CN101084690B - 蜂窝网络资源控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种蜂窝无线电接入网络，包括地理上分开的多个无线电收发信机，使得相邻的收发信机为移动用户终端提供重叠的无线电覆盖范围，和地理上分开并且耦合到所述多个无线电收发信机的无线电收发信机控制器，该控制器被安排控制每个无线电收发信机，使得相邻的收发信机可以被配置来使用或者相同或者不同的无线电信道与用户终端通信，由此取决于对于可利用的无线电资源的需要，无线电接入网络的有效的小区大小可以被动态地增加或者减少。

Description

蜂窝网络资源控制方法和装置

发明领域

本发明涉及蜂窝网络资源控制方法和装置。

发明背景

典型地，在诸如GSM或者UMTS的蜂窝无线电电信系统中，整个系统的覆盖范围被分成较小的子区域，称为“逻辑小区”。通常，该逻辑小区是通过下行链路公共信道的传输定义的：在相邻的逻辑小区中，下行链路公共信道典型地被在不同的频率上，和/或使用不同的扰频码或者借助于其他类型的标识符传送。

在每个逻辑小区内，无线电资源的数量通常是有限的。这就是为什么为了对较高的用户密度提供服务，该逻辑小区的大小必须做成较小的。此外，因为系统资源也是有限的，例如，频率的数目和扰频码的数目，相同的频率或者扰频码必须被重新使用(虽然仅仅对于被分隔得足以消除交叉小区干扰的小区)。

US 5,889,494教导了一种用于动态地调整在蜂窝电信系统中使用的多个扇区辐射图的扇区大小的系统和方法。

发明内容

在传统的蜂窝无线电网络实现中显著的问题是缺乏适用性。在一个网络中，用户相关的业务电平可以具有相对很大的动态变化，该网络的那些高负荷部分可以容易地变得拥塞，而在低负荷区域中，无线电资源的使用可以是相对低效的。在静态业务分布的情况下，地理上地改变业务电平的解决方案将是在高的载荷区域上减小小区大小。但是，在业务分配在地理上和随时间两者改变的情况下，即，业务“热点”是不恒定的情况下，这种解决方案将尤其是非有效的。

本发明的一个目的是克服或者至少减轻以上所述的现有技术蜂窝无线电通信网络的缺点。这个和其他的目的是取决于需要的程度，通过提供用于动态地增加或者减小小区大小的机制来实现的。

按照本发明的第一个方面，提供了一种蜂窝无线电接入网络，包括：

地理上分开的多个无线电收发信机，使得相邻的收发信机对于移动用户终端提供重叠的无线电覆盖范围；和

地理上分开并且耦合到所述多个无线电收发信机的无线电收发信机控制器，控制器被安排控制每个无线电收发信机，使得相邻的收发信机可以被配置来使用或者相同或者不同的无线电信道与用户终端通信，

借此取决于对于可利用的无线电资源的需要，无线电接入网络的有效的小区大小可以被动态地增加或者减少。

小区大小可以通过合并和/或分解现有的小区来增加或者减小。

在本发明的一个实施例中，所述接入网络是UMTS无线电接入网络，所述无线电收发信机控制器是由无线电网络控制器提供的，并且所述无线电收发信机是由节点Bs提供的。

无线电收发信机控制器可以包括用于处理在收发信机上接收的并且发送给控制器的无线电信号和用于处理发送给收发信机的信号的信号处理装置。该信号处理装置被安排合并从不同的收发信机接收和来源于单个用户终端的信号。

在无线电收发信机中提供的最小功能是下行链路功率放大器、用于上行链路的低噪声放大器，以及可能某些用于上行链路测量的功能。该上行链路和下行链路信号处理需求是在无线电收发信机控制器上实现的。

所述无线电收发信机控制器被安排在小区大小变化的时候管理正在进行的单独的呼叫。这可以涉及切换呼叫到新的信道，例如，代码或者频率或者时间，或者在现有的信道上保持正在进行的呼叫，同时在新的信道上建立后续的呼叫。

