DE69533621T2

DE69533621T2 - Spreizspektrumkommunikationssystem, in dem die sektoreinteilung der zellen dynamisch erfolgt

Info

Publication number: DE69533621T2
Application number: DE69533621T
Authority: DE
Inventors: Eli W. STRICH; H. James THOMPSON
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1994-02-14
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2015-02-15
Also published as: JPH10500807A; EP0775393B1; FI963153A; HK1046079A1; HK1015201A1; US20020054580A1; CN1345165A; WO1995022210A2; ZA95797B; AU1876295A; US6473447B1; CN1074876C; CN1146832A; WO1995022210A3; KR100375094B1; DE69533621D1; EP1317079A2; FI963153A0; MX9603371A; EP1317079A3

Description

I. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kommunikationssysteme, die Spreizspektrumsignale verwenden, und insbesondere auf ein neues und verbessertes Verfahren und Vorrichtung zur dynamischen Kanalsektorisierung innerhalb eines Spreizspektrumkommunikationssystems.
II. Beschreibung verwandter Techniken
Kommunikationssysteme wurden entwickelt, um Übertragungen von Informationssignalen von einem Quellort zu einem bestimmten physischen Benutzerzielort zu erlauben. Beide, analoge und digitale Verfahren, sind verwendet worden um solche Informationssignale über Kommunikationskanäle, die die Quell- und Benutzerorte verbinden, zu senden. Digitale Verfahren tendieren dazu, mehrere Vorteile gegenüber analogen Techniken vorzusehen, und zwar verbesserte Immunität gegenüber Kanalrauschen unter Interferenz, erhöhte Kapazität und verbesserte Sicherheit von Kommunikation durch die Verwendung von Verschlüsselung.
Bei der Übermittlung eines Informationssignals von einem Quellort über einen Kommunikationskanal wird das Informationssignal zuerst in eine Form umgewandelt, die geeignet ist für ein effizientes Senden bzw. Übertragung über den Kanal. Die Konvertierung, oder Modulation, des Informationssignals beinhaltet das Variieren eines Parameters einer Trägerwelle basierend auf dem Informationssignal, und zwar auf eine solche Art und Weise, dass das Spektrum des resultierenden modulierten Trägers auf innerhalb der Kanalbandbreite eingeschränkt ist. An dem Benutzerort wird das Originalnachrichtensignal von einer Version des modulierten Trägers, das nachfolgend zu der Ausbeute über den Kanal empfangen wird, reproduziert. Solch eine Reproduktion wird im Allgemeinen durch Verwendung einer Umkehrung des Modulationsverfahrens, das durch den Quellsender eingesetzt wird, erreicht.
Die Modulation ermöglicht ebenfalls ein Multiplexieren, d. h. die gleichzeitige Übertragung von mehreren Signalen über einen gemeinsamen Kanal. Multiplexierte Kommunikationssysteme beinhalten im Allgemeinen eine Vielzahl von entfernten Teilnehmereinheiten, die eine intermittierende Versorgung von relativ kurzer Dauer benötigen anstelle eines kontinuierlichen Zugriffs auf den Kommunikationskanal. Systeme, die konstruiert sind um Kommunikation über kurze Zeitperioden mit einem Satz von Teilnehmereinheiten zu ermöglichen, wurden Mehrfachzugriffskommunikationssysteme (multiple access communication systems) getauft.
Eine bestimmte Art von Mehrfachzugriffskommunikationssystemen ist als ein Spreizspektrumsystem (spread spectrum system) bekannt. In Spreizspektrumsystemen resultiert die verwendete Modulationstechnik in einer Spreizung des gesendeten Signals über ein Breitfrequenzband innerhalb des Kommunikationskanals. Eine Art von Mehrfachzugriffsspreizspektrumsystem ist ein Modulationssystem mit Codemultiplexvielfachzugriff bzw. Code Division Multiple Access (CDMA). Andere Mehrfachzugriffskommunikationssystemtechniken, wie z. B. Zeitmultiplexvielfachzugriff (time division multiple access = TDMA), Frequenzmultiplexvielfachzugriff (frequency division multiple access = FDMA) und AM-Modulationsschemata, wie z. B. Amplitude Compended Single Sideband sind auf dem Fachgebiet bekannt. Die Spreizspektrummodulationstechnik des CDMA hat jedoch signifikante Vorteile gegenüber diesen Modulationstechniken für Mehrfachzugriffskommunikationssysteme. Die Verwendung von CDMA-Techniken in einem Mehrfachzugriffskommunikationssystem ist in dem U.S. Patent Nr. 4,901,307 offenbart, das am 13. Februar 1990 veröffentlicht wurde, betitelt „Spread Spectrum Multiple Access Communication System Using Satellite or Terrestrial Repeaters", dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugewiesen.
In dem oben Bezug genommenen U.S. Patent Nr. 4,901,307 wird eine Mehrfachzugriffstechnik offenbart, in der eine große Anzahl von mobilen Systembenutzern mit jeweils einem Transceiver über Satellitenrepeater oder terrestrische Basisstationen mittels CDMA-Spreizspektrumskommunikationssignalen kommunizieren. Durch die Verwendung von CDMA-Kommunikationen kann das Frequenzspektrum mehrere Male wieder verwendet werden, was einen Anstieg in der Systembenutzerkapazität erlaubt. Die Verwendung von CDMA resultiert in einer viel höheren spektralen Effizienz im Vergleich zu derjenigen, die mit anderen Mehrfachzugriffstechniken erreicht werden kann.
In bestimmten zellularen CDMA-Systemen wird die Kommunikation zwischen einer Basisstation und Teilnehmereinheiten innerhalb der umgebenden Zellregion durch Spreizen eines jeden gesendeten Signals über die zu Verfügung stehende Kanalbandbreite mittels eines exklusiven Benutzerspreizcodes erreicht. In solchen CDMA-Systemen werden die für das Spreizen des Spektrums verwendeten Codesequenzen von zwei unterschiedlichen Arten von Sequenzen konstruiert, wobei jede Art unterschiedliche Eigenschaften besitzt um unterschiedliche Funktionen vorzusehen. Es gibt einen äußeren Code, der von allen Signalen in einer Zelle oder Sektor gemeinsam genutzt wird, und der verwendet wird um zwischen Mehrwegesignalen zu diskriminieren. Zusätzlich erlaubt eine Anpassung der Phase des äußeren Codes ihn dazu zu verwenden zwischen Sätzen von Benutzern, die in „Sektoren" innerhalb einer gegebnen Zelle gruppiert sind, zu diskriminieren. Zum Beispiel können die Benutzer innerhalb einer gegebenen Zelle in drei Sektoren durch Vorsehen dreier Phasen für den äußeren Code, partitioniert werden. Es gibt außerdem einen inneren Code, der verwendet wird um zwischen Benutzersignalen, die über eine Vielzahl von jedem Benutzersektor zugeordneten „Verkehrskanälen" gesendet werden, zu diskriminieren. Spezifische gesendete Signale werden von dem Kommunikationskanal extrahiert, und zwar durch Entspreizen der zusammengesetzten Signalenergie in dem Kommunikationskanal mit dem inneren Code, der dem zu extrahierenden gesendeten Signal zugeordnet ist.
Bezug nehmend auf 1A ist eine erste beispielhafte Zelle 10 dargestellt, in der eine Vielzahl von Teilnehmereinheiten 12 und eine Basisstation 14 angeordnet sind. Wie in der 1A aufgezeigt ist, ist die Zelle 10 in sechs Versorgungsbereiche bzw. Abdeckungsbereiche C1–C6 partitioniert. Die Basisstation 14 kann einen Satz von sechs Antennen mit festgelegten Strahlen (nicht dar gestellt) besitzen, die zugewiesen ist um Kommunikation mit den Teilnehmereinheiten in den jeweiligen Versorgungsbereichen C1–C6 zu ermöglichen. Die Teilnehmereinheiten 12 werden in eine Vielzahl von Benutzersektoren gruppiert, von denen jeder eine gleiche Anzahl von Verkehrskanälen unterstützt. Wie in der 1A gezeigt ist, umfasst ein erster Wohnbenutzersektor die Versorgungsbereiche C1 und C6, während ein zweiter Wohnbenutzersektor den Versorgungsbereich C4 überspannt. Ähnlich wird ein Benutzersektor, der hauptsächlich ländliche Bereiche beinhaltet, den Versorgungsbereichen C2 und C3 zugeordnet, während geschäftliche Benutzer innerhalb des Versorgungsbereiches C5 konzentriert sind.
Wie in der 1A gezeigt ist, ist es nötig, dass bestimmte Benutzersektoren relativ eng sind, um während Spitzenperioden der Systembenutzung den Bedart decken zu können. Zum Beispiel wird die relativ enge Weite des geschäftlichen bzw. Business-Benutzersektors durch die hohe Konzentration von geschäftlichen Benutzern innerhalb des Versorgungsbereiches C5, die während der Arbeitszeiten, d. h. zwischen 8 und 17 Uhr kommunizieren wollen, veranlasst. Dies bedeutet, dass wenn der Umfang des Business-Benutzersektors erweitert werden würde um Regionen über den Versorgungsbereich C5 hinaus, besteht die Möglichkeit, dass eine nicht ausreichende Anzahl von Verkehrkanälen während den Geschäftszeiten zur Verfügung steht um all die zu versorgen, die versuchen einen Anruf zu tätigen. Im Gegensatz hierzu erlaubt es die gestreute Konzentration der Teilnehmereinheiten 12 in ländlicher Bebauung, dass die Verkehrskanäle, die dem ländlichen Benutzersektor zugeordnet sind, Benutzern zugewiesen werden, die über zwei Versorgungsbereiche C2–C3 verteilt sind.
Leider sind während Nicht-Geschäftszeiten eine Anzahl von Verkehrskanälen, die dem Business-Benutzersektor zugewiesen sind, wahrscheinlich unbenutzt, da zu diesen Zeiten deutlich weniger geschäftliche Anrufer anwesend sind, dagegen aber eine entsprechend größere Anzahl von Wohnanrufern. Daher wäre es wünschenswert eine höhere Konzentration von Verkehrskanälen an geschäftliche Benutzer innerhalb des Versorgungsbereiches C5 während der Geschäftszeiten vorzusehen und eine relativ niedrigere Verkehrskanalkonzentration während Nicht-Geschäftszeiten vorzusehen.
Obwohl es Antennenanordnungen gibt, die in der Lage sind, adaptiv einen projizierten Strahl ansprechend auf eine verändernde Benutzeranfrage zu formen, würde die Implementierung von solchen Antennenanordnungen innerhalb des Systems der 1 eine entsprechende Modifikation der festgelegten Strahlarchitektur bzw. Feststrahlarchitektur (fixed beam architecture) der Basisstation 14 verlangen. Zusätzlich resultieren die relativ komplexen HF/Mikrowellenschaltkreise, die typischerweise in Netzwerken mit adaptiver Strahlformung verwendet werden, in erhöhnten Systemkosten und einer erhöhten Komplexität. Daher ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine kosteneffektive Technik für das Variieren der Konzentration von Verkehrskanälen ansprechend auf Veränderungen in der Verteilung von Benutzern innerhalb eines zellularen Spreizspektrumkommunikationssystems vorzusehen.
In dem spezifischen Fall eines CDMA-Kommunikationssystems ist jeder Benutzersektor in der Lage, einen gegebenen Pegel von Verkehrslast bzw. -nachfrage zu unterstützen. Demgemäß ist es ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die Größe von spezifischen Benutzersektoren innerhalb einer CDMA-Kommunikation auf die Verkehrskanalnachfrage innerhalb des Sektors zuzuschneiden. Solch eine effiziente Verkehrskanalzuordnung würde eine Optimalverwendung von Kommunikationssystemressourcen ermöglichen, wodurch die Kosten pro Benutzer minimiert werden.
Zusätzlich zur Adressierung des Bedarfs nach einer flexiblen Verkehrskanalzuordnung als Konsequenz der kurzfristigen Veränderungen in der oben beschriebenen Benutzernachfrage ist es ein weiteres Ziel der Erfindung, langfristige Veränderungen in der Benutzernachfrage aufnehmen zu können. Solche langfristigen Variationen in der Nachfrage können zum Beispiel durch Verschiebungen in Bevölkerungsverteilungs- und Gebäudemuster innerhalb eines gegebenen geographischen Gebietes entstehen.
