BRPI0708796A2

BRPI0708796A2 - feixes assimétricos para eficiência de espectro

Info

Publication number: BRPI0708796A2
Application number: BRPI0708796-9A
Authority: BR
Inventors: Hafedh Trigui; Stuart J Dean; John Litva
Original assignee: Tenxc Wireless Inc
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2012-06-05
Also published as: CA2645720A1; US8311582B2; WO2007106989A1; CN101361383B; EP1997332A1; CA2540218A1; CN101361383A; EP1997332A4; CA2645720C; US20090163214A1

Abstract

FEIXES ASSIMéTRICOS PARA EFICIêNCIA DE ESPECTRO. São descritos um método e aparelho para aumentar a capacidade e o desempenho de uma estação base para uma rede celular setorizada sem fio, em que uma das antenas do setor é substituída ou suplantada por uma antena de sub-setor da antena que gera uma pluralidade de áreas de cobertura assimétrica de sub-setor que, coletivamente, substancialmente cobrem a área de cobertura do setor de antena substituído. O uso de áreas de cobertura assimétrica permite que a área de cobertura total se aproxime da área de cobertura de setor simétrica, sem levar à criação excessiva de grandes zonas de sub-setor de entrega ou à introdução de degradação severa no desempenho da rede. Por sua vez, permite a substituição seletiva de uma antena de um único setor, ao invés da substituição gosseira de todas antenas do setor da região, levando à redução dos custos de transição e à possibilidade de proporcionar uma abordagem voltada para o planejamento da capacidade.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: "FEIXES ASSIMÉTRICOS PARA A EFICIÊNCIA DO ESPECTRO".

Campo da Invenção

A presente invenção refere ao planejamento de rede e, em particular a capacidade do setor melhorado e o rendimento em uma rede estabelecida, sem criar buracos de cobertura.

Antecedentes da Invenção

Em sistemas de comunicações sem fio, há uma série de limitações técnicas. A primeira limitação é que o espectro de freqüência é um recurso escasso, que deve ser utilizado eficientemente.. Para uma quantidade finita de espectro, há um limite superior no número de assinantes que podem ser simultaneamente atendidos. Para aumentar o número de assinantes, técnicas de acesso múltiplo foram introduzidas no passado.

Os mais comuns são: Acesso múltiplo por divisão de freqüência (FDMA), onde somente uma parcela pequena do espectro disponível é alocada a um assinante; Acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA), no qual um assinante não está autorizado a transmitir continuamente, mas, em vez disso, o assinante é permitido transmitir, apenas durante curtos períodos de tempo sem sobreposição, chamados de burst e Acessso múltiplo por divisão de freqüência (CDMA), onde o espectro total é destinado a todos os assinantes, que são diferenciados pelo uso de códigos ortogonais atribuídos.

Essas e outras técnicas de acesso múltiplo são combinadas em sistemas existentes sem fio para maximizar o número de assinantes de uma quantidade finita de recursos (tempo, freqüência, etc.).

Outra limitação dos sistemas de comunicações sem fio é a potência de transmissão finita, que resulta da implementação de superação e perdas de propagação entre um transmissor e um receptor. Como resultado, os sistemas práticos têm apenas um alcance de comunicação finito.

Para superar essas duas limitações, o conceito celular foi introduzido em sistemas sem fio. Para cobrir uma área grande, os recursos disponíveis sejam utilizados para uma área de cobertura pequena, chamada de célula, e repetidos por outras células. O número esperado de assinantes que podem ser servidos por uma rede aumentará em proporção ao número de células na rede.

Contudo, porque as células são muito próximas, há um aumento do risco de interferência co-canal, que vai diminuir a qualidade do link e, proporcionalmente, o número de assinantes. Um número de técnicas de combate à interferência co- canal têm sido propostos e implementados. Estes geralmente são específicos de um esquema especial de acesso múltiplo.

Por exemplo, com CDMA, os sinais de todos os assinantes dentro de uma célula são enviados por um transmissor de estação base na direção de downlink, ao mesmo tempo, de modo que cada assinante especifico pode decodificar o sinal e cancelar a interferência intra- celular. Na direção de uplink, um sinal de assinante é normalmente codificado por um código longo com boas propriedades de correlação, de modo que a contribuição dos outros assinantes para um sinal de assinante individual será mais provável de se comportam como ruído branco, em vez de degradar significativamente a detecção do usuário único.

No caso dos sistemas FDMA, o espectro total é dividido em K subconjuntos de freqüências e cada célula usa um subconjunto. Ao invés de implantar o espectro total de cada célula na rede, um cluster de células K será repetido na rede, sendo atribuído a cada um dos subconjuntos de freqüência. Evidentemente, dentro de um cluster, o assinante não terá qualquer interferência co-canal.

