CN104247490B

CN104247490B - 用于无线系统控制的方法和装置

Info

Publication number: CN104247490B
Application number: CN201380011104.6A
Authority: CN
Inventors: 多鲁·卡林; 艾利耶·欧兹戈·卡亚; 杨凯; 西蒙·姚
Original assignee: Alcatel Optical Networks Israel Ltd
Current assignee: Alcatel Optical Networks Israel Ltd
Priority date: 2012-02-26
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2018-03-27
Anticipated expiration: 2033-02-26
Also published as: US20130225216A1; JP2015508272A; JP5977376B2; KR101622928B1; US9191956B2; WO2013126923A2; EP2817998A2; KR20140128353A; CN104247490A; WO2013126923A3

Abstract

一种示例性系统包括多个无线通信单元和控制器。所述多个无线通信单元被配置来为感兴趣的地理区域提供无线服务，每一个无线通信单元包括至少一个天线端口或至少一个天线。所述控制器被配置来控制无线通信单元，其中所述控制器被配置来确定将被激活或者不激活的各个无线通信单元。

Description

用于无线系统控制的方法和装置

相关申请

本申请根据35 U.S.C.119要求2012年2月26日提交的标题为“METHOD&APPARATUSFOR WIRELESS SYSTEM CONTROL(用于无线系统控制的方法和装置)”的美国临时申请号61/603361的优先权，其主题内容被全文合并在此以作参考。

发明领域

本发明涉及通信装备，并且更具体来说而非排他地涉及用于为感兴趣的地理区域提供无线通信服务的装备。

背景技术

本节介绍可能帮助促进更好地理解本发明的各个方面。相应地，本节的叙述应当考虑到这一点来阅读，而不应当被理解为承认哪些内容属于现有技术或者哪些内容不属于现有技术。

在热点通信量情形中需要高容量无线通信服务。这样的情形可能在运动场馆中、在受欢迎的体育事件处、在例如商场或商业中心之类的拥挤区域中或者在其中大量无线设备需要无线服务的任何位置处遇到。针对容量的需求可能非常严重，这是因为大量用户(例如几千台用户设备)可能拥挤在相对较小的空间中(在体育场的情况下是近似300mx250m)，并且可能同时尝试获得服务和/或被服务。

当前的无线运营商使用混合解决方案来解决这一高容量问题：可以彼此补充地使用传统的宏网络、WiFi和分布式天线系统(DAS)，以便在热点通信量情形中提高总的可用容量。DAS通过“长天线概念”改进覆盖。尽管如此，在容量方面，DAS系统仍然受限于可由宏基站(BS)(如图1中所示)的一个扇区提供的容量，从而限制了其在重大通信量需求的情况下扩展容量的潜力。图1示出了具有天线35的DAS系统，其容量受限于由核心网络10供应的收发器基站(BTS)20的一个(1)扇区的吞吐量。

发明内容

在一个实施例中，一种系统包括：用于为感兴趣的地理区域提供无线服务的多个无线通信单元，每一个无线通信单元包括至少一个天线端口或至少一个天线；以及用于控制无线通信单元的控制器，其中所述控制器被配置来确定将被激活或者不激活的各个无线通信单元。所述无线通信单元可以是传送器、接收器或收发器。

在一个实施例中，所述控制器被配置来基于感兴趣的地理区域的通信量密度确定将被激活或者不激活的各个无线通信单元。

在一个实施例中，所述多个无线通信单元当中的一个或更多个包括多个天线端口；并且所述控制器被配置来确定各个无线通信单元的多个天线端口当中的将被激活或者不激活的各个天线端口。

在一个实施例中，所述多个无线通信单元当中的一个或更多个的至少一个天线端口包括至少一个天线单元；并且所述控制器被配置来确定各个无线通信单元的至少一个天线单元当中的将被激活或者不激活的各个天线单元。

在一个实施例中，所述控制器被配置来，当所述控制器确定感兴趣的地理区域的通信量密度的改变时，改变一定数目的无线通信单元、一定数目的天线端口、一定数目的天线单元或者其某种组合的至少其中之一的激活状态。所述控制器可以被配置来，当所述控制器确定感兴趣的地理区域的通信量密度的改变时，把一定数目的无线通信单元、一定数目的天线端口、一定数目的天线单元或者其某种组合的至少其中之一从不活跃状态改变到活跃状态。所述控制器可以被配置来，当所述控制器确定感兴趣的地理区域的通信量密度的改变时，激活更多数目的无线通信单元、更多数目的天线端口、更多数目的天线单元或者其某种组合的至少其中之一。所述控制器可以被配置来，当所述控制器确定感兴趣的地理区域的通信量密度的改变时，使得一定数目的通信单元、一定数目的天线端口、一定数目的天线单元或者其某种组合的至少其中之一不活跃。所述控制器可以被配置来，当所述控制器确定感兴趣的地理区域的通信量密度的改变时，使得更少数目的通信单元、更少数目的天线端口、更少数目的天线单元或者其某种组合的至少其中之一不活跃。

在一个实施例中，控制器被配置来控制各个无线通信单元的至少一个天线单元的幅度和相位的至少其中之一，从而使得所述控制器能够调节所述无线通信单元的辐射模式(radiating pattern)。所述控制器可以是集中式控制器。所述控制器可以是分布式控制器，其中所述控制器的各个部分被分布在所述多个无线通信单元的各个子集当中，所述分布式控制器的各个部分用于控制所述多个无线通信单元的对应子集。

在一个实施例中，所述控制器被配置来协调对应于以下各项的至少其中之一的未来配置信息(即对设定、参数、状态等等当中的一项或更多项进行设定)：无线通信单元的一个子集，各个无线通信单元的至少一个天线端口当中的一个子集，各个无线通信单元的天线单元的一个子集，或者其某种组合，该协调过程是基于在所述子集中的各个无线通信单元的配置信息来进行的。

在一个实施例中，所述多个无线通信单元的一个或更多子集被配置来交换涉及对应子集内的各个无线通信单元的配置的信息。所述配置信息可以包括以下各项当中的一项或更多项：无线通信单元激活状态，天线端口激活状态，天线单元激活状态，设计单元信息，功率水平设定信息，天线模式(antenna pattern)设定信息，天线指向设定信息，以及涉及正由第一无线通信单元使用的资源的信息。

