CN1376365A - 在码分多址通信系统中用于提供正向链接软过区切换的方法和装置 - Google Patents

在码分多址通信系统中用于提供正向链接软过区切换的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种在CDMA通信系统中提供正向链接软过区切换的方法和装置,使用双极化天线阵列(404),并且把一个软过区切换信道从第一天线阵列的辐射方向图(A+)路由转换到第二天线阵列的辐射方向图(A－)。

Description

在码分多址通信系统中用于 提供正向链接软过区切换的方法和装置
发明领域
本发明涉及通信系统，尤其涉及在一个码分多址(CDMA)通信系统中以包括窄波束天线的天线阵列提供正向链接软过区切换的方法和装置。
发明背景
蜂窝通信系统通常包括一个或多个移动站或单元，一个或多个基站，和一个移动电话交换局。图1中虽然仅示出三蜂窝14和两个移动站11，但典型的蜂窝网络可能包括几百个基站，数千个移动站，和一个以上的移动电话交换局。每一蜂窝都分配有一个或多个专用控制信道和一个或多个话音信道。在乡间，天线塔架12通常定位在蜂窝14的中心，从而提供全方向的覆盖。在一个全方向的蜂窝中，控制信道和动态话音信道通常由单一天线在蜂窝的整个区域中广播。在基站密集设置的场合，可采用图2所示已有技术中那样的分区天线系统。分区要求定向天线20具有如图2示出的例如120度的辐射方向图。每一扇区22自成一个具有其控制信道和业务信道的蜂窝。＂信道＂可以表示模拟系统中的一个具体载频、例如IS-54和GSM的混合TDMA/FDMA系统中的一个具体载波/波隙组合，或者例如IS-95的在CDMA系统中的具体PN码。
现存的窄波束天线阵列通常生产若干覆盖一个扇区的波束，该窄波束天线阵列包括均匀直线天线阵列，具有双极子或接插单元以及形成包括Butler矩阵的网络的无源波束。例如，常见有包含四个30度波束而覆盖一个120度扇区或区域的四波束方向图。这些波束通常具有大致负4dB的波束交叠，其中扇区天线通常具有近似负8dB的波束交叠。因此，在一个窄波束天线方向图中的波束对波束的重叠显著大于在一个分区天线方向图中的扇区对扇区的重叠，即使在两个窄波束天线边缘之处的波束重叠也大于在一个分区天线方向图中的扇区对扇区的重叠。
在利用窄波束天线的CDMA系统中，相邻波束的正向链接生产在波束重叠区中的干扰。现有的窄波束天线构面的波束重叠区大于现有的分立天线的波束重叠区域，因为当使用形成例如Butler矩阵的无源RF波束时对于该波束的控制很少。如上所述，在一个窄波束天线方向图中的典型波束对波束交叠近似是负4dB，而扇区天线能够被做得比它们占据的扇区更窄，波束交叠近似是负8dB。由于程度较大重叠，因此有程度较大的退变。另外，如果窄波束天线被用于分离的CDMA PN码(即一个波束用于一个目前扇区或PN)，除非使用软过区切换，否则该附加的重叠将意味着在正向链接上有更大的劣变。
解决劣变增加问题的一个方案是通过在两个波束上都进行指定和发送通话信道，而把该移动站置成软过区切换状态。软过区切换则添加某些路径分集，改进该移动接收，并且实现降低的发射功率分配。利用扇区天线，较大的空间隔离解除两个路径的相关性，并且对重叠劣变做分集增益补偿。然而，如果两个波束是源于单一的窄波束天线配置而不是源于空间分离的常规系统的扇区天线，则波束问将有较高的相关性，产生的路径分集收益小，并导致较高的发射功率分配的需求。所以，需要一种改进的方法和装置，用于在使用天线阵列的CDMA通信系统中提供正向链接软过区切换。
附图说明
所附的权利要求书中阐明了本发明的确信特征的新颖性。然而发明本身、以及最佳使用模式、进一步的目的以及优点将在随后结合附图的示例性实施例的详细描述中得到最佳理解，其中：
图1是已有技术中的全方向蜂窝构图的示意平面图；
图2是已有技术中的分区的蜂窝辐射方向图的示意平面图；
图3示出如已有技术中利用窄波束天线的两个相邻波束的软过区切换中的一个通话信道的示意图；
图4A-4C示出应用双极化窄波束天线而根据本发明把该软过区切换通话信道路由转换到另一辐射方向图的一个交叉极化中的示意图；
图5A-5B示出把相控天线阵形成为窄波束天线的一种可选方案的分立取向天线或天线阵元的应用示意图；以及
图6示出根据本发明的方法和系统的方法逻辑流程图，在利用双极化天线的CDMA通信系统中提供正向链接软过区切换。
具体实施方式
现参考附图，尤其参考图3描述本发明，其中，在利用两个相邻波束的软过区切换中有一个通话信道302；窄波束天线304的波束A和B与已有技术中的情况相同。窄波束天线304包括Butler矩阵316和天线振子320-326的均匀线性天线阵列。如图3所见，通话信道302连接到转换开关306，其分别连接到发射机308-314。本领域技术人员将理解到，通过把来自发射机308-314之一的信号路由选择到Butler矩阵316而形成一个天线方向图，其中该信号被随后分配到天线振子320-326。例如，由发射机308和310发送的信号由Butler矩阵316和天线振子320-326定相和分配，以便分别产生将如波束A和B的方向图。以类似方式形成另外波束(C和D)的每一个。当在两个相邻波束，例如波束A和B之间的波束重叠区域中的一个移动站要求软过区切换到第二波束时，通过转换开关306把通话信道302路由选择到与窄波束天线304连接的发射机308和310，生产波束方向图A和B，由此把该移动站定位在该窄波束天线304的两个相邻波束之内。然而，由于波束A和B源于单一窄波束天线构面，故而该波束有较高的相关性，从而产生的路径分集收益小并且导致较高的发射功率分配需求。
