專利名稱：正交頻分復(fù)用移動(dòng)通信系統(tǒng)中頻率重用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種在移動(dòng)通信系統(tǒng)中頻率重用的方法，特別地，涉及一種在正交頻分復(fù)用(OFDM)移動(dòng)通信系統(tǒng)中頻率重用的方法。
背景技術(shù)：
移動(dòng)通信系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用于提供話音服務(wù)，確保用戶的靈活性。由于移動(dòng)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展和日益增長(zhǎng)的用戶需求，這些移動(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展為提供附加的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)從短消息發(fā)展到互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。今天，諸如動(dòng)畫(huà)的高速率數(shù)據(jù)傳輸已成為可能。從傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)的傳輸方案，現(xiàn)在正被置于第三代合伙計(jì)劃的討論之下(3GPP)。3G移動(dòng)通信系統(tǒng)被分成異步碼分多址(CDMA)和同步CDMA。
OFDM是一種多載波調(diào)制類型。OFDM擴(kuò)頻技術(shù)在關(guān)于中心頻率彼此間隔的多路載波上分布數(shù)據(jù)，因此提供在載波間的正交化。OFDM在多徑無(wú)線環(huán)境中具有優(yōu)異的性能。因?yàn)檫@個(gè)原因，OFDM引起對(duì)于數(shù)字領(lǐng)域電視服務(wù)和數(shù)字聲音廣播進(jìn)行合適調(diào)制方案的興趣。因此，希望OFDM將被用在歐洲、日本和澳大利亞的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)中，現(xiàn)在預(yù)想能夠應(yīng)用在第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中。
對(duì)于移動(dòng)通信應(yīng)用，OFDM具有下列優(yōu)點(diǎn)。
(1)與單個(gè)載波方案相比較，單個(gè)傳輸碼元的持續(xù)時(shí)間是載波數(shù)目的倍數(shù)。如果添加保護(hù)間隔，由多徑引起的傳輸特性的衰減就會(huì)降低。
(2)由于數(shù)據(jù)分布穿過(guò)整個(gè)頻帶，在特殊頻率內(nèi)的干擾影響被限制到一個(gè)限定的數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)目上，并且可以通過(guò)交織和錯(cuò)誤校正編碼使差錯(cuò)得到降低。
(3)OFDM調(diào)制波幾乎是隨機(jī)噪聲。因此，它們?cè)诓煌瑯I(yè)務(wù)上的影響與隨機(jī)噪聲的影響相等。
(4)OFDM允許以快速傅立葉變換(FFT)為基礎(chǔ)的調(diào)制/解調(diào)。
因?yàn)樯鲜雒枋鰞?yōu)點(diǎn)和其他益處，在OFDM上的許多研究正被積極開(kāi)展。
然而，由于使用正交化的頻率，一個(gè)基站(BS)不能夠采用所有可用的OFDM頻率信道。如果全部512個(gè)頻道可利用，4個(gè)或32個(gè)頻道、最多128個(gè)資源可給BS使用，這里4個(gè)頻道被分配給一個(gè)用戶。
在每個(gè)BS被允許使用128個(gè)資源的情況下，相同頻率資源可以應(yīng)用在不同BS中。假設(shè)存在BS A和相鄰于BS A的BS B，兩個(gè)BS可以分配相同的4個(gè)信道給它們小區(qū)內(nèi)的移動(dòng)站(MS)。如果MS彼此接近，則它們經(jīng)受載波干擾比(C/I)特性的衰退。
為解決這個(gè)問(wèn)題，每個(gè)BS根據(jù)干擾適應(yīng)性地分配載波。該BS給相鄰BS內(nèi)未使用的頻率分配一個(gè)較高優(yōu)先權(quán)，根據(jù)在它自己小區(qū)內(nèi)和在相鄰小區(qū)內(nèi)MS之間的距離，按優(yōu)先級(jí)排列在相鄰BS中使用的頻率。該BS在較低優(yōu)先權(quán)頻率之前分配較高優(yōu)先權(quán)頻率。
為使這個(gè)計(jì)劃可行，BS必須預(yù)先確定相鄰BS所使用的頻率，并且計(jì)算在它自己的小區(qū)內(nèi)被服務(wù)的MS和在相鄰小區(qū)內(nèi)被服務(wù)的MS之間的距離。作為結(jié)果，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。
