專利名稱：天線陣小區(qū)內(nèi)切換的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種在蜂窩通信系統(tǒng)中使用的小區(qū)內(nèi)切換的方法并且更具體地是一種使用來自天線陣的空間信息進行小區(qū)內(nèi)切換的方法。
本公開的背景當(dāng)今的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)使用基站通過時間和頻率正交性區(qū)分不同移動站。從移動站而來的信號傳播到基站。該信號被單一天線接收，或有時使用兩個天線接收以獲得分集效果。接收機使用時間和頻率正交性處理信號以分離來自不同用戶的信號?；局行诺篱g切換、小區(qū)內(nèi)切換是基于來自移動站和基站的質(zhì)量測量進行的。小區(qū)內(nèi)切換用于，例如，避免帶有強干擾的信道。信道分配，即新信道的選擇，在多數(shù)情況下根據(jù)一個頻率方案進行。自適應(yīng)信道分配一即根據(jù)測量的質(zhì)量信息將移動站分配給信道，已經(jīng)計劃用于完善的TDMA系統(tǒng)并且已經(jīng)用于數(shù)字無繩DECT系統(tǒng)。
空間濾波器在技術(shù)上是已知的并且用于建立空間選擇性，即，拒收來自特定方向的干擾并且放大來自其它方向的期望信號?？臻g濾波器可以使用，例如，具有無線頻率的無源電路、一組模擬信號的相移器或基帶信號處理實現(xiàn)。術(shù)語空間信息用于代表有關(guān)空間濾波器如何處理信號的信息?？臻g信息可以，例如，由空間濾波器組成，該空間濾波器在處理來自移動站的信號的意義上是最佳的?？臻g信息也可以由移動站的功率所來自的方向組成。
期望提高這樣的系統(tǒng)的頻譜效率。提高系統(tǒng)頻譜效率的一種方法是使用天線陣，例如，使用多個空間分離的天線單元。然后就可能使用窄的自適應(yīng)天線瓣區(qū)分空間上分離的用戶。這可以當(dāng)做一種使用空間域正交的方法。
當(dāng)今的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)所使用的基站使用具有大約120或360度寬天線瓣的天線。基站在該瓣內(nèi)接收/發(fā)射所有移動站的信號。因此不需要知道移動站的位置。在另一方面，也不可能抑制來自其它角度的移動站的發(fā)射。因此不考慮空間信息并且切換也必須在沒用空間信息的情況下進行。
使用自適應(yīng)天線陣的系統(tǒng)能夠使用窄天線瓣接收/發(fā)射期望的信號并且抑制不想要的信號。這為切換策略添加了新的自由度(dimension)，因為空間信息可以用于將移動站置于恰當(dāng)?shù)男诺馈?br> 當(dāng)分配信道以增加譜效率并且避免太多切換時，需要考慮空間干擾情況。在這種意義上，移動站應(yīng)該“適應(yīng)”信道，不要受到已經(jīng)存在于自己或同信道小區(qū)中的信道中的移動站太大的干擾。同時，選擇一個新移動站不干擾已經(jīng)使用該信道的移動站的信道是重要的。當(dāng)一個新移動站被分配到信道中時，在它們自己小區(qū)中的移動站的收發(fā)機特性有時也應(yīng)修改，這一點也是重要的。否則新移動站將嚴(yán)重地干擾其它移動站并且導(dǎo)致丟失呼叫或低的質(zhì)量。因此，必須考慮新信息以進行正確的切換。
另外，系統(tǒng)中的功率電平也必須調(diào)整使得基站功率電平(接收/發(fā)射)對于所有移動站近似相等。在實踐中，太大的功率差將破壞空間正交性并且產(chǎn)生非常類似于CDMA系統(tǒng)中的“近-遠”問題的問題。
在使用自適應(yīng)天線陣的系統(tǒng)中，發(fā)射和接收對于陣列基站都是自適應(yīng)的，這意味著添加一個新移動站可以修改周圍基站的發(fā)射和接收天線圖樣(pattern)。另一個不同是使用自適應(yīng)陣列的基站中的一個信道上的多個用戶并不是自動正交的。空間正交性必須通過自適應(yīng)空間濾波和正確的信道分配才能獲得。
