CN1679206A - 发射范围被细分为扇区的天线装置的控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制一个无线电通信系统的天线装置(AN)的方法，其中该天线装置(AN)的发射范围(R)被细分为扇区(A、B、C、D)并且该天线装置(A－D)被这样控制，使得信号被定向发送到至少第一扇区内，该信号的接收站(MS)位于第一扇区的接收范围内，其中当该接收站靠近、进入或停留在与该第一扇区(D)相邻的第二扇区(C)附近/内部时，对用于向第二扇区(C)内发送信号的天线装置(AN)进行控制。为了防止当接收站(MS)在扇区(A－D)之一内接收不足时控制广播天线(BCAN)或当不能足够地分配接收站(MS)给扇区(A－D)之一时，建议，对被控制的扇区(A、B、C)交替地进行控制，以致在至少两个扇区(B、C)之间来回切换。

Description

发射范围被细分为扇区的天线装置的控制

本发明涉及一种根据权利要求1的前述部分的特征的、用于控制一种发射范围被分为扇区的天线装置的方法。

在特别是根据GSM(全球移动通信系统)标准或UMTS(通用移动通信系统)标准的无线电通信系统中已公开，借助一种被相应控制的天线装置，信号仅在一个确定的方向上被发送。由此一个发射站的发射范围被分为扇区及子扇区，这样当已知一个接收站的位置时只需在其方向上发送。这一方面导致在发射信号时节省能量，另一方面导致有更多的可管理的接收站，因为同一种资源、例如频率可以针对位于不同扇区的不同接收站而使用。

在所谓的“波束转换(Switched Beam)”系统、即具有定向或加权发射的有目的切换的系统中，一个天线或天线装置的发射范围或所谓的小区被细分为多个子扇区。在此，特别是在第一步骤中无线电小区通过使用例如120°天线被分为多个扇区，该多个扇区又借助例如4×30°或8×15°天线被细分为子扇区。借助在从迟接收的站沿上行方向(uplink)向迟发射的站的传输时的接收信号，用户侧的、迟接收的站被定位。在定位之后，中心发射站利用天线装置在朝下行方向(downlink)的传输中仅向最合适的子扇区中发送。由此发射功率被大大限制，并且发射范围内的干扰因此而减少。

在将所谓的智能天线作为发射天线使用时，发射天线由一个天线装置(Antennenarray)构成。通过单个偶极天线的合适的相位控制，天线装置的主发射方向直接指向接收站，该主发射方向一般同样具有狭长的天线模式。模式被理解为天线方向图或模型，它可以通过相位控制来调节。

一个大问题在于，朝向接收站的发射方向大多数情况下不能被足够精确地检测。该问题的一种解决方法是，多次从子扇区天线或智能天线的一个狭长的射束(narrow beam)切换至一个全扇区天线(广播天线)，该全扇区天线覆盖围绕天线装置的整个无线电小区。然而这导致功率损失和干扰的提高。

在波束转换(switcbed beams)中的另外一个问题是，在子扇区天线之间在天线模式中可以发现一个小干扰，因此在两个子扇区之间的天线增益比在子扇区中心范围小一些，如从图4中可见这一点。

本发明的任务在于，建议一种用于控制带有子扇区或细分为扇区的发射范围的天线装置的改进方法。

该任务通过具有权利要求1的特征的用于控制天线装置的方法以及具有权利要求11的特征的用于实施这种方法的发射站来解决。

射束方向在接收站所处的相邻扇区之间的交替切换虽然带来语音或数据传输块的传输质量在一定程度上变差的危险，然而对整个系统来说优点是主要的。对于传输质量不够的情况，在接收侧可以毫无问题地要求重传，这导致增加发送负担。然而总体上由于相对于否则必需的多个子扇区的控制或甚至全扇区天线的控制而言的干扰增益优点还是占优势。此外可以记录能量增益，因为即使是暂时所需的传输块到接收站的重复发射也比否则在更大范围内或可能的话在整个可能的发射范围内持续所需的传输块发射消耗更少的能量。

有利的扩展方案是从属权利要求的主题。

有利地，作为使用本方法的标准引入了一个阈值、例如接收站的确认，即接收信号足够强或超过一个确定的阈值。这样可以保证，在接收站方面在一个确定的扇区内有好的接收的情况下，为了将来的传输只在该特别适合的或足够适合的扇区内发射信号。与信号持续地、交替地发射到不同扇区中或在不同子扇区中使用子扇区天线的情况下相比，这导致进一步的干扰降低。

