專利名稱：固定的調(diào)零波束成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基站中固定調(diào)零(null-steering)波束成型的方 法并且涉及一種計算機程序產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
在無線通信系統(tǒng)中，分配給服務(wù)的頻率資源可以在由 一個基站 覆蓋的區(qū)域(稱為小區(qū))的規(guī)則圖案中重用。在移動無線通信系統(tǒng) 中，這些小區(qū)通常是六邊形的。為了確保無線終端之間的相互干擾 保持為低，相鄰小區(qū)使用不同的頻率。事實上，N個不同頻率的集 合用于每個N個相鄰小區(qū)的集群。集群圖案和相應的頻率在整個服 務(wù)區(qū)域上以規(guī)則圖案重用。
不同集群中使用相同頻率的兩個小區(qū)的中心之間的最近距離由 集群規(guī)模N和小區(qū)集群布局確定。該距離稱為頻率重用距離。
波束成型的信號處理技術(shù)可以與控制輻射圖案方向性的發(fā)射或 接收換能器的陣列一起使用。當接收信號時，波束成型可以在所需 信號的方向上增加接收器靈敏度，并且在干擾以及噪聲的方向上降 低靈敏度。當發(fā)射信號時，波束成型可以在待發(fā)送的信號的方向上 增加功率。與全向發(fā)射相比的改變稱作發(fā)射增益。通過創(chuàng)建輻射圖 案中的零(null)和波束來完成這些改變。
因此，需要一種基站中的新的頻率重用方法、基站和計算機程 序產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種頻分多址無線通信系統(tǒng)的基站中的頻率重用 方法，所述無線通信系統(tǒng)至少包括適于覆蓋小區(qū)的所述基站、至少一個耦合至所述基站的無線終端，所述無線通信系統(tǒng)將頻帶分為 三個頻率子帶，其中將所述頻率子帶中的一個分配給所述基站，所
述方法包括以下步驟
通過獲取所述基站的天線數(shù)量來計算每個小區(qū)的波束的最大數(shù)
量；
如果所述基站的業(yè)務(wù)量大于第一閾值，則通過在所述小區(qū)的一部 分上將正交固定波束的數(shù)量設(shè)置為第一常數(shù)來啟動固定調(diào)零波束成
型；
獲取所述小區(qū)內(nèi)所述無線終端的絕對位置或近似位置；
如果所述無線終端的所述絕對位置或所述近似位置處于所述小 區(qū)的所述波束區(qū)域內(nèi)，則調(diào)度所述無線終端到固定調(diào)零資源；
如果所述業(yè)務(wù)量大于第二閾值，則將正交固定波束的所述數(shù)量設(shè) 置為所述固定調(diào)零波束成型的第二常數(shù)，
其中所述第一常數(shù)小于所述第二常數(shù)，并且所述第二常數(shù)小于
或等于所述波束的最大數(shù)量。
頻分多址無線通信系統(tǒng)可以是GSM系統(tǒng)，或諸如WiMAX或 LTE的OFDMA系統(tǒng)。如果啟動固定調(diào)零波束成型，則無線終端可 以被調(diào)度到固定調(diào)零資源或重用-3資源。如果激活重用-3系統(tǒng)，則 僅可以將無線終端調(diào)度到重用-3資源。在重用-3系統(tǒng)中，分配給小
區(qū)的子帶由所有用戶共享。在固定調(diào)零波束成型中，可以將子帶的 一部分排他地分配給位于小區(qū)波束部分內(nèi)的無線終端，并且將子帶
的其他部分分配用于重用-3資源。
實施方式的一個優(yōu)勢在于系統(tǒng)的吞吐量高于傳統(tǒng)重用-3系統(tǒng)， 而沒有使用重用1的通常復雜的干擾抑制或消除算法。在小區(qū)內(nèi)， 根據(jù)位置信息調(diào)度無線終端以占用資源。固定調(diào)零波束區(qū)域內(nèi)的無 線終端可以在所有無線終端之間共享相同的譜時資源。通過使用預 定義的固定調(diào)零波束成型權(quán)重避免了復雜的干擾抑制或消除算法。 新方法和新基站成為一種幾乎獲得了重用1系統(tǒng)的吞吐量，并具有 重用-3系統(tǒng)的同信道干擾低的優(yōu)點的可選方案。在一個實施方式中，如果無線終端包括定位系統(tǒng)(GPS, Galileo )， 則無線終端獲取絕對位置，否則基站通過計算來自于無線終端的上 行鏈路信號的到達方向和上行鏈路反饋CINR來獲取近似位置。該優(yōu) 勢在于，如果無線終端不能獲取其位置，則基站可以計算近似位置。
