無(wú)線中繼系統(tǒng)中的資源分配的制作方法
【專利說(shuō)明】無(wú)線中繼系統(tǒng)中的資源分配
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2009年8月7日、申請(qǐng)?zhí)枮?00980138619.6、發(fā)明名稱為“無(wú)線中繼系統(tǒng)中的資源分配”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，更具體地說(shuō)，涉及與多跳或中繼增強(qiáng)蜂窩無(wú)線系統(tǒng)相關(guān)的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]經(jīng)過許多代其中諸如移動(dòng)手持機(jī)之類的用戶設(shè)備經(jīng)無(wú)線鏈路與連接到電信網(wǎng)絡(luò)的基站網(wǎng)絡(luò)通信的移動(dòng)電話系統(tǒng)已經(jīng)歷快速發(fā)展。利用模擬調(diào)制的系統(tǒng)的初始部署已被第二代數(shù)字系統(tǒng)取代，第二代數(shù)字系統(tǒng)本身目前正被諸如UMTS和CDMA之類的第三代數(shù)字系統(tǒng)取代。與第二代系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)吞吐量相比，第三代標(biāo)準(zhǔn)提供更大的數(shù)據(jù)吞吐量；第三代合作伙伴計(jì)劃提出的所謂的長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)(通常簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)TE)延續(xù)了這種趨勢(shì)，通過利用更寬的頻帶，頻譜高效的調(diào)制技術(shù)，可能還采用空間分集傳播路徑來(lái)增大容量(多入多出)，LTE可能提供更大的容量。
[0004]不同于移動(dòng)電話系統(tǒng)，無(wú)線接入系統(tǒng)也已經(jīng)歷發(fā)展，最初的目的在于提供在訂戶的房屋的用戶設(shè)備和公共交換電話網(wǎng)(PSTN)之間的“最后一英里”(大約)連接。這樣的用戶設(shè)備一般是電話或計(jì)算機(jī)連接到的終端，早期系統(tǒng)不提供用戶設(shè)備在基站之間的移動(dòng)性或漫游。不過，WiMax標(biāo)準(zhǔn)(IEEE 802.16)為這樣的終端提供一種通過高數(shù)據(jù)速率無(wú)線接入系統(tǒng)連接到PSTN的手段。
[0005]盡管WiMax和LTE經(jīng)由不同的路線演進(jìn)，不過它們都可被表征為一般利用相似的技術(shù)，服務(wù)于相似目的的大容量無(wú)線數(shù)據(jù)系統(tǒng)，此外，它們都按蜂窩布局的形式，被布置成蜂窩無(wú)線系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，這樣的蜂窩無(wú)線系統(tǒng)包含諸如移動(dòng)電話手持機(jī)或無(wú)線終端之類的用戶設(shè)備，許多基站，每個(gè)基站可能通過所謂的接入鏈路與位于稱為小區(qū)的覆蓋范圍中的許多用戶設(shè)備通信，和每個(gè)基站與諸如PSTN之類的電信網(wǎng)絡(luò)之間的雙向連接(稱為回程)O
[0006]圖1表示常規(guī)的無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)；在這個(gè)例子中，按所謂的“η= 3”頻率復(fù)用模式布置基站2a…2g的接入鏈路，即，可用的無(wú)線頻譜被分成三個(gè)子帶Π、f2和f3，其中η表示子帶的數(shù)目。通過利用定向天線，每個(gè)基站的覆蓋范圍被分成三個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)在不同的頻率子帶中工作。在圖1的例子中，與基站2a相關(guān)的扇區(qū)la、lb和Ic分別在頻率子帶fl、f2和f3中工作?？煽闯鰣D1中所示的頻率復(fù)用模式可被重復(fù)，而不存在在相同頻率下工作的相鄰扇區(qū)，從而使相鄰扇區(qū)之間的干擾降至最小。子帶不一定需要由連續(xù)的頻率塊組成，事實(shí)上，交織頻率以便散布頻率選擇性衰落的影響可能是有益的。頻率選擇性衰落是由多徑分量之間的破壞性干擾引起的信號(hào)功率的降低。在采用正交頻分多路復(fù)用(OFDM)的蜂窩系統(tǒng)，比如WiMax或LTE中，子帶一般包含不連續(xù)的多組子載波；不過，為了清楚起見，子帶通常被表示成獨(dú)立的連續(xù)塊，其中頻率的數(shù)字指示與物理層的實(shí)際頻率具有任意關(guān)系。
