CN103518411A - 在频分双工工作区域中避免干扰的方法和系统 - Google Patents

Abstract

在频分双工工作区域中避免干扰的方法和系统，所述方法包括在不同的网络元素之间协调无线资源的使用，所述网络元素包括宏基站和部署在所述宏基站的覆盖区域内并且工作在FDD模式的SCEN，通过在部分或全部所述网络元素之间经过同步的TDD空中接口，由广播单向地发送消息，或由专业信道双向地发送消息。所述系统包括：若干网络元素，所述网络元素包括：工作在FDD模式的宏基站；部署在所述宏基站的覆盖区域内并且也工作在FDD模式的多个SCE；以及用于协调在不同网络元素之间无线资源使用的装置，所述协调是通过在部分或全部所述网络元素之间通过同步TDD空中接口发送消息来实现的。

Description

在频分双工工作区域中避免干扰的方法和系统

技术领域

本发明的第一个方面主要涉及在频分双工（FDD）工作区域中避免干扰的方法，该方法包含协调不同的FDD网络元素之间无线资源的使用，包括协调宏基站和短距离覆盖扩展节点（SCEN）之间无线资源的使用，并且更具体地说涉及一种方法，该方法包含使用同步的时分双工（TDD）空中接口来执行所述的协调。

本发明的第二个方面包含一个在FDD工作区域中避免干扰的系统，它与第一个方面所述方法的实现相对应。

本发明关注一种用于协调无线资源（RR）的新机制，其使用在宏蜂窝FDD基站（即在3G/4G系统中分别是NodeB和eNodeB），FDD短距离覆盖扩展节点（SCEN），如中继，以及微微蜂窝和毫微微蜂窝（即在LTE术语中的HeNodeB）中，还提供一种用于同步SCEN频率和时间的新机制。

背景技术

4G系统趋向于简化核心网络，改善延时、传输能力和吞吐量。这标志着IP流量和服务的重大的改进。

值得注意的是，在蜂窝网络产业中SCEN的使用预计是一种必然的趋势，为了在整个蜂窝区域中满足动态灵活和公平覆盖的需求，以下几点作为其主要追求的目标：

-到热点、家庭和企业的高传输能力，改善蜂窝边缘的覆盖，并且尤其在室内场景中。

-从宏蜂窝的下载流量，伴随蜂窝网络总吞吐量的巨大增长潜力和区域频谱效率ASE（b/s/Hz/m²）。

-“按需”部署灵活覆盖。

另一方面，可以预见到这些扩展节点（SCEN）在部署这些设备的宏基站的覆盖区域内会使用与所述宏基站相同的频率，并因此可能出现干扰问题，一定程度上阻碍了实现所述SCEN所追求的目标。为了避免这些问题，应该应用一些策略，以获得SCEN部署的最大利益。

在现有技术中，可以参考当前3GPP的发布版本9/版本10，在基站和SCEN（因为这两种设备在同一对频率上）中间避免干扰的机制有以下三种不同的方式：

-依靠纯粹的统计基础，如果由于SCEN辐射功率数值所限以及发生冲突时HARQ的传输能力所限，SCEN不会对宏基站发生干扰，那么SCEN重用全部可用的无线资源。

-为了考虑SCEN RR的使用，基于SCEN对宏蜂窝信号的测量值来避免干扰的机制。

-为宏蜂窝和SCEN中间的ICIC消息使用回程网络，以便协调它们中间的RR使用。

这些方法，尤其是对于4G系统，目前正在由SCEN厂商在商业和实验室原型中以不同的具体的变型来实施。如图2所示，在第一种情况下，不存在任何避免干扰的机制，并且根据覆盖区域内的用户数量的变化，由于BS和SCEN使用相同的无线资源造成干扰的可能性增加。然而，其他两种方式考虑了一定的避免干扰的协调机制，如通过SCEN对BS的信号（B方式）做测量，或是通过在BS与SCEN之间通过例如目前4G系统涉及的X2接口的回程通信交换消息（C方式）。

作为现有技术涉及发明的技术起源的例子，对已在[2]中定义的ICIC消息所做的描述可能是有趣的，所述ICIC消息通过当前专用于LTE（4G）系统的回程接口X2进行负载管理。除其他事项外，该协议规定了由若干个eNodeB覆盖的区域的负载管理。协调是借助于负载指示过程实现的。所述负载指示过程基本上包含，将“负载信息”消息单独地从宏基站发送到它的每个相邻蜂窝（迄今至多考虑256个相邻蜂窝）指明资源状态、过载和流量负载。这个过程的目的是控制相邻蜂窝间的干扰，下表显示了依据[2]的“负载信息”消息中包括的有关干扰协调的信息元素（IE）。

要注意的是，现有技术简单地提供了那些已经发现了一些问题（被动方式）的基站的PRB的指示。

与SCEN同步相关，现有技术基于通过空中接口使用外部参照（来自波段内信号，来自最佳覆盖的其他蜂窝系统或来自GPS信号），或者在没有任何提到的空中接口信号覆盖的情况下使用回程信号（使用基于IEEE1588标准[6]或SynEthernet的技术）。这里的回程网络也被称为传输网络，指的是包括核心网络（骨干网）和无线接入网络的分层电信网络的的一部分。

接下来，将引出那些技术术语的一个简短的定义，这是正确理解本发明的基础，便于本说明书的阅读：

-基站：蜂窝站或基站是指地理地点，在所述地点定位了一个或多个装备有一个或多个天线的发送器/接收器。

-无线帧：无线帧是固定时间的经编号的时间间隔，用于在无线物理信道上传输数据。在LTE（4G系统）中的无线帧的持续时间是10ms，分成20个持续时间为0.5ms的时隙。对于WCDMA（3G系统），无线帧的持续时间也是10ms，但在这种情况下将其分成15个时隙。被映射到无线帧（10毫秒时间间隔）的数据单元也可以被称为无线帧。

