CN1941689A - 时分双工ofdm系统子频带调度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时分双工OFDM系统子频带调度的方法，包括，用户终端接收并测量服务基站的导频符号功率电平；将测量的导频符号在所述多个子频带上的一组接收功率电平值、或者是将由上述一组测量值与服务基站导频符号在其天线连接处的发射功率进行比较而得出的一组路径损耗值通过空中接口上报给网络；网络根据各个子频带的路径损耗值进行子频带的调度。本发明利用了时分双工无线通信系统上下行信道具有互易性的特点，通过测量下行导频符号获得各个子频带的路径损耗信息，并依据该信息进行上下行子频带资源的调度，可以在调度时避免频率选择性衰落的影响，从而达到有效利用多用户分集效应提高系统资源利用率和系统吞吐量的目的。

Description

时分双工OFDM系统子频带调度的方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术，特别是涉及一种时分双工OFDM系统中，根据通过从下行导频符号测量获得的路径损耗信息进行上下行子频带调度的方法。

背景技术

移动通信技术的发展旨在为用户提供更高速率、更灵活的信道资源使用和分配方式，以满足目前广大移动通信用户日益增长的对新一代移动通信系统丰富的业务及应用需求，同时还要尽可能地提高系统的利用率和吞吐量，以便有效地利用稀少的无线频率资源为运营商创造更多的利润空间。移动通信系统所遭受的信道环境在所有的通信系统中是相对比较恶劣的，无线信道中的突发性干扰、多径传播、时变性以及深度频率选择性衰落等给信号的有效接收带来了困难，也给移动通信系统的设计不断提出挑战。

正交频分复用(OFDM)技术把高速的数据流通过串并转换，分配到速率相对较低的若干个子载波中进行传输，不仅可以有效地减少由于无线信道的时间弥散所带来的符号间干扰(ISI)，而且由于各个子载波之间的正交性，可以最大限度地利用频率资源，因而，OFDM技术成为了目前在无线通信领域最具有发展前途的技术之一。在第三代移动通信的发展及其长期演进计划(LTE)中，OFDM技术受到了移动通信业界的高度重视，基于OFDM技术的无线接入技术方案层出不穷。关于基于OFDM的多址接入以及在多用户环境下对无线资源的有效调度和分配也是研究的焦点问题之一。

由于OFDM系统占用较宽的频带，其中不同的子载波可能会受到不同的频率选择性衰落的影响，基于频域的调度已经被业界公认为是一种可以利用多用户分集效应提高系统吞吐量的有效手段。在OFDM系统中，如果一个符号跨越整个系统可用的全部频段，这个符号可能包括的子载波数会多达几百个，因此，通常会把整个OFDM系统的频段划分为若干子频带，每个子频带包括若干个子载波并作为资源分配和调度的最小单位，在用户终端需要使用网络提供的无线连接时，网络根据用户终端的业务需求为其在上下行方向分别提供1或多个子频带的资源，另外，网络也可以根据各用户终端的优先级以及缓冲区需要发送的数据量大小等信息辅助进行资源的调度，以达到整个系统的最优性能。

OFDM技术的主要思想是将频域分成许多正交子载波信道，各子载波并行传输。在频率选择性衰落信道环境下，由于每个子载波的信号带宽较小仅相当于受到平坦衰落，因此，其它未受到深度衰落影响的子频带仍然可以正常地传输数据。对于实际系统中共享使用同一OFDM系统中的时频资源的用户终端而言，由于所处的位置环境以及采用不同的移动速度等因素，各用户终端所遭受的子频带衰落是不同的。在OFDM系统中进行频域调度实际上需要解决的问题就是如何获取用户终端不同子频带的信道衰落信息，并以某种性能指标作为优化的准则将系统中的时频资源分配给最合适的用户终端的上下行通信链路使用，其中尤以上行链路的频域调度最为困难。对于时分双工(TDD)无线通信系统，由于上下行采用相同的频段进行数据传输因而上下行信道具有互易性，如果能在时分双工OFDM系统的系统设计中利用这一特性并进而能用于子频带资源的调度，则可望能提供较好的系统性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种时分双工OFDM系统子频带调度的方法，以准确地反映OFDM系统所受到的频率选择性衰落，并进而用于上下行子频带的调度，克服现有OFDM系统不能有效进行频域调度、特别是进行上行链路频域调度的缺陷，从而提高OFDM系统的吞吐量。

为此，本发明提供如下的技术方案：

一种时分双工OFDM系统子频带调度的方法，其中，基站以预定的功率电平在多个子频带上通过空中接口发送下行导频符号，用户终端在需要与网络进行通信时，通过由网络分配的一个或数个子频带同服务基站建立无线通信链路，其特征在于，所述方法包括步骤：

