CN102812736B

CN102812736B - 用于在无线网络中扩展通信覆盖的系统和方法

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Publication number: CN102812736B
Application number: CN201180009433.8A
Authority: CN
Inventors: G·汉德森; L·常
Original assignee: MA Com Inc
Current assignee: MA Com Inc
Priority date: 2010-02-11
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2031-01-28
Also published as: RU2012136153A; AU2011216164A1; AU2011216164B2; WO2011100130A1; US20110194469A1; KR101415451B1; CA2789137A1; US8867415B2; EP2534865A1; CN102812736A; KR20120127479A; JP2013520080A; CA2789137C; EP2534865B1; BR112012019855A2; JP5833030B2; RU2560101C2

Abstract

本发明涉及用于在无线网络中扩展通信覆盖的系统和方法。本公开涉及一种用于在无线网络中扩展通信覆盖的系统和方法。一种无线通信系统包括第一基站，所述第一基站具有第一通信覆盖区域并且以交替形式使用第一频率和第二频率在HFDD模式下操作。该系统还包括第二基站，所述第二基站具有不同于第一通信覆盖区域的第二通信覆盖区域并且也在HFDD模式下操作。所述第二基站以与所述第一基站相反的交替形式使用所述第一频率和所述第二频率来通信。

Description

用于在无线网络中扩展通信覆盖的系统和方法

技术领域

本文公开的主题一般涉及无线通信系统，尤其涉及诸如半双工频分双工(HFDD(HalfDuplexFDD))无线网络的频分双工(FDD(FrequencyDivisionDuplex))无线网络。

背景技术

诸如第三代(3G)和第四代(4G)移动宽带网络的宽带无线网络的使用持续地扩张。这些无线网络的用户能够移动到覆盖区域中的不同位置(通信小区(cell))和保持网络连接性。这些网络典型地配置为具有某一无线通信范围的多个基站来限定覆盖区域。这些基站可以使用诸如光纤、T1、DSL、电缆调制解调器等的高速网络连接来连接到有线网络。在这些无线网络中的通信路径典型地(i)通过无线链路从移动用户到基站和(ii)使用有线或高带宽无线(例如，微波)连接从基站到网络(例如，广域网(WAN))。因此，移动设备(例如，蜂窝电话或陆地移动无线电)经由一个或多个无线基站与网络进行通信。

随着这些无线网络的通信速率的增加，诸如，在4G网络中，更高的通信容量被提供，从而导致更低的小区覆盖面。因而，这需要许多小区(例如微微小区)，其中每一个都需要回程连接。当在无线网络中使用半双工频分双工(HFDD)模式时，使用相同的协议和频率来提供小区的自回程。而且，用于HFDD无线网络的无线电单元设计更简单，因为这些单元不必同时发射和接收。然而，因为只能在某一时刻的一个方向上而不能同时(如在全双工通信中)提供双向通信，所以会导致在网络中通信容量和通信吞吐量的损失。相应地，会损失通信容量的一半。

一个示例性HFDD系统在美国专利公开号2009/0207762中提出。该参考文献公开了一种为在半双工频分双工(HFDD)系统中的移动用户分配至上行链路(UL)子帧的第一UL组和第二UL组，以及下行链路(DL)子帧的第一DL组和第二DL组。UL子帧被分配第一载波频率，以及DL子帧被分配第二载波频率。该方法包括：为多个移动用户中的每一个移动用户确定数据的类型、确定接收的CINR(载波干扰噪声比(CarrierInterferencePlusNoiseRatio))，和确定多普勒频率参数。所述多个移动用户被分配到第一和第二UL组的第一UL组和/或第二UL组持续时间，并且基于数据类型、CINR、移动用户的多普勒扩频以及先前分配至所述第一和第二UL组的许多移动用户中的至少其中之一。

发明内容

无线通信系统包括第一基站，其具有第一通信覆盖区域，并且以交替形式使用第一频率和第二频率在HFDD模式下操作。该系统还包括第二基站，其具有不同于所述第一通信覆盖区域的第二通信覆盖区域，并且也在HFDD模式下操作。而且，所述第二基站以与所述第一基站相反的交替形式使用所述第一频率和所述第二频率来通信。

