CN1353911A - 点对多点双路宽带无线通信系统 - Google Patents

Abstract

一个高容量点对多点双路宽带无线通信系统。在一个例子中,系统使用在基站的一个介质透镜扇形天线(dielectric lens based setored antenna)与远方的固定用户站进行通信,并且这些用户站分布在一个扇形区域。每一个用户站可以有一个或多个终端用户。对系统覆盖到的扇区,系统通过一条或多条独立的无线通信链路发送数据到用户站和从用户站接收数据。另外,在每一个扇区,系统使用相同的极化方式能同时传送所有独立的双路无线链路的频率信道。系统包括一个交换设备,它连接扇形天线和外边的数据网络,该网络可以是局域网、广域以太网或分组交换数据网络,如因特网,或使用因特网协议或其它数据协议的电话设施。根据该发明,一个或多个用户站本身可以是另外的基站(即可以作为基站使用),这样系统(可以)连接形成一个跨越两个或多个覆盖区域的无线通信网络中枢。以这种方式,系统可以对用户站的终端用户提供多种通信服务,例如,视频会议、电话、高速因特网接入,和在一个广阔的地域进行双路高速声音和数据传送。

Description

点对多点双路宽带无线通信系统

发明领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一条或多条双路宽带无线通信链路上传送数据的点对多点无线通信系统。

发明的背景技术

长期以来，通信业一直在寻求大容量的通信系统，并把坚固耐用的通信系统带给世界各地的人们。今天大部分通信业务是以信息载波的形式在通信链路两端进行传送的，而信息载波被用代表信息的数字信号进行了编码。在链路两端传送的数据可能经常包括：声音或视频信息，以及文本信息或为某些特别应用的原始数据。

近几年来，随着因特网和其它数据通信形式的日益增长的应用，世界范围内的数据通信量已成指数增加。日益增加的数据通信业务的要求已经基本上超过了现有系统的能力，产生了对更高容量的通信系统的需求。通信链路的容量一般是指每单位时间在链路上可靠传送的数据量，典型的表示方法是每秒传送的数据比特(bps)。

无线通信系统被认为是经济可靠的用户互联方法。特别是在一些比较特殊的地区，可能无线通信系统更受欢迎，例如，拥挤的市区、遥远的郊区或地形复杂的地区，在这些地区很难敷设导线或光纤，或成本上不允许。不同在载波上通过物理上“实际存在”的通信链路如导线或光缆上传送信息，无线通信系统方法是在“开放”的空间辐射数据载波，遍及整个覆盖区域。通常，在无线系统中通信链路是由数据载波的辐射范围(radiation profile)来定义的。然而，已有的许多无线通信系统在容量和灵活性上受到限制。

通常，对一个给定的通信链路，无线通信系统中辐射的数据载波是具有预定带宽和载波频率的频率通道，并且载波频率在一个指定的频谱范围内。一些现有增加无线通信系统容量的方案已经提到利用扇形天线系统的点对多点的结构，它允许频谱在同一个覆盖区域的多个扇区的重复使用。通过把一个覆盖区域分割成多个扇区和在某些扇区重复使用一个或多个频率信道，重复使用的频率信道的数据传输能力基本上按照信道被重复使用的扇区数目的倍数增加。

因此，频率的重复使用可以增加一个给定频谱“段”的数据传输能力。然而，如上所述的频率的重复使用最典型的要求是在一个覆盖区域的扇区中有充足的隔离度，以确保数据的相对无错传输。因而，频率的重复使用和因此增加的传输能力可能是以增加扇区中隔离度为代价得到的。这个增加扇区隔离度的要求可能会对一个有效可靠的无线通信系统的工程设计提出几个工程上的挑战。

现有的某些无线通信系统已经使用了“极化分集(法)”技术，该技术在一个覆盖区域中邻近的扇区使用同一频率信道，但极化是正交的。例如，在一个扇区，一个或多个频率信道可以用来发数据和使用水平极化接收数据，和在邻近的扇区，同一个频率信道用来发送数据和利用其垂直极化接收数据，反之亦然。其它无线通信系统已经使用了极化分集(法)和在邻近扇区不同频率信道相结合，而在非邻近的扇区也使用了许多多频率重复使用的方案。通常，在扇形天线系统中，由于受扇形天线系统设计的约束，其性能也受到限制，特别是扇区中存在干扰的情况下，上述两种方法都只会获得很有限的成功。如上所述，扇区中不期望的干扰量限制了这样的无线通信系统数据传输能力。

本发明概要

该发明的一种实施方案涉及一个无线通信系统，包含一个基站，在覆盖区域多个扇区(plurality of setors)的至少第一个扇区发送第一次辐射，它在多个扇区的至少第二个扇区传送第二次辐射，第一次和第二次辐射有同样的载波频率和同样的极化。系统也包含至少一个分布在第一扇区的固定用户站，它从基站接收第一次辐射和发送第三次辐射到基站。基站的建造和安排要使第一次辐射有一个预定的空间范围(spatial profile)，这样能大量减少在至少第二个扇区的至少第二次辐射上由第一次辐射所引起的干扰。预定的空间范围应该足够的一致，以便第一次辐射能有效的被在第一个扇区的任意位置的至少一个固定用户站接收。

该发明的另一种实施方案涉及在一个覆盖区域内，在空中发送和接收载有信息的辐射的方法。覆盖区域分成多个扇区，至少包括第一个扇区和第二个扇区。该方法包括在至少第一个扇区发送第一次辐射的动作(act)，和在至少第二个扇区发送第二次辐射的动作(act)，其中，第二次辐射与第一次辐射有同样的载波频率和同样的极化。第一次辐射有一个预定的空间范围，这样能大量减少在至少第二个扇区的至少第二次辐射上由第一次辐射引起的干扰，其中，预定的空间范围应该足够的一致，以便第一次辐射能在第一个扇区的任意位置被有效的接收。

该发明的另一种实施方案涉及一个系统，包含一个无线通信基站，以在一个覆盖区域内的多个扇区发送和接收载有信息的辐射，基站包括透镜扇形天线系统，其中，要建造和敷设透镜扇形天线系统以便能够在多个扇区的所有扇区同时发送辐射，而且，其中一个辐射的极化对多个扇区的所有扇区是相同的。

该发明的另一种实施方案涉及一个无线通信系统，包含至少一个固定用户站，一个基站，和一个网络运作中心。基站包括第一个端口，通过它使用第一个频率范围内第一数据载波，在一条双路宽带无线通信链路上传送数据到固定的用户站和接收从固定用户展来的数据。第一数据载波包括至少一个下行数据载波以运送数据到固定的用户站，和至少一个上行数据载波运送来自固定的用户站的数据。基站的建造和敷设要使得到至少一个下行数据载波有每秒10兆比特的数据运送容量。基站包括第二个端口，通过这个端口使用在第二个频率范围内的第二个数据载波把数据传送到内部通信链路上，而且第二个频率范围与第一个频率范围是不同的。网络运作中心通过内部通信链路连接到基站，并以预定的方式发送数据到基站和接收来自基站的数据。

该发明的另一种实施方案涉及空中传送数据的方法，包含如下步骤：发送，通过多个天线馈送单元中的至少某些，辐射运送的下行数据；接收，通过多个天线馈送单元中的至少某些，辐射运送的下行数据；把发送的辐射集中在覆盖区域内的多个扇区中，发送辐射的极化对多个扇区的所有扇区是相同的；集中从多个扇区到多个天线馈送单元中的至少某个接收到的辐射，接收辐射的极化对多个扇区的所有扇区是相同的。

该发明的另一种实施方案涉及运送数据的方法，该数据被编成有目的地址的数据包。该方法包含如下步骤：根据目的地址以预定的方式发送数据包到多个调制器；将多个第一数据载波与要发送的数据包调制，各第一数据载波分别与多个调制器中各自的调制器有关；通过第一个通信链路发送来自多个调制器的多个被调制的第一数据载波，每一个被调制的第一数据载波分别有在第一个频率范围内的第一个载波频率；把多个被调制的第一数据载波转换到相应的多个被调制的第三数据载波，每一个被调制的第三数据载波分别有在第三个频率范围内的第三个载波频率，而且第三个频率范围与第一个频率范围不同；通过空中在覆盖区域的多个扇区发送多个被调制的第三数据载波，被调制的第二数据载波的极化对多个扇区的所有扇区是相同的。

该发明的另一种实施方案涉及一个系统，包含至少一个辐射接收机，并且设置在覆盖区域第一个扇区，和一个无线通信基站，它在覆盖区域多个扇区发送辐射的。在多个扇区的每一个扇区基站至少使用一个频率信道发送辐射，对至少多个扇区的第一个扇区和第二个扇区来说，至少一个频率信道是相同的。基站的建造和安排要使至少在第一个扇区发送的辐射有预定的空间范围，这样能大量减少在多个扇区的其它扇区(而这些扇区使用至少一个相同的频率信道)的干扰。预定的空间范围应充分的一致，以便能被至少一个设置在第一个扇区任意位置的辐射接收机有效接收。发送辐射的极化对第一个扇区和至少一个与第一个扇区相邻近的扇区来说是相同的。

该发明的另一种实施方案涉及一个系统，包含一个无线通信基站，它在覆盖区域的多个扇区发送辐射。在每一个扇区发送的辐射有一个空间范围，它包括主波瓣。基站的建造和安排要使多个扇区的每一个扇区的扇区扇宽在范围从-3dB点的主波瓣的第一个宽度到在-10dB点的主波瓣的第二个宽度内。

该发明的另一种实施方案涉及一个系统，包含一个无线通信基站，它在覆盖区域的多个扇区发送和接收辐射。基站在每一个扇区使用至少一对频率信道发送和接收辐射，并且至少一对频率信道中的一个第一个频率信道运送下行信息，和至少一对频率信道中的一个第二个频率信道运送上行信息。基站的建造和安排要使第一和第二个频率信道中的每一个在每一个扇区有至少每秒10兆比特的信息运送容量。

该发明的另一种实施方案涉及一个系统，包含一个无线通信基站，在覆盖区域内发送和接收运送信息的频率信道。基站这样建造和安排，在覆盖区域发送具有第一个载波频率的第一个频率信道，这样在覆盖区域第一个频率信道的第一个信息运送容量至少是每秒110兆比特。

该发明的另一种实施方案涉及一个无线通信系统，包含至少一个固定用户站，一个基站，和一个网络运作中心。基站包括第一个端口，通过这个端口使用第一个频率范围内第一个数据载波，在一条双路宽带无线通信链路上数据被传送到固定的用户站和接收从固定用户展来的数据。第一个数据载波包括至少一个下行数据载波以运送数据到固定的用户站和至少一个上行数据载波运送来自固定的用户站的数据。建造和敷设基站以得到至少一个下行数据载波和至少一个上行数据载波有同样的数据运送容量。基站也包括第二个端口，通过这个端口使用在第二个频率范围内的第二个数据载波把数据传送到内部通信链路上，第二个频率范围与第一个频率范围是不同的。网络运作中心通过内部通信链路连接到基站，以预定的方式发送数据到基站和接收来自基站的数据。

该发明的另一种实施方案涉及一个无线通信系统，包含一个基站，在覆盖区域的多个扇区发送和接收载有信息的辐射。基站在多个扇区的每一个扇区至少使用一个频率信道发送辐射，对至少多个扇区的第一个扇区和第二个扇区来说，至少一个频率信道是相同的。基站包括透镜扇形天线系统，该系统包括具有多个焦点的介质透镜，其中多个焦点中的每一个焦点对应多个扇区的一个扇区。透镜扇形天线系统也包括至少一个耦合到介质透镜的馈送列，用于发送和接收辐射，其中，至少一个馈送列包括至少一个馈送装置，该装置位于每一个焦点最近的地方。无线通信系统也包括至少一个固定用户站，它设置在多个扇区的第一个扇区，用来发送载有信息的辐射到基站和接收来自基站的载有信息的辐射，和一个耦合到基站的网络运作中心，并以预定的方式发送信息到基站和接收来自基站的信息。透镜扇形天线系统的建造和安排要使在至少第一个扇区由基站发送的辐射有一个预定的空间范围，这样可以大量减少在使用至少一个相同的频率信道的多个扇区的其它扇区的干扰。预定的空间范围应充分的一致以保证至少一个设置在第一个扇区任意位置的固定用户站能有效接收。本发明附图的简要说明

在此通过引证被并入本文的附图并不是按照比例绘制的。在图中，各种描述的插图每一个相同或几乎相同的部件用相似的数字来表示。为了达到清楚的目的，并不是每一个部件都在每一个图中做出标注。在图中：

图1A和图1B是按照该发明的一种实施方案绘出的无线通信系统示意图；

图1C是按照该发明的一种实施方案绘出的图1A和图1B所表示无线通信系统的更详细的方框图表示；

图2是一个图表，对不同的数据载波调制/解调技术例子进行了比较，而这些载波调制/解调技术可以用于图1C所表示的通信系统中；

图3是按照该发明的一种实施方案绘出的无线通信系统方框图图1C所表示的无线通信系统的一个固定用户站的示意图；

图4是图1C的无线通信系统更详细的示意图，并按照该发明的一种实施方案绘出了一个扇形覆盖区域；

图5是图4系统的一个基站的简图，并按照该发明的一种实施方案绘出了一个透镜扇形天线系统；

图6是一个示意图，是图5表示的扇形天线系统按照该发明的一种实施方案在360°的覆盖区域频率重复使用方案的一个例子；

图7是一个图4系统的一个通信链路的一个例子示意图；

图8是曲线图，是按照该发明的一种实施方案绘出的一个扇形覆盖区域的一个天线辐射方向图的一个例子；

图9和图10表示覆盖区域的三个相邻扇区与图8相似的天线辐射方向图的主瓣示意图，并给出了两个不同扇区宽度情况的比较；

图11是与图9和图10相类似的一个示意图，表示在一个扇形覆盖区的一个给定扇区宽度的扇区内，期望信号电平的变化；

图12是曲线图，表示覆盖区域内扇区分布的一个例子，这个例子叠加在图8所示的辐射方向图上；

图13是曲线图，表示与图8所示的辐射方向图完全相同的两个辐射方向图，分别与覆盖区域的两个不同扇区有关；

图14是图12的曲线图，另外在每一个扇区附加了由图8的辐射方向图引起的最大和平均信号电平图；

图15是一个流程图，表示了按照该发明的一种实施方案决定一个覆盖区域最适宜的扇区分布的一种方法的步骤；

图16给出了图5所示基站的一个无线电收发机典型设计参数表；

图17给出了如图3所示的一个用户定向天线典型设计参数表；

图18是一个使用了图16和图17中的参数对图7所表示的下行通信链路预算分析的一个例子；

图19按照该发明的一种实施方案给出了图4所示系统覆盖区域示意图，其中至少两个扇区有不同的覆盖半径。

本发明的详细描述

本发明涉及一个有效的、大容量的点对多点无线通信系统。

在一种实施方案中，按照该发明一个无线通信系统基站使用一个介质透镜扇形天线系统在一个或多个分布在一个扇形覆盖区域的远方“固定用户站”中间来传送数据。每一个用户站在位置上是固定的，可以为一个或多个终端用户服务。本发明系统对覆盖区域的每一个扇区通过一条或多条独立的双路宽带无线通信链路传送数据到固定用户站和接收从固定用户站来的数据。系统通过在扇区中重复使用一个或多个信道来增加在无线通信链路上使用的任何数据载波或频率信道的容量。另外，在一种实施方案中，在每一个扇区系统使用同样的极化能够同时发送所有独立的双路无线链路的数据载波。

