專利名稱：一種分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
無線數(shù)字廣播(DVB，DAB)業(yè)務(wù)與無線通訊(蜂窩和非蜂窩)業(yè)務(wù)和移動互聯(lián)網(wǎng)(INTERNET)業(yè)務(wù)的融合可以更加靈活地提供業(yè)務(wù)、更加高效地利用頻譜，具有巨大的市場前景。而業(yè)務(wù)的融合必將導致網(wǎng)絡(luò)的融合和頻譜的融合，即頻譜復(fù)用方式和頻譜分配方式的改變。
業(yè)務(wù)融合主要集中在歐盟IST(Information Society Technologies)項目下的一些子項目中，如代號為CISMUNDUS(Convergence of IP-basedServices for Mobile Users and Networks in DVB-Tand UMTS Systems)的IST項目對DVB與UMTS/GPRS/WLAN的業(yè)務(wù)融合做了大量研究ISTProjectCISMUNDUS-Deliverable 9 IST-2000-29255 Field Test Results andDemonstration)。業(yè)務(wù)融合的研究重點集中在如下兩個方面1)擴展無線數(shù)字廣播網(wǎng)絡(luò)DVB-T的移動通訊能力，如為DVB-T系統(tǒng)增加移動切換能力，為DVB-T增加數(shù)據(jù)廣播的能力，為DVB-T增加面向移動終端的廣播能力，為DVB-T增加反向信道等，借助UMTS、GPRS、WLAN來實現(xiàn)；2)擴展UMTS的多媒體廣播能力，如為UMTS增加面向多點的廣播能力，為UMTS增加面向區(qū)域的廣播能力。
對上述業(yè)務(wù)融合的研究直接導致網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)和頻譜融合技術(shù)，即頻譜復(fù)用方式和頻譜分配方式的改變的提出。實現(xiàn)蜂窩和數(shù)字廣播業(yè)務(wù)融合主要涉及到新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、頻譜復(fù)用技術(shù)、頻譜動態(tài)分配技術(shù)。這些技術(shù)的現(xiàn)狀如下1)現(xiàn)有實現(xiàn)業(yè)務(wù)融合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)歐盟第五框架(FP5)支持的信息化社會技術(shù)(IST)研究中，集中體現(xiàn)了歐洲在DVB與無線通訊網(wǎng)絡(luò)融合的研究結(jié)果如代號為SAMBITS(Advanced Multimedia Broadcast and IT Services)、FLOWS(FlexibleConvergence of Wireless Standards and Services)、OverDRiVE(Spectrumefficient uni-and multicast services Over Dynamic multi-Radio networks)等項目對如何將數(shù)字廣播(特別是DVB)與互聯(lián)網(wǎng)/WLAN/UMTS/GPRS/4G/5G融合的相關(guān)問題做了較為全面的討論，如項目OverDRiVE對實現(xiàn)多網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)給出的幾種方案，見IST-2001-35125(OverDRiVE)D09 Concepts for Mobile Multicast in HybridNetworks。這些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都是從實現(xiàn)DVB與無線通訊網(wǎng)絡(luò)在功能互補的角度提出的，如利用UMTS作為DVB的反向信道來擴展DVB的業(yè)務(wù)能力，UMTS用于傳送部分DVB內(nèi)容；DVB作為UMTS多點廣播業(yè)務(wù)的擴充等，而且這些結(jié)構(gòu)的一個共同特點是側(cè)重于實現(xiàn)UMTS的核心網(wǎng)與DVB的碼流配送網(wǎng)之間的組合，缺少對空中接口融合問題的考慮。
圖1中a～c是目前三種典型的實現(xiàn)數(shù)字廣播與蜂窩移動通訊結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
圖1中a是一種利用附加網(wǎng)絡(luò)(OverDRiVE network)實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間互操作的結(jié)構(gòu)，OverDRiVE network作為末端服務(wù)提供商，服務(wù)內(nèi)容提供商將內(nèi)容目錄提供給OverDRiVE network，對于用戶來說，OverDRiVE network是服務(wù)提供商，OverDRiVE network起到中介的作用，對末端用戶來說OverDRiVE network是唯一的接入點。
附加網(wǎng)絡(luò)方案實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的松散耦合，運營商和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都具有較強的獨立性。
圖1中b的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)數(shù)字廣播與蜂窩移動通訊結(jié)合的緊耦合方式，該結(jié)構(gòu)集成所有的無線系統(tǒng)，而不需要第三方網(wǎng)絡(luò)。該方式適用于一個運營商擁有多個不同的無線網(wǎng)絡(luò)或有良好合作的伙伴關(guān)系。一種緊耦合結(jié)構(gòu)是DVB-T位于UMTS中，DVB-T作為一個附加的單向下行RAN連接到UMTS的核心網(wǎng)上。用戶并不決定選擇是否使用DVB-T，而由核心網(wǎng)根據(jù)用戶請求的QoS決定。
在圖1中b，SGSN帶有幾個DVB-T-IP網(wǎng)關(guān)，為DVB-T執(zhí)行控制和數(shù)據(jù)處理。一個廣播小區(qū)帶有一個DVB-T-IP網(wǎng)關(guān)，每個SGSN可服務(wù)多個廣播小區(qū)。HLR包括要求的DVB-T參數(shù)，GGSN必須知曉廣播小區(qū)可用的帶寬。這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是多數(shù)群組管理(GroupManagement)所要求的輸入由UMTS提供，特別由HLR和SGSN提供。Group Management可以容易地集成到系統(tǒng)中，不需要復(fù)制資源，如同時設(shè)有USR(User and Services Register存儲用戶和業(yè)務(wù)的相關(guān)信息)和HLR數(shù)據(jù)庫。
圖1中c是一種在a所示的松散型結(jié)構(gòu)和b所示的緊湊型結(jié)構(gòu)進行折中的平衡型結(jié)構(gòu)，在平衡耦合架構(gòu)中，加入了interworking(IW)功能，作為不同接入網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)絡(luò)。所有的接入系統(tǒng)均與IW打交道，IW可以看作為IP服務(wù)器用作系統(tǒng)間的信息交互。在下圖的結(jié)構(gòu)中，IW必須支持DVB-T小區(qū)間的移動功能。
IW或者需要所有的運營商控制和監(jiān)控或者由第三方控制和監(jiān)控，平衡耦合架構(gòu)因為其靈活性和可擴展性，增加新系統(tǒng)不會對現(xiàn)有系統(tǒng)造成影響，故而可視為最好的結(jié)構(gòu)。但是，這種結(jié)構(gòu)需要接入網(wǎng)運營商共享一個共同的數(shù)據(jù)庫，喪失了一些獨立性，適合一個運營商擁有多個不同的接入網(wǎng)，或不同運營商間有牢靠的合作關(guān)系。
綜上，松耦合的特點是(1)保持獨立性；(2)需要復(fù)制一些網(wǎng)絡(luò)資源；(3)依靠第三方作為不同接入網(wǎng)的中介；(4)效率不高，但保持獨立性和靈活性。
緊耦合和平衡耦合的特點是(1)需要運營商間的牢靠合作關(guān)系；(2)提供有效的資源利用率，但喪失一些靈活性；(3)平衡耦合的IW獨立于各接入網(wǎng)，增加了一些獨立性。
2)現(xiàn)有頻譜融合方法在ETSI和3GPP對DVB與蜂窩移動通訊的融合的研究中，討論主要集中在基于網(wǎng)絡(luò)共存即抑制鄰信道干擾的頻譜融合。這方面的討論參見歐洲電信標準協(xié)會(ETSIEuropean Telecommunications StandardsInstitute)與1997年8月頒布的陸地數(shù)字視頻廣播標準中的EN 300 744號協(xié)議(ETSI，EN 300 744 Digital Video Broadcasting(DVB)；Framing structure，channel coding and modulation for digital terrestrial television，EuropeanStandard，August 1997；)第三代移動通信標準組織3GPP(3G Partnership Project)給出的技術(shù)規(guī)范(，TS 25.101 Technical Specification Group Radio Access Networks；UERadio Transmis sion and Reception(FDD)，Technical Specification，March2001-06-29；3GPP，TS 25.104 Technical Specification Group Radio AccessNetworks；UTRA(BS)FDD；Radio transmission and Reception，TechnicalSpecification，March 2001-06-29；)這些討論只是要解決DVB廣播網(wǎng)絡(luò)與UMTS網(wǎng)絡(luò)間的干擾問題，其前提是這些網(wǎng)絡(luò)工作在不同的頻帶或相鄰的頻帶，如圖2所示，也就是討論如何在相鄰的頻帶之間安排不同的業(yè)務(wù)傳輸，在保障信道互補干擾的前提下，簡化系統(tǒng)設(shè)計。
現(xiàn)有技術(shù)還有從頻率復(fù)用的角度對DVB與蜂窩移動信的融合進行了研究，提出了如圖3所示的蜂窩移動通訊復(fù)用數(shù)字廣播頻譜的方法，其基本思路是在同頻數(shù)字廣播小區(qū)連成的等邊三角形中心位置是受該頻點干擾最小的區(qū)域，在這個區(qū)域內(nèi)復(fù)用該廣播頻點可以得到較高的頻譜效率。
3)現(xiàn)有頻譜動態(tài)分配技術(shù)現(xiàn)有動態(tài)頻譜分配技術(shù)的基本思路是提供不同業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)對頻譜的需求在時間上和空間上是不同的，利用不同網(wǎng)絡(luò)對頻譜需求的差異，在不同業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)之間進行動態(tài)頻譜調(diào)配，即把某種網(wǎng)絡(luò)暫時多余的帶寬調(diào)配給頻譜緊張的網(wǎng)絡(luò)使用，以此達到對頻譜資源的充分利用。
如圖4所示表明了DVB-T和UMTS之間進行動態(tài)頻譜分配的情況，在T1～T3之間的時間段，UMTS業(yè)務(wù)不斷增加，而DVB-T業(yè)務(wù)不斷減少，在這段時間內(nèi)，把DVB-T剩余的頻譜不斷地調(diào)配給UMTS系統(tǒng)使用；在時間段T4～T5，UMTS業(yè)務(wù)不斷減少，而DVB-T業(yè)務(wù)不斷增加，在這段時間內(nèi)，把UMTS剩余的頻譜不斷地調(diào)配給DVB-T系統(tǒng)使用。
也有一些技術(shù)來解決更多系統(tǒng)(UMTS，GSM，DVB-T，DAB-T，GPRS)之間的頻譜動態(tài)分配，其基本思路和圖4所示相同。
4)現(xiàn)有和本專利相關(guān)的分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)美國專利申請，申請?zhí)?0010022781A1的文獻給出了一種綜合實現(xiàn)無線數(shù)字廣播和內(nèi)容點播相結(jié)合的分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)如圖5所示。在該專利申請給出的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，包含有區(qū)域發(fā)射機(或主發(fā)射機)，局域發(fā)射機(或輔發(fā)射機)1～3，移動終端1～2，提供廣播和點播內(nèi)容的服務(wù)器組成。
主發(fā)射機覆蓋面積大于輔發(fā)射機，在一個主發(fā)射機覆蓋的范圍內(nèi)，存在若干個輔發(fā)射機。主發(fā)射機和輔發(fā)射機共用一個頻率，在主發(fā)射機發(fā)送的復(fù)合幀中的同步信息控制下，主發(fā)射機、輔發(fā)射機以及移動臺按照劃分的時隙協(xié)同工作。輔發(fā)射機通過主發(fā)射機發(fā)送的復(fù)合幀中的控制和識別信息來確定自己的工作時隙、輔發(fā)射機可以提供面向小區(qū)和面向終端的廣播業(yè)務(wù)，面向小區(qū)和面向終端的廣播業(yè)務(wù)對應(yīng)不同的時隙，這兩種不同業(yè)務(wù)的時隙位置依靠輔發(fā)射機發(fā)射的數(shù)據(jù)幀中的控制和識別信息確定。主發(fā)射機通過其復(fù)合幀中發(fā)送的控制和識別信息來協(xié)調(diào)主發(fā)射機與輔發(fā)射機之間的工作時隙、協(xié)調(diào)終端的工作時隙；輔發(fā)射機發(fā)送的控制和識別信息指示移動終端在特定的時隙里去接收其所需要的業(yè)務(wù)內(nèi)容。
主發(fā)射機、輔發(fā)射機之間采用衛(wèi)星定位信號來實現(xiàn)同步，也可以通過有線網(wǎng)絡(luò)傳送的同步信號實現(xiàn)同步。移動臺根據(jù)自己接收到的輔發(fā)射機發(fā)送的區(qū)域標志信號——和區(qū)域?qū)?yīng)的特定的碼字來確定自己的位置和為其提供服務(wù)的輔發(fā)射機。當移動臺需要接收其他頻點上的業(yè)務(wù)時，需要在衛(wèi)星定位，如GPS輔助下和那個頻點上的網(wǎng)絡(luò)建立同步。
