CN100531174C - 频率复用因子为1的多载波系统中的资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种频率复用因子为1的多载波系统中的资源分配方法。本发明主要是对通常的频率复用因子为1的单频组网方式进行的改进，具体包括：在资源调度时优先考虑各相邻小区使用的不重叠的主频率资源的占用，以及优先考虑大干扰用户占用主频率资源，从而将相邻小区的主要干扰用户利用不同的频率错开，进而降低小区间总干扰。当小区内的主频率资源均已被占用时，则为余下的用户分配相应的副频率资源。在本发明的应用过程中，用户的复用方式仍是原有的单频组网中采用的复用方式，比如跳频或扩频。本发明在维持单频组网的特性的前提下，不需要复杂的规划和多小区协调，便可以降低小区间主要干扰源的分布，提升系统容量。

Description

频率复用因子为1的多载波系统中的资源分配方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种频率复用因子为1的多载波系统中的资源分配方法。

背景技术

目前，无线通信系统通常是利用地理区域进行区分，从而实现频率的重用，例如蜂窝无线通信系统，从而可以提高无线通信系统的容量。无线通信系统中的每一个通信区域可以被称为一个小区(cell)。采用简单的复用因子为1的频率资源分配时，不同小区采用相同的频率，因而工作于同一频率的不同小区的信号之间会相互干扰。

通常，CDMA(码分多址)系统可以很容易通过不同小区加扰码的形式实现频率重用因子为1，进而获取高的频谱利用率。小区间干扰比较均匀，通常可以视为白噪声。但CDMA只要有多径存在，码的正交性将不再保持。由于每个码分用户的传输信息都占用了所有带宽，很难通过发射端的码设计来减少用户间干扰，通常是在接收端解调时，采用复杂的算法对干扰进行估计和消除。

频率复用因子为1的CDMA小区边界用户性能的保证通过软/更软切换得到，此时需要持续不断的专用信道存在。但在为数据业务优化的系统中，传输业务数据的信道是共享类型的，很难再实现软切换，无法利用软合并增益，因而导致边界用户的满意度很差。

目前基于OFDM(正交频分复用)技术的多载波系统被广泛用来传输高速数据业务。该技术将无线通信系统的时频资源在频域内分为若干正交的窄带子信道，高速数据流通过串并变换在各个子信道上并行传输。由于子信道的窄带特性可以克服多径影响，同时可以通过加循环前缀的方式保持子信道之间的正交性，与CDMA不同，OFDM是在发送端通过正交性设计来保证小区内部用户之间的干扰很小。

同时，由于可以进行“子载波”粒度的操作，这就使得OFDM系统还可以通过时频图案的设计，从发送端就避开或减少小区间干扰。

多载波系统同样可以采用跳频、时域/频域扩频等方式实现频率重用因子为1。而且由于它的频率资源可以在子载波的粒度上进行规划、调度，因而可以在发送端就考虑对用户，尤其是小区边界用户的资源占用进行协调，从而降低同频小区间干扰，提高系统容量。

在多载波系统中，目前采用的一种实现频率复用因子为1的方法是一种不需要频率规划的跳频OFDM下行链路设计。该方法通过巧妙的时频图案设计来获取小区内用户正交，达到小区间干扰平均化的效果，如图1所示，图1是Costas序列在时频平面上的表现，该方法基于Costas序列的特性，相应的Costas序列的所有循环频率移位形成一个时频图案组，每个TTI，各小区的可用时频图案集合就是该时频图案组的不同时间循环移位。这样设计的时频图案便可以满足如下特征：

(1)任何TTI(传输时间间隔)，同小区的所有时频图案正交，表现在时频平面上就是任意两个时频图案间没有交点；

(2)任何TTI，任意两个来自不同小区的时频图案至多只有一个交点；

(3)不需要频率规划，每个TTI中，每个小区采用的时频图案集合都按照各自的伪随机方式随时间变化，使得相邻小区碰巧都采用相同时频图案集合的概率很小。

同时，还可以看出，这样生成的时频图案中两相邻格点的距离的最小值较大(这里时域相隔格点数和频域相隔格点数之和的最小值为3)，也就是说，这种方式形成的时频图案具有很好的频率分集效果。