[0007]圖1是其中扇區(qū)la、lb和Ic被表示成六邊形區(qū)域的示意圖；實(shí)際上，地理約束和傳播條件會(huì)導(dǎo)致每個(gè)扇區(qū)的覆蓋范圍形狀不規(guī)則，扇區(qū)的面積不相等，基站的間距將由可用的地點(diǎn)決定，不一定對(duì)應(yīng)于圖1中所示的理想情況。
[0008]由于由地形或者基站發(fā)射的信號(hào)之間的干擾引起的遮蔽，在蜂窩系統(tǒng)的覆蓋范圍中會(huì)存在間隙。按照慣例，通過利用從基站接收信號(hào)并把信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到覆蓋較差的區(qū)域中的轉(zhuǎn)發(fā)站，可克服這些間隙。不過，僅僅轉(zhuǎn)發(fā)在頻帶內(nèi)接收的所有信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)站會(huì)引起在其它區(qū)域中降低覆蓋的干擾。通過利用中繼站而不是轉(zhuǎn)發(fā)站，可降低所述干擾；中繼站選擇哪些信號(hào)要轉(zhuǎn)發(fā)，一般傳送給在覆蓋情況較差的區(qū)域內(nèi)的終端。
[0009]通常，中繼站是具有全向天線的小型低功率基站，與常規(guī)基站形成對(duì)照，常規(guī)基站一般以比中繼站高的發(fā)射功率工作，并且一般采用安裝在塔上以形成廣大的覆蓋范圍的定向天線。蜂窩無(wú)線系統(tǒng)的無(wú)線電資源可被用于在中繼站和常規(guī)基站之間中繼回程通信量(backhaul traffic)。
[0010]圖2表示在蜂窩無(wú)線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)工作的常規(guī)中繼站；所述工作例如可按照IEEE802.16j進(jìn)行。用戶設(shè)備12b與中繼站10通信。由于中繼站10不具備與蜂窩無(wú)線電資源分離的回程鏈路，因此中繼站被分配用于向/自相鄰基站2a中繼回程數(shù)據(jù)的無(wú)線電資源時(shí)隙，所述相鄰基站2a本身借助微波鏈路連接到微波站6，從而連接到諸如公共交換電話網(wǎng)之類的電信網(wǎng)絡(luò)8。用戶設(shè)備12a被表示成與基站2a直接通信。
[0011]中繼站10可被部署在由于諸如山崗之類的地理特征，或者諸如建筑物之類的另一種障礙物，相對(duì)于基站被部分地遮蔽的區(qū)域中，或者被部署在建筑物內(nèi)，以覆蓋建筑物的鏈路較差或者未被基站覆蓋的各個(gè)部分。中繼站10被安置在使其能夠與基站通信，并且還能夠覆蓋被遮蔽的區(qū)域的位置。一般來(lái)說(shuō)，與基站扇區(qū)覆蓋的區(qū)域相比，要求中繼站覆蓋較小的區(qū)域。按照慣例，中繼站被用于覆蓋蜂窩無(wú)線系統(tǒng)的無(wú)線覆蓋范圍的小部分，并且中繼站的覆蓋范圍很少相互重疊。在中繼站的這種常規(guī)的低密度部署中，可按照ad hoc方式向中繼站分配用于與用戶設(shè)備通信的工作頻率；可接受的是復(fù)用分配給其中部署有中繼站的基站扇區(qū)的頻率子帶，如果在中繼站的覆蓋范圍和基站的覆蓋范圍之間，重疊的區(qū)域較小的話。可替換地，可向中繼站分配和分配給其中部署有中繼站的基站扇區(qū)的子帶不同的子帶。只要中繼站的覆蓋范圍較小，干擾其它基站扇區(qū)中的信號(hào)和干擾來(lái)自其它中繼站的信號(hào)的潛在可能就不是問題。
[0012]不過，中繼站的一種有益的應(yīng)用可能是用于通常增大無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的容量，而不局限于其中相對(duì)于基站，目標(biāo)覆蓋范圍的各個(gè)部分被遮蔽的情況。中繼站的這種一般應(yīng)用可能涉及在基站扇區(qū)內(nèi)高密度地部署中繼站，以致中繼站的覆蓋范圍會(huì)相互重疊，并且還相當(dāng)大地與基站扇區(qū)的覆蓋范圍重疊。這種部署的潛在優(yōu)點(diǎn)在于中繼站會(huì)提供其中與基站單獨(dú)提供的載波干擾比相比，載波干擾比得到提高的局部信號(hào)接收區(qū)域。不過，難以解決的是按照不會(huì)造成干擾的方式，向部署在采用η = 3頻率復(fù)用的常規(guī)蜂窩無(wú)線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的中繼站分配頻率子帶。