Ein weiterer Nachteil von herkömmlichen Systemen mit festem Strahl (fixed beam systems), wie z. B. dem System der 1A, ist, dass relativ genaue Schätzungen der Benutzernachfrage vor der Systeminstallation typischerweise vorliegen muss. Das bedeutet, dass Systemkonstrukteure im Allgemeinen mit detaillierten Informationen bezüglich der zu erwartenden Nachfragemuster versorgt werden müssen, damit die Feststrahlbasisstationen konfiguriert werden können um die verlangte Verkehrskanalkapazität für jeden Benutzersektor vorzusehen. Veränderungen in Benutzungsmustern, die in der Nähe zu der Installationsperiode auftreten, tendieren dazu eine optimale Nutzung der zur Verfügung stehenden Verkehrskanäle zu verhindern. Es ist daher ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Kommunikationssystem vorzusehen, das in der Lage ist bei Installation bzw. nach der Installation gemäß existierender Muster hinsichtlich der Verkehrskanalnachfrage zugeschnitten zu werden.
Es wird auf das U.S. Patent 5,276,907 aufmerksam gemacht, das eine Vorrichtung zur dynamischen Verteilung einer Kommunikationskanallast in einem sektorisierten zellularen Funkkommunikationssystem offenbart. Die Kanallast wird durch Verengung einer ersten Sektorantennenbandbreite eines überlasteten Sektors einer Zellstation und Verbreitern einer zweiten Sektorantennenbandbreite eines benachbarten Sektors der Zellstation und nachfolgendes Handing-Off von Teilnehmereinheiten die zuvor in der ersten Sektorantennenbandbreite waren, verteilt. Alternativ wird die Kanallast verteilt durch Reduzieren der Leistung eines Sektors oder omnidirektionale Antennen, die benachbart zu einer überlasteten Antenne sind, und zwar wenn der Kanal von einer überlasteten Antenne zu einer Antenne einer Teilnehmereinheit aufgrund von Interferenz überlastet ist. Nachfolgend zu dem Auftreten des Kanalinterferenzzustandes werden die Teilnehmereinheiten an die bestimmte Antenne, die am besten geeignet ist, um die Teilnehmereinheiten zu versorgen, übergeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Zellstandort bzw. Zellstationsendernetzwerk gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zur Signalübertragung gemäß Anspruch 13, ein System zum Empfangen von Information gemäß An spruch 22, vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung liefert ein System und Verfahren zur dynamischen Variierung von Verkehrskanalsektorisierung innerhalb eines Spreizspektrumkommunikationssystems.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das System der Erfindung operativ um Information an zumindest einen spezifizierten Benutzer in einem Spreizspektrumkommunikationssystem zu Übermitteln. Das System beinhaltet ein erstes Netzwerk zum Generieren eines ersten Pseudozufallsrausch- bzw. PN-Signals (pseudorandom noise = PN) mit einem ersten vorbestimmten PN-Code, und zwar mit einer vorbestimmten Chiprate. Das erste PN-Signal wird dann mit einem ersten Informationssignal kombiniert, um ein resultierendes erstes Modulationssignal vorzusehen. Das System beinhaltet weiterhin ein zweites Netzwerk zum Vorsehen eines zweiten Modulationssignals durch Verzögern des ersten Modulationssignals um eine vorbestimmte Verzögerung, die invers in Beziehung steht mit der PN-Chiprate. Ein Schaltübertragungsnetzwerk ist angeordnet um selektiv die ersten bzw. zweiten Modulationssignale zu ersten bzw. zweiten Versorgungsbereichen zu senden. Auf diese Art und Weise kann die selektive Übertragung der ersten und zweiten Modulationssignale verwendet werden um die Größe des ersten Benutzersektors während verschiedener Systembetriebsperioden zu variieren. Der erste Benutzersektor ist einem ersten Satz von Verkehrskanälen zugeordnet, von denen einer einem spezifizierten Benutzer zugewiesen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und angefügten Ansprüchen noch deutlicher, wenn diese zusammen mit den Zeichnungen gesehen werden, wobei die Figuren Folgendes zeigen:
1A zeigt eine beispielhafte Zelle, die in einem zellularen Kommunikationssystem enthalten ist, in der eine Vielzahl von Teilnehmereinheiten und eine Basisstation angeordnet ist.
1B zeigt eine zweite beispielhafte Zelle, wie sie gemäß der Erfindung während normaler Geschäftszeiten sektorisiert ist.
1C zeigt die zweite beispielhafte Zelle, wie sie während der Abendstunden gemäß der Erfindung sektorisiert ist.
1D zeigt eine Blockdiagrammdarstellung eines Kommunikationstransceivers einer beispielhaften Basisstation, in dem das dynamische Sektorisierungssystem der Erfindung ausgebildet ist.
2 sieht eine Blockdiagrammdarstellung eines Basisstationssendernetzwerkes vor, das konfiguriert ist um dynamische Benutzersektorisierung gemäß der vorliegenden Erfindung vorzusehen.
3 zeigt eine Schaltmatrix, die innerhalb des Basisstationssenders angeordnet ist, zum Vorsehen einer schaltbaren Verbindung zwischen dem Informationssignal, das jedem Benutzersektor zugeordnet ist und einem Satz von sechs Antennentreibern (antenna drivers).
4 zeigt ein Blockdiagramm eines Basisstationssendernetzwerkes, das in der Lage ist, eine erhöhte Benutzersektorisierung vorzusehen, und zwar durch Verwendung von beidem, horizontalen und senkrecht polarisierten Antennenstrahlen.
5A bzw. 5B liefern Auf- und Seitenansichten einer Dual-Modus-Resonanz-Patch-Antenne, die innerhalb einer bevorzugten Implementierung der Basisstationsantennen enthalten ist.
6 zeigt eine Blockdiagrammdarstellung eines Basisstationsempfängernetzwerkes, das konfiguriert ist, um eine dynamische Benutzersektorisierung gemäß der vorliegenden Erfindung vorzusehen.
7 liefert eine Blockdiagrammdarstellung eines beispielhaften Spreizspektrumsenders.
8 zeigt ein Pilotgenerierungsnetzwerk zum Vorsehen von I- und Q-Kanalpilotsequenzen.
9 zeigt eine beispielhafte Implementierung eines HF-Basisstationssenders.
10 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Diversity-Empfängers, der innerhalb einer Teilnehmereinheit angeordnet ist.
11A stellt beispielhaft das Azimuthmuster eines 40-Grad-Feststrahls dar, von dem angenommen wird, dass es von einer ersten Basisstationsantenne, die den Versorgungsbereichen C1–C6 (1A) zugeordnet ist, projiziert wird.
11B stellt beispielhaft das Azimuthmuster dar, das von einem benachbarten Paar von Feststrahlbasisstationsantennen, die in Phase betrieben werden, produziert wird.
12 zeigt eine Blockdiagrammdarstellung eines Basisstationssendenetzwerkes, das konfiguriert ist, um dynamische Benutzersektorisierung durch Projizieren eines Satzes von In-Phasen-Strahlen zu jedem Benutzersektor vorzusehen.
13 zeigt eine alternative Basisstationskonfigurierung zum Vorsehen von dynamischer Benutzersektorisierung durch Projizieren eines Satzes von In-Phasen-Strahlen.
14 zeigt eine dreieckige bzw. dreiseitige Anordnung von ersten, zweiten und dritten Antennen-Panel mit Phasensteueranordnung (phased array antenna panels), die kollektiv betrieben werden um einen Satz von neun Antennenstrahlen vorzusehen.
15 zeigt eine bevorzugte Implementierung der Antennen-Panels der 14, von denen jedes eine 4 × 4-Anordnung von Patch-Elementen aufweist.
16 ist ein Blockdiagramm eines strahlformenden Netzwerkes, das verwendet wird um ein Antennenpanel mit Phasensteueranordnung anzutreiben.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
I. Einleitung
Bezug nehmend nun auf 1B wird dort eine zweite beispielhafte Zelle 18 gezeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung während normaler Geschäftszeiten sektorisiert ist. Wie es in 1B aufgezeigt ist, ist die zweite Zelle 18 in einen Satz von neun Benutzersektoren U1–U9 sektorisiert. Die zweite Zelle 18 ist während Geschäftszeiten so partitioniert, dass ein Satz von vier Benutzersektoren U1–U4, von denen jeder einen Winkel von z. B. 20 Grad überspannt, einem dicht bevölkerten Geschäftszentrum zugewiesen ist. Während Geschäftszeiten werden die weniger bevölkerten ländlichen und Wohngebiete der Zelle durch einen Satz von relativ breiteren Benutzersektoren U5 bzw. U6–U9 versorgt. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist die Winkelbreite des ländlichen Benutzersektors U5 auf 100 Grad gesetzt, die Wohnbenutzersektoren U6, U8 und U9 sind jeweils auf 40 Grad gesetzt und der Wohnbenutzersektor U7 ist auf 60 Grad gesetzt. Die enge Weite der Benutzersektoren U1–U4 ist nötig aufgrund der hohen Konzentration von Benutzern innerhalb des Geschäftszentrums, die den Wunsch haben während der Arbeitszeiten zu kommunizieren. Auf diese Art und Weise stellt der eingeschränkte Umfang der Benutzersektoren U1–U4 sicher, dass eine ausreichende Anzahl von Verkehrskanälen während der Arbeitszeiten zur Verfügung steht, um eine gewünschte Anzahl von Benutzern innerhalb des Geschäftszentrums aufzunehmen.
1C zeigt eine zweite beispielhafte Zelle 18, die während der Abendstunden, d. h. nicht Arbeitsstunden, gemäß der vorliegenden Erfindung in eine Vielzahl von neun Benutzersektoren U1'–U9' sektorisiert ist. Wie es in der 1C aufgezeigt ist, wird während der Nicht-Arbeitsstunden ein einzelner Benutzersektor U1' von 80 Grad, und zwar anstelle der vier 20 Grad Sektoren U1–U4, die während der Arbeitsstunden benötigt werden, eingesetzt, um die Nachfrage innerhalb des Geschäftzentrums zu versorgen. Ähnlich verlangt die Bevölkerungsverschiebung in die Wohngebiete während der Abendstunden die erhöhte Sektorisierung, die durch die sieben Benutzersektoren U2'–U6', und U7'–U9' vorgesehen werden, und zwar relativ zu den vier Sektoren U6–U9, die während der Tageszeit benötigt werden. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist die Winkelweite der Wohnbenutzersektoren U2'–U4' und U8'–U9' auf 20 Grad gesetzt und die Breite der Wohnbenutzersektoren U6' und U7' wird auf 40 Grad gesetzt. Der ländliche Benutzersektor U5' verbleibt während beidem, den Tages- und Abendstunden, auf 100 Grad, und zwar als Konsequenz auf die typischerweise minimale zeitliche Veränderung in der Benutzernachfrage in ländlichen Regionen. Die Veränderung in der Sektorisierung, die in 1B–1C dargestellt ist, kann mittels dem dynamischen Sektorisierungssystem der Erfindung erreicht werden, dessen Betrieb im Folgenden unter Bezugnahme auf das Blockdiagramm der 1D beschrieben wird.
