CN101204100B - 通信资源分配方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在多用户蜂窝通信系统中用于分配通信资源的方法，其中所述通信资源在时域和频域分别被划分成多个时段和子带，一部分通信资源用于频率集中信道，另一部通信资源则用于频率离散信道。所述方法进一步包括以下步骤：将所述子带中的分成两类，一类子带用于承载频率离散信道；将所述另一类子带用于承载频率集中信道。本发明还涉及一种系统，一种发射机和一种通信系统。

Description

通信资源分配方法和系统 
技术领域
本发明涉及无线通信系统，具体涉及一种通信资源分配方法，这种方法特别可用在基于数据包的多用户蜂窝通信系统中。 
背景技术
在基于数据包的多用户蜂窝通信系统中，例如多用户正交频分复用(OFDM)系统，由调度装置决定哪些无线资源在何时被分配给哪些用户。用户经常向基站上报各自的无线信道质量，基站则根据上报的信道质量来做调度决策。在上行链路上，基站可以测量信道质量，例如通过用户发来的导频信号测量信道质量。调度器可以利用不同用户信道变化的独立性来进行调度，即：当一个或多个用户的信道正在衰落时，或者分配给某一特定用户的一条或多条信道正在衰落时，其他用户信道却没有衰落。一般来说，在用户信道状况良好时，才会给用户分配无线资源。因此，和没有用户调度的系统比起来，调度改进了系统性能(在小区吞吐量方面)。 
在下行链路上，调度器将系统性能提升多少，取决于反馈信息的质量，这时需要的是高质量、详细且准确的信道质量反馈。但是在有些场景下，无法得到准确而及时的反馈信息。例如，用户可能处于高速移动中，这时信道质量度量值在达到基站时就已经过时无用了。又例如，对于小区边缘用户，上行反馈信道的的信噪比很差，以致于基站在接收反馈的信道质量度量值时会出错，这时得到的反馈度量值是不可靠的。 
如果信道在一个传输时间间隔内变化很快，调度的效率就会很低，例如在多普勒扩展(Doppler spread)比较大的情况下。某些类型的数据可能并不需要调度，例如延迟要求低和低数据速率的数据。而反馈数据正是这类数据 的典型代表。这时使用专用信道更为合适。 
对于这类情况，系统可以提供一个频率离散信道，用于获得高分集链路性能。因此，如果用户能提供可靠的信道质量反馈，传输的数据也适用于调度，就为该用户分配无线信道条件好的时频资源，其它用户则分配使用频率离散信道。 
但是这时的问题在于如何同时可以有效地实现高链路分集(频率离散)(link-diversity(frequency-distributed))信道和高多用户分集(频率集中)(multiuser-diversity(frequency-localized))信道。 
在IEEE标准802.16-2004，《本地网和城域网标准》的第16章，尝试提出了解决这个问题的方法：“固定宽带无线接入系统的空中接口”，通过使用所谓“区域”，来解决上述问题。一个区域指的是一个特定类型信道传输的时段。每个无线帧包括两个区域，第一个用于传输频率集中信道，第二个用于传输频率离散信道，二者是纯采用时复用。每个无线帧的报头都带有特定信息，用于指示在什么时候从一个区域转到下一个区域。 
这一解决方案的缺点是，链路分集受到限制。 
因此，有必要找出一种提供改进链路分集的系统。 
发明内容
本发明的目的是提供一种用于多用户蜂窝通信系统的通信资源分配系统和方法，与现有技术相比，其链路分集性能得到了改进。 
可以根据本发明的第一方面，通过本发明在多用户蜂窝通信系统中为发射机和接收器之间的通信分配通信资源的方法及系统，来达到上述目的。 
根据本发明，通信资源在时域和频域分别被划分为不同时段和多个子带，其中一部分通信资源用于频率离散通信信道，另一部分通信资源用户频率集中信道。所述方法具体包括以下步骤： 
将所述子带的一部分用于承载频率离散信道； 
将所述子带的另一部分用于承载频率集中信道。这一方法的优点在于， 所述方法消除了现有技术中由于纯时分复用的“区域”结构给这两类信道造成的时延，所以频率离散式通信和频率集中式通信可以同时进行，互不干扰。而且，由于本发明允许数据可以连续传输，所以还能提高链路分集性能，因为即使一个传输帧中某一时间段信号质量很差，该传输帧中其它时间段的好的信号质量也足以保证传输的正确性。本发明进一步的优点还在于，不会给离散或集中传输的数据带来延迟，因为这两种类型的信道总是同时存在的，这一优点效果显著，特别是对于要求快速重传的分组数据传输。 
