在蜂窝网络中产生覆盖的方法及装置的制作方法

专利名称：在蜂窝网络中产生覆盖的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于改善蜂窝网络中的覆盖的方法和装置。
背景技术：
在现今的系统中，多种方式实现了广域覆盖。现有的接入点覆盖解
决方案的示例包括高增益天线、更高阶接收分集(higher-order receivediversity)、发射机相干组合(TCC: transmitter coherent combining)以及高空天线(high-altitude antenna)(地面以上高达数百米)。
所有这些解决方案都基于调整接入点的配置来增强覆盖。在下行链路上，由高增益天线以及TCC所提供的增加了的EIRP(effective isotr叩icradiated power,有效全向辐射功率)使终端(用户设备)侧的信号强度增加。在上行链路上，通过使用高效的较大天线孔径来提取额外信号能量，高增益天线以及较高阶接收分集提高了有效接入点接收机的灵敏度。最后，高空天线的安装由于减少了路径损耗而提供了增强的覆盖(在下行链路和上行链路上)。
上面所概述的解决方案提供了增强的覆盖，但是当在覆盖方面取得了显著的提高(比方说在信号强度方面提高几十dB或更多)时，往往会得到接近零的边际回报率(或者小到不足以保证解决方案的实施)。下面，将介绍一些现有的解决方案在提供主要的覆盖改善方面的缺陷。
高增益天线通过降低半功率波束宽度(half-power beamwidth，与天线尺寸直接相关)得到了天线的高增益。然而，最小有效波束宽度受到传播环境的角度扩散的限制，也就是说当(自由空间)波束太窄时，有效安装天线增益显著地低于该天线在自由空间中的增益。最小有效波束宽度在上升平面(elevation plane)中还受到发射塔或天线竿的预期摇摆剖面的限制波束必需足够宽以保持对由发射塔或天线竿的运动而产生的真实指向区间内的所期望的覆盖区域进行适当照射。高增益天线能够在上链路和下行链路上改善覆盖。
发射机相干组合(TCC)基于并行地使用多个(功率)放大器并组合这些放大器的输出信号以生成与多个单独的放大器的输出功率的总和相等的有效输出功率。额外放大器的一个缺陷是增加了与使这些放大器运行以及为这些放大器降温相关的能量消耗，这造成了 OPEX增加。TCC是专门用于下行链路的改善覆盖的方法。
更高阶接收分集是通过使用在不同位置、不同方向上和/或具有多偏振的多个传感器(天线)来提取信号能量而工作的。更高阶接收分集针对每个额外传感器都需要额外的上行链路射频链(包括天线、安装在发射塔上的放大器、馈线以及无线电)，这提高了基本建设支出。更高阶接收分集还需要比常规机柜要大的机柜以容纳额外的接收机设备。更高阶接收分集是专门用于上行链路的方法。
到目前为止所描述的用于产生增加了的覆盖(广域覆盖)的方法都存在一个共同的缺陷，即，使覆盖提高3dB需要加倍的"设备"针对每额外3dB的增益，高增益天线的面积必须加倍；TCC需要两倍的放大器以实现3dB增益；以及需要两倍的接收机射频链来得到3dB的更高阶接收分集增益(忽略由于衰落统计而造成的增益，其在接收机链数量很大时接近零)。很明显，成本(即，基本建设支出(CAPEX)和/或运营支出(OPEX))以及设备的大体积和重量对实际应用的限制使得这些种类的覆盖解决方案是不适合的。
另一个覆盖方法是高空天线，其通过向覆盖区域的较大部分提供视距传播(直接传播到环境中的终端或反射点/散射点)而改善了路径损耗。由于与地面相距很大距离，基于天线孔径的信号相关性也可得到改善，导致了更高的有效增益(接近自由空间增益)。然而，高空天线需要高天线竿或发射塔，并且可能需要很长的馈电电缆。高天线竿或高发射塔使得全部接入点非常昂贵(CAPEX)，而在馈线中的传输损耗使得成本高而效率低(CAPEX和OPEX)。高空天线可在上行链路及下行链路上提供覆盖的改善。总之，目前的基于接入点的覆盖解决方案能够提供改善的覆盖，但是随着对覆盖的要求的提高，这些解决方案变得越来越低效。
传统的转发器也用于制造覆盖。然而，传统的转发器使用具有单个
主波束的一个单子节点链路天线(single sub-node link antenna)与一个特定的接入点进行通信。在很多系统中，这是非常糟糕的解决方案。例如，在CDMA系统中，有一种普通的被称为小区呼吸(cell breathing)的特性。小区呼吸是指CDMA小区的印记(footprint)的(缓慢的)动态膨胀和收縮，其取决于在某一给定时刻所连接的用户的数量或通常地取决于小区内的业务负载，而且其可用于在相邻小区之间平衡负载。通过例如调整导频功率及天线倾角，可以实现积极的小区呼吸(并且通常实现小区优化)。由于传统的转发器为固定区域提供覆盖，其总是为相同接入点的特定区域提供覆盖，所以打破了积极小区呼吸的目的。而且，当使用对小区限定的导频信号的功率控制或天线倾角来进行小区呼吸时，介于接入点与转发器之间的通信链路的质量受到小区呼吸的影响。在这种情况下，转发器所覆盖的区域内的性能会表现出不能令人接受的巨大波动。
