專利名稱：：用于頻譜效率的非對稱波束的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，具體涉及在不產(chǎn)生覆蓋盲區(qū)的情況下提高已建網(wǎng)絡(luò)中的扇區(qū)容量和吞吐量。
背景技術(shù)：
：在無線通信系統(tǒng)中，存在很多技術(shù)限制。第一個限制為頻譜是一種應(yīng)當(dāng)有效利用的稀缺資源。對于有限數(shù)量的頻譜，能夠被同時服務(wù)的用戶數(shù)量存在上限。為了增加用戶數(shù)量，以往已采用多址接入技術(shù)。最常用的有頻分多址(FDMA)，其中只將小部分可用頻譜分配給用戶；時分多址(TDMA)，其中不允許用戶連續(xù)發(fā)射，相反，只允許用戶在稱為"突發(fā)(bursts)"的較短不交疊時段內(nèi)發(fā)射；以及碼分多址(CDMA)，其中將所有頻譜分配給所有的用戶，這些用戶通過利用所分配的正交碼來作區(qū)分。在現(xiàn)有的無線系統(tǒng)中，將上述以及其它多址接入技術(shù)結(jié)合使用，從而在有限數(shù)量的資源(時間、頻率、編碼等)下使用戶數(shù)量最大化。無線通信系統(tǒng)的另一個限制是有限的發(fā)射功率，這是由于要克服發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的實(shí)現(xiàn)和傳播損耗。因此，實(shí)際使用的系統(tǒng)只具有有限的通信范圍。為了克服這兩個限制，已經(jīng)將"蜂窩"的概念引入到無線系統(tǒng)中。為了覆蓋較大的區(qū)域，將可用資源用于稱為"小區(qū)"的較小的覆蓋區(qū)域，并在其它小區(qū)中重復(fù)使用?？梢杂删W(wǎng)絡(luò)服務(wù)的期望的用戶數(shù)量將與網(wǎng)絡(luò)中的小區(qū)數(shù)量成比例地增加。然而，由于目前的小區(qū)靠的非常近，因而增加了共信道干擾的風(fēng)險，這會降低鏈路質(zhì)量并相應(yīng)地減少用戶數(shù)量。已經(jīng)提出并實(shí)現(xiàn)了很多克服共信道干擾的技術(shù)。這些技術(shù)通常專指特定的多址接入方案。[9]例如，對于CDMA，一個小區(qū)內(nèi)所有用戶的信號在下行方向上由基站的發(fā)射機(jī)同時發(fā)送，以使得每個具體用戶可以解碼自己的信號并抵消小區(qū)內(nèi)的干擾。在上行方向，用戶的信號通常被具有良好相關(guān)屬性的長碼加擾，以使得其它用戶對此單個用戶的信號的貢獻(xiàn)將更像白噪聲的作用，而不會明顯降低單用戶檢測。在FDMA系統(tǒng)的情況下，全部頻譜分為K個頻率子集，并且每個小區(qū)使用一個這樣的子集。并不是將全部頻譜布置給網(wǎng)絡(luò)中的每一個小區(qū)，而是在網(wǎng)絡(luò)中重復(fù)K個小區(qū)的群集，每個小區(qū)分配一個頻率子集。明顯地，在一個群集中，用戶不會感到任何共信道干擾。對大于1的頻率復(fù)用因子K，共信道小區(qū)，即被分配相同頻率子集的小區(qū)將不會彼此相鄰，因此將會使整個網(wǎng)絡(luò)的干擾減到最小。優(yōu)選地，由于可以在一個頻率子集內(nèi)分配更多的頻率，因此為了使用戶數(shù)量最多，頻率復(fù)用因子K較小。考慮到近來被用于傳輸基站的基站系統(tǒng)(BSS)特征數(shù)量的增加，所述特征諸如功率控制、非連續(xù)發(fā)射、分頻負(fù)載和跳頻等，則在100%頻率負(fù)載的情況下，優(yōu)化的頻率復(fù)用因子可以是K-3。在任何情況下，為了進(jìn)一步提高蜂窩系統(tǒng)的頻譜效率，已經(jīng)引入扇區(qū)化的概念，其中，通常放置于小區(qū)中央的全向天線已經(jīng)由多個N向天線替代，每個N向天線限定一個對稱的覆蓋區(qū)域。因而，對于相同的區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的小區(qū)數(shù)量以及相應(yīng)的用戶數(shù)量增加了N倍。因此，定向或扇區(qū)天線的使用進(jìn)一步減少了網(wǎng)絡(luò)中的干擾量，并產(chǎn)生頻譜效率更高的網(wǎng)絡(luò)。扇區(qū)是對稱的，并且通常是楔形的，N個扇區(qū)通常從傳統(tǒng)的小區(qū)中央向外延伸?，F(xiàn)在，每個扇區(qū)可以看作一個獨(dú)特的小區(qū)，其天線從其末端延伸。盡管在理論上較大的N值可以獲得較高的頻譜效率，但實(shí)際布置時通常會考慮將這個數(shù)量限制在有限的幾種可能中。例如，較大的N值會導(dǎo)致很大比例的用戶在不斷切換的情形下變得疲憊。同樣，用戶一般通過識別碼、頻率信道來識別小區(qū)，從而用戶可以進(jìn)行連續(xù)的測量來識別服務(wù)最好的小區(qū)。在N值較大的情況下，很大一部分可用帶寬將會分配給這些控制信道，而容量不會有任何明顯增加。因此，N的典型值為3，極少情況下是4，幾乎不曾超過6。當(dāng)N-3時，通常使用半功率波束寬度為65。的天線，這是因為它們可以提供更好的覆蓋。