更特别地，所述第二基站包括具有第一无线电和第二无线电的微微小区基站。另外，该系统进一步包括至少一个无线通信设备，并且所述第一无线电与所述至少一个无线通信设备通信。所述第二无线电与所述第一基站通信。进一步，所述第一和第二无线电同时发射和同时接收。另外，所述第一和第二无线电在网络协议层被连接在一起。

所述第一基站和第二基站在不同的HFDD帧期间发射。另外，系统进一步包括注册到所述第一基站或第二基站的多个无线通信设备。同样地，基于其注册到第一基站还是第二基站，每个无线通信设备可以被分配各自的HFDD帧以用于通信。

通过示例，所述第一基站和第二基站在长期演进((LongTermEvolution)LTE)网络中连接。而且，所述第二基站包括微微小区基站，以及所述第一基站包括配置为与所述微微小区基站通信的主基站。另外，所述微微小区基站包括第一无线电和第二无线电，以及所述第二无线电注册到所述主基站以提供自回程。

相关的通信方法包括以交替形式使用第一频率和第二频率在半双工频分双工(HFDD)模式下操作具有第一通信覆盖区域的第一基站。该方法进一步包括操作具有与所述第一通信覆盖区域不同的第二通信覆盖区域的第二基站，并且也在半双工频分双工(HFDD)模式下操作，以与所述第一基站相反的交替形式使用第一频率和第二频率来通信。

附图说明

图1为根据本发明的不同实施例显示具有微微小区的无线通信系统的图，其中所述微微小区中提供通信覆盖扩展和微微小区自回程。

图2为根据本发明的不同实施例生成的一系列发射和接收序列图。

图3为根据本发明的不同实施例显示同步通信的矩阵图。

图4为根据本发明的不同实施例用于控制同步通信方法的流程图。

具体实施方式

当结合附图阅读时，以上概述以及本发明的某些实施例的以下详细描述将更加容易理解。在附图显示了不同实施例的功能模块的图的程度下，功能模块不是必须表明系统组件或硬件电路之间的分隔。因而，例如，一个或多个功能模块(例如，处理器或存储器)可以在单块的硬件(例如，通用目的信号处理器或随机存取器、硬盘等)中执行。类似地，程序可以是独立程序，可以作为子程序结合在操作系统中，可以为以安装的软件包的功能模块等。应当理解，不同的实施例不限于在附图中显示的配置和手段。

正如文中所用，以单数形式引述并且继续使用词语“一个”的元件或步骤应当理解为不排除多个元件或步骤，除非另外说明。而且，本发明的“一个实施例”的引用意图并非解释为排除也可以结合在引述特征的另外实施例的存在。而且，除非明确地相反说明，“包含”或“具有”特定性能的一个元件或多个元件的实施例包括不具备该性能的其他这种元件。

一般来说，这里提出了一种通过使用HFDD网络来扩展无线网络覆盖区域的方法，其中微微小区基站配置为再利用来自主基站的TX/RX频率。微微小区基站使用与主基站相反的帧同步，从而减少主基站通信与微微小区通信之间的干扰。进一步，具有该帧同步的HFDD网络的使用容许微微小区自回程其数据到主基站。

更特别地，如图1和2所示，HFDD无线系统80提供使用两个频率，其中一个频率用于下行链路(DL)通信，而另一个频率用于上行链路(UL)通信。如上所述，尽管无线系统80显示为在FDD频谱(例如，700MHz频谱)下操作的LTE网络的一部分，但是这仅仅用于例示，而并不需要所有实施例都是这种情况。例如，正如本领域技术人员所知，可以根据诸如IEEE802.16或WiMAX的其他FDD无线协议来操作。无线系统80包括第一(或主)基站82，被示为通信站点，即高简档(HighProfile(HP))站点，并且具有通信覆盖区域84。HP站点82使用第一频率(信道)用于DL通信和第二频率(信道)用于UL通信。

