CN1305340C - 无线通信中提高蜂窝小区下行频率复用效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无线通信中蜂窝小区频率分配技术领域，其特征在于：对原来的频率复用系数为3和4的频率分配方法进行改进，使其中的部分或全部相邻小区在下行方向上使用相同频率，在新方法中，基站为每个用户发送数据时，在编码器和调制器之间插入比特交织器，并使得使用相同频率的相邻小区使用不同的交织图案。而在接收数据的移动台侧，则要根据受到的同信道干扰强弱而选择是否使用编码多用户检测，对同信道干扰弱的情况使用单用户检测方法解调、译码数据；对同信道干扰强的情况，则使用编码多用户检测的方法。本专利提出的四种具体的频率分配方法分别使小区的频率复用系数达到1、1.5、2、3。
Description
技术领域
本发明属于无线通信中蜂窝小区频率分配技术领域，尤其涉及编码多用户检测技术在其中的应用。
背景技术
蜂窝概念是解决频率不足和用户容量问题的一个重大突破，蜂窝小区结构是现在移动通信系统的基本结构。在蜂窝小区频率规划中，频率复用因子是一个重要的概念，为了下面陈述方便，我们把频率复用因子的倒数定义为频率复用系数，用N表示。现有的FDMA和TDMA系统中，频率复用系数通常为7、4、3。在CDMA系统中，通过相邻小区使用不同的下行扰码，可以使复用系数降到1，但在CDMA系统中由于没有处理邻小区干扰的措施，只是简单地把邻小区的同频干扰当作背景噪声来处理，所以在CDMA系统中的信噪比都比较低，只能使用BPSK和QPSK这样的低阶调制，这是CDMA的一个重要缺陷。
提高蜂窝小区的容量的方法通常由三种：1)小区分裂，即减小小区半径，这是增加系统容量的一个有效方法，这也是蜂窝系统从大区制发展到微蜂窝的根本原因。但小区的半径不能无限的减小，因为铺设过多的基站不现实，另外小区覆盖面积的减小必然导致越区切换频繁发生，这就给系统带来相当重的开销。2)划分扇区，使用定向天线。3)Lee(W.C.Y.Lee，”Smaller Cells for Greater Performance，”IEEE.Communication Magazine.，Nov 1991，Page：19-23.)提出的一种微蜂窝结构。另外，利用智能天线技术来克服同频干扰，降低频率复用系数的成果也出现了一些。
在当前现有的技术中，都没有考虑直接克服邻小区同信道干扰的措施。本专利申请提出的方法正是从克服邻小区的同信道干扰角度提出的，即采用编码多用户检测克服邻小区同信道干扰。
发明内容
本发明的目的在于提出一种提高蜂窝小区下行频率复用效率的方法及相应的小区结构。
本发明的特征在于：
它是一种通过克服邻小区同信道干扰来对原来频率复用系数为3或4的频率分配进行改进的一种方法，它在使蜂窝小区中的部分或全部相邻小区在下行方向上使用相同频率的情况下：
基站在为每个用户发送数据时，在编码器和调制器之间插入一个彼特交织器，并使得使用相同频率的相邻小区使用不同交织图案；
在接收数据的移动台侧，要根据受到的同信道干扰的强弱来选择是否使用编码多用户检测方法。
在同信道干扰弱时，使用单用户检测方法来解调、译码数据；在同信道干扰强时，则使用编码多用户检测方法，即：根据不同的交织多址图案区分不同小区，在联合检测出这些小区发送的数据流，从中保留发送给本区自己的数据；在所在同信道干扰强的窄带系统中进行进行编码多用户检测时，应对相邻基站作发送时间即时间上的同步协调。
在所述同信道干扰强的窄带系统中进行进行编码多用户检测时，应对相邻基站作发送时间即时间上的同步协调。
在所述同信道干扰强的宽带系统，应对相邻基站作发送时间时隙和频率上的同步协调。
所有小区都使用同一个频率，但相邻小区采用不同的随机交织图案，由于随机交织图案由随机种子唯一确定，所以随机种子采用复用系数为7的复用模型；
在传统的频率复用系数为3的小区结构上，设在每一簇中，三个小区的频率分别为F1、F2、F3的小区上，依次分别再增加分配频率F2、F3、F1。另外，在随机交织图案的分配上，由于随机交织图案由随机种子唯一确定，所以随机种子采用复用系数为7的复用模型；
在传统的频率复用系数为4的小区结构上，设在每一簇中，三个小区的频率分别为F1、F2、F3、F4的小区上，依次分别再增加分配频率F4、F3、F2、F1。另外，在随机交织图案的分配上，由于随机交织图案由随机种子唯一确定，所以随机种子采用复用系数为7的复用模型；
在传统的频率复用系数为3的小区结构上，在每个小区的三个顶点上各设置一个基站，每个基站使用一个120度的定向天线，由三个基站覆盖整个小区。在本专利申请中，这三个基站工作在相同的频段上，并且三个基站在发送下行数据时必须采用互不相同的交织图案，以便使用编码多用户检测方法对抗同信道干扰。
试验证明，它提高了频率使用效率，降低了移动台越区切换的频率。
附图说明
图1.频率复用系数N＝1的小区结构；
图2.频率复用系数N＝1.5的小区结构；
图3.频率复用系数N＝2的小区结构；
图4.频率复用系数N＝3的小区结构；
图5.交织种子复用系数为7的复用模型。
具体实施方式
本发明所提出的方法现论述如下：
(1)对原来的频率复用系数为3和4的频率分配方法进行改进，使其中的部分相邻小区在下行方向上使用相同频率；在新方法中，基站为每个用户发送数据时，在编码器和调制器之间插入比特交织器，并使得使用相同频率的相邻小区使用不同的交织图案。
