CN100568996C - 无线蜂窝网络及其中频段分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信领域，公开了一种无线蜂窝网络及其中频段分配方法，使得可以更有效地利用有限的频谱资源。本发明中，仅在需要进行广播多播时划出部分频段进行同频广播多播，剩余频段以小区间干扰协调方式进行单播。剩余频段可以在各小区间重新以干扰协调方式分配，也可以保持不需要进行广播多播时的分配方式不变。还可以对上述频段进行时分复用，只分配部分频段的部分时间片归同频广播多播使用，该部分频段的其它时间片和剩余频段中的所有时间片均归单播频率软复用使用。还可以结合跳频技术，使广播多播在不同时间片占用不同的频段。

Description

无线蜂窝网络及其中频段分配方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及无线蜂窝网络中频段分配方法。

背景技术

移动通信大大改变了人们的生活，而随着移动通信的发展和通信需求的增长，用户对于移动网络质量的要求也日益提高。在移动通信应用最广泛的个人移动通信领域，蜂窝移动系统占据了主导的地位。

无线蜂窝网络将整个服务区划分为若干个蜂窝状的子覆盖区，称为小区或蜂窝(Cell)，对每个小区用一台收发信机覆盖，这个收发信机称为基站(Base Station，简称“BS”)，整个小区内用户都由此基站完成通信。由于无线蜂窝网络在不同的小区内可以使用相同的频率资源，如图1所示，因此仅仅利用较窄的频带就可以为整个服务区提供移动通信服务，大大节约了频率资源。

然而，问题也随之产生，对于不同小区使用相同频率资源的网络，处在小区边缘的用户会受到来自其它邻近小区的干扰，从而小区边缘用户的信干比会低一些。改善小区边缘信干比的最简单的办法就是采用频率复用。频率复用技术是指同一载频的无线信道覆盖不同小区，这些使用相同载频的小区之间相隔一定的距离以使同频干扰抑制在可接受的范围内。

早期的无线蜂窝网络中，由于抗同、邻频干扰的功能较少，一般采用较宽松的频率复用方式。例如在英国的全入网通信系统(Total AccessCommunications System，简称“TACS”)和美国的先进型移动电话系统(Advanced Mobile Phone System，简称“AMPS”)等模拟系统中，由于信号采用模拟调制方式，抗衰落及信号解调能力都较差，所以它对同频保护门限的要求也较高，一般大于18dB。在TACS系统中较为流行的频率复用方式是7/21复用，7/21复用即为将所有频点平均分在7个基站的21个小区中(在蜂窝系统中一般将每个基站分为3个小区)，在这21个小区中频点不重复使用，以这21个小区为一个拓扑结构在整个网络中重复使用。从这个关系中大家可以看出每个小区的最高载频配置取决于两个因素，一是运营商所拥有的频率资源，二是在网络设计时所采用的频率复用方式。拿7/21复用为例，每小区最高载频配置＝所有频点数/21。我们也称21为频率复用系数，它是衡量一个网络频率复用宽松程度的一个主要参数。

之后在全球移动系统(Global System of Mobility，简称“GSM”)初期，较为流行的是4/12频率复用方式，这和TACS系统的7/21复用相比在频率资源的利用率上已有了很大的提高。4/12结构的复用系数是12，和21相比它能在每一个小区中配置更多的载频，从而在单位面积上提供更大的容量。但是它是以4个基站为一组重复使用频点的，和以7个基站为一组的7/21复用相比同频间隔距离要小。GSM系统之所以能采用较紧凑的频率复用技术是由于它采用数字调制技术，信号在抗衰落、抗干扰方面都要比模拟信号强得多。

随着移动通信技术的进一步发展，在信号的抗衰弱、抗干扰能力的达到一定程度的情况下，可以看出，对于规则的无线蜂窝网络，频率复用系数只需达到3就可以保证任意两个相邻小区使用的频率都不一样，如图2所示，从而能够更好地利用有限的频率资源，在运营商所拥有的频率资源不变的情况下，使每一个小区能够配置更多的载频。

