CN100591151C - 蜂窝网络及其实现广播通信和数据通信的方法 - Google Patents

蜂窝网络及其实现广播通信和数据通信的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种蜂窝网络及其实现广播通信和数据通信的方法。本发明的蜂窝网络，包括中心控制节点以及基站。其中，中心控制节点分别与各个基站连接，产生控制信息，用于控制基站向终端发送视频广播数据，以及控制基站与终端的数据通讯，所述控制信息包括频率分配信息和时隙分配信息；基站，用于获得视频广播数据，并在控制信息的控制下，通过无线信道将视频广播数据发送给终端，以及，与终端进行数据通信。通过本发明提供的蜂窝网络以及在蜂窝网络中实现广播通信和数据通信的方法，可以在扇区化的蜂窝网络中融合视频广播和数据通信，同时避免扇区化带来的视频广播时的频谱效率降低的问题。

Description

蜂窝网络及其实现广播通信和数据通信的方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种蜂窝网络及其实现广播通信和数据通信的方法。
背景技术
长期以来，对于移动通信网络，人们一直采用蜂窝结构。这种蜂窝结构通常只用于支持语音和数据单播(Unicast)业务。而随着人们对移动音视频的需求，因此移动视频广播业务也开始在移动通信市场开始蓬勃发展。尤其随着宽带无线技术的高速发展，人们越来越多地开始讨论在下一代无线网中如何融合传统的移动通信网络，无线Internet数据网络和广播网络。
如图1所示，目前，支持移动视频广播业务通常采用以下两种方法：
其中，第一种方法是，采用单独的广播网络，如DVB-H系统、DMB系统等，来支持移动视频广播业务。其中，在DVB-H或者DMB系统中，内容提供商将开发的视频内容存储在内容服务器上，然后通过互联网(或专用网络)、或卫星系统向各地的广播站分发视频内容，并通过广播站的广播发射塔向终端(例如手机、PDA、笔记本电脑、甚至车载电视等)广播视频内容。这些系统通常独立于现有的蜂窝网络，不能支持移动通信，在进行移动通信的情况下，需要建立相应的蜂窝网络，因此，要同时实现移动通信和视频广播业务需要两套独立的网络，成本较高。
第二种方法是，通过在现有的蜂窝网络(如GPRS，CDMA等)中采用流媒体的方法，将视频业务同通信数据一样作为一种数据进行发送，从而在蜂窝网络中实现视频广播业务。首先，内容提供商将开发的视频内容存储在内容服务器上，然后通过蜂窝网络向采用流媒体的方式将视频内容向终端广播。然而，对于第二种方法，由于传统的蜂窝网络并非针对视频广播设计的，因此，第二种方法在支持广播业务时，和第一种方法相比，每个小区发送同样的内容时必须单独发送多个拷贝，这样存在频谱效率较低的问题。
另外，现有大多数的蜂窝网络都是基于扇区化，以减少干扰，增加容量。当扇区化时，由于每个扇区都通常使用部分频谱，因此，采用目前的基于扇区的蜂窝网络进行视频广播将更加困难。
发明内容
本发明的目的是，提供一种蜂窝网络。
本发明的另一目的是，提供一种在上述蜂窝网络中实现广播通信和数据通信的方法。
根据本发明的一方面，提供一种蜂窝网络，包括中心控制节点以及基站，其中，
中心控制节点分别与各个基站连接，产生控制信息，用于控制基站向终端发送视频广播数据，以及控制基站与终端的数据通讯，所述控制信息包括频率分配信息和时隙分配信息；
基站，用于获得视频广播数据，并在控制信息的控制下，通过无线信道将视频广播数据发送给终端，以及，与终端进行数据通信。
根据本发明的另一方面，提供一种在蜂窝网络中实现广播通信和数据通信的方法，包括步骤：
中心控制节点产生控制信息，将控制信息发送给各基站，控制信息包括中心控制节点分配给各基站中各扇区的工作频带和工作时间；
