CN1541023A - 蜂窝无线网络的动态覆盖范围和容量的解决方案 - Google Patents

Abstract

公开了一种蜂窝通信***，包括至少一个小区，所述小区由覆盖层和容量层所定义，覆盖层定义所述小区的覆盖，容量层至少部分地定义了所述小区的容量。

Description

蜂窝无线网络的动态 覆盖范围和容量的解决方案

技术领域

本发明涉及蜂窝通信***，尤其涉及小区级的无线覆盖和容量的优化。本发明尤其但不唯独涉及时分多址(TDMA)***。

背景技术

典型的蜂窝无线网络由其中无线小区既具有固定的覆盖又具有固定的容量性能的***构成，这会导致下行链路的容量开销增大，因此而耗费资源。时分多址(TDMA)***就是这样的***例子。

这样的***或者是多载波***，或者是单载波***。多载波***包含单一发射单元，它能够广播多个载波。单载波***包含单一发射单元，它能够广播单载波。在这样的单载波***中，为了增加容量，需要使用多个发射单元，并且将多个载波信号混合到天线中去。

通常，多载波***具有某个最大下行链路发射功率，该功率在小区内部使用的载波间进行分配。即，使用的载波越多，则分配给载波(用户)的下行链路功率就越少，这导致无线小区覆盖的逐渐减弱。在单载波***中，加入新的载波(增加容量)时，如果天线数量不增加，将导致混合损失的增加。不对这些***进行适当的控制，就存在容量/覆盖开销的问题，这将进一步导致资源的浪费。网络规划可能也变成问题。

一般地，对现有的GSM无线网络进行规划，使得小区覆盖由广播控制信道(BCCH)的载波确定。所有其它的业务载波，如果存在的话，都具有与BCCH相同的覆盖，也提供相同的服务。如果不考虑小区区域内的用户位置，这种类型的***在整个小区区域内对同样数量的用户提供同样的服务。这是一种典型的资源浪费。

多载波***的下行链路涉及特殊的问题。在多载波***中，分配给广播控制信道的功率确定整个小区的覆盖，“剩下”的功率才用于其它的业务载波。如果该***的输出功率是40W，并且运营商决定广播控制信道以36W的功率发射(即总功率的90％)时，则仅剩下4W用于其余的业务信道。例如，如果有另外四个业务信道，则这些业务信道的可用功率明显不足，因而这些信道实际上是无用的。

同样地，需要网络运营商就多载波***的情形仔细地规划网络设计。

两个现有技术已经尝试了对单载波***提出改进的解决方案。

第一个单载波***现有技术被称为智能覆盖增强(ICE)技术。这是一种通过具有不同输出功率的两个小区覆盖同一区域或扇区的解决方案，这两个小区共享公共的天线。因为两个小区之间的功率的差异，覆盖范围并不完全一致。然而，这种方案的特性是具有较小输出功率的小区的覆盖区域整体上在具有较高输出功率的小区的覆盖区域之内。这允许使用公共天线。

被称之为ICE+的增强型方案允许不同类型的配置，包含不同数量的发射机和天线。然而就ICE和ICE+的功能来说，小区的覆盖和容量被无线收发基站的硬件所固定。

第二种单载波***现有技术被称为智能内层/外层(IUO：intelligent underlay/overlay)。IUO被设计为允许运营商更频繁的重用频率，因此取得较高的无线网络容量。为了借助于IUO取得较高的无线网络容量，网络的工作频谱被分成正规频率和超重用频率。由外层(overlay)网络提供连续覆盖区域利用非正规的频率。超重用频率准备用于例如靠近无线收发基站的移动台。

然而，在IUO中，覆盖范围和容量又由无线收发基站的硬件所固定。

本发明的目的在于提供一种解决上述问题的一个或多个问题的改进技术。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供了包括至少一个小区的蜂窝通信***，所述小区由覆盖层和容量层定义，覆盖层定义所述小区的覆盖，容量层至少部分地定义所述小区的容量。

覆盖层的下行链路中载波的功率电平最好定义所述小区的覆盖。所述功率电平最好是可变的。

容量层中载波的数量可以是可变。容量层中的任何载波的功率电平可以是可变的。

下行链路的总发射功率最好在覆盖和容量蜂窝层之间进行分配。每个覆盖和容量层的可用功率最好在相应层的载波之间进行分配。

***可以是多载波***或单载波***。

根据第二个方面，提供了配置蜂窝通信***的方法，包括：确定小区的覆盖层，该覆盖层定义了所述小区的覆盖；和确定该小区的容量层，该容量层至少部分地定义所述小区的容量。

覆盖层中载波的功率电平最好定义所述小区的覆盖。所述功率电平最好是可变的。

容量层中载波的数量最好是可变的。容量层中任何载波的功率电平最好是可变的。

最好为下行链路提供总的可用功率，所述功率在覆盖和容量层之间进行分配。

容量层中载波的加入可包含选择性地降低容量层中一个或多个载波的功率。

使用容量层中载波的连接可以被转移向覆盖层中的载波，以增加所述连接的覆盖。

使用覆盖层中载波的连接可以被转移向容量层中的载波，以增加该小区的容量。

根据本发明的另外一个方面，提供了移动通信***的基站，它包含用于以预定功率电平发射载波并由此定义小区的覆盖区域的装置，和用于发射可变数量的载波并由此至少部分地定义该小区的容量的装置。

