CN1774116A - 在分布式无线通信系统中消除蜂窝之间的干扰的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种在包括多个基站的蜂窝通信系统中消除蜂窝间干扰的方法，所述基站将给定的系统资源时分双工为上行链路和下行链路资源并且与位于蜂窝半径r之内的移动站通信。该方法包括以下步骤：沿垂直方向和水平方向以规则的间距排列基站；以及将基站分成第一组和第二组，在相同的时间间隔之内将上行链路或下行链路分配给第一组基站，并且将与第一组基站的资源不同的资源分配给第二组基站。

Description

在分布式无线通信系统中消除蜂窝之间的干扰的方法

本申请要求于2004年11月8日提交到韩国知识产权局的指定序列号为2004-90581的标题为“在分布式无线通信系统中消除蜂窝之间的干扰的方法”的申请的优先权，其内容包含于此，以资参考。

技术领域

本发明涉及一种分布式无线通信系统，更具体地讲，涉及一种基于时分复用(TDM)的分布式无线通信系统中的干扰消除方法。

背景技术

随着无线通信的发展，正在提供各种基于宽带通信的服务，例如视频会议服务或高速互联网接入服务。通过光缆的全球骨干基础架构的建设已经提供几乎无限的通信环境。然而，基于无线接入的通信系统具有不仅非常低而且由移动站的移动性极大地影响的吞吐量。例如，第三代(3G)系统具有不过2Mbps的峰值数据速率。这样的系统具有基本的问题，即相对于对几乎无限的服务的请求，它们具有非常有限的可用频带，就像在拥挤的街道中交通阻塞的情况。这样的系统的另一个问题在于在这样的系统中发射信号功率的过度衰减。例如，为了在2GHz的频带中获得2Mbps的数据速率，需要300mW的发射功率。结果，在5GHz频带中具有100Mbps的数据速率的下一代通信系统中，相同的技术需要30W的发射功率。然而，考虑到便携式终端的电池的寿命和电子波的辐射，将这样大小的发射功率施加于便携式终端是不可能的。

图1表示具有分支结构的传统的蜂窝系统，在该蜂窝系统中，每一基站收发信机(BTS)103-1、103-2、103-3或103-4与位于其服务区之内的移动站105-1到105-12交换信号并且将来自位于其他蜂窝之内的移动站的信号作为干扰来处理。位于蜂窝边界区的移动站根据从在无线网络控制器(RNC)102-1和102-2之下的相邻BTS接收的信号的强度执行越区切换。蜂窝越小，越区切换频率和系统开销越大。同时，蜂窝越小，来自其他蜂窝的干扰变得越大，从而极大地减少了每一蜂窝的容量。

分布式无线通信系统(DWCS)已经作为能够解决上述问题的令人满意的解决方案被提出。可以认为，DWCS具有基于分布式天线、分布式处理器和分布式控制的无线接入系统的新结构。通过紧密的频率再利用，分布式天线技术的使用扩大了系统容量。分布式处理器的控制可实现与一个软件或无线电网络资源的操作相似的操作，这使不同类型的通信方案的同时使用能够实现，并且分布式处理器的控制可实现发送和接收信号的同时处理，这增加了系统容量。

图2表示与传统的蜂窝系统相比的DWCS，其包括三层，即，分布式天线(DA)201、分布式信号处理(DSP)202和分布式高层控制(DHLC)203。在DA201层中的每一天线包括用于无线电信号和数字中频信号之间双向转换的收发器。接收的中频信号通过光缆被发送到中央处理单元。用于传输和系统定时的中频信号由中央处理单元通过光缆提供到适当的位置。

作为DWCS的主要部分的DSP 202被连接到与无线电接入有关的所有信号，并且包括调制/解调、信道编码/解码、联合检测、信道估计、媒体访问控制(MAC)、逻辑链路控制(LLC)、无线电链路控制(RLC)、无线电网络控制(RNC)等。在逻辑上，DSP层202用作连接到分布式天线的所有无线电模块的极强处理器(Extremely Powerful Processor，EPP)。实际上，EPP是软件无线电设备，其由在通过高速网络数据交换期间并行连接的多个工作站来实现。

