專利名稱：一種多天線系統(tǒng)中基于波束賦形的數(shù)據(jù)傳輸方法和基站的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及移動通信領域，尤其涉及一種多天線系統(tǒng)中基于波束賦 形的數(shù)據(jù)傳輸方法和基站。
背景技術(shù)：
隨著移動通信系統(tǒng)的發(fā)展，用戶對系統(tǒng)的性能和業(yè)務種類的要求越來越高。雖然正在全球逐步商用化的3G移動系統(tǒng)和2G系統(tǒng)相比在傳 輸速率、業(yè)務種類、服務質(zhì)量等方面有了較大的改善，但仍然無法滿足 用戶對高速率、高質(zhì)量的無線通信業(yè)務日益增加的需求，因此行業(yè)內(nèi)對 未來移動通信系統(tǒng)性能指標提出了更高的要求。3GPP LTE (Long Term Evolution,長期演進)系統(tǒng)，作為3G系統(tǒng)向4G系統(tǒng)演進的3G 增強型系統(tǒng)，旨在建立一個高數(shù)據(jù)率、低延遲、為分組業(yè)務優(yōu)化的系 統(tǒng)，實現(xiàn)更低的延遲、更高的用戶數(shù)據(jù)率、更高的頻譜效率、更大的系 統(tǒng)容量、更大的覆蓋和更低的成本。而由LTE進一步演進而來被視為 4G技術(shù)的LTE-Advanced系統(tǒng)，則在LTE系統(tǒng)的基礎上，對系統(tǒng)的各 項性能指標提出了更高的需求。LTE與LTE-Advanced都要求在進一步 提高小區(qū)中心用戶的性能和小區(qū)平均吞吐量的同時，更加注重提高小區(qū) 邊緣用戶的性能和吞吐量。在LTE系統(tǒng)中，雖然平均吞吐量和頻謙效率的提高可以通過采用 高階天線MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出)才支術(shù)和 正交傳輸技術(shù)實現(xiàn)，但這些改進對'J、區(qū)邊緣性能的提高作用并不明顯， 增加了小區(qū)邊緣和小區(qū)中心的性能差異，加劇了中心用戶和邊緣用戶間 的不公平性。因此，對于增強小區(qū)邊緣性能的技術(shù)的研究受到業(yè)內(nèi)的廣 泛關注。對于采用OFDM技術(shù)且要求更高頻譜利用率的LTE和LTE-Advanced 系統(tǒng)，ICI (Inter-Cell Interference,小區(qū)間干擾)是限制小區(qū)邊緣性能的主要因素。在LTE階段，已經(jīng)提出了一些ICI抑制技 術(shù)，如小區(qū)間干擾隨機化，小區(qū)間干擾刪除，小區(qū)間千擾協(xié)調(diào)，軟頻率 復用，基于路損的部分功率控制等技術(shù)，但抑制ICI的能力都有限。
為了滿足LTE-Advanced對小區(qū)邊緣性能的要求，3GPP提出了 CoMP ( Cooperative Multipoint transmission/reception， 多點協(xié)作發(fā)送/ 接收)技術(shù)，該技術(shù)通過相鄰小區(qū)共享用戶信道信息或/和數(shù)據(jù)信息， 采用協(xié)作調(diào)度或聯(lián)合處理抑制小區(qū)間干擾，提高小區(qū)邊緣用戶性能。其 中協(xié)作調(diào)度是指協(xié)作小區(qū)基于共享的信道信息對用戶、無線資源、波束 等進行協(xié)作調(diào)度進而減小小區(qū)間干擾；聯(lián)合處理是指多個協(xié)作小區(qū)共享 用戶信道信息和數(shù)據(jù)信息并使用相同的資源聯(lián)合給用戶提供服務，從而 提高小區(qū)邊緣用戶的性能。
同時，LTE-Advanced中波束賦形技術(shù)因其能提高系統(tǒng)的覆蓋能力 和小區(qū)邊緣的頻i脊效率而成為了研究熱點。然而波束賦形存在著所謂的 閃電效應(flashlight effect),即由于波束方向的時變性導致用戶反饋的 CQI (Channel Quality Information,信道質(zhì)量信息)存在滯后性，影 響了波束賦形的性能，同時波束賦形在提高小區(qū)邊緣頻譜效率時，可能 會出現(xiàn)相鄰小區(qū)邊緣的波束沖撞問題，加大了小區(qū)間的干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的一個技術(shù)問題是提供一種多天線系統(tǒng)中基于波束 賦形的數(shù)據(jù)傳輸方法，能夠提高小區(qū)邊緣用戶的性能。
本發(fā)明提供一種多天線系統(tǒng)中基于波束賦形的數(shù)據(jù)傳輸方法，包 括將系統(tǒng)可用頻率資源劃分為多個子頻段；對各個小區(qū)的多個子頻段 分別采用不同的波束賦形方案，獲得針對子頻段的分層的波束組；確定 用戶的主服務小區(qū)，判斷用戶是主服務小區(qū)的小區(qū)邊緣用戶還是小區(qū)中 心用戶；以及，當用戶為小區(qū)邊緣用戶時，選擇多個波束用于用戶的數(shù) 據(jù)傳輸。
根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸方法的一個實施例，用于用戶的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?多個波束來自主服務小區(qū)和協(xié)作小區(qū)。選擇多個波束用于用戶的數(shù)據(jù)傳
