CN101193086B - 一种正交频分复用系统频率规划的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正交频分复用系统频率规划的方法，包括：(a)将正交频分复用系统中可用频谱资源分成(基站数N×每基站扇区数S)组载波/子信道；(b)确定各个基站中每个扇区复用的N个载波/子信道，并确定上述的载波/子信道在对应扇区的优先级，且同一基站不同扇区内的相同载波/子信道的优先级不同；(c)根据各个扇区的实际业务量，按照优先级高低顺序分配可以使用的载波/子信道。本发明的方法支持载波/子信道复用程度随系统容量的动态变化、同频干扰较小，且实现简单，对于整个网络而言，频率的规划可以一步实现，对覆盖与容量的动态变化适应性较强，在该网络的业务和容量发生变化时不需要对网络进行重新配置。

Description

一种正交频分复用系统频率规划的方法

技术领域

本发明涉及一种频率规划的方法，特别地涉及一种正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)系统频率规划的方法，属于通信技术领域。

背景技术

OFDM技术作为一种无线通信系统的高速传输技术在20世纪60年代被提出，近年来，随着数字信号处理技术和集成电路技术的飞速发展，该系统已在多种通信标准中得到应用，如IEEE 802.16系列标准、3GPP长期演进(Long-Term Evolution，LTE)等。

正交频分复用多址接入(OFDMA)系统是基于OFDM技术的多址接入通信系统。在OFDMA系统中，一个无线载波被分为多个相互正交的子载波，所有的可用子载波又被划分为子信道，根据划分方法不同，子载波可以包含有一个或多个子信道。上述的子信道是资源分配和调度的单位，不同的子信道可以在同一时间内分配给不同的用户。

和其他蜂窝通信系统一样，OFDMA系统在网络部署时也需要确定频率复用模式，并进行频率规划，其中：

频率复用是基于无线电波传播路径损耗特性来实现的，其单位为载波。当两个基站之间距离足够远时，用于一个基站的载波频率可以被另一个基站的载波频率复用，从而提高了频谱效率。每个基站覆盖的区域称为蜂窝，使用相同频率的蜂窝小区称为同频小区。这些同频小区之间的距离D称为频率复用距离。在设计中，频率复用距离D必须足够远，以使同子信道干扰电平足够低，从而保证覆盖质量。此外，OFDMA系统还可在同一载波内对子信道作进一步的复用，即将子信道像载波一样进行复用，从本质上说，子信道的复用也是子载波复用。子载波与载波的不同之处在于两个相邻的子载波间在频率上有部分重叠，而两个相邻的载波间应严格控制频率重叠。

频率规划的基本单位是小区簇，其以簇为单位在覆盖区域内进行频率复用。簇是一组N个小区的集合，这N个小区使用了全部可用的频谱资源，但各小区工作频率却不同，簇内各小区分布方式和频率分配方案决定了频率复用模式。

对于OFDMA系统而言，在网络建设的不同阶段、不同区域、不同时间段内对覆盖和容量的要求是变化的。在网络建设初期，用户不同，网络容量要求不大，网络规划需要重点考虑覆盖质量；随着用户的增加，网络容量要求逐步提高，网络规划需要制定此时的容量提升措施；在网络业务量不高的区域和时段，网络规划需要重点考虑容量，在网络高业务量区域和时段，规划中还需要保障高容量；显然上述的网络容量和覆盖要求变化对OFDMA系统的规划提出了更高的要求。

目前OFDMA系统的频率规划基本都仅考虑载波规划的方式，首先满足建网前几年内的需求，再根据需求的增加进行扩容，采用这样的方法主要存在以下缺点：

(1)网络扩容时需要重新进行频率规划，对在用网络的影响较大，工作量也较大；

(2)对业务量较大以及业务量较小时段容量变化的处理措施较少；

(3)频率规划时未充分利用OFDMA的特点，未对子信道进行规划。

可见，现有技术中，OFDMA系统频率规划对覆盖与容量的动态变化适应性较弱。

发明内容

本发明即是针对上述现有技术中存在的缺点而提出的一种正交频分复用多址接入系统频率规划的方法，该方法能够提高OFDMA系统频率规划对覆盖与容量的动态变化适应性。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种正交频分复用多址接入系统频率规划的方法，包括：

(a)将正交频分复用多址接入系统中可用频谱资源分成(基站数N×每个基站扇区数S)组载波/子信道，所述载波/子信道＝载波×子信道，当簇内基站数为N，每个基站分为S个扇区时，每个扇区分配一个载波/子信道，则共需要载波/子信道数为N×S；

