CN1841960B - 分布式天线系统中的下行链路数据流分配方法 - Google Patents

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Abstract

一种分布式天线系统中的下行链路数据流分配方法，在将无线信号由远端单元发送至移动台的下行链路中，移动台所在服务区的中央单元按照下列步骤在其服务区内的远端单元上对所述无线信号的数据流进行分配：首先，测量所述移动台在所述服务区中所处的位置；然后，测量所述服务区内由所有远端单元的各天线单元发送至所述移动台的下行链路无线信号之间的相关性；最后，根据所述移动台所处位置以及所述下行链路无线信号之间的相关性的测量值，所述中央单元决定所述数据流在所述远端单元上的分配方式。本发明的方法能够根据移动台的位置以及无线信号传播环境的变化，将无线信号的数据流在服务区内的远端单元上进行分配，相比于传统的MIMO无线传输技术应用，进一步提高无线信号的传输质量，优化分布式天线系统的性能。

Description

分布式天线系统中的下行链路数据流分配方法
(一)技术领域
本发明涉及一种无线通信系统中的系统性能优化方法，更具体的说涉及一种分布式天线系统(Distributed Antenna System)中的下行链路数据流分配(Stream Allocation)方法。
(二)背景技术
随着无线通信技术的出现和发展，无线通信系统经过了由模拟(Analog)到数字(Digital)，并正在经历着由第二代到第三代，由语音通信到数据通信系统的转变。无线通信资源在无线通信技术的发展过程中一直是至关重要的决定性因素，如何能够对有限的无线通信资源进行合理利用及提高无线通信资源的频谱利用率一直是通信工作者的研究重点之一。
目前，多入多出(MIMO：Multiple Input and Multiple Output)无线传输技术由于其高效的频谱利用率而获得了越来越多的关注和应用。MIMO无线传输技术通过在无线信号的发送端和接收端分别设置多个天线单元，即设置天线阵列(AntennaArray)，对无线传输中的空间资源加以利用，从而获得空间分集增益(Spatial Diversity Gain)或者提高无线信号的传输速率，如图1所示。
在MIMO无线传输技术中，空间复用(Spatial Multiplex)传输和空间分集(SpatialDiversity)传输是其两种主要的传输方式，其中在空间复用传输方式中，例如贝尔实验室(BellLab)提出的V-BLAST(Vertical Bell Laboratories Layered Space Time)方案，多路无线信号的数据流通过空间复用的方式在多个天线单元上同时进行传输，从而能够大大提高无线信号的传输速率；在空间分集传输方式中，例如采用STBC(Space Time Block Coded)方案，多路无线信号的数据流通过时空编码的方式在多个天线单元上同时进行传输，从而获得空间分集增益，提高无线信号的传输性能。从理论上来讲，在MIMO无线传输技术中，无线信号的传输速率或者传输性能可获得的增益将随着天线单元数量的增加呈线性增长。
分布式天线系统是MIMO无线传输技术的一种特殊应用形式。与传统的小区结构(Cellstructured)的无线通信系统不同，在分布式天线系统中，将不再具有传统的小区基站(BS：BaseStation)的概念，而是在每个小区中设置多个远端单元(RU：Remote Unit)，每个远端单元中包括至少一个天线单元和至少一个信号收发单元(Transceiving Unit)，其中信号收发单元完成基带(BB：Base Band)或中频(IF：Intermediate Frequency)信号与射频(RF：Radio Frequency)信号之间的变换功能，天线单元完成对所述射频信号的发送和接收功能；多个所述的远端单元进而与一个中央单元(CU：Central Unit)相连接，由所述中央单元对所述多个远端单元的无线信号进行联合处理；由归属于一个中央单元的多个远端单元所覆盖的区域称为分布式天线系统中的一个服务区(Service Area)，如图2所示。