-无线资源（RR）：无线资源单元可以由一组支持信号波形所需的基本物理传输参数定义，将最终用户的信息传输到对应的参照服务器。重要的是要注意，这些物理传输参数十分依赖于所使用的多址访问技术。例如，在FDMA（频分多址）中无线资源单元等价于在一个给定的载波频率内的固定带宽，在TDMA（时分多址接入）中无线资源单元相当于一对载波频率的和一个时隙，在CDMA（码分多址）中无线资源单位由载波频率、编码序列和功率电平来定义。在CDMA中所产生的主要区别是支持用户连接所需的功率电平不是固定的，而是依赖于干扰电平的。因此，发射功率资源的数量会根据所在场景的若干因素，如传播条件、干扰、蜂窝负载水平等，随时间而变化。除了主要的物理维度（频率、时隙、编码序列和功率电平）之外还有其他的物理传输因素，如调制方案、信道编码方案等，显然，根据前述因素所采用的基本维度可能造成不同的频谱效率。然而，对于无线资源单元的概念性的定义，仅保留所提到的主要传输参数。

-无线资源控制（RRC）：存在于控制平面的开放系统互连（OSI）模型的无线接口层3的一个子层，仅由其为非接入层提供信息传送服务。RRC负责控制无线接口层1和2的配置。

-无线资源管理（RRM）是同信道干扰和无线通信系统中的其它无线传输特性的系统级控制，所述无线通信系统例如蜂窝网络，无线网络和广播系统。RRM涉及用于控制如发射功率、信道分配、越区切换标准、调制方案、误差编码方案等参数的策略和算法，其目的是尽可能高效率地利用有限的无线频谱资源和无线网络基础设施。RRM涉及的是多用户和多蜂窝网络的传输能力的问题，而不是点到点的信道传输能力的问题。

传统的电信方面的研究和教导经常关注于考虑单一的用户的信道编码和信源编码，尽管当多个用户和相邻基站共享相同频率的信道时，它可能无法达到最大的信道传输能力。

有效的动态RRM方案能够将系统传输能力提高一个数量级，这往往远远超过通过引入先进的信道编码和信源编码方案所能达到的。

针对同信道干扰限制而不是噪声限制的系统RRM尤为重要，例如均匀覆盖大片区域的蜂窝系统和广播网络，并且无线网络由多个相邻的接入点组成，接入点可重复使用相同频率的信道。

部署无线网络的成本通常取决于基站站点（房地产成本、规划、维护、分布式网络、能源等），有时也取决于频率牌照费用。因此，无线资源管理的目标通常是：使系统以bit/S/Hz/基站地址或Erlang/MHz/站计量的频谱效率最大化，受服务级别的约束应高于某一水平之上。服务级别牵涉覆盖某一固定区域和避免同信道干扰引起的中断、噪声、长距离引起的衰减、遮挡和多径所造成的衰落、多普勒频移和其他形式的失真。服务级别也受到下列影响：因准入控制产生的阻塞，进程饥饿或不能保证用户所要求的服务质量。

微微蜂窝/毫微微蜂窝：这些都是在小范围中用来改善移动网络的覆盖范围的设备。他们通过其常规的GSM，UMTS或LTE连接，由本地连接到移动电话和类似设备上，然后经过固定带宽连接将连接路由返回到承载者，绕过跨乡村排列的标准蜂窝塔。微微蜂窝/毫微微蜂窝基站对连接到其上的移动设备无需特殊的硬件或软件支持。

-中继站（RS）：所述中继站是一个有中继能力的网络元素，它无线连接到AP，另外的RS和/或UT，并且对其所有的连接使用相同的无线技术（RAT模式）。中继器被视为下一代移动无线网络必不可少的组成部分，以达到成本高效和网络的快速部署。中继不具有到回程的有线连接，相反它们存储从BS无线接收的数据并转发到所述用户终端，反之亦然。因此，对于集电器可以省去充当BS和有线回传网络之间的接口的背板的成本。在一般情况下，中继系统可以被划分为解码-转发和放大-转发系统两类。在解码-转发方案中，中继器也称为数字转发器、网桥或路由器，所述中继节点在转发之前通过对信号的完全解码和再编码重新生成信号。相反，在放大-转发系统中，中继器基本上是作为模拟转发器，因而增加了系统的噪声电平。除非另有说明，大多数的提议通常更多考虑解码-转发系统这个类别，并且通常认为其在实施中更加可行。中继节点的使用是一种提高蜂窝边缘用户可用的数据传输速率，或在一个给定的数据速率下增加覆盖范围的很有前途的概念。中继技术已被学术界广泛研究，从而更好地了解了它在整个系统的频谱效率上的潜在影响。

-无线网络规划：无线网络规划可以被定义为设计网络结构和其配置，以满足一定的质量要求。可以有多个由运营商定义的标准，并且，通常这些标准与服务提供商的不同。标准可以涉及诸如覆盖、服务质量（QoS）、设备和其他成本、网络运营的收入，并且工程师（手动判定）或软件（自动判定）可以用这些标准验证网络质量。

适当的无线网络规划和优化的关键是：降低干扰的所有负面影响，从而实现蜂窝解耦或隔离的最大化。需要由一个或多个工具辅助网络规划者整体规划过程、覆盖尺寸、详细规划，以及规划最终的开通前的网络优化。无线网络的规划是一个复杂的过程。通常情况下，规划者专注于几个子过程。无线网络规划很重要，但只是网络运营的一小部分。与其他软件工具的交互是效率的关键。

-蜂窝间干扰协调（ICIC）：在正交频分多址接入（OFDMA）系统中考虑蜂窝间由于资源块之间的冲突造成的干扰是很有用的。在这样的冲突模型中，所述整个系统的性能决定于所述冲突概率和给定的冲突对于与冲突资源块相关联的信号与干扰和噪声（SINR）的比例的影响。因此，ICIC机制的目标是减少冲突的概率，并减轻这种冲突可能会导致的SINR下降。例如，邻近蜂窝可能对不同的资源块子集有一些蜂窝特定的偏好设置，或相邻蜂窝可以对冲突资源块采用降低的功率。ICIC的目的是为了改善蜂窝覆盖并增加蜂窝边缘的吞吐量。蜂窝间干扰协调（ICIC）可以提高蜂窝边缘用户的数据传输速率，同时其效果依赖于系统的负载和其在蜂窝内的分布方式。ICIC的目的是在蜂窝之间以协调的方式对下行链路资源应用施加限制。这些限制可以是对资源管理者的任意可用资源施加的，也可以是以限制可应用到目标的无线资源的发送功率的形式施加的。在蜂窝中的这种限制为改善SINR并因而改善蜂窝边缘的吞吐量和覆盖范围提供了可能。

