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CN101039500B - 基于正交频分复用的小区用户通信方法及其系统 - Google Patents

基于正交频分复用的小区用户通信方法及其系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于正交频分复用的小区用户通信方法，包括对正交频分复用移动通信系统中的各个小区内用户进行分组处理；并使小区内不同分组用户之间分别占用不同的时域符号资源进行通信数据的传输。相应的本发明还公开了一种基于正交频分复用的小区用户通信系统。本发明可以降低移动通信系统中的小区内用户干扰和小区间用户干扰。

Description

基于正交频分复用的小区用户通信方法及其系统
技术领域
本发明涉及移动通信领域中的正交频分复用(OFDM，OrthogonalFrequency Division Multiplex)技术，尤其是涉及一种基于正交频分复用的小区用户通信方法及其系统。 
背景技术
目前，多载波技术成为了宽带无线通信的热点技术，其基本思想是将一个宽带载波划分成多个子载波，并在划分出的多个子载波上同时传输数据。其中，正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplex)技术是多载波技术当中比较有代表性的一种技术，它在频域内将给定信道分成若干正交子信道，并且允许子载波频谱部分重叠，因为只要满足不同子载波之间相互正交，就可以从重叠的子载波上分离出不同的数据信号。 
由于正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术具有较好的抗多经衰减能力，因而在蜂窝移动通信系统中得到了广泛的应用。但是众所周知在蜂窝移动通信系统中，存在着必然的小区内部用户之间的相互干扰及其各个小区之间用户的相互干扰，这些小区内用户干扰和小区间用户干扰都会严重的影响到移动通信系统的用户容量，因此为了提高蜂窝移动通信系统的用户容量，如何降低蜂窝移动通信系统中固有的小区内用户干扰及其小区间用户干扰是目前业界非常重视的一个问题。 
当前业界为了解决蜂窝移动通信系统中固有的小区内用户干扰和小区间用户干扰对系统用户容量带来的负面影响，提出了两种简单的解决措施： 
第一种是相邻小区之间分别采用不同的频率来承载数据，这样就可以避免小区之间用户的相互干扰，但是这种解决措施由于采用相邻小区之间分别使用 不同的频率来承载数据，因此自然就降低了频率的利用率； 
第二种是基于码分多址接入(CDMA)技术，所有相邻小区分别采用相同的频率来承载数据以获得较高的频率利用率，不同的移动用户之间通过采用不同的随机扩频码序列来进行区分，这样使得小区内用户干扰和小区间用户干扰就通过信号扩频被随机化了，但是这种解决措施并没有完全消除小区内用户干扰和小区间用户干扰，使得CDMA系统中的小区内用户干扰和小区间用户干扰依然存在，致使CDMA系统中的用户容量依旧受到了限制。 
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提出一种基于正交频分复用的小区用户通信方法及其系统，使得在提高频率利用率的同时降低移动通信系统中的小区内用户干扰和小区间用户干扰。 
为解决上述问题，本发明提出的技术方案如下： 
一种基于正交频分复用的小区用户通信方法，包括步骤： 
对正交频分复用移动通信系统中的各个小区内用户进行分组处理；并 
使小区内不同分组用户之间分别占用不同的时域符号资源进行通信数据的传输，其中，对划分出的落在小区边缘区域内的分组用户传输的通信数据进行扩频和/或纠错编码处理。 
较佳地，根据小区内各个用户接收信号强度的大小顺序对小区内用户进行分组处理。 
较佳地，所述对小区内用户进行分组处理的过程具体包括： 
预先设置各个用于划分相邻分组的信号强度比门限值； 
小区内用户接收测量来自不同基站发射机发射来的信号强度；并 
将接收到的最强信号强度与次强信号强度的比值和预先设置的各个信号强度比门限值进行比较； 
