基于中继技术的多频点TD－SCDMA组网及通信的实现方法

摘要

一种基于中继技术的多频点TD－SCDMA组网及通信的实现方法，操作步骤是：(1)规划基站站址，自适应确定每个基站的控制信道和业务信道的发射功率，并灵活设置各个基站的上下行切换点，同时采用中继节点对业务信道的盲区作补充覆盖；(2)移动台根据透明模式发起接入请求，基站为该接入请求选择合适的中继节点，自适应建立适宜的通信链路，自适应获得中继的分集或复用增益；(3)基站对各中继链路的无线资源进行集中管理，自适应设置控制信道和业务信道的发射功率，并为各中继和非中继链路分配频率、时隙、码等各种无线资源。该方法较好地解决了扩展基站的覆盖范围、提高系统容量、减少小区间干扰、自适应便捷组网、高效支持不对称业务等诸多技术问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种TD-SCDMA移动通信网络的组网及通信的实现方法，确切地说，涉及一种采用中继技术的多频点进行TD-SCDMA移动通信系统的灵活、便捷组网和通信的实现方法，以便能实现扩展覆盖范围、抵抗小区间的干扰、提高系统频谱效率的良好效果，属于移动通信网络的网络设计、组网策略及网络通信管理的技术领域。

背景技术

对于移动通信系统，如何扩大系统容量是设备制造商和运营商都必须考虑的问题。目前单频点TD-SCDMA系统与WCDMA系统相比较，容量相对偏低。为了增加系统容量，在同一扇区/小区进行多载频覆盖的方法，无疑是TD-SCDMA系统增大系统容量的重要手段。

由于单个频点能够提供的移动台数量有限，要对TD-SCDMA系统容量进行扩展，自然想到增加频点的方式。相对单频点系统而言，多频点TD-SCDMA系统就是在每个小区中配置多个频点，以扩充系统容量。TD-SCDMA系统单频点组网时，由于多径等原因，使得相邻小区的时隙0(TS0)和下行导频时隙(DwPTS)产生时隙部分重叠，造成导频搜索困难、移动台测量频繁和切换困难等问题。如果各小区配置的上下行切换点不完全相同，则系统内部又会存在交叉时隙干扰。此外，因为TD-SCDMA系统的扰码比较短，码组之间相关性与自然顺序有一定的关系，因此小区间由于码字非正交性所带来的干扰不能忽略，多频点的引入可以解决上述单频点的问题。若将每个载频视为一个逻辑小区，则可以说多频点小区实际上等效于将原来独立的多个单载频小区合并到一起，并将公共信道进行合并，这样就形成了一个多频点小区，大大提高系统的业务承载能力。

多频点TD-SCDMA系统的主要特点是：小区中采用几个不同频点作为载频，其中一个为主载频，其余的都为辅载频，且每个小区只能有一个主载频。主载频与辅载频之间的区别在于其是否承载导频与广播信息。承载导频与广播信息的载频为主载频，不承载导频与广播信息的载频为辅载频。

主公共控制物理信道(P-CCPCH)、辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)、物理随机接入信道(PRACH)、下行导频信道(DwPCH)、寻呼指示信道(PICH)等公共控制信道都是在主载频上发送。快速物理接入信道(FPACH)通常只在主载频上进行发送，但是也可以有条件地用于辅载频，条件之一为移动台在切换时可以在辅载频上使用FPACH信道，其他条件下的使用尚有待进一步研究。UpPCH通常只在主载频上进行发送，UpPCH在辅载频上可以有条件使用，条件之一是移动台在切换时可以在辅载频上使用该UpPCH信道，其他条件下的使用也有待研究确定。系统信息广播也只在主载频上进行。公共信道限制在主载频上，减少了公共信道载频之间的干扰，提高了系统性能，使得移动台初始搜索准确、快速；同时只在主载频上发公共信息，将大大降低对其它系统的干扰。

