TW201230707A - Broadband wireless mobile communications system with distributed antenna system using interleaving intra-cell handovers - Google Patents

Description

201230707 六、發明說明： 本申請案根據專利法主張於2010年8月31日提出申 請的美國臨時申請案第61/3 78,932號之優先權權益，本 文依賴該申請案之内容且該申請案之全文以引用之方式 併入本文。 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於使用交錯細胞服務區内交遞之具有分配 〇 天線系統的寬頻無線行動通訊系統。 【先前技術】 向以高速行進之行動使用者提供無線寬頻存取為走向 普遍存在的資料存取之世界性趨勢之關鍵步驟。在移動 車輛中行進之使用者表示對於資料及語音存取之高需 求，尤其在乘坐火車之情況下。由於困難地形，包括擁 擠的都市區、山區及隧道，且由於高車輛速度，沿行進 〇 之行動走廊提供無線覆蓋常常極具挑戰性。 已提出若干解決方案，大部分由在行動走廊（諸如， 公路及鐵路）附近佈署額外無線基地台組成。然而，增 加基地台之密度增加了基地台之間所需交遞之數量。在 些情況下，無線覆蓋受到不完全交遞之困擾，從而導 致傳輸量降低及連接中斷。 另一解決方案為：藉由類比分配天線系統之手段來延 伸基地台之範圍，類比分配天線系統沿行動走廊將初始 無線訊號複製至多個天線點。更具體言之，可有效使用 201230707 類比光載無線訊號分配天線系統（Radi〇-〇ver-Fiber

Distributed Antenna System; DAS)來延伸基地台之 範圍。將基地台之RF輸出複製成光訊號，然後在纖維 上將光訊號輸送至多個遠端天線單元，遠端天線單元將 訊號再轉換回初始電氣RF輸出之副本。以此方式，由 於所有遠端單元廣播來自相同基地台之相同訊號，故 RoF DAS可用以消除延伸範圍中的細胞服務區間交遞。 雖然鄰近天線點傳輸相同訊號可消除或減少細胞服務 區間交遞’但因為來自各天線之訊號將具有不同路徑長 度（光學及/或無線）’不同路徑長度可導致時間同步問 題及可能的連接失敗，故亦可導致鄰近天線點之間的訊 號干擾。簡而言之，傳統RoF D AS可減少系統中細胞服 務區間交遞之數量，但是亦將易受由鄰近遠端天線點之 間的自干擾造成之問題影響。 【發明内容】 本文揭示一種消除鄰近天線點之間的干涉，但仍維持 高速行動運輪走廊之RoF DAS之交遞優點之方法及系 統。將利用2個或更多扇區之基地台用作訊號源。藉由 將2個或更多扇區交錯’以使得沒有2個鄰近天線點使 用來自相同扇區之訊號，來形成DAS。在此類型DAS 中’在鄰近天線點之間實施細胞服務區内類型交遞（有 時稱為「較軟」或rR6」交遞）。此不同於所有天線點 傳輸相同訊號且經受自干擾之傳統DAS。此亦不同於在 201230707 天線點之間要求細胞服務區間交遞之傳統多個基地台情 形。