在所述的分布式天线系统中，移动台(MT：Mobile Terminal)同样也被配置了至少一个天线单元，并可与其所在服务区内的多个远端单元同时进行通信，移动台与远端单元之间的通信采用MIMO无线传输技术。通过在服务区内的各处设置多个远端单元，可使移动台就近与其附近的远端单元进行通信，大大缩短了移动台与远端单元之间的距离，从而降低移动台与远端单元的发射功率，抑制无线通信系统中的互干扰；并且，由于移动台与远端单元之间距离的缩短，无线信号在移动台与远端单元之间传输时通常存在至少一条直射路径(LOS：Line of Sight)，又可进一步提高无线信号的传输质量。
分布式天线系统作为MIMO无线传输技术的一种特殊应用形式，继承了MIMO无线传输技术的诸多优点，如高效的频谱效率，良好的无线信号传输质量等，并且同样适用MIMO无线传输技术中常用的自适应编码调制(AMC：Adaptive Modulation and Coding)和功率分配(Power Allocaion)等链路适配(Link Adaptation)方法。但是，分布式天线系统与传统的MIMO无线传输技术应用又不尽相同。在传统的MIMO无线传输技术应用中，如图1所示，无线信号的数据流只是在一对天线阵列之间进行传输，即被局限在一个点对点(Pointto Point)的无线链路中，而对于数据流在多个天线阵列之上的分配方法未作深入研究。例如，在远端单元的天线阵列中配置了M个天线单元，在移动台的天线阵列中配置了N个天线单元时，且M通常大于或等于N，则在传统的MIMO无线传输技术应用中，无线信号的数据流将被完全分配到距离移动台最近的远端单元的N个天线单元上。然而如上所述，在分布式天线系统中，移动台可与其所在服务区内的多个远端单元同时进行通信，即移动台可同时与多个远端单元建立多条无线链路，进而产生了无线信号的数据流在多个天线阵列之上的分配问题；并且无线信号在移动台与远端单元之间传输时通常存在至少一条直射路径，所述的直射路径传播会带来同一天线阵列中不同天线单元之间的无线信道的相关性，所述无线信道的相关性会恶化无线信号的传输性能，因此也要求将无线信号的数据流在多个远端单元之上进行分配，这是传统的MIMO无线传输技术应用所不能解决的问题。
(三)发明内容
本发明的目的在于提出一种分布式天线系统中的下行链路数据流分配方法，在将无线信号由远端单元发送至移动台的下行链路中，移动台所在服务区的中央单元能够根据移动台的位置以及无线信号传播环境的变化，将无线信号的数据流在其服务区内的远端单元上进行分配，相比于传统的MIMO无线传输技术应用，更进一步提高无线信号的传输质量，优化分布式天线系统的性能。
上述的发明目的是由以下的方法实现的：分布式天线系统中的下行链路数据流分配方法，在将无线信号由远端单元发送至移动台的下行链路中，移动台所在服务区的中央单元按照下列步骤在其服务区内的远端单元上对所述无线信号的数据流进行分配：
a)测量所述移动台在所述服务区中所处的位置；
b)测量所述服务区内由所有远端单元的各天线单元发送至所述移动台的下行链路无线信号之间的相关性；
c)根据所述移动台所处位置以及所述下行链路无线信号之间的相关性的测量值，所述中央单元决定所述数据流在所述远端单元上的分配方式，其中，当所述下行链路无线信号之间具有高相关性时，所述无线信号的多个数据流在多个所述的远端单元上进行分配。
根据本发明的一个方面，所述中央单元为其服务区内所有远端单元的各天线单元分配相应的导频信号，使所述各天线单元的导频信号能够相互区别；所述移动台通过测量所述各天线单元发送的下行导频信号所经历的大尺度信道衰落，完成对其所处位置以及所述下行链路无线信号之间的相关性的测量。
根据本发明的一个方面，所述中央单元为其服务区内所有远端单元的各天线单元分配相应的导频信号，使所述各天线单元的导频信号能够相互区别；所述移动台测量所述各天线单元发送的下行导频信号所经历的大尺度信道衰落，并向所述中央单元报告所述大尺度信道衰落的测量值，由所述中央单元完成所述移动台所处位置以及所述下行链路无线信号之间的相关性的测量。
根据本发明的一个方面，所述的大尺度信道衰落包括无线信道路径损耗和无线信道阴影衰落。
根据本发明的一个方面，在所述移动台的移动过程中，所述移动台所处位置以及所述下行链路无线信号之间的相关性的测量周期性进行，并且所述中央单元将根据所述的测量值周期性的调整所述数据流在所述远端单元上的分配方式。
根据本发明的一个方面，所述中央单元在进行所述数据流的分配过程中，结合自适应编码调制或功率分配的链路适配方法，为不同的下行链路数据流采用相应的编码调制方式或分配不同的发射功率。
根据本发明的一个方面，所述的分布式天线系统采用正交频分复用的多址方式或者码分多址方式。
