CN102577469B - 软频率复用方法和使用该方法的基站 - Google Patents

软频率复用方法和使用该方法的基站 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种用于下行链路传输的软频率复用方法，包括步骤：针对N个小区，将系统带宽划分为多个频带，其中N≥1；针对每个小区，选择用于服务该小区的小区边缘用户设备的频带；以及通知各个小区中的中继节点，以使用与服务该小区的小区边缘用户设备的频带不同的频带来服务中继用户设备。根据本发明的软频率复用方法可用于LTE-A系统中，并且可以实现更好的小区平均频谱效率和小区边缘频谱效率。

Description

软频率复用方法和使用该方法的基站
技术领域
本发明涉及LTE-A(Long Term Evolution Advance，长期演进项目)系统，更具体地，涉及LTE-A系统中用于下行链路传输的软频率复用方法和使用该方法的基站。
背景技术
小区间干扰协调(ICIC，Inter-Cell Interference Coordination)是当前无线通信系统领域的一个重要议题，其用于处理小区间干扰的问题，并能够改善小区边缘的比特率。LTE中已经提出并讨论了一些ICIC的方案。ICIC的最常用方法是软频率复用(SFR，Soft Frequency Reuse)的半静态方案。本质上，软频率复用方案以功率协调的方式进行工作。在软频率复用方案中，对于网络中的每个小区，一部分频带预留给小区边缘用户，在预留的频带上放大发送功率。在三小区的蜂窝网络中，预留部分通常是总频带的1/3，并且在相邻小区之间是正交的。由于小区边缘用户被限制于仅使用预留的频带，因此将具有放大功率的被预留的1/3频带称为小区边缘频带。另一方面，由于用于其它用户的其它2/3频带仅由小区中心的用户使用，因此将这2/3频带称为小区中心频带。然而，当小区边缘用户并未占据小区边缘频带时，小区内部用户可以使用小区边缘频带。图8示出了根据现有的软频率复用方法的三小区蜂窝布局的频谱设置。
然而，LTE规范并不允许进行下行链路功率控制。这是因为，下行链路功率控制会干扰下行链路质量(CQI，Channel Quality Indicator)测量，因而影响下行链路调度的精确性。因此，需要进行下行链路功率控制的上述软频率复用方案无法应用于LTE的下行链路传输中。
本发明提出了用于LTE系统的下行链路传输的软频率复用方法。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种软频率复用方法，不需要进行功率控制，因此可以应用于LTE系统的下行链路传输。
根据本发明的第一方案，提出一种用于下行链路传输的软频率复用方法，包括步骤：针对N个小区，将系统带宽划分为多个频带，其中N≥1；针对每个小区，选择用于服务该小区的小区边缘用户设备的频带；以及通知各个小区中的中继节点，以使用与服务该小区的小区边缘用户设备的频带不同的频带来服务中继用户设备。
优选地，所述方法还包括步骤：针对所有N个小区，选择一个频带，用于在每个小区内服务内部用户设备；其中，用于服务内部用户设备的频带与用于服务小区边缘用户设备的频带和用于服务中继用户设备的频带均不同。
优选地，所选的服务小区边缘用户设备的频带在相邻小区之间不同。
优选地，所选的服务小区边缘用户设备的频带在各个小区之间都不同。
优选地，中继节点使用除服务小区边缘用户设备的频带和服务内部用户设备的频带之外的所有频带来服务中继用户设备。
优选地，所述软频率复用方法还包括步骤；根据用户设备关联方案，来确定将由中继节点服务的中继用户设备。
优选地，所述软频率复用方法还包括步骤：针对中继用户设备之外的其它用户设备，在用户设备的接收质量大于预定阈值时确定该用户设备为内部用户设备，否则，确定该用户设备为小区边缘用户设备。
优选地，针对每个小区，中继节点位于小区中心处。
优选地，每个小区内布置有一个或多个中继节点。
优选地，在用于下行链路传输的一些子帧中进行从基站到中继节点的回程传输。
