CN101091397B - Utra tdd系统中上行链路时隙分配的方法及其基站系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种UTRA TDD系统中上行链路时隙分配的方法,所述方法包括以下步骤:对于其中交叉时隙被分配用于上行链路的小区,确定交叉时隙被分配用于下行链路的邻区的下行发射信号对本小区的干扰,其中根据交叉时隙被分配用于下行链路的邻区中的基站负载控制来限定所述下行发射信号的功率;确定所述下行发射信号对本小区的干扰与本小区的系统噪声的累加和;对于其中交叉时隙被分配用于上行链路的小区,确定路损门限值,其中该门限值与所述累加和为反此关系;基站系统将用户设备测得的路损与该门限值进行比较;以及只在用户设备测得的路损小于该门限值时,才允许该用户设备将交叉时隙分配用于上行链路。本发明还提供一种相应的UTRA TDD系统中的基站系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线通信系统中无线资源管理的方法及其设备,并且尤其涉及一种在UTRA TDD(UMTS Terrestrial Radio Access TimeDivision Duplex)(时分双工)系统中上行链路时隙分配的方法及其基站系统。
背景技术
第一代移动通信系统属于模拟语音电话系统。第二代移动通信系统使用了数字传输技术,其除了话音以外还能够提供低速率的数据业务和其他辅助业务。第三代移动通信系统可以提供从低到最高达2Mb/s速率的多媒体业务,这些多媒体业务包括Internet(因特网)接入、移动电信和音频/视频类,等等。对于第三代移动通信系统来说,重点解决的问题之一是实现诸如Internet接入的以上下行链路之间具有较高程度的非对称性为特征的通信业务。
第三代移动通信系统分为UTRA FDD(频分双工)和UTRA TDD两种基于CDMA(码分多址)技术的工作模式。UTRA FDD是频分双工系统,其中上下行链路分别占用带宽相同的不同的两个频带。UTRATDD是时分双工系统,其中上下行链路占用相同的频带,在时间上被划分成称为时隙的固定的时间间隔。通过调整转换点,在上下行链路之间灵活地配置时隙资源。因此,从频谱利用效率的角度来说,UTRA TDD系统更适合于非对称业务的应用,同时也可以满足对称业务的要求。
在蜂窝系统中,不仅上下行链路的传输数据可以是非对称的,而且不同小区的上下行链路的传输数据的非对称的程度也是不同的。在连续覆盖的蜂窝系统内,不同小区的转换点可以配置成相同的,并且也可以根据每个小区各自不同的上下行链路的业务流量配置成不同的转换点。如果小区间的业务流量的非对称程度的差异小,则使用相同转换点的配置是适合的。当小区间的业务流量的非对称程度的差异大时,根据每个小区各自不同的上下行链路的业务流量,采用不同的转换点配置是合适的。
在采用不同的转换点配置的情况下,在连续覆盖的蜂窝系统内,某些时隙在一些小区内被分配用于上行链路,而在另一些小区内被分配用于下行链路,这样的时隙被称为交叉时隙;在所有小区内都被分配用于上行链路的时隙称为上行时隙;在所有小区内都被分配用于下行链路的时隙称为下行时隙。在交叉时隙内,引入了与传统CDMA不同的两种新的干扰类型,它们是基站到基站的干扰和用户设备到用户设备的干扰。基站到基站的干扰是指,其中交叉时隙被分配用于下行链路的基站对其中交叉时隙被分配用于上行链路的基站的干扰。在宏蜂窝中,由于基站之间存在可视路径,所以这类干扰就特别严重,这可以通过谨慎的网络规划和下行链路负载控制来缓解。用户设备到用户设备的干扰是指,其中交叉时隙被分配用于上行链路的用户设备对其中交叉时隙被分配用于下行链路的用户设备的干扰。当用户设备都处于小区边界并且距离近时,这类干扰会特别严重。考虑到这两种干扰,上行链路被分配到交叉时隙的用户设备应是近可能靠近基站的用户设备。
为了减小交叉时隙内基站到基站的干扰和用户设备到用户设备的干扰,人们提出了多种时隙分配方案。如,在ARROWS(Advanced RadioResource Management for Wireless Services)项目发表的“ConceptualStudies on Radio Resource and QoS Management Algorithms”文章中提到了针对UTRA TDD HCR(高码片速率)(即,TD-CDMA系统)的两种针对上行链路的时隙分配方案,其中一种时隙分配方案是基于定时提前量TA:
上式中,UL slot是指上行链路的时隙号;c是光速;R是小区半径;SP是转换点的位置。
另一种时隙分配方案是基于路损PL:
上式中,UL slot同样是指上行链路的时隙号;SP是转换点的位置;PLmax和PLmin分别是路损参数的最大值和最小值。
由于网络规划和系统负载等具体情况不同,各小区的交叉时隙内的干扰程度存在着很大的差异。然而,根据目前所公知的包括上述的时隙分配方案,无法反映出这种不同。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种UTRA TDD系统中上行链路时隙分配的方法,以反映出各小区的交叉时隙内干扰程度不同的因素,从而达到系统性能的优化。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种UTRA TDD系统中上行链路时隙分配的方法,包括以下步骤:对于其中交叉时隙被分配用于上行链路的小区,确定交叉时隙被分配用于下行链路的邻区的下行发射信号对本小区的干扰,其中根据交叉时隙被分配用于下行链路的邻区中的基站负载控制来限定所述下行发射信号的功率;确定所述下行发射信号对本小区的干扰与本小区的系统噪声的累加和;对于其中交叉时隙被分配用于上行链路的小区,确定路损门限值,其中该门限值与所述累加和为反比关系;基站系统将用户设备测得的路损与该门限值进行比较;以及只在用户设备测得的路损小于该门限值时,才允许该用户设备将交叉时隙分配用于上行链路。
用于交叉时隙被分配用于上行链路的用户设备的路损门限值由下式或者其变形生成:
在上式中,PTX_MAX是用户设备的最大发射功率;Pinter_BS是其中交叉时隙被分配用于下行链路的邻区中的基站负载控制所限定的下行发射功率对本小区的干扰;PN是本小区的系统噪声;是对于用户设备在基站侧接收信号所要求的载波干扰比;β是本小区中的多用户干扰消除因子;ηthreshold是本小区内交叉时隙被分配用于上行链路的负载门限。
可以利用如下方式得到下行发射功率对本小区的干扰Pinter_BS与本小区的系统噪声PN的累加和,即,Pinter_BS+PN,其中利用交叉时隙被分配用于下行链路的邻区中的基站负载控制来限定下行发射功率:在蜂窝系统的负载低的时间段内,如深夜,将所有分配给用户设备的信道分配或者重新分配到上行时隙和下行时隙,即,交叉时隙处于空闲状态。然后,在交叉时隙被分配用于下行链路的邻区中的基站加载下行发射信号,其中利用负载控制来限定所述下行发射信号的功率。同时,在本小区中启动时隙干扰测量,此时所测量到的基站接收功率即为交叉时隙被分配用于下行链路的邻区中的基站负载控制所限定的下行发射功率对本小区的干扰与本小区的系统噪声的累加和。
也可以利用下述方式得到下行发射功率对本小区的干扰Pinter_BS与本小区的系统噪声PN的累加和,即,Pinter_BS+PN,其中利用交叉时隙被分配用于下行链路的邻区中的基站负载控制来限定下行发射功率:测量其中交叉时隙被分配用于下行链路的邻区中的基站到本小区基站的路损;根据所述路损,计算对本小区的干扰;以及将计算的对本小区的干扰与系统噪声相累加。
本发明还提供一种UTRA TDD的基站系统,包括基站和基站控制器,其中基站控制器具有无线资源管理模块,所述无线资源管理模块包括:用于用户时隙分配的装置;用于接入小区总干扰测量收集的装置;以及用于接入小区的邻区基站干扰估算或测量收集的装置,其中可以在所述的用于用户时隙分配的装置和用于接入小区的邻区基站干扰估算或测量收集的装置内运行上述的方法。
采用上述的时隙分配方法之后,在其中交叉时隙被分配用于上行链路的小区中,允许用户设备在交叉时隙内接入的条件随着邻区中的干扰程度而变化。如果邻区中交叉时隙的下行干扰大,则本小区中允许用户设备接入的距离就小;而如果邻区中交叉时隙的下行干扰小,则本小区中允许用户设备接入的距离就大。并且,交叉时隙在本小区中的上行负载与在邻区中的下行负载以及覆盖范围可以通过本小区中的上行负载门限与邻区中的下行负载门限进行调节。通常第三代移动通信系统的下行负载较大,如果将邻区中交叉时隙的下行负载门限调大,则在本小区中交叉时隙的上行负载的门限不变的情况下,按照上述的时隙分配方法,可以将本小区中允许在交叉时隙内接入的用户设备的距离限制在更小的范围内,从而达到增加邻区的下行负载的目的。