移動臺可以通過有線或無線的方式與內(nèi)容提供商1～2的服務(wù)器之間建立通饋信道，向服務(wù)器發(fā)出業(yè)務(wù)請求。主發(fā)射機、輔發(fā)射機、移動臺通過IP協(xié)議中采用的地址方式來確定自己的標識地址，以便實現(xiàn)業(yè)務(wù)傳送中的尋址。
為了避免不同輔發(fā)射機發(fā)射的業(yè)務(wù)之間的干擾，該發(fā)明指出，各個輔發(fā)射機之間的距離必須保持足夠大，如圖5所示的那樣，各個輔發(fā)射機的覆蓋范圍不能重疊。
該專利強調(diào)了業(yè)務(wù)請求信號可以通過無線網(wǎng)或有線網(wǎng)送到業(yè)務(wù)提供服務(wù)器，但是，沒有給出具體的實現(xiàn)方法。
5)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)蜂窩移動通信中的網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)分為兩大類，一類是GPS同步技術(shù)，這種技術(shù)在GSM/IS95等通信系統(tǒng)中廣泛使用；一類是利用有線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)同步，如WCDMA(FDD)采用了這種技術(shù)實現(xiàn)基站間的粗略同步。
數(shù)字廣播目前普遍使用GPS同步在實現(xiàn)單頻組網(wǎng)時不同廣播發(fā)射機之間的同步。
在TDD通信系統(tǒng)中，如，TD-SCDMA，為了減小保護時隙從而保障系統(tǒng)的頻譜效率，要求下行傳輸時相鄰的不同基站之間，以及上行時不同終端之間保持良好的同步。在TD-CDDMA系統(tǒng)中，基站之間的同步采用的是GPS技術(shù)，移動臺之間的同步采用的是基于RTT(Round Trip Time)測量技術(shù)。
6)現(xiàn)有移動臺定位技術(shù)現(xiàn)有技術(shù)的蜂窩移動通信中采用的移動臺定位技術(shù)主要有4種1)小區(qū)ID技術(shù)，這種定位技術(shù)的特點是方法簡單，易于實現(xiàn)，但是定位精度很差，只能知道移動臺是處于哪個小區(qū)，很難進一步提高精度；2)AGPS定位技術(shù)，也就是利用蜂窩網(wǎng)向安裝在移動臺內(nèi)的GPS接收機傳送GPS定位需要的輔助信息，如衛(wèi)星信號的搜索窗等，輔助移動臺上的GPS接收機快速實現(xiàn)定位，這種定位方法的特點是定位精度高，大多數(shù)情況下誤差半徑在30米以內(nèi)，但是這種方法很難應(yīng)用于室內(nèi)移動臺的定位；3)TDOA定位技術(shù)，也就是移動臺在網(wǎng)絡(luò)側(cè)的輔助下，通過把移動臺獲取的OTDOA和網(wǎng)絡(luò)側(cè)獲取的不同基站間的RTD測量相結(jié)合，計算出服務(wù)基站和相鄰小區(qū)基站之間的到達時間差(TDOA)，然后利用雙曲線定位原理實現(xiàn)對移動臺的位置估計，這種定位方法的特點是精度適中，大多數(shù)情況下定位精度可以在70米以內(nèi)，而且既適用于室外定位，也適用于室內(nèi)定位；4)智能天線定位，通過陣列天線實現(xiàn)對移動臺方位角度的估計，通過RTT測量獲取移動臺到服務(wù)基站的距離，兩者結(jié)合來確定移動臺的位置，這種方法的特點是可以實現(xiàn)單基站定位，但在非可視環(huán)境下定位精度很難保障。
上述方法1)、2)、3)是WCDMA協(xié)議中規(guī)定的定位方法，方法4)是TD-SCDMA協(xié)議中規(guī)定的方法。
對于業(yè)務(wù)融合涉及到的三個主要方面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)融合、頻譜融合、頻譜動態(tài)分配，現(xiàn)有技術(shù)都存在各自的不足。
現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)融合技術(shù)最主要的缺點是只注重適合業(yè)務(wù)融合的核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)的討論，沒有綜合考慮到無線接入網(wǎng)融合涉及到的問題，如沒有討論業(yè)務(wù)融合導致的無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變、沒有討論業(yè)務(wù)融合導致的頻譜融合問題。
現(xiàn)有頻譜融合技術(shù)的缺點是只著重討論頻譜的頻分融合涉及到的技術(shù)問題，如UMST與DVB-T在數(shù)字廣播和無線通信分別使用不同頻段時的共存問題和UMTS對DVB-T頻率的空間復(fù)用問題，對于更為靈活和可能更具頻譜效率的時分頻譜融合問題缺少討論。頻分融合的一個主要缺點是需要額外的保護帶開銷，造成了頻譜浪費。ERISSON提出的DVB與蜂窩重復(fù)使用頻譜的方法雖然可以進一步提高頻率復(fù)用效果，但是所述方法的復(fù)用系數(shù)仍然較低，只有(1/7)×2，而且網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃復(fù)雜；現(xiàn)有動態(tài)頻譜分配技術(shù)的缺點是現(xiàn)有動態(tài)頻譜分配是針對頻分系統(tǒng)下，分頻帶實現(xiàn)數(shù)字廣播和無線通信之間的頻譜動態(tài)分配，這種不同系統(tǒng)按照頻分工作的模式，不便于實現(xiàn)頻譜的動態(tài)分配，這也就限制了頻譜的使用效率。
美國專利申請申請?zhí)?0010022781A1給出的一種綜合實現(xiàn)無線數(shù)字廣播和內(nèi)容點播相結(jié)合的分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從其目的和技術(shù)方案上看，只是一種解決廣播網(wǎng)中業(yè)務(wù)點播的問題，無法解決移動通信與數(shù)字廣播的融合面臨的問題，如，1)該發(fā)明只是對發(fā)射機進行討論，發(fā)射機無法實現(xiàn)移動通信需要的雙向鏈路；2)通信與廣播的融合需要實現(xiàn)無線接入點對區(qū)域的連續(xù)覆蓋，本發(fā)明給出的發(fā)射機方案無法實現(xiàn)連續(xù)覆蓋；3)通信與廣播的融合需要更加嚴格的各個接入點(或基站)間的空中接口上的上下行鏈路同步，該發(fā)明無法實現(xiàn)；4)通信與廣播的融合需要空中接口采用更加高頻譜效率的技術(shù)，只有這樣才可以在現(xiàn)有廣播頻譜里面既不降低用于廣播業(yè)務(wù)的容量(或者還可以提高)的前提下發(fā)掘出供移動通信使用的容量。
因此，現(xiàn)有技術(shù)還存在缺陷，而有待于改進和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方法，針對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)融合涉及到的主要技術(shù)層面，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)融合、頻譜融合、頻譜動態(tài)分配中存在的上述現(xiàn)有技術(shù)問題，給出一個綜合解決業(yè)務(wù)融合、網(wǎng)絡(luò)融合、頻譜融合、頻譜動態(tài)分配問題的方案，其給出一種綜合實現(xiàn)數(shù)字廣播與移動通信業(yè)務(wù)融合的分層接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)；給出一種基于該接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)的頻譜復(fù)用方法；給出一種基于該接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)的頻譜動態(tài)分配的方法；給出一種基于該接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)的空中接口同步測量和調(diào)整方法；給出一種基于該接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)的移動臺定位方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，其包括實現(xiàn)無線接入的無線接入子網(wǎng)、實現(xiàn)對無線接入子網(wǎng)綜合管理和控制的管理控制子網(wǎng)兩大部分。
所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，所述無線接入子網(wǎng)由處于上層的無線數(shù)字廣播層、處于中間層的寬帶無線支撐層、處于底層的移動通信層，以及存在于這些層面覆蓋范圍內(nèi)、可以與這些層面中的一個或多個層面配合工作的各種終端組成；所述的管理控制子網(wǎng)至少包含一廣播業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測單元、一廣播業(yè)務(wù)頻譜需求計算單元、一業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元、一接入網(wǎng)綜合控制單元、一網(wǎng)絡(luò)同步質(zhì)量監(jiān)測和協(xié)調(diào)單元、一無線負載綜合檢測單元、若干個數(shù)據(jù)庫、若干個路由器、若干個媒體網(wǎng)關(guān)。
所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，所述無線數(shù)字廣播層包含至少一個數(shù)字廣播發(fā)射站；所述寬帶無線支撐層包含至少一個無線接入基站；所述移動通信層包含若干個成連續(xù)覆蓋狀態(tài)的移動通信基站，或者包含若干個成蜂窩分布的移動通信基站和若干個無線廣域網(wǎng)基站；所述的終端包括無線路由器和網(wǎng)關(guān)、數(shù)字廣播接收機、移動或固定終端。
所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，所述終端采用單天線單通道接收機和發(fā)射機結(jié)構(gòu)，并且所述數(shù)字廣播發(fā)射站采用多通道多天線發(fā)射機，構(gòu)成多輸入單輸出系統(tǒng)。
所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，所述終端采用多天線多通道接收機和發(fā)射機結(jié)構(gòu)，并且所述數(shù)字廣播發(fā)射站采用多通道多天線發(fā)射機，構(gòu)成多輸入多輸出系統(tǒng)。
所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，所述數(shù)字廣播發(fā)射站采用單通道單天線發(fā)射機。
所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，所述無線接入基站由發(fā)射機和接收機兩部分組成，發(fā)射機和接收機分別用于實現(xiàn)通信系統(tǒng)的下行鏈路和上行鏈路；所述無線接入基站的發(fā)射機和接收機均采用多天線多通道結(jié)構(gòu)，與所述采用多天線多通道發(fā)射機和接收機結(jié)構(gòu)的所述終端相配合，構(gòu)成多輸入多輸出系統(tǒng)；與所述采用單天線單通道發(fā)射機和接收機結(jié)構(gòu)的所述終端相配合，構(gòu)成多輸入單輸出系統(tǒng)。
所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，所述移動通信基站由發(fā)射機和接收機兩部分組成，發(fā)射機和接收機分別用于實現(xiàn)通信系統(tǒng)的下行鏈路和上行鏈路；所述發(fā)射機和接收機均采用多天線多通道結(jié)構(gòu)，與所述采用多天線多通道發(fā)射機和接收機結(jié)構(gòu)的所述終端相配合，構(gòu)成多輸入多輸出系統(tǒng)；與所述采用單天線單通道發(fā)射機和接收機結(jié)構(gòu)的所述終端相配合，構(gòu)成多輸入單輸出系統(tǒng)。
所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，所述多輸入多輸出系統(tǒng)和多輸入單輸出系統(tǒng)采用空時處理技術(shù)、分層編碼技術(shù)來提高數(shù)字廣播系統(tǒng)的頻譜效率。
所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，所述空時處理技術(shù)包括Alamouti算法的空時編碼技術(shù)和V-BLAST算法的空間復(fù)用技術(shù)。
所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，所述廣播業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測單元用于搜集、處理由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采集來的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量信息；所述廣播業(yè)務(wù)頻譜需求計算單元根據(jù)需要數(shù)字廣播發(fā)射站發(fā)射的廣播業(yè)務(wù)的流量來計算數(shù)字廣播發(fā)射站需要的帶寬，這個帶寬作為在數(shù)字廣播系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng)之間分配頻譜的一個依據(jù)；
所述的業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元實現(xiàn)數(shù)字廣播系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)；所述接入網(wǎng)綜合控制單元根據(jù)業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元給出的業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)結(jié)果，在所述無線接入子網(wǎng)的不同層面之間、在同一個層面內(nèi)的不同工作模式之間的工作進程協(xié)調(diào)和無線資源調(diào)度；所述網(wǎng)絡(luò)同步質(zhì)量監(jiān)測和協(xié)調(diào)單元用于接收和處理由無線接入子網(wǎng)送來的無線數(shù)字廣播層中相鄰數(shù)字廣播發(fā)射站之間的相關(guān)時間差數(shù)據(jù)、移動通信層中相鄰基站間的相關(guān)時間差數(shù)據(jù)、寬帶無線支撐層中相鄰基站間的相關(guān)時間差數(shù)據(jù)、以及由無線接入子網(wǎng)中的某些節(jié)點送來的上行同步質(zhì)量信息，對網(wǎng)絡(luò)的同步狀態(tài)進行調(diào)整；所述無線負載綜合檢測單元用于獲取寬帶無線支撐層中各個基站、移動通信層中各個基站送來的無線負載信息，這些信息用于對接入網(wǎng)進行綜合控制使用。
