專利名稱：進行更快速越區(qū)切換的方法和一種蜂窩無線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蜂窩無線系統(tǒng)，該系統(tǒng)在每個單元中包括至少一個與分布在其覆蓋區(qū)域內(nèi)的終端設(shè)備進行通信的基站，而這種基站則包括測量各終端設(shè)備相對于基站的方向角度和距離的裝置和根據(jù)終端設(shè)備的方向角度和距離計算基站覆蓋區(qū)域內(nèi)的各個終端設(shè)備的位置的裝置，終端設(shè)備則包括維護一張有關(guān)相鄰基站的列表的裝置和測量在終端設(shè)備所保持的列表中的基站的信號強度的裝置，這樣，終端設(shè)備可以確定是否需要進行越區(qū)切換。
本發(fā)明適用于使用任何多址方法的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，尤其適用于使用碼分多址的蜂窩系統(tǒng)。碼分多址(CDMA)是一種除當前的FDMA和TDMA方法之外的，基于擴頻技術(shù)并且近來已被用在蜂窩無線系統(tǒng)中的多址方法。與當前的方法相比CDMA具有幾種優(yōu)點，例如頻譜效率高和頻率規(guī)劃簡單。已知的CDMA系統(tǒng)的一個例子是在EIA/TIA暫行標準針對雙工模式寬帶擴展頻譜蜂窩系統(tǒng)的移動站-基站兼容性標準，TIA/EIA/IS-95，1993年7月，EIA/TIA IS-95被公開，這里參考引用了該標準。
在CDMA方法中，通過具有比數(shù)據(jù)信號寬得多的帶寬的擴展碼把用戶的窄帶數(shù)據(jù)信號多路復用到一個相當寬的帶寬上。在已知的測試系統(tǒng)中使用了諸如1.25MHz，10MHz和25MHz的帶寬。通過多路復用，數(shù)據(jù)信號被擴展到所使用的整個頻帶上。所有的用戶通過同時使用相同的頻率帶寬來進行傳輸。在基站和移動站的各個連接上使用不同的擴展碼，而根據(jù)各用戶的擴展碼在接收器中可以彼此區(qū)分不同的用戶信號。
接收器中提供的匹配濾波器同步于所期望的、根據(jù)一個擴展碼來識別的信號。通過在傳輸過程中使用的相同擴展碼再次對數(shù)據(jù)信號進行多路復用可以在接收器中把該數(shù)據(jù)信號恢復到初始頻帶上。用某些其它的擴展碼多路復用的信號在一種理想情況下互不相關(guān)，并且不被恢復到窄帶上。這樣相對于所期望的信號它們表現(xiàn)為噪聲。最好是以這樣的方式選擇系統(tǒng)的擴展碼，即擴展碼是相互正交的，也就是說它們彼此互不相關(guān)。
在CDMA蜂窩無線系統(tǒng)中，在基站到用戶設(shè)備的傳輸方向，即在下行鏈路方向上可以使用一個所謂的導頻信道。導頻信道是一種用特定的擴展碼發(fā)送并與實際傳輸信道所處的頻帶相同的頻帶的信號，只能根據(jù)擴展碼把它們與導頻信號相區(qū)分。導頻信號是一個被單元區(qū)域內(nèi)所有用戶所知并監(jiān)聽的信道，它被用于功率測量和產(chǎn)生相干相位參考。系統(tǒng)的各個基站發(fā)送其本身的導頻信號，根據(jù)該信號用戶設(shè)備可以彼此區(qū)分不同基站的傳輸。
在常見的移動電話環(huán)境中，基站與終端設(shè)備之間的信號沿著發(fā)送器和接收器之間的幾個路徑傳播。造成這種多路徑傳播的主要原因是來自環(huán)繞表面的信號反射。由于不同的傳輸延遲，沿著不同路徑傳播的信號在不同的時刻到達接收器。在CDMA中，當接收信號時可以用和分集同樣的方式進行多路徑傳播。通常在CDMA系統(tǒng)中使用的接收器具有一種多分支接收器結(jié)構(gòu)，其中各分支均與一個沿著單一路徑傳播的信號部件同步。各個分支均是一個獨立的接收器單元，其功能是合成和解調(diào)一個接收的信號部件。在傳統(tǒng)的CDMA接收器中，最好是以相關(guān)或非相關(guān)的方式混合不同接收器單元的信號，這樣可以獲得高質(zhì)量的信號。
CDMA系統(tǒng)也可以使用軟切換，其中一個移動站通過使用宏分集同時與幾個基站進行通信。這樣在切換期間移動站的連接水平可以保持在高水平上，而用戶不會注意到連接的中斷。
在期望的連接上由其它連接導致的干擾在接收器中表現(xiàn)為噪聲，該噪聲是平均分布的。當在一個角度域內(nèi)檢查信號時也是這樣，其中該角度域是基于在接收器中檢測到的信號的輸入方向的。在期望的連接上由其它連接導致的干擾在接收器中也分布在角度域中，即干擾平均地分布在不同的輸入方向上。
利用扇區(qū)化可以進一步改進能夠通過頻譜效率來衡量的CDMA容量。單元被分成具有期望大小的由有向天線服務(wù)的扇區(qū)。這樣在基站接收器中可以顯著降低由移動站產(chǎn)生的互噪聲水平。這基于這樣的事實，即平均起來干擾均勻地分布在不同的輸入方向之間，而通過扇區(qū)化可以減少輸入方向的數(shù)量。當然可以在兩個傳輸方向上實現(xiàn)扇區(qū)化。扇區(qū)化在容量方面帶來的好處是與扇區(qū)數(shù)成比例的。
一個被扇區(qū)化的單元也可以使用一種更軟的切換，其中一個移動站通過同時與兩個扇區(qū)進行通信來完成從一個扇區(qū)到另一個扇區(qū)的切換。盡管軟切換改進了連接質(zhì)量并且扇區(qū)化增加了系統(tǒng)容量，但移動站的移動自然導致移動站進行幾次從一個扇區(qū)到另一個扇區(qū)的切換。這就消耗了基站控制器的處理容量。幾次軟切換也導致了一種情況，即幾個移動站同時與多于一個的(通常是兩個)扇區(qū)通信，這樣當在一個寬扇區(qū)內(nèi)可聽到一個移動站的信號時便損失了通過扇區(qū)化而增加的容量。
通過各種已知的多址干擾消除(IC)方法和多用戶控制(MUD)也可以減少CDMA系統(tǒng)的多址干擾。這些方法非常適于減少在用戶自己的單元內(nèi)產(chǎn)生的干擾，而與未采用干擾消除所實現(xiàn)的系統(tǒng)相比系統(tǒng)容量可以增加大約兩倍。但是這些方法并不能顯著增加基站的覆蓋區(qū)域的大小。而且IC/MUD技術(shù)是難以實現(xiàn)的，所以只是在上行鏈路方向上開發(fā)了這種技術(shù)，而在相反的傳輸方向上則與傳輸?shù)腃DMA系統(tǒng)類似。
已開發(fā)的另一種方法是SDMA(空分多址)方法，其中根據(jù)用戶的位置來區(qū)分用戶。上述方法是以這樣的方式來實現(xiàn)的，即根據(jù)移動站的位置把基站的接收器天線射束調(diào)整到期望的方向上。為此，系統(tǒng)使用自適用天線組，即相控天線，并處理接收的信號，其中系統(tǒng)通過處理接收的信號來跟蹤移動站。
配合CDMA使用SDMA有幾個勝過前面的諸如扇區(qū)化的方法的優(yōu)點。如果在扇區(qū)化中縮小扇區(qū)射束以增加頻譜效率，則從一個扇區(qū)到另一個扇區(qū)的切換次數(shù)也會增加。這樣相應(yīng)過多地增加了在基站控制器中所需的計算容量。
針對SDMA的應(yīng)用，在這里參考引用的A.F.Naguib，A.Paulrai帶有基站天線陣列的CDMA蜂窩網(wǎng)絡(luò)的性能(Proc.International ZurichSeminar on Digital Communications，PP.87-100，Zurich，Switzerland，March 1994)中說明了有關(guān)背景領(lǐng)域。在SDMA中通過一個天線組來接收信號，然后通過數(shù)字信號處理。以下述方式對接收的信號加以整形，即使得天線的方向模式適合于接收器中的整形之后的階段。在當前領(lǐng)域的方案中，對接收的信號加以整形以便使期望信號的信噪比最大。于是以這樣的方式對接收的信號加以整形，即天線組的模式使其它連接在期望信號中產(chǎn)生的干擾最小。在基于前面參考資料的方案中，各個檢測出的信號部件均從屬于單獨的射束整形，即在整形之前必須知道脈沖響應(yīng)。
