CN104854896B - 基站及其方法 - Google Patents

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Abstract

提供了能够在无线电网络中以低发射功率来提高网络容量的基站(BS)(1000)和位于BS的方法。该方法包括使用一个或多个第一载波对小区进行服务。该方法还包括使用一个或多个波束成形的第二载波对小区内的热点进行服务，其中第一和第二载波共用用于对小区进行服务的总发射功率。基于波束成形的热点载波能够有效地节省发射功率，并且有助于提高总功率利用效率。基站(1000)因此能够以低发射功率来满足容量提高要求。

Description

基站及其方法
技术领域
本公开涉及无线电网络领域，并且更具体地，涉及能够在无线电网络中以低发射功率来提高网络容量的基站(BS)及其方法。
背景技术
对于运营商来说，部署无线电网络的一个步骤是构建宏BS，以保证基本的覆盖。在初始部署阶段通常没有高容量的要求。然而，当网络发展时，网络将会服务越来越多的用户设备(UE)。一些BS将会需要容量扩展。总的来说，存在如下文列出的三种主要解决方案来改进具有捕捉容量要求的宏部署。图1示出了三种解决方案的示意图。
●改善宏
通过例如增加更多的载波来改善宏容量。该方法对于那些具有足够的无线电带宽资源的运营商来说通常是最便宜的解决方案，因为与下文描述的提高宏密度的解决方案相比，不存在针对更多站点的要求。因此资源管理费用COPEX不会提高太多。例如，对于CMCC来说，当前针对TD LTE网络部署存在50MHz的带宽。因此，增加多个载波来用于宏基站容量提高对于CMCC来说是好的选择。
优点：如果运营商具有足够的无线电资源的话，所述解决方案是便宜的。
缺点：需要大量的无线电带宽资源。
●提高宏密度
针对特定区域以较小站点间距离(ISD)来增加宏BS的数量。在该解决方案中，时频资源能够通过部署更多宏BS来在空间域中重新使用。然而，由于运营商需要找到更多的站点来部署BS并且需要部署更多的BS，所以这导致针对运营商的更多的COPEX。该解决方案还给网络优化带来了挑战。
优点：不需要大量的无线电带宽资源。
缺点：COPEX是三种解决方案中最高的。
●增加小的小区
该方法可以看做是提高宏密度解决方案的增强，即异构网络部署，其中，具有较低发射功率的Pico BS专用于向宏部署顶部的热点提供服务。类似于上文中的提高宏密度解决方案，该解决方案也增加了要部署的BS的数量。因此，尤其是与改善宏解决方案相比，该解决方案是昂贵的解决方案。部署的BS具有较低的发射功率，并且因此该解决方案与提高宏密度解决方案相比具有较低的COPEX。此外，该解决方案的性能对Pico BS是否正确地放置在真正的热点是敏感的。因此，当由于热点中的UE移动使热点发生变化时，由该解决方案带来的收益会较低。
优点：不需要大量的无线电带宽资源。
缺点：COPEX相对较高。
从上面的概述中可以看出，改善宏解决方案在三个解决方案中是提高网络容量的最有效的方式，其能够有效地避免提高宏密度解决方案和增加小的小区解决方案的高COPEX的缺点。
在无线电网络中，UE每时每刻在移动。图2示出了在UE移动的场景中三个解决方案的鲁棒性的示意图。
如能够从图2中看出的，当UE在增加更多的载波以覆盖整个小区的改善宏解决方案中移动时，所述UE能够得到好的服务。在提高宏密度解决方案中，增加更多的宏BS以分担并平衡小区中的负荷。然而，由于当UE移动时它们可能集中到一个位置，因此其中一些宏BS可能会过载。增加小的小区解决方案放置Pico BS以对热点进行服务。当热点中的UE移动时，热点会移动或变化。如图2所示，热点会移动到事先部署的Pico BS的覆盖范围以外。因此，提高宏密度解决方案和增加小的小区解决方案并不是针对移动UE来提供足够好的服务的有效的方式。这两种解决方案在这样的移动场景中不能很好的满足预期的网络容量提高。