优选地，所述方法应用于LTE-A系统中。
根据本发明的第二方面，提出一种基站，包括：
频带划分单元，用于针对N个小区，将系统带宽划分为多个频带，其中N≥1；频带调度单元，用于针对每个小区，选择用于服务该小区的小区边缘用户设备的频带；以及中继节点通知单元，用于通知各个小区中的中继节点，以使用与服务该小区的小区边缘用户设备的频带不同的频带来服务中继用户设备。
优选地，所述频带调度单元还针对所有N个小区，选择一个频带，用于在每个小区内服务内部用户设备；其中，用于服务内部用户设备的频带与用于服务小区边缘用户设备的频带和用于服务中继用户设备的频带均不同。
优选地，频带调度单元针对相邻小区所选的服务小区边缘用户设备的频带不同。
优选地，频带调度单元针对各个小区所选的服务小区边缘用户设备的频带都不同。
优选地，中继节点使用除服务小区边缘用户设备的频带和服务内部用户设备的频带之外的所有频带来服务中继用户设备。
优选地，所述基站还包括用户设备确定单元，用于根据用户设备关联方案，来确定将由中继节点服务的中继用户设备。
优选地，用户设备确定单元针对中继用户设备之外的其它用户设备，在用户设备的接收质量大于预定阈值时确定该用户设备为内部用户设备，否则，确定该用户设备为小区边缘用户设备。
优选地，针对每个小区，中继节点位于小区中心处。
优选地，每个小区内布置有一个或多个中继节点。
优选地，在用于下行链路传输的一些子帧中进行从基站到中继节点的回程传输。
优选地，所述基站应用于LTE-A系统中。
附图说明
结合附图，根据下面对本发明的非限制性实施例的详细描述，本发明的上述及其它目的、特征和优点将变得更加清楚，附图中：
图1示出了根据本发明第一实施例的软频率复用方法的流程图；
图2示出了根据本发明第一实施例的软频率复用方法的三小区蜂窝网络布局的频谱设置；
图3示出了实现根据本发明第二实施例的软频率复用方法的系统的框图；
图4示出了根据本发明第二实施例的软频率复用方法的三小区蜂窝网络布局的频谱设置；
图5示出了可与根据本发明第二实施例的软频率复用方法一起使用的LTE帧结构；
图6示出了根据本发明第二实施例的软频率复用方法的子帧与频谱设置的关系图；
图7示出了根据本发明的软频率复用方法的仿真结果图；以及
图8示出了根据现有软频率复用方法的三小区蜂窝网络布局的频谱设置。
具体实施方式
下面，结合附图来详细描述本发明的实施例。在以下描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本发明有任何限制，而只是本发明的示例。需要指出的是，示意图仅示出了与现有系统的区别，而省略了常规结构或构造，以免导致对本发明的理解不清楚。
在LTE-A中，中继被用作一种增强技术，用于实现基站和用户设备之间的业务/信令转发，以实现更好的覆盖率和吞吐量的增加。与基站相比，中继节点具有更低的发射功率，因此对相邻小区产生的干扰更小。
本申请的发明人认识到，可以使用中继节点的该特征，以使得在下行链路传输中可以使用软频率复用技术。
图1示出了根据本发明第一实施例的软频率复用方法的流程图；图2示出了根据本发明第一实施例的软频率复用方法的三小区蜂窝网络布局的频谱设置。
在根据本发明第一实施例的软频率复用方法中，在每个小区的中心处都部署有中继节点。
此外，每个小区中的用户设备被分类为三类；
◇中继用户设备：由基站通过中继节点进行服务；
◇小区边缘用户设备：由基站直接服务，通常位于小区边缘，受到相邻小区的强干扰；
◇内部用户设备：由基站直接服务的其它用户设备，通常位于小区中心处，具有良好的接收质量。
如图1所示，根据本发明第一实施例的软频率复用方法包括以下步骤：
步骤S101，划分频带。
将整个系统带宽划分为四个子频带，即F1、F2、F3和F4，如图2右侧所示。
这里，所划分的子频带的数目并不一定局限为4。例如，当不存在内部用户设备时，即只有中继用户设备和小区边缘用户设备，可以划分出三个子频带，其中一个由基站使用并服务小区边缘用户设备，另外两个由中继节点使用，并服务于中继用户设备。
