专利名称：Femtocell基站和用于在包括Femtocell基站的网络中进行无线通信方法
技术领域：
本发明涉及电信，具体地涉及无线电信。
背景技术：
无线电信系统是已知的。许多这种系统是蜂窝型的，因为无线覆盖是由一组称为小区的无线覆盖区域提供的。提供无线覆盖的基站位于每个小区中。传统的基站提供相对较大地理范围内的覆盖，而相应的小区通常称作宏小区。 可以在宏小区内建立更小的小区。小于宏小区的小区有时称作微小区、微微小区(picocell)或毫微微小区(femtocell)，但是对于小于宏小区的小区我们一般使用术语毫微微小区。建立毫微微小区的一种方式是提供在相对有限范围内(例如在宏小区的覆盖范围内)工作的毫微微小区基站(有时称为femto基站)。使用毫微微小区基站的一个例子是在一个建筑物内提供无线通信覆盖。 毫微微小区基站具有相对较低的发射功率，因此每个毫微微小区都比宏小区要小。毫微微小区旨在为相当少量的终端用户提供本地服务和大带宽。 毫微微小区基站通常使用宽带互联网协议连接作为"回程线路(backhaul)"，例如数字用户线(DSL)或电缆。毫微微小区基站可以经由毫微微小区基站网关连接到例如通用移动电信系统(UMTS)核心网，例如每个网关可以连接到UMTS移动交换中心(MSC)以及因而连接到信令网关支持节点(SGSN)。 毫微微小区基站主要用于属于特定家庭或办公室的用户。毫微微小区基站可以是私人("密闭")访问的或公共("开放")访问的。在私人访问的毫微微小区基站中，访问仅限于注册用户，例如家庭成员或特定的员工组。在公共访问的毫微微小区基站中，其他用户也可以使用该毫微微小区基站，其仅对于保护注册用户接收的服务质量而言存在某些限制。 为了增加毫微微小区的数据容量，期望增加每个毫微微小区基站可以使用的无线频谱。在上行链路方向，也就是说从用户终端到基站，对于宏小区内的毫微微小区而言，已知由宏小区基站使用的频带也可以由其对于宏小区基站的干扰电平为可接受的毫微微小区基站使用。这种频带"重新使用"有时称作同信道部署。 在这种情况下，通过适当地控制用户终端至毫微微小区基站的上行链路功率而避免了对于宏小区基站的不可接受的无线干扰。这种方法在200 7年第 18届 IEEE International Symposium on Personal, Indoor and MobileRadioCommunications (P皿C' 07)上发表的由H. Claussen所著的标题为"Performance ofmacro-and co-cha皿el femtocells in a hierarchical cellstructure，，的论文中有所描述。 对于下行链路，也就是从毫微微小区基站向毫微微小区覆盖区域的无线传输方向，多数涉及频带"重新使用"的已知方法需要毫微微小区基站是公共访问的。这是因为如
4果毫微微小区基站被配置成私人访问的，则将出现一种不可接受的情形，即连至宏小区基站但从毫微微小区基站收到不可接受的大干扰的用户终端将不被许可切换到毫微微小区基站，因为该用户终端不是毫微微小区基站的预定许可用户中的一个。尽管公共访问既避免了这个问题也通常改进了频谱效率，也就是说有限频谱的使用率，然而私人访问的毫微微小区基站具有例如安全的优点，因此是有吸引力的。 与由宏小区内的毫微微小区基站的下行链路"重新使用"频带有关的一种适用于毫微微小区基站为私人访问这一情形的已知方法是由毫微微小区基站在下行链路上以非常低的功率使用与宏小区相同的频带。然而，这通常提供了不完整的室内无线覆盖从而导致围绕毫微微小区基站的"死区"。在这些死区中，未注册到毫微微小区基站的用户终端不能发起或接收任何呼叫，因为尝试连接到宏小区基站遭受到来自毫微微小区基站的不可接受的大干扰。 国际(P. C. T.)专利申请W02004/008794和美国专利US5884145提供了背景技术。
发明内容
读者参阅所附的独立权利要求。 一些优选的特征在从属权利要求中阐明。 本发明的一个例子是一种用于在包括宏小区基站和毫微微小区基站的无线通信
网络中进行无线通信的方法，包括所述毫微微小区基站在分配给宏小区的第一无线频带
内进行发射；检测连至所述宏小区基站的用户终端处于毫微微小区中；以及所述毫微微小
区基站响应于对所述用户终端处于所述毫微微小区内的检测而至少在该用户终端所处的
