正交頻分多址接入系統中的中繼站選擇和子信道分配方法
2023-07-24 20:21:36
專利名稱：正交頻分多址接入系統中的中繼站選擇和子信道分配方法
技術領域：
本發明涉及蜂窩移動通信系統領域，尤其涉及一種正交頻分多址接入
(OFDMA )系統中的中繼站選4奪和子信道分配方法。
背景技術：
隨著3G系統的商用化開始，具有更高速率、更高頻譜效率、更高覆蓋 和更強業務支撐能力的B3G/4G技術已經進入標準化階段，國際電信聯盟 (ITU)已經就B3G頻譜規劃，主要標準的完成，以及商用試點和大規模商 用給出了具體的時間表。B3G/4G要求傳輸速率能夠達到lGbps,需要的頻 譜至少是100MHz。對於這樣的寬帶的頻譜需求，很難在現有的頻段中找到， 因此需要對B3G/4G分配更高的頻段，比如5GHz或者6GHz等等。
提高工作頻段雖然可以解決B3G/4G的頻率分配問題，但是隨之也會帶 來實現上的諸多問題。 一方面，操作頻段越高，電磁波的衰落越厲害，也就 是說基站(BS)發射功率會存在較大衰減。基站發射功率的快速衰落會導 致基站的覆蓋範圍變小，在基站覆蓋範圍不變的情況下，功率的快速衰落會 導致小區邊沿的功率控制不夠理想。如果要保持基站的覆蓋範圍不變以及較 好的功率控制，則需要進一步加大基站的發射功率，這樣會增大電磁波的輻 射，而出於健康等原因的考慮，人們希望電磁波對人體的輻射越小越好。另 一方面，操作頻段越高，電磁波的繞射能力越差，穿透能力也越弱，在這種 情況下，電磁波越來越接近直線傳播。如果存在建築物遮擋，就會導致小區 中存在很多電磁波無法到達的"陰影"地帶。比如一個用戶終端(UT)在 一個建築物後面，由於電磁波的繞射能力差，無法繞過建築物到達該用戶終 端處，另外，由於電磁波的穿透能力弱，無法穿過建築物到達該用戶終端處， 這將導致這個用戶終端無法接收到來自基站的信號。
解決上述問題的一種方法就是增加基站的布放數量，以高頻段基站能夠
覆蓋的小區範圍為基準，重新劃分現有的蜂窩狀小區結構，在每個小區布放 一個高頻基站。但是，這樣就需要重新採用光纖來連接每個基站，使用起來 很不方便，而且投支巨大，特別是當光纖需要經過私人區域或者其他不便設 置光纖的區域時更是如此。而且每個基站還需要通過有線(如光纖)實現與 骨幹網以及基站控制器的連接。不僅如此，在許多國家，現有的蜂窩結構已 經能夠在卯％的地域範圍內提供無線業務服務，重新劃分小區將會需要巨大 的投支。
為此，無線通信領域比如IEEE 802.16J就在IEEE 802.16e的基礎上引入 了多跳的技術，用於解決上述問題。也就是在基站與用戶終端之間布放一個 或者多個中繼站(Relay station,簡稱RS),從而構成基站-中繼站-用戶終 端的通信路徑。這個多跳網絡中的每個節點，包括上述的基站、RS以及用 戶終端，只需發射足夠的功率就可以達到相鄰節點，從而大大降低每個節點 的發射功率。此外，多跳網絡中的節點發射功率較低，可以使得在網絡中不 同設備工作在相同的頻率，而不會產生幹擾，進而提高頻語的復用效率，使 得網絡的空間容量得到較大提升。
採用無線中繼技術能夠提高蜂窩系統BS的有效覆蓋範圍，並可以提升 小區邊沿用戶容量，不過，在OFDMA中繼系統中，還需要考慮以下兩個基 本的問題 一是選擇哪個RS來實現UT與BS之間的通信連接？ 二是在BS 與RS之間的無線鏈路(也即中繼鏈路，以下表示為BS屮RS鏈路)，以及 RS與UT之間的無線鏈路(也即接入鏈路，以下表示為RS^UT鏈路)中， 具體採用哪些子信道資源來實現傳輸？
