专利名称：多小区无线网络中改善无线效能方法
技术领域：
本发明与一无线通信网络有关。尤其是，本发明与一种降低在一无线 通信网络中的干扰以及改善整个网络性能的方法与装置有关。
背景技术：
随着无线通信网络的数目持续的快速增长，信号干扰已经成为维持一 稳定的系统性能的最大障碍。信号干扰通常是因为在网络中的节点，不断 地受到不同来源，不管是本来就想要连接的网络来源或者是预料之外的网 络来源，的信号的不停联系而形成。也就是说导致信号干扰的原因是本来 想要连接以及本来没有想要连接的信号同时出现所导致的结果。而随着本 来没有想要连接的信号数目的增加，网络中节点的防制干扰能力以使得想 要接受的信号能够免于干扰的能力会因而降低。尽管目前的技术已经存在多种在受侵略的环境中也能降低信号干扰的 方法，但没有一种方法能够完全预期到目前环境的网络发展技术而彻底的 解决干扰的问题。例如，在热点的部署方面，网络内部的因素，例如节点 密度、地理区域的限制、小区尺寸的降低以及用户数目的增加等都是造成 信号干扰的原因。单纯以一起始点为例，图1显示一种简单的网络部署，该部署适用于理想化地降低千扰。在一点对点(PtP)的组态中，网络节点102与104 在逻辑上分别连接到节点108。在这个图式中的网络节点102、 104、 108 及110可以表示为接入点、基站、移动站或任何其组合等。所述的网络100 中的每一个节点所传送的范围或覆盖区域则是透过120到126所表示的圆 圏来标示。如同图1所示，所迷的网络100的每一个节点的覆盖区域仅只 有围绕其想要的指定区域。因此，所述的网络100的每一个网络节点只有 在极少或无任何干扰的情况下接收来自或传送信号到其想要指定区域。虽 然网络100这样的技术很理想化，但却不是一个无线通信网络实际的部署方式。图2表示一种与图1所示的网络100类似的网络200,但网络200则 是配备更多的网络节点来实施。如同图2所示，节点202与204与图1所 示的节点对的部署方式类似。也就是说，节点对202与204是在一点对点 的组态中，其中每一个节点的覆盖区域只包含其所想要的点对点指定区域。 更详细地说，节点202只接收来自其指定区域节点204的信号，而节点204 也只接收来自其指定区域节点202的信号。相反的，节点210则是设计成 使其不只接收来自其指定节点212的信号，而是也同时接收来自节点214 的信号。同样的，节点214也设计成使其接收来自其点对点指点范围的节 点216的信号以及同时也接收来自节点210的不想要的信号。因此，节点 210与214都会经历到信号的干扰。在更复杂的部署中，干扰所造成困境甚至是更显著的。图3表示一种 包含一组点对点(PtP)连结以及一组点对多点(PtMP)连结的网络300 的部署。在这个图式中，节点308与节点310是在一个简单的点对点组态 中，其中每一节点只有接收及传送其想要的点对点指定范围的信号。不过， 节点302则是操作在一点对多点的组态中而与节点304及306相互连结， 其中节点302对节点304与304提供服务。如同图3中所示，其中包含了 节点302、 304与306很明显的重叠的覆盖区域(也就是从每一节点的天 线元件中所发射出来的圆圈区域范围)。因此，这三个节点都是容易受到 严重的信号干扰所影响。如同图2及图3所示，越拥塞及/或越复杂的网络会变成是越容易受到 干扰的影响。尽管目前已经存在用以降低网络干扰的有效方法，但是这些 技术并不是总是有效的。举例来说，图4说明了一种部署了智慧型天线 (Smart Antenna, SA)模组的部署方式，其中该等智慧型天线模组与每一 节点排列在一起并利用波束操作技术来降低网络400内部的干扰。具波束 操纵技术的智慧型天线模组是用来修正网络节点的覆盖区域。在网络400 中，这样的技术结合能有效的修正节点406与408的覆盖区域，以使该附 该区域只包含他们想要的点对点指定区域，因而能将信号的干扰最小化。 然而，节点410仍然维持包含于节点412、 416及414的覆盖区域421、423及424中。就其本身而言，节点410接收来自其想要的指定区域的信 号，而且也包含节点412、 414以及416的信号。同样的，节点414仍然 维持在覆盖区域421及423之中，因此也接收来自其指定区域416以及节 点412的信号。而节点410及414的不想要的信号的接收造成他们必须历 经严重程度的小区内部的干扰。
