利用分布式天线进行信号传输的方法和装置的制作方法

专利名称：利用分布式天线进行信号传输的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信网络，尤其涉及无线通信网络中的分布式天 线系统。
背景技术：
IEEE 802.16 WiMAX (微波存取全球互通)系统使用高频段的频 谱，严重的衰落限制了每个基站的覆盖范围。在WiMAX系统中，带 宽的分配同基站和用户站之间的距离和信道质量相关。尽管在 IEEE802.16中建议每个基站280Mbps的吞吐量，在实际系统中，由 于用户站在小区里的随才凡分布，某些用户站采用QPSK或16QAM调 制，基站不可能达到上述建议的吞吐量的峰值。中继站/中继器可能是一个扩大覆盖范围和增加系统容量的便宜 的解决方案，但由于工作在相同的无线频率，中继站/中继器受到很大 的频段内干扰。超微型蜂窝是解决这些问题最可行的方法，但是更多的问题随之 而来。首先，网络配置和超微型蜂窝本身成本很高，尤其是在低业务 量的区域扩展覆盖范围时。第二，小区之间不可避免的重叠直接导致 无线资源的浪费。第三，频繁的切换对移动性提出了挑战。即使在超 微型蜂窝中，无线信号的集中收集也不能比分布式信号收集系统提供 更大的容量。发明内容本发明的目的是提供一种在无线通信网络中利用分布式天线进 行信号传输并对信号进行逐步合并的技术方案。根据本发明的第一方面，提供了 一种在无线通信网络的边缘节点中用于转发上行信号的方法，其中，所述边缘节点直接或经由其他边缘节点连接到所述无线通信网络中的网络设备，该方法包括以下步骤i.接 收经由一个或多个分布式天线和/或一个或多个上一跳边缘节点传输的 来自一个用户站的多路同源信号；ii.对所述多路同源信号进行合并处 理，以获得一路待输出信号；将所述待输出信号转发给下一跳边 缘节点或者所迷网络设备。根据本发明的第二方面，提供了 一种在无线通信网络的边缘节点中 用于转发下行信号的方法，其中，所述边缘节点连接到所述无线通信网 络中的网络设备，该方法包括以下步骤A.接收来自所述网络设备的 待转发信号与路径指示信息；B.根据所述路径指示信息，将所述待转 发信号发送到所述路径指示信息指定的分布式天线或下一跳边缘节点。根据本发明的第三方面，提供了 一种在无线通信网络的网络设备中 用于与用户站进行通信的方法，其中，包括控制所述网络设备经由与其相连接的一个或多个边缘节点以及与所述边缘节点相连接的一个或 多个分布式天线与所述用户站进行通信。才艮据本发明的第四方面，提供了 一种在无线通信网络的边缘节点中 用于转发上行信号的上行传输装置，其中，所述边缘节点直接或经由其 他边缘节点连接到所述无线通信网络中的网络设备，包括第一接收装 置，用于接收经由一个或多个分布式天线和/或一个或多个上一跳边缘 节点传输的来自一个用户站的多路同源信号；合并处理装置，用于对所 述多路同源信号进行合并处理，以获得一路待输出信号；以及第一发送 装置，用于将所述待输出信号转发给所述下一跳边缘节点或者所述网络 设备。根据本发明的第五方面，提供了一种在无线通信网络的边缘节点中 用于转发下行信号的下行传输装置，其中，所述边缘节点连接到所迷无 线通信网络中的网络设备，该下行传输装置包括第二接收装置，用 于接收来自所述网络设备的待转发信号与路径指示信息；第二发送装 置，用于根据所述路径指示信息，将所述待转发信号发送到所述路径指 示信息指定的分布式天线或下一跳边缘节点。根据本发明的第六方面，提供了一种在无线通信网络的网络设备中 用于与用户站进行通信的通信控制装置，其中，控制所述网络设备经由 与其相连接的一个或多个边缘节点以及与所述边缘节点相连接的一个 或多个分布式天线与所述用户站进行通信。本发明由于采用了多天线逐步合并的技术方案，与传统的蜂窝WiMAX系统相比，提供了更大的容量和吞吐量，为低密度/业务量地区 提供了更大的覆盖范围。与现有的中继器相比，获得更好的空间分集增 益。并且为用户站提供了更平滑的切换，不需要在天线之间进行切换就 可以支持移动性，即使是不可预测的移动，并且对用户站的功率要求更 低。


通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明 的其它特征、目的和优点将会变得更明显。图1为#4居本发明的一个具体实施方式
的无线通信网络的网络拓 朴结构图；图2为根据本发明的一个具体实施方式
在无线通信网络的边缘节 点中用于转发上行信号的方法流程图；图3为才艮据本发明的一个具体实施方式
在无线通信网络的基站中用 于与用户站进行通信的方法流程图；图4a为根据本发明的一个具体实施方式
在无线通信网络的基站中 利用分布式天线小区无线资源分配降低单频网中小区之间干扰的方案 示意图；图4b为根据本发明的一个具体实施方式
在无线通信网络的分布式 天线系统中相邻小区上行干扰因子的统计结果示意图；图5为根据本发明的一个具体实施方式
在无线通信网络的边缘节 点中用于转发下行信号的方法流程图；图6为根据本发明的一个具体实施方式
在无线通信网络的边缘节 点中用于转发上行信号的上行传输装置框图；图7为根据本发明的一个具体实施方式
在无线通信网络的基站中用 于与用户站进行通信的通信控制装置框图；图8为根据本发明的一个具体实施方式
在无线通信网络的边缘节 点中用于转发下行信号的下行传输装置框图；图9a为现有技术中未采用分布式天线的WiMAX系统误码率示意图；图9b为根据本发明的一个具体实施方式
采用四个分布式天线的 WiMAX系统的误码率示意图；图10a为现有技术中未采用分布式天线的WiMAX系统正确估计概 率示意图；图10b为根据本发明的一个具体实施方式
采用五个分布式天线的 WiMAX系统的正确估计概率示意图；图lla为根据本发明的一个具体实施方式
采用五个分布式天线的 WiMAX系统采用最大比值合并时正确估计概率示意图；图lib为4艮据本发明的一个具体实施方式