可变数量的载波的功率电平最好取决于与载波相关的移动台到基站的接近程度。

可变数量的载波的总功率可以预先确定，在可变数量的载波中间对所述预定功率分享的份额由所述载波的总数来决定。

用于发射可变数量的用户的装置可适于降低分配给一个或多个载波的功率，以响应载波数量的增加。

附图说明

现在将通过例子并参照附图一起描述本发明，其中：

图1根据本发明的优选实施例图解说明了动态覆盖和容量***的概念；

图2图解说明的是表示多载波***的实施例的图表；。

图3图解说明的是表示多载波***的另一个实施例的图表；

图4图解说明的是在单载波***中功率放大器的示例性实现，和载波信号的图形化表示；

图5图解说明的是单载波***中功率放大器的示例性实现，和载波信号的图形化表示；

图6图解说明的是单载波***中功率放大器的示例性实现，和载波信号的图形化表示；而

图7至图10图解说明的是与本发明实施例有关的蜂窝结构的例子。

具体实施方式

现在将参照具体的、非限定性的例子对本发明进行描述。尤其是参照时分多址(TDMA)***，全球移动通信***(GSM)对本发明进行描述。

参照图1，作为在优选实施例中的应用，概念性地图解说明了本发明的原理。本发明的技术可以称之为动态覆盖和容量解决方案(DCCS)。

根据这个概念的原理，对于每个小区，定义了两个层。第一层102，最好称之为“覆盖层”，定义小区的最大覆盖范围，因此实际上定义了该小区的物理约束。覆盖层中发射的任何载波信号均以这样的功率电平发射，使得该载波能够被位于该小区中任何地方的移动台所接收。覆盖层因此由该小区的最大功率电平来定义，而对于以最大功率电平发射的载波信号，表示该小区的最大物理规模。在GSM***中，广播控制信道(BCCH)载波是包括覆盖层的最小载波。广播控制信道必须在整个小区上发射，因此广播控制信道功率的极限表明该小区规模的物理极限。覆盖层确保其中发射的任何信号被位于该小区任何地方的任何移动台所接收。

第二层104，术语称为“容量层”，允许针对小区增加或去除载波，从而改变该小区的容量。尤其是，容量层与功率电平可变，因而范围可变的载波相关。即，载波信号的功率电平可以依据相关移动台到无线收发基站的距离而变化。如果移动台靠近无线收发基站，则需要相对低的功率与移动台通信。如果移动台接近该小区的边缘，则需要相对高的功率与该移动台进行通信。因此，与每个载波相关的功率最好依据有关移动台位置的信息而变化。这正是在图1中用虚线104a、104b和104c所表示的情况，这些虚线表示与三个不同功率电平相关的三种不同载波的发射极限。与每个虚线相关的功率总体上可对应于与单虚线104d相关的功率，后者表示使用满功率发射以覆盖该小区的边缘的载波，即用对应于覆盖层102中载波的功率电平的功率发射的载波。

因此在实施例中，发射机中总的可用功率部分分配给覆盖层102和容量层104中的每个。在容量层104中，可用功率在多个可用载波中间分享。以这种方式，在不用调整总的功率电平的情况下，各种载波的功率电平可以进行调整，以保证与这样的载波所相关的所有移动台的通信。

用户或移动台可以在容量和覆盖层的载波之间根据它们的位置变化或根据***需求的变化进行移动。例如，当移动台移到物理小区区域的边缘时，它的连接可以从容量层转移到覆盖层(内部切换)。也可以进行相反的转移。在这样的切换中，无线资源管理(RRM)命令移动台改变载波频率，并从覆盖或容量层中的新载波中选择某个时隙。

载波(可以认为是频带中的一个频率)也可以在容量层和覆盖层之间根据***需求而移动。然而，如果载波在容量层和覆盖层之间移动，该小区的参数就要改变，这将通过下列描述变得明显，特别是结合下面的表1和表2。这个过程比简单的移动连接“更重(heavier)”一些。当载波在层间移动时，PRM也必须考虑对周围小区的任何影响。

同样地，为了动态地控制载波的覆盖和容量，可以利用“覆盖层”和“容量层”。为了在网络中容纳更多的载波，可以限制某些载波的覆盖。本发明原理的进一步理解，和如何使该原理实现，可以从下面所述的例子中得以理解。将在下面使用两个主要的例子进一步描述本发明：多载波***的例子和单载波***的例子。

多载波***和单载波***说明书的介绍部分中均被提及。基本的多载波***为下行链路传输仅使用一个天线。数个载波由单个单元产生，该单元与一个天线连接。在单载波***中，只有一个载波由单个单元产生。因此，如果需要数个载波，它们必须混合到一个天线中，或者按照DCCS的要求混合到两个天线中，或者每个载波可在下行链路中有它自己的天线。

