CN1162220A - 蜂窝复用划分控制邻近信道干扰的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在蜂窝无线系统中根据对这种系统内通信信道的业务质量因子控制邻近信道干扰的新方法。这种方法称为带邻近信道限制的复用划分，其作用是消除邻近的各全向小区之间的邻近信道干扰。

Description

蜂窝复用划分控制邻近信道干扰的系统和方法

本申请与无线通信系统有关，具体地说，与改进在信道化蜂窝系统中的控制邻近信道干扰的措施有关。

在无线通信技术领域中，通常是对频谱效率和使所用信道数最大的考虑确定了要采用蜂窝式的这种信道和与信道相应的频率的配置，也就是说一个服务区域划分为一系列连接的服务区，称作小区。在一个具体小区内，用户通过无线电链路与为这个小区服务的一个基站通信，这个基站与其他小区的基站连接组成一个无线通信网。这个无线通信网通常还与一个或几个有线网连接。为了用这种无线网进行通信，每个用户分配到一个离散的信道组中的一个信道。

图1以示意形式示出了无线蜂窝通信系统的普通规则六角形小区布局(应该理解，图1中所示的小区的六角形形状表示了一种习惯画法。所以选用这种六角形的小区表示方式是因为六角形接近小区理想功率覆盖区域的圆形形状。然而，如果使用圆形表示，就会出现一些交叠区，使得服务区画面很不清楚。但是采用这种将小区画成六角形的习惯画法，可以将表示一个服务区的这些小区画成相互既无间隙又无交叠的形式。)。正如所知道的那样，用六角形网格画出的地理服务区域形成了一个几何图案，使得频率可以按图案配置方式加以分配，允许用一个受控的有规律重复分配模型复用这些频率。小区区域各自具有一组分配给它的规定信道(当然，如下面将要详细说明的那样，体现无线通信技术领域中较近进展的软性信道分配方法通常将涉及给小区分配的信道不是固定不变的情况。)。每个信道组包括多个独立的发送和接收无线电信道，供小区区域内使用。在图1所示的模型中，标以“A”的各小区为同信道小区(co-usercell)，所有这些小区使用相同的信道组。对于标以“B”、“C”等的同信道小区也是一样，各自具有分配给它的信道组。

每个小区用一个与基站配合的天线系统照射覆盖，各基站可以相互连接和/或与其他网连接。天线101是一个具有全方向辐射图的天线，而天线102是一个定向辐射天线，它的方向图表示了将小区分裂成几个更小的扇形服务区的情况。

众所周知，蜂窝通信系统的一个中心思想是频率复用(frequency reuse)。采用频率复用，处在不同地理位置(即不同小区)的一些用户可以同时使用相同频率的信道，如在对于规则信道分配情况的图1中同各小区所示。虽然频率复用能大大增加一个系统的频谱效率，但是，如果系统设计不合适，在共同使用相信道的各小区之间就会引起严重的干扰。

频率复用分配通常是通过选用一些简单的规则标出各同信道小区和将RF频谱划分成一些信道组来实现的。信道分配方法大致可分为两类：固定的和软性的，可参见将刊的M.Benveniste所著“自配置无线系统”(“SelfConfigurable Wireless Systems”)。固定信道分配不改变小区与为小区服务的信道之间的关系。仅仅是那些分配给一个小区的信道才能用来为这个小区中的呼叫服务，而每个信道可以被所有分配到这个信道的小区同时使用。固定信道分配的一个例子是“规则”信道分配，其特征是各小区大小相同、间隔规则。规则信道分配对于话务量对各小区均匀分布的系统来说是最佳的。

在话务量分布不均匀的情况下，可以找到一种最佳的固定“非规则”信道分配方式，按照小区话务负荷为小区分配信道。〔为了达到这种最佳非规则分配所用的方法可参见M.Benveniste的美国专利No.5,404,574“无线通信网中用于非规则信道分配的装置和方法”〕(“Apparatus and Method forNon-Regular Channel Assignment in Wireless Communication Networks”)。

软性信道分配方法利用了一个系统的遥控、软件驱动重新调谐基站无线电设备的能力，这种能力使得信道容量能适应话务量的变化。软性信道分配方法的种类包括自适应和动态这两种信道分配方法，还包括混合式的自适应动态信道分配方法(可参见M.Benveniste的“自配置无线系统”)。

也如所周知，无线系统中的通信质量主要取决于所接收的信号与干扰比(S/I)。所涉及的主要干扰包括两部分：同信道干扰和邻近信道干扰。同信道干扰是来自调谐到与工作信道相同频率的通信源的干扰。邻近信道干扰来自使用频谱中靠近工作信道的那些信道的通信源。在引起干扰的邻近信道在频谱上与工作信道邻接时，通常称为相邻信道干扰。为了达到所要求的话音或数据的传送质量，接收到的信号与合并在一起的同信道和邻近信道的干扰之比必需超过所规定的门限。

