專利名稱：采用定向天線的移動通信系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線移動通信網(wǎng)絡。
無線接入網(wǎng)(WAN)是眾所周知的。在許多類型的WAN中，網(wǎng)絡所覆蓋的區(qū)域內(nèi)的移動終端通過無線電與網(wǎng)絡的接入點通信，這些接入點分布在無線電覆蓋區(qū)上。每個接入點硬接線到網(wǎng)絡的其它部分，并提供網(wǎng)絡的有線部分與無線部分之間的接口。所謂的“自組”WAN在沒有任何基站或接入點的情況下工作，在這種網(wǎng)絡中，無線電信號可直接從一個移動終端路由到另一個移動終端。
下一代WAN中的一部分在比目前網(wǎng)絡所用的頻率更高的射頻上工作。例如，規(guī)劃的日本高速無線區(qū)域網(wǎng)b(HiSWANb)系統(tǒng)將在25GHz的射頻上工作。這種無線電系統(tǒng)的波長將大約是1cm，這小到足以使系統(tǒng)中工作的終端與接入點必需在彼此的視距中以便成功通信。
預計波束調(diào)向技術將廣泛用于諸如HiSWANb之類的系統(tǒng)中。從接入點到終端(即下行鏈路信道)的射束調(diào)向是已知的，但是，預計在諸如HiSWANb之類的系統(tǒng)中，各終端將配備相控天線陣列或智能天線或某種其它類型的定向天線，使得終端到接入點(即上行鏈路信道)通信也可采用窄通信波束來實現(xiàn)。
這是必要的，因為信號頻率將會如此高，使得僅定向天線能夠遞送足夠功率到達遠處的接入點。有利的是，上行鏈路信道上的波束形成還會增加可在各個小區(qū)中或者由各個接入點支持的用戶數(shù)量，因為用戶間干擾將會最小化。
預計定向天線和高頻通信波束將有利地用于許多其它類型的無線通信系統(tǒng)中，包括自組無線網(wǎng)絡。
與采用定向天線的移動終端到接入點的通信(或者在自組網(wǎng)中終端到終端的通信)相關的問題在于，為了與適當接入點通信，終端必需知道使其定向天線指向何處。
因此，每當終端設法在網(wǎng)絡中發(fā)起通信時，或者每當終端在網(wǎng)絡中從一個接入點切換到另一個接入點時，該終端必須首先定位一個接入點以便將其定向天線或通信波束鎖定在該接入點上。
波束搜索或掃描是終端定位與之通信的適當接入點的一種方法，但是如果不知道接入點的位置，則獲得鎖定所用的時間可能太長而難以滿足業(yè)務要求的質(zhì)量，而且特別是難以維持無縫切換。
本發(fā)明設法減輕上面提到的問題。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種包括多個無線通信裝置的無線通信系統(tǒng)，在該系統(tǒng)內(nèi)，廣播一種包含標識一個或多個裝置的位置的位置數(shù)據(jù)的定位信號，其中，在系統(tǒng)中工作并收到定位信號中包含的位置數(shù)據(jù)的移動終端能夠使用該位置數(shù)據(jù)來確定裝置的位置，從而讓該移動終端的定向天線指向該位置。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種用于在無線通信網(wǎng)絡中工作的移動終端，所述終端包括接收機裝置，用于接收網(wǎng)絡內(nèi)廣播的信號，該信號包含標識網(wǎng)絡中的一個或多個無線裝置的位置的信息；定向天線；以及處理裝置，用于從所述信號中確定無線裝置的位置，該移動終端要讓定向天線指向上述位置。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種在無線通信網(wǎng)絡中操作移動終端的方法，所述方法包括在移動終端中接收網(wǎng)絡內(nèi)廣播的信號，該信號包含標識網(wǎng)絡中的一個或多個無線裝置的位置的信息；以及處理所接收的信號以確定無線裝置的位置，該移動終端能夠讓定向天線指向上述位置。