對于扇區(qū)間的不均衡的業(yè)務(wù)量或者其它的N值，可以使用波束寬度為33。、45°、65°、90°、105。等角度的多天線。對于更高的扇區(qū)化，即N〉3，現(xiàn)有天線的組合將不能提供最佳覆蓋，從而導(dǎo)致波束圖案之間的明顯及過多的重疊，或者相鄰波束圖案之間的較高的尖端損耗(cuspingloss)。在前一種情況下，過多數(shù)量的用戶將參與切換，而后一種情況下，覆蓋盲區(qū)可能會導(dǎo)致切換失敗。另外，由于用戶通常并不是均勻地分布于網(wǎng)絡(luò)中，因此可以發(fā)現(xiàn)對更高階扇區(qū)化的需求基本上是局部現(xiàn)象，而不是整個網(wǎng)絡(luò)的特征。因此，對增加用戶容量的需求僅對網(wǎng)絡(luò)中的一些通常遇到有用戶大量分布的分散扇區(qū)是較明顯的。在這種情況下，由于一些附加的收發(fā)器從未用到，因此盲目地增加所有基站的扇區(qū)數(shù)量將不會得到有效的容量成本比。增加網(wǎng)絡(luò)容量的傳統(tǒng)方法，即所謂蜂窩分裂(cellsplitting),是降低現(xiàn)有小區(qū)基站的覆蓋，并且在新產(chǎn)生的覆蓋盲區(qū)中引入新的小區(qū)基站。然而，由于必須選定和租賃新基站的發(fā)射塔和設(shè)備所需的新位置，比如高層建筑，因此蜂窩分裂對于運(yùn)營商而言是非常昂貴的。在許多高密度的市區(qū)環(huán)境下，雖然增大的網(wǎng)絡(luò)容量將會有利，但是己不再可能找到合適的新基站位置。因此，正在研究增加網(wǎng)絡(luò)容量的可替代方法，比如布置具有優(yōu)化波束圖案的天線。
發(fā)明內(nèi)容因此，期望提供一種天線，所述天線具有為特定小區(qū)覆蓋定制的波束圖案。還期望提供一種天線，所述天線可以通過僅在需要的地方增加容量來實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡。通過用至少一個覆蓋區(qū)域替換單個扇區(qū)覆蓋區(qū)域來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些目的，所述覆蓋區(qū)域中的至少一個是非對稱的。在不過多地產(chǎn)生較大的子扇區(qū)切換區(qū)或引起網(wǎng)絡(luò)性能的嚴(yán)重降低的情況下，非對稱子扇區(qū)覆蓋區(qū)域的使用使得總覆蓋區(qū)域非常接近于被替換的對稱扇區(qū)覆蓋區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的第一個寬泛方面，公開了一種增加扇區(qū)化的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中的用戶容量的方法，所述蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)具有多個用戶以及支持至少一個扇區(qū)的基站，所述至少一個扇區(qū)在所述基站上具有相關(guān)聯(lián)的扇區(qū)天線，所述扇區(qū)天線具有由此延伸并在扇區(qū)切換區(qū)中與其相鄰扇區(qū)重疊的臨界覆蓋區(qū)域，所述方法包括以下步驟用具有多個由此延伸的子扇區(qū)覆蓋區(qū)域的分裂扇區(qū)天線替換所述至少一個扇區(qū)天線，所述至少一個子扇區(qū)覆蓋區(qū)域是非對稱的，每個所述子扇區(qū)覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)于子扇區(qū)并且在子扇區(qū)切換區(qū)中與相鄰子扇區(qū)覆蓋區(qū)域重疊，其中，所述多個子扇區(qū)覆蓋區(qū)域的總臨界覆蓋區(qū)域基本上相當(dāng)于所述至少一個扇區(qū)天線的臨界覆蓋區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的第二個寬泛的方面，公開了一種子扇區(qū)天線，所述子扇區(qū)天線用于扇區(qū)化的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)，所述蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)具有多個用戶和支持至少一個扇區(qū)的基站，所述至少一個扇區(qū)具有相關(guān)聯(lián)的扇區(qū)天線，所述扇區(qū)天線具有從所述基站上延伸并在扇區(qū)切換區(qū)中與相鄰扇區(qū)重疊的臨界覆蓋區(qū)域，所述子扇區(qū)天線被構(gòu)造并布置成用于替換至少一個所述扇區(qū)天線，并且具有多個由此延伸的子扇區(qū)覆蓋區(qū)域，至少一個所述子扇區(qū)覆蓋區(qū)域是非對稱的，每個所述子扇區(qū)覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)于子扇區(qū)并且在子扇區(qū)切換區(qū)中與相鄰子扇區(qū)覆蓋區(qū)域重疊，其中，所述至少一個非對稱的子扇區(qū)覆蓋區(qū)域的總臨界覆蓋區(qū)域基本上相當(dāng)于所述至少一個被替換的扇區(qū)天線的臨界覆蓋區(qū)域。