因此，设计一种能有效地降低在一无线网络中的干扰的方法与装置是 很迫切的，尤其是在一 高度拥塞及/或复杂样态的网络系统中更是特别重 要。
发明内容
本发明是关于一种用来降低一无线通信网络的干扰及改善一无线网络 系统的整体效能的方法与装置。 一无线资源管理(RRM)模组用来撷取与 无线通信网络有关的网络样态信息。这个样态信息传送到配置在一网络节 点中的一智慧型天线(SA)模组。该智慧型天线模组决定在该无线网络中 所传送的波束的适当方向、宽度及功率。因此，该智慧型天线模组对应着 该波束的方向、宽度及/或功率而调变。
一种用以在一无线通信网络中进行通信的多功能的网络节点，其具有 一种能以 一基站模式来操作的装置。假如该节点侦测到在网络中的改变， 它具有一个装置决定该改变是否应该触发操作模式的改变。假如操作模式 的改变是必要的，该节点还具有一种用以切换基站模式与无线传送/接收单 元(WTRU)模式的装置。该节点持续操作在一WTRU模式中直到另一个 模式的触发改变为止。在一替代的具体实施例中，该多功能节点也具有一 个能够同步操作于基站与WTRU模式的操作。
本发明通过下列实施方式暨配合相对应的图式详细说明，使得一更深 入的了解，其中
图1表示一个简单的点对点无线网络部署，理想化地用来最小化小区 内部的干扰。图2表示一种拥塞点对点无线网络，用以描述不想要信号侦测的效应。
图3表示一种包含点对点组及点对多点组的逻辑网络，用以描述网络
对于信号干扰的敏感度。
图4表示一种使用智慧型天线(SA)模组以及波束操纵技术以最小化
信号干扰的无线网络。
图5表示根据本发明一较佳具体实施例的无线网络。
图6表示一种根据本发明降低小区内干扰的方法的流程图。
图7A与图7B是一种多功能的网络节点，其中在一第一点及时以一基
站模式来操作(图7A)以及再一第二点及时以一无线传送/接收单元 (WTRU )模式来操作(图7B )。
图8表示一种多功能网络节点从基站模式切换到无线传送/接收单元 (WTRU)模式以及其反向切换模式的方法的流程图。
图9表示一种能同步操作于一基站与一无线传送/接收单元(WTRU)
模式的多功能网络节点。
具体实施例方式
在本说明书中，该用语r无线传送/接收单元(WTRU) J包含但不限 定于一用户设备、移动站、固定或移动的用户单元、呼叫器、或其他能够 操作于无线环境中的任何类型的装置。而在本说明书中，该用语r基站J 包含但不限定于一B节点、位址控制器、接入点或其他任何在一无线环境 中的其他任何类型的接口装置。
请参阅图5,其表示本发明的一种无线通信网络500，其中每一个网 络节点的覆盖区域(或足迹(footprint))都经过最佳化，以将信号的干扰 降到最低。必须注意的是，如图5所示的网络部署及其网络元件仅只是一 个实施例。而该网络部署及其网络元件也可能可以根据本发明所执行的无 线网络的特殊类型而加以变化。
网络500包含基站504、 506、 508以及510以及无线传送接收单元 (WTRUs)514、 516、 518、 520、 522及524。基站504及510分别与 无线传送接收单元(WTRUs) 514及524操作于点对点的模式下。基站506及508则与无线传送接收单元(WTRUs) 516、 518、 520及522进 行点对多点模式的操作，其中基站506是为无线传送接收单元(WTRUs) 516与518服务，而基站508则是为无线传送接收单元(WTRUs) 520 与522服务。 一智慧型天线(SA )模组配置在该网络500的每一个节点上。 必须注意的是每一该等智慧型天线都包含智慧型天线处理能力以及天线元 件。网络500的基站与无线传送接收单元的覆盖区域如图5的椭圆564-582 所示，其中这些椭圓564-582是网络500的每一节点所具备的天线元件所 涵盖的范围。