采用五个分布式天线的 WiMAX系统采用对数似然比软合并时正确估计概率示意图。
具体实施方式
图l示出了根据本发明的一个具体实施方式
的无线通信网络的网 络拓朴结构图。图1中包括基站21、与基站21相连的多个边缘节点、 与每个边缘节点相连的多个分布式天线以及多个用户站。多种连接方 式可用于连接分布式天线和边缘节点、边缘节点和基站21以及边缘 节点之间，如光纤、微波、铜线(五类双绞线)、E-band、自由空间 光通信和60GHz樣"皮通信。优选地，连接方式使用光纤，铜线等数 字连接。因此在分布式天线中需要有模拟数字变换器和数字模拟变换 器，此时，边缘节点检测来自同边缘节点相连接的分布式天线的数字 化上行链路信号，并对其进行解调，以及解调之后可能的合并处理。 当希望使用如微波链路的模拟链路来减少链路部署成本时，模拟数字 变换器/数字模拟变换器则位于边缘节点中。如图1所示，边缘节点可看作是分布式天线的中央处理/合并节 点，并且边缘节点可通过数字光纤骨干网与另外一个边缘节点相连， 以进行回传。因此，可能在同一个普通的边缘节点相连的分布式天线 上接收到来自用户站的信号，也可能是在同该普通的边缘节点相邻的 边缘节点相连的分布式天线上接收到来自该用户站的信号。在这样的情况下，多天线逐步合并是在连续的边缘节点执行串行合并的 一个解决方法。如图1中所示的用户站5的上行信号。在下行链路中，考虑并比较了联播，多播和单播。这里联播的概 念就是多个天线同时发送相同的信号给同 一个用户站。在下行链路中 单播是最有效率的。并且，由于分布式天线不同偏移，联播和多播可 能会导致用户站的性能下降。下行传输中单播传输的另一个优点是不 要求严格的同步，这有利于降低成本并且方便网络部署。信号比特的判决可以在边缘节点中完成，也可以由基站来完成。 在某些情况下，如果在边缘节点中的信号合并效果特别好时，如信噪 比达到预定的要求等，也可在边缘节点中做比特判决，这样可减少边 缘节点之间以及边缘节点与基站之间的业务负荷量。在边缘节点中， 如果比特已经判决，则无需再进行合并操作。图1中边缘节点和基站之间的连接采取了网状拓朴结构。当然也 可以采取以基站21为中心的星型拓朴结构或者是以基站21为根的树 型拓朴结构或者是星型拓朴结构与树型拓朴结构共存的混合结构。在 正常数据传输时，优选地，采用星型结构或者是树型结构，例如图1 中边缘节点12与边缘节点15之间的连接以及边缘节点13与边缘节 点15之间的连接(无线或有线)断开或去掉时所示的拓朴结构。实际应用中，为了增加网络拓朴结构的鲁棒性，可以在物理连接 上引入一定的冗余度，使网络拓朴结构成网状。例如图1中增加边缘 节点12与边缘节点15之间的连接以及边缘节点13与边缘节点15之 间的连接。这样，如果边缘节点12与边缘节点13之间的连接出现故 障时，边缘节点12可以经由边缘节点15以及边缘节点16与基站21 之间进行通信；或者当边缘节点13与基站21之间的连接出现故障时，边缘节点13可以经由边缘节点15以及边缘节点16与基站21通信。 上行传输中，每个边缘节点的下一跳节点可由基站21根据网络 拓朴结构事先静态配置好。如图1中，边缘节点11的下一跳节点是 边缘节点12,边缘节点12的下一跳节点是边缘节点13,边缘节点13 的下一跳节点是基站21。边缘节点14的下一跳节点是边缘节点15, 边缘节点15的下一跳节点是边缘节点16,边缘节点16的下一跳节点 是基站21。下面结合图1来分别说明图1中5个用户站同基站21之间通信 的过程。用户站1与基站21的上下行通信过程如图1所示，在上行传输中，边缘节点11经由天线111和112 接收两路来自用户站1的上行信号，对所述两路信号进行合并处理之 后，经由边缘节点12和13发送到基站21。同时，边缘节点ll根据 这两路信号的质量，或者天线111和用户站1之间通信链路的信道质 量与天线112和用户站1之间通信链路的信道质量，确定下行通信的 最优路径，例如经由天线112的信号质量明显好于经由天线111的信 号质量，则确定经由天线112和用户站1进行通信的路径为下行最优 路径，并可以与前述信号一起将下行最优路径信息以及两路上行信号 的方差以及所述信道状况信息发给基站21。在下行传输时，基站根据所述来自边缘节点11的关于用户站1 的下行最优路径以及所述的两路上行信号的方差和信道状况信息来 确定实际发送下行信号的最优路径。由于用户站1只在与边缘节点11 相连的天线111、 112的所辖区域里，因此，基站可以直接确定来自 边缘节点11的下行最优路径即为实际发送的下行最优路径。在图1 中，用户站5在两个边缘节点15和16所辖的区域里，则基站21要 综合考虑来自边缘节点15和16的下行最优路径信息来确定实际发送 下行信号给用户站5的下行最优路径。基站21将下行信号与该信号的路径指示信息发送给边缘节点13,边缘节点13根据所述路径指示信息将所述下行信号和该信号的 路径指示信息转发给边缘节点12，边缘节点12根据该路径指示信息 将所述下行信号和该信号的路径指示信息转发给边缘节点11,边缘节 点ll根据所述路径指示信息，将所述下行信号发给天线112，最后， 天线112将所述下行信号发送给用户站1。用户站2与基站21的上下行通信过程在上行传输中，边缘节点12经由天线121来自用户站2的上行 信号，经由边缘节点13发送给基站21,同时，边缘节点12将所述上 行信号的质量，或者天线121和用户站2之间通信链路的信道状况与 前述上行信号一起发给基站21。在下行传输时，由于用户站2仅在天线121所辖区域里，因此基 站21可直接确定经由天线121发送下行信号给用户站2。基站21将下行信号和该信号路径指示信息首先发送给边缘节点 13,边缘节点13根据该路径指示信息将所述下行信号和路径指示信 息转发给边缘节点12,边缘节点12根据所述路径指示信息将所述下 行信号发送到天线121,最后天线121将所述下行信号发送给用户站 3。