用于无线电信的提供无线覆盖波瓣的微微蜂窝基站和识别哪个波瓣子集覆盖用户终端的方法

摘要

提供一种在具有各自提供对应的无线覆盖波瓣的多个定向天线单元的基站中识别哪个波瓣子集覆盖用户终端的方法。基站是微微蜂窝基站。用户终端被定位在基站的覆盖区域内。选择波瓣子集。基站对于所选择的波瓣子集应用被调节的信号功率一段时间。检测信号功率，并根据所检测的导频信号功率提供信息。基站使用所述信息以确定用户终端是否位于所选择的波瓣子集中。然后，选择波瓣子集的子组，并相应地确定用户终端是否位于所选择的子组中。

说明书

技术领域

本发明涉及电信，具体地说，涉及无线电信。

背景技术

无线电信系统是公知的。许多这样的系统是蜂窝式的，因为无线覆盖由一组称为蜂窝的无线覆盖区域提供。提供无线覆盖的基站位于每个蜂窝中。传统的基站在相对大的地理区域中提供覆盖，对应的蜂窝通常被称为宏蜂窝。

可以在宏蜂窝内建立大小较小的蜂窝。比宏蜂窝小的蜂窝有时被称为微蜂窝、微微蜂窝或者毫微蜂窝，但是我们一般将术语微微蜂窝用于比宏蜂窝小的蜂窝。建立微微蜂窝的一种方式是提供微微蜂窝基站，其在宏蜂窝的覆盖区域内的相对有限的范围内进行工作。使用微微蜂窝基站的一个例子是在建筑物内提供无线通信覆盖。

微微蜂窝基站具有相对低的发射功率，因此，每个微微蜂窝与宏蜂窝相比都小。

微微蜂窝基站可以使用宽带因特网协议连接作为“回程(backhaul)”，换句话说，它们经由微微蜂窝基站网关连接到通用移动电信系统(UMTS)核心网络，具体地，每个网关经由运营者的因特网协议(IP)网络连接到核心网络组件，诸如UMTS移动交换中心(MSC)和信令网关支持节点(SGSN)。

微微蜂窝基站首先打算用于属于特定家庭或办公室的用户。微微蜂窝基站可以是专线接入或公共接入。在专线接入的微微蜂窝基站中，接入被限制为仅针对注册用户，例如家庭成员或者特定的雇员组。在公共接入微微蜂窝基站中，其它用户也可以使用微微蜂窝基站，受到某些限制以保护注册用户所接收的服务质量。

在大致相当于宏蜂窝大小的区域内，可以存在大量的微微蜂窝。因此，在运营者的覆盖区域中可以存在大量的微微蜂窝，以使得传统的用于优化宏蜂窝网络中的基站的位置的蜂窝规划变得不切实际。这在微微蜂窝通常由终端用户或非专业人员部署时尤其如此，其中终端用户或非专业人员例如以有时称为“即插即用”的方式在他们在其办公室和家中选择的地方安装微微蜂窝基站。

在部署微微蜂窝的地方，移动用户终端检测并进行交互的蜂窝的数量会增加。例如，沿着一条路移动的宏蜂窝用户可能常常移入和移出微微蜂窝基站的范围，导致进入和离开微微蜂窝的切换尝试过程的结果。这不利地带来核心网络信令的增加以及由于较高数量的切换尝试而使呼叫掉线的风险的增加。这可以是对微微蜂窝的数据处理性能的损害。当网络内的微微蜂窝基站的数量增加时，需要更多的网络资源以处理进入或离开微微蜂窝基站的切换。这带来对可以部署在宏蜂窝区域内的微微蜂窝基站的数量的实际限制。

