用于經(jīng)由分布式輸入分布式輸出技術(shù)在無(wú)線蜂窩系統(tǒng)中利用小區(qū)間復(fù)用增益的系統(tǒng)和方法
【專利說(shuō)明】用于經(jīng)由分布式輸入分布式輸出技術(shù)在無(wú)線蜂窩系統(tǒng)中利 用小區(qū)間復(fù)用増益的系統(tǒng)和方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)可與以下共同待決的美國(guó)專利申請(qǐng)/美國(guó)專利有關(guān):
[0003]名稱為"SystemsandMethodsforwirelessbackhaulindistributed-input distributed-outputwirelesssystems"(用于分布式輸入分布式輸出無(wú)線系統(tǒng)中的無(wú)線 回程的系統(tǒng)和方法)的美國(guó)申請(qǐng)No. 13/633,702
[0004]名稱為"SystemsandMethodstoenhancespatialdiversityin distributed-inputdistributed-outputwirelesssystems"(增強(qiáng)分布式輸入分布式輸 出無(wú)線系統(tǒng)中的空間分集的系統(tǒng)和方法)的美國(guó)申請(qǐng)No. 13/475,598
[0005]名稱為"SystemandMethodsforplannedevolutionandobsolescenceof multiuserspectrum"(用于多用戶頻譜的計(jì)劃演進(jìn)和淘汰的系統(tǒng)和方法)的美國(guó)申請(qǐng) No. 13/233,006
[0006]名稱為"SystemsandMethodstoExploitAreasofCoherenceinWireless Systems"(在無(wú)線系統(tǒng)中利用相關(guān)性區(qū)域的系統(tǒng)和方法)的美國(guó)申請(qǐng)No. 13/232,996
[0007]名稱為"SystemandMethodstoCompensateforDopplerEffectsin Distributed-InputDistributedOutputSystems"(補(bǔ)償分布式輸入分布式輸出系統(tǒng)中 的多普勒效應(yīng)的系統(tǒng)和方法)的美國(guó)申請(qǐng)No. 13/464,648
[0008]名稱為"SystemsAndMethodsToCoordinateTransmissionsInDistributed WirelessSystemsViaUserClustering"(經(jīng)由用戶聚類協(xié)調(diào)分布式無(wú)線系統(tǒng)中的傳輸 的系統(tǒng)和方法)的美國(guó)申請(qǐng)No. 12/917,257
[0009]名稱為 "InterferenceManagement,Handoff,PowerControlAndLink AdaptationInDistributed-InputDistributed-Output(DIDO)Communication Systems"(分布式輸入分布式輸出(DIDO)通信系統(tǒng)中的干擾管理、切換、功率控制和鏈路 適配)的美國(guó)申請(qǐng)No. 12/802, 988
[0010] 名稱為"SystemAndMethodForManagingInter-ClusterHandoffOfClients WhichTraverseMultipleDIDOClusters"(用于管理遍歷多個(gè)DIDO群集的客戶端的群 集間切換的系統(tǒng)和方法)的美國(guó)申請(qǐng)No. 12/802,974
[0011] 名稱為"SystemAndMethodForManagingHandoffOfAClientBetween DifferentDistributed-Input-Distributed-Output(DIDO)NetworksBasedOnDetected VelocityOfTheClient"(用于基于不同分布式輸入分布式輸出(DIDO)網(wǎng)絡(luò)之間的客戶 端的檢測(cè)速度來(lái)管理客戶端的切換的系統(tǒng)和方法)的美國(guó)申請(qǐng)No. 12/802,989
[0012] 名稱為"SystemAndMethodForPowerControlAndAntennaGroupingInA Distributed-Input-Distributed-Output(DIDO)Network"(用于分布式輸入分布式輸出 (DIDO)網(wǎng)絡(luò)中的功率控制和天線分組的系統(tǒng)和方法)的美國(guó)申請(qǐng)No. 12/802,958
