РАСПРЕДЕЛЕННАЯ АНТЕННАЯ СИСТЕМА
DISTRIBUTED ANTENNA SYSTEM

Область техники
Настоящее изобретение относится к распределенным антенным системам для мобильной связи.
Предшествующий уровень техники
Распределенная антенная система (DAS) или распределенная система беспроводной связи (DRS) в общем случае относятся к архитектуре радиодоступа, содержащей большое количество антенн (или радиоголовок), распределенных широко в большой зоне покрытия и связанных с централизованным пунктом доступа (AP). Покрытие излучением каждой антенны в типовом случае имеет намного меньший след, чем у основной расположенной в центре антенны/базовой станции в обычной сотовой системе. Архитектура DAS имеет два главных преимущества. Во-первых, можно реализовать характеристику высокого пространственного повторного использования ввиду малой зоны покрытия каждой антенны. Во-вторых, централизованный пункт доступа имеет полный контроль над всеми радиоресурсами, используемыми в каждой антенне, и может поэтому координировать передачу и прием сигналов, чтобы минимизировать помехи при увеличенной пропускной способности системы.
Как правило, антенны в DAS связаны с AP через оптические волокна. AP может обрабатывать принимаемые (по восходящей линии) сигналы от множества устройств, используя соответствующие методы объединения, такие как объединение максимального отношения (MRC) или объединение с режекцией помех (IRC). В нисходящей линии AP может передавать на множество устройств с использованием методов принудительного обнуления или dirty papercoding (предварительное кодирование сигналов перед передачей с учетом помех), чтобы подавить помеху, если канал прямой линии связи известен. AP может также использовать методы макроразнесения, чтобы направлять излучение на конкретные мобильные устройства, если канал не известен.
Улучшения пропускной способности, связанные с DAS, хорошо документированы в изолированных системах, в которых все антенны соединены с единственным AP. В действительности, зона покрытия AP ограничена факторами, такими как длина волокна, задержка распространения и вычислительная мощность. Поэтому практическая DAS более чем вероятно будет иметь множество AP в пределах соответствующих зон покрытия и потребует передавать обслуживание мобильных устройств от одного AP к другому способом, подобным используемому в обычных сотовых системах.
Передача обслуживания может быть реализована в DAS способом, подобным применяемому в обычной сотовой системе. В обычной системе мобильное устройство периодически выполняет измерения качества уровня сигнала и сообщает результаты измерения качества сигнала контроллеру радиосети, который координирует передачи обслуживания между обслуживающей базовой станцией и целевой базовой станцией. В общем случае передача обслуживания запускается, когда уровень сигнала от целевой базовой станции превышает уровень сигнала от текущей обслуживающей базовой станции на некоторую предопределенную величину.
Обычный способ передачи обслуживания может быть проблематичным в DAS. Как описано выше, зона радиопокрытия антенны в DAS намного меньше зоны, расположенной в центре антенны в обычной сотовой системе. Поэтому перекрытие в зонах покрытия между двумя AP в DAS намного меньше по сравнению с обычной сотовой системой. Для мобильного устройства, движущегося с умеренной скоростью, время, чтобы выполнить передачу обслуживания, будет намного короче, чем в обычной сотовой системе. Этот короткий период может быть не достаточным, чтобы завершить плавную передачу обслуживания, что может привести к краткому прерыванию в обслуживании. В худшем случае передача обслуживания может потерпеть неудачу.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к распределенным антенным системам для сетей беспроводной связи. Множество пунктов доступа предоставляют услугу в соответствующих зонах покрытия в распределенной антенной системе. Пункт доступа в пределах каждой зоны покрытия соединяется с множеством антенн, которые широко распределены в пределах зоны покрытия. Радиоресурсы в антеннах в пределах перекрывающейся области двух или более смежных зон покрытия совместно используются пунктами доступа в смежных зонах покрытия согласно схеме множественного доступа. Совместное использование радиоресурсов в пределах перекрывающейся области двух или более зон покрытия позволяет увеличить перекрывающуюся область, тем самым обеспечивая больше времени, чтобы завершить передачу обслуживания.
В первом примерном варианте осуществления пункты доступа в двух или более смежных зонах покрытия могут соединяться с той же самой антенной в перекрывающейся области зон покрытия. В этом случае радиоресурсы в совместно используемой антенне совместно используются между пунктами доступа. Например, пунктам доступа в смежных зонах покрытия могут назначаться различные частоты, различные временные сегменты и/или различные коды, чтобы использовать для передачи и приема сигналов.
