CN101409923B - 一种正交频分复用系统中资源分配方法、装置和基站 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种OFDM系统中资源分配方法、装置和基站，该资源分配方法包括：确定移动台的可用频率资源；预测可用频率资源中子载波在下一时刻的干扰强度；根据子载波在下一时刻的干扰强度为移动台分配频率资源。本发明的资源分配方法、装置和基站，根据各个移动台当前时刻可用频率资源中子载波的干扰状态，预测下一时刻子载波的干扰状态，在预测值的基础上，进行资源分配，能克服检测的滞后性，能更有效地降低小区间干扰，提高系统性能和小区边缘用户性能。

Description

一种正交频分复用系统中资源分配方法、装置和基站

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)系统中的资源分配方法、装置和基站。

背景技术

OFDM系统因其拥有独特的对抗频率选择性衰落和符号间干扰及高频谱效率等优点，成为未来移动通信系统中的关键技术之一。OFDM技术使得小区内不同用户子载波间具有相互正交性，减小了子载波间的相互干扰，大大提高了系统的频率利用率。

未来移动通信系统对频谱效率的要求很高，希望频率复用系数尽可能接近1。在多小区蜂窝网络中，系统使用基于OFDM的多址方式，若频率复用系数为1，整个系统内的所有小区都使用相同的频率资源为本小区用户提供服务。如果不采取一定的干扰抑制措施，小区间的同频干扰将会比较严重。若在小区交界处的两个用户使用同一频率与不同基站通信，则彼此间产生的干扰可导致这两个用户的信干比急剧下降，严重影响小区边缘用户的性能。为了避免这种情况，必须引入必要的小区间干扰抑制措施。

小区间干扰协调是用于抑制小区间干扰的重要技术之一，它是通过小区间的协调对一个小区的可用资源进行某种限制，以提高邻小区在这些资源上的信干比、小区边缘的数据速率和覆盖，从而降低小区间的干扰。典型的小区间干扰协调方法包括SFFR、SFR、FFR等。

然而，目前小区间干扰协调方案中，对可用资源的分配都是按照当前时刻的系统状况和信道状况来进行的。由于系统和信道状态变化的瞬时性，下一时刻的状态与当前时刻的状态往往会有较大的差异，从而导致了基于当前状况信息的资源分配方法存在较大的滞后性，难以满足较优的资源分配需求。正是由于这种滞后性的资源分配，增大了小区间干扰的可能性，使小区间干扰协调方案对系统性能的提高受到限制。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种OFDM系统中的资源分配方法，能够有效的降低小区间干扰。

本发明提供的OFDM系统中的资源分配方法，包括：对小区进行频率预规划，确定小区内移动台的可用频率资源；预测可用频率资源中子载波在下一时刻的小区间干扰强度；根据子载波在下一时刻的小区间干扰强度从移动台的可用频率资源中为移动台分配频率资源；其中，预测可用频率资源中子载波在下一时刻的小区间干扰强度包括：获得可用资源频率中子载波在当前时刻的干扰估计值和当前时刻的干扰测量值；通过滤波估计和修正进而预测出该子载波在下一时刻的小区间干扰估计值。

根据本发明的资源分配方法的一个实施例，上述预测可用频率资源中子载波在下一时刻的小区间干扰强度包括：根据当前时刻子载波的小区间干扰强度通过滤波估计预测该子载波在下一时刻的小区间干扰强度。进一步，上述滤波估计为卡尔曼滤波或维纳滤波方法。

根据本发明的资源分配方法的另一实施例，确定小区内移动台的可用频率资源的步骤包括：确定移动台为小区边缘用户还是小区中心用户；通过软分数频率复用方法确定移动台的可用频率资源。

进一步，确定移动台为小区边缘用户还是小区中心用户的步骤包括：判断移动台接收到的本小区基站的功率与干扰小区基站的功率的比例是否小于预定值，如果小于，则判定该移动台为小区边缘用户，否则，确定该移动台为小区中心用户。

