CN100534057C - 用于蜂窝系统的半动态集中式干扰协调方法 - Google Patents

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Abstract

一种操作无线接入网(RAN)的方法，RAN包括多个基站(BS)和基站控制器(BSC)，BSC分配资源域的无线资源，每个基站在相应基站区域(BSA)内处理多个用户站(SS)，每个BSA被静态划分为多个空间分区；BS收集属于其相应BSA的每个分区的业务量信息，信息包括干扰冲突情况和业务量负载；BS概括属于其相应BSA的每个分区的业务量信息；BS有规律地特别是周期地向BSC提供属于其相应BSA的每个分区的概括的业务量信息；BSC分析每个分区的概括的业务量信息，并有规律地特别是周期地向分区重新分配时间-频率域子集以减小BS间的干扰；每个BS包括独立的本地调度实体(ILSE)，该ILSE将分配给指定分区的无线资源域的子集的无线资源在指定时刻及时分配给分区的SS。

Description

用于蜂窝系统的半动态集中式干扰协调方法
技术领域
本发明涉及操作无线接入网络(RAN)的方法，其中RAN包括基站控制器(BSC)以及多个基站(BS)，其中BSC分配资源域的无线资源(空间、时间、频率、能量)，每个基站(BS)在相应基站区域(BSA)内处理多个用户站(SS)。
背景技术
这样的方法从例如GSM(全球移动通信系统)和UMTS(通用移动电信系统)的移动通信蜂窝系统可知。
诸如移动电话网的无线接入网络(RAN)允许诸如移动电话的多个用户站(SS)以无线方式相互通信。在RAN中，用户站不直接而是经由互连的基站(BS)相互通信。每个基站处理位于相应基站区域(BSA)内的多个用户站。
总的来说，RAN只接入无线频率的有限时间间隔，并且同时应该能够处理大量用户站。出于该原因，同时与多个用户站和基站使用相等的通信频率是必要的。结果，当同时使用相等通信频率的用户站或基站相互接近时，传输可能会受干扰，通信可能中断。由于分组接入网内业务领的猝发特性，这种类型的网络遭受更严重的因干扰造成的性能降低。
为了克服这个问题，在本领域内存在三种概念，即静态干扰协同(也称为静态资源分配或静态信道分配)、动态干扰协同(也称为动态资源分配或动态信道分配)和随机资源分配(例如参见1997年8月第8期第35卷IEEE通信杂志第30至36页，J.Zander，“Radio resource managementin future wireless networks：requirements and limitations”)。
静态干扰协同在潜在的干扰基站之间使用调度资源(时间、频率、空间)的正交子集的连续分发。连续分发的规则预先由考虑典型业务量的静态平均方法来确定，所述规则应当确保最大程度地避免干扰。由于对每个BS资源管理的强烈限制的缺陷，基站区域的通信吞吐量受到相当大的限制。
相反地，考虑到所有用户站的需要，动态干扰协同更新了每个传输时隙内基站之间的调度资源的分发。更新允许考虑实际的当前业务量，在需要时能增加基站的吞吐量。然而，动态干扰管理需要基站之间巨大的传信开销和计算资源分发方案的巨大计算工作量。
随机资源分配独立地在每个潜在的干扰基站上，周期地使用调度资源的子集的最新伪随机分配。避免了在静态资源分配的情况下所需要的详细资源计划，它提供了基站区域之间干扰的平均。这种方案的最近范例可以在无线接入系统标准IEEE802.16-2004中找到。对于每个基站区域来说，作为具有单个和固定天线模式的富有吸引力的解决方案，在使用自适应天线阵列技术的系统中，随机资源分配遭受干扰等级中的剧烈变化，其中，通常具有高方向性的波束图形的动态自适应导致基站区域之间干扰中的强烈避免和强烈命中(参见2004年3月，Riccardo Veronesi、Velio Tralli、Jens Zander、Michele Zorzi在IEEE无线通信和网络会议的会议录中发表的“Distributed dynamic resource allocation with power shaping formulticell SDMA packet access networks”)。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种操作RAN的方法，特别是就传信开销和记算而言，该方法能以低的管理工作量为每个基站提供巨大的吞吐量。