在一种实施方案中，该发明的无线通信系统也包括一个交换设备，它将扇形天线系统和外边的数据网络连接起来。交换设备在外边的数据网络和固定用户站之间，或在两个或更多个固定用户站之间通过扇形天线系统传送数据。天线系统通过使用一个在一个频率范围内工作的内部通信链路耦合到交换设备，并且这个频率范围不同于在天线系统和固定的用户站之间的双路宽带无线通信链路的频率范围。

在一种实施方案中，本发明的无线通信系统连接到的外部数据网络，可以是局域网或广域网，特别可能是以太网或分组交换数据网，例如因特网，或使用因特网协议或其它数据协议的一个电话基础设施。另外，按照该发明，一个或多个固定用户站本身可以作为另一个基站，允许系统被连到许多相似的系统以形成一个无线通信网络枢纽。以这种方式，本发明的无线通信系统可以在固定用户站对终端用户提供许多通信服务，例如，视频会议、电话，高速因特网访问，和双路高速声音和数据传送。

本发明的无线通信系统可以传送数据到固定的用户站和接收从固定用户站来的数据，也可以使用许多频谱连接到相类似的无线通信系统上。特别是，使用多信道多点分配系统频率(MMDS频谱)——从大约2.5GHz到2.7GHz，本发明的系统可以与固定用户站进行通信，而且它具有多个优点，针对雨和其它潜在的不利环境条件，该系统具有相当的可靠性。

图1A和图1B是按照该发明的一种实施方案绘出的无线通信系统示意图。图1A和图1B所表示的系统包括一个或多个固定用户站20，一个基站22，和一个网络运作中心(NOC)40。固定用户站20在位置上是固定的，并且通常设置在离基站22较远的地方，例如可以达到大约30英里远的距离。网络运作中心40也可以设置在离基站22较远的地方。例如，基站22可以设置在屋顶或塔上，而网络运作中心40可以设置在在基站22下面的建筑物内，如图1B所示。相类似的，基站22可以设置在一个山顶，而网络运作中心40可以设置在一个高度较低的地方，如图1A所示。通常，基站22可以安置在比网络运作中心40显著高的高度，可以和网络运作中心40隔开一段距离，如可达到约500英尺远。

在本发明的一种较好的实施方案中，基站22和固定用户站20有非常清楚的视线，但其它实施方案可以对此不做要求，可以允许在基站22和固定用户站20之间至少部分的视线阻隔。如图1A和图1B所示，通过一条或多条双路宽带无线通信链路26，基站22传送数据到固定用户站20和接收从固定用户站20来的数据，和通过一条内部通信链路34，传送数据到网络运作中心40和接收从网络运作中心40来的数据。

图1C是按照该发明的一种实施方案绘出的图1A和图1B所示的无线通信系统的较详细的方框图表示。在图1C所表示的系统中，基站22包括第一个端口24，通过这个端口，使用在第一个频率范围内一个或多个数据载波28和30，在一条或多条双路宽带无线通信链路26上传送数据到固定用户站20和接收从固定用户站20来的数据。基站22也包括第二个端口32，通过这个端口，使用在第二个频率范围内一个或多个数据载波36和38，在一条内部通信链路34上传送数据。

适合于双路宽带无线通信链路26的数据载波的频率范围例子包括，但是可以不限于此，多点分配业务(MDS)谱从2.15GHz到2.156GHz，多信道多点分配业务(MMDS)谱从2.5GHz到2.686GHz，无线通信业务(WCS)谱，是在大约2.3GHz附近的一个30MHz的频带，国家信息基础设施(NII)谱从5GHz到6GHz，和局域多点分配业务(LMDS)谱，在28GHz附近。通常，双路宽带无线通信链路26可以使用从大约1GHz到40GHz的频率范围内的数据载波，包括目前没有被开发或联邦通信委员会(FCC)许可的频谱。

在图1A-C所示系统的一种较好的实施方案中，内部通信链路34的频率范围不同于无线通信链路26的频率范围。例如，无线通信链路26可以较好地使用从2.5GHz到2.7GHz的MMDS谱，频谱被分成大约30个频率信道，每一个信道有大约6MHz的带宽。相对照，内部通信链路34可以使用一个大约10MHz到1000MHz范围的频谱，这个频谱包括典型的应用于公共电视和有线电视广播的频率。而且，除了使用MMDS谱与一个或多个固定用户站通信外，作为一个无线“枢纽”网络的一部分，无线通信链路26可以使用一个12GHz到18GHz附近的频谱带与一个或多个其它基站(图中没有画出)进行通信，而内部通信链路34可以使用频率在大约10³GHz到10⁸GHz的范围内的光数据载波进行通信。

根据前面的叙述，应该意识到对图1A-C所示系统的双路宽带无线通信链路26和内部通信链路34，一个宽的多种频率范围是适合于本发明用途的。另外，各种物理媒体和通信协议也可以用于内部通信链路34，对内信通信链路来说，这还部分依赖于频率范围的选择。例如，内部通信链路34可以包括一条或多条同轴电缆，光缆，内部无线通信链路或它们的复合。另外，内部链路34的数据载波可以包括一个或多个唯一的频率信道，其带宽适合特别的应用，正如下面要进一步讨论的。

在图1C中，网络运作中心40明确地被耦合到内部通信链路34和外部通信链路42，并用作在基站22与外部通信链路42之间进行数据传输。图1C也表明外部通信链路42将网络运作中心40和外部数据网络48连接起来，在该发明的一种较好的实施方案中，数据网络48是一个分组交换网络，象以太网，或许是，例如，局域网或广域网，因特网，或使用因特网协议或其它数据协议的一个电话基础设施。图1C所表示的无线通信系统耦合一个或多个固定用户站20到数据网络48，并对固定用户站提供多种通信业务，例如视频会议，电话，高速因特网访问，和双路高速声音和数据传送，但还不限于此。

图1C表明网络运作中心40可以包括一个或多个耦合到内部通信链路34调制解调器44，以传送数据到基站22和接收从基站22来的数据。网络运作中心40也可以包括耦合到外部通信链路42和调制解调器44的交换设备46，以便能以预定的方式传送数据到调制解调器44中的任意一个和接收从调制解调器44的任意一个来的数据，或在调制解调器44中的任意一个和外部通信链路42之间传送数据。

调制解调器44用从交换设备46接收到的数据调制或“编码”内部通信链路34的一个或多个数据载波，以传送数据到基站22。调制解调器44也解调或“解码”从基站22经内部通信链路34接收到的数据载波，以获得或恢复数据，调制解调器接着将数据传送到交换设备46。

调制解调器44可以使用各种数据载波调制和解调技术。在该发明的不同实施方案中，调制解调器44使用的调制和解调技术也许部分上是以内部通信链路34所使用的物理媒体，频率范围，和通信协议为基础的，这个问题下面会进一步讨论。在该发明的较好的实施方案中，每一个调制解调器44使用唯一的一对频率信道做为数据载波并通过内部通信链路34传送数据到基站22和接收从基站22来的数据。

调制解调器44使用的适合于本发明用途的调制和解调技术的例子包括，二进制相移键控(BPSK)，M进制相移键控，和各种类型的正交幅度调制(QAM)，包括正交相移键控(QPSK或QAM-4)，但并不限于此。各种因素可以影响调制解调器44所用的调制和解调技术的选择，如谱效率，鲁棒性(对误差的敏感性)，和电路的复杂性。下面对这些因素进行简要的讨论。

谱效率(ε)是数据总处理能力量或容量的衡量标准，一种特别的调制和解调技术能支持一个特别的频率信道带宽，谱效率定义为每秒每赫兹比特数(bps/Hz)，可以表示为 $\mathrm{\ϵ}=\frac{C}{\mathrm{BW}}----\left(1\right)$

这里C是数据速率，或信道容量，单位是每秒比特(bps)，BW是运送数据的频率信道的带宽，单位为赫兹(Hz)。每一种特别的调制和解调技术有一个相关的谱效率ε，并且一旦选定一种调制和解调技术，一个给定的频率信道的信道容量就由该频率信道的有效带宽BW决定。一个频率信道的有效带宽通常是信道使用信号谱形状的函数，一个理论上的最大带宽信道可以用矩形谱来表示，而一般使用的信道形状的例子是由凸起的余弦谱给定的。

鲁棒性是指当可靠发送与接收数据载波和确保相对无误差数据传送时调制解调器能够容忍的外界干扰或“噪声”的量(值)，外界干扰或“噪声”，如附加的白噪声或高斯噪声，瞬时的噪声脉冲，和来自其它信道的干扰。给定频率信道的噪声功率典型的测量是相对于信道里某个期望的信号功率进行的，一般地可以用信噪比(SNR)来表示，单位为相对功率(两个功率之比)，或分贝(dB)。

调制解调器所用的调制和解调技术的精确选择典型的情况下涉及谱效率、鲁棒性和电路的复杂性之间的折衷；通常，有效的调制和解调技术鲁棒性差并且要求更复杂的电路。图2的表比较了各种具体的调制和解调技术的谱效率ε(单位bps/Hz)，和相应要求的SNR。从图2中可以看出，对给定的频率信道，具有较高谱效率ε的调制和解调技术对SNR的要求也更苛刻。图2给出了以6MHz凸起的余弦谱信道带宽的基础，不同的调制和解调技术下数据速率(或称信道容量)的值，单位为每秒兆比特(Mbps)。

在该发明的一种较好的实施方案中，图1C系统的每一个调制解调器44使用一种QAM-4调制解调技术传送数据到基站22和接收从基站22来的数据，但是其它实施方案可以采用其它调制解调技术，在一个单独的调制解调器中也可以采用不同的发送和接收技术。从图2种可以看出，一种QAM-4调制解调技术的选择要求一个理论SNR值，对每一个频率信道要求大约14dB或更高的SNR，以确保一个10E-6符号/秒的数据错误率。

虽然SNR理论要求值可以作为适当的指导方针，但在实际应用中，对于按照该发明的一种实施方案实现的无线通信系统，一个更保守的工程设计规格将包括大约10dB或更高的“噪声余量”，因此，每一个频率信道对SNR的实际要求值要到大约24dB或更高。系统设计的某些方面可能会对一个频率信道的噪声或干扰产生影响，因而在考虑每一个信道的SNR的理论或实际值时，应强制把所有的“噪声预算”都加进去，系统设计的某些方面将会结合图7在下面做进一步的讨论。应该意识到，每一个调制解调器44要求的SNR是按照该发明的一种实施方案实现的无线通信系统的最优设计的起点，作为选择具体的调制解调技术结果要求的SNR，它也许包括也许不包括一个噪声余量。

再回到图1C，按照该发明的一种较好的实施方案，每一个调制解调器在一条或多条同轴电缆上使用一对唯一的带宽为6MHz的QAM-4频率信道用作内部通信链路34。两个信道中的一个用于发送数据，另外一个用于接收数据。结果与图2相一致，每一个信道可以得到大约10Mbps的容量。对无线通信链路26，信道的6MHz带宽是建立在较好的MMDS谱基础上的，MMDS谱被分成大约30个6MHz的带宽。然而，应该意识到在该发明的一种其它实施方案中，选择其它带宽的信道是可能的，由调制解调器44所用的调制解调技术要求的谱效率可以用来决定与给定带宽有关的信道容量，如(1)式所示。此外，在一种实施方案中，对任何频率信道，一个信道带宽一旦选定，在系统正常的工作期间它可以保持固定，虽然其它实施方案可能不要求这样。

另外，在较好的实施方案中，对与每一个调制解调器44有关的唯一的频率信道对，内部通信链路34使用一个中频(IF)范围，其大约与公共或有线电视广播频率相对应，其中，频率信道对的其中一个信道优选的是大约10-40MHz的载波频率，频率信道对的另外一个信道优选的是大约100-1000MHz的载波频率。在内部通信链路34上使用信道较低的载波频率使基站22和网络运作中心40之间较大的分离成为可能，而这种较大的分离不会感觉到信号的明显损失，结果，基站22可以安装在高的建筑物的屋顶或塔顶，而网络运作中心40可以安装在地面的建筑物内或较低的楼层，正如上面所讨论的。

在其它的实施方案中，内部通信链路34可以在各种物理媒体(除了在一条或多条同轴电缆上或用一条或多条同轴电缆代替)上使用各种频率范围内的数据载波。例如，链路34可以使用一条或多条光纤(或无线链路)。每一个调制解调器44也包括一个合适的链路接口(或界面)45以适当地适应内部通信链路34使用的频率范围。适用于本发明用途的链路接口的例子包括，中频(IF)，射频(RF)，和光频率收发机，但不限于此，链路接口或者用集成元件，或者用分立元件耦合到调制解调器44。

重新回到图1C，网络运作中心40的交换设备46可以在两个或多个固定用户站20之间，或者在任意的固定用户站20和外部通信链路42之间传输数据。特别地，交换设备46发送数据到一个单独的调制解调器44和接收从一个单独的调制解调器44来的数据，或者在两个或多个调制解调器44传输数据，或者以预定的方式在调制解调器44中的任意一个和外部通信链路42之间传输数据。适用于本发明用途的交换设备46的例子包括，高速以太网交换，异步传输模式(ATM)交换，和数据路由器，但不限于此。

图1C也表明外部通信链路42耦合到外部数据网络48，外部数据网络48也许是，例如，分组交换数据网。在分组交换数据网中，最典型的是源地址和目的地址包括在数据的“分组”中。最佳交换设备46进行安排和建设，以便能够以分组的形式管理在数据网络48和一个适当的固定用户站20之间，或者在两个或多个固定用户站20之间的数据，这主要由每一个数据分组各自的源和目的地址来决定的。以这种方式，一个或多个固定用户站20通过交换设备46以数据分组作媒介与另外一个进行通信、以及与数据网络进行通信。

图1C也表明网络运作中心40可以包括一个处理器43和一个存储单元47。处理器43也许是，例如，一台或多台计算机，用作协调调制解调器44、交换设备46和存储单元47之间的活动，这个问题下面会进一步讨论。

存储单元47可以用来存档通过交换设备46传输的任意数据。存储单元47可以包括各种形式的存储器或大容量数据存贮器，包括一个或多个传统的硬盘驱动器，光存贮器媒体，集成电路存储器，或上述的任意组合。存储单元47可以用来对一个或多个固定用户站20提供“数据跳”业务。例如，网络运作中心40能够在规定的时间周期内用存储单元47存档接收到的来自一个或多个固定用户站20的数据，并且能够应同一个或不同的固定用户站中的一个或多个的请求，在任意的时间返回存档数据中的某些或全部。

在图1C的无线通信系统中，基站22的第一个端口24可以包括一个天线系统24以发送和接收数据载波28和30，数据载波28和30在宽带无线通信链路26上传送数据。另外，基站22的第二个端口32可以包括一个或多个收发器32，收发器耦合到内部数据通信链路34和经由链路25耦合到天线系统24。收发器32将由天线系统接收的无线通信链路26的数据载波转换为内部通信链路34的数据载波，而内部通信链路34的数据载波将数据传送到网络运作中心40。相类似，收发器32将经内部通信链路34接收到的来自网络运作中心40的数据载波转换为经无线通信链路26由天线系统传输的数据载波。结合图4和图5，下面将会更详细的讨论天线系统24和收发器32。

