CN1770903A - 一种正交频分多址系统的组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正交频分多址系统的组网方法，将正交频分多址系统的覆盖区域按照距离基站的实际距离划分为基站的小区中心区域及小区边缘区域；并将所述正交频分多址系统的所有子载波划分为一个或者一个以上子载波集合，将子载波集合进一步划分成一个以上的子载波组；小区中心区域使用所述正交频分多址系统的子载波集合，并且相邻小区的小区中心区域使用相同的子载波集合；小区边缘区域使用其中一个子载波组，并且位于相邻小区的小区边缘区域内的移动终端使用不同的子载波组。应用本发明所述的组网方法，在实现了单频组网的同时，大大提高了系统的容量以及频率复用度。

Description

一种正交频分多址系统的组网方法

技术领域

本发明涉及到移动通信系统的组网方法，特别涉及到一种正交频分多址(OFDMA)系统的组网方法。

背景技术

正交频分复用(OFDM)技术的主要思想就是在频域内将给定的信道划分成许多正交的子信道，各子载波并行调制和传输数据。这样，由于每个子载波的频率响应是相对平坦的，并且在每个子载波上进行的数据传输均是窄带传输，其信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。由于在OFDM系统中，各个子载波相互正交，因此它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。由此，OFDM系统具有频谱效率高、抗多径干扰等特性。目前，OFDM正逐渐成为无线通信系统的关键技术之一。

OFDMA是OFDM调制技术和FDMA多址方式的结合。OFDMA的主要思想是将OFDM的多个子载波分配给不同的用户，并且OFDMA系统可以根据当前信道环境、带宽分配等因素的变化实时改变各移动用户子载波的分配情况。

当OFDMA应用于蜂窝移动通信系统时，如何进行组网是一个需要重点考虑的问题。为了实现蜂窝系统无缝覆盖的要求，同时为了避免过大的同频干扰，通常需要在OFDMA的组网中使用多个频点，并且相邻小区要使用不同的频点。按传统的组网干扰分析理论可以计算出，如果每个小区使用一个频点，则要实现小区之间无缝覆盖，通常需要7个频点。如果频点少于7，在小区边缘一定范围的区域内会由于同频信号的干扰太严重而无法进行信号正确解调的情况，从而形成部分信号无法有效覆盖的盲区。例如，如果OFDMA系统仅使用三个频点，虽然可以实现相邻的小区使用不同的频点，但是由于同频信号间干扰的存在，不能使接收信号信噪比满足解调门限的要求，在小区边缘的一定范围内会由于同频干扰而不能正常工作，因而不能实现蜂窝系统组网要求的无缝覆盖。按照移动通信组网理论计算，当使用QPSK调制1/2卷积编码，衰落因子取3.5时，OFDMA系统信号的有效覆盖范围上行约为60％，下行约为89％。

图1为现有技术中全向小区使用7个频点进行组网的示意图。图2为现有技术中三扇区小区使用7个频点进行组网的示意图。图2中的F1至F7为OFDMA各小区使用的7个频点。从图1和图2可以看出，图1及图2中的每个小区都使用了一个频点，并且相邻的小区使用的频点不相同，因此，所示的组网方式进一步减小了信号间的同频干扰，实现了蜂窝系统无缝覆盖要求。但是，随着无线通信技术的不断发展，有限的频谱资源变得日趋紧张，而且目前，一个运营商已经很难拥有足够的频点数目以支持上述的组网方式，另外，由于相邻的小区不能使用相同的频点，造成上述组网方式的频谱利用率也很低。

为了解决上述问题，同时充分利用OFDMA技术的特点，另外一种可行的组网方式是：配置整个OFDMA系统可以仅使用一个频点，并将该频点的OFDMA的全部子载波划分成多个子载波组，然后按照图1及图2的方法在相邻的小区中使用不同的子载波组。由于OFDM的子载波之间实质上也是按频率区分的，因此，相邻的小区需要使用不同的子载波组，这样，减小了信号间的同频干扰，使组网成为可能。同样，根据传统的组网干扰分析理论，要实现小区之间无缝覆盖，子载波组的数目也应至少为7。