根据本发明，该目的是通过在开头描述的方法实现的，其特征在于：每个BSA被静态地划分为多个空间分区；
BS为属于其相应BSA的每个分区收集业务量信息，所述业务量信息包括干扰冲突情况和业务量负载；
BS为属于其相应BSA的每个分区概括业务量信息；
BS有规律地，特别是周期地向BSC提供属于其相应BSA的每个分区的所述概括的业务量信息；
BSC为每个分区分析所述概括的业务量信息，并且有规律地，特别是周期地向分区重新分配时间-频率域子集，以便于减小BS之间的干扰；
每个BS包括独立的本地调度实体(ILSE)，该ILSE将分配给指定分区的无线资源域子集的无线资源在指定时刻及时地分配给该分区内的SS。
采用本发明的方法，获得了半动态干扰协同。为了能够考虑到变化的业务量状况，无线资源被有规律地重新分配。为了减少计算工作量，时间-频率域子集被分配给基站区域的分区。具有高业务量的分区比低业务量的分区接收更大部分的可用时间-频率域。出于重新分配的目的对分区的业务量信息进行概括。在每个分区内，分配的时间-频率域子集由ILSE本地分配给SS。结果，通过根据实际业务量需求的分配，高吞吐量是可以得到的，通过使用概括的数据，计算工作量被保持较低。通过限制对相邻分区而不是对整个相邻基站区域的潜在干扰，干扰被减少。
在本发明方法的高度优选的变体中，分配给不同BSA的相邻分区的时间-频率域的子集不重叠。根据本发明，为了减少相邻基站之间的干扰，相应基站区域被划为分区，相邻分区的时间-频率域子集不重叠，对最小化基站之间的干扰来说，是足够的。特别地，没有必要使基站的全部子集不重叠。相反，根据本发明，时间-频率域的相等子集可以分配给相邻(或甚至所有的)基站，增加了可能的吞吐量。注意，各个分区优选地通过特定天线模式或自适应波束赋形系统的定向传输来处理。
在本发明方法的另一个优选变体中，所有的BSA具有基本相同的几何形状，特别是六边形的。六边形允许非常有效地覆盖具有BSA的巨大区域。
在该变体的进一步发展中，所有BSA在分区基本上具有几何上相同的划分。这简化了分区的管理以及发射机对分区的寻址。
本发明方法的优选变体特征在于，BSA包括中央分区和若干N个外部分区，N至少和与该BSA具有共同边界线的其他BSA数量的两倍一样大。在该变体中，分区对每个共同边界线而建立，以及另外地，分区针对的每个分区的三点(triplepoint)而建立。这允许非常有效的干扰管理。注意，在较简单的可选方案中，N可以只作为具有共同边界线的其他BSA的数量而选择。
在本发明的范围内还有RAN设备，包括BSC和多个BS，其特征在于，所述RAN设备适于执行上述本发明的方法。典型地，每个BS包括用于业务量信息收集和概括的装置，以及ILSE装置。BSC典型地包括用于分析业务量信息和用于确定和分配子集给BS的分区的装置。
在本发明的RAN设备的优选实施例中，每个BS包括多个天线模式，每个天线模式专用于寻址BS的相应BSA的一个或若干分区，特别地，每个天线模式专用于寻址一个分区。专用的天线模式将一个BS的子区域之间的干扰减到最小。
在同样优选的实施例中，每个BS包括用于产生自适应形成的波束图形的自适应波束赋形系统，其中对每个波束图形定义与BSA分区之一的一一对应关系。自适应形成的波束图形也减少了BS的分区之间的干扰。
最后，在优选实施例中，每个BS操作OFDMA(正交频分多址)或FDMA空中接口。这允许不同通信频率的合作使用，并因此实现基站上的高数据吞吐量。
其他优点可以从说明书和附图中得出。上述和以下的特点可以根据本发明单独地或者以任意组合的形式共同地使用。所描述的实施例不应当理解成穷尽性枚举，而只是具有关于本发明说明书的示例性特征。
附图说明
本发明在附图中显示，其中：
图1示出使用本发明方法的无线接入网络方案；
图2概略示出根据本发明的BSA-和分区的例子；
图3概略示出根据本发明的TDD帧的例子。
具体实施方式
本发明改善了RAN中的干扰协调。在本领域情况下，静态和动态干扰协调是已知的。
动态干扰产生大量信令开销，用以指示每个基站上的单独业务量和无线资源管理决定，产生巨大的计算工作量用以在中央控制单元(基站控制器)上获得最优化的资源分配，最后还产生大量的信令开销用以把应当在指定时刻应用的特定资源分配及时传送给无线接入网的所有基站。