7輸?shù)牟襟E包括主服務小區(qū)獲得各個相鄰小區(qū)到用戶的信道質(zhì)量信息最 優(yōu)的波束的信道質(zhì)量信息；主服務小區(qū)才艮據(jù)各相鄰小區(qū)的信道質(zhì)量信息 確定協(xié)作小區(qū)；主服務小區(qū)將協(xié)作小區(qū)的最優(yōu)波束號和信道質(zhì)量信息返 回該協(xié)作小區(qū)；通過協(xié)作小區(qū)的最優(yōu)波束和主服務小區(qū)的主波束為用戶 提供聯(lián)合數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸方法的一個實施例，上述判斷用戶是主服務 小區(qū)的小區(qū)邊緣用戶還是小區(qū)中心用戶的步驟包括用戶將主服務波束 的信道質(zhì)量信息反饋給主服務小區(qū)；主服務小區(qū)判斷主服務波束的信道 質(zhì)量信息是否大于預定門限值，當大于預定門限值時，該用戶為小區(qū)中 心用戶，否則，該用戶為小區(qū)邊緣用戶。才艮據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸方法的一個實施例，該方法還包括將多個 子頻段進一步劃分為用于小區(qū)邊緣用戶的頻段和用于小區(qū)中心用戶的頻 段；當用戶為小區(qū)邊緣用戶時，選擇針對用于小區(qū)邊緣用戶的頻段的波 束用于用戶的數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸方法的一個實施例，確定用戶的主服務小區(qū) 的步驟包括由所述用戶基于測量來自各個小區(qū)的導頻信息來選擇主服 務小區(qū)。根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸方法的一個實施例，判斷用戶是主服務小區(qū) 的小區(qū)邊緣用戶還是小區(qū)中心用戶的步驟包括通過判斷用戶所屬的地 理位置來判斷用戶是所述主服務小區(qū)的小區(qū)邊緣用戶還是小區(qū)中心用 戶；或者，通過判斷用戶接收到的主服務小區(qū)的功率與干擾小區(qū)功率的 比例是否大于標準值，來判斷用戶是主服務小區(qū)的小區(qū)中心用戶還是小 區(qū)邊緣用戶；或者，通過判斷用戶的路損信息是否大于標準值，來判斷 用戶是主服務小區(qū)的小區(qū)中心用戶還是小區(qū)邊緣用戶。本發(fā)明提供的多天線系統(tǒng)中基于波束賦形的數(shù)據(jù)傳輸方法，通過預 規(guī)劃各小區(qū)使用的波束賦形方案形成分層波束組，結(jié)合頻率規(guī)劃方案， 將小區(qū)用戶分為小區(qū)中心用戶和小區(qū)邊緣用戶，對小區(qū)邊緣用戶由多個 波束聯(lián)合為其服務，避免了波束賦形的閃電效應，減小用戶的時延，使 位于小區(qū)不同位置的用戶在任何時刻都能得到覆蓋，提高了小區(qū)邊緣用戶性能。
本發(fā)明還提供一種多天線系統(tǒng)中的基站，包括波束賦形模塊，用 于對由系統(tǒng)可用頻率資源劃分出的各個子頻段分別采用不同的波束賦形 方案，獲得針對子頻段的分層的波束組；用戶判斷模塊，用于判斷所述 基站小區(qū)的用戶是小區(qū)邊緣用戶還是小區(qū)中心用戶；波束選擇模塊，用 于接收來自所述用戶判斷模塊的判斷結(jié)果，當所述用戶為小區(qū)邊緣用戶 時，選擇多個波束用于所述用戶的數(shù)據(jù)傳輸。
進一步，該基站還包括協(xié)作小區(qū)選擇模塊，用于接收相鄰小區(qū)到所 述用戶的信道質(zhì)量信息，才艮據(jù)所述相鄰小區(qū)的信道質(zhì)量信息確定協(xié)作小 區(qū)；當所述用戶為小區(qū)邊緣用戶時，所述波束選擇模塊選擇所述基站所 在小區(qū)的波束和協(xié)作小區(qū)的波束用于所述用戶的聯(lián)合數(shù)據(jù)傳輸；當所述 用戶為小區(qū)中心用戶時，所述波束選擇才莫塊選擇所述基站所在小區(qū)的波 束用于所述用戶的數(shù)據(jù)傳輸。
進一步，用戶判斷模塊用于接收所述用戶的主服務波束的信道質(zhì)量 信息，判斷所述主服務波束的信道質(zhì)量信息是否大于預定門限值，當大 于預定門限值時，所述用戶為小區(qū)中心用戶，否則，所述用戶為小區(qū)邊 緣用戶。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的多天線系統(tǒng)中基于波束賦形的數(shù)據(jù)傳輸方法
的一個實施例的流程圖2示出根據(jù)本發(fā)明的多天線系統(tǒng)中基于波束賦形的數(shù)據(jù)傳輸方法
的另一個實施例的流程圖3示出系統(tǒng)可用頻率資源劃分為兩個子頻段的圖示；
圖4示出了不同小區(qū)的同一子頻帶使用相同的波束賦形方案；
圖5示出由用戶終端確定其所在的主服務小區(qū)的示意圖6示出對子頻段進一步劃分的示意圖7示出采用3個波瓣的波束賦形示意圖8示出小區(qū)中心用戶僅由主服務小區(qū)為其進行服務的示意圖；圖9示出邊緣用戶由2個小區(qū)為其進行服務的示意圖；圖IO示出了小區(qū)邊緣用戶由3個小區(qū)為其進行服務的示意圖；圖11示出不同小區(qū)的同一子頻帶使用不同的波束賦形方案；圖12示出本發(fā)明的由主服務小區(qū)和小區(qū)邊緣用戶共同選擇波束的流程圖；圖13示出本發(fā)明的多天線系統(tǒng)中基站的一個實施例的結(jié)構(gòu)圖； 圖14示出本發(fā)明的多天線系統(tǒng)中基站的另一個實施例的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