已经充分认识到需要避免在一个小区内和在几个邻近小区内使用邻近的信道。在通常的模拟AMPS系统信道分配中，分裂成三个扇区的各小区复用具有7个小区的小区组的频谱，因此在为同一小区服务的各信道之间的间距为21个信道(630KHz)，如图2的裂成扇区的图案所示，这已足以使来自邻近信道的任何干扰可以忽略。对于地理上邻接的小区，只要避免将相邻的信道组分配给同一小区的扇区或分配给邻接小区的会与所关注的扇区邻接的扇区。如图2所示，对于小区个数为7的三扇区复用组是存在这样一种信道分配的。

然而，在采用诸如软性信道分配或非规则固定信道分配这样的不很常用的方法时，就不再出现这种几乎自动满足信道间距的情况。因此，这种蜂窝系统的设计者所面临的问题是：在一个小区中或邻近几个小区中同时使用的信道之间要求的最小频谱间距是多少。已经提出了一些解决这个问题的途径(这类现有途径的一些例子可参见下列文献：N.Bambos and G.J.Porttie，“On powercontrol in high capacity radio networks”，Third WINLAB Workshop，pp.239-247，1992；R.Beck and H.Panzer.“Strategies for Handover and Dynamic Channel Allocation in Micro-Cellular Mobile RadioSystems”，Proc.IEEE Vehicular Technol.Conference，May 1989；D.C.Cox and D.O.Reudink，“Dynamic Channel Assignment in Two-Dimensional Large-Scale Mobile Radio Systems”，Bell SystemTechnical Journal，Vol.51，No.7，pp.1611-1629，September 1972；S.M.Elnoubi，R.Singh，and S.C.Gupta，“A new frequency channel assignment algorithm in high communication systems”.IEEE Trans.Veh.Technol.，Vol.31，No.3，August 1982；G.J.Foschini and Z.Miljanic，“A simple distributed autonomouspower control algorithm and its convergence”，IEEE Trans.Veh.Technol.，November 1993；H.Jiangand S.S.Rappaport，“CBWL：A new channel assignment and sharing method for cellular communicationsystems”，IEEE Veh.Technol.Conference，May 1993；T.J.Kahwa and N.D.Georganas，“A hybridchannel assignment scheme in large-scale，cellular-structured mobile communication systems”，IEEE Trans.Commun.，Vol.26，No.4，April 1978；S.Nanda and D.J.Goodman，“DynamicResource Acquisition：Distributed Carrier Allocation fbr TDMA Cellular Systems″，ThirdGeneration Wireless Information Networks，S.N anda and D.J.Goodman(eds)，pp.99-124，Kluwer Academic Publishers，Boston，1992；R.J.Pennotti，Channel Assignment in Cellular MobileCommunication Systems，ph.D.Dissertation，Polytechnic Institute of New York，1976；J.Zander，“Transmitter power control for co-channel interference management in cellular systems”，FourthWINLAB Workshop，pp.241-247，1993.)，其中即使有一些考虑了邻近信道干扰，但也并不充分。特别是先前对邻近信道干扰的处理分析和导出信道间距要求并没有考虑到对S/I比的所有影响，这可参见W.C.Y.Lee的移动蜂窝通信系统(Mobile Cellular Telecommunications System，MeGraw-Hill，New York，1989)。象这样不考虑邻近信道干扰对S/I比的影响将会导致一个信号比干扰还弱的情况。通过以由于信道分离使信号强度减小来平衡接收机附近的干扰信号的相对强度，在无同信道干扰的情况下总S/I比就会等于1(即OdB)。如果存在一些同信道干扰，则总S/I比就会小于1。(用dB表示的话，就是一个负数)。

由于对S/I的要求意味着对总干扰的限制，而总干扰等于同信道干扰和邻近信道干扰这两项之和，因此需要对这二项折衷考虑。当信道之间频谱间距增大时，邻近信道干扰减小，因此为同信道干扰留出较大的余量，从而允许复用距离更小一些，至少在原理上可增大系统容量。然而，信道间距大，每个小区中可用信道数就少，如果其他条件不变的话就会导致系统容量减小。因此，系统设计者的一个重要任务是确定能满足S/I要求又使频谱效率最大的最佳信道间距。

本发明提供了一种在蜂窝无线系统中根据这种系统内通信信道业务质量因子控制邻近信道干扰的新方法。这里所揭示的这种控制邻近信道干扰的新方法称为带邻近信道限制约束的复用划分，用来消除邻近的各全向小区之间的邻近信道干扰。