多载波***

在多载波***中，无线小区被给定“极点(pole)”覆盖和“极点”容量，这取决于无线收发基站(BTS)***的性能。极点覆盖被定义为单载波对该小区的最大覆盖；即当整个发射功率用于一个载波时的覆盖区域。极点容量被定义为能够使用多载波技术配置给指定小区的载波的最大数量。因为极点覆盖和极点容量表示相反或两极性的条件，不能同时在小区中达到极点覆盖和极点容量。然而，网络的无线资源管理具有在极点值之间动态地调整小区的覆盖和容量的能力。

极点值在这里被看作为覆盖和容量比(CCR)参数组的一部分。CCR参数包含预定义的功率比(覆盖和容量层之间的功率比)和预定义的容量比(覆盖和容量层之间的载波比)。CCR参数能够容易地被映射到可动态用于网络(无线小区)的表，并且此表用于网络管理。

表1给出的是具有相对覆盖(极点覆盖＝1)和8载波极点容量，但没有天线混合***的CCR参数表的例子。因为没有使用天线混合***，因此每个载波与各自的天线相关。如果使用天线混合***，则CCR参数具有与表1的例子中所例举的参数不同的参数值。

表1中的第一列列出的是CCR参数的编号或标识。第二列列出的是BCCH载波相对于小区中其它载波的功率。第三列列出的是总容量，即小区中载波的总数。在这个例子中，载波的数量是BCCH载波加上所有业务载波。第四列列出的是容量层的业务载波相对于覆盖层的业务载波的功率。第五列和第六列分别列出的是容量比和功率比。

参照表1，可以看出定义了8组CCR参数。在下面讨论两个极端情形。

对于CCR 1，可以看出载波的总数是1。这个载波是覆盖层的BCCH载波。因此容量比是1∶0，功率比是1∶0。在这种情形下，总的发射功率被用于单个载波，因此这表示极点覆盖。

对于CCR 8，可以看出载波的总数是8。即BCCH载波和7个业务载波。所有的业务信道都分配给容量层，因此容量比是1∶7。这表示极点容量：***容纳最多8个载波，并且在假定这些载波中的一个(BCCH载波)必须分配给覆盖层的情况下，可以分配给容量层的载波的最大数目是7。

CCR参数表在网络规划时通过无线资源管理进行预定义和使用。8组参数以例子方式用表1示出。然而，该表可以包含更大的参数组。

覆盖区域固定并且具有最宽覆盖的载波(即，所述例子中的BCCH)形成无线小区的覆盖层。覆盖区域可以变化并且可以增加/去除以改变容量的载波(即业务载波)形成无线小区的容量层。本发明的原理是以优化小区/网络性能的方式将可用的BTS发射功率在覆盖层和容量层之间进行分配。容量层的任何单载波不能比覆盖层具有更宽的覆盖(更多的功率)。然而，尽管如此，还是能够将更多的功率分配给容量层的某些用户(无线时隙)或载波，使得它们能够达到覆盖层极端情况的覆盖，或者如果需要的话，具有更好的服务质量(例如，数据吞吐率)。只要不超过分配给容量层的总功率，这种特性确保容量层的用户能够在整个小区范围内得到服务。当容量层的功率开始达到它的最大值(例如，90％)时，某些用户最好动态地移到覆盖层。覆盖层在整个小区内提供基本和固定的覆盖和容量。

容量层的覆盖是影响网络性能和最大可用业务载波方面的规划的重要参数。最好为业务载波定义最小可用发射功率，这用于保证容量层中所有的用户连接具有一定的性能(覆盖和服务质量)。因此，最小可用载波发射功率对容量层的覆盖规定了较低的限制。

CCR	BCCH载波的相对功率	总容量(没有载波；BCCH+业务载波)	业务载波(容量层)的相对功率	容量比	功率比
						1	1	1	N/A	1∶0	1∶0，极点覆盖
2	0.5	2	N/A	2∶0	1∶0
						3	0.5	3	0.25	1∶2	1∶1
4	0.5	4	0.1666	1∶3	1∶1
						5	0.5	5	0.125	1∶4	1∶1
6	0.25	4	0.25	1∶3	1∶3
						7	0.25	6	0.15	1∶5	1∶3
8	0.25	8	0.11	1∶7，极点容量	1∶3

表1

应当注意的是，表1为例子的表示，适合的表将根据具体实施情况的变化而变化。表1(象下面的表2)提供了只有8个载波的例子，但是同时可能表示这种***的最有用的组合。如果提供能够仅产生4个载波的单元，则可以使用从CCR 1至CCR 4的参数。如果提供了能够产生12个载波的单元，则应当定义更多的CCR参数。这张表的目的是提供例子以帮助形象化地说明什么类型的载波组合是可能的，并且能够由***的无线资源管理加以利用。

如果需要的话，覆盖层可以被分配多于一个的载波。而且，容量层可以进一步地被分成子层。这种类型的网络拓扑以表2为例。

CCR	覆盖载波的相对功率	总容量(没有载波；BCCH+业务载波)	容量层1中的业务载波的相对功率	容量层2中的业务载波的相对功率	容量比	功率比
							9	0.4	3	0.2	N/A	2∶1	1∶0.25
10	0.4	4	0.1	N/A	2∶2	1∶0.25
							11	0.5	3	0.3	0.2	1∶1∶1	1∶0.6∶0.4
12	0.5	4	0.25	0.125	1∶1∶2	1∶0.5∶0.5
							13	0.5	5	0.15	0.1	1∶2∶2	1∶0.6∶0.4
14	0.25	8	0.125	0.1	1∶2∶5极点容量	1∶1∶2

