无线中继系统中的资源分配的制作方法
【专利说明】无线中继系统中的资源分配
[0001]本申请是申请日为2009年8月7日、申请号为200980138619.6、发明名称为“无线中继系统中的资源分配”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及无线通信网络，更具体地说，涉及与多跳或中继增强蜂窝无线系统相关的方法和系统。
【背景技术】
[0003]经过许多代其中诸如移动手持机之类的用户设备经无线链路与连接到电信网络的基站网络通信的移动电话系统已经历快速发展。利用模拟调制的系统的初始部署已被第二代数字系统取代，第二代数字系统本身目前正被诸如UMTS和CDMA之类的第三代数字系统取代。与第二代系统提供的数据吞吐量相比，第三代标准提供更大的数据吞吐量；第三代合作伙伴计划提出的所谓的长期演进系统(通常简称为LTE)延续了这种趋势，通过利用更宽的频带，频谱高效的调制技术，可能还采用空间分集传播路径来增大容量(多入多出)，LTE可能提供更大的容量。
[0004]不同于移动电话系统，无线接入系统也已经历发展，最初的目的在于提供在订户的房屋的用户设备和公共交换电话网(PSTN)之间的“最后一英里”(大约)连接。这样的用户设备一般是电话或计算机连接到的终端，早期系统不提供用户设备在基站之间的移动性或漫游。不过，WiMax标准(IEEE 802.16)为这样的终端提供一种通过高数据速率无线接入系统连接到PSTN的手段。
[0005]尽管WiMax和LTE经由不同的路线演进，不过它们都可被表征为一般利用相似的技术，服务于相似目的的大容量无线数据系统，此外，它们都按蜂窝布局的形式，被布置成蜂窝无线系统。一般来说，这样的蜂窝无线系统包含诸如移动电话手持机或无线终端之类的用户设备，许多基站，每个基站可能通过所谓的接入链路与位于称为小区的覆盖范围中的许多用户设备通信，和每个基站与诸如PSTN之类的电信网络之间的双向连接(称为回程)O
[0006]图1表示常规的无线蜂窝网络；在这个例子中，按所谓的“η= 3”频率复用模式布置基站2a…2g的接入链路，即，可用的无线频谱被分成三个子带Π、f2和f3，其中η表示子带的数目。通过利用定向天线，每个基站的覆盖范围被分成三个扇区，每个扇区在不同的频率子带中工作。在图1的例子中，与基站2a相关的扇区la、lb和Ic分别在频率子带fl、f2和f3中工作。可看出图1中所示的频率复用模式可被重复，而不存在在相同频率下工作的相邻扇区，从而使相邻扇区之间的干扰降至最小。子带不一定需要由连续的频率块组成，事实上，交织频率以便散布频率选择性衰落的影响可能是有益的。频率选择性衰落是由多径分量之间的破坏性干扰引起的信号功率的降低。在采用正交频分多路复用(OFDM)的蜂窝系统，比如WiMax或LTE中，子带一般包含不连续的多组子载波；不过，为了清楚起见，子带通常被表示成独立的连续块，其中频率的数字指示与物理层的实际频率具有任意关系。
[0007]图1是其中扇区la、lb和Ic被表示成六边形区域的示意图；实际上，地理约束和传播条件会导致每个扇区的覆盖范围形状不规则，扇区的面积不相等，基站的间距将由可用的地点决定，不一定对应于图1中所示的理想情况。
[0008]由于由地形或者基站发射的信号之间的干扰引起的遮蔽，在蜂窝系统的覆盖范围中会存在间隙。按照惯例，通过利用从基站接收信号并把信号转发到覆盖较差的区域中的转发站，可克服这些间隙。不过，仅仅转发在频带内接收的所有信号的转发站会引起在其它区域中降低覆盖的干扰。通过利用中继站而不是转发站，可降低所述干扰；中继站选择哪些信号要转发，一般传送给在覆盖情况较差的区域内的终端。
[0009]通常，中继站是具有全向天线的小型低功率基站，与常规基站形成对照，常规基站一般以比中继站高的发射功率工作，并且一般采用安装在塔上以形成广大的覆盖范围的定向天线。蜂窝无线系统的无线电资源可被用于在中继站和常规基站之间中继回程通信量(backhaul traffic)。
[0010]图2表示在蜂窝无线网络内工作的常规中继站；所述工作例如可按照IEEE802.16j进行。用户设备12b与中继站10通信。由于中继站10不具备与蜂窝无线电资源分离的回程链路，因此中继站被分配用于向/自相邻基站2a中继回程数据的无线电资源时隙，所述相邻基站2a本身借助微波链路连接到微波站6，从而连接到诸如公共交换电话网之类的电信网络8。用户设备12a被表示成与基站2a直接通信。