按照该发明的一种实施方案，图3给出了一个固定用户站20的具体例子。图3表明固定用户站20设置在一个结构78中，如住宅，办公楼，等诸如此类的。固定用户站20最佳应包括定向天线60，它可以通过支架76安装到结构78上，如图3所示，或者可以固定到靠近结构78的塔上。定向天线60经由双路宽带无线通信链路26通过一个或多个数据载波30传送编码数据到基站22，和经由双路宽带无线通信链路26通过一个或多个数据载波28接收来自基站22的编码数据。

在该发明的一种较好的实施方案中，定向天线60是一个网状抛物面天线，尽管其它类型的天线也许适合其它实施方案。然而，一般情况下，定向天线60的建造和排列也许要在美感性、重量、易安装和工程要求的低辐射旁瓣、高增益，以及对无线通信链路26的数据载波28和30的精密调焦之间平衡。这些工程要求部分是由调制解调器44要求的SNR所决定的，正如上面结合图2所讨论的。下面将结合图8-14，对与天线60的辐射方向图有关的各种系统设计参数做更详细的讨论。在无线通信枢纽网络中，按照该发明两个或多个无线通信系统被设置得很近，略为触及(有切线的)或与各自的覆盖区域有交迭，而在覆盖区域有相似的频率范围的数据载波在使用，因此，天线60的方向性也许特别有重大意义。

图3所示的固定用户站20的定性天线60是经由链路62耦合到用户收发机64，.用户收发机64又依次耦合到内部用户通信链路66。内部用户通信链路66更适宜使用在一个频率范围内的数据载波68和69，而这个频率范围不同于无线通信链路26的数据载波28和30的频率范围。

图3的用户收发机64将至少一个无线通信链路26的由定向天线接收的数据载波28转换为至少一个数据载波68。同样地，用户收发机64将至少一个来自内部用户通信链路66的其它数据载波69转化为至少一个无线通信链路26的由定向天线60传输的其它数据载波30。用户收发机64的建造类似于图1C所示的基站22的用户收发机32的建造，下面会做更进一步的讨论。另外，正如图1C中的基站22和网络运作中心40之间的内部通信链路34一样，内部用户通信链路66可以包括一条或多条同轴电缆，光缆，内部用户无线通信链路，或它们的结合。

图3种所示的固定用户站20也包括一个在内部用户通信链路68和用户楼内设备74之间传输数据的用户调制解调器70，用以对内部用户通信链路66的数据载波68和69进行编码和解码。用户调制解调器70也许类似于图1中网络运作中心40的调制解调器44，并用类似的数据载波调制和解调技术进行构造和排列，与调制解调器44合作一起发挥作用。然而，应该意识到，当调制解调器44也许被设计成传送数据到许多固定用户站和从许多固定用户站接收数据的时候，这个问题下面会进一步讨论的，用户调制解调器70仅需要适应基站22和一个用户站20之间的通信。楼内设备74经由数据链路72耦合到用户调制解调器70，楼内设备74可以包括，例如，一台或多台个人计算机(PC)，视频显示器，电话，等诸如此类的。另外，楼内设备74可以包括分组交换网络接口(没有画出)，耦合楼内设备74中包括的各种用户终端装置到数据链路72。

虽然图3所示的固定用户站20显示仅有一个收发机64和一个调制解调器70，但固定用户站20可以包括不止一个收发机64和调制解调器70，并且各自可以使用许多数据载波在内部用户通信链路66和无线通信链路26上传输数据。每一个用户调制解调器70可以耦合到各自的用户收发机64，也耦合到各自的楼内设备74。

另外，应该意识到，固定用户站20可以有许多实际的“终端用户”。例如，固定用户站20可以是一栋用作一种或多种商业用途的办公楼，有许多居民的复合住宅，或是有许多分支机构的政府机关。固定用户站20的每一个终端用户可以有唯一的地址，以便对具有源和目的地址并在基站和固定用户站之间传输的分组数据可以由一个或多个用户调制解调器70和网络运作中心40的交换设备46适当管理(指引)，如上面所讨论的。

图4是图1C给出系统的较详细示意图，在这个系统中，可以看出基站22发送数据到几个固定的用户站20和接收来自几个固定的用户站20的数据。图4中显示的每一个用户站20也许类似于图3给出的，而且可以包括一个定向天线60，一个或多个用户收发机64，和一个或多个用户调制解调器70。在图4的系统中，可以看出固定用户站20散布在覆盖区域52内多个扇区152，252，352中，覆盖区域52可以由围绕基站22的方位角50来定义。虽然图4显示覆盖区域52跨越一个小于360度的方位角50和仅分成三个扇区，但是覆盖区域52可以跨越到360度的方位角50和分成任意数目的有各种宽度的扇区。覆盖区域分成的扇区数目受实际系统设计要求的制约，如下面要进一步讨论的。因此，应该意识到，下面对图4所示系统的讨论仅是为了说明的目的，按照该发明的各种实施方案，如果应用到系统上，达360度覆盖区域内可以有任意数目的扇区。

在图4所示的无线通信系统中，基站22可以在每一个扇区使用许多数据载波在覆盖区域52的每一个扇区的一个独立的双路宽带无线通信链路上发送数据到固定的用户站20和接收来自固定的用户站20的数据。例如，在图4中，无线通信链路126，226，和326分别与覆盖区域52的扇区152，252，和352相对应。为了说明问题，每一条链路126，226，和326上至少使用两个数据载波，构造和排列基站22的天线系统24，并用其在扇区152以数据载波128和130的方式通过通信链路126发送和接收辐射。相类似，构造和排列天线系统24，并用其在扇区252以数据载波228和230的方式通过通信链路226发送和接收辐射，而在扇区352以数据载波328和330的方式通过通信链路326发送和接收辐射。

在该发明的一种较好的实施方案中，基站22能够在覆盖区域52的所有扇区通过天线系统24同时发送的数据载波。此外，在该较好的实施方案中，对覆盖区域52内的所有扇区来说由天线系统24发送和接收的数据载波的极化是相同的。

在图4中，每一个独立的无线通信链路126，226，和326的数据载波可以包括一对或多对频率信道。优选方案是，一对频率信道中的其中一个用来传输从基站22到一个给定扇区的每一个固定用户站20的“下行”数据，而频率信道对中另外一个用来传输从一个给定扇区的每一个固定用户站20到基站22的“上行”数据。例如，在通信链路126上，如图4所示的频率信道128用来传输下行数据，如图4所示的频率信道130用来传输上行数据。相类似，图4所示频率信道228和328可以分别用来传输从基站22到扇区252和352内的每一个固定用户站20的下行数据，而频率信道230和330可以分别用来传输从扇区252和352的每一个固定用户站20到基站22的上行数据。对任意的无线通信链路，频率信道可以毗邻，或由每一个信道的近似带宽分割，或可以在为通信链路指定的频谱内使间隔更大。

在该发明的一种较好的实施方案中，独立的无线通信链路126，226，和326的每一个频率信道在基站22的正常运作期间有一个固定载波频率，用来传输数据到一个给定扇区的所有固定用户站或接收来自一个给定扇区所有固定用户站的数据。特别地，按照一种实施方案，与一个特定扇区有关的频率信道不分配给扇区内的任意一个用户站。在该发明的一种实施方案中，频率信道的不可分配性不同于通常移动用户使用的无线蜂窝网络的动态频率信道的指定和分配方案，在通常移动用户使用的无线蜂窝网络的指定和分配方案中，许多频率信道在一个覆盖区域的所有地方是有效的，在一次一个连接的原则下(每次每一个信道只分配给一个用户)根据信道中的噪声和通信量情况以及移动用户的位置分配给具体的移动用户。

为了增加在图4所示的无线通信系统中使用的任意一个频率信道的容量，在覆盖区域52内的每一个扇区使用的一对或多对频率信道在另一个扇区较好地被重复使用；具体地，至少有两个扇区，至少一对频率信道是相同的。此外，虽然任意给定扇区使用的频率信道可以相邻也可以不相邻，正如上所述，在该发明的较好的实施方案中，邻近的扇区不使用同一对频率信道。

例如，在图4中，按照该发明的一种较好的实施方案，扇区152的下行信道128可以和352扇区的下行信道328有同样的载波频率。同样地，扇区152的上行信道130可以和352扇区的上行信道330有同样的载波频率。而在上述的例子中，扇区152和352使用相同的频率信道分别传输上行和下行数据，扇区252的频率信道226和228所使用的载波频率将与扇区152和352使用的信道的载波频率不同。另外，虽然在较好的实施方案中覆盖区域邻近的扇区可以不使用同一个频率信道，但在所有扇区使用的所有的频率信道有同样的极化，正如上所说。

在图4的无线通信系统中，对覆盖区域52的每一个扇区，基站22包括至少一台收发机32。据此，为了说明问题，图4所示给出了3个收发机，每一个收发机分别对应扇区152，252，和352。对每一个扇区，每一个收发机32可以包括一个发射一个下行频率信道的分立的发射机和一个接收一个上行频率信道的分立的接收机，或可以是一个集成收发机单元。虽然图4对应3个扇区仅给出了3个收发机，但是在任何扇区，可以使用不止一个上行或下行频率信道；因此，在一个扇区，对每一个上行/下行信道对，基站22可以包括一个专用收发机。基站22的每一个收发机32可以耦合到内部通信链路34。

相类似，图4的例子说明，对覆盖区域52的每一个扇区网络运作40可以包括一个调制解调器44。因此，为说明问题，图4给出了3个调制解调器，每一个调制解调器对应一个各自的扇区152，252，和352。在图4的系统中，每一个调制解调器44通过内部通信链路34发送数据到一个各自的收发机32和接收来自各自收发机32的数据，正如上结合图1C所讨论的。如果在任何扇区使用不止一个上行或下行频率信道，则对一个扇区的每一个上行/下行信道对，网络运作中心40可以包括一个专用调制解调器44。

在该发明的一种较好的实施方案，图4所示系统的每一个调制解调器44通过内部通信链路34使用一对唯一的频率信道发送数据到一个各自的收发机32和接收来自各自的收发机32的数据，信道对中的一个传送上行数据，而另外一个传送下行数据。例如，正如上述结合图1C所讨论的，对每一个调制解调器44，内部通信链路34的数据载波36和38可以包括一个专用的内部频率信道对。因此，在图4所示的系统例子中，系统具有三个扇区，而每一个扇区有一个收发机/调制解调器对，内部通信链路34包括三对唯一的内部频率信道，或六条唯一的频率信道。在覆盖区域52的其中一个扇区，每一个内部频率信道对，经由基站22的其中一个收发机32的转换，可以与一个无线通信链路的各自“外部”频率信道对相联系。

应该意识到，虽然内部通信链路可以包括几个频率信道，但是按照一个或多个预定频率重复使用方案，正如上所讨论的，至少某些无线通信链路相对应的外部频率信道将有相同的载波频率。另外，内部通信链路34可以包括(或由下面的媒体组成)至少两个独特的媒体，例如两条或多条同轴电缆或光缆，两条或多条内部无线通信链路，或它们的结合。对每一个独特的媒体，每一个媒体的第二个数据载波在第二个频率范围内可以有一个唯一的载波频率，尽管在构成内部通信链路34的不同媒体中，载波频率可以重复使用。例如，如果内部通信链路34包括一个第一条同轴电缆和一个第二条同轴电缆，第一条和第二条同轴电缆中的每一条可以传输一个第二个具有如10MHz载波频率的数据载波，但是每一个由第一条和第二条同轴电缆中的一条传输的第二个数据载波有一个唯一的载波频率。

为了传输数据到一个扇区的每一个固定用户站20和接收来自一个扇区的每一个用户站20的数据，这至少由一对频率信道对完成，在该发明的一种实施方案中，每一条内部频率信道(和每一条外部频率信道)可以包括多个时间期，其中至少一个时间期被指定给扇区内的每一个固定用户站。最典型的情况是，这样一个时间期的分配由该扇区相关的调制解调器44来完成，并被称为时分多址(TDMA)。每一个调制解调器44可以分配至少一个上行频率信道和下行频率信道的一个时间期给在相应的扇区的每一个固定用户站。应该意识到，虽然TDMA可以在一个或多个扇区使用，但是基站仍然可以在两个或多个扇区同时或独立地发送和接收数据；换句话说，虽然给定扇区的通信是多个的，但是在扇区中的通信可以是连续的。

通过每一个调制解调器44进行的时间期的分配可以由网络运作中心40的一个处理器43依次控制。每一个调制解调器44可以有各种通信协议，在协议中两个或多个时间期可以分配给一个扇区内的一个特别的固定用户。此外，在该发明的一种较好的实施方案中，处理器43可以控制每一个调制解调器44以动态的分配一个时间期的数目给在一个扇区内的每一个固定用户站，时间期数目的分配以扇区内的固定用户站的相关要求为基础，虽然其它的实施方案可以使用其它准则动态的分配时间期。例如，给定扇区的一个固定用户站可以是一个商行或复合住宅单元，包括许多个人商户或居民做为终端用户，而在同一个扇区的另一个固定用户站可以是一家单独的住户。通常情况下，从专用的通信链路到扇区，前者固定用户站比后者要要求更大的容量。因此，网络运作中心40的处理器43和相应的调制解调器44将在上行和下行频率信道里适当地分配许多时间期(例如，更多的时间期给前者的固定用户站)以适应商行或复合住宅单元和单独住户的相关要求。

另外，处理器43和调制解调器44为一个给定的扇区在上行和下行频率信道中都指派时间期，而这个时间期在扇区中不分配给任何具体的固定用户，而是可以在一个传输的数据流中用作“分割符”。特别地，这个未分配的时间期在每一个频率信道中可以留出来用作“同步”期以说明在一个扇区从基站到每一个固定用户站在传播距离上的差别。与在基站或固定用户站接收到的数据有关，这个传播距离上的差别可以导致频率信道信号到达一个扇区内的不同固定用户站时间上的差异。

例如，如果在一个给定的扇区内一个第一个固定用户站设置在离基站10英里的地方和一个第二个固定用户站设置在离基站20英里的地方，由基站发送的频率信道首先到达第一个固定用户站，而到达第二个站要用大约两倍长的时间。同样地，与第一个用户站发送的频率信道相比，由第二个用户站发送的一个频率信道要用大约两倍的时间才能到达基站。因此，在一个扇区的固定用户站中，未分配的时间期在一个频率信道中可以由处理期43和/一个或多个调制解调器44指派用作同步，或纠正时间差别的目的。

在另一个实施方案中，传输到每一个固定用户站20的和从每一个固定用户站20接收到的数据，这个过程由至少一对频率信道来完成，可以使用码分多址(CDMA)指派或分配给一个特定的用户站。在CDMA中，与一个特定的用户站相关的数据用一个唯一的数字参考码进行调制或发生关联，这个唯一的数字参考码也与特定的用户站有关。这些关联和有关的解关联功能典型情况下是由与扇区有关的调制解调器44来完成的。扇区中每一个用户调制解调器70相应地能用各自的唯一的数字参考码对由每一个固定用户站发送和接收到的数据进行关联和解关联。