發(fā)明概述本發(fā)明公開一種小區(qū)內(nèi)切換方法，它使用來自天線陣的空間信息擴展了已知的切換算法。另外，本發(fā)明提供一種分散的自適應(yīng)信道分配解決方案，基站考慮干擾情況為移動站分配合適的信道。另外，本發(fā)明公開了一種修改收發(fā)機陣列的方法，即，引入一個新移動站時，將移動站鏈接到已經(jīng)使用的信道中的方法。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比至少有三個主要優(yōu)點。首先，由于移動站在信道中用正確的方法分布，蜂窩系統(tǒng)的容量得到提高。第二，由于發(fā)明的解決方案對每個基站是分散的，網(wǎng)絡(luò)信令被最少化。最后，使用信道的所有收發(fā)機被直接調(diào)整以考慮新的分布情況。結(jié)果是，在引入新移動站時，舊移動站的質(zhì)量不會下降。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，是否應(yīng)該進行小區(qū)內(nèi)切換的判決是基于常規(guī)信息和/或增加的空間干擾的預(yù)測做出的。如果確定功率電平與標(biāo)稱值偏離太多，就進行蜂窩內(nèi)切換，其中移動站被切換到一個不太干擾其它連接的信道。然而，對于所有質(zhì)量高于預(yù)定水平的信道，新移動站的相對上行鏈路干擾從測量中計算。然后，使用測量計算新移動站對已經(jīng)存在于該信道上的移動站的相對上行鏈路干擾。然后計算來自輔助切換測量的移動站的下行鏈路干擾以檢查存在的下行鏈路。然后，將常規(guī)小區(qū)內(nèi)切換信息和上面計算的信息一起考慮，選擇最佳信道。最后，根據(jù)新的干擾情況調(diào)整使用選擇的信道和舊信道的所有收發(fā)機。
附圖的詳細描述本發(fā)明將參考僅做為例子給出的、結(jié)合


的優(yōu)選實施例更詳細地描述，其中圖1說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的謹(jǐn)慎切換判決；圖2說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的信道分配；圖3說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的信道鏈接。
公開的詳細描述本發(fā)明公開一種小區(qū)內(nèi)切換方法，該方法可以分為三個主要步驟ICHO-判決；信道分配；和信道鏈接。簡而言之，ICHO-步驟確定是否需要小區(qū)內(nèi)切換。當(dāng)需要小區(qū)內(nèi)切換時，信道分配步驟確定用于移動站的適當(dāng)信道。移動站已經(jīng)切換到新信道之后，正在使用該信道的移動站的收發(fā)機在信道鏈接步驟中被調(diào)整以考慮新干擾情況。本發(fā)明可以結(jié)合，例如，常規(guī)的固定頻率方案、慢自適應(yīng)信道分配或隨機跳頻。下面將更詳細地描述每個獨立步驟。
本發(fā)明描述了幾種增加容量的方法。較常規(guī)的第一種方法是使用天線陣降低簇的大小，即，頻率復(fù)用距離。這意味著在小區(qū)中，每個信道只有一個移動站并且干擾來自其它小區(qū)中的用戶。第二中方法是在一個信道中允許有多個用戶，使用天線陣正交這些用戶。干擾將來自小區(qū)中的同信道移動站和其它小區(qū)。本發(fā)明也包括使用這些技術(shù)結(jié)合情況下的ICHO。
ICHO-判決可以，例如，使用基于移動站和基站的分級質(zhì)量測量的已知技術(shù)做出。在ETSI/GSM規(guī)范05.08中描述了一個已知技術(shù)的例子。另外，該算法可以使用謹(jǐn)慎策略，空間信息用于預(yù)測傳輸質(zhì)量的惡化。例如，如圖1所說明，可以檢測兩個移動站MS1和MS2在彼此靠近。該移動站可以連接到相同小區(qū)或者它們可以連接到不同小區(qū)。這個檢測直接給出空間特性，即，移動站的接近方向、空間濾波器、…。例如，該算法可以跟蹤信號到達的角度并且檢測出移動站之間的角度差太小。結(jié)果是，可以做出ICHO-判決將移動站MS1和MS2中任意一個移動到另一個信道中。也可以做出ICHO判決以釋放可以在窄瓣信道中處理的用戶占用的寬瓣信道。在GSM類型系統(tǒng)中，例如，BCHH載波必須分布在寬天線瓣中的整個小區(qū)上，因此BCHH載波是一個寬瓣信道。使用BCCH載波的業(yè)務(wù)時隙的移動站可以被移動到一個普通載波上，該載波的下行鏈路可以在一個窄天線瓣中發(fā)射，因此稱為窄瓣信道。因此，ICHO判決可以減少系統(tǒng)中的干擾級別。ICHO判決因此意味著移動站與其它移動站一起被鏈接到一個信道。正在該信道上工作的移動站，即，舊移動站的功率電平一定不能淹沒來自新移動站的信號并且該移動站需要將它的上行鏈路功率調(diào)整到標(biāo)稱值?；鞠滦墟溌饭β室差愃频卦O(shè)置為標(biāo)稱值。
