УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЛУЧЕЙ В СИСТЕМЕ СВЯЗИ МДКР (CDMA)
DEVICE AND METHOD FOR BEAMS SHAPING IN CDMA COMMUNICATION SYSTEM

Предмет изобретения
Настоящее изобретение относится к области мобильной связи и представляет собой устройство и способ для формирования лучей в системе связи множественного доступа с кодовым разделением каналов МДКР (CDMA). В частности, устройство для формирования лучей с применением технологии интеллектуальных антенн в мобильной связи МДКР (CDMA).
Уровень техники
За последние годы система мобильной связи МДКР (CDMA) 95 получила значительное развитие и нашла широкое применение, самые типичные ее примеры - это системы мобильной связи МДКР (CDMA) 95 и МДКР (CDMA) 2000, получившие коммерческое применение. По сравнению с системами мобильной связи с другим механизмом (например, с системой множественного доступа с временными разделением МДВР (TDMA), системой множественного доступа с частотным разделением МДЧР (FDMA)) система МДКР (CDMA) обладает преимуществами в пропускной способности и качестве обслуживания. Однако, поскольку пользователи системы МДКР (CDMA) совместно используют один единственный широкополосный канал, то для соответствующих пользователей возникают помехи общего канала (ПОК), ограничивающие пропускную способность системы МДКР (CDMA). Кроме того, быстро возрастающее число пользователей мобильной связи и непрерывно растущие требования к качеству мобильной связи требуют, чтобы в сотах сохранялись высокое качество речевого сигнала и одновременно высокая пропускная способность. Что касается уменьшения помех в системе и повышения пропускной способности, обычно для этого используют способ с применением разбиения сот на секторы; однако слишком большое число секторов приводит к чрезмерно высокой нагрузке по передаче обслуживания в системе и генерирует искажение частоты пилотного сигнала; поэтому в существующем оборудовании базовых станций обычно применяют разделение на три или шесть секторов. В загруженной городской зоне иногда необходимо еще больше увеличить пропускную способность и производительность системы на основе секторной базовой станции. В такой ситуации нужны другие технологии, например, технология множественных несущих, технология интеллектуальных антенн.
Технология интеллектуальных антенн - это новая технология мобильной связи, включающая в себя систему фиксированных множественных лучей и систему адаптивных множественных лучей. Система множественных лучей с передачей обслуживания - это система, в которой к системе фиксированных множественных лучей добавлено логическое устройство передачи обслуживания, что упрощает передачу обслуживания между системами лучей. В некоторых документах система фиксированных множественных лучей и система множественных лучей с передачей обслуживания имеют общее название - система фиксированных лучей; это относится и к настоящему изобретению.
Интеллектуальная антенная система управляет направленностью лучей, применяя антенную решетку, и способна отслеживать изменения сигналов. По сравнению с всенаправленными антеннами и секторными антеннами интеллектуальная антенная система повышает коэффициенты усиления антенн благодаря узким лучам и, следовательно, значительно улучшает качество приема сигналов.
Теоретически интеллектуальная антенная система, состоящая из N антенных элементов, может обеспечить коэффициент усиления 10 LogN дБ в условиях канала с аддитивным белым гауссовским шумом (АБГШ (AWGN)), таким образом при одинаковой мощности передачи антенной решетки интеллектуальная антенная система увеличивает зону охвата базовой станции; например, если индекс потерь на трассе составляет n=4, 5 и применяется 8-элементная решетка, то число базовых станций, требуемых для охвата этой зоны, уменьшится на 60% по сравнению с числом базовых станций при применении обычной антенной системы. При сохранении той же самой зоны охвата интеллектуальная антенная система повышает производительность системы базовых станций, уменьшает мощность передачи антенного элемента и увеличивает экономичность базовой станции.
Адаптивная антенная система формирует лучи передачи и приема сигналов пользователей за счет принятия определенного адаптивного правила. Хотя эта система обладает большой гибкостью и хорошими эксплуатационными коэффициентами усиления, она сложна в осуществлении и ее очень трудно модернизировать для реализации интеллектуальной антенной системы на базе существующей системы.
Поскольку в системе фиксированных лучей интеллектуальной антенной системы дополнительно разделяют секторы на узкие лучи, пропускная способность интеллектуальной антенной системы значительно выше по сравнению с обычной антенной системой с секторами. Например, на Фиг.1 показана схема обычной системы базовых станций МДКР (CDMA) с секторами. На Фиг.2 каждый сектор, показанный на Фиг.1, дополнительно разделен на множественные лучи, разделяющие один пилотный сигнал, что уменьшает помехи и число передач обслуживания и повышает пропускную способность системы.
Сеть формирования фиксированных лучей использует либо цифровую, либо аналоговую технологию формирования лучей.
Интеллектуальная антенна обладает несравнимыми преимуществами в части исключения помех, расширения области охвата сот, уменьшения системных затрат и увеличения пропускной способности системы.
Интеллектуальная антенная система с фиксированными лучами подходит для применения в существующих системах МДКР (CDMA), например в системах МДКР (CDMA) 95, МДКР (CDMA) 2000 и широкополосного МДКР (ШПМДКР (WCDMA)), а антенная система с адаптивными лучами совместима с применением в новых системах МДКР (CDMA), например, в системе множественного доступа с синхронным кодово-временным разделением каналов (МДСКВР (TD-SCDMA)). Для интеллектуальной антенной системы с адаптивными лучами требуются более сложный алгоритм и способ коррекции, чем для интеллектуальной антенной системы с фиксированными лучами.
При применении системы фиксированных лучей в системе МДКР (CDMA) формируют не только множественные фиксированные узкие лучи для переноса служебной информации пользователей, но также секторные лучи, охватывающие весь сектор, которые используют для передачи общей информации пользователей, например информации пилотного канала, канала персонального вызова и канала синхронизации.
В настоящее время в этой области исследований предложено много реализуемых схем.