根据本发明的一个最佳实施例，图4A-4C示出双极化天线阵列404和406的应用，包含把该软过区切换信道402从第一天线阵列404的辐射方向图415路由转换到第二天线阵列406的辐射方向图417中。应该指出，包括的图4B和4C为的是分别给出天线阵列404和406的清晰说明，并且在所有其它天线阵列中，图4A示出形成双极化均匀线性天线阵418的天线振子420-427。如在图4A-4C中所见，通话信道402连接到软过区切换路由器430，路由器430分别连接到第一天线阵列发射机440-446和第二天线阵列发射机448-454。路由器430包含第一转换装置432和第二转换装置434。当在相同极化的两个波束之间，例如相邻波束A+和B+之间的波束重叠区域中一个移动站要求软过区切换到第二波束时，通话信道402通过路由器430路由转换到第一天线阵列的发射机440以及第二天线阵列的发射机450，发射机440和450分别连接到从波束形成器416正确定相的天线振子420-423以及从波束形成器419正确定相的天线振子424-427，因此有效地把软过区切换信道402从第一天线阵列404的辐射方向图B+路由转换到第二天线阵列406的辐射方向图B-。通过把该通话信道路由转换为交叉极化而不是同一个极化，两个分集路径被很少相关，从而提高了分集增益。
如图4A-4C所见，第一天线阵列404用于发送限定第一覆盖范围的第一多个辐射方向图415(A+、B+、C+、D+)。可取的是，第一天线阵列404包括形成网络416的无源波束以及双极化均匀线性天线阵列41 8的天线振子420-423。在该最佳实施例中，天线振子420-423包括接插单元或双极子。尽管描述的第一天线阵列404包括由形成网络的无源波束和均匀线性天线阵列组成的一个窄波束天线阵列，但本领域技术人员将理解，在不背离本发明精神和范围的条件下使用其它结构是容易的。例如图5A所示出的那样，可以使用多个分立的定向天线，例如扇区天线或抛物面天线而不使用图4A-4C中示出的形成网络/均匀线性天线阵组合的无源波束天线。类似地，图4A-4C示出的形成网络416的无源波束可被替代为图5B中示出的一个有源电子增益和相位加权并且取和成为一个线性或环形的阵列。
再次参考图4A-4C，第二天线阵列406用于发送限定第二覆盖范围的第二多个辐射方向图417(A-、B-、C-、D-)。如上述关于第一天线阵列的讨论，在该最佳实施例中，第二天线阵列406包括形成网络419的无源波束和双极化均匀线性天线阵列418的天线振子424-427。在该最佳实施例中，该第一和第二覆盖范围重叠。另外，在该最佳实施例中，形成网络419的无源波束包括一个Butler矩阵，并且均匀线性天线阵列418包括多个天线振子424-427，在该最佳实施例中的天线振子424-427包括接插单元或双极子。尽管描述的第二天线阵列406包括由形成网络的无源波束和均匀线性天线阵列组成的一个窄波束天线阵列，但本领域技术人员将理解，在不背离本发明精神和范围的条件下使用其它结构是容易的。例如图5A所示出的那样，可以使用多个分立的定向天线，例如扇区天线或抛物面天线而不使用图4A-4C中示出的形成网络/均匀线性天线阵列组合的无源波束天线。类似地，图4A-4C示出的形成网络419的无源波束可被替代为图5B中示出的一个有源电子增益和相位加权并且取和成为一个线性或环形的阵列。
在该最佳实施例中，第一和第二天线阵列的每一个都包括一个窄波束天线，并且第一和第二多个辐射方向图的每一个都分别包括第一多个相邻波束和第二多个相邻波束。但是，本领域技术人员将理解，在不背离本发明精神和范围的条件下可以使用其它天线阵列构形以及其它辐射方向图。另外，如本领域技术人员将理解的那样，当使用两个或更多个载波时，替换频繁可被设置在替换极化上，并且第三载波可被分开两个信道距离，因此实现更高效率的频率组合。在这种情况下，本发明仍然提供覆盖同样区域的两个天线阵列，从而允许频率f1、f3、f5等等设置在一个极化(即，-45度)的构面上，而频率f2、f4、f6等等设置在另一极化(即，+45度)的构面上。
参考图6，其中描述的是根据本发明方法和系统的一个逻辑处理流程图，该处理流程提供了在具有双极化天线的一个CDMA通信系统中的正向链接软过区切换。如图所示，该处理开始于框600，其中执行的发射步骤从第一天线阵列发射限定第一覆盖范围的第一多个辐射方向图。随后，如图中框602所示，执行的发射步骤从第二天线阵列发射具有不同于第一极化的第二极化、限定第二覆盖范围的第二多个辐射方向图，该第一和第二覆盖范围重叠。随后，如图中框604所示，执行的路由转换步骤把一个软过区切换信道路由转换到另一辐射方向图的交叉极化。
上述内容从说明和描述的目的介绍了发明的最佳实施例。这些说明和描述无意穷尽本发明或把本发明限制到公开的明确形式。根据上述指教显然有可能做各种改进或变化。选择和描述的实施例提供了本发明原理和其实际应用的最佳说明，并且使本专业普通技术人员能够以各种实施例使用发明并且作出各种修改，以适合特定的使用考虑。当根据公平、合法和合理命题解释时，所有的这种修改和变化都包括在由所附的权利要求书确定的本发明的之内。

