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CN101411224A - 经切换波束天线系统中减小波束切换瞬时冲击的方法及装置 - Google Patents

经切换波束天线系统中减小波束切换瞬时冲击的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明揭示一种减小一切换波束天线系统中波束切换瞬时冲击的方法及装置。一切换波束天线系统产生呈一预定波束场型的多个波束，且依据各该波束的测量结果，将目前波束位置切换成该多个波束之其一。周期地测量各该多个预定波束的信号品质，且判断最好波束。依据该最好波束与目前波束间的间隔而将目前波束切换成该最好波束或一中间波束。

Description

经切换波束天线系统中减小波束切换瞬时冲击的方法及装置
技术领域
本发明有关无线通信系统。具体说，本发明是一种减小切换波束天线系统中的波束切换瞬时冲击的方法及装置。
背景技术
无线通信的最重要课题之一是如何改善无线通信系统的容量。探索中的新领域之一是利用定向波束天线改善基地台与无线传输/接收单元(WTRUs)间的前向及反向链路的链路余裕度(link margin)。定向天线超越传统全向天线的加大增益在WTRU及基地台处提供一加大的接收信号增益。
一切换波束天线系统是一种已定义多个固定定向波束的系统，且一收发器选取一会提供最高信号品质及最低干扰的定向波束。一切换波束天线系统的使用能提供许多好处，譬如减小的传输功率、一WTRU的较长电池寿命、信元边缘处的较高数据传输率、及较好的网络容量。一切换波束天线的使用要求对每一预定波束进行信号位准测量以便选取天线的最好波束。一WTRU或一基地台必须持续地监测每一波束模式中的接收信号位准，且周期地重新选取最好波束以配合环境变化及WTRU的移动。
但是，在一波束被切换的时候，接收信号以及必要的传输和接收功率会有突然的变化。这会导致接收器效能变差。这也会造成一近/远问题，因为传输功率可能太高或太低。即使这些效应是短暂的而且通常会随时间经过而被修正，仍会期望最小化这种效应。当在一预定波束场型中相隔甚远的波束之间切换时，譬如在三波束系统中直接从一左波束切换成一右波束时，这种影响很可能更为明显。
发明内容
本发明是一种减小因一切换波束天线系统中的波束切换而造成的瞬时冲击的方法及装置。本发明提供一种解决因切换波束天线系统中的波束切换所造成的接收信号突然变化而引发的问题的方法，一切换波束天线系统产生多个预定波束，且依据该波束每一者的测量结果将目前波束位置切换成该多个预定波束之一。周期地测量该多个预定波束的每一个的接收信号品质。然后判断依该测量判断的一最好波束是否异于一目前波束。若目前波束异于该最好波束，则依据该最好波束与目前波束之间的间隔将目前波束切换成该最好波束或是在该预定波束场型内介于该最好波束与目前波束间的一中间波束。
附图说明
图1是一依据本发明的无线通信系统的简图。
图2是一依据本发明减小一切换波束天线系统中的波束切换瞬时冲击的程序的流程图。
图3是一依据本发明由一切换波束天线系统产生的波束场型的实例。
图4是一依据本发明被建构为减小切换波束天线系统中的波束切换瞬时冲击的装置的方块图。
具体实施方式
在下文中，术语″WTRU″非局限性包含一用户设备，一移动台，一固接式或移动用户单元，一呼叫器，一无线局域网络用户台，或是能够在一无线环境内运作的任何其它装置类型。在下文中，术语″基地台″非局限性包含一B节点(Node-B)，一网点控制器(site controller)，一存取点或是在一无线环境内的任何其它介接装置类型。
本发明的特征可被并入一集成电路(IC)内或是被规划在一包含大量互连组件的电路内。本发明的特征也可被施行为软件或是施行为一硬件/软件组合。
图1是一依据本发明的无线通信系统100。无线通信系统100包括多个基地台104和WTRUs 102。每一基地台104服务一信元106。WTRU 102登录于一个信元106以进行通信。WTRU 102在刚开始选择一个信元，但视技术而定，WTRU102可能在稍后与多个信元联络(例如用来软性结合于一CDMA系统中)。本发明不应被局限在单一信元通信，而是可应用于多信元通信。WTRU 102或基地台104或二者配备一切换波束天线以产生多个定向波束。该波束可为是或不是以一预定波束场型产生，且除了该定向波束也可产生一全向场型。这种定向波束可为不一致的，致使一波束可比另一波束宽，且波束间的方位间隔可能是或不是相同的。WTRU 102或基地台104可同时地产生一个以上的波束并且将每一波束分别操控成最好波束位置。波束位置可被切换成多个定向波束之一或是全向场型。
图2是一依据本发明减小因一切换波束天线系统中的波束切换而造成的瞬时冲击的程序200的流程图。以下将仅参照于一WTRU来解释本发明。但应理解到本发明也可被施行于一基地台内。
当一WTRU 102登录于信元之一时，WTRU 102选取多个预定波束之一(也即一定向波束或是一全向场型波束)且以该选取波束(以下称为″目前波束″)与一基地台104联络。一旦程序200被起动，WTRU 102在将波束切换成该多个预定波束的每一个的同时监测频道品质(步骤202)。程序200的开始可为以一触发信号(譬如一定时器)起动，或者可为定期的、不定期的或连续的。若程序200是连续的，则一新程序会在该程序到达结束时自动地起动。
