CN1756382A - 非对称频分双工传输系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了采用非对称频分双工方式进行传输的方法以及相应的通信系统。根据本发明，所述通信系统覆盖至少一个小区，所述通信系统的下行链路具有下行链路总频宽和下行链路单位频宽，所述通信系统的上行链路具有上行链路总频宽和上行链路单位频宽，其中下行链路单位频宽大于上行链路单位频宽，从而上行链路的频点的个数多于下行链路的频点的个数，所述方法包括下列步骤：将所有上行链路频点构成一个上行频率池；一个下行链路频点为所述通信系统的一个小区从所述上行频率池中选择一个或多个频点，构成一个频率簇，以进行业务传输。

Description

非对称频分双工传输系统和方法

技术领域

本发明涉及通信系统的传输技术，更具体地说，本发明涉及对通信系统的非对称频分双工(AFDD)传输技术。

背景技术

近年来，移动通信技术发展非常迅速。移动通信的业务种类也日益丰富，由最初的单一语音业务发展到支持名目繁多的增值业务，铃声下载、新闻浏览、天气预报、视频点播等等。从更深层次的层面来看，作为服务的主要提供者-运营商(诸如中国移动、中国联通)更关心的是一个日益庞大的运营网络如何保证它的高效运转，如何高效地利用政府许可的宝贵的频率资源。新的技术、系统的引入，不仅要考虑提升它的传输能力，更要考虑在一个完整的网络意义下是否能充分地发挥技术潜力。

从消费者对于消费心理、习惯、资费和便捷性等诸多方面的综合考虑来看，移动用户的上行数据传输需求无论是从种类上、传输能力上都无法与下行(基站端)相比拟。同时移动通信网络与其它网络，特别是互联网的结合日益紧密，也提高了用户对下行的数据传输的需求，由此就导致了上、下行链路信息传输的非对称特性。传统的主流系统设计方案无法适应这种非对称特性的要求。

下面我们将从业务传输的非对称性、双工方案以及上、下行链路无线传输的差异等三个方面进行分析。

一、业务传输的非对称性

在本文中的上、下行非对称特性包括两个方面：除了单向传输总量的非对称以外，还有单向最大传输速率的非对称，即下行链路不仅是传输总量大于上行链路，而且最大传输速率也大于上行链路。

有趣的是造成上、下行链路的不对称特性主要源于用户的消费习惯等非技术因素。

从业务特性的角度来看，业务可分为对称型，上行单向型和下行单向型三种。在这三种业务中，种类最多、速率变化范围最大的是下行单向型业务。最典型的对称型业务是话音，上行单向型虽较对称型多，但种类较少，主要有短消息、彩信、上载等，下行单向型种类繁多，有WWW浏览、视频点播、游戏下载、数据下载等等。

着眼于电磁辐射安全，无论是基站还是移动台都不能任意增加发射功率。我们知道，数据传输速率越高，对应的发射功率越大。假设上、下行使用基本相同的发射、接收技术来传输同样速率的业务，它们的发射功率可近似认为相同，移动台距离人体较近，无论是便携式的PDA、LapTop还是手持式电话，移动台使用距离不会超过50厘米，而基站距离人体一般都在50米-几百米以上，移动台对人体的辐射比基站至少高80dB，因此移动台对于使用高速率的业务有更大的敏感性或限制，它对发射功率的要求比下行基站侧更加严格。由此我们知道基站采用比移动台传输速率高得多的业务时，它对人体所造成的电磁辐射才与移动台相当。(注：当然由于未考虑接收机灵敏度、干扰等因素的影响，这只是一种粗略的比较，实际情况并没有这么高。)由此看来，在人体安全范围内，下行(基站侧)可以传送比移动台更高、而且是高得多的信息速率，即下行可以有更大的速率变化范围。

总的来说，随着移动通信网络对来自其它网络的数据需求的增加，这种上、下行非对称特性就有不断加强的趋势：下行业务量比重越来越大，下行的最大传输速率越来越快。在这个过程中，上行的信息总量和传输速率也会不断增加，但没有下行增长的迅速。这意味着下行链路应当比上行链路分配更多的资源。双工方式决定了频率资源的使用方式，是系统设计的核心技术。在移动通信系统中，上、下行的无线资源分配最主要是由其采用的双工方案来确定的。

