專利名稱：在碼分多址通信系統(tǒng)中用于提供正向鏈接軟過區(qū)切換的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，尤其涉及在一個碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)中以包括窄波束天線的天線陣列提供正向鏈接軟過區(qū)切換的方法和裝置。
現(xiàn)存的窄波束天線陣列通常生產若干覆蓋一個扇區(qū)的波束，該窄波束天線陣列包括均勻直線天線陣列，具有雙極子或接插單元以及形成包括Butler矩陣的網絡的無源波束。例如，常見有包含四個30度波束而覆蓋一個120度扇區(qū)或區(qū)域的四波束方向圖。這些波束通常具有大致負4dB的波束交疊，其中扇區(qū)天線通常具有近似負8dB的波束交疊。因此，在一個窄波束天線方向圖中的波束對波束的重疊顯著大于在一個分區(qū)天線方向圖中的扇區(qū)對扇區(qū)的重疊，即使在兩個窄波束天線邊緣之處的波束重疊也大于在一個分區(qū)天線方向圖中的扇區(qū)對扇區(qū)的重疊。
在利用窄波束天線的CDMA系統(tǒng)中，相鄰波束的正向鏈接生產在波束重疊區(qū)中的干擾?，F(xiàn)有的窄波束天線構面的波束重疊區(qū)大于現(xiàn)有的分立天線的波束重疊區(qū)域，因為當使用形成例如Butler矩陣的無源RF波束時對于該波束的控制很少。如上所述，在一個窄波束天線方向圖中的典型波束對波束交疊近似是負4dB，而扇區(qū)天線能夠被做得比它們占據(jù)的扇區(qū)更窄，波束交疊近似是負8dB。由于程度較大重疊，因此有程度較大的退變。另外，如果窄波束天線被用于分離的CDMA PN碼(即一個波束用于一個目前扇區(qū)或PN)，除非使用軟過區(qū)切換，否則該附加的重疊將在意味著正向鏈接上有更大的劣變。
解決劣變增加問題的一個方案是通過在兩個波束上都進行指定和發(fā)送通話信道，而把該移動站置成軟過區(qū)切換狀態(tài)。軟過區(qū)切換則添加某些路徑分集，改進該移動接收，并且實現(xiàn)降低的發(fā)射功率分配。利用扇區(qū)天線，較大的空間隔離解除兩個路徑的相關性，并且對重疊劣變做分集增益補償。然而，如果兩個波束是源于單一的窄波束天線配置而不是源于空間分離的常規(guī)系統(tǒng)的扇區(qū)天線，則波束問將有較高的相關性，產生的路徑分集收益小，并導致較高的發(fā)射功率分配的需求。所以，需要一種改進的方法和裝置，用于在使用天線陣列的CDMA通信系統(tǒng)中提供正向鏈接軟過區(qū)切換。
圖2是已有技術中的分區(qū)蜂窩輻射方向圖的示意平面圖；圖3示出如已有技術中利用窄波束天線的兩個相鄰波束的軟過區(qū)切換中的一個通話信道的示意圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的空間分集窄波束天線的應用示意圖，把軟過區(qū)切換通話信道路由選擇到相鄰波束的不同分集信道；圖5A-5B示出把相控天線陣形成為窄波束天線的一種可選方案的分立取向天線或天線陣元的應用示意圖；以及圖6示出根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的方法邏輯流程圖，在利用空間分集天線的CDMA通信系統(tǒng)中提供正向鏈接軟過區(qū)切換。
根據(jù)本發(fā)明的一個最佳實施例，圖4示出空間分集天線陣列404和406的應用，包含把該軟過區(qū)切換信道402從第一天線陣列404的輻射方向圖415路由轉換到第二天線陣列406的輻射方向圖417中。如圖4所見，通話信道402連接到軟過區(qū)切換路由器430，路由器430分別連接到第一天線陣列發(fā)射機440-446和第二天線陣列發(fā)射機448-454。路由器430包含第一轉換裝置432和第二轉換裝置434。當在同一陣列的兩個波束之間，例如第一天線陣列相鄰波束A和B的波束重疊區(qū)域中的一個移動站要求軟過區(qū)切換到第二波束時，通話信道402通過路由器路由轉換到第一天線陣列的發(fā)射機440以及第二天線陣列的發(fā)射機450，發(fā)射機440和450分別連接到從波束形成器416正確定相的天線振子420-423以及從波束形成器419正確定相的天線振子424-427，因此有效地把軟過區(qū)切換信道402從第一天線陣列404的輻射方向圖B路由轉換到第二天線陣列406的輻射方向圖B。在此實例的相鄰波束中，通過交替地使用空間分離的天線陣列的輻射方向圖而不是使用同一個陣列的輻射方向圖進行軟過區(qū)切換，使兩個分集路徑被很少相關，從而改進了該分集增益。