下面參照附圖對本發(fā)明進行更全面的描述，其中說明本發(fā)明的示例 性實施例。本發(fā)明的基本思想是，將小區(qū)用戶分為小區(qū)中心用戶和小區(qū)邊緣用戶， 通過預規(guī)劃各小區(qū)使用的波束賦形方案形成分層波束組，并結(jié)合頻率規(guī)劃方 案，對小區(qū)邊緣用戶由多個波束聯(lián)合為其服務，提高小區(qū)邊緣用戶性能。圖1示出本發(fā)明的多天線系統(tǒng)中基于波束賦形的數(shù)據(jù)傳輸方法的一 個實施例的流程圖。如圖1所示，在步驟102，將系統(tǒng)可用頻率資源劃分為多個子頻段。 子頻段的劃分可以由系統(tǒng)統(tǒng)一配置。劃分的各個子頻段可以相互正交， 也可以不相互正交。在子頻段相互正交情況下，由于不同層的波束組使 用不同的頻率資源，頻率利用率相比與不相交的情況要低，但可以減小 每層波束組間的千擾；在子頻段不相交的情況下，干擾會增大，但是頻 率的利用率會提高。每個小區(qū)可以使用系統(tǒng)的部分或全部可用頻率資 源。在步驟104,對于每個小區(qū)，將在步驟102中劃分的多個子頻段分 別采用不同的波束賦形方案，獲得針對子頻段的分層的波束組。同一小 區(qū)的不同子頻段之間使用不同的波束賦形方案；對于不同小區(qū)的同一子 頻段，可以使用相同的波束賦形方案，也可以采用不同的波束賦形方 案?，F(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開了多種波束賦形算法和實現(xiàn)，本領域的技術(shù)人 員可以根據(jù)需要選擇合適的波束賦形方案。10在步驟106，確定用戶的主服務小區(qū)，判斷用戶是主服務小區(qū)的小 區(qū)邊緣用戶還是小區(qū)中心用戶。確定用戶的主服務小區(qū)時，可以采用以用 戶為中心的方式，由用戶基于自各小區(qū)的導頻信息來選擇他的主服務小區(qū)； 也可以采用以小區(qū)為中心的方式，由各個小區(qū)根據(jù)用戶反饋的信息協(xié)作選擇 屬于它的用戶；也可以采用上述兩種方法的結(jié)合方案。其中主服務小區(qū)獲得 的用戶信道信息，可以由用戶上行反饋得到，在TDD系統(tǒng)中也可由基站根據(jù) 信道互易性測量得到。
在步驟108,當用戶為主服務小區(qū)的小區(qū)邊緣用戶時，選擇多個波 束用于用戶的數(shù)據(jù)傳輸。對用于數(shù)據(jù)聯(lián)合傳輸?shù)亩鄠€波束，可以由用戶選 取，也可以由主服務小區(qū)選取，也可以由主服務小區(qū)與協(xié)作小區(qū)共同選取， 也可以由主服務小區(qū)、協(xié)作小區(qū)和用戶共同選取，或者由系統(tǒng)中的其他控制 節(jié)點選取。當用戶為主服務小區(qū)的小區(qū)中心用戶時，從主服務區(qū)選擇波 束為該用戶提供數(shù)據(jù)傳輸服務，也可以采用多波束的服務。
當通過多個波束為小區(qū)邊緣用戶提供服務時，接收端解調(diào)出各個波束發(fā) 送的數(shù)據(jù)并對其進行合并，提高邊緣用戶的信號噪聲干擾功率比，從而提高 邊緣用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率。
在將系統(tǒng)可用頻率資源劃分為子頻段時，通過減少劃分的子頻段數(shù)目， 可以減少實現(xiàn)的復雜度和額外開銷。而通過增加劃分的子頻段的數(shù)目，可以 減少小區(qū)內(nèi)波束間的干擾，確保能為更多的用戶進行服務，提高系統(tǒng)容量和 頻鐠效率。因此劃分子頻段的數(shù)量應綜合考慮頻率效率、系統(tǒng)容量、實現(xiàn)復 雜度、額外開銷等因素。在系統(tǒng)實現(xiàn)允許的開銷和復雜度范圍內(nèi)，可以通過 劃分盡可能多的子頻段數(shù)來提高系統(tǒng)性能?；诒景l(fā)明的教導，本領域的技 術(shù)人員可以根據(jù)具體應用的需要，實現(xiàn)基于頻率效率、系統(tǒng)容量、實現(xiàn)復雜 度、額外開銷等因素確定子頻段的數(shù)量。
通過對系統(tǒng)的可用頻率資源劃分得到各個子頻段，每個子頻段所占全部 可用頻率資源的比例可以調(diào)整。各個子頻段所占全部可用頻率資源的比例可 以基于用戶的分布信息和/或用戶的業(yè)務需求做靜態(tài)、半靜態(tài)或動態(tài)的調(diào) 整。例如，當分布在某一頻^R波束組覆蓋范圍內(nèi)的用戶數(shù)變多或者業(yè)務需求 變大時，該頻段占全部可用頻率資源的比例可以調(diào)整得大一些，反之，可以調(diào)小一些。每個子頻段所占全部可用頻率資源的比例預先設定，并保持不
變，這種調(diào)整方式稱為靜態(tài)調(diào)整；也可以較長時間才調(diào)整一次，如以秒為數(shù) 量級的調(diào)整，這種調(diào)整方式稱為半靜態(tài)調(diào)整；也可以很短時間，即每個傳輸 時間間隔，就調(diào)整一次，將這種調(diào)整方式稱為動態(tài)調(diào)整。