切换尝试是一种类型的移动性过程，与仅具有宏蜂窝的网络相比，移动性过程在包括微微蜂窝的网络中变得更加频繁。由于这样的移动性过程被设计用于宏蜂窝网络，因此，电信标准可以要求涉及多个网络单元，诸如在微微蜂窝基站所连接的UMTS核心网络中的MSC和SGSN。尽管在宏蜂窝网络中是适当的，但是在包括微微蜂窝的网络中，在多个网络单元之间大量的这种资源密集型的移动性过程是不利的。

如在L.T.W.Ho的题为“Effects of User-Deployed，Co-ChannelFemtocells on the Call Drop Probability in a Residential Scenario”的论文(The 18^th Annual IEEE International Symposium on Personal，Indoorand Radio Communications(PIMRC’07)，2007)中所描述的，如果微微蜂窝基站提供公共区域中的覆盖，则诸如切换尝试和空闲模式移动性的移动性过程大量增加。除了核心网络信令的显著增加之外，还可能导致在呼叫掉线概率上的不可接受的大量增加。

因此，重要的是寻求优化微微蜂窝基站的无线覆盖，以使微微蜂窝基站所在的建筑物大部分或完全被覆盖，而另一方面，覆盖几乎没有延伸到建筑物外部，例如，未注册用户可能经过建筑物旁的地方。

如图1(现有技术)所示，忽略由于墙的反射和衰减的影响，已知的具有单个天线(未示出，即偶极天线)的微微蜂窝基站14具有截面基本上为圆形的辐射图(即无线覆盖区域)。这一图形在建筑物16是“不规则”的形状时是不利的，诸如建筑物16是细长的。例如，典型的英式庭院住宅(例如13.5米长，4.5米宽)就是这种不规则形状的建筑物16。建筑物16存在没有无线覆盖的区域，而无线覆盖“溢出”到相邻住宅18中和街道20上。

一种已知的用于改进该情形的方案是：在微微蜂窝基站中使用多天线阵列，以使其可调节增益(即功率)并由此调节在所选择的方向上的覆盖区域。该方案改善了在建筑物内提供良好的覆盖而在建筑物外部没有会导致移动性过程的不期望的增加的更多覆盖的能力。

使用多单元天线的一个问题在于：由于成本限制，微微蜂窝基站中的传统接收机只有一个RF接收机、检测器和解码器的接收信号处理路径(“接收链”)，以使来自不同方向的信号不能被单独处理。这意味着接收机不能基于信号被接收的方向来区分各个信号。由于接收机缺乏用于决定哪个(些)方向的增益应当被增加或减少的信息，因此，难于以有用的方式改变覆盖。

一种在某些具有多个天线的无线局域网接入点中使用的已知方案是：随机地尝试各种预定义的天线增益配置，并选择提供最佳覆盖的一个配置。该方案可以改善用于当前传输的链路质量。由于它可以被看成是“试凑(trial and error)”法，因此，不能依赖该方法在不规则形状的建筑物内迅速地提供良好的覆盖。

另一个已知的在具有多个定向天线和相应的扇区(也称为“蜂窝”)的宏蜂窝基站中使用的方案是：阵列的每个天线具有单独的接收链。换句话说，对每个扇区提供单独的RF接收机、检测器和解码器。结果，来自不同方向的信号可以被区分。使用该方案，无线覆盖优化变为可能，但是由于来自每个扇区的信号被单独处理，因此增加了复杂度。

国际(PCT)专利申请WO2004/114460提供了一些背景。

发明内容

本发明的一个例子是一种在用于无线电信的具有各自提供对应的无线覆盖波瓣的多个定向天线单元的基站中识别哪个波瓣子集覆盖用户终端的方法。所述基站是微微蜂窝基站。该方法包括以下步骤。在所述基站的覆盖区域内定位用户终端。选择波瓣子集。所述基站对所选择的波瓣子集应用被调节的信号功率一段时间。检测所述信号功率，并根据所检测的信号功率提供信息。所述基站使用所述信息以确定所述用户终端是否位于所选择的波瓣子集中。

