CN101527914B - 一种抗多用户干扰的信道分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗多用户干扰的信道分配方法，将功率大的用户数据和功率小的用户数据分别分配到不同的时间区域内。具体来说，对区域zone中的每个突发burst的按功率大小进行排序；计算zone中最大功率的burst和最小功率的burst的功率差值，比较这个差值是否大于系统用户间功率差的容忍度，如果大于则执行对半分zone：将原来的zone分成两个zone，每个zone所占的符号为原来zone的一半，将功率小的burst分在一个zone，功率大的burst分在另外一个zone。本发明通过分大小功率zone，使小功率用户数据免受大功率用户数据的干扰，保证所有用户的共同利益。
Description
技术领域
本发明涉及数字通信领域，尤其涉及一种抗多用户干扰的信道分配方法。
背景技术
移动通信系统从2G到3G，现在的发展热点集中到了以OFDM(正交频分复用)技术为基础的3.5G的技术，以及传统的3G技术加上OFDM以及MIMO(多输入输出)技术演进性能的4G，可见OFDM技术现在是所有通信系统的一个热点技术。
OFDM是一种无线环境下的高速传输技术。传统的频分复用将频带分为若干个不重叠的子频带来传输并行数据流，子信道之间要保留保护频带。而OFDM技术中各个子载波之间相互正交，允许子信道的频谱相互重叠，因此OFDM系统可以最大限度地利用频谱资源。OFDM实际上是一种多载波并行调制方式，其将符号周期扩大为原来的N倍，从而提高了抗多径衰落的能力。可以通过IFFT(快速傅立叶反变换)和FFT(快速傅立叶变换)分别来实现OFDM的调制和解调，其工作原理图如图1所示。
OFDM技术之所以越来越受关注，原因在于其存在如下独特的优点：
(1)抗多径干扰与频率选择性衰落能力强。由于OFDM系统把数据分散到多个子载波上，大大降低了各子载波的符号速率，从而减弱多径传播的影响。通过采用循环前缀作为保护间隔，避免了ICI(信道间干扰)。
(2)频谱利用率高。这一点在频谱资源有限的无线通信中很重要。OFDM信号的相邻子载波相互重叠，理论频谱利用率可以接近奈奎斯特极限。
(3)采用动态子载波分配技术使系统达到最大比特率。即各子信道信 息分配遵循信息论中的“注水定理”，亦即优质信道多传送，较差信道少传送，劣质信道不传送的原则。
(4)OFDM技术基于DFT(离散傅立叶变换)，可采用IFFT和FFT来实现调制和解调，便于DSP(数字信号处理)实现。
(5)无线数据业务一般都存在非对称性，即下行链路中的数据传输量要远远大于上行链路中的数据传输量，因此无论从用户高速数据传输业务的需求，还是从无线通信自身来考虑，都希望物理层支持非对称高速数据传输，而OFDM系统容易通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率。
当然，OFDM系统也还存在如下主要缺点：
(1)易受频率偏差的影响。无线信道中的多普勒频移、频率偏差都会造成OFDM系统子信道之间正交性的破坏，导致信道间干扰。
(2)存在较高的PAR(峰值平均功率比)。由于多载波调制的输出信号由多个子信道上的信号叠加而成，当这些信号的相位一致时，输出信号的瞬时功率会远远大于平均功率。高峰均比对发射机内放大器的线性提出了极高的要求，如果放大器的动态范围不能满足信号幅度的变化，就会造成信号和频谱的畸变，从而破坏子载波的正交性，使系统性能恶化。
对于OFDM技术来说，如果存在频率偏移，那么子载波间会存在干扰。图2～3说明了如果频率偏差不是子载波间隔的整数倍的话，则子载波之间就会存在能量的“泄漏”，导致子载波间的正交性遭到破坏，从而在子载波之间引入干扰，图2表示没有频率偏差的情况，图3表示存在频率偏移的情况。虽然可以通过各种方法来调整频率偏移，但是无论如何将频偏降到0是非常难的，特别是当终端在高速移动的时候，将会产生多普勒频移，所以频偏造成的子载波间的干扰是随着信道的不一样而不同的，并且也是决定OFDM系统性能的一个关键因素所在。
子载波间的干扰对单用户而言会影响用户的性能，但是对多用户而言，影响就更为严重了。当基站多用户上行接收的时候，每个用户的调制编码方式可能是不一样的，同一个用户的不同业务对信号的误码率要求也是不一样 的，比如语音业务误码率要求就比较低，可以使用高阶的调制方式，而图象视频的业务误码率要求就比较高，可以使用低阶的调制编码方式，必要的时候还可以使用重复技术，除了调制方式不一样之外，可能还会使用一些复用技术，比如MIMO等技术来提高传输速率，这样就造成了用户之间的信噪比要求是不一样的，这样各个用户的发射功率就是不一样的，加上信道的影响，到达接收端的时候，各个用户之间的功率肯定就千差万别了，比如使用高阶调制方式的复用MIMO技术的用户肯定比低阶调制方式的非MIMO方式的信噪比要求要高得多，极端的情况下用户之间的功率差可能会达到20多个db以上。当用户之间功率差很大时，如果子载波间的干扰比较严重，功率大的用户造成的干扰将会对功率小的用户造成严重的影响，最严重时会使小功率用户不能接入或者通信性能很差，通过功率控制可以调整用户的发射功率，但是终端的发射功率是有限制的，当在网络的边缘覆盖区的时候，可能发射功率已经被调整到上限了，这时功率调整手段就失效了。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种抗多用户干扰的信道分配方法，克服现有技术中，当用户之间功率差很大时，如果子载波间的干扰比较严重，功率大的用户造成的干扰会对功率小的用户造成严重的影响的问题，使得大功率用户产生的干扰不会影响小功率用户。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种抗多用户干扰的信道分配方法，将功率大的用户数据和功率小的用户数据分别分配到不同的时间区域内。