下面介紹一種主服務小區(qū)根據(jù)用戶的信道質(zhì)量信息(CQI)來判斷 用戶為小區(qū)邊緣用戶還是小區(qū)中心用戶的具體實現(xiàn)。
首先，用戶Z將其主服務波束的信道質(zhì)量信息C2/,，,c反饋給主服 務小區(qū)的基站。其中/表示用戶編號， 表示主服務小區(qū)編號。
然后，主服務小區(qū)的基站將用戶z的C2/(,,_—m)與預定門限值C2/rtre作 比較，當c2/(——一》c2/細時，將用戶分類為小區(qū)中心用戶；當 ^^/(,,_^,)<^^^時，將用戶'分類為小區(qū)邊緣用戶。其中，基于系統(tǒng)
負載和用戶分布選取CS4 。
對于小區(qū)中心用戶和小區(qū)邊緣用戶的劃分方法，可以以用戶所屬的地理 位置來劃分；或者以用戶接收到的主服務小區(qū)的功率與干擾小區(qū)功率的比例 作為標準，當該比例低于某個標準值時，則為小區(qū)邊緣用戶，反之為小區(qū)中 心用戶；或者，通過判斷用戶的路損信息是否大于標準值，來判斷用戶是主 服務小區(qū)的小區(qū)中心用戶還是小區(qū)邊緣用戶。
圖2示出本發(fā)明的多天線系統(tǒng)中基于波束賦形的數(shù)據(jù)傳輸方法的另一個 實施例的流程圖。
如圖2所示，在步驟202,對于每個小區(qū)，將系統(tǒng)可用頻率資源^分為2 個正交的子頻段《和《(參見圖3)。
在步驟204，為子頻段巧和巧采用不同的波束賦形方案，在每個子頻段 上產(chǎn)生一層波束組，通過分層的波束組來覆蓋整個小區(qū)范圍。圖4示出了不 同小區(qū)的同一子頻帶^f吏用相同的波束賦形方案。如圖4所示，對于每個小 區(qū)，子頻段巧均使用波束賦形方案A,(參見圖4a)，生成第l層波束組；子 頻段《均使用波束賦形方案&(參見圖4b)，生成第2層波束組。子頻段《和 子頻段巧的波束賦形方案5 和B12不相同。兩層波束組相疊覆蓋整個小區(qū)范圍 (參見圖4c)。在相鄰小區(qū)，每一層波束組中波束方向相對的區(qū)域為出現(xiàn)波束 沖撞的區(qū)域，反之則為非波束沖撞區(qū)域。此外，也可以減少每個小區(qū)波瓣數(shù)目，以減小系統(tǒng)復雜度和開銷。例如，如圖7所示，子頻段《使用波束賦形方案^，子頻段《使用波束賦形方 案532,將每一層波束組的波瓣數(shù)減少為3個，從而減少系統(tǒng)復雜度和開銷。在步驟206，用戶確定其所在的主服務小區(qū)，主服務小區(qū)獲得用戶的信 道信息。圖5示出由用戶終端確定其所在的主服務小區(qū)的示意圖。如圖5所 示，在步驟502，用戶終端51測量來自相鄰小區(qū)52、 53、…、5n的各個波 束的RS信號；在步驟504，用戶終端51根據(jù)測量的RS信號選擇其主服務小 區(qū)52;在步驟506，用戶終端51測量來自各小區(qū)的信道信息并通過上行反饋 給其主服務小區(qū)52。在步驟208,主服務小區(qū)根據(jù)小區(qū)邊緣用戶和小區(qū)中心用戶的分布情況 將步驟202中所劃分得到的子頻段做進一步劃分。圖6示出對子頻段進一步 劃分的示意圖。如圖6所示，主服務小區(qū)根據(jù)小區(qū)邊緣用戶和小區(qū)中心用戶 分布情況，將上述步驟202中劃分的子頻段《和子頻段《分別進一步劃分為 F 、巧2和尸21、《2頻段，其中^和尸21為用于小區(qū)邊緣用戶的頻段，《2和《2 為用于小區(qū)中心用戶的頻段。對子頻段的劃分的比例可根據(jù)用戶分布變化、 用戶業(yè)務需求和系統(tǒng)負載進行調(diào)整。在步驟210，主服務小區(qū)根據(jù)用戶反饋的各小區(qū)信道信息，判斷用戶分 是小區(qū)邊緣用戶還是小區(qū)中心用戶。本實施例中采用用戶的信干比作為用戶 分類標準，其包括步驟用戶'將其主服務小區(qū)RS (Reference Signal,參考 信號)信號作為有用信號，其它小區(qū)RS信號作為干擾信號，測量并計算其 信干比S/AW,;用戶,反饋其5Wi ,給主服務小區(qū)?；緦⒂脩?的SMW,與某一 門限值S/W 作比較，當S/M , > S/A^ —*e時，將用戶''分類為小區(qū)中心用 戶；當57M , <57A7 — 時，將用戶'分類為小區(qū)邊緣用戶。其中，57A^ —Are 的選取與系統(tǒng)負載和用戶分布有關?？梢灶A測，小區(qū)邊緣用戶大部分將處于 上述波束沖撞區(qū)，如圖4、圖11的用戶A與用戶B,小區(qū)中心用戶大部分將 處于非波束沖撞區(qū)，如圖4、圖11中的用戶C與用戶D。在步驟212,對小區(qū)中心用戶，如圖4、圖11中的用戶C與用戶D，由 其主服務小區(qū)選擇適當?shù)牟ㄊ鴮ζ浒l(fā)送數(shù)據(jù)，如圖8所示，主服務小區(qū)選擇 波束a與向用戶a發(fā)送數(shù)據(jù)信息，主服務小區(qū)與其它小區(qū)之間沒有用戶a的數(shù)據(jù)信息交互，其它小區(qū)不對用戶a進行服務。
