CN1655630A - 操作时分双工/虚拟频分双工分级蜂窝电信系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种构造微或微微小区和虚拟宏小区分级蜂窝系统结构的方法，该结构包括每个都包含基站和扇区的相邻小区，其中，虚拟小区包含在底层TDD微或微微小区上的3个周围FDD宏小区基站。在提出的TDD/虚拟FDD分级蜂窝结构中，提出了一种定位底层小区基站和宏小区基站以保持最小干扰距离的方法，和一种将TDD微或微微小区的扇区天线波束方向对准FDD宏小区的扇区波束方向的方法，使得该系统可以抑制附加系统间干扰和相邻信道干扰。提出使用和借用未充分利用FDD宏小区资源的算法以及判决可行资源借用区域及灵敏天线可用区域的机制，最终导致RNC的灵活和自适应的无线电资源管理，并实现总系统资源的最佳利用。

Description

操作时分双工/虚拟频分双工分级蜂窝电信系统的方法

技术领域

本发明涉及一种在小区和扇区配置技术的环境中用于操作时分双工/虚拟频分双工(TDD/虚拟FDD)分级蜂窝系统的方法。具体但非专门地，本发明涉及一种在这种网络中的未用资源借用机制和操作方法。

背景技术

在近来的通用移动电信系统(UMTS)频率分配中，多数操作者都分配有两个或更多(FDD)载波。原理上，分配一对FDD载波只允许单个网络层的操作。两对载波可以满足两层结构的需要，例如宏小区层以及微小区或微微小区层。如Jaana Laiho，Achim Wacker和Tomas Novosad等人在RadioNetwork Planning and Optimisation for UMTS，John Wiley & Sons，Ltd.，2002中所描述的，在热点区域，可以通过向高负荷的小区增加另一个载波来赋予该小区额外的容量，这可能比增加基站发送功率更为有效。

一种前景不错的可能解决方法是TDD和FDD分级蜂窝结构，该结构由FDD宏小区层和TDD微小区或微微小区层组成。在这种系统中，分配TDD载波，用于支持通信量高度非对称而移动性相对较低的热点区域。通常，FDD小区和TDD小区采用不同的载波以克服系统间的干扰。但是，仍然存在相邻信道干扰(ACI)作为图1中描述的系统性能降级因子，如HaraldHaas，Steve McLaughlin和Gordon Povey在“The Effect of InterferenceBetween the TDD and FDD Mode in UMTS at the Boundary of 1920 MHz”，inproceedings of IEEE 6^th Intern.Symp.On Spread-Spectrum Tech.& Appli.，NJIT，NJ，USA，pp.486-490，Sept.6-8，2000所描述的。在他们的作品中，展示了从TDD载波到FDD上行链路的干扰的影响更大，以及对最佳BS位置的折衷办法。

另一个提议是开发名为TDD/FDD底层系统的蜂窝CDMA-FDD系统的未充分利用的无线电频谱(因为FDD接口的一个通信方向不会被充分利用)，这是Harald Haas和Gordon Povey在1998年7月25日提交的国际专利申请第PCT/GB99/02223号“Apparatus，Method of and System forImproving Capacity in Communication Network”中提出的以及Harald Haas和Gordon Povey在“Capacity Analysis of A TDD Underlay Applicable toUMTS”，in Proceeding of PIMR99，pp.167-171中提出的。在该提议中，具有不成对频谱的共存TDD接口为附加线路使用未充分利用的FDD频带，并且由于期望有利于下行链路的信道非对称，因此只考虑TDD在FDD上行链路频带中运行。作者介绍了在QoS没有显著恶化的情况下的实质的容量增长，并建议了用于对付由信道借用技术引起的附加干扰的策略；也就是说理想情况下TDD基站(BS)应当位于大约一半FDD小区半径的距离处。

先不考虑所采用的策略，由于TDD基站必须同时使用两个频带来借用未充分利用的FDD上行链路资源，因此TDD/FDD底层系统仍然在TDD和FDD上行链路频带的边界处遭受ACI，并受到由FDD上行链路借用技术引起的附加干扰。图1中图解了在这种系统中的干扰情况，其中TDD移动台(MS)18和TDD BS 15都受到来自在FDD上行链路具有高发送功率的FDDMS 14的严重干扰，反过来TDD BS 15也干扰FDD BS 11的接收。如图1所示，在TDD和FDD载波频带交界处的ACI类型非常类似于借用未充分利用FDD上行链路频谱的TDD/FDD底层系统的ACI类型。为了我们在本发明中的研究，考虑这两种干扰类型，例如ACI和附加干扰。

本发明实施例的目的是至少部分减轻上述问题。

发明内容

本发明的另一目的是减少TDD/FDD分级底层系统、尤其是扇区化蜂窝系统中的附加干扰，因为扇区化(sectoriation)的方法可以在没有附加载波的情况下实现容量增强。

