CN1819690B - 一种应用于fdd/ofdm系统的下行干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对频分双工-正交频分复用(FDD OFDM)系统，提出了一种抑制下行邻小区干扰的方案。通过对每个小区的各个用户划分等级，根据这些等级，为在同一个帧或子帧中发送的不同用户的符号分配不同的发送功率，再通过干扰抑制变换平衡此帧或子帧中各个符号之间的功率，达到在不改变邻小区干扰水平的前提下，实现小区边缘用户和小区中心用户的公平性，有效地抑制小区间干扰。

Description

一种应用于FDD/OFDM系统的下行干扰抑制方法

技术领域

本发明涉及一种适用于基于频分双工(FDD)的正交频分复用(OFDM)系统的下行邻小区干扰抑制方法。

背景技术

未来无线通信系统将致力于发展更高速率、更大动态范围的多种业务，同时扩大网络覆盖面积、提高频谱效率并加大系统的鲁棒性。随着业务量的扩大，频谱资源的匮乏显得尤其突出，如何在一定带宽的频率资源上最大限度的提高数据传输速率成为了当前的热点。

在传统的蜂窝网络中，通过提高小区频率复用因子可以提高频谱效率。然而，随着频率复用因子的增加，邻小区干扰也将由于同频干扰源位置的接近而增加，小区边缘用户由于这些来自邻小区的干扰的增加通信质量被恶化。因此，研究小区间干扰抑制方案对于增加频率复用因子，进而提高频谱利用率是很有意义的。

小区间干扰抑制可以分为上行和下行干扰抑制。本发明所涉及干扰抑制方案是FDD OFDM下行干扰抑制方案，需要考虑的是移动台受到的来自于相邻小区的同频干扰。由于系统的双工方式为FDD，因此所考虑的干扰除了接收机热噪声，主要是来自于邻小区基站的发射信号。

小区间干扰抑制的方法可以分为静态和动态资源分配的方法。频率复用规划的方法属于静态资源分配，这种方法的优点是实现起来非常简单，但是通常是为最坏情况下的干扰抑制所设计的，不能满足适应业务的动态变化的要求，因此灵活性差。动态资源分配的方法又可以分为集中式和分布式控制两种方法。集中式的方法比如有跨小区联合调度的方法，这种方法引入联合优化提高了调度的效率，但是这需要大量的信令反馈信息，而且实现起来的复杂度较高。分布式算法是在每个基站独立的实现调度算法，减少无线网络控制器(RNC)端的处理，满足未来通信系统中快速分组调度的要求。本发明所涉及的FDD/OFDM下行干扰抑制方案属于分布式动态资源分配方案，兼顾了高灵活性和低复杂度的特点。

传统的OFDM系统一般采用各子载波等功率分配的策略，这种方式实现相对比较简单，但是失去了各个用户之间的公平性。小区边缘用户需要更大的发射功率来抵抗大尺度路径损耗；小区中心用户则可以降低发射功率以避免对其它用户造成干扰。为了解决这个问题，可以采用功率控制或功率分配的方法。前者采取在每个时隙根据一定的测量报告(SIR或是其它可测值)调整用户发射功率的方法。这种方法涉及到反馈信令开销、迭代收敛等问题。而采用固定功率分配的办法，在不同子载波上固定地分配不同功率，使得相邻小区之间由于采用不同的分配方式错开了干扰。这种方法缺乏一定的灵活性，并且当用户占用子载波数较多的时候，不能有效地抑制邻小区干扰。

基于上述现状，提供一种灵活性高、代价小并且实现简单的干扰抑制方案是FDD OFDM系统中的一个基本问题。本发明旨在研究一种动态的功率分配方案以及实现简单的邻小区干扰抑制方案，通过两者的联合实现，达到很好的下行干扰抑制效果。

发明内容

针对当前干扰抑制方案中存在的不足，本发明提出了一种可应用于FDD/OFDM系统基于功率分配方案的动态分布式下行干扰抑制方法。该发明能够有效地克服来自相邻小区的干扰，提高小区边缘用户的通信可靠性，从而提高用户的满意度。