在无线通信系统中，为保证小区边界用户的正确接收，本小区基站将会加大对边界用户的发送功率。这样，就使得位于本小区边界的用户成为邻小区的主要干扰源。同时，小区边界用户也是邻小区干扰的主要受害者。

所述的跳频模式就是希望实现小区间的干扰尽可能平均。并且，通过跳频方式的设计，邻小区的负载也基本上可以均匀分布在时频平面上，即对本小区的边界用户来说，干扰“点”比较均匀；但是，对于不同子载波上受到的邻小区干扰的“量”仍然是不均匀的，即大发送功率的边界用户将对邻小区的边界用户产生较大的干扰。

也就是说，上述现有技术中，由于小区边界的大功率用户和小区内部的其他用户的处理没有区别，而且大功率用户是对邻小区用户的干扰的主要来源，因此，大发送功率用户的时频资源分布将影响到整个系统容量。

所以有必要针对小区中的大发送功率用户采用频分方式进行处理，以降低其对邻小区用户的干扰。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种频率重用因子为1的多载波系统的资源分配方法，可以在保证基本的跳频或扩频等复用方式不变的情况下，对系统中的大发送功率用户采用单独的资源分配方案，从而有效降低其对邻小区用户的干扰。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种频率复用因子为1的多载波系统的资源分配方法，包括：

A、为小区设置主频率资源和副频率资源，且相邻小区设置的主频率资源各不相同；

B、当对小区用户进行资源调度时，根据设定的条件优先为小区中各用户分配上述的主频率资源，当小区内的主频率资源均已被占用时，则为余下的用户分配副频率资源。

所述的步骤A包括：

针对各个小区固定设置对应的主频率资源。

所述的步骤A包括：

针对各个小区设置的主频率资源按照设定的时间间隔进行调整。

本发明所述的方法还包括：

为多载波系统中新增的小区设置主频率资源及副频率资源；

或者，

为多载波系统中新增的小区不设置主频率资源，而采用跳频或扩频的方式实现全部频率重用。

所述的主频率资源是连续的频带或者为不连续的频带。

所述的步骤A包括：

在多载波系统中，为全部或部分小区设置各不相同的主频率资源。

所述的步骤B包括：

对于多载波系统的下行方向，在小区中确定大发送功率的用户，并为其分配小区中的主频率资源；

当主频率资源均已被占用时，则为余下的小区用户分配小区中主频率资源外的副频率资源。

所述的步骤B包括：

对于多载波系统的下行方向，在小区中确定发送功率由大到小的预定数量的用户，并为其分配小区中的主频率资源；

当主频率资源均已被占用时，则为余下的小区用户分配小区中主频率资源外的副频率资源。

所述的步骤B包括：

对于多载波系统的下行方向，为小区边界处的用户分配小区中的主频率资源。

所述的步骤B包括：

对于多载波系统的上行方向，为小区边界处的用户分配小区中的主频率资源。

在交织频分多址IFDMA的多载波系统中，所述步骤A各个小区的主频率资源是由不同的时域旋转因子集合实现的，且各相邻小区设置的主旋转因子集合各不相同；

且所述的步骤B包括：

为小区边界处的用户分配主旋转因子集合中的一个或多个旋转因子。

本发明所述的方法还包括：

在多载波系统中，下行公共导频占用主频率资源，且在小区无主频率资源时，采用单频组网方式中的随机化导频。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明主要是对通常的单频组网方式进行的改进，在资源调度时优先考虑对各相邻小区不重叠的主频率资源的占用，以及优先考虑大功率用户占用主频率资源，从而把相邻小区中的主要干扰用户用不同频率错开，进而降低小区间总干扰。