1D zeigt eine Blockdiagrammdarstellung eines beispielhaften Basisstationskommunikationstransceivers 25, in dem das dynamische Sektorisierungssystem der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist. Wie unten diskutiert ist, wird der Transceiver 25 betrieben, um eine verbesserte Versorgung bzw. Dienst am Benutzer, innerhalb einer ersten Zelle eines zellularen Kommunikationssystems angeordnet, vorzusehen, und zwar durch dynamisches Variieren der Zuweisung von Verkehrskanälen unter verschiedenen Benutzersektoren innerhalb der Zelle. Wie gezeigt beinhaltet Transceiver 25 eine Steuerung 27, ein Antennensystem 29 und Sende-/Empfängerkanalbänke 31. Steuerung 27 wird typischerweise programmiert um das bzw. die Kanalsetup/Zuweisung der Sende-/Empfängerkanalbänke 31 vorzusehen. Die Sende-/Empfangskanalbänke 31 sind elektromagnetisch an das Antennensystem 29 über eine Wellenleiterübertragungsleitung 32 oder Ähnliches gekoppelt. Jede individuelle Kanalbank kann zum Beispiel eine Vielzahl von Kanaleinheiten, die in der Lage sind Kommunikation mit einem bestimmten Benutzer zu ermöglichen, aufweisen. In dem Ausführungsbeispiel der 1D liefern die Sende-/Empfangskanalbänke 31 Strahlformensignale an das Antennensystem 29, um so die erste Zelle in eine Vielzahl von Benutzersektoren zu sektorisieren, von denen jeder eine Vielzahl von Benutzerverkehrskanälen zugeordnet hat. Die Informationssignale werden zwischen den Kanalbänken 31 und einem externen Kommunikationsnetzwerk, zum Beispiel einem öffentlich geschalteten Telefonnetzwerk (public switched telephone network = PSTN), über einen Datenbus 33 weitergeleitet. In einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine feste Anzahl von Verkehrskanälen jedem Benutzersektor zugeordnet. Unter dieser Bedingung zieht die vorliegende Erfindung in Erwägung, Variationen in der Benutzernachfrage innerhalb der verschiedenen Regionen der Zelle dadurch aufzunehmen, dass die relative Größe eines jeden Benutzersektors angepasst wird. Zum Beispiel kann eine Anzahl von relativ engen Benutzersektoren eingesetzt werden um die Benutzer innerhalb eines bestimmten Gebietes der Zelle während Perioden von hoher Benutzernachfrage einzusetzen. Dies maximiert die Wahrscheinlichkeit, dass ein Verkehrskanal für all diejenigen zur Verfügung steht, die den Wunsch haben, Kommunikation während solcher Perioden mit erhöhter Nachfrage aufzubauen. Umgekehrt könnten während Perioden von minimaler Nachfrage eine relativ gesehen kleinere Anzahl von Benutzersektoren mit größerer Breite eingesetzt werden um die erforderliche Verkehrskanalkapazität vorzusehen. Solch eine Verbreiterung von Benutzersektoren, die einem bestimmten Zellgebiet während Perioden reduzierter Nachfrage zugeordnet sind, erlaubt eine effiziente Nutzung der festgelegten Anzahl von Verkehrskanälen, die jedem Benutzersektor zugeordnet sind. D. h. durch Erhöhen der geographischen Ausdehnung von Benutzersektoren während Perioden von minimaler Nachfrage kann die Anzahl von wahrscheinlichen Systembenutzern, die innerhalb eines Benutzersektors enthalten sind, relativ konstant gehalten werden. Dies verhindert, dass eine Überschusskanalkapazität in Benutzersektoren, die sich auf einen bestimmten geographischen Bereich beziehen, entwickelt wird wenn die Benutzerkonzentration, d. h. die Nachfrage, innerhalb des gegebenen Bereichs sinkt.
Es ist jedoch zu verstehen, dass in alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Anzahl von Verkehrskanälen, die einem bestimmten Benutzersektor zugeordnet sind, variiert werden kann, und zwar ansprechend auf sich verändernde Nachfragebedingungen. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung eine weitere Verbesserung in der Verkehrskanalnutzung dadurch ermöglichen, dass beides verändert wird, die geographische Größe eines gegebenen Benutzersektors und die Anzahl von Verkehrskanälen, die einem gegebenen Benutzersektor zugeordnet sind.
In einem gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Statistiken, die sich auf die Kanalnutzung innerhalb eines jeden Benutzersektors beziehen, durch die zugeordneten Kanalbänke der Kanalbänke 31 überwacht und an die Steuerung 27 über einen ersten Steuerbus 34 übermittelt. Steuerinformation von der Steuerung 27, die jeweils von den Kanalbänken 31 und dem Antennensystem 29 über den ersten Steuerbus 34 und einen zweiten Steuerbus 35 empfangen werden, erlaubt es, Verkehrskanäle den Benutzersektoren auf der Basis von Nutzungsstatistiken, die von den Kanalbänken 31 geliefert werden, zuzuweisen. Dies bedeutet, dass das Strahlmuster, das von dem Antennensystem 29 projiziert wird, angepasst wird, damit ein ausgewählter Satz von Verkehrskanälen an jedem Benutzersektor vorgesehen wird. In dem gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die überwachte Kanalnutzung an einem Betreiber bzw. Operator (nicht dargestellt) mittels Steuerung 27 angezeigt, wodurch eine Spezifizierung der gewünschten Zellsektorisierung erlaubt wird. In einem automatisierten Modus wird Steuerung 27 programmiert, um Kanäle und/oder Sektorgrößen basierend auf Kanalnutzungsstatistiken zuzuordnen. In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Steuerung 27 konfiguriert sein um Kanalnutzung aufgrund von Information, empfangen von den Kanalbänken 31 über den ersten Steuerbus 34, zu überwachen. Die einschlägige Kanalnutzungsinformation könnte wiederum einem Betreiber gegenüber angezeigt werden um geeignete Anpassung der Größe eines jeden Benutzersektors zu ermöglichen. Alternativ könnte die Steuerung 27 programmiert sein, um automatisch Kanalsetup-/Zuweisungsbefehle an die Kanalbänke 31 auf der Basis der überwachten Kanalnutzung vorzusehen, was wiederum den Bedarf nach Steuerinformation, die einem Betreiber geliefert werden muss, vermeidet.
Obwohl in den gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung die Größe eines jeden Benutzersektors durch Verändern des Strahlmusters, das von dem Antennensystem 29 ausgestrahlt wird, angepasst wird, kann in anderen Implementierungen eine gleichwertige Modifikation der Sektorgröße durch Verarbeitung der Strahlformensignale, die von den Kanalbänken 31 geliefert werden, erreicht werden. In solchen Implementierungen würden die strahlbildenden Signale, die durch die Kanalbänke 31 verarbeitet werden, gewichtet und kombiniert werden bevor sie an das Antennensystem 29 geliefert oder von dem Antennensystem 29 empfangen werden. Auf diese Art und Weise könnte eine dynamische Sektorisierung erreicht werden durch Vorsehen von Steuerinformation an Signalverarbeitungselektroniken (nicht dargestellt), die an die Kanalbänke 31 gekoppelt sind, anstatt durch Liefern solcher Information an das Antennensystem 29.
Wiederum Bezug nehmend auf 1D erscheint es so, als dass eine Art der Aufnahme von Veränderungen in der Benutzernachfrage das Konfigurieren des Basisstationsantennensystems 29 für das Vorsehen einer Vielzahl von Festantennenstrahlen mittels eines zugeordneten Satzes von Feststrahlantennenelementen ist. In solch einer Anordnung würde eine jede Basisstationsantenne einen Strahl mit festgelegter Breite über einen Satz von benachbarten Versorgungsbereichen projizieren. Eine unterschiedliche Anzahl von Versorgungsbereichen würde dann jedem Benutzersektor auf der Basis der erwarteten Nutzungsanforderungen zugeordnet. Auf diese Art und Weise könnten Veränderungen in der Benutzerkonzentration durch dynamisches Variieren der Anzahl von Festantennenstrahlen, die verwendet werden, um die einem gegebenen Sektor zugeordneten Verkehrskanäle zu tragen, adressiert werden.
Eine Schwierigkeit bei einem solchen Ansatz ist die Tatsache, dass es erwartet werden kann, dass eine signifikante Verzerrung in dem Strahlenmuster in der Nähe der Grenzen zwischen Versorgungsbereichen, die in einem gegebenem Benutzersektor beinhaltet sind, auftreten wird. Wie in dem „Hintergrund zu der Erfindung"-Abschnitt diskutiert wurde, wird in bestimmten zellularen Kommunikationssystemen ein langer PN-Code mit vorbestimmter Phase verwendet, um die Informationssignale, die von den Verkehrskanälen eines ge gebenen Benutzersektors getragen werden, zu modulieren. Werden solche Informationssignale, die mit dem langen PN-Code des gegebenen Benutzersektors moduliert sind, dann von einem Paar von Feststrahlantennen in benachbarte Versorgungsbereiche gesendet, würde eine beliebige Phasendifferenz zwischen identischen PN-modulierten Signalen, die von jedem Strahl getragen werden, existieren. Solch eine Phasendifferenz könnte erzeugt werden durch, z. B. Variierung der Längen der Signalwege von dem strahlbildenden Netzwerk der Basisstation zu jeder Feststrahlantenne. Da diese PN-modulierten Signale nicht in der Phase ausgerichtet sind, würde die resultierende kohärente Interferenz an der Grenze des Strahlversorgungsbereiches bzw. -abdeckungsbereiches dazu tendieren, Strahlmuster durch Erzeugen von Nullen und anderen Irregularitäten zu verzerren. Der resultierende Signalschwund, der solch Musterverzerrung begleitet, würde dann das Signal-zu-Rausch-Verhältnis des PN-modulierten Signals, das von in der Nähe befindlichen Empfängern von Teilnehmereinheiten empfangen wird, verschlechtern.
II. Dynamische Sektorisierung mittels Sendeantennenanordnung
Wie im Folgenden hierin beschrieben wird, erwägt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer Anordnung von Feststrahlantennen (fixed beam antennas) um dynamisch die Fläche bzw. Gebiet, das von jedem Benutzersektor umfasst wird, zu variieren. Der Ausdruck „dynamische Benutzersektorisierung" wie er hierin verwendet wird, beabsichtigt den Prozess des Variierens der Größe eines Satzes von Benutzersektoren zwischen sukzessiven Systembetriebsperioden zu beschreiben. Gemäß der Erfindung wird eine Verzögerung zwischen jedem Paar von identisch PN-modulierten Signalen, die zu benachbarten Versorgungsbereichen innerhalb eines gegebenen Benutzersektors projiziert werden, eingeführt, wodurch ein jedes solches Paar von Signalen dekorreliert wird. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Verzögerung mit einer Dauer, die ein wenig länger als die Periode eines Chips des PN-Langcodes ist, verwendet, um die Signale, die zu benachbarten Versorgungsbereichen innerhalb eines jeden Benutzersektors projiziert werden, zu dekorrelieren. Eine Teilnehmereinheit, die an einer Grenze eines Versorgungsbereiches positioniert ist, ist somit in der Lage zwischen den dekorrelierten PN-modulierten Signalen, die an benachbarten Versorgungsbereichen vorgesehen werden, zu diskriminieren und ist somit in der Lage, diese separat zu empfangen. Die separat empfangenen Signale werden dann zeitlich innerhalb des Empfängers mittels herkömmlicher Techniken des Diversity-Empfangs ausgerichtet und werden mittels einer vor Ort generierten Kopie des langen PN-Codes entspreizt. Das Anwenden dieser Technik der Erfindung auf das System der 1A würde dazu führen, dass Verzögerung zumindest zwischen den Signalen, die zu den Versorgungsbereichen C1 und C6 des ersten Wohnbenutzersektors projiziert werden, und zwischen den Signalpaaren, die zu den Versorgungsgebieten C2/C3 des ländlichen Benutzersektors gesendet werden, eingeführt werden. Obwohl in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ebenfalls Verzögerungen zwischen den Signalpaaren, die zu benachbarten Versorgungsgebieten innerhalb verschiedener Benutzersektoren projiziert werden (z. B. zwischen dem Signalpaar, das an Versorgungsbereiche C3/C4 vorgesehen wird), eingeführt werden, wird angenommen, dass solche Signalpaare unabhängig hiervon dekorreliert sind, und zwar als eine Konsequenz der unterschiedlichen PN-Langcodephase, die jedem Benutzersektor zugeordnet ist.
