专利名称：用于协调无线基站的覆盖与容量的系统和方法
技术领域：
本发明涉及无线通信，更具体地涉及无线网络中用于增加基站覆盖与 容量的系统和方法，并且更进一步具体涉及用于在通信网络内布置无线收 发机的方法和系统。
背景技术：
无线通信系统中遇到的 一个难M对基站进行定位。在将基站(发射 机/接收机)安置在覆盖区域中之后，那么，重要的是能够设置该基站的 各个参数以便提供所需要的覆盖或容量。
在这种情况下，覆盖是由去往基站或来自基站的信号所覆盖的地理区
域，而容量与经ii基站去往移动设备或来自移动设备而经过基站的数据量
有关。基站可以针对覆盖区域或容量(吞吐量)进行优化。 一般，这种优 化是通过使用一套可供无线网络设计者使用的复杂的工具来实现的。这些 工具为i殳计者提供信号传播模型，用于计算特定基站的覆盖区域。设计者 还要对与相距一定距离的不同基站通信的移动设备估计可能导致的干扰，
这里，这些移动设备可在同一信道上，或者不在同一信道上。
在一些无线网络中，不同的基站将使用不同的信道或频率以避免干扰
问题或者使i最小化。
在更新型的无线系统如OFDM和OFDMA中，趋势是跨基站交叠频 率和信道，以及通过将子信道(副载波)的不同组合分配给同时进行通信 的不同移动设备以消除干扰。这些调制方案在能够容忍干扰方面允许可变 的数据速率和可变的鲁棒性(robustness )。理想的系统是其中基站能够为 非常多的移动设备服务而在设备之间没有干扰的系统。为了实现这种理想 系统，重要的是每个进行通信的移动设备具有强的信号。在另一方面，如 果有两个移动设备，其中每个都在两个基站的覆盖区的边缘，并且如果传 播是均匀的，那么这些移动设备极有可能遭受干扰。这种千扰将使这些设 备的数据速率降低，以便保护数据的完整性。
回到新的发射机/接收机(此后称为收发机)的定位问题，如上所述, 网络设计者根据用于该收发机的预先计算的规划来决定位置、建立并安装 M机，然后通过调节功率水平、天线的仰角等来调准该发动机。完成这
些调节后，则将4UL机打开，"看实际会发生什么"。然后，技术人员可以 重新调节功率水平、调节天线的下倾(down tilt)，并且可能用具有不同 方位角的天线将所述天线换出。如果fci机继续引起干扰，或者没有适当 覆盖所指定的区域，那么可能不得不进行网络调节，或者进一步降低功率 水平。在某些情况下，也需要了解相邻的基站。
发明内容
通信基站被安装在所选择的新位置，并且该基站在进行"联机"之前 监测来自新基站覆盖区域的干扰范围内的其他基站的无线业务量。新基站 还监测其覆盖区域内的移动设备与所述其他基站之间的无线业务量。基于 这些监测到的条件和其他已知的条件，所述新基站于是确定其应该应用的
发射参数配置，以便实现容量与覆盖区域之间所需要的优化。
新的基站联机之后，中央控制部能够监控整个网络以确定是否需要任 何另外的改变，如果需要，那么新的M机或任何其他^机^皮指示关于 干扰进行自我监测，并且采M正动作以提高总的网络覆盖和容量。
在一个实施例中，当新的基站联机时，逐渐增加工作功率水平以使干 扰最小化。另外，如果需要，新的基站能够在仰角、指向角和波束宽度方 面自动调节其天线波束。
在一个实施例中，新的基站将确定最优化的工作^t供其4吏用，而且， 如果这些M在网络中引起干扰，那么中央控制部将协助网络的调节，以 达到整个网络的最优化。
前述内容已经相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便于更 好理解本发明的以下详细描述。本发明的附加特征和优点将在下文中描 述，其形成本发明权利要求的主题。本领域技术人员应该理解，可以容易
地将所公开的构思和特定实施例用作对用于实现与本发明相同目的的其
他结构进行修改或设计的^6di。本领域技术人员还应该认识到，这种等同 构造没有脱离如所附权利要求中提出的本发明的精神和范围。在结合附图 考虑时，才艮据下面的描述，将更好地理解与本发明的结构和操作方法有关 的、被i人为是本发明特性的新颖的特征，以及更多的目的和优点。然而，应该清楚地理解，每个附图只是用于说明和描述的目的，并不是要限定本 发明的范围。
为了更加透彻地理解本发明，现在结合附图，参考下面的描述，其中
图1A示出了正在添加基站的无线网络的一个实施例；
图1B是说明无线网络覆盖区域内特定位置处在基站加入前后的特性 的图表；
图2是说明本发明的一个实施例的流程图；以及
图3示出了本发明的说明覆盖区域的一个实施例。
具体实施例方式