采取进一步的步骤：选择所述波瓣子集的子组，所述基站对所选择的子组应用被调节的导频信号功率一段时间，所述用户终端检测所接收的导频信号功率，并根据所检测的信号功率向所述基站报告信息，以及所述基站根据所述信息确定所述用户终端是否位于所选择的子组中。

在另一方面，本发明提供一种用于无线电信的微微蜂窝基站，所述微微蜂窝基站包括：各自提供对应的无线覆盖波瓣的多个定向天线单元、检测器、控制器和接收机；所述检测器用于识别哪个波瓣子集覆盖用户终端，其中，所述检测器包括用于选择波瓣子集的选择器；所述控制器用于对于所选择的波瓣子集调节信号功率一段时间；所述接收机用于接收所测量的信号功率的信息；所述检测器使用所述信息以确定所述用户终端是否位于所选择的波瓣子集中。

选择器进一步用于选择所述波瓣子集的子组，导频信号发生器进一步用于调节所选择的子组中的导频信号功率一段时间，接收机用于接收由用户终端报告的所测量的导频信号功率的进一步信息，检测器使用所述进一步信息确定所述用户终端是否位于所选择的波瓣子组中。

优选地，所述微微蜂窝基站使得对所考虑的波瓣子集的子组的进一步的一个或多个子组重复所述进一步的步骤，直到所述基站确定所述用户终端所位于的波瓣。

优选地，所述微微蜂窝基站用于确定所述用户终端所位于的波瓣，并进一步包括：覆盖优化器，其用于改变所述用户终端所位于的所述波瓣的大小，以便将所述波瓣内来自用户终端的不需要的切换尝试的比率保持在预定界限内。

附图说明

现在参考附图通过例子描述本发明的实施例，其中：

图1是示出已知的具有单个单元天线的微微蜂窝基站的覆盖的图，不考虑墙的衰减和反射(现有技术)；

图2是示出根据本发明的第一实施例的无线通信网络的图；

图3是示出与图2所示的微微蜂窝基站单元相关联的微微蜂窝的图；

图4是示出图3所示的微微蜂窝基站单元的图；

图5是示出图2和图3所示的用户终端的图；

图6是示出导频信号增益如何由图4所示的微微蜂窝基站随时间调节的图；

图7是示出导频信号增益如何由图4所示的微微蜂窝基站控制的流程图；

图8是具有提供八个波束的多单元天线阵列的微微蜂窝基站的优化覆盖的图(用于与图1比较)(未考虑墙影响)；

图9是示出导频信号增益如何由根据本发明的另一实施例的微微蜂窝基站随时间调节的图；

图10是示出根据本发明的另一个实施例的另一个微微蜂窝基站的图。

具体实施方式

如图2所示，在通信系统20中，存在用于无线电信的基站22。基站具有无线覆盖区域24，其通常被称为宏蜂窝。宏蜂窝24的地理范围取决于基站22的能力以及周围的地形。

在宏蜂窝24内，微微蜂窝基站单元(PCBSU)30提供微微蜂窝32内的无线通信。微微蜂窝是无线覆盖区域。在本例中，微微蜂窝30的无线覆盖区域远远小于宏蜂窝24的。例如，微微蜂窝32在大小上对应于用户的家。

另一个微微蜂窝基站单元(PCBSU)34提供微微蜂窝36内的无线覆盖。再一个微微蜂窝38提供微微蜂窝40内的无线覆盖。

宏蜂窝24内的移动终端44可以采用已知的方式与宏蜂窝基站22进行通信。当移动终端44进入该移动终端注册(换句话说，具有接入权)以在微微蜂窝基站30内进行通信的微微蜂窝32时，期望将与移动终端的连接从宏蜂窝切换到微微蜂窝。在图2所示的例子中，移动终端44的用户是优选的使用微微蜂窝32的用户。