即便如此，每个小区依旧只能够使用原来的1/3频率，且由于使用同频的小区间隔变小，小区间干扰增大，从而进一步引入小区间干扰协调这一概念。小区间干扰协调的一个基本方案是针对下行资源管理，即在小区之间以协调方式增加约束条件(如对普通信道的构造和非普通信道的调度)，这些约束条件通常是对资源管理器限制可用的时/频域资源，或者是对在一定时频域资源上的传输功率的限制。

小区间干扰协调技术主要有频率软复用技术。频率软复用又称部分频率复用，即处于同一移动通信网络中各小区中心的用户可以使用相同的频率，但必须以较低的功率发射和接收，而处于各小区边缘的用户则使用频率复用的方法，保证任意相邻的两个小区使用不同的频率。

也就是说，移动通信网络对于干扰比较严重的小区边缘地带采用大于1的频率复用系数，而在小区内部则采用为1的频率复用系数。具体以边缘地带频率复用系数为3为例，如图3所示，先按照复用系数为3划分频率，各个小区得到各自的主频，对各小区而言，除了其主频以外的频率，叫做副频。也就是说，小区1的主频在小区2里面就成了副频。通常，副频上的可用功率需要做一些限制，要做到比主频低。小区内部的用户可以任意使用主频或副频来发送或接收信号，而小区边缘的用户只能使用主频来发送或接收信号，从而避免了小区边缘用户的信号受到其他小区的干扰。

在实际应用中，上述方案存在以下问题：使用频率软复用技术的单播业务无法与同频广播多播业务很好地兼容。

造成这种情况的主要原因在于，由于单播频率软复用需要对指定的频率资源进行划分，将所有的频率资源划分为各小区的主频和副频，因而并未留有频段供网络侧进行广播多播，并且由于广播多播在网络侧并非经常发生，如果从指定的频率资源划分部分频段专用于广播多播，又会使得资源无法被充分地利用。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种无线蜂窝网络及其中频段分配方法，使得可以更有效地利用有限的频谱资源。

为实现上述目的，本发明提供了一种无线蜂窝网络中频段分配方法，包含以下步骤：

在由至少两个相邻小区所组成的预设区域中，网络侧判断是否需要进行广播多播，在需要进行广播多播时，从该预设区域所使用的指定频段中划分出部分频段进行同频广播多播，在剩余频段中该预设区域内各小区以干扰协调方式进行单播；在不需要进行广播多播时，将该指定频段全部分配给该预设区域内各小区以干扰协调方式进行单播。

其中，所述以干扰协调方式包括单播频率软复用。

此外在所述方法中，所述网络侧在需要进行广播多播时，在所述剩余频段范围内，重新分配所述预设区域内各小区的单播频率软复用的主副频。

此外在所述方法中，所述网络侧在需要进行广播多播时，直接占用所述指定频段中的部分频段进行同频广播多播，剩余频段中所述预设区域内各小区的单播频率软复用主副频的划分方式与不需要进行广播多播时一致。

此外在所述方法中，所述指定频段采用时分复用方式按时间片划分，所述网络侧在需要进行广播多播时，在不同的时间片中，直接占用的供同频广播多播使用的部分频段是所述指定频段中不同的部分。

此外在所述方法中，所述指定频段采用时分复用方式按时间片划分，所述网络侧在需要进行广播多播时，仅在从所述指定频段划分出的部分频段的部分时间片中进行同频广播多播，在该部分频段的剩余时间片中以干扰协调方式进行单播。

此外在所述方法中，如果进行同频广播多播的小区所占用的广播多播频段与相邻的纯单播小区的主频至少有部分重叠，则将该纯单播小区的重叠部分的主频改为副频。

本发明还提供了一种无线蜂窝网络，在网络侧包含：

决策模块，用于判断是否需要进行广播多播；

频段分配模块，用于对由至少两个相邻小区所组成的预设区域所使用的指定频段进行统一分配；

所述决策模块判定需要进行广播多播时，指示所述频段分配模块从所述指定频段中划分出部分频段进行同频广播多播，在剩余频段中该预设区域内各小区以干扰协调方式进行单播；所述决策模块判定不需要进行广播多播时，指示所述频段分配模块将该指定频段全部分配给该预设区域内各小区以干扰协调方式进行单播。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，仅在需要进行广播多播时划出部分频段进行同频广播多播，剩余频段以小区间干扰协调方式进行单播。这种方案在同一个频段实现了广播多播和单播的动态结合，可以更有效地利用有限的频谱资源。

