專利名稱：使用波束成型及掃描于共享及專用頻道的主臺的制作方法
技術領域：
本實用新型有關一種使用波束成型及掃描于共享及專用頻道的主臺。
(2)背景技術形成區(qū)段對于在個別胞元站中提供遠距涵蓋區(qū)域而言，已經是一習知的技術，并且可以配合″聰明天線(smart antenna)″而達成。聰明天線的方法是動態(tài)的改變該天線的發(fā)射模式以形成一″波束″，而該波束是特別地聚焦于該天線的已傳輸及已接收的能量，并提供一所需的地形涵蓋范圍。而波束成型是為在方向及寬度可調整的區(qū)段的區(qū)段成型的加強作用。兩種技術都被使用來1)減少展開于胞元內的胞元及無線傳輸/接收單元(WTRUs)間的干擾；2)增加一接收器及一傳輸器間可允許的范圍；以及3)定位一WRTU的地理位置。只要這些技術的一般位置已知，則其通常被應用于該WRTUs的專用頻道。
在得知一WTRU的位置之前，該共享頻道會傳播所有WTRUs所可能接收的信息。當此一信息可以在靜態(tài)區(qū)段中被發(fā)送時，其將不會被在可變的波束中發(fā)送。在此一途徑中存在著一個固有的無效率步驟，即需要額外的步驟才能決定用于專用資料交換的適當波束。另外，通常該波束必須夠大才能提供寬闊的涵蓋區(qū)域，而這將導致他們的能量在與該傳輸器有一距離時會較低。在這些狀況下，他們必須使用較高的能量，具有較長的符號時間及/或更多翔實的編碼計劃以涵蓋相同的范圍。
在現有技術中，該共享頻道的涵蓋范圍是顯示于第一圖中，其具有四個互相重疊的廣域波束。當對該胞元站給予某程度的在利用時，此提供全方向性的涵蓋范圍，其亦藉由在每一區(qū)段傳輸中有一單一的辨識元，以提供一粗率程度的方向性予檢測該傳輸器其中之一的該WTRUs(WTRU1及WTRU2)。
請參閱圖2，其是顯示介于一主臺(P)及幾個WTRUs(WTRU3及WTRU4)之間的下行線路專用波束。假設圖1及圖2中源自該主臺P的能量相同，而且其它特性相同，則在圖2所顯示的該WTRUs(WTRU3及WTRU4)與該主臺P的距離遠大于圖1所顯示的該WTRUs(WTRU1及WTRU2)。兩者擇一地，該涵蓋范圍可以藉由減少該符號速率或增加該差錯校正碼而大致相同。這些方法其中的一會減少該資料的傳遞速率。這也可以應用于該主臺P的接收器上行線路波束模式，及關于涵蓋范圍的相同評論及應用于從該WTRUs至該主臺P相同的資料的選擇。
在現有技術中，一主臺P或一WTRU的范圍通?？梢越逵山Y合較高能量、較低符號速率、差錯校正碼及實時分集頻率或空間。然而，這些方法會造成最佳操錯的低效執(zhí)行。另外，在共享及專用通訊頻道之間會產生不協(xié)調，因而該涵蓋范圍會以此方式而被校準。
該下行線路專用頻道可以在一具有較窄頻寬的波束中，藉由一聰明天線而被傳輸，而該較窄波束服務一較窄區(qū)域。將該波束窄化的優(yōu)點是，在該胞元的其它區(qū)域中，至WTRUs的干擾會減少，而這對系統(tǒng)效率會有一正面的沖擊。然而，專用頻道依然容易被產生自該共享頻道的干擾所影響。該共享頻道必須在整個涵蓋區(qū)域中能被所有行動電話找到。圖3是顯示用于一蜂巢系統(tǒng)的通用調度發(fā)射模式，其是利用在專用頻道涵蓋范圍中，一聰明天線系統(tǒng)發(fā)射一具涵蓋一小涵蓋范圍10的較窄頻寬波束，及該共享頻道涵蓋范圍中，透過一寬涵蓋區(qū)域12發(fā)射一全方向性模式的一全方向性天線。既然該共享頻道是在一高輸出能量被傳輸，已確定完整的胞元涵蓋范圍，則一WTRU所接收的該專用頻道將可會被干擾，當該WTRU的位置變得較接近該高能量的共享頻道傳輸器。
