CN1750703A - 多载波时分双工移动通信系统分配无线资源的方法 - Google Patents

多载波时分双工移动通信系统分配无线资源的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及多载波时分双工移动通信系统分配无线资源的方法，如TD－SCDMA系统在一个小区内实现多载波工作时的无线资源(信道)的分配，克服利用3GPP标准单载波小区信道分配技术、在组成蜂窝系统、覆盖较大地区时的缺点。包括：将一个由多载波基站服务的、覆盖相同或者接近相同的区域作为一个小区；在此小区中，选择一个载波作为主载波，将其它载波作为辅助载波，选择主载波时尽量使相邻基站所使用的主载波的频率不同；将所有公共控制信道均安排在主载波上，该主载波上的剩余资源和辅助载波资源均用作上下行业务信道。主载波上公共控制信道的安排与单载波小区信道的分配相同。可提高系统效率与容量，降低系统内干扰，方便终端接入还不增加额外成本与复杂度。

Description

多载波时分双工移动通信系统分配无线资源的方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术，更确切地说是涉及多载波时分双工移动通信系统中，在一个小区或者扇区中实现多载波工作时的一种无线资源(信道)的配置方法，例如用于实现时分—同步码分多址TD-SCDMA系统中的多载波小区。
背景技术
目前第三代移动通信时分双工(TDD)通信方式的标准(参见3GPP相关技术规范)中，都仅仅规定了单载波的工作方式。3GPP标准的TD-SCDMA系统单载波小区信道分配如图1所示，以3个载波(f0、f1、f2)的TD-SCDMA系统为例，每个载波均构成一个独立的小区，每个载波都在其TS0时隙安排广播信道(BCH)、寻呼信道(PCH)、在TS1或者其他上行时隙安排上行物理随机接入信道(PRACH)、在TS6或者任何一个下行时隙安排快速物理接入信道(FPACH)等公共控制信道；而用所用时隙中的剩余码道及剩余时隙中的所有码道作上下行业务信道。从网络来看，每个载波对应一个小区，各小区的各载波完全独立工作。
为了满足高密度应用环境下的通信需要，基站设计为多载波工作，基于该思想所设计的“多载波时分双工移动通信系统”，无线基站采用多载波工作方式，可以在一个小区内使用多个载波，如三个载频：f0、f1、f2，来增加小区的容量，或者说在增加系统容量的同时又降低了系统成本，简化了系统设计、便于对系统的控制和管理、并提高系统效率。基于上述第三代移动通信时分双工通信方式的标准，基站在设计为多载波工作时，只能将每个载波作为一个独立小区来处理，这样，在同一地理位置，在所提供的相同或者接近相同的覆盖条件下将可能有多个独立的小区。例如，欧洲很多国家一个移动通信系统运营商可获得5MHz的TDD频段，如果使用TD-SCDMA系统，则可以支持3个载波，即在同一地理位置将覆盖有3个小区。
以使用TD-SCDMA系统为例说明，根据图1可以得到该系统中每个小区(每个载波)的系统资源(信道)分配情况，当要组成蜂窝移动网络、覆盖一个比较大的地区时，该种系统资源(信道)的分配技术将存在如下明显缺点：
(1)系统效率低。由于每个载波都必须配置公共信道，使每载波用于上下业务的信道资源大大减少。例如，每载波的TS0已经分配给BCH和PCH；在下行时隙，例如TS6，必须拿出8个码道的资源给FPACH；在上行时隙，例如TS1，还必须配置2个码道给PRACH。这样，在扩频系数为16时，每载波能够给上下行业务使用的码道就只有86个(14+8+4×16)，或者说，只可能支持21个双向话音业务或者只可能支持单向384kbps的数据业务。
(2)管理和控制复杂，使某些功能的效率变差。对系统来说，同一个地理位置同一个基站相当于三个小区，使小区数量增多，增加了管理与控制上的复杂性。对移动通信系统的动态信道分配(DCA)这一重要功能来说，由于该功能的执行只能占用本小区的资源，而本小区的资源又非常有限(扩频系数为16，可用的时隙、码道有限，即可调配的总资源有限)，使动态信道分配技术因没有可用资源而不能发挥作用。