图3显示了全向小区使用同一频点的7个子载波组进行组网的示意图。图4显示了三扇区小区使用同一频点的7个子载波组进行组网的示意图。其中，F1为OFDMA所有的子载波的集合；F11至F17为F1的7个子载波组，均是F1的子集。从图3和图4可以看出，图3及图4中所示的所有小区使用的频点都是相同的，但是每个小区或每个扇区仅使用了该频点7个子载波组F11至F17中的一个，并且相邻的小区或者扇区使用了不同的子载波组。因此，上述的组网方式也可以进一步减小信号的同频干扰，实现蜂窝系统无缝覆盖要求，同时，由于该OFDMA系统所使用的子载波组属于一个频点，因此，实现了OFDMA系统的单频组网。但是，在上述组网方法中，由于每个小区或者扇区只能使用一个子载波组，即只能使用OFDMA系统所有子载波中的1/7或者更少，因此，应用上述组网方式OFDMA系统的系统容量也就只有使用所有子载波的1/7或者更小，将无法满足用户对系统容量的需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种OFDMA系统的组网方法，可以在实现单频组网的同时，提高OFDMA系统的容量。

本发明所述的组网方法将正交频分多址系统的覆盖区域按照距离基站的实际距离划分为小区中心区域及小区边缘区域；并将所述正交频分多址系统的所有子载波划分为一个或者一个以上子载波集合，将子载波集合进一步划分成一个以上的子载波组；

小区中心区域使用所述正交频分多址系统的子载波集合，并且相邻小区的小区中心区域使用相同的子载波集合；

小区边缘区域使用其中一个子载波组，并且相邻小区的小区边缘区域内的移动终端使用不同的子载波组中的子载波调制信号。

本发明所述方法进一步包括：基站使用其自身使用的能覆盖全小区载波组中的子载波发送广播消息。

所述基站为自身使用的每个子载波组确定一个唯一对应的前导码信息图案；

基站在发送广播消息之前进一步包括：基站发送与广播消息所在子载波组对应的前导码信息图案；

移动终端在接入网络时，首先检测前导码信息，并根据检测到的前导码信息图案确定当前基站使用的子载波组以及广播消息使用的子载波。

本发明所述方法进一步包括：当移动终端接入网络后，基站根据移动终端对邻小区进行测量并上报的传播时延信息确定移动终端所处的区域。

由此可以看出，应用本发明所述的OFDMA系统组网方法可以获得以下有益效果：

1、本发明所述的方法实现了OFDMA系统的单频组网，有效的节省了频谱资源；

2、本发明所述的方法在离基站较近的地方使用了较多的子载波以及较高的子载波复用程度，相邻的基站可以在离自身较近一定范围的区域内重复使用相同的子载波，大大提高了频谱的复用效率；

3、本发明所述的方法在离基站较远的区域使用了较少的子载波以及较低的子载波复用程度，并且相邻的基站在距离自身较远的区域内使用不同的子载波，降低了信号间的同频干扰，实现了小区之间信号的无缝覆盖。

附图说明

图1为现有技术中全向小区使用7个频点进行组网的示意图；

图2为现有技术中三扇区小区使用7个频点进行组网的示意图；

图3为现有技术中全向小区使用同一频点的7个子载波组进行组网的示意图；

图4为现有技术中三扇区小区使用同一频点的7个子载波组进行组网的示意图；

图5为本发明一个优选实施例所述的全向小区组网示意图；

图6为本发明一个优选实施例所述的三扇区小区组网示意图；

图7为本发明一个优选实施例所述的子载波分配示意图；

图8为本发明所述的前导码信息和广播消息在不同小区帧结构中的位置示意图。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