在一個實施方式中，第一閾值描述無線通信系統(tǒng)的重用3-系統(tǒng) 的業(yè)務(wù)量的上界，其中第二閾值描述具有第一常量固定波束的固定 調(diào)零波束成型的業(yè)務(wù)量的上界。第二閾值確定具有第 一常數(shù)的固定 波束的固定調(diào)零波束成型到具有第二常數(shù)的固定波束的固定調(diào)零波 束成型之間的切換。
在一個實施方式中，方法進一步包括以下步驟如果無線終端 的絕對位置或近似位置處于波束區(qū)域之外，則切換到所述重用-3系 統(tǒng)并且將無線終端調(diào)度到重用-3資源。該實施方式的優(yōu)勢在于可以 根據(jù)基站的業(yè)務(wù)量狀況實現(xiàn)固定調(diào)零波束成型和重用-3系統(tǒng)之間的 切換，并且如果使用了固定調(diào)零波束成型，那么根據(jù)無線終端的位 置進行調(diào)度。
在其他實施方式中，方法進一步包括以下步驟如果業(yè)務(wù)量小 于第一閾值，則位于小區(qū)內(nèi)的所有無線終端切換到重用3-系統(tǒng)。在 固定調(diào)零波束成型和重用-3之間切換。
在另一方面中，本發(fā)明涉及一種FDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng) 中的基站，該基站可才喿作以才丸行前述的方法。
在另一方面中，本發(fā)明涉及一種計算機程序產(chǎn)品，其存儲在計 算機可用介質(zhì)上，計算機程序產(chǎn)品包括計算機可讀程序裝置，用于 使得計算機在程序在計算機上運行時執(zhí)行前述的方法。


在下文中，通過參考附圖，更詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方 式，其中附圖僅作為示例，在附圖中
圖1示出了固定調(diào)零波束成型方法的實施方式， 圖2示出了固定調(diào)零波束成型的第二實施方式，圖3示出了在三個小區(qū)的條件下，固定M調(diào)零波束成型圖案的 示例，
圖4示出了基站和無線終端的實施方式，
圖5示出了在固定調(diào)零波束成型的小區(qū)中資源分配的實施方式。
具體實施例方式
圖1示出了基站中固定調(diào)零波束成型的方法100,包括第一步驟 101，在步驟101中，計算小區(qū)中波束的最大數(shù)量M^。該計算主要
依賴于基站用于向小區(qū)內(nèi)的無線終端進行發(fā)射以及向小區(qū)內(nèi)的扇區(qū) 角度覆蓋進行發(fā)射的天線數(shù)量。波束的最大數(shù)量M^表示可以在小 區(qū)內(nèi)分配的可能的波束的上界。在第二步驟102中，測量基站的業(yè) 務(wù)量并且將其與第一閾值E1進行比較。該業(yè)務(wù)量表示基站和該基站 覆蓋的小區(qū)內(nèi)的所有無線終端之間的所有通信。如果業(yè)務(wù)量小于第 一閾值El,則使用標準的重用-3系統(tǒng)并且不在小區(qū)內(nèi)形成固定正交 波束。否則，如果業(yè)務(wù)量大于第一閾值，則在第三步驟103中，在 小區(qū)內(nèi)設(shè)置前兩個波束，從而在小區(qū)內(nèi)形成由兩個波束覆蓋的固定 調(diào)零區(qū)域。
在該第三步驟103之后，獲取無線終端A的位置。如果無線終 端配備有如GPS或Galileo的全球定位系統(tǒng)，則第四步驟104獲耳又針 對該無線終端A的絕對位置信息。如果不是這種情況并且無線終端 不包括任何用于獲取絕對位置信息的裝置，則第五步驟105，在基站 內(nèi)計算小區(qū)內(nèi)無線終端A的大概位置。通過從來自于無線終端的上 行鏈路接收信號計算到達方向信息并且利用上行鏈路反饋CINR測 量獲取該位置。在完成了獲取位置的這兩個方式中的任意一個(通 過在第四步驟104獲取絕對位置信息或通過在第五步驟105獲取近 似位置)之后，在第六步驟106使用該結(jié)果，在該步驟中定義無線 終端A的位置是否處于固定調(diào)零區(qū)域內(nèi)。
如果無線終端A處于固定調(diào)零區(qū)域之外，則調(diào)度無線終端來使 用重用3無線資源區(qū)域內(nèi)的標準的重用-3無線資源系統(tǒng)。如果無線終端處于該區(qū)域內(nèi)，則調(diào)度終端使用固定調(diào)零無線的相應資源。針
對位于基站覆蓋的小區(qū)內(nèi)的所有無線終端重復步驟104-108。 間正交波束的最大數(shù)量M^可以計算如下
工
D(JV-1)
(1)
其中Q表示扇區(qū)角度覆蓋，N表示基站處天線的數(shù)量。作為例子，
2;r
如果0=|丌，并且基站配備4個天線，因此MSM,-
3 (4一" 2
=4'