信道分配，即，正確的新信道選擇，可以如下做出。首先，檢查移動站的上行鏈路功率電平。如果移動站的功率電平與標(biāo)稱值偏離至少一個預(yù)定量，移動站就被標(biāo)為“帶有極端功率電平的MS”并且暫時被保持在寬瓣信道上。信道分配應(yīng)該考慮空間信息的穩(wěn)定性。測量的空間信息隨時間變化的移動站可以保持在一個寬瓣信道中或普遍小心對待以降低干擾電平。
上行鏈路特性可以由基站測量。對于每個信道，可以測量由信道中存在的干擾引起的，將要影響用于新移動站的基站接收機的干擾功率。這個干擾功率與新移動站的功率和路徑損耗比較形成信噪比。這個質(zhì)量由αj表示，其中j是信道號。連接到其它基站的移動站表現(xiàn)為上行干擾并且將影響αj。
對于每個信道，測量由新移動站干擾引起的，將影響用于舊移動站的基站接收機的干擾功率。這個干擾功率與舊移動站的功率和路徑損耗相比形成每個舊移動站的信噪比。這個質(zhì)量由βij表示，其中j是信道號而i是移動站號。
下行鏈路的特性不能在基站測量。因此該算法應(yīng)該使用來自移動站的測量，如移動站輔助切換測量。然而，干擾情況在這種意義上是相互的，即一個上行鏈路傳輸在基站中不干擾的信道是一個從那個基站到一個移動站的下行鏈路傳輸不會明顯地干擾其它移動站的信道。換句話說，基站將看到該移動站，它作為干擾者正在干擾。這個事實被用于信道分配和鏈接以優(yōu)化性能和質(zhì)量。
移動站也將看到第一基站不能考慮的其它基站。在另一方面，來自這些其它基站的信號與來自第一基站的信號相比通常將是較弱的。這意味著參數(shù)αj和βij可以用于選擇適當(dāng)信道。它們應(yīng)該也與常規(guī)信道分配信息(如移動站干擾測量)結(jié)合。參數(shù)αj和βij將在下面計算。
圖2說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的信道分配的一個例子。在圖2中，小區(qū)邊界50分割兩個小區(qū)52和54。每個小區(qū)分別有一個具有天線陣的基站BS1和BS2。在這個例子中，第一移動站MS1由基站BS1服務(wù)并且被分配一個任意的信道C1。另外，第二移動站MS2由基站BS1服務(wù)并且可以被分配一個相同的信道C1，因為天線陣可以使移動站在上行鏈路和下行鏈路上都正交。如所說明的，從第二基站BS2看，第三移動站MS3使第二移動站MS2具有相同的角度。結(jié)果是，第二基站BS2將把第二移動站MS2當(dāng)做信道C1中的干擾，并且因此為第三移動站MS3分配一個不同的信道，如C2。
在這個例子中，第四移動站MS4在到第一基站BS1的上行鏈路中，將表現(xiàn)為對第一移動站MS1的干擾。當(dāng)?shù)谒囊苿诱綧S4進行下行鏈路測量時，該移動站將確定信道C1被第一基站BS1干擾。第四移動站向第二基站BS2報告該測量，該基站將為第四移動站分配一個不同于C1的信道。然而，如果第四移動站MS4不能進行有效地MAHO測量，第二基站可以只基于上行鏈路測量為第四移動站MS4分配信道。結(jié)果是，移動站MS4可能被分配到信道C1。第一基站BS1將在信道C1上檢測到第一移動站的一個新干擾者。結(jié)果是，如果第四移動站引起的干擾太高，第一移動站MS1應(yīng)該被第一基站BS1重分配到另一個信道。
本發(fā)明也可以使用一個指示信道是否重負荷的停止標(biāo)準(zhǔn)，因為如果信道上的任何用戶太接近指示可能切換的質(zhì)量限度，就不應(yīng)該再添加移動站。
信道鏈接，將新移動站鏈接到信道可以如下進行。需要調(diào)整使用選擇的信道的舊移動站的收發(fā)機以及將要在選擇的信道上引入的新移動站的收發(fā)機。在陣列基站中的接收機和發(fā)射機中使用的空間濾波器用導(dǎo)引矢量計算，該矢量包括有關(guān)期望的信號的信息并且使用有關(guān)信道上的干擾情況的信息。當(dāng)新移動站進入信道時，干擾情況被改變，所有空間濾波器必須重計算以考慮新的信息。舊信道上的移動站的收發(fā)機也應(yīng)該被調(diào)整，因為有一個干擾者被移去。
