CN1397111A - 移动通信系统分配/组合多波束的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在移动通信系统中将来自基站的多个波束分到几个扇区，并反之亦然将它们组合的设备。该设备包括多波束形成模块，由n个多波束形成装置组成，所述装置将从移动通信系统中m个天线所接收的多个波束形成m个波束，这些波束具有彼此不同的方向，180°耦合模块将来自多波束形成模块的(m×n)个波束组合成(m×n)/2个波束；开关模块选择来自180°耦合模块的每个波束的波束路径；180°移相模块对信号相位移相以增强一部分从开关模块输出的波束；以及混合模块，在混合波束时，调节波束的振幅和相位特性。根据本发明，基站的数据通信可以在其n个扇区中均等地分布。

Description

移动通信系统分配/组合多波束的装置

技术领域

本发明涉及能够基于每个扇区的通信量负载改变每个扇区的服务范围的移动通信系统的多波束分配/组合装置。

背景技术

在移动通信系统中，基站(BTS)分为两种类型，“全向”和“扇区”。然而，大多数基站是“扇区”型的。在一扇区类型的BTS中，它的业务区域划分为三个或六个扇区。CDMA系统的扇区类型的BTS一般有3个扇区。

扇区类型的BTS使用每个扇区带有固定波束宽度的天线，从而固定一个扇区的地理覆盖区域。然而，通信量通常在RTS的各扇区中是不平衡的。频率资源的分配足以供一个扇区处理最繁重的通信量。因此，频率资源的效率在少量通信量的扇区是低的，在繁重的通信量扇区中，无线信道的效率可被减少，覆盖范围可被缩小。所以，在具有通信量不平衡的扇区的BTS中就发生问题，如低的服务效率和高频率资源的管理/维护费用。

此外，如果通信量负载的分配在一个BTS的三个扇区中变更，且扇区具有各自固定覆盖范围，这样的情况是用手处理的，即一名操作人员转动安装在钢塔上的天线以正常地适应通信量负载分配的改变。然而，该项手动工作是很危险的和繁重的，天线调整时间也是太长的。结果，手动维护是低效率的。

发明内容

提供移动通信系统的多波束分配/组合装置是本发明的一个目的，它将一个扇区的波束分配到另一个扇区，调整基于通信量负载分配所有扇区的每个覆盖范围以保证在扇区中的通信量平衡以及有效使用BTS的频率资源。

按照本发明移动通信系统的一个多波束分配/组合装置的特点在于一个基站有n个扇区，每个扇区有m个波束，它包含多波束形成模块形成(n×M)个波束，它们的辐射角相互是不同的；一个180°耦合模块将来自多波束形成模块的(n×m)个波束组合为(n×m)/2个波束，它们的每一个在2个扇区之间分配；一个开关模块包含(n×m)个开关元件，它们的每一个选择所分配的(n×m)波束的一个或一个终接负载；一个180°相移模块有选择地移动所分配的(n×m)个波束的相位；以及一个组合模块对每个扇区组合m/2个波束。

按照本发明移动通信系统的另一个多波束分配/组合装置的特点在于一个基站有n个扇区，每个扇区有m个波束，它包含一个多波束形成模块组成(n×m)个波束它们的辐射角相互是不同的；一个转换模拟包含开关元件有选择地将多波束形成模块的(n×m)个输出波束中的(n×m)/2个波束分别连接到2个扇区；一个耦合模块包含多个的扇区耦合器和多个的普通耦合器，扇区耦合器组合不经过转接模块的(n×m)/2个波束和经过转接模块的(n×m)/2个波束，每一个普通耦合器能够从上述2个开关元件中组合2个波束并在两个扇区之间分配的组合的波束；和一个组合模块组合所有来自每一个扇区的耦合模块的输出。

按照本发明移动通信系统的另一个多波束分配/组合装置的特点在于一个基站有n个扇区，每一个扇区有m个波束，它包含一个耦合模块耦合(n×m)个波束产生每一个扇区的通信量估计标准信号；一个转接矩阵模块包含(n×m)个开关元件，它们的每一个能够将每一个输入连接到2个扇区；一个终接的矩阵模块包含2×(n×m)个终端开关元件，它们的每一个选择开关元件的一个输出或一个终端负载；一个组合模块对每一个扇区来说组合来自终接转换矩阵模块的所有输出；以及一个控制装置基于所产生通信量的估计标准信号单独控制开关元件和终接开关元件的转接操作。

移动通信系统的多波束分配/组合装置使有可能有效地使用频率资源并在所有扇区中通过通信量平衡，提高稳定性和方便维持。在该多波束分配/组合装置中，转接波束必不可少的开关数量应尽可能少。所以波束改变的稳定操作可以取得。

