CN101911824B - 无线网络中基础设施中继节点的最优位置和配置技术 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供了一种方法,包括通过考虑下列中的至少一个或多个来优化无线网络中的中继站的位置和配置,该无线网络包括至少一个基站和至少一个中继站:所述至少一个基站和所述至少一个中继站的不同的天线高度;所述至少一个中继站和所述至少一个基站之间的数据依赖性;所述无线网络的服务中断;以及所述无线网络的网络吞吐量。
Description
背景技术
无线网络中的完整覆盖可能是困难的,但是对于无线网络中的无线通信而言是重要的。一种无线网络是Wimax,尽管本发明不局限于该方面。于2001年6月成立的、旨在促进IEEE 802.16标准的统一和互用的Wimax论坛将Wimax定义为全球微波接入互操作,官方称为无线MAN。Wimax可以提供长达80km的范围,并且提供高带宽。然而,在大的服务区域情况下,完整覆盖可能成为问题。
因此,需要一种解决现有无线网络的上述缺点的发明。
附图说明
在本说明书的结束部分中具体指出并明确主张了本发明的主题内容。然而,通过在阅读附图的同时参考下面的具体描述,可以最佳地理解本发明的结构和操作方法以及目标、特征及其优点,在附图中:
图1示出了本发明实施例的扇区、基站、中继站和目的站;
图2示出了本发明实施例的不同扇区形状;
图3a示出了根据本发明实施例的中继站的理想单天线模式;
图3b示出了根据本发明实施例的中继站的理想多天线模式,其它的是多天线;
图4示出了根据本发明实施例的具有一个中继站的部署;
图5a示出了根据本发明实施例的具有两个对称中继站的部署;
图5b示出了根据本发明实施例的具有两个非对称中继站的部署;以及
图6示出了根据本发明实施例的具有三个中继站的部署。
应当认识到,为了阐述简明和清楚起见,没有必要按照比特绘制附图中示出的单元。例如,为清楚起见,将一些单元的尺寸相对其它单元进行了放大。此外,在认为适当的情况下,在附图之间重复使用参考标号来指示对应的或类似的单元。
具体实施方式
在下面的具体描述中,给出了大量具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而,本领域技术人员应当理解,本发明可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其它实例中,为了避免混淆本发明,没有具体描述已知的方法、过程、部件和电路。
在下面的具体描述中,给出了大量具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而,本领域技术人员应当理解,本发明可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其它实例中,为了避免混淆本发明,没有具体描述已知的方法、过程、部件、和/或电路。
尽管本发明的实施例不局限于该方面,采用诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”、“决定”、“分析”、“检验”等术语进行的讨论是指计算机、计算平台、计算系统或其它电子计算设备的操作和/或处理,其中所述计算机、计算平台、计算系统或其它电子计算设备将表示为计算机的寄存器和/或存储器中的物理(例如,电子)量的数据进行操作和/或变换为类似地表示为计算机的寄存器和/或存储器或其它信息存储介质内的物理量的其它数据,其中其它信息存储介质可以存储指令以执行操作和/或处理。
尽管本方面的实施例不局限于该方面,如本文所使用的术语“多个”可以包括例如“多个”或“两个或更多”。在整篇说明书中可以使用术语“多个”来描述两个或更多部件、设备、组件、单元、参数等。例如,“多个站”可以包括两个或更多站。
本发明的实施例提供了优化的中继节点(本文也称为中继站或基础设施中继站)位置和配置,其考虑了天线辐射模式、服务中断(outage)、小区间干扰以及基站和中继站之间的数据依赖性。应当理解,本发明不局限于这些准则。在一方面,期望将中继节点紧邻小区的边缘进行放置,以便减少中断和小区间干扰。在另一方面,中继节点中的数据是通过正常下行链路(或上行链路)频带从基站获得的。在基站和中继节点能够同时向他们的目的节点进行发送之前,基站必须向中继节点进行供给。可以期望将中继节点紧邻基站进行放置,因为这样减小了中继节点的供给时间,并且能够支持高吞吐量并发传输。本发明实施例提供了如下面所给出的部署规则和优化配置。