在本说明的附图中：

图1示出了无线蜂窝通信系统的规则小区规划的示意图；

图2示出了在复用因子为7的情况下分裂成扇区的小区配置图；

图3以方框图形式示出了无线蜂窝通信系统的各主要组成部分以及这些组成部分之间的典型互连情况；

图4示出了对采用软性信道分配方法为无线蜂窝通信系统的各小区分配无线电信道进行控制的数据处理系统的原理方框图；

图5示意性地示出了一个含有自己基站的单个小区，以及其中一个受到服务的用户台和一个可能引起干扰的用户台相互及相对基站分别处于不同位置的情况；

图6示意性地示出了两个各有一个基站的相邻小区，以及其中一个受到服务的用户台和一个可能引起干扰的用户台相互及相对基站分别处于不同位置的情况；

图7示出了本发明所提出的带邻近信道限制约束的复用划分方法的应用；以及

图8示出了按照本发明方法用到复用划分的小区配置情况。

以下讨论部分将以在一个计算机系统内对数据进行一系列操作的算法和符号表示予以介绍。可以理解，这些算法描述和表示正是熟悉系统工程技术的人们相互交流他们工作情况的常用手段。

至于在这里(和通常)所使用的来说，算法可以看作一组独立的物理量之间的关系。这些物理量一般(虽在不必非要这样)呈电信号或磁信号形式，可以对它们进行存储、传送、合并、比较和其他处理。为了参照方便以及与普通用法保持一致，这些信号往往将用比特、数值、元素、符号、字符、项(term)、编号之类的术语描述。然而需要强调的是，这些术语和类似的一些术语应该与相应的物理量对应，也就是说这类术语只是加到那些物理量上的一些方便标记。

为使说明清晰起见，本发明的示例性实施例示为由一些分立的功能块(包括标为“处理器”的功能块)组成的形式。通过使用共享或专用硬件，包括(但并非局限于)能执行软件的硬件，可以提供这些功能块所表示的功能。例如，在图3和4中的OMC、MSC和BS以及图4中的计算机处理器这些功能块的一些功能或全部功能可以由一个或多个处理器(包括共享处理器)提供。(所谓处理器这个术语不应理解为单指能执行软件的硬件)。

一些示例性的实施例可能包括：诸如AT&TDSP16或DSP23C之类的微处理器和/或数字信号处理器(DSP)硬件，存储实现以下将要说明的各种操作的软件的只读存储器(ROM)，以及存储各结果的随机存取存储器(RAM)。还可能配有与通用DSP电路配合的超大规模集成(VLSI)硬件实施方式和专用VLSI电路。

图3示出了一种典型的蜂窝系统的方框图。由图可见，移动无线电话系统通过一些移动业务交换中心(MSC)202、203接到公用电话交换网(PSTN)201。通过这些MSC的交换，将各为本小区覆盖区域提供服务的一些基站(BS)210互联在一起。各覆盖区域示为具有不规则的边界，这对于一个实际系统来说是很典型的。每个BS都配有无线电收发设备和辐射天线，为本小区覆盖区域内的移动无线电话250服务。

操作与管理中心(OMC)220与MSC202、203连接，对MSC202、203的系统工作以及MSC202、203所配合的BS210进行控制。OMC220是一个中心控制站，包括对从数据存储器输入的接收数据进行输入和数据处理以及执行实时控制。在软性信道分配的情况下，这数据处理配置可用来在BS处的遥控可调无线电收发机的配合下实现信道配置。

对于这样的软性信道分配情况，图4示出了OMC中数据处理设备的用来控制信道分配和BS的无线电收发机调谐的示例性实施例的原理方框图。计算机处理器310有一个存储在相配合的存储器311内的程序。这个程序可以包括一系列用来为蜂窝系统分配无线电信道的指令。初始输入数据通过输入功能块312送至计算机处理器310。输入数据包括：可用小区，可用无线电频率，以及干扰信息。干扰信息通常是表示每个小区对其他各小区的干扰这样的一个小区对小区的干扰矩阵形式。此外，输入还包括对所要求的信道分配和业务量占用图表来说明必要的系统限制约束。

为了实现软性信道分配方法，计算机处理器310将按照存储在存储器311内的指令执行信道分配处理。所得到的信道分配结果可经输出功能块313送至MSC315，再由此发送给各BS321。然后，各BS中的独立可调无线电设备322分别按照信道分配处理过程所确定的无线电信道分配结果调到相应的频率上。

