CN1981550B - 站内切换中的数据处理 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是站内切换过程中的数据处理。基站(100)的至少两个定向天线(140；160)接收源自移动单元(400)的用户数据携带信号，其中该移动单元位于天线(140；160)的重叠无线电覆盖范围(14；160)所限定的站内切换区域(15)中。定向天线(140；160)执行接收数据信号的初数据信号检测，从而产生检测用户数据。然后，来自定向天线(140；160)的检测用户数据将被联合处理，以便产生已处理用户数据。性能损失则是通过在切换区域(15)内部提供不同的定向天线(140；160)的天线增益来补偿的。由此，在该区域(15)中可以获得与现有技术解决方案相似的无线电覆盖范围，但是与天线相关的设计的复杂度则相对较低。

Description

站内切换中的数据处理

技术领域

本发明主要涉及通信***中的数据处理，尤其涉及的是在此类***的站内切换过程中实施的数据处理。

背景技术

典型的蜂窝无线电通信***包含了用于向***中存在的移动单元和用户设备提供通信资源的多个(无线电)基站(RBS)。通常，基站具有多个(例如至少两个)与之关联的定向天线单元，而这些天线单元则可以在基站的总覆盖区域内部的几个分离扇区或小区中提供通信服务。

为了使移动单元在通信会话过程中能在不同小区之间无缝移动，通常，相邻小区的无线电覆盖区域至少是局部重叠的。在本领域中，这种重叠的覆盖区域被称为切换区域或部位。

切换区域的大小是由测量控制参数决定的。其中一个最小区域要求是：对从一个基站和/或小区行进到另一个基站和/或小区的移动单元来说，在其因为信号质量不足而丢弃其与旧小区的通信链路之前，该移动单元有时间来测量、报告、配置以及同步到新的基站/小区。

对从不同基站(或站点)上的小区开始的移动以及从相同站点上的小区开始的移动来说，这其间的操作是存在显著差异的，其中前者被称为软切换，而后者则被称为更软切换。

对更软(站内)切换来说，单个基站使用其不同的定向天线而在每个小区中向移动单元传送相同信息，由此将会创建发射宏分集增益。相应地，从移动单元传递的信号是通过单个基站内部的不同的小区无线电硬件(天线设备)接受的。然后，从这些小区接收的未处理信号通常是使用最大比合并(MRC)或是相等配置的接收机或检测器而被直接组合的。一般来说，与那些用于软切换的信息合并技术相比，MRC要更为优越，而在用于软切换的信息合并技术中，移动单元发起的数据是由不同基站接收和处理的。

但是，更软切换和MRC信号接收处理隐含了涉及基站中的天线相关设备的限制及其复杂度。举例来说，在更软切换中，指定基站的所有内部小区无线电电路都必须能被基站中的所有接收机充分访问。由此，这种复杂度将会受到分集路径或可用无线电电路的影响，特别地，对基于多天线的RBS结构或装置来说，这种复杂度是很高的。此外，由于软切换在无线电接入网络中具有相应的控制信令，因此，随着用于信号的通信路径数量的增多，基站将会传送更多的信号，这样则会更多地组合发射能量，由此转而导致覆盖和/或传输区域增大。覆盖和/或传输区域的增大还会提高干扰电平，由此影响***的干扰状况。此外，通信路径数量的增长还减损***的容量资源。总而言之，使用更软切换和MRC的无缝移动通信通常会产生最佳的统计衰减减小结果，然而这是以更复杂的天线元件、增大的干扰以及减小的容量为代价的。

发明内容

本发明克服了现有技术方案中的这些缺陷以及其他缺陷。

本发明的一个目的是在通信***中提供一种增强的站内切换过程。

本发明的另一个目的是在通信***中提供一种适合在站内切换过程中使用的数据处理。

本发明的再一个目的是在通信***中提供一种适用于站内切换过程并与天线相关的简单基站架构。

这些目标和其他目标是通过附加的专利权利要求所限定的发明来满足的。

简要的说，本发明涉及的是无线电通信***中的站内切换过程以及在此类站内切换过程中实施的数据处理。处于站内切换区域并与基站的至少两个定向天线单元相连的移动单元产生并且发射携带了用户数据的信号。这些用户数据信号由定向天线单元接收并被实施初始检测和处理，从而产生第一和第二检测(解调)用户数据。由于天线相关单元的限制和非最优性能，这种数据信号检测处理将会导致性能损失，而这将会使定向天线单元无法在切换区域中提供非常大的无线电覆盖范围，但却仍旧能够成功地处理和解译用户数据信号。

根据本发明，为了平衡或补偿初始信号检测和处理的检测性能损失，站内切换过程中涉及的至少一个定向天线的天线波束将被调整，以便在站内切换区域内部增大天线增益。由此，与通过提供复杂的天线和基站装置而在切换区域中提高性能以及无线电覆盖范围所不同，本发明是通过增大该切换区域中的天线增益来解决这个问题的。这意味着与现有技术的天线方案相比，至少在站内切换过程中，在这部分天线波束或小区中将会得到更高的天线增益电平。

此外，从定向天线单元检测到的用户数据随后将被实施联合处理，以便给出经过解调和处理的用户数据。这种联合数据处理可以作为一种数据集合选择和/或合并处理来加以实现。然后，最终得到的经过处理的用户数据可以被转发到通信***中的其他网络单元和/或传送到其他移动单元。

非常有利的是，这种联合处理还可以使用与相应检测用户数据相关联的软信息，例如质量指示符或估计，以便进一步提高定向天线的性能。

本发明的不同天线增益调整可以通过将一个或多个定向天线单元的方向重新分布到该切换区域来实现，这一点将会在下文中得到更详细的描述。概括的说，这种天线增益调整旨在平衡数据信号检测和处理过程中的无线电性能损失，以使最终得到的与用户数据处理相关联的总的性能仍旧满足要求，并且仍旧能够在切换区域中实现足够的覆盖区域。

这种天线增益和覆盖范围的差别增长可以通过重新分布天线图其他部分在水平方向的方向性来实现。例如，如果以天线波束剩余部分的最大可获取增益为代价，那么天线波束的(3dB)波束宽度有可能增大。但是，对通过重新分布水平方向的方向性所实现的峰值天线增益的较轻微减少来说，这种减少可以通过轻微提高天线高度和/或减小通信***中的损耗来加以补偿。