步骤S103，选择一个频带，用于在每个小区内服务内部用户设备。在不存在内部用户设备时，该步骤可省略。
步骤S105，针对每个小区，选择与用于服务内部用户设备的频带不同的频带，来服务该小区的小区边缘用户设备。
步骤S107，通知各个小区中的中继节点，以使用与服务内部用户设备的频带和服务边缘用户设备的频带不同的一个或多个频带来服务中继用户设备。
所选的服务小区边缘用户设备的频带可以在相邻小区之间不同，或者在所有小区之间都不同。
如图2左侧所示，在根据本发明第一实施例的三小区网络中，频带F4将由基站用于在每个小区内给其内部用户设备提供服务，频带F1、F2和F3被分配给三个小区，以给对应的小区边缘用户设备提供服务。频带F1、F2和F3是正交的。此外，对于特定的小区，当基站使用频带Fi(i=1，2或3)来服务其边缘用户设备时，中继节点可以使用其它两个频带中的任意一个或两个来服务其相关联的中继用户设备。
显然，对于小区边缘用户设备，由于频带之间的正交性，来自相邻小区的强干扰被降低，因此对于这些小区边缘用户设备，可以实现更好的系统性能。
此外，在小区中心处配置了多个中继节点，由于中继节点具有较低的发射功率，因此彼此之间的干扰较小，因此可以通过小区内中继节点之间的频谱复用，实现更好的小区平均性能。
对于从基站到中继节点的回程传输，可以预留一些特定的时隙给整个蜂窝网络来进行回程传输。通常，中继节点位于小区中心并且是固定的，因此通过多天线技术等可以确保基站和中继节点之间的链路性能。
图3示出了实现根据本发明第二实施例的软频率复用方法的系统的框图；图4示出了根据本发明第二实施例的软频率复用方法的三小区蜂窝布局的频谱设置；图5示出了可与根据本发明第二实施例的软频率复用方法一起使用的LTE帧结构；图6示出了根据本发明第二实施例的软频率复用方法的子帧与频谱设置的关系图。
如图3所示，在实现根据本发明第二实施例的软频率复用方法的系统中，基站10包括频带划分单元102，用于针对N个小区，将系统带宽划分为多个频带，其中N≥1；频带调度单元103，用于针对每个小区，选择用于服务该小区的小区边缘用户设备的频带；以及中继节点通知单元104，用于通知各个小区中的中继节点，以使用与服务该小区的小区边缘用户设备的频带不同的一个或多个频带来服务中继用户设备。
基站10还可包括用户设备确定单元101，用于确定每个小区中的用户设备为内部用户设备、小区边缘用户设备和中继用户设备之一。在确定存在内部用户设备的情况下，频带调度单元103还针对所有N个小区，选择一个频带，用于在每个小区内服务内部用户设备。
在根据本发明第二实施例的软频率复用方法中，以三小区(N=3)网络为例进行说明。
如图4所示，在根据本发明第二实施例的软频率复用方法中，在每个小区中心处配置四个中继节点。当然，中继节点的数目和部署方式可根据实际情况而改变。
假设在每个小区中服务平均25个用户设备。
用户设备确定单元101根据适当的用户设备关联方案，例如最大接收功率等，确定四个中继节点可以服务10个用户设备，即将10个用户设备确定为中继用户设备。对于其它用户设备，用户设备确定单元101利用适当的度量作为阈值，例如5dB接收质量阈值，在用户设备的接收质量大于5dB时，将该用户设备确定为内部用户设备，否则，将该用户设备确定为小区边缘用户设备。在根据本发明的第二实施例的软频率复用方法中，5个用户设备被确定为小区边缘用户设备，其它的10个用户设备被确定为内部用户设备。
对于典型的LTE系统，每个无线电帧为10ms，包括20个长度为0.5ms的时隙，这些时隙被编号为0～19，如图5所示。将两个连续时隙定义为子帧，其中子帧i由时隙2i和时隙2i+1组成。因此，有10个子帧可用于下行链路传输。
在系统频带为10MHz的情况下，每个子帧有总共50个物理资源块PRB(Physical Resource Block)。
频带划分单元102可以根据中继节点的数量、部署方式、复用方式等因素，将整个系统带宽分为以下四个频带：
F1：1～8PRB；
F2：9～16PRB；
F3：17～24PRB；以及
F4：25～50PRB。