為避免這個(gè)限制，蜂窩系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)頻率重復(fù)使用。圖1說(shuō)明了在OFDM蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，采用頻率重用距離為3的傳統(tǒng)頻率重用方案。
參見(jiàn)圖1，一個(gè)完整頻率帶寬被分成3部分，帶寬的三分之一給每個(gè)BS使用，從而使BS 110至160使用一個(gè)不同于它相鄰BS的頻率。例如，BS 100使用載波索引的三分之一，而它相鄰BS 120至160使用載波索引的其它三分之二。類似系統(tǒng)的設(shè)計(jì)出現(xiàn)在其它BS上，這里，頻率重用距離是3。通常，根據(jù)這個(gè)原理，蜂窩系統(tǒng)采用具有更長(zhǎng)的頻率距離來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率重用。
盡管有高效率和采用非交疊頻率的優(yōu)點(diǎn)，上述傳統(tǒng)頻率重用方案具有全部頻率帶寬在每個(gè)小區(qū)中不能被充分使用的明顯缺點(diǎn)?？捎糜谔囟˙S的信道數(shù)目是可供使用的用戶數(shù)目或者是服務(wù)的數(shù)據(jù)速率。因此，可用信道數(shù)目的降低限制了可供使用的用戶數(shù)目或者數(shù)據(jù)速率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)中提高頻率重用的方法。
本發(fā)明另一目的是提供一種在OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)中，提高頻率重用而又不影響用戶數(shù)據(jù)性能的方法。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種提高在OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)中頻率資源利用的方法。
上述目的通過(guò)OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)中的頻率重用方法來(lái)實(shí)現(xiàn)?？捎糜诿總€(gè)BS的頻率資源被分成至少四個(gè)頻率組，并且為每個(gè)頻率組設(shè)置頻率重用距離，為每個(gè)頻率組設(shè)置的頻率重用距離可以相同或者不同。頻率組被連續(xù)分配給每個(gè)BS的蜂窩區(qū)域，以使較低頻率組給近端的小區(qū)區(qū)域使用，以使較高頻率資源組給遠(yuǎn)端的小區(qū)區(qū)域使用。
每個(gè)頻率組包括連續(xù)的載波。當(dāng)頻率跳頻被采用時(shí)，該頻率資源根據(jù)頻率跳頻模式被分成至少四個(gè)頻率組，至少一個(gè)頻率組在近端小區(qū)區(qū)域內(nèi)采用1的頻率重用距離，近端小區(qū)區(qū)域根據(jù)到BS的一個(gè)距離、系統(tǒng)所需的載波干擾比(C/I)，或者來(lái)自相鄰BS的干擾之中的一個(gè)來(lái)確定，至少四個(gè)頻率組是同等大小。
為將頻率資源分配給OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)中的MS，具有近端小區(qū)區(qū)域的第一頻率資源和遠(yuǎn)端小區(qū)區(qū)域的第二頻率資源的BS根據(jù)設(shè)置OFDM頻率的MS的請(qǐng)求，來(lái)確定在BS和MS之間的距離、所接收信號(hào)的強(qiáng)度、或者來(lái)自相鄰BS的干擾。如果預(yù)定條件被滿足，BS通過(guò)分配第一OFDM頻率資源給該MS來(lái)建立MS的信道。如果該MS位于該近端小區(qū)區(qū)域的外部，BS通過(guò)分配第二OFDM頻率資源給MS來(lái)建立MS的信道。
為將OFDM頻率資源分配給具有多個(gè)BS的OFDM系統(tǒng)中的MS，每個(gè)BS與具有至少兩個(gè)子信道組的OFDM中的MS進(jìn)行通信，并分配OFDM頻率資源給請(qǐng)求通信的MS，根據(jù)來(lái)自MS的設(shè)置OFDM頻率的請(qǐng)求，該BS將MS的SIR與預(yù)定參考SIR相比較，如果該MS的SIR低于參考SIR，就將低子信道組內(nèi)的OFDM頻率資源分配給MS。
如果設(shè)定了至少三個(gè)子信道組，并使用至少兩個(gè)預(yù)定參考SIR來(lái)區(qū)分子信道組，該BS將對(duì)應(yīng)高于MS的SIR的最低參考SIR的子信道組的OFDM頻率資源分配給MS。
對(duì)于MS的子信道是根據(jù)SIR和包括MS的對(duì)數(shù)正態(tài)衰減的信號(hào)損失來(lái)確定。


