CN107197464A - 消除相邻小区对边缘用户干扰的频率资源分配方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种消除邻小区对边缘用户干扰的频率资源分配方法，包括：对系统频率资源进行不重叠地划分得到N组频率资源，并将每个小区的中心用户区域均划分为六个扇形区域；在每个小区中分配N组频率资源中的三组频率资源，包括从N组频率资源中选三组频率资源，将这三组频率资源中的一组频率资源分配至该小区的边缘用户区域，将另外两组频率资源相间分配至该小区六个扇形区域，其中，该小区的边缘用户区域的频率资源与任一邻区的边缘用户区域的频率资源均不同。本发明同频信号的分布距离较远，信号辐射方向不同，提升边缘用户的通信质量；而且边缘用户信噪比的提高不影响相邻小区的信号频率，因而中心用户的信噪比也得到提高，频谱利用率升高。

Description

消除相邻小区对边缘用户干扰的频率资源分配方法及系统
技术领域
本发明涉及蜂窝网络通信领域，特别涉及一种消除相邻小区对边缘用户干扰的频率资源分配方法及系统。
背景技术
现代通信系统中用户使用基站发射的频率进行通信。由于频谱资源的稀缺性，为了提高频谱利用率，现代通信系统中的相邻小区通常重复使用相同的频率进行通信。以Wimax，LTE为代表的基于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，即正交频分复用技术)的宽带移动通信系统中，小区内的用户使用相互独立的子载波进行通信，小区内的干扰可以认为基本被消除，影响系统吞吐量性能的主要制约因素是小区间的同频干扰。对于小区边缘用户，由于其位置距离本小区服务基站较远，同时接近邻小区的服务基站，用户接收到的本小区服务基站发射的有用信号与接收到的邻小区基站发射的同频干扰信号强度可相比拟，使得信噪比较低，用户的服务质量容易受到严重影响。
为了减轻小区间的干扰，通常广泛采用的是分数频率复用(FFR，FractionalFrequency Reuse)和软频率复用(SFR，Soft Frequency Reuse)的方法。
FFR把系统所用的频谱分为两组，参见图1所示，左图为频率分配图，右图为功率模板。其中一组B1(＝B11+B12+B13)采用复用因子3，分别分配给相邻小区的边缘用户使用，即小区1使用B11，小区2使用B12，小区3使用B13。另一组频谱B2+B3部分采用复用因子1，分配给所有小区的中心用户使用。图1右图的曲线表示发射机在相应频谱的发射功率密度(PSD)上限，也称作功率密度模板(PDM)。对于B1部分，所用频段的发射功率密度上限较高，用于覆盖整个小区，对于B2+B3部分，发射功率密度上限较低，用于覆盖小区中心区域。由于FFR使得相邻小区的边缘用户工作在不同的频率，较好解决了相邻小区边缘用户的干扰，但是由于小区不能利用系统所有的频率资源，频谱效率较低，而且小区边缘可以利用的频率资源也比较少。
SFR方案的原理如图2所示，左图为频率分配图，右图为功率模板。SFR把频率分为三段，记为B1、B2、B3。每个小区选择一个频段并设置一个比较高的功率密度上限，称为主子载波，可以覆盖整个小区。其它的频段设置一个比较低的功率密度上限，称为副子载波，只能覆盖小区的中心区域。小区的边缘用户只能使用主子载波，中心用户则既可以使用主子载波，也可以使用副子载波。在SFR中，相邻小区的主子载波互不重叠，因而分属不同小区的边缘用户之间互不干扰。主子载波的干扰主要来自相邻小区副子载波的干扰，由于副子载波的发射功率密度上限较低，主子载波所受的干扰也较低。SFR使用了系统中所有的频率，克服了FFR频谱利用较低的缺点，也克服了全频率复用方案边缘用户干扰较大的问题，得到了广泛的应用与研究。