根据本发明第二实施例的软频率复用方法的子帧与频谱设置的关系图如图6所示。
在根据本发明第二实施例的软频率复用方法中，将子帧2和子帧3预留用于回程传输。当然，选择其它子帧用于回程传输也是可行的。因此，在这两个子帧上，将以最高优先级来调度从基站到中继节点的中继回程链路的数据传输。如果回程传输并未耗尽这两个子帧中的所有资源，则剩下的资源也可被调度用于从基站到内部用户设备的数据传输。
对于其它子帧，频带F4被调度用于从基站到所有小区中的内部用户设备的数据传输。然而，在小区I中，频带F1仅被调度用于从基站到小区边缘用户设备的数据传输。频带F2和F3被调度用于从中继节点到其中继用户设备的数据传输。在小区II中，频带F2仅被调度用于从基站到小区边缘用户设备的数据传输。频带F1和F3被调度用于从中继节点到其中继用户设备的数据传输。最后，在小区III中，频带F3仅被调度用于从基站到小区边缘用户设备的数据传输。频带F1和F2被调度用于从中继节点到其中继用户设备的数据传输。
在上述资源分配下，当基站在一个频带上服务其小区边缘用户设备时，在其相邻小区中，仅有中继节点在该频带上发送数据。由于中继节点的发射功率远远低于基站的发射功率，因此这些小区边缘用户设备接收到的干扰很小，因而可以极大地改善接收质量。另一方面，由于中继节点被配置在小区中心处，所以其服务的中继用户设备也位于小区中心处，因此中继用户设备从相邻小区接收到的干扰也很低。此外，由于距离很短，中继用户设备从中继节点接收的信号强度很大，所以中继用户设备的接收质量也得到改善。对于内部用户设备，其接收质量则不受影响。
根据本发明第二实施例的软频率复用方法不需要基站处的功率控制，因此，可以应用于中继增强型网络中。
与无中继的蜂窝网络的性能相比，根据本发明实施例的软频率复用方法可以提供更好的系统性能，包括小区平均频谱效率和小区边缘频谱效率。
图7示出了根据本发明的软频率复用方法的仿真结果图。
采用如下表1所示的仿真参数。
表1：仿真参数
在仿真中，一些特定的予帧预留给从基站到中继节点的回程传输，并且中继节点所服务的中继用户设备会省略这些子帧。如果回程传输并未耗尽所有预留的资源，则小区中的内部用户设备也可以使用剩余的预留资源。此外，在部署中继节点时，将基站发射功率调整为38dBm。
下表2示出了无中继的蜂窝网络的软频率复用方法和本发明方法的小区平均频谱效率和小区边缘频谱效率的仿真结果。
表2：性能比较
仿真结果表明，根据本发明的软频率复用方法可以提供更好的小区平均频谱效率和小区边缘频谱效率。
根据本发明的软频率复用方法可以降低基站发射功率，并且提高了小区容量，小区边缘用户的体验也有所改善。
此外，根据本发明的软频率复用方法可用于I类中继和II类中继。
尽管以上描述涉及多个单元，但是通过将一个单元划分为多个单元或将多个单元组合为一个单元，只要其仍能执行相应的功能，也可以实现本发明。
本领域技术人员应该很容易认识到，可以通过编程计算机实现上述方法的不同步骤。在此，一些实施方式同样包括机器可读或计算机可读的程序存储设备(如，数字数据存储介质)以及编码机器可执行或计算机可执行的程序指令，其中，该指令执行上述方法的一些或全部步骤。例如，程序存储设备可以是数字存储器、磁存储介质(如磁盘和磁带)、硬件或光可读数字数据存储介质。实施方式同样包括执行上述方法的所述步骤的编程计算机。
描述和附图仅示出本发明的原理。因此应该意识到，本领域技术人员能够建议不同的结构，虽然这些不同的结构未在此处明确描述或示出，但体现了本发明的原理并包括在其精神和范围之内。此外，所有此处提到的示例明确地主要只用于教学目的以帮助读者理解本发明的原理以及发明人所贡献的促进本领域的构思，并应被解释为不是对这些特定提到的示例和条件的限制。此外，此处所有提到本发明的原则、方面和实施方式的陈述及其特定的示例包含其等同物在内。
上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (22)

1.一种用于下行链路传输的软频率复用方法，包括步骤：
针对N个小区，将系统带宽划分为多个频带，其中N＞＝1；
