CN101043694B - 融合移动通信网络与视频广播网络的通信系统及通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种融合移动通信网络与视频广播网络的通信系统及通信方法，该通信系统包括：包括至少一个蜂窝簇、广播发射塔以及中心控制节点，每个蜂窝簇中具有多个蜂窝基站。其中，中心控制节点，根据预定的调度算法为蜂窝基站分配相应的时间片；蜂窝基站，在中心控制节点分配的时间片内与终端通信；以及，广播发射塔，在该中心控制节点分配的时间片内将信号发送至终端。本发明能够实现移动通信网络与视频广播网络的融合，并且可以最大限度地利用频谱资源。

Description

融合移动通信网络与视频广播网络的通信系统及通信方法

技术领域

本发明涉及一种通信系统及通信方法，尤其涉及一种融合移动通信网络与视频广播网络的通信系统及通信方法。

背景技术

随着宽带无线技术的高速发展，人们越来越多地开始关注在下一代无线网(如4G)中如何融合传统的移动通信网络、无线INTERNET数据网络和基于广播的广电网络。

对于移动通信网络，长期以来，人们一直采用蜂窝结构，且现有的蜂窝结构都是基于频分复用(FDM)方式。如图1所示，网络运营商在采用7蜂窝架构组网时，将其获得的频谱资源(如14MHz)分别分配给每个蜂窝基站，则每个蜂窝基站被分配了固定的频带(2MHz)。而且，该频谱资源在二维上是在所有蜂窝簇间重复分配的(因为相邻两个蜂窝簇的蜂窝基站已经离得很远了，可以复用同一个2MHz的频带)，在该蜂窝架构下，所有的蜂窝簇中的蜂窝基站是同时工作的，因为这些蜂窝基站使用的是互不干扰的频带。图上所示的一个蜂窝簇中包含7个蜂窝基站，可以理解的是，每个蜂窝簇中也可以包括3或4个蜂窝基站，进一步，可以根据网络设计设置其他数量的蜂窝基站。

但是，目前该移动通信网络与视频广播网络基本没有实现融合，二者各自运营。即使在某些移动通信网上可以看视频，这也仅是将视频流当作普通的数据，从蜂窝基站发送到终端进行显示，利用目前的蜂窝网络进行视频节目的广播，效率低。此外，该移动通信网络还存在以下问题：

1.频谱分配比较固定，无法最大限度地利用频谱资源，实际造成频谱浪费。例如，蜂窝基站1和蜂窝基站3有同样的频谱资源，而实际上有可能蜂窝基站1的用户数远小于蜂窝基站3的用户数，即使通过一种“Cell Breathing”方法，可将小区面积动态变大或者变小以减少频谱资源浪费，但是，该方法极大地增加了系统的复杂度，如用户切换、资源分配等，且当采用“CellBreathing”方法，小区面积动态变大时，需要改变蜂窝基站发射功率用以更大面积的覆盖。

2.由于需要为每个蜂窝分配频谱资源，因此现有的网络架构需要复杂的频谱规划。

对于视频广播网络，现有的广播发射塔大多只提供模拟式视频广播服务，即使少数广播发射塔能够提供数字式视频广播服务，也都是单独组网，没有与移动通信网络结合起来。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种融合移动通信网络与视频广播网络的通信系统。

本发明的另一目的在于，提供一种融合移动通信网络与视频广播网络的通信方法。

根据本发明的融合移动通信网络与视频广播网络的通信系统，包括至少一个蜂窝簇、广播发射塔以及中心控制节点，每个蜂窝簇中具有多个蜂窝基站。其中，中心控制节点，根据预定的调度算法为蜂窝基站和广播发射塔分配在同一帧中的相应的时间片；蜂窝基站，在中心控制节点分配的时间片内与终端通信；以及，广播发射塔，在该中心控制节点分配的时间片内将信号发送至终端。

