CN101371401A - 在sdma***中使用相同无线时间-频率资源传送用户和回程数据 - Google Patents

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Abstract

一种***(100)包括基站(105)，用来与在由基站(105)服务的小区内的至少一个用户终端(125，130)传送无线数据。中心回程接入点(135)与基站(105)传送无线回程数据。至少无线数据的第一部分和无线回程数据的第二部分通过空分多址(“SDMA”)来传送，并且无线数据的第一部分使用与无线回程数据的第二部分至少一些相同的时间－频率资源。

Description

在SDMA***中使用相同无线时间-频率资源传送用户和回程数据
技术领域
本发明总体上涉及使用相同的无线时间-频率资源以通过SDMA来传送用户数据和回程(backhaul)数据二者。
背景技术
移动通信网典型地使用多个基站将用户终端连接到无线网络。当每个用户终端位于基站所服务的小区范围内时，其与基站通信，以与无线网络交换信息。基站经由回程链路与核心网来回地发射回程数据。
通过有线连接来传输回程数据的费用很高，并且会在无线发展中造成延迟。另一方面，无线回程典型地使用与无线数据的时间/频率资源分离的时间/频率资源，例如在不同带宽分配上提供服务的替代***。然而，这些分离资源可能不可用，或不能提供可接受的范围/质量，诸如例如未许可频谱。
在本领域中有这样的***，其中，可以借助于使用天线阵列的空间分离，实践中称为空分多址(“SDMA”)，来实现在相同的时间-频率资源上的通信。在SDMA中，天线阵列形成多个空间信道以允许若干通信链路共享相同的时间-频率资源。接收天线阵列采用多个接收波束形成器，每个接收波束形成器被配置成接收一条通信链路，同时在空间上抑制其它通信链路。类似地，发射天线阵列采用多个发射波束形成器，每个发射波束形成器被配置成向其期望的接受者发射一条通信链路，同时通过发射空间零陷(spatial nulling)来使其发射背离其它接收机。
在本领域中有这样的无线回程***，其通过使用与一个或多个基站通信的回程中继器来将回程通信从一个或多个基站转发到回程接入点，并且多个回程链路经由SDMA的运用而共享相同的时间频率资源。然而，这些***针对回程和普通的无线数据通信使用分离的频率资源。在蜂窝***中，在部署的最初阶段，这类回程***可能不可用，因为分离的时间-频率资源可能不可用。
在本领域中有这样的无线蜂窝***，其采用SDMA以使得无线用户与基站之间的多条无线数据通信链路能够共享相同的时间-频率资源。然而，这些***的回程业务由有线链路来处理(这会阻止快速地网络部署)，或者使用在不同频谱分配上的无线回程链路(这在一些情形中可能不可用)，或者使用从无线数据业务窃取时间-频率资源(这严重降低了网络效率)。因此，当前的无线***是复杂和低效的。
附图说明
在附图的不同视图中，相同的标号指示相同或功能上类似的元素，并且附图与下列详细描述一起被包括在说明书中，且构成说明书的一部分，用于进一步说明各种实施例，并解释根据本发明的各种原理和优点。
图1示出根据本发明的实施例的无线***；
图2示出根据本发明的实施例的数据帧；并且
图3示出根据本发明实施例的同时传送无线数据和无线回程数据的方法。
技术人员将会理解，图中的元素是为了简明而示出的，且不必按比例绘制。例如，图中的一些元素的尺寸可能相对其它元素被扩大，以有助于改善理解本发明的各种实施例。并且，为了有助于更清晰地查看本发明的这些不同实施例，往往不描绘在商业上可行的实施例中的、有益或必需的通用和公知的元素。
具体实施方式
一般说来，依照这些不同实施例，提供了一种方法和***，其使用相同的时间和频率资源同时将回程数据和用户终端数据二者从基站直接地发射到回程接入点和用户终端。空分多址(“SDMA”)被用于此通信。根据该方法和***，不需要分离的时间或频率资源，也不需要专用的载波。通过使用相同的时间和频率资源，可实现回程数据和用户终端数据的有效复用。
SDMA是使用阵列处理技术以允许无线***的多个用户共享相同的时间和频率资源的实践。在SDMA***中，用户在空间域中被复用，而不是如在码分多址(CDMA)中所完成的那样在码域中被复用。所以，对于SDMA，除了信道估计、链路维护等所需的带宽，不需要附加带宽。通常在操作于基站的天线阵列的情境中描述SDMA***，该基站与多个单天线用户设备通信。
