专利名称：一种基于中继的系统及实现方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于中继的系统及实现方法。
背景技术：
第三代合作伙伴计划(3GPP)组织的长期演进项目(LTE)系统中提出以正交频分 复用(OFDM)技术为基础，引入多天线等其他新技术以提高传输速率和系统容量。由于采用 了正交资源，因此，在LTE系统的小区内部不存在小区内干扰；但是，相邻小区由于可以使 用相同的时频资源，小区边界用户(UE)可能受到非常大的干扰，使得边界UE服务质量并不
王困相为了提高小区边界UE的性能，增加小区容量和扩展小区覆盖，中继(RN)作为一项 新的技术被引入到了蜂窝网络中，RN技术的引入一方面可以有效地提高小区吞吐量，特别 是小区边界UE的吞吐量，另一方面也使得小区内的干扰分别情况发生了明显地变化。因 此，对于RN网络来说，改善小区间的干扰主要体现在如何进行RN的组网上，而对组网的研 究又包括RN的位置、功能、通信方式以及资源规划等方面。图1为现有RN在蜂窝网络中组网的结构示意图。如图1所示，在每个小区中都分 别部署了 1个基站(eNB)和6个RN，eNB位于小区的中心，用于对小区中心区域的UE进行 服务，每个eNB覆盖的小区边界由6个RN完成覆盖，且6个RN分别位于同一个小区内边界 处，负责服务小区边界区域的UE。在同一个小区中，eNB和RN均采用频分的方式服务各自 的UE,同时，各RN对UE进行服务时使用的是相同的频率资源。需要说明的是，RN位于同一个小区内边界处是指RN位于eNB与小区顶点之间连 线上并靠近顶点的任一位置上，具体位置以实际部署为准。此外，假设当小区CellO中的RNl范围内的某个UE从本小区移动到另一个小区 Cel 11中的RN7范围内时，对该UE的切换需要两个小区中的RNl和RN7共同来完成，也即需 要这两个RN之间进行信令的切换和业务数据的交互。图2为现有RN系统频率资源分配示意图。如图2所示，它给出了图1中三个相邻 小区CellO、Celll、Cell2的频率资源分配方式，从图中可以看出，在每个小区内部，频率资 源被分成了两部分，分别用于RN-UE接入链路和eNB-UE接入链路，小区内各个RN使用了相 同的频率资源，而相邻小区的RN则使用了正交的频率资源，以降低小区间的干扰。从上述分析可以看出，在现有技术中，将RN部署在小区边界处，可以提高小区边 界UE的信号质量，改善边界UE的性能，但是，现有中继的组网方案却存在以下问题一方面，由于在每个小区中都要部署6个RN，因此，设备的总成本和网络复杂度会 很高；另一方面，由于同一个小区内的各个RN都采用了相同的频率资源，因此，在同一个小 区内，各RN之间会存在干扰，进而影响小区内UE的信号质量；最后，当小区边界处的UE从 一个RN服务范围移动到相邻小区的RN的服务范围时，除了需要通过相邻小区的eNB还需 要两个RN参与信令和业务数据的交互，从而使得切换过程繁琐、时间延长，甚至会降低系 统的可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于RN的系统，能够在减少设备总成本和降低网络复 杂度的基础上，有效地减小小区干扰，并提高小区平均吞吐量和边界UE吞吐量。本发明还提供一种基于RN的系统的实现方法，能够在减少设备总成本和降低网 络复杂度的基础上，有效地减小小区干扰，并提高小区平均吞吐量和边界UE吞吐量。为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的一种基于RN的系统，该系统包括多个小区，在每一个小区中包含一个基站eNB和 多个RN，其中，所述eNB位于小区的中心，用于与所述小区内的用户UE和RN进行交互通信；所述RN位于所述小区与所述小区相邻的两个小区的交界处，覆盖三个扇区，所述 三个扇区分别属于所述小区和所述小区相邻的两个小区，用于与所述小区内的UE和eNB进 行交互通信，并与所述小区相邻的两个小区内的UE和eNB进行交互通信。