CN101998650B

CN101998650B - 无线通信系统中的信道分配方法和系统

Info

Publication number: CN101998650B
Application number: CN200910166806.7A
Authority: CN
Inventors: 李文婷; 王辰; 陶梅霞; 李安新; 高新颖; 加山英俊
Original assignee: Shanghai Jiao Tong University; NTT Docomo Inc
Current assignee: Shanghai Jiao Tong University; NTT Docomo Inc
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2029-08-31
Also published as: JP2011055497A; JP5638880B2; CN101998650A

Abstract

本发明公开了一种无线通信系统中的信道分配方法和系统。该方法的过程包括：每个小区的服务基站将其所管辖的用户终端区分为中心用户和边缘用户；设置用于管辖一个以上小区的中心控制单元，每个小区的服务基站对本小区内的中心用户进行信道分配，所述中心控制单元对所管辖小区内的所有边缘用户进行联合信道分配。本发明的这种方法和系统在减小小区间干扰的同时，具有更优的性能。

Description

无线通信系统中的信道分配方法和系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤指一种无线通信系统中的信道分配方法，以及信道分配系统。

背景技术

对于LTE系统，在多小区间进行信道分配时，需要考虑到干扰协调。已有的静态小区间干扰协调方案主要有两种：部分频率复用(Fractional Frequency Reuse,FFR)和软频率复用(Soft Frequency Reuse,SFR)。这两种方案的主要思想都是在小区中心以复用因子为1来复用整个频带，在小区边缘以大于1的复用因子来复用整个频带。

以图1所示的小区分布为例，部分频率复用方案如图2(a)所示，将整个频带分为两部分，每个小区的中心用户使用频带1，边缘用户使用频带2。其中，图1的阴影部分为中心用户所在区域，其它部分为边缘用户所在区域。进一步地，为了避免小区间干扰，FFR方案又将频带2划分为正交的子频带供在地理位置上相邻的多个小区使用。比如，每个小区只使用对应的斜线填充部分作为该小区的边缘频带。软频率复用方案如图2(b)所示，在该方案中，每个小区都可以使用整个频带，但小区边缘只能使用整个频带的一部分，且相邻小区的边缘用户使用的频带相互正交，在此频带分配的基础之上，通过调节中心用户与边缘用户的服务功率比β使系统达到更优的性能。

这两种静态协调方案通过提高系统的频率复用因子，可以达到减小小区间干扰的目的，但是却降低了频谱效率，并不能充分地利用OFDM系统的频率分集。

此外，3GPP RAN WG1 R1-090314,2009中提出一种快速小区选择的协调调度方案。在该方案中，用户通过快速的小区选择来避免主要干扰，在协作小区中的所有用户都会被联合地进行调度。可以看出，这种方案的计算复杂度和信令开销都很高。

因此，需要提出新的信道分配方法和系统，在减小小区间干扰的同时，具有更优的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种无线通信系统中的信道分配方法，对中心用户在各小区内进行单独调度，而对边缘用户进行多小区联合调度，使得每个用户都有机会从整个频带中动态地选择对其最有利的信道，从而使整个系统能够获得更大的频率分集和用户分集。所述信道可以用时间、频率、或者信道码实现。

本发明的又一目的在于提供一种无线通信系统中的信道分配方法，将每次传输周期分为至多四个时隙，中心用户和边缘用户分别在不同的时隙进行调度，每个用户在调度时可以占用整个频带，以获得更大的频率分集。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种无线通信系统中的信道分配方法，该无线通信系统包括多个小区，该方法包括：

每个小区的服务基站将其所管辖的用户终端区分为中心用户和边缘用户；

设置用于管辖一个以上小区的中心控制单元，每个小区的服务基站对本小区内的中心用户进行信道分配，所述中心控制单元对所管辖小区内的所有边缘用户进行联合信道分配；

所述每个小区的服务基站对本小区内的中心用户进行信道分配包括：

A1、所述服务基站确定该小区内一个或者多个中心用户的第一用户调度顺序，按照所述第一用户调度顺序排列中心用户和信道的对应关系；

A2、确定所述第一用户调度顺序中当前排在最先的对应关系指向的第一中心用户和第一信道，获取所述第一中心用户的已占用信道数，判断是否超过中心用户最大信道数，如果超过则将该第一中心用户从所述第一用户调度顺序中删除；

A3、否则，将所述第一信道分配给所述第一中心用户，再将该第一信道从所述第一用户调度顺序中删除，并将该小区中的其它用户设置为不能占用所述第一信道。

所述每个小区的服务基站将其所管辖的用户终端区分为中心用户和边缘用户包括：

所述服务基站接收其所管辖的用户终端上报的大尺度衰落信息，根据所述大尺度衰落信息确定该用户终端的用户类型；

如果该用户终端到服务基站的大尺度衰落和到最强干扰基站的大尺度衰落的差值大于预设门限，则确定该用户终端为中心用户，否则确定该用户终端为边缘用户。

所述步骤A1包括：为该小区设置用户-信道第一列表，确定该小区内的所有中心用户在所有信道上的增益或者公平性参数，按照所述增益或者公平性参数降序地排列相应的用户-信道对，并将所述用户-信道对按照该排列顺序记录在所述用户-信道第一列表中；