[0013]名稱為"SystemAndMethodForLinkadaptationInDIDOMulticarrier Systems"(用于DIDO多載波系統(tǒng)中的鏈路適配的系統(tǒng)和方法)的美國(guó)申請(qǐng)No. 12/802, 975
[0014]名稱為"SystemAndMethodForDIDOPrecodingInterpolationIn MulticarrierSystems"(用于多載波系統(tǒng)中的DIDO預(yù)編碼插值的系統(tǒng)和方法)的美國(guó)申 請(qǐng)No. 12/802, 938
[0015]名稱為"SystemandMethodForDistributedAntennaWireless Communications"(用于分布式天線無(wú)線通信的系統(tǒng)和方法)的美國(guó)申請(qǐng)No. 12/630, 627
[0016] 2012 年5月 1 日發(fā)布的名稱為"SystemAndMethodForAdjustingDIDO InterferenceCancellationBasedOnSignalStrengthMeasurements',(用于基于信號(hào) 強(qiáng)度測(cè)量調(diào)整DIDO干擾消除的系統(tǒng)和方法)的美國(guó)專利No. 8, 170, 081
[0017] 2012 年 4 月 17 日發(fā)布的名稱為"SystemandMethodForDistributed Input-DistributedOutputWirelessCommunications"(用于分布式輸入分布式輸出無(wú) 線通信的系統(tǒng)和方法)的美國(guó)專利No. 8, 160, 121 ;
[0018] 2011 年2月 8 日發(fā)布的名稱為"SystemandMethodForEnhancingNear VerticalIncidenceSkywave( "NVIS")CommunicationUsingSpace-TimeCoding',(用 于使用空時(shí)編碼增強(qiáng)近垂直入射天波("NVIS")通信的系統(tǒng)和方法)的美國(guó)專利 No. 7, 885, 354。
[0019] 2010 年 5 月 4 日發(fā)布的名稱為"SystemandMethodForSpatial-Multiplexed TroposphericScatterCommunications"(用于空間復(fù)用對(duì)流層散射通信的系統(tǒng)和方法) 的美國(guó)專利No. 7, 711,030 ;
[0020] 2009 年 12 月 22 日發(fā)布的名稱為"SystemandMethodforDistributedInput DistributedOutputWirelessCommunication"(用于分布式輸入分布式輸出無(wú)線通信的 系統(tǒng)和方法)的美國(guó)專利No. 7, 636, 381 ;
[0021] 2009 年 12 月 15 日發(fā)布的名稱為"SystemandMethodforDistributedInput DistributedOutputWirelessCommunication"(用于分布式輸入分布式輸出無(wú)線通信的 系統(tǒng)和方法)的美國(guó)專利No. 7, 633, 994 ;
[0022] 2009 年 10 月 6 日發(fā)布的名稱為"SystemandMethodforDistributedInput DistributedOutputWirelessCommunication"(用于分布式輸入分布式輸出無(wú)線通信的 系統(tǒng)和方法)的美國(guó)專利No. 7, 599, 420 ;
[0023] 2008 年 8 月 26 日發(fā)布的名稱為"SystemandMethodforDistributedInput DistributedOutputWirelessCommunication"(用于分布式輸入分布式輸出無(wú)線通信的 系統(tǒng)和方法)的美國(guó)專利No. 7, 418, 053 ;
【背景技術(shù)】