附图说明

所包括的附图提供进一步了解本发明，说明本发明优先选用的具体装置，连同说明一起，用来解释本发明的原理，其中：

图1是按照本发明的多波束分配/组合装置第一实施例所辐射的波束模式；

图2是按照本发明的多波束分配/组合装置的第一实施例的方框图；

图3是按照本发明的多波束分配/组合装置第二实施例所辐射的固定扇区和可变扇区的波束；

图4是按照本发明的多波束分配/组合装置的第二实施例的方框图；

图5是按照本发明的多波束分配/组合装置的第三实施例的方框图；

图6是图5多波束分配/组合装置的详细方框图。

具体实施方式

为了可以完全地解本发明，它的较佳实施例现在可以参考附图来加以说明。

首先说明本发明的第一实施例。在第一实施例中，每一个扇区的4个波束(三个扇区共12个波束)组合成2个波束，所以，适当地基于通信量分配总共6个波束可以分配到三个扇区之一。

即形成6个波束用于BTS的整个服务覆盖范围如图1所示，一个扇区的方向和宽度是通过波束再分配来调整的。

按照本发明图2是多波束分配/组合装置的第一实施例的方框图。图2的装置包含一只多波束形成模块102，一只180°偶合模块104、一只开关模块106，一只180°相移模块108、和一只组合模块110。

多波束形成模块102形成12个波束，它们的辐射角相互不同，它包括3只多波束形成器用于三个扇区如图2所示。4个从每一个多波束形成器输出的RF波束应用于180°耦合模块104的2个180°耦合器。

180°耦合模块104包含6个180°将12个RF波束组合成6个，即180°耦合模块104的180°耦合器将2个RF波束组合成一个。每一个180°耦合器有2个输出信号通路，一个向它的原来扇区的端口连接，另一个向另一个扇区的信号端口连接。

转接模块106选择180°耦合器的输出，如果信号从它们输出的话。由于180°耦合模块104和转接模块106，每一个波束可以适应地分配到3个扇区中的一个。180°相移模块108移动来自其他扇区的转接接收信号的输出信号相位，以便来自其他扇区的信号可以相长地混合在下一个组合模块110中。

组合模块110从多波束形成模块110按它们的幅度和相位特性在每个信号通路上相互匹配波束。组合模块110可以由4-路组合器组成。

按照多波束分配/组合装置的第一实施例，6个波束可以分配到一个扇区而不是它们的原来扇区，各自为了适应改变3个扇区中的通信量负载分配，从而可以达到最大的无线信道效率。

现在对本发明的第二实施例作说明。在第二个具体装置中，对3个扇区的每一个使用4个波束(三个扇区共计12个波束)，4个波束由2个固定和2个可改变扇区的波束组成(以下称“自适应波束”)每一个扇区的2个自适应波束可以再分配到其他扇区，适应基于通信量分配。

即形成12个波束用于一个BTS的整个覆盖范围在那里6个波束A2、A3、B2、B3、C2和C3固定到它们原来的扇区，其他6个波束A1、A4、B1、B4、C1和C4在扇区之间是可以改变的，如图3所示。因此一个扇区的方向和宽度通过自适应波束再分配来调整。

图4是按照本发明的多波束分配/组合装置的第二实施例。图4的装置包含一个多波束形成模块402、一个开关模块404、一个180°耦合模块406、和一个组合模块408。

多波束形成模块402组成12个波束它们的幅射角相互不同，它包括3个扇区的3个多波束形成器如图4所示。每一个多波束形成器组成从一阵列扇区天线接收的4个波束，以便4个波束可以相互有不同的覆盖小区构成一个相应扇区的整个覆盖范围。

第二实施例的开关组件404具有6个开关，配置用于6个波束A4、B1、B4、C1、C4和A1，这6个波束配置作为初始级的“可改变扇区”。开关组件404中的每个开关接收来自多波束形成模块402的自适应波束，并且将其向原始或原始和其他扇区连接。

开关组件404中的每个开关包括两个输出和一个终接负载。一个输出固定连接到输入，并且另一输出根据外部控制信号或开关组件404的内部控制信号有选择地连接到输入或终接负载。即，每个开关仅形成朝向其原始扇区的输出端的单个波束路径，或朝向其扇区和另一扇区的两条路径。换句话说，当接通开关时，每个开关可作为2路分配器，而当开关切断时，就作为单波束路径。

与束端口A1、A4、B1、B4、C1和C4相连的开关成对工作。换句话说，在开关操作中，两个开关、A4和B1、B4和C1或C4和A1耦合。例如，A4和B1端的两个开关同时出于切断，或当其中之一为切断时，另一开关为接通。即，开关的每次耦合使得没有路径通向其他扇区，或者在外部开/关控制信号或开关组件404的内部开/关控制信号的控制下，使得仅有单条路径通向其他扇区。