在一个实施例中，所述多个无线通信单元被配置来利用缓解无线通信单元间干扰的机制。在一个实施例中，所述多个无线通信单元被配置来利用射频(RF)载波重复使用来缓解无线通信单元间干扰。在一个实施例中，所述多个无线通信单元被配置来支持RF载波重复使用1、RF载波重复使用2、RF载波重复使用3、RF载波重复使用和RF载波重复使用12的至少其中之一。

在一个实施例中，所述多个无线通信单元被配置在围绕感兴趣的地理区域的周线外围的一层或更多层中，每一层包括所述多个无线通信单元的一个子集，邻近层的无线通信单元分开一定垂直距离。在一个实施例中，所述多个无线通信单元的至少其中之一的至少一个天线的正面被部署成近似向正下方面对地面。在一个实施例中，所述多个无线通信单元的至少其中之一的至少一个天线的正面被部署成具有近似90°的下倾角。

在一个实施例中，所述多个无线通信单元当中的一个或更多个包括多个天线；并且所述多个无线通信单元的至少其中之一的多个天线被水平排成阵列并且与围绕感兴趣的地理区域的周线外围的一层无线通信单元切向对准，其中一个或更多无线通信单元的主波束被配置来径向指向由所述多个无线通信单元限定的空间的内部。

在一个实施例中，一种装置包括处理器和相关联的存储器。所述处理器被配置来确定用于为感兴趣的地理区域提供无线服务的多个无线通信单元当中将被激活或者不激活的各个无线通信单元。

在一个实施例中，所述处理器被配置来基于感兴趣的地理区域的通信量密度确定所述多个无线通信单元当中将被激活或者不激活的的各个无线通信单元。

在另一个实施例中，所述处理器被配置来确定各个无线通信单元的多个天线当中将被激活或者不激活的各个天线。

附图说明

例如通过后面的详细描述和附图，本发明的各个实施例的其他方面、特征和益处将变得更加显而易见，其中：

图1是示出了使用分布式天线系统(DAS)系统的高层级方块图；

图2是示出了代表根据本发明的实施例的多种可能的系统架构的高层级方块图；

图3是示出了根据本发明的原理的一个代表性实施例的高层级方块图，其利用依赖于单一控制器和处理器的集中式架构；

图4是示出了根据本发明的原理的一个代表性实施例的高层级方块图，其利用依赖于几个控制器和处理器的分布式架构；

图5是示出了利用完全分散式架构的根据本发明的原理的一个实施例的高层级方块图；

图6是示出了根据本发明的原理的收发器结构的示例性实施例的高层级方块图；

图7利用根据本发明的原理的活跃天线阵列(AAA)结构的天线的一个示例性实施例的高层级方块图；

图8是示出了与图3的集中式架构实施例的控制器相关联的控制无线通信单元的一种示例性方法的流程图；

图9是示出了与图4和5的分散式架构相关联的控制无线通信单元的一种示例性方法的流程图；

图10示出了关于根据本发明的原理的部署场景的可能的无线系统状态；

图11.a、11.b和11.c通过一个实例示出了根据本发明的原理设计的无线通信系统如何适配于感兴趣的地理区域内的不断改变的通信量状况；

图12示出了对应于体育场的地理区域内的收发器部署的两个实例；

图13是根据本发明的原理的对应于体育场的示例性部署场景的图示；

图14利用根据本发明的原理的一个部署实施例示出了对应于体育场的覆盖实例；

图15示出了对应于示例性体育场部署的容量实例；

图16a和16b示出了对应于示例性体育场部署的频率重复使用实例；以及

图17描绘出适用于施行这里所描述的功能的计算机的高层级方块图。

为了便于理解，在可能的情况下利用了完全相同的附图标记来标示各图所共有的完全相同的单元。

具体实施方式

本发明所属领域的技术人员将认识到的所描述的实施例的各种修改以及本发明的其他实施例被认为落在如所附权利要求书中表达的本发明的原理和范围之内。

除非明确地另行声明，否则每一个数值或范围应当被解释成是近似的，就如同在所述数值或范围的数值之前有“大约”或“近似”一词。

还应当理解的是，在不背离如所附权利要求书中表达的本发明的范围的情况下，为了解释本发明的性质，本领域技术人员可以在所描述和示出的部件的细节、材料和设置方面做出许多改变。

在权利要求中对于附图标记的使用是意图标识出所要求保护的主题内容的一个或更多可能的实施例，以便促进对于权利要求的解释。这样的使用不应被解释成一定将这些权利要求的范围限制到相应的附图中所示出的实施例。

虽然所附方法权利要求(如果有的话)中的各个单元是按照特定序列引述的并且为了每一个单元的理解具有相应的标记，但是除非权利要求引述表明用于实施这些单元当中的一些或全部的特定序列，否则这些单元不一定意图被限制到按照该特定序列来实施。

在这里提到“一个实施例”或“某一实施例”时意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性可以被包括在本发明的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的不同地方的出现不一定全都指代相同的实施例，单独的或替换的各个实施例也不一定与其他实施例相互排斥。这同样适用于术语“实现方式”。

此外，出于这里的描述的目的，术语“耦合”、“连接”指的是本领域内已知或者后来开发的任何方式，其中允许能量在两个或更多单元之间传送，并且还设想到(尽管并不要求)插入一个或更多附加的单元。相反，术语“直接耦合”、“直接连接”等等表明不存在这样的附加单元。

这里提供了用于为感兴趣的地理区域内的用户设备提供无线通信服务的方法、装置系统实施例。所提供的实施例允许在通信量需求可能较大的区域内(比如在运动场馆、体育场、商场以及具有足够的用户设备集中度的其他区域内)以受控方式提供高容量。这里使用的术语“无线设备”或“用户设备”可以被视为与客户端、用户装备、移动站、移动用户、移动设备、订户、用户、远程站、访问终端、接收器、移动单元等等同义并且在后文中可能偶尔被称为所述术语，并且可以描述无线通信网络中的无线资源的远程用户。

