专利名称：固定的调零波束成型方法
技术领域：
本发明涉及一种基站中固定调零(null-steering)波束成型的方 法并且涉及一种计算机程序产品。
背景技术：
在无线通信系统中，分配给服务的频率资源可以在由 一个基站 覆盖的区域(称为小区)的规则图案中重用。在移动无线通信系统 中，这些小区通常是六边形的。为了确保无线终端之间的相互干扰 保持为低，相邻小区使用不同的频率。事实上，N个不同频率的集 合用于每个N个相邻小区的集群。集群图案和相应的频率在整个服 务区域上以规则图案重用。
不同集群中使用相同频率的两个小区的中心之间的最近距离由 集群规模N和小区集群布局确定。该距离称为频率重用距离。
波束成型的信号处理技术可以与控制辐射图案方向性的发射或 接收换能器的阵列一起使用。当接收信号时，波束成型可以在所需 信号的方向上增加接收器灵敏度，并且在干扰以及噪声的方向上降 低灵敏度。当发射信号时，波束成型可以在待发送的信号的方向上 增加功率。与全向发射相比的改变称作发射增益。通过创建辐射图 案中的零(null)和波束来完成这些改变。
因此，需要一种基站中的新的频率重用方法、基站和计算机程 序产品。
发明内容
本发明提供了 一种频分多址无线通信系统的基站中的频率重用 方法，所述无线通信系统至少包括适于覆盖小区的所述基站、至少一个耦合至所述基站的无线终端，所述无线通信系统将频带分为 三个频率子带，其中将所述频率子带中的一个分配给所述基站，所
述方法包括以下步骤
通过获取所述基站的天线数量来计算每个小区的波束的最大数
量；
如果所述基站的业务量大于第一阈值，则通过在所述小区的一部 分上将正交固定波束的数量设置为第一常数来启动固定调零波束成
型；
获取所述小区内所述无线终端的绝对位置或近似位置；
如果所述无线终端的所述绝对位置或所述近似位置处于所述小 区的所述波束区域内，则调度所述无线终端到固定调零资源；
如果所述业务量大于第二阈值，则将正交固定波束的所述数量设 置为所述固定调零波束成型的第二常数，
其中所述第一常数小于所述第二常数，并且所述第二常数小于
或等于所述波束的最大数量。
频分多址无线通信系统可以是GSM系统，或诸如WiMAX或 LTE的OFDMA系统。如果启动固定调零波束成型，则无线终端可 以被调度到固定调零资源或重用-3资源。如果激活重用-3系统，则 仅可以将无线终端调度到重用-3资源。在重用-3系统中，分配给小
区的子带由所有用户共享。在固定调零波束成型中，可以将子带的 一部分排他地分配给位于小区波束部分内的无线终端，并且将子带
的其他部分分配用于重用-3资源。
实施方式的一个优势在于系统的吞吐量高于传统重用-3系统， 而没有使用重用1的通常复杂的干扰抑制或消除算法。在小区内， 根据位置信息调度无线终端以占用资源。固定调零波束区域内的无 线终端可以在所有无线终端之间共享相同的谱时资源。通过使用预 定义的固定调零波束成型权重避免了复杂的干扰抑制或消除算法。 新方法和新基站成为一种几乎获得了重用1系统的吞吐量，并具有 重用-3系统的同信道干扰低的优点的可选方案。在一个实施方式中，如果无线终端包括定位系统(GPS, Galileo )， 则无线终端获取绝对位置，否则基站通过计算来自于无线终端的上 行链路信号的到达方向和上行链路反馈CINR来获取近似位置。该优 势在于，如果无线终端不能获取其位置，则基站可以计算近似位置。
在一个实施方式中，第一阈值描述无线通信系统的重用3-系统 的业务量的上界，其中第二阈值描述具有第一常量固定波束的固定 调零波束成型的业务量的上界。第二阈值确定具有第 一常数的固定 波束的固定调零波束成型到具有第二常数的固定波束的固定调零波 束成型之间的切换。
在一个实施方式中，方法进一步包括以下步骤如果无线终端 的绝对位置或近似位置处于波束区域之外，则切换到所述重用-3系 统并且将无线终端调度到重用-3资源。该实施方式的优势在于可以 根据基站的业务量状况实现固定调零波束成型和重用-3系统之间的 切换，并且如果使用了固定调零波束成型，那么根据无线终端的位 置进行调度。
在其他实施方式中，方法进一步包括以下步骤如果业务量小 于第一阈值，则位于小区内的所有无线终端切换到重用3-系统。在 固定调零波束成型和重用-3之间切换。
在另一方面中，本发明涉及一种FDMA数字蜂窝移动通信系统 中的基站，该基站可才喿作以才丸行前述的方法。