在改善宏解决方案中，为覆盖整个小区，每个载波将分配有相同的功率，使得即使UE移动也可以确保通过增加更多载波来获得的网络容量增加。图3示出了载波分配有不同功率的改善宏解决方案的示意图。带点的区域中示出的载波分配有较小的功率来对靠近BS的新出现的UE进行服务。当新的UE移动到别处时，通过增加载波获得的网络容量提高将会消失。向每个载波分配足以覆盖整个小区的相同功率能够避免这样的情况。然而，确保多个载波具有覆盖整个小区的相同覆盖将会导致总发射功率效率低下，并增加成本。例如，假设宏覆盖要求每个带宽20MHz的载波具有40W的功率。如果在宏小区中支持了3个具有60MHz带宽的载波，则需要120W的输出功率，这意味着：
●组件成本高了很多。
●由于加热要求，RRU的大小和重量更大。
●当宏BS保持在低发射功率状态时(例如午夜，存在低的负载)，功率效率较低。
因此，仍然需要以相对低的发射功率要求来有效提高网络容量的方法。
发明内容
本公开的目的是提供能够在无线电网络中以低发射功率来提高网络容量的BS和位于BS的方法。
在本公开的方面中，提供了一种基站中的方法，所述方法包括使用一个或多个第一载波来对区域进行服务。所述方法还包括使用一个或多个波束成形的第二载波来对区域内的热点进行服务，其中第一和第二载波共用对该区域进行服务的总发射功率。
第一载波用于确保宏覆盖，而第二载波能够支持容量提高要求。即使热点移动，由于波束成形技术的定向能力，第二载波仍然能够对热点进行服务。第二载波对热点进行服务而不是对整个区域进行服务，并且因此所述第二载波可以分配有比第一载波更低的功率，即低于覆盖整个区域所需的功率。因此，该方法的优点是以低发射功率来提高网络容量。
在本公开的另一个方面中，提供了一种基站，所述基站包括被配置为使用一个或多个第一载波来对区域进行服务的区域服务单元，以及被配置为使用一个或多个波束成形的第二载波对区域中的热点进行服务的热点服务单元。基站还包括被配置为在第一和第二载波之间分配用于对区域进行服务的总发射功率的功率分配单元。
基站使用第一载波对区域进行服务。针对区域中的热点，第二载波被波束成形以对热点进行服务。因此，基站在使用低发射功率对热点进行服务的同时保持了宏覆盖。
附图说明
通过下文的描述和附加的权利要求、连同附图，本公开的前述以及其它特征将变得更加清楚。应当理解，这些附图只描绘了根据本公开的若干实施例，并且因此不能被认为是对其范围的限制，将会通过使用附图，通过附加的特征和细节对本公开进行描述。
图1示出了针对提高网络容量的现有解决方案的示意图。
图2示出了现有解决方案在UE移动的场景中的鲁棒性的示意图。
图3示出了其中载波分配有不同功率的改善宏解决方案的示意图。
图4示出了根据本公开示例实施例的在基站执行的方法的流程图。
图5示出了传统改善宏解决方案与根据本实施例的方法的对照图。
图6是根据本公开另一个实施例的在基站执行的方法的流程图。
图7示出了热点变化前后的热点覆盖的示意图。
图8示出了当小区中存在两个热点时小区覆盖的示意图。
图9是根据本申请实施例的基站的示意图。
具体实施方式
在下文中将根据附图对本公开进行描述。在下面的说明中，一些实施例仅用于说明目的，其并不应被理解为对本公开的限制，而应当理解为其示例。
波束成形技术
波束成形是通过使用形成整个天线阵列的一部分的一些单个天线元件，来产生特定性状的虚拟天线方向图的技术。通常形成天线方向图来产生朝向特定用户的“波束”。这使该特定方向中的天线增益最大化。此外，可以形成波束的图案来保证对非有意用户方向上的最小增益，这具有减小网络中的干扰的附加好处。
通过天线阵列形成的波束可以表示为：
(方程式1)
其中Ai是天线阵列的天线元件i的振幅。M是天线元件的数量，d是天线元件之间的距离，并且是天线元件i的初始相位值。
基站被配置为计算初始相位和振幅以产生天线方向图的特定方向，所述天线单元应当按照所述初始相位和振幅来驱动。如果预期的用户或UE移动，则可以通过调节要施加到每个天线元件的初始相位和振幅来适配向用户或UE的波束。