为了实现单频组网，同时保证较高的系统容量以及频率复用程度，本发明所述的组网方法，在距离基站较近的区域内使用具有较多的子载波的子载波集合和较高的子载波复用程度，同时相邻的基站可以在离自己近的一定范围区域内重复使用相同的子载波；而在距离基站远的区域内使用具有较少的子载波的子载波组和较低的子载波复用程度，仍然采用现有技术的方法将OFDM的所有子载波分成大于等于7的多个子载波组，在每个小区或者扇区中距离基站较远的区域内只使用这些子载波组中的一个，且相邻小区或者扇区使用不同的子载波组，这样，由于传播信道的衰落使相邻小区信号间同频干扰减小，使信号的信噪比满足信号解调的门限，能够正确解调接收，实现蜂窝系统无缝覆盖的要求。

图5为本发明一个优选实施例所述的全向小区组网示意图。其中，F1表示所有子载波组成的集合；F11、F12……F17为F1的子载波组，表示F1中一部分子载波的集合，是F1的子集。

从图5可以看出，在本发明所述的方法中，将OFDMA系统覆盖的区域按照距离基站的远近划分为两部分：一部分距离基站较近，称为小区中心区域，如图5中各个小区内的小六边形区域所示；另一部分距离基站较远，称为小区边缘区域，如图5中除各个小区内小六边形之外的区域所示。

在图5所示的OFDMA组网方法中，在各个小区的小区中心区域内使用子载波集合F1，因此，在上述小区中心区域内，频率的复用程度为1，且系统的容量较大；而在各个小区的小区边缘区域，则按照现有技术中的组网方法，将F1划分为大于等于7个的子载波组，例如：F11、F12……F17，每个小区的小区边缘区域使用其中一个子载波组，并且相邻的小区边缘区域使用不同的子载波组。因此，在各个基站的小区边缘区域内，虽然其频率的复用程度较低，系统的容量较小，但是，由于在每个小区的小区边缘区域内只使用上述子载波组中的一个，并且相邻小区的小区边缘区域使用不同的子载波组，因而可以实现小区之间的无缝覆盖。同时，每个小区的小区边缘区域还可以作为其小区中心区域的保护区域，即虽然在相邻小区的小区中心区域内使用了相同的载波组F1，但是同频信号经过小区边缘区域的衰落到达相邻小区的小区中心区域后，所能引起的干扰将会大大的减小，使得小区中心区域内信号的信噪比满足信号解调的门限，可以正确解调。

在上述组网方案中，可以通过功率控制来使小区边缘区域使用的子载波覆盖整个小区，而其他子载波只覆盖小区中心区域。终端在小区中的位置可以通过终端测量上报等方法来确定。

另外，为了使整个小区内所有的移动终端都能接收到广播消息，小区内的广播消息必须使用在该小区内使用的能覆盖全小区的子载波组来发送，例如图5所示的子载波集F11或F17等等。移动终端在初始接入网络时，并不知道基站广播消息使用的子载波，在OFDMA系统的帧结构中通常在帧头有前导码信息(Preamble)，本发明所述的方法可以对Preamble进行合理设计，使移动终端在检测到Preamble后能区分出能覆盖全小区的子载波组和广播消息所处的能覆盖全小区的子载波组中的子载波。图8显示了本发明所述的Preamble和广播消息在不同小区帧结构中的位置示意。图8中，F11、F12以及F13标注的区域分别表示使用F11、F12以及F13子载波组的小区边缘区域使用的帧结构，图中的阴影区域表示广播消息，方格区域表示Preamble。从图中可以看出，Preamble只在能覆盖全小区的子载波组上发送。另外需要说明的是，每一个能覆盖全小区的子载波组有与之唯一对应的Preamble图案。这样，终端在一个子载波组上检测到Preamble后，就可以根据Preamble的图案来判断当前小区使用的子载波组和广播消息使用的子载波，进而能解析出广播消息，然后接入网络。虽然图8仅显示了F11、F12以及F13子载波组的帧结构中Preamble和广播消息的位置，类似的，移动终端也可以通过相同的方法识别F14、F15、F16及F17子载波组以及使用上述子载波组发送的广播消息。

