CN103442369B - 一种广域覆盖场景下的灵活组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种广域覆盖场景下的灵活组网方法，属于通信网组网技术领域，包括如下步骤：根据全网拓扑划分覆盖域，依据覆盖域的面积以及基站的覆盖半径选择架设基站的数量以及架设位置；根据相邻小区之间的覆盖域、光纤资源、QoS需求，灵活选择小区间组网方式；在小区内划分热点扇区，对热点扇区分簇，在每个簇的几何中心部署静态中继；对热点扇区和非热点扇区分别进行频率规划；对孤立小区边缘的热点区域作延展覆盖。本发明记载的方法能够有效减少基站的架设成本，缩减运维开销；解决了广域组网场景中偏远地区无法接入核心网的问题；有效减少并发终端的数量以及控制信令的开销；提高了频谱利用率，保证小区边缘的吞吐量。

Description

一种广域覆盖场景下的灵活组网方法

技术领域

本发明涉及通信组网技术领域，尤其涉及一种广域覆盖场景下的灵活组网设计。

背景技术

随着社会的发展，移动通信市场迅速发展，移动用户数量激增并且分布范围越来越广，与此同时，用户对网络质量的要求逐步提高。因此，近年来越来越多的研究倾注在广域覆盖场景下的组网设计方案。广域覆盖通常需要跨接很大的物理范围，覆盖面积从几十公里到几千公里，在组网方面面临着诸多问题，如：业务热点区域分布不对称，通信节点分布广，数据量大，不同区域用户密集度也有很大差别，建设及维护成本高，业务拓展、网络管理实现复杂，服务质量、可靠性及安全性等方面的保障难度大。

在传统的蜂窝组网中，基站的架设往往采用均匀化连续覆盖的形式，以实现各小区之间的紧密组网。但这种站址选择的方式不能有效针对典型的应用场景灵活部署，也没有考虑实际组网区域中用户终端及业务热点的分布情况，导致基站的实际利用率较低，同时增加了额外的运维开销。

此外，传统的组网方式如LTE、C-RAN、MSTP均无法保证广域覆盖组网“全覆盖”的无线接入要求，小区间组网和小区边缘组网模式往往过于单一固定，不能自适应小区边缘负载的动态变化，从而导致用户容量、频谱效率以及高优先级业务的通信质量难以得到保证。

针对广域覆盖场景下核心侧的基站往往要承担巨大的数据回程压力，一旦并发终端的数量超过小区容量上限，用户通信质量将迅速下降，现有的扩容方案大多针对于对接入侧设备的改进，如调整基站参数，增加直放站或天线，宏蜂窝分裂成微蜂窝等，这样无疑会增加设备建设成本。

相较于异频组网，同频组网在提高系统容量和频谱效率等方面优势明显，因此通常采用全向天线同频组网。但同频组网，小区间干扰较大，尤其是边缘用户性能将受到较大影响。为克服小区间干扰，通常采用软频率复用技术实现干扰协调，主要目的是提高边缘用户吞吐量及频谱效率。基本思想是将每个小区所有子载波分为2组，一组称为主子载波组，另一组称为辅子载波组，主子载波组可用于整个小区，而辅子载波组仅可用于小区中心，相邻小区的主子载波组相互正交。可通过调整辅子载波组与主子载波组之间的发射功率比来实现干扰协调。当前的软频率复用技术，小区边缘的频率复用因子一般设置为3，从而控制整个小区平均频率复用因子在1～3之间平滑过渡，但该方案仍然没有最大限度的利用频谱资源，同时无法自适应小区边缘负载变化动态分配频谱资源。

本发明提出一种适用于广域覆盖场景下的低成本组网方案，主要面向石油或电力专网、农垦或森林控制区域，自适应广域覆盖下的多种场景，其中站址选择、小区间组网、小区内分簇以及小区边缘组网环节均可根据实际场景灵活配置。

发明内容

（一）要解决的技术问题

如何提供一种广域覆盖场景下的灵活组网方法，解决现有组网方法不能灵活部署基站、组网成本高、网络不能实现全覆盖以及频谱利用率不高等问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种广域覆盖场景下的灵活组网方法，包括如下步骤：