图1A示出了最初具有一个基站ll的无线网络lO，该基站11具有用 虚线12限定的覆盖区域。由基站控制器121结合中央控制部(NOC ) 120 对去往基站11/来自基站11的发射和其他控制进行控制，如果需要，所述 中央控制部(NOC) 120可以与基站共处一处。正如现在所熟知的，基站 控制器121内包括数据库和至少一个软件程序，该软件程序控制去往基站 /来自基站的发射。可以看出，尽管来自基站ll的发射在理论上能够到延 伸到点104，但是去往和来这个位置的发射很可能由于能量低而不令人满 意。因为移动设备如蜂窝电话、PDA、计算机、双向寻呼机等不能以如基 站那样多的能量来发射，大多数无线设备不能发射得如基站那样远，因而 实际的覆盖区域比虛线12所示的区域更小。
在图1A中，有三个感兴趣的点101、 102和103，下面对其予以考察。 然而，我们将要讨论的概念可应用在整个覆盖区域上，仅^程度上不同。 而且要注意的是，尽管将讨论的是特定的网络类型，如OFDM和OFDMA 网络，但是，这里讨论的概念也能够被应用于许多其它网络类型。
OFDM网络包含许多(典型的是256-1024)正交载波。在这种系统 中，为每个通信连接形成副载波集合(典型为大约16到32)，以便减小 干扰，因而增加容量(吞吐量)。为了支持更多的活动用户(active user )， 副载波可以是分时的，并且按帧被重新分配给不同的移动台，其中，典型 的帧为5ms。在这种系统，若干移动设备可以共享其他设备所-使用的副载波中的一些(但不是全部)副载波。如果适当选择构成特定连接的副载波，那么移动设备之间的干扰可以被减到最小。OFDM系统的更完整的"i兌明 包含在由Richard D. J. Van Nee和Ramjee Prasad所著的"OFDM for Wireless Multimedia Communications" (ISBN 0890065306 )中，其通过 引用结合于此。另外，下列参考资料对于计算传播损耗是有用的"Field Streng仇and Its Variability in VHF and UHF Land Mobile Radio Service ，， , Yoshihisa Okumura 等著，i ev/ew ￡7e"Hcfl/ Owi附ww/cfl"Vms丄fl6wfl似o;， Vol. 16， No.9-10， 1968年9月一 10月，以 及Hata "Empirical formula for propagation loss in Land Mobile radio services", IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 29， No.3， 1980年8月，其通过引用结合于此。
当由于区域中无线应用的增加或者由于阻碍现有发射的建筑物的建 造而出现对新的基站的需求时，将进行工程计算以确定可能的最有效的地 点。这些计算考虑了极多的因素，包括需要的容量增加的量和覆盖区域增 加的量。然而，尽管工程因素非常重要，但是也必须考虑其他因素，如陆 地的可用性以及获得政府和规章批准的能力。 一旦为基站(M机)决定 了新的位置，例如图1中的位置110，那么就在那个位置建造基站。
过去，当基站准备联机时所遵循的程序是设置天线以实现所计算的距 离和辐射图，将^机"点亮"(联机)，开始发射。然后进行关于干扰和 其他因素的计算。接着，调节功率水平、改变频率、调节天线倾斜度(物 理调节或电子调节)和其他因素以确保新的基站不干扰例如去往/来自基 站11的发射。通常，通过广泛而冗长的驱动测试来对结果进行确认。
基于这里所讨论的构思，新基站13建造在位置110，但是在联机之 前，新基站(NBS) 13执行至少两个功能。第一个功能是它对来自^ 机覆盖区域的干扰范围内的其他基站的无线业务量进行监测。所执行的第 二个功能是对新基站的覆盖区域内的移动设备与其他基站之间的无线业 务量进行监测以确定什么样的覆盖水平是可用的。
例如，如图1B所示，基站13将监测区域101中的业务，发现存在 来自现有基站11的良好的覆盖，而ii/V区域101则可能存在两个基站之 间的干扰。
基站13会监测区域102 ，并且确定存在来自4t^机11的边缘覆盖， 得出区域102 ^站13应该覆盖的区域的结论。基站13也考察区域103， 并且确定该区域中的无线设备没有得到适合的服务，得出区域103会是收发机13的良好的覆盖区域的结论。
