CN102696250B - 利用频率重用进行频带分配的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种在中继通信系统中利用频率重用进行频带分配的方法，包括步骤：将系统频谱资源划分为彼此正交的三个小区边缘频带和一个小区中心频带；将所述三个小区边缘频带之一分配给小区内的小区边缘用户终端，并且将小区中心频带分配给所述小区内的小区中心用户终端和所述小区的附属中继点；以及将所述三个小区边缘频带中与所述小区的小区边缘频带、以及对所述小区的附属中继点产生最大干扰的所述小区的相邻小区的小区边缘频带均正交的小区边缘频带分配给由所述附属中继点服务的至少一个中继点用户终端。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信领域，更具体地，涉及一种在中继通信系统中利用频率重用进行频带分配的方法的设备，能够改善小区边缘用户终端(UE)的接收性能。
背景技术
在采用跨越不同小区的频率重用的多蜂窝网络中，当相邻小区将相同的频率带宽分配给不同的UE时，会出现小区间干扰。由于资源重用而导致的小区间干扰仍然是对获得更好小区容量的主要限制，特别是当重用因子被设置为“1”时。因此，需要设计一种有效的无线资源管理算法，以便减轻小区间干扰。
当前，正在考虑在传统蜂窝网络中的三种主要的小区间干扰减轻方法：干扰随机化、小区间干扰消除、以及小区间干扰协调(ICIC)。由于小区间干扰随机化不会减小干扰，并且小区间干扰消除仅能够消除主干扰，将注意力放在寻找最佳有效重用因子的ICIC策略被看作最具前途的方式并且已经在3GPP(第三代伙伴计划)LTE(长期演进)-a中得到广泛地研究，该ICIC策略经常以协调的方式通过对频率和功率分配的限制来实现。
另外，大多数可用的ICIC策略基于分数频率重用(FFR)原理。FFR的突出特征是与小区中心的UE相比，向小区边缘UE分配更高的频率重用因子，其中用于相邻小区之间的小区边缘UE的频带是正交的，并且分配给小区中心UE的频率资源可以仅以与到eNB(演进NodeB)到小区边缘UE传输的功率相比更小的受限功率来重用。作为FFR的变体，在LTE框架下提出了局部频率重用(PFR)，以向性能差的UE(例如，靠近小区边界的UE)提供更高的速率。局部频率重用的思想是将整个频带分割为两个部分，一个部分采用重用因子“1”，而另一部分采用重用因子“3”。将使用重用因子“3”的频带部分称为小区边缘频带，而将另一频带部分称为小区中心频带。小区边缘用户仅允许使用小区边缘频带，而小区中心用户允许接入小区中心频带和小区边缘频带，但是具有低于边缘用户的优先级。作为三扇区蜂窝布局中的PFR策略的示例，图1示出了在一个eNB位置的不同扇区中针对UE的可用子频带的近似图案，而图2示出了相同eNB位置处的三个小区的频率分割。
由于在3GPP LTE-a中引入中继点(RN)与3GPP LTE相比能够有助于增大覆盖区或者增加小区吞吐量。在RN的小区边缘布置的情况下，当小区边缘UE直接由RN服务时，小区边缘UE的信号与干扰噪声比(SINR)可以显著提高，而且RN的小区边缘布置不会给相邻小区和本地的内部UE引入大量干扰，这是因为RN与eNB相比具有低得多的发射功率。因此，可以利用RN的特征，以便通过中继增强蜂窝网络的PFR来协调小区间干扰。尽管先前的大多数ICIC研究仍然将注意力放在传统蜂窝网络，但是需要设计一种针对中继增强蜂窝网络的有效PFR策略。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，提出了本发明。因此，本发明的目的是提出一种在中继通信系统中利用频率重用进行频带分配的方法的设备，能够改善小区边缘UE的接收性能。
