CN105472750A - 一种基于单天线地铁覆盖场景下的lte频率资源复用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单天线地铁覆盖场景下的LTE频率资源复用方法，包括终端上报从基站两端口上分别接收到的信号强度，基站根据终端上报情况确定终端在哪个天线的覆盖区域以及两天线的信号强度差，基站实现单天线覆盖下不同天线的远端用户间的频率资源复用，且基站从接收天线数据开始对两端口接收数据按照上层配置分别进行解码。本发明设计了一种实现简单并且准确度高的资源复用方法，实现在一定程度上的资源复用，并且可以同时应用于下行和上行方向。

Description

一种基于单天线地铁覆盖场景下的LTE频率资源复用方法

技术领域

本发明涉及一种基于单天线地铁覆盖场景下的LTE频率资源复用方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

当前，地铁通信中的业务种类不断增加，带宽需求持续加大；而由于地铁通信场景，必须使用无线通信技术，基于上述需求，地铁通信中迫切需求一直宽带无线通信技术。而LTE技术作为一种宽带无线通信技术目前已经非常成熟，因此，越来越多的地铁项目中使用LTE作为无线通讯解决方案。

由于地铁空间限制，LTE覆盖通常使用小型化的2通道RRU设备，每个射频拉远单元(RadioRemoteUnit，RRU)支持单载扇，基带处理单元(BasebandUnite，BBU)可以连接一个RRU，也可以使用RRU级联方式延伸覆盖距离。在天线选型方面，通常使用泄露电缆，具体部署方式有两种类型，分别如图1和图2所示。

图1所示的部署方式，其优势是可以支持下行MIMO(MultipleInputMultipleOutput)，下行速率能得到大幅提升，但在实际工程实施中存在一定难度，主要有以下两方面的原因：一、泄露电缆成本高，多铺一条缆要大幅增加材料及施工费用；二、隧道内已经部署的其他系统线缆占用了大量的缆架空间，而13/8’泄露电缆本身也要占用比较大的空间，导致现有缆架空间无法满足两条线缆的架设需求。另外，在一些应用场景下，主要是对上行带宽的需求比较高，而对下行的带宽需求不大，综合上述的因素，在实际部署中，图2所示的部署方式也会普遍存在。

图2所示的部署方式，由于是单天线覆盖，因此下行MIMO是无法实施的，即不能实现频域资源的复用。如果要实现上行MIMO，用户配对算法以及联合检测算法也会非常复杂，并且随着用户数的增加，最终的效果也会大打折扣。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于单天线地铁覆盖场景下的LTE频率资源复用方法，针对背景技术中如图2所示部署的应用场景，实现在一定程度上的资源复用，并且可以同时应用于下行和上行方向，该方法实现简单并且准确度高。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于单天线地铁覆盖场景下的LTE频率资源复用方法，包括上行频率资源复用和下行频率资源复用，在上行频率资源复用和下行频率资源复用之前，基站通过各天线端口的信号强度判断终端所在位置处于对应天线的覆盖区域；

