CN102316466B - WiMAX系统的频率重用方法及WiMAX系统的基站 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种WiMAX系统的基站和频率重用方法，WiMAX系统采用时频方式，方法包括：将基站的下行帧划分为包括外环区域和内环区域，内环区域携带用于内环用户的管理控制消息或用户数据，外环区域携带用于外环用户的管理控制消息或用户数据，以及用于外环用户和内环用户的广播消息；外环区域对于基站的不同扇区采用不同的正交频分复用OFDM子载波集。本发明能有效降低同频干扰并能提高频谱利用率。
Description
技术领域
本发明涉及WiMAX(World Interoperability for MicrowaveAccess，全球微波互联接入)通信领域，具体而言，涉及一种WiMAX系统的频率重用方法及WiMAX系统的基站。
背景技术
频率资源是一种不可再生的稀缺资源，对于任何技术和网络规划来说，频率资源都不会是无穷尽被使用的。正因如此，在新技术发展的过程中，需要研究如何更有效地利用频率资源，这也是目前国内外设备产商和运营商都在关注的频率资源的共享问题。
当WiMAX运营商频率资源不丰富时，在无线通信网络规划中可能会采用同频组网方式C×N×S为1×1×3的方式，其中C为每簇中的基站数，N是频率重用的总信道(或信道组)数，S是每基站的扇区数。但发明人发现，这种方式在边界处无用信号的载频与有用信号的载频相同，并对接收同频有用信号的接收机造成干扰，用户在小区边界处受到干扰太大，无法接收到有用信号。这时大量的同频干扰将取代噪声和其它干扰，成为对这种组网方式的主要约束，此时移动无线环境将由噪声受限环境变为干扰受限环境。
有些WiMAX运营商可能会采用组网方式C×N×S为1×3Segment(段)×3的方式。发明人发现，虽然在这种组网方式下，基站间同频干扰可以得到较好的抑制，但频谱利用率变得很低，吞吐量很难保证。
发明内容
本发明提供一种WiMAX系统的频率重用方法及WiMAX系统的基站，以至少解决同频干扰的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种WiMAX系统的频率重用方法，WiMAX系统采用时频方式，包括：将基站的下行帧划分为包括外环区域和内环区域，内环区域携带用于内环用户的管理控制消息或用户数据，外环区域携带用于外环用户的管理控制消息或用户数据，以及用于外环用户和内环用户的广播消息；外环区域对于基站的不同扇区采用不同的正交频分复用OFDM子载波集。
根据本发明的另一方面，提供了一种WiMAX系统的基站，WiMAX系统采用时频方式，基站包括：划分模块，用于将基站的下行帧划分为包括外环区域和内环区域，内环区域携带用于内环用户的管理控制消息或用户数据，外环区域携带用于外环用户的管理控制消息或用户数据，以及用于外环用户和内环用户的广播消息；外环模块，用于设置外环区域对于基站的不同扇区采用不同的正交频分复用OFDM子载波集；内环模块，用于设置内环区域采用全部的OFDM子载波集。
本发明对容易产生同频干扰的外环区域分配不同的OFDM子载波集，解决了同频干扰的问题，进而达到了正常通信的效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的WiMAX系统的频率重用方法的流程图；
图2示出了根据本发明优选实施例的用户进入内外环门限流程图；
图3示出了根据本发明优选实施例的FFR(Fractional FrequencyReuse部分频率复用)帧结构的示意图；
图4示出了根据本发明优选实施例的扇区覆盖图；
图5示出了根据本发明优选实施例的时频FFR帧结构的示意图；
图6示出了根据本发明实施例的WiMAX系统的基站的示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1示出了根据本发明实施例的WiMAX系统的频率重用方法的流程图，包括：