DHLC层203也是在相同的信号处理平台上操作的逻辑层。该层执行用于所有高层的协议控制，所述协议控制包括信令、切换、核心网络的移动性控制网关等。

DWCS最显著的特点是：在DWCS中各层是分布式的并且无线电信号以分布式方式被处理。与在蜂窝中处理信号的传统的蜂窝系统中的每一蜂窝的BTS相比，DWCS的处理器与天线分离，每一处理器处理被发送到或来自于在一个区域中分布的多个天线的信号，并且不同的处理器彼此紧密相关地操作。另外，所述处理器可通过它们之间的高速连接来协作并且将被处理的工作被能动地分配并被传送到所述处理器，从而所述处理器可显示它们最佳的处理能力。通过以上描述的构造，EPP可识别通过所有天线接收的信号并且控制通过所有天线的发送。因此，整个系统通过使用大量的分布式天线像点对多点系统一样操作，并且实际上是一种相当大规模的多输入多输出(MIMO)系统。如上所述的这样的处理结构是一种基于通过高速网络连接的可操作处理器的软件无线通信结构，使对于这样的操作性能系统的多路通信的标准的支持能够实现，并且提供软件更新便利性和扩展性。

然而，虽然DWCS可通过紧密的频率再利用来扩大系统容量，但是与例如在其中所有蜂窝共享相同频带的临时标准95(IS-95)的传统码分多址(CDMA)系统相比，DWCS仍然具有相对较低的频带效率。同时，蜂窝系统的容量是有限的并且由于蜂窝之间的干扰被显著地减少。

                      发明内容

因此，本发明已经被提出以解决在现有技术中发生的上述问题，并且本发明的一个目的是提供一种基于时分双工(TDD)方案的分布式无线通信系统，在所述系统中，所有蜂窝共享系统频带，从而提高系统的频带效率。

本发明的另一目的是提供一种分布式无线通信系统，在所述系统中，所有蜂窝被分成两组，并且根据所述组，上行链路和下行链路资源被不同地分配，以便蜂窝之间的干扰可被消除。

本发明的另一目的是提供一种分布式无线通信系统，通过使用分布式处理器，所述系统可在一个蜂窝的上行链路中完全地消除蜂窝之间的干扰。

本发明的另一目的是提供一种分布式无线通信系统，通过在一个蜂窝中适当的资源分配，所述系统可在下行链路中最小化蜂窝之间的干扰。

为了实现这一目的，提供了一种在包括多个基站的蜂窝通信系统中消除蜂窝间干扰的方法，所述基站将给定的系统资源双工为上行链路和下行链路资源并且与移动站通信，该方法包括以下步骤：沿垂直方向和水平方向以规则的间距排列基站；以及将基站分成两组并在相同的时间间隔内将不同的资源分配给所述两组。

所述基站最好形成具有相同的直径的蜂窝。

另外，属于所述两组的基站沿垂直方向和水平方向交替地排列。

另外，可由时分双工(TDD)方案或频分双工(FDD)方案确定上行链路和下行链路资源。

每一蜂窝最好被分成四个扇区。

另外，上行链路和下行链路资源被分成这样的子信道，即所述子信道的数量等于扇区的数量。

另外，不同的子信道被分配给扇区。

另外，每一扇区最好被分配与分配给与该扇区毗连的相邻扇区的子信道不同的子信道。

另外，最好地，当每一蜂窝具有半径r时，互相毗连并且属于不同组的两个蜂窝的中心之间的距离具有2r的值，并且互相毗连并且属于相同组的两个蜂窝的中心之间的距离具有 的值。

根据本发明的另一方面，提供了一种在包括多个基站的蜂窝通信系统中消除蜂窝间干扰的方法，所述基站将给定的系统资源时分双工为上行链路和下行链路资源并且与位于蜂窝半径r之内的移动站通信，该方法包括以下步骤：沿垂直方向和水平方向以规则的间距排列基站；以及将基站分成第一组和第二组，在相同的时间间隔之内将上行链路或下行链路分配给第一组基站，并且将与第一组基站的资源不同的资源分配给第二组基站。

