СИСТЕМА И СПОСОБ РАСШИРЕНИЯ ЗОНЫ ПОКРЫТИЯ БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ

Предмет, раскрытый в данной заявке, в целом относится к системам беспроводной связи, в частности к беспроводным сетям дуплексной связи с частотным разделением каналов (FDD), таким как беспроводные сети полудуплексной связи с частотным разделением каналов (HFDD).

Использование широкополосных беспроводных сетей, таких как мобильные широкополосные сети третьего поколения (3G) и четвертого поколения (4G), продолжает расширяться. Пользователи данных беспроводных сетей могут перемещаться в другие области (ячейки сети) в зоне покрытия и поддерживать связность узлов в сети. Данные сети обычно содержат базовые станции с определенной дальностью беспроводной связи для определения зоны покрытия. Базовые станции могут быть присоединены к проводной сети с помощью, например, высокоскоростного сетевого подключения, такого как оптоволоконное соединение, соединение стандарта T1, DSL, кабельного модема и т.д. Канал связи в данных беспроводных сетях обычно проходит от (i) мобильного абонента к базовой станции через радиолинию и (ii) от базовой станции к сети (например, глобальной компьютерной сети (WAN)) с помощью проводного соединения или беспроводного соединения с высокой пропускной способностью (например, микроволны). Таким образом, мобильное устройство (например, сотовый телефон или наземная подвижная радиостанция) устанавливает связь с сетью с помощью одной или нескольких беспроводных базовых станций.

По мере увеличения скорости передачи данных в беспроводных сетях, таких как 4G сети, обеспечивается более высокая пропускная способность, что приводит к уменьшению зон покрытия ячеек. Соответственно, необходимо большое количество ячеек (например, пикосот), каждой из которых необходимо обратное ретрансляционное соединение. При использовании режима полудуплексной связи с частотным разделением каналов (HFDD) в беспроводных сетях самостоятельная обратная ретрансляция ячейки может быть обеспечена с помощью того же протокола и тех же частот. Также радиоустановки для беспроводных сетей HFDD имеют более простую конструкцию, поскольку от данных установок не требуется одновременный прием и передача данных. Однако в результате происходит потеря пропускной способности и производительности сети, поскольку двусторонняя связь может быть предоставлена лишь в одном направлении в определенный момент времени, но не одновременно (как в дуплексной связи). Соответственно, половина пропускной способности теряется.

Один пример системы HFDD изложен в заявке на патент США №2009/0207762. Данная ссылка раскрывает способ распределения мобильных абонентов в системе полудуплексной связи с частотным разделением каналов (HFDD) в первую восходящую группу и вторую восходящую группу восходящего (UL) подкадра и в первую нисходящую группу и вторую нисходящую группу нисходящего (DL) подкадра. Восходящему подкадру присваивают первую несущую частоту и нисходящему подкадру назначают вторую несущую частоту. Способ содержит определение типа данных, определение CINR (отношение мощности сигнала на несущей к помехе и шуму) принимаемого сигнала и определение параметра доплеровской частоты, для каждого мобильного абонента из множества мобильных абонентов. Множество мобильных абонентов распределяют во временные интервалы первой восходящей группы связи и/или второй восходящей группы, и на основании по меньшей мере одного типа данных, CINR, рассеяния по доплеровской частоте мобильного абонента, и количества мобильных абонентов, ранее распределенных в первую и вторую группу восходящей связи.

Система беспроводной связи может содержать первую базовую станцию, обладающую первой зоной покрытия связи и работающую в режиме HFDD, используя первую частоту и вторую частоту в чередующейся комбинации. Система также может содержать вторую базовую станцию, обладающую второй зоной покрытия связи, отличающейся от первой зоны покрытия связи, и также работающую в режиме HFDD. Кроме этого, вторая базовая станция может обмениваться данными, используя первую частоту и вторую частоту в чередующейся комбинации, противоположной комбинации первой базовой станции.