在转让给California Amplifier Inc.的EP 1 445 876中，公开了现有技术中用于无线通信系统的双向转发器的示例。该公开的转发器设置有链路天线以与专用基站(接入点)建立通信，该转发器还配置有双向覆盖天线以在基站覆盖天线覆盖不足或根本没有覆盖的地理区域中产牛.覆盖。可以将此类中继器用于如图1中所示出的通信系统中。 一个基站2a配置有对地理一次覆盖区域"A"产生覆盖的天线系统3。同一天线系统3(包括发射和接收天线)经由信号4与转发器5a进行通信。转发器5J吏用链路天线6来接收信号并向基站2A发送信号，并且使用覆盖天线7对地理二次覆盖区域"a"产生覆盖。终端8使用覆盖天线7经由信号9与转发器5a进行通信，而通过转发器所提供的二次覆盖区域在终端8与基站2之间建立了通信链路。
在Minori Kawano等人所作的US4,727，590中，公开了这样一种转发器，该转发器具有与一个或更多个专用基站(接入点)建立通信的链路天线，以及在上行链路中从接近该转发器的终端接收信号并将该信号导向最接近所述终端的基站的接收天线。所述终端在下行链路中从基站覆
盖天线直接地接收信号。在图2中示出了此类型的通信网络，该通信网 络包括3个基站2A、 2B、 2C。每个基站都设置有分别对地理一次覆盖区 域A、 B、 C产生覆盖的天线系统3A、 3B、 3C。这些一次覆盖区域一般是 交迭的，但出于例示的目的画出了一条直线。转发器5abc设置在与三个基 站等距的位置，并且所有的三个基站都相互独立地与转发器进行通信。 转发器5^设置有接收覆盖天线以从接近转发器5abe的终端8接收信号，
转发器5^还被配置有发射链路天线以与基站进行通信。因此转发器仅产
生了二次接收覆盖区域a、 b及c。在上行链路中，位于二次接收覆盖区 域b中的终端8向转发器5abc发送信号，而该转发器随后向基站28转发 放大后的信号。在下行链路中，基站直接向终端8发送信号。
现有转发站(repeater station)或中继站(relay station)的问题是在 蜂窝网络中并不完美的覆盖性能。现有的小区计划(cellplan)凭借其接 入点(基站)的位置不能在所期望的覆盖区域内的地点或在所期望的覆 盖区域的边界处或同时这两种情况提供遍及小区的覆盖。

发明内容
本发明的目的是提供与现有技术相比将改善蜂窝通信系统中的覆盖 性能的装置、通信网络、以及方法和计算机软件。
诸如转发站或中继站的配置有多波束子节点链路天线的子节点为这 个目的提供了解决方案。子节点链路天线的波束使得可以在所述子节点 与至少两个节点(接入点/基站)之间进行通信。所述子节点还设置有控 制机构，该控制机构选择所述节点中的一个以将该节点的地理一次覆盖 区域扩展为包括所述子节点的地理二次覆盖区域中的至少一个。
本发明的优点是可以实现具有灵活覆盖的网络。
另一优点是，与多个所述节点的同时连接向运营商提供了适应性地 控制由哪个(或哪些)节点为子节点所覆盖的区域提供服务的可能性。
另一优点是，所述子节点可自动地适应于小区大小变化的系统中的不 同通信链路中的变化，诸如CDMA系统中的小区呼吸，或另外地改变所述子节点与经由(多个)链路天线连接到所述子节点的所述多个节点之间 的通信链路的特性，由此在所述子节点所覆盖的区域内提供优化的性能。
另一优点是，针对可用的所述节点以及所述子节点的给定天线覆盖， 运营商可使用所述子节点的远程控制版本以在任何给定的时刻提供最佳 的小区计划，该小区计划考虑到了节点之间的负载平衡。
通过以下的详细说明，其它的目的以及优点对于技术人员而言将变 得明显。


图1和图2示出了使用现有技术的转发器来改善覆盖性能的通信网络。
图3示出了根据本发明的通信系统的第一实施方式。
图4示出了根据本发明的通信系统的第二实施方式。
图5示出了根据本发明的子节点的实施方式。
图6示出了子节点工作的流程图。
图7示出了子节点工作的更详细的流程图。
图8a至图8c例示了根据本发明的子节点的覆盖区域如何根据业务 负载来变化。
图9示出了针对计算机网络以LAN方式实施的通信系统的另选实施 方式。
具体实施例方式
本发明旨在在具有一个或更多个接入点(基站)的蜂窝通信网络中 使用的转发站或中继站。在权利要求中，将节点用作接入点，而将子节 点用作转发站或中继站。在该应用中，转发站被视为仅放大接收到的(来 自位于转发站的覆盖区域内的终端以及来自节点的)信号。中继站被视 为包含更多的功能。