定位信號不一定是從網(wǎng)絡內(nèi)的無線裝置發(fā)送的；它可以是外部的。
現(xiàn)在將參照附圖來描述本發(fā)明的實施例，其中

圖1示意說明實施本發(fā)明的移動通信系統(tǒng)。
圖2以框圖形式說明移動終端的通信子系統(tǒng)。
圖3示意說明實施本發(fā)明的移動通信系統(tǒng)。
現(xiàn)在參照附圖中的圖1，實施本發(fā)明的示范無線通信系統(tǒng)1包括多個無線接入點，其中舉例說明分別在位置A和位置B的第一2和第二3接入點。系統(tǒng)1所覆蓋的區(qū)域被分成多個假想的小區(qū)，每個接入點服務于一個具體小區(qū)。系統(tǒng)1可以例如是無線局域網(wǎng)，或者還可以是蜂窩移動電話系統(tǒng)。
移動臺4、例如膝上型計算機或移動電話位于系統(tǒng)1內(nèi)。意圖是，移動臺4發(fā)送上行鏈路數(shù)據(jù)到接入點以及從接入點接收下行鏈路數(shù)據(jù)，所述各個接入點是最好的或者最佳地位于移動臺4附近以便與移動臺4通信。
移動臺4包括與處理器耦合的智能天線、相控陣或任何其它類型的波束形成系統(tǒng)，處理器能夠在得到關于接入點位置的信息時，將與天線相關的發(fā)射波束聚焦到該接入點上。波束形成技術對本領域的技術人員來說是非常熟悉的，因此這里不再詳述。
系統(tǒng)1還包括發(fā)射源、在此例中是天線桿5、6和7，它們分布在系統(tǒng)1中，并且發(fā)射全向定位信號(OS)，以便在移動臺4上接收。信號(OS)包含或編碼了標識網(wǎng)絡中接入點的地理位置的信息，從而使移動終端4附近的一個或多個接入點的位置可以在移動終端4中確定。
信號(OS)是較小帶寬的信號并且在足夠低的頻率上發(fā)送，以確保移動臺4不需要在發(fā)射機的視距中才能接收此信號。
最好是，信號(OS)還包含關于各種接入點的附加資源信息。在一個優(yōu)選實施例中，資源信息可包括i)接入點發(fā)射的信號的信號強度的指示。
ii)通過接入點的網(wǎng)絡連接的帶寬。
iii)到接入點的連接的費率。
iv)通過接入點可用的業(yè)務(例如基于IP的多媒體業(yè)務(IMS)、因特網(wǎng)、多媒體廣播/多播業(yè)務(MBMS))。
v)終端是否能夠根據(jù)與終端歸屬網(wǎng)絡的漫游協(xié)定連接到接入點的指示。
在本發(fā)明的一些實施例中，接入點將在固定位置。在本發(fā)明的另一些實施例中，接入點本身是移動的，移動接入點的位置將在信號(OS)內(nèi)不斷地更新。
將參照附圖中的圖2來描述移動臺4發(fā)起與所選接入點的通信的過程，圖中以框圖形式說明移動臺4的通信子系統(tǒng)10。
通信子系統(tǒng)10包括耦合到接收電路12的全向天線11，接收電路12用來接收發(fā)射機5到7發(fā)射的信號(OS)。子系統(tǒng)10還包括接入點位置確定處理器13，它耦合到接收電路12并用來從信號(OS)中提取標識系統(tǒng)1中接入點位置的數(shù)據(jù)。
子系統(tǒng)10還配備移動臺位置確定器14，用于確定系統(tǒng)1中的移動臺4的位置。
當移動臺4需要發(fā)起到接入點的連接時，處理器13從所接收的信號(OS)中確定相鄰接入點的位置，位置確定器14確定移動臺的當前位置。
移動臺4的位置可利用多個標準技術中的任一個來確定。例如，位置確定器14可耦合到接收電路12，并且用來從信號(OS)本身中的一些附加編碼中確定移動臺4的位置(例如，如果發(fā)射機5到7是衛(wèi)星，則GPS衛(wèi)星確定，信號強度定時信息等)?；蛘撸绻苿优_4從三個或三個以上已知位置的發(fā)射機接收信號(OS)，則位置確定器14可利用三角測量法來確定移動臺4的位置?；蛘撸恢么_定器14可包括內(nèi)部導航裝置，用于利用航位推測技術確定移動臺4的位置。移動臺可用來確定其位置的其它技術是掌握適當技術的人們已知的。