蜂窝小区的一个重要特点是不同的小区采用相同的频段进行通信，这样小区边缘的用户由于受到来自采用相同频段通信的小区基站发射信号的干扰，导致信干比恶化，降低了通信的可靠性。

提高本小区基站发射功率的办法可以有效的抑制来自其它同频小区基站的发射信号的干扰，然而这样会增加本小区基站对其它小区的干扰。为了克服这种效应，可以只对边缘用户增加发射功率，而中心用户降低发射功率，从而使得对于这两种用户的总发射功率保持不变。

但是，对不同的用户区分对待，采用不同的发射功率，虽然使得总发射功率保持不变，然而那些高发射功率用户所占用的子载波会对其它用户造成额外的干扰，从而导致干扰分布不均匀，会出现“峰值干扰”导致通信质量的恶化。

本发明为了抑制功率分配导致的“峰值干扰”效应，提出了一种干扰抑制方法，将每个帧中的分属于各个用户的各个待发送符号进行一次联合变换，即将原本一个符号的信息经过变换分散到多个符号发送，这样变换后的每个待发送符号都承载了相同功率原来各个待发送符号的信息，即将原来属于单个符号的突发干扰平均到整个帧中，实现了符号干扰的平均化。

在接收端，移动台通过反变换可以复原出变换前的各个符号。由于复原出的各个符号是经过功率分配的，因此边缘用户由于每个符号分配到更多的功率，可以更好的克服干扰。

当然，对于本小区A和干扰小区B来说，A中的干扰抑制变换和B中的干扰抑制变换必须保持正交，即移动台在对A中信号进行接收时(即进行反变换后)不会使得来自B中干扰经过反变换后分布呈现峰值干扰。因此，需要对小区进行预配置，规划好每个小区的变换方式，使得相邻的使用同样频段的小区采用互相正交的干扰抑制变换。

根据本发明，提供了一种应用于FDD OFDM系统的下行干扰抑制方法，包括以下步骤：

(1)根据网络规划的内容预配置每个蜂窝小区的参数，确定每个小区所用的干扰抑制变换矩阵；

(2)配置信道质量信息(CQI)和功率分配权重之间的映射关系；

(3)基站得到由移动台反馈的信道质量信息，根据步骤(2)中确定的映射关系决定每个用户功率分配的权重；

(4)当各个用户的数据到达缓存时，将之串联得到发送符号串，基站再根据步骤(3)确定的每个用户功率分配权重决定每个符号分配到的功率并且对总功率进行归一化；

(5)基站根据步骤(1)中确定的小区预配置得到干扰抑制变换矩阵，将之作用于步骤(4)处理后的符号串上；

(6)移动台接收符号时，首先根据所在小区由步骤(1)中确定的小区配置得到干扰抑制变换矩阵，将其逆矩阵作用于接收符号串，然后提取属于该用户的符号进行符号判决。

本发明包括以下的部分：小区预配置、用户等级分类、功率分配和干扰抑制变换。各个部分的作用分别是：

小区预配置：小区的预配置主要是根据蜂窝网络的频率规划为相邻的同频小区分配不同的干扰抑制变换方法；

用户等级分类：为了进行功率分配，需要对用户进行等级分类。分类可以根据用户的位置，SIR，频谱效率等信道质量信息，这些信道质量信息可以由移动台通过上行反馈信道得知，基站处根据反馈的信息结合等级分类对功率分配进行动态调整；

