專利名稱：一種基于中繼的系統及實現方法
技術領域：
本發明涉及無線通信技術領域，特別涉及一種基于中繼的系統及實現方法。
背景技術：
第三代合作伙伴計劃(3GPP)組織的長期演進項目(LTE)系統中提出以正交頻分 復用(OFDM)技術為基礎，引入多天線等其他新技術以提高傳輸速率和系統容量。由于采用 了正交資源，因此，在LTE系統的小區內部不存在小區內干擾；但是，相鄰小區由于可以使 用相同的時頻資源，小區邊界用戶(UE)可能受到非常大的干擾，使得邊界UE服務質量并不
王困相為了提高小區邊界UE的性能，增加小區容量和擴展小區覆蓋，中繼(RN)作為一項 新的技術被引入到了蜂窩網絡中，RN技術的引入一方面可以有效地提高小區吞吐量，特別 是小區邊界UE的吞吐量，另一方面也使得小區內的干擾分別情況發生了明顯地變化。因 此，對于RN網絡來說，改善小區間的干擾主要體現在如何進行RN的組網上，而對組網的研 究又包括RN的位置、功能、通信方式以及資源規劃等方面。圖1為現有RN在蜂窩網絡中組網的結構示意圖。如圖1所示，在每個小區中都分 別部署了 1個基站(eNB)和6個RN，eNB位于小區的中心，用于對小區中心區域的UE進行 服務，每個eNB覆蓋的小區邊界由6個RN完成覆蓋，且6個RN分別位于同一個小區內邊界 處，負責服務小區邊界區域的UE。在同一個小區中，eNB和RN均采用頻分的方式服務各自 的UE,同時，各RN對UE進行服務時使用的是相同的頻率資源。需要說明的是，RN位于同一個小區內邊界處是指RN位于eNB與小區頂點之間連 線上并靠近頂點的任一位置上，具體位置以實際部署為準。此外，假設當小區CellO中的RNl范圍內的某個UE從本小區移動到另一個小區 Cel 11中的RN7范圍內時，對該UE的切換需要兩個小區中的RNl和RN7共同來完成，也即需 要這兩個RN之間進行信令的切換和業務數據的交互。圖2為現有RN系統頻率資源分配示意圖。如圖2所示，它給出了圖1中三個相鄰 小區CellO、Celll、Cell2的頻率資源分配方式，從圖中可以看出，在每個小區內部，頻率資 源被分成了兩部分，分別用于RN-UE接入鏈路和eNB-UE接入鏈路，小區內各個RN使用了相 同的頻率資源，而相鄰小區的RN則使用了正交的頻率資源，以降低小區間的干擾。從上述分析可以看出，在現有技術中，將RN部署在小區邊界處，可以提高小區邊 界UE的信號質量，改善邊界UE的性能，但是，現有中繼的組網方案卻存在以下問題一方面，由于在每個小區中都要部署6個RN，因此，設備的總成本和網絡復雜度會 很高；另一方面，由于同一個小區內的各個RN都采用了相同的頻率資源，因此，在同一個小 區內，各RN之間會存在干擾，進而影響小區內UE的信號質量；最后，當小區邊界處的UE從 一個RN服務范圍移動到相鄰小區的RN的服務范圍時，除了需要通過相鄰小區的eNB還需 要兩個RN參與信令和業務數據的交互，從而使得切換過程繁瑣、時間延長，甚至會降低系 統的可靠性。
發明內容
有鑒于此，本發明提供一種基于RN的系統，能夠在減少設備總成本和降低網絡復 雜度的基礎上，有效地減小小區干擾，并提高小區平均吞吐量和邊界UE吞吐量。本發明還提供一種基于RN的系統的實現方法，能夠在減少設備總成本和降低網 絡復雜度的基礎上，有效地減小小區干擾，并提高小區平均吞吐量和邊界UE吞吐量。為達到上述目的，本發明的技術方案具體是這樣實現的一種基于RN的系統，該系統包括多個小區，在每一個小區中包含一個基站eNB和 多個RN，其中，所述eNB位于小區的中心，用于與所述小區內的用戶UE和RN進行交互通信；所述RN位于所述小區與所述小區相鄰的兩個小區的交界處，覆蓋三個扇區，所述 三個扇區分別屬于所述小區和所述小區相鄰的兩個小區，用于與所述小區內的UE和eNB進 行交互通信，并與所述小區相鄰的兩個小區內的UE和eNB進行交互通信。