Одна схема предназначена для передачи общей информации, когда все фиксированные лучи передают каналы трафика. Однако пилотный канал каждого из лучей, векторная сумма которых равна напряженности пилотного канала в любой точке пространства, коррелируется. При сложении векторов каждого луча для формирования пилотного канала наложение между лучами приводит к неправильному суммированию в некоторой области и к появлению так называемой «мертвой зоны», где, при вхождении в нее мобильной станции, происходит значительное ухудшение качества речевого сигнала и даже разъединение вызывов.
В другой схеме помимо радиочастотных каналов и антенн для генерации фиксированных узких лучей, другой радиочастотный канал или их группа и антенны добавлены для генерации лучей, охватывающих весь сектор, для передачи общей информации (такой как информации пилотного канала, канала персонального вызова и канала синхронизации). Однако этот способ требует дополнительных радиочастотных элементов и передающих антенн высокой мощности, что ведет к удорожанию системы. Кроме того, поскольку в этой схеме пилотные каналы и каналы трафика проходят по разным радиочастотным линиям, требуется сложный способ коррекции для решения проблемы временных и фазовых смещений в пилотных каналах и каналах трафика из-за различий во времени и колебаний температуры. В патенте США №6094165 раскрыта такая схема генерации фиксированного луча, охватывающего сектор, с применением дополнительной антенной решетки.
Есть еще одна схема с определенным частотным сдвигом между каждым из фиксированных лучей, что уменьшает возможность неправильного суммирования лучей при формировании пилотных каналов. К этой схеме по сути относится патент США №US2002/0072393, в котором предлагаемый частотный сдвиг составляет 30-120 Гц, то есть, если каждый сектор имеет 3 луча, как бывает обычно, то смещение несущих в этой части достигнет ±30~120 Гц, Документ IS-97 («Минимальные критерии испытаний производительности базовой станции в системах МДКР (CDMA) 95 и МДКР (CDMA) 2000») предписывает, чтобы допуск по частоте передачи (ТХ) базовой станции составлял < ±0.05 ppm (parts per million, частей на миллион); следовательно, если частота базовой станции равна 800 МГц, то частотное смещение этой части будет близким к допуску по частоте передачи базовой станции или значительно превысит этот допуск, и поэтому смещение частоты приема уменьшит функцию демодуляции станции мобильной связи.
Сущность изобретения
Цель настоящего изобретения - создание устройства и способа формирования лучей в системе МДКР (CDMA) с применением технологии интеллектуальных антенн для формирования множественных фиксированных лучей в секторе системы МДКР (CDMA), причем множественные фиксированные лучи используют в интеллектуальной антенной системе для одновременного формирования каналов трафика с узкими лучами и общих каналов с секторными лучами (таких как пилотный канал, канал персонального вызова и канал синхронизации), а проблему несогласованности фаз каждого канала из-за временных и температурных вариаций решают без сложных коррекционных технологий, что повышает пропускную способность и производительность системы МДКР (CDMA) с множественными антеннами. Здесь система МДКР (CDMA) включает, не ограничиваясь перечисленным, такие системы множественного доступа с кодовым разделением каналов, как системы МДКР (CDMA) 95, МДКР (CDMA) 2000, ШМДКР (WCDMA), МДКР со множественными несущими (МДКРМН (MC-CDMA)) и МДСКВР (TD-SCDMA), причем все они применяют принцип расширения спектра.
Настоящее изобретение осуществлено следующим образом:
устройство для формирования лучей в системе МДКР (CDMA):
указанное устройство в прямом направлении передачи сигналов содержит, по крайней мере, систему полосы модулирующих частот, модуль оптического интерфейса, систему радиочастотных приемопередатчиков, аналоговую сеть формирования фиксированных лучей, усилитель мощности, передающий радиочастотный оконечный фильтр и антенную систему;
указанное устройство в направлении, обратном направлению передачи сигналов, содержит антенную систему, приемный радиочастотный оконечный фильтр, малошумящий усилитель, аналоговую сеть формирования фиксированных лучей, систему радиочастотных приемопередатчиков, модуль оптического интерфейса и систему полосы модулирующих частот;
указанный модуль оптического интерфейса, содержащий волоконный световод, плату оптического интерфейса, расположенную рядом с системой полосы частот, и плату оптического интерфейса, расположенную рядом с системой радиочастотных приемопередатчиков, позволяет разместить систему основной полосы модулирующих частот в аппаратном помещении, чтобы система полосы модулирующих частот обслуживала большее число секторов, а радиочастотный блок - рядом с антеннами, что уменьшает потери мощности;
указанная плата оптического интерфейса предназначена для взаимного преобразования электронных сигналов и входных оптических сигналов;
указанная система полосы модулирующих частот состоит, по крайней мере, из одной микросхемы полосы модулирующих частот или/и одного логического устройства полосы модулирующих частот;
в устройстве, состоящем из аналоговой сети формирования фиксированных лучей, при передаче сигналов в прямом направлении, во избежание взаимодействия между множественными лучами, образующими общий канал, сначала в системе полосы модулирующих частот различным лучам придают различную временную задержку, чтобы даже при переносе одной и той же информации они не коррелировали друг с другом; далее, после прохождения сигналов по световоду, каждый из отдельных лучей проходит через соответствующую ему систему радиочастотных приемопередатчиков, далее лучи проходят аналоговую сеть формирования фиксированных лучей, их усиливают, фильтруют и передают антенной и, наконец, формируют в лучи различной пространственной направленности;
указанное устройство, включающее аналоговую сеть формирования фиксированных лучей, выполнено с возможностью регулирования аналоговой сети формирования фиксированных лучей, усилителя мощности, передающих и приемных радиочастотных оконечных фильтров, малошумящего усилителя, фидера и антенной системы, а также радиочастотных кабелей между ними;
указанная аналоговая сеть формирования фиксированных лучей выполнена в виде матрицы Батлера, или матрицы Бласса, или электромагнитной линзы Люнеберга или Ротмана;
указанное устройство содержит систему полосы модулирующих частот, модуль оптического интерфейса, систему радиочастотных приемопередатчиков, аналоговую сеть формирования фиксированных лучей, образованную матрицей Батлера, радиочастотные кабели между приемопередатчиками и аналоговой сетью формирования фиксированных лучей, радиочастотные линии, включая усилитель мощности, передающий и приемный радиочастотные оконечные фильтры, малошумящий усилитель и фидер, а также антенную систему;