在步驟214,對小區(qū)邊緣用戶，如圖4、圖11中的用戶A與用戶B，由 其主服務小區(qū)與若干協(xié)作小區(qū)分別選擇適當?shù)牟ㄊ褂孟嗤念l率資源同時 為其發(fā)送^:據(jù)。圖9示出由主服務小區(qū)和1個協(xié)作小區(qū)同時為一個小區(qū)邊緣 用戶進行服務的示意圖。如圖9所示，主服務小區(qū)和協(xié)作小區(qū)l分別使用波 束a和波束b為用戶b發(fā)送數(shù)據(jù)，主服務小區(qū)和協(xié)作小區(qū)1分配給用戶b的 頻率資源相同。主服務小區(qū)和協(xié)作小區(qū)1通過回程交互用戶b的數(shù)據(jù)信息和 信道信息。圖10示出由主服務小區(qū)和2個協(xié)作小區(qū)同時為一個小區(qū)邊緣用 戶進行服務的示意圖。如圖10所示，主服務小區(qū)、協(xié)作小區(qū)1和協(xié)作小區(qū)2 分別使用波束a、波束b和波束c同時為用戶c發(fā)送數(shù)據(jù)，主服務小區(qū)、協(xié) 作小區(qū)1和協(xié)作小區(qū)2分配給用戶c的頻率資源相同。主服務小區(qū)、協(xié)作小 區(qū)1和協(xié)作小區(qū)2通過回程交互用戶c的數(shù)據(jù)信息和信it信息。
在步驟216，對小區(qū)邊緣用戶，由選擇的多個波束對用戶數(shù)據(jù)進行聯(lián)合 傳輸。
在上述實施例的步驟204中，不同小區(qū)的同一子頻帶^f吏用相同的波束賦 形方案。本發(fā)明提供了另一個實施例，該實施例和上述實施例的實施步驟基 本相同，除了在步驟204中，不同小區(qū)的同一子頻段使用不同的波束賦形方 案。圖11示出不同小區(qū)的同一子頻帶使用不同的波束賦形方案。如圖11， 對于各個不同的小區(qū)，子頻段^使用波束賦形方案^ (參見圖lla),生成 第1層波束組；子頻段《使用波束賦形方案&(參見圖lib),生成第2層波 束組。對于每個小區(qū)，子頻段巧和子頻段巧的生成的兩層波束組都不相同， 且兩層波束組相疊覆蓋整個小區(qū)范圍(參見圖llc)。如圖llc，在相鄰小 區(qū)，每一層波束組中波束方向相對的區(qū)域為出現(xiàn)波束沖撞的區(qū)域，反之則為 非波束沖撞區(qū)域。
對于各個子頻段劃分的用于小區(qū)中心用戶的頻段與用于小區(qū)邊緣用戶的 頻段比例可以根據(jù)系統(tǒng)中用戶分布或業(yè)務需求等情況進行靜態(tài)、半靜態(tài)或動 態(tài)的調(diào)整。例如，如果小區(qū)中，中心用戶數(shù)所占用戶總數(shù)的比例增大，或中 心用戶的業(yè)務需求增高，則可以調(diào)整增加用戶小區(qū)中心用戶的頻段，減少用 于小區(qū)邊緣用戶的頻段；反之亦然。為各小區(qū)設計波束賦形方案時，可以根據(jù)用戶分布和/或用戶的業(yè)務需 求做靜態(tài)、半靜態(tài)或動態(tài)的調(diào)整。每個子頻段上，采用的波束賦形方案決定了每層波束組中每個波束的方向和覆蓋范圍。如果用戶在小區(qū)的某些區(qū)域分 布變多，或業(yè)務需求變大，可以通過調(diào)整波束賦形的方式，4吏得對用戶多地區(qū)域有較多的波束，而用戶少的區(qū)域有較少的波束。每層波束組的波束分布并不一定是如圖4和圖11表示的那樣，是中心對稱，固定不變的。而是可 以根據(jù)用戶的分布信息和業(yè)務需求進行調(diào)整。下面介紹三種為小區(qū)邊緣用戶的聯(lián)合數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪x擇多個波束的實現(xiàn)方法。方法一由主服務小區(qū)和小區(qū)邊緣用戶共同選擇用于該小區(qū)邊緣用戶的 聯(lián)合數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€波束的實現(xiàn)，圖12示出本發(fā)明的為小區(qū)邊緣用戶的聯(lián)合數(shù)據(jù)傳輸選擇多個波束的方 法一 由主服務'J 、區(qū)和小區(qū)邊緣用戶共同選擇波束的流程圖。如圖12所示，在步驟1202，主服務小區(qū)獲得小區(qū)邊緣用戶的各個相鄰 小區(qū)到該小區(qū)邊緣用戶的信道質(zhì)量信息最好的波束信息。邊緣用戶將每個相鄰小區(qū)中信道質(zhì)量信息最好的波束號5e函—/D和該波束的信道質(zhì)量信息 C2/(《,,,」D)，以及該小區(qū)的編號Ce/Z一/Z)通過上行信道反饋給其主服務小區(qū)。在步驟1204，主服務小區(qū)根據(jù)各相鄰小區(qū)的信道質(zhì)量信息確定協(xié)作小區(qū)。主服務小區(qū)將用戶/反饋的每個ce/(,.^ ffi>,與主服務小區(qū)ce/(,一,的相 比較，若ce/(，,c -ce/(,口,刷《Ace/ ，則選取該小區(qū)為用戶z'的協(xié)作小區(qū)，并將對應的Ce// — 存入?yún)f(xié)作、區(qū)集合，將^纖—/D存入對應的用于聯(lián)合傳輸 的波束集合。若C2/(," ,_Ce/(,,c《ffl)>ACe/ ，則不選取小區(qū)Ce// —/"為用戶/的協(xié)作小區(qū)，其中Ace/為預設的門限值，可以根據(jù)系統(tǒng)負載，用戶數(shù)量，頻 鐠效率等因素做半靜態(tài)調(diào)整。在步驟1206，主服務小區(qū)將協(xié)作小區(qū)的最優(yōu)波束號和信道質(zhì)量信息傳輸給該協(xié)作小區(qū)。如果選取小區(qū)/為用戶/的協(xié)作小區(qū)，主服務小區(qū)將該協(xié)作小區(qū)y使用的波束號 和其對應的信道質(zhì)量信息ce/^)傳給小區(qū)y，并通過回程與小區(qū)乂共享用戶z的數(shù)據(jù)信息。在步驟1208，通過各協(xié)作小區(qū)的最優(yōu)波束和主服務小區(qū)的主波束為小區(qū)邊緣用戶提供聯(lián)合數(shù)據(jù)傳輸。各協(xié)作小區(qū)使用各自接收到的5e"m一 /Z)對應的 波束與主服務小區(qū)的主波束一起，使用相同的資源同時為用戶Z提供服務。