区域内停止使用该频带，从而避免对该用户终端造成不可接受的干扰，其中，所述毫微微小
区基站进行关于连至所述宏小区基站的所述用户终端处于所述毫微微小区中的所述检测。 在优选的实施例中，由毫微微小区基站在下行链路方向中使用由该毫微微小区基
站位于其中的宏小区所使用的频带，其适用于毫微微小区基站是私人访问型这一情形。 在优选的实施例中，由毫微微小区基站对频带的这种使用增加了毫微微小区的呼
叫容量而无须更改宏小区网络或造成对宏小区用户的服务降级，该使用是机会性的，因为
只有当没有连至宏小区的用户出现在毫微微小区中时才能实现该使用。由于毫微微小区基
站在宏小区用户未出现时能使用的频带数量增加而使得容量也增加了。因此，毫微微小区
基站的数据传输速率增加。例如，在针对毫微微小区传输使用一个频带而针对宏小区传输
使用一个频带的网络中，毫微微小区基站对宏小区频带的使用可以使得来自毫微微小区基
站的下行链路传输的可实现数据速率加倍。
参考附图，现在将作为例子描述本发明的实施例，其中
图1示出了根据本发明第一实施例的无线通信网络；
图2以相关功能块示出了图1所示的毫微微小区基站之一 ； 图3示出了处于与宏小区基站的激活模式连接中的用户终端接近图2所示的毫微微小区基站这一情景； 图4示出了毫微微小区基站的干扰电平在图3所示的情景中是如何变化的；
图5示出了处于与宏小区基站的空闲模式连接中的用户终端接近图2所示的毫微
5微小区基站这一情景；禾口 图6示出了根据本发明第二实施例的情景，其中毫微微小区基站采用一种不同的至宏小区的空中接口技术。
具体实施例方式
如图1所示，在一个通信网络20中，存在两种基站(通常标记为BS):宏小区基站和毫微微小区基站。图l简单地示出了用于无线电信的一个宏小区基站22。宏小区基站22具有通常称作宏小区的无线覆盖区域24。宏小区24的地理范围取决于宏小区基站22的能力和周围的地理环境。 在宏小区24内，毫微微小区基站30提供毫微微小区32内的无线通信。毫微微小区是无线覆盖区域。毫微微小区30的无线覆盖区域远小于宏小区24的无线覆盖区域。例如，毫微微小区32在大小上对应于用户的办公室或住宅，大约为几十米。
另一个毫微微小区基站34提供毫微微小区36内的无线覆盖。又一个毫微微小区38提供毫微微小区40内的无线覆盖。 如图l所示，毫微微小区基站30、34、38经由宽带互联网协议连接("回程线路")46而连接到互联网41。宏小区基站22经由无线网络控制器RNC43而连接到宏小区核心网45，该核心网在这个例子中是通用移动电信系统(UMTS)核心网。 宏小区24内的移动终端44可以以已知方式与宏小区基站22通信。毫微微小区32是私人访问的，因为访问仅限于注册用户，例如家庭成员或特定员工组。因此，当移动终端44进入移动终端未注册与毫微微小区基站30通信的毫微微小区32中时，不能将与用户终端44的连接从宏小区基站22切换至毫微微小区基站30。
毫微微小区基站 毫微微小区基站30、34、38是用户部署的，通常是插入即用型的。当部署时，毫微微小区基站自动地将自己并入已有的("基础")网络宏小区中。毫微微小区基站是自动配置的，这意味着具有一组最初的用于进行操作的参数值，例如发射信号强度、扰码和功率限制。它们也是自优化的，这意味着动态地适配于接收数据，例如接收信号强度和干扰电平，从而优化发射信号强度并更新软/更软切换邻居列表。 如图2所示，毫微微小区基站30包括发射机-接收机(Tx-Rx)50、天线52、第一检测器52、第二检测器54和重新使用控制器62。发射机-接收机50连接到天线52并且在第一检测器54及第二检测器56的各自的输入端口 55、57连接到这两个检测器54、56。第一检测器54检测连至宏小区的激活模式中的用户终端。第二检测器56检测连至宏小区的空闲模式中的用户终端。第一检测器54包括将在下文详细说明的干扰电平计算器58和阈值检测器60。 第一检测器54和第二检测器56都连接到将在下文详细说明的重新使用控制器62。重新使用控制器62是下行链路频带重新使用控制器，也就是说控制在宏小区中使用的
频带也可由毫微微小区基站用作下行链路传输频带。