根据本发明的融合移动通信网络与视频广播网络的通信方法，包括以下步骤：

步骤10，中心控制节点根据预定的调度算法为蜂窝基站和广播发射塔分配在同一帧中的相应的时间片，并将分配的时间片信息发送给相应的蜂窝基站和广播发射塔；

步骤11，广播发射塔在分配的时间片内将信号发送给终端，以及各蜂窝基站在分配的时间片内与终端通信。

本发明的有益效果是：根据本发明的新的网络融合通信系统，能够将移动通信网络与视频广播网络融合在一起，在满足移动通信业务的同时，提供高效的视频广播服务；蜂窝簇内各个蜂窝基站间通过时分复用，使得各个蜂窝基站能够使用全部的频谱资源，无需复杂的频谱规划；各个蜂窝基站之间按需分配频谱资源，最大限度地提高了频谱效率；不需改变蜂窝大小，不需功率控制；能够为终端和蜂窝基站节约大量能量。

附图说明

图1为一种现有的移动通信网络的蜂窝结构示意图；

图2为本发明融合移动通信网络与视频广播网络的通信系统的示意图；

图3为蜂窝簇、广播发射塔与中心控制节点之间的关系示意图；

图4为每个蜂窝簇内的各个蜂窝与广播发射塔共用一帧时间的示意图；

图5为本发明的广播发射塔的结构示意图；

图6为本发明一实施例的蜂窝基站的结构示意图；

图7为本发明一实施例的中心控制节点的结构示意图；

图8为本发明一实施例的融合移动通信网络与视频广播网络的通信方法的流程图；

图9为本发明另一实施例的蜂窝基站的结构示意图；

图10为本发明另一实施例的中心控制节点的结构示意图；

图11为本发明另一实施例的融合移动通信网络与视频广播网络的通信方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图说明依照本发明的融合移动通信网络与视频广播网络的通信系统及其通信方法。

图2为本发明的融合移动通信网络与视频广播网络的通信系统的示意图。如图2所示，该通信系统为层次型覆盖架构，包括广播发射塔1以及该广播发射塔所覆盖的蜂窝簇。

广播发射塔1能够实现较大范围的视频广播数据覆盖，通常情况下，在一个很大的范围内如一个城市里，只需要一个发射塔或很少的几个发射塔即可实现有效覆盖。每个蜂窝簇包括7个蜂窝基站，各个蜂窝基站用于实现移动通信数据覆盖。图2上所示的一个蜂窝簇中包含7个蜂窝基站，可以理解的是，每个蜂窝簇中也可以包括3或4个蜂窝基站，或者其他数量的蜂窝基站。

为了实现视频广播网络和移动通信网络的融合，在本发明中，如图3所示，该通信系统进一步包括中心控制节点3，蜂窝簇中的各个蜂窝基站2通过有线或无线方式连接到中心控制节点3，由中心控制节点3根据预定的调度算法为各蜂窝基站2分配相应的时间片。同时，广播发射塔1也通过有线或无线方式连接到中心控制节点3，由中心控制节点3为其分配时间片。

广播发射塔1和与其覆盖的每个蜂窝簇中的各个蜂窝基站2之间以时分复用(TDM)方式实现通信。也就是，在一帧数据中，广播发射塔1所发射的视频广播数据、每个蜂窝簇中的各个蜂窝基站2发射的移动通信数据分别占用一个时间片。由于在时间上将广播发射塔1和蜂窝基站2进行了分割，每个蜂窝基站2均可以采用所有频带资源而相互之间不产生干扰。

如图4所示，在一帧数据中，在某个节目源固定的情况下，广播发射塔1的时间片是固定的，由各种数字广播标准确定。中心控制节点3根据调度算法(如平均分配)为蜂窝基站分配时间片，并给视频广播1分配时间片。另外，在一帧中包含公共的时间片，即控制包时间片，各蜂窝基站2在该时间片内获得中心控制节点3发送的时间片信息，并且在该控制包时间片内完成其它控制功能等。并且，进一步为了以后的业务拓展，还可以包含预留时间片。虽然图4中将广播发射塔的时间片设置在一帧数据的开始位置，但是可以理解的是，这只是示范性的说明，其所处位置并不影响本发明的实质。