В частности, вторая базовая станция может содержать пикосотовую базовую станцию, содержащую первую радиостанцию и вторую радиостанцию. Кроме этого, система может также содержать по меньшей мере одно устройство для беспроводной связи, и первая радиостанция может обмениваться данными с по меньшей мере одним устройством для беспроводной связи. Вторая радиостанция может обмениваться данными с первой базовой станцией. Далее, первая и вторая радиостанции могут одновременно передавать и одновременно принимать. Дополнительно, первая и вторая радиостанции могут быть соединены вместе на уровне сетевого протокола.

Первая базовая станция и вторая базовая станция могут передавать сигналы, используя различные кадры HFDD. Вдобавок, система может также содержать множество устройств для беспроводной связи, зарегистрированных в первой базовой станции или второй базовой станции. Таким образом, каждому устройству для беспроводной связи может быть назначен соответствующий кадр HFDD для обмена данными на основании регистрации в первой базовой станции или второй базовой станции.

Например, первая базовая станция и вторая базовая станция могут быть соединены в сеть стандарта Long Term Evolution (LTE). Кроме этого, вторая базовая станция может содержать пикосотовую базовую станцию, и первая базовая станция может содержать главную базовую станцию, настроенную на обмен данными с пикосотовой базовой станцией. Дополнительно, пикосотовая базовая станция может содержать первую радиостанцию и вторую радиостанцию, и вторая радиостанция может быть зарегистрирована в основной базовой станции для обеспечения самостоятельной обратной ретрансляции.

Родственный способ беспроводной связи может включать эксплуатацию первой базовой станции, обладающей первой зоной покрытия связи, в режиме полудуплексной связи с частотным разделением каналов (HFDD), используя первую частоту и вторую частоту в чередующейся комбинации. Способ может также включать эксплуатацию второй базовой станции, обладающей второй зоной покрытия связи, отличающейся от первой зоной покрытия связи также в режиме HFDD для обмена данных, используя первую частоту и вторую частоту в чередующейся комбинации, противоположной комбинации первой базовой станции.

На фиг.1 представлена схема, изображающая систему беспроводной связи с пикосотой, где предоставлено расширение зоны покрытия и самостоятельная обратная ретрансляция пикосоты согласно различным вариантам осуществления изобретения.

На фиг.2 представлен ряд схем, изображающих последовательность приема и передачи, выполненных согласно различным вариантам осуществления изобретения.

На фиг.3 представлена матричная схема, изображающая синхронизированный обмен данными согласно различным вариантам осуществления изобретения.

На фиг.4 представлена блок-схема способа управления синхронизированным обменом данными согласно различным вариантам осуществления изобретения.

Вышеприведенное краткое описание, а также следующее подробное описание определенных вариантов осуществления настоящего изобретения будут более понятны благодаря сопроводительным графическим материалам. Хотя на фигурах изображены схемы функциональных блоков различных вариантов осуществления, функциональные блоки не обязательно отображают разделение между компонентами системы или схемами аппаратного обеспечения. Таким образом, например, один или несколько функциональных блоков (например, процессоры или модули памяти) могут быть внедрены в один элемент аппаратного обеспечения (например, универсальный процессор сигналов или оперативное запоминающее устройство, жесткий диск и т.п.). Подобным образом, программы могут быть отдельными программами, могут быть включены в операционную систему в качестве подпрограмм, могут быть функциями в установленном пакете программного обеспечения и т.п. Следует понимать, что различные варианты осуществления не ограничиваются конструкциями и инструментами, изображенными на графических материалах.

В данном тексте слова "элемент" или "этап", использованные в единственном числе, следует понимать как не исключающие множество элементов или этапов, если не указано иначе. Кроме этого, ссылки на "один вариант осуществления" настоящего изобретения не должны быть интерпретированы как исключающие существование дополнительных вариантов осуществления, которые также включают изложенные признаки. Более того, если явно не указано противоположное, варианты осуществления, "содержащие" или "обладающие" элемент или множество элементов, обладающих определенным свойством, могут содержать дополнительные подобные элементы, не обладающие данным свойством.

