CN101267672A - 抑制ofdma系统天线间干扰的子信道分配方法和设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种在基于正交频分复用接入(OFDMA)系统的分布式无线通信系统中用于抑制天线间干扰的子信道分配的方法和设备，所述系统配置有以几何方式随机分布并能够同时与多个订户站(SS)通信的分布式天线。所述方法包括步骤：选择并获得对分布式天线的访问，所述分布式天线满足SS要求的数据传输率，并且SS能够与所述分布式天线通信；将相同蜂窝内具有最大发送功率的分布式天线以最高优先级重新排队；以及以从具有最高优先级的相应分布式天线的顺序将子信道分配给相应分布式天线。

Description

抑制OFDMA系统天线间干扰的子信道分配方法和设备

技术领域

本发明涉及一种正交频分复用接入(OFDMA)通信系统，更具体地说，涉及一种用于抑制并最小化OFDMA系统中天线间干扰的子信道分配的方法和设备。

背景技术

随着与互联网服务相关的用户需求的增长，对于能够有效地提供互联网服务的通信系统的需要正在增长。已经开发了主要用于语音服务的现有通信网络，但是缺点在于：现有通信系统具有相对窄的数据传输带宽，并且对于其使用需要昂贵的费用。

为了解决或校正这种缺陷，正在对作为宽带无线接入方案的代表性示例的OFDM方案进行研究。

OFDM方案对应于采用多载波的典型传输方案和将连续输入的符号队列转换为并行数据的方案，通过具有相互正交性的多个子载波对转换的符号队列进行调制，接着发送调制的符号队列。上述OFDM方案能够被广泛应用于需要高速数据传输的数字传输技术，诸如无线互联网、数字音频广播(DAB)和数字电视、无线局域网(WLAN)等。

OFDM方案(例如，见L.J.Cimini，“Analysis and Simulation of a DigitalMobile Channel Using Orthogonal Frequency Division Multiplexing，”IEEE Trans.Commn.，vol.COM-33，no.7，pp.665-675，June 1985和Richard Van Nee和Ramjee Prasad，“OFDM for Wireless Multimedia Communications，”ArtechHouse，2000)对应于将带宽划分为多个频率的子载波的复用技术。

在OFDM中，将输入数据流划分为具有减小的数据率的若干并行子流(因此，符号长度增加)。然后，在单个正交子载波上每个子流被调制并被发送。符号长度的增加提高了OFDM对抗延迟扩散的稳健性。能够通过有效的逆快速傅立叶变换(IFFT)来实现OFDM调制，这样使得多个子载波具有低复杂性。

在上述OFDM系统中，信道资源采用时域OFDM符号，并且通过使用频域的子载波启用信道资源。时间和频率资源包括分配给各个用户的子信道。

另外，OFDM方案对应于多路访问/复用的方案，将与数据流相关的复用操作从多用户提供给采用下行链路(DL)子信道和上行链路(UL)子信道的UL多路访问。

如上所述，通常将子载波分成被称为子信道的子集。例如，在全球微波接入互操作性(WiMAX)系统中，OFDM符号的结构包括三种子载波，包括用于数据传输的数据子载波，用于估计和同步的导频在载波和用于保护频带和DC载波的空子载波。将有效的(数据和导频)子载波分成子信道。

WiMAX OFDM物理层(例如，见IEEE 802.16-2004(Rcvision of IEEEStd 802.16-2001)，“IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks-Part 16：Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems，”Oct.2004and IEEE 802.16e-2005，“IEEE Standard for Local and Metropolitan AreaNetworks-Part 16：Air Interface for Fixed and Mobile Broadband WirelessAccess Systems，”Feb.2006)在DL(下行链路)和UL(上行链路)中都支持子通道化(subchannelization)，并且子通道化的最小频率/时间资源单位对应于一个时隙。

因此，在多用户OFDM系统中已经广泛地进行了对用于分配自适应子载波(子信道)的算法的研究。然而，这些算法中的大多数以基于中心天线的系统(CAS)为基础。

基于OFDMA的分布式天线系统(DAS)能够允许另一天线使用子载波。

通常，DAS(例如，见A.M.Adel，A.Saleh，A.J.Rustako，and R.S.Ramon，“Distributed Antennas for Indoor Radio Communications，”IEEE Trans.Commun.，vol.35，pp.1245-1251，Dec.1987 and S.Zhou，M.Xhao，X.Xu，J.Wang，and Y.Yao，“Distributed Wireless Communications System：a New Architecture forFuture Public Wireless Access，”IEEE Commun.Mag.，vol.17，no.3，pp.108-113，March 2003)能够通过几何学上分布天线提供控制大规模衰减并减小访问距离的宏分集。DAS已经被引入以解决室内无线系统中的覆盖区域问题，然后被应用来提高码分多址(CDMA)系统的性能。