表2

以特定于实现的方式，无线资源管理为不同的无线小区定义有用的CCR参数。网络中的每个小区可以具有唯一的CCR参数表，或者CCR参数表可以在两个或更多的小区间共享。CCR参数可以用于有效地改变小区的容量，并且如果运营商的频带不允许使用额外的载波，在小区间转移容量。这可参照下面针对图7至图10所述的具体实现进行图解说明。

无线资源管理能够在考虑到对邻近小区的任何影响的情况下动态地改变小区的CCR参数。这将导致这样的***，其中某些CCR参数成对地产生作用。下面将进一步详细描述的图9和图10示出了例如有效使用表1的参数组CCR 1和6的蜂窝***。

根据图解说明，在下列例子情形中改变CCR参数的设置会是有利的：

·暂时超过小区的容量。

·在繁忙时某个区域需要更多的容量。

·在空闲时(即在用户数量较少时)小区覆盖的扩充。

例如，在诸如休假胜地、展览会、大型购物中心、体育竞赛、办公区域等等的事件和地点，容量需求变化很大。

图2示出了多载波***中常规无线小区和根据本发明实施例的DCCS无线小区之间的下行链路功率测量的差异。

针对多载波***发射机的线性功率放大器(LPA)设计从本发明的原理中得到显著的收益。由于LPA必须功率很强以同时满足高覆盖和高容量的要求，所以它是非常昂贵的。同样，LPA的规模必须很大，并且由于相对低的效率(20％)，它产生许多热量。因此这使能够放入BTS机柜的LPA的数量受到限制。

图2a-2e针对多个所述的情形图解说明了功率对比频率的图表。图2a针对极点覆盖情形图解说明了功率对比频率的图表。如图所示，示出了具有整数(unity)(1)的功率电平的单载波分量202。

图2b图解说明了常规***，其中所有的载波必须满足极点覆盖的一半。在这种情形中，只有两个载波204和206可以被该***支持。

图2c针对上述表1的CCR参数CCR 3图解说明了***实现。在覆盖层中提供一个单载波108，在容量层中提供载波210和212。载波108得到总功率的一半，因此载波210和212各得到总功率的1/4。

图2d针对上述表1的CCR参数CCR 5的情形图解说明了该情况。在覆盖层中提供单载波114，同时在容量层中提供4个载波216、218、220和222。载波108得到总功率的一半，并且载波216至222均得到总功率的1/8。

图2e表示常规网络结构的情形，其中需要支持4个载波。4个载波224、226、228和230如图所示，每个载波具有总功率的1/4的最大功率。不可有差异。功率被均等共享。

实际上，如果一个载波(广播信道)必须满足极点覆盖的一半(0.5)，例如见图2b，常规***只提供两个载波的容量，而使用CCR 5的本发明能够提供5个载波的容量(即多出150％的容量)。相反地，对于与常规***中相同的容量只需要小于150％的发射功率。

如果在天线连接器中LPA最大输出功率是50W，而该功率在覆盖和容量层之间进行平均分配，则例如，并且参照表1，CCR 3将25W提供给覆盖载波，将12.5W(小于3dB)提供给每个容量载波(图2c)。类似地，参照表1，CCR 5将6.3W(即小于覆盖载波6dB)分配给容量载波(图2d)。在理论上，小于6dB的功率意味着小区范围减半，但实际上小区范围仅减少大约25～35％，这取决于环境。因此，功率3dB的降低与小区范围的减少15～20％相对应。小区范围的减少30％与小区服务区域大约减少50％(0.7*0.7＝0.49)相对应，小区范围的减少20％与小区服务区域减少大约36％(0.8*0.8＝0.64)相对应。

图3a和图3b图解说明的是对应于上述表1的CCR参数CCR 5的功率对比频率的图表。图3c表示CCR参数条件CCR 5的理论上的实施。

覆盖层具有单载波302，容量层有4个载波304、306、308和310，每个具有的功率电平为0.125，如图3a所示。图3b图解说明的是这样一个实施的实际结果。此外，覆盖层具有单载波312，其功率电平为0.5。容量层有4个载波314、316、318和320。正如所见，容量层中每个载波的功率电平的降低根据适当的载波范围而变化。

参照图3c，图解说明的是收发信机的低功率放大器的可能实施。低功率放大器330在单一输入线路上可以接收5个载波，并在单一输出线路上输出放大信号。可选地，低功率放大器332可以在它的输入端并行接收5个载波，在其单一输出线路上输出5个载波。因此功率放大器330和332示出的是实现多载波***的两种不同方式。

图3b表明，容量层的载波，例如载波314，可以利用容量层的功率，使得某些移动台可以到达小区的边缘，而不用改变与覆盖层的连接。图3b形象化表明，层中的载波间的6dB的差(0.5/0.125)实际上是平均差。于是容量层的某些载波可以使用多于1/8的可用功率(例如载波314)，同时其它载波可使用较少的功率(例如，载波318、320)。容量层中的载波间的功率分配随着该载波相关的移动台当前位置的改变而改变。