發明內容
本發明所要解決的技術問題是在於需要提供一種OFDMA系統中的中 繼站選擇方法，以及在此基礎上的子信道分配方法，以實現UT與BS之間 的通信連接。
為了解決上述技術問題，本發明提供了 一種正交頻分多址接入系統中的 中繼站選擇和子信道分配方法，候選中繼站將測量得到的且滿足一定傳輸速 率要求的中繼站與用戶終端無線鏈路子信道索引號，及其對應的能夠支持的
最大調製方式報告給基站；所述基站結合測量得到的基站與所述候選中繼站 無線鏈路信道條件，從所述候選中繼站中確定一個目標中繼站，並完成基站 與目標中繼站無線鏈路全部子信道的分配，以及所述目標中繼站與用戶終端 之間無線鏈路部分子信道的分配。
根據上述方法，所述基站從所述候選中繼站中確定所述目標中繼站的過
程，可以包括'
(1)所述i戶終端廣播發送一個帶寬請求信號以及信道測量信號，收 到所述帶寬請求信號以及信道測量信號的候選中繼站，估計其本身與用戶終 端鏈路在所有可用子信道上的信號幹擾噪聲比，將所述信號幹擾噪聲比超過 一預設的信號幹擾噪聲比閾值的子信道索引號計入集合A,估計集合A對 應子信道上的最大傳輸能力Rj;
(2 )所述最大傳輸能力R,超過用戶終端傳輸速率要求RUT的候選中繼 站向基站報告集合A中每個子信道的索引號及其能夠支持的最高調製方式， 以及所述用戶終端傳輸速率要求RUT;
(3 )所述基站測量其本身與所述每個候選中繼站無線鏈路在每個可用 子信道上的信號幹擾噪聲比，並將所述基站與所述每個候選中繼站無線鏈路 中信號幹擾噪聲比超過所述信號幹擾噪聲比閾值的子信道索引號計入集合 B中，估計集合B對應子信道上的最大傳輸能力R2;
(4 )所述基站記錄所述最大傳輸能力112超過了所述用戶終端傳輸速率 要求RuT的候選中繼站對應的子信道集合A和B，以及集合A和B中每個 子信道能夠支持的最高調製方式，估計所述每個候選中繼站對應的子信道集 合A和B中公共子信道的傳輸能力Rc,選擇所述傳輸能力Rc最大的候選 中繼站作為目標中繼站。
進一步地，所述基站與目標中繼站無線鏈路和所述目標中繼站與用戶終 端無線鏈路公共部分子信道的分配，可以包括
(a) 如果所述傳輸能力Rc超過所述用戶終端的傳輸速率要求RuT，則 轉步驟(b)，否'則轉步驟(c);
(b) 所述基站在所述目標中繼站對應子信道集合A和B的交集C中選
擇一個信號幹擾噪聲比平均值最大，且滿足所述用戶終端的傳輸速率要求
RUT的最小子信道子集E,根據所述子信道子集E為基站與目標中繼站的無 線鏈路和目標中繼站與用戶終端的無線鏈路分配子信道，結束；
(c) 所述基站獲得所述用戶終端的傳輸速率要求RuT與所述傳輸能力
Rc之間的差值A後，在所述集合B減去所述集合A的子集合中選擇一個傳 輸能力超過所述A而且子信道數最少的子信道子集F;
(d) 所述基站根據所述子集F和所述交集C，為基站與目標中繼站無 線鏈路分配傳輸子信道；根據所述交集C，為目標中繼站與用戶終端無線鏈 路分配部分傳輸子信道，結束。
而且，步驟(1)中所述可用子信道上的信號幹擾噪聲比，可以包括所 述可用子信道對應的所有子載波上信號幹擾噪聲比的平均值。
而且，步驟(l)中所述最大傳輸能力R。可以表示在數字調製以前所 有可用子信道可以承載的最大比特數。
而且，步驟(1)中所述估計集合A對應子信道上的最大傳輸能力Rp 可以包括
(11 )所述候選中繼站依據每個子信道對應的信號幹擾噪聲比估計其可 以支持的最高調製方式；
(12)所述候選中繼站估計子信道集合A中最高能夠支持各調製方式 的子信道數目；