Para um fator de reuso de freqüência K superior a um, as células co-canal, ou seja, as células atribuídas ao subconjunto de mesma freqüência não será adjacente uma à outra e, assim, a interferência em toda a rede deve ser minimizada. De preferência, o fator de reuso de freqüência é pequeno, a fim de maximizar o número de assinantes, à medida que mais freqüências podem ser alocadas em um subconjunto de freqüência.

Dado o recente aumento do número de características de sistemas de estação base (BSS) introduzidas para uso em estações transceptoras base, tais como controle de potência, transmissão descontínua, carga de freqüência fracionada e salto de freqüência, um fator de reuso de freqüência ótimo pode ser K = 3, com carregamento de freqüência de 100%.

Em qualquer caso, para melhorar a eficiência do espectro de sistemas celulares, um conceito de setorização foi introduzido em que uma antena omni-direcional, tradicionalmente colocada no centro de uma célula, foi substituída por uma pluralidade de antenas direcionais N, cada uma definindo uma área de cobertura simétrica. Assim, para a mesma área, o número de células e, consequentemente, o número de assinantes da rede foi aumentado por um fator N.

O uso de antenas direcionais ou setoriais tem, assim, ainda mais reduzido a quantidade de interferência na rede e resultou em redes de espectro mais eficiente. Um setor é simétrico e geralmente em forma de cunha, com N setores geralmente se estendendo para fora do centro tradicional de uma célula. Cada setor pode agora ser considerado uma célula distinta, com sua antena gue se estende desde uma extremidade do mesmo.

Embora, em teoria, uma alta eficiência espectral é alcançável com grandes valores de N, considerações de implantação prática geralmente limitam esse número a um conjunto finito de possibilidades. Por exemplo, grandes valores de N farão com gue uma proporção significativa de assinantes definhem em situações de handover continuo. Bem como, uma célula é geralmente identificada para um assinante através de um código de identificação, canal de freqüência, de modo que um assinante pode fazer medições continuas para identificar a melhor célula que serve. Com grandes valores de N, uma parcela significativa da largura de banda disponível seria atribuída aos canais de controle, sem qualquer aumento significativo da capacidade. Consequentemente, os valores típicos de N são 3, em raras ocasiões, 4 e quase nunca superior a 6.

Quando N = 3, as antenas com uma largura de feixe de meia potência de 65° são normalmente utilizadas, porque proporcionam uma melhor cobertura. Para o tráfego desigual entre os setores ou para outros valores de Nf múltiplas antenas podem ser usadas com as larguras de feixe de 33, 45, 65, 90, 105, etc. Para uma maior setorização, isto é, N> 3, uma mistura de antenas existentes não fornece uma cobertura ideal, resultando em uma sobreposição significativa e excessiva entre os padrões de feixe ou outra perda de vértice alta entre padrões de feixe adjacentes. No primeiro caso, um excessivo número de assinantes serão candidatos a handover, enquanto que no último cenário, os buracos de cobertura podem resultar em falhas de handover.

Além disso, parece que a necessidade de setorização de ordem superior é essencialmente um fenômeno local, ao invés de uma característica em uma rede, uma vez que os assinantes não são geralmente distribuídos uniformemente em uma rede. Como resultado, a necessidade de aumento da capacidade de assinante é apenas aparente para alguns setores dispersos em uma rede que normalmente encontramos grandes distribuições de assinantes.

Nesse caso, cegamente aumentar o número de setores para todos os sites não irá resultar em uma capacidade eficiente para a taxa de custo, uma vez que alguns dos transceptores adicionais nunca serão usados. A maneira tradicional de aumentar a capacidade da rede, conhecida como divisão celular, é reduzir a cobertura das células locais existentes e introduzir uma nova célula local nos buracos de cobertura recém-criados. A divisão celular é muito cara para um operador, no entanto, uma vez que novos locais para a torre e os equipamentos para o novo site, tais como edifícios altos, têm de ser localizados e alugados. Em muitos ambientes urbanos densos, onde aumentou a capacidade da rede seria benéfico, já não é possível encontrar locais adequados para o novo site.

Portanto, os meios alternativos de aumentar a capacidade da rede estão sob investigação, tal como a implantação de antenas com feixe de padrões otimizados. Sumário da Invenção

Por conseguinte, é conveniente fornecer uma antena com padrões de feixe que são adaptados para a cobertura do setor específico.

Além disso, é conveniente fornecer uma antena que pode permitir o balanceamento de carga através da adição de capacidade somente quando necessário.

A presente invenção realiza estes objetivos através da substituição de uma área de cobertura de setor único com pelo menos uma área de cobertura, pelo menos um dos quais é assimétrico. A utilização de áreas de cobertura assimétrica permite que a área de cobertura total aproxime-se da área de cobertura de setor simétrico a ser substituído, sem criar zonas de handover de sub-setor grandes demais ou introduzindo severa degradação no desempenho da rede.