[0024] 在最近三十年中,無(wú)線蜂窩市場(chǎng)在世界各地已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)量越來(lái)越大的訂戶以及 對(duì)從語(yǔ)音轉(zhuǎn)移至網(wǎng)頁(yè)瀏覽以及實(shí)時(shí)HD視頻流的更好服務(wù)的需求。對(duì)要求更高數(shù)據(jù)速率、較 低時(shí)延和更高可靠性的服務(wù)的這種越來(lái)越高的需求已經(jīng)驅(qū)動(dòng)無(wú)線技術(shù)飛速演進(jìn)跨越了不 同標(biāo)準(zhǔn)。從二十世紀(jì)八十年代早期的第一代模擬AMPS和TACS(用于語(yǔ)音服務(wù))開(kāi)始,到 二十世紀(jì)九十年代的2G和2. 5G數(shù)字GSM、IS-95和GPRS(用于語(yǔ)音和數(shù)據(jù)服務(wù)),到二^^一 世紀(jì)早期的3G與UMTS和CDMA2000 (用于網(wǎng)頁(yè)瀏覽),并最終到目前在世界各地的不同國(guó)家 部署的LTE(用于高速因特網(wǎng)連接)。
[0025] 長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)是第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)針對(duì)第四代(4G)無(wú)線蜂窩系統(tǒng)開(kāi) 發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)經(jīng)由多輸入多輸出(MHTO)技術(shù)利用無(wú)線信道的空間分量,LTE所達(dá)到的下 行鏈路頻譜效率與早先3G和HSPA+標(biāo)準(zhǔn)相比在理論上可改進(jìn)高達(dá)4倍。LTE-Advanced是 目前正被標(biāo)準(zhǔn)化的LTE的演進(jìn),理論上其所實(shí)現(xiàn)的頻譜效率與3G標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)相比將增加高達(dá) 8倍。
[0026] 盡管有這種技術(shù)演進(jìn),但由于智能手機(jī)和平臺(tái)的越來(lái)越高的市場(chǎng)滲透,提供了像 實(shí)時(shí)HD視頻流、視頻會(huì)議和游戲這樣的更渴望數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序,因此在未來(lái)三年內(nèi)無(wú)線載 波很可能將不能滿足對(duì)數(shù)據(jù)速率的越來(lái)越大的需求。據(jù)估計(jì),由于諸如LTE的改進(jìn)的技術(shù) 以及可供政府使用的更多頻譜,從2011年到2015年在歐洲無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的容量將增長(zhǎng)5倍 [25]。例如,作為國(guó)家寬帶計(jì)劃的一部分,F(xiàn)CC正在計(jì)劃到2020年開(kāi)通500MHz的頻譜(到 2015年,其中的300MHz將可用)以推動(dòng)整個(gè)美國(guó)的無(wú)線因特網(wǎng)連接[24]。遺憾的是,預(yù)測(cè) 在歐洲到2015年容量使用是2011年的23倍[25],并且預(yù)期在美國(guó)到2014年將發(fā)生類似 的頻譜赤字[26-27]。因?yàn)檫@種數(shù)據(jù)緊縮,無(wú)線載波的收益可能下降到低于它們的CAPEX和 0PEX,而這潛在地對(duì)無(wú)線市場(chǎng)具有破壞性的影響[28]。
[0027] 因?yàn)橛蒐TE部署和增加的頻譜可用性所提供的容量增益不足,因此防止這個(gè)即將 到來(lái)的頻譜危機(jī)的唯一可預(yù)測(cè)解決方案是推動(dòng)新無(wú)線技術(shù)[29]。LTE-Advanced(LTE標(biāo)準(zhǔn) 的演進(jìn))通過(guò)更尖端的M頂0技術(shù)并且通過(guò)增加"小小區(qū)"的密度允諾優(yōu)于LTE的另外增益 [30]。然而,對(duì)可配合某一區(qū)域而不會(huì)招致干擾問(wèn)題或增加允許小區(qū)之間的協(xié)調(diào)的回程的 復(fù)雜性的小區(qū)數(shù)量存在限制。