本发明的另一目的是在反映附加干扰条件和未充分利用资源的有效资源借用的环境下最大化总系统容量。

根据本发明的第一方面，提供了一种支持至少两个不同双工配置的蜂窝通信系统，包括：

多个移动台；

至少一个采用第一双工配置与该移动台通信的第一固定站，该第一固定站限定宏小区；以及

至少一个采用第二双工配置与该移动台通信的第二固定站，该第二固定站限定位于宏小区边界内的微或微微小区。

优选的，第一双工配置是频分双工(FDD)。

合适的，第二双工配置是时分双工(TDD)。

有利地，在一方位角处对宏小区进行扇区化，以形成每个都具有相同大小的多个宏扇区。

优选的，在与宏小区相同的方位角处对微小区进行扇区化，以形成与宏扇区相同数量的微扇区。

合适地，微小区位于一个宏扇区中。

有利地，每个宏或微扇区都由唯一扇区码来标识。

优选的，位于宏扇区的移动台可以借用分配给其方位角等于微扇区方位角的宏扇区的未充分利用资源。

合适的，第一和第二固定站采用聚焦在移动台上的自适应波束形成天线来形成扇区波束。

有利的，所述方位角为120度。

根据本发明的第二方面，提供了一种支持至少两个不同双工配置的蜂窝通信系统，包括：

多个移动台；

至少三个采用第一双工配置与该移动台通信的第一固定站，该第一固定站限定相邻的相应宏小区和虚拟小区；以及

微或微微小区集群，包括采用第二双工配置与该移动台通信的至少一个第二固定站，该第二固定站限定位于该虚拟小区内的微或微微小区。

优选的，对每个宏小区进行扇区化，以形成具有从第一固定站发出的各扇区波束的3个宏扇区。

合适的，对微小区进行扇区化，以形成具有从不同角度处的第二固定站发出的各扇区波束的3个微扇区。

有利的，对微小区进行扇区化，以形成具有从不同角度处的第二固定站发出的各扇区波束的3个微扇区。

优选的，宏和微扇区通过扇区特定码来相互区别。

合适的，用其扇区波束是从不同角度处的不同第一固定站发出的3个宏扇区来形成虚拟小区。

有利的，每个宏扇区的扇区波束都具有与任何一个微扇区的主波瓣平行的主波瓣。

优选的，微小区集群位于虚拟小区的中心。

合适的，位于微扇区的移动台可以借用分配给在虚拟小区中具有相同主波瓣方向的宏扇区的未充分利用资源。

有利的，第一和第二固定站采用聚焦在移动终端上的自适应波束形成天线来形成扇区波束。

根据本发明的第三方面，提供了一种支持时分双工(TDD)配置和频分双工(FDD)配置的蜂窝通信系统，包括：

多个移动台；

至少3个基于FDD配置与该移动台通信的第一固定站，该第一固定站限定相邻的相应宏小区和虚拟小区；以及

包括基于TDD配置与该移动台通信的至少一个第二固定站的集群，该第二固定站限定虚拟小区中的微或微微小区。

优选的，该集群的位置与虚拟小区同轴。

合适的，在方位角处对每个宏小区进行扇区化，以形成被第一固定站发出的各扇区波束覆盖的3个宏扇区。

有利的，在关于宏扇区的方位角处对每个微小区进行扇区化，以形成被第二固定站发出的各扇区波束覆盖的3个微扇区。

优选的，用属于在不同方位角处形成的不同宏小区的3个宏扇区形成虚拟小区。

合适的，位于微扇区的移动台可以借用分配给其方位角等于微扇区方位角的宏扇区的未充分利用资源。

有利的，第一和第二固定站采用聚焦在移动台上的自适应波束形成天线来形成扇区波束。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于构造蜂窝通信系统的方法，该蜂窝通信系统支持在基于频分双工(FDD)和时分双工(TDD)配置的固定站和移动台之间进行通信，所述方法包括：

形成由相应基于FDD的固定站限定的至少3个相邻宏小区；

形成包括由基于TDD的固定站限定的至少一个微或微微小区的至少一个集群；以及

形成被基于FDD的固定站包围的虚拟小区。

优选的，该集群的位置与虚拟小区同轴。

合适的，在方位角处对每个宏小区进行扇区化，以形成被第一固定站发出的各扇区波束覆盖的3个宏扇区。

有利的，在关于宏扇区的方位角处对每个微小区进行扇区化，以形成被第二固定站发出的各扇区波束覆盖的3个微扇区。

优选的，用属于在不同方位角处形成的不同宏小区的3个宏扇区来形成虚拟小区。

合适的，位于微扇区的移动台可以借用分配给其方位角等于微扇区方位角的宏扇区的未充分利用资源。

有利的，第一和第二固定站采用聚焦在移动台上的自适应波束形成天线来形成扇区波束。

根据本发明的第五方面，提供了一种用于在蜂窝通信系统中分配无线电资源的方法，该蜂窝通信系统支持在基于频分双工(FDD)和时分双工(TDD)配置的固定站和移动台之间进行通信，所述方法包括：

在TDD固定站上接收来自TDD移动台的呼叫请求；

判定TDD资源是否可用；

当TDD资源可用时，将该TDD资源分配给TDD移动台；

当该TDD资源不可用时，向FDD固定站借用资源；以及

根据TDD移动台的优先级，将FDD资源分配给该TDD移动台。

优选的，借用资源的步骤进一步包括：

判定未充分利用的FDD资源是否在任何一个FDD载波上可用；

如果未充分利用的资源可用，则判定是否借用未充分利用的FDD资源；

如果确定借用该未充分利用的FDD资源，则确定TDD移动台的优先级。

合适的，该借用资源的步骤还包括：判定是否应用自适应波束形成来确定TDD移动台的优先级。

有利的，判定是否借用未充分利用的FDD资源的步骤包括：

允许TDD移动台测量第一系统间干扰(I_{MS_inter-sys})；

将从该TDD移动台接收的第一系统间干扰(I_{MS_inter-sys})与预定的第一干扰边界阈值(I_{TH_MS})进行比较；以及

当第一系统间干扰(I_{MS_inter-sys})小于或等于第一干扰边界阈值(I_{TH_MS})时，确定借用所述未充分利用的FDD资源。

优选的，第一系统间干扰(I_{MS_inter-sys})从FDD移动台到TDD移动台。

合适的，判定是否应用自适应光束形成的步骤包括：

在TDD固定站上测量第二系统间干扰(I_{BS_inter-sys})；

将该第二系统间干扰(I_{BS_inter-sys})与第二干扰边界阈值(I_TH-BS)比较；

以及

当第二系统间干扰(I_{BS_inter-sys})不小于第二干扰边界阈值(I_TH-BS)时，应用自适应波束形成。

有利的，所述第二系统间干扰(I_{BS_inter-sys})从FDD移动台到TDD固定站。

本发明的实施例提供了一种用于TDD/虚拟FDD底层蜂窝系统的小区和扇区规划方法以及资源借用方法。所提议的TDD/虚拟FDD分级蜂窝系统模型具有两方面的优点：为了以示意方式抑制干扰而在TDD BS和FDDBS之间保持合理距离，并且将周围3个FDD BS的资源完全利用为可允许灵活和方便的资源借用机制的宏分集实体。