如圖4所見，第一天線陣列404用于發(fā)送限定第一覆蓋范圍的第一多個輻射方向圖415(A、B、C、D)。可取的是，第一天線陣列404包括形成網絡416的無源波束以及均勻線性天線陣列418的天線振子420-423。在該最佳實施例中，天線振子420-423包括接插單元或雙極子。盡管描述的第一天線陣列404包括由形成網絡的無源波束和均勻線性天線陣列組成的一個窄波束天線陣列，但本領域技術人員將理解，在不背離本發(fā)明精神和范圍的條件下使用其它結構是容易的。例如圖5A所示出的那樣，可以使用多個分立的定向天線，例如扇區(qū)天線或拋物面天線而不使用圖4中示出的形成網絡/均勻線性天線陣列組合的無源波束天線。類似地，圖4示出的形成網絡416的無源波束可被替代為圖5B中示出的一個有源電子增益和相位加權并且取和成為一個線性或環(huán)形的陣列。
再參考圖4，第二天線陣列406用于發(fā)送限定第二覆蓋范圍的第二多個輻射方向圖417(A、B、C、D)。如上述關于第一天線陣列的討論，在該最佳實施例中，第二天線陣列406包括形成網絡419的無源波束和均勻線性天線陣428的天線振子424-427。在該最佳實施例中，第一和第二覆蓋范圍重疊，并且第一天線陣列404與第二天線陣列406空間相隔一個預定的距離，在本最佳實施例中，該預定距離是大約10到15英尺。在該最佳實施例中，形成網絡419的無源波束包括Butler矩陣，并且均勻線性天線陣列428包括多個天線振子420，在該最佳實施例中，天線振子420包括接插單元或雙極子。盡管描述的第二天線陣列406包括由形成網絡的無源波束和均勻線性天線陣列組成的一個窄波束天線陣列，但本領域技術人員將理解，在不背離本發(fā)明精神和范圍的條件下使用其它結構是容易的。例如圖5A在示出的那樣，可以使用多個分立的定向天線，例如扇區(qū)天線或拋物面天線而不使用圖4中示出的形成網絡/均勻線性天線陣列組合的無源波束天線。類似地，圖4示出的形成網絡419的無源波束可被替代為圖5B中示出的一個有源電子增益和相位加權并且取和成為一個線性或環(huán)形的陣列。
在該最佳實施例中，第一和第二天線陣列的每一個都包括一個窄波束天線，并且第一和第二多個輻射方向圖的每一個都分別包括第一多個相鄰波束和第二多個相鄰波束。但是，本領域技術人員將理解，在不背離本發(fā)明精神和范圍的條件下可以使用其它天線陣列構形以及其它輻射方向圖。另外，如本領域技術人員將理解的那樣，當使用兩個或更多個載波時，替換頻率可被設置在替換天線構面上，并且第三載波可被分開兩個信道距離，因此實現(xiàn)更高效率的頻率組合。在這種情況下，本發(fā)明仍然提供覆蓋同樣區(qū)域的兩個天線陣列，從而允許頻率f1、f3、f5等等設置在主構面上，而頻率f2、f4、f6等等設置在分集構面上。
參考圖6，其中描述的是根據(jù)本發(fā)明方法和系統(tǒng)的一個邏輯處理流程圖，該處理流程提供了在具有空間分集天線的一個CDMA通信系統(tǒng)中的正向鏈接軟過區(qū)切換。如圖所示，該處理開始于框600，其中執(zhí)行的發(fā)射步驟從第一天線陣列發(fā)射限定第一覆蓋范圍的第一多個輻射方向圖。隨后，如圖中框602所示，執(zhí)行的發(fā)射步驟從與第一天線陣列空間分離的第二天線陣列發(fā)射限定第二覆蓋范圍的第二多個輻射方向圖，該第一和第二覆蓋范圍重疊。隨后，如圖中框604所示，執(zhí)行的路由轉換步驟把一個軟過區(qū)切換信道從第一天線陣列的輻射方向圖路由轉換成第二天線陣列的輻射方向圖。
上述內容從說明和描述的目的介紹了發(fā)明的最佳實施例。這些說明和描述無意窮盡本發(fā)明或把本發(fā)明限制到公開的明確形式。根據(jù)上述指教顯然有可能做改進或變化。選擇和描述的實施例提供了本發(fā)明原理和其實際應用的最佳說明，并且使本專業(yè)普通技術人員能夠以各種實施例使用發(fā)明并且作出各種修改以適合特定的使用考慮。當根據(jù)公平、合法和合理命題解釋時，所有的這種修改和變化都包括在由所附的權利要求書確定的本發(fā)明的之內。