所述用户根据比较结果来得出自身应被划分到的分组；并 
将自身应被划分到的分组的结果信息上报给系统侧。 
较佳地，根据小区内各个用户接收信号的信噪比大小顺序对小区内用户进行分组处理。 
较佳地，所述对小区内用户进行分组处理的过程具体包括： 
预先设置各个用于划分相邻分组的信噪比比值门限值； 
至少两个相邻基站接收机接收测量来自同一用户传输信号的信噪比； 
系统侧将所述至少两个相邻基站接收机测量到的最大信噪比与次大信噪比的比值和预先设置的各个信噪比比值门限值进行比较；并 
根据比较结果来得出所述用户应被划分到的分组。 
较佳地，所述对小区内用户进行分组处理的过程具体包括： 
预先设置各个用于划分相邻分组的信噪比门限值； 
系统侧将基站接收机接收到的用户反馈的接收信号信噪比和预先设置的各个信噪比门限值进行比较；并 
根据比较结果来得出所述用户应被划分到的分组。 
较佳地，根据小区内各个用户距基站中心位置的距离大小顺序对小区内用户进行分组处理。 
较佳地，小区内不同分组用户之间分别占用不同子帧时域符号资源来进行通信数据的传输。 
较佳地，小区内不同分组用户之间分别占用同一子帧中的不同时域符号资源进行通信数据的传输。 
较佳地，小区内接收信号信噪比大的分组用户优先占用同一子帧中的时域符号资源进行通信数据的传输。 
较佳地，可以将各个小区内用户分为两组。 
一种基于正交频分复用的小区用户通信系统，包括： 
分组处理单元，用于对正交频分复用移动通信系统中的各个小区内用户进行分组处理； 
数据传输单元，用于使所述分组处理单元处理后的小区内不同分组用户之间分别占用不同的时域符号资源进行通信数据的传输； 
扩频处理单元，用于对所述分组处理单元处理后的落在小区边缘区域内的分组用户传输的通信数据进行扩频处理； 
纠错编码处理单元，用于对所述分组处理单元处理后的落在小区边缘区域内的分组用户传输的通信数据进行纠错编码处理。 
较佳地，所述分组处理单元根据小区内各个用户接收信号强度的大小顺序对小区内用户进行分组处理。 
较佳地，所述分组处理单元根据小区内各个用户接收信号的信噪比大小顺序对小区内用户进行分组处理。 
较佳地，所述分组处理单元根据小区内各个用户距基站中心位置的距离大小顺序对小区内用户进行分组处理。 
本发明能够达到的有益效果如下： 
本发明技术方案通过将OFDM蜂窝移动通信系统中的每个小区内的用户划分为至少两组，并使每个分组用户分别占用不同的OFDM时域符号资源进行通信数据的传输，这样小区内不同分组用户就会由于使用不同的子载波承载通信数据而避免了小区内用户干扰，同时使得小区间用户干扰由于对小区内用户进行了分组，并使不同分组用户占用不同的OFDM时域符号资源传输通信数据而得到减小。因此本发明技术方案就可以使得OFDM蜂窝移动通信系统中的小区间用户干扰和小区内用户干扰在节约频率资源的基础上都得到大大降低，从而提高了OFDM蜂窝移动通信系统的用户容量。 
附图说明
图1为本发明基于OFDM的小区用户通信方法的主要实现原理流程图； 
图2为基于本发明方法将同一小区内部的用户划分为两组的分组用户状态示意图； 
图3为基于本发明方法原理使小区内不同分组用户分别占用不同子帧时域符号资源来进行通信数据的传输的OFDM时频资源分布状态示意图； 
图4为基于本发明方法原理使小区内不同分组用户分别占用同一子帧时域符号资源来进行通信数据的传输的第一种OFDM时频资源分布状态示意图； 
图5为基于本发明方法原理使小区内不同分组用户分别占用同一子帧时域符号资源来进行通信数据的传输的第二种OFDM时频资源分布状态示意图； 
图6为本发明基于OFDM的小区用户通信系统的主要组成结构框图； 
图7为本发明系统中增加扩频处理单元后的实施例组成结构框图； 
图8为本发明系统中增加纠错编码处理单元后的实施例组成结构框图。 
具体实施方式