В целом, в данной заявке изложен подход к расширению покрытия беспроводных сетей посредством использования сети HFDD, в которой пикосотовые базовые станции развертывают для повторного использования частот передачи (ТХ) и приема (RX) от основной базовой станции. Пикосотовая базовая станция использует синхронизацию кадров, противоположную основной базовой станции, таким образом, снижая помехи между связью основной базовой станции и пикосотовой связью. Кроме этого, использование сети HFDD с данной синхронизацией кадров позволяет пикосоте осуществлять самостоятельную обратную ретрансляцию своих данных к основной базовой станции.

В частности, как изображено на фиг.1 и 2, представлена беспроводная система 80 HFDD, которая использует две частоты, где одна частота используется для нисходящей (DL) связи, а другая используется для восходящей (UL) связи. Хотя изображено, что беспроводная система 80 является частью сети LTE, работающей в спектре FDD (например, спектре 700 МГц), это сделано лишь для наглядности и не должно относиться ко всем вариантам осуществления, как указано выше. Например, эксплуатация может выполняться в соответствии с другими протоколами беспроводной связи FDD, такими как протокол IEEE 802.16 или WiMAX, что оценят специалисты в данной области. Беспроводная система 80 включает первую (или основную) базовую станцию (базовые станции) 82, изображенную в виде узла связи, а именно в виде коммуникационной вышки (HP), и обладающую зоной покрытия связи 84. Коммуникационная вышка 82 использует первую частоту (канал) для нисходящей связи и вторую частоту (канал) для восходящей связи.

Беспроводная система работает в режиме HFDD, так что коммуникационная вышка 82 передает сигналы по нисходящей связи или принимает сигналы по восходящей связи, но не одновременно. Соответственно, не обеспечивается одновременная передача данных от коммуникационной вышки 82 и к ней. Однако связь HFDD позволяет упростить конструкцию абонентского оборудования (UE) 30 (например, мобильных устройств), поскольку от абонентского оборудования не требуется одновременный прием и передача данных, но они могут выполнять данные операции последовательно. Следует отметить, что при связи с коммуникационной вышкой 82 в HFDD половину времени воздушное сообщение молчит и не обменивается данными, как более подробно описано ниже.

Беспроводная система 80 также включает вторую базовую станцию (вторые базовые станции) 86, изображенные в виде пикосотовой базовой станции (с двумя радиостанциями) и обладающие зоной 88 покрытия связи, охватывающей другую (например, меньшую) область, чем зона 84 покрытия связи коммуникационной вышки 82. Зоны 84 и 88 покрытия связи могут частично совпадать. Базовая станция 86 имеет конфигурацию базовой станции, расширяющей область покрытия, для передачи сигналов по нисходящей связи и приема сигналов по восходящей связи с синхронизацией кадров, противоположной синхронизации кадров коммуникационной вышки 82. Соответственно, предоставляется полное использование нисходящих и восходящих каналов.

Например, как изображено на фиг.2, коммуникационная вышка 82 передает сигналы, когда базовая станция 86 молчит (т.е. не передает) и базовая станция 86 передает, когда коммуникационная вышка 82 молчит. Следует отметить, что каждый блок, изображенный на фиг.2, представляет половину кадра, например половину кадра связи HFDD. Последовательность 90 передачи и последовательность 92 приема представляют передачи и приемы соответственно коммуникационной вышки 82. Последовательность 96 передачи и последовательность 94 приема представляют передачи и приемы соответственно входящей связи с базовой станцией 86, а именно соединений любого абонентского оборудования с коммуникационной вышкой 82. Следует отметить, что базовая станция 86 может считаться абонентским оборудованием при обмене данными с коммуникационной вышкой 82 в некоторых вариантах реализации. Последовательность 98 передачи и последовательность 100 приема представляют передачи и приемы соответственно исходящей связи от базовой станции 86.