但是，SFR方案中，小区边缘用户使用主子载波与邻区中心用户使用的副子载波频率是互相重叠的，边缘用户信噪比的提升依赖于邻区基站降低对中心用户的发射功率。这样，虽然边缘用户的通信质量得到提升，但整个小区的吞吐量往往比全频率复用方案更低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种消除相邻小区对边缘用户干扰的频率资源分配方法及系统，消除相邻小区对边缘用户的干扰，从而实现对网络干扰模式的整体优化。其具体方案如下：
一种消除邻小区对边缘用户干扰的频率资源分配方法，包括：
预先对系统频率资源进行不重叠地划分，得到N组频率资源，并将每个小区的中心用户区域均划分为六个扇形区域；其中，N为大于2的整数；
在每个小区中分配所述N组频率资源中的三组频率资源；
其中，在任一小区中分配所述N组频率资源中的三组频率资源的过程，包括：从所述N组频率资源中选取三组频率资源，将选取到的三组频率资源中的一组频率资源分配至该小区的边缘用户区域，将另外两组频率资源分配至该小区的六个扇形区域，其中，该小区中任意相邻两个扇形区域得到的频率资源互不相同，该小区的边缘用户区域得到的频率资源与任一相邻小区的边缘用户区域得到的频率资源互不相同，并且，该小区的任一扇形区域得到的频率资源与距离该扇形区域最近的相邻小区的边缘用户区域得到的频率资源互不相同。
优选的，所述预先对系统频率资源进行不重叠地划分，得到N组频率资源的过程，包括：
预先对系统频率资源进行不重叠地划分，得到三组频率资源。
优选的，所述预先对系统频率资源进行不重叠地划分，得到N组频率资源的过程，包括：
预先对系统频率资源进行不重叠地均匀划分，得到三组大小相同的频率资源。
优选的，所述分配方法还包括：
调节每个所述小区的中心用户区域的面积大小。
优选的，所述分配方法还包括：
调节每个小区的中心用户区域与边缘用户区域的频率资源的功率密度比。
相应的，本发明还公布了一种消除邻小区对边缘用户干扰的频率资源分配系统，包括：
频率划分模块，用于预先对系统频率资源进行不重叠地划分，得到N组频率资源；其中，N为大于2的整数；
区域划分模块，用于将每个小区的中心用户区域均划分为六个扇形区域；
频率分配模块，用于在每个小区中分配所述N组频率资源中的三组频率资源；
其中，在任一小区中分配所述N组频率资源中的三组频率资源的过程，包括：从所述N组频率资源中选取三组频率资源，将选取到的三组频率资源中的一组频率资源分配至该小区的边缘用户区域，将另外两组频率资源相间分配至该小区的六个扇形区域，其中，该小区的边缘用户区域得到的频率资源与任一相邻小区的边缘用户区域得到的频率资源互不相同，并且，该小区的任一扇形区域得到的频率资源与距离该扇形区域最近的相邻小区的边缘用户区域得到的频率资源互不相同。
优选的，所述频率划分模块，包括：
第一频率划分单元，用于预先对系统频率资源进行不重叠地划分，得到三组频率资源。
优选的，所述频率划分模块，包括：
第二频率划分单元，用于预先对系统频率资源进行不重叠地均匀划分，得到三组大小相同的频率资源。
优选的，所述区域划分模块还包括：
区域调节单元，用于调节每个所述小区的中心用户区域的面积大小。
优选的，所述频率分配模块还包括：
功率密度比调节单元，用于调节每一个小区的中心用户区域与边缘用户区域的频率资源的功率密度比。
本发明中，将每个小区的中心用户区域分为六个扇形，对每个小区分配三组频率资源，其中一组分配至该小区的边缘用户区域，另外两组交替分配给小区中心扇形区域，该小区的边缘用户区域得到的频率资源与任一相邻小区的边缘用户区域得到的频率资源互不相同，并且，该小区的任一扇形区域得到的频率资源与距离该扇形区域最近的相邻小区的边缘用户区域得到的频率资源互不相同。因此相邻小区之间如果有同频信号，同频信号的分布区域间距离较远，以及信号辐射方向不同，提升边缘用户的通信质量；而且边缘用户信噪比的提高不需要以降低邻小区同频基站的发射功率为代价，因而中心用户的信噪比不受其他影响，可以自行提高，频谱利用率升高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为分数频率复用(FFR)的分配方案示意图；