較佳地，所述RN為方向性RN，所述方向性RN是在RN上部署了方向不同的方向性 天線，用于分別與所述小區以及所述小區相鄰的兩個小區內的UE和eNB進行交互通信。較佳地，所述方向性RN中覆蓋的三個扇區分別采用不同的頻率資源，分別用于與 所述小區以及所述小區相鄰的兩個小區內的UE和eNB進行交互通信。較佳地，所述系統為蜂窩網絡系統，所述每一個小區邊界由6個RN覆蓋，每兩個RN 覆蓋的扇區相對，在與所述小區內的eNB或UE進行交互通信時，位于所述小區相對位置上 的兩個RN覆蓋的扇區采用相同的頻率資源。較佳地，當UE在所述RN覆蓋的三個扇區內移動，由所述小區移動到所述小區相鄰 的兩個小區其中的一個小區時，所述UE的切換通過所述小區和所述小區相鄰的兩個小區 其中的一個小區共有的RN完成。一種基于RN的系統的實現方法，在所述系統中包括多個小區，該方法包括在每 一個小區中部署一個eNB和多個RN，其中，所述eNB部署在小區的中心，與所述小區內的UE和RN進行交互通信；所述RN部署在所述小區與所述小區相鄰的兩個小區的交界處，覆蓋三個扇區，所 述三個扇區分別屬于所述小區和所述小區相鄰的兩個小區，與所述小區內的UE和eNB進行 交互通信，并與所述小區相鄰的兩個小區內的UE和eNB進行交互通信。較佳地，所述RN為方向性RN，所述方向性RN是在RN上都部署了方向不同的方向 性天線，分別與所述小區以及所述小區相鄰的兩個小區內的UE和eNB進行交互通信。較佳地，所述方向性RN中不同的方向性天線分別采用不同的頻率資源，分別與所 述小區以及所述小區相鄰的兩個小區內的UE和eNB進行交互通信時使用。較佳地，所述系統為蜂窩網絡系統，所述每一個小區邊界由6個RN覆蓋，每兩個RN 覆蓋的扇區相對，在與所述小區內的eNB或UE進行交互通信時，位于所述小區相對位置上 的兩個RN覆蓋的扇區采用相同的頻率資源。較佳地，當UE在所述RN覆蓋的三個扇區內移動，由所述小區移動到所述小區相鄰 的兩個小區其中的一個小區時，所述UE的切換通過所述小區和所述小區相鄰的兩個小區 其中的一個小區共有的RN完成。
由上述的技術方案可見，本發明采用的將RN部署在蜂窩網絡中三個小區交界處 的方案，使得每個RN都能與相鄰的三個小區的eNB和UE進行通信，從而減少了 RN的數目， 也即節省了設備的總成本，并降低了網絡復雜度；同時，屬于同一個小區的各個RN在距離 上的增大使得小區內部RN之間的干擾較小，提高了信號的接收質量。進一步地，方向性RN使得RN對信號的收發更有針對性，能夠有效節省RN和UE的 發射功率，更重要的是，根據方向性RN面向小區內部通信的特點，對于不同小區內部UE的 通信采用“背靠背”式的工作模式，可以有效降低小區 之間存在的干擾；同時，方向性RN更 進一步使信號的傳輸引入了方向上的隔離，使傳輸信號的能量分布發生變化，降低同頻信 號之間的干擾，為RN接入鏈路更好地進行頻率復用提供了可能和保障。最后，RN為相鄰小區進行服務的設計可使移動性管理變得更加便捷，如果RN范圍 內的某個UE從一個小區移動到另一個小區，它其實是從這個RN服務的一個扇區移動到另 一扇區，所以UE的切換過程只是通過該RN完成，而不是像傳統切換那樣，需要通過兩個小 區的RN共同來完成，從而減少了切換的信令和業務數據的交互，有效的降低了切換時延， 同時還保證了切換的可靠性。
圖1為現有RN在蜂窩網絡中組網的結構示意圖。圖2為現有RN系統頻率資源分配示意圖。圖3為本發明基于RN的網絡拓撲結構示意圖。圖4為LTE配置(configuration) 2幀結構中各鏈路上下行頻率資源分配示意圖。圖5為RN/eNB-UE下行鏈路的頻率資源分配示意圖。圖6為RN/UE-eNB上行鏈路的頻率資源分配示意圖。圖7為UE-RN/eNB上行鏈路的頻率資源分配示意圖。圖8為eNB-RN/UE下行鏈路的頻率資源分配示意圖。圖9為本發明與現有技術對小區平均吞吐量的性能結果比較示意圖。