A、根据全网拓扑划分覆盖域，依据覆盖域的实际组网面积以及基站的覆盖半径选择架设基站的数量和位置，将覆盖域划分为蜂窝小区结构；

B、根据相邻小区之间的所处覆盖域、光纤资源、QoS需求，灵活选择小区间组网方式；

C、根据小区内业务的密集程度，在小区内划分热点扇区，对热点扇区分簇，在每个簇的几何中心部署静态中继；

D、基于以上小区内分簇结构，对热点扇区和非热点扇区分别进行频率规划；

E、对孤立小区边缘的热点区域作延展覆盖；

所述孤立小区是指小区边缘不存在相邻小区紧密组网的小区。

进一步地，所述步骤A具体为：

A1、依据全网拓扑划分覆盖域；结合业务热点分布区域、地貌特征以及信号的绕射情况，划分高隔离度的组网覆盖域；

A2、判断单基站覆盖是否满足覆盖域的实际组网需求：若覆盖域直径小于基站的覆盖直径，则采用单基站组网形式；反之，执行步骤A3；

A3、采用传统蜂窝组网形式均匀架设基站，架设基站的数量为：其中N_BS表示架设基站的数量，S_覆盖域表示步骤A1中划分的覆盖域的面积，r_基站表示基站的覆盖半径，[]表示向上取整；

上述步骤中，一个基站所覆盖的区域为一个小区；

所述覆盖域直径是指覆盖域中任意两点之间的最大距离。

进一步地，所述步骤A2中所述单基站组网中，选择在最大限度覆盖用户节点密集区的位置架设基站，基带处理单元与射频拉远模块之间采用光纤拉远连接。这种连接方式大大降低了站址选择的要求，BS无需架设于覆盖域中心，可根据业务需求灵活部署。以最小化建网成本为原则，实现非对称组网。

进一步地，所述步骤B中小区间组网主要是通过执行以下步骤实现的：

B1、若相邻小区处于相同覆盖域，采用背靠背中继设备实现小区间紧密组网；否则，转至B2；

B2、若小区间存在光纤资源，采用RRU级联的方式实现小区间延展覆盖；否则，转至B3；

B3、若小区间通信量较大且需要QoS保障，增设基站，实现多相邻小区级联构成多跳中继；否则，转至B4；

B4、采用较大带宽和发送功率的中继设备实现小区间数据回程。

进一步地，所述步骤C中对小区内热点扇区进行分簇主要是通过执行以下步骤实现的：

C1、基站初始化阶段动态统计小区内在线用户数量，确定业务热点扇区；

C2、锁定热点扇区后，利用基站在径向方向发射不同功率半径的广播信号将扇区划分成多个虚拟扇形环；

C3、根据中继的覆盖面积，将各级扇形环分成面积相等的簇，在每个簇的几何中心位置部署一个中继；

C4、中继部署完成后，基于软频率复用将小区划分为小区内部和边缘两个区域，位于小区边缘的中继可对簇内数据作汇聚融合，回传至相邻簇头，不直接与基站通信；位于小区内部的中继除了负责簇内节点的通信，同时与基站直连。

进一步地，所述步骤C1具体是通过执行以下步骤实现的：

C11、利用天线对小区做360度全向扫描，动态统计小区内用户数量；

C12、利用数据拟合出在线用户随扫描弧度的变化曲线，微分导出变化率曲线；

C13、以变化率阈值为截距，变化率超出阈值的弧度范围确定为热点扇区。

进一步地，所述步骤C3中各级扇形环所需部署中继的数量为：

其中，N_m为第m级扇形环所需部署的中继数量，1≤m≤Y，X为小区半径，Y为热点扇区所分的扇形环的总级数，r_中继为中继的覆盖半径，θ为热点扇区的弧度范围。

进一步地，所述频率规划具体是通过执行以下步骤实现的：

D1、基于步骤C的小区内分簇结构，初始化频率资源集S，将S划分为S₁和S₂，S₂＞＞S₁；

D2、判断通信终端是否属于热点扇区，是，转至D3；否则，分配频率集S₁中的频点；

D3、降低基站发射功率，以实现频率集S₂在小区内部及边缘的频率复用，为小区内部和边缘分界处相邻的中继设备配置不同的工作频点；

D4、判断中继是否属于小区内部，是，基站使用信标分配时隙，并根据各个中继的负载情况动态分配时隙；否则，转至D5；

D5、从频率集S₂中划分出预留频率集S₃；

D6、根据小区边缘的负载情况动态分配频率集S₃。

进一步地，所述步骤D4中所述基站使用信标帧为各个中继分配时隙具体为：

一个信标帧分为竞争访问时段和非竞争访问时段，在竞争访问时段，中继设备以CSMA-CA算法实现数据的上报，向基站申请授权时隙，新的中继设备加入当前网络；在非竞争访问时段，基站基于中继的信道状况、竞争访问时段中继上报的数据量大小、时延要求等QoS参数为中继分配时隙资源；下一个所述信标帧的非竞争访问时段中基站会重新调整为中继分配的时隙配比。