此外，本发明的干扰解决技术有助于使TDD扇区波束方向对准FDD扇区波束方向，并采用自适应波束形成方法来避免由FDD MS引起的附加干扰。从无线电资源借用机制的观点来看，灵活共享载波中未充分利用FDD频谱的算法是本发明实施例达到的另一个目标。

优选的，本发明提供一种用于TDD/虚拟FDD底层蜂窝系统的小区和扇区规划方法以及资源借用方法，和灵活方便的资源借用机制。此外，本发明实施例的干扰解决技术使TDD扇区波束方向对准FDD扇区波束方向，并采用自适应波束形成方法来避免由FDD MS引起的附加干扰。

优选的，本发明的实施例提供一种支持时分双工(TDD)配置和频分双工(FDD)配置的蜂窝通信系统，该系统包括多个移动台，至少3个基于FDD配置与该移动台通信的第一固定站，该第一固定站限定相邻的相应宏小区和虚拟小区；以及包括至少一个基于TDD配置与该移动台通信的第二固定站的集群，该第二固定站限定虚拟小区中的微小区。

有利的，本发明的实施例提供一种用于构造蜂窝通信系统的方法，该蜂窝通信系统支持在基于频分双工(FDD)和时分双工(TDD)配置的固定站和移动台之间进行通信，所述方法包括：形成由相应基于FDD的固定站限定的至少3个相邻宏小区；形成包括由基于TDD的固定站限定的至少一个微小区的至少一个集群；以及形成被基于FDD的固定站包围的虚拟小区。

合适的，本发明的实施例提供了一种用于在蜂窝通信系统中分配无线电资源的方法，该蜂窝通信系统支持在基于频分双工(FDD)和时分双工(TDD)配置的固定站和移动台之间进行通信，所述方法包括：在TDD固定站上接收来自TDD移动台的呼叫请求；判定TDD资源是否可用；当TDD资源可用时，将该TDD资源分配给TDD移动台；当该TDD资源不可用时，向FDD固定站借用资源；以及根据TDD移动台的优先级，将FDD资源分配给该TDD移动台。

附图说明

用于提供本发明的进一步理解并组合在一起组成本中请一部分的附图，只是通过示例方式图解本发明的实施例，并和描述一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是说明在传统FDD/TDD分级蜂窝系统中的系统间干扰的示意图。

图2是说明根据本发明优选实施例的TDD/虚拟FDD分级系统的概念视图。

图3a是说明在根据本发明优选实施例的TDD/虚拟FDD分级系统中减小系统间干扰的示意图。

图3b是说明如何将未充分利用的FDD资源借用给TDD系统的图。

图4是说明根据本发明优选实施例的向未充分利用的FDD载波借用资源的机制的流程图。

图5是说明在涉及根据本发明优选实施例的TDD/虚拟FDD分级系统的特定扇区中由TDD BS和MS察觉的可能干扰功率电平的概念视图。

图6是说明如何在根据本发明优选实施例的TDD/虚拟FDD分级蜂窝系统中分配资源的流程图。

具体实施方式

TDD/虚拟FDD分级系统的思想

根据本发明优选实施例的TDD/虚拟FDD分级蜂窝系统模型实现了双重效益。首先，无论是否借用其它未充分利用的频谱，都可以在TDD BS和FDD BS之间保持合理距离来抑制ACI以及附加干扰。其次，可以将周围3个FDD BS的资源完全利用为宏分集的实体，从而可以使用灵活和方便的资源借用机制。图2示出根据本发明优选实施例的TDD/虚拟FDD分级蜂窝系统模型，图3a和图3b中示出在展开(rolling out)这种系统之后干扰减小的情况。在本发明的优选实施例中，为方便解释，每个小区分为3个扇区。

如图2所示，TDD小区覆盖微微或微小区层，而FDD小区覆盖宏小区层。

3个相邻FDD BS 21、22和23限定相应宏小区，还限定由属于各宏小区的相邻宏扇区V1、V2和V3构成的虚拟小区20。

同样，相邻TDD BS 31、32和33限定相应微小区S1、S2和S3以形成微小区集群C1。

对微小区S1分扇区，以形成3个微扇区S11、S12和S13，将微小区S2分为3个微扇区S21、S22和S23，将微小区S3分为微扇区S31、S32和S33。

微小区集群C1位于虚拟小区20的中心，即在宏小区的边界处。

在该结构中，分配TDD载波来覆盖支持通信量高度非对称而移动性相对较低的热点区域。根据对TDD/FDD底层的研究，如Harald Haas和GordonPovey在“Capacity Analysis of A TDD Underlay Applicable to UMTS”，inProceeding of PIMR99，pp.167-171中描述的，理想情况下TDD BS应当位于FDD小区半径的大约一半距离处。因此，合理的是3个TDD小区集群位于图2所示的FDD宏小区边界处，因为FDD宏小区BS通过发送较高的BS功率电平而覆盖了靠近BS的中心区域。要注意该位置取决于TDD和FDD小区的大小。通常，扇区化技术用于在蜂窝通信系统中获得频率再利用效率，这通过将一个小区划分为几个扇区而引起小区容量的增加。由此，利用该原理，扇区化后的TDD和FDD分级蜂窝系统可以保证容量增强。