(b)确定各个基站中每个扇区复用的N个载波/子信道，并确定上述的载波/子信道在对应扇区的优先级，且同一基站不同扇区内的相同载波/子信道的优先级不同；

(c)根据各个扇区的实际业务量，按照优先级高低顺序分配可以使用的载波/子信道。

所述的步骤(b)中确定各个基站中每个扇区复用的载波/子信道是这样实现的：

当每个基站的各个扇区中已经分配的载波/子信道数为0时，按照如下方法进行分配：

为每个基站的各个扇区分别分配一组互不相同的载波/子信道；

当每个基站的各个扇区中已经分配的载波/子信道数小于N时，按照如下方法进行分配：

第i基站(1≤i≤N)中的各扇区分别复用第h基站(1≤h≤N，h≠i)相同编号的扇区已经分配的载波/子信道；

第i基站(1≤i≤N)中的各扇区分别复用第j基站(1≤j≤N，j≠i，j≠h，即第j基站载波/子信道在以前各步骤中未被复用到第i基站)相同编号的扇区已经分配的载波/子信道。

所述的步骤(b)中载波/子信道在对应扇区的优先级是按照分配给扇区的载波/子信道的先后顺序确定的。

在步骤(c)之后还进一步地包括：

(d)当一个扇区载波/子信道不足提供以数据传输容量，而同一基站的其他扇区中还存在与上述被使用的载波/子信道中最低优先级相同的载波/子信道空闲时，调用上述空闲的载波/子信道，所述的被调用载波/子信道优先级不变，但设置于本扇区相同优先级的载波/子信道之后使用。

在步骤(d)之后还进一步地包括：

(e)按照距基站的远近，将各扇区划分为与本扇区实际在用的载波/子信道数量相同的多个覆盖区域，将各个扇区内正在使用的载波/子信道，按照优先级的高低排序，从外到内依次分配覆盖区域。

在步骤(a)之前还进一步地包括：将正交频分复用系统可用频谱资源划分成K个载波，每个载波分成L组子信道，所述的载波数K和每载波的子信道组数L满足：

(i)总载波数K是基站数N的因数或倍数；

(ii)每载波的子信道组数L是扇区数S的因数或倍数；

(iii)K×L＝N×S。

进一步地，对正交频分复用系统中载波与子信道进行划分是这样实现的：将可用的频谱分为N个载波，每个载波分成S组信道。

进一步地，对正交频分复用系统中载波与子信道进行划分是这样实现的：设置一个载波，每个载波分成N×S组信道。

进一步地，根据正交频分复用系统帧中不同组成部分的不同要求，对这些部分分别进行单独的载波/子信道规划。

与现有技术相比，本发明所提供的正交频分复用系统规划方法支持载波/子信道复用程度随系统容量的动态变化、同频干扰较小，并且实现简单，对于整个网络而言，频率的规划可以一步实现，对覆盖与容量的动态变化适应性较强，在该网络的业务和容量发生变化时不需要对网络进行重新配置。