方法二由小區(qū)邊緣用戶選擇為自己進行聯(lián)合數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€波束。包 括步驟
小區(qū)邊緣用戶測量每個相鄰小區(qū)各波束的信道質(zhì)量信息cg/(,^^ ，并進 行排序，選擇其中信道質(zhì)量信息最好的若干個波束為提供聯(lián)合數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩?波束。小區(qū)邊緣用戶將所選各個波束的波束號—/Z)和相應波束的信道質(zhì) 量信息C2/(,c《m ，以及相應小區(qū)的編號CWL/Z)通過上行信道反饋給其主服 務小區(qū)。
主服務小區(qū)將上述選取的波束號和對應的信道質(zhì)量信息傳輸給相應協(xié)作 小區(qū)。如果選取小區(qū)y為用戶i的協(xié)作小區(qū)，主服務小區(qū)將該協(xié)作小區(qū)7'使用
的波束號5e， —/D和其對應的信道質(zhì)量信息C2/(,，,)傳給小區(qū)7 ，并通過回程與 小區(qū)7共享用戶i的數(shù)據(jù)信息。
通過用戶選擇的多個波束為小區(qū)邊緣用戶提供聯(lián)合數(shù)據(jù)傳輸。各協(xié)作小 區(qū)使用各自接收到的5e函—/Z)對應的波束與主服務小區(qū)的主波束一起，使用 相同的資源同時為用戶''提供服務。
方法三由主服務小區(qū)為小區(qū)邊緣用戶選擇進行聯(lián)合數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€波 束。包括步驟
對與每個小區(qū)的每個波束，根據(jù)地理位置，預先規(guī)劃好與該波束進行聯(lián) 合數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠渌麉f(xié)作波束。即每個小區(qū)都首先建立一張多波束選擇表，該 表的第z'行對應該小區(qū)的第f號波束，每行的元素(&調(diào)—/D， CW/ —/D )代表 第i號波束對應的協(xié)作波束號&鍾—/Z)和該協(xié)作波束所在的小區(qū)號0〃 — /D ， 每行元素的個數(shù)可以根據(jù)生成的每層波束組的情況而定。
當確定用戶'所屬的主波束后，主服務小區(qū)通過查表，獲得該主波束將 要選取的進行聯(lián)合數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鲄f(xié)作波束號和協(xié)作小區(qū)號。主服務小區(qū)將選 取的協(xié)作波束號和協(xié)作小區(qū)號通知給該用戶，并通知各協(xié)作小區(qū)要使用的波 束號。各協(xié)作小區(qū)使用各自接收到的波束號對應的波束與主服務小區(qū)的主波 束一起，使用相同的資源同時為用戶'提供服務。
圖13示出本發(fā)明的基站的一個實施例的結(jié)構(gòu)圖。如圖13所示，該基站包括波束賦形模塊1301、用戶判斷模塊1302和波束選擇模塊1303。其中， 波束賦形模塊1301用于對由系統(tǒng)可用頻率資源劃分出的各個子頻段分 別采用不同的波束賦形方案，獲得針對子頻段的分層的波束組。分層的 波束組構(gòu)成對整個小區(qū)范圍的覆蓋。用戶判斷模塊1302用于判斷基站 小區(qū)的用戶是小區(qū)邊緣用戶還是小區(qū)中心用戶。例如，用戶判斷模塊 1302接收用戶的主服務波束的信道質(zhì)量信息，判斷主服務波束的信道質(zhì) 量信息是否大于預定門限值，當大于預定門P艮值時，確定用戶為小區(qū)中 心用戶，否則，確定用戶為小區(qū)邊緣用戶。波束選擇模塊1303用于接 收來自用戶判斷模塊的判斷結(jié)果，當用戶為小區(qū)邊緣用戶時，選擇多個 波束用于用戶的數(shù)據(jù)傳輸。當用戶為小區(qū)中心用戶時，波束選擇模塊 1303選擇基站所在小區(qū)的波束用于用戶的數(shù)據(jù)傳輸。
圖14示出本發(fā)明的基站的另一個實施例的結(jié)構(gòu)圖。如圖14所示， 該基站包括波束賦形模塊1301、用戶判斷模塊1302、波束選擇模塊1403和 協(xié)作小區(qū)選擇模塊1404。波束賦形模塊1301和用戶判斷模塊1302可以參見 上圖13的實施例的描述，為簡潔起見，在此不再詳細描述。其中，協(xié)作小 區(qū)選擇模塊1404用于接收相鄰小區(qū)到用戶的具有最好信道質(zhì)量的波束的信 道質(zhì)量信息，根據(jù)相鄰小區(qū)的最好波束的信道質(zhì)量信息確定協(xié)作小區(qū)。即當 相鄰小區(qū)的信道質(zhì)量大于預定值時，則選擇該相鄰小區(qū)為協(xié)作小區(qū)，否則， 不選擇該相鄰小區(qū)為協(xié)作小區(qū)。當用戶為小區(qū)邊緣用戶時，波束選擇模塊 1403選擇基站所在小區(qū)的波束和協(xié)作小區(qū)的波束用于用戶的聯(lián)合數(shù)據(jù)傳 輸。
