CN101365217B - 基于动态映射的双工频率对匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于动态映射的双工频率对匹配方法，在频率资源动态分配的频分双工系统中，当动态选取上、下行频点匹配成双工频率对时，选取上、下行频点的中心频率间隔大于等于最小双工间隔的频率对，将其列入动态频率分配范围内。通过本发明方法，解决了现有双工技术在动态分配频率时，使用双工间隔作为衡量上、下行链路隔离的标准而引起的上、下行频点间的相互干扰等问题。该方法可以在有效抑制上下行之间的保护频带宽度的条件下，实现较灵活的频率对匹配，保证动态选取的上下行频率能够满足所需的频率间隔，从而提供更多的满足隔离要求的双工频率对。

Description

基于动态映射的双工频率对匹配方法

技术领域

本发明涉及频分双工移动通信系统中的上、下行链路频点之间的匹配方法，更具体地说，本发明涉及频分双工移动通信系统中上、下行频点动态映射下的双工频率对匹配方法。

背景技术

近年来，移动通信技术发展非常迅速，移动通信的业务种类也日益丰富，由最初的单一语音业务发展到支持名目繁多的增值业务，如铃声下载、新闻浏览、天气预报、视频点播等等。根据通用移动通信系统(UMTS)的业务前景分析，未来频谱资源的需求将向两方面发展：中高速多媒体业务的上下行业务将具有非对称特性，而其它低速业务流将保持对称的传统业务特性。移动通信的业务分布日益呈现出上行链路和下行链路的不对称性，即下行链路的业务需求总量大于上行链路。另外，由于基站的处理能力比手机强大得多，基站距离人体较远，可以产生比手机更强的电磁辐射，也造成下行链路的平均传输速率大于上行链路的平均传输速率。因此，未来移动通信系统的设计应当满足上下行链路非对称特性的要求。

双工技术是实现上行链路(UL，UpLink)和下行链路(DL，DownLink)资源分配的重要技术手段。频分双工(FDD，FrequencyDivision Duplex)和时分双工(TDD，Time Division Duplex)是现代移动通信系统的两大双工方式。FDD系统通过上下行链路使用两个不同的频段来实现上下行之间的通信，保持信道的正交性；而TDD系统的上下行链路使用同一个频段，通过不同的时隙来区分上下行，可以通过动态调整时隙从而达到动态调整上下行资源的分配。

FDD技术是最早引入无线通信系统的全双工技术方案，也是应用最为广泛、最为成熟的双工方案。在理想的FDD系统中，上行和下行各自占用一个频带，整个频带上的功率谱密度均匀分布，截止频率处陡直地下降，上行和下行频带可以相邻，不用其它频带隔离，如图1a所示。但实际中，由于通信双方的发射机和接收机的滤波器不可能是完全理想化的，会有一定的滚降系数，从而造成不可避免的带外泄露，如图1b所示。因此，UL和DL的有效频带之间必须有一段保护频带来隔离，而上行频带的中心频率到下行频带的中心频率之间的间隔称作双工间隔，也叫双工距离。

双工间隔的大小直接涉及到上、下行频率的隔离问题，是衡量上、下行链路隔离的标准，最小双工间隔表征了满足隔离要求的上下行频率之间的最小频率间隔。双工间隔一般是所用载频的5％～10％左右，随着使用频段的逐渐升高，双工间隔也逐渐变大。目前，通信领域中将双工间隔视为一个比较重要的参数。

FDD系统将上、下行频带划分成多个频点(即子频带)，所有上行(下行)频点组成上行(下行)频率池，从上行(下行)频率池中选取出若干个上行(下行)频点分配某小区使用，称为该小区的上行(下行)频率簇。由于目前已实用化的FDD系统都是对称型FDD系统，即上下行链路的总带宽和单位带宽(即单个频点的宽度)都相同，上下行频点的使用关系也一一对应，只要满足简单的上下行频段之间的隔离，就能保证所有对应的上下行频点都能无干扰地使用。因此，目前几乎还没有研究人员对保护频带和双工间隔的设置进行详细的分析。