所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，所述業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元根據(jù)數(shù)字廣播系統(tǒng)需要承載的業(yè)務(wù)量、廣播業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測單元提供的數(shù)字廣播網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量，確定需要由移動通信網(wǎng)承載的針對特定區(qū)域或特定用戶群的廣播業(yè)務(wù)，需要由移動通信網(wǎng)承載的點播業(yè)務(wù)，以及在相應(yīng)的業(yè)務(wù)分配情況下，根據(jù)數(shù)字廣播系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)比例和廣播業(yè)務(wù)頻譜需求計算單元的計算結(jié)果，確定兩個系統(tǒng)之間的頻譜分配比例和數(shù)量。
所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，所述業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元在廣播業(yè)務(wù)下降的時段，把更多的頻譜分配給通信業(yè)務(wù)；在廣播業(yè)務(wù)上升的時段，把更多的頻譜分配給廣播業(yè)務(wù)。
所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，所述服務(wù)質(zhì)量信息包括衡量廣播信號的覆蓋情況的信息，包括信干比、和信干比對應(yīng)的位置和時間信息。
所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，所述工作進程協(xié)調(diào)和無線資源調(diào)度包括向無線接入子網(wǎng)的寬帶無線支撐層、移動通信層發(fā)出指定其時隙寬度的指令、發(fā)出指定其進行小區(qū)呼吸的指令、發(fā)出指定其上下行時隙分配方式的指令。
所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，所述對網(wǎng)絡(luò)的同步狀態(tài)進行調(diào)整包括1)對數(shù)字廣播發(fā)射站之間同步的調(diào)整；2)對寬帶無線支撐層中相鄰基站間的相關(guān)時間差的調(diào)整；3)對移動通信層中相鄰基站間的相關(guān)時間差的調(diào)整。
所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，所述對網(wǎng)絡(luò)的同步狀態(tài)進行調(diào)整的方法還包括以數(shù)字廣播發(fā)射站上的衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS時間為參考，按照測量得到的兩個相鄰數(shù)字廣播發(fā)射站之間的相關(guān)時間差值的大小，按照預(yù)定的步長，通過增加處于提前發(fā)射狀態(tài)的數(shù)字廣播發(fā)射站的時延，或通過減小處于滯后發(fā)射的數(shù)字廣播發(fā)射站的時延，逐步調(diào)整到相關(guān)時間差小于要求的范圍內(nèi)。
所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，所述各功能單元可以以獨立的實體存在于網(wǎng)絡(luò)之中，也可以分解到各個網(wǎng)絡(luò)實體中實現(xiàn)。
一種分層無線接入網(wǎng)的實現(xiàn)方法，其包括以下步驟a)處于上層的無線數(shù)字廣播層向處于中間層的寬帶無線支撐層、處于底層的移動通信層，以及存在于這些層面覆蓋范圍內(nèi)、可以與這些層面中的一個或多個層面配合工作的各種終端廣播同步和控制信息；b)所述網(wǎng)絡(luò)同步測量和調(diào)整方法包括如下步驟b1)觀測到達時間差測量；b2)相關(guān)時間差計算；b3)相關(guān)時間差調(diào)整；c)所述的移動通信層中實現(xiàn)觀測到達時間差測量的方法通過定位時隙來實現(xiàn)，包括定位時隙構(gòu)造、定位時隙插入、定位時隙空間復(fù)用；
d)根據(jù)所述時隙定位實現(xiàn)頻譜動態(tài)分配和復(fù)用；e)對移動臺定位方法采用如下步驟e1)移動臺進行觀測到達時間差測量；e2)進行移動臺位置估計。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述同步和控制信息包括1)數(shù)字廣播發(fā)射站的代碼，用于識別數(shù)字廣播發(fā)射站和不同數(shù)字廣播發(fā)射站間的相關(guān)時間差測量；2)給不同層分配的工作時隙的長度和這些時隙的排列順序，用于控制無線數(shù)字廣播層、寬帶無線支撐層、移動通信層的工作順序和工作時隙。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述處于上層的無線數(shù)字廣播層、處于中間層的寬帶無線支撐層、處于底層的移動通信層使用衛(wèi)星定位信號或地面網(wǎng)絡(luò)傳送信號實現(xiàn)層內(nèi)同步，并通過相關(guān)時間差測量和協(xié)調(diào)來實現(xiàn)層內(nèi)不同發(fā)射機間的天線口面處的同步。
所述的實現(xiàn)方法，其中，為了實現(xiàn)無線接入基站與移動通信基站或移動通信基站與移動通信基站之間的上下行鏈路同步，所述無線接入基站或移動通信基站在層間同步信息廣播的自己的工作時隙內(nèi)發(fā)送標識信息和控制信息。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述標識信息和控制信息包括發(fā)送標識自己的識別信息；發(fā)送上下行時隙的位置信息；發(fā)送時隙長度信息。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述無線子網(wǎng)中，為了實現(xiàn)移動通信基站與所述終端之間的上下行通信鏈路的同步，移動通信基站在層間同步信息廣播的自己的工作時隙內(nèi)，向自己的服務(wù)區(qū)域內(nèi)發(fā)送標識信息和控制信息，包括發(fā)送標識自己的識別信息及發(fā)送上下行時隙的位置信息。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述定位時隙構(gòu)造方法包括把一個定位時隙的開頭部分用于發(fā)射表示發(fā)射基站代碼信號，把定位時隙的其余部分用于發(fā)射通信數(shù)據(jù)。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述定位時隙構(gòu)造方法是把定位時隙與其它業(yè)務(wù)時隙拼接在一起構(gòu)成一個復(fù)合幀；若干個復(fù)合幀構(gòu)成一個超幀。
所述的實現(xiàn)方法，其中，由7個復(fù)合幀構(gòu)成一個超幀。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述定位時隙空間復(fù)用方法是把一個超幀中包含的7個定位時隙的開啟時刻看作七個被空間復(fù)用的頻點，按照蜂窩網(wǎng)對頻率復(fù)用的方式復(fù)用這7個定位時隙的開啟時刻。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述定位時隙空間復(fù)用方法中定位時隙的開啟是指在定位時隙內(nèi)既不發(fā)送基站代碼信號，也不發(fā)送業(yè)務(wù)信號，而用于本基站覆蓋范圍內(nèi)的終端對相鄰基站的代碼信號進行測量，以獲取觀測到達時間差。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述時隙空間復(fù)用方法中定位時隙的開啟是在同一套發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的覆蓋其服務(wù)的小區(qū)的超幀中包含的若干定位時隙在任何時刻只能有一個處于開啟狀態(tài)。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述頻譜復(fù)用的步驟包括1)確定需要時分復(fù)用同一個頻帶的子系統(tǒng)的個數(shù)，系統(tǒng)中的每一層當作一個子系統(tǒng)處理，即處于同一層的多個子系統(tǒng)當作一個子系統(tǒng)處理；2)估算每個子系統(tǒng)需要的初始帶寬，把業(yè)務(wù)量、背景干擾、傳輸模式的因素綜合考慮后進行頻譜計算；3)確定時隙結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)，根據(jù)復(fù)用同一個頻帶的子系統(tǒng)的個數(shù)、業(yè)務(wù)量大小和業(yè)務(wù)的QOS要求，來確定時隙結(jié)構(gòu)的形式和參數(shù)。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述實現(xiàn)頻譜動態(tài)分配的步驟為1)業(yè)務(wù)監(jiān)測，所述廣播業(yè)務(wù)頻譜需求計算單元實時地計算出數(shù)字廣播發(fā)射站發(fā)射廣播業(yè)務(wù)需要的帶寬，并與預(yù)先分配的帶寬進行比較；所述無線負載綜合監(jiān)測單元實時地搜集無線接入基站的無線負載和移動通信層的無線負載，并與預(yù)先分配的帶寬進行比較；當所述廣播業(yè)務(wù)頻譜需求計算單元或無線負載綜合監(jiān)測單元在比較中發(fā)現(xiàn)其監(jiān)測的負載大于預(yù)定門限時，請求所述業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元進行頻譜協(xié)調(diào)和調(diào)整；
2)時隙長度調(diào)整縮短空閑子系統(tǒng)占用的時隙長度，加大繁忙子系統(tǒng)占用的時隙長度。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述步驟b1)為在數(shù)字廣播發(fā)射站工作時隙期間，使用無線接入基站和移動通信基站對數(shù)字廣播發(fā)射站進行觀測到達時間差測量，獲取一組觀測到達時間差測量量；所述步驟b2)為利用測量得到的觀測到達時間差測量量，和已知的無線接入基站和移動通信基站與被其測量的數(shù)字廣播發(fā)射站之間的距離，計算出不同數(shù)字廣播發(fā)射站之間的相關(guān)時間差；所述步驟b3)為在所述相關(guān)時間差大于允許的誤差范圍時，就對相應(yīng)數(shù)字廣播發(fā)射站的發(fā)射時間進行調(diào)整，使其相關(guān)時間差保持在誤差范圍內(nèi)，具體調(diào)整方法是遲滯處于相對提前狀態(tài)的數(shù)字廣播發(fā)射站的信號發(fā)送時間，或者提前處于相對之后狀態(tài)的數(shù)字廣播發(fā)射站的信號發(fā)送時間。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述步驟b1)為在移動通信基站工作時隙期間，或者在各個移動通信基站向無線接入基站進行BACKHAUL數(shù)據(jù)傳送期間，無線接入基站對移動通信基站進行觀測到達時間差測量，獲取觀測到達時間差測量量；所述步驟b2)為利用測量得到的觀測到達時間差測量量和已知的移動通信基站與無線接入基站之間的距離，計算出不同移動通信基站之間的相關(guān)時間差；所述步驟b3)為這些相關(guān)時間差被送到位于管理和控制子網(wǎng)中的移動臺定位中心和網(wǎng)絡(luò)同步質(zhì)量監(jiān)測和協(xié)調(diào)單元，用于移動臺定位和網(wǎng)絡(luò)同步調(diào)整，具體調(diào)整方法遲滯處于相對提前狀態(tài)的移動通信基站的信號發(fā)送時間，或者提前處于相對之后狀態(tài)的移動通信基站的信號發(fā)送時間。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述步驟b1)為在無線接入基站工作時隙期間，移動通信基站對無線接入基站進行觀測到達時間差測量，獲取觀測到達時間差測量量；所述步驟b2)為利用測量得到的觀測到達時間差測量量和已知的移動通信基站與無線接入基站之間的距離，計算出不同無線接入基站之間的相關(guān)時間差；所述步驟b3)為將這些相關(guān)時間差被送到位于管理和控制子網(wǎng)中的移動臺定位中心和網(wǎng)絡(luò)同步質(zhì)量監(jiān)測和協(xié)調(diào)單元，用于移動臺定位和網(wǎng)絡(luò)同步調(diào)整，具體調(diào)整方法為遲滯處于相對提前狀態(tài)的無線接入基站的信號發(fā)送時間，或者提前處于相對之后狀態(tài)的無線接入基站的信號發(fā)送時間。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述測量時可以使用數(shù)字廣播發(fā)射站的臺標信號，也可以使用數(shù)字廣播發(fā)射站發(fā)送的數(shù)字廣播中插入的專為觀測到達時間差測量設(shè)計的編碼信號。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述步驟e1)可由網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起，也可由移動臺發(fā)起，可連續(xù)測量，也可突發(fā)測量，當某個小區(qū)需要進行一次定位用的觀測到達時間差測量時，就使該小區(qū)發(fā)送的超幀中的特定定位時隙進入定位狀態(tài)，該小區(qū)與該定位時隙同步的定位時隙保持通信狀態(tài)。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述步驟e1)為在一個超幀組內(nèi)進行多次定位時，在該超幀組內(nèi)選出多個超幀，啟動這些超幀中的定位時隙使其處于定位狀態(tài)。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述步驟e2)包括首先利用主基站測量的到副基站之間的相關(guān)時間差和移動臺測量的觀測到達時間差來計算出到達時間差，然后利用雙曲定位獲取移動臺的位置估計量。
所述的實現(xiàn)方法，其中，所述定位方法得到的位置估計結(jié)果進一步地與使用到達方向獲得的位置結(jié)果、與衛(wèi)星定位獲取的定位結(jié)果相融合。