有利地，在到不同扇区或子扇区中的发射之间交替切换时可以进行权重，其中所发射信号被发射到一个被使用的扇区或子扇区中的时间比被发射到另一个被使用的扇区或子扇区中的时间长。这特别可以表示，例如在第一扇区内分别发射三个传输块，而在第二扇区内只发射一个传输块。由此可以例如测试出，在接收侧随着时间的推移通过第二个、较短时间被使用的扇区是否可以比通过主要被使用的扇区更好地接收，因此在这种情况下权重可以被改变或甚至可以进行完全的切换。

在多于一个扇区或子扇区中同时发送，能够实现例如在第一时刻将信号发射到第一扇区或子扇区内，并且与此交替地同时进行到与第一扇区或子扇区相邻的两个扇区或子扇区内的第二发射。当接收站的位置仅可以粗略被确定，并且不清楚是否可以通过中心的第一扇区或子扇区或可能的话通过相邻的扇区或子扇区之一更好地接收时，该功能特别有利。

以不同的发射功率在交替地被控制的扇区内发送，使得能够针对接收站位于其较中心处的扇区或子扇区使用小发射功率，并且针对接收站更进一步地移动进入其发射范围的扇区或子扇区使用更强的发射功率。

有利地，扇区或子扇区仅最小限度地重叠，因为通过相邻扇区或子扇区的交替切换保证了，必要时所进行的一个传输块的两次传输、即每个扇区或子扇区一次的传输应通过两个扇区或子扇区中至少之一成功地进行接收。因此，在扇区划分的规划中可以通过减少扇区或子扇区的数目进行整个系统的简化。

尤其在接收站的位置不明确时有利的是，在三个或更多彼此相邻的扇区之间交替切换，以保证到达接收站。

如果一个接收站不能明确地被分配给扇区或子扇区之一，并且因此不能充分保证传输块或信号以足够好的质量到达接收站，本方法的实施才被有利地进行。在接收站可以被明确地分配给扇区或子扇区之一或在扇区之一中有足够好的接收之后，可以调节具有不同扇区或子扇区的交替控制的本方法的实施，直到在稍后的时间点接收质量可能不再足够好时为止。

在特别紧要的情况下，也可以从具有不同扇区或子扇区的交替控制的本方法切换至全扇区天线，如同这本身已公开的那样。因此，具有不同扇区或子扇区之间的交替切换的方法是固定扇区或子扇区的控制或者全扇区天线的控制的已知方法步骤之间的中间阶段。

合理地，可以选择各个传输块之间或各个脉冲串之间的边界作为不同扇区或子扇区的交替控制的切换时间点，使得完整的数据传输块或其一部分分别被发送到该扇区或子扇区内。

对于带有波束转换的系统来说，对于一个位于一个子扇区边界的接收站的情况，也可以分别控制两个子扇区天线，然而这由于叠加导致一个中间射束的形成，如从图5中可见的那样。与此有关地，图6概略地表示出了四个彼此相邻的子扇区的主射束方向A，B，C和D以及中间射束A+B，B+C，C+D，它们通过两个主射束方向A和B、B和C以及C和D的同时控制而产生。然而其中的缺点是，两个相邻子扇区天线的控制导致控制的相位精确度的非常苛刻的边界条件。在发射站和天线之间敷设电缆时变化很小的电缆长度或者很小的温度变化已经导致中间射束的旋转。为了避免这种情况，需要高的硬件和软件花费，从而需要昂贵的调节机制。

根据本方法，对于在两个扇区或子扇区之间的用户来说可以有利地避免这样构成中间射束。

有利地，一个无线电通信系统的发射站仅仅扩展相应的控制功能，以致可以简单且低成本地实现本方法。特别在使用本身已经公开的波束转换系统及/或带有智能天线的系统或可比较的目前及未来的无线电通信系统时，本方法可以被运用。