同时，所述的主频率资源不需要复杂的动态调整和统一调度，一旦出现主频率资源不够用时，可以继续采用通常的单频组网方式。

本发明在维持单频组网的特性的前提下，不需要复杂的规划和多小区协调，便可以降低小区间主要干扰源的分布，提升系统容量。

附图说明

图1为Costas序列在时频平面的表现示意图；

图2为相邻小区频率资源分配示意图；

图3为IFDMA系统中的梳状谱示意。

具体实施方式

本发明是在无线通信系统中，将小区的频率资源分为两部分：主频率资源和副频率资源，相邻小区的主频率资源是互相错开的，即各不相同的，以避免相互间的干扰。

基于上述主频率资源和副频率资源，以下行设计为例，本发明在分配用户占用的频率资源时，需要按如下原则实现：

首先，当需要对用户进行资源调度时，优先考虑占用主频率资源；

而当主频率资源有限时，优先考虑大功率用户占用主频率资源；

如果用户较多时，一部分大功率用户已将主频率资源占用完，剩余的大功率用户仍然可以占用其余的副频率资源；此时采用通常的单频组网的资源分配方案，比如跳频、扩频方式。

由于各个小区内用户在占用频率资源时均将优先考虑占用主频率资源，所以在小区用户数较少的情况下，各小区的用户相当于是频分的，因而小区间干扰将很小。

而当小区内用户增多时，考虑到小区内需要较大发送功率的用户(通常是小区边界用户)往往是小区间干扰的主要造成者；因而，为减少干扰需要使大发送功率的用户优先占用主频率资源，以便于相邻小区的大发送功率用户占用的频率资源能够被区分开，降低其对相邻小区用户的干扰。

与此同时，小区内的其他发送功率较小的用户(通常是小区核心区用户)在调度时则可以占用副频率资源。

当小区内大发送功率用户较多时，主频率资源可能已被占满，这时，大发送功率用户也可以占用副频率资源，并通过常见的频率重用因子为1的资源占用方式来降低小区间干扰，比如跳频、扩频方式等。

也就是说，本发明是在通常的单频组网方式基础上进行的改进，在资源调度时优先考虑大功率用户，并且这些大功率用户优先占用各相邻小区不重叠的主频率资源。一旦主频率资源不够用时，才继续采用通常的跳频等单频组网方式。从而，通过默认的准则错开大功率用户采用的频率资源进而降低小区间干扰。小功率用户和少量的大功率用户可以采用跳频等方式占用其他频率资源，实现邻小区频率重用。相邻小区的跳频时频图案设计可以做到对小区间干扰的控制。

当新增小区时，则需要为新增的小区设置主频率资源及相应的副频率资源；当然，如果为多载波系统中新增的小区设置主频率资源比较困难或需要大的网络改动时，新增的小区也可以不设置主频率资源，而仍旧采用跳频或扩频的方式实现全部频率重用。

为对本发明有进一步的理解，下面将结合附图对本发明所述的方法的具体实现方式进行详细的描述。

如图2所示，小区A，B，C为相邻小区，使用相同的频率资源。所述的频率资源的整个频带被分为3个不交叠的部分，如图2中的频率a、b、c，所述的频率a、b、c可以是连续子载波，也可以是交错的子载波，图2仅为示意图。在图2，小区A、B、C的主频率资源分别为a、b、c，即图2中的阴影部分，副频率资源分别为b和c、a和c、a和b，即除主频率资源之外的部分；

针对各个小区设置的主频率资源可以按照设定的时间间隔进行调整，所述的设定的时间间隔根据系统的稳定性要求设定，通常尽量设置的大一些，即缓慢地对主频率资源进行调整。

以小区A为参考小区，下面将分别就可能出现的几种情况进行说明：

(1)需要进行用户资源调度时，优先考虑占用主频率资源a；

占用主频率资源的用户可以是大功率用户，也可以是小功率用户；只要主频率资源仍有剩余，就可以被小区中的用户占用，只是大发送功率用户优先占用，即发送功率大的用户优先占用主频率资源。

(2)当主频率资源不足以承载当前所有用户的数据时，优先考虑让大功率用户占用主频率资源a，小功率用户可以占用副频率资源b、c，由于用户仍采用扩频、跳频等复用方式，小区A中占用频率资源b、c的用户与小区B的主频b或小区C的主频c占用相同频带，但采用不同跳频图案，互相干扰仍不是致命的。

(3)当主频率资源不足以承载当前所有大功率用户的数据时，一部分大功率用户也将不得不占用副频率资源开展业务，和(2)类似，仍至少可以获取原始不对大功率用户做处理时的重用因子为1的效果。