用户站3与基站21的上下行通信过程在上行链路中，边缘节点13经由天线131和132接收两路来自 用户站3的上行信号，对所述两路信号进行合并处理之后，直接发送 到基站21。同时，边缘节点13根据这两路信号的质量，或者天线131 和用户站3之间通信链路的信道质量与天线132和用户站3之间通信 链路的信道质量，确定下行通信的最优路径，比如经由天线131的信 号质量和经由天线132的信号质量差不多，则确定经由天线131、 132 和用户站3进行通信的路径皆为下行最优路径，并可以与前述信号一 起将下行最优路径信息以及两路上行信号的方差以及所述信道状况 信息发给基站21。在下行传输时，基站根据所述来自边缘节点13的关于用户站3 的下行最优路径以及所述的两路上行信号的方差和信道状况信息来 确定实际发送下行信号的最优路径。由于用户站3只在与边缘节点13 相连的天线131、 132的所辖区域里，因此，基站可以直接确定来自 边缘节点13的下行最优路径即为实际发送的下行最优路径。基站21将下行信号及该信号路径指示信息发送给边缘节点13， 然后边缘节点13根据该路径指示信息将该下行信号发送给天线131、 132,最后由天线131、 132将信号发送给用户站3。用户站4与基站21的上下行通信过程如图1所示，在上行传输中，边缘节点14经由天线141接收用 户站4的信号，然后将该信号传送给边缘节点15。边缘节点15接收 经由天线151、 152传送的来自用户站4的信号，以及来自边缘节点 14经由天线141接收的用户站4的信号，边缘节点15对上述三路信 号进行合并处理之后，经由边缘节点16发送给基站21。对于边缘节点4来说，用户站4仅在天线141所辖区域之内，天 线141即用户站4的下行最优路径。边缘节点14将上述经由天线141 接收的来自用户站4的上行信号的质量，或者天线141和用户站4之 间通信链路的信道状况与前述上行信号一起发给边缘节点15。同样对于边缘节点15来说，用户站4仅在天线151所辖区域之 内，天线151即用户站4的下行最优路径。边缘节点15将上述经由 天线151接收的来自用户站4的上行信号的质量，或者天线151和用 户站4之间通信链路的信道状况与前述合并之后的上行信号以及来自 边缘节点14关于天线141接收的来自用户站4的上行信号的质量或 天线141和用户站4之间通信链路的信道状况一起发给基站21。在下行传输时，基站21根据所述来自边缘节点15和边缘节点14 的关于用户站4的下行最优路径以及所述的两路上行信号的方差和信 道状况信息来确定实际发送下行信号的最优路径。如果用户站4与天 线141之间的信道状况好于用户站4与天线151之间的信道状况，则14基站21选择天线141来发送。如果用户站4与天线141之间的信道 状况好于用户站4与天线151之间的信道状况，则基站21选择天线 141来发送。用户站5与基站21的上下行通信过程如图l所示，在上行传输中，边缘节点15经由天线151和天线 152接收来自用户站5的两路信号，对两路信号进行合并处理之后， 然后将该信号连同传送给边缘节点16。同时，边缘节点15根据这两 路信号的质量，或者天线151和用户站5之间通信链路的信道质量与 天线152和用户站5之间通信链路的信道质量，确定下行通信的最优 路径，如果经由天线151的信号质量差于经由天线152的信号质量， 则确定经由天线152和用户站5进行通信的路径为下行最优路径，并 与前述信号 一起将下行最优路径信息以及两路上行信号的方差以及 所述信道状况信息经由边缘节点16发给基站21。边缘节点16接收边缘节点15传送的来自用户站5的信号，以及 经由天线161接收的用户站5的信号，边缘节点16对上述两路信号 进行合并处理之后，经由边缘节点16发送给基站21。同时边缘节点 16将经由天线161接收的来自用户站5的上行信号的质量，例如方差 等，或者天线161和用户站5之间通信链路的信道状况以及边缘节点 15中来自用户站5的两路信号的质量，例如方差等，或者天线151 和用户站5之间通信链路的信道质量与天线152和用户站5之间通信 链路的信道质量天线与所述合并之后上行信号 一起发给基站21 。当然，对于边缘节点15和16来说，用户站5的上行数据的另外 一种可能的传输方式是当边缘节点15接收到的来自用户5站的信 号质量足够好时，边缘节点15直接做信号比特判决，这样，边缘节 点16接收到来自边缘节点15关于用户站5的比特判决之后的信号时， 直接将其转发给基站，而无需与经由天线161接收到的用户站5的信 号进行合并。在下行传输时，基站21根据所述来自边缘节点16和边缘节点15的关于用户站5的下行最优路径信息以及所述的三路上行信号的方差 或信道状况信息来确定实际发送下行信号的最优路径。如果用户站5 与天线152之间的信道状况好于用户站5与天线151之间的信道状况 以及用户站5与天线161之间的信道状况，则基站21选择天线152 来发送。基站21也可根据用户站的位置，动态配置每个边缘节点的下一 跳节点。例如当用户站6位于天线153和天线133所辖区域里，对于 用户站6的信号，配置边缘节点15的下一跳节点为边缘节点13。对 于来自用户站5的信号，配置边缘节点15的下一跳节点为边缘节点 16。另外一种可选的配置方式是根据可能的多条回传路径，配置多 个下一跳节点。例如，边缘节点15到基站21的路径有三条，分别是 经由边缘节点12、边缘节点13和边缘节点16到达基站21。所以基 站21可静态配置边缘节点15的下一跳节点包括边缘节点12、边缘节 点13和边缘节点16。边缘节点15将接收到的信号都经由这三条路径 转发出去。基站21对经由不同的路径接收到的同样的信号进行选择 或者合并处理。对于用户站6来说，当边缘节点15的下一跳节点静态配置为边 缘节点16，并且边缘节点13的下一跳节点静态配置为基站21时，用 户站6的上行信号一路经由天线133、边缘节点13到达基站21，另 一路经由天线153、边缘节点15和边缘节点16到达基站21。基站21 对接收到的这两路信号进行合并处理。另外，由于用户站的移动性，边缘节点之间也可及时相互交换其 所辖的用户站的信息，然后，边缘节点根据该信息以及网络本身的拓 朴结构，动态选择其下一跳节点(基站或者是边缘节点)。本领域的 技术人员可以理解，本发明的网络拓朴结构不限于上述的星型、树型、 网状或者这三种结构的任意组合，同时下一跳边缘节点的选择也不限 于上面所列举的例子。由于网络拓朴结构的变化以及用户站的移动 性，要结合具体的应用场景来选择最优的下一跳节点。以上对本发明的几种应用场景进行了详细的说明，下面将结合附 图对本发明的具体实施方式
