DE60037974T2

DE60037974T2 - Verfahren und vorrichtung zur strahlschwenkung mit mehreren rotierenden antennen für eine basisstation

Info

Publication number: DE60037974T2
Application number: DE60037974T
Authority: DE
Inventors: Sean S. Encinitas ENGLISH
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2020-10-12
Also published as: KR100924936B1; WO2001028036A1; JP2003515262A; DE60037974D1; CN1382313A; JP4593858B2; AU1080301A; KR20020040866A; HK1048892A1; TW578434B; US6757553B1; CN1260854C; CN1848522A; EP1221183A1; KR20060130787A; BR0014699A; EP1221183B1; ATE385614T1; KR100685693B1

Description

Hintergrund der Erfindung
I. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Drahtlos-Kommunikationen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine neue Vorrichtung für die Verwendung von Strahlen-Streich- bzw. Beam-Wobbel-Techniken (beam sweeping techniques), um größere Kapazität in einem Vielfachbenutzer-Drahtlos-Kommunikationssystem vorzusehen.
II. Beschreibung der verwandten Technik
Ein modernes Kommunikationssystem wird benötigt, um eine Vielfalt von Anwendungen zu unterstützen. Ein solches Kommunikationssystem ist ein Codemultiplex-Vielfachzugriffssystem (CDMA = code division multiple access), das dem „TIA/EIA/IS-95: Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System" entspricht, hierin als IS-95 bezeichnet. Das CDMA-System ermöglicht Drahtlossprach- und Datenkommunikationen zwischen Benutzern über eine terrestrische Verbindung. Die Verwendung von CDMA-Techniken in einem Vielfachzugriffs-Kommunikationssystem ist im US-Patent Nr. 4,901,307 offenbart, mit dem Titel „SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS" und im US-Patent Nr. 5,103,459 mit dem Titel „SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", die beide dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind.
Die International Telecommunications Union forderte vor kurzem die Abgabe von vorgeschlagenen Verfahren an, und zwar zum Vorsehen von Hochratendaten und Hochqualitätssprachdiensten über Drahtlos-Kommunikationskanäle. Ein erster dieser Vorschläge wurde von der Telecommunications Industry Association veröffentlicht, und zwar mit dem Titel „The cdma2000 ITU-R RTT Candidate Submission", hierin nachstehend be zeichnet als cdma2000. Verfahren zum Senden von Benutzerdaten (nicht Sprachdaten) über die Fundamental- und Zusatzkanäle sind im cdma2000 offenbart.
In einem CDMA-System kommuniziert ein Benutzer mit dem Netzwerk über eine oder mehrere Basisstationen. Ein Benutzer kommuniziert zum Beispiel auf einer Teilnehmerstation mit einem landbasierten Datennetzwerk durch Senden von Daten auf der Rückwärtsverbindung zu einer Basisstation. Die Basisstation empfängt die Daten und kann die Daten über einen Basisstationscontroller (BSC = base station controller) zum landbasierten Datennetzwerk lenken. Die Vorwärtsverbindung bezieht sich auf die Sendung von der Basisstation zu einer Teilnehmerstation und die Rückwärtsverbindung bezieht sich auf die Sendung von der Teilnehmerstation zu einer Basisstation. In IS-95-Systemen sind die Vorwärtsverbindung und die Rückwärtsverbindung getrennten Frequenzen zugeordnet.
Die Teilnehmerstation kommuniziert mit wenigstens einer Basisstation während einer Kommunikation. CDMA-Teilnehmerstationen sind in der Lage zum Kommunizieren mit vielfachen Basisstationen gleichzeitig während Soft-Handoff. Soft-Handoff ist der Prozess des Aufbauens einer Verbindung mit einer neuen Basisstation vor dem Abbrechen der Verbindung mit der vorangegangenen Basisstation. Soft-Handoff minimiert die Wahrscheinlichkeit der unterbrochenen Anrufe. Das Verfahren und das System zum Vorsehen einer Kommunikation mit einer Teilnehmerstation über mehr als eine Basisstation während Soft-Handoff-Prozess sind offenbart im US-Patent Nr. 5,267,261 mit dem Titel „MOBILE ASSISTED SOFT HANDOFF IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", das dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist. Softer Handoff ist der Prozess, wobei Kommunikation über vielfache Sektoren auftritt, die von der gleichen Basisstation versorgt werden. Der Prozess von softer Handoff ist im Detail beschrieben in dem ebenfalls anhängigen US-Patent Nr. 5,625,876 mit dem Titel „METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING HANDOFF BETWEEN SECTORS OF A COMMON BASE STATION", das dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist.
Durch den vorhandenen, wachsenden Bedarf nach Drahtlosdatenanwendungen wurde der Bedarf nach sehr effizienten Drahtlosdatenkommunikationssystemen immer signifikanter. Der IS-95-Standard ist in der Lage zum Senden von Verkehrsdaten und Sprachdaten über die Vorwärts- und Rückwärtsverbindungen. Ein Verfahren zum Senden von Verkehrsdaten in Codekanalrahmen von fixierter Größe ist im Detail im US-Patent Nr. 5,504,773 beschrieben, mit dem Titel „METHOD AND APPARATUS FOR FORMATTING OF DATA FOR TRANSMISSION", das dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist. Gemäß dem IS-95-Standard sind die Verkehrsdaten oder Sprachdaten in Codekanalrahmen von 20 ms in der Länge partitioniert, und zwar mit Datenraten bis zu 14,4 Kbps (Kilo-Bits-pro-Sekunde).
Ein signifikanter Unterschied zwischen Sprachdiensten und Datendiensten ist die Tatsache, dass die Ersteren stringente und fixierte Verzögerungsanforderungen auferlegen. Typischerweise muss die gesamte Einwegverzögerung von Sprachrahmen kleiner als 100 ms sein. Demgegenüber kann die Datenverzögerung ein variabler Parameter werden, der benutzt wird, um die Effizienz des Datenkommunikationssystems zu optimieren. insbesondere können effizientere Fehlerkorrektur-Codiertechniken angewendet werden, die signifikant größere Verzögerungen als diese, die von Sprachdiensten toleriert werden können, benötigen.
Die Parameter, die die Qualität und die Effektivität eines Datenkommunikationssystems messen, sind die Sendeverzögerung, die benötigt wird um ein Datenpaket zu transferieren, und die Durchschnittsdurchsatzrate des Systems. Sendeverzögerung hat nicht die gleiche Wirkung für Datenkommunikation als es für Sprachkommunikation tut, aber es ist eine wichtige Metrik für das Messen der Qualität des Datenkommunikationssystems. Die Durchschnittsdurchsatzrate ist eine Messung der Effizienz der Datensendefähigkeit des Kommunikationssystems. Ein beispielhaftes System zum Vorsehen von Datendiensten über eine Drahtlosverbindung ist in der ebenfalls anhängigen US-Patent-Anmeldung mit der Serien-Nr. 08/963,386 beschrieben, mit dem Titel „METHOD AND APPARATUS FOR HIGHER RATE PACKET DATA TRANSMISSION", das dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist und hierin durch Bezugnahme beinhaltet ist.
In einem CDMA-Kommunikationssystem wird die Kapazität maximiert, wenn die Sendeenergie der Signale auf dem minimalen Wert gehalten wird, der der Zuverlässigkeit der Performanceanforderungen genügt. Die Zuverlässigkeit beim Empfangen eines Signals hängt von dem Träger-zu-Interferenz-Verhältnis (C/I = carrier-to-interference) beim Empfänger ab. Somit ist es wünschenswert, ein Sendeleistungssteuersystem vorzusehen, das ein konstantes C/I bei einem Empfänger aufrechterhält. Solch ein System ist im Detail beschrieben in dem US-Patent Nr. 5,056,109 (das '109 Patent), mit dem Titel „Method and Apparatus for Controlling Transmission Power in a CDMA Cellular Telephone System", das dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist.