本發(fā)明上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將從結(jié)合相應(yīng)附圖的下列詳細(xì)描述中變得更加明顯圖1示出了在OFDM蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中根據(jù)傳統(tǒng)頻率重用方案采用3個(gè)頻率重用距離的蜂窩群；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)中具有1和3兩個(gè)頻率重用距離的小區(qū)群；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明依據(jù)距離將小區(qū)區(qū)域劃分成近端區(qū)域和遠(yuǎn)端區(qū)域；圖4是由爾朗B公式給出的表示阻塞概率的圖表；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明，C/I或者以信號(hào)強(qiáng)度為基礎(chǔ)的小區(qū)區(qū)域劃分成近端區(qū)域和遠(yuǎn)端區(qū)域；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的在采用跳頻的OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)中具有1和3兩個(gè)頻率重用距離的小區(qū)群；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的向用戶分配子信道的方法；圖8圖示了在50％負(fù)載下在內(nèi)部小區(qū)和外部小區(qū)的邊界上SIR的網(wǎng)狀曲線圖表；圖9圖示了在50％負(fù)載下在內(nèi)部小區(qū)和外部小區(qū)的邊界上SIR的輪廓圖表。
具體實(shí)施例方式
在此，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例將在下面參考附圖進(jìn)行描述。在下面描述中，由于公知的功能或者結(jié)構(gòu)會(huì)混淆本發(fā)明的必要內(nèi)容因而不對(duì)它們進(jìn)行詳細(xì)描述。
雖然在下面本發(fā)明的描述中，頻率重用是通過(guò)使用1和3兩個(gè)頻率重用距離而實(shí)現(xiàn)，但可以意識(shí)到頻率重用距離的數(shù)目并不是限定的。事實(shí)上，OFDM頻率重用距離可以是3，4，7，...另外，雖然六邊形小區(qū)是虛擬的，并且這種形狀在現(xiàn)實(shí)是不能夠產(chǎn)生的，即每個(gè)BS具有不同的小區(qū)覆蓋形狀，但這里假定為理想的六邊小區(qū)形狀。
圖2說(shuō)明了在OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)中根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的頻率重用的方案；參見(jiàn)圖2，為了得到1和3兩個(gè)頻率重用距離，將一個(gè)給定頻率帶寬分成四個(gè)載波索引組n1到n4。如果任意其它頻率重用距離被采用，該頻率帶寬就被分成更多或者更少部分。采用兩個(gè)頻率重用距離的原因是當(dāng)使用3的頻率重用距離時(shí)，可以在小區(qū)邊界或者小區(qū)邊緣得到滿意的C/I。因?yàn)橄到y(tǒng)需要較高的C/I電平，或者傳播損耗和衰落變化很大，就需要采用較大的頻率重用距離。換句話說(shuō)，頻率重用距離根據(jù)BS的配置(如，傳播距離，傳播損耗，衰落變化，系統(tǒng)所需的C/I，以及BS與MS之間的距離)而變化。
根據(jù)與BS的距離采用不同頻率重用距離。OFDM載波在近端蜂窩區(qū)域被分配1的頻率重用距離和在遠(yuǎn)端小區(qū)區(qū)域被分配3的頻率重用距離。小區(qū)區(qū)域可以根據(jù)C/I而不是距離來(lái)劃分，在這種情況下，小區(qū)區(qū)域被分成一個(gè)良好的信道條件區(qū)域和一個(gè)差的信道條件區(qū)域。由于C/I隨著建筑物的布局和地理地形輪廓的類型而變化，因此小區(qū)區(qū)域覆蓋的形狀不同，這在以后將參考圖5來(lái)描述。
在除每個(gè)BS預(yù)定距離或者少于1的頻率重用距離的區(qū)域之外，使用載波索引組n1的頻率，BS 200到260的環(huán)形區(qū)域被稱為“近端區(qū)域(內(nèi)部小區(qū))”。剩下區(qū)域被稱為“遠(yuǎn)端區(qū)域(外部小區(qū))”。在近端區(qū)域的MS通常具有良好的C/I特性。在近端區(qū)域和遠(yuǎn)端區(qū)域之間的差別可以由系統(tǒng)所需的C/I和來(lái)自相鄰BS的干擾而不是距離來(lái)產(chǎn)生。
圖3示出了在本發(fā)明中根據(jù)與BS的距離而分為近端區(qū)域和遠(yuǎn)端區(qū)域的小區(qū)。參見(jiàn)圖3，BS 200的小區(qū)200a覆蓋它信號(hào)傳播距離。小區(qū)覆蓋范圍被劃分為根據(jù)BS 200的特性和地理特征而變化的半徑為r的近端區(qū)域200b，在小區(qū)范圍的近端區(qū)域2006以外剩下的區(qū)域被定義為遠(yuǎn)端區(qū)域，在近端區(qū)域200b中有來(lái)自相鄰的BS的少量干擾。因此，對(duì)于近端區(qū)域200b的1的頻率重用距離的應(yīng)用不會(huì)影響其它小區(qū)內(nèi)的MS。
