CN101079663A - 降低无线蜂窝系统邻小区干扰的方法、基站及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低蜂窝系统邻小区干扰的方法、基站和系统。在该方法中，包括步骤1)基站获知移动台离基站的距离；步骤2)基站根据所述距离，将多个移动台划分到位于小区不同的层；步骤3)基站对位于小区不同的层的移动台设定不同的功率增益因子；和步骤4)基站利用步骤3中的功率增益因子，调整业务信道的增益，向相应的移动台发送数据。利用本发明，可以满足数据传输对SIR的要求，降低ACI。

Description

降低无线蜂窝系统邻小区干扰的方法、基站及系统

技术领域

本发明涉及一种降低无线蜂窝系统邻小区干扰的方法、基站及系统，属于移动通信技术领域。

发明背景

自从贝尔实验室提出蜂窝的概念以来，无线移动通信系统获得了前所未有的快速发展，随着技术不断地发展，个人移动通信系统(PCS)的实现越来越成为了可能，另一方面，人们对PCS的需求，又深刻地推动着无线移动通信系统技术的进步。到现在，无线通信系统已步入了3G时代，对4G的研究逐步步入轨道。从多址方式上看，移动通信系统经历了FDMA(频分多址)、TDMA(时分多址)和CDMA(码分多址)。其中CDMA蜂窝移动通信系统以其较高的频谱利用率，很好的抗干扰性能，软容量特性，成了3G的主流技术。

图1给出了无线通信系统蜂窝组网拓扑结构。简化起见，用正六边形表示基站1x-1的覆盖范围，且各个基站规整覆盖。实际上，由于地形环境的不同，各基站的覆盖区域不可能做到规整。每个蜂窝区域包含基站设备和移动台设备。移动台设备开机后首先经过信号搜索使自己驻扎在某个小区中，并接收该小区基站发送的广播消息和寻呼信息。越区切换成功后，移动台驻扎在到下一个信号较强的小区中，并接收该小区基站发送的广播消息和寻呼信息。如图1所示，一旦1x-2成功移动台成功驻扎到1x-1小区中，其接收信号包括本小区基站发送信号和其他小区基站发送信号。本小区基站发来的信号对于1x-2来讲属于有用信号，其他小区基站发来的信号对于1x-2来讲属于无用信号，除非在特定模式下，比如越区切换，利用他进行信号测量。这些无用信号对于1x-2来讲可称之为干扰。虽然来至其他基站的干扰信号经历了比来至本基站有用信号更远的路径，损耗较大，但存在这样的干扰基站数目较多，除了紧邻本小区第1环的6个基站外，第2环的12个基站也要对目标移动台产生干扰，因此干扰信号功率不可忽略。图2给出了移动台位于小区不同位置时邻小区干扰功率P_oc与本小区信号功率P_sc的比值关系。可见，在小区边界移动台受到的邻小区干扰(ACI)很严重。

GSM和AMPS无线通信系统采用了小区簇的方式来降低ACI的影响，即同一小区簇内，所有基站采用不同的工作频率。比如对于簇系数K＝7的组网模式，如图1所示，7个基站10-1～16-1采用不同的工作频率，且频率之间具有足够的保护间隔，因此移动台10-2受到的P_oc将大幅度降低。WCDMA、IS-95和CDMA2000利用伪码序列相关性来降低ACI的影响，不同小区分配不同初始相位的伪码序列。这样的话，邻小区干扰功率P_oc对10-2的最终干扰结果为P_ocR(τ)，其中|R(τ)|≤1，表示伪码序列的相关特性。可见，干扰功率被降低，移动台10-2的符号信干比SIR也就相应提高。但由于3G系统的信道码采用了无零干扰窗的OVSF和Walsh码，其对多径带来的多址干扰(MAI)抑制较差，因此MAI+ACI的共同作用导致小区边缘用户通信比较困难，尤其是数据传输，其要求具有更高的SIR。因此，3G系统采取了相应的措施，比如前向功率控制技术、软切换技术、智能天线技术、高效的资源分配和资源管理技术等。