然而，在图5中所没有显示的是无线资源管理(RRM)模组，其中较 佳者每一个无线管理模组是配置在每一个基站上。该等无线资源管理模组 能够在不使用一中央无线网络控制器(RNC)的情况下r找到J网络500 的分布信息。有关分布信息发现所使用的方法已经是习知技艺里所熟知的 技术而且并不在本发明的目的中。然而，仍须特别注意的是，本发明当然 也能适用于这些使用中央无线网络控制器的网络。
这些搭配在基站504、 506、 508及510上的无线资源管理模组撷取并 处理这些在他们的周围环境中所侦测的网络500的网络节点的分布信息。 无论这些分布信息是独立发现的或者是由一中央的无线网络控制器所提供 的，该分布信息都会包含但不限定于节点的数量，他们的特性(例如MAC 位址、IP位址等)、地理座标、抵达角度以及在网络500中与其他元件之 间的逻辑关系。举例来说，由无线传送接收单元520所获得或侦测的分布 信息可以决定另一个节点，也就是无线传送接收单元522，位于靠近该无 线传送接收单元520且与该无线传送接收单元520以及其所服务的基站 (也就是508)维持在大约60度的方位角的位置。由无线传送接收单元 520所获得或侦测到的分布信息也可以指示该基站位于另一个远处(也就 是说无路径数量的估算也可以被执行)，在介于该无线传送接收单元520 以及服务的基站508之间的方位角的方向上。
值得注意的是，虽然一统计网络提供撷取分布信息的理想地点，本发 明并无只限制于统计网络 将本发明应用到包含行动无线传送接收单元的 网络中只需要增加分布信息所更新的频率，以使得该分布信息维持有意义的。在其他的事件中， 一旦分布信息获得或侦测到的时候，该无线资源管 理模组输出这些信息到他们个别涵盖范围之内的智慧型天线模组，以使这 些信息被接收并且再次进行处理。
该智慧型天线模组使用这个分布信息来决定适当的辐射图案以及传送 功率等级。举例来说，假如一无线资源管理模组确认一基站与单一无线传 送接收单元进行通信(也就是点对点模式)，该基站的天线模组缩小他的 波束宽度，降低他的传送功率，以/或调整其波束方向以使得该单一无线传
送接收单元分离出来。这个波束调整緩和任何在其他基础服务组(BSSs) 之间所产生的干扰。有关波束操纵及功率控制的各种不同的方法可以从习 知技术中获得而不是包舍在本发明的一部份内。
请回到图5所示，有关本发明的降低干扰的概念将会进一部详细说明。 在接收到网络500的分布信息之后，在基站506与508上的智慧型天线模 组判定对于各别的基站来说，操作在点对多点模式下是比较有利的，其中 该基站506用来服务无线传送接收单元516与518，而该基站508则是用 来服务无线传送接收单元520及522。同样的，在基站504与510得天线 模组判定他们不需要操作在点对多点的模式下。相反的他们的效率则是操 作在点对点的模式下而得以最佳化。
必须注意的是，通过操作在点对多点的模式下，基站506及508避免 在网络500中的过多的数据分组碰撞(也就是干扰)。举例来说，如果基 站506是操作在点对点的模式下，在其本身与无线传送接收单元516及518 之间的无线连结的方向幸会避免每一个无线传送接收单元免于在该基站 506与其他无线传送接收单元进行通信的时候迷失方向性。基本上，无线 传送接收单元516及518会彼此相互隐藏。当两个共享相同的无线资源的 无线传送接收单元彼此相互隐藏的时候，他们有时候会一起传送，导致数 据分组的碰撞，因而造成干扰的产生。在本领域中，将这个概念视为r隐 藏模式」的现象。