在另一方面中，本发明涉及一种计算机程序产品，其存储在计 算机可用介质上，计算机程序产品包括计算机可读程序装置，用于 使得计算机在程序在计算机上运行时执行前述的方法。
在下文中，通过参考附图，更详细地描述本发明的优选实施方 式，其中附图仅作为示例，在附图中
图1示出了固定调零波束成型方法的实施方式， 图2示出了固定调零波束成型的第二实施方式，图3示出了在三个小区的条件下，固定M调零波束成型图案的 示例，
图4示出了基站和无线终端的实施方式，
图5示出了在固定调零波束成型的小区中资源分配的实施方式。
具体实施例方式
图1示出了基站中固定调零波束成型的方法100,包括第一步骤 101，在步骤101中，计算小区中波束的最大数量M^。该计算主要
依赖于基站用于向小区内的无线终端进行发射以及向小区内的扇区 角度覆盖进行发射的天线数量。波束的最大数量M^表示可以在小 区内分配的可能的波束的上界。在第二步骤102中，测量基站的业 务量并且将其与第一阈值E1进行比较。该业务量表示基站和该基站 覆盖的小区内的所有无线终端之间的所有通信。如果业务量小于第 一阈值El,则使用标准的重用-3系统并且不在小区内形成固定正交 波束。否则，如果业务量大于第一阈值，则在第三步骤103中，在 小区内设置前两个波束，从而在小区内形成由两个波束覆盖的固定 调零区域。
在该第三步骤103之后，获取无线终端A的位置。如果无线终 端配备有如GPS或Galileo的全球定位系统，则第四步骤104获耳又针 对该无线终端A的绝对位置信息。如果不是这种情况并且无线终端 不包括任何用于获取绝对位置信息的装置，则第五步骤105，在基站 内计算小区内无线终端A的大概位置。通过从来自于无线终端的上 行链路接收信号计算到达方向信息并且利用上行链路反馈CINR测 量获取该位置。在完成了获取位置的这两个方式中的任意一个(通 过在第四步骤104获取绝对位置信息或通过在第五步骤105获取近 似位置)之后，在第六步骤106使用该结果，在该步骤中定义无线 终端A的位置是否处于固定调零区域内。
如果无线终端A处于固定调零区域之外，则调度无线终端来使 用重用3无线资源区域内的标准的重用-3无线资源系统。如果无线终端处于该区域内，则调度终端使用固定调零无线的相应资源。针
对位于基站覆盖的小区内的所有无线终端重复步骤104-108。 间正交波束的最大数量M^可以计算如下
工
D(JV-1)
(1)
其中Q表示扇区角度覆盖，N表示基站处天线的数量。作为例子，
2;r
如果0=|丌，并且基站配备4个天线，因此MSM,-
3 (4一" 2
=4'
因而，波束的数量M二4和M二2可以在固定调零资源的配置中考虑。 波束的空间分离度6必须满足以下关系
化！. (2)
在该例子中，结果是e 2二。
6
图2示出了可以在图1所述的第八步骤108之后应用的固定调 零波束成型方法200的实施方式。在第一步骤201中，将基站的业 务量与第二阈值E2进行比较，第二阈值E2通常大于第一阈值El。 如果与基站通信的小区内的业务量大于阈值E2，则在第二步骤202 中增加固定波束的数量，并且设置为例如M-4。 M-4指示在由基站 覆盖的区域内使用四个波束。否则，如果业务量小于第二阈值，则 在第三步骤203,将当前业务量与第一阈值E1进行比较。如果业务 量的数量小于第一阈值E1，则在第四步骤204中，将常规重用3系
统应用于整个小区并且应用于与该基站通信的所有无线终端。否则， 如果业务量大于第一阈值，则在第五步骤205，重复图l上所示的步 骤104-108,其中获取小区内无线终端的位置信息并且决定是调度使 用固定调零资源还是调度使用标准的重用3无线资源。
图3示出了两个使用固定调零波束成型方法的小区组301和 302。第一'卜区组301进一步包括第一'卜区303、第二小区304和第 三小区305,每个都包括每小区两个波束。第二小区组302进一步包括第一小区306、第二小区307和第三小区308。第二小区组中的每 个小区都包括对应于M二4的固定调零方法的四个波束。具有每小区 两个波束的第一小区组301对应于在小区业务量大于第一阈值时获 取的配置。调度波束区域309和310内的所有无线终端使用固定调 零资源。该波束区域对应于小区的角孔径(angle aperture )，如区域 309和310所示。