为了实现上述目的，根据本发明，提出了一种在中继通信系统中利用频率重用进行频带分配的方法，包括步骤：将系统频谱资源划分为彼此正交的三个小区边缘频带和一个小区中心频带；将所述三个小区边缘频带之一分配给小区内的小区边缘用户终端，并且将小区中心频带分配给所述小区内的小区中心用户终端和所述小区的附属中继点；以及将所述三个小区边缘频带中与所述小区的小区边缘频带、以及对所述小区的附属中继点产生最大干扰的所述小区的相邻小区的小区边缘频带均正交的小区边缘频带分配给由所述附属中继点服务的至少一个中继点用户终端。
优选地，所述方法还包括步骤：将所述三个小区边缘频带中与已分配给小区内的小区边缘用户终端的小区边缘频带正交的其余两个小区边缘频带分别分配给相同基站位置处的与所述小区相邻的两个小区。
优选地，小区边缘用户终端和小区中心用户终端是根据用户几何分布分类的由基站直接提供服务的用户终端，其中小区中心用户终端是靠近小区的基站的用户终端，而小区中心UE是靠近小区边界的用户终端。
优选地，对所述小区的附属中继点产生最大干扰的所述小区的相邻小区是由对所述附属中继点产生主干扰的扇区所覆盖且与所述小区相邻的小区。
优选地，所述频率重用是局部频率重用。
优选地，所述频率重用是软频率重用，其中分配给所述小区内的小区中心用户终端和所述小区的附属中继点的所述小区中心频带可重用分配给相同基站位置处的与所述小区相邻的两个小区的两个小区边缘频带。
优选地，所述中继通信系统是3GPP LTE-a通信系统。
另外，为了实现上述目的，根据本发明，还提出了一种在中继通信系统中利用频率重用进行频带分配的设备，包括：频带划分装置，用于将系统频谱资源划分为彼此正交的三个小区边缘频带和一个小区中心频带；第一分配装置，用于将所述三个小区边缘频带之一分配给小区内的小区边缘用户终端，并且将小区中心频带分配给所述小区内的小区中心用户终端和所述小区的附属中继点；以及第二分配装置，用于将所述三个小区边缘频带中与所述小区的小区边缘频带、以及对所述小区的附属中继点产生最大干扰的所述小区的相邻小区的小区边缘频带均正交的小区边缘频带分配给由所述附属中继点服务的至少一个中继点用户终端。
优选地，所述第一分配装置将所述三个小区边缘频带中与已分配给小区内的小区边缘用户终端的小区边缘频带正交的其余两个小区边缘频带分别分配给相同基站位置处的与所述小区相邻的两个小区。
附图说明
根据以下结合附图对本发明非限制实施例的详细描述，本发明的以上和其他目的、特征和优点将变得更加清楚，其中：
图1是根据现有技术的局部分数频率重用的示意图；
图2是根据现有技术的局部分数频率重用的功率和频率管理的示意图；
图3是根据本发明的局部频率重用的多小区六角形布局的示意图；
图4是根据本发明的局部频率重用的功率和频率管理的示意图；
图5是示出了根据本发明的在中继通信系统中利用频率重用进行频带分配的方法的流程图；
图6是示出了在中继通信系统中利用频率重用进行频带分配的设备的结构方框图；以及
图7是现有技术的没有中继点的局部频率重用情况与根据本发明的具有中继点的局部频率重用情况的系统仿真结果的比较图。
具体实施方式
下面，将根据附图描述本发明。在以下描述中，一些具体的实施例只用于描述的目的，不应该将其理解为对于本发明的任何限制，而只是示例。当可能导致使本发明的理解发生模糊时，将省略传统结构或构造。
根据本发明，提出了一种针对中继增强蜂窝网络的有效PFR策略。该PFR策略的基本思想是通过适当的资源分割来协调小区边缘用户的小区间干扰，并且可以如下简要描述：
1)首先，在蜂窝网络中的所有RN布置在小区的边缘以扩展覆盖区，这里，将RN直接服务的UE称为中继点UE。
2)然后，将eNB直接服务的UE根据用户几何分布分类为小区中心UE和小区边缘UE，小区中心UE是靠近小区的eNB的UE，而小区边缘UE是靠近小区边界的UE。