Im Folgenden wird Bezug auf 2 genommen. Hier wird eine Blockdiagrammdarstellung des Basisstationssendernetzwerkes 40 gezeigt, das konfiguriert ist, um dynamische Benutzersektorisierung gemäß der vorliegenden Erfindung vorzusehen. Das Netzwerk 40 beinhaltet wie dargestellt, erste, zweite und dritte Spreizspektrumsender (spread spectrum transmitters) 42, 44, 46 zur Verarbeitung von Basisbandinformationssignalen, die über Verkehrskanäle, die ersten (#1), zweiten (#2) und dritten (#3) Benutzersektoren zugeordnet sind, zu senden sind. Ein PN-Langcodegenerator 50 liefert den langen PN-Code, der durch die Sender 42, 44 und 46 für die Modulation der Informationssignale, die zu jedem Benutzersektor gesendet werden, verwendet wird. Die relativen Phasen der PN-Langcodes, die an die Sender 42, 44 und 46 geliefert werden, sind um vorbestimmte Spannen durch Phasenverzögerungselemente 52 und 54 versetzt. In dem bevorzugten Ausführungsbei spiel sehen die Phasenverzögerungselemente 52 und 54 Verzögerungen, die ungefähr gleich einer Dauer von 768 PN-Chips sind, vor. Innerhalb der Sender 42, 44 und 46 werden die PN-modulierten Informationssignale verwendet um ein Quadraturpaar von Sinuskurven bi-phasenzumodulieren. Die modulierten Sinuskurven bzw. -wellen werden dann summiert, bandpassgefiltert, auf eine HF-Trägerfrequenz verschoben und an die Sendeverstärker 58, 60 und 62 geliefert. Die verstärkten Signale, die durch die Verstärker 58, 60 und 62 produziert werden, weisen die PN-modulierten Informationssignale auf, die über einen HF-Träger an Benutzersektoren #1, #2 bzw. #3 vorgesehen werden. Die Ausgaben eines jeden Verstärkers der Verstärker 58, 60 und 62 werden dann jeweils an das Sechs-Wege-Splitter-Netzwerk 66, 68 und 70 verbunden. Wie in der 2 aufgezeigt ist, sind die Splitter-Netzwerke 66, 68 und 70 an eine Schaltmatrix 74 gekoppelt.
Wie es in größerem Detail unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wird, liefert die Schaltmatrix 74 eine schaltbare Verbindung zwischen dem Informationssignal, das jedem Benutzersektor zugeordnet ist, und einem Satz von sechs Antennentreibern 75–80. D. h. dass die Schaltmatrix 74 es erlaubt, dass die Informationssignale von einem beliebigen Benutzersektor zu Benutzern innerhalb einem beliebigen der Versorgungsbereiche C1–C6 gelenkt werden können. Die Antennentreiber 75–80 sind einem Satz von sechs Basisstationsantennen 85–90 zugeordnet, wobei jede Antenne 85–90 betrieben wird um einen Strahl über einen der Versorgungsbereiche C1–C6 (1A) zu projizieren. Jeder Antennentreiber 75–80 beinhaltet weiterhin, wie gezeigt, ein Eingabesummierungsknoten 92. Die Summierungsknoten 92 sind jeweils an Schaltmatrix 74 über einen Satz von drei Eingabesignalleitungen gekoppelt, wobei jede Signalleitung die PN-modulierten Informationssignale, die entweder Benutzersektor #1, #2 oder #3 entsprechen, trägt.
Wie bereits oben erwähnt, werden in dem einen bevorzugten Ausführungsbeispiel Verzögerungen zwischen Signalen, die zu einem beliebigen Paar von benachbarten Versorgungsbereichen projiziert werden, eingeführt. Demgemäß beinhalten Antennentreiber 75–80, wie gezeigt, Verzögerungselemente 95a, 95f die in der Lage sind, Verzögerungen vorzusehen, die ein wenig länger sind als die Chipperiode des PN-Codes, der von dem PN-Langcodegenerator 50 vorgesehen wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind alternierende Verzögerungselemente der Verzögerungselemente 95a, 95f (d. h. Elemente 95b, 95d und 95f) konstruiert, um eine Verzögerung von ein wenig länger als einer PN-Chipperiode vorzusehen, während die verbleibenden Verzögerungselemente (d. h. Elemente 95a, 95c und 95e) ausgelassen werden (Null Verzögerung). Die Verzögerungselemente 95a–95f können mittels eines oder mehrerer SAW-Filter (surface acoustic wave = SAW) realisiert werden. Alternativ könnte ein gewickelter optischer Glasleiter mit vorbestimmter Länge verwendet werden um die gewünschte Verzögerung zu erzeugen. Jeder Antennentreiber 75–80 beinhaltet außerdem einen Leistungsverstärker 96 zum Vorsehen eines Ausgabesignals an eine der Antennen 85–90.
Es wird nun auf 3 Bezug genommen, in der eine beschreibende Darstellung des Teil der Schaltmatrix 74 gezeigt ist, der schaltbar den Sechs-Wege-Splitter 66 mit jedem der Antennentreiber 75–80 betriebsmäßig verbindet. Im Detail sind digital steuerbare Dämpfer bzw. Dämpfungselemente 97a–97f zwischen den Ausgängen des Splitters 66 und den Antennentreibern 75–80 zwischengeordnet. Wenn es zum Beispiel erwünscht wurde dass der erste Benutzersektor Versorgungsbereiche C2–C4 umfasst, dann würden die Dämpfer 97a, 97e und 97f auf maximale Dämpfung gesetzt, während die Dämpfer 97b–97d ausgeschaltet sein würden (d. h. auf Null Dämpfung gesetzt). In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beinhaltet die Schaltmatrix 74 zwei weitere Sätze von sechs digitalen Dämpfern (nicht dargestellt), die im Wesentlichen identisch zu den Dämpfern 97a–97f sind, und zwar zum schaltbaren Verbinden der Splitter 68 und 70 mit den Antennentreibern 75–80.
Die Dämpfer 97a–97f haben bevorzugter Weise einen dynamischen Bereich von ungefähr 30 dB und sollten in der Lage sein in 1-dB-Inkrementen eingestellt zu werden. Auf diese Art und Weise kann der Strahl, der zu einem bestimmten Versorgungsbereich projiziert wird, graduell ausgelöscht und dann graduell wieder aufgebaut werden, während eines Übergangs zwischen Sektorkonfigurationen. Wenn es z. B. erwünscht wäre den Umfang des ersten Benutzersektors zu modifizieren, so dass er nur Versorgungsbereiche C3–C4 anstelle von C2–C4 beinhaltet, würden die Dämpfer 97b schrittweise von Null auf eine maximale Dämpfung angepasst werden. Angenommen es sei erwünscht gleichzeitig den Umfang des zweiten Benutzersektors zu erhöhen, so würde gleichzeitig die Einstellung eines Dämpfers (nicht dargestellt) der zwischen dem zweiten Antennentreiber 76 und dem Splitter 68 verbunden ist, (Sektor) von einer maximalen auf eine Null-Dämpfung verändert werden. Die digitalen Dämpfer 97a–97f besitzen eine Bauart, wie sie z. B. von Anzac Corp., Teilnummer AT-210 erhältlich sind.
Obwohl die Implementierung der 3A der Schaltmatrix 74 konfiguriert ist um es einem jeden Benutzersektor zu erlauben eine beliebige Kombination von Versorgungsbereichen zu umfassen, ist zu verstehen dass gemäß alternativer Ausführungsbeispiele die Matrix 74 vereinfacht werden könnte durch Begrenzen des potentiellen Umfangs auf drei oder vier Versorgungsbereiche.
Bezug nehmend auf die 1 und 2 ist jede der Antennen 85–90 für das Projizieren eines 60-Grad-Strahls auf eines der sechs Versorgungsbereiche C1–C6 konstruiert. Es ist zu verstehen, dass jedoch eine erhöhte Sektorisierung erreicht werden könnte durch Verwendung von neun Antennen, von denen jede konstruiert sein würde um einen 40-Grad-Strahl zu projizieren. Zusätzlich könnten Dualmodusantennen, die in der Lage sind beide, horizontal und vertikal polarisierte Strahlen vorzusehen, eingesetzt werden um bis zu doppelt so viele Benutzer innerhalb eines jeden Versorgungsbereiches aufzunehmen. Wie es unten unter Bezug auf 4 beschrieben ist, werden separate Antennentreiber verwendet um die Signale zu generieren, die durch jeden horizontal und vertikal polarisierten Strahl projiziert werden.
Bezug nehmend auf 4 wird ein Blockdiagramm eines Basisstationssendernetzwerkes 100 gezeigt, das angeordnet ist um eine erhöhte Benutzersektorisierung durch Einsatz von sowohl horizontal als auch vertikal polarisierten Antennenstrahlen vorzusehen. Das Netzwerk 100 beinhaltet, wie gezeigt, erste, zweite und dritte Paare von Spreizspektrumsendern 102a–102b, 104a–104b und 106a–106b für die Verarbeitung von Basisbandinformationssignalen, die über erste (#1a–b), zweite (#2a–b) und dritte (#3-b) gepaarte Sätze von Verkehrskanälen, die einem entsprechenden Satz von drei Benutzersektoren zugeordnet sind, gesendet werden sollen. Wie unten beschrieben ist, können die Sätze von Verkehrskanälen #1a, #2a und #3a selektiv bzw. auf jeden Versorgungsbereich unter Verwendung horizontal polarisierter Strahlen projiziert werden, während die Verkehrskanäle #1b, #2b und #3b ähnlich selektiv unter Verwendung von senkrecht polarisierten Strahlen projiziert werden können. Ein PN-Langcodegenerator (nicht dargestellt) liefert den langen PN-Code der durch die Sender 102a–102b, 104a–104b und 106a–106b in der Modulation der Informationssignale, die zu jedem Benutzersektor gesendet werden, verwendet wird. Wiederum sind die relativen Phasen der PN-Langcodes, die an die Sender 102a–102b, 104a–104b und 106a–106b geliefert werden, um Phasenspannen bzw. -bereiche versetzt, die äquivalent sind, zu einer vorbestimmten Anzahl von PN-Chips.
Innerhalb des Senders 102a–102b, 104a–104b und 106a–106b werden die PN-modulierten Informationssignale verwendet um ein Quadraturpaar von Sinuskurven bi-phasen-zumodulieren. Die modulierten Sinuskurven werden dann summiert, bandpassgefiltert auf eine HF-Trägerfrequenz verschoben und verstärkt. Die Ausgaben eines jeden der Sender 102a–102b, 104a–104b und 106a–106b werden jeweils mit Sechs-Wege-Splitter-Netzwerken 112a–112b, 114a–114b und 116a–116b verbunden. Wie es durch 4 aufgezeigt ist, sind die Splitter-Netzwerke 112a–112b, 114a–114b und 116a–116b an eine Schaltmatrix 120 gekoppelt.
Die Schaltmatrix 120 sieht eine schaltbare Verbindung zwischen den Informationssignalen vor, die über die gepaarten Sätze von Verkehrskanälen (z. B. #1a und #1b) eines jeden Benutzersektors und eines Satzes von sechs Antennentreibern 125a–125b bis 130a–130b gesendet werden. Ein Anlegen der Ausgaben bzw. Ausgangsgrößen eines jeden Antennentreibers 125a–130a an Antennen 135–140 resultiert im Projizieren von horizontal polarisierten Strahlen zu den Versorgungsbereichen C1–C6, während ein Anlegen der Ausgaben eines jeden Antennentreibers 125b–130b an Antennen 135–140 in der Projektion von einem vertikal polarisierten Strahl an jedem Versorgungsbereich C1–C6 resultiert. Wie es in 4 aufgezeigt ist, ist die Schaltmatrix 120 so konfiguriert, dass die zwei Sätze von Benutzern, die jedem Benutzersektor zugeordnet sind, innerhalb eines jeden der Versorgungsbereiche C1–C6 versorgt werden können.
Bezug nehmend auf 4 wird hier eine erläuternde Darstellung des Teils der Schaltmatrix 120 gezeigt, der betriebsmäßig ist, um die Sechs-Wege-Splitter 112a–b mit jedem der Antennentreiber 125a–b bis 130a–b schaltbar zu verbinden. Im Detail sind die digital gesteuerten Dämpfer 142 und 144 zwischen den Ausgängen der Sechs-Wege-Splitter 112a–b und jedem der Antennentreiber 125a–b bis 130a–b zwischengelagert. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beinhaltet die Schaltmatrix 120 zwei weitere Sätze von zwölf digitalen Dämpfern (nicht dargestellt) zum schaltbaren Verbinden der Splitter 114a–114b und 116a–116b mit den Antennentreibern 125a–125b bis 130a–130b.
