CN104581746B

CN104581746B - 一种基于lte通信标准的天线分布方法及天线系统

Info

Publication number: CN104581746B
Application number: CN201410718553.0A
Authority: CN
Inventors: 倪威; 杨云高; 邹金欣
Original assignee: 716th Research Institute of CSIC
Current assignee: 716th Research Institute of CSIC
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2017-12-12
Anticipated expiration: 2034-12-02
Also published as: CN104581746A

Abstract

本发明提供一种基于LTE通信标准的天线分布方法，包括以下步骤：步骤1，提供eNodeB基站、射频拉远头、天线单元，天线单元的数量为两个以上，天线单元由一个以上的天线构成，eNodeB基站通过基带信号控制天线单元降低发射功率或者开关；步骤2，确定天线单元的预编码矩阵；步骤3，对用户设备进行分组；步骤4，为用户设备分配数据资源。本发明通过对天线单元与编码矩阵来对用户设备进行分组，可以改善室内网络系统的性能以及削弱其对相邻房间或者建筑物内网络系统的干扰。

Description

一种基于LTE通信标准的天线分布方法及天线系统

技术领域

本发明涉及无线通信或无线网络技术，更具体地说是一种基于LTE通信标准(LongTerm Evolution)的智能分布式天线系统及其改善室内无线网络性能的方法。

背景技术

随着室内无线网络业务的增加，室内无线网络覆盖变得越来越重要，分布式天线系统(Distributed Antenna System，DAS)即为一种能够有效解决室内网络覆盖问题的方案，如图1所示。DAS可以看作是一种网络：空间分离的天线节点通过一种传输介质连接到一个普通的信号源上，在一个地理空间或建筑物里面提供无线服务。分布式的发射天线一方面通过对大范围覆盖阴影的削弱，提升了无线覆盖的范围；另一方面通过降低无线发射功率，增加了电池的寿命。同时，DAS也减少了无线网络对其他网络系统的干扰，并且为无线服务区提供了更加均匀的网络覆盖。

DAS的概念第一次提出是为了解决室内无线网络覆盖的问题。DAS在室内场景内的应用在CDMA系统中已经出现过，但是，近几年随着LTE标准及其产业链不断的趋于成熟，基于LTE无线标准的DAS必将成为室内无线网络的发展趋势。

在室内场景中，每个分布式天线发射同样的信号以确保室内无线网络的覆盖率。图2绘出了典型的室内应用场景，每个房间都假设了一个天线单元(可能有多个天线基本元素)。考虑到由于高穿透损耗造成的每个房间之间的独立性，相同的时间及频率资源可以在不同的房间内被复用，这就致使系统吞吐量比传统的DAS有所改善。房间(主要是视距传播环境)内良好的信道质量也能够确保无线网络服务的品质。除此之外，由于所有的分布式天线都与一个信号源相连，则可以有效地避免用户设备在不同房间之间穿梭时造成的信号切换。

通常情况下，室内的环境没有图2中所示的那么理想。有的房间面积很大，比如大的办公地带以及机场候机大厅等。在这种类型的房间里，可能单独一个房间里面布置整个分布式天线系统。以办公室为例，如图3所示，在一个房间里布置了具有两个天线单元的DAS，每个天线单元都由两个天线构成。

DAS具有较多优势的同时，也存在一些问题：(1)边际增益问题：例如，如果一个用户设备(User Equipment，UE)靠天线单元(Antenna Uint，AU)AU1很近，离AU2较远，那么就导致了AU2向UE发射信号时，不可避免的对AU2附近其他的UE造成了较大的干扰。而且相比于AU2对UE发射的信号强度，AU2对其附近UE造成的干扰更大。(2)预编码/波束成型问题：一方面，由于天线是分布式的，所以基站eNodeB接受来自每个天线的信道状态信息(ChannelStatus Indicator，CSI)，CSI包含预编码矩阵信息(Precoding Matrix Indicator，PMI)、信道质量信息(Channel Quality Indicator,CQI)以及秩信息(Rank Indicator，RI)等信息，其中，预编码矩阵的获取存在一定的难度；另一方面，处于AU1和AU2之间的UE，如图3所示，如果AU1形成了一个朝向该UE的波束，那么AU2也会形成和AU1一样的波束，但是AU2形成的波束的方向是背对该UE的，这样就会对其他的UE产生严重的干扰。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明提供一种LTE无线通信标准的室内智能分布式天线系统和天线分布方法。该发明的主要目的是改善室内网络系统的性能以及削弱其对相邻房间或者建筑物内网络系统的干扰。