附图说明

图1是本发明实施例中OFDMA系统(N＝1，S＝3)的频率复用模式图；

图2是图1所示系统中每扇区分配1组载波/子信道的示意图；

图3为本发明实施例中每扇区分配2组载波/子信道的示意图；

图4为本发明实施例中每扇区分配4组载波/子信道的示意图；

图5为本发明实施例中每扇区实际分配的载波/子信道示意图；

图6为本发明实施例中同一基站高业务量扇区向一个相邻低业务量扇区临时借用一组载波/子信道示意图；

图7为本发明实施例中同一基站高业务量扇区向两个相邻低业务量扇区临时分别借用一组载波/子信道示意图；

图8为本发明实施例中基站各扇区均使用一组载波/子信道时，载波/子信道覆盖范围的分配示意图；

图9为本发明实施例中基站各扇区均使用两组载波/子信道时，载波/子信道覆盖范围的分配示意图；

图10为本发明实施例中基站各扇区均使用三组载波/子信道时，载波/子信道覆盖范围的分配示意图；

图11为本发明实施例中基站各扇区均使用四组载波/子信道时，载波/子信道覆盖范围的分配示意图。

具体实施方式

为了更好地说明本发明，首先对载波/子信道的定义及OFDMA系统中载波与子信道是如何划分的作出说明：

(1)定义载波/子信道：

载波/子信道＝载波×子信道，当簇内基站数为N，每个基站分为S个扇区时，每个扇区分配一个载波/子信道，则共需要载波/子信道数为N×S。

(2)OFDMA系统中载波与子信道的划分：

将系统可用频谱资源划分成K个载波，记为1，2，...，K，每个载波分成L组子信道，记为1，2，...，L。频谱资源的载波与子信道划分需要满足以下三个条件：

(a)总载波数K是基站数N的因数或倍数；

(b)每载波的子信道组数L应是扇区数S的因数或倍数；

(c)K×L＝N×S。

而满足上述三个条件可以通过下述方法实现：一种是单载波方法，只设一个载波，每个载波分成N×S组子信道；但该方法要求载波带宽大，对收发信机要求较高；另一种是多载波方法，将频谱资源分成N个载波，每个载波分成S组子信道，该方法要求各基站支持多载波同时使用，要求有多个收发信模块，且该方法通常情况下可以在保证每个扇区的各个信道在同一载波内时，扇区收发信机只需收、发一个载波。为了增强复用的灵活性，通常载波数不应太多。

以下结合附图和具体实施例对本发明所述的方法作进一步地说明，但不作为对本发明的限定。

如图1所示为一个OFDMA系统的频率复用模式图，该系统中每个簇内有4个基站，即N＝4，每个基站里有3个扇区，即S＝3，该系统进行频率规划的方法如下：

一、对簇内基站各扇区进行第1组载波/子信道的分配，并设置其优先级。

将簇内的基站进行编号，分别为1，2，3，4；将每个基站内的扇区也进行编号，分别为1，2，3；每个扇区分配一组载波/子信道，则需将上述可用频谱资源分成N×S＝12组载波/子信道，并进行编号，分别为1，2，……，12。将上述载波/子信道按照编号进行分配，结果如表1所示：

表1每个扇区第1组载波/子信道分配表

从表1中可以看出，这是一种传统(4个基站×3个扇区)的复用模式，每个扇区分配1组载波/子信道，所有扇区间载波/子信道均不重复。同一基站的各扇区间的载波/子信道号相差4。设定此次分配中各个扇区分配到的载波/子信道的优先级为最高级，记做1级。此次载波/子信道的分配示意图如图2所示。

二、对簇内基站各扇区进行第2组载波/子信道的分配，并设置其优先级。

对每个扇区进行第2组载波/子信道的分配，分配方法为：

由于，第2组载波/子信道是第1组载波/子信道在本簇内的二次复用，复用距离低于第1组，因而使用优先级设定在第1组之后，记做2级。此次载波/子信道的分配结果如表2所示，扇区内载波按优先级排序，以“/”分隔：

表2  每个扇区第2组载波/子信道分配表

此次载波/子信道的分配示意图如图3所示，此时各个扇区有2个可用的载波/子信道，优先级从第1级到第2级。

三、对簇内基站各扇区进行第3，4组载波/子信道的分配，并设置其优先级。

对每个扇区进行第3、4组载波/子信道的分配，分配方法为：

由于第3、4组载波/子信道是第1、2组载波/子信道在本簇内的再次复用，复用距离低于第1、2组，设定使用优先级排在第1、2组之后，且第4组优先级低于第3组，此次载波/子信道的分配结果如表3所示。复用完毕后，每扇区有4组可用的载波/子信道，各个扇区的载波/子信道分配示意图如图4所示，扇区内载波按优先级排序，以“/”分隔：

表3  每个扇区4组载波/子信道分配表

从表3可以看出，各基站同一扇区号分配的4组载波/子信道相同，但使用优先级排序不同。如果同一扇区内的各组载波/子信道没有使用次序，完全随机使用，则会发生严重的载波/子信道重叠，增加了干扰程度。而由于上述的分配方法中，引入了优先级，因而能够实现复用程度随容量动态变化而变化，降低了干扰程度。

四、根据各个扇区的业务量大小需要，按照载波/子信道的优先级顺序逐步分配载波/子信道。

通过上述的描述可以知道：在OFDMA系统的频率规划方法中，由于载波/子信道的分配是按照优先级顺序来进行的，不同扇区内的相同载波/子信道号的优先级不同，从而不同扇区内的基站使用的载波频率相同的概率大为降低，能够有效减少同频干扰程度，既适应业务量变化的需求，又能保证覆盖质量。