根据本发明的资源分配方法的又一个实施例，根据子载波在下一时刻的小区间干扰强度从移动台的可用频率资源中为移动台分配频率资源的步骤包括：根据子载波的小区间干扰强度设置对应可用频率资源的优先级；为移动台分配具有高优先级的可用频率资源。

本发明提供的OFDM系统中的资源分配方法，预测下一时刻可用频率资源中子载波的干扰状态，在预测值的基础上进行资源分配，能更有效的降低小区间干扰，提高系统性能。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种OFDM系统中的资源分配装置，能够有效的降低小区间干扰。

本发明提供的资源分配装置，包括可用资源确定模块，用于对小区进行频率预规划，确定小区内移动台的可用频率资源；干扰预测模块，用于获得可用资源频率中子载波在当前时刻的干扰估计值和当前时刻的干扰测量值，通过滤波估计和修正进而预测出该子载波在下一时刻的小区间干扰估计值；资源分配模块，用于根据干扰预测模块预测的子载波的小区间干扰强度从移动台的可用频率资源中为移动台分配频率资源。

根据本发明的资源分配装置的一个实施例，可用资源确定模块包括：区域划分单元，用于确定移动台处于小区中心区域还是小区边缘区域；资源确定单元，用于根据区域划分单元对移动台进行的区域划分，为移动台分配可用频率资源集合。

根据本发明的资源分配装置的另一个实施例，干扰预测模块包括：当前状态获取单元，用于获取子载波在当前时刻的小区间干扰强度，发送子载波在当前时刻的小区间干扰强度；滤波器，用于接收来自当前状态获取单元的子载波在当前时刻的小区间干扰强度，根据子载在当前时刻的小区间干扰强度通过滤波估计预测下一时刻所述子载波的小区间干扰强度。进一步，上述滤波器为卡尔曼滤波器或维纳滤波器。

本发明提供的资源分配装置，通过干扰预测模块预测可用频率资源中子载波在下一时刻的干扰强度，由资源分配模块根据子载波的干扰强度为移动台分配频率资源，更有效地降低了小区间干扰，提高了系统性能。

本发明还提供一种包括上述资源分配装置的基站。

附图说明

图1是本发明的OFDM系统中资源分配方法的一个实施例的流程图；

图2是本发明的OFDM系统中资源分配方法的另一个实施例的流程图；

图3是基于软分数频率复用的可用频率资源分配示意图；

图4是本发明的采用滤波估计进行干扰预测的流程图；

图5是本发明的OFDM系统中资源分配装置的一个实施例的框图；

图6是本发明的OFDM系统汇总资源分配装置的另一个实施例的框图。

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。在附图中，相同的标号表示相同或者相似的组件或者元素。

本发明的基本思想是，根据当前时刻可用资源的小区间干扰状态，预测下一时刻的干扰状态，在预测值的基础上，优化资源的分配，如频率资源，信道资源，码字资源等，通过资源的优化配置降低小区间的同频干扰强度。

图1是本发明的OFDM系统中资源分配方法的一个实施例的流程图。

如图1所示，在步骤102，确定小区中移动台的可用频率资源，即移动台在下一时刻可用的空闲频率资源。

在步骤104，预测下一时刻可用频率资源中子载波的干扰强度。根据当前时刻系统状况和信道状况，例如通过滤波估计的方法，预测可用频率资源中子载波的在下一时刻的干扰强度。

在步骤106，根据可用频率资源中子载波的干扰强度为移动台分配频率资源。将子载波的干扰强度弱的可用频率资源优选分配给移动台使用。

图2是本发明的OFDM系统中资源分配方法的另一个实施例的流程图。

如图2所示，在步骤202，将各个小区的移动台分为小区边缘用户和小区中心用户。例如，以该移动台接收到的本小区基站的功率与干扰小区基站的功率的比例作为标准，将移动台划分为小区边缘用户和小区中心用户。当该比例低于预定值(或标准值)时，划分为小区边缘用户，否则，划分为小区中心用户。小区边缘用户和小区中心用户所在区域分别对应为小区边缘区域与小区中心区域。图3是基于软分数频率复用的频率资源分配示意图。在图3中，小区内的空白区域表示小区中心区域，阴影区域表示小区边缘区域。