移動臺4的位置、從信號(OS)提取的接入點位置、以及從信號(OS)提取的關于接入點的任何附加信號強度信息被饋送到處理器15。在缺少關于接入點的包含在信號(OS)中的任何附加資源信息時，處理器15會簡單地選擇到移動臺4最近的接入點，作為形成與其連接的接入點。如果資源信息提供給處理器15，則處理器15可能利用資源信息來確定最佳連接將是與一個不同于最接近移動臺4的接入點的接入點之間的。例如，處理器15可從資源信息中確定，到移動終端4第一近和第二近的接入點中沒有一個具有足夠可用帶寬來支持與終端4的連接，但是第三近的接入點具有足夠可用帶寬。處理器15則會選擇這個接入點作為要與之形成連接的最佳接入點。處理器15可使用各種標準來選擇最佳接入點，并且在應用這些標準時使用資源信息。
確定要與之形成連接的最佳接入點之后，處理器15控制波束調(diào)向裝置16從天線17將窄高帶寬通信波束調(diào)向或定向到最佳接入點(在圖1所示的實例中為接入點2)。因此，移動終端4能夠快速定位最適合的接入點以發(fā)起、然后繼續(xù)與其的連接。
可以理解，實施本發(fā)明的系統(tǒng)將受益于從舊接入點切換到新接入點所用時間的減少。這是因為移動終端在從舊接入點進行切換之前可使用信號(OS)來識別新接入點的位置。知道新接入點位置以及可能的附加資源信息，使終端可以將其波束從舊接入點切換到新接入點，而不用進行任何波束搜索，從而使切換時間最小化。
由于本發(fā)明讓移動終端可以容易地定位接入點而不需要波束搜索，所以終端使用的定向波束可以特別窄，從而使發(fā)射功率最小化。
在這個實施例中，有專用發(fā)射機用于發(fā)射信號(OS)，其中每個發(fā)射機發(fā)射包含標識多個接入點的地理位置的信息的信號。已知的地面無線電導航系統(tǒng)、如TACAN可用來提供信號(OS)?；蛘撸l(fā)射機可以是衛(wèi)星，而且衛(wèi)星系統(tǒng)、如GPS系統(tǒng)可用來提供信號(OS)。
一個或多個接入點本身可用來在網(wǎng)絡中發(fā)射全向定位信號。在這種情況下，各接入點會在其發(fā)射的信號中包括標識該接入點位置的信息，并且如果需要，還包括標識相鄰接入點位置的信息。
在本發(fā)明的一些實施例中，接入點可以本身是地球軌道上的衛(wèi)星，而移動終端位于在地球表面上或上空移動的交通工具上。
例如，本發(fā)明的優(yōu)選實施例包括同步電視衛(wèi)星和位于交通工具、例如船上的用于從衛(wèi)星接收信號的移動終端。移動終端配備了定向天線，例如30°扇形天線，它必須指向衛(wèi)星以鎖定衛(wèi)星信號。
在這個實施例中，衛(wèi)星本身可在指向地球表面的寬角度波束中發(fā)射信號(OS)。在船上接收到信號(OS)時，信號中標識衛(wèi)星位置的信息可與標識船位置的信息結合起來使用，從而正確地定向終端的扇形天線以便鎖定到衛(wèi)星信號上。
現(xiàn)在參照附圖的圖3，說明實施本發(fā)明的另一個通信系統(tǒng)20。通信系統(tǒng)20是自組網(wǎng)，包括多個移動臺，其中舉例說明了第一移動臺21、第二移動臺22和第三移動臺23。
眾所周知，自組無線網(wǎng)是在沒有任何基站或接入點的情況下工作的網(wǎng)絡。在自組無線網(wǎng)中，各移動終端能夠用作路由器，使得通信信號可從一個移動臺轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡中的另一個移動臺。
在自組網(wǎng)20中，各移動臺21到23發(fā)射低頻全向定位信號(OS)，其中編碼了標識該相應終端的當前位置的數(shù)據(jù)。為此，各終端配備了標識其當前位置的裝置，例如GPS系統(tǒng)或航位推測導航系統(tǒng)以及用于在定位信號(OS)中編碼和發(fā)射位置數(shù)據(jù)的發(fā)射機。移動臺21至23可例如位于交通工具上。