进一步地，所述步骤E具体包括：

E1、若孤立小区边缘热点区域对业务有QoS要求，采用中继加延展基站实现定向延伸，否则，转至E2；

E2、采用中继对孤立小区边缘向外作定向覆盖。

（三）有益效果

本发明的优点主要包括以下几个方面：

1、站址选择基于最大限度覆盖用户节点密集区的原则，实现非对称、非均匀组网，能够有效减少基站的架设成本，缩减运维开销；

2、小区间组网提供多种级联和中继方式，能够应对多种广域覆盖场景，实现紧密组网，有效解决了广域组网场景中偏远地区无法接入核心网的问题；

3、小区内分簇机制，能更好的实现数据的汇聚和融合，有效减少并发终端的数量，减少控制信令的开销；

4、本发明基于该分簇结构提出的频率规划方案，改进了基站到中继的时序逻辑，设计了新的资源分配策略，在一定程度上提高了频谱利用率，保证了小区边缘的吞吐量；

5、利用中继及可调节天线对孤立小区（小区向外延伸方向无相邻小区）边缘的热点区域作延展覆盖，灵活依据业务热点区域的移动作动态迁移，实现小区外用户数据的回程接入。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的应用场景示意图；

图2为本发明一种实施方式的整体组网架构示意图；

图3为本发明一种实施方式的步骤流程示意图；

图4为图3中各个步骤的的具体步骤流程示意图；

图5为图3中步骤C利用天线对小区作360度全向扫描搜索业务热点扇区示意图；

图6为图3中步骤C在线用户数随扫描弧度变化的分布曲线示意图；

图7为图3中步骤C的得到的小区内分簇示意图；

图8为图3中步骤D的具体步骤流程示意图；

图9为图3中步骤D所述小区内频率规划示意图；

图10为图3中步骤D所述基站为中继分配时隙的信标结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明针对石油或电力专网、农垦或森林监控区域等广域覆盖场景，以模块化、自组织为组网原则，以宽带接入网络建设成本构成分析，研究低成本组网技术，从而有效实现偏远地区和城市的无线接入，降低线路传输、业务平台建设、终端设备建设的成本，更加符合和适应偏远欠发达地区的基础建设薄弱、地广人稀的特点。现有的公共网络支撑能力不足，不适合偏远地区的广域覆盖；大规模大密度的部署基础设施，没有考虑用户终端分布不均匀的特点，浪费了大量接入侧的资源；架设新的基站会增加巨大的建网成本，而引入成本较低的中继设备，将大大减少基站的数量需求。因此，本发明将利用中继技术、频率规划以及小区内分簇策略，在低建设成本的前提下，实现广域覆盖场景下的宽带接入无线通信系统。

图1是针对不同应用场景进行的场景抽象，使之与本实施方式中的适用于广域覆盖场景下的组网方法相结合，便于更好的评估本方案的可操作性及可实现性。图1所示的偏远地区可以被矿井、森林、农垦等实际组网区域替换，若没有可利用的光纤资源，小区间组网可以采用多小区级联或大功率背靠背中继的形式予以实现。图2为本实施例提出的广域覆盖组网方案示意图。