图1示出根据本发明的实施例的无线***100。如图所示，无线***100包括基站105。基站105具有处理器110、存储器115和收发信机120。收发信机120可包括操作在发射模式和/或接收模式的天线阵列。存储器115可存储待由处理器110执行的可编程程序代码。收发信机120可与小区134中的第一用户终端125、第二用户终端130、第三用户终端132传送无线数据。第一用户终端125、第二用户终端130、第三用户终端132的每个可包括例如蜂窝电话或选定的其它无线平台。收发信机120还用于将无线回程数据传送到中心回程点135。
尽管未示出，但是其它基站也可以与中心回程点135通信。而中心回程点135可与核心网140通信。中心回程点135与核心网140之间的通信链路可包括例如硬连线链路。当在例如第一用户终端125上进行呼叫时，无线数据被发射到收发信机120。随后，基站105经由收发信机120将对应的回程数据发射到中心回程点135。中心回程点135接着将回程数据发射到核心网140，核心网140可将适当的数据路由到服务于正被呼叫的相应用户终端的基站。
该基站105和其天线阵列120以下行链路方向(发射)和上行链路(接收)方式通信。例如，在下行链路方向上的通信可包括将无线数据从基站105传送到第一用户终端125、第二用户终端130或第三用户终端132中的任何用户终端，以及将回程数据传送到中心回程点135。在上行链路方向上，可将无线数据从第一用户终端125、第二用户终端130或第三用户终端132发射到基站105，以及传送来自中心回程点135的回程数据。
也可在上行链路方向上将回程数据从中心回程点135发射到基站105。在上行链路方向上，多个用户终端，例如第一用户终端125、第二用户终端130和第三用户终端132，可在与用于将回程数据从中心回程点135发射到基站105相同的时间-频率资源上，将无线数据发射到基站105。基站105使用接收SDMA处理技术、基于发射用户终端和中心回程点135相对基站105的收发信机120内的天线阵列的不同的矢量信道响应，来分离传输。
也可在下行链路方向上将回程数据从基站105发射到中心回程点135。在下行链路方向上，基站可使用发射SDMA，在与用于将回程数据从基站105发射到中心回程点135相同的时间-频率资源上，将无线数据发送给多个用户终端，例如第一用户终端125、第二用户终端130和第三用户终端132。在下行链路发射SDMA中，以此种方式，即在发射阵列和中心回程点135和每个用户终端，例如第一用户终端125、第二用户终端130、第三用户终端132之间形成非干扰空间信道，使用发射阵列使多个独立的数据信号被波束成型。
基站105的处理器110生成SDMA数据帧。SDMA数据帧包括回程数据和无线用户数据二者。处理器110生成SDMA帧，以使得尽可能高效地发射回程数据和无线用户数据二者。根据***情况，所需的回程数据的数量可以帧为基础进行变化。为了最佳统计复用，对普通数据通信来说，帧内的所有时间频率资源都可用。所需的回程量由处理器110来计算，并且分配帧的一部分用于回程，例如从开头起的最初1/3帧。在分配帧的一部分用于回程之后，将无线用户数据添加到帧中。例如，在下行链路方向上，可使用相同的子载波和正交频分复用(“OFDM”)码元以经由SDMA同时发射回程数据和无线用户数据二者。这可以发生在某些环境中，例如正与基站通信的中心回程点135和用户终端具有使得发射SDMA波束形成操作能够创建充分分离的空间信道的信道响应，于是在这些不同的实体之间的相应回程数据和无线用户数据的通信中没有干扰或是串扰。
图2示出根据本发明的实施例的数据帧200。数据帧200包括多个子载波和多个OFDM码元。如上所述，数据帧200被分为两个部分。数据帧200的第一部分205包括SDMA无线回程数据和无线用户数据。数据帧200的第二部分210仅包括无线用户数据，即在第二部分210中没有无线回程数据。注意，第一部分205不是必须包括比被分配到第二部分的码元早的OFDM码元。类似地，第一部分205不是必须包括OFDM码元的所有子载波。在一些实施例中，第一部分占据“矩形的”OFDM子载波和码元。在另一实施例中，第一部分可占据一组分离的子载波和码元。