作为选择或是补充，通过将定向天线的天线波束(虚拟)划分到不同的波束区段中，然后基于不同的目标来施加关于这种单个波束区段形状的差分调整，同样可以实现切换波束中的天线增益调整。优选地，这种划分将会产生至少一个切换波束区段以及一个主波束区段。然后，切换波束区段的形状将被调整，以便在这个波束区段内部提供至少一个最小天线增益(无线电覆盖范围)，以及优选提供一个最小间隔角。

天线增益的增大可以通过以机械方式调整一个或多个定向天线单元的机械结构来实现，其中该机械结构可以是反射板、接地平面和/或次级辐射器。此外，如果定向天线单元是具有多个天线的天线阵，那么预期的波束形状可以通过调整天线的相对幅度和/或相位激励来获得。

联合处理步骤可以作为一个选择处理来实施，其中移动单元与定向天线单元之间的通信信道的信号或链路质量将被估计和比较。此后，经过处理的用户数据是基于与具有当前最佳链路质量的通信信道相关联的检测用户数据产生的。作为选择，从基站中的定向天线波束检测到的用户数据可以进行组合，以便提高和改进信息内容的正确性。无论哪一种情况，该联合处理都可以在相关的基站或外部网络单元中执行，例如无线电网络控制器或基站控制器。

本发明提供了下列优点：

·与站内切换所涉及的现有技术设计相比，本发明提供了复杂度以及与昂贵天线的关联度降低的基站设计；

·由于减少了用户数据信号所必需的通信路径的数量，因此本发明降低了干扰电平；

·由于减少了用户数据信号所必需的通信路径的数量，因此本发明释放了通信资源并且提高了容量；以及

·与复杂和高成本的现有技术中的天线相关解决方案相比，本发明提供了保持相似或是有所改进的无线电覆盖范围。

通过阅读下文中关于本发明实施例的描述，可以了解本发明所提供的其他优点。

附图说明

通过结合附图来参考下文中的描述，可以最佳地理解本发明以及本发明的其他目标和优点，其中：

图1是可以实施本发明的教导的通信***中的一部分的示意概观图；

图2是描述两个相邻天线波束的示意图，该天线波束比较的是依照现有技术的软切换和更软切换在切换区域中的增益；

图3是描述依照本发明的数据处理方法的流程图；

图4是描述依照本发明优化的两个相邻天线波束实例的示意图；

图5是描述图3方法中的天线增益增大步骤的实施例的流程图；

图6是描述图3方法中的天线增益增大步骤的另一个实施例的流程图；

图7是描述依照本发明优化的两个相邻天线波束的另一个实例的示意图；

图8是描述依照本发明优化的两个相邻天线波束的再一个实例的示意图；

图9是描述图3中的联合处理步骤的实施例的流程图；

图10是描述图3中的联合处理步骤的另一个实施例的流程图；

图11是描述图3中的数据接收步骤的实施例的流程图；

图12是描述依照本发明的基站的示意框图；

图13是描述图12的天线波束调整器的实施例的示意框图；

图14是描述图12的天线波束调整器的另一个实施例的示意框图；

图15是描述图12的数据处理器的实施例的示意框图；

图16是描述图12数据处理器的另一个实施例的示意框图；以及

图17是描述依照本发明的无线电网络控制器的示意框图。

具体实施方式

在所有附图中，相同的参考字符将被用于相应或相似的部件。

本发明涉及的是与无线电通信***中的站内切换过程相关联的数据处理。本发明提供了一种新颖的站内切换操作，与现有技术中的***相比，该操作可以降低天线复杂度并且减小通信***中的干扰电平，但是无线电覆盖范围和容量则仍旧保持或是有所改善。

图1是可以实施本发明的教导的无线电通信***1的一部分的示意概观图。在图1中，为了简化图示，所显示的仅仅是本发明所涉及的装置和单元。通常，本发明是可以应用于不同类型的通信***1的，这其中包括GSM(全球移动通信***)***、WCDMA(宽带CDMA)之类的不同CDMA***、时分多址(TDMA)***、频分多址(FDMA)***或是其他任何使用了任何一种多址接入方法的无线电通信***，例如正交频分多址(OFDMA)***。

无线电通信***1包括多个无线电基站(RBS)或基站收发信机100、200，但在图中则仅仅图示了两个。RBS 100、200允许在其提供的无线电覆盖区域10、20内使用通信服务。在该图中，RBS 100被图示成具有多个相关联的定向天线单元120、140、160，这些天线单元在不同的区段或小区12、14、16中提供了无线电覆盖，该区段或小区12、14、16则处于基站100所在站点所具有的总的无线电覆盖区域10中。RBS 100可以包括三个定向天线波束120、140、160，这些天线单元具有图中所示的不同主方向。但是，本发明同样适用于别的天线结构，这些天线结构可以包括多个、也就是至少两个定向天线，例如2、3、4、或12个定向天线。

定向天线120、140、160可以被配置成共同在RBS 100周围的通用区域中提供总的无线电覆盖范围10，其中该覆盖范围可以是圆形、六边形或星形的。但是，对安排在RBS 100中的定向天线120、140、160来说，其总的覆盖区域也可以仅仅构成通用区域的一部分或是一个区段。举例来说，如果省略了定向天线120，那么RBS 100在12所表示的区域内部是不会提供无线电覆盖的。当网络运营商没有兴趣在某些区域中提供无线电覆盖进而没有提供通信服务的时候，这时有可能出现这种情况，而对这些区域来说，这些区域有可能包含了大量的山地或其他物体，从而导致移动单元400的用户无法访问该区域。无论哪一种情况，与RBS 100或站点相关的相邻小区14、16最好部分重叠15，以便允许移动单元400在进行通信会话的同时执行无缝移动。同样，相邻站点或基站100、200的小区12、22也是局部重叠13的。

为了便于理解本发明，在下文中将会简要描述WCDMA无线电通信***1例示的站内或更软切换过程以及站间或软切换过程。正如本领域中已知的那样，移动单元400间歇性或周期性地测量处于所谓的有效集中的一个或多个通信信道的信号质量。这个有效集包含了移动单元400当前连接的那些小区14、16。优选地，移动单元400还对所谓的候选集中的通信信道的信号质量进行测量。这个候选集包含了有效集中的一个或多个小区14、16的相邻小区12。然后，这些信号质量测量结果将被报告给一个与基站100相连并对其进行管理的中心单元，在图中，这个中心单元是用无线电网络控制器(RNC)300表示的。然后，RNC 300将会基于接收到的测量数据来验证是否应该为移动单元400触发和执行切换过程。