圖3說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的信道鏈接的例子。在這個例子中，當(dāng)移動站MS2被分配到信道C1時移動站MS1正使用信道C1。移動站MS1和MS2的收發(fā)機中的空間濾波器必須被調(diào)整使得它們空間正交。換句話說，移動站MS1的空間濾波器應(yīng)該對移動站MS2零輸出，反之亦然。本發(fā)明在一個不進行測量的瞬間步驟中完成這個清零。當(dāng)移動站MS3開始使用信道時，移動站MS3將被基站BS1測量到并且被當(dāng)做一個新干擾者。然而，移動站MS3的清零可以基于空間干擾測量進行。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可以使用簡單信道分配方法。在這個方法中，移動站可以被分類到功率類別中并且使用空間扇區(qū)。例如，具有近似相等功率級別和良好隔離的空間濾波器的移動站可以共享相同信道。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，可以在信道分配中使用運用固定濾波器的簡單算法。在這個例子中，假設(shè)已經(jīng)預(yù)計算并存儲了多個具有筆波束的濾波器。例如，濾波器α(θ1)，α(θ2)，…，α(θ25)可以在-60°，-55°，…，60°方向上與筆波束一起使用。該濾波器可以，例如，是一個與所期望方向的陣列導(dǎo)引矢量相乘的漢明窗。每個濾波器被它的筆波束的方向一它的到達方向(DOA)標(biāo)識。
一個適當(dāng)?shù)男诺揽梢匀缦陆?。如果DOA本身或它的兩個最近鄰居中的一個已經(jīng)在前十個脈沖(突發(fā))期間被成功的使用，DOA就被認為是由移動站使用的。掃描所有質(zhì)量足夠好的信道以尋找一個信道，該信道的被新移動站使用的DOA既不被其它小區(qū)中的移動站干擾又不被自己小區(qū)中的移動站使用。典型地，如果濾波器的輸出功率高于標(biāo)稱功率電平的尾數(shù)(fraction)，DOA就被判為被干擾。然后，用于選定信道的DOA被新移動站占用并且將該移動站鏈接到該信道。用于新移動站的空間收發(fā)機簡單地就是它所使用的濾波器集。因此，不必修改信道上的舊移動站的收發(fā)機。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可以使用一種改進的算法進行信道分配。將被重分配的移動站的特點可以用一個空間濾波器矩陣W，一個協(xié)方差矩陣R和功率P表示。J個可接入信道的特點用它們的空間濾波器矩陣Wi，j，i＝1，…，Mj，其中Mj是信道j上的移動站數(shù)，它們的協(xié)方差矩陣Rj和移動站的功率Pi，j表示。
新移動站上所期望的干擾功率相對于它的有用功率是αj=deftrace[WHRjW]P]]>使用信道j的舊信道i所期望的來自新移動站的干擾功率是βi,j=deftrace[wi,jHRWi,j]Pi,j]]>一個選擇是選擇信道Jo其中J0=argminj{αj+Σi=1Mjβi,j}]]>另一個解決方案是測量將影響任何舊移動站的最大干擾，并且讓J0=argminj{αj+maxiβi,j}]]>還應(yīng)該使用常規(guī)分級(scalar)信息。例如，根據(jù)前面提到的停止標(biāo)準(zhǔn)，一個重干擾信道不應(yīng)再有負荷。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可以將一個改進的算法用于信道鏈接。這個例子顯示了如何修改正在使用信道Jo的移動站和新移動站的空間濾波器。使用該信道的M個移動站的空間濾波器矩陣表示為W1，…，WM，而新移動站表示為WM＋1。首先，計算現(xiàn)存移動站的平均互相關(guān)，其中將信道Jo的相關(guān)矩陣記為Rold。R^xd(i)=R^oldWi---i=l,···,M]]>在所關(guān)聯(lián)的相關(guān)矩陣表示為R的情況下，新移動站的平均互相關(guān)是R^xd(M+l)=R^Wm+l]]>信道在添加了新移動站后的相關(guān)矩陣可以近似為R^new=R^old+R^]]>然后可以計算新空間濾波器Wi=Rnew^-1R^xd·(i)---i=l,···,M+l]]>前面的處理假設(shè)每信道有唯一的Rj，但直接地結(jié)合了對抽樣相位的依賴。
在本發(fā)明的具體實施例已經(jīng)被描述和說明的同時，應(yīng)該理解本發(fā)明并不受到它們的限制，因為本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進行修改。本申請包括在這里公開和聲明的發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的任何以及所有修改。
權(quán)利要求