示例1
图4示出了根据本公开实施例的在基站处执行的方法的流程图。
如图4所示，方法开始于步骤S410，并且所述方法包括基站使用一个或多个载波(下文中称为“第一载波”)来对区域(下文中称为“小区”)进行服务。如果在小区中检测到热点，则在步骤S420处，所述方法还包括使用一个或多个载波(下文中称为“第二载波”)对热点进行服务。第一和第二载波共用用于对区域或小区进行服务的总发射功率。
本文中使用的“热点”是指小区中业务高度集中的地理区域。热点中的UE可以四处移动。因此，热点具有两个特性，即方向和移动性。在实施例中，应用波束成形技术来对热点进行服务。波束成形技术能够覆盖这两个特性并且因此很好地支持热点。
基站具有足够的带宽资源来服务小区。总带宽被分为多个载波，其中每个载波可以具有不同的带宽。载波的数量以及每个载波的带宽取决于：
●热点数量。
●小区覆盖区域的业务需求和热点的业务需求。更多的业务需求将会需要更大的载波带宽。
例如，针对可能存在2个热点并且热点的业务需求占整个小区覆盖区域的总业务需求的一半的小区，总的40MHz带宽分为3个载波，一个20MHz的载波用于小区覆盖，并且另外两个每个为10MHz的载波分别针对两个热点。然后，基站被配置为使用20MHz载波作为第一载波来对小区进行服务，并且所述基站被配置为使用所述两个10MHz载波中的一个作为第二载波来分别对两个热点进行服务。通过增加专用于对热点进行服务的第二载波，热点中的业务拥塞可以从具有高业务量的第一载波卸载到第二载波。因此，可以缓和由无线电网络中宏小区上的高业务量导致的拥塞间题。
可以通过操作管理和维护(OAM)系统，根据整个小区和热点的业务量统计数据，进一步自动调整/检测小区覆盖和热点之间的带宽划分。例如，OAM系统将会记录每个载波的利用比例或每个载波的下行链路吞吐量。如果其超过了预定的阈值，则OAM将增加载波的带宽，并且反之亦然。例如，当热点的业务量减小而小区的业务量增加时，针对热点的载波可以被分配更少的带宽，而针对小区覆盖的载波可以被分配更多的带宽。
确定整个小区的热点数量和业务需求以及热点的业务需求的机制可以预先由运营商来配置。
如上所述，在实施例中，针对小区覆盖的第一载波和针对热点的第二载波共用基站的总发射功率。
第一载波用于保证小区覆盖。按照上述示例，假设针对该20MHz的覆盖需要40W的Pcoverage。如果针对小区覆盖分配了两个或两个以上的载波，则每个载波具有相同的功率并因此具有相同的覆盖。因此，将需要Pcoverage的倍数。基本上，针对每个载波分配功率应当与单一载波的情况相同，以达到相同的覆盖。Pcoverage选择与传统网络配置过程相同，并且只能由运营商来改变，因为它代表了整个小区的最大网络设计覆盖目标。
第二载波的功率Phot-spot根据应用的波束成形技术来确定。如上所述，基站被配置为计算初始相位和振幅来产生特定的方向，天线单元应当按照所述初始相位和振幅来驱动。因此，Phot-spot取决于热点相对于基站的距离或相应的载波的带宽。如果热点距离基站很远，则需要更多的功率。如果热点的业务量很大，则需要更多的带宽来对热点进行服务，这继而导致更大量的Phot-spot。
具有Phot-spot的第二载波被波束成形，以对热点进行服务。因此，波束成形是基于热点的属性。属性包括热点相对于基站的方向、位置、距离和/或路径损耗中的至少一个。
在波束成形技术中，只有某个UE的UE特定信道是波束成形的。即一些信道保持在小区中广播，并且只有特定UE的数据信道被波束成形，以向该UE提供数据业务。在本实施例中，波束成形技术应用于热点的载波。即，本公开中使用的术语“使用波束成形的载波对热点进行服务”等等的意思是全部载波被波束成形以覆盖热点。通过波束成形技术形成的波束随着热点的变化或移动而变化，而不是随着特定UE的移动而变化。