为数据帧200的回程部分来选择用户数据，以使得可使用相同的频率资源同时与第一用户终端125、第二用户终端130或第三用户终端132，以及与中心回程点135，进行SDMA通信。然而，如果用户终端的角位置(或更具体地为矢量信道响应)和中心回程点135相类似，并且SDMA性能不能够充分地分离用户终端，那么可以针对数据帧200的第二部分205，即非回程部分，来调度用户终端。
在一个实施例中，仅考虑2维角度，并且仅在用户终端的传输与中心回程点135的方向基本相反(例如基本不同的方向)时，无线用户数据才与回程数据重叠。参照图1，中心回程点135与第一用户终端125和第二用户终端130中的每个都位于基本相反的方向。然而，第三用户终端132和中心回程点135不是位于基本相反的方向。相反地是，第三用户终端132和中心回程点135被设置成相对彼此很靠近。结果是，如果要从基站105发送回程数据，同时将无线用户数据从基站105发送给第三用户终端132，将产生被发射信号之间的干扰，妨碍或者使***的性能劣化。
因此，待发送到第一用户终端125或是第二用户终端130的无线数据可位于相同部分内，即位于具有待发送到中心回程点135的回程数据的数据帧200的第一部分205内。另一方面，待发送到第三用户终端132的无线用户数据可被包括于仅具有无线用户数据而没有回程数据的数据帧200的一部分(即第二部分210)中，以确保这类数据的最可靠传送。
图3示出根据本发明实施例的同时传送无线数据和无线回程数据的方法。从操作250开始，如上所述，基站105的处理器110确定是否要传送任何无线用户数据和/或回程数据。接着，在操作255，处理器110确定中心回程点135相对任何被服务用户终端的位置信息，基站105将与所述被服务用户终端传送无线用户数据。例如，基站105可与第一用户终端125、第二用户终端130和第三用户终端132通信。在操作255进行位置确定，以使得处理器110确定在不产生干扰的前提下，可以经由SDMA与回程数据一起传送哪些无线用户数据。例如，位置确定可以是用户终端和中心回程点135的角位置或矢量信道响应。
接着，在操作260，处理器110生成具有回程数据和无线数据二者的数据帧200的第一部分205。使用相同的时间和频率资源来发射/接收在数据帧200的第一部分205内的无线用户数据和回程数据。例如，基站105可将待与第一用户终端125和/或第二用户终端130传送的无线用户数据与回程数据一起包括在第一部分205中。接着，在操作265，处理器110生成数据帧200的第二部分210。第二部分210可仅包括无线用户数据。例如，第二部分210可包括将要在基站105与第三用户终端132之间被传送的无线用户数据。在此第二部分210中，即在非回程部分中，包括将要与第三用户终端132传送的无线用户数据，因为中心回程点135和第三用户终端132靠的很近，所以如果同时发射该无线用户数据与回程数据，那么很有可能会产生干扰。最终，在操作270，传送数据帧200。例如，在下行链路通信中，通过基站105的收发信机120发射数据帧200。反之，在上行链路通信中，通过基站105的收发信机120接收数据帧200。
在某些传播环境中，具体在那些具有大量多径散射的环境中，用户终端和/或中心回程点135的角位置可能不会显著影响SDMA的性能。在那些环境中，确定位置的操作255是没必要的，所以不用执行。在这类实施例中，在图3中，流程从操作250直接前进至操作260。接着，可用其它标准，例如关于待处理业务的信息，来确定在第一部分中调度哪些传输，以及在第二部分中调度哪些传输。
如上所述，无线用户数据和回程数据经由OFDM码元来传送。可以以帧为基础来执行无线用户数据和回程数据的分配，以使得第一部分205和第二部分210的相对大小可基于无线回程数据的需求来逐帧地改变。数据帧200的第一部分205和第二部分210可以是OFDM码元的毗邻集合。当用户终端快速地移动通过由基站105服务的小区134时，即使用户终端当前并未与中心回程点135靠得太近从而可能与回程数据的传输产生干扰，基站105的处理器110也可保持待发射给正移动的用户终端的无线用户数据与回程数据相分离。之所以这样分配用户数据的原因是，当用户终端移动经过小区时，处理器110可基于用户终端的移动确定很快产生干扰的可能性。在做出该确定时，处理器110可考虑用户终端移动的速度和/或方向。例如，当正移动的用户终端的速度和用户终端的多普勒测量(或是信道响应可变性或是信道响应变化速度的测量)超过预置阈值时，可将其用户数据单独分配到数据帧200的第二部分210，即非回程部分。当用户终端靠近基站105通信范围的边缘时，也可将用户数据分配到第二部分210。还可为仅使用数据帧200的第二部分210的用户终端分配较低的调制和编码速率。