所述上行频率资源复用包括如下步骤：

1)将小区配置为两端口小区，一个端口映射一个天线，并对频率资源进行规划，分为复用频率资源和非复用频率资源；

2)将终端接入网络并分配非复用频率资源；

3)基站在终端接入网络时，为终端测量小区信号进行配置，当终端测量的小区信号小于门限值时，将测量结果上报给基站；

4)基站分析该测量结果，判断终端所处位置属于对应的天线覆盖区域，并分配相应天线的复用频率资源给终端；

5)当终端所处位置使得测量的小区信号大于等于门限值时，终端向基站上报，基站取消复用频率资源的调度，转为给终端分配非复用频率资源；

所述下行频率资源复用包括调整各天线端口的预编码矩阵实现两个天线的频率资源复用，且端口与天线一一映射，其中各天线端口的预编码矩阵为：

当第一端口的数据都为0时，第二端口的预编码矩阵为：

$\left[\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(2i\right)\\ y^{\left(1\right)}\left(2i\right)\\ y^{\left(0\right)}(2i+1)\\ y^{\left(1\right)}(2i+1)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}1& 0& j& 0\\ 0& -1& 0& j\\ 0& 1& 0& j\\ 1& 0& -j& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{Re}\left(x^{\left(0\right)}\right(i\left)\right)\\ \mathrm{Re}\left(x^{\left(1\right)}\right(i\left)\right)\\ \mathrm{Im}\left(x^{\left(0\right)}\right(i\left)\right)\\ \mathrm{Im}\left(x^{\left(1\right)}\right(i\left)\right)\end{array}\right],$

当第二端口的数据都为0时，第一端口的预编码矩阵为：

$\left[\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(2i\right)\\ y^{\left(1\right)}\left(2i\right)\\ y^{\left(0\right)}(2i+1)\\ y^{\left(1\right)}(2i+1)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}1& 0& j& 0\\ 0& -1& 0& j\\ 0& 1& 0& j\\ 1& 0& -j& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{Re}\left(x^{\left(0\right)}\right(i\left)\right)\\ \mathrm{Re}\left(x^{\left(1\right)}\right(i\left)\right)\\ \mathrm{Im}\left(x^{\left(0\right)}\right(i\left)\right)\\ \mathrm{Im}\left(x^{\left(1\right)}\right(i\left)\right)\end{array}\right],$

其中，x(i)＝[x⁽⁰⁾(i)x⁽¹⁾(i)]^T为层映射的输出，y(2i)＝[y⁽⁰⁾(2i)y⁽¹⁾(2i)]^T、y(2i+1)＝[y⁽⁰⁾(2i+1)y⁽¹⁾(2i+1)]^T分别为各天线端口资源上的向量块。

优选的，所述判断终端所在位置处于对应天线的覆盖区域的方法为：基站通过两个天线向终端发送信号，终端分别对两个天线端口的信号强度进行测量并上报给基站，基站根据终端上报情况确定终端处于对应天线的覆盖区域。

优选的，所述终端分别对两个天线端口的信号强度进行上报的方法为：将MeasurementReport空口消息中MeasurementReport-r8-IEs之内的扩展字段nonCriticalExtension扩展为一个包含两个天线测量结果的结构，使得终端将两个天线端口上的信号强度分别进行上报。

优选的，所述门限值是两个天线端口的信号强度差大于等于30dB。

优选的，所述天线为泄露电缆。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明基于单天线地铁覆盖场景下的LTE频率资源复用方法，针对地铁或隧道单天线覆盖场景引入频域资源复用，可以大大提升系统的整体吞吐量。

2、本发明基于单天线地铁覆盖场景下的LTE频率资源复用方法，可以同时适用上行及下行两个方向，且可以使用同一判决准则。

3、本发明基于单天线地铁覆盖场景下的LTE频率资源复用方法，还可以进一步扩展应用到RRU级联方式，此时需要BBU给级联RRU的信号为单端口信号。

附图说明

图1是双天线地铁覆盖场景图。

图2是单天线地铁覆盖场景图。

图3是本发明中上行资源复用的流程图。

图4是单天线地铁覆盖场景下的定性分析图。

图5是单天线地铁覆盖场景下的定量分析图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

为了实现在一定程度上的资源复用，并且可以同时应用于下行和上行方向，UE及eNodeB都有一些需求需要实现。基站需要判断UE所在位置处于哪个天线的覆盖区域，通过基站本身的物理层测量不能保证准确性，只能依靠UE对下行RSRP(ReferenceSignalReceivedPower)的测量。UE本身已经实现对两个端口上的信号强度的测量，只是传统测量上报的空口消息仅包含一个RSRP，无法区分具体天线，因此需要修改MeasurementReport空口消息格式，以便UE可以将两个天线端口上的RSRP也能分别进行上报。