针对例如向热点提供无线服务的现有技术解决方案无法在容量方面扩展。宏网络在经济方面没有吸引力。分布式天线系统(DAS)仅仅引入了大大改进覆盖的“更长天线”，但是仍然受限于由宏扇区提供的容量。WiFi已经知道在交通量拥塞状况下存在不足。与此相对，根据这里提供的原理和教导的实施例提供了可伸缩容量，其中每一个无线通信单元(例如城域蜂窝(metrocell)、LightRadioTM城域蜂窝、LightRadioTM体育场立方(StadiumCube)等等)可以为其紧邻的地理范围递送高“局部”容量。对于例如在体育场中的部署，城域蜂窝与DAS宏扇区相比可以递送高出几个数量级的容量。根据本发明的原理，通过简单地增大天线增益可以可控地放大例如城域蜂窝之类的无线通信单元的容量。这里使用的术语“无线通信单元”可以被认为与收发器、城域蜂窝和LightRadioTM立方同义并且在后文中可能偶尔被称为所述术语，并且可以描述与可能跨越多个技术世代的无线通信网络中的移动设备通信并且为之提供无线资源的收发器。在其他实施例中，所述无线通信单元可以包括传送器或接收器功能。

实施本发明的原理的系统包括多个收发器(N个收发器)，其中每一个收发器装配有至少一个天线，并且为感兴趣的地理区域提供无线服务。所述天线可以利用至少一个天线单元来实现，从而导致可以在幅度和相位方面以电子方式控制的辐射模式。所述系统可以被部署成满足至少一项质量量度，比如覆盖量度、容量量度等等或者其某种组合，即感兴趣的地理区域内的质量量度。

所述系统还包括各个收发器之间的局部或全局协调，其中局部协调意味着按照协调方式部署多个收发器当中的至少一个子集，全局协调意味着按照协调方式部署所述多个收发器。一个收发器子集(或一组)之间的协调意味着所述收发器子集当中的每一个收发器具有与属于相同的所述收发器子集的其他收发器的配置有关的一定程度的意识。在一个实施例中，收发器的配置指的是例如功率水平、天线模式、天线指向(例如方位角和/或倾角)以及由收发器使用的资源之类的设计元素。各个收发器之间的协调是按照集中式方式从共同的控制器实现的，或者是按照分布式方式通过属于所述收发器集合的各个收发器之间经由可用接口(例如在LTE中是经由X2接口)进行的信息交换而实现的。

还可以支持用以缓解收发器内和收发器间干扰的不同的后续机制。在根据本发明的原理的各个实施例中，可以实施多种形式的射频(RF)载波重复使用。以LTE为例，10MHz频谱带宽可以被操作在RF载波重复使用1(在系统上的重复使用1中仅部署一个10MHz RF载波)或RF载波重复使用2(在系统上的重复使用2中部署两个5MHz RF载波)或RF载波重复使用3(在系统上的重复使用3中部署三个3MHz RF载波)或RF载波重复使用6(在系统上的重复使用6中部署六个1。4MHz RF载波)中。

在系统部署的早期阶段可以使用较低收发器密度，其依赖于具有少量天线单元(例如少量LightRadio立方)的简单天线。在系统部署的更加进阶的阶段可以使用更高收发器密度，其依赖于具有数量更多的天线单元(例如数量更多的LightRadio立方)的天线。

根据一个实施例，可以部署一定数目的收发器，并且对于网络中的给定通信量活动，至少同时激活一个收发器子集。对于较低容量需求，可以通过对数量较少的天线单元(例如数量较少的LightRadio立方)进行馈送来激活具有较宽天线模式的数量较少的收发器。对于更高容量需求，可以通过对数量更多的天线单元(例如数量更多的LightRadio立方)进行馈送来激活具有较窄天线模式的数量更多的收发器。因此，所述系统可以动态地并且智能地激活所述数目的收发器和天线模式，以便满足给定时间所需的质量量度并且允许实现容量扩展。

在另一个实施例中，在给定时间激活的收发器的密度取决于该地理区域的通信量密度；也就是说，在具有更多通信量的区域内可以激活附加的收发器。此外，可以在各个区块之间动态地适配天线模式；例如在根据本发明的原理的一个实施例中，对于具有高收发器密度的区域，可以通过同时对更多天线单元进行馈送来实现更多定向天线，而对于具有较低收发器密度的区域，可以通过同时对较少天线单元进行馈送来实现较少定向天线。在需要各个收发器之间的协调的情况下，这样的协调可以被限制到一个收发器子集(例如限制到局部邻域)，或者可以被应用于整个感兴趣的地理区域。

在下面的实施例中描述了这样的协调的实现方式：

-连续地或者不时地与处于其监督下的所有多个收发器通信的集中式控制器。所述集中式控制器接收来自处于其监督下的至少一个收发器的系统信息。所述系统信息可以包括例如在该收发器的附近所测量的通信量活动和/或所测量的无线环境(radiocondition)之类的数据。基于该数据，所述集中式控制器监测、确定并且协调所期望的系统配置，以便满足所指定的质量目标。假设在本发明的一种可能的实现方式中，在给定时间T1处，控制器确定在T1处应当激活仅仅一定数目的M个收发器，其中M小于或等于N(M<＝N)。将“第i个”收发器称作“TRX_i”，则所述M个收发器的集合被表示为{TRX_1,TRX_2,TRX_3,...,TRX_M-1,TRX_M}。此外，控制器确定将由每一个活跃收发器在时间T1处使用的参数。这些参数可以包括由活跃收发器使用的辐射功率、其天线模式以及通过特定方位角和倾角设定描述的其天线模式的三维指向。可以通过对收发器的AAA(活跃天线阵列)天线的特定数目的天线单元进行馈送来对天线模式进行定形。这可以通过对于被激活的每一个天线单元使用适当的幅度和相位数值来实现。因此，对于TRX_i的配置可以由一个特定参数集合表示{power_i,azimuth_i,tilt_i,number_antenna_elements_i,amplitude_element_k,phase_element_k}，其中1<＝k<＝number_antenna_elements_i。此外还根据由控制器指定的参数来实施每一个活跃收发器的配置。这可以通过在假设收发器可以对其自身进行重新配置的情况下向每一个收发器通知其特定配置来实现，并且还可以通过简单地从例如操作和维护(O&M)单元之类的控制单元重新配置整个系统来实现，其中所述控制单元具有实施这样的系统改变的能力。