在CDMA中，对每一个固定用户站，数据和数字参考码相关链的过程类似于将一个信号变成随机信号或类似噪声的信号，这个类似噪声的信号通过扇区内频率信道中的一个与其它类似噪声的信号一起发送出去，其它类似噪声的信号与在扇区内的其它用户站相关的唯一的被关联的数据相对应。在扇区的每一个用户调制解调器70中，载有类似噪声信号的频率信道用各自的数字参考码进行解调和解关联以恢复数据。

在图4所示的系统中，网络运作中心40的交换设备46可以在调制解调器44当中的任意一个和数据网络48之间传输数据。另外，交换设备46可以在任意的两个调制解调器44之间传输数据，以便指导不同扇区的固定用户站之间的数据，或可以接收在扇区内一个特定的固定用户站经各自的调制解调器发送的数据，并指导数据返回同一个调制解调器以便数据能传送到在同一个扇区的另外一个固定用户站。

另外，如上结合图1C所述，在一种实施方案中，按照该发明分布在图4所示系统的整个覆盖区域52的一个或多个固定的用户站20对另外一个无线通信系统来说可以是一个基站，类似于基站22。图4中的基站22可以使用与这个扇区(其它基站设置在这个扇区)相关的独立的无线通信链路的同一个数据载波，或使用不同于和扇区相关的无线通信链路的一个频率范围内的专用数据载波，发送数据到覆盖区域52内的一个或多个其它基站和接收来自覆盖区域52内的一个或多个其它基站的数据。按照该发明，通过耦合两个或多个基站，两个或多个无线通信系统可以连接成一个跨越两个或多个覆盖区域的无线通信网络枢纽。在另一个涉及耦合两个或多个基站的实施方案中，给定扇区的一个或多个用户站要么可以用作两个基站之间的“中继站”，要么可以选择作为两个或多个基站的“公共站”。

按照该发明的一种实施方案，图5是图4所示系统基站22的详细示意图。图5的系统基站包括一个透镜扇形天线系统24，以发送和接收覆盖区域52内的每一个扇区的独立的双路宽带无线通信链路的数据载波。一个基于透镜适合于本发明目的的天线设计的一个例子包括，但不限于此，一个由多层具有不同介电常数的绝缘材料形成的Luneberg透镜。为了清楚表述的目的，如图4所示，图5所示的覆盖区域52分成三个扇区152，252，和352，.在三个扇区内分别与每个扇区相关联的独立的无线通信链路126，226，和326象征性地用虚线表示。

构造和排列扇形天线系统24，用来发射在覆盖区域52内的每一个扇区要发送的数据载波的各自辐射方向图，以便数据载波能到达设置在扇区内的所有固定用户站。在该发明的一种较好的实施方案，扇形天线系统24包括一个具有一个或多个焦点的介质透镜124，其中，每一个焦点对应覆盖区域52的一个扇区。在图5中，为清楚表述的目的，对介质透镜124给出了三个焦点182，282，和382，分别对应三个扇区152，252，和352。

图5的扇形天线系统24另外包括分布在每一个焦点最近位置的一个或多个馈送装置，用来发送和/或接收每一个扇区内的数据载波。例如，在图5中，分布在焦点182的馈送装置180发送和接收扇区152使用的通信链路126的数据载波。相类似，分布在焦点282的馈送装置280发送和接收扇区252使用的通信链路226的数据载波，而分布在焦点382的馈送装置380发送和接收扇区352使用的通信链路326的数据载波。

虽然图5显示在每一个扇区只有一个发送和接收数据载波的馈送装置，但是在每一个扇区，发送数据载波可以使用一个或多个馈送装置，而接收数据载波也可以使用一个或多个馈送装置。透镜扇形天线系统24的例子，包括各种适合于本发明目的的馈送装置的构造和排列，在序列号为08/677,413，08/963,039，和09/151,036的三个美国专利申请中有描述。

上面提到的应用是指可以减少每个扇区发送的数据载波辐射方向图的旁瓣和背瓣(backlobe)的高效扇形天线系统。这样的扇形天线系统的改进型辐射外形可以减少不同扇区之间的干扰，从信噪比(SNR)的观点考虑，不同扇区之间的干扰的减少对于数据载波调制/解调技术的一次特定选择来说可以改依次改善系统的整体性能，正如上面结合图2所讨论的。另外，  这样改善了的扇形天线系统允许有360度的覆盖区域和扇区数目的增加，这样就又引起系统容量的增加。几个影响系统性能的，和在特定的设计要求中，影响辐射方向图和扇区宽度选择的(选择的准则是使干扰最小和因而容量最大)工程设计因素在下面会结合图7-17做更详细的讨论。

图5也说明基站22可以包括一个或多个可调谐的收发机32，收发机耦合在天线系统24的馈送装置和内部通信链路34之间，如上面结合图4所讨论的，每一个收发机32把天线系统24接收到的来自独立的无线通信链路126，226，和326中的一条链路的数据载波转化为相应的内部通信链路34的数据载波。类似地，每一个收发机32把来自内部通信链路34的数据载波转化为相应的数据载波通过天线系统在独立的无线通信链路126，226，和326中的一条链路上传输。更适宜地是，基站22对覆盖区域52的每一个扇区包括至少一个收发机32。

在该发明的一种较好的实施方案中，扇形天线系统24设置在最贴近收发机32的地方，以便使任何可能的信号衰减最小。每一个收发机32可以用一个低损耗连接器耦合到天线系统24的一个或多个各自的馈送装置。例如，在图5中，收发机32分别用低损耗电缆125，225，和325连接到馈送装置180，280，和380，低损耗电缆可以是很短的同轴电缆。连接收发机32和天线系统24的其它低损耗的方法，如一条或多条光缆，可以用来使天线系统24和收发机32之间更容易进行较大分离。

如上面结合图4所讨论的，图5中所示的收发机32可以每一个包括一个分立的发射机和接收机部件，或可以集成为一个单独的收发机部件。另外，对于每一个扇区，每一个收发机32可以把一对数据载波频率信道(一个上行数据信道和一个下行数据信道)转化为内部频率信道，或对于每一个扇区，可以把复合的频率信道对转化为内部频率信道。.做为选择，如上面结合图1C所讨论的，许多收发机32可以和每一个扇区相联系，例如，一个收发机对应扇区使用的每一个频率信道对。

在基站22的正常运作中，每一个独立的无线通信链路使用的频率信道的载波频率较好地保持固定不变。然而，收发机32可以是调谐的，在收发机32校准或设置期间载波频率可以被调整。在该发明的一种实施方案中，收发机32的手动频率信道的适应性通过合成的本地振荡器和操作员可选择的陶器滤波器来完成。

作为优选的是，基站收发机32和用户站收发机64都设计成低噪声工作。如上面结合图2和7所讨论的，对系统的每一个通信链路，无论是在基站的还是在固定用户站的收发机引进的任何噪声都必须作为一个因素考虑到整个噪声预算中。影响链路噪声预算和整个系统性能的独特的收发机设计因素在下面会结合图16做进一步的讨论。

图6是一个扇形天线系统24的一个覆盖区域52的例子示意图，这个扇形天线系统设计成跨越围绕覆盖区域52中心的基站22整个360度的一个方位角50。一般情况下，覆盖区域52可以分成许多扇区，按照该发明，是可以由无线通信链路所使用的频率信道的唯一的对的数目所分割的。在一种实施方案中，覆盖区域52可以进行等分，每一个楔子型邻近的扇区实际有相似的宽度。围绕覆盖区域52的一个给定扇区的相对位置可以由在扇区中心的辐射方向图的峰值来确定，如图6所示，分别对应标号为19和20的扇区的射线56和58。对图6中所示的覆盖区域，在任何两个扇区的辐射方向图的各自的峰值由一个角的距离，或一个方位角100分离开来。例如，图6显示，标号为19和20的邻近扇区的射线56和58分别由方位角100分离开来。如果覆盖区域52等分成许多扇区，每一个覆盖大约相同的面积，在任何两个邻近扇区之间的方位角100也代表扇区宽度54，由方位角θ_sw给出，如图6标号为17得扇区所示。

在该发明的一种较好的实施方案中，覆盖区域52等分成22个近似楔子型的扇区，每一个扇区有相同的扇区宽度θ_sw。为了清楚描述，图6中的扇区被顺序地标号，从1到22；由参考数字152，252，352，452等指定的扇区分别对应标号为1，2，3，4等楔子型的扇区。虽然图6中覆盖区域52的每一个扇区显示是楔子型的，但是每一个扇区可以有任意的形状。在实际当中，每一个扇区指定的辐射方向图的外形可以有弯曲。另外，每一个扇区指明的辐射方向图可以与一个或多个邻近扇区的地理面积有重叠。因此，应该意识到，虽然为本发明的目的，提到的扇区没有地理面积的重叠，但是为一个给定扇区指明的一个辐射方向图可以与为另一个扇区指明的另外一个辐射方向图有重叠。按照该发明，决定一个覆盖区域内的一个最佳的扇区分布的方法，特别地，决定一个最佳的扇区宽度θ_sw和据此一个特定的覆盖区域方位角50的最佳的扇区域数目的方法在下面结合图8-15进一步进行讨论。

在图6中，覆盖区域52的每一个扇区较好地包括至少一个独立的双路宽带无线通信链路，以发送数据到扇区内的固定用户站和接收来自扇区内固定用户站的数据，如上面结合图4和5所讨论的。例如，如图6所示，独立的双路宽带无线通信链路426，526和626与扇区452，552，和652相关，分别顺序的对应标有4，5，和6的楔子型扇区。

在该发明的一种较好的实施方案中，图6所示的覆盖区域52的交替扇区它们各自独立的无线通信链路使用同一个频率信道。例如，在覆盖区域52标号为偶数的扇区，一个或多个第一对频率信道可以用来传输数据，而在覆盖区域52标号为奇数的扇区，一个或多个第二对频率信道可以用来传输数据。

特别地，图6显示扇区452和652每一个分别在独立的无线通信链路426和626上使用频率信道430传输上行数据和频率信道428传输下行数据。相反，扇区552在独立的无线通信链路528上使用频率信道530传输上行数据和频率信道528传输下行数据。相类似，虽然在图6中没有明确表示出来，但是在一个按照该发明交替扇区频率重复使用方案的一个例子中，每一个标号为偶数的扇区在它们各自独立的无线通信链路上将使用频率信道430传输上行数据和频率信道428传输下行数据。同样地，每一个标号为奇数的扇区在它们各自独立的无线通信链路上将使用频率信道530传输上行数据和频率信道528传输下行数据。在适合于本发明目的的MMDS谱中，频率信道载波频率的一个例子包括，2.665GHz用作上行信道430和2.503GHz用作下行信道428，和2.659GHz用作上行信道530和2.509GHz用作下行信道528，但是不限于此。

在图6所示的交替扇区频率重复使用方案的一种实施方案中，只有两对不同的频率信道要求遍及整个覆盖区域52，一对用于标号为偶数的所有扇区，而另一对用于标号为奇数的所有扇区。通过在许多扇区中重复使用一个频率信道，一个给定扇区的频率信道的数据容量基本上是频率信道使用的扇区数目的倍数。然而，应该意识到，在图6中，虽然在最佳实施方案中只有一个频率信道对用于每一个扇区，但是多数信道对可以用于每一个扇区，也可以用于扇区中不同的重复使用方案。当然，一个完整的用户定制的频率重复使用方案，例如每第三个或第四个或第五个等频率重复使用，或仅在特殊的任意制定的扇区频率重复使用，按照其它实施方案是可以实现的，以适合于用户高度定制的系统。

如上结合图1C和2所讨论的，网络运作中心40的调制解调器44以及固定用户站20的用户调制解调器70，对遍及覆盖区域的无线通信链路频率的频率信道进行编码和解码，使用的调制/解调技术的选择决定了通信链路对最小信噪比(SNR)的要求。在该发明的一种较好的实施方案中，系统的每一条双路通信链路有一个上行数据频率信道和一个下行数据频率信道，并且与网络运作中心40的一个调制解调器44和固定用户站20的至少一个用户调制解调器70相关，这些调制解调器用作所给通信链路的终端。在任意所给的通信链路的两个调制解调器终端之间，链路潜在的噪声源可以归到一个“噪声预算”中，这个“噪声预算”受调制解调器的信噪比(SNR)要求(以保证在链路上可靠和无误的数据传输)的限制，例如一个每秒10E-6字符的数据错误率或更低。按照该发明，一个无线通信系统的基本工程设计要考虑的是确保系统中任何通信链路所有潜在的噪声源最小，以便任何链路的噪声预算不超标。

图7给出了一个图4所示系统的一条通信链路的一个下行数据部分的例子，为了清楚说明问题，图7所示的下行数据部分起源于网络运作中心40的一个调制解调器44，终止于用户调制解调器70。下行数据经过图7所示系统的通信链路通过一连续的频率信道38，28，和68传输，这些频率信道可以有不同的载波频率，但典型的情况是有相似的带宽。

图7所示通信链路的潜在的噪声源可以包括：1)由任何链路接口45引起的噪声，例如一个IF(中频)，RF(射频)，或光发射机，它可以用来由调制解调器44通过内部通信链路34发送频率信道38；2)影响内部通信链路34的环境干扰；3)基站收发机32的发送电路引起的噪声；4)影响收发机32和天线系统24之间链路25的环境干扰；5)在其它使用频率信道28的邻近扇区由天线系统24发射的辐射方向图的旁瓣和背瓣(backlobe)(因此也干扰也使用频率信道28的无线通信链路26)；6)影响固定用户站20的定向天线和用户收发机64间的链路62的环境干扰；7)用户收发机64的接收链路引起的噪声；和8)影响内部用户通信链路68的环境干扰。

从前面潜在噪声源列表看，一般情况下，对图7所示的通信链路的整体噪声预算影响最大的潜在噪声源是在无线通信链路26中出现的不期望的信号电平，这是由来自覆盖区域的使用同一个频率信道的其它扇区的干扰引起的。因此，按照该发明，无线通信系统设计的讨论应该首先处理影响这些来自使用同一个频率信道的邻近扇区的干扰的任何因素，这个系统要使加到一个限定的噪声预算里的噪声最小。

由与覆盖区域的任何一个扇区有关的天线系统24的馈送装置发射的辐射方向图，在覆盖区域的许多其它扇区可以呈现一个干扰源，特别是那些使用一个或多个同一频率信道的扇区。不同的扇形天线系统设计导致辐射方向图的不同，并获得扇区间不同的隔离度，正如在上面提到的美国专利申请08/963,039和09/151,036所讨论的。然而，对任何给定的辐射方向图，一个扇区不期望的信号电平量最典型的是由天线系统辐射的各种信号功率以及扇区宽度θ_sw在起作用的，扇区不期望的信号电平量最终决定了潜在的干扰源的近似值。

