CN1214815A

CN1214815A - 本地多点式分布系统

Info

Publication number: CN1214815A
Application number: CN96198902A
Authority: CN
Inventors: 赫门·巴斯塔曼第; 陈河伦
Original assignee: Stanford Telecommunications Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1995-12-06
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 1999-04-21
Anticipated expiration: 2016-12-04
Also published as: WO1997021276A1; AU723186B2; EP0873594A4; JP2001518243A; EP0873594A1; CN1126290C; BR9611926A; EP1619905A3; KR19990071961A; USRE39677E1; KR100446418B1; AU723186C; AU1078197A; EP1619905A2; US5809431A

Abstract

一种本地多点式分布系统是包含一耦接至多个基地台的头端,这些基地台各构成一个单元,每个基地台均具有多个区段波束天线,还包含单元的每个区段的多个Rf用户台,每个用户台均具有一个窄波束宽度的高增益的天线朝向该区段波束天线,该区段波束天线是朝向其所指定的区段,每个用户台是以TDMA控制,以及每个用户台传输的功率均在相同的功率电平的下分别到达其基地台。

Description

本地多点式分布系统

本发明的背景和简要说明

对于传送至以及来自住宅以及商业的使用者更大的信息与数据传输量的需求是持续地比所能跟上的供应更快速地成长。这种信息的需求是由各式各样包括有各种型式的电话系统、电缆系统、混合的光纤/电缆系统以及无线系统的型式来满足的。本发明涉及一种欲提供这种象广播视频、随选视频、多媒体能力、互动式视频、高速数据、电话以及电脑数据链路为例子的服务的本地多点式分布系统(LMDS)。该系统可以提供一种例如为来自本地的TELCO的中央局(CO)或电缆的头端局，而在所有的情形中是为来自系统中的设备被定义为“头端”的设备的无线的介面。图1说明了这种系统。请注意此系统是包含有三种基本的组件，亦即头端的设备、基地台的系统以及多个系统服务的用户。此整个系统是由一种具有非重叠单元的地面结构所构成，其中每个地面结构是由数百个用户所组成，这些用户全部是由一个基地台所支援。某个数量的基地台是全部界接至单一的头端。

如图1中所示，该头端收集所有将被分布至整个系统的信号，因而形成了一种星形的结构。该头端位于该星形的中心处，这些基地台是围绕着该头端并且这些用户是围绕着这些基地台。作为所收集的信号的例子，数字视频可经由卫星链路而被收集，电话系统的介面可通过等级5的开关而被提供，并且高速率的数字数据网路可通过一种高速率的数据开关而加以界接。送至以及来自该头端的数据是被分布至此具有本地的基地台的系统，每个基地台是被指定来服务其地面单元的用户。

虽然在此所提出的说明是大致为有关于一种“微蜂巢式”的系统，其被定义为一种具有5公里半径或更小的单元系统，本发明同样可应用至一种“巨集蜂巢式”的系统，在此其被定义为一种具有半径大于5公里的单元系统。

发明内容

本发明的技术方案在于：提供一种本地多点式分布系统，其特征在于，包含一耦接至多个基地台的头端，每个基地台均构成一个单元，每个基地台均具有多个区段波束天线，每个区段波束天线是用RF通讯信号来照射该单元的一个预定的区段；单元每个区段的多个RF用户台，每个用户台均具有一个窄波束宽度的高增益的天线朝向该区段波束天线，该区段波束天线是朝向其所指定的区段，在每个用户台的分时多重存取控制装置是运作使得在一给定的区段中的用户并不彼此相互干扰其传输；用以控制所传输的功率电平使得所有的用户信号均在大约相同的功率电平下分别到达其基地台的装置；用以控制传输信号的时序使得所有的用户信号均在专用指定的时间下分别到达其基地台，因而将相互干扰的可能性降至最低的装置；以及用以控制传输信号的频率使得所有的用户信号均运作在其适当指定的频率下，并且与基地台所接收的所有其它的载波频率均为正交的装置。

上述的本地多点式分布系统，其特征在于：这些单元是呈六角形，并且这些区段是被配置使得这些用户并不直接射向紧邻的单元的基地台的3db波束宽度中。

上述的本地多点式分布系统，其特征在于：这些单元是呈矩形，并且这些单元的区段是被配置使得这些用户并不直接射向紧邻的单元的基地台的3db波束宽度中。提供一种本地多点式分布系统，其是包含一耦接至复数个基地台的头端，每个基地台均构成一个单元，每个基地台均具有复数个区段波束天线，每个区段波束天线是用RF通讯信号来照射该单元的一个预定的区段、对于一单元的每个区段的复数个RF用户台，每个用户台均具有一个窄波束宽度的高增益的天线朝向该区段波束天线，该区段波束天线是朝向其所指定的区段，在每个用户台的分时多重存取控制装置是运作使得在一给定的区段中的用户并不彼此相互干扰其传输，一装置用以控制所传输的功率电平使得所有的用户信号均在大约相同的功率电平下分别到达其基地台，一装置用以控制传输信号的时序使得所有的用户信号均在专用指定的时间下分别到达其基地台，因而将相互干扰的可能性降至最低，以及一装置用以控制传输信号的频率使得所有的用户信号均运作在其适当指定的频率下，并且与基地台所接收的所有其它的载波频率均为正交的。

在此所说明的本发明中所体现的独特特点包含以下几点：

1)信号分布的微蜂巢式的系统可应用于本地多点式分布系统(LMDS)。

2)信号分布的微蜂巢式的系统具有1的100％的频率重用，具有四区段矩形阵列单元以及具有六区段矩形阵列单元。

3)信号分布的微蜂巢式的系统具有1的100％的频率重用的具有四区段矩形阵列单元以及具有六区段矩形阵列单元，在运作于相同的频率下的相邻单元的区段间采用交互极化隔离。

4)信号分布的微蜂巢式的系统具有1的200％的频率重用的具有四区段矩形阵列单元以及具有六区段矩形阵列单元，在运作于相同的频率下的相邻单元的区段间采用交互极化隔离，并以增加这些单元的区段化的方式运作。