在图3中例示了本发明的针对具有圆柱形子节点多波束链路天线的 子节点的情况的主要思想。除了常规转发器解决方案所提供的优点(例 如，不需要向站点有线传输或无线传输诸如IP流量的主干类型数据，并且不需要完整的基站设备)以外，本发明还通过充分利用来自不同接入 点(即，节点)的多重信号的可用性(通过多波束链路天线)而提供了 得到显著改善的性能。
上面介绍了基于单天线(单波束)子节点的解决方案所面临的主要 问题，即小区呼吸。另一方面，由于多波束子节点经由多波束链路天线 同时地连接到多个接入点，所以多波束子节点特别地适于处理小区呼吸。 通过控制哪个接入点应与"子节点覆盖天线"(即，其波束限定了子节点 的覆盖区域的天线)相关联，子节点可增强小区呼吸的积极方面，例如，
在CDMA系统中的小区之间的负载平衡。
图3示出了通信系统10的第一实施方式，该通信系统10经过简化， 而仅包括两个节点(接入点M1 A、 1 lB，分别设置有对地理一次覆盖区域"A" 和"B"产生覆盖的天线系统3A、 3B。在本实施方式中，全向天线系统用于 天线系统3A和3e。在本实施方式中，子节点(转发站或中继站)15设置 有圆柱形子节点链路天线16以及在二次覆盖区域"a"中产生覆盖的覆盖 天线17。使用虚线18来表示二次覆盖区域"a"，用户终端8位于二次覆 盖区域"a"内并与子节点15进行通信(由虚线箭头9表示)。链路天线16
是与节点1U及llB进行通信的多波束链路天线。
在本示例中，二次覆盖区域"a"不随时间变化而改变。然而， 一次覆 盖区敏'A"及"B"可随着时间的变化而改变，由箭头14以及分别围绕节点
11A、 1lB的点划线12A、 13s和连续线13A、 12B对此进行了例示。
为了示出本发明的工作，假定各节点的一次覆盖区域由点划线12A、 13b来表示。 一次覆盖区域"B"大于一次覆盖区域"A"，而子节点链路天线 16从节点llB接收的信号比从节点1U接收的信号更强或具有更高的C/1 (载波干扰比)。子节点15包括控制机构(将在下面更加详细地说明)， 该控制机构或自动地选择与哪个基站通信，或由运营商人工地控制。在 本示例中，子节点15选择与节点lle进行通信(由点划线箭头19b表示)。 因此，由于已经扩展了节点llB的覆盖使其包括二次覆盖区域"a"，所以 用户终端8具有与节点ilB的已经建立起来的通信链路。
在稍后的时间点， 一次覆盖区域"A"大于一次覆盖区域"B"，如连续线13a及13B所示。一次覆盖区域"A"和"B"的大小的变化可以是通信网络 运营商为优化网络容量而有意改变的，但也可以是由CDMA系统中的小 区呼吸所引起的改变。当一次覆盖区域"B"的大小变小而一次覆盖区域 "A"的大小变大时，与从节点11b接收的信号相比，由子节点链路天线16
从节点1lA接收的信号的质量(由例如功率电平或导频C/I来度量)提高。
如结合图6和图7示出的，子节点15随后选择与节点11a通信，而不是 与节点llB通信，如连续箭头19A所表示的。
选择对哪个接入点的信号进行"转发"或"中继"的过程可以基于多种 控制机制。例如，功率计可测量来自接入点的输入(incoming)(下行链 '路)功率，而子节点之后可选择最高功率的接入点(节点)。这个过程可 涉及多个特定的部件和方法。在FDD (频分双工)系统的情况下，窄带 滤波器可用于仅提取针对使用(拥有)该子节点的运营商的下行链路信 号。指向可用的接入点的各波束通常都需要一个滤波器，使得功率计(每 波束一个功率计)仅测量运营商的信号的电平。功率计可报告瞬时功率 电平或可能更令人期望的平均时间功率电平，控制单元可使用所述功率 电平作为做出对哪个接入点的信号进行"转发"的决定所基于的(潜在的) 多个量中的一个。对子节点波束选择的硬件实现可基于在多波束子节点 链路天线与转发器覆盖天线之间使用开关。另一可能性是与不同接入点
相对应的信号的平缓斜升和平缓斜降。在CDMA系统的情况下，可临时
'地切换由转发器所覆盖的区域内的终端(用户设备)。
还可以远程地控制子节点，从而可从运营商中心对性能进行优化。 在这种情况下，运营商可以适应性地改变小区计划以最好地适于业务状 况。例如，如果接入点的信号被转发且该接入点变得负载很大(很多用 户或高数据速率)，则运营商可命令子节点切换到该子节点可用的多个接
,入点中的另一个接入点。