考虑到前面的阐述，该发明提供的至少一个优点包括一种决定覆盖区域内最佳扇区分布的方法，特别是，一个最佳扇区宽度θ_sw，它给出每个扇区内的辐射方向图。按照该发明的方法，一个扇区宽度θ_sw的决定应该是当维持扇区内期望的信号电平充分地一致分布时使不期望的信号电平最小。对一个扇区内使用的每一个频率信道，期望的信号电平和不期望的信号电平的比值，或D/U比，可以用一个扇区宽度θ_sw的函数来表示。在一种较好的实施方案中，该发明的方法根据一个给定辐射方向图决定使每一个扇区的D/U比最大的一个最佳扇区宽度θ_sw。相反地，在其它实施方案中，该发明的方法可以用来决定一个最佳辐射方向图，给出一个扇区宽度，它使每一个扇区的D/U比最大。按照该发明，这样一种方法的各种实施方案可以用软件来实现，例如，以仿真程序的方式。

图8给出了天线辐射方向图96的一个例图，该辐射方向图由一个或多个与一个覆盖区域内的一个独特扇区的一个频率信道有关的馈送装置发射。辐射方向图96代表了馈送装置发射的一个频率信道覆盖的地理面积，和频率信道遍及这个区域的相关的信号强度。正如上面结合图6所讨论的，虽然一个扇区指定一个固定的不与其它任何区域重叠的地理面积，在这个区域固定用户站最佳接收一个或多个特定为这个扇区指定的频率信道，但是图8显示为一个特定扇区指定的一个辐射方向图96可以真正地跨越一个比对应扇区的那个地理区域更大的地理区域。

一般情况下，一个发射到一个覆盖区域的一个扇区的辐射方向图代表一个远场图G(θ)，远场图G(θ)能测量和预知。做为选择，图G(θ)可以是一个近场辐射范围的一个变换，这个近场辐射范围由一个或多个馈送装置通过图5所示的天线系统24的介质透镜124的一个或多个孔径产生。因此，不同的辐射方向图是可能的，部分依赖所使用的馈送装置的类型，一个或多个馈送装置和一个或多个孔径间的空间关系，和介质透镜124的物理特性。这些主题在上面提到的序列号为08/963,039和09/151,036的美国专利申请中有更详细的讨论。

如图8看到的，与一个扇区有关的一个辐射方向图G(θ)可以跨越整个360度的方位角。在图8中，水平轴表示在一个360度覆盖区内的方位角50，用一个单位为度的角度θ给出，而垂直轴表示信号电平，单位为分贝(dB)。图8的辐射方向图96包括一个主瓣102，它具有一个峰97，用作相对信号电平的一个参考(0dB)，为清楚说明的目的，图中所显示的与0度参考位置一致。图8的辐射方向图96也包括许多次旁瓣104，它分布在整个360度的覆盖区。

虽然图8所示的主瓣102是用来覆盖与覆盖区域52的一个扇区有关的地理区域，但是主瓣102和旁瓣104都可以在覆盖区域的其它扇区引起不期望的信号，特别是那些使用同一个频率信道做辐射方向图96的扇区。在下面的讨论中，由在邻近的同一个频率信道扇区的一个给定扇区的主瓣102引起的干扰首先定性考虑，接着对在覆盖区域使用同一个频率信道的所有其它扇区的一个给定扇区的主瓣102和旁瓣104引起的干扰(作为扇区宽度θ_sw的函数的)进行更全面的定量分析。

图9是一个示意图，显示由扇形天线系统24的装置180，280，和380放射的辐射方向图的主瓣的大概范围。在图9中，主瓣1102，主要覆盖扇区152，对应馈送装置180。同样地，主瓣2102，主要覆盖扇区252，对应馈送装置280，而主瓣3102，主要覆盖扇区352，对应馈送装置380。为了讨论的目的，假设辐射方向图，和因此由馈送装置180，280，和380产生的主瓣1102，2102，和3102，有基本完全相同的空间范围，尽管其它的实施方案可以不这样要求。

图9每个扇区152，252，和352的扇区宽度由相邻主瓣的交叉点之间的角度θ_sw来给定。如射线85穿过主瓣1102和2102之间的交叉点85。类似地，射线86穿过主瓣2102和3102之间的交叉点85。因此，在图9中扇区宽度54表示为射线85和射线86间的角θ_sw。如同主瓣1102和2102和3102范围，扇区152，252和352的每一个的宽度θ_sw假定等于图9中的，尽管其它的实施方案可以不这样要求。

图9也显示射线397，表示扇区352内的主瓣3102的峰81。以图8中表示辐射方向图96的主瓣102的射线97相类似的方式，射线397可以用作扇区352中心的参考点。射线397和射线86间的角度88代表扇区352的半宽度(宽度的一半)，在图9的例子中大约为7.5度。因此，在图9的例子中，每一个扇区152，252，和352的宽度大约是15°。应该意识到，任何给定扇区的宽度，如图9所定义的，不是必需和一个辐射方向图的主瓣的范围相关；相反地，如上面讨论的，为了目前讨论的目的，扇区宽度由邻近扇区的主瓣的交叉点间的角度定义。

图10是一个类似于图9那样的一个示意图，显示每一个扇区152，252，和352的同一个主瓣范围。然而图10中，每一个扇区的半宽度88已经减到5°。相应地，扇区宽度54已经从图9的15°减到图10的10°。

如图9和10对比中看到的，对一个给定的辐射方向图，和因此，对一个给定主瓣空间范围，邻近主瓣重叠的度数是一个扇区选择的函数。因此，较小的扇区宽度54会导致主瓣重叠的度数更大，相反地，大的扇区宽度54会导致重叠的度数较小。既然主瓣的这个重叠是作为邻近同频率信道扇区干扰的一个源，较小的扇区宽度54和因此一个较大的主瓣重叠度数会造成较大的干扰度或邻近扇区的不希望信号(的出现)。然而，较小的扇区宽度通常可以使每一个扇区期望的信号电平的分布更加一致。因此，在决定最佳扇区宽度时，较好地要考虑的是在减小干扰和增加一致性的目标方面如何平衡它们，下面会进一步讨论。

相反，如果扇区宽度54是固定的，通过改变每一个扇区的辐射方向图可以得到一个较小或较大的重叠度数，因此也就是使主瓣的范围变窄或加宽。如上结合图8所讨论的，各种辐射方向图可以适合于本发明的目的，并且是扇形天线系统24的构造和排列的函数。因此，下面的讨论集中在决定一个给定辐射方向图的一个最佳扇区宽度θ_sw上，应该意识到，扇区宽度和辐射方向图都是可能影响D/U比的变量，并且对一个固定的扇区可以在维持每一个扇区期望的信号一致性的同时通过使扇区中的干扰最小来决定一个最佳辐射方向图。

按照该发明的一种实施方案，覆盖区域52的邻近扇区不使用同一个频率信道传输数据。特别地，如上结合图6所讨论的，在该发明的一种较好的实施方案中，覆盖区域52的交替扇区使用同一频率信道传输数据。如果将这样一个频率重复使用方案应用到图9的例子中，扇区152和352就采取同一频率信道传输数据。因此，下面的讨论集中在扇区352由于主瓣1102引起的干扰上(可以平等地用到扇区152由于主瓣3102引起的干扰上)。

在图9中，沿射线397设置在扇区352内的任何固定用户站，它通过主瓣3102峰81，收到在扇区352内发射的频率信道的最大信号电平。射线397上的点83代表由扇区152的主瓣1102沿射线397产生的辐射信号电平。由于在这个例子中假定扇区152和扇区352使用同一个频率信道，所以，点83代表在扇区352沿射线397来自扇区152的不期望的信号电平。因此，线82的长度代表在同一频率信道信号电平沿射线397的差别，因此，在扇区352最好的或最大的D/U比。

相类似，图9中的射线86通过主瓣2102和3102的交叉点85。在图9的例子中，波瓣2102和3102分别与在邻近扇区252和352使用的不同的频率信道有关。沿射线86设置的固定用户站在扇区252和352间的边界上，可以选择在为扇区252或352的任何一个扇区指定的频率信道上发送和接收数据。然而，为讨论的目的，假定沿射线86设置的固定用户站使用为扇区352指定的频率信道选择发送和接收数据。如图9中看到的，沿射线86在扇区352的边界上设置的固定用户站，在那个扇区收到最小的期望信号电平。

图9中的点87表示扇区152的主瓣1102沿射线86的辐射信号电平。由于在这个例子中假定主瓣1102和主瓣3102代表同一个频率信道的辐射方向图，以及由于假定沿射线86设置的固定用户站使用为扇区352指定的频率信道，因此，点87代表设置在扇区352边界上的固定用户站沿射线86的不期望信号电平。因此，线84的长度代表了扇区352的最小的满意D/U比。

在每一个扇区作为扇区宽度54的一个函数的最小和最大D/U比的影响(或作用)用线82和84的相对长度定性地在图10中表示。从图10中，在图中扇区54的宽度是由图9中的宽度减小得到的，可以看出由线82长度代表的最大D/U比与图9相比减小了。相类似，由线84长度代表的最小D/U比与图9相比减小了。图10中的结果间接表明，如果每一个扇区给定一个辐射方向图，就有某个最小扇区宽度，在这个扇区宽度之外，扇区宽度的进一步减小会导致每一个扇区的最小和最大D/U比都减小，这是不希望的。

相反，如果努力增加扇区宽度以减少来自邻近扇区的干扰，那么越过一个给定扇区的期望信号电平的改变可能会过度，这种效果是不希望的，因为较好地是在一个扇区对每一个频率信道所有固定用户站收到大约相同的信号电平，这样就能在扇区的32任何地方收到可靠的服务。图11显示在沿射线397设置在扇区352的中心的固定用户站的主瓣3102的峰81，和设置在扇区352的边界沿射线86的用户站在交叉点85的信号电平之间辐射信号电平上的差别。这两个位置间辐射信号电平的差由线94的长度定性地表示。对一个给定的辐射方向图，当扇区宽度增加时，线94的长度增加，表明贯穿扇区352的发射电平有一个较大的变化。

更明确的，设置在一个扇区的边界或附近的用户站对最小期望信号电平有要求，如图11的例子由扇区352沿射线86的点85所表示的。增加扇区宽度可以把边界上期望的信号电平减小到一个不现实的电平(无法实现)，这个电平在最小要求以下。在通常情况下，随着扇区宽度的增加，由于在一个扇区边界上期望的信号电平的增加比不期望的信号电平的增加更迅速，因此，随着扇区宽度的增加，会导致在扇区的边界出现不满意的最小D/U比。

总之，增加扇区宽度或变窄一个辐射方向图的主瓣范围(相应改变扇区宽度)，来减少来自附近的同频率信道扇区的干扰，是以增加贯穿一个扇区的辐射电平的变化和减小一个扇区边界或附近的D/U比为代价的。因此，决定一个最佳扇区宽度或辐射方向图以使D/U比最大的任何方法应该把这些竞争影响考虑进去，其目的就是在维持整个扇区信号充分一致时使D/U比最大。

虽然前面对D/U比的讨论主要集中在来自使用同频率信道的邻近扇区的主瓣的干扰，但是在实际当中，在任何一个扇区D/U比的一个精确决定要考虑来自覆盖区域的所有扇区的，以及特别地那些使用一个或多个同频率信道的扇区的整个辐射方向图。特别地，如上结合图8所讨论的，与给定扇区有关的辐射方向图96除了主瓣102以外可以包括几个旁瓣104，这表明为一个特定扇区指定的频率信道实际上可以贯穿整个覆盖区域52辐射某一信号。因此，该发明的方法，即决定一个覆盖区域内最佳扇区分布的方法，是在一个给定的扇区内对干扰进行评价，这个干扰是由来自覆盖区域内使用同频率信道的所有扇区的主瓣以及旁瓣造成的。

图12表示覆盖区域52内一种可能的扇区分布例子，与图8的辐射方向图96的图相叠加。在图12的曲线图上，每一个扇区的边界由交替的标绘图106表示。为了说明问题，每一个扇区最初选择一个θ_sw＝20°扇区宽度，这样就是在360°的覆盖区域一共有18个扇区。在图12的扇区分布例图中，扇区宽度θ_sw选择近似等于主瓣102在-10dB点108和110的宽度，但是按照该发明的方法扇区宽度的其它选择(方案)适合于各种实施方案的用途。然而，通常情况下，为了目前讨论的目的，假设任何候选扇区宽度θ_sw能导致在跨越360°的覆盖区域正好是一个整数个扇区。而且，在该发明的较好的实施方案中，在这个方案中交替的扇区使用同频率信道，假设任何候选扇区宽度θ_sw能导致在跨越360°的覆盖区域正好是一个偶数个扇区。然而，应该意识到，覆盖区域可以不跨越360°(小于360°)，以及覆盖区域可以分成有许多扇区宽度的任意数目的扇区。

在图12中，由射线97表示的主瓣102的峰，显示集中在标号为1的扇区0°的参考位置。扇区1因此有表示在图12的水平轴上±10°位置的边界。从扇区1开始，扇区从左到右顺序标号，或“顺时针方向”从2直达10，一直到图12最右边标+180°的部分。扇区的顺序标号从图12的最左边，标-180°的扇区10，继续，并标直达扇区18，即集中在离参考位置-20°的方位角上。

如图12所看到的，每一个扇区包括由旁瓣104产生的辐射方向图96的一部分。从图12中，也可以看到对于不同的扇区宽度θ_sw的值，不同的旁瓣104可以落进每一个扇区的边界内；因此，如上所讨论的，在一个给定的扇区，与一个给定的辐射方向图有关的旁瓣引起的干扰是扇区宽度θ_sw的一个函数。

图13是一个曲线图，表示的是覆盖区域52的两个各自扇区完全相同的辐射方向图96和98。像图12一样，假定辐射方向图96对应标号为1的扇区，集中在0°的参考位置，并且可以用函数G(θ)表示，如图8所示。辐射方向图98的主瓣的一个峰，集中在某个扇区n中，用射线99表示并显示从扇区1的主瓣102的峰移动了一个角度100，用α_n表示。因此，扇区n的辐射范围可以用G_n＝G(θ-α_n)表示，它仅是范围G(θ)从0°的参考位置转移了一个角度α_n。

为了下面讨论的目的，假定在覆盖区域52的所有扇区n，天线系统同时发送具有实际上完全一样空间范围的辐射方向图，类似于辐射方向图96和98。对一个分成n个扇区并具有相同宽度的360°的覆盖区域，如图12中的标绘图106所示的，一个给定扇区n的角度α_n可以用扇区宽度的倍数表示，即α_n＝θ_sw ^*(n-1)，其中，n＝1Λ(360/θ_sw)。因此，任意扇区n的辐射方向图G_n，涉及到扇区1，可以因此由扇区宽度表示为

G_n＝G(θ-θ_sw ^*[n-1])，    n＝1Λ(360/θ_sw)    (2)

如所期望的一样，这里G₁＝G(θ)。例如，如果在图13中假定辐射方向图98与扇区3有关，那么G₃＝G(θ-2^*θ_sw)，其中角度100由α₃＝2^*θ_sw给出。

再次回到图12，由标绘图106表示的每一个扇区的边界可以由离参考位置θ_sn的一个角度给出。这些边界角度θ_sn也可以用扇区宽度θ_sw表示为

θs_n＝θ_sw ^*(n-1/2)    (3)

这里θ_sn是从0°参考点到扇区n和(n+1)间的边界的角度，并且n＝1Λ(360/θ_sw。在使用这个公式的时候，图12中扇区1左边的任何扇区的边界用离0°参考点的正角度来表示(从+180°到360°)，而不是图12所示的等效负角度(从-180°到0°)。当然，无论那种表示方法，扇区边界的实际位置是一样的。