主载频和辅载频采用相同的扰码和基本训练序列(Midamble)码，并且建议配置相同的时隙转换点，移动台通过搜索主载频就可以获取小区的系统信息和其他辅载频的频率配置。为了避免由于主载频发生故障而使移动台就无法获取系统信息和其他辅载频的配置信息这一问题，可以采用主载频重配置方法。主载频重配置方法就是当主载频发生故障时，系统重新配置主载频，使小区的系统信息和其他辅载频的配置信息可以重新广播，具体实现方法可以通过使用冗余备份载频或者抢占辅载频来实现。

多频点技术可以扩展系统覆盖范围，特别是采用主载频和辅载频技术可以减少小区间控制信道之间的干扰，但对于TD-SCDMA移动通信系统来说，在全网覆盖场景下，如何实现对高速数据业务的支撑，以及保证在室内场景下的系统容量，仍然面临非常大的挑战。其主要困难在于：

(1)如果TD-SCDMA的智能天线的工作不理想，例如波束对准目标移动台出现误差，则TD-SCDMA的抗干扰能力下降，存在较大的小区内和小区间干扰，其中小区内干扰可通过小区内的联合检测得到较好的减轻，而小区间干扰主要来源于相邻基站的干扰，以及相邻基站扰码的较大相关性，采用联合检测技术降低小区间干扰的技术难度较大。

(2)采用多频点技术，虽然能显著减少控制信道干扰，但是对于业务信道而言，仍然存在较大的小区间干扰，原因在于相邻小区间的业务信道没有根据物理距离采用码分复用，扰码的互相干扰的特性较大。

(3)由于TD-SCDMA系统的控制信道采用频分复用技术，发射功率较大，然而由于小区间的干扰，为了保证服务质量，业务信道的发射功率相较于控制信道要小，此时业务信道的覆盖距离较小，在小区边缘存在业务覆盖盲区。

(4)为了扩展TD-SCDMA的覆盖范围，一般采用直放站和射频拉远技术。但直放站会带来射频干扰，并且直放站需要获得时隙同步信息，这样增加了直放站的成本。采用射频拉远技术要很仔细地进行功率和扰码等的规划设计，还要专门进行光纤等有线载体的布置，不便于便捷组网和低成本运维。

(5)为了减小相邻小区干扰，目前多频点TD-SCDMA通常为相邻小区采用相同时隙的配置方式。如果需要相邻小区自适应设置其上下行时隙切换点，TD-SCDMA容易产生比较严重的交叉时隙干扰。为了减小交叉时隙干扰，业务信道的发射功率较小，从而造成小区不连续覆盖，这种方法实际上是在基站之间采用足够的物理隔离距离来保护通信链路的传输质量；但是造成了业务信道的通信服务不连续。

由于以上种种原因，使得多频点TD-SCDMA移动通信网络在组网和通信技术上存在容量、覆盖、网络设计、不对称业务支撑等多方面的问题，至今没有找到很好的解决方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于中继技术的多频点TD-SCDMA组网方法，该方法提出在多频点TD-SCDMA移动通信系统中采用中继技术来组网和实现通信，从而较好地解决了扩展基站的覆盖范围、提高系统容量、减少小区间干扰、自适应便捷组网、高效支持不对称业务等诸多技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于中继技术的多频点TD-SCDMA组网及通信的实现方法，其特征在于：包括下列操作步骤：

(1)规划基站站址，自适应确定每个基站的控制信道和业务信道的发射功率时，不要求业务信道实现全网连续覆盖，并灵活设置各个基站的上下行切换点，同时采用中继节点对业务信道的盲区作覆盖补充；

