專利名稱：使用智能天線以建立回程網(wǎng)絡(luò)的裝置及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型有關(guān)一種無線通信，尤其是有關(guān)一種使用智能天線以建立回程網(wǎng)絡(luò)的裝置及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在無線通信系統(tǒng)中最重要的一個議題便是借由降低干擾來增加系統(tǒng)容量，陣列天線(亦稱作智能天線)已經(jīng)被發(fā)展出來以改善容量并且降低干擾。智能天線使用多個天線組件以產(chǎn)生指向性的電波，其僅向一特定方位發(fā)送信號。借由智能天線，因為信號在涵蓋區(qū)域內(nèi)發(fā)送至一狹窄區(qū)域，無線通信系統(tǒng)便可增加容量并減少干擾。由于傳輸器可增加指向電波的傳輸功率等級，而不會造成對其他傳輸器或接收器的過份干擾，例如無線傳輸/接收單元(WTRU)及基地臺，因此增加了整體系統(tǒng)容量。
一無線通信系統(tǒng)通常包含多個節(jié)點，例如基地臺及無線網(wǎng)絡(luò)控制器等等，節(jié)點典型地互相以有線方式連接，例如網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)或是蜂巢式網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點間互相通信并傳輸信息，例如回程信息。
然而，有線連接在建立回程網(wǎng)絡(luò)上的缺點便是太昂貴、時間消耗、以及網(wǎng)絡(luò)的變型或修改沒有彈性。尤其是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)必須要求節(jié)點互相連結(jié)，當新節(jié)點加入至網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)時，為回程建立新連接至該新節(jié)點就是很大的負荷(在成本和時間方面)。
實用新型內(nèi)容因此需要一種有效利用成本、較少時間消耗以及有彈性的方法及系統(tǒng)來建立回程網(wǎng)絡(luò)。
本實用新型是一種利用智能天線以建立一回程網(wǎng)絡(luò)的裝置和系統(tǒng)。本實用新型是直接使用智能天線以改善信元內(nèi)通信、增加生產(chǎn)量、以及形成至少一部份具彈性的回程網(wǎng)絡(luò)以傳送回程數(shù)據(jù)。本實用新型用于包含多個節(jié)點無線通信系統(tǒng)中，其中每一節(jié)點在一網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中連接在一起，至少一部份的節(jié)點提供一或多個智能天線，其配置以產(chǎn)生多個指向電波，具有一或多個智能天線的每一節(jié)點會維護一個表，其包含其它具有智能天線的節(jié)點、電波方向、以及用以傳輸信息至其它節(jié)點的組態(tài)信息。當來源節(jié)點需要傳輸回程數(shù)據(jù)至目標節(jié)點時，該來源節(jié)點擷取該目標節(jié)點的電波方向及組態(tài)信息，并以指向該目標節(jié)點的指向電波傳輸該信息。


圖1所示為根據(jù)本實用新型的多個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)方塊圖；圖2所示為根據(jù)本實用新型制造節(jié)點的方塊圖；圖3所示為根據(jù)本實用新型，使用智能天線在節(jié)點間傳輸信息的程序流程圖；以及圖4所示為根據(jù)本實用新型由一節(jié)點產(chǎn)生的電波模式示范圖。
具體實施方式
本實用新型適用于任何無線通信系統(tǒng)，其包含但不限制于分時雙工(TDD)、分頻雙工(FDD)及分時同步碼分多重存取(TD-SCDMA)，同樣地亦適用于全球移動通信系統(tǒng)(UMTS)、CDMA 2000、一般的CDMA、全球移動通信系統(tǒng)(GSM)、整合封包無線系統(tǒng)(GPRS)以及增強數(shù)據(jù)率GSM演進(EDGE)。
此后，專用術(shù)語「WTRU」包含但并未限制于一使用者設(shè)備(UE)、一移動臺、一固定或移動用戶單元、一呼叫器或可在一無線環(huán)境下操作任何形式的裝置。當本文此后提到專用術(shù)語「節(jié)點B」，其包含但并未限制于一基地臺、一站臺控制器、一存取點或是在無線環(huán)境下任何結(jié)識的接口裝置。