蜂窝间干扰协调（ICIC）也需要在不同的网络节点之间通信，从而设置和重新配置这些限制。到目前为止设计为两种情况，静态和半静态，静态在对应于天的时间尺度上进行限制的重新配置，而半静态的时间尺度小得多，对应于秒。

-时分双工（TDD）：TDD应用时分多路复用来区分发出和返回的信号。它在半双工通信链路上模拟全双工通信。如果上行链路和下行链路的数据传输速率不对称，TDD系统可与其相适应地分配更多的RR到需求最高的传输方向。

-频分双工（FDD）：FDD是这样的系统，其中发射器和接收器工作在不同的载波频率。因此，节点和UE必须能够在同一时间发送和接收RF信号。这种运作模式被称为双工模式。上行链路和下行链路子频带由频率偏移量区分。FDD系统相比TDD需要较少的节点间的同步时间，并且在流量对称的情况下更高效。在这种情况下，TDD在从发射到接收的切换过程中会浪费带宽。

已有解决方案的问题是：

目前正在使用或正在研究的在SCEN部署中干扰协调的解决方案，从避免干扰的角度来看具有以下缺点：

1、统计方法导致的宏蜂窝和SCEN之间的冲突，降低了无线通信传输能力，并且在宏蜂窝的覆盖范围内造成真正的孔洞。这种方法也存在可扩展性的问题，因为在几个SCEN中间也可能会出现干扰。在这种节点大规模部署时有更多几率出现不同的SCEN覆盖区域的重叠以及所述基站所服务的用户的重叠。

2、基于宏蜂窝信号测量的干扰避免机制不能保证RR的有效利用。有这几种情况，主要用于动态调度（通常应用于流量比率突发和动态变化时），其中，因为无线资源的分配可以在每一个无线帧（10ms）都发生改变，从而导致干扰问题，因为SCEN设备无法感知宏蜂窝或UE的干扰电平，所以这种方法会失败。此外，应该考虑将SCEN部署到存在覆盖问题的区域，并因此宏BS的信号电平通常会非常弱，降低了该方法的效率。

3、ICIC方法，基于回程的应用，缺乏部署的灵活性，因为一个新的SCEN部署要求与基站建立新的连接，并且无法“在空中”与其相适应地在覆盖区域内出现干扰电平。这是一种半静态的方法，由于使用异步高电平消息，由于真实的RR使用情况的独立静态分配，浪费了可用的RR。

另一方面，前面提到的两种用于对SCEN提供同步的机制出现以下实施问题：

-如果使用空中同步，空中信号的覆盖成为一大障碍（主要针对户内的装置），这对其在大多数情况下的使用造成阻碍。

-如果使用基于电缆的同步，将需要在回传网络的每个节点中包括一个新的模块（HW/SW）。其功能可能会受到回程网络负载的影响。

发明内容

需要提供一种现有技术的替代方案，以填补其中所发现的缺陷，特别是那些已知的基于使用ICIC消息的干扰协调过程缺乏灵活性的相关缺陷。

需要注意的是，代表了本领域更先进技术的所述已知过程，只是提供了那些基站已经从中发现了一些问题的PRB的指示，即构成被动方式。

为了这个目的，在第一方面，本发明提供了在FDD工作区域中避开干扰的方法包括：凭借在至少一部分所述网络元素之间发送消息对在不同的网络元素之间无线资源的使用进行协调，其中所述网络元素包括至少一个宏基站和部署在所述宏基站的覆盖区域内并且以FDD模式工作的SCEN。

不同于上面描述的ICIC建议，其中通过在被动方式中的回程网络中来完成所述消息发送，本发明的第一方面所述的方法包括：以其特有的方式空中接口凭借同步的时分双工（或TDD）执行所述消息的发送。

本发明中的干扰协调过程在同步的TDD空中接口中实现，所以它对RR使用的新部署或变化提供了一个非常灵活的解决方案。

本发明的第一方面的方法，基于对基站调度块之前产生的调度信息的分析（DL分配消息和UL授权消息），能够使用时间提前的预调度。因此通过同步TDD空中接口以广播或专有模式，将可用于下一个无线帧（10毫秒）的无线资源的列表发送到相关的SCEN（部署在宏基站的覆盖区域内），以避免在DL和UL中的干扰（主动方式）。

发明提出的一个关于多路广播版本的实施例解决了SCEN到SCEN的干扰，因为所述基站知道每个SCEN的地理位置，使用所述信息来分别指示其中的每一个使用最合适的无线资源，来避免相邻节点的干扰。在用户服务受到宏基站对干扰的情形下，本发明的广播版本将足以避免该问题。

发明提出根据在一定时间段内（若干个无线帧）产生的调度信息提供可以由SCEN使用的无线资源的指示，因为所述基站已经约定在下一个无线帧中不使用它们，不包括其动态调度过程中给SCEN保管的资源。

本发明的第一方面的方法有效地避免了干扰，而且，所增加的TDD空中接口的使用也有效的实现了SCEN与宏基站的同步。除本发明的频率同步之外，所述SCEN也能够实现时间同步，从而使得更有效地控制干扰，因为在这里所述宏基站与SCEN的无线帧之间有非常好的对应。

由于在本发明中的TDD模式仅用于FDD节点的干扰协调，TDD信号的无线功率（使用的频率与FDD系统中所使用的不同）可以增加，因此甚至能够将通过所述TDD接口的通信安装在室内。