(2)移动台根据透明模式发起接入请求，基站为该接入请求选择合适的中继节点，自适应建立适宜的中继通信链路，并可获得中继的分集或复用增益；

(3)基站对各中继链路的无线资源进行集中管理，自适应设置控制信道和业务信道的发射功率，并为各中继和非中继链路分配包括频率、时隙、码的各种无线资源。

本发明是一种采用中继技术的多频点TD-SCDMA移动通信系统的组网和通信的实现方法，该方法是在基站覆盖的中继分集区域内设置固定或移动的中继节点，从而大幅度降低基站的规划布局难度，灵活扩展覆盖范围，提高系统容量，同时实现了相邻小区之间可以自适应设置上下行时隙点等。本发明技术充分考虑了和现有多频点TD-SCDMA移动通信系统的兼容性，尽量减小对现有基站和移动台硬件设备的改动，以较小的投资费用来实现中继组网和通信。

本发明基于中继技术的多频点TD-SCDMA组网及通信的实现方法在小区内布置固定中继节点的好处是：(a)很好地完成特定场景的覆盖，例如室内系统的覆盖等，(b)减小到达角估计误差和提高智能天线波束赋形的性能，(c)提供额外的分集/复用增益。如果采用移动中继节点，则可以把处于中继分集区域且具有中继功能的移动台视为潜在的中继节点，大大节省设备投资开销。

本发明方法的优点是：操作步骤简单、容易，对现有网络和设备的改动小，各网络设备和移动台采用集中式管理和设计原则，网络设计便捷。本发明通过采用扰码优化配置、中继链路多维资源灵活分配、同小区和相邻小区补充覆盖区域干扰协调等多种方法来减小由于中继站引入导致的干扰，能显著提高系统性能。因此，本发明具有很好的推广应用前景。

附图说明

图1是本发明基于中继技术的多频点TD-SCDMA组网及通信的实现方法的操作步骤流程图。

图2是根据本发明方法实现的小区分区域覆盖示意图。

图3是根据本发明方法在全向小区布置中继节点的网络拓扑结构图。

图4是根据本发明方法在3扇区布置中继节点的网络拓扑结构图。

图5是根据本发明方法进行时隙资源调度的实施例示意图。

图6是本发明的一实施例和不采用中继技术的系统相关技术性能的对比曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

参见图1，介绍本发明基于中继技术对多频点TD-SCDMA的网络系统组网和实现通信的方法的操作步骤：

步骤1、规划基站站址，自适应确定每个基站的控制信道和业务信道的发射功率时，不要求业务信道实现全网连续覆盖，并灵活设置各个基站的上下行切换点，同时采用中继节点对业务信道的盲区作补充覆盖；

步骤2、移动台根据透明模式发起接入请求，基站为该接入请求选择合适的中继节点，自适应建立适宜的通信链路，并可获得中继的分集或复用增益；

步骤3、基站对各中继链路的无线资源进行集中管理，自适应设置控制信道和业务信道的发射功率，并为各中继和非中继链路分配包括频率、时隙、码等各种无线资源。

下面分别对上述三个操作步骤作具体描述。其中步骤1包括下列操作内容：

(11)规划基站的站址：在对某个区域进行基站站址规划设计时，先选择业务量最大或最重要的热点地区设置基站，再在业务量次之或重要性次之的热点地区设置基站；在保证控制信道能够连续覆盖，但允许业务信道有覆盖盲区的前提下，按照以上规则循环进行规划设计，直到完成该区域的基站规划；

(12)设置基站功率：基于链路预算和开环功率控制算法，分别设置每个基站的控制信道和业务信道的初始发射功率，保证各基站在TS0时隙和下行导频DwPTS时隙发射的控制信道信息能够连续覆盖，但其他业务时隙信号只能覆盖部分区域，以确保相邻小区间的业务时隙没有干扰，此时的控制信道的发射功率大于业务信道的发射功率；

(13)设置基站的上下行时隙：每个基站根据自己的上下行业务量，采用慢速动态信道分配算法确定其上下行时隙切换点；如果相邻小区存在交叉时隙干扰，则采用控制业务信道发射功率的方法来保证交叉时隙的干扰小于最大允许干扰门限值，即通过功率控制保证具有交叉时隙干扰的相邻小区之间有足够长的物理保护距离；