本發(fā)明提供的多天線系統(tǒng)中基于波束賦形的數(shù)據(jù)傳輸方法和基站， 通過預規(guī)劃各小區(qū)使用的波束賦形方案形成分層波束組，結(jié)合頻率規(guī)劃 方案，將小區(qū)用戶分為小區(qū)中心用戶和小區(qū)邊緣用戶，對小區(qū)邊緣用戶 由多個波束聯(lián)合為其服務。該方案避免了波束賦形的閃電效應，減小用 戶的時延，使位于小區(qū)不同位置的用戶在任何時刻都能得到覆蓋，提高 了小區(qū)邊緣用戶性能。
上面描述了本發(fā)明的基于波束賦形的數(shù)據(jù)傳輸方案。該方案不僅可 以應用到蜂窩系統(tǒng)，而且可以應用到其他無線接入系統(tǒng)。本發(fā)明的描述
17是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明限于 所公開的形式。很多修改和變化對于本領域的普通技術(shù)人員而言是顯然 的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實際應用，并且 使本領域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設計適于特定用途的帶有 各種修改的各種實施例。
權(quán)利要求
1. 一種多天線系統(tǒng)中基于波束賦形的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，包括將系統(tǒng)可用頻率資源劃分為多個子頻段；對所述多個子頻段分別采用不同的波束賦形方案，獲得針對子頻段的分層的波束組；確定用戶的主服務小區(qū)，判斷所述用戶是所述主服務小區(qū)的小區(qū)邊緣用戶還是小區(qū)中心用戶；以及當所述用戶為小區(qū)邊緣用戶時，選擇多個波束用于所述用戶的數(shù)據(jù)傳輸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多天線系統(tǒng)中基于波束賦形的數(shù)據(jù)傳輸 方法，其特征在于，用于所述用戶的數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€波束來自所述主服務小區(qū)和協(xié)作小區(qū)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多天線系統(tǒng)中基于波束賦形的數(shù)據(jù)傳輸 方法，其特征在于，選擇多個波束用于所述用戶的數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟襟E包 括主服務小區(qū)獲得各個相鄰小區(qū)到所述用戶的信道質(zhì)量信息最優(yōu)的波束的 信道質(zhì)量信息；主服務小區(qū)根據(jù)所述各相鄰小區(qū)的信道質(zhì)量信息確定協(xié)作小區(qū)； 主服務小區(qū)將所述協(xié)作小區(qū)的最優(yōu)波束號和信道質(zhì)量信息返回所述協(xié)作 小區(qū)；通過所述協(xié)作小區(qū)的最優(yōu)波束和主服務小區(qū)的主波束為所述用戶提供聯(lián) 合數(shù)據(jù)傳輸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多天線系統(tǒng)中基于波束賦形的數(shù)據(jù)傳輸 方法，其特征在于，選擇多個波束用于所述用戶的數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟襟E包 括所述用戶測量每個相鄰小區(qū)各波束的信道質(zhì)量信息，選擇其中信道質(zhì)量信息最好的多個波束；所述用戶將所選的多個波束的波束號和信道質(zhì)量信息，以及相應小區(qū)的編號反饋給主服務小區(qū)；主服務小區(qū)將所述波束號和信道質(zhì)量信息傳輸給相應的小區(qū)； 通過所述用戶選擇的多個波束為所述用戶提供聯(lián)合數(shù)據(jù)傳輸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的多天線系統(tǒng)中基于波束 賦形的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，判斷所述用戶是所述主服務小區(qū)的 小區(qū)邊緣用戶還是小區(qū)中心用戶的步驟包括所述用戶將主服務波束的信道質(zhì)量信息反饋給主服務小區(qū)； 主服務小區(qū)判斷所述主服務波束的信道質(zhì)量信息是否大于預定門限值，當大于預定門限值時，所述用戶為小區(qū)中心用戶，否則，所述用戶為小區(qū)邊緣用戶。