家用基站组网系统及方法

摘要

本发明公开了一种家用基站组网系统及方法，该系统包括：主FAP，连接至家用基站网关，用于通过家用基站网关接入运营商网络，并用于覆盖第一区域；一个或多个从FAP，连接至主FAP，用于通过主FAP和家用基站网关接入运营商网络，并用于覆盖与一个或多个从FAP对应的区域。本发明有效地扩大了家用基站的覆盖范围，提高了用户体验。

权利要求

1.一种家用基站组网系统，其特征在于，包括：

主家用基站接入点FAP，连接至家用基站网关，用于通过所述家用基站网关接入运营商网络，并用于覆盖第一区域；

一个或多个从FAP，连接至所述主FAP，用于通过所述主FAP和所述家用基站网关接入所述运营商网络，并用于覆盖与所述一个或多个从FAP对应的区域；

其中，所述主FAP包括：

射频转基带模块，用于将接收到的射频信号转换成基带信号；

基带信道估计模块，用于信道估计，得到频域信道估计值；

信号多输入多输出MIMO处理模块，用于在数据上行时，根据所述基带信号和所述频域信道估计值，确定所述主FAP与所述一个或多个从FAP接收到的有效的用户信号；并用于在数据下行时，根据所述频域信道估计值对下行数据进行波束赋形。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号MIMO处理模块包括：第一信号MIMO处理子模块，用于在数据上行时，根据所述基带信号和所述频域信道估计值，确定所述主FAP与所述一个或多个从FAP接收到的有效的用户信号；

第二信号MIMO处理子模块，用于在数据下行时，根据所述频域信道估计值，对下行数据进行波束赋形。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述从FAP包括：射频转基带模块，用于将接收到的射频信号转换成基带信号；

基带信道估计模块，用于信道估计，得到频域信道估计值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述主FAP通过互联网协议IP连接至家用基站网关，所述一个或多个从FAP通过IP连接至所述主FAP。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述主FAP与所述一个或多个从FAP属于相同的小区。

6.一种家用基站组网方法，其特征在于，包括：

用于覆盖第一区域的主家用基站接入点FAP通过家用基站网关接入运营商网络；

用于覆盖与一个或多个从FAP对应的区域的所述一个或多个从FAP通过所述主FAP和所述家用基站网关接入所述运营商网络；

其中，用于覆盖第一区域的主FAP通过家用基站网关接入运营商网络包括：射频转基带模块将接收到的射频信号转换成基带信号；

基带信道估计模块进行信道估计，得到频域信道估计值；

信号多输入多输出MIMO处理模块在数据上行时，根据所述基带信号和所述频域信道估计值，确定所述主FAP与所述一个或多个从FAP接收到的有效的用户信号；和/或信号MIMO处理模块在数据下行时，根据所述频域信道估计值对下行数据进行波束赋形。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

信号MIMO处理模块在数据上行时，根据所述基带信号和所述频域信道估计值，确定所述主FAP与所述一个或多个从FAP接收到的有效的用户信号包括：信号MIMO处理模块在数据上行时，根据所述基带信号和所述频域信道估计值，使用最小均方误差估计MMSE算法，确定所述主FAP与所述一个或多个从FAP接收到的有效的用户信号；

信号MIMO处理模块在数据下行时，根据所述频域信道估计值对下行数据进行波束赋形包括：信号MIMO处理模块在数据下行时，根据所述频域信道估计值，使用迫零波束赋形NF算法对下行数据进行波束赋形。

8.根据权利要求6至7中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：设置所述主FAP与所述一个或多个从FAP属于相同的小区。

说明书

家用基站组网系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种家用基站组网系统及方法。

背景技术

[0002] 随着互联网宽带业务的广泛普及，根据互联网数据业务从发生位置上讲位于室内的概率较高的特点，家用基站的概念应运而生。家用基站(Femtocell)就是小型的室内基站，通过标准的家庭有线连接(比如DSL)接入家用基站网关(Femtocell Gateway)，并进一步连接运营商网络，并为室内用户提供各种业务的无线接入服务。

[0003] 图1是根据相关技术的TDD系统家用基站的示意图，如图1所示，家用基站与家用基站网关相连，家用基站负责整个室内环境的无线覆盖。

[0004] 但是，该家用基站的覆盖范围有限，不能满足某些企业用户或者面积较大的住宅用户的需要。

发明内容

[0005] 针对相关技术中的家用基站覆盖范围有限，不能满足某些企业用户或者面积较大的住宅用户需要的问题而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种家用基站组网系统及方法，以解决上述问题。