下面參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中不同附圖中的相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。在附圖中圖1是多對對稱子扇區(qū)波束極坐標(biāo)圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的鏡像成對的非對稱子扇區(qū)波束的極坐標(biāo)圖；[29]圖3是示出與傳統(tǒng)三扇區(qū)蜂窩覆蓋區(qū)域重疊的單對非對稱子扇區(qū)波束的極坐標(biāo)圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的鏡像成對的非對稱子扇區(qū)波束以及兩個傳統(tǒng)扇區(qū)波束的極坐標(biāo)圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的與傳統(tǒng)扇區(qū)波束圖案重疊的三子扇區(qū)波束圖案的笛卡爾坐標(biāo)圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例的與傳統(tǒng)扇區(qū)波束圖案重疊的四子扇區(qū)波束圖案的笛卡爾坐標(biāo)圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例的示例性扇區(qū)天線系統(tǒng)的工藝布局；圖8是用于圖7所示扇區(qū)天線系統(tǒng)的示例性的波束形成網(wǎng)絡(luò)扇區(qū)的工藝布局；圖9是真實(shí)的三蜂窩網(wǎng)絡(luò)的地理圖示；以及圖10是真實(shí)的三蜂窩網(wǎng)絡(luò)的地理圖示，其中，單個蜂窩基站配備有本發(fā)明的雙扇區(qū)陣列。具體實(shí)施例方式在本發(fā)明中，不采用現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)制，比如高階扇區(qū)化以及/或者蜂窩分裂來應(yīng)對容量的增加，而是用一種新的天線替換現(xiàn)有的天線，新天線具有與被替換的固定蜂窩扇區(qū)大致相同的覆蓋區(qū)域，但被分成多個互補(bǔ)的非對稱的獨(dú)立波束或子扇區(qū)。僅為舉例說明，認(rèn)為現(xiàn)有的天線具有65。的半功率波束寬度(HPBW)。如果運(yùn)營商用新天線對它進(jìn)行替換，則讓新天線提供與現(xiàn)有天線相同的覆蓋(盡管容量增加)是有利的，因此運(yùn)營商可以避免很大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和相鄰基站的調(diào)整。因此，提供具有與現(xiàn)有天線的臨界覆蓋區(qū)域(CCA，CriticalCoverageArea)盡可能相近的波束圖案的新天線是有益處的，從而提供最小的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。在65。HPBW的天線的情況下，現(xiàn)有天線的臨界覆蓋區(qū)域通常是120。。在本發(fā)明中，新天線可以產(chǎn)生多個獨(dú)立的波束，每個波束限定新的子扇區(qū)，新的子扇區(qū)之間只有較小的重疊區(qū)域，并且多個獨(dú)立的波束還一起提供與原有天線所支持的扇區(qū)大致相同的覆蓋，在不明顯影響相鄰基站的情況10下單個扇區(qū)可以升級成多個子扇區(qū)。已發(fā)現(xiàn)可以通過將非對稱性應(yīng)用于已生成的波束圖案來建立這種新天線。迄今為止，天線波束圖案一直如圖l所示的那樣是對稱的，圖l中示出了三個鏡像成對的對稱子扇區(qū)波束(110，111)、(120，121)、(130，131)。這樣的覆蓋圖案在多對子扇區(qū)波束(例如130，131)之間以及兩個相鄰不同扇區(qū)的子扇區(qū)波束(例如131，110)之間(在113處)生成非常大的重疊區(qū)域。然而，如果為了確保在末端上的大致相同的滾降(roll-off)而調(diào)節(jié)對稱波束圖案，從而提供從由新天線限定的子扇區(qū)到相鄰的未修改的扇區(qū)的大致相似的切換處理，反之亦然，則新的波束在它們之間將會引入過多的重疊。另一方面，調(diào)節(jié)用于新的子扇區(qū)的波束圖案從而容易管理子扇區(qū)之間的切換，這可能會產(chǎn)生具有現(xiàn)有扇區(qū)的覆蓋盲區(qū)。對比圖2可以看出，圖2示出了三個鏡像成對的非對稱子扇區(qū)波束(210，211)、(220，221)、(230，231)，它們替代具有六個子扇區(qū)結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)三扇區(qū)結(jié)構(gòu)，使用非對稱波束，通過降低相鄰的子扇區(qū)波束對(210，211)的低重疊212以及第一對波束的子扇區(qū)波束211和第二對波束的子扇區(qū)波束220之間的重疊223，保證了切換區(qū)域的減少。