针对每个小区，选择用于在下行链路中服务该小区的小区边缘用户设备的频带；以及
通知各个小区中的中继节点，以使用与服务该小区的小区边缘用户设备的频带不同的频带来在下行链路中服务中继用户设备，
其中针对每个小区，用于服务该小区的中继用户设备的频带与用于服务该小区的相邻小区中的至少一个相邻小区的小区边缘用户设备的频带相同。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：
针对所有N个小区，选择一个频带，用于在每个小区内在下行链路中服务内部用户设备；
其中，用于服务内部用户设备的频带与用于服务小区边缘用户设备的频带和用于服务中继用户设备的频带均不同。
3.根据权利要求1或2所述的软频率复用方法，其中，所选的服务小区边缘用户设备的频带在相邻小区之间不同。
4.根据权利要求1或2所述的软频率复用方法，其中，所选的服务小区边缘用户设备的频带在各个小区之间都不同。
5.根据权利要求2所述的软频率复用方法，其中，中继节点使用除服务小区边缘用户设备的频带和服务内部用户设备的频带之外的所有频带来服务中继用户设备。
6.根据权利要求1所述的软频率复用方法，还包括步骤：根据用户设备关联方案，来确定将由中继节点服务的中继用户设备。
7.根据权利要求6所述的软频率复用方法，还包括步骤：针对中继用户设备之外的其它用户设备，在用户设备的接收质量大于预定阈值时确定该用户设备为内部用户设备，否则，确定该用户设备为小区边缘用户设备。
8.根据权利要求1所述的软频率复用方法，其中，针对每个小区，中继节点位于小区中心处。
9.根据权利要求8所述的软频率复用方法，其中，每个小区内布置有一个或多个中继节点。
10.根据权利要求1所述的软频率复用方法，其中，在用于下行链路传输的一些子帧中进行从基站到中继节点的回程传输。
11.根据权利要求1所述的软频率复用方法，其中，所述方法应用于LTE-A系统中。
12.一种基站，包括：
频带划分单元，用于针对N个小区，将系统带宽划分为多个频带，其中N＞＝1；
频带调度单元，用于针对每个小区，选择用于在下行链路中服务该小区的小区边缘用户设备的频带；以及
中继节点通知单元，用于通知各个小区中的中继节点，以使用与服务该小区的小区边缘用户设备的频带不同的频带来在下行链路中服务中继用户设备，
其中针对每个小区，用于服务该小区的中继用户设备的频带与用于服务该小区的相邻小区中的至少一个相邻小区的小区边缘用户设备的频带相同。
13.根据权利要求12所述的基站，其中，所述频带调度单元还针对所有N个小区，选择一个频带，用于在每个小区内在下行链路中服务内部用户设备；其中，用于服务内部用户设备的频带与用于服务小区边缘用户设备的频带和用于服务中继用户设备的频带均不同。
14.根据权利要求12或13所述的基站，其中，频带调度单元针对相邻小区所选的服务小区边缘用户设备的频带不同。
15.根据权利要求12或13所述的基站，其中，频带调度单元针对各个小区所选的服务小区边缘用户设备的频带都不同。
16.根据权利要求13所述的基站，其中，中继节点使用除服务小区边缘用户设备的频带和服务内部用户设备的频带之外的所有频带来服务中继用户设备。
17.根据权利要求12所述的基站，还包括用户设备确定单元，用于根据用户设备关联方案，来确定将由中继节点服务的中继用户设备。
18.根据权利要求17所述的基站，其中，用户设备确定单元针对中继用户设备之外的其它用户设备，在用户设备的接收质量大于预定阈值时确定该用户设备为内部用户设备，否则，确定该用户设备为小区边缘用户设备。
19.根据权利要求12所述的基站，其中，针对每个小区，中继节点位于小区中心处。
20.根据权利要求19所述的基站，其中，每个小区内布置有一个或多个中继节点。
21.根据权利要求12所述的基站，其中，在用于下行链路传输的一些子帧中进行从基站到中继节点的回程传输。
22.根据权利要求12所述的基站，其中，所述基站应用于LTE-A系统中。
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