[0006] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种家用基站组网系统。

[0007] 根据本发明的家用基站组网系统包括：主FAP，连接至家用基站网关，用于通过家用基站网关接入运营商网络，并用于覆盖第一区域；一个或多个从FAP，连接至主FAP，用于通过主FAP和家用基站网关接入运营商网络，并用于覆盖与一个或多个从FAP对应的区域。

[0008] 进一步地，主FAP包括：射频转基带模块，用于将接收到的射频信号转换成基带信号；基带信道估计模块，用于信道估计，得到频域信道估计值；信号多输入多输出MIMO处理模块，用于在数据上行时，根据基带信号和频域信道估计值，确定主FAP与一个或多个从FAP接收到的有效的用户信号；并用于在数据下行时，根据频域信道估计值对下行数据进行波束赋形。

[0009] 进一步地，信号MIMO处理模块包括：第一信号MIMO处理子模块，用于在数据上行时，根据基带信号和频域信道估计值，确定主FAP与一个或多个从FAP接收到的有效的用户信号；第二信号MIMO处理子模块，用于在数据下行时，根据频域信道估计值，对下行数据进行波束赋形。

[0010] 进一步地，从FAP包括：射频转基带模块，用于将接收到的射频信号转换成基带信号；基带信道估计模块，用于信道估计，得到频域信道估计值。

[0011] 进一步地，主FAP通过互联网协议IP连接至家用基站网关，一个或多个从FAP通过IP连接至主FAP。

[0012] 进一步地，主FAP与一个或多个从FAP属于相同的小区。

[0013] 为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种家用基站组网方法。

[0014] 根据本发明的家用基站组网方法包括：用于覆盖第一区域的主FAP通过家用基站网关接入运营商网络；用于覆盖与一个或多个从FAP对应的区域的一个或多个从FAP通过主FAP和家用基站网关接入运营商网络。

[0015] 进一步地，用于覆盖第一区域的主FAP通过家用基站网关接入运营商网络包括：射频转基带模块将接收到的射频信号转换成基带信号；基带信道估计模块进行信道估计，得到频域信道估计值；信号MIMO处理模块在数据上行时，根据基带信号和频域信道估计值，确定主FAP与一个或多个从FAP接收到的有效的用户信号；和/或信号MIMO处理模块在数据下行时，根据频域信道估计值对下行数据进行波束赋形。

[0016] 进一步地，信号MIMO处理模块在数据上行时，根据基带信号和频域信道估计值，确定主FAP与一个或多个从FAP接收到的有效的用户信号包括：信号MIMO处理模块在数据上行时，根据基带信号和频域信道估计值，使用最小均方误差估计MMSE算法，确定主FAP与一个或多个从FAP接收到的有效的用户信号；信号MIMO处理模块在数据下行时，根据频域信道估计值对下行数据进行波束赋形包括：信号MIMO处理模块在数据下行时，根据频域信道估计值，使用迫零波束赋形NF算法对下行数据进行波束赋形。

[0017] 进一步地，上述方法还包括：设置主FAP与一个或多个从FAP属于相同的小区。

[0018] 通过本发明，采用主FAP和从FAP分别覆盖不同的区域，例如主FAP和从FAP可以部署在不同的楼层、不同的房间，从而共同实现整体区域的覆盖，有效地扩大了家用基站的覆盖范围，提高了用户体验。又由于采用了MIMO信号处理模块，对于某一用户来说，上行各个FAP共同接收该用户的信号，对该用户的信号产生信号增强的效果；下行各个FAP采用波束赋形发射，避免了邻近用户之间的同频干扰，提高了系统频谱效率。

附图说明

[0019] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0020] 图1是根据相关技术的TDD系统家用基站的示意图；

[0021] 图2是根据本发明实施例的家用基站组网系统的结构框图；

[0022] 图3是根据本发明实施例的FAP上行结构的示意图；

[0023] 图4是根据本发明实施例的FAP下行结构的示意图；

[0024] 图5是根据本发明实施例的小区上行信号接收原理的示意图；

[0025] 图6是根据本发明实施例的小区下行信号发射原理的示意图；

[0026] 图7是根据本发明实施例的家用基站组网方法的流程图。

具体实施方式

[0027] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0028] 本发明实施例提供了一种家用基站组网系统。图2是根据本发明实施例的家用基站组网系统的结构框图，如图2所示，包括主FAP 22和从FAP 24，下面对其结构进行详细描述。