用戶設(shè)備連續(xù)測量它們從基站接收的信號的強度。在CDMA系統(tǒng)中，所進行的信號測量通常就是對導頻信號的測量。為了減少終端設(shè)備的測量負載，在當前領(lǐng)域的系統(tǒng)中終端設(shè)備保持一張有關(guān)基站和導頻信號的相應(yīng)的擴展碼的列表，這些基站位于終端設(shè)備附近并且是用于切換或呼叫建立的可能候選基站。這張表將在一張測試表下面被調(diào)用。終端設(shè)備以最高優(yōu)先權(quán)監(jiān)視那些在測試表中出現(xiàn)的基站的導頻信號。對其它被檢測的導頻信號的測量則放在次要地位上。
在一個終端設(shè)備移動時，必須根據(jù)需要更新測量表。在當前領(lǐng)域的系統(tǒng)中是根據(jù)終端設(shè)備所進行的導頻信號強度測量來進行更新的，即如果根據(jù)終端設(shè)備的測量檢測到所接收的由某基站發(fā)送的導頻信號具有足夠的強度，則把基站加到測量表中，相應(yīng)地如果來自某基站的信號強度不夠，則從表中去掉該基站。
為了能夠進行快速切換，測量表應(yīng)當盡可能的短并且應(yīng)當只包含那些針對終端設(shè)備只能移動到的區(qū)域的基站。在這樣的情況下，終端設(shè)備能夠進行快速的測量。測量表的更新也應(yīng)當是快速的。在單元尺寸與終端設(shè)備的移動速度相比顯得相當小的系統(tǒng)中尤其這樣。
在如前所述的EIA/TIA IS-95中的當前領(lǐng)域的方案中，是根據(jù)所接收的信號的測量強度來維護測量表的。為了保證不把必要的基站排除在表外，則不能使測量表變得非常短。因而切換速率不是盡可能最快的，對于小的宏單元尤其是這樣。
在

圖1中說明了一個當前領(lǐng)域的方案，圖中描述了一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一組覆蓋區(qū)域均被分成三個扇區(qū)的基站164到168，和一個位于基站167的區(qū)域內(nèi)并在扇區(qū)162內(nèi)與基站167通信的用戶設(shè)備102。用戶設(shè)備不僅接收來自其本身的基站扇區(qū)162的信號，而且還接收來自周圍扇區(qū)的信號。各終端設(shè)備的列表通常包括大多數(shù)的周圍扇區(qū)，例如在圖1的例子中的扇區(qū)150到160，而且終端設(shè)備連續(xù)監(jiān)視這些扇區(qū)的信號。
本發(fā)明的目的是使得能夠維護一個短的測量表，該表只包含針對終端設(shè)備最可能移動到的區(qū)域的基站。本發(fā)明的另一個目的是使終端設(shè)備能夠快速地從一個基站切換到另一個基站。
通過前面所述類型的蜂窩無線系統(tǒng)可實現(xiàn)本發(fā)明，該系統(tǒng)的特征在于其中的終端設(shè)備包括根據(jù)各終端設(shè)備的位置更新由各終端設(shè)備維護的相鄰基站列表的裝置。
本發(fā)明也涉及一個改進蜂窩無線系統(tǒng)中的切換的可靠性的方法，其中在各單元中包括至少一個與其覆蓋范圍內(nèi)的用戶設(shè)備進行通信的基站，基站測量各終端設(shè)備到基站的距離和從終端設(shè)備接收的信號相對于基站的方向角度，基站根據(jù)終端設(shè)備方向的方向角度和距離計算基站的覆蓋區(qū)域內(nèi)各個終端設(shè)備的位置，終端設(shè)備則為了確定是否需要進行切換而測量來自終端設(shè)備維護的相鄰基站列表中的基站的信號的強度?；诒景l(fā)明的方法的特征在于根據(jù)計算出的各終端設(shè)備的位置來更新各終端設(shè)備所維護的相鄰基站列表。
在基于本發(fā)明的方案中，可以使各終端設(shè)備的測量表保持盡可能的短，而且使得能夠進行快速測量并從一個單元快速切換到另一個單元。尤其是在某種環(huán)境下基于本發(fā)明的方法具有某些優(yōu)點，其中在針對快速移動的終端設(shè)備的幾個微單元構(gòu)成的區(qū)域內(nèi)也有一個所謂的傘形單元?？梢杂靡粋€自適應(yīng)天線組來實現(xiàn)傘型單元，這樣的話，由于本發(fā)明使得快速測量成為可能，所以終端設(shè)備在與一個宏單元通信時也可以測量微單元的強度，并且能夠在需要時靈活地切換到一個微單元。
在本發(fā)明的第一個最優(yōu)實施例中，在基帶上對被發(fā)送和接收的信號進行數(shù)字化處理，于是天線射束可以直接沿著期望的方向以和信號同相的方式定向。在本發(fā)明的第二個最優(yōu)實施例中，以模擬的方式進行信號定相，于是提供了一組固定天線射束，并且從這些射束中選擇提供最好的連接的射束來進行接收和發(fā)送。
下面，將參考基于附圖的例子更詳細地描述本發(fā)明，其中圖1說明了有關(guān)當前領(lǐng)域構(gòu)成一個測量表的方式的例子，圖2說明了基于本發(fā)明的一個蜂窩無線系統(tǒng)和在終端設(shè)備與基站之間的信號的多路徑傳播，
圖3a在時域上說明了由信號的多路徑傳播導致的散射，圖3b在入射角域上說明了由信號的多路徑傳播導致的散射，圖4說明了將基站天線射束定向到移動站的可能性，圖5說明了自適應(yīng)天線組的一種可能實現(xiàn)，圖6說明了在基于本發(fā)明的一個蜂窩無線系統(tǒng)中的角度分集的實現(xiàn)，圖7a說明了在基于本發(fā)明的一個系統(tǒng)中構(gòu)成一個測量表的一個例子，圖7b說明了在基于本發(fā)明的一個系統(tǒng)中構(gòu)成一個測量表的另一個例子，圖8是一個說明基于本發(fā)明接收器的一種可能結(jié)構(gòu)的模塊圖，圖9是說明一個單獨的信道單元的結(jié)構(gòu)的例子的模塊圖，圖10是說明在基于本發(fā)明的蜂窩無線系統(tǒng)中的一個用戶設(shè)備的例子的模塊圖，圖11是說明基于本發(fā)明的接收器的另一個可能的例子的模塊圖，圖12說明了有關(guān)一個單獨的信道單元的結(jié)構(gòu)的另一個例子，圖13更詳細地說明了有關(guān)一個單獨的信道單元的結(jié)構(gòu)的一個例子，下面，通過把CDMA系統(tǒng)當作一個例子，將更詳細地描述基于本發(fā)明的方法和接收器，但是正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員從下面的描述中所看到的，由于本發(fā)明也可用于其它的多址方法，所以這里的描述并不僅限于此。
圖2說明了基于本發(fā)明的一個蜂窩無線系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個基站100和一個與基站100進行無線通信的用戶設(shè)備102?；颈粩?shù)字傳輸線路189連接到一個基站控制器188，基站控制器188則與網(wǎng)絡(luò)其它部分和固定網(wǎng)相連。
圖2說明了在蜂窩系統(tǒng)中常見的被發(fā)送信號的多路徑傳播。蜂窩無線系統(tǒng)的一個特性是移動站被反射和散射無線電波的表面所環(huán)繞。這樣的表面可以是由諸如山脈和山丘的自然物構(gòu)成的建筑物和墻壁。移動站通常以全向天線模式進行發(fā)送。該圖說明了一些從移動站發(fā)出的射線112，114和116。在移動站102鄰近的表面104，108反射所發(fā)送的信號，因而這些信號沿著幾個不同的方向到達基站100的天線，但不同信號部件之間的延遲相當小。在圖中由數(shù)字106表示的離移動站更遠的反射表面產(chǎn)生信號部件114，該信號部件滯后幾個或幾十個微秒就達到了基站100。也會存在防礙在移動站和基站之間建立直接連接的地面障礙物110。
圖3a在時域上說明了有關(guān)在基站接收器那里由信號的多路徑傳播導致的信號部件瞬間延遲的一個例子。模式圖的水平軸200表示時間，而垂直軸202表示接收信號的功率。在圖3a的例子中，基站接收器檢測到三組在不同的時刻到達計數(shù)器的信號部件204，206和208，其中部件208與其它部件相比到達得最晚。
如圖2的例子所示，不同的信號部件以不同的時刻和不同的方向到達。也就是說信號在時域和角度域中均會散射，信號的入射角(AOA)可以描述在角度域中的散射。圖3b說明了有關(guān)在基站接收器那里由信號的多路徑傳播導致的瞬時散射的一個例子，其中瞬時散射是關(guān)于入射角的一個函數(shù)。圖3b的垂直軸202表示接收的信號部件的功率，水平軸210表示入射角。在圖3b的例子中，信號部件212，214從兩個方向到達。