WTRU 102首先登录于一信元并选择一波束。稍后该WTRU 102可与多个信元联络(例如用来软性结合于CDMA系统内)，且在与多个信元联络的同时选取最好波束。
然后WTRU 102判断由频道品质测量判断的最好波束是否异于目前被用来与已登录基地台104联络的目前波束(步骤204)。若该最好波束异于目前波束，则WTRU 102起动一波束切换程序。若目前波束是该最好波束，则维持目前波束。
视需要，WTRU 102可在切换波束之前先判断从波束上次被切换后起算是否已经过一段预定时期以便防止太过频繁的波束切换(步骤206)。若目前波束已经过该预定时期，则程序200前进到步骤208以切换波束。若尚未经过该预定时期，则程序200回到步骤202。
在将目前波束切换成最好波束之前，WTRU 102判断目前波束是否可被直接切换成该最好波束。若目前波束可被直接切换成最好波束，则将目前波束直接切换成最好波束(步骤212)。如下文所将详述，若目前波束无法被直接切换成最好波束，则将目前波束切换成位在目前波束与最好波束间的一中间波束(步骤210)。
在步骤208，程序200以目前波束与最好波束间的波束间隔为基础且视需要以某些因子(非局限性包含频道状态信息及信号品质测量)为基础作出判断。若目前波束与最好波束间的波束间隔超过可被预先决定或视需要取决于某些因子(非局限性包含频道状态信息及信号品质测量)的一阈值，则程序200判断目前波束无法被直接切换成最好波束。
作为一简单实例，若多个波束被依一预定波束场型产生借此使该波束等宽且以被称为1段差(1 step)的度数等距间隔，则程序200可以该预定波束场型内的最好波束与目前波束间之间隔段差数为基础作出判断(因为段差数×固定间距等于目前波束与最好波束之间的波束间隔)。图3是多个定向波束的一预定波束场型的一个实例。在图3中，预先定义出共计八(8)个波束b1-b8，其为等宽并以1段差等距间隔。但是，应理解到图3仅被提供为一实例，任何数量的波束皆可使用，本发明不应被解释为局限于任何特定波束数量。等宽和等距间隔也仅被提供为一实例，本发明不应被解释为局限于等宽且等距间隔的波束。假设波束b1是目前波束且波束b5在频道品质测量后转变成最好波束，则WTRU 102判断波束b1与波束b5之间的段差数量(也即四段差)。若此间隔大于预定段差数量(也即大于一预定波束间距)，则WTRU 102避免从波束b1直接切换成波束b5。若此间隔在预定段差数以内，则WTRU 102从波束b1直接切换成波束b5。应理解到具有一用于直接切换成最好波束的预定波束间隔阈值的情况只是一实例，本发明不应被解释为局限于预定阈值。
视需要，一较接近目前波束的波束可被选为一中间波束以供从目前波束转换到最好波束，因为较接近目前波束的波束更有可能兼容于目前接收器参数譬如频道系数评估。选择一较接近目前波束的波束很可能会更大幅度地减小瞬时冲击，但导致较慢切换成最好波束。因此，选择介于目前波束与最好波束之间的中间波束是一种在较少瞬时冲击与较快切换之间的权宜，此将在下文详述。
波束切换模式可被以减缓波束切换程序的效能冲击对上突然切换的效能冲击的两者权宜为基础而决定。在系统使用八个波束的图3实例中，从波束b1到波束b5的波束切换模式可为b1-b2-b3-b4-b5或b1-b3-b5，视效能要求而定。应理解到上述切换模式仅被提供为一实例而非限制，且波束切换模式不一定要是等间隔的，而是可为任何模式，譬如b1、b2、b5或是b1、b2、b4、b5，且一些波束可比其它波束宽。
此种渐进切换改善WTRU 102接收器的效能。举例来说，在一码分多路访问(CDMA)RAKE接收器中，渐进切换很可能容许RAKE指示服务(fingers)有更多路径被成功地解调变而不至于在切换一波束的同时于频道系数评估中全然没有。
波束切换中介于两定向波束之间的中间波束可为一全向场型波束。举例来说，假设一系统使用三(3)个波束(也即一右波束、一全向场型、及一左波束)，一左波束是一目前波束且一右波束被判断为最好波束，则WTRU 102避免从左波束直接切换成右波束。事实上，WTRU 102先从左波束切换成全向场型，然后从全向场型切换成右波束。本发明的方法可被应用于使用三以上的波束的情况。
图4是一依据本发明被建构为减小切换波束天线系统中的波束切换瞬时冲击的装置400的方块图。装置400包括一切换波束天线402、一波束操控单元406、一接收器/发射器404、一测量单元408及一控制器410。切换波束天线402包括多个天线组件，其用于除了视需要产生一全向场型波束还产生多个定向波束。波束操控单元406是用来将一目前波束操控成多个定向波束之一或是操控成全向场型波束。接收器/发射器404从切换波束天线402接收信号且将这些信号送到测量单元408。测量单元408是基带处理单元的一部分且用于测量从切换波束天线402接收的信号的品质。控制器410控制着装置400的所有组件及前文所述用来切换波束的程序。
本发明并不局限于二维波束切换。本发明也可应用于三维空间内的波束切换。本发明并不局限于单天线系统，其也可应用于一多天线系统，其中一以上的波束被同时控制。
尽管已在较佳实施例中依特定组合说明本发明的特征和组件，每一特征或组件得为不连同较佳实施例的其它特征和组件而被单独地使用，或者是以有或没有本发明的其它特征和组件的多种组合使用。