[0029] 主FAP 22，连接至家用基站网关，用于通过家用基站网关接入运营商网络，并用于覆盖第一区域；一个或多个从FAP 24，连接至主FAP 22，用于通过主FAP 22和家用基站网关接入运营商网络，并用于覆盖与一个或多个从FAP对应的区域。

[0030] 相关技术中，家用基站的覆盖范围有限，不能满足某些企业用户或者面积较大的住宅用户的需要。本发明实施例中，采用主FAP和从FAP分别覆盖不同的区域，例如主FAP和从FAP可以部署在不同的楼层、不同的房间，从而共同实现整体区域的覆盖，有效地扩大了家用基站的覆盖范围，提高了用户体验。

[0031] 需要说明的是，本发明提供的家用基站组网系统适用于TDD系统，包括时分同步码分多址接入(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，简称为TD-SCDMA)和TDD长期演进(Long-Term Evolution，简称为TD-LTE)系统，能够适应各种场景的室内基站部署。

[0032] 优选地，主FAP包括：射频转基带模块，用于将接收到的射频信号转换成基带信号；基带信道估计模块，用于信道估计，得到频域信道估计值；信号多输入多输出MIMO处理模块，用于在数据上行时，根据基带信号和频域信道估计值，确定主FAP与一个或多个从FAP接收到的有效的用户信号；并用于在数据下行时，根据频域信道估计值对下行数据进行波束赋形。

[0033] 优选地，信号MIMO处理模块包括：第一信号MIMO处理子模块，用于在数据上行时，根据基带信号和频域信道估计值，确定主FAP与一个或多个从FAP接收到的有效的用户信号；第二信号MIMO处理子模块，用于在数据下行时，根据频域信道估计值，对下行数据进行波束赋形。

[0034] 优选地，信号MIMO处理模块包括：第一信号MIMO处理子模块，用于在数据上行时，根据基带信号和频域信道估计值，使用最小均方误差估计(Minimum Mearesquare ErrorEstimation，简称为MMSE)算法，确定主FAP与一个或多个从FAP接收到的有效的用户信号；第二信号MIMO处理子模块，用于在数据下行时，根据频域信道估计值，使用迫零波束赋形(Null Beamforming，简称为NF)算法对下行数据进行波束赋形。

[0035] 优选地，主FAP与一个或多个从FAP中的FAP的结构相同，通过不同的软件配置成主FAP或者从FAP，其中主FAP功能齐备，从FAP不包括信号MIMO处理模块。

[0036] 优选地，从FAP包括：射频转基带模块，用于将接收到的射频信号转换成基带信号；基带信道估计模块，用于信道估计，得到频域信道估计值。

[0037] 优选地，主FAP通过互联网协议IP连接至家用基站网关，一个或多个从FAP通过IP连接至主FAP。

[0038] 优选地，主FAP与一个或多个从FAP属于相同的小区。

[0039] 下面将结合实例对本发明实施例的实现过程进行详细描述。

[0040] 图2中，家用基站包括主FAP和从FAP，其中一个主FAP可以配备一个或者多个从FAP。

[0041] 具体地，主FAP配备“射频转基带模块”、“基带信道估计模块”和“MIMO信号处理模块”并具备“用于连接家用基站网关的接口”以及“用于连接从FAP的接口”。下面对其结构进行详细描述。

[0042] “射频转基带模块”负责将接收的射频信号转换成基带信号。

[0043] “基带信道估计模块”使用最小二乘(Least Square，LS)算法或者其他算法进行信道估计，获得每一路的频域信道估计值。

[0044] “MIMO信号处理模块”上行时利用“射频转基带模块”输出的基带信号和“基带信道估计模块”输出的频域信道估计值，使用最小均方误差估计算法或者其他算法解出各FAP收到的有效用户信号；下行时利用上行得到的信道估计结果，使用迫零波束赋形算法或者其他算法对原始下行数据进行波束赋形。