图1是示出位于DAS中心的基站(BS)周围分布的每个分布式天线的覆盖区域的示图。参照图1，在DAS中，几何学上BS的天线均匀分布，并且BS的每个天线作为六边形区域的中心，可将整个区域划分成六个六边形的区域。如果DAS中平均访问距离减小，则随着发送功率减小，天线间干扰减小，并且容量可增加。在每帧中订户站(SS)测量并分析BS的天线的信道条件，接着具有最大增益的天线M可被选择作为下一帧的服务天线。值M等于或大于“1”。这里，M值被限制为1以具有正值。

如果DAS的蜂窝内天线的数量等于“P”，则发展的子载波的数量变为CAS的P倍。因此，在DAS中资源的分配变得更加复杂。

目前，在基于OFDMA的DAS中，用于分配子信道的算法可被分类为如下几种：

1.每个天线发展所有子信道。

2.所有子信道仅分配给蜂窝一次。这暗示了如果蜂窝中一个天线使用了任何子信道，则所述子信道基于不能被蜂窝中的任何其它天线使用。

3.从整体上分配每个子信道，并且为了获得分集增益，允许两个相邻的天线通过相同的子信道使用一个SS。

然而，如果如上所述每个天线发展了所有子信道，则从频率重用的角度这与蜂窝分集相同，并且引起的天线间干扰与蜂窝分集中的同信道干扰相似。另外，如果由一个远程天线和一个SS发展所有子信道，则即使排除与另一天线的干扰，也造成带宽的浪费以及例如热区的问题出现。

因此，目前，即使在基于OFDMA的DAS中两个天线充分地彼此远离，它的子信道也不能重用。

以这种方式，如果每个天线发展了所有子信道，则从频率重用的角度这与蜂窝分集相同，引起了这样的问题：发生了与同信道干扰相似的严重的天线间干扰。

发明内容

因此，本发明提供一种通过将彼此不同的子信道分配给彼此相邻的天线，在OFDMA系统中用于抑制天线间干扰的子信道分配的方法和设备，这样最小化了天线间干扰并且满足用户需要的传输率。

根据本发明的一方面，提供一种在基于正交频分复用接入(OFDMA)系统的分布式无线通信系统中用于抑制天线间干扰的子信道分配的方法，所述系统配置有以几何方式随机分布并能够同时与多个订户站(SS)通信的分布式天线，所述方法包括步骤：选择并获得对分布式天线的访问，所述分布式天线满足SS要求的数据传输率，并且SS能够与所述分布式天线通信；将相同蜂窝内具有最大发送功率的分布式天线以最高优先级重新排队；以及以从具有最高优先级的相应分布式天线的顺序将子信道分配给相应分布式天线。

根据本发明的另一方面，提供一种在用于子信道分配的具有基站(BS)设备的基于正交频分复用接入(OFDMA)系统的分布式无线通信系统中用于抑制天线间干扰的子信道分配的设备，所述设备包括：第一分配单元，寻找与分配了另一子信道的相应分布式天线相邻的分布式天线使用的子信道；以及第二分配单元，将最高优先级指定给具有最大发送功率的分布式天线，并且以从具有最高优先级的相应分布式天线的顺序将子信道分配给相应分布式天线。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它示例性特点、方面和优点将更加明显，其中：

图1是示出位于普通DAS中心的基站(BS)周围分布的多个分布式天线中的每一个的覆盖区域的示图；

图2是示出根据本发明的实施例的在OFDMA系统中避免相邻天线使用相同子信道的子信道分配方法的示图；

图3是示出根据本发明的实施例的在OFDMA系统的DL期间执行子信道分配的BS的全部内部配置的一部分的配置框图；以及

图4是示出根据本发明的实施例的在OFDMA系统中用于抑制天线间干扰的子信道分配的方法的流程图。

具体实施方式

现将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。所述描述包括在支持本发明的更全面理解中呈现的诸如特定配置部件的细节，并且可对细节进行的形式上的改变和修改，对本领域的普通技术人员将是明显的，并且被认为在本发明的范围内。