这需要使用原有MeasurementReport消息中MeasurementReport-r8-IEs之内的扩展字段nonCriticalExtension，将其扩展为一个包含两根天线测量数据的结构。基站需要同步实现对该空口消息的解析。

1、下行资源复用

下行使用2端口发射分集进行传输，传统的预编码方式无法实现两端口上频率资源复用，因此，需要对预编码矩阵进行调整。由于端口数和天线数都是2，可以使用端口与天线一一映射的方式。为了达到资源复用，两端口使用不同的预编码矩阵：

传统的预编码如下：

$\left[\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(2i\right)\\ y^{\left(1\right)}\left(2i\right)\\ y^{\left(0\right)}(2i+1)\\ y^{\left(1\right)}(2i+1)\end{array}\right]=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cccc}1& 0& j& 0\\ 0& -1& 0& j\\ 0& 1& 0& j\\ 1& 0& -j& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{Re}\left(x^{\left(0\right)}\right(i\left)\right)\\ \mathrm{Re}\left(x^{\left(1\right)}\right(i\left)\right)\\ \mathrm{Im}\left(x^{\left(0\right)}\right(i\left)\right)\\ \mathrm{Im}\left(x^{\left(1\right)}\right(i\left)\right)\end{array}\right]$

修改后的端口0的预编码矩阵如下，此时端口1上的数据都被清0。

$\left[\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(2i\right)\\ y^{\left(1\right)}\left(2i\right)\\ y^{\left(0\right)}(2i+1)\\ y^{\left(1\right)}(2i+1)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}1& 0& j& 0\\ 0& -1& 0& j\\ 0& 1& 0& j\\ 1& 0& -j& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{Re}\left(x^{\left(0\right)}\right(i\left)\right)\\ \mathrm{Re}\left(x^{\left(1\right)}\right(i\left)\right)\\ \mathrm{Im}\left(x^{\left(0\right)}\right(i\left)\right)\\ \mathrm{Im}\left(x^{\left(1\right)}\right(i\left)\right)\end{array}\right]$

修改后的端口1的预编码矩阵如下，此时端口0上的数据都被清0。

$\left[\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(2i\right)\\ y^{\left(1\right)}\left(2i\right)\\ y^{\left(0\right)}(2i+1)\\ y^{\left(1\right)}(2i+1)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}1& 0& j& 0\\ 0& -1& 0& j\\ 0& 1& 0& j\\ 1& 0& -j& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{Re}\left(x^{\left(0\right)}\right(i\left)\right)\\ \mathrm{Re}\left(x^{\left(1\right)}\right(i\left)\right)\\ \mathrm{Im}\left(x^{\left(0\right)}\right(i\left)\right)\\ \mathrm{Im}\left(x^{\left(1\right)}\right(i\left)\right)\end{array}\right]$

其中，x(i)＝[x⁽⁰⁾(i)x⁽¹⁾(i)]^T为层映射的输出，y(2i)＝[y⁽⁰⁾(2i)y⁽¹⁾(2i)]^T、y(2i+1)＝[y⁽⁰⁾(2i+1)y⁽¹⁾(2i+1)]^T分别为各天线端口资源上的向量块。

2、上行资源复用

对于上行方向，两天线上接收到的数据按传统的处理方式需要进行合并的，常规算法如MRC(maximalratiocombining)算法、IRC(interferencerejectioncombining)算法等。本发明中，要实现两天线上的频域资源的复用，因此，两天线承载的数据属于两个独立的用户，因此不能合并的。这就需要基带在从接收天线数据开始就需要分别对两根天线上的数据分离，并根据MAC(MediumAccessControl)指示对两天线数据进行独立解码。

实际实施时，按如图3所示的流程图中描述的过程进行，具体过程如下：

1)小区配置为2端口小区并进行频率资源规划

为了UE上报时能将两个天线的信号强度进行区分上报，需要将小区配置为2端口小区，同时eNodeB实现时每个端口映射到一根天线，两个端口映射到2根天线。

规划频率资源，以便为处于远端的UE进行频率资源复用分配，其余资源为非复用频率资源。两根天线各自拥有一份相同频率资源池，在资源池中分配时两个天线可以独立管理，这部分资源是可以在两根天线上进行复用的。

