降低無線通信中的多小區幹擾的方法

2023-05-22 01:08:26

專利名稱：降低無線通信中的多小區幹擾的方法
降低無線通信中的多小區幹擾的方法
交叉引用
本申請要求2006年9月26日提交的序號為60/847,182的美國臨時申 請和2007年2月26日提交的名稱為"用於降低無線通信中的多小區幹擾 的方法 (Method for Reducing Multi-Cell Interferences in Wireless Communications)"的美國專利申請的優先權。
背景技術：
在無線通信網絡中，無線臺在由來自相鄰小區的、由移動無線臺 (MS)或基站收發臺(BTS)發送的無線電信號溢出並且削弱該無線臺的 信道條件時經歷多小區幹擾是很常見的。多小區幹擾既限制了無線通信網 絡的容量，又限制了其覆蓋範圍。多小區幹擾的問題在頻率復用因子(reuse factor) 較小時尤其嚴重。
已經發展了多種技術來降低無線通信網絡中的多小區幹擾。其中一種 技術使用針對每個小區的不同偽隨機噪聲偏移(PN偏移)，另一種技術 使用針對每個小區的不同頻率偏移。另外一種技術使用MS上的定向天 線。
PN偏移技術主要用在擴頻通信網絡中。此技術使得幹擾能量分布在 較寬的頻譜中，而不是試圖降低幹擾能量。因此，幹擾能量與熱噪聲所起 的作用相同。當PN偏移技術被使用時，小區間的隔離程度依賴於無線通 信網絡的擴頻增益。
頻率偏移技術為不同小區指派不同頻率。因為幹擾信號不會出現在與 所期望的信號相同的頻率中，所以小區間的多小區幹擾被降低。此技術的 缺點在於頻譜利用效率被降低。例如，在頻率復用因子為3的無線通信網 絡中，頻譜利用效率被降低了3倍。定向天線技術是使得MS上的定向天線被定位朝向所期望的信號的到 達方向並且遠離幹擾信號，其中幹擾信號是從其它小區發送的信號。幹擾 信號對無線臺的影響因此被降低。然而，此技術的缺點在於定向天線體積 大並且昂貴，因此其對於移動用戶不實用。
因此，所期望的是一種用於降低無線通信網絡中的多小區幹擾的有效 並且實用的方法，以便改善網絡的容量和覆蓋範圍。

發明內容
本發明公開一種用於降低多小區幹擾的方法。該方法包括將小區劃分 成多個區段，將頻譜分割成多個子信道，為多個子信道中的每一個指派一 個或多個子載波，為預定區段指派預定子信道作為主要信道，確定所期望 的通信無線移動臺進入多個區段中的哪個區段，計算來自所期望的通信無 線移動臺的所期望的信號的第一空間特徵，計算來自一個或多個相鄰小區 中多個非通信無線移動臺的幹擾信號的第二空間特徵，並且根據第一和第 二空間特徵生成調零波束形成加權矢量。
然而，當結合附圖閱讀下面對特定實施例的描述將會更好地理解本發 明的結構和操作方法及其其它目的和優點。


所附的並且形成本說明書的一部分的示圖被包括用於描述本發明的某 些方面。通過結合這裡提出的描述參考這些示圖中的一個或多個可以更好 地理解本發明。應當注意，在示圖中所示的特徵不一定繪製得成比例。
圖1A示出具有360度中心角的小區。
圖1B示出具有120度頂角的小區。
圖2是示出根據本發明的一個實施例的用於降低小區幹擾的方法的流 程圖。
圖3是示出用於對分離的信道進行分配的方法的流程圖。 圖4是示出用於調零波束形成的方法的流程圖。
具體實施例方式
下面對本發明的詳細描述參考了附圖。所述描述包括示例性實施例， 不排斥其它實施例，並且可以在不脫離本發明的精神和範圍的情況下對所 描述的實施例做出改變。下面的詳細描述不限制本發明。而是，本發明的 範圍由所附權利要求書來定義。