在稱為宏單元的大單元內(nèi)，信號部件通常只以不多的幾種入射角到達天線，其中基站天線設(shè)得比較高，而入射角通常接近移動站和基站之間的直接射線。在基站天線通常位于建筑物頂端下面的規(guī)模較小的微單元內(nèi)，由于基站同移動站一樣經(jīng)常被幾個鄰近得反射面所包圍，所以信號部件得入射角會更加發(fā)散。
前面已針對上行鏈路傳輸方向描述了多路徑傳播。顯然在相反的下行鏈路方向上也會出現(xiàn)對應(yīng)的現(xiàn)象。由于散射和反射并不嚴重依賴于頻率，可以說在兩個方向上多路徑傳播通路基本上是對稱的。但是，應(yīng)指出快速信號衰減在不同的傳輸方向上是相互依賴的。因而，如果基站檢測到一個從移動站以入射角α到達的信號部件，則除了快速衰減之外通過以同樣的角度α發(fā)送信號使信號保持在移動站的方向上。
根據(jù)前面的描述可以肯定在蜂窩系統(tǒng)中常見的多路徑傳播環(huán)境在基站中引導著信號接收，其中該信號在時間上分布的幾個具有不同延遲的部件，而在角度域上則分布為從幾種不同方向到達的部件。由于用戶設(shè)備的移動，兩種分布隨時間不斷變化，但這種變化相當?shù)芈丛谌舾擅氲姆秶鷥?nèi)，而且這種分布是能夠被同步并監(jiān)視的。
這樣可以把接收的信號部件的特征總結(jié)為前面描述的類型的多維性，在前面用時間-角度域，即(α，τ)域說明了這種類型多維性，而且這種類型多維性可被用在基于本發(fā)明的基站中以便改進對要接收的信號的檢測。在基于本發(fā)明的方法中，在多維信號域中尋找接收的信號的最佳信號部件，并且利用該部件以這樣的方式來控制接收器，即能夠以最優(yōu)方式混合并檢測所檢測的部件。衡量信號質(zhì)量最簡單的標準可以是接收功率水平，但也可以使用其它的標準，例如信噪比。
基于本發(fā)明的接收器使用一個自適應(yīng)天線組，即一個包含幾種不同的單元的天線組。圖5說明了自適應(yīng)天線組的一種可能的實現(xiàn)，這種實現(xiàn)可以結(jié)合本發(fā)明的第一個最優(yōu)實施例來使用。天線組包括L天線單元400，402，404，這些單元可以是全向天線。各天線單元均與射頻部分406，408，410相連，這些射頻部分把接收的信號轉(zhuǎn)換成中頻并把信號采樣成基于已知技術(shù)的(I，Q)部件。接著用對應(yīng)的復合加權(quán)因子Wi倍增所獲取的復合樣本，其中在多路復用器412，414，416中i＝1，...，L通過加法器418可把已被倍增的樣本422，424，426用到接收器的其它部分上。
根據(jù)一種通常是自適應(yīng)的算法以保證獲得期望形狀的天線模式的方式選擇復合加權(quán)因子Wi。由于是針對在基帶上數(shù)字化的信號而進行的，這種對接收信號進行整形的方式可以被稱作信號的數(shù)字鎖相，但是由于這種整形，接收的信號天線增益可被定向在期望的方向上。這樣的天線組可以包括有向或全向天線單元。對從不同天線獲取的信號鎖相并混合鎖相在期望的方向上產(chǎn)生了虛擬類型的天線射束。對于要發(fā)送的信號也可以進行相應(yīng)的處理，這樣就可以獲得期望的發(fā)射模式。
圖4說明了一個天線組是如何產(chǎn)生強有向射束310的，其中天線組包括一個平均分割的線性組，該線性組包含四個單元300，302，304，306，射束310對于移動站308具有入射角α。其中也構(gòu)成了一組較小的邊緣射束。這樣，在沒有有向天線的情況下通過信號鎖相也可以實現(xiàn)這種方向性。
在基于本發(fā)明的方案中，通過天線射束減少了接收器的多址干擾，其中在角度域內(nèi)定向天線射束并通過一種新的應(yīng)用了時間-角度分集的接收器來產(chǎn)生天線射束。在基于本發(fā)明的方案中，在傳輸方向上也可以使用根據(jù)接收信號測出的入射角，這樣在兩個傳輸方向上均改進了連接質(zhì)量。
下面，首先描述本發(fā)明的第一個最優(yōu)實施例，該實施例涉及在CDMA系統(tǒng)中應(yīng)用信號數(shù)字鎖相。
在基站上使用的應(yīng)用了時間-角度分集的接收器包括數(shù)字接收器裝置，該裝置可以在二維(α，τ)域上監(jiān)視接收的信號部件并解調(diào)所期望的信號部件。在解調(diào)之前，對接收的數(shù)字化信號樣本進行鎖相，通過鎖相，接收的信號的天線增益被定向到期望信號輸入方向上。在最優(yōu)實施例中，鎖相所產(chǎn)生的天線射束是具有預(yù)定波形的射束，這種波形是由加權(quán)因子Wi和天線幾何形狀決定的。如果天線射束的波形保持固定，則可以針對具有最大增益的各個角度輕易計算出這些因子。因此，由于鎖相只依賴于一個參數(shù)，即入射角α，那么可以快速地調(diào)整鎖相。
在基于本發(fā)明的方法中，不需要使用已知的諸如MUSIC的估測入射角的復雜技術(shù)或諸如LMS和DMI的自適應(yīng)算法。盡管這些算法能夠計算出最優(yōu)的針對要接收信號的射束波形，并通過把天線模式的零點指向干擾源來最大化期望信號的信噪比，但是由于在CDMA中在不知道干擾源準確方向的情況下將干擾信號四散分布以模擬噪聲，所以針對CDMA沒有必要采取上述做法?？傊?，在干擾平均分布的環(huán)境中，把具有預(yù)定波形的天線射束的最大增益角度定到接收最佳信號部件的方向上就足夠了。
在基于本發(fā)明的方法中，接收器在(α，τ)域中尋找期望的信號部件。通過互相關(guān)所接收的擴展頻譜信號和期望的擴展碼并把所獲取的測量結(jié)果與給定的閥值相比較可以完成尋找工作。尋找可以被理解為一個天線射束在整個區(qū)域上掃描，同時測量信道脈沖響應(yīng)并采集從各個方向收到的終端設(shè)備信號能量。接收器檢測最佳信號接收的方向和碼相位并分配所需數(shù)量的解調(diào)裝置以便同步于和接收這些信號部件。最好在接收器中混合所接收的解調(diào)信號部件。這種最佳信號部件搜索是連續(xù)進行的，并且在必須時可改變解調(diào)裝置的分配。
這樣接收器自始至終都知道接收來自移動站的最佳信號部件的方向。在下行鏈路方向上也可以把這種信息用于基于本發(fā)明的基站設(shè)備。例如通過讓發(fā)送接收器的控制器向發(fā)送單元通知已檢測到有效信號部件的方向就可做到這點。通過把天線射束最大增益角度定在期望的方向上，發(fā)送器單元可以鎖定通過自適應(yīng)天線組發(fā)送的信號的相位?？梢杂幸粋€或多個發(fā)送射束，并且其數(shù)量因接收器射束的數(shù)量而有所不同。
這種方法在下行鏈路方向上也提供了有效的干擾消除。用于發(fā)送的天線組可以和用于接收的天線組相同。也可以使用獨立的天線組。信號鎖相與采用加權(quán)因子的接收過程中使用的信號鎖相方式相同。
在基于本發(fā)明的方案中，基站測量終端設(shè)備與基站之間的距離，通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的方式，例如根據(jù)在連接上檢測的傳輸延遲可以進行這種測量。根據(jù)測量的距離和通過自適應(yīng)天線獲取的信號輸入方向，基站計算出終端設(shè)備在覆蓋區(qū)域中的位置。
根據(jù)這個位置，可以較好的估計終端設(shè)備最可能移動到的區(qū)域所屬的基站。
在基于本發(fā)明的第一個最優(yōu)實施例方案中，在基站上用于發(fā)送接收信號的天線射束方向在測量的期望方向為αi的環(huán)境下偏離了小角度Δαi。這就在信號中產(chǎn)生了角度分集，于是通過分集可以減少衰減的可能性，在移動站不移動時尤其是這樣。