以上说明了本发明融合移动通信网络与视频广播网络的通信系统及其通信方法的主要思想，下面将结合不同的实施例来具体说明其实现。

实施例1

图5为本发明融合移动通信网络与视频广播网络的通信系统的的广播发射塔的结构示意图。如图5所示，该广播发射塔1至少包括：射频(RF)单元11、基带处理单元12、链路和网络报文处理单元13以及时间资源控制单元14。

其中，射频单元11，用于将数字信号转换成无线射频信号发送给终端；基带处理单元12，用于将发送给终端的数据包进行基带信号处理；链路和网络报文处理单元13，用于按照公知链路协议控制报文传输并对报文进行分组打包；时间资源控制单元14，用于接收中心控制节点3分配的时间片信息，并在中心控制节点分配的时间片内控制射频单元11，基带处理单元12，报文处理单元13等将视频广播信号发送给终端。

具体的，在时间资源控制单元14接收到的、由中心控制节点3分配的时间片内，视频广播数据首先进入链路和网络报文处理单元13进行分组打包，然后进入基带处理单元12进行基带信号处理产生相应的基带信号，最后，射频单元11将基带信号上变频后发送至终端。

可以看出，本发明的广播发射塔1的一个重要的特征是包括有时间资源控制单元14。时间资源控制单元14根据中心控制节点3分配的时间片信息，在分配的时间片内控制各单元将信号发送至终端，从而实现与蜂窝簇中各个蜂窝基站之间的时分复用。

图6为本发明融合移动通信网络与视频广播网络的通信系统的实施例1中的蜂窝基站的结构示意图。如图6所示，该蜂窝基站2至少包括：射频(RF)单元21、基带处理单元22、链路和网络报文处理单元23、以及时间资源控制单元25。

其中，射频单元21，用于将发送给终端的信号转成无线射频信号，或者将终端发送来的无线射频信号转成基带信号；基带处理单元22，用于将发送给终端的数据包进行编码和调制，或者将终端发送来的数据包进行译码和解调；链路和网络报文处理单元23，用于按照公知链路协议控制报文传输并对报文进行分组打包；时间资源控制单元25，用于接收中心控制节点3分配的时间片信息，并在中心控制节点3分配的时间片内控制各单元将信号发送给终端，以及从终端接收信号。

具体的，在中心控制节点3分配的时间片中，由终端发送的信号首先经射频单元21转成基带信号，然后由基带处理单元22进行译码和解调，并经链路和网络报文处理单元23校验和解封装后，被送至局端。同时，由局端发来的报文经链路和网络报文处理单元23分组打包后，由基带处理单元22对数据包进行编码和调制，然后由射频单元21转换成无线射频信号，最后，时间资源控制单元控制各单元将信号发送至终端。

可以看出，本发明中的蜂窝基站包括时间资源控制单元25。通过时间资源控制单元25接收中心控制节点3分配的时间片信息，在分配的时间片内控制各单元将信号发送至终端并从终端接收信号，从而实现蜂窝基站之间的时分复用。

图7为本发明融合移动通信网络与视频广播网络的通信系统的实施例1中的中心控制节点的结构示意图。如图7所示，该中心控制节点3包括：资源调度单元32以及资源通知单元33。

其中，资源调度单元32，用于根据平均分配等调度算法为蜂窝基站2平均分配时间片，并给广播发射塔1分配时间片；资源通知单元33，用于将分配给广播发射塔1以及每个蜂窝基站2的时间片信息通知广播发射塔1以及相应的蜂窝基站2。