由于OFDM技术将在蜂窝移动通信系统中得到广泛应用，因此为了提高移动通信系统的用户容量，如何降低OFDM蜂窝移动通信系统中固有的小区内用户干扰及其小区间用户干扰将是一个非常重要的问题，本发明技术方案主要针对该种情况，利用位于小区边界的移动用户受小区间干扰较为严重的特点，提出了一种基于干扰情况进行用户分组的OFDM方案，从而使得小区间用户干扰和小区内用户干扰都得到大大降低，以从根本上来提高移动通信系统的用户容量。 
在OFDM移动通信系统中，一般会采用多个子载波并行传输通信数据的方式，即几个OFDM符号(如6个OFDM符号)构成一个子帧，每个OFDM符号所在的子载波在不同时间段可分配给一个或者多个用户进行承载通信数据，本发明方案这里假设各个小区基站使用的OFDM符号在时间上保持同步或者准同步。 
下面将结合各个附图对本发明方案的主要实现原理、具体实施方式及其对 应能够达到的有益效果进行详细的阐述。 
请参照图1，该图是本发明基于OFDM的小区用户通信方法的主要实现原理流程图，其主要实现过程如下： 
步骤S10，对OFDM移动通信系统中的各个小区内用户进行分组处理； 
本发明方案这里将根据同一小区内不同用户受干扰不同的特点，提出根据用户受干扰的强弱(或根据用户接收信号的信噪比大小)对同一小区内的用户进行分组处理，也就是说，将受干扰较弱的用户(或接收信号的信噪比较高)的用户分为一组，并将受干扰较强的用户(或接收信号的信噪比较低)的用户分为另一组，其中分割的组数为二个或二个以上。 
如此可见，本发明方案这里可以基于下述三种方式之一来对同一小区内的用户进行分组处理，当然在具体实施过程中，还可以有其他的分组处理方式： 
第一种方式：可以根据小区内各个用户接收信号强度的大小顺序对小区内用户进行分组处理，其具体实现过程如下： 
预先设置各个用于划分相邻分组的信号强度比门限值； 
小区内用户接收并测量来自不同基站发射机发射来的信号强度；并 
将接收到的最强信号强度与次强信号强度的比值和上述预先设置的各个信号强度比门限值进行比较处理； 
该用户根据上述的比较结果就可以来得出自身应被划分到的分组； 
最后该用户将得出的自身应被划分到的分组的结果信息上报给系统侧。 
如：假设将同一小区内的用户按照其接收信号的信噪比大小划分为两组为例，即图2所示，依据小区中心区域用户通常受小区间用户干扰较弱，一般接收信号的强度较高，所以将小区中心区域用户划分为第一组用户(Group1)；而小区边缘区域的用户通常受小区间用户干扰较强，接收信号的强度较低，所以将小区边缘区域的用户划分为第二组用户(Group2)。这样基于上述第一种方式小区内用户首先测量附近所有不同基站发射机发射的信号强度并对比这些接收到的信号强度，如果接收到的最强信号强度与次强信号强度之比大于某 个固定信号强度门限(如9dB)，那么这个用户将告知系统侧它是位于小区中心区域的用户，即属于第一组用户；否则它将告知系统侧它是位于小区边缘区域的用户，即属于第二组用户。 
第二种方式：可以根据小区内各个用户接收信号的信噪比大小顺序对小区内用户进行分组处理，这种方式可以有下述两种实现过程，其一为： 
预先设置各个用于划分相邻分组的信噪比比值门限值； 
系统测的至少两个相邻基站接收机接收并测量来自同一用户传输信号的信噪比； 
系统侧将上述至少两个相邻基站接收机测量到的最大信噪比与次大信噪比的比值和上述预先设置的各个信噪比比值门限值进行比较；并 
根据上述比较结果来得出该用户应被划分到的分组。 
如上述图2所示，依据小区中心区域用户通常受小区间用户干扰较弱，一般接收信号的信噪比较高，所以将小区中心区域用户划分为第一组用户(Group1)；而小区边缘区域的用户通常受小区间用户干扰较强，接收信号的信噪比较低，所以将小区边缘区域的用户划分为第二组用户(Group2)。这样基于上述第二种方式，首先系统侧的几个基站接收机同时测量来自同一被测移动用户的传输信号信噪比，如果经测量发现测量到的最大信号信噪比与次大信号信噪比的比值大于某个固定信噪比比值门限(如9dB)，那么得出该被测移动用户是位于小区中心区域的用户，属于第一组用户；否则得出该被测移动用户是位于小区边缘区域的用户，属于第二组用户。 
其二为：预先设置各个用于划分相邻分组的信噪比门限值； 