圖1所示為根據(jù)本實用新型的多個節(jié)點102a-n的網(wǎng)絡(luò)100方塊圖。至少一該節(jié)點，圖上所示為102n，連接至一核心網(wǎng)絡(luò)110。無線通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)絡(luò)運作是熟悉本技術(shù)的人士所熟知的，而且其并非本實用新型的重點，因此在這里并不會詳細解釋核心網(wǎng)絡(luò)110。
每一節(jié)點102a-n服務一或多個WTRUs(圖上未示)，其位于該節(jié)點102a-n的涵蓋區(qū)域之內(nèi)，該網(wǎng)絡(luò)110可為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)或是蜂巢式網(wǎng)絡(luò)。在本實用新型內(nèi)文中，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和蜂巢式網(wǎng)絡(luò)都傳輸回程信息，但在基礎(chǔ)上有所不同，蜂巢式網(wǎng)絡(luò)一般具有固定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)及回程連接，這些連接一般是點對點連接且不會有所改變，一節(jié)點傳輸回程數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡(luò)中另一位置的另一節(jié)點，且只傳送至那個位置。
而在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)方面，節(jié)點間的連結(jié)會改變，且因此該回程數(shù)據(jù)可在不同時間以另一路線傳輸至不同的節(jié)點，特別是在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，由于該回程連結(jié)可以隨時間改變，能調(diào)整智能天線使得可連接至不同節(jié)點而不會對其他節(jié)點產(chǎn)生過度的干擾便很重要。
至少一部份的節(jié)點102a-n提供至少一智能天線(之后將詳細說明)，且除了一般下載傳輸至WTRUs以及由WTRUs上載接收之外，還利用該智能天線傳輸回程數(shù)據(jù)至其它節(jié)點102a-n，這些節(jié)點102a-n有能力產(chǎn)生多個指向電波，并且引導該電波至方位方向。
網(wǎng)絡(luò)100被預期將包含有線連結(jié)的節(jié)點，以及使用智能天線的無線回程連接的節(jié)點，由于使用智能天線建立的連結(jié)可重新配置且指向不同的節(jié)點，因此增加系統(tǒng)的彈性。然而，至少一節(jié)點將具備有線連結(jié)至該核心網(wǎng)絡(luò)110及無線連結(jié)至其它節(jié)點，以便提供無線節(jié)點群組與實質(zhì)上是有線的核心網(wǎng)絡(luò)之間的連結(jié)，至少一部份的節(jié)點102a-n亦提供通過有線或?qū)Ｓ眠B結(jié)傳輸回程信息的能力，具有有線和無線回程連結(jié)的節(jié)點(圖上所示為102n，此后稱為混合節(jié)點)將連接到有線核心網(wǎng)絡(luò)110。換句話說，當節(jié)點經(jīng)由智能天線的幫助無線傳輸回程信息時，此回程信息終將通過該混合節(jié)點102n按路線至該核心網(wǎng)絡(luò)，因此混合節(jié)點102n能通過無線回程連結(jié)接收和送出回程信息至節(jié)點，同時還能接收和送出回程信息至該核心網(wǎng)絡(luò)110，借此形成橋接。
在一實施方式中，節(jié)點102a-n具有多個如同圖4所示的預設(shè)電波109a-h，且在多個電波109a-h間選擇一個以便指向一傳輸或接收。圖4所示八個方為電波，其皆可由每一節(jié)點102a-n產(chǎn)生，值得注意的是圖4所示的電波只是一個范例，任何數(shù)量的電波、電波模式或是任何形式的模式皆可執(zhí)行。
在另一個實施方式中，每一電波109a-h可實時產(chǎn)生和指向，而不需要從預設(shè)的位置集合中挑出。