步骤S10，将基站的下行帧划分为包括外环区域和内环区域，内环区域携带用于内环用户的管理控制消息或用户数据，外环区域携带用于外环用户的管理控制消息或用户数据，以及用于外环用户和内环用户的广播消息；
步骤S20，外环区域对于基站的不同扇区采用不同的正交频分复用OFDM子载波集。
该频率重用方法对容易产生同频干扰的外环区域分配不同的OFDM子载波集，解决了同频干扰的问题，进而达到了正常通信的效果。
优选地，根据通信质量将基站的终端划分为外环用户和内环用户。发明人发现，通信质量较差的区域通常是小区中离基站较远的区域，而通信质量较好的区域通常是小区中离基站较近的区域。该优选实施例提供了较优的划分方式。
优选地，如果终端上报的载波干扰噪声比(CINR，CarrierInterference Noise Ratio)大于第一门限，则确定终端为内环用户，否则确定终端为外环用户；如果终端自动重传请求的上行或下行分组误差率PER小于第二门限，则确定终端为内环用户，否则确定终端为外环用户。用CINR或PER来反映通信质量比较容易实现。
图2示出了根据本发明优选实施例的用户进入内外环门限流程图，包括：
步骤S102，基站获取终端上报的CINR或基站统计HARQ的PER；
步骤S104，判断CINR是否大于门限CINRth，或者判断PER是否小于门限PERth；
步骤S106，如果是，将所述用户划分到内环用户(即内环区域中的用户)；
步骤S108，否则将所述用户划分到外环用户(即外环区域中的用户)。
图2举例说明了内外环用户通过CINR的划分方式。终端上报的CINR可以是下面几种之一：Preamble的CINR，Pilot的CINR或者是数据子载波的CINR。基站根据终端上报的CINR，与预设的一个门限值CINRth进行比较，如果上报的CINR大于CINRth，则认为终端为内环用户，否则为外环用户。
用户内外环的划分不限于通过判断CINR的方式，也可以通过HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request，自动重传请求)的上行或下行PER来划分，如果上行或下行的PER小于设置的门限值，则认为终端为内环用户，否则为外环用户。
优选地，每个簇中包括一个基站，基站包括3个扇区；步骤S20包括：每个扇区占用频域范围内PUSC(partial usage of subchannels，部分子信道使用)方式下的1/3OFDM子载波，3个扇区所占用的OFDM子载波互相不重叠。该优选实施例针对外环区域，采用了组网方式C×N×S为1×3Segment×3的方式，容易实现。
图3示出了根据本发明优选实施例的时频FFR帧结构的示意图。图3描述了针对扇区0、1、2设置的三种帧结构。一个基站下三个扇区的帧结构与这三种结构一一对应，扇区之间的帧结构不能相同。整个帧分成两部分：前部分是PUSC方式的外环ZONE，它是一个Segment，占用1/3的子信道(子载波)，并以较大的功率发射，因此它的覆盖范围要大些，每个Segment所配置的子载波集相互正交；帧的后部分是PUSC方式的内环ZONE，它占用频域的所有子载波，为了降低扇区之间的干扰，它以较低的功率发射。上行映射(UL-MAP)、下行映射(DL-MAP)、前向基本信道(FCH)、前导符(Preamble)等广播消息是所有用户都需要解析的，如果放在内环，那么外环用户无法解析到相关的广播消息，该实施例将这些广播消息单独放在下行第一个PUSC ZONE中。至于用户被分配到哪个ZONE，可以由步骤S10判决。