回到圖2，OFDM頻率在遠(yuǎn)端區(qū)域被重復(fù)使用，如在傳統(tǒng)頻率重用方案中所實(shí)現(xiàn)的。如前面所述，因?yàn)榧俣ㄊ橇呅涡^(qū)，OFDM頻率就被分配給BS 200至260沒(méi)有疊加區(qū)域的遠(yuǎn)端區(qū)域。具有3的頻率重用距離，載波索引組n2，n3和n4就能夠應(yīng)用在BS 200到260中。因此，每個(gè)BS分配信道給在已分配給BS資源的遠(yuǎn)端區(qū)域中的MS。例如，如果載波索引組n2給BS200使用，BS 200就將可用頻帶內(nèi)的信道分配給遠(yuǎn)端區(qū)域內(nèi)的MS。
如果MS位于BS 200的近端區(qū)域，BS 200將載波索引組n1內(nèi)的信道分配給該MS。相同情況會(huì)發(fā)生在其它BS所有覆蓋區(qū)域內(nèi)。也就是說(shuō)，如圖2中所示，如果載波索引組n3給BS 210使用，BS 210將在載波索引組n1內(nèi)的信道分配給它近端區(qū)域中的MS，和將在載波索引組n3內(nèi)的信道分配給遠(yuǎn)端區(qū)域的MS。
圖5示出了在本發(fā)明中，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度或者C/I劃分為近端區(qū)域和遠(yuǎn)端區(qū)域的小區(qū)。以基于距離的近端區(qū)域200b和以基于C/I的近端區(qū)域200c由于在BS 200和MS之間的信道條件而具有不同的邊界、傳播損耗和地理特征。雖然沒(méi)有顯示出，小區(qū)覆蓋范圍200a由于相同的原因而在實(shí)際上是不同的。為了描述清楚，近端和遠(yuǎn)端區(qū)域根據(jù)與BS的距離來(lái)定義，即使近端和遠(yuǎn)端區(qū)域由于各種因素具有不同的形狀，下面的描述是建立在這個(gè)假設(shè)上。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例，全部頻率帶寬被分成預(yù)定數(shù)目的載波索引組。一個(gè)載波索引組使用1的頻率重用距離，其它載波索引組使用3的頻率重用距離。在非六邊形小區(qū)覆蓋情況下，將使用大于3的頻率重用距離，那么整個(gè)可用頻譜被分成(頻率重用距離+1)部分。雖然頻率帶寬在這個(gè)實(shí)施例中是等分的，但考慮到各個(gè)小區(qū)的地理特征，所劃分的載波索引組可以具有不同的大小。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，在采用頻率跳頻的OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)中具有1和3的頻率重用距離的小區(qū)群。
雖然在第一實(shí)施例中，全部頻譜被分成給1的頻率重用距離的載波索引組n1和給3的頻率重用距離的載波索引組n2，n3和n4，并且每個(gè)載波索引組具有連續(xù)的載波，在第二實(shí)施例中的每個(gè)載波索引組是由不連續(xù)載波組成。
參見(jiàn)圖6，為提高頻率分集，全部頻譜被分成三個(gè)載波索引組G1，G2和G3。每個(gè)載波索引組包括按照預(yù)定帶寬彼此間隔的載波。在采用正交跳頻的OFDM系統(tǒng)中，載波索引組G1，G2和G3根據(jù)頻率跳頻方式來(lái)組成。使用這些載波組會(huì)得到不同頻率重用距離。載波組G1被應(yīng)用在具有1的頻率重用距離的BS 200到260的近端區(qū)域內(nèi)，載波組G1，G2和G3被應(yīng)用在具有3的頻率重用距離的遠(yuǎn)端區(qū)域內(nèi)。頻率跳頻的使用影響了干擾平衡。因此，具有1的頻率重用距離的近端區(qū)域能夠被擴(kuò)展，如前面所述，近端區(qū)域根據(jù)到BS的距離或者系統(tǒng)所需的C/I來(lái)定義。
現(xiàn)在，將敘述根據(jù)下列以優(yōu)選方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的假定來(lái)取得價(jià)值函數(shù)的內(nèi)容。
1.用戶一律分布在小區(qū)內(nèi)，并且用戶的數(shù)量通過(guò)平均泊松處理來(lái)確定。
2.小區(qū)半徑標(biāo)準(zhǔn)化為1。即使頻率重用距離設(shè)置為1，具有半徑r的近端區(qū)域用戶滿足系統(tǒng)所需的幀錯(cuò)率(FER)。當(dāng)頻率重用距離是3時(shí)，遠(yuǎn)離BS在r到1之間的用戶滿足FER的需要。所有小區(qū)具有圓形形狀。在這種情況下，位于近端區(qū)域的用戶平均數(shù)量為r2，位于近端區(qū)域外部的用戶的平均數(shù)量是1-r2，這些作為離散泊松處理來(lái)識(shí)別。
3.如果全部N個(gè)OFDM載波都可用，并且分配給每個(gè)用戶M個(gè)載波，那么可用資源的數(shù)目是n(＝N/M)。n1資源被用于具有1的頻率重用距離的區(qū)域，n2資源被用于具有3的頻率重用距離的區(qū)域。那么，n＝n1+3n2。為得到最佳n1和n2，就使用阻塞速率的總和作為價(jià)值函數(shù)。