De acordo com um primeiro aspecto amplo de uma concretização da presente invenção, é divulgado um método para aumentar a capacidade de assinante em uma rede de comunicações celulares setorizada tendo uma pluralidade de assinantes e uma estação base que suporta pelo menos um setor, o pelo menos um setor tendo uma antena de setor associada à estação base com uma área de cobertura critica que se estende da mesma e sobrepondo setores vizinhos da mesma em uma zona de handover de setor, o método compreendendo a etapa de: substituição da pelo menos uma antena de setor com uma antena de divisão de setor tendo uma pluralidade de áreas de cobertura de sub-setor que se estende do mesmo, pelo menos uma das quais é assimétrica, cada uma correspondendo a um sub-setor e a sobreposição de uma área de cobertura de sub-setor vizinha em uma zona de handover de sub-setor, segundo o qual uma área de cobertura critica total da pluralidade de áreas de cobertura de sub- setor é substancialmente equivalente à área de cobertura critica da pelo menos uma antena do setor. De acordo com um segundo aspecto amplo de uma concretização da presente invenção, é divulgada uma antena de sub-setor para uso em uma rede de comunicações celulares setorizada tendo uma pluralidade de assinantes e uma estação base que suporta pelo menos um setor, o pelo menos um setor, tendo uma antena de setor associada com uma área de cobertura critica que se estende desde a estação de base e sobrepõem setores vizinhos em uma zona de passagem do setor, a antena de sub-setor sendo construída e disposta para a substituição da pelo menos uma antena de setor e tendo uma pluralidade de áreas de cobertura de sub-setor que se estendem da mesma, pelo menos uma das quais é assimétrica, cada uma correspondendo a um sub-setor e a sobreposição de uma área de cobertura de sub-setor vizinha em uma zona de handover do sub-setor, em que uma área de cobertura total crítica da pelo menos uma área de cobertura de sub-setor assimetria é substancialmente equivalente à área de cobertura crítica da pelo menos uma antena de setor a ser substituída.

Breve Descrição dos Desenhos

As concretizações da presente invenção serão agora descritas por referência às seguintes figuras, em que os numerais de referência idênticos em diferentes figuras indicam elementos idênticos e em que: A Figura 1 é um diagrama polar de uma pluralidade de pares de feixes de sub-setor simétricos.

A Figura 2 é um diagrama polar de um par com imagens espelhadas do feixe de sub-setor assimétrico de acordo com uma concretização da presente invenção.

A Figura 3 é um diagrama polar mostrando um único par de feixes de sub-setor assimétricos sobrepondo uma região de cobertura celular de três setores convencional.

A Figura 4 é um diagrama polar de um par de imagem espelhada do feixe de sub-setor assimétrico de acordo com uma concretização da presente invenção, juntamente com dois feixes de setor convencional.

A Figura 5 é um gráfico cartesiano de um padrão de feixe de três sub-setores sobrepondo um padrão de feixe convencional, de acordo com uma concretização da presente invenção.

A Figura 6 é uma representação cartesiana de um padrão de feixe de quatro sub-setores sobrepondo um padrão de feixe convencional, de acordo com uma concretização da presente invenção.

A Figura 7 é um layout de um sistema de antena de setor acordo com uma concretização da presente invenção. A Figura 8 é um layout de um setor de rede exemplar de formação de feixe para o sistema de antena de setor da Figura 7.

A Figura 9 é uma representação geográfica de uma rede de três células real.

A Figura 10 é uma representação geográfica de uma rede de três células, na qual um único site celular é equipado com uma matriz de dois setores da presente invenção.

Descrição das concretizações Preferidas

Na presente invenção, em vez de lidar com um aumento da capacidade dos mecanismos da técnica anterior como a setorização de ordem mais elevada e / ou divisão celular, uma antena existente é substituída por uma nova, que tem substancialmente a mesma área de cobertura que o setor de célula a ser substituído, mas dividido em uma pluralidade de feixes complementares separados assimétricos ou sub- setores.

Para fins de exemplo somente, considere uma antena existente com uma largura do feixe de energia média (HPBW) de 65°. Se um operador fosse substituí-la por uma nova antena, seria vantajoso ter a nova antena fornecendo a mesma cobertura (embora com maior capacidade) que a antena existente, de modo que o operador pode evitar o planejamento da rede significativo e adaptação dos sítios vizinhos. Assimf seria benéfico fornecer a nova antena com um padrão de feixe que é o mais próximo possível da área de cobertura crítica (CCA) da antena existente, a fim de proporcionar um planejamento mínimo de rede. No caso de uma antena HPBW de 65°, isso é normalmente 120°.

Quando, como acontece com a presente invenção, a nova antena pode produzir uma pluralidade de feixes separados, cada um definindo um novo sub-setor, com apenas uma pequena área de sobreposição entre eles e que juntos fornecem a cobertura substancialmente idêntica ao setor suportado pela antena original, um único setor pode ser atualizado para tornar-se uma pluralidade de sub-setores, sem afetar significativamente sítios vizinhos.

Foi descoberto que tais antenas poderão ser criadas mediante a introdução de assimetria no padrão do feixe gerado.