[0028] 將提供優(yōu)于無(wú)線鏈路的頻譜效率的數(shù)量級(jí)增大而無(wú)常規(guī)蜂窩系統(tǒng)的限制的一種 有前途的技術(shù)是分布式輸入分布式輸出(DID0)技術(shù)(參見(jiàn)以上在[0002-0020]中所引用 的相關(guān)專利和申請(qǐng)。本發(fā)明描述在蜂窩標(biāo)準(zhǔn)的約束內(nèi)或無(wú)蜂窩標(biāo)準(zhǔn)的約束情況下在蜂窩 系統(tǒng)背景下被采用以提供優(yōu)于常規(guī)無(wú)線系統(tǒng)的顯著性能優(yōu)點(diǎn)的DID0技術(shù)(諸如,LTE或 LTE-Advanced)。以對(duì)M頂0的綜述開(kāi)始并且回顧LTE和LTE-Advanced所采用的不同空間 處理技術(shù)。然后,示出本發(fā)明如何提供下一代無(wú)線通信系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)方法相比的顯著容 量增益。
[0029] MHTO在無(wú)線鏈路的發(fā)射器側(cè)和接收器側(cè)采用多根天線并且使用空間處理來(lái)經(jīng)由 分集技術(shù)提高鏈路可靠性(即,分集增益)或經(jīng)由復(fù)用方案提供更高數(shù)據(jù)速率(即,復(fù)用增 益)[1-2]。分集增益是加強(qiáng)對(duì)信號(hào)衰落的穩(wěn)健性從而針對(duì)固定數(shù)據(jù)速率產(chǎn)生更高信噪比 (SNR)的度量。復(fù)用增益是通過(guò)針對(duì)固定誤差概率利用無(wú)線信道的另外空間自由度增加數(shù) 據(jù)速率來(lái)獲得。MIM0系統(tǒng)中分集與復(fù)用之間的基本折衷在[3-4]中描述。
[0030] 在實(shí)際MM0系統(tǒng)中,鏈路適配技術(shù)可用于基于傳播條件動(dòng)態(tài)地在分集方案與復(fù) 用方案之間進(jìn)行切換[20-23]。例如,[22-23]中所描述的鏈路適配方案顯示波束賦形或正 交空時(shí)分組碼(0STBC)在低SNR模式下或以低空間選擇性為特征的信道中是優(yōu)選方案。相 比之下,空間復(fù)用在具有高SNR和高空間選擇性的信道的數(shù)據(jù)速率方面可提供顯著增益。 例如,圖1示出小區(qū)可被劃分成兩個(gè)區(qū)域:i)以高SNR為特征(由于臨近小區(qū)塔或基站)的 復(fù)用區(qū)域101,其中可經(jīng)由空間復(fù)用來(lái)利用信道的空間自由度來(lái)增加數(shù)據(jù)速率;ii)分集區(qū) 域102或小區(qū)邊緣,其中空間復(fù)用技術(shù)不是那么有效并且可使用分集方法來(lái)改進(jìn)SNR和覆 蓋范圍(從而僅產(chǎn)生數(shù)據(jù)速率的邊際增長(zhǎng))。應(yīng)注意,圖1中的宏小區(qū)103的圓圈將圓圈的 陰影中心標(biāo)記為"復(fù)用區(qū)域"并且將圓圈的非陰影外區(qū)域標(biāo)記為"分集區(qū)域"。這種同一區(qū) 域標(biāo)示貫穿圖1、圖3-5使用,其中陰影區(qū)域是"復(fù)用區(qū)域"并且非陰影區(qū)域是"分集區(qū)域", 即使它們未被標(biāo)記。例如,在圖1中針對(duì)小小區(qū)104使用同一標(biāo)示。
[0031] LTE(版本8)和LTE-Advanced(版本10)標(biāo)準(zhǔn)定義一組十種傳輸模式(TM),包括 分集方案或復(fù)用方案[35、85-86]:
[0032] ?模式1 :單個(gè)天線端口,端口 0
[0033] ?模式2 :傳輸分集
[0034] ?模式3 :大延遲循環(huán)延遲分集(⑶D),用于單用戶M頂0(SU-M頂0)的開(kāi)環(huán)空間復(fù) 用的延伸
[0035] ?模式4 :用于SU-M頂0的閉環(huán)空間復(fù)用
[0036] ?模式5 :多用戶M頂0 (MU-M頂0)
[0037] ?模式6 :使用單個(gè)傳輸層的閉環(huán)空間復(fù)用
[0038] ?模式7 :單個(gè)天線端口,UE特定RS(端口 5)
[0039] ?模式8 :利用UE特定RS的單層或雙層傳輸(端口 7和/或端口 8)
[0040] ?模式9 :單層或多達(dá)八層閉環(huán)SU-M頂0(在版本10中添加)
[0041] ?模式10 :多層閉環(huán)SU-M頂0、多達(dá)八層(在版本10中添加)
[0042] 此后描述蜂窩系統(tǒng)中常用的分集方案和復(fù)用方案以及如上概述的LTE中所采用 的具體方法,并且將它們與DID0通信所特有的技術(shù)進(jìn)行比較。首先識(shí)別兩種類型的傳輸方 法:i)小區(qū)內(nèi)方法(在蜂窩系統(tǒng)中利用微分集),其使用多根天線來(lái)提高一個(gè)小區(qū)內(nèi)的鏈路 可靠性或數(shù)據(jù)速率;ii)小區(qū)間方法(利用宏分集),其允許小區(qū)之間進(jìn)行協(xié)作以提供另外 的分集或復(fù)用增益。然后描述本發(fā)明如何提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)(包括頻譜容量增 益)。
