專利名稱：一種正交頻分多址接入中繼蜂窩系統(tǒng)的干擾抑制方法
技術領域：
^ ^ BJ M T lE ^^ Jat ^ Λ (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access, OFDMA)蜂窩移動通信技術領域，特別涉及OFDMA中繼蜂窩系統(tǒng)的干擾抑制方法。
背景技術：
OFDMA蜂窩系統(tǒng)中引入固定中繼站(Fixed Relay Station，F(xiàn)RS)可以有效增 強蜂窩邊緣移動用戶(Mobile Station, MS)的信號與干擾和噪聲比(SINR，Signal to Interference plus Noise Ratio，下稱信干噪比)，進而提高其可達數(shù)據(jù)速率?，F(xiàn)有技術 方案中的固定中繼站都使用全向天線，會對其周圍360度范圍內的同頻站點造成干擾。《美 國電子與電氣工程師協(xié)會通信雜志》(IEEE Communications Magazine, Volume 47，No. 4， 2009，pp. 74-81)中提到，OFDMA蜂窩系統(tǒng)中主要有干擾協(xié)調、干擾消除和基站間協(xié)作等干 擾抑制技術。其中，干擾協(xié)調技術需要一個中心控制單元來控制系統(tǒng)中所有的基站；干擾消 除技術需要接收端對干擾進行較為準確的估計、恢復，然后將干擾從接收信號中減去；基站 間協(xié)作技術則存在難以克服的時間同步問題。上述干擾抑制技術的復雜度都較高，而OFDMA 中繼蜂窩系統(tǒng)中引入固定中繼站將使上述干擾抑制技術的實現(xiàn)變得更加復雜。目前，無線通信頻率資源非常稀缺，需要提高資源利用效率。固定中繼站需要使用 一定數(shù)量的數(shù)據(jù)子載波，在基站與移動用戶之間轉發(fā)數(shù)據(jù)，除必要的信令數(shù)據(jù)外，固定中繼 站不產生其它數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有技術方案一般直接從系統(tǒng)數(shù)據(jù)子載波集中劃出一部分給固定中繼 站使用，這使得基站可用的數(shù)據(jù)子載波數(shù)減少?！睹绹姎怆娮庸こ處焻f(xié)會組織的通信國際 ^ Χ} (IEEE International Conference on Communications, 2007, pp4587-4591)提出白勺 一種固定中繼站復用同一蜂窩內基站的子載波的方法，在一定程度上緩解了子載波資源緊 張的問題，但該方法中基站和固定中繼站都使用全向天線，會導致較為嚴重的同頻干擾，降 低系統(tǒng)性能。
發(fā)明內容
本發(fā)明提出一種正交頻分多址接入中繼蜂窩系統(tǒng)的干擾抑制方法，能有效抑制蜂 窩系統(tǒng)內的同頻干擾，提高邊緣移動用戶的信干噪比和系統(tǒng)的頻譜效率。本發(fā)明正交頻分多址接入中繼蜂窩系統(tǒng)的干擾抑制方法，包括置于蜂窩中心的 基站使用水平面內等間隔分布的3 10個相同扇區(qū)天線對蜂窩進行覆蓋，蜂窩各扇區(qū)的對 稱軸上都放置一個固定中繼站，它們結構相同且到基站的距離都相等；將系統(tǒng)數(shù)據(jù)子載波 集劃分為與基站扇區(qū)天線相同數(shù)目的正交的子集，分別分配給該基站各扇區(qū)天線使用；其 特征在于各固定中繼站分別復用順時針方向上與之成最大夾角且該夾角不超過180度的 基站扇區(qū)的子載波子集，使用一個最大輻射方向對準基站的窄波束扇區(qū)天線與基站通信， 采用水平面內等間隔分布的2 6個相同扇區(qū)天線進行覆蓋且使基站位于兩個相鄰扇區(qū)天 線最大輻射方向所成夾角的角平分線上。蜂窩通信系統(tǒng)中，基站通常使用水平面內均勻分布的幾個相同扇區(qū)天線來覆蓋整