图4给出了FFR组网的示意。图中描述了由时域的符号和频域的子载波组合而成的ZONE的覆盖范围：边缘和外环用户的时频组合区域1、边缘和外环用户的时频组合区域2、边缘和外环用户的时频组合区域3和内环用户的时频组合区域。边缘和外环用户的时频组合区域覆盖基站的远端区域，内环用户的时频组合区域覆盖基站的近端区域。各基站近端区域(内环)的子载波集重叠，基站的远端区域(边缘和外环)则采用不同的子载波集。当各基站内环间的ZONE跳帧发射时，可以认为重叠子载波集的区域相互干扰很小。而各基站的边缘和外环在物理位置上相邻，因此采用不同的子载波集，以避免干扰。
优选地，如图1所示，还包括：步骤S30，内环区域采用全部的OFDM子载波集。因为内环区域存在的同频干扰较少，所以本优选实施例对于内环区域分配全部的OFDM子载波集，这提高了频谱利用率。
优选地，本频率重用方法还包括：检测基站附近的干扰；根据检测到的干扰，动态地调整内环区域采用全部的OFDM子载波集的频率复用方法。通过不断检测基站附近的干扰，一旦发现干扰非常严重时，会将频率重用的方法进行切换，将上述频率重用方法(定义方法A)更换到另外一种在基站附近干扰很小的频率重用方法(定义方法B)；当基站根据用户数或其它方法判断基站附近的干扰可能会比较小时，又会将频率重用方法B切换到频率重用方法A，这样基站会动态地进行频率重用方法之间的切换。这可以根据实际情况来提高频谱利用率，或者是保证通信质量。
优选地，根据检测到的干扰，根据检测到的干扰，动态地调整内环区域均采用全部的OFDM子载波集的频率重用方法包括：当干扰小于阈值时，所有的下行帧的内环区域对于基站的不同扇区均采用全部的OFDM子载波集；当干扰大于阈值时，每个下行帧的内环区域分别对于基站的一个扇区采用全部的OFDM子载波集，对于基站的其他扇区则不占用OFDM子载波。这使得内环区域在干扰较大时，在时域上将资源分配错开，不再重用频谱资源，以保证通信质量；而在干扰较小时，则重用频谱资源，提高频谱利用率。
优选地，当干扰小于阈值时，每个下行帧的内环区域分别对于基站的一个扇区采用全部的OFDM子载波集，对于基站的其他扇区则不占用OFDM子载波，包括：将每个下行帧的帧号对扇区的数量取余；对于不同的取余值，每个下行帧的内环区域对于扇区中具有对应于取余值的编号的扇区采用全部的OFDM子载波集，对于基站的其他扇区则不占用OFDM子载波。该优选实施例提供了一个时域错开的简单算法。
图5示出了根据本发明优选实施例的时频FFR帧结构的示意图，图中举例了三个扇区的情况。当帧号对扇区数取余等于0时，扇区(Sector)0的外环使用第一个Segment(从上往下排序)，内环使用全部子载波发射信号，Sector1和Sector2的外环分别使用第二个和第三个Segment，而为了降低干扰，它们的内环ZONE均为空，不发射信号；当帧号对扇区数取余等于1时，外环的Segment的使用方式与上种方式一致，但内环只在Sector1发射信号，其它两个扇区的内环ZONE均为空，不发射信号。当帧号对扇区数取余等于2时，外环的Segment的使用方式与前两种方式一致，但内环只在Sector2发射信号，其它两个扇区的内环ZONE均为空，不发射信号。
频率重用方法B的内环ZONE虽然子载波重叠，但不同的扇区在不同的帧发射，基站附近的干扰要小得多。而基站的频率重用方法的动态切换机制既可以降低扇区之间的干扰，也可以提供扇区之间的吞吐量。
优选地，外环区域采用的发射功率大于内环区域的发射功率。因为外环区域采用的发射功率较大，所以能够覆盖较广的区域，例如小区的边缘区域，并且由于采用了图1的频率重用方法，所以还能保证通信质量。
优选地，当外环区域的负载超过门限时，提高外环区域采用的发射功率与内环区域的发射功率的比值；当外环区域的负载低于门限时，降低外环区域采用的发射功率与内环区域的发射功率的比值。内外环的功率根据内、外环负载状况，动态调整Pin/Pout(Pin是内环的发射功率，Pout是外环的发射功率)的比值，进一步提高本小区内、外环用户的服务质量。当外环的负载相对较高时，可以降低Pin/Pout，提高扇区外环用户的服务质量；当外环的负载相对较低时，可以提高Pin/Pout，这样可以在满足扇区外环性能的前提下，提高系统对小区内环用户的服务质量。