各基站根据控制信息，控制其扇区在相应的工作频带和工作时间内发送广播数据，以及控制其扇区在相应的工作频带和工作时间内收发通信数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过本发明提供的蜂窝网络以及在蜂窝网络中实现广播通信和数据通信的方法，可以在扇区化的蜂窝网络中融合视频广播和数据通信，同时避免扇区化带来的视频广播时的频谱效率降低的问题。另一方面，由于该发明将广播和数据通信有机地融合在一个系统中，可以方便地动态调整广播和数据通信所占用的频谱或/和时间资源，以提高频谱使用效率。
附图说明
图1为支持移动视频广播业务的网络架构的示意图；
图2为本发明的蜂窝网络的整体结构示意图；
图3为本发明的蜂窝网络中基站的结构示意图；
图4为广播数据收发装置的结构示意图；
图5为通信数据收发装置的结构示意图；
图6为本发明蜂窝网络实现广播数据的发送、以及通讯数据的收发的方法的流程图；
图7为资源分配方式一中的一种帧结构的示意图；
图8为资源分配方式一中的超帧的结构示意图；
图9为由图8的超帧结构形成的超帧组的示意图；
图10为资源分配方式二中的一种帧结构的示意图；
图11为资源分配方式二中的超帧的结构示意图；
图12为由图11的超帧所构成的超帧组的示意图。
具体实施方式
本发明的主要思想是，提供一种蜂窝网络以及在蜂窝网络中实现视频广播和数据通信的方法，通过对频率和时间的控制，在扇区化的蜂窝网络中融合视频广播和数据通信，同时避免扇区化带来的视频广播时的频谱效率降低的问题。
以下结合附图说明本发明的蜂窝网络及其实现视频广播和数据通信的方法。
图2为本发明的蜂窝网络的整体结构示意图。如图2所示，本发明的蜂窝网络包括中心控制节点以及基站。
其中，中心控制节点分别与各个基站连接，产生控制信息，控制信息包括频率分配信息和时隙分配信息，用于控制基站向终端发送视频广播数据，以及控制基站与终端的数据通讯。
基站用于通过网关/路由器从内容服务器中获得视频广播数据，并通过无线信道将视频广播数据发送给终端；以及，与局端(图未示)和终端进行数据通信。
在本发明中，基站为扇区化的基站，一个基站可以分为m(m≥1)个扇区。对于m＞1的情况，基站分为m个扇区，每个扇区中采用定向天线收发数据。对于m＝1的情况，可以将基站整体视为一个大的扇区，采用全向天线收发数据。为了方便描述，这里采用通常的3扇区的基站进行描述。
在3扇区的基站中，一个基站分为3个扇区，每个扇区采用定向天线收发数据。如图3所示，在本发明中，为了在基站的每个扇区中实现广播数据的发送、以及通讯数据的收发，需要在基站中为每个扇区设置相应的广播数据收发装置、通讯数据收发装置，同一扇区内的广播数据收发装置和通讯数据收发装置可以共用定向天线进行数据收发，也可以采用各自的定向天线进行数据收发。另外，由于广播数据不需要区分扇区，广播数据也可以在3个扇区采用统一的天线发射，而不和数据共用天线。
另外，在基站的每个扇区中实现广播数据的发送、以及通讯数据的收发，还需要在基站中设置相应的时间/频率控制装置，用于根据接收自中心控制节点的控制信息，控制每个扇区的广播数据收发装置和通信数据收发装置的工作频带和工作时隙。
具体的，如图4所示，广播数据收发装置可以包括链路和网络报文处理单元、基带处理单元、以及射频(RF)单元。其中，链路和网络报文处理单元，用于从内容服务器获取视频广播数据，按照链路协议控制广播数据的传输并对视频广播数据进行分组打包成相应的广播数据包；基带处理单元，用于将发送给终端的广播数据包进行基带信号处理，形成基带广播信号；射频单元，用于将基带广播数据包转换成相应的射频广播信号发送给终端。
如图5所示，通信数据收发装置可以包括链路和网络报文处理单元、基带处理单元、以及射频(RF)单元。其中，链路和网络报文处理单元，用于按照链路协议控制报文传输并对通信数据的报文进行分组打包；基带处理单元，用于将来自链路和网络报文处理单元的通信数据进行编码和调制，或者将来自射频单元的通信数据进行译码和解调；射频单元，用于将发送给终端的基带通信信号转成相应的射频通信信号，或者将终端发送来的射频通信信号转成相应的基带通信信号。