图5示出了传统改善宏解决方案和针对本公开的方法的对照图。总发射功率Ptata1被分为针对小区覆盖区域的Pcoverage和针对热点的Photspot。如图5(a)所示，在传统方法中的传统改善宏解决方案中，Photspot等于Pcoverage。如图5(b)所示，在根据本实施例的方法中，可以将Photspot设置为小于Pcoverage。因此，在根据本公开的方法中，可以在保持网络容量提高的同时降低总发射功率。
在实施例中，被服务的区域称为“小区”。在通用移动电信系统(UMTS)中，术语“小区”表示地理区域。然而，在长期演进(LTE)系统中，术语“小区”被定义为与资源(如带宽)相关联。在特定地理区域中可以存在多个小区，每个小区具有带宽。一些小区对整个区域进行服务，而一些小区只对热点进行服务。通过在实施例中将“小区”更换为“地理区域”，根据本公开的实施例可以适用于LTE系统。贯穿本公开使用的小区表示地理区域。
示例2
图6是根据本公开另一个实施例的在基站处执行的方法的流程图。
如图6所示，方法开始，并且在步骤S610处，基站使用一个或多个第一载波对小区进行服务。在步骤S620处，检测热点是否出现或存在。
应当注意的是，业务强度随着时间和位置而变化。例如，针对具有两个办公楼和一个住宅区的小区，从上午9：00到下午5：00在办公楼出现两个热点，并且从下午5：00到上午9：00在住宅区出现一个热点。因此，运营商可以存储指示小区中热点的时间和位置的热点列表。基站可以查找所述列表以查看热点是否存在。
如果热点存在，则所述方法还包括在步骤S630中，基站选择将用于对热点进行服务的载波。例如，选择了10MHz载波中的一个。基站还可以确定分配给载波的功率。在步骤S640处，方法还包括在步骤S650处，基站将波束成形技术应用到选择的载波，并且使用波束成形的载波对检测到的热点进行服务。
热点可以随着热点中的UE移动而移动或变化。因此，在步骤S660处，基站检测热点是否变化。所述检测可以通过监视热点相对于基站的方向、位置、距离和/或路径损耗来执行。例如，基站可以通过测量热点中所有UE的上行链路信号到达角来确定热点的方向。热点离基站的距离可以基于每个UE的上行链路路径损耗或下行链路路径损耗来确定。热点的位置可以根据热点中UE位置的统计数据来确定。
当检测到热点变化时，方法转到步骤S640，其中载波再次被波束成形，以便使载波的覆盖集中在变化的热点上。
图7示出了热点变化前后热点覆盖的示意图。如图所示，即使在热点中UE移动时，波束成形的载波也可以很好地覆盖热点。
在步骤S670中，基站检测热点是否消失(参见图6)。如果结果为否，则方法转到步骤S620以检测其它热点。如果出现了另一个热点，则方法还包括基站针对该热点选择一个或多个其它/第三波束成形的载波。例如，可以选择10MHz载波中的另一个。针对宏覆盖的一个或多个(第一)载波、针对第一热点的一个或多个(第二)载波和针对该其它热点的一个或多个(第三)载波共用总发射功率。
然而，如果在步骤S670处，检测到不存在热点，则在步骤S680处，释放针对该热点选择的一个或多个(第三)载波。然后所述方法转到步骤S620以检测新的热点。如果存在另一个热点，则基站针对该热点选择载波。例如，可以再次选择使用过的10MHz载波中的一个。
图8示出了小区中存在两个热点的小区覆盖示意图。使用的总发射功率包括针对两个热点使用的功率和针对小区覆盖使用的功率，即，Ptota1＝Phot-spot1+Phot-spot2+Pcoverage。Phot-spot1和Phot-spot2中的每一个根据相应的热点来确定。Phot-spot1和Phot-spot2可以是不同的，并且可以取决于例如几何布置的热点或带宽或一些其它方法。详细的准则取决于具体实现。针对基于几何形状的方法，规则是，如果热点远离基站，则基站将向热点的载波分配更多的功率。为判定热点是否远离基站，它可以是运营商可配置的或者通过一些OAM系统辅助测量，其中OAM收集下行链路路径损耗的UE测量，并且对测量进行分析以确定热点中大部分UE是远离还是接近基站。针对基于带宽的方法，规则是简单的，即带宽越宽，功率越大。如图所示，因为热点1比热点2距离基站更近，所以Phot-spot1可以低于Phot-spot2。根据本实施例使用的总发射功率低于在传统改善宏解决方案中用于对相同数量UE进行服务的总发射功率。