用户终端在所处位置接收并测量服务基站的导频符号功率电平；

用户终端将测量的导频符号在所述多个子频带上的一组接收功率电平值、或者是将由上述一组测量值与服务基站导频符号在其天线连接处的发射功率进行比较而得出的一组路径损耗值通过空中接口上报给网络；

网络根据用户终端所处位置的各个子频带的路径损耗值进行子频带的调度。

其中，

所述的服务基站导频符号在其天线连接处的发射功率是在每个基站的系统广播消息中向覆盖区域内发送，用户终端通过监听所属基站的系统广播而获得；

网络进行子频带调度所根据的多个子频带的路径损耗值是通过服务基站导频符号在其天线连接处的发射功率与多个子频带上的一组接收功率电平值相减得到的；

所述的子频带调度可以是在用户终端向网络发起接入请求时进行的，也可以是在用户终端与网络建立通信连接后的连接模式状态下进行的，网络根据用户终端所处位置的各个子频带的路径损耗值为用户终端优先分配路径损耗值小的子频带资源进行通信，所分配的子频带资源分别包括上行链路方向和下行链路方向；

所述的方法还包括，将用户终端所处位置的各个子频带的路径损耗值与一个门限值进行比较，网络在进行子频带的调度时，只考虑将路径损耗值小于所述门限值的子频带分配给所述用户终端；

当用户终端处于空闲模式时，其在所处位置进行的测量是按照预先定义或者根据网络指定的测量周期进行的，并在向网络发起接入请求时将最新一次测量得到的一组接收功率电平值、或者是将由上述一组测量值与服务基站导频符号在其天线连接处的发射功率进行比较而得出的一组路径损耗值通过空中接口上报给网络；

当用户终端处于与网络建立通信连接后的连接模式时，在所处位置进行的测量是按照预先定义或者根据网络指定的测量周期进行的，并在每个测量周期将最新一次测量得到的一组接收功率电平值、或者是将由上述一组测量值与服务基站导频符号在其天线连接处的发射功率进行比较而得出的一组路径损耗值通过空中接口上报给网络；

所述包含下行导频符号的子频带可以是集中在一个下行时隙中发送，也可以分布在多个下行时隙中发送；

所述基站发送的导频符号可以覆盖系统所有的子频带，也可以仅在部分子频带上存在，当导频符号仅在部分子频带上存在时，网络进行子频带调度所根据的用户终端所处位置的各个子频带的路径损耗值是通过对部分子频带上得到的数值进行插值得到的；

所述的导频符号在多个子频带上的一组接收功率电平值是通过对多次的瞬时测量值进行平均或平滑滤波得到的；

所述的用户终端还对导频符号的信干比进行测量，并将获得的多个子频带上的一组信干比测量值上报给网络；

所述的用户终端还对导频符号在每个子频带进行信道估计，将所获得的有限个抽头的多个子频带上的若干组信道冲激响应值上报给网络。

由以上本发明提供的技术方案可以看出，本发明针对一个基站以预定功率电平在多个子频带上通过空中接口发送下行导频符号的时分双工OFDM系统，通过用户终端在所处位置接收并测量服务基站的导频符号功率电平，并将测量的功率电平或者是子频带路径损耗信息上报给网络，网络根据用户终端所处位置的各个子频带的路径损耗值进行子频带的调度，从而可以克服现有OFDM系统不能有效进行频域调度、特别是进行上行链路频域调度的缺陷，从而提高OFDM系统的吞吐量。

附图说明

图1是本发明方法的实现流程图。

具体实施方式

本发明的核心在于针对一个基站以预定功率电平在多个子频带上通过空中接口发送下行导频符号的时分双工OFDM系统，通过用户终端在所处位置接收并测量服务基站的导频符号功率电平，并将测量的功率电平或者是子频带路径损耗信息上报给网络，网络根据用户终端所处位置的各个子频带的路径损耗值进行子频带的调度。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明方法的实现流程如图1所示，包括以下步骤：

步骤101：用户终端在所处位置接收并测量服务基站的导频符号功率电平；

在一个时分双工无线通信系统中，无线接口通常被分割为时间上连续无线帧，一个无线帧又被分割为若干个时隙，其中有特殊时隙和业务时隙，特殊时隙一般用于发送如导频信号、或者是起到保护上下行间隔的目的，如目前在第三代合作伙伴项目(3GPP)有关标准中定义的TD-SCDMA系统。在以这样一个时分双工系统为基础来设计满足LTE要求的时分双工OFDM系统时，可以以OFDM调制方式来使用无线帧中的每个时隙，例如，可以在原来发送下行导频信号的下行导频时隙以覆盖整个系统频段范围的所有子载波上发送OFDM导频符号。根据需要，也可以只在整个频段范围内的某些子载波上发送导频符号，实际的OFDM系统由于整个频段范围内可能具有数百个子载波，若干个子载波组合在一起被称为一个子频带，系统在资源分配和调度时通常会以子频带为最小单位。因此，导频符号可能在整个子频带上发送，也可能只在子频带中的一个或数个子载波上发送。