每个180°耦合模块406的耦合器包括两个输入和两个或一个(另一个终接)输出，并且它将对角线输入的相位转移了180°，并随后将其与直接输入组合。

组合模块408将来自多波束形成模块402的每个信号路径上的波束彼此在其振幅和相位特性方面匹配。组合模块408可以由4路组合器制成。

第二实施例的操作将更加详细地进行说明解释。

当开关A4和B1的耦合全部切断时，就不会建立到其他扇区的波束路径，因此，这两个自适应模数A4和B1与它们原始扇区分别固定。如果开关的耦合全部切断，那么，扇区型BTS就如同传统具有12个固定波束。

当这两个的开关A4为通，且其他B1为断，波束A4由开关A4分配，该开关作为2路组合器，并且波束A4同时提供给两个180°耦合器，即扇区1的180°耦合器和放置在扇区1和2之间的普通180°耦合器。施加给扇区1的180°耦合器的波束A4被移相180°，而在施加给普通180°耦合器的波束A4中不会产生移相。因此，经分配的波束A4在扇区1的组合器中经相消地混合，以便在扇区1中不出现波束A4。

同时，施加给普通180°耦合器的经分配波束A4在与扇区2连接的输出处被移相180°，并随后输入到扇区2的组合器。经180°移相的波束A4与扇区2中具有180°移相的波束B1以及其他波束在扇区2的组合器中组合。因此，波束A4从扇区1再分配给扇区2，即，拓宽了扇区2的覆盖范围。

类似于上述所解释的操作，当开关A4切断时且两者中另一开关接通时，波束A4和B1在扇区1的组合器中组合，这样，就将波束B1再分配给扇区1。对这种情况的详细解释将忽略，因为，这已为本领域的熟练技术人员所熟知。

根据多波束分配/组合设备的第二实施例的操作，12个波束中的6个波束可以分别分配给除它们原始扇区外的一个扇区，以适应在3个扇区中的通信负载分布，由此就可使无线信道的效率最大化。

现在，将解释本发明的第三实施例。在第三实施例中，3个扇区中每个扇区的4个波束(对于3个扇区来说总和就是12个波束)被使用，并且所有的12个波束是可改变扇区的，因此，它们可以依据通信分布自适应地再分配到其他扇区。

图5是根据本发明的多波束分配/组合设备的第三实施例的框图。图5的设备500包括定向耦合模块502、开关矩阵模块504、终接开关矩阵模块506、波束组合模块508以及控制单元600。

定向耦合模块502将来自天线阵的RF波束进行耦合以提取RF波束的部分信号。经耦合的信号作为判定标准用于多波束分配/组合设备的自适应波束再分配，并且它还可以用于估计反向链路中的通信量。

开关矩阵模块504将来自定向耦合模块502的输出进行连接并转向适合的扇区，并且将定向耦合模块502和终接开关矩阵模块506之间的信号特性进行匹配。

终接开关矩阵模块506将来自开关矩阵模块504的信号连接到其输出，或者，如果不存在信号就中断。它也将开关矩阵模块504和波束分配/组合模块508之间的信号特性进行匹配。

配置用于3个扇区的波束分配/组合模块508对多波束进行分配/组合，并且匹配发送到BTS系统(未示出)以及接收来自BTS系统的信号特性。

控制单元600控制开关矩阵模块504和终接开关矩阵模块506两者的操作，并保持对它们转换状态的监测。

图6是图5多波束分配/组合设备500的详细框图。如图6所示，定向耦合模块502对来自12个与3个天线阵相连的输入端的12个波束进行耦合，以产生前述标准信号，并且将这12个波束连接到开关矩阵模块504。

开关矩阵模块504包括12个开关，它们在控制单元600的控制下，对定向耦合模块502和终接开关矩阵模块506之间的信号特性进行匹配。开关矩阵模块504的每个开关在控制单元600的控制下，选择到两个扇区中任一扇区的波束路径。对于波束路径选择，开关矩阵模块504的每个开关具有一个输入，连接到定向耦合模块502，以及两个连接到两个终接开关的输出，所述终接开关属于不同的扇区。因此，每个开关的转换操作决定了两个扇区中的一个。

终接开关矩阵模块506包括24个终接开关，它们在控制单元600的控制下，匹配开关矩阵模块504和波束分配/组合模块508之间的信号特性。终接开关矩阵模块506的每个开关具有两个输入，它们中的一个与开关矩阵模块504相连，而另一个输入与终接负载相连。这样，每个终接开关的输出连接到开关矩阵模块504的相应开关，如果它输出信号，或在控制单元的控制下连接到终接负载。到终接负载的转换不仅是为了匹配开关矩阵模块504、终接开关矩阵模块506以及波束分配/组合模块508中的阻抗，而且也防止不需要的噪声流入系统。