则步骤A2所述将该第一中心用户从所述第一用户调度顺序中删除包括：将所述第一中心用户对应的所有用户-信道对从所述用户-信道第一列表中删除；

步骤A3所述将该第一信道从所述第一用户调度顺序中删除包括：将所述第一信道对应的所有用户-信道对从所述用户-信道第一列表中删除。

所述每个小区的服务基站对本小区内的中心用户进行信道分配进一步包括：在步骤A3之后，进一步确定所述第一用户调度顺序中当前排在最先的对应关系指向的第一中心用户，获取该第一中心用户的信干噪比SINR和预设门限比较，如果低于所述预设门限则结束对本小区内中心用户的信道分配，否则返回执行步骤A2。

该方法进一步包括：在中心用户的信道分配结束后，所述服务基站将本小区内的边缘用户在可用信道上的情况发送给管辖该小区的中心控制单元。

所述中心控制单元对所管辖小区内的所有边缘用户进行联合信道分配包括：

B1、该中心控制单元接收其所管辖的每个小区的服务基站上报的所有边缘用户的SINR，并根据所述SINR确定所管辖小区中一个或者多个边缘用户的第二用户调度顺序，按照所述第二用户调度顺序排列边缘用户和信道的对应关系；

B2、确定所述第二用户调度顺序中当前排在最先的对应关系指向的第一边缘用户和第一信道，获取所述第一边缘用户的已占用信道数，判断是否超过边缘用户最大信道数，如果超过则将该第一边缘用户从所述第二用户调度顺序中删除；

B3、否则，将所述第一信道分配给所述第一边缘用户，并将与第一边缘用户具有最强干扰关系的其它边缘用户设置为不能占用所述第一信道，将该第一边缘用户所在小区中的其它用户也设置为不能占用所述第一信道，再将第一信道和第一边缘用户的对应关系、以及第一信道和与所述第一边缘用户具有最强干扰关系的其它边缘用户的对应关系从所述第二用户调度顺序中删除。

所述与第一边缘用户具有最强干扰关系的其它边缘用户包括：在第一信道上对第一边缘用户形成最强干扰的小区中的边缘用户，以及在第一信道上受到第一边缘用户所在小区的最强干扰的边缘用户。

所述步骤B1包括：所述中心控制单元设置用户-信道第二列表，确定所管辖的所有小区内的边缘用户在所有可用信道上的增益或者公平性参数，按照所述增益或者公平性参数降序地排列相应的用户-信道对，并将所述用户-信道对按照该排列顺序记录在所述用户-信道第二列表中；

则步骤B2所述将该第一边缘用户从所述第二用户调度顺序中删除包括：将所述第一边缘用户对应的所有用户-信道对从所述用户-信道第二列表中删除。

该方法进一步包括：

所述中心控制单元接收其所管辖的每个小区的服务基站上报的所有边缘用户的最强干扰小区编号，生成最强干扰表；

则所述步骤B3中将与第一边缘用户具有最强干扰关系的其它边缘用户设置为不能占用所述第一信道包括：

根据所述最强干扰表确定所述第一边缘用户在所述第一信道上的最强干扰小区，将该最强干扰小区中的所有边缘用户设置为不能占用所述第一信道；

根据所述最强干扰表确定在所述第一信道上被所述第一边缘用户所在小区最强干扰的边缘用户，将所述被最强干扰的边缘用户设置为不能占用所述第一信道。

所述中心控制单元对所管辖小区内的所有边缘用户进行联合信道分配进一步包括：在步骤B3之后，判断所述用户-信道第二列表是否为空，如果为空则结束对边缘用户的联合信道分配，否则返回执行步骤B2。该方法进一步包括：在边缘用户的联合信道分配结束后，所述中心控制单元将边缘用户的信道分配情况发送给对应小区的服务基站。

该方法进一步包括：在边缘用户的联合信道分配结束后，所述中心控制单元将边缘用户的信道分配情况发送给对应小区的服务基站。

该方法进一步包括：每个小区的服务基站对本小区内的中心用户进行信道分配后，将该小区内的边缘用户在可用信道上的情况发送给管辖该小区的中心控制单元，所述中心控制单元根据所述边缘用户在可用信道上的情况，对所管辖小区内的所有边缘用户进行联合信道分配；

或者，所述中心控制单元对所管辖小区内的所有边缘用户进行联合信道分配后，将边缘用户的信道分配情况发送给对应小区的服务基站，每个小区的服务基站根据所述边缘用户的信道分配情况，对本小区内的中心用户进行信道分配。

该方法进一步包括：将所述无线通信系统中包括的多个小区划分到一个或多个信道分配组中，每个中心控制单元管辖一个信道分配组中的所有小区。

该方法进一步包括：所述一个或多个信道分配组按照预先设置的组间调度顺序进行边缘用户的联合信道分配，排列顺序在先的信道分配组在信道分配结束后，将其边缘用户的信道分配情况发送给其它信道分配组。