權利要求
1.在一個碼分多址蜂窩通信系統(tǒng)中提供正向鏈接軟過區(qū)切換的一種裝置，包括第一天線陣列，用于發(fā)送限定第一覆蓋范圍的第一多個輻射方向圖；第二天線陣列，用于發(fā)送限定第二覆蓋范圍的第二多個輻射方向圖，該第一和第二覆蓋范圍重疊，該第一和第二天線陣列是空間分離的天線陣列；及耦合到該第一天線陣列和該第二天線陣列的一個軟過區(qū)切換路由器，該軟過區(qū)切換路由器用于把一個軟過區(qū)切換信道從該第一天線陣列的輻射方向圖路由轉換到該第二天線陣列的輻射方向圖。
2.如權利要求1的裝置，其特征在于該第一天線陣列和該第二天線陣列的至少之一包括用于生產多個相鄰波束的多個天線振子和波束形成器。
3.如權利要求2的裝置，其特征在于該軟過區(qū)切換路由器被用于把該軟過區(qū)切換信道從第一天線陣列的輻射方向圖路由選擇到第二天線陣列的相鄰波束。
4.如權利要求2的裝置，其特征在于該波束形成器包括一個Butler矩陣。
5.如權利要求2的裝置，其特征在于該多個天線振子進一步包括一個均勻線性天線陣列。
6.如權利要求5的裝置，其特征在于該均勻線性天線陣列包括多個接插單元和多個雙極子之一。
7.如權利要求1的裝置，其特征在于該第一天線陣列和該第二天線陣列至少之一包括多個定向天線。
8.用于在一個碼分多址蜂窩通信系統(tǒng)中提供正向鏈接軟過區(qū)切換的一種方法，該方法包括步驟從一個第一天線陣列發(fā)射限定第一覆蓋范圍的第一多個輻射方向圖；從與第一天線陣列空間分離的第二天線陣列發(fā)送限定第二覆蓋范圍的第二多個輻射方向圖，該第一和第二覆蓋范圍重疊；和把一個軟過區(qū)切換信道從第一天線陣列的輻射方向圖路由轉換到第二天線陣列的輻射方向圖。
9.如權利要求8的方法，其特征在于發(fā)射第一多個輻射方向圖的步驟包括發(fā)送第一多個相鄰波束，以及發(fā)射第二多個輻射方向圖的步驟包含發(fā)射第二多個相鄰波束。
10.如權利要求8的方法，其特征在于路由轉換的步驟包含把軟過區(qū)切換信道從第一天線陣列的輻射方向圖路由轉換到第二天線陣列的相鄰波束。
11.如權利要求8的方法，其特征在于當使用兩個或多個載波時，包括在交替陣列上設置交替頻率的步驟。
12.如權利要求11的方法，其特征在于當使用第三載波時，包括把第三載波分離兩個信道距離的步驟。
13.在一個碼分多址蜂窩通信系統(tǒng)中提供正向鏈接軟過區(qū)切換的一種裝置，包括第一天線陣列，用于發(fā)送限定第一覆蓋范圍的第一多個輻射方向圖，該第一多個輻射方向圖包含第一多個相鄰波束；第二天線陣列，用于發(fā)送限定第二覆蓋范圍的第二多個輻射方向圖，該第二多個輻射方向圖包含第二多個相鄰的波束，該第一和第二覆蓋范圍重疊，該第一和第二天線陣列是空間分離的天線陣列；以及耦合到該第一和第二天線陣列的一個軟過區(qū)切換路由器，該軟過區(qū)切換路由器用于把一個軟過區(qū)切換信道從該第一天線陣列的一個波束路由轉換到該第二天線陣列的一個相鄰波束。
14.如權利要求13的裝置，其特征在于該第一天線陣列和該第二天線陣列的至少之一包括用于生產多個相鄰波束的多個天線振子和波束形成器。
15.如權利要求14的裝置，其特征在于該波束形成器包括一個Butler矩陣。
16.如權利要求14的裝置，其特征在于該多個天線振子進一步包括一個均勻線性天線陣列。
17.如權利要求16的裝置，其特征在于該均勻線性天線陣列包括多個接插單元和多個雙極子之一。
18.如權利要求13的裝置，其特征在于該第一天線陣列和該第二天線陣列至少之一包括多個定向天線。
全文摘要
一種在碼分多址通信系統(tǒng)中提供正向鏈接軟過區(qū)切換的一種方法和裝置,使用空間分集天線陣列,并且把一個軟過區(qū)切換信道從第一天線陣列(404)的輻射方向圖(415)路由轉換到第二天線陣列(406)的輻射方向圖(417)。
文檔編號H04W16/24GK1376364SQ00813484
公開日2002年10月23日 申請日期2000年10月14日 優(yōu)先權日1999年10月22日
發(fā)明者埃里克·里德·肖爾曼, 凱姆亞·羅哈尼 申請人:摩托羅拉公司