较佳地，所述RN为方向性RN，所述方向性RN是在RN上部署了方向不同的方向性 天线，用于分别与所述小区以及所述小区相邻的两个小区内的UE和eNB进行交互通信。较佳地，所述方向性RN中覆盖的三个扇区分别采用不同的频率资源，分别用于与 所述小区以及所述小区相邻的两个小区内的UE和eNB进行交互通信。较佳地，所述系统为蜂窝网络系统，所述每一个小区边界由6个RN覆盖，每两个RN 覆盖的扇区相对，在与所述小区内的eNB或UE进行交互通信时，位于所述小区相对位置上 的两个RN覆盖的扇区采用相同的频率资源。较佳地，当UE在所述RN覆盖的三个扇区内移动，由所述小区移动到所述小区相邻 的两个小区其中的一个小区时，所述UE的切换通过所述小区和所述小区相邻的两个小区 其中的一个小区共有的RN完成。一种基于RN的系统的实现方法，在所述系统中包括多个小区，该方法包括在每 一个小区中部署一个eNB和多个RN，其中，所述eNB部署在小区的中心，与所述小区内的UE和RN进行交互通信；所述RN部署在所述小区与所述小区相邻的两个小区的交界处，覆盖三个扇区，所 述三个扇区分别属于所述小区和所述小区相邻的两个小区，与所述小区内的UE和eNB进行 交互通信，并与所述小区相邻的两个小区内的UE和eNB进行交互通信。较佳地，所述RN为方向性RN，所述方向性RN是在RN上都部署了方向不同的方向 性天线，分别与所述小区以及所述小区相邻的两个小区内的UE和eNB进行交互通信。较佳地，所述方向性RN中不同的方向性天线分别采用不同的频率资源，分别与所 述小区以及所述小区相邻的两个小区内的UE和eNB进行交互通信时使用。较佳地，所述系统为蜂窝网络系统，所述每一个小区边界由6个RN覆盖，每两个RN 覆盖的扇区相对，在与所述小区内的eNB或UE进行交互通信时，位于所述小区相对位置上 的两个RN覆盖的扇区采用相同的频率资源。较佳地，当UE在所述RN覆盖的三个扇区内移动，由所述小区移动到所述小区相邻 的两个小区其中的一个小区时，所述UE的切换通过所述小区和所述小区相邻的两个小区 其中的一个小区共有的RN完成。
由上述的技术方案可见，本发明采用的将RN部署在蜂窝网络中三个小区交界处 的方案，使得每个RN都能与相邻的三个小区的eNB和UE进行通信，从而减少了 RN的数目， 也即节省了设备的总成本，并降低了网络复杂度；同时，属于同一个小区的各个RN在距离 上的增大使得小区内部RN之间的干扰较小，提高了信号的接收质量。进一步地，方向性RN使得RN对信号的收发更有针对性，能够有效节省RN和UE的 发射功率，更重要的是，根据方向性RN面向小区内部通信的特点，对于不同小区内部UE的 通信采用“背靠背”式的工作模式，可以有效降低小区 之间存在的干扰；同时，方向性RN更 进一步使信号的传输引入了方向上的隔离，使传输信号的能量分布发生变化，降低同频信 号之间的干扰，为RN接入链路更好地进行频率复用提供了可能和保障。最后，RN为相邻小区进行服务的设计可使移动性管理变得更加便捷，如果RN范围 内的某个UE从一个小区移动到另一个小区，它其实是从这个RN服务的一个扇区移动到另 一扇区，所以UE的切换过程只是通过该RN完成，而不是像传统切换那样，需要通过两个小 区的RN共同来完成，从而减少了切换的信令和业务数据的交互，有效的降低了切换时延， 同时还保证了切换的可靠性。
图1为现有RN在蜂窝网络中组网的结构示意图。图2为现有RN系统频率资源分配示意图。图3为本发明基于RN的网络拓扑结构示意图。图4为LTE配置(configuration) 2帧结构中各链路上下行频率资源分配示意图。图5为RN/eNB-UE下行链路的频率资源分配示意图。图6为RN/UE-eNB上行链路的频率资源分配示意图。图7为UE-RN/eNB上行链路的频率资源分配示意图。图8为eNB-RN/UE下行链路的频率资源分配示意图。图9为本发明与现有技术对小区平均吞吐量的性能结果比较示意图。
