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CN1665228A - 根据频率再用率自适应分配子信道的装置和方法 - Google Patents

根据频率再用率自适应分配子信道的装置和方法 Download PDF

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CN1665228A CN2004100757982A CN200410075798A CN1665228A CN 1665228 A CN1665228 A CN 1665228A CN 2004100757982 A CN2004100757982 A CN 2004100757982A CN 200410075798 A CN200410075798 A CN 200410075798A CN 1665228 A CN1665228 A CN 1665228A
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Abstract

提供一种用于在OFDMA系统中根据频率再用率自适应分配子信道的装置和方法。为了分配一个或多个子信道给一个或多个MS，从多个MS接收与最佳FRF和调制方案相关的信息，根据接收到的信息计算每个FRF需求的子信道数，根据BS和相邻的BS计算的子信道数将子信道分配给每个FRF的BS，以及将已分配的子信道分配给MS。

Description

根据频率再用率自适应分配子信道的装置和方法
技术领域
本发明一般涉及移动通信系统，尤其涉及在正交频分多址(OFDMA)移动通信系统中分配子信道给多个移动站(MS)的装置和方法。
背景技术
第三代(3G)移动通信系统正发展为第四代(4G)移动通信系统。4G移动通信系统是当前在标准化处理下用于在有线通信网络和无线通信网络间提供有效的交互工作方式和综合服务，该服务超越前代移动通信系统所提供的简单无线通信服务。
由于移动通信系统中的发送机和接收机间遇到障碍，无线信道上的信号经历多路径干扰。多路径无线信道的特征是它最大延迟扩展和信号传输周期。如果最大延迟扩展比传输周期长，在连续信号间没有干扰并且该信道表现为频率非选择性衰落信道。
然而，使用用于具有短码元周期的高速数据传输的单载波方案导致了严重的码间干扰(ISI)。所导致的增强的信号失真增加了接收机端的均衡器的复杂度。
在这种环境中，将正交频分复用(OFDM)作为单载波传输方案中用以解决均衡问题的有用方案而提出。
OFDM是多载波调制(MCM)的特例，其中，串行码元序列被转换为并行码元序列并且被调制成多个相互正交子载波(或子载波信道)。
第一种MCM系统在20世纪50年代出现用于军事高频(HF)无线通信，和重叠正交子载波的OFDM最初在20世纪70年代开发。鉴于多个载波间的正交调制，OFDM在系统的实际实施中具有局限性。在1971年，Weinstein等人提出一种将DFT(离散傅立叶变换)作为有效调制/解调处理应用到并行数据传输的OFDM方案中，这是促进OFDM发展的动力。同样，引进保护间隔和循环前缀作为保护间隔还减少许多系统上的多路径传播和延迟扩展的不利效果。
这就是OFDM为何广泛开发用于诸如数字音频广播(DAB)、数字TV广播、无线局域网(WLAN)和无线异步传输模式(WATM)的数字数据通信的原因。虽然硬件的复杂性是OFDM广泛使用的障碍，但包括FFT(快速傅立叶变换)和IFFT(快速傅立叶逆变换)的数字信号处理技术的最新进展已经能使得OFDM更容易实施。
类似于FDM(频分复用)，因为OFDM在子载波中保持正交性的同时在子载波上传输数据，所以OFDM以在高速数据传输中具有最佳传输效率自夸。该最佳传输效率进一步归因于OFDM中好的频率利用率和抗多路径衰落的稳健性。
重叠频谱导致有效频率利用和抗频率选择性衰落和多路径衰落的稳健性。OFDM通过使用保护间隔来降低ISI的影响，并启用简单均衡器硬件结构的设计。此外，由于OFDM抗脉冲噪声的稳健性，因此它在通信系统中日益流行。
参考图1，描述典型OFDM移动通信系统的结构。
图1是典型OFDM通信系统的框图。该OFDM通信系统由发送机100和接收机150组成。
参照图1，发送机100包括编码器104、码元映射器106、串并转换器(SPC)108、导频码元插入器110、IFFT 112、并串转换器(PSC)114、保护间隔插入器116、数模转换器(DAC)118和射频(RF)处理器120。
一旦待传输的用户数据比特和控制数据比特产生，则将数据和控制比特提供给编码器104。用户数据比特和控制数据比特通称为“用户数据”102。编码器104根据预定编码方法来编码用户数据102。该编码方法可能是，但不限定是，turbo编码或具有预定编码率的卷积编码。码元映射器106根据预定调制方案来调制从编码器104接收的编码的比特。该调制方案可能是、但不限制是BPSK(二进制相移键控)、QPSK(正交相移键控)、16QAM(16进制正交幅度调制)、或64QAM。
SPC 108将从码元映射器106接收的串行已调制的码元序列转换为并行码元序列。导频码元插入器110将导频码元插入到并行已调制的码元中。IFFT112对从导频码元插入器110接收的信号进行N点IFFT处理。