указанные модуль оптического интерфейса, система радиочастотных приемопередатчиков, аналоговая сеть формирования фиксированных лучей, антенная система и радиочастотные линии выполнены с возможностью размещения на мачте или на опорной стойке таким образом, чтобы радиочастотные кабели между ними были как можно короче и легко регулируемыми, что уменьшает потери выходной мощности усилителя мощности и увеличивает зону охвата;
выходные сигналы каждого сектора в указанной системе полосы модулирующих частот проходят, соответственно, систему приемопередатчиков, а далее аналоговую сеть формирования фиксированных лучей, после чего их соответственно передают на фиксированные лучи;
лучи, сформированные указанными общими каналами, эквивалентны лучам, полученным суммированием фиксированных лучей;
устройство для формирования лучей в системе CDMA, в котором:
указанное устройство содержит в прямом направлении передачи сигналов систему полосы модулирующих частот, цифровую сеть формирования фиксированных лучей, модуль оптического интерфейса, систему радиочастотных приемопередатчиков, усилитель мощности, передающий радиочастотный оконечный фильтр и антенную систему;
указанное устройство в обратном направлении содержит, по крайней мере, антенную систему, приемный радиочастотный оконечный фильтр, малошумящий усилитель, систему радиочастотных приемопередатчиков, цифровую сеть формирования фиксированных лучей и систему полосы модулирующих частот;
указанный модуль оптического интерфейса, включающий волоконный световод и плату оптического интерфейса, расположенную рядом с системой полосы модулирующих частот, и плату оптического интерфейса, расположенную рядом с системой радиочастотных приемопередатчиков, позволяет разместить систему полосы модулирующих частот в аппаратном помещении, чтобы система полосы модулирующих частот обслуживала большее число секторов, а радиочастотный блок - рядом с антенной, что уменьшает потери мощности;
указанная плата оптического интерфейса предназначена для взаимного преобразования электрических сигналов и входных оптических сигналов;
указанная система полосы модулирующих частот состоит, по крайней мере, из одной микросхемы полосы модулирующих частот или/и одного логического устройства полосы модулирующих частот;
в устройстве, состоящем из цифровой сети формирования фиксированных лучей, при передаче сигналов в прямом направлении, во избежание взаимодействия между множественными лучами, образующими общие каналы, сначала в системе полосы модулирующих частот различным лучам придают различную временную задержку, чтобы даже при переносе одной и той же информации они не коррелировали друг с другом; далее различные лучи проходят через цифровую сеть формирования фиксированных лучей, для приобретения различной пространственной направленности, далее, пройдя по волоконному световоду, различные лучи проходят соответствующие им системы приемопередатчиков, после чего их усиливают, фильтруют и передают антеннами и, наконец, формируют в лучи различной пространственной направленности;
указанное устройство, состоящее из цифровой сети формирования фиксированных лучей, выполнено с возможностью регулирования системы радиочастотных приемопередатчиков, усилителя мощности, передающего и приемного радиочастотных оконечных фильтров, малошумящего усилителя, фидера и антенной системы, а также радиочастотных кабелей между ними;
указанное устройство содержит систему полосы модулирующих частот, цифровую сеть формирования фиксированных лучей, модуль оптического интерфейса, систему радиочастотных приемопередатчиков, элементы радиочастотной линии, такие как усилитель мощности, передающий и приемный радиочастотный оконечный фильтры, малошумящий усилитель, фидер и т.п., радиочастотные кабели между приемопередатчиками и радиочастотными линиями и антенную систему;
указанное устройство выполнено с возможностью регулирования системы радиочастотных приемопередатчиков, элементов радиочастотной линии, включая усилитель мощности, передающий и приемный радиочастотные оконечные фильтры, малошумящий усилитель, фидер и т.п., радиочастотных кабелей между приемопередатчиками и радиочастотными линиями, антенной системы и радиочастотных кабелей.
Выходные сигналы указанной системы полосы модулирующих частот соответственно передают на фиксированные лучи после прохождения цифровой сети формирования фиксированных лучей, причем лучи, сформированные указанными общими каналами, эквивалентны лучам, полученным в результате суммирования фиксированных лучей;
способ формирования лучей в системе МДКР (CDMA), включающий, по крайней мере, следующие шаги:
Шаг 1. В полосе модулирующих частот направляют сигналы полосы модулирующих частот каждого фиксированного луча в секторы микросхем полосы модулирующих частот;
Шаг 2. Придают сигналам полосы модулирующих частот, передаваемым фиксированными лучами в соответствующие секторы соответствующих микросхем полосы модулирующих частот, различную временную задержку.
На указанном шаге 1:
сигналы полосы модулирующих частот каждого фиксированного луча могут быть направлены в различные секторы микросхем полосы модулирующих частот;
сигналы полосы модулирующих частот каждого фиксированного луча могут также быть направлены в один сектор различных микросхем полосы модулирующих частот.
Также на указанном шаге 1:
при передаче в канале трафика пользователя передачу выполняют только в пределах фиксированного луча, где находится пользователь, т.е. сигналы полосы модулирующих частот фиксированных лучей для этого пользователя направляют в один определенный соответствующий сектор микросхем полосы модулирующих частот;
если пользователь находится среди нескольких лучей, выбирают один или несколько узких лучей в зависимости от мощности нескольких пользовательских сигналов лучей, принятых для передачи служебных данных пользователя, т.е. сигналы полосы модулирующих частот пользователя направляют в один или несколько соответствующих секторов микросхем полосы модулирующих частот.
Также на указанном шаге 1:
при передаче общих каналов пользователей информацию общих каналов передают в каждом фиксированном луче, т.е. информацию общих каналов направляют в каждый сектор микросхем полосы модулирующих частот.
Указанный шаг 2:
может быть осуществлен в микросхемах полосы модулирующих частот;
может быть также осуществлен цифровыми логическими компонентами, расположенными после микросхем полосы модулирующих частот, т.е. осуществлен в полосе модулирующих частот.