在圖6中說明了這種方法，其中基站100使用兩個射束580，582向移動站102發(fā)送信號，在圖示的例子中這兩個射束是從地面障礙物584，586反射出來的。在基于本發(fā)明的方案中，基站在期望方向的環(huán)境下把各個天線射束偏移了某個角度Δαi和αi，于是天線射束沿著588a到588b和590a到590b的不同路徑即時傳播。偏移在給定的頻率上連續(xù)進行，于是在移動站接收的信號中產(chǎn)生了期望的變化，通過這種變化則減少了長衰減的可能性。利用變化可以為衰減帶來隨機特性，因而通信信道編碼和交叉能夠較好地防止發(fā)生衰減效應(yīng)。
當把方案用于接收來自移動站的信號時，在測量的期望方向為αi的環(huán)境下用于接收信號的天線射束方向角偏移了微小角度Δαi。在這種方式下，在沿著這個傳輸方向接收的信號中產(chǎn)生了微小的變化。由于實際的天線射束通常比使用的偏移角度寬得多，所以這種偏移不會影響接收的信號的功率水平。例如天線射束的寬度可以是10度等級的，而偏移角度可以是1度。所使用的天線射束的寬度和偏移角度自然會因應(yīng)用的不同而有所變化。
基站監(jiān)視來自終端設(shè)備的信號的入射角變化和終端設(shè)備與基站之間的傳輸延遲變化，基站可以根據(jù)這些參數(shù)估計出終端設(shè)備的位置和移動方向?？梢栽诘乳g隔上進行入射角和延遲測量，測量結(jié)果可被加以過濾，而根據(jù)通過已知的預(yù)測算法獲取的數(shù)值則能夠預(yù)測終端設(shè)備將來的行為。
根據(jù)終端設(shè)備的位置和移動方向可以相當精確的估計出終端設(shè)備要移動到的區(qū)域所屬的基站，于是在沒有因基站選擇失敗導致的連接中斷的風險的情況下可以保持盡量短的測量表。
當終端設(shè)備在一個街角附近移動并同時從一個覆蓋區(qū)域改變到另一個區(qū)域時，基于本發(fā)明的方法能夠進行更可靠的切換，對于在街角上的微單元尤其是這樣。在這樣的情況下，終端設(shè)備的信號水平實然改變，通常會增加或減少15到20dB。利用基于本發(fā)明的方法，根據(jù)終端設(shè)備的位置可以預(yù)測終端設(shè)備到達一個街角的時間。
在基站控制器188中通?？梢宰鞒龈聹y量表的決定，有關(guān)信息可以被傳遞給終端設(shè)備102，而終端設(shè)備102則根據(jù)這種控制更新其測量表。
圖7a說明了關(guān)于一種情況的例子，其中蜂窩系統(tǒng)的一個終端設(shè)備102位于扇區(qū)162中的基站167的區(qū)域之中，基站采用基于本發(fā)明的自適應(yīng)天線組技術(shù)?；?67用一或幾個移動天線射束183監(jiān)視終端設(shè)備102?；?67利用上述方法已確定終端設(shè)備102的位置與移動方向，而終端設(shè)備的測量表可被認為只包含終端設(shè)備102可能移動到的扇區(qū)。在圖7a的情況下，假定的扇區(qū)是181和182。雖然終端設(shè)備也可能接收來自扇區(qū)184的信號，但根據(jù)其位置假定不移動到此扇區(qū)的區(qū)域。
圖7b說明了關(guān)于另一種情況的例子，其中蜂窩系統(tǒng)的終端設(shè)備102在扇區(qū)162中的基站167的區(qū)域內(nèi)，基站使用基于本發(fā)明的自適應(yīng)天線組技術(shù)?；?67用一或幾個移動天線射束183監(jiān)視終端設(shè)備102。以和上述同樣的方式，基站167確定出終端設(shè)備的位置和移動方向，仍然可以認為終端設(shè)備的測量表只包含終端設(shè)備102可能移動到的扇區(qū)。在圖7b的情況下，唯一假定的扇區(qū)是181。根據(jù)其位置和移動方向，假定終端設(shè)備不移動到例如182的扇區(qū)。
圖7c說明了關(guān)于一個蜂窩無線系統(tǒng)的例子，該系統(tǒng)包括一個用戶設(shè)備102，一組相當小的微單元251到254，和一個與微單元重疊的傘形單元255。在需要高傳輸容量和快速移動終端設(shè)備需要在大的傘形單元內(nèi)提供的服務(wù)以便避免幾次從一個微單元到另一個微單元的切換的區(qū)域內(nèi)經(jīng)常可以發(fā)現(xiàn)這種實現(xiàn)，其中高傳輸容量是由微單元提供的。
圖中所示的傘形單元是以基于本發(fā)明的方式實現(xiàn)的，其中基站100使用被鎖相的天線組，該天線組產(chǎn)生指向終端設(shè)備的方向的天線射束250。利用基于本發(fā)明的方法，終端設(shè)備102的測量表可以包含和終端設(shè)備處于同一區(qū)域的微單元?？刂苹?00的基站控制器(圖中未給出)知道在傘形單元的區(qū)域內(nèi)的微單元并且能夠根據(jù)設(shè)備的位置和移動方向更新終端設(shè)備的測量表，從而使測量表包含位于同一區(qū)域內(nèi)的微單元。
也可以以這樣的方式使用基于本發(fā)明的更新測量表的方法，即根據(jù)終端設(shè)備的位置和移動方向劃分測量表中的基站的優(yōu)先權(quán)。
下面，將描述基于本發(fā)明的第一個實施例的接收器的結(jié)構(gòu)。圖8是說明基于本發(fā)明的接收器的結(jié)構(gòu)的模塊圖。接收器包括一個含有L個單獨的天線單元的天線組500。天線組可以是線性的，平面的(二維的)或全方向的。天線組500接收多路徑傳播信號，進行前置放大，把信號轉(zhuǎn)換成中頻并把所有L個信號數(shù)字化，其中多路徑傳播信號在來自各個具有L個單元的移動站，具有幾種不同的方向的不同的路徑上被延遲了。所獲取的L個數(shù)字復合I，Q樣本514被提供給信道單元504，506和508的一個輸入端。
每個活動的與基站通信的移動站由一個信道單元提供服務(wù)，正如下面所要詳細描述的，信道單元對接收的信號和要發(fā)送的信號進行數(shù)字信號處理。各個信道單元均包含一個(α，τ)接收器和一個相應(yīng)的發(fā)送器。在一個信道單元中在發(fā)送方向和接收方向上均進行通過鎖相來實現(xiàn)的天線射束數(shù)字整形功能。
在接收方向上，信道單元在角度-空間域上對信號進行濾波，解調(diào)接收的信號部件并在一個分集混合器內(nèi)混合這些信號部件，最后對已從移動站接收并混合的信號進行解碼。所獲取的用戶數(shù)據(jù)位被提供給基帶單元510，基帶單元510把數(shù)據(jù)位傳遞到網(wǎng)絡(luò)的其它部分。
在發(fā)送方向上，用戶數(shù)據(jù)位從網(wǎng)絡(luò)的其它部分到達基帶單元510，基帶單元510把數(shù)據(jù)位傳遞到正確的信道單元504到508，在信道單元內(nèi)用一個擴展碼對信號進行編碼，調(diào)制并鎖定要發(fā)送的信號的相位，鎖相確定要發(fā)送的天線射束的方向。所獲取的L個信號被提供給天線組502的L個單元。實際上，接收和發(fā)送天線組500，502可以是單獨的，也可以通過同一個物理天線組來實現(xiàn)，在這個物理天線組中用適當?shù)碾p工過濾來分隔發(fā)送和接收方向。
在發(fā)送天線組502中，已從各信道單元到達的信號和要送往各天線單元的信號被轉(zhuǎn)換成模擬形式，通過天線單元被轉(zhuǎn)換到射頻并發(fā)送出去。
在基于本發(fā)明的方案中，發(fā)送和接收天線組可以包括不同數(shù)量的天線單元，盡管前面的描述為了簡便公開了在各組中都有同樣的L個單元的情況。圖中也給出了一個控制模塊512，該模塊控制設(shè)備的不同單元的操作，例如根據(jù)來自基站控制器的消息控制為不同的連接分配信道單元。
圖9是說明在基于本發(fā)明的第一個實施例的接收器中的信道單元的結(jié)構(gòu)的模塊圖。信道單元包括一個或幾個數(shù)字接收器單元600，602，一個或幾個搜尋器單元604，一個分集混合器608，一個解碼器610和控制裝置612，其中圖上給出了數(shù)字接收器單元600，602和搜尋器單元604，分集混合器608的輸入包括來自接收器單元的信號，而在分集混合器608的輸出端可見的信號被連接到解碼器610的輸入端。L個從天線到達的數(shù)字復合I，Q樣本514被提供給所要數(shù)字接收器單元600，602和搜尋器單元604的輸入端。如果基于本發(fā)明的方案被用在發(fā)送接收器中，則基于本發(fā)明的發(fā)送接收器也包含一個編碼器614和一個數(shù)字發(fā)送單元606。