節(jié)點102a-n可動態(tài)地或從多個有效位置中選擇電波109a-h方向，這在系統(tǒng)容量、數(shù)據(jù)生產(chǎn)量、干擾等等方面提供了最佳的效能。節(jié)點102a-n通常固定于一特定位置，因此一旦兩節(jié)點102a-n設(shè)定好一電波109a-h及組態(tài)，指向和組態(tài)便會儲存且之后不需修改變可使用。因為無線環(huán)境及流量負載長期下可能會有所改變，每一節(jié)點102a-n需有能力提供超過一個電波109a-h以連結(jié)至其它節(jié)點102a-n，因此每一節(jié)點102a-n監(jiān)控接收自其它節(jié)點102a-n的信號，以便判定無線環(huán)境，并動態(tài)地調(diào)整該電波指向及信號組態(tài)以達到系統(tǒng)效能最佳化。
該系統(tǒng)運作的一實施方式如下一第一選擇節(jié)點，例如節(jié)點102a，產(chǎn)生一電波并引導其朝向其它選擇節(jié)點，例如102b，此可借由調(diào)整用于該天線陣列組件的復合權(quán)值達成，如同典型地由電波形成天線陣列完成一般。在此同時，節(jié)點102a測量鏈結(jié)A至節(jié)點102b的品質(zhì)，鏈結(jié)A的品質(zhì)可借由信號噪聲比、位或幀錯誤率、或其它測量品質(zhì)指示器來測量。該傳輸節(jié)點102a找到最佳天線電波指向、最佳權(quán)值組合以最大化該鏈結(jié)品質(zhì)，并儲存該鏈結(jié)品質(zhì)測量和對應的電波指向(權(quán)值)。該傳輸節(jié)點102a替所有鄰近節(jié)點做這些事且儲存對應的品質(zhì)和電波信息。
任何節(jié)點102a-n能彈性地且無線地與其它節(jié)點102a-n連接或斷線，其借由選擇指向其它節(jié)點102a-n的一或多個電波。在圖1中，該第一節(jié)點102a使用指向電波A傳輸信息至該第二節(jié)點102b，且使用指向電波B傳輸信息至第四節(jié)點102d，指向電波A及指向電波B獨立控制且能同時傳輸，由于每一指向電波A及指向電波B僅朝一特定方位發(fā)送，因此并不會對其他節(jié)點102a-n或WTRUs造成過度的干擾。
圖2所示為根據(jù)本實用新型的節(jié)點202方塊圖。該節(jié)點202包含一智能天線204、一控制器206、一存儲器208以及一非必要的有線鏈結(jié)210。該有線鏈結(jié)210可鏈結(jié)至該核心網(wǎng)絡(luò)110或是其它節(jié)點。該節(jié)點202執(zhí)行一信號處理算法以適應使用者移動、無線頻率環(huán)境的改變、以及共同頻道干擾的多路徑。一無線資源管理(RRM)功能借由該控制器206執(zhí)行，以決定無線資源在該節(jié)點202中該如何配置。
智能天線204包含多個天線組件(圖上未示)，以在控制器206的控制下產(chǎn)生多個指向電波，每一電波作為介于該節(jié)點202及其它節(jié)點之間的無線連結(jié)，如同上文所述，因為節(jié)點202典型地為固定在一特定位置，因此兩節(jié)點間的電波指向和組態(tài)便可預先設(shè)定并儲存于存儲器208中。存儲器208維護一個包含其它節(jié)點、電波指向及每一其它節(jié)點的組態(tài)信息的表，當該節(jié)點202需要傳輸信息至其它節(jié)點，例如回程數(shù)據(jù)，該控制器206便會由該存儲器208中擷取對應的電波指向和組態(tài)信息，并產(chǎn)生一指向電波引導至一特定方向，且使用該電波傳輸該信息。
在混合節(jié)點102n方面，此程序在該智能天線204幫助下建立與其它節(jié)點的無線連結(jié)之后。當混合節(jié)點102n建立回程連結(jié)至該核心網(wǎng)絡(luò)110或其它節(jié)點時，并不需要組態(tài)信息或是電波選擇，因為有線鏈結(jié)210實體上是固定的，且總是提供兩節(jié)點之間的連結(jié)。
根據(jù)本實用新型，智能天線204較佳地具有多電波能力，其中每一電波可獨立使用，一節(jié)點202產(chǎn)生超過一個的指向電波以同時傳輸回程數(shù)據(jù)至多個其它節(jié)點。因為超過一個指向電波可能在相同的涵蓋區(qū)域使用相同的頻率，因此系統(tǒng)容量實質(zhì)上也有所增加。
具有數(shù)個電波的數(shù)個節(jié)點可耦合在一起，這使得改變連結(jié)及動態(tài)適應在無線環(huán)境中的改變變得很方便。舉例來說，兩節(jié)點之間可能提供兩電波以供連結(jié)，如果一電波受到過度的干擾，則該節(jié)點可切換到另一個電波以傳輸信息。
