CN107667541A - 用于海量多输入多输出(mimo)操作中的干扰管理的装置、系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于利用用户设备(UE)执行海量多输入多输出(“MIMO”)操作的方法和设备。该方法和设备从设备的覆盖范围内的UE接收信号、确定UE在覆盖区域内的位置并将操作频带分配到UE以用于与设备进行通信,并且将操作频带分配传输到UE,其中该爱覆盖区域包括多个区域,并且被分配到UE的操作频带基于区域中的与位置对应的一个区域。
Description
优先权请求/以引用方式并入
本专利申请要求于2015年5月29日提交的标题为“Apparatus, Systems andMethods For Interference Management in Massive Multiple-Input and Multiple-Output(MIMO)Operations”的美国临时专利申请62/168,447 的优先权,该美国临时专利申请全文以引用方式并入本文。
背景技术
在无线通信网络中,多输入多输出(“MIMO”)操作为用于通过使用多个发射天线和接收天线来使无线电链路的容量倍增的方法。MIMO技术已被结合到无线宽带标准诸如第三代合作伙伴计划(“3GPP”)标准 (例如,4G-长期演进(“LTE”)网络)和电气电子工程师协会(“IEEE”)无线技术中。通过采用多路径传播,MIMO通信针对每个发射器/接收器利用多个天线,以允许实现更大数量的可能信号路径以及在数据速率和链路可靠性方面的改善性能两者。然而,基于MIMO的通信的下侧包括复杂度增大的硬件,并且传输的两端处的信号处理的复杂度以及能耗也增大。
海量MIMO或者大规模MIMO是指使用数量非常大(例如,数百或数千)的发射天线和接收天线的技术。因此,海量MIMO通过使用互相协作并且自适应地操作的这些多个天线来改善当前实践。额外的天线的有用之处在于将对信号能量的传输和接收集中到空前小的空间区域中。这可显著改善吞吐量并降低所需的发射功率,尤其是当与大量(例如,数十或数百)用户终端的同时调度组合时。海量MIMO网络还可显著增大移动设备或用户设备(“UE”)处的信号强度,即便只有服务节点或增强节点B (“eNB”)具有大量天线。然而,必须注意的是,海量MIMO通信的常规使用基于单频网络。此外,虽然海量MIMO降低了所需的发射功率,但由于多射频(“RF”)链和复杂的信号处理,常规MIMO(即,非海量 MIMO)需要在UE处消耗更多的能量。
虽然海量MIMO的有益效果包括广泛使用廉价的低功率部件、延迟减小、以及简化媒体访问控制(“MAC”)层,但对于当前的操作仍存在局限性。例如,在用于管理网络中的不同小区之间的干扰的常规方法中, eNB协调小区边缘处的UE的传输。这些经协调的传输指导UE使用频谱段的特定部分。然而,这些通信可需要大量开销和功耗,以便在整个网络中分配管理信息。因此,需要一种更高效的系统和方法来进行海量MIMO通信系统中的干扰管理。
发明内容
本文描述了一种用于海量MIMO通信系统中的干扰管理的系统和方法。一种方法可包括:通过基站来确定第一UE的用户设备(“UE”)位置,其中该基站经由海量多输入多输出(“MIMO”)操作来与第一UE进行通信;基于UE位置来分配要由第一UE使用的频带;识别第一UE的新 UE位置;以及基于新UE位置来调整要由第一UE使用的频带。
本文还描述了一种基站设备,该基站设备具有:被配置为执行海量多输入多输出(“MIMO”)操作的多个天线;被配置为从基站的覆盖区域内的用户设备(UE)接收信号的接收电路;被配置为确定UE在覆盖区域内的位置并将操作频带分配至UE以用于与基站进行通信的基带处理器,其中该覆盖区域包括多个区域并且被分配到UE的操作频带基于区域中的与该位置对应的一个区域;以及用于将操作频带分配传输到UE的传输电路。
本文还描述了一种由基站执行的方法。该方法包括:经由海量多输入多输出(“MIMO”)操作来与第一用户设备(“UE”)和第二UE进行通信;确定第一UE被定位在相对于基站的第一地理区域中;确定第二UE 被定位在相对于基站的第二地理区域中;将第一UE分配到包括第一频率范围的第一频带;以及将第二UE分配到包括第二频率范围的第二频带,其中第二频率范围为第一频率范围的子集。