本实施例所述的广域覆盖场景下的灵活组网方法主要包括五个步骤，如图3所示：

A、根据全网拓扑划分覆盖域，依据覆盖域的实际组网面积以及基站的覆盖半径选择架设基站的数量及位置，将覆盖域划分为蜂窝小区结构。

B、根据相邻小区之间的所处覆盖域、光纤资源、QoS需求，灵活选择小区间组网方式。

C、根据小区内业务的密集程度，在小区内划分热点扇区，对热点扇区分簇，在每个簇的几何中心部署静态中继；

D、基于以上小区内分簇结构，对热点扇区和非热点扇区分别进行频率规划；

E、对孤立小区边缘的热点区域作延展覆盖。

所述孤立小区是指小区边缘不存在相邻小区紧密组网的小区。

下面结合图4对上述五个步骤分别作详细介绍。

步骤A具体包括：

A1、依据全网拓扑划分覆盖域；结合业务热点分布区域、地貌特征以及信号的绕射情况，划分高隔离度的组网覆盖域；

基站主要完成对无线信号的发送与接收，无线信道资源管理，用户的无线接入控制和无线链路控制，配合交换与业务平台的用户移动性管理，业务数据传输等功能。

依据全网拓扑划分覆盖域，拓扑分析包括通信节点及热点业务的分布区域，地貌特征等站址选择指标。鉴于同频组网时，小区间干扰较为严重，覆盖域划分时应保证较高的隔离度，进而间接保证BS的站间距，最大限度减少同频干扰。

A2、判断单基站覆盖是否满足覆盖域的实际组网需求：若覆盖域直径D_覆盖域小于基站的覆盖直径，即

D_覆盖域＜2·r_基站

则采用单基站组网形式，选择在最大限度覆盖通信节点分布密集区域的位置架设基站，将覆盖域抽象为非规则多边形，定义多边形边缘任意两点间最大距离为该多边形直径D_覆盖域；

若覆盖域的面积过大，不满足单基站组网形式，则执行步骤A3；

A3、采用传统蜂窝组网形式均匀架设基站，架设基站的数量为：

其中N_BS表示架设基站的数量，S_覆盖域表示步骤A1中划分的覆盖域的面积，r_基站表示基站的覆盖半径，[]表示向上取整。

上述步骤A2中的单基站组网中，选择最大限度覆盖通信节点分布密集区域的位置架设基站，由于基带处理单元（BBU）与射频拉远模块（RRU）之间采用光纤拉远连接，进而大大降低了站址选择的要求，BS无需架设于覆盖域中心，可根据业务需求灵活部署。以最小化建网成本为原则，实现非对称组网。

步骤B具体包括：

B1、若相邻小区处于相同覆盖域，采用背靠背中继设备实现小区间紧密组网；否则，转至B2；

B2、若小区间存在光纤资源，采用RRU级联的方式实现小区间延展覆盖；否则，转至B3；

B3、若小区间通信量较大且需要QoS保障，增设基站，实现多相邻小区级联构成多跳中继；否则，转至B4；

B4、采用较大带宽和发送功率的中继设备实现小区间数据回程。

位于同一覆盖域的相邻小区采用背靠背中继设备实现数据及信令的持续传递，小区间通过软频率复用划分，使相邻中继设备工作在不同的频点，减少中继与中继、中继与终端之间的无线干扰。

分属不同覆盖域的小区基站间距较大，若小区间存在光纤资源（比如铁路公路沿线或石油管道专网提供的光纤资源），这种组网场景一般针对于城市与偏远地区的通信连接，可采用RRU级联的方式实现延展覆盖紧密组网。若不存在光纤资源，但小区间通信量较大且需要QoS保障，增设BS，实现多相邻小区级联构成多跳中继的组网形式。若小区间通信量较小，宜采用较大带宽和发送功率的中继设备提供中继回程。在机动组网的需求下，车载基站与中继在机动中保持通信，边缘中继动态的选择固定基站覆盖中较强的无线信号回传数据。上述四种小区间组网形式可根据实际场景灵活部署。

步骤C具体包括：

C1、基站初始化阶段动态统计小区内在线用户数量，确定业务热点扇区。

基站初始化阶段，利用天线对小区作360度全向扫描，如图5所示，动态统计小区内用户数量，利用数据拟合出在线用户随扫描弧度变化的上升曲线，如图6上面的曲线所示，微分导出变化率曲线（大致得到非周期性的钟形曲线），以变化率阈值为截距（可通过实际数据结合仿真动态调整），如图6下面的曲线，确定业务热点区域的弧度范围，从而确定业务热点扇区。