-田胞服務區内交遞為幾乎即時的且在單個基地台内處 子於阿度行動，或尚速行動通訊情形細胞服務區 内交遞亦比細胞服務區間交遞可#得多。因此，本文所 揭不之父錯細胞服務區内傳遞das利用架構， 同時/肖除自干擾問題，對於向高速行動使用者提供寬頻 存取而言，此舉提供了經濟、低功率及低基礎建設系統。 發月之另Λ &例包括遠端天線單元（RAU)，遠端 天線單7G在各别RAU之附近，個別感測行動收發器之存 在進而依而要切換為有效或待機模式。# 感測到 行動收發器〜附近之通道路線接近時，RAU將自身觸變 為有效模式。在有效模式，啟動了下行鏈路功率放大器 且將上行鏈路雷射器通電，因此完成去往及來自基地台 之頭端之通訊路徑。在車㈣持在車輛之各别服務區域 中期間’ RAU保持有效。當行動收發器離開附近時， 亦感測到此事件且將下行鏈路功率放大器及上行鏈路雷 射器放置回未供電的待機模式且等待下—個行動收發器 之接近以進入覆蓋區域。 器感測系統，以感測載運行 統感測行動收發器之存在且 另一實施例包括行動收發 動收發器之車輛之存在。系 使用感測器輸出位準來決定何時將㈣放置為有效或 待機模式。近接感社方法可包括，但不限於，射頻訊 號強度RFID、雷達、LiDAR、振動、聲學、光學偵測、 201230707 等。視覺、都®勒（D〇PPier)須測、無線信標、RSSI 。另外，感測實施亦可為多個近接感測方法之組合。 f傳統R(DFRAU中’不提供感測接近或離開之行動枚 在右存在任何車輛追蹤，則在頭端或網路層 執行車輛追蹤。因此’傳統RAU不能在由行動收發器之 近接觸β變之有效模式及待機模式之間觸變。無論傳統 ❹ ο RAU是否在高效傳輸訊號，傳統RAU總是處於有效模 式。 、 相反在@部車辅在各别RAU處個別感測之情況下， 2非需要，否則RAU不廣播，進而減少多路徑干擾之可 此。另外，根據本發明之實施例之RAU，除非需要傳輪， 否則RAU不傳輸至頭端。此減少了雜訊及在頭端干擾之 可能。該等特徵結構亦降低了整個系統之功率消耗，進 、累力效果提供了顯著優點；較低的功率消耗降低了 =熱及質量及組件間隔要求’以上均減少總材料及重 量’降低了安裝材料及強度要求，以上均降低了佔據面 二且增加了可實施硬體之位置。低功率要求亦可允許由 單個電力線供給多個_，進而降低裝配成本且加快佈 署高速行動使用者之高頻寬服務。 【實施方式】 如上所述，第1圖圖示兩個基地台20及30之間的細 胞服務區間交遞之圖示。各基地台具有多個扇區，在此 情況下，為扇區S1、S2、S3。從基地台2〇之任何扇區 201230707 至相鄰基地台3 η々, 何扇區之交遞為細胞服務區間類 型交遞25。因為β 為在冯路層管理細胞服務區間交遞25,故 務區間乂遞25為最難以完成的。與細胞服務區間 編反，單個基地台3〇内之扇區（在所示情況下為扇 & ^及S3)之間的細胞服務區内交遞35在基地台内管 理且並不難，且比細胞服務區間交遞更快速且更可靠地 完成。

第2圖圖不系統1〇，系統ι〇具有典型基地台佈署， 以向’口以圖解性鐵路45表示之高速走廊，諸如沿公路及 鐵路移動之車輛&供無線覆蓋。該類型佈署利用各自 連接至非同步網路55之許多基地台23、3〇、、 60 70、80’且因此在位置25處需要大量細胞服務區間 交遞。在諸如山地、具有隧道之山地等之困難地形之區 域65，基地台沿走廊或鐵路45以較近間隔定位，以保 存鄰近台之覆蓋波瓣75之適當重疊。但是在高車輛速 度，諸如在子彈列車之情況下，所得細胞服務區間交遞 之咼頻率，尤其在困難地形之區域65中，常常導致頻寬 降低及連接中斷。 第3圖圖示使用單個細胞服務區或基地台之經交錯扇 區之間的細胞服務區内交遞之光載無線訊號分配天線系 統’或RoF DAS之實施例的圖示。單個細胞服務區或基 地台20之RF訊號在光學域中複製、在光纖鏈路22上 輸送’且在若干遠端天線單元24處再生。光纖鏈路22 之低損耗允許將遠端天線24放置在離基地台20極遠的 8 201230707 距離。RoF DAS沿行動走廊45延伸基地台之範圍，進 而藉由使用細胞服務區内交遞35覆蓋走廊45之大部分 來降低細胞服務區間類型交遞之數量。 在典型RoF DAS中，僅使用來自基地台之扇區。在此 情況下，由於不同距離處訊號傳播時間不同，故可引起 鄰近遠端天線之間的訊號干擾或自干擾。可藉由將至所 有遠端天線之纖維長度均衡化來部分地減輕自干擾，然 而，此並非一流解決方案。即使將纖維長度均衡化，無 線傳播時間之差異仍可產生自干擾。最佳天線放置及設 計以及訊號強度管理可使自干擾之影響最小化（但不完 全消除）。 相反，在第3圖之實施例中，使用多個獨立扇區，在 此情況下爲兩個扇區75及85，且在高增益遠端天線單 元24上傳輸，沿走廊4S將多個扇區75、85交錯以便

