專利名稱：蜂窩通信系統中多點協同傳輸的頻率分配方法
技術領域：
本發明屬于無線通信領域，特別是涉及蜂窩通信系統多點協同傳輸的頻率分配 的方法，可用于第四代移動通信中多點協同傳輸技術。
背景技術：
由于蜂窩小區中用戶受無線信道中陰影衰落、多徑衰落、干擾等因素影響程度 的差異，小區中用戶通信質量會有所不同，一般而言，蜂窩小區中遠離基站的用戶通信 質量不及基站附近的用戶，特別是處于小區邊緣附近用戶的信號還會受到來自其相鄰小 區信號的干擾。大量研究表明，多天線分集技術可以有效抵抗無線信道中多徑衰落，提 高網絡質量，改善系統性能。然而，由于移動通信中用戶終端受到功耗、體積及硬件復 雜度等因素的限制，多天線技術實現較為困難。近年來，一種多天線技術的延伸——多 點協同傳輸技術引起了移動通信領域人士的廣泛關注。多點協同傳輸技術通過小區基站 間共享彼此用戶信息，進行頻率資源的協調調度和多基站共同與用戶的通信。利用這一 技術，可以有效提高小區邊緣信道質量較差用戶的通信質量，改善小區邊緣覆蓋，提高 小區邊緣吞吐量，從而提升了網絡的覆蓋率和整個系統的吞吐量。基于以上優點，多 點協同傳輸技術已經成為第三代移動通信技術向第四代移動通信技術演進的核心技術之。在多點協同傳輸技術中，通過多個基站共同為小區邊緣的一個用戶進行服務， 將小區間干擾變成了該小區邊緣用戶的有效信息，從而獲得了信號的合并增益。而且， 作為單基站多天線技術的補充和擴展，多點協同傳輸技術繼承了多天線分集技術的優 點——可以有效克服無線信道的衰落特性，獲得分集增益。但是在實現多點協同傳輸 中，仍有以下需要解決的問題首先，選擇多點協同傳輸的協作小區集合，在多個基站共同為小區邊緣用戶進 行傳輸時，信號從各基站經歷不同的信道到達用戶，但在整個系統中每個基站到達用戶 的信號質量不同，因此，如何選擇多點協同傳輸的協作小區集合成為影響通信質量的首 要因素；其次，由于小區中存在兩種用戶——靠近基站通信質量較好的中心用戶和遠離 基站通信質量較差的邊緣用戶，應保證這兩種用戶在通信中不存在干擾以及相鄰小區的 邊緣用戶之間干擾盡可能小，因此，如何分配小區內固有的頻率資源是另一個重要問 題。針對多點協同傳輸中協作小區的選擇問題，2009年Nortel (北電網路)在 "3GPPTSG-RAN Working Group lMeeting#56bis” 上發表的《Updates on Cell Clustering
forCoMP Transmission/Reception》 禾口 Qualcomm Europe 在"3GPP TSG-RAN Working GrouplMeeting#56bis” 上發表的《Summary ofemail discussions for CoMP》中提出多點
協同傳輸協作集選擇的三種方法——即“用戶自選”、“固定劃分”和“折中成簇”。 其中“用戶自選”是指當用戶需要進行多點協同傳輸時，自行測量各基站到用戶的信號質量，選擇信號質量好的基站作為協作集，這種方式固然性能最佳，但系統調度復雜度 和用戶終端硬件實現難度都很大；“固定劃分”是指當蜂窩網絡建成時，對每個區域需 要進行多點協同傳輸的用戶選取協作集已經做出固定劃分，這種劃分主要是基于地理位 置因素進行的而并不考慮信號質量問題；“折中成簇”是指由邊緣用戶所在的服務小區 指定一簇小區作為測量集，用戶反饋測量集中各小區的信號強度構成匯報集，最后由服 務小區確定協作集。相比于前兩者，“折中成簇”在調度復雜度和系統性能兩方面獲得 了很好的折中，但由于各測量集有重疊，該方案仍需要在測量集之間進行統一的協作調 度。針對小區頻率分配問題，2005年 HUAWEI 在 “3GPP TSG-RAN Working Group lMeeting#41bis” 上發表的《Soft Frequency Reuse Scheme for UTRAN LTE》提出一種新的
