無線中繼系統中的資源分配的製作方法

2023-05-08 10:37:21

專利名稱：無線中繼系統中的資源分配的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信網絡，更具體地說，涉及與多跳或中繼增強蜂窩無線系統相關的方法和系統。
背景技術：
經過許多代其中諸如移動手持機之類的用戶設備經無線鏈路與連接到電信網絡的基站網絡通信的行動電話系統已經歷快速發展。利用模擬調製的系統的初始部署已被第二代數字系統取代，第二代數字系統本身目前正被諸如UMTS和CDMA之類的第三代數字系統取代。與第二代系統提供的數據吞吐量相比，第三代標準提供更大的數據吞吐量；第三代合作夥伴計劃提出的所謂的長期演進系統(通常簡稱為LTE)延續了這種趨勢，通過利用更寬的頻帶，頻譜高效的調製技術，可能還採用空間分集傳播路徑來增大容量(多入多出)， LTE可能提供更大的容量。不同於行動電話系統，無線接入系統也已經歷發展，最初的目的在於提供在訂戶的房屋的用戶設備和公共交換電話網(PSTN)之間的「最後一英裡」(大約)連接。這樣的用戶設備一般是電話或計算機連接到的終端，早期系統不提供用戶設備在基站之間的移動性或漫遊。不過，WiMax標準(IEEE 802. 16)為這樣的終端提供一種通過高數據速率無線接入系統連接到PSTN的手段。儘管WiMax和LTE經由不同的路線演進，不過它們都可被表徵為一般利用相似的技術，服務於相似目的的大容量無線數據系統，此外，它們都按蜂窩布局的形式，被布置成蜂窩無線系統。一般來說，這樣的蜂窩無線系統包含諸如行動電話手持機或無線終端之類的用戶設備，許多基站，每個基站可能通過所謂的接入鏈路與位於稱為小區的覆蓋範圍中的許多用戶設備通信，和每個基站與諸如PSTN之類的電信網絡之間的雙向連接(稱為回程)。圖1表示常規的無線蜂窩網絡；在這個例子中，按所謂的「n = 3」頻率復用模式布置基站2a. . . 2g的接入鏈路，即，可用的無線頻譜被分成三個子帶H、f2和f3，其中η表示子帶的數目。通過利用定向天線，每個基站的覆蓋範圍被分成三個扇區，每個扇區在不同的頻率子帶中工作。在圖1的例子中，與基站加相關的扇區la、lb和Ic分別在頻率子帶fl、 f2和f3中工作。可看出圖1中所示的頻率復用模式可被重複，而不存在在相同頻率下工作的相鄰扇區，從而使相鄰扇區之間的幹擾降至最小。子帶不一定需要由連續的頻率塊組成， 事實上，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幹擾引起的信號功率的降低。在採用正交頻分多路復用(OFDM)的蜂窩系統，比如WiMax或LTE中，子帶一般包含不連續的多組子載波；不過，為了清楚起見，子帶通常被表示成獨立的連續塊，其中頻率的數字指示與物理層的實際頻率具有任意關係。圖1是其中扇區la、lb和Ic被表示成六邊形區域的示意圖；實際上，地理約束和傳播條件會導致每個扇區的覆蓋範圍形狀不規則，扇區的面積不相等，基站的間距將由可用的地點決定，不一定對應於圖1中所示的理想情況。
由於由地形或者基站發射的信號之間的幹擾引起的遮蔽，在蜂窩系統的覆蓋範圍中會存在間隙。按照慣例，通過利用從基站接收信號並把信號轉發到覆蓋較差的區域中的轉發站，可克服這些間隙。不過，僅僅轉發在頻帶內接收的所有信號的轉發站會引起在其它區域中降低覆蓋的幹擾。通過利用中繼站而不是轉發站，可降低所述幹擾；中繼站選擇哪些信號要轉發，一般傳送給在覆蓋情況較差的區域內的終端。通常，中繼站是具有全向天線的小型低功率基站，與常規基站形成對照，常規基站一般以比中繼站高的發射功率工作，並且一般採用安裝在塔上以形成廣大的覆蓋範圍的定向天線。蜂窩無線系統的無線電資源可被用於在中繼站和常規基站之間中繼回程通信量 (backhaul traffic)。圖2表示在蜂窩無線網絡內工作的常規中繼站；所述工作例如可按照IEEE 802. 16j進行。用戶設備12b與中繼站10通信。由於中繼站10不具備與蜂窩無線電資源分離的回程鏈路，因此中繼站被分配用於向/自相鄰基站加中繼回程數據的無線電資源時隙，所述相鄰基站加本身藉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之類的電信網絡8。用戶設備1 被表示成與基站加直接通信。中繼站10可被部署在由於諸如山崗之類的地理特徵，或者諸如建築物之類的另一種障礙物，相對於基站被部分地遮蔽的區域中，或者被部署在建築物內，以覆蓋建築物的鏈路較差或者未被基站覆蓋的各個部分。中繼站10被安置在使其能夠與基站通信，並且還能夠覆蓋被遮蔽的區域的位置。一般來說，與基站扇區覆蓋的區域相比，要求中繼站覆蓋較小的區域。按照慣例，中繼站被用於覆蓋蜂窩無線系統的無線覆蓋範圍的小部分，並且中繼站的覆蓋範圍很少相互重疊。