3個蜂窩?；臼褂脦讉€扇區(qū)天線進行覆蓋，其對應的扇區(qū)天線類型就是幾扇區(qū)天線?？紤] 到實際效果和工程可行性，本發(fā)明中只考慮基站的扇區(qū)數(shù)為3 10，固定中繼站扇區(qū)數(shù)為 2 6的情形。本發(fā)明中，基站采用3 10個相同扇區(qū)天線進行覆蓋，對應的扇區(qū)天線類型 為三 十扇區(qū)天線，固定中繼站采用2 6個相同扇區(qū)天線進行覆蓋，對應的扇區(qū)天線類型 為二 六扇區(qū)天線。本發(fā)明由于采取了固定中繼站復用所在蜂窩基站某扇區(qū)的子載波，使用一個窄波 束扇區(qū)天線與基站通信，以及扇區(qū)化覆蓋的干擾抑制方法，這種通過物理方法將干擾限制 在所屬扇區(qū)范圍內的做法，與現(xiàn)有的干擾協(xié)調、干擾消除、基站間協(xié)作等通過復雜的無線資 源調度和信號處理進行干擾抑制的技術相比，降低了基站的計算復雜度，具有實現(xiàn)簡單、同 頻干擾小、邊緣移動用戶信干噪比高以及系統(tǒng)頻譜效率高的優(yōu)點。
圖1是基站采用6個扇區(qū)天線覆蓋、固定中繼站采用3個扇區(qū)天線覆蓋時，蜂窩中 基站扇區(qū)天線主波瓣、固定中繼站扇區(qū)天線主波瓣以及固定中繼站與基站通信的窄波束扇 區(qū)天線主波瓣分布示意圖。圖2是基站采用6個扇區(qū)天線覆蓋、固定中繼站采用3個扇區(qū)天線覆蓋時的蜂窩 結構示意圖。圖3是一個19蜂窩通信系統(tǒng)中，目標蜂窩中的基站到蜂窩任意一個頂點的連線 上，本發(fā)明干擾抑制方法的蜂窩系統(tǒng)與四種對比蜂窩系統(tǒng)的目標蜂窩的平均信干噪比對比 圖。圖4是一個19蜂窩通信系統(tǒng)中，所有蜂窩半徑同時以1000米為步長、從1000米 增加到6000米的過程中，本發(fā)明干擾抑制方法的蜂窩系統(tǒng)與四種對比蜂窩系統(tǒng)的目標蜂 窩的平均頻譜效率對比圖。圖5是基站采用5個扇區(qū)天線覆蓋、固定中繼站采用4個扇區(qū)天線覆蓋時，蜂窩中 基站的扇區(qū)天線主波瓣、固定中繼站的扇區(qū)天線主波瓣以及固定中繼站與基站通信的窄波 束扇區(qū)天線主波瓣分布示意圖。圖6是一個19蜂窩通信系統(tǒng)中，從目標蜂窩的基站出發(fā)，經過任意一個固定中繼 站到蜂窩邊緣的連線上，本發(fā)明干擾抑制方法的蜂窩系統(tǒng)與四種對比蜂窩系統(tǒng)的目標蜂窩 的平均信干噪比對比圖。下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
具體實施例方式實施例1 本實施例中，基站采用6個扇區(qū)天線覆蓋，固定中繼站采用3個扇區(qū)天線覆蓋。扇 區(qū)天線是一類應用于移動通信的天線，能在特定空間區(qū)域形成較強輻射，提供較好的信號 質量，而對其余區(qū)域的輻射則較弱。工程中，常用輻射方向圖來表征扇區(qū)天線向水平面各個 方向輻射信號的能力。扇區(qū)天線的輻射方向圖中，有一個主波瓣，表征了天線的主要輻射 角度范圍以及輻射大小，其余波瓣為副波瓣，可不予考慮。扇區(qū)天線的主波瓣為水滴形，天 線位于“水滴”尖端，“水滴”尖端到邊緣的連線越長，表示輻射越強。目前的移動通信仿真研究中，一般都采用正六邊形蜂窩結構，其好處是可以用最少數(shù)量的蜂窩完成對特定大小 面積區(qū)域的覆蓋。相同的正六邊形蜂窩邊緣緊密銜接，在平面內不斷延伸，構成一個蜂窩系 統(tǒng)。本發(fā)明干擾抑制方法也采用正六邊形蜂窩結構來進行說明。由于本發(fā)明干擾抑制方法 中使用的蜂窩結構都相同，可僅對其中一個蜂窩的結構進行分析說明。圖1是基站采用6個扇區(qū)天線覆蓋、固定中繼站采用3個扇區(qū)天線覆蓋時，蜂窩中 基站扇區(qū)天線主波瓣(Si S6)、固定中繼站扇區(qū)天線主波瓣(18、19和1A)以及固定中繼 站與基站通信的窄波束扇區(qū)天線主波瓣(IB)分布示意圖。扇區(qū)為一個扇形平面區(qū)域，主要 由扇區(qū)天線的主波瓣覆蓋，“扇區(qū)”、“扇區(qū)天線”和“扇區(qū)天線主波瓣”三個概念密不可分，為 便于分析，后文對三者采用同一編號。圖2是基站采用6個扇區(qū)天線覆蓋、固定中繼站采用3個扇區(qū)天線覆蓋時的蜂窩 結構示意圖。如圖2中所示，設正六邊形蜂窩的外接圓半徑為R，即蜂窩半徑為R，基站(11) 位于蜂窩中心，分別將蜂窩三對平行邊的中點(E和F、G和H、I和J)用線段連接，形成蜂窩 的6個扇區(qū)(Si S6)。在每個扇區(qū)(Si S6)的對稱軸上分別放置一個固定中繼站(12 17)，它們到基站(11)的距離都為R1(CXR1CR)且結構都相同。