按照本发明的第二个方面，提供了一种方法，用于为移动用户终端提供对于蜂窝无线电接入网络的接入，该方法包括：

监视在无线电接入网络的单独的小区内对无线电资源需要的程度；和

响应监视的需要程度而增加或者减小小区的大小，包括合并和/或分解小区。

按照本发明的第三个方面，提供了一种方法，用于为移动用户终端提供对于蜂窝无线电接入网络的接入，该方法包括：

定义每个包括一组子区域的逻辑小区，每个子区域包含用于与用户终端通信的无线电收发信机，并且逻辑小区的子区域共用下行链路控制信道的一个或多个组；和

对于每个逻辑小区，动态地分配一个或多个子区域给在那个逻辑小区内的每个用户终端，分配给每个用户的子区域传送和/或接收相同的信息去往/来自用户。

按照本发明的第四个方面，提供了一种包括用于定义包括一组子区域的逻辑小区的装置的无线电收发信机控制器，每个子区域包含用于与用户终端通信的无线电收发信机，并且所述逻辑小区的子区域共用下行链路控制信道的一个或多个组，对于每个逻辑小区，动态地分配一个或多个子区域给在那个逻辑小区内的每个用户终端，分配给每个用户的子区域传送和/或接收相同的信息去往/来自用户。

按照本发明的第五个方面，提供了一种方法，用于为移动用户终端提供对于蜂窝无线电接入网络的接入，该方法包括：

对于多个载波频率的每个，定义每个包括一组子区域的逻辑小区，每个子区域包含用于与用户终端通信的无线电收发信机，并且逻辑小区的子区域共用下行链路控制信道的一个或多个组，借此不同的载波频率的逻辑小区的地理覆盖范围重叠。

附图的简要描述

图1至3举例说明细分为子区域并且配置为各自不同大小的逻辑小区的无线电接入网络的系统区域；

图4举例说明由系统控制器控制的系统区域；

图5举例说明用于描述软切换情形的系统区域；和

图6举例说明用于说明局部地增强网络容量的机制的系统区域。

一些实施例的详细说明

作为对于如何在无线电接入网络中处理随时间变化的业务等级问题的解决方案，该逻辑小区的大小可以被做成是动态地可伸缩的，使得它们例如取决于需要的容量。这种解决方案在后面的关键假设是，如由在图1中的实线举例说明的在考虑中的整个系统区域被分成在该图中由虚线分隔的许多的子区域“∧”，每一个例如由单独的天线波瓣、无源天线(或者天线系统)或者有源无线电端口(port)覆盖，参见图1。作为一个简单的例子，该系统区域可以被假设为是一个建筑物，蜂窝系统覆盖范围期望在其内。

在低负载网络中，该逻辑小区的大小可以是很大的。因此，几个子区域可以被合并成一个逻辑小区，例如，通过对于所有的子区域使用相同的扰频码发送相同的下行链路控制信道。在这样的情况下，移动用户终端认识到这种子区域合并为一个逻辑小区。在图2中举例说明的情形下，系统区域由三个逻辑小区组成。在该逻辑小区区域内，所有的子区域发送相同的小区id信息(例如，扰频码)。在一个建筑物的情况下，小区A、B和C将覆盖该建筑物(楼层)的不同部分。

如果该网络注意到无线电资源容量必须在系统区域的某些部分中增加，则它可以将当前的逻辑小区分解为较小的逻辑小区，例如，通过分配在新的扰频码和/或频率(表示新的小区标识)上的新的下行链路公共信道组。如果不同的子区域具有足够的空间间隔，则该网络可以决定重新使用旧的频率或者扰频码，而不预定全新的一个。图3举例说明提供五个逻辑小区的系统区域的重新配置。如果在小区D和E之间的空间间隔是足够大的，则可以在两者中使用相同的无线电资源。相反地，当容量可以被降低的时候，许多较小的逻辑小区可以被合并成一个较大的小区。

在逻辑小区分解或者合并过渡阶段期间，两组公共信道必须在重叠的子区域内被传送，即，与旧的小区有关的信道和与新的小区有关的信道。假设在旧的和新的逻辑小区两者内使用相同的频率，这显著地提高下行链路干扰量。此外，专用的下行链路信道可利用的资源量被降低。因此，当业务量等级是低的时候，该转换将最好是在“非峰值的”时间期间执行的。

应该理解，在这里给出的解决方案也适用于逻辑小区的部分合并/分解(或者移动)。在这种部分合并/分解的情况下，仅仅逻辑小区的一部分，即，子区域的子组被合并成相邻的逻辑小区。以这种方法，相邻的逻辑小区的大小可以基于需要的无线电资源容量被动态地调整。

在过渡阶段期间，原则上，存在启动新的逻辑小区，或者关闭旧的逻辑小区的二种不同方式：

1.切换。该网络命令移动终端去从旧的扰频码(和/或频率)切换到新的一个。这种解决方案的不利的一面是在该网络中增加信令。另一方面，该过渡阶段变得非常短。

2.“平滑过渡”。旧的连接被保持，同时所有新的连接被对于新的逻辑小区建立。这种方法使得网络信令负荷保持在控制之下和/或保持在最小，但是不利的一面是尽可能长的过渡周期(即，对于所有正在进行的连接到终止所花费的时间)。