图2是示出根据本发明的实施例的在OFDMA系统中在避免使用相同子信道的同时将子信道分配给相邻天线的方法的示图。

参照图2，如果天线1的覆盖区域内将服务提供给SS的天线1使用子信道A，则避免相邻天线2、6和7使用分配的子信道A。天线2、6和7可使用除了子信道A之外的其它子信道中的任何一个。这里，由于天线4与天线1不相邻，因此天线4可使用子信道A，因此天线4和天线1发送的信号之间存在少量的干扰。

根据上述配置的本发明在满足用户的SS的服务中的需要的同时，避免了由于相同子信道的分配的天线间干扰，并且能够实现信道资源的最佳使用。

图3是示出根据本发明的实施例的在OFDMA系统的DL期间执行子信道分配的基站(BS)的全部内部配置的一部分的配置框图。通过包括在BS中的子信道分配设备30实现根据本发明的用于分配子信道的设备。

从图3示出的BS发送的信号通过对与订户的总数(K)相应的每个SS特有的频率选择衰减信道，接着被每个订户的SS接收。参照图3，在每个预设分配周期，从所有订户的SS发送的用户要求的传输率和先前分配给各个SS的子信道分配信息被输入到子信道分配设备30。子信道分配设备30在使用每个订户要求的传输率的每个分配周期依次应用根据本发明的分配方法，并且使第一分配单元31、第二分配单元32和第三分配单元33执行子信道的自适应分配和比特的分配。

尽管没有在图3中示出，将认识到BS可配置有接收单元，所述接收单元用于接收每个用户(订户)要求的传输率和子信道分配信息，并且用于将接收的要求的传输率和子信道分配信息提供给第一分配单元31、第二分配单元32和第三分配单元33。由于可通过使用广泛公知的技术实现这种接收单元，因此在此不需要提供详细描述。

此外，假设在相同的蜂窝内以订户要求的传输率发送订户的数据，其中，当订户要求的传输率具有值0或非正值时，订户的数据被分类为非实时数据，当要求的传输率具有正值时，订户的数据被分类为实时数据。

将参照图4具体描述根据本发明的分配方法。

首先，对本发明中假定的基础条件进行描述，以便于理解本发明。假设整个蜂窝中存在P个天线、N个子信道和K个用户，根据每个订户SS所需的最小数据率被表示为R_min，对于子信道n，从天线p到SS k的信道质量被表示为c_k，n，p(以比特来表示)。例如，使用R＝2/3的正交相移键控(QPSK)编码，c_k，n，p等于4/3。

小写字母k是在用户之间进行区分所必需的参数。N表示子信道的总数。c_k，n是分配给第k个用户的第n子信道的每个符号的比特数，例如，每个符号的比特数c_k，n是正实数。可以通过调制和误差控制代码的结合将正实数而不是正整数分配给每个符号的比特数。

另外，符号d是指相邻天线。例如，如果天线p与天线q相邻，则将d_p，q设置为“1”。否则，将d_p，q设置为“0”。

根据本发明的实施例，第一阶段、第二阶段、第三阶段和第四阶段分配算法可被表示为数学表达式，如下：

第一阶段分配算法

$K_p=\mathrm{\φ},\∀p$

对于(k＝1∶K)

{计算 $c_{k,p}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{k,n,p},$ $\∀p\→\mathrm{MATH}.\mathrm{EXPRESSION}1$

选择 $p^{\′}=\underset{p}{\arg \max }\left(c_{k,p}\right)\→\mathrm{MATH}.\mathrm{EXPRESSION}2$

K_p′＝K_p′∪{k}(K_p与天线p服务的所有用户的集合相应)结束}

第二阶段分配算法

对于(p＝1∶P)

{K_p＝{k₁，k₂，…}

计算 $c_p=\frac{1}{N}\underset{k=k_1}{\overset{k_{\left|K_p\right|}}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{k,p}\→\mathrm{MATH}.\mathrm{EXPRESSION}3$

结束}

如果根据c_p对P执行重新排队，则c₁比任何其它c_p都大。

第三阶段分配算法

U＝{1，2，3，…，N}

，U_p＝φ，V_p＝φ

(在最开始，所有子信道都可用。

U_p是分配到天线p的子信道的集合，

V_p是与天线p相邻的天线使用的子信道的集合)

对于(p＝1∶P)

{K_p＝{k₁，k₂，…}

对于q＝1∶p-1

如果d_p，q＝1则V_p＝V_p∪U_q

结束}

(搜索相邻天线已经使用的所有子信道)