不需要经常测量其中交叉时隙被分配用于下行链路的邻区中的基站负载控制所限定的下行发射功率对本小区的干扰与本小区的系统噪声的累加和,即Pinter_BS+PN,或者也不需要经常测量路损。只在网络规划发生改变或者无线环境发生改变时,才需要重新测量这些累加和或路损。因此,在确定用于某用户设备的上行时隙是否可以被分配用作交叉时隙时,不需要重新计算PLthreshold,从而节省系统的运算负荷。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1是其中具有交叉时隙的UTRA TDD蜂窝系统的局部结构图;
图2是现有技术的UTRA TDD基站系统的示意图;
图3是本发明的UTRA TDD基站系统的示意图;和
图4是本发明的上行链路时隙分配方法的流程图。
具体实施方式
图1所示,时隙100是所关心的交叉时隙,小区110和小区120中的时隙100被分配用于上行链路,而小区130中的时隙100被分配用于下行链路。
在连续覆盖的蜂窝系统内,小区110是所关心的小区,该小区110被基站111覆盖,其中用户设备112和用户设备113处于小区110的覆盖范围之内。用户设备112是待分配时隙的用户设备,用户设备113是正在与基站111进行通信的用户设备,并且其上行链路被分配到时隙100。如果用户设备112的上行链路也被分配到时隙100,则用户设备113将对基站111接收用户设备112的上行信号产生小区内干扰。
另一小区120是小区110的邻区,该小区120由基站121覆盖,并且用户设备123处于小区120的覆盖范围之内。用户设备123正在与基站121进行通信,并且其上行链路被分配到时隙100。如果用户设备112的上行链路也被分配到时隙100,则用户设备123将对基站111接收用户设备112的上行信号产生小区间的用户设备到基站干扰。
还一小区130也是小区110的邻区,该小区130由基站131覆盖。如果用户设备112的上行链路被分配到时隙100,则基站131在时隙100内的下行发射信号对基站111接收用户设备112的上行信号产生小区间的基站到基站干扰。
如果用于用户设备112的上行链路被分配到时隙100内,基站111在时隙100内的接收信号总功率Ptotal为:
Ptotal=Pintra+Pinter_MS+Pnter_BS+PN
上式中,Pintra是在时隙100内由基站111接收到的包括用户设备112和用户设备113的小区110内所有用户设备的信号功率;Pinter_MS是在时隙100内由基站111接收到的包括用户设备123的被分配用于上行链路的所有邻区内用户设备的信号功率;Pinter_BS是在时隙100内由基站111接收到的包括基站131的被分配用于下行链路的所有邻区内基站的信号功率;PN是基站111的上行链路的系统噪声。
用户设备112的上行信号S在基站111侧受到的干扰Itotal为:
Itotal=(1-β)·(Pintra-S)+i·Pintra+Pinter_BS+PN
上式中,β是小区内干扰消除因子,β的取值范围是[0,1],其中β=1表示无小区内干扰,β=0表示小区内多用户干扰完全没有消除;i是Pinter-MS与Pintra之比。
小区110在时隙100内的上行链路可支持的与用户设备112相同业务类型的用户设备的数目N可表示为:
可以看出N的极限最大值NMAX为:
其中,我们定义小区110中的上行负载η为用户数N与极限用户数NMAX的比值:
η=N/NMAX
则用户设备112的上行信号S可以表示为:
若用户设备112的最大发射功率利用PTX_MAX表示,则用户设备112的上行链路允许被分配在时隙100内的最大所能容忍的路损为:
在上式中,ηthreshold是本小区110中的时隙100的上行链路负载门限。
基站111将用户设备112测得的路损与PLthreshold进行比较,并且只有在用户设备112测得的路损小于该门限值时,才允许用户设备112的上行链路分配到时隙100。
由于上式中Pinter_BS是随时间而不断变化的量,所以为了保证上行链路被分配到交叉时隙的用户设备在整个通话过程内都能达到QoS(服务质量)的要求,我们对Pinter_BS取保守值,即,其取值为时隙100内被分配用于下行链路的邻区中的基站负载控制所限定的下行发射功率对本小区的干扰。