本發(fā)明的所述分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方法提出的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡潔地實現(xiàn)了數(shù)字廣播業(yè)務(wù)、移動通信業(yè)務(wù)、移動臺定位業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、頻譜的融合和頻譜動態(tài)分配，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)易于實現(xiàn)現(xiàn)有數(shù)字地面廣播系統(tǒng)DVB-T、ISDB、ATSC標準)和3G移動通信系統(tǒng)TD-SCDMA系統(tǒng))的融合，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)易于實現(xiàn)未來數(shù)字地面廣播與移動通信系統(tǒng)的融合。
本發(fā)明提出的TDD模式下的同步測量和同步調(diào)整方法可以實現(xiàn)傳統(tǒng)同步方法無法實現(xiàn)的嚴格同步(同步到天線口面)；使用具有衛(wèi)星定位定時能力的無線路由器和網(wǎng)關(guān)作為移動終端與基站(或無線接入電)的通信中繼器，可以顯著改善TDD模式下網(wǎng)絡(luò)的上行同步質(zhì)量，同時降低終端的發(fā)射功率。
本發(fā)明提出的TDD模式下移動臺定位時隙的插入和定位時隙處于定位狀態(tài)的空間復(fù)用方法很簡潔地解決了定位與通信的融合，以最小的頻譜開銷實現(xiàn)了定位系統(tǒng)與通信系統(tǒng)的統(tǒng)一，本發(fā)明給出的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)易于布設(shè)，易于擴容。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)DVB-T與UMTS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)融合方法示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)的FDD方式頻譜共享的保護頻帶示意圖；圖3為一種現(xiàn)有技術(shù)中的頻譜復(fù)用方法示意圖；圖4為一種現(xiàn)有技術(shù)中動態(tài)頻譜分配方法示意圖；圖5為一種現(xiàn)有技術(shù)的實現(xiàn)內(nèi)容點播的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明的一種綜合實現(xiàn)數(shù)字廣播和移動通信的分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明的一種無線接入子網(wǎng)的空間布局示意圖；圖8為本發(fā)明的一種三系統(tǒng)分時共享頻譜的時隙分配示意圖；圖9為本發(fā)明的一種TDD系統(tǒng)中時隙的基本結(jié)構(gòu)、定位時隙的插入和定位時隙空間復(fù)用示意圖。
具體實施例以下結(jié)合附圖，通過對本發(fā)明的較佳實施例的詳細描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方案及其有益效果顯而易見。
本發(fā)明的一種分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)絡(luò)的組成和工作原理如圖6所示的，為一種綜合實現(xiàn)數(shù)字廣播業(yè)務(wù)與移動通信業(yè)務(wù)融合的分層接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其由無線接入子網(wǎng)102以及管理和控制子網(wǎng)101兩大部分組成。
所述無線接入子網(wǎng)102的組成為所述無線接入子網(wǎng)102由無線數(shù)字廣播層112、寬帶無線支撐層113、移動通信層114，以及存在于這些層面覆蓋范圍內(nèi)、可以與這些層面中的一個或多個層面配合工作的各種終端即圖6中的無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124組成。
無線數(shù)字廣播層112由1個或多個數(shù)字廣播發(fā)射站201組成；寬帶無線支撐層113由1個或多個無線接入基站202組成；移動通信層114由若干個移動通信基站203或者由若干個移動通信基站203與若干個廣域網(wǎng)接入點207混合組成，其一種可能的空間布局如圖7所示。其中，數(shù)字廣播發(fā)射站201的覆蓋范圍204大于寬帶無線支撐層113的覆蓋范圍205，寬帶無線支撐層113的覆蓋范圍205大于移動通信基站203的覆蓋范圍206和廣域網(wǎng)接入點207的覆蓋范圍208。
數(shù)字廣播發(fā)射站201由發(fā)射機組成，數(shù)字廣播發(fā)射站201表示的發(fā)射機由兩種類別，一類是單通道單天線發(fā)射機；一類是多通道多天線發(fā)射機。當采用多通道多天線發(fā)射機時，數(shù)字廣播發(fā)射站201與采用多天線多通道接收機和發(fā)射機的路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124構(gòu)成多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)，與采用單天線單通道接收機和發(fā)射機的路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124構(gòu)成多輸入單輸(MISO)出系統(tǒng)。通過采取恰當?shù)目諘r處理技術(shù)，如V-BLAST算法、Alamouti算法等，以及采取將空時編碼與信源編碼，如分層信源編碼相結(jié)合，這種MIMO或MISO數(shù)字廣播系統(tǒng)和傳統(tǒng)的SISO數(shù)字廣播系統(tǒng)比較，可以有效地提高數(shù)字廣播系統(tǒng)的頻譜效率。這種頻譜效率的提高可以在保證數(shù)字廣播所需要的信道容量的前提下，顯著地降低數(shù)字廣播業(yè)務(wù)占用的帶寬，把節(jié)約的帶寬供移動通信使用。
無線接入基站202、移動通信基站203均由發(fā)射機和接收機兩部分組成，發(fā)射機和接收機分別用于實現(xiàn)通信系統(tǒng)的下行鏈路和上行鏈路。無線接入基站202、移動通信基站203中的發(fā)射機和接收機均采用多天線多通道結(jié)構(gòu)，這種多天線多通道接收機和發(fā)射機結(jié)構(gòu)與采用多天線多通道發(fā)射機和接收機結(jié)構(gòu)的路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124相配合，構(gòu)成多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)；這種多天線多通道接收機和發(fā)射機結(jié)構(gòu)與采用單天線單通道發(fā)射機和接收機結(jié)構(gòu)的路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124相配合，構(gòu)成多輸入單輸出(MISO)系統(tǒng)。通過采取恰當?shù)目諘r處理技術(shù)，如V-BLAST算法、Alamouti算法，這種MIMO或MISO通信系統(tǒng)和傳統(tǒng)的SISO通信系統(tǒng)比較，可以有效地提高通信系統(tǒng)的頻譜效率。
采用多天線多通道系統(tǒng)來實現(xiàn)數(shù)字廣播和通信系統(tǒng)是實現(xiàn)數(shù)字廣播業(yè)務(wù)與移動通信業(yè)務(wù)共享頻譜的一個關(guān)鍵。通過MIMO、MISO技術(shù)有效地提高數(shù)字廣播系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng)的頻譜效率后，可以實現(xiàn)同樣的帶寬被兩個系統(tǒng)使用后，不但不影響其中一個的系統(tǒng)容量，反而有可能增加其容量。比如，在平均頻譜效率為1bit/s/hz的時候，40MHz寬的頻帶只可以傳送40Mbps的數(shù)字廣播信號，如果通過MIMO、MISO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和空時處理技術(shù)將平均頻譜效率提高到4bit/s/hz，就可以得到160Mbps的系統(tǒng)容量，如果在數(shù)字廣播和移動通信之間平均分配這個容量，每個系統(tǒng)可以得到80Mbps的容量，兩個系統(tǒng)通過采用提高頻譜效率的技術(shù)，在復(fù)用同一段頻譜后，各自的容量比原來提高了一倍。
數(shù)字廣播發(fā)射站201、無線接入基站202、移動通信基站203使用IP(Internet Protocal)協(xié)議來實現(xiàn)其與網(wǎng)絡(luò)的其他單元和節(jié)點之間的數(shù)據(jù)的傳輸，IPV6、MIPV6和其改進型，是數(shù)字廣播發(fā)射站201、無線接入基站202、移動通信基站203實現(xiàn)移動管理和無線資源管理的基本協(xié)議。
無線路由器和網(wǎng)關(guān)122具有多模或軟件無線電技術(shù)實現(xiàn)的空中接口，具有與本發(fā)明所述無線接入子網(wǎng)中的一個或多個層面進行接入的能力，也具有通過軟件無線電或多模技術(shù)和其他類型的無線網(wǎng)絡(luò)，如WLAN、UWB、藍牙等網(wǎng)絡(luò)進行通信的能力，支持多模式空中接口同時工作，如，在和本發(fā)明所述網(wǎng)絡(luò)進行通信的同時，可以與其他網(wǎng)絡(luò)通信。通過軟件無線電或多模技術(shù)，無線路由器和網(wǎng)關(guān)122還可以具有如下一種或多種能力1)有多種工作模式，如FDD/TDD、多種編碼調(diào)制方式；2)通過軟件無線電或多模技術(shù)，無線路由器和網(wǎng)關(guān)122具有頻譜監(jiān)測的能力，即根據(jù)需要，對其工作頻帶和工作頻帶之外的信號質(zhì)量或干擾環(huán)境進行監(jiān)測；3)無線路由器和網(wǎng)關(guān)122在其網(wǎng)絡(luò)管理程序的支持下，可以支持多種無線鏈路拓撲結(jié)構(gòu)，如AD HOC；4)可以和有線局域網(wǎng)，如車載網(wǎng)、機載網(wǎng)、艦載網(wǎng)相連；4)無線路由器和網(wǎng)關(guān)122具有衛(wèi)星定位，如GPS或AGPS定位/定時功能。小型化的無線路由器122可以是一個移動終端的組成部分。無線路由器和網(wǎng)關(guān)122分為兩大類，一類是移動式的，這類移動式路由器和網(wǎng)關(guān)可以用于各種移動平臺和用于個人攜帶；另一類是固定式的，這類路由器和網(wǎng)關(guān)可以用于家庭、辦公室等場合，固定型可以是家庭信息采集和發(fā)送的傳感網(wǎng)通信節(jié)點，也可以是某個固定位置的監(jiān)測、傳感信息通信節(jié)點，如公共交通管理站的一個通信節(jié)點、水文監(jiān)測站的通信節(jié)點。
具有衛(wèi)星定位定時能力的無線路由器和網(wǎng)關(guān)122作為移動終端與基站或無線接入點的通信中繼器，這種應(yīng)用模式可以顯著改善TDD模式下網(wǎng)絡(luò)的上行同步質(zhì)量，同時降低終端的發(fā)射功率。無線路由器和網(wǎng)關(guān)122作為中繼器時，可以對上下行鏈路都進行中繼，也可以只對上行鏈路進行中繼。
數(shù)字廣播接收機123除了具有傳統(tǒng)的廣播接收功能之外，也具有無線通信能力，可以通過特定的空中接口，如圖6中的無線局域網(wǎng)126，該無線局域網(wǎng)由更小的無線局域網(wǎng)、無線個人域網(wǎng)、無線路由器和網(wǎng)關(guān)122組成，和有線網(wǎng)絡(luò)，如圖6中的互聯(lián)網(wǎng)127與本發(fā)明中所述的管理和控制子網(wǎng)101中的功能單元，如廣播業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測單元103進行通信。
移動或固定終端124具有和無線數(shù)字廣播層112、寬帶無線支撐層113、移動通信層114中的一個或多個層面配合工作的能力。移動或固定終端124的另一種實現(xiàn)是除了具有和無線數(shù)字廣播層112、寬帶無線支撐層113、移動通信層114中的一個或多個層面配合工作的能力之外，同時也具有和無線局域網(wǎng)126進行通信的能力。移動或固定終端124的移動型可以是個人助理、筆記本電腦、手機等；移動或固定終端124的固定型可以是家庭信息采集和發(fā)送的傳感網(wǎng)通信節(jié)點，也可以是某個固定位置的監(jiān)測、傳感信息通信節(jié)點，如公共交通管理站的一個通信節(jié)點、水文監(jiān)測站的通信節(jié)點等。
無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124可以是單天線單通道系統(tǒng)，也可以是多天線多通道系統(tǒng)。但是，無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124在采用多天線多通道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并配合相應(yīng)的空時處理后，可以獲得更好的通信效果。
無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124一種地址方式是采用IP協(xié)議，如IPV6的地址方式來表示自己。采用IP協(xié)議時，均支持移動IP協(xié)議，如MIPV6或其改進版本。
所述無線接入子網(wǎng)102的工作原理為A.無線接入子網(wǎng)的同步所述無線接入子網(wǎng)102的同步分為層內(nèi)同步即各個基站或發(fā)射機之間的同步、層間同步即不同層按照嚴格的時隙分配進行工作、上下行鏈路同步即無線接入基站202、移動通信基站203、無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124發(fā)射時刻的同步三個主要方面。
層內(nèi)同步網(wǎng)絡(luò)無線接入子網(wǎng)102包含的無線數(shù)字廣播層112、寬帶無線支撐層113、移動通信層114內(nèi)包含的數(shù)字廣播發(fā)射站201、無線接入基站202、移動通信基站203的定時和同步可以由多種方法實現(xiàn)，如使用衛(wèi)星定位，GPS接收機實現(xiàn)，或者通過地面網(wǎng)絡(luò)傳送的同步信號實現(xiàn)。