从图5所示的组网方法可以看出，应用上述组网方法的OFDMA系统在实现了单频组网的同时，大大的提高了OFDMA系统的容量以及频率的复用程度。

需要说明的是，图5所示的组网方法仅为本发明的一个优选实施例，熟悉本领域的技术人员可以理解，将F1划分为7组以上的子载波组，并且在每个小区的小区边缘区域内使用其中一个子载波组，只要保证相邻小区的小区边缘区域使用不同的子载波组，就可以满足蜂窝系统的无缝覆盖要求，同时实现OFDMA系统单频组网，达到提高OFDMA系统容量和频率复用程度的目的。

图6为本发明一个优选实施例所述的三扇区小区组网示意图。其中，F1为所有子载波组成的集合。F11、F12、F13为F1不相重叠的三个子集，也称为子载波集合，表示F1中一部分子载波的集合。F111、F112、F113表示F11子载波集合中的一部分子载波的集合，是F11的子集；F121、F122、F123是F12的子集，F131、F132、F133是F13的子集，称为子载波组。

从图6可以看出，本发明所述的方法同样按照距离基站的远近将OFDMA系统覆盖的区域划分为两部分，一部分距离基站较近，称为小区中心区域，如图中各个扇区内的小六边形内部的区域所示；另一部分距离基站较远，称为小区边缘区域，如图中除各个扇区内小六边形之外的区域所示。

在图6所示的组网方法中，首先将OFDM的所有子载波分成三个子载波集合，各个小区内的不同扇区使用不同的子载波集合，并且上述子载波集合中的所有的子载波在相邻的小区里都可以复用，如图中的F11、F12及F13所示。为了组网方便，设置在相邻的小区内，方向相同的扇区使用相同的子载波组。在距离基站较近的小区中心区域内使用所有子载波集合F11、F12或F13，同一小区内的不同扇区使用不同的子载波集合，而不同小区的小区中心区域使用相同的子载波集合F11、F12及F13。因此，在小区中心区域内，系统的频率复用程度为1，系统的容量较大。而在小区边缘区域，则按照现有技术中的组网方法，将F11、F12及F13再次划分为多个子载波组，每个扇区内的小区边缘区域仅使用一个子载波组，并且相邻的方向相同的扇区内的小区边缘区域使用不同的子载波组，如图7所示，在上述实施例中首先将F1包含的子载波划分为3个子载波集合F11、F12及F13，然后在分别将F11、F12及F13分别划分为子载波组F111、F112、F113、F121、F122、F123以及F131、F132、F133，一共划分为9组。因此，在小区边缘区域内，虽然其频率的复用程度较低，系统的容量较小，但是，满足蜂窝系统无缝覆盖的要求，可以实现小区之间信号的无缝覆盖。同时，每个小区的小区边缘区域还可以作为其小区中心区域的保护区域，降低相邻的小区中心区域内信号的同频干扰，即虽然相邻小区的小区中心区域使用了相同的载波组F1，但是同频信号在经过小区边缘区域的衰落到达相邻小区的小区中心区域后，所能引起的干扰将会大大的减小，使得信号的信噪比满足信号解调的门限，可以正确解调。

在图6所示的组网方法中，每个扇区在其小区中心区域内使用子载波集合F11、F12或F13中的一个，同时保证相邻扇区使用的子载波集合不相同，而相邻小区内方向相同的扇区使用相同的子载波集合。在其小区边缘区域内使用的子载波组则可以根据其小区中心区域使用的子载波集合选择使用子载波组F111、F112、F113、F121、F122、F123以及F131、F132、F133中的一个，同时保证相邻小区内相同方向的扇区在上述小区边缘区域内使用的子载波组不相同。例如，某个小区包括三个扇区，每个扇区内基站小区中心区域内分别使用子载波集合F11、F12或F13，则使用子载波集合F11扇区的小区边缘区域应当使用子载波组F111、F112或F113，同时保证相邻小区内方向相同扇区的小区边缘区域所使用的子载波组不相同，因此可以实现OFDMA信号的无缝覆盖。类似的，使用子载波集合F12或F13的扇区的小区边缘区域选择子载波组的方法和上述方法相同。