二、双工方案的分析

常用的双工方式有频分双工方式(FDD)和时分双工方式(TDD)。

已有的蜂窝移动通信系统均采用上、下行的频谱等宽的FDD技术，而3G主流系统中除了TD-SCDMA使用TDD以外均采用了FDD方案。双工的作用在于：

提供上、下行链路所需资源

提供上、下行所需的隔离

一般认为，上、下行对称的系统在系统设计等方面比较直观、简单，但是系统的使用效率较低。

随着3G的商用化的日益临近，人们的研究领域已经转向未来的高速移动通信网络(4G系统)。由于4G系统处于初期研究阶段，还没有明确的双工设计方案，基本上仍然是FDD和TDD两大流派。

在移动通信高速发展的过程中，传统的TDD和FDD方式已经暴露出了诸多问题，分析如下：

1)TDD技术的现状

从理论上讲，TDD方式能够灵活地调节上、下行资源的分配、减小干扰(采用智能天线)，信道特性可以互易使用，极大地提高频率使用效率。但是在实际应用中，TDD对外界影响的鲁棒性较差，例如，TDD系统上、下行切换点的频繁变换，使得上、下行之间的干扰难以控制(上、下行隔离困难)，从而导致系统性能的下降。此外，TDD对于多普勒频移、同步比FDD更敏感，上、下行之间的保护时间限制了小区覆盖范围，如果增大保护时间，小区范围会扩大，但有效传输能力下降，传输效率降低；TDD在存在LOS的环境中性能较好，在NLOS的快衰严重的环境，性能下降很多。因此这些因素限制了TDD成为全网覆盖系统的可能。TDD系统对无线资源管理的要求很高，在未来应用中是否能达到预期效果尚待考证。

2)对称型FDD

对称使用频率的频分双工方式暴露出对非对称资源需求的不适应性(频谱效率低下)，表现为使用相同的频宽，下行资源紧张；而上行资源空闲。形象的说就是上行链路是“大马拉小车”，这实际上无形中导致了系统无线资源的变相浪费；下行则疲于不断地采用加补丁(使用增强技术)来跟上用户汹涌地需求增长。

频分双工可以相对便捷地实施系统部署，可以很方便地隔离上、下行链路的干扰，它对多普勒频移和同步没有TDD方式那样敏感，由于没有上、下行保护时间的限制，它的覆盖范围能达到40公里左右，远大于TDD系统。(其干扰主要有同频干扰和相邻信道的泄漏干扰。)除了硬切换以外，FDD系统还可以引入具有宏分集增益的更软切换和软切换(限定在CDMA多址接入方式)；TDD只能使用硬切换。

FDD系统的应用前景也并不很乐观。3G FDD系统的总的单向使用频谱宽度是60MHz，如果从行业竞争格局的角度出发，发放3-4个运营牌照，那么每个运营商只能得到20-15MHz的频谱，即4-3个UMTS的5MHz单位频宽和16-12个CDMA20001X的1.25MHz单位频宽。UMTS由于单一运营频带过宽(5MHz)，使得在实际的基站布置过程中，可用频点数目缺乏，无法实现小区之间的相互有效隔离，互相干扰严重，使系统性能大打折扣，相关内容可参见参考文献Jaana Laiho，Achim Wacker等的“Radio Network Planning andOptimisation for UMTS”，John Wiley&Sons，LTD，2002，该参考文献提出若干在2到3个频点之间频率复用。

另外，分层系统(HCS)是一个很好的移动通信网络部署解决方案。分层系统又被称为覆盖-支撑系统(Overlay-underlaystructure)。但是在分层小区中，同频的宏、微蜂窝(或者上层和底层蜂窝)之间将会产生极大的干扰。宏蜂窝中的用户如果距离微蜂窝的基站很近时将会阻塞微蜂窝中用户的上行接入，而分层系统的下行链路不存在如此严重的相互干扰。在3G UMTS系统中，不同层的小区使用不同的频率来抑制宏蜂窝用户的干扰。由于前述的原因，3G的上行频率较宽，有限的频率点在解决分层系统的频率问题之后，就无法满足同层基站的频率规划。如果增加上行的可用频率点，则该问题就迎刃而解了。

