CN101222728B

CN101222728B - 在ofdma系统中使用时频资源的方法及系统

Info

Publication number: CN101222728B
Application number: CN2007100012422A
Authority: CN
Inventors: 胡文立
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2027-01-09
Also published as: CN101222728A

Abstract

本发明公开了一种在OFDMA系统中使用时频资源的方法，用以解决现有技术中存在频谱利用率低的问题；该方法包括：基站根据信道质量指示参数确定用户在小区中所在的逻辑区域，所述小区划分为内围逻辑区域和外围逻辑区域；所述基站将接收到的数据映射到为用户所在逻辑区域分配的时隙的子信道上，其中，所述小区的内、外围逻辑区域均采用全部使用子信道方式；并且，所述小区的外围逻辑区域与相邻基站的相邻小区的外围逻辑区域占用不同的时隙。本发明同时公开一种基站和通信系统。

Description

在OFDMA系统中使用时频资源的方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种在OFDMA系统中使用时频资源的方法及系统。

背景技术

随着无线通信技术的发展，OFDMA(Orthogonal Frequency DivisionMultiple Access，正交频分多路复用)技术展现出了强大的竞争力，包括B3G和4G在内的无线通信系统都将采用OFDMA技术，如WIMAX，LTE等系统。

OFDMA系统中引入了子信道化的概念，可以将单个频道进行再分割，形成灵活多样的组网方式。但是，现有技术在进行OFDMA蜂窝组网时，均采用了将单个频点进行频域划分的方法，在不同的小区使用不同的子信道集合来实现，这样处理使得每个小区只能采用部分子信道，其实质是频分。因此，现有技术的组网方式无法真正像CDMA系统那样实现1X1的频率复用，其频谱利用率还不够高，没有把OFDMA技术的潜力充分发挥出来。

具体的，现有技术中OFDMA蜂窝组网的一种实现方式是：采用纯PUSC(Partial Usage of Sub-channel，部分使用子信道)组网方式，将一个信道带宽对应的全部子信道分成3个Group组，分别给每个基站的3个不同小区使用，不同小区之间使用的子信道完全正交。该实现方式的实质是将一个信道的全部子载波划分成3部分，每个小区仅使用1/3信道带宽，因此，虽然该组网方式简单，但频谱利用率很低。

以WIMAX系统为例，系统的多置换区(zone)的帧结构如图1所示，整个帧分为下行子帧(DL Subframe)和上行子帧(UL Subframe)两部分，在上下行子帧中又分为多个置换区，其中Preamble(前导部分，用来进行同步和区分小区等)和PUSC两个是强制的，在每帧中都必须出现，其它置换区是可选的，如AMC(Adaptive Modulation and Coding，自适应编码调制)和TUSC(TileUsage of Subchannels，块状使用子信道)等。系统的单置换区的帧结构如图2所示，其中，FCH用于承载广播信息；DL_MAP用于包含下行子帧用户调度信息等；UL_MAP用于包含上行子帧用户调度信息等。这里在图2中的下行子帧中给出了强制的PUSC置换区，可见，以该方式进行组网频谱利用率低。

现有技术中OFDMA蜂窝组网的另一种实现方式是：采用PUSC+FUSC(Full Usage of Sub-channel，全部使用子信道)混合组网方式，并根据CINR(Carrier-to-Interference-and-Noise Ratio，载干噪比)自适应调整置换方式。由于在小区中心的用户CINR较高，受小区间干扰较小，因此小区中心使用FUSC以提高频谱利用率；由于小区外围的用户CINR较低，受小区间干扰较大，因此小区外围使用PUSC以控制干扰。此种情况下，在图2中的下行子帧中会包括PUSC和FUSC两个置换类型，其中在小区中心的高CINR区域采用FUSC来提高频谱利用率，而在小区边缘采用PUSC来控制小区间的干扰。

该实现方式提高了小区中心的频谱利用率，比前一种实现方式拥有更高的小区平均吞吐率，但是，该实现方式在小区外围仍使用PUSC来控制干扰，由于小区外围用户占了全部用户的一半以上，因此该实现方式的整体频谱利用率仍不够高。