用于说明本方法的一个实施例以下借助附图进一步被阐述。其中：

图1示出了一个带有一个天线装置的发射站的俯视图以及概略表示的不同扇区的发射范围；

图2示出了根据一个替代的实施方式的这种装置；

图3示出了用于说明不同扇区的发射次序或控制的时间图序列；

图4示出了一个根据现有技术的波束转换系统的发射范围；

图5示出了一个带有同时被控制的直接相邻扇区的波束转换系统的这种分布，以及

图6示出了子扇区的主射束方向以及其中间射束。

如从图1可见，一个无线通信系统由多个类型极大不同的装置和功能构成，图中仅概要示出其中一个。虽然示出了一个无线电通信系统，其中位置固定的发射站或发射和接收站BS与由多个其它装置构成的网络固定连接，可是到其它类型的无线电通信系统的传输也是可能的。例如可以传输至所谓的AdHoc无线电系统，其中单个发射及接收站在没有由其它系统装置预先规定固定的坐标的情况下自己控制对可用的资源的接入，并且必要时同其它这样的站商定。这些站也可以具有天线装置，利用该天线装置可以其发射到周围范围的扇区中。

在所示的无线电通信系统中，基站BS被构造为带有一个天线装置AN的发射和接收站，它使得信号到周围可能的发射范围R的单个子扇区A、B、C、D中的定向发射成为可能。基站BS自身或与其相连的基站控制装置BSC拥有一个控制装置C，它控制运行过程和发射和接收过程。特别地，控制装置C这样整理要被发送的数据，使得数据通过天线装置AN、在当前情况下通过由三个单个天线单元构成的天线装置通过相应的控制有目标地被发射到一个或多个扇区或在这里为子扇区A-D的范围中。为了提供控制算法以及必要时提供数据表，控制装置C合理地与一个储存器M相连接。基站控制装置BSC与其它装置、例如运行与维护中心以及归属位置寄存器和类似寄存器、以及通向其它通信系统的接口相连，为了简化表示，它们没有被示出。

除了由三个单个天线单元构成的、用于将信号定向地发送到子扇区A-D中所选择的子扇区中的天线装置AN外，基站BSC还具有一个通常的全扇区天线(广播天线)BCAN。利用该天线，信号可以向四周发射到整个发射范围R内。此外还示出了三个主扇区的粗略划分，该主扇区又被划分为四个所示出的扇区A-D作为子扇区，这例如在带有波束转换(Switched-Beam)的系统中是常见的。在所示的实施方式中，接收站MS、例如一个移动用户站或一个用于连接到支持无线电的数据通信系统上的移动计算机位于两个子扇区BC的重叠范围内，其中接收站MS继续位于这些子扇区中第一子扇区B的范围内，并且位于这些子扇区中第二子扇区C的边缘范围内。

正好在这种情况下在发射范围R或无线电小区内不能准确定位或检测接收站MS时，根据本方法不是以通常的方式切换至全扇区天线BCAN，而是在两个子扇区B、C之间交替地来回切换。在最简单的实施方式中，针对每个要被发送的数据传输块或脉冲串，交替地控制这两个扇区中的第一子扇区B或第二子扇区C。

因此在最简单的实施方式中，交替地将一个传输块发送到子扇区B中，然后发送到子扇区C中，然后又发送到子扇区B中等。在此可以有选择地在每个发送过程中分别发送一个新的数据传输块，但是在紧要的传输情况下，也可以首先将一个数据传输块发送到这两个子扇区中的第一子扇区B中，然后在另外的数据传输块又依次被发送到两个子扇区B、C中之前，相同的数据传输块被重复发送到这两个子扇区中的第二子扇区C中。在此，接收站MS可被看作是处于转变状态的，它仅位于这两个子扇区之一C的外边缘范围内，以致在通过该子扇区C传输时可能以较高的不可接受的数据丢失概率以及新的传输要求结束。

只有在这样的不同子扇区B、C的交替控制不可能实现足够好的数据传输质量的情况下，才切换至通过全扇区天线BCAN的发射。

有利地，在这种方法中类似于“草地喷水器”的水分布，不同的被控制的子扇区A-D的覆盖范围可以按照接收站MS的可检测到的位置的准确性被收缩或扩大。与使用全扇区天线BCAN相反，干扰增益没有完全丢失，而是至多在相对于控制单个扇区而控制较大数量的子扇区时被限制。

对于以下情况，即在向不同子扇区交替地发射数据传输块而没有数据传输块的冗余发射时，单个语音或数据传输块以不够好的质量被传输，通常的、用于重新要求传输或要求冗余数据的方法可以被使用，因此接收站MS的用户几乎不能或不能发觉相对于在单个子扇区中或通过全扇区天线BCAN的很好的接收的、传输功率的可能的变坏。