再回到图13，根据公式(2)和(3)，对一个给定的扇区宽度θ_sw，比率[D₁/U_1n]是扇区1中期望的信号电平(来自辐射方向图96的主瓣102)与扇区1中不期望的信号电平(它由来自使用同一频率信道的任何其它扇区n的旁瓣引起)之比，可以用有关功率表示如下 $[D_1/U_{1n}]\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{{G_1}^{*}{\mathrm{\β}}_1}{{G_n}^{*}{\mathrm{\β}}_n}=\frac{G{\left(\mathrm{\θ}\right)}^{*}{\mathrm{\β}}_1}{G(\mathrm{\θ}-{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sw}}}^{*}[n-1]{)}^{*}{\mathrm{\β}}_n,}----\left(4\right)$

其中，β₁是与辐射方向图G₁有关的合成功率，β_n是与辐射方向图G_n有关的合成功率，θ是扫过扇区1的角度，即

。因此，等式(4)给出的关系就给出了一个D/U比与给定扇区宽度θ_sw的扇区1内的角度的关系图，这样一个图的最小值代表了在扇区1内的一种“最坏情况”D/U比，这是由来自扇区n的干扰引起的。

上述的分析可以，通过把来自每一个同频率信道扇区n的不期望信号电平相加，延伸到包含来自覆盖区域使用同频率信道的所有扇区n的旁瓣在扇区1引起的不期望的信号电平。如果假定在交替扇区频率重复使用，如在该发明的最佳实施方案中那样，使用同频率的所有其它扇区在扇区1引起的不期望的信号电平相加U₁(θ)由下式给出 $U_1\left(\mathrm{\θ}\right)=\underset{3.\mathrm{nodd}}{\overset{(360/{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sw}})}{\mathrm{\Σ}}}{G_n}^{*}{\mathrm{\β}}_n,----\left(5\right)$

这里又一次提到θ，它是扫过扇区1的角度，即

，而且只相加来自标号为奇数的扇区的信号成分。使用等式(4)和(5)，比率[D₁/U₁]将扇区1内期望的信号电平与扇区1内总的不期望信号电平相比(它由来自使用同一频率信道的所有其它扇区n的旁瓣引起)，可以用有关功率表示如下

类似于等式(4)，等式(6)给出的关系描绘了一个D/U比与给定扇区宽度θ_sw的扇区1内的角度的关系图，这样一个图的最小值代表了在扇区1内的一种“最坏情况”D/U比，这是由来自使用同率信道的所有扇区n的干扰引起的。

尽管一直分析到等式(6)很麻烦，即使用了简化的假设——在每一个扇区辐射方向图有完全相同的空间范围，相等的扇区宽度，和在交替扇区频率重复使用，但是等式(6)根据该扇区的辐射方向图和使用同频率信道的每一个扇区的辐射方向图仍然提供了对D/U比的一个精确评估。对于扇区宽度θ_sw的每一次选择，一个给定的扇区可以产生一个与最小D/U比有关的一个D/U图。通过选择扇区宽度可以为该扇区产生一个最高的最小D/U比，从而就可以决定一个最佳扇区宽度θ_sw。

虽然前面的讨论一直是指以扇区1的D/U比图为基础如何决定一个最佳扇区宽度θ_sw，从简化的假设来看，这对所有的扇区n来说是完全相同的，上面概括出的原则可以等同地用在决定一个覆盖区域内每一个扇区的最佳扇区宽度，而且扇区允许有各种辐射方向图，各种扇区宽度，和任意的频率重复使用方案。对跨越至360°的覆盖区域，在这个覆盖区域，两个或多个扇区间可以使用不同的辐射方向图和扇区宽度，以及任意的或自定义的频率重复使用方案，考虑到贯穿覆盖区域的任意辐射方向图的任意部分，它可能会在一个感兴趣的给定扇区引起干扰或产生不期望的信号，上面概括的该发明方法的参数可以修改。而且，对两个或多个扇区来说，各自辐射方向图G_n的复合功率β_n可以任意选择，并且可以不同，这可能会造成扇区中覆盖半径的不同，下面会结合图19进一步讨论。虽然如此，等式(6)在决定一个给定的感兴趣扇区的D/U比的标绘图时仍然把每一个辐射方向图G_n的复合功率β_n考虑进去。

另外，应该意识到，虽然在前面的分析中辐射方向图假设是固定的而扇区宽度是改变的，但是一个给定扇区D/U比的分析可以类似完成，即扇区宽度保持常数而一个或多个扇区的辐射方向图G_n可以改变，以决定在固定宽度的扇区使D/U比最大的辐射方向图。

上面概括的该发明方法可以进行大量简化，但是按照该发明，为了一个通信链路的实际噪声预算分析的目的，仍然要提供一个合适的D/U比。结合图9和10再次回到讨论中，一个扇区n内的最小期望信号电平一般是在扇区的边界。在计算一个扇区n的D/U比时，这个最小期望信号电平D_min，n可以用作一个期望信号电平“最坏情况”的参考，其结果优于扇区n内的主瓣的实际范围G_n。相类似，来自任意相干扰的同频率扇区，例如n+2，n+4，....等(在使用交替扇区频率重复使用方案的实施方案中)，的旁瓣的最大或平均值可以用作扇区n内的不期望信号电平的参考，而不是扇区n内的旁瓣的实际范围G_n+2，G_n+4，....等。这个方法的简化是获得一个单一的最大值或平均值(而不是一系列角度函数的值)作为扇区n内的总的不期望信号电平。然后对扇区宽度θ_sw的每一次选择，值D_min，n可以与这个单一的值比较以决定扇区n内一个单一的保守的D/U比，而不是D/U比与角度的图。

图14是图12的图形，但另外显示了每一个扇区由辐射方向图96的旁瓣104引起的最大和平均信号电平的图。在图14中，点110表示量D_min1，它代表在扇区1的一个边界上的最小期望信号电平，可以定义如下

D_min1＝G(θ_s1)＝G(θ_sw/2)    (7)

这里G(θ)是与扇区1有关的辐射方向图96。相似地，量G_sn代表在辐射方向图G₁＝G(θ)的扇区n内的最大信号电平，或相反，在辐射方向图G_n的扇区1内的最大信号电平，假定在所有的扇区辐射方向图相同，可以定义如下：

G_sn＝max[G(θ)]，  [θ_sw ^*(n-3/2)]≤θ≤[θ_sw ^*(n-1/2)]，n＝2Λ(360/θ_sw)

                                                                 (8)

不期望的信号电平的最大值G_sn代表来自扇区n的扇区1内的干扰的一种最坏情况上限。图14内的的区域图112给出了G_sn的几个值，这里n＝1-10。

同样地，量G_an，代表在辐射方向图G₁＝G(θ)的扇区n内的平均信号电平，或相反，在辐射方向图G_n的扇区1内的平均信号电平，假定在所有的扇区辐射方向图相同，可以定义如下

G_an＝ave[G(θ)]，[θ_sw ^*(n-3/2)]≤θ≤[θ_sw ^*(n-1/2)]，n＝2Λ(360/θ_sw)

                                                                 (9)

图14内的区域图112给出了G_an的几个值，这里n＝1-10。使用量G_sn和G_an，可以获得扇区1内作为扇区宽度θ_sw的函数的不期望信号电平的最大值或平均值(任何一个)，不期望信号电平是由使用同频率信道的所有扇区n引起的。

利用与扇区1使用一样频率信道的扇区所有G_sn的和，可以决定扇区1内D/U比最坏的一种情景，通过假定复合功率在所有的同频率信道扇区同时被辐射，并且是均衡的(β₁＝β₂＝β_n)，耦合的，和互相关的，所以来自所有潜在干扰扇区的最大不期望信号电平构造性地相加。因此，等式(5)的简化式，即扇区1内的最大不期望信号电平，可以由下式给出 $U_{\max 1}=\stackrel{(360/{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sw}})}{\mathrm{\Σ}}{G_{\mathrm{sn}}}^{*}{\mathrm{\β}}_n,----\left(10\right)$

而等式(6)的简化式，即最坏情况的D/U比值，可以由下式给出 $D_{\min 1}/D_{\max 1}=\frac{D_{\min 1}}{\underset{n=3.\mathrm{nodd}}{\overset{(360/{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sw}})}{\mathrm{\Σ}}}{G_{\mathrm{sn}}}^{*}{\mathrm{\β}}_n}----\left(11\right)$

在实际当中，部分依靠网络运作中心40的调制解调器44所使用的调制/解调技术，并且也由于扇形天线系统轻微的制造变化，辐射到每一个扇区的复合功率可能并不与其它扇区的互相耦合和相关。此外，在所有的同频率信道扇区，辐射功率可能并不同时辐射。考虑到这些原因，利用和扇区1使用一样频率信道的扇区所有平均不期望信号电平G_an的和U_ave1，可以决定扇区1更现实的D/U比，U_ave1由下式给出 $U_{\mathrm{ave}1}=\underset{n=3.\mathrm{nodd}}{\overset{(360/{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sw}})}{\mathrm{\Σ}}}{G_{\mathrm{an}}}^{*}{\mathrm{\β}}_n----\left(12\right)$ 建立在U_ave1基础上，等式(6)的简化式可以由下式给出 $D_{\min 1}/D_{\mathrm{ave}1}=\frac{D_{\min 1}}{\underset{n=3.\mathrm{nodd}}{\overset{(360/{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sw}})}{\mathrm{\Σ}}}{G_{\mathrm{an}}}^{*}{\mathrm{\β}}_n}----\left(13\right)$

以辐射方向图G_n和交替扇区频率重复使用为基础，一个最佳扇区宽度θ_sw可以通过对许多扇区宽度θ_sw求等式(13)的值来决定，并选择使D_min1/D_ave1最高的值对应的那个扇区宽度。当然，等式(11)可以用相似的方法求值；然而，用等式(11)确定的最佳扇区宽度将是基于一种最坏情况的D/U比值。虽然最坏情况D/U比可以提供一个同频率信道干扰在一个通信链路的所有噪声预算中所占成分的更保守的估计，但是等式(13)给出的D/U比可以提供一个对链路噪声预算的这个成分更切实际的估计。一个适合于本发明目的典型的D/U比范围是，10到35dB，但并不限于此。在该发明的一种实施方案中，通过选择扇区宽度，在一个从辐射方向图-3dB点的一个主瓣宽度到-10dB点的一个主瓣宽度范围内，可以得到合适的D/U比。在接着的另外一种实施方案中，基站的天线系统将具有基本相同空间范围的辐射方向图和一个360°覆盖区域的每一个扇区联系起来，这样，当每一个扇区的宽度是大约16.4度时，每一个扇区可以得到一个合适的，并且更加适宜的一个最佳D/U比；换句话说，在这个实施方案中，360°覆盖区域的最佳扇区分布包括22个相邻扇区。

图15是该发明方法的一种较好的实施方案流程图，如上面所概括的，根据等式(11)或(13)中的任何一个，以最佳扇区宽度的观点来决定一个最佳扇区分布。如上所讨论的，在该发明方法的其它实施方案中，每一个扇区的辐射方向图可以改变，而每一个扇区的扇区宽度保持为常数，以使每一个扇区的D/U比最大。

针对流程图15，根据跨越360°的一个典型的覆盖区域，在步骤700中一个初始扇区宽度(θ_sw)_N＝360/N被选做最大候选扇区带宽。变量N代表覆盖区域分成的扇区的总数目，并且选择使其满足初始扇区宽度大约等于主瓣轮廓在-10dB点宽度的两倍。例如，关于图12，主瓣102的-10dB点108和110分别在方位角为-10°和+10°的位置，给出大约20°的一个主瓣宽度。N的选择值要满足初始扇区宽度(θ_sw)_N大约是主瓣宽度的两倍，在例图12中，初始扇区宽度(θ_sw)_N就是40°。前面的例子仅仅是为了说明问题的目的，按照该发明其它扇区宽度也许是合适的。在一种实施方案中，N最佳是一个偶数，对一个交替频率重复使用方案，这是一个特别合适的选择。

基于一个初始扇区宽度(θ_sw)_N，在图15的步骤702中，变量D_min1根据等式(7)计算。一旦计算了D_min1，该发明的方法可以沿一条或两条由参考数字703和705所标的路经继续下去。标参考数字703的路径最终计算一个“最坏情况”D/U比，即由等式(11)给出，而标参考数字705的路径计算一个较保守的D/U比，即由等式(13)给出。

接着由参考数字703标记的路径，在图15的704步骤中，本发明的方法计算变量G_sn，由等式(8)给出。在步骤708中，变量U_maxl由等式(10)给出。在步骤712中，比率D_maxl/U_maxl从等式(11)计算出。类似地，接着由参考数字705标记的路径，在步骤706中依据等式(9)，本发明的方法计算变量G_an。在步骤710中，用等式(12)计算变量U_ave1。在步骤714中，使用等式(13)计算比率D_max1/U_ave1。

一旦由等式(11)和(13)表示的D/U比中的一个或两个计算出来并存储当前的扇区宽度在(例如)常规存储器内，在步骤716中由变量N表示的扇区的总数目增加一个整数i，而在步骤718中根据新的扇区总数目计算出一个新的扇区宽度。在N是偶数的一种实施方案中，N在步骤716中因此增加一个偶数，在步骤720中该方法询问新的扇区宽度是不是小于主瓣在-0.5dB点的宽度，如果新的扇区宽度大于主瓣在-0.5dB点的宽度，按照图15给出的例子，该方法回到步骤702中并根据新的扇区宽度对变量D_min1计算一个新的值。然而如果新的扇区宽度小于主瓣在-0.5dB点的宽度，在步骤722中根据该方法，与存储的D/U比中的一个或两个最大值相对应，可以选择一个扇区宽度。

因此，在上面简述的例子中，主瓣在-0.5dB点的宽度近似做为按照该发明方法的一种实施方案估计的最小扇区宽度。在图15概括的例子中，这个最小扇区宽度准则仅仅用来说明问题的目的，并且步骤700和720中都可以修改以改变按照该发明方法的其它实施方案估计的最小和最大扇区宽度准则。例如，在一种实施方案中，扇区的数目N在步骤716中可以增加某个整数i，因此就减小了扇区宽度，一直到在步骤712和714中计算的D/U比渐近的到达某个最大值。至于在D/U比中一个增量变化，询问步骤720中可以接着询问，并且如果增量变化小于某个预定的门限值该方法在步骤752中可以退出。

一旦获得一个合适的D/U比或，作为选择，一个由来自同频率信道扇区的干扰引起的总的不期望信号电平，那么其它如上结合图7所讨论的潜在的噪声源，例如其它不期望的射频(RF)能量源，可以加到这个数字上以决定一个通信链路上总的噪声电平。一个通信链路接收端的期望信号电平与这个总的噪声电平之比，应该是在由为通信链路接收端服务的调制解调器要求的信噪比(SNR)表示的噪声预算内。