如上所述，运营商可以存储热点列表，并且基站可以查找所述列表来查看热点是否存在。根据实施例，方法还包括基站周期性地检测热点。根据小区中业务量的统计数据来设置检测热点的时间段。针对过去几天已经检测到UE快速移动的时间，例如从家到办公室的切换时间，所述时间段可以设置为几十分钟。针对UE缓慢移动的时间，例如工作时间，时间段可以设置为更长的时间段，例如小时。基站根据设置的时间段来检测热点。
图9是根据本申请实施例的基站的示意图。如图所示，基站1000包括：被配置为使用一个或多个第一载波对小区进行服务的小区服务单元1010、被配置为使用一个或多个波束成形的第二载波对小区中的热点进行服务的热点服务单元1020，以及被配置为在第一和第二载波之间分配用于对小区进行服务的总发射功率的功率分配单元1030。热点服务单元1020还可以包括被配置为确定热点的属性的热点属性确定单元，以及被配置为根据确定的属性将波束成形技术应用到一个或多个第二载波上，以便对热点进行服务的波束成形应用单元。不同单元可以包括在连接到天线和存储器的处理单元(未示出)中。
以结合图6讨论的实施例为例，小区服务单元1010使用一些载波来对整个小区进行服务。如果在小区中出现热点，功率分配单元1030从可使用的载波中选择载波，并且确定将要分配给所述载波的功率。针对小区覆盖的载波和针对热点的载波共用总发射功率。然后，热点服务单元1020使用选择的载波按照分配的功率对热点进行服务。如果出现了另一个热点，则功率分配单元1030从可用的载波中选择其它载波，并且确定将要分配给载波的功率。在此时，针对小区覆盖的载波、向第一热点分配的载波和针对该热点选择的载波共用基站的总发射功率。功率分配单元1030基于热点相对于基站的距离或基于相应载波的带宽来确定用于热点的载波的功率。当热点随着热点中UE的移动而变化时，即当热点相对于基站的方向、位置、距离或路径损耗发生变化时，波束成形应用单元再次对载波进行波束成形，以便将波束的覆盖集中在变化的热点上。基站还可以包括用于存储热点列表的存储器1040，所述热点列表指示热点的出现时间和热点的属性，例如热点的方向、位置、距离或路径损耗。功率分配单元查找所述列表来寻找确定热点的载波的功率需要的参数。作为备选，可以通过一些OAM系统辅助测量来获得参数。
在本申请中，额外地提供载波以满足容量提高需求。与载波分配有能够覆盖小区的功率的传统解决方案相比，根据本申请的解决方案向附加的载波分配覆盖热点所需的功率。波束成形技术用于热点载波，以覆盖热点的方向和移动特性。总的来说，基于波束成形技术的热点载波能够有效地节省发射功率，并且有利于提高总功率利用效率。基站因此能够以低发射功率来满足容量提高需要。
上述说明仅给出了本公开的示例实施例，并且不旨在用任何方式限制本公开。因此，符合本公开的精神和原则的任何修改、替代、改进等应当被涵盖在本公开实施例的范围内。

Claims (16)

1.一种基站中的方法，包括：
-使用一个或多个第一载波对小区覆盖区域进行服务(S410，S610)，所述一个或多个第一载波中的每一个具有覆盖所述小区覆盖区域所需的相同的发射功率；
-分配总发射功率，
-使用一个或多个波束成形的第二载波对所述小区覆盖区域中的热点进行服务(S420，S650)，
-使用一个或多个波束成形的第三载波对区域中的另一热点进行服务(S650)，
其中，所述第一、第二和第三载波共用用于对所述小区覆盖区域进行服务的所分配的总发射功率，并共用用于对所述小区覆盖区域进行服务的总带宽；并且基于所述小区覆盖区域的业务需求和所述热点的业务需求，在所述第一载波和所述第二载波之间分配所述带宽，