因而，波束的數(shù)量M二4和M二2可以在固定調(diào)零資源的配置中考慮。 波束的空間分離度6必須滿足以下關(guān)系
化！. (2)
在該例子中，結(jié)果是e 2二。
6
圖2示出了可以在圖1所述的第八步驟108之后應用的固定調(diào) 零波束成型方法200的實施方式。在第一步驟201中，將基站的業(yè) 務(wù)量與第二閾值E2進行比較，第二閾值E2通常大于第一閾值El。 如果與基站通信的小區(qū)內(nèi)的業(yè)務(wù)量大于閾值E2，則在第二步驟202 中增加固定波束的數(shù)量，并且設(shè)置為例如M-4。 M-4指示在由基站 覆蓋的區(qū)域內(nèi)使用四個波束。否則，如果業(yè)務(wù)量小于第二閾值，則 在第三步驟203,將當前業(yè)務(wù)量與第一閾值E1進行比較。如果業(yè)務(wù) 量的數(shù)量小于第一閾值E1，則在第四步驟204中，將常規(guī)重用3系
統(tǒng)應用于整個小區(qū)并且應用于與該基站通信的所有無線終端。否則， 如果業(yè)務(wù)量大于第一閾值，則在第五步驟205，重復圖l上所示的步 驟104-108,其中獲取小區(qū)內(nèi)無線終端的位置信息并且決定是調(diào)度使 用固定調(diào)零資源還是調(diào)度使用標準的重用3無線資源。
圖3示出了兩個使用固定調(diào)零波束成型方法的小區(qū)組301和 302。第一'卜區(qū)組301進一步包括第一'卜區(qū)303、第二小區(qū)304和第 三小區(qū)305,每個都包括每小區(qū)兩個波束。第二小區(qū)組302進一步包括第一小區(qū)306、第二小區(qū)307和第三小區(qū)308。第二小區(qū)組中的每 個小區(qū)都包括對應于M二4的固定調(diào)零方法的四個波束。具有每小區(qū) 兩個波束的第一小區(qū)組301對應于在小區(qū)業(yè)務(wù)量大于第一閾值時獲 取的配置。調(diào)度波束區(qū)域309和310內(nèi)的所有無線終端使用固定調(diào) 零資源。該波束區(qū)域?qū)谛^(qū)的角孔徑(angle aperture )，如區(qū)域 309和310所示。
第二小區(qū)組302對應于在小區(qū)業(yè)務(wù)量大于第二閾值E2時獲取的 配置。這可以在從兩個波束的初始配置(如小區(qū)組301中所示)切 換之后發(fā)生。兩個波束或四個波束之間的配置切換在網(wǎng)絡(luò)操作和維 護期間以及調(diào)度由基站覆蓋的小區(qū)內(nèi)的所有無線終端期間自適應地 發(fā)生。通常，兩個波束的小區(qū)覆蓋區(qū)域大于四個波束的小區(qū)覆蓋區(qū) 域，并且繼而兩個波束的有效重用因子小于四個波束的有效重用因 子。
在使用頻分多址的無線通信系統(tǒng)中，為了使用可用頻率資源的 全部頻譜并避免高的同信道干擾水平，需要進行頻率規(guī)劃。在三個 子帶的頻率重用布局中，在相鄰小區(qū)中分配每個子帶，三個相鄰小 區(qū)形成所謂的群組。重用因子表示為三分之一 (1/3)。通常，使用 越大的群組，同信道干擾越小，因為使用相同頻帶的小區(qū)距離彼此 越遠，但是每個單獨的小區(qū)的子頻帶越小，這限制了進入小區(qū)的業(yè) 務(wù)量。通過顯示三個小區(qū)的小規(guī)模群組，可以接近最大系統(tǒng)容量， 獲得同信道干擾以及小區(qū)吞吐量之間的平衡。
固定調(diào)零波束成型方案的使用支持在數(shù)量為M的空間和地理區(qū) 域中相應子帶的完全頻率重用。對于這些方案類型，重用因子可以 變?yōu)镸/3，因為分配給無線終端的頻帶被M次重用。在獲取了無線 終端的絕對位置信息或相對位置信息之后，基站能夠決定使用固定 調(diào)零區(qū)域的資源還是使用常規(guī)重用-3區(qū)域的資源來調(diào)度以及分配無 線終端。
空分多址(SDMA)概念相關(guān)聯(lián)。對于固定調(diào)零波束成型，波束成型權(quán)重不必計算，因為波束圖案在基站內(nèi)的數(shù)據(jù)庫中是固定的，并且 由小區(qū)業(yè)務(wù)量確定波束的具體數(shù)量。
圖4示出了包括基站401和無線終端402的無線通信系統(tǒng)400。 基站401包括
-裝置403，用于通過獲取基站的天線數(shù)量來計算每個小區(qū)的波 束的最大數(shù)量M^;
-裝置404,用于如果基站的業(yè)務(wù)量大于第一閾值，則通過在小 區(qū)的波束區(qū)域上將固定波束的數(shù)量設(shè)置為M=2來啟動固定調(diào)零波束 成型；