-分布式集中式架构(正如在下一节中所描述的那样)

-完全分散式架构(正如在下一节中所描述的那样)

图2是示出了代表根据本发明的实施例的多种可能的系统架构的高层级方块图。根据第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)技术，收发器101和102(其在所示出的表示中是4G收发器)连接到聚合交换机601，其又连接到网关，例如服务网关(SGW)。收发器101和102可以经由接口(例如LTE中的X2接口)交换信息。

收发器201和202(其在所示出的表示中是4G收发器)直接连接到SGW。收发器201和202可以经由接口(例如LTE中的X2接口)交换信息。

收发器301和302(其在所示出的表示中是4G收发器)连接到控制器和处理器单元701，其又连接到SGW。控制器和处理器单元701协调与之连接的收发器301和302之间的资源分配。

收发器401是多标准收发器(例如其在所示出的表示中与3G和4G都兼容)，并且其相应地对于4G通信量连接到4G SGW并且对于3G通信量连接到3G安全网关(SeGW)。

收发器501(其在所示出的表示中是3G收发器)连接到3G安全网关(SeGW)，其连接到服务GPRS支持节点(SGSN)。SGSN连接到网关GPRS支持节点(GGSN)，其负责GPRS网络与外部分组交换网络(比如因特网、X.25网络等等)之间的互工作。虽然在具有对应于特定联网标准的网络通信功能的收发器方面进行了描述，但是收发器还可以是这里的呼叫无线通信单元，并且可以具有传送器、接收器或者传送器和接收器全部二者的功能。收发器101、102、201、202、301、302、401和501为适当装备的用户设备(未示出)提供无线服务。

图3是示出了根据本发明的原理的一个代表性实施例的高层级方块图，其利用依赖于单一控制器和处理器701的集中式架构，所述单一控制器和处理器701协调处于其监督下的收发器301到306的操作。

图4是示出了根据本发明的原理的一个代表性实施例的高层级方块图，其利用依赖于几个控制器和处理器的分布式集中式架构。控制器和处理器701协调第一收发器子集的操作，即收发器301、302和303，而控制器和处理器702则协调第二收发器子集的操作，即收发器304、305、306。在控制器701和702之间可以有经由连接所述控制器的接口的进一步协调。

在关于图8的描述中进一步详细描述了具有集中式架构实施例的实施例的操作。

图5是示出了利用完全分散式架构的根据本发明的原理的一个实施例的高层级方块图。在该例中不存在集中式控制器。收发器可以直接连接到网关(SGW)(如在收发器201、202、203的实例中)，或者可以首先连接到聚合交换机601，其随后连接到网关(SGW)(如在收发器101、102、103的实例中)。每一个收发器负责测量来自其覆盖区域的通信量数量和无线环境，并且经由可用的接口(例如经由各个收发器之间的网状连接性)与处于其附近的其他收发器交换信息。在关于图9的描述中进一步详细描述了分散式架构实施例的操作。

图6是示出了根据本发明的原理的收发器结构的示例性实施例的高层级方块图。在一个实施例中，收发器101使用相同的物理天线800来进行传送和接收，并且任意收发器“j”具有用于传送的总共NTAj个天线端口和用于接收的总共NRAj个天线端口。传送和接收端口可以是相等的或不同的。在另一个实施例中，收发器102使用不同的物理天线来进行传送801和接收802，并且任意收发器“j”具有用于传送的总共NTAj个天线端口和用于接收的总共NRAj个天线端口。传送和接收端口可以是相等的或不同的。

图7是利用根据本发明的原理的活跃天线阵列(AAA)结构的天线的一个示例性实施例的高层级方块图。任意收发器“j”的天线800具有被用来形成用于传送的辐射模式的一定数目的活跃单元NTEj以及被用来形成用于接收的辐射模式的一定数目的活跃单元NREj。这些天线单元可以对于传送和接收是共同的(对角线散列)，或者可以仅被用于传送(水平散列)，或者可以仅被用于接收(垂直散列)。

图8是示出了与图3的集中式架构实施例的控制器相关联的控制无线通信单元的一种示例性方法的流程图。在初始化系统之后，在步骤1处，控制器接收并且分析来自处于其监督下的N个收发器的系统信息(例如所测量的通信量活动、资源使用、所测量的无线环境等等)。每一个任意收发器“j”具有NTAj个传送天线端口和NTEj个传送天线单元以及NRAj个接收天线端口和NREj个接收天线单元。

在每一个时间步T处，其中T是系统参数(时间增量为T)，在步骤2中，基于通信量状况和/或无线环境，控制器确定所期望的系统配置，并且生成指令从而使得在系统中采取以下行动：

假设“t”是当前系统时间：

1)确定将被激活的N(t)个收发器，其中N(t)<＝N；

在所测量的通信量数量与容许该通信量所需要的适当收发器数目之间存在直接相关性。因此，在一个实施例中，将适合于容许特定数量范围内的通信量的一定数目的收发器置于活跃状态。这可以涉及把收发器从活跃状态变为不活跃状态并且反之亦然，或者保持任何特定收发器的当前状态。举例来说，假设一个通信量数量阈值集合{TV₁,TV₂,TV₃,...,TV_N}，可以使用一个收发器集合{NT₁,NT₂,NT₃,...,NT_N-1}来容许所述通信量，其中NT_j是对应于TV_j和TV_j+1之间的任何通信量数量的适当收发器数目。这样的映射可以被预先确定，并且可以是基于预测性能水平并且/或者可以是基于从(先前的)现场测量(如果可用的话)学习。举例来说，具有相同类型的天线作为参考，假设六十二(62)个收发器可以同时实施一千八百(1800)个128kbps视频连接，一百二十四(124)个收发器可以同时实施三千八百四十(3840)个128kbps视频连接(对于单一单元天线情况参见关于图15提供的实例的说明和描述)。