Jedes Paar von Antennentreibern (z. B. Treiber 125a–b) ist mit einer der sechs Basisstationsantennen 135–140 verbunden, wobei jede Antenne 135–140 betriebsmäßig ist um einen horizontal polarisierten und einen senkrecht polarisierten Strahl über einen der Versorgungsbereiche C1–C6 (1A) zu projizieren. Wie oben angemerkt wurde, werden in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel Verzögerungen zwischen den Signalen, die zu einem beliebigen Paar von benachbarten Versorgungsbereichen projiziert werden, eingeführt. Demgemäß sind alternierende Paare von Antennentreibern (z. B. Treiber 105a–b, 107a–b) angeordnet um Verzögerungen vorzusehen die geringfügig länger sind als eine einzelne PN-Chipperiode. Hinsichtlich anderer Gesichtspunkte sind die Antennentreiber 105a–105b bis 110a–110b im Wesentlichen ähnlich zu den Antennentreibern 75–80.
5A und 5B liefern jeweils Auf- und Seitenansichten einer Dualmodusresonanz-Patch-Antenne, die in der Lage ist die Antenne 135–140 zu realisieren. Das Patch-Element 160, das in 5A gezeigt ist, hat in jeder Dimension einhalb Trägerwellenlängen und wird über einer Grund- bzw. Erdungsebene 162 (5B) durch einen Pfosten 163 getragen. Das Patch-Element 160 ist, wie gezeigt, von der Erdungsebene 162 durch einen Trennabstand S beabstandet. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Abstand S so ausgewählt, dass eine ausreichende Bandbreite vorgesehen wird um beide, die Sende- und Empfangsfrequenzbänder abzudecken. Der senkrecht-polarisierte Modus wird durch resonieren des Patch-Elements 160 erzeugt und zwar so, dass Spannungsmaxima in der Nähe der oberen und unteren Kanten 170 und 172 des Patch-Elements 160 und ein Spannungsnullpunkt in der Mitte auftritt. Ähnlich wird der horizontal polarisierte Modus dadurch erzeugt, dass das Patch-Element 160 so resoniert bzw. schwingt, dass Spannungsmaxima an den linken und rechten Kanten 176 und 178 des Patch-Elements 160 auftreten. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der senkrecht polarisierte Modus über eine Spannungsprobe, die auf die Mitte der oberen 170 und unteren 172 Kanten des Patch-Elements 160 angelegt wird, angeregt. Auf ähnliche Art und Weise wird der horizontale Modus mittels Spannungsproben induziert, die mit den rechten und linken Kanten 176 und 178 verbunden sind.
III. Dynamische Sektorisierung innerhalb eines Empfängernetzwerks
Bezug nehmend auf 6 wird eine Blockdiagrammdarstellung eines Basisstationsempfängernetzwerks 200 gezeigt, das konfiguriert ist um die dynamische Benutzersektorisierung gemäß der vorliegenden Erfindung vorzusehen. Das Netzwerk 200 ist, wie dargestellt, im Allgemeinen komplementär bzw. ergänzend zu dem Sendernetzwerk 40 (2) insofern, als dass eine dekorrelierende Verzögerung zwischen Signalen, die von benachbarten Versorgungsbereichen empfangen werden, eingeführt wird. Das Empfängernetzwerk 200 und das Sendernetzwerk 40 können gleichzeitig an die Antennen 85–90 über einen Duplexer (nicht dargestellt) gekoppelt werden.
Die Signale, die von den Versorgungsbereichen C1–C6 über Antennen 85–90 empfangen werden, werden jeweils am Empfangsverstärker 210–215 vorgesehen. Die Empfangsverstärker 210–215 beinhalten jeweils einen Niedrigrauschverstärker bzw. LNA-Empfänger (low noise amplifier = LNA) 220 mit einem Passband, das um die Frequenz des empfangenen HF-Trägers zentriert ist. Die Verstärker 210–215 beinhalten weiterhin wie gezeigt Verzögerungselemente 225a–225f, die in der Lage sind, Verzögerungen vorzusehen, die geringfügig länger als die Chipperiode des PN-Langcodes, der verwendet wird um zwischen Benutzersektoren zu diskriminieren, sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden alternierende Verzögerungselemente der Verzögerungselemente 225a–225f (z. B. Elemente 225b, 225d und 225f) so konstruiert, dass sie eine Verzögerung vorsehen, die ein wenig länger ist als eine einzelne PN-Chipperiode, während die verbleibenden Verzögerungselemente ausgelassen werden (Null Verzögerung). Die Verzögerungselemente 225a–225f könnten mittels einem oder mehreren SAW-Filtern (surface acoustic wave = SAW) realisiert werden. Alternativ könnte ein geregelter optischer Leiter mit einer vorbestimmten Länge verwendet werden um die gewünschte Verzögerung zu generieren.
Die Ausgabe eines jeden Verzögerungselements 225a–225f wird an einen Drei-Wege-Splitter 230 vorgesehen, der mit einer Schaltmatrix 232 verbunden ist. Die Schaltmatrix 232 ist im Wesentlichen identisch zu der Schaltmatrix 74 und liefert somit eine schaltbare Verbindung zwischen jeder Ausgabe der Drei-Wege-Splitter 230 und einer Eingabe zu einem der drei Sechs-Wege-Summierungsnetzwerke 240–242. Die Summierungsnetzwerke 240–242 sind an einen entsprechenden Satz von drei Diversity-Empfängern 250–252 über Verstärker 254–256 gekoppelt, wobei jeder Diversity-Empfänger in der Lage ist auf eine Art und Weise, wie sie unten unter Bezugnahme auf 10 beschrieben ist, implementiert zu werden. Jeder Diversity-Empfänger 250–252 führt eine Frequenzabwärtsumsetzung der empfangenen Signale durch und digitalisiert die empfangenen Signale in zusammengesetzte I- und Q-Komponenten. Die zusammengesetzten I- und Q-Komponenten werden dann demoduliert, kombiniert, deinterleaved und decodiert.
Jede I- und Q-Komponente kann aus Datensignalen von einer gegebenen Teilnehmereinheit bestehen, die von zwei oder mehr der Antennen 85–90, die benachbarten Versorgungsbereichen C1–C6 eines gegebenen Benutzersektors zugeordnet sind, empfangen wurden. Die empfangenen Signale, die jedem Versorgungsbereich zugeordnet sind, gemäß der Auswahl durch einen Suchempfänger in Kombination mit einer Steuerung, werden jeweils durch einen unterschiedlichen Datenempfänger der mehreren Datenempfänger oder Demodulatoren, auf die ebenfalls als „Finger" (nicht dargestellt) Bezug genommen wird, verarbeitet. Aus den zusammengesetzten I- und Q-Komponenten extrahiert jeder Finger durch Entspreizen die I- und Q-Komponenten RI und RQ des Pilot- und der Datensignale, die jedem Versorgungsbereich zugeordnet sind. Ein PN-Langcodegenerator 260 liefert den langen PN-Code der durch die Empfänger 250–252 im Demodulieren der Informationssignale, empfangen von jedem Benutzersektor, verwendet wird. Die relativen Phasen der PN-Langcodes, die an die Empfänger 251–252 geliefert werden sind um vorbestimmte Spannen durch Phasenverzögerungselemente 270 und 272 versetzt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel liefern die Phasenverzögerungselemente 52 und 54 Verzögerungen die ungefähr gleich der Dauer von 768 PN-Chips sind.
IV. Dynamische Sektorisierung innerhalb eines CDMA-Systems
Bezug nehmend auf 7 wird hier eine Blockdiagrammdarstellung eines Spreizspektrumsenders gezeigt, der in der Lage ist, die Spreizspektrumsender 42, 44 und 46 (2) zu realisieren. Der Spreizspektrumsender der 7 ist von der Bauart, die in dem U.S. Patent Nr. 5,103,459, erteilt 1992, betitelt „System and Method for Generating Signal Waveforms in a CDMA Cellular Telephone System"; das dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zu gewiesen ist, beschrieben ist. In dem Sender der 7 werden Datenbits 300, die zum Beispiel aus durch einen Vocoder in Daten umgewandelter Sprache bestehen, an einen Codierer 302 geliefert, wo die Bits mit Codesymbolwiederholung gemäß der Eingabedatenrate faltungscodiert werden. Wenn die Datenbitrate geringer ist als die Bitverarbeitungsrate des Codierers 302, dann schreibt die Codesymbolwiederholung vor, dass der Codierer 302 die Eingabedatenbits 300 wiederholt, um einen sich wiederholenden Datenstrom mit einer Bitrate zu erzeugen, der mit der Betriebsrate des Codierers 302 übereinstimmt. Die codierten Daten werden dann an Interleaver bzw. Verschachteler 304 geliefert, wo sie Faltungs-interleaved werden. Die interleavten Symboldaten werden von Interleaver 304 mit einer beispielhaften Rate bzw. Geschwindigkeit von 19,2 ksps an einen Eingang des exklusiv-ODER-Gatters 306 geliefert.
In dem System der 7 werden die interleavten Datensymbole verwürfelt (scrambled), um einen höhere Sicherheit für die Übertragungen über den Kanal vorzusehen. Das Zerwürfeln der Sprachkanalsignale kann erreicht werden durch Pseudorausch- bzw. PN-Codieren (pseudonoise = PN) der verschachtelten bzw. interleavten Daten mit ein PN-Code, der für eine beabsichtigte Empfängerteilnehmereinheit spezifisch ist. Die Verwürfelungscodes weisen die „inneren" PN-Codes auf, auf die in dem Abschnitt „Hintergrund der Erfindung" Bezug genommen wurde. Solch PN-Verwürfelung kann durch den PN-Generator 308 unter Verwendung einer geeigneten PN-Sequenz oder eines Verschlüsselungsschemas vorgesehen werden. Der PN-Generator 308 beinhaltet typischerweise einen Lang-PN-Generator zum Produzieren eines einmaligen bzw. einzigartigen PN-Codes mit einer festgelegten Rate von 1,2288 MHz. Dieser PN-Code wird dann durch einen Dezimierer (nicht dargestellt) gegeben, wobei die resultierenden 9,2-MHz-Verwürfelungssequenz an den anderen Eingang des exklusiv-ODER-Gatters 306 gemäß Identifikationsinformation der Teilnehmereinheit vorgesehen wird. Die Ausgabe des exklusiv-ODER-Gatters 306 wird dann an den Eingang des exklusiv-ODER-Gatters 310 vorgesehen.
Wiederum unter Bezugnahme auf 7 wird der andere Eingang des exklusiv-ODER-Gatters 310 mit einem Walsh-Codegenerator 312 verbunden. Der Walsh-Generator 312 generiert ein Signal, dass der Walsh-Sequenz entspricht, die dem Datenkanal, über den Information gesendet wird, zugewiesen ist. Der Walsh-Code, der durch den Generator 312 vorgesehen wird, wird aus einem Satz von 64 Walsh-Codes der Länge 64 ausgewählt. Die 64 orthogonalen Codes entsprechen Walsh-Codes von einer 64-mal-64-Hadamard-Matrix, wobei ein Walsh-Code eine einzelne Zeile oder Spalte der Matrix ist. Die verwürfelten Symboldaten und der Walsh-Code werden exklusiv-ODER-verknüpft durch exklusiv-ODER-Gatter 310, wobei das Ergebnis als Eingabe an beide, das exklusiv-ODER-Gatter 314 und 316, vorgesehen wird.