然后，在以软切换为开始的情况下，移动单元400将会出现在站间切换区域13中，在该区域中，不同站点或RBS 100、200中的至少两个小区12、22的无线电覆盖范围是重叠的。这些小区120、220的定向天线由RNC 300所控制，以便检测源自移动单元400的相同用户数据信号。此外，在移动单元400与两个天线120、220之间的通信链路上同样会执行信号或链路质量测量。然后，所检测到的并且经过了处理的用户数据将会与链路质量数据一起从两个基站100、200转发到RNC 300。之后，RNC 300通常会以每一个数据帧或组块为基础而从当前根据质量测量而被确定为具有最佳链路质量的通信链路中选择经过处理的用户数据，以便对两个接收数据流执行选择分集合并(SDC)。由此，一般来说，仅仅由单个定向天线接收的用户数据信号内容主要是被用于通信***1中的进一步处理。

但是，在站内切换过程中，移动单元400处于一个站内切换区域15之中，在该区域中，同一站点中的两个相邻小区14、16的无线电覆盖范围是局部重叠的。在这种切换形式中，来自相关基站100的所有接收机(定向天线120、140、160)的无线电电路(chain)都必须是互连的。在图1图示的实例中，如果为每一个定向天线120、140、160配备了两个接收机(创建上行链路分集接收)，那么将会导致产生6个无线电电路。在基站100中直接合并从所有可用接收机和无线电电路接收的未处理的用户数据携带信号，通常依照最大比合并(MRC)或等价的合并技术进行所述直接合并。由此，与软切换的选择合并相比，通过在数据合并中使用来自多个接收机的未处理数据信号，在这里可以实现更为优越的数据处理以及改进的检测性能。但是，这是以天线相关设备以及基站架构的增多为代价的。另外，正如背景技术部分所论述的那样，***的干扰电平将会增大。此外，数量增多的通信路径将会占用***1的通信资源，例如码、频率和/或时隙，由此影响***1的容量。

图2是描述依照现有技术解决方案的两个相邻小区的最大比覆盖范围(天线波束)40、60的天线图。首先，假设这两个站点属于不同的站点，也就是说，这两个站点是安排在物理分离的基站中的。在软切换过程中，通过使用现有技术中的数据处理，软切换区域中的性能以及最终的最大比覆盖范围是由图中表示的“软切换”决定的。但是，通过在更软切换过程中应用更复杂的基于MRC的数据处理，在这个切换区域内部通常可以获得更高的性能和无线电覆盖范围(图中的“更软切换”)。因此，与使用现有技术而在切换区域内部实施的软切换相比，更软切换通常会实现更高的性能。

在更软切换中，本发明提供的性能和无线电覆盖范围类似于现有技术中的数据处理，但是这是在复杂度降低、硬件设备廉价、干扰电平减小以及***容量提升的情况下实现的。

图3是依照本发明一个实施例的用户数据处理方法的流程图。在该方法中，在切换过程中处理从一个位于站内切换区域的移动单元始发的用户数据携带信号，在这个站内切换区域中，同一个基站或站点的两个相邻定向天线单元的无线电覆盖范围是重叠的。与通过提供复杂的与天线相关的基站装置而在切换区域中实现增强的性能以及无线电覆盖范围所不同，本发明是通过在步骤S1中增大切换区域中的定向天线的天线增益来解决这个问题的。这意味着与现有技术的天线装置相比，至少在站内切换过程中，在这部分天线波束或小区中可以获得较高的天线增益电平。如上所述，在站内切换过程中，移动单元同时与安排在同一个RBS中的至少两个相邻的定向天线单元相连。在这个天线增益增大步骤S1中，可以调整和提高所述至少两个定向天线单元中的某一个单元在切换区域中的天线增益。作为选择，这两个相邻天线单元的天线增益也可以同时提高。这种差分调整天线增益的处理可以通过将一个或多个天线单元的方向或可用天线能量/增益重新分布到这个切换区域中来实现，并且在下文中将会就此进行论述。通常，这种天线增益调整的目的是在依照本发明并使用了某种简单信号解调和检测的数据信号处理过程中补偿或平衡性能损失，这其中包括无线电覆盖范围损失。

在接下来的步骤S2中，两个相邻的定向天线单元将会接收处于切换区域中的移动单元发出的(无失真)用户数据RF信号。不同天线单元接收的用户数据信号包含了相同的信息内容。但是，举例来说，由于信道衰落和同信道干扰的有害效应，所述至少两个天线单元接收的数据信号的质量有可能存在差异。因此，RNC或RBS要求这两个定向天线单元连接(侦听)这个移动单元，以便通过单个RBS中的这两个小区无线电硬件设备(定向天线单元)来接收移动单元传递的信号。然后，在步骤S3中，在各个定向天线单元中或是结合这些天线单元来执行初始信号处理或检测。这个用户数据信号检测包含了那些通常在接收机中执行的初始步骤，例如解调、A/D转换、用户数据再生以及解码。但是，由于检测设备的限制和有限操作，这个信号检测将会略微降低定向天线的最大性能，例如其在所提供的无线电覆盖区域中的最大性能。因此，由于这种性能(信息)损失，如果没有在步骤S1中增大切换区域中的天线增益，那么定向天线单元将无法在切换区域中提供非常大的无线电覆盖范围，但却仍旧能像复杂的现有技术MRC解决方案那样成功地处理和解译用户数据信号。然后，增大的天线增益可以被视为是对使用复杂度降低的廉价用户数据处理技术的补偿，以及对MRC和等价的未处理RF信号合并所导致的性能增益损失的补偿。然后，在最后一个步骤S4中，来自两个相邻定向天线单元的第一和第二检测和解调(信息减少)数据将被联合处理。这种联合处理的结果是获得了可供通信***使用的已处理用户数据，其中举例来说，该用户数据可以传送到另一个移动单元或另一个网络单元。这种联合处理可以作为对具有最佳数据内容的检测用户数据进行选择的处理来实现，其中举例来说，该选择是基于信号质量比较来确定的。作为选择，在这个联合处理步骤S4中还可以使用用户数据合并。然后，该方法将会结束。