2)对于每一个活跃的“j”收发器：

-2.a：确定该收发器的天线的辐射功率水平p(j)以及azimuth(j)和tilt(j)；

在这种情况下，控制器知道当前通信量数量和当前无线环境以及有多少收发器是活跃的。例如将图12中所表示的体育场作为参考，小至10mW的功率水平可能就足以为用户提供无线服务。在通常与建筑物的存在相关联的损耗更大的环境中，为了提供无线服务可能必须有高达几百mW的功率水平。每一个收发器可以基于接收自至少一个移动设备的反馈(信道质量信息(CQI)反馈)对于给定状态逐渐地适配其参考功率水平。或者每一个收发器可以基于预测性能水平和/或基于从(先前的)现场测量学习而对于给定状态设定其参考功率水平。

此外，将图12中所示的体育场作为参考，在一个实施例中，可以如图13中所示的那样部署收发器(例如对应于每一个收发器的天线的倾角和方位角被相应地设定)：

-对于典型的多看台(multi-concourse)体育场可以使用几层(即平行于体育场的周线的各个圆环)收发器；

-天线被部署成沿着每一个圆环面对正下方(即90°)以便最小化干扰；

-各个天线单元阵列被水平设置并且与每一个圆环切向对准，其中收发器的主波束指向径向；并且

-多个收发器被装进体育场的每一个圆环中，从而使得各个收发器的主波束将被设置成类似于自行车轮中的辐条。

对于其他类型的部署，可以基于预测性能水平和/或基于经验法则(每当这样的法则可用时)来确定每一个收发器的天线指向(即倾角和方位角)。

-2.b：确定将由“第j个”收发器使用的资源(例如带宽、通信信道等等)；

根据需要载送的通信量的数量来确定每个传送器可用的带宽。在各个实施例中，可以将总的可用带宽(完全载波重复使用)或者总的可用带宽的仅仅一部分(部分载波重复使用)分配给“第i个”收发器。这可以通过把所测量的通信量数量与一个阈值集合进行比较来实现。

举例来说，在一个实施例中对于一百二十四(124)个收发器可以有两种可能的部署。频率重复使用1部署可以同时实施三千八百四十(3840)个128kbps视频连接，频率重复使用2部署可以同时实施四千八百(4800)个128kbps视频会话。

在该例中，如果通信量需求使得需要少于四千(4000)个128kbps视频连接(例如需要三千八百四十(3840)个128kbps连接)，则载波重复使用1部署将是可能的。但是如果通信量需求更高并且需要多于四千(4000)个128kbps视频连接(例如需要四千八百(4800)个128kbps视频连接)，则将使用载波重复使用2部署来支持所述通信量要求。

-2.c：激活一个传送天线端口集合NTAj(t)和一个传送天线单元集合NTEj(t)；

-2.d：激活一个接收天线端口集合NRAj(t)和一个接收天线单元集合NREj(t)；；以及

-2.e：对于每一个活跃天线单元“k”，确定幅度α(k,t)和相位

在一个实施例中，可以通过把当前测量的通信量数量与一个通信量数量阈值集合{TH1,TH2,TH3,...,THM}进行比较来确定对应于每一个天线单元的NTAj(t)、NTEj(t)、NRAj(t)、NREj(t)以及α(k,t)和对于THi与THi+1之间的任何通信量数量，NTAj(t)＝NTAj(t,i)、NTEj(t)＝NTEj(t,i)、NRAj(t)＝NRAj(t,i)、NREj(t)＝NREj(t,i)，并且对于每一个天线单元“k”，α(k,t)＝α(k,t,i)并且

可以基于预测性能水平和/或基于从(先前的)现场测量(如果可用的话)学习来确定天线配置。举例来说，对于六十二(62)个活跃接收器当中的每一个可以激活两(2)个传送天线端口(NTAj(t)＝2)和两(2)个接收天线端口(NRAj(t)＝2)。对于每个天线单一活跃单元(NTEj(t)＝1并且NREj(t)＝1)，可以实施一千八百(1800)个128kbps同时视频连接，对于每个天线四个活跃单元(NTEj(t)＝4并且NREj(t)＝4)，可以实施两千四百(2400)个128kbps同时视频连接。

类似地，对于一百二十四(124)个活跃接收器当中的每一个可以激活两(2)个传送天线端口(NTAj(t)＝2)和两(2)个接收天线端口(NRAj(t)＝2)。对于每个天线单一活跃单元(NTEj(t)＝1并且NREj(t)＝1)，可以实施3840个128kbps同时视频连接，对于每个天线四个活跃单元(NTEj(t)＝4并且NREj(t)＝4)，可以实施4800个128kbps同时视频连接。

在该例中，如果通信量需求使得需要少于两千(2000)个128kbps视频连接(例如需要一千八百(1800)个128kbps连接)，则具有六十二(62)个收发器、每一个收发器装备有两(2)个传送/接收天线端口并且每一个天线具有单一活跃单元的部署是足够的。但是如果通信量需求更高并且需要多于两千(2000)个128kbps视频连接(例如需要多达两千四百(2400)个128kbps连接)，则需要具有六十二(62)个收发器、每一个收发器装备有两(2)个传送/接收天线端口并且每一个天线具有四(4)个活跃单元的部署。随后，如果通信量需求处于两千四百(2400)个128kbps连接到三千八百四十(3840)个128kbps视频连接之间，则具有一百二十四(124)个收发器、每一个收发器装备有两(2)个传送/接收天线端口并且每一个天线具有单一单元的部署是必须的。如果通信量需求处于三千八百四十(3840)个128kbps视频连接到四千八百(4800)个128kbps视频连接之间，则需要具有一百二十四(124)个收发器、每一个收发器装备有两(2)个传送/接收天线端口并且每一个天线具有四(4)个活跃单元的部署。