Até então, os padrões de feixe de antena têm sido consistentemente simétricos, como é mostrado na Figura 1, que mostra três pares espelhados em imagem (110,111), (120,121) (130,131) dos feixes de sub-setor simétricos. Esse padrão de cobertura cria uma regiões de sobreposição muito grandes entre pares de feixes de sub-setor (por exemplo, 130, 131) , e entre um feixe de sub-setor de dois diferentes setores adjacentes, por exemplo, 131, 110 (em 113).

No entanto, se os padrões de feixe simétricos foram ajustados a fim de garantir substancialmente o mesmo roll- off nas extremidades de forma a proporcionar tratamento de handover substancialmente similar dos sub-setores definidos pela nova antena para setores adjacentes não modificados e vice-versa, os novos feixes introduziriam excessiva sobreposição entre si. Por outro lado, ajustando os padrões de feixe para os novos sub-setores, de modo que o handover entre os sub-setores é controlável, pode resultar em falhas de cobertura com setores existentes.

Como pode ser visto a partir de uma comparação da Figura 2, que mostra três pares de imagem espelhadas (210, 211), (220,221), (230,231) dos feixes de sub-setor assimétricos para substituir uma configuração tradicional de três setores, com uma configuração de seis sub-setores, o uso de feixes assimétricas assegura a redução da região de handover por meio da baixa sobreposição 212, 222 e 232 de pares adjacentes do sub-setor dos feixes 210, 211 (220, 221) e (230, 231), respectivamente e baixas sobreposições entre feixes de sub-setor de um primeiro par e um feixes de sub-setor de um segundo par, mostrado em 213, 223 e 233. Isso, conseqüentemente, reduz a sobrecarga de handover para a maioria dos padrões sem fio e resulta em uma capacidade liquida e aumento de rendimento, mantendo a cobertura inicial, comparando o padrão de radiação de antena nas bordas do setor original, de modo que a sobrecarga de planejamento da rede é minimizada ou evitada. Além disso, o uso de um feixe de sub-setor assimétrico mantém a perda de vértice baixa entre os feixes adjacentes, de modo a atingir boa cobertura de rede geral sem novas falhas de cobertura. Isso é mostrado na Figura 3 que mostra, para maior clareza da ilustração, feixes de sub-setor 230, 231, sobrepondo os padrões de feixe de setor completo convencional 310, 320, 330 mostrados em linhas tracejadas.

Para maior facilidade no uso, clareza e versatilidade máxima, pontos de radiação geralmente são normalizados para a borda exterior do sistema de coordenadas. Além disso, a força do sinal não é normalmente considerada em termos de força em volts, microvolts, etc. Assim, pontos de radiação geralmente são mostrados em decibéis relativos (dB).

Decibéis são usados para expressar diferenças de potência de forma logaritmica. Uma queda de 1 dB significa que a potência é diminuída para 80% do valor original, enquanto uma queda de 3 dB é uma diminuição de potência de 50% ou metade da potência. A largura do feixe especificada na maioria das fichas de dados é geralmente a largura de feixe de 3 dB ou de meia potência. Uma queda de 10 dB é considerada como uma grande queda, uma redução de 10% do nivel de potência original.

Aqueles com habilidade ordinária nesta técnica prontamente reconhecerão que nem todos os setores precisam ser melhorados, como é mostrado na Figura 4. Também não são todos os setores atualizados para o mesmo nivel de setorização. Em vez disso, alguns setores 310, 320 poderiam ser deixados sozinhos, sem atualização, enquanto outros (230, 231) adaptados para serem substituídos por uma configuração de dois sub-setores. Outros ainda poderiam ser substituídos por uma configuração de sub-setor maior, como mostrado na figura 5, que mostra uma configuração de três sub-setores 510, 520, 530. A fim de dar cobertura substancialmente semelhante ao longo do feixe de setor convencional 540, · que eles estão substituindo (em contorno tracejado), o feixe de sub-setor central 520 pode ser simétrico, enquanto os outros dois feixes de sub-setor 510, 530 são assimétricos e tem imagens espelhadas um do outro.

Na Figura 6, é mostrada uma configuração de quatro sub-setores 610, 620, 630, 640. Novamente, o feixe de setor convencional 540 é mostrado em linhas pontilhadas. Aqui, no entanto, os dois feixes de sub-setor central 620, 630 são assimétricos e imagens espelhadas um do outro, como são os dois feixes de sub-setor exterior 610, 640.

Em ambas as Figuras 5 e 6, pode-se observar que a introdução de feixes assimétricos permite estreita aproximação da área de cobertura da antena de setor convencional que está sendo substituída, com lóbulos laterais pequenos e sobreposição mínima. Porque os padrões de feixe da nova antena que correspondente a um setor para a atualização de sub-setor tem, em grande medida, o mesmo padrão de feixe global como a antena a ser substituída, como mostrada na Figura 3, atualizações podem ser feitas relativamente transparente no que diz respeito ao planejamento da rede, resultando em utilização mais eficiente dos recursos.