具体实施例方式为解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种新的基于中继的组网方法，即将 RN部署在蜂窝网络中三个小区的交界处，且每个RN都能与相邻的三个小区的eNB和UE进 行通信，该方法能够在减少设备总成本和降低网络复杂度的基础上，有效地减小小区干扰， 并提高小区平均吞吐量和边界UE吞吐量。在介绍具体的实现方案之前，首先介绍一下方向性RN和频率复用的概念。方向性 RN是指在一个RN上部署几根方向性天线，它使得信号的传输引入了方向上的隔离，从而传 输的信号的能量分布发生变化，降低了同频信号之间的干扰，本发明所述的方向性RN是指 在RN上部署了 3根方向不同的且覆盖范围均为120度的方向性天线，并且，每根天线覆盖 方向上使用了不同的频率，也即一个方向性RN覆盖的三个扇区内使用三种频率；频率复用 也称频率再用，就是重复使用频率，在本发明中是指位于同一个小区对角位置某根方向性 天线方向上的RN使用相同的频率与本小区的eNB或UE进行通信，也就是说，对一个小区来 说，覆盖小区边界的6个RN使用了三种频率资源。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对 本发明进一步详细说明。图3为本发明基于RN的网络拓扑结构示意图。如图3所示，eNB位于每个六边形 小区的中心，负责本小区内的通信，包括eNB和RN以及eNB和UE的通信；RN位于三个小区 的交界处，且每个RN都能与相邻的三个小区的eNB和UE进行通信，因此，网络中的小区数 与RN的数目比例为1 2，即每个小区实际上只拥有2个RN。其中，左上右下斜条纹、左下 右上斜条纹和水平条纹分别表示RN和UE通信时使用的频率资源；灰色表示eNB和内部UE 通信时所使用的频率资源。同时，RN工作在半双工的情形下，即不能同时进行信号的接收 和发送，但是可以同时对eNB和UE发送信号或同时从二者接收信号。进一步地，当一个小区中某个RN范围内的UE从一个小区移动到与其相邻的另一 个小区时，由于该RN也覆盖了相邻小区的部分，因此，UE在切换时，只需要通过该RN自身 来完成即可。在本实施例中，假设UE不可同时接入eNB和RN，只能选择其一进行接入，UE判断 接入eNB还是RN是由具体的接入控制算法来实现的，这里不再对该算法进行赘述。并且，在本实施例中，eNB使用的是全向性天线，而RN则都使用了方向性RN，即每 个RN中都部署了三根方向不同的120度的方向性天线，且同一个RN对三个小区分别使用 了不同的频率来进行RN和UE或eNB的通信。进一步地，在本实施中，处于同一个小区对角位置上的RN使用了相同的频率来与 本小区的eNB或UE进行通信，也即采用了频率复用的方案。图4为LTE configuration 2帧结构中各链路上下行频率资源分配示意图。如图 4所示，在每个Ims的子帧中，都有一长一短两个箭头，这表示在同一个子帧的时间内，可以 同时进行eNB与UE的通信，以及RN与eNB或UE的通信，第0号、第3号、第4号、第5号、 第8号以及第9号表示的是下行链路的子帧，第2号和第7号表示的是上行链路的子帧，其 中，第2号和第8号子帧中的虚线意味着在该子帧中也可以只进行RN链路的传输，而不同 时进行eNB和UE的通信。从该图中也可以充分得出RN工作在半双工的情形下的结论。结合图4的帧结构中eNB和RN同时进行通信的特点，在本实施例中，进一步考虑 了每一个子帧内部的频率资源分配方式，经过分析，图5至图8给出了 configuration 2下 RN/eNB-UE和RN_eNB链路的资源分配形式，其中灰色表示eNB与小区内部UE的通信，由于 这种通信集中于各个小区的中心区域，所以小区之间的干扰较小，因此，所有小区的eNB与 本小区内部UE通信时均使用了相同的频率资源。