对所述频率子带分类后，这种分类可以随着不同的时段来变化，也可以在预定的一段时间后变化。在一个时段开始的时候，或在一个时段开始前，可以通过广播信道来通知各子带属于哪一类子带。这一方法的优点在于，可以随时根据使系统吞吐量最优的方式来划分频率集中式通信资源和频率离散式通信资源。 
可以发送一个代码给接收机，代表特定的通信资源分配方案，接收机可以利用所述代码获知要使用的通信资源分配方案。这一方法的优点在于，可以不使用信令而告知接收机复杂的通信资源分配方案。 
子带的分类在不同时段内可以保持不变。这样做的优点在于，某些子带可以一直用于某一特定类型的通信。 
所述频率离散信道可以是跳频信道、时分或码分信道、或频率交织复用信道。这样设置的优点在于，可以进一步增加所述频率离散信道的分集增益。 
本发明还涉及一种发射机和一种多用户蜂窝通信系统。 
以下将详细说明本发明的其它优点和特征。 
附图说明
图1显示了现有技术中传输频率集中信道和频率离散信道的方法； 
图2显示了符合本发明的一种通信资源方案； 
图3显示了本发明的一个实施例；和 
图4显示了本发明的另一个实施例。 
具体实施方式
如上所述，在基于数据包的多用户通信系统中，可以使用频率集中信道来进行通信，所述频率集中信道指根据反馈的信道质量分配给用户的信道。同样如上所述，在一定情况下，例如在用户快速移动、导致反馈的信道质量度量值到达基站时已经过时无用的时候，或在通信数据的延时要求和数据速率都很低的时候，频率集中信道就并不适用。在这类情况下，通常偏向使用频率离散信道进行通信。 
因此，需要系统能够同时实现这两类通信。 
在同时使用频率集中和频率离散信道时，这些信道之间必须是互补的(也就是说，它们使用的资源互不重叠)，且应当将尽可能多的物理无线资源分配给用户(也就是说，不应留下空闲资源)。 
图1示出了现有技术中的解决方案。如图所示，整个频带被分成了多个子带，即子带10a到10j，每个子带都包括多个子载波(图中未示出)。进一步来说，分配的子带分成多个传输帧，图中示出了一个传输帧。每个传输帧都包括一定的时段，分为多个时隙，图中示为TS1-TS8，每个时隙又被分为多个符号。在需要频率集中通信和频率离散通信时，每个帧都被分为两个区域，第一个区域Z1用于频率集中信道，其后的第二个区域Z2用于频率离散信道，两个区域采用纯时分复用的方式。如上所述，在每个无线帧的报头中都带有特定信息，用于指示在什么时候从一个区域转到下一个区域。如上所述，这一解决方案的缺点在于，频率集中通信和频率离散通信不能同时进行。而且，所述“区域”结构给这两种信道类型都造成了延迟。不仅如此，由于各频率离散信道仅限使用区域Z1和区域Z2之中的一个，将会降低频率离散信道上的时间分集增益。 
图2显示了适用于本发明的一种通信资源方案。图中所示系统是一个二维结构(时间和频率)的多载波OFDM系统。该OFDM系统的频带被分为十个子带，即20a至20j，优选地，各子带的带宽相等。带宽相等的子带有 利于资源管理(例如，可简化可用资源的调度分配)。不过，将频带分为非等宽的子带当然也是可行的。每个子带又分为多个子载波，例如，每个子带可以包含20个子载波(未示出)，不过，一个子带也可以包含任意数量的子载波，可以是1个、5个、100个，或任意其它数量。 
在时域里，所述频带被分为多个时隙，每个时隙包含多个OFDM符号。图中显示的时隙包含八个OFDM符号，即S1-S8。所述频谱/时间谱构成了一套通信资源配置，其中可以给一个用户分配的最小资源单位是一个OFDM符号期间的一个子带(用于频率离散通信，以下做出进一步描述)。 
本发明没有像现有技术那样将一个传输帧划分为不同的时间区域，分别用于频率集中通信和频率离散通信，而是按频率划分通信资源。 
在本发明实施例中，子带20a、20c、20e、20g和20i用于频率集中通信，而子频段20b、20d、20f、20h和20j用于频率离散通信。而且，如图所示，在频率集中信道上，有三个用户正在通信，即UE1-UE3(UE1在子带20e上；UE2在子带20c和20i上；UE3在20a和20g上)，在频率离散信道上，有两个用户正在通信，即UE4和UE5。本发明让所有用户都可以享受到连续的数据传输，无论用户使用哪一种类型的通信。而且，连续传输的优点还在于，使用频率离散信道的数据传输可以扩展到所有时隙上，即扩展到一帧的所有时间上，而不是仅仅使用一帧中的一部分，从而提高了信道的时间分集增益。不仅如此，本发明的优点还在于，本发明提高了系统的吞吐量，因为可以一直进行频率集中通信，从而实现信道质量好的用户之间的通信，无论是不是在诸如一个传输帧中。 