在图2中，我们只考虑3个TDD小区的集群的例子，但是多于3个TDD小区也能以更小半径聚集在一起。因此，不是每个TDD BS都可以保持与FDD BS的合理距离，但是如果TDD小区集群位于如图2所示的位置就可以。

本发明的一个重要思想是如何对准扇区化后的TDD小区波束的方法以及自适应波束形成机制，以避免在TDD频带和FDD上行链路频带接近时引起的ACI、以及在应用未充分利用资源借用技术时由FDD MS引起的附加干扰。

假定每个FDD扇区都具有它自己的扇区特定扰码，以便将该扇区与其他扇区区分开来，或将其它小区的扇区与它自己的扇区区分开来，并且每个TDD扇区也使用自己的扇区特定码。TDD/虚拟FDD分级小区配置方法如下所述：

TDD和虚拟FDD扇区的波束方向和小区对准

1)FDD扇区波束的主波瓣方向应当对准为与TDD扇区波束平行，以减小从MS_FDD到TDD BS的干扰，例如图2中第二FDD BS的扇区波束(V2)和第二TDD BS的扇区波束(S₂₂)，并避免由于扇区天线的波束方向图的方向性而造成的从TDD BS到FDD BS的干扰。第二TDD BS的扇区天线(S₂₂)不能向后辐射，也不能接收在其波束的后波瓣之后的信号。因此，由位于TDD扇区S₂₂的后波瓣之后的MS_FDD 41引起的干扰不再受到影响。该规则可以应用于其它TDD扇区S₁₂和S₃₂。

2)由于两个TDD扇区S₂₁和S₂₃可能受到来自MS_FDD 41的干扰，并对第二FDD BS 22产生干扰，因此过程1)应当只应用于其扇区主波瓣的方向相同的TDD扇区。也就是说，扇区S₁₂、S₂₂和S₃₂应当对准为与第二FDD BS22平行。根据相似的理由，扇区S₁₁、S₂₁和S₃₁与第一FDD BS 21对准，S₁₃、S₂₃和S₃₃与第三FDD BS 23对准。在虚拟小区内的N重TDD小区中，每个TDD扇区S_jx(j＝1，2，...，N，x∈{1，2，3})应当与FDD BS x对准。如果将TDD小区分为M个TDD扇区，则每个扇区S_lk(k＝1，2，...，M)应当根据其波束方向与FDD BS x相同的扇区组来与对应的FDD BS x对准。所有TDD扇区分为3个扇区组，这些扇区的总方位角必须在120度内。

对于相邻的TDD频带和FDD上行链路频带

3)如果不应用未充分利用资源借用技术，则过程1)和2)的机制还可以用于抑制在UTRA TDD频带和FDD上行链路频带交界处引起的ACI。即使TDD BS不使用与FDD上行链路频带相同的频率，在UMTS系统中还是会在1920MHz的边界处引起相邻信道干扰，如Harald Haas，Steve McLaughlin和Gordon Povey在“The Effect of Interference Between the TDD and FDDMode in UMTS at the Boundary of 1920MHz”，in proceedings of IEEE 6^thIntern.Symp.On Spread-Spectrum Tech.& Appli.，NJIT，NJ，USA，pp.486-490，Sept.6-8，2000中描述的。

利用该机制和结构，只有当两个BS的扇区波瓣具有相同的方向时，从TDD BS到FDD BS和从TDD MS到FDD BS的ACI才能被完全消除。即使其它扇区不能完全解决这些干扰，该机制还是能保证可观的干扰解决效果。此外，可以通过示意方式抑制可观数量的从FDD MS到TDD BS的干扰。该情形展示在图3a和图3b中。如图3a所示，从TDD BS 15和TDD MS18到FDD BS的ACI以及从FDD MS 14到TDD BS的ACI都减小了。而且从TDD BS 15到FDD BS 11和从FDD MS 14到TDD BS 15的附加干扰也减小了。通过借用FDD UL资源引起了附加干扰，如图3b所示，其中将未充分利用的FDD UL资源借给TDD小区。粗中空箭头表示在TDD/虚拟FDD分级系统中的ACI，交叉标志表示由于该小区和扇区对准方法而减小了干扰的链路。

对于共享和借用未充分利用的FDD上行链路

4)当应用未充分利用资源借用技术时，应当仔细地协调该技术以及扇区和小区对准规划技术。根据过程1)和2)中提出的TDD和虚拟FDD扇区的波束对准方法的过程，共享和借用方法提议的关键在于扇区S_lx(x∈{1，2，3})中的MS_TDD可以借用未充分利用的FDD BS x的上行链路资源，如果后者可用的话。例如，位于扇区S₁₂、S₂₂和S₃₂中的MS_TDD可以共享和借用第二FDDBS 22的未充分利用资源(即，如果FDD系统正在使用CDMA则为码隙，对于TDMA为时隙，或对于TDD-OFDM-CDMA则为复合的时隙/码隙/频隙)。根据相似的理由，位于扇区S₁₁、S₂₁和S₃₁中的MS_TDD可以借用第一FDD BS 21中的未充分利用资源。如果在虚拟小区内有N重TDD小区，则允许每个TDD扇区S_jx(j＝1，2，...，N，x∈{1，2，3})中的MS_TDD用户借用FDD BS x中的未充分利用资源。对于TDD小区中的M个TDD扇区S_lk(k＝1，2，...，M)，MS_TDD用户可以借用和共享那些通过在120度总方位角内将多重扇区分割为诸如S_lx(x＝mod(k，M/3))+1)的对应扇区来确定的FDD BS x的未充分利用资源；例如对于具有相同波束角的6个扇区，S_lk(k∈{1，2})与第一FDD BS 21关联。因此，通过其示意特征构成的TDD/虚拟FDD分级蜂窝结构可以获得完全利用扇区化效益以及抑制由资源借用机制引起的附加干扰的优点。