(13 )所述候選中繼站根據最高能夠支持各調製方式的子信道數目，以 及一個子信道包含的子載波數目，估計子信道集合A對應的傳輸能力R!。
而且，步驟(3)中所述估計集合B對應子信道上的最大傳輸能力R2, 可以包括
(31 )所述基站依據每個子信道對應的信號幹擾噪聲比估計其可以支持 的最高調製方式；
(32 )所述基站估計子信道集合B中最高能夠支持各調製方式的子信道
數目；
(33 )所述基站根據最高能夠支持各調製方式的子信道數目，以及一個
子信道包含的子載波數目，估計子信道集合B對應的傳輸能力R2。
而且，步驟(4)中所述估計所述每個候選中繼站對應的子信道集合A 和B中公共子信道的傳輸能力Rc,可以包括
(41) 所述基站計算每個候選中繼站對應的子信道集合A中最高能夠 支持各調製方式的子信道索引號集合，以及相應子信道集合B中最高能夠 支持各調製方式的子信道索引號集合；
(42) 獲得每個候選中繼站能夠支持的相同調製方式下子信道集合A 和B的交集C;
(43 )所述基站根據所述交集C,以及各調製方式下交集C的子信道數 目，估計每個候選中繼站對應的子信道集合A和B中公共子信道的傳輸能
力Rc。
此外，所述步驟(d)可以包括
(dl )所述基站將分配給基站與目標中繼站無線鏈路的全部子信道索引 號、分配給目標中繼站與用戶終端無線鏈路的子信道索引號，以及所述差值 △反^t給所述目標中繼站；
(d2)所述目標中繼站在所述集合A減去集合B的子集中選擇一個傳 輸能力超過所述△而且子信道數最少的子信道子集G，將所述子集G分配 給所述目標中繼站與用戶終端無線鏈路；
(d3 )所述目標中繼站將所述子集G中子信道索引號反饋給所述基站， 根據所述子集G,所述交集C對應的子信道索引號，以及所述子集G和交 集C中每個子信道對應的調製方式反饋給所述用戶終端。
根據上述方法，所述目標中繼站與用戶終端無線鏈路其餘所需子信道的 條件來完成。
本發明解決了 OFDMA中繼系統中，實現UT與BS之間通信連接的中 繼站的選擇，完成了中繼鏈路和接入鏈路中子信道的分配。
圖1為一種網絡拓樸結構示意圖2為本發明所述中繼站選4奪方法實施例的流程圖3為在本發明所述中繼站選擇方法基礎上的子信道分配方法實施例 的流程圖4為本發明一應用實例中RS^UT和BSoRS鏈^各子信道交集的傳輸 能力滿足UT傳輸速率要求時子信道分配的流程圖5為本發明一應用實例中Rc小於用戶終端的傳輸速率要求RuT時子 信道分配的流程圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明作進一步地詳細說明。
這裡所描述的子信道及子信道分配有以下約定在頻域中，OFDMA 系統的整個帶寬被分解成具有相同帶寬的子載波，所有的這些子載波被分成 多個子載波組，每個子載波組包含相同數目的相鄰子載波，定義一個子載波 組為一個子信道。如果整個帶寬可以分成C個子載波組，則總共有C個子 信道。本發明所述子信道分配是指下行子信道分配，即為了實現RS將BS 的數據包中繼轉發到UT的目的，給所選擇的從BS經RS到UT的無線鏈路 (以下表示為BS—RS—UT鏈路)中的從BS到RS的中繼鏈路(以下表示 為BS—RS鏈路)，以及從RS到UT的接入鏈路(以下表示為RS—UT鏈 路)中分配哪些子信道資源。