因此，其需要提供一方法，其可以在無線通訊系統(tǒng)中，對共享及專用頻道兩者提供公平的涵蓋范圍，卻沒有現有技術的缺點。
(3)實用新型內容本實用新型的目的是提供一種使用波束成型及掃描于共享即專用頻道的主臺，所述主臺傳輸通訊到至少一第二臺及接收來自至少一第二臺的通訊。本實用新型可解決現有技術的以下缺陷在得知一WTRU的位置前，共享頻道會把所有WTRUs可能接收的信息傳播出去。當此一信息可以在靜態(tài)區(qū)段中發(fā)送時，該信息便不會在可變的波束中發(fā)送。在此一途徑中存在著一個固有的無效率步驟，即需要額外的步驟才能決定用于專用數據交換的適當波束。另外，下行線路專用頻道可以借助一聰明天線而在一具有較窄頻寬的波束中傳輸，該較窄波束服務于一該較窄區(qū)域中。然而，專用頻道依然容易受到產生自該共用頻道的干擾所影響。
本實用新型的解決方案在于提出一種用于傳輸共享及專用頻道通訊到至少一第二臺及接收源自該第而臺的該共享及專用頻道通訊的主臺，其中該第二臺是位于一已利用源自一天線的至少一波束形成區(qū)段的胞元中。該主臺包括一產生及形成該波束的裝置；以及一掃描該已形成波束的裝置。該掃描裝置會選擇性的將該已形成波束指向多個方向。
本實用新型的優(yōu)點在于可以在無線通訊系統(tǒng)中對共享及專用頻道兩者提供公平的涵蓋范圍，但是卻沒有現有技術的缺點。
(4)
圖1其是顯示在現有技術中，介于一主臺及具有四個相互重疊廣域波束的數個WTRUs之間的共享頻道涵蓋計畫；圖2其是顯示在現有技術中，介于一主臺及數個使用專屬波束的WTRUs之間的下行線路專屬波束計畫；圖3其是顯示在現有技術中，用于一蜂巢系統(tǒng)的發(fā)射模式，其是利用專屬頻道涵蓋范圍中涵蓋一小涵蓋區(qū)域的一窄頻寬波束，以及該共享頻道涵蓋范圍中涵蓋一寬涵蓋區(qū)域的一全方向性模式；圖4其是顯示自一主臺發(fā)射的一旋轉共享頻道波束；圖4A其是顯示該共享信號頻道的掃描流程圖；圖5其是顯示對已知WTRUs的不均勻分布的一波束配置；圖6其是顯示具有可根據資料流量形式而調整的波束頻寬的一波束配置；圖7其是顯示于專用及共享頻道，具有相同涵蓋范圍區(qū)域的一波束配置圖；圖8其是顯示于專用及共享頻道，具有相同涵蓋范圍區(qū)域的波束配置圖；圖9其是顯示于一較佳實施例中，該共享信號頻道被掃描的流程圖；圖10其是顯示于一較佳實施例中，單一共享信號頻道被傳輸至一胞元的不同位置的流程圖；以及
圖11其是顯示主臺與第二臺通訊連結的方塊圖。
(5)具體實施方式
本發(fā)明將以圖標及相關的圖標符號來作說明。前面有關波束形成的論述皆可用于信號的傳送及接收。舉例來說，較窄的傳送波束對于該波束之外的裝置引發(fā)較小的干擾，相反的，較窄的接收波束自該波束的外的裝置減少干擾。前面有關本實用新型的論述皆可用于信號的傳送及接收。
本實用新型是關于無線通訊系統(tǒng)的涵蓋范圍，其中該無線通訊系統(tǒng)使用智能型天線發(fā)射共享及專用波段，并且對于共享及專用頻道提供相似的涵蓋范圍。共享頻道正如其名，所有裝置皆可使用其波段，本實用新型所述的系統(tǒng)及方法規(guī)劃共享頻道于同一型式，并對系統(tǒng)及WTRU提供有用信息以建立專用頻道。