本发明中，相邻小区的扩频、跳频方式的设计和普通的重用因子为1的设计完全相同。

本发明中，下行公共导频的设计也可以占用主频率资源，当某些新加入的小区没有主频资源时，则仍可以采用随机化导频。

本发明中，所述的主频率资源的分配是系统中各基站预先协商好的。当有新基站加入时，可以为其设置相应的主频率资源；当然，也可以不为其设置主频率资源，即采用原有的重用因子为1的方案，以降低规划的难度。

总之，本发明是在重用因子为1的基础之上进行的改进，如果能进行主频率资源的规划，则进行相应的规划；如果不能规划，则将仍旧采用原有重用因子为1的模式。同时，在可规划的情况下，相邻小区用户能够频分就频分，不能频分的继续采用原有重用因子为1的模式。

在通常的下行跳频系统中，例如现有技术一中设计的系统，邻小区用相同的频率资源，不同小区的用户在同一时刻采用不同的跳频图案，使得小区间干扰随机化。但大功率用户仍是主要的干扰源，这类用户的时频资源分布影响了整个系统容量，因此采用本发明可以有效降低干扰，提升系统容量。

另一方面，即使是两个相邻小区的距离各自基站较近的核心区域的同频用户之间也是有干扰的。在用户数较少的情况下，邻小区用户采用异频资源，可以大大降低小区间干扰，当用户数较多时，主要的干扰用户之间用异频资源，也可以大大降低小区间干扰。当系统负荷比较重时，则可以仍旧采用原有的跳频设计。

本发明对上行设计也是适用的，只是不再根据发送功率对用户进行排序，而主要考虑的是对别人造成大干扰的用户，这些用户通常是在小区边界，所以对于多载波系统的上行方向，为小区边界处的用户分配小区中的主频率资源。

另外，本发明还可以应用于现有的Interleaved FDMA(交织频分多址，IFDMA)多载波系统中，IFDMA是一种有效的多载波传输技术，用户数据通过时域的重复和乘以不同的旋转因子，在频域上表现为互相交错的一把把“梳子”。用户i的Q个数据符号d_q ⁽ⁱ⁾(实/复)组成一个块(block)，每个符号时长为Ts，符号速率为Rs＝1/Ts。该用户的一个块，表示为 $d^{\left(i\right)}={[d_0^{\left(i\right)},d_1^{\left(i\right)},\mathrm{\Λ},d_{Q-1}^{\left(i\right)}]}^T.$ 现在压缩这个块中的符号使其由符号时长Ts变为码片时长Tc，然后进行L+L_Δ的重复，重复的操作可由一个Q×(L+L_Δ)的交织器来完成，得到的符号为：

可以表示为： $c_l^{\left(i\right)}=\frac{1}{L+L_{\mathrm{\Δ}}}\·d_{l\mathrm{mod}Q}^{\left(i\right)},$ l＝0，1，Λ，L_c-1，(L_c＝(L+L_Δ)Q)

码片时长和符号时长满足T_c＝T_s/(L+L_Δ)，经过重复得到的序列在频率上表现为一组梳状的频谱形状。

每个用户的数据块都经过同样的操作，在频率上表现为相同的梳状谱，为了区分用户，选择用户特定的相位向量：

$s_l^{\left(i\right)}=\exp \{-j\·l\·{\mathrm{\Φ}}^{\left(i\right)}\},$ l＝0，Λ，L_c-1， ${\mathrm{\Φ}}^{\left(i\right)}=i\·\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{QL}}$

这里l标识不同的旋转因子。该向量与符号c⁽ⁱ⁾按元素相乘，这样就能保证每个用户的子载波系之间正交，即用户各自的梳状谱相互错开，如图3所示，图中的坐标轴为频率值frequency指示，图中示出了用户useri和用户userj的频率占用情况。

最后得到的用户i的发送信号为：

$x^{\left(i\right)}={[c_0^{\left(i\right)},c_1^{\left(i\right)}{e}^{-j{\mathrm{\Φ}}^{\left(i\right)}},\mathrm{\Λ},c_{L_c-1}^{\left(i\right)}{e}^{-j(L_c-1){\mathrm{\Φ}}^{\left(i\right)}}]}^T.$