第二小区组302对应于在小区业务量大于第二阈值E2时获取的 配置。这可以在从两个波束的初始配置(如小区组301中所示)切 换之后发生。两个波束或四个波束之间的配置切换在网络操作和维 护期间以及调度由基站覆盖的小区内的所有无线终端期间自适应地 发生。通常，两个波束的小区覆盖区域大于四个波束的小区覆盖区 域，并且继而两个波束的有效重用因子小于四个波束的有效重用因 子。
在使用频分多址的无线通信系统中，为了使用可用频率资源的 全部频谱并避免高的同信道干扰水平，需要进行频率规划。在三个 子带的频率重用布局中，在相邻小区中分配每个子带，三个相邻小 区形成所谓的群组。重用因子表示为三分之一 (1/3)。通常，使用 越大的群组，同信道干扰越小，因为使用相同频带的小区距离彼此 越远，但是每个单独的小区的子频带越小，这限制了进入小区的业 务量。通过显示三个小区的小规模群组，可以接近最大系统容量， 获得同信道干扰以及小区吞吐量之间的平衡。
固定调零波束成型方案的使用支持在数量为M的空间和地理区 域中相应子带的完全频率重用。对于这些方案类型，重用因子可以 变为M/3，因为分配给无线终端的频带被M次重用。在获取了无线 终端的绝对位置信息或相对位置信息之后，基站能够决定使用固定 调零区域的资源还是使用常规重用-3区域的资源来调度以及分配无 线终端。
空分多址(SDMA)概念相关联。对于固定调零波束成型，波束成型权重不必计算，因为波束图案在基站内的数据库中是固定的，并且 由小区业务量确定波束的具体数量。
图4示出了包括基站401和无线终端402的无线通信系统400。 基站401包括
-装置403，用于通过获取基站的天线数量来计算每个小区的波 束的最大数量M^;
-装置404,用于如果基站的业务量大于第一阈值，则通过在小 区的波束区域上将固定波束的数量设置为M=2来启动固定调零波束 成型；
-装置405，用于获取小区内无线终端的绝对位置或近似位置；
-装置406，用于如果无线终端的绝对位置或近似位置处于小区 的波束区域内，则调度无线终端到固定调零资源；
-装置407，用于如果业务量大于第二阈值，则将固定调零波束 成型的固定波束的数量设置为M=4。
-计算机程序产品408,存储在计算机可用介质上，其包括计算 机可读程序装置。
无线终端402,包括
-装置409,用于获取无线终端402的绝对位置； -装置410，用于向基站401发送无线终端402的所述绝对位置。 图5示出了小区501和帧502。小区501表示使用固定调零方法 的小区，该固定调零方法包括第一调零区域503、第二调零区域504、 第一调零区域503内的两个无线终端U1和U2和第二调零区域504 上的无线终端U3和U4。而且，该小区包括包含两个无线终端VI 和V2的第一重用3系统区域505,以及包含无线终端V3的第二重 用3区域506。
根据固定调零波束成型方法，在小区业务量大于第一阈值时， 创建小区501内的两个波束。然后，确定小区内的所有无线终端(包 括Ul到U4以及VI到V3 )的位置(其根据无线终端特征可以是绝 对位置信息或近似位置信息)。此外，确定无线终端Ul和U2在固定调零区域内以及无线终端U3和U4在第二调零区域504内。因此， 在帧502的子带1的固定调零区域507内分配以及调度这些终端。 固定调零区域507对应于帧502的第一子区域，并且帧502的第二 子区域508用于重用3区域，其针对所有固定调零区域之外的无线终端。
在固定调零区域507内的第一时域509上，在时间帧的一部分 内，在无线终端Ul和U3之间共享整个固定调零区域507的资源分 配。在第二子帧510上，无线终端U1和U4共享频域中的部分资源 量，并且无线终端U2和U4共享固定调零区域507的剩余的频率资 源。在重用-3区域上，帧502示出了针对位于波束外的三个无线终 端V1、 V2和V3的资源分配，这三个终端被分配给第二子带508。 子区域508描述了针对每个无线终端的独立的频率资源分配。
参考标号列表 101第一步骤 102第二步骤 103第三步骤 104第四步骤 105第五步骤 106第六步骤 107第七步骤 108第八步骤 200第二流程图 201第一步骤 202第二步骤 203第三步骤 301第一'h区组 302第二小区组 303第一'J、区304第二小区 305第三小区 306第一小区 307第二小区 308第三小区 309第一调零区域 310第二调零区域 400无线通信系统 401基站 402无线终端 403计算装置 404启动装置 405获取装置 406调度装置 407设置装置 408 CPP 409获取装置 410发送装置 501小区 502帧