2)UE接入分配非复用资源

UE接入后默认使用非复用频域资源进行调度。

3)eNodeB在UE接入网络时给UE配置A2(服务小区信号低于门限值)测量

测量的门限需要根据小区功率及漏缆参数以及其他损耗进行确定，同时需要进行实际测量验证，原则是要保证UE上报A2事件时，其主覆盖的天线的强度要比另一条天线的信号强度高30dB左右。同时需要配置A2离开时也要进行A2事件上报。

4)UE在满足A2上报条件的情况下，通过MeasureReport将测量结果上报给eNodeB。

5)eNodeB收到A2上报结果，进行资源复用分配

eNodeB分析收到的A2上报结果，判断UE处于泄露电缆远端并获得其所处的位置属于哪一根天线覆盖，从相应天线的资源池中分配频率资源。因为是复用频率资源，因此，即使另外一根天线下的用户在使用这部分资源，本天线也可以继续使用。

6)UE离开A2

当UE移动到漏缆近端一定程度时，不再满足A2门限，则UE上报离开A2的事件。

7)eNodeB取消复用调度

eNodeB收到该A2事件之后，不再使用复用资源池中的频率资源调度，而使用非复用频率资源，以便消除复用干扰。

在泄露电缆覆盖场景下，随着与RRU的距离变化，UE从基站两根天线接收到的下行信号强度存在差异，而基站两根天线接收到的UE(UserEquipment)上行信号强度也会存在变化。距离RRU越近的位置，UE从两根天线接收到的信号强度越接近，差值越小；距离RRU越远，UE从两根天线上接收到的信号强度差越大，基站两根天线从UE接收的信号强度也存在相同的规律。

如图4所示，以图中A、B、C、D、E五个点为例进行说明。在A点，UE接接收到Cell1的天线1的信号强度显著高于从天线2上收到的信号强度。而在D点和E点，UE接收到Cell1的天线2的信号强度显著高于从天线1上收到的信号强度，其中E点相比D点从两根天线上接收的信号强度差更突出。而在B点和C点，UE从两个天线上接收到的信号强度差比较小，其中C点相比B点差值更小。而在上行方向，基站两根天线从UE接收到的上行信号强度差异也有同样的规律。

在上述定性分析的基础上，进一步进行定量分析，如图5所示，假如A点距离泄露电缆的距离为2m，A点对应的泄露电缆长度为200m，使用1.8G频段，漏缆的耦合损耗为65dB(2m，95％可通率)，馈线损耗为3.85dB每百米。则在A点接收到的天线1的漏缆辐射出的信号损耗为65+3.85*2＝72.7dB。

下面分析A点接收到天线2的信号强度。B点作为天线2漏缆的第一个泄露点是A点接收到天线2的最强信号辐射点，按照传统的Cost231-Hata传播模型，200m的传输距离的损耗在90dB(漏缆距离地面高度2m)左右，而事实上，辐射型漏缆径向辐射的方向性比较强，而横向辐射能力相对较弱，因此，B点到A点的辐射信号的损耗还要高于90dB，同时考虑漏缆本身还有耦合损耗，因此，估算B点辐射出的信号到A点总的损耗至少要达到110dB。

综上，在A点接收到天线1的信号强度比天线2的信号强度至少高(-72.7dB)-(-110dB)＝37.3dB，因此，天线2对天线1的信号的干扰基本可以忽略。

由此可以得出结论：随着漏缆拉远距离的增加，一根天线对另一根天线的信号的干扰会越来越小，在一定有效距离之后，这种干扰可以忽略。该结论同时适用于下行方向的终端接收及上行方向的基站接收。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于单天线地铁覆盖场景下的LTE频率资源复用方法，包括上行频率资源复用和下行频率资源复用，其特征在于，在上行频率资源复用和下行频率资源复用之前，基站通过各天线端口的信号强度判断终端所在位置处于对应天线的覆盖区域；