IFDMA符号的峰均很小，同时有比较好的频率分集效果。而且它的频域梳状谱是由时域的不同旋转因子实现的，处理很简单。

IFDMA同样可以和扩频技术结合达到频率复用因子为1的效果。此时，各个小区的主频率资源是由不同的时域旋转因子集合实现的，且各相邻小区设置的主旋转因子集合各不相同；如果扩频IFDMA用在上行发射中，可以为小区边界处的大干扰用户分配主旋转因子集合中的一个或多个旋转因子形成其梳状谱。

综上所述，本发明通过对通常的单频组网方式进行的改进，在资源调度时优先考虑对各相邻小区不重叠的主频率资源的占用，以及优先考虑大功率用户占用主频率资源，从而把邻小区的主要干扰用户用不同频率错开，进而降低小区间总干扰；而且，本发明在维持单频组网的特性的同时，不需要复杂的规划和多小区协调，便可以有效降低小区间主要干扰源的分布，从而提升系统容量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1、一种频率复用因子为1的多载波系统的资源分配方法，其特征在于，包括：

A、为小区设置主频率资源和副频率资源，且相邻小区设置的主频率资源各不相同；

B、当对小区用户进行资源调度时，根据设定的条件优先为小区中各用户分配上述的主频率资源，当小区内的主频率资源均已被占用时，则为余下的用户分配副频率资源。

2、根据权利要求1所述的频率复用因子为1的多载波系统的资源分配方法，其特征在于，所述的步骤A包括：

针对各个小区固定设置对应的主频率资源。

3、根据权利要求1所述的频率复用因子为1的多载波系统的资源分配方法，其特征在于，所述的步骤A包括：

针对各个小区设置的主频率资源按照设定的时间间隔进行调整。

4、根据权利要求1所述的频率复用因子为1的多载波系统的资源分配方法，其特征在于，该方法还包括：

为多载波系统中新增的小区设置主频率资源及副频率资源；

或者，

为多载波系统中新增的小区不设置主频率资源，而采用跳频或扩频的方式实现全部频率重用。

5、根据权利要求1所述的频率复用因子为1的多载波系统的资源分配方法，其特征在于，主频率资源是连续的频带或者为不连续的频带。

6、根据权利要求1所述的频率复用因子为1的多载波系统的资源分配方法，其特征在于，所述的步骤A包括：

在多载波系统中，为全部或部分小区设置各不相同的主频率资源。

7、根据权利要求1至6任一项所述的频率复用因子为1的多载波系统的资源分配方法，其特征在于，所述的步骤B包括：

对于多载波系统的下行方向，在小区中确定大发送功率的用户，并为其分配小区中的主频率资源；

当主频率资源均已被占用时，则为余下的小区用户分配小区中主频率资源外的副频率资源。

8、根据权利要求1至6任一项所述的频率复用因子为1的多载波系统的资源分配方法，其特征在于，所述的步骤B包括：

对于多载波系统的下行方向，在小区中确定发送功率由大到小的预定数量的用户，并为其分配小区中的主频率资源；

当主频率资源均已被占用时，则为余下的小区用户分配小区中主频率资源外的副频率资源。

9、根据权利要求1至6任一项所述的频率复用因子为1的多载波系统的资源分配方法，其特征在于，所述的步骤B包括：

对于多载波系统的下行方向，为小区边界处的用户分配小区中的主频率资源。

10、根据权利要求1至6任一项所述的频率复用因子为1的多载波系统的资源分配方法，其特征在于，所述的步骤B包括：

对于多载波系统的上行方向，为小区边界处的用户分配小区中的主频率资源。

11、根据权利要求1至5任一项所述的频率复用因子为1的多载波系统的资源分配方法，其特征在于，在交织频分多址IFDMA的多载波系统中，所述步骤A各个小区的主频率资源是由不同的时域旋转因子集合实现的，且各相邻小区设置的主旋转因子集合各不相同；

且所述的步骤B包括：

为小区边界处的用户分配主旋转因子集合中的一个或多个旋转因子。

12、根据权利要求1至6任一项所述的频率复用因子为1的多载波系统的资源分配方法，其特征在于，该方法还包括：

在多载波系统中，下行公共导频占用主频率资源，且在小区无主频率资源时，采用单频组网方式中的随机化导频。

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