根据本发明的一个方面，所述的分布式天线系统采用时分或频分的双工方式。
(四)附图说明
本发明的目的及特征将通过实施例结合附图进行详细说明，这些实施例是说明性的，不具有限制性。
图1表示传统的MIMO无线传输技术应用示意图
图2表示分布式天线系统的示意图
图3表示本发明的第一个实施例
图4表示本发明的第二个实施例
(五)具体实施例
图3和图4中给出了本发明的两个实施例。
在分布式天线系统中，将无线信号由远端单元发送至移动台的无线链路称为下行链路，将无线信号由移动台发送至远端单元的无线链路称为上行链路。
根据本发明的方法，在将无线信号由远端单元发送至移动台的下行链路中，移动台所在服务区的中央单元按照下列步骤在其服务区内的远端单元上对所述无线信号的数据流进行分配：
A.测量所述移动台在所述服务区中所处的位置；
B.测量所述服务区内由所有远端单元的各天线单元发送至所述移动台的下行链路无线信号之间的相关性；
C.根据所述移动台所处位置以及所述下行链路无线信号之间的相关性的测量值，所述中央单元决定所述数据流在所述远端单元上的分配方式。
其中，在上述步骤A与步骤B的测量过程中，所述中央单元可为其服务区内所有远端单元的各天线单元分配相应的导频信号(Pilot signal)，使所述各天线单元的导频信号能够相互区别；所述移动台通过测量所述各天线单元发送的下行导频信号所经历的大尺度信道衰落(Largescale channel fading)，完成对其所处位置以及所述下行链路无线信号之间的相关性的测量，并将所述位置与相关性的测量结果上报所述中央单元；考虑到所述移动台计算能力的限制，所述移动台也可将所述大尺度信道衰落的测量值上报所述中央单元报告，由所述中央单元完成所述移动台所处位置以及所述下行链路无线信号之间的相关性的测量；所述的大尺度信道衰落包括无线信道路径损耗(Path loss)和无线信道阴影衰落(Shadow fading)。在所述无线信号数据流的分配过程中，并不需要对于所述移动台所处位置的精确测量，也不需要对所述下行链路无线信号之间的瞬时相关性的精确测量，因而通过测量上述的大尺度信道衰落，即可满足所述移动台所处位置以及所述下行链路无线信号之间相关性的测量要求。本领域内的技术人员也可以按照本发明的构思，通过其它替代的测量方法完成对于所述移动台所处位置以及所述下行链路无线信号之间相关性的测量。
进一步根据本发明方法的步骤C，所述中央单元将根据所述移动台所处位置以及所述下行链路无线信号之间的相关性的测量值，决定所述数据流在所述远端单元上的分配方式。例如，当所述下行链路无线信号之间的相关性非常高时，应当避免为一个所述的远端单元分配多个所述无线信号的数据流；当所述的移动台处于多个所述的远端单元的中间时，应当尽可能为所述的多个远端单元平均分配所述无线信号的数据流，以获得空间的宏分集(Macro-diversity)增益。图3中给出了本发明的第一个实施例，如图3所示，所述的移动台MT处于4个远端单元RU1、RU2、RU3和RU4的中间，所述移动台MT的天线阵列中包括4个天线单元；则根据本发明的方法，所述下行链路的数据流Stream1、Stream2、Stream3和Stream4将被分别分配到所述的4个远端单元RU1、RU2、RU3和RU4之上。在第一个实施例中，每个所述远端单元的天线阵列中均包括4个天线单元，天线单元的数量大于所述分配的数据流的数量，即由4个天线单元传送一个数据流，此时可将所述的同一个数据流同时在所述的4个天线单元传送，或根据所述4个天线单元上下行链路的数据流所经历的大尺度信道衰落，对所述同一个数据流的发送功率分别进行加权后经所述的4个天线单元传送，从而可进一步提高所述数据流的传输质量。图4中给出了本发明的第二个实施例，在图4中，所述移动台MT距离远端单元RU1最近，而相距其它三个远端单元RU2、RU3和RU4较远；由于无线信号在所述远端单元RU1与所述移动台MT之间传播中直射路径的存在，所述远端单元RU1的4个天线单元上下行链路无线信号之间存在相关性，则将所述下行链路的数据流Stream1、Stream2和Stream3分配到所述的远端单元RU1之上，而将所述下行链路的数据流Stream4分配到其它三个所述远端单元RU2、RU3和RU4之上。同样的，由于所述远端单元天线阵列中的天线单元数量大于为其所分配的数据流的数量，所述数据流Stream1可在所述远端单元RU1的两个天线单元上同时进行传送，所述数据流Stream2和Stream3分别在所述远端单元RU1的其它两个天线单元上传送，所述数据流Stream4则在所述远端单元RU2、RU3和RU4的共12个天线单元上同时传送，以进一步提高所述数据流的传输质量。