位于基站覆盖范围内的用户终端可以按照预先定义或者根据网络指定的测量周期对所述的导频符号接收功率电平进行测量，这一基站对该用户终端来说就是服务基站。一个移动通信网络通常由很多基站组成，相邻的基站间为了避免导频信号的相互干扰便于用户终端确定驻留在哪个基站的覆盖范围内，通常相邻基站会采用不同的导频符号或者是导频符号编码类型等，此作用类似于目前码分多址(CDMA)系统中的小区扰码。也可以使相邻不同基站分别在不同的子载波上发送导频符号，具体取决于导频时隙和导频符号分布方式的设计。另外，帧结构中可以包含多个下行导频时隙，这样包含所发送下行导频符号子载波的子频带可以是集中在一个下行时隙中的，也可以是分布在多个下行时隙中的。

不论导频符号所采用的发送方式如何，用户终端都可以相应地利用接收机对导频时隙进行测量，获得不同子载波上的接收功率电平。例如，具体的测量方式可以采用将接收的时域信号经模数转换后变为数字信号，再经过傅立叶变换转换到频域上，通过测量相应子载波上的信号幅度大小就可以得到接收功率电平，这一测量过程可以采用简单地数字信号处理技术来实现。另外，也可以采用其它的测量方法，因此，测量不同子载波上接收信号功率电平所采用的具体技术是这一领域的一般技术人员所公知的。

无线信道中除了随距离而变化的慢衰落之外，还叠加有快衰落，在快衰落的影响下，接收机所收到的信号变化幅度是非常大的，深度的快衰落有时可能达到30个dB以上，这种快衰落的存在会对测量的精度造成相当大的影响。因此，除了可能采用模拟或数字滤波方法外，还可以通过对多次的瞬态采样测量值进行平均或者是平滑滤波，例如，采用如下式所示的一阶平滑滤波器：

P(t)＝(1-λ)P(t-1)+λP′(t)

其中，λ为遗忘因子，P′(t)为本次的测量值，P(t)和P(t-1)分别为平滑处理后的本次和上一次测量值。通过采用平均或平滑处理的方法，可以有效消除随机测量误差、消除快衰落的影响。另外，由于导频符号是已知的，用户终端还可以采用信道估计方法获得各个子频带的信道冲激响应，也还可以对导频符号的信干比进行测量，这些测量方法都是已知的。

步骤102：用户终端将测量的导频符号在所述多个子频带上的一组接收功率电平值、或者是将由上述一组测量值与服务基站导频符号在其天线连接处的发射功率进行比较而得出的一组路径损耗值通过空中接口上报给网络；

位于服务小区内用户终端通常有处于空闲状态的，也有正处于与网络建立通信连接后的连接模式状态的。

处于空闲状态下的用户终端可以按照预先定义或者根据网络指定的测量周期在所处位置对服务基站的下行导频符号进行测量。在空闲状态下的测量周期可以是比较长的，这样有利于用户终端的省电。每个周期对测量得到的导频符号在各个子载波上的接收功率电平可以进行平均或平滑处理后保存。当用户终端自身发起业务或者是响应网络的寻呼消息而向网络发起接入请求时可以将最新一次测量得到并经处理后的一组接收功率电平值随接入请求消息报告给网络，也可以随后根据网络的下行专用信令向网络报告。另外，也可以采用向网络报告各个子载波或子频带上路径损耗的方式。为了能向网络报告路径损耗参数，通常需要服务基站将其在天线连接处的导频符号发射功率以信令形式向覆盖区域内发送，一般是采用通过广播信道向覆盖区域内广播系统广播消息的方式，这时，用户终端就必须具有监听所属服务基站的系统广播而获得此信息的能力。网络进行子频带调度所根据的多个子频带的路径损耗值是通过服务基站导频符号在其天线连接处的发射功率与多个子频带上的一组接收功率电平值相减得到的。这个计算可以很容易地由用户终端进行，或者，当用户终端向网络报告的是各个子载波的导频符号接收功率电平时，这个计算可以在网络侧的基站控制器或基站中完成。