转发器可处理的另一问题是子节点与接入点之间的通信链路的质量 的变化。这些变化可以具有"短期"的性质(例如，由于降水)，或者具有 "长期"的性质(例如，在安装子节点时未预料到的传播环境的变化所引 起的)。图4示出了具有更复杂结构的通信系统20的第二实施方式来进一步 例示本发明的有利特点。示出了充当两个子节点15、 25的接入点的5个 节点uA.E。其中各节点具有天线系统3A.E，并且产生了大小可随着时间 变化而发生改变(由箭头24表示)的一次覆盖区域"A"-"E"。点划线22A.E 表示各个节点的初始一次覆盖区域，而连续线23A.e表示在其它的时间点 上各个节点的发生了变化的一次覆盖区域。第一子节点15具有覆盖天线 17以及圆柱形多波束子节点链路天线16，该覆盖天线17仅对一个二次 覆盖区域"c"产生覆盖，而圆柱形多波束子节点链路天线16从至少两个接 入点(节点)11A、 11b接收信号。在位于二次覆盖区域"c"内的终端8c与 选出的节点之间(如结合图3所描述的)建立了通信链路。
第二子节点25具有覆盖天线27以及两个多波束子节点链路天线 26A、 26B，该覆盖天线27对两个二次覆盖区域"a"和"b"产生覆盖，而两 个多波束子节点链路天线26A、26B中的每一个分别从至少两个接入点(节 点)1U、 11b以及11c、 11d、 11e接收信号。结合图6和图7描述了位于 二次覆盖区域"b"内的终端8b与选出的节点之间的通信链路。当然，可以 不使用多波束链路天线而是使用单波束链路天线在子节点与其中--个接 入点之间建立通信链路，但优选地使用多波束链路天线。
点划线箭头28用于表示针对由点划线22a.e所示出的初始--次覆盖 区域的双向通信。第一点划线箭头28a表示第二子节点25与选出的节点 1U之间的、用以扩展节点1U的覆盖区域来包括二次覆盖区域"a"的双向 通信，而第二点划线箭头28b表示在第二子节点25与选出的节点llc之 间的、用来扩展节点llc的覆盖区域以包括二次覆盖区域"b"的双向通信。 第三点划线箭头28e表示在第一子节点15与选出的节点1U之间的、用 以扩展节点11a的覆盖区域来包括二次覆盖区域"c"的双向通信。
以类似的方式，连续箭头29用于表示当一次覆盖区域已经如连续线
23A-e所示出的那样发生了变化时在子节点与节点之间的双向通信。第一
连续箭头29a表示第二子节点25与选出的节点llo之间的、用以扩展节 点llD的覆盖区域来包括二次覆盖区域"a"的双向通信，而第二连续箭头 29b表示在第二子节点25与选出的节点1U之间的、用以扩展节点11a的覆盖区域来包括二次覆盖区域"b"的双向通信。第三连续箭头29e表示在 第一子节点15与选出的节点1U之间的、用以扩展节点11b的覆盖区域 以包括二次覆盖区域"c"的双向通信。
图5示出了包括两个单波束链路天线31和32的子节点30，这两个 单波束链路天线31和32被设置为接收从节点1和节点2的覆盖天线发 送来的信号。经由第一双工器33A将各信号转发至为各接收的信号S1和 S2而设置的连续可变低噪声滤波器34。经由第二双工器33B将放大后的 信号馈入功率合成器35 (例如，连续可变功率合成器(CVPC)或固定功 率合成器(FPC))。功率合成器35由控制单元36控制，在本实施方式中，
把所接收到的经放大的信号合并到子节点发射信号中，使用子节点覆盖 天线37将该子节点发射信号发送到位于二次覆盖区域中的终端8。还设 置了负载阻抗38以处理功率合成器35中的过多功率。
向控制单元提供数据以控制子节点30的操作。如果子节点的操作是 人工控制的，则可直接地从网络运营商处提供数据，或者如果子节点的 操作是自动控制的，则可从节点、操作维护中心(OMC)等处提供数据。 还有一种可能是，子节点30从相邻节点以及存在于二次覆盖区域内的终 端采集信息，并使用所采集的信息来控制子节点的操作。然而，这需要 更加精致和复杂的子节点，例如中继站。
功率合成器35将根据来自控制单元36的控制信号来合成所接收的 信号并对这些信号进行加权。可选地，控制单元36可控制低噪声放大器 34中的增益，以在功率合成器35将所接收的信号合成为将从覆盖天线 37发送的信号中之前对这些信号进行加权。如果子节点被设计为向超过 一个的二次覆盖区域提供服务，则功率合成器35还可配置有移相器以及 开关来选择二次覆盖区域。
终端8发送的信号在子节点覆盖天线37处被接收，所接收的信号通 过功率合成器35，根据来自控制单元36的控制信号而被分为一个或更多 个信号。经由第二双工器33B将各个信号馈入低噪声放大器39。经由第 一双工器33A将各经放大的信号分别馈入链路天线31和32。之后发送该 信号并被节点1和节点2处的覆盖天线接收。在采用FDD(频分双工)的系统中通常使用双工器，但是在TDD(time division duplex,时分双工)中，由开关替代各个双工器来执行相同的功能。
在图5中描述的子节点仅具有一个二次覆盖区域，并且子节点连续 地选择应该扩展两个节点的一次覆盖区域中的哪个来包括二次覆盖区 域。这可以推广到两个或更多个二次覆盖区。针对更大数量的二次覆盖 区域和/或节点，框图变得更加复杂，但仍可使用相同类型的部件实现， 并可选地包括额外的移相器和开关。
覆盖天线37是可改变波束数量的适应性天线，并可以如图8a至图 8c以及图9所示地改变各波束所提供的地理覆盖区域。