在中繼站的這種常規的低密度部署中，可按照ad hoc方式向中繼站分配用於與用戶設備通信的工作頻率；可接受的是復用分配給其中部署有中繼站的基站扇區的頻率子帶，如果在中繼站的覆蓋範圍和基站的覆蓋範圍之間，重疊的區域較小的話。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的子帶不同的子帶。只要中繼站的覆蓋範圍較小，幹擾其它基站扇區中的信號和幹擾來自其它中繼站的信號的潛在可能就不是問題。不過，中繼站的一種有益的應用可能是用於通常增大無線蜂窩網絡的容量，而不局限於其中相對於基站，目標覆蓋範圍的各個部分被遮蔽的情況。中繼站的這種一般應用可能涉及在基站扇區內高密度地部署中繼站，以致中繼站的覆蓋範圍會相互重疊，並且還相當大地與基站扇區的覆蓋範圍重疊。這種部署的潛在優點在於中繼站會提供其中與基站單獨提供的載波幹擾比相比，載波幹擾比得到提高的局部信號接收區域。不過，難以解決的是按照不會造成幹擾的方式，向部署在採用η = 3頻率復用的常規蜂窩無線網絡內的中繼站分配頻率子帶。圖3圖解說明在利用η = 3頻率復用方案的蜂窩無線系統內部署中繼站 10a. . . IOc的潛在問題，圖中表示了兩個基站h、2b的覆蓋範圍。在基站2a、2b的覆蓋範圍內部署了三個中繼站10a. . . IOc,並且圖中表示了三個用戶設備12a. . . 12c。特定的用戶設備12a能夠從基站加和中繼站IOa接收信號。用戶設備1 將切換使用提供最高質量信號的基站加或中繼站10a，所述質量可利用載波幹擾比來表示。切換處理的目的是提高在無線蜂窩系統的覆蓋範圍內能夠獲得的平均載波幹擾比，從而提高通信量容量(traffic capacity)，這是因為通信量容量與載波幹擾比相關。
以用附圖標記IOa表示的中繼站為例，對圖3圖解說明的系統的頻率子帶的分配是成問題的。如果中繼站IOa將以基站扇區Ia使用的頻率子帶fl工作，那麼從中繼站IOa 發射的信號和由基站加發射的信號之間可能存在幹擾。如果中繼站IOa將以頻率子帶f2 工作，那麼從中繼站IOa發射的信號和由在與用戶設備12b通信的扇區Ie中的基站2b發射的信號之間可能存在幹擾。在中繼站IOa將以頻率子帶f3工作的情況下，從中繼站IOa 發射的信號和由在與用戶設備12c通信的扇區Ic中的基站加發射的信號之間可能存在幹擾。圖4表示在諸如圖2中圖解所示的系統之類的系統中，在中繼站10和相關基站2 之間，交替地向接入14a. · · 14d和向回程(也稱為「中繼」)16a. · · 16c分配時隙的常規時間幀結構。圖5表示圖4的幀結構的每個接入時隙14a. . . 14d內的無線電資源的常規分配的例子。在未採用中繼的系統中，不存在中繼時隙，以致接入時隙在時間上是連續的。無線電資源在頻率上被分成三個子帶fl、f2和f3，供在圖1中圖解說明的η = 3復用模式中使用。 可看出每個頻率子帶在時間維度上被分成控制時隙18a. . . 18c和淨荷20a. . . 20c時隙，以及頻率子帶fl、f2和f3的控制時隙18a. . . 18c在時間上彼此一致。由於使用戶設備接收器12a、12b與無線電資源幀結構同步，並且按照相關的蜂窩無線標準，比如WiMax或LTE標準，對接收器12a、12b預編程，以預期在每個子帶中在相同的時間接收控制數據，因此發生這種時間上的一致。構成控制時隙18a. . . 18c的一部分的數據的例子是802. 16 WiMax系統中的幀控制報頭(FCH)。類似地，就LTE系統來說，存在可位於數據幀內的各個位置的控制時隙；例如，控制時隙可位於幀的開始、中間和結尾。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。為了接收幀的淨荷部分20a... 20c，必須接收與幀相關的相應控制時隙 18a. . . 18c。從而，特別重要的是保護控制時隙18a. . . 18c免受幹擾。在用圖1圖解說明的 η = 3頻率復用方案中，由任意特定基站加的相鄰扇區發射的信號的控制時隙之間的幹擾固有地被降至最小，這是因為如前所述，相鄰扇區在不同的頻率子帶下工作。通常，控制時隙攜帶的信息會在基站之間以及在基站扇區之間變化。於是，通過智能地組合攜帶相同信息的潛在幹擾信號來減輕基站之間以及基站扇區之間的幹擾的影響的技術通常並不適合於供控制時隙之用。例如，軟切換和最佳伺服器選擇方法通常並不適合於供控制時隙之用，這是因為它們會強加潛在幹擾信號的信息內容應相同的限制。儘管可能控制在幀20a、20b和20c的淨荷部分內的無線電資源的分配，以避免來自基站2和中繼站10的信號之間的幹擾，不過通常不可能重新分配用於控制數據18a、18b 和18c的無線電資源，這是因為在相關蜂窩無線標準內，這一般被定義成出現在幀結構內的預定位置。按照相關標準工作的用戶設備從而被預編程，以預期在幀結構內的預定位置處的控制數據。於是，如果如同對於基站2那樣，向中繼站10分配相同的子帶，那麼在從基站2發射的控制數據和從中繼站10發射的控制數據之間可能出現幹擾。實踐中，當被置於基站扇區的覆蓋範圍的極端處時，中繼站最有價值，這是因為正是在所述極端處，最可能需要增強覆蓋，不過在這種情況下，也最可能引起幹擾。另外，在源於在相同子帶中工作的相鄰中繼站的發射之間可能存在幹擾。從而，在利用η = 3頻率復用的常規蜂窩無線網絡的覆蓋範圍內使用中繼站可能造成對從基站發射的信號和對從相鄰中繼站發射的信號的幹擾。本發明的目的是提供解決這些缺陷的方法和設備。