在上述的实施例中，是对簇内基站数N＝4、扇区数S＝3的OFDMA系统的频率规划方法，该方法可以推广应用于任意簇内基站数为N、扇区数为S的OFDMA系统频率规划。需要说明的一点是：在对簇内基站各扇区间进行载波/子信道的分配需要多次重复进行，直至各扇区内分配的载波/子信道数为N为止，且扇区内新分配的载波/子信道是这样确定的：当每个基站的各个扇区中已经分配的载波/子信道数为0时，为每个基站的各个扇区分别分配一组互不相同的载波/子信道；当每个基站的各个扇区中已经分配的载波/子信道数小于N时，按照如下方法进行分配：第i基站(1≤i≤N)中的各扇区分别复用第h基站(1≤h≤N，h≠i)相同编号的扇区已经分配的载波/子信道；第i基站(1≤i≤N)中的各扇区分别复用第j基站(1≤j≤N，j≠i，j≠h，即第j基站载波/子信道在以前各步骤中未被复用到第i基站)相同编号的扇区已经分配的载波/子信道。新复用的载波/子信道间的优先级排序不变，但优先级排在已分配的那些载波/子信道之后。在进行载波/子信道分配时，如果遇到新分配的载波/子信道与已分配的载波/子信道有重复，则不再将该载波/子信道加入到此次分配给扇区的载波/子信道中。

在上述的频率规划方法中，还可以进一步地增加其他辅助方法，使得该频率规划方法的适用范围更为广泛，效果更好。

(一)同一基站各扇区间载波/子信道的临时借用

如图5所示，当基站1的扇区1业务量较大时，扇区1使用2组载波/子信道，载波/子信道编号为：1/2，此时扇区2和扇区3的业务量较小，只使用1组载波/子信道，其中扇区2使用编号为5的载波/子信道，扇区3使用编号为9的载波/子信道。

当扇区1的业务量逐渐增加，需要增加第3组载波/子信道时，如果其它两个扇区业务量变化不明显，按照上述的频率规划方法，应该启用第3优先级载波/子信道组3。但鉴于扇区2和扇区3中第2优先级的载波/子信道组6和10均未被使用，而使用第2优先级的载波/子信道带来的干扰程度要低于使用第3优先级载波/子信道。因而此时扇区1可以向扇区2临时借用第2优先级空闲载波/子信道组6，此时该基站的载波/子信道分配示意图如图6所示。

当扇区1的业务量继续增加，需要增加第4组载波/子信道时，如果其它两个扇区业务量仍然变化不明显，则此时扇区1可以向扇区3临时借用第2优先级空闲载波/子信道组10，此时该基站的载波/子信道分配示意图如图7所示。

对上述的各扇区间载波/子信道的临时借用方法需要说明一点：当OFDMA系统中载波与子信道的划分为多载波方法时，如果同一扇区的各个信道不在同一载波内，扇区需要收、发多个载波，否则无法实现不同载波的子信道的临时借用。

根据上述的实现方法描述可以知道，载波/子信道优先级的引入实现了复用度随容量动态变化，适应了网络容量的动态变化，而载波/子信道的临时借用方法则增强了复用方案对容量分布不均匀的适应能力，以及扇区业务剧烈变化的适应能力。

(二)载波/子信道覆盖范围的动态分配

由于各个扇区内不同优先级载波/子信道的复用度不同、干扰程度也不一样。因而为了提高低优先级载波/子信道的复用距离，还可以对载波/子信道覆盖范围进行动态分配。

根据本扇区内正在使用的载波/子信道数n以及距基站的距离，可以将本扇区划分为与本扇区实际在用的载波/子信道数量相同的n个带形区域，且按优先级从高到低排序，依次从外到内分配覆盖区域，高优先级的载波/子信道覆盖扇区的外圈区域，低优先级的载波/子信道覆盖扇区内圈区域。低优先级载波/子信道的复用距离小，分配近距离覆盖区域，减小了工作功率，降低了干扰程度，提升了覆盖质量。

当业务量变化，需要调整载波/子信道使用数时，再相应地调整使用载波/子信道的覆盖区域。

以下结合上述N＝4、S＝3的系统中基站1为例进一步说明覆盖范围如何动态调整的：

如图8所示，根据业务量需要，基站各扇区均使用一组载波/子信道，此时覆盖范围是整个扇区；

如图9所示，根据业务量需要，基站各扇区均需要使用两组载波/子信道，每个扇区也分为内、外两部分区域。高优先级载波/子信道组1、5、9覆盖各自扇区外部区域，低优先级载波/子信道组2、6、10覆盖各自扇区外部区域；

如图10所示，根据业务量需要，基站各扇区均需要使用三组载波/子信道，每个扇区相应的分为内、中、外三部分区域。高优先级载波/子信道组1、5、9覆盖各自扇区外部区域，第2优先级载波/子信道组2、6、10覆盖各自扇区中部区域，第3优先级载波/子信道组3、7、11覆盖各自扇区内部区域；