在实际应用中，采用调度器来将频率集中信道复用到用于频率集中信道的子带上，将频率离散信道复用到用于频率离散信道的子带上。 
本领域技术人员应当明白，可以任意配置所述频率集中信道和频率离散信道。在图1所示例子中，每类通信都分配到全部资源的一半。但是本领域技术人员应当明白，所述频率集中信道和频率离散信道可以任意划分，只要两类通信中至少都有一个子带即可。例如，如果小区内数据流量随时间变化， 那么信道的划分也可以随时间变化。但是优选地，信道的划分变化速度不快，也就是说，在连续的许多帧使用同样的信道划分，这样可以明显减少系统中所需要的信令。在诸如每一时隙或每次信道划分变化时，基站都可以在广播信道上发送信息，说明哪些子带用于哪种类型的通信。按照使用频率集中信道的系统中的常例，调度器决定哪些用户分配使用那些频率集中信道，然后这一信息通过控制信道传给用户。哪些用户分配使用哪些频率离散信道的也一样需要在系统中公布。 
频率离散信道上的数据传输可以采用多种不同方法，用于进一步提高分集增益。例如，如图2所示，用户UE4和UE5可以使用跳频。这时基站和用户使用同一种算法，来确定跳频信道所采用的跳频序列。而且，一个用户可以分配到用于频率离散传输的两个或更多个子带。 
不仅如此，在本发明的一个实施例中，在基站和接收机中提前预设一种或多种信道资源分配方案。这样基站就可以通过广播信道等方式发送一个代码，表示目前正在使用的资源分配方案，而接收机可以通过查表获取该方案中的信道资源分配方法。每次信道资源分配方案改变时，基站都要发送表示新的资源分配方案的代码。这一方法的优点在于，信令量被降到最低。在本发明的另一实施例中，基站可以发送信息，指示哪些子带要用于哪一类信令的传输。这一步骤可以按照预设的间隔定期执行，以及/或者在每次资源分配(频率集中或频率离散)变化时执行。在本发明的又另一实施例中，通信系统标准中只包括唯一一种配置，当然这种配置会一直使用，这样的优点在于，不需要发送信令指示通信资源配置方案。 
如上所述，频率跳频方案只限于用在分配给频率离散信道使用的子带上。但是，在包括多个基站的系统中，通常倾向于采用跳频来对基站间干扰进行一定优化。如果所采用的跳频图案是根据基站信道划分而配置的，则相邻基站的跳频图案基于不同的信道划分方案，可能产生相互干扰。因此，如图3中的实施例所示，可以采用通用的跳频图案，用于所有类型的子带上。然后，由于生成的跳频序列中不能包括频率集中信道使用的子带这一限制， 因此这些频带被排除在跳频图案之外。 
通用的跳频序列有以下优点。采用通用跳频序列，将对那些非常依赖信道质量的非跳频(频率集中)信道的分配没有任何限制，可以很自由的根据信道质量来任意分配。而且，可以直接使用针对有限的相互干扰而设计的跳频图案，无需修改，在实际上改善不同跳频模式的小区间干扰。如图3所示，UE4的跳频图案表示，在S2中，应该使用子带30a，而在S6中，应该使用子带30e。不过根据本发明中，在这几个OFDM符号中UE4没有传输任何数据，而是UE3在S2中的和UE1在S6中的频率集中数据得以优先处理。 
这一解决方案的优点在于，下行链路的信令量减少了，因为无论采用怎样的信道划分，都采用同样的跳频图案。而且，不同小区对频率离散信道的需求和对频率集中信道的需求各不相同，即时在同一个小区中，在不同时间，对这两类信道的需求也各不相同。因此不同小区最好使用不同的资源分配方案，以便更有效率地为用户提供服务。同样，为了提高效率，同一个小区中的资源分配最好也随着时间变化而变化。 
图4显示了本发明的另一个实施例。图中，上方的三个子带40a-c用于频率集中信道，下方的三个子带40d-f用于频率离散信道。但是在这一实施例中，没有使用跳频，而是采用频率交织复用实现信道分集，即从UE4到UE6的每个用户都分配到了子带40d-f中的信道，也就是说，每个用户都分配到了一个子带中的一个或多个子载波。还可以用其他方式(图中未示出)来实现信道分集，例如时复用和码复用。 