發明內容
按照本發明的第一方面，提供了一種在蜂窩無線網絡中分配幀結構內的無線電資源的方法，所述網絡包括多個基站和多個中繼站，所述幀結構包括用於傳送控制數據的多個第一無線電資源元素，所述方法包括分配所述多個第一無線電資源元素中的一個或多個元素以供所述基站傳送控制數據之用；和分配所述多個第一無線電資源元素中的一個或多個不同元素以供所述中繼站傳送控制數據之用。這種方法的優點在於避免了在用戶設備接收的、基站發射的控制數據和中繼站發射的控制數據之間的幹擾。例如，可以裝備基站，以對扇區形成無線覆蓋，並且中繼站可在基站的覆蓋範圍內工作。用戶設備可被預編程，以接收一個或多個無線電資源元素內的控制數據，所述一個或多個無線電資源元素可以是例如在網絡內分配無線電資源的幀結構內的控制時隙。優選地，幀結構包括用於傳送淨荷數據的多個第二無線電資源元素，所述方法包括分配所述多個第二無線電資源元素中的一個或多個元素，供基站傳送淨荷數據之用；和分配所述多個第二無線電資源元素中的一個或多個不同元素，供中繼站傳送淨荷數據之用。這具有通過在基站之間復用無線電資源元素，以及通過在中繼站之間復用不同的無線電資源元素，能夠傳送高淨荷數據容量的好處。分配給基站的淨荷無線電資源和分配給中繼站的淨荷無線電資源的比例可與預期的負載狀況成比例，從而實現無線電資源的有效使用；所述比例不需要與分配給基站的控制數據無線電資源和分配給中繼站的控制數據無線電資源的比例相同，所述分配給基站的控制數據無線電資源和分配給中繼站的控制數據無線電資源的比例與控制數據協議有關。優選地，用時間和/或頻率區分無線電資源元素。例如，可以裝備基站以對扇區形成無線覆蓋，並且中繼站可在基站的覆蓋範圍內工作。用戶設備可被預編程，以接收在網絡內分配無線電資源的幀結構內的控制時隙中的控制數據。把來自基站和中繼站的控制數據分配給不重疊的相應頻率子帶可防止來自基站的控制數據和來自中繼站的控制數據之間的幹擾。從而，來自基站和中繼站的控制數據可被分配給時間上不重疊的相應時隙或者時間的各個部分，從而避免來自基站的控制數據和來自中繼站的控制數據之間的幹擾。對本領域的技術人員來說，顯然由無線電資源元素攜帶的信號不會干擾由不同的無線電資源元素攜帶的信號，這是因為這些無線電資源元素相互正交。有利的是，無線蜂窩網絡利用正交頻分多路復用。例如，頻率子帶可包括多組正交頻分多路復用(OFDM)子載波。結果，藉助於在用戶設備處的單個OFDM接收器，可接收從基站和中繼站發射的信號，所述OFDM接收器接收包含基站和中繼站使用的子帶的頻帶。從而，使基站和中繼站之間的切換更容易。可遵循任何模式把OFDM子載波分配給子帶；一般可在頻率上交織分配給不同子帶的子載波。這具有在子帶之間分布頻率選擇性衰落的影響的好處。優選地，與中繼站相比，基站以更高的發射功率進行發射。其好處在於可廉價地構成中繼站，和經濟有效地使用中繼站，以提高基站提供的載波幹擾比受到限制的區域中的平均載波幹擾比。通常，基站採用定向天線，而中繼站採用全向天線。結果，可以部署基站，以形成扇形覆蓋，即，頻率在圍繞基站的方位面的扇區之間被復用。這種實現可有效地使基站站點的數目降至最小，這是有益的，原因在於這些基站站點是天線安裝在塔上的成本較高的大功率設備。相反，中繼站可以是具有全向天線的小型、廉價設備，為了提高無線覆蓋範圍中的載波幹擾比，優選地分布與基站相比數目大得多的中繼站，不過由於中繼站的小、功率低特性，並且一般沒有天線塔，因此中繼站並不佔用每個基站那樣大的設施成本。有利的是，基站採用專用回程，例如光纖或微波鏈路。中繼站一般使用佔據用於中繼站和用戶設備之間的通信的相同頻帶的無線電資源，以向基站提供數據的回程。好處在於能夠經濟地部署中繼站，以擴大基站的覆蓋範圍，或者提高在覆蓋範圍內可獲得的載波噪聲比，而不存在對提供專用回程的費用和地理限制。便利的是，可使中繼站按照 IEEE802. 16 j標準工作。優選地，網絡被這樣配置，以致其中來自基站的信號受到幹擾的覆蓋區域與其中來自中繼站的信號受到幹擾的覆蓋區域不重合。好處在於可以使基站利用η = 1頻率復用方案工作，η = 1頻率復用方案在基站附近提供較高的容量，代價是在基站的覆蓋範圍之間的邊界處產生幹擾。類似地，中繼站可在與基站使用的頻率子帶不同的頻率子帶下，按照η =1頻率復用方案工作。