剩余频段可以在各小区间重新以干扰协调方式分配，也可以保持不需要进行广播多播时的分配方式不变。以单播频率软复用为例，重新分配的方案可以使各小区的主副频资源分配比较均衡，保持原分配方式的方案可以避免频繁地重新划分主副频而带来的开销。

还可以对上述频段进行时分复用，只分配部分频段的部分时间片归同频广播多播使用，该部分频段的其它时间片和剩余频段中的所有时间片均归单播频率软复用使用。采用这种时分复用后，可以更灵活地控制广播多播所占用的频率资源。

如果剩余频段保持不需要进行广播多播时的分配方式不变，并采用了时分复用，可以采用跳频技术，即每个出现同频广播多播的时间片中同频广播多播所占用的频段是不同的。通过跳频可以防止因为广播多播占用的带宽比较宽而导致的某些小区在广播多播时间片上没有主频的情况，使得各小区边缘的吞吐量总体上较为均衡。

如果进行同频广播多播的小区所占用的广播多播频段与相邻的纯单播小区的主频至少有部分重叠，则将该纯单播小区的重叠部分的主频改为副频，从而避免广播多播和单播主频之间的互相干扰。

附图说明

图1是现有技术中无线蜂窝网络中各小区使用相同频率的示意图；

图2是现有技术中无线蜂窝网络中各小区频率复用的示意图；

图3是现有技术中无线蜂窝网络中各小区频率软复用的示意图；

图4是根据本发明第一实施方式的无线蜂窝网络中频段分配方法流程图；

图5是根据本发明第一实施方式的无线蜂窝网络中未进行广播多播时的频段分配示意图；

图6是根据本发明第一实施方式的无线蜂窝网络中进行广播多播时的频段分配示意图；

图7是根据本发明第二实施方式的无线蜂窝网络中频段分配方法流程图；

图8是根据本发明第二实施方式的无线蜂窝网络中进行广播多播时的频段分配示意图；

图9是根据本发明第四实施方式的无线蜂窝网络中进行广播多播时的频段分配示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明的核心在于，在由至少两个相邻小区所组成的预设区域中，网络侧在需要进行广播多播时，从该预设区域所使用的指定频段中划分出部分频段进行同频广播多播，在剩余频段中该预设区域内各小区以干扰协调方式进行单播；在不需要进行广播多播时，将该指定频段全部分配给该预设区域内各小区以干扰协调方式进行单播。其中，干扰协调方式可以是单播频率软复用。

下面根据发明原理，对本发明第一实施方式无线蜂窝网络中频段分配方法进行说明。

如图4所示，在步骤410中，网络侧在指定频段范围内分配预设区域内各小区的单播频率软复用的主频和副频。比如说，在指定频段范围内，网络侧为同一预设区域内相邻的三个小区分配主频，分别为主频1、主频2、和主频3，指定频段内除其主频以外的频率为该小区的副频，如图5所示。

接着进入步骤420，网络侧判断当前是否需要进行广播多播，如果需要则进入步骤440，不需要则进入步骤430，预设区域内各小区的用户设备根据分配好的主副频进行单播频率软复用，之后，返回步骤420，继续判断当前是否需要进行广播多播。

在步骤440中，网络侧需要进行广播多播，在指定频段范围内划分部分频段进行同频广播多播。

接着进入步骤450，网络侧在剩余频段范围内，重新分配预设区域内各小区的单播频率软复用的主频和副频。针对上述图5所示的例子，在相同的频段范围内，网络侧划分部分频段作为广播多播频率段，并将剩余的频段重新分为三个频段，分别分配给原先的三个小区作为其主频，同样，剩余频段内除主频以外的其他频率为该小区的副频，如图6所示。