在本发明的第一实施例中，检测(解调)用户数据包含了一个控制数据部分和一个净荷数据部分。因此，步骤S4中的联合处理可以作用于检测用户数据的控制数据部分、净荷数据部分或是控制和净荷数据部分。

此外，该联合处理还可以在安排了定向天线单元的RBS中执行，例如在初始信号检测(解调)之后或者在解码之后执行。然后，最终得到的已处理用户数据将会从这个RBS传送到外部单元，例如RNC。作为选择，所产生的(第一和第二)检测用户数据可以从该RBS传送到一个外部的联合数据处理器，例如在与该RBS相连的RNC或BSC(基站控制器)中提供的处理器。

图4是对在没有实施MRC合并的情况下的现有技术解决方案中的两个相邻定向天线波束的无线电覆盖范围(虚线)40、60以及可以依照本发明获得的相应覆盖范围45、65进行比较的天线图。从图中可以明显看出，这两个定向天线单元的天线波束45、65在切换区域或部位中是局部重叠的。在本发明中，在这些相邻定向天线单元中，至少有一个天线单元的天线增益在该切换区域中是增大的。由此，在总的无线电覆盖范围的这一部分之中可以获得提升的性能和覆盖范围。

天线增益和覆盖范围的这种差别增大可以通过重新分布天线图中其他部分在水平方向的方向性来实现。例如，如果以天线波束剩余部分的最大可获取增益为代价，那么天线波束40、60的(3dB)波束宽度有可能增大。但是，对通过重新分布水平方向的方向性所实现的峰值天线增益的较轻微减少来说，这种减少可以通过轻微提高天线高度和/或减小通信***中的损耗来加以补偿。

对因为天线方向性的重新分布所导致的天线增益提升来说，这种提升可以通过机械方式的调整来实现，其中举例来说，所述机械调整可以是移动和/或旋转一个或多个定向天线单元的机械结构。这种机械结构可以是天线辐射器周围的反射板，天线辐射器后方的接地平面和/或对来自辐射器的能量进行耦合的结构，例如次级辐射器。此外，如果该定向天线单元是具有多个天线的天线阵，那么预期的波束形状可以通过调整天线的相对幅度和/或相位状态或激励来实现。正如本领域技术人员所理解的那样，依照本发明，任何导致该切换区域中的天线增益和覆盖范围增大的过程都是可以使用的。

由此，在站内切换中，本发明可以实现与基于MRC的复杂用户数据处理相类似的无线电性能，但是本发明的复杂度和设备成本则相对较低。

图5是图3中的天线增益增大步骤的一个实施例的流程图。在步骤S11，其中会通过例如将天线单元的方向性重新分布到切换区域中来增大定向天线单元的天线波束的(3dB)波束宽度。然后，该方法将会继续进行到图3中的步骤S2。

图6是图3中的天线增益增大步骤的另一个实施例的流程图。在本发明的这个实施例中，其中定义了定向天线单元的天线波束所具有的不同的波束区段部分。然后，这些波束区段的形状将会基于不同的目标和需要而被优化。在一个优选实施例中，至少定义了定向天线单元的总的天线波束中的至少第一或切换相关波束区段。优选地，这种波束区段定义是通过在步骤S21中将定向天线单元的天线波束至少(虚拟)划分成切换波束区段和第二或主波束区段来实施的。在步骤S22中，切换波束区段的形状是通过在这个切换波束区段中提供定向天线的最小天线增益而被调整的。因此，该波束区段中的天线增益应该超出最小阈值，而这个最小阈值的值则是基于***中的切换参数设置来决定的。作为补充或是替换，在这里较为优选的是提供一个大于角阈值的切换波束区段间隔角。而这个角阈值的值则是基于***中的切换参数设置来决定的。因此，这个切换波束区段的角度大小将会与(站内)切换要求相适应，并且通过选择该阈值，可以允许触发和结束用于穿过所述切换波束区段的移动单元的切换过程。在可选步骤S23中，其中对主波束区段的形状进行了优化和调整。该优化是通过最大化这个主波束区段中的定向天线的天线增益来实现的。然后，该方法将会继续进行图3中的步骤S2。

优选地，切换波束区段被定义为这样一个天线波束部分，在该部分中，与定向天线单元及其在切换波束区段中的相邻天线单元相关联的接收信号电平的差值要小于第一阈值T₁。在第一实施例中，相关信号电平是一个或多个定向天线测得的信号强度电平。这个信号电平是基于由移动单元传送并由天线接收的数据而被测量和确定的。在第二实施例中，接收信号电平由移动单元确定并被报告给一个或多个定向天线。由此，在这个实施例中，移动单元接收和测量的数据是由一个或多个定向天线传送的。

无论哪一种情况，正如本领域中已知的那样，接收信号电平通常会因为与定向天线或移动单元之类的信号源之间的距离的增大而降低。因此，对定向天线来说，接收信号电平会因为天线与小区边缘边界距离的增大而降低，对朝向小区边界的角移动来说则更是如此。这种无线电距离反映了在逐渐远离信号源时的功率损耗。应该指出的是，对与信号源的无线电距离相等的两个点来说，这两个点与信号源的地理距离未必是相等的。山脉、建筑物以及类似的物体都有可能局部阻拦或减小接收单元接收的信号，由此导致在某些方向上出现较大的传播损耗。

另外，对于与定向天线单元关联并且优选与相邻定向天线单元相关联的接收信号电平来说，所述接收信号电平最好超出一个第二阈值T₂。然后，不满足这两个条件的天线波束部分将被定义为主波束区段。

优选地，第一阈值T₁和第二阈值T₂的值是由***中使用的切换参数设置决定的。在确定T₁和T₂的值的过程中可以使用单个或多个切换参数。另外，在产生这两个阈值T₁和T₂的过程中也可以使用一个或多个相同的切换参数或不同参数。