尽管本发明不局限于该方面,一般而言如图1的100所示,在Wimax 2的每个扇区105中,例如但不局限于802.16m,可以有至少一个基站(BS)115,并且可以有一个或多个基础设施中继站(RS)125。基站将数据发送到其直接目的站(DS)120,并且在相同的频带上发送到中继站(RS)125。中继站125将所接收的数据转发到目的站110或另一中继站。中继站125提高了可靠性和吞吐量。从基站和中继站到其目的站的并行传输将吞吐量增加20%以上。
基站115和中继站125的天线辐射模式可以是不同的。基站115的天线由于较大的尺寸而在仰角和方位角中具有高方向性,而中继天线具有较低的方向性。基站115的峰值天线增益一般为16dBi,这远高于中继站125的峰值天线增益。基站的安装高度也远高于中继站的安装高度,例如,30m比10m。
本发明的实施例提供了通过考虑1)不同天线高度;2)中继站和基站之间的数据依赖性;3)服务中断;4)网络吞吐量,来优化中继站125的部署位置和天线模式。下面列出了一些设计准则,但是应当理解,该列表不是全面的,并且本发明不局限于对准则的这种枚举。
1、中继站125的低天线安装使其信号相比基站115的信号而言更快速地削弱。这有助于减少小区间干扰。因此,期望将中继站125紧邻扇区的边缘进行部署。
2、因为由中继站125发送的所有下行链路数据都是从基站115获得的,所以由中继站125发送的下行链路吞吐量一定不会大于从基站115到中继站125的链路的吞吐量。期望将中继站125紧邻基站115进行放置,或者在到基站115的方向上增加中继天线增益,或者在到中继站125的方向上增加基站115天线增益。
3、可以看出,来自基站115和中继站125的并行传输增加了吞吐量。根据以上准则,基站115和中继站125之间的链路吞吐量应当为从中继站125到目的站110的链路吞吐量的至少N倍,以支持N+1站传输,其中N是中继站的数目。中继站125应当随着中继站数目的增加而更紧邻基站115。链路吞吐量取决于收发机的技术。
4、服务中断经常发生在小区105边缘。期望将中继站125放置在紧邻小区边缘以便减少中断。通常,中继站125应当部署在基站115信号相对较低的位置。即,基站115和中继站125的覆盖区域应当是互补的。
5、应当使多个中继站之间的间隔最大化,以使得他们之间的干扰最小化。
6、因为准则2和3与准则4矛盾,所以本发明在满足中断率低于预定阈值的情况下,使用准则2和3来使吞吐量最大化。
中继站125的准确位置取决子实际部署环境因素,例如街道布局、周围的建筑、植被和地形。因此,下面的附图适用于说明平均的中心位置而非准确位置,准确位置与中心偏离一随机量,并且应当理解本发明不局限于下面提供的附图。
为了改善吞吐量和中断性能,一般而言可以如图2的200所示来改变扇区的形状。上部分210中的120度角205可以如在215、220和230处所示来旋转。扇区是该角和六边形之间的相交部分。扇区形状可以根据中继站的数目及其天线辐射模式来优化。如果采用每小区六个扇区,则该120度角可以由60度角来取代。
根据准则2和3,如在300处在图3中所示,我们知道中继站的天线辐射模式不是全向的。在312和325处示出了中继站覆盖的区域,并且在304和315处示出了基站覆盖的区域。应当存在指向基站的输入信号方向的峰值。此外,可以存在“前瓣”314和310来对中继站和BS之间的用户进行服务。取决于中继站和覆盖边界之间的距离d,需要“后瓣”316和330来对中继站后面的用户进行服务。换言之,在中继转发模式中对一些用户进行服务,其中由中继站进一步转发信号。其它用户可以通过“反射”模式来服务,其中由该中继站反射回信号。“反射”模式的相对优势是由中继站生成的共信道干扰较弱,这是因为该干扰必须传播更长的距离以到达邻近小区/扇区。考虑到其它因素,如本地环境,为了增加CINR,小区规划也可以具有固定的“d”值。