[0043] 1.小岡內(nèi)分集方法
[0044] 小區(qū)內(nèi)分集方法在一個(gè)小區(qū)內(nèi)操作并且被設(shè)計(jì)用于在鏈路質(zhì)量差的情景(例如, 小區(qū)邊緣處的用戶遭受從中心塔或基站開(kāi)始的高路徑損耗)中增加SNR。MIM0通信中所采 用的典型分集方案是波束賦形[5-11]和正交空時(shí)分組碼(0STBC) [12-15]。
[0045] LTE標(biāo)準(zhǔn)所支持的分集技術(shù)是傳輸分集、閉環(huán)秩1預(yù)編碼和專用波束賦形 [31-35]。傳輸分集方案在下行鏈路(DL)上支持兩根或四根傳輸天線并且對(duì)于上行鏈路 (UL)僅支持兩根天線。在DL信道中,傳輸分集是經(jīng)由與頻率切換傳輸分集(FSTD)結(jié)合以 利用空間及頻率選擇性的空頻分組碼(SFBC)來(lái)實(shí)施[31]。秩1預(yù)編碼基于選自碼本(使 用有限反饋技術(shù)預(yù)設(shè)計(jì)[36-42])的量化權(quán)重產(chǎn)生專用于一個(gè)用戶的波束,以降低從用戶 設(shè)備(UE)到基地收發(fā)信臺(tái)(圖1中的BTS105,或使用LTE技術(shù)的eNodeB)的反饋開(kāi)銷。 可替代地,專用波束賦形權(quán)重可基于UE特定參考信號(hào)來(lái)計(jì)算。
[0046] 2.小岡內(nèi)復(fù)用方法
[0047] MHTO復(fù)用方案[1、19]在高SNR模式下以及在信道中具有足夠空間自由度的情景 (例如,具有高空間選擇性的富有多路徑的環(huán)境[16-18])中提供數(shù)據(jù)速率方面的增益,以 在無(wú)線鏈路上支持多個(gè)并行數(shù)據(jù)流。
[0048] LTE標(biāo)準(zhǔn)支持用于單用戶M頂0(SU-M頂0)和多用戶M頂0(MU-M頂0)的不同復(fù)用技 術(shù)[31]。SU-Mnro方案具有兩種操作模式:i)閉環(huán),其利用來(lái)自UE的反饋信息來(lái)選擇DL預(yù) 編碼權(quán)重;ii)開(kāi)環(huán),其在來(lái)自UE的反饋不可用或UE對(duì)于支持閉環(huán)方案來(lái)說(shuō)移動(dòng)太快時(shí)使 用。閉環(huán)方案使用選自碼本的一組預(yù)計(jì)算的權(quán)重。取決于UE請(qǐng)求和BTS處的調(diào)度程序的 決策,這些權(quán)重可支持兩根或四根傳輸天線以及一至四個(gè)并行數(shù)據(jù)流(通過(guò)預(yù)編碼矩陣的 層數(shù)來(lái)識(shí)別)。LTE-Advanced將包括多達(dá)MMO8X8的新傳輸模式,以經(jīng)由空間處理提供 增加高達(dá)8倍的頻譜效率[62]。
[0049]MUH\OMO方案針對(duì)UL和DL信道兩者來(lái)定義[31、50]。在UL中,每個(gè)UE向BTS發(fā) 送參考信號(hào)(由Zadoff-Chu序列的循環(huán)移位版本組成[33])。這些參考信號(hào)是正交的,使 得BTS可估計(jì)來(lái)自所有UE的信道并且經(jīng)由空間處理同時(shí)解調(diào)來(lái)自多個(gè)UE的數(shù)據(jù)流。在 DL中,針對(duì)不同UE的預(yù)編碼權(quán)重基于來(lái)自UE的反饋以及調(diào)度程序而選自碼本(類似于閉 環(huán)SU-M頂0方案),并且針對(duì)每個(gè)UE僅秩1預(yù)編碼被允許(例如,每個(gè)UE僅接收一個(gè)數(shù)據(jù) 流)。
[0050] 采用空間處理的小區(qū)內(nèi)復(fù)用技術(shù)僅在以高SNR(或SINR)和高空間選擇性為特征 的傳播情景(富有多路徑的環(huán)境)中提供令人滿意的性能。對(duì)于常規(guī)宏小區(qū),這些條件可 能更難以實(shí)現(xiàn),因?yàn)锽TS通常遠(yuǎn)離UE并且SINR的分布通常集中在低值處[43]。在這些情 景中,MU-M頂0方案或分集技術(shù)可能是比利用空間復(fù)用的SU-M頂0更好的選擇。