PSC 114串行化IFFT信号。保护间隔插入器116将保护间隔插入到来自PSC 114的串行信号中。插入保护间隔是为了消除对于先前OFDM码元周期传输的OFDM码元和对于当前OFDM码元周期待传输的OFDM间的干扰。最初提出空数据在预定周期插入作为保护间隔。然而，如果接收机错误地估算OFDM码元的开始，则作为保护间隔的空数据传输增加了已接收的包括子载波间干扰的OFDM码元的判断错误概率。因此，保护间隔以循环前缀或循环后缀的形式插入。循环前缀是插入到有效OFDM码元的时域OFDM码元的预定最后抽样的复制。循环后缀是插入到有效OFDM码元的时域OFDM码元的预定最先抽样的复制。
DAC 118将保护间隔插入器116的输出转换为模拟信号并将转换的信号输出到RF处理器120。包括滤波器和前端单元(没有示出)的RF处理器RF处理将要在空中传输的模拟信号，并通过发送(Tx)天线在空中传输RF信号。
现在描述接收机150的组成。接收机150以发送机100的逆操作顺序操作。
接收机150包括RF处理器152、模数转换器(ADC)154、保护间隔去除器156、SPC 158、FFT 160、导频码元提取器162、信道估算器164、均衡器166、PSC 168、码元解映射器170和解码器172。
从发送机100传输的信号经历多路径信道而到达接收(Rx)天线时作为有噪声的信号。RF处理器152将从Rx天线接收的信号下转换为中频(IF)信号。ADC 154将模拟IF信号转换为数字信号。
保护间隔去除器156从数字信号中去除保护间隔。SPC 158并行化从保护间隔去除器156接收的串行信号并且FFT 160对并行信号执行N点快速傅立叶变换。均衡器166信道均衡FFT信号，以及PSC 168串行化已均衡的信号。
导频码元提取器162根据FFT信号检测导频码元，并且信道估算器164使用导频码元来估算信道并将信道估算结果提供给均衡器166。接收机150创建与信号估算结果相应的CQI(信道质量信息)，并通过CQI发送机(没有示出)将CQI传输到发送机100。
码元解映射器170根据预定的解调方法解调从PSC 168接收的串行信号。解码器172根据预定解码方法解码解映射的码元并输出最后接收的用户数据174。所述解调和解码方法确定为与发送机100中使用的调制和编码方法一致。
OFDM系统可以使用OFDMA方案来控制多用户接入。OFDMA方案允许每个用户通过跳频(FH)扩频来使用OFDM子信道的子集。在OFDMA中，单个用户可在任意给定时间在特定子信道上专门传输。在这一环境中，无线资源分配对系统性能优化是意义非凡的。
在OFDM模式中，OFDM码元是用于分配资源的基本单元。一个OFDM码元传递的数据比特数是根据也用作每个码元的数据载波数的调制和编码方案确定。同时，OFDMA模式中的基本资源分配单元是子信道。每个OFDM码元根据FFT的大小在整数个子信道上传输，并且每个子信道的数据比特数等于每个子信道的数据载波的数据比特数。
众所周知，OFDMA系统使用信道状态信息有效地实施。通常，信道分配根据无线信道状态信息使用预定周期测量的信噪比(SNR)实施。或更简单地，最先分配根据先前信道状态信息选择的最好信道。
为了在多小区环境中使用给定带宽以增加容量，提出使用复用分割方法用于常规FDMA系统。
复用分割方法适合于一种调制方案、一种服务类型和一种分配给每用户的信道的情况。因此，它对于使用自适应调制和编码(AMC)以及用户需要多种不同数据率的数据类型的OFDMA系统的多小区环境是不可行的。此外，由于小区协调和信道估算错误，理想的动态信道分配导致复杂实施并急剧地增加了性能的恶化。
发明内容
本发明属于上述的OFDM系统中的有效子信道分配方法和装置，其整合到4G无线通信网络的物理结构中。
本发明的一个目的是实际解决至少上述问题和/或缺点并提供至少下述优势。因此，本发明的一个目的是在OFDMA移动通信系统中提供用于有效分配子信道给多个MS的装置和方法。
本发明的另一目的是在OFDMA移动通信系统中用于根据频率再用自适应分配子信道给多个MS的装置和方法。
本发明的又一目的是提供一种用于在OFDMA移动通信系统中分配子信道给多个具有用于特定小区中使用的子信道的不同频率再用率的MS。
上述的目的是通过提供一种用于根据OFDMA系统中频率再用率自适应分配子信道的装置和方法实现。
根据本发明的一方面，在OFDMA移动通信系统中(其中第一BS与第一BS的小区区域内的多个MS通信并且无线网络控制器(RNC)控制包括第一BS的多个BS的无线资源)分配一个或多个子信道给一个或多个MS的方法中，从多个MS接收到关于最佳频率再用因子(FRF)和调制方案的信息；根据接收的信息计算每个FRF所需的子信道数；考虑从第一BS和相邻BS计算的子信道数，对于每个FRF将子信道分配给第一BS；以及将已分配的子信道分配给MS。
根据本发明的另一方面，在OFDMA移动通信系统(其中第一BS与第一BS的小区区域内的多个MS通信并且无线网络控制器(RNC)控制包括第一BS的多个BS的无线资源)中用于分配一个或多个子信道给一个或多个MS的装置中，BS子信道分配器接收多个最佳FRF和调制方案的MS信息；根据接收到的信息计算每个FRF所需的子信道数；考虑从第一BS和相邻BS计算的子信道数，对于每个FRF将子信道分配给第一BS；MS子信道分配器将已分配的子信道分配给MS。