在本發明中公開的方法可應用於使用用於多址信道化(multiple access channelization)的某些類型的頻率劃分的任何多址技術。這包括頻分多址 (FDMA)、時分多址(TDMA)、多載波碼分多址(MC-CDMA)、正 交頻分復用多址(OFDM-MA)以及前述技術的任何組合。這些多址技術 被以同步或者非同步模式與頻分雙工(FDD)或者時分雙工(TDD)系統 結合部署。
在FDMA禾n OFDM-MA系統中，每個子信道被指派給單個用戶。在 TDMA系統中，多個用戶共享一個子信道，但是其中每個用戶被指派有不 同時隙。在MC-CDMA系統中，多個用戶共享一個子信道，但是其中每個 用戶使用不同的正交碼。在OFDM-MA系統中，子信道彼此重疊，而在諸 如TDMA和MC-CDMA的其它系統中，子信道沒有重疊。
形成一個子信道的子載波的頻率是不毗鄰的。子載波基於預定排列而 被選擇。換句話說， 一個子信道中的子載波邏輯上彼此相鄰，但實體上不 一定彼此相鄰。預定排列的一個示例是在IEEE 802.16e標準中的部分使用 子信道化(Partial Usage Subchannelization， PUSC)。
在本發明中公開的方法具有兩個要素分離信道分配(segregated channel allocation)禾口調零波束形成(null-steering beamforming)。分離信 道分配技術將小區劃分成多個區段(segment)，並且大大地降低了多小區 幹擾，並且還同時保持了高頻譜利用效率。例如，在具有六個分離的區段 的小區中，分離信道分配技術在仍然保持了頻率復用因子為1的頻譜利用 效率的同時實現了與頻率復用因子為6的小區同樣的幹擾降低水平。調零 波束形成方法創建了增強所期望的信號並且抑制幹擾信號的天線波束模 式。另外，該方法的效率不受系統的擴頻增益的限制，而是，其是對偽隨 機噪聲偏移方法的補充。圖1A示出具有360度中心角的小區100。 BTS位於中心120處。小區 100被劃分成六個相等的區段110[1:6]，其中每個區段具有60度中心角。
圖1B示出將小區140劃分成3個區段的另一示例。BTS位於具有120 度角的頂點142。在此情況中，小區被劃分成三區段148 [1:3]，它們在 BTS位置142處的頂角大致相等。圖1B中所示的其中一個區段148 [3]的 頂角150約為40度。
在任一種情況中，BTS為小區的每個區段規劃頻率使用指派，每個區 段被指派一個具有不同頻率的信道。信道是按照如下方式指派的，即，小 區邊界的信道被指派相同頻率的概率要最小化。
圖2是示出根據以本發明的一個實施例的用於降低小區幹擾的方法的 流程圖。步驟210和步驟220描述分離信道分配，而步驟230示出調零波 束形成。
在步驟210中，BTS通過直接從MS明確接收其位置信息或者通過基 於來自MS的接收信號而檢測位置來得知MS在其小區中的位置。然後， 在步驟220中，BTS根據區段信息指示MS使用指派給該區段的信道的頻 率。
將小區劃分成多個區段降低了小區間幹擾。為了進一步降低小區間幹 擾，在步驟230中，BTS採用利用了自適應天線陣列的調零波束形成方 法。所期望的信號通過適當的信道被發送給所述區段中的MS。
圖3是詳細示出分離信道分配的流程圖。首先，在步驟310中BTS將 分配給小區的頻譜劃分成N個子信道。這稱為頻分信道化。然後，在步驟 320中，BTS將該小區劃分成多個區段。例如，具有覆蓋360度的BTS的 小區被分隔成六個區段，其中每個區段具有60度角，如圖1A所示。對於 具有覆蓋120度的BTS的小區，其可以被分隔成3個區段，其中每個區段 具有40度角，如圖1B所示。