只要與基站和中繼站相關的邊界區不重合，網絡就能夠提供頻譜的有效使用，這是因為用戶設備能夠從在網絡中的特定位置，提供最佳的載波幹擾比，從而提供最佳數據容量的無論哪個基站或中繼站接收信號。可在調度器或者網絡管理系統的控制下，配置基站和中繼站，以致使用由調度器或網絡管理系統分配的無線電資源元素安排發射和接收。例如，網絡管理系統可以定義構成將由基站使用的頻率子帶的OFDM子載波的子集，並利用專用的有線回程鏈路，將其傳送給基站。類似地，利用專用於回程的時隙，可從網絡管理系統例如經由基站把與構成將由中繼站使用的頻率子帶的OFDM子載波的子集有關的信息傳給中繼站。然後，一般利用傳輸的前同步碼的一部分，比如幀控制報頭或Map，可把關於淨荷的無線電資源分配傳送給用戶設備；所述前同步碼構成控制數據，並利用其與手持機所同步於的幀結構的關係被預先編寫到手持機中的無線電資源。控制數據使用的無線電資源一般被安排在稱為報文段的重複區段(所述重複區段在無線系統按照其工作的標準中定義)，以致用戶設備可以使用任意的重複區段接收控制數據。網絡管理系統選擇要使用的重複區段，並如上所述酌情將其傳送給基站和中繼站；用戶設備按照無線系統標準僅僅偵聽它被預先編程要接收的無線電資源。根據參考附圖，僅僅作為例子給出的本發明的優選實施例的下述說明，本發明的其它特徵和優點將變得明顯。


圖1是表示常規的無線蜂窩網絡的示意圖；圖2是表示與基站通信的常規中繼節點的示意圖；圖3是表示蜂窩無線系統內的中繼站的可能操作方法的示意圖；圖4是表示在中繼組件和接入組件之間實現分時的常規幀結構的示意圖5是表示幀結構的接入部分內的無線電資源的常規分配的示意圖；圖6是表示按照本發明的一個實施例的蜂窩無線系統內的中繼站的操作的示意圖；圖7是表示在兩個基站和兩個中繼站的無線覆蓋範圍之間移動的用戶設備的路徑的兩個例子的示意圖；圖8是表示在兩個基站的無線覆蓋範圍之間移動的用戶設備的路徑的兩個例子的示意圖；圖9是表示在以不同的頻率子帶進行發射的兩個基站的無線覆蓋範圍之間，沿著圖6圖解說明的路徑移動的用戶設備經歷的載波幹擾比的示意圖；圖10是表示在以相同的頻率子帶進行發射的兩個基站的無線覆蓋範圍之間，沿著圖6圖解說明的路徑移動的用戶設備經歷的載波幹擾比的示意圖；圖11是按照本發明的一個實施例的、表示在兩個基站和兩個中繼站的無線覆蓋範圍之間，沿著圖10圖解說明的路徑移動的用戶設備經歷的載波幹擾比的示意圖；圖12是表示在幀結構的接入部分內按照本發明的一個實施例的無線電資源的分配的示意圖；圖13是表示在幀結構的接入部分內按照本發明的另一個實施例的無線電資源的分配的示意圖；以及圖14是表示在幀結構的接入部分內按照本發明的又一個實施例的無線電資源的分配的示意圖。
具體實施例方式一般來說，本發明提供目的在於通過利用中繼站，增大蜂窩無線系統的容量或覆蓋的方法和設備。為清楚起見，在諸如IEEE 802. 16(ffiMax)或LTE之類的高速分組數據系統的上下文中說明所述方法和設備，不過要認識到這只是作為例子，所說明的方法和設備並不局限於這些例子。由於上面提及的幹擾問題，通過在利用常規的η = 3頻率復用方案的蜂窩無線網絡中使用中繼站而提供的潛在容量增大受到限制。圖6圖解說明與圖5中圖解說明的網絡類似的、具有按照本發明的一個實施例的改進的頻率復用方案的網絡。與其中基站按照η = 3的頻率復用方案工作的常規蜂窩無線系統形成對比，在圖6的系統中，基站 、2b按照η = 1的頻率復用方案工作，即，基站加、 2b在彼此相同的頻率子帶內工作。中繼站10a. . . IOb被分配與基站h、2b使用的頻率子帶不同的頻率子帶。從而，中繼站也相對於彼此利用n= 1頻率復用模式工作。這種方案可被擴展到包括多個基站和多個中繼站的系統，基站相對於彼此採用η = 1頻率復用方案，而中繼站也在與基站使用的頻率子帶不同的頻率子帶中，相對於彼此利用η = 1頻率復用方案。圖7圖解說明按照本發明的一個實施例的兩個基站，即第一基站加和第二基站 2b，的布置，兩個中繼站10a、IOb被安置在第一和第二基站之間。使用戶設備(未示出)沿用實線表示的、相對較近地經過基站 、2b和中繼站10a、10b的第一軌跡22移動，還沿用虛線表示的、相對較遠地經過基站加、213和中繼站10a、10b的第二軌跡M移動。只是為了舉例說明，基站2a、2b和中繼站10a、10b被表示成直線排列；其它布置也是可能的。圖8圖解說明按照常規布置的圖7的布置，不過沒有中繼站10a、10b，從而作為比較。用戶設備(未示出)沿用實線表示的、相對較近地經過第一和第二基站h、2b的第一軌跡22移動，還沿用虛線表示的、相對較遠地經過第一和第二基站2a、2b的第二軌跡M移動。