可以进一步确定每一个天线单元的幅度和相位从而以电子方式操纵波束并且产生所期望的波束形状。

在回到步骤1之前，所述系统将在下一个时间窗口“T”期间保持在这一配置中。

图9是示出了与图4和5的分散式架构相关联的控制无线通信单元的一种示例性方法的流程图。在初始化系统之后，在步骤1处，每一个收发器接收并且分析来自其局部覆盖区域的系统信息(例如所测量的通信量活动、资源使用、所测量的无线环境等等)。各个收发器经由可用的接口交换系统信息。每一个任意收发器“j”具有NTAj个传送天线端口和NTEj个传送天线单元以及NRAj个接收天线端口和NREj个接收天线单元。

在每一个时间步T处，其中T是系统参数(时间增量为T)，在步骤2中，基于已知的通信量和无线环境，每一个收发器确定活跃/不活跃状态及其自身的配置：

假设“t”是当前系统时间：

1)对于每一个活跃的“j”收发器：

-确定辐射功率水平p(j)以及azimuth(j)和tilt(j)；

-确定将由“第j个”收发器使用的资源(例如带宽、通信信道等等)；

-激活一个传送天线端口集合NTAj(t)和一个传送天线单元集合NTEj(t)；

-激活一个接收天线端口集合NRAj(t)和一个接收天线单元集合NREj(t)；；以及

-对于每一个活跃天线单元“k”，确定幅度α(k,t)和相位

由控制器确定的配置信息可以包括以下各项当中的一项或更多项：无线通信单元激活状态，天线端口激活状态，天线单元激活状态，设计单元信息，功率水平设定信息，天线模式设定信息，天线指向设定信息，以及涉及正由第一无线通信单元使用的资源的信息。在后面的素材中将描述表明系统如何根据本发明的原理适配其配置的另外的实例。

图10示出了关于根据本发明的原理的部署场景的可能的系统状态。所述系统包括六(6)个收发器301、302、303、304、305、306。所述收发器为感兴趣的地理区域(例如由所述收发器环绕的空间)提供无线服务。三(3)个收发器301、303和305被激活，其他三个传送器302、304和306则置为不活跃。对于每一个收发器示出了用于传送(由垂直虚线表示)和接收的波束模式(beam pattern)，因为其配置和形状可以不同。对应于一个收发器的用于传送的波束模式由垂直虚线表示，对应于一个收发器的用于接收的波束模式则由砖状模式(brick-like pattern)表示。

图10还示出了根据本发明的原理的可能的天线实现方式。收发器301具有用于传送的一个天线端口和用于接收的两(2)个天线端口，并且其使用一个活跃天线单元进行传送(由图10中的水平散列表示)以及两(2)个活跃天线单元进行接收(由图10中的垂直散列表示)。收发器303具有用于传送的两(2)个天线端口和用于接收的两(2)个天线端口，并且其使用两(2)个活跃天线单元(水平散列)进行传送以及两(2)个活跃天线单元进行接收(垂直散列)。收发器305具有用于传送的四(4)个天线端口和用于接收的两(2)个天线端口，并且其使用四(4)个活跃天线单元共同进行传送和接收(由图10中的对角线散列表示)以及四(4)个活跃天线单元仅进行传送(水平散列)。

图11.a、11.b和11.c通过一个实例示出了根据本发明的原理设计的无线通信系统如何适配于感兴趣的地理区域内的不断改变的通信量状况。

图11.a代表在图11b和11.c中进一步描述的系统部署中使用的收发器结构的一个实例。每一个收发器具有被用于传送和接收全部二者(由对角线散列表示的方框)的四(4)个天线(其提供四(4)个传送器天线端口和四(4)个接收器天线端口)以及十六(16)个活跃天线单元。

图11.b示出了一种系统配置，其中为了向感兴趣的地理区域提供无线服务，每一个活跃的收发器具有被适配成在整个服务区域内服务于通信量密度D的天线模式。此外，在可以为感兴趣的地理区域服务的九(9)个收发器(301到309)当中，仅有六(6)个收发器(301到306)处于活跃状态；可以为感兴趣的地理区域服务的其余收发器处于不活跃状态。此外，为了提供所期望的无线服务水平，对于活跃的收发器，仅有两(2)个天线是活跃的并且仅有两(2)个天线单元被馈送。

图11.c示出了被适配于与已经从图11.b发生了改变的系统状况相对应的通信量密度的系统配置。在所考虑的这种情形中，通信量密度在所述地理区域的某些部分中已从D激增到2D(即两倍于图11.b中的通信量)以及从D激增到4D(即四倍于图11.b中的通信量)。其结果是，所有九(9)个收发器(301到309)都被设定到活跃状态。收发器301、302、303和305仍然服务于感兴趣的地理区域的其中通信量密度为D的部分，并且其仍然依赖于仅仅两(2)个天线和两(2)个天线单元来提供该服务水平。收发器304、307和308服务于感兴趣的地理区域的其中通信量密度为2D的其他部分。这是感兴趣的地理区域的先前当通信量密度在图11.b中为D时由收发器304单独服务的部分。现在，三(3)个活跃收发器(308、304和307)当中的每一个依赖于两(2)个天线和八(8)个天线单元，其被智能地馈送以用于更高的干扰管理，这例如是通过产生较窄的波束模式而实现的。

类似地，收发器306先前为图11.b中的通信量密度为D的一个区域服务，但是在图11.c的通信量假设下(其中通信量密度激增到4D)将不具有足够的容量来单独为相同的区域服务。收发器306和309现在都是活跃的，并且为了容许不断升高的通信量需求，其分别依赖于四(4)个天线和十六(16)个天线单元。利用这种配置，其可以例如通过产生较窄的波束模式来智能地管理干扰，并且可以通过多输入多输出(MIMO)技术并行地支持多个数据流。

在某些情况下可以增加活跃的通信单元的数目，并且虽然在某些情况下天线单元的数目预期会增加(导致对应天线的较窄天线模式)，但是在某些其他情况下，天线单元的数目可以保持恒定或减少(导致对应天线的较宽天线模式)。当通信单元的数目减少时可能发生类似的效应(天线单元的数目可能没有相应的减少，一些无线通信单元的天线单元的数目可能会减少，但是一些其他无线通信单元的天线单元的数目可能保持恒定，或者其天线单元的数目甚至可能会增加)。