具體實施例方式為解決現有技術中存在的問題，本發明提出一種新的基于中繼的組網方法，即將 RN部署在蜂窩網絡中三個小區的交界處，且每個RN都能與相鄰的三個小區的eNB和UE進 行通信，該方法能夠在減少設備總成本和降低網絡復雜度的基礎上，有效地減小小區干擾， 并提高小區平均吞吐量和邊界UE吞吐量。在介紹具體的實現方案之前，首先介紹一下方向性RN和頻率復用的概念。方向性 RN是指在一個RN上部署幾根方向性天線，它使得信號的傳輸引入了方向上的隔離，從而傳 輸的信號的能量分布發生變化，降低了同頻信號之間的干擾，本發明所述的方向性RN是指 在RN上部署了 3根方向不同的且覆蓋范圍均為120度的方向性天線，并且，每根天線覆蓋 方向上使用了不同的頻率，也即一個方向性RN覆蓋的三個扇區內使用三種頻率；頻率復用 也稱頻率再用，就是重復使用頻率，在本發明中是指位于同一個小區對角位置某根方向性 天線方向上的RN使用相同的頻率與本小區的eNB或UE進行通信，也就是說，對一個小區來 說，覆蓋小區邊界的6個RN使用了三種頻率資源。
為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對 本發明進一步詳細說明。圖3為本發明基于RN的網絡拓撲結構示意圖。如圖3所示，eNB位于每個六邊形 小區的中心，負責本小區內的通信，包括eNB和RN以及eNB和UE的通信；RN位于三個小區 的交界處，且每個RN都能與相鄰的三個小區的eNB和UE進行通信，因此，網絡中的小區數 與RN的數目比例為1 2，即每個小區實際上只擁有2個RN。其中，左上右下斜條紋、左下 右上斜條紋和水平條紋分別表示RN和UE通信時使用的頻率資源；灰色表示eNB和內部UE 通信時所使用的頻率資源。同時，RN工作在半雙工的情形下，即不能同時進行信號的接收 和發送，但是可以同時對eNB和UE發送信號或同時從二者接收信號。進一步地，當一個小區中某個RN范圍內的UE從一個小區移動到與其相鄰的另一 個小區時，由于該RN也覆蓋了相鄰小區的部分，因此，UE在切換時，只需要通過該RN自身 來完成即可。在本實施例中，假設UE不可同時接入eNB和RN，只能選擇其一進行接入，UE判斷 接入eNB還是RN是由具體的接入控制算法來實現的，這里不再對該算法進行贅述。并且，在本實施例中，eNB使用的是全向性天線，而RN則都使用了方向性RN，即每 個RN中都部署了三根方向不同的120度的方向性天線，且同一個RN對三個小區分別使用 了不同的頻率來進行RN和UE或eNB的通信。進一步地，在本實施中，處于同一個小區對角位置上的RN使用了相同的頻率來與 本小區的eNB或UE進行通信，也即采用了頻率復用的方案。圖4為LTE configuration 2幀結構中各鏈路上下行頻率資源分配示意圖。如圖 4所示，在每個Ims的子幀中，都有一長一短兩個箭頭，這表示在同一個子幀的時間內，可以 同時進行eNB與UE的通信，以及RN與eNB或UE的通信，第0號、第3號、第4號、第5號、 第8號以及第9號表示的是下行鏈路的子幀，第2號和第7號表示的是上行鏈路的子幀，其 中，第2號和第8號子幀中的虛線意味著在該子幀中也可以只進行RN鏈路的傳輸，而不同 時進行eNB和UE的通信。從該圖中也可以充分得出RN工作在半雙工的情形下的結論。結合圖4的幀結構中eNB和RN同時進行通信的特點，在本實施例中，進一步考慮 了每一個子幀內部的頻率資源分配方式，經過分析，圖5至圖8給出了 configuration 2下 RN/eNB-UE和RN_eNB鏈路的資源分配形式，其中灰色表示eNB與小區內部UE的通信，由于 這種通信集中于各個小區的中心區域，所以小區之間的干擾較小，因此，所有小區的eNB與 本小區內部UE通信時均使用了相同的頻率資源。