В другом примерном варианте осуществления каждый из пунктов доступа в смежных зонах покрытия соединяется с соответствующим подмножеством антенн в перекрывающейся области. Радиоресурсы совместно используются путем распределения радиоресурсов между антеннами, соединенными с различными пунктами доступа.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 иллюстрирует примерную сеть беспроводной связи, использующую распределенную антенную систему.
Фиг.2 иллюстрирует способ передачи обслуживания мобильного устройства в сети беспроводной связи с использованием распределенной антенной системы.
Фиг.3 иллюстрирует примерный пункт доступа для сети беспроводной связи по фиг.1.
Детальное описание
Фиг.1 иллюстрирует примерную сеть беспроводной связи, обозначенную в целом ссылочной позицией 10. Сеть беспроводной связи 10 включает в себя множество пунктов доступа 100, которые обеспечивают радиодоступ мобильным устройствам 200 в пределах их соответствующих зон покрытия 12. На фиг.1 показаны два пункта доступа 100, обозначенные как AP1 и AP2 соответственно. Специалистам в данной области техники будет, однако, понятно, что типовая сеть 10 может включать в себя множество пунктов доступа 100 и соответствующие зоны покрытия 12. Контроллер радиосети (RNC) 300 соединяется с каждым пунктом доступа 12. Одна функция контроллера радиосети 300 заключается в управлении передачей обслуживания мобильных устройств 200 от одного пункта доступа 100 к другому, как описано ниже.
В обычной сотовой системе каждый пункт доступа 100 типично соединяется с единственной антенной, расположенной в центре каждой зоны покрытия. Согласно настоящему изобретению каждая зона покрытия использует распределенную антенную систему (DAS), а не единственную, расположенную в центре, антенну. Пункт доступа 100 в каждой зоне покрытия соединяется с множеством антенн 14, которые широко распределены по каждой зоне покрытия 12. Покрытие излучением каждой антенны 14 типично намного меньше, чем у антенны базовой станции в обычной сотовой системе. Однако антенны 14 в каждой зоне покрытия 12 все вместе обеспечивают покрытие излучением всюду по всей зоне покрытия 12. Архитектура DAS имеет два главных преимущества. Во-первых, можно достичь высокой способности пространственного повторного использования из-за малой зоны покрытия каждой антенны 14. Во-вторых, централизованный пункт доступа 100 имеет полный контроль над своими назначенными радиоресурсами в каждой антенне 14 и поэтому может координировать передачу и прием сигналов, чтобы минимизировать взаимные помехи при повышенной пропускной способности системы. Как описано более детально ниже, радиоресурсы в некоторых антеннах 14 могут использоваться совместно с другими пунктами доступа 100.
Как показано на фиг.1, зоны покрытия AP1 и AP2 в настоящем изобретении перекрываются, чтобы включать одну или более антенн 14. Перекрывающаяся область соседних пунктов доступа 100 обозначена ссылочной позицией 16. В различных вариантах осуществления антенны 14 в перекрывающейся области 16 могут соединяться с одним или обоими из соседних пунктов доступа 100. В любом случае радиоресурсы в передающих антеннах 14 в перекрывающейся области 16 совместно используются между соседними пунктами доступа 100 согласно схеме множественного доступа (например, TDM, FDM, CDM, OFDM и т.д.). Обеспечивая возможность соседним пунктам доступа 100 совместно использовать радиоресурсы в пределах перекрывающейся области 16, можно увеличить перекрывающуюся область 16, чтобы обеспечить больше времени на выполнение передачи обслуживания, когда мобильное устройство 200 перемещается на умеренных скоростях.
В первом примерном варианте осуществления антенны 14 в перекрывающейся области 16 смежных зон покрытия 12 связаны с соответствующими пунктами доступа 100 в каждой из перекрывающихся зон покрытия 12. Таким образом, каждая антенна 14 соединяется с пунктом доступа 100 для каждой из смежных зон покрытия 12. В варианте осуществления, показанном в фиг.1, есть только две перекрывающиеся зоны покрытия 12. Таким образом, каждая антенна 14 в перекрывающейся области 16 соединяется и с AP1, и с AP2. Однако специалистам в данной области техники должно быть понятно, что некоторые антенны 14 могут быть расположены в области, где имеется три или более перекрывающихся зон покрытия 12. В этом варианте осуществления радиоресурсы в каждой антенне 14 назначены соответствующим из пунктов доступа 100. Радиоресурсы в каждой антенне 14 могут быть полностью использованы, однако каждый пункт доступа 100 в смежных зонах покрытия 12 будет иметь контроль над только частью радиоресурсов в каждой антенне 14.