In dem '109 Patent ist ein Closed-Loop-(geschlossene Schleife)-Leistungssteuersystem beschrieben, in dem das C/I (in dem '109 Patent als Signal-zu-Rausch-Verhältnis bezeichnet) beim Empfänger gemessen wird und mit einem einzelnen Schwellenwert verglichen wird. Wenn das gemessene C/I die Schwelle überschreitet, wird ein Leistungssteuerbefehi gesendet, der beim Sender anfrägt seine Sendeleistung zu vermindern. Umgekehrt, wenn das gemessene C/I unter die Schwelle fällt, wird ein Leistungssteuerbefehl gesendet, der beim Sender anfragt seine Sendeleistung zu erhöhen. Da das C/I nicht der einzige Faktor ist, der die Zuverlässigkeit des Empfangens von einem Signal bestimmt, beschreibt das '109 Patent ebenso ein Outer-Loop-Leistungssteuersystem, das den Schwellenwert variiert, um einer Zielverlässlichkeit zu genügen.
Es ist bekannt, dass in Zellularsystemen das Träger-zu-lnterferenz-Verhältnis (C/I) für jeden vorhandenen Benutzer eine Funktion des Ortes des Benutzers innerhalb des Abdeckungsbereichs ist. Um ein gegebenes Niveau an Dienst aufrecht zu erhalten, verlegen sich TDMA- und FDMA-Systeme auf Frequenzwiederbenutzungstechniken, d. h. nicht alle Frequenzkanäle und/oder Zeitschlitze werden in jeder Basisstation benutzt. In einem CDMA-System wird die gleiche Frequenzzuordnung wiederbenutzt, und zwar in jeder Zelle des Systems, um dabei die gesamte Effizienz zu verbessern. Das C/I, das jede Teilnehmerstation von irgendeinem vorhandenen Benutzer erreicht, bestimmt die Informationsrate, die für diese bestimmte Verbindung von der Basisstation zu der Teilnehmerstation des Benutzers unterstützt werden kann.
Es ist ebenso bekannt, dass viel von der Signalinterferenz in einem belasteten CDMA-System durch die eigenen Sendungen des belasteten Systems verursacht wird, und zwar von sowohl den Basisstationen als auch den Teilnehmerstationen. Die Sendungen von der Basisstation zu Teilnehmerstationen, die ebenso als Vorwärtsverbindungssendungen bezeichnet werden, verursachen Interferenz innerhalb ihrer eigenen und benachbarten Zellen. Sendungen von Teilnehmerstationen zu Basisstationen, die ebenso als Rückwärtsverbindungssendungen bezeichnet werden, verursachen Interferenz für die Rückwärtsverbindungssendungen von anderen Teilnehmerstationen. Um ein C/I aufrecht zu erhalten, das zuverlässige Kommunikationen ermöglicht, senden Basisstationen und Teilnehmerstationen in einem belasteten CDMA-System mehr Leistung, um die Interferenz zu bewältigen. Die Kapazität des Drahtlos-Kommunikationskanals begrenzt die Summe der Leistung, die auf den Vorwärts- und Rückwärtsverbindungen gesendet wird. Somit, je mehr Leistung auf den Vorwärts- oder Rückwärtsverbindungen für jede Teilnehmerstation gesendet wird, desto weniger Teilnehmerstationen können im System unterstützt werden. Deswegen gibt es einen Bedarf zum Identifizieren von Verfahren, und zwar zum Vermindern der Vorwärts- und Rückwärtsverbindungsleistung ohne das C/I aufzuopfern.
Das europäische Patent mit der Nr. 0 660 630 offenbart ein Mobilfunk-Kommunikationssystem mit einer Vielzahl von Sektorantennen mit Halbleistungsstrahlenbreiten, die unterschiedlich sind zu den grundlegend benutzten normalen Sektorantennen, um so die gleichen Bereiche in einer überlappenden Art und Weise abzudecken. Eine Funkbasisstation deckt eine Vielzahl von Zellen ab, und zwar unter Verwendung der entsprechenden Sektorantennen. Einige der Funkbasisstationen decken einen Teilbereich ab, der eine normale Sektorzelle mit einer schmalen Sektorzelle unter Verwendung einer der Sektorantennen mit kleiner Halbleistungsbreite überdeckt. Jede Funkbasisstation hat eine vorbestimmte Konstante gemäß der Halbleistungsstrahlenbreite. Wenn ein Funkendgerät einen Anruf anfordert, wählt die entsprechende Funkbasisstation die Antenne aus, für die die Summe des empfangenen Pegels eines Signals, das von dem Funkendgerät gesendet wurde, und die Konstante die größte ist.
US-Patent Nr. 5,859,612 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen der Position einer Mobilstation innerhalb eines Zellulartelefonsystems mit einer Vielzahl von Basisstationen. Ein Signal wird von einer rotierenden Antenne gesendet. Die rotierende Antenne hat einen Strahl bzw. Beam, der um eine Zelle in dem Zellulartelefonsystem rotiert. Basierend auf einer Empfangszeit, wenn das Signal von der Mobilstation empfangen wurde, wird ein Winkelversatzwert entsprechend der Position der Mobilstation bestimmt.
US-Patent Nr. 6,141,335 , ebenso als JP 10173585 veröffentlicht, offenbart ein Zellularfunk-Kommunikationssystem einschließlich einer Vielzahl von Basisstationen und einer Vielzahl von Endgeräten, in dem eine Zelle in eine Vielzahl von Sektoren eingeteilt wurde. Jede der Basisstationen sendet und empfängt Steuerinformationen von einem omni-direktionalen Strahl und sendet und empfängt Verkehrsinformationen von einem direktionalen Strahl.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung, wie dargelegt durch die angehängten Ansprüche, sieht ein in der Kapazität verbessertes Drahtlossystem vor, und zwar durch Anwenden von Strahlen- bzw. Beam-Lenkungs-Techniken, um die benötigte Sendeleistung von Basisstationen und Teilnehmerstationen in dem System zu vermindern. Eine Basisstation in dem verbesserten Drahtlossystem vermindert die Interferenz, die es für die Nachbarzellen verursacht, und zwar durch Senden von Vorwärtsverbindungssignalen entlang des schmalen Signalbeams.
Um das Träger-zu-Interference-Verhältnis (C/I) auf den Vorwärts- und Rückwärtsverbindungen zu verbessern, wurden Basisstationsdesigns vorgeschlagen, die schmale, bewegende Signal-Beams statt oder zusätzlich zu breiten Beam-Abdeckungen der Sektoren anwenden. So eine Basisstation könnte z. B. Signale zu Teilnehmerstationen innerhalb ihrer Sektoren senden, und zwar unter Verwendung von Schmalsignal-Beams, die einen Bruchteil jedes Sektors zu jedem Zeitpunkt abdecken.
Rückwärtsverbindungssignale, die innerhalb eines Signal-Beams sich bewegen, leiden an kleiner Interferenz von Signalen, die außerhalb des Signal-Beams ihren Ursprung haben, da das letztere größer gedämpft wird durch die Richtantenne. Infolgedessen können solche Rückwärtsverbindungssignale mit einer niedrigeren Leistung gesendet werden als notwendig wäre, mit einem breiten Signal-Beam bzw. -Strahl, das somit die Interferenz zu Nachbarabdeckungsbereichen reduziert.
Auf der Vorwärtsverbindung reduziert das Senden über einen schmalen Beam die Interferenz, die eine sendende Basisstation auf Nachbarabdeckungsbereiche verursacht. Wenn vielfache Basisstationen eines Drahtios-Kommunikationssystems über schmale Signal-Beams senden, reduzieren sie die Durchschnittsinterferenz, die von jeder Basisstation auf ihre Nachbarn verursacht wird. Diese Reduzierung in der Interferenz ermöglicht Vorwärtsverbindungssignalen zuverlässig mit niedrigerer Leistung gesendet zu werden.