(2)在接收数据的移动台侧，则要根据受到的同信道干扰强弱而选择是否使用编码多用户检测，对同信道干扰弱的情况使用单用户检测方法解调、译码数据；对同信道干扰强的情况，则使用编码多用户检测的方法，即：根据不同的交织方案区分不同小区，联合检测出这些小区发送的数据流，从中保留发送给自己的数据。
(3)由于本发明的主要特点是利用编码多用户检测来克服邻小区的同信道干扰，所以必须在同频的相邻小区之间作某些协同，以便编码多用户检测得以实施。具体的说，如果窄带系统，比如GSM，则相邻小区在下行发送数据时，应作令发送时隙同步的协同。由于是窄带系统，发送的符号周期比较长，所以相邻基站的同步协同，可以使移动台将相邻小区的下行信号看作是时间上的准同步，从而简化编码多用户检测算法。与此类似，在下行使用OFDM的宽带系统中，基站应作时间和频率上的同步协同，目的也是简化编码多用户检测算法。
(4)本发明依据此原理，提出的四种具体的实现结构分别使小区的频率复用系数达到1、1.5、2、3。
本发明提出的四种小区结构现结合附图论述如下：
小区结构如图1.所示，所有的小区都工作在同一个频率上，但小区的交织图案的复用模型采用如图5.所示的复用模型。在图中，BS表示基站，MS表示移动台。在小区的边界侧，移动台B必须使用编码多用户检测技术，以克服邻小区的同信道干扰；在小区的靠近中心地带，本小区的基站发射的信号比邻小区的同信道干扰强出很多，所以不必使用编码多用户检测技术。
这种小区结构的缺点是，由于受邻小区干扰严重，因此能够使用高阶调制的区域比传统的复用系数为3的区域减小很多。
小区结构如图2.所示，频率的分配方法是，在传统的频率为F1、F2、F3的小区上分别在增加分配频率F2、F3、F1。小区的交织图案的复用模型采用如图5.所示的复用模型。与传统的频率复用系数为3的小区相比，在每一个小区上被分配的频率带宽增加了一倍，因此频率复用效率提高了近一倍，而载干比下降很少。
小区结构如图3.所示，频率的分配方法是，在传统的频率为F1、F2、F3、F4的小区上分别在增加分配频率F4、F3、F2、F1。小区的交织图案的复用模型采用如图5.所示的复用模型。与实现方法(二)中提出的N＝1.5的小区结构相比，这种小区结构下的载干比的改善非常轻微，但它在降低移动台硬切换的频率上的优势明显。
小区结构如图4.所示，在一个小区内的三个基站在发送数据时必须采用互不相同的交织图案，以便编码多用户检测的使用。这种小区结构虽然频谱复用效率上没有提高，但在每一个小区内使用编码多用户检测，可以便频谱效率提高近了1～2倍。
由于编码多用户检测技术的引进，使得系统在相同频率的相邻小区边界附近的相同时间和频率资源里具有支持一个以上用户的能力，所以频谱效率大大提高。另外，移动台在使用相同频率的相邻小区之间切换不必换频率，因此可以大幅度降低了移动台硬切换的频率。
Claims (7)
1.无线通信中提高蜂窝小区下行频率复用效率的方法，其特征在于：它是一种通过克服邻小区同信道干扰来对原来频率复用系数为3或4的频率分配进行改进的一种方法，它在使蜂窝小区中的部分或全部相邻小区在下行方向上使用相同频率的情况下：
基站在为每个用户发送数据时，在编码器和调制器之间插入一个彼特交织器，并使得使用相同频率的相邻小区使用不同交织图案；
在接收数据的移动台侧，根据受到的同信道干扰的强弱来选择是否使用编码多用户检测方法；
在同信道干扰弱时，使用单用户检测方法来解调、译码数据；在同信道干扰强时，则使用编码多用户检测方法，即：根据不同的交织多址图案区分不同小区，再联合检测出这些小区发送的数据流，从中保留发送给本区自己的数据。
2.根据权利要求1所述的无线通信中提高蜂窝小区下行频率复用效率的方法，其特征在于：在所述同信道干扰强的窄带系统，对相邻基站作发送时间时隙上的同步协调。
3.根据权利要求1所述的无线通信中提高蜂窝小区下行频率复用效率的方法，其特征在于：在所述同信道干扰强的宽带系统，对相邻基站作发送时间时隙和频率上的同步协调。
4.无线通信中提高蜂窝小区下行频率复用效率的方法，其特征在于：所有小区都使用同一个频率，但相邻小区采用不同的随机交织图案，而随机种子采用复用系数为7的复用模型。
5.无线通信中提高蜂窝小区下行频率复用效率的方法，其特征在于：在传统的频率复用系数为3的小区结构上，设在每一簇中，三个小区的频率分别为F1、F2、F3的小区上，依次分别再增加分配频率F2、F3、F1，从而形成部分相邻小区使用相同频率；另外，在随机交织图案的分配上，随机种子采用复用系数为7的复用模型。
6.无线通信中提高蜂窝小区下行频率复用效率的方法，其特征在于：在传统的频率复用系数为4的小区结构上，设在每一簇中，四个小区的频率分别为F1、F2、F3、F4的小区上，依次分别再增加分配频率F4、F3、F2、F1，从而形成部分相邻小区使用相同频率；另外，在随机交织图案的分配上而随机种子采用复用系数为7的复用模型。
7.无线通信中提高蜂窝小区下行频率复用效率的方法，其特征在于：在传统的频率复用系数为3的小区结构上，在每个小区的三个顶点上各设置一个基站，每个基站使用一个120度的定向天线，由三个基站覆盖整个小区，这三个基站工作在相同的频段上，并且三个基站在发送下行数据时必须采用互不相同的交织图案。
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