(3)系统将难以处理终端的随机接入与越区切换和造成测量困难。在蜂窝结构的移动通信系统中，终端可能移动至接近3-6个基站的位置处。参见图2所示的一个典型的蜂窝移动网络，图中画出基站101、102、...、108(图中用三角形表示处)，终端500(图中用菱形表示处)移动的位置，最接近基站有103、105、107、比较接近的基站有101、102、104、106、107、108，终端500接收的有来自各基站101、102、...、108的信号201、202、...、208，以及来自远距离同频基站的干扰信号301及302。终端500在每个载波的下行导引时隙(DwPTS)上都可能接收到来自相邻小区的不同的下行导频码，其总数量可能达到基站数量与每基站载波数之乘积。例如，如果使用的带宽为10MHz，每基站可能使用6个载波，则终端500可能接收到的小区数量将达到20个左右或以上。此时，由于来自各小区的下行导频信号是不可能同步的，在每个载频频率点上，信号与干扰之比将可能为-5至-8dB，使终端搜索到小区的难度增大，造成接入困难；而在连接模式(通信模式)下，如果每个基站都使用多载波，则终端可能测量到来自数十个不同小区的信号，而且这些信号的电平接近，造成测量困难。上述情况，导致很多错误的切换产生，造成切换困难，使系统工作不稳定。
(4)在蜂窝组网时，远距离的同载波频率的基站的下行导频(在DwPTS中发送)信号，如图2中的301、302，经过远距离传输后，可能干扰终端500发送的上行导频信号，增加了系统接入的难度。
综上所述，蜂窝移动通信系统中无线基站一般采用多载波工作方式来增加小区的容量，或者说在增加系统容量的同时又降低了系统成本。对第三代移动通信系统标准之一的TD-SCDMA系统，目前的标准仅支持单载波工作，在多载波工作方式时，只是将每个载波当一个独立小区来处理，导致了上述四方面的明显缺点。因而有必要为多载波时分双工移动通信系统设计一种在一个小区或者扇区内实现多载波工作时的无线资源(信道)配置方法，来支持多载波时分双工移动通信系统的多载波工作方式。
发明内容
本发明的目的是提供一种多载波时分双工移动通信系统分配无线资源的方法，来支持多载波时分双工移动通信系统在一个小区或者扇区内实现多载波工作时的无线资源(信道)的分配，克服利用图1的分配技术，在组成蜂窝系统、覆盖比较大的地区时所产生的明显缺点。
实现本发明目的的技术方案是：一种多载波时分双工移动通信系统分配无线资源的方法，其特征在于包括：将一个由多载波基站服务的、覆盖相同或者接近相同的区域作为一个小区；在此小区中，选择一个载波作为主载波，将其它载波作为辅助载波；将所有公共控制信道均安排在主载波上，该主载波上的剩余资源和辅助载波资源均用作上下行业务信道。
在选择小区的主载波时，使相邻基站所使用的主载波的频率不同。
是将所有公共控制信道均安排在主载波TS0时隙内；将主载波上剩余时隙的所有码道和辅助载波资源上的业务码道用作上下行业务信道。
所述的将所有公共控制信道均安排在主载波上，包括只在主载波上发射下行导频信号，和在主载波上进行随机接入。
所述的将所有公共控制信道均安排在主载波上，包括在主载波的TS0时隙安排广播信道BCH、寻呼信道PCH，在主载波的下行导频时隙DwPTS安排下行导频信道DwPCH。
所述的主载波和所有辅助载波，使用完全相同的扰码和基本中间码。
还包括将多时隙的业务配置在主载波或同一个辅助载波上。
还包括将同一终端用户的上下行业务配置在主载波或同一辅助载波上。
还包括将同一终端用户的上下行业务配置在主载波或不同的辅助载波上。
本发明的方法，将一个具有多个载波、相同或者接近相同覆盖区域的基站服务小区或者扇区看作一个小区；在此小区中，将选择一个载波作为主载波，其它载波作为辅助载波，选择主载波时应尽可能使系统中相邻基站所使用的主载波的频率不同；将所有公共控制信道，如下行导引信道DwPCH、广播信道BCH、寻呼信道PCH、快速物理接入信道FPACH及上行物理随机接入信道PRACH等等，均安排在主载波相应时隙内，且只在主载波上的下行导引时隙(DwPTS)内发送下行导频信号，因而只在主载波上进行随机接入与越区切换，该主载波上被使用时隙中的剩余码道资源、主载波上的剩余时隙、及其它载波的业务时隙、业务时隙中的码道资源(即辅助载波资源上的业务码道资源，而不能是所有辅助载波资源的所有时隙、所有码道，因为之所以只在主载波上配置公共控制信道，其中一个考虑就是消除干扰，如果在辅助载波的TS0上也配置业务信道，那么也将带来干扰，因而对辅助载波TS0时隙的使用是有条件的。此外辅助载波的上行导频时隙UpPTS等是不能作为业务时隙使用的)均用作上下行业务信道。