图6示出了子节点的操作的流程图，优选地实^^为被安装在控制单 元36中并由上述子节点30中的微处理器来执行的计算机程序。该处理 在60开始，在第一个步骤61中提供了具有一次覆盖区域(CA)的多个 节点以及具有二次覆盖区域的至少一个子节点。如上所述，这些节点将 发挥子节点的接入点的作用，而子节点可以是转发站或中继站。
在接下来的步骤62中，子节点确定可用的节点，B卩，子节点设置有-一个或更多个链路天线，以从至少两个节点(接入点)接收信号；控制 单元，确定接收的信号中的哪个信号具有可接受的信号强度和质量，从 而使该节点有资格成为可用节点。
在步骤63中，进行选择，只可以选择这些可用节点中的一个。存在 用于选择节点的多种可能实现的控制机制，将结合图7对它们进行更加 详细的说明。不管选择是如何进行的，选择之后，在步骤64中对选出的 节点的一次覆盖区域进行扩展以包括子节点的二次覆盖区域。流程在65
结束c
图7将详细地描述如何进行节点的选择，并且流程从图6中的步骤 62继续。取决于对节点的选择是由运营商来进行(人工地)还是通过测 量通信网络中的参数而自动地进行，流程经过步骤71到达步骤72 (人工 操作)或经过步骤71到达步骤73 (自动操作)。
在人工模式中，在步骤72,数据被发送到子节点，数据中包含选出 的节点以及所选出的节点的一次覆盖区域将要扩展到的二次覆盖区域。如果子节点仅拥有一个二次覆盖区域，则不需要信息来将所选出的节点 的一次覆盖区域扩展到将子节点的二次覆盖区域包括在内。之后流程在
步骤77中继续。
在自动模式中，步骤73-76，在步骤73中测量诸如业务负载、信号 质量、功率电平等所需要的参数。反映信号质量的可测量参数的示例包 括比特率、比特错误率、帧错误率、信噪比(SNR)等。优选地基于导 频信号或业务信道信号来测量所需要的参数。依靠在步骤73中测量的参 数，在步骤74中选择节点。如果子节点仅有一个二次覆盖区域，则流程 经过步骤75继续到步骤77。如果子节点有多个二次覆盖区域，则流程经 过步骤75继续到步骤76。
在步骤76中选择子节点的一个或更多个二次覆盖区域，所选出的节 点的一次覆盖区域将扩展到上述一个或更多个二次覆盖区域。这可以被 实现为与时间相关的选择处理，在该处理中，建立了预定的时间表以根 据一天的时间来优化对可用容量的使用。这可以在时隙级实现，其中在 子节点可用的不同二次覆盖区域内发送来自节点的不同时隙。在另选的 解决方案中，在预定的时间间隔(例如，上午6点至上午9点)期间， 在第一二次覆盖区域内发送来自节点的所有信号，之后在余下的时段 (即，上午9点至上午6点)中，在第二二次覆盖区域内发送这些信号。
如结合图8a至图8c及图9中更加详细地说明的那样，在与时间相 关的选择处理中，可以对与子节点进行通信的相邻节点的业务负载进行 测量，作为测量结果，做出了对二次覆盖区域的选择。
在步骤77中，进行检查以确定所选出的对二次覆盖区域提供服务的 节点是否发生改变。如果选择了同一节点以将其覆盖区域扩展到二次覆 盖区域，则流程继续到步骤79。在其它情况下，在流程继续到步骤79前， 需要对位于二次覆盖区域内的所有活动用户终端执行交接(步骤78)。如 果更新通信链路(步骤79)，则重复步骤71-78，否则流程继续到图6中 的步骤65。
图8a至图8c示出了根据本发明的子节点80的覆盖区域如何根据所 测量的参数(例如，相邻节点81和82中的业务负载)而变化。图8a示出了如何扩展第一节点81的一次覆盖区域"B"以将子节点80的单个二次 覆盖区域"a"包括在内。在二次覆盖区域"a"中存在着多个活动用户终端8 (以叉来标识)，并且第一节点81或子节点80的业务负载被持续地监控。 如图8b所示，当达到了预定的业务负载水平时，将二次覆盖区域"a"划分 为两个部分，覆盖区域"ar和"a2",将这些覆盖区域中的一个区域内的活 动用户终端转移至第二节点82。因而第二节点82的一次覆盖区域"A"扩 展为包括所划分的二次覆盖区域"a,"，并且一次覆盖区域"B"被扩展为仅 包括所划分出的二次覆盖区域"a2"。
通常，如果活动用户终端均匀地分布在二次覆盖区域"a"内，则该过 程对于减少第一节点81的业务负载而言是足够的。不幸地是，在该示例 中，活动用户终端8中的大部分位于所划分出的二次覆盖区域"a2"中，因 此仍然保持着第一节点81的业务负载。需要进一步的动作来将业务负载 再分配给可用的节点(即，分配给第二节点82)。可以通过将覆盖区域"a2" 进一步分为两个部分，覆盖区域"a2a"和"a2b"，来执行。之后对第一节点 81的覆盖区域"B"进行扩展，使其仅包括这些覆盖区域中的一个(例如， 覆盖区域"a2b")，并且对覆盖区域"A"进行扩展，使其除了包括覆盖区域 "a,"以外还包括其它部分(例如，覆盖区域"a2a")，见图8c。针对存在于 二次覆盖区域内的活动用户终端，在节点81与82之间实现了更加均匀 的业务负载的分配。