На указанном шаге 2:
величина временной задержки должна соответствовать критерию отсутствия корреляции друг с другом выходных сигналов каждого сектора в микросхемах полосы модулирующих частот при передаче информации общих каналов;
при передаче общей информации лучам на концах антенн придают различные временные задержки, таким образом лучи не коррелируют друг с другом при формировании лучей общих каналов, поэтому не возникает проблемы корреляции и взаимодействия фиксированных лучей друг с другом в некоторой области при формировании лучей, охватывающих целые секторы.
Устройство и способ согласно заявленному изобретению решают проблему, состоящую в том, что фиксированные лучи в некоторой области коррелируют и взаимодействуют друг с другом либо очень ослабевают из-за корреляционного суммирования пространственных векторов каждого фиксированного луча при передаче общих каналов в системе МДКР (CDMA) с множественными антеннами и определяют мощность пилотного канала и канала трафика в соответствующей пропорции в зоне охвата. По сравнению с уровнем техники в заявленном изобретении упрощено оборудование, алгоритм и конструкция регулирующих схем и улучшено соотношение сигнал-шум сигналов, принимаемых мобильной станцией. Добавление модуля оптического интерфейса между системой полосы модулирующих частот и радиочастотными приемопередатчиками (TRX) имеет цель, применяя волоконный световод, разместить приемопередатчики (TRX) и другие радиочастотные системы к ближе к антеннам, что позволяет разместить систему полосы модулирующих частот в аппаратной (в помещении), а также позволяет системе полосы модулирующих частот обслуживать большее число секторов, а размещение радиочастотных элементов рядом с антеннами уменьшает потребляемую мощность.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлена схема архитектуры сети системы базовой станции МДКР (CDMA) с обычной секторной антенной (в качестве примера показаны секторы с углом 120°);
На Фиг.2 представлена схема архитектуры сети системы базовых станций МДКР (CDMA) с интеллектуальной секторной антенной (в качестве примера показаны секторы интеллектуальной антенны с углом 120°, где каждый сектор имеет 3 фиксированных луча и 1 секторный луч);
На Фиг.3 представлена схема варианта осуществления системы полосы модулирующих частот;
На Фиг.4А представлена схема интеллектуальной секторной антенной системы с применением архитектуры аналоговой сети формирования фиксированных лучей (типа матрицы Батлера);
На Фиг.4В представлена схема интеллектуальной секторной антенной системы с реализацией архитектуры цифровой сети формирования фиксированных лучей;
На Фиг.5 представлена блок-схема алгоритма выбора сигналов полосы модулирующих частот фиксированных лучей для приема и передачи пользовательских сигналов в секторной интеллектуальной антенной системе.
Подробное описание вариантов осуществления
Устройство и способ согласно настоящему изобретению выполнены согласно следующим схемам:
Устройство для формирования лучей интеллектуальных антенн, используемое в системах МДКР (CDMA), представляет собой следующее:
Сеть формирования фиксированных лучей может использовать цифровую или аналоговую технологию формирования лучей. Следовательно, в соответствии с различными технологиями формирования лучей устройство формирования фиксированных лучей интеллектуальных антенн, используемых в системах МДКР (CDMA), разделяют на аналоговое устройство формирования лучей и цифровое устройство формирования лучей.
При этом аналоговое устройство формирования фиксированных лучей интеллектуальных антенн, используемых в системе МДКР (CDMA), содержит в направлении прямой передачи сигналов, по крайней мере, систему полосы модулирующих частот, модуль оптического интерфейса, систему радиочастотных приемопередатчиков (TRX), аналоговую сеть формирования фиксированных лучей (типа матрицы Батлера), усилитель мощности, передающий радиочастотный оконечный фильтр и антенную систему. А в обратном направлению прямой передачи сигналов оно содержит, по крайней мере, антенную систему, приемный радиочастотный оконечный фильтр, малошумящий усилитель, аналоговую сеть формирования фиксированных лучей (типа матрицы Батлера), систему радиочастотных приемопередатчиков (TRX), модуль оптического интерфейса и систему полосы модулирующих частот.
Когда аналоговое устройство формирования фиксированных лучей передает сигналы в прямом направлении, то, во избежание взаимодействия между собой множественных лучей, образующих общие каналы, сначала в системе полосы модулирующих частот различным лучам придают различные временные задержки таким образом, что даже когда различные лучи несут одну и ту же информацию, они не коррелируют друг с другом, далее каждый отдельный луч проходит через свою соответствующую систему оптических приемопередатчиков модуля оптического интерфейса, после чего лучи проходят через аналоговую сеть формирования фиксированных лучей, их усиливают, фильтруют, передают антеннами и, наконец, формируют в лучи различной пространственной направленности.
Аналоговое устройство формирования фиксированных лучей выполнено с возможностью регулирования только аналоговой сети формирования фиксированных лучей (типа матрицы Батлера), усилителя мощности, передающего радиочастотного оконечного фильтра, фидера и антенной системы, а также радиочастотных кабелей между ними. Радиочастотные кабели системы радиочастотных приемопередатчиков и кабели между радиочастотными приемопередатчиками и аналоговой сетью формирования фиксированных лучей регулировать не нужно. Поэтому регулирование аналогового устройства формирования фиксированных лучей относительно просто.
В аналоговой сети формирования фиксированных лучей аналогового устройства формирования фиксированных лучей применяют либо матрицу Батлера, либо матрицы других типов. Например, в качестве оборудования для формирования лучей можно также использовать матрицу Бласса или электромагнитную линзу Люнеберга или Ротмана.
Цифровое устройство формирования фиксированных лучей интеллектуальных антенн, используемое в системе МДКР (CDMA), содержит в направлении прямой передачи сигналов, по крайней мере, систему полосы модулирующих частот, цифровую сеть формирования сигналов фиксированных лучей, модуль оптического интерфейса, систему радиочастотных приемопередатчиков (TRX), передающий радиочастотный оконечный фильтр и антенную систему. А в направлении, обратном направлению передачи сигналов, оно содержит, по крайней мере, антенную систему, приемный радиочастотный оконечный фильтр, малошумящий усилитель, систему радиочастотных приемопередатчиков (TRX), модуль оптического интерфейса, цифровую сеть формирования сигналов фиксированных лучей и систему полосы модулирующих частот.