При эксплуатации коммуникационная вышка 82 и пикосотовая базовая станция 86 могут обмениваться данными, используя один и тот же набор частот, например одну и ту же нисходящую частоту и восходящую частоту, не совпадающие по фазе, а именно не совпадающие на половину кадра путем присваивания другой фазы связи от каждой коммуникационной вышки 82 и базовой станции 86. Следует отметить, что восходящие и нисходящие частоты могут находиться в различных спектрах, например, таких как частотный спектр 700 МГц.

Таким образом, предотвращаются собственные помехи между коммуникационной вышкой 82 и пикосотовой базовой станцией 86. Например, как опять изображено на фиг.1, когда коммуникационная вышка 82 передает сигналы на нисходящей частоте к абонентскому оборудованию 30 (UE1), на нисходящем канале отсутствует любая другая передача. Подобным образом, когда абонентское оборудование 30 (UE1) передает сигналы на восходящей частоте к коммуникационной вышке 82, на восходящем канале отсутствует любое другое передающее устройство. Соответственно, помехами в развернутых пикосотовых станциях управляют без необходимости в отдельном канале для несущей для использования в пикосоте.

Более того, система 80 также выгодно позволяет пикосоте 86 выполнять самостоятельную обратную ретрансляцию сообщений от мобильных клиентов, а именно абонентского оборудования 30 (UE2 на фиг.2) путем регистрации в пикосоте в качестве "мобильного клиента". Таким образом, один набор частот FDD (например, нисходящий/восходящий) может быть использован для предоставления (i) пикосотовой базовой станции 86 для мобильной связи, например, с UE1 и (ii) обратной ретрансляции для связи пикосоты с базовой станцией (например, связи базовой станции 86 с коммуникационной вышкой 82). Поскольку пикосотовая базовая станция 86 обладает противоположной синхронизацией кадров в качестве первичной или основной базовой станции, а именно коммуникационной вышки 82, две радиостанции в пикосоте (первая радиостанция, зарегистрированная в коммуникационной вышке 82 и по существу выступающая в качестве оборудования для нисходящей связи, и вторая радиостанция, выступающая в качестве базовой станции для расширения покрытия), не обладают собственными помехами. Например, как изображено на фиг.2, обе радиостанции в базовой станции 86 передают одновременно и принимают одновременно. Две радиостанции в базовой станции 86 могут быть соединены вместе на более высоком уровне в протоколе, таком как сетевой уровень, так что пакеты из конечных устройств (например, UE2 на фиг.5) пересылаются через базовую станцию 86 к коммуникационной вышке 82 и, таким образом, в сеть. Следует отметить, что расширение покрытия, предоставленное различными вариантами осуществления, может повторяться для того, чтобы предоставить множество расширений покрытия.

Как изображено на фиг.3, может быть предоставлена синхронизация, использующая одинаковую частоту и другую фазу. Как изображено в примере, в HFDD связи разделены на части, такие как половины кадров, обозначенные как первая ½ кадра 110 и вторая ½ кадра 112. Дополнительно, в пределах каждой ½ кадра 110 и 112 могут использоваться две частоты, обозначенные как частота А 114 и частота В 116 соответственно, которые могут соответствовать восходящей и нисходящей частоте. Пикосотовая базовая станция 86 по существу выступает в качестве повторителя, выполняющего самостоятельную обратную ретрансляцию, в то время как UE2 (которое зарегистрировано в пикосоте) передает пикосотовой базовой станции на первой ½ кадра 110, используя частоту А 114, и пикосота передает коммуникационной вышке на второй ½ кадра 112, используя частоту А 114, т.е. в чередующейся комбинации. Подобным образом, коммуникационная вышка 82 передает пикосотовой базовой станции 86 на первой ½ кадра 110, используя частоту В 116, и пикосотовая базовая станция передает к UE2 на второй ½ кадра 112, используя частоту В 116.

Кроме этого, могут быть предоставлены другие синхронные передачи. Например, коммуникационная вышка может передавать к UE1 на первой ½ кадра 110, используя частоту В 116, и UE1 может передавать к коммуникационной вышке на второй ½ кадра 112, используя частоту В 116.

