CN101754477A - 一种通信系统扩容方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通信系统扩容方法，属于无线通信领域。本发明的方法为：首先每个基站确定与之相邻的基站相对位置信息；并通过接收的上行信号确定本小区内移动端的位置信息和信道质量信息；然后每个基站根据相邻的基站相对位置信息、移动端的位置信息和信道质量信息，协调下一下行时隙相邻小区间的前向波束，躲避相邻小区前向波束间的干扰；最后进行波束赋型，将协调后的前向波束作为下行信号发射。同时本发明在基站中添加天线补丁，用于接收上行信号来进一步扩容。与现有技术相比，本发明能够避免或减少信号波束间的干扰、提高频谱利用率和系统容量；同时通过添加天线补丁，实现上行、下行数据同频率同时隙传输，使得系统容量进一步大幅提高。

Description

一种通信系统扩容方法

技术领域

本发明涉及一种应用于通信系统的扩容方法，目的在于避免或减少信号波束间的干扰，提高频谱利用率，以及扩大系统容量；适用于无线通信领域。

背景技术

无线通信系统的一项基本任务是建立和保持无线终端与基站间的通信链路，实现通信数据的双向传输，由基站传往无线终端方向的链路，称为前向(或下行)链路；由无线终端传往基站方向的链路，称为反向(或上行)链路。根据双工方式的不同，通信系统一般分为时分双工(TDD)系统和频分双工(FDD)系统。

TDD系统采用相同频率进行上行、下行链路数据传输，而利用不同时隙隔离上行、下行链路之间的干扰，即在上行时隙内基站只接收不发射，而在下行时隙内基站只发射不接收。而FDD系统，基站同时进行收发，用不同的频率来区分上、下行链路，一般需要对称的频谱资源。现行的移动通信GSM系统属于FDD系统、而TD-SCDMA系统属于TDD系统。

为了提高频谱利用率，降低同频干扰，以及扩大系统容量，在通信系统中引入了信号波束成型技术(例如：智能天线技术、MIMO技术等)，使得信号波束能够指向需要通信的用户。目前，按照小区内不同角度的用户去分配前向波束，能够避免同一小区内部的波束间干扰，但相邻小区的波束可能发生碰撞，产生较大同频干扰(如图1所示，波束1和波束2发生碰撞)。

发明内容

本发明提出一种通信系统扩容方法，其通过对前向(由基站发出)波束进行控制、规划以及协调，使得相邻小区的波束不发生碰撞，实现波束之间的躲避。最终实现降低信号间干扰，提高频谱利用率，扩大系统容量的目的。这一技术既适合于TDD系统，也适合于FDD系统。

本发明在前向波束控制躲避技术的基础上，再提出一种天线补丁技术，进一步提高系统容量，本发明中称与基站连接的只负责接收上行信号的接收天线为天线补丁。传统同频信号的上行和下行是通过不同时隙来区分的，而小区内波束之间的空余区域没有得到充分利用。本发明通过在小区内增加天线补丁的技术，使处在没有前向波束或者前向波束影响很弱的区域内的天线补丁接收上行信号。这就可以在下行时隙内，基站天线发射下行信号，同时天线补丁接入上行信号，实现同小区内上下行信号同频同时传输。

本发明通过前向波束控制技术，控制和协调各小区内前向波束形成的区域和方向，避免相邻小区波束之间的干扰，从而降低信号间干扰、提高频谱利用率和系统容量。在前向波束控制技术的基础上，通过增加天线补丁技术，进一步提高系统容量。具体步骤如下：

首先，确定相邻小区基站与基站之间的相对位置信息。相邻基站位置比较固定，由设置基站时便可以确定，或者通过基站间电缆、光缆通信确定。

第二步，获得本小区需要通信的移动端的位置信息。基站通过接收到移动端的上行信号，从上行信号中确定需要通信的移动端的位置信息和信道质量信息。

第三步，协调下一时隙相邻小区间的前向波束，躲避前向波束间干扰。各小区基站根据第一步获得的基站位置信息和第二步获得的移动端位置和信道质量信息，进行下一时隙相邻小区之间前向波束发射前的协调，通过控制前向波束的方向、强度等参数，避免邻小区同频波束干扰。实施实例中给出了两种具体的躲避方案。