3)对称型FDD与TDD的混合方式

用对称型FDD的系统完成服务区的覆盖，由TDD完成非对称特性明显的热点地区的接入。但这种方式给移动台的设计以及系统的部署、优化和网络间连接带来很多困难。

4)非对称型FDD

有学者在论述上、下行非对称传输解决方案时提及非对称使用频谱的FDD双工方式，但未作深入的分析和研究，例如可参见GordonJ R Povey、Harri Holma 和 Antti Toskala 的“HyridFDD/TDD-CDMA for third generation cellular systems”，printed andpublished by the IEEE，Savory，Placo，London WC2R 0RL，UK。目前在蜂窝移动通信系统中，还没有对非对称FDD开展完整的相关研究。在某些数据解决方案中提出非对称FDD的思想，但是采用上、下行固定一一对应方式，例如参见Arturas Medeisis，European radiocommunication office，international BFWA workshop，Lillestrom，30，CEPT Regulatory policies-BFWA in the bands，Sep-1Oct 2002，但这种一一对应方式仍然无法避免前述的3G FDD所面临的独立可使用频点过少的窘境。

三、上、下行链路无线传输的差异

1、正交性

在CDMA系统中，上行链路在系统设计方面是非正交的；下行链路则是正交的。上、下行链路都会遇到同信道干扰，包括本小区和其他小区的同频干扰，但是一般本小区的同信道干扰是主要因素。尽管上、下行链路都存在同小区自干扰的问题，由于正交性较低，上行的自干扰程度要比下行严重。

2、同步特性

另外，上行链路中各用户由于传输路径等因素的影响很难保证完全同步；而下行链路很容易设计成同步系统。同步对系统特性影响很大。同步越好，系统特性越好。

因此，上行链路的传输特性要逊于下行链路。在传输同一种业务时，系统将会受限于上行链路。如果我们通过一定的方法来提高上行链路的传输能力，那么会减少上、下行的这种非平衡性，将提高系统的整体性能。

通过上面我们对于目前关于移动通信的发展、双工方式研究现状等方面的分析，我们将目前移动通信的现状总结如下：

未来移动通信的发展和电磁安全等方面的考虑将会加剧上、下行链路对于资源的需求的不均衡；下行链路的业务无论是从总量，还是从最大传输速率上都要大于上行。因此下行需要更多的无线资源。

FDD比TDD系统具有更好的鲁棒性；TDD比对称型FDD具有较好的上、下行非对称的适配能力。FDD总体上讲更适于在更广泛的区域、更多样性的区域以及移动特性更突出的环境使用。

目前应用和即将应用3G的FDD系统存在若干问题：首先，对称使用频率的双工方式导致上行的频率复用增益低，上行链路传输对称型和上行单向型业务时的同信道干扰严重，同时上行资源使用效率低；其次，应用分层结构时，目前的3G FDD系统存在频点匮乏的现象。

频率复用技术仍是降低系统内自干扰，提高系统性能的有效方法。

根据香农定理，在其它技术相同的情况下，频率越宽，可无误传输的最高传输速率越大。那么最高传输速率越大，总的传输能力也就越强。那么很容易理解下行链路应当使用更宽的频谱来传输更大的吞吐量，支持更大速率范围的信息传输，上行链路可以使用相对较小的频谱。

如前所述，在非对称传输的情况下，如果要高效地使用频率资源，双工应当是非对称的(非均衡的)。但目前尚不存在满足上述非对称特性、高效利用频率资源的通信系统或方法。

从目前的研究成果来看，码分多址技术仍是未来的主流多址接入方案。本文的分析是建立在码分多址(CDMA)的基础上。但我们的专利成果不局限于CDMA系统，也适用于其它多址接入方式。

发明内容

考虑到前述问题，本发明提出了适于应用的非对称全双工解决方案(Asymmetric Frequency Division Duplex，AFDD)，其采用上、下行不对称的FDD双工方案，来克服传统TDD、FDD以及非对称型FDD的不足之处。

通过使用本发明的解决方案，能够很好地适应未来移动通信系统的非对称传输特性，克服3G移动通信系统面临的问题，提高系统的整体传输效率，是一个很有研究潜力和应用前景的技术。AFDD的优点主要有两个方面：

1、增加下行传输资源，提高下行单向型业务的传输能力，满足系统非对称传输要求；

2、通过频率资源的复用技术，提高上行链路对于对称型和上行单向型的中低速业务的传输能力。

根据本发明的一个方面，提供一种用于通信系统的非对称频分双工传输方法，所述通信系统覆盖至少一个小区，所述通信系统的下行链路具有下行链路总频宽和下行链路单位频宽，所述通信系统的上行链路具有上行链路总频宽和上行链路单位频宽，其中下行链路单位频宽大于上行链路单位频宽，从而上行链路的频点的个数多于下行链路的频点的个数，所述方法包括下列步骤：