附图说明
结合附图，从下面详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优势将变得更明显，其中：
图1是典型OFDM/OFDMA通信系统中的发送机和接收机框图；
图2示出了根据本发明实施例的OFDMA通信系统的配置；
图3示出了根据本发明实施例的基于频率再用率的用于自适应子信道分配的信号流的附图；
图4是示出根据本发明实施例的MS的操作流程图；
图5是示出根据本发明实施例的BS的操作流程图；
图6是示出根据本发明实施例的在无线网络控制器(RNC)中在每个BS基础上分配子信道的操作流程图；
图7是示出根据本发明实施例的在BS中在每个BS基础上分配子信道的操作流程图；
图8是示出根据本发明实施例的频率再用因子子信道分配给小区的视图；
图9是根据本发明实施例的在BS中的发送机的框图；
图10是根据本发明实施例的在MS中的接收机的框图；以及
图11是依照性能比较本发明实施例和常规子信道分配方法的图。
具体实施方式
本发明的优选实施例将参照附图在下面描述。在下面的描述中，因为会在不必要细节方面模糊本发明，不详细描述公知的功能或结构。
本发明旨在提供一种OFDM移动通信系统中的有效子信道分配方法，特别在分配子信道给多个用户的OFDMA通信系统中。
多个子载波形成一个用于预定用法的或用于分配给特定MS的子信道。也就是说，一个子信道由一个或多个子载波组成，以及子载波在子信道基础上被分配给MS。
本发明提出适用于使用自适应调制、编码(AMC)方案并且提供各种业务类型的OFDMA系统的子信道分配方法。子信道分配方法导致有效频率再用并增强系统性能。
同时，本发明对于相同小区内的子信道使用不同频率再用因子(FRF)，以便根据FRF有效地分配子信道。
FRF是表示小区系统的频率效率的参数。它被定义为划分了整个可用频带的小区数。例如，如果可用信道的总数划分成7份并且整个可用频谱的一部分分配给7个小区的每个，因此，FRF是7。7个不同频率的小区集称为小区群集。因此，FRF是小区群集中的小区数。
对于CDMA系统，FRF理论上为1。在实际实施中，它是1/0.6。CDMA的FRF比模拟方案、AMPS(高级移动电话业务)少4倍并比TDMA(时分多址)少2到2.4倍。由于FRF，CDMA通信系统比其他无线接入系统具有更大信道容量。
为了增强蜂窝系统的频率资源利用率，必须好好利用频率再用技术。如前面描述的，频率再用使用特定小区/地区中使用的相同频率以用于另一小区/地区，以及频率再用率定义为使用相同频率的小区/地区间的距离。
在具有FRF为1(FRF 1)的系统中，SNR取决于接收终端的位置。如果该终端在小区/地区间的边界区域或在重叠区域，它经历很低的SNR。相反，如果终端离基站很近，它具有相当高SNR。
图2示出了根据本发明实施例的ODMA系统的配置。
参照图2，OFDMA系统由多个MS 213、223、225、227、233和235，多个在空中通信的BS 211、221、和231，以及通过电缆连接到BS 211、221和231用来控制它们的RNC 201组成。
小区1中的MS 213与控制小区1的BS 211通信，小区2中的MS 223、225和227与控制小区2的BS 221通信，以及小区3中的MS 233和235与控制小区3的BS 231通信。同时，RNC 201控制BS 211、221和231并为它们实现无线资源分配和数据传输/接收调度。
根据本发明，MS 213-235中的每一个汇报它的链路质量(LQ)给它服务的BS。BS 211、221和231依次将从MS 213-235接收的LQ汇报给RNC 201。然后，RNC 201收集这些LQ，考虑LQ和BS请求的资源来分配无线资源(即子信道)给BS 211、221和231，并通知BS已分配的无线资源。一旦接收到无线资源分配信息，BS 211、221和231各自有效地分配无线资源给它们小区内的MS 213至235。
将参照图3来详细描述根据本发明的子信道分配给BS及随后分配给MS。
图3是示出根据本发明实施例的根据频率再用率来自适应分配信道的信号流的图。
参照图3，在步骤301中，MS首先根据它的AMC信息和信道状态计算最佳FRF。在步骤303中，MS将最佳FRF和与FRF对应的调制方案汇报给BS。例如，如果可用FRF是1、3和7，则MS对于FRF 1具有最高效率，并且QPSK作为调制方案可用，MS汇报FRF等于1和QPSK给BS。
一旦接收每个MS与FRF和调制方案相关的信息，在步骤305中，BS计算实现FRF中每个所需的子信道数，并在步骤307中将该计算汇报给RNC。RNC接收来自每个BS的每个FRF的子信道数，并在步骤309中分配整个可用子信道给每个BS(即小区)。
在步骤311中，RNC将与子信道分配相关的信息发送给每个BS。在步骤313中，BS将已分配的子信道分配给它小区内的MS。在步骤315中，BS将与已分配的子信道相关的信息发送到MS中的每一个。在步骤317中，MS经由已分配的子信道发送和接收到和来自BS的数据。
将参照图4到图7进一步描述图3示出的子信道分配过程。
图4是示出根据本发明实施例的MS的操作流程图。步骤401到步骤405对应于图3的步骤301，步骤407对应于步骤303，步骤409对应于步骤315，以及步骤411对应于步骤317。