Claims (19)

1.在一个码分多址蜂窝通信系统中提供正向链接软过区切换的一种装置，包括：
第一天线阵列，用于发送具有第一极化和定义第一覆盖范围的第一多个辐射方向图；
第二天线阵列，用于发送具有不同于该第一极化的第二极化并且限定第二覆盖范围的第二多个辐射方向图，该第一和第二覆盖范围重叠；和
耦合到该第一天线阵列和该第二天线阵列的一个软过区切换路由器，该软过区切换路由器用于把一个软过区切换信道从该第一天线阵列的辐射方向图路由转换到该第二天线阵列的辐射方向图。
2.如权利要求1的装置，其特征在于该第一天线阵列和该第二天线阵列的至少之一包括用于生产多个相邻波束的多个天线振子和波束形成器。
3.如权利要求2的装置，其特征在于该软过区切换路由器被用于把该软过区切换信道路由转换到相邻波束的第二极化。
4.如权利要求2的基站，其特征在于该波束形成器包括一个Butler矩阵。
5.如权利要求2的基站，其特征在于该多个天线振子包括一个均匀线性天线阵列。
6.如权利要求5的基站，其特征在于该均匀线性天线阵列包括多个双极子和多个接插单元之一。
7.如权利要求1的装置，其特征在于该第一天线阵列和该第二天线阵列至少之一包括多个定向天线。
8.用于在一个码分多址蜂窝通信系统中提供正向链接软过区切换的一种方法，该方法包括步骤：
从第一天线阵列发送具有第一极化和定义第一覆盖范围的第一多个辐射方向图；
从第二天线阵列发送具有不同于该第一极化的第二极化并且定义第二覆盖范围的一个第二多个辐射方向图，该第一和第二覆盖范围重叠；和
把一个软过区切换信道路由转换到另一辐射方向图的第二极化。
9.如权利要求8的方法，其特征在于路由转换的步骤包含把软过区切换信道从第一天线阵列的辐射方向图路由转换到第二天线阵列的辐射方向图。
10.如权利要求9的方法，其特征在于发射第一多个辐射方向图的步骤包括发送第一多个相邻波束，以及发射第二多个辐射方向图的步骤包含发射第二多个相邻波束。
11.如权利要求10的方法，其特征在于该路由转换的步骤包括把该软过区切换信道路由转换到一个相邻波束的一个第二极化。
12.如权利要求8的方法，其特征在于当使用两个或多个载波时，包括在交替阵列上设置交替频率的步骤。
13.如权利要求12的方法，当使用第三载波时，包括把第三载波分离两个信道距离的步骤。
14.在一个码分多址蜂窝通信系统中提供正向链接软过区切换的一种装置，包括：
第一天线阵列，用于发送具有第一极化和定义第一覆盖范围的第一多个辐射方向图，该第一多个辐射方向图包括相邻的波束；
第二天线阵列，用于发送具有不同于该第一极化的第二极化并且限定第二覆盖范围的第二多个辐射方向图，该第二多个辐射方向图包括相邻的波束，该第一和第二覆盖范围重叠；和
耦合到该第一天线阵列和该第二天线阵列的一个软过区切换路由器，该软过区切换路由器用于把一个软过区切换信道从该第一天线阵列的辐射方向图路由转换到一个相邻波束的第二极化。
15.如权利要求14的装置，其特征在于该第一天线阵列和该第二天线阵列的至少之一包括用于生产多个相邻波束的多个天线振子和波束形成器。
16.如权利要求15的装置，其特征在于该波束形成器包括一个Butler矩阵。
17.如权利要求15的装置，其特征在于该多个天线振子包括一个均匀线性天线阵列。
18.如权利要求17的装置，其特征在于该均匀线性天线阵列包括多个双极子和多个接插单元之一。
19.如权利要求14的装置，其特征在于该第一天线阵列和该第二天线阵列至少之一包括多个定向天线。
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