No projeto dos padrões de radiação assimétrica da invenção, de preferência, os níveis de lóbulo lateral são reduzidos. Isto reduz a quantidade de energia transmitida indesejada para outros setores da rede, o que contribui para a interferência. A redução de interferência resultante se traduz em aumento da capacidade da rede. Além disso, os níveis de lóbulo lateral reduzidos permitem o reuso de freqüência em setores adjacentes. Se pequena sobreposição de sub-setor e níveis de lóbulo lateral pode ser alcançado, a possibilidade de interferência co-canal seria substancialmente eliminada, permitindo que as freqüências sejam utilizadas em setores adjacentes e, consequentemente, aumentando a capacidade da rede através do aumento do número de assinantes.

Cada sub-setor pode ser tratado como uma célula individual, de modo que o assinante poderia identificar o melhor sub-setor de serviço por meio de medições, utilizando, por exemplo, no protocolo CDMA, o código de diferenciação ou uma freqüência de banda estreita especificada pelo padrão sem fio aplicável.

Alternativamente, o feixe assimétrico da presente invenção pode ser usado para feixe adaptativo que forma aplicações em que um assinante é monitorado pelo feixe de melhor serviço. Nesse caso, a antena antiga poderia continuar a ser utilizada para a transmissão de informações de controle, enquanto a nova antena é utilizada para canais de tráfego dedicado aos assinantes específicos. Uma vez que os meios de informação de controle de transmissão são capazes de serem retomados pela nova antena, a antena antiga pode então ser removida totalmente. Tal capacidade pode incluir o uso de uma coluna da matriz de antena para a transmissão de informações de controle. Alternativamente, todos os feixes podem ser encarregados de transmitir e receber informações de controle. Em uma concretização preferida, os feixes assimétricos são implementados usando sistemas de antenas, em conjugação com redes passivas e / ou ativas. No entanto, aqueles com habilidade ordinária nesta técnica reconhecerão que é possível implementar os padrões de feixe assimétrico, sem recorrer a antenas especiais.

A Figura 7 mostra uma execução exemplar de um sistema de matriz de antena, mostrada, em geral, em 700, que poderia gerar um par de feixe de sub-setor 230, 231. A matriz 700 compreende uma matriz plana 4x4 de elementos de antena de polarização cruzada 711-714, 721-724, 731-734, 741-744, como é bem conhecido por aqueles que têm habilidade ordinária nesta técnica. Cada polarização para cada elemento em cada linha 710, 720, 730, 740 da matriz, por exemplo, a linha 730 que compreende elementos 731-734 são combinadas entre si por meio de uma rede de formação de feixe 750, que é mostrado em maior detalhes na Figura 8.

No modo de recepção, a rede de formação de feixe 750 combina os sinais recebidos em cada uma das portas de 1 a 4 851-854, na porta 5 855. No modo de transmissão, o sinal na porta 5 855 é dividido e rodado em fase antes que seja distribuído para cada uma das portas de 1 a 4 851-854, que, por sua vez, os elementos da antena 731-734. As proporções em que a potência é dividida são inversamente proporcionais às larguras relativa dos traços condutores em cada uma das junções divisoras 801, 802, 803. Na concretização da figura 8, as potências em cada uma das portas de 1 a 4 851-854 são, a titulo de exemplo, apenas, em unidades de mW em relação a 1 mW na porta 5 8 55: 0, 02, 0,4178, 0,4178 e 0,082, respectivamente.

Além disso, as rotações de fase relativa são determinadas pelos comprimentos relativos de cada um dos traços condutores correspondentes a cada uma das portas. Na concretização da figura 8, o sinal na porta 5 855 é girado por 98,3, 36,4, -36,4 e -98,3 graus antes que ele chegue às portas de 1 a 4 851-854, respectivamente, mais uma vez a titulo de exemplo apenas.

Aqueles com habilidades comuns nesta técnica apreciarão que existem uma série de mecanismos pelos quais uma série de potências e os coeficientes de fase poderiam ser gerados para coincidir com um padrão de antena especificado, incluindo, mas não limitado a métodos de sintese de matriz, solução de problemas de otimização restrita, ou mesmo por tentativa e erro. Neste exemplo, uma ferramenta de simulação, como está disponível a partir de Zeland Software Inc., foi usada para prever os padrões de matriz assimétrica da antena e o desempenho de matriz esperado obtido do mesmo.

Embora, com os padrões de feixe assimétrico da invenção, o planejamento da rede poderia ser reduzida, não pode necessariamente ser erradicado completamente. Aqueles ter habilidade ordinária nesta técnica prontamente reconhecerão que, quando um único sitio está sujeito à setorização de ordem superior como contemplado pela presente invenção, técnicas de projeto podem ser usadas para reduzir ainda mais o planejamento da rede. Por exemplo, feixes alternados ou adjacentes podem utilizar freqüência de controle comum e / ou recursos de código. Com a taxa de frente a costas excelente de antenas modernas, haveria uma interferência minima de co-canal entre setores e com abordagem de feixe alternada descrita, a necessidade de canais de controle extras ou deslocamentos de código poderia ser dispensada, resultando em melhor eficiência de espectro . Por exemplo, na Figura 2, os feixes de sub-setor 210 e 221 podem ser comumente controlados com minima perda de desempenho.