根据本发明的原理设计的无线通信系统能够在如前所述的不同状态之间迁移。

图12示出了对应于体育场的地理区域中的收发器部署的两个实例。该图左侧的部署对应于较低收发器密度(在该例中是六十二(62)个收发器)，该图右侧的部署则对应于更高收发器密度(在该例中是一百二十四(124)个收发器)。收发器在图10中由点表示。在所示出的全部两种部署情况中，多个收发器被部署在多层中(在该例中是三(3)层)，各层是平行于体育场轴线的圆环，每一层用于为体育场的不同看台提供局部无线服务。层数和收发器的数目对于不同的部署场景可以是不同的。

图13是根据本发明的原理的对应于体育场的示例性部署场景的图示。对于典型的多看台体育场可以部署几层(平行于体育场周线的圆环)收发器。在一个实施例中，一个或更多收发器的天线被部署成沿着每一个圆环面对正下方(即90°下倾角)以便最小化干扰。各个单元阵列被水平设置并且与每一个圆环切向对准，其中由天线辐射模式产生的主波束的方向沿着链接天线位置的节段指向体育场的中心(即径向)。各个收发器像车轮中的辐条一样被装进体育场的每一个圆环中。

各个单元阵列可以对于按照前述方式设置(参照图11)的周线被切向设置(可以将这样的阵列想象成矩形，但是其也可以是其他形状)。可以从一个单元阵列生成几个波束。波束的数目及其形状由所述阵列被馈送的方式决定，但是总会存在主波束。所述阵列的各个单元被正面朝下水平设置，但是波束仍然可以通过电子方式被控制朝向任何方向辐射。在一种配置中，阵列的主波束与半径对准；也就是说主波束的主轴的平面将与把所述阵列的中心链接到所述地理区域(例如体育场)的中心的半径的平面相交。在示出了一种“示例性天线部署”的图11中以及在示出了一个“覆盖实例”的图14中，在“地面”上所得到的足迹代表所得到的辐射模式的覆盖足迹。

图14示出了对应于利用根据本发明的原理的一个部署实施例的体育场的一个覆盖实例。该图示出了收发器位置1410以及从收发器天线的辐射模式得到的足迹1420的实例。如图所示，由所述天线辐射模式产生的主波束的方向的指向是沿着半径。

图15示出了对应于一种示例性体育场部署的一个容量实例。直方图表明可以利用图14中所部署的六十二(62)个和一百二十四(124)个城域蜂窝提供的同时128kbps视频连接的数目，其中的天线利用一(1)个或四(4)个单元。

图16a和16b示出了对应于一种示例性体育场部署的一个频率重复使用实例。该图代表对于频率重复使用1和频率重复使用2利用图14中所部署的六十二(62)个城域蜂窝所能实现的容量。通过在图16中对比两个覆盖地图，在该例中有利于频率重复使用2的无线环境的增强是显而易见的，该图对于由城域蜂窝提供的波束示出了更高的SINR。这是基于利用频率重复使用2部署对于该例实现了更高容量。

RF载波重复使用可以是RF载波重复使用N，其中N在理论上可以是任何整数。实际的选项当前在LTE中对于10MHz频谱把可用性限制到N＝1(1x10MHz)、2(2x5MHz)、3(3x3MHz)、6(6x1.4MHz)。对于LTE5MHz频谱，当前只有N＝1(1x5MHz)和N＝3(3x1.4MHz)是可能的。对于LTE20MHz频谱，当前可用的仅有选项是N＝1(1x20MHz)、N＝2(2x10MHz)、N＝4(4x5MHz)、N＝6(6x3MHz)和12(12x1.4MHz)。

图17描绘出适用于施行这里所描述的功能的计算机的高层级方块图。如图17中所示，计算机700包括处理器单元702(例如中央处理单元(CPU)和/或其他适当的(多个)处理器)和存储器704(例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等等)。计算机700还可以包括协作模块/处理705以及/或者各种输入/输出设备706(例如以下各项当中的一项或更多项：用户输入设备(比如键盘、小键盘、鼠标等等)、用户输出设备(比如显示器、扬声器等等)、输入端口、输出端口、接收器、传送器以及存储设备(例如带驱动器、软盘驱动器、硬盘驱动器、紧致盘驱动器等等))。

应当认识到，这里所描绘和描述的功能可以通过软件来实施(例如经由实现在一个或更多处理器上的软件)，并且/或者可以通过硬件来实施(例如利用通用计算机、一个或更多专用集成电路(ASIC)以及/或者任何其他硬件等同方案)。

应当认识到，这里所描绘和描述的功能可以通过软件来实施(其例如用于在通用计算机上执行(例如经由一个或更多处理器执行)以便实施专用计算机)，并且/或者可以通过硬件来实施(例如利用一个或更多专用集成电路(ASIC)以及/或者任何其他硬件等同方案)。

在一个实施例中，协作处理器705可以被加载到存储器704中并且由处理器702执行，以便实施这里所讨论的功能。因此，协作处理器705(包括相关联的数据结构)可以被存储在计算机可读存储介质上，例如RAM存储器、磁性或光学驱动器或盘等等。

应当认识到，图17中描绘的计算机700提供了适合于实施这里所描述的功能单元以及/或者这里所描述的功能单元的各个部分的一般架构和功能。举例来说，计算机700提供了适合于实施以下各项当中的一项或更多项的一般架构和功能：无线通信单元的一部分、收发器、传送器、接收器、控制器、用户设备、任何蜂窝网络设备、SGW、PGW、聚合交换机、SeGW、SGSN、GGSN、无线通信单元或其一部分、传送器、接收器、收发器、控制器等等。

应当设想到，这里作为软件方法讨论的一些步骤可以被实施在硬件中，例如被实施为与处理器协作来施行各个方法步骤的电路。这里所描述的功能/单元的各个部分可以被实施为计算机程序产品，其中的计算机指令在由计算机处理时适配所述计算机的操作，从而使得调用或者以其他方式提供这里所描述的方法和/或技术。用于调用本发明的方法的指令可以被存储在固定或可移除介质中，在广播或其他信号承载介质中经由数据流传送，以及/或者存储在根据所述指令操作的计算设备内的存储器中。