4.如果在OFDM系統(tǒng)中沒(méi)有使用緩沖器，就需要n1服務(wù)器和n2服務(wù)器，并且對(duì)于n1和n2的業(yè)務(wù)生成速率分別為R2和(1-R2)。
在上述假設(shè)中，由公知爾朗B公式給出阻塞概率，表達(dá)為Minimize{λ1n1n1!Σj=0n1λ1jj!+λ2n2n2!Σj=0n2λ2jj!}----(1)]]>其中n1和n2是分別可用于近端區(qū)域和遠(yuǎn)端區(qū)域的資源數(shù)目。n1和n2具有n＝n1+3n2的關(guān)系。這里，n1和n2是整數(shù)，λ1和λ2分別是在近端區(qū)域和遠(yuǎn)端區(qū)域中生成任何事件的概率。j是范圍從1到n1或從0到n2的求和參數(shù)。
爾朗B公式被表示為圖4所示的圖形，參見(jiàn)圖4，阻塞概率總是正的，所給的圖形是向下凸起的拋物線。因此，在拋物線的頂點(diǎn)價(jià)值最小(如，價(jià)值函數(shù)的零微分)。
單個(gè)頻率重用距離1的使用將與結(jié)合不同的頻率重用距離1和3的使用進(jìn)行比較。
對(duì)于3的頻率重用距離的阻塞概率是λn/3(n/3)!/Σj=0n/3λ!j!----(2)]]>根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)進(jìn)一步限定頻率重用距離1的區(qū)域，n個(gè)信道被分成比在傳統(tǒng)頻率重用方案中更多數(shù)目的子信道。因此，專用于每個(gè)BS的信道的數(shù)目就會(huì)降低。然而，如果對(duì)于所有BS的一般可用頻率帶寬(除了載波)被分成三部分，n1+n2頻率最終可用于每個(gè)BS，因此，可用于每個(gè)BS的載波總數(shù)目被有效的增加，這被模擬為如下內(nèi)容。
OFDM頻率的總數(shù)目是512，對(duì)于一個(gè)用戶可使用4個(gè)或者32個(gè)信道。那么可用資源的總數(shù)目是128。系統(tǒng)加載是每單位時(shí)間生成業(yè)務(wù)與可用信道的總數(shù)之比。如果用于1的頻率重用距離的r是在0.3和0.4之間，阻塞概率比當(dāng)頻率重用距離是3的時(shí)候小。如果r增加到0.9，并且阻塞概率固定至0.02，那么BS容量是當(dāng)頻率重用距離是3時(shí)候的四倍。
頻率資源是根據(jù)在MS和BS之間的距離中的一個(gè)、接收信號(hào)強(qiáng)度、或者來(lái)自相鄰BS的干擾而分配給MS。雖然所給帶寬被分成(頻率重用距離+1)幾個(gè)部分，但也可以被分成更多部分。另外，雖然頻率資源被分成兩類，但顯然它們能夠被分成更多類別。
如上面所描述，當(dāng)頻率資源被分成兩類，不同載波組的頻率被分別分配給位于近端區(qū)域的MS和位于遠(yuǎn)端區(qū)域的MS。
這兩類頻率資源能根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度、或來(lái)自其他相鄰BS的干擾而分配給MS。在頻率資源被分成更多種類的情況下，MS根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)被分類，并相應(yīng)地分配頻率資源。
在上述子信道分配內(nèi)考慮的僅僅是在BS和MS之間的距離，然而在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，最好給經(jīng)受對(duì)數(shù)正態(tài)衰落的最大路徑損耗的用戶分配具有相對(duì)低負(fù)載的子信道組。可選擇地，如果用戶的SIR(信號(hào)干擾比)已知，同樣較佳地給具有最低的SIR的用戶分配相對(duì)低負(fù)載的子信道。假定子信道被分成一個(gè)小路徑損耗組和一個(gè)大路徑損耗組，子信道就根據(jù)預(yù)定參考SIR和用戶的SIR分配給用戶。
在三個(gè)子信道組的情況下，需要兩個(gè)或者更多預(yù)定參考SIR來(lái)區(qū)分子信道組。這種情況下，就將在具有高于MS的SIR的最低參考SIR的子信道組中的OFDM頻率資源分配給MS。
下面將敘述根據(jù)包括對(duì)數(shù)衰落的路徑損耗來(lái)分配子信道的方法和根據(jù)用戶SIR來(lái)分配子信道的方法。
通常，因?yàn)榻咏麭S的MS遠(yuǎn)離相鄰小區(qū)，產(chǎn)生的低信號(hào)干擾將導(dǎo)致足夠高的SIR。在這種情況下，即使業(yè)務(wù)負(fù)載巨大，該MS具有足夠低的差錯(cuò)率。然而，在MS移動(dòng)至遠(yuǎn)離BS時(shí)，來(lái)自相鄰小區(qū)的信道干擾增加，結(jié)果造成較低SIR。因此，應(yīng)當(dāng)減少對(duì)MS的干擾。
為此，子信道被分成兩個(gè)或者更多依據(jù)本發(fā)明上述原理的組。通過(guò)根據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)載而不是距離來(lái)分配子信道使SIR得到提高。因此為具有不同業(yè)務(wù)負(fù)載的用戶分配各自的子信道組，這將參考圖7進(jìn)行描述，圖7描述了根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的子信道分配方法。