参照图4，在步骤401，MS测量子信道上接收的信号的信干比以计算最佳FRF并在步骤403计算对于每个FRF的子信道的SIR的平均值。假定1、3、7的三个FRF可用，MS分别计算FRF 1、FRF 3(FRF 3)和FRF 7(FRF 7)的子信道的SIR的平均值。除了SIR，可以使用任何其他参数，只要它表示每个子信道的信道状态。
MS存储一个表格，其中SIR被映射到可用调制方案中。例如，对于SIR等于5dB，QPSK是可用的。对于SIR等于7dB，16QAM是可用的。当信道环境良好并且SIR较高时，更高级别的调制方案可用。
在确定每个FRF的SIR相关的可用调制后，在步骤405中，MS使用FRF和调制来获得最佳最高效率的FRF。最佳FRF计算如下：
Figure A20041007579800111
如果QPSK可用于FRF 1并且16QAM可用于FRF 3，则频率效率值是2和4/3。因此，使用FRF 1对于MS是更有效的。
在步骤407，MS发送与最佳FRF和可用调制方案相关的控制信息给BS。在上述例中，控制信息是FRF＝1和QPSK。
根据本发明实施例的被增加用来发送控制信息的比特数如下计算。假定M个调制方案和K个FRF可用并且控制信息(即FRF和调制信息)以BPSK方式传输，传送控制信息需要log2(KM)个比特。当M＝4并且K＝2时，控制信息需要3比特。考虑到即使在固定FRF小区环境中控制信息比特也是AMC所需的，所以增加的控制信息的数量和伴随的复杂性在本发明中是相对很低的。
如参照图3所描述的，MS将与最佳FRF和调制方案相关的控制信息传输到BS后，BS和RNC分配子信道给MS。在步骤409中，MS接收来自BS的子信道分配信息并在步骤411中在已分配的子信道上传输数据。
图5是示出根据本发明实施例的BS的操作流程图。
参照图5，在步骤501中一旦接收来自每个MS的根据图4过程计算的最佳FRF和相应调制方案的控制信息，在步骤503中，BS根据接收到的信息计算MS的子信道数。
每个MS所需的子信道数是考虑从MS接收到的控制信息和MS所需的数据速率来计算的。如果在调制方案中MS需要传输10比特并且一个子信道传递2比特，则MS需要总数为5的子信道。因此，分配至少5个子信道给BS来满足它请求的服务。
在确定每个MS的子信道数后，在步骤505中，BS计算对于每个FRF的子信道数。特别地，通过对MS最佳FRF所需的子信道数求和来获得子信道数。
在步骤507中，BS将每个FRF所需的子信道数汇报给RNC。RNC鉴于从BS接收到的汇报，对于每个FRF分配子信道给每个BS，这将在下面详细描述。
在步骤509中，一旦从RNC接收到与对于每个FRF的子信道分配相关的信息后，在步骤511中，BS根据子信道分配信息分配子信道给每个MS，并在步骤513中将与已分配的子信道相关的信息传输到每个MS。
参照图6，描述了在RNC中对于每个FRF分配子信道给每个MS的过程。
图6是示出根据本发明实施例的在无线网络控制器(RNC)中子信道分配给每个BS过程的流程图。
参照图6，根据本发明实施例RNC通过小区协调分配子信道给每个BS。为了简单说明，假定FRF 1、3和7可用，并且FRF所需的子信道数分别为Nb1、Nb3和Nb7。这样，在步骤601中，RNC从每个BS接收对于各自FRF的指示Nb1、Nb3和Nb7的信息。这里，b表示小区，范围从1到B。假定一个RNC覆盖总数为B的小区。
通常，在多小区环境中小区中的值是不同的。根据本发明的实施例，应用每个小区对于每个FRF具有相同子信道数的小区配置，它在下面描述。
首先考虑最高FRF(这里指的是FRF 7)。在MS请求低FRF但是子信道分配到高FRF的MS的情况下，因为干扰降低，所以也没有问题发生。相反，假如子信道分配给低FRF但请求高FRF的MS时，来自相邻小区的干扰可能出现问题。因此，为了确保信道分配给请求高FRF的具有优先权的MS，需要考虑最高FRF。也就是，考虑到平均信道性能，高FRF的子信道比低FRF的子信道实现较好，但相反就不真实。
因此，在步骤603中，对于BS所需的FRF 7，RNC从子信道数中选择最大子信道数。最大子信道数用A7表示。则A7表示如下：
        A7＝max(N17，N27，...NB7)                  ………(2)
A7从FRF 7的子信道数中减去。结果，如A7一样多的子信道分配给对于FRF 7请求A7个子信道的小区，但是除请求A7子信道的小区外，从其他小区所需的子信道中减去A7的差值是负号的。等于差值的子信道数分配给FRF 3的其他小区。因此，在步骤605，额外子信道数(即差值的绝对值)从请求FRF 3的其他小区中的子信道数中减去。
这样，对于FRF 7的每个小区请求的子信道全部分配给小区。以相同的方式，子信道分配给对于较低FRF的小区。对于FRF 3，子信道首先分配给请求最多子信道的小区。如果最多子信道数超过其他请求FRF 3的小区的子信道数，则超过的子信道分配给较低FRF。
因此，在步骤607中，RNC从BS所请求的FRF 3的子信道数中选择最大子信道数。假设最大子信道数用A3表示。则A3表示如下：