I.本发明的方法

A.概述

邻近信道发射机所引起的干扰电平取决于各用户单元(通常是移动台或便携台)相对各自基站的位置、功率控制情况和通信的方向。所谓通信方向也就是指传输是从基站发向用户单元(以下称为“下行链路”)还是从用户单元发向基站(以下称为“上行链路”)。图5和6示出了用来讨论邻近信道干扰影响的几个相对位置的例子。图5所示为单个带基站B的小区的情况，而图6所示为两个分别带基站B₁和B₂的相邻小区的情况。在这两个图中，示出了两个并列的用户站i、j相互之间及相对基站的几个不同的位置分布图。在所有的这几个位置分布图中，标记i表示服务用户单元，而标记j表示在频谱最接近的信道(称为邻近信道)上工作的用户单元。在图6这几个相对位置图中，服务用户单元i由基站B₁提供服务，而邻近信道用户单元j由基站B₂提供服务。

作为一种例示性情况，考虑对于所有的呼叫都用相等的功率进行服务的情况，也就是不加功率控制的情况。在图5所示的各种情况下，由于所有的呼叫都用相等的功率进行服务，因此下行链路邻近信道干扰是差不多的。然而上行链路邻近信道干扰在图5所示的三种情况则是不同的。因为信号随着发射机与接收机之间的距离增加而衰减，所以在图5(a)中由于用户单元i比较靠近基站，因此从用户单元i接收到的信号其强度高于来自用户单元j的干扰信号。这样，对于这种相对位置的上行链路邻近信道干扰就可忽略。在图5(b)的这种相对位置情况下，由于两个用户单元离基站的距离相同，因此所接收到的服务信号与干扰信号差不多。最后，在图5(c)的这种相对位置的情况下，由于干扰用户单元比服务用户单元更接近基站，因此上行链路邻近信道干扰就比较高。

如果采用了功率控制来减小接近基站的呼叫的功率，那么所遭到的邻近信道干扰也就改变。这些改变也可以利用图5所示的这几种相对位置加以说明，不过现在是假设了功率受到调整，从而使接收到的各服务信号相等。因此，上行链路邻近信道干扰在图5这三种相对位置关系情况下会是相差不多，因为无论各用户单元相对基站处在什么位置，从各用户单元接收到的信号强度是相同的。但是，由于加了下行链路功率控制，邻近信道干扰对于这三种相对位置来说将各不相同。功率控制使图5(a)情况下的下行链路邻近信道干扰增大，因为在这种情况下干扰信号的功率高于服务信号的功率。在图5(b)的情况下，由于受到服务的用户单元和邻近信道的用户单元离基站的距离相等，因此功率控制并没有改变下行链路邻近信道干扰.然而，在图5(c)的情况下，功率控制将使下行链路邻近信道干扰减小。由此可见，功率控制在上行方向通常是有益的，但在下行方向使用时往往会增大邻近信道干扰。

在图6所示的相邻小区的情况下，对于图6(a)这第一种相互位置关系，用户单元i将受到在下行链路来自基站B2的竞争信号和在上行链路来自用户单元j的竞争信号双方的邻近信道干扰。从这几个图中很容易看出，在图6(b)的下行链路上和在图6(c)的上行链路上将受到强度与服务信号差不多的邻近信道干扰，而在图6(b)的上行链路上和在图6(c)的下行链路上邻近信道干扰则可以忽略。

在标为M.Benvensite-7(S/N08/580570)的同组专利交互参照申请中研究了服务信道与引起干扰的邻近信道之间的信道间距、接收到的服务信道和干扰信道的信号强度、S/I比这些参量之间的一些关系。然后将这些关系用于具有说明意义的无线通信应用，得出两个说明在不同的服务信号与干扰信号的信号强度比情况下实际S/I比与信道间距的协调关系的表。这两个表为以下说明性材料的一些部分提供了有益的依据，为此转列于下。

dB(Tc)＝18
											信道间距W	dB(P)
-20	-15	-10	-5	0	4	14	20	28	40
										1		17.98	17.93	17.79	17.36	16.23	14.46	6.66	0.90	-7.02	-19.01
2	18.00	18.00	18.00	18.00	17.99	17.98	17.79	17.21	14.46		4.78
										3		18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	17.99	17.97	17.79	15.47
4	18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	17.98		17.67
										5		18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	17.94

表1信道间距与S/I比dB(T)的协调关系

dB(Tc)＝18
											信道间距W	dB(P)
-20	-15	-10	-5	0	4	14	20	28	40
										1		18.02	18.07	18.22	18.75	21.03	NA	NA	NA	NA	NA
2	18.00	18.00	18.00	18.00	18.01	18.02	18.22	18.97	NA		NA
										3		18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.01	18.03	18.22	24.76
4	18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.02		18.36
										5		18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.00	18.06

表2信道间距与同信道S/I比dB(Tc)的协调关系

表1给出了在设计同信道S/I门限为18dB的情况下一个受到服务的用户实际所能达到的S/I比T与信道间距w的关系。表中第一列表示信道间距，单位是信道带宽；而其余十列给出了在不同的干扰信号与服务信号的信号强度比P(dB)的情况下一个受到服务的用户的实际S/I比(dB)，如用户所经区的那样。类似，表2给出了对于不同的信道间距值w，为了达到目的总S/I比T所需的设计同信道S/I比Tc，也就是对于在保证dB(T)＝18dB的情况下Tc与w之间的关系。