有利地，通过基于脉冲串或基于帧的转换，在天线装置AN的相邻天线单元之间或子扇区A与B、B与C或C与D之间不会产生中间射束A+B，以致相对于两个相邻扇区的同时控制，传输质量明显被改善。

图2基本上示出了与图1中的装置结构相同的装置，因此不再重复描述。示出了三个子扇区A、B、C，它们这样重叠，使得中间的子扇区B还与右边或左边相邻的两个扇区A、C相互重叠。

所示出的是一种情形，其中接收站MS位于所示出的第一子扇区A的中心，还相对远地位于所示出的第二子扇区B的发射范围中，并且也还位于第三子扇区C的发射范围的边缘范围中。因此，接收站MS可以从所有的三个扇区及与第一站A相邻的并且未被示出的其它扇区接收信号。

如已借助对图1的描述所说明的那样，对单个子扇区A-D可应用不同的控制次序。图3以图a-e示出四个示例的方案，其中子扇区A-D在时间轴t上方被标出，通过这些子扇区进行发射控制的时间次序。在此，数值表明传输块编号，其中相同的数值应该表示这样的情形，即其中同一个数据传输块在时间上依次通过不同子扇区重复地被传输或同时通过不同子扇区并行地被传输。

图a示出一个控制过程，其中接收站MS如例如在图1中示出的那样位于两个子扇区B、C的重叠区域中。两个子扇区B、C被交替地控制，其中分别传输一个新的数据传输块1、2、3…。

对于一个数据传输块1、2、3…在这种传输中没有被接收站MS接收到或以不够好的质量被接收站MS接收的情况，进行重新或冗余传输，如这借助图b针对第七数据传输块7的情况所示的那样。在通过第二子扇区C的有错误的传输后，其中接收站MS位于该第二子扇区C外边缘范围，该数据传输块7通过子扇区B进行重复传输。

在紧要的发送和接收情况下，例如一个接收站位于两个子扇区B、C的重叠区域中的情况或在由于多径传输或其它干扰源产生干扰影响的情况下，可以有利地选择交替的控制次序，其中每个数据传输块1、2、3…分别在下一个数据传输块又交替地由天线装置AN通过两个子扇区B、C发射之前，首先通过一个子扇区B被传输，然后通过另一个子扇区C被传输。这在图c中被概略示出。

图d示出已经阐述过的方法过程，其中接收站MS位于多个子扇区A、B、C的范围内。在此，中心子扇区B较相邻的子扇区A、C更频繁地被控制。在示例的过程中，两个在外部的子扇区A、C仅在每第六个传输中被使用，而中心子扇区B每个次序周期一共被控制四次。

即使当接收站MS位于例如一个子扇区的边缘区域内时，可比较的控制次序也可以在仅有两个被控制的子扇区的情况下被使用。于是通过该子扇区，接收站例如仅按每第三个传输次序接收一个数据传输块，否则分别通过子扇区相继接收多个数据传输块，该接收站位于该子扇区的较中心处。

另一种控制超过两个子扇区A-C的情形在图e中被示出。例如当一个接收站MS的停留位置不可准确地被探测时，其中估计的位置在第二子扇区B的中心，可是也有可能停留位置更确切地说在第一或第三子扇区A、C中，可以有意义地交替在第一、第三、第五等步骤中控制估计的在中心的第二子扇区B，而两个与其相邻的第一及第三子扇区A、C在分别位于其中的步骤中相互平行地被控制。当两个在外部的子扇区A、C互相不重叠时，这种控制特别有利。

如借助图d及e所描述的控制方案也特别适合于一个移动的接收站MS的情况，以便间接地通过接收站MS关于所进行的发射的接收质量的相应回复而推断出接收站到其它子扇区中的运动，并且可以在尽可能早地合适的时间点上分别主要向被确定为理想的子扇区A、B或C中进行发射。

有利的是，当接收站MS快速移动通过发射范围R并且因此通过不同子扇区A-D时，通过对子扇区A-D的这种控制也避免了在通信系统内的突然转换以及由此必需的判定。特别是在接收站MS的停留位置的探测条件不清晰时，对于每次选择要被控制的子扇区而言也可以使用基于所谓的Fuzzy理论或类似理论的算法。