功率分配：功率分配的目的是为了使得边缘通信质量较差的用户得到更多的发射功率，有效的克服来自其它小区的干扰；

干扰抑制变换：为了避免功率分配后的各个符号之间幅值不一致而导致的峰值干扰现象，对符号串进行联合变换平衡各个符号的功率。

附图说明

下面结合图示讲述本发明的具体实施方式。其中：

图1是本发明实施实例中符号发送和接收过程流程图。

图2是本发明实施实例中各个蜂窝小区的部署图。

图3是理想情况下实施本发明后下行链路每个符号的功率分配以及导致的邻小区每个符号的干扰功率。

图4是本发明实施实例下行链路每个符号的功率分配以及导致的邻小区每个符号的干扰功率。

具体实施方式

根据本发明，提供了一种基于FDD OFDM系统的下行干扰抑制方案，包括为小区进行预配置，用户等级分类，功率分配，干扰抑制变换等步骤，其中：

在小区规划阶段，根据频率复用情况，确定每个小区的预配置，保证相近小区采用不同的预配置(即干扰抑制变换)；CQI信息可以是用户的位置，频谱效率，SIR等，根据这些可测量的CQI信息，由低链路质量获得高的权重因子的原则给出CQI和功率分配权重之间的映像关系，表格1给出了一种可能的两者之间的映射关系。功率分配权重决定了在总功率一定的情况下，各个符号能够分配到的功率的相对多少；功率分配是根据映射关系进行的，各个符号分到的总功率的百分数等于该符号权重占总权重的百分数；干扰抑制变换是由预配置确定的，符号经过一次变换被分散到各个符号上发送，移动台在进行接收时，恢复出变换之前的发送符号串，由星座图进行符号判决，得到由基站发送的符号。在本发明中的预配置阶段，小区的频率复用系数可以是1，即每个小区都采用相同的资源为用户提供服务。预配置的原则应该确保系统中相邻的使用相同资源为用户提供服务的小区使用不同的预配置，即预配置所提供的干扰抑制变化是正交的。

在本发明中，功率分配在每一个帧或是子帧中进行，对每个帧或子帧中的所有符号给出总功率限制，根据各个符号的权重w_i按比例进行功率分配。经过功率分配后的发送符号串可以表示为：

$e^{\left(m\right)}=\mathrm{diag}\left\{d_i^{\left(m\right)}\right\}\·s^{\left(m\right)}$

其中s^(m)是第m个小区内某帧中待发送的符号串，表示成一个列向量，e^(m)是第m个小区内经过功率分配后某帧中待发送的符号串，表示成一个列向量； $d_i^{\left(m\right)}=\sqrt{N\·w_i^{\left(m\right)}/\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j^{\left(m\right)}}$ 是变换矩阵的对角线上的各个元素，N是这个符号串的符号数目，

是第m个小区某帧中第j个符号的权重。取上述的值是为了保证发射功率归一化。

在本发明中，干扰抑制变换在功率分配之后进行，用于平衡各个发送符号的功率。干扰抑制变换在每一个帧或是子帧中进行，经过干扰抑制变换后的发送符号串可以表示为：

t^(m)＝W^(m)·e^(m)

其中，e^(m)是第m个小区内经过功率分配后某帧中待发送的符号串，表示成一个列向量；t^(m)是第m个小区内经过变换后的符号串，表示成一个列向量；W^(m)是由预配置确定的变换矩阵；通过引入变换矩阵W^(m)使得原来向量e^(m)中每一个元素的信息分散到t^(m)中的每一个元素上，从而解决由于功率分配而带来的峰值干扰问题。

在本发明中，移动台接收信号时，需要进行一次干扰抑制的反变换，经过反变换恢复出来的符号串可以表示为：

r^(m)＝[W^(m)]^-1·t^(m)

其中，t^(m)是第m个小区内的接收符号串，表示成一个列向量；r^(m)是第m个小区内经过反变换后恢复出来的符号串，表示成一个列向量；W^(m)是由预配置确定的变换矩阵；

移动台收到的来自其它小区的干扰可以表示为：

i^(m)＝[W^(m)]^-1t⁽ⁿ⁾＝[W^(m)]^-1W⁽ⁿ⁾e⁽ⁿ⁾

其中，t⁽ⁿ⁾是第n个小区内的接收符号串，表示成一个列向量；i^(m)是第m个小区内经过反变换后恢复出来的来自小区n的干扰，表示成一个列向量；W^(m)，W⁽ⁿ⁾是由预配置确定的小区m，n的变换矩阵；