一般而言，用戶終端進入網絡的時候往往只是根據當時信號強度最強的 中繼節點來建立連接，隨著之後用戶終端的移動或者是服務質量的變化，它 可以運用切換機制來任意改變連結點。但是，對於中繼站而言，因為它只是 屬於網絡基礎設施的一部分，當它完成網絡進入和初始化之後，它必須對一 般用戶提供相對穩定的服務質量，因此，針對需要進行中繼的用戶終端，在 選擇中繼站時候需要經過周密的考慮，不能只是筒單地依靠信號強度信息來 選擇中繼站，它要求用戶通過中繼節點進入網絡以後能夠保證中繼站在網絡 運行過程中提供比較穩定的信道條件，進而使得整個鏈路保持一定的穩定
性。鑑於以上因素，在OFDMA中繼系統中，需要聯合考慮中繼站的選擇以 及子信道的分配。
有鑑於此，本發明所要解決的技術問題在於提供一種OFDMA系統中的 中繼站選擇和分布式子信道分配方法，其核心思想是候選中繼站將測量得到 的且滿足一定傳輸速率要求的接入鏈路子信道索引號及其對應的能夠支持 的最大調製方式報告給基站，基站結合測量得到的中繼鏈路信道條件，集中 對中繼站進行選擇，並完成對中繼鏈^各和接入鏈路公共部分子信道的分配， 中繼鏈路和接入鏈路其餘所需子信道由BS和RS根據各自鏈路信道條件分 別來完成分配。本發明所述方法不但適用於TDD系統，而且經過簡單的修 改也適用於FDD系統。
本發明所述OFDMA系統至少包含一個基站(BS ), —個用戶終端(UT ) 以及多個中繼站(RS) 。 UT處於多個RS覆蓋範圍之內，但是該UT在BS 的覆蓋範圍之外。所述RS處於BS的覆蓋範圍之內。UT—次最多只能通過 一個中繼站的中繼才能實現與BS之間的通信連接。
在圖1所示網絡拓樸結構中布放了一個基站、多個用戶終端(UT1、 UT2、 UT3、 UT4、 UT5、 UT6 )以及多個中繼站(RS1、 RS2、 RS3、 RS4 )。 假設所有RS、 UT1、 UT2、 UT3以及UT6都位於BS的覆蓋範圍之內，只 有UT4和UT5在BS的覆蓋範圍之外，而且，其中UT4隻位於RS1的覆蓋 區域之內，UT5位於RS1 、 RS2和RS3的公共覆蓋區域之內。
針對圖1中的UT4和UT5,它們只能夠通過RS的中繼功能才能夠實現 與BS的通信連接。進一步假設，在本發明中我們考慮一個UT最多只能通 過一個中繼站的中繼來實現其與BS之間的通信連接，而且所有RS之間不 能互相通信。在本發明的實施例中，我們只考慮UT5與BS之間的中繼通信， 要求UT5的傳輸速率(即每次要求傳輸的比特數)需要達到一定要求，進 而考慮相關的中繼站選l^以及相應子信道分配的解決方案。
這裡所說的中繼站選擇是指在BS與UT5之間通過哪個RS來實現用戶 終端與基站之間的鏈路連接和中繼功能，結合圖l所示，所謂中繼站選擇是 指在BS"RS1hUT5、 BShRS2hUT5以及BSbRS3^UT5共三條鏈路中
選捧一條來實現BS與UT5之間的通信。其中BShRS1^UT5表示，BS經 RS1到達UT5的雙向鏈路，BSbRS2"UT5和BS屮RS3一UT5的意義與此 類似。另外，除了 BS—RS表示BS發射RS接收的鏈路，和RS—UT表示 RS發射UT接收的鏈路之外，用RS—BS表示RS發射BS接收的鏈路，以 及UT—RS表示UT發射RS接收的鏈路。
假設本發明所述方法適用於時分雙工(TDD)通信模式，也就是說，只 要獲得了 UT—RS與RS—BS兩個鏈路的信道條件，則可以通過信道互易性 直接獲得RS—UT鏈路以及BS—RS鏈路的信道信息。