如通过对图5和6中的设备500的所有元件的解释所了解的那样，每个扇区的通信负载是基于由定向耦合模块502所提取的来自耦合路径的信号来进行估计，并且还依据所估计的每个扇区的通信负载判定如何分配/组合多波束。随后，控制单元600通过根据所确定的多波束分配/组合方案控制具体信号路径各自的转换来设定所有通过开关矩阵模块504和终接开关模块506的信号路径。通过控制单元600设定的具体信号路径执行扇区的具体变化。

对所解释的实施例所做的各种修改和变化对于本领域的熟练技术人员来说显而易见，例如，在波束数目中的变化、扇区数目的变化以及12个开关结构的变化都不背离本发明的精神或范畴。这样，就希望本发明能覆盖所有对其的修改和变化，所提供的这些修改和变化包含在附加权利要求和它们的等价物的范畴中。

Claims (14)

1、一种移动通信系统的多波束分配/组合设备，所述系统中的基站具有n个扇区，每个扇区具有m个波束，其特征在于，所述设备包括：

多波束形成模块，形成辐射角彼此不同的(n×m)个波束；

180°耦合模块，将来自多波束形成模块的(n×m)个波束组合成(n×m)/2个波束，每个波束在两个扇区之间分配；

开关模块，由(n×m)个开关元件组成，每个元件选择经分配的(n×m)个波束中的一个或一个终接负载；

180°移相模块，有选择地将经分配的(n×m)个波束移相；以及

组合模块，组合每个扇区的m/2个波束。

2、如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述180°耦合模块在原始扇区和另一扇区之间分配每个经组合波束。

3、如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述开关模块将经组合的(n×m)/2个波束中的每个波束选送到单个扇区。

4、如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述180°移相模块将一半的经分配的(n×m)个波束移相，将它们与来自其他扇区的另一半波束相长地进行组合，

5、一种移动通信系统的多波束分配/组合设备，所述系统中的基站具有n个扇区，每个扇区具有m个波束，其特征在于，所述设备包括：

多波束形成模块，形成辐射角彼此不同的(n×m)个波束；

开关模块，由开关元件组成，有选择地将多波束形成模块的(n×m)个输出波束中的(n×m)/2个波束分别与两个扇区相连；

耦合模块，由多个扇区耦合器以及多个普通耦合器构成，扇区耦合器将不通过所述开关模块的(n×m)/2个波束以及通过所述开关模块的(n×m)/2个波束进行组合，每个普通耦合器能将来自所述两个开关元件的两个波束组合，并将经组合的波束在两个扇区之间分配；以及

组合模块，能为每个扇区将来自所述耦合模块的所有输出进行组合。

6、如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述耦合模块不断地将直接来自所述多波束形成模块的(n×m)/2个波束传送给各个原始扇区，并且能将其他(n×m)/2个波束同时传送给原始扇区和其他扇区。

7、如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述耦合模块将由每个开关元件将一个经分配的波束没有相位变化地传送给原始扇区，而将另一个经分配波束经180°移相传送给原始扇区，并且还将所述一个波束经180°移相传送给另一扇区。

8、如权利要求5或7所述的设备，其特征在于，当施加开启信号时，所述开关元件将输入波束同时输出到扇区耦合器以及普通耦合器，而在施加关闭信号时，将输入波束仅连接到扇区耦合器。

9、如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述组合模块进一步对来自所述多波束形成模块的每个信号路径上的波束在它们的振幅和相位特性上进行彼此匹配。

10、一种移动通信系统的多波束分配/组合设备，所述系统中的基站具有n个扇区，每个扇区具有m个波束，其特征在于，所述设备包括：

耦合模块，将(n×m)个波束进行耦合以产生每个扇区的通信估计标准信号；

开关矩阵模块，由(n×m)个开关元件组成，每个元件能将每个输入连接到两个扇区；

终接开关矩阵模块，由2x(n×m)个终接开关元件组成，每个元件选择所述开关元件的一个输出或一个终接负载；

组合模块，对于每个扇区将来自所述终接开关矩阵模块的所有输出进行组合；以及

控制单元，依据所产生的通信估计标准信号，对所述开关元件和终接开关元件的操作进行个别控制。

11、如权利要求10所述的设备，其特征在于，每个开关元件根据所述控制单元的开关控制，建立到原始扇区或另一扇区的波束路径。

12、如权利要求10所述的设备，其特征在于，根据所述控制单元的开关控制，所述每个终接开关单元在所述开关元件和组合模块之间建立波束路径或中断组合模块的输入。

13、如权利要求10所述的设备，其特征在于，连接终接负载，以便通过切断所述开关矩阵模块和组合模块之间的波束路径来防止不期望的噪声流入。

14、如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述组合模块对发送到基站系统的信号特性以及从基站系统接收的信号特性进行匹配。

Images