通过天线切换的略微变化，例如一个新的或迄今未被使用的子扇区的随机或有目的的控制，以及按照关于下行连接的相应报告对接收站的测量值的分析，最佳扇区天线可以被调整用于理想合适的子扇区A-D的控制。

在多次反射(多径效应)的情况下，尤其可以基于脉冲串在子扇区之间以最大辐射进行切换，即使这些子扇区不是必然相邻。例如，子扇区A和子扇区D可以交替被控制。

从原理上说，对任意数目的扇区或子扇区本发明方法都起作用。本方法可以通过以下方式应用于智能天线，即通过相应地修改偶极天线的相位控制而让主波瓣(Narrow-Beam)围绕所估计的移动站MS的方向摆动。

因此特别的优点在于减少了带有所有对应的缺点的中间射束，以及通过成本低的软件解决方法节省了硬件花费。此外通过在相邻的扇区天线或子扇区天线之间的快速切换可以对中间射束进行仿真。在接收站MS的定位不准确的情况下，可以通过草地喷水器方式的快速天线切换避免切换回全扇区天线BCAN。容量增益仍然至少部分地保持。

扇区与子扇区之间的区分不是必须的，因为本方法也可以应用于其它系统。决定性的是发射范围围绕一个发射位置或一个天线装置的划分，例如划分为扇区或所描述的扇区和附加的子扇区。

Claims (12)

1.用于控制一个无线电通信系统的天线装置(AN)的方法，其中所述天线装置(AN)的发射范围(R)被划分为扇区(A、B、C、D)，并且

-所说天线装置(AN)这样被控制，使得信号被定向发射到至少第一扇区(B)中，

-所述信号的接收站(MS)位于所述第一扇区(B)的接收范围内，

-其中当所述接收站(MS)接近、进入或停留在与所述第一扇区(B)相邻的第二扇区(A、C)附近/内部时，为了将所述信号发射到所述第二扇区(A、C)中而对所述天线装置(AN)进行控制，

其特征在于，

-所述被控制的扇区(A、B、C)交替地被控制，以致在至少两个扇区(A、B、C)之间来回切换。

2.根据权利要求1的方法，其中对位于质量特征、尤其是一个阈值之下的扇区(A、B、C)进行交替控制。

3.根据权利要求1或2的方法，其中除了对所述扇区(A、B、C)进行交替控制之外，对这些扇区(A、B、C)中所选择的扇区进行权重，其中所述扇区中至少一个扇区(B)比其它被控制的扇区(A、C)更频繁地被控制。

4.根据前述权利要求之一的方法，其中多个扇区(A、B、C、D)中多于一个扇区(A、C)同时被控制，其中同时被控制的扇区(A、C)优选地不重叠。

5.根据前述权利要求之一的方法，其中在不同的被控制的扇区(A、B、C)中以不同的发射功率发射。

6.根据前述权利要求之一的方法，其中多个扇区(A、B、C、D)相互重叠。

7.根据前述权利要求之一的方法，其中三个或更多不同扇区(A、B、C)被交替控制，所述接收站(MS)位于或必须位于所述扇区(A、B、C)的范围内。

8.根据前述权利要求之一的方法，其中如果所述接收站(MS)不能被明确分配给所述扇区(A、B、C、D)之一，则对所述扇区(A、B、C)进行交替控制。

9.根据前述权利要求之一的方法，其中如果尽管对单个扇区(A、B、C)进行了交替控制，所述接收站(MS)仍然不能足够好地接收信号，则切换至广播天线(BCAN)。

10.根据前述权利要求之一的方法，其中分别随着一个脉冲串、数据传输块或传输帧的发送开始而分别对所述扇区(A、B、C)中另外一个扇区进行控制。

11.一个无线电通信系统的发射站(BS、BSC)，具有

-用于以扇区的方式地发射信号给接收站(MS)的天线装置(AN)，以及

-控制装置(C)，用于这样控制所述天线装置(AN)，使得单个扇区(A、B、C、D)可以被控制，

其特征在于，

所述控制装置(C)被设计用于根据按照前述权利要求之一的方法按时间次序交替地控制不同扇区(A、B、C)。

12.根据权利要求11的发射站，其具有用于发射转换波束(Switched-Beam)的系统及/或作为天线装置(AN)的智能天线系统。

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