Das exklusiv-ODER-Gatter 314 empfängt außerdem ein PN_I-Signal, während der andere Eingang des exklusiv-ODER-Gatters 316 ein PN_Q-Signal empfängt. In CDMA-Anwendungen wird der PN-Langcodegenerator 50 (2) betrieben, um beide, PN_I- und PN_Q-Sequenzen, an die Spreizspektrumsender 42, 44 und 46 vorzusehen. Die PN_I- und PN_Q-Signale sind Pseudozufalls- bzw. PN-Signale (pseudorandom = PN), und zwar entsprechend zu einem bestimmten Benutzersektor, der durch das CDMA-System abgedeckt ist, und beziehen sich jeweils auf In-Phasen-(I)- und Quadratur-Phasen-(Q)-Kommunikationskanäle. Die PN_I- und PN_Q-Signale werden jeweils exklusiv-ODER-verknüpft mit der Ausgabe des exklusiv-ODER-Gatters 310 um die Benutzerdaten zusätzlich vor der Übertragung zu spreizen. Die resultierende I-Kanalcodespreizsequenz 322 und Q-Kanalcodespreizsequenz 326 werden für das Bi-Phasen-Modulieren eines Quadraturpaares von Sinuskurven (sinusoids) verwendet. Jedes Quadraturpaar von Sinuskurven wird innerhalb von Sendern 42, 44 und 46 summiert, auf eine HF-Frequenz verschoben und an einen der Verstärker 58, 60 und 62 vorgesehen.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Pilotkanal, der keine Datenmodulation enthält, zusammen mit den I-Kanal- und Q-Kanal-Spreizsequenzen S_I und S_Q gesendet. Der Pilotkanal kann als ein unmoduliertes Spreizspektrumsignal charakterisiert werden, das für Signalakquisitions- und -erfassungszwecke verwendet wird. In Systemen, die eine Vielzahl von Basisstationssendern in benachbarten Zellen beinhalten wird der Satz von Kommunikationskanälen, der von jedem vorgesehen wird, durch ein spezifisches (unique) Pilotsignal identifiziert. Anstatt dass separate Sätze von PN- Generatoren für die Pilotsignale verwendet werden, wurde jedoch erkannt, dass es ein effizienterer Ansatz wäre einen Satz von Pilotsignalen zu generieren durch Verwendung von Verschiebungen in derselben Grundsequenz. Bei der Verwendung dieser Technik sucht die anvisierte Empfängereinheit sequentiell die gesamte Pilotsequenz und stellt sich auf den Versatz oder die Verschiebung ein, die die stärkste Korrelation erzeugt.
Demgemäß wird bevorzugter Weise die Pilotsequenz lang genug sein, so dass viele verschiedene Sequenzen durch Verschiebungen in der Grundsequenz generiert werden können um eine große Anzahl von Pilotsignalen in dem System zu unterstützen. Zusätzlich müssen die Trennung oder die Verschiebungen groß genug sein um sicher zu stellen, dass es keine Interferenz in den Pilotsignalen gibt. Daher wird in einem beispielhaften Ausführungsbeispiel die Pilotsequenz mit Länge 2¹⁵ gewählt, was es ermöglicht, 512 verschiedene Pilotsignale mit Verschiebungen bzw. Offsets in der Grundsequenz von 64 Chips zu erzeugen.
Bezug nehmend auf 8 beinhaltet ein Pilotgenerierungsnetzwerk 330 einen Walsh-Generator 340 zum Vorsehen der Walsh-„Null"-Sequenz bzw. W₀-Sequenz, die aus nur Nullen besteht, an die exklusiv-ODER-Kombinierer 344 und 346. Die Walsh-Sequenz Wo wird mit den PN_I- und PN_Q-Sequenzen unter Verwendung der exklusiv-ODER-Kombinierer 344 bzw. 346 multipliziert. Da die Sequenz Wo nur Nullen beinhaltet, hängt der Informationsinhalt der resultierenden Sequenzen nur von den PN_I- und PN_Q-Sequenzen ab. Die Sequenzen, die von exklusiv-ODER-Kombinierern 344 und 346 produziert werden, werden als Eingaben an FIR-Filter bzw. Filter mit endlicher Impulsantwort (finite impulse response = FIR) 350 und 352 geliefert. Die gefilterten Sequenzen die von FIR-Filtern 350 und 352 ausgegeben werden und jeweils den I-Kanal- und Q-Kanal-Pilotsequenzen P_I und P_Q entsprechen, werden an den HF-Sender 382 geliefert.
Bezug nehmend auf 9 wird eine Beispielimplementierung des HF-Senders 382 gezeigt. Sender 382 beinhaltet einen I-Kanal-Summierer 370 zum Sum mieren der PN_I-Spreizdatensignale S_Ii, i = 1 bis N, mit dem I-Kanal-Pilot P_I. Ähnlich dient ein Q-Kanal-Summierer 372 zum Kombinieren der PN_Q-Spreizdatensignale S_Qi, i = 1 bis N, mit dem Q-Kanal-Pilot P_I. Die Digital-zu-Analog-Wandler bzw. D/A-Wandler 374 und 376 werden vorgesehen, um die digitalen Informationen von den I-Kanal- und Q-Kanal-Summierern 370 bzw. 372 in analoge Form zu konvertieren. Die analogen Wellenformen, die von D/A-Wandlern 374 und 376 erzeugt werden, werden zusammen mit Trägerfrequenzsignalen des Lokaloszillators (local oscillator = LO) Cos(2πft) bzw. Sin(2πft) an Mischer 388 bzw. 390 geliefert, wo sie gemischt und an Summierer 392 geliefert werden. Die Quadraturphasenträgersignale Sin(2πft) und Cos(2πft) werden von geeigneten Frequenzquellen (nicht gezeigt) geliefert. Diese gemischten ZF-Signale werden in Summierer 392 summiert und an Mischer 394 geliefert.
Mischer 304 mischt das summierte Signal mit einem HF-Frequenzsignal vom Frequenzsynthesizer 396 um eine Frequenzaufwärtsumsetzung auf das HF-Frequenzband vorzusehen. Das HF-Signal beinhaltet In-Phasen-(I)- und Quadratur-Phasen-(Q)-Komponenten und wird bandpassgefiltert mittels Bandpassfilter 398 und an einen der HF-Verstärker 58, 60, 62 (2) ausgegeben. Es sei anzumerken, dass unterschiedliche Implementierungen des HF-Senders 382, eine Vielfalt von Signalsummierungs-, Mischungs-, Filterungs- und Verstärkungstechniken verwenden können, die hierin nicht beschrieben sind, die jedoch auf dem Fachgebiet bekannt sind.
10 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Diversity-Empfängers, der einer der Teilnehmereinheit 12 (1A) zugeordnet ist, und daher angeordnet ist um die HF-Signale, die von einer oder mehreren der Antennen 85–90 der Basisstation 40 (2) gesendet werden, zu empfangen. In der 10 wird das HF-Signal, das von Basisstation 40 gesendet wird, durch Antenne 410 empfangen und an einen Diversity-RAKE-Empfänger geliefert, der aus einem Analogempfänger 412 und Digitalempfänger 414 besteht. Das Signal, wie es durch Antenne 410 empfangen wird und an Analogempfänger 412 geliefert wird, kann aus Mehrwegeausbreitungen derselben Pilot- und Datensignale, die für einzelne oder mehrere Teilnehmerempfänger bestimmt sind, bestehen. Der Analogempfänger 412, der in dem beispielhaften Ausführungsbeispiel als ein QPSK-Modem konfiguriert ist, führt eine Frequenzabwärtsumsetzung durch und digitalisiert die empfangenen Signale in zusammengesetzte I- und Q-Komponenten. Die zusammengesetzten I- und Q-Komponenten werden an Digitalempfänger 414 für eine Demodulation vorgesehen. Die demodulierten Daten werden dann an die digitale Schaltung 416 zum Kombinieren, Deinterleaven und Decodieren vorgesehen.
Jede I- und Q-Komponentenausgabe vom Analogempfänger 412 kann aus entsprechenden Datensignalen bestehen, die von zwei oder mehr der Antennen 85–90, die benachbarten Versorgungsbereichen C1–C6 eines gegebenen Benutzersektors zugeordnet sind, gesendet werden. Wie es oben diskutiert wurde, wird ein Phasenversatz bzw. -offset zwischen Datensignalen, die an benachbarte Versorgungsbereiche in einem bestimmten Benutzersektor vorgesehen werden, eingeführt. Im digitalen Empfänger 414 werden die empfangenen Signale, die jedem Versorgungsbereich zugeordnet sind, und zwar gemäß Auswahl durch eine Suchempfänger 415 in Kombination mit einer Steuerung 418, einzeln durch einen unterschiedlichen Datenempfänger oder Demodulator der mehreren Datenempfänger oder Demodulatoren 420a–420c verarbeitet, auf die auch als „Finger" Bezug genommen wird. Obwohl nur drei Daten demodulierende Finger (Demodulatoren 420a–420c) in 10 dargestellt sind, sei anzumerken, dass mehr oder weniger Finger verwendet werden können. Aus den zusammengesetzten I- und Q-Komponenten extrahiert jeder Finger durch Entspreizen die I- und Q-Komponenten RI und RQ des Pilot- und der Datensignale, die jedem Versorgungsbereich zugeordnet sind.
In einer beispielhaften Implementierung wird jede Teilnehmereinheit 12 einem Walsh-Code aus einem Satz von 64 orthogonalen Walsh-Codes W_i der Länge 64 zugeordnet. Dies erlaubt es, einen Satz von Kanälen inklusive eines Pilotkanals 63 I-Kanälen und 63 Q-Kanälen mittels eines gegebenen Paares von Spreizsequenzen PN_I und PN_Q zu senden. Das extrahierte Pilotsignal wird zur zeitlichen Ausrichtung innerhalb eines Symbolkombinierers (nicht dargestellt) innerhalb des Empfängers der Teilnehmereinheit verwendet. Wenn sich die Teilnehmereinheit in der Nähe der Grenze zu benachbarten Versorgungsbereichen, die demselben Benutzersektor zugewiesen sind, befindet, werden die Schätzungen der gesendeten Daten für jeden Versorgungsbereich zeitlich ausgerichtet und zusammenaddiert, wodurch das Signal-zu-Rausch-Verhältnis verbessert wird.
V. Dynamische Sektorisierung mittels In-Phasen-Strahlmuster
Wie oben diskutiert wurde, wird in dem bevorzugen Ausführungsbeispiel eine Verzögerung zwischen den Strahlen, die zu benachbarten Antennenversorgungsbereichen projiziert werden, eingeführt, um so die Signale, die zu jedem Bereich gesendet werden, zu dekorrelieren. Dieser Ansatz ist im Wesentlichen so konstruiert, dass destruktive Interferenz zwischen den Strahlen, die zu benachbarten Versorgungsbereichen vorgesehen werden, wesentlich eliminiert wird, wodurch die Bildung von Nullen bzw. Nullstellen und anderen Strahlmusterverzerrungen verhindert wird. Ein Diversity-Empfänger, der einer Teilnehmereinheit, die in der Nähe zu einer Versorgungsbereichsgrenze positioniert ist, zugeordnet ist, ist somit in der Lage, die dekorrelierten Signale separat zu empfangen und nachfolgend die separat empfangenen Signale zu kombinieren.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die zellulare Basisstation so konstruiert, dass eine dynamische Benutzersektorisierung bewirkt werden kann durch Vorsehen eines Satzes von Feststrahlen (fixed beams), die in genaue Phasenausrichtung projiziert werden. Bezug nehmend auf 11A wird hier das Azimuthmuster eines 40-Grad-Feststrahls gezeigt, von dem angenommen wird, dass er durch eine erste Basisstationsantenne, die einem der Versorgungsbereiche C1–C6 (1A) zugeordnet ist, projiziert wird. Wenn eine zweite Basisstationsantenne, die einen zweiten 40-Grad-Feststrahl zu einem benachbarten Versorgungsbereich vorsieht, In-Phase mit der ersten Basisstationsantenne betrieben wird, wird das Muster, das in 11B gezeigt ist, produziert. Es ist somit offensichtlich, dass die Breite eines Benutzersektors proportional zu der Anzahl von erregten Strahlen erhöht werden kann. Da die Strahlen In-Phase generiert werden, interferieren die Strahlen (beams) konstruktiv in der Nähe der Versorgungsbereichsgrenzen und werden daher effektiv kohärent kombiniert innerhalb der Basisstation anstelle innerhalb des Empfängers der Teilnehmereinheit.