-裝置405，用于獲取小區(qū)內(nèi)無線終端的絕對位置或近似位置；
-裝置406，用于如果無線終端的絕對位置或近似位置處于小區(qū) 的波束區(qū)域內(nèi)，則調(diào)度無線終端到固定調(diào)零資源；
-裝置407，用于如果業(yè)務(wù)量大于第二閾值，則將固定調(diào)零波束 成型的固定波束的數(shù)量設(shè)置為M=4。
-計算機程序產(chǎn)品408,存儲在計算機可用介質(zhì)上，其包括計算 機可讀程序裝置。
無線終端402,包括
-裝置409,用于獲取無線終端402的絕對位置； -裝置410，用于向基站401發(fā)送無線終端402的所述絕對位置。 圖5示出了小區(qū)501和幀502。小區(qū)501表示使用固定調(diào)零方法 的小區(qū)，該固定調(diào)零方法包括第一調(diào)零區(qū)域503、第二調(diào)零區(qū)域504、 第一調(diào)零區(qū)域503內(nèi)的兩個無線終端U1和U2和第二調(diào)零區(qū)域504 上的無線終端U3和U4。而且，該小區(qū)包括包含兩個無線終端VI 和V2的第一重用3系統(tǒng)區(qū)域505,以及包含無線終端V3的第二重 用3區(qū)域506。
根據(jù)固定調(diào)零波束成型方法，在小區(qū)業(yè)務(wù)量大于第一閾值時， 創(chuàng)建小區(qū)501內(nèi)的兩個波束。然后，確定小區(qū)內(nèi)的所有無線終端(包 括Ul到U4以及VI到V3 )的位置(其根據(jù)無線終端特征可以是絕 對位置信息或近似位置信息)。此外，確定無線終端Ul和U2在固定調(diào)零區(qū)域內(nèi)以及無線終端U3和U4在第二調(diào)零區(qū)域504內(nèi)。因此， 在幀502的子帶1的固定調(diào)零區(qū)域507內(nèi)分配以及調(diào)度這些終端。 固定調(diào)零區(qū)域507對應于幀502的第一子區(qū)域，并且?guī)?02的第二 子區(qū)域508用于重用3區(qū)域，其針對所有固定調(diào)零區(qū)域之外的無線終端。
在固定調(diào)零區(qū)域507內(nèi)的第一時域509上，在時間幀的一部分 內(nèi)，在無線終端Ul和U3之間共享整個固定調(diào)零區(qū)域507的資源分 配。在第二子幀510上，無線終端U1和U4共享頻域中的部分資源 量，并且無線終端U2和U4共享固定調(diào)零區(qū)域507的剩余的頻率資 源。在重用-3區(qū)域上，幀502示出了針對位于波束外的三個無線終 端V1、 V2和V3的資源分配，這三個終端被分配給第二子帶508。 子區(qū)域508描述了針對每個無線終端的獨立的頻率資源分配。
參考標號列表 101第一步驟 102第二步驟 103第三步驟 104第四步驟 105第五步驟 106第六步驟 107第七步驟 108第八步驟 200第二流程圖 201第一步驟 202第二步驟 203第三步驟 301第一'h區(qū)組 302第二小區(qū)組 303第一'J、區(qū)304第二小區(qū) 305第三小區(qū) 306第一小區(qū) 307第二小區(qū) 308第三小區(qū) 309第一調(diào)零區(qū)域 310第二調(diào)零區(qū)域 400無線通信系統(tǒng) 401基站 402無線終端 403計算裝置 404啟動裝置 405獲取裝置 406調(diào)度裝置 407設(shè)置裝置 408 CPP 409獲取裝置 410發(fā)送裝置 501小區(qū) 502幀
503第一調(diào)零區(qū)域 504第二調(diào)零區(qū)域 505常規(guī)重用3區(qū)域 506第二重用3區(qū)域 507固定調(diào)零區(qū)域 508重用3區(qū)域 509第一子幀 510第二子幀 511第三子幀
權(quán)利要求