下面分別介紹這四種不同形式的子幀。圖5為RN/eNB-UE下行鏈路的頻率資源分配示意圖。如圖5所示，它給出的是圖 4第0號、第3號、第4號、第5號以及第9號子幀的頻率資源分配形式。在這種頻率資源 分配形式下，RN與UE通信的頻率資源等分成了三部分，每塊頻率資源分別用左上右下斜條 紋、左下右上斜條紋和水平條紋表示，用來表示它們之間使用了正交的頻率資源，其中使用 相同頻率資源的RN位于同一個小區的對角位置上，是因為RN使用了方向性RN，且RN與UE 通信的通信范圍不大，所以處于對角位置的RN之間的干擾很小，故可以對它們的頻率進行 復用。圖6為RN/UE-eNB上行鏈路的頻率資源分配示意圖。如圖6所示，它給出了圖4 第2號子幀的頻率資源分配形式。在這種頻率資源分配形式下，RN與eNB通信的頻率資源采用了縱橫交錯的條紋來表示，是由于同一個小區的RN對eNB的通信之間容易產生干擾， 所以RN與eNB通信時使用了正交的頻率資源，而不能再對頻率資源進行復用。圖7為UE-RN/eNB上行鏈路的頻率資源 分配示意圖。如圖7所示，它給出了圖4 第8號子幀的頻率資源分配形式，在該圖中表示的是與圖5所示的下行鏈路相對的上行鏈 路的頻率資源分配情況。具體意義同圖5，不再贅述。圖8為eNB-RN/UE下行鏈路的頻率資源分配示意圖。如圖8所示，它給出了圖4 第7號子幀的頻率資源分配形式，在該圖中表示的是與圖6所示的上行鏈路相對的下行鏈 路的頻率資源分配情況。其具體意義如圖6，不再對其進行贅述。從上述分析可以看出，每個小區都充分使用了所有頻率資源，并且，所有小區內的 頻率分配方式都相同，因此，充分地節省了所需的頻率資源。圖9為本發明與現有技術對小區平均吞吐量的性能結果比較示意圖。在圖9，分別 給出了無中繼、有中繼但無頻率規劃和本實施例中的有中繼有頻率規劃的性能結果，從圖 中可以看出，采用本發明實施例所述的方案可以使得小區的平均吞吐量最大。總之，將RN部署在蜂窩網絡中三個小區交界處的方案，使得每個RN都能與相鄰的 三個小區的eNB和UE進行通信，從而減少了 RN的數目，也即節省了設備的總成本，并降低 了網絡復雜度；同時，屬于同一個小區的各個RN在距離上的增大使得小區內部RN之間的干 擾較小，提高了信號的接收質量。進一步地，方向性RN使得RN對信號的收發更有針對性，能夠有效節省RN和UE的 發射功率，更重要的是，根據方向性RN面向小區內部通信的特點，對于不同小區內部UE的 通信采用“背靠背”式的工作模式，可以有效降低小區之間存在的干擾；同時，方向性RN更 進一步使信號的傳輸引入了方向上的隔離，使傳輸信號的能量分布發生變化，降低同頻信 號之間的干擾，為RN接入鏈路更好地進行頻率復用提供了可能和保障。最后，RN為相鄰小區進行服務的設計可使移動性管理變得更加便捷，如果RN范圍 內的某個UE從一個小區移動到另一個小區，它其實是從這個RN服務的一個扇區移動到另 一扇區，所以UE的切換過程只是通過該RN完成，而不是像傳統切換那樣，需要通過兩個小 區的RN共同來完成，從而減少了切換的信令和業務數據的交互，有效的降低了切換時延， 同時還保證了切換的可靠性。綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。 凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的 保護范圍之內。
權利要求