(14)用中继节点作为补充覆盖，对基站服务小区进行细分，并确定中继节点所处区域：为保证服务业务的连续性，在相邻基站业务信道的覆盖盲区，设置中继节点来完成业务信道的补充覆盖，但不转发基站在控制时隙发送的控制信息，即移动台工作在透明模式，它直接接收来自基站的控制信息；为此把每个基站的服务小区划分为三个区域：采用多频点技术的直接服务区域、设置中继节点的中继分集区域、可以获得中继分集和复用增益的中继补充覆盖区域；位于中继分集区域内的移动台可自适应选择：直接接入基站进行通信、经过中继节点进行中继通信、同时与基站和中继节点进行连接以获得分集增益的协同通信；位于补充覆盖区域的移动台必须通过中继节点才能进行业务传输，位于直接服务区域的移动台直接和基站进行业务连接；

参见图2，介绍在全向小区中基于中继技术的TD-SCDMA网络拓扑结构图，图中位于中心位置有阴影部分的区域是采用多频点技术的基站直接服务区域，这样设置的目的是尽量兼容目前的多频点TD-SCDMA技术，并利用中继节点技术，有效克服小区间扰码相关所导致的干扰，同时简化了基站布置，扩展基站的覆盖范围，结合时域和频域资源，提高系统的频谱效率。

(15)选择和确定中继节点及其类型：中继节点可预先固定设置在中继分集区域，也可以灵活选择正好移动到了中继分集区域、具有中继功能的移动台作为中继节点；中继节点类型有固定的、便携的、游牧的、或低速移动的。

图3所示为全向小区采用本发明方法选择中继节点所构成的网络拓扑结构，而图4所示为3扇区采用本发明方法选择中继节点所构成的网络拓扑结构。

可以特意在有效覆盖范围的小区边缘分别选择设置固定的一个或多个中继节点，基站采用智能天线分别对这些固定的中继节点进行波束赋形发送，再通过这些中继节点进行业务发送，以提高系统性能。

步骤2的具体操作内容主要是两个部分：

移动台接入流程：移动台通过控制信道向基站直接发起接入请求，根据移动台的链路状况，以及系统的负载情况，基站决定是建立直接链路和目标移动台通信，还是选择合适的中继节点进行中继转发。移动台无论是直接接入基站，还是通过中继节点接入基站，都由基站统一进行资源分配和管理。

移动台接入控制算法：基站根据接收到的接入请求信息，判决移动台所处小区的具体区域，并综合考虑该基站与移动台的最短路径原则和系统负载状况，确定移动台的接入方式：建立直接链路和该目标移动台通信，或选择合适的中继节点进行中继转发；且这两种接入方式都是由该基站统一执行资源分配和相应的管理任务。下面简要说明基站控制移动台的不同接入方式时需要综合考虑的各种因素：

当移动台处于直接服务区域时，采用一跳通信方式和基站建立直接通信链路；

当移动台处于补充覆盖区域时，通过中继节点进行基站和移动台之间的数据传输；此时，如果系统负载小于设定的第一门限值(如40％负载)，则移动台协同通信机制同时和多个合适的中继节点进行通信，以获得来自多个中继节点的分集或复用增益；如果系统负载大于设定的第二门限值(如60％负载)，则移动台只和一个最佳中继节点进行通信；

当移动台处于中继分集区域时，根据系统负载和中继节点的链路状况，确定是建立和基站的直接通信链路，还是建立通过中继节点转发的通信链路；此时，如果负载小于设定的第三门限值(如50％负载)，则移动台同时建立分别与基站和与中继节点的通信链路，以使处于分集区域的目标移动台同时获得来自基站和中继节点的分集或复用增益，以提高信号质量。

步骤3的具体操作内容主要是下述五个部分：

(31)判断移动台所处的服务区域：基站通过识别移动台的反馈信息，判决该移动台所处的区域，或者通过判决移动台发送来的上行控制信道的传输质量或信号强度来判决移动台所处的区域；