虽然在这里已经详细示出并描述了合并有本发明的教导的各个实施例，但是本领域技术人员可以很容易设想到仍然合并有这些教导的许多其他不同的实施例。

本发明可以被具体实现在其他特定装置和/或方法中。所描述的实施例应当在所有方面都被视为仅仅是说明性而非限制性的。具体来说，本发明的范围由所附权利要求书表明而不是由这里的描述和附图表明。落在权利要求书的等同的含义和范围内的所有改变都应当被涵盖在其范围内。

本领域技术人员将很容易认识到，可以通过已编程计算机来施行前面描述的各种方法的各个步骤。在这里，一些实施例意图涵盖例如数字数据存储介质之类的程序存储设备，其可以由机器或计算机读取并且编码机器可执行或计算机可执行指令程序，其中所述指令施行前面所描述的一部分方法步骤。所述程序存储设备例如可以是数字存储器、例如磁盘或磁带之类的磁性存储介质、硬盘驱动器或者光学可读数字数据存储介质。所述实施例还意图涵盖被编程来施行这里所描述的所述方法步骤的计算机。

前面的描述和附图仅仅是说明本发明的原理。因此应当认识到，本领域技术人员将能够设想到多种设置，其虽然没有在这里被明确地描述或示出，但是所述设置具体实现了本发明的原理并且被包括在其精神和范围之内。此外，这里所引述的所有实例主要意图是特别仅用于教育目的，以便帮助读者理解本发明的原理和(多位)发明人对于推进本领域所贡献的概念，并且应当被解释成不限于这样的具体引述的实例和条件。此外，这里引述本发明的各项原理、方面和实施例以及其具体实例的所有声明都意图涵盖其等同方案。

附图中所示出的各个单元的功能(包括被标记为“处理器”的任何功能方块)可以通过使用专用硬件以及能够与适当的软件相关联地执行软件的硬件来提供。当由处理器提供时，所述功能可以由单一专用处理器提供、由单一共享处理器提供或者由多个单独的处理器(其中一些可以被共享)提供。此外，对于术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应当被解释成排他性地指代能够执行软件的硬件，而是可以隐含地包括而不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及非易失性存储装置。还可以包括其他传统的和/或定制的硬件。类似地，附图中所示出的任何开关仅仅是概念性的。其功能可以通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制与专用逻辑的交互或者甚至通过人工方式来实施，具体技术可以由实施者根据对于情境的更加具体的理解来选择。

本领域技术人员应当认识到，这里的任何方块图代表具体实现本发明的原理的说明性电路的概念图。类似地应当认识到，任何流程图、程序框图、状态转变图、伪代码等等代表可以基本上被表示在计算机可读介质中并且从而由计算机或处理器(不管这样的计算机或处理器是否被明确地示出)执行的各种处理。

Claims

1.一种用于无线系统控制的系统，其包括：

用于为感兴趣的地理区域提供无线服务的多个无线通信单元，每一个无线通信单元包括至少一个天线端口或至少一个天线；以及

用于控制无线通信单元的控制器，其中所述控制器被配置来确定将被激活或者不激活的各个无线通信单元；

其中，所述多个无线通信单元当中的一个或更多个包括多个天线端口；并且所述控制器被配置来确定各个无线通信单元的多个天线端口当中的将被激活或者不激活的各个天线端口；

其中，所述多个无线通信单元当中的一个或更多个包括多个天线；并且所述多个无线通信单元的至少其中之一的多个天线被水平排成阵列并且与围绕感兴趣的地理区域的周线外围的一层无线通信单元切向对准，其中一个或更多无线通信单元的主波束被配置来沿着半径指向由所述多个无线通信单元限定的空间的内部。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置来基于感兴趣的地理区域的通信量密度确定将被激活或者不激活的各个无线通信单元。

3.如权利要求1所述的系统，其中：

所述多个无线通信单元当中的一个或更多个的至少一个天线端口包括至少一个天线单元；并且

所述控制器被配置来确定各个无线通信单元的至少一个天线单元当中的将被激活或者不激活的各个天线单元。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置来，当所述控制器确定感兴趣的地理区域的通信量密度的改变时，改变一定数目的无线通信单元、一定数目的天线端口、一定数目的天线单元或者其某种组合的至少其中之一的激活状态。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置来控制各个无线通信单元的至少一个天线单元的幅度和相位的至少其中之一，从而使得所述控制器能够调节所述无线通信单元的辐射模式。

6.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置来协调对应于以下各项的至少其中之一的未来配置信息：无线通信单元的一个子集、各个无线通信单元的至少一个天线端口当中的一个子集、各个无线通信单元的天线单元的一个子集或者其某种组合，该协调是根据对应于所述子集中的各个无线通信单元的配置信息来进行的。

7.如权利要求6所述的系统，其中，所述配置信息包括以下各项当中的一项或更多项：无线通信单元激活状态，天线端口激活状态，天线单元激活状态，设计单元信息，功率水平设定信息，天线模式设定信息，天线指向设定信息，以及涉及正由第一无线通信单元使用的资源的信息。

8.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个无线通信单元被配置在围绕感兴趣的地理区域的周线外围的一层或更多层中，每一层包括所述多个无线通信单元的一个子集，邻近层的无线通信单元分开一定垂直距离。

9.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个无线通信单元的至少其中之一的至少一个天线的正面被部署成具有近似90°的下倾角。

10.一种用于无线系统控制的装置，其包括：

处理器和相关联的存储器，所述处理器被配置来：

确定用于为感兴趣的地理区域提供无线服务的多个无线通信单元当中的将被激活或者不激活的各个无线通信单元；

11.如权利要求10所述的装置，其中，所述处理器被配置来基于感兴趣的地理区域的通信量密度确定所述多个无线通信单元当中的将被激活或者不激活的各个无线通信单元。

12.如权利要求10所述的装置，其中，所述处理器被配置来确定各个无线通信单元的多个天线当中的将被激活或者不激活的各个天线。