CN101316433B - 用于ofdma系统的组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于OFDMA系统的组网方法，包括以下步骤：S102，对OFDMA系统覆盖的小区(扇区)进行频率规划，在小区(扇区)间采用频率复用因子为1的软频率复用方式，将每个小区(扇区)划分为多个区域，将不同频率资源分配给不同区域内的用户并对小区(扇区)之间频率资源的分配方式进行协调；S104，对各个区域进行功率规划，将基站总功率分为两部分，一部分用于路径损耗补偿，一部分用于功率注水，并根据一定准则判断各个区域路径损耗补偿功率的比例以及注水功率的比例。通过本发明，可以有效地抑制小区(扇区)间的同频干扰，提高用户的链路质量及系统的频谱效率。

Description

用于OFDMA系统的组网方法 

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地涉及一种用于OFDMA系统的组网方法。 

背景技术

小区(也可以为扇区)间干扰(Inter-cell interference，简称ICI)是蜂窝移动通信系统的一个固有问题，传统的解决办法是采用频率复用。一般情况下，复用因子采用特定的几个选择，如1、3、7等。复用因子等于1即表示相邻小区都使用相同的频率资源，这时在小区边缘的干扰很严重。较高的复用因子(如3或7)可以有效地抑制小区间干扰，但是将会造成较低的频谱利用率，不能满足日益增长的无线业务的需求。 

由于具有良好的抗频率选择特性及较高的频谱利用效率，正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称OFDM)技术已经成为解决下一代无线宽带接入的主流技术之一。并且已经被3GPP LTE(Long term evolution)、IEEE802.16等各大标准采纳为物理层关键技术。以OFDM为基础的正交频分复用多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access，简称OFDMA)技术可以实现小区内各用户之间的正交性，从而有效地避免了小区内的用户间干扰。但是，类似于第二代无线通信系统GSM，ICI将是制约系统性能的主要因素之一。因此，有效地抑制ICI是提高系统性能的关键手段。

目前，正在研究的用于抑制OFDM系统ICI的技术主要包括：干扰随机化、干扰消除、以及干扰协调。其中，干扰随机化及干扰消除技术的实施需要配置相应的硬件资源，增加了收发设备的处理复杂度，提高了用户及网络设施的成本；而干扰协调技术只需在网络端进行合理的参数配置，就可以大大提高系统的资源使用效率及用户的服务质量(Quality of service，简称QoS)。因此，在硬件资源受限的网络建设及运营阶段，干扰协调技术将成为干扰抑制的主要途径。 

针对OFDMA蜂窝系统组网方案的研究，由于单纯的频率复用很难达到兼顾系统频谱效率及小区边缘覆盖性能的目的，所以需要有效地结合其它无线资源管理手段，灵活、高效地使用频谱资源，且满足用户的QoS需求。在无线网络中，高效的功率控制(分配)算法对保证链路质量、降低同频干扰起着至关重要的作用，所以在蜂窝组网方案的设计过程中，除了频率资源的协调利用，还需要重点考虑功率资源的规划。在蜂窝系统的标准演进过程中，针对组网方案提出了频率复用和功率控制(分配)相结合的思路，但是如何结合，尚没有给出一套明确的方案，但基本目标就是通过高性能的功率控制(分配)方案，达到较为紧凑的频率复用模式，实现频率资源的高效利用。 

发明内容

鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提供了一种用于OFDMA系统的组网方法。 

根据本发明的用于OFDMA系统的组网方法，包括以下步骤：S102，对OFDMA系统覆盖的小区进行频率规划，在小区间采用频率复用因子为1的软频率复用方式，根据链路质量将每个小区(扇区)划分为多个区域，将不同频率分配给不同区域内的用户并对小区之间频率资源的分配方式进行协调，保证相邻小区的边缘用户不会使用相同的频率资源；S104，对各个区域进行功率规划，将基站总功率分为两部分，一部分用于路径损耗补偿，一部分用于功率注水，根据各个区域内用户的路径损耗和/或目标信噪比决定各个区域分配到的用于路径损耗补偿的功率的比例，根据数据信道信噪比和/或吞吐量需求决定各个区域分配到的注水功率的比例。 

步骤S102包括：S1022，在小区间采用频率复用因子为1的软频率复用方式，根据链路质量将小区划分为多个区域；S1024，将每个小区可使用的频率资源分为多个频率组，其中，频率组的数量与区域的数量相同；S1026，每个区域使用一个频率组，并对不同小区内各个区域的频段进行协调使得相邻小区的边缘区域不使用相同的频段。 