1. 一種在頻分多址無線通信系統(tǒng)的基站中的頻率重用方法，所述無線通信系統(tǒng)至少包括適于覆蓋小區(qū)的所述基站、至少一個耦合至所述基站的無線終端，所述無線通信系統(tǒng)將頻帶分為三個頻率子帶，其中將所述頻率子帶中的一個分配給所述基站，所述方法包括以下步驟通過獲取所述基站的天線數(shù)量來計算(101)每個小區(qū)的波束的最大數(shù)量；如果所述基站的業(yè)務(wù)量大于第一閾值(102)，則通過在所述小區(qū)的波束區(qū)域上將正交固定波束的數(shù)量設(shè)置為第一常數(shù)來啟動(103)固定調(diào)零波束成型；獲取所述小區(qū)內(nèi)所述無線終端的絕對位置(104)或近似位置(105)；如果所述無線終端的所述絕對位置或所述近似位置處于所述小區(qū)的所述波束區(qū)域內(nèi)(106)，則調(diào)度(107)所述無線終端到固定調(diào)零無線資源；如果所述業(yè)務(wù)量大于第二閾值(201)，則將固定波束的所述數(shù)量設(shè)置(202)為所述固定調(diào)零波束成型的第二常數(shù)，其中所述第一常數(shù)小于所述第二常數(shù)，并且所述第二常數(shù)小于或等于所述波束的最大數(shù)量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中如果所述無線終端包括定 位系統(tǒng)(GPS, Galileo),則所述無線終端獲取所述絕對位置(104 )， 否則所述基站通過計算(105)來自于所述無線終端的上行鏈路信號 的到達方向和上行鏈路反饋CINR來獲取所述近似位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一閾值描述所述無 線通信系統(tǒng)的重用3-系統(tǒng)的業(yè)務(wù)量的上界，其中所述第二閾值描述 具有第一常量固定波束的固定調(diào)零波束成型的業(yè)務(wù)量的上界。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法進一步包括以下步驟如果所述無線終端的所述絕對位置或近似位置處于所述波束 區(qū)域之外，則將所述無線終端調(diào)度到重用3-資源(107)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法進一步包括以下 步驟如果所述業(yè)務(wù)量小于所述第一閾值(204),則位于所述小區(qū) 內(nèi)的所有無線終端切換到所述重用3-資源。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一常數(shù)是1VN2并且 所述第二常數(shù)是M=4。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中如果所述基站的所述業(yè)務(wù) 量大于所述第一閾值，則所述基站生成用于至少所述無線終端的幀(502 ),所述幀(502 )包括作為所述固定調(diào)零資源的第一頻率部 分(507)以及作為所述重用3-資源的第二頻率部分(508 )。
8. —種基站(401)，用于FDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)，所 述基站可操作以執(zhí)行根據(jù)所述前述權(quán)利要求中任 一 項所述的方法。
9. 一種計算機程序產(chǎn)品(408 ),其存儲在計算機可用介質(zhì)上， 所述計算機程序產(chǎn)品(408 )包括計算機可讀程序裝置，用于使得計 算機在所述程序在所述計算機上運行時執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求1至 7中任一項所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及固定的調(diào)零波束成型方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種頻分多址無線通信系統(tǒng)的基站中的頻率重用方法，該無線通信系統(tǒng)至少包括適于覆蓋小區(qū)的基站、至少一個耦合至該基站的無線終端，該方法包括以下步驟通過獲取基站的天線數(shù)量計算每個小區(qū)的最大波束數(shù)量；如果基站的業(yè)務(wù)量大于第一閾值，則通過在小區(qū)的一部分上將正交固定波束的數(shù)量設(shè)置為第一常數(shù)來啟動固定調(diào)零波束成型；獲取小區(qū)內(nèi)無線終端的絕對位置或近似位置；如果無線終端的絕對位置或近似位置處于小區(qū)的波束區(qū)域內(nèi)，則調(diào)度無線終端到固定調(diào)零資源；如果業(yè)務(wù)量大于第二閾值，則將正交固定波束的數(shù)量設(shè)置為固定調(diào)零波束成型的第二常數(shù)。
文檔編號H04W16/02GK101547448SQ20091013254
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月25日
發(fā)明者陳曄健 申請人:阿爾卡特朗訊