[发明专利]用于频谱效率的非对称波束

说明书

技术领域

本发明涉及网络规划，具体涉及在不产生覆盖盲区的情况下提高已建网络中的扇区容量和吞吐量。背景技术 

在无线通信系统中，存在很多技术限制。第一个限制为频谱是一种应当有效利用的稀缺资源。对于有限数量的频谱，能够被同时服务的用户数量存在上限。为了增加用户数量，以往已采用多址接入技术。 

最常用的有：频分多址(FDMA)，其中只将小部分可用频谱分配给用户；时分多址(TDMA)，其中不允许用户连续发射，相反，只允许用户在称为“突发(bursts)”的较短不交叠时段内发射；以及码分多址(CDMA)，其中将所有频谱分配给所有的用户，这些用户通过利用所分配的正交码来作区分。 

在现有的无线系统中，将上述以及其它多址接入技术结合使用，从而在有限数量的资源(时间、频率、编码等)下使用户数量最大化。 

无线通信系统的另一个限制是有限的发射功率，这是由于要克服发射机和接收机之间的实现和传播损耗。因此，实际使用的系统只具有有限的通信范围。 

为了克服这两个限制，已经将“蜂窝”的概念引入到无线系统中。为了覆盖较大的区域，将可用资源用于称为“小区”的较小的覆盖区域，并在其它小区中重复使用。可以由网络服务的期望的用户数量将与网络中的小区数量成比例地增加。 

然而，由于目前的小区靠的非常近，因而增加了共信道干扰的风险，这会降低链路质量并相应地减少用户数量。 

已经提出并实现了很多克服共信道干扰的技术。这些技术通常专指特定的多址接入方案。 

例如，对于CDMA，一个小区内所有用户的信号在下行方向上由基站的发射机同时发送，以使得每个具体用户可以解码自己的信号并抵消小区内的干扰。在上行方向，用户的信号通常被具有良好相关属性的长码加扰，以使得其它用户对此单个用户的信号的贡献将更像白噪声的作用，而不会明显降低单用户检测。 

在FDMA系统的情况下，全部频谱分为K个频率子集，并且每个小区使用一个这样的子集。并不是将全部频谱布置给网络中的每一个小区，而是在网络中重复K个小区的群集，每个小区分配一个频率子集。明显地，在一个群集中，用户不会感到任何共信道干扰。 

对大于1的频率复用因子K，共信道小区，即被分配相同频率子集的小区将不会彼此相邻，因此将会使整个网络的干扰减到最小。优选地，由于可以在一个频率子集内分配更多的频率，因此为了使用户数量最多，频率复用因子K较小。 

考虑到近来被用于传输基站的基站系统(BSS)特征数量的增加，所述特征诸如功率控制、非连续发射、分频负载和跳频等，则在100％频率负载的情况下，优化的频率复用因子可以是K＝3。 

在任何情况下，为了进一步提高蜂窝系统的频谱效率，已经引入扇区化的概念，其中，通常放置于小区中央的全向天线已经由多个N向天线替代，每个N向天线限定一个对称的覆盖区域。因而，对于相同的区域，网络内的小区数量以及相应的用户数量增加了N倍。 

因此，定向或扇区天线的使用进一步减少了网络中的干扰量，并产生频谱效率更高的网络。扇区是对称的，并且通常是楔形的，N个扇区通常从传统的小区中央向外延伸。现在，每个扇区可以看作一个独特的小区，其天线从其末端延伸。 

尽管在理论上较大的N值可以获得较高的频谱效率，但实际布置时通常会考虑将这个数量限制在有限的几种可能中。例如，较大的N值会导致很大比例的用户在不断切换的情形下变得疲惫。同样，用户一般通过识别码、频率信道来识别小区，从而用户可以进行连续的测量来识别服务最好的小区。在N值较大的情况下，很大一部分可用带宽将会分配给这些控制信道，  而容量不会有任何明显增加。因此，N的典型值为3，极少情况下是4，几乎不曾超过6。 

当N＝3时，通常使用半功率波束宽度为65°的天线，这是因为它们可以提供更好的覆盖。对于扇区间的不均衡的业务量或者其它的N值，可以使用波束宽度为33°、45°、65°、90°、105°等角度的多天线。对于更高的扇区化，即N＞3，现有天线的组合将不能提供最佳覆盖，从而导致波束图案之间的明显及过多的重叠，或者相邻波束图案之间的较高的尖端损耗(cusping loss)。在前一种情况下，过多数量的用户将参与切换，而后一种情况下，覆盖盲区可能会导致切换失败。 

另外，由于用户通常并不是均匀地分布于网络中，因此可以发现对更高阶扇区化的需求基本上是局部现象，而不是整个网络的特征。因此，对增加用户容量的需求仅对网络中的一些通常遇到有用户大量分布的分散扇区是较明显的。