在步驟330中，BTS為區段中每一個指派唯一的子載波組作為用於該 區段的主要信道。對於每個區段，其鄰近的相鄰區段的主要信道被認為是 其第二信道，並且次鄰近區段的主要信道為其第三信道，依此類推。例如，在如圖1A所示的6區段分隔方案中，區段2和6的主要信道 將是區段1的第二信道。區段3和5的主要信道將是區段1的第三信道， 並且區段4的主要信道將是區段1的第四信道。每個信道中的子載波的頻 率不一定毗鄰。它們基於預定排列而被選擇。BTS按照如下方式計劃多小 區信道分配，即，在小區邊界處頻率不重疊。
隨著小區中的區段被確定，在步驟340中，BTS檢測MS的位置，並 且隨後檢測MS所在的區段。BTS可以通過若干種方式來確定MS的位 置。
確定MS的位置的一種方式是使每個區段具有不同的接入信道。對於 配備有多個天線的BTS，其可以使每個天線指向小區中的一個不同區段。 然而，對於配備有自適應天線陣列的BTS，其可以使用波束形成方法來創 建每個天線波束模式指向一個區段的天線波束模式。小區中所有區段的接 入信道可以在通信信道的任何物理屬性(諸如載波頻率、相位、幅度和偽 隨機噪聲(PN)偏移)上不同。
當MS進入無線通信網絡中時，其掃描並獲取接入信道。MS向BTS 發送包括其通過接入信道獲得的信息的確認(ACK)消息。BTS通過對從 MS接收的接入信道信息和接入信道規劃地圖進行比較來確定MS所在的 區段。
確定MS的位置的另一種方式是使用對小區中的每個區段具有不同接 收模式的天線。BTS識別接收具有最高信號強度的信號(所期望的信號) 的天線，並且其隨後確定MS所在的區段。
確定MS的位置的另一種方式是計算上行鏈路信號的到達方向 (DOA)。配備有多個天線的BTS能夠基於從不同天線接收的信號的幅 度和相位來計算來自MS的接收信號的DOA。 BTS利用此DOA信息來確 定MS所在的區段。
圖4是詳細示出調零波束形成的流程圖。在調零波束形成方法中，計 算波束形成加權矢量需要所期望的信號和幹擾信號二者的空間特徵 (spatial signature)。調零波束形成加權矢量創建了增強所期望的信號並 且抑制幹擾信號的天線波束模式。
10在步驟410中，BTS確定所期望的信號和幹擾信號二者的空間特徵。 相鄰小區中的MS發送具有正交編碼序列的上行鏈路信號。BTS不僅接收 來自其自己小區中的MS的上行鏈路信號，而且接收來自相鄰小區中的 MS的上行鏈路信號。BTS基於所接收的上行鏈路信號來確定所期望的信 號的空間特徵。
在步驟420中，BTS確定潛在的多小區幹擾源是什麼。當BTS檢測到 來自相鄰小區中的MS的上行鏈路探測信號時，其對此信號的信號強度和 預定閾值進行比較。如果此信號強度大於預定閾值，則此MS被識別為一 個潛在多小區幹擾源。
如果BTS檢測到來自一個或多個相鄰小區的不止一個上行鏈路探測信 號，則來自相鄰小區的所有上行鏈路探測信號的信號強度都被與預定閾值 比較。如果該信號強度大於預定閾值，則具有最強上行鏈路探測信號的 MS被識別為潛在多小區幹擾源。根據潛在多小區幹擾源的接收信號來計 算幹擾信號的空間特徵。
在步驟430中，BTS確定活動多小區幹擾源(active multi-cell interference source) 。 BTS在每個發送周期中與所有其它BTS交換上行鏈 路探測信號分配信息。BTS基於由其它BTS發送的上行鏈路探測信號分配 信息來確定MS是否是活動多小區幹擾信號源。