Bezug nehmend auf 12 wird hier eine Blockdiagrammdarstellung eines Basisstationssendernetzwerkes 440 gezeigt, das konfiguriert ist, um eine dynamische Benutzersektorisierung durch Projizieren eines Satzes von In-Phasen-Strahlen zu jedem Benutzersektor vorzusehen. Das Netzwerk 440 ist, wie gezeigt, im Wesentlichen ähnlich zu dem Netzwerk der 2, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden bei der Identifizierung von im Wesentlichen ähnlichen Systemkomponenten. Anstatt dass Phasenverzögerungselemente 95a–95f vorgesehen sind, beinhalten die Antennentreiber 75–80 wie gezeigt Phasenequalizer bzw. Ausgleichelemente 444a–444f, die so angepasst sind, dass die Antennen 85–90 in-Phase angetrieben werden. Eine Anpassung der Equalizer 444a–444f kann ausgeführt werden z. B. während der Basisstationsinstallierung durch Anlegen eines identischen Testsignals an jeden Treiber 75–80.
Genauer gesagt werden während einer Kalibrierungsprozedur ein Satz von Testsignalen mit identischer Amplitude und Phase an die Antennentreiber 75–80 vorgesehen. Die Ausgaben von benachbarten Paaren von Antennenkabeln 445a–445f, die jeweils den Antennen 85–90 zugeordnet sind, werden dann mit den Dual-Eingabeanschlüssen eines Leistungskombinierers verbunden. Der Phasenequalizer innerhalb des Antennentreibers, der an eines der Antennenkabel gekoppelt ist, wird dann eingestellt, bis die Ausgabe des Leistungskombinierers maximiert ist. Die Prozedur wird für jedes benachbarte Paar von Antennentreibern, d. h. für die Treiber 75 und 76, die Treiber 76 und 77 und so weiter, wiederholt.
Eine analoge Prozedur wird verwendet, um das Empfangsnetzwerk 200 (6) zu kalibrieren. Insbesondere wird ein Satz von Testsignalen mit identischer Amplitude und Phase an den Anschlüssen der Antennenkabel 224a–224f, und zwar nominal gekoppelt an die Antennen 85–90, eingespeist. Ein Leistungskombinierer mit sechs Eingangsanschlüssen und einem einzelnen Ausgangsanschluss wird dann mit den Splittern 230 eines benachbarten Paars der Empfangsverstärker 210–215 verbunden. Ein Phasenequalizer (nicht dargestellt) innerhalb eines der Empfangsverstärker, der mit dem Leistungskombinierer verbunden ist, wird dann angepasst bis die Ausgabeleistung von dem Kombinierer maximiert ist. Dieser Prozess wird dann für jedes benachbarte Paar von Empfangsleistungsverstärkern 210–215 wiederholt.
13 zeigt eine alternative Basisstationskonfiguration 450 zum Vorsehen dynamischer Benutzersektorisierung durch Projizieren eines Satzes von In-Phasen-Strahlen. Wie es durch 13 angezeigt ist, wird die Phasenausrichtung zwischen benachbarten Strahlen dadurch beibehalten, dass die Schaltmatrix und die Antennentreiber in der Nähe der Antennen 85–90 angeordnet sind. Dies bedeutet, dass in Konfiguration der 13, die Schaltmatrix 74 und Antennentreiber 85–90 den Übertragungskabeln 452–454 nachfolgen, anstatt ihnen vorauszugehen, und zwar innerhalb des Basisstationsantennenturmes 458. Die direkte Kopplung der Treiber 75–80 an die Antennen 85–90 verhindert vorteilhafterweise dass Phasenunterschiede aufgrund von einer Kabellängenvariation und Ähnlichem zwischen den Strahlen, die zu benachbarten Versorgungsbereichen gesendet werden, eingeführt werden.
VI. Antennenuntersystem
In beiden, den dekorrelierten Phasen und gesteuerten Phasenausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung (siehe z. B. 2 und 12) wird die Größe eines Benutzersektors variiert durch Verwendung einer Kombination von einem oder mehreren Strahlen um das Informationssignal für den Sektor vorzusehen. Ein jeder solcher Strahl kann generiert werden mittels einer beliebigen Technik aus einer Anzahl von herkömmlichen Techniken. Zum Beispiel kann ein Satz von verschiedenen Feststrahlantennen verwendet werden, um einen Satz von Strahlen mit vorbestimmtem Winkel zu projizieren. In die sem Ansatz werden die Antennen so montiert und ausgerichtet, dass jeder Strahl einen vorbestimmten Versorgungsbereich umfasst. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird ein Satz von sechs Antennen verwendet, um einen 60-Grad-Strahl an einen jeden der sechs Versorgungsbereiche (siehe z. B. 1A) vorzusehen.
Alternativ kann eine phasengesteuerte Antennenanordnung (phased array antenna) verwendet werden um gleichzeitig mehr als einen einzelnen Strahl zu bilden. 14 zeigt zum Beispiel eine dreieckige Anordnung von ersten, zweiten und dritten phasengesteuerten Antennenanordnungspanelen 480, 482 und 484, die kollektiv betrieben werden um einen Satz von neun Antennestrahlen an Versorgungsbereiche C1–C9 vorzusehen. Im Detail projiziert Antennenpanel 480 drei 40-Grad-Feststrahlen an Versorgungsbereiche C1–C3, während Antennenpanele 482 und 484 40-Grad-Feststrahlen an Versorgungsbereiche C4–C6 bzw. C7–C9 projiziert.
Wie es durch 15 angezeigt ist, beinhaltet in einer bevorzugten Implementierung die Frontfläche eines jeden Antennenpanels eine 4 × 4-Anordnung von Patch-Elementen, wobei die Elemente innerhalb einer jeden Spalte jeweils durch die Bezugszeichen 486–489 identifiziert sind. Wenn eine HF-Trägerfrequenz von 850 MHz angenommen wird, kann jedes Patch-Element aus einem Quadratabschnitt eines dielektrisch geladenen Patch-Materials mit einer Fläche von 4 in² (Quadratinch) fabriziert werden. Dies resultiert darin, dass jedes quadratische Antennenpanel 482–484 eine Fläche von ungefähr 4 Quadratfuß besitzt.
Bezug nehmend auf 4 wird eine phasengesteuerte Antennenanordnung und ein strahlbildendes Netzwerk 490, angeordnet um drei Strahlen von einer einzelnen Antennenfrontfläche vorzusehen, gezeigt. Eine Schaltmatrix (nicht dargestellt) liefert die Informationssignale, die Benutzersektoren #1, #2 und #3 entsprechen, über Eingabesignalleitungen 494a–494c. Das strahlformende Netzwerk (beam forming network) 490 beinhaltet 4-Wege-Splitter 495a–c, die jeweils mit Signalleitungen 494a–c verbunden sind. Die vier Ausgaben bzw.
Ausgänge von jedem Splitter 495a–c sind über Phasenverzögerungselemente 496 mit einem der vier Summierungsknoten 498–501 verbunden. Die zusammengesetzten Signale von Summierungsknoten 498–501 werden jeweils an Leistungsverstärker 504–507 vorgesehen. Wie es in 16 angezeigt ist wird jede Spalte von Anordnungselementen 486–489 von einem der Verstärker 504–507 angetrieben. In alternativen Implementierungen wird ein separater Leistungsverstärker verwendet, um jedes Anordnungselement 486–489 anzutreiben bzw. zu speisen.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel werden die Verzögerungselemente 496 angepasst, so dass jeder der drei Strahlen in einem 40-Grad-Winkel zu einem der drei benachbarten Versorgungsbereiche projiziert wird. Die drei Strahlen, die von einem einzelnen Antennenpanel projiziert werden, würden dann einen Bogen von 120 Grad überspannen. Drei solche Panele könnten dann montiert werden um einen Satz von neun Strahlen, die einen Bogen von 360 Grad umfassen, vorzusehen.
Die vorhergehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele wird den Fachmann in die Lage versetzen die vorliegende Erfindung auszugestalten oder zu verwenden. Die verschiedenen Modifikationen dieser Ausführungsbeispiele werden sich für den Fachmann leicht ergeben, und die Grundprinzipien die hierin definiert sind, können auf andere Ausführungsbeispiele angewendet werden ohne dabei erfinderisch tätig zu werden. Daher soll die vorliegende Erfindung nicht auf die hier gezeigten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern ihr sollte vielmehr der breiteste Umfang zugesprochen werden, der mit den Prinzipien und ihren neu definierten Merkmalen im Einklang steht. So kann zum Beispiel zusätzlich zu der Adressierung des Bedarfs nach flexibler Verkehrskanalzuordnung als eine Konsequenz von kurzfristigen Veränderungen in der Benutzernachfrage, das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden um langfristige Veränderungen in der Benutzernachfrage zu berücksichtigen. Solche langfristigen Veränderungen in der Nachfrage könnten zum Beispiel einhergehen mit Veränderun gen in Verschiebungen in Bevölkerungsverteilungs- und Gebäudemustern innerhalb eines gegebenen geographischen Gebiets.

Claims

Ein Zellstandortsendernetzwerk (40) in einem zellularen Teilnehmer-Kommunikationssystem, in dem Benutzer (12) innerhalb zumindest einer Zelle (10, 18) Informationssignale untereinander über zumindest einen Zellstandort (14) kommunizieren, und zwar mittels Spreizspektrum-Kommunikationssignalen, wobei jeder der zumindest einen Zellstandorte (14) das Zellstandortsendernetzwerk (40) beinhalten, wobei das Sendernetzwerk (40) Folgendes aufweist: Eine Verzögerungsschaltung (95) zum Empfangen eines ersten Satzes von Spreizspektruminformationssignalen und zum Generieren eines zweiten Satzes von Spreizspektruminformationssignalen von dem ersten Satz von Spreizspektruminformationssignalen, und zwar durch Verzögern eines jeden der Spreizspektruminformationssignale, die in dem ersten Satz Spreizspektruminformationssignalen enthalten sind, um eine vorbestimmte Zeitperiode; eine erste Antenne (85), die konfiguriert ist, um den ersten Satz von Spreizspektruminformationssignalen zu empfangen, und konfiguriert ist, um den ersten Satz von Spreizspektruminformationssignalen zu einem ersten Versorgungsbereich bzw. Abdeckungsbereich (C1) innerhalb einer Zelle (10, 18) zu senden; und eine zweite Antenne (86), die an die Verzögerungsschaltung (95) gekoppelt ist, wobei die zweite Antenne konfiguriert ist, um den zweiten Satz von Spreizspektruminformationssignalen an einen zweiten Versorgungsbereich (C2) innerhalb der Zelle zu senden, wobei ein erster Benutzersektor den ersten Versorgungsbereich (C1) beinhaltet, wenn der zweite Satz von Spreizspektruminformationssignalen nicht gesendet wird, und die ersten und zweiten Versorgungsbereiche (C1, C2) beinhaltet, wenn die ersten und zweiten Sätze von Spreizspektruminformationssignalen gesendet werden.
Ein Zellstandortsendernetzwerk nach Anspruch 1, wobei der Sender des Zellstandorts bzw. Zellstation (14) erste und zweite Antennen (85, 86) zum Projizieren erster und zweiter Strahlen über die ersten bzw. zweiten Versorgungsgebiete (C1, C2) beinhalten, wobei der erste Strahl den ersten Satz von Spreizspektruminformationssignalen und der zweite Strahl den zweiten Satz von Spreizspektruminformationssignalen trägt.
Zellstandortsendernetzwerk nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes aufweist: zweite Mittel zum Vorsehen dritter und vierter Sätze von Spreizspektruminformationssignalen für den Empfang durch Benutzer (12) innerhalb eines zweiten Benutzersektors der Zelle, wobei die zweiten Mittel zum Vorsehen Mittel aufweisen zum Generieren des vierten Satzes von Spreizspektruminformationssignalen durch Verzögern eines jeden der Informationssignale, die in dem dritten Satz enthalten sind; Zweite Mittel zum selektiven Senden, und zwar während einer zweiten Systembetriebsperiode der dritten bzw. vierten Sätze von Spreizspektruminformationssignalen an die ersten und zweiten Versorgungsgebiete innerhalb der Zelle (10, 18), wobei es somit ermöglicht wird, die Größe eines zweiten Benutzersektors, der in der zumindest einen Zelle enthalten ist, gemäß der Benutzerkonzentration in dem zweiten Sektor zu variieren.