系统侧将基站接收机接收到的用户反馈的接收信号信噪比和上述预先设置的各个信噪比门限值进行比较；并 
根据比较结果来得出该反馈接收信号信噪比的用户应被划分到的分组。 
如上述图2所示，假设将同一小区内的用户按照其接收信号的信噪比大小划分为两组为例，基站可以根据移动用户反馈的接收信号的信噪比来判定该移 动用户应该被划分到的分组，如果该移动用户反馈的接收信号信噪比大于某个固定信噪比门限(如9dB)，那么可以得出该移动用户是位于小区中心区域的用户，属于第一组用户；否则可以得出该移动用户是位于小区边缘区域的用户，属于第二组用户。 
第三种方式：可以根据小区内各个用户距基站中心位置的距离大小顺序对小区内用户进行分组处理，其具体的实现过程和上述两种方式相似，这里不再赘述。 
步骤S20，使各个小区内不同分组用户之间分别占用不同的时域符号资源来进行通信数据的传输； 
其中小区内不同分组用户之间可以分别占用不同子帧时域符号资源来进行通信数据的传输，即每组分组中的各个用户分别占用同一整个子帧中的不同频率子载波来进行通信数据的传输，不同分组用户占用不同的子帧时域符号资源。如图3所示，为基于本发明方法原理使小区内不同分组用户分别占用不同子帧时域符号资源来进行通信数据的传输的OFDM时频资源分布状态示意图，其中图3以将小区内部的用户划分为小区中心区域用户组和小区边缘区域用户组两个分组为例的OFDM时频资源分布状态示意图，假设在一个OFDM子帧内部共有6个OFDM符号，这里将第一子帧中的所有OFDM符号提供给小区中心区域的用户使用，同时将第二子帧中的所有OFDM符号提供给小区边缘区域的用户使用，其中对于这两组分组用户而言，具体采用的子帧数目可以是固定的，也可以根据具体需要进行动态变化调整。 
此外，小区内不同分组用户之间还可以通过分别占用同一子帧中的不同时域符号资源来进行通信数据的传输，即不同分组用户可以分别占用同一OFDM子帧中的不同时域符号资源，较佳地，小区内接收信号信噪比较大的分组用户优先占用同一子帧中的时域符号资源来进行通信数据的传输。如图4所示，为基于本发明方法原理使小区内不同分组用户分别占用同一子帧时域符号资源来进行通信数据的传输的第一种OFDM时频资源分布状态示意图，其中图4 以将小区内部的用户划分为小区中心区域用户组和小区边缘区域用户组两个分组为例的OFDM时频资源分布状态示意图，假设在一个OFDM子帧内部共有6个OFDM符号，这里将同一OFDM子帧中的前面若干个(如前3个)符号提供给小区中心区域的用户使用，并将该同一子帧中剩下的(如后3个)符号提供给小区边缘区域的用户使用，其中对于这两组分组用户而言，具体采用同一OFDM子帧中的符号数可以是固定的，也可以根据具体需要进行动态变化调整。 
又如图5所示，为基于本发明方法原理使小区内不同分组用户分别占用同一子帧时域符号资源来进行通信数据的传输的第二种OFDM时频资源分布状态示意图，其中图5中以将小区内部的所有用户按照其接收信号的信噪比大小划分为六个分组为例的OFDM时频资源分布状态示意图，假设在一个OFDM子帧内部共有6个OFDM符号，这里根据移动用户距小区中心位置的远近距离(或者用户受干扰的强弱或接收信号的信噪比大小等)对小区内部的所有移动用户进行排序，以将最靠近小区中心位置的用户分配在第一分组，让该第一分组中的所有用户占用同一OFDM子帧中的第一个OFDM符号，以此类推...，将距离小区中心位置最远的用户分配在最后一组(即第六分组)，让该第六分组中的所有用户占用该同一OFDM子帧中的最后一个OFDM符号(即第6个符号)。 
另外为了获得更好的通信效果，本发明方法中还需要对上述划分出的落在小区边缘区域内的分组用户传输的通信数据进行扩频和/或纠错编码处理，以更进一步的减小落在小区边缘区域内的分组用户之间产生的小区间用户干扰。 