Wie oben beschrieben, erlaubt das Ermöglichen von zuverlässigerer Kommunikation mit weniger Sendeleistung erhöhte Kapazität in einem Drahtlos-Kommunikationssystem. Deswegen ist ein Verfahren und eine Vorrich tung, die Drahtloskommunikation über schmale Beams vereinfacht, höchst wünschenswert. Zusätzlich sind Verfahren zum Vorsehen von Signal-Beams, die zuverlässig und stetig über die Abdeckungsbereiche wobbeln (sweep) höchst wünschenswert. Wenn eine Basisstation in eine konventionelle Drei-Sektor-Konfiguration eingeteilt ist, ist es wünschenswert, wenigstens einen Signal-Beam über jeden Sektor zu jeder Zeit wobbeln zu lassen. Relativ gleichmäßige Abdeckung ist vorgesehen, wenn solch ein Signal-Beam immer über den Sektor in der gleichen Richtung wobbelt.
Damit ein Signal-Beam in die gleiche Richtung über einen 120° Sektorbereich wobbelt bzw. streicht, muss der Signal-Beam in der Lage sein, von einer Sektorkante zu der anderen nach jedem Wobbeln zu springen. Mit anderen Worten, muss der Signal-Beam von einer Kante über den Sektorabdeckungsbereich zur gegenüberliegenden Kante wobbeln, und sofort mit dem Wobbeln nochmals bei der ersten Kante beginnen. Solch eine Signal-Beambewegung ist möglich mit nicht-mechanischen Beam-Lenkungsmechanismen, wie z. B. die Verwendung eines Phasenantennen-Arrays, aber solche nicht-mechanischen Verfahren sind teuer und komplex zu implementieren. Es ist weniger teuer mechanische Mittel zum Lenken der Signal-Beams zu benutzen, wie z. B. eine rotierende Richtantennenschüssel. Das Problem mit einer physikalischen rotierenden Schüssel ist das, dass es sehr schwierig ist, große plötzliche Beam-Winkeländerungen durchzuführen, wie z. B. das schnelle Wechseln von einer Kante von einem 120° Sektor zur Anderen.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht drei Signal-Beams vor, die stetig über jeden Sektor einer konventionellen dreisektorierten Zelle wobbeln bzw. streichen. Die Beams wobbeln in eine Richtung, um somit relativ gleichmäßige Beam-Abdeckung von allen Teilen jedes Sektors vorzusehen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel entstammen die drei Signal-Beams von jeder der drei Richtschüsselantennen, montiert auf einer Antennenanordnung, so dass jede Antenne in einem näherungsweisen 120° Winkel voneinander gerichtet ist. Wenn diese Antennenanordnung in ei ne Richtung bei der Mitte einer konventionellen Drei-Sektor-Zelle rotiert wird, kreuzen die resultierenden drei Signal-Beams die Sektorgrenzen zur gleichen Zeit.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Basisstationsanlage, assoziiert mit der Vorwärts- und Rückwärtsverbindungskommunikation für jeden Sektor mit einem Signal-Switch bzw. Schalter, verbunden. Der Signal-Schalter lenkt Vorwärts- und Rückwärtsverbindungssignale z. B. von jedem Sektor über eine der drei Schüsselantennen zu jeder Zeit. Wenn die drei Signal-Beams an die Grenzen zwischen den Sektoren wobbeln, wechselt der Signal-Schalter das Lenken der Signale zu und von der Basisstationsanlage für jeden Sektor zu der Schüsselantenne, deren Beam gerade den Sektor betritt. Mit anderen Worten, sobald irgendein Signal-Beam von einem Sektor in einen anderen Sektor kreuzt, werden die Signale für diesen Beam geschaltet von dem Sektor den es verlässt zu dem Sektor den es betritt. Aus der Sicht der Basisstationsanlage für einen einzelnen Sektor wobbelt der Signal-Beam des Sektors gleichmäßig von einer Kante des Sektors zu der anderen, und ändert sofort nochmals Positionen zu der ersten Kante des Sektors.
Das Wobbeln bzw. Streichen eines Signal-Beams wird hierin als Beam-Wobbeln (beam sweeping) bezeichnet, und eine Basisstation, die Beam-Wobbel-Techniken anwendet, wird hierin als eine Beam-Wobbel-Basisstation bezeichnet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ausgehend von der detaillierten Beschreibung, die nachstehend dargelegt ist, noch deutlicher werden, wenn sie in Verbindung gebracht werden mit den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen durchgehend das Entsprechende identifizieren, und wobei:
1a ein Diagramm von einem Kommunikationssystem mit einer sektorisierten Basisstation ist, das Breit-Beam-Antennen benutzt, um Ausstrahlungs- bzw. Broadcast-Abdeckung von Signalen in jedem Sektor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorzusehen.
1b ein Diagramm von einem Kommunikationssystem mit einer sektorisierten Beam-Wobbel-Basisstation ist, das eine Dreifach-Beam-Antenne benutzt, um Zusatzkanalsignale zu Teilnehmerstationen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu senden.
2a ein Diagramm einer Basisstationssendervorrichtung ist, und zwar unter Verwendung eines Niedrigleistungsschalters und einer Dreifach-Beam-Antenne, konfiguriert gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2b ein Diagramm einer Basisstationssendervorrichtung ist, und zwar unter Verwendung eines Hochleistungsschalters und einer Dreifach-Beam-Antenne, konfiguriert gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 ein Blockdiagramm einer CDMA-Basisstationsvorrichtung ist, und zwar unter Verwendung einer Dreifach-Beam-Antenne, um einen von drei Sektoren abzudecken, konfiguriert gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Anpassen des Lenkens von Signalen von vielfachen Sektoren zu vielfachen Antennen-Sendeuntersystemen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
5 ein Flussdiagramm von Schritten eines Verfahrens ist, das benutzt wird, um Signale gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu senden.
6 ein Flussdiagramm von Schritten eines Verfahrens ist, das benutzt wird, um Signale gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu empfangen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1a ist ein Diagramm einer sektorisierten Basisstation 102, das Breit-Beam-Antennen 101 benutzt, um Ausstrahlungsbereich von Signalen für jeden Sektor 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorzusehen. Diese konventionelle sektorisierte Basisstationskonfiguration dient als ein Startpunkt auf dem das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Wie mit konventionellen sektorisierten CDMA-Basisstationen, wird breite Abdeckung eines Sektors 104a über zwei Breit-Beam-Richtantennen 101a vorgesehen. In der konventionellen Konfiguration werden beide Antennen für Rückwärtsverbindungs-Diversity-Empfang benutzt, und nur eine wird benutzt für Vorwärtsverbindungssendungen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden Breit-Beam-Antennen 101 für Signale benutzt, in denen schmale Signal-Beams nicht geeignet sind. Beispiele von CDMA-Signalen, die am besten unter Verwendung eines breiten Beams gesendet werden, schließen Pilot-, Sync- und Fundamental-Kanäle ein.
1b ist ein Diagramm, in dem die Basisstation 102 drahtlos mit Teilnehmerstationen 110 über die Dreifach-Beam-Antenne 112 kommuniziert. Drei Richtantennen 108 sind mechanisch auf der Dreifach-Beam-Antenne 112 montiert. Die drei Richtantennen 108 haben Strahlungsmuster 106 (ebenso hierin als Signal-Beams bezeichnet), die radial nach außen von der Mitte der Dreifach-Beam-Antenne 112 bei 120° Winkeln voneinander gerichtet sind. Die Dreifach-Beam-Antenne 112 rotiert so, dass einer der drei Signal-Beams 106 immer über jeden der drei Sektorabdeckungsbereiche 104 wobbelt.
In dem gezeigten Beispiel sind beide Teilnehmerstationen 110 innerhalb des Abdeckungsbereichs des Beta-Sektors 104b angeordnet. Obwohl das Wobbeln der Beams genauso effektiv in jede Richtung ist, wird für die Zwecke dieser Diskussion angenommen, dass die Dreifach-Beam-Antenne 112 (hierin ebenso als Antennenanordnung bezeichnet) im Uhrzeigersinn ro tiert. Infolgedessen wobbelt der Signal-Beam über den Sektor Alpha 104a, dann Beta 104b, dann Gamma 104c, bevor er nochmals bei Alpha 104a beginnt. Jede Richtschüsselantenne 104 spendet ein Drittel der Zeit, um in jeden unterschiedlichen Sektor 104 zu zeigen.