所述的隐藏模式现象在网络500中可以避免，因为无线传送接单元 516、 518、 520及522被发送信号以扩大他们的波束宽度，以使得他们个 别的覆盖区域涵盖他们各自的点对多电涵盖范围。通过扩大他们各别的波束宽度，每一个无线传送接收单元(也就是516、 518、 520及522)在其 点对多点所指定范围的无线传送接收单元在他们的共享信道中进行传送时 会进行侦测。因此，每一个该等无线传送接收单元延迟传送信号直到他们 侦测到其点对多点所指定位置的无线传送接收单元不再进行传送为止。为 了详细说明，无线传送接收单元516及518已经扩大他们的波束宽度以使 得他们各自的覆盖区域可以与基站506及彼此相互包含。假如无线传送接 收单元516侦测无线传送接收单元518在他们共用的信到上传送信号到该 基站506,该无线传送接收单元516会延迟它对基站506的传送直到它侦 测到该无线传送接收单元518不在进行传送为止。假如偶然的该无线传送 接收单元516及518几乎在同一时间开始进行发送而且一碰撞发生时，一 随机的撤回程序将会开始，其中每一无线传送接收单元516及518中止传 送并且在开始重新传送之前等待一段随机的时间。这样可以大幅度地降低 随后发生碰撞的机会。
必须注意的是，基站506及508可以随机的示意他们各别的无线传送 接收单元以全方位的模式进行传送，其中全方位模式的传送与之前所讨论 的波束放大模式具有相同的效应。避免多个无线传送接收单元同步的在一 共用信道上传送信号到相同的基站上可以使该共用信道发生的碰撞的机会 变少。因此，同样的，该共用信道会变得更有效率而且整体网络的效能得 以提升。
除此之外，所有与基站504、 506及508以及无线传送接收单元514、 516、 518、 520及522配置在一起的智慧型天线的接收图案都是可以调整 的，以进一步最佳化信号的接收以及最小化网络500中的干扰。
如图5所示的网络500中用来降低小区内干扰的方法进一步图示于图 6中。所述的方法600是由一智慧型天线模组610及一无线资源管理模组 620来执行。首先，无线资源管理模组620 —直闲置(步骤621)，直到 一分布发现的更新触发为止(步骤622)。在这个发现步骤622，其中， 将网络节点辨识为基站或无线传送接收单元，计算节点之间的节点邻近区 域以及相对的角度，辨识节点对之间的路径损失分离以及撷取这些节点能 够感测到其他节点的能力。这些触发可是事周期性的，也或者可能是回应一个用户进入或离开一无线通信网络(也就是表示网络分布的改变)。
基本服务组分布根据目前的网络情况进行处理(步骤623),也就是 说从该发现步骤622中的输出转化成是可以读出的且可以传送的。所处理 的分布随后在步骤624期间输出到一适当的智慧型天线模组610。必须注 意的是虽然只有一个智慧型天线模组610图示于内，但也可能可以有数个 或多个智慧型天线模组能与单 一 个无线资源管理模组620进行通信。
一旦接收到在步骤612中的基础服务组分布信息，该智慧型天线模组 610决定是否该操纵该方向，改变该波束宽度或校正被网络节点所影响到 的传送信号的功率等级(步骤613)。假如波束控制、波束宽度改变或功 率校正是不必要的，该智慧型天线模组610回到步骤611,也就是回到闲 置的状态。而假如波束控制、波束宽度改变或功率校正是必要的，该智慧 型天线模组执行这些调整(步骤614)并且在完成后回到步骤611 (也就 是闲置情况)直到他接收到另 一 个来自无线资源管理模组620的分布更新 (步骤612)。
请再继续参阅图5所示，该网络500包含一是列的网络节点，每一个 节点是运作成一基站或者是一无线传送接收单元。有一些情况中较佳者是 特定的节点运作成基站，例如是节点506及508;而其他的特定节点则运 作成是无线传送接收单元，例如节点516、 518、 520及522。不过，在额 外的情况下对于某些特定节点来说，最好是在某一特定的时间点上操作成 是一基站，而在稍后的某一时间点上则又操作成是一无线传送接收单元。 在这些情况下，根据本发明的一个多功能的装置就可以利用。这个多功能 的装置包含一基站所有的功能性，而且也同时具备了一无线传送接收单元 的功能性。所述的多功能装置也包含一种机制可以选择性的在一基站模式 及一无线传送接收单元模式之间进行交替的切换。通过这个多功能的装置， 本发明的无线资源管理决定该节点则一特定的时间点上必须操作成哪一种 模式。这个多功能模式随后切换成适当的模式以适应目前的基础服务组的 方布。