請參閱圖4，虛線代表共享頻道波束B自主臺(BS)發(fā)射出來的可能位置P1-Pn，在某一特定的時間點，波束B僅存在于圖中實線的一位置P1。箭頭表示波束B隨時間而改變方向。在本圖中，波束B隨時序自P1位置以順時針方向移至P2-Pn位置，雖然反時針方向的移動亦可。
系統(tǒng)協(xié)助辨識在P1-Pn每個位置上的波束B。圖4A是根據圖4的本實用新型一較佳實施例的方法40所繪制的流程圖，被傳送的辨識波束B(包括波束B在P1-Pn每個位置上所具有的單一的辨識元)被沿著蜂巢掃描(步驟41)。舉例來說，當在第一位置P1則一第一辨識元I1將被傳送，當在第二位置P2則一第二辨識元I2將被產生，其余P3-Pn位置皆是如此。倘若波束B被連續(xù)掃描，不同的辨識元I1-Im亦會隨著每個旋轉度數被產生。
當一WRTU成功地得到信號共享頻道(步驟42)，它便會通知PS(步驟44)所得到共享頻道的辨識元號碼，系統(tǒng)使用這種通知以決定WTRU的位置(步驟46)，PS接著便會在WTRU的適當方向中指定一專用頻道(步驟48)，因為共享頻道僅在每一個扇形停留一段極短的時間，因此共享頻道所引起對于專用頻到產生的干擾便被大量降低。一個次要的缺點也許是需求時間的延長，但該缺點可藉由增加共享頻道的資料率來減輕影響。
本實用新型的第二較佳實施例是藉由使用時間標幟作為辨識元的型態(tài)以辨識波束B的P1-Pn的位置。不論將時間標幟或是辨識元送回PS皆可通知PS波束B已被WTRU檢測到了，而在該段時間當中，PS便獲知能夠與WTRU溝通的波束B的P1-Pn的位置，然而，需要注意的是，由于反射的發(fā)生可能，自PS至WRTU的方法并不是一定的。
本實用新型的第三較佳實施例是藉由使用時間同步得方法作為辨識元的型態(tài)以辨識波束B的P1-Pn的位置，波束B是以一通曉的時間標幟作標示。達到此目的的一種方式是WTRU及PS皆對同一時間參考點具有使用權，例如全球定位系統(tǒng)(GPS)、美國國家標準及科技學院(National Institute ofStandard and Technology)的網絡時間或廣播時間(WWV)、或是經適當調整后的當地同步時間。
一個用以辨識波束B的位置P1-Pn的第四實施例是用于WTRUs和PS對從公共設施傳送過來的正時記號做同步校準。WTRUs能檢測波束傳送以辨識PS，但不需檢測個別的波束B的位置P1-Pn。藉由當WTRU檢測波束B時所回報PS的時間因子，PS就能決定哪一個波束B做為WTRU的參考。此實施例的好處在于共享頻道傳送并不需要負擔多余的資料以辨識波束B的位置P1-Pn。
一個用以辨識波束B的位置的第五實施例是用于WTRU內部所包含的GPS接收器。WTRU接著藉由緯度和經度決定地理位置，并把信息向PS回報。PS接著能使用此信息精確地產生波束B的方向、波束寬度和強度。此實施例的另一優(yōu)勢是在于WTRU所獲得精準的位置，該優(yōu)勢可允許使用者在需要時對WTRU做定位。
參照圖5，波束模式可能依系統(tǒng)管理者的需求而作修改。在這情形下，PS可將波束B置于一個與在特別區(qū)域內的WTRUs預期密度一致的模式中。舉說來說，一寬光束W1、W2、W3可隨著少數WTRUs分別被投射于P1、P2、P3，而更多窄波束N4、N5、N6可隨著少數WTRUs分別被投射于P4、P5、P6。這促進在較密集區(qū)域內更窄波束B的制造，且也增進公用頻道的上行通路和下行通路的使用容量以建立初始通信設施。