Além disso, quando vários sites estão sujeitos à setorização de ordem superior em uma área especifica, o planejamento de freqüência automático pode ser utilizado para obter um plano de freqüência ideal para todos os sites. Para sistemas CDMA, a titulo de exemplo, isso significaria que os códigos longos ou deslocamentos de código poderia ser identificado. Porque os feixes assimétricos da presente invenção não irradiam excessivamente em direções indesejadas, menos interferência da rede será experimentada. Bem como, porque feixes individuais nos locais de setorização ordem superior são mais estreitos do que a cobertura original, a interferência de uma freqüência de difusão especifica ou de código será substancialmente reduzida. Dependendo da topologia da rede e da distribuição dos locais sujeitos à setorização de ordem superior, a conseqüente melhora no sinal para taxas de interferência para os canais de controle, em grande medida, dispensará a necessidade de controle de freqüências extra ou códigos. No caso limite de 100% de implantação de setorização de ordem superior na rede, o acima esquema descrito de alternância ou de oposição poderia ser aplicado de modo que os canais de transmissão adicionais ou códigos poderiam ser dispensados.

A figura 9 mostra uma representação geográfica de uma rede de três células real com diversos sites celulares, cada um equipado com três antenas de largura de feixe de meia potência de 65 graus. A Figura 10 mostra uma representação geográfica da mesma rede de três células real da figura 9, na qual apenas um setor PQ0130 foi atualizado com uma disposição de setor duplo (BSA) da presente invenção. Embora esta antena BSA herdou a mesma direção de apontamento e valor da inclinação baixo da antena original, uma grande melhoria na cobertura da rede poderia ser vista na comparação dos resultados mostrados na Figura 9, em comparação com a Figura 10. O sombreamento nas figuras 9 e 10 representa o nivel do sinal recebido por terminais, que são maiores do que o limite fixado em dBm. Dados de tráfego de hora ocupada coletados para todos os setores na rede, bem como os parâmetros de rede (padrões de radiação de antena para todos os setores, as suas direções de apontamento e valores de inclinação, potência de saida de estações base, as perdas de cabo de RF, o número de portadoras CDMA por setor) foram fornecidos por um provedor de serviços para melhorar a precisão da simulação e também prever os ganhos de capacidade da BSA, diante das tentativas de campo. Além disso, dados do terreno foram fornecidos para que os modelos de canal mais precisos pudessem ser feitos por uma ferramenta de planejamento de rede. A ferramenta de planejamento de rede utilizada para esta simulação foi Atoll, desenvolvida pela empresa Forsk.

O primeiro passo na simulação foi fornecer todos os dados, acima mencionados, para a ferramenta de planejamento de rede e executar várias iterações, ou seja, simulações de Monte Cario foram realizadas, para recolher estatísticas confiáveis da rede de três células antes de executar a simulação com o site atualizado PQ0130com uma BSA. A Tabela 1 mostra as métricas de saida da ferramenta de planejamento de rede.

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Tabela 1: Estatísticas da Rede em nivel de setor, cluster e local antes e depois da atualização de um setor do site PQ 0130.

A tabela 1 acima mostra as estatísticas para a rede de referência e, após a atualização de um setor de PQ0130 com uma matriz de dois setores com feixes assimétricos. O número de transceptores no setor atualizado foi duplicado e, portanto, a sua capacidade era esperada para o dobro.

Além do setor atualizado, as estatísticas foram coletadas para o local e também para o grupo de sites ao redor. Os principais resultados da simulação estão resumidos da seguinte forma:

(1) A capacidade do setor atualizado aumentou 125%, enquanto apenas um aumento de 100% foi o esperado;

(2) A capacidade do site PQ0130 aumentou 58%;

(3) Sobrecarga de handover para o setor atualizado e PQ0130 site melhorou 9% e 4,8%, respectivamente;

(4) Cobertura do site atualizado e setor PQ0130 melhorado em 49% e 27% respectivamente;

(5) A área da rede global com maior nivel de sinal do que -80dBm aumentou 21% (ver quadro 2);

(6) Ao nivel do cluster, não há nenhuma degradação em termos de métricas de desempenho;

(7) A degradação do aumento de ruido do link reverso ocorreu em cada setor e o nivel do site por 18,9% e 11,5%, respectivamente.

A partir dos resultados da simulação acima, é evidente que atualizar um único setor por feixes assimétricos pode acrescentar benefícios aos setores em torno da rede e sem qualquer degradação significativa para os setores vizinhos e locais.