第四步，波束赋型，产生协调后的前向波束，传输下行信号。由第三步完成了将要发射的前向波束的协调，使得可能产生干扰的邻小区前向波束能够协调躲避。一旦下行发射时隙到来，各小区前向波束按照已经协调好的方式赋型发射，完成下行信号的发射。

第五步，天线补丁的实施。在前向波束控制的基础上，在小区分布一些与基站相连的天线补丁用作接收上行信号。当其中某些天线补丁探测到基站发出的前向波束(即下行信号)对天线补丁本身干扰较强时(即大于设定的干扰阈值时)则不接入上行信号，而当天线补丁探测到无前向波束干扰或前向波束对其干扰较弱时(即小于设定的干扰阈值时)，则接入上行信号。这样使得在小区基站的下行时隙内，天线补丁能够接入上行信号，实现上下行信号同频同时传输。

综上所述，本发明的技术方案如下：

一种通信系统扩容方法，其步骤为：

1)每个基站确定与之相邻的基站相对位置信息；

2)基站通过接收的上行信号确定本小区内移动端的位置信息和信道质量信息；

3)每个基站根据相邻的基站相对位置信息、移动端的位置信息和信道质量信息，协调下一下行时隙相邻小区间的前向波束，躲避相邻小区前向波束间的干扰；

4)波束赋型，将协调后的前向波束作为下行信号发射。

所述基站连接一个或多个天线补丁，用于接收小区内移动端的上行信号。

所述天线补丁的工作方法为：天线补丁探测本身所受到的信号干扰值是否大于设定的干扰阈值，如果所受到的信号干扰值大于设定的干扰阈值则忽略接收到的上行信号；如果所受到的信号干扰值小于设定的干扰阈值则将接收到的上行信号发送给基站。

所述方法中包括但不限于下列一种或几种方法协调下一下行时隙相邻小区间的前向波束，躲避相邻小区前向波束间的干扰：协调下一下行时隙相邻小区间的前向波束的发射功率、协调下一下行时隙相邻小区间的前向波束的发射方向。

所述通过协调下一下行时隙相邻小区间的前向波束的发射功率，躲避相邻小区前向波束间的干扰的方法为：

1)基站根据所述相邻的基站相对位置信息、移动端的位置信息和信道质量信息确定下一下行时隙本小区前向波束的方向；

2)判断本小区内前向波束是否与相邻小区内前向波束指向同一区域，如果存在指向同一区域的前向波束，则缩小本小区或相邻小区内该前向波束的发射功率，控制前向波束径向覆盖范围；

3)相邻基站之间按照下行时隙交替调整指向同一个区域的两个前向波束径向覆盖范围的大小。

所述通过协调下一下行时隙相邻小区间的前向波束的发射方向，躲避相邻小区前向波束间的干扰的方法为：

1)将每个小区划分为若干个扇区；所述扇区在每个小区内的开口方向对应相同；

2)将每个小区中位于同一扇区内的前向波束作为同一时隙内待发射的前向波束；

3)每个小区在同一下行时隙内，发射一开口方向相同的扇区内的前向波束；

4)每个小区按照下行时隙转动前向波束发射扇区，循环遍历整个小区。

所述方法中，每个小区在上行时隙接收移动端上行信号，来更新每个扇区内移动端的位置信息和信道质量信息，从而更新每个扇区内待发射的前向波束。

所述方法中，通过基站之间的电缆、光缆或者设置基站时基站间的位置信息确定所述相邻的基站相对位置信息。

本发明的积极效果为：

与现有技术相比，本发明的前向波束控制技术，能够避免或减少信号波束间的干扰、提高频谱利用率和系统容量。在这种控制技术的基础上，本发明还提出一种天线补丁技术，实现上行、下行数据同频率同时隙传输，使得频谱利用率和系统容量进一步大幅提高。