波束寬度操作最好是能實時執(zhí)行，然而，通信設施的情形和應用的類別決定波束位置P1-Pn數量的配量以及相關波束寬度模式。形成波束模式應該具足夠寬度以致于進入和離開WTRUs波束的數量能不需過量交遞至其它波束即可掌控。一個靜態(tài)的裝置能以窄光束服務，以快速移動的車子為例，窄波束在與行進流垂直時并不能有效地服務，但是卻能在與行進方向平行時提供服務。一個窄垂直波束只能滿足短訊息服務，不能如同電話一樣做聲音服務。
另一項使用不同波束寬度的優(yōu)勢是在區(qū)域內WTRUs移動的類別。參照圖6，所示為一建筑物BL(主要代表一區(qū)域具有慢速移動的行人速度裝置WTRUs)，以及一高速高路H(主要代表一區(qū)域具有快速移動裝置WTRUf)。慢速裝置WTRUs在通信時段被妨礙時能以窄波束N1-N3服務，換另一角度，快速移動裝置WTRUf需要較寬波束W1-W3以支撐通信設施。
波束寬度塑形也減低當從一波束B至另一波束B時，WTRUs自動切換的頻率。自動切換將比傳統(tǒng)通信設施需要使用更多的系統(tǒng)資源，因為在自動切換情形發(fā)生時，兩個獨立通信連結必須維持。波束自動切換也應該避免，因為聲音通信設施更不能忍受隨著頻繁的自動切換所帶來的延遲時間。
數據服務與封包大小和數量相關。雖然幾個小封包可不出問題地傳送，但一個需要顯著的自動切換數量的大封包，可能會使用過量的頻寬，當在自動切換后試著重新建立連結時，這情形就會發(fā)生。當同一數據做多數傳送已試著展表現可靠的傳輸時，頻寬也可能被耗盡。下行通路共享頻道通信設施通常都緊隨著上行通路傳送，藉由知曉PS的傳送模式，WTRU能決定適當的時間送出上行通路傳送。為了表現必要的時序，一個已知的修正或廣播時間關系被應用。在修正關系的案例中，WTRU使用普通的計時鐘，WTRU會等待直到PS在傳送前通過WTRU的區(qū)段形成一波束。在廣播時間關系的案例中，PS告知WTRU何時送出他的上行通路信號。上行通路和下行通路波束的形成有可能也可能不重疊，通常避免重疊會有優(yōu)勢，以便在相同傳播時段下，裝置對傳送有因應能以比需要等待整個天線波束形成的時序周期還要更少的時間。
必須提出說明的是，CMDA和其它RF通訊協(xié)議使用了一些分時形式。當對這些暫時公共設施做響應時，波束的分段和通訊協(xié)議的傳播時段都很重要，其它非時間相關的RF通訊協(xié)議，例如時槽阿羅哈式(slotted Aloha)只牽涉分段部分。
在上文中描述的實施例在循序的情況下指向掃描環(huán)繞PS的波束B，在許多例子中，這將是典型地執(zhí)行本發(fā)明最方便的方式。然而，有許多供選擇的方法以取得不同的位置，舉例來說，在某種程度的區(qū)域里，能有更多覆蓋范圍的的情況是值得期待的，這能在排定時序的位置序列中產生波束來達成。舉例來說，如果有七個位置(從1到7)，可使用(1，2，3，4，2，5，6，2，7，1)的序列，這會讓一區(qū)域覆蓋在波束位置2號比其它位置更頻繁，但存在時間相同。以序列(1，2，3，4，4，5，6，7，1)為例，波束位置4號將有兩次時段維持不變。任何適當的排序將可依根據位置的分析做使用和修改。