Управление синхронизированным обменом данными может быть предоставлено с помощью способа 120, изображенного на фиг.4. В частности, в Блоке 122 одно или несколько абонентских оборудований в пределах дальности связи коммуникационной вышки 82 и/или пикосотовой базовой станции 86 зарегистрированы в коммуникационной вышке или пикосотовой базовой станции. После регистрации коммуникационная вышка или пикосотовая базовая станция управляют коммуникационным обменом, направленным к абонентскому оборудованию и от него. Впоследствии предоставляется синхронизированный обмен данными. В частности, в Блоке 124 речь/данные передаются от коммуникационной вышки к зарегистрированному абонентскому оборудованию, используя первую частоту, и к пикосоте, используя ту же частоту, когда пикосота молчит (не передает сигналы). Также в Блоке 126 речь/данные передаются от пикосоты к зарегистрированному абонентскому оборудованию, используя первую частоту, и к коммуникационной вышке, используя вторую частоту, когда коммуникационная вышка молчит (не передает сигналы). Следует отметить, что передачи в Блоках 124 и 126 могут выполняться в разном порядке, например, передачи в Блоке 126 выполняются до передач в Блоке 124.

Таким образом, в сети HFDD используются пикосоты, при этом пикосота синхронизирована в кадре, противоположном коммуникационной вышке. Благодаря использованию синхронизации, описанной в данной заявке, можно устранить собственные помехи между пикосотой и мобильной связью и между коммуникационной вышкой и мобильной связью (и наоборот). В дальнейшем использование синхронизации позволяет пикосоте иметь вторую радиостанцию, которая может быть зарегистрирована в коммуникационной вышке, и обеспечивать путь для самостоятельной обратной ретрансляции пикосоты, используя восходящие/нисходящие каналы к коммуникационной вышке. Поскольку данные передачи синхронизированы, данная вторая радиостанция будет способна выполнять самостоятельную обратную ретрансляцию без создания помех для передач другого абонентского оборудования. Дополнительно, использование синхронизации с HFDD позволяет сети работать с радиостанциями HFDD и одновременно полностью использовать пропускную способность канала FDD.

Следует отметить, что различные варианты осуществления изобретения не ограничиваются расширением дальности связи в сотовой системе связи, но могут быть осуществлены в сочетании с другими коммуникационными сетями или системами, например, где желательно или необходимо расширение зоны покрытия. Также расширение дальности связи может быть осуществлено в сочетании с другими сотовыми сетями, например сетью с расширенным диапазоном передачи данных для развития стандарта GSM (EDGE), сетью с множественным доступом с разделением кода (CDMA), сетью универсальной мобильной системы связи (UMTS) или сетью W-CDMA (с широкополосным множественным доступом с разделением кода).

Различные варианты осуществления или компоненты, например система связи или контроллеры в данной системе, могут быть осуществлены как часть одной или нескольких компьютерных систем. Компьютерная система может содержать компьютер, устройство ввода, устройство отображения и интерфейс, например, для доступа к сети Интернет. Компьютер может содержать микропроцессор. Микропроцессор может быть соединен с коммуникационной шиной. Компьютер также может содержать память. Память может содержать оперативное запоминающее устройство (RAM) и постоянное запоминающее устройство (ROM). Компьютерная система также может содержать запоминающее устройство, которое может быть жестким диском или устройством хранения данных со съемным носителем, таким как гибкий диск, оптический диск и т.п. Запоминающим устройством могут быть другие подобные устройства для загрузки компьютерных программ или других команд в компьютерную систему.

Термин "компьютер", в том виде, в котором он используется в данной заявке, может включать системы на основе процессора или на основе микропроцессора, такие как системы, использующие микроконтроллеры, схемы с сокращенным набором команд (RISC), специализированные интегральные схемы (ASIC), логические схемы или другие схемы и процессоры, способные выполнять функции, описанные в данной заявке. Вышеизложенные примеры приведены лишь для наглядности и таким образом не предназначены для ограничения каким-либо способом определения и/или значения термина "компьютер".