本发明的第一方面的方法的其他实施例，根据附加的权利要求2至15，以及在随后一节中若干实施例的详细描述进行阐述。

应当指出的是，本发明在一个蜂窝（NodeB或eNodeB）的实施和在其覆盖的区域中的所有或部分SCEN的部署不需要对其余的网络节点或是任何用户设备进行任何修改。

本发明的第二方面涉及到一个用于在FDD工作区避免干扰的系统，包括：

-一个或多个工作在FDD模式的宏基站;

-部署在所述一个或多个宏基站的覆盖区域内，并且工作在FDD模式的多个SCEN;以及

-通过在部分或全部所述网络元素之间发送消息来协调不同网络元素之间无线资源使用的协调装置，所述网络元素包括所述一个或多个宏基站和所述的SCEN。

不同于已知方案，在本发明的第二方面的系统中，所述协调装置包括一个同步的TDD空中接口，通过该接口执行所述消息的发送。

本发明的第二方面的系统，适于实现所述第一方面的方法。

根据附加的权利要求17至23，以及随后一节中相关的若干实施例的详细描述来阐述本发明的第二方面的系统的其它实施例。

附图说明

参照附图（其中有些已在前面的现有技术一节中描述过），由下面的实施例的详细描述将能更加充分地理解上述及另外的优点和特征，附图必须当做是示例性的和非限制性的方式，其中：

图1a示出了3G网络架构模型。

图1b示出了4G网络架构模型。

图2显示了现有技术中代表性的避免基站和扩展节点SCEN之间干扰的不同的方法。

图3示出了忙时的宏蜂窝对于％未使用的RR的百分比的示例图。

图4示出了为1.4MHz的DL LTE信号分配PRB（时间-频率网格）的一个例子。

图5示出了本发明的系统和方法的部署的一般的网络体系结构。

图6显示了根据本发明的方法的一个实施例的提前协调块调度的基本概念。

图7详细示出了本发明第二方面的系统的宏基站，包括一个协调器模块（模块A），用于实现本发明的一个实施例中的提前协调提前块的调度。

图8详细示出了本发明第二方面的系统的SCEN，包括一个协调器模块（模块B），用于实现一个实施例中的提前协调块的调度。

图9示出了遵循本发明的第一方面的方法的一个事实例的过程，该过程用于专用的基础模式。

图10示出了遵循本发明的第一方面的方法的一个实施例的过程，该过程用于广播模式。

图11示出了预分配块用于说明帧结构的信息，其由宏基站发送到SCEN，用于本发明的第一方面的方法的第一个实施例。

图12示出了根据3GPP的UL/DL配置类型5的用于TDD的无线帧的可用资源。

图13显示了根据本发明的第一方面的方法，用于生成LTE系统的干扰协调的消息。

具体实施方式

接下来，将参照附图，对本发明的几个实施例做说明。

有必要澄清，对于如WCDMA的3G系统的频率复用模式1，所有的蜂窝使用相同的载波和带宽（5MHz，对于单载波系统），但扰码不同。因此，在4G系统中用于避免干扰的不同子载波频率（F1，F2）在3G系统中对应的将是用于DL的不同的信道编码和用于UL的不同的扰码，这是因为在DL中信道编码用于从同一基站中区分不同的信道，而在UL中，扰码区分不同的用户。

此外，在3G基站（NodeB）中的无线资源调度器包括在外部控制节点RNC中，多个基站公用，并且因此本发明的实施应该与由RNC产生的分配消息交互，这使本发明更难以理解。然而，在4G系统中（接入技术是基于使用用于DL的OFDMA和用于UL的SC-FDMA的），资源调度是基站（eNodeB中包括RNC的功能）的功能，为不同的用户分配不同的时频间隙（PRB）。为了这两种原因，虽然根据实施例，本发明应用到3G和4G两个系统，但是下面实施细节的描述将集中在LTE系统。

本发明关注的焦点是提供一种方法，在宏单元和SCEN之间执行FDD系统中的无线资源使用的协调。这种方法寻求改善SCEN设备的同步基准。值得注意的是，推断本发明可能导致TDD无线传输被用作X2接口的媒介。

本发明适用于任何FDD蜂窝部署，即3G和4G蜂窝系统，其中可以预见到中继器或毫微微蜂窝节点用于增加系统传输能力或系统的覆盖范围。所使用的部分术语来自4G系统，这只为了论述的清楚，但同样的原理适用于3G系统或任何其他蜂窝FDD系统。

本发明包括TDD通信的使用，从而协调在SCEN中间和SCEN与宏蜂窝之间的FDD的RR的使用，以及为SCEN设备提供同步基准。

本发明允许系统在宏蜂窝和SCEN之间共享FDD RR的协调联合，使得以无线帧作为基础将未使用的宏RR通过无线帧传输到SCEN。应考虑到宏蜂窝的传输能力通常被规划为预计为忙时出现的流量需求。在忙时，只使用可用RR的某个百分比，以避免系统拥塞。在图3中的例子中示出了，不同的宏蜂窝在繁忙时段未使用的RR的统计和大量的样本。

已经指出的是，即使当小部分被采样的宏蜂窝的RR被充分利用（在图中，使用95％以上的RR采样，包括0％未使用RR的一列），这仅仅是由于目前尚缺乏适当的QoS机制用于减少P2P用户对RR可用性的影响。总之，所述图形显示出，目前超过70％的宏蜂窝，即使在繁忙时段其也有50％以上RR未使用，显然，在平均每小时中，这个数字将高得多。

精确地说，所提出的发明极为有利地运用了这一事实，在给定基站的覆盖区域中强制营建SCEN使用未经使用或由该基站保管的无线资源。于是可以避免宏蜂窝和SCEN的用户之间的干扰。