In der Figur wobbelt der Signal-Beam 106a zur Teilnehmerstation 110b. Wie gezeigt, ist die Teilnehmerstation 110b nicht innerhalb der Abdeckung von irgendeinem Signal-Beam 106. Infolgedessen benötigt die zuverlässige Signalsendung zu oder von der Teilnehmerstation 110b ein starkes oder Hochleistungssignal. Wenn eine Hochleistungssendung benötigt wird, um einen zuverlässigen Pegel zu erreichen, wird die Sendung als nicht effizient betrachtet. Im Gegensatz dazu, ist die Teilnehmerstation 110a innerhalb des Signal-Beams 106b angeordnet, und so können effizient Signale über die Dreifach-Beam-Antenne 112 gesendet und empfangen werden.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein CDMA-System in dem eine Kombination von Sprach- und Datenverkehr zwischen Basisstationen und Teilnehmerstationen gesendet wird. Sprachverkehr, der nicht tolerant gegenüber Verzögerung ist, wird gesendet unter Verwendung von stationären Breit-Beam-Antennen 101, die die gesamten Sektoren 104 breit abdecken. Hochgeschwindigkeits-Datensendungen, wie z. B. Internetdaten, wenden oft Fehlersteuerprotokolle an und sind deswegen gegenüber Verzögerung toleranter. In cdma2000 wird der Sprachverkehr über einen Fundamentalkanal gesendet, und Nicht-Sprachdaten werden unter Verwendung der Zusatzkanäle gesendet. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Pilotkanal- und Fundamentalkanalsignale über Breit-Beam-Antennen 101 gesendet. Zusatzdaten werden über die Dreifach-Beam-Antenne 112 gesendet. In einem alternativen Ausführungsbeispiel sendet und empfängt die Basisstation 102 Zusatzdaten über eine Kombination von Breit-Beam-Antennen 101 und Dreifach-Beam-Antenne 112.
Wenn ein Signal über die Richtantenne 108b empfangen wird, verursachen die Sendungen von der Teilnehmerstation 110b, die außerhalb des Sig nal-Beams 106b angeordnet ist, minimale Interferenz für das Signal, das von der Teilnehmerstation 110a, das innerhalb des Signal-Beams 106b angeordnet ist, gesendet wird. Wegen verminderter Interferenz von außerhalb des schmalen Beams, kann die Teilnehmerstation 110a ihr Signal mit niedrigerer Leistung senden und immer noch bei der Basisstation 102 zuverlässig empfangen werden. Diese Verminderung in der Rückwärtsverbindungsleistung führt zu größerer Kapazität in dem Zellenabdeckungsbereich der Basisstation 102, wie auch in den Nachbarzellen.
Das Senden über schmale Signal-Beams reduziert ebenso die Vorwärtsverbindungsleistung, die für zuverlässigen Empfang benötigt wird. Wenn der Signal-Beam 106a relativ schmal ist, dann fällt ein größerer Teil des Sektorabdeckungsbereichs 104b außerhalb des Beams als innerhalb des Beams. Im Durchschnitt verursacht dann die Basisstation 102 weniger Interferenz für Nachbarbasisstationen. In einem System, in dem vielfache Basisstation Zusatzkanalsignale auf Schmalsignal-Beams senden, führt diese Verminderung in der Vorwärtsverbindungsleistung zu einer Erhöhung in der Gesamtsystemkapazität.
In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel sind die Richtantennen 108 Schüsselantennen mit relativ schmalen Antennen-Ausstrahlungsmustern 106. Zum Beispiel ist in einem exemplarischen Ausführungsbeispiel jede Richtantenne 108 eine 30°-Halbleistungs-Beam-Breitenantenne. Die drei Richtantennen 108 sind mechanisch mit einer rotierenden Anordnung gekoppelt, so dass jede Antenne in eine Richtung näherungsweise 120° von jeder der anderen Antennen zeigt. Die resultierende Anordnung ist eine rotierende Dreifach-Beam-Antenne 112, die auf einen Motor (gezeigt in späteren Figuren) montiert ist. Der Motor rotiert die Dreifach-Beam-Antenne 112 kontinuierlich in eine Richtung. Da die Dreifach-Beam-Antenne 112 rotiert, rotieren die Antennen-Ausstrahlungsmuster oder Signal-Beams 106 ebenso, um drei getrennte Regionen des Abdeckungsbereichs der Basisstation 102 abzudecken. Der Fachmann wird erkennen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Richtschüsselantennen begrenzt ist. Alternative Antennentypen, wie z. B. kolineare Array-Antennen oder Phasen-Array-Antennen können auf der rotierenden Plattform montiert werden, um jeden Signal-Beam 106 zu bilden.
Zusätzlich wird der Fachmann ebenso erkennen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf drei Signal-Beams oder Richtantennen begrenzt ist. Jede Anzahl von Signal-Beams oder rotierenden Richtantennen kann angewendet werden, um einen Sektor abzudecken, und zwar ohne die vorliegende Erfindung zu verlassen. Ebenso ermöglicht die Benutzung einer Vielfach-Beam-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung die Variation der Formen der Sektorabdeckungsbereiche 104 ohne die vorliegende Erfindung zu verlassen. Alpha-Sektor 104a kann z. B. einen 180° Teil des Abdeckungsbereichs der Basisstation 102 abdecken, während Beta-Sektor 104b und Gamma-Sektor 104c 90° Sektoren repräsentieren.
2a ist ein Diagramm einer Basisstationssendervorrichtung unter Verwendung eines Niedrigleistungsschalters 202 und einer Dreifach-Beam-Antenne 112, konfiguriert gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel, das gezeigt ist, entspricht der Sender 204a dem Alpha-Sektor, der Sender 204b dem Beta-Sektor und der Sender 204c dem Gamma-Sektor. Jede Richtantenne 108 ist mit einem Hochleistungsverstärker (HPA = high-powered amplifier) 208 verbunden, der anschließend mit dem Signalschalter 202 verbunden ist. Die Dreifach-Beam-Antenne ist auf dem Motor 210 montiert, der die Dreifach-Beam-Antenne 112 kontinuierlich in eine Richtung rotiert.
Da die Dreifach-Beam-Antenne 112 rotiert, wobbelt der Signal-Beam 106 von jeder Richtantenne 108 über jeden der drei unterschiedlichen Sektoren 104. Der Signalschalter 202 dirigiert Signale vom Sender 204a, so dass sie immer über eine Richtantenne 108 gesendet werden, und zwar mit einem Signal-Beam 106 in dem Alpha-Sektor 104a. Auf ähnliche Weise lenkt der Signalschalter 202 Signale vom Sender 204b über diejenige Richtantenne 108, die auf den Beta-Sektor 104b zielt, und lenkt Signale vom Sender 204c über diejenige Richtantenne 108, die auf den Gamma-Sektor 104c zielt. Zu der Zeit, die in 1 dargestellt ist, werden z. B. Signale vom Sender 204a über den HPA 208a und die Antenne 108a gelenkt, so dass sie über den Signal-Beam 106a, der in dem Alpha-Sektor 104a angeordnet ist, gesendet werden. Signale vom Sender 204b werden über den HPA 208b und die Antenne 108b gelenkt, so dass sie über den Signal-Beam 106b, der in dem Beta-Sektor 104b angeordnet ist, gesendet werden. Signale vom Sender 204c werden über den HPA 208c und die Antenne 108c gelenkt, so dass sie über den Signal-Beam 106c, der in dem Gamma-Sektor 104c angeordnet ist, gesendet werden.
Steuerprozessor 206 sendet Steuersignale zum Signalschalter 202 als Anzeige, welche Sendesignale zu jedem HPA 108 gelenkt werden sollten, und wann das Lenken geändert werden soll. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist der Abdeckungsbereich der Basisstation 102 gleichermaßen aufgeteilt in drei 120° Sektoren 104. Steuerprozessor 206 sendet Steuersignale zum Signalschalter 202, so dass das Lenken aller drei Signale schaltet bzw. wechselt, wenn alle drei Signal-Beams 106 die Sektorgrenzen kreuzen. Mit einer Dreifach-Beam-Antenne 112, wobei die drei Signal-Beams 106 auf 120° voneinander zielen, werden die Verbindungen zwischen allen drei Sendern 204 und drei HPAs 208 zur gleichen Zeit schalten.