如前面所述，在由同一个基站服务的两个用户单元i、j(即图5所示)都不加功率控制的情况下，由于基站以相等的功率发射每个信号，因此下行链路的干扰信号与服务信号强度相差不大。所以，干扰信号与服务信号之比P等于1，即dB(P)＝0。由表1可见，如果允许使用相邻信道，则S/I比会降为16.23dB，这相当于目标值63.1(18dB)的67％。然而，如果将信道间距w置为2，那就足以克服邻近信道干扰所引起的使S/I降低的大部分影响，将S/I比从16.23dB增至17.99dB。

当用户单元i、j分别由两个不同的基站进行服务时，如果服务用户单元i处在两个小区之间的公共边界附近，那么无论干扰用户单元j是处在什么位置(如图6(a)和6(b)所示)情况基本相同。然而，如果用户单元i离干扰基站B2比离它的服务基站B1更远一些(如图6(c)所示)，比值P就小于1，因此dB(P)成为负值。这样，使用相邻信道对S/I比的影响便不大。例如，在dB(P)为-5dB时，由表1可见实际S/I比将为17.36dB，这表示为设计同信道S/I比18dB的86％。对于dB(P)等于-10dB的情况，所得出的实际S/I比是17.79dB，为设计同信道S/I比的95％。也就是说，17.79dB表示了在邻近信道干扰限制为是同信道干扰加上邻近信道干扰的5％时所得到的S/I比的实际值。因此，可以规定一个相邻信道干扰的影响成为可接受的P值。这个规定的值在此标为Pa，对于所说明的这个例示情况等于-10dB。

下面讨论表2所示的w与Tc之间协调关系。由表2可见，对于dB(P)＝0的情况而言，如果将信道间距从1增加到2，那么就可以允许将同信道S/I比定为18.01dB，而不是21.03dB。此外，还可以看到，如果间距增加到超过2，对同信道干扰的界限并放宽不了多少，因而容量也扩展不了多少。

对于加功率控制的情况，业已证明下行链路的功率控制将使邻近信道干扰的影响更为严重。考虑这样一种具体情况：功率控制加到下行链路以降低近区用户单元的信号强度。在这种情况下，P就等于分别为这两个用户单元服务的信号的功率缩减之差。最坏的情况是在为用户单元i服务的信号的功率大大缩减而为用户单元j服务的信号却以最大功率发射的这种时候，如图5(a)这种相互位置所示。表1表明，即使设计同信道S/I比为18dB，在对近端用户单元下行链路的功率缩减28dB时，实际S/I比成为负值。信道间距取3才能达到17.79dB的S/I比。

在标为M.BENVENISTE-9的同组交互参照申请中揭示了一种新颖的混合功率控制方法，采用这种方法可以允许局部使用下行链功率控制而不必将信道间距增大到超过2，但仍能保证合理的S/I比。

B.邻近信道干扰的控制

B1.带相邻信道限制约束的复用划分

前面说明了每当P(干扰信号与服务信号的信号强度比)低于一个门限值Pa时相邻信道干扰低于某个规定电平。如果这个电平很低，那么实际上就可以说没有相邻信道干扰。有了这个关系，再应用在标为Benveniste-9S/N08/581694的同组申请中所揭示的混合功率控制方法，可以证明在小区内有一个区域，其中的用户单元既不会受到来自邻近小区用户单元的下行链路相邻信道干扰，也不会对邻近小区用户单元造成上行链路相邻信道干扰。因此，为了避免来自邻近小区的相邻信道干扰，只要避免在邻近小区的无干扰区域之外的用户单元使用相邻信道就可以了。在这个区域标定以后，就显示出可以怎样解决相邻信道干扰来得到与用其他方法所能得到的相当的容量增益。

(a)无相邻信道干扰区

作为本发明这个实施例方法的一个说明性例子，讨论分别由基站B₁、B₂服务的两个大小相等的小区1、2，如图7所示。对于这个例示情况来说，下行链路不用功率控制。在一篇M.Benvenise即将刊出的相关论文“信道化蜂窝系统中邻近信道干扰的控制管理”(“ManagingNeighbor Channel Interference in Channelized Cellular Systems”)中，作者已经证明，对于一对处于邻近小区的用户单元来说，一个用户单元是否受到来自相邻小区的下行链路相邻信道干扰只取决于它本身的位置，而与邻近小区中用户的位置无关。具体地说，在可以假设传播损耗对距离是对数线性的情况下，当满足 $P={\left[\frac{m_1}{n_1}\right]}^{\mathrm{\γ}}\≤\mathrm{Pa}---\left(8\right)$