这个过程进行一段时间，直至新基站13知晓覆盖区域以及来自其区 域内不同通信设备的发射。此时，基站13 "点亮"并且联机。一M机， 基站13就能够监测业务量，以便察看实际上是否有不曾预料到的干扰。 在一些情况下，中央控制部120能够接收来自多个基站的信号和测量，并 且能够进行操作用来将调节命令发送给一个或多个基站，用来请求基站改 变它们的覆盖区域功率水平、频率或者甚至是它们的操作模式，所述中央 控制部120可以是任何基站的一部分，或者可以是分开的独立的控制中 心。需要注意的是，因为业务模式随一天的时间发生变化，并且在平日和 周末之间不同，所以基站13可以被i史置为平均"尽力而为(best effort)" 配置。还需要注意，基站13 (或任何使用这里所讨论的构思的基站)能 够在存储器中保持适合于这种不同的时间(忙时、白天/夜晚、平日、周 末、应急等等)的M组，然后能够调节BS (基站)的M以最好地适 合这些时间。
在新基站13已经联机后，如果需要，其他基站可以执行同样的监测 功能，并且调节它们自身以优化网络。所述优化可以是定期的，或者是在 特定触发下进行的，比如当特定数目的呼叫掉线时或者当特定数目的移动 台报告高干扰水平时。在基站之间需要进行控制，使得基站不相互作用而 引起网络的不稳定。
图2示出了说明增加新基站的"即插即用"特性的流程图的一个实施 例20，并且说明了将新基站联机的一个示例。步骤201对新基站(NBS ) 进行控制，使其调谐到覆盖区域内的所有基站发射。NBS调谐到其他BS 频率和/或时隙。这样做是为了开始针对NRS中及其周围的信号和干扰的 映射处理。NBS对接收自功率在噪声阈值或其他设置的阈值之上的所有 基站的功率进行测量。这是必需的，以便NBS知道在其覆盖区域里有什 么设备以及涉及什么频率。由NBS获得的一些信息来自中央控制部 (NOC ) 120并且用于计算
a. 从每个基站(BS )到NBS的路径损耗；
b. NBS范围内的移动台(MS)到每个BS的预测路径损耗(公式)； 以及
c. 用于假定的与NBS通信的MS的路径损耗(PL )对距离的函数(这 可能与角度相关)(公式，模型)。
步骤202测量每个基站的每个信道的信号水平。日志是由NBS处从 附近的BS接收到的频率和功率水平构成的。
步骤203按照功率或其他所需要的对信号水平排列次序。例如， 编辑功率排列次序列表，其提供BS可以选择什么样的信道的第一指示， 最弱的信号是最有可能的选择。
步骤204调谐和监测移动台的发射X小时，并且将每个移动台与特 定基站相关联。通过监测和聚集(aggregation,聚合)接收到的、来自 MS主机的功率来采集数据集。NBS从NOC得知信ifA其相关联的BS 位置。这种监测使得新基站了解去向移动台和来自移动台的发射情况，以 及这些移动台和谁通信，而且可以花费几个小时到几天来获得无线业务量 的清楚的情况。实际的时间依赖于所要求的精确性。
步骤205通过计算在MS接收的功率以及接收自距NBS任一给定距 离的MS和BS的功率来为每个基站计算移动台接收信号水平分布。由于 特有的频率、时隙以及由标准(例如IEEE 802.16a)所提供的其他导频 寻址(pilot addressing)方案，与每个BS相关联的MS是可知的。由于 具有不同的位置，每个BS都具有MS信号水平的分布。基于NBS潜在 的可用功率天线增益、高度、地形M等，NBS计算MS能够与NBS相 距的预期最大距离。NBS也计算信号干扰比(SIR ) =1时MS与NBS的 预期距离。也就是说，MS从NBS和相同信道上的最强的现有BS接收到 相等的功率。
这由图3中的标记30示出。最强的BS是BS(l)，而且范围A，-B， 是SIR4 (即信号和干粉目等)时的可用范围。如果干扰不是因素，那么 范围C将是NBS的范围。注意，范围C会基于NBS的发射M (功率、 频率、倾角、方向图、偏振等等)以及地形、植物、建筑物等而变化。
在步骤206中，操作者已经预先输入一组目标(例如增加特定区域中 的容量)。这将针对常数W、 Y和Z的理想设置计算在内，所述常数W、 Y和Z将被用于下面的信号流中。步骤206根据这些系统目标或要求来 调节NBS。例如，这个步骤要求一个由服务提供者协助实现的目标。目 标可以是扩展范围，直到移动台处的SIR等于XdB (0、 +3、 +6，负值 一fcl没有用的，因为其他BS会处理该MS，除非该BS是满的)。可替 选的目标可以是扩展范围，直到在给定范围内获得预定的业务量。通过 调节扇区方向图和下倾，能够实现进一步的优化。例如，NBS能够在波 束宽度方面进行扩展以增加业务量，或者它能够增加下倾以减小覆盖区域内的干扰。