LAS-CDMA采用了具有零干扰窗的LS序列作为扩频地址码(专利PCT/CN00/00028对LS进行了详细阐述)，LS序列具有理想的自相关特性，且其互相关函数在零点附近有一段零相关窗。在零干扰窗以内，LAS-CDMA系统可完全消除ISI和MAI的影响，提高了系统容量。然而这种特性只有在单小区的情况下可以保持。单小区情况下，移动移动台接收来至基站的信号完全同步，只要多径延迟处于零干扰窗以内，那么多径信号与期望信号的相关结果就为零，不会引入MAI。蜂窝组网下，由于不同小区采用相同的扩频地址码和不同的LA码，无法做到地址码的实时正交，因此LAS-CDMA与其他CDMA系统一样，ACI问题同样存在。与3G系统不同的是，LAS-CDMA系统的ACI具有不均匀性，表现为，在小区的某些位置ACI特别严重，导致移动台与基站无法通信；而在其他区域ACI明显降低，不影响移动台与基站的通信。由于移动台受到的ACI为P_ocR(τ)，可见降低ACI的思路可从P_oc和R(τ)入手。方正通信技术有限公司提交的申请号为200510048877.9的发明中公开了一种动态分配LA改善蜂窝系统组网性能的方法，该方法从R(τ)入手解决了LAS-CDMA蜂窝组网下ACI分布不均匀的问题，保证了移动台与基站的实时通信。

发明内容

本发明的目的在于解决蜂窝系统邻小区干扰的问题，降低ACI，提高信干比。

为实现上述目的，本发明提供一种降低蜂窝系统邻小区干扰的方法，包括以下步骤：

步骤1)基站获知移动台离基站的距离；

步骤2)基站根据所述距离，将多个移动台划分到位于小区不同的层；

步骤3)基站对位于小区不同的层的移动台设定不同的功率增益因子；

步骤4)基站利用步骤3中的功率增益因子，调整业务信道的增益，向相应的移动台发送数据。

本发明还提供了一种应用前述方法的基站，包括MAC处理单元，基带信号处理单元，存储单元，发送增益调整单元、射频单元和天线，其特征在于：所述MAC处理单元获知移动台离基站的距离，并且将多个移动台划分到位于小区不同的层，对位于小区不同的层的移动台设定不同的功率增益因子并保存到存储单元；所述发送增益调整单元读取存储单元中的增益控制字，对经基带信号处理单元处理的发送数据进行增益控制，并经射频单元和天线发送出去。

本发明还提供了一种应用前述方法的无线通信系统，包括基站部分和移动台部分，其中

基站部分包括发送部分，接收部分和收发天线，其中，发送部分包括基带信号处理单元、存储单元和增益调整单元；

移动台部分包括接收部分，发送部分和收发天线，其中，接收部分包括基带信号处理单元、基站与移动台距离测量部分；

其特征在于：

所述多个移动台中的接收信号基带处理单元对接收信号进行处理，得到同步信息，并传送给所述距离测量单元；所述距离测量单元根据同步信息测得所述移动台与所述基站的距离，并将该距离上报给所述基站；

所述基站根据该距离，将所述多个移动台划分到位于小区不同的层，存储单元保存有对位于小区不同的层的移动台设定的不同的功率增益因子，并且增益调整单元根据该功率增益因子，调整业务信道的增益，向相应的移动台发送数据。

本发明从基站发送功率出发，给出了一种降低蜂窝系统邻小区干扰的方法，并提供了应用该方法的基站和无线通信系统。由于降低了来自邻小区的P_oc，因此边界移动台的SIR得以提高，可以满足数据传输对SIR的要求。同时，由于SIR的提高，使得高阶调制成为可能，增加了系统容量。

本发明不仅可以应用于LAS-CDMA系统，也可以应用到3G系统，甚至将来的4G系统。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1显示了无线通信系统蜂窝组网拓扑结构；

图2是不同位置移动台受到的邻小区功率与本小区功率的关系曲线；

图3是实施本发明后的无线通信系统蜂窝组网拓扑结构；

图4是实施本发明前后，移动台受到的ACI分布曲线；

图5是实施本发明前后，移动台的SIR分布曲线；

图6是本发明的基站和移动台结构示意图；

具体实施方式

以下详细说明本发明的降低蜂窝系统邻小区干扰的方法，及应用此方法和基站和系统。

本发明所提供的方法将蜂窝小区规划为多层，对于位于内层的移动台，基站采用小功率发射；对于位于外层的移动台，基站采用大功率发射。当移动台由内层移动到外层或由外层移动到内层时，基站可以切换其发射功率。这种方法其作用与前向功率控制相似，但避免了前向功控复杂的控制算法和在增加目标用户接收功率电平同时也增加了对其他用户干扰的问题。采用本发明可以降低邻小区干扰3dB左右(小区分为2层且移动台服从面积均匀分布或距离均匀分布)，进而提高了小区边界移动台用户的信干比3dB。由于信干比的提高，使得高阶调制成为可能，系统容量得以增加。