圖9表示在第一和第二基站加和2b分別以任意指定為fl和f2的不同頻率工作的情況下(這一般是在利用η = 3頻率復用方案工作的蜂窩無線系統內的情況)，當用戶設備沿圖8的相應軌跡22、Μ行進時，在用戶設備接收的載波幹擾比(C/I)是如何變化的。在第一軌跡22上經歷的載波幹擾比用圖9的實線^5a、26b表示，在第二軌跡M上經歷的載波幹擾比用虛線^a、28b表示。幹擾可起源於復用所討論的頻率的遠程基站。圖9中表示的C/I特性曲線的準確形狀取決於傳播條件；出於舉例說明的目的而示出曲線。應注意的是當用戶設備進一步離開第一基站加時，在頻率f 1從第一基站加接收的信號電平一般下降，而一般來自在與第一基站加相同的頻率子帶下工作的遠程基站 (圖8中未示出)的幹擾平均起來不會下降，以致載波幹擾比下降，如用曲線26a和26b所示。當用戶設備終端接近第二基站2b時，在頻率f2下接收的信號電平增大，載波幹擾比類似地增大，如用曲線26a和26b所示。在從第二基站2b接收的信號的載波幹擾比高於從第一基站加接收的信號的載波幹擾比的那個點，用戶設備從第一基站加切換到第二基站2b ； 從而，載波幹擾比與距離的曲線是關於第一軌跡22的粗實線^a J6b，和關於第二軌跡M 的虛線^aJ8b。應注意一般來說，切換點出現在OdB載波幹擾比之上；即，信號功率大於幹擾功率。圖10表示在第一和第二基站2a、2b分別在任意指定為fl的相同頻率子帶中工作的情況下(這一般是在利用n= 1頻率復用方案的蜂窩無線系統內的情況)，當用戶設備沿圖8的相應軌跡22、Μ行進時，在用戶設備接收的載波幹擾比(C/I)是如何變化的。在第一軌跡22上經歷的載波幹擾比用圖10的實線^a、26b表示，而在第二軌跡M上經歷的載波幹擾比用虛線^a、28b表示。應注意由於兩個基站在相同的子帶中工作，因此每個基站表現為另一個基站的幹擾源。於是，在切換點，信號和幹擾具有最多相同的功率，即，載波幹擾比最多為OdB。基站h、2b之間的所有軌跡都是如此；從圖10可看出與第一軌跡相關的曲線沈￡1、2乩和與第二軌跡相關的曲線觀3、2汕都經過OdB點。在按照η = 1頻率復用方案工作的基站之間，載波噪聲比下降到OdB通常會對蜂窩基站的工作帶來問題，這是因為將在用戶設備之間共用的信道的通信量容量與載波幹擾比相關。儘管現代通信系統能夠在OdB載波幹擾比下以低容量工作，不過與遠離基站之間的轉換的覆蓋區域相比，這會發生容量的極大降低，並且通常這是不可接受的。結果，對諸如WiMax和LTE之類的大容量OFDM蜂窩無線系統，通常不建議η = 1頻率復用系統。不過， η = 1頻率復用方案可能具有勝過η = 3方案的主要優點，因為在基站附近，整個頻帶都可加以應用，而不是名義上地，頻帶的三分之一。結果，接近基站並且遠離幹擾基站的可用容量會很高。不過，要認識到必須權衡考慮這種潛在好處和在基站的覆蓋範圍之間的分界面處遇到的上述問題。通過布置中繼站以填充否則會在覆蓋範圍中產生的間隙，本發明的實施例減輕了相應優點和缺陷之間的緊張狀態。下面將參考圖11對此進行說明，圖11表示按照本發明的一個實施例的當用戶設備沿著圖7的相應軌跡22、Μ行進時，在用戶設備接收的載波幹擾比(C/I)如何變化。在這個例子中，如上所述，第一和第二基站加和2b在任意指定為fl 的相同頻率子帶下工作，而中繼站10a、10b在指定為f3的不同頻率子帶下工作。在第一軌跡22上經歷的載波幹擾比用圖11的實線^a. . . 26 表示，在第二軌跡M上經歷的載波幹擾比用虛線觀表示。可看出用戶設備切換到具有較高的載波幹擾比的不論哪個基站 、2b 或中繼站10a、10b。結果，可以看出載波幹擾比可被維持在OdB之上，只要中繼站被安置成以致在頻率fl下，在基站2a、2b之間出現的OdB點30不會與在f3下，在中繼站10a、10b 之間出現的OdB點32 一致即可。圖12圖解說明按照本發明的一個實施例的圖3的數據幀的接入部分14a內的無線電資源的分配。在相同時隙內的不同頻率子帶內，分配給與從基站扇區以在所述基站扇區的覆蓋範圍內工作的用戶設備的通信相關的控制數據的無線電資源被分配給區域Sl 18a，而分配給與從中繼站到在中繼站的覆蓋範圍內工作的用戶設備的通信有關的控制數據的無線電資源被分配給區域S318c。應注意控制時隙被廣播給在覆蓋範圍內的任意用戶設備。由陰影區18b可看出，不是存在於時隙中的所有子帶都需要被使用。便利的是把頻率資源用於與針對η = 3復用方案在相關的蜂窩無線標準中定義的控制數據部分對應的控制數據部分；這具有利用被預編程以預期在數據幀內的這些頻率和時隙處的控制數據的用戶設備使操作更容易的好處。不必用與用於控制數據18a、18c的相同分割，在頻率上劃分淨荷頻率資源20d、 20e。事實上，為了最佳地利用淨荷容量，可由網絡管理系統響應於對與將由相應部分攜帶的數據相關的容量的相對需求，確定頻率資源在分配給從基站到用戶設備的鏈路的那部分淨荷，和分配給從中繼站到用戶設備的鏈路的那部分淨荷之間的劃分。