[0051] 被LTE-Advanced預(yù)期用于實(shí)現(xiàn)另外的復(fù)用增益的其他技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)解決方案(不 要求通過(guò)MM0的空間處理)是:載波聚合(CA)和小小區(qū)。CA[30、44-47]組合RF頻譜的 不同部分以將信號(hào)帶寬增加至高達(dá)100MHz[85],從而產(chǎn)生較高數(shù)據(jù)速率。帶內(nèi)CA將不同帶 組合在頻譜的同一部分內(nèi)。這樣,帶內(nèi)CA可針對(duì)多個(gè)信道使用同一RF鏈,并且多個(gè)數(shù)據(jù)流 以軟件方式重新組合。帶間CA需要不同RF鏈以在頻譜的不同部分下操作,并且需要信號(hào) 處理以重新組合來(lái)自不同帶的多個(gè)數(shù)據(jù)流。
[0052] 小小區(qū)[30、47]的關(guān)鍵思想是減小常規(guī)宏小區(qū)的尺寸,從而每覆蓋區(qū)域允許更高 的小區(qū)密度和更大的吞吐量。小小區(qū)通常通過(guò)與用于宏小區(qū)的高且昂貴的小區(qū)塔相比具有 低功率傳輸?shù)谋阋私尤朦c(diǎn)106 (如圖1所示)來(lái)部署。在LTE-Advanced中定義了兩種類型 的小小區(qū):i)城域小區(qū),其用于城市地區(qū)的戶外裝置、支持多達(dá)32至64個(gè)同時(shí)的用戶;以 及ii)毫微微小區(qū),其用于戶內(nèi)使用、可服務(wù)至多4個(gè)活動(dòng)用戶。小小區(qū)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是接近 BTS的UE的密度在統(tǒng)計(jì)上較高,從而產(chǎn)生可經(jīng)由空間復(fù)用被利用來(lái)增加數(shù)據(jù)速率的更好的 SNR。然而,仍存在許多關(guān)于小小區(qū)的實(shí)際部署的問(wèn)題,尤其是涉及回程。實(shí)際上,經(jīng)由高速 有線連接到達(dá)每個(gè)小小區(qū)的BTS可能具有挑戰(zhàn)性,尤其是考慮到城域小區(qū)和毫微微小區(qū)在 給定覆蓋區(qū)域中的高密度。雖然與有線回程相比,使用到小小區(qū)的視線(L0S)回程常常可 便宜地被實(shí)施,但是常常不存在可用于優(yōu)選小小區(qū)BTS布局的實(shí)際L0S回程路徑,并且不存 在到小小區(qū)BTS的非視線(NL0S)無(wú)線回程的通用解決方案。此外,小小區(qū)需要BTS之間的 復(fù)雜實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)以避免如在自組織網(wǎng)絡(luò)(SON) [30、51-52]以及用于規(guī)劃小小區(qū)的最佳位置 的尖端小區(qū)規(guī)劃工具(歸因于更高密度的小小區(qū),比常規(guī)蜂窩系統(tǒng)甚至更復(fù)雜)[48、49]。 最后,切換是小小區(qū)部署的限制因素,尤其是在訂戶群組同時(shí)切換小區(qū)的情形中,這會(huì)在回 程上造成大量切換開(kāi)銷,從而導(dǎo)致高時(shí)延和不可避免的掉話。
[0053] 可簡(jiǎn)單地證明,不存在使得小小區(qū)能夠與宏小區(qū)共存并且實(shí)現(xiàn)最佳、或必要地甚 至提高的吞吐量的實(shí)際通用解決方案。屬于無(wú)數(shù)此類不可解決的情況之中的是當(dāng)小小區(qū)被 定位成使得其UE不可避免地與宏小區(qū)傳輸重疊并且小小區(qū)和宏小區(qū)使用相同頻率來(lái)達(dá)到 它們相應(yīng)的UE時(shí)。在這種情況下清楚的是,宏小區(qū)傳輸將干擾小小區(qū)傳輸。雖然可能存在 某種針對(duì)特定宏小區(qū)、特定小小區(qū)、所涉及的特定宏小區(qū)和小小區(qū)UE的特定情況、這些UE 的吞吐量要求以及環(huán)境情況等減輕此類干擾的方法,但是任何此類方法不僅對(duì)于宏小區(qū)和 小小區(qū)的靜態(tài)規(guī)劃而且對(duì)于特定時(shí)間間隔的動(dòng)態(tài)情況而言都將是高度特定的。通常,不能 實(shí)現(xiàn)到每個(gè)UE的信道的全吞吐量。
[0054] 3.小岡間分集方法