图7是描述安排在RBS中的两个相邻定向天线单元的天线波束或无线电覆盖范围40、60的天线图。这些天线的天线波束40、60是由上文中结合图6所描述的本发明的实施例来优化的。因此，该定向天线的天线波束40至少被(虚拟)划分成了切换波束区段42以及主波束区段44。如果安排了定向天线的基站在某个通用区域中提供无线电覆盖，那么在图中的波束40的左边将会提供相应的天线波束。在这种情况下，天线波束40将会包括第一切换波束区段42、主波束区段44以及第二切换波束区段(未图示)。但是，基站也可以只在一部分区域中提供无线电覆盖，由此如图中所示，天线波束40及其定向天线单元分别只具有单一的相邻波束60以及定向天线单元。在这种情况下，主波束区段44将会构成除切换波束区段42之外的波束区段40的剩余部分。

如图中所示，在切换波束区段42内部，与两个相邻定向天线单元相关联的接收信号电平的差值要小于第一阈值T₁。此外，在这个切换波束区段42中，与定向天线单元以及优选还与相邻定向天线单元相关联的接收信号电平要高于第二阈值T₂。

为了最大化无线电通信***的性能，在这里应该天线波束区段的形状或参数、切换参数设置进而是阈值T₁和T₂进行优化，以使切换波束区段42中的天线增益超出最小阈值T_min以及使切换波束区段42的间隔角最好大于角阈值T_A。阈值T1的值应该尽可能小，而波束区段42中的接收信号电平则尽可能高于阈值T₂。此外，较为优选的是最大化主波束区段44中的天线增益。

从图7的天线图中可以明显看出，在本发明的这个实施例中，通过对定向天线天线波束所具有的不同子区段42、44进行最终优化，可以产生一个与现有技术天线所具有的常规平滑“余弦形”或“水滴形”不同的总的波束形状。取而代之的是，依照本发明，切换波束区段42中的无线电覆盖范围通常大于现有技术的解决方案，而这将会在这个波束区段42中产生“膝盖形”外观的天线波束40。切换区域或波束区段42中的无线电覆盖范围的增大将会产生与现有技术中基于MRC(或等价合并)的更软切换过程相类似的无线电性能和覆盖范围。

通过本发明可以了解，在某些情况下，切换波束区段42内部的定向天线增益实际有可能因为切换参数或阈值(T_min)的变化而减小。然而一般来说，与结合了MRC或等价技术的现有技术***相比，在切换区域或波束区段42中，本发明的定向天线差不多始终提供的都是较高的增益电平。

图8是依照本发明优化的两个定向天线波束40、60的另一个天线图的图示。在这个实施例中，天线波束40、60具有非对称形状，并且其最大增益(无线电覆盖范围)处于或接近于切换波束区段42。在跟随天线波束40而从切换波束区段42和最大增益进入主波束区段44时，接收信号能量(最大无线电距离)将会逐渐减小。然而，在进入切换波束区段42或波束区段的其他末端(它可以是第二切换波束区段或是构成主波束区段的一部分)的时候，最大可允许无线电距离将会依照所传播的距离而快速下降，从而减小针对相邻小区的干扰并且避免将定向天线的信号能量扩展到相邻的小区中。

与图7相似，在切换波束区段42中，接收信号电平超出了第二阈值T₂，并且在这个切换波束区域42中，两个相邻定向天线单元的接收信号强度的差值要小于第一阈值T₁。如上所述，这些相应阈值T₁和T₂的值是基于***切换参数的设置而被确定的。

这种在不同波束区段划分天线波束并且随后通过执行波束区段形状的差别优化而在切换区域中提供提升的天线增益的原理还可以扩展成将天线波束划分成三个以上的波束区段。

图9是图3中的联合处理步骤的一个实施例的流程图。该方法是从图3的步骤S3开始继续进行的。在接下来的步骤S31中，其中将会为至少两个定向天线单元确定并比较其与移动站相连的通信链路的信号或链路质量。这些链路质量可以基于从移动单元和/或天线单元获得的测量数据而被计算或估计。通常，可以依照本发明使用的非限制性的链路质量实例包括SNR(信噪比)、SIR(信号干扰比)、BLER(组块差错率)、BER(比特差错率)以及BEP(比特差错概率)。在步骤S32中，其中将会基于链路质量的比较来选择通信链路。这个通信链路是基于比较所确定的(在所比较的链路中)具有当前最高或最佳链路质量的链路。经过处理的用户数据则是基于与步骤S33中选定的链路相关联的检测用户数据而产生的。

由此，通过选择当前最合适的通信链路，具有最正确的数据内容的检测用户数据将被选择，以便在***中进行进一步的处理。如果检测数据包含了控制和净荷数据部分，那么信号质量估计可以基于控制部分、净荷部分或控制和净荷部分的测量而被确定。

优选地，图9中的步骤S31～S33是基于通信组块或帧来执行的。然后，该处理能在任何时刻选择当前“最佳的”检测用户数据。作为选择，质量测量产生和比较处理以及数据选择处理也可以周期性或间歇性地执行。在这种情况下，与选定链路相关联的检测用户数据流将被用于产生已处理用户数据，直至执行新的比较为止。

此外，步骤S31～S33也可以在安排了定向天线单元的RBS中执行。作为选择，这些步骤还可以在外部单元中执行，例如与RBS相连的RNC。这意味着站内切换是作为常规软切换由RNC处理的，其中包括在RNC-RBS接口分离小区数据流。这样做将会导致RNC结构发生变化，由此站点内部的区段或小区将被配置成独立小区，也就是说，所有的切换区域都是作为软切换区域配置的，并且在***中是不存在更软切换区域的。

图10是描述图3中的联合处理步骤的另一个实施例的流程图。该方法是从图3的步骤S3开始继续进行的。在接下来的步骤S41中，将会合并来自两个相邻定向天线单元的第一和第二检测用户数据的信息内容。这种数据合并的结果是得到了经过处理的用户数据。与使用单个用户数据源相比，通过使用来自这两个检测用户数据的信息作为已处理用户数据生成的基础，定向天线通常可以提供更高的无线电性能和覆盖范围。然后，该处理将会使得***能在很遥远的区域中正确解译和处理源自移动单元的用户数据，其中在所述遥远的区域中，接收用户数据的质量通常很差，如果在已处理用户数据生成过程中仅仅使用两个检测用户数据流中的一个数据流，那么几乎是无法实现成功处理的。由此，与选择实施例相比，通过结合本实施例，通常可以在切换区域中获得更大的无线电覆盖范围。