參見(jiàn)圖7，BS被分成內(nèi)部小區(qū)200b和外部小區(qū)200a。由于表示困難，即使劃分標(biāo)準(zhǔn)顯示的是距離，區(qū)域劃分是根據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)載而不是距離來(lái)設(shè)立。實(shí)際上，內(nèi)部和外部小區(qū)能夠根據(jù)距離進(jìn)一步地限定?？捎米有诺?載波)被分成兩個(gè)不同的組n1和n2。在頻率組n2中的頻率通過(guò)跳頻320被分配給外部小區(qū)200a中的MS 301至304。類似地，在頻率組n1的頻率通過(guò)跳頻320被分配給內(nèi)部小區(qū)200b中的MS 311、312和313。
雖然為標(biāo)記簡(jiǎn)單目的根據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)載設(shè)定了兩個(gè)子信道，但子信道的數(shù)目可以是3或者更多。根據(jù)系統(tǒng)環(huán)境采用適當(dāng)數(shù)目的子信道組將會(huì)使效率提高。
在各自的子信道組中通過(guò)調(diào)整子信道數(shù)目來(lái)控制n1和n2的負(fù)載，如果每個(gè)子信道組具有相同數(shù)目的子信道，可以通過(guò)改變由子信道組維持的用戶數(shù)目來(lái)控制負(fù)載。在具有高平均業(yè)務(wù)的情況下，對(duì)于高負(fù)載子信道組的最佳負(fù)載大概是1.0。當(dāng)調(diào)整該負(fù)載，采用高負(fù)載子信道組的用戶最低SIR應(yīng)該等于或者高于采用低負(fù)載子信道組用戶最低的SIR。
用于以負(fù)載為基礎(chǔ)的子信道分配的信道模型和它的效果現(xiàn)在將在下面描述。
r通過(guò)將在BS和MS之間距離除以在BS小區(qū)和它相鄰小區(qū)之間距離的一半而得到。在BS和MS間的信道被定模型為Γ(d)=cdα----(3)]]>其中d是BS和MS之間的距離，c是由頻率和環(huán)境確定的常量，α是路徑損耗指數(shù)。如果α是2，信道模型就等于自由空間模型。由r表示的距離BS的MS的SIR為1/rα2p[(13-r)α+(13+r2-3r)α+(13+r2+3r)α]----(4)]]>在圓形小區(qū)的假定基礎(chǔ)上，所生成的平均分組與區(qū)域成比例，小區(qū)的負(fù)載是p，r2NP分組產(chǎn)生在距離BS成一個(gè)以圓半徑為標(biāo)準(zhǔn)距離的圓形空間內(nèi)，r和(1-r2)NP分組產(chǎn)生在圓的外部。這里，目標(biāo)SIR是S。
現(xiàn)在，子信道必須以最大化p值來(lái)設(shè)置，如果N信道可用，將N1子信道分配給距離BS為r或者低于r的用戶，N2子信道被分配給距離BS大于r的用戶。那么，負(fù)載分別是r2NP/N1和(1-r2)NP/N2，在內(nèi)部小區(qū)和外部小區(qū)邊緣的SIR通過(guò)等式(4)計(jì)算表示為12p(1-r2)NN-N1[(13-1)α+(14-3)α+(14+3)α----(5)]]>1/rα2pr2NN1[(13-r)α+(13+r2-3r)α+(13+r2+3r)α]----(6)]]>因此，高于由等式(5)和等式(6)計(jì)算的目標(biāo)SIR的最大小區(qū)負(fù)載p是最大系統(tǒng)容量。另一方面，具有給定p，確定r和N1以使等式(5)和等式(6)計(jì)算的值最小化，從而得到最小SIR。這就是，最佳方式可以以兩種方式實(shí)現(xiàn)。
考慮到關(guān)于r和N1的等式(5)和等式(6)的非線性，可以在圖形上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。例如，α固定至4，r和N1/N2作為變量，SIR如圖8、9所示，圖8表示出當(dāng)負(fù)載為50％時(shí)，在內(nèi)部小區(qū)和外部小區(qū)的邊緣處的SIR網(wǎng)孔圖，圖9表示出當(dāng)負(fù)載50％時(shí)，在內(nèi)部小區(qū)和外部小區(qū)的邊緣處的SIR輪廓圖。
參見(jiàn)圖8，x軸代表在BS和MS之間的距離除以在BS和最遠(yuǎn)MS之間距離的商，y軸代表分配給高負(fù)載頻率跳頻組的子信道數(shù)目除以全部子信道數(shù)目的商，z軸代表SIR。在曲線400最高點(diǎn)的SIR是50dB，在曲線400最低點(diǎn)的SIR是-20dB。
參見(jiàn)圖9，x軸表示在BS和MS之間的距離除以在BS和最遠(yuǎn)MS之間的距離的商，y軸表示分配給高負(fù)載頻率跳頻組的子信道數(shù)目除以全部子信道數(shù)目的商，最接近起始點(diǎn)的SIR曲線是50dB，距離起始點(diǎn)最遠(yuǎn)的SIR曲線是-5dB。SIR增益隨著圖8和9中所示的平均負(fù)載的改變而改變，其列表如下表1