這裡所描述的子信道及子信道分配有以下約定在頻域中，OFDMA系 統的整個帶寬被分解成具有相同帶寬的子載波，所有的這些子載波被分成多 個子載波組，每個子載波組包含相同數目的相鄰子載波，定義一個子載波組 為一個子信道。本發明所述子信道分配是指，為了實現RS將BS的數據包 中繼轉發到UT5的目的，給所選擇的BS—RS—UT鏈路中的BS—RS鏈路 以及RS—UT5鏈路中分配哪些子信道資源。
為了實現上述目的，本發明提供的OFDMA系統中的中繼站選擇和子信 道分配聯合處理方法，分為中繼站選擇和子信道分配這兩部分分別進行描 述。首先，OFDMA系統中的中繼站選擇如圖2所示，包含以下主要步驟
步驟201,用戶終端廣播發送一個帶寬請求信號以及信道測量信號；
步驟202，收到所述帶寬請求信號以及信道測量信號的每個RS估計其 本身與該UT的接入鏈路在所有可用子信道上的信號幹擾噪聲比(SINR)， 將SINR超過預設閾值SINRth的子信道索引號計入集合A,並估計集合A對 應子信道上的最大傳輸能力R1;
步驟203, R,超過UT傳輸速率要求Rut的RS向BS報告集合A中每 個子信道的索引號及其能夠支持的最高調製方式，以及UT的傳輸速率要求 RUT,並向BS發送一個帶寬請求信號，發起帶寬請求；
步驟204， BS測量對應的BS^RS鏈路在每個可用子信道上的SINR， 並將中繼鏈路中SINR超過預設閾值SINRth的子信道索引號計入集合B中， 並估計集合B對應子信道上的最大傳輸能力R2;步驟205 ， BS記錄R2超過了 UT傳輸速率要求RUT的RS對應的子信道 集合A和B,以及集合A和B中每個子信道能夠支持的最高調製方式，估 計每個RS對應的子信道集合A和B中公共子信道的傳輸能力Rc，選擇傳 輸能力Rc最大的中繼站作為目標中繼站RS—R 。
上述步驟202中，所述可用子信道是指BS可以分配給中繼鏈路和接入 鏈路的子信道資源。
上述步驟202中，所述可用子信道上的SINR是指該子信道對應的所有 子載波上SINR的平均值。
上述步驟202中，所述SINR閾值SINRth是指所有子信道上的SINR參 考值，當子信道對應的SINR低於此參考值時，表示此信道條件連最低調製 方式要求都無法滿足。
上述步驟202中，所述最大傳輸能力R!是指在數字調製以前所有可用 子信道可以承載的最大比特數。
上述步驟202中，所述RS估計集合A對應子信道上的最大傳輸能力 R,，包含以下步驟
步驟2021, RS依據每個子信道對應的SINR估計其可以支持的最高調 制方式；
步驟2022, RS估計子信道集合A中最高能夠支持各調製方式的子信道 數目；
步驟2023, RS根據最高能夠支持各調製方式的子信道數目，以及一個 子信道包含的子載波數目，估計子信道集合A對應的傳輸能力Rj。
上述步驟204中，所述BS估計集合B對應子信道上的最大傳輸能力 R2,包含以下步驟
步驟2041， BS依據每個子信道對應的SINR估計其可以支持的最高調 制方式；
步驟2042, BS估計子信道集合B中最高能夠支持各調製方式的子信道 數目；
步驟2043, BS根據最高能夠支持各調製方式的子信道數目，以及一個 子信道包含的子載波數目，估計子信道集合B對應的傳輸能力R2。
上述步驟208中，所述BS估計每個RS對應的子信道集合A和B中公 共子信道的傳輸能力Rc,包含以下主要步驟
步驟2081, BS計算每個RS對應的子信道集合A中最高能夠支持各調 制方式的子信道索引號集合，以及相應子信道集合B中最高能夠支持各調 制方式的子信道索引號集合；
步驟2082,獲得每個RS能夠支持的相同調製方式下子信道集合A和B 的交集，此即為每個RS對應的子信道集合A和B中公共子信道的索引號集 合.