图2为软频率复用(SFR)的分配方案示意图；
图3为一种消除相邻小区对边缘用户干扰的频率资源分配方法的步骤流程图；
图4为一种消除相邻小区对边缘用户干扰的频率资源分配方法的分配方案示意图；
图5为一种具体的消除相邻小区对边缘用户干扰的频率资源分配方法的步骤流程图；
图6为一种具体的消除相邻小区对边缘用户干扰的频率资源分配方法的分配方案示意图；
图7为一种消除相邻小区对边缘用户干扰的频率资源分配系统的结构示意图；
图8为边缘用户的功率谱密度之比与频谱效率关系曲线图；
图9为中心用户的功率谱密度之比与频谱效率关系曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种消除相邻小区对边缘用户干扰的频率资源分配方法，参见图3所示，包括：
S11：预先对系统频率资源进行不重叠地划分，得到N组频率资源，并将每个小区的中心用户区域均划分为六个扇形区域；
其中，N为大于2的整数；
可以理解的是，将圆形的中心用户区域，划分为六个60°的扇形区域，上述每个扇形区域的圆心角均对应边缘用户面积的一个中心角。
进一步的，由于每个小区的情况不同，例如小区的实际面积、地形、人口密度均有所差异，所以可以对中心用户区域的面积大小进行调节。
S12：在每个小区中分配上述N组频率资源中的三组频率资源；
可以理解的是，当N为3时，不用从中选取，直接将这三组频率资源分配在小区中即可；当N大于3时，每个小区中可以从N组中选取三组频率资源进行分配，多个小区可以使用相同的三组频率资源，也可以使用不同的三组频率资源。
其中，在任一小区中分配上述N组频率资源中的三组频率资源的过程，包括：从上述N组频率资源中选取三组频率资源，将选取到的三组频率资源中的一组频率资源分配至该小区的边缘用户区域，将另外两组频率资源相间分配至该小区的六个扇形区域，其中，该小区的边缘用户区域得到的频率资源与任一相邻小区的边缘用户区域得到的频率资源互不相同，并且，该小区的任一扇形区域得到的频率资源与距离该扇形区域最近的相邻小区的边缘用户区域得到的频率资源互不相同。遵循上述分配原则，则相邻小区间、小区内中心用户区域与边缘用户区域间都相互独立，不会受到对方影响。
图4是N为5时的一种频率资源分布图，图中的不同纹理表示不同组的频率资源。当然，还可以有其他频率资源分配的方案。进一步的，任一小区中的频率资源数可以是三个以上，只要满足上述分配原则即可以实现小区间、小区内互相独立不受影响的效果。
进一步的，可以调节每个小区的中心用户区域与边缘用户区域的频率资源的功率密度比，实现对小区边缘用户与中心用户信噪比的调整，以适应小区业务的需求。增加小区中心与边缘功率密度比，则小区边缘用户信噪比减少，频谱利用率随之降低，而中心用户的信噪比增加，频谱利用率升高。反之亦然。
本发明中，将每个小区的中心用户区域分为六个扇形，对每个小区分配三组频率资源，其中一组分配至该小区的边缘用户区域，另外两组交替分配给小区中心扇形区域，该小区的边缘用户区域得到的频率资源与任一相邻小区的边缘用户区域得到的频率资源互不相同，并且，该小区的任一扇形区域得到的频率资源与距离该扇形区域最近的相邻小区的边缘用户区域得到的频率资源互不相同。因此相邻小区之间如果有同频信号，同频信号的分布区域间距离较远，以及信号辐射方向不同，提升边缘用户的通信质量；而且边缘用户信噪比的提高不需要以降低相邻小区同频基站的发射功率为代价，因而中心用户的信噪比不受其他影响，也能够自行提高，频谱利用率升高。