这里，该中心控制节点3可以为独立于各个蜂窝基站与广播发射塔之外的物理设备，可以为该广播发射塔中的一个处理单元，也可以为某一蜂窝基站中的一个处理单元。

以下，将结合图8说明本发明实施例1的融合移动通信网络与视频广播网络的通信方法，该通信方法包括以下步骤：

步骤100，中心控制节点3的资源调度单元32根据平均分配(或随机分配)调度算法为各个蜂窝基站2平均分配(或随机分配)时间片，并给广播发射塔1分配时间片，然后将分配的时间片信息送至资源通知单元33；

步骤102，资源通知单元33将该时间片信息发送给相应的蜂窝基站2的时间资源控制单元25和广播发射塔1的时间资源控制单元14；

步骤104，时间资源控制单元14在资源通知单元33发送的时间片内控制各个单元将信号发送给终端，以及时间资源控制单元25在资源通知单元33发送的时间片内控制各个单元将信号发送给终端并从终端接收信号。

从上述方法可以看出，中心控制节点3通过随机或者固定的调度算法为广播发射塔1和蜂窝基站2分配相应的时间片，从而使得移动通信网络和视频广播网络融合。可以理解的是，中心控制节点3可以在每一帧中都进行时间片的重新分配，也可以根据网络的实际需要，每隔几帧进行一次时间片的重新分配。在这种情况下，广播发射塔1和蜂窝基站2根据当前最新分配的时间片进行通信。

实施例2

以上实施例1为一种由中心控制节点单独进行的时间片分配机制，其在终端数量较少或者数据流量较小的情况下可以取得一定的效果，而在终端数量较多或者数据流量较大的情况下，中心控制节点则需要采用一种自适应的分配方式来进行时间片的分配，从而实现适时准确的调度。

本发明的实施例2为自适应的融合移动通信网络与视频广播网络的通信系统，其与图3所示的实施例1的通信系统结构大体相同，包括：至少一个蜂窝基站2’、广播发射塔1、以及中心控制节点3’。该中心控制节点3’能够根据蜂窝基站2’当前的上下行流量或蜂窝基站2’中的用户数，为其分配时间片。

如图9所示为本发明实施例2的蜂窝基站2’的结构示意图。该蜂窝基站2’至少包括：射频(RF)单元21’、基带处理单元22’、链路和网络报文处理单元23’、资源需求收集单元24’以及时间资源控制单元25’。

其中，资源需求收集单元24’，用于收集蜂窝基站2’当前的上下行流量或者用户数，并将统计结果发送至中心控制节点3’。其它单元的结构与功能与实施例1中相同，在此不再复述。

具体的，在中心控制节点3’所分配的时间片内，由终端发送的信号首先经射频单元21’转成基带信号，然后由基带处理单元22进行译码和解调，并经链路和网络报文处理单元23’校验和解封装后，被送至局端；同时，资源需求单元24’对蜂窝基站2’的上下行流量或蜂窝基站2’的用户数进行统计，并将统计结果提交中心控制节点3’；同时，由局端发来的报文经链路和网络报文处理单元23’分组打包后，由基带处理单元22’对数据包进行编码和调制，然后由射频单元21’转换成无线射频信号，并将信号发送至终端，以及从终端接收信号。

可以看出，本发明实施例2中的蜂窝基站相对于实施例1进一步包括资源需求收集单元24’。通过资源需求收集单元24’对蜂窝基站2’当前的上下行流量或蜂窝基站2’的用户数进行，并将统计结果提交给中心控制节点3’，来为中心控制节点3’的时间片资源的分配提供依据。然后，通过时间资源控制单元25’接收中心控制节点3’分配的时间片信息，在分配的时间片内控制各个单元将信号发送至终端并从终端接收信号，从而实现蜂窝基站之间的时分复用。如图10所示为本发明实施例2中的中心控制节点3’的结构示意图，该中心控制节点3’包括：资源请求收集单元31’、资源调度单元32’，、以及资源通知单元33’。