各終端21至23配備了通信子系統(tǒng)10，如已參照圖2所述。
接收到一個或多個信號(OS)的任何移動臺能夠通過處理器13從信號(OS)中確定或提取標識相鄰終端的當前位置的數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)連同位置確定器14產(chǎn)生的標識本身接收OS信號的終端的當前位置的數(shù)據(jù)被饋送到處理器16用于處理，以便為接收終端選擇或識別相鄰終端，從而與之形成連接。
識別要與之形成連接的終端之后，處理器15控制波束調(diào)向裝置16以使定向天線指向所選終端。如果一個或兩個終端都在移動，則處理器15使用信號(OS)中包含的信息以及位置確定器14產(chǎn)生的信息來控制波束調(diào)向裝置16，從而讓通信波束一直指向所選的終端。
為了維持自組網(wǎng)的相干性，終端可與多個定向天線同時配置工作，以便允許跟蹤網(wǎng)絡內(nèi)的多個通信終端。
權利要求
1.一種包括多個無線通信裝置的無線通信系統(tǒng)，在該系統(tǒng)內(nèi)，廣播一種包含標識一個或多個所述裝置的位置的位置數(shù)據(jù)的定位信號，其中，在所述系統(tǒng)中工作并收到所述定位信號中包含的所述位置數(shù)據(jù)的移動終端能夠使用所述位置數(shù)據(jù)來確定所述裝置的位置，從而讓所述移動終端的定向天線指向該位置。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述移動終端使用標識所述移動終端的位置的數(shù)據(jù)和所述信號中包含的所述位置數(shù)據(jù)來確定一個方向，沿該方向使所述定向天線指向所述裝置。
3.如權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述移動終端使用所述信號中包含的數(shù)據(jù)和標識所述移動終端的位置的數(shù)據(jù)來識別和選擇最接近所述移動終端的裝置，作為所述定向天線要指向的裝置。
4.如權利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號還包含關于所述一個或多個裝置的系統(tǒng)資源信息，以及收到所述信息的所述移動終端能夠使用所述資源信息來選擇所述定向天線要指向的裝置。
5.如權利要求1到3中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或多個裝置包括分布在所述系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域中的接入點或基站，用于為在所述系統(tǒng)中工作的一個或多個移動終端提供對所述系統(tǒng)的無線接入。
6.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)是蜂窩通信系統(tǒng)，以及所述接入點或基站中的每一個服務于所述系統(tǒng)中的一個小區(qū)。
7.如權利要求1到4中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或多個裝置是移動裝置，以及所述系統(tǒng)是‘自組’系統(tǒng)。
8.如權利要求1到4中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)是衛(wèi)星系統(tǒng)，以及所述一個或多個裝置包括至少一個衛(wèi)星。
9.如任一前述權利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號在所述系統(tǒng)所覆蓋的區(qū)域中被全向廣播。