综上本发明方法原理及其具体实施过程可见，本发明提出了一种能够提高OFDM蜂窝移动通信系统的用户容量的技术方案。在本发明技术方案中，要求OFDM系统中的所有基站在时间上都是同步或者准同步的，所有的基站采用相同的OFDM帧结构，每帧包含多个OFDM符号，蜂窝小区内部的用户被分为两组或二组以上，并要求划分出来的第一组用户和第二组用户在不同的时间段 发送或接收数据。也就是说，蜂窝小区中的不同分组用户发送和接收数据的时间是错开的。如上述图2所示的分组情况，第一分组用户同时发送或接收数据，第二分组用户同时发送或接收数据，但是两个分组用户在不同的时间段中发送或接收数据。其中对于第一分组内的用户，由于他们位于基站的中心区域，其小区内用户的干扰由于不同用户使用不同的子载波频率而被消除；而对于小区间用户的干扰，由于某一基站中心区域处的第一分组用户(Group1)离其它基站中心区域处的第一分组用户(Group1)较远，因此对于第一分组用户来说小区间用户的干扰将会很小。其中对于第二分组内的用户(Group2)，同理小区内用户的干扰也会由于不同用户使用了不同的子载波频率而被消除，然而第二分组用户(Group2)由于位于小区边缘区域，因此受小区间用户的干扰会更为严重些，即第二分组中的每一个用户(Group2)都会承受来自其他相邻小区的第二分组用户(Group2)的干扰，因此对于第二分组内的用户而言，为了使其获得较满意的通信性能，对该分组中的用户传输的通信数据最好采用扩展技术或者采用低编码速率的强纠错编码技术来进行保护处理。 
即，对于位于小区中心区域的第一分组用户而言，存在着较小的小区间用户干扰，因而具有较高的通信信噪比，对于这些用户因而不需要采用高度的保护措施(如对这些用户的通信数据采用扩频和低速编码速率的强纠错编码技术等)来避免通信干扰，而且可以实现高速率的数据通信。而对于小区边缘区域的第二分组用户而言，由于它们存在较为严重的小区间用户干扰，有较低的通信信噪比，因此需要采用扩频或高保护度的强纠错编码技术来对该组中用户传输的通信数据进行处理，以避免小区间用户干扰。 
根据上述分析可见，本发明方法可以使得OFDM蜂窝移动通信系统中的小区间用户干扰和小区内用户干扰都大大降低，从而提高了OFDM蜂窝移动通信系统的用户容量。 
相应的，根据本发明上述提出的基于OFDM的小区用户通信方法，本发明这里还进而提出了一种基于OFDM的小区用户通信系统。请参照图6，该图 是本发明基于OFDM的小区用户通信系统的主要组成结构框图，其中主要包括分组处理单元10和数据传输单元20，这两个组成单元的主要作用如下： 
分组处理单元10，用于对OFDM移动通信系统中的各个小区内用户进行分组处理；其中该分组处理单元10可以根据小区内各个用户接收信号强度的大小顺序对小区内用户进行分组处理；还可以根据小区内各个用户接收信号的信噪比大小顺序对小区内用户进行分组处理；还可以根据小区内各个用户距基站中心位置的距离大小顺序对小区内用户进行分组处理。 
数据传输单元20，用于使上述分组处理单元10处理后的小区内不同分组用户之间分别占用不同的时域符号资源进行通信数据的传输。 
请参照图7，该图是本发明系统中增加扩频处理单元后的实施例组成结构框图，其中在上述图6的主要组成结构基础上，还可以进而包括扩频处理单元30，以用于对上述分组处理单元10处理后的落在小区边缘区域内的分组用户传输的通信数据进行扩频处理，以减小小区间的用户干扰。 
请参照图8，该图是本发明系统中增加纠错编码处理单元后的实施例组成结构框图，其中在上述图6的主要组成结构基础上，还可以进而包括纠错编码处理单元40，以用于对上述分组处理单元10处理后的落在小区边缘区域内的分组用户传输的通信数据进行纠错编码处理，以减小小区间的用户干扰。 
其中本发明系统中的其他相关技术的具体实现细节请参照上述本发明方法中相应技术细节的相关描述，这里不再给予过多赘述。 
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 

Claims (15)

1.一种基于正交频分复用的小区用户通信方法，其特征在于，包括步骤：
对正交频分复用移动通信系统中的各个小区内用户进行分组处理；并