频带"重新使用" 毫微微小区基站自动检测宏小区的下行链路频带是否当前由连至宏小区基站22且位于毫微微小区基站30附近的用户终端44使用。对下行链路频带的这个使用可以在用户终端44以激活模式或空闲模式连接时进行。如果下行链路频带由宏小区基站22使用， 则认为如果毫微微小区基站30要对于作为毫微微小区基站的注册用户的另一用户终端使 用同一下行链路频带则会对用户终端44的操作造成不可接受的影响。因此，这种"重新使 用"，即由毫微微小区基站30使用该下行链路频带，至少在用户终端44当前所位于的区域 内被避免。这将在下文详细说明。 激活模式是用户终端处于与宏小区基站的激活呼叫连接中，例如语音呼叫或数据 服务会话。空闲模式是用户终端被宏小区基站凭借信令消息(例如寻呼消息和响应)而认 为是在宏小区覆盖区域内但没有进行实现用户语音和数据传送的呼叫连接。不同的方法被 用来检测连至宏小区的用户终端，这取决于该用户终端是处于激活模式还是空闲模式，如 下文说明的那样。处刊細就连接巾,P頻隨则 如图3所示，考虑这样的情景用户终端44处于与宏小区基站22的激活模式连接 中并且沿着经过毫微微小区基站30位于其中的建筑物66的路径64而移动。用户终端一 度移动至毫微微小区32中但并不是私人访问型毫微微小区32的许可用户终端。当用户终 端44沿路径64移动时，毫微微小区基站30由于用户终端与宏小区基站之间的激活模式通 信而遭受到无线干扰。这个干扰影响了毫微微小区基站的接收(即上行链路)频带。
再次参考图2，干扰电平计算器58确定毫微微小区基站所接收的上行链路频带中 的干扰电平并且将该信息提供给阈值检测器60。该阈值检测器确定是否超出预定阈值Th ; 如果超出该阈值，则发送信号至重新使用控制器62，该控制器在这个例子中通过使得该毫 微微小区基站停止使用该频带的下行链路而做出响应。 图4示例性地示出了毫微微小区基站所接收的上行链路频带中的干扰电平是如 何当用户终端移动时随时间而变化的。 如图3和4所示，毫微微小区基站所接收的上行链路频带中的干扰电平在用户终 端44向毫微微小区移动时增加，直到在时刻tl该毫微微小区基站到达干扰电平超过预定 阈值Th的位置。因此，该毫微微小区基站停止使用该频带的下行链路以防止用户终端遭受 到来自毫微微小区基站的不可接受的强干扰。具体地，在该频带上，停止来自毫微微小区基 站的导频发射和数据发射。更具体地，导频发射被关闭并且连至毫微微小区基站的激活呼 叫被切换至宏小区。 应当指出，当用户终端靠近然后经过毫微微小区基站30时，尽管没有连至毫微微 小区的呼叫，用户终端也在时刻t2物理上进入毫微微小区然后在时刻t3离开该毫微微小 区。 在时刻t4，由干扰电平计算器58和阈值检测器60所确定的毫微微小区基站30所 遭受的干扰电平减少至阈值Th之下。因此，当重新开始或允许重新开始由毫微微小区基站 的下行链路使用正由宏小区基站的下行链路使用的频带时，用户终端离的足够远。
处于空闲模式连接中的用户终端的检测 如图5所示，考虑这样的情形用户终端70处于与宏小区基站的空闲模式连接、接 近然后经过毫微微小区基站32。在这个模式中，用户终端不发射可由毫微微小区基站30检 测到的信号。 毫微微小区基站30以不同的位置区域码发射导频信号至宏小区的位置区域码。
7当处于空闲模式且不能访问毫微微小区基站30的用户终端70进入毫微微小区基站30的 导频信号范围内时，具体地是在图5所示的时刻t2'，该用户终端收到该导频信号。由于该 导频信号具有与用户终端所连接的宏小区不同的位置区域码，因此该用户终端发送包含位 置区域码更新请求的、关于空闲模式连接的请求至毫微微小区基站30。这个请求是关于 将针对该用户终端的存储于核心网中的位置区域码更新成毫微微小区基站30的位置区域 码。 该请求被之前提到的图2所示的毫微微小区基站30的第二检测器54接收和处 理，从而检测空闲模式宏小区连接的用户终端70的存在。然而，用户终端70既不被许可建 立与毫微微小区基站的空闲模式连接，也不被许可将其位置区域码更新成毫微微小区基站 30的位置区域码，因为该用户终端不在该毫微微小区的许可用户列表中。