再次回到图7所表示的下行信道通信链路(基站到用户站)，一个期望收到的数据载波的信号电平(RSL)708，源自NOC调制解调器44的发射机45而到达用户收发机64的一个输入(端)，按照如下的该发明的一种实施方案，可以计算出来。链路发射机45发送一个具有相关信号电平700的数据载波38，这相关信号电平700，例如，可以表示为一个功率，单位为dBm。为了下面讨论的目的，内部通信链路34假定为一个低损耗通信链路，并因此不衰减基站收发机32接收到的信号电平700。数据载波38的信号电平700由基站收发机32的发射机部分放大，其具有可调整的增益702。可调整的增益702的选择应该使基站收发机32的发射机部分工作在一个线性区，以适应由NOC调制解调器44输出的已调信号(例如，QAM已调信号，它就要求最佳线性信道)。一个被放大的收发机32的发射机部分的收发机输出信号电平704可能首先被同向双工器损耗706衰减，这个损耗可能是把发射机和接收机部分集成到一起的这些类型的收发机所固有的，以及再加上在通信链路25上的一些线损耗722。天线系统24对信号704提供一个增益720，减去同向双工器损耗706和线损耗722引起的衰减，在无线通信链路26的开端输出具有有效辐射信号电平728的数据载波28。

图7所示的无线通信链路26在基站天线系统24和用户站天线60间有一个路径长度718。无线通信链路26的特性由一个自由空间路径损耗726描绘，这个损耗是路径长度718和频率信道28的载波频率的函数。路径损耗726是一个衰减。因素，它将从天线系统24的有效辐射信号电平728中减去。对至少部分的路径损耗726量，或当路径长度718增加时信号密度的下降时，用户天线60对接收的数据载波28提供一个增益716。在用户天线60和用户收发机64之间的链路62假定是一个低损耗链路，即不衰减接收的数据载波28。因此，在用户收发机64的输入(端)期望接收的信号电平RSL，如图7参考数字708所示，可以由下式给出

RSL(dBm)＝基站收发机输出(704)-双工器损耗(706)-

线25上的衰减(722)+天线系统24的增益(720)-(14)

自由空间路径损耗(726)+用户天线系统60的增益(716)

以类似的方式，沿图7所示的下行通信链路上的噪声源可以被加以获得用户收发机64的一个输入(端)的一个总的噪声电平(TNL)714。为了目前讨论的目的，假定由NOC调制解调器44或链路发射机45产生的任何噪声，以及由内部通信链路34上的环境干扰引起的任何噪声是可以忽略的。另外，虽然来自基站收发机32发射机部分的相位噪声也会将噪声加到链路上，但是在这个例子中假定使用低相位噪声收发机，从而相位噪声的影响是(可以)忽略的。同样地，假定环境干扰引起的可能影响链路25以及用户站20的链路62和68，的任何噪声是(可以)忽略的。这就剩下了由来自使用相同频率信道扇区的干扰引起的不期望的信号电平，在图7中用参考数字724表示，和热噪声做为在图7所示的下行通信链路上的基本的噪声源。

由来自使用相同频率信道扇区的干扰引起的不期望的信号电平724可能涉及用户收发机64的一个输入，并且可以表示为期望收到的信号电平708(RSL，单位dBm)减去这个扇区的D/U比。这个方法是合适的，因为用户天线60对无线通信链路26上期望和不期望的信号都基本上使用同一个增益716。如上面所讨论的，按照该发明的一种实施方案，一个扇区宽度的选择要使每一个扇区的D/U比在大约10到35dB的范围内。由用户收发机64的接收机部分引入的热噪声功率可以从下面的关系中计算

热噪声(dBm)＝-174dBm+10log[BW]+NF，    (15)

其中，BW是频率信道38，28，和68的带宽，而NF是用户收发机64的噪声数710，下面结合图16会做进一步的讨论。总的噪声电平714(TNL)，涉及用户收发机64的一个输入，由下式给出

TNL(dBm)＝热噪声+同信道干扰噪声(724)＝(16)热噪声+[RSL(708)-D/U]

由于上面计算的总的噪声电平714涉及用户收发机64的一个输入并且包括用户收发机64引入的热噪声，用户收发机64接收机部分用基本相同的增益712对期望的信号电平708和总的噪声电平714都进行相同的放大，所以，图7所示的下行通信链路的实际的信噪比(SNR_实际)可以在用户收发机64的一个输入(端)(而不是在用户调制解调器70)计算。这个实际的信噪比由下式给出

SNR_实际＝RSL-TNL，    (17)

这里要用到等式(14)，(15)，(16)。

最后，图7所示的通信链路的噪声余量可以通过等式(17)给出的实际的信噪比与对图2给出的用户调制解调器70的理论SNR要求进行比较获得，用下面的关系式计算

噪声余量(dB)＝SNR_实际-SNR_理论    (18)

图16和17是图表，按照该发明的一种实施方案分别给出了基站收发机32和用户收发机64的典型的设计参数，以及固定用户站20的定向天线60的典型的设计参数，这些(参数)可能会影响这些成分对链路噪声预算的分量。图19是一个示意图，使用图16和17的图表里的相关参数，给出了图7所示下行通信链路的一种实施方案的通信链路噪声预算分析的例子。

从图16可以看出，在这个例子中数据载波38输入到基站收发机32的信号功率700可以从-10到+5dBm，收发机32发射机增益702可以以1dB增量的步伐从7到51dB调整。另外，从图16可以看出，收发机32的最大的放大输出信号电平704是26dBm。在实际当中，如图18的链路预算分析所表示的，这个最大输出信号电平704是“后退”了约5dB以保证收发机32的发射机部分工作在线性区，从而使幅度和相位失真最小，也因此提供一个低的噪声输出。收发机32的最大输出信号电平，输出后退，和实际输出信号电平在图18中分别用参考数字704a，704b，和704来鉴别。另外，从图16可以看出，期望接收到的信号电平708输入到用户收发机64的一个合适的功率范围优选的是在从-30到-70dBm的一个范围内，而用户收发机64的一个可调整增益712是从-22到+22dB。图16也显示一个8dB的噪声数(NF)710，可以用来计算用户收发机64的接收机部分引入的热噪声。

图17略述了固定用户站20的定向天线60的典型设计参数。从图17可以看出，在这个实施方案中定向天线60的增益716是24dB。图17也给出了天线60的其它参数，关于背瓣(backlobe)和旁瓣抑制，以及一个可接受的用户天线60接收到的数据载波28的波束宽度，它(可以)确保天线减少或拒绝来自与入射数据载波28方向不同的不要的辐射影响定向天线60。

为了说明问题的目的，图18所示的一个通信链路预算分析的例子给出在基站22的天线系统24和用户站20的定向天线60之间26英里的一个路径长度718，但是按照其它实施方案，其它路径长度是可能的。图18也给出了天线系统24的增益720，以及同向双工器损耗706和线损耗722在链路25上引入的信号衰减。

如上结合图16所讨论的，图18表明虽然从基站收发机32的发射机部分可以得到一个26dBm的最大输出电平，但是这个电平“后退”了5.0dB，所以基站收发机的输出电平704是一个21dBm的最大值。根据这个21dBm的最大输出信号704，线损耗和同向双工器损耗，和21dB的天线增益710，天线系统24的有效辐射信号电平在图18中给出的是39dBm，或7.9瓦。自由空间路径损耗726，根据路径长度718和频率信道28的载波频率，在图18中给出的是132.9dB，和用户天线增益716给出的是24dBm(根据图17)。按照等式(14)，这些参数可以在用户收发机的一个的输入推出-69.9dBm的期望接收到的信号电平(RSL)708。

按照等式(15)计算的热噪声功率在图18中给出的是-98.9dB，这里使用如图16所指出的一个6MHz的带宽和8dB的噪声数(NF)。在图18的分析中，选择一个30dB的典型D/U比值，根据一个-69.9dB的不期望接收到的信号电平(RSL)，这样可以推出由干扰引起的来自同频率信道扇区的-99.9dBm的不期望信号电平。因此，在用户收发机64的一个输入(端)由等式(16)给出的总的噪声电平(TNL)714在图18中给出的是-96.4dBm，和按照等式(17)实际的信噪比在图18中给出的是26.5dB，这样按照等式(18)就可以推出一个12.5dB的噪声余量。

应该意识到，虽然在前面的例子中，使用QAM调制/解调技术的调制解调器假定有一个14dB的理论SNR要求，但是，可以使用其它使用不同调制/解调技术的和/或具有不同SNR要求的调制解调器，只要对该发明一个给定的实施方案通信链路实际的SNR大于理论要求的SNR；换句话说，噪声余量优选方案应该是大于零的，更好的情况是大于5dB，甚至更加好的情况是大于10dB。

图19是一个覆盖区域52的一个例图，在覆盖区域扇区有的不同覆盖半径。在图19中，基站22设置在覆盖区域52的中心，给定扇区的半径以基站22为中心进行测量。例如，在图19中，扇区152和352的半径是92，而扇区252的半径是90。虽然图15显示扇区252和扇区152和352都相邻，但是覆盖区域252的任意两个不相邻的或相邻的扇区可以有不同的半径。

如图4和5所示，在该发明的较好的实施方案中，对每一个扇区，基站22包括一个收发机32。一个给定扇区的半径可能是发送辐射方向图进入该扇区的收发机32功率电平的函数。对某些应用，希望改变对应某些特定扇区的收发机32的输出功率电平，因为在某些距离，特定扇区基站22必须有较大的范围。为了避免干扰和过量的功率使用，如果只有某些扇区要求较大的范围，就不希望在所有的扇区片面的增加功率输出电平。因此，只增加那些要求较大范围的扇区的输出功率电平。结果，无论如何，不能再假设所有扇区的辐射方向图是相同的，并且按照该发明的方法一个最佳扇区分布的决定应该考虑在扇区功率电平，也因此考虑辐射方向图方面的任何变化。扇区功率电平的这些变化可以通过复合功率变量β_n进行解释，如上结合等式(4)所讨论的。

由于已经这样描述了至少一种该发明例证性的实施方案，因此对此领域中的技术人员很容易想到(实施方案)各种变化，完善和改进，这在技术上是成熟的。这些变化，完善和改进确定为该发明的精神和范围。因此，下面的描述仅仅是借助例子说明，但本意是不限于此。

Claims (83)

1.一个无线通信系统，包含：

一个基站，在覆盖区域内多个扇区的至少第一个扇区发送第一次辐射，在多个扇区的至少另第二个扇区发送第二次辐射，第一次和第二次辐射具有相同的载波频率和相同的极化；并且

至少一个固定用户站设置在第一个扇区，接收来自基站的第一次辐射和发送第三次发射到基站，

其中，基站的构造和排列要使第一次辐射有预定的空间范围，这样就可以大大减少由第一辐射引起的对至少第二次辐射在至少第二个扇区的干扰，预定的空间范围是充分一致的，以使第一次辐射可以有效的由至少一个设置在第一个扇区任何位置的固定用户站接收。

2.依据权利要求1的系统，其中：

多个扇区的每一个扇区至少包括一个固定用户站；和覆盖区域只包括固定用户站。

3.依据任何前述权利要求的系统，其中，基站的构造和排列要使第一次辐射的预定的空间范围(可以)大量减少由第一次辐射引起的在多个扇区的每一个扇区的干扰，在这些扇区用与第一次辐射相同的载波频率和相同的极化发送辐射。

4.依据任何前述权利要求的系统，其中，基站的构造和排列要使至少由那个基站发送的辐射，在多个扇区的至少一个与第一个扇区相邻的扇区，有与第一次辐射相同的极化。

5.依据任何前述权利要求的系统，其中，基站的构造和排列要使至少由那个基站发送的辐射在多个扇区的每一个扇区有与第一次辐射相同的极化。

6.依据任何前述权利要求的系统，其中，基站包括一个透镜扇形天线系统，以在多个扇区发送和接收辐射，透镜扇形天线系统包括：

一个拥有多个焦点的介质透镜，多个焦点中的每一个焦点对应多个扇区中的一个扇区；和

一个耦合到介质透镜馈送阵列，以发送和接收辐射，馈送阵列包括至少一个馈送装置，它设置在每一个焦点最近的位置。

7.依据任何前述权利要求的系统，其中，基站的构造和排列要使基站能够同时在多个扇区的每一个扇区发送辐射。

8.依据任何前述权利要求的系统，其中，基站的构造和排列要使那个基站在多个扇区的交替扇区发送辐射。

9.依据任何前述权利要求的系统，其中：

在第一个扇区的至少一个固定用户站具有要求的信噪比以有效地发送第一次辐射；

在至少第一个扇区一个不期望的信号包括不同于第一次辐射的辐射，它与第一次辐射有相同载波频率和相同极化的；和

无线通信系统的构造和排列要使在第一个扇区第一次辐射的期望与不期望信号比是充分大于至少一个固定用户站要求的信噪比，要使至少一个固定用户站有效地接收第一次辐射。

10.依据权利要求9的系统，其中，无线通信系统的构造和排列要使在第一个扇区第一次辐射的期望与不期望信号比是至少比要求的信噪比大10分贝。

11.依据权利要求9的系统，其中，无线通信系统的构造和排列要使在第一个扇区第一次辐射的期望与不期望信号比是至少比要求的信噪比大20分贝。

12.依据权利要求9的系统，其中，无线通信系统的构造和排列要使在第一个扇区第一次辐射的期望与不期望信号比至少是15分贝。

13.依据权利要求9的系统，其中，无线通信系统的构造和排列要使在第一个扇区第一次辐射的期望与不期望信号比至少是20分贝。

14.依据权利要求9的系统，其中，无线通信系统的构造和排列要使在第一个扇区第一次辐射的期望与不期望信号比至少是25分贝。

15.依据权利要求9的系统，其中，无线通信系统的构造和排列要使在第一个扇区第一次辐射的期望与不期望信号比至少是30分贝。

16.依据任何前述权利要求的系统，其中，基站的构造和排列要使覆盖区域至少包括8个扇区。

17.依据任何前述权利要求的系统，其中，基站的构造和排列要使覆盖区域至少包括16个扇区。

18.依据任何前述权利要求的系统，其中，基站的构造和排列要使覆盖区域至少包括20个扇区。

19.依据任何前述权利要求的系统，其中：

第一次辐射预定的空间范围包括一个主瓣；和基站的构造和排列要使多个扇区的至少第一个扇区的且扇区宽度在主瓣-3dB点的第一个宽度到主瓣-10dB点的第二个宽度范围内。

20.依据任何前述权利要求的系统，其中，

在多个扇区的至少一个各自的扇区，基站发送的各自辐射的一个各自预定的空间范围包括一个各自的主瓣；和基站的构造和排列要使多个扇区的每一个各自的扇区的各自的扇区宽度在各自主瓣-3dB点的第一个宽度到各自主瓣-10dB点的第二个宽度范围内。