进一步地，所述方法包括如下步骤：
对区域zone中的每个突发burst按功率大小进行排序；
计算zone中最大功率的burst和最小功率的burst的功率差值，比较这个差值是否大于系统用户间功率差的容忍度，如果大于则执行下一步；
执行对半分zone：将原来的zone分成两个zone，每个zone所占的符号为原来zone的一半，将功率小的burst分在一个zone，功率大的burst分在 另外一个zone。
进一步地，所述执行对半分zone中，先按照功率大小将burst放在小功率zone中，小功率的burst优先放，排放的方式使用部分子信道分配方式pusc的映射方式，当带宽大于或等于分zone以前带宽的一半时，将后面没有排放的burst都放在大功率zone中。
进一步地，在执行对半分zone之前，先判断对半分zone是否会带来每个burst子信道的增加，如果否，才执行对半分zone。
进一步地，所述执行对半分zone之后，对分成的两个zone继续计算zone中最大功率的burst和最小功率的burst的功率差值，如果大于系统用户间功率差的容忍度则继续执行对半分zone，直到每个zone的burst最大功率和最小功率差值低于系统用户间功率差的容忍度时放弃分zone。
进一步地，所述执行对半分zone之后，对分成的两个zone继续计算zone中最大功率的burst和最小功率的burst的功率差值，如果大于系统用户间功率差的容忍度，则判断对半分zone是否会带来每个burst子信道的增加，如果否，则继续执行对半分zone，直到每个zone的burst最大功率和最小功率差值低于系统用户间功率差的容忍度，或对半分zone会带来每个burst子信道的增加时放弃分zone。
本发明通过分大小功率zone，使小功率用户数据免受大功率用户数据的干扰，保证所有用户的共同利益；另外，由于每个符号的所有子载波信号都差不多大，这样在数字信号处理的时候精度将会损失最小，因为信号的动态范围变小了，对于数字信号处理来说，表示数据的定点数的位长可以短一些也不会损失精度，而信号处理的位长变短意味着处理芯片就能干更多的事情，成本也相应降低。
附图说明
图1是OFDM系统工作原理图；
图2是没有频率偏差时，子载波间干扰图；
图3是存在频率偏差时，子载波间干扰图；
图4是功率差不多的用户分配在同一个时域范围的示意图；
图5是wimax(微波存取全球互通)系统的上行pusc(部分子信道分配方式)分配方式；
图6是pusc方式下不分zone(区域)时多用户的分配情况；
图7是pusc方式下分3个功率zone时多用户的分配情况；
图8是pusc方式下分2个功率zone时多用户的分配情况；
图9是本发明实施例流程示意图。
具体实施方式
本发明的核心思想是：将功率大的用户数据和功率小的用户数据分别分配到不同的时间区域内，避免大功率的用户和小功率的用户在同一个时间区域内存在，组成类似于图4的这种分配方式。
在现有技术中，比如针对802.16e协议的wimax系统的pusc方式的上行帧结构而言，每个用户分配的是burst(突发)数据，burst数据分配的最基本的单元是slot(时隙)，对于上行分布式pusc置换方式，一个slot指一个或多个子信道，一个子信道包括3个ofdm符号，每个slot有48个数据子载波。上行数据的映射方式包括如下步骤：
1、将数据分成slot的大小；
2、每个slot在频域上应该跨越一个或者多个子信道，在时域上占用一个或者多个符号，将最低计数的slot映射到最低的子信道和最低的符号；
3、按照符号索引增加的方向映射，当映射到zone的边缘的时候，从下一个子信道的最低符号开始映射；
4、沿着子信道增加的方向继续映射数据，当到达burst的最后一个子信道时，从下一个符号的这个burst的第一个子信道继续映射，映射的方式如图5中箭头所指。
按照这种映射方式，由于不区分大小功率zone来进行映射，那么很难 避免大功率用户的数据和小功率的用户的数据在一个symbol(符号)内出现，这样，小功率的用户受到的干扰将会比较大，虽然大功率的用户受到的干扰相对来说将会比较小，但是这是以牺牲小功率用户为代价的，对多用户通信来说是有失公平的，图6显示这种情况下的多用户的分配情况。
如果按照功率的大小分成大功率zone和小功率zone的话，如果用户的数据量较大的话，则会出现划分zone以后，用户占的时域宽度变窄了，但是频域宽度变宽了的情况，如图7所示，这样，虽然大功率用户和小功率用户区数据分开了，但是频域宽度变宽了，子信道增多了，这就意味了有限的功率被更多子载波分配了，由于终端的最大功率是有限制的，如果每个用户的子载波增加了的话，功率被分配到每个子载波以后，实际上子载波的可调的最大功率就下降了，这样子信道化增益就减小了，这样肯定是不利的。