In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel basiert der Steuerprozessor 206 das Timing bzw. die Zeitgebung seiner Steuersignale für den Signalschalter 202 auf der Winkelposition der rotierenden Dreifach-Beam-Antenne 112. Steuerprozessor 206 empfängt ein Winkelpositionssignal vom Motor 210. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt dieses Winkelpositionssignal den Steuerprozessor 206 nur an, wenn die Sektoren sich ändern, und welche Antenne welchen Sektoren zugeordnet werden soll. Der Motor 210 könnte z. B. ein Signal als Anzeige senden, wann die Richtantenne 108a die Grenze zwischen Alpha und Beta, Beta und Gamma und Gamma und Alpha kreuzt. Solche Informationen sind ausreichend für den Steuerprozessor 206, um das Lenken der Signale von allen drei Sendern 204 zu allen drei HPAs 208 richtig anzupassen.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel sendet der Motor 210 detailliertere Winkelpositionsinformationen zum Steuerprozessor 206. Solche Signale ermöglichen dem Steuerprozessor 206 die relativen Größen der Sektoren 104 anzupassen. In dem oben beschriebenen Beispiel kann der Alpha-Sektor 104a einen 180° Teil der Abdeckung der Basisstation 102 abdecken, während der Beta-Sektor 104b und der Gamma-Sektor 104c 90° Sektoren repräsentieren. In einer Implementierung unter Verwendung einer Dreifach-Beam-Antenne mit Beams, die 120° voneinander beabstandet sind, würde dies bedeuten, dass zu gewissen Zeiten der Beta-Sektor 104b und der Gamma-Sektor 104c kein Beam-Wobbeln haben würden. Alpha-Sektor 104a würde jedoch manchmal zwei Beams haben, die über ihn wobbeln.
Der Motor 210 kann von irgendeinem Motordesign sein, das in der Lage ist, die Antennenanordnung 112 zu rotieren. Der Motor 210 kann kontinuierlich wobbeln oder kann über vorbestimmte Winkel der Rotierung schreiten. Das Design der Motoren, die zum Rotieren einer Antennenordnung in der Lage sind, ist auf dem Fachgebiet bekannt, und jede von diesen kann angewendet werden ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
In einem anderen alternativen Ausführungsbeispiel steuert der Steuerprozessor 206 das Lenken des Signalschalters 202 ohne die Winkelpositionssignale vom Motor 210 zu empfangen. In diesem alternativen Ausführungsbeispiel basiert der Steuerprozessor 206 das Lenken der Signale von den Sektoren zu den Antennen auf Kriterien, wie z. B. Leistungssteuersignale, die von spezifischen Teilnehmerstationen empfangen werden, oder basiert auf einem internen Zeitgeber in dem Steuerprozessor 206. Wenn ein unabhängiger interner Zeitgeber benutzt wird, kann die Platzierung der Sektoren 104 als eine Funktion der Zeit sich bewegen, was wünschenswert oder nicht wünschenswert sein kann.
2b ist ein Diagramm eines alternativen Ausführungsbeispiels, das einen Hochleistungsschalter 212 benutzt, der zwischen den HPAs 208 und den Richtantennen 108 platziert ist. Statt dem Lenken von Niedrigleistungssignalen von den Sendern 204 über den Signalschalter 202 zu den Eingängen der HPAs 208, lenkt der Hochleistungsschalter 212 die verstärkten Ausgaben des HPAs 208 zu den Antennen 108. Das Lenken der Signale von den HPAs 208 zu den Antennen 108 basiert auf den gleichen Signalen vom Steuerprozessor 206, wie oben beschrieben. Die resultierenden Signale, die über die Antennen 108 in der Vorrichtung der 2a gesendet werden, sind im Allgemeinen äquivalent zu denen in der Vorrichtung der 2b.
3 ist ein Blockdiagramm einer CDMA-Basisstationsvorrichtung zum Lenken von Signalen von einem CDMA-Sektormodul 302 zu einem geeigneten Antennensendemodul 322, basierend auf der Position seiner Signalteams 106. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist der Digitalsignalschalter 324 bidirektional und lenkt sowohl Vorwärtsverbindungs- als auch Rückwärtsverbindungsdigitalsignale zwischen CDMA-Sektormodul 302 und den verschiedenen Antennensendemodulen 322, und zwar basierend auf Signalen vom Steuerprozessor 206. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel empfängt der Steuerprozessor 206 Winkelpositionsinformationen vom Motor 210.
Jedes Antennensendemodul 322 beinhaltet eine Richtantenne 108 und einen Diplexer 320. Der Diplexer 320 ermöglicht den unterschiedlichen Frequenzsignalen der Vorwärts- und Rückwärtsverbindungen über die Antenne 108, ohne miteinander zu interferieren, gespeist zu werden. In der Vorwärtsrichtung werden digitale Signale vom Digitalsignalschalter 324 in den Sender 326 gespeist, wo die Signale moduliert werden, ins Analoge konvertiert werden und hochkonvertiert werden in die HF-Trägerfrequenz. Das hochkonvertierte analoge Signal wird vom Sender 326 zum HPA 208 geliefert, das das Signal stärkt und es über den Diplexer 320 und Antenne 108 sendet. Die Rückwärtsverbindungsanalogsignale werden über die Antenne 108 empfangen, über den Diplexer 320 eingespeist und anschließend zum Empfänger 328 geliefert. Im Empfänger 328 werden die Rückwärtsverbindungssignale runterkonvertiert und abgetastet bevor sie zum Digitalsignalschalter 324 geliefert werden.
Das CDMA-Sektormodul 302 verarbeitet die Vorwärts- und Rückwärtsverbindungssignale, die mit einem einzelnen Sektor 104 assoziiert sind. Vorwärtsverbindungsrahmen werden an das Vorwärtsfehlerkorrekturmodul (FEC = forward error correction) 304 geliefert, das die Rahmen basierend auf einem FEC-Code codiert. Das FEC-Modul 304 benutzt irgendeine von mehreren Vorwärtsfehlerkorrekturtechniken, einschließlich Turbocodierung, Faltungscodierung, eine andere Form von Weichentscheidungs- oder Blockcodierung. Die resultierenden codierten Rahmen werden vom FEC-Modul 304 zum Interleaver bzw. Verschachteler 306 geliefert, der die Daten verschachtelt, um Zeitdiversity in dem gesendeten Signal vorzusehen. Der Verschachteler 306 wendet irgendeine von einer Anzahl von Verschachtelungstechniken an, wie z. B. Blockverschachtelung und Bitumstellungsverschachtelung. Die Ausgabe des Interleavers bzw. Verschachtelers 306 ist binär und wird anschließend zum Signalpunktabbildungsmodul 308 geliefert, wo der binäre Abtastungsstrom (stream) in einen Strom (stream) von komplexen digitalen Abtastungen konvertiert wird. Der Strom, der komplex digitalen Abtastungen wird anschließend mit einem Walsh-Kanal-Code im Walsh-Spreizer 310 gespreizt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht die Walsh-Spreizung, die von dem Walsh-Spreizer 310 durchgeführt wird, einem CDMA-Zusatzkanal. Nach der Walsh-Spreizung wird die Ausgabe des Walsh-Spreizers 310 an dem Pseudo-Rausch-Spreizer (PN = pseudo noise) 312 geliefert, wo er unter Verwendung von PN-Codes gespreizt wird. Die Ausgabe des PN-Spreizers 308 wird dann an den digitalen Signalschalter 324 geliefert, wo er zu einem oder mehreren Antennensendemodulen 322 gelenkt wird. Der Digitalsignalschalter 324 liefert ebenso den komplexen Rückwärts-Verbindungs-Abtastungsstrom zu einem oder mehreren CDMA-Fingerdemodulatoren 330, wo die Rückwärtsverbindungssignale PN-entspreizt werden, demoduliert und decodiert werden.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der PN-Spreizer 312 ein komplexer PN-Spreizer, der die komplexe Ausgabe des Walsh-Spreizers 310 mit einem komplexen PN-Code multipliziert. In einem alternativen Ausführungsbeispiel multipliziert der PN-Spreizer 312 die komplexe Ausgabe des Walsh-Spreizers 310 mit einem reellen (nicht komplexen) PN-Code.