需要说明的是：对于上行导频信道UpPCH而言，考虑到终端设计时的复杂度，目前的做法是仅在主载波上允许发送上行导频信号，但随着终端技术的发展，也许就可以允许在辅助载波上发送上行导频信号，同样也能起到平均干扰的作用。
本发明方法与目前标准的单载波TD-SCDMA系统所使用的无线资源分配方法相比，由于只在主载波上安排公共控制信道，全部辅助载波上只配置业务信道，故大大提高了系统使用效率和容量；由于将一个具有多个载波、相同或者接近相同覆盖区域的基站或者扇区作为一个小区，减少了小区数量，使管理与控制简单化，本小区内资源的增多还有利于动态信道分配(DCA)功能的实现；由于只在主载波上发送下行导频信号，即终端用户只在主载波上接收到来自相邻小区的不同下行导频码，使可能接收到的来自相邻小区的不同下行导频码数量减少，因而有利于用户终端的小区搜索，有利于随机接入与越区切换，且能避免许多错误的切换，既方便了终端的接入，又不增加额外的成本和复杂度；由于相邻基站使用不同频率的主载频，有利于降低系统内干扰(周围同频基站的下行导引时隙信号干扰本地的上行接入时隙信号)，从而改进和完善了多载波时分双工移动通信系统。
附图说明
图1是目前3GPP标准TD-SCDMA系统单载波小区无线资源(信道)分配图；
图2是在典型的蜂窝移动通信网络中，终端随机接入与越区切换状态示意图；
图3是多载波多小区系统中的基站结构框图；
图4是本发明多载波时分双工系统多载波小区信道分配示意图；
图5是多载波多小区系统中相邻基站使用不同频率的载波作为主载波的配置示意图，包括由图5A所示的采用全向天线时的配置情况和图5B所示的采用120度天线时的配置情况。
具体实施方式
本发明方法公开了一种多载波基站的信道安排或者说资源分配方法，并以TD-SCDMA系统为例进行说明。将一个具有多个载波、相同或者接近相同覆盖区域的基站所服务的小区或者扇区看作一个小区。
参见图3，为一个多载波多小区的基站结构。该多载波基站可以支持一个或者多个小区(或扇区)，它由公共的控制和接口单元530、多载波基带处理单元520、多载波的中频处理单元511、512、513、...、51n及多载波射频单元501、502、503、...、50n构成。射频单元501、502、...、50n包括天线(单只天线或者由多只天线组成的天线阵)、馈线及射频收发信机。基站的包括工作频率带宽及输出功率电平等的设计是按所支持的载波数量及小区覆盖要求确定的。射频单元的数量和基站所支持的小区数量相当。每个射频单元501、502、...、50n对应连接各自的数字中频处理单元511、512、...、51n，如射频单元501连接数字中频处理单元511，在数字中频处理单元中完成多载波的滤波和分、合路。各数字中频处理单元与一个容量很大的基带处理器520连接，对所有小区及每小区各载波的基带数字信号进行处理，完成处理物理层信号的各项工作。由基站的控制与接口单元530对基站的所有单元进行控制，完成到无线网络控制器(RNC)的数据处理和接口Iub，数据处理包括打包及分拆等等。此多载波、多小区的基站具有极大的容量，灵活的配置，是目前单载波基站结构所不能比拟的。
参见图4，在扩频系数为16时，在多载波如图中所示的载波1至载波5中，选一个载波作为主载波，如图中所示的载波1，其它载波(载波2至载波5)作为辅助载波。将所有公共控制信道，如下行导频信道DwPCH(下行导引时隙DwPTS)、广播信道BCH、寻呼信道(PCH)、上行物理随机接入信道(PRACH)、快速物理接入信道(FPACH)等均安排在该主载波内，安排方案与图1所示的单载波小区信道分配方案相同，如在TS0时隙安排BCH、PCH，在上行时隙TS1占用2个码道安排PRACH，在下行时隙TS6占用8个码道安排FPACH。主载波剩余的资源(包括时隙及其码道)和其它载波(载波2至载波5)的所有业务资源(时隙及其码道)均用作业务使用。基站只在主载波上发射下行导引时隙(DwPTS)的同步信号，即下行导频信号，随机接入也完全在该主载波内进行，即基站只在主载波内使用下行导频时隙(DwPTS)、上行导频时隙(UpPTS)，及上行物理随机接入信道PRACH和下行快速物理接入信道FPACH等。这样，其它载波(载波2至载波5)的所有业务时隙，就可全部用于承载业务。