下面分别介绍这四种不同形式的子帧。图5为RN/eNB-UE下行链路的频率资源分配示意图。如图5所示，它给出的是图 4第0号、第3号、第4号、第5号以及第9号子帧的频率资源分配形式。在这种频率资源 分配形式下，RN与UE通信的频率资源等分成了三部分，每块频率资源分别用左上右下斜条 纹、左下右上斜条纹和水平条纹表示，用来表示它们之间使用了正交的频率资源，其中使用 相同频率资源的RN位于同一个小区的对角位置上，是因为RN使用了方向性RN，且RN与UE 通信的通信范围不大，所以处于对角位置的RN之间的干扰很小，故可以对它们的频率进行 复用。图6为RN/UE-eNB上行链路的频率资源分配示意图。如图6所示，它给出了图4 第2号子帧的频率资源分配形式。在这种频率资源分配形式下，RN与eNB通信的频率资源采用了纵横交错的条纹来表示，是由于同一个小区的RN对eNB的通信之间容易产生干扰， 所以RN与eNB通信时使用了正交的频率资源，而不能再对频率资源进行复用。图7为UE-RN/eNB上行链路的频率资源 分配示意图。如图7所示，它给出了图4 第8号子帧的频率资源分配形式，在该图中表示的是与图5所示的下行链路相对的上行链 路的频率资源分配情况。具体意义同图5，不再赘述。图8为eNB-RN/UE下行链路的频率资源分配示意图。如图8所示，它给出了图4 第7号子帧的频率资源分配形式，在该图中表示的是与图6所示的上行链路相对的下行链 路的频率资源分配情况。其具体意义如图6，不再对其进行赘述。从上述分析可以看出，每个小区都充分使用了所有频率资源，并且，所有小区内的 频率分配方式都相同，因此，充分地节省了所需的频率资源。图9为本发明与现有技术对小区平均吞吐量的性能结果比较示意图。在图9，分别 给出了无中继、有中继但无频率规划和本实施例中的有中继有频率规划的性能结果，从图 中可以看出，采用本发明实施例所述的方案可以使得小区的平均吞吐量最大。总之，将RN部署在蜂窝网络中三个小区交界处的方案，使得每个RN都能与相邻的 三个小区的eNB和UE进行通信，从而减少了 RN的数目，也即节省了设备的总成本，并降低 了网络复杂度；同时，属于同一个小区的各个RN在距离上的增大使得小区内部RN之间的干 扰较小，提高了信号的接收质量。进一步地，方向性RN使得RN对信号的收发更有针对性，能够有效节省RN和UE的 发射功率，更重要的是，根据方向性RN面向小区内部通信的特点，对于不同小区内部UE的 通信采用“背靠背”式的工作模式，可以有效降低小区之间存在的干扰；同时，方向性RN更 进一步使信号的传输引入了方向上的隔离，使传输信号的能量分布发生变化，降低同频信 号之间的干扰，为RN接入链路更好地进行频率复用提供了可能和保障。最后，RN为相邻小区进行服务的设计可使移动性管理变得更加便捷，如果RN范围 内的某个UE从一个小区移动到另一个小区，它其实是从这个RN服务的一个扇区移动到另 一扇区，所以UE的切换过程只是通过该RN完成，而不是像传统切换那样，需要通过两个小 区的RN共同来完成，从而减少了切换的信令和业务数据的交互，有效的降低了切换时延， 同时还保证了切换的可靠性。综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
权利要求