该方法进一步包括：在中心用户的信道分配和边缘用户的联合信道分配后，每个服务基站确定出自身小区的剩余信道，将其分配给该小区的中心用户。

所述每个服务基站确定出自身小区的剩余信道包括：所述服务基站查找尚未被本小区中的用户占用的可用信道；或者

所述服务基站查找本小区内已占用信道数小于边缘用户最小信道数的边缘用户，将已分配给该边缘用户的所有信道释放为剩余信道。

一种信道分配系统，包括：

一个或者多个服务基站，每个服务基站用于管辖一个小区中的一个或者多个用户终端；

一个或者多个中心控制单元，每个中心控制单元用于管辖一个或者多个小区；

所述服务基站进一步用于将所管辖小区中的用户终端区分为中心用户和边缘用户，并为所管辖小区中的中心用户进行信道分配；

所述中心控制单元进一步用于为所管辖小区中的所有边缘用户进行联合信道分配；

所述服务基站用于：

确定该小区内一个或者多个中心用户的第一用户调度顺序，按照所述第一用户调度顺序排列中心用户和信道的对应关系；

确定所述第一用户调度顺序中当前排在最先的对应关系指向的第一中心用户和第一信道，获取所述第一中心用户的已占用信道数，判断是否超过中心用户最大信道数，如果超过则将该第一中心用户从所述第一用户调度顺序中删除；

否则，将所述第一信道分配给所述第一中心用户，再将该第一信道从所述第一用户调度顺序中删除，并将该小区中的其它用户设置为不能占用所述第一信道。

所述用户终端用于将自身的大尺度衰落信息反馈给管辖该用户终端的服务基站；

所述服务基站用于根据大尺度衰落信息确定该用户终端的用户类型，如果该用户终端到服务基站的大尺度衰落和到最强干扰基站的大尺度衰落的差值大于预设门限，则确定该用户终端为中心用户，否则确定该用户终端为边缘用户。

所述中心控制单元用于：

接收其所管辖的每个小区的服务基站上报的所有边缘用户的SINR，并根据所述SINR确定所管辖小区中一个或者多个边缘用户的第二用户调度顺序，按照所述第二用户调度顺序排列边缘用户和信道的对应关系；

确定所述第二用户调度顺序中当前排在最先的对应关系指向的第一边缘用户和第一信道，获取所述第一边缘用户的已占用信道数，判断是否超过边缘用户最大信道数，如果超过则将该第一边缘用户从所述第二用户调度顺序中删除；

否则，将所述第一信道分配给所述第一边缘用户，并将与第一边缘用户具有最强干扰关系的其它边缘用户设置为不能占用所述第一信道，将该第一边缘用户所在小区中的其它用户也设置为不能占用所述第一信道，再将第一信道和第一边缘用户的对应关系、以及第一信道和与所述第一边缘用户具有最强干扰关系的其它边缘用户的对应关系从所述第二用户调度顺序中删除。

所述中心控制单元设置在所管辖的一个或者多个小区的其中一个服务基站上；或者

所述中心控制单元为无线网络控制器RNC。

由上述技术方案可见，本发明的这种基于用户的动态联合信道分配方案，在多小区OFDMA系统中进行下行传输时，针对所有协作小区中的边缘用户，根据所述边缘用户的瞬时信道状态进行联合的动态信道分配。进一步地，利用信道分配表来表征信道和用户之间的分配结果和主要干扰格式；利用用户-信道列表确定下一次调度的用户及应分配给该用户的信道。进一步地，本发明还提出一种小区分组方法，用来降低多小区联合信道分配的计算复杂度。该方法根据各个小区的空间分布，将这些小区划分到不同的信道分配组中，然后逐个组进行信道分配，各个信道分配组的组间调度顺序可以根据小区的实际状态进行动态调整，比如根据小区的负载情况确定组间调度顺序。

此外，在本发明中，采用“小区呼吸”这种新的静态小区干扰协调方案，将整个网络的每个下行传输周期分成若干个时隙，在每个时隙合理安排每个小区的工作模式(中心模式或边缘模式)，从而实现多个小区间的干扰协调。通过这种小区呼吸的信道分配方法，所有用户均可以占用整个频带，从而获得最大的频率分集。进一步地，本发明提出了多小区组网情况下，为各个小区分配工作模式的基本原则，通过这些原则设置多小区组网的工作模式，从而降低小区间干扰。