在步骤204，对小区进行频率预规划，确定小区内各个移动台的可用频率资源集合。在图3中，将三个相邻的小区作为一个簇进行分析，通过多个簇可以扩展到整个网络。如图3所示，将一个簇的整个可用频段分为两个不重叠的部分G和U。将G分给每个小区的小区中心用户；将U分为6个频段u₁至u₆，按照图3所示，分别分配给两两相邻的小区1、小区2、小区3位于不同小区边缘区域的小区边缘用户，使得各小区间相邻的小区边缘用户不使用相同的子载波。例如图3中标记为“1”的区域的可用频率资源集合为u₁，标记为“2”的区域的可用频率资源集合为u₂，标记为“3”的区域的可用频率资源集合为u₃，标记为“4”的区域的可用频率资源集合为u₁∪u₆，标记为“6”的区域的可用频率资源集合为u₂∪u₆等。当然，也可以采用SFR、FFR等其他方法确定可用频率资源集合。

在步骤206，对各个移动台，根据当前时刻可用频率资源集合中各个空闲子载波的干扰强度，利用滤波估计的原理，预测下一时刻可用空闲子载波的干扰强度。例如，首先通过测量检测确定当前时刻可用频率资源集合中各个空闲子载波受到其它相邻小区同频干扰的程度，然后利用滤波估计的原理预测下一时刻各个空闲子载波的干扰强度。滤波估计包括多种实现方法，例如卡尔曼滤波和维纳滤波等各种滤波形式，本领域的技术人员在理解本发明公开的内容后，可以根据需要采用其它形式的滤波估计方法。

在步骤208，根据子载波的干扰强度为对应可用频率资源设立优先级，按照可用频率资源的优先级给移动台分配频率资源。在获得下一时刻小区间干扰最优估计值的情况下，依据可用频率资源中子载波所受干扰程度的强弱为各等待分配的频率资源设立优先级，最后按照优先级大小给移动台分配资源。

下面对本发明通过滤波估计预测下一时刻的干扰强度进行详细说明。

对于每个移动台，接收机检测可用频率资源集合中的各个子载波当前时刻所受到的同频干扰强度，将该检测的数据传送给基站端。基站利用滤波估法预测下一时刻各个空闲子载波的干扰强度。

通过滤波估计预测下一时刻子载波的干扰强度的一个具体实现是，首先获得当前时刻的干扰强度，即当前时刻该子载波的干扰估计值和当前时刻该子载波的干扰测量值，在此基础上通过滤波估计和修正，进而预测出下一时刻的该子载波上的干状估计值。

图4示出本发明采用滤波估计进行干扰预测的流程图。该流程图以卡尔曼滤波估计为例，说明滤波估计的步骤：

在步骤402，初始化在k-1时刻(前一时刻)子载波所受干扰的后验状态估计值和后验误差的协方差

P(k-1)。对于k＝1时，可以借助于经验值或多次取样值设定k-1(k＝1)时刻在该子载波上所受干扰的后验状态估计初值

并计算后验误差的协方差初值P(0)。

在步骤404，计算k时刻(当前时刻)子载波的干扰估计值

也可称为子载波所受干扰的先验状态估计值。可以基于k-1时刻子载波所受干扰的后验状态估计值来计算k时刻子载波所受干扰的估计值

在步骤406：计算k时刻子载波的先验误差的协方差P(k|k-1)，P(k|k-1)也可以称为子载波所受干扰的先验误差的协方差。可以基于k-1时刻子载波所受干扰的误差的协方差来估计k时刻子载波所受干扰的误差的协方差：P(k|k-1)＝ΦP(k-1)Φ^T+Q。

在步骤408，计算卡尔曼滤波器的修正因子K(k)：K(k)＝P(k|k-1)H^T[HP(k|k-1)H^T+R]^-1。

在步骤410，获取k时刻子载波所受干扰的测量值Z(k)，计算在k时刻修正后的子载波所受干扰的估计值也可以称为后验状态估计值。计算公式

将

返回步骤404，用于计算k+1时刻的子载波所受干扰的先验状态估计值

在步骤412，计算在k时刻修正后的干扰的误差的协方差P(k)：P(k)＝[I-K(k)H]P(k|k-1)。P(k)也可以称为后验误差的协方差。将P(k)返回步骤406，用于计算k+1时刻的先验误差的协方差P(k+1|k)。