[0011]中继站10可被部署在由于诸如山岗之类的地理特征，或者诸如建筑物之类的另一种障碍物，相对于基站被部分地遮蔽的区域中，或者被部署在建筑物内，以覆盖建筑物的链路较差或者未被基站覆盖的各个部分。中继站10被安置在使其能够与基站通信，并且还能够覆盖被遮蔽的区域的位置。一般来说，与基站扇区覆盖的区域相比，要求中继站覆盖较小的区域。按照惯例，中继站被用于覆盖蜂窝无线系统的无线覆盖范围的小部分，并且中继站的覆盖范围很少相互重叠。在中继站的这种常规的低密度部署中，可按照ad hoc方式向中继站分配用于与用户设备通信的工作频率；可接受的是复用分配给其中部署有中继站的基站扇区的频率子带，如果在中继站的覆盖范围和基站的覆盖范围之间，重叠的区域较小的话。可替换地，可向中继站分配和分配给其中部署有中继站的基站扇区的子带不同的子带。只要中继站的覆盖范围较小，干扰其它基站扇区中的信号和干扰来自其它中继站的信号的潜在可能就不是问题。
[0012]不过，中继站的一种有益的应用可能是用于通常增大无线蜂窝网络的容量，而不局限于其中相对于基站，目标覆盖范围的各个部分被遮蔽的情况。中继站的这种一般应用可能涉及在基站扇区内高密度地部署中继站，以致中继站的覆盖范围会相互重叠，并且还相当大地与基站扇区的覆盖范围重叠。这种部署的潜在优点在于中继站会提供其中与基站单独提供的载波干扰比相比，载波干扰比得到提高的局部信号接收区域。不过，难以解决的是按照不会造成干扰的方式，向部署在采用η = 3频率复用的常规蜂窝无线网络内的中继站分配频率子带。
[0013]图3图解说明在利用η = 3频率复用方案的蜂窝无线系统内部署中继站10a...1c的潜在问题，图中表示了两个基站2a、2b的覆盖范围。在基站2a、2b的覆盖范围内部署了三个中继站10a...10c，并且图中表示了三个用户设备12a...12c。特定的用户设备12a能够从基站2a和中继站1a接收信号。用户设备12a将切换使用提供最高质量信号的基站2a或中继站10a，所述质量可利用载波干扰比来表示。切换处理的目的是提高在无线蜂窝系统的覆盖范围内能够获得的平均载波干扰比，从而提高通信量容量(traffic capacity)，这是因为通信量容量与载波干扰比相关。
[0014]以用附图标记1a表示的中继站为例，对图3图解说明的系统的频率子带的分配是成问题的。如果中继站1a将以基站扇区Ia使用的频率子带fl工作，那么从中继站1a发射的信号和由基站2a发射的信号之间可能存在干扰。如果中继站1a将以频率子带f2工作，那么从中继站1a发射的信号和由在与用户设备12b通信的扇区Ie中的基站2b发射的信号之间可能存在干扰。在中继站1a将以频率子带f3工作的情况下，从中继站1a发射的信号和由在与用户设备12c通信的扇区Ic中的基站2a发射的信号之间可能存在干扰。
[0015]图4表示在诸如图2中图解所示的系统之类的系统中，在中继站10和相关基站2之间，交替地向接入14a...14d和向回程(也称为“中继”)16a...16c分配时隙的常规时间帧结构。
[0016]图5表示图4的帧结构的每个接入时隙14a...14d内的无线电资源的常规分配的例子。在未采用中继的系统中，不存在中继时隙，以致接入时隙在时间上是连续的。无线电资源在频率上被分成三个子带fl、f2和f3，供在图1中图解说明的η = 3复用模式中使用。可看出每个频率子带在时间维度上被分成控制时隙18a...18c和净荷20a...20c时隙，以及频率子带fl、f2和f3的控制时隙18a...18c在时间上彼此一致。由于使用户设备接收器12a、12b与无线电资源帧结构同步，并且按照相关的蜂窝无线标准，比如WiMax或LTE标准，对接收器12a、12b预编程，以预期在每个子带中在相同的时间接收控制数据，因此发生这种时间上的一致。构成控制时隙18a...18c的一部分的数据的例子是802.16ffiMax系统中的帧控制报头(FCH)。类似地，就LTE系统来说，存在可位于数据帧内的各个位置的控制时隙；例如，控制时隙可位于帧的开始、中间和结尾。通常，控制通信量可例如指示帧的大小及其开始地址和终止地址。
[0017]为了接收帧的净荷部分20a...20c，必须接收与帧相关的相应控制时隙18a...18c。从而，特别重要的是保护控制时隙18a...18c免受干扰。在用图1图解说明的η = 3频率复用方案中，由任意特定基站2a的相邻扇区发射的信号的控制时隙之间的干扰固有地被降至最小，这是因为如前所述，相邻扇区在不同的频率子带下工作。
[0018]通常，控制时隙携带的信息会在基站之间以及在基站扇区之间变化。于是，通过智能地组合携带相同信息的潜在干扰信号来减轻基站之间以及基站扇区之间的干扰的影响的技术通常并不适合于供控制时隙之用。例如，软切换和最佳服务器选择方法通常并不适合于供控制时隙之用，这是因为它们会强加潜在干扰信号的信息内容应相同的限制。
[0019]尽管可能控制在帧20a、20b和20c的净荷部分内的无线电资源的分配，以避免来自基站2和中继站10的信号之间的干扰，不过通常不可能重新分配用于控制数据18a、18b和18c的无线电资