路由选择装置。在该示出的实施例中，该区域的通信就是区域管理器与分区管理器ZM4的通信，其中分区管理器ZM4依次对其它分区管理器的信息进行中继。典型的分区管理器--图7
图7进一步详细地示出了典型的图5和图6的分区管理器。每个分区管理器包括一个广播装置Bj、一个集合器Aj和一个收集器组Cj。用于分区管理器ZM4的收集器组包括位于分区管理器ZM4的用于扇区4-1的微分集收集器对、位于ZM2的用于扇区2-1的微分集收集器对、以及位于ZM1的微分集收集器对。一组多个收集器是宏分集的，它们位于不同分区管理器的宏分集位置上。图5区域的分区管理器--图8
在图8示出了分区管理器ZM1、……、ZM6，其每个带有一个广播装置、一个集合器和一个收集器组，其中，每个收集器组由多个宏分集收集器组成，该宏分集收集器包括位于其它任何一个分区管理器中的收集器。用于分区管理器ZM6、……、ZM1的收集器组具有如下面的表1所示的分区管理器收集器集合。
    分区管理器收集器组     分区管理器集合
    6     6，5
    5     6，5，3
    4     4，2，1
    3     5，3，2
    2     4，2，1
    1     4,2,1
共址收集器--图9和图10
图9示出了扇区化的分区管理器，包括六个扇区100-1、100-2、……、10-6，具有扇区化的收发信机19-1、19-2、……、19-6。在图10中，六个扇区100-1、100-2、……、100-6的每个具有用于收集器110-1、110-2、……、110-6的天线方向图。
因为集合既是选择处理，又是信号组合处理，所以本发明通过以下方法提供反向信道增益：将服务区划分成更小的扇区；对该区域使用更高增益的天线；使每个天线连接到位于分区管理器XTS的收集器；以及使所有的收集器输入发送到也同样位于分区管理器XTS的集合器。
当移动用户直接在已扇区化的反向信道中时，收集器应能检测到信号，并向集合器发送好信号。集合器首先能够确定是否任何已发送的信号都为好，并且如果如此，则选择该信号并对其译码。它执行这样的资格鉴定和选择处理是为了避免由于加入来自其它收集器的噪声而使信号降级。这样，集合器用作选择器和切换机构，并从与正接收服务的移动用户的方向关联的最佳收集器收集信号。
如果移动用户位于接收天线的3dB瓣之间，则两个或多个集合器从该移动用户检测到弱信号。该信号可能不够好，以致不能简单地使用集合器算法进行选择。但是通过将这两个信号组合到一起，情况就会有所改进。(假定其它带有噪声的扇区的其它组合不会对此产生负面影响)。
该结构的目的是使用最窄的天线(该天线提供最高的增益)，以便使系统稳固地工作，并提供覆盖范围的性能。如果存在与3dB瓣处的移动有关的问题，则应在反向信道扇区化处理中使用较宽的天线(因此增益较低)，以便使系统稳固。
该结构简单地将收集器的输入映射到同一XTS中的信号集合器中。这意味着Voyager系统的体系结构并未改变，而只是通过T1/E1链路在Um-bis连接上从远程/相邻XTS向集合器发送的收集器信号的一个子集。保持了体系结构的不对称以及收集器、集合器方案的多接收、信号选择/组合方面。
当在要覆盖的小区范围内存在边缘条件或低阴影变化时，本结构更为适用。如果不设计新的多接收、大功率下行链路设备，其它系统不可能得到覆盖增益。相对于传统收发信机，该覆盖的优点与更好的信号检测能力有关，这得益于在反向信道上使用增益更高的天线并对信号进行切换和/或组合，以及在下行链路上使用功率更大的发射设备。
该优点适用于小区地形的所有情况--rf信号的高阴影变化和低阴影变化。在高阴影变化中，由于相对于竞争者的系统链路需求，在该系统链路预算中要求保留了相对较低的阴影衰落，所以相对于该结构以外的竞争结构，宏分集结构可得到更多的净增益。尽管如此，不管阴影的变化--例如经历相同的地形变化造成的阴影变化，小区阵列结构和传统的收发信机有不同的反向信道和下行链路天线增益，其中，小区阵列在接收方向提供更高的增益，所以小区阵列结构仍应该比传统的收发信机优越。