作为一种可能的W^(m)矩阵的取法，可以取矩阵的每一行为不同相位的同一伪随机序列，不同的配置取不同的伪随机序列的方法。

下面参照附图并结合本发明的实例来描述本发明的下行FDD/OFDM系统的干扰抑制方法。

参照图1，图1是本发明中的干扰抑制方案的符号处理流程图，图中用户1、2......K的数据经过并串变换连接成符号串，根据各个用户的优先级进行功率分配。干扰抑制变换的矩阵由预配置确定，然后经过这些步骤后的符号串发送给移动台。移动台在接收时，先用干扰抑制变换矩阵的逆作用到接收符号串向量，再进行符号判决，提取属于本用户的符号。

参照图2，图2是本发明中的干扰抑制方案的预配置示意图。图中的每个小区可以利用所有的资源为用户进行服务，即频率复用系数为1。图中标号为1，2，3的各个小区分配采用1，2，3三种不同配置，确保相邻小区使用不同的配置。

参照图3，图3是本发明中的干扰抑制变换的示意图。图中的x轴表示各个符号，y轴表示各个符号的功率。“接收符号”是指经过功率分配和干扰抑制的变换和反变换后恢复得到的各个符号，“干扰1”是指仅进行功率分配而不进行干扰抑制变换和反变换得到的来自相邻小区的符号干扰，“干扰2”是指经过功率分配，并且进行干扰抑制变换和反变换得到的来自相邻小区的符号干扰。

“干扰1”所示的不进行干扰抑制变换的符号干扰在1，2两段的功率大于平均值，将对接收符号产生额外的干扰导致接收符号的错误概率增加。在经过了干扰抑制变换后，“干扰2”所示的干扰符号比较平均的保持在一个水平线，“峰值干扰”效应得到很好的抑制。

参照图4，假设两个小区CELL1和CELL2，信道质量信息CQI和功率分配权重之间的映射关系如表1：

表1质量信息和功率分配权重之间的映射关系

 

	等级1	等级2	等级3	等级4
					CQI(频谱效率)	<1/16	<1/4	<1/2	其它
权重因子(w)	16	4	2	1

CELL1中各个参数如下：

两个用户：用户1和用户2；

为了与变换矩阵的列数保持相同，假设OFDM系统子载波数目511；实际系统中可通过填充等方式使得子载波数目与变换矩阵列数相同；

用户1发送的符号用户2发送的符号

用于生成CELL1符号变换矩阵的伪随机序列的生成多项式为f(x)＝x⁹+x⁴+1；

CELL2中各个参数如下：

两个用户：用户1和用户2；

OFDM系统子载波数目511；

用户1发送的符号

用户2发送的符号

用于生成CELL2符号变换矩阵的伪随机序列的生成多项式为f(x)＝x⁹+x⁴+x³+x+1；

发送和接收符号的流程如下：

(1)将各个用户的符号串接起来得到待发送符号 $s^{\left(1\right)}=\left(\begin{array}{cccc}{s}_1^{\left(1\right)}& s_2^{\left(1\right)}& \·\·\·& s_{511}^{\left(1\right)}\end{array}\right)$ 和 $s^{\left(2\right)}=\left(\begin{array}{cccc}{s}_1^{\left(2\right)}& s_2^{\left(2\right)}& \·\·\·& s_{511}^{\left(2\right)}\end{array}\right);$

(2)假设发送符号为根据表1的映射关系并且结合用户当前的CQI决定权重因子，这里假设：

(a)CELL1中的用户1权重4，用户2权重1；

(b)CELL2中的用户1权重1，用户2权重4；

也就是说，在CELL1中用户1分到的每个符号的能量是用户2的4倍(幅度为2倍)，CELL2中用户1分到的每个符号的能量是用户2的1/4(幅度为1/2)。

(3)归一化后得到发送符号向量为，

CELL1： $e^{\left(1\right)}=\sqrt{\frac{511}{911}}\left(\begin{array}{cccccc}2s_1^{\left(1\right)}& \·\·\·& 2s_{100}^{\left(1\right)}& s_{101}^{\left(1\right)}& \·\·\·& s_{511}^{\left(1\right)}\end{array}\right)$