无线系统在HFDD模式下操作，使得HP站点82在DL上发射或在UL上接收，但不是同时。相应地，不提供同时到HP站点82和来自HP站点82的通信。然而，HFDD通信容许用户设备(UE)30(例如，移动设备)的简化设计，因为UE不必同时发射和接收，而是可以顺序执行这些操作。应当知道，如以下将详细描述，对于在HFDD中与HP站点82的通信，百分之五十的时间，空中链路静默并且不传递数据。

无线系统80还包括第二基站86，其被示为(具有两个无线电的)微微小区基站，以及其具有覆盖与HP站点82的通信覆盖区域84不同的(例如，更小的)区域的通信覆盖区域88。通信覆盖区域84和88交叠。基站86被配置为覆盖扩展基站以与HP站点82相反的帧同步在DL上发射和在UL上接收。相应地，DL和UL信道的整个利用可以被提供。

例如，如图2所示，当基站86静默(即，没有发射)时，HP站点82发射，以及当HP站点82静默时，基站86发射。应当知道，如图2所示的每个块表示二分之一帧，例如二分之一HFDD通信帧。发射序列90和接收序列92分别代表HP站点82的发射和接收。发射序列96和接收序列94分别代表到基站86入站通信的接收和发射，即连接到HP站点82的任何UE的通信。应当知道，当以某些实施方式与HP站点82通信时，基站86可以被认为是UE。发射序列98和接收序列100分别代表来自基站86的出站通信的发射和接收。

在操作中，HP站点82和微微小区基站86可以使用相同频率集合来通信，例如相同的下行链路(DL)频率和上行链路(UL)频率，但却是异相的，即以二分之一帧来分配不同的相位给来自HP站点82和基站86中的每一个的通信。应当知道，UL和DL频率可以在不同的频谱内，诸如700MHz频谱。

因而，HP站点82和微微小区基站86之间的自干扰可以被避免。例如，再次参考图1，当HP站点82在DL频率上发射到UE30(UE1)时，在DL信道上没有其他TX。同样，当UE30(UE1)在UL频率上发射到HP站点82时，不存在在UL信道上发射的其他装置。相应地，在微微小区部署中的干扰被管理，而不需要具有用于微微小区使用的分离信道的载波。

而且，系统80还有利地容许微微小区86自回程来自移动用户的消息，即通过注册为到微微小区的“移动用户”的UE30(在图2中的UE2)。这样，FDD频率的单个集合(例如，DL/UL)可以用来提供以下两者：(i)微微小区基站86到移动通信，例如到UE1，以及(ii)用于微微小区的回程到基站通信(例如，基站86到HP站点82通信)。因为微微小区基站86具有与主要或主基站，(即HP站点82)相反的帧同步，所以在微微小区中的两个无线电(注册到HP站点82且必要地充作UE的第一无线电，以及充作覆盖扩展基站的第二无线电)不具有自干扰。例如，如图2所示，在基站86中的无线电两者同时发射和同时接收。在基站86中的两个无线电可在协议中的更高层连接在一起，例如网络层，以便来自末端设备(例如，图2中的UE2)的分组通过基站86转发到HP站点82，并因此到网络。应当知道，由各种实施例提供的覆盖区域扩展可以重复以提供覆盖区域的多个扩展。

如图3所示，提供使用相同频率和不同相位的同步。如该实例所示，在HFDD中，通信被分为几个部分，例如被标识为第一1/2帧110和第二1/2帧的半帧。此外，在每个1/2帧110和112中，两个频率都可以使用，分别被标识为频率A114和频率B116，其对应于UL和DL频率。微微小区基站86必要地操作作为自回程的中继器，而(即注册到微微小区的)UE2使用频率A114在第一1/2帧110上发射到微微小区基站，以及微微小区使用频率A114在第二1/2帧112上发射到HP站点，即以交替形式。同样，HP站点82使用频率B116在第一1/2帧110上发射到微微小区基站86，以及微微小区基站使用频率B116在第二1/2帧112发射到UE2。

而且，提供其他同步发射。例如，HP站点可以使用频率B116在第一1/2帧110上发射到UE1，以及UE1可以使用频率B116在第二1/2帧112上发射到HP站点。