当用户终端处于与网络建立通信连接后的连接模式时，在所处位置进行的测量是按照预先定义或者根据网络指定的测量周期进行的，通常可以通过测量控制命令来发送给相应的用户终端。此时的用户终端可以在每个测量周期将最新一次测量得到的一组接收功率电平值、或者是将由上述一组测量值与服务基站导频符号在其天线连接处的发射功率进行比较而得出的一组路径损耗值通过空中接口上报给网络。也可以对上述参数进行适当的处理而在不影响所关心的性质情况下发送给网络。

上述无论报告给网络是接收功率电平还是路径损耗，其实质都是一样的，只不过是在具体形式上的一个变化。通常在对一个通信系统进行标准化时，要对每个接口上所传输的信息给出具体的形式定义，而上述的参数需要在无线接口的有关标准中体现，以支持不同厂家之间设备的互连互通。在此，发明人还可以想象到如下的形式上的变化也应属于本发明的保护范围，例如，通过上报一组参数中与基准参数具有较大差异的参数等方式、将其相对差异值进行上报等等，在此不再一一赘述。

步骤103：网络根据用户终端所处位置的各个子频带的路径损耗值进行子频带的调度。

网络在接收到用户终端报告的相关参数后，就可以进行进一步的变换以得到用户终端所处位置的各个子频带的路径损耗值。在前述步骤中已经提到，基站发送的导频符号可以覆盖系统所有的子频带，也可以仅在部分子频带上存在，每个子频带也可以仅有其中的一个或数个子载波上具有导频符号。因此，用户终端测量或者是上报的参数可能是不能覆盖所有子频带的，加之用户终端的具体上报形式可能会有多种选择，这样就必须进行适当的处理手段。例如，当导频符号仅在部分子频带上存在时，网络进行子频带调度所根据的用户终端所处位置的各个子频带的路径损耗值可以是通过对部分子频带上得到的数值进行插值得到的。

子频带调度可以是在用户终端向网络发起接入请求时进行的，也可以是在用户终端与网络建立通信连接后的连接模式状态下进行的。不论是何种状态，网络都可以根据用户终端所处位置的各个子频带的路径损耗值进行子频带的调度。所谓的调度就是为用户终端分配合适的时频资源。这一时频资源供所分配的用户终端在一个调度周期内使用，因此，一个最小调度周期内的OFDM子频带也就是OFDM系统中的最小时频资源。

在为用户终端分配子频带时，需要分别分别上下行链路方向的子频带。按照发明人的理解，对于一个时分双工系统来说，由于上下行信道的对称性或者说互易性，通过对下行方向导频符号测量得到的路径损耗完全可以作为上行方向的路径损耗来对待，因此，不论是上行链路还是下行链路，都可以利用此路径损耗信息来进行子载频的分配，从而可以有效避免时分双工OFDM系统中受频率选择性衰落的影响。在具体的子频带分配中，可以将所有可用的子频带按路径损耗值的大小进行排序，优先为用户终端选择路径损耗值较小的子频带。另外，还可以将用户终端所处位置的各个子频带的路径损耗值与一个门限值进行比较，网络在进行子频带的调度时，只考虑将路径损耗值小于所述门限值的子频带分配给所述用户终端，而对路径损耗值大于所述门限值的某些子频带则禁止分配给相应的用户终端。

如果系统中同时存在多个与网络正在通信终端，此时在每个调度周期调度用户终端的子频带资源时，就可以有效地利用多用户分集效应来达到系统的整体的吞吐量最大化。其具体的方法是，由于多个用户各自所处位置以及采用不同的移动速度等因素，各用户终端所遭受的子频带衰落是不同的，这时就可以将可能会被分配同一子频带的各个用户终端所处位置的路径损耗进行比较，优先将该子频带分配给具有最小路径损耗的用户终端。另外，网络也可以根据各用户终端的优先级以及缓冲区需要发送的数据量大小等信息辅助进行资源的调度，以达到整个系统的最优性能，这些都取决于具体的调度算法的设计，在此不再一一赘述。

本发明的方法不仅适合于上下行链路方向采用同样多址方案的系统，如上下行都选用基于OFDM调制的OFDMA多址接入方式，也适合于上下行采用不同多址方案的时分双工OFDM系统，如下行方向选用基于OFDM调制的OFDMA多址接入方式，上行方向选用基于OFDM调制的单载波FDMA多址接入方式(DFT-S-OFDM)。