其中，资源请求收集单元31’，用于收集各个蜂窝基站2’的资源请求；资源调度单元32’，用于根据资源请求单元31’收集到的各个蜂窝簇中每个蜂窝基站的统计结果，对各个蜂窝簇的蜂窝基站发送信号所需要的时间片进行分配；资源通知单元33’，用于将分配给广播发射塔以及每个蜂窝基站的时间片信息通知广播发射塔1以及相应的蜂窝基站2’。

这里，该中心控制节点3’可以为独立于各个蜂窝基站与广播发射塔之外的物理设备，可以为该广播发射塔中的一个处理单元，也可以为某一蜂窝基站中的一个处理单元。

以下，将结合图11说明本发明实施例2的通信方法，该通信方法包括以下步骤：

步骤200，在公共的时间片中，蜂窝基站中的资源需求收集单元24’对蜂窝基站当前的上下行流量或蜂窝基站中的用户数进行统计，并将统计结果发送至中心控制节点3’；

步骤202，中心控制节点3’的资源请求收集单元31’接收各个蜂窝基站的统计结果，由资源调度单元32’根据调度算法(如round robin、WFQ、或WF²Q等)对蜂窝基站分配时间片，并给视频广播分配时间片，然后将分配的时间片信息送至资源通知单元33’；

步骤204，资源通知单元33’将该时间片信息发送给相应的蜂窝基站2’的时间资源控制单元25’和广播发射塔1的时间资源控制单元14’；

步骤206，时间资源控制单元14’在资源通知单元33’发送的时间片内控制各个单元将信号发送给终端，以及时间资源控制单元25’在资源通知单元33’发送的时间片内控制各个单元将信号发送给终端并从终端接收信号。

从上述方法可以看出，本发明的蜂窝基站2’需要向中心控制节点3’申请时间片，以决定在下一帧时其所能获得的时间片的大小。该蜂窝基站2’可以每帧都申请，也可以隔几帧申请一次。

由于在本发明融合移动通信网络与视频广播网络的通信系统中采用了时分复用将广播发射塔和蜂窝基站在时间上进行了分割，因此，每个蜂窝基站均可使用全部的频谱资源进行信号传输。并且，当蜂窝基站处于不属于自己传输信号的时间片时，终端和蜂窝基站可以进入休眠状态，以节约能量。

值得说明的是，本发明的广播发射塔所分配的时间片通常是固定的，无须每次由中心控制节点重新分配，因此，广播发射塔1不需要向中心控制节点申请时间片。但是，在广播发射塔1所需要的时间片是可变的情况下，也可以象蜂窝基站那样设置资源需求收集单元24’将收集到的当前上下行流量或用户数提交给中心控制节点3’，由中心控制节点3’根据其上下行流量或用户数来为其分配时间片。

另外，当中心控制节点为广播发射塔和蜂窝基站分配好了时间片后，可以采用有线或无线的方式将分配的时间片信息广播给广播发射塔、蜂窝基站。也可以采用无线广播的方式，如通过某蜂窝簇内的某一蜂窝基站，将分配的时间片信息广播给广播发射塔、蜂窝基站以及终端，这样广播发射塔、蜂窝基站以及终端可以清楚地知道其在下一帧中获得的时间片的起点和终点，可以更有利于节省能量，尤其是终端的能量。

本发明仅以采用一个广播发射塔为例来进行描述，但是，由于各广播发射塔发送的内容相同，且一个广播发射塔覆盖下所包含蜂窝簇的数量不影响帧结构，因此采用多个广播发射塔和采用一个广播发射塔类似，在此不再赘述。