CELL2： $e^{\left(2\right)}=\sqrt{\frac{511}{822}}\left(\begin{array}{cccccc}{s}_1^{\left(2\right)}& \·\·\·& s_{200}^{\left(2\right)}& 2s_{201}^{\left(2\right)}& \·\·\·& 2s_{511}^{\left(2\right)}\end{array}\right)$

归一化的作用是使得s和e的总功率保持一致。向量e⁽¹⁾和e⁽²⁾如图4中(a)(b)所示。

(4)将CELL1和CELL2的符号变换矩阵W⁽¹⁾和W⁽²⁾分别乘到向量e⁽¹⁾和e⁽²⁾上得到发送符号t⁽¹⁾＝W⁽¹⁾e⁽¹⁾和t⁽²⁾＝W⁽²⁾e⁽²⁾。

(5)CELL1中的用户1，2通过将接收到的发送符号左乘上CELL1的符号变换矩阵W⁽¹⁾得到接收符号r⁽¹⁾＝[W⁽¹⁾]^-1t⁽¹⁾；CELL1中用户1，2受到的来自CELL2的干扰为i⁽¹⁾＝[W⁽¹⁾]^-1W⁽²⁾e⁽²⁾，图4(a)画出了各个符号的干扰。

CELL2中的用户1，2通过将接收到的发送符号左乘上CELL1的符号变换矩阵W⁽¹⁾得到接收符号r⁽²⁾＝[W⁽²⁾]^-1t⁽²⁾；CELL2中用户1，2受到的来自CELL2的干扰为i⁽²⁾＝[W⁽²⁾]^-1W⁽¹⁾e⁽¹⁾，图4(b)画出了各个符号的干扰。

可以看到，虽然CELL2的各个符号不是等功率分配发送的，但是它的干扰却是等功率的，不会因为某些符号大功率发送而导致对邻小区产生很大的干扰。

Claims (5)

1.一种用于FDD/OFDM系统的下行干扰抑制方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)根据网络规划的内容预配置每个蜂窝小区的参数，确定每个小区所用的干扰抑制变换矩阵，并确保相邻的小区使用不同的干扰抑制变换矩阵，使得干扰抑制变换保持正交；

(2)配置信道质量信息和功率分配权重之间的映射关系；

(3)基站得到由移动台反馈的信道质量信息，根据步骤(2)中确定的映射关系决定每个用户功率分配的权重；

(4)当各个用户的数据到达缓存时，基站对来自于各个用户的符号进行并串变换得到发送符号串，基站再根据步骤(3)确定的每个用户功率分配权重决定每个符号分配到的功率并且对总功率进行归一化；

(5)基站根据步骤(1)中确定的小区预配置得到干扰抑制变换矩阵，将之作用于步骤(4)处理后的符号串上；

(6)移动台接收符号时，首先根据所在小区由步骤(1)中确定的小区配置得到干扰抑制变换矩阵，将其逆矩阵作用于接收符号串，然后提取属于该用户的符号进行符号判决。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)决定每个用户的功率分配权重的信道质量信息可以是移动台位置、频谱效率、SIR、接收功率，基站在一个帧或是子帧中对于来自于各个用户的符号根据权重分配功率，具体的分配方式是正比分配。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于分配完功率后的符号串进行干扰抑制变换，乘上干扰抑制矩阵，生成各个小区的变换矩阵。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基站对于发送符号串进行干扰抑制变换，移动台相应进行反变换，恢复出发送给移动台的符号，但是来自相邻小区的干扰符号依然平均分布到各个符号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每一行都是不同相位的同一伪随机序列，不同的配置取不同的伪随机序列，从而得到干扰抑制变换矩阵。

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