本发明实施例公开了一种具体的消除相邻小区对边缘用户干扰的频率资源分配方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。参见图5所示，具体的：
S21：预先对系统频率资源进行不重叠地划分，得到三组频率资源，并将每个小区的中心用户区域均划分为六个扇形区域；
进一步的，可以预先对系统频率资源进行不重叠地均匀划分，得到三组大小相同的频率资源。
S22：在每个小区中分配上述三组频率资源；
由于将整个系统频率资源分成了三组，每个小区都利用了系统的所有频率资源，使频率效率达到最高，频率的复用系数为1。
其中，在任一小区中分配上述三组频率资源的过程，包括：将上述三组频率资源中的一组频率资源分配至该小区的边缘用户区域，将另外两组频率资源相间分配至该小区的六个扇形区域，其中，该小区的边缘用户区域得到的频率资源与任一相邻小区的边缘用户区域得到的频率资源互不相同，并且，该小区的任一扇形区域得到的频率资源与距离该扇形区域最近的相邻小区的边缘用户区域得到的频率资源互不相同。分配后的频率资源分布如图6所示。
相应的，本发明实施例还公开了一种消除相邻小区对边缘用户干扰的频率资源分配系统，参见图7所示，包括：
频率划分模块01，用于预先对系统频率资源进行不重叠地划分，得到N组频率资源；
其中，N为大于2的整数；
区域划分模块02，用于将每个小区的中心用户区域均划分为六个扇形区域；
频率分配模块03，用于在每个小区中分配上述N组频率资源中的三组频率资源；
其中，在任一小区中分配上述N组频率资源中的三组频率资源的过程，包括：从上述N组频率资源中选取三组频率资源，将选取到的三组频率资源中的一组频率资源分配至该小区的边缘用户区域，将另外两组频率资源分配至该小区的六个扇形区域，其中，该小区中任意相邻两个扇形区域得到的频率资源互不相同，该小区中任意相邻两个扇形区域得到的频率资源互不相同，该小区的边缘用户区域得到的频率资源与任一相邻小区的边缘用户区域得到的频率资源互不相同，并且，该小区的任一扇形区域得到的频率资源与距离该扇形区域最近的相邻小区的边缘用户区域得到的频率资源互不相同。
可以理解的是，上述频率划分模块，可以包括：
第一频率划分单元，用于预先对系统频率资源进行不重叠地划分，得到三组频率资源。
可以理解的是，上述频率划分模块，可以包括：
第二频率划分单元，用于预先对系统频率资源进行不重叠地均匀划分，得到三组大小相同的频率资源。
进一步的，上述区域划分模块还可以包括：
区域调节单元，用于调节每个上述小区的中心用户区域的面积大小。
进一步的，上述频率分配模块还可以包括：
功率密度比调节单元，用于调节每一个小区的中心用户区域与边缘用户区域的频率资源的功率密度比。
为了更好地说明本发明实施例的效果，本发明实施例进一步对前述实施例公开的技术方案进行仿真。考虑由19个小区组成的多小区的OFDMA网络，如图6所示，仿真的参数如下表一所示：
表一
参数 取值
小区半径 1km
发射功率 50dBm
带宽 20MHz
噪声谱密度 -169dBm/Hz
路径损耗模型 L(d)＝128.1+37.6log(d)，d为基站到终端的距离
令α为辅子载波与主子载波的功率谱密度之比，β为基站到终端的距离与小区半径之比，图8曲线所示的是当β＝0.5,0.6,…,0.9,1时α取不同数值时边缘用户(CEU)的频谱效率η(bps/Hz)。其中虚线表示采用SFR方案的结果，实线表示采用本发明方案的结果。由图8可知，采用本发明边缘用户可获得比SFR更高的频谱利用率。