[0045] “用于连接家用基站网关的接口”连接主FAP的“MIMO信号处理模块”和家用基站网关，传输“MIMO信号处理模块”输出的各用户解调信号。

[0046] “用于连接从FAP的接口”连接主FAP和各从FAP，上行时传输基带信号和信道估计值，下行时传输各FAP待发送信号。

[0047] 具体地，从FAP配备“射频转基带模块”、“基带信道估计模块”并具备“用于连接主FAP的接口”。各模块及接口功能与主FAP相同。

[0048] 另外，“用于连接从FAP的接口”和“用于连接主FAP的接口”可以使用但不限定使用IP接口，接口之间的连接可以使用但不限定使用家庭环境内已经存在的网线分布。

[0049] 图3是根据本发明实施例的FAP上行结构的示意图，如图3所示，对于TDD系统的上行信号，主FAP和从FAP对所有的用户进行信道估计，若各个用户使用的时频资源相同，则要求各个用户发射互相可识别的导频，比如在TD-SCDMA系统中使用不同的midamble码区分用户，在TDD LTE系统中使用不同的解调用参考信号(Demodulation Reference Symbol，DMRS)区分用户。从FAP对接收到的信号进行接收和信道估计后，将接收信号和信道估计结果传递至主FAP。主FAP对接收到的信号进行信道估计后，与从FAP传递过来的信号和信道估计结果一并送入MIMO处理模块进行信号处理，MIMO处理模块的处理结果形成本家用小区的上行信号，传递给家用基站网关。

[0050] 图4是根据本发明实施例的FAP下行结构的示意图，如图4所示，对于TDD系统的下行信号，主FAP的MIMO处理模块可以利用上行时已经得到的信道估计矩阵，采用波束赋形法对各FAP所要发送的下行信号进行波束赋形。然后主FAP将波束赋形后的待发送信号通过“主、从FAP接口”发送给各FAP，再通过空口发送给用户。

[0051] 图5是根据本发明实施例的小区上行信号接收原理的示意图，如图5所示。对于TDD LTE系统的所有用户的上行信号，主FAP和从FAP均由“信道估计模块”对所有用户进行信道估计，其中每个用户需在所使用的频谱资源中发射导频(如LTE中的DMRS)。然后主、从FAP将基带信号和信道估计结果传递至主FAP的“MIMO信号处理模块”。“MIMO信号(n)处理模块”根据从各FAP发送的信道估计信息建立总体的信道估计矩阵H ，其中矩阵元素用 表示，具体意义为第k个用户在第b个FAP的第a个天线上进行的第n个符号上的上行链路信道估计。k的取值范围为大于等于1的整数，如果k大于1，系统实质上在进行多用户SDMA的操作；b的取值范围为大于等于1的整数；a的取值范围为大于等于1的整数。

[0052] 令用户端的发射信号为 k表示第k个用户，n表示第n个符号；FAP接收到的信号为 b表示第b个FAP，a表示第a个天线， 与 有如(1)式所述关系

[0053](n)

[0054] 其中， 为已建立的信道估计矩阵H 中的矩阵元素， 表示第b个FAP在第a个天线上接收到的信道中的高斯加性白噪声。

[0055] 将(1)式写为矩阵形式如(2)式所示

[0056] Y(n)＝H(n)*S(n)+N(n) (2)

[0057] 其中H矩阵构造如(3)式所示

[0058]

[0059] 这里b′代表本小区的FAP总数，a′代表每个FAP上的天线总数，k′为本小区的用户总数。

[0060] FAP将接收到的上行信号 再传递到MIMO处理模块，MIMO处理模块利用线性MMSE联合检测方法可以解出各FAP收到的有效用户信号，检测出来的信号即为各用户的发射信号 经过MIMO处理就可以避免邻近用户之间的同频干扰，很大程度上提高了频谱效率。

[0061] 上述过程的步骤流程如下：

[0062] 步骤1，主FAP的“射频转基带模块”和“信道估计模块”接收空口信号并进行信道估计；从FAP的“射频转基带模块”和“信道估计模块”接收空口信号并进行信道估计；

[0063] 步骤2，主FAP将基带信号和信道估计结果传递至主FAP的“MIMO信号处理模块”；从FAP将基带信号和信道估计结果传递至主FAP的“MIMO信号处理模块”；

[0064] 步骤3，主FAP的“MIMO信号处理模块”利用线性MMSE联合检测方法解出各FAP收到的有效用户信号，形成本家用小区的上行信号，并传递给家用基站网关。