        A3＝max(N13，N23，...NB3)                   ………(3)
A3从FRF 3的子信道数中减去。结果，与A3一样多的子信道分配给对于FRF 3请求A3个子信道的小区，但是除请求A3子信道的小区外，从其他小区所需的子信道中减去A3的差值是负号的。等于差值的子信道数分配给FRF 3的其他小区。因此，在步骤609，额外子信道数(即差值的绝对值)从请求FRF 1的其他小区中的子信道数中减去。
这样，对于FRF 3的每个小区请求的子信道全部分配给小区。以相同的方式，子信道分配给FRF 1的小区。对于FRF 1，子信道首先分配给请求最大子信道的小区。如果最多子信道数超过其他请求FRF 1的小区的子信道数，则超过的子信道被完全分配给最高频率效率的FRF。
因此，在步骤611中，RNC从BS所请求的FRF 1的子信道数中选择最大子信道数。假设最大子信道数用A1表示。则A1表示如下：
         A1＝max(N11，N21，...NB1)                 ………(4)
A1从FRF 1的子信道数中减去。结果，A1子信道分配给对于FRF 1请求A1个子信道的小区。但是除请求A1子信道的小区外，从其他小区所请求的子信道数中减去A1的差值是负号的。即在步骤613中，超过的子信道分配给最高频率效率的FRF。在上例中，当FRF是1时，获得最高频率效率。因此，优选地，超过的信道都分配给FRF 1。
尽管本发明实施例已经描述了FRF 1、3和7，很明显，子信道分配方法也可应用到以相同方式使用不同FRF的小区系统。
为了更好地理解本发明，在每个BS基础上分配子信道的方法将通过如下表1所示的两个小区对于各自的FRF请求子信道的实例进行描述。
(表1)
  步骤     (N11，N13，N17)    (N21，N23，N27)
    1     (10，10，10)     (5，5，20)   A7＝max(5，20)＝20
    2     (10，10，-10)     (5，5，0)
    3     (10，0，0)     (5，5，0)   A3＝max(0，5)＝5
    4     (10，-5，0)     (5，0，0)
    5     (5，0，0)     (5，0，0)   A1＝max(5，0)＝5
    6     (0，0，0)     (0，0，0)
    7     512-5-15-140＝352     (357，5，20)
参照表1，对于FRF 1，BS 1(b＝1)需要10个子信道，对于FRF 3，需要10个信道，以及对于FRF 7，需要10个信道。即(N11，N13，N17)＝(10，10，10)。BS 2(b＝2)，对于FRF 1需要5个子信道，对于FRF 3需要5个子信道，以及对于FRF 7需要20个子信道。即(N21，N23，N27)＝(5，5，20)。
关于FRF 7，BS 1和BS 2分别请求10和20子信道。因此，A7是20。在步骤2中，20分别从10和20中减去，从而对于BS 1结果是-10而对于BS 2结果是0。因为子信道首先对于FRF 7的BS 2分配，对于BS 1有10个多余的子信道(即-10)。然后，请求的10个子信道分配给BS 1并且10个多余的子信道分配对于一个较低级别RFR的，即FRF 3的BS。
在步骤3，因此，(N11，N13，N17)＝(10，0，0)和(N21，N23，N27)＝(5，5，0)。因此，20个子信道被完全分配给FRF 7的BS 2，以及10个子信道分配给FRF7和10个子信道分配给FRF 3的BS 1。
如今，BS 1和BS 2对于FRF 3分别需要无子信道和5个子信道。这样，A3是5。在步骤4中，5分别从0和5中减去，导致BS 1是-5以及BS 2是0。因为子信道首先对于FRF 3的BS 2分配，因此对于BS 1有5个多余子信道(即-5)。5个多余子信道分配给较低级别FRF(即FRF 1)的BS 1。
在步骤5，因此，(N11，N13，N17)＝(5，0，0)和(N21，N23，N27)＝(5，0，0)。因此，5个子信道分配给FRF 3的BS 2，而没有子信道分配给FRF 3和5个子信道被完全分配给FRF 1的BS 1。
现在，BS 1和BS 2中的每一个分别需要FRF 1的5个子信道。这样，A1是5。在步骤6中，5分别从5和5中减去，结果BS 1是0和BS 2是0。
同时，在IFFT和FFT的权值(point size)是512并且因此总数为512个的子信道可用的情况下，表1过程中分配的子信道数是352(＝512-5-15-140)。即，分配给FRF 1的5个子信道在7个小区集中全部再用。分配给FRF 3的5个子信道在每3个小区范围外一个小区中再用。分配给FRF 7的20个子信道在每7个小区范围外一个小区中再用。因此，分配给每个小区的子信道数必须通过给FRF 3给定一权值3和FRF 7给定一权值7来计算。
因此，352个子信道从总数为512个子信道的子信道分配中保留。如前所述，分配给FRF 1的352个子信道显示最高频率利用率。最后，分配给每个FRF1、FRF3和FRF7的小区的子信道数分别是357、5和20。即(357，5，20)。
对于每个FRF最后分配的子信道的相关信息传输到每个BS。子信道的总数用N表示。然后，从BS到RNC所需的最大比特数计算如下：