1.在具有自適應(yīng)天線陣的蜂窩通信系統(tǒng)中的小區(qū)內(nèi)切換的方法，包括以下步驟用天線陣測量空間信息；基于上述測量的空間信息確定是否需要對移動站進行小區(qū)內(nèi)切換；在需要時，將上述移動站從第一信道切換到第二信道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的小區(qū)內(nèi)切換方法，其中所測量的空間信息用于預(yù)測不同信道分配判決將導(dǎo)致的干擾情況。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的小區(qū)內(nèi)切換方法，其中所測量的空間信息用于調(diào)整上述移動站和其它工作在第一和第二信道上的移動站的收發(fā)機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的小區(qū)內(nèi)切換方法，其中所測量的空間信息用于調(diào)整使用第一信道的移動站的收發(fā)機。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的小區(qū)內(nèi)切換方法還包括以下步驟測量所述移動站的功率電平；和基于測量的功率電平和測量的空間信息為所述移動站分配一個信道。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的小區(qū)內(nèi)切換方法還包括以下步驟計算該移動站上相對上行鏈路干擾。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的小區(qū)內(nèi)切換方法還包括以下步驟計算其它移動站上由所述移動站引起的相對上行鏈路干擾。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的小區(qū)內(nèi)切換方法還包括以下步驟計算下行鏈路干擾以檢查存在的下行鏈路。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的小區(qū)內(nèi)切換方法還包括以下步驟計算下行鏈路干擾以檢查存在的下行鏈路。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的小區(qū)內(nèi)切換方法，其中所述第二信道是使用所述的計算的信息選擇的。
11.在具有自適應(yīng)天線陣的蜂窩通信系統(tǒng)中的小區(qū)內(nèi)切換的方法，包括以下步驟確定是否需要小區(qū)內(nèi)切換；測量需要切換的移動站的功率電平；基于上述測量的功率電平為上述移動站分配一個信道；計算該移動站上的相對上行鏈路干擾；計算其它移動站上來自上述移動站的相對上行鏈路干擾；計算下行鏈路干擾以檢查存在的下行鏈路；使用上述計算的信息選擇最佳信道；根據(jù)新干擾情況調(diào)整所有使用選擇信道和舊信道的收發(fā)機的空間濾波器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的小區(qū)內(nèi)切換方法，其中所述的下行鏈路干擾是使用從所述移動站的測量計算的。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的小區(qū)內(nèi)切換方法，其中的分級質(zhì)量測量在確定是否需要切換時使用。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的小區(qū)內(nèi)切換方法，其中的切換在使用相同信道的兩個移動站彼此移動得太接近時進行。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的小區(qū)內(nèi)切換方法，其中所述的上行鏈路干擾是在基站測量的。
全文摘要
本文公開了一個在利用來自天線陣的空間信息的蜂窩通信系統(tǒng)中小區(qū)內(nèi)切換的方法。用天線陣測量空間信息。隨后根據(jù)所述測量的空間信息判定移動站是否需要小區(qū)內(nèi)切換。需要時，移動站從第一信道切換到第二信道。
文檔編號H04B7/26GK1155366SQ95194598
公開日1997年7月23日 申請日期1995年6月21日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月23日
發(fā)明者U·G·福森, B·O·古德蒙松 申請人:艾利森電話股份有限公司