CN1692562B - 高效涵盖使用波束成型及扫瞄扇区化小区的系统 - Google Patents

Abstract

一种通信系统，其在至少一主要站台以及至少一次要站台间的一已扇区化小区的范围内发射以及接收通信，该通信系统包括一用于产生以及塑形一波束的小区，一用于在该波束范围内发射以及接收信号的天线，以及一用于指向该波束的小区，其中，该已塑形的波束会连续、或不连续地被指向多个方向。

Description

高效涵盖使用波束成型及扫瞄扇区化小区的系统

技术领域

本发明涉及一种通信在主要站台及次要站台间进行发射与接收通信的系统。

背景技术

扇区化(sectoring)是为用于替个别的小区地点(cell site)提供有区别的涵盖区域的一已知技术，并且，其是可以藉由于习知技术中已知的“聪明天线(smart antenna)”技术而加以达成，其中，聪明天线方法乃是会动态地改变一天线的发射模式，以形成一“波束(beam)”，聚焦该天线的地志涵盖范围(topographical coverage)。

波束成型是为对于扇区化的一提升，因为所述扇区是可以于方向以及宽度上获得调整，两种技术是皆被用以：1)降低在小区以及被部署于所述小区中的用户设备(UE)之间的干扰；2)增加在一接收器以及一发射器之间的范围；以及3)定位一UE，通常，该些技术是会在一经获知所述UEs的专属信道的一般位置时被应用于其上。

在获知一UE的位置之前，共同信道广播信息是可以为所有UEs所接收，且在此信息可以于静止扇区中进行发送时，其即不会在变动波束中进行发送，不过，在此方法中固有的无效率则是在于，决定用于该专属数据交换的该适当波束时，乃需要额外的步骤，且同时，一般而言，所述波束是必须要大到足够提供一宽广的涵盖区域，此即表示，它们的功率是会随着与该发射器的距离而变低，所以，在如此的例子中，它们是必须使用较高的功率，具有较长的码元时间(symbol times)，及/或更坚实的编码规划，以涵盖相同的范围。

利用一习知技术规划的共同信道涵盖是于图1的中显示为四个重叠的宽波束，而此则是在提供所述小区位置一定程度的重复使用的同时，提供了全方向的涵盖，且其是亦会藉由使得每一个扇区皆发射一独特的辨识符(identifier)，而对侦测所述发射的其中之一的所述UEs(UE1，UE2)提供一粗略程度的指向。

请参阅图2，其是显示在一主要站台(P)以及数个UEs(UE3，UE4)之间的下行链路专属波束(downlink dedicated beams)其中，是假设图1以及图2的该主要站台(P)的功率相同，且所有其它的属性是亦皆为相等，则在图2中的所述UEs(UE3，UE4)与该主要站台间的距离即可以比在图1中所示的所述UEs(UE1，UE2)更远，或者，二者择一地，所述涵盖区域是可以藉由减少该码元率，及/或增加该错误校正码(error correctioncoding)而为大略相同，而这些方法的任何一个则皆会减少该数据递送率，再者，此是亦会应用于该主要站台P的接收器下行链路波束模式，并且，应用于自所述UEs至该主要站台P的数据的有关涵盖范围以及选择的批注也会相同。

在习知技术中，一般而言，一主要站台P、或一UE的范围乃是藉由结合较高功率，较低码元率，错误校正码，以及在时间、频率、或空间上的差异而获得增加，然而，这些方法却会产生造成不符合最佳操作的结果，此外，在涵盖范围所对准的路线中，是具有该共同以及专属通信信道间的一误配。

因此，即有需要在不具有相关于习知技术规划的缺点的情形下，高效涵盖一扇区化小区。

发明内容

一种在一通信系统中用于与至少一次要站台发射以及接收通信的主要站台，该主要站台利用至少一波束而涵盖一已扇区化小区，该主要站台包括：用于在多个波束位置产生以及塑形一波束的装置，藉此，对于每一波束位置，该波束涵盖该小区的一部分，且每一波束位置的参数个别地受到控制；一天线，受配置在该波束的范围内发射以及接收信号；用于选择性地将所述波束扫瞄到该多个波束位置的装置；以及用于辨识该波束的位置的装置。