首先參照圖9查看數(shù)字搜尋器604的操作。與常規(guī)的分離多路徑接收器一樣，搜尋器單元的功能是從接收的信號中尋找期望的信號部件。在基于本發(fā)明的方案中，一種新型的搜尋器單元在(α，τ)域內(nèi)連續(xù)監(jiān)視接收的信號并把它們的參數(shù)，即入射角(AOA)和延遲分布提供給控制裝置612，該裝置接著分配所需數(shù)量的接收器單元以便解調(diào)最優(yōu)部件。以下述方式也可以實現(xiàn)基于本發(fā)明的接收器，即信道單元不包含單獨的控制裝置612，但搜尋器單元604直接向接收器分支600，602傳送有關(guān)要監(jiān)視的信號部件的信息。
搜尋器單元包括裝置634和裝置636，裝置634鎖定從天線組的射頻部分提供的信號相位，而裝置636檢測從鎖相裝置634的輸出端獲取的信號是否包含以給定延遲接收的信號部件并測量該信號部件的質(zhì)量。搜尋器單元還包括裝置638，該裝置以能夠測量接收的信號的輸入方向和延遲的方式控制上述鎖相裝置634和測量裝置636。
通過具有上述類型并在圖5中給出的設(shè)備可以實現(xiàn)鎖定從天線組的射頻部分提供的信號的相位的裝置634，這種設(shè)備包括用復合因子Wi(i＝1，...，L)來倍增信號，而通過倍增信號則可以確定在鎖相裝置的輸出信號中被明顯放大的信號的入射角。如上所述，每個因子組合均與天線上述組合相對應(yīng)。裝置638控制鎖相裝置(634)以便能夠檢查所有必要的信號輸入方向。
根據(jù)裝置638的控制鎖相裝置的輸出端給出與從給定方向接收的信號相對應(yīng)的信號。測量裝置636以不同的延遲對在鎖相裝置的輸出端可見的信號進行測量，測量的目的是檢測具有不同延遲的信號部件。用上述的裝置638設(shè)置每次測量的延遲。在測量裝置中，針對裝置的輸入端上的信號進行解擴展，復合信號能量測量和在信道相關(guān)時間上的能量方波形成這樣的處理，并且比較獲取的測量值和給定閥值。具有超過給定閥值的強度的被測信號部件的參數(shù)，即入射角，延遲和功率被提供給信道單元的控制裝置612。
裝置638控制鎖相裝置634和測量裝置的操作。裝置638對應(yīng)于一個在常規(guī)分離多路徑接收器的搜尋器分支中提供的同步回路，盡管在具有本發(fā)明的方案中該裝置以一種新方式進行操作。在裝置638的控制下可以用許多方式實現(xiàn)從(α，τ)域中搜尋期望的信號部件。如上所述，可以用某些其它的信號質(zhì)量檢測來取代信號功率測量。
通過給定的角度間隔改變最大增益方向角，在鎖相裝置634中可以逐步地對天線組接收的數(shù)字化信號進行鎖相。從可能的輸入方向中選擇一組具有代表性的入射角αj，其間具有期望的角度間隔，并且在每個輸入方向上用不同的延遲值進行幾次能量測量，這樣就得到了針對輸入方向的延遲分布τk。
另一種方式是控制測量裝置636首先測量具有天線模式的接收信號的延遲分布tk。這樣就檢測出接收信號部件的可能延遲。然后控制鎖相裝置634用一個窄向射束掃描不同的方向角，同時控制裝置用上述在第一次測量中檢測到的延遲值進行測量。這樣就得到了以不同延遲到達的部件的輸入方向αj。
所檢測的信號部件的參數(shù)被提供給信道單元的控制裝置612。通過把信號部件的輸入方向和延遲通知給接收器單元，控制裝置分配接收器單元600，602以接收并解調(diào)最佳檢測的信號部件。如上所述，在不需單獨的控制裝置的情況下也可以由搜尋器單元604直接控制接收器單元。
在基于本發(fā)明的方案中，信道單元包括計算終端設(shè)備到基站的距離的控制裝置612，根據(jù)傳輸?shù)难舆t可以計算出距離。相應(yīng)的利用信號的方向角和距離也可以計算出終端設(shè)備的位置。計算出的數(shù)據(jù)被發(fā)送給基站控制器188，該控制器更新測量表，可選地，也可以在控制裝置612中確定是否需要更新測量表。
下面參照圖9查看數(shù)字接收器單元600，602的操作。和常規(guī)的分離多路徑接收器一樣，接收器單元的功能是接收并解調(diào)給定的信號部件。假定信道單元的控制裝置612已分配了一個接收器單元來接收具有入射角αj和延遲τk的參數(shù)的具體信號部件。
接收器單元600，602包括監(jiān)視裝置624，632，信道單元的控制裝置612把有關(guān)被監(jiān)視的信號部件的相位和輸入方向的信息傳遞給監(jiān)視裝置624，632。監(jiān)視裝置控制接收器單元的第一鎖相裝置，第一鎖相裝置的輸入是從天線組得到的數(shù)字化信號。鎖相裝置618，626具有和搜尋器單元中提供的鎖相裝置634類似的結(jié)構(gòu)。根據(jù)涉及入射角αj的信息和從控制單元接收的信息，監(jiān)視裝置以這樣的方式設(shè)置復合加權(quán)因子Wi(i＝1，...，L)，即從期望輸入方向到達的信號在鎖相裝置的輸出端是可見的。這可以理解成一個指向期望的方向并且具有預(yù)定形狀的接收器天線射束。
接收器單元600，602還包括解調(diào)裝置620，628。該裝置的輸入包含從鎖相裝置618，626得到的信號。監(jiān)視裝置624，632控制解調(diào)裝置和以給定延遲τk到達的信號部件同步。在解調(diào)裝置中，根據(jù)已知的把給定的τk用作碼相位的技術(shù)對信號進行擴展和解調(diào)。得到的符號和延遲數(shù)據(jù)一起被提供給信道單元的其它部分。
接收器單元600，602還包括第二鎖相裝置622，630，該裝置的輸入包括從天線組得到的數(shù)字化信號。第二鎖相裝置的輸出信號被提供給監(jiān)視裝置624，632。監(jiān)視裝置通過用裝置測量分配給接收器的信號部件的當前參數(shù)(αj，τk)環(huán)境來控制第二鎖相裝置的操作，以便檢測在接收的信號部件的輸入方向和延遲發(fā)面的變化。為此，第二鎖相裝置包括類似于第一鎖相裝置的用于鎖定信號相位的復合因子，和類似于搜尋器單元的測量裝置636的用于測量脈沖相應(yīng)的裝置。如果監(jiān)視裝置利用第二鎖相裝置檢測出在期望信號部件的輸入方向αj或延遲τk方面的變化，那么監(jiān)視裝置把這種數(shù)據(jù)更新到第一鎖相這種和解調(diào)裝置上。
當前領(lǐng)域公開了幾種在擴展頻譜系統(tǒng)中可以實現(xiàn)監(jiān)視裝置624，632的方式，例如超前-滯后門可被用在基于本發(fā)明的方案中。這些電路通過用給定的時間差Δτk進行兩個能量測量來估測碼定時錯誤，在當前設(shè)置點tk的環(huán)境下Δτ通常是擴展碼的分片時間的小數(shù)部分。能量測量是利用第二鎖相裝置622，630的測量裝置來進行的，第二鎖相裝置在延遲變化時提供主設(shè)置點τk所需的校正數(shù)據(jù)。
相應(yīng)地，利用第二鎖相裝置可以監(jiān)視信號入射角αj的變化。例如利用給定的延遲τk通過天線射束可以進行兩次或更多次的能量測量，經(jīng)過鎖相天線射束在兩個方向上已從當前入射角αj偏移了一個角度Δα。所使用的偏移度Δα通常是天線射束寬度的小數(shù)部分。
這樣，監(jiān)視裝置624，632就控制了第二鎖相裝置622，630所進行的能量測量，因而在任意時刻都應(yīng)當以最大的能量接收信號。監(jiān)視裝置把有關(guān)改變了的參數(shù)(αj，τk)的數(shù)據(jù)更新到第一鎖相裝置，解調(diào)裝置和信道單元的控制裝置612，所以在需要時發(fā)送方向上也可以使用該數(shù)據(jù)。
可以把上述接收信號的最大化與常規(guī)系統(tǒng)中使用的接收器天線分集相比較，其中用兩個或多個彼此距離等于接收信號的幾個波長的天線接收信號。在基于本發(fā)明的接收器中，如果在出現(xiàn)深度衰減的情況下捕捉到以入射角αj接收的信號，則通過把接收射束的角度改變一個小角度Δα則可以消除這種衰減。這樣就不需要有兩個單獨的彼此相距給定距離的天線。