在实施本发明的实施例时，要寻找的平衡是如何能够将层间的性能差异减少，但不过分以无线小区的覆盖和容量为折衷代价。

本质上，多载波***能够动态地改变载波的数量，并因此在载波和层间动态地分配功率。为了使某些用户的覆盖得到增强或使QoS(服务质量)得到增强，可在容量层中使用这种特性，只要不超过可用的功率资源(功率、处理能力、载波数量)。因此，对于例如表1中的CCR5，各层的性能的6dB差异是一个平均值，而实际差可能较小，如图3b所示。

本发明的实施例已经在上面通过参照应用于多载波环境的例子进行了描述。本发明同样可以应用于单载波***环境，单载波环境的

实施例将在后面描述。

单载波***

在单载波***中，多个载波通过使用天线混合单元针对一个天线而混合。如果没有新天线加入，新载波的加入增加了下行链路的混合损耗。在适于将无线小区分成两个层(例如ICE或IUO)的常规***中，通常层间存在永久的性能(覆盖和容量)差异。

本发明的这个实施例允许不同类型的混合***和增强特性在各层的载波中使用。所使用的增强方法为***减少各层的性能差异而提供必要的动态特性，这类似于上面所描述的多载波***。

根据本发明的实施例，针对于在两个发射天线中混合的8个单载波支路，表3示出了引入动态下行链路分集(DDD)和/或动态功率混合(DPC)技术的示例性单载波***的覆盖和容量比(CCR)参数表的例子。单发射机支路的相对功率是1。然而，由于增强特性，极点覆盖可以大于1。天线(服务于该小区)中混合的载波的数量确定了极点容量。

通过例子描述使得极点覆盖大于1的***增强特性。考虑两个功率放大器的简单***。在单载波***中，这两个放大器均可以用于发射不同的信号，或者每个可以发射同样的信号(载波/频率)。功率放大器的功率是1。如果同样的信号(频率，载波)通过两个功率放大器发送出去，则对于该信号，总的功率是2×1＝2，并且在这种情形下，***可以仅产生一个载波。如果有两个可用的下行链路天线，同样的信号可以通过两者发送出去，而不用进行任何的预先混合。因为该信号比通过单一放大器和天线发送的信号的覆盖宽3-dB，极点覆盖现在是2。这被称为下行链路分集发射，它是著名的技术。

如果只有一个下行链路天线可用，作为两个同样信号的两个信号可以通过使用DPC(下行链路功率混合)技术进行预先混合，这与单放大器***相比将再一次提供3dB的覆盖增益。功率混合也是著名的技术。

如果天线的数量与功率放大器的数量相同，极点覆盖就能够达到与***中的功率放大器一样高的程度。即在8个放大器的***中，如果所有放大器具有它们自己的天线(8)，极点覆盖可以是8。然而，这些“高阶”***的实际实现不是可行的。

如上面的表1所示的那样，表3的第一列列出的是CCR参数的编号。第二列列出的是BCCH载波相对于小区内其它载波的功率。第三列列出的是总容量，即小区内的载波总数。在这个例子中，载波的数量是BCCH载波加上所有业务载波。第四列列出的是容量层的业务载波相对于覆盖层业务载波的功率。第五列和第六列分别列出的是容量比和功率比。

参照表3，可以看出再一次定义了8个CCR参数的组。

对于单载波***，本发明实施例中的DDD和DPC技术的具体实现下面将进一步描述。

CCR	BCCH载波的相对功率	总容量(没有载波；BCCH+业务载波)	(容量层)业务载波的相对功率	容量比	功率比
						1	2	2	2	1∶1	2∶2，极点覆盖
2	2	3	1	1∶2	2∶1
						3	2	5	0.25	1∶4	2∶0.25
4	1	4	1	1∶3	1∶1
						5	1	7	0.25	1∶6	1∶0.25
6	0.5	4	0.5	1∶3	0.5∶0.5
						7	0.5	7	0.25	1∶6	0.5∶0.25
8	0.25	8	0.25	1∶7极点容量	0.25∶0.25

表3

如果该载波覆盖或它的QoS需要改进，可以为容量层中的每个用户连接(即载波)单独使用DDD和/或DPC方法。在单载波实施中本发明实施例的原理是以小区/网络性能优化的方式，将可用无线时隙在容量层的用户之间进行分配。因此，覆盖和容量层的性能差异显著减少。

单载波实施例中的缺陷在于使用DDD和/或DPC技术的连接减少了容量层的可用无线时隙的数量(即容量)。

在上述的多载波***中，增加某些用户的发射功率减少了其它用户的可用发射功率，即可用的发射功率恰好在用户之间有所不同地分配，但容量没有损失。

然而，只要不超过分配给容量层的总容量，性能增强特性确保容量层的用户可以在整个小区内得到服务。当容量层的容量开始达到它的最大值(例如，90％)时，某些DDD和/或DPC用户可以移到覆盖层。覆盖层在整个小区提供基本和固定的覆盖和容量。

象在多载波***中那样，无线资源管理为不同的无线小区定义有用的CCR参数。此外，CCR参数可以有效地用于改变小区的容量，并且如果运营商的频带不允许使用附加的载波，该参数可以用来在小区间转移容量。无线资源管理可以动态地改变小区的CCR参数，其中考虑到对邻近小区的任何影响。