劃分比例可被設定成固定比例，或者可以是按照負載狀況自適應的比例。如圖12圖解說明的頻率資源可適用於例如按照WiMax IEEE802. 16標準建造的系統。圖13圖解說明按照本發明的另一個實施例的無線電資源分配的對於接入部分的備選無線電資源分配。在相同時隙內的不同頻率子帶內，用於與從基站到用戶設備的通信相關的控制數據的無線電資源被分配給區域18c、18e和18g，用於與從中繼站到用戶設備的通信有關的控制數據的無線電資源被分配給區域18d、18f和18h。和圖12中所示的實施例一樣，不是存在於時隙中的所有子帶都需要被使用；事實上，便利的是把頻率資源用於與針對η = 3復用方案在相關的蜂窩無線標準中定義的控制數據部分對應的控制數據部分。用附圖標記20f 和20h表示的無線電資源部分被分配給從基站發射給用戶設備的數據淨荷，並且用附圖標記20g和20i表示的無線電資源部分被分配給從中繼站發射給用戶設備的數據淨荷。圖14表示按照本發明的又一個實施例的用圖13圖解說明的頻率分配的一種變形，其中按照和圖12類似的方式確定淨荷頻率資源在與從基站到用戶設備的發射相關的部分20f、20h，和與從中繼站到用戶設備的發射相關的部分20g、20i之間的劃分；為了最佳地利用淨荷容量，可由網絡管理系統響應於對和將由相應部分攜帶的數據有關的容量的相對需求，確定頻率資源在分配給從基站到用戶設備的鏈路的那部分淨荷，和分配給從中繼站到用戶設備的鏈路的那部分淨荷之間的劃分。劃分比例可被設定成固定比例，或者可以是按照負載狀況自適應的比例。
如圖13和圖14圖解說明的頻率資源可適用於例如按照LTE標準建造的系統。從而可看出本發明的實施例提供一種通過部署中繼站以在否則會受到從基站發射的信號之間的幹擾的基站覆蓋範圍之間的邊界處提供覆蓋以使基站能夠利用η = 1頻率復用方案工作，來提高蜂窩無線系統的容量的方法。中繼站本身是按照在與基站使用的子帶不同的子帶中工作的第二種η= 1頻率復用配置部署的。發現與單獨在相同頻帶中工作的基站的η = 3復用方案相比，就增大容量而論，按照本實施例的組合基站和中繼站的操作表現出無線電資源的有效使用。在按照本發明的實施例的配置中，中繼站覆蓋較差的區域被安排成不與基站覆蓋較差的區域重合。中繼站使用的信號和基站使用的信號被安排成相互正交，以致基站只會對其它基站造成幹擾，中繼站只會對其它中繼站造成幹擾；基站信號和中繼信號之間不存在任何幹擾。這具有使基站覆蓋盲區的位置與中繼站覆蓋盲區的位置解除相關的效果。通過利用分離的相應頻帶，可實現中繼站信號和基站信號之間的正交性。按照慣例，一些控制信號可能需要由所有基站和中繼站利用相同的無線電資源發射，這是因為用戶終端可能預期在規定的信道上得到這些控制信號。在這種情況下，會發生基站信號和中繼信號之間的相互幹擾，從而對整個系統不利。具體地說，在既存在基站信號，又存在中繼信號的區域中會導致另外的覆蓋盲區。按照一個優選實施例，在最初為支持η = 3頻率復用而設計的無線電資源結構中，每一個子帶可被分別用於中繼站控制信號和基站控制信號。這保持了基站信號和中繼站信號之間的正交性，並且基站和中繼站都可利用η = 1的頻率復用方案工作。這優於利用共用相同信道的η = 3頻率復用方案操作基站和中繼站，因為那樣會發生基站信號和中繼信號之間的幹擾。因此，可結合基站操作中繼站，以致對於中繼站和基站都能夠實現起伏的(rugged)控制信號，同時保持正交性，以致使相互幹擾最小，和使它們各自的覆蓋範圍圖的相關性最小，從而使容量和覆蓋達到最大。本發明的實施例還適用於多跳無線系統，其中中繼站和基站之間的回程可包括經一個或多個另外的中繼站或基站的回程。不要求中繼站把共用的無線電資源用於回程；原則上，中繼站可使用任意回程方法。例如，通過利用常規的回程方法，比如光纖鏈路或者高速數字訂戶鏈路，可以提供到電信網絡的專用鏈路。應注意碼分多址接入(CDMA)系統，比如UMPTS版本99，一般使用η = 1頻率復用方案。藉助軟切換，在這樣的CDMA系統中減輕了基站之間的幹擾的影響，在所述軟切換中， 幾個基站或基站扇區同時向用戶設備發射相同的淨荷數據，用戶設備利用組合算法組合淨荷數據；這是一種魯棒系統，不過淨荷的複製損害了數據容量。諸如WiMax和LTE之類的大容量OFDM蜂窩無線系統通常不被設計成能夠允許用於這種軟切換的淨荷的複製，從而常規上，η = 1頻率復用不是可行的選擇。儘管本發明的實施例在演進的LTE和WiMax系統的上下文中說明了切換，不過要認識到本發明的實施例也適用於其它蜂窩無線系統。此外，對本領域的技術人員來說，顯然可用利用使處理器執行所公開方法的計算機可執行指令編碼的計算機可讀介質，可實現本發明的實施例。上面的實施例應被理解為本發明的說明性例子。應當理解，關於任意一個實施例說明的任意特徵可以單獨使用，或者與說明的其它特徵結合使用，並且也可以與任意其它實施例的一個或多個特徵結合使用，或者與任意其它實施例的任意組合結合使用。此外，也可採用上面未說明的等同物和修改，而不脫離在所附權利要求中限定的本發明的範圍。