如图11所示，根据业务量需要，各扇区均使用四组载波/子信道，每个扇区按距基站距离分4部分区域，相应地分给不同优先级的组载波/子信道。

需要指出的一点是：本发明的实施例是以OFDMA为例进行说明的，但本发明的方法同样适用于其他的OFDM系统。

从上述的实施例可以看出，本发明所提供的正交频分复用多址接入系统规划方法支持载波/子信道复用程度随系统容量的动态变化、同频干扰较小，并且实现简单，对于整个网络而言，频率的规划可以一步实现，对覆盖与容量的动态变化适应性较强，在该网络的业务和容量发生变化时不需要对网络进行重新配置。

对于本发明还需要说明的一点是：OFDMA帧分为上行帧、下行帧，每个方向的帧可分为用户数据符号和系统开销符号两部分，系统开销符号又可进一步细分。例如，IEEE 802.16e OFDMA下行帧由长前导Preamble、FCH、DL-MAP、UL-MAP、下行突发DL Burst组成，其中下行突发DL Burst用于发送用户数据，其它部分均属于系统开销；IEEE 802.16e OFDMA上行帧由测距Ranging子信道、上行突发DL Burst等部分组成，其中下行突发DL Burst用于发送用户数据，其它部分均属于系统开销。

在OFDMA系统中载波/子信道的上行用户数据符号、下行用户数据符号可采用相同或不同的载波/子信道规划方式，系统开销的各个部分根据用途也可分别采用不同的载波/子信道规划方式，也就是说根据OFDMA系统帧中不同组成部分的不同要求，对这些部分可以按照本发明所提出的方法分别进行单独的载波/子信道规划。

Claims (8)

1.一种正交频分复用系统频率规划的方法，包括：

(a)将正交频分复用系统中可用频谱资源分成基站数N×每个基站扇区数S组载波/子信道，所述载波/子信道＝载波×子信道，当簇内基站数为N，每个基站分为S个扇区时，每个扇区分配一个载波/子信道，则共需要载波/子信道数为N×S；

(b)确定各个基站中每个扇区复用的N个载波/子信道，并确定上述的载波/子信道在对应扇区的优先级，且同一基站不同扇区内的相同载波/子信道的优先级不同；

所述确定各个基站中每个扇区复用的载波/子信道是这样实现的：

当每个基站的各个扇区中已经分配的载波/子信道数为0时，按照如下方法进行分配：

为每个基站的各个扇区分别分配一组互不相同的载波/子信道；

当每个基站的各个扇区中已经分配的载波/子信道数小于N时，按照如下方法进行分配：

第i基站中的各扇区分别复用第h基站相同编号的扇区已经分配的载波/子信道，其中1≤i≤N，1≤h≤N，h≠i；

第i基站中的各扇区分别复用第j基站相同编号的扇区已经分配的载波/子信道，其中1≤i≤N，1≤j≤N，j≠i，j≠h，即第j基站载波/子信道在以前各步骤中未被复用到第i基站；

(c)根据各个扇区的实际业务量，按照优先级高低顺序分配可以使用的载波/子信道。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(b)中载波/子信道在对应扇区的优先级是按照分配给扇区的载波/子信道的先后顺序确定的。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(c)之后还进一步地包括：

(d)当一个扇区载波/子信道不足提供以数据传输容量，而同一基站的其他扇区中还存在与上述被使用的载波/子信道中最低优先级相同的载波/子信道空闲时，调用上述空闲的载波/子信道，所述的被调用载波/子信道优先级不变，但设置于本扇区相同优先级的载波/子信道之后使用。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(d)之后还进一步地包括：

(e)按照距基站的远近，将各扇区划分为与本扇区实际在用的载波/子信道数量相同的多个覆盖区域，将各个扇区内正在使用的载波/子信道，按照优先级的高低排序，从外到内依次分配覆盖区域。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(a)之前还进一步地包括：将正交频分复用系统可用频谱资源划分成K个载波，每个载波分成L组子信道，所述的载波数K和每载波的子信道组数L满足：

(i)总载波数K是基站数N的因数或倍数；

(ii)每载波的子信道组数L是扇区数S的因数或倍数；

(iii)K×L＝N×S。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对正交频分复用系统中载波与子信道进行划分是这样实现的：将可用的频谱分为N个载波，每个载波分成S组信道。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对正交频分复用系统中载波与子信道进行划分是这样实现的：设置一个载波，每个载波分成N×S组信道。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据正交频分复用系统帧中不同组成部分的不同要求，对这些部分分别进行单独的载波/子信道规划。

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