附图说明

图1为现有技术的蜂窝网络中小区分布的示意图；

图2(a)为现有技术中部分频率复用方案的信道分配示意图；

图2(b)为现有技术中软频率复用方案的信道分配示意图；

图3为本发明第一实施例中动态联合信道分配的方法流程图；

图4为本发明第一实施例中对中心用户进行单独调度的方法流程图；

图5为本发明第一实施例中对所有边缘用户进行多小区联合调度的方法流程图；

图6为本发明第一实施例中小区分组的示意图；

图7为本发明第一实施例中信道分配的系统结构图；

图8为本发明第二实施例中三时隙多小区的工作模式分配示意图；

图9为本发明第二实施例中三时隙分扇区小区的工作模式分配示意图；

图10为本发明第二实施例中多个任意形状小区的工作模式分配示意图；

图11为本发明第一实施例中β＝0.4时动态联合信道分配方案的吞吐量仿真示意图；

图12为本发明第一实施例中β＝0.5时动态联合信道分配方案的吞吐量仿真示意图；

图13为本发明第一实施例中β＝0.6时动态联合信道分配方案的吞吐量仿真示意图；

图14为本发明第二实施例中β＝0.4时小区呼吸方案的吞吐量仿真示意图；

图15为本发明第二实施例中β＝0.5时小区呼吸方案的吞吐量仿真示意图；

图16为本发明第二实施例中β＝0.6时小区呼吸方案的吞吐量仿真示意图。

具体实施方式

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

本发明提出的无线通信系统中的多小区信道分配方法，采用动态联合信道分配或者小区呼吸方案，在实现小区间干扰协调的同时，获得更大的频率分集。

第一实施例：动态联合信道分配方案

需要指出，在该方案的整个信道分配过程中将使用到三种表格：信道分配表、用户-信道列表和最强干扰表。

其中，信道分配表用于表示调度过程中的信道和用户的分配情况，每个表项的可能取值为0、1或-1，0表示该信道可以被某个用户占用(可用信道)，1表示该信道已经被相应的用户占用，-1表示该信道不能被相应的用户占用。

用户-信道列表中的每个表项是一个用户-信道对，这些表项按照用户在信道上的增益或者公平性参数等进行降序排列，用于决定调度过程中的分配顺序。比如，表1是一个具体的用户-信道列表，记录有6个表项，按照增益从大到小排序。可以看出，用户3在信道1上的增益最大，在调度中将先被分配。

1	2	3	4	5	6
						用户3 信道1	用户6 信道4	用户9 信道1	用户3 信道4	用户9 信道3	用户6 信道2

表1

在具体实现时，用户-信道列表又分为第一列表和第二列表，其中用户-信道第一列表用于决定中心用户的调度顺序，用户-信道第二列表用于决定边缘用户的调度顺序。

最强干扰表用于记录各个用户的最强干扰小区，以便在调度过程中避免小区间干扰。

图3为本发明一个实施例中进行动态联合信道分配的方法流程图，包括：

步骤301：每个用户终端获取自身的大尺度衰落(large scale fading)信息反馈给服务基站，由服务基站确定该用户终端的用户类型。具体地，该用户类型包括中心用户和边缘用户两种。针对每个小区，其服务基站将该小区内所有用户终端根据其用户类型(中心用户或边缘用户)划分为两组。

进一步地，步骤301中用户终端还会将其它信息，比如该用户终端在所有信道上的信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR)、在所有信道上造成最强干扰基站所对应的小区编号等，反馈给服务基站。

步骤302：在每个小区内对中心用户进行信道分配。该步骤由每个小区的服务基站执行，具体实现参见图4。

步骤303：在多个小区间进行边缘用户的联合信道分配，该步骤的具体实现参见图5。

步骤304：确定经过上述分配后的剩余信道，将所述剩余信道重新分配给每个小区的中心用户。该步骤中重新分配的过程可参照步骤302。

具体地，步骤304中确定剩余信道的操作包括：查找信道分配表中可以被用户占用的信道(比如经过步骤302和303的分配后仍标记为0的信道，或称为可用信道)。或者，查找已分配到的信道数小于预定数目的边缘用户，将分配给该边缘用户的所有信道释放出来，成为剩余信道。比如，寻找已占用信道数小于边缘用户最小信道数n_min，e的边缘用户，将这些边缘用户在信道分配表中设置为1的所有表项改为0。可以看出，由于这些边缘用户分配到的信道数过少，即使为这些边缘用户提供通信，其通信质量也无法得到保证，因此可以将这些边缘用户忽略，并将网络资源释放出来给系统中的其它用户使用。

需要说明的是，步骤304在具体实现时并不是必不可少的。

通过以上四个步骤，每个用户都有机会从整个网络资源(比如频带、服务周期、信道码等)中动态地选择对其最有利的信道，从而使系统得到较大的频率分集增益和用户分集增益，并且该信道分配结果可以避免小区间干扰，同时保证各个用户和小区的吞吐量。

此外，在具体实现图3所示的方法时，可以在步骤302为中心用户分配信道和步骤303为边缘用户联合分配信道时引入用户公平算法，例如：比例公平(PF)算法。也就是说，在确定中心或者边缘用户的用户调度顺序时，根据每个中心或者边缘用户在每个信道上的公平性参数(比如比例公平因子)进行排序，得到用户-信道列表。

再有，图3所示的方法是先执行步骤302后执行步骤303，称为“中心用户优先”算法。当然，步骤302和步骤303在具体实现时也可以交换执行顺序。对于先执行步骤303后执行步骤302的方法，称为“边缘用户优先”算法，“边缘用户优先”算法可以避免小区中所有信道全部被中心用户占用的情况。在实际应用中，“中心用户优先”和“边缘用户优先”这两种算法可以根据整个网络的实际负载(例如中心用户和边缘用户的比例)进行动态调整。比如，当边缘用户在网络中占主导地位时，可以使用“中心用户优先”算法，以保证中心用户的性能。