Claims (20)

1.一种在多用户蜂窝通信系统中为发射机和接收器之间的通信分配通信资源的方法，其中通信资源在时域和频域上被分别划分成多个时段和多个子带，其中一部分通信资源用于频率集中信道，一部分通信资源用于频率离散信道，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
将频率上的子带按照频率分成两类；
其中一类子带是用于承载频率离散信道的子带；另一类是用于承载频率集中信道的子带，并将表示具体通信资源配置的代码发送到接收器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述频率子带分类之后，所述方法进一步包括以下步骤：在每个时段改变所述频率子带的分类，或者经过一定数量的时间间隔后或在预定的时间间隔改变所述子带的分类。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：在一个时段开始时或在一个时段开始之前在广播信道上发送频率子带的分类信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，接收器使用所述代码来获取要使用的通信资源配置方案。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：在所述频率子带分类之后，在不同时段保持已实现的子带分类。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述频率离散信道由跳频信道组成。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述跳频信道以通用跳频序列为基础，并且从通用跳频序列中把非跳频信道所使用的子带去掉。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述频率离散信道由时复用或码复用信道组成。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述频率离散信道由频率交织复用信道组成。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，采用调度器来将频率集中信道复用到用于频率集中信道的子带上，并且将频率离散信道复用到用于频率离散信道的子带上。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述时段是指一个时隙或一个传输帧。
12.一种在多用户蜂窝通信系统中为发射机和接收器之间的通信分配通信资源的系统，其中通信资源在时域和频域上被分别划分成多个时段和多个子带，其中一部分通信资源用于频率集中通信信道，一部分通信资源用于频率离散信道，其特征在于，所述系统进一步包括：
用于将频率上的子带按照频率分成两类的装置；
其中一类子带是用于承载频率离散信道的子带；另一类是用于承载频率集中信道的子带，其中，所述系统进一步包括用于将表示具体通信资源配置的代码发送至所述接收器的装置。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述系统包括用于在每个时段改变所述子带的分类方式或者经过一定数量的时间间隔后或在预定的时间间隔改变所述子带分类的装置。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括用于在一个时段开始时或在一个时段开始之前在广播信道上发送子带分类信息的装置。
15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述系统包括用于在不同时段保持已实现的子带分类的装置。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的系统，其特征在于，所述频率离散信道由跳频信道组成。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述跳频信道以通用跳频序列为基础，并且所述系统包括用于从所述通用跳频序列中把非跳频信道使用的子带去掉的装置。
18.根据权利要求12至15中任一项所述的系统，其特征在于，所述频率离散信道由时复用或码复用信道组成。
19.根据权利要求12至15中任一项所述的系统，其特征在于，所述频率离散信道由频率交织复用信道组成。
20.一种用于在多用户蜂窝通信系统中为发射机和接收器之间的通信分配通信资源的装置，其中通信资源在时域和频域上被分别划分成多个时段和多个子带，其中一部分通信资源用于频率集中信道，一部分通信资源用于频率离散信道，其特征在于，所述用于分配通信资源的装置包括：
用于将频率上的子带按照频率分成两类的装置；其中一类子带是用于承载频率离散信道的子带；另一类子带是用于承载频率集中信道的子带，其中，所述用于分配通信资源的装置进一步包括用于将表示具体通信资源配置的代码发送至接收器的装置。
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Application publication date: 20080618

Assignee: Apple Computer, Inc.

Assignor: Huawei Technologies Co., Ltd.

Contract record no.: 2015990000755

Denomination of invention: Method and system for communication resource distribution

Granted publication date: 20110105

License type: Common License

Record date: 20150827

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