在步骤414，预测k+1时刻(下一时刻)子载波所受的干扰的估计值

其中，Φ为状态转移向量(或矩阵)；H为观测向量(或矩阵)；Q为协方差的累积误差；R为计算中的扰动；P(k)为k时刻误差的协方差，也称为后验误差的协方差；

为k时刻干扰估计值，也称为干扰的后验状态估计值；

为基于k-1时刻的k时刻的干扰估计值，也称为先验状态估计值；P(k|k-1)为基于k-1时刻的k时刻的干扰的协方差，也称为先验误差的协方差；K(k)为k时刻的卡尔曼滤波因子；Z(k)为k时刻干扰的测量值。

需要注意的是，在未获得k时刻的测量值Z(k)之前，由(k-1)时刻对干扰信号所做出的估计作为迭代起点，对k时刻的状态信号X(k)进行预测。在测得k时刻的干扰测量值后，通过计算修正获得干扰的真实状态优化估计值

然后利用预估计算法，对预测值进行修正计算出目标在k+1时刻干扰的最优估计值

从而预测出k+1的干扰的估计值。

通过以上算法，基站预测出下一时刻各个空闲子载波的干扰强度，然后对移动台的可用频率资源集合中各个空闲子载波按所受干扰程度的强弱为各等待分配的资源设立优先级。若处于某一可用频率资源集合对应的小区区域中的移动台只有一个，则将优先级最高的频率资源分配给该移动台。如果处于某一可用频率资源集合对应的小区区域中的移动台具有多个，可以将具有较高优先级的可用频率资源(例如优先级最高的n个可用频率资源)随机分配给各个移动台；或者综合考虑这些移动台上空闲子载波受干扰程度的大小和不同移动台的业务需求情况，然后进行资源分配。如果处于某一可用频率资源集合对应的小区区域中的多个移动台具有不同的优先级，则将高优先级的频率资源优先分配给具有高优先级的移动台。

此外，根据本发明的资源分配方法，在有新的移动台接入小区时，按照上述步骤，首先判断其为小区边缘用户还是小区中心用户；然后确定该移动台所对应的可用频率资源集合；该移动台的接收机测出可用频率资源集合中的各个空闲子载波所受到的同频干扰强度，并将测出的数据传送给基站；基站利用滤波估计预测出下一时刻各个空闲子载波的干扰强度；根据可用频率资源所受干状程度的强弱为各等待分配的资源设立优先级，然后将优先级最高的资源分配给新接入的移动台。

可以看到，采用滤波估计预测的方法，在获得下一时刻小区间干扰优选估计值的情况下，为各等待分配的资源设立优先级，优化对可用资源的分配，克服了基于当前时刻测量的可用资源的状态分配可用资源导致的滞后性，能提高小区间干扰协调策略的性能，更好地达到抑制小区间干扰的目的。

本发明是针对OFDM系统，基于小区间干扰协调策略时，根据各个移动台当前时刻可用频率资源的干扰状态，预测下一时刻的干扰状态，在预测值的基础上，进行资源分配，实现了一种基于干扰预测的资源分配方法。基于干扰预测的资源分配方法，能克服检测的滞后性，能更有效的降低小区间干扰，提高系统性能和小区边缘用户性能。

图5是本发明的OFDM系统中资源分配装置的一个实施例的框图。如图5所示，该装置包括可用资源确定模块51、干扰预测模块52和资源分配模块53。其中，可用资源确定模块51用于确定移动台的可用频率资源；干扰预测模块52用于预测可用资源确定模块确定的可用频率资源中子载波在下一时刻的干扰强度；资源分配模块53用于根据干扰预测模块预测的子载波的干扰强度为移动台分配频率资源。