[0065] 图6是根据本发明实施例的小区下行信号发射原理的示意图，如图6所示。对于(n)TDD LTE系统的下行信号，MIMO处理模块可以利用已经得到的信道估计矩阵H ，采用迫零波束赋形法对各FAP所要发送的下行信号进行波束赋形，并分别传递给各FAP，通过空口发射给用户。

[0066] 这样用户接收到的信号即为FAP所要发送给用户的信号以及叠加的高斯白噪声。用户端对接收到的信号直接进行处理，在理想信道估计的情况下，只受到信道噪声的影响，避免了邻近用户之间的同频干扰，提高了系统频谱效率。

[0067] 上述过程的步骤流程如下：(n)

[0068] 步骤1，主FAP的“MIMO处理模块”利用上行时得到的信道估计矩阵H ，采用迫零波束赋形法对各FAP所要发送的下行信号进行波束赋形；

[0069] 步骤2，主FAP将波束赋形后的下行信号通过“主、从FAP接口”传递给各个FAP；

[0070] 步骤3，主、从FAP分别将接收到的波束赋形后的下行信号通过空口发送给每个用户。

[0071] 利用本发明，通过部署多个FAP，可以有效扩大整体覆盖范围。各FAP之间需要传递信息至MIMO处理模块。对于上行信号，FAP模块负责信道估计，MIMO模块负责MIMO检测，可以有效解决了小区内的上行同频干扰；对于下行信号，通过在发射信号前采用迫零波束赋形预编码，使各用户收到的信号保持正交，同样避免了小区内的下行同频干扰。若各FAP仅作为MIMO处理模块的接入点，并从属于同一个小区，则可以进行上行分集接收和下行波束赋形发射，同样提高了系统性能，但是系统容量受到限制。

[0072] 本实施例子对于TDD LTE系统描述，但本方法和系统不限于TDD LTE系统，还可以在TD-SCDMA系统中使用。

[0073] 本发明实施例提供了一种家用基站组网方法，该方法可以基于上述家用基站组网系统而实现。图7是根据本发明实施例的家用基站组网方法的流程图，如图7所示，包括如下的步骤S702至步骤S704。

[0074] 步骤S702，用于覆盖第一区域的主FAP通过家用基站网关接入运营商网络。

[0075] 步骤S704，用于覆盖与一个或多个从FAP对应的区域的一个或多个从FAP通过主FAP和家用基站网关接入运营商网络。

[0076] 优选地，用于覆盖第一区域的主FAP通过家用基站网关接入运营商网络包括：射频转基带模块将接收到的射频信号转换成基带信号；基带信道估计模块进行信道估计，得到频域信道估计值；信号MIMO处理模块在数据上行时，根据基带信号和频域信道估计值，确定主FAP与一个或多个从FAP接收到的有效的用户信号；和/或信号MIMO处理模块在数据下行时，根据频域信道估计值对下行数据进行波束赋形。

[0077] 优选地，信号MIMO处理模块在数据上行时，根据基带信号和频域信道估计值，确定主FAP与一个或多个从FAP接收到的有效的用户信号包括：信号MIMO处理模块在数据上行时，根据基带信号和频域信道估计值，使用最小均方误差估计MMSE算法，确定主FAP与一个或多个从FAP接收到的有效的用户信号；信号MIMO处理模块在数据下行时，根据频域信道估计值对下行数据进行波束赋形包括：信号MIMO处理模块在数据下行时，根据频域信道估计值，使用迫零波束赋形NF算法对下行数据进行波束赋形。

[0078] 优选地，上述方法还包括：设置主FAP与一个或多个从FAP属于相同的小区。

[0079] 综上所述，根据本发明的上述实施例，提供了一种家用基站组网系统及方法。通过本发明，采用主FAP和从FAP分别覆盖不同的区域，例如主FAP和从FAP可以部署在不同的楼层、不同的房间，从而共同实现整体区域的覆盖，有效地扩大了家用基站的覆盖范围，提高了用户体验。又由于采用了MIMO信号处理模块，对于某一用户来说，上行各个FAP共同接收该用户的信号，对该用户的信号产生信号增强的效果；下行各个FAP采用波束赋形发射，避免了邻近用户之间的同频干扰，提高了系统频谱效率。

[0080] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

[0081] 显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

[0082] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。