第一组基站和第二组基站最好沿垂直方向和水平方向交替地排列。

另外，每一蜂窝最好被分成四个扇区。

另外，上行链路资源最好被分成这样的子信道，即所述子信道的数量等于扇区的数量。

另外，下行链路资源最好被分成这样的子信道，即所述子信道的数量等于扇区的数量。

另外，不同的子信道最好被分配给每一蜂窝的扇区。

另外，每一扇区最好被分配这样的子信道，即所述子信道与分配给与该扇区毗连的相邻扇区的子信道不同。

另外，最好地，互相毗连并且属于不同组的两个蜂窝的中心之间的距离具有2r的值，并且互相毗连并且属于相同组的两个蜂窝的中心之间的距离具有

的值。

                       附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明的以上和其他目的、特征和优点将会变得清楚，其中：

图1示意性地表示具有分支结构的传统的蜂窝系统；

图2示意性地表示典型的分布式无线通信系统；

图3表示根据本发明优选实施例的分布式无线通信系统的蜂窝结构；

图4表示根据本发明另一实施例的分布式无线通信系统的蜂窝结构；

图5表示根据本发明优选实施例的分布式无线通信系统的上行链路中对基站的干扰的概念；

图6表示根据本发明优选实施例的分布式无线通信系统的下行链路中对移动站的干扰的概念；

图7是根据本发明的分布式无线通信系统的分布式信号处理器的方框图；和

图8表示根据本发明优选实施例的用于抑制干扰的子信道分配技术的概念。

                           具体实施方式

在下文中，根据本发明优选实施例的分布式无线通信系统将参照附图被详细地描述。

为了实现高的频带效率，根据本发明的分布式无线通信系统使用通用频率再利用方案。

图3表示根据本发明优选实施例的分布式无线通信系统的蜂窝结构。

如图3所示，根据本发明优选实施例的分布式无线通信系统包括九个正方形蜂窝，每一蜂窝具有半径为r的内切圆。所述九个蜂窝包括一个中心蜂窝305和八个围绕中心蜂窝305的外围蜂窝。所述九个蜂窝被分成两组蜂窝。系统以这样的方式设计，即当第一组蜂窝301、303、305、307和309处于上行链路传输模式时，第二组蜂窝302、304、306和308处于下行链路传输模式。

换句话说，属于不同组的正方形蜂窝沿着水平方向和垂直方向交替地排列。

第一组的每一蜂窝(见蜂窝305)具有与四个第二组蜂窝302、304、306和308接触的四个边以及与四个第一组蜂窝301、303、307和309接触的四个角点。因此，第一组蜂窝的基站和相邻的第二组蜂窝的基站之间的距离是2r，并且属于相同组的相邻的蜂窝的基站之间的距离是 尽管在本实施例中一个束(cluster)包括九个蜂窝，但是本发明不限制一个束中的蜂窝的数量。

在具有如上所述的结构的系统中，位于属于特定组的蜂窝中的移动站可被链接到属于相同组的另一蜂窝的基站，从而实现分集增益，这导致系统容量和吞吐量的改进。

在如图3所示的系统结构中，适当的空间分集技术的使用可实现5阶分集增益。因此，对于第一组蜂窝的上行链路的蜂窝间干扰仅由相邻的第二组蜂窝的下行链路引起，并且对于第二组蜂窝的上行链路的蜂窝间干扰也仅由相邻的第一组蜂窝的下行链路引起，并且这样的蜂窝间干扰可被容易地消除或抑制。

图4表示根据本发明另一实施例的分布式无线通信系统的蜂窝结构。

根据图4中显示的本实施例的分布式无线通信系统包括其每个像正三角形形状的蜂窝。在该系统中，一个蜂窝406被十二个蜂窝围绕，所述十二个蜂窝被分成第一组蜂窝401、403、404、406、408、410和412，以及第二组蜂窝402、405、407、409、411和413。以与第一实施例中相同的方式，位于特定蜂窝406中的移动站(未显示)可被链接到属于与蜂窝406的组相同的组的六个相邻的蜂窝401、403、404、408、410和412的基站，从而实现7阶分集增益。