在表1中，負(fù)載是一個(gè)總的平均負(fù)載，當(dāng)沒(méi)有應(yīng)用本發(fā)明的子信道分配時(shí)，在先的SIR是位于小區(qū)邊緣的SIR，當(dāng)采用本發(fā)明的子信道分配時(shí)，當(dāng)前的SIR是小區(qū)邊緣的SIR。在先的SIR和當(dāng)前的SIR的增益不同，通過(guò)將小區(qū)之間的一半距離除以BS和MS之間的距離而得到r的值。N1/N是將分配給高負(fù)載區(qū)域的子信道數(shù)目除以全部子信道的數(shù)目而得到。內(nèi)部負(fù)載是高負(fù)載區(qū)域的負(fù)載(通常，跳頻負(fù)載分配給小區(qū)內(nèi)的用戶)。如表1所示，本發(fā)明的子信道分配帶來(lái)大約3dB的SIR增益。
根據(jù)本發(fā)明，OFDM頻率被分成預(yù)定數(shù)目的部分，并且每個(gè)小區(qū)被分成近端區(qū)域和遠(yuǎn)端區(qū)域，對(duì)于近端區(qū)域就采用1的頻率重用距離，對(duì)于遠(yuǎn)端區(qū)域就采用不同的頻率重用距離。當(dāng)采用跳頻時(shí)，除了每個(gè)劃分的載波索引組具有不連續(xù)載波之外，都以相同的方式進(jìn)行頻率重用。結(jié)果就增加了頻率的利用率。
盡管本發(fā)明是參照特定的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，但可以理解在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以如從屬權(quán)利要求限定的內(nèi)容做出各種形式和細(xì)節(jié)的變化。
權(quán)利要求
1.一種在具有多個(gè)基站(BS)的正交頻分復(fù)用(OFDM)移動(dòng)系統(tǒng)中的頻率重用方法，包括步驟將可用于每個(gè)BS的頻率資源劃分為至少四個(gè)頻率組，并為每個(gè)頻率組設(shè)定頻率距離；和連續(xù)分配頻率組給每個(gè)BS的小區(qū)區(qū)域，以使近端小區(qū)區(qū)域采用較低頻率組，遠(yuǎn)端小區(qū)區(qū)域采用較高頻率資源組。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中每個(gè)頻率組包括連續(xù)載波。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)采用跳頻時(shí)，根據(jù)跳頻方式將頻率資源劃分為至少四個(gè)頻率組。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中至少一個(gè)具有1的頻率重用距離的頻率組被用在近端小區(qū)區(qū)域內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中近端小區(qū)區(qū)域根據(jù)到BS的距離來(lái)確定。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中近端小區(qū)區(qū)域根據(jù)系統(tǒng)所需的載波干擾比(C/I)來(lái)確定。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中近端小區(qū)區(qū)域根據(jù)來(lái)自相鄰BS的干擾來(lái)確定。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中至少四個(gè)頻率組具有相同的大小。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中分配給近端小區(qū)區(qū)域的頻率組滿足Minimize{λ1n1n1!Σj=0n1λ1jj!+λ2n2n2!Σj=0n2λ2jj!}]]>其中n1和n2是分別用于近端小區(qū)區(qū)域和遠(yuǎn)端小區(qū)區(qū)域的頻率資源的數(shù)目，λ1和λ2分別是在近端區(qū)域和遠(yuǎn)端區(qū)域發(fā)生事件的概率，j用于求和的參數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中其它頻率組具有相同的大小，并被分配給遠(yuǎn)端小區(qū)區(qū)域。
11.一種在具有多個(gè)基站(BS)的正交頻分復(fù)用(OFDM)移動(dòng)通信系統(tǒng)中的頻率重用方法，包括步驟將頻率資源劃分為至少四個(gè)頻率組；分配預(yù)定的一個(gè)頻率組給每個(gè)BS的近端小區(qū)區(qū)域；和將具有3的頻率重用距離的其他三個(gè)頻率組分配給每個(gè)BS的遠(yuǎn)端小區(qū)區(qū)域。