因此，這減少了大多數(shù)無線標(biāo)準(zhǔn)的切換開銷，并使網(wǎng)絡(luò)容量及吞吐量增加，同時通過在原有扇區(qū)邊緣匹配天線輻射圖案而保持初始的覆蓋，因此能夠使網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的開銷最少甚至可以免除。另外，非對稱子扇區(qū)波束的使用保持了相鄰波束之間的較低的尖端損耗，從而實(shí)現(xiàn)沒有新的覆蓋盲區(qū)的良好整體網(wǎng)絡(luò)覆蓋。這種情況在圖3中示出，為描述清楚起見，圖3示出了子扇區(qū)波束230和231，它們與用虛線表示的傳統(tǒng)全扇區(qū)波束圖案310、320、330重疊。為了便于使用、清晰和使靈活性最大化，通常將輻射圖歸一化為坐標(biāo)系統(tǒng)的外部邊緣。另外，信號強(qiáng)度并非通常所想的依據(jù)用伏特、微伏等表示的強(qiáng)度，因此輻射圖通常用相對分貝值(dB)表示。分貝用于以對數(shù)形式表示功率差異。ldB的下降表示功率降低至初始值的大約80%，而3dB的下降表示功率降低50%或者是初始功率的一半。大多數(shù)數(shù)據(jù)手冊指定的波束寬度通常是3dB或者是半功率波束寬度。10dB的下降就認(rèn)為是較大的下降，即降低至初始功率水平的10%。如圖4所示，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易認(rèn)識到，并非所有的扇區(qū)需要升級。也不需要將所有的扇區(qū)升級到相同的扇區(qū)化程度。相反，可以將扇區(qū)310和320留下而不進(jìn)行升級，而可以將其它的扇區(qū)升級為由兩個子扇區(qū)配置(230，231)替代。其它的扇區(qū)仍然可以用如圖5所示的更高階子扇區(qū)配置替代，圖5表示了三個子扇區(qū)配置510、520、530。為了在被替換的傳統(tǒng)扇區(qū)波束540(虛線所示)上方提供大致相似的覆蓋，中央的子扇區(qū)波束520可以是對稱的，而其它兩個子扇區(qū)波束510、530是非對稱的并相互成鏡像。圖6示出了四個子扇區(qū)結(jié)構(gòu)610、620、630、640。傳統(tǒng)扇區(qū)波束540依然用虛線表示。然而，此處兩個中央子扇區(qū)波束620、630是非對稱的并相互成鏡像，兩個外側(cè)的子扇區(qū)波束610、640也是如此。從圖5和圖6中可以看出，在旁瓣較小和重疊最小的情況下，非對稱波束的引入使得可以非常近似于被替代的傳統(tǒng)扇區(qū)天線的覆蓋區(qū)域。由于對應(yīng)于扇區(qū)向子扇區(qū)升級的新天線的波束圖案具有與如圖3所示的被替換天線大部分相同的整體波束圖案，因此對于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，升級可以相對透明，從而可以更有效地利用資源。在本發(fā)明的非對稱輻射圖案的設(shè)計中，優(yōu)選地，降低旁瓣電平。這減少了向網(wǎng)絡(luò)中的其它扇區(qū)的不必要的發(fā)射功率的量，該不必要的發(fā)射功率的量會導(dǎo)致干擾。結(jié)果，干擾的降低轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)容量的增加。另外，降低的旁瓣電平允許在相鄰扇區(qū)中頻率復(fù)用。如果能夠?qū)崿F(xiàn)較小的子扇區(qū)重疊和旁瓣電平，則會基本消除共信道干擾的可能性，從而允許在相鄰扇區(qū)中頻率復(fù)用，并因而通過增加用戶的數(shù)量來增加網(wǎng)絡(luò)容量。每個子扇區(qū)可以作為一個單獨(dú)的小區(qū)，從而用戶可以例如在CDMA協(xié)議中使用區(qū)分編碼，或者使用由可適用的無線標(biāo)準(zhǔn)指定的窄帶頻率，通過測量識別服務(wù)最好的子扇區(qū)?？蛇x擇地，本發(fā)明的非對稱波束可用于自適應(yīng)波束形成的應(yīng)用，其中，通過最佳服務(wù)波束追蹤特定用戶。在這種情況下，舊的天線可以繼續(xù)用于控制信息的廣播，而新的天線用于專用于特定用戶的業(yè)務(wù)信道。一旦廣播控制信息的裝置能夠由新天線承擔(dān)，則可以將舊天線全部去除。這樣的能力包括使用一列天線陣列來傳播控制信息。可選擇地，所有的波束都可以承擔(dān)發(fā)射和接收控制信息的任務(wù)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，使用天線陣列結(jié)合無源和/或有源網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)非對稱波束。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會認(rèn)識到，無須訴諸天線陣列就能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的非對稱波束圖案。圖7示出了天線陣列系統(tǒng)的示例性實(shí)施例，總體表示為700，其可以生成子扇區(qū)波束對230、231。