时用户单元将不受到来自邻近小区中的用户单元的下行链路相邻信道干扰。式(8)中m₁和n₁分别表示受到服务的用户单元离本小区基站和离邻近小区的基站的距离，而r为传播损耗系数。

如图7所示，可以画出一条界线XX’，在小区1中位于这条界线的左侧不会有来自小区2中所使用的相邻信道的相邻信道干扰。设l为界线XX’离B₁最短的距离。如果小区1被一些使用相邻信道的邻近小区所包围，那么就可得出一个半径为l的圆，在这个圆内的用户单元保证不会在下行链路上受到相邻信道干扰的影响。l可从方程8算出，情况如下： $P={\left[\frac{l}{2r-l}\right]}^{\mathrm{\γ}}=\mathrm{Pa}---\left(9\right)$

其中2r为这两个基站之间的距离。如果 $2r=\sqrt{3}R,$ 而R为小区半径，则有 $l=\frac{\sqrt{3}R}{l+P_a^{-l/\mathrm{\γ}}}---\left(10\right)$

例如，如果Pa＝0.1(dB(p)＝-10)，γ＝4，则l就为0.6234R

在本发明者的所参考的这篇论文中，对于下行链路不加功率控制而上行链路完全加功率控制的情况得到了类似的一些关系。尤其证明了对于加有功率控制的上行链路，当满足 $P={\left[\frac{m_2}{n_2}\right]}^{\mathrm{\γ}}\≤\mathrm{Pa}$ 时将不会遭受相邻信道干扰。式中的m₂和n₂分别表示由基站2(见图7)服务的用户单元离本基站和离基站1的距离。

从这个关系，采用对上行链路的完全功率控制的情况下，有一条界线YY’，离基站B₂的距离为l’，小区2中在这条界线右侧的用户单元不会对小区1引起明显的相邻信道干扰。因此，在半径为l’的圆内的用户单元不会对邻近小区引起上行链路相邻信道干扰。在本发明者的这篇论文中还证明，在选择了功率控制使接收到的信号强度相等的情况下，上行链路和下行链路的这两个关系是相同的，因此YY’是XX’的镜象，而l’等于l。

(b)方法的特征

以上所讨论的相邻信道干扰关系可以归纳为以下两个特性：

I.一个用户单元处在离它的基站小于半径l的区域内时不会受到来自邻近小区的下行链路相邻信道干扰；以及

II.这样的用户单元也不会对邻近小区引起上行链路相邻信道干扰。

根据这两个特性，可以通过采用以下三个约束条件来消除相邻信道干扰：

1.在每个小区中建立两个服务组(sever group)，一个是对于处在半径l_I内的用户单元的内服务组，另一个是对于处在半径l_I外的用户单元的外服务组，l_I小于或等于l。

2.在任何一对内、外服务组中不允许使用相邻信道；以及

3.任何两个相邻接的小区的外服务组不能使用相邻信道。

满足了条件2，外服务组就不会对内服务组引起相邻信道干扰，内服务组也不会对外服务组引起相邻信道干扰。结合特性I、II，这就保证了内服务组不会引起相互相邻信道干扰。按特性I，在一个内服务组的下行链路上没有相邻信道干扰。由特性II可见，对内服务组上行链路的相邻信道干扰不可能是由其他内服务组引起的，而条件2也保证了不可能是来自一个外服务组。因此，内服务组不会遭到相邻信道干扰。

满足了条件3，外服务组就不会对其他外服务组引起相邻信道干扰。由于没有来自内服务组的相邻信道干扰(条件2)，因此外服务组也不会遭到相邻信道干扰。

(c)方法的实现

可以通过将可用频谱划分为两个连接而不交叠的低频谱段和高频谱段来满足条件2。一个频谱段内的信道分配给内服务组，而另一个频谱段内的信道分配给外服务组。这样，除了在高、低频谱段交界处的这对信道外，在内、外服务组之间就没有相邻信道。如果希望完全消除出现相邻信道干扰的可能性，可以将这对信道中的一个信道放弃不用。

为了满足条件3，必需保证邻接的小区在它们的外服务组中不使用相邻的信道。为了达到这个目的，就概念上而言，其困难程度与解决具有相邻信道限制约束的原始信道分配问题差不多。然而，本发明所提出的这种方法的显著优点是，一旦找到了这样一种分配方案一通常容量要比解决不带相邻信道限制信道分配的问题的小，容量就能由于复用划分而增大。