实施本发明需经过以下几个步骤：

步骤1)基站作为发送端获知移动台距离基站的距离

步骤2)根据距离，将多个移动台划分为处于小区不同的层

步骤3)对小区不同的层设定不同的增益因子

步骤4)利用步骤3)中的增益因子，调整增益，发送数据

由于步骤1为现有技术，因此后文主要对步骤2至步骤4三个步骤进行阐述。

假设基站有效辐射功率为P，根据Okumura-Hata模型路径损耗计算的经验公式：

L(D)＝69.55+26.16lgf-13.82lgh₁-α(h₂)+(44.9-65.51lgh₁)lgD+C_cell   (1)

可得，距离基站R处的信号功率为P_R＝P-L(R)。若系统设计准则要求小区内各移动台具有相同的本小区接收信号功率，那么可以得到，基站对位于距离为R₁和R₂的移动台发射功率比为P₁/P₂＝(R₁/R₂)^λ，其中λ＝4.49-6.55lgh₁。若已知发射功率P₁，可得P₂＝P₂(R₁/R₂)^-λ。

根据距离的小区分层可按静态方式或动态方式进行。静态方式分层指的是小区最外层由小区半径决定。动态方式分层指的是小区最外层由当前处于激活状态且距离基站最远的移动台决定。比如小区设计覆盖半径R＝5公里，需分为3层，即R₁、R₂和R₃，当前处于激活状态且距离基站最远的移动台距基站R′＝2公里。静态分层将外层半径按5公里进行，即R₃＝R，内部包含2层，其半径分别为R₁和R₂；动态分层将外层半径按2公里进行，即R₃＝R′，内部包含2层，其半径分别为R₁和R₂。R₁和R₂的取值可按小区中移动台的随机分布特性给出。若假定小区中的移动台用户服从面积均匀分布，则R₁∶R₂∶R₃＝1∶∶；若假定小区中的移动台用户服从距离均匀分布，则R₁∶R₂∶R₃＝1∶2∶3。由此，可以确定R₁、R₂和R₃的值，实现小区分层。需要补充的是，移动台与基站的距离测量需扣除由于移动台频率偏移引入的附加距离。距离测量可以通过引入频率锁定环来降低由于移动台频率偏移引入的附加距离。

由于小区不同层对基站辐射功率需求不同，因此移动台由内层向外层移动或外层向内层移动时基站需切换对其的发射功率。为了减少这种切换带来的额外开销，小区最好按2～3层进行规划。当移动台由内层移动到外层或由外层移动到内层时，基站切换发射功率到相应层对应的发射功率；或者，当移动台由外层向内层移动时，发射端也可以不实施功率切换，但是当移动台由内层向外层移动时，基站切换发射功率。

图3给出了实施本发明后的无线通信系统蜂窝组网拓扑结构，小区规划为2层，按静态方式分层，外层半径为R₁，对应小区覆盖半径R，内层半径为R₀。若假定小区中的移动台用户服从面积均匀分布，则R₁/R₀＝；若假定小区中的移动台用户服从距离均匀分布，则R₁/R₀＝2。图4、5分别给出了这两种分布下，位于目标小区不同距离位置的移动台测得的邻小区干扰ACI和对应的信干比SIR。

基站作为发送端：根据移动台距基站的距离，调用业务信道的增益因子，将信号发送出去。公共控制信道的发送功率按位于小区半径D处的移动台用户功率要求设置。移动台接收端：对接收信号进行处理，并测量移动台距本小区基站的位置。通过反向链路将测量参数发送给基站。

基站发射功率的调节是通过调节发送增益因子实现的，不同增益因子对应不同的层。对于静态分层方式，使基站的发射功率满足位于小区半径处的移动台用户功率要求的最大增益因子为G₀，对应小区边界移动台，即最外层移动台；内层移动台的增益因子为G₀(R_i/R₀)^-λ，其中R₀为小区半径，R_i为第i个内层最远移动台距基站的距离，即第i个内层的半径。基站获知移动台距基站的距离R，若R_i-1＜R≤R_i，则基站对该移动台的增益因子为G₀(R_i/R₀)^-λ。对于动态分层方式，最大增益因子仍为G₀，对应小区边界移动台，基站获知当前所有移动台距基站的距离，找出最大值R_max，确定当前的最外层增益G₀′，G₀′＝G₀′(R_max/R₀)，作为动态分层方式下的最大增益因子，并以此为基础再进行静态分层。并且，根据分层结果，获知每一层中移动台距基站的距离R，类似的，若R_i-1＜R≤R_i，则基站对该移动台的增益因子为G₀′(R_i/R₀)^-λ。换言之，增益因子的调节方法是：设定位于最外层的移动台对应的增益因子为最大增益因子(G₀′)；位于其余每层的移动台的增益因子设置为最大增益因子的倍数，且，该倍数是每层半径与小区半径之比的幂函数。