智能天線的使用使得節(jié)點間的回程鏈結(jié)具備彈性，因為每一節(jié)點配置以產(chǎn)生多個指向電波，且能引導該指向電波至任何方位方向，因此當新的節(jié)點加至該網(wǎng)絡(luò)100時，已經(jīng)存在的節(jié)點可借由簡單的設(shè)定新電波方向，及針對該新節(jié)點的配置以建立至新節(jié)點的連結(jié)，除此之外，當現(xiàn)存節(jié)點由該網(wǎng)絡(luò)100移除時，節(jié)點亦可輕易地由存儲器208刪除移除節(jié)點的電波指向及組態(tài)信息。本實用新型使得不需要額外設(shè)置或刪除設(shè)備便能建立或移除節(jié)點間的連結(jié)，值得注意的是本實用新型可于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)或蜂巢式網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行。
網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的一個強項是在于其產(chǎn)生新鏈結(jié)及刪除節(jié)點間其它鏈結(jié)的能力，其依靠多個因素，包含流量負載、干擾及個別節(jié)點效能。如同圖1所示，多個節(jié)點102a-n使用智能天線互相耦合，圖1中介于節(jié)點102a-n之間的線表示可能的鏈結(jié)A-F，控制可集中，借此至少一節(jié)點作為控制節(jié)點以控制節(jié)點間的連結(jié)，控制亦可分散，借此控制可分布于數(shù)個節(jié)點或所有的節(jié)點。如果指定一節(jié)點為控制節(jié)點，則該控制節(jié)點收集關(guān)于流量狀況及每一節(jié)點效能的信息，并決定由一節(jié)點至另一節(jié)點信息最佳傳輸?shù)牧髁柯肪€。
每一節(jié)點102a-n較佳地在其一或多個電波中傳輸一或多個信標信號，其提供對網(wǎng)絡(luò)運作有益的信息。舉例來說，該信標信號可傳輸現(xiàn)行功率等級、流量等級、干擾等級及其它參數(shù)。信標信號亦可包含存取、優(yōu)先權(quán)、安全、識別及其它形式的存取控制和安全控制信息。信標信號周期或非周期性的測量，且該參數(shù)用以作為調(diào)整節(jié)點間連結(jié)的基礎(chǔ)，以便找出最有效率的流量路線。根據(jù)本實用新型使用智能天線形成至少一部份無線回程連結(jié)，使得建立和調(diào)整節(jié)點間的連結(jié)有彈性并減少非必要的成本。
舉例來說，如圖1所示，如果第二節(jié)點102b和第四節(jié)點102s之間的流量負載太重，其它節(jié)點借由讀取節(jié)點102b、102d的信號信號得知兩節(jié)點102b、102d之間的流量狀況，其將在下文描述。如果該第一節(jié)點102a想要將流量排至該第五節(jié)點102e，如果可行的話，則將避免第二和第四節(jié)點102b、102d，且將通過第N個節(jié)點102n排定路線。
本實用新型不僅是具有提供彈性、無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點，現(xiàn)在亦可使回程信息(典型地經(jīng)由一有線線路發(fā)送)經(jīng)由同一個通過智能天線的彈性鏈結(jié)發(fā)送。根據(jù)本實用新型執(zhí)行此雙使用智能天線機制的形式，亦是顯著勝過現(xiàn)行無線通信系統(tǒng)的優(yōu)點。
圖3所示為根據(jù)本實用新型，利用智能天線進行節(jié)點間信息傳輸?shù)某绦?00流程圖。至少一部份節(jié)點提供至少一智能天線，其配置以產(chǎn)生多個指向電波，且接著獨立地引導方位(步驟302)。每一電波除了一般下載至WTRUs的流量及由WTRUs上載的流量之外，還用以作為至其它節(jié)點的無線連結(jié)。每一節(jié)點維護一表，其包含其它節(jié)點及電波指向及用以傳輸至其它節(jié)點的組態(tài)信息(步驟304)。必須注意的是，步驟320和304典型地根據(jù)設(shè)定好的系統(tǒng)或是重新配置系統(tǒng)，以執(zhí)行接受或刪除節(jié)點的動作，且典型地將不需要在正常運作下形成。當一來源節(jié)點需要傳輸至目標節(jié)點時，該來源節(jié)點由存儲器中擷取目標節(jié)點的電波指向和組態(tài)信息，并使用該電波指向及組態(tài)信息產(chǎn)生一指向電波(步驟306)。一旦一節(jié)點被選擇用來傳輸回程數(shù)據(jù)，基于鏈結(jié)品質(zhì)及其它例如流量密度的考量，該傳輸節(jié)點由該表中選擇該電波指向(權(quán)值)，且將用于該天線上。