步驟2083, BS根據每個RS對應子信道集合A和B的交集，以及各調 制方式下上述交集的子信道數目，估計每個RS對應的子信道集合A和B中 公共子信道的傳輸能力Rc。
上述即為中繼站選擇方法的主要內容，以此為基礎的子信道分配的方法 如圖3所示，包含以下主要步驟
步驟301,基站確定了目標中繼站RS一R之後，如果目標中繼站RS—R 對應的Rc超過用戶終端的傳輸速率要求RuT,則轉到步驟302,否則轉到步 驟305;
步驟302， BS在RS—R對應子信道集合A和B的交集C中選擇一個平 均SINR最大而且剛剛滿足傳輸速率要求Rut的最小子信道子集E，將子信 道子集E分配給BS^RS—R鏈路和RS—R^UT鏈路；
步驟303, BS將子信道集合E中的子信道索引號反饋給目標中繼站 RS—R;
步驟304,目標中繼站RS—R將集合E中的子信道索引號以及其中每個 子信道對應的最高調製方式反饋給UT，然後轉到步驟308;
步驟305， BS估計RuT和目標中繼站RS—R對應的Rc之間的差值 A:Rut-Rc;
步驟306, BS在BS^RS—R鏈路對應的子信道集合B減去集合A的子 集(也即集合B中不包含目標中繼站RS—R對應的A和B的交集的部分)
中選擇一個傳輸'能力剛剛超過△而且子信道數最少的子信道子集F;
步驟307、 BS根據目標中繼站RS—R對應的子信道子集F和目標中繼站 RS—R對應子信道集合A和B的交集C，為BS^RS—R鏈^各分配傳輸子信道， 將集合C + F中的子信道分配給BS屮RS—R鏈路，根據目標中繼站RS—R對 應子信道集合A.和B的交集，為RS—R^UT鏈路分配部分傳輸子信道，將 集合C中的子信道分配給RS—R^UT鏈路，然後轉到步驟308;
步驟308, UT接收到目標中繼站RS一R的子信道分配消息以後，準備 中繼。
上述步驟30^中，所述BS在該RS—R對應的子信道集合A和B的交集 中選擇一個平均SINR最大而且剛剛滿足傳輸速率要求RUT的最小子信道子 集E,包含以下步驟
步驟3021， RS估計各調製方式下A和B的交集對應的傳輸能力；
步驟3022，根據對應的傳輸能力，在子信道集合A和B的交集中選擇 一個平均SINR最大且剛剛滿足UT傳輸速率要求RUT的子信道子集E。
上述步驟307,具體包括
步驟3071, BS將分配給BS^RS—R鏈路的全部子信道索引號、分配給 RS_R"UT鏈路的子信道索引號，以及目標中繼站RS—R對應的R『和Rc 之間的差值A反饋給目標中繼站RS一R;
步驟3072,接收到BS的反饋信息以後，目標中繼站RS—R在RS—R^UT 鏈路對應的子信道集合A減去集合B的子集(也即集合A中不包含目標中 繼站RS—R對應的A和B的交集的部分)中選擇一個傳輸能力剛剛超過A 而且子信道數最少的子信道子集G;
步驟3073,目標中繼站RS—R將子信道子集G分配給RS—R^UT鏈路；
步驟3074，目標中繼站RS一R將子信道子集G中子信道索引號反饋給 BS，將集合G以及目標中繼站RS—R對應子信道集合A和B的交集對應的 子信道索引號，並加上每個子信道對應的最高調製方式反饋給UT。
給出了本發明所述的中繼站選擇和子信道分配聯合處理流程圖，其中的 調製方式以64QAM、 16QAM、 QPSK為例。首先UT5廣播發送一個帶寬請