頻率分配方法——軟頻率復用。軟頻率復用是傳統的頻率復用的進一步發展。與傳統頻 率復用不同的是，一個頻率在一個小區當中不再定義為用或者不用，而是用發射功率門 限的方式定義該頻率在多大程度上被使用。在軟頻率復用中，可將頻帶分為若干部分， 對于一個小區而言，一部分為主載波，其余作為副載波，且保證相鄰小區的主載波不重 疊。另外，主載波用大功率發射以覆蓋整個小區，而副載波用小功率發射只覆蓋小區中 心。軟頻率復用通過設置功率門限來規定不同頻率的使用程度，因此無論小區中心用戶 還是邊緣用戶都能獲得更大的帶寬和頻譜效率。另外，通過調整主載波功率與副載波功 率門限的比值，可以很好的適應負載在小區中心和邊緣的分布。然而，軟頻率復用技術 仍存在不足沒有考慮系統進行多點協同傳輸時，如果協作集之間出現重疊，將會產生 頻帶的競爭問題，從而不同協作集之間會產生干擾。綜上所述，現有的軟頻率復用方法雖然通過以不同功率使用各頻帶降低了相鄰 小區間干擾，但是當其與多點協同傳輸相結合時，在協作小區仍會產生因頻率競爭的小 區間干擾，另外，不同的多點協同傳輸協作集選取方法會影響小區間干擾程度，上述干 擾會導致系統頻帶效率低，限制了系統吞吐量、用戶容量和資源利用率。
發明內容
本發明目的在于針對現有技術的不足，提出一種蜂窩移動通信系統中多點協同 傳輸的頻率分配方法，以充分利用系統中的發送功率和頻譜等系統資源，減小小區間干 擾，提高各小區頻帶效率，使系統吞吐量、用戶容量和資源利用效率得到提升。實現本發明目的的技術方案是利用相鄰兩小區多點協同傳輸發起頻段的正交 性，使小區邊緣用戶間干擾降低；利用成簇的方式選取協作集，使多點協同傳輸的調度 復雜度降低；利用協作頻段三種工作模式的劃分，使蜂窩系統中多點協同傳輸用戶的容 量提升；利用過渡頻段的按負載動態分配，使蜂窩系統的頻帶效率提升。具體步驟如 下(1)系統對各小區頻段整個頻段做出固定劃分，選擇出三個正交頻段A/B/C作 為多點協同傳輸使用頻段，其余頻段作為普通通信使用頻段；基站對正交頻段用大功率 發送，對其余頻段用小功率發送；(2)系統對所有小區進行編號，并將各小區分為a/b/c三種類型，該三種類型的 小區交錯排列；
(3)系統對a/b/c三種小區的正交頻段功能進行分配(3a)用頻段A對a類小區用戶進行多點協同傳輸發起，用頻段B/C對a類小區 外的其它小區用戶進行協作；(3b)用頻段B對b類小區用戶進行多點協同傳輸發起，用頻段A/C對b類小區 外的其它小區用戶進行協作；(3c)用頻段C對C類小區用戶進行多點協同傳輸發起，用頻段A/B對c類小區 外的其它小區用戶進行協作；(4)將每個小區的每個協作頻段劃分出無競爭模式、兩重疊競爭模式和三重疊競 爭模式，并對兩重疊競爭模式和三重疊競爭模式通過固定頻段和過渡頻段按如下規則進 行二次劃分(4a)兩重疊競爭模式將協作頻段劃分為三部分，即兩個固定頻段氐、B2* 一個過渡頻段Be，其中過渡頻段Be位于固定頻段氏、B2中間；(4b)三重疊競爭模式將協作頻段劃分為五部分，即三個固定頻段氏、B2, B3和兩個過渡頻段盡^盡2，其中過渡頻段盡i位于固定頻段氐、B2中間，過渡頻段盡2位于 固定頻段B2、B3中間；(5)希望進行多點協同傳輸的用戶向與其中心小區相鄰的六個小區基站發送信道 偵測信號，進行信干比SINR測量，并與信干比SINR大于設定門限R0的基站建立多點協 同傳輸；(6)每間隔T時長，基站對本小區i到各協作小區j2，Ajk(]^6)的負載信息 進行檢測，并將該負載信息發送給本小區的各協作小區j2，Ljk,各協作小