由于移动通信系统的频谱资源非常有限，业务分布也日益呈现出上行链路和下行链路的非对称性特性，因此，未来移动通系统将是一个频谱资源动态调配，上下行链路的设计非对等的系统。例如Sangboh Yun，Seung Young Park等人的Hybrid Division Duplex System for Next-Generation Cellular Services文中提出了一种TDD和FDD相结合的混合双工方案(HDD，Hybrid Division Duplex)，小区内部使用TDD模式，外部使用FDD模式。它可以有效地提高频谱资源的利用率，并能够满足未来移动通信系统上下行链路非对称特性的需求。

另外，在2007年《通信学报》的第28卷第6期中记载的，由张英海等人发表的适应未来移动通信系统的新型自适应双工技术方案中，提出了一种新型的自适应非对称频分双工(AFDD)方案：1)下行链路的可独立使用的单位带宽大于上行链路的可独立使用的单位带宽；2)上、下行频率点数目不同，上行频点数大于下行；3)上下行频点的对应关系根据业务情况灵活适配。文中提出了自适应双工技术的思想，可以根据不同方向链路的业务种类、总量的长期统计以及瞬态特性，动态分配上下行频点组成上下行频率簇，以满足不同区域、不同种类小区的业务需求，提高系统的自适应能力。AFDD方案既有FDD覆盖范围大、可以支持高速移动的优点，又有TDD可以动态调整上下行资源的优点，而不存在交叉时隙干扰。

这些新型双工方案都包含频分双工模式，但又不是传统意义上的FDD，上、下行链路呈现出非对等的特点，使用的上、下行频点的对应关系已不再是固定的、一一对应的关系，而是动态可变、灵活调配的，即双工频率是动态映射的。

在双工频率动态映射的情况下，配对使用的上、下行频点之间的频率间隔也会随之动态变化，若仍使用双工间隔作为上、下行链路之间的隔离问题的衡量标准，就有可能出现配对使用的一对频点由于频率间隔太小而造成强烈的干扰。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种基于动态映射的双工频率对匹配方法，解决现有双工技术在动态分配频率时，使用双工间隔作为衡量上、下行链路隔离的标准，而引起的上、下行频点间的相互干扰等问题。

基于上述目的本发明提供的一种基于动态映射的双工频率对匹配方法，在频率资源动态分配的频分双工(FDD)系统中，当动态选取上、下行频点匹配成双工频率对时，选取上、下行频点的中心频率间隔大于等于最小双工间隔的频率对，将其列入动态频率分配范围内。

可选的，该方法所述频分双工系统及上、下行频点单位带宽满足下列条件之一：

对称型FDD系统，且上行频点单位带宽＝下行频点单位带宽；

非对称FDD系统，且上行频点单位带宽＜下行频点单位带宽。

可选的，该方法所述动态映射，指上、下行频点动态配对组成双工频率对。

可选的，该方法所述频率对匹配过程满足如下条件：

上行的最低频点和下行的最低频点的中心频率之间的距离大于等于最小双工间隔；

上行频点和下行频点的双工频点距离大于等于最小双工间隔。

可选的，该方法所述方法用于非对称FDD系统，且上行频点单位带宽＜下行频点单位带宽时；

对第j个下行频点，将该下行频点和所有第i(i≤j)个上行频点组成双工频率对，列入动态频率分配范围内；

并且如果满足(j-1)(B_dl-B_ul)-Δn·B_ul≥0，则将该下行频点与第j+1个、第j+2个、......、第j+Δn个上行频点组成额外的频率对，列入所述动态频率分配范围内；

其中，B_ul为上行频点单位带宽，B_dl为下行频点单位带宽，Δn≥1。

可选的，该方法该双工频率对匹配方法至少应用于以下任意一种频分双工系统：频分多址FDMA、时分多址TDMA、空分多址SDMA、码分多址CDMA、正交频分多址OFDMA。

从上面所述可以看出，本发明提出的基于动态映射的双工频率对匹配方法，采用双工频点距离，作为衡量频分双工系统中上行频率和下行频率是否会造成相互间干扰的新标准，改变了原有的以整个上行频带和下行频带之间的双工间隔为衡量标准。该方法可以在有效抑制上下行之间的保护频带宽度的条件下，实现较灵活的频率对匹配，保证动态选取的上下行频率能够满足所需的频率间隔，从而提供更多的满足隔离要求的双工频率对，能够更好地满足未来移动通信系统业务多样化、呈现非对称特性的需求。