(32)选择中继节点，配置中继节点的发送接收时隙和对上下行无线信道进行管理：基站自适应地为每个需要中继的移动台选择最佳的中继节点，中继节点的选择是由该中继节点所归属的基站集中完成的，根据移动台当前所处环境和链路状况，确定选用进行中继传输的中继节点；引入中继节点可以沿用现有多频点TD-SCDMA系统的下行同步、上行同步和随机接入等机制，原因在于采用中继技术不会影响主载频的控制信息，但是基站为各移动台分配时隙和信道资源时，要考虑需要中继通信的移动台的资源分配问题(包括第一跳和第二跳通信链路所使用的信道码、时隙和载频资源等)，并对这些资源进行集中管理和干扰协调，以便通过资源复用来提高系统性能的同时，尽量减小干扰；

参见图5，介绍一种简单的基于时隙复用的无线资源分配机制实施例，在业务时隙TS1，移动台(UE)发送信息给中继节点(RS)，RS此时接收到来自移动台的信息后，将在后面子帧中的时隙TS2把来自移动台的业务信息转发给基站(BS)，基站将在TS2收到经RS转发的移动台的业务信息。同理，当基站有业务信息发送给移动台时，基站在TS4时隙把信息发送给RS，RS在后面某个子帧的TS5时隙把信息发送给移动台。从该时序流程图的分析可知，对于中继节点RS来说，其时隙切换点的变化较为频繁，这需要对现有的MAC层协议进行适当修改。RS何时接收来自BS和移动台的业务，何时向BS和RS发送业务，都需要由基站BS进行集中控制和调度。

(33)对位于补充覆盖区域的移动台的中继通信链路的干扰进行协调处理：如果处于补充覆盖区域的两个移动台，彼此处于对方的干扰区域，则为这两个移动台优先配置不同频点资源，如果没有可用频率，则配置不同时隙，以减小干扰；如果这两个移动台还分属不同的小区，则还需要为移动台中继链路配置不同的扰码；基站可以采用传统的无线资源管理机制对处于直接服务区域的通信链路的无线资源进行管理，但对处于中继分集区域和补充覆盖区域的移动台，则要选择合适的中继节点和中继链路，并采用基于干扰协调和资源复用的无线资源管理机制。选择中继节点的具体原则是：

(331)目标移动台选择位于自己节点覆盖范围内、处于中继分集区域、且具有中继能力的空闲节点作为中继节点，要求基站和中继节点间的通信能力和中继节点和移动台间的通信能力相当；

(332)中继节点和基站之间建立直接通信链接，假设中继节点采用的通信频点资源为f_i，占用的时隙为T_i，而中继节点和目标移动台的通信所使用的频点资源为f_j，占用的时隙为T_j，要求同时满足：f_i＝f_j和T_i≠T_j；

(333)对于相邻的两个中继节点，如果处于相互干扰区域，则要求该两个中继节点进行通信所使用的频点资源和时隙资源至少有一项不相同；假设该两个中继节点使用相同的时隙切换点，其使用的频率分别为f_i和f_j，使用的时隙分别为T_i和T_j，要求同时满足：f_i≠f_j或T_i≠T_j；

(334)为了使中继节点到目标移动台链路的传输能力和基站到该中继节点链路的传输能力相当，要求第一跳和第二跳通信链路的空中接口通信能力或传输速率基本相同或相近，然后进行发射功率和无线资源的集中管理和分配。

(335)如果整个TD-SCDMA系统负载较轻，且目标移动台根据业务传输要求，需要配置多条中继通信链路，则选择多个合适的中继节点，并同时和该多个中继节点进行协同通信，获得分集或者复用效果。

(34)判决、建立中继分集区域内的通信链路和分配资源：对于处于中继分集区域的移动台，先判断TD-SCDMA系统的负载是否大于第四门限值(如70％负载)，或者通信链路质量无法达到业务的通信质量要求，且此时有离目标移动台更近的中继节点可以进行中继转发时，则目标移动台和中继节点建立单跳中继通信链路，否则和基站建立直接的通信链路；