复用划分通过以比较短的复用距离(或者说比较小的复用因子)为代价换取越靠近基站享有越高的S/I比的折衷方法已用来增加没有相邻信道限制情况下的容量，可参见S.W.Halpern的“蜂窝系统中的复用划分”(“Reuse partitioning in cellular system”，Proceedings of the 33rdVehicular Technology Conference，pp 322-327，May 1983)。然而，在加了相邻信道限制后，这种折衷很难达到，因为小的复用因子不能满足这些限制。本发明所提出的方法示出了怎样回避这个障碍而获得较高的容量。

最后，不必为产生一个规定为可以忽略的相邻信道干扰电平而限制内服务组的半径l_I极限为l。可以选择较大的半径l_I(因此会有较高的相邻信道干扰电平)以增大小区容量，倘若所得到的同信道和相邻信道的总干扰是可以接受的话。

(d)方法的应用

本发明的方法可以用于规则、非规则的固定信道分配和软性信道分配。本节将提供应用本方法的一些典型例子，显示出这种方法用于固定规则信道分配时所能得到的容量增益。

N为(9，3)的情况

首先讨论信道组以水平方法构成的例子。在这种情况下，每一个信道组都含有与上一个信道组和下一个信道组相邻的信道，而最后一个信道组与第一个信道组相邻。对于外服务组将采用为9的复用因子，对于内服务组将采用为3的复用因子，如图8所示。在标为Benveniste-7(S/N08/580570)的同组申请中证明了这种大小为9的复用区组没有相邻的边缘，符合以上条件3的要求。

容量以由可用信道能承载的流入负荷度量，阻塞概率为2％。假设话务量均匀分布的话，总话务量的处在内服务组覆盖区域内的部分将占l_I ²/R²。也就是说，如果a₀为一个外服务组的容量，而a_I为一个内服务组的容量，则在话务量在半径为R的圆内均匀分布的情况下必需满足下列关系 $\frac{l_I^2}{R^2}=\frac{a_I}{a_0+a_I}---\left(11\right)$

此外，按条件1有

l_I≤l    (12)

现在考虑有399个信道可用的情况(即目前美国蜂窝通信系统的情况)。如果其中的324个信道分配给9个外服务组(每组36个信道)而75个信道分配给3个内服务组(每组25个信道)，那么外组容量a₀为27.3尔朗(由阻塞概率为2％的标准尔朗表得出)，而内组容量a₅为17.5尔朗。每个小区的总容量为44.8尔朗，其中的0.3906由内服务组承载(见表3)。然而，为了与均匀话务量分布的假设一致，同式(11)可得内服务组半径l_I应为0.6250R。内服务组最差的同信道S/I比是在离基站距离l_I处，为18.7dB。与这个l_I值相应的Pa值按式(9)为-9.93dB。式(3)给出了在圆内S/I比最差的情况，为18.45dB。一个处在外服务组的用户单元的最差情况的S/I比为19.6dB^〔注4〕。

通过减小l_I和在服务组间重新分配可用信道可以得到更高一些的S/I比，如表4所示。如果将333个信道分配给9个外服务组(每组37个)而将66个信道分配给3个内服务组(每组22个)，那么一个外服务组的容量就为每个28.2尔朗，而内服务组的容量为14.9尔朗。在总的小区容量43.1尔朗中，内服务组的占0.35。如果l_I＝0.588R，式(11)中均匀话务量分布条件就得到满足。内服务组的先信道S/I比为19.85dB。由式(9)可计算出最差情况的Pa值为-11.56dB。式(3)给出了内圆中最差情况的S/I比，为19.62dB。外服务组的最差情况的S/I比仍为19.6dB。

服务组	S/I(dB)	每组信道数	所用信道数	容量(尔朗)
					外组(N＝9)	19.6	36	324	27.3
内组(N＝3)	18.5	25	75	17.5
					综合	18.5	61	399	44.8

表3复用划分(9，3)，l_I＝0.6250R

服务组	S/I(dB)	每组信道数	所用信道数	容量(尔朗)
					外组(N＝9)	19.6	37	333	28.2
内组(N＝3)	19.6	22	66	14.9
					综合	19.6	59	399	43.1

表4复用划分(9，3)，l_I＝0.588R

N为(8，3)的情况

在这个例子中，信道组用奇/偶方法构成。也就是说，信道组中有一半是来自两列矩阵的第一列，而另一半来自第二列。对于外服务组将采用为8的复用因子，对于内服务组将采用为了的复用因子。在8个外服务信道组中，(1，2)、(3，4)、(5，6)和(7，8)这几对信道组含有相邻信道。如果不用频谱的第一、第二和第三个四分之一段之后的各一个信道，那么在留下的这些信道组对中就没有相邻的信道。^〔注4〕这个S/I比是在假设六个最接近的同信道小区对服务组覆盖区域边界上的固定点引起干扰的情况下计算出来的。在标为Benveniste-7(S/N 08/580570)的同组申请中证明了采用奇/偶信道组编制的N为8复用模式没有相邻的边缘。