依照上述的这些不同实施例，提供了一种方法和***，其使用相同的时间和频率资源来将回程数据和用户数据二者直接同时从基站发射到中心回程点和用户终端。SDMA用于该通信。根据本方法和***，对于回程业务，不需要分离的时间或频率资源，也不需要专用载波。通过使用相同的时间和频率资源，可实现回程和用户数据的良好复用。
本领域的技术人员将意识到，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，可进行关于上述实施例的多种修改、替换或组合，并且这类修改、替换或组合被认为是处于创新性概念的范围之内。

Claims (10)

1.一种方法，包括：
在基站与中心回程接入点之间传送无线回程数据；
在所述基站与由所述基站服务的小区内的至少一个用户终端之间传送无线数据；并且
其中至少所述无线数据的第一部分和所述无线回程数据的第二部分通过空分多址(“SDMA”)来传送，并且所述无线数据的所述第一部分使用与所述无线回程数据的所述第二部分至少一些相同的时间-频率资源。
2.如权利要求1所述的方法，其中从所述基站到所述中心回程接入点来执行传送所述无线回程数据的步骤，并且在从所述基站到所述至少一个用户终端的下行链路执行传送所述无线数据的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其中从所述中心回程接入点到所述基站执行传送所述无线回程数据的步骤，并且在从所述至少一个用户终端到所述基站的上行链路执行传送所述无线数据的步骤。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：为所述无线数据和所述无线回程数据二者分配第一数量的时间-频率资源，并且仅为所述无线数据和所述无线回程数据的其中之一分配第二数量的时间-频率资源，其中所述至少一些相同的时间-频率资源包括所述第一数量的至少一部分。
5.一种***，包括：
基站，用来与在由所述基站服务的小区内的至少一个用户终端传送无线数据；
中心回程接入点，用来与所述基站传送无线回程数据；并且
其中至少所述无线数据的第一部分和所述无线回程数据的第二部分通过空分多址(“SDMA”)来传送，并且所述无线数据的所述第一部分使用与所述无线回程数据的所述第二部分至少一些相同的时间-频率资源。
6.如权利要求5所述的***，其中从所述基站部署所述中心回程接入点，以使得所述无线回程数据从所述基站流动到所述中心回程接入点，并且所述至少一个用户终端被部署到从所述基站的下行链路上，以使得所述无线数据在从所述基站所述至少一个用户终端的下行链路流动。
7.如权利要求5所述的***，其中为所述无线数据和所述无线回程数据二者分配第一数量的时间-频率资源，并且仅为所述无线数据和所述无线回程数据的其中之一分配第二数量的时间-频率资源，其中所述至少一些相同的时间-频率资源包括所述第一数量的至少一部分。
8.一种基站，包括：
处理器，用来处理无线数据和无线回程数据；以及
收发信机，用来与由所述基站服务的小区之内的至少一个用户终端传送所述无线数据，并且与中心回程接入点传送所述无线回程数据；并且
其中至少所述无线数据的第一部分和所述无线回程数据的第二部分通过空分多址(“SDMA”)来传送，并且所述无线数据的所述第一部分使用与所述无线回程数据的所述第二部分至少一些相同的时间-频率资源。
9.如权利要求8所述的基站，其中从所述基站部署所述中心回程接入点，以使得所述无线回程数据从所述中心回程接入点流动到所述基站，并且所述至少一个用户终端被部署在从所述基站的上行链路上，以使得所述无线数据在从所述至少一个用户终端到所述基站的上行链路流动。
10.如权利要求8所述的基站，其中正交频分复用(“OFDM”)码元被用于所述基站，以与所述中心回程接入点传送所述无线回程数据，并且与所述至少一个用户终端传送所述无线数据。
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