12.一種將頻率資源分配給在正交頻分(0FDM)移動(dòng)系統(tǒng)的基站(BS)中的移動(dòng)站(MS)的方法，該基站具有用于近端小區(qū)區(qū)域的第一頻率資源和用于遠(yuǎn)端小區(qū)區(qū)域的第二頻率資源，該方法包括步驟根據(jù)用于設(shè)置OFDM頻率的MS得請(qǐng)求，來(lái)確定在BS和MS之間的預(yù)定條件；如果滿足預(yù)定條件，通過(guò)為MS分配第一OFDM頻率資源來(lái)建立MS的信道；如果MS位于近端小區(qū)區(qū)域的外部，通過(guò)為MS分配第二OFDM頻率來(lái)建立MS的信道。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中預(yù)定條件是BS和MS之間的距離。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中預(yù)定條件是MS經(jīng)受的來(lái)自相鄰BS的干擾級(jí)別。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中預(yù)定條件是在MS和BS之間所接收信號(hào)的強(qiáng)度。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中具有1的頻率重用距離的第一頻率資源被用在近端小區(qū)區(qū)域。
17.一種將正交頻分復(fù)用(OFDM)頻率資源分配給在具有多個(gè)基站(BS)的OFDM系統(tǒng)的基站(BS)中移動(dòng)站(MS)的方法，每個(gè)BS與具有至少兩個(gè)子信道組的OFDM中的MS進(jìn)行通信，并分配OFDM頻率資源給請(qǐng)求通信的MS，該方法包括步驟有根據(jù)來(lái)自MS設(shè)立的OFDM頻率的請(qǐng)求，比較預(yù)定參考SIR和MS的信號(hào)干擾比(SIR)；和如果MS的SIR比參考SIR低，就將在低子信道組內(nèi)的OFDM頻率資源分配給MS。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中如果設(shè)置至少三個(gè)子信道組，并且至少兩個(gè)預(yù)定參考SIR被用于區(qū)分該子信道組，就將對(duì)應(yīng)高于MS的SIR的最低參考SIR的子信道組中的OFDM頻率資源分配給MS。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中給MS的子信道組是根據(jù)SIR和MS的對(duì)數(shù)正態(tài)包含衰減信號(hào)的損耗來(lái)確定。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中如果MS具有很大的對(duì)數(shù)衰減值，就為MS分配低負(fù)載的子信道組。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其中在與MS通信期間，根據(jù)預(yù)先設(shè)置頻率跳頻規(guī)則，BS為在MS的子信道組中的OFDM頻率跳頻。
22.一種將正交頻分復(fù)用(OFDM)頻率資源分配給在具有多個(gè)BS的OFDM系統(tǒng)的基站(BS)中的移動(dòng)站(MS)的方法，每個(gè)BS與在具有至少兩個(gè)子信道組的OFDM中的MS進(jìn)行通信，并將OFDM頻率資源分配給請(qǐng)求通信的MS，該方法包括步驟有當(dāng)信道為等式(8)的模式，并且距離BS為r的MS的平均信號(hào)干擾比(SIR)由等式(9)來(lái)計(jì)算時(shí)，根據(jù)來(lái)自MS設(shè)置的OFDM頻率的請(qǐng)求，將等式(10)和等式(11)中最大負(fù)載P的子信道組中的OFDM頻率資源分配給MS，Γ(d)=cdα----(8)]]>1/rα2p[(13-r)α+(13+r2-3r)α+(13+r2+3r)α]----(9)]]>12p(1-r2)NN-N1[(13-1)α+(14-3)α+(14+3)α----(10)]]>1/rα2pr2NN1[(13-r)α+(13+r2-3r)α+(13+r2+3r)α]----(11)]]>其中d是在BS和MS之間的距離，c是由頻率和環(huán)境決定的常量，α是路徑損耗指數(shù)，小區(qū)負(fù)載是p，N是全部子信道數(shù)目，N1是分配給內(nèi)部小區(qū)的子信道數(shù)目。
全文摘要
提供一種在OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)中的頻率重用方法。可用于每個(gè)BS的頻率資源被劃分為至少四個(gè)頻率組，并為每個(gè)頻率組設(shè)定不同或者相同的頻率重用距離。頻率組被連續(xù)分配給每個(gè)BS小區(qū)區(qū)域，以使在近端小區(qū)區(qū)域使用較低的頻率組，在遠(yuǎn)端小區(qū)區(qū)域使用較高的頻率組。
文檔編號(hào)H04L5/02GK1503486SQ20031012377
公開(kāi)日2004年6月9日 申請(qǐng)日期2003年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月7日
發(fā)明者黃讚洙, 金基鎬, 金泳秀, 樸元亨, 尹相普, 黃 洙 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社