另一方面，静态干扰协调受到强烈限制，为了通过相关基站或接入点独立传输之间的空间、时间和频率上的最大正交来确保减轻干扰，归因于预定的资源分配模式，在每个接入点或基站的本地无线资源管理上静态干扰协调受到影响。
本发明提出的解决方案通过使用干扰抵消的半动态解决方案结合了两种方案的优点-用于每个单独的小区(基站)内的无线资源管理的少量必需信令以及足够的灵活性，该解决方案尤其适合于基于OFDMA、具有波束赋形能力的空中接口。
基于OFDMA型空中接口和使用波束赋形技术，蜂窝系统中的半动态干扰协调是通过以低速率对预定的无线资源分配框架有规律地更新来实现的，所述无线资源分配框架已经被给定无线接入网(RAN)的每一个基站(BS)使用。由此，两种技术富有创造性地结合，以增加每一个单独的小区或基站的吞吐量。
一方面，每个基站区域沿着由系统提供的正交传输的三个自由度-时间、频率和空间被细分成分区。服务于RAN的每个单独小区的基站上的无线资源管理只有三维资源的子空间可用于调度。子空间分配由此以这样的方式预定义：对于不同BS的传输保证最大正交，这对所有的小区同时保证了干扰减轻的最优等级。该原理称为静态干扰协调。
为了允许适配贯穿单独小区的不同负载和用户分布，动态干扰抵消的原理被部分地结合到该方法中：基本原则是每个小区(或基站区域)在空间的“分区”的固定细分-所述分区典型地通过专用天线模式寻址，所述天线模式从波束赋形技术获得角度扩展并从功率控制获得辐射扩展-每一个天线模式被分配给专用区域或每个单独BS的频率-时间无线资源的子集。因此，频率-时间无线资源向单独的BS处的空间分区的分配不是固定的，而是由RAN的中央基站控制器(BSC)根据关于每一个BS处的每一个空间分区的业务负载和无线链路质量有规律地更新。
与完全动态干扰协调对照，在完全动态干扰协调的情况下，必须由每个BS把关于空间位置、无线链路质量和每个单独用户的业务量的信息提供给BSC处的中央干扰协调单元，而BSC必须把每个单独用户的时序安排提供给所有BS，半动态解决方案将BS和BSC之间的信息流限制为关于每个空间分区的业务量负载和无线链路质量的概括信息，以及将从BSC到BS的信息流限制为每个空间分区的频率-时间分配参数。每个分区的无线资源管理于是由每个BS以完全独立的方式处理。
图1概略示出可以用本发明方法运行的无线接入网络。RAN包括基站控制器，其链接到多个基站BS1...BS3。
每个基站BSn(n：基站下标)覆盖，即提供无线通信给相应的基站区域BSAn。在每个基站区域内，多个用户站(固定的或移动的)在一定的时间出现。
图2概略示出包括并环绕基站BS0的基站区域BSA0的区域的分区划分。BSA0是六边形，其临近的基站区域BS1...BS6也是六边形。
BSA0被划分为13个分区BEA0，1...BEA0，13。其他BSA也进行同样的构造(为了显示的简洁，仅示出了与BSA0相邻的具有分区BEA1 1...BEA1，13的BSA1)。
分区BEAn，p的结构(n：分区下标)取决于网络部署结构、频率再利用模式、使用的自适应天线系统和BSA的结构。然而，它具有对于独立的网络设计来说特有的固定几何图形，并且对于所示网络设计来说对于所有BSAn来说都是相同的。不同的分区具有不同的干扰失真，所述干扰失真取决于它们在BSA中的位置。由于相邻BS的传输信号，直接位于相邻BSA边缘的分区比位于BSA中间的分区遭受更高等级的干扰。
每个BSn周期性地(例如，每k个时帧)为每个其BEAn，p准备列表LISTn，p，并将列表传送给BSC。LISTn，p包含在该BEAn，p内实际有效连接的实际业务量参数。每个LISTn，p包含每个调度级别的参数：例如，预留比特率的和、平均使用的比特率的和等。这些值的每一个都应当考虑用于该BEAn，p内独立连接的实际猝发分布(调制和编码)。这样，独立的分区BEAn，p所需要的下行猝发分配区域BRSTA_DLn，p和上行猝发分配BRSTAULn，p就能够被计算。
BSn使用位于区域BRSTA-DLn，p的一个或多个猝发BRST-DLn，p向位于BEAn，p的SS发送数据，并且使用位于区域BRSTA_ULn，p的一个或多个猝发BRST_ULn，p从位于BEAn，p的SS接收数据。
BSC从所有基站BSn的所有分区BEAn，p(n＝1，...，N；p＝1，...，P)收集所有列表LISTn，p，并周期地执行干扰协调，通过在下一个k帧内对所有下行猝发分配区域BRSTA-DLn，p和上行猝发分配BRSTA_ULn，p计算时间上和频率上的大小和位置，直到新列表到达BSC，从而将BEA中的干扰减到最小。