单载波***对于DCCS实施更富于挑战性，因为载波和功率的数量在单载波(SC)技术中通常是固定的。而且，与多载波***相比，在单载波***中，因为每个载波都有它自己的功率放大器，CCR参数的值稍稍有些不同。即，加入更多的载波增加了可用的功率，但如果天线的数量没有增加的话，也必须考虑混合损耗。存在某些能够为单载波***提供合理的动态特性的技术。

根据本发明的单载波***的动态下行链路分集(DDD)***和动态功率混合(DPC)***实施此后将进行描述。

根据本发明实施例的DDD***的例子如图4所示。图4a图解说明的是单载波***中实现动态下行链路分集的发射机的具体实施。第一组功率放大器402、404、406和408分别接收广播控制信道载波和3个业务信道载波。加法器418将功率放大器402和404的输出加在一起，加法器420将功率放大器406和408的输出加在一起。加法器426将加法器418和420的输出加在一起并驱动第一天线430。第二组放大器410、412、414和416分别接收广播控制信道载波和3个业务信道载波。加法器422将放大器410和412的输出加在一起，加法器424将放大器414和416的输出加在一起。加法器428将加法器422和424的输出加在一起并驱动第二天线432。

对BCCH载波，使用下行链路分集发射使覆盖层得到增强(功率0.25+0.25＝0.5)。容量层(6个载波)也可以利用DDD技术。即，如果语音用户需要比容量层中可用功率更多的功率，无线资源管理为其保留另一个合适的无线时隙(RTS)，并请求BTS执行分集发射。所保留的RTS(同样信号)被分配，使得它们在同一时间和频率(DL延迟分集)通过两个不同的天线发送出去，从而提供与覆盖层相同的性能。因此，RRM也可以为连接保留更多的RTS，其中该连接正使用数据会话(GPRS、HSCSD等等)。因此，在容量层和/或覆盖层中利用动态下行链路分集技术。

图4b图解说明的是这种情形的功率对比频率的图形化图表。通过两个天线中的分集发射，覆盖层与具有功率电平0.5的单载波440相关。容量层与功率电平为0.25的6个载波相关。然而在使用分集技术的情况下，通过两个天线中的分集发射，容量层的一些业务载波可利用分集技术获得与覆盖层相同的功率。

在这个例子中，当所有连接都使用DDD(表3中的CCR 6)时，最小容量是具有最大覆盖的4个载波(包含BCCH)。当只有BCCH载波使用DDD(CCR 7)时，最大容量(包含BCCH)是7个载波。相对覆盖为0.5。

本领域的技术人员明白如何在提供多于两个的天线的情况下取得不同的变化和功率控制。DDD技术的使用使得甚至在单载波***的固定功率结构内都能够进行功率控制。

图5示出了根据另一单载波实施例的DCCS的动态功率混合(DPC)***的例子。第一组功率放大器502、504、506和508接收广播控制信道载波(功率放大器502和504处)和两个业务信道载波。加法器518将功率放大器502和504的输出加在一起，加法器520将功率放大器506和508的输出加在一起。加法器526将加法器518和520的输出加在一起并驱动第一天线530。第二组功率放大器510、512、514和516分别接收4个另外的业务信道载波的输入。加法器522将功率放大器510和512的输出加在一起，加法器524将功率放大器514和516的输出加在一起。加法器526将加法器518和524的输出加在一起并驱动第二天线532。加法器518至528最好包括频率和混合单元。

DPC***通过针对同一载波使用两个功率放大器来增加信号的功率。来自两个不同发射支路的载波被相干混合(同一相位和幅度)，以在混合单元的输出上产生一个高功率信号。

在图5a中可以看出，BCCH载波形成针对功率放大器502和504的输入，这些功率放大器的输出被混合。因此，通过针对BCCH载波(天线功率＝1)利用“固定”的DPC***，使覆盖层得到增强。

容量层(在例子中的6个载波)能够类似地利用DPC技术。即，如果语音用户需要比容量层中更多的功率，RRM为它保留另一个合适的RTS并请求BTS执行动态功率混合。分配所保留的RTS(对同一信号)，使得它们使用同一频率和混合单元通过两个不同的功率放大器发送出去。因此用户具有与覆盖层同样的性能。

因此，RPM能够为载波保留适当数量的RTS，其中该载波正用数据会话(GPRS、HSCSD等等)。将通过图5b的功率与频率的示意图进行图形化的图解说明。在覆盖层中提供具有整数(1)的功率电平534的单载波。容量层中提供一般由536表示、具有功率电平0.25的6个载波。使用上述技术可以增加这些载波中一些载波的功率。

在这个例子中，当所有连接正使用DPC(表3中的CCR 4)时，最小容量是4个具有最大覆盖的载波，当只有BCCH载波使用DPC(CCR5)时，最大容量是7个载波。相对覆盖是1。

表3中CCR参数的所有参数值可以使用同样的BTS配置(收发信机、混合器、天线)来实现。下面描述的图6示出的是单载波DCCS的理想覆盖解决方案。在这个例子中，同时使用了DDD和DPC技术。