如果此时该目标移动台和基站直接通信链路以及通过中继节点进行数据转发通信的两条链路质量都不能达到业务传输质量需求，则要考虑对这两条链路进行分集接收和发送；如果移动台有多条满足要求的中继链路可供业务传输，则根据业务需求选择最佳的多条中继通信链路(包括和基站的直接通信链路以及和多个中继节点的中继链路)，以获得分集和复用增益；只是此时要求同时通信的链路数量性价比最高，即多链路带来的分集/复用增益和占用多条通信链路的开销比率最优化。

(35)采用基于中继技术的抗干扰措施：中继技术的应用，使得时隙资源和频率资源可以复用在于同一个小区/扇区内；但是，此时要采用先进的资源分配机制和基于中继技术的抗干扰措施，在最大限度的条件下减少干扰和能耗，使得多频点TD-SCDMA网络处于高效工作。具体技术措施为：

A、如果位于直接服务区域内的移动台非常多，即基站为处于直接服务区域用户所消耗负载大于第五门限值5(如75％负载)，则此时只为直接服务区域的移动台提供服务；

B、如果基站具有足够无线资源为直接服务区域的移动台服务，且此时还有处在中继分集区域的目标移动台需要提供服务，则基站为移动台采用选择分集技术，选择最佳通信路径到达移动台。如果此时系统负载低于第六门限值(如60％负载)，且移动台和基站的直接通信链路并不足以保证目标移动台所承载的业务的通信质量或传输速率要求，就可以为该目标移动台分配两份资源：一份资源用于基站和目标移动台直接通信，另外一份资源用于中继链路通信，移动台对分别接收到的来自基站和来自中继节点的信息进行分集/复用接收。如果此时的目标移动台的通信质量仍然达不到业务质量或传输速率需求，可以同时和多个合适的中继节点进行通信，从而获得来自多个中继节点的分集/复用增益。

C、如果基站处有足够无线资源为处于直接服务区域和中继分集区域的移动台服务，即系统负载不超过第七门限值(如50％负载)，且在补充覆盖区域内有移动台需要提供服务时，则采用中继方式为移动台提供资源分配。此时，如果目标移动台需要提供更好的服务质量，且系统有足够的无线资源供移动台使用，则目标移动台可以选择合适数量的中继节点同时进行协同通信，以获得满意的分集/复用增益。

综上所述，本发明方法采用中继站技术可以有效解决多频点TD-SCDMA在小区边缘区域干扰较大、基站覆盖范围较小、相邻基站不能灵活支撑不对称业务、容量有待进一步提高等问诸多题。

参见图6，介绍采用本发明的中继技术进行的实施例和不采用中继技术的相关技术的性能对比曲线图。仿真试验时，每条链路采用智能天线技术后的目标信噪比为-10dB，每个用户占用扩频长度为16的一个扩频码，并且每个全向小区配置3个频点。移动台根据最短路径计算方法接入基站/中继节点，采用菱形标注的“无中继技术”仿真曲线表明采用传统基站组网方式的下行链路用户服务满意率。采用正方形标注的“3中继节点”仿真曲线表明每个全向小区配置3个中继节点时的下行链路性能数值，此时中继节点均匀分布，中继节点距离小区中心为小区半径的0.75。采用三角形标注的“6中继节点”仿真曲线表明每个小区均匀布置6个中继节点时下行链路性能数值，此时中继节点距离基站为小区半径0.75倍。仿真试验的结果表明，当小区负载较轻时，如果采用最短路径接入机制，中继节点会引入干扰，导致其性能不如直接和基站通信；但是当系统负载增加到50％及其以上时，引入中继节点能够明显改善通信性能；并且负载越大，中继节点布置越多，性能越好。仿真试验的结果也表明，直接采用最短路径接入基站/中继节点算法性能要比联合考虑系统负载和最短路径接入基站/中继节点算法的性能差一些。