附图说明

图1是显示在一主要站台以及数个UEs之间具有4个重叠宽波束的一习知共同涵盖规划；

图2是显示在一主要站台以及数个UEs之间利用专属波束的下行链路专属波束的一习知规划；

图3是显示发散自一主要站台的一旋转共同信道；

图4是显示用于已知不均匀分布的UEs的一波束架构；以及

图5是显示具有随着流量形式进行调整的波束宽度的一波束架构。

具体实施方式

本发明将会以所绘图式作为参考而进行叙述，而在所有的图式中相同的数字是代表相同的组件，且前述有关波束成型的陈述是可应用于该信号的发射以及其接收，举例而言，对于在该波束外面的该些装置而言，较窄的发射波束是会造成较少的干扰，相反地，一较窄的接收波束则是会减少来自该波束外面的信号的干扰，此外，本发明的先前叙述是可应用于信号的接收以及发射，而有时，该叙述的一特别部分的内容将会明确地关连于接收、或发射，即使是并非实情的时候。

所述共同信道，正如其名称所暗示的，是会为所有装置所利用，本发明的该系统以及方法是会利用将有用的信息提供至该系统以及该UE的方式，而格式化该些共同信道，以用于所述专属信道的最终建立。

请参阅图3，该破折线所描绘者是代表发散自一主要站台(PS)的一共同信道波束B的可能位置P₁-P_n，其中，在一特别的时间周期时，该波束B仅会存在于该实线描绘部分所举例说明的所述位置P₁的其中之一，该箭头则是显示该波束B的时间顺序安排，在此举例说明中，该波束B是会接续地自一个顺时钟位置P₁移动至另一个P₂-P_n，虽然一顺时钟旋转并非必须的。

该系统是会于所述位置P₁-P_n的每一个处提供对于该波束B的辨识，其中，辨识该波束B的一第一实施例即为，当该波束B位于每一个位置P₁-P_n处时，其是会发送一独特的辨识符，举例而言，位在一第一位置P₁时，将会发射一第一辨识符I₁，位在一第二位置P₂时，将会产生一第二辨识符I₂，并且，对所述位置P₁-P_n的每一个皆然，因此，若是该波束B是持续地进行扫瞄时，则每一个旋转角度(或是预设量的角度)皆可以产生一不同辨识符I₁-I_m。

用于辨识该波束B的所述位置P₁-P_n的一第二实施例则是，该UE会让作为一种辨识符形式的一时间标记返回该PS，而让该时间标示(或该辨识符)返回该PS则是会通知该PS，波束B已经被该UE所侦测，所以，对该个时间周期而言，该PS现在乃会得知能够与该UE进行通信的该波束B的该位置P₁-P_n，然而，其是应该要注意的是，由于可能的反射，此是并不必然是自该PS至该UE的方向。

用于辨识该波束B的所述位置P₁-P_n的一第三实施例则是时间同步化，该波束B乃会进行定位，并且与一已知的时间标示产生关联，其中，达成的一个方法是，让所述UEs以及该PS皆具有对该相同时间参数的存取，例如，全球定位系统(GPS)，美国标准与技术研究院网际网络时间(NationalInstitute of Standards and Technology internet time)、或无线时间广播(WWV)，或是利用适当同步化所维持的本地时间。

用于辨识该波束B的所述位置P₁-P_n的一第四实施例则是，所述UEs以及该PS会与来自基础结构发射的时间标记进行同步化，所述UEs是可以侦测辨识该PS的波束发射，但是并却不一定可以侦测该个别的波束B位置P₁-P_n，藉由该UE回报该PS其所侦测到的时间因子，该PS即可以决定该UE要参考哪一个波束B，此实施例的好处是在于，该共同信道发射并不一定要为了辨识该波束的该位置P₁-P_n，而被附加以额外的数据。