權利要求
1.一種在蜂窩無線網絡中分配幀結構內的無線電資源的方法，所述網絡包括多個基站和多個中繼站，所述幀結構包括用於傳送控制數據的多個第一無線電資源元素，所述方法包括分配所述多個第一無線電資源元素中的一個或多個元素以供所述基站傳送控制數據之用；和分配所述多個第一無線電資源元素中的一個或多個不同元素以供所述中繼站傳送控制數據之用。
2.按照權利要求1所述的方法，其中所述第一無線電資源元素以時間和/或頻率來區分。
3.按照權利要求1或2所述的方法，其中所述幀結構包括用於傳送淨荷數據的多個第二無線電資源元素，所述方法包括分配所述多個第二無線電資源元素中的一個或多個元素以供所述基站傳送淨荷數據之用；和分配所述多個第二無線電資源元素中的一個或多個不同元素以供所述中繼站傳送淨荷數據之用。
4.按照權利要求3所述的方法，其中所述第二無線電資源元素以時間和/或頻率來區分。
5.按照任一在前權利要求所述的方法，其中所述無線蜂窩網絡利用正交頻分多路復用。
6.按照權利要求5所述的方法，其中所分配的第一無線電資源元素由正交頻分多路復用子載波的子集構成。
7.按照權利要求3或4和5或6所述的方法，其中所分配的第二無線電資源元素由正交頻分多路復用子載波的子集構成。
8.按照權利要求6或7所述的方法，其中所述正交頻分多路復用子載波的子集包括頻率不連續的子載波。
9.按照任一在前權利要求所述的方法，包括配置所述網絡以使得從所述基站發射的信號所幹擾的覆蓋區域與從所述中繼站發射的信號所幹擾的覆蓋區域不重合。
10.一種包括多個基站和多個中繼站的蜂窩無線網絡，所述網絡被設置成按照幀結構來分配所述網絡內的無線電資源，所述幀結構包括用於傳送控制數據的多個第一無線電資源元素，其中所述基站被配置成在所述多個第一無線電資源元素中的一個或多個元素內傳送控制數據，並且所述中繼站被配置成在所述多個第一無線電資源元素中的一個或多個不同元素內傳送控制數據。
11.按照權利要求10所述的蜂窩無線網絡，其中所述第一無線電資源元素以時間和/ 或頻率來區分。
12.按照權利要求10或11所述的蜂窩無線網絡，其中所述幀結構包括用於傳送淨荷數據的多個第二無線電資源元素，其中所述基站被配置成在所述多個第二無線電資源元素中的一個或多個元素內傳送淨荷數據，並且所述中繼站被配置成在所述多個第二無線電資源元素中的一個或多個不同元素內傳送淨荷數據。
13.按照權利要求12所述的蜂窩無線網絡，其中所述第二無線電資源元素以時間和/ 或頻率來區分。
14.按照權利要求10-13任意之一所述的蜂窩無線網絡，其中所述蜂窩無線網絡利用正交頻分多路復用。
15.按照權利要求14所述的蜂窩無線網絡，其中所分配的第一無線電資源元素由正交頻分多路復用子載波的子集構成。
16.按照權利要求12或13和14或15所述的蜂窩無線網絡，其中所分配的第二無線電資源元素由正交頻分多路復用子載波的子集構成。
17.按照權利要求15或16所述的蜂窩無線網絡，其中正交頻分多路復用子載波的子集包括頻率不連續的子載波。
18.按照權利要求10-17任意之一所述的蜂窩無線網絡，其中所述網絡被配置成使得從所述基站發射的信號所幹擾的覆蓋區域與從所述中繼站發射的信號所幹擾的覆蓋區域不重合。
19.一種用在蜂窩無線網絡中的基站，所述網絡包括多個基站和多個中繼站，所述網絡被設置成按照幀結構把所述網絡內的無線電資源分配給所述基站和所述中繼站，所述幀結構包括用於傳送控制數據的多個第一無線電資源元素，其中所述基站被配置成在所述多個第一無線電資源元素中的一個或多個元素內傳送控制數據，所述一個或多個元素不同於分配給所述中繼站的元素。
20.按照權利要求19所述的基站，其中所述第一無線電資源元素以時間和/或頻率來區分。
21.按照權利要求19或20所述的基站，其中所述幀結構包括用於傳送淨荷數據的多個第二無線電資源元素，其中所述基站被配置成在所述多個第二無線電資源元素中的一個或多個元素內傳送淨荷數據，所述一個或多個元素不同於分配給所述中繼站的元素。
22.按照權利要求21所述的基站，其中所述第二無線電資源元素以時間和/或頻率來區分。
23.按照權利要求19-22任意之一所述的基站，其中所述蜂窩無線網絡利用正交頻分多路復用。
24.按照權利要求23所述的基站，其中所分配的第一無線電資源元素由正交頻分多路復用子載波的子集構成。
25.按照權利要求21或22和23或M所述的基站，其中所分配的第二無線電資源元素由正交頻分多路復用子載波的子集構成。
26.按照權利要求M或25所述的基站，其中所述正交頻分多路復用子載波的子集包括頻率不連續的子載波。