依照本发明的通信系统，对于每个蜂窝基站，其可以按照需要选择使用多址方式或双工方式(如可以使用FDD、TDD以及TDMA/FDMA/CDMA等)与终端进行通信。

综上所述，依照本发明的融合移动通信网络与视频广播网络的网络通信系统，能够将移动通信网络与视频广播网络融合在一起，在满足移动通信业务的同时，提供高效的视频广播服务；各个蜂窝之间按需分配频谱资源，最大限度地提高了频谱效率；蜂窝簇内各蜂窝基站间通过采用时分复用的方式进行通信，使得各个蜂窝基站能够使用全部的频谱资源，无需复杂的频谱规划；同时，由于中心控制节点根据各蜂窝基站的当前上下行流量或用户数为各蜂窝基站分配时间片，从而各蜂窝基站不需要功率控制；并且，通过在不属于自己的时间片时可以使终端和蜂窝基站处于休眠状态，从而能够为终端和蜂窝基站节约大量能量。

Claims (13)

1.一种融合移动通信网络与视频广播网络的通信系统，包括：至少一个蜂窝簇、广播发射塔以及中心控制节点，每个蜂窝簇中具有多个蜂窝基站，其特征在于，

中心控制节点，根据预定的调度算法为蜂窝基站和广播发射塔分配在同一帧中的相应的时间片；

蜂窝基站，在中心控制节点分配的时间片内与终端通信；以及

广播发射塔，在该中心控制节点分配的时间片内将信号发送至终端。

2.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，蜂窝基站包括：

时间资源控制单元，用于接收中心控制节点分配的时间片信息，并控制蜂窝基站在中心控制节点分配的时间片内与终端通信。

3.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，广播发射塔包括时间资源控制单元，用于接收该中心控制节点分配的时间片信息，并在该中心控制节点分配的时间片内控制广播发射塔将信号发送至终端。

4.如权利要求1至3任一项所述的通信系统，其特征在于，中心控制节点包括：

资源调度单元，用于根据预定的调度算法为蜂窝基站和广播发射塔分配时间片；

资源通知单元，用于将分配给广播发射塔以及每个蜂窝基站的时间片信息通知广播发射塔以及相应的蜂窝基站。

5.如权利要求4所述的通信系统，其特征在于，该蜂窝基站进一步包括：

资源需求收集单元，用于对蜂窝基站当前的上下行流量或蜂窝基站中的用户数进行统计，并将统计结果发送至中心控制节点。

6.如权利要求5所述的通信系统，其特征在于，该中心控制节点进一步包括：

资源请求收集单元，用于收集各个蜂窝基站的资源需求收集单元的统计结果，并将其发送给资源调度单元，所述资源调度单元根据所述统计结果，对各个蜂窝簇的蜂窝基站发送信号所需要的时间片进行分配。

7.如权利要求6所述的通信系统，其特征在于，中心控制节点为该广播发射塔中的处理单元。

8.如权利要求6所述的通信系统，其特征在于，中心控制节点为某一蜂窝基站中的处理单元。

9.一种融合移动通信网络与视频广播网络的通信方法，包括以下步骤：

步骤10，中心控制节点根据预定的调度算法为蜂窝基站和广播发射塔分配在同一帧中的相应的时间片，并将分配的时间片信息发送给相应的蜂窝基站和广播发射塔；

步骤11，广播发射塔在分配的时间片内将信号发送给终端，以及各蜂窝基站在分配的时间片内与终端通信。

10.如权利要求9所述的通信方法，其特征在于，在步骤10中，所述预定的调度算法为平均分配或者随机分配。

11.如权利要求9所述的通信方法，其特征在于，在步骤10中，包括步骤：

步骤101，蜂窝基站对当前的上下行流量或用户数进行统计；

步骤102，中心控制节点根据各个蜂窝基站的统计结果，采用预定的调度算法为蜂窝基站和广播发射塔分配在同一帧中的相应的时间片，并将分配的时间片信息发送给相应的蜂窝基站和广播发射塔。

12.如权利要求11所述的通信方法，其特征在于，在步骤102中，所述预定的调度算法包括round robin、或WFQ、或WF2Q。

13.如权利要求9或11所述的通信方法，其特征在于，中心控制节点采用无线广播的方式，将分配的时间片信息广播给广播发射塔、蜂窝基站以及终端。

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