根據(jù)上述的偏移，在控制裝置612中也可以計算出終端設(shè)備102的移動方向，而且這種信息可被用于更新測量表。
信道單元的分集混合器608和解碼器610的操作與當前領(lǐng)域中的分集接收器的操作類似。通過累計和補償其不同的延遲τk并根據(jù)其信噪比權(quán)衡不同的符號序列，混合器608混合從不同的接收單元到達的符號序列以獲取最大比值混合。所獲取的混合符號序列被提供給解碼器610，解碼器610通常首先進行解交叉并把符號解碼成用戶數(shù)據(jù)位。CDMA應(yīng)用一般使用強卷積編碼，而用于強卷積編碼的最佳檢測方法是提供軟判決的Viterbi算法。
顯然上述信道單元也可被用于監(jiān)視和接收一個訪問信道。由于不知道發(fā)送呼叫建立消息的移動站的確切位置，那么在接收方向上使用的天線射束具有較寬的天線模式，即可以是120度寬。
下面參照圖9描述數(shù)字發(fā)送單元606的操作。用戶數(shù)據(jù)位首先被提供給編碼器614，編碼器614通常用卷積碼對數(shù)據(jù)位編碼并在編碼符號上進行交叉。所獲得的交叉符號被提供給擴展頻譜調(diào)制器642，調(diào)制器642完成常規(guī)的調(diào)制工作。利用已知技術(shù)可以完成所有上述功能。
在本發(fā)明中，發(fā)送單元包括裝置644，640，該裝置根據(jù)接收的信號控制并數(shù)字式地鎖定要發(fā)送的信號的相位。在基于本發(fā)明的發(fā)送單元中，調(diào)整發(fā)送射束的裝置644在其輸入端接收來自信道單元的控制裝置612的，有關(guān)在不同的接收器單元600，602中使用的輸入方向的信息，其中接收器單元600，602從移動站接收信號?？刂蒲b置612也可以報告由搜尋器單元604檢測到的信號的其它輸入方向，但是在信號接收中不必使用所有的方向。
調(diào)整發(fā)送射束的發(fā)送單元的裝置644控制鎖相裝置640，鎖相裝置640根據(jù)預(yù)定的射束構(gòu)成函數(shù)J×L計算出一個復合加權(quán)因子Wij(i＝1，...，L；j＝1 ，...，J)，該加權(quán)因子利用L個天線單元產(chǎn)生J個天線射束。除了天線射束的方向和數(shù)量之外，裝置644通過指示發(fā)送功率來控制鎖相裝置640，其中發(fā)送功率被用于各個射束，而且裝置644從信道單元的控制裝置612那里獲得發(fā)送功率。
鎖相裝置640的結(jié)構(gòu)可以類似于上述在接收方向上的鎖相裝置618，626，634。在鎖相裝置中，從調(diào)制裝置624提供的外出信號的數(shù)字化(I，Q)樣本被L個復合加權(quán)因子相乘如下，其中L是天線單元的數(shù)量V1＝∑gjWij，i＝1，...，L其中為天線組獲取L個復合樣本序列。復合倍增也使用一個真實定標因子gj(j＝1，...，J)，該因子也是從調(diào)整裝置644獲得并能用于每一天線束功率的獨立調(diào)整，調(diào)整裝置644也指示要使用的頻率以便能夠正確設(shè)置加權(quán)因子Wij。
調(diào)整發(fā)送上述的裝置644根據(jù)從信道單元的控制裝置獲取的信息控制鎖相裝置640。通過以不同方式修改參數(shù)αj和gj(j＝1，...，J)則可以許多方式進行調(diào)整。例如，可以獨立調(diào)整用于某些天線射束的發(fā)送功率，或者可以使某些天線射束的方向角αj改變給定的角度Δα，或者可以改變所使用的天線射束的數(shù)量。通過這些測量可以補償在無線路徑上產(chǎn)生的，諸如衰減的信號質(zhì)量退化。
在基于本發(fā)明的方案中，在給定方向角αi的環(huán)境下發(fā)送單元606的調(diào)整裝置644可以一或幾個所使用的天線射束的方向偏移一個小角度Δα。通過這種偏移可以減少移動站長時間處于深度衰減狀態(tài)的可能性。由于天線射束的方向角度在主方向角αj周圍連續(xù)改變，在無線路徑上傳播的信號不會連續(xù)使用同一通路。
在圖10中通過一個關(guān)于接收端的模塊圖說明了在基于本發(fā)明的蜂窩無線系統(tǒng)中的一個可能的用戶設(shè)備。終端設(shè)備也包括一個發(fā)送端，但為了簡單這里不做描述，之所以這樣是因為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的方式來實現(xiàn)基于本發(fā)明的發(fā)送功能。終端設(shè)備包括一個天線250，該天線接收被提供給射頻部分251的信號并把信號放大和轉(zhuǎn)換到中頻上。射頻部分251的輸出端與轉(zhuǎn)換器裝置252相連，轉(zhuǎn)換器裝置252把信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。
信號從轉(zhuǎn)換器裝置252被提供給一組相關(guān)器254，255，其中接收信號和期望擴展碼的相關(guān)性被計算出來，于是通過期望的擴展碼倍增的信號被恢復到其初始頻帶上以便進行解調(diào)。信號也從轉(zhuǎn)換器裝置252上被提供給搜尋相關(guān)器253，搜尋相關(guān)器的功能是從接收的信號中找出用期望的擴展碼發(fā)送的信號部件的相位。終端設(shè)備還包括混合裝置256，該裝置相關(guān)或非相關(guān)地混合接收的信號部件。信號258從混合裝置那里被提供給終端設(shè)備的其它部分。
終端設(shè)備也包括控制裝置257，該裝置控制設(shè)備的操作?？刂蒲b置257通常由一個信號處理器來實現(xiàn)。搜尋相關(guān)器253向控制裝置257和接收相關(guān)器254，255指示它已發(fā)現(xiàn)的信號部件的延遲和強度，接收相關(guān)器則與最強的信號同步。搜尋相關(guān)器253也測量來自測量表上的基站的信號?？刂蒲b置257根據(jù)基站的控制更新測量表。
下面描述本發(fā)明的第二個最優(yōu)實施例，其中在CDMA系統(tǒng)中提供對接收信號的模擬鎖相。
圖11是說明基于本發(fā)明第二個最優(yōu)實施例的設(shè)備的例子的模塊圖。在接收方向上，該設(shè)備包括L個天線單元700到704，而在發(fā)送方向上該設(shè)備包括一組天線單元772到776。在發(fā)送接收器中，發(fā)送和接收天線可以是相同的，這樣，雙工過濾被用來彼此分離不同的傳輸方向。該圖給出了用于不同傳輸方向的不同天線單元。由天線單元構(gòu)成的天線組可以是線性的，平面的(二維的)或全方向的。天線組用L個單元從各個移動站接收多路徑傳播信號，該信號來自于幾種不同的方向并以不同的方式被加以延遲。
天線單元與一個RX矩陣706相連，通過使矩陣輸出708包括K個信號輸出，RX矩陣706完成對天線單元接收的模擬信號的鎖相，其中每個信號輸出均對應(yīng)于一個由天線射束接收的信號，而天線射束指向預(yù)定的信號輸入方向。利用當前領(lǐng)域的方案可以實現(xiàn)該矩陣，Butler矩陣就是其中的一種方案，該矩陣是利用無源90度混合和移相器來實現(xiàn)的。用矩陣706產(chǎn)生的天線射束的數(shù)量K不必與天線單元的數(shù)量L對應(yīng)。
通過鎖定天線接收的信號的相位可以在接收方向上得到天線射束，而鎖定通過天線要發(fā)送的信號的相位，則可以在發(fā)送方向上得到天線射束。所使用的天線射束是固定的，并且方向不變。天線射束的數(shù)量依賴于矩陣706的具體實現(xiàn)，可以用期望的角度間隔和期望的寬度設(shè)定并構(gòu)成射束。
在必要時矩陣輸出信號708被用在一組低噪聲放大器710上，該放大器補償有線衰減和其它損耗。以這種方式放大的L個信號被提供給射頻部分712到716，射頻部分把信號向下轉(zhuǎn)換成中頻并進行所需要的過濾?？梢砸砸环N基于已知技術(shù)的方式來實現(xiàn)射頻部分。
射頻信號被用在轉(zhuǎn)換器裝置718到722上面，轉(zhuǎn)換器裝置把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字樣本。利用商用部件以基于已知技術(shù)的方式可以進行這種轉(zhuǎn)換。通常，在裝置中把信號復合采樣成I和Q部件。