在下文中，具有如上所述结构的分布式无线通信系统的操作将参照附图被详细地描述。

图5表示根据本发明优选实施例的分布式无线通信系统的上行链路中对基站的干扰的概念。为了方便起见，属于第一实施例的系统中的第一组的一个蜂窝的上行链路将作为代表被描述，并且由距离较远的蜂窝引起的干扰将被忽略。

参照图5，在属于第一组的蜂窝中的n个移动站501-1、501-2、…、501-n将信号s_u ⁱ(t)(i＝1，2，…，n)发送到该蜂窝的基站503，同时，属于第二组的相邻的蜂窝505-1、505-2、505-3、505-4的下行链路信号s_B ⁱ(t)(i＝1，2，3，4)对基站503起干扰的作用。因此，由基站503接收的上行链路信号可由下面的等式(1)来表示。

$R_{\mathrm{up}}\left(t\right)=\underset{t=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_u^{\left(i\right)}{s}_u^{\left(i\right)}\left(t\right)+\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{H}_B^{\left(i\right)}{S}_B^{\left(i\right)}\left(t\right)+N\left(t\right)\·\·\·\·\·\·\left(1\right)$

在等式(1)中，h_u ⁽ⁱ⁾表示从第i移动站到所述基站的信道，H_B ⁽ⁱ⁾表示从第二组的第i基站到所述基站的信道，并且N(t)表示加性高斯白噪声(AWGN)。

分布式信号处理器504可去除作为对接收的信号的干扰的第二组基站的信号，这是因为该处理器知道从所有基站发送的信号。

图6表示根据本发明优选实施例的分布式无线通信系统的下行链路中对移动站的干扰的概念。如图6所示，在位于属于第一组的蜂窝中的移动站603从属于相同组的相邻的蜂窝601、601-1、601-2、601-3、601-4接收信号s_B ⁱ(t)(i＝0，1，2，3，4)的同时，移动站603同时从位于处于上行链路间隔的属于第二组的蜂窝中的n个移动站605-1、605-2、…、605-n接收干扰信号s_I ⁽ⁱ⁾(t)(i＝1，2，…，n)。因此，接收的下行链路信号可由下面的等式(2)来表示。第一组基站和第二组基站从系统的分布式信号处理器504接收信道信息并且共享该信道信息。

$R_{\mathrm{down}}\left(t\right)=\underset{t=0}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{H}_u^{\left(i\right)}{S}_B^{\left(i\right)}\left(t\right)+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_I^{\left(i\right)}{S}_I^{\left(i\right)}\left(t\right)+N\left(t\right)\·\·\·\·\·\·\left(2\right)$

在等式(2)中，H_u ⁽ⁱ⁾表示从第一组的第i蜂窝的相邻的基站到移动基站603的信道，h_I ⁽ⁱ⁾表示从第二组的蜂窝中的第i移动站到移动基站603的信道。

从上面描述的结构的特性，在分布式无线通信系统中，可考虑根据移动站的移动的两种切换。当移动站从一个蜂窝移动到属于相同组的另一蜂窝时，五个连接中的三个被更新。换句话说，与三个较远的蜂窝的连接被断开，并且与属于相同组的邻近的三个相邻的蜂窝的连接被重新建立。

同时，当移动站从当前蜂窝移动到属于与当前蜂窝的组不同的组的相邻的蜂窝时，所有的当前连接应该被断开并且五个新的连接应该被建立。这是与现有的硬切换相同的方式。在DWCS中，因为所有的控制通过DHLC来实现，所以硬切换的可靠性与软切换的可靠性相同。