為了進一步提高網(wǎng)內(nèi)同步的精度，需要采取RTD測量和調(diào)整措施。數(shù)字廣播發(fā)射站201之間、無線接入基站202之間、移動通信基站203之間的同步測量和調(diào)整靠下面描述的RTD測量來實現(xiàn)，RTD測量可以校正由于射頻通道的離散性引入的隨機時延，可以在衛(wèi)星定位，如GPS同步的基礎(chǔ)上，進一步提高數(shù)字廣播發(fā)射站201之間、無線接入基站202之間、移動通信基站203之間的同步性能，使同步控制在信號離開天線口面的時間，從而進一步提高了無線接入系統(tǒng)的同步性能，改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
層間同步無線數(shù)字廣播層112向?qū)拵o線支撐層113、移動通信層114發(fā)送層間以及無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124發(fā)送層間同步信息115。這種層間同步信息115由無線數(shù)字廣播層112內(nèi)的數(shù)字廣播發(fā)射站201向?qū)拵o線支撐層113、移動通信層114內(nèi)的基站202、203發(fā)送。
層間同步信息115包括實現(xiàn)層間按照規(guī)定的時隙有序工作和移動臺即無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124捕獲所需時隙所需要的引導信號，如，層間同步信息115包括1)數(shù)字廣播發(fā)射站201的代碼，該代碼可用于測量不同數(shù)字廣播發(fā)射站之間的RTD時識別特定的高數(shù)字廣播發(fā)射站；2)給不同層分配的工作時隙的長度和這些時隙的排列順序，這個信息可用于寬帶無線支撐層113、移動通信層114確定自己工作的時隙位置和時隙長度，這個信息同時被無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124接收，用于確定自己的工作時隙和工作模式，無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124可以在特定的時隙內(nèi)與其它網(wǎng)絡(luò)，如圖6中的無線局域網(wǎng)126建立通信聯(lián)系。無線數(shù)字廣播層112向?qū)拵o線支撐層113、移動通信層114之間的頻譜分配進行調(diào)整時，層間同步信息115也相應(yīng)地發(fā)生變化，如時隙長度和時隙順序的調(diào)整，以適應(yīng)動態(tài)頻譜分配的需要。
上下行鏈路同步分為1)無線接入基站202與移動通信基站203之間的上下行鏈路同步。這種鏈路用無線接入基站202與移動通信基站203之間的BACKHAUL傳輸、移動通信基站203之間的RTD測量、無線接入基站202和無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、移動或固定終端124之間的通信鏈接；2)移動通信基站203和移動通信基站203之外的基站之間的上下行鏈路同步，這種同步用于移動通信基站203與移動通信基站203之外的基站之間實現(xiàn)AD HOC通信鏈接；3)移動通信基站203與無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124之間的上下行通信鏈路的同步。
寬帶無線支撐層113中的無線接入基站202除了上述工作方式之外，在分配給移動通信層114的時隙中，也可以按照移動通信層114中的基站的工作方式進行工作。
為了實現(xiàn)無線接入基站202與移動通信基站之間的上下行鏈路同步，需要無線接入基站202在層間同步信息115廣播的自己的工作時隙內(nèi)發(fā)送標識信息和控制信息，如，發(fā)送標識自己的識別信息；發(fā)送上下行時隙的位置信息；發(fā)送時隙長度信息。為了實現(xiàn)移動通信基站與移動通信基站203之間的上下行鏈路同步，需要移動通信基站203在層間同步信息115廣播的自己的工作時隙內(nèi)發(fā)送標識信息和控制信息，如，發(fā)送標識自己的識別信息；發(fā)送上下行時隙的位置信息；發(fā)送時隙長度信息。為了實現(xiàn)移動通信基站203與無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124之間的上下行通信鏈路的同步，需要移動通信基站203在層間同步信息115廣播的自己的工作時隙內(nèi)，向自己的服務(wù)區(qū)域內(nèi)發(fā)送標識信息和控制信息，如，發(fā)送標識自己的識別信息；發(fā)送上下行時隙的位置信息；發(fā)送時隙長度信息。在實際系統(tǒng)工作中，還需要在上下行鏈路時隙內(nèi)發(fā)送用于輔助信道估計的信息以提高上下行鏈路的傳輸效率。
在完成了上述層內(nèi)同步、層間同步、上下行鏈路同步之后，在下述管理和控制子網(wǎng)101的配合下，無線接入網(wǎng)102即可以有序地協(xié)調(diào)工作。
B.無線接入子網(wǎng)中的通信關(guān)系如圖6中所示的廣播信號流116表示無線數(shù)字廣播層112發(fā)送給無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124的廣播信號，包括業(yè)務(wù)信號和控制、識別信號；通信鏈接120表示寬帶無線支撐層113與無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、移動或固定終端124之間的通信鏈接，通過這個通信鏈接120，寬帶無線支撐層113發(fā)出業(yè)務(wù)信號和控制、識別信號；通信鏈接117是寬帶無線支撐層113與移動通信層114之間的通信鏈接，通過這個通信連接實現(xiàn)寬帶無線支撐層113與移動通信層114之間的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳送和RTD測量；通信鏈接118是移動通信層114與無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、移動或固定終端124之間的通信鏈接。廣播信號流119表示數(shù)字廣播接收機123從移動通信層114接收數(shù)字廣播信號，本發(fā)明給出的無線接入子系統(tǒng)從原理上也支持數(shù)字廣播接收機123與移動通信層114建立雙向通信聯(lián)系。
C.無線接入子網(wǎng)對測量的支持圖9給出了本發(fā)明提出的一種適用于TDD系統(tǒng)的時隙的基本結(jié)構(gòu)、定位時隙的插入和定位時隙空間復(fù)用原理圖。圖中的無線數(shù)字廣播層112的工作時隙407、寬帶無線支撐層113的工作時隙408、移動通信層114的工作時隙406、定位時隙405A～G構(gòu)成了一個復(fù)合幀401，若干個復(fù)合幀401構(gòu)成一個超幀402、403，若干個超幀組成一個超幀組404。
構(gòu)成一個超幀402、403較佳的復(fù)合幀401的個數(shù)是7個，原因是這樣便于在空間上復(fù)用超幀中的定位時隙405A～G。定位時隙405A～G由標識小區(qū)號的導頻信號或基站標識符號子時隙和緊跟這個導頻信號的子時隙兩部分組成，定位時隙有兩種工作狀態(tài)1)定位狀態(tài)；2)通信狀態(tài)。定位狀態(tài)是指在這個定位時隙內(nèi)，既不發(fā)送導頻信號，也不發(fā)送業(yè)務(wù)信號，僅僅作為本小區(qū)服務(wù)的終端對鄰小區(qū)進行OTDOA測量的時隙；在定位時隙的通信狀態(tài)，定位時隙內(nèi)可以傳送QOS要求較低的業(yè)務(wù)，如發(fā)送圖片、短信這種時延不敏感的業(yè)務(wù)。需要強調(diào)的是，在一個超幀內(nèi)的7個定位時隙中，只能有一個時隙處于定位狀態(tài)，其它六個時隙都要處于通信狀態(tài)。導頻信號子時隙內(nèi)發(fā)送的導頻信號既可以用于本小區(qū)的通信目的，也可以用于其他小區(qū)定位時的OTDOA測量。
一個超幀內(nèi)7個定位時隙405A～G的空間復(fù)用方法和蜂窩結(jié)構(gòu)的頻率空間復(fù)用方法是類似的圖9(a)中一個超幀內(nèi)的定位時隙405A、405B、405C、405D、405E、405F、405G處于定位狀態(tài)的排列如圖9(b)所示，即7個蜂窩布局的小區(qū)A、B、C、D、E、F、G分別對應(yīng)定位時隙405A、405B、405C、405D、405E、405F、405G處于定位狀態(tài)。
無線接入基站202和移動通信基站203通過其采用的陣列天線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)到達方向DOA(Direction Of Arrival)測量功能，DOA測量量和RTT(Round Trip Time)測量量相結(jié)合實現(xiàn)對無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、移動或固定終端124的定位；無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、移動或固定終端124除了完成通信、廣播接收功能之外，還需要支持對服務(wù)基站包括無線接入基站202和移動通信基站203與其它基站之間的觀測到達時間差OTDOA(Observed Time Difference Of Arrival)測量功能，OTDOA測量量和RTD測量量相結(jié)合作為雙曲線定位的基礎(chǔ)。圖6所示的接入網(wǎng)可以單獨使用DOA定位、TDOA定位或AGPS定位，或者也可以綜合使用DOA定位、TDOA定位和AGPS定位中的一個或多個得到更為準確的移動臺的位置、移動速度信息，利用這些信息實現(xiàn)準確的上行同步，或利用這些信息確定最優(yōu)的傳輸方式。
所述管理和控制子網(wǎng)的組成和工作原理管理和控制子網(wǎng)101由圖6所示的廣播業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測單元103、廣播業(yè)務(wù)頻譜需求計算單元104、業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元105、接入網(wǎng)綜合控制單元106、網(wǎng)絡(luò)同步質(zhì)量監(jiān)測和協(xié)調(diào)單元107、無線負載綜合檢測單元108、若干個數(shù)據(jù)庫109A、109B、若干個路由器110A、110B、110C若干個媒體網(wǎng)關(guān)111組成。
廣播業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測單元103用于搜集、處理由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點即無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124和無線接入基站202、移動通信基站203等采集來的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量信息，服務(wù)質(zhì)量信息主要包括衡量廣播信號的覆蓋情況的信息，如信干比、和信干比對應(yīng)的位置和時間等。廣播業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測單元103對數(shù)字廣播發(fā)射站201覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)字廣播信號的覆蓋質(zhì)量進行全天候監(jiān)測，并把檢測結(jié)果作為網(wǎng)絡(luò)維護和網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度的依據(jù)之一。比如，當某個區(qū)域大范圍長時間出現(xiàn)廣播信號質(zhì)量低于正常門限時，就要進行網(wǎng)絡(luò)覆蓋的修正，或者使用底層的無線接入基站202、移動通信基站203對這個覆蓋不好的區(qū)域發(fā)射數(shù)字廣播發(fā)射站201的業(yè)務(wù)進行補救(假設(shè)此時底層的無線接入基站202或移動通信基站203對這個區(qū)域有良好的覆蓋并有富裕的容量)。
廣播業(yè)務(wù)頻譜需求計算單元104根據(jù)需要數(shù)字廣播發(fā)射站201發(fā)射的廣播業(yè)務(wù)的流量來計算數(shù)字廣播發(fā)射站201需要的帶寬，這個帶寬作為業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元105在數(shù)字廣播系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng)之間分配頻譜(對于本發(fā)明就是在數(shù)字廣播系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng)之間分配時隙寬度)的一個依據(jù)。
業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元105實現(xiàn)數(shù)字廣播系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)，如，根據(jù)數(shù)字廣播系統(tǒng)需要承載的業(yè)務(wù)量、廣播業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測單元103提供的數(shù)字廣播網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量，確定需要由移動通信網(wǎng)承載的針對特定區(qū)域或特定用戶群的廣播業(yè)務(wù)，需要由移動通信網(wǎng)承載的點播業(yè)務(wù)，以及在相應(yīng)的業(yè)務(wù)分配情況下，根據(jù)數(shù)字廣播系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)比例和廣播業(yè)務(wù)頻譜需求計算單元104的計算結(jié)果，確定兩個系統(tǒng)之間的頻譜分配比例和數(shù)量(即分配時隙寬度)。業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元105的一個基本作用是在廣播業(yè)務(wù)下降的時段，把更多的頻譜(時隙數(shù)量)分配給通信業(yè)務(wù)，在廣播業(yè)務(wù)上升的時段，把更多的頻譜(時隙數(shù)量)分配給廣播業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元105是實現(xiàn)不同子網(wǎng)絡(luò)之間業(yè)務(wù)和頻譜分配的核心功能單元；接入網(wǎng)綜合控制單元106根據(jù)業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元105給出的業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)結(jié)果，在圖6給出的無線接入子網(wǎng)102的不同層面之間、同一個層面內(nèi)的不同工作模式之間的工作進程協(xié)調(diào)和無線資源調(diào)度，如，接入網(wǎng)綜合控制單元106向無線接入子網(wǎng)102的寬帶無線支撐層113、移動通信層114發(fā)出指定其時隙寬度的指令、發(fā)出指定其進行小區(qū)呼吸的指令、發(fā)出指定其上下行時隙分配方式的指令等。