可以通过这样协调基站将BEA中的干扰减到最小，即它们不在相同时间发送下行数据至相邻BEA，或者在相同时间向相邻BEA发送时使用不同的子信道，等等。这些计算的结果是下行猝发分配区域BRSTA_DLn，p。
相同的过程也对于上行传输执行，即相邻BEA内的用户站不在相同时间发送上行数据至相邻BEA，或者在相同时间向相邻BS发送时使用不同的子信道，等等。这些计算的结果是上行猝发分配区域BRSTA_ULn，p。
图3示出了根据本发明，包含BRSTA_DL和BRSTA_UL的TDD(时分双工)帧。

Claims (10)

1.一种操作无线接入网RAN的方法，其中所述无线接入网包括基站控制器BSC和多个基站BS，所述基站控制器分配资源域的无线资源，并且每个基站BS可以在对应的基站区域BSA内处理多个用户站SS，其特征在于：
每个基站区域被静态地划分为多个空间分区BEA；
所述资源域的时间-频率域子集被分配给每个所述分区；
所述基站BS为属于其相应基站区域的每个分区收集业务量信息，所述业务量信息包括干扰冲突情况和业务量负载；
所述基站BS为属于其相应基站区域的每个分区概括业务量信息；
所述基站BS有规律地向所述基站控制器提供属于其相应基站区域的每个分区的所述概括的业务量信息；
所述基站控制器BSC为每个分区分析所述概括的业务量信息，并且有规律地向所述分区重新分配时间-频率域子集，以便于减小用户站之间的干扰；以及
每个基站BS包括独立的本地调度实体ILSE，所述独立的本地调度实体将分配给指定分区的无线资源域子集的无线资源在指定时刻及时地分配给位于该分区范围内的用户站SS。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，分配给不同基站区域的相邻分区的时间-频率域子集不重叠。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所有基站区域具有基本相同的几何形状。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，所有基站区域具有几何上基本相同的分区划分。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，基站区域包括中央分区和N个外部分区，N至少等于与所述基站区域具有共同边界线的其他基站区域数量的两倍。
6.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述几何形状是六边形。
7.一种无线接入网RAN设备，包括基站控制器BSC和多个基站BS，所述基站控制器分配资源域的无线资源，并且每个基站BS可以在对应的基站区域BSA内处理多个用户站SS，其特征在于，该无线接入网RAN设备包括：
将每个基站区域静态地划分为多个空间分区BEA的装置；
将所述资源域的时间-频率域子集分配给每个所述分区的装置；
为属于相应基站区域的每个分区收集业务量信息的装置，所述业务量信息包括干扰冲突情况和业务量负载；
为属于相应基站区域的每个分区概括业务量信息的装置；
有规律地向所述基站控制器提供属于其相应基站区域的每个分区的所述概括的业务量信息的装置；
为每个分区分析所述概括的业务量信息并且有规律地向所述分区重新分配时间-频率域子集，以便于减小用户站之间的干扰的装置；以及
包括在每个基站BS中的独立的本地调度实体ILSE，所述独立的本地调度实体ILSE用于将分配给指定分区的无线资源域子集的无线资源在指定时刻及时地分配给位于该分区范围内的用户站SS
Figure C200710001556C0003151154QIETU
8.根据权利要求7的无线接入网设备，其特征在于，每个基站包括多个天线模式，每个天线模式专用于对所述基站的相应基站区域的一个或多个分区寻址。
9.根据权利要求7的无线接入网设备，其特征在于，每个基站包括用于产生自适应形成的波束图形的自适应波束赋形系统，其中对每个波束图形定义与所述基站区域的所述分区之一的一一对应关系。
10.根据权利要求7的无线接入网设备，其特征在于，每个基站操作正交频分多址或频分多址空中接口。
11.根据权利要求8的无线接入设备，其特征在于，每个天线模式专用于对一个分区寻址。
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