5)本发明的另一思想是采用灵敏天线(或自适应波束形成)技术而非采用扇区化天线，使得由于天线波束的选择性，聚焦在MS_TDD上的灵敏天线波束或自适应形成的波束可进一步减小从MS_FDD到TDD BS的干扰。但是，在相同扇区中的TDD用户可能在TDD频带和FDD上行链路频带的交界处受到附加的相邻信道干扰，这种干扰是由借用相邻频谱的其它用户引起的，因为一些TDD用户正采用自己的初始TDD频带，而其它附加资源借用者正采用相邻的FDD上行链路频带。由于这个原因，需要采用灵敏天线或自适应波束形成。但是，如果允许包括相同扇区中资源借用者在内的所有TDD用户都使用相同的时隙分割(即相同的时隙帧结构)，则附加的相邻信道干扰就不再是要考虑的问题。因此，该方法可以增强所提议的TDD/虚拟FDD系统的干扰抑制特性。

在TDD/虚拟FDD分级系统中采用灵敏天线的未充分利用资源借用算法的思想

如图2所示，要注意组成虚拟小区的3个TDD BS 31、32和33以及对应的3个相邻FDD BS扇区V1、V2和V3是这样定位的，使得易于控制无线电资源和来自3个连接到同一无线电网络控制器(RNC)50的FDD BS 21、22和23的未充分利用资源。

因此，如果未充分利用的频谱不限于诸如FDD上行链路频带的相邻载波，而扩展到多载波或额外载波，则与TDD/虚拟FDD分级蜂窝系统结构合并的该灵敏天线或自适应波束形成技术可以进一步提供控制无线电资源的自由度，使得在热点区域(即TDD区域)中，狭窄和定向光束可以保证到TDD HSDPA用户的可靠链接，并将可用资源从传统频带或附加频带中释放出来。这一点可以容易地执行，因为虚拟小区20中的3个TDD BS 31、32和33以及对应3个相邻FDD BS扇区V1、V2和V3可以引导RNC 50具有更为灵活的资源管理控制。

最后，利用该技术，通过开发未充分利用的频率资源并分布不均衡的负载，可以优化总系统容量。要注意具有至少3个载波的UMTS-FDD上行链路和约2.5GHz的额外频带被认为是用于高速数据分组存取(HSDPA)的目的。图4示出判定在任意载波上哪些扇区和哪些TDD MS用户最好借用未充分利用资源的机制，这是通过测量系统间干扰和判断将共享的可用资源而执行的。

一旦MS_TDD请求在特定扇区中重新呼叫TDD BS，TDD BS就检查剩余的可用资源，并发回关于是使用自己的TDD资源还是使用其它载波上的未充分利用资源的信息。如果感兴趣的TDD BS扇区的负载状态是超负荷，并需要额外资源，则TDD BS询问并检查对应FDD BS的资源可用性(在实际情况下由RNC控制和执行该功能)，该对应FDD BS已经由如上所述的扇区和小区对准方法确定。如果感兴趣的扇区是S_jx(j＝1，2，...，N，x∈{1，2，3})，则考虑FDD BS x。

从5到13的过程块描述了干扰测量程序、信息交换流、资源借用和灵敏天线应用判决程序及其准则。系统间和频率间测量的简单方法是在MS_TDD未处于激活状态时采用没有业务量的空闲时隙。由于MS_TDD在相邻MS_FDD的干扰信号以相同频带(例如FDD上行链路)发送时向它们开放，因此在空闲时隙期间，他或她可以测量系统间干扰(称为I_{MS_inter-sys})。除了该干扰之外，另一主要干扰源从MS_FDD到TDD BS，即I_{BS_inter-sys}。这两类干扰都用于图4中程序7的资源借用和灵敏天线应用判决准则。在此，干扰边界阈值(I_{TH_MS})由容许干扰电平量来限定，利用该容许干扰电平量TDD BS可以判定是否采用资源借用方法，并且基于来自各MS_TDD以及BS自身的报告的测量信息，在TDD BS上检测和收集该电平。该电平是随时间变化的随机变量，并取决于在感兴趣FDD扇区和TDD扇区内的FDD MS用户分布。对于借用FDD资源和以FDD上行链路频率发送的任意用户j，TDD下行链路的比特能量与干扰之比ε_j ^d＝(E_b/I_o)_j ^d可以表示为：

${\mathrm{\ϵ}}_j^d=\frac{p{g}_j^d{P}_j^d}{\underset{i=1}{\overset{K_{\mathrm{FDD}}}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{\mathrm{FDDu}}+\mathrm{\ηW}}\≥{\mathrm{\γ}}_j^d---\left(1\right)$

其中P^d _j是从期望TDD用户j接收的信号功率，而p_i ^FDDu是从FDD上行链路的FDD MS用户接收的信号功率，这被认为是互相依赖的随机变量，因为FDD MS的位置与每个TDD用户都有关。K_FDD是干扰TDD MS用户的FDD MS用户总数，η和W分别是背景热噪声频谱密度和总带宽，pg是处理增益，定义为在下行链路上第j个用户的信道带宽与信息比特率之比(pg_j ^d＝W/R_j)。γ_j ^d是用户j期望的下行链路(E_b/I_o)_j ^d。容许负载条件可以表达为：