本发明中，基于由所述基站为它自己的用户分配无线资源的有关的信息，估算所述资源网格（例如，在LTE的频率和时隙）可被SCEN用户用在未来的无线帧的部分。应该指出的是，几乎空白的子帧（ABS）是此类分配情况的一个特例，其中仅由分配的时隙覆盖了所有的频带。如图4中所示，对1.4MHz的带宽信号，在LTE中的DL资源网格由一组物理资源块（每个PRB是由BS调度器分配的资源的最小元素）表示。所述蜂窝的用户之间的资源分配是所述BS的调度器的一个功能，并且在LTE中可能是动态的（当在流量比率是突发性的和动态的）或持续性的（当流量较小是周期性和依照VoIP尺寸半静态的）。不管调度的类型，根据图3中所示的数据，在所有的无线帧中存在许多空闲的资源，如图4所示。所提出的发明的目的是由BS储备部分未使用的资源，由所述BS的覆盖区域的SCEN所服务的用户独家使用，避免在活动UE之间以及所述BS与活动SCEN的UE之间的可能的干扰。借助本发明的专用版本（基站和SCEN之间双向通信）甚至可以避免在重叠的SCEN的FDD用户之间可能产生的干扰。

本发明利用在蜂窝系统中FDD和TDD的协议（比如在LTE标准的3GPP TS36.211[5]中指出的例子）中帧周期相同，以及在这两个协议之间大量相同的组成模块，这将使得使用协同效应简化无线接入节点（SCEN和宏蜂窝）的设计。

这样就可以使用TDD协议（它部署在不同于FDD UL和DL频率的第三个频率内）来与SCEN设备并最终与其它宏蜂窝同步通信，空闲的RR不可由宏蜂窝预见使用于下一个无线帧中。

TDD也可以在其覆盖区域内的宏蜂窝和SCEN设备中间建立P2P通信，提供主从方式的双向信令信息的交换机制，即由宏蜂窝控制RR的使用，并且将RR使用分配的性能报告从SCEN发送到宏蜂窝。

图5中示出了一般的蜂窝网络架构，其上示出了用于说明本发明原理的TDD传输，即，使用TDD作为协调宏蜂窝和SCEN之间RR使用的控制信道。该图表明，本发明的部署需要部署的若干FDD网络（即若干宏观蜂窝和若干SCEN）节点具有TDD能力，在它们之间要建立控制通道。TDD能力意味着所述节点包括额外的工作在与FDD频带不同的频带中的TDD收发机，还有用于充分利用其传输能力的适当信号处理硬件和软件。

值得要注意的是，所述创新的部署是灵活的，这意味着其在蜂窝中的部署并不隐含或妨碍其部署到其他蜂窝中。

为了更好地理解本发明在蜂窝网络的一般结构上增加的部分，图6示出了，在4G系统的特定情况下，实施附有本发明中提出的干扰避免机制需要的附加块（称为扩展TDD模块）。

其思想是不改变FDD用户的正常操作，而是在FDD节点中（eNodeB和HeNodeBs）都包括新模块用于协调这些节点的资源使用情况，来避免eNodeB用户与HeNodeB用户之间的干扰。协调通过这些新模块提供的TDD空中接口，并通过在主（BS中包含的模块）从（SCEN中包含的模块）模式中使用其本身的TDD协议的消息的交换来完成。当然，宏基站和SCEN中附加模块的最终实现和集成将是这些设备的制造商的一个主要课题。

如上所述，本发明包括使用TDD通信来协调SCEN之间和SCEN与宏蜂窝之间的FDD RR，以及为SCEN设备提供同步参考。术语TDD通信定义为其有效载荷传输能力用于在FDD系统中RR的分配的标准TDD蜂窝系统。在本发明中的TDD传输能力使用远小于FDD系统，典型的为小100倍，但这不是必须的。

所述协调包括以本发明中提出的附加模块精确地实现在基站和SCEN之间使用TDD空中接口交换私密消息。分别地，图7中示出了对于宏基站要包括的模块（模块A，协调器或主模块）和图8中示出了对于SCEN要包括的模块（模块B，被协调或从模块）。从这些图中可以看出，附加模块基本上具有以下主要块：

-FDD宏基站或FDD SCEN的具有调度和同步功能的接口块。模块A中的这个块将收集所述FDD宏基站的分配消息和同步信息，用于同步所述TDD的收发机并且估计由BS的FDD用户使用的无线资源。另一方面，在模块B中的这一部分将负责FDD SCEN的同步信号，以及与这个节点的通信的调度，报告其未被FDD宏基站使用，并因此为其自己的FDD用户保管无线资源。

-信息处理块。模块A中的这个块将处理来自所述宏FDD基站的调度器和同步单元的信息，为了准备通过SCEN的TDD空中接口发送的消息，其用于干扰协调和同步的目的。在模块B，这个块将负责准备FDD SCEN同步和调度所需要的信息。需要注意的是本发明的专用版本（BS和SCEN之间双向通信），所述处理块也考虑发向BS（模块A）的调度命令的准备，并且由SCEN（模块B）分析资源分配的偏好。

-TDD收发器的控制块。这个控制块将依本模块的功能，根据应通过TDD空中接口接收和发送的信息控制TDD的收发机的性能，在模块A的情况下，对TDD基站假设类似的功能，并且，在模块B的情况下，对TDD UE假设类似的功能，所述模块B还包括通过特定的USIM来识别SCEN。

-TDD收发器。这部分将简单地实现常规TDD收发器的工作，包括信号处理（基带）和根据模块的作用（在模块A中作为TDD BS,以及在模块B作为TDD UE）将上/下行转换为输入/输出RP。

重申这点很重要，在本发明的模块A中实现的所述指定的TDD BS将不会连接到核心网络，并且因而将有一个特殊的蜂窝标识，以及一个特定的初始配置模块，以便只在模块B中实现的SCEN TDD用户能够访问这个特殊的TDD BS。同样模块B的TDD块将有一些已知的标识（配置在其特殊的USIM上），并且仅仅能被在模块A中实现的特定的TDD BS所接受。也就是说，在本发明中包括的专门TDD接口仅专门用于模块A（协调器或主控部分）与模块B（被协调或从属部分）之间的连接，而不是根据TDD标准的正常蜂窝无线通信。

因此，在HeNodeB或SCEN（被协调节点）的模块B接通之后，这里将对基站或宏BS（协调器节点）的模块A做预定，从而使得能够交换有RR使用相关信息的消息，并且同步由所述宏BS和SCEN服务的FDD用户。