圖2中以6種不同樣式 的斜線區(qū)域表示將系統(tǒng)數(shù)據(jù)子載波集等分而成的6個正交子集，分別分配給基站(11)的6 個扇區(qū)天線(Si S6)使用。為節(jié)省頻譜資源并使同頻干擾最小，固定中繼站(13)復用順 時針方向上與之成180度夾角的基站扇區(qū)天線(S5)的子載波子集。在圖2中，使用相同 子載波子集的基站扇區(qū)(Si S6)和固定中繼站覆蓋區(qū)域具有相同斜線樣式。固定中繼站 (13)將可用的子載波子集再等分成3個更小的正交子集，分別分配給它的3個扇區(qū)(18、19 和1A)使用。如圖1和圖2中所示，通過讓固定中繼站(12 17)復用所在蜂窩的基站扇區(qū) (Si S6)的子載波，使用一個窄波束扇區(qū)天線(IB)與基站(11)通信，以及扇區(qū)化覆蓋的 方法，有效抑制了同頻干擾。固定中繼站(12 17)各扇區(qū)主波瓣的朝向對系統(tǒng)的同頻干擾有較大影響，需要 合理設置。此處以圖1中固定中繼站(13)的3個扇區(qū)天線為例進行考察，其3個主波瓣 (18、19和1A)在水平面內等間隔分布，并使得基站位于其中兩個扇區(qū)天線主波瓣(18和 19)最大輻射方向所成夾角的角平分線上，從而避免了對同頻的基站扇區(qū)(S5)造成較大的 干擾。固定中繼站(13)與基站(11)通信的窄波束扇區(qū)天線主波瓣(IB)最大輻射方向對 準基站(11)。所有移動用戶都使用增益為1的全向天線。本實施例的OFDMA中繼蜂窩系統(tǒng)中，由19個半徑均為1000米的正六邊形蜂窩邊 緣緊密銜接，在平面內排列成一個邊緣輪廓也為正六邊形的蜂窩系統(tǒng)，以位于系統(tǒng)正中心 的蜂窩為目標蜂窩，周圍有兩圈干擾蜂窩，考察目標蜂窩中的各種指標。由于無線信號強度 隨距離的增加呈指數(shù)規(guī)律快速衰減，第三圈及第三圈以上的蜂窩對中心蜂窩的干擾很小， 可以忽略，因此仿真分析中一般只考慮目標蜂窩周圍兩圈蜂窩的干擾。各基站(11)在各子 載波上的發(fā)射功率相同，各固定中繼站(12 17)在各子載波上的發(fā)射功率也相同，且基站 (11)與固定中繼站(12 17)子載波的發(fā)射功率之比為2 1。具體仿真參數(shù)如下表1中 所示表1仿真參數(shù)
權利要求
一種正交頻分多址接入中繼蜂窩系統(tǒng)的干擾抑制方法，包括置于蜂窩中心的基站使用水平面內等間隔分布的3～10個相同扇區(qū)天線對蜂窩進行覆蓋，蜂窩各扇區(qū)的對稱軸上都放置一個固定中繼站，它們結構相同且到基站的距離都相等；將系統(tǒng)數(shù)據(jù)子載波集劃分為與基站扇區(qū)天線相同數(shù)目的正交的子集，分別分配給該基站各扇區(qū)天線使用；其特征在于各固定中繼站分別復用順時針方向上與之成最大夾角且該夾角不超過180度的基站扇區(qū)的子載波子集，使用一個最大輻射方向對準基站的窄波束扇區(qū)天線與基站通信，采用水平面內等間隔分布的2～6個相同扇區(qū)天線進行覆蓋且使基站位于兩個相鄰扇區(qū)天線最大輻射方向所成夾角的角平分線上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種正交頻分多址接入中繼蜂窩系統(tǒng)的干擾抑制方法，基站使用水平面內等間隔分布的3～10個相同扇區(qū)天線對蜂窩進行覆蓋，各扇區(qū)的對稱軸上置一結構相同且到基站距離相等的固定中繼站；將系統(tǒng)數(shù)據(jù)子載波集劃分為與基站扇區(qū)天線相同數(shù)目的正交的子集，分別分配給該基站各扇區(qū)天線使用；特征是各固定中繼站分別復用順時針方向上與之成不超過180度的最大夾角的基站扇區(qū)的子載波子集，使用一個最大輻射方向對準基站的窄波束扇區(qū)天線與基站通信，采用水平面內等間隔分布的2～6個相同扇區(qū)天線進行覆蓋且使基站位于兩個相鄰扇區(qū)天線最大輻射方向所成夾角的角平分線上。本發(fā)明方法實現(xiàn)簡單、同頻干擾小、邊緣移動用戶信干噪比高以及系統(tǒng)頻譜效率高。
文檔編號H04B7/15GK101964775SQ201010528280
公開日2011年2月2日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權日2010年10月28日
發(fā)明者周武旸, 潘演雄 申請人:中國科學技術大學