对于k＝1∶|K_p|

R＝0

当R＜R_min

选择 $n^{\′}=\underset{n\∈(U-V_p-U_p)}{\arg \max }\left(c_{k,n,p}\right)\→\mathrm{MATH}.\mathrm{EXPRESSION}4$

R＝R+c_k，n′，p

(子信道n′被分配给天线p和用户k)

U_p＝U_p+{n′}

第四阶段分配算法

对于(p＝1∶P)

K_p＝{k₁，k₂，…}

如果 $\∃k\∈K_p$ 并且对于这个k，R＜R_min则

当R＜R_min

选择 $n^{\′}=\underset{n\∈(V_p-U_p)}{\arg \max }\left(c_{k,n,p}\right)$

R＝R+c_k，n′，p

(子信道n′被分配给天线p和用户k)

U_p＝U_p+{n′}

图4是示出根据本发明的实施例的在OFDMA系统中用于抑制天线间干扰的子信道分配的方法的流程图。参照图4，在步骤410，在初始化操作期间，在每个预定分配周期从相应SS接收用户请求的传输率。通过使用上述MATH.EXPRESSION 1计算任意天线p服务的SS请求的数据传输率c_k，p。

在步骤412，通过使用上述MATH.EXPRESSION 2选择最佳天线p′(即，具有最高c_k，p)。

为了将高优先级赋予在步骤412选择的天线p，在步骤414，通过使用上述MATH.EXPRESSION 3对多个天线执行重新排队。

在步骤416，以从具有最高优先级的相应分布式天线的顺序选择将分配到分布式天线的子信道。此时，在步骤418，找到与相应分布式天线的邻近区域相邻的其它分布式天线采用的子信道。这里，其它相邻分布式天线的数量至少是一个。

然后，在步骤420，通过使用上述MATH.EXPRESSION 4将相邻分布式天线使用的各个子信道与选择的子信道进行比较。

在步骤422，在子信道与找到的将被分配到相邻天线的子信道相同的情况下，即，如果选择的子信道已经被相邻天线使用，则程序返回步骤416，并且使用剩余子信道重复执行描述的步骤416、418、420和422。如果在步骤422没有找到相同子信道，则在步骤424对天线执行子信道的分配。

能够以软件或硬件或可存储在记录介质(诸如CD ROM、RAM、软盘、硬盘、磁光盘中)或通过网络下载的计算机代码来实现根据本发明的上述方法，从而能够以使用通用计算机或特定处理器的这种软件或在可编程或专用硬件(诸如ASIC或FPGA)中呈现在此描述的方法。本领域的技术人员将理解，计算机、所述处理器或可编程硬件包括存储部件(诸如RAM、ROM闪存等)，所述存储部件可存储或接收软件或计算机代码，当所述软件或计算机代码被计算机访问或执行时，处理器或硬件实现在此描述的处理方法。

本发明公开的如上配置以操作的示例性实施例的优点和效果被描述如下。

根据本发明，通过将彼此不同的子信道分配给彼此相邻的天线，在满足用户需要的传输率的同时最小化天线间干扰。

尽管已经参照本发明的特定示例性实施例显示并描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可对其进行形式和细节的各种改变。因此，本发明的精神和范围不是由描述本发明的实施例来限定，而是由权利要求及其等同物来限定。

Claims (19)

1、一种在基于正交频分复用接入OFDMA系统的分布式无线通信系统中的子信道分配的方法，所述系统配置有以几何方式随机分布并能够同时与多个订户站SS通信的分布式天线，所述方法包括步骤：