陣列700包括交叉極化的天線元件711-714、721-724、731-734、741-744的4x4平面陣列，這對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是眾所周知的。在所述陣列中的每一行710、720、730、740，例如包括元件731-734的行730的每個元件的每次極化，借助于波束形成網(wǎng)絡(luò)750被組合在一起，圖8中將更詳細(xì)地示出。在接收模式中，波束形成網(wǎng)絡(luò)750在5端口855處，將1-4端口851-854中的每一個所接收的信號合成。在發(fā)射模式中，在5端口855處的信號在其被分配給1-4端口851-854中的每個之前被分開并且被旋轉(zhuǎn)相位，這會依次驅(qū)動天線元件731-734。功率分割的比例反比于分割節(jié)點(diǎn)801、802、803中的每一個處的導(dǎo)電軌跡的相對寬度。在圖8的實(shí)施例中，只是舉例說明，相對于5端口855上的1毫瓦功率，在1-4端口851-854中的每一個上的功率分別是0.02毫瓦、0.4178毫瓦、0.4178毫瓦和0.082毫瓦。另外，相對相位旋轉(zhuǎn)取決于對應(yīng)于每個端口的每個導(dǎo)電軌跡的相對長度。在圖8的實(shí)施例中，也只是舉例說明，在5端口855處的信號在其到達(dá)1-4端口851-854之前，分別旋轉(zhuǎn)98.3。、36.4。、-36.4。和-98.3°。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，存在多種機(jī)制可以產(chǎn)生一系列與特定天線圖案匹配的功率和相位系數(shù)，這些機(jī)制包括但不限于陣列合成法、解決約束優(yōu)化問題的方法或者甚至通過反復(fù)試驗的方法。在這種情況下，如ZelandSoftwareInc.提供的仿真工具可以用于預(yù)測非對稱天線陣列圖案以及由此獲得的期望陣列性能。采用本發(fā)明的非對稱波束圖案，盡管可以減少網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，但沒有必要全部去除。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易認(rèn)識到，當(dāng)對單個基站實(shí)施本發(fā)明所提出的高階扇區(qū)化時，設(shè)計技術(shù)可用于進(jìn)一步減少網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。例如，交替或相鄰的波束可以使用公共的控制頻率和/或編碼資源。由于現(xiàn)代天線具有優(yōu)異的前后比，因此扇區(qū)間的共信道干擾將最小，并且通過所描述的交錯波束方法，可以免除對額外控制信道或編碼偏移的需要，從而產(chǎn)生更高的頻譜效率。例如，在圖2中，子扇區(qū)波束210和221可以被共同控制為最小的性能損失。另外，當(dāng)多個基站在特定區(qū)域中進(jìn)行高階扇區(qū)化時，自動頻率規(guī)劃可以用于導(dǎo)出用于所有基站的優(yōu)化頻率規(guī)劃。對于CDMA系統(tǒng)，例如，這意味著可以識別優(yōu)化長編碼或編碼偏移。由于本發(fā)明的非對稱波束不會在不想、要的方向上過多輻射，因此可以經(jīng)受更少的網(wǎng)絡(luò)干擾。同樣，由于在更高階扇區(qū)化的基站中的單獨(dú)波束窄于原有的覆蓋范圍，因此可以充分減少特定廣播頻率或編碼的干擾。依靠網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛯?shí)施更高階扇區(qū)化的基站的分布，由此導(dǎo)致的控制信道的信號干擾比的提高將極大地省卻對額外控制頻率和編碼的需要。在網(wǎng)絡(luò)中高階扇區(qū)的100%布置的限制性情況下，可以采用上述可替換或?qū)α⒌姆桨?，從而可以省卻額外的廣播信道或編碼。圖9示出了具有幾個小區(qū)基站的真實(shí)的三小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的地理圖示，每個基站配備有三個半功率波束寬度為65。的天線。圖10示出了與圖9相同的真實(shí)的三小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的地理圖示，其中只有基站PQ0130的一個扇區(qū)升級為本發(fā)明的雙扇區(qū)陣列(BSA)。盡管該BSA延用了與原有天線相同的指向和下傾角值，對比圖9和圖IO中的效果，可以看到網(wǎng)絡(luò)覆蓋有了很大的增加。圖9和圖10中的陰影部分表示由終端接收的高于給定門限(dBm)的信號水平。網(wǎng)絡(luò)中所有扇區(qū)的總忙時業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)(CollectedBusyHourTrafficdata)禾口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)(所有扇區(qū)的天線輻射圖案、它們的指向和傾角值、基站輸出功率、RF電纜損耗、每個扇區(qū)的CDMA載波數(shù))由服務(wù)供應(yīng)商提供，從而提高仿真精度，并且預(yù)測在現(xiàn)場試驗之前來自BSA的容量增益。