下面描述的优选实施例综合了上述多个优选实施例的技术方案。无线通信系统是由许多基站组成的一个网络，很多参数需全网统一配置，频率重用技术也不例外。
具体规划步骤如下：
步骤1，规划正交频分多址(Orthogonal Frequency DivisionMultiple Access，简称OFDMA)帧里的ZONE；
步骤2，规划ZONE的时域所占用的符号；
步骤3，规划各个ZONE的功率分配；
步骤4，规划用户进入不同ZONE的门限；
步骤5，规划扇区的近端区域在哪个帧号发射信号。
其中步骤1可以包括以下步骤：
(a)不同的网络规划有不同的ZONE个数，可以采用两个ZONE的方案，首个外环ZONE采用Segment方式的PUSC ZONE，第二个内环ZONE同样为PUSC ZONE，但它占用频域的所有子载波；
(b)接近基站的近端区域由内环ZONE覆盖，远离基站的小区由外环ZONE覆盖。
其中步骤2可以包括以下步骤：
(a)分配每个ZONE在时域所占用的符号数。
(b)被分配的符号数量是ZONE的带宽大小的两个指标之一；
(c)每个ZONE所占用的符号数可以全网统一，也可以根据负载情况动态调整ZONE的符号数。
其中步骤3可以包括以下步骤：
(a)为了区分远近端的覆盖区域，可以通过降低近端覆盖范围所对应ZONE的发射功率或增加远端覆盖区域所对应ZONE的发射功率；
(b)也可根据负载情况调整远近端覆盖区域的功率。
其中步骤4可以包括以下步骤：
(a)基站的近端和远端区域的信号质量不同，近端区域的信号质量要好于远端区域，为了判断用户进入不同的区域，可以设置一些门限值，这些门限值包括但不限于CINR和HARQ的误包率等；
(b)由于会有突发干扰，需对门限值进行平滑处理，并且可以设置多个门限值来防止乒乓效应。
其中步骤5可以包括以下步骤：
(a)基站的附近区域扇区之间的相互干扰比较大，为了减少干扰，使用户在该区域的信号质量得到提升，本优选实施例采用了跳帧的方式，通过对帧号与扇区数取余运算，如果扇区的索引与余数相等，则该扇区的近端区域对应的ZONE将发射信号，否则，该ZONE不发射信号。
图6示出了根据本发明实施例的WiMAX系统的基站的示意图，包括：
划分模块10，用于将基站的下行帧划分为包括外环区域和内环区域，内环区域携带用于内环用户的管理控制消息或用户数据，外环区域携带用于外环用户的管理控制消息或用户数据，以及用于外环用户和内环用户的广播消息；
外环模块20，用于设置外环区域对于基站的不同扇区采用不同的正交频分复用OFDM子载波集；
内环模块30，用于设置内环区域采用全部的OFDM子载波集。
该基站能有效降低同频干扰并能提高频谱利用率。
OFDM帧结构是一个二维结构，横轴是由时域的符号(Symbol)组成，纵轴是由频域的子载波组成，在OFDM系统中，采用同频组网方式，虽然提高了频谱利用率，但各基站(小区)间的干扰会非常严重；时频的FFR组网方式，虽然提高了吞吐量，但在基站附近的内环区域，因为扇区内环之间的时域和频域的信号是重叠的，这部分区域存在干扰，跳帧的时频FFR组网可以解决扇区相互之间的干扰问题，为了解决时频FFR方法之间的矛盾，动态切换不同的时频FFR方法能在吞吐量和干扰之间取得平衡。从以上的描述中，可以看出，通过利用OFDM帧二维结构的特点，本发明的时频重复利用的方法有效地提高频谱利用率和降低干扰。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种全球微波互联接入WiMAX系统的频率重用方法，所述WiMAX系统采用时频方式，其特征在于，包括：
将基站的下行帧划分为包括外环区域和内环区域，所述内环区域携带用于内环用户的管理控制消息或用户数据，所述外环区域携带用于外环用户的管理控制消息或用户数据，以及用于所述外环用户和所述内环用户的广播消息；