图4示出在某个小区内对中心用户进行单独调度的方法流程，所述单独调度是指某个小区的中心用户的信道分配和另一小区是独立进行的，二者之间不相互影响。该方法具体包括：

步骤401：获取该小区内的所有中心用户在各个信道上的增益，按增益大小降序排成用户-信道第一列表，每个表项是一个用户-信道对。

在进行中心用户的信道分配时，每个小区都有自身的用户-信道第一列表，记录所有信道和该小区内的所有中心用户的对应关系。

步骤402：检测用户-信道第一列表中排在第一位的表项(即第一表项)所对应用户(假设为用户j)的已占用信道数m。

步骤403：比较已占用信道数m和中心用户最大信道数n_max，c，如果已占用信道数m尚未达到n_max，c，则执行步骤404；否则，删除该用户-信道第一列表中所有涉及用户j的表项，并返回执行步骤402。其中，第一表项所对应用户j即为最大增益对应的用户。

步骤404：将用户-信道第一列表中的第一表项对应的信道(假设为信道i)分配给对应的用户(即用户j)。

步骤405：更新用户-信道第一列表，将其中所有涉及信道i的表项全部删除。

步骤406：更新信道分配表，将其中信道i和用户j对应的表项置为1，将用户j所在小区的其它用户在信道i上的表项置为-1。

步骤407：重复执行步骤402到步骤406，直到该小区的中心用户的信道状态比边缘用户的信道状态差为止，流程结束。

具体地，服务基站判断用户-信道第一列表中当前排在第一位的表项所对应用户的SINR是否低于预设门限，如果低于则判定中心用户的信道状态差于边缘用户。

需要指出的是，系统中的每个小区都可以根据图4所示的方法进行中心用户的信道分配。另外，步骤401中也可以按照升序排列用户-信道对，那么步骤402中检测的是用户-信道第一列表中排在最末位的表项。也就是说，不论用户-信道第一列表中的表项如何排序，每次检测的都是当前增益最大的用户-信道对。

图5示出对所有边缘用户进行多小区联合调度的方法流程，具体包括：

步骤501：获取所有小区中各个边缘用户在可用信道上的增益，将其降序排成用户-信道第二列表。

步骤502-503：检测用户-信道第二列表中第一表项所对应用户的已占用信道数是否达到边缘用户最大信道数n_max，e，如果已达到，则删除用户-信道第二列表中所有包含该用户的表项，并返回执行步骤502，否则执行步骤504。

步骤504：将用户-信道第二列表中第一表项对应的信道分配给对应的用户，假设将信道i分配给小区1中的边缘用户j。

步骤505：更新信道分配表和用户-信道第二列表。其中，步骤505具体包括5051-5053。

5051：将信道分配表中信道i和小区1的边缘用户j所对应的那个表项置为1，该小区1中的所有其它用户(包括中心用户和其它边缘用户)在信道i的对应表项置为-1。同时，将用户-信道第二列表中的表项(边缘用户j，信道i)删除。

5052：根据最强干扰表确定对边缘用户j在信道i上形成最强干扰的小区2，在信道分配表中将该小区2的所有边缘用户在信道i上的表项置为-1，以防止小区2的边缘用户使用信道i对小区1的边缘用户j产生强干扰。同时，在用户-信道第二列表中，将小区2的所有边缘用户在信道i的对应表项删除。

需要说明的是，当一个小区的某个信道被分配给该小区的边缘用户时，该小区在该信道上的最强干扰小区可以有以下三种工作模式：在该信道上保持沉默；将该信道分配给其中心用户使用；与该小区一起向该边缘用户进行联合传输。进一步地，以上提到的最强干扰小区的工作模式的选择可以是动态的。比如，当需要较高的用户吞吐量时，可以使用由中心用户占用该信道的传输模式；当小区边缘用户需要较低的误码率时，可以使用联合传输模式。

5053：根据最强干扰表确定在信道i上将会受到用户j所在小区1的最强干扰的边缘用户，将这些边缘用户设置为不能占用信道i，即将其在信道分配表中的对应表项置为-1，并同步更新用户-信道第二列表。

在步骤505的实现过程中，5051针对的是边缘用户j所在小区的所有其它用户，5052针对的是对边缘用户j构成最强干扰的其它小区的边缘用户，而5053针对的是受到边缘用户j所在小区最强干扰的其它小区的边缘用户。这三个子步骤之间并不相互影响，因此无需限定其执行顺序，比如可以按照5052-5053-5051的顺序执行步骤505所述的更新。

步骤506：重复执行步骤502-505，直到用户-信道第二列表为空，流程结束。

以下举一个具体实例，对图3-图5提供的信道分配方法进行详细描述。假设系统中共有4个可供分配的信道，且需要进行信道分配的协作小区包括：小区A、小区B、小区C。其中，用户1-3位于小区A，用户1和2是中心用户，用户3是边缘用户；用户4-6位于小区B，用户4和5是中心用户，用户6是边缘用户；用户7-9位于小区C，用户7和8是中心用户，用户9是边缘用户。这些边缘用户的最强干扰表如表2所示。其中，其它小区表示上述协作小区之外的小区，比如在信道2对边缘用户3产生强干扰的就是其它小区。