[0013]圖3圖解說(shuō)明在利用η = 3頻率復(fù)用方案的蜂窩無(wú)線系統(tǒng)內(nèi)部署中繼站10a...1c的潛在問題，圖中表示了兩個(gè)基站2a、2b的覆蓋范圍。在基站2a、2b的覆蓋范圍內(nèi)部署了三個(gè)中繼站10a...10c，并且圖中表示了三個(gè)用戶設(shè)備12a...12c。特定的用戶設(shè)備12a能夠從基站2a和中繼站1a接收信號(hào)。用戶設(shè)備12a將切換使用提供最高質(zhì)量信號(hào)的基站2a或中繼站10a，所述質(zhì)量可利用載波干擾比來(lái)表示。切換處理的目的是提高在無(wú)線蜂窩系統(tǒng)的覆蓋范圍內(nèi)能夠獲得的平均載波干擾比，從而提高通信量容量(traffic capacity)，這是因?yàn)橥ㄐ帕咳萘颗c載波干擾比相關(guān)。
[0014]以用附圖標(biāo)記1a表示的中繼站為例，對(duì)圖3圖解說(shuō)明的系統(tǒng)的頻率子帶的分配是成問題的。如果中繼站1a將以基站扇區(qū)Ia使用的頻率子帶fl工作，那么從中繼站1a發(fā)射的信號(hào)和由基站2a發(fā)射的信號(hào)之間可能存在干擾。如果中繼站1a將以頻率子帶f2工作，那么從中繼站1a發(fā)射的信號(hào)和由在與用戶設(shè)備12b通信的扇區(qū)Ie中的基站2b發(fā)射的信號(hào)之間可能存在干擾。在中繼站1a將以頻率子帶f3工作的情況下，從中繼站1a發(fā)射的信號(hào)和由在與用戶設(shè)備12c通信的扇區(qū)Ic中的基站2a發(fā)射的信號(hào)之間可能存在干擾。
[0015]圖4表示在諸如圖2中圖解所示的系統(tǒng)之類的系統(tǒng)中，在中繼站10和相關(guān)基站2之間，交替地向接入14a...14d和向回程(也稱為“中繼”)16a...16c分配時(shí)隙的常規(guī)時(shí)間幀結(jié)構(gòu)。
[0016]圖5表示圖4的幀結(jié)構(gòu)的每個(gè)接入時(shí)隙14a...14d內(nèi)的無(wú)線電資源的常規(guī)分配的例子。在未采用中繼的系統(tǒng)中，不存在中繼時(shí)隙，以致接入時(shí)隙在時(shí)間上是連續(xù)的。無(wú)線電資源在頻率上被分成三個(gè)子帶fl、f2和f3，供在圖1中圖解說(shuō)明的η = 3復(fù)用模式中使用?？煽闯雒總€(gè)頻率子帶在時(shí)間維度上被分成控制時(shí)隙18a...18c和凈荷20a...20c時(shí)隙，以及頻率子帶fl、f2和f3的控制時(shí)隙18a...18c在時(shí)間上彼此一致。由于使用戶設(shè)備接收器12a、12b與無(wú)線電資源幀結(jié)構(gòu)同步，并且按照相關(guān)的蜂窩無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，比如WiMax或LTE標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)接收器12a、12b預(yù)編程，以預(yù)期在每個(gè)子帶中在相同的時(shí)間接收控制數(shù)據(jù)，因此發(fā)生這種時(shí)間上的一致。構(gòu)成控制時(shí)隙18a...18c的一部分的數(shù)據(jù)的例子是802.16ffiMax系統(tǒng)中的幀控制報(bào)頭(FCH)。類似地，就LTE系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，存在可位于數(shù)據(jù)幀內(nèi)的各個(gè)位置的控制時(shí)隙；例如，控制時(shí)隙可位于幀的開始、中間和結(jié)尾。通常，控制通信量可例如指示幀的大小及其開始地址和終止地址。
[0017]為了接收幀的凈荷部分20a...20c，必須接收與幀相關(guān)的相應(yīng)控制時(shí)隙18a...18c。從而，特別重要的是保護(hù)控制時(shí)隙18a...18c免受干擾。在用圖1圖解說(shuō)明的η = 3頻率復(fù)用方案中，由任意特定基站2a的相鄰扇區(qū)發(fā)射的信號(hào)的控制時(shí)隙之間的干擾固有地被降至最小，這是因?yàn)槿缜八?，相鄰扇區(qū)在不同的頻率子帶下工作。
[0018]通常，控制時(shí)隙攜帶的信息會(huì)在基站之間以及在基站扇區(qū)之間變化。于是，通過智能地組合攜帶相同信息的潛在干擾信號(hào)來(lái)減輕基站之間以及基站扇區(qū)之間的干擾的影響的技術(shù)通常并不適合于供控制時(shí)隙之用。例如，軟切換和最佳服務(wù)器選擇方法通常并不適合于供控制時(shí)隙之用，這是因?yàn)樗鼈儠?huì)強(qiáng)加潛在干擾信號(hào)的信息內(nèi)容應(yīng)相同的限制。
[0019]盡管可能控制在幀20a、20b和20c的凈荷部分內(nèi)的無(wú)線電資源的分配，以避免來(lái)自基站2和中繼站10的信號(hào)之間的干擾，不過通常不可能重新分配用于控制數(shù)據(jù)18a、18b和18c的無(wú)線電資