Der Fachmann wird erkennen, dass das Signalpunkt-Abbildungsmodul 308 jede von einer Vielfalt von Abbildungsfunktionen durchführen kann, und zwar ohne die vorliegende Erfindung zu verlassen. Die Abbildungsfunktionen, die möglicherweise im Signalpunkt-Abbildungsmodul 308 angewendet werden, beinhalten binäre Phasenumtastung (BPSK = binary Phase-shift keying), Quadratur-Phasenumtastung (QPSK = quadrature Phase-shift keying) oder 8-fache Phasenumtastung (8PSK = 8-ary Phase-shift keying).
Die Teile des CDMA-Sektormoduls 302, die in 3 gezeigt sind, ermöglichen Drahtlos-Kommunikationsdienst in einem einzelnen Sektor 104. Wie gezeigt, empfängt der digitale Signalschalter 324 zwei Vorwärtsverbindungssignale vom PN-Spreizer 312 und liefert zwei Rückwärtsverbindungssignale an die Fingerdemodulatoren 330. Jedes Paar von Signalen repräsentiert die Reell- und Imaginärkomponenten eines komplexen Signalstroms. Der Signalsatz von einem Vorwärtsverbindungskomplexsignalstrom und einem Rückwärtsverbindungskomplexsignalstrom bilden die Signale assoziiert mit einem einzelnen Sektor 104, die gleichzeitig (in unison) vom Digitalsignalschalter 324 geschaltet werden. Mit anderen Worten, lenkt der Digitalsignalschalter 324 immer den Vorwärtsverbindungskomplexsignalstrom assoziiert mit einem gegebenen Sektor zu dem gleichen Satz von Antennensendemodulen 322 das der Rückwärtsverbindungskomplexsignalstrom mit dem gleichen Sektor assoziiert ist. Zusammen werden die Vorwärtsverbindungs- und Rückwärtsverbindungssignalströme für einen einzelnen Sektor als ein Sektorsignalstrom bezeichnet. Die Verbindung, die benutzt wird, um einen Sektorsignalstrom zwischen dem Digitalsignalschalter 324 zur Hardware oder der Vorrichtung assoziiert mit dem Sektor zu tragen, wird eine Sektorverbindung genannt.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beinhaltet das CDMA-Sektormodul 302 zusätzliche Hardware, um wie geeignet, Dienst in drei Sektoren zu ermöglichen. Die Vorwärtsverbindungssignal-Verarbeitungskette einschließlich dem FEC-Modul 304, Verschachteler 306, Signalpunktabbildungsmodul 308, Walsh-Spreizer 310 und PN-Spreizer 312 würden z. B. für jeden unterstützen Sektor verdoppelt werden, und zwar mit einem zusätzlichen Satz von Komplexsignalen, die zum Digitalsignalschalter 324 vom PN-Spreizer 312 vorgesehen werden. Ein gemeinsamer Pool an Fingerdemodulatoren 330 wird benutzt, um Rückwärtsverbindungsdienst für alle drei Sektoren vorzusehen. Jeder Fingerdemodulator 330 hat Zugriff auf die drei Komplexabtastungsströme, die von jedem der drei Antennensendemodule 322 vom Digitalsignalschalter 324 gelenkt werden. Diese Konfiguration ermöglicht es Signale, die von einer einzelnen Teilnehmerstation 110 gesendet wurden, von vielfachen Sektoren demoduliert zu werden, und zwar unter Verwendung von Softer-Handoff-Techniken.
Wie oben diskutiert, ist die Anzahl der Sektoren in der vorliegenden Erfindung nicht auf ein Maximum von drei begrenzt. Ebenso muss die Anzahl der Sektoren nicht die gleiche sein wie die Anzahl der Antennensendemodule 322. Zum Beispiel sind in einem alternativen Ausführungsbeispiel sechs Richtantennen bei 60° Winkeln voneinander auf einer rotierenden Anordnung montiert. In dem alternativen Ausführungsbeispiel weist die Basisstation 102 sechs Antennensendemodule 322 auf, die Dienst für drei Sektoren 104 vorsehen. Steuerprozessor 206 bewirkt, dass der Digitalsignalschalter 324 Signale so lenkt, dass jeder Sektor 104 exakt zwei Beams 106 hat, die über ihn zur gleichen Zeit wobbeln.
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Anpassen der Lenkung von Signalen von vielfachen Sektoren zu vielfachen Antennensende-Untersystemen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beim Start 402 des Flussdiagramms wird angenommen, dass die Antennenanordnung 112 sich an einer anfänglichen Winkelposition befindet oder Beam-Winkel.
Ebenso werden die Sektorsignalströme, im Allgemeinen einer pro Sektor, über den Signalschalter 324 zu den Antennensende-Untersystemen 322 gelenkt. Die Winkelposition oder Beam-Winkel der Antennenanordnung 112 inkrementiert 404 als ein Ergebnis der Bewegung des Motors 210.
In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel basiert eine Entscheidung 406 für das Ändern des Lenkens der Signale über den Signalschalter 324 darauf, ob der Beam-Winkel als Anzeige dient für einen Signal-Beam 106, der außerhalb eines Sektors 104 und in einen anderen wobbelt. Ein neuer Beam-Winkel kann z. B. anzeigen, dass der Signal-Beam 106b vom Beta-Sektor 104b in den Gamma-Sektor 104c gewobbelt hat. Wenn es bestimmt wird, dass ein Signal-Beam 104 eine Sektorgrenze gekreuzt hat, müssen die Signale, die über das Antennensendeuntersystem 322 gesendet und empfangen wurden, die mit dem Signal-Beam assoziiert sind, zu der geeigneten Sektorverbindung eines CDMA-Sektormoduls 302 neu gelenkt werden.
Sobald irgendwelche notwendigen Neulenkungsanpassungen gemacht wurden, und zwar ansprechend auf eine Beam-Winkeländerung, ändert sich der Beam-Winkel der Antennenordnung 112 nochmals.
5 ist ein Flussdiagramm der Schritte eines Verfahrens, das benutzt wird um Signale gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu senden. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel wird benutzt beim Senden der CDMA-Vorwärtsverbindungssignale von einer Basisstation unter Verwendung der Antennenanordnung 112, wie oben beschrieben. Signale werden vor dem Startschritt 512 generiert und enden (conclude) 522 mit deren Sendung 520 über eine oder mehrere Richtantennen 108 mit Signal-Beams 106.
Generierte Basisbanddaten werden vorwärtsfehler-korrrektur-codiert (FEC) 504 und verschachtelt 506, wie vom FEC-Codierer 304 und Verschachteler 306 oben beschrieben. Die resultierenden verschachtelten Daten werden anschließend auf komplexe Werte abgebildet, und zwar unter Verwendung der Signalpunktabbildung 508, wie durch Signalpunktabbildungsmodul 308. Der resultierende komplexe Abbildungsstrom wird gespreizt 510, und zwar unter Verwendung der Walsh-Spreizung, wie vom Walsh-Spreizer 310. Die Walsh-Spreizdaten werden anschließend gespreizt, und zwar unter Verwendung der Pseudo-Rausch-Spreizung (PN) 512, wie vom PN-Spreizer 312. Der PN-Spreizsignalstrom wird gelenkt 514, und zwar zum geeigneten Sender oder zu den geeigneten Sendern 326. Jedes der gelenkten Signale wird anschließend hochkonvertiert auf HF 516, wie vom Sender(n) 326, und verstärkt 518, wie von dem HPA(s) 208. Die Signale werden anschließend gesendet 520, und zwar über einen Signal-Beam(s), wie über die Richtantenne(n) 108. Wie oben diskutiert, können unterschiedliche Typen von FEC-Codierung 504, Verschachtelung 506, Signalpunktabbildung 508 und Walsh-Spreizung 510 angewendet werden, und zwar ohne die vorliegende Erfindung zu verlassen.