其中，所述波束成形的载波是由包括多个天线单元的天线阵列产生的，其中计算每个天线元件要被驱动的各自初始相位和振幅，并施加到相应的天线单元，以产生特定方向的天线方向图。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述热点相对于对所述小区覆盖区域进行服务的所述基站的距离或基于相应载波的带宽来确定所述一个或多个波束成形的第二载波中的每个载波的发射功率。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，基于将要服务的热点的属性来对所述一个或多个波束成形的第二载波进行波束成形(S640)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述热点的属性包括所述热点相对于对所述小区覆盖区域进行服务的基站的方向、位置、距离和路径损耗中的至少一个。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，对所述区域中的热点进行服务还包括：
-周期性地检测(S620)所述小区覆盖区域中的热点。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，当所述热点变化时(S660)，再次对所述一个或多个波束成形的第二载波进行波束成形(S640)。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，根据所述小区覆盖区域中业务量的统计数据来设置检测所述热点的时间段。
8.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
-当所述热点不存在时，释放所述一个或多个波束成形的第二载波。
9.一种基站(1000)，包括：
-被配置为使用一个或多个第一载波对小区覆盖区域进行服务的区域服务单元(1010)，所述一个或多个第一载波中的每一个具有覆盖所述小区覆盖区域所需的相同的发射功率；
-被配置为使用一个或多个波束成形的第二载波对所述小区覆盖区域中的热点进行服务以及使用一个或多个波束成形的第三载波对所述区域中的另一热点进行服务的热点服务单元(1020)，
-被配置为在所述第一载波、第二载波和第三载波之间分配用于对所述小区覆盖区域进行服务的总发射功率的功率分配单元(1030)，其中，所述第一、第二和第三载波共用用于对所述区域进行服务的总带宽；并且基于所述区域的业务需求和所述热点的业务需求，在所述第一载波和所述第二载波之间分配带宽，以及
-天线阵列，包括多个天线单元，所述天线单元被配置为接收相应的初始相位和振幅，相应天线单元按照相应的初始相位和振幅来驱动，以产生特定方向的天线方向图。
10.根据权利要求9所述的基站，其中，所述功率分配单元(1030)被配置为基于所述热点相对于所述基站的距离或基于相应载波的带宽来确定所述一个或多个波束成形的第二载波中的每一个载波的发射功率。
11.根据权利要求9或10所述的基站，其中，所述热点服务单元(1020)还包括：
被配置为确定所述热点的属性的热点属性确定单元；以及
被配置为根据所确定的属性来将波束成形技术应用到所述一个或多个波束成形的第二载波以便对所述热点进行服务的波束成形应用单元。
12.根据权利要求11所述的基站，其中，所述热点的属性包括所述热点相对于对所述小区覆盖区域进行服务的基站的方向、位置、距离和路径损耗中的至少一个。
13.根据权利要求9或10所述的基站，其中，所述热点服务单元(1020)被配置为周期性地检测所述小区覆盖区域中的热点。
14.根据权利要求13所述的基站，其中，当所述热点变化时，再次对所述一个或多个波束成形的第二载波进行波束成形。
15.根据权利要求13所述的基站，其中，根据所述小区覆盖区域中前几天的业务量的统计数据来设置检测热点的时间段。
16.根据权利要求9或10所述的基站，其中，当所述热点不存在时，释放所述一个或多个波束成形的第二载波。
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