发明内容

本发明实施例提供一种在OFDMA系统中使用时频资源的方法及系统，以提高系统的频谱利用率。

一种在OFDMA系统中使用时频资源的方法，该方法包括步骤：

基站根据信道质量指示参数确定用户在小区中所在的逻辑区域，所述小区划分为内围逻辑区域和外围逻辑区域；

所述基站将接收到的数据映射到为用户所在逻辑区域分配的时隙的子信道上，其中，所述小区的内、外围逻辑区域均采用全部使用子信道方式；并且，所述小区的外围逻辑区域与相邻基站的相邻小区的外围逻辑区域占用不同的时隙。

一种基站，包括：

获取单元，用于获取信道质量指示参数；

确定单元，用于根据所述信道质量指示参数确定用户在小区中所在的逻辑区域为内围逻辑区域或外围逻辑区域；

映射单元，用于将接收到的数据映射到为用户所在逻辑区域分配的时隙的子信道上，其中，各小区的内、外围逻辑区域均采用全部使用子信道方式，并且，所述小区的外围逻辑区域与相邻基站的相邻小区的外围逻辑区域占用不同的时隙。

一种通信系统，包括：

多个用户终端，用于向用户提供移动通信服务，并在提供服务的过程中向基站上报信道质量指示参数；

多个基站，用于将用户终端接入网络，其中，各基站的小区划分为内围逻辑区域和外围逻辑区域，内、外围逻辑区域均采用全部使用子信道方式进行组网，并且，相邻基站的相邻小区的外围逻辑区域在时域上占用不同的时隙；以及，各基站根据信道质量指示参数确定用户在小区中所在的逻辑区域，并将接收到的数据映射到为用户所在逻辑区域分配的时隙的子信道上。

本发明实施例中，各基站根据用户所在的小区中的逻辑区域，将接收到的数据对应的符号映射到相应时隙的子信道上，并且在映射时，各小区的内、外围逻辑区域均采用全部使用子信道方式，从而解决了OFDMA无缝蜂窝组网时频谱效率较低的瓶颈，大大提高了系统的频谱利用率；进一步的，本发明实施例中，各基站按时隙发送数据符号，并且，相邻基站的相邻小区的外围逻辑区域占用不同的时隙，从而降低了相邻小区间的干扰。

附图说明

图1为背景技术中WIMAX系统的多置换区的帧结构示意图；

图2为背景技术中WIMAX系统的单置换区的帧结构示意图；

图3为本发明实施例中通信系统的结构示意图；

图4A为本发明实施例中OFDMA组网中三个相邻基站的组网示意图；

图4B为本发明实施例中OFDMA组网的其中一个基站的示意图；

图5为本发明实施例中基站的结构示意图；

图6为本发明实施例中OFDMA组网的处理流程图。

具体实施方式

为了提高OFDMA组网的频谱利用率，同时降低相邻小区间的干扰，本实施例中，各基站根据信道质量指示参数确定用户所在小区中的逻辑区域为内围逻辑区域或外围逻辑区域，其中，在各小区的内、外围逻辑区域均采用全部使用子信道的方式将接收到的数据对应的符号映射到相应时隙的子信道上，并且在发送数据符号时，相邻基站的相邻小区的外围逻辑区域占用不同的时隙。本实施例适用于使用OFDMA技术的无线通信系统如WIMAX、LTE等。

本实施例中的一种通信系统的结构如图3所示，包括多个用户终端300、多个基站301，其中，各用户终端为用户提供移动通信服务，并在提供服务的过程中，向基站上报信道质量指示参数；各基站中的小区划分为内、外围逻辑区域，内、外围逻辑区域均采用全部使用子信道方式进行组网；并且，相邻基站的相邻小区的外围逻辑区域占用不同的时隙。其中，所述全部使用子信道方式包括FUSC方式和PUSC with all subchannel方式。