一种基于LTE通信标准的天线分布方法，包括以下步骤：

步骤1，提供eNodeB基站、射频拉远头、天线单元，天线单元的数量为两个以上，天线单元由一个以上的天线构成，eNodeB基站通过射频拉远头控制天线单元降低发射功率或者开关；

步骤2，确定天线单元的预编码矩阵；

步骤3，对用户设备进行分组；

步骤4，为用户设备分配数据资源。

一种基于LTE通信标准的天线系统，该系统包括eNodeB基站、射频拉远头、天线单元、用户设备；eNodeB基站通过射频拉远头控制天线单元降低发射功率或者完全关闭；天线单元的数量为两个以上，天线单元由一个以上的天线构成；天线单元的预编码矩阵根据用户设备测量并反馈信道状态信息或测量并反馈参考信号接收功率给eNodeB基站确定；用户设备根据天线单元的预编码矩阵进行分组，一个以上的天线单元服务于同一组的用户设备；用户设备根据OFDMA和TDMA相结合的方式按照时间-频率进行数据资源分配。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)该发明提出了一种基于LTE无线通信标准的智能分布式天线系统，以及一个可以改善室内无线系统性能，并且降低对其他相邻房间或建筑物的干扰的方法；(2)该发明通过对天线单元的集中调度实现了下行资源在时间-频率上的合理分配，进而提高了室内无线网络系统的容量，并且不会产生频繁的信号切换。

下面结合附图对本发明做进一步描述。

附图说明

图1是通用分布式天线系统(DAS)的架构示意图；

图2是室内分布式天线系统架构示意图；

图3是大面积办公室的室内分布式天线系统的架构示意图；

图4是本发明大面积办公室情内分布式天线系统的架构示意图；

图5是本发明用户设备分组示意图；

图6是本发明为用户设备分配数据资源示意图；

图7是本发明天线系统分布方法框图。

具体实施方式

结合图7、图4，一种基于LTE通信标准的天线分布方法，包括以下步骤：

步骤1，提供eNodeB基站、射频拉远头、天线单元(AU)，天线单元的数量为两个以上，天线单元由一个以上的天线构成，eNodeB基站通过射频拉远头控制天线单元降低发射功率或者开关；

步骤2，确定天线单元的预编码矩阵，有两种可以相互替代的方法来确定预编码矩阵：

A、用户设备UE测量其中一个AU的信道状态信息(Channel Status IndicatorCSI)时，其他AU在测量间隙内被eNodeB基站控制关闭；以此方式，UE测量并反馈每个AU的信道状态信息给eNodeB基站，eNodeB基站确定该UE的AU及该AU的预编码矩阵。测量间隙为一个以上的子帧，由eNodeB基站进行配置。UE测量并反馈AU的信道状态信息通过物理下行控制信道承载的信号采用传输格式0或者4实施。

B、UE测量其中一个AU的参考信号接收功率(Reference Signal ReceivingPower，RSRP)时，该AU全功率发射，其他AU关闭或者降低发射强度；以此方式测量并反馈每个AU的参考信号接收功率给eNodeB基站，eNodeB基站确定该UE的天线单元及该AU的预编码矩阵。

步骤3，对UE进行分组。UE一般被分成两组：

A、在该组中，UE仅处于一个AU的服务中；

B、在该组中，UE处于两个或者更多个AU的共同服务中；

步骤4，为用户设备分配数据资源。通过OFDMA和TDMA相结合的方式，将下行数据信道的资源按照时间-频率对每组用户设备进行分配；每组用户设备对应的控制信道区域和数据信道区域所占用的时间段的大小是一个以上的子帧，该时间段的大小根据天线的下行荷载量进行调整。