區L j2，Ljk對收到的負載信息gHO進行如下比較若收到的各負載信息是關于不同頻段的，則兩個協作頻段都進入無競爭模式；若收到的各負載信息中的有兩個信息是關于同一頻段的，則該頻段進入兩重疊 競爭模式；若收到的各負載信息中的有三個信息是關于同一頻段的，則該頻段進入兩重疊 競爭模式；(7)若協作頻段進入兩重疊競爭模式或三重疊競爭模式，協作小區按照負載信息 對該模式的過渡頻段進行如下分配首先，對收到的該頻段負載信息^^^ Γ)進行歸一化處理，得到歸一化后的負 載信息M1,其中i是負載信息來源小區的編號；其次，對于M1 < 0.1的歸一化負載，令M1 = 0，即該負載不參與過渡頻段的分 配計算；最后，將其余的歸一化負載按各負載量占總量的比例分配過渡頻段Be，其中兩重疊競爭模式中小區i獲得的過渡頻段部分為野& =YjJix^ ；三重疊競爭模式中小區i獲得的過渡頻段部分為野d3 = ^TxK +盡j。本發明具有以下優點
1.本發明由于利用三種類型小區交錯排列，不同類型小區使用相互正交的多點 協同傳輸發起頻段，用戶發起多點協同傳輸時不需要基站協調調度，實現了對算法復雜 度和性能增益的折衷考慮，降低了系統復雜度，性能代價比高，具有較強實用性；2.本發明由于利用協作頻段的三種工作模式，使系統在進行多點協同傳輸時， 協作頻段可自動地在無競爭模式、兩重疊競爭模式和三重疊競爭模式之間切換，當協作 頻段被多個相同發起頻段的小區使用時，系統會自動地對協作頻段進行二次劃分與分 配，消除了頻段的沖突，因而增大了系統允許接入多點協同傳輸用戶的數量，提高了蜂 窩系統的邊緣用戶容量；3.本發明由于通過負載信息的交互和比較，對兩重疊競爭模式和三重 疊競爭模式的過渡頻段按負載量分配，實現了在兼顧公平性的基礎上，對多點協同傳輸 繁忙的小區分配更寬的頻段，提高了蜂窩系統的頻帶效率和邊緣吞吐量。
圖1是本發明的頻段分配流程圖；圖2是本發明的小區頻段規劃示意圖；圖3是本發明的小區發起頻段規劃示意圖；圖4是本發明的各類小區發起頻段和協作頻段分配圖；圖5是本發明的兩重疊競爭模式的協作頻段劃分圖；圖6是本發明的三重疊競爭模式的協作頻段劃分圖；圖7是本發明的協作頻段工作模式切換流程圖。
具體實施例方式下面參照附圖并結合實例對本發明進行進一步描述參照圖1，本發明的具體步驟如下步驟1 劃分小區頻段。在小區固有的頻段中，挑選出三個帶寬相等的正交頻段A/B/C，作為小區邊緣 用戶進行多點協同傳輸的頻段，將小區中其余頻段作為小區普通用戶進行通信的頻段， 如圖2所示。步驟2:在小區頻段劃分完成后，將系統中的小區分為a/b/c三種類型，并將各 類小區交錯排列，使相同類型的小區不相鄰，如圖3所示，同時，對系統中的所有小區
進行編號。步驟3 對小區發起頻段和協作頻段進行規劃。參照圖4，對不同類型的小區分配不同的發起頻段，其中圖如是&類型小區發起 頻段與協作頻段的分配圖，圖4b是b類型小區發起頻段與協作頻段的分配圖，圖如是0 類型小區發起頻段與協作頻段的分配圖，分配結果如下a類型小區使用A頻段作為本小區多點協同傳輸的發起頻段，B/C作為協作相鄰 小區發起的多點協同傳輸的協作頻段；b類型小區使用B頻段作為本小區多點協同傳輸的發起頻段，A/C作為協作相鄰 小區發起的多點協同傳輸的協作頻段；
C類型小區使用C頻段作為本小區多點協同傳輸的發起頻段，A/B作為協作相鄰 小區發起的多點協同傳輸的協作頻段。步驟4 設定協作頻段的三種工作模式。每個小區的邊緣用戶從與其相鄰的六個小區中選取協作集，各協作小區的協作 頻段有可能出現三種協作方式①某個協作頻段只被來自一個小區的用戶使用；②某個 協作頻段被來自兩個小區的用戶使用；③某個協作頻段被來自三個小區的用戶使用。針對上述三種情況，對小區協作頻段建立相應的三種工作模式無競爭模式、 兩重疊競爭模式、三重疊競爭模式。