Любая известная схема множественного доступа может применяться, чтобы использовать радиоресурсы совместно с соседним пунктом доступа 100. Например, соседним пунктам доступа 100 могут быть назначены различные частоты, чтобы использовать в каждой антенне 14. Альтернативно, соседним пунктам доступа 100 могут быть назначены различные периоды времени или различные коды для использования в каждой антенне 14. Радиоресурсы могут также быть совместно используемыми при применении мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM). Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что существуют и другие методы мультиплексирования и что перечисление здесь методов мультиплексирования не предназначено для ограничения объема пунктов формулы изобретения перечисленными методами.
В другом примерном варианте осуществления каждая из передающих антенн 14 в перекрывающейся области 16 между соседними зонами покрытия 12 соединяется с выбранным одним из пунктов доступа 100. Таким образом, каждый пункт доступа 100 соединяется с подмножеством антенн 14 в перекрывающейся области 16 между зонами покрытия 12. Передающие антенны 14 в перекрывающейся области 16 плотно скомпонованы и перемешаны, так что каждый пункт доступа 100 может обеспечить покрытие всюду по перекрывающейся области 16 с ее подмножеством антенн 14. Вновь, поскольку множество пунктов доступа 100 конкурируют за обеспечение покрытия в перекрывающейся области 16, схема множественного доступа используется, чтобы разделить радиоресурсы между пунктами доступа 100. В этом варианте осуществления каждое подмножество антенн 14 использует свою выделенную часть радиоресурсов в перекрывающейся области 16. Подмножества антенн 14 объединенным образом используют все радиоресурсы в перекрывающейся области 16.
Распределение радиоресурсов в антеннах 14 в пределах перекрывающейся области 16 между двумя соседними зонами покрытия 12 может быть предварительно сконфигурировано поставщиками услуг. Может использоваться любой метод ортогонального множественного доступа, например TDM, FDM, CDM и OFDM. Распределение радиоресурсов не обязательно должно быть равным. Пункту доступа 100, имеющему больший трафик, может быть выделено больше радиоресурсов, чем легко нагруженному соседнему пункту доступа 100.
Распределение радиоресурсов в пределах перекрывающейся области 16 не должно быть обязательно фиксированным. В некоторых вариантах осуществления распределение радиоресурсов в перекрывающейся области 16 может медленно адаптироваться к изменяющейся окружающей среде и условиям трафика. Передача сигналов между соседними пунктами доступа 100 может использоваться, чтобы перераспределить радиоресурсы от одного пункта доступа 100 к другому пункту доступа 100 в зависимости, например, от нагрузки в каждом пункте доступа 100. Например, если AP1 в фиг.1 сильно загружен, он может запросить дополнительные радиоресурсы от AP2. Если радиоресурсы для AP2 полностью не используются, AP2 может позволить AP1 использовать эти ресурсы в течение согласованного промежутка времени. Например, AP2 может позволить AP1 использовать определенные частоты, временные сегменты или коды в течение согласованного промежутка времени.
Другой способ уравновешивания нагрузки между соседними пунктами доступа 100 состоит в повторном назначении мобильных устройств 200 в пределах перекрывающейся области 16, даже если мобильным устройствам 200 не требуется передача обслуживания. Этом метод применяется прежде всего к мобильным устройствам 200, которые перемещаются медленно и могут поэтому быть обслужены любым из соседних пунктов доступа 100. Например, когда AP1 сильно загружен, он может запросить AP2 принять передачу обслуживания мобильного устройства 200 в пределах перекрывающейся области 16, чтобы уменьшить свою нагрузку.
Как в обычной сотовой системе, мобильным устройствам 200 может потребоваться передача обслуживания, когда мобильные устройства 200 перемещаются из одной зоны покрытия в другую зону покрытия. Предпочтительно передача обслуживания не инициируется, пока мобильное устройство 200 не достигнет границы 20 передачи обслуживания, которая находится за пределами середины перекрывающейся области 16, как показано на фиг.2. Передача обслуживания может запускаться либо мобильным устройством 200, либо сетевым устройством, таким как RNC 300. Например, мобильное устройство 200 может измерить полную мощность, принимаемую от антенн 14 по обе стороны от границы 20 передачи обслуживания. Передача обслуживания запрашивается мобильным устройством 200, когда принятая мощность сигнала от антенн 14 на целевой стороне от границы 20 передачи обслуживания превышает принятую мощность от антенн 14 на обслуживающей стороне от границы 20 передачи обслуживания. Альтернативно, сетевое устройство может измерить полную мощность, принятую от мобильного устройства 200 антеннами 14 с обеих сторон от границы 20 передачи обслуживания, и инициировать передачу обслуживания соответствующим образом. Последний подход может быть более предпочтительным, так как пункты доступа 100 будут знать местоположение границ 20 передачи обслуживания.