Компьютерная система выполняет набор команд, которые хранятся в одном или нескольких запоминающих элементах, для обработки входных данных. Запоминающие элементы могут также хранить данные или другую информацию при желании или необходимости. Запоминающий элемент может иметь форму источника информации или элемента физической памяти внутри устройства для обработки данных.

Набор команд может содержать различные команды, которые дают инструкции компьютеру в качестве устройства для обработки данных для выполнения определенных операций, таких как способы и процессы различных вариантов осуществления изобретения. Набор команд может иметь форму программного обеспечения. Программное обеспечение может иметь различные формы, такие как системное программное обеспечение или прикладное программное обеспечение. Кроме этого, программное обеспечение может иметь форму пакета отдельных программ, программного модуля в составе более крупной программы или части программного модуля. Программное обеспечение также может содержать модульное программирование в форме объектно-ориентированного программирования. Обработка входных данных устройством обработки данных может выполняться в ответ на пользовательские команды, или в ответ на результаты предыдущей обработки, или в ответ на запрос, отправленный другим устройством обработки данных.

Термины "программное обеспечение" и "прошивка", в том виде, в котором они используются в данной заявке, являются взаимозаменяемыми и включают любую компьютерную программу, которая хранится в памяти для выполнения компьютером, включая память RAM, память ROM, память EPROM, память EEPROM и память энергонезависимого RAM (NVRAM). Вышеизложенные типы памяти приведены лишь в качестве примера и, таким образом, не ограничивают типы памяти, которые могут использоваться для хранения компьютерной программы.

Следует понимать, что вышеприведенное описание приведено лишь с целью описания, но не ограничения. Например, вышеописанные варианты осуществления (и/или их аспекты) могут быть использованы в сочетании друг с другом. Кроме этого, могут быть осуществлены многие модификации для того, чтобы адаптировать конкретную ситуацию или материал к идее изобретения, не выходя за пределы его объема. Например, заданные этапы, указанные в способе, не обязательно выполнять в конкретном порядке, если не указано явным образом или не требуется косвенным образом (например, один этап требует наличия в доступе результатов или продукта предыдущего этапа). Хотя линейные размеры и типы материалов, описанные в данной заявке, предназначены для определения параметров изобретения, они никоим образом не являются ограничивающими и представляют собой примеры вариантов осуществления. Много других вариантов осуществления станут очевидны специалистам в данной области после рассмотрения и понимания вышеприведенного описания. Следовательно, объем изобретения должен быть определен со ссылкой на приложенную формулу изобретения, вместе с полным объемом эквивалентов, к которым относится данная формула изобретения. В приложенной формуле изобретения термины "включающая" и "в которой" использованы в качестве разговорных эквивалентов соответствующих терминов "содержащая" и "где". Кроме этого, в следующей формуле изобретения термины "первый", "второй" и "третий" и т.д. использованы лишь в качестве обозначений и не предполагают предъявления числовых требований к своим объектам. Также ограничения следующей формулы изобретения не записаны в формате "средство плюс функция" и не предназначены для интерпретации на основании раздела 35, §112, шестого пункта кодекса США, если и пока в данных ограничениях пункта формулы изобретения нет явного использования фразы "средство для" и следующей за ней формулировки функции без дальнейшей конструкции.

Данное письменное описание использует примеры для раскрытия изобретения, включая лучший вариант, а также для того, чтобы позволить любому специалисту в данной области практически использовать изобретение, включая изготовление и использование устройств или систем и выполнение соответствующих способов. Объем защиты изобретения определен формулой изобретения и может содержать другие примеры, которые станут очевидными специалистам в данной области. Предполагается, что подобные другие примеры находятся в пределах объема формулы изобретений, если они содержат структурные элементы, которые не отличаются от тех элементов, которые буквально указаны в формуле изобретения, или если они содержат эквивалентные структурные элементы с несущественными отличиями от тех элементов, которые буквально указаны в формуле изобретения.