C2、锁定待分簇扇区后，利用基站在径向方向发射不同功率半径的广播信号将扇区划分成多个虚拟扇形环。

基站沿径向广播初始功率半径为r的信号：

r=X/Y

其中X为小区半径，Y为扇形区域在此方向上要划分的级数，[]表示向上取整，Y通过下式获得：

根据信号传输半径r与发射功率P_t的关系：

$P_r=\frac{P_t\·G_t\·G_r\·{\mathrm{\λ}}^2}{{\left(4\mathrm{\πr}\right)}^2\·\mathrm{\σ}}$

可根据通信终端最小接收功率和信号传输半径计算出扇区不同级区域所需的最小基站发射功率P_t的值，其中，P_r为节点通信模块的最小接收功率，G_t为发射天线增益，G_r为接收天线增益，λ为信号工作波长，σ为系统损耗因子，系统损耗因子取决于传输损耗、天线波束形状损耗等因素。

处于初始广播信号半径r内的节点接收广播信号，并被定义为扇区此方向的第1级。扇区在完成第1级划分后，处于扇区第1级覆盖区域内的节点关闭通信模块，进入睡眠状态。之后，基站增加发射半径r进行第2次信号广播，第2次信号广播的半径为2r；接收到第2次广播信号的节点被定义为扇区此方向的第2级，并关闭自身的通信模块。

以此类推，基站进行第n次广播的信号半径为nr，n是一个小于Y的整数，接收到第n次广播信号的节点被定义为扇区此方向的第n级，并关闭自身的通信模块。

处于基站广播信号半径r^*>(Y-1)r区域的节点被划分为扇区第Y级，其中r^*表示基站第Y次广播的信号半径。

判断广播半径是否达到小区半径，如果是，则分级完成。

完成扇形环划分后，用户节点根据自己接收到的不同的基站信号确定自己所处的级数，其中基站广播的信息包括广播的信号半径、扇形环划分的级数以及小区半径等信息。

C3、根据中继的覆盖面积，确定各个扇形环所需部署的中继数量，将各级扇形环分成面积相等的簇，在每个簇的几何中心位置部署一个中继。

首先确定所要部署的中继数量，基于均匀部署的原则，各个中继设置在对应簇的几何中心。设N_m为第m级扇形环所需部署的中继数量，1≤m≤Y，r_中继为中继信号的覆盖半径，则第m级扇形环所需中继数：

中继数量确定以后，根据均匀部署的原则，如图7所示，以各个中继为几何中心将各级扇形环分成面积相等的簇。

中继部署完成后，基于软频率复用将小区划分为小区内部和边缘两个区域。位于小区边缘的中继可对簇内数据作汇聚融合，回传至相邻簇头，不直接与基站通信；位于小区内部的中继除了负责簇内节点的通信，同时与基站直连，为小区边缘的数据回程提供保障。

对于诸如石油、电力专网等典型广域覆盖场景，其特点是终端数量大，业务种类多，数据量大且采集频率高，能够接入核心网的BS还需额外承担来自中继设备的数据回传负载，一般情况下，单基站可支持的最大在线用户为2000左右，一旦并发终端的数量超过小区容量，通信终端与基站的通信质量将迅速下降。本实施例通过合理的分级分簇策略，能够有效控制并发终端的数量，间接减少了控制信令的开销，通过设置静态中继，更好的实现了对数据的汇聚及融合。

为更好的利用和分配频率资源，基于以上小区内分簇结构，作如下规定：只有位于热点扇区以外的移动终端与基站直连，其余终端通过中继与基站通信。业务热点扇区内终端部署完成后，调整中继的发射功率以避免相邻中继的信号重叠。