如上所述，步骤S41既可以在RBS中执行，也可以在RNC之类的外部单元中执行。此外，步骤S41的数据合可以只在净荷数据部分或控制数据部分执行。作为选择，在合并处理中也可以使用全部的检测用户数据(控制和净荷)。

图11是描述图3中的用户数据信号检测步骤实施例的流程图。在这个实施例中，定向天线单元包含了至少两个接收机(多天线或天线阵)，以便提供上行链路分集接收。该方法是从图3的步骤S1开始进行的。在步骤S51，定向天线单元的第一收发信机(接收机)接收源自移动单元的一个或多个用户数据信号。相应地，在步骤S52，同一个定向天线单元的第二收发信机将会接收用户数据信号。然后，这些用户数据携带信号中包含了与第一收发信机接收的信号相似的信息内容。在接下来的步骤S3中，第一检测(和解调)用户数据是基于第一和第二收发信机的接收用户数据信号产生的。该步骤包含了本领域中已知的信号检测和选择或合并，例如MRC。然后，该方法继续到图3中的步骤S3。应该指出的是，在这里也可以为RBS中的第二相邻定向天线单元执行步骤S51～S53。

图12是依照本发明的(无线电)基站100的一个实施例的示意框图。基站100包括用于在基站100的整个无线电覆盖区域中的不同小区或区段内部提供无线电覆盖的定向天线140、160。在该图中，将基站100描述成只具有两个定向天线单元140、160。但是这仅仅被视为是一个示例的非限定性实例，并且基站100还可以包括更多的定向天线单元，例如3、4、6、9或12。定向天线单元140各自包含了至少一个收发信机TX1/RX1、TX2/RX2或是至少一个发射机和一个接收机。这些收发信机TX1/RX1、TX2/RX2与处于小区之中并且连接到相应定向天线单元140、160的移动单元进行通信。为了提供上行链路分集接收，定向天线单元140、160优选包含了至少两个收发信机TX1/RX1、TX2/RX2。特别地，这些收发信机TX1/RX1、TX2/RX2被调整成接收那些源自移动单元的用户数据携带信号。

优选地，定向天线单元140、160还包括一个用于执行初始数据信号处理以及接收用户数据信号检测的数据信号检测器145、165。这个检测器145、165可以包括用于信号处理的功能，例如解调、A/D转换、用户数据生成和/或解码。该数据检测器145、165的输入是从一个或多个相关联的收发信机TX1/RX1、TX2/RX2接收的用户数据信号。这个数据信号检测和处理通常隐含了数据性能损失，例如在相关联的天线单元140、160的减小的无线电覆盖区域中表示的数据性能损失。然后，来自站内切换过程中所涉及的定向天线单元的数据检测器145、165的检测用户数据将会转发到用户数据处理器130，其中该用户数据处理器是在基站100中实施或是在RNC或BSC之类的其他地方提供的。

然后，用户数据处理器130会对来自至少两个数据检测器145、165的检测用户数据进行联合处理。这种联合数据处理可以作为数据内容合并和/或数据内容选择处理而在结合或是不结合质量指示符或质量估计器之类的附加的辅助(软)信息的情况下实施。无论哪一种情况，经过处理的用户数据都是由处理器130产生的。然后，该数据可以通过使用一个输入和输出(I/O)单元110而被转发到通信***中的其他单元。例如，经过处理的用户数据可以传送到RNC，以便进行进一步的处理和/或传输到另一个移动单元。

优选地，基站100还包括一个天线波束调整器150，它被配置成产生天线波束调整命令。这些命令将会通过修改(增大)切换区域中的天线增益而使定向天线单元140、160的天线波束发生变化。该调整命令可以通过控制一个被安排到和连接到定向天线单元140、160的天线调整单元(未图示)来提供波束区段形状。然后，这种调整单元可以对调整命令做出响应，从而以机械方式调整天线单元140、160的机械结构，例如对其进行移动和/或旋转，以便获取预期的波束形状。这种机械结构可以是天线辐射器周围的反射板、天线辐射器后方的接地平面和/或某个耦合来自辐射器的能量的结构，例如次级辐射器。如果定向天线单元140、160是具有多个天线的天线阵，那么作为选择或是补充，该命令可以通过调整天线的相对幅度和/或相位激励来产生预期的波束形状。正如本领域技术人员所了解的那样，任何可以调整天线波束形状的过程都是可以使用的，由此可以促使定向天线单元140、160依照本发明来修改切换区域中的天线增益。作为选择，这种调整器150还可以在另一个网络节点中实施，例如RNC。如上所述，切换区域中的天线增益既可以增大也可以减小，其中举例来说，这取决于切换参数、阈值或是来自***的其他反馈。

基站100的单元110～165可以作为软件、硬件或是其组合来实现。单元110～165可以都在通信***中的单个网络节点的基站100中实施。作为选择，用户数据处理器130和/或天线波束调整器150也可以在通信***的其他网络节点中实现。例如，用户数据处理器130和/或天线波束调整器150可以安装在与多个基站相连并对其操作进行控制的RNC、BSC或MSC(移动交换中心)中。在这种情况下，数据处理器130和/或调整器150可以分别对来自多个基站100的检测用户数据进行处理以及控制天线波束的形状。

图13是图12中的天线波束调整器150的一个实施例的示意框图。该调整器包括一个产生调整命令的波束宽度调整器152，其中该命令是通过调整天线的(3dB)波束宽度而在定向天线单元的切换区域中提高增益的。如果以天线单元的最大峰值增益为代价，那么这种波束宽度调整可以通过重新分布定向天线在水平维度的方向性来实现。