[0055] 在宏小區(qū)與小小區(qū)(例如,城域小區(qū)、微微小區(qū)和毫微微小區(qū))共存的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) (HetNet) [90]中,必須采用不同技術(shù)來(lái)消除小區(qū)間干擾。盡管異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)小小區(qū)實(shí)現(xiàn)更 好的覆蓋,但數(shù)據(jù)速率的增益僅是邊際增益,因?yàn)楫悩?gòu)網(wǎng)絡(luò)需要通過(guò)不同形式的頻率復(fù)用 模式共享頻譜或使用空間處理來(lái)消除干擾,而非實(shí)現(xiàn)復(fù)用增益。LTE標(biāo)準(zhǔn)采用小區(qū)間干擾協(xié) 調(diào)(ICIC)方案來(lái)消除干擾,尤其是消除小區(qū)邊緣處的干擾。目前有兩種類型的ICIC方法: 小區(qū)自治與在BTS之間協(xié)調(diào)。
[0056] 小區(qū)自治ICIC方案通過(guò)圖2中描繪的不同頻率復(fù)用模式來(lái)避免小區(qū)間干擾,其中 六邊形表示小區(qū),不同的顏色指代不同的載波頻率。在LTE中考慮三種類型的方案:i)全 頻率復(fù)用(或復(fù)用1),其中小區(qū)利用所有可用帶寬,如圖2a中一樣,從而在小區(qū)邊緣處產(chǎn)生 高干擾;ii)硬頻率復(fù)用(HFR),其中各個(gè)小區(qū)分配有不同的頻帶,如圖2b(典型復(fù)用因數(shù)為 3)中一樣,旨在避免相鄰小區(qū)之間出現(xiàn)干擾;iii)部分頻率復(fù)用(FFR),其中小區(qū)中心如在 頻率復(fù)用1中一樣分配有整個(gè)可用帶寬,而小區(qū)邊緣以HFR模式操作,旨在減輕如圖2c中 的小區(qū)間干擾。
[0057] 協(xié)調(diào)ICIC方法實(shí)現(xiàn)BTS之間的協(xié)作以提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能。這些技術(shù)是相關(guān)專利 和申請(qǐng)[0002-0022]中所教導(dǎo)的方法中的特例,其在用于全部同時(shí)使用相同頻率的多個(gè)UE 的分布式天線網(wǎng)絡(luò)的一般情況下實(shí)現(xiàn)無(wú)線收發(fā)器之間的協(xié)作。BTS之間針對(duì)用于單個(gè)UE的 蜂窩系統(tǒng)的特定情況在給定時(shí)間以給定頻率消除小區(qū)間干擾的協(xié)作描述于[53]中。[53] 中的系統(tǒng)將每個(gè)宏小區(qū)劃分成多個(gè)子小區(qū),并且通過(guò)采用來(lái)自協(xié)調(diào)BTS的專用波束賦形來(lái) 實(shí)現(xiàn)子小區(qū)之間的軟切換,從而隨著其沿子小區(qū)邊界移動(dòng)而以單個(gè)頻率在單個(gè)UE處提高 鏈路穩(wěn)健性。
[0058] 新近,這種類別的協(xié)作無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在MM0著作中定義為"網(wǎng)絡(luò)MM0"或"協(xié) 調(diào)多點(diǎn)"(C〇MP)系統(tǒng)。關(guān)于通過(guò)消除小區(qū)間干擾在網(wǎng)絡(luò)MM0中獲得的益處的理論分析和 模擬結(jié)果呈現(xiàn)于[54-61]中。網(wǎng)絡(luò)MM0和CoMP的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是消除小區(qū)重疊區(qū)域中的小區(qū) 間干擾,對(duì)于宏小區(qū)302來(lái)說(shuō),就是消除圖3中的"干擾區(qū)域"301。
[0059]CoMP網(wǎng)絡(luò)作為減輕下一代蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的小區(qū)間干擾的解決方案正有效地成為 LTE-Advanced標(biāo)準(zhǔn)的一部分[62-64]。在所述標(biāo)準(zhǔn)中至今已經(jīng)提出三種消除小區(qū)間干擾的 CoMP解決方案:i)協(xié)調(diào)調(diào)度/波束賦形(CS/CB),其中經(jīng)由波束賦形,UE接收其來(lái)自僅一 個(gè)BTS的數(shù)據(jù)流,并且經(jīng)由波束賦形或調(diào)度技術(shù)實(shí)現(xiàn)BTS之間的協(xié)調(diào)以消除干擾;ii)動(dòng)態(tài) 小區(qū)選擇(DCS),其在每子幀基礎(chǔ)上針對(duì)每個(gè)UE動(dòng)態(tài)地選擇小區(qū),這個(gè)過(guò)程對(duì)UE是透明的; iii)聯(lián)合傳輸(JT),其中給定UE的數(shù)據(jù)聯(lián)合地從多個(gè)BTS被傳輸以提高接收信號(hào)質(zhì)量并 且消除小區(qū)間干擾。CoMP-JT比CoMP-CS/CB產(chǎn)生更大增益,其代價(jià)為在實(shí)現(xiàn)BTS之間的協(xié) 調(diào)的回程方面的更高開(kāi)銷。