另外，提供地形數(shù)據(jù)，從而可以通過網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具實(shí)現(xiàn)更精確的信道模型。用于該仿真的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具是由FORSK公司開發(fā)的ATOLL。仿真的第一步是向網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具提供上面提到的所有數(shù)據(jù)并執(zhí)行多次迭代；例如進(jìn)行蒙特卡羅(MonteCarlo)仿真，以便在對用BSA升級的PQ0130基站執(zhí)行仿真之前收集三小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的可靠統(tǒng)計數(shù)據(jù)。表1示出了由網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃14工具得到的輸出指標(biāo)。表l:在基站PQ0130的一個扇區(qū)升級之前和之后的在扇區(qū)級、群集級和基站級上的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>上面的表1示出了基線網(wǎng)絡(luò)和用非對稱波束的雙子扇區(qū)陣列對PQ0130的一個扇區(qū)進(jìn)行升級之后的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。在已升級扇區(qū)中的收發(fā)器的數(shù)量變?yōu)閮杀?，因此可以預(yù)期其容量也變成兩倍。除已升級的扇區(qū)外，還對基站以及基站周邊的群集做了統(tǒng)計。主要仿真結(jié)果概括如下(1)已升級扇區(qū)的容量增加125%，而期望增加值僅為100%;(2)基站PQ0130的容量增加58%;(3)已升級扇區(qū)和基站PQ0130的切換開銷分別增加9%和4.8%;(4)已升級扇區(qū)和基站PQ0130的覆蓋范圍分別增加49%和27%;(5)信號水平大于-80dBm的整個網(wǎng)絡(luò)的面積增加21%(參見下面的表2);(6)在群集級中，關(guān)鍵性能指標(biāo)沒有下降；(7)在每個扇區(qū)和基站級中出現(xiàn)的反向鏈路噪聲上升分別下降18.9%和11.5%。從上面的仿真結(jié)果可明顯看出，通過非對稱波束對單個扇區(qū)進(jìn)行升級有利于網(wǎng)絡(luò)中的周邊扇區(qū)，并且不會引起周邊扇區(qū)和基站的任何明顯的退化。網(wǎng)絡(luò)覆蓋密度的仿真影響以信號水平覆蓋區(qū)域的方式在下面的表2中示出。表2:對網(wǎng)絡(luò)覆蓋密度的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>[65]本發(fā)明可以用數(shù)字電子電路，或者計算機(jī)硬件、固件、軟件或它們的組合實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的裝置可以用計算機(jī)程序產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)，所述計算機(jī)程序產(chǎn)品有形地嵌入到機(jī)器可讀的存儲設(shè)備中，以用于可編程處理器執(zhí)行；并且可以通過可編程處理器執(zhí)行指令程序以進(jìn)行一些操作，從而通過處理輸入數(shù)據(jù)并產(chǎn)生輸出來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的功能。有利地是，本發(fā)明可以用一個或多個可在可編程系統(tǒng)中執(zhí)行的計算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)，所述可編程系統(tǒng)包括至少一個輸入設(shè)備和至少一個輸出設(shè)備。每個計算機(jī)程序可以用高級過程語言或面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，或者匯編或機(jī)器語言實(shí)現(xiàn)；并且，在任何情況下，所述語言可以是編譯和解釋語言。例如，適合的處理器包括通用和專用的微處理器。通常，處理器從只讀存儲器和/或隨機(jī)存取存儲器中接收指令和數(shù)據(jù)。通常，計算機(jī)包括一個或多個用于存儲數(shù)據(jù)文件的海量存儲設(shè)備這種設(shè)備包括磁盤，例如內(nèi)部硬盤和可移動盤；磁光盤；以及光盤。適合于有形地嵌入計算機(jī)程序指令和數(shù)據(jù)的存儲設(shè)備包括所有形式的易失性和非易失性存儲器，例如包括諸如EPROM、EEPROM和閃存設(shè)備等半導(dǎo)體存儲設(shè)備；諸如內(nèi)部硬盤和可移動盤等磁盤；磁光盤；CD-ROM盤；以及諸如鎖存器和/或觸發(fā)器等緩沖電路。