27.一種用在蜂窩無線網絡中的中繼站，所述網絡包括多個基站和多個中繼站，所述網絡被設置成按照幀結構把所述網絡內的無線電資源分配給所述基站和所述中繼站，所述幀結構包括用於傳送控制數據的多個第一無線電資源元素，其中所述中繼站被配置成在所述多個第一無線電資源元素中的一個或多個元素內傳送控制數據，所述一個或多個元素不同於分配給所述基站的元素。
28.按照權利要求27所述的中繼站，其中所述第一無線電資源元素以時間和/或頻率來區分。
29.按照權利要求27或觀所述的中繼站，其中所述幀結構包括用於傳送淨荷數據的多個第二無線電資源元素，其中所述中繼站被配置成在所述多個第二無線電資源元素中的一個或多個元素內傳送淨荷數據，所述一個或多個元素不同於分配給所述基站的元素。
30.按照權利要求四所述的中繼站，其中所述第二無線電資源元素以時間和/或頻率來區分。
31.按照權利要求27-30任意之一所述的中繼站，其中所述蜂窩無線網絡利用正交頻分多路復用。
32.按照權利要求31所述的中繼站，其中所分配的第一無線電資源元素由正交頻分多路復用子載波的子集構成。
33.按照權利要求四或30和31或32所述的中繼站，其中所分配的第二無線電資源元素由正交頻分多路復用子載波的子集構成。
34.按照權利要求32或33所述的中繼站，其中所述正交頻分多路復用子載波的子集包括頻率不連續的子載波。
35.一種用計算機可執行指令編碼的計算機可讀介質，所述計算機可執行指令使處理器配置按照權利要求1916任意之一所述的基站。
36.一種用計算機可執行指令編碼的計算機可讀介質，所述計算機可執行指令使處理器配置按照權利要求27-34任意之一所述的中繼站。
37.一種在頻帶內工作的蜂窩無線網絡中分配幀結構內的無線電資源的方法，所述網絡包括用戶設備終端、多個第一類型的節點和多個第二類型的節點，所述第二類型不同於所述第一類型，所述幀結構包括用於傳送控制數據的多個第一時隙和用於傳送淨荷數據的多個第二時隙，所述方法包括配置所述第一類型的節點以使得在第一所選頻率下在所述第一時隙內傳送控制數據；和配置所述第二類型的節點以使得在第二所選頻率下在所述第一時隙內傳送控制數據， 其中所述第一所選頻率不同於所述第二所選頻率，從而使得在所述第一時隙內在所述用戶設備終端處能夠接收來自所述第一類型的節點的控制數據和來自所述第二類型的節點的控制數據。
38.按照權利要求37所述的方法，包括配置所述第一類型的節點以使得在第三所選頻率下在所述第二時隙內傳送淨荷數據；和配置所述第二類型的節點以使得在第四所選頻率下在所述第二時隙內傳送淨荷數據， 其中所述第三所選頻率不同於所述第四所選頻率，從而使得在所述用戶設備終端處在所述第二時隙內能夠接收來自所述第一類型的節點的淨荷數據和來自所述第二類型的節點的淨荷數據。
39.按照權利要求38所述的方法，包括配置所述第一類型的節點和所述第二類型的節點以使得所述第一所選頻率不同於所述第三所選頻率，並且所述第二所選頻率不同於所述第四所選頻率。
40.按照權利要求37-39任意之一所述的方法，包括利用正交頻分多路復用操作所述無線蜂窩網絡。
41.按照權利要求40所述的方法，其中每一個所選頻率均包括正交頻分多路復用子載波的子集。
42.按照權利要求41所述的方法，其中所述正交頻分多路復用子載波的子集包括頻率不連續的子載波。
43.按照權利要求37-42任意之一所述的方法，包括以第一功率級操作所述第一類型的節點，以及以第二功率級操作所述第二類型的節點，其中所述第一功率級高於所述第二功率級。
44.按照權利要求43所述的方法，包括把所述第一類型的節點配置成基站，並且把所述第二類型的節點配置成中繼站。
45.按照權利要求37-44任意之一所述的方法，包括利用由蜂窩無線網絡運用的與所述第一類型的節點對應的無論哪些頻率，從所述第二類型的節點向所述第一類型的所述節點傳送回程數據。
46.按照權利要求37-45任意之一所述的方法，包括配置所述網絡以使得來自所述第一類型的節點的信號幹擾的覆蓋區域與從來自所述第二類型的節點的信號幹擾的覆蓋區域不重合。
全文摘要
本公開涉及無線中繼系統中的資源分配。通過安排成復用由相鄰基站或基站扇區使用的無線電資源元素的基站或基站扇區的操作，結合被類似地安排成復用由相鄰中繼站使用的無線電資源元素的中繼站的操作，增大了蜂窩無線系統的容量，其中中繼站復用的無線電資源元素不同於基站復用的無線電資源元素。中繼站尤其在位於基站的覆蓋範圍之間的邊界處的區域中提供覆蓋，所述位於邊界處的區域受到從相應基站發射的信號之間的幹擾。另外，與其中僅僅部署基站的系統相比，中繼站通常增大可獲得的平均載波幹擾比。無線電資源元素的分配方案尤其確保了避免在分配給控制數據的無線電資源元素中，從基站發射的信號和從中繼站發射的信號之間的幹擾。
文檔編號H04W72/00GK102172086SQ200980138619
公開日2011年8月31日 申請日期2009年8月7日 優先權日2008年8月7日
發明者J·M·納德恩, 朱佩穎 申請人:北電網絡有限公司