同步通信的控制可以使用图4中所示的方法120来提供。具体地，在方框122，HP站点82和/或微微小区基站86的通信范围内的一个或多个UE注册到HP站点或微微小区基站。一旦被注册，HP站点或微微小区基站控制来自已注册UE和到达已注册UE的通信量。之后，提供同步通信。特别地，在方框124，当微微小区静默(没有发射)时，使用第一频率将语音/数据从HP站点发射到已注册UE，以及使用相同的频率发射到微微小区。同样，在方框126，当HP站点静默(没有发射)时，使用第一频率将语音/数据从微微小区发射到已注册UE，以及使用第二频率发射到HP站点。应当知道，在124和126的发射能以不同次序执行，例如，在124的发射之前发生126的发射。

因而，在HFDD网络中的微微小区被使用，其中微微小区以相反的帧与HP站点同步。使用这里所述的同步，在微微小区到移动通信与HP站点到移动通信(反之亦然)之间的自干扰被消除。进一步，使用该同步容许微微小区具有可以注册到HP站点的第二无线电，以及使用UL/DL信道向HP站点提供微微小区的自回程。由于这些发射被同步，所以该第二无线电能够自回程而不会与其他UE发射干扰。此外，当使用FDD信道的全部容量时，使用与HFDD的同步容许网络使用HFDD无线电操作。

应当知道，本发明的不同实施例不限于扩展在蜂窝通信系统中的通信范围，而是可以与不同的通信网络或系统关联地执行，其中，例如期望或需要通信覆盖范围扩展。同样，通信范围扩展可以与不同的蜂窝网络关联地执行，例如GSM演进(EnhancedDataRatesforGSMEvolution(EDGE))网络的增强型数据速率、码分多址(CodeDivisionMultipleAccess(CDMA))网络、通用移动电信系统(UniversalMobileTelecommunicationsSystem(UMTS))网络或W-CDMA(WidebandCodeDivisionMultipleAccess宽带码分多址)网络。

例如，这里的不同实施例或组件、通信系统或控制器可以执行为一个或多个计算机系统的一部分。计算机系统包括计算机、输入设备、显示单元和接口，例如用于接入因特网的接口。计算机包括微处理器。微处理器可以连接到通信总线。计算机还包括存储器。存储器可包括随机存取器(RandomAccessMemory(RAM))和只读存储器(ReadOnlyMemory(ROM))。计算机系统进一步包括存储设备，其可以是硬盘或诸如闪存驱动、光盘驱动等的可移动存储驱动。存储设备还可以是用于加载计算机程序或其他指令到计算机系统中的其他类似设备。

如文中所述，术语“计算机”包括基于处理器或基于微处理器的系统，例如使用微控制器、精简指令集电路(ReducedInstructionSetCircuits(RISC))、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuits(ASIC))、逻辑电路或能够执行这里描述的功能的其他电路或处理器。上述示例仅仅为示例性的，而意图并非以任何形式对术语“计算机”的定义和/或意义进行限制。

计算机系统执行存储在一个或多个存储元件中的指令集以处理输入数据。存储元件还存储期望或需要的数据或其他信息。存储元件可为处理机器内信息源或物理存储元件的形式。

指令集包括指示作为处理机器的计算机执行诸如本发明的不同实施例的方法和过程的专用操作的各种命令。指令集可以是软件程序的形式。软件可以诸如系统软件或应用软件的形式。进一步，软件可以是独立程序集合、较大程序中的程序模块、或者程序模块中一部分的形式。软件还可以包括以面向对象的程序设计的形式的模块化程序设计。通过处理机器的输入数据的处理可以响应于用户命令，或响应于之前处理的结果，或响应于由另一个处理机器作出的请求。

正如这里所使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储在存储器中用于计算机执行的任何计算机程序，包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(Non-VolatileRAM(NVRAM))存储器。以上存储器类型仅仅是示例性的，并因此不限于用于存储计算机程序的存储器的类型。