象在多载波***中那样，在单载波支路中的功率放大器可以被标定成具有比常规单载波***低得多的输出功率。例如，为了同时获得为1的相对覆盖和7个载波(CCR 5)的容量，功率放大器必须产生比常规***多出6dB的输出功率。

参照图6a，BCCH载波对功率放大器602、604、610和612形成输入。业务载波对功率放大器606、608、614和616形成输入。放大器602和604的输出在混合器618中进行混合，放大器606和608的输出在混合器620中进行混合，放大器610和612的输出在混合器622中进行混合，放大器614和616的输出在混合器624中进行混合，混合器618和620的输出在混合器626中进行混合，并且混合器622和624的输出在混合器628中进行混合。混合器626和628的输出分别驱动天线630和632。

在分集信道中，混合器618为BCCH载波提供DPC，混合器622为BCCH载波提供DPC。类似地，在分集信道中，混合器620为业务载波提供DPC，混合器628为业务载波提供DPC。

如图6b所例举的那样，通过在混合中利用DDD和DPC技术，BCCH载波640和单业务载波642均具有功率2。图6图解说明的是该技术如何能够组合使用以获得最大化的功率。

上面描述了本发明原理应用于多载波***和单载波***的例子。

现在将使用图7至图10来图解说明多载波***的实施例中对于全向(Omni)站点的不同网络情景。然而，同样的技术也适用于扇区化站点和单载波***。

图7突出的是单小区的情形，其中在常规***中将载波数量从2个增加到5个将小区范围减少大约25％(每个载波的功率降低4dB)。DCCS提供与常规两载波小区相同的覆盖，而且，5个载波的容量在容量层(4个载波)的范围只减少30％。参考数字700表示两个载波的常规小区。参考数字702表示5个载波的常规小区。在小区700和702之间，覆盖区域的下降是很明显的。参考数字706表示根据本发明的小区的覆盖层，参考数字704表示容量层。

图8示出的是DCCS提供50～150％(CCR3-5)的更多容量给该区域但不减少覆盖的网络情形。通常小区是重叠的，使得在小区边缘的可用容量多于单DCCS小区能够提供的可用容量。

图9示出的是DCCS***用于网络拓扑的动态变化的情形。增加了中部小区902的容量，并且为填充可能的覆盖漏洞，也增加了周围小区的覆盖。

图10示出的是空闲时DCCS***用于网络拓扑的动态变化的情形。网络中部的微小区950、952、954可以关掉，而覆盖漏洞可以用CCR1的小区960、962、964和966填充。

根据本发明的动态覆盖和容量解决方案的实施例因此提供先进的多层宏小区网络，而常规无线网络针对多层***使用有硬件限制的宏、微、皮小区。DCCS为TDMA***提供了受控小区的“呼吸(breathing)”机制。将更多的容量加入到***中不需要降低小区的覆盖。

覆盖和容量层的分离同样对其它分离的、对于不同层是可行的下行链路增强方法展现了可能性。可以通过容量载波的天线和/或频率跳变，使用分离天线混合***/结构(例如多天线***)和针对不同层、多时隙传输等等的线性功率放大器来减少各层的性能差异。

智能内外层(IUO)算法可用于切换过程和在容量和覆盖层之间分配业务。同样，例如可以基于用户功率、服务(数据)，C/I比等等来开发其它的算法。也可以为容量层的载波间的业务分配提供新算法。这对单载波的情形特别有用，其中某些***资源最好为DDD/DPC的功能而保留。这样的算法的开发属于本领域技术人员的所能理解的范围内。

其它发明特性是

1)不需要改变标准。

2)由于分集，DDD增益＞3dB。

3)容量层中的动态功率分布改善了数据特性。

4)干扰降低而频谱利用率却得到了提高。

5)FH、(E)AMR、EDGE正常使用。

本发明提出的解决方案被命名为动态覆盖和容量解决方案(DCCS)，其为利用多载波(MC)***，或利用具有等价特性的单载波(SC)***的TDMA(GSM等)***提供了新的蜂窝网络拓扑。为简化和容易描述起见，无线小区被分为“覆盖”层和“容量”层。覆盖层对整个小区提供了基本的覆盖和容量，这是固定的。容量层为满足取决于蜂窝***需求的容量(即载波的数量)和服务质量(例如覆盖/数据吞吐率)而进行标定。无线载波(容量)和下行链路覆盖(功率，分集)的量可以根据***覆盖和容量的需求在载波和各层之间动态改变。

覆盖和容量层的分离展现了对于不同层是可行的分离下行链路增强方法的可能性。本发明特别有利的实施例针对不同层以及各层内的载波使用多天线技术(例如动态下行链路分集)和/或动态功率混合***。虽然多载波***的特性本质上是动态的，然而这些技术同样可以为单载波***提供动态的覆盖和服务增强。

实现本发明的网络的上行链路最好象在正常蜂窝无线网络中那样运行，即上行链路覆盖整个小区区域而不受限制，上行链路的容量追随***的下行链路容量。

本发明有效地对网络的无线资源进行了优化，导致更有效地进行无线频谱的利用。而且，收发基站(BTS)发射机的性能可以通过本发明得到优化，这将减少硬件的成本。更有效的频谱利用和减少的硬件成本使得无线网络部署更加便宜。