Figure A20041007579800151
根据等式(5)，对于N＝512，最大比特数是24。考虑到BS通常通过光纤连接到RNC，信息的数量是可以忽视的小。
当在上述方法中对于每个FRF确定子信道数，RNC确定什么子信道分配给何种FRF的何种BS。它可以以多种方式完成。然而，确定所分配的子信道的位置以便对于每个BS和每个FRF有尽可能分离的空间是更好的。
假定4个子信道分配给FRF 1，和2个子信道分配给FRF 3的每个BS，子信道不是连续而是以随机的顺序分配的。分配给每个BS的子信道间的间距的随之增长导致频域分集。如果子信道的序列以4，9，1，6，3，10，2，8，5，7的顺序随机排列，子信道4、9、1、6分配给FRF 1，并且子信道10和2分配给FRF 3的BS 1，如下表2所示。
(表2)
  FRF 1的子信道   FRF 3的子信道
  随机化前   1，2，3，4   5，6/7，8/9，10
  随机化后   4，9，1，6   3，10/2，8/5，7
以上述方式的子信道分配最终带来分配子信道给MS的分集。
已经描述了在RNC中确定待分配给每个FRF的每个BS的子信道数和位置的方法。最后，将参照图7描述根据与每个FRF的每个BS分配的子信道相关的信息，分配子信道给每个MS的方法。
图7是示出根据本发明实施例的在BS中分配子信道给每个MS的过程作流程图。
参照图7，一旦从RNC接收到与分配给每个FRF的子信道相关的信息，在步骤701中，BS分别用等式(6)初始化子信道集S和等式(7)初始化MS集U。
         S＝{s1，s2，...，sN}                   …………(6)
其中N表示子信道数，s分配给BS b。
         U＝{u1，u2，...，uM}                   …………(7)
其中M表示BS中MS的数。
如果S是空集，也就是说，如果在步骤703中没有子信道待分配，子信道分配过程终止。如果待分配的子信道存在，过程进行到步骤705。
当存在服务质量(QoS)不满足的MS，即，在步骤705中，不是所有请求的子信道被分配给MS，在步骤707中，可用的子信道根据它们的信道状态被分配给MS。
在步骤705和707中，直到它们的QoS满足，良好信道特性的子信道才以预定顺序选择用于MS。较高优先权给于请求高FRF的子信道的用户。当分配高FRF的子信道给用户，这是为了利用每个子信道的变化信道特性而实现的。
这里假定N1 11＝1，N1 12＝3，和N3 13＝2，和子信道以表2所示的随机顺序分配给每个BS。N的第一上标表示BS和最后上标表示MS。N的下标表示FRF。这样，MS 3需要2个FRF 3的子信道，MS 1需要一个FRF 1的子信道，以及MS2需要3个FRF 1的子信道。根据平均链路性能来计算MS所需的子信道数。然而，使用在实际衰落信道环境下变化信道值获得值是更优选的。
使用平均链路性能面临的问题可以通过首先分配子信道给MS 3来解决。由于在表2中子信道3和10用于FRF 3，所以在接收机端较好信号性能的概率高于用于FRF 1的子信道4、9、1和6。然而子信道4、9、1和6中的任何一个比子信道3和10更好实现，不管它们的FRF更好性能的子信道分配给MS。以这种方式，高FRF的可以分配给其他MS。这样，利用平均性能有关的任何损耗可以从某种程度得到补偿。
基于状态子信道分配方法可以这样实现
l = arg max j R s j u i , s j ∈ S
ρ u i s l = 1 , S = S - { s l } ,
如果 T cur i ≥ T qos i , U = U - { u i } · · · · · · · · · · ( 8 )
其中Tcur i是在子信道分配时间用户i的传输比特数，和Tqos i是用户i请求的传输比特数。
根据等式(8)，提供从所有子信道sj中到MS ui的最高数据速率(即最好信道状态的子信道)的子信道首先分配给MS。当子信道sj已经被分配给MS ui，ρ设置为1。然后分配的子信道和MS单元分别从子信道集U和MS集S排除出来。
在步骤705中，当所有MS请求的子信道分配给MS以及因此MS集U为空时，在步骤709中，MS集U对于所有MS重新排列。也就是说，没有分配的剩余子信道分配给所有MS。
如果在步骤711中请求的所有子信道被分配给MS并且没有可用子信道剩余，则子信道分配过程终止。相反，如果剩余可用的子信道，则在步骤713中根据它们的信道状态以步骤707中相同的方式来分配子信道。
该子信道分配按如下方式完成：
l = arg max i R u i , ∀ i
ρ u i s l = 1 , S = S - { s l } · · · · · ( 9 )
由于根据等式(9)将剩余的子信道分配给每个MS，因此不需要包括在等式(8)中的比较。虽然最高数据速率的子信道在等式(8)中分配请求的子信道给MS通过比较可用子信道来选择，在等式(9)中，通过比较所有数据速率来选择最高数据速率的MS以接收保留的子信道。
图8示出根据本发明实施例依照FRF在每个小区中分配子信道。