表2

1、参考步骤406，根据每个小区的用户-信道第一列表进行中心用户的信道分配，得到的信道分配表如下：

表3

比如，在小区A，用户1占用信道2，用户2占用信道3。至此，中心用户的信道分配结束。

2、将表1示出的表格作为用户-信道第二列表，则第一表项的用户-信道对为(用户3，信道1)，参考步骤505对信道分配表和用户-信道第二列表进行修改、更新。具体地：

参考5051：将信道分配表中用户3在信道1的表项置为1，将小区A中的所有其它用户(即用户1、用户2)在信道1的表项置为-1，并将用户-信道第二列表中的表项(用户3，信道1)删除；

参考5052：根据表2所示的最强干扰表，用户3在信道1上的最强干扰来自小区C，则小区C中的边缘用户(比如用户9)不能占用信道1，因此将信道分配表中用户9在信道1上的表项也置为-1，并将用户-信道第二列表中的表项(用户9，信道1)删除；

参考5053：用户3位于小区A，根据表2所示的最强干扰表，小区A对边缘用户6和边缘用户9都没有构成最强干扰，因此不必对信道分配表和用户-信道第二列表作进一步更新。

经过上述过程，更新后的信道分配表见表4，其中突出显示部分为本次更新的表项；更新后的用户-信道第二列表见表5，其中突出显示部分为本次删除的表项。

表4

1(删除)	2	3(删除)	4	5	6
						用户3 信道1	用户6 信道4	用户9 信道1	用户3 信道4	用户9 信道3	用户6 信道2

表5

3、此时，用户-信道第二列表中的第一表项为(用户6，信道4)。由于用户-信道第二列表尚未为空，因此再次参考步骤505对信道分配表和用户-信道第二列表进行修改、更新，得到更新后的表6和表7。其中，参考5053，用户3在信道4上的最强干扰来自用户6所在的小区B，则用户3不能占用信道4，因此将信道分配表中用户3在信道4上的表项也置为-1。

表6

1(删除)	2(删除)	3(删除)	4(删除)	5	6
						用户3 信道1	用户6 信道4	用户9 信道1	用户3 信道4	用户9 信道3	用户6 信道2

表7

4、此时，用户-信道第二列表中的第一表项为(用户9，信道3)。再次参考步骤505对信道分配表和用户-信道第二列表进行修改、更新，得到更新后的表8和表9。

表8

1(删除)	2(删除)	3(删除)	4(删除)	5(删除)	6
						用户3 信道1	用户6 信道4	用户9 信道1	用户3 信道4	用户9 信道3	用户6 信道2

表9

5、此时，用户-信道第二列表中的第一表项为(用户6，信道2)。再次参考步骤505对信道分配表进行修改、更新，得到更新后的表10。

表10

至此，用户-信道第二列表为空，边缘用户的联合信道分配结束。

进一步地，为了将以上描述的基于用户的动态联合信道分配方案用于实际系统中，本发明提出了一种小区分组的方法，以降低具体实现的计算复杂度和信令开销。

如图6所示，以19个小区组成的网络为例，可以将所有小区分成3个信道分配组，其中组1和组3都是由9个小区组成，每3个协作小区为一簇，同一组内的各个簇之间不相邻。比如，组1中的簇1、簇2、簇3在地理位置上就是不相邻的。考虑到各个信道分配组之间的距离较远，使得各个信道分配组之间的干扰可以忽略，因此位于不同信道分配组的小区之间不需要进行信令交互或者仅需少量的信令交互。根据上述方法进行小区分组后，再确定信道分配组的调度顺序，逐个组进行动态联合信道分配。需要说明的是，每个组内的信道分配可参考图3-图5所示的方法。

以“组1-组3-组2”的调度顺序为例，组1使用图3所示的四个步骤进行信道动态分配后，通知其它组(即组3和组2)其边缘用户的分配结果；根据组1的分配结果，组3先进行信道分配表的初始化设置，再进行组内的信道分配；随后，组2根据组1和组3的分配结果进行自身组内的信道分配。

为了避免小区分组对各个信道分配组的小区性能的影响，可以在不同的调度时刻使用不同的组间调度顺序，以保证各组间的公平性。比如，在下一次调度时，将上述的调度顺序更改为“组3-组2-组1”，再下一次调度时的顺序更改为“组2-组1-组3”。

需要说明的是，各个信道分配组的调度顺序可以是网络预设的，也可以根据网络中各组内小区的实际负载进行动态调整。比如，如果一个小区的负载较重，或是其边缘用户数目过多，就可以优先调度该小区所在的信道分配组。

和本发明的方法相对应地，图7提供了本发明第一实施例中信道分配的系统结构图。该信道分配系统包括：一个或者多个服务基站，每个服务基站用于管辖一个小区中的一个或者多个用户终端；以及，一个或者多个中心控制单元，每个中心控制单元用于管辖一个或者多个小区。