图4所示的多载波TD-SCDMA小区的无线资源(信道)分配实例中，为了获得较好的效果，可以采用以下方法：主载波和辅助载波使用相同的扰码和相同的基本midamble(可译为中间码)；包括下行导频信道DwPCH，主—通用控制物理信道P-CCPCH，导呼指示信道PICH，物理随机接入信道PRACH，以及上行导频信道UpPCH，快速物理接入信道FPACH等的公共控制信道仅配置在主载波上；多时隙的业务最好配置在同一载频上，以降低用户终端的复杂度；同一终端用户的上下行业务最好配置在同一载频上，也可以配置在不同载频上；公共控制信道DwPCH，P-CCPCH，PICH等规定配置在主载频上，因为BCH是逻辑信道，它映射到物理信道就包括P-CCPCH和S-CCPCH，而我们要求的就是将P-CCPCH放置到主载波的TS0上，而S-CCPCH放在哪个下行时隙上则没有规定。
参见图5，在组织蜂窝移动通信网络、使用本发明的方法时，相邻基站使用的主载波应尽量不同(如果部分相邻小区的主载波是相同的，本发明方法仍然适用)。因为各国分配TDD的3G频率时，每个运营商均至少可以获得5MHz的带宽。在此带宽内，可以安排3个TD-SCDMA的载波，因而，使邻近小区使用不同主载波有了可能。图中示出5MHz带宽和3个载波情况下的主载波配置。
图5A中，每小区采用全向天线，小区结构为六边形，邻近小区使用不同的主载波，分别用3个载波的代号1、2、3表示。从图中可以看出，相邻的任意三个小区分别使用代号为1、2、3的不同主载波。
图5B中，每小区使用120°扇区天线，小区结构为菱形，邻近小区使用不同的主载波，分别用3个载波的代号1、2、3表示。从图中可以看出，相邻的任意三个小区分别使用代号为1、2、3的不同主载波。
显然，各小区的主载波频率是不相同的，完全可以实现本发明的多载波小区配置的系统。

Claims (9)

1.一种多载波时分双工移动通信系统分配无线资源的方法，其特征在于包括：
将一个由多载波基站服务的、覆盖相同或者接近相同的区域作为一个小区；在此小区中，选择一个载波作为主载波，将其它载波作为辅助载波；将所有公共控制信道均安排在主载波上，该主载波上的剩余资源和辅助载波资源均用作上下行业务信道。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在选择小区的主载波时，使相邻基站所使用的主载波的频率不同。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：是将所有公共控制信道均安排在主载波TSO时隙内；将主载波上剩余时隙的所有码道和辅助载波资源上的业务码道用作上下行业务信道。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的将所有公共控制信道均安排在主载波上，包括只在主载波上发射下行导频信号，和在主载波上进行随机接入。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的将所有公共控制信道均安排在主载波上，包括在主载波的TSO时隙安排广播信道BCH、寻呼信道PCH，在主载波的下行导频时隙DwPTS安排下行导频信道DwPCH。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的主载波和所有辅助载波，使用完全相同的扰码和基本中间码。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括将多时隙的业务配置在主载波或同一个辅助载波上。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括将同一终端用户的上下行业务配置在主载波或同一辅助载波上。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括将同一终端用户的上下行业务配置在主载波或不同的辅助载波上。
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