下面以一个基站3个小区进行组网配置为例进行说明，基站采用其它数量的小区进行组网配置时的处理与此类似。图4A所示的OFDMA组网结构中，仅给出了三个相邻基站的结构示意图，系统中相邻的各基站按相同的方式进行处理。其中，每个基站划分为内围逻辑区域和外围逻辑区域，并且，各基站根据信道质量指示参数确定用户在小区中所在的逻辑区域为内围逻辑区域或外围逻辑区域，所述信道质量指示参数可以为载干噪比(CINR，Carrier-to-Interference-and-Noise Ratio)，也可以为载干比、载噪比、信干噪比、信干比或信噪比等，还可以为载干噪比、载干比、载噪比、信干噪比、信干比和信噪比的任意组合。所述信道质量指示参数可以由用户终端向相应的基站上报，也可以由基站进行测量。各小区划分为内、外围逻辑区域。

以所述信道质量指示参数为CINR为例，各基站在确定用户在小区中所在的逻辑区域为内围逻辑区域或外围逻辑区域时，以一门限值(记为CINR_Threshold)进行判断，其中，若由用户终端上报的或由基站测量得到的CINR大于CINR_Threshold，则可确定用户在小区中的内围逻辑区域；若由用户终端上报的或由基站测量得到的CINR小于CINR_Threshold，则可确定用户在小区中的外围逻辑区域：

IF CINR_ij CINR_i_Threshold

CINR_ij∈S_i_in

else

CINR_ii∈S_i_out

其中，CINR_ij表示第i个小区的第j个用户终端上报或基站测量得到的CINR；CINR_i_Threshold表示第i个小区的CINR门限；S_i_in表示第i个小区的内围逻辑区域；S_i_out表示第i个小区的外围逻辑区域。图4中的S1_in和S1_out：分别指基站小区1的内、外围逻辑区域；S2_in和S2_out：分别指基站小区2的内、外围逻辑区域；S3_in和S3_out：分别指基站小区3的内、外围逻辑区域。在实际的系统中，所述逻辑区域与物理区域并不完全一致。当所述信道质量指示参数为载干噪比、载干比、载噪比、信干噪比、信干比和信噪比的任意组合时，例如为载干噪比和信噪比，则分别将二者与其门限值进行比较，以确定用户在小区中所在的逻辑区域。

进一步的，各基站将接收到的数据对应的符号映射到为用户所在的逻辑区域分配的时隙的子信道上，这里，各小区的内、外围逻辑区域均采用全部使用子信道方式进行映射，从而在现有技术的基础上能够大大提高频谱利用率。

进一步的，可以为同一小区的内、外围逻辑区域分配不同的时隙，这里具体的实现方式有多种，现给出一种实现方式的具体实例如下：

假设一个时隙由48个数据子载波构成，在不同置换方式下时隙的构成是不同的，这里首先将下行子帧中可传输的用户数据的符号数(去除开销部分)集合记为：

{Slot_avaiable}＝{Slot(i)，i＝(1，2，…，N)}

其中，N指下行子帧中可传输的用户数据的总符号个数。

另外，对于第i个小区的外围逻辑区域(S_i_out)，可以分配n个时隙数，这里建议的n值如下：

其中，l为不同置换方式下构成一个时隙的时域符号长度；m为小区复用簇的大小，建议取3，即：

从而获得分配给表示第i个小区的外围逻辑区域的时隙集合如下：

{Slot_i_out}＝{Slot(j)，j∈{1，2，…，N}}，集合大小为n

分配给小区的内围逻辑区域使用的可供传输用户数据的时隙资源如下：

{Slot_i_in}＝{Slot_available}-{Slot_i_out}

进一步的，通过跳时技术将系统中相邻基站之间，相邻小区的相邻外围逻辑区域分配在不同的时隙，这样相邻基站的相邻小区之中，同时仅有一个外围逻辑区域被分配了频率资源，从而在最大程度上降低了相邻小区的干扰，即：

{{Slot}_{1}_out} &NotElement; {{Slot}_{2}_out} &NotElement; \cdot \cdot \cdot &NotElement; {{Slot}_{m}_out}