天线波束调整器150的单元152可以作为硬件、软件或是其组合来实现。并且该单元152既可以在基站中实现，也可以在附加的中心网络节点中实现，例如RNC。

图14是依照本发明的天线波束调整器150的另一个实施例的示意框图。天线波束调整器150包括一个波束区段定义器154，它被配置成定义定向天线单元的天线波束所具有的多个波束区段。在第一实施例中，该定义器154被适配成至少将天线波束(虚拟)划分成切换波束区段和主波束区段。优选地，这个波束区段定义器154被配置成将切换波束区段定义成该天线波束的一部分，在该部分天线波束中(由定向天线测得的，或由移动单元测得并且随后传送到定向天线的)与定向天线单元和相邻定向天线单元相关联的信号电平的差值超出了第一阈值。作为选择或是补充，在这个波束区段内部，该信号电平优选高于第二阈值。第一和第二阈值的值是基于切换参数或是来自***中的其他单元的其他输入数据而被确定的。这种输入数据可以规定：将同一的波束区段定义用于***中的所有定向天线单元，作为选择，举例来说，如果不同的天线单元是结合不同的预期业务量状况来配置的，那么也可以将不同的定义用于不同的天线单元。此外，指定天线单元的波束区段定义既可以是固定的，也可以随时间而改变，例如，该定义可以基于新的输入数据而改变。优选地，定义器154是以信号电平阈值作为波束区段定义的基础的，而所述阈值转而可以基于切换参数设置或数值来确定。这个阈值数据可以从安装在调整器150中的存储器(未图示)中检索。优选地，该定义器154还从***中的外部单元接收那些在波束区段定义处理中使用的信息。在另一个实施例中，其中定义了至少三个不同的波束区段。

切换波束区段优化器156被安装在波束调整器150中，以便从定义器154接收当前波束区段定义的信息，并且优化和调整切换波束区段的形状，以便提高(有时有可能是降低，这取决于当前参数值)这个波束区段的天线增益。优选地，该波束区段优化器154被配置成产生一个调整命令，该命令会使定向天线单元在切换波束区段中提供一个超出最小阈值的天线增益。此外，该调整命令优选或附加提供了一个超出角阈值的间隔角或切换波束区段大小。这些阈值的值是基于切换参数数据确定的，其中所述切换参数数据可以是从数据存储器中检索得到的。

天线波束优化器150可以可选地包括一个优化器158，以便调整主波束区段的波束形状。优选地，该优化器158产生一个调整命令，该命令将会使定向天线单元将会最大化在这个主波束区段中的天线增益。

天线波束优化器150的单元154～158可以作为软件、硬件或是其组合来实现。单元154～158可以全都在天线波束优化器150中实现。作为选择，分布式的实施方式同样是可行的，其中某些或所有单元154～158是在基站和/或RNC中实现的。

图15是依照本发明的用户数据处理器130的一个实施例的示意框图。该处理器130从执行质量测量和估计的单元中接收信号或链路质量数据。这种测量单元可以在定向天线单元和/或移动单元中实施。无论哪一种情况，这些质量数据都会转发到一个链路质量比较器132，该比较器则对移动单元与同一个基站中提供的不同定向天线单元之间的通信链路的质量进行比较。这个质量产生和比较处理可以针对控制数据、净荷数据和/或控制和净荷数据来执行。优选地，质量量度是基于每一个帧或组块而被确定的，由此比较器132可以基于每一个帧或无线电组块来执行操作。作为选择，质量比较也可以周期性或间歇性地执行。

然后，通信链路选择器134将会选择具有最佳链路质量的通信链路以及相关联的定向天线单元。如果比较是基于帧/组块执行的，那么该选择将会提供当前最佳的通信链路。然后，已处理用户数据生成器136将会基于与选定通信链路或定向天线单元相关联的检测用户数据来产生已处理用户数据。由此，通过选择当前最恰当的链路，相应的检测用户数据通常包含最正确的数据内容。

用户数据处理器136的单元132～136可以作为软件、硬件或是其组合来实施。单元132～136可以全都在用户数据处理器130中实现。作为选择，分布式的实施方式同样是可行的，其中某些或所有单元132～136是在基站和/或RNC中实现的。

图16是依照本发明的用户数据处理器130的另一个实施例的示意框图。该处理器130包括一个数据合并器138，它被配置成合并至少两个检测用户数据的信息内容。由此，与仅仅是用一个检测用户数据集作为单一数据源的情况相比，通过合并两个用户数据集，最终得到的已处理用户数据的质量可以得到增强。合并器138可以被配置成只合并检测用户数据中的净荷或控制数据部分。作为选择，在合并处理中还可以使用检测用户数据的全部内容。然后，生成器136将会基于这些(经过合并和解码的)检测用户数据来产生已处理用户数据。

虽然在图中并未描述，但是图16的用户数据处理器130还可以包括上文中结合图15所述的相似的链路质量比较器或处理器。由此，诸如质量指示符或质量估计器之类的辅助或软信息同样是可以在数据合并处理中使用的。例如，与简单地在合并器138中合并检测用户数据所不同，与相应数据流相关联的通信链路的质量指示符还可用于实现加权数据流合并。由此，合并器138将会使用来自用户数据处理器130中安装的链路质量比较器的信息来产生在数据合并中使用的加权。然后，这些加权将被施加于数据流，由此通常会使来自链路质量良好的链路的检测数据流的加权高于来自恶劣通信链路的数据流。

因此，在本发明的这个实施例中，在联合处理检测用户数据的过程中可以选择使用附加的软信息(质量指示符或估计)。

用户数据处理器130的单元136和138可以作为软件、硬件或是其组合来实现。单元136和138可以全都在用户数据处理器130中实现。作为选择，分布式的实施方式同样是可行的，其中某些或所有单元136和138是在基站和/或RNC中实现的。此外，在用户数据处理器130中还可以实施一个链路质量处理器或比较器，以便在数据处理中引入软信息。

图17是依照本发明的无线电网络控制器300的示意框图。RNC300通常包括用于与外部单元进行通信的I/O单元310。特别地，该I/O单元310被配置成接收来自相连基站的已处理用户数据和/或检测用户数据。在本发明的一个实施例中，I/O单元310还向基站传送天线波束调整命令。

在RNC 300中还实现了一个可选的用户处理器330，以便基于从基站接收的检测用户数据来产生已处理用户数据。这个处理器330可以被配置成依照上文中分别结合图15和16论述的数据选择和/或合并处理来执行操作。然后，最终得到的已处理用户数据可以经由I/O单元310转发到通信***中的其他单元。

在RNC 300中还可以安装一个可选的波束调整命令生成器350，以便产生促使定向天线单元提升其在切换区域中的天线增益的波束调整命令。这个命令生成器350可以依照上文中结合图13和/或图14论述的实施例来执行操作。然后，该命令生成器350可以优选对在不同基站中提供的多个定向天线单元的操作进行控制。