同樣地，對一個循環(huán)的模式來說，并沒有必要限制波束位置。波束位置可在任何序列下產生以服務通信系統(tǒng)的操作。舉例來說，一個隨時間分布的波束B以使每一象限至少有一波束B覆蓋的模式，可能對較靠近PS的WTRUs有用，而且有可能被超過一波束位置所覆蓋。
值得注意的是跟所有的RF傳輸相似，一RF信號停止于一實體點(physicalpoint)，假如有一法拉第型的障礙，(例如接地金屬頂)。通常此信號相繼消失，而其界限則是由弱的傳輸數值而來的一些被定義的衰退數值。為了提供適當的范圍于本發(fā)明的實施當中，相鄰的波束位置最好部分相重疊。此重疊將傾向于變得更明顯地接近該傳輸以及接收天線。接近于一基礎結構天線的位置，任何一個WTRU因此似乎可能藉數個不同定位波束B來通信。因此，假使需要，能透過數個波束位置而通信的裝置，是使用了這些多重位置，完成了較高快的數據速度。然而，除此的外，該裝置更可被用以僅在通過波束的瞬間進行通信，并且可獲得需要其它技術，例如較長的靜止時間，才能得到的較高數據速度。
參考圖7，是為一實施例，其中該共享信號頻道是透過一個被分成n個P位置，被指定為P1至Pn，的胞元而被掃描。每個位置P代表一不同的共享頻道波束B。一WTRU是位于波束位置P3而一PS則為于該胞元的中央。
參考圖9，一個與圖7中的本實用新型較佳實施例有關的程序是被呈現。程序81開始作為共享信標頻道，是透過位置P1至Pn而繞著該胞元掃描(步驟91)。每個位置P代表天線聚集能量的物理所在地及其獨特共享信標頻道信號的識別符號。座落于該胞元范圍地區(qū)的一WTRU取得一獨特的共享信標頻道(步驟92)。該WTRU接著將所取得的識別符號記錄回PS(步驟94)。PS接收來自于WTRU的識別符號并確定該WTRU的位置(步驟96)。該WTRU接著指定一專用頻道至該WTRU方向上(步驟98)。
本實用新型的另一實施例，是表現于圖8，其包含在每個區(qū)段中存在有一共享頻道波束而不需掃描胞元的范圍區(qū)域。雖然此選擇稍微增加了胞元內的干擾，它提供相同數量的范圍區(qū)域給共享與專用頻道兩者。如所示，該PS具有八個位置P1-P8，每個代表不被掃描的不同獨特共享信標頻道信號。一WTRU是位于位置P4。
參考圖10，一個與圖8的本實用新型實施例有關的替換程序100是被呈現。八個獨特的共享信標頻道信號被傳送至胞元的位置P1-P8(步驟101)。每個位置P代表天線聚集能量的物理所在地及其獨特共享信標頻道信號的識別符號。座落于該胞元范圍地區(qū)的一WTRU取得該八個獨特的共享信標頻道的其一(步驟102)且該WTRU接著將取自于波束識別符號的波束記錄回PS(步驟104)。PS接收來自于WTRU的該識別符號并確定該WTRU的位置(步驟106)。該PS接著指定一專用頻道至該WTRU方向上(步驟98)。
在一個WTRU座落于兩個或是更多區(qū)段的上或僅是在其等的邊緣附近時的案例中，該WTRU可能會有難以辨識其所關聯(lián)的區(qū)段的困擾。當該WTRU取得一區(qū)段，此系統(tǒng)即展開一磁滯現象于其所控制的算法中，以便確定在該WTRU跳至另一區(qū)段前的時間里，該WTRU擁有一個可被接受的信號品質。
應為熟悉本技術的人員所了解的是，波束數量或是位于如同在此所述的胞元上的波束位置數已被使用于各種范例中。較多或是較少的波束數量，或是波束位置量可在不脫本發(fā)明的精神與范圍下而被實施。