由于在实际网络中，有些内容可能只需要在部分小区中进行广播多播，此时对于和需要进行广播多播的小区相邻的纯单播小区可以不考虑广播多播的存在，按照正常的单播软复用进行配置，然而这种方法可能会导致小区边缘上互相干扰。

接着进入步骤460，预设区域内各小区的用户设备根据重新分配的主副频进行单播频率软复用。

通过在需要进行广播多播时，从原有的频段中划分出部分进行广播多播，而在剩余频段中该预设区域内各小区以频率软复用方式进行单播，使得单播频率软复用和广播多播能在同一个频段动态结合，在不增加额外资源的同时，既不影响单播频率软复用，又可进行网络侧的广播多播，有效地利用了有限的频谱资源。

本发明第二实施方式无线蜂窝网络中频段分配方法，如图7所示，步骤710-730与步骤410-430类似，在此不再赘述。

在步骤740中，网络侧需要进行广播多播，网络侧直接占用指定频段中的部分频段进行同频广播多播，剩余频段中预设区域内各小区的单播频率软复用主副频的划分方式与不需要进行广播多播时一致。比如说，网络侧之前为同一预设区域的三个相邻小区分配不同的主频，分别为主频1、主频2和主频3，在需要进行广播多播时，如图8所示，网络侧直接占用主频3的所有频段和主频2的部分频段进行同频广播多播，剩余频段中各小区的单播频率软复用主副频的划分方式不变。从而避免了因频繁地重新划分主副频而带来的开销。

接着进入步骤750，网络侧更改相应小区的主副频。具体地说，由于被广播多播占用的频率不能再用于单播，因此网络侧不再允许小区使用这部分频率作为主频或副频，并且，原先把这部分频率作为主频的小区也不能再把它作为主频，网络侧为预设区域内各小区的主副频做相应的更改。

接着进入步骤760，预设区域内各小区的用户设备根据更改后的主副频进行单播频率软复用。之后，返回步骤720，继续判断当前是否需要进行广播多播。

本发明第三实施方式无线蜂窝网络中频段分配方法与第一实施方式大至相同，其区别仅在于，在本实施方式中，指定频段采用时分复用方式按时间片划分，网络侧在需要进行广播多播时，仅在从指定频段划分出的部分频段的部分时间片中进行同频广播多播，在该部分频段的剩余时间片中依旧按照原先分配的主副频，采用频率软复用进行单播。

比如说，网络侧在需要进行广播多播时，在指定频段范围内划分部分频段作为广播多播频段，并在剩余频段范围内，重新分配预设区域内各小区的单播频率软复用的主频和副频。之后，仅在单数时间片中，网络侧以广播多播频率进行同频广播多播，同时，预设区域内各小区的用户根据重新分配的主副频进行单播频率软复用；而在双数时间片中，网络侧不进行同频广播多播，并且，预设区域内各小区的用户依旧根据原先分配的主副频进行单播频率软复用。

本发明第四实施方式无线蜂窝网络中频段分配方法与第二实施方式大致相同，其区别仅在于指定频段采用时分复用方式按时间片划分，网络侧在需要进行广播多播时，在不同的时间片中，直接占用的供同频广播多播使用的部分频段是指定频段中不同的部分，也就是对供同频广播多播使用的部分频段进行跳频处理。

比如说，网络侧之前为相同预设区域内三个相邻小区分配不同的主频，分别为主频1、主频2和主频3，在需要进行广播多播时，如图9所示，在时间片1中，网络侧直接占用主频1的所有频段和主频2的部分频段进行同频广播多播，而在时间片2中，网络侧直接占用主频2的所有频段和主频3的部分频段进行同频广播多播，之后，在时间片3中，网络侧直接占用主频3的所有频段和主频2的部分频段进行同频广播多播。通过在不同时间片占用不同频段进行同频广播多播，可以防止因为广播多播占用的带宽比较宽而导致的某些小区在广播多播时间片上没有主频的情况，使得各小区边缘的吞吐量总体上较为均衡。