3)每一个小区的整个系统频谱资源可以划分为三个小区边缘频带和一个小区中心频带。
a)每一个小区的小区中心频带重用相同的频谱资源且被限制为小区中心UE和所述小区附属中继点服务。
b)三个小区边缘频带彼此正交，并且三个小区边缘频带被分别分配给三扇区小区位置(或者eNB位置)的各扇区所覆盖的三个小区的小区边缘UE。
c)用作每一个RN的传输的中继频带使用小区边缘频带之一来为中继点UE服务，并且与本地小区边缘频带、以及对给定RN产生最大干扰的相邻小区边缘频带均正交。
4)eNB或者RN所关联的UE的数量可以根据业务量负载和与小区边缘频带、小区中心频带或中继频带相关的可用频带，以半静态的方式来调节，反之亦然。
由于用于相邻小区的小区边缘频带与本小区的小区边缘UE使用的小区边缘频带正交，对小区边缘UE的主干扰主要来自于具有低发射功率的相邻RN。因此，这些小区边缘UE可以获得更好接收性能。
另外，针对中继点UE的干扰主要来自于相邻小区之一，但是由于相邻小区的天线波束中心并不指向RN，因此，也可以确保中继点UE的性能。在这种情况下，可以通过扇区内RN之间的频谱重用来获得更好的小区平均性能。
以上仅以局部频率重用为例描述了本发明。但是，本发明并不局限于此。类似地，针对扇区内RN如何采用相邻小区边缘频带进行干扰协调，从而提高小区边缘用户性能的资源划分方法可以应用到采用SFR(软频率重用)的中继增强蜂窝网络中。与局部频率重用不同，在软频率重用的情况下，分配给所述小区内的小区中心用户终端和所述小区的附属中继点的所述小区中心频带可重用分配给相同基站位置处的与所述小区相邻的两个小区的两个小区边缘频带，而并不如图3和图4所示那样与三个小区边缘频带均正交。
这里，将提出本发明的方案的简单实施例，其中采用LTE FDD下行传输作为示例。在每一个小区中，2个位置固定的RN以如图3所示的位置布置在小区边缘。
这里，假定在每一个小区均匀分布了平均25个UE，由于采用了灵活UE接入方式，将有24％的UE接入到这个两个RN。此外，将具有最小接收功率的3个UE假定为小区边缘UE，则剩余UE被假定为小区中心UE。
对于具有10MHz系统带宽的一个典型LTE-a系统而言，在每一个子帧内存在总共50个PRB(物理资源块)。图4示出了针对本发明的PFR策略的频率分割的示例。将每一个小区的整个系统频谱资源划分为三个正交的小区边缘频带和一个小区中心频带。这里，每一个小区边缘频带占用4个PRB，并且仅一个小区边缘频带被预留给每一个小区的小区边缘UE。另外，小区中心频带使用剩余的38个PRB，用来仅为小区中心UE和所述小区附属RN服务。
如图3的多小区布置所示，扇区3C、5A和7B是对eNB1的RN中的一个具有最大干扰的扇区(由于其天线波束中心是指向所述小区的)，因此，每一个RN的中继频带应该避免来自相邻小区的小区边缘频带的强干扰。另外，为了避免来自本地小区的小区内干扰，每一个RN的中继频带使用未用的小区边缘频带之一。在这种情况下，图4的下部示出了被限制为由中继点用户使用的每一个RN的可用频谱。例如，扇区1A中的RN1的主干扰来自于本地小区边缘频带和扇区7B所覆盖的与本地小区相邻的小区所使用的小区边缘频带，而扇区1A中的RN2的主干扰来自于本地小区边缘频带和扇区3C所覆盖的与本地小区相邻的小区所使用的小区边缘频带。因此，扇区1A中的RN1使用与本地小区边缘频带和扇区7B所覆盖的与本地小区相邻的小区所使用的小区边缘频带均正交的小区边缘频带，而扇区1A中的RN2使用与本地小区边缘频带和扇区3C所覆盖的与本地小区相邻的小区所使用的小区边缘频带均正交的小区边缘频带。