幹擾信號的協方差矩陣是基於下式計算的A=ti^，其中，A》是
一個幹擾源A的協方差矩陣。
在步驟440中，BTS通過查找與下面的特徵值問題的最大特徵值相對 應的特徵矢量來計算調零波束形成加權矢量(/ /+ 2/)&*^ = ^^， A是幹 擾的協方差矩陣；《是背景噪聲的協方差；/是單位矩陣；以及《是所期 望的信號的協方差矩陣。
上面的描述提供了許多不同實施例或者用於實施本發明的不同特徵的 實施例。組件和過程的具體實施例被描述用於幫助闡明本發明。當然，這 些僅僅是實施例，並且不旨在限制本發明，本發明由權利要求書中所描述 的來被限制。雖然本發明在這裡是被體現為一個或多個具體示例而示出和描述的， 但是其並不旨在限於所示出的細節，因為在不脫離本發明的精神的情況下 並且在權利要求的等同物的範圍內可以做出各種修改和結構變化。因此， 按照下面權利要求書中所提出的，所附權利要求應當被寬泛地並且以與本 發明的範圍相一致的方式來解釋。
權利要求
1.一種用於降低多小區幹擾的方法，所述方法包括將小區劃分成多個區段；將頻譜分割成多個子信道；為所述多個子信道中的每一個指派一個或多個子載波；為預定區段指派預定子信道作為主要信道；確定所期望的通信無線移動臺進入所述多個區段中的哪個區段；計算來自所期望的通信無線移動臺的所期望的信號的第一空間特徵；計算來自一個或多個相鄰小區中多個非通信無線移動臺的幹擾信號的第二空間特徵；並且根據所述第一空間特徵和所述第二空間特徵生成調零波束形成加權矢量。
2. 如權利要求1所述的方法，其中，指派一個或多個子載波包括基於 預定排列選擇所述一個或多個子載波。
3. 如權利要求2所述的方法，其中，所述預定排列包括IEEE 802.16e 標準中的部分使用子信道化(PUSC)。
4. 如權利要求1所述的方法，其中，所述選擇包括接收來自所述無線 移動臺的確認消息。
5. 如權利要求4所述的方法，其中，接收確認消息包括在所述無線移 動臺進入所述區段時通過由所述無線移動臺獲得的接入信道來發送。
6. 如權利要求1所述的方法，其中，所述選擇包括使用多個天線，所 述多個天線對所述小區中的不同區段具有不同接收模式。
7. 如權利要求1所述的方法，其中，所述選擇包括計算從所期望的通 信無線移動臺發送的信號的到達方向(DOA)。
8. 如權利要求1所述的方法，其中，計算第二空間特徵包括 識別多個潛在多小區幹擾源；並且識別多個活動多小區幹擾源。
9. 如權利要求8所述的方法，其中，識別多個潛在多小區幹擾源包括檢測來自所述相鄰小區的多個上行鏈路信號；並且 對所述多個上行鏈路信號的信號強度和預定閾值進行比較。
10. 如權利要求9所述的方法，其中，所述上行鏈路信號包括探測信號。
11. 如權利要求8所述的方法，其中，識別多個活動多小區幹擾源包括 與來自所述相鄰小區的多個基站收發臺(BTS)交換上行鏈路探測信號信
12. —種用於降低多小區幹擾的方法，所述方法包括 將小區劃分成多個區段；將頻譜分割成多個子信道，其中每個子信道包括基於預定排列的一個 或多個子載波；為預定區段指派預定子信道作為主要信道；確定所期望的通信無線移動臺進入所述多個區段中的哪個區段，其 中，所述選擇包括接收來自所述無線移動臺的確認消息；計算來自所期望的通信無線移動臺的所期望的信號的第一空間特徵；計算來自一個或多個相鄰小區中多個非通信無線移動臺的幹擾信號的 第二空間特徵；並且根據所述第一空間特徵和所述第二空間特徵生成調零波束形成加權矢