参照图8，子信道被分配给7个小区800，C＝1至C＝7。分配给FRF 1的子信道在所有7个小区中再用，如数字标记810所示。分配给FRF 3的子信道在3个小区分割，如数字标记820所示，以及分配给FRF 7的子信道在7个小区间分割，如数字标记830所示。
例如，如果根据表1所示的子信道数将子信道分配给7个小区，则分配给FRF 1的357个子信道在7个小区中的每一个中使用。对于FRF 3，5子信道被分配给C＝1，另一5个子信道被分配给C＝3、C＝5和C＝7的每个，以及第三组的5个子信道被分配给C＝2、C＝4和C＝6的每个。对于FRF 7，20个子信道被分配给C＝1，并且20个子信道的不同集被分配给C＝2到C＝7的每个。因此，每个小区具有357个FRF 1信道、5个FRF 3信道、和20个FRF 7子信道。
更特别地，为了简洁，不考虑在分配子信道给每个小区给定的随机，图8所示的小区被分配给表3所示的子信道。
(表3)
小区索引(C)     子信道索引
 FRF＝1(357)    FRF＝3(5)    FRF＝7(20)
    1     1-357     358-362     373-392
    2     1-357     363-367     393-412
    3     1-357     368-372     413-432
    4     1-357     363-367     433-452
    5     1-357     368-372     453-472
    6     1-357     363-367     473-492
    7     1-357     368-372     483-512
为了简单阐述，子信道的随机分配对于频域分集在表3中不考虑。然而，在实际实施中以随机化它们的索引的方式分配子信道是优选的。关于随机分配应该注意的是相同子信道必须分配给如表3所示的相同子信道索引的小区。
已经在上面详细描述了根据本发明实施例的基于FRF子信道分配。现在参照图9和10描述根据本发明实施例的BS装置和MS设备。
图9是根据本发明实施例BS中的发送机的框图。
参照图9，在编码器901中处理后，根据本发明实施例的、待发送到K个MS的数据根据子信道分配信息被MS子信道分配器903和子信道映射器905映射到IFFT 907的输入端。该数据在IFFT 907中被IFFT处理。IFFT信号在PSC909、保护间隔插入器911、DAC 913和RF处理器915中处理。然后处理的信号传输到K个用户。
PSC 909、保护间隔插入器911、DAC 913和RF处理器915的结构在现有技术中公知，因此不提供它们的描述。
本发明的子信道分配算法增加到典型的OFDMA系统结构中。也就是说，BS将根据最佳FRF和从每个MS接收的调制方案相关信息确定的每个FRF所需的子信道数汇报RNC并根据本发明实施例接收来自RNC的分配给每个MS的子信道数相关信息。MS子信道分配器903根据图7所示过程中的子信道分配信息分配子信道给每个MS。子信道映射器905，从MS子信道分配器903接收与子信道分配给每个MS相关的信息，根据该MS子信道分配信息将数据映射到每个MS的子信道。
同时，如前所述，一个子信道由一个或多个子载波组成。一个或多个子信道可以映射到一个MS。例如，MS 1的数据可以映射到子信道1和3，以及MS 2的数据可以映射到子信道2、6和7。如前所述，映射的实施对应于MS子信道分配器903的子信道分配。
将与分配给每个MS的子信道相关的信息发送到MS以便MS仅能根据子信道分配信息解调它的数据。在附加子信道上，或在诸如所有MS公共的UL-MAP广播信道上将子信道分配信息作为控制信息发送。
参考图10，下面将描述在MS的接收机中从图9中示出的BS发送机接收数据的方法。
图10是根据本发明实施例的MS接收机的框图。
参照图10，从图9所示的发送机发送的数据在接收机中的Rx天线上接收。通过在RF处理器1001、ADC 1003、保护间隔去除器1005、SPC 1007和IFFT1009中处理，数据被划分为多个(例如N个)子信道信号。RF处理器1001、ADC1003、保护间隔去除器1005、SPC 1007和IFFT 1009以前述方式操作，因此这里不提供它们的描述。
根据本发明，子信道选择器1011根据从发送机接收的子信道分配信息从IFFT 1009选择多个子信道信号中分配给MS的子信道。解码器1013根据发送机的编码器901中使用的编码方法来解码已选择的子信道信号。
提供给子信道选择器1011的子信道分配信息描述了根据从BS接收的MS的FRF信息和信道信息分配的子信道。子信道分配信息优选地在每个预定子信道分配周期T接收。可选地，它可以在子信道分配信息改变时接收。
已经描述了根据本发明实施例的用于分配子信道的装置和方法。现在将参考图11关于性能比较本发明与传统技术。
图11是根据性能比较本发明和传统技术的图。
为了分析根据本发明和常规方法的自适应FRF方法的性能，在表4所示的条件下实施仿真。
(表4)
子载波数 512
载波频率 2GHz
BW 10MHz
BS数 37
信道模式 Vehicular/Ch.A
半径 1km
传播模式 路径损耗：Dr(r＝-3.5)
用户数 30
用户移动性 v(n)＝v(n-1)+Uniform(-10，10)kmh，(n：时间索引)v(n)min＝0，v(n)max＝100kmh