将所有上行链路频点构成一个上行频率池；

一个下行链路频点为所述通信系统的一个小区从所述上行频率池中选择一个或多个频点，构成一个频率簇，以进行业务传输。

根据本发明的另一个方面，提供一种非对称频分双工通信系统，所述通信系统覆盖至少一个小区，所述通信系统包括：

具有下行链路总频宽和下行链路单位频宽的下行链路；

具有上行链路总频宽和上行链路单位频宽的上行链路；

其中下行链路单位频宽大于上行链路单位频宽，从而上行链路的频点的个数多于下行链路的频点的个数，所述通信系统还包括：

上行频率池，用于存储所有上行链路频点；

选择装置，用于使一个下行链路频点为所述通信系统的一个小区从所述上行频率池中选择一个或多个频点，构成一个频率簇，以进行业务传输。

在本发明提出的非对称频分双工方式中，使下行链路的单位频宽大于(最好是远大于)上行链路的单位频宽，从而使上行链路可独立使用的频点个数多于(最好是远多于)下行链路可独立使用的频点个数，突破了传统的上、下行链路间频点的一一对应关系，能够缩小上、下行传输性能的差异，提高系统的整体传输能力。

根据本发明的一种优选实施方式，通过根据需要调整频率簇的大小，能够自适应地适配业务、容量、覆盖等多方面的要求，提高系统灵活性。

此外，考虑到未来移动通信的发展情况，根据本发明的一种优选实施方式，还可以使上、下行链路具有不同的总频宽，即上、下行链路的总频宽存在下述三种可能：

上行链路总频宽＞下行链路总频宽，

上行链路总频宽＝下行链路总频宽，

上行链路总频宽＜下行链路总频宽。

附图说明

图1是AFDD的频率分配示意图；

图2包括图2a、2b、2c，示出了根据本发明的上、下行总频宽；

图3是根据本发明的频分双工方法的流程图；

图4是根据本发明的频分双工系统的框图；

图5是根据本发明的频率池的示意图；以及

图6包括图6a和6b，示出了根据本发明的上行频率簇与下行频点的对应关系。

具体实施方式

以下将参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。

首先，图1给出了根据本发明的AFDD的频率分配示意图。由图1中可以看出，AFDD的上、下行链路各自占用一个互不重叠的频率段110和120，两个频率段之间设有与FDD类似的间隔带宽，即图1中的双工距离(duplex distance)130。并且根据本发明，要求下行链路120可独立使用的单位带宽120-1大于上行链路110的可独立使用的单位带宽110-1，从而上行链路可独立使用的频点个数将多于下行链路的可独立使用的频点个数，以满足上、下行链路的非对称特性。

为了适应未来通信系统中非对称特性进一步加剧的情况，优选的是上行链路的单位频宽很窄，以便拥有远多于下行链路的可独立使用的频点的数目。同时，上行链路的最高传输速率的设计应当远低于下行的最高传输速率。因此，如图1中所示，应当使D1＞＞U1₁，D1＞＞U1₂，D2＞＞U2₁，D2＞＞U2₂，D3＞＞U3₁，D3＞＞U3₂，其中，D1、D2和D3分别表示下行链路的频点的频率，U1、U2和U3分别表示上行频率簇(如下文详述)，U1₁、U2₁、U3₁等则分别表示上行链路频率簇中频点的频率。图1中所示出的上、下行链路频点个数和上行频率簇个数只是为了说明的目的，实际中上、下行链路的频点个数以及上行频率簇的个数将根据通信系统的诸如覆盖、容量等方面的要求而定。

此外，根据本发明的优选实施方式，还可以使上、下行链路具有不同的总频宽。具体而言，上行链路的总频宽与下行链路的总频宽的确定可以根据未来移动通信的发展情况而定，这将与上、下行传输非对称特性、上行链路频率簇中频点数目以及系统对于上行同信道干扰抑制策略等诸多方面的因素有关。上、下行链路的总频宽存在下述三种可能，如图2所示：