6 ist ein Flussdiagramm der Schritte eines Verfahrens, das benutzt wird um Signale gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu empfangen. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel wird von einer CDMA-Basisstation benutzt, die konfiguriert ist gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, um Rückwärtsverbindungssignale über die Antennenanordnung 112, wie oben beschrieben, zu empfangen und zu decodieren.
Signale werden empfangen 604, und zwar über einen oder mehrere Signal-Beams 106, wie über die Richtantenne(n) 108, die empfangenen Signale werden runterkonvertiert 606, und zwar vom HF zu Basisband, wie vom Empfänger 328. Die runterkonvertierten Signale werden anschließend gelenkt 608, und zwar zu einem der oder mehreren Fingerdemodulatoren 330, und zwar über eine oder mehrere Sektorverbindungen.
Innerhalb jedes Fingerdemodulators 330 werden CDMA-Techniken benutzt, um CDMA-Datenrahmen zu decodieren. Diese Techniken beinhalten das Suchen 610 nach empfangenen Signalfingern, die PN-Entspreizung 612 von den einen oder mehreren Fingern die gefunden wurden, die Walsh- Decodierung 614 des PN-entspreizten Signal und das Entabbilden (demapping) 616 des resultierenden komplexen Abtastungsstroms in einen binären Datenstrom. Der endabgebildete Binärstrom wird entschachtelt 618 und decodiert 620, unter Verwendung von Vorwärtsfehlerkorrekturtechniken (FEC), um die Gültigkeit der empfangenen Rahmen zu bestimmen. Mit dem Empfang von einem oder mehreren gültigen Rahmen, fährt der Prozess fort für zusätzliche Signale, die empfangen werden 604.
Wie mit den Vorwärtsverbindungssendungen können die aufgelisteten Schritte durchgeführt werden, unter Verwendung einer Vielfalt von verfügbaren Techniken, ohne die vorliegende Erfindung zu verlassen. Die PN-Entspreizung und die Walsh-Entspreizung in den Schritten 612 und 614 können z. B. reell oder komplex sein. Die Signalpunkt-Endabbildung 616 kann jede von einer Vielfalt von Abbildungen benutzen, einschließlich binäre Phasenumtastung (BPSK), Quadratur-Phasenumtastung (QPSK) oder achtfache Phasenumtastung (8PSK). Der Entschachtelungsschritt 618 kann irgendeine von einer Vielzahl von Verschachtelungstechniken benutzen, wie z. B. Blockverschachtelung und Bit-Umstellungsverschachtelung.
Der FEC-Decodierungsschritt 620 kann irgendeine von einer Vielfalt von Decodierungstechniken benutzen, wie z. B. Turbocodierung, Faltungscodierung oder irgendeine Form von Weichentscheidungs- oder Blockcodierung.

Claims

Eine sektorisierte Basisstation für Drahtloskommunikation (102), die eine Antennenanordnung (112) aufweist, die Folgendes aufweist: eine vorbestimmte Anzahl von Breitstrahl- bzw. Breit-Beam-Antennen (101A–101C), um Broadcast- bzw. Ausstrahlungs-Abdeckung von Signalen eines jeden Sektors (104A–104C) vorzusehen; dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanordnung (112) Folgendes aufweist: eine vorbestimmte Anzahl von Richtantennen (108A–108C), wobei die vorbestimmte Anzahl von Richtantennen (108A–108C) in die Antennenanordnung (112) angeordnet ist, so dass das Strahlungsmuster einer jeden Richtantenne (108A–108C) radial weg von der Mitte der Antennenanordnung (112) gerichtet ist; einen Motor (210), der mechanisch mit der Antennenanordnung (112) verbunden ist zum Rotieren der Antennenanordnung (112) um ihre Achse, so dass der Signalstrahl bzw. -Beam von jeder Richtantenne (108A–108C) durch jeden Sektor (104A–104C) wobbelt bzw. streicht; eine Vielzahl von Sendern (204A–204C), wobei jeder Sender einen bestimmten Sektor entspricht; ein Signalschalter (202; 212; 324) verbunden mit den Richtantennen (108A–108C) zum Lenken von Signalen von jedem Sender (204A–204C), so dass sie immer durch eine Richtantenne (108A–108C) mit einem Signalstrahl in seinem entsprechenden Sektor übertragen werden.
Basisstation (102) nach Anspruch 1, wobei die Breitstrahlantennen (101A–101C) Pilotkanalsignale senden, wobei die Pilotkanalsignale kohärent bezüglich zu Signalen gesendet werden, die durch die Antennenanordnung (112) gesendet werden.
Basisstation (102) nach Anspruch 1, wobei der Signal-Switch bzw. – schalter (202; 212; 324) ein Digitalsignal-Schalter ist.
Basisstation (102) nach Anspruch 1, wobei die Richtantennen (108A–108C) 30 Grad-Halbleistungs-Antennen sind.
Basisstation (102) nach Anspruch 1, wobei die Richtantennen (108A–108C) Schüsselantennen sind.
Basisstation (102) nach Anspruch 1, wobei die Richtantennen (108A–108C) Kollinear-Array-Antennen sind.
Basisstation (102) nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Anzahl von Richtantennen (108A–108C) größer als drei ist.
Basisstation (102) nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Anzahl von Richtantennen (108A–108C) drei ist.
Basisstation (102) nach Anspruch 8, wobei die Strahlungsmuster von der Antennenanordnung (112) in ungefähr 120° zueinander abstrahlen.
Basisstation (102) nach Anspruch 1, wobei es drei Sektoren gibt.
Basisstation (102) nach Anspruch 10, wobei die vorbestimmte Anzahl von Richtantennen sechs ist.
Basisstation (102) nach Anspruch 1, die weiterhin einen Hochleistungsverstärker (208A–208C) aufweist zum Verstärken eines Analog-HF-Signals zum Erzeugen eines verstärkten Signals, und wobei der Signal-Schalter (202; 212; 324) das verstärkte Signal von dem Hochleistungsverstärker (208A–208C) zu den Richtantennen (108A–108C) lenkt.
Basisstation (102) nach Anspruch 1, die weiterhin eine vorbestimmte Anzahl von Hochleistungsverstärkern (208A–208C) aufweist, wobei jeder Hochleistungsverstärker (208A–208C) angeordnet ist zwischen einer der Richtantennen (108A–108C) und dem Signal-Schalter (202; 212; 324), und wobei jeder Hochleistungsverstärker (208) ein Analog-HF-Signal von dem Signal-Schalter (202; 212; 324) empfängt und das Analog-HF-Signal verstärkt, um ein verstärktes Signal zu erzeugen.
Basisstation (102) nach Anspruch 13, wobei jeder Sender (204A–204C) angeordnet ist zwischen einem der Hochleistungsverstärker (208A–208C) und dem Signal-Schalter (202; 212; 324), zum Empfangen eines Basisbandsignals von dem Signal-Schalter (202; 212; 324) und zum Hochkonvertieren des Basisbandsignals, um das Analog-HF-Signal zu erzeugen.
Basisstation (102) nach Anspruch 1, die weiterhin einen Steuerprozessor (206) aufweist zum Generieren eines Sektorlenksignals, und wobei der Signal-Schalter (202; 212; 324) Signale lenkt von mindestens einem der Sender (204A–204C) zu jeder Richtantenne (108A–108C), basierend auf dem Sektorlenksignal.
Basisstation (102) nach Anspruch 15, wobei der Motor (210) ein Winkelpositionssignal an den Steuerprozessor (206) vorsieht und wobei das Sektorlenksignal basiert wird auf dem Winkelpositionssignal.
Basisstation (102) nach Anspruch 13, die weiterhin einen Pseudo-Rausch-PN-Spreizer (312) aufweist zum Ausführen von PN-Spreizung eines ersten Datensignals, um ein PN-Spreiz-Signal zu erzeugen, und zum Vorsehen des PN-Spreizsignals an mindestens einen der Sender (204A–204C) zum Lenken durch den Signal-Schalter (202; 212; 324).