求信號以及信道測量信號，每個相鄰的RS估計RShUT5鏈路在所有可用 子信道上的SINR,其中，可用子信道是指BS可以分配給BS^RS鏈路和 RS^UT5鏈路的子信道資源，子信道上的SINR是指該子信道對應的所有子 載波上SINR的平均值。
該RS將RS"UT5鏈路中SINR超過閾值SINRth的子信道索引號計入集 合A中，並估計舉合A對應子信道上的最大傳輸能力R,。這裡的閾值SINRth 是指所有子信道上的SINR參考值，當子信道對應的SINR低於此參考值時， 表示此信道條件連最低調製方式要求都無法滿足。最大傳輸能力R,是指在 數字調製以前所有可用子信道可以承載的最大比特數。
子信道集合A對應子信道上的最大傳輸能力R按照以下步驟進行估計 首先，RS依據每個子信道對應的SINR估計其可以支持的最高調製方式， 這裡的調製方式包含64QAM、 16QAM、 QPSK，假如子信道集合A中最高 能夠支持64QAM、 16QAM和QPSK的子信道數目分別為n!、 112和n3，則 子信道集合A對應的傳輸能力為R屍(6 ni+4n2+2n3) 'K，其中，K是一個 子信道中包含的子載波數目。
如果該RS對應的R！超過UT5傳輸速率要求RUT，即R！大於等於RUT, 則該RS向BS報告其對應子信道集合A及其中每個子信道能夠支持的最高 調製方式，以及用戶終端UT5的傳輸速率要求RuT,同時向BS發起帶寬請 求。
BS接收到向其報告的RS的信號以後，測量BS^RS鏈路在每個可用子 信道上的SINR。然後，BS將BS^RS鏈路中SINR超過閾值SINRth的子信 道索引號計入集合B中，並估計集合B對應子信道上的最大傳輸能力R2。
子信道集合B對應子信道上的最大傳輸能力R2按照以下步驟進行估計 首先，BS依據每個子信道對應的SINR估計其可以支持的最高調製方式， 假如子信道集合B中最高能夠支持64QAM、 16QAM和QPSK的子信道數 目分別mi、 m2和m3，則子信道集合B對應的傳輸能力為R2= (6 m'+4m2+2m3) 'K。
如果112超過了 UT5傳輸速率要求RUT，即R2大於等於RUT,則該BS 記錄該RS對應的子信道集合A和B以及集合A和B中每個子信道能夠支
持的最高調製方式。
按照這種方式，BS可能收集到了多個RS對應的子信道集合A和B以 及集合A和B中每個子信道能夠支持的最高調製方式。BS估計每個RS對 應的子信道集合A和B中公共子信道的傳輸能力Rc，選擇傳輸能力Rc最 大的中繼站作為目標中繼站RS一R。每個RS對應的子信道集合A和B中公 共子信道的傳輸能力Rc按照以下方法進行估計BS計算每個RS對應的子 信道集合A6、 A4、 A2、 B6、 B4、 B2、 C6、 C4、 C2,其中A6、 A4、八2分別是 該RS對應的子信道集合A中最高能夠支持64QAM、 16QAM和QPSK的子 信道索引號集合，B6、 B4、 B2是相應子信道集合B中最高能夠支持64QAM、 16QAM和QPSK的子信道索引號集合，C6是A6和Be的交集，(34是八4和
B4的交集，C2是A2和B2的交集。假如子信道集合C6、 C4、 C2的子信道數
目分別k,、 k2和k3，則子信道集合Q + C4 + C2對應的傳輸能力為Rc= (6
k,+4k2+2k3) 'K。得到了每個RS對應的子信道集合C6 + C4 + C2的傳輸能力
Rc以後，BS選擇其中傳輸能力Rc最大的中繼站作為目標中繼站RS一R。