上述的任何設(shè)備可以通過ASIC(專用集成電路)、FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)或DSP(數(shù)字信號處理器)補(bǔ)充或合為一體。所述系統(tǒng)可以包括處理器、隨機(jī)存取存儲器、硬驅(qū)動控制器和通過處理器總線連接的輸入/輸出控制器。對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對此處公開的符合本發(fā)明的實(shí)施例作各種修改和變化?？紤]到此處公開的對本發(fā)明的說明和具體實(shí)踐，符合本發(fā)明的其它實(shí)施例變得顯而易見。因此，在由所附權(quán)利要求公開的本發(fā)明的真實(shí)范圍和精神下，說明書和實(shí)施例僅認(rèn)為是示例。權(quán)利要求1.一種增加扇區(qū)化的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中的用戶容量的方法，所述蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)具有多個用戶以及支持至少一個扇區(qū)的基站，所述至少一個扇區(qū)在所述基站上具有相關(guān)聯(lián)的扇區(qū)天線，所述扇區(qū)天線具有由此延伸并在扇區(qū)切換區(qū)中與其相鄰扇區(qū)重疊的臨界覆蓋區(qū)域，所述方法包括以下步驟用分裂扇區(qū)天線替換所述至少一個扇區(qū)天線，所述分裂扇區(qū)天線具有多個由此延伸的子扇區(qū)覆蓋區(qū)域，所述至少一個子扇區(qū)覆蓋區(qū)域是非對稱的，每個所述子扇區(qū)覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)于子扇區(qū)并且在子扇區(qū)切換區(qū)中與相鄰子扇區(qū)覆蓋區(qū)域重疊，其中，所述多個子扇區(qū)覆蓋區(qū)域的總臨界覆蓋區(qū)域基本上相當(dāng)于所述至少一個扇區(qū)天線的臨界覆蓋區(qū)域。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，可以增加在被替換的所述至少一個扇區(qū)中可被服務(wù)的用戶的數(shù)量。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括向相鄰子扇區(qū)覆蓋區(qū)域分配不同的控制資源的步驟。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括向子扇區(qū)覆蓋區(qū)域分配公共控制資源的步驟，每個所述子扇區(qū)覆蓋區(qū)域與具有不同分配控制資源的第三子扇區(qū)覆蓋區(qū)域相鄰。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括實(shí)施自動頻率規(guī)劃以為所有的覆蓋區(qū)域?qū)С鰞?yōu)化的頻率方案的步驟。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括向所述至少一個扇區(qū)天線分配廣播控制信息的任務(wù)的步驟。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括將廣播控制信息的任務(wù)轉(zhuǎn)交給所述分裂扇區(qū)天線并且去除所述至少一個扇區(qū)天線的步驟。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括向所述分裂扇區(qū)天線分配處理來自至少一個用戶的業(yè)務(wù)的任務(wù)的步驟。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述多個子扇區(qū)覆蓋區(qū)域中的每一個包括兩個非對稱子扇區(qū)覆蓋區(qū)域。10.—種子扇區(qū)天線，所述子扇區(qū)天線用于扇區(qū)化的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)，所述蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)具有多個用戶和支持至少一個扇區(qū)的基站，所述至少一個扇區(qū)具有相關(guān)聯(lián)的扇區(qū)天線，所述扇區(qū)天線具有從所述基站上延伸并在扇區(qū)切換區(qū)中與相鄰扇區(qū)重疊的臨界覆蓋區(qū)域，所述子扇區(qū)天線被構(gòu)造并布置成用于替換至少一個所述扇區(qū)天線，并且具有多個由此延伸的子扇區(qū)覆蓋區(qū)域，至少一個所述子扇區(qū)覆蓋區(qū)域是非對稱的，每個所述子扇區(qū)覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)于子扇區(qū)并且在子扇區(qū)切換區(qū)中與相鄰子扇區(qū)覆蓋區(qū)域重疊，其中，所述至少一個非對稱的子扇區(qū)覆蓋區(qū)域的總臨界覆蓋區(qū)域基本上相當(dāng)于所述至少一個被替換的扇區(qū)天線的臨界覆蓋區(qū)域。