Когда цифровое устройство формирования фиксированных лучей передает сигналы в прямом направлении, то, во избежание взаимодействия между собой множественных лучей, образующих общие каналы, сначала в системе полосы модулирующих частот различным лучам придают различные временные задержки так, что даже когда различные лучи несут одну и ту же информацию, они не коррелируют друг с другом, далее каждый отдельный луч проходит через свою соответствующую систему оптических приемопередатчиков модуля оптического интерфейса, после чего лучи проходят через цифровую сеть формирования фиксированных лучей, их усиливают, фильтруют, передают антеннами и, наконец, формируют в лучи различной пространственной направленности.
Цифровое устройство формирования фиксированных лучей выполнено с возможностью регулирования системы радиочастотных приемопередатчиков, усилителя мощности, передающего радиочастотного оконечного фильтра, фидера и антенной системы, а также радиочастотных кабелей между ними.
Способ формирования лучей интеллектуальных антенн, используемый в системах МДКР (CDMA) согласно настоящему изобретению, заключается в следующем:
Шаг 1. В полосе модулирующих частот сигналы полосы модулирующих частот каждого фиксированного луча направляют в секторы микросхем полосы модулирующих частот.
На этом шаге сигналы полосы модулирующих частот каждого фиксированного луча могут быть направлены не только в различные секторы микросхем полосы модулирующих частот, но и в один и тот же сектор различных микросхем полосы модулирующих частот, причем в обоих случаях осуществляют одну и ту же функцию. Например, если фиксированные лучи направляют в один и тот же сектор различных микросхем полосы модулирующих частот, то при использовании трех микросхем три луча первого сектора направляют соответственно в один и тот же сектор α трех микросхем, три луча второго сектора - в один и тот же сектор β, а три луча третьего сектора - в один и тот же сектор γ. На этом шаге при передаче в канале трафика пользователя передачу осуществляют только в пределах определенного фиксированного луча, где находится пользователь, то есть сигналы полосы модулирующих частот фиксированных лучей для этого пользователя направляют в один определенный соответствующий сектор микросхем полосы модулирующих частот.
Если пользователь находится среди нескольких лучей, существует возможность выбрать один или несколько узких лучей в зависимости от мощности нескольких пользовательских сигналов лучей, принятых для передачи служебных данных пользователя, то есть сигналы полосы модулирующих частот пользователя направляют в один или несколько соответствующих секторов микросхем полосы модулирующих частот;
На этом шаге при передаче общих каналов пользователей, информацию общего канала передают в каждом фиксированном луче, т.е. информацию общего канала направляют в каждый сектор микросхем полосы модулирующих частот.
Шаг 2. Сигналам полосы модулирующих частот каждого фиксированного луча, направленного в соответствующие секторы соответствующих микросхем полосы модулирующих частот, придают различную временную задержку. Этот шаг также выполняют в микросхемах полосы модулирующих частот и, конечно, он может быть также выполнен цифровыми логическими элементами, расположенными после микросхем полосы модулирующих частот, то есть его выполняют в полосе модулирующих частот.
Величина временной задержки соответствует условию отсутствия корреляции друг с другом выходных сигналов каждой микросхемы полосы модулирующих частот при передаче информации общих каналов.
Цель этого шага - сделать сигналы полосы модулирующих частот всех фиксированных лучей, образующих общий канал всего сектора, не коррелирующими друг с другом, что решает проблему корреляции и взаимодействия лучей друг с другом в некоторой области или их значительного ослабления из-за корреляционного суммирования пространственных векторов соответствующих лучей.
Способ формирования лучей множественных антенн, используемый в системе МДКР (CDMA), может быть также реализован с помощью аналогового устройства формирования фиксированных лучей с множественными антеннами системы МДКР (CDMA) и с помощью цифрового устройства формирования фиксированных лучей с множественными антеннами системы МДКР (CDMA).
Ниже приведено подробное описание вариантов осуществления технических схем заявленного изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи:
На Фиг.1 схематично представлена структура секторной системы сотовой мобильной связи. Из-за ограничения частотного ресурса мобильной связи система мобильной связи с сотовой структурой является зарекомендовавшей себя и широко используемой формой сетевой структуры системы наземных базовых станций мобильной связи. В зависимости от различий трафика в зоне охвата базовая станция сотовой связи может задействовать всенаправленную базовую станцию, а может также задействовать секторную базовую станцию. На Фиг.1 базовые станции 100 и 101 - это система базовых станций со структурой из трех секторов, причем зона охвата каждого сектора составляет 120°. В реальной системе размер и число секторов могут быть нужным образом изменены в зависимости от объема трафика.
На Фиг.2 схематично представлена структура секторной системы сотовой мобильной связи с интеллектуальной антенной системой. По сравнению с системой сотовой мобильной связи с обычной секторной антенной системой эта система позволяет увеличить пропускную способность и уменьшить число базовых станций. На чертежах поз.200 относится к трехсекторной базовой станции с интеллектуальной антенной системой, поз.201 относится к односекторной базовой станции, соседней со станцией 200, использующей интеллектуальную антенную систему. Каждый сектор базовой станции включает в себя несколько предварительно генерируемых фиксированных лучей.