5)信号分布的微蜂巢式的系统具有1的100％的频率重用的具有四区段矩形阵列单元以及具有六区段矩形阵列单元，在运作于相同的频率下的相邻单元的区段间采用智慧型频率管理。

6)能够提供例如模拟的视频广播、广播或是随选模式下的数字视频、互动式多媒体服务、高速率的数字数据服务、电话、以及家中的监视系统，例如可能是用于电表的读取或是居家安全警报系统。

7)频率参考技术使得用户的设备同步于基地台的高稳定性的来源，从而将a)设备的制造成本，b)信号的撷取时间，以及c)信号频宽冗余(overhead)的需求降至最低，以包容硬件频率的不稳定特性。

8)闭回路的用户传送功率控制技术使得这些用户在基地台所接收的功率电平均接收在相同的电平，因而将任何介于用户信号间的相互干扰降至最低，并且在该基地台的RF接收设备中并不需要任何明显的AGC。

9)闭回路的用户传送时序控制技术使得这些用户在基地台所接收的信号时序是被该基地台以渐增的方式所调整，该增量是等于该传送信号的符号周期，以确保所有信号均接收在一个最小的来自其它用户的信号的相互干扰下。

10)选择性的使用天线极化分集(diversity)作为将相邻的单元的干扰信号最小化以及增加整体可取得的系统容量的装置。

11)TDMA产生信号的结构，将传送的信号格式的效率最大化。

12)产生信号的系统是运作在ATM系统的规格下，该规格可有效率地利用系统产生信号的容量、以及高弹性与适应性的信号格式，其容许当用户的数据需求改变时，即时且有效率的系统频宽的重分布。

13)预定线路通道的能力以及信号格式可以在用户的需求与用户的数量改变时，即时地使用户容易且有效率地进出。

14)预定线路通道的能力以及信号格式简易且有效率地包容即时的用户对于所要求的服务的改变、所要求的服务的追加以及对于所提供的服务(例如像是“VCR”对于所观看的视频的控制)的控制功能(例如“暂停”的功能)的执行的控制需求。

15)频率计划在下游之上提供正交的OC-1个间隔在F频率阶级的频道，其中F是该下游频道的传输数据速率，并且在上游之上提供1/2OC-1个间隔在F′的频道，其中2F＇=F。

16)选择性地使用双向的卫星链路介面，使头端面对一个地理上距离中央单元系统为遥远的单元的基地台。

17)最高效率的数据串(burst)数据机技术的采用使得多个相互为非同步的时间多工的信号由单一的接收器所接收成为可能，该信号是个别从不同的传输来源发射出，因而简化了传送与接收设备的设计与成本。

18)在一个无线的媒体上非同步的传输模式的利用，其用于高速的数据传递，结合了高度有效率的传输数据帧的格式的实现，该格式是将该帧区分成五种不同的数据类型，并且包含以下的特点以及属性：

a)一种媒体存取控制方法，其是在下游上采用时分多工而在上游上采用时分多重存取，并且其中该上游帧的时序是同步于该下游帧的时序；

b)在上游之上利用一个帧起始的ATM单元作为用于该上游帧的时序的同步化的装置；

c)利用由一群连续的网的入口时隙所组成的一区域的上游帧，其用于被电源打开后新进入网路的用户做非同步的存取；

d)利用由一群连续的时隙所组成的一区域的上游帧，其用于用户服务请求的随机存取的传送；

e)为了收集电表数据、居家安全警报的监视以及在操作系统的硬件上正常与状态的数据，利用一部分的上游帧用于用户的询问；

f)利用该帧的剩余部份用于在该ATM模式下数据的通讯。

以下结合附图进一步说明本发明的结构特征及目的。

附图概述

图1是结合本发明的本地多点式分布系统(LMDS)的概要方块图；

图2是结合本发明的一种六角形、三区段的单元样态的图形表示；

图3(a)的表1为一般参数，图3(b)的表2是一般基线通讯链路的参数；

图4(a)是一般六角形、单一、三区段的单元样态，图4(b)是一般六角形的七单元、三区段的样态；

图5是结合本发明的一般六角形、七单元、六区段蜂巢式系统结构；

图6(a)是一般矩形、单一、八区段的蜂巢式系统结构的说明，图6(b)是结合本发明的一般矩形、九单元、八区段的蜂巢式系统结构的说明；

图7说明了具有100％频率重用的最佳的六角形、三区段的蜂巢式系统的实施例；

图8是一种具有100％频率重用的最佳的矩形、四区段的蜂巢式系统结构的实施例；

图9说明了一种具有200％容量的最佳的矩形、八区段的蜂巢式系统结构的实施例；

图10说明了一种具有200％频率重用的最佳的六角形、六个区段的蜂巢式系统结构的实施例；

图11是一种具有卫星链路至地理上为遥远的用户的本地多点式分布系统；

图12(a)是典型的下游频率配置的LMDS频率计划、1in4频率重用、每区段6个频率频道，图12(b)是典型的LMDS频率配置、每区段2个频道；

图13(a)是用于下游帧的典型的信号帧结构，图13(b)是用于上游帧的典型的信号帧结构；

图14是典型的上游帧的格式；

图15的表3为一般控制与数据讯息的表格；

图16(a)至(d)是说明一般被用于上游与下游通讯中的讯息格式；

图17是说明在基地台的上产生用户频率调整命令的方块图；

图18是说明在基地台的上产生用户功率电平调整命令的方块图；

图19是说明在基地台的上产生用户时序信号调整命令的方块图；

图20是说明在用户点上用户频率跟踪与校正的方块图；以及

图21是说明在用户点上用户传输功率电平的调整动作的方块图。

本发明的实施方式

图1示出了典型的LMDS系统结构，其中头端设备HEF在此案中是显示从三个举例的来源收集信号与数据。这些举例的来源一个是来自于卫星下链路输入10，另一个是来自于双向的公用电话系统网路介面11，再一个是来自于双向的数据网路介面12。该系统形成一种星形的网路，其将信号传输至该头端，从该头端传输至一系统的基地台BS-1…BS-N，每个基地台是服务地面单元的用户s1-1、s1-2…s1-n、sn-1、sn-2…sn-n，这些用户传送与接收许多的服务，其可能包含有象是数据为：