21.依据任何前述权利要求的系统，其中，基站的构造和排列要使：

覆盖区域围绕基站跨越到一个360度的方位角；

覆盖区域分成多个扇区要使多个扇区的每一个扇区近似是楔子型的；并且

多个扇区的至少两个扇区有不同的扇区宽度。

22.依据任何权利要求1-20的系统，其中，基站的构造和排列要使：

覆盖区域围绕基站跨越到一个360度的方位角；和

覆盖区域分成多个扇区要使多个扇区的每一个扇区近似是楔子型的并且有相同的扇区宽度。

23.依据任何前述权利要求的系统，其中，基站的构造和排列要使：

覆盖区域分成多个扇区要使多个扇区的每一个扇区近似是楔子型的；和

至少两个近似楔子型的扇区有不同的半径。

24.依据权利要求23的系统，其中：

对每一个扇区，基站包括一个发射机；和

对应于至少两个近似楔子型扇区的至少两个发射机的各自的功率电平可调整以使至少两个近似楔子型的扇区有不同的半径。

25.依据任何前述权利要求的系统，其中：

构造和排列基站使得在多个扇区的每一个扇区使用至少一对频率信道发送和接收辐射；

在每一个扇区，至少一对频率信道的第一个频率信道运送下行信息；

在每一个扇区，至少一对频率信道的第二个频率信道运送上行信息；

每一个扇区第一个频率信道的第一个载波频率，对多个扇区的至少两个扇区来说是相同的；和每一个扇区第一个频率信道的第一个载波频率，对多个扇区的至少两个扇区来说是不同的；和

每一个扇区第二个频率信道的第二个载波频率，对多个扇区的至少两个扇区来说是相同的；和对多个扇区的至少两个扇区来说是不同的。

26.依据权利要求25的系统，其中，无线通信系统的构造和排列要使至少一个第一频率信道和至少一个第二频率信道有一个相同的信息运送能力。

27.依据权利要求25的系统，其中，无线通信系统的构造和排列要使：

在每一个扇区至少一个第一频率信道有每秒至少10兆比特的下行信息运送能力；和

在每一个扇区至少一个第二频率信道有每秒至少10兆比特的上行信息运送能力。

28.依据权利要求25的系统，其中，无线通信系统的构造和排列要使：

在覆盖区域，覆盖区域所有具有相同的第一载波频率的第一频率信道有至少每秒110兆比特的一个总的下行信息运送能力；和

在覆盖区域，覆盖区域所有具有相同的第二载波频率的第二频率信道有至少每秒110兆比特的一个总的上行信息运送能力。

29.依据任何权利要求25-28的系统，其中构造和排列基站使得在多个扇区仅使用两对不同的频率信道发送和接收辐射。

30.依据任何权利要求25-29的系统，其中，构造和排列基站使得其能够在独立于多个扇区中的其它任何扇区的多个扇区的每一个扇区维持与固定用户站的无线通信。

31.依据任何权利要求25-30的系统，其中，基站的构造和排列要使邻近的扇区不使用相同的至少一对频率信道。

32.依据任何权利要求25-31的系统，其中，基站的构造和排列要使交替的扇区使用相同的至少一对频率信道。

33.依据任何权利要求25-32的系统，其中，无线通信系统的构造和排列要使至少一对频率信道的每一个频率信道的载波频率只根据数字数据进行调制。

34.依据任何权利要求25-33的系统，其中，无线通信系统的构造和排列要使：

覆盖区域分成第一数量的毗边的近似楔子型扇区；和第一数量扇区可被至少一对频率信道的频率信道独特对的第二数量除尽。

35.依据任何权利要求25-33的系统，其中，无线通信系统的构造和排列要使：

覆盖区域分成顺序标号的，毗边的，近似楔子型扇区，的一个偶数数量；

第一对频率信道用来在标号为偶数的扇区运送信息；和

第二对频率信道，不同于第一对频率信道，用来在标号为奇数的扇区运送信息。

36.依据任何权利要求25-35的系统，其中每一个频率信道有近似6MHz的带宽。

37.依据任何权利要求25-36的系统，其中每一个频率信道有一个在近似2.5GHz到2.7GHz范围内的载波频率。

38.依据任何前述权利要求的系统，其中，在每一个扇区基站包括至少一个收发机，用于每一个扇区发送和接收辐射。

39.依据任何前述权利要求的系统，其中进一步包括一个耦合到基站的网络运作中心，以预定的方式发送信息到基站和接收来自基站的信息。

40.依据权利要求39的系统，其中基站包括：

一个第一个端口，通过这个端口在至少一条双路宽带无线通信链路上运送信息到至少一个固定用户站和运送来自至少一个固定用户站的信息，每一个无线通信链路使用的频率信道具有在第一个频率范围内的载波频率；和一个第二个端口，通过这个端口在至少一条内部通信链路上运送信息到网络运作中心和运送来自网络运作中心的信息，每一条内部通信链路使用的频率信道具有在第二个频率范围内的载波频率。

41.依据权利要求40的系统，其中基站的第二个端口对每一个扇区或多个扇区包括至少一个可调谐的收发机，每一个至少一个可调谐的收发机被耦合到第一个端口，构造和排列每一个至少一个可调谐的收发机，以把第一个频率范围内的至少一个频率信道转化到第二个频率范围内的至少一个频率信道，和把第二个频率范围内的至少一个频率信道转化到第一个频率范围内的至少一个频率信道。

42.依据权利要求41的系统，其中每一个至少一个可调谐的收发机包括：

装置，用于调整由至少一个可调谐的收发机发送的每一个至少一个频率信道的各自载波频率；和

装置，用于调整由至少一个可调谐的收发机发送的每一个至少一个频率信道的各自的功率电平。

43.依据权利要求41或42的系统，其中每一个至少一个可调谐的收发机的构造和排列要使得，由至少一个可调谐的收发机发送的每一个至少一个频率信道在基站正常运作期间有一个固定的载波频率。

44.依据任何权利要求40-43的系统，其中网络运作中心被另外耦合到一个外部通信链路，并被构造和排列，以预定的方式传输基站和外部通信链路之间的信息。

45.依据权利要求44的系统，其中：外部通信链路被耦合到一个分组交换网；和网络运作中心被构造和排列，以传输基站和分组交换网之间的信息。

46.依据任何权利要求40-45的系统，其中网络运作中心包括一个存储单元以存档文件。

47.依据任何权利要求40-46的系统，其中网络运作中心包括：耦合到至少一条内部通信链路的至少一个调制解调器，以发送信息到基站和接收来自基站的信息；和交换装置，耦合到至少一个调制解调器中的每一个，传输至少一个调制解调器的第一调制解调器和，至少一个调制解调器和第一个调制解调器中的第二个调制解调器的至少一个之间的信息。

48.依据权利要求47的系统，其中每一个至少一个调制解调器的构造和排列，使用第一种调制技术，对至少一个内部通信链路的至少一个频率信道进行解码，以获得至少一个频率信道上运送的信息，和使用第二种调制技术，对至少一个内部通信链路的至少一个其它频率信道进行编码。

49.依据权利要求48的系统，其中至少一个调制解调器中的每一个的构造和排列要使第一种和第二种调制技术是相同的。

50.依据权利要求49的系统，其中至少一个调制解调器中的每一个的构造和排列要使第一种和第二种调制技术是正交幅度调制。

51.依据任何权利要求47-50的系统，其中网络运作中心的构造和排列要使每一个频率信道包括多个时间期，并且多个时间期的至少一个时间期分配给在各自扇区的每一个固定用户站。

52.依据权利要求51的系统，其中网络运作中心的构造和排列要使多个时间期的至少两个时间期分配给各自扇区内的至少一个固定用户站。

53.依据权利要求51或52的系统，其中网络运作中心的构造和排列要使多个时间期的至少一个时间期不分配给任何特定的固定用户站。

54.依据任何权利要求51-53的系统，其中网络运作中心的构造和排列要使得对每一个各自的扇区动态地分配多个的时间期给多个的固定用户站。

55.依据权利要求54的系统，其中构造和排列网络运作中心，根据各自扇区内多个固定用户站的有关要求，动态地分配多个时间期。

56.依据权利要求54或55的系统，其中网络运作中心至少包括一个处理器，以控制至少一个调制解调器中的每一个动态地分配多个时间期。

57.依据任何权利要求47-56的系统，其中构造和排列至少一个调制解调器，把每一个频率信道和各自扇区内的每一个固定用户站唯一的数字参考码联系起来。

58.一种在覆盖区域内通过空中发送和接收载有信息的辐射的方法，覆盖区域分成多个扇区，并至少包括一个第一扇区和一个第二扇区，方法包含动作：

在至少第一个扇区发送第一次辐射；和

在至少第二个扇区发送第二次辐射，并且第二次辐射与第一次辐射有相同的载波频率和相同的极化，其中，第一次辐射有一个预定的空间范围，它大量减少在至少第二个扇区由第一次辐射引起的对至少第二次辐射的干扰，预定的空间范围是充分一致的，以使在第一个扇区的任何地方第一次辐射能被有效的接收。

59.依据权利要求58的方法，其中发送第一次辐射信号的动作包括，发送第一次辐射信号的行动，要使得第一次辐射预定的空间范围大量减少由第一次辐射引起的在多个扇区的每一个扇区的干扰，在多个扇区的每一个扇区被发送的辐射信号与第一次辐射有相同的载波频率和同样的极化。

60.依据权利要求58或59的方法，进一步包括在与第一个扇区邻近的多个扇区的至少一个扇区发送其它辐射信号的动作，其它辐射信号与第一次辐射信号有相同的载波频率和同样的极化。

61.依据任何权利要求58-60的方法，进一步包括在多个扇区的每一个剩余扇区发送其它辐射信号的动作，要使得其它辐射信号与第一次辐射信号有同样的极化。

62.依据任何权利要求58-61的方法，其中发送第一次辐射信号的动作进一步包括，在多个扇区的至少第一个扇区将被发送的第一次辐射信号集中在焦点上的动作。

63.依据任何权利要求58-62的方法，其中发送第二次辐射信号的动作包括，与至少第一次辐射信号同时发送第二次辐射信号的动作。

64.依据任何权利要求58-63的方法，其中发送第一次辐射信号的动作包括，在多个扇区的交替扇区发送第一次辐射信号的动作。

65.依据任何权利要求58-64的方法，其中至少一个固定用户站设置在第一个扇区，至少一个固定用户站具有一个要求的信噪比，以有效地接收第一次辐射信号，其中在第一个扇区不期望的信号包括与除了第一次辐射信号的其他辐射信号，但其与第一次辐射信号具有相同的载波频率和同样的极化，其中发送第一次辐射信号的动作包括一个如下的动作：

在至少第一个扇区发送第一次辐射信号，要使在第一个扇区第一次辐射信号的期望与不期望信号比与要求的信噪比相比要充分的大。

66.依据权利要求65的方法，其中发送第一次辐射信号的动作包括在至少第一个扇区发送第一次辐射信号的动作，要使在第一个扇区第一次辐射信号的期望与不期望信号比要比要求的信噪比大10分贝。

67.依据权利要求65的方法，其中发送第一次辐射信号的动作包括，在至少第一个扇区发送第一次辐射信号的动作，要使在第一个扇区第一次辐射信号的期望与不期望信号比要比要求的信噪比大20分贝。

68.依据权利要求65的方法，其中发送第一次辐射信号的动作包括，在至少第一个扇区发送第一次辐射信号的动作，要使在第一个扇区第一次辐射信号的期望与不期望信号比至少是15分贝。

69.依据权利要求65的方法，其中发送第一次辐射信号的动作包括，在至少第一个扇区发送第一次辐射信号的动作，要使在第一个扇区第一次辐射信号的期望与不期望信号比至少是20分贝。

70.依据权利要求65的方法，其中发送第一次辐射信号的动作包括，在至少第一个扇区发送第一次辐射信号的动作，要使在第一个扇区第一次辐射信号的期望与不期望信号比至少是25分贝。

71.依据权利要求65的方法，其中发送第一次辐射信号的动作包括，在至少第一个扇区发送第一次辐射信号的动作，要使在第一个扇区第一次辐射信号的期望与不期望信号比至少是30分贝。

72.依据任何权利要求58-71的方法，其中：

在至少第一个扇区发送第一次辐射信号的动作包括，在第一个扇区发送具有第一个功率电平的第一次辐射信号的动作；和

在至少第二个扇区发送第二次辐射信号的动作包括，在第二个扇区发送具有第二个功率电平的第二次辐射信号的动作，其中第二个功率电平与第一个功率电平不同。

73.依据任何权利要求58-72的方法，其中：

发送第一次辐射信号的动作包括一个如下的动作：

在多个扇区的每一个扇区发送至少一个运送下行信息的第一频率信道，至少一个第一频率信道的第一载波频率对多个扇区的至少两个扇区来说是相同的，及对多个扇区的至少两个扇区来说是不相同的；和

方法进一步包括一个如下的动作：

在多个扇区的每一个扇区接收至少一个运送上行信息的第二频率信道，至少一个第二频率信道的一个第二载波频率对多个扇区的至少两个扇区来说是相同的，对多个扇区的至少两个扇区来说是不相同的。

74.依据权利要求73的方法，其中：

发送至少一个第一频率信道的动作包括，发送至少一个第一频率信道的动作要使至少一个第一频率信道具有第一信息运送能力；和

接收动作包括，接收至少一个第二频率信道的动作要使至少一个第二频率信道也具有第一信息运送能力。

75.依据权利要求73的方法，其中：

发送至少一个第一频率信道的动作包括，发送至少一个第一频率信道的动作要使至少一个第一频率信道在每一个扇区有一个至少每秒10兆比特的下行信息运送能力；接收动作包括，接收至少一个第二频率信道的行动要使至少一个第二频率信道在每一个扇区有一个至少每秒10兆比特的上行信息运送能力。

76.依据权利要求73的方法，其中：

发送至少一个第一频率信道的动作包括，发送覆盖区域内所有的第一频率信道的动作，使得在覆盖区域有一个至少每秒110兆比特的总的下行信息运送能力；和接收动作包括，接收覆盖区域内所有的第二频率信道的动作，使得在覆盖区域有一个至少每秒110兆比特的总的上行信息运送能力。

77.依据任何权利要求73-76的方法，其中发送和接收动作包括，在多个扇区只使用两对不同的频率信道发送和接收辐射信号的动作。

78.依据任何权利要求58-77的方法，其中发送第一次辐射信号的动作包括一个如下的动作：

以预定的方式根据目的地址发送数据分组到多个调制解调器；

用发送的数据分组去调制多个的第一频率信道，每一个第一频率信道与多个调制解调器的各自调制解调器有联系；

在第一条通信链路上，从多个调制器发送多个被调制的第一频率信道，每一个被调制第一频率信道有各自的在第一个频率范围内的第一载波频率；

把多个被调制的第一频率信道转化为一个对应的多个被调制的第三频率信道，每一个被调制第三频率信道有各自的在第三个频率范围内的第三载波频率，第三个频率范围与第一个频率范围不同；和

在覆盖区域的多个扇区的至少某些扇区，发送多个被调制的第三频率信道。

79.依据权利要求78的方法，其中至少两个被调制的第三频率信道有相同的载波频率。

80.依据权利要求78或79的方法，其中每一个被调制的第一频率信道有唯一的第一个载波频率。

81.依据任何权利要求78-80的方法，其中调制的动作包括，正交幅度调制多个第一频率信道的动作。

82.依据任何权利要求78-81的方法，其中：

每一个多个扇区至少包括一个固定用户站；和调制的动作包括，对每一个扇区，把发送的数据分组和每一个至少一个固定用户站的唯一的数字参考码关联起来。

83.依据任何权利要求78-81的方法，其中：

每一个多个扇区包括至少包括一个固定用户站；和调制的动作包括，在每一个第一频率信道分配至少一个时间期给每一个至少一个固定用户站。

Images