对于以上频率资源分配，小区边缘UE仅接收来自相邻RN的干扰。由于RN的发射功率远低于eNB的发射功率，因此可以极大地提高小区边缘UE的接收性能。另一方面，由于中继点布置在小区边缘且在小区中心频带上为位于小区边缘处的中继点UE服务，因此其干扰主要来自于相邻小区。但是，相邻小区的天线波束中心并不指向该RN，因此来自相邻小区的小区间干扰相当小。另外，由于距离短，中继点UE将接收来自RN的强信号，因而其接收质量也会得到提高。另外，通过扇区内RN的频谱重用，能够进一步改善小区边缘UE的吞吐量。对于内部UE，其接收质量将不受影响。
图5是示出了根据本发明的在中继通信系统中利用频率重用进行频带分配的方法的流程图。
如图5所示，根据本发明的方法，在步骤501，将系统频谱资源划分为彼此正交的三个小区边缘频带和一个小区中心频带。然后，在步骤503，将所述三个小区边缘频带之一分配给小区内的小区边缘用户终端，并且将小区中心频带分配给所述小区内的小区中心用户终端和所述小区附属中继点。之后，在步骤505，将所述三个小区边缘频带中与所述小区的小区边缘频带、以及对所述小区的附属中继点产生最大干扰的所述小区的相邻小区的小区边缘频带均正交的小区边缘频带分配给由所述附属中继点服务的至少一个中继点用户终端。
另外，在步骤503，可以将所述三个小区边缘频带中与已分配给小区内的小区边缘用户终端的小区边缘频带正交的其余两个小区边缘频带分别分配给相同基站位置处的与所述小区相邻的两个小区。
图6是示出了在中继通信系统中利用频率重用进行频带分配的设备的结构方框图。
如图6所示，根据本发明的设备包括：频带划分装置601、第一分配装置603和第二分配装置605。频带划分装置601将系统频谱资源划分为彼此正交的三个小区边缘频带和一个小区中心频带。第一分配装置603将所述三个小区边缘频带之一分配给小区内的小区边缘用户终端，并且将小区中心频带分配给所述小区内的小区中心用户终端和其附属的中继点。第二分配装置605将所述三个小区边缘频带中与所述小区的小区边缘频带、以及对所述小区的附属中继点产生最大干扰的所述小区的相邻小区的小区边缘频带均正交的小区边缘频带分配给由所述附属中继点服务的至少一个中继点用户终端。
另外，该第一分配装置603将所述三个小区边缘频带中与已分配给小区内的小区边缘用户终端的小区边缘频带正交的其余两个小区边缘频带分别分配给相同基站位置处的与所述小区相邻的两个小区
由此可见，本发明提出了针对中继增强蜂窝网络中的下行传输的有效PFR方法。根据本发明的策略，从eNB的角度，将整个频带分割为三个小区边缘频带和一个小区中心频带，并且在小区边缘布置的RN能够将小区边缘频带之一用作中继频带，以实现干扰协调。这里，小区边缘用户仅允许使用小区边缘频带，而为小区中心UE服务的直接链路和为附属RN服务的中继回程链路只允许使用小区中心频带。同时，中继点UE允许使用中继频带来为中继点UE服务。
由于有效地进行了小区间干扰协调和利用了中继点的特征，从仿真结果可以看出本发明能够为中继增强的蜂窝系统中的小区边缘UE实现更好的性能。
图7示出了本发明的方法的归一化用户吞吐量，并且下表1记录了相应的用户平均和用户边缘(5％)用户吞吐量和其增益。可以看出，与传统蜂窝系统相比，根据本发明的PFR的小区平均和小区边缘吞吐量具有13.22％和15.75％的增加。
表1：频率重用的系统仿真结果
另外，下表2示出了系统级仿真参数。
表2系统级仿真参数
以上实施例只是用于示例目的，并不倾向于限制本发明。本领域普通技术人员应该理解的是，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以存在对该实施例的各种修改和代替，并且这些修改和代替落在所附权利要求所限定的范围中。
Claims (14)
1.一种在中继通信系统中利用频率重用进行频带分配的方法，包括步骤：