1)模拟的视频广播信号。

2)具有运作于广播或是随选的模式下的分布的数字视频，当运作在随选的模式下例如控制一VCR的视频播放时其具有遥控的能力。

3)由有线电视节目或是传送在随选的基础下来自一视频伺服器的节目以MPEG-2编码的数字视频的传送。

4)包含互动式多媒体服务、全球信息网的存取、档案传送的协定、以及电子邮件的高速率的数字数据的服务。

5)桌上型以及全萤幕的视频会议。

6)包含简单且旧型的电话服务(POTS)的双向的电话，其具有单一或是多条线的能力、T1存取以及基本速率与主要速率的ISDN服务。

7)互动式多媒体以及利用电脑与例如为Sega或是Nintendo的游戏机的游戏。

8)远端的家中监视服务，象是被用于电表数据的读取、居家安全警报的服务、以及操作系统的硬件上正常与状态的监视蜂巢式系统的结构

多种不同的蜂巢式系统结构均可与本发明的系统一起被利用。在此所讨论的两种结构是为矩形的单元阵列以及六角形的单元阵列。一种100％频率重用的系统将加以显示为可以用该两种形式的阵列以多种方式被达成。亦将显示的是系统的容量可轻易地藉由在该阵列中频率指定计划的适当的选择，结合该阵列的单元增多的区段化而被加倍。此外，亦将显示的是在某些不利的单元阵列中，100％频率重用的系统仍然可藉由结合极化的分集于相邻的单元所传送的信号中而被达成。

图2说明了一种典型的蜂巢式系统结构。一个简单的六角形单元是以粗的轮廓线被显示出。该单元具有三个120度被标示为A、B与C的区段。该单元基地台位于该单元的中心。在此例中，该基地台被提供有三个120度的区段波束天线AA、AB以及AC，每个区段波束天线是在箭头所指的方向上照射这些区段的其中之一，这些箭头是从这些基地台的中心指入区段A、B与C。应注意的是区段A的天线AA并不照射区段B或C。同样地，区段B的天线AB并不照射区段A或C，并且区段C的天线AC并不照射区段A或B。每个基地台是支援一系统所有的一般均位于其服务区段中的用户。两个区段A的此类用户是显示为X1与X2。用户通常都设置具有窄波束宽度、相当高增益的天线。(图3a)1示出了一组典型的整体系统参数。表2(图3b)示出了一组基线通讯链路的参数。该用户的窄波束天线是如这些从X1与X2发出且瞄向该基地台所在的单元的中心的箭头所指地、直接指向该基地台。该窄波束天线提供几乎消除多路径干扰的可能性的效果。

从该基地台到这些用户的传输方向在此是被称做为“下游”，然而从这些用户到该基地台的传输方向在此是被称做为“上游”。从表1(图3)可知，如联邦通讯委员会所定义，有850MHz被配置用于下游的传输，而有150MHz被配置用于上游的传输。此整个被配置的频宽将被等分在各个区段间，视所选的特殊单元结构有多少个区段而定，在此例子为三个。因此，区段A、B与C利用不同但相等的部份(每个为1/3)、该整体所配置的系统频宽的非重叠的部份来运作。

图4显示具有七个单元的系统。如图2中所示的单一单元的样态是在图4(a)中被重复。此七个单元的样态是等样地重复该单一单元的样态于每个单元中。这些单元在此只由被置放到其上的数字标签所区别，其中在单元1内所有的区段均藉由附加置其标签的1所识别。

同样地，一个2是被附加至其标签，若其位于单元2中，一个3是被附加至其标签，若其位于单元3中，依此类推至所有的单元。然而应注意的是，所有被标上A的区段是运作在相同被指定的频带上，所有被标上B的区段是运作在其相同被指定的频带上，而所有被标上C的区段是运作在其相同被指定的频带上。此暗示了相互的干扰可能会发生在运作于相同的频带的相邻的单元区段中基地台与用户间。此问题是如下所述地被消除。用户传输功率的控制与相邻的单元干扰信号

在一实施例中，所有的传输将会以一种TDMA格式来通讯。对于所有来自该基地台的信号的下游传输的功率电平将会被调整以提供最大范围的适当的接收信号电平给这些用户。上游传输的功率电平是源自于在该单元中所有众多的用户。这些用户将在不同的指定时间传输以不与其它的传输相互干扰。来自所有的用户的传输的功率电平将被维持在一个电平使得所有的用户信号在大约相同的操作电平下到达其个别的基地台。此进一步地降低了在相同单元中的用户间相互干扰的可能性。

在一个单元内的用户与基地台将在相同的频带内，并在被指定来使用这些相同的频率与时隙的相邻单元的区段的用户与基地台的相同的被指定的时隙的下产生信号。因此，在此系统中有两个主要的可能干扰源。一个单元的用户可能传送干扰信号进入运作在相同频率下的相邻单元的基地台中，或者是一个基地台可能传送干扰进入运作在相同频带下的相邻单元的用户中。例如，在单元2中的区段A2的用户可能照射到单元1或是单元7中的区段A的基地台。在单元1中的区段A的基地台可能照射到单元2以及3的区段A中的用户。

考虑第一种情形。单元2的区段A2中的用户均使其窄波束天线指向单元2的区段A2的基地台。此为该例子，并且考虑该用户天线的3dB波束宽度仅为3.8度的事实，其天线并不能够射进单元1或7的A区段基地台中，除非该用户是位于中心为沿着通过区段A2与A7以及通过区段A2与A1的两条线的3.8度的片段内。此外，单元2的用户的3.8度的片段也射进区段A6。在区段A2中的用户是离区段A7与A1的基地台有三个单元半径远，而离区段A6的基地台有四个单元半径远，使得他们的干扰信号将会因到达这些区段A1、A7或是A6的时间而大为地衰减。再者，在这些增大的运作范围下，可预期的是传送距离的损失以不在是20log(距离)的函数，而是40log(距离)或是50log(距离)的函数，因而整体的衰减是非常显著并且所接收到的干扰电平为可忽略的。