附图说明
图1示出了根据本文所述的各种实施方案的示例性海量MIMO通信系统。
图2A和图2B示出了根据本文所述的各种实施方案的整个示例性海量 MIMO小区中的谱频使用。
图3示出了根据本文所述的各种实施方案的用于通过调整海量MIMO 通信系统内的UE的频谱使用来进行干扰管理的示例性方法。
图4示出了根据本文所述的各种实施方案的用于管理海量MIMO通信系统内的多个UE的干扰水平的示例性方法。
图5示出了根据本文所述的各种实施方案的示出了海量MIMO网络内的干扰水平的示例性曲线图。
具体实施方式
参考以下描述以及附图可进一步理解示例性实施方案,其中类似的元件利用相同的参考标号被涉及。示例性实施方案描述了用于将频带分配到基站的覆盖区域内的作为海量MIMO基站进行操作的UE的装置、系统和方法。在示例性实施方案中,基站将被描述为演进型节点B(eNB)基站,该eNB基站通常被称为与LTE网络相关联的基站。然而,本领域的技术人员将理解,根据其他网络标准进行操作的基站也可根据本文所述的功能和原理来实现示例性实施方案,其包括网络标准的进一步的改进,诸如通常被称为5G系统以及更新版本的那些网络标准。
在描述示例性实施方案之前,将举例说明在整个说明书中将使用的若干个术语。无线电接入技术的频谱可被划分成不同的频带。例如,L被TE 可被分配频谱。该频谱可划分成多(N)个离散频带。例如,在LTE中,频带1可包括上行链路(UL)中的频率范围1920MHz-1980MHz以及下行链路(DL)中的频率范围2110MHz-2170MHz,频带2可包括UL中的频率范围1850MHz-1910MHz以及DL中的频率范围1930MHz-1990MHz,并且频带3可包括UL中的频率范围1710MHz-1785MHz以及DL中的频率范围 1805MHz-1880MHz。LTE包括更多频带,并且这些频带仅作为示例来提供。
在整个说明书中,当提及UE被分配全频带时,其意指UE可使用所分配的频带内的任一频率。例如,如果UE被分配LTE频带1的全频带,则UE可使用UL中的频率1920MHz-1980MHz中的任一频率。相比之下,当 UE被分配部分频带时,UE仅可使用所分配的频带内的一部分频率。例如,如果UE被分配LTE频带1的部分频带,则UE仅可使用UL中的频率1920MHz-1980MHz的部分范围,例如,1940MHz-1960MHz。
图1示出了根据本文所述的各种实施方案的示例性海量MIMO通信系统100。该示例性系统100可包括与多个移动设备诸如UE 120-140进行通信的海量MIMO基站,诸如eNB110。此外,eNB 110可包括控制系统 111、基带处理器112、传输电路113、接收电路114、网络接口115、以及多个天线116。接收电路114可从由UE 120-140提供的一个或多个远程发射器接收射频信号方位信息,诸如位置信息。
eNB 110的基带处理器112可处理数字化接收信号,以提取在所接收的信号中传送的信息或数据位。这种处理可包括例如解调、解码和错误校正操作。因此,该基带处理器112可在一个或多个数字信号处理器 (“DSP”)或专用集成电路(“ASIC”)中实现。如上所述,从UE 120- 140中的任一UE接收的信息可用于确定该特定UE的位置。
应当注意的是,可使用包括集成电路、ASIC、数字信号处理器等的各种电子部件来实现eNB 110的部件111-115中的每个部件。这些部件111- 115还可执行软件或固件,以执行本文所述的功能。此外,eNB 110还可包括在图1中未示出的附加部件。
一旦eNB 110确定UE的当前位置,eNB 110便可分配供UE使用的频带。如上所述,被分配到UE的频率可包括全频带或部分频带。eNB 110对全频带或部分频带的分配可取决于UE 120-140的所确定的位置。UE 120- 140的相对位置可包括例如位于eNB 110小区覆盖范围的边缘上、靠近 eNB 110等。对频带的分配将在下文更详细地描述。然后所分配的频带信息可经由网络接口115跨无线网络而被发送并且可传输回到UE。