进行详细的描述。图2为根据本发明的一个具体实施方式
在边缘节点中用于转发 上行信号的方法流程图。其中，边缘节点通过例如双绞线、同轴电缆、 光纤或微波等有线或无线的方式与分布式天线相连。图2中所示的步 骤适用于边缘节点经由与其相连的分布式天线接收到不止一路来自 同 一个用户站的同源信号的情形。如果边缘节点仅接收到一路来自一 个用户站的信号，则无需进行上述的合并操作，直接将该信号转发给 下一跳节点或者基站；或者接收到已经判决的信号时，也无需进行合 并操作，直接将接收到的已判决的信号转发给下一跳节点。首先，在步骤S101中，接收经由一个或多个分布式天线和/或一 个或多个上一跳边缘节点传输的来自 一个用户站的多路同源信号。这 里的当无线通信网络为非码分系统，通过各路信号中的时间和频率偏移 量来识别所述来自一个用户站的多路同源信号；当无线通信网络为码分 系统时，通过各路^f言号的拔i码和扩频码来识别所述来自 一个用户站的多 路同源信号，边缘节点可以事先从基站处获知同各个用户站对应的扰码 和扩频码。然后，对所述多路同源信号进行合并处理，以获得一路待输出信号。 这里合并的方式不限，如最大比值合并(MRC)、对数似然比软合并、 选择性合并或等增益合并等皆适用。最后，将所述待输出信号转发给下 一跳边缘节点或者所述网络设备。如图2中步骤S102至步骤S108所示。在步骤S102中，检测所述接收到的每路同源信号的信号质量，这 里检测的标准包括但不限于各路同源信号的方差、各路同源信号的信道 状况、各路信号的信噪比等衡量信号质量的各种参数。在步骤S103中，根据步骤S102中的检测结果，从所述多路同源信 号中选择将两路或多路信号质量最好的同源信号进行合并处理，以生成 一路合并信号。当然，本领域的技术人员可以理解，不一定非要选择质 量最好的信号，也可将质量次好的信号进行合并。在步骤S104中，检测步骤S103中合并信号的信号质量，釆取与步骤S102中同样的检测标准。在步骤S105中，根据S102和S104的检测结果，比较所述合并信 号的信号质量与所述用于合并的两路或多路信号的信号质量。当所述合并信号的信号质量差于或等于所述用于合并的两路或多 路同源信号的信号质量时，则在步骤S106中，将所述用于合并的两路 或多路同源信号中质量最好的一路作为所述待输出信号，转发给下一跳 边缘节点或者基站。当所述合并信号的信号质量好于所述用于合并的两路或多路同源 信号的信号质量时，则在步骤S107中判断是否满足预定条件，如果满 足预定条件，则在步骤S108中将所述合并信号作为所述待输出信号， 转发给下一跳边缘节点或者基站。在实际的网络拓朴结构中，基站可根 据网络拓朴结构来静态配置每个边缘节点的下一跳节点或者结合用户 站的位置来动态配置每个边缘节点的下一跳节点。例如，图l中，配置 边缘节点13为边缘节点12的下一跳节点。这里的预定条件包括但不限于以下几种情形1. 所述接收的多路同源信号均已经进行合并处理；2. 已进行的合并处理次数已经超过第一预定数值，这里第一预定数 值需要事先设定，例如存在多路同源信号的情况下，为了提高边缘节点 的处理速度，可设定合并次数为三次；3. 所述合并信号的信号质量与所述用于合并的两路或多路同源信 号中每路的信号质量的差值均小于第二预定数值，例如，当合并信号的 方差与合并之前的两路或多路信号的方差均小于0.01时；或者合并信号 的方差与合并之前质量较好的那路信号的方差小于0.01。这里的物理意 义主要在于当合并不能明显提高信号质量时，则无需继续进行合并。当在步骤S107中判断不满足预定条件时，则在步骤S109中，将所 述合并信号作为一路新的用于合并的同源信号与其余未进行合并的同 源信号中的一路或者多路信号质量较好的同源信号一起，重复步骤S103 至步骤S107，直至满足预定的条件。作为一个变化的实施例，也可省去步骤S104至S109，直接将第一次合并之后的信号作为所述待输出信号转发给下一跳边缘节点或者基站。当然，每次合并时的信号路数不限，可以是两路信号一起合并，也 可以是三路、甚至四路信号一起进行合并。以上步骤S101至S109对来自与边缘节点相连的分布式天线的上行 信号的处理流程作了详细的说明。优选地，在传输上行信号的同时(之 前或之后也可)，还可以将经由各个分布式天线来自同一个用户站的多 路同源信号的信号质量相关信息报告给基站。信号质量相关信息可以包 括用于指示下行路径的最优路径集合、各路同源信号的方差、各路同源 信号的信道状况等。在下行传输时，基站会根据上行传输时的各路信号的信号质量相关 信息，选择最优的下行传输路径，指示边缘节点进行下行信号转发。图3示出了根据本发明的一个具体实施方式