如图6所示，在上述的蜂窝网络中，实现广播数据的发送、以及通讯数据的收发的方法包括以下步骤：
步骤100，中心控制节点产生控制信息，将控制信息发送给各基站中的时间/频率控制单元，控制信息包括中心控制节点分配给各基站中各扇区的广播数据收发装置和通信数据收发装置的工作频带和工作时间；
步骤110，各基站中的时间/频率控制单元根据控制信息，控制各扇区的广播数据收发装置在相应的工作频带和工作时间内发送广播数据，以及控制各扇区的通信数据收发装置在相应的工作频带和工作时间内收发通信数据。
值得说明的是，在本发明中，中心控制节点可以直接连接到各基站中各扇区的广播数据收发装置和通信数据收发装置，利用其产生控制信息直接控制各扇区的广播数据收发装置在相应的工作频带和工作时间内发送广播数据，以及控制各扇区的通信数据收发装置在相应的工作频带和工作时间内收发通信数据。
在本发明中，中心控制节点的控制信息包括各基站中每个扇区的广播数据收发装置和通信数据收发单元相应的资源(频率和时间)，具体的分配可以按照以下几种方式进行：
方式一：
将数据通信和广播通信在时域上分开，蜂窝网络中用于广播通信的频带可以是蜂窝网络的所有频带，也可以是蜂窝网络的所有频带的一部分，分配给广播通信的频带在蜂窝网络中共用，即，蜂窝网络中所有基站的每个扇区在广播时采用相同的频带进行广播数据的发送。
在用于广播通信的频带为蜂窝网络的所有频带或者部分频带时，蜂窝网络中的基站根据复用因子分配蜂窝网络的所有频带，然后根据每个基站的扇区数进一步为每个扇区分配相应的频带。例如，蜂窝网络的频带为20MHz，假设复用因子是3，那么蜂窝网络中每个小区的基站都分到6.7MHz，在基站为3扇区基站的情况下，每个扇区分到2.2MHz。这时，广播时所有基站的所有天线用的频谱可以是全部20MHz的带宽，当然更可以只用部分的带宽。
另外，在分配给广播通信的频带为蜂窝网络的部分频带时，可以将剩余的频带按照复用因子分配给蜂窝网络中的基站，然后根据每个基站的扇区数进一步为每个扇区分配相应的频带，由于广播通信使用的频带和数据通信使用的频带不同，从而可以在广播时隙中同时进行广播通信和数据通信。例如，蜂窝网络的频带为20MHz，假设分配给广播通信的频带为a MHz，在复用因子是3的情况下，那么蜂窝网络中每个小区的基站都分到(20-a)/3MHz，在基站为3扇区基站的情况下，每个扇区分到(20-a)/9MHz。
如图7的基站发送的帧的结构所示，中心控制节点在时域上将帧分为收发广播数据的广播时隙和收发通信数据的通信时隙。在广播时隙中，基站中每个扇区的广播数据收发装置使用预先分配的频带发送广播数据(同一频道或者不同频道的广播内容)。通信时隙中，基站中每个扇区的通信数据收发装置使用基站分配的子频带收发通信数据，例如，这里可以采用平均分配频带的方式进行，即，假设基站用于数据通信的频带为WB，在3扇区的情况下，将WB平均分为3个子频带(WB1、WB2、WB3)，扇区1的通信数据收发装置在通信时隙中采用WB1进行通信数据的收发，扇区2的通信数据收发装置在通信时隙中采用WB2进行通信数据的收发，扇区3的通信数据收发装置在通信时隙中采用WB3进行通信数据的收发。
在这种分配方式中，在一个广播时隙中可以发送同一频道的一个或者多个广播MAC帧，或者在一个广播时隙中发送不同频道的多个广播MAC帧，同样，在一个通信时隙中可以发送一个或者多个数据MAC帧。
图8所示为分配方式一中的一种超帧结构，中心控制节点可以控制基站的扇区在广播时隙中发送同一频道的一个或多个广播MAC帧，在通信时隙中，发送多个(假设为N)数据MAC帧，每个MAC帧的长度可以一样，如3～5ms。