为了执行对分配信息的传输,基带处理器112可在控制系统111的控制下从网络接口115接收数字化数据诸如控制信息,并对数据进行编码以用于传输。经编码的数据被输出到传输电路113,在该传输电路处,该数据由具有一个或多个所需传输频率的一个或多个载波信号而被调制。也可使用功率放大器(未示出)来将经调制的载波信号放大到适合传输的水平,并将经调制的载波信号递送到UE 120-140的天线。
图2A和图2B示出了根据本文所述的实施方案的整个示例性海量MIMO小区中的频带使用。图2A示出了根据本文所述的各种实施方案的用于管理海量MIMO网络中的多个UE的干扰水平的示例性eNB(例如, eNB 110)的小区布局图210。如图2A所示,被分配到UE的频带可基于 UE当前所驻留的小区。更具体地,小区布局图210中的小区中的每个可表示不同的频带。例如,在小区布局图210中,小区211被分配频带221,小区212被分配频带222,小区213被分配频带223,小区214被分配频带 224,小区215被分配频带225,小区216被分配频带226,并且小区217 被分配频带227。可能要注意的是,eNB中的每个eNB的频带分配可为预先确定的,并且因此不需要eNB之间的任何通信。
图2B示出了根据本文所述的各种实施方案的基于UE与eNB的接近度而进行的对频带的eNB分配230。例如,图2B可表示如图2A中所示的具有对应频带221-227的各个小区211-217中的任一小区,例如,eNB分配 230可表示具有频带分配221的小区211。如图2B所示,在UE的位置改变时,eNB可自适应地调整被分配到UE的频带(例如,全频带或部分频带)。具体地,远离eNB行进的UE可从当位于最靠近eNB的区域241中时使用全频带231转变成当位于区域242中时使用全频带与部分频带之间的自适应使用232,并且最终转变成当位于区域243中的小区的边缘上时使用部分频带233。在自适应使用232期间,eNB可根据从UE接收的当前位置信息在全频带与部分频带之间交替,该当前位置信息诸如为但不限于路径损耗和干扰测量。会聚区域241-243为小区的覆盖区域。本领域的技术人员将理解,相比于在图2A中所示的六边形形状以及在图2B中所示的圆形形状,小区的覆盖区域可较不规则。
根据本文所述的示例性实施方案,可为靠近eNB(例如,区域241 中)的UE分配全频带以供使用。对于位于小区(例如,区域243中)的边缘上较远离eNB的UE,eNB可仅分配部分频带。为了使UE处的干扰的可能性最小化,可预先确定与特定部分频带对应的频率的一部分。由于eNB 为了与网络中的UE进行海量MIMO通信而部署了大量天线,因此eNB可补偿小区的边缘上的UE的吞吐量损失。应当注意的是,与这些区域241- 243(例如,全频带区域241、自适应区域242、部分频带区域243)中的每个区域对应的与eNB相距的确切距离可取决于任意数量的因素。例如,靠近大量其他eNB定位的eNB可具有比靠近少量其他eNB的eNB更大的边缘区域(部分频带区域243),因为在具有更高的eNB密度的位置,信号之间的干扰的可能性较高。还可考虑其他因素,诸如物理障碍物。在一个示例性实施方案中,可基于网络规划因素来为每个已部署的eNB创建频率图。因此,可能的是,每个eNB可具有不同的频率图(例如,不同的区域 241-243)。
图3示出了根据本文所述的各种实施方案的用于通过调整海量MIMO 通信系统内的UE的频带使用来进行干扰管理的示例性方法300。需要注意的是,整个方法300可由能够利用多个天线使用海量MIMO操作来与至少一个UE进行通信的基站或eNB执行。将参考图1的eNB 110和UE 120- 140以及图2B的小区区域241-243来描述该示例性方法。然而,如上所述,该示例性方法也可以其他类型的布置来实现。
在310中,eNB 110可从UE(例如,UE 120)接收用于指示UE 120 的位置的信息和/或UE 120的信号质量信息。例如,所接收的信息可包括位置信息诸如UE 120的全球定位卫星(“GPS”)信息,或者信号质量信息诸如UE 120的接收信号强度指示(“RSSI”)。本领域的技术人员将理解,使用GPS信息为用于确定UE的位置的一个示例性方法,并且服务 eNB可使用任意数量的另选定位方法。例如,其他定位方法可包括全球导航卫星系统(“GNSS”)、可视WiFi接入点、可视eNB等。此外,使用 RSSI信息为用于确定信号质量的一个示例性方法,并且服务eNB可使用任意数量的另选信号质量测量方法。例如,其他测量信号质量指标可包括信道质量指示符(“CQI”)、秩、信号噪声加干扰比(“SNIR”)等。