可以由下述的单纯测量的方法得到时隙100被分配用于下行链路的邻区中的基站负载控制所限定的下行发射功率对本小区110的干扰Pinter_BS与本小区的系统噪声PN的累加和,即Pinter_BS+PN:在蜂窝系统的负载低的时间段内,如深夜,将所有分配给用户设备的信道分配或者重分配到上行时隙和下行时隙,即,交叉时隙处于空闲状态。然后,在时隙100被分配用于下行链路的邻区中的基站中加载下行发射信号,其中所述下行发射信号的功率利用负载控制来限定。同时,在本小区110启动时隙干扰测量,此时所测量到的基站接收功率即为时隙100被分配用于下行链路的邻区中的基站负载控制所限定的下行发射功率对本小区110的干扰与本小区110内的系统噪声的累加和。
时隙100被分配用于下行链路的邻区中的基站负载控制所限定的下行发射功率对本小区的干扰与本小区中的系统噪声的累加和(Pinter_BS+PN)也可以由下述的测量与计算并用的方法得到:测量时隙100被分配用于下行链路的邻区中的基站到本小区110的基站111的路损;根据所计算的路损来计算邻区中的基站对本小区110的干扰;以及将计算的邻区中的基站对本小区110的干扰与系统噪声相累加。例如,可以按下式计算邻区中的基站对本小区的干扰与系统噪声的累加和:
在上式中,k表示时隙100被分配用于下行链路的第k个邻区;ηDL threshold k表示由邻区k中的基站(例如,基站131)的下行负载控制门限;PMAX k表示邻区k中的基站的下行最大发射功率;PLk表示邻区k中的基站到本小区110中的基站111的路损。
下面,参照图2说明现有技术的UTRA TDD基站系统。如图2所示,现有技术的UTRA TDD基站系统包括诸如基站111,121,131的基站和基站控制器210。其中,基站控制器210具有无线资源管理模块220,该无线资源管理模块220中与上行时隙资源分配相关的装置包括用户时隙分配装置230和接入小区总干扰测量收集装置240。用户时隙分配装置230负责为接入的用户设备分配可用的上行链路和下行链路时隙资源。接入小区总干扰测量收集装置240用于为用户时隙分配装置230确定是否有可用的功率资源提供必要的测量信息。
与现有技术的上述基站系统相比,本发明的UTRA TDD基站系统如图3所示。本发明的UTRA TDD基站系统同样包括诸如基站111,121,131的基站和基站控制器210。其中,基站控制器210具有无线资源管理模块220,而该无线资源管理模块220中与上行时隙资源分配相关的装置包括用户时隙分配装置230、接入小区总干扰测量收集装置240以及接入小区的邻区基站干扰估算或测量收集装置310。对于其中交叉时隙被分配用于上行链路的小区,接入小区的邻区基站干扰估算或测量收集装置310为用户时隙分配装置230提供用户可以容忍的最大路损门限值,用于决定是否允许用户的上行链路被分配到交叉时隙。
图4是本发明的上行链路时隙分配方法的流程图。在步骤401中,用户请求分配上行时隙。在步骤402中,确定接入小区的交叉时隙是否被分配用于上行链路。如果是的话,则在步骤411中获取根据邻区中的基站干扰所计算的路损门限PLthreshold。随后,在步骤412中,确定是否用户设备测量的路损PL<PLthreshold。如果PL<PLthreshold,则将该用户设备的上行链路分配到交叉时隙。而如果步骤402、412或413中的确定结果为否的话,则在步骤421中确定其他的上行时隙是否具有可用资源。如果没有其他的可用资源,则在步骤423中上行时隙分配失败。而如果还有其他的可用资源,则在步骤422中,将该用户设备的上行链路分配到非交叉时隙的上行时隙。
由于在图4已经清楚地说明了上行时隙分配的处理流程,所以在下面只针对涉及本发明的重要步骤进行进一步的解释。该方法程序例如可以运行于图3中所示的用户时隙分配装置230内。用户时隙分配装置230在接收到用户的上行链路时隙分配请求之后判断交叉时隙对于接入小区是否被分配用于上行链路。如果交叉时隙对于接入小区被分配用于上行链路,则从接入小区的邻区基站干扰估算或测量收集装置310获取根据邻区基站干扰计算的PLthreshold。如果用户设备测量的路损PL<PLthreshold,则根据接入小区总干扰测量收集装置240提供的测量信息及码资源等其他信息,判断交叉时隙是否有可用资源。如果交叉时隙有可用资源,则分配该用户的上行链路为交叉时隙。