10.如任一前述權利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或多個裝置中的任一個是移動裝置，以及所述信號中包含的標識任何裝置的位置的信息被定期更新。
11.一種用于在無線通信網(wǎng)絡中工作的移動終端，所述終端包括接收機裝置，用于接收所述網(wǎng)絡內(nèi)廣播的信號，所述信號包含標識所述網(wǎng)絡中的一個或多個無線裝置的位置的信息；定向天線；以及處理裝置，用于從所述信號中確定無線裝置的位置，所述移動終端要讓定向天線指向所述位置。
12.如權利要求11所述的移動終端，其特征在于，所述終端包括位置確定裝置，用于確定所述網(wǎng)絡中的終端的位置。
13.如權利要求12所述的移動終端，其特征在于，所述處理裝置用來從多個裝置中選擇所述信號中標識其位置的被選裝置，以便所述終端將所述定向天線指向所述裝置。
14.如權利要求13所述的移動終端，其特征在于，所述處理裝置對裝置的選擇至少部分基于所述位置確定裝置所確定的所述移動終端的位置以及所述處理裝置從所述信號中確定的所述多個裝置中每個的位置。
15.如權利要求12所述的移動終端，其特征在于，所述處理裝置用來選擇最接近所述終端的裝置作為所述被選裝置。
16.如權利要求14所述的移動終端，其特征在于，所述處理裝置用來至少部分根據(jù)也包含于所述信號中的關于各裝置的資源信息來選擇裝置。
17.如權利要求11到16中任一項所述的移動終端，其特征在于，所述處理裝置用來確定所述移動終端與所述裝置之間的方向，所述移動終端要將所述定向天線指向所述裝置。
18.如權利要求17所述的移動終端，其特征在于，所述定向天線是波束形成器。
19.如權利要求17所述的移動終端，其特征在于，所述定向天線是扇形天線。
20.一種在無線通信網(wǎng)絡中操作移動終端的方法，所述方法包括在所述移動終端中接收所述網(wǎng)絡內(nèi)廣播的信號，所述信號包含標識所述網(wǎng)絡中的一個或多個無線裝置的位置的信息；以及處理所接收的信號以確定無線裝置的位置，所述移動終端能夠讓定向天線指向所述位置。
21.如權利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法包括確定所述移動終端的位置；以及讓定向天線從所述移動終端指向在所接收信號中標識其位置的無線裝置。
22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法包括從多個裝置中選擇在所述信號中標識其位置的被選裝置，以便所述移動終端將所述定向天線指向所述被選裝置。
23.如權利要求22所述的方法，其特征在于，裝置的選擇至少部分基于所述移動終端的被確定位置以及所述多個裝置中每個的被確定位置。
24.如權利要求22或23所述的方法，其特征在于，所述被選裝置是被確定為最接近所述終端的裝置。
25.如權利要求23所述的方法，其特征在于，至少部分根據(jù)所述信號中標識的關于所述裝置中每個的資源信息來選擇所述被選裝置。
26.一種無線通信系統(tǒng)，包括多個基站和廣播裝置，用于在所述系統(tǒng)中廣播包含關于在所述基站中提供的系統(tǒng)資源的信息的信號。
全文摘要
一種無線通信系統(tǒng)包括多個無線通信裝置。在所述系統(tǒng)內(nèi)，廣播包含標識一個或多個裝置的位置的位置數(shù)據(jù)的定位信號。一種在系統(tǒng)中工作并收到所述定位信號中包含的位置數(shù)據(jù)的移動終端能夠使用所述位置數(shù)據(jù)來確定讓移動終端的定向天線指向的裝置的位置。
文檔編號H04L12/56GK1742500SQ03821838
公開日2006年3月1日 申請日期2003年9月12日 優(yōu)先權日2002年9月14日
發(fā)明者S·麥坎, P·洛克哈特 申請人:羅克馬諾爾研究有限公司