在320中,eNB 110可基于所接收的信息来确定UE 120的位置。例如,eNB 110可将UE 120的相对位置识别为以下各项中的一者:靠近 eNB、位于小区覆盖半径内的中点、或者位于小区覆盖范围的边缘上。如上所述,被定位在这些位置中的每个位置中的UE可从eNB110接收不同的处理。
在330中,eNB 110可基于UE 120的所确定的位置来分配供UE 120 使用的频带。例如,靠近eNB驻留(例如,区域241中)的任何UE可被分配全频带以供使用,并且驻留在小区边缘(例如,区域243中)的任何UE可被分配部分频带以供使用。此外,在UE远离或朝着eNB转移时,位于小区覆盖半径内(例如,区域242中)的中点的UE可具有自适应分配。
应当注意的是,在320中描述了eNB 110基于位置信息来确定UE 120 的位置。也可使用信号质量信息来确定位置。例如,可根据信号质量信息而非地理区域来定义区域241-243。为了提供特定示例,可以考虑的是,可将具有高于第一阈值(例如,相对较高的RSSI)的RSSI的那些UE视为位于相对靠近eNB 110的区域241中并且因此被分配全频带。相比之下,可将具有低于第二阈值(例如,相对较低的RSSI)的RSSI的那些UE视为位于相对较远离eNB110的区域243中并因此被分配部分频带。自适应区域 242可被视为介于这两个阈值之间的RSSI。同样,应当注意的是,这仅是将信号质量信息用作位置代理的一个示例,并且可存在进行这种位置确定的其他方式。
应当注意的是,在330中描述了eNB 110基于所识别的区域来分配频带。然而,也可使用信号质量信息来分配频带。例如,eNB 110可使用位置信息来确定eNB 120当前正占据哪个区域(例如,区域241-243)。然而, eNB 110也可使用信号质量信息来进行对频带的分配。例如,eNB 110可使用位置信息来确定UE位于区域241中。然而,信号质量信息可指示在UE 120和eNB 110之间存在低信号质量(例如,低RSSI)。在此类情况下, eNB 110在分配频带时还可考虑信号质量信息。例如,位于区域241中和相对较低的RSSI的组合可导致eNB110将UE 120分配到自适应频带232,而不是全频带231。
在340中,eNB 110可接收用于指示UE 120的位置的变化的另外的信息。如上所述,该信息可包括与来自UE 120的位置信息和/或信号质量信息(例如,GPS数据和/或RSSI信息)相关的信息。因此,在350中,eNB 110可基于另外的位置信息来确定UE 120的新位置。
在360中,eNB 110可基于新位置信息来调整供UE 120使用的频带分配。如上所述,对频带的分配可为自适应的,以允许在UE 120在eNB 110 的覆盖区域内行进时UE的分配发生变化。具体地,当UE 120行进到小区边缘(例如,区域243中)时,eNB 110可将频带分配从全频带调整成部分频带。
示例性方法300提供了确定UE当前正占据哪个区域(例如,区域 241-243)以及eNB要向UE分配哪个频带分配(例如,分配231-233)的方式。如果UE 120被分配到自适应使用232,则eNB 110可在全频带和部分频带之间交替。例如,UE 110可保持在相同的区域242内,但在一些情况下被分配全频带,而在其他情况下被分配部分频带。eNB 110可基于与 UE120直接相关的因素和/或不与UE 120直接相关的因素来确定该自适应使用。在一个示例中,eNB 110可通过从UE 120接收的信号诸如但不限于路径损耗和干扰测量来进行直接测量,以确定是要将全频带还是将部分频带分配到UE 120(例如,高路径损耗或干扰指示eNB110应将部分频带分配到UE 120)。这些测量与UE 120的操作直接相关。在另一个示例中,eNB 110可基于信息诸如但不限于基于小区需使用的波束形成的小区负荷信息或UE集群信息来进行该确定(例如,高小区负荷或高度集群UE指示 eNB 110应将部分频带分配到UE120)。这些测量不与UE 120的操作直接相关,而是与小区内的操作或状况相关。