因為環(huán)境可能改變，用以測量鏈結(jié)品質(zhì)及儲存相關(guān)信息的程序可能需要周期性的執(zhí)行，且電波指向調(diào)整也是必須的。該來源節(jié)點接著以產(chǎn)生的指向電波傳輸至該目標節(jié)點(步驟308)。
在一個非必要的步驟中，網(wǎng)絡(luò)的改變可能發(fā)生，借此一新的節(jié)點可能加入至該網(wǎng)絡(luò)中，一個現(xiàn)存節(jié)點可能由網(wǎng)絡(luò)中移除，或是無線頻號或其它狀態(tài)可能有所改變。為了適應這些改變，其它節(jié)點會更新反應這些改變的電波指向和組態(tài)信息表(步驟310)。
盡管本實用新型的特征和組件皆于實施例中以特定組合方式所描述，但實施例中每一特征或組件能獨自使用，而不需與其它特征或組件組合，亦能與/不與本實用新型的其它特征和組件做不同的組合。
權(quán)利要求1.一種無線通信系統(tǒng)，用以利用至少一智能天線以建立一回程網(wǎng)絡(luò)，其特征在于該系統(tǒng)包含多個節(jié)點，每一節(jié)點包含一智能天線，用以產(chǎn)生多個指向電波；一存儲器，用以儲存鄰近節(jié)點的表，其中每一節(jié)點連結(jié)至該表，以及用于傳輸信息至該鄰近節(jié)點的電波組態(tài)信息；以及一控制器，用以選擇一特定指向電波以傳輸一特定信息至另一節(jié)點。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于該多個節(jié)點包含一網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于多個節(jié)點包含一蜂巢式網(wǎng)絡(luò)。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于每一節(jié)點使用多于一電波來連結(jié)，借此一電波在提供以連結(jié)的電波間適當?shù)厍袚Q。
5.一種無線通信節(jié)點，用以在一無線通信系統(tǒng)中利用至少一智能天線以建立一回程網(wǎng)絡(luò)，該無線通信系統(tǒng)包含多個節(jié)點，其特征在于該節(jié)點包含一智能天線，用以產(chǎn)生多個指向電波；一存儲器，用以儲存鄰近節(jié)點的表，其中每一節(jié)點連結(jié)至該表，以及用于傳輸信息至該鄰近節(jié)點的電波組態(tài)信息；以及一控制器，用以選擇一特定指向電波以傳輸一特定信息至另一節(jié)點。
6.如權(quán)利要求5所述的節(jié)點，其特征在于該多個節(jié)點包含一網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。
7.如權(quán)利要求5所述的節(jié)點，其特征在于多個節(jié)點包含一蜂巢式網(wǎng)絡(luò)。
8.如權(quán)利要求5所述的節(jié)點，其特征在于每一節(jié)點使用多于一電波來連結(jié)，借此一電波是在提供以連結(jié)的電波間適當?shù)厍袚Q。
專利摘要本實用新型提供一種裝置和系統(tǒng)，用以利用智能天線在節(jié)點間傳輸信息。一種無線通信系統(tǒng)包含多個節(jié)點，且每一節(jié)點能互相連結(jié)，至少一部份節(jié)點提供一智能天線，其是經(jīng)配置而產(chǎn)生多個指向電波，每一節(jié)點維護一表，其包含其它節(jié)點及用以傳輸信息至其它節(jié)點的電波組態(tài)信息。當一來源節(jié)點需要傳輸至一目標節(jié)點時，該來源節(jié)點擷取電波組態(tài)信息并以指向該目標節(jié)點的指向電波傳輸。
文檔編號H04L12/56GK2877150SQ20052010954
公開日2007年3月7日 申請日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月10日
發(fā)明者費堤·M·歐茲魯特 申請人:美商內(nèi)數(shù)位科技公司