在无线通信网络的基站 中用于与用户站进行通信的方法流程图。首先，在步骤S201中，基站接收来自所述一个或多个边缘节点的报 告消息，该报告消息包括与所述用户站相应的信号质量相关信息。这里 信号质量相关信息包括用于指示下行路径的最优路径集合、各路同源信 号的方差、信道状况中任一项或任多项信息。基站与一个或多个边缘节 点之间的连接包括双绞线、同轴电缆、光纤等有线连接和微波等无线连 接。然后，在步骤S202中，基站根据所述用户站的信号质量相关信息， 确定发送给所述用户站的下行信号所对应的路径指示信息。路径指示信 息包括指示所述待转发信号所经由的 一个或多个边缘节点以及与所述 边缘节点相连接的一个或多个分布式天线。如图1中所示，以用户站5与基站21之间的通信过程为例。在接收 用户站5的上行信号的同时或之前或之后，基站21接收到来自边缘节 点15和边缘节点16的报告消息，边缘节点15的报告消息中包括分别 经由天线151、 152接收到的来自用户站5的信号质量相关信息。边缘 节点16的报告消息中包括经由天线161接收到的来自用户站5的信号质量相关信息。通过比较三个无线链路(天线151与用户站5、天线152 与用户站5和天线161与用户站5)的信号质量，确定一个最佳下行路 径。这里我们假设经由天线152接收到的来自用户站5的信号的信号质 量最好。则基站21确定发给用户站5的下行信号所对应的最佳路径为 经由边缘节点16、 15由天线152发送给用户站5。当所述无线通信网络为多载波系统时，例如OFDMA系统，还可以 根据所述用户站的信号质量相关信息，确定所述用户站的地理位置，然 后根据该用户站的位置，调度与该用户站通信时的时间与频率资源，从 而减少小区内和相邻小区间干扰。例如，以图1中的用户站2为例，根据来自边缘节点12关于用户站 2的信号质量相关信息，可以确定，用户站2位于天线121所辖范围之 内。然后根据该用户站2的地理位置，调度与该用户站2通信的时间和 频率资源。当小区中每个分布式天线使用的频率固定配置时，则根据与 用户站2通信的分布式天线所使用的频率来配置用户站2所用的通信频 率。当小区中每个分布式天线使用动态的频率配置时，则需要联合相邻 小区，综合配置，使得在同一时间内，同一小区或者相邻小区的相邻天 线使用不同的子载波,调度用户站2使用与其通信的天线的子载波频率。 从而减少小区内和相邻小区间的千扰，如图4a所示。图4b给出了在移动终端满足均勾分布的条件下，上行干扰随着信道 衰减指数k的变化示意图。这里选用IEEE 802.16中定义的微小区信道 模型(urban micro cell)，其中大尺度衰落模型包括路径衰减41. 0 + k x lg(d)和相互独立的方差为2. 3 dB的随机遮蔽衰减，其中d是传播距 离；并假设传播环境是视距的(LOS)。图4b中给出了 1个天线的传统 基站系统、采用3天线的分布式天线系统以及采用7天线组成的分布式 天线系统的对比示意图。从图4b中可以看出采用本发明的提出的多分 布式天线系统以及调度分布式天线的时间和频率资源方法，小区间上行 干扰小了很多。图5示出了根据本发明的一个具体实施方式
在边缘节点中用于转发下行信号的方法流程图。这里，假设边缘节点所连接到的无线通信网 络的网络设备为基站。边缘节点与基站、边缘节点与分布式天线之间的 连接方式包括双绞线、同轴电缆、光纤等有线连接或微波等无线连接方 式。首先，在步骤S191中，接收来自基站的待转发下行信号与路径指示 信息。这里可以是直接接收来自基站的待转发下行信号与路径指示信 息，如图1中的与基站直接相连的边缘节点13、 16;也可以是经由其他 边缘节点接收来自基站的待转发下行信号与路径指示信息，如图1中的 边缘节点12、 11等。所述的路径指示信息包括指示所述待转发信号所 经由的一个或多个边缘节点以及与所述边缘节点相连接的一个或多个 分布式天线。然后，在步骤S192中，根据所述路径指示信息，将所述待转发信号 发送到所述路径指示信息指定的分布式天线或下一跳边缘节点。如图1中所示，对于待发送到用户站5的下行信号，边缘节点16 接收到来自基站21发送给用户站5的信号及指示信息(根据前面的假 设，基站21确定发给用户站5的下行信号所对应的最佳路径为经由边 缘节点16、 15由天线152发送给用户站5),根据指示信息将该信号及 指示信息转发给边缘节点15。边缘节点15经由边缘节点16接收到来自 基站21发送给用户站5的信号及指示信息是，根据指示信息得知，选 择天线152发送信号到用户站5。这里仅以基站21与用户站5之间的下行通信过程为例对边缘节点中 转发下行信号进行了说明，对于其他用户站与基站21之间的下行通信 过程，本领域的技术人员可以根据基站21与用户站2之间的下行通信 过程进行类推，这里不再赘述。图6示出了根据本发明的一个具体实施方式
在边缘节点中用于转发 上行信号的上行传输装置。该上行传输装置10包括第一接收装置101、 合并处理装置102、确定装置103和第一发送装置104。其中第一接收 装置还包括第一识别装置1011和第二识别装置1012，合并处理装置102 还包括检测装置1021、合并装置1022、比较装置1023、控制装置1024。首先，第一接收装置101接收经由一个或多个分布式天线和/或一个或多个上一跳边缘节点传输的来自 一个用户站的多路同源信号。当无线通信网络为非码分系统，第一识别装置1011通过各路信号中的时间 和频率偏移量来识别所述来自 一个用户站的多路同源信号；当无线通信 网络为码分系统时，笫二识别装置1012通过各路信号的扰码和扩频码 来识别所述来自一个用户站的多路同源信号，第二识别装置1012可以 事先从基站处获知同各个用户站对应的扰码和扩频码。然后，合并处理装置102对所述多路同源信号进行合并处理，以 获得一路待输出信号；并且，确定装置103根据所述来自某个用户站 的多路同源信号，确定该用户站相应的信号质量相关信息，信号质量相 关信息包括指示下行路径的最优路径集合、各路同源信号的方差、信道 状况中任一项或任多项。最后，第一发送装置104将所述待输出信号以及信号质量相关信息 转发给所述下一跳边缘节点或者所述网络设备，优选地，同时发送合并 信号和信号质量相关信息，当然也可分开发送。其中，合并处理装置102的合并处理过程详细地可由检测装置1021、 合并装置1022、比较装置1023和控制装置1024等四个子装置来实现。首先，检测装置1021检测接收到的每路同源信号的信号质量。然后，合并装置1022将两或多路信号质量最好的同源信号进行合 并处理，以生成一路合并信号，并且检测装置1021检测合并信号的信 号质量。