一種基于中繼RN的系統，該系統包括多個小區，其特征在于，在每一個小區中包含一個基站eNB和多個RN，其中，所述eNB位于小區的中心，用于與所述小區內的用戶UE和RN進行交互通信；所述RN位于所述小區與所述小區相鄰的兩個小區的交界處，覆蓋三個扇區，所述三個扇區分別屬于所述小區和所述小區相鄰的兩個小區，用于與所述小區內的UE和eNB進行交互通信，并與所述小區相鄰的兩個小區內的UE和eNB進行交互通信。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述RN為方向性RN，所述方向性RN是在RN 上部署了方向不同的方向性天線，用于分別與所述小區以及所述小區相鄰的兩個小區內的 UE和eNB進行交互通信。
3.如權利要求2所述的系統，其特征在于，所述方向性RN中覆蓋的三個扇區分別采用 不同的頻率資源，分別用于與所述小區以及所述小區相鄰的兩個小區內的UE和eNB進行交 互通信。
4.如權利要求3所述的系統，其特征在于，所述系統為蜂窩網絡系統，所述每一個小區 邊界由6個RN覆蓋，每兩個RN覆蓋的扇區相對，在與所述小區內的eNB或UE進行交互通 信時，位于所述小區相對位置上的兩個RN覆蓋的扇區采用相同的頻率資源。
5.如權利要求4所述的系統，其特征在于，當UE在所述RN覆蓋的三個扇區內移動，由 所述小區移動到所述小區相鄰的兩個小區其中的一個小區時，所述UE的切換通過所述小 區和所述小區相鄰的兩個小區其中的一個小區共有的RN完成。
6.一種基于RN的系統的實現方法，在所述系統中包括多個小區，其特征在于，該方法 包括在每一個小區中部署一個eNB和多個RN，其中，所述eNB部署在小區的中心，與所述小區內的UE和RN進行交互通信；所述RN部署在所述小區與所述小區相鄰的兩個小區的交界處，覆蓋三個扇區，所述三 個扇區分別屬于所述小區和所述小區相鄰的兩個小區，與所述小區內的UE和eNB進行交互 通信，并與所述小區相鄰的兩個小區內的UE和eNB進行交互通信。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述RN為方向性RN，所述方向性RN是在RN 上都部署了方向不同的方向性天線，分別與所述小區以及所述小區相鄰的兩個小區內的UE 和eNB進行交互通信。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述方向性RN中不同的方向性天線分別采 用不同的頻率資源，分別與所述小區以及所述小區相鄰的兩個小區內的UE和eNB進行交互 通信時使用。
9.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述系統為蜂窩網絡系統，所述每一個小區 邊界由6個RN覆蓋，每兩個RN覆蓋的扇區相對，在與所述小區內的eNB或UE進行交互通 信時，位于所述小區相對位置上的兩個RN覆蓋的扇區采用相同的頻率資源。
10.如權利要求6所述的方法，其特征在于，當UE在所述RN覆蓋的三個扇區內移動，由 所述小區移動到所述小區相鄰的兩個小區其中的一個小區時，所述UE的切換通過所述小 區和所述小區相鄰的兩個小區其中的一個小區共有的RN完成。
全文摘要
本發明公開了一種基于中繼(RN)的系統，該系統包括多個小區，在每一個小區中都包含一個基站eNB和多個RN，其中，所述eNB位于小區的中心，用于與所述小區內的用戶(UE)和RN進行交互通信；所述RN位于所述小區與所述小區相鄰的兩個小區的交界處，用于與所述小區內的UE和eNB進行交互通信，并與所述小區相鄰的兩個小區內的UE和eNB進行交互通信。本發明同時公開了一種基于RN的系統的實現方法，應用本發明所述的系統及實現方法，能夠在減少設備總成本和降低網絡復雜度的基礎上，有效地減小小區干擾，并提高小區平均吞吐量和邊界UE吞吐量。
文檔編號H04B7/26GK101888642SQ20091008378
公開日2010年11月17日 申請日期2009年5月11日 優先權日2009年5月11日
發明者張莉莉, 彭木根, 楊常青, 潘瑜, 王立江, 路楊 申請人:普天信息技術研究院有限公司