来自宏蜂窝的TDD信号被用作同步（FDD帧期间相同）控制信道，其中声明了在下一个FDD无线帧上可供SCEN优先利用的RR。重要的是要注意到，模块A和模块B之间的TDD连接的初步建立可以遵循在3GPP TDD标准规定的相同连接和激活程序，包括所有必要的IE（蜂窝标识、用户身份、TDD模式的特定参数、GPS位置等），无论是在本发明的哪个实施模式中（广播或在下文中将会解释的专用基础）。一旦TDD链路建立后，模块A即发出可用于SCEN的FDD资源块的指示，在其模块B中将接收并对其进行分析。

这个指示或控制通道，可以下列方式发送：

-在专用的基础上，在不同的SCEN设备和其主宏蜂窝（最初是接收信号质量最好的那个）中间建立一个双向的链路，它指示其中的每一个SCEN在下一个FDD（UL或DL）无线帧中可以使用的特定RR。图9中示出了这种模式的过程，在那儿，一旦SCEN接收到可以使用的空闲FDD RR消息，就用确认或下一无线帧的首选项来响应。

-在广播方式中，宏蜂窝将所述控制信息发送到其TDD覆盖下的所有SCEN，以通知他们哪些RR将不能被所述宏蜂窝在下一个FDD帧（UL和DL）中优先使用。因此，需要预测所述宏蜂窝传输能力的空闲RR，以在下一个FDD帧中满足预计的流量。在图10中示出了这种模式下的过程。值得一提的是，由于预计TDD覆盖将高于FDD覆盖，如果其他宏蜂窝在TDD覆盖下，那么本发明可以使用有同步优点的蜂窝间干扰协调（ICIC）来代替X2接口。

-在混合方式中，将发送通常可用的RR广播，并将具体指示发送到已经建立链路的多个SCEN。

因此，对于广播控制信道，宏单元（模块A）只需要曾加TDD传输能力，SCEN节点（模块B）只需要加TDD接收能力，所述信息可以承载在任何指定的宽带方式中，SCEN节点不需要由宏蜂窝注册。

另一方面，为了建立一个完整的控制通道，宏节点和SCEN节点都需要包含完整的与其当前FDD收发器同步的TDD收发器。在最后这种情况中，从宏节点的角度来看SCEN就是经典的UE，因此，所述SCEN需要在宏TDD系统进行确认和注册。

广播方法是比较容易的，因此，它降低了本发明的部署成本，但用这种方法仅可以实现宏蜂窝对SCEN的协调。另一方面，在宏节点和SCEN节点上完整的TDD收发器传输能力的部署，将会以最高的节点成本，启用完整的宏SCEN协调和SCEN到SCEN协调。

在TDD发送到SCEN的那种指示可以用不同的方法部署，作为一个例子，最直接的方式，在LTE中使用类似目前标准化的相对窄频带的发射功率（RNTP）的IE。该指示被用在X2接口下的蜂窝间干扰协调机制中，并且能以同步的方式使用，如前面的详细说明，不仅对相邻的宏蜂窝（eNodeB），而且对所有部署在覆盖区域内的SCEN也可用。

总之，提出的创新功能有以下几种：

1、避免SCEN对宏蜂窝的干扰。宏蜂窝将协调在覆盖区域中的可用RR，通过指示，在每个TDD帧中以广播方式，其RR块可以在下一个FDD UL和DL的无线帧中共享（如图11中所示）。此指示应基于对宏蜂窝的流量预测，并在宏调度器的下一帧的工作中明确地考虑，以避免干扰。

当然，同样的构思可以用不同的帧指示，即给定的TDD帧的RR使用情况的指示不同的下一帧，但是这将是比较低效的，即使与现有技术相比还会有优势。

值得要注意的是，这个TDD标示不仅使得披露的ICIC机制成为可能，而且完全可能使用它作为使能器，用来控制通过SCEN节点（不总是在运营商的控制下）对运营商FDD带宽的访问。这意味着，基于SCEN TDD标示和运营商的安全性或商业策略，甚至FDD无线资源也不可以分配给未经授权的SCEN节点，避免它们以未经授权的形式使用移动运营商的无线资源。

2、避免SCEN到SCEN干扰。如果在宏蜂窝和不同SCEN中间建立了完整的TDD链路，由于SCEN的位置可能被知晓（或可以用不同的现有技术的基于TDD接收到的信号的机制来估计），可以由宏蜂窝将个性化的RR分配信号发送到不同的SCEN设备，从而避免SCEN到SCEN干扰，因此，改善RR的使用。

3、在当前和未来的网络上可以实施。所提出的发明与现有的本领域的纯FDD网络部署完全兼容，因为不需要修改FDD标准，因而直接部署一个混合网络，其中，所建议的机制只在预计有高密度SCEN，并因此有高干扰概率的地点实施。

4、高的室内控制信号覆盖。由于TDD信号不要求高的通信带宽，TDD传输可以限制到TDD标准所允许的最小频带。对于相同的总辐射功率，这允许TDD信号以高于FDD的频谱密度发射，因此，用来控制和同步一些部署在FDD覆盖之外的SCEN。

5、提供空中同步。宏蜂窝的TDD模块的发射的信号，如前所示，比现有的FDD信号具有更好的覆盖，因而，为播放时间和SCEN设备的频率同步提供了更可靠来源。

关于为了从模块A发送空闲资源的指示所需的信息比特的数量，这当然将取决于FDD信号的带宽，并且，最终取决于必须指示的每个无线帧的PRB数量（从1.4MHz FDD信号的60PRB到20MHz FDD信号的1000PRB），以及它们是如何聚簇，一个可能出现的极端是只以ABS方式发送时隙的分配。但是，假设TDD无线帧使用如在图12中示出的DL/UL配置，并且是最低带宽（1.4兆赫），大约4608个信息比特（QPSK调制且码率为1/3），将可以用于发送具有可以使用的PRB指示的消息。