结合图4，一种基于LTE通信标准的天线系统，该系统包括eNodeB基站、射频拉远头、天线单元、用户设备。

eNodeB基站通过射频拉远头控制天线单元降低发射功率或者完全关闭；

天线单元的数量为两个以上，天线单元由一个以上的天线构成；天线单元的预编码矩阵根据用户设备测量并反馈信道状态信息或测量并反馈参考信号接收功率给eNodeB基站确定；

用户设备根据天线单元的预编码矩阵进行分组，一个以上的天线单元服务于同一组的用户设备；

用户设备根据OFDMA和TDMA相结合的方式按照时间-频率进行数据资源分配。

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

结合图4，大面积办公室的情况下，由两组天线单元AU构成的分布式天线系统。

根据图4所示，由一个或多个天线构成的天线单元AU都能够被基站eNodeB通过基带信号进行控制，并根据中央调度，实现对AU的开关。天线1#和3#有相同的射频(RF)信号，天线2#和4#也一样。

首先，确定AU的预编码矩。有两种可以相互替代的方法来确定预编码矩阵：

第一，在一个特定的时间段内，AU1开启而AU2关闭。然后，UE依据之前选定的预编码器反馈一个PMI给基站eNodeB，同时CQI也被反馈给基站。在下一个特定的时间段内，AU1关闭而AU2开启，同样，PMI和CQI也被反馈给基站。上述过程的实施是通过PDCCH(PhysicalDownlink Control Channel，物理下行控制信道)承载的DCI(Downlink ControlInformation)采用传输格式0或者4进行区别的。这样，基站eNodeB就可以确定最合适这个UE的AU及其预编码矩阵；

第二，UE可以被配置去执行RSRP的测量。首先，在一个特定的时间段内，AU1开启而AU2关闭，或者AU1全功率发射而AU2在低功率发射(比如削弱6db的信号强度)，那么UE就可以测量相应的RSRP，并将其反馈给基站eNodeB。下一个特定的时间段内，AU1关闭而AU2开启或者AU2全功率发射信号而AU1降低功率发射信号(例如降低6db)，那么UE就可以测量相应的RSRP，并再次将其反馈给基站eNodeB。这样，基站eNodeB和UE就能够知道哪个AU更加适合用于收发本UE的信息，那么，该UE就只需要反馈被选定AU的CSI信息给基站即可。

其次，对UE进行分组。在较大面积的室内场景中，根据前面提到的对CSI或者RSRP的测量及反馈，UE可以被分为不同的类别的组，如图5所示。

第一类分组中的UE，只有一个AU为其进行网络服务(如小组A和B)；

第二类分组中的UE，有多个AU联合为其进行网络服务(如小组C)。

尤其，位于AU1和AU2服务区域边缘的这些UE(即第二类分组中的UE)可以通过特定的算法被分配到小组A、B或者C中。

最后，基于TDMA的调度策略为用户设备分配数据资源。图6描述出了基于TDMA的调度策略，即为前面所述的用于LTE室内智能分布式天线系统中的策略。该策略采取OFDMA和TDMA相结合的方式，能够将所有的下行资源在时间-频率平面中进行分割，即如图6所示，所有资源在横轴方向上按照时间段进行分割形成“资源区域条”。每个“资源区域条”又包含两部分：控制信道区域(control channel)和数据信道区域(data channel)：

控制信道区域。所有AU的控制信息都被聚合到控制信道区域内，即所有AU的控制信息都在控制信道所在的时间段内，同时，所有AU都工作在SFN模式下(Single FrequencyNetwork，单频网络)，以便于每个UE能够根据不同的频率监控到所有AU的控制信息。然后通过解析控制信道区域，便可以得到每个UE所需的控制信息。