如图3所示，微微蜂窝基站单元30在微微蜂窝32中发送导频信号29。

微微蜂窝基站单元(PCBSU)

如图4所示，微微蜂窝基站包括各自连接到增益控制器50的八个天线单元48的阵列46。增益控制器50使应用于进入/来自每个天线的信号的增益能够被调节。PCBSU 30包括发送链52，其提供用于传输到增益控制器50的信号。发送链52包括导频信号发生器54和编码器(未示出)。PCBSU还包括接收链56，其包括射频信号接收机(未示出)、检测器(未示出)和解码器(未示出)。接收链56处理由天线48接收、然后经由增益控制器50传递到接收链56的信号。

发送链52和接收链56都连接到高层处理器58。高层处理器58包括自动配置控制器60，其包括无线波瓣检测器62和覆盖优化器64。高层处理器58通过因特网协议宽带连接(“回程”，诸如以太网或DSL链路)66连接到电信世界的其它组件。

下面，在描述了用户终端之后描述微微蜂窝基站单元(PCBSU)的操作。

用户终端

如图5所示，用户终端44包括连接到麦克风68和扬声器70的高层处理器66。发送链72和接收链74各自将高层处理器66连接到天线76。接收链74包括导频信号检测器78。高层处理器66包括测量报告生成器80。导频信号检测器78用于检测由用户终端44接收的导频信号的强度，测量报告生成器80用于将该信息包括在测量报告中，该测量报告经由发送链72传递到天线76，用于传输到微微蜂窝基站单元。

改进覆盖

采用基本上两步方法改进覆盖。首先，需要记住微微蜂窝基站单元30的阵列46的每个天线48都提供无线覆盖的对应“波瓣”(也称为波束)，确定哪个波瓣最佳地服务于所连接的用户终端44。第二，在识别了该波瓣之后，根据不需要的切换尝试出现的次数，(通过导频信号增益的调节)改变该波瓣的大小。这在下面更详细地说明。

确定最佳波瓣

通过对波瓣的一系列增益修改来确定建筑物中对用户终端最佳的波瓣，并且该确定使用用户终端的测量报告能力。用户终端频繁地向微微蜂窝基站单元30提供关于所接收的导频信号强度的反馈。该反馈在测量报告中。

用户终端进行的测量报告对于本领域的技术人员来说是已知的，例如在诸如通用移动电信系统(UMTS)的标准中进行了定义。

该波瓣确定过程的一个例子在图6中示出。在确定过程中，微微蜂窝基站单元30使用来自用户终端的测量报告，该测量报告指示：检测到所接收的导频信号增益增加，或者未检测到所接收的导频信号增益增加。

如图6所示，作为第一步(在图6中标为a)，在一组四个相邻波瓣1、2、3、4的每一个中，所发送的导频信号增益被临时增加一个预定量。在本例中，用户终端(在图6中标为UE)发送指示检测到所接收的导频信号增益增加的测量报告。因此，微微蜂窝基站单元30中的波瓣检测器62确定用户终端被这四个波瓣1、2、3、4中的一个覆盖。

作为第二步(在图6中标为b)，微微蜂窝基站单元30通过临时增加四个波瓣1、2、3、4中的两个的增益来精确搜索。在本例中，波瓣1和2的增益被增加。在本例中，用户终端未被这两个波瓣覆盖，因此，用户终端报告未检测到所接收的导频信号增益增加。因此，微微蜂窝基站单元30中的波瓣检测器62确定用户终端被另外两个波瓣3、4中的一个覆盖。

作为第三步(在图6中标为c)，微微蜂窝基站单元30通过临时增加剩余两个“候选”波瓣3、4中的一个的导频信号增益来进一步精确搜索。在本中，对波瓣3增加增益，换句话说，选择了“正确”的波瓣，以使用户终端发送指示检测到所接收的导频信号增益增加的测试报告。因此，PCBSU 30的波瓣检测器62已检测到在当前位置上最佳地服务于用户终端的波瓣。