当然，本领域的技术人员可以理解，不一定非要选择质量最好 的信号，也可将质量次好的信号进行合并。比较装置1023根据检测装置1021的检测结果将所述合并信号的信 号质量与所述用于合并的两路或多路同源信号的信号质量进行比较，以 生成比较结果。当比较装置1023的比较结果为所述合并信号的信号质量差于或等 于所述用于合并的两路或多路同源信号的信号质量时，则将所述用于合 并的两路或多路同源信号中质量最好的一路作为所述待输出信号，由第 一发送装置104转发给下一跳边缘节点或者基站。当比较装置1023的比较结果为所述合并信号的信号质量优于所述 用于合并的两路或多路同源信号的信号质量，且未达到预定条件时，控 制装置1024控制所述合并装置1022将所述合并信号作为一路新的用于 合并的同源信号与其余未进行合并的同源信号中的 一 路或多路信号质 量较好的同源信号一起进行合并处理，以生成一个新的合并信号。然后 检测装置1021再检测新的合并信号的信号质量，比较装置1023重复前 述比较过程直至满足预定条件。这里的预定条件包括但不限于以下几种情形1. 所述接收的多路同源信号均已经进行合并处理；2. 已进行的合并处理次数已经超过第一预定数值，这里第一预定数 值需要事先设定，例如存在多路同源信号的情况下，为了提高边缘节点 的处理速度，可设定合并次数为三次；3. 所述合并信号的信号质量与所述用于合并的两路或多路同源信 号中每路的信号质量的差值均小于第二预定数值，例如，当合并信号的 方差与合并之前的两路或多路信号的方差均小于O.Ol时；或者合并信号 的方差与合并之前质量较好的那路信号的方差小于0.01。这里的物理意 义主要在于当合并不能明显提高信号质量时，则无需继续进行合并。作为一个变化的实施例，也可省去比较装置1023和控制装置1024, 直接将合并装置1022第一次合并之后的信号作为所述待输出信号转发 给下 一跳边缘节点或者基站。当然，每次合并时的信号路数不限，可以是两路信号一起合并，也 可以是三路、甚至四路信号一起进行合并。如果第一接收装置IOI接收到一路来自一个用户站的信号，则无 需进行上述的合并操作，直接由第一发送装置104将该信号转发给下 一跳节点或者基站；或者接收到已经判决的信号时，也无需进行合并 操作，第一发送装置104直接将接收到的已判决的信号转发给下一跳 节点。基站可根据网络拓朴结构来静态配置每个边缘节点的下一跳节点 或者结合用户站的位置来动态配置每个边缘节点的下一跳节点。例如， 图1中，配置边缘节点16为边缘节点15的下一跳节点。图7示出了根据本发明的一个具体实施方式
在基站中用于与用户站 进行通信的通信控制装置。该通信控制装置20用于控制基站经由与其 相连接的一个或多个边缘节点以及与边缘节点相连接的一个或多个分 布式天线与所述用户站进行通信。边缘节点与基站和/或其他边缘节点和 /或所述分布式天线之间的连接包括双绞线、同轴电缆、光纤等有线连接 和微波等无线连接。该通信控制装置20包括第三接收装置201、路径确定装置202、位 置确定装置203和调度装置204。第三接收装置201接收来自所述一个或多个边缘节点的报告消息， 该才艮告消息包括与所述用户站相应的各路信号质量相关信息。所述信号 质量相关信息包括用于指示下行路径的最优路径集合、各路同源信号的 方差、信道状况中任一项或任多项信息。然后，路径确定装置202根据所述信号质量相关信息，确定发送给 所述用户站的下行信号所对应的路径指示信息。所述路径指示信息包括 指示所述待转发信号所经由的一个或多个边缘节点以及与所述边缘节 点相连接的一个或多个分布式天线。以图1中所示的用户站3与基站之间的下行通信过程为例。在接收 用户站3的上行信号的同时或之前或之后，基站21中的接收装置201 接收到来自边缘节点13的报告消息，边缘节点13的报告消息中包括经 由天线131、 132接收到的来自用户站3的信号质量相关信息。通过比 较两个无线链路(天线131与用户站3和天线132与用户站3)的信号 质量，路径确定装置202确定一个最佳下行路径。这里我们假设经由天 线132接收到的来自用户站3的信号的信号质量最好。则路径确定装置 202确定发给用户站3的下行信号所对应的最佳路径为经由边缘节点13 由天线132发送给用户站3。当所述无线通信网络为多载波系统时，例如OFDMA系统，位置确 定装置203还可以4艮据第三接收装置201接收的所述用户站的信号质量 相关信息，确定所述用户站的地理位置；然后调度装置204根据该用户 站的地理位置，调度与该用户站通信的分布式天线的时间和频率资源。从而减少小区内以及相邻小区间的干扰。
例如，以图1中的用户站2为例，根据来自边缘节点12关于用户站 2的信号质量相关信息，位置确定装置203可以确定用户站2位于天线 121所辖范围之内。
然后，根据该用户站2的地理位置，调度装置204调度与该用户站 2通信的时间和频率资源。当小区中每个分布式天线使用的频率固定配 置时，则根据与用户站2通信的分布式天线所使用的频率来调度用户站 2所用的通信频率。当小区中每个分布式天线使用动态的频率配置时， 则需要联合相邻小区综合调度，使得在同一时间内，同一小区或者相邻 小区的相邻天线使用不同的子载波，调度用户站2使用与其通信的天线 的子载波频率。从而减少小区内和相邻小区间的千扰。
图8示出了根据本发明的一个具体实施方式
在无线通信网络的边缘 节点中用于转发下行信号的下行传输装置。边缘节点与基站和/或其他边 缘节点和/或所述分布式天线之间的连接包括双绞线、同轴电缆、光纤有 线连接和微波等无线连接。
该下行传输装置19包括第二接收装置191、第二发送装置192。
第二接收装置191接收来自所述网络设备的待转发信号与路径指示 信息，该路径指示信息包括指示所述待转发信号所经由的一个或多个边 缘节点以及与所述边缘节点相连接的 一个或多个分布式天线。