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的多天線系統(tǒng)中基于波束 賦形的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，還包括將所述多個子頻段進一步劃分為用于所述小區(qū)邊緣用戶的頻段和用 于所述小區(qū)中心用戶的頻段；當所述用戶為小區(qū)邊緣用戶時，選擇針對用于所述小區(qū)邊緣用戶的 頻段的波束用于所述用戶的數(shù)據(jù)傳輸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多天線系統(tǒng)中基于波束賦形的數(shù)據(jù)傳輸方 法，其特征在于，還包括基于頻率效率、系統(tǒng)容量、實現(xiàn)復雜度、額外開銷確定劃分的子頻 段的數(shù)量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多天線系統(tǒng)中基于波束賦形的數(shù)據(jù)傳輸 方法，其特征在于，還包括根據(jù)系統(tǒng)中用戶分布和/或用戶的業(yè)務需求靜態(tài)、半靜態(tài)或者動態(tài) 調(diào)整對小區(qū)的所述多個子頻段分別采用的波束賦形方案。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的多天線系統(tǒng)中基于波束 賦形的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，確定用戶的主服務小區(qū)的步驟包 括由所迷用戶基于測量來自各個小區(qū)的導頻信息來選擇主服務小區(qū)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多天線系統(tǒng)中基于波束賦形的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，判斷所述用戶是所述主服務小區(qū)的小區(qū)邊緣用戶還是小區(qū)中心用戶的步驟包括通過判斷所述用戶所屬的地理位置來判斷所述用戶是所述主服務小 區(qū)的小區(qū)邊緣用戶還是小區(qū)中心用戶；或者，通過判斷所述用戶接收到的主服務小區(qū)的功率與干擾小區(qū)功率的比 例是否大于標準值，來判斷所述用戶是所述主服務小區(qū)的小區(qū)中心用戶 還是小區(qū)邊緣用戶；或者，通過判斷所述用戶的路損信息是否大于標準值，來判斷所述用戶是 主服務小區(qū)的小區(qū)中心用戶還是小區(qū)邊緣用戶。
11. 一種多天線系統(tǒng)中的基站，其特征在于，包括 波束賦形沖莫塊，用于對由系統(tǒng)可用頻率資源劃分出的各個子頻段分別采用不同的波束賦形方案，獲得針對子頻段的分層的波束組；用戶判斷模塊，用于判斷所述基站小區(qū)的用戶是小區(qū)邊緣用戶還是 小區(qū)中心用戶；波束選擇模塊，用于接收來自所述用戶判斷模塊的判斷結(jié)果，當所 述用戶為小區(qū)邊緣用戶時，選擇多個波束用于所述用戶的數(shù)據(jù)傳輸。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的基站，其特征在于，還包括協(xié)作小區(qū) 選擇模塊，用于接收相鄰小區(qū)到所述用戶的信道質(zhì)量信息，根據(jù)所述相鄰 小區(qū)的信道質(zhì)量信息確定協(xié)作小區(qū)；當所述用戶為小區(qū)邊緣用戶時，所述波束選擇模塊選擇所述基站所 在小區(qū)的波束和協(xié)作小區(qū)的波束用于所述用戶的聯(lián)合數(shù)據(jù)傳輸。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的基站，其特征在于，當所述用戶 為小區(qū)中心用戶時，所述波束選擇沖莫塊選擇所述基站所在小區(qū)的波束用 于所述用戶的數(shù)據(jù)傳輸。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的基站，其特征在于，所述用戶判斷模塊用于接收所述用戶的主服務波束的信道質(zhì)量信息，判斷所述主服 務波束的信道質(zhì)量信息是否大于預定門限值，當大于預定門限值時，所 述用戶為小區(qū)中心用戶，否則，所述用戶為小區(qū)邊緣用戶。
全文摘要
本發(fā)明公開一種多天線系統(tǒng)中基于波束賦形的數(shù)據(jù)傳輸方法和基站，涉及移動通信領域。該方法包括步驟將系統(tǒng)可用頻率資源劃分為多個子頻段；對各個小區(qū)的多個子頻段分別采用不同的波束賦形方案，獲得針對子頻段的分層的波束組；確定用戶的主服務小區(qū)，判斷用戶是所述主服務小區(qū)的小區(qū)邊緣用戶還是小區(qū)中心用戶；以及當用戶為小區(qū)邊緣用戶時，選擇多個波束用于用戶的數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明通過對小區(qū)邊緣用戶由多個波束聯(lián)合為其服務，避免了現(xiàn)有技術(shù)中波束賦形帶來的閃電效應，使得位于小區(qū)不同位置的用戶都能得到覆蓋，提高了小區(qū)邊緣用戶的性能。
文檔編號H04B7/06GK101505182SQ200910080049
公開日2009年8月12日 申請日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者平 張, 張忠起, 李靜雅, 輝 章, 許曉東, 趙英宏, 郝志潔, 鑫 陳, 陶小峰 申請人:北京郵電大學