上行链路总频宽＞下行链路总频宽，如图2a所示；

上行链路总频宽＝下行链路总频宽，如图2b所示；

上行链路总频宽＜下行链路总频宽，如图2c所示。

但无论怎样划分上、下行链路总的频率资源，都要保证上行可独立使用的频率数目大于，并且最好是远远大于，下行链路的可独立使用的频率数目。

在本发明的AFDD双工方式的实际实施中，在系统建立初期，由网络侧的高层控制器在考虑到诸如业务量、业务类型(如，数据、话音)、交换方式(电路或分组)等因素来分配所述上、下行链路的总频宽以及单位频宽，并且在分配后不再改变。

以下将参照图3、4具体描述根据本发明的非对称频分双工传输方法和系统。

图3是根据本发明的非对称频分双工传输方法的流程图。根据本发明的方法在步骤300中开始，随后进入步骤310。在步骤310中，根据本发明的方法将形成一个上行频率池(如下文详述)，用于存储上行链路的所有可用频点。接下来，本发明的方法进入步骤320中，一个下行链路频点会为所述通信系统的一个小区从所述上行频率池中选择一个或多个上行频点，构成一个频率簇，以进行业务传输。随后，本发明的方法在步骤330中结束。

图4示出了根据本发明的非对称频分双工通信系统的结构示意图。如图所示，所述通信系统400覆盖一个小区410。应当理解，为了便于说明，图中仅示出一个小区410，但实际中取决于某地的用户数量及业务量大小等因素，所述通信系统400可以同时覆盖不止一个小区。

在所述通信系统400与小区410之间具有用标号401表示的下行链路和用标号402表示的上行链路。如前所述，在本发明的AFDD双工方式的实际实施中，所述上、下行链路分别具有各自的总频宽以及单位频宽，下行链路单位频宽大于上行链路单位频宽，并且上行链路拥有的频点个数多于下行链路的频点的个数。

所述通信系统400还包括一个上行频率池403，其中存储有上行链路的所有可用频点；以及一个选择装置404，在需要进行业务传输时，用于使一个下行链路频点从所述上行频率池中选择一个或多个频点构成一个频率簇，以用于所述通信系统400的小区410。根据本发明的一种优选实施方式，所述选择装置404可以在例如系统侧的无线网络控制器中实现。

本领域技术人员能够理解，本发明的各装置可通过对通信系统的控制器进行编程来实现，也可以通过分立元件以硬件方式实现，或者通过这二者的结合实现。

以下将参照图5、6对本发明引入的频率池和频率簇的概念进行详细说明。

如前所述，本发明将所有上行频率组成一个上行频率池(uplinkfrequency pool)，以用于实现频率复用、隔离、业务隔离以及用户干扰最小等要求，关于频率池如图5所示。图5中标号500表示一个上行频率池，其中包含8个上行频率。但应当理解，频率池500可以根据需要包括任意多个上行频点。

在需要进行业务传输时，一个下行链路频点可以从所述上行频率池中选择数目远远多于1的上行频点，即点到多点的频率非固定或固定地对应分配关系，我们将一个下行频点所对应的上行频率点组称为一个上行频率簇(uplink frequency cluster)，如图1的示意性的频率簇1-3。

根据本发明，每一个小区使用一个上行频率簇。选择装置404在从频率池403中选择上行频点时会基于一定的规则，这些规则包括(但不限于)频率复用要求、频率隔离要求、使用户接收到的来自同小区或相邻小区的其他用户的干扰最小等。在侧重于通信系统的不同性能要求时，也可以采用其他选择准则，如可以用来实现业务隔离，这里所说的业务隔离指的是对传输性能要求(时延、速率等)有较大差异的业务，如实时性要求很高的语音业务和实时性要求不高的数据业务，这样网络侧的复杂度将大大降低。(CDMA EV-DO中，采用不同的频率来承载QOS要求不同的业务)。但具体采用怎样的准则进行频率选择并非本发明关心的问题，在此无需详述。

因此，可以从上行频率池中选择不同的上行频率任意组成不同的上行频率簇。即，某一下行频率对应的上行频率簇不是固定不变的(包括频点数目以及频点)。对于小区中仅使用对称型业务的情况，为了保证上、下行容量平衡，每一个小区的上行频率簇中的频率最大数目应当小于等于单位下行频率与单位上行频率之比。上行链路的同信道干扰不仅会降低对称型上行用户数据传输的能力，而且会干扰下行单向业务的上行控制链路的传输。因此，以图1中的各频率簇为例，应满足：