使小区内不同分组用户之间分别占用不同的时域符号资源进行通信数据的传输，其中，对划分出的落在小区边缘区域内的分组用户传输的通信数据进行扩频和/或纠错编码处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据小区内各个用户接收信号强度的大小顺序对小区内用户进行分组处理。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对小区内用户进行分组处理的过程具体包括：
预先设置各个用于划分相邻分组的信号强度比门限值；
小区内用户接收测量来自不同基站发射机发射来的信号强度；并
将接收到的最强信号强度与次强信号强度的比值和预先设置的各个信号强度比门限值进行比较；
所述用户根据比较结果来得出自身应被划分到的分组；并
将自身应被划分到的分组的结果信息上报给系统侧。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据小区内各个用户接收信号的信噪比大小顺序对小区内用户进行分组处理。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对小区内用户进行分组处理的过程具体包括：
预先设置各个用于划分相邻分组的信噪比比值门限值；
至少两个相邻基站接收机接收测量来自同一用户传输信号的信噪比；
系统侧将所述至少两个相邻基站接收机测量到的最大信噪比与次大信噪比的比值和预先设置的各个信噪比比值门限值进行比较；并
根据比较结果来得出所述用户应被划分到的分组。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对小区内用户进行分组处理的过程具体包括：
预先设置各个用于划分相邻分组的信噪比门限值；
系统侧将基站接收机接收到的用户反馈的接收信号信噪比和预先设置的各个信噪比门限值进行比较；并
根据比较结果来得出所述用户应被划分到的分组。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据小区内各个用户距基站中心位置的距离大小顺序对小区内用户进行分组处理。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，小区内不同分组用户之间分别占用不同子帧时域符号资源来进行通信数据的传输。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，小区内不同分组用户之间分别占用同一子帧中的不同时域符号资源进行通信数据的传输。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，小区内接收信号信噪比大的分组用户优先占用同一子帧中的时域符号资源进行通信数据的传输。
11.如1～10任一权利要求所述的方法，其特征在于，将各个小区内用户分为两组。
12.一种基于正交频分复用的小区用户通信系统，其特征在于，包括：
分组处理单元，用于对正交频分复用移动通信系统中的各个小区内用户进行分组处理；
数据传输单元，用于使所述分组处理单元处理后的小区内不同分组用户之间分别占用不同的时域符号资源进行通信数据的传输；
扩频处理单元，用于对所述分组处理单元处理后的落在小区边缘区域内的分组用户传输的通信数据进行扩频处理；
纠错编码处理单元，用于对所述分组处理单元处理后的落在小区边缘区域内的分组用户传输的通信数据进行纠错编码处理。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述分组处理单元根据小区内各个用户接收信号强度的大小顺序对小区内用户进行分组处理。
14.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述分组处理单元根据小区内各个用户接收信号的信噪比大小顺序对小区内用户进行分组处理。
15.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述分组处理单元根据小区内各个用户距基站中心位置的距离大小顺序对小区内用户进行分组处理。
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