步骤S1024中，在小区内部采用第一频率复用因子，在小区的边缘使用第二频率复用因子，其中，第一频率复用因子小于或等于第二频率复用因子。第一频率复用因子可以为1。 

步骤S104包括：S1042，将基站总功率分为两部分，其中P％的功率用于补偿多个区域的大尺度和阴影衰落，其中，100≥P≥0；S1044，对各个区域内的用户进行路径损耗估计，根据路径损耗的估计结果和/或各用户的目标信噪比决定各个区域分配到的路径损耗功率的比例；S1046，将1-P％的小区功率用于功率注水；S1048，根据数据信道的信噪比和/或吞吐量需求决定各个区域分配的注水功率比例。 

P％的取值可以为静态的、半静态的、或动态的。在P％＝100％的情况下，不进行功率注水。 

本发明通过对频率及功率资源灵活的协调，有效地抑制了小区间同频干扰，使用户的链路质量及系统的频谱效率得到了改善，具有较高的工程应用价值。 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： 

图1是根据本发明实施例的用于OFDMA系统的组网方法的流程图； 

图2是根据本发明实施例的区域划分示意图； 

图3是根据本发明实施例的宽带划分示意图； 

图4是根据本发明实施例的频率协调及干扰示意图；以及 

图5是根据本发明实施例的功率分配示意图。 

具体实施方式

为了更好地利用有限的频率资源，提高系统容量及小区边缘的覆盖性能，一方面需要尽量使用相对比较紧凑的频率复用模式，提高频率资源的使用效率，但另一方面，越低的频率复用因子将意味着越多潜在的同频干扰。高同频干扰将对用户的链路性能造成一定程度的影响，尤其是当相邻小区的边缘用户使用相同的频率资源，且干扰功率和信号功率相当甚至高于信号功率时，接收信号质量严重下降，以致在调制编码方式(Modulation and coding scheme，简称MCS)的选择过程中，较低的载干比甚至难以满足最低等级调制 编码方式的要求，导致数据分组发生频繁的重传，从而降低了系统边缘的频谱效率。所以在较为紧凑的频率复用模式下，需要结合其它无线资源管理手段对系统中的干扰进行有效的控制。 

另外，从用户的角度来看，在相对公平的频(时)域调度机制之下，从长期来看，用户得到的数据传输机会应趋于均衡，所以，要达到相同(似)的数据速率要求，小区边缘用户需要分配较高的发射功率，而小区中心用户则需要较小的发射功率即可满足相应的链路质量需求，从而可以降低对相邻小区边缘地区的干扰。当然，合理的增加小区内部的功率，能提高整个小区的平均容量。因此，在进行小区频率规划的同时，结合考虑功率规划，既能抑制小区间的干扰，提高小区边缘性能，又能保持整体较高的系统性能。 

针对上述观点，将系统的频率资源在各个小区内进行不同方式的复用，即对小区内不同区域的用户所能使用的频率资源进行一定的限制，并对小区之间的频率分配进行灵活的协调，至少保证相邻小区的边缘用户不会使用相同的频率资源，同时通过合理的功率分配方案有效地降低同频干扰，保证对系统整体频谱效率不造成太多的损失。 

下面结合附图，详细说明本发明的实施方式。 

参考图1，说明根据本发明实施例的用于OFDMA系统的组网方法。在图1所示的实施例中，小区频率规划采用频率复用因子为1的软频率复用，根据用户链路质量将每个小区划分为N个区域，然后根据测得的用户有关参数对全部小区的不同区域进行功率补偿(包括功率注水分配)。如图1所示，该用于OFDMA系统的组网方法主要包括以下两大步骤：

S102，频率规划。在小区间采用频率复用因子为1的软频率复用模式，根据链路质量将每个小区划分为多个区域(S1022)。将每个小区可使用的频率资源分为多个频率组，其中，频率组的数量与区域的数量相同，将预定数量的子载波组成一个资源块作为资源分配的基本单位(S1024)。对小区之间频段的分配方式进行协调，或者在小区的内部使用较低的频率复用因子(如频率复用因子等于1)，而小区的边缘使用较高的频率复用因子(如频率复用因子等于3)，并且对小区之间频段的分配方式进行协调(尤其是小区边缘的频段进行协调)(S1026)。频率规划不局限于以上两种方式，任何能在保证降低小区间干扰的同时，保证小区间的频率复用因子为1的软频率复用模式都可以使用。 