图6给出了一个用于实施本发明降低相邻小区干扰的方法的设备结构，其工作模式为TDD或者FDD，包含基站部分600和移动台700部分。基站部分600包括发送部分，接收部分和收发天线。其中发送部分包括基带信号处理单元604和增益调整单元605，其处理流程为，MAC处理单元601将下行数据发送给基带信号处理单元604，同时将相应的增益控制字存入存储单元603所开辟的存储空间。基带信号处理单元604将处理结果送给增益调整单元605，发送增益调整单元605读取存储单元603的存储空间中的增益控制字，对发送数据进行增益控制。经增益控制后的数据经射频(RF)单元606发送给天线607辐射出去。接收信号处理单元602将经过天线607和RF单元606的空间信号吸收进来进行处理，并将处理结果送给MAC单元601。接收信号处理单元602传送给MAC单元601的消息信息中包含各移动台用户发送来的数据信息和距离测量信息。如果需要，MAC处理单元601具备对当前小区中处于激活态的移动台用户位置分析功能，判断出当前距基站最远的移动台用户，并以该用户期望的接收功率为依据，确定下行链路外层半径R₁和相应的发射功率。

移动台部分700包括接收部分，发送部分和收发天线。在发送端，MAC处理单元701将发送数据传送给发送信号处理单元702进行处理，处理后的信息经RF单元705和天线706辐射出去供基站600接收。发送信息包括需传输的数据信息、话音信息和移动台测量的距离信息。在接收端，天线706将空间电磁波转化为电压信号经RF单元705送给接收信号基带处理单元704，接收信号基带处理单元704对接收信号进行处理，包括同步处理和业务处理。接收信号基带处理单元704将同步处理信息报告距离测量单元703，将业务处理信息送给MAC处理单元701。距离测量单元703完成移动台与基站的距离测量，测量值包含两部分，一部分是移动台上行同步过程中，基站600发来的距离校正量，另一部分是移动台同步跟踪过程中的多径变化量累积值。这两部分值在距离测量单元703经过处理后送给MAC处理单元701。值得注意的是，距离测量单元703中需扣除由于移动台频率偏移引入的附加距离。MAC处理单元701会在系统指定时间资源或频率资源上将测量结果通过上行链路发给基站600。

对于图6所示的实例设备，如果工作在CDMA方式，基站端增益的调整可以在业务码道上进行，公共控制信道的功率电平按位于小区半径D处的移动台需求设置。基站部分的605单元增益调整是按业务码道展开，也就是说，不同的业务码道增益调整可能不同，除非当前所有信号资源分配给了同一移动台。移动台部分的距离测量可以基于独立的上行同步子帧或码分同步信道完成。

图6所示的实例设备如果工作在OFDM方式，则基站部分的605单元增益调整可以在整个OFDM符号上展开或在各个子载波上展开，公共控制信道的功率电平按位于小区半径D处的移动台需求设置。移动台部分的距离测量可以基于上行接入前导码(Preamble)完成或等价于接入前导码(Preamble)的其他脉冲。

由于降低了来至邻小区的P_oc，因此边界移动台的SIR得以提高，可以满足数据传输对SIR的要求。同时，由于SIR的提高，使得高阶调制成为可能，增加了系统容量。

本发明中，当所有移动台都位于外层时，基站满功率工作，此时与其他蜂窝系统一样，ACI比较严重，需采取其他措施来改善接收信号的SIR；当部分移动台位于内层时，基站发送功率降低，对邻小区产生的ACI也降低。由图4、5可知，在移动台按距离均匀分布的情况下，ACI可降低3dB左右，内层移动台SIR降低2dB，而外层移动台SIR提高3dB左右。由于小区内移动台用户同时处于外层的概率较小，在数据传输下，所有移动台用户同时处于外层的概率更小，因此本发明的实施是可行的。

本发明的实施与前向功率控制具有相似性，但避免了复杂的功率控制算法，且基站的功率调整速度缓慢，仅发生在移动台进行内外层切换时，不会向前向功率控制那样，调节速度较快，且在提高目标移动台的发射功率的同时，也增加了对本小区其他用户的干扰。

上面虽然通过实施例说明了本发明，但本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，所附的权利要求将包括这些变形和变化。

Claims (12)

1.一种降低蜂窝系统邻小区干扰的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1)基站获知移动台离基站的距离；