所述上行频率资源复用包括如下步骤：

1)将小区配置为两端口小区，一个端口映射一个天线，并对频率资源进行规划，分为复用频率资源和非复用频率资源；

2)将终端接入网络并分配非复用频率资源；

3)基站在终端接入网络时，为终端测量小区信号进行配置，当终端测量的小区信号小于门限值时，将测量结果上报给基站；

4)基站分析该测量结果，判断终端所处位置属于对应的天线覆盖区域，并分配相应天线的复用频率资源给终端；

5)当终端所处位置使得测量的小区信号大于等于门限值时，终端向基站上报，基站取消复用频率资源的调度，转为给终端分配非复用频率资源；

所述下行频率资源复用包括调整各天线端口的预编码矩阵实现两个天线的频率资源复用，且端口与天线一一映射，其中各天线端口的预编码矩阵为：

当第一端口的数据都为0时，第二端口的预编码矩阵为：

$\left[\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(2i\right)\\ y^{\left(1\right)}\left(2i\right)\\ y^{\left(0\right)}(2i+1)\\ y^{\left(1\right)}(2i+1)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}1& 0& j& 0\\ 0& -1& 0& j\\ 0& 1& 0& j\\ 1& 0& -j& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{Re}\left(x^{\left(0\right)}\right(i))\\ \mathrm{Re}\left(x^{\left(1\right)}\right(i))\\ \mathrm{Im}\left(x^{\left(0\right)}\right(i))\\ \mathrm{Im}\left(x^{\left(1\right)}\right(i))\end{array}\right],$

当第二端口的数据都为0时，第一端口的预编码矩阵为：

$\left[\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(2i\right)\\ y^{\left(1\right)}\left(2i\right)\\ y^{\left(0\right)}(2i+1)\\ y^{\left(1\right)}(2i+1)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}1& 0& j& 0\\ 0& -1& 0& j\\ 0& 1& 0& j\\ 1& 0& -j& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{Re}\left(x^{\left(0\right)}\right(i))\\ \mathrm{Re}\left(x^{\left(1\right)}\right(i))\\ \mathrm{Im}\left(x^{\left(0\right)}\right(i))\\ \mathrm{Im}\left(x^{\left(1\right)}\right(i))\end{array}\right],$

其中，x(i)＝[x⁽⁰⁾(i)x⁽¹⁾(i)]^T为层映射的输出，y(2i)＝[y⁽⁰⁾(2i)y⁽¹⁾(2i)]^T、y(2i+1)＝[y⁽⁰⁾(2i+1)y⁽¹⁾(2i+1)]^T分别为各天线端口资源上的向量块。

2.如权利要求1所述基于单天线地铁覆盖场景下的LTE频率资源复用方法，其特征在于，所述判断终端所在位置处于对应天线的覆盖区域的方法为：基站通过两个天线向终端发送信号，终端分别对两个天线端口的信号强度进行测量并上报给基站，基站根据终端上报情况确定终端处于对应天线的覆盖区域。

3.如权利要求2所述基于单天线地铁覆盖场景下的LTE频率资源复用方法，其特征在于，所述终端分别对两个天线端口的信号强度进行上报的方法为：将MeasurementReport空口消息中MeasurementReport-r8-IEs之内的扩展字段nonCriticalExtension扩展为一个包含两个天线测量结果的结构，使得终端将两个天线端口上的信号强度分别进行上报。

4.如权利要求1所述基于单天线地铁覆盖场景下的LTE频率资源复用方法，其特征在于，所述门限值是两个天线端口的信号强度差大于等于30dB。

5.如权利要求1所述基于单天线地铁覆盖场景下的LTE频率资源复用方法，其特征在于，所述天线为泄露电缆。