处理延迟 0/2000时隙(1时隙：1msec)
调制方案 自适应：BPSK，QPSK，16QAM，64QAM
遮蔽(shadow)衰减 相关模式(std：10dB，dcorr：20m)
该仿真基于如下假设：将相同的功率分配给每个子信道，总数为512个子信道可用，FRF 1和FRF 3可用，30个用户在每个小区中均等分配，并且移动速率在0到100km/h间统一分配。同样，假定对于每个用户确保最小数据速率，所有的测量是正确的，并且每1毫秒实施AMC。
图11示出了关于每个用户的最小请求数据速率的每个小区的平均吞吐量。本发明是关于运算时延(从MS测量和汇报到子信道分配给BS的时间)1时隙等于AMC周期，2秒和5秒。本发明与常规方法比较，其中使用128个子信道应用FRF 1和FRF 3并且子信道仅在FRF 3分配。
参照图11，注意，由于用户请求的传输比特数的减少，FRF 1的额外子信道数增加。推荐的方法对于FRF 1自适应分配更多的子信道，从而增加系统吞吐量。同时，与5秒延迟相比，2秒延迟不会导致重大性能恶化，因为平均链路性能在5秒范围内没有太多改变。另一方面，用户请求的传输比特数的增加减少了系统吞吐量并限制确保给每个用户的传输比特数。这可以通过下列事实来解释：用于确保小区边界处用户的用户请求传输比特的子信道数增加并且可用于增加频率效率的额外子信道数减少，从而，不可能提供给定宽带的服务。因此，可以推断，在提出的方法中每个用户可以确保的最大比特数远大于固定FRF方法中的最大比特数。
根据上述描述的本发明，根据AMC系统中的FRF来有效地分配子信道，从而增强系统性能。同样，考虑小区间传输的数据量和它们的信道状态，对于一个小区设置不同的FRF。因此，更有效的子信道分配是可能的。
虽然已参照特定优选实施例示出和阐述了本发明，但是本领域的普通技术人员将理解，在不脱离所附权利要求中定义的本发明的精神和范围的情况下，其中可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (16)

1.一种用于在正交频分多址移动通信系统中分配一个或多个子信道给一个或多个移动站MS的方法，其中第一基站BS与该BS的小区区域内的多个MS通信，并且无线网络控制器RNC控制包括第一BS的多个BS的无线资源，所述方法包括步骤：
从多个MS中接收与最佳频率再用因子FRF和调制方案相关的信息；
根据接收到的信息计算每个FRF所需的子信道数；
根据从第一BS和相邻的BS计算的子信道数，对于每个FRF给第一BS分配子信道；以及
将已分配的子信道分配给MS。
2.如权利要求1所述的方法，其中，最佳FRF是根据不同FRF的信号的信干比来确定的。
3.如权利要求1所述的方法，其中，最佳FRF是根据关于不同FRF的信号的信干比的可用调制方案来确定的。
4.如权利要求1所述的方法，其中，计算步骤包括步骤：根据MS所需的信息比特数和MS可用的调制方案计算MS所需的子信道数。
5.如权利要求1所述的方法，其中，对于每个FRF给BS分配子信道的步骤包括步骤：以从最高FRF到最低FRF的顺序分配子信道。
6.如权利要求1所述的方法，其中，对于每个FRF分配子信道给第一BS的步骤包括步骤：考虑对于每个FRF的相邻BS所需的子信道数，对于每个FRF根据相同FRF所需的最大子信道数分配子信道给第一BS。
7.如权利要求1所述的方法，其中，将已分配的子信道分配MS的步骤包括步骤：分配子信道给对于优先权的子信道具有良好信道特性的MS。
8.一种用于在正交频分多址移动通信系统中分配一个或多个子信道给一个或多个移动站MS的装置，其中，第一基站BS与该BS的小区区域内的多个MS通信，并且无线网络控制器RNC控制包括第一BS的多个BS的无线资源，所述装置包括：
BS子信道分配器，用于从多个MS接收与最佳频率再用因子FRF和调制方案相关的信息，根据接收到的信息计算每个FRF所需的子信道数，并且基于从第一BS和相邻BS计算的子信道数对于每个FRF分配子信道给第一BS；以及MS子信道分配器，用于将已分配的子信道分配给MS。
9.如权利要求8中所述的装置，其中，在所述RNC中提供BS子信道分配器。
10.如权利要求8中所述的装置，其中，在所述BS中提供MS子信道分配器。
11.如权利要求8中所述的装置，其中，最佳FRF是根据不同FRF的信号的信干比来确定的。
12.如权利要求8中所述的装置，其中，最佳FRF是根据关于不同FRF的信号的信干比(SIR)的可用调制方案来确定的。
13.如权利要求8中所述的装置，其中，BS子信道分配器根据MS所需的信息比特数和MS可用的调制方案来计算每个FRF所需的子信道数。
14.如权利要求8中所述的装置，其中，BS子信道分配器在每个FRF的基础上以从最高FRF到最低FRF的顺序分配子信道给第一BS。
15.如权利要求8中所述的装置，其中，考虑每个FRF的相邻BS的所需的子信道数，对于每个FRF，BS子信道分配器根据相同FRF所需的最大子信道数分配子信道给第一BS。
16.如权利要求8中所述的装置，其中，MS子信道分配器分配子信道给对于优先权的子信道具有良好信道特性的MS。
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