O efeito da simulação sobre a densidade de cobertura da rede, mostrado em termos de cobertura por nível de sinal é definido na Tabela 2 a seguir. <table>table see original document page 26</column></row><table>

Tabela 2: Efeitos sobre a Densidade de Cobertura da rede A presente invenção pode ser implementada em circuitos eletrônicos digitais, ou no hardware do computador, firmware, software ou em combinação. 0 aparelho da invenção pode ser implementado em um produto de programa de computador tangivelmente embarcado em um dispositivo de armazenamento legível por máquina para a execução por um processador programável; e ações podem ser executadas por um processador programável que executa um programa de instruções para executar funções da invenção por operação em dados de entrada e geração de saída. A invenção pode ser implementada com vantagem em um ou mais programas de computador que são executáveis em um sistema programáveis incluindo pelo menos um dispositivo de entrada, e pelo menos um dispositivo de saída. Cada programa de computador pode ser implementado em um alto nível processual ou linguagem de programação orientada a objeto, ou em uma linguagem de montagem ou de máquina, se desejar, e em qualquer caso, a linguagem pode ser uma linguagem compilada ou interpretada.

Processadores adequados incluem, a título de exemplo, os microprocessadores gerais e específicos. Em geral, um processador receberá instruções e dados de uma memória de leitura somente e / ou memória de acesso aleatório.

Geralmente, um computador irá incluir um ou mais dispositivos de armazenamento em massa para armazenar arquivos de dados, tais dispositivos incluem discos magnéticos, como discos rígidos internos e discos removíveis, discos magneto-ópticos e discos óticos. Os dispositivos de armazenamento adequados para tangívelmente concretizar as instruções de programa de computador e dados incluem todas as formas de memória volátil e não volátil, incluindo a título de exemplo, os dispositivos de memória semicondutores, como EPROM, EEPROM, e dispositivos de memória flash, discos magnéticos, como discos rígidos internos e discos removíveis, discos magneto-ópticos, discos de CD-ROM e circuitos de buffer, tais como latches e / ou flip-flops. Qualquer destes materiais podem ser completados por, ou incorporados em ASIC (application- specific integrated circuits), FPGAs (field-programmable gate arrays) ou DSPs (processadores de sinal digital).

O sistema pode incluir um processador, uma memória de acesso aleatório, um controlador de disco rígido e um controlador de entrada / saída acoplado por um barramento de processador.

Será evidente para aqueles especializados nesta técnica que diversas modificações e variações podem ser feitas nas concretizações aqui divulgadas, em conformidade com a presente invenção, sem partir do espirito e escopo da presente invenção.

Outras concretizações de acordo com a presente invenção tornar-se-ão aparentes a partir da análise da especificação e da prática da invenção divulgada aqui.

Assim, a especificação e as concretizações são consideradas somente exemplificativas, com um verdadeiro alcance e do escopo da invenção a ser divulgado pelas seguintes reivindicações.

Claims

1. Método para aumentar a capacidade de assinante em uma rede de comunicações celular setorizada, com uma pluralidade de assinantes e uma estação base que suporta pelo menos um setor, cada um dos pelo menos um setor com uma ou mais antenas setoriais associadas na estação base, tendo uma área de cobertura critica que se estende da mesma e sobrepõe os setores vizinhos da mesma em uma zona de handover de setor, o método caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de: substituir a uma ou mais antenas associadas para um determinado setor, com uma antena de divisão setorial tendo uma pluralidade de áreas de cobertura de sub-setor que se estendem a partir das mesmas, pelo menos uma das quais é assimétrica, cada uma correspondente a um sub-setor e sobrepondo uma área de cobertura de sub-setor vizinha em uma zona de handover de sub-setor, em que uma área total de cobertura critica fornecida pela pluralidade de áreas de cobertura de sub-setor é substancialmente equivalente à área de cobertura critica da uma ou mais antenas de setor associadas substituídas.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de alocação de recursos de controle diferentes para áreas de cobertura de sub-setor vizinhas.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de alocação de um recurso de controle comum para as áreas de cobertura de sub-setor, cada uma sendo vizinha de uma terceira área de cobertura de sub-setor tendo um recurso de controle alocado diferente.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de planejamento de freqüência automática para derivar um plano de freqüência ótimo para todas as áreas de cobertura.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de alocação para substituir uma ou mais antenas de setor uma tarefa de informação de controle de radiodifusão.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda as etapas de transferência de uma tarefa de informação de controle de radiodifusão de uma ou mais antenas se setor para a antena de setor dividido, e remover a uma ou mais antenas de setor substituídas.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de alocar para a antena de setor dividido uma tarefa de tratamento de tráfego de pelo menos um dos assinantes.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de áreas de cobertura de sub-setor compreende um múltiplo de duas áreas de cobertura de sub-setor assimétrico.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de áreas de cobertura de sub-setor ainda compreende uma área de cobertura de sub-setor central simétrica.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de áreas de cobertura de sub-setor compreende duas áreas de cobertura de sub-setor, cada uma das quais com uma largura de feixe de meia-potência de cerca de metade daquela da área de cobertura critica de uma ou mais antenas de setor associada substituída.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a área de cobertura critica de uma ou mais antenas de setor associadas substituídas tem uma largura de feixe de meia-potência selecionada a partir do grupo constituído de: aproximadamente 65°, 90°, 105° e 120°.