在下文中，根据本发明的在分布式无线通信系统中消除下行链路和上行链路蜂窝间干扰的方法将被描述。

图7是根据本发明的分布式无线通信系统的分布式信号处理器的方框图。在分布式无线通信系统的上行链路中的蜂窝间干扰由属于不同组的基站发送的下行链路信号引起。

分布式信号处理器504包括：信道估计器701，用于通过处理从移动站接收的上行链路信号R_up(t)来估计由第二组基站引起的干扰信道；乘法器702-1、702-2、702-3、702-4，用于分别将第二组基站的下行链路信号S_B ⁽¹⁾、S_B ⁽²⁾、S_B ⁽³⁾、S_B ⁽⁴⁾与估计的信道H_B ⁽¹⁾、H_B ⁽²⁾、H_B ⁽³⁾、H_B ⁽⁴⁾相乘；以及加法器703，用于将乘法器的输出和接收的上行链路信号R_up(t)相加，然后输出相加的结果。

分布式信号处理器504从所有基站的天线接收上行链路信号并且处理所有接收的上行链路信号，并且同时产生所有基站的下行链路信号。因此，如图7所示，如果分布式信号处理器504精确地估计了信道H_B ⁽ⁱ⁾(i＝1，2，3，4)，那么蜂窝间干扰可被完全地消除。干扰消除之后的上行链路信号可由下面的等式(3)来表示。

${\tilde{R}}_{\mathrm{up}}\left(t\right)=R_{\mathrm{up}}\left(t\right)-\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{H}_B^{\left(i\right)}{S}_B^{\left(i\right)}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_u^{\left(i\right)}{s}_u^{\left(i\right)}\left(t\right)+N\left(t\right)\·\·\·\·\·\·\left(3\right)$

信道H_B ⁽ⁱ⁾(i＝1，2，3，4)非常慢地改变，这是因为这些信道是从基站到基站的信道。这些信道几乎是固定的信道。因此，分布式信号处理器可以以非常高的准确度容易地测量所述信道的值，并且可容易地实现这样的蜂窝问干扰的消除。

同时，根据本发明的分布式无线通信系统的下行链路蜂窝间干扰由属于不同组的移动站发送的上行链路信号引起。当移动站从基站接收下行链路信号时，移动站不识别来自其他基站的上行链路信号。因此，完全地消除由来自其他移动站的上行链路信号引起的干扰是不可能的。然而，在频分多址(FDMA)或时分多址(TDMA)系统中，通过蜂窝中的资源分配，这样的干扰可被或多或少地抑制。

在下文中，使用频分复用(FDM)的资源分配技术将被描述。

在根据本发明的为了支持多用户接入而使用FDM的TDD模式DWCS系统中，在使用相同的子信道(子载波)并且属于不同组的蜂窝之内至多存在四个干扰移动站。根据本发明，所有子信道被分成四组，所述组包括相同数量的子信道或者其数量可根据网络条件能动地改变的子信道。不同组的子信道被分配给蜂窝之内的不同区域。

图8表示根据本发明优选实施例的用于抑制干扰的子信道分配技术的概念。

在如图8所示的本实施例中，每一蜂窝被分成四个扇区801、802、803、804，不同的子信道f1、f2、f3、f4被分配给所述四个扇区。另外，每一蜂窝的每一扇区被分配与分配给相邻蜂窝的相邻扇区的子信道不同的子信道。例如，子信道f1被分配给扇区801，并且不同的子信道f3被分配给与扇区801毗连的相邻蜂窝的相邻扇区808。

通过以如上所述的方式将子信道分配给每一蜂窝的扇区，在其之内可能发生干扰的与每一移动站的距离变得远大于r并且具有2r的平均值。因此，蜂窝间干扰被极大地减少。另外，因为基站的信号功率远高于移动站的信号功率，所以下行链路中的蜂窝间干扰可被忽略，并且下行链路容量增加很多而达到与上行链路容量一样大。另外，当移动站在蜂窝之内移动时，发生子信道的频繁改变，其可看作一种更软的切换。