第二发送装置192根据第二接收装置191接收到的路径指示信息， 将所述待转发信号发送到所述路径指示信息指定的分布式天线或下一 跳边缘节点。
这里仍以图1中所示的边缘节点3与基站21之间的下行通信情形为 例。对于待发送到用户站3的下行信号，边缘节点13接收到来自基站 21发送给用户站3的信号及指示信息(根据前面的假设，基站21确定 发给用户站3的下行信号所对应的最佳路径为经由边缘节点13由天线 132发送给用户站3)，根据指示信息得知，选择天线132发送信号到 用户站3。
需要注意的是，具体实现时，边缘节点的上述功能也可放在例如基站的网络设备中实现。
图9a、 9b以及图10a、 10b分别给出了根据本发明的一个具体实施 方式采用分布式天线WiMAX系统与现有的WiMAX系统的性能比较示 意图。
这里假设基站的天线坐标为(0.5, 0.5)，四个分布式天线的坐标 分别为(0.25, 0.25 ) 、 (0.25， 0.75) 、 (0.75， 0.25) 、 (0.75， 0.75), 并且编码采用64QAM调制时，信噪比为6dB。其中选用IEEE802. 16中 定义的微小区信道模型(urban micro cell),其大尺度衰落模型包括路 径衰减41. 0 + 22. 71g(d)和相互独立的方差为2. 3 dB的随机遮蔽衰减， 这里d是传播距离；并假设传播环境是4Jy&的(LOS)，对传播距离进 行归一化；载频3.5GHz,用户为静止的，采用PUSC排列方式，1024点 FFT、 1/8的循环前缀，采样频率11. 424MHz，不考虑信道编码。
图9a为现有未采用分布式天线的WiMAX系，误码率示意图，图 9b为采用前述五个分布式天线的WiMAX系统的误码率示意图。图10a 为现有未采用分布式天线的WiMAX系统正确估计概率示意图，图10b 为采用前述五个分布式天线的WiMAX系统的正确估计概率示意图。从 图9a、 9b、 10a和10b中可以明显地看出，采用分布式天线的WiMAX 系统的基站覆盖范围明显扩大了很多。
另外一个需要说明的是，在边缘节点中，对各路同源信号所采取的合 并方式没有做具体的限定，既可以采用最大比值合并(MRC),也可以 采用对数似然比软合并，或者是选择性合并、等增益合并等方式。优选 地，本发明推荐使用对数似然比合并方式。图11给出了图9b和图10b 中采用5个分布式天线的WiMAX系统的分别采用最大比值合并和对数 似然比合并方式所获得的正确估计的概率示意图。从图中可明显看出， 采用对数似然比软合并所获得的正确估计的概率的覆盖范围更平坦。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明 并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在所附权利要求 的范围内做出各种变形或修改。
权利要求
1. 一种在无线通信网络的边缘节点中用于转发上行信号的方法，其中，所述边缘节点直接或经由其他边缘节点连接到所述无线通信网络中的网络设备，该方法包括以下步骤i.接收经由一个或多个分布式天线和/或一个或多个上一跳边缘节点传输的来自一个用户站的多路同源信号；ii.对所述多路同源信号进行合并处理，以获得一路待输出信号；iii.将所述待输出信号转发给下一跳边缘节点或者所述网络设备。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤ii包括以下步骤a. 检测所述接收到的每路同源信号的信号质量；b. 根据所检测的信号质量，由所述多路同源信号中选择将两路或多 路信号质量较好的同源信号进行合并处理，以生成一路合并信号，作为 所述待输出信号。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述步骤ii还包括以下步骤c. 检测所述合并信号的信号质量；d. 将所述合并信号的信号质量与所述用于合并的两路或多路信号 质量较好的同源信号的信号质量进行比较，以生成比较结果；e. 根据所述比较结果来执行以下步骤-如果所述合并信号的信号质量优于所述用于合并的两路或多路同 源信号中每路的信号质量，则将所述合并信号作为一路新的用于合并的 同源信号与其余未进行合并的同源信号中的一路或多路信号质量较好 的同源信号一起，重复上述步骤b至d,直至达到预定条件，并将所述 合并信号作为所述待输出信号。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述步骤e还包括以下步骤 -如果所述合并信号的信号质量不优于所述用于合并的两路或多路同源信号中各路的信号质量，则将所述用于合并的两路或多路同源信号 中信号质量较好的一路作为所述待输出信号。
5. 根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述预定条件包括以下 各项中任一项 -所述接收的多路同源信号均已进行合并处理； -已进行的合并处理次数已超过第一预定数值； -所述合并信号的信号质量与所述用于合并的两路或多路同源信号 中每路的信号质量的差值均小于第二预定数值。
6. 根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，还包括以下步骤-根据所述接收的来自所述用户站的多路同源信号，确定该用户站 相应的信号质量相关信息；-将所述信号质量相关信息发送给所述网络设备。
7. —种在无线通信网络的边缘节点中用于转发上行信号的上行传 输装置，其中，所述边缘节点直接或经由其他边缘节点连接到所述无 线通信网络中的网络设备，该上行传输装置包括第一接收装置，用于接收经由一个或多个分布式天线和/或一个或 多个上一跳边缘节点传输的来自 一个用户站的多路同源信号；合并处理装置，用于对所述多路同源信号进行合并处理，以获得 一路待输出信号；第一发送装置，用于将所述待输出信号转发给所述下一跳边缘节点 或者所述网络设备。