本发明第五实施方式无线蜂窝网络中频段分配方法与第二至第四实施方式大致相同，其区别仅在于，在本实施方式中，网络侧需要进一步判断进行同频广播多播的小区所占用的广播多播频段与相邻的纯单播小区的主频是否有部分重叠，如果有部分重叠，则将该纯单播小区的重叠部分的主频改为副频。比如说，网络侧在预设区域内的三个小区进行广播多播，占用指定频段中的部分频段作为广播多播频段，此时，网络侧需要进一步判断相邻区域的纯单播小区的主频是否与该广播多播频段有部分重叠，如果有则将该纯单播小区的重叠部分主频改为副频。从而避免广播多播和单播主频之间的互相干扰。

本发明第六实施方式的无线蜂窝网络，包含用于判断是否需要进行广播多播的决策模块，以及用于对由至少两个相邻小区所组成的预设区域所使用的指定频段进行统一分配的频段分配模块。

具体地说，网络侧通过决策模块判断当前是否需要进行广播多播，如果决策模块判定需要进行广播多播，则指示频段分配模块从指定频段中划分出部分频段进行同频广播多播，并在剩余频段中该预设区域内各小区以干扰协调方式进行单播；如果决策模块判定不需要进行广播多播，则指示频段分配模块将该指定频段全部分配给该预设区域内各小区以干扰协调方式进行单播。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种无线蜂窝网络中频段分配方法，其特征在于，包含以下步骤：

在由至少两个相邻小区所组成的预设区域中，网络侧判断是否需要进行广播多播，在需要进行广播多播时，从该预设区域所使用的指定频段中划分出部分频段进行同频广播多播，在剩余频段中该预设区域内各小区以干扰协调方式进行单播；在不需要进行广播多播时，将该指定频段全部分配给该预设区域内各小区以干扰协调方式进行单播。

2.根据权利要求1所述的无线蜂窝网络中频段分配方法，其特征在于，所述以干扰协调方式包括单播频率软复用。

3.根据权利要求2所述的无线蜂窝网络中频段分配方法，其特征在于，所述网络侧在需要进行广播多播时，在所述剩余频段范围内，重新分配所述预设区域内各小区的单播频率软复用的主副频。

4.根据权利要求2所述的无线蜂窝网络中频段分配方法，其特征在于，所述网络侧在需要进行广播多播时，直接占用所述指定频段中的部分频段进行同频广播多播，剩余频段中所述预设区域内各小区的单播频率软复用主副频的划分方式与不需要进行广播多播时一致。

5.根据权利要求4所述的无线蜂窝网络中频段分配方法，其特征在于，所述指定频段采用时分复用方式按时间片划分，所述网络侧在需要进行广播多播时，在不同的时间片中，直接占用的供同频广播多播使用的部分频段是所述指定频段中不同的部分。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的无线蜂窝网络中频段分配方法，其特征在于，所述指定频段采用时分复用方式按时间片划分，所述网络侧在需要进行广播多播时，仅在从所述指定频段划分出的部分频段的部分时间片中进行同频广播多播，在该部分频段的剩余时间片中以干扰协调方式进行单播。

7.根据权利要求2至5中任一项所述的无线蜂窝网络中频段分配方法，其特征在于，如果进行同频广播多播的小区所占用的广播多播频段与相邻的纯单播小区的主频至少有部分重叠，则将该纯单播小区的重叠部分的主频改为副频。

8.一种无线蜂窝网络，其特征在于，在网络侧包含：

决策模块，用于判断是否需要进行广播多播；

频段分配模块，用于对由至少两个相邻小区所组成的预设区域所使用的指定频段进行统一分配；

所述决策模块判定需要进行广播多播时，指示所述频段分配模块从所述指定频段中划分出部分频段进行同频广播多播，在剩余频段中该预设区域内各小区以干扰协调方式进行单播；所述决策模块判定不需要进行广播多播时，指示所述频段分配模块将该指定频段全部分配给该预设区域内各小区以干扰协调方式进行单播。

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