根据本发明的实施例,图3a在302处示出了用于中继站的理想单天线模式,并且图3b在300处示出了用于中继站的理想多天线模式。图3a和3b示出了RS天线模式,其具有3个部分:1)指向BS 308和302的高增益定向天线,和指向前瓣314和310中的用户的中增益,以及用于RS后面的用户的后瓣316和330。前后比取决于RS位置。
2)该模式不必是恒定的。例如,当RS正在与BS接收/发送数据时,期望的模式是单个高增益波束。而在与MS通信时,期望的模式具有前瓣314、310和后瓣316、330覆盖。换言之,RS天线模式可以是时变的。例如,在两个或更多天线之间切换。应当注意,两个天线的方法相比单天线运行得更好(~3dB)。
此外,不需要中继站向已经被基站覆盖的区域发送信号。因此,不应当指向那些区域,以降低干扰并增强天线增益。
实际上,中继站可以使用两个或更多天线来达到理想性能。例如,中继可以使用一个窄波束定向天线来接收来自基站的数据,并且切换到另一宽波束定向天线来将该数据转发出去。由于成本和尺寸的原因,中继站通常使用全向双极天线,尽管这不是最优的。在后续例子中,本发明可以使用全向天线,其中该全向天线全部可以由最优天线来取代。
继续附图,下面给出了各种情况。
在图4中,在400处示出的情况1提供了一个中继站,提供了两种部署配置(a)405和(b)425,即,非对称410配置和对称425配置。全向天线可以由图3中的最优天线来取代。
扇区形状在图4(a)405中是非对称的,类似于图2(c)230。部署配置也是非对称的,其中中继站420覆盖右边的远角,并且基站415通过宽波束覆盖剩余的广阔区域。在同一小区中的邻近扇区使用相同频率时,如在1x3x1部署中,这种配置是期望的。这种配置减小了共小区扇区之间的共信道干扰。扇区形状在图4(b)425中是对称的。基站435使用两个波束440,在这两个波束之间存在空隙。中继站430覆盖中间的空隙。对于这种对称配置,仅需要优化基站435和中继430之间的距离。
提供了本发明的另一实施例来作为情况2——在图5a和5b中一般性地示出了两个中继站。图5a示出了根据本发明实施例的具有两个对称中继站的部署,并且图5b示出了根据本发明实施例的具有两个非对称中继站的部署。图5a中的中继站505和510相对于基站515对称地部署,并且相隔足够远以减小与准则5对应的相互干扰。基站515通过宽波束覆盖了剩余的区域。将中继站紧邻扇区边缘放置还减小了与准则1对应的扇区间和小区间干扰。
图5b中的中继站525和530相对于基站520非对称地部署,并且相隔足够远以减小与准则5对应的相互干扰。基站520通过宽波束覆盖了剩余的区域。将中继站紧邻扇区边缘放置还减小了与准则1对应的扇区间和小区间干扰。
在情况3中提供了本发明的另一实施例并且不局限于该方面——如图6的600一般性地示出了三个中继站。
该实施例可以使用一种对称部署配置。扇区形状类似于图2(a)中的扇区形状。中继站610、605和610分别位于三个远角,并且它们远远相隔以减小与准则5对应的相互干扰。在满足预定中断率的情况下,针对吞吐量来优化中继站和基站之间的距离。基站620通过宽波束覆盖剩余的区域。
尽管本文示出并描述了本发明的某些特征,本领域技术人员可以想到许多修改、替代、改变和等同。因此,应当理解,所附权利要求旨在涵盖落入本发明的真实精神内的这些修改和改变。
Claims (18)
1.一种用于无线网络的方法,包括:
通过考虑至少下列各项,来优化所述无线网络中的中继站的位置和配置,所述无线网络包括基站和至少一个中继站:
所述基站和所述至少一个中继站的不同的天线高度;
所述至少一个中继站和所述基站之间的数据依赖性;
所述无线网络的服务中断;以及
所述无线网络的网络吞吐量,
其中,如果中断率低于预定阈值,则随着中继站数目增加,所述至少一个中继站紧邻所述基站放置,否则所述至少一个中继站紧邻所述无线网络的扇区边缘放置,