最后，重要的是要概述如何生成所述RR使用消息，该消息将从模块A发送到模块B，指示所述SCEN要使用的空闲RR。例如，在LTE系统的情况下，如图13所示，将对空闲可使用的FDD RR的指示进行详细分析，所述DL分配消息和UL授权消息由eNodesB（宏BS）的调度器在制作所述指示之前的一定数目的无线帧期间产生。请注意，在LTE中，资源调度以子帧为基础执行，并且它是由物理下行链路控制信道（PDCCH）在每个子帧的第一OFDM符号中发送的。

本发明的优点：

如目前已描述的，本发明的主要的好处是提供协调，提前和同步的ICIC机制，可以逐步部署在当前的FDD蜂窝网络，以协调RR的使用，避免覆盖区域中的不同无线网络节点之间的干扰（宏蜂窝和短距离覆盖扩展节点，如微微蜂窝、毫微微蜂窝基站、中继器等）。

总之，本发明的更加显着的优点，可以归纳为以下几点：

1、通过使用TDD通信防止与其它网络节点的干扰，所述TDD通信用于由宏蜂窝广播在FDD（UL和DL）上RR使用的预报信息。

2、考虑SCEN设备需求、特点、物理位置、以及SCEN节点报告的干扰信息的机制，通过使用用于RR协调一些SCEN节点的特定TDD控制信道，对在所述宏节点覆盖区域中的设备以主从方式发送SCEN RR分配。

3、它完全兼容现有技术中的纯FDD网络部署，因为不需要修改FDD标准，因此，直接部署一个混合网络，其中，所述建议的机制只在预计SCEN密度很高的地方实施。

4、高的室内控制信号覆盖。由于TDD信号不要求高的通信带宽，TDD传输可以限制到TDD标准所允许的最小频带。对于相同的总辐射功率，这允许TDD信号以高于FDD的频谱密度发射，因此用来控制和同步一些部署在FDD覆盖之外的SCEN。

5、提供广播同步。宏蜂窝的TDD模块的发射的信号，如前所示，比现有的FDD信号具有更好的覆盖，因而，为SCEN设备在空中的时间和频率同步提供了更可靠来源。

6、除了频率同步，本发明通过改善干扰管理，使SCEN获得时间同步，因为基站和SCEN的无线帧之间有完美的对应。这样一来，宏BS和SCEN FDD用户之间的干扰，只来自于使用相同频率的同一时隙中，允许宏BS和SCEN中间的完美的干扰协调。

7、使得在SCEN中的功率控制算法更简单。一般在SCEN节点中的功率控制是根据所需要的服务的SINR动态定义的。因此，如果避免了干扰，所述SINR将更高、更稳定，促进功率控制功能。

8、使用TDD信号发送SCEN覆盖下的FDD用户的寻呼消息。由于大量SCEN的部署，众所周知的是，寻呼消息是SCEN系统一个很大的负担，这可能会导致对涉及的大量SCEN的巨大的信令冗余。

9、TDD控制信号的使用就如同用于在宏蜂窝和SCEN之中切换的控制接口。蜂窝切换使UE在不终止服务的情况下，在其服务蜂窝和目标蜂窝之间的转移服务。目前，这种越区切换对宏蜂窝和SCEN之间的活动通信是不可能的。因此，它实际上是一种以同步方式包括所有与X2类似信息的方法。

本领域技术人员可以引入对描述的实施例的改变和修改，而不脱离在所附权利要求中定义的本发明范围

缩略语

3G      第三代手机技术

3GPP    第三代合作伙伴计划

4G      第四代手机技术

ABS     几乎BLANC子帧

ASE     区域的频谱效率

AP      接入点

BB      基带

BS      基站

CDMA    码分多址

CN      核心网

DL      下行

DSL     数字用户线

EPC     分组核心演进

E-UTRAN 演进通用陆地无线接入网络

FDD     频分双工

FDMA    频分多址

GGSN    网关GPRS支持节点

GMSC    网关移动交换中心

GSM     全球移动通信系统

GPRS    通用分组无线业务

GPS     全球定位系统

GSM     全球移动通信系统

HARQ    混合自动重复请求

HSPA    高速分组接入

HW      硬件

ICIC    蜂窝间干扰协调

IE      即信息元素

IEEE    美国电气和电子工程师学会

IMS IP  多媒体子系统

IMSI    国际移动用户识别码

IP      互联网协议

LTE     长期演进

MME     移动性管理实体

MSC     移动交换中心

OFDMA   正交频分多址接入

OSI     开放系统互连

P2P     点对点

PDN     分组数据网络

PRB     物理资源块

QoS     服务质量

QPSK    正交相移键控

RAN     无线接入网络

RAT     无线接入技术

RNC     无线网络控制器

RNT     P相对窄带发射功率

RR      无线资源

RRC     无线资源控制

RRM     无线资源管理

RS      中继站

SC-FDMA 单载波频分多址

SCEN    短程覆盖分机节点

SGSN    服务GPRS支持节点

SINR    信号干扰加噪声比

SW      软件

TDD     时分双工

TDMA    时分多址

UE      用户设备

UL      上行

USIM    通用用户识别模块

UTRAN   通用陆地无线接入网络

WCDMA   宽频分码多重存取

参考文献

[1]IEEE Communications Magazine April2009“InterferenceCoordination and Cancellation for4G Networks”by W.J.Song etal.

[2]3Gpp TS36.423“Technical Specification Group RadioAccess Network;Evolved Universal Terrestrial Radio AccessNetwork(E-UTRAN);X2application protocol(X2AP)”

[3]3Gpp TS36.133“E-UTRA;Requirements for support of radioresource management”*

[4]3Gpp TS36.921“Evolved Universal Terrestrial RadioAccess(E-UTRA);FDD Home eNode B(HeNB)Radio Frequency(RF)requirements analysis”

[5]3Gpp TS36.211“Physical Channels and Modulation”

[6]IEEE 1588“Standard for A Precision ClockSynchronization Protocol for Networked Measurement and ControlSystems”.