網(wǎng)絡(luò)同步質(zhì)量監(jiān)測和協(xié)調(diào)單元107接收和處理由無線接入子網(wǎng)102送來的無線數(shù)字廣播層112中相鄰數(shù)字廣播發(fā)射站201之間的相關(guān)時間差RTD(Relative Time Difference)數(shù)據(jù)、移動通信層114中相鄰基站間的RTD(Relative Time Difference)數(shù)據(jù)、寬帶無線支撐層113中相鄰基站間的RTD(Relative Time Difference)數(shù)據(jù)、以及由無線接入子網(wǎng)102中的某些節(jié)點(終端或基站)送來的上行同步質(zhì)量信息，對網(wǎng)絡(luò)的同步狀態(tài)進行調(diào)整。對數(shù)字廣播發(fā)射站之間同步的調(diào)整方法是以數(shù)字廣播發(fā)射站上的衛(wèi)星定位，如GPS時間為參考，按照測量得到的兩個相鄰數(shù)字廣播發(fā)射站之間的RTD值的大小，按照預(yù)定的步長，通過增加處于提前發(fā)射狀態(tài)的數(shù)字廣播發(fā)射站的時延，或通過減小處于滯后發(fā)射的數(shù)字廣播發(fā)射站的時延，逐步調(diào)整到RTD小于要求的范圍內(nèi)。對移動通信層114中相鄰基站間的RTD的調(diào)整、寬帶無線支撐層113中相鄰基站間的RTD的調(diào)整采取同樣的方法。對于出現(xiàn)上行同步質(zhì)量差的區(qū)域，可以采取多種方法來解決上行同步問題，如，通過接入網(wǎng)綜合控制單元106調(diào)整上下行間的保護時隙來解決，如果是由高速導致的上行同步差，就把高速移動的終端切換到寬帶無線支撐層113，利用該層為支持高速移動特別設(shè)計的時隙來改善上行同步。
無線負載綜合檢測單元108獲取寬帶無線支撐層113中各個基站、移動通信層114中各個基站送來的無線負載信息，這些信息提供給接入網(wǎng)綜合控制單元106使用。接入網(wǎng)綜合控制單元106根據(jù)無線負載綜合檢測單元108采集的不同基站上的負載情況，執(zhí)行相應(yīng)的控制，如，當移動通信層114中相鄰基站中某個基站的負載過重而其周圍的接入點負載較輕時，負載綜合檢測單元108就向負載重的基站和其周圍負載較輕的基站發(fā)出小區(qū)呼吸命令，減小負載重的基站的覆蓋范圍，擴大負載輕的基站的覆蓋范圍。
為了邊緣描述，上述廣播業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測單元103、廣播業(yè)務(wù)頻譜需求計算單元104、業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元105、接入網(wǎng)綜合控制單元106、網(wǎng)絡(luò)同步質(zhì)量監(jiān)測和協(xié)調(diào)單元107、無線負載綜合檢測單元108是按照在管理控制子網(wǎng)中集中實現(xiàn)的方式給出的，也可以把這些功能的全部或部分地分布到無線接入子網(wǎng)中的各個節(jié)點、基站、終端中實現(xiàn)。
所述數(shù)據(jù)庫109A、109B用于提供用戶數(shù)據(jù)、用戶需要的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)等；所述路由器110A、110B、110C用于實現(xiàn)基于IP協(xié)議的，特別是IPV6/MIPV6的帶有QOS保障的路由功能；所述媒體網(wǎng)關(guān)111用于實現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)流的傳輸格式的轉(zhuǎn)換，如對MEPG系列碼流、H.26X碼流的IP打包封裝和拆封裝。
本發(fā)明給出的時分復(fù)用頻譜的方法具體描述如下第一步確定需要時分復(fù)用同一個頻帶的子系統(tǒng)的個數(shù)在計算復(fù)用同一個頻帶的子系統(tǒng)個數(shù)時，處于同一層的多個子系統(tǒng)當作一個子系統(tǒng)處理，如，移動通信層114中可以只包含若干個移動通信基站203，也可以包含若干個移動通信基站203與若干個廣域網(wǎng)接入點207，當移動通信層114包含若干個移動通信基站203與若干個廣域網(wǎng)接入點207時，由于若干個移動通信基站203與若干個廣域網(wǎng)接入點207處于同一層，在頻譜分配時，把移動通信基站203與廣域網(wǎng)接入點207當作一個系統(tǒng)對待。
在圖6所示的系統(tǒng)中，無線接入子網(wǎng)102由無線數(shù)字廣播層112、寬帶無線支撐層113、移動通信層114組成，這是一個在三個子系統(tǒng)間時分頻譜的問題。
第二步估算每個子系統(tǒng)需要的初始帶寬1)估算每個子系統(tǒng)的業(yè)務(wù)量，把業(yè)務(wù)量、背景干擾、傳輸模式等因素綜合考慮后進行頻譜計算。如果限定的帶寬滿足業(yè)務(wù)量之和所需要的帶寬，就進入時隙寬度分配，否則降低業(yè)務(wù)量或增加帶寬；2)計算限定帶寬下每個子系統(tǒng)需要占用的時間寬度；第三步確定時隙結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)根據(jù)復(fù)用同一個頻帶的子系統(tǒng)的個數(shù)、業(yè)務(wù)量大小和業(yè)務(wù)的QOS要求時延，來確定時隙結(jié)構(gòu)的形式和參數(shù)。
圖8是一種三系統(tǒng)分時共享頻譜的基本時隙結(jié)構(gòu)形式，圖中的數(shù)字廣播時隙301、BACKHAUL時隙302和無線通信時隙303共同構(gòu)成一個復(fù)合時隙，在無線接入子網(wǎng)102周期性地循環(huán)出現(xiàn)。在一個復(fù)合時隙的組合周期內(nèi)循環(huán)依次發(fā)送數(shù)字廣播時隙301、BACKHAUL時隙302和無線通信時隙303，所述數(shù)字廣播時隙301依次細分為和數(shù)字廣播信道對應(yīng)的子時隙，所述無線通信時隙303依次細分為和無線通信信道對應(yīng)的子時隙。
本發(fā)明給出的實現(xiàn)頻譜動態(tài)分配的方法為，其包括如下步驟第一步業(yè)務(wù)監(jiān)測對數(shù)字廣播業(yè)務(wù)需要頻譜和移動通信、無線支撐等業(yè)務(wù)需要的頻譜進行綜合監(jiān)測。
在本發(fā)明給出的如圖6所示的系統(tǒng)中，廣播業(yè)務(wù)頻譜需求計算單元104實時地計算出數(shù)字廣播發(fā)射站201發(fā)射廣播業(yè)務(wù)需要的帶寬，并與預(yù)先分配的帶寬進行比較；無線負載綜合監(jiān)測單元108實時地搜集無線接入基站202的無線負載和移動通信層114的無線負載，并與預(yù)先分配的帶寬進行比較。當廣播業(yè)務(wù)頻譜需求計算單元104或無線負載綜合監(jiān)測單元108在比較中發(fā)現(xiàn)其監(jiān)測的負載大于預(yù)定門限時，就請求業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元105進行頻譜協(xié)調(diào)和調(diào)整；第二步時隙長度調(diào)整時隙調(diào)整的原則是縮短空閑子系統(tǒng)占用的時隙長度，加大繁忙子系統(tǒng)占用的時隙長度。
比如，當廣播業(yè)務(wù)頻譜需求計算單元104計算出的需要數(shù)字廣播發(fā)射站201發(fā)射的廣播業(yè)務(wù)的流量降低，同時無線負載綜合監(jiān)測單元108搜集的無線負載數(shù)據(jù)表明移動終端通信流量加大時，就通過業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元105把廣播發(fā)射站201占用的時隙寬度降低，把無線通信時隙303加大；如果是數(shù)字廣播發(fā)射站201發(fā)射的廣播業(yè)務(wù)的流量降低，移動終端通信流量不變，只是無線接入基站202的負載加大，就降低數(shù)字廣播時隙301，加大BACKHAUL時隙302。
本發(fā)明還給出一種基于該接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)的層內(nèi)同步測量和調(diào)整方法，其對數(shù)字廣播發(fā)射站間的同步測量方法包括以下步驟第一步在數(shù)字廣播發(fā)射站工作時隙407期間，使用無線接入基站202和移動通信基站203對數(shù)字廣播發(fā)射站進行OTDOA測量，獲取一組OTDOA測量量。測量時可以使用數(shù)字廣播發(fā)射站的臺標信號，也可以使用數(shù)字廣播發(fā)射站發(fā)送的其它形式的信號，如數(shù)字廣播中插入的專為OTDOA測量設(shè)計的編碼信號；第二步利用第一步測量得到的OTDOA測量量，和已知的無線接入基站202和移動通信基站203與被其測量的數(shù)字廣播發(fā)射站之間的距離，該距離可以預(yù)先進行測量標定，計算出不同數(shù)字廣播發(fā)射站之間的RTD；RTD大于允許的誤差范圍時，就對相應(yīng)數(shù)字廣播發(fā)射站的發(fā)射時間進行調(diào)整，使其RTD保持在誤差范圍內(nèi)。具體調(diào)整方法是遲滯處于相對提前狀態(tài)的數(shù)字廣播發(fā)射站的信號發(fā)送時間，或者提前處于相對之后狀態(tài)的數(shù)字廣播發(fā)射站的信號發(fā)送時間。
本發(fā)明所述的對移動通信基站間的同步測量方法包括以下步驟第一步在移動通信基站工作時隙406期間，或者在各個移動通信基站向無線接入基站202進行BACKHAUL數(shù)據(jù)傳送期間，無線接入基站202對移動通信基站進行OTDOA測量，獲取OTDOA測量量；第二步利用測量得到的OTDOA測量量和已知的移動通信基站與無線接入基站202之間的距離，該距離可以預(yù)先進行測量標定，計算出不同移動通信基站之間的RTD；這些RTD被送到位于管理和控制子網(wǎng)101中的移動臺定位中心和網(wǎng)絡(luò)同步質(zhì)量監(jiān)測和協(xié)調(diào)單元107，用于移動臺定位和網(wǎng)絡(luò)同步調(diào)整，調(diào)整方法遲滯處于相對提前狀態(tài)的移動通信基站的信號發(fā)送時間，或者提前處于相對之后狀態(tài)的移動通信基站的信號發(fā)送時間。
本發(fā)明所述的對無線接入基站間的同步測量方法包括以下步驟第一步在無線接入基站工作時隙408期間，移動通信基站對無線接入基站202進行OTDOA測量，獲取OTDOA測量量；第二步利用測量得到的OTDOA測量量和已知的移動通信基站與無線接入基站202之間的距離，該距離可以預(yù)先進行測量標定，計算出不同無線接入基站之間的RTD；這些RTD被送到位于管理和控制子網(wǎng)101中的移動臺定位中心和網(wǎng)絡(luò)同步質(zhì)量監(jiān)測和協(xié)調(diào)單元107，用于移動臺定位和網(wǎng)絡(luò)同步調(diào)整，調(diào)整方法遲滯處于相對提前狀態(tài)的無線接入基站的信號發(fā)送時間，或者提前處于相對之后狀態(tài)的無線接入基站的信號發(fā)送時間。
上述RTD除了用于同步性能的監(jiān)測、移動臺位置估計，進一步地，還用于輔助移動終端或數(shù)字廣播接收機進行快速小區(qū)搜索和快速多經(jīng)搜索。
本發(fā)明給出的移動臺定位方法包括以下步驟第一步移動臺進行OTDOA(Observed Time Difference of Arrival)測量，根據(jù)圖7給出的網(wǎng)絡(luò)空間布局，按照圖9(b)描述的定位測量時隙的空間分布，移動臺進行定位需要的OTDOA測量。
這種測量可以由網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起，也可以由移動臺發(fā)起，可以是連續(xù)測量，也可以是突發(fā)測量；當小區(qū)A需要進行一次定位用的OTDOA測量時，就使小區(qū)A發(fā)送的超幀中的定位時隙405A進入定位狀態(tài)，其他超幀中的其他定位時隙保持通信狀態(tài)；當小區(qū)C需要進行一次定位用的OTDOA測量時，就使小區(qū)C發(fā)送的超幀中的定位時隙405C進入定位狀態(tài)，其他超幀中的其他定位時隙保持通信狀態(tài)。
如果需要在一個超幀組內(nèi)進行多次定位，就在超幀組內(nèi)選出多個超幀，啟動這些超幀中的定位時隙使其處于定位狀態(tài)。如，一個超幀組對應(yīng)1秒時間，在1秒內(nèi)包含10個超幀，當需要進行每秒中5次定位時，即需要每秒測量5次OTDOA量，就從這10個超幀中選出5個超幀，分別啟動其中正確的定位時隙，就可以實現(xiàn)1秒內(nèi)進行5次OTDOA測量。
第二步進行移動臺位置估計首先利用主基站測量的到副基站之間的RTD和移動臺測量的OTDOA來計算出TDOA，然后利用雙曲定位獲取移動臺的位置估計量。
進一步地，使用TDOA雙曲定位獲取的結(jié)果與使用DOA(DOA+RTT或者多個基站的DOA)獲得的位置結(jié)果、與衛(wèi)星定位，如GPS或AGPS獲取的定位結(jié)果進行融合，可以得到更好的移動臺位置估計。
以下是針對各實施例詳細描述本發(fā)明所述分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方法的技術(shù)構(gòu)思。
實施例1如圖7所示是一個本發(fā)明給出的同頻三層無線接入子網(wǎng)的空間布局。圖中的數(shù)字廣播發(fā)射機201作為圖6的無線數(shù)字廣播層112，實際應(yīng)用中可以有多個數(shù)字廣播發(fā)射機以單頻組網(wǎng)的方式工作。數(shù)字廣播發(fā)射機覆蓋由若干個無線接入基站202組成的寬帶無線支撐層113、若干個移動通信基站203組成的移動通信層114。