附图说明

图1a为理想的FDD系统中上、下行链路使用频带的示意图；

图1b为实际的FDD系统中上、下行链路使用频带的示意图；

图2为对称型FDD系统中上行频点和下行频点的划分使用情况示意图；

图3为上、下行链路频带非对称的频分双工系统中上行频点和下行频点的划分使用情况及双工频率对匹配方法示意图；

图4为上、下行链路频带非对称的频分双工系统中上行频点和下行频点的双工频点距离计算方法示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。

本发明提出了一种基于动态映射的双工频率对匹配方法，主要包括以下方面：

本文中，将频分双工系统中分配给小区中某个用户或用户群使用的一对上下行频点定称为双工频率对(Duplex frequency pair，简称频率对)，将双工频率对中的上、下行频点的中心频率间隔称为双工频点距离(Duplex frequency-point distance，简称频点距离)；

将双工频点距离作为衡量上、下行频率是否有效隔离的标准，改变了原有的双工间隔衡量指标；

当动态选取上、下行频点组成双工频率对时，计算其双工频点距离，选取双工频点距离大于等于最小双工间隔要求的双工频率对，将其列入动态频率分配范围内。

根据本发明的方法，在对称型FDD系统的动态频率映射下，若序号对应的一对上、下行频点U_k和D_k满足隔离要求，则在上行频率簇中满足i≤k的U_i频点，都可以和D_k正常匹配；在下行频率簇中满足j≥k的D_j频点，也都可以和U_k正常匹配。在非对称型FDD系统的动态频率映射下，随着频率的上升，除了上述对称型FDD系统中的选取规则外，将会有部分i’≥k的上行频点U_i’和D_k也可以正常匹配，或部分j’≤k的下行频点U_j’和U_k也可以正常匹配。

下面首先针对对称型FDD系统，说明上、下行频率之间的动态映射双工频率对匹配方法，然后再扩展到上、下行链路频带非对称的频分双工系统上进行说明。

实施例一、对称型FDD系统中的动态映射双工频率对匹配方法：

要使得选取的一个双工频率对能够正常使用，不引起上下行频点之间的强烈干扰，必须保证该频率对的双工频点距离满足一定的频率间隔要求，即最小双工间隔，表示如下：

$|f_j^d-f_i^u|\≥F_{\mathrm{th}},\∀(i,j)\∈A---\left(\text{1}\right)$

其中，F_th为最小双工间隔，A表示所有的双工频率对，(i，j)表示其中任意一个频率对，f_i ^u表示第i个上行频点的中心频率，f_j ^d表示第j个下行频点的中心频率。

如图2所示，对称型FDD系统，上、下行链路总带宽相等，上、下行频点划分和使用相对称。假设上行频率划分为N个频点U₁，U₂，…，U_N，组成上行频率池，下行频率划分为D₁，D₂，…，D_N，组成下行频率池，并且上、下行各频点单位带宽都相等。序号对应的上行频点U_i和下行频点D_i(i＝1，2，…，N)对应使用，匹配成各个双工频率对，并且各自的双工频点距离都正好满足最小双工频率间隔要求，用 $U_i\⇔D_i$ 表示，即|D_i-U_i|＝F_th，i＝1，2，…，N。

由于业务需求，某个链路的频率资源可能不够，必须增加该链路的频点，例如，非对称性较强的数据下载业务，可能要通过增加下行频点来满足业务需求。假设某个小区的上行链路只使用U_k(k为1，2，…，N中的某一个值)一个频点，而下行链路需要增加频点，为了保证上、下行之间满足隔离要求，则下行可以使用下行频率簇中j≥k的D_j频点，即下行可以使用D_k，D_k+1，…，D_N中已分配给该小区的频点，匹配成满足隔离要求的双工频率对，用 $U_k\⇔D_k,D_{k+1},...,D_N$ 表示。当然，这里也可以先确定一个下行频点，然后再讨论相对应的上行频点。