其中，每个服务基站进一步用于将所管辖小区中的用户终端区分为中心用户和边缘用户，并为所管辖小区中的中心用户进行信道分配。

每个中心控制单元进一步用于为所管辖小区中的所有边缘用户进行联合信道分配。

进一步地，所述用户终端用于将自身的大尺度衰落信息反馈给管辖该用户终端的服务基站；

进一步地，所述服务基站用于：

进一步地，所述中心控制单元用于：

接收其所管辖的每个小区的服务基站上报的所有边缘用户的SINR，并根据所述SINR确定所管辖小区中一个或者多个边缘用户的第二用户调度顺序；

否则，将所述第一信道分配给所述第一边缘用户，并将与所述第一边缘用户具有最强干扰关系的其它边缘用户设置为不能占用所述第一信道，将该第一边缘用户所在小区中的其它用户也设置为不能占用所述第一信道，再将第一信道和第一边缘用户的对应关系、以及第一信道和与所述第一边缘用户具有最强干扰关系的其它边缘用户的对应关系从所述第二用户调度顺序中删除。

其中，与所述第一边缘用户具有最强干扰关系的其它边缘用户包括：在第一信道上对第一边缘用户形成最强干扰的小区中的边缘用户，以及在第一信道上受到第一边缘用户所在小区的最强干扰的边缘用户。

可以看出，上述操作中，中心控制单元并非将所有相邻小区的边缘用户都设置为不能占用第一信道，而只是将信道分配表中具有最强干扰关系的边缘用户在第一信道上设置为-1。

需要说明的是，所述中心控制单元设置在所管辖的一个或者多个小区的其中一个服务基站上；或者所述中心控制单元为无线网络控制器RNC。

第二实施例：小区呼吸方案

在本实施例的小区呼吸方案中，定义有两种不同的工作模式：中心模式(cell-centre mode，CM)和边缘模式(cell-edge mode，EM)。其中，中心模式是指基站使用较低的发射功率服务于中心用户；边缘模式是指基站使用较高的发射功率服务于边缘用户。考虑到六边形蜂窝小区的结构特点，可以将所有小区的每个服务周期分为三个时隙，通过合理分配每个小区在每个时隙的工作模式，可以避免小区间的强干扰。每个小区要么工作在中心模式，要么工作在边缘模式。并且，不同小区根据其相互之间的位置关系，在工作模式的设置上也要满足一定的约束条件。比如，相邻小区不可以同时工作在边缘模式。

在具体实现时，多个小区的工作模式的基本分配原则包括：

1、同一小区在不同时隙的工作模式分配：每个小区在每个服务周期中，有两个时隙工作在中心模式，一个时隙工作在边缘模式。

2、不同小区在同一时隙的工作模式分配：如果某个小区在某个时隙工作在边缘模式，则其所有的相邻小区在该时隙都必须工作在中心模式；或者说，只有当某个小区的所有相邻小区都工作在中心模式时，该小区才可以工作在边缘模式。

根据以上基本分配原则，对于由19个小区组成的蜂窝网络，一种可行的工作模式的分配方案如图8所示。根据这种三时隙的分配方案，每个小区都可以保证在一个服务周期内，自身的中心用户和边缘用户均能得到有效的服务，且整个系统不存在由相邻小区的边缘用户相互影响造成的强干扰。

对于分扇区的蜂窝网络来说，上面提到的基本分配原则也是可行的。以每个小区分为3个扇区为例，工作模式的分配方案如图9所示，同一小区在同一时隙只有一个扇区处于边缘模式。

对于形状不规则小区的工作模式分配，可以参考现有技术中图论的“四色理论”。如图10所示，对多个任意形状小区进行着色，使得具有同一颜色的小区在地理位置上不相邻，则根据“四色理论”要满足该要求最多使用4种颜色，这4种颜色在图10中分别用标号1-4表示。相应地，每种颜色对应于一个时隙的边缘模式。也就是说，最多使用四个时隙即可完成对蜂窝网络内的所有边缘用户和中心用户的服务。

进一步地，还可以将动态功率管理机制加入到小区呼吸方案中。工作于边缘模式的基站可以使用全功率发射；工作于中心模式的基站根据小区内的实际负载动态地决定发射功率。当小区内负载较重时，可以适当增加中心模式时基站的发射功率，以保证中心用户的服务质量；当小区负载较轻时，可以减小中心模式时基站的发射功率，以减轻中心用户对相邻小区的干扰。各个小区的功率控制可以根据各个小区内的负载相互独立地进行，以减少基站间空中接口的负载；也可以进行少量的信息交互，以避免相邻小区同时过量增大中心模式的发射功率导致小区间干扰过于严重。

可以看出，在本发明的信道分配方法中，基于用户的动态联合信道分配方案通过使用用户-信道列表确定用户调度顺序，能够获得频率分集和用户分集，并提高系统的总吞吐量；通过使用信道分配表为边缘用户进行联合信道分配，从而避免小区间的强干扰。进一步地，对网络中的多个小区进行分组并确定组间调度顺序，在不影响系统性能的同时，大大降低了干扰协调的复杂度。