$Z=\underset{j=1}{\overset{K_{\mathrm{TDD}}^{\mathrm{add}}}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ϵ}}_j^d=\underset{j=1}{\overset{K_{\mathrm{TDD}}^{\mathrm{add}}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{p{g}_j^d{P}_j^d}{\underset{i=1}{\overset{K_{\mathrm{FDD}}}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{\mathrm{FDDu}}+\mathrm{\ηW}}\≤\frac{W}{R_j}(1-\mathrm{\η})---\left(2\right)$

如果附加TDD MS用户受到的系统间干扰可以表达为：

$I_{\mathrm{MS}\_\mathrm{iner}-\mathrm{sys}}=\underset{i=1}{\overset{k_{\mathrm{FDD}}}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{\mathrm{FDDu}}---\left(3\right)$

我们可以将干扰边界阈值作为一个对于所有附加TDD MS用户都满足最大负载条件的值，该最大值可以表达为：

$Z_{\max }=\underset{j=1}{\overset{K_{\mathrm{TDD}}^{\mathrm{add}}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{p{g}_j^d{P}_j^d}{I_{\mathrm{TH}\_\mathrm{MS}}+\mathrm{\ηW}}=\frac{W}{R_j}(1-\mathrm{\η})$ 以及 ${\mathrm{\ϵ}}_j^d\≥{\mathrm{\γ}}_j^d,j=\mathrm{1,2},...,K_{\mathrm{TDD}}^{\mathrm{add}}---\left(4\right)$

因此，

$I_{\mathrm{TH}\_\mathrm{MS}}=\frac{\underset{j=1}{\overset{K_{\mathrm{TDD}}^{\mathrm{add}}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_j^d}{(1-\mathrm{\η})}-\mathrm{\ηW},j=\mathrm{1,2},...,K_{\mathrm{TDD}}^{\mathrm{add}}---\left(5\right)$

其中K_TDD ^add是在TDD扇区的最大容量达到饱和并且没有任何可用TDD资源时，请求其它载波的未充分利用资源的TDD MS用户总数。根据相似的理由，由TDD BS扇区察觉到的系统间干扰和TDD BS上的干扰阈值可以由下式推断出：

${\mathrm{\ϵ}}_j^u=\frac{p{g}_j^u{P}_j^u}{\underset{i=1}{\overset{K_{\mathrm{FDD}}}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{\mathrm{FDDu}}+\mathrm{\ηW}}\≥{\mathrm{\γ}}_j^u\⇒Z_{\max }^u=\underset{j=1}{\overset{K_{\mathrm{TDD}}^{\mathrm{add}}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{p{g}_j^u{P}_j^u}{I_{\mathrm{TH}\_\mathrm{BS}}+\mathrm{\ηW}}=\frac{W}{R_j}(1-\mathrm{\η})---\left(6\right)$

因此

$I_{\mathrm{TH}\_\mathrm{BS}}=\frac{\underset{j=1}{\overset{K_{\mathrm{TDD}}^{\mathrm{add}}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_j^u}{(1-\mathrm{\η})}-\mathrm{\ηW},j=\mathrm{1,2},...,K_{\mathrm{TDD}}^{\mathrm{add}}---\left(7\right)$

其中所有项都表示相同实体，除了上标u表示TDD上行链路来代替等式(1)到(5)中的d。要注意BS干扰阈值(I_{TH_BS})远小于干扰边界阈值(I_{TH_MS})，因为由于所提议的分级扇区对准方法而使TDD BS受到由FDDMS用户引起的少得多的系统间干扰。如果在不考虑通过在空闲时隙期间周期测量系统间干扰来观察的策略下还存在残余干扰，则TDD BS可以根据该BS干扰阈值(I_{TH_BS})准则来判定是否采用灵敏天线技术。这确保了进一步的干扰抑制和到资源借用者的可靠链路。

图5示出由TDD BS和MS觉察到的可能系统间干扰功率电平。通过从对应其扇区和小区的各MS_TDD收集干扰测量报告，如图4所示的资源借用和分配算法可以判定是采用具有还是不具有灵敏天线技术的资源借用技术(即图4中从6到10的程序块)。要注意在程序1)和2)中描述了选择相关扇区和TDD BS的机制。

在程序7的判决阶段，如果I_{MS_inter-sys}超过干扰边界阈值(I_{TH_MS})电平，则在这种情况下无法保证所需要的(E_b/I_o)_j ^d，因此不允许该呼叫借用FDD载波的未充分利用资源。按照类似方式，BS干扰阈值(I_{TH_BS})表示最大容许干扰，以判定是否应用灵敏天线技术，因为尽管本发明的TDD/虚拟FDD系统结构可以减小系统间干扰，TDD BS还是受到主要由FDD MS用户引起的系统间干扰。因此，如果所检测到的干扰电平高于I_{TH_BS}电平，则应当使用灵敏天线，但应当与系统间干扰边界阈值(I_{TH_MS})电平相比而小心控制该灵敏天线。因此，这最终引导RNC和整个系统以灵活和自适应方式执行它们的功能。在确定了要服务的扇区、用户和资源的优选列表之后，最后BS将资源分配给发出请求的用户。

图6是用于解释如何根据本发明在TDD/虚拟FDD分级蜂窝系统中分配资源的流程图。

一旦在步骤S601，特定扇区中的TDD BS从MS_TDD接收到新呼叫，在步骤S602中，TDD BS就检查TDD剩余资源是否可用。如果确定该剩余TDD资源可用，则在步骤S603中，TDD BS将TDD资源分配给MS_TDD。

另一方面，如果确定剩余TDD资源不可用，则在步骤S604中，TDD BS检查在任何FDD载波是否具有可用的未充分利用资源。为了确定FDD资源的可用性，TDD BS向对应的FDD BS请求该未充分利用的资源，并作为响应而从该BS FDD接收未充分利用资源的信息。