例如，在图4A中，对于基站1，在小区1使用的时隙中为外围逻辑区域分配第1、2、3时隙，在小区2使用的时隙中为外围逻辑区域分配第4、5、6时隙，在小区3使用的时隙中为外围逻辑区域分配第7、8、9时隙；在为基站2、3的小区1、2、3的外围逻辑区域分配时隙时的处理与基站1相同。则基站1、2、3的相邻小区的外围逻辑区域即基站1的S1_out、S3_out占用第1、2、3时隙、第7、8、9时隙，基站2的S1_out、S2_out占用第1、2、3时隙、第4、5、6时隙、基站3的S2_out、S3_out占用第4、5、6、第7、8、9时隙，即实现了相邻小区的外围逻辑区域占用不同的时隙。以此类推，在整个系统中，以图4B所示的一个基站3个小区作为无缝蜂窝组网的基本单位，相邻的各基站按完全相同的方式分配时隙，各基站按时隙发送数据，这样，相邻小区的相邻外围逻辑区域在时域上没有重叠，最大程度地降低了相邻小区间的干扰。

在为各小区的内、外围逻辑区域分配时隙时，同一小区中的内、外围逻辑区域可以分配连续的时隙，也可以分配不连续的时隙；同样的，相邻小区的相邻外围逻辑区域可以分配连续的时隙，也可以分配不连续的时隙。

进一步的，各基站可以动态的调整小区中内、外围逻辑区域占用的时隙，具体可根据小区的负载(即小区中的用户数)进行动态调整。例如，当外围逻辑区域的用户数减少并且内围逻辑区域的用户数相应增加时，将原来由外围逻辑区域占用的时隙中的一部分时隙调整给内围逻辑区域占用。后续当外围逻辑区域的用户数增加并且内围逻辑区域的用户数相应减少时，将原来由外围逻辑区域调整给内围逻辑区域占用的时隙调整回外围逻辑区域。例如，图4B所示的基站中，基站为小区1分配的时隙中，S1_out占用第1、2、3时隙，当小区负载发生变化，如S1_out对应的用户数减少而S1_in对应的用户数相应增加时，基站将原来由S1_out占用的第3时隙分配给S1_in，后续当S1_out对应的用户数增加而S1_in对应的用户数相应减少时，基站将第3时隙分配回S1_out。

另一种实现方式是，当外围逻辑区域的用户数增加并且内围逻辑区域的用户数相应减少时，将内围逻辑区域占用的时隙中规定的部分时隙调整给外围逻辑区域占用。后续当外围逻辑区域的用户数减少并且内围逻辑区域的用户数相应增加时，基站将所述规定的部分时隙调整回内围逻辑区域。例如，图4B所示的基站中，每个小区占用16个时隙，其中S1_out占用第1、2、3时隙，并且规定S1_in占用的时隙中第10个时隙可调整给S1_out，当S1_out对应的用户数增加而S1_in对应的用户数相应减少时，基站将第10时隙分配给S1_out，后续当S1_out对应的用户数减少而S1_in对应的用户数相应增加时，基站将第10个时隙分配回S1_in；另外，S2_out占用第4、5、6时隙，并且规定S2_in占用的时隙中第11个时隙可调整给S2_out，S3_out占用第7、8、9时隙，并且规定S3_in占用的时隙中第12个时隙可调整给S3_out，以此基站为基本的组网单位，系统中各相邻的基站按同样的方式分配时隙，这样处理可以保证相邻基站相邻小区的外围逻辑区域分配在不同的时隙上，从而在时域上没有重叠，避免了干扰。另外，这里，基站的各小区中的内围逻辑区域占用的时隙中规定的可分配给外围逻辑区域的时隙可以为一个或多个，只要保证时隙调整后相邻基站相邻小区的外围逻辑区域分配在不同的时隙即可。这里规定基站内围逻辑区域占用的时隙中可分配给外围逻辑区域的时隙数，方便了时隙资源调度。