在本文中所揭示的本发明的方法和结构的大量更改和修改对于本领域技术人员来说是显然的。然而,必须明白,上面描述的实施例只是为了说明的目的,而不构成为本发明的限制。所有不脱离本发明精神的这样的修改被预定包括在所附的权利要求书的范畴内。
Claims (12)
1.一种UTRA TDD系统中上行链路时隙分配的方法,包括以下步骤:
对于其中交叉时隙被分配用于上行链路的小区,确定交叉时隙被分配用于下行链路的邻区的下行发射信号对本小区的干扰,其中根据交叉时隙被分配用于下行链路的邻区中的基站负载控制来限定所述下行发射信号的功率;
确定所述下行发射信号对本小区的干扰与本小区的系统噪声的累加和;
对于其中交叉时隙被分配用于上行链路的小区,确定交叉时隙被分配用于上行链路的用户设备的路损门限值,其中该门限值与所述累加和为反比关系;
基站系统将用户设备测得的路损与该门限值进行比较;以及
只在用户设备测得的路损小于该门限值时,才允许该用户设备将交叉时隙分配用于上行链路。
3.根据权利要求1所述的方法,其中可以利用如下方式得到交叉时隙被分配用于下行链路的邻区中的基站负载控制所限定的下行发射功率对本小区的干扰Pinter_BS与本小区的系统噪声PN的累加和Pinter_BS+PN:
在蜂窝系统的负载低的时间段内,将所有分配给用户设备的信道分配或者重新分配到上行时隙和下行时隙;
在交叉时隙被分配用于下行链路的邻区中的基站加载下行发射信号,其中利用负载控制来限定所述下行发射信号的功率;
在本小区中启动时隙干扰测量,此时所测量到的基站接收功率即为交叉时隙被分配用于下行链路的邻区中的基站负载控制所限定的下行发射功率对本小区的干扰与本小区的系统噪声的累加和。
4.根据权利要求1所述的方法,其中可以利用下述方式得到下行发射功率对本小区的干扰Pinter_BS与本小区的系统噪声PN的累加和,即,Pinter_BS+PN:
测量其中交叉时隙被分配用于下行链路的邻区中的基站到本小区的路损;
根据所述基站到本小区的路损,计算对本小区的干扰;以及
将计算的对本小区的干扰与系统噪声相累加。
5.根据权利要求1所述的方法,其中只在网络规划发生改变或者无线环境发生改变时,才需要重新测量所述累加和或路损。
6.根据权利要求4所述的方法,其中可以按下式计算邻区中的基站对本小区的干扰与系统噪声的累加和:
在上式中,k表示时隙(100)被分配用于下行链路的第k个邻区;ηDLthreshold k表示由邻区k中的基站(131)的下行负载控制的门限;PMAX k表示邻区k中的基站(131)的下行最大发射功率;PLk表示邻区k中的基站(131)到本小区中的基站(111)的路损。
7.一种UTRA TDD系统中的基站系统,包括基站(111,121,131)和基站控制器(210),其中基站控制器(210)具有无线资源管理模块(220),所述无线资源管理模块(220)包括:
用于用户时隙分配的装置(230);
用于接入小区总干扰测量收集的装置(240);以及
用于接入小区的邻区基站干扰估算或测量收集的装置(310),
其中在所述的用于用户时隙分配的装置(230)内运行根据权利要求1-2之一所述的方法,并且,所述用于接入小区的邻区基站干扰估算或测量收集的装置(310)为所述用于用户时隙分配的装置(230)提供用户可容忍的最大路损门限值,用于决定是否允许用户的上行链路被分配到交叉时隙。
8.根据权利要求7所述的基站系统,其中所述的用于用户时隙分配的装置(230)在接收到用户的上行链路时隙分配请求之后判断交叉时隙对于接入小区是否被分配给上行链路。
10.根据权利要求9所述的基站系统,其中如果用户设备测量的路损PL<PLthreshold,则根据所述的用于接入小区总干扰测量收集的装置(240)提供的资源信息,判断交叉时隙是否有可用资源。
11.根据权利要求10所述的基站系统,其中如果交叉时隙有可用资源,则分配该用户的上行链路为交叉时隙。
12.根据权利要求7所述的基站系统,对于其中交叉时隙被分配用于上行链路的小区,所述的用于接入小区的邻区基站干扰估算或测量收集的装置(310)为所述的用于用户时隙分配的装置(230)提供用户可以容忍的最大路损门限值,以决定是否允许用户的上行链路被分配到交叉时隙。
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