所述中央单元在进行所述数据流的分配时，随着所述移动台的移动过程，所述移动台所处位置以及所述下行链路无线信号之间的相关性的测量可周期性进行，并且所述中央单元将根据所述的测量值周期性的更新所述数据流在所述远端单元上的分配方式，以适应所述移动台的位置变化及无线信号传播环境的变化。同时，所述中央单元对于所述数据流的分配还可结合传统MIMO无线传输技术应用中的自适应编码调制或功率分配的链路适配方法，为不同的下行链路数据流采用相应的编码调制方式或分配不同的发射功率。
以上通过两个实施例对本发明中的分布式天线系统中的下行链路数据流分配方法进行了说明，本领域内的技术人员不难看出所述的分布式天线系统并不局限于某种特定的多址方式，如可采用正交频分复用的多址方式(OFDMA：Orthogonal Frequency Division MultipleAccess)或者码分多址(CDMA：Code Division Multiple Access)方式；并且所述的分布式天线系统也不局限于特定的双工方式，如可采用时分双工(TDD：Time Division Multiplex)或频分双工(FDD：Frequency Division Multiplex)的方式；对于所述的多址方式或双工方式下的分布式天线系统，本发明的方法均可适用。

Claims (9)

1.分布式天线系统中的下行链路数据流分配方法，其特征在于：在将无线信号由远端单元发送至移动台的下行链路中，移动台所在服务区的中央单元按照下列步骤在其服务区内的远端单元上对所述无线信号的数据流进行分配：
1)测量所述移动台在所述服务区中所处的位置；
2)测量所述服务区内由所有远端单元的各天线单元发送至所述移动台的下行链路无线信号之间的相关性；
3)根据所述移动台所处位置以及所述下行链路无线信号之间的相关性的测量值，所述中央单元决定所述数据流在所述远端单元上的分配方式，其中，当所述下行链路无线信号之间具有高相关性时，所述无线信号的多个数据流在多个所述的远端单元上进行分配。
2.如权利要求1所述的分布式天线系统中的下行链路数据流分配方法，其特征在于所述中央单元为其服务区内所有远端单元的各天线单元分配相应的导频信号，使所述各天线单元的导频信号能够相互区别；所述移动台通过测量所述各天线单元发送的下行导频信号所经历的大尺度信道衰落，完成对其所处位置以及所述下行链路无线信号之间的相关性的测量。
3.如权利要求1所述的分布式天线系统中的下行链路数据流分配方法，其特征在于所述中央单元为其服务区内所有远端单元的各天线单元分配相应的导频信号，使所述各天线单元的导频信号能够相互区别；所述移动台测量所述各天线单元发送的下行导频信号所经历的大尺度信道衰落，并向所述中央单元报告所述大尺度信道衰落的测量值，由所述中央单元完成所述移动台所处位置以及所述下行链路无线信号之间的相关性的测量。
4.如权利要求2或3所述的分布式天线系统中的下行链路数据流分配方法，其特征在于所述的大尺度信道衰落包括无线信道路径损耗和无线信道阴影衰落。
5.如权利要求1所述的分布式天线系统中的下行链路数据流分配方法，其特征在于在所述移动台的移动过程中，所述移动台所处位置以及所述下行链路无线信号之间的相关性的测量周期性进行，并且所述中央单元将根据所述的测量值周期性的调整所述数据流在所述远端单元上的分配方式。
6.如权利要求1或5所述的分布式天线系统中的下行链路数据流分配方法，其特征在于所述中央单元在进行所述数据流的分配过程中，结合自适应编码调制的链路适配方法，为不同的下行链路数据流采用相应的编码调制方式。
7.如权利要求1或5所述的分布式天线系统中的下行链路数据流分配方法，其特征在于所述中央单元在进行所述数据流的分配过程中，结合功率分配的链路适配方法，为不同的下行链路数据流分配不同的发射功率。
8.如权利要求1或5所述的分布式天线系统中的下行链路数据流分配方法，其特征在于所述的分布式天线系统采用正交频分复用的多址方式或者码分多址方式。
9.如权利要求1或5所述的分布式天线系统中的下行链路数据流分配方法，其特征在于所述的分布式天线系统采用时分或频分的双工方式。
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