用于辨识该波束B的所述位置P₁-P_n的一第五实施例则是，在该UE的范围内并入一GPS接收器，接着，该UE即可以藉由纬度以及经度而决定其地理位置，并且，将此信息报告该PS，再接着，该PS是可以使用此信息而精确地产生该波束B的方向，波束宽度，以及功率，此外，此实施例的另一个优点则是，该UE所获得的该精确位置将会使得用户可以定位该UE，若是有需要产生的话。

请参阅图4，该位置模式是可以如系统管理人所需地进行量身订作，在此方式中，该PS是可以在一模式中定位出与在一特殊区域中所预期的UEs的密度一致的该波束B，举例而言，一宽波束W₁，W₂，W₃是可以分别地被编制于具有较少UEs的位置P₁，P₂，P₃中，以及更窄的波束N₁，N₂，N₃是可以分别地被编制于具有较多UEs的位置P₄，P₅，P₆中，而此则是会有助于在该较密集区域中产生较窄的专属波束B，以及亦会增加该上行链路以及下行链路使用所述共同信道来建立起始通信的能力。

较佳地是，该波束宽度操控是实时地加以执行，然而，通信的条件以及该应用的性质却决定了波束位置P₁-P_n的数量的适当性以及它们的相关波束宽度模式，不过，所形成的所述波束模式仍应该要足够宽，以使得进入以及离开该波束的UEs的数量能够在不需要过度切换(handoff)至其它波束的情形下进行掌控，再者，一静止的装置是可藉由一窄波束来进行服务，至于迅速移动地车辆，举例而言，则是无法藉由垂直于交通流动的一窄波束而有效地进行服务，但是，却是可以藉由平呈于移动方向的一窄波束来进行服务，此外，一窄垂直波束将仅适用于短信息服务，而不是用于语音服务，例如，打电话。

利用不同波束宽度的另一个优点则是UEs在一地域范围内的移动本性，请参阅图5，一建筑物BL是显示于其中(代表主要具有较慢的移动步行速度的装置UE_s的一区域)，并且，一高速公路H是亦显示于其中(代表主要具有较快移动的装置UE_f的一区域)，该较慢速度的装置UE_s是可以藉由在一通信时间周期期间很有可能被跨越的窄波束N₁-N₃而提供服务，或者，二者择一地，该较快移动的装置是需要较宽的波束W₁-W₃，以支持一通信。

波束宽度塑形是亦会减少UEs自一个波束B被切换到另一个的频率，而这是由于在该切换正在发生时，两个独立的通信连结是要加以维持的关系，所以，切换是比一典型的通信需要使用更多的系统资源，再者，波束的切换也是应该要避免，因为，通常，语音通信较不能够容忍相关于切换的等待时期。

数据服务是取决于分组的尺寸以及体积。虽然一些小的分组是可以没有问题地进行发射，但是，需要一相当数量切换的一大型分组就有可能会使用过多的带宽(bandwidth)，而这则是会在一切换之后、连结试图加以重新建立的时候发生，并且，带宽是亦有可能在为了执行一可靠发射的企图下而发送相同数据的多重发射时被耗尽。

通常，下行链路共同信道通信将会紧接着下行链路发射。藉由得知该PS的发射模式，该UE是可以决定发送其上行链路发射的适当时间，而为了执行该必要时序，则是会利用一已知固定的、或广播时间关系，其中，在一固定关系的状况下，该UE是会使用一共同时序脉冲，而在发射之前，该UE则是会一直等待到该PS已经于其中形成覆盖该UE的扇区的一波束的一预先决定时间为止，此外，在一广播的例子中，该PS是会在发送其上行链路信号时通知该UE，且该上行链路以及下行链路波束成型是可以为重叠、或不重叠，不过，通常避免重叠的一个优点是，对发生的相同时隙而言，其是会使得一响应一发射的装置可以在比等待一完整的天线波束成型时序循环所需的时间为少的时间内产生反应。