[0060]4.小岡間復(fù)用方法
[0061] 現(xiàn)有技術(shù)多用戶無(wú)線系統(tǒng)增加了復(fù)雜性并對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)引入了限制,這造成給定用 戶的體驗(yàn)(例如,可用吞吐量、時(shí)延、可預(yù)測(cè)性、可靠性)受區(qū)域中的其他用戶利用頻譜影響 的情況??紤]到對(duì)由多個(gè)用戶共享的無(wú)線頻譜內(nèi)的總吞吐量的越來(lái)越大的需求以及針對(duì)給 定用戶可依賴于多用戶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可靠性、可預(yù)測(cè)性和低時(shí)延的應(yīng)用程序的日漸增多,現(xiàn)有 技術(shù)多用戶無(wú)線技術(shù)明顯遭受著許多限制。實(shí)際上,在具有適用于特定類型無(wú)線通信的頻 譜的可用性有限的情況下(例如,在穿透建筑墻方面有效的波長(zhǎng)下),現(xiàn)有技術(shù)無(wú)線技術(shù)將 不足以滿足對(duì)可靠、可預(yù)測(cè)且低時(shí)延的帶寬的越來(lái)越高的需求。
[0062] 對(duì)于LTE,現(xiàn)有技術(shù)小區(qū)內(nèi)分集和復(fù)用方法可僅提供比當(dāng)前蜂窩網(wǎng)絡(luò)增加多達(dá)理 論4倍(通過(guò)MIM0 4X4)的吞吐量,或?qū)τ贚TE-Advanced提供增加至多理論8倍(通過(guò) MHTO8X8)的吞吐量,但較高階MM0在給定多路徑環(huán)境中在增加吞吐量方面實(shí)現(xiàn)減小的 改進(jìn),具體地講是因?yàn)閁E(諸如,智能手機(jī))就天線布局而言變得更小并且更受約束。下 一代蜂窩系統(tǒng)中的其他邊際吞吐量增益可從經(jīng)由載波聚合技術(shù)被利用的另外的頻譜分配 (例如,F(xiàn)CC國(guó)家寬帶計(jì)劃)以及經(jīng)由小小區(qū)網(wǎng)絡(luò)和SON進(jìn)行的BTS的更密分布來(lái)獲得[30、 46]。然而,所有上述技術(shù)仍極大地依賴于頻譜或時(shí)間共享技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)多用戶傳輸,因?yàn)橥?過(guò)空間處理所獲得的頻譜效率增益是有限的。
[0063] 雖然現(xiàn)有技術(shù)小區(qū)間方法(例如,網(wǎng)絡(luò)M頂0和CoMP系統(tǒng)[53-64])可通過(guò)消除小 區(qū)間干擾來(lái)提高蜂窩網(wǎng)絡(luò)的可靠性,但它們的容量增益僅是邊際的。實(shí)際上,這些系統(tǒng)將從 每個(gè)BTS傳輸?shù)墓β始s束為包含在小區(qū)邊界內(nèi),并且由于小區(qū)之間的功率泄漏而僅對(duì)消除 小區(qū)間干擾有效。圖3示出具有三個(gè)BTS的蜂窩網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)實(shí)例,每個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)均以其自 己的覆蓋區(qū)域或小區(qū)為特征。從每個(gè)BTS傳輸?shù)墓β时患s束以限制小區(qū)之間的干擾量,所 述干擾在圖3中由小區(qū)重疊的區(qū)域描繪。因?yàn)檫@些系統(tǒng)在干擾區(qū)域處在低SINR模式下操 作,所以它們?cè)陬l譜效率上的增益僅是邊際的,這類似于用于SU-MBTO的小區(qū)內(nèi)方案。為真 實(shí)地在小區(qū)間協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中獲得顯著容量增益,限制于小區(qū)邊界的功率約束必須放寬,并且 空間復(fù)用技術(shù)應(yīng)遍及SINR高的小區(qū)來(lái)啟用(不僅如現(xiàn)有技術(shù)方法中那樣在具有差SINR性 能的小區(qū)邊緣處)。
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