如图8所示，步骤D具体包括：

D1、基于步骤C的小区内分簇结构，初始化频率资源集S，将S划分为S₁和S₂，其中S₂>>S₁。

S₁用于未被划分到扇形簇内的移动终端，S₂用于被划分到扇形簇内的移动终端，如图9所示，此处S₁、S₂所占比例可以通过实际用户终端的分布状况以及数量动态调整。

D2、判断用户终端是否属于热点扇区，是，转至D3；否则，分配频率集S₁中的频点；

D3、降低基站发射功率，以实现频率集S₂在小区内部及边缘的频率复用，为小区内部和边缘分界处相邻的中继设备配置不同的工作频点；

D4、判断中继是否属于小区内部，是，基站使用信标分配时间片，并根据各个中继的负载情况动态分配时隙；否则，转至D5；

在密集的通信时段（中继作数据回程），基站采用信标帧控制分时时序，为其覆盖范围内的中继分配时隙，中继只能在被授权时隙回传数据至基站。信标结构如图10所示，信标帧分为两个部分，即竞争访问时段（contentionaccessperiod,CAP）和非竞争访问时段（contentionfreeperiod,CFP），CAP阶段的功能包括中继设备以CSMA-CA算法实现数据的上报，向基站申请GTS（guaranteedtimeslots）时隙，新的中继设备加入当前网络等；在CFP阶段，基站基于中继的信道状况、CAP阶段中继上报的数据量大小、时延要求等QoS参数为中继分配时隙资源，下一个CFP周期会重新调整时隙配比。以上方案提高了时隙资源分配的弹性，有利于满足不同业务的QoS要求。

D5、从频率集S₂中划分出预留频率集S₃；

考虑相邻小区间的吞吐量要求，从频率集S₂中划分出预留频率集S₃，S₃占S₂的比例根据热点扇区小区边缘负载占整个小区负载的比例，以及小区间吞吐量要求动态调整。

D6、根据小区边缘的负载情况动态分配频率集S₃；

针对实际应用场景中，位于小区边缘的中继传输可能带有一定的方向性，相邻中继之间可采用方向性天线，有效减小邻簇干扰。由于小区边缘频率复用因子为3，相邻小区边缘分配频率集（S2-S3）/3。同时，基于802.11sMAC层协议，为小区边缘的终端设备提供两种接入模式：分布式（DCF）和集中式(PCF)，即CAP周期和CFP周期交替控制信道，以适应不同的业务种类（突发型、时延敏感型或高优先级）。

步骤D中基于上述所提小区内分层分簇结构提出一种新的频率规划方案，结合软频率复用技术，改进基站到中继的时序逻辑，调节基站发射功率，预留频率资源等方式，提高频谱利用率，保证小区边缘的吞吐量。

针对广域覆盖场景中，存在孤立小区，即小区边缘不存在相邻小区紧密组网，随着生活与生产活动活跃区域逐渐在小区周边拓展，原小区的边缘覆盖或服务质量欠缺，可根据需要采用中继或加设延展基站对小区边缘向外作定向覆盖，并通过部分频率复用规划避开小区间干扰。

步骤E具体包括：

E1、若孤立小区边缘热点区域对业务有QoS要求，采用中继加延展基站实现定向延伸，否则，转至E2；

针对小区边缘用户量和传输容量要求比较多的应用场景，如应急组网或机动组网场景，受限于中继设备的带宽瓶颈，边缘用户通信质量难以保证，适宜采用中继设备加延展基站的方案实现定向延伸。利用中继设备完成BS到延展基站的回程数据传输，延展基站覆盖一侧可完全采用现有的分布式基站架构方案即BBU+RRU+板状天线，支持多个扇区，一个BBU支持多个RRU。BBU和RRU之间采用光纤传输，RRU再通过同轴电缆及功分器（耦合器）等连接至天线，即主干采用光纤，支路采用同轴电缆。

E2、采用中继对孤立小区边缘向外作定向覆盖。

对于对通信质量要求不高，或者用户数量以及突发数据量不多的独立小区，采用中继对小区边缘向外作定向覆盖的方式就能满足用户需求。利用中继及可调节天线对孤立小区边缘热点区域作延展覆盖，灵活依据业务热点区域的移动作动态迁移，实现小区外用户数据的回程接入，提升覆盖效率，降低能耗。中继的位置选择需综合考虑中继与基站以及中继与相邻中继的距离，中继与基站的距离受限于中继设备的带宽瓶颈，孤立小区边缘可能存在多个热点区域，相邻中继的位置选择应尽量避免定向覆盖区域的重叠。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种广域覆盖场景下的灵活组网方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、根据全网拓扑划分覆盖域，依据覆盖域的实际组网面积以及基站的覆盖半径选择架设基站的数量和位置，将覆盖域划分为蜂窝小区结构；

B、根据相邻小区之间的所处覆盖域、光纤资源、QoS需求，灵活选择小区间组网方式；

C、根据小区内业务的密集程度，在小区内划分热点扇区，对热点扇区分簇，在每个簇的几何中心部署静态中继；

D、基于以上小区内分簇结构，对热点扇区和非热点扇区分别进行频率规划；

E、对孤立小区边缘的热点区域作延展覆盖；

所述孤立小区是指小区边缘不存在相邻小区紧密组网的小区。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A具体为：