在另选的示例中，通过对产生二次覆盖区域"ar'和"a2"的波束进行整 形，可以改变图8b中所示出的二次覆盖区域的大小。可以以这样的方式 来改变波束形状，即，修改后的覆盖区域"a,"将覆盖合并后的覆盖区域"a," 和"a^'的区域，而修改后的覆盖区域"a2"将仅覆盖区域"a2b"。
根据Feuerstein等作出的US6,246，674中所描述的天线系统，本领域 的技术人员熟知将二次覆盖区域划分为较小的部分以及改变波束形状以 产生不同大小的覆盖区域的操作，在此通过引用的方式将US6，246，674 并入本文中。
图9示出了被实施为诸如LAN、 WLAN、 GSM、 3G等通信网络的 通信系统90的另选实施方式。在该实施方式中，在建筑物99内，与三个子节点94、 95和96 (中继站或转发站) 一起，提供了相互连接以形成 所述通信网络的三个节点91、 92和93 (基站)。连续线分别地表示节点 91、 92和93的一次覆盖区域"A"、 "B"和"C"。虚线分别地表示子节点94、 95和96的二次覆盖区域"a"、 "b"和"c，'的范围。
连续箭头97a、 97b和97c示出了存在于各自的二次覆盖区域"a"、 "b" 和"c"内的用户终端如何在第一时间点与节点93进行通信。节点91和节 点92仅分别向位于它们的一次覆盖区域"A"和"B"内的用户终端提供服务。
用户终端可以在建筑物内移动并且保持与网络的通信，这将在节点 之间转移业务负载。例如，在第二时间点，用户终端可从一次覆盖区域"A" 和"B"移动到由子节点94所覆盖的走廊。由于位于二次覆盖区域"a"内的 用户终端与节点93进行通信(连续箭头97a)，所以节点93处的业务负 载将会增加。为了能够保持用户终端的良好运行，如点划线所示出的并 结合图8a至图8c中所说明的，将二次覆盖区域"a"划分为两个二次覆盖 区域"al"和"a2，，。
扩展一次覆盖区域"A"使之包括二次覆盖区域"al"，并且扩展一次覆 盖区敏'B"使之包括二次覆盖区域"a2"。对于支持上述操作的系统而言， 为了不中断子节点94的二次覆盖区域内的各个活动用户终端的通信链 路，自然地可以在节点93与节点91与92之间进行交接。点划线箭头9831、 98a2、 98b和98e示出了存在于对应的二次覆盖区域"al"、 "a2"、 "b"和"c" 内的用户终端如何在第二时间点与节点91、 92和93进行通信。
覆盖区域联合的另一决定基础，即到二次覆盖区域内的活动用户的 有效距离，可通过在节点处测量时间延迟来确定，其中该节点的一次覆 盖区域被扩展为包括二次覆盖区域。
毫无疑问，可使用单极化天线或双极化天线以及任意类型的分集天 线来实现本发明，权利要求的范围应包括用于节点与子节点之间的通信 目的的任意类型的天线系统。
本发明可应用于诸如WCDMA、 CDMA2000以及WiMAX802.16e 的移动通信系统以及诸如WiMAX802.16d的固定通信系统。
权利要求
1、一种子节点(15；25；30；80；94-96)，所述子节点被设置为在蜂窝通信网络(10；20；90)中使用，所述子节点包括至少一个发射和接收覆盖天线(17；27；37)，所述至少一个发射和接收覆盖天线(17；27；37)在至少一个地理二次覆盖区域(a；a-c；a1、a2、a2a、a2b)中产生覆盖，所述至少一个子节点(15；25；30；80；94-96)被设置为与在地理一次覆盖区域(A-B；A-E)内产生覆盖的节点(11A-B；11A-E；81、82；91-93)进行通信，从而将所述节点(11A-B；11A-E；81、82；91-93)的覆盖扩展为将所述至少一个地理二次覆盖区域(a；a-c；a1、a2、a2a、a2b)中的一个包括在内，其特征在于，所述子节点(15；25；30；80；94-96)还包括至少一个链路天线(16；26A、26B；31、32)，所述至少一个链路天线被设置为提供与多个节点(11A-B；11A-E；81、82；91-93)的通信，以及控制机构，所述控制机构被设置为从所述多个节点中选择一个节点以将所选择的节点的覆盖扩展为包括所述至少一个二次覆盖区域(a；a-c；a1、a2、a2a、a2b)中的一个。
2、 根据权利要求l所述的子节点，其中，所述子节点是转发站。
3、 根据权利要求l所述的子节点，其中，所述子节点是中继站。
4、 根据权利要求1至3中任一项所述的子节点，其中，所述控制机构还被设置为选择所述至少一个二次覆盖区域(a; a-c; al、 a2、 a2a、 a2b)中的一个以在所选择的节点与位于所选择的二次覆盖区域(a; a-c; al、a2、 a2a、 a2b)内的终端(8)之间建立通信链路。