频率簇1中频点的个数＜＝m，m为D1/U1₁后向下取整；

频率簇2中频点的个数＜＝n，n为D2/U2₁后向下取整；

频率簇3中频点的个数＜＝q，q为D3/U3₁后向下取整。

对于上、下行单向型业务而言，只要上、下行链路的频点数能满足业务传输需要即可，不对其做具体要求。可以通过例如系统侧的无线网络控制器中的一个控制装置(未示出)来控制所述上行频率簇的大小。

由此可见，本发明通过根据需要调整频率簇的大小，能够自适应地适配业务、容量、覆盖等多方面的要求。

图6a和6b示意性地示出了上行频率簇与下行频点间的对应关系，但本领域技术人员能够理解，本发明并不局限于这里所示的对应关系。

通过图6的对应关系，我们可以实现这样的方案，即，在某一个区域内的若干小区中，下行可用相同或不同的频率，而在其中不同的小区将采用频率完全不同或非常少的上行频率交叉的频率簇。由于抑制了系统中的同信道干扰，对称性和上行单向型业务的容量得到显著的提高，同时覆盖范围也得到扩大(稍后，我们将对此进行理论推导和证明)。同时，在频率的配置过程中，还要尽可能多地降低相邻频率的带外泄漏干扰。

此外，根据本发明，上行传输能力可以根据需要自适应地组合频率资源(频率规划、复用)，满足不同区域、不同种类小区系统的业务需求，从而提高系统的自适应能力，提高频谱利用率。在非对称型频分双工系统中，就同一种上、下行对称型业务(例如话音或视频电话)而言，如果上、下行均只采用一个可独立使用频点，系统容量C＝min(C_ul，C_dl)，C_ul，C_dl分别对应上行和下行链路容量，那么下行容量C_dl远大于上行容量C_ul，此时系统容量将是上行受限。我们知道移动通信网络建设具有很大的不确定性，它与周围环境的发展息息相关，往往初期建设的容量与实际需求不符，因此网络应当能很便捷地适应周围情况的改变。在AFDD中，我们可以通过上行频率簇中频点的组合，来自适应地增加上、下行容量，平衡上、下行的传输要求，即

$C=\min (C_{\mathrm{dl}},\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{\mathrm{ul},k})=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{\mathrm{ul},k}.$

AFDD方案将提高双向对称型业务和上行单向型业务的传输能力。在对称型业务和上行单向型业务量越多的地方，上行频率簇中的频点数越多。

另外，本发明还特别适用于小区存在覆盖-嵌套的情况，如宏蜂窝-微蜂窝，其中的上层覆盖小区与底层嵌套小区在同一个上行频率簇中配置频率。上层具有较大覆盖的小区拥有与底层嵌套的小区上行频率簇中所有频率都不相同的上行频率，即实现不同层的频率隔离。由于上层小区主要起覆盖和高速移动用户的接入，接入业务以中低速数据传输为主，它的系统容量要求较小，因此用很少的上行频率数即可满足系统要求，因此也较容易实现上、下层的频率隔离。例如在图5中，若上层小区从频率池中选择频率F1，则下层小区从频率池中其它频点(F2，F3，F4，F5，F6，F7，F8)中选择(F2，F5)组成一个上行频率簇：(F1，F2，F5)。

以下，我们将对本发明的方法和系统能够提高通信系统的容量和覆盖范围的观点进行推导和分析。

1、容量

我们称传统对称的较宽频谱的系统为上行宽频系统(简称宽频系统)，频宽为W_W(W_W即为我们设计的系统中的下行频宽)对应的新系统称为上行窄频系统(简称窄频系统)，频宽为W_W。 $k=\frac{W_W}{W_N}.$ 假设两个系统的要求

相同，噪声功率N相同，均传输单一相同速率R_b的业务。令两个系统最大的用户数分别为M_W和M_N，则

$\frac{E_b}{N_O}=\frac{W_W}{R_b}\·\frac{P_W}{I_{\mathrm{SC}}+I_{\mathrm{OC}}+N}={\mathrm{GP}}_W\·\frac{P_W}{(M_W-1)(1+i)P_W+N}----\left(1\right)$

式(1)中，I_SC是本小区的用户干扰，I_OC是其它小区的干扰，i是其它小区干扰与本

小区的干扰功率之比，1＞i＞0。

GP_W＝k·GP_N(2)