在基地台20之範圍内，如藉由遠端天線單元24所延伸， ，相同扇區之間不發生交接。通常以頻率、碼、時間或 夕方法之任何組合分離扇區75、85。細胞服務區内交 遞在早個基地台20内内部管理且因此比細胞服務區間 類型交遞快速且可靠得多。 第3圖之配置中，相鄰遠端天線單A 24#輸基地台 之不同扇區之訊號。第3圖圖示具有按1-2小2-1-2交錯 型樣配置之兩個扇區 及85之組態，但是只要所有扇 區來自單個基地台， 則不限制所使用之扇區之數量。皋 例而言，為達一些目的，1〇 、1-2-3-1-2-3配置可為期望的。 201230707 因為根據設計藉由基地台20分離各扇區（使用一或多個 多工方法），遠端天線單元上的交錯扇區將消除自干擾。 此增加細胞服務區内交遞之數量，但是如先前提及，細 胞服務區内交遞比細胞服務區間類型完成得快得多且更 可靠。細胞服務區内交遞通常足夠快速以易於適應極其 快的車輛速度。 第3圖之實施例之遠端天線單元24 (RAU 24)經由纖 0 維鍵路22連接回基地台或頭端。RAU 24沿下行鏈路方 向26基本複製由基地台2〇產生之訊號，且沿上行鏈路 方向28複製由行動台產生之訊號。因此第3圖中表示之 系統部分為基於纖維之一對多（及多對一）重發系統。 由於最大化RAU 24 (每個基地台20 )之數量使細胞 服務區間交遞最小化，故通常藉由此來最大化第3圖中 類型之系統之優點。然而，連接至單個基地台2〇及頭端 單元之大量RAU可產生可損害資料完整性之嚴重多路 Ο 徑效應。舉例而言，此狀況發生於當接收器在不同時間 接收相同訊號之多個副本時，該相同信號由不同RAu傳 輸、具有由不同纖維及無線距離引起之延遲造成的不同 到達時間。如同回音’不合時宜之資料將在接收器處產 生干#。因此降低了資料結果之損失及總資料率。 由於欲覆蓋之覆蓋區域通常較大，故MDAS系統通常 亦具有高無線傳輸功率要求。對於用於行動寬頻之大面 積地佈署之DAS，需要許多RAU以確保足夠高的訊雜 比，以支援高資料率，諸如在第4代寬頻無線存取協定 10 201230707 中所規定。因此，許多RAU之總功率消耗可為顯著的。 在增加DAS系統中之RAU之情況下，若干有效上行 鏈路RAU電路亦持續產生至基地台20或頭端處之接收 器之雜訊。此增加在基地台處之接收之雜訊底且因此降 低接收器靈敏度及總效能。在增加有效RAU之數量之情 況下，系統之總雜訊底增加。在較大DAS系統中，總雜 訊底之增加將降低接收器之靈敏度且降低個別RAU之 ^ 有效覆蓋大小。 〇 因此，如本發明之另一實施例或態樣，諸如第3圖所 示之系統之RAU 24能夠個別地偵測行動收發器且依需 要將自身切換為有效核式或待機板式。 第4圖圖示RAU 24之實施例之大體方塊圖，RAU 24 配備有近接感測器42、雙向放大器級UL及DL、雷射器 44、光偵測器46及微控制器介面MCU。RAU 24在第4 圖中描繪為處於待機模式。在此模式，近接感測器42 〇 尚未，即，目前沒有感測到具有行動收發器之行動車輛 48之存在。因此，在此待機模式，近接感測器42中繼 表示在近接感測器42之服務區域中沒有車輛之訊號。 MCU讀取此訊號且將此解釋為在MCU之服務區域中沒 有車輛且放置或保持RAU 24於待機模式。