396个可用信道中，312个分配给8个外服务组(每组39个)，84个分配给3个内服务组(每组28个)。每个外服务组能以阻塞概率为2％承载30.1尔朗的流入负荷a₀。每个内服务组28个信道，能承载20.2尔朗。由式(11)可得l_I＝0.6337R。作为例子，考虑通过设置Pa为-10dB来限制相邻信道干扰的情况。于是由式(10)，如果γ等于4，可得l_I等于0.6234R。按照由式(11)表示的均匀分布假设，内服务组的负荷a_I将为19.1尔朗。对于一个采用这种(8，3)复用划分方式的小区来说，总容量将为49.2尔朗，如表5所示。外组的S/I比为19.5dB。在内组，当同信道S/I比为18.7dB时，内组的S/I比为18.5dB。

服务组	S/I(dB)	每组信道数	所用信道数	容量(尔朗)
					外组(N＝8)	19.5	39	312	30.1
内组(N＝3)	18.5	28	84	19.1
					综合	18.5	67	396	49.2

表5复用划分(8，3)，l_I＝0.6234R

通过减小内服务组的区域可以得到较高的S/I比，但较小的容量。如果设定l_I＝0.5918R，就可使内、外服务组的S/I比相等，均为19.5dB。于是，8个外组每组分配到40个信道而3个内组每组分配到25个信道，阻塞概率为2％的流入负荷对于这两种服务组分别为31和17.5尔朗。为了满足式(11)中的均匀话务量分布假设，a_I调整为16.7尔朗。因此，内、外服务组的综合容量为每个小区47.7尔朗，如表6所示。

服务组	S/I(dB)	每组信道数	所用信道数	容量(尔朗)
					外组(N＝8)	19.5	40	320	31.0
内组(N＝3)	19.5	25	75	16.7
					综合	19.5	65	395	47.7

表6复用划分(8，3)，l_I＝0.5918RII.结论以上揭示了一种控制邻近信道的新方法。这种方法可以用于固定和软性、规则和非规则的信道分配。而且，这种方法可应用于所有的信道化系统，无论是采用频分多址还是采用混合式的频分/时分多址的系统。

虽然以上详细说明了本发明的这个实施例，但应当指出其中可作各种改变、等换和替代，这并不违背本发明的精神实质，仍属所附权利要求所规定的专利保护范围。

Claims (12)

1.一种在具有一些划分为多个小区的服务区域、一系列可用通信信道可用来分配给所述多个小区使用的无线通信网中控制干扰的方法，其特征是所述方法包括下列步骤：

在每个小区中形成两个服务组，一个是对于处在离所述小区中的中心发射台距离l内的移动单元的内服务组，而另一个是对于处在这距离外的移动单元的外服务组；以及

将所述可用信道分配给所述两个服务组，所受到的约束为：

在任何一对内、外服务组中不允许有相邻信道；和

任何分别为邻接的小区指定的两个外服务组不能使用相邻信道。

2.权利要求1所述的控制干扰的方法，其中所述半径l选择成使得处在这个半径内的移动单元不会遭到来自邻近小区的下行链路相邻信道干扰。

3.权利要求1所述的控制干扰的方法，其中所述半径l选择成使得处在这个半径内的移动单元不会引起对工作在邻近小区的移动单元的上行链路相邻信道干扰。

4.权利要求1所述的控制干扰的方法，其中所述半径l规定为 $l=\frac{\sqrt{3}R}{1+P_a^{-l/\mathrm{\γ}}}$ 其中Pa为与一个受到服务的移动单元和引起干扰的移动单元有关的接收信号强度比的一个预定门限值，R为小区半径，r为传播损耗系数。

5.权利要求1所述的控制干扰的方法，其中采用了复用划分，以提供较高的小区话务处理容量。

6.权利要求5所述的控制干扰的方法，其中通过调整离所述中心发射台的所述径向距离l来影响在所述小区的实际信号干扰(S/I)比和话务承载容量之间进行的折衷。

7.权利要求5所述的控制干扰的方法，其中所述外服务组的特征是复用因子为9，而所述内服务组的特征是复用因子为3。

8.权利要求5所述的控制干扰的方法，其中所述外服务组的特征是复用因子为8，而所述内服务组的特征是复用因子为3，信道组以奇/偶方法构成。

9.权利要求1所述的控制干扰的方法，其中所述方法用于规则的固定信道分配。

10.权利要求1所述的控制干扰的方法，其中所述方法用于非规则的固定信道分配。

11.权利要求1所述的控制干扰的方法，其中所述方法用于动态的信道分配。

12.一种存储装置，其特征是所述存储装置被制成存有一个在无线通信网中确定一系列通信信道在多个小区之间的分配的模型，所述模型主要是执行权利要求1所述的确定这种分配的方法的各个步骤。

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