图6是本发明的OFDM系统中资源分配装置的另一个实施例的框图。如图6所示，该装置包括可用资源确定模块51、干扰预测模块52和资源分配模块53。其中，可用资源确定模块51包括区域划分单元611和资源确定单元612。区域划分单元611用于确定移动台处于小区中心区域还是小区边缘区域；资源确定单元612用于根据区域划分单元611对移动台进行的区域划分，为移动台确定可用频率资源集合。干扰预测模块52包括当前状态获取单元621和滤波器单元622。其中，当前状态获取单元621用于获取子载波在当前时刻的干扰强度，如干扰的估计值和测量值，发送子载波在当前时刻的干扰强度到滤波器单元622。滤波器单元622用于接收来自当前状态获取单元621的子载波在当前时刻的干扰强度，根据子载在当前时刻的干扰强度通过滤波估计预测下一时刻子载波的干扰强度。滤波器单元622可以是卡尔曼滤波器或维纳滤波器，也可以采用其它形式的滤波器。

需要指出，上述滤波器可以通过硬件实现，也可以通过软件或者硬件与软件结合实现。

本发明提供的资源分配装置，通过干扰预测模块预测可用频率资源中子载波在下一时刻的干扰强度，由资源分配模块根据子载波的干扰强度为移动台分配频率资源，更有效地降低了小区间干扰，提高了系统性能。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，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 (13)

1.一种正交频分复用系统中资源分配方法，其特征在于，包括：

对小区进行频率预规划，确定小区内移动台的可用频率资源；

预测所述可用频率资源中子载波在下一时刻的小区间干扰强度；

根据所述子载波在下一时刻的小区间干扰强度从所述移动台的可用频率资源中为所述移动台分配频率资源；

其中，预测可用频率资源中子载波在下一时刻的小区间干扰强度包括：

获得可用资源频率中子载波在当前时刻的干扰估计值和当前时刻的干扰测量值；

通过滤波估计和修正进而预测出该子载波在下一时刻的小区间干扰估计值。

2.根据权利要求1所述的资源分配方法，其特征在于，所述获得可用资源频率中子载波在当前时刻的干扰估计值和当前时刻的干扰测量值、通过滤波估计和修正进而预测出该子载波在下一时刻的小区间干扰估计值包括：

初始化在k-1时刻子载波所受干扰的后验状态估计值和后验误差的协方差 P(k-1)；

计算k时刻子载波的干扰估计值 

计算k时刻子载波的先验误差的协方差P(k|k-1)：P(k|k-1)＝ΦP(k-1)Φ^T+Q；

计算卡尔曼滤波器的修正因子K(k)：K(k)＝P(k|k-1)H^T[HP(k|k-1)H^T+R]^-1；

获取k时刻子载波所受干扰的测量值Z(k)，计算在k时刻修正后的子载波所受干扰的估计值 

也可以称为后验状态估计值；

计算在k时刻修正后的干扰的误差的协方差P(k)：P(k)＝[I-K(k)H]P(k|k-1)； 

预测k+1时刻子载波所受的干扰的估计值 

其中，Φ为状态转移向量或矩阵；H为观测向量或矩阵；Q为协方差的累积误差；R为计算中的扰动；P(k)为k时刻误差的协方差，也称为后验误差的协方差； 

为k时刻干扰估计值，也称为干扰的后验状态估计值； 

为基于k-1时刻的k时刻的干扰估计值，也称为先验状态估计值；P(k|k-1)为基于k-1时刻的k时刻的干扰的协方差，也称为先验误差的协方差；K(k)为k时刻的卡尔曼滤波因子；Z(k)为k时刻干扰的测量值。

3.根据权利要求1所述的资源分配方法，其特征在于，所述滤波估计包括卡尔曼滤波或维纳滤波方法。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的资源分配方法，其特征在于，确定小区内移动台的可用频率资源包括：