所述外环区域对于所述基站的不同扇区采用不同的正交频分复用OFDM子载波集，所述内环区域采用全部的OFDM子载波集；
检测所述基站附近的干扰；
根据所述检测到的干扰，动态地调整所述内环区域采用全部的OFDM子载波集的频率重用方法；
其中，根据所述检测到的干扰，动态地调整所述内环区域均采用全部的OFDM子载波集的频率重用方法包括：当干扰小于阈值时，所有的所述下行帧的所述内环区域对于所述基站的不同扇区均采用全部的OFDM子载波集；当干扰大于阈值时，每个所述下行帧的所述内环区域分别对于所述基站的一个扇区采用全部的OFDM子载波集，对于所述基站的其他扇区则不占用OFDM子载波。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：根据通信质量将所述基站的终端划分为所述外环用户和所述内环用户。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据通信质量将所述基站的终端划分为所述外环用户和所述内环用户包括以下至少之一：
如果终端上报的载波干扰噪声比CINR大于第一门限，则确定所述终端为所述内环用户，否则确定所述终端为所述外环用户；
如果终端自动重传请求的上行或下行分组误差率PER小于第二门限，则确定所述终端为所述内环用户，否则确定所述终端为所述外环用户。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个簇中包括一个所述基站，所述基站包括3个扇区；所述外环区域对于所述基站的不同扇区采用不同的正交频分复用OFDM子载波集包括：
每个所述扇区占用频域范围内部分子信道使用PUSC方式下的1/3OFDM子载波，所述3个扇区所占用的OFDM子载波互相不重叠。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当干扰小于阈值时，每个所述下行帧的所述内环区域分别对于所述基站的一个扇区采用全部的OFDM子载波集，对于所述基站的其他扇区则不占用OFDM子载波，包括：
将每个所述下行帧的帧号对所述扇区的数量取余；
对于不同的取余值，每个所述下行帧的所述内环区域对于所述扇区中具有对应于所述取余值的编号的扇区采用全部的OFDM子载波集，对于所述基站的其他扇区则不占用OFDM子载波。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述外环区域采用的发射功率大于所述内环区域的发射功率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述外环区域的负载超过门限时，提高所述外环区域采用的发射功率与所述内环区域的发射功率的比值；当所述外环区域的负载低于门限时，降低所述外环区域采用的发射功率与所述内环区域的发射功率的比值。
8.一种WiMAX系统的基站，所述WiMAX系统采用时频方式，其特征在于，所述基站包括：
划分模块，用于将基站的下行帧划分为包括外环区域和内环区域，所述内环区域携带用于内环用户的管理控制消息或用户数据，所述外环区域携带用于外环用户的管理控制消息或用户数据，以及用于所述外环用户和所述内环用户的广播消息；
外环模块，用于设置所述外环区域对于所述基站的不同扇区采用不同的正交频分复用OFDM子载波集；
内环模块，用于设置所述内环区域采用全部的OFDM子载波集；
所述基站还用于检测所述基站附近的干扰；根据所述检测到的干扰，动态地调整所述内环区域采用全部的OFDM子载波集的频率重用方法，包括：当干扰小于阈值时，所有的所述下行帧的所述内环区域对于所述基站的不同扇区均采用全部的OFDM子载波集；当干扰大于阈值时，每个所述下行帧的所述内环区域分别对于所述基站的一个扇区采用全部的OFDM子载波集，对于所述基站的其他扇区则不占用OFDM子载波。
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