Возьмем, например, сектор 210 базовой станции 200 с фиксированными лучами 222, 224 и 226, где требуется определенная степень перекрывания между двумя соседними фиксированными лучами, чтобы предотвратить возникновение «мертвой зоны» и тем самым обеспечить охват лучами всего сектора. В реальной конструкции системы число фиксированных лучей в каждом секторе задают свободно согласно объему трафика и размеру сектора. Когда пользователь 230 попадает в сектор 210, базовая станция после сравнения сигналов приема от фиксированных лучей 222, 224 и 226 выбирает в качестве луча приема один луч с наилучшим качеством сигнала или несколько лучей с относительно хорошим качеством сигнала; в последнем случае сигналы выбранных лучей объединяют. Временную задержку системы полосы модулирующих частот регулируют для придания различных временных задержек сигналам основного диапазона, поэтому лучи не будут коррелировать друг с другом даже в том случае, когда они будут выдавать одни и те же сигналы, при этом временные задержки фиксированных лучей 222, 224 и 226 на концах антенн также различны; таким образом, избегают проблемы, состоящей в том, что сигналы лучей в некоторой области значительно ослабляются из-за корреляционного суммирования лучей, и формируют секторный луч 220, охватывающий весь сектор, как показано на Фиг.2. Этот секторный луч предназначен, главным образом, но не ограничиваясь этим, для передачи общей информации пользователей, например, пилотной информации, и, конечно, он может также передавать информацию трафика и принимать пользовательскую информацию. При перемещении пользователя вдоль границ между секторами 210, 211 и 212, базовые станции 200 и 201 поддерживают функцию передачи обслуживания между секторами, причем принцип действия аналогичен принципу действия обычной секторной антенной системы.
Для заявленного изобретения Фиг.3 - это схема варианта осуществления системы полосы модулирующих частот, Фиг.4А - схема секторной интеллектуальной антенной системы с применением аналоговой сети формирования фиксированных лучей (например, матрицы Батлера), Фиг.4В - схема секторной интеллектуальной антенной системы с применением цифровой архитектуры формирования фиксированных лучей.
224
226
224
222
224
Хорошо известно, что в системе МДКР (CDMA) псевдослучайный код, используемый при расширении спектра пилотного сигнала, имеет в достаточной степени самоопределяемые и коррелируемые характеристики, т.е. самоопределяемое значение самого псевдослучайного кода очень высоко. Однако когда псевдослучайный код соотносят с другим псевдослучайным кодом, который равен ему самому или имеет на один чип больше, то его относительное значение очень мало, почти равно нулю. Чтобы использовать эту особенность в системах МДКР (CDMA), лучам на концах антенн придают различные временные задержки при передаче общей информации, чтобы они не коррелировали друг с другом при формировании лучей общих каналов (когда корреляционное значение близко к нулю, лучи, естественно, не будут коррелировать друг с другом); таким образом, исключают проблему корреляции и взаимодействия фиксированных лучей друг с другом при создании лучей для охвата всего сектора. Например, придадим лучу 224 нормальное смещение пилотного сигнала в секторе 210 и обозначим нормальное смещение как t, луч 226 опережает луч 224 на 1-5 чипов, а луч 222 отстает от луча 224 на 1-5 чипов. При выборе конкретного интервала времени Δt из 1-5 чипов временное смещение передачи луча 226 составляет t=t-Δt, а временное смещение передачи луча 222 - t=t+Δt.
При этом длительность каждого чипа немного отличается друг от друга в различных системах МДКР (CDMA). В системах МДКР (CDMA) 95 и МДКР (CDMA) 2000 длительность одного чипа равна 1/1,2288 МГц = 0,814 мкс; в системе МДСКВР (TD-SCDMA) она равна 1/1,28 МГц = 0,78 мкс; в системе ШПМДКР (WCDMA) - 1/3,84 МГц = 0,26 мкс. Длительность пяти чипов равна длительности одного чипа, умноженному на пять; например, в системах МДКР (CDMA) 95 и МДКР (CDMA) 2000 длительность 5 чипов равна 4,07 мкс.
301
226
224
302
302
224
302
303
222
224
302
На Фиг.4А, 4В соответствующие выходные сигналы полосы модулирующих частот лучей 226, 224 и 222 преобразованы соответственно в 301, 302 и 303 посредством применения аналоговой сети формирования фиксированных лучей или цифровой технологии формирования фиксированных лучей. Поскольку временными задержками радиочастотной линии от выходных сигналов 301, 302, 303 системы 300 полосы модулирующих частот в антенную систему 460 (порядок наносекунд) можно пренебречь по сравнению с временными задержками на уровне чипов (порядок микросекунд), то временные смещения, соответствующие выходным сигналам 301, 302, 303 системы 300 полосы модулирующих частот, определяют как t=t=t-Δt=t-Δt, t=t=t, t=t=t+Δt=t+Δt, т.е. по отношению к выходному сигналу 302 системы 300 полосы модулирующих частот выходной сигнал 301 системы 300 полосы модулирующих частот опережает выходной сигнал 302 системы 300 полосы модулирующих частот на Δt, а выходной сигнал 303 системы 300 полосы модулирующих частот отстает на Δt от выходного сигнала 302 системы 300 полосы модулирующих частот, причем Δt - это одна конкретная временная задержка, выбранная из 1-5 чипов, как упоминалось ранее. Относительное смещение времени вывода выходных сигналов 301, 302, 303 системы 300 полосы модулирующих частот может быть реализовано в микросхеме полосы модулирующих частот и, конечно, может быть также реализовано в цифровом логическом элементе после микросхемы полосы модулирующих частот. Это подробно описано далее со ссылкой на Фиг. 3.
Фиг.3 - это схема системы полосы модулирующих частот, где показана только схема системы 300 полосы модулирующих частот сектора 210 базовой станции 200. Предположим, что система полосы модулирующих частот сектора 210 состоит из микросхем полосы модулирующих частот 310, 320 и 330 и логического устройства 305 полосы модулирующих частот. Это только один конкретный вариант осуществления изобретения, а в действительности число микросхем полосы модулирующих частот может изменяться от одного до множества. Выходные сигналы 331, 332, 333 микросхемы 330 полосы модулирующих частот соответствуют выходным сигналам трех секторов α, β, γ микросхемы 330 полосы модулирующих частот соответственно, выходные сигналы 321, 322, 323 микросхемы 320 полосы модулирующих частот соответствуют выходным сигналам трех секторов α, β, γ микросхемы 320 полосы модулирующих частот соответственно, а выходные сигналы 311, 312, 313 микросхемы 310 полосы модулирующих частот соответствуют выходным сигналам трех секторов α, β, γ микросхемы 310 полосы модулирующих частот соответственно. Поскольку микросхемы 330, 320 и 310 полосы модулирующих частот последовательно соединены друг с другом, выходные сигналы 331, 332, 333 секторов α, β, γ микросхемы 330 полосы модулирующих частот последовательно подключены к входам секторов α, β, γ микросхемы 320 полосы модулирующих частот соответственно; выходные сигналы 321, 322, 323 секторов α, β, γ микросхемы 320 полосы модулирующих частот последовательно подключены к входам секторов α, β, γ микросхемы 310 полосы модулирующих частот соответственно; то есть секторы α, β, γ микросхем 330, 320, 310 полосы модулирующих частот соответственно последовательно соединены друг с другом.