现考虑从基地台照射进入用户的天线。再次回想起用户均使其天线直接指向其个别的基地台。此为该例子，同样地只有少量接收到干扰信号，换言之在区段A2中的3.8度的片段，将会从A1、A7与A6中的基地台收到干扰。此片段是其天线样态涵括了区段A2中的基地台以及区段A1、A7与A6中的基地台的用户的片段。再一次地，此干扰信号显著地被衰减，首先是因为它是三或四倍的距离其基地台地远，其次是因为在此种距离下传送的损失是如同以解释过般相当快速地增加，因而所接收到的干扰信号电平将会是不显著的。改良式的六角形样态

即使在大多数的例子中，该干扰信号电平可充分地被衰减，但仍想要能够具有若需要的话，为了改良的相邻单元的隔离的改良式蜂巢式系统设计。此可藉由利用图5中所说明的单元配置而被完成。

图5再次说明一种六角形的七个单元、看起来是三个区段的样态。在此例中，每个原先的三个区段都已被分成一半，如区段A所示使得现在实质上共有六个区段。这些半个区段对于区段A是显示成Ai与Aj。应注意的是，Ai与Aj的置放对于所有沿着该依循在该蜂巢式态样上显示的箭头的对角线的单元而言都是相同的。此相同的态样是被依循于该第三对角线列，亦即在第一列底下两列处。然而，在第二列中，A的顺序是相反的。藉由此种技术，现在此系统事实上是一种六个区段的态样，其消除了任何的干扰发射从任何的Ai或是Aj单元进入另一Ai或是Aj。当任何的发射真的从先前入侵的相邻区段抵达时，其是以一个明显地在该接收天线的3dB束宽度外的角度抵达。矩形的蜂巢式结构

图6(a)举出了单一矩形的蜂巢式系统结构的例子。图6(b)示出了扩展至一个九单元的结构。回想图2中所示的六角形单元的结构所作的说明，可以说其描述为相同的，亦即单元的中心是为基地台所在处。该基地台从其中心传输向外。在一给定的区段中的用户，例如区段A1，将他们的天线直接瞄向基地台所在处。该八个区段的每一个均运作在该FCC配置的频带的不同的部份上。然而，应注意的是，每个字母的命名各有两个。此原因是显示于图6(b)中。应注意的是，两个A的顺序是在其位置相邻的单元上与图5中六角形的单元结构相反。这些单元是藉由在该单元的中心下方的一个数字所指明。应注意的是，水平地从单元2移到3、移至4，两个A的顺序每次均反转。同样地，垂直地从单元2移到9、移至8，两个A的顺序亦反转。此原因是为提供相同于该六角形样态的条件，亦即这些用户并不直接发射至紧邻的单元的基地台的3dB束宽度中。同样地，基地台并不直接射向位于紧邻的单元的用户的天线。直到该距离至少大于正常运作于一单元中的距离三倍，此才将相邻的单元干扰的可能性降至最低。单元间的极化的分集

相邻的单元间的隔离是十分重要，因而为了一组用户的传输并不被另一组用户所接收。如前述所论及的，不论该单元结构是六角形或者是矩形，一个显著的隔离程度均可藉由适当的单元结构设计而被提供。天线极化分集的利用可有助于增进相邻的单元间的隔离，并且此还可能增进整个系统的有效容量。考虑图4(a)与4(b)中的蜂巢式样态，若极化的分集被利用在相邻的对角线列的单元间，则1的频率重用在整个六角形系统上均可达成。同样地，考虑图6(b)中的蜂巢式样态并且甚至假设是一种四区段的样态而非八区段的样态时，若极化分集被利用在相邻的对角线列的单元间，则1的频率重用同样是可被达成，在此例中为整个矩形的系统。

限制极化分集的有用性的因素为，1)一天线所能达到的交互极化的隔离量，2)下雨可能去极化信号的程度，或者是由于下雨的效应所产生的交互极化的成份程度，以及3)多通路可能存在该系统以及减低该交互极化的隔离的程度。例如，具有大约为该系统用户所需求的增益的号角式天线可提供至少25dB的交互极化的隔离。在此种考虑下，相信对于此系统而言经济划算的设计是可被达成的。亦可显示的是在系统的运作频率下，将不至有足够的信号的去极化来明显地降低系统效能，亦即例如，在美国最会下雨的区域内99.9％的时间所得到的信号对干扰比将不会恶化至大约25dB以下。最后，该多通路的问题是藉由用户的天线具有非常窄的束宽度并且可被预期接收到以多通路信号的形式的不明显的干扰的事实而被避免。同样地，此种用户窄的束传输亦将产生最小的多通路信号至基地台。增加的单元区段化以及极化分集的利用达成1的100％频率重用

基线的系统是假设一个用户数目的密度为每1公里半径的单元有1000个用户。当此数目的密度增加时，该系统必须被设计为能够容纳该成长。其是显示，例如对于矩形的单元从4至8，而对于六角形的单元从3至6的增加的单元区段化是改善了相邻单元干扰的状况。类似地，其是显示藉由极化分集的利用，1的频率重用对于六角形与矩形的单元结构均可达成。最后，其是显示藉由适当的操作频带的选择与分派，例如在图5与图6(b)中被标示为Ai与Aj的A区段的两频带的利用所示，相邻单元的干扰再度被降低。所有这三种技术均可被采用于数目密度的增加事项上，以获得在频率重用上的增加，因而对于这些阵列结构在整体有效的系统容量上获得增加。

上述的技术达到了该阵列结构所假设的最大容量。此种结构是可能必须因为地形或是某些其它的考虑下被使用。所述的阵列结构并非是用于此系统的最好的结构。最好的结构是容许至少200％的系统容量的达成，并且描述如下。最佳的六角形阵列