其中在無競爭模式中，協作頻段只被來自一個小 區的用戶使用，故不進行二次劃分；在兩重疊競爭模式中，協作頻段被來自兩個小區的 用戶使用，為避免頻段沖突且實現頻帶效率提升，將協作頻段劃分為三部分固定頻段 B1,固定頻段B2和過渡頻段Be，如圖5所示；在三重疊競爭模式中，協作頻段被來自三 個小區的用戶使用，類似地，將協作頻段劃分為五部分固定頻段B1.固定頻段B2、固定 頻段B3和過渡頻段盡i、過渡頻段盡2，如圖6所示。步驟5 邊緣用戶建立多點協同傳輸。希望進行多點協同傳輸的用戶向與其中心小區相鄰的六個小區基站發送信道偵 測信號，進行信干比SINR測量，并與信干比SINR大于設定門限Rtl的基站建立多點協同 傳輸，信干比門限Rtl由用戶所在基站給出。步驟6:各小區基站對負載信息進行定時檢測和交互，確定各小區協作頻段工 作模式。參照圖7，本步驟的實現步驟如下6a)負載信息的檢測和傳輸將負載信息定義為在nT時刻(n = 0，1，2L)，編號為i的小區中
選擇編號為j的小區進行多點協同傳輸的用戶的個數，其中A/B/C是編號為i的小區的 發起頻段。負載信息共包括四部分發起頻段信息A/B/C、中心小區編號i、協作小區 編號j和負載量L。發起頻段信息A/B/C表示發送負載信息小區的多點協同傳輸發起頻 段；中心小區編號i和協作小區編號j表示步驟3中已完成的小區編號；負載量L表示小 區i中選擇小區j作為協作小區的用戶數。小區i每隔T時間對關于各協作小區j2， Ajk(k《6)的負載信息進行檢測，并將其傳輸給各協作小區j2，Ajk(k<6), 若負載信息^^^( 勹=0，則不傳輸該負載信息；6b)通過比較負載信息確定協作頻段的工作模式基站對收到的負載信息的發 起頻段信息部分進行比較，若均不相同或無某協作頻段負載信息，則各協作頻段進入無 競爭模式，即各協作頻段不進行二次劃分；若有兩者相同，則該頻段進入兩重疊競爭模 式，即對出現競爭的頻段二次劃分為兩個固定頻段和一個過渡頻段，如圖5所示；若有 三者相同，則該頻段進入三重疊競爭模式，即將出現競爭的頻段二次劃分為三個固定頻 段和兩個過渡頻段，如圖6所示。假定編號為j發起頻段為B的小區在nT時刻收到來自 相鄰小區ii，i2，丨3的三幀負載信息<—>勹、Li 、《—>Γ)，則小區j通過對負載 信息的比較，使協作頻段A進入無競爭模式，協作頻段C進入兩重疊競爭模式。步驟7:對于進入兩種競爭模式的協作頻段，各小區根據負載信息進行過渡頻段的分配。若協作頻段工作于兩重疊競爭模式和三重疊競爭模式，將該協作頻段中各固定 頻段分配給各競爭小區，用于協作各競爭小區的多點協同傳輸，將過渡頻段按照負載量 動態分配給各競爭小區，兩種競爭模式過渡頻段劃分的具體過程如下7a)兩重疊競爭模式中過渡頻段的劃分由于小區j基站收到來自小區 、i2的負載信息<—>Γ)、《—>Γ)，首先，基站 對頻段A進行二次劃分，將固定頻段B1分配給小區 ，小區j使用固定頻段B1協作來自 小區 的多點協同傳輸；將固定頻段B2分配給小區i2，小區j使用固定頻段B2協作來自 小區i2的多點協同傳輸； 其次，進行過渡頻段的分配對負載信息進行歸一化處理，
權利要求
1. 一種蜂窩移動通信系統中多點協同傳輸頻率分配的方法，包括如下步驟(1)系統對各小區頻段整個頻段做出固定劃分，選擇出三個正交頻段A/B/C作為 多點協同傳輸使用頻段，其余頻段作為普通通信使用頻段；基站對正交頻段用大功率發 送，對其余頻段用小功率發送；(2)系統對所有小區進行編號，并將各小區分為a/b/c三種類型，該三種類型的小區 交錯排列；(3)系統對a/b/c三種小區的正交頻段功能進行分配(3a)用頻段A對a類小區用戶進行多點協同傳輸發起，用頻段B/C對a類小區外的 其它小區用戶進行協作；(3b)用頻段B對b類小區用戶進行多點協同傳輸發起，用頻段A/C對b類小區外的 其它小區用戶進行協作；(3c)用頻段C對c類小區用戶進行多點協同傳輸發起，用頻段A/B對c類小區外的 