应该要注意的是，CMDA以及其它的RF通讯协议是会利用某种形式的时分(time division)，所以，当响应这些形式的时间基础结构的时候，波束扇区化以及该通讯协议的所述时隙两者是皆很重要，至于其它的非时间相关的RF通讯协议，例如，时隙式Aloha(slotted Aloha)则将仅会牵涉扇区化。

在上文中所叙述的该实施例是会被指向，以利用一连续的方式“扫瞄”在一PS周围的该波束B，在许多例子中，此将典型地是执行本发明的最方便方法，然而，仍具有设定所述各种位置的替代方法，举例而言，其是亦可能想要在某些区域中具有更多涵盖范围的例子，而此则是藉由在一按照时间的位置顺序中产生波束而加以完成，举例而言，若是有7个位置时(编号1至7)，则可以使用一(1，2，3，4，2，5，6，2，7，1)的顺序，而此将是个被比起其它位置更频繁的波束位置编号2所涵盖、但却伴随着相同停止时间(dwell time)的区域，或者，其是亦会想要在一地区中具有一较长的停止时间，则，举例而言，顺序(1，2，4，4，5，6，7，1)将会具有波束位置编号4于两个时间周期期间皆维持为固定，不过，任何适合的顺序是皆可以加以利用以及修饰，以作为授权情况的分析。

相同的，其并不需要将所述波束位置限制为一旋转模式，所述波束位置是可以被产生为任何提供该通信系统的操作的顺序，举例而言，随着时间分配所述波束B而使得每个四分之一皆会被至少一波束B所涵盖的模式，而此则可能对较靠近该PS、且很可能被多于一个波束位置所涵盖的UEs而言是有用的。

应该要注意的是，类似于所有的RF发射，若是具有一法拉第形式(Faraday-type)的阻碍(例如，接地的金属屋顶)时，则一RF信号仅会停止在一物理点(physical point)，通常，该信号会相继的死去，且界限是来自该发射的峰值数值的一些已定义衰减数值，所以，为了在本发明的应用中提供足以适任的涵盖范围，较佳地是，邻接的波束位置于某些程度上相互重叠，并且，该重叠是倾向于更明显的靠近所述发射以及接收天线，因此，任何的UE即很有可能因为靠近一基础结构天线位置，而能够经由一些不同定位的波束B来进行通信，所以，若有需要的话，则能够经由数个波束位置而进行通信的装置将会利用这些多重的位置而达成较高的数据速率，然而，更远的装置却更有可能能够仅经由波束的一次瞬间而进行通信，并且，为了获得较高的数据速率，是会需要另一种技术，例如，一较长的停止时间。

Claims (7)

1.一种在一通信系统中用于与至少一次要站台发射以及接收通信的主要站台，该主要站台利用至少一波束而覆盖一已扇区化小区，该主要站台包括：

用于在多个波束位置产生以及塑形一波束以覆盖小区扇区的装置，所述多个波束位置与小区的扇区一致，其中所述小区的扇区为不同的尺寸，且每一波束位置的参数个别地受到控制；

一天线，被配置成在该波束的范围内发射以及接收信号；

用于选择性地将所述波束扫瞄到该多个波束位置的装置；以及

用于辨识该波束的位置的装置。

2.根据权利要求1所述的主要站台，其特征在于，该天线接收一通信信号。

3.根据权利要求1所述的主要站台，其特征在于，该天线发射一通信信号。

4.根据权利要求1所述的主要站台，其特征在于，所述用于扫瞄的装置还被配置成以一预先决定的顺序选择性地将该已塑形的波束指向该多个波束位置。

5.根据权利要求4所述的主要站台，其特征在于，该顺序为连续的。

6.根据权利要求4所述的主要站台，其特征在于，该顺序为非连续顺序。

7.根据权利要求6所述的主要站台，其特征在于，该非连续顺序造成用于扫瞄的该装置选择性地将该波束指向该多个位置的至少其中之一，且其频率比指向该多个位置的其余位置更为频繁。

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