数据信道区域。和控制信道区域不同，数据信道区域聚合的只是同一个分组中所有UE所需的下行数据，即同一个分组中所有UE的所需数据都被聚合到同一个特定的时间段中，共享该时间段内的下行物理链路。该时间段的持续时间可以根据每个AU数据量的大小由基站eNodeB进行配置。如图7所示，每个UE的分组都有一个数据信道区域与之对应。

UE通过控制信道区域中的控制信息，便能够在数据信道区域中找到其所需要的数据所在的位置，进而获取该数据。

Claims

1.一种基于LTE通信标准的天线分布方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，提供eNodeB基站、射频拉远头、天线单元，天线单元的数量为两个以上，天线单元由一个以上的天线构成，eNodeB基站通过基带信号控制天线单元降低发射功率或者开关；

步骤2，确定天线单元的预编码矩阵；

步骤3，对用户设备进行分组；

步骤4，为用户设备分配数据资源；

步骤2中通过测量并反馈信道状态信息方法确定天线单元的预编码矩阵，具体方法为：用户设备测量其中一个天线单元的信道状态信息时，其他天线单元在测量间隙内被eNodeB基站控制关闭；以此方式，用户设备测量并反馈每个天线单元的信道状态信息给eNodeB基站，eNodeB基站确定该用户设备的天线单元及该天线单元的预编码矩阵。

2.根据权利要求1所述的基于LTE通信标准的天线分布方法，其特征在于，步骤2中通过测量并反馈参考信号接收功率确定天线单元的预编码矩阵，具体方法为：用户设备测量其中一个天线单元的参考信号接收功率时，该天线单元全功率发射，其他天线单元关闭或者降低发射强度；以此方式测量并反馈每个天线单元的参考信号接收功率给eNodeB基站，eNodeB基站确定该用户设备的天线单元及该天线单元的预编码矩阵。

3.根据权利要求1所述的基于LTE通信标准的天线分布方法，其特征在于，测量间隙为一个以上的子帧，由eNodeB基站进行配置。

4.根据权利要求1所述的基于LTE通信标准的天线分布方法，其特征在于，步骤3根据天线单元的预编码矩阵对所有用户设备进行分组，一个以上的天线单元服务于同一组的用户设备。

5.根据权利要求1所述的基于LTE通信标准的天线分布方法，其特征在于，步骤4通过OFDMA和TDMA相结合的方式，将下行数据信道的资源按照时间-频率对每组用户设备进行分配；每组用户设备对应的控制信道区域和数据信道区域所占用的时间段的大小是一个以上的子帧，该时间段的大小可以根据天线的下行荷载量进行调整。

6.一种基于LTE通信标准的天线系统，其特征在于，该系统包括eNodeB基站、射频拉远头、天线单元、用户设备；

eNodeB基站与天线单元之间通过射频拉远头连接；eNodeB基站通过基带信号控制天线单元降低发射功率或者完全关闭；

7.根据权利要求6所述的基于LTE通信标准的天线系统，其特征在于，天线单元的预编码矩阵根据用户设备测量并反馈信道状态信息来确定，具体为：用户设备测量其中一个天线单元的信道状态信息时，其他天线单元在测量间隙内被eNodeB基站控制关闭；以此方式，用户设备测量并反馈每个天线单元的信道状态信息给eNodeB基站，eNodeB基站确定该用户设备的天线单元及该天线单元的预编码矩阵；所述测量间隙为一个以上的子帧，由eNodeB基站进行配置；或天线单元的预编码矩阵根据用户设备测量并反馈参考信号接收功率来确定，具体为：用户设备测量其中一个天线单元的参考信号接收功率时，该天线单元全功率发射，其他天线单元关闭或者降低发射强度；以此方式测量并反馈每个天线单元的参考信号接收功率给eNodeB基站，eNodeB基站确定该用户设备的天线单元及该天线单元的预编码矩阵。

8.根据权利要求6所述的基于LTE通信标准的天线系统，其特征在于，每组用户设备对应的控制信道区域和数据信道区域所占用的时间段的大小是一个以上的子帧，该时间段的大小根据天线的下行荷载量进行调整。