并且其中,所述至少一个中继站使用窄波束定向天线接收来自所述基站的数据,并且使用宽波束定向天线将所述数据转发到部分目的站,并且所述扇区的形状是根据中继站的数目及其天线辐射模式来优化的。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,要求由所述至少一个中继站发送的下行链路吞吐量不大于从所述基站到所述至少一个中继站的链路的吞吐量。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述至少一个中继站在所述基站的方向上增加中继天线增益,或者所述基站在所述至少一个中继站的方向上增加天线增益。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述基站和所述至少一个中继站之间的链路吞吐量是所述至少一个中继站所中继的下行链路吞吐量的至少两倍,以支持多站传输。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,所述至少一个中继站紧邻所述无线网络的小区边缘放置以便减少中断,并且进一步,所述至少一个中继站部署在基站信号相对低的位置。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,应当使多个中继站之间的间隔最大化,以使得它们之间的干扰最小化。
7.一种无线网络系统,包括:
基站;以及
至少一个基础设施中继站,其中,通过考虑至少下列各项来优化所述至少一个基础设施中继站的位置和配置:
所述基站和所述至少一个基础设施中继站的不同的天线高度;
所述至少一个基础设施中继站和所述基站之间的数据依赖性;
所述无线网络的服务中断;以及
所述无线网络的网络吞吐量,
其中,如果中断率低于预定阈值,则随着中继站数目增加,所述至少一个基础设施中继站紧邻所述基站放置,否则所述至少一个基础设施中继站紧邻所述无线网络的扇区边缘放置,
并且其中,所述至少一个基础设施中继站使用窄波束定向天线接收来自所述基站的数据,并且使用宽波束定向天线将所述数据转发到部分目的站,并且所述扇区的形状是根据中继站的数目及其天线辐射模式来优化的。
8.根据权利要求7所述的系统,其中,要求由所述至少一个基础设施中继站发送的下行链路吞吐量不大于从所述基站到所述至少一个基础设施中继站的链路的吞吐量。
9.根据权利要求8所述的系统,其中,所述至少一个基础设施中继站在所述基站的方向上增加中继天线增益,或者所述基站在所述至少一个基础设施中继站的方向上增加天线增益。
10.根据权利要求7所述的系统,其中,所述基站和所述至少一个基础设施中继站之间的链路吞吐量是所述至少一个基础设施中继站所中继的下行链路吞吐量的至少两倍,以支持多站传输。
11.根据权利要求7所述的系统,其中,所述至少一个基础设施中继站紧邻所述无线网络的小区边缘放置以便减少中断,并且进一步,所述至少一个基础设施中继站部署在基站信号相对低的位置。
12.根据权利要求7所述的系统,其中,应当使多个中继站之间的间隔最大化,以使得它们之间的干扰最小化。
13.一种优化无线网络中的中继站的位置和配置的方法,包括:
考虑所述中继站中的至少一个中继站和用于与所述至少一个中继站通信的基站的不同的天线高度;
考虑所述至少一个中继站和所述基站之间的数据依赖性;
考虑所述无线网络的服务中断;以及
考虑所述无线网络的网络吞吐量,
其中,如果中断率低于预定阈值,则随着中继站数目增加,所述至少一个中继站紧邻所述基站放置,否则所述至少一个中继站紧邻所述无线网络的扇区边缘放置,
并且其中,所述至少一个中继站使用窄波束定向天线接收来自所述基站的数据,并且使用宽波束定向天线将所述数据转发到部分目的站,并且所述扇区的形状是根据中继站的数目及其天线辐射模式来优化的。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,要求由所述至少一个中继站发送的下行链路吞吐量不大于从所述基站到所述至少一个中继站的链路的吞吐量。
15.根据权利要求14所述的方法,其中,所述至少一个中继站在所述基站的方向上增加中继天线增益,或者所述基站在所述至少一个中继站的方向上增加天线增益。
16.根据权利要求13所述的方法,其中,所述基站和所述至少一个中继站之间的链路吞吐量是所述至少一个中继站所中继的下行链路吞吐量的至少两倍,以支持多站传输。
17.根据权利要求13所述的方法,其中,所述至少一个中继站紧邻所述无线网络的小区边缘放置以便减少中断,并且进一步,所述至少一个中继站部署在基站信号相对低的位置。
18.根据权利要求13所述的方法,其中,应当使多个中继站之间的间隔最大化,以使得它们之间的干扰最小化。
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