如第5圖所示，當車輛48進入RAU之服務區域時， 近接感測器42中繼訊號至MCU且近接感測器42將此 訊號強度與表示「服務區域内車輛」狀態之臨限值位準 比較。當車輛38在覆蓋區域中時，滿足臨限值且MCU 11 201230707 使放大器DL及雷射器UL兩者退出待機模式而進入有效 模式。因此，此行為完成用於資料封包之下行鏈路（DL) 及上行鏈路（UL)路徑，資料封包經由連接至新啟動之 RAU 24之光纖鏈路22而傳輸至行動發射器且傳輸回基 地台頭端單元。 替代實施例使用無線訊號強度自身而非獨立感測器來 決定服務區域巾車輛之存在。由行動發射器傳輸之訊號 〇 #度由RAU之天線接收且接著將所接收訊號之部分麵 合至用於近接感測之功率偵測電路。 第6圖圖示第3圖之實施例之一般類型之系統，系統 使用第4圖及第5圖中所示之實施例之一般類型之 RAU在正吊狀恶，各RAU處於預設待機模式（在圖式 中非陰影處之覆蓋區域）’但是獨立感測接近聊附近 之行動裝置之存在。在車輛附近之RAU處於有效模式 (在圖式中陰影處之覆蓋區域）。由於各rau將自主監 ◎控接近車輛且自身啟動’故對於切換活動而言，不需要 來自基地台頭端單元之控制訊號。當周圍不存在帶内行 動無線裝置時，RAU保持於待機模式且使dl及電 路之某部分無效。各RAU獨立使用更多近接感測器中之 者來監控RAU之各别服務區域。近接感測器提供輸出 強度與遞減之輯纽叙職。#祕⑽超過在各 别RAU處之預定臨限值時，將則置放於有效模式。 田車柄位於各别覆蓋區域内時’臨限值位準對應於近接 感測器訊號位準。在車輕離開覆蓋區域後，近接訊號下 12 201230707 Ο Ο 降至低於預定臨限值且各别RAU恢復待機模式。因此， 近接訊號充當觸變訊號以將RAU放置為待機或有效模 式。當具有行動傳輸裝置之車輛沿通道路線行進時，每 當車輛位於各别RAU之覆蓋區域内時，RAU中之每一 者將自身切換為有效模式…旦處於有效模式，即將使 先前無效的见及沉電路退出待機且重新開始正常操 作，經由光載無線訊號鏈路傳輸且接收來自行動傳輸裝 置之訊號。-旦車辆_ RAU之錢區域，RAU即經 由預疋臨限值位準纽由近接感測器感測到事件a恢復待 機模式。如第6圖所示，RAU之昨阻枯A堆 kali之臨限值位準經合意地組 態’以使得在任—時刻將不超過3個RAU (每個車輛） 置放於有效模式。在此特定情形中，#在2個車輛， 每個車輛啟動三個RAU。 為達描述及界定本發明之目的，應注意參照本文， 參數或另一變量之「函數之變| 」之變置不思欲表示變量僅為 所列出參數或變量之函數。相 i 相夂參照本文，所列出參 之「函數」之變量意欲為無限的，以使得變量可為單 個參數或複數個參數之函數。 亦應注意，本文「至少—伽 个又至夕個」組件、元件等之敘述不 應用以產生以下推論：量 „ 7 里J之朁代性用法「—」應限於 早個組件、元件等。 應注意，與預期用途之敘述相反，以特定方法「程式 t」、「組態」或「程式化」讀特定方式實施特定性質 Η力叙本揭示案之組件的本文敛述為結構性敘述。更 13 201230707 八體Q之’參照本文’其中組件經「程式化」或「組態」 之方式表不組件之現有實體條件且因此，意欲理解為 組件之結構性特徵之明確敘述。 本文使用之如「較佳」、「共同」及「通常」 之術”。不用以限制所主張發明之範疇或暗示某些特徵結 構f於所主張發明之結構或功能為關鍵的、本質的，或 重要的。相反，此等術語僅意欲識別本揭示案之實 〇 心j之特疋恶樣或強調在本揭示案之特定實施例中可利 用或可不利用之替代性或額外特徵。 ^達插述及界定本發明之目的，應注意，本文利用術 语―「約」表示可歸因於任何定量比較、值、量測或其他 表:之不確定性的时程度。本文亦利用術語「约」來 表不定量表示可不同於所述參考，而不導致標的之基本 功能中之變化有爭議的程度。 /詳細描述本揭示案之標的且參照本揭示案之特定實 ° 施例’應注意’本文所揭示之各種細節不應理解為暗示 細即涉及本文所述各種實施例之主要组件之元件，即使 在特定元件在隨附本實施方式之圖式中之每—者圖示之 2下亦是如此。相反’本文之附加中請專利範圍應按 ‘·、、本揭示案之廣度之基礎表示及本文所述各種發明之相 應範疇來理解。另外，顚而屆 肝力卜顯而易見，在不脫離在附加申請 專利範圍中所界定之本發明之範•的情況下修改及變 型為可能的。更具體言之，雖然本文將本揭示荦之一些 態樣_為較佳或尤其有利的，預期本揭示案並不限於 201230707 該等態樣。 應注意，以下申請專利範圍 φ JA： ^ ^ , . 或夕者利用術語「豆 中」作為連接詞。為達界定本發 '、 *a - ^ , 2, λ . ^ 目的’應注意，在 申明專利範圍中引入作為弓丨入結 夕姑斗、* & 1 b 系列特徵之敘述 之開放式連接詞之術語，且雍 之P…… 「 乂相同方式解釋爲更常用 之開放式刚序術語「包含」。 圖式簡單說明】 Ο 第1圖為在典型蜂巢式通訊 兄甲兩個基地台之間 的細胞服務區間交遞之圖示。 第2圖為用於沿行動走廊之|線霜罢> …琛復盍之典型現有基地 台佈署的圖示。 第3圖為使用具有細胞服務區内交遞之光載無線訊號 分配天線系統(…AS)之系統及方法之實施例的圖 7f\ ° 第4圖為處於待機模式之遠端天線單元之實施例之 圖。 第5圖為處於有效模式之遠端天線單元之實施例之 圖。 第6圖為圖示光载無線訊號分配天線系統之實施例之 操作的圖’光载無線訊號分配天線系統具有第4圖及第 5圓f所示或類似於此之類型的遠端天線單元。 【主要元件符號說明】 ° 系統 20、23、細胞服務區/基地 30、40、台 15 201230707 50 ' 60 ' 70 ' 80 22 光纖鏈路 24 遠端天線單元 /RAU 25 細胞服務區間交遞 26 下行鏈路方向 28 上行鏈路方向 35 細胞服務區内交遞 42 近接感測器 44 雷射器 45 鐵路/行動走廊 46 光偵測器 48 車輛 55 非同步網路 65 85、SI、 S2 ' S3 區域 扇區 75 覆蓋波瓣/扇區