这样，如图9所示，对于采用图8所示的超帧构成的超帧组，用于进行一轮广播，当N＝10，每个MAC帧为5ms，存在20个频道且每个频道内容在一轮仅发送一个时隙的情况下，终端可以在猝发接收某个广播频道的广播数据5ms后休眠(20×11×5-5)ms＝1095ms，并在下一次接收同一频道的广播数据时才需要醒来5ms。这样可以很好的保证终端在接收某一频道的广播数据时不会频繁地从休眠状态苏醒过来，从而可以很好的节约终端的能量。可以理解的是，本发明中的所采用的帧、及其组成的超帧可以根据实际通信状况设计成其他的结构。
以上以蜂窝网络中的一个基站为例对分配方式一进行了说明，可以理解的是，对于蜂窝网络中同步的所有基站而言，其在广播时隙中广播的广播数据可以是同一频道的广播数据，也可以是不同频道的广播数据。
方式二：
当在整个时域上同时进行数据通信和广播通信时，在蜂窝网络中用于广播通信的频带是蜂窝网络的所有频带的一部分，分配给广播通信的频带在蜂窝网络中共用，即，蜂窝网络中所有基站的每个扇区在广播时采用相同的频带进行广播数据的发送，而且广播时可以在时间上是连续广播的。
在分配给广播通信的频带为蜂窝网络的部分频带时，可以将剩余的频带按照复用因子分配给蜂窝网络中的基站，然后根据每个基站的扇区数进一步为每个扇区分配相应的频带。例如，蜂窝网络的频带为20MHz，假设分配给广播通信的频带为2MHz，在复用因子是3的情况下，那么蜂窝网络中每个小区的基站都分到(20-2)/3＝6MHz，在基站为3扇区基站的情况下，每个扇区分到2MHz。这样，在每个基站中，不同扇区同时发送广播数据和通信数据时，相互之间不会产生干扰。
如图10的基站发送的帧的结构所示，中心控制节点控制基站中每个扇区的通信数据收发装置在整个时域上采用子频带收发通信数据，以及，控制基站中每个扇区的广播数据收发装置在整个时域上采用预定的频带(不同于扇区的子频带)收发广播数据。
假设，用于发送广播数据的频带为WBG，分配给某一基站的所有频带为WBJ，对于3扇区的基站，每个扇区的频带为WBJ 1、WBJ 2、WBJ 3，其中，基站中每个扇区的广播数据收发装置均工作在子频带WBG上，而基站中的每个扇区的通信数据收发装置分别工作在各自的工作频带上，例如，基站中扇区1的通信数据收发装置采用WBJ 1进行通信数据的收发，扇区2的通信数据收发装置采用WBJ 2进行通信数据的收发，扇区3的通信数据收发装置采用WBJ 3进行通信数据的收发。
如图11所示，在这种分配方式中，在一个超帧的广播帧中可以发送同一频道的一个或者多个广播MAC帧，或者在一个广播帧中发送多个频道的广播MAC帧，同样，在一个超帧的通信帧中可以发送一个或者多个数据MAC帧。广播MAC帧和数据MAC帧可以等长也可以不等长。终端可以仅在收发数据时处于苏醒状态，在其他时候进入休眠状态。
这样，如图12所示，对于采用图11所示的超帧构成的超帧组，用于进行一轮广播，当每个频道需要占用10个广播帧，每个广播帧为5ms，存在20个频道的情况下，终端可以在猝发接收某个广播频道的广播数据10×5ms＝50ms后休眠19×10×5ms＝950ms，并在下一次接收同一频道的广播数据时才需要醒来50ms。这样可以很好的保证终端在接收某一频道的广播数据时不会频繁地从休眠状态苏醒过来，从而可以很好的节约终端的能量。可以理解的是，本发明中的所采用的帧、及其组成的超帧可以根据实际通信状况设计成其他的结构。
以上以蜂窝网络中的一个基站为例对分配方式二进行了说明，可以理解的是，对于蜂窝网络中同步的所有基站而言，其在同一广播时隙中广播的广播数据可以是同一频道的广播数据，也可以是不同频道的广播数据。
通过本发明的蜂窝网络及其实现广播通信和数据通信的方法，可以在扇区化的蜂窝网络中融合视频广播和数据通信，同时避免扇区化带来的视频广播时的频谱效率降低的问题。而且可以通过中心控制节点控制分配给广播和通信的时间和/或频谱资源，最大限度地提高频谱利用效率。