应当指出，这具有不增加去往或来自核心网的信令的优点。 相反，为了防止宏小区基站与用户终端之间的通信被毫微微小区基站的导频和数 据发射干扰，毫微微小区基站30的重新使用控制器62临时禁止该毫微微小区基站使用该 频带。因此，该用户终端未遭受到通信"死区"。 频带被禁用的时间间隔近似地对应于用户终端位于毫微微小区32中的时期，即 如图5所示的时刻t2'至t3'这一时期。 时间间隔由毫微微小区基站30的重新使用控制器62动态地适配。如果时间间隔 过短，则由毫微微小区基站对该频带的使用在时刻t3'之前被恢复，这会造成来自用户终端 的重复的位置区域更新请求以及其后续的处理从而再次禁止对该频带的使用。所述重新使 用控制器记录这种重复发生并且因此为所出现的下一个宏小区连接的空闲模式用户终端 延长要使用的时间间隔。相反，如果没有记录这种重复发生，则要使用的时间间隔被减少以 保持时间间隔接近于最佳。 如果毫微微小区基站30过于频繁地检测到空闲模式用户终端，则毫微微小区基 站对频带的使用被永久禁止以避免来自其他用户终端的不必要的信令和因此而产生的功 率损耗。
翅 在上面的例子中，宏小区和毫微微小区使用相同类型的空中接口技术，即在该例 子中是通用移动电信系统(UMTS)，然而在其他实施例中也可以使用其他空中接口技术，例 如全球移动通信系统(GSM)、WiFi、CDMA2000、长期演进(LTE)。 在一些可选实施例中，宏小区和毫微微小区空中接口技术是不同的。图6示出了 一个例子，其中毫微微小区是LTE，而宏小区是GSM而不具有LTE能力。用户终端是GSM型 的。 在图6所示的这个例子中，如上所述的基于检测干扰电平的激活模式用户终端检 测仍然有效。另一方面，如果用户终端处于空闲模式，则对用户终端的检测依赖于至毫微微 小区的用户终端信令，其需要该用户终端接收来自毫微微小区基站的导频信号，该导频信 号的格式是用户终端可以解码的。因此，毫微微小区发射具有用户终端可解码的格式的附 加的不同的导频信号。更具体地，在这个例子中，毫微微小区除了它通常发送的LTE导频信 号之外还发射GSM导频信号。 在图6所示的这个例子中，以比LTE导频信号更高的功率发射GSM导频信号从而
8增加检测用户终端的范围82。如图6所示，用户终端82解码在时刻tl来自毫微微小区基 站的导频信号，这触发了位置区域更新请求并且因而禁止了毫微微小区基站对该频带的使 用。因此，毫微微小区基站对该频带的使用适时地被禁止，从而防止由于来自毫微微小区基 站的干扰而造成的至宏小区基站的连接的丢失。 现在参考另一个实施例，该实施例类似于上面结合图3和4所描述的实施例，取代 完全停止该频带的下行链路使用，毫微微小区基站在该频带中的发射功率被大大降低以避 免对宏小区连接的用户终端的强干扰。换言之，毫微微小区覆盖区域被减少以使得用户终 端位于毫微微小区覆盖区域之外。例如，覆盖范围可以被降低成基本上仍覆盖毫微微小区 基站位于其中的住宅或办公室但是不再覆盖相邻区域，例如花园或街道。
本发明可以以其他特定形式体现而不脱离其基本特征。所描述的实施例仅被看作 是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求限定而并非由前面的描述 限定。落入权利要求等价物的含义和范围内的所有更改都包含于权利要求的范围中。
权利要求
一种用于在包括宏小区基站和毫微微小区基站的无线通信网络中进行无线通信的方法，包括所述毫微微小区基站在分配给宏小区的第一无线频带中进行发射；检测连接到所述宏小区基站的用户终端位于毫微微小区中；以及响应于关于所述用户终端位于所述毫微微小区中的检测，所述毫微微小区基站至少在所述用户终端所位于的区域中停止使用该频带以避免对所述用户终端造成不可接受的干扰，其中，所述毫微微小区基站进行关于连接到所述宏小区基站的用户终端位于所述毫微微小区中的所述检测。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述毫微微小区基站仅被许可连接到注册的用 户终端，并且连接到所述宏小区基站的用户终端由于没有注册而不能连接到所述毫微微小 区基站。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，至少在所述用户终端所位于的区域中停止使 用该频带是停止由所述毫微微小区基站在所述毫微微小区中的任何地方使用该频带。
4. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，至少在所述用户终端所位于的区域中停止使 用该频带是通过降低发射功率以将所述毫微微小区縮小至所述用户终端不再被该毫微微 小区覆盖的范围来实现的。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述用户终端处于至所述宏小区基站的激活模 式呼叫连接中，所述毫微微小区基站监控该频带中的干扰电平，并且当所述干扰电平超出 预定阈值时检测到所述用户终端位于该毫微微小区中。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，当监视到所述干扰电平超过所述阈值时所述频 带不再被所述毫微微小区基站使用。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述用户终端处于至所述宏小区基站的空闲模 式连接中，所述毫微微小区基站发射标识所述毫微微小区的导频信号，所述用户终端通过 发送关于连接到所述毫微微小区基站的请求而做出响应，所述毫微微小区接收所述请求并 由此将所述用户终端标识成位于该毫微微小区中。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，当所述用户被标识成位于所述毫微微小区中时， 所述毫微微小区基站对所述频带的使用被停止一预定的时间间隔。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述毫微微小区对所述频带的使用在所述时间 间隔之后重新开始，并且当所述用户终端被标识成仍位于该毫微微小区中时，对所述频带 的使用再次被停止并且随后要使用的所述时间间隔被延长。
10. 根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述毫微微小区重新开始使用所述频带，并 且当所述用户终端被标识成不再位于该毫微微小区中时，随后要使用的所述时间间隔被减 小。
11. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述毫微微小区基站采用第一类接入技术而所 述宏小区基站采用第二类接入技术，所述毫微微小区基站按照所述第一类接入技术发射导 频信号以由注册到该毫微微小区基站的用户终端接收，并且按照所述第二类接入技术发射 导频信号以由连接到所述宏小区基站的用户终端接收。
12. 根据权利要求ll所述的方法，其中，所述第一类接入技术是以下技术中的一种长期演进LTE、通用移动电信系统UMTS、全球移动通信系统GSM和WiMax ;而所述第二类接 入技术是以下技术中的另一种长期演进LTE、通用移动电信系统UMTS、全球移动通信系统 GSM禾口 WiMax 。
13. —种用于进行无线通信的毫微微小区基站，其包括发射机和控制器，所述发射机被 配置成在第一无线频带中发射，并且所述控制器被配置成通过控制所述发射机至少在用户 终端所位于的区域中停止使用该频带以避免对该用户终端造成不可接受的干扰而对来自 检测器的关于该用户终端位于毫微微小区中的指示做出响应，其中，所述毫微微小区基站包括所述检测器，并且所述检测器被配置成检测利用该频 带连接到所述宏小区基站的用户终端已进入所述毫微微小区。
14. 根据权利要求13所述的毫微微小区基站，其中，所述检测器针对当所述用户终端 处于激活模式时进行检测而包括被配置成将所述频带中的所接收干扰电平与预定阈值相 比较的比较器，并且所述检测器针对当所述用户终端处于空闲模式时进行检测还包括被配 置成对来自所述用户终端的关于连接到所述毫微微小区基站的请求进行解码的处理器。
全文摘要
提供了一种用于在包括宏小区基站和毫微微小区基站的无线通信网络中进行无线通信的方法。所述方法包括所述毫微微小区基站在分配给宏小区的第一无线频带中进行发射，并且检测连接到所述宏小区基站的用户终端位于毫微微小区中。响应于关于所述用户终端位于所述毫微微小区中的所述检测，所述毫微微小区基站至少在所述用户终端所位于的区域中停止使用该频带以避免对该用户终端造成不可接受的干扰。
文档编号H04W16/10GK101742520SQ20091022273
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月17日 优先权日2008年11月21日
发明者H·克劳森, I·O·肯尼迪 申请人:阿尔卡特朗讯公司