请继续参阅图7A及图7B, —多功能的网络节点700图示于其中。在 图7A中， 一多功能的网络节点700在时间t的时候操作成是一基站，而在图7B中，同一个节点则是在稍后的时间点y时操作成是一无线传送接收 单元。从基站模式切换到无线传送接收单元模式或者是从无线传送接收单 元模式切换的基站模式的触发事件被认为是一种外部输入的处理程序。这 样的外部输入的例子包含1)来自一操作与管理(Q&M)模组的参数设 定改变；或者是2)侦测到额外网络节点的出现。举例来说，侦测到一给 定的基站的出现可以触发使基站模式转换成无线传送接收单元模式。同样 的，侦测到某些特定的无线传送接收单元组也可以触发该无线传送接收模 式切换成基站模式。
该多功能装置700从一基站模式切换成一无线传送接收单元模式以及 从一无线传送接收单元模式切换成一基站模式的程序如图8中所示。为了 这个说明的目的，假设前面所述的该多功能节点700在一无线通信网络中 在时间点t的时候以一基站模式来操作(步骤810)。而在某一特定时间 之后，但在时间y之前，该节点700侦测到该网络中另一个基站节点的出 现。通过该节点700的无线资源管理模组，该节点700决定这个网络改变 是否是从一基站模式切换成一无线传送接收单元操作模式的触发，如同前 面所描述对这个程序的外部输入(步骤811)。假如这不是那样的改变， 节点700可以继续操作在基站模式下。然而，因为另一个额外的基站的出 现是一个模式改变事件，节点700会与所有目前所关联的无线传送接收单 元解除关联(步骤812 )。接下来，节点700中止传送信标(步骤813 ) 并且开始载入它本身的无线传送接收单元组态(例如；MAC/IP位址、较 佳的基站/基础服务组ID、所支援的服务等)(步骤814)。为了完成这 样的转变，节点700与一基站进行连结(步骤815)并且开始在时间点y 操作成一无线传送接收单元模式(步骤801 )。
当该节点700历经了来自该网络中的一操作与管理(0&M)模组的参 数设定改变，假如该节点700在稍后的时间点z仍维持操作在一无线传送 接收单元模式(步骤801 )。通过无线资源管理模组，该节点700决定在 参数设定中的这样改变是一个模式改变事件(步骤802)。因此，节点700 从他目前所连结的基站中与其解除关联(步骤803)。接下来，节点700 载入它本身的基站组态信息(例如；MAC/IP位址、基础服务组ID、较佳的基站信道、所承载容量等)(步骤804)。 一旦重信配置完成后，节点 700传送信标(步骤805)而且开始操作在基站模式下(步骤810)。节 点700会继续操作在基站模式下直到他决定另一个模式切换事件在这个网 络中发生为止。
在一多功能装置需要同时运作成一基站及一无线传送接收单元功能的 情况下，多个无线单元及多个天线结构可以用来传送及接收在不同信道上 的信号，因此允许这样的一个装置的无线传送接收单元及基站部分的信号 可以相互隔离。
图9表示根据本发明的一多功能节点900,其中该节点900可以同时 运作成一基站及一无线传送接收单元。为了更好的解释这个多功能节点 900的应用，我们单纯以 一具体实施例的方式来假设图9中的节点900为 设置于一商用飞机上的一个节点。此外，假设该基站906代表一机场而该 无线传送接收单元920、 922及924代表旅客的娱乐单元，该娱乐单元与 该商用飞机上的节点900配置在一起。在这个具体实施例中，这个飞机停 靠在机场906而且正与该机场906进行通信，以接收例如飞行排程、旅客 名单、天气情况以及其他重要的飞行信息等信息。在同一时间，多功能节 点900透过娱乐单元920、 922及924等提供电影及音乐给这些旅客。当 该多功能节点900同时接收来自机场906的讯息以及同时提供娱乐给旅客 的时候，他就是同步操作成一基站以及一无线传送接收单元。 一旦该飞机 起飞而开飞行之后， 一无线资源管理模组以及一智慧型天线模组(该等模 组都配置在该节点900中)会示意该多功能节点900单独的运作成一基站， 以提供旅客的娱乐单元920、 922及924作为一接入点，以从其中接收信 息及娱乐。
权利要求
1.一种用于改善一无线通信网络效能的方法，该方法包含(a)撷取与该无线通信网络有关的网络分布信息；(b)决定在该无线通信网络中所传送的波束的参数，该参数至少包含方向、宽度及功率等级至少其中之一；以及(c)调整该波束参数至少其中之一。