503第一调零区域 504第二调零区域 505常规重用3区域 506第二重用3区域 507固定调零区域 508重用3区域 509第一子帧 510第二子帧 511第三子帧
权利要求
1. 一种在频分多址无线通信系统的基站中的频率重用方法，所述无线通信系统至少包括适于覆盖小区的所述基站、至少一个耦合至所述基站的无线终端，所述无线通信系统将频带分为三个频率子带，其中将所述频率子带中的一个分配给所述基站，所述方法包括以下步骤通过获取所述基站的天线数量来计算(101)每个小区的波束的最大数量；如果所述基站的业务量大于第一阈值(102)，则通过在所述小区的波束区域上将正交固定波束的数量设置为第一常数来启动(103)固定调零波束成型；获取所述小区内所述无线终端的绝对位置(104)或近似位置(105)；如果所述无线终端的所述绝对位置或所述近似位置处于所述小区的所述波束区域内(106)，则调度(107)所述无线终端到固定调零无线资源；如果所述业务量大于第二阈值(201)，则将固定波束的所述数量设置(202)为所述固定调零波束成型的第二常数，其中所述第一常数小于所述第二常数，并且所述第二常数小于或等于所述波束的最大数量。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中如果所述无线终端包括定 位系统(GPS, Galileo),则所述无线终端获取所述绝对位置(104 )， 否则所述基站通过计算(105)来自于所述无线终端的上行链路信号 的到达方向和上行链路反馈CINR来获取所述近似位置。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一阈值描述所述无 线通信系统的重用3-系统的业务量的上界，其中所述第二阈值描述 具有第一常量固定波束的固定调零波束成型的业务量的上界。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤如果所述无线终端的所述绝对位置或近似位置处于所述波束 区域之外，则将所述无线终端调度到重用3-资源(107)。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括以下 步骤如果所述业务量小于所述第一阈值(204),则位于所述小区 内的所有无线终端切换到所述重用3-资源。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一常数是1VN2并且 所述第二常数是M=4。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中如果所述基站的所述业务 量大于所述第一阈值，则所述基站生成用于至少所述无线终端的帧(502 ),所述帧(502 )包括作为所述固定调零资源的第一频率部 分(507)以及作为所述重用3-资源的第二频率部分(508 )。
8. —种基站(401)，用于FDMA数字蜂窝移动通信系统，所 述基站可操作以执行根据所述前述权利要求中任 一 项所述的方法。
9. 一种计算机程序产品(408 ),其存储在计算机可用介质上， 所述计算机程序产品(408 )包括计算机可读程序装置，用于使得计 算机在所述程序在所述计算机上运行时执行根据前述权利要求1至 7中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及固定的调零波束成型方法。更具体地，本发明涉及一种频分多址无线通信系统的基站中的频率重用方法，该无线通信系统至少包括适于覆盖小区的基站、至少一个耦合至该基站的无线终端，该方法包括以下步骤通过获取基站的天线数量计算每个小区的最大波束数量；如果基站的业务量大于第一阈值，则通过在小区的一部分上将正交固定波束的数量设置为第一常数来启动固定调零波束成型；获取小区内无线终端的绝对位置或近似位置；如果无线终端的绝对位置或近似位置处于小区的波束区域内，则调度无线终端到固定调零资源；如果业务量大于第二阈值，则将正交固定波束的数量设置为固定调零波束成型的第二常数。
文档编号H04W16/02GK101547448SQ20091013254
公开日2009年9月30日 申请日期2009年3月25日 优先权日2008年3月25日
发明者陈晔健 申请人:阿尔卡特朗讯