A1、依据全网拓扑划分覆盖域；结合业务热点分布区域、地貌特征以及信号的绕射情况，划分高隔离度的组网覆盖域；

A2、判断单基站覆盖是否满足覆盖域的实际组网需求：若覆盖域直径小于基站的覆盖直径，则采用单基站组网形式；反之，执行步骤A3；

A3、采用传统蜂窝组网形式均匀架设基站，架设基站的数量为：其中N_BS表示架设基站的数量，S_覆盖域表示步骤A1中划分的覆盖域的面积，r_基站表示基站的覆盖半径，[]表示向上取整；

上述步骤中，一个基站所覆盖的区域为一个小区；

所述覆盖域直径是指覆盖域中任意两点之间的最大距离。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A2中所述单基站组网中，选择在最大限度覆盖用户节点密集区的位置架设基站，基带处理单元与射频拉远模块之间采用光纤拉远连接。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中小区间组网主要是通过执行以下步骤实现的：

B1、若相邻小区处于相同覆盖域，采用背靠背中继设备实现小区间紧密组网；否则，转至B2；

B2、若小区间存在光纤资源，采用射频拉远模块RRU级联的方式实现小区间延展覆盖；否则，转至B3；

B3、若小区间通信量较大且需要QoS保障，增设基站，实现多相邻小区级联构成多跳中继；否则，转至B4；

B4、采用较大带宽和发送功率的中继设备实现小区间数据回程。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C中对小区内热点扇区进行分簇主要是通过执行以下步骤实现的：

C1、基站初始化阶段动态统计小区内在线用户数量，确定业务热点扇区；

C2、锁定热点扇区后，利用基站在径向方向发射不同功率半径的广播信号将扇区划分成多个虚拟扇形环；

C3、根据中继的覆盖面积，将各级扇形环分成面积相等的簇，在每个簇的几何中心位置部署一个中继；

C4、中继部署完成后，基于软频率复用将小区划分为小区内部和边缘两个区域，位于小区边缘的中继可对簇内数据作汇聚融合，回传至相邻簇头，不直接与基站通信；位于小区内部的中继除了负责簇内节点的通信，同时与基站直连。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤C1具体是通过执行以下步骤实现的：

C11、利用天线对小区做360度全向扫描，动态统计小区内用户数量；

C12、利用数据拟合出在线用户随扫描弧度的变化曲线，微分导出变化率曲线；

C13、以变化率阈值为截距，变化率超出阈值的弧度范围确定为热点扇区。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤C3中各级扇形环所需部署中继的数量为：

其中，N_m为第m级扇形环所需部署的中继数量，1≤m≤Y，X为小区半径，Y为热点扇区所分的扇形环的总级数，r_中继为中继的覆盖半径，θ为热点扇区的弧度范围。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频率规划具体是通过执行以下步骤实现的：

D1、基于步骤C的小区内分簇结构，初始化频率资源集S，将S划分为S₁和S₂，S₂＞＞S₁；

D2、判断通信终端是否属于热点扇区，是，转至D3；否则，分配频率集S₁中的频点；

D3、降低基站发射功率，以实现频率集S₂在小区内部及边缘的频率复用，为小区内部和边缘分界处相邻的中继设备配置不同的工作频点；

D4、判断中继是否属于小区内部，是，基站使用信标分配时隙，并根据各个中继的负载情况动态分配时隙；否则，转至D5；

D5、从频率集S₂中划分出预留频率集S₃；

D6、根据小区边缘的负载情况动态分配频率集S₃。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤D4中所述基站使用信标帧为各个中继分配时隙具体为：

一个信标帧分为竞争访问时段和非竞争访问时段，在竞争访问时段，中继设备以CSMA-CA算法实现数据的上报，向基站申请授权时隙，新的中继设备加入当前网络；在非竞争访问时段，基站基于中继的信道状况、竞争访问时段中继上报的数据量大小、时延要求等QoS参数为中继分配时隙资源；下一个所述信标帧的非竞争访问时段中基站会重新调整为中继分配的时隙配比。

10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤E具体包括：

E1、若孤立小区边缘热点区域对业务有QoS要求，采用中继加延展基站实现定向延伸，否则，转至E2；

E2、采用中继对孤立小区边缘向外作定向覆盖。