综上，当k分别为1，2，…，N-1，N时，为了使双工频点距离满足隔离要求，上行频点U_k与下行多个可用频点之间的对应关系如下：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_1\⇔D_1,D_2,......,D_N\\ U_2\⇔D_2,D_3,...,D_N\\ ......\\ U_{N-1}\⇔D_{N-1},D_N\\ U_N\⇔D_N\end{array}\right.$

由此可以看出，对称型FDD系统的双工频率对的选取规则可以归纳如下：

若序号对应的一对上、下行频点U_k和D_k满足隔离要求，则在上行频率簇中满足i≤k的U_i频点，都可以和D_k正常匹配，组成满足隔离要求的双工频率对；在下行频率簇中满足j≥k的D_j频点，也都可以和U_k正常匹配。

实施例二、上、下行链路频带非对称的频分双工系统中的动态映射双工频率对匹配方法：

非对称的频分双工系统的上、下行链路频带非对等，可独立使用的单位带宽和频点数目也都不尽相同，而且上、下行频点的对应使用关系也是灵活可变的。

如图3和图4所示，设上行频率分割为U₁，U₂，…，U_M，组成上行频率池，频点单位带宽为B_ul；下行频率分割为D₁，D₂，…，D_N，组成下行频率池，频点单位带宽为B_dl。一般来说，未来移动通信系统的业务将呈现非对称特性，即下行链路的传输速率和传输总量都将明显大于上行链路。因此，为了满足这种非对称特性，未来移动通系统的设计也必须满足下行链路的单位带宽和总带宽都大于上行链路，即B_dl＞B_ul，N·B_dl＞M·B_ul。(若B_ul＝B_dl，且M＝N，则变为对称型FDD系统的特例。)

参见图4，设上行的最低频点U₁的中心频率为f₀，上行的最低频点U₁和下行的最低频点D₁的双工频点距离(图3中所示的双工频点距离1)为d₀。假设d₀正好满足最小双工间隔要求F_th，即d₀＝F_th。

令f_i ^u表示第i个上行频点的中心频率，f_j ^d表示第j个下行频点的中心频率，并且1≤i≤M，1≤j≤N，则

$\begin{array}{ccc}{f}_1^u=f_0,& f_2^u=f_0+B_{\mathrm{ul}},& ...,\end{array}{f}_M^u=f_0+(M-1)B_{\mathrm{ul}};$

$\begin{array}{ccc}{f}_1^d=f_0+d_0,& f_2^d{=f}_0+d_0+B_{\mathrm{dl}}\text{,}& ...,\end{array}{f}_N^d=f_0+d_0+(N-1)B_{\mathrm{dl}};$

即

$\left\{\begin{array}{c}{f}_i^u=f_0+(i-1)B_{\mathrm{ul}},1\≤i\≤M\\ f_j^d=f_0+d_0+(j-1)B_{\mathrm{dl}},1\≤j\≤N\end{array}\right.---\left(2\right)$

只要最低的双工频率对满足最小双工频率间隔要求，即 ${f_1}^d-{f_1}^u=d_0\≥F_{\mathrm{th}},$ 则其它对应的上、下行频点组成的双工频率对必然也满足间隔要求。证明如下：

$f_j^d-f_j^u=f_j^d-f_j^u$

$=[f_0+d_0+(j-1)B_{\mathrm{dl}}]-[f_0+(j-1)B_{\mathrm{ul}}]$

$=d_0+(j-1)(B_{\mathrm{dl}}-B_{\mathrm{ul}})\≥d_0\≥F_{\mathrm{th}},j\≤\min (M,N)---\left(3\right)$

随着频率的上升，对于一对双工频率对U_k，D_k，除了满足频率对选取规则中的频点外，将会有频率高于U_k的上行链路频点与D_k也满足隔离要求，或频率低于D_k的下行链路频点与U_k也满足隔离要求。

这个观点作具体解释为：原本第j个下行频点可以与所有第i(i≤j)个上行频点组成双工频率对；

但随着频率的上升，即随着j的增大，当j大到一定程度时，第j个下行频点有可能还可以与第j+1个、第j+2个、......、第j+Δn个(Δn≥1)更高频率的上行频点相对应。证明如下：