图7示出了一种改良的六角形阵列结构。其在此是被称做为“最佳的”阵列是因为其提供了1的频率重用而不需要极化分集。此优点是因为系统容量可只藉由单元的区段化就被达成。

应注意在图7中，运作于相同的频带下，但在相邻的单元中的区段是被彼此相邻地置放。再次地在此，如前所述，这些箭头是指示来自基地台的RF传输方向。此将不会有相邻的A区段间相互的干扰，因为用户的天线是分别指向其基地台，而远离相邻的单元的基地台的方向。检查相对于A1单元的信号传输方向，并没有干扰物直到抵达区段A9为止。此为四个单元半径远，而保证了所接收到的信号强度将远低于任何在A1的明显的干扰电平。最佳的矩形阵列

一种类似的“最佳”矩形阵列是显示于图8中。再次地，该在此所定义的最佳是表示1的100％频率重用的达成是不需要诉诸极化的分集的利用。应注意的是，传输箭头为了清楚起见是被省略，并且每个单元的中心，亦即这些基地台所在处是由一个黑圈所指明。在此例中，区段A的第一个干扰源并不会遇到直到区段A10为止，其是五个单元半径远，而再次保证了所接收到的信号强度将会低于任何在A1的明显的干扰电平。200％容量的最佳的矩形阵列

如先前所指地，期待的是此系统能够支持假设数量密度的增加的成长，以及在一给定的单元中被服务的用户数目超过容量的成长。增加的容量可藉由最佳的阵列态样的修改以及增加的区段化而来达成。图9是说明一种达到200％的系统容量的八区段的矩形阵列态样。应注意到仍然只有由A、B、C、D标签所指明的四个频带，但他们在每个单元中各被用两次。此是增加容量两倍。也应注意的是相邻的单元间的干扰是最小的，例如下方的A9照射下方的A3。亦应注意到系统的容量可藉由进一步的区段化以及极化分集的利用而进一步加倍。200％容量的六角形阵列

一类似的最佳阵列可为六角形阵列发展，并且被显示于图10中。如同对于该矩形阵列，其容量被加倍是因为该三个频带在每个单元中被利用两次。对于所显示的阵列，到第一个干扰区段的距离是三个单元半径远，例如区段C2照射区段C1在相邻的单元的远侧。此是足够远使得不会有明显的干扰。即使有任何的干扰，此问题是藉由利用极化分集于连续的单元中来解决。再次地，容量上的进一步增加可以藉由额外的区段化来达成，而若发现必要的话，可以藉由极化分集的利用来维持干扰在可接受的电平或是以下。以卫星链路信号分布至远端基地台的动作

有些情形是某些单元的位置可能在地理上距离其它良好建立的LMDS单元分布站的区域为遥远的。当为此种情形时，有可能无法经济地藉由光纤、同轴电缆或者是直线的通讯链路来连接至这些远端的单元，因而通过卫星来提供远端连接可能较为经济。在此情形下，计划来提供从头端至远端基地台的卫星链路。此卫星链路将扮演完全相同于该头端至基地台的光纤链路在图1中所示的系统结构中所扮演的角色。对于此种选择的一种系统结构是被说明于图11中。此种卫星链路执行所有由光纤链路所执行的功能至系统中的其它单元。其可能的例子为该卫星链路将会依据经济上的考虑以及远端单元站台的需求而具有降低的容量。典型的系统频率计划图

典型的系统频率计划图是显示于图12(a)与12(b)中。图12(a)显示对于下游信号的频率计划图，而图12(b)显示对于上游信号的频率计划图。回想有850MHz被配置给下游信号。如所示共有24个、间隔在33.65MHz居间的下游的67.3Mbps的QPSK载波。回想基本的有效负载(payload)数据速率为51.84Mbps，具有比率为7/8卷积(convolutional)编码连结着(60,54)的Reed Solomon编码。在此例中，因为所有的信号均源自于基地台并且相互为同步的，故其可被分隔在等于1/T的直交的频率步阶，其中T是所传输的符号周期。

上游的QPSK信号被分隔在18.75MHz的频率步阶上。此载送了一个28.8Mbps被传输的有效负载数据速率。这些信号不能够被假设为相互同步的，并且将因此不为重叠的。在此例中，如图12(b)所示相邻的频带将彼此位于其旁边。用户频率稳定性的考虑以及频率控制

其目的是做出最经济的硬件结构，而同时能完全地满足所有的系统效能的要求。作为此一部分，该系统必须能够被简单且快速地配置，并且所传送的信号必须被快速地取得、与假设暂时发生失去信号下被再取得。为了让此成为可能，系统信号的频率不确定性必须受到控制。基地台将提供高稳定度、精确度的振荡器，其频率将可知在一个至少1E-9的准确度下，使得载波的频率不确定性不超过几个赫兹。此种振荡器是相当的贵，因而不能被提供给用户终端使用。能提供在用户终端使用的将是具有稳定度在1E-5到1E-6级数的振荡器，其是提供频率不确定性的范围在29,000Hz至290,000Hz。在这样大的频率不确定性下运作并不容许快速的信号取得动作。

为了避开此问题，用户的设备将只有在接收模式下才启始动作。此将取出该精确且非常稳定的下游信号，用相锁回路来跟踪该信号，并且使所有信号与其同步。此用户的设备然后将测量其所感知存在于所接收的头端信号中的错误，并且假设该错误事实上位于其本身的硬件频率参考部分中。所传送的用户信号频率将藉由在该所接收的头端信号中所测量到的量来加以校正。用户然后将用一个传送信号来开始传送动作，该信号可能会有一个小的频率误差，但其将会与该所接收的头端载波一样稳定。若是任何明显的误差仍然存在，其将由头端所测量出，并且一个校正信号在网路进入的动作期间被传送至该用户，此将于以下被说明。因此，用户带着大的频率误差而进入通讯的可能性将是不可能的。下游TDMA信号帧结构