显而易见地，这二种方法的组合也是可能的。

一旦已经完成转换，旧的逻辑小区可以被关闭。但是，如果新的逻辑小区被在不同的载波频率上生成，必要时，旧的和新的逻辑小区两者可以共同存在。因此，在这样的情形下，已经建立新的频率层(“浮动多层的结构”)。如果大容量的子区域包括缓慢和快速移动的移动台，则这种部署可能是合乎需要的。从信令的观点看，将快速移动的移动终端连接进较大的逻辑小区是更加有利的，而设置在相同的服务区内的更加稳定的终端可以连接到较小的逻辑小区。借助于这种网络部署，可能的“近/远”和共同存在的问题可以被显著地降低，因为两个频率层现在被从相同的物理节点传送。

当着眼于网络体系结构的时候，需要一个中央控制节点，即当前UMTS陆上无线电接入网络(UTRAN)无线电网络控制器(RNC)和基站(BS)的部分组合。这个控制节点决定哪些小的子区域被合并成实际的逻辑小区区域。为了能够做出这个决定，该控制节点需要关于某种来自不同的子区域的所需容量的信息(测量数据)。这个测量数据例如可以由活动链路的平均数，或者每个无线电单元测量的总的上行线路干扰，或者连接尝试的数目组成。

网络操作员在某些情况下可能希望去将某个服务，例如，分组交换数据传输的用户连接到一个逻辑小区，同时，某些其它的服务，例如语音的用户连接到一个不同的逻辑小区。借助于本发明，可以动态地和在由子区域覆盖的系统区域内的期望位置以简单的方式执行这种动作(“基于服务的逻辑小区的分解”)。但是，由于具有不同的服务的用户典型地没有地理上地隔开，新的逻辑小区不能像原有的小区一样在相同的频率载波上工作。因此，必须在另一个频率上生成新的逻辑小区导致如上所述类似的浮动多层的结构。

如果逻辑小区由多个子区域组成，则该逻辑小区可以被当做“分布式天线系统”。因为每个子区域被连接到单个集中控制的节点，所以若干不同的通信方法变为是可能的。

现在假设逻辑小区A由九个子区域(A₁...A₉)组成，它们的每个单独地连接到中央控制节点B，如在图4中举例说明的。也假设移动台C位于该逻辑小区A内。相同的公共信道信息被在所有的九个子区域内传送。但是，对于使用所有的九个子区域用于交换与用户C有关的信息说来不是必需的。事实上，在某些情况下，使用所有的子区域比仅仅使用有限的子区域组可能导致更差的性能。因此，有人建议，仅仅使用能够实际上有助于整个信号质量的子区域来携带业务去往/来自用户C。假设上行线路信号强度(RSCP)或者上行链路质量(例如，载波对干扰比，CIR)可以被分别地对于每个子区域和用户测量，可以产生一个适宜的子区域选择。假设应用相对的子区域选择被，这指的是具有最好的测量的上行链路RSCP或者CIR的子区域始终包括在活动的子区域组中。此外，如果其他的子区域可以“听见”具有足够靠近于最好的测量的RSCP或者CIR的RSCP或者CIR的相同的用户，则它们也被包括在活动的子区域组中。取决于具有最小延迟和以最小干扰成本/影响的实际的上行链路测量结果，该子区域选择在整个有效连接期间被动态地改变，并且新的子区域被增加，以及旧的被除去或者以新的来替换。

在下行链路方向，该情形类似于传统的(UTRAN)多路径/宏分集合并，这里移动终端可以借助于RAKE接收机跟踪和解析许多的信号(基本上，问题是取决于软切换的情形，有关来自一个或者几个逻辑小区的不同的路径的最大比值合并)。假设不同的子区域被单独地连接到中央控制节点，几个合并方法，例如，选择合并或者最大比值合并适用于上行链路方向。但是，在不同的控制节点之间软切换情形的情况下，最大比值合并或许是对于上行链路方向最不可能的。因此，对于这样的情形，应该适用选择合并。