但是如果各个用户的时域跨度本来就小于zone的时域跨度的话，则对于每个burst来说，时域不会变窄，子信道数也不会增加，所以频域数据子载波也不会增加，这样最大可调功率也就不会增加了。
所以分大小功率zone的原则是可以归纳为，只要分zone以后，zone中所有burst的子信道数不增加就可以了，在这种情况，zone分得越多，每个符号的用户间的功率差会越小，所以可以按照系统用户间功率差的容忍度来决定使用几个zone。图6说明了单zone的时候的分配方式，图7说明了分成3个zone以后的分配方式，图8说明了分成两个zone以后的分配方式，可以看出图8是满足上述的原则的，所以比较合理，能提高系统性能的，而图7中每个burst的频域方向数据增加了，所以不太合理，因为将会减小子信道化增益。
具体来说，如图9所示，本发明实施例包括如下步骤：
步骤901，对zone中的每个burst的按功率大小进行排序；
其中，用户数据对应于burst数据，一个用户数据可以分成多个burst数据；在本步骤中，所使用的zone的burst数据即为pusc方式的上行帧数据；
步骤902，计算zone中最大功率的burst和最小功率的burst的功率差值；
步骤903，比较该差值是否大于系统用户间功率差的容忍度(所述系统用户间功率差的容忍度是由系统测试出来一个指标)，如果大于则执行下一步，否则，结束；
步骤904，判断对半分zone是否会带来每个burst子信道的增加，如果是，则结束，否则，执行下一步；
所谓对半分zone就是将原来的zone分成两个zone，每个zone所占的符号为原来zone的一半，将功率小的burst分在一个zone，功率大的burst分在另外一个zone，这里功率小功率大功率是相对的，不是绝对的，也就是先按照功率大小一个一个放在小功率zone中，小功率的burst优先放，排放的方式就是上文提到的pusc的映射方式，当带宽大于或等于分zone以前带宽的一半时，将后面没有排放的burst都放在大功率zone中；
步骤905，执行对半分zone；
对于对半分zone分成的两个zone，分别执行步骤902，即计算的是每个zone中burst最大功率与最小功率的差值，直到分zone条件不满足或者每个zone的burst最大功率和最小功率差值低于系统用户间功率差的容忍度时放弃分zone。
这样，使得大功率用户产生的干扰不会影响小功率用户同时也不会降低用户的子信道化增益。
当然，本发明还可有其他多种实施例，比如，本发明实施例主要针对wimax系统的pusc方式，对于其它方式，本发明的分大小功率zone避免多用户干扰的方法也同样适用；在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种抗多用户干扰的信道分配方法，其特征在于，将功率大的用户数据和功率小的用户数据分别分配到不同的时间区域内；
所述方法包括如下步骤：
对区域zone中的每个突发burst按功率大小进行排序；
计算zone中最大功率的burst和最小功率的burst的功率差值，比较这个差值是否大于系统用户间功率差的容忍度，如果大于，则判断对半分zone是否会带来每个burst子信道的增加，如果不会带来每个burst子信道的增加，则执行下一步；
执行对半分zone：将原来的zone分成两个zone，每个zone所占的符号为原来zone的一半，将功率小的burst分在一个zone，功率大的burst分在另外一个zone。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行对半分zone中，先按照功率大小将burst放在小功率zone中，小功率的burst优先放，排放的方式使用部分子信道分配方式pusc的映射方式，当带宽大于或等于分zone以前带宽的一半时，将后面没有排放的burst都放在大功率zone中。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述执行对半分zone之后，对分成的两个zone继续计算zone中最大功率的burst和最小功率的burst的功率差值，如果大于系统用户间功率差的容忍度，则判断对半分zone是否会带来每个burst子信道的增加，如果不会带来每个burst子信道的增加，则继续执行对半分zone，直到每个zone的burst最大功率和最小功率差值低于系统用户间功率差的容忍度时放弃分zone。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行对半分zone之后，对分成的两个zone继续计算zone中最大功率的burst和最小功率的burst的功率差值，如果大于系统用户间功率差的容忍度，则判断对半分zone是否会带来每个burst子信道的增加，如果会带来每个burst子信道的增加，则放弃分zone。
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