图9曲线所示的是当β＝0.5,0.6,…,0.9,1时α取不同数值时中心用户(CCU)的频谱效率。其中虚线表示采用SFR方案的结果，实线表示采用本发明方案的结果。由图9可知，采用本发明中心用户可获得比SFR更高的频谱利用率。综合观察图8，图9可知，采用本发明方案后，由于网络的干扰水平得到优化，小区的信干噪比相比SFR方案更高，因而获得了比SFR更高的小区频率利用率(包括中心用户和边缘用户)。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种消除相邻小区对边缘用户干扰的频率资源分配方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种消除相邻小区对边缘用户干扰的频率资源分配方法，其特征在于，包括：
预先对系统频率资源进行不重叠地划分，得到N组频率资源，并将每个小区的中心用户区域均划分为六个扇形区域；其中，N为大于2的整数；
在每个小区中分配所述N组频率资源中的三组频率资源；
其中，在任一小区中分配所述N组频率资源中的三组频率资源的过程，包括：从所述N组频率资源中选取三组频率资源，将选取到的三组频率资源中的一组频率资源分配至该小区的边缘用户区域，将另外两组频率资源分配至该小区的六个扇形区域，其中，该小区中任意相邻两个扇形区域得到的频率资源互不相同，该小区的边缘用户区域得到的频率资源与任一相邻小区的边缘用户区域得到的频率资源互不相同，并且，该小区的任一扇形区域得到的频率资源与距离该扇形区域最近的相邻小区的边缘用户区域得到的频率资源互不相同。
2.根据权利要求1所述的分配方法，其特征在于，所述预先对系统频率资源进行不重叠地划分，得到N组频率资源的过程，包括：
预先对系统频率资源进行不重叠地划分，得到三组频率资源。
3.根据权利要求2所述的分配方法，其特征在于，所述预先对系统频率资源进行不重叠地划分，得到N组频率资源的过程，包括：
预先对系统频率资源进行不重叠地均匀划分，得到三组大小相同的频率资源。
4.根据权利要求1所述的分配方法，其特征在于，还包括：
调节每个所述小区的中心用户区域的面积大小。
5.根据权利要求1-4任一项所述的分配方法，其特征在于，还包括：
调节每个小区的中心用户区域与边缘用户区域的频率资源的功率密度比。
6.一种消除相邻小区对边缘用户干扰的频率资源分配系统，其特征在于，包括：
频率划分模块，用于预先对系统频率资源进行不重叠地划分，得到N组频率资源；其中，N为大于2的整数；
区域划分模块，用于将每个小区的中心用户区域均划分为六个扇形区域；
频率分配模块，用于在每个小区中分配所述N组频率资源中的三组频率资源；
其中，在任一小区中分配所述N组频率资源中的三组频率资源的过程，包括：从所述N组频率资源中选取三组频率资源，将选取到的三组频率资源中的一组频率资源分配至该小区的边缘用户区域，将另外两组频率资源相间分配至该小区的六个扇形区域，其中，该小区中任意相邻两个扇形区域得到的频率资源互不相同，该小区的边缘用户区域得到的频率资源与任一相邻小区的边缘用户区域得到的频率资源互不相同，并且，该小区的任一扇形区域得到的频率资源与距离该扇形区域最近的相邻小区的边缘用户区域得到的频率资源互不相同。
7.根据权利要求6所述的分配系统，其特征在于，所述频率划分模块，包括：
第一频率划分单元，用于预先对系统频率资源进行不重叠地划分，得到三组频率资源。
8.根据权利要求7所述的分配系统，其特征在于，所述频率划分模块，包括：
第二频率划分单元，用于预先对系统频率资源进行不重叠地均匀划分，得到三组大小相同的频率资源。
9.根据权利要求6所述的分配系统，其特征在于，所述区域划分模块还包括：
区域调节单元，用于调节每个所述小区的中心用户区域的面积大小。
10.根据权利要求6-9任一项所述的分配系统，其特征在于，所述频率分配模块还包括：
功率密度比调节单元，用于调节每一个小区的中心用户区域与边缘用户区域的频率资源的功率密度比。
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