13. 如權利要求12所述的方法，其中，所述預定排列包括IEEE 802.16e標準中的部分使用子信道化(PUSC)。
14. 如權利要求12所述的方法，其中，接收確認消息包括在所述無線 移動臺進入所述區段時通過由所述無線移動臺獲得的接入信道來發送。
15. 如權利要求12所述的方法，其中，所述計算第二空間特徵包括識別多個潛在多小區幹擾源；並且 識別多個活動多小區幹擾源。
16. 如權利要求15所述的方法，其中，識別多個潛在多小區幹擾源包括檢測來自所述相鄰小區的多個上行鏈路信號；並且 對所述多個上行鏈路信號的信號強度和預定閾值進行比較。
17. 如權利要求16所述的方法，其中，所述上行鏈路信號包括探測信號。
18. 如權利要求17所述的方法，其中，識別多個活動多小區幹擾源包 括與來自所述相鄰小區的多個BTS交換上行鏈路探測信號信息。
19. 一種用於降低多小區幹擾的方法，所述方法包括 將小區劃分成多個區段； 將頻譜分割成多個子信道；為所述多個子信道中的每一個指派一個或多個子載波；為預定區段指派預定子信道作為主要信道；確定所期望的通信無線移動臺進入所述多個區段中的哪個區段；計算來自所期望的通信無線移動臺的所期望的信號的第一空間特徵；識別一個或多個相鄰小區中多個非通信無線移動臺中的多個潛在多小 區幹擾源和多個活動多小區幹擾源；計算來所述多個潛在多小區幹擾源和活動多小區幹擾源的幹擾信號的 第二空間特徵；並且根據所述第一空間特徵和所述第二空間特徵生成調零波束形成加權矢
20. 如權利要求19所述的方法，其中，指派一個或多個子載波包括基 於預定排列選擇所述一個或多個子載波。
21. 如權利要求20所述的方法，其中，所述預定排列包括IEEE 802.16e標準中的部分使用子信道化(PUSC)。
22. 如權利要求21所述的方法，其中，所述選擇包括接收來自所述無 線移動臺的確認消息。
23. 如權利要求22所述的方法，其中，接收確認消息包括在所述無線 移動臺進入所述區段時通過所述無線移動臺獲得的接入信道來發送。
24. 如權利要求19所述的方法，其中，所述選擇包括使用多個天線， 所述多個天線對所述小區中的不同區段具有不同接收模式。
25. 如權利要求19所述的方法，其中，所述選擇包括計算從所期望的 通信無線移動臺發送的信號的到達方向(DOA)。
26. 如權利要求19所述的方法，其中，識別多個潛在多小區幹擾源包括檢測來自所述相鄰小區的多個上行鏈路信號；並且 對所述多個上行鏈路信號的信號強度和預定閾值進行比較。
27. 如權利要求26所述的方法，其中，所述上行鏈路信號包括探測信號。
28. 如權利要求19所述的方法，其中，識別多個活動多小區幹擾源包 括與來自所述相鄰小區的多個基站收發臺(BTS)交換上行鏈路探測信號"(曰息。
全文摘要
本發明公開了一種用於降低多小區幹擾的方法。該方法包括將小區劃分成多個區段，將頻譜分割成多個子信道，為多個子信道中的每一個指派一個或多個子載波，為預定區段指派預定子信道作為主要信道，確定所期望的通信無線移動臺進入所述多個區段中的哪個區段，計算來自所期望的通信無線移動臺的所期望的信號的第一空間特徵，計算來自一個或多個相鄰小區中多個非通信無線移動臺的幹擾信號的第二空間特徵，並且根據第一空間特徵和第二空間特徵生成調零波束形成加權矢量。
文檔編號H04W64/00GK101496440SQ200780024975
公開日2009年7月29日 申請日期2007年2月28日 優先權日2006年9月26日
發明者國·李, 杭·金 申請人:思科技術公司