8. 根据权利要求7所述的上行传输装置，其中，还包括 检测装置，用于检测接收到的每路同源信号的信号质量； 合并装置，用于将两或多路信号质量较好的同源信号进行合并处理，以生成一路待输出信号。
9. 根据权利要求8所述的上行传输装置，其中， 所述检测装置还用于检测合并信号的信号质量； 其中，还包括比较装置，用于将所述合并信号的信号质量与所述用于合并的两路 或多路同源信号的信号质量进行比较，以生成比较结果；控制装置，用于当所述比较结果为所述合并信号的信号质量优于所 述用于合并的两路或多路同源信号的信号质量，且未达到预定条件时，则控制所述合并装置执行以下操作将所述合并信号作为一路新的用于合并的同源信号与其余未进行 合并的同源信号中的一路或多路信号质量较好的同源信号一起进行合 并处理，以生成一个新的合并信号。
10. 根据权利要求9所述的上行传输装置，其中， 所述控制装置还用于当所述比较结果为所述合并信号的信号质量不优于所述用于合并的两路或多路同源信号中各路的信号质量时，选择所 述用于合并的两路或多路同源信号中信号质量较好的 一路作为所述待 输出信号，以发送给所述下一跳边缘节点或者所述网络设备。
11. 根据权利要求9或IO所述的上行传输装置，其中，所述预定条 件包括以下各项中任一项-所述接收的多路同源信号均已进行合并处理； -已进行的合并处理次数已超过第一预定数值； -所述合并信号的信号质量与所述用于合并的两路或多路同源信号 中每路的信号质量的差值均小于第二预定数值。
12. 根据权利要求8至11中任一项所述的上行传输装置，其中，还 包括确定装置，用于根据所述来自某个用户站的多路同源信号，确定该 用户站相应的信号质量相关信息；其中，所述第一发送装置还用于将所述信号质量相关信息直接发送 给所述网络设备或者经由 一个或多个边缘节点发送给所述网络设备。
13. —种在无线通信网络的边缘节点中用于转发下行信号的方法， 其中，所述边缘节点连接到所述无线通信网络中的网络设备，该方法 包括以下步骤A. 接收来自所述网络设备的待转发信号与路径指示信息；B. 才艮据所述路径指示信息，将所述待转发信号发送到所述路径指示 信息指定的分布式天线或下 一跳边缘节点。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述步骤A为-接收由上一跳边缘节点转发的来自所述网络设备的待转发信号与路径指示信息。
15. —种在无线通信网络的边缘节点中用于转发下行信号的下行传 输装置，其中，所述边缘节点连接到所述无线通信网络中的网络设备， 该下行传输装置包括第二接收装置，用于接收来自所述网络设备的待转发信号与路径指示信息；第二发送装置，用于根据所述路径指示信息，将所述待转发信号发 送到所述路径指示信息指定的分布式天线或下一跳边缘节点。
16. 根据权利要求15所述的下行传输装置，其中，所述第一接收装置还用于接收由上一跳边缘节点转发的来自所述网络设备的待转发信 号与路径指示信息。
17. —种在无线通信网络的网络设备中用于与用户站进行通信的方 法，其中，包括控制所述网络设备经由与其相连接的 一个或多个边缘节点以及与所 述边缘节点相连接的一个或多个分布式天线与所述用户站进行通信。
18. 才艮据^L利要求17所述的方法，其中，包^r以下步骤-接收来自所迷一个或多个边缘节点的报告消息，该报告消息包括 与所述用户站相应的信号质量相关信息；-根据所述用户站的信号质量相关信息，确定发送给所述用户站的 下行信号所对应的路径指示信息。
19. 根据权利要求17或18所述的方法，其中，当所述无线通信网 络为多栽波系统时，还包括以下步骤-根据所述用户站的信号质量相关信息，确定所述用户站的地理位置；-根据该用户站的地理位置，调度与该用户站通信的时间和频率资源。
20. —种在无线通信网络的网络设备中用于与用户站进行通信的通 信控制装置，其中，控制所述网络设备经由与其相连接的一个或多个边 缘节点以及与所述边缘节点相连接的一个或多个分布式天线与所述用户站进行通信。
21. 根据权利要求20所述的通信控制装置，其中，包括 接收装置，用于接收来自所述一个或多个边缘节点的报告消息，该才艮告消息包括与所述用户站相应的各路信号质量相关信息；路径确定装置，用于根据所述信号质量相关信息，确定发送给所述 用户站的下行信号所对应的路径指示信息。
22. 根据权利要求20或21所述的通信控制装置，其中，当所述无 线通信网络为多载波系统时，该通信控制装置还包括位置确定装置，才艮据所述信号质量相关信息，确定所述用户站的地 理位置；调度装置，根据所述用户站的地理位置，调度与该用户站通信的时 间和频率资源。
23. —种无线通信网络中的边缘节点，其中，包括如权利要求7至 12中任一项所述的上行传输装置和权利要求15或16所述的下行传输装 置。
24. —种无线通信网络中的网络设备，其中，包括如权利要求20 至22中任一项所述的通信控制装置。
25. —种无线通信网络中的通信系统，其中，包括如权利要求24 所述的网络设备和一个或多个与该网络设备相连的如权利要求23所述 的边缘节点，以及与每个边缘节点相连的一个或多个分布式天线。
26. 根据权利要求25所述的通信系统，其中，当有多个边缘节点连 接到所述网络设备时，所述边缘节点直接连接到该网络设备，或者经由 其他边缘节点连接到该网络设备。
全文摘要
本发明的目的是提供一种在无线通信网络中利用分布式天线进行信号传输并对上行信号采取逐步合并的技术方案，以及对下行信号采用单播发送的技术方案。采用本发明提供的技术方案的无线通信系统比传统的蜂窝WiMAX系统提供了更大的容量和吞吐量，为低密度/业务量地区提供了更大的覆盖范围。
文档编号H04B7/14GK101257338SQ200710037800
公开日2008年9月3日 申请日期2007年3月2日 优先权日2007年3月2日
发明者巍 倪 申请人:上海贝尔阿尔卡特股份有限公司