(a)选择并获得对天线的访问，所述天线满足SS要求的数据传输率，并且SS能够与所述天线通信；

(b)将相同蜂窝内具有最大发送功率的天线以最高优先级重新排队；以及

(c)以从具有最高优先级的分布式天线的顺序将子信道分配给天线。

2、如权利要求1所述的方法，其中步骤(c)包括：

寻找位于以所述天线为中心的邻近区域中的天线使用的子信道；以及

分配除了找到的子信道之外的剩余子信道。

3、如权利要求1所述的方法，还包括：

寻找并分配当不满足SS要求的数据传输率时获得对SS访问的天线没有使用的子信道。

4、如权利要求1所述的方法，还包括：

将关于可用子信道的信息提供给基站BS。

5、一种在用于子信道分配的具有基站BS设备的基于正交频分复用接入OFDMA系统的分布式无线通信系统中用于控制天线间干扰的子信道分配的设备，所述设备包括：

第一分配单元，寻找与分配了另一子信道的第二分布式天线相邻的分布式天线使用的子信道；以及

第二分配单元，将最高优先级指定给具有最大发送功率的分布式天线，并且以从具有最高优先级的分布式天线的顺序将子信道分配给分布式天线。

6、如权利要求5所述的设备，其中，BS还包括：

第三分配单元，用于寻找并分配当不满足SS要求的数据传输率时获得对SS的访问的相应天线没有使用的子信道。

7、如权利要求5所述的设备，其中，在分配子信道的同时，BS分配与相应分布式天线相邻的区域内与天线使用的子信道不同的子信道。

8、一种在基于正交频分复用接入OFDMA系统的分布式无线通信系统中的子信道分配的设备，所述系统配置有以几何方式随机分布并能够同时与多个订户站SS通信的分布式天线，所述设备包括：

与存储器通信的处理器，所述存储器包括将指令提供给所述处理器以执行下述步骤的代码：

(a)选择并获得对天线的访问，所述天线满足SS要求的数据传输率，并且SS能够与所述天线通信；

(b)将相同蜂窝内具有最大发送功率的天线以最高优先级重新排队；以及

(c)以从具有最高优先级的分布式天线的顺序将子信道分配给天线。

9、如权利要求8所述的设备，其中步骤(c)包括：

寻找位于以所述天线为中心的邻近区域中的天线使用的子信道；以及

分配除了找到的子信道之外的剩余子信道。

10、如权利要求8所述的设备，其中，处理器还执行：

寻找并分配当不满足SS要求的数据传输率时获得对SS的访问的天线没有使用的子信道。

11、如权利要求8所述的设备，其中，处理器执行用于接收关于可用子信道的信息的代码。

12、一种在基于正交频分复用接入OFDMA系统的分布式无线通信系统中的子信道分配的方法，所述系统配置有以几何方式随机分布并能够同时与多个订户站SS通信的分布式天线，所述方法包括步骤：

(a)通过确定 $c_{k,p}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{k,n,p},$ $\∀p;p^{\′}=\underset{p}{\arg \max }\left(c_{k,p}\right)$

选择并获得对天线的访问，所述天线满足SS要求的数据传输率，并且SS能够与所述天线通信，其中，c_k，p表示每个符号的比特数，p表示天线；

(b)将相同蜂窝内具有最大发送功率的天线以最高优先级重新排队，如下：

$p^{\′}=\underset{p}{\arg \max }\left(c_{k,p}\right)$

其中，p表示天线

$c_p=\frac{1}{N}\underset{k=k_1}{\overset{k_{\left|K_p\right|}}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{k,p};$

(c)以从具有最高优先级的分布式天线的顺序将子信道分配给天线，如下：

$n^{\′}=\underset{n\∈(U-V_p-U_p)}{\arg \max }\left(c_{k,n,p}\right).$

13、如权利要求12所述的程序，其中步骤(c)包括：

寻找位于以所述天线为中心的邻近区域中的天线使用的子信道；以及

分配除了找到的子信道之外的剩余子信道。

14、如权利要求12所述的程序，其中，处理器还执行：

寻找并分配当不满足SS要求的数据传输率时获得对SS的访问的天线没有使用的子信道。

15、如权利要求12所述的程序，还包括：

接收关于可用子信道的信息。

16、一种用于确定与多个天线中的每一个有关的子信道的方法，所述方法包括：

接收用于确定要求的数据传输率的关于每个天线的信息；

将具有最大发送功率的天线指定为最高优先级；

以关于指定的天线的顺序将剩余天线中的每一个重新排队；

通过寻找位于以所述天线为中心的邻近区域中的天线使用的子信道来将子信道分配给天线；以及

分配除了找到的子信道之外的剩余子信道。

17、如权利要求16所述的方法，还包括：

寻找并分配当不满足SS要求的数据传输率时获得对SS的访问的天线没有使用的子信道。

18、一种用于确定与多个天线中的每一个有关的子信道的设备，所述设备包括：

与存储器通信的处理器，所述存储器包含当处理器访问时使所述处理器执行下述步骤的代码：

接收用于确定要求的数据传输率的关于每个天线的信息；

将具有最大发送功率的天线指定为最高优先级；

以关于指定的天线的顺序将剩余天线的每一个重新排队；

通过寻找位于以所述天线为中心的邻近区域中的天线使用的子信道来将子信道分配给天线；以及

分配除了找到的子信道之外的剩余子信道。

19、如权利要求18所述的设备，其中，所述处理器还执行用于寻找并分配当不满足SS要求的数据传输率时获得对SS的访问的天线没有使用的子信道的代码。

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