只要网络单元具有所需要的特性，本发明就能对无线小区的覆盖和容量进行动态调整。本发明利用了多载波***或单载波***，其中载波性能以受控的方式得到增强。因此，本发明提供了用于在不同类型的覆盖和容量情况下规划和控制无线网络的工具，使得***不必在整个小区上始终提供所有的容量。在本发明中，假定用户一般是在小区覆盖区域内均匀分布的。主小区能够为BTS站点附近的更多用户服务，并且只要整个服务区内的容量足够，数个小区的服务在该小区的边缘是可用的。

本发明提出业务载波不必达到BCCH覆盖，但是可用的下行链路资源(发射功率，分集)能够通过无线资源管理(RRM)以受控方式在BCCH和业务载波之间进行分配，从而允许动态的覆盖和容量分配。在多载波***中，思路是将可用的BTS发射功率在覆盖层(BCCH载波)和容量层(业务载波)之间以受控方式进行分配。因此，在单载波***中，可用的下行链路增强特性(例如，分集和功率混合)在覆盖层和容量层之间以受控方式加以利用。本发明(至少)具有下列益处：

1)成熟的容量和覆盖层控制用较少的资源提供了相同的网络性能。这导致无线网络更加便宜，没有资源浪费，有效地利用频谱。

2)BTS发射机和天线混合***不必被设计成为所有的载波提供同样高的功率。这导致硬件设计更加便宜，尺寸更小，热损耗更少，等等。

3)无线网络覆盖和容量模式(拓扑)易于改变，并且能够动态进行改变。例如，RRM能够以这样的方式动态地调整无线网络，使得在繁忙时，热点具有通过较小的小区提供的更多信道容量，而周围区域具有信道容量较少，但无线功率较高的小区，从而满足覆盖需求。

4)将更多的容量加入到***中不再意味着降低小区的覆盖。如果容量以所提出的方式被RRM进行动态控制，在高容量小区中的覆盖降低很小。

5)在业务量较少的时间内，可以甚至关闭某些小区/站点，但不降低网络服务。

6)通过降低整个网络的总发射功率，减少了无线干扰。这导致更有效地进行频谱利用。

在这里已经通过例子的方式并参照优选实施例对本发明进行了描述。本发明并不仅限定这些实施例，也不限定其中任何方面。保护的范围通过附加的权利要求进行详细说明。

Claims (22)

1.一种蜂窝通信***，包括至少一个小区，所述小区由覆盖层和容量层来限定，所述覆盖层限定了所述小区的覆盖，而所述容量层至少部分地限定了所述小区的容量。

2.如权利要求1所述的蜂窝通信***，其中覆盖层的下行链路中载波的功率电平限定了所述小区的覆盖。

3.如权利要求2所述的蜂窝通信***，其中所述功率电平是可变的。

4.如权利要求1至3中任何一个所述的蜂窝通信***，其中容量层中载波的数量是可变的。

5.如权利要求4所述的蜂窝通信***，其中容量层中任何载波的功率电平是可变的。

6.如权利要求1至5中任何一个所述的蜂窝通信***，其中下行链路的总发射功率在覆盖和容量蜂窝层之间进行分配。

7.如权利要求6所述的蜂窝通信***，其中覆盖和容量层中每层的可用功率在各个层的载波之间进行分配。

8.如权利要求1至7中任何一个所述的蜂窝通信***，其中***是多载波***。

9.如权利要求1至7中任何一个所述的蜂窝通信***，其中***是单载波***。

10.一种用于配置蜂窝通信***的方法，包括：

确定小区的覆盖层，所述覆盖层限定所述小区的覆盖；

确定该小区的容量层，所述容量层至少部分地限定所述小区的容量。

11.如权利要求10所述的方法，其中覆盖层中载波的功率电平限定所述小区的覆盖。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述功率电平是可变的。

13.如权利要求10至12中任何一个所述的方法，其中容量层中载波的数量是可变的。

14.如权利要求13所述的方法，其中容量层中任何载波的功率电平是可变的。

15.如权利要求10至14中任何一个所述的方法，其中存在下行链路的总可用功率，所述功率在覆盖和容量层之间进行分配。

16.如从属于权利要求14时的权利要求15所述的方法，其中在容量层中加入载波包含选择性地降低容量层中一个或多个载波的功率。

17.如权利要求10至16中任何一个所述的方法，其中使用容量层中载波的连接被转移到覆盖层中的载波，以增加所述连接的覆盖。

18.如权利要求10至16中任何一个所述的方法，其中使用覆盖层中载波的连接被转移到容量层中的载波，以增加小区的容量。

19.一种移动通信***的基站，包含用于以预定功率电平发射载波，从而限定小区的覆盖区域的装置，和用于发射可变数量的载波，从而至少部分地限定该小区的容量的装置。

20.如权利要求19所述的基站，其中可变数量的载波的功率电平取决于与载波相关的移动台和基站的接近程度。

21.如权利要求20所述的基站，其中可变数量的载波的总功率是预先确定的，在可变数量的载波中间分享所述预定功率的份额由所述载波的总数来确定。

22.如权利要求21所述的基站，其中用于发射可变数量的用户的装置适于响应载波数量的增加降低分配给一个或多个载波的功率。

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