该结构的设备与宏站结构使用相同数目的收集器、集合器和大功率下行链路放大器，并且其造价相当(平均来说)。比宏站使用更多的天线和电缆，但需要较少的T1/E1，因为没有远程收集器和集合器要服务。
从操作费用来看，没有与该结构相关的Um-bis回程，因此使得操作员运行Voyager网络的费用相对较低。
最后，从发展远景来看，该结构必须经过测试，但是该结构在建筑上与我们现今已经正在进行设计的结构没有区别--并且，可认为使用集合进行工作，而不需要复杂的Um-bis协议。
尽管本发明可能需要更多的塔顶或屋顶天线，并且这可能看起来更象一个毫无吸引力的天线农场。与误差限较高的少量宽天线相比，必须更加细心地对这些较窄的天线进行定位调整。并且，使用了许多收集器来检测移动用户的信号，并且，在许多情况下，一些收集器被用于无结果的任务。在某些情况下，可能希望将更多的花费用于天线，电缆，以及定位边缘XTS内的附加收集器，以便使附加分区管理器站点和设备将不必开发。该附加设备的花费当然要比完整地提供新的XTS机壳、设备、站点、管理费等等的花费要少。
尽管参照本发明的优选实施例对本发明进行了具体的展示和描述，但该领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种形式上和细节上的改变。

Claims (4)

1、一种通信系统，具有多个前向信道通信和多个相应的反向信道通信，该系统包括，
区域管理器装置，用于在区域内对所述多个前向信道通信和多个相应的反向信道通信进行通信，
位于所述区域内的一个或多个分区管理器装置，其每个包括：
广播装置，具有广播发射机，用于使用宽带广播信号广播所述多个前向信道通信，以形成多个广播装置前向信道；
集合器装置，用于处理反向信道通信；
多个收集器装置，用于接收反向信道通信，并将反向信道通信传送给所述集合器装置；
多个用户，其每个所述用户包括：用户接收机装置，用于从所述广播装置接收一个不同的前向信道；以及用户发送机装置，用于使用不同的用户反向信道广播用户反向信道通信，
其特征在于：
所述广播装置在广播分区内广播所述多个广播装置前向信道，
位于所述广播小区内的所述多个用户共同提供多个不同的用户反向信道作为宽帝复合信号，
多个所述收集器装置与所述广播装置共址，以便使所述多个收集器装置中的每个可在所述广播分区的至少一部分上激活以接收所述复合信号，并且以便通过两个或更多所述收集器装置接收用于所述多个用户的一些用户的用户反向信道，
每个所述收集器装置包括宽带收集器接收机装置，用于从所述多个用户的一些用户接收带有反向信道通信的所述宽带复合信号，以及
每个所述收集器装置包括收集器传送装置，用于将来自所述多个用户的所述一些用户的用户反向信道通信作为收集器反向信道通信传送所述集合器装置，
所述集合器装置用于从所述收集器装置接收所述收集器反向信道通信，以向所述多个用户的所述一些用户中的每个提供所述相应的反向信道通信，作为来自所述两个或更多收集器装置的收集器反向信道通信的组合。
2、如权利要求1所述的通信系统，包括用于使用多个从网络到所述广播装置的网络前向信道通信和多个相应的从所述集合器装置到网络的网络反向信道通信，在网络和区域之间通信的区域管理器装置。
3、如权利要求1所述的通信系统，其中，作为所述用户中的一个的特定用户从所述扇区的第一扇区移动到所述扇区的第二扇区，并且其中，所述区域管理器装置包括控制装置，用于为所述第一和所述第二两个扇区的所述用户的所述特定的一个指配第一广播装置前向信道和第一用户反向信道。
4、如权利要求1所述的通信系统，其中，用于所述分区管理器的一个的收集器装置与用于所述分区管理器装置的所述一个的所述广播装置共址，并且其中，其它收集器装置位于距所述分区管理器装置的所述一个的宏分集位置。
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