覆盖优化

在使用上述过程识别出服务于用户终端的正确波瓣之后，基于移动性事件的数量执行覆盖改进过程，如下文所解释的。

返回参考图4，图7示出PCBSU 30的自动配置控制器60的覆盖优化器64如何用于控制由导频信号发生器产生的所讨论的波瓣的导频信号增益。

如图7所示，对于该波瓣，当使用默认导频信号增益发送(步骤205)导频信号时，监控切换事件(步骤210)以检测并确定不需要的切换事件的比率(步骤212)。不需要的切换事件(换句话说，不需要的移动性事件)的比率是来自未注册使用PCBSU的移动装置或来自途经宏单元的用户的每单位时间这种事件的数量，其中途经宏单元的用户在经过时短暂地(即，在某个时间段内)切换到PCBSU 30，然后立即切回到宏蜂窝网络。已注册的移动用户终端可以包括“家庭”用户终端和已允许的“访客”用户终端。

目标在于对所识别的波瓣最大化室内覆盖，而不将这种不需要的切换事件的数量增加到不可接受的水平。

因此，确定(步骤215)对于时间t1不需要的事件的数量是否达到第一阈值n1。如果“否”，则导频信号增益被增加(步骤220)一个预定增量Delta1。因此，波瓣的大小增大。重新开始对不需要的事件的计数(步骤210、212)。

如果达到第一阈值，则确定(步骤225)对于时间t2不需要的事件的数量是否达到第二阈值n2。第二阈值严格地小于第一阈值。如果“是”，则导频信号增益被降低预定的缩减量Delta2。因此，波瓣的大小缩小。如果“否”，则不减小导频信号增益。

然后，重新开始对不需要的事件的计数(步骤210、212)。

测量时间t1、t2、增益增量Delta1以及增益缩减量Delta2都随时间进行调整。这是为了改进达到稳定状态的速度，该稳定状态具有适当的波瓣大小，以致在建筑物内部有良好的覆盖，而在建筑物外部几乎没有覆盖。这也是为了防止在增加和降低导频信号增益之间频繁的转换。例如，最初t2小，以致可以快速地增加波瓣大小，直到检测到第一个不需要的移动性事件，在这种情况下，接着t2被显著地增加，以便降低增大的速率。

图8示出了最终的覆盖的例子，其中在各种波瓣中的各种用户终端已经被识别，因此波瓣的大小被调节。可以看出，(由导频信号增益定义的)八个波瓣1、2、3、4、5、6、7、8已经采用了各种尺寸，其实际上最大化了建筑物16’内的覆盖，而没有使不需要的切换事件的数量增加到不可接受的水平。避免了PCBSU在街道20’和相邻建筑物18’中的显著无线覆盖。

一些变形

在某些其它类似的示例中，可以采用波瓣的预测性测试和/或增强测试，如下文所描述的。

波瓣的预测性“测试”

一种增加达到稳定波瓣图形的速度的选择是使用有关过去在哪个或哪些波瓣中已经发生了频繁的不需要的切换的统计数字，以便在测试周期中首先选择哪个或哪些波瓣来临时增加增益。

例如，如果使用上述的确定最佳波瓣的方法的过去的测试已经揭示90％的切换发生在一个特定的波瓣中，那么该波瓣可以在图6所示并如上描述的步骤(a)之前被首先独立地测试。在大多数情况下，进入建筑物的用户终端将位于该波瓣内，该波瓣在导频信号增益上有临时的增加，因此将提供指示在所接收的导频信号增益上的最终增加的测量报告。在这种情况下，由于覆盖用户终端的正确波瓣被识别，因此不需要采取以上参考图6描述的步骤(a)、(b)和(c)。