S104，功率控制(分配)。根据用户的链路质量将基站的总发射功率分配到不同的用户。功率控制(分配)主要包括两部分，第一部分是对不同区域的用户进行功率补偿，目的是为了让小区边缘用户可以分得更多的功率，第二部分是对经过了功率补偿后的不同用户进行功率注水，目的是为了让链路质量好的用户分得更多功率，从而提高小区整体性能。在这两部分功率控制(分配)中，第一部分是必须的，第二部分是可选的，且第一部分和第二部分的功率占总功率的比例可以是静态的、半静态的、或者是动态的(S1042)。对各个区域进行信道质量估计根据路径损耗的估计结果和/或各用户的目标信噪比决定各个区域分配到的路径损耗功率的比例(S1044)；并且将1-P％的小区功率用于功率注水，并根据数据信道的信噪比和/或吞吐量需求决定各个区域分配的注水功率比例(S1046-S1048)。 

具体地，假设OFDMA系统的带宽是10MHz，子载波间隔为15KHz，除去保护频带及直流分量，可用子载波数为600。在实际的系统设计中，考虑到资源分配的复杂度及信令开销，将若干子载波组成一个资源块(Resource block，简称RB)，作为一次资源分配 的基本单位。下文中以25个子载波组成一个资源块(RB)，系统中可用RB数为24个为例进行说明。其中，本实施例中的一个小区分为三个扇区。根据本发明实施例的组网方法具体包括以下步骤： 

1.小区频率复用 

为了充分利用频率资源，达到较高的频谱效率，小区频率复用因子为1，即在每个小区内使用所有的频率资源； 

2.小区区域划分 

设小区区域划分因子为N，即将小区分为N个区域。区域可以按照用户的链路质量(如导频载干比)进行划分，当然还可以按照其他准则进行划分。 

如图2所示，在本实施例中，取N＝3，将小区分为3个区域：Area1、Area2、和Area3。图2中的区域划分仅仅是一个示意图，因为小区区域的划分是按照用户链路质量进行的，所以可能地理位置在小区边缘的用户仍然处在区域Area2中，甚至是Area1中；同理，地理位置靠近基站的用户，也可能由于链路质量差，分在了Area3中。 

3.小区内频率规划及协调 

把每个小区可使用的频率资源分为N组(N为小区区域划分因子)，每一个区域使用一个频率组。根据上述区域划分方法，可以将所有RB分为3组(如图3所示)，每个区域使用一组。为了保证相邻小区的边缘区域不使用相同的频段，需要对不同小区内各个区域的频段进行协调，如图4所示。小区内的频率规划当然还可以使用其他方法，如在小区的内部使用较低的频率复用因子(如频率复用因子等于1)，而小区的边缘使用较高的频率复用因子(如频率复用 因子等于3)，并且对小区之间频段的分配方式进行协调。小区内的频率规划不局限于以上两种方式，任何能在保证降低小区间干扰的同时，保证小区间的频率复用因子为1的软频率复用模式都可以使用。 

4.小区区域功率分配 

该步骤可以分为两个小步骤来实现：1)P％的小区功率用于补偿3个区域的大尺度和阴影衰落；2)剩余1-P％功率用于功率注水(如图5所示)。当P％的取值等于100％时，说明只进行第一步功率分配，即只有功率补偿，没有功率注水。同时P％的取值可以是静态的、半静态的、或者是动态的。 

其中，小区功率的P％用于补偿3个区域的大尺度和阴影衰落，这部分功率分配给每个小区的3个区域Area1、Area2、和Area3的功率比可以是固定的(例如，Power₁:Power₂:Power₃＝2:3:5)，也可以用下式计算： 

${\mathrm{Power}}_{\mathrm{partI}}^1:{\mathrm{Power}}_{\mathrm{partI}}^2:{\mathrm{Power}}_{\mathrm{partI}}^3=\mathrm{DownPow}{\mathrm{er}}_1:\mathrm{DownP}{\mathrm{ower}}_2:\mathrm{Down}{\mathrm{Power}}_3---\left(2\right)$