在下游上的每个时隙将等于一个ATM单元。每个下游频道或者是载波将具有一总数为52.2Mbps的有效负载数据速率。再加上FEC编码的冗余，此变为66.29Mbps。数据传输信号将具有一个帧结构，其每个单元(或者是帧时隙)是具有一个容量等于64Kbps的声音或是一个DS-0频道。此转换为53.2Mbps/(64Kbps+冗余)=每个帧736个单元。由于每个单元包含53个位元组(或是424个位元)的64Kbps信号，该帧的长度将会是6.625ms。在每个帧中的第一个单元将会是帧的指示器，或是帧的同步单元。用于下游信号的帧结构显示于图13(a)中。由于所有的下游数据将被处理成ATM信号，来自一给定的来源的ATM单元将被连续地传送，然而，其也可以彼此分开地出现在渗杂有来自其它的来源的数据的传输位元流中。上游TDMA信号帧结构

每个上游频道将会具有一半的OC-1频道的产出率。包括冗余位元下，传输率将会是28.8Mbps。数据传输信号将具有一个帧结构，其每个单元(或者是帧时隙)是具有一个容量等于64Kbps的声音或是一个DS-0频道。此转换为28.8Mbps/(64Kbps+冗余)=每个帧368个单元。由于每个单元包含53个数据位元组(或是424个位元)，该帧的长度将会是6.625ms。在每个帧中的第一个单元将会是帧的指示器，或是帧的同步单元。所传送的上游信号帧将会被同步于所接收的下游信号帧，使得所传送的上游并不需要一个别的帧同步时隙。上游信号的帧结构是显示于图13(b)中。由用户所传送的数据将以一种将说明如下的格式出现在所指定的时隙中。上游数据帧格式

如先前所指地，由每个用户所传送的上游信号将会被同步于由该用户所接收的下游信号，因此将不需要一个别的帧同步时隙。将被使用在上游信号中的帧格式是显示于图14中。该图显示当其出现在一频道上时的单一信号。所有的频道将具有相同的格式，但将会与不同组的用户做通讯。在一较佳实施例中，整个帧共有四个“区域”。这些区域是由包含该区域的单元所执行的功能所指明。这些区域如下：

1)网路进入区域是由四个连续的单元所组成，并且出现在该上游帧的最开始处，为帧的识别号，或是帧的同步单元。

2)接着是频道与服务指定区域，用户在完成于该网路进入区域中的动作后被指定至该区域。

3)由十五个单元所组成的网路询问区域，在此显示为在该帧中连续地出现。

4)载送来自所有运作在此频道上的用户所需的单元所组成的被指定单元区域。

这些动作的细节描述于下。网路进入以及功率、时序与频率的控制

当一用户第一次打开电源并且尝试进入系统时，该用户的频率、时序与功率电平尚未被检视与调整过。该用户将量测所接收的基地台信号的功率电平，并且知道其所预期接收的信号对于距离的关系，于是其调整自己的传输电平，因而其信号将会在适当的功率电平下到达该基地台。当用户的信号接收于该基地台时，其电平被测量，并且如需要的话将做修正。此是如下地由基地台所完成。该基地台对于每个用户均具有一个储存于存储器中的参考接收的功率电平。当其接收用户的信号时，其比较所接收的信号与储存于存储器中的电平。其差值最初是以一个在该帧的网路进入区域中的校正因子被传送至该用户，并且之后如下所述地在该帧的询问区域中被传送。

用户的频率必须被校正。此大部分是由用户的设备所完成，该设备锁定所接收的基地台信号，用相锁回路来跟踪该信号，并且使系统的参考部分与其同步。对于用户的频率的校正是在该帧的网路进入与询问两个区域中被传送至该用户。

该传送的信号的时序必须被设定使得其适当地与该TDMA格式同步地抵达被接收于该基地台。假设用户以与接收自该基地台的帧识别号信号的理想的同步方式开始信号传输，则接近该基地台的用户将在返回信号上具有大致为零延迟。在最远距离处的用户，对于基线的微蜂巢式系统而言在此假设为至少2公里，但对于一巨蜂巢式系统而言可能将是10公里远，其将分别具有大约13.44微秒至61.2微秒的延迟在其返回信号上，假设其类似地与来自该基地台的帧识别号信号的理想的同步方式开始信号传输。在此上游帧中的每个单元是大约18毫秒长。因此，一个四单元长的网路进入区域提供一个72毫秒长的时隙，此长度是足够长以容纳当该用户的传输时序并未被调整时可能的最大延迟。

当一个用户的设备第一次被打开电源时，其在没有对其时序做任何的调整下传输，亦即传输中的零延迟。一旦基地台接收到新的用户信号时，其测量相对帧中的第一、第二网路进入单元的时序偏差，其比较所接收的信号功率电平相对于一个所储存的参考电平，并且若有的话，其测量其频率偏差。对于所有三个参数，功率电平、频率以及时序，该基地台立刻传送校正数据至该用户，并且等待来接收下一个传输以验证这些校正已被适当地接收并施行。一旦这些校正被验证后，该用户是被指导来传送动作至该频道与服务指定区域，该区域的位置也被指明是到该用户。所有的校正参数均由该用户终端所储存以作为将来的利用。频道与服务指定区域的动作

该频道与服务指定区域的大小将是可变的。其将会由所有其它的区域所不需要的单元所组成、但并不被容许少于一个保证对于将藉由此频道而被服务的全体用户足够的服务的大小。确切的最小的大小将会依用户数目的大小而定。

当被指定到该频道与服务指定区域时，用户的信号参数均已经被调整过，因而当接收于基地台时，其信号将会与该基地台的帧结构为时序上的同步，其频率误差(若有的话)已经被校正，并且其功率电平将被适当地设定。一旦这些动作被完成后，用户是从网路进入区域中被移除而无进一步的动作，因此使网路进入区域可用于其它进入此系统的用户，若必须的话。

在频道与服务指定区域中的动作是由两类型所组成：

1)用户容量与服务需求的建立，以及在所指定的单元区域内操作单元的指定。一旦在频道与服务指定区域中的动作结束后，该用户变成一个线上的用户，其被提供以所请求的固定部分的频道容量与系统服务。