На шаге 1 заявленного изобретения, как показано на Фиг.4А, 4В, с применением аналоговой сети формирования фиксированных лучей или цифровой технологии формирования фиксированных лучей выходные сигналы системы 300 полосы модулирующих частот, соответствующие трем лучам 226, 224 и 222, соответственно преобразуют в 301, 302 и 303, что соответствует выходным сигналам 311, 312 и 313 секторов α, β, γ микросхемы 310 полосы модулирующих частот соответственно, так что сигналы 301, 302, 303 полосы модулирующих частот фиксированных лучей 226, 224 и 222 направляют в соответствующие секторы α, β, γ микросхемы полосы модулирующих частот.
На этом шаге при передаче в канале трафика пользователя передачу осуществляют только в пределах определенного фиксированного луча, где находится пользователь, то есть сигналы полосы модулирующих частот фиксированных лучей для этого пользователя направляют в один определенный соответствующий сектор микросхем полосы модулирующих частот. Например, канал трафика пользователя передают в фиксированном луче 226, ему соответствует выходной сигнал 301 полосы модулирующих частот, и, соответственно, его направляют в сектор α микросхем полосы модулирующих частот. Конечно, если пользователь находится среди несколько лучей, то выбирают один или несколько узких лучей в зависимости от мощности нескольких пользовательских сигналов лучей, принятых для передачи служебных данных пользователя, то есть сигналы полосы модулирующих частот пользователя направляют в один или несколько соответствующих секторов микросхем полосы модулирующих частот.
На этом шаге при передаче общего канала пользователей информацию этого канала передают в каждом фиксированном луче, то есть информацию общего канала направляют в каждый сектор микросхем полосы модулирующих частот.
Шаг 2 заявленного изобретения, на котором сигналам полосы модулирующих частот, направленным из фиксированных лучей в соответствующие секторы микросхем полосы модулирующих частот, придают различные временные задержки, может быть выполнен как в микросхемах полосы модулирующих частот, так и цифровыми логическими элементами, расположенными после микросхем полосы модулирующих частот.
301
302
303
302
321
302
322
302
323
302
331
302
332
302
333
302
В ситуации когда временную задержку выполняют в микросхемах полосы модулирующих частот, можно обойтись без логического устройства 305 полосы модулирующих частот. Как раскрыто выше, временная задержка выходных сигналов 301, 302 и 303 системы 300 полосы модулирующих частот составляет t=t-Δt, t=t+Δt, причем Δt - это одна определенная временная задержка, выбранная из 1-5 чипов, как раскрыто выше, а ее временная точность может составлять от 1 до 2 чипов, например, один чип или полтора чипа. Без логического устройства 305 полосы модулирующих частот на этот раз временные смещения выходных сигналов 311, 312, 313 микросхемы 310 полосы модулирующих частот совпадают с временными задержками выходных сигналов 301, 302, 303 системы 300 полосы модулирующих частот соответственно. Предположим, технологическая временная задержка микросхем полосы модулирующих частот равна τ, тогда временные смещения выходных сигналов 321, 322 и 323 микросхемы 320 полосы модулирующих частот составляют t=t-Δt-τ, t=t-τ и t=t+Δt-τ соответственно, а временные задержки выходных сигналов 331, 332, 333 микросхемы 330 полосы модулирующих частот равны соответственно t=t-Δt-2τ, t=t-2τ и t=t+Δt-2τ.
Способ осуществления временной задержки логическим устройством 305 полосы модулирующих частот аналогичен способу выполнения регулирования времени в микросхемах. Но при осуществлении временной задержки логическим устройством 305 полосы модулирующих частот временное смещение выходных сигналов микросхем полосы модулирующих частот может быть осуществлено только в сторону запаздывания, а не опережения, более того, нужно также учитывать технологическую временную задержку в самом логическом устройстве 305 полосы модулирующих частот. Осуществление временной задержки логическим устройством 305 полосы модулирующих частот также входит в область патентной охраны настоящего изобретения.
Величина временной задержки соответствует условию отсутствия корреляции друг с другом сигналов на выходе каждого сектора микросхем полосы модулирующих частот при передаче информации общих каналов.
Цель этого шага - обеспечить отсутствие корреляции друг с другом сигналов полосы модулирующих частот фиксированных лучей, образующих общий канал всего сектора, и, следовательно, решение проблемы корреляции и взаимодействия лучей друг с другом в некоторой области или их значительного ослабления из-за корреляционного суммирования пространственных векторов лучей при формировании общего канала.
Следует отдельно отметить, что признак "сектор", используемый на шаге 1, когда речь идет о передаче фиксированных лучей в соответствующие "секторы" микросхем полосы модулирующих частот, и признак "сектор", используемый на шаге 2, когда речь идет о формировании общего канала всего "сектора", имеют разный смысл. Первый признак относится к соответствующим секторам в микросхемах полосы модулирующих частот, при этом область, охватываемая узкими лучами, например, 222, 224, 226, показана на Фиг. 2; последний относится к области 220, охватываемой общим каналом, сформированным из всех фиксированных лучей.
Способ формирования общих лучей множественных антенн согласно заявленному изобретению, используемый в системе МДКР (CDMA), может быть также адаптирован к аналоговому устройству формирования фиксированных лучей с множественными антеннами системы МДКР (CDMA) и к цифровому устройству формирования фиксированных лучей с множественными антеннами системы МДКР (CDMA).