通過位于各個信道單元前面的RX開關(guān)732，734，730，轉(zhuǎn)換器裝置718，720，722的輸出信號724，726，728被提供給一組信道單元738，740，742。轉(zhuǎn)換器的所有輸出信號被用在所有的RX開關(guān)上。每個RX開關(guān)均包括K個輸入和一或幾個被用在相應(yīng)信道單元上的輸出信號。RX開關(guān)的功能是根據(jù)信道單元的控制把期望的天線射束接收的信號送給信道單元的期望部件。
以下述方式也可以實現(xiàn)上述的接收器結(jié)構(gòu)，即把一或幾個上述的部分(天線單元700-704，放大器710，射頻部分712-716和轉(zhuǎn)換器裝置718-722)集中或分散地定位。在這種情況下，正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所看到的，可以按下述方式來改變實現(xiàn)的細節(jié)，即在射頻部分與一個天線組連在一起的情況下便不需要有放大器710。
下面，將通過圖12的模塊圖來描述在基于本發(fā)明第二個實施例的接收器之中的信道單元的結(jié)構(gòu)與操作。信道單元包括一或幾個用于解調(diào)信號的裝置804，806，808，一或幾個搜尋器裝置802，一個分集混合器608和一個解碼器610，圖中給出了三個解調(diào)裝置和一個搜尋器裝置，分集混合器的輸入包含來自接收器單元的信號，在分集混合器608的輸出端可見的信號被接收到解碼器610的輸入端。
RX開關(guān)732的輸入In#1到In#K包含K個來自于轉(zhuǎn)換器裝置718到722的信號730。信道單元738包含一個搜尋器單元802，象針對第一個實施例的搜尋器單元所描述的那樣，搜尋器單元的功能是從多維信號域中找出最佳信號部件。在本實施例中，通過測量RX開關(guān)的各個輸入上的延遲分布，搜尋器單元802從RX開關(guān)的輸入中尋找最佳信號部件，其中每個輸入對應(yīng)于一個沿某方向到達的信號部件。測量延遲分布的方式可以和常規(guī)分離多路徑接收器的搜尋器分支的方式相同。作為測量的結(jié)果，搜尋器分支檢測最佳信號部件的輸入方向和延遲。通過向各個解調(diào)裝置提供有關(guān)期望部件的延遲的信息并使用從RX開關(guān)到相應(yīng)解調(diào)裝置的信號，搜尋器對應(yīng)控制解調(diào)裝置804，806，808與最佳部件同步。
解調(diào)裝置804，806，808解調(diào)給定信號，監(jiān)視信號延遲和輸入方向的變化并在需要時利用RX開關(guān)開始接收一個新的天線射束。解調(diào)裝置的輸出信號被用在分集混合器608上，分集混合器解調(diào)后的符號并檢測被分送的信息。分集混合器的輸出信號也被用于解碼裝置610，該裝置解交叉符號并解碼信息序列。
上述接收器結(jié)構(gòu)利用模擬鎖相實現(xiàn)了基于本發(fā)明的方案。在接收方面，通過鎖相并從天線射束接收的部件中選出最強的信號部件進行解調(diào)，于是產(chǎn)生了一些(K)個固定天線射束。在終端設(shè)備移動和信號輸入方向改變時，總是選擇提供最佳信號強度的天線射束的信號以進行解調(diào)。
在基于第二個最優(yōu)實施例的設(shè)備中，在單元802上根據(jù)傳輸延遲計算出終端設(shè)備到基站的距離，并且根據(jù)計算出的距離和具有已知方向角的天線射束計算出終端設(shè)備的位置。根據(jù)這種信息，可以估計是否需要更換終端設(shè)備的測量表。
下面參照圖12查看基于本發(fā)明的第二個最優(yōu)實施例的接收器結(jié)構(gòu)。
用戶數(shù)據(jù)位首先被提供給編碼器614，編碼器通常用一個卷積碼對數(shù)據(jù)位編碼并對編碼后的符號進行交叉。所得到的交叉符號被提供給擴展頻譜調(diào)制器642，該調(diào)制器進行常規(guī)的調(diào)制處理。根據(jù)已知技術(shù)可以實現(xiàn)上述的所有功能。
在本發(fā)明中，接收器實現(xiàn)還包括裝置802，該裝置根據(jù)接收的信號控制針對要分送的信號的模擬鎖相。根據(jù)已進行的測量，搜尋器單元802知道接收最佳信號部件的方向角和相應(yīng)的天線射束。搜尋器單元已分配了一組解調(diào)裝置來接收這些部件。在實際的實現(xiàn)中，可以在搜尋器單元或單獨一個控制單元內(nèi)進行發(fā)送端的控制。為了簡便，這里只描述第一種情況，但本發(fā)明并不僅限于此。不管怎樣，在兩種情況下本發(fā)明的思想是相同的。如上所述，在基于本發(fā)明的方案中當向相反的發(fā)送方向發(fā)送信號時使用檢測出的含有好的信號水平的輸入方向。
下面根據(jù)圖11描述發(fā)送器部分的實現(xiàn)。發(fā)送器包括具有給定數(shù)量L的天線單元772，774，776，這些天線單元可以和接收方向上的天線單元相同。天線單元與TX矩陣770相連，該矩陣的功能是模擬鎖定要發(fā)送到不同天線單元的信號的相位，從而使分集模式的主射束指向期望的方向。TX矩陣的輸入包括K個信號756，在D/A轉(zhuǎn)換器758到762中這些信號被轉(zhuǎn)換成模擬形式，而在射頻部分764到768中這些模擬信號又被轉(zhuǎn)換成射頻并加以放大。正如在有關(guān)接收端的描述中所提到的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解實際上可以用集中或分開的方式來實現(xiàn)上述部件。
通過使天線提供K個不同方向的天線射束，TX矩陣鎖定輸入的K個信號的相位，其中天線射束的方向是固定的，而且射束共同覆蓋期望的區(qū)域。TX矩陣770的實現(xiàn)類似于RX矩陣706的實現(xiàn)，并且可以用Bulter矩陣來實現(xiàn)，其中Bulter矩陣是用無源90度混合和移相器實現(xiàn)的。用矩陣770產(chǎn)生的天線射束的數(shù)量K不必與天線單元的數(shù)量L對應(yīng)。
從信道單元738，740，742把來自搜尋器單元的調(diào)制數(shù)據(jù)信號和控制746提供給TX開關(guān)矩陣744，接著從TX開關(guān)矩陣把信號提供給加法裝置754。在圖13中會更詳細地描述開關(guān)矩陣744和加法裝置754的操作。
TX開關(guān)矩陣包括對應(yīng)于各個信道單元的TX開關(guān)900，902，904，開關(guān)的輸入包括來自信道單元并將要發(fā)送的調(diào)制數(shù)據(jù)信號和來自信道單元的搜尋器單元的控制信號746，748，750。TX開關(guān)的輸出包括K個輸出746a到746i，即和發(fā)送天線射束一樣多。TX開關(guān)的功能是根據(jù)信道單元的控制把信號從信道單元接通到正確的發(fā)送射束，在發(fā)送射束中還加入了從其它信道單元到達和趨向同一射束的信號。根據(jù)信道單元的控制，即根據(jù)信號所趨向的天線射束，TX開關(guān)把輸入數(shù)據(jù)信號引導到一個或幾個輸出Txout#1到Txout#K上。各輸出是經(jīng)過信號水平加權(quán)的二次數(shù)字樣本。
開關(guān)的輸出746a到746i被用在加法裝置745的K個加法器906到910中的一個上面。各加法器以數(shù)字形式把來自不同信道單元并趨向一給定的天線射束的數(shù)據(jù)信號相加在一起。利用公式2*(log(n)+m)得到輸出樣本所需的數(shù)據(jù)位數(shù)，其中n是加法器的輸入(信道單元)的個數(shù)，log是一個以2為底的對數(shù)，而m是樣本的位數(shù)。
如上所述，TX開關(guān)的輸出756a到756c被用在相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器裝置758到762上，并且通過模擬鎖相矩陣還被用在天線上。