5、 根据权利要求1至4中任一项所述的子节点，其中，所述控制机构是由管理所述蜂窝通信网络(10; 20; 90)的运营商来人工控制的。
6、 根据权利要求1至4中任一项所述的子节点，其中，所述控制机构是根据在所述蜂窝通信网络(10; 20; 90)中测量的参数而被自动控制的。
7、 根据权利要求6所述的子节点，其中，所测量的参数是以下组中的任一项业务负载、信号质量、功率电平。
8、 根据权利要求1至7中任一项所述的子节点，其中，所述子节点仅包括一个提供与多个节点的通信的链路天线(16)。
9、 根据权利要求1至7中任一项所述的子节点，其中，所述子节点包括多个链路天线(26A、 26B; 31、 32)，每个链路天线都提供与至少一个节点的通信。
10、 一种蜂窝通信网络(10; 20; 90)，所述蜂窝通信网络(10; 20;卯)包括多个节点(1U-b; 11a-e; 81、 82; 91-93)，其中每个节点都具有发射和接收天线(3A_B; 3A_E)以在地理一次覆盖区域(A-B; A-E)内产生覆盖，所述网络包括至少一个子节点(15; 25; 30; go; 94-96)，所述子节点具有发射和接收覆盖天线(17; 27; 37)以在至少一个地理二次覆盖区域(a; a-c;al、 a2、 a2a、 a2b)中产生覆盖，所述至少一个子节点(15; 25; 30; 80;94-96)与节点(UA.B; 11A.E; 81、 82; 91-93)进行通信，从而扩展所述节点(1U.b; 11A.E; 81、 82; 91-93)的覆盖以将所述至少一个地理二次覆盖区域(a; a-c; al、 a2、 a2a、 a2b)中的一个包括在内，其特征在于，所述至少一个子节点(15; 25; 30; 80; 94-96)还包括至少一个链路天线(16; 26A、 26B; 31、 32)，所述至少--个链路天线提供与多个节点(IU-b; 21A_E; 81、 82; 91-93)的通信，以及控制机构，所述控制机构被设置为从所述多个节点中选择一个节点以将所选择的节点的覆盖扩展为包括所述至少一个二次覆盖区域(a;a-c;al、 a2、 a2a、 a2b)中的一个。
11、 根据权利要求10所述的蜂窝通信网络，其中，所述至少一个子节点(15; 25; 30; 80; 94-96)中的至少一个是转发站。
12、 根据权利要求10或11所述的蜂窝通信网络，其中，所述至少一个子节点(15; 25; 30; 80; 94-96)中的至少一个是中继站。
13、 根据权利要求10至12中任一项所述的蜂窝通信网络，其中，所述控制机构还被设置为选择所述至少一个二次覆盖区域(a; a-c; al、a2、 a2a、 a2b)中的一个以在所选择的节点与位于所选择的二次覆盖区域(a; a-c; al、 a2、 a2a、 a2b)内的终端之间建立通信链路。
14、 根据权利要求IO至13中任一项所述的蜂窝通信网络，其中，所述控制机构受到管理所述蜂窝通信网络(10; 20; 90)的运营商的人工控制。
15、 根据权利要求10至13中任一项所述的蜂窝通信网络，其中，所述控制机构是根据在所述蜂窝通信网络(10; 20; 90)中测量出的参数而被自动控制的。
16、 根据权利要求15所述的蜂窝通信网络，其中，所测量的参数是以下组中的任一项业务负载、信号质量、功率电平。
17、 根据权利要求10至16中任一项所述的蜂窝通信网络，其中，所述至少一个子节点中的至少一个仅包括一个提供与多个节点的通信的链路天线(16)。
18、 根据权利要求10至17中任一项所述的蜂窝通信网络，其中，所述至少一个子节点中的至少一个包括多个链路天线(26A、 26B; 31、2)，每个链路天线都提供与至少一个节点的通信。
19、 根据权利要求10至18中任一项所述的蜂窝通信网络，其中，所述节点是基站。
20、 一种在蜂窝通信网络(10; 20; 90)中产生覆盖的方法，所述蜂窝通信网络包括多个节点(IU.b; IIa.e; 81、 82; 91-93)，其中每个节点都具有发射和接收天线(3A.B; 3A.E)以在地理一次覆盖区域(A-B;A-E)内产生覆盖，所述方法包括以下步骤-提供至少一个子节点(15; 25; 30; 80; 94-96)，所述至少一个子节点具有发射和接收覆盖天线(17; 27; 37)以在至少一个地理二次覆盖区域(a; a-c; al、 a2、 a2a、 a2b)中产生覆盖，所述至少一个子节点(15; ; 30; 80; 94-96)与节点进行通信以将所述节点(11A.B; 11a.e;1、 82; 91-93)的覆盖(A-B; A-E)扩展为包括所述至少一个地理二次覆盖区域(a; a-c; al、 a2、 a2a、 a2b)中的一个，其特征在于在所述至少一个子节点(15; 25; 30; 80; 94-96)与多个节点(11A-B;11A-E; 81、 82; 91-93)之间提供通信，以及设置控制机构以从所述多个节点中选择一个节点，将所选择的节点的覆盖扩展为包括所述至少一个二次覆盖区域(a; a-c; al、 a2、 a2a、 a2b)中的一个。