如果存在可用的未充分利用资源，则在步骤S605，TDD BS允许MS_TDD利用空闲时隙开始测量由MS_FDD引起的系统间干扰(I_{MS_inter-sys})，并在步骤S606，由TDD BS本身测量从MS_FDD到TDD BS的第二系统间干扰(I_{BS_inter-sys})。否则，TDD BS将算法返回步骤S601。

接着，在步骤S607，TDD BS接收由MS_TDD测量的第一系统间干扰(I_{MS_inter-sys})，并在步骤S608，将该第一系统间干扰与预定第一干扰边界阈值(I_{TH_MS})比较，以判定该系统间干扰(I_{MS_inter-sys})是否小于或等于第一干扰边界阈值(I_{TH_MS})。

如果第一系统间干扰(I_{MS_inter-sys})既不小于也不等于第一干扰边界阈值(I_{TH_MS})，则TDD BS将算法返回步骤S601，否则，在步骤S609，TDD BS将第二系统间干扰(I_{BS_inter-sys})与预定的第二干扰边界阈值(I_{TH_BS})进行比较。比较的结果是，如果第二系统间干扰(I_{BS_inter-sys})小于第二干扰边界阈值(I_{TH_BS})，则在步骤S611中TDD BS确定MS_TDD的优先级，然后在步骤S612中根据所指定的优先级将未充分利用的FDD资源分配给该MS_TDD。

在步骤S609，如果第二系统间干扰(I_{BS_inter-sys})不小于第二干扰边界阈值(I_{TH_BS})，则在步骤S610，TDD BS采用灵敏天线来判定MS_TDD的优先级。

如上所述，本发明的TDD/虚拟FDD分级蜂窝系统结构，结合未充分利用资源借用技术和灵敏天线波束形成技术，能够通过在TDD BS和FDDBS之间保持干扰最小距离来实现更少的ACI和附加系统间干扰，并在允许利用灵活的资源借用机制的情况下完全利用周围3个FDD BS的资源。因为在该分级蜂窝系统中，不管是采用TDD频带和FDD上行链路交界处的相邻频带还是与FDD上行链路频带相同的频率，都可以通过对准扇区化的TDD小区波束方向来抑制干扰。可以实现进一步的干扰解决改善，可以将微(或微微)小区的超负荷的通信量分散到宏小区中，此外还可以优化分级蜂窝系统的总容量。

描述了本发明提议的利用/不利用灵敏天线技术的未充分利用资源借用的机制和算法，并且可以提供更合适和灵活的方式来对付不可预知的随时间变化的系统间干扰问题，并因此平衡微(或微微)小区中不均衡的业务负荷。

通过适当修改干扰情况，本发明提议的TDD/虚拟FDD分级蜂窝结构可以应用于采用不同频带的TDD微小区层和TDD宏小区层，还可以用于TDD微(或微微)小区层和FDD宏小区层结构。简而言之，利用提议的干扰解决机制从宏小区资源池中进行的未充分利用资源借用技术可以应用于通用多层分级蜂窝系统，其中宏小区用户对借用该资源的微(或微微)小区用户产生附加干扰。

Claims (41)