$\frac{E_b}{N_0}=\frac{W_N}{R_b}\·\frac{P_N}{I_{\mathrm{SC},N}+N}={\mathrm{GP}}_N\·\frac{P_N}{(M_N-1)P_N+N}---\left(3\right)$

当系统满负荷或接近满负荷时，干扰功率远大于噪声功率，因此(1)，(3)时变成：

$\frac{E_b}{N_O}\≈{\mathrm{GP}}_W\·\frac{1}{(M_W-1)(1+i)}---\left(4\right)$

$\frac{E_b}{N_O}\≈{\mathrm{GP}}_N\·\frac{1}{(M_N-1)}---\left(5\right)$

由(4)、(5)得到：

$\frac{M_N-1}{M_W-1}\≈\frac{1+i}{k}---\left(6\right)$

因为 $M_W>>1,M_N>>1\⇒\frac{M_N}{M_W}\≈\frac{1+i}{k}---\left(7\right)$

由上式我们知道，令系统的用户数传输效率为： $\mathrm{\η}=\frac{M}{W}.$

窄带系统的传输效率： ${\mathrm{\η}}_N=\frac{M_N}{W_N}$

${\mathrm{\η}}_N/{\mathrm{\η}}_W=\frac{M_N/W_N}{M_W/W_W}=1+i----\left(8\right)$

窄带系统由于频率规划的作用，减少了系统内部自干扰，因此用户数传输效率比宽频系统要高。

如果假设在新的系统中，在一个小区中设置k个上行频点。在上行频率足够充裕的情况下，通过合理地频率规划，使得若干个频点之间除了可以忽略不计的带外泄漏以外，没有其他同频干扰，因此它们的容量是对每一个频点容量的线性求和，则其上行容量为：

M_N，multiple＝k·M_N             (9)

$\frac{M_{N,\mathrm{nultiple}}}{M_W}=\frac{k\·(1+i)}{k}=1+i---\left(10\right)$

一般i∈(0.3，0.65)，因此我们知道采用新的窄频方案后，系统总的上行容量比单一上行

宽频系统容量提高30％～65％。

2、覆盖

当存在多个窄带上行频率时，对应着多个不同的上行覆盖；如果每一个上行频率对应的负荷相同M，则每一个上行窄带频率覆盖将比具有k×M个用户在一个频率谱k×W_N上行宽频的覆盖要大。

当k个窄的上行频段(W_N，W＝k×W_N)提供k×M个上行通信链路时(认为频率优化足够好，窄带之间的干扰为零)，用户到达基站端的接收功率为P₁；而与之对应的是上行频段为W时，提供相同数量的k×M个用户时的到达基站的接收功率为P₂。我们作如下假设：两个系统的调制、信道编码和扩频方式均相同，则其

相同；同时知道热噪声的功率谱密度均为N₀。

单小区时：N＝W·N₀

AFDD中某一上行频率：

$\frac{E_b}{N_0}=\frac{P_1{\·\mathrm{GP}}_1}{(M-1){\·P}_1+W_N{\·N}_0}---\left(11\right)$

传统对称型系统：

$\frac{E_b}{N_0}=\frac{P_2{\·\mathrm{GP}}_2}{(k\×M-1){\·P}_2+W_W{\·N}_0}=\frac{P_2\·k\·{\mathrm{GP}}_1}{(k\×M-1){\·P}_2+k\×W_N{\·N}_0}---\left(12\right)$

$\⇒(P_1-P_1)\·\left(W_N{\·N}_0\right)=P_1{P}_2(1-\frac{1}{k})>0---\left(13\right)$

P₂＞P₁，即窄带系统可以具有更大的覆盖。

存在多小区时：

$\frac{E_b}{N_0}=\frac{P_2{\·\mathrm{GP}}_2}{I_{\mathrm{SC}}+I_{\mathrm{OC}}+W_W{\·N}_0}=\frac{P_2{\·k\·\mathrm{GP}}_1}{[(1+i)\·k\·M-1]\·P_2+k\·W_N\·N_0}---\left(14\right)$

$\⇒(P_2-P_1)\·\left(W_N{\·N}_0\right)=P_1{\·P}_2\·(i\·M+1-\frac{1}{k})>0---\left(15\right)$