当仅考虑用户的路径损耗，即X＝0时，等式1中的DownPower_i为第i个Area路径损耗和的倒数，这样，路径损耗越大的区域获得的路径损耗补偿功率越多。 

其中，DownPower_i为区域i的路径补偿功率的权重，SNR_{target_j}为区域内第j个用户的目标信噪比，PathLoss_j为该用户下行链路的路径损耗，X为目标信噪比修正因子，Y为路径补偿修正因子，使用X和Y这两个修正因子是为了得到一个更合理的区域功率补偿。

2)对N个Area进行功率注水，共分配1-P％小区功率。各个区域分配到的注水功率需要根据它们的信道质量以及吞吐量需求进行计算，即信干噪比越高，吞吐量需求越高的区域将分得越多的注水功率。根据上面的分析，各区域注水功率的比例可以利用等式3和4进行计算： 

${\mathrm{Power}}_{\mathrm{partII}}^1:{\mathrm{Power}}_{\mathrm{partII}}^2:{\mathrm{Power}}_{\mathrm{partII}}^3=\mathrm{fillingP}{\mathrm{ower}}_1:{\mathrm{fillingPower}}_2:\mathrm{filling}{\mathrm{Power}}_3---\left(4\right)$

其中，fillingPower_i为区域i的注水权重，Throughput_{require_j}为区域内第j个用户的吞吐量需求，SINR_j为该用户下行链路的信干噪比，R为吞吐量需求修正因子，S为信干噪比修正因子，使用R和S这两个修正因子是为了得到一个更合理的区域注水功率。 

通过功率控制(分配)，每个区域当前被调度用户的下行链路发射功率即为两部分功率之和。 

综上所述，本发明通过小区间频率协调及小区内功率分配，降低了小区间干扰，改善了边缘用户的性能及系统的平均性能，在全面考虑所有用户QoS要求的基础上提高了网络的频谱效率。 

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (7)

1.一种用于OFDMA系统的组网方法，其特征在于，包括以下步骤：

S102，对所述OFDMA系统覆盖的小区/扇区进行频率规划，在所述小区/扇区间采用频率复用因子为1的软频率复用方式，根据链路质量将所述每个小区/扇区划分为多个区域，将不同频率分配给不同区域内的用户并对所述小区/扇区之间频率资源的分配方式进行协调，保证相邻小区的边缘用户不会使用相同的频率资源；以及

S104，对各个区域进行功率规划，将基站总功率分为两部分，一部分用于路径损耗补偿，一部分用于功率注水，根据各个区域内用户的路径损耗和/或目标信噪比决定各个区域分配到的用于路径损耗补偿的功率的比例，根据数据信道信噪比和/或吞吐量需求决定各个区域分配到的注水功率的比例。

2.根据权利要求1所述的组网方法，其特征在于，所述步骤S102包括：

S1022，在所述小区/扇区间采用频率复用因子为1的软频率复用方式，根据链路质量将所述小区/扇区划分为多个区域；

S1024，将每个小区/扇区可使用的频率资源分为多个频率组，其中，所述频率组的数量与所述区域的数量相同；

S1026，每个所述区域使用一个频率组，并对不同小区/扇区内各个区域的频段进行协调使得相邻小区/扇区的边缘区域不使用相同的频段。

3.根据权利要求2所述的组网方法，其特征在于，在所述步骤S1024中，在所述小区/扇区内部采用第一频率复用因子，在所述小区/扇区的边缘使用第二频率复用因子，其中，所述第一频率复用因子小于或等于所述第二频率复用因子。

4.根据权利要求3所述的组网方法，其特征在于，所述第一频率复用因子为1。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的组网方法，其特征在于，所述步骤S104包括：

S1042，将基站总功率分为两部分，其中P％的功率用于补偿所述多个区域的大尺度和阴影衰落，其中，100≥P≥0；

S1044，对所述各个区域内的用户进行路径损耗估计，根据路径损耗的估计结果和/或各用户的目标信噪比决定各个区域分配到的路径损耗功率的比例；以及

S1046，将1-P％的小区/扇区功率用于功率注水，并根据数据信道的信噪比和/或吞吐量需求决定各个区域分配的注水功率比例。

6.根据权利要求5所述的组网方法，其特征在于，所述P％的取值为静态的、半静态的、或动态的。

7.根据权利要求5所述的组网方法，其特征在于，在P％＝100％的情况下，不进行功率注水。

Images