另外，本发明可以应用于每一个城市或者每一个区域中的蜂窝网络，只是，对于不同的城市或者区域，可以具有相同或各自不同的频带，用于广播通信和数据通信。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种蜂窝网络，其特征在于，包括中心控制节点以及基站，其中，
中心控制节点分别与各个基站连接，产生控制信息，用于控制基站向终端发送视频广播数据，以及控制基站与终端的数据通讯，所述控制信息包括频率分配信息和时隙分配信息；以及
基站，所述基站为扇区化的基站，包括至少一个扇区，其中每个扇区包括：
广播数据收发装置，用于获得视频广播数据，并在控制信息的控制下，通过无线信道将视频广播数据发送给终端；
通信数据收发装置，用于在控制信息的控制下，与终端进行数据通信。
2.如权利要求1所述的蜂窝网络，其特征在于，所述基站进一步包括时间/频率控制装置，用于根据接收自中心控制节点的控制信息，控制每个扇区的广播数据收发装置和通信数据收发装置的工作频带和工作时隙。
3.如权利要求1或2所述的蜂窝网络，其特征在于，广播数据收发装置包括链路和网络报文处理单元、基带处理单元、以及射频单元，其中，
链路和网络报文处理单元，用于从内容服务器获取视频广播数据，并对视频广播数据进行分组打包成相应的广播数据包；
基带处理单元，用于将发送给终端的广播数据包进行基带信号处理，形成基带广播信号；
射频单元，用于将基带广播数据包转换成相应的射频广播信号发送给终端。
4.如权利要求1或2所述的蜂窝网络，其特征在于，通信数据收发装置包括链路和网络报文处理单元、基带处理单元、以及射频单元，其中，
链路和网络报文处理单元，用于按照链路协议控制报文传输并对通信数据的报文进行分组打包；
基带处理单元，用于将来自链路和网络报文处理单元的通信数据进行编码和调制，以及，将来自射频单元的通信数据进行译码和解调；
射频单元，用于将发送给终端的基带通信信号转成相应的射频通信信号，以及，将终端发送来的射频通信信号转成相应的基带通信信号。
5.一种在如权利要求1所述的蜂窝网络中实现广播通信和数据通信的方法，其特征在于，包括步骤：
中心控制节点产生控制信息，将控制信息发送给各基站，控制信息包括中心控制节点分配给各基站中各扇区的工作频带和工作时间；
各基站根据控制信息，控制其扇区在相应的工作频带和工作时间内发送广播数据，以及控制其扇区在相应的工作频带和工作时间内收发通信数据。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，
在用于发送广播数据的工作时间中，蜂窝网络中用于广播通信的频带是蜂窝网络的所有频带，或是蜂窝网络的所有频带的一部分，蜂窝网络中所有基站的每个扇区在广播时采用相同的频带进行广播数据的发送；
在用于发送广播数据的工作时间结束后，基站各个扇区在用于数据通信的工作时间发送通信数据。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，
当蜂窝网络中用于广播通信的频带是蜂窝网络的所有频带的一部分时，蜂窝网络的剩余频带按照复用因子分配给蜂窝网络中的基站，然后根据每个基站的扇区数进一步为每个扇区分配相应的频带，从而，在用于发送广播数据的工作时间中，基站的各个扇区同时进行广播通信和数据通信。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，
蜂窝网络中用于广播通信的频带是蜂窝网络的所有频带的一部分，蜂窝网络中所有基站的每个扇区采用相同的频带在整个时域上进行广播数据的发送；
蜂窝网络的剩余频带按照复用因子分配给蜂窝网络中的基站，然后根据每个基站的扇区数进一步为每个扇区分配相应的频带，蜂窝网络中所有基站的每个扇区采用所分配的频带在整个时域上进行通信数据的发送。
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