对于小区呼吸方案，通过合理安排网络中的各个小区在每个时隙的工作模式，达到小区间干扰协调的目的，并获得较高的频率分集。进一步地，在各个小区的工作模式确定之后，可以使用各种单小区的信道分配方法进行小区内的信道分配，以实现系统性能的最优化。

以下采用表11所示的系统仿真参数，对动态联合信道分配方案和小区呼吸方案分别进行性能仿真。

调制编码方案集合	QPSK(R＝1/8，1/6，1/5，1/4，1/3，1/2，3/5，2/3，3/4，5/6) 16QAM(R＝1/2，3/5，2/3，3/4，5/6) 64QAM(R＝3/5，2/3，3/4，4/5)
		小区边缘用户门限	3dB

表11 多小区的系统仿真参数

对于动态联合信道分配方案，其仿真结果见表12和图10、11、12。通过和其它方案的仿真结果比较看出，基于用户的动态联合信道分配方案可以得到更高的小区平均吞吐量。而且，随着中心用户与边缘用户功率比β的提高，最差5％用户的性能将逐渐优于传统的FFR与SFR方案。

表12 动态联合信道分配方案的仿真结果

对于小区呼吸方案，其仿真结果见表13和图13、14、15。通过和其它方案的仿真结果比较看出，小区呼吸方案可以在几乎不影响系统的扇区平均吞吐量的前提下，显著提高边缘用户的性能。同时，该小区呼吸方案不需要基站间交换用户的信道状态信息，因此有效地降低了基站间空中接口的负载。

需要说明的是，表12和13中的β表示基站对中心用户和边缘用户所使用的发射功率的比值。

表13 小区呼吸方案的仿真结果

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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

1.一种无线通信系统中的信道分配方法，该无线通信系统包括多个小区，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每个小区的服务基站将其所管辖的用户终端区分为中心用户和边缘用户包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A1包括：为该小区设置用户-信道第一列表，确定该小区内的所有中心用户在所有信道上的增益或者公平性参数，按照所述增益或者公平性参数降序地排列相应的用户-信道对，并将所述用户-信道对按照该排列顺序记录在所述用户-信道第一列表中；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每个小区的服务基站对本小区内的中心用户进行信道分配进一步包括：在步骤A3之后，进一步确定所述第一用户调度顺序中当前排在最先的对应关系指向的第一中心用户，获取该第一中心用户的信干噪比SINR和预设门限比较，如果低于所述预设门限则结束对本小区内中心用户的信道分配，否则返回执行步骤A2。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括：在中心用户的信道分配结束后，所述服务基站将本小区内的边缘用户在可用信道上的情况发送给管辖该小区的中心控制单元。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中心控制单元对所管辖小区内的所有边缘用户进行联合信道分配包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述与第一边缘用户具有最强干扰关系的其它边缘用户包括：在第一信道上对第一边缘用户形成最强干扰的小区中的边缘用户，以及在第一信道上受到第一边缘用户所在小区的最强干扰的边缘用户。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤B1包括：所述中心控制单元设置用户-信道第二列表，确定所管辖的所有小区内的边缘用户在所有可用信道上的增益或者公平性参数，按照所述增益或者公平性参数降序地排列相应的用户-信道对，并将所述用户-信道对按照该排列顺序记录在所述用户-信道第二列表中；

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：

10.根据权利要求7-9任一项所述的方法，其特征在于，所述中心控制单元对所管辖小区内的所有边缘用户进行联合信道分配进一步包括：在步骤B3之后，判断所述用户-信道第二列表是否为空，如果为空则结束对边缘用户的联合信道分配，否则返回执行步骤B2。

11.根据权利要求6-9任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括：在边缘用户的联合信道分配结束后，所述中心控制单元将边缘用户的信道分配情况发送给对应小区的服务基站。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：每个小区的服务基站对本小区内的中心用户进行信道分配后，将该小区内的边缘用户在可用信道上的情况发送给管辖该小区的中心控制单元，所述中心控制单元根据所述边缘用户在可用信道上的情况，对所管辖小区内的所有边缘用户进行联合信道分配；

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：将所述无线通信系统中包括的多个小区划分到一个或多个信道分配组中，每个中心控制单元管辖一个信道分配组中的所有小区。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括：所述一个或多个信道分配组按照预先设置的组间调度顺序进行边缘用户的联合信道分配，排列顺序在先的信道分配组在信道分配结束后，将其边缘用户的信道分配情况发送给其它信道分配组。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：在中心用户的信道分配和边缘用户的联合信道分配后，每个服务基站确定出自身小区的剩余信道，将其分配给该小区的中心用户。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述每个服务基站确定出自身小区的剩余信道包括：所述服务基站查找尚未被本小区中的用户占用的可用信道；或者

17.一种信道分配系统，其特征在于，包括：

所述服务基站用于：

18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述用户终端用于将自身的大尺度衰落信息反馈给管辖该用户终端的服务基站；

19.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述中心控制单元用于：

20.根据权利要求17-19任一项所述的系统，其特征在于，所述中心控制单元设置在所管辖的一个或者多个小区的其中一个服务基站上；或者

所述中心控制单元为无线网络控制器RNC。