12. Antena de setor dividido para uso em uma rede de comunicações celulares setorizada tendo uma pluralidade de assinantes e uma estação base que suporta pelo menos um setor, cada um do pelo menos um setor com uma ou mais antenas de setor associadas na estação base, com uma área de cobertura critica que se estende da mesma e sobrepondo setores vizinhos em uma zona de handover de setor, caracterizada pelo fato de que a antena de setor dividido é construída e disposta para substituir uma ou mais antenas de setor associadas e de tendo uma pluralidade de áreas de cobertura de sub-setor que se estendem a partir da mesma, pelo menos uma das quais é assimétrica, cada uma correspondente a um sub-setor e sobrepondo uma área de cobertura de sub-setor vizinha em uma zona de handover de sub-setor, onde uma área de cobertura total crítica fornecida pela pluralidade de áreas de cobertura de sub-setor é substancialmente equivalente à área de cobertura crítica da uma ou mais antenas de setor associadas substituídas.

13. Antena de setor dividido, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de áreas de cobertura de sub-setor compreende um múltiplo de duas áreas de cobertura de sub-setor assimétricas.

14. Antena de setor dividido, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que o múltiplo de duas áreas de cobertura de sub-setor assimétricas compreende um ou mais pares da mesma, uma primeira área de um dado par sendo substancialmente uma imagem espelho de uma segunda área do dado par.

15. Antena de setor dividido, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de áreas de cobertura de sub-setor ainda compreende uma área de cobertura de sub-setor central simétrica.

16. Antena de setor dividido, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a zona de handover de sub-setor é substancialmente igual à zona de handover de setor.

17. Antena de setor dividido de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de áreas de sub-setor compreende duas áreas de sub-setor, cada uma dos quais com uma largura de feixe de meia-potência de cerca de metade daquela da área de cobertura critica de uma ou mais antenas de setor associadas que está sendo substituída.

18. Antena de setor dividido, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a antena de setor dividido gera lóbulos secundários mínimos associados a cada área de cobertura de sub-setor assimétrico.

19. Rede de comunicações celulares setorizada tendo uma pluralidade de assinantes caracterizada pelo fato de que inclui: uma ou mais estações base, cada uma suportando pelo menos setor; e uma antena de setor associada com cada um do pelo menos um setor que fornece uma área de cobertura crítica que se entende a partir da mesma e sobrepõe setores vizinhos em uma zona de handover de setor, pelo menos uma referida área de cobertura crítica compreendendo uma área de cobertura assimétrica.

20. Rede, de acordo com a reivindicação 19, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma antena de setor associada compreende uma antena de setor dividido, a área de cobertura crítica da mesma incluindo uma pluralidade de áreas de cobertura de sub-setor, cada uma das quais correspondente a uma sub-setor e sobrepõem uma área de cobertura de setor vizinha em uma zona de handover de sub-setor, e pelo menos uma das quais compreende uma área de cobertura de sub-setor assimétrica.

21. Rede, de acordo com a reivindicação 20, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de áreas de cobertura de sub-setor compreende um múltiplo de duas áreas de cobertura de sub-setor assimétricas.

22. Rede, de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato de que o múltiplo de áreas de cobertura de sub-setor assimétricas compreende um ou mais pares do mesmo, uma primeira área de um dado par sendo substancialmente uma imagem espelhada de uma segunda área do dado par.

23. Rede, de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de áreas de cobertura de sub-setor simétricas ainda compreende uma área de cobertura de sub-setor central.

24. Rede, de acordo com a reivindicação 20, caracterizada pelo fato de que o zona de handover de sub- setor é substancialmente igual à zona de handover de setor.

25. Rede, de acordo com a reivindicação 20, caracterizada pelo fato de que a antena de setor dividido gera duas áreas de cobertura assimétricas tendo cada uma, um feixe de meia-potência selecionado a partir do grupo constituído pelos seguintes elementos: cerca de 33°, 45°, -53° e 60°.

26. Rede, de acordo com a reivindicação 20, caracterizada pelo fato de que antena de setor dividido gera lóbulos secundários mínimos associados a cada área de cobertura de sub-setor assimétrica.

27. Rede, de acordo com a reivindicação 20, caracterizada pelo fato de que inclui ainda uma rede passiva para implementar a pelo menos uma área de cobertura de sub-setor assimétrica.

28. Rede, de acordo com a reivindicação 20, caracterizada pelo fato de que inclui ainda uma rede ativa para a implementação de pelos menos uma área de cobertura de sub-setor assimétrica.