Basisstation (102) nach Anspruch 17, wobei der PN-Spreizer (312) ein Reell-PN-Spreizer ist zum Multiplizieren des ersten Datensignals mit einem Reell-PN-Code.
Basisstation (102) nach Anspruch 17, wobei der PN-Spreizer (312) ein Komplex-PN-Spreizer ist zum Multiplizieren des ersten Datensignals mit einem Komplex-PN-Code.
Basisstation (102) nach Anspruch 17, wobei der PN-Spreizer (312) weiterhin ein Pilotsignal spreizt, um ein PN-Spreiz-Pilotsignal zu erzeugen, und wobei das PN-Spreiz-Pilotsignal durch die Breitstrahlantennen (101–101C) gesendet wird.
Basisstation (102) nach Anspruch 17, das weiterhin einen Walsh-Spreizer (310) aufweist zum Empfangen eines zweiten Datensignals und zum Multiplizieren des Signals mit einem Walsh-Code, um das erste Datensignal zu erzeugen.
Basisstation (102) nach Anspruch 21, wobei der Walsh-Code ein Zusatzkanal-Waish-Code bzw. supplemental channel Walsh code ist.
Basisstation (102) nach Anspruch 13, die weiterhin einen oder mehrere CDMA-Finger-Demodulatoren (330) aufweist zum Empfangen eines abwärts konvertierten Rückwärtsverbindungs-Abtaststroms von mindestens einer der Richtantennen (108A–108C) und zum Ausführen von PN-Entspreizung des abwärts konvertierten Rückwärtsverbindungs-Abtaststromes, um ein PN-Entspreiz-Rückwärtsverbindungssignal zu erzeugen.
Ein Verfahren zum Senden eines Informationssignals in einer Antennenanordnung, die eine vorbestimmte Anzahl von Breitstrahl- bzw. Breitbeam-Antennen aufweist zum Vorsehen von Broadcast- bzw. Ausstrahlungs-Abdeckung von Signalen eines Sektors; wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Vorsehen einer vorbestimmten Anzahl von Richtantennen in der Antennenanordnung, wobei die vorbestimmte Anzahl von Richtantennen angeordnet ist in die Antennenanordnung, so dass das Strahlungsmuster einer jeden Richtantenne radial nach außen weg von der Mitte der Antennenanordnung gerichtet ist; Vorsehen eines Motors, der mechanisch mit der Antennenanordnung verbunden ist zum Rotieren der Antennenanordnung um ihre eigene Achse, so dass der Signalstrahl bzw. -Beam einer jeden Richtantenne über jeden Sektor wobbelt bzw. streicht; Vorsehen einer Vielzahl von Sendern, wobei jeder Sender einen bestimmten Sektor entspricht; Vorsehen eines Signalschalters bzw. -Switch, der verbunden ist mit den Richtantennen zum Lenken von Informationssignalen von jedem Sender, so dass diese immer durch eine Richtantenne mit einem Signalstrahl in ihrem entsprechenden Sender senden.
Verfahren nach Anspruch 24, das weiterhin den Schritt des Lenkens eines Vorwärtsverbindungssignals einer ersten vorbestimmten Anzahl von Vorwärts-Verbindungssignalen zu einer ersten Richtantenne der vorbestimmten Anzahl von Richtantennen, basierend auf einer Winkelposition der ersten Richtantenne aufweist; und das Senden des Vorwärts-Verbindungssignals durch einen Signalstrahl entsprechend zu der ersten Richtantenne aufweist.
Verfahren nach Anspruch 25, das weiterhin den Schritt des Sendens eines Pilotkanalsignals durch die Breitstrahlantenne aufweist, wobei das Pilotsignal kohärent ist bezüglich mindestens eines der ersten vorbestimmten Anzahl von Vorwärtsverbindungssignalen.
Verfahren nach Anspruch 25, das weiterhin den Schritt des Anpassens der Winkelposition über die Zeit hinweg aufweist, so dass jeder Signalstrahl durch eine erste vorbestimmte Anzahl von Sektoren wobbelt.
Verfahren nach Anspruch 27, das weiterhin den Schritt des Lenkens des Vorwärtsverbindungssignals zu einer zweiten Richtantenne der vorbestimmten Anzahl von Richtantennen aufweist, und zwar basierend auf dem Wobbeln des Signalstrahls über die Grenze zwischen zwei der ersten vorbestimmten Anzahl von Sektoren.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei die erste Richtantenne eine Schüsselantenne ist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei die erste Richtantenne eine Kollinear-Array-Antenne ist.
Verfahren nach Anspruch 25, das weiterhin den Schritt des Pseudo-Rausch-(PN)-Spreizens eines PN-Entspreizsignals aufweist, um das Vorwärtsverbindungssignal zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei der Schritt des PN-Spreizens Reell-PN-Spreizen ist, wobei das PN-Entspreiz-Signal multipliziert wird mit einem Reell-PN-Code.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei der Schritt des PN-Spreizens ein Komplex-PN-Spreizen ist, wobei das PN-Entspreiz-Signal mit einem Komplex-PN-Code multipliziert wird.
Verfahren nach Anspruch 31, das weiterhin den Schritt des Walsh-Spreizens eines Walsh-Entspreiz-Signals unter Verwendung eines Walsh-Codes aufweist, um das PN-Entspreiz-Signal zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 25, das weiterhin folgende Schritte aufweist: Empfangen eines ersten Rückwärtsverbindungssignals durch einen ersten Signalstrahl bzw. -Beam entsprechend zu einer ersten Richtantenne der vorbestimmten Anzahl von Richtantennen; und Lenken, basierend auf einer Winkelposition der vorbestimmten Anzahl von Richtantennen, des ersten Rückwärtsverbindungssignals zu einem Finger-Demodulator durch eine erste Sektorverbindung einer vorbestimmten Anzahl von Sektorverbindungen.
Verfahren nach Anspruch 35, das weiterhin den Schritt des Anpassens der Winkelposition über die Zeit hinweg aufweist, so dass der erste Signalstrahl durch eine zweite vorbestimmte Anzahl von Sektoren wobbelt.
Verfahren nach Anspruch 36, das weiterhin den Schritt des Anpassens des Lenkens des ersten Rückwärtsverbindungssignals aufweist, so dass es durch eine zweite Sektorverbindung gelenkt wird, wenn der Signalstrahl über die Grenze zwischen zwei der zweiten vorbestimmten Anzahl von Sektoren wobbelt.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die vorbestimmte Anzahl von Richtantennen größer ist als drei.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die vorbestimmte Anzahl von Richtantennen drei ist.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei die Richtantennen radial nach außen von einer Achse, und zwar in einem ungefähren 120°-Winkel zueinander gerichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei es drei Sektoren gibt.
Verfahren nach Anspruch 41, wobei die vorbestimmte Anzahl von Richtantennen sechs ist.
Verfahren nach Anspruch 35, das weiterhin den Schritt des Pseudo-Rausch-(PN = pseudo noise)-Entspreizens des ersten Rückwärtsverbindungssignals aufweist, um ein PN-Entspreizsignal zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 43, wobei der Schritt des PN-Entspreizens Reell-PN-Entspreizen ist, wobei das erste Rückwärtsverbindungssignal mit einem Reell-PN-Code multipliziert wird.
Verfahren nach Anspruch 43, wobei der Schritt des PN-Entspreizens ein Komplex-PN-Entspreizen ist, wobei das erste Rückwärtsverbindungssignal mit einem Komplex-PN-Code multipliziert wird.
Verfahren nach Anspruch 43, das weiterhin den Schritt des Walsh-Entspreizens des PN-Entspreiz-Signals unter Verwendung eines Walsh-Codes aufweist, um ein Walsh-Entspreiz-Signal zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 34 oder Anspruch 46, wobei der Walsh-Code ein Zusatzkanal-Walsh-Code ist.
Basisstation (102) nach Anspruch 1, wobei Zusatzdaten durch die Richtantennen (108A–108C) gesendet werden.