На Фиг. 4А показано аналоговое устройство формирования фиксированных лучей с интеллектуальной антенной, используемое в системе МДКР (CDMA) и содержащее систему 300 полосы модулирующих частот, модуль оптического интерфейса, состоящий из платы 400 оптического интерфейса, расположенной рядом с системой полосы модулирующих частот и платы 432 оптического интерфейса, расположенной рядом с приемопередатчиком TRX и волоконного световода 410 между платами 400 и 432 оптического интерфейса, систему радиочастотных приемопередатчиков (TRX), содержащую приемопередатчики 434, 436 и 438, и аналоговую сеть 440 формирования фиксированных лучей (типа матрицы Батлера), элементы радиочастотной линии 450, включая усилитель мощности, приемный и передающий радиочастотные оконечные фильтры, малошумящий усилитель, фидер и т.п., а также антенную систему 460. Так как аналоговая сеть формирования фиксированных лучей должна регулировать только аналоговую сеть 440 формирования фиксированных лучей, радиочастотную линию 450 между аналоговой сетью 440 формирования фиксированных лучей и антенной системой 460, антенную систему 460 и радиочастотные кабели между ними, то аналоговую сеть 440 формирования фиксированных лучей, антенную систему 460 и радиочастотную линию 450 размещают на мачте или опорной стойке 430, чтобы радиочастотные кабели между ними были как можно короче. Таким образом упрощают регулирование и уменьшают потери выходной мощности, генерируемые усилителем мощности; что увеличивает зону охвата. Радиочастотные кабели системы радиочастотных приемопередатчиков 434, 436 и 438, а также радиочастотные кабели между указанной системой радиочастотных приемопередатчиков и аналоговой сетью 440 формирования фиксированных лучей регулирования не требуют.
Выходные сигналы 301, 302 и 303 системы 300 полосы модулирующих частот в аналоговом устройстве формирования фиксированных лучей, представленном на Фиг. 4А, проходят через модуль оптического интерфейса, содержащий плату 400 оптического интерфейса, расположенную рядом с системой полосы модулирующих частот, волоконного световода 410 и плату 432 оптического интерфейса, расположенную рядом с радиочастотным приемопередатчиком TRX, потом проходят TRX0, TRX1, TRX2 системы радиочастотных приемопередатчиков (TRX) 434, 436 и 438 и аналоговую сеть 440 формирования фиксированных лучей и, наконец, их передают соответственно на лучи 226, 224 и 222. Лучи, сформированные общим каналом, эквивалентны лучу 220, полученному суммированием фиксированных лучей 226, 224 и 222.
На Фиг.4В показано цифровое устройство формирования фиксированных лучей с интеллектуальной антенной, используемое в системе МДКР (CDMA), включающее в себя систему 300 полосы модулирующих частот, цифровую сеть 470 формирования фиксированных лучей, модуль оптического интерфейса, состоящий из платы 400 оптического интерфейса, расположенной рядом с системой полосы модулирующих частот, платы 432 оптического интерфейса, расположенной рядом с приемопередатчиком TRX и волоконного световода 410 между платами 400 и 432 оптического интерфейса, систему радиочастотных приемопередатчиков (TRX) 434, 436 и 438, радиочастотные линии 450, включая усилитель мощности, приемный и передающий радиочастотные оконечные фильтры, малошумящий усилитель, фидер и т.п., радиочастотные кабели между приемопередатчиками 434, 436 и 438 и элементами радиочастотной линии 450 и антенную систему 460. В цифровом устройстве формирования фиксированных лучей радиочастотные кабели приемопередатчиков (TRX) 434, 436 и 438, радиочастотные линии 450, включая усилитель мощности, передающий и приемный радиочастотные оконечные фильтры, малошумящий усилитель, фидер и т.п., радиочастотные кабели между приемопередатчиками 434, 436 и 438 и радиочастотными линиями 450 и антенную систему 460, а также радиочастотные кабели между ними.
Выходные сигналы 301, 302 и 303 системы 300 полосы модулирующих частот в цифровом устройстве формирования фиксированных лучей, как показано на Фиг.4В, передают соответственно на лучи 226, 224, 222 после прохождения цифровой сети 470 формирования фиксированных лучей. Лучи, сформированные общим каналом, эквивалентны лучу 220, полученному суммированием фиксированных лучей 226, 224 и 222.
Интеллектуальная антенная система с фиксированными лучами выполнена с возможностью дополнительного разделения секторов узкими лучами, что позволяет значительно увеличить пропускную способность системы по сравнению с обычной секторной антенной системой. Разделение одного пилотного сигнала между несколькими лучами помогает уменьшить помехи и число передач обслуживания, что увеличивает пропускную способность системы. Как показано на Фиг. 2, сектор с одиночным лучом на Фиг. 1 разделен на секторы тремя лучами, разделяющими один пилотный сигнал; таким образом, пропускная способность системы составляет 200%~300% исходного сектора с одиночным лучом.
На Фиг.5 показана блок-схема выбора узкополосных фиксированных лучей для приема и передачи сигналов пользователя в секторной интеллектуальной антенной системе, которая представляет собой рабочую блок-схему выбора лучей согласно способу сравнения мощности принимаемых сигналов пользователей. Сначала принимают сигналы пользователей всеми лучами, затем сравнивают мощность принимаемых сигналов пользователей в каждом луче, выбирают один или несколько лучей с самыми мощными сигналами пользователя, а потом принимают/передают сигналы. Как показано на Фиг.2, когда пользователь 230 попадает в сектор 210, базовая станция после сравнения сигналов приема фиксированных лучей 222, 224 и 226 выбирает в качестве лучей приема один луч с наилучшим качеством сигнала или несколько лучей с относительно высоким качеством сигнала; потом сигналы каждого луча объединяют.
Хотя в заявленном изобретении в качестве предпочтительного варианта осуществления рассматривают ситуацию, в которой 3 антенны генерируют 3 луча в каждом секторе, любая система, созданная по принципу заявленного изобретения с применением нескольких антенн и лучей для каждого сектора, попадает в область патентной охраны заявленного изобретения.
Раскрытое выше является описанием предпочтительных вариантов осуществления заявленного изобретения; специалисту должно быть понятно, что различные модификации и изменения попадают под принцип настоящего изобретения и в область патентной охраны прилагаемой формулы изобретения.