活动子区域的最大数目以及用于子区域增加、删除和替换的标准(即，阈值)可以从用户到用户变化，例如，取决于用户速度和估计的传播条件(信道概况)。此外，该标准对于上行链路和对于下行链路可以是不同的，导致用于每个方向不同数目的活动子区域。对此的理由是，虽然宏分集原则上始终对上行链路是有利的，但在下行链路的情况下，整体的宏分集增益(类似于“软切换增益”)是在宏分集合并增益和归因于增加的下行链路干扰的损失之间的折衷。因此，活动子区域的选择对于上行链路不像对于下行链路那样敏感。

当用户要从一个逻辑小区移动到另一个的时候，需要切换。如果新的逻辑小区工作在相同的频率上，则软切换是可能的。当用户处于软切换之中时，并且尤其是，如果新的小区连接到与旧的小区相同的控制节点，则活动的子区域将被从合并的子区域组(合并的组由属于旧的小区的子区域和属于新的小区的子区域两者组成)中选择出来，参见图5。在图5中，用户(其位置是以菱形被标记)被假设为是处于在逻辑小区A和C之间的软切换之中。现在，分配给所关心的用户的活动子区域的组可以由用于上行链路的{A₁₉，A₂₅，C₃，C₆}和用于下行链路的{A₁₉，A₂₅，C₆}组成。

最后，因为中央控制节点对于在连接到其上的逻辑小区的合并的覆盖范围内的所有的信号具有完全的控制，所以该控制节点可以施加专用信号处理动作，以便改善网络的性能。可能的动作包括例如在逻辑小区内的不同的子区域之间增加人造的延迟，以便生成人造的多路径，或者与从其他的(尽可能地相邻的)子区域传送的相应信号相比，衰减在某个子区域内传送的所有或者仅仅一些信号。如果整个下行链路信号组或者下行链路信道组被衰减，则相应的子区域的覆盖范围可以被改变。如果仅仅某些单独的的专用下行链路信道被衰减(尤其是，对于处于软切换之中的用户)，则下行链路宏分集增益可以被略微地改善。

考虑WCDMA系统，与一个扰频码有关的正交下行链路码(正交可变扩展因子(OVSF)码)的数目是有限的。因此，对于在一个逻辑小区内使用几个扰频码来说是可能的，并且以这种方法使该系统总是处于“有限的干扰”。但是，仅仅一组下行链路公共信道在第一扰频码上在每个逻辑小区内被传送。多个扰频码的问题是，使用相同的扰频码的链路(OVSF码)是互相正交的，但是，使用不同的扰频码的链路(OVSF码)不是互相正交的。因此，第二扰频码上的用户典型地比第一扰频码上的相应用户需要更多的下行链路发射功率，尤其是在该网络施加一个目的在于在将第二扰频码增加进逻辑小区之前充分地利用第一扰频码OVSF码分配算法的算法的情况下。现在，借助于在这里给出的解决方案，可以实现对于多个扰频码的使用的更好的控制。

假设图6的例子，它举例说明系统区域由三个逻辑小区组成。逻辑小区A包含业务热点(阴影区域：A₂₉、A₃₀、A₃₅、A₃₆)。现在，如果中央控制节点注意到在热点区域内需要的容量增加，并且在逻辑小区A内的下行链路容量开始是“码有限的”，它就可以决定将所述区域分解为新的逻辑小区D，如以上解释的。但是，作为一个备选方案，尤其是，如果所关心的区域是具有相对固定的用户的相对静止的业务“热点”(例如，办公大楼)，则该控制节点可以作为第一个动作将第二扰频码增加进逻辑小区A中。此外，在热点区域内的用户将被分配第一扰频码，即，下行链路公共信道被设置在其中的扰频码，同时在较小负载的子区域上的用户可以被分配第二扰频码。通过这样做，与施加随机分配扰频码(从用户位置点看)的情形相比，小区/系统容量可以被改善。

当第一扰频码上的用户从“热点区域”移出的时候，不需要“码切换”。但是，当第二扰频码上的用户进入“热点区域”的时候，可能需要码切换，以便消除(或者，减轻)任何的拥塞。显而易见的先决条件是存在第一扰频码上可用的足够空间。

借助于在这里描述的解决方案，下行链路扰频码、下行链路公用控制信道和在整个系统区域上的载波频率灵活的分配变为可能的。例如，基于实际的业务负荷，很大的逻辑小区可以被分成较小的，或者较小的逻辑小区可以被合并成更大的小区。以类似的方式，可以在想要的位置(即，载波F2的位置区域可以被假设为相对于载波F1的位置区域是“浮动的”)上生成新的频率间小区层。最后，多个扰频码的分配，或者更精确地说，用于在一个逻辑小区内特定用户的码的分配还可以基于地理的业务分配。