11.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的子扇區(qū)天線，其中所述被替換的扇區(qū)天線的臨界覆蓋區(qū)域是對稱的。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的子扇區(qū)天線，其中，所述非對稱的子扇區(qū)覆蓋區(qū)域的數(shù)量是2的倍數(shù)。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的子扇區(qū)天線，其中，至少一些所述非對稱子扇區(qū)覆蓋區(qū)域包括多個對，并且第一對的第一部分基本上是第一對的第二部分的鏡像。14.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的子扇區(qū)天線，其中，所述子扇區(qū)切換區(qū)基本上等于所述扇區(qū)切換區(qū)。15.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的子扇區(qū)天線，其中，所述被替換的扇區(qū)天線具有約為65。的半功率波束寬度。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的子扇區(qū)天線，其中，所述子扇區(qū)天線生成兩個非對稱覆蓋區(qū)域，每個所述非對稱覆蓋區(qū)域具有約為33。的半功率波束寬度。17.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的子扇區(qū)天線，其中，所述被替換的扇區(qū)天線具有約為90。的半功率波束寬度。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的子扇區(qū)天線，其中，所述子扇區(qū)天線生成兩個非對稱覆蓋區(qū)域，每個所述非對稱覆蓋區(qū)域具有約為45。的半功率波束寬度。19.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的子扇區(qū)天線，其中，所述被替換的扇區(qū)天線具有約為105。的半功率波束寬度。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的子扇區(qū)天線，其中，所述子扇區(qū)天線生成兩個非對稱覆蓋區(qū)域，每個所述非對稱覆蓋區(qū)域具有約為53。的半功率波束寬度。21.根據(jù)權(quán)利要求10所述的子扇區(qū)天線，其中，所述被替換的扇區(qū)天線具有約為120。的半功率波束寬度。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的子扇區(qū)天線，其中，所述子扇區(qū)天線生成兩個非對稱覆蓋區(qū)域，每個所述非對稱覆蓋區(qū)域具有約為60。的半功率波束寬度。23.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的子扇區(qū)天線，其中，所述子扇區(qū)天線生成與每個非對稱子扇區(qū)覆蓋區(qū)域相關(guān)連的最小旁瓣。24.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的子扇區(qū)天線，還包括用于實(shí)現(xiàn)所述至少一個非對稱子扇區(qū)覆蓋區(qū)域的無源網(wǎng)絡(luò)。25.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的子扇區(qū)天線，還包括用于實(shí)現(xiàn)所述至少一個非對稱子扇區(qū)覆蓋區(qū)域的有源網(wǎng)絡(luò)。全文摘要本發(fā)明公開了一種增加用于扇區(qū)化蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)的基站的容量和性能的方法和裝置，其中，用新的子扇區(qū)天線替換或取代扇區(qū)天線中的一個，所述子扇區(qū)天線產(chǎn)生多個總體上大致覆蓋被替換的扇區(qū)天線的覆蓋區(qū)域的非對稱子扇區(qū)覆蓋區(qū)域。使用非對稱子扇區(qū)覆蓋區(qū)域允許總的覆蓋區(qū)域非常近似于對稱扇區(qū)覆蓋區(qū)域，而不會過多地產(chǎn)生較大的子扇區(qū)切換區(qū)或引起網(wǎng)絡(luò)性能的嚴(yán)重降低。因而，這允許對單個扇區(qū)天線進(jìn)行選擇性的替換，而不是對區(qū)域中的所有扇區(qū)天線作整體替換，從而降低了過渡成本并且能夠為容量規(guī)劃提供集中的方法。文檔編號H04W16/00GK101361383SQ200780001609公開日2009年2月4日申請日期2007年3月19日優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日發(fā)明者哈菲茲·特里古,斯圖爾特·J·迪安,約翰·利特瓦申請人:TenXc無線有限公司