通过利用上文在图3的方法300中所述的频率管理实施方案,eNB 110 可继续管理UE 120的频带使用以及小区中的任何其他UE(例如,UE 130 和140),并同时使UE的干扰水平最小化。
图4示出了根据本文所述的各种实施方案的用于管理海量MIMO通信系统内的多个UE的干扰水平的示例性方法400。同样,将参考图1的eNB 110和UE 120-140以及图2B的小区区域241-243来描述该示例性方法 400。
在410中,示例性eNB(例如,eNB 110)或基站可经由海量MIMO 操作来与第一UE(“UE1”)(例如,UE 130)和第二UE(“UE2”) (例如,UE 140)进行通信。根据方法400的一个实施方案,UE1 130可靠近eNB 110驻留,并且UE2 140可驻留在小区的边缘上。
在420中,eNB 110可确定UE1 130被定位在相对于基站的第一地理区域(例如,区域241)中。如上所述,eNB 110可使用任何数量的定位技术和信号质量测量技术,诸如对UE1130的GPS数据和/或RSSI数据的分析。
在430中,eNB 110可确定UE2 140被定位在相对于基站的第二地理区域(例如,区域243)中,其中相比第一地理区域,第二地理区域距基站较远。更具体地,eNB 110可将UE2140识别为被定位在小区覆盖范围的边缘处。
在440中,eNB 110可将全频带分配到UE1 130。由于UE1 130靠近 eNB 110,因此在UE1 130处接收的干扰水平可能是最小化的。因此,可从 eNB 110为UE1 130分配全频带231,因为UE1 130不太可能接收到来自其他eNB的信号的干扰。本领域的技术人员将理解,全对频带231的使用使得UE支持较高的吞吐量。
在450中,eNB 110可将部分频带233分配到UE2 140。由于UE2 140 距eNB 110较远,因此来自相邻小区的干扰的可能性可能较高。因此, eNB 110可为UE2 140分配部分频带。该部分频带可由eNB 110预先确定,以便在UE2 140驻留在小区边缘(例如,区域243)上时使在UE2处接收的干扰水平最小化。例如,部分频带中的频率范围可被选择为该频带内的中间频率范围,因为这些频率较不可能与相邻频带发生干扰。例如,在具有上行链路(UL)中的1920MHz-1980MHz的范围的LTE频带1中,部分频带可被分配作为1940MHz-1960MHz。与使用全频带相比,对部分频带的这种使用导致较低的吞吐量。然而,对海量MIMO方案的使用可缓解由部分频带使用导致的吞吐量缺点。
图5示出了根据本文所述的各种实施方案的示出了海量MIMO网络内的干扰水平的示例性曲线图。具体地,曲线图500示出了干扰测量的渐进结果,从而表现出高信噪比(“SNR”)。如曲线图500所示的,在UE移动远离服务eNB并且朝向小区的边缘移动时,UE的干扰水平增大。在干扰水平增大的情况下,可减少干扰的数量,以便保持相同的吞吐量。因此,可通过eNB将部分频带分配到小区的边缘处的任何UE来在UE处使用较小的带宽。
需要注意的是,示例性实施方案是参考高级LTE海量MIMO通信系统来描述的。然而,本领域的技术人员将理解,可应用示例性实施方案来管理任何无线通信方案内的干扰,该无线通信方案包括具有与高级LTE方案不同的特征的那些无线通信方案。
对本领域的技术人员而言将显而易见的是,可在不脱离本发明的实质或范围的前提下对本发明进行各种修改。因此,本发明旨在涵盖本发明的修改形式和变型形式,但前提是这些修改形式和变型形式在所附权利要求及其等同形式的范围内。
Claims (20)
1.一种方法,包括:
在基站处:
确定第一用户设备(“UE”)的UE位置,其中所述基站经由海量多输入多输出(“MIMO”)操作来与所述第一UE进行通信;
基于所述UE位置来分配要由所述第一UE使用的频带;
识别所述第一UE的新UE位置;以及
基于所述新UE位置来调整要由所述第一UE使用的所述频带。