该解决方案的关键特征是：

·具有在整个系统区域内全面和动态控制逻辑小区区域的可能性。

·当在旧的逻辑小区区域内起动新的逻辑小区(小区分解)的时候，或者当关闭逻辑小区(小区合并)的时候的(转换)过程。

·假定新的逻辑小区工作在与旧的一个不同的频率上，灵活的产生浮动的多层结构(宏-宏，宏-微，宏-室内，微-室内等等)。两个频率被经由相同的射频单元发送，使得具有较小的覆盖范围的较低的层将使用分配用于具有较大的覆盖范围的较高的层的无线电单元的子组。

·活动子区域(用于每个用户)的动态选择是基于相对的上行链路RSCP或者CIR测量。这些测量将由该网络(在每个无线电单元上，或者可能在控制节点上)执行。

·活动子区域(用于每个用户)的动态选择是基于估计的用户速度。

·活动子区域(用于每个用户)的动态选择是基于估计的传播条件(信道概况)。

·对于上行链路和下行链路不同的活动子区域选择标准，因此，对于上行链路和下行链路部分不同的活动子区域组。

·当用户处于在属于相同的控制节点的两个或更多个逻辑小区之间的软切换之中的时候，该活动子区域是从合并的子区域组中选择出来的。

·取决于用户的位置相对于其他用户的位置(平均地业务的位置)，对在逻辑小区内的用户分配不同的扰频码。

本领域技术人员应该理解，不脱离本发明的范围可以对以上描述的实施例进行各种各样的修改。

Claims (12)

1.一种为移动用户终端提供对于蜂窝无线电接入网络的接入的方法，该方法包括：

定义每个包括一组子区域的逻辑小区，每个子区域包含用于与用户终端通信的无线电收发信机，并且逻辑小区的子区域共用下行链路公用控制信道的一个或多个组；和

对于每个逻辑小区，动态地分配一个或多个子区域给在所述逻辑小区内的每个用户终端，分配给每个用户终端的子区域传送和/或接收相同的信息去往/来自用户终端，其特征在于

为用户终端定义用户连接到其上的活动的逻辑小区组，其中所述动态地分配一个或多个子区域给每个用户终端的步骤包括从在活动的组内合并的逻辑小区组中分配子区域。

2.根据权利要求1的方法，其中基于对于子区域的终端接收的上行线路信号强度，子区域被分配给用户终端。

3.根据权利要求1的方法，其中基于测量的或估计的上行链路质量，子区域被分配给用户终端。

4.根据权利要求1的方法，其中基于测量的或估计的上行链路质量，子区域被分配给用户终端，并且其中所述上行链路质量是每个用户终端每个子区域的载波对干扰比。

5.根据权利要求1的方法，其中所述逻辑小区是根据它们包含的子区域动态地可配置的。

6.根据权利要求1的方法，其中所述无线电接入网络是CDMA网络。

7.根据权利要求1的方法，其中所述无线电接入网络是CDMA网络，该方法包括识别在给定的逻辑小区内的热点，并且将第一扰频码分配给在热点内的用户终端，以及将第二扰频码分配给在热点外的终端。

8.根据权利要求1的方法，包括取决于用户终端的运动速度和/或无线电传播条件分配子区域给用户终端。

9.根据权利要求1的方法，动态地分配一个或多个子区域给每个用户终端的步骤包括取决于由用户终端需要的服务分配子区域给用户终端。

10.根据权利要求1的方法，所述动态地分配一个或多个子区域给每个用户终端的步骤包括对于上行链路和下行链路方向分配不同的子区域组。

11.根据权利要求1的方法，其中所述信息被在一个或多个专用信道上发送。

12.一种为移动用户终端提供对于蜂窝无线电接入网络的接入的装置，所述装置包括：

用于定义每个包括一组子区域的逻辑小区的装置，每个子区域包含用于与用户终端通信的无线电收发信机，并且逻辑小区的子区域共用下行链路公用控制信道的一个或多个组；和

用于对于每个逻辑小区，动态地分配一个或多个子区域给在所述逻辑小区内的每个用户终端的装置，分配给每个用户终端的子区域传送和/或接收相同的信息去往/来自用户终端，其特征在于，所述为移动用户终端提供对于蜂窝无线电接入网络的接入的装置还包括：

用于为用户终端定义用户连接到其上的活动的逻辑小区组的装置，其中用于动态地分配一个或多个子区域给每个用户终端的所述装置还包括用于从在活动的组内合并的逻辑小区组中分配子区域的装置。

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