參考圖11，通過一個RF連結104而與一次級臺102相通訊的主臺100是被呈現。此主臺100包含一連結于一可掌控天線108的RF上/下轉換器106。該RF上下轉換器106更連接于一控制單元110，其是具有一波束成形單元112，一接收信號分析單元114，一波束掌控單元116以及一中央控制器118。熟習此技藝者應該知道的是關于可掌控天線以及波束成型是已為熟悉本技術的人員所周知。于是，只有關于本發(fā)明的該可掌控天線108、波束成形單元112以及波束掌控單元116的細節(jié)被進一步的討論于后。主臺100接受由共享與專用頻道所指定的信號，其是被圖形化而以共享頻道120與專用頻道122來表現。這些頻道120，122最終將透過RF連結104而由主臺100被傳送到次級臺102。
該波束成形單元112確定所需要的該波束形狀并控制該可掌控天線108已成形一對應的波束。同樣地，該波束掌控單元116控制天線108以致于該波束可直接被導向至所需要的方向。該接收信號分析單元114分析由次級臺102所接收到的信號以確定該次級臺102如何傳送該信號并分析該信號是由何方向被傳來。該中央控制器118調節(jié)該波束成形單元112、該波束掌控單元116以及該接收信號分析單元114以使得該天線108可被適當地控制。
在操作中，該中央控制器118控制天線108、該波束成形單元112以及該波束掌控單元116，以便自該主臺100傳送一共享頻道120信號至該次級臺102。一個由次級臺102因應而傳至主臺100的信號是在天線108被接受，戲界該RF上下轉換器116而下轉換并藉該接收信號分析單元114來分析，其決定了該次級臺102的方向。該中央控制器118接著指揮該天線108、該波束成形站112以及該波束掌控單元116以便傳送一專用頻道122至該次級臺102。
權利要求1.一種使用波束成型及掃描于共享及專用頻道的主臺，該主臺用以傳輸通訊到至少一第二臺及接收來自至少一第二臺的通訊，該主臺利用至少一波束而傳輸多個涵蓋一蜂巢并具有多個區(qū)段的共享頻道，其特征在于該主臺包括一可掌控的天線，用以產生一共享頻道波束，傳輸一第一信號，及接收因應源自一第二臺的該第一信號的一認知信號；一波束掌控單元，用以控制該可掌控天線而選擇性地將該波束指向多個方向；以及一波束分析單元，用以分析該認知信號，及根據該分析而決定該第二臺的位置，藉此，該主臺根據該分析而將一專用頻道波束指向該第二臺。
2.如權利要求1所述的主臺，其特征在于，還包括一波束形成單元，其可控制該可掌控天線，以將該波束形成成從一寬寬度至一窄寬度的多個可選擇寬度其中之一。
3.如權利要求1所述的主臺，其特征在于，該至少一方向與該胞元的該至少一區(qū)段一致。
4.如權利要求3所述的主臺，其特征在于，該區(qū)段具有不同的大小，并且該波束形成單元控制該可掌控天線以形成該波束而涵蓋該胞元區(qū)段。
專利摘要在一伴隨著至少一第二臺的已區(qū)段化的胞元中，一種傳輸及接收通訊的主臺。該主臺包括一用以產生及形成一波束的單元；一天線，用以傳輸及接收該波束中的信號；以及一指揮該波束的單元。該已形成的波束系被連續(xù)或不連續(xù)地指向多個預先決定的方向。
文檔編號H04Q7/20GK2792033SQ0327272
公開日2006年6月28日 申請日期2003年6月30日 優(yōu)先權日2002年6月28日
發(fā)明者安琪拉·庫法爾, 史蒂文·杰弗里·高伯格 申請人:美商內數位科技公司