$f_j^d-f_{j+\mathrm{\Δn}}^u$

$f_0+d_0+(j-b)B_{\mathrm{dl}}{f}_0+(j+\mathrm{\Δn}-1)B_{\mathrm{ul}}$

$=d_0+(j-1)(B_{\mathrm{dl}}-B_{\mathrm{ul}})-\mathrm{\Δn}\·B_{\mathrm{ul}}---\left(4\right)$

要使得 $f_j^d-f_{j+\mathrm{\Δn}}^u\≥F_{\mathrm{th}},$ 只要满足

(j-1)(B_dl-B_ul)-Δn·B_ul≥0，即 $j\≥\frac{\mathrm{\Δn}\·B_{\mathrm{ul}}}{B_{\mathrm{dl}}-B_{\mathrm{ul}}}+1---\left(5\right)$

即只要满足式(5)，第j个下行频点也可以和更高频率的第j+1个、第j+2个、......、第j+Δn个上行频点正常匹配，组成满足隔离要求的频率对。

因此，非对称型FDD系统的双工频率对的选取规则可以归纳为：随着频率的上升，除了对称型FDD系统中的选取规则外，将会有部分i’≥k的上行频点U_i，也和D_k满足隔离要求，或部分j’≤k的下行频点U_j，也和U_k满足隔离要求。例如，随着频率的上升，D₂不仅与U₁、U₂满足隔离要求，还可能与U₃(图3所示的双工频率对2)也满足隔离要求。

综上所述，只要设定上行的最低频点U₁和下行的最低频点D₁的中心频率之间的距离d₀满足最小双工间隔要求，就能保证所有的序号对应的频率对的频点距离都满足隔离要求，而且在动态选择频点时，可以有更多的上、下行频点能够组成满足隔离要求的双工频率对。

在分配初始的上、下行频带时，通过设定不同的保护频带宽度，或设定不同的d₀值，可以实现频率资源利用率与频率对匹配灵活性的不同折中程度。当设定足够大的保护频带宽度时，可以实现上、下行所有频点间的完全隔离，这样会造成大量保护频带的浪费；当设定保护频带宽度很小时，可能会出现上、下行频点能够正常匹配的频率对很少，降低了频率对匹配灵活性。

因此，通过设定合适的保护频带宽度，或设定合适的d₀值，可以在有效抑制上下行之间的保护频带宽度的条件下，实现较灵活的频率对匹配，保证动态选取的上下行频率能够满足所需的频率间隔，从而提供更多的满足隔离要求的双工频率对，能够更好地满足未来移动通信系统业务多样化、呈现非对称特性的需求。

本发明的描述是为了示例和说明起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (4)

1.一种基于动态映射的双工频率对匹配方法，其特征在于：

在频率资源动态分配的频分双工FDD系统中，当动态选取上、下行频段匹配成双工频率对时，选取上、下行频段的中心频率间隔大于等于最小双工间隔的频率对，将其列入动态频率分配范围内，其中，所述频分双工FDD系统及上、下行频段单位带宽满足下列条件：

非对称FDD系统，且上行频段单位带宽＜下行频段单位带宽；

在用于非对称FDD系统、且上行频段单位带宽＜下行频段单位带宽时：

对第j个下行频段，将该下行频段和所有第i个上行频段组成双工频率对，列入动态频率分配范围内，其中i≤j；

并且如果满足(j-1)(B_dl-B_ul)-Δn·B_ul≥0，则将该下行频段与第j+1个、第j+2个、......、第j+Δn个上行频段组成额外的频率对，列入所述动态频率分配范围内；

其中，B_ul为上行频段单位带宽，B_dl为下行频段单位带宽，Δn≥1。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动态映射，指上、下行频段动态配对组成双工频率对。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频率对匹配过程满足如下条件：

上行的最低频段和下行的最低频段的中心频率之间的距离大于等于最小双工间隔；

上行频段和下行频段的双工中心频点距离大于等于最小双工间隔。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该双工频率对匹配方法至少应用于以下任意一种频分双工系统：频分多址FDMA、时分多址TDMA、空分多址SDMA、码分多址CDMA、正交频分多址OFDMA。