将系统频谱资源划分为彼此正交的三个小区边缘频带和一个小区中心频带；
将所述三个小区边缘频带之一分配给小区内的小区边缘用户终端，并且将小区中心频带分配给所述小区内的小区中心用户终端和所述小区的附属中继点；以及
将所述三个小区边缘频带中与所述小区的小区边缘频带、以及对所述小区的附属中继点产生最大干扰的所述小区的相邻小区的小区边缘频带均正交的小区边缘频带分配给由所述附属中继点服务的至少一个中继点用户终端。
2.根据权利要求1所述的方法，其中还包括步骤：
将所述三个小区边缘频带中与已分配给小区内的小区边缘用户终端的小区边缘频带正交的其余两个小区边缘频带分别分配给相同基站位置处的与所述小区相邻的两个小区。
3.根据权利要求1所述的方法，其中小区边缘用户终端和小区中心用户终端是根据用户几何分布分类的由基站直接提供服务的用户终端，其中小区中心用户终端是靠近小区的基站的用户终端，而小区边缘用户终端是靠近小区边界的用户终端。
4.根据权利要求1所述的方法，其中对所述小区的附属中继点产生最大干扰的所述小区的相邻小区是由对所述附属中继点产生主干扰的扇区所覆盖且与所述小区相邻的小区。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述频率重用是局部频率重用。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述频率重用是软频率重用，其中分配给所述小区内的小区中心用户终端和所述小区的附属中继点的所述小区中心频带可重用分配给相同基站位置处的与所述小区相邻的两个小区的两个小区边缘频带。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述中继通信系统是3GPPHE-a通信系统。
8.一种在中继通信系统中利用频率重用进行频带分配的设备，包括：
频带划分装置，用于将系统频谱资源划分为彼此正交的三个小区边缘频带和一个小区中心频带；
第一分配装置，用于将所述三个小区边缘频带之一分配给小区内的小区边缘用户终端，并且将小区中心频带分配给所述小区内的小区中心用户终端和所述小区的附属中继点；以及
第二分配装置，用于将所述三个小区边缘频带中与所述小区的小区边缘频带、以及对所述小区的附属中继点产生最大干扰的所述小区的相邻小区的小区边缘频带均正交的小区边缘频带分配给由所述附属中继点服务的至少一个中继点用户终端。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述第一分配装置将所述三个小区边缘频带中与已分配给小区内的小区边缘用户终端的小区边缘频带正交的其余两个小区边缘频带分别分配给相同基站位置处的与所述小区相邻的两个小区。
10.根据权利要求8所述的设备，其中小区边缘用户终端和小区中心用户终端是根据用户几何分布分类的由基站直接提供服务的用户终端，其中小区中心用户终端是靠近小区的基站的用户终端，而小区边缘用户终端是靠近小区边界的用户终端。
11.根据权利要求8所述的设备，其中对所述小区的附属中继点产生最大干扰的所述小区的相邻小区是由对所述附属中继点产生主干扰的扇区所覆盖且与所述小区相邻的小区。
12.根据权利要求8所述的设备，其中所述频率重用是局部频率重用。
13.根据权利要求8所述的设备，其中所述频率重用是软频率重用，其中分配给所述小区内的小区中心用户终端和所述小区的附属中继点的所述小区中心频带可重用分配给相同基站位置处的与所述小区相邻的两个小区的两个小区边缘频带。
14.根据权利要求8所述的设备，其中所述中继通信系统是3GPPLTE-a通信系统。
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