RNC 300的单元310～350可以作为软件、硬件或是其组合来实现。单元310～350可以全都在RNC 300中实现。作为选择，分布式的实施方式也是可行的，其中某些或所有单元310～350是在基站和/或其他网络节点中实现的。

本领于技术人员应该理解，在不脱离附加权利要求限定的发明范围的情况下，针对本发明的各种修改和变更都是可行的。

Claims (15)

1.一种用于在通信***(1)中处理用户数据的方法，其中该***包括具有多个定向收发信机单元(120；140；160)的基站(100)，以及与所述基站(100)的第一和第二定向收发信机单元(140；160)相连并且位于与所述第一和第二定向收发信机单元(140；160)相关联的切换区域(15)中的移动单元(400)，所述方法包括下列步骤：

所述第一定向收发信机单元(140)检测源自所述移动单元(400)的用户数据携带信号，并且基于所述用户数据携带信号来产生第一检测用户数据；

所述第二定向收发信机单元(160)检测源自所述移动单元(400)的所述用户数据信号，并且基于所述用户数据携带信号来产生第二检测用户数据；

对所述第一检测用户数据和所述第二检测用户数据进行联合处理，以便提供已处理用户数据；以及

增大所述第一定向收发信机单元(140)在所述切换区域(15)中的天线增益，以便提升所述第一定向收发信机单元(140)在所述切换区域(15)中的无线电性能。

2.根据权利要求1的方法，其中所述天线增益增大步骤包括增大所述切换区域(15)中的所述天线增益，以便补偿所述用户数据信号检测造成的所述切换区域(15)中的无线电性能下降。

3.根据权利要求1的方法，还包括对所述移动单元(400)与所述第一定向收发信机单元(140)之间的通信链路的链路质量以及所述移动单元(400)与所述第二定向收发信机单元(160)之间的通信链路的链路质量进行比较，并且所述联合处理步骤包括下列步骤：

选择所述被比较通信链路(440；460)中具有最高链路质量的通信链路；以及

基于与所选择的通信链路相关联的定向收发信机单元所产生的检测用户数据来产生所述已处理用户数据。

4.根据权利要求1的方法，其中所述联合处理步骤包括通过合并所述第一检测用户数据以及所述第二检测用户数据来产生所述已处理用户数据。

5.根据权利要求1的方法，其中所述天线增益增大步骤包括增大所述第一定向收发信机单元(140)的波束区段(40)的3dB波束宽度。

6.根据权利要求1的方法，其中所述天线增益增大步骤包括以下步骤：

定义所述第一定向收发信机单元(140)的天线波束(40)所具有的切换波束区段(42)；以及

基于与所述基站(100)相关联的切换参数设置来优化所述切换波束区段(42)的形状。

7.根据权利要求6的方法，其中所述定义步骤包括至少将所述天线波束(40)划分成所述切换波束区段(42)和一个主波束区段(44)。

8.根据权利要求6的方法，其中所述优化步骤包括提供一个所述切换波束区段(42)的间隔角，并且该间隔角大于以所述切换参数设置为基础所确定的角阈值(T_A)。

9.根据权利要求6的方法，其中所述优化步骤包括在所述切换波束区段(42)中提供一个天线增益，该天线增益大于基于所述切换参数设置所确定的最小阈值(T_min)。

10.根据权利要求6的方法，其中所述定义步骤包括将所述切换波束区段(42)定义成所述天线波束的一部分，在该部分天线波束中，与所述第一收发信机单元(140)相关联的接收信号电平同与所述第二收发信机单元(160)相关联的接收信号电平的差值要小于一个基于所述切换参数设置所确定的阈值(T₁)。

11.根据权利要求1的方法，其中所述联合处理步骤是在与所述基站(100)相连并对其操作进行控制的无线电网络控制单元(300)中执行的。

12.根据权利要求1的方法，其中所述检测用户数据包括控制数据部分和净荷数据部分，其中所述联合处理步骤包括对所述检测用户数据的所述净荷数据部分进行处理的步骤。

13.根据权利要求1的方法，其中所述检测用户数据包括控制数据部分和净荷数据部分，其中所述联合处理步骤包括对所述检测用户数据的所述控制数据部分进行处理的步骤。

14.一种通信***(1)中的用户数据处理***，其中该通信***(1)包括具有多个定向收发信机单元(120；140；160)的基站(100)，以及与所述基站(100)的第一和第二定向收发信机单元(140；160)相连并且位于与所述第一和第二定向收发信机单元(140；160)相关联的切换区域(15)中的移动单元(400)，所述第一定向收发信机单元(140)包括用于接收源自所述移动单元(400)的用户数据携带信号的装置(TX1/RX1；TX2/RX2)以及基于所述用户数据携带信号来产生第一检测用户数据的生成装置(145)，并且所述第二定向收发信机单元(160)包括用于接收源自所述移动单元(400)的用户数据携带信号的装置(TX1/RX1；TX2/RX2)以及基于所述用户数据携带信号来产生第二检测用户数据的生成装置(165)，所述***包括：

用于联合处理所述第一检测用户数据和所述第二检测用户数据，以便提供已处理用户数据的联合处理装置(130；330)；以及

增大所述第一定向收发信机单元(140)在所述切换区域(15)中的天线增益，以便提升所述第一定向收发信机单元(140)在所述切换区域(15)中的无线电性能的增益增大装置(150；350)。

15.一种通信***(1)中的基站(100)，该基站具有多个收发信机单元(120；140；160)，并且所述基站(100)包括：

与移动单元(400)相连的第一定向收发信机单元(140)，该单元包括：

用于接收源自所述移动单元的用户数据携带信号的装置(TX1/RX1；TX2/RX2)；以及

用于从所接收的用户数据携带信号产生第一检测用户数据的第一生成装置(145)；

与所述移动单元(400)相连的第二定向收发信机单元(160)，该单元包括：

用于接收源自所述移动单元的用户数据携带信号的装置(TX1/RX1；TX2/RX2)；以及

用于从所接收的用户数据携带信号产生第二检测用户数据的第二生成装置(165)；

用于联合处理所述第一检测用户数据和所述第二检测用户数据来提供已处理用户数据的联合处理装置(130)；以及

用于增大所述第一定向收发信机单元(140)在所述切换区域(15)中的天线增益，以便提升所述第一定向收发信机单元(140)在所述切换区域(15)中的无线电性能的增益增大装置(150)。

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