Zellstandortsendernetzwerk nach Anspruch 1, das weiterhin einen Empfänger beinhaltet, wobei der Empfänger Folgendes aufweist: Mittel (414) zum Empfangen eines der Informationssignale, die in dem ersten Satz enthalten sind, und zum Empfangen einer verzögerten Version des einen erwähnten Informationssignals, das in dem zweiten Satz enthalten ist; Mittel (416) zum kohärenten Kombinieren der empfangenen Informationssignale und zum Vorsehen des resultierenden Signals an einen Systembenutzer (12).
Ein System, das das Zellstandortsendernetzwerk des Anspruch 1 verwendet, und zwar zum Übermitteln von Information an zumindest einen Benutzer (12) in einem ersten Benutzersektor eines Spreizspektrumkommunikationssystems, wobei das System Folgendes aufweist: Einen ersten PN-Signalgenerator (50) zum Generieren eines ersten PN-Signals mit einem ersten vorbestimmten PN-Code; einen ersten Signalkombinierer, der an den ersten PN-Signalgenerator gekoppelt ist, der das erste PN-Signal und ein erstes Informationssignal kombiniert und ein erstes Modulationssignal generiert; ein Verzögerungsnetzwerk (95) zum Generieren eines zweiten Modulationssignals durch Verzögern des ersten Informationssignals um eine vorbestimmte Zeitperiode; und eine Antenne (85–90) zum Variieren von Grenzen eines ersten Benutzersektors durch Senden des ersten Modulationssignals an einen ersten Versorgungsbereich während einer ersten Zeitperiode, und durch Senden der ersten und zweiten Modulationssignale zu dem ersten Versorgungsbereich und zu einem zweiten Versorgungsbereich während einer zweiten Zeitperiode.
System nach Anspruch 5, wobei die Antenne Mittel zum Senden der ersten und zweiten Modulationssignale beinhaltet, so dass sich der zweite Versorgungsbereich zumindest teilweise mit dem ersten Versorgungsbereich überlappt.
System nach Anspruch 6, das weiterhin Folgendes beinhaltet; Mittel zum Vorsehen eines dritten Modulationssignals und zum Vorsehen eines vierten Modulationssignals, das einer verzögerten Version des dritten Modulationssignals entspricht; Mittel (74) zum selektiven Senden des dritten bzw. vierten Modulationssignals an den zweiten Versorgungsbereich und einen dritten Versorgungsbereich, wobei das selektive Übertragen der dritten und vierten Modulationssignale in einer Veränderung der Größe eines zweiten Benutzersektors resultiert.
System nach Anspruch 6, wobei das System weiterhin Folgendes beinhaltet: Mittel (52) zum Generieren, und zwar mit einer vorbestimmten Rate, eines zweiten Pseudozufallsrauschsignals bzw. PN-Signals (pseudorandom noise signal) des ersten vorbestimmten PN-Codes und wobei die ersten und zweiten PN-Signale einen Phasenversatz besitzen, zweite Mittel (44) zum Kombinieren des zweiten PN-Signals und eines zweiten Informationssignals und zum Vorsehen eines resultierenden dritten Modulationssignals, und Mittel (95D) zum Vorsehen eines vierten Modulationssignals durch Verzögern des dritten Modulationssignals, um eine vorbestimmte Verzögerung, die eine inverse Beziehung zu der vorbestimmten Rate besitzt.
System nach Anspruch 8, wobei die Antenne Mittel beinhaltet zum selektiven Senden der ersten bzw. zweiten Modulationssignale zu den ersten und zweiten Versorgungsgebieten, und zwar exklusiv während einer ersten Systembetriebsperiode, und zum selektiven Senden der dritten bzw. vierten Modulationssignale zu den ersten und zweiten Versorgungsgebieten, und zwar exklusiv während einer zweiten Systembetriebsperiode.
System nach Anspruch 5, das weiterhin einen Empfänger zum Empfangen der ersten und zweiten Modulationssignale und zum Vorsehen des ersten Informationssignals an den zumindest einen Benutzer (12) auf der Basis hiervon aufweist.
System nach Anspruch 10, wobei der Empfänger Mittel beinhaltet zum Generieren einer Kopie des ersten vorbestimmten PN-Codes und Mittel zum Demodulieren der ersten und zweiten Modulationssignale in erste und zweite demodulierte Signale mittels der Kopie des ersten vorbestimmten PN-Codes.
System nach Anspruch 11, wobei der Empfänger Mittel (416) beinhaltet zum kohärenten Kombinieren der ersten und zweiten demodulierten Signale.
Ein Verfahren zur Signalübertragung von dem Zellstandort (14) in einem zellularen Teilnehmerkommunikationssystem, in dem Benutzer (12) innerhalb zumindest einer Zelle (10, 18) Informationssignale untereinander über zumindest einen Zellstandort (14) kommunizieren und zwar mittels Spreizspektrumkommunikationssignalen, wobei jeder der mindestens einen Zellstandorte (14) einen Zellstandortsender (40) enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Generieren erster und zweiter Sätze von Spreizspektruminformationssignalen, die zu Benutzern innerhalb erster und zweiter Sektoren (C1, C2) einer ersten Zelle übermittelt werden sollen, wobei der Schritt des Generierens den Schritt des Generierens des zweiten Satzes von Spreizspektruminformationssignalen durch Verzögern (95) eines jeden der Informationssignale, die in dem ersten Satz enthalten sind, um eine vorbestimmte Zeitperiode, aufweist; und Senden, und zwar während einer ersten Systembetriebsperiode, der ersten bzw. zweiten Sätze von Spreizspektruminformationssignalen an die ersten und zweiten Sektoren (C1, C2), wobei Grenzen der ersten und zweiten Sektoren durch Übertragen eines der ersten und zweiten Sätze von phasenausgerichteten Informationssignalen während einer zweiten Systembetriebsperiode variiert werden.
Verfahren nach Anspruch 13 zum Übermitteln von Informationen zu zumindest einem Benutzer in einem Spreizspektrumkommunikationssystem, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Generieren eines ersten PN-Signals eines ersten vorbestimmten PN-Codes; Kombinieren des ersten PN-Signals und eines ersten Informationssignals und Generieren eines ersten Modulationssignals; selektives Generieren eines zweiten Modulationssignals von dem ersten Informationssignal, wobei das zweite Modulationssignal gegenüber dem ersten Modulationssignal um eine vorbestimmte Zeitperiode verzögert ist; und Senden des ersten bzw. zweiten Modulationssignals zu ersten und zweiten Versorgungsbereichen, die Grenzen eines ersten Benutzersektors definieren; und wobei Grenzen des ersten Benutzersektors durch Senden nur eines der ersten und zweiten Modulationssignale an einen jeweiligen Versorgungsbereich angepasst bzw. eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Sendens den Schritt des Sendens der ersten und zweiten Modulationssignale beinhaltet, so dass das zweite Versorgungsgebiet zumindest teilweise den ersten Versorgungsgebiet bzw. -bereich überlappt.
Verfahren nach Anspruch 15, das weiterhin die folgenden Schritte aufweist: Vorsehen (44) eines dritten Modulationssignals und Vorsehen (95) eines vierten Modulationssignals, das einer verzögerten Version des dritten Modulationssignals entspricht; selektives Senden der dritten bzw. vierten Modulationssignale an den zweiten Versorgungsbereich (C2) und einen dritten Versorgungsbereich (C3), wobei die Übertragung der ersten und zweiten Modulationssignale in der Variation bzw. Veränderung der Größe eines zweiten Benutzersektors (C2) resultiert.
Verfahren nach Anspruch 15, das weiterhin die folgenden Schritte aufweist: Generieren (52) eines zweiten Pseudozufallrauschsignals bzw. PN-Signals mit dem ersten vorbestimmten PN-Code, und zwar mit einer vorbestimmten Rate, wobei die ersten und zweiten PN-Signale von der Phase her versetzt sind, Kombinieren (52) des zweiten PN-Signals und eines zweiten Informationssignals, und Vorsehen eines resultierenden dritten Modulationssignals, und Vorsehen (95) eines vierten Modulationssignals durch Verzögern des dritten Modulationssignals um eine vorbestimmte Verzögerung, die in einer inversen Beziehung zu der ersten vorbestimmten Chiprate steht.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Sendens das selektive Senden der ersten bzw. zweiten Modulationssignale zu den ersten und zweiten Versorgungsgebieten exklusiv während einer ersten Systembetriebsperiode beinhaltet und das Senden der dritten bzw. vierten Modulationssignale zu den ersten und zweiten Versorgungsgebieten exklusiv während einer zweiten Systembetriebsperiode beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 14, das weiterhin das Empfangen der ersten und zweiten Modulationssignale und Vorsehen des ersten Informationssignals an den zumindest einen Benutzer (12) auf der Basis hiervon beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 19, das weiterhin folgende Schritte aufweist: Generieren einer Kopie des ersten vorbestimmten PN-Codes und Demodulieren der ersten und zweiten Modulationssignale in erste und zweite demodulierte Signale mittels der Kopie des ersten vorbestimmten PN-Codes.
Verfahren nach Anspruch 20, das weiterhin das kohärente Kombinieren der ersten und zweiten demodulierten Signale aufweist.
Ein System (200) zum Empfangen von Information, die durch zumindest einen Benutzer (12) in einem Spreizspektrumkommunikationssystem gesendet wurde, wobei das System Folgendes aufweist: Mittel zum selektiven Empfangen eines ersten Signals von einem ersten Versorgungsbereich (C1) und zum selektiven Empfang eines zweiten Signals von einem zweiten Versorgungsbereich (C2), wobei die ersten und zweiten Signale jeweils durch erste und zweite Antennen (85, 86) empfangen werden, die den ersten und zweiten Versorgungsgebieten zugeordnet sind, wobei die ersten und zweiten Signale durch ein erstes Pseudozufallsrauschsignal bzw. PN-Signal mit einem ersten vorbestimmten PN-Code moduliert sind; Mittel (225) zur Verzögerung des ersten Signals, das durch die zweite Antenne (86) empfangen wird, um eine erste Verzögerung, um so ein verzögertes Signal zu erzeugen, wobei die Verzögerung invers in Beziehung steht zu einer Chiprate des PN-Signals; und Mittel zum kohärenten Kombinieren (240) des zweiten Signals empfangen durch die zweite Antenne (86) mit dem verzögerten Signal und zum Vorsehen eines resultierenden ersten Modulationssignals; wobei der selektive Empfang der ersten und zweiten Signale in einer Variation der Größe eines ersten Benutzersektors resultiert, in dem sich der zumindest eine Benutzer (12) befindet.
System nach Anspruch 22, das weiterhin Folgendes aufweist: Mittel zum selektiven Empfangen eines dritten Signals von dem zweiten Versorgungsbereich und zum selektiven Empfang eines vierten Signals von einem dritten Versorgungsbereich und wobei die dritten und vierten Signale jeweils durch die zweite und durch eine dritte Antenne empfangen werden; Mittel (225) zum Verzögern des dritten Signals, das durch die zweite Antenne empfangen wurde, um die erste Verzögerung, um so ein zweites verzögertes Signal zu erzeugen; und Mittel (240) zum kohärenten Kombinieren des vierten Signals, das durch die dritte Antenne empfangen wurde, mit dem zweiten verzögerten Signal; wobei der selektive Empfang der dritten und vierten Signale in einer Variation bzw. Veränderung der Größe eines zweiten Benutzersektors resultiert.
Zellstandortsendernetzwerk nach Anspruch 3, wobei die Mittel zum selektiven Senden der ersten und zweiten Modulationssignale den Schritt des selektiven Sendens erster und zweiter Polarisationskomponenten des ersten Modulationssignals und erster und zweiter Polarisationskomponenten des zweiten Modulationssignals beinhaltet.