В предпочтительном варианте осуществления первая граница 20 передачи обслуживания используется для мобильных устройств 200, перемещающихся в первом направлении, и вторая граница 20 передачи обслуживания используется для мобильных устройств 200, перемещающихся в противоположном направлении, как показано на фиг.2. Понятно, что первые и вторые границы 20 передачи обслуживания не совпадают с границами перекрывающейся области 16. Первая и вторая границы 20 передачи обслуживания географически отделены, чтобы избежать эффекта «пинг-понга» (переключение направлений передачи вблизи границ раздела сот). Таким образом, когда мобильное устройство 200 перемещается из первой зоны покрытия к второй зоне покрытия, передача обслуживания определяется первой границей 20 передачи обслуживания. Если мобильное устройство 200 затем изменяет направление на обратное, передача обслуживания будет определяться второй границей 20 передачи обслуживания. Таким образом, последовательные передачи обслуживания не будут происходить в быстрой последовательности, что могло бы иметь место, если бы использовалась единственная граница 20 передачи обслуживания.
Фиг.3 иллюстрирует примерный пункт доступа 100. Пункт доступа 100 содержит процессор 102 управления, процессор 104 сигнала базовой полосы и схемы 106 переключения. Процессор 102 управления управляет всей работой пункта 100 доступа согласно любому известному стандарту связи. Процессор 104 сигнала базовой полосы обрабатывает сигналы, передаваемые к пункту 100 доступа и принимаемые пунктом 100 доступа. Примерные задачи обработки, выполняемые процессором 104 базовой полосы, включают в себя модуляцию/демодуляцию, кодирование/декодирование, перемежение /обращенное перемежение, расширение/сжатие и т.д. Схемы 106 переключения соединяют пункт 100 доступа с антеннами 14 в пределах его зоны покрытия.
Здесь раскрыта сеть беспроводной связи. В некоторых вариантах осуществления первое подмножество антенн в упомянутой перекрывающейся области может быть соединено с пунктом доступа в первом из упомянутых пунктов доступа в упомянутых смежных зонах покрытия, и второе подмножество антенн в упомянутой перекрывающейся области может быть соединено со вторым из упомянутых пунктов доступа в упомянутых смежных зонах покрытия.
В некоторых вариантах осуществления одна или более из упомянутых антенн в упомянутой перекрывающейся области упомянутых смежных зон покрытия может быть связана с и может использоваться двумя или более пунктами доступа в упомянутых смежных зонах покрытия.
В некоторых вариантах осуществления пункты доступа в смежных зонах покрытия могут быть предварительно сконфигурированы, чтобы использовать определенные общие радиоресурсы в антеннах в пределах упомянутой перекрывающейся области.
В некоторых вариантах осуществления упомянутая сеть может перераспределять совместно используемые радиоресурсы в антеннах в пределах упомянутой перекрывающейся области на основе изменяющихся условий. В некоторых вариантах осуществления упомянутые пункты доступа в упомянутых смежных зонах покрытия могут непосредственно согласовывать перераспределение совместно используемых радиоресурсов. В некоторых вариантах осуществления сеть может дополнительно содержать первую границу передачи обслуживания в упомянутой перекрывающейся области для мобильных устройств, перемещающихся из первой зоны покрытия ко второй зоне покрытия, и вторую границу передачи обслуживания в упомянутой перекрывающейся области, расположенную на расстоянии от упомянутой первой границы передачи обслуживания для мобильных устройств, перемещающихся из упомянутой второй зоны покрытия к упомянутой первой зоне покрытия.
В некоторых вариантах осуществления упомянутая сеть может инициировать передачу обслуживания мобильного устройства в упомянутой перекрывающейся области на основе уровня принятых сигналов от упомянутых мобильных устройств в антеннах на целевой стороне и обслуживающей стороне границы передачи обслуживания.
В некоторых вариантах осуществления упомянутые мобильные устройства в упомянутой перекрывающейся области могут инициировать передачу обслуживания от обслуживающего пункта доступа к целевому пункту доступа на основе уровня принимаемых сигналов в упомянутых мобильных устройствах от антенн на целевой стороне и обслуживающей стороне границы передачи обслуживания.
Настоящее изобретение может, конечно, быть выполнено другими конкретными способами, чем те, которые сформулированы здесь, без отклонения от объема и существенных характеристик изобретения. Поэтому представленные варианты осуществления следует рассматривать во всех отношениях как иллюстративные, а не ограничительные, и все изменения, находящиеся в пределах значения и диапазона эквивалентности приложенной формулы изобретения, должны считаться охватываемыми формулой изобретения.