其它小區用戶進行協作；(4)將每個小區的每個協作頻段劃分出無競爭模式、兩重疊競爭模式和三重疊競爭模 式，并對兩重疊競爭模式和三重疊競爭模式通過固定頻段和過渡頻段按如下規則進行二 次劃分(4a)兩重疊競爭模式將協作頻段劃分為三部分，即兩個固定頻段氐、B2和一個 過渡頻段Be，其中過渡頻段Bx位于固定頻段Bp B2中間；(4b)三重疊競爭模式將協作頻段劃分為五部分，即三個固定頻段氐、B2, B3* 兩個過渡頻段A1、盡2，其中過渡頻段盡i位于固定頻段氏、B2中間，過渡頻段盡2位于固 定頻段B2、B3中間；(5)希望進行多點協同傳輸的用戶向與其中心小區相鄰的六個小區基站發送信道偵測 信號，進行信干比SINR測量，并與信干比SINR大于設定門限R0的基站建立多點協同傳 輸；(6)每間隔T時長，基站對本小區i到各協作小區j2，Ajk(]^6)的負載信息 進行檢測，并將該負載信息發送給本小區的各協作小區j2，Ljk,各協作小區L j2，Ljk對收到的負載信息gHO進行如下比較若收到的各負載信息是關于不同頻段的，則兩個協作頻段都進入無競爭模式； 若收到的各負載信息中的有兩個信息是關于同一頻段的，則該頻段進入兩重疊競爭 模式；若收到的各負載信息中的有三個信息是關于同一頻段的，則該頻段進入兩重疊競爭 模式；(7)若協作頻段進入兩重疊競爭模式或三重疊競爭模式，協作小區按照負載信息對該 模式的過渡頻段進行如下分配首先，對收到的該頻段負載信息進行歸一化處理，得到歸一化后的負載信 息M1,其中i是負載信息來源小區的編號；其次，對于M1 <0.1的歸一化負載，令^/^ =。，即該負載不參與過渡頻段的分配計算；最后，將其余的歸一化負載按各負載量占總量的比例分配過渡頻段Be，其中 兩重疊競爭模式中小區i獲得的過渡頻段部分為野d2 = Ymixb^ ;三重疊競爭模式中小區i獲得的過渡頻段部分為野
2.根據權利要求1所述的蜂窩移動通信系統中多點協同傳輸頻率分配的方法，其中步 驟(1)所述的選擇出三個正交頻段A/B/C作為多點協同傳輸使用頻段，是將每個正交頻段的帶寬設為I χx系統總頻段帶寬。
3.根據權利要求1所述的蜂窩移動通信系統中多點協同傳輸頻率分配的方法，其中步 驟(6)所述的負載信息i^/e( r)，定義為nT時刻i小區中需要j小區協作的用戶數量，或 者定義為nT時刻i小區中需要j小區協作傳輸的數據量。
4.根據權利要求1所述的蜂窩移動通信系統中多點協同傳輸頻率分配的方法，其中步 驟(6)所述的每間隔T時長，根據邊緣用戶數占總用戶數的比值進行調整，若邊緣用戶數 占總用戶數的比值增大，負載信息變化加快，則降低時間間隔T的值；若邊緣 用戶數占總用戶數比值降低，負載信息變化減慢，則提高時間間隔T的值。
全文摘要
本發明公開了一種蜂窩移動通信系統中多點協同傳輸的頻率分配方法，主要解決小區邊緣用戶進行多點協同傳輸時小區間的干擾問題。其步驟為1)對蜂窩系統中的小區進行分類和編號；2)確定各類小區的多點協同傳輸的發起頻段與協作頻段；3)各小區定時進行負載信息的測量并將負載信息傳輸給其協作小區；4)各小區根據接收到的負載信息切換協作頻段的工作模式；5)若小區協作頻段進入兩重疊競爭模式和三重疊競爭模式，則小區基站根據接收到負載信息，對進入協作頻段中過渡頻段進行動態分配。本發明具有小區基站硬件實現復雜度低，系統頻率資源利用率高的優點，用于提高蜂窩網絡的傳輸性能。
文檔編號H04W16/10GK102014393SQ201010554089
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月22日 優先權日2010年11月22日
發明者宮浩成, 楊龍, 闊永紅, 陳健 申請人:西安電子科技大學