本发明虽然是针对时分双工OFDM系统而提出的子频带调度方法，但其本身并不限制于时分双工系统而可以扩展到频分双工系统。在一个频分双工OFDM系统中，只要是通过在下行频带上安排公共导频符号，用户终端同样可以进行测量而获得下行各子频带的路径损耗值并用于下行链路的子频带调度。如果有可能利用某种先验信息通过获得的下行链路子频带路径损耗值得出较为准确的上行链路各个子频带的路径损耗值或者是频率选择性衰落信息，则就可以进行频分双工系统中的上行链路子频带调度。这样，上述方法应该仍然视为包含在本发明的保护范围内。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1、一种时分双工OFDM系统子频带调度的方法，其中，基站以预定的功率电平在多个子频带上通过空中接口发送下行导频符号，用户终端在需要与网络进行通信时，通过由网络分配的一个或数个子频带同服务基站建立无线通信链路，其特征在于，所述方法包括步骤：

用户终端在所处位置接收并测量服务基站的导频符号功率电平；

用户终端将测量的导频符号在所述多个子频带上的一组接收功率电平值、或者是将由上述一组测量值与服务基站导频符号在其天线连接处的发射功率进行比较而得出的一组路径损耗值通过空中接口上报给网络；

网络根据用户终端所处位置的各个子频带的路径损耗值进行子频带的调度。

2、如权利要求1所述的时分双工OFDM系统子频带调度的方法，其特征在于，所述的服务基站导频符号在其天线连接处的发射功率是在每个基站的系统广播消息中向覆盖区域内发送，用户终端通过监听所属基站的系统广播而获得。

3、如权利要求1所述的时分双工OFDM系统子频带调度的方法，其特征在于，网络进行子频带调度所根据的多个子频带的路径损耗值是通过服务基站导频符号在其天线连接处的发射功率与多个子频带上的一组接收功率电平值相减得到的。

4、如权利要求1或2或3所述的时分双工OFDM系统子频带调度的方法，其特征在于，所述的子频带调度可以是在用户终端向网络发起接入请求时进行的，也可以是在用户终端与网络建立通信连接后的连接模式状态下进行的，网络根据用户终端所处位置的各个子频带的路径损耗值为用户终端优先分配路径损耗值小的子频带资源进行通信，所分配的子频带资源分别包括上行链路方向和下行链路方向。

5、如权利要求1所述的时分双工OFDM系统子频带调度的方法，其特征在于，所述的方法还包括，将用户终端所处位置的各个子频带的路径损耗值与一个门限值进行比较，网络在进行子频带的调度时，只考虑将路径损耗值小于所述门限值的子频带分配给所述用户终端。

6、如权利要求1所述的时分双工OFDM系统子频带调度的方法，其特征在于，当用户终端处于空闲模式时，其在所处位置进行的测量是按照预先定义或者根据网络指定的测量周期进行的，并在向网络发起接入请求时将最新一次测量得到的一组接收功率电平值、或者是将由上述一组测量值与服务基站导频符号在其天线连接处的发射功率进行比较而得出的一组路径损耗值通过空中接口上报给网络。

7、如权利要求1所述的时分双工OFDM系统子频带调度的方法，其特征在于，当用户终端处于与网络建立通信连接后的连接模式时，在所处位置进行的测量是按照预先定义或者根据网络指定的测量周期进行的，并在每个测量周期将最新一次测量得到的一组接收功率电平值、或者是将由上述一组测量值与服务基站导频符号在其天线连接处的发射功率进行比较而得出的一组路径损耗值通过空中接口上报给网络。

8、如权利要求1所述的时分双工OFDM系统子频带调度的方法，其特征在于，所述包含下行导频符号的子频带可以是集中在一个下行时隙中发送，也可以分布在多个下行时隙中发送。

9、如权利要求1所述的时分双工OFDM系统子频带调度的方法，其特征在于，所述基站发送的导频符号可以覆盖系统所有的子频带，也可以仅在部分子频带上存在，当导频符号仅在部分子频带上存在时，网络进行子频带调度所根据的用户终端所处位置的各个子频带的路径损耗值是通过对部分子频带上得到的数值进行插值得到的。

10、如权利要求1所述的时分双工OFDM系统子频带调度的方法，其特征在于，所述的导频符号在多个子频带上的一组接收功率电平值是通过对多次的瞬时测量值进行平均或平滑滤波得到的。

11、如权利要求1所述的时分双工OFDM系统子频带调度的方法，其特征在于，所述的用户终端还对导频符号的信干比进行测量，并将获得的多个子频带上的一组信干比测量值上报给网络。

12、如权利要求1所述的时分双工OFDM系统子频带调度的方法，其特征在于，所述的用户终端还对导频符号在每个子频带进行信道估计，将所获得的有限个抽头的多个子频带上的若干组信道冲激响应值上报给网络。

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