确定所述移动台为小区边缘用户还是小区中心用户；

通过软分数频率复用方法确定所述移动台的可用频率资源。

5.根据权利要求4所述的资源分配方法，其特征在于，确定所述移动台为小区边缘用户还是小区中心用户的步骤包括：

判断所述移动台接收到的本小区基站的功率与干扰小区基站的功率的比例是否小于预定值，如果小于，则判定所述移动台为小区边缘用户，否则，确定所述移动台为小区中心用户。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的资源分配方法，其特征在于，根据所述子载波在下一时刻的小区间干扰强度从所述移动台的可用频率资源中为所述移动台分配频率资源的步骤包括：

根据所述子载波的小区间干扰强度设置对应可用频率资源的优先级；

为所述移动台分配具有高优先级的可用频率资源。

7.根据权利要求6所述的资源分配方法，其特征在于，为所述移动台分配具有高优先级的子载波的可用频率资源的步骤包括：

当处于与可用频率资源集合对应的小区区域中的移动台只有一个时，将优先级最高的频率资源分配给所述移动台； 

当处于与可用频率资源集合对应的小区区域中的移动台具有多个时，根据这些移动台在子载波上受干扰程度的大小和不同移动台的业务需求情况进行资源分配。

8.一种正交频分复用系统中的资源分配装置，其特征在于，包括：

可用资源确定模块，用于对小区进行频率预规划，确定小区内移动台的可用频率资源；

干扰预测模块，用于获得可用资源频率中子载波在当前时刻的干扰估计值和当前时刻的干扰测量值，通过滤波估计和修正进而预测出该子载波在下一时刻的小区间干扰估计值；

资源分配模块，用于根据所述干扰预测模块预测的子载波的小区间干扰强度从所述移动台的可用频率资源中为所述移动台分配频率资源。

9.根据权利要求8所述的资源分配装置，其特征在于，所述可用资源确定模块包括：

区域划分单元，用于确定所述移动台处于小区中心区域还是小区边缘区域；

资源确定单元，用于根据所述区域划分单元对所述移动台进行的区域划分，为所述移动台分配可用频率资源集合。

10.根据权利要求8所述的资源分配装置，其特征在于，所述干扰预测模块用于初始化在k-1时刻子载波所受干扰的后验状态估计值和后验误差的协方差 

P(k-1)；计算k时刻子载波的干扰估计值 

计算k时刻子载波的先验误差的协方差P(k|k-1)：P(k|k-1)＝ΦP(k-1)Φ^T+Q；计算卡尔更滤波器的修正因子K(k)：K(k)＝P(k|k-1)H^T[HP(k|k-1)H^T+R]^-1；获取k时刻子载波所受干扰的测量值Z(k)，计算在k时刻修正后的子载波所受干扰的估计值 

也可以称为后验状态估计值；计算在k时刻修正后的干扰的误差的协方差P(k)：P(k)＝[I-K(k)H]P(k|k-1)；预测k+1时刻子载波所受的干扰的估计值 

其中，Φ为状态转移向量或矩阵；H为观测向量或矩 阵；Q为协方差的累积误差；R为计算中的扰动；P(k)为k时刻误差的协方差，也称为后验误差的协方差； 

为k时刻干扰估计值，也称为干扰的后验状态估计值； 为基于k-1时刻的k时刻的干扰估计值，也称为先验状态估计值；P(k|k-1)为基于k-1时刻的k时刻的干扰的协方差，也称为先验误差的协方差；K(k)为k时刻的卡尔曼滤波因子；Z(k)为k时刻干扰的测量值。

11.根据权利要求10所述的资源分配装置，其特征在于，所述干扰预测模块包括：

当前状态获取单元，用于获取所述子载波在当前时刻的小区间干扰强度，即所述子载波在当前时刻的干扰估计值和当前时刻的干扰测量值，发送所述子载波在当前时刻的小区间干扰强度；

滤波器单元，用于接收来自所述当前状态获取单元的所述子载波在当前时刻的小区间干扰强度，根据所述子载在当前时刻的小区间干扰强度通过滤波估计和修正预测下一时刻所述子载波的小区间干扰估计值。

12.根据权利要求11所述的资源分配装置，其特征在于，所述滤波器单元包括卡尔曼滤波器或维纳滤波器。

13.一种正交频分复用系统中的基站，其特征在于，包括如权利要求8至12中任意一项所述的资源分配装置。 

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