Claims (22)

1.在频分双工工作区域中避免干扰的方法，包括通过在至少部分网络元素之间发送消息，协调在不同网络元素之间的无线资源的使用，所述网络元素包括至少一个宏基站和短距离覆盖扩展节点（SCEN），所述SCEN部署在所述宏基站的覆盖区域内，并且工作在频分双工（FDD）模式内，其中，所述方法的特征在于，它包括通过同步的时分双工或TDD、空中接口执行所述消息的发送。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，控制TDD的接口作为SCEN设备识别符，使其能应用运营商带宽访问策略。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括使用所述TDD空中接口来对每个SCEN与宏基站进行频率和时间同步，从而使基站的无线帧与SCEN的无线帧对应，以避免干扰。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，对于3G系统，所述方法包括在所述SCEN与几个宏基站公用的无线网络控制器或RNC之间执行所述消息的发送。

5.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，对于4G系统，所述方法包括在所述SCEN与所述至少一个宏基站之间执行所述消息的发送。

6.根据前述任何一项权利要求所述的方法，其中，所述消息的发送至少是单向的，从所述至少一个宏基站或从所述RNC用广播发送到所述SCEN。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述消息的发送是在所述宏基站或所述RNC,以及每个所述SCEN之间通过相应的专用信道执行至少双向的消息交换。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，当依赖权利要求5时，其中，所述消息的发送包括通过所述同步TDD空中接口将无线资源列表发送到所述SCEN，所述无线资源能够在下一帧中使用以避免在下行和上行通信中的干扰。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述消息的发送这样完成：

-与可用的无线资源的一般信息相关的消息通过广播，单向地从至少一个宏基站或RNC向多个SCEN发送；以及

-与所述无线资源的使用的具体指示的相关消息，通过相应的专用信道，双向地在至少一个宏基站或RNC与每个SCEN之间发送。

10.根据权利要求8所述的方法，包括以无线帧为基础在无线帧上将未使用或被保管的无线资源列表从所述至少一个宏基站传输到所述SCEN，通过所述列表，加强所述SCEN对所述未使用或被保管的无线资源的使用。

11.根据权利要求10所述的方法，包括基于宏基站知晓的每个SCEN的地理位置，以私有方式为每个SCEN分配未使用或被保管的无线资源，以便避免SCEN对SCEN的干扰。

12.根据权利要求10所述的方法，包括估计和保留至少部分所述宏基站未使用的无线资源，将其包含在专用于所述SCEN所服务的用户使用列表中。

13.根据权利要求12所述的方法，包括基于由至少一个宏基站的资源调度器产生的针对之前调度信息的分析，使用时间提前的预调度用于执行所述估计。

14.根据权利要求7或权利要求8至13中任一项依赖于权利要求7所述的方法，包括通过TDD空中接口，在宏基站和在其覆盖区域中的SCEN中间建立P2P通信，提供用于以主从方式交换信令信息的双向机制，即由所述宏基站指令无线资源的使用，以及，当所述消息发送是双向消息交互时，所述SCEN向所述宏基站发送确认信号和/或指示下一无线帧的首选项的消息和/或对所分配无线资源的使用的性能的报告。

15.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述TDD协议被部署在不同于FDD上行或下行频带的频带中。

16.在频分双工工作区域中用于避免干扰的系统，包括：

-至少一个工作在FDD模式中的宏基站；

-多个部署在所述至少一个宏基站覆盖的区域内并也工作在FDD模式中的SCEN；以及

-用于通过在至少部分所述网络元素之间发送消息，来协调在不同网络元素之间无线资源的使用的装置，所述网络元素包括所述至少一个宏基站和所述SCEN，其中所述系统的特征在于，用于协调的装置包括同步TDD空中接口，通过所述同步TDD空中接口来执行所述消息的发送。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述TDD空中接口通过至少一个控制信道实现，所述控制信道建立在每个所述SCEN和所述至少一个宏基站之间。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述至少一个控制信道是单向的，用于从所述至少一个宏基站或从若干个宏基站公用的RNC朝SCEN广播消息。

19.根据权利要求17所述的系统，包括多个所述控制信道，所述控制信道中的每一个在所述至少一个宏基站或从若干个宏基站公用的RNC与每个SCEN之间建立专用双向链路。

20.根据权利要求18或19所述的系统，其中，所述至少一个宏基站和每个SCEN包括协调模块，所述协调模块包括至少一个TDD收发器和相关的信号处理和频率转换装置，该协调模块工作在不同于所述FDD频带的频带中，并且布置为用于在主从方式中执行所述消息的发送，其中所述宏基站是主，所述SCEN是从。

21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述宏基站的协调模块或主协调模块还包括以下块：

-接口块，该接口块收集分配消息和所述宏基站的同步信息，用于所述TDD收发器的同步和所述宏基站的FDD用户使用的无线资源的估计；

-信息处理块，该信息处理块处理来自所述宏基站的调度器和同步单元的信息，以准备将要通过所述TDD空中接口发送到所述SCEN的用于干扰协调和同步目的的所述消息；以及

-TDD收发器的控制块，该控制块根据应按所述模块功能通过TDD空中接口接收和发送的信息来控制所述TDD收发机的性能，假设所述模块与TDD基站的功能类似。

22.根据权利要求20或21所述的系统，其中，所述每个SCEN的协调模块或从协调模块还包括以下块：

-接口块，负责对所述SCEN以及与这个节点的调度器通信的同步信号，报告没有被所述宏基站使用，并因此为其自己的FDD用户保管的所述无线资源，并且，在所述双向链路已经建立的情况下，所述接口块也负责SCEN调度器对所述宏基站反馈的处理；

-信息处理块，该信息处理块负责准备用于所述SCEN的同步和调度所需要的信息，以及，当所述双向链路已经建立时，发向所述宏基站的调度报告的准备，和来自所述SCEN的资源分配首选项的分析；以及

-TDD收发器的控制块，该控制块根据应按所述模块功能通过TDD空中接口接收和发送的信息来控制所述TDD收发机的性能，假设所述模块与TDD用户设备的功能类似，包括用于所述SCEN的标示的信息。

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