P₂＞P₁，即窄带系统可以具有更大的覆盖，而且当M足够大时，多小区时的窄带子小区比单小区时可以提供更大的上行覆盖范围。

证明完毕。

综上所述，AFDD兼容了TDD和FDD的优点：既能够像TDD那样灵活配置资源，实现上、下行链路高效非对称传输、资源自适应配置，也继承了FDD的优点，能够实现类似FDD的全网覆盖的功能；既能够满足下行单向型业务的高速传输，又能满足对称型和上行单向型业务的传输。表1给出了AFDD、FDD和TDD三种双工方式的比较。

表1

以上参照优选实施例对本发明提出的非对称频分双工传输方法和系统进行了描述。但本领域技术人员应当理解，本发明给出的各优选实施方式只是为了说明的目的，不应理解为对本发明的任何限制。

本领域技术人员可以根据上述描述获得有关本发明的任何变形和改进，但这些变形和改进都包括在随附权利要求书中所限定的本发明的范围和精神内。

Claims (12)

1.用于通信系统的非对称频分双工传输方法，所述通信系统覆盖至少一个小区，所述通信系统的下行链路具有下行链路总频宽和下行链路单位频宽，所述通信系统的上行链路具有上行链路总频宽和上行链路单位频宽，其中下行链路单位频宽大于上行链路单位频宽，从而上行链路的频点的个数多于下行链路的频点的个数，所述方法包括下列步骤：

将所有上行链路频点构成一个上行频率池；

一个下行链路频点为所述通信系统的一个小区从所述上行频率池中选择一个或多个频点，构成一个频率簇，以进行业务传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述通信系统包括一个控制器，用于在系统建立时分配所述下行链路总频宽和下行链路单位频宽以及上行链路总频宽和上行链路单位频宽。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个下行链路频点从所述频率池中选择一个或多个频点构成频率簇时基于以下规则至少之一：用户从其他用户接收到的干扰最小、频率隔离、频率复用、业务隔离。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：

对于对称型业务，一个上行链路频率簇中的频点个数应小于等于所述下行链路单位频宽与所述上行链路单位频宽之比。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述下行链路总频宽和所述上行链路总频宽满足下列之一：

下行链路总频宽＞上行链路总频宽；

下行链路总频宽＝上行链路总频宽；

下行链路总频宽＜上行链路总频宽。

6.根据权利要求1所述的方法，其中在小区存在覆盖-嵌套的情况时，上层覆盖小区与底层嵌套小区在同一个上行频率簇中配置频率，其中上层覆盖小区与底层嵌套小区分别使用该频率簇中的不同频率。

7.非对称频分双工通信系统，所述通信系统覆盖至少一个小区，所述通信系统包括：

具有下行链路总频宽和下行链路单位频宽的下行链路；

具有上行链路总频宽和上行链路单位频宽的上行链路；

其中下行链路单位频宽大于上行链路单位频宽，从而上行链路的频点的个数多于下行链路的频点的个数，所述通信系统还包括：

上行频率池，用于存储所有上行链路频点；

选择装置，用于使一个下行链路频点为所述通信系统的一个小区从所述上行频率池中选择一个或多个频点，构成一个频率簇，以进行业务传输。

8.根据权利要求7所述的通信系统，其中所述通信系统包括一个控制器，用于在系统建立时分配所述下行链路总频宽和下行链路单位频宽以及上行链路总频宽和上行链路单位频宽。

9.根据权利要求7所述的通信系统，其中所述选择装置从所述频率池中选择一个或多个频点构成频率簇时基于以下规则至少之一：用户从其他用户接收到的干扰最小、频率隔离、频率复用、业务隔离。

10.根据权利要求7所述的通信系统，还包括一个控制装置，用于控制一个上行链路频率簇中的频点个数，使得：

对于对称型业务，一个上行链路频率簇中的频点个数应小于等于所述下行链路单位频宽与所述上行链路单位频宽之比。

11.根据权利要求7所述的通信系统，其中所述下行链路总频宽和所述上行链路总根据频宽满足下列之一：

下行链路总频宽＞上行链路总频宽；

下行链路总频宽＝上行链路总频宽；

下行链路总频宽＜上行链路总频宽。

12.根据权利要求7所述的通信系统，其中在小区存在覆盖-嵌套的情况时，所述选择装置为上层覆盖小区与底层嵌套小区在同一个上行频率簇中配置频率，并使上层覆盖小区与底层嵌套小区分别使用该频率簇中的不同频率。

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