应当理解，以上描述是说明性的，而并非限制性。例如，上述实施例(和/或其中的方面)可以相互组合。另外，可进行许多修改以使特定的情况或材料适合本发明的教导，而不脱离本发明的范围。例如，在方法中引述的步骤的次序不需要以特定的次序来执行，除非明确地陈述或隐含需要(例如，一个步骤需要结果或将要使用的先前步骤的结果)。当这里描述的材料的尺寸和类型意于定义本发明的参数时，它们绝非为了限制，而是示例性的实施例。一旦回顾和理解上述描述，对于本领域技术人员来说许多其他实施例是明显的。因此本发明的范围应参考所附的权利要求以及这些权利要求所限定的等价物的整个范围来确定。在所附的权利要求中，术语“包括”和“在其中”被用作各自术语“包含”和“其中”的简明英语的等价物。而且，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅是用来标记，而意图并非对它们的对象施加数字条件。进一步，以下权利要求的限制不是以装置加功能的形式撰写，而意图并非基于35U.S.C§112第六段进行解释，除非这样的权利要求限制明确地在进一步结构的功能实体的陈述后使用短语“用于……的装置”。

该说明书使用示例来公开本发明，包括最好的模式，并且还能够使得任何本领域技术人员实践本发明，包括制造和实用设备或系统以及执行相关联的方法。本发明的专利范围由权利要求来限定，并且包括本领域技术人员所能想到的其他示例。如果其他示例具有不同于权利要求的文字语言的结构性元件，或者如果其他示例包括并非实质上不同于权利要求的文字语言的等同的结构性元件，那么这些其他示例意图在权利要求的范围内。

Claims

1.一种与多个注册的无线通信设备一起使用的无线通信系统(80)，包括：

第一基站(82)，其具有第一通信覆盖区域(84)，并且以交替形式使用第一频率和第二频率在半双工频分双工HFDD模式下操作；以及

微微小区基站(86)，其包括第一无线电和第二无线电，并且具有不同于第一通信覆盖区域的第二通信覆盖区域(88)并且也在HFDD模式下操作；

所述多个无线通信设备注册到所述第一基站或所述微微小区基站，并且其中基于其是注册到所述第一基站还是所述微微小区基站，向每一个无线通信设备分配用于通信的各自的HFDD帧；

所述微微小区基站以与所述第一基站相反的交替形式使用所述第一频率和所述第二频率来通信，

其中所述第一无线电和所述第二无线电同时发射和同时接收，其中所述第一无线电与所述无线通信设备中的至少一个无线通信设备通信，并且所述第二无线电与所述第一基站通信，并且其中所述第一无线电和所述第二无线电在网络协议层被连接在一起。

2.如权利要求1所述的无线通信系统，其中所述第一基站(82)和所述微微小区基站(86)在不同的HFDD帧期间发射。

3.如权利要求1所述的无线通信系统，其中所述微微小区基站被配置为注册所述第二无线电到所述第一基站以提供自回程。

4.一种无线通信方法，包括：

操作第一基站(82)，所述第一基站具有第一通信覆盖区域(84)，并且以交替形式使用第一频率和第二频率在半双工频分双工HFDD模式下操作；以及

操作微微小区基站(86)，所述微微小区基站包括第一无线电和第二无线电，并且具有不同于所述第一通信覆盖区域的第二通信覆盖区域(88)，并且也在HFDD模式下操作，以与所述第一基站相反的交替形式使用所述第一频率和所述第二频率来通信，其中所述第一无线电和所述第二无线电同时发射和同时接收，包括利用所述第一无线电与至少一个无线通信设备通信，以及利用所述第二无线电与所述第一基站通信，并且其中所述第一无线电和所述第二无线电在网络协议层被连接在一起；

注册多个无线通信设备到所述第一基站或所述微微小区基站，以及

基于其是注册到所述第一基站还是所述微微小区基站，向每一个无线通信设备分配用于通信的各自的HFDD帧。

5.如权利要求4所述的无线通信方法，进一步包括注册所述第二无线电到所述第一基站以提供自回程。

6.如权利要求4所述的无线通信方法，其中所述第一基站(82)和所述微微小区基站(86)在不同的HFDD帧期间发射。