網(wǎng)絡(luò)通過GPS定位系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字廣播發(fā)射機、無線接入基站、移動通信基站的定時與層內(nèi)初步同，并通過RTD測量和RTD調(diào)整實現(xiàn)層內(nèi)各個發(fā)射機、基站之間的天線口面處的同步。
寬帶無線支撐層113、移動通信層114在數(shù)字廣播發(fā)射機發(fā)射的同步信息115的控制下，按照同步信息中給出的時隙順序和長度協(xié)調(diào)工作。
數(shù)字廣播發(fā)射機201，采用多天線多通道方式，與無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124構(gòu)成MIMO信道或MISO信道，通過空時處理來顯著提高信道頻譜效率。數(shù)字廣播發(fā)射機201向其覆蓋的區(qū)域內(nèi)發(fā)送IP多媒體碼流，如經(jīng)過IP打包的MPEG-2碼流；寬帶無線支撐層113，由類似于WiMAX的系統(tǒng)組成，實現(xiàn)對移動通信基站回程(BACKHAUL)高速數(shù)據(jù)鏈，并實現(xiàn)對移動通信基站的RTD測量；移動通信基站用于支持移動通信終端的通信業(yè)務(wù)和部分廣播業(yè)務(wù)。
無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124根據(jù)自己的業(yè)務(wù)需求和支持的功能，分別和接收來自寬帶無線支撐層113、移動通信層114、無線數(shù)字廣播層112建立相應(yīng)的聯(lián)系。如，無線路由器和網(wǎng)關(guān)122作為移動或固定終端124的中繼，把移動或固定終端124與遠端的基站建立通信聯(lián)系以提高信道容量和節(jié)省移動或固定終端124的發(fā)射功率；數(shù)字廣播接收機123接收數(shù)字廣播發(fā)射機201發(fā)送的MPEG-2碼流并通過其周圍存在的網(wǎng)絡(luò)，如無線局域網(wǎng)126，把廣播信道的質(zhì)量、對廣播界目的反饋等信息發(fā)送給管理和控制子網(wǎng)101中的相應(yīng)單元，如103。
無線路由器和網(wǎng)關(guān)122、數(shù)字廣播接收機123、移動或固定終端124周期地進行OTDOA測量，如每秒1次，并把測量結(jié)果上報到網(wǎng)絡(luò)側(cè)的移動臺定位中心，由移動臺定位中心計算出移動臺的位置，或者移動臺根據(jù)自己測量的OTDOA和網(wǎng)絡(luò)廣播的和其測量的OTDOA對應(yīng)的RTD數(shù)據(jù)，移動臺實時地估計自己的位置，并利用這個位置估計結(jié)果，或者和DOA定位結(jié)果、衛(wèi)星定位結(jié)果相結(jié)合來確定自己的發(fā)射時間，從而保證不同位置上的移動臺發(fā)送的信號可以同步到達基站。
無線路由器和網(wǎng)關(guān)122采用衛(wèi)星定位，如GPS定位和定時功能，對于高速移動平臺上的終端，均通過無線路由器和網(wǎng)關(guān)122和基站建立雙跳鏈路，這樣就顯著緩解了TDD在遠距離通信和高速移動環(huán)境下通信的相對于FDD的劣勢。
無線數(shù)字廣播層112、寬帶無線支撐層113、移動通信層114按照時分方式工作于同一個頻帶內(nèi)，從原理上講，圖6、圖7給出的分層結(jié)構(gòu)適用于任何頻段，但是，為了達到好的信號傳播效果，這個被各層時分復(fù)用的同一段頻帶位于3GHz以下的某個頻率區(qū)間內(nèi)，較好的選擇方式是400MHz～1GHz之間的某個頻率區(qū)間，如果考慮到天線尺寸和傳播性能的折中，更好的選擇是工作在650MHz～800MHz之間。
實施例2本發(fā)明同樣適用于和多頻網(wǎng)MFN(Multi-Frequency Network)一起組網(wǎng)，通過圖3所示的頻率復(fù)用方式，實現(xiàn)本發(fā)明所述網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)。
在圖3所示的頻率復(fù)用方式下，只要把圖7給出的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于具有相同字母CCCCCCC的區(qū)域內(nèi)即可實現(xiàn)本發(fā)明所述同頻分層網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)，在這種情況下，上層的數(shù)字廣播仍然作為獨立的廣播系統(tǒng)，本發(fā)明所述的網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)字廣播與移動通信相融合的系統(tǒng)，這兩個系統(tǒng)可以互補工作。
本發(fā)明所給出的一種分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)和工作方法，該無線接入網(wǎng)的上層是無線數(shù)字廣播層，中間層是無線支撐層，底層是移動通信層。同時還給出了適用于這種同頻三層結(jié)構(gòu)的業(yè)務(wù)融合方法、頻譜共享方法、頻譜動態(tài)分配方法、網(wǎng)絡(luò)同步方法、移動臺定位方法。本發(fā)明所給出的分層無線接入網(wǎng)具有結(jié)構(gòu)簡潔、組網(wǎng)靈活的特點，而且易于實現(xiàn)數(shù)字廣播、移動通信和移動臺定位業(yè)務(wù)的融合，易于實現(xiàn)頻譜共享、頻譜動態(tài)分配，易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步。
綜上，為本發(fā)明的所述分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方法，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)易于實現(xiàn)未來數(shù)字地面廣播與移動通信系統(tǒng)的融合，并可以顯著改善TDD模式下網(wǎng)絡(luò)的上行同步質(zhì)量，同時降低終端的發(fā)射功率，易于布設(shè)，易于擴容。
同時，本發(fā)明的上述針對具體實施例的描述較為具體，并不能因此而理解為對本發(fā)明的專利保護范圍的限制，其專利保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求
1.一種分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，其包括實現(xiàn)無線接入的無線接入子網(wǎng)、實現(xiàn)對無線接入子網(wǎng)綜合管理和控制的管理控制子網(wǎng)兩大部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述無線接入子網(wǎng)由處于上層的無線數(shù)字廣播層、處于中間層的寬帶無線支撐層、處于底層的移動通信層，以及存在于這些層面覆蓋范圍內(nèi)、可以與這些層面中的一個或多個層面配合工作的各種終端組成；所述的管理控制子網(wǎng)至少包含一廣播業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測單元、一廣播業(yè)務(wù)頻譜需求計算單元、一業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元、一接入網(wǎng)綜合控制單元、一網(wǎng)絡(luò)同步質(zhì)量監(jiān)測和協(xié)調(diào)單元、一無線負載綜合檢測單元、若干個數(shù)據(jù)庫、若干個路由器、若干個媒體網(wǎng)關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述無線數(shù)字廣播層包含至少一個數(shù)字廣播發(fā)射站；所述寬帶無線支撐層包含至少一個無線接入基站；所述移動通信層包含若干個成連續(xù)覆蓋狀態(tài)的移動通信基站，或者包含若干個成蜂窩分布的移動通信基站和若干個無線廣域網(wǎng)基站；所述的終端包括無線路由器和網(wǎng)關(guān)、數(shù)字廣播接收機、移動或固定終端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述終端采用單天線單通道接收機和發(fā)射機結(jié)構(gòu)，并且所述數(shù)字廣播發(fā)射站采用多通道多天線發(fā)射機，構(gòu)成多輸入單輸出系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述終端采用多天線多通道接收機和發(fā)射機結(jié)構(gòu)，并且所述數(shù)字廣播發(fā)射站采用多通道多天線發(fā)射機，構(gòu)成多輸入多輸出系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述數(shù)字廣播發(fā)射站采用單通道單天線發(fā)射機。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述無線接入基站由發(fā)射機和接收機兩部分組成，發(fā)射機和接收機分別用于實現(xiàn)通信系統(tǒng)的下行鏈路和上行鏈路；所述無線接入基站的發(fā)射機和接收機均采用多天線多通道結(jié)構(gòu)，與所述采用多天線多通道發(fā)射機和接收機結(jié)構(gòu)的所述終端相配合，構(gòu)成多輸入多輸出系統(tǒng)；與所述采用單天線單通道發(fā)射機和接收機結(jié)構(gòu)的所述終端相配合，構(gòu)成多輸入單輸出系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述移動通信基站由發(fā)射機和接收機兩部分組成，發(fā)射機和接收機分別用于實現(xiàn)通信系統(tǒng)的下行鏈路和上行鏈路；所述發(fā)射機和接收機均采用多天線多通道結(jié)構(gòu)，與所述采用多天線多通道發(fā)射機和接收機結(jié)構(gòu)的所述終端相配合，構(gòu)成多輸入多輸出系統(tǒng)；與所述采用單天線單通道發(fā)射機和接收機結(jié)構(gòu)的所述終端相配合，構(gòu)成多輸入單輸出系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5或7或8所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多輸入多輸出系統(tǒng)和多輸入單輸出系統(tǒng)采用空時處理技術(shù)、分層編碼技術(shù)來提高數(shù)字廣播系統(tǒng)的頻譜效率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述空時處理技術(shù)包括Alamouti算法的空時編碼技術(shù)和V-BLAST算法的空間復(fù)用技術(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述廣播業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測單元用于搜集、處理由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采集來的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量信息；所述廣播業(yè)務(wù)頻譜需求計算單元根據(jù)需要數(shù)字廣播發(fā)射站發(fā)射的廣播業(yè)務(wù)的流量來計算數(shù)字廣播發(fā)射站需要的帶寬，這個帶寬作為在數(shù)字廣播系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng)之間分配頻譜的一個依據(jù)；所述的業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元實現(xiàn)數(shù)字廣播系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)；所述接入網(wǎng)綜合控制單元根據(jù)業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元給出的業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)結(jié)果，在所述無線接入子網(wǎng)的不同層面之間、在同一個層面內(nèi)的不同工作模式之間的工作進程協(xié)調(diào)和無線資源調(diào)度；所述網(wǎng)絡(luò)同步質(zhì)量監(jiān)測和協(xié)調(diào)單元用于接收和處理由無線接入子網(wǎng)送來的無線數(shù)字廣播層中相鄰數(shù)字廣播發(fā)射站之間的相關(guān)時間差數(shù)據(jù)、移動通信層中相鄰基站間的相關(guān)時間差數(shù)據(jù)、寬帶無線支撐層中相鄰基站間的相關(guān)時間差數(shù)據(jù)、以及由無線接入子網(wǎng)中的某些節(jié)點送來的上行同步質(zhì)量信息，對網(wǎng)絡(luò)的同步狀態(tài)進行調(diào)整；所述無線負載綜合檢測單元用于獲取寬帶無線支撐層中各個基站、移動通信層中各個基站送來的無線負載信息，這些信息用于對接入網(wǎng)進行綜合控制使用。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元根據(jù)數(shù)字廣播系統(tǒng)需要承載的業(yè)務(wù)量、廣播業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測單元提供的數(shù)字廣播網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量，確定需要由移動通信網(wǎng)承載的針對特定區(qū)域或特定用戶群的廣播業(yè)務(wù)，需要由移動通信網(wǎng)承載的點播業(yè)務(wù)，以及在相應(yīng)的業(yè)務(wù)分配情況下，根據(jù)數(shù)字廣播系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)比例和廣播業(yè)務(wù)頻譜需求計算單元的計算結(jié)果，確定兩個系統(tǒng)之間的頻譜分配比例和數(shù)量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元在廣播業(yè)務(wù)下降的時段，把更多的頻譜分配給通信業(yè)務(wù)；在廣播業(yè)務(wù)上升的時段，把更多的頻譜分配給廣播業(yè)務(wù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述服務(wù)質(zhì)量信息包括衡量廣播信號的覆蓋情況的信息，包括信干比、和信干比對應(yīng)的位置和時間信息。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述工作進程協(xié)調(diào)和無線資源調(diào)度包括向無線接入子網(wǎng)的寬帶無線支撐層、移動通信層發(fā)出指定其時隙寬度的指令、發(fā)出指定其進行小區(qū)呼吸的指令、發(fā)出指定其上下行時隙分配方式的指令。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述對網(wǎng)絡(luò)的同步狀態(tài)進行調(diào)整包括1)對數(shù)字廣播發(fā)射站之間同步的調(diào)整；2)對寬帶無線支撐層中相鄰基站間的相關(guān)時間差的調(diào)整；3)對移動通信層中相鄰基站間的相關(guān)時間差的調(diào)整。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述對網(wǎng)絡(luò)的同步狀態(tài)進行調(diào)整的方法還包括以數(shù)字廣播發(fā)射站上的衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS時間為參考，按照測量得到的兩個相鄰數(shù)字廣播發(fā)射站之間的相關(guān)時間差值的大小，按照預(yù)定的步長，通過增加處于提前發(fā)射狀態(tài)的數(shù)字廣播發(fā)射站的時延，或通過減小處于滯后發(fā)射的數(shù)字廣播發(fā)射站的時延，逐步調(diào)整到相關(guān)時間差小于要求的范圍內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求11～17所述的分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述各功能單元可以以獨立的實體存在于網(wǎng)絡(luò)之中，也可以分解到各個網(wǎng)絡(luò)實體中實現(xiàn)。