Claims (33)

1.一种减小因切换波束天线系统中的波束切换所造成的瞬时冲击的方法，该切换波束天线系统产生多个预定波束且依据各该波束的测量结果将一目前波束位置切换成该多个预定波束其中之一，该方法包括：
(a)测量各该多个预定波束的信号品质；
(b)判断借助该测量所判断的一最好波束是否异于一目前波束；
(c)若该最好波束异于该目前波束，则判断是否可将该目前波束直接切换成该最好波束，否则回到步骤(a)；及
(d)若可直接将该目前波束切换成该最好波束，则将该目前波束直接切换成该最好波束，否则将该目前波束切换成一位在该目前波束与该最好波束间的中间波束。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：判断将一波束切换成该目前波束后起算是否已经过一段预定时期，借此若尚未过完该预定时期则回到步骤(a)，且若已经过该预定时期则前进到步骤(c)。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于该中间波束是一比该最好波束更接近该目前波束的波束。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于该中间波束是一全向场型波束。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于该波束在三维空间内切换。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于该波束在二维空间内切换。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于同时处理超过一个以上的波束，借此将每一波束分别切换成每一波束的一最好波束。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于波束切换的判断是以该目前波束与该最好波束间的波束间隔为基础。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于波束切换的判断是以比较该波束间隔与一预定阈值为基础而作出。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于该判断还以信号品质及频道状态中至少其一为基础。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于该多个波束是依一预定波束场型所产生，借此该目前波束是以该预定波束场型内的该目前波束与该最好波束间的间隔段差为基础而切换。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于该切换波束天线系统包括一单天线系统。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于该切换波束天线系统包括一多天线系统。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于波束切换程序是连续地进行。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于波束切换程序是定期地或不定期地进行。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于波束切换程序被以一触发信号起动。
17.一种用来减小因切换波束天线系统中的波束切换所造成的瞬时冲击的装置，该切换波束天线系统产生多个预定波束且依据各该波束的测量结果于该多个预定波束当中切换一目前波束位置，该装置包括：
一切换波束天线，用于产生多个预定波束；
一波束操控单元，用于将一波束操控成该多个波束其中之一；
一发射器/接收器，用于经由该切换波束天线发射并接收信号；
一测量单元，用于测量各该多个预定波束的信号品质；及
一控制器，用于控制该波束操控单元、该发射器/接收器及该测量单元，借此该控制器判断该多个预定波束当中一最好波束，并依据该最好波束与一目前波束间的间隔将该目前波束切换成该最好波束或是一位在该最好波束与该目前波束间的中间波束。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于该控制器判断从一波束切换成该目前波束后起算是否已经过一段预定时期，借此该控制器仅在已经过该预定时期时，将一波束切换成该最好波束。
19.如权利要求17所述的装置，其特征在于该中间波束是一比该最好波束更接近该目前波束的波束。
20.如权利要求17所述的装置，其特征在于该中间波束是一全向场型波束。
21.如权利要求17所述的装置，其特征在于该波束在三维空间内切换。
22.如权利要求17所述的装置，其特征在于该波束在二维空间内切换。
23.如权利要求17所述的装置，其特征在于该装置是一基地台。
24.如权利要求17所述的装置，其特征在于该控制器以该目前波束与该最好波束间的波束间隔为基础而作出波束切换的判断。
25.如权利要求24所述的装置，其特征在于该波束切换判断是借助比较该波束间隔与一预定阈值而作出。
26.如权利要求25所述的装置，其特征在于该判断还以信号品质及频道状态中至少其一为基础。
27.如权利要求17所述的装置，其特征在于该装置是一无线传输/接收单元。
28.如权利要求17所述的装置，其特征在于该多个波束是依一预定波束场型所产生，借此该目前波束以该预定波束场型内的该目前波束与该最好波束间的间隔段差为基础而切换。
29.如权利要求17所述的装置，其特征在于该切换波束天线系统包括一单天线系统。
30.如权利要求17所述的装置，其特征在于该切换波束天线系统包括一多天线系统。
31.如权利要求17所述的装置，其特征在于波束切换程序是连续地进行。
32.如权利要求17所述的装置，其特征在于波束切换程序是定期地或不定期地进行。
33.如权利要求17所述的装置，其特征在于波束切换程序是以一触发信号所起动。
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