尽管以上关于本发明优选实施例的描述显示了对基于TDD的系统的应用，但是本发明并不限制于这样的系统并且可被应用于其它类型的双工系统。

例如，上述蜂窝设计和干扰消除算法也可适用于FDD DWCS的设计，仅在资源分配方式上有些不同。换句话说，第一组的下行链路频带被用于第二组蜂窝的上行链路，反之亦然。

在根据如上所述的本发明的分布式无线通信系统中，系统中的所有蜂窝被分成两组并且沿水平方向和垂直方向交替地排列，并且对于不同组的上行链路和下行链路，不同的资源被分配，从而上行链路干扰可被消除。

另外，在根据本发明的分布式无线通信系统中，每一蜂窝被分成四个扇区，不同的频率资源被分配给所述四个扇区，从而由位于其他蜂窝之内的移动站的上行链路引起的下行链路干扰的发生可被显著地抑制。

另外，在根据本发明的分布式无线通信系统中，通过最优蜂窝设计，上行链路干扰被消除，并且通过能动的资源分配，下行链路干扰被抑制，从而增加了系统容量和吞吐量。

尽管参照其中的某些优选实施例表示和描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式上和细节上对其进行各种改变。

Claims (19)

1、一种在包括多个基站的蜂窝通信系统中消除蜂窝间干扰的方法，所述基站将给定的系统资源双工为上行链路和下行链路资源并且与移动站通信，该方法包括以下步骤：

在地面上以规则的间距排列基站；和

将基站分成两组，并且在相同的时间间隔内将不同的资源分配给所述两组。

2、如权利要求1所述的方法，其中，基站形成各个具有相同直径的蜂窝。

3、如权利要求1所述的方法，其中，属于所述两组的基站以交替的方式来排列。

4、如权利要求1所述的方法，其中，由时分双工方案确定上行链路和下行链路资源。

5、如权利要求1所述的方法，其中，由频分双工方案确定上行链路和下行链路资源。

6、如权利要求2所述的方法，其中，蜂窝被分成四个扇区。

7、如权利要求6所述的方法，其中，上行链路和下行链路资源被分成子信道，所述子信道的数量等于扇区的数量。

8、如权利要求7所述的方法，其中，不同的子信道被分配给所述扇区。

9、如权利要求8所述的方法，其中，每一扇区被分配这样的子信道，即所述子信道与分配给与该扇区毗连的相邻扇区的子信道不同。

10、如权利要求2所述的方法，其中，当每一蜂窝具有半径r时，互相毗连并且属于不同组的两个蜂窝的中心之间的距离具有2r的值，并且互相毗连并且属于相同组的两个蜂窝的中心之间的距离具有

的值。

11、一种在包括多个基站的蜂窝通信系统中消除蜂窝间干扰的方法，所述基站将给定的系统资源时分双工为上行链路和下行链路资源并且与位于蜂窝半径r之内的移动站通信，该方法包括以下步骤：

沿垂直方向和水平方向以规则的间距排列基站；和

将基站分成第一组和第二组，在相同的时间间隔之内将上行链路或下行链路分配给第一组基站，并且将与第一组基站的资源不同的资源分配给第二组基站。

12、如权利要求11所述的方法，其中，第一组基站和第二组基站沿垂直方向和水平方向交替地排列。

13、如权利要求12所述的方法，其中，每一蜂窝被分成四个扇区。

14、如权利要求13所述的方法，其中，上行链路资源被分成这样的子信道，即所述子信道的数量等于扇区的数量。

15、如权利要求13所述的方法，其中，下行链路资源被分成这样的子信道，即所述子信道的数量等于扇区的数量。

16、如权利要求15所述的方法，其中，不同的子信道被分配给每一蜂窝的扇区。

17、如权利要求16所述的方法，每一扇区被分配这样的子信道，即所述子信道与分配给与该扇区毗连的相邻扇区的子信道不同。

18、如权利要求11所述的方法，其中，互相毗连并且属于不同组的两个蜂窝的中心之间的距离具有2r的值。

19、如权利要求11所述的方法，其中，互相毗连并且属于相同组的两个蜂窝的中心之间的距离具有

的值。

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