步骤2)基站根据所述距离，将多个移动台划分到位于小区不同的层；

步骤3)基站对位于小区不同的层的移动台设定不同的功率增益因子；

步骤4)基站利用步骤3中的功率增益因子，调整业务信道的增益，向相应的移动台发送数据。

2.如权利要求1所述的降低蜂窝系统邻小区干扰的方法，其特征在于：

所述步骤2中基站将多个移动台划分到位于小区的不同的层，可以用小区半径作为最外层边缘，也可以用基站获知的距离基站最远的激活状态移动台所在半径作为最外层边缘。

3.如权利要求1或2所述的降低蜂窝系统邻小区干扰的方法，其特征在于：

所述步骤3中所述设定不同的功率增益因子是指，设定位于最外层的移动台对应的增益因子为最大增益因子；位于其他层的移动台对应的增益因子设置为最大增益因子的倍数，且，该倍数相关于每层的半径与小区半径之比。

4.如权利要求3所述的降低蜂窝系统邻小区干扰的方法，其特征在于：

所述倍数是每层的半径与小区半径之比的幂函数。

5.如权利要求3所述的降低蜂窝系统邻小区干扰的方法，其特征在于：

所述最大增益因子可以是使基站发射功率满足位于小区半径处的移动台用户功率要求的增益因子，也可以是使基站发射功率满足小区内激活状态下距离最远的移动台用户的功率要求的增益因子。

6.如权利要求1所述的降低蜂窝系统邻小区干扰的方法，其特征在于：

当所述移动台由内层移动到外层或由外层移动到内层时，所述基站应用不同层的不同的功率增益因子而切换发射功率；或者是，当移动台由外层向内层移动时，基站不实施功率切换，但是当移动台由内层向外层移动时，基站切换发射功率。

7.如权利要求1所述的降低蜂窝系统邻小区干扰的方法，其特征在于：

所述步骤4中，基站向相应的移动台发送业务数据时，对每层移动台使用相同功率增益因子，使位于各层边缘的移动台具有相同的接收信号电平，并且，基站在公共控制信道的发送功率满足位于小区半径处的移动台用户功率要求。

8.如权利要求1所述的降低蜂窝系统邻小区干扰的方法，其特征在于：

所述步骤4中，如果基站工作在CDMA方式下，则基站增益的调整在业务码道上进行，公共控制信道的功率电平按位于小区半径处的移动台需求设置；如果基站工作在OFDM方式下，则基站增益的调整在单个OFDM符号或子载波上进行，公共控制信道的功率电平按位于小区半径处的移动台需求设置。

9.一种应用如权利要求1所述方法的无线通信基站，包括MAC处理单元，基带信号处理单元，存储单元，发送增益调整单元、射频单元和天线，其特征在于：

所述MAC处理单元获知移动台离基站的距离，并且将多个移动台划分到位于小区不同的层，对位于小区不同的层的移动台设定不同的功率增益因子并保存到存储单元；所述发送增益调整单元读取存储单元中的增益控制字，对经基带信号处理单元处理的发送数据进行增益控制，并经射频单元和天线发送出去。

10.一种应用如权利要求1所述方法的无线通信系统，包括基站和多个移动台，其中

所述基站包括发送部分，接收部分和收发天线，其中，发送部分包括基带信号处理单元、存储单元和增益调整单元；

所述移动台包括接收部分，发送部分和收发天线，其中，接收部分包括接收信号基带处理单元和距离测量单元；

其特征在于：

所述多个移动台中的接收信号基带处理单元对接收信号进行处理，得到同步信息，并传送给所述距离测量单元；所述距离测量单元根据同步信息测得所述移动台与所述基站的距离，并将该距离上报给所述基站；

所述基站根据该距离，将所述多个移动台划分到位于小区不同的层，存储单元保存有对位于小区不同的层的移动台设定的不同的功率增益因子，并且增益调整单元根据该功率增益因子，调整业务信道的增益，向相应的移动台发送数据。

11.如权利要求10所述的无线通信系统，其特征在于：

所述基站的存储单元内保存有与所述移动台所在层相对应的增益控制字，发送增益调整单元读取该存储单元中的增益控制字，对发送数据进行增益控制并发送给所述移动台。

12.如权利要求10所述的无线通信系统，其特征在于：

所述移动台中的距离测量单元测得所述移动台与所述基站的距离，包含两部分，一部分是移动台上行同步过程中，基站发来的距离校正量，另一部分是移动台同步跟踪过程中的多径变化量累积值；并且，扣除了由于移动台频率偏移引入的附加距离。

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