2. 如权利要求1所述的方法，其中该无线通信网络包含至少两个网络 节点，其中一智慧型天线SA模组配置于各节点上。
3. 如权利要求2所述的方法，其中该网络分布信息包含每一网络节点 的位置及在该网络中所传送的波束的方向、宽度及功率等级。
4. 如权利要求3所述的方法，其中该步骤(b)的决定步骤是根据该 网络分布信息。
5. 如权利要求4所述的方法，更包含(a1 )提供一无线资源管理RRM模组，以撷取该网络分布信息； (a2)将该分布信息传送到一智慧型天线SA模组； (b1)在该智慧型天线模组中，决定在该无线网络中所传送的波束参 数；以及(c1)利用该智慧型天线模组调整该波束参数。
6. 如权利要求5所述的方法，.其中该无线通信网络包含点对点PtP 连结。
7. 如权利要求5所述的方法，其中该无线通信网络包含点对多点PtMP 连结。
8. 如权利要求5所述的方法，其中该无线通信网络包含点对点PtP 及点对多点PtMP的连结。
9. 一种多功能网络节点，用以在一无线通信网络中进行通信，该节点 包含用于在一基站模式中操作的装置；用于在一无线传送接收单元模式中操作的装置；用于侦测该网络中的改变的装置；用于决定是否切换操作模式的装置；以及回应该决定装置以在该基站模式及该无线传送接收单元WTRU模式 之间进行切换的装置。
10. 如权利要求9所述的多功能节点，其中该切换装置更包含 如果该节点在一基站模式操作与所关联的无线传送接收单元解除关联的装置； 用于中止信标的传送的装置； 用于载入一无线传送接收单元组态的装置；以及用于与一基站进行关联的装置；以及 如果该节点是在一无线传送接收单元模式操作 用于解除与一基站关联的装置； 用于载入一基站组态的装置；以及 用于传送信标的装置。
11. 一种将一多功能网络节点从一基站模式切换到一无线传送接收单 元模式的方法，该节点在一无线通信网络中进行通信，该无线通信网络包 含至少 一无线传送接收单元以及至少 一基站，该方法包含(a) 侦测在该无线通信网络中的改变；(b) 决定是否从该基站模式改变成该无线传送接收单元模式；(C)与相关的无线传送接收单元解除关联(d) 中止传送信标；(e) 载入一无线传送接收单元组态；以及(f) 与一基站产生关联。
12. —种将一多功能网络节点从一无线传送接收单元模式切换到 一基 站模式的方法，该节点在一无线通信网络中进行通信，该无线通信网络包 含至少 一无线传送接收单元以及至少 一基站，该方法包含(a)侦测在该无线通信网络中的改变；(b )决定是否从该无线传送接收单元模式改变成该基站模式；(c) 与一相关的基站解除关联；(d) 载入一基站组态；以及(e) 传送信标。
13. —种在一无线通信网络中进行通信的多功能网络节点，该网络包 舍至少一无线传送接收单元以及至少一基站，该节点包含在一基站模式操作的装置； 在一无线传送接收单元模式操作的装置； 侦测网络中改变的装置；以及决定是否在一基站模式及一无线传送接收单元模式至少其中之一操作 的装置。
全文摘要
一种无线资源管理(RRM)模组提供于用以撷取与一无线通信网络有关的网络分布信息。这个信息传送到配置在一网络节点内部的一智慧型天线(SA)。该智慧型天线模组决定传送于该网络中的波束的适当方向、宽度及功率。该智慧型天线对应的调整该波束的方向、宽度及/或功率。一用以在一无线通信网络中通信的多功能网络节点是在一基站模式操作。假如该节点侦测到该网络内的一改变，则其决定这样的改变是否应该触发一操作模式的改变。假如这样的改变是必要的，该节点进行基站与无线传送接收单元(WTRU)之间的切换。该节点持续操作在一无线传送接收单元模式下直到另一个模式的触发事件发生。在一替代的具体实施例中，该多功能节点同步于基站及无线传送接收单元模式操作。
文档编号H04B15/00GK101300760SQ200580041514
公开日2008年11月5日 申请日期2005年11月29日 优先权日2004年12月3日
发明者文森·罗伊, 朱安·卡勒斯·强尼加 申请人:美商内数位科技公司