搜尋器單元802根據(jù)已測量的信息選則用于發(fā)送的天線射束。
雖然前面針對附圖的例子描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不僅限于此，在所附權(quán)利要求書公開的發(fā)明思想的范圍內(nèi)可以進行多種修改。
例如在垂直和水平方向上可以使用天線射束來調(diào)整，這樣上述(α，τ)域可被理解成一個(α，β，τ)域，其中α是垂直角度，β是水平角度，而τ是延遲。
一種可能是在信道單元中使用相關(guān)，非相關(guān)或差分相關(guān)的調(diào)制和解調(diào)方法。例如為了能夠在移動站進行相關(guān)解調(diào)，基站可以包括一個額外的作為相位參考的經(jīng)過擴展編碼的信號，其中在各天線射束上沒有對該信號進行數(shù)據(jù)調(diào)制?？蛇x地，可以把已知的參考符號用于同樣的目的。
本發(fā)明的一個可選的實施例包括把信道單元的數(shù)字鎖相裝置618到634放在一個公開的鎖相裝置模塊中，該模塊為所有信道單元提供服務(wù)。
權(quán)利要求
1.改進蜂窩無線系統(tǒng)中切換的可靠性的辦法，其中在蜂窩無線系統(tǒng)的各個單元中至少包括一個基站(100)，該基站與其覆蓋范圍內(nèi)的用戶設(shè)備(102)進行通信，基站(100)測量各終端設(shè)備(102)到基站的距離和來自終端設(shè)備的信號相對于基站的方向角，基站根據(jù)終端設(shè)備的方向角和距離計算出終端設(shè)備在基站的覆蓋區(qū)域中的位置，而終端設(shè)備則測量基站的信號強度以確定是否需要切換，上述基站被記錄在終端設(shè)備所維護的相鄰基站列表中，其特征在于根據(jù)計算出的終端設(shè)備位置更新終端設(shè)備(102)維護的相鄰基站列表。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于基站(100)以保證從天線組得到的增益在期望方向上最大的方式，利用包含幾個單元的一個天線組(500，700-704，772-776)，通過鎖定接收和發(fā)送的信號的相位來發(fā)送和接收來自終端設(shè)備(102)的信號。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于基站(100)在假定的終端設(shè)備(102)的方向角的環(huán)境下偏轉(zhuǎn)天線射束的最大增益角度，利用基站所用的天線射束偏轉(zhuǎn)計算終端設(shè)備的移動方向，并根據(jù)終端設(shè)備的移動方向更新由終端設(shè)備維護的相鄰基站列表。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于由終端設(shè)備(102)維護的相鄰基站列表總是包含根據(jù)終端設(shè)備的位置而估測的終端設(shè)備最可能移動到的區(qū)域所屬的基站。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于根據(jù)從終端設(shè)備接收的信號的方向角和延遲變化來計算終端設(shè)備(102)的移動方向。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于根據(jù)從終端設(shè)備接收的信號的方向角和延遲變化估測終端設(shè)備(102)以后的位置。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于基站(100)向基站控制器(188)發(fā)送有關(guān)在其覆蓋區(qū)域內(nèi)的終端設(shè)備的位置的信息，基站控制器通過基站(100)更新由終端設(shè)備維護的基站列表。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于根據(jù)終端設(shè)備(102)的位置，通過終端設(shè)備移動到基站區(qū)域的可能性劃分終端設(shè)備維護的相鄰基站列表中的基站的優(yōu)先權(quán)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于基站的單元在蜂窩無線系統(tǒng)中被劃分成扇區(qū)，而終端設(shè)備則測試終端設(shè)備維護的列表中的扇區(qū)的信號強度。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于蜂窩無線系統(tǒng)包括相互重疊的微單元(251-253)和利用鎖相的天線組實現(xiàn)的傘形單元(255)，而且由一個與傘形單元通信的終端設(shè)備(102)維護的相鄰基站列表中包含微單元基站。
11.一個蜂窩無線系統(tǒng)，在其各個單元中均至少包括一個與其覆蓋區(qū)域內(nèi)的終端設(shè)備(102)通信的基站(100)，該基站包括測量各終端設(shè)備相對于基站的方向角和距離的裝置(612，802)，根據(jù)終端設(shè)備的方向角和距離計算終端設(shè)備在基站覆蓋區(qū)域內(nèi)的位置的裝置(612，802)而終端設(shè)備則包括維護相鄰基站列表的裝置(257)，和測量終端設(shè)備維護的列表中的基站信號強度，從而確定是否需要切換的裝置(253)，其特征在于系統(tǒng)中的終端設(shè)備包括根據(jù)終端設(shè)備的位置更新由終端設(shè)備維護的相鄰基站列表的裝置(257)。
12.如權(quán)利要求11所述的蜂窩無線系統(tǒng)，其特征在于基站包括裝置(612)，該裝置在假定的終端設(shè)備方向角的環(huán)境下通過測量信號強度并求出信號強度平均值來計算終端設(shè)備的移動方向，其中被測量的信號是在不同的天線射束方向上從終端設(shè)備那里接收的。
13.如權(quán)利要求11所述的蜂窩無線系統(tǒng)，其特征在于基站包括向基站控制器(BSC)發(fā)送有關(guān)的終端設(shè)備的位置和移動方向的信息的裝置(612)，和根據(jù)基站控制器的命令向相應(yīng)的終端設(shè)備發(fā)送修改后的各個終端設(shè)備的基站列表的裝置(606)。
14.如權(quán)利要求11所述的蜂窩無線系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)包括覆蓋區(qū)域被分成n個扇區(qū)(158，160，162)的基站(167)，而終端設(shè)備(102)維護一個扇區(qū)列表，終端設(shè)備測試列表中的扇區(qū)的功率。
15.如權(quán)利要求11所述的蜂窩無線系統(tǒng)，其特征在于蜂窩無線系統(tǒng)包括相互重疊的微單元(251-253)和利用鎖相天線組實現(xiàn)的傘形單元(255)，并且在終端設(shè)備(102)維護的相鄰基站列表中包含微單元基站。
全文摘要
本發(fā)明涉及蜂窩無線系統(tǒng)和改進蜂窩系統(tǒng)中切換的可靠性的方法，在系統(tǒng)的各單元中均至少包括一個與其覆蓋區(qū)域內(nèi)的終端設(shè)備(102)通信的基站(100)，基站根據(jù)終端設(shè)備的方向角和距離計算終端設(shè)置在基站覆蓋區(qū)域中的位置，終端設(shè)備測量在其維護的相鄰基站列表中的基站的信號強度，以便確定是否需要進行切換。為了能夠進行快速的測量和可靠的切換，根據(jù)計算出的終端設(shè)備位置更新終端設(shè)備(102)維護的相鄰基站列表。
文檔編號H04B7/26GK1158208SQ96190706
公開日1997年8月27日 申請日期1996年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月24日
發(fā)明者阿爾卡·科斯奇塔洛, 彼特·姆斯金斯基, 佩奇·喬爾瑪, 加納·萊豪-斯蒂芬斯 申請人:諾基亞電信公司