2.根据权利要求1所述的方法,其中调整所述频带使要由所述UE使用的频率范围变窄。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述UE位置基于从所述UE接收的位置信息或信号质量信息中的一者来确定。
4.根据权利要求3所述的方法,其中所述位置信息包括以下各项中的一者:全球定位卫星(GPS)信息、全球导航卫星系统(GNSS)信息、可视WiFi接入点信息、或可视演进型节点B信息。
5.根据权利要求3所述的方法,其中所述信号质量信息包括以下各项中的一者:接收信号强度信息(RSSI)、信道质量指示符(“CQI”)、秩、或信号对噪声加干扰比(“SNIR”)。
6.根据权利要求1所述的方法,其中所述基站包括具有多个区域的覆盖区域,并且其中所述UE位置位于所述区域中的一个区域中,其中对所述频带的所述分配基于所述区域中的所述一个区域。
7.根据权利要求6所述的方法,其中所述区域包括其中所述UE被分配第一频率范围的全频带区域、其中所述UE被分配第二频率范围的部分频带区域、和其中所述UE被分配所述第一频率范围或所述第二频率范围中的一者的自适应使用区域,其中所述第二频率范围为所述第一频率范围的子集。
8.根据权利要求7所述的方法,其中当所述UE位置位于所述自适应使用区域中时,所述UE被分配所述第一频率范围或所述第二频率范围中的所述一者是基于从所述UE接收的信号的第一特性或所述基站的小区的第二特性中的一者的。
9.根据权利要求8所述的方法,其中从所述UE接收的所述信号的所述第一特性为所述信号的路径损耗或干扰中的一者。
10.根据权利要求8所述的方法,其中所述基站的所述小区的所述第二特性为小区负荷或小区集群。
11.一种基站设备,包括:
多个天线,所述多个天线被配置为执行海量多输入多输出(“MIMO”)操作;
接收电路,所述接收电路被配置为从所述基站的覆盖区域内的用户设备(UE)接收信号;
基带处理器,所述基带处理器被配置为确定所述UE在所述覆盖区域内的位置并将操作频带分配到所述UE以用于与所述基站进行通信,其中所述覆盖区域包括多个区域,并且被分配到所述UE的所述操作频带基于所述区域中的与所述位置对应的一个区域;和
传输电路,所述传输电路用于将操作频带分配传输到所述UE。
12.根据权利要求11所述的基站,其中所述区域包括其中所述操作频带为第一频率范围的全频带区域、其中所述操作频带为第二频率范围的部分频带区域、和其中所述操作频带为所述第一频率范围或所述第二频率范围中的一者的自适应使用区域,其中所述第二频率范围为所述第一频率范围的子集。
13.根据权利要求12所述的基站,其中当所述位置位于所述自适应使用区域中时,所述操作频带是基于从所述UE接收的信号的第一特性或所述基站的小区的第二特性中的一者来分配的。
14.根据权利要求12所述的基站,其中相比于所述部分频带区域,所述全频带区域为更靠近所述基站的区域,并且所述自适应使用区域被定位在所述全频带区域和所述部分频带区域之间。
15.根据权利要求12所述的基站,其中所述第二频率范围是所述第一频率范围内的中间频率范围。
16.根据权利要求11所述的基站,其中所述基站为长期演进(LTE)网络或高级LTE(LTE-A)网络的演进型节点B(eNB)。
17.根据权利要求11所述的基站,其中所述操作频带不与任何相邻基站的操作频带重叠。
18.根据权利要求11所述的基站,其中所述操作频带包括上行链路(UL)操作频带和下行链路(DL)操作频带,其中在所述UL操作频带和所述DL操作频带之间不存在重叠频率。
19.一种方法,包括:
在基站处:
经由海量多输入多输出(“MIMO”)操作来与第一用户设备(“UE”)和第二UE进行通信;
确定所述第一UE被定位在相对于所述基站的第一地理区域中;
确定所述第二UE被定位在相对于所述基站的第二地理区域中;
将所述第一UE分配到包括第一频率范围的第一频带;以及
将所述第二UE分配到包括第二频率范围的第二频带,其中所述第二频率范围为所述第一频率范围的子集。
20.根据权利要求19所述的方法,其中所述第二地理区域为其中所述基站分配所述第一频带或所述第二频带中的一者的区域。
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