同样，在上述组网方案中，功率控制来控制各子载波的覆盖范围，小区边缘区域使用的子载波的发射功率要求能够覆盖全小区，小区中心区域使用的子载波只覆盖小区的中心区域。可以通过终端测量上报来确定终端处于中心区域或边缘区域。

另外，为了使整个小区内所有的移动终端都能接收到广播消息，小区内的广播消息也必须使用在该小区内使用的能覆盖全小区的子载波组来发送，例如F111或F112等等，广播消息所在子载波组的识别方法也可以参见图8。

从图6所示的组网方法可以看出，应用上述组网方法的OFDMA系统实现了单频组网，与传统的组网方法相比提高了OFDMA系统的容量和频率的复用程度。

需要说明的是，图6所示的组网方法也仅为本发明的另一个优选实施例，熟悉本领域的技术人员可以理解，将F11、F12以及F13划分为7组以上的子载波组，并且在每个扇区内的小区边缘区域内使用其中一个子载波组，只要保证相邻小区内方向相同扇区的小区边缘区域使用不同的子载波组，就可以实现蜂窝系统的无缝覆盖要求，同时实现OFDMA系统单频组网，以及提高OFDMA系统容量和频率复用程度的目的，而不会超出本发明的精神和范围。

另外，本发明所述的组网方法，不仅适用于上述的全向小区以及三扇区组网方式，也适用于其他任何多扇区的组网方式，以及使用智能天线、MIMO等增强技术的组网方法中。

熟悉本领域的技术人员还应当理解，本发明所述的组网方法还可以进一步扩展，一种情况是在频点数允许的情况下图7中的F11、F12、F13可以各自是一个完整的频点的所有子载波，每个扇区使用一个频点，三扇区在内部分为子载波组，中心区域和边缘区域的组网原理跟前面的方法相似；另一种情况可以按照小区内区域距离基站的远近划分为多于2个的区域，并将OFDMA系统的所有子载波资源划分为不同等级的子载波组，例如图7所示的将F1划分为两级子载波组的情况。在距离基站最近的区域使用等级最高的子载波组资源，实现高的系统容量以及高的频率复用度；而在距离基站较远的区域使用等级较低的子载波组资源，并且相邻的小区使用不同的子载组波资源，以达到减少同频干扰的目的，实现信号的无缝覆盖。

以上举优选的实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述为本发明的优选实施例而已，并不用以显示本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1、一种正交频分多址系统的组网方法，其特征在于，将正交频分多址系统的覆盖区域按照距离基站的实际距离划分为小区中心区域及小区边缘区域；并将所述正交频分多址系统的所有子载波划分为一个或者一个以上子载波集合，将子载波集合进一步划分成一个以上的子载波组；

小区中心区域使用所述的正交频分多址系统的子载波集合，并且相邻小区的小区中心区域使用相同的子载波集合；

小区边缘区域使用所述一个子载波组，并且相邻小区的小区边缘区域使用不同的子载波组。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：基站使用其自身使用的能覆盖全小区的子载波组中的子载波发送广播消息。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，基站为自身使用的每个子载波组确定一个唯一对应的前导码信息图案；

基站在发送广播消息之前进一步包括：基站发送与广播消息所在子载波组对应的前导码信息图案；

移动终端在接入网络时，首先检测前导码信息，并根据检测到的前导码信息图案确定当前基站使用的子载波组以及广播消息使用的子载波。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：当移动终端接入网络后，基站根据移动终端对邻小区进行测量并上报的信息确定移动终端所处的区域。

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