2)由任何线上的用户的额外服务请求的发出，若他们不能够收到来自将描述如下的询问动作的服务时。

在频道与服务指定区域中的动作为一种槽状的ALOHA形式。这些用户进行存取在一个他们希望是空的槽中所要求的频道。碰撞可能会发生在这些用户以一种随机长度的延迟来重复传输时。

由频道与服务指定区域中的动作所完成的功能是为了让该用户去定义其所需要的基地台的服务。该基地台然后将检视操作系统的状况并且定义将占据哪些于该帧的被指定的单元区域中的槽，或是单元给该用户，只要其继续利用所请求的服务。一旦单元指定的指令发出被完成时，该用户传送动作至由该基地台所指出的被指定的单元区域。此后，在频道与服务指定区域中的动作将仅被在紧急，或是优先的状态中的用户所利用，这些状态是可能发生并且为不能够被如下所述的询问动作做足够快速地服务时。被指定的单元区域

被指定的单元区域是载有来自用户至基地台的线上服务数据的帧的一部分。该用户将会被指定一个足够的频道容量，亦即一些单元，来容纳将被及时地传送的数据。将被占有的单元是明确地被定义，因而一个用户具有在为其目的所保留的确实位置中所需的容量，只有直到该服务已不再需要为止，到时其将被释放而用于其它的用户。网路询问区域

此网路询问区域充当两个目的：其提供一种接达离线的用户并且请求为了低速的监视与状态检查的目的的一个回应的装置，以及其提供一种因而基地台检查以知道一个用户在那特殊的时刻是否需要服务的装置。

所预期的是一个单元将服务一个级数1000的用户。此表示平均有167个用户将由每个上游频道所服务。在15个单元被指定来执行不管是线上或是离线的所有的用户循环式的询问下，此换算为每个帧(6.625ms)15个用户的检查，或是每74ms每个用户的检查。此对于像是监视设备电表、安全警报系统、以及硬件状态检查的动作的用途是已足够。此也许不够快来跟上一连串的服务请求，该请求将是由用户所产生于利用一电脑连线或是控制被观看的电视选择的操作状态的要求服务条件的改变。在此种情况下，将会利用频道与服务指定区域用以传送这些服务的请求。控制与数据讯息

包含MAC功能的所有功能将由一连串的控制讯息所控制，这些讯息是交换于头端与用户间。所有的控制讯息均流经基地台，但一般而言所有的决定将会是由头端所做。相关于实际频道的频道容量详细的分布是出现于基地台。

某些将被利用的控制讯息是说明于图15中。上游讯息的内容

上游讯息包含一些栏位。确切的内容是依讯息的型式而变化。所有的讯息都必须包含某些标准的特征栏位如下：

-目标地址-一个指明头端的唯一的N(例如48)位元地址

-来源地址-一个指明用户的唯一的N(例如48)位元地址

-讯息型式-一个指明讯息型式的N(例如12)位元数。下游讯息的内容

类似地，下游讯息也包含一些栏位。确切的内容是依讯息的型式而变化。所有的讯息都必须包含某些标准的特征栏位如下：

-目标地址-一个指明用户的唯一的N(例如48)位元地址

-来源地址-一个指明头端的唯一的N(例如48)位元地址

-用户识别号码-一个在目前所建立的服务期间被指定给用户暂时的识别号码。此识别号码只有在该头端容量预期是小于在任何时候由头端所提供的用户服务的总数时才需要被使用。若此永远不会发生，则该目标地址对于所有的用途已足够。

-讯息型式-一个指明讯息型式的N(例如12)位元数。

图14说明了几种典型完整的讯息结构。各个区段的大小是以位元组来显示。

所显示的最简单的结构是图16(a)，其说明对于一个上游讯息的基本要件。所显示的结构是足够来用作为一个启始请求讯息或是一个终止请求讯息。其也可被用于执行像是请求以执行档案传送的功能，其是藉由加上要被传送的详细内容于此讯息的这些连续且未定义的单元中。

其次最简单的讯息格式为图16(b)中所示的结构，其可被用于接着来自用户的终止请求之后来自该头端的终止命令。其也可被用于执行像是一个预备接收一档案传送的命令的功能，其是藉由加上要被传送的详细内容于此讯息的这些连续且未定义的单元中。

一种启始回应的讯息变得更复杂，并且具有图16(d)的格式。应注意的是，图16(d)包含用户识别号码以及一个参数调整数据。此类型的调整数据将会被供应至新的用户，以提供正确的功率电平、载波频率以及信号传送时序的调整来确保适当的系统运作以及在头端所接收的用户信号间最小的干扰。此讯息格式也可被用于像是一个状态请求以及一个参数调整命令的询问动作。讯息型式将会被改变来指示两个功能正在被执行，亦即参数调整数据正被提供而一状态数据是请求自该用户。此外，这种一般的格式是将被用作为一种服务请求回应，其是再次藉由改变讯息型式指定器来指示适当的两个功能正在被执行，并且藉由将正被配置给该用户的服务的定义附加到该讯息。

图16(c)显示一种用于用户服务请求讯息的典型格式。由于在任一时间下可能有多于一种的服务被请求，多重同时服务请求可如图所示地在单一的讯息中被发出。控制讯息

某些将被利用的控制讯息包含以下：

1)启始请求

2)启始回应

3)终止请求

4)终止命令

5)特殊命令图18与图21：功率电平的调整

用户功率电平是以两个步骤被调整。图18与图21是指出当该动作分别被执行于用户与基地台时该动作的系统详细内容。

在网路进入动作期间，当运作于一个只有接收的模式时，该用户是接收基地台信号。该基地台永远运作在一个固定的传送的功率电平下。依照图18，该用户接收器系统是接收并测量该基地的功率电平。根据此测量结果，并且知道该基地台的传送功率电平下，该用户系统可预测到该基地台的距离。知道至该基地台的距离下，该用户系统可预测其所应该运作的适当的传送功率电平。该用户系统设定其传送功率电平至该预测的功率电平并开始传输的动作。