增强测试

在某些建筑物内，墙的信号反射可以对所接收的信号有所贡献。这可意味着在确定最佳波瓣时，临时增加用户终端未位于的波瓣的导频信号增益仍然导致用户终端检测，并因此报告最终的所接收的导频信号增益。这可导致在特定的位置对于用户终端最佳波瓣的识别不可靠。

这可通过不仅基于是否检测到所接收的信号增益的增加来确定最佳波瓣而解决。

在这种情况下，如图9所示，作为第一步(在图9中标为a)，四个相邻的波瓣首先被测试。具体地，在一组四个相邻的波瓣1、2、3、4的每一个中，所发送的导频信号增益被临时增加一个预定量。在本例中，用户终端(在图9中标为UE)发送指示检测到所接收的导频信号增益增加的测量报告。作为第二步(在图9中标为b)，其它四个波瓣被测试。具体地，在一组四个相邻的波瓣5、6、7、8的每一个中，所发送的导频信号增益被临时增加一个预定量，用户终端发送另一个测量报告。提供用户所检测的导频功率的最大增加的一组波瓣被选为用户终端所位于的那组波瓣，即，在本例中是波瓣1至4。

微微蜂窝基站单元通过进一步测试被确定为提供所检测的导频信号的较大增加的那组波瓣(在本例中是波瓣1、2、3、4)来精确搜索。具体地，作为第三步(在图9中标为c)，由两个波瓣(即波瓣1、2)组成的子组的增益被临时增加；接着，作为第四步(在图9中标为d)，由两个波瓣(即波瓣3、4)组成的另一个子组的增益被临时增加。再一次，提供用户终端所接收的导频信号增益的最大增加的子组被选为正确的子组(在这种情况下，是波瓣3和4)。

微微蜂窝基站单元通过测试所选择的子集中的波瓣来再一次精确搜索。具体地，作为第五步(在图9中标为e)，波瓣中的一个(在本例中为波瓣3)的导频信号增益被临时增加，接着另一个波瓣(在本例中为波瓣4)的导频信号增益被临时增加。检测到用户终端所接收的导频信号的较大增加的波瓣被认定为用户终端所位于的波瓣，换句话说，是在当前位置上最佳地服务于用户终端的波瓣。

可以理解，虽然与上述参考图6描述的方案相比，此方案使所需的增益修改步骤的数量加倍，但是它提供了更可靠的结果。

另一个变形

基本上，该变形类似于参考图4描述的方案，除了是对所接收的来自所选择的波瓣的信号进行增益调节而不是对在所选择的波瓣中发送的信号之外。

如图10所示，微微蜂窝基站包括各自连接到增益控制器50’的八个天线单元48’的阵列46’。增益控制器50’使应用于来自每个天线的接收信号的增益能够被调节。PCBSU 30’包括接收链56’，其包括射频信号接收机(未示出)、接收信号检测器57和解码器(未示出)。接收链56’处理由天线48’接收、然后经由增益控制器50’传递到接收链56’的信号。

发送链52’和接收链56’都连接到高层处理器58’。高层处理器58’包括自动配置控制器60’，其包括无线波瓣检测器62’和覆盖优化器64’。高层处理器58’通过因特网协议宽带连接(“回程”，诸如以太网或DSL链路)66’连接到电信世界的其它组件。

微微蜂窝基站单元(PCBSU)30’的操作是：用户终端向基站30’发送上行链路信号，所选择的波瓣子集中的接收信号通过增益控制器50’进行增益调节。接收信号由接收链56’进行处理，包括：检测来自所选择的波瓣的接收信号，以便如前所述地确定哪个波瓣子集覆盖用户终端。所选择的波瓣子集的子组被选择，并以前面所述的迭代方式进行“测试”，例如以便识别用户终端所位于的特定波瓣。

概括

本发明可采用其它特定形式实现，而不脱离其基本的特性。所描述的实施例被认为在所有方面仅仅是说明性的而非限制。因此，本发明的范围由所附的权利要求而非前面的说明指明。