一种基于中继RN的系统，该系统包括多个小区，其特征在于，在每一个小区中包含一个基站eNB和多个RN，其中，所述eNB位于小区的中心，用于与所述小区内的用户UE和RN进行交互通信；所述RN位于所述小区与所述小区相邻的两个小区的交界处，覆盖三个扇区，所述三个扇区分别属于所述小区和所述小区相邻的两个小区，用于与所述小区内的UE和eNB进行交互通信，并与所述小区相邻的两个小区内的UE和eNB进行交互通信。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述RN为方向性RN，所述方向性RN是在RN 上部署了方向不同的方向性天线，用于分别与所述小区以及所述小区相邻的两个小区内的 UE和eNB进行交互通信。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述方向性RN中覆盖的三个扇区分别采用 不同的频率资源，分别用于与所述小区以及所述小区相邻的两个小区内的UE和eNB进行交 互通信。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统为蜂窝网络系统，所述每一个小区 边界由6个RN覆盖，每两个RN覆盖的扇区相对，在与所述小区内的eNB或UE进行交互通 信时，位于所述小区相对位置上的两个RN覆盖的扇区采用相同的频率资源。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，当UE在所述RN覆盖的三个扇区内移动，由 所述小区移动到所述小区相邻的两个小区其中的一个小区时，所述UE的切换通过所述小 区和所述小区相邻的两个小区其中的一个小区共有的RN完成。
6.一种基于RN的系统的实现方法，在所述系统中包括多个小区，其特征在于，该方法 包括在每一个小区中部署一个eNB和多个RN，其中，所述eNB部署在小区的中心，与所述小区内的UE和RN进行交互通信；所述RN部署在所述小区与所述小区相邻的两个小区的交界处，覆盖三个扇区，所述三 个扇区分别属于所述小区和所述小区相邻的两个小区，与所述小区内的UE和eNB进行交互 通信，并与所述小区相邻的两个小区内的UE和eNB进行交互通信。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述RN为方向性RN，所述方向性RN是在RN 上都部署了方向不同的方向性天线，分别与所述小区以及所述小区相邻的两个小区内的UE 和eNB进行交互通信。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方向性RN中不同的方向性天线分别采 用不同的频率资源，分别与所述小区以及所述小区相邻的两个小区内的UE和eNB进行交互 通信时使用。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述系统为蜂窝网络系统，所述每一个小区 边界由6个RN覆盖，每两个RN覆盖的扇区相对，在与所述小区内的eNB或UE进行交互通 信时，位于所述小区相对位置上的两个RN覆盖的扇区采用相同的频率资源。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当UE在所述RN覆盖的三个扇区内移动，由 所述小区移动到所述小区相邻的两个小区其中的一个小区时，所述UE的切换通过所述小 区和所述小区相邻的两个小区其中的一个小区共有的RN完成。
全文摘要
本发明公开了一种基于中继(RN)的系统，该系统包括多个小区，在每一个小区中都包含一个基站eNB和多个RN，其中，所述eNB位于小区的中心，用于与所述小区内的用户(UE)和RN进行交互通信；所述RN位于所述小区与所述小区相邻的两个小区的交界处，用于与所述小区内的UE和eNB进行交互通信，并与所述小区相邻的两个小区内的UE和eNB进行交互通信。本发明同时公开了一种基于RN的系统的实现方法，应用本发明所述的系统及实现方法，能够在减少设备总成本和降低网络复杂度的基础上，有效地减小小区干扰，并提高小区平均吞吐量和边界UE吞吐量。
文档编号H04B7/26GK101888642SQ20091008378
公开日2010年11月17日 申请日期2009年5月11日 优先权日2009年5月11日
发明者张莉莉, 彭木根, 杨常青, 潘瑜, 王立江, 路杨 申请人:普天信息技术研究院有限公司