一旦该用户开始网路进入传输的动作，依照图21，该基地台立刻在所接收的用户信号上进行信号电平的计算。其然后将所接收的功率电平与一个储存的参考电平在一比较器电路中做比较。该比较器提供一个功率电平误差测量值，该值被提供至一供应校正信号给用户的处理器电路(其可能具有微处理器或是查看表的形式)。该处理器电路组成一个功率电平调整命令并且将其传达至该用户。在所需要的询问动作期间，该基地台周期性地继续进行功率电平的测量与校正，只要该用户处于传输的动作下。图20与图17：用户频率调整动作

用户载波频率是以两个步骤被调整。图20与图17是指出当该动作分别被执行于用户与基地台时该动作的系统详细内容。

在网路进入动作期间，当运作于一个只有接收的模式时，该用户是接收基地台信号。该用户接收系统包含一个低价的振荡器，其频率准确度将会是在1E-5或是1E-6的等级。在此种稳定度的振荡器下，频率误差可能会相当大。该接收与传送的可编程的相锁回路(PLL)合成器最初都只有被锁定至此晶体振荡器。该基地台永远运作在一个固定且非常稳定的载波频率下，具有等级在1E-9的稳定度。依照图20，该用户接收系统是以一个PLL接收并追踪该基地台的载波频率，并且将其传送系统频率以及传送可编程的PLL合成器与所接收的基地台载波频率同步化。在所接收如该用户接收系统所见的频率与所预期的频率间做成比较。假设该用户系统所见的全部误差均是由于在用户的晶体振荡器频率中的误差所引起的。一个误差信号是在此项假设为基础下被产生，并且一校正信号施加至该传送可程式的PLL合成器。此校正信号将传送频率置于该正确的传送频率，当校正该用户系统的误差时。传送以及网路进入此时便可以被开始。

基地台是接收由用户系统所调整的用户信号。仍然可能有误差随着时间因为温度改变或是由于老化而在元件的值上的变化而发生。

所接收的用户信号在一个PLL中被追踪，并且一误差信号是以该PLL追踪动作为基础下而被产生。所有接收的频率均与为标准的基地台频率系统做比较。此测量过的频率误差是由基地台所转换成一校正信号，并且被传送至用户作为一个频率调整命令。在所需要的询问动作期间，该基地台周期性地继续进行载波频率的测量与校正，只要该用户处于传输的动作下。图19：用户时序调整动作

用户信号的时序是由基地台所调整。图19是指出当该动作由基地台所执行时，该动作的系统详细内容。

在网路进入动作期间，当运作于一个只有接收的模式时，该用户是接收基地台信号。该用户取得基地台信号，并且立即接着于收到基地台帧的同步信号后传送其回应。在基地台所看到的信号延迟将会依从用户至基地台的距离而定。在网路进入的动作期间，基地台接收用户的信号，将到达的接收时间与到达的预期时间做比较，测量该延迟，并且导出一时序误差测量值。根据此延迟，或是时序误差测量值，基地台计算出一个信号时序校正调整命令给用户。此命令被传到用户，其系统时序将根据此指令为基础而被调整。如需要的话，额外的测量与校正是完成于该网路进入动作期间，直到该时序已充分地被调整以容许用户去进行该频道与服务指定区域。在所需要的询问动作期间，该基地台周期性地继续进行用户信号时序的测量与校正，只要该用户处于传输的动作下。应被注意的是，在网路进入完成后，在所有时间下的时序误差测量值均根据单元时序的基础而非帧的同步来做成的，因为用户并不传输帧的同步信号而只传送单元。在最初的调整做过后，基地台可以计算所有的接收信号成单元时序，因为所有的传输均与单元时隙同步化之下而被完成。

虽然本发明的较佳实施例已经被展现并且加以说明，但可认知的是各种进入本发明范畴中的其它实施例、调整与修改对于熟习此项技术者均为明显的。

Claims

1．一种本地多点式分布系统，其特征在于：包含一耦接至多个基地台的头端，每个基地台均构成一个单元，每个基地台均具有多个区段波束天线，每个区段波束天线是用RF通讯信号来照射该单元的一个预定的区段；单元每个区段的多个RF用户台，每个用户台均具有一个窄波束宽度的高增益的天线朝向该区段波束天线，该区段波束天线是朝向其所指定的区段，在每个用户台的分时多重存取控制装置是运作使得在一给定的区段中的用户并不彼此相互干扰其传输；用以控制所传输的功率电平使得所有的用户信号均在大约相同的功率电平下分别到达其基地台的装置；用以控制传输信号的时序使得所有的用户信号均在专用指定的时间下分别到达其基地台，因而将相互干扰的可能性降至最低的装置；以及用以控制传输信号的频率使得所有的用户信号均运作在其适当指定的频率下，并且与基地台所接收的所有其它的载波频率均为正交的装置。

2．一种本地多点式分布系统，其特征在于：包含一耦接至复数个基地台的头端，每个基地台均构成一个单元，每个基地台均具有复数个区段波束天线，每个区段波束天线是用RF通讯信号来照射该单元的一个预定的区段；单元每个区段的多个RF用户台，每个用户台均具有一个窄波束宽度的高增益的天线朝向该区段波束天线，该区段波束天线是朝向其所指定的区段；每个用户台上的分时多重存取控制装置，其运作使得在一给定的区段中的用户并不彼此相互干扰其传输；以及用以控制所传输的功率电平使得所有的用户信号均在大约相同的功率电平下分别到达其基地台的装置。

3．根据权利要求2中所述的本地多点式分布系统，其特征在于：这些单元是呈六角形，并且这些区段是被配置使得这些用户并不直接射向紧邻的单元的基地台的3db波束宽度中。

4．根据权利要求2中所述的本地多点式分布系统，其特征在于：这些单元是呈矩形，并且这些单元的区段是被配置使得这些用户并不直接射向紧邻的单元的基地台的3db波束宽度中。