1.一种支持至少两个不同双工配置的蜂窝通信系统，包括：

多个移动台；

至少一个采用第一双工配置与该移动台通信的第一固定站，该第一固定站限定宏小区；以及

至少一个采用第二双工配置与该移动台通信的第二固定站，该第二固定站限定位于宏小区边界内的微或微微小区。

2.根据权利要求1的蜂窝通信系统，其中，所述第一双工配置是频分双工(FDD)。

3.根据权利要求1或权利要求2的蜂窝通信系统，其中，所述第二双工配置是时分双工(TDD)。

4.根据权利要求1的蜂窝通信系统，其中，在一方位角处对所述宏小区进行扇区化，以形成每个都具有相同大小的多个宏扇区。

5.根据权利要求4的蜂窝通信系统，其中，在与该宏小区相同的方位角处对所述微小区进行扇区化，以形成与所述宏扇区相同数量的微扇区。

6.根据权利要求5的蜂窝通信系统，其中，所述微小区位于一个所述宏扇区中。

7.根据权利要求6的蜂窝通信系统，其中，每个宏或微扇区都由唯一扇区码来标识。

8.根据权利要求7的蜂窝通信系统，其中，所述位于微扇区的移动台可以借用分配给其方位角等于所述微扇区方位角的宏扇区的未充分利用资源。

9.根据权利要求8的蜂窝通信系统，其中，所述第一和第二固定站采用聚焦在该移动台上的自适应波束形成天线来形成扇区波束。

10.根据权利要求4的蜂窝通信系统，其中，所述方位角为120度。

11.一种支持至少两个不同双工配置的蜂窝通信系统，包括：

多个移动台；

至少三个采用第一双工配置与该移动台通信的第一固定站，该第一固定站限定相邻的各宏小区和虚拟小区；以及

微或微微小区集群，包括至少一个采用第二双工配置与该移动台通信的第二固定站，该第二固定站限定位于该虚拟小区内的微或微微小区。

12.根据权利要求11的蜂窝通信系统，其中，对每个宏小区进行扇区化，以形成具有从不同角度处的第一固定站发出的各扇区波束的3个宏扇区。

13.根据权利要求11或12的蜂窝通信系统，其中，对所述微小区进行扇区化，以形成具有从不同角度处的第二固定站发出的各扇区波束的3个微扇区。

14.根据权利要求12的蜂窝通信系统，其中，对所述微小区进行扇区化，以形成具有从不同角度处的第二固定站发出的各扇区波束的3个微扇区。

15.根据权利要求14的蜂窝通信系统，其中，所述宏和微扇区通过扇区特定码来相互区别。

16.根据权利要求14的蜂窝通信系统，其中，用其扇区波束是从不同角度处的不同第一固定站发出的3个宏扇区来形成虚拟小区。

17.根据权利要求16的蜂窝通信系统，其中，每个宏扇区的扇区波束都具有与任何一个微扇区的主波瓣平行的主波瓣。

18.根据权利要求17的蜂窝通信系统，其中，所述微小区集群位于所述虚拟小区的中心。

19.根据权利要求18的蜂窝通信系统，其中，位于所述微扇区的移动台可以借用分配给在所述虚拟小区中具有相同主波瓣方向的宏扇区的未充分利用资源。

20.根据权利要求19的蜂窝通信系统，其中，所述第一和第二固定站采用聚焦在该移动终端上的自适应波束形成天线来形成扇区波束。

21.一种支持时分双工(TDD)配置和频分双工(FDD)配置的蜂窝通信系统，包括：

多个移动台；

至少3个基于FDD配置与该移动台通信的FDD固定站，该FDD固定站限定相邻的各宏小区和虚拟小区；以及

包括至少一个基于TDD配置与该移动台通信的TDD固定站的集群，该TDD固定站限定该虚拟小区中的微或微微小区。

22.根据权利要求21的蜂窝通信系统，其中，所述集群的位置与所述虚拟小区同轴。

23.根据权利要求22的蜂窝通信系统，其中，在方位角处对每个宏小区进行扇区化，以形成被所述FDD固定站发出的相应扇区波束覆盖的3个宏扇区。

24.根据权利要求23的蜂窝通信系统，其中，在关于该宏扇区的方位角处对每个微小区进行扇区化，以形成被所述TDD固定站发出的各扇区波束覆盖的3个微扇区。

25.根据权利要求24的蜂窝通信系统，其中，用属于在不同方位角处形成的不同宏小区的3个宏扇区形成虚拟小区。

26.根据权利要求25的蜂窝通信系统，其中，位于所述微扇区的移动台可以借用分配给其方位角等于该微扇区方位角的宏扇区的未充分利用资源。

27.根据权利要求26的蜂窝通信系统，其中，所述FDD和TDD固定站采用聚焦在移动台上的自适应波束形成天线来形成扇区波束。

28.一种用于构造蜂窝通信系统的方法，该蜂窝通信系统支持在基于频分双工(FDD)和时分双工(TDD)配置的固定站和移动台之间进行通信，所述方法包括：

形成由相应基于FDD的固定站限定的至少3个相邻宏小区；

形成包括由基于TDD的固定站限定的至少一个微或微微小区的至少一个集群；以及

形成被基于FDD的固定站包围的虚拟小区。

29.根据权利要求28的方法，其中，所述集群的位置与所述虚拟小区同轴。

30.根据权利要求29的方法，其中，在方位角处对每个宏小区进行扇区化，以形成被所述基于FDD的固定站发出的各扇区波束覆盖的3个宏扇区。

31.根据权利要求30的方法，其中，在关于该宏扇区的方位角处对每个微小区进行扇区化，以形成被所述基于TDD的固定站发出的各扇区波束覆盖的3个微扇区。

32.根据权利要求31的方法，其中，用属于在不同方位角处形成的不同宏小区的3个宏扇区来形成所述虚拟小区。

33.根据权利要求32的方法，其中，位于所述微扇区的移动台可以借用分配给其方位角等于该微扇区方位角的宏扇区的未充分利用资源。

34.根据权利要求33的方法，其中，所述基于FDD和基于TDD的固定站采用聚焦在移动台上的自适应波束形成天线来形成扇区波束。

35.一种用于在蜂窝通信系统中分配无线电资源的方法，该蜂窝通信系统支持在基于频分双工(FDD)和时分双工(TDD)配置的固定站和移动台之间进行通信，所述方法包括：

在TDD固定站上接收来自TDD移动台的呼叫请求；

判定TDD资源是否可用；

当TDD资源可用时，将该TDD资源分配给TDD移动台；

当TDD资源不可用时，向FDD固定站借用FDD资源；以及

根据TDD移动台的优先级将该FDD资源分配给该TDD移动台。

36.根据权利要求35的方法，其中，所述借用资源的步骤进一步包括：

判定未充分利用的FDD资源是否在任何FDD载波上可用；

如果未充分利用的资源可用，则判定是否借用未充分利用的FDD资源；

如果确定借用该未充分利用的FDD资源，则确定TDD移动台的优先级。

37.根据权利要求36的方法，其中，所述借用资源的步骤还包括：判定是否应用自适应波束形成来确定所述TDD移动台的优先级。

38.根据权利要求36的方法，其中，所述判定是否借用未充分利用的FDD资源的步骤包括：

允许所述TDD移动台测量第一系统间干扰(I_{MS_inter-sys})；

将从该TDD移动台接收的第一系统间干扰(I_{MS_inter-sys})与预定的第一干扰边界阈值(I_{TH_MS})进行比较；以及

当第一系统间干扰(I_{MS_inter-sys})小于或等于第一干扰边界阈值(I_{TH_MS})时，确定借用所述未充分利用的FDD资源。

39.根据权利要求38的方法，其中，所述第一系统间干扰(I_{MS_inter-sys})从所述FDD移动台到所述TDD移动台。

40.根据权利要求37的方法，其中，所述判定是否应用自适应光束形成的步骤包括：

在所述TDD固定站上测量第二系统间干扰(I_{BS_inter-sys})；

将该第二系统间干扰(I_{BS_inter-sys})与第二干扰边界阈值(I_TH-BS)比较；以及

当第二系统间干扰(I_{BS_inter-sys})不小于第二干扰边界阈值(I_TH-BS)时，应用自适应波束形成。

41.根据权利要求40的方法，其中，所述第二系统间干扰(I_{BS_inter-sys})从所述FDD移动台到所述TDD固定站。

Images