附图说明

图1.为传统的前向波束分配示意图；

图2 为本发明的整体流程图；

图3.为协调前向波束的功率，躲避波束相互干扰示意图；

图4.为前向波束干扰小的区域，天线补丁接收上行信号示意图；

图5.为规划前向波束出现在扇区内，躲避波束相互干扰示意图；

图6.为在前向波束寂静区，天线补丁接收上行信号示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式，本发明的整体操作流程，如图2所示。

实施实例一：

首先，获得相邻小区基站之间的位置信息。相邻基站位置比较固定，在设置基站时基站间的位置信息就已经基本确定，或者通过基站之间的电缆、光缆传输信号来确定。

第二步，获得移动端位置信息和信道质量信息。通过接收到的上行信号，获得移动端的位置信息和信道质量信息。

第三步，规划和协调下一时隙相邻小区间的前向波束发射功率，躲避前向波束间干扰。各小区的基站从第一步和第二步中能够获得其周围相邻基站的位置信息，以及需要通信的移动端位置和信道质量信息，基站就能够知道下一时隙它将要发射的波束的方向。一旦相邻小区基站发现下一时隙的前向波束将指向同一个区域，可能发生干扰。那么这两个小区之间将通过协调，选择接入移动端位置，同时基站根据移动端位置调节发射功率大小，控制各自波束覆盖范围，从而躲避干扰。如图3所示，波束1和波束2方向指向同一区域可能会发生干扰。那么基站间通过协调，在这个下行时隙内，基站1的波束1先接入离他较近的移动端(例如：只接入处于小区基站半径3/5以内的移动端)，基站2的波束2接入离他较远的移动端(例如：只接入处于小区半径3/5以外到小区边缘的移动端)，此时基站2中的波束2发射的波束功率较大，而基站1中的波束1发射的波束功率较小，这样就避免了波束间相互干扰；而在下一个下行时隙，则让基站1的波束1接入离他较远的移动端，基站2的波束2接入较近的移动端，此时基站1中波束1的发射波束功率较大，基站2中波束2的发射功率较小，也避免的波束间相互干扰。波束1和波束2功率大小按下行时隙交替，从而躲避相互间的干扰。

第四步，波束赋型，产生协调后的前向波束，传输下行信号。由第三步完成了将要发射的前向波束的协调，使得可能产生干扰的邻小区前向波束能够协调躲避。在下行发射时隙到来时，各小区前向波束按照已经协调好的方式赋型发射，完成下行信号的发射。

第五步，增加天线补丁技术，进一步提高频谱利用率和系统容量。在小区内分布一些与基站相连的天线补丁，作为接收上行信号。天线补丁接收到的信号混合了下行和上行信号，基站发出的下行信号对于天线补丁是干扰。当天线补丁探测到这个干扰值小于干扰门限值时(一般发生在前向波束没有或很弱的区域，这里称之为“前向寂静区”)，天线补丁就可以接收上行信号，并通过电缆或光缆传送给本小区基站。这样使得在基站的下行发射时隙内，天线补丁能够接入上行信号，实现同频同时双工。如图4所示，前向波束干扰小的区域(即前向寂静区)，天线补丁接收上行信号。

实施实例二：

首先，获得相邻小区基站之间的位置信息。相邻基站位置比较固定，在设置基站时基站间的位置信息就已经基本确定，或者通过基站之间的电缆、光缆传输信号来确定。

第二步，获得移动端位置信息。通过接收到的上行信号，获得移动端的位置信息和信道质量信息。

第三步，规划控制每个小区内的下一时隙前向波束形成的方向，实现波束躲避。

a)小区扇区化。先把小区扇区化，每个小区以基站为中心划分成若干个扇区。如图5所示，给出了3个扇区时的情况。

b)协调前向波束区。把每个小区的下行波束都集中在一个扇区之内，这里称之为“前向波束区”，协调各个小区中前向波束区的位置，使同一时隙内，各个小区的前向波束都集中在开口方向相同的扇区内，从而避免各个小区的前向波束间的碰撞。如图5所示，给出了每个小区划分为3个扇区时前向波束规划协调的情况。

第四步，波束赋型，产生协调后的前向波束，传输下行信号。由第三步完成了将要发射的前向波束的协调，使得可能产生干扰的邻小区前向波束能够协调躲避。在下行发射时隙到来时，各小区前向波束按照已经协调好的方式赋型发射，完成下行信号的发射。