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Claims (1)

1. 201230707 七、申請專利範圍： 1. 一種用於一高速行動運輸走廊之寬頻無線行動通訊系 統，包含： 一基地台’該基地台利用兩個或兩個以上扇區； 一分配天線系統，該分配天線系統連接至該基地台且包 括沿該走廊及該各别基地台之扇區分配之遠端天線 單元’該基地台之扇區在該等遠端天線單元間交錯以 0 使得沒有兩個鄰近天線使用來自相同扇區之訊號。 2. 如明求項1之寬頻無線行動通訊系統，其中該分配天線 系統為一光載無線訊號分配天線系統。 3- 如喷求項1及2中之任一項之寬頻無線行動通訊系統， 其中該等遠端天線單元中之至少一者為一自主感測遠端 線單元該自主感測遠端天線單元經構造以回應於本 C3 端感測到存在号本益+ / 长走廊之一行動收發器，在待機模式與 有效模式之間觸變。 4- 如請求項丨及9 + 〒之任—項之寬頻無線行動通訊系統， 其:料遠端Α線單元中之每一者為—自域測遠端天 線单元，号·白士 4 μ 感測遠端天線單元經構造，以回應於存 在沿該走麻之—— 订動收發器，在待機模式與有效模式之 間觸變。 17 201230707 5.如請求項3之寬頻無線通訊系統，其中該自主感測遠端 天線單元包括在該待機模式未供電且在該有效模式供電 之雷射器及光偵測器。 6·如請求項3之寬頻無線通訊系統，其中該自主感測遠端 天線單元包括在該待機模式未供電且在該有效模式供電 之放大器。 -種操作用於问速行動運輸走廊之一寬頻無線行動通 訊系統之方法，該方法包含以下步驟： 提供—基地台，該基地台利用兩個或兩個以上扇區； 提供77配天線系、统，該| g己天線系統連接至該基地台 且包括沿該走廊及該各自基地台之扇區分配之遠端 天線單7G，該基地台之扇區在該等遠端天線單元間交 錯以使得沒有兩個鄰近天線使用來自相同扇區之訊 號；及 使用該基地台之扇區之間的細胞服務區内交換以將無 線通訊從-遠端天線單元傳遞至下_個遠端天線單 元0 項7之操作—寬頻無線行動通訊系統之方法進一 ,3 X下步驟.在該等各别行動天線單元，感測沿該 走廊在該各自遠端天線單元之該操作區域内存在及/或 18 8. 201230707 不存在—行動無線收發器。 ，勹，項8之操作一寬頻無線行動通訊系統之方法進一 步13 Μ下步驟：當在該各别遠端天線單元之該操作區 域内感測到—行動無線收發ϋ時，將該各别遠端天線單 元置放於—有效模式，及/或當在該各别遠端天線單元之 =操作區域料L卜行動無隸發n時，將該各别 〇 逖端天線單元置放於一待機模式。 如明求項9之操作—寬頻無線行動通訊系統之方法，置 放於待機模式之步驟包括以下步驟：在該遠端天線單元 中不向雷射器、光二極體及放大器供電；且置放於有效 莫式之步驟包括以下步驟：在該遠端天線單元中向雷射 器、光二極體及放大器供電。 田