步骤207确定在移动台和信号低于特定DB水平Y时是否存在信道。 参数Y可以被设置得非常低，以便找到最理想的信道。如果答案为"是"， 那么基站13经由步骤208至少临时将该信道分配给它自己，在这时，该 基站13至少针对该信道ii^联机步骤404。在这种情况下，可能是信道 或子信道的集合或者它们的任何组合。
如果步骤207的标准不能满足，那么对降低的要求进行测试。在步骤 210中，如果特定百分比W的MS满足该标准，那么该信道被分配(步 骤211)，而且在步骤209将BS联机。
如果在步骤210中答案为"否"(即，甚至连降低的标准也没有满足)， 那么步骤212确定是否有信道的子集可用。如果在步骤210中答案为"是"， 那么基站将经由步骤213将那些子集分配给它自己，而且将降低容量的 HBS联机(步骤209 )。如果答案为"否"，那么在步骤212中经由步骤 214提出新的一组要求(在我们示例中为新的Y、 Z和W)，而且重复步 骤406-414，直到NBS可操作。
新的要求可以是，例如通过调节BS功率和天线参数来改变来自NOC 120控制下的其他BS的发射参数，以降低干扰或增加系统容量。而且， 在NBS"点亮，，之后，NBS能够基于来自MS的测距信息来精确化其缚4圣 损耗估计。这是基于以下事实，即MS将基于MS接收到的最强的导频信 号来选择BS， NBS能够根据到达数据的时间(分布)确定实际MS的范 围。因此，NBS能够调节功率和/或天线^t，以《更更严密地匹配所需要 的覆盖。
在NBS开启之后，可以容易地对逻辑流程进行扩展(线220),以监 测例如相对于^机信号功率或相对于天线下倾的增加业务量。
虽然已经详细描述了本发明及其优点，但是，应该理解，可以在此进 行各种变化、置换和改变而不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和 范围。而且，不是要将本申请的范围限于本说明书中所述的处理、加工、 制造、物质的组成、装置、方法和步骤的特定实施例。如同本领域技术人 员从本发明的公开中容易理解的那样，目前已有的或者以后将要开发的、 与这里所述对应的实施例执行基本上相同的功能或者获得基本上相同的 结果的处理、加工、制造、物质的组成、装置、方法或步骤可以根据本发 明加以利用。因此5所附权利要求旨在将这种处理、加工、制造、物质的组成、装置、方法或步骤包括在其范围内
权利要求
1.一种用于对特定位置处的用于无线通信的通信系统基站进行优化的方法，包括监测来自所述基站的覆盖区域的干扰范围内的其他基站的无线业务量，所述基站无线业务量监测由所述特定位置处的所述基站执行；监测所述覆盖区域内的移动设备与所述其他基站之间的无线业务量，所述移动设备监测由所述特定位置处的所述基站执行；以及根据所监测到的基站业务量和所监测到的移动无线业务量，确定在所述特定位置的所述基站处使用的发射参数，以针对所述基站实现容量和覆盖区域之间的所需要的优化。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述基站业务量监测和所述 移动设备业务量监测在所述基站联机之前执行。
3. 根据权利要求2所述的方法，进一步包括 在将所述基站联机之前，调节所述基站以达到所述M机M。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所*射参数选自以下列表， 该列表包括频率、分谐波频率、信道、载波、有效天线仰角、方位角、 辐射图、功率水平、偏振。
5. 才艮据权利要求4所述的方法，进一步包括以下步骤基于以前对所述基站业务量的所述监测和对所述移动台业务量的所 述监测，不时地调节所述基站发射M以实现适合于所述调节时刻的所需 要的优化。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中，对所述移动无线业务量的监 测包括确定所述覆盖区域内应该特别成为所述基站覆盖的目标的区域。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述确定包括 选择所监测到的移动无线业务量低于特定阈值的区域。
8. 根据权利要求l所述的方法，进一步包括所述其他基站中的至少一个基站监测其相应覆盖区域内的移动无线 业务量，并且调节其发射参数,以实现由所述基站服务的组合覆盖区域中无线容量的提高。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述其他基站的所述监测从 用于所述组合覆盖区域的控制点开始。
10. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述基站不时地重复所述监 测、确定和所述调节步骤。
11. 一种用于将新基站加入到无线通信网络的方法，所述网络向覆盖 区域提供无线通信，所述网络具有多个基站，所述方法包括所述新基站在启动后并且、在以其自己的发射联机之前，对去往和来 自所述新基站的计划覆盖区域内的基站的现有发射数据采样一段时间；以 及在所述新基站的控制下，得到被计算出用来达到针对所述基站建立的 标准的一组发射M，所述得到的发射>|*基于所述采样。
12. 根据权利要求10所述的方法，进一步包括在已经使用所述得到的发射参数启动所述新基站之后，调节所述得到 的发射#，以将由所述新基站的所述启动引起的异常考虑在内。
13. 根据权利要求11所述的方法，其中，所述异常选自以下列表， 该列表包括业务量增加、业务量平衡、遭受的数据丢失、掉话的增加、 干扰水平的增加。
14. 一种无线通信系统，包括至少一个建立的收发机，用于所述收发机与所述收发机的发射区域内 的多个移动设备之间的双向通信；新增加的jltiC机，其位于这样的位置，^f吏得所述新增加的M机的发 射区域与所述建立的收发机的所a射区域至少部分交叠；所述新增加的 M机包括用于选择发射参数的装置，以实现所需要的覆盖标准，所述选择基于 从所述建立的收发机与所述建立的收发机的所述发射区域内的所述多个 移动i殳备之间的所述双向通信测量到的发射桐故。
15. 根据权利要求14所述的无线通信系统，进一步包括 使用所述选择的发射a将所述新增加的MM机的装置。
16. 根据权利要求15所述的无线通信系统，进一步包括在所述建立的i!UL机处的、并且在所述新增加的fe(0^机之后用于 基于在所述交叠区域内测量到的双向通信来调节所述建立的收发机的发 射M的装置。
17. 根据权利要求15所述的系统，进一步包括 用于存储所测量双向通信的装置；以及装置，所述预期发射基于所述存储的双向通信。 ' '
18. —种用于对特定位置处的用于无线通信的通信系统基站进行优化 的系统，所述系统包括用于在所述特定位置基站联机之前对来自所述基站的覆盖区域的干 扰范围内的其他基站的无线业务量进行监测的装置；以及JlUL机；用于也在所述特定位置基站联机之前对所述覆盖区域内的移动设备 与所述其他基站之间的无线业务量进行监测的装置，以及用于根据所监测到的基站业务量和所监测到的移动无线业务量来确 定在所述特定位置基站使用的发射参数，以便针对所述基站实现容量和覆 盖区域之间的所需要的优化。
19. 根据权利要求18所述的系统，其中，所述基站业务量监测装置 和所述移动设备业务量监测装置由所述特定位置基站执行。
20. 根据权利要求19所述的系统，进一步包括用于在将所述特定位置基站联机之前，调节所述特定位置基站以达到 所述^机M的装置。
21. 根据权利要求20所述的系统，其中，所M射参数选自以下列 表，该列表包括频率、分谐波频率、信道、载波、有效天线仰角、方位 角、辐射图、功率水平、偏振。
22. 根据权利要求20所述的系统，其中，移动无线业务的所述移动 无线业务量监测包括用于确定所述覆盖区域内应该特别成为所述基站覆盖目标的区域的 装置。
23. 才艮据权利要求22的系统，其中，所述确定装置包括用于选择所监测到的移动无线业务量低于特定阈值的区域的装置。
24. 根据权利要求20所述的系统，进一步包括 所述其他基站中的至少 一个基站包括用于监测其相应覆盖区域内的移动无线业务量的装置；以及用于调节其发射参数以实现由所述基站服务的组合覆盖区域中的无 线容量的提高的装置。
25. 才艮据权利要求24所述的系统，其中，最后提到的所述监测装置 从所述组合覆盖区域的控制点开始。
全文摘要
通信基站安装在所中的新位置，并且该基站在“联机”之前监测来自新基站覆盖区域的干扰范围内的其他基站的无线业务量。该新基站还监测其覆盖区域内的移动设备与这些其他基站之间的无线业务量。基于这些监测到的情况和其他已知的情况，所述新基站于是确定其应该应用的发射参数配置，以便实现所需要的、容量和覆盖区域之间的优化。在新基站联机之后，中央控制部能够监测整个网络以确定是否需要有任何另外的改变，而且如果需要的话，可以指示新收发机或任何其他收发机针对干扰进行自我监测，并且采取校正性动作以提高总的网络覆盖和容量。
文档编号H04W16/06GK101208966SQ200680009965
公开日2008年6月25日 申请日期2006年3月28日 优先权日2005年4月1日
发明者道格拉斯·O·雷乌丁克 申请人:昂达博思公司