19.一種分層無線接入網(wǎng)的實現(xiàn)方法，其包括以下步驟a)處于上層的無線數(shù)字廣播層向處于中間層的寬帶無線支撐層、處于底層的移動通信層，以及存在于這些層面覆蓋范圍內(nèi)、可以與這些層面中的一個或多個層面配合工作的各種終端廣播同步和控制信息；b)所述網(wǎng)絡(luò)同步測量和調(diào)整方法包括如下步驟b1)觀測到達時間差測量；b2)相關(guān)時間差計算；b3)相關(guān)時間差調(diào)整；c)所述的移動通信層中實現(xiàn)觀測到達時間差測量的方法通過定位時隙來實現(xiàn)，包括定位時隙構(gòu)造、定位時隙插入、定位時隙空間復(fù)用；d)根據(jù)所述時隙定位實現(xiàn)頻譜動態(tài)分配和復(fù)用；e)對移動臺定位方法采用如下步驟e1)移動臺進行觀測到達時間差測量；e2)進行移動臺位置估計。
20.權(quán)利要求19所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述同步和控制信息包括1)數(shù)字廣播發(fā)射站的代碼，用于識別數(shù)字廣播發(fā)射站和不同數(shù)字廣播發(fā)射站間的相關(guān)時間差測量；2)給不同層分配的工作時隙的長度和這些時隙的排列順序，用于控制無線數(shù)字廣播層、寬帶無線支撐層、移動通信層的工作順序和工作時隙。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述處于上層的無線數(shù)字廣播層、處于中間層的寬帶無線支撐層、處于底層的移動通信層使用衛(wèi)星定位信號或地面網(wǎng)絡(luò)傳送信號實現(xiàn)層內(nèi)同步，并通過相關(guān)時間差測量和協(xié)調(diào)來實現(xiàn)層內(nèi)不同發(fā)射機間的天線口面處的同步。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，為了實現(xiàn)無線接入基站與移動通信基站或移動通信基站與移動通信基站之間的上下行鏈路同步，所述無線接入基站或移動通信基站在層間同步信息廣播的自己的工作時隙內(nèi)發(fā)送標識信息和控制信息。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述標識信息和控制信息包括發(fā)送標識自己的識別信息；發(fā)送上下行時隙的位置信息；發(fā)送時隙長度信息。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述無線子網(wǎng)中，為了實現(xiàn)移動通信基站與所述終端之間的上下行通信鏈路的同步，移動通信基站在層間同步信息廣播的自己的工作時隙內(nèi)，向自己的服務(wù)區(qū)域內(nèi)發(fā)送標識信息和控制信息，包括發(fā)送標識自己的識別信息及發(fā)送上下行時隙的位置信息。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述定位時隙構(gòu)造方法包括把一個定位時隙的開頭部分用于發(fā)射表示發(fā)射基站代碼信號，把定位時隙的其余部分用于發(fā)射通信數(shù)據(jù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述定位時隙構(gòu)造方法是把定位時隙與其它業(yè)務(wù)時隙拼接在一起構(gòu)成一個復(fù)合幀；若干個復(fù)合幀構(gòu)成一個超幀。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，由7個復(fù)合幀構(gòu)成一個超幀。
28.根據(jù)權(quán)利要求19所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述定位時隙空間復(fù)用方法是把一個超幀中包含的7個定位時隙的開啟時刻看作七個被空間復(fù)用的頻點，按照蜂窩網(wǎng)對頻率復(fù)用的方式復(fù)用這7個定位時隙的開啟時刻。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述定位時隙空間復(fù)用方法中定位時隙的開啟是指在定位時隙內(nèi)既不發(fā)送基站代碼信號，也不發(fā)送業(yè)務(wù)信號，而用于本基站覆蓋范圍內(nèi)的終端對相鄰基站的代碼信號進行測量，以獲取觀測到達時間差。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述時隙空間復(fù)用方法中定位時隙的開啟是在同一套發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的覆蓋其服務(wù)的小區(qū)的超幀中包含的若干定位時隙在任何時刻只能有一個處于開啟狀態(tài)。
31.根據(jù)權(quán)利要求19所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述頻譜復(fù)用的步驟包括1)確定需要時分復(fù)用同一個頻帶的子系統(tǒng)的個數(shù)，系統(tǒng)中的每一層當作一個子系統(tǒng)處理，即處于同一層的多個子系統(tǒng)當作一個子系統(tǒng)處理；2)估算每個子系統(tǒng)需要的初始帶寬，把業(yè)務(wù)量、背景干擾、傳輸模式的因素綜合考慮后進行頻譜計算；3)確定時隙結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)，根據(jù)復(fù)用同一個頻帶的子系統(tǒng)的個數(shù)、業(yè)務(wù)量大小和業(yè)務(wù)的QOS要求，來確定時隙結(jié)構(gòu)的形式和參數(shù)。
32.根據(jù)權(quán)利要求19所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述實現(xiàn)頻譜動態(tài)分配的步驟為1)業(yè)務(wù)監(jiān)測，所述廣播業(yè)務(wù)頻譜需求計算單元實時地計算出數(shù)字廣播發(fā)射站發(fā)射廣播業(yè)務(wù)需要的帶寬，并與預(yù)先分配的帶寬進行比較；所述無線負載綜合監(jiān)測單元實時地搜集無線接入基站的無線負載和移動通信層的無線負載，并與預(yù)先分配的帶寬進行比較；當所述廣播業(yè)務(wù)頻譜需求計算單元或無線負載綜合監(jiān)測單元在比較中發(fā)現(xiàn)其監(jiān)測的負載大于預(yù)定門限時，請求所述業(yè)務(wù)和頻譜協(xié)調(diào)單元進行頻譜協(xié)調(diào)和調(diào)整；
2)時隙長度調(diào)整縮短空閑子系統(tǒng)占用的時隙長度，加大繁忙子系統(tǒng)占用的時隙長度。
33.根據(jù)權(quán)利要求19所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟b1)為在數(shù)字廣播發(fā)射站工作時隙期間，使用無線接入基站和移動通信基站對數(shù)字廣播發(fā)射站進行觀測到達時間差測量，獲取一組觀測到達時間差測量量；所述步驟b2)為利用測量得到的觀測到達時間差測量量，和已知的無線接入基站和移動通信基站與被其測量的數(shù)字廣播發(fā)射站之間的距離，計算出不同數(shù)字廣播發(fā)射站之間的相關(guān)時間差；所述步驟b3)為在所述相關(guān)時間差大于允許的誤差范圍時，就對相應(yīng)數(shù)字廣播發(fā)射站的發(fā)射時間進行調(diào)整，使其相關(guān)時間差保持在誤差范圍內(nèi)，具體調(diào)整方法是遲滯處于相對提前狀態(tài)的數(shù)字廣播發(fā)射站的信號發(fā)送時間，或者提前處于相對之后狀態(tài)的數(shù)字廣播發(fā)射站的信號發(fā)送時間。
34.根據(jù)權(quán)利要求19所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟b1)為在移動通信基站工作時隙期間，或者在各個移動通信基站向無線接入基站進行BACKHAUL數(shù)據(jù)傳送期間，無線接入基站對移動通信基站進行觀測到達時間差測量，獲取觀測到達時間差測量量；所述步驟b2)為利用測量得到的觀測到達時間差測量量和已知的移動通信基站與無線接入基站之間的距離，計算出不同移動通信基站之間的相關(guān)時間差；所述步驟b3)為這些相關(guān)時間差被送到位于管理和控制子網(wǎng)中的移動臺定位中心和網(wǎng)絡(luò)同步質(zhì)量監(jiān)測和協(xié)調(diào)單元，用于移動臺定位和網(wǎng)絡(luò)同步調(diào)整，具體調(diào)整方法遲滯處于相對提前狀態(tài)的移動通信基站的信號發(fā)送時間，或者提前處于相對之后狀態(tài)的移動通信基站的信號發(fā)送時間。
35.根據(jù)權(quán)利要求19所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟b1)為在無線接入基站工作時隙期間，移動通信基站對無線接入基站進行觀測到達時間差測量，獲取觀測到達時間差測量量；所述步驟b2)為利用測量得到的觀測到達時間差測量量和已知的移動通信基站與無線接入基站之間的距離，計算出不同無線接入基站之間的相關(guān)時間差；所述步驟b3)為將這些相關(guān)時間差被送到位于管理和控制子網(wǎng)中的移動臺定位中心和網(wǎng)絡(luò)同步質(zhì)量監(jiān)測和協(xié)調(diào)單元，用于移動臺定位和網(wǎng)絡(luò)同步調(diào)整，具體調(diào)整方法為遲滯處于相對提前狀態(tài)的無線接入基站的信號發(fā)送時間，或者提前處于相對之后狀態(tài)的無線接入基站的信號發(fā)送時間。
36.根據(jù)權(quán)利要求33所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述測量時可以使用數(shù)字廣播發(fā)射站的臺標信號，也可以使用數(shù)字廣播發(fā)射站發(fā)送的數(shù)字廣播中插入的專為觀測到達時間差測量設(shè)計的編碼信號。
37.根據(jù)權(quán)利要求19所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟e1)可由網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起，也可由移動臺發(fā)起，可連續(xù)測量，也可突發(fā)測量，當某個小區(qū)需要進行一次定位用的觀測到達時間差測量時，就使該小區(qū)發(fā)送的超幀中的特定定位時隙進入定位狀態(tài)，該小區(qū)與該定位時隙同步的定位時隙保持通信狀態(tài)。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟e1)為在一個超幀組內(nèi)進行多次定位時，在該超幀組內(nèi)選出多個超幀，啟動這些超幀中的定位時隙使其處于定位狀態(tài)。
39.根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟e2)包括首先利用主基站測量的到副基站之間的相關(guān)時間差和移動臺測量的觀測到達時間差來計算出到達時間差，然后利用雙曲定位獲取移動臺的位置估計量。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述定位方法得到的位置估計結(jié)果進一步地與使用到達方向獲得的位置結(jié)果、與衛(wèi)星定位獲取的定位結(jié)果相融合。
全文摘要
本發(fā)明的一種分層無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方法，其包括實現(xiàn)無線接入的無線接入子網(wǎng)、實現(xiàn)對無線接入子網(wǎng)綜合管理和控制的管理控制子網(wǎng)兩大部分。所述實現(xiàn)方法包括以下步驟處于上層的無線數(shù)字廣播層向處于中間層的寬帶無線支撐層、處于底層的移動通信層，以及存在于這些層面覆蓋范圍內(nèi)、可以與這些層面中的一個或多個層面配合工作的各種終端廣播同步和控制信息；所述網(wǎng)絡(luò)進行同步測量和調(diào)整；所述的移動通信層中實現(xiàn)觀測到達時間差測量的方法通過定位時隙來實現(xiàn)；根據(jù)所述時隙定位實現(xiàn)頻譜動態(tài)分配和復(fù)用；對移動臺實現(xiàn)定位。本發(fā)明所給出的分層無線接入網(wǎng)具有結(jié)構(gòu)簡潔、組網(wǎng)靈活的特點，而且易于實現(xiàn)數(shù)字廣播、移動通信和移動臺定位業(yè)務(wù)的融合。
文檔編號H04W16/14GK1798371SQ20041009193
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者刁心璽, 張?zhí)K民, 宋榮方, 寧錄游 申請人:中興通訊股份有限公司