本实施例中的一种基站的结构如图5所示，包括获取单元500、确定单元501、映射单元502；其中，所述获取单元500，用于获取信道质量指示参数，其中所述信道质量指示参数可由用户终端上报或由基站进行测量；所述确定单元501，用于根据所述信道质量指示参数确定用户在小区中所在的逻辑区域为内围逻辑区域或外围逻辑区域；所述映射单元502，用于将接收到的数据对应的符号映射到为用户所在逻辑区域分配的时隙的子信道上，其中，各小区的内、外围逻辑区域均采用全部使用子信道方式。另外，图5中的基站还包括：发送单元503，用于按时隙发送数据。

本实施例中一种OFDMA蜂窝组网的处理流程如图6所示：

步骤600、网络中的用户终端向对应的基站上报信道质量指示参数。

步骤601、基站根据所述信道质量指示参数，确定该用户在小区中所在的逻辑区域，其中，若用户终端上报的信道质量指示参数大于门限值，则可确定用户在小区中的内围逻辑区域；若用户终端上报的信道质量指示参数小于门限值，则可确定用户在小区中的外围逻辑区域。

步骤602、基站将接收到的数据对应的符号映射到相应时隙的子信道上。相应时隙是指为用户所在逻辑区域分配的时隙，其中在映射时，各小区的内、外围逻辑区域均采用全部使用子信道方式，并且，为相邻基站的相邻小区的外围逻辑区域分配不同的时隙，为同一小区的内、外围逻辑区域也分配不同的时隙。

步骤603、基站按时隙发送数据。

在步骤600中，所述信道质量指示参数也可以由基站进行测量。此时，在步骤601中，基站根据测量得到的信道质量指示参数确定该用户在小区中所在的逻辑区域。

从上述实施例可知，本发明实施例中，各基站根据用户所在的小区中的逻辑区域，将接收到的数据对应的符号映射到相应时隙的子信道上，并且在映射时，各小区的内、外围逻辑区域均采用全部使用子信道方式，从而解决了OFDMA无缝蜂窝组网时频谱效率较低的瓶颈，大大提高了系统频谱利用率；进一步的，本发明实施例中，各基站按时隙发送数据符号，并且，相邻基站的相邻小区的外围逻辑区域占用不同的时隙，从而降低了相邻小区间的干扰。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种在OFDMA系统中使用时频资源的方法，其特征在于，该方法包括步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站根据所述信道质量指示参数确定用户在小区中所在的逻辑区域时，将所述信道质量指示参数与门限值进行比较，若所述信道质量指示参数大于门限值，则用户在小区中所在的逻辑区域为内围逻辑区域，否则为外围逻辑区域。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述信道质量指示参数为载干噪比CINR、载干比、载噪比、信干噪比、信干比和信噪比其中之一或任意组合。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站确定用户在小区中所在的逻辑区域后，根据小区的负载调整内、外围逻辑区域占用的时隙。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，当外围逻辑区域的负载减小并且内围逻辑区域的负载相应增大时，基站将原来由外围逻辑区域占用的时隙中的一部分时隙调整给内围逻辑区域占用。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当外围逻辑区域的负载增大并且内围逻辑区域的负载相应减小时，基站将原来由外围逻辑区域调整给内围逻辑区域占用的时隙调整回外围逻辑区域。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，当外围逻辑区域的负载增大并且内围逻辑区域的负载相应减小时，基站将内围逻辑区域占用的时隙中规定的部分时隙调整给外围逻辑区域占用。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，当外围逻辑区域的负载减小并且内围逻辑区域的负载相应增大时，基站将所述规定的部分时隙调整回内围逻辑区域。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述内、外围逻辑区域占用的时隙为连续的时隙；或者，所述内、外围逻辑区域占用的时隙为不连续的时隙。

10.一种基站，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取信道质量指示参数；

11.一种通信系统，其特征在于，包括：

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述各基站根据所述信道质量指示参数确定用户在小区中所在的逻辑区域时，将所述信道质量指示参数与门限值进行比较，若所述信道质量指示参数大于门限值，则用户在小区中所在的逻辑区域为内围逻辑区域，否则为外围逻辑区域。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述信道质量指示参数包括载干噪比CINR、载干比、载噪比、信干噪比、信干比和信噪比其中之一或任意组合。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述各基站确定用户在小区中所在的逻辑区域后，根据小区的负载调整内、外围逻辑区域占用的时隙。