这样，在每一个下一个下行发射时隙到来前，由第一、二步骤收集到信息后，第三步将协调各个小区内的前向波束区同时进行顺时针或逆时针转动到下一个扇区，同时对下一个扇区进行下行信号传输服务。根据时隙转动前向波束区，使前向波束区能够循环遍历整个小区，保证了小区内各个位置的移动端都能够得到良好的服务。

第五步，增加天线补丁技术，进一步提高频谱利用率和系统容量。在小区内分布一些与基站相连的天线补丁，作为接收上行信号。天线补丁接收到的信号混合了下行和上行信号，基站发出的下行信号对于天线补丁来说是干扰。在前向寂静区，当天线补丁探测到这个干扰值小于干扰门限值时，天线补丁就可以接入上行信号，并通过电缆或光缆传送给本小区基站。这样使得在基站的下行发射时隙内，天线补丁能够接入上行信号，实现同频同时双工。如图6所示，前向波束干扰小的区域(即前向寂静区)，天线补丁负责接收上行信号。

说明：这里给出了两种不同的实施实例，实例一是通过协调相邻基站之间前向波束功率的方法来实现系统扩容；实例二是通过控制规划前向波束形成方向的方法实现系统扩容。可以证明还有其他的一些躲避的具体算法，比如结合控制前向波束方向和功率的方法实现系统扩容。本发明主要提出的是前向波束躲避的方法来降低信号间干扰，对系统进行扩容，并通过增加天线补丁的技术进一步提高频谱利用率和系统容量。

Claims (8)

1.一种通信系统扩容方法，其步骤为：

1)每个基站确定与之相邻的基站相对位置信息；

2)基站通过接收的上行信号确定本小区内移动端的位置信息和信道质量信息；

3)每个基站根据相邻的基站相对位置信息、移动端的位置信息和信道质量信息，协调下一下行时隙相邻小区间的前向波束，躲避相邻小区前向波束间的干扰；

4)波束赋型，将协调后的前向波束作为下行信号发射。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述基站连接一个或多个天线补丁，用于接收小区内移动端的上行信号。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述天线补丁的工作方法为：天线补丁探测本身所受到的信号干扰值是否大于设定的干扰阈值，如果所受到的信号干扰值大于设定的干扰阈值则忽略接收到的上行信号；如果所受到的信号干扰值小于设定的干扰阈值则将接收到的上行信号发送给基站。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括但不限于下列一种或几种方法协调下一下行时隙相邻小区间的前向波束，躲避相邻小区前向波束间的干扰：协调下一下行时隙相邻小区间的前向波束的发射功率、协调下一下行时隙相邻小区间的前向波束的发射方向。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述通过协调下一下行时隙相邻小区间的前向波束的发射功率，躲避相邻小区前向波束间的干扰的方法为：

1)基站根据所述相邻的基站相对位置信息、移动端的位置信息和信道质量信息确定下一下行时隙本小区前向波束的方向；

2)判断本小区内前向波束是否与相邻小区内前向波束指向同一区域，如果存在指向同一区域的前向波束，则缩小本小区或相邻小区内该前向波束的发射功率，控制前向波束径向覆盖范围；

3)相邻基站之间按照下行时隙交替调整指向同一个区域的两个前向波束径向覆盖范围的大小。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述通过协调下一下行时隙相邻小区间的前向波束的发射方向，躲避相邻小区前向波束间的干扰的方法为：

1)将每个小区划分为若干个扇区；所述扇区在每个小区内的开口方向对应相同；

2)将每个小区中位于同一扇区内的前向波束作为同一时隙内待发射的前向波束；

3)每个小区在同一下行时隙内，发射一开口方向相同的扇区内的前向波束；

4)每个小区按照下行时隙转动前向波束发射扇区，循环遍历整个小区。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于每个小区在上行时隙接收移动端上行信号，来更新每个扇区内移动端的位置信息和信道质量信息，从而更新每个扇区内待发射的前向波束。

8.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于通过基站之间的电缆、光缆或者设置基站时基站间的位置信息确定所述相邻的基站相对位置信息。

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