21、 根据权利要求20所述的方法，所述方法包括以下步骤-将所述至少一个子节点(15; 25; 30; 80; 94-96)中的至少一个选择为转发站。
22、 根据权利要求20或21所述的方法，所述方法包括以下步骤将所述至少一个子节点(15; 25; 30; 80; 94-96)中的至少一个选择为中继站。
23、 根据权利要求20至22中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤设置所述控制机构以选择所述至少一个二次覆盖区域(a; a-c; al、a2、 a2a、 a2b)中的一个，从而在所选择的节点与位于所选择的二次覆盖区域(a; a-c; al、 a2、 a2a、 a2b)内的终端之间建立通信链路。
24、 根据权利要求20至23中任一项所述的方法，该方法包括以下由管理所述蜂窝通信网络(10; 20; 90)的运营商来人工地控制所述控制机构。
25、 根据权利要求20至23中任一项所述的方法，该方法包括以下步骤测量所述蜂窝通信网络(10; 20; 90)中的参数，以及根据所测量的参数自动地控制所述控制机构。
26、 根据权利要求25所述的方法，该方法包括以下步骤将所测量的参数选择为以下组中的任一项业务负载、信号质量、功率电平。
27、 根据权利要求20至26中任一项所述的方法，该方法包括以下步骤将所述至少一个子节点中的至少一个选择为仅具有一个提供与多个节点的通信的链路天线(16)。
28、 根据权利要求20至27中任一项所述的方法，该方法包括以下步骤将所述至少一个子节点中的至少一个选择为具有多个链路天线(26A、 26B; 31、 32),每个链路天线都提供与至少一个节点的通信。
29、 根据权利要求20至28中任一项所述的方法，该方法包括以下步骤将所述节点选择为基站。
30、 一种被设置为安装在根据权利要求1至9中任一项所述的子节点中的计算机程序，所述计算机程序被设置为当其被执行时进行以下步骤与多个节点(1U-b; 1U-e; 81、 82; 91-93)进行通信，以及控制所述控制机构从所述多个节点中选择一个节点。
31、 根据权利要求30所述的计算机程序，其中，所述子节点被设置为在所述至少一个地理二次覆盖区域(a; a-c; al、 a2、 a2a、 a2b)内产生覆盖，并且所述计算机程序被设置为当其被执行时执行以下附加步骤控制所述控制机构选择所述至少一个二次覆盖区域(a; a-c; al、 a2、a2a、 a2b)中的一个，以在所选择的节点与位于所选择的二次覆盖区域(a;a-c; al、 a2、 a2a、 a2b)内的终端之间建立通信链路。
32、 根据权利要求30或31所述的计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为由管理所述蜂窝通信网络(10; 20; 90)的运营商来人工地控制。
33、 根据权利要求30或31所述的计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为当其被执行时进行以下附加步骤-接收测量出的所述通信网络(10; 20; 90)中的参数，以及根据测量出的参数自动地控制所述控制机构。
全文摘要
本发明涉及诸如转发站或中继站的子节点(15，25，30)，所述子节点配置有多波束子节点链路天线(16；26_A、26_B；31、32)。所述子节点链路天线的波束使得可以在所述子节点与至少两个节点(接入点/基站)11_A-B；11_A-E之间进行通信。所述子节点还设置有至少一个发射和接收覆盖天线(17；27；37)，所述至少一个发射和接收覆盖天线在至少一个地理二次覆盖区域a；a-c内产生覆盖；以及控制机构，所述控制机构选择所述节点中的一个以将所述节点11_A-B；11_A-E的地理一次覆盖区域A-B；A-E扩展为将所述子节点(15，25，30)的所述地理二次覆盖区域a；a-c包括在内。本发明还涉及蜂窝通信网络(10，20，90)，以及在蜂窝通信网络中产生覆盖的方法。
文档编号H04W24/02GK101548484SQ200680056570
公开日2009年9月30日 申请日期2006年12月11日 优先权日2006年12月11日
发明者英马尔·福尔克·卡尔森, 马丁·约翰松, 马茨·H·安德森 申请人:Lm爱立信电话有限公司