確定了目標中繼站以後，BS和目標中繼站RS—R可以依據RS—R對應 的子信道集合A和B以及其Rc聯合執行BS^RS—R鏈路和RS—R^UT5鏈 路的子信道分配。BS判斷RS—R對應的Rc是否超過用戶終端的傳輸速率要 求Rut,依據該判斷結果，這個聯合分配過程包含以下兩個部分
第一部分如果RS—R對應的Rc超過了用戶終端的傳輸速率要求RuT, 則BS在該RS—R對應的集合C6 + C4 + C2中選擇一個平均SINR最大而且剛 剛滿足傳輸速率要求Rut的最小子信道子集E。並且BS將該RS—R對應的 子信道集合E分配給BS^RS鏈路和RS^UT5鏈路，同時，將子信道集合 E對應的調製方式作為BS^RS鏈路和RS"UT5鏈路傳輸時的調製方式。 然後BS將子信道集合E中的子信道索引號反饋給目標中繼站。目標中繼站 將集合E中的子信道索引號以及其中每個子信道對應的調製方式反饋給 UT5。
其中，BS在RS—R對應的集合C6 + C4 + C2中選擇一個平均SINR最大 而且剛剛滿足傳輸速率要求RUT的最小子信道子集E,具體過程如圖4所示， 首先，RS估計子信道集合分別與C6、 Ct以及C2對應的傳輸能力Q6、 q4以
及Q2 (步驟401 ),如果Q6大於等於RUT (步驟402 )，則BS在BS^RS—R 鏈路對應的C6中選擇一個平均SINR最小且剛剛滿足UT傳輸速率要求RuT 的子信道子集E (步驟403 );如果Q6小於RUT，而Q6 + Q4大於等於RUT
(步驟404 )，則BS在BS^RS—R鏈路對應的C4中選擇一個平均SINR最 小且剛剛超過傳輸速率差值(RUT-Q6)的子信道子集W (步驟405 )，並 令E= C6 + W (步驟406 );如果Q6 + Q4小於RUT,則BS在BS^RS_R鏈 路對應的C2中選擇一個平均SINR最小且剛剛超過傳輸速率差值(RUT-Q6
-Q4)的子信道子集S (步驟407)，並令E二C6 + C4+S (步驟408)。
第二部分如果RS—R對應的Rc小於用戶終端的傳輸速率要求RuT，則 按照如圖5所示的步驟進行子信道分配
步驟501, BS估計目標中繼站RS—R對應的Rc和Rut之間的差值A二Rut
-Rc;
步驟502， BS在BS^RS—R鏈路對應的子信道集合B (不包含目標中 繼站RS—R對應的A和B的交集)中選擇一個傳輸能力剛剛超過A而且子 信道數最少的子信道子集F,即調製方式最高的 一個子信道子集F;
步驟503, BS將目標中繼站RS—R對應的子信道子集F + C6 + C4 + C2 分配給BS^RS—R鏈路作為最終的BS^RS—R鏈路傳輸子信道，將RS一R對 應的子信道子集C6 + C4 + C2分配給RS—RhUT5鏈路作為RS—RhUT5鏈路 的部分傳輸子信道；
步驟504， BS將分配給BS^RS—R鏈路的全部子信道索引號、分配給 RS—R屮UT5鏈路的子信道索引號以及目標中繼站RS—R對應的Rc和Rut之 間的差值A=RUT - Rc反饋給目標中繼站RS—R;
步驟505，接收到BS的反饋信息以後，目標中繼站RS—R在RS—R^UT5 鏈路對應的子信道集合A (不包含目標中繼站RS—R對應的A和B的交集) 中選擇一個傳輸能力剛剛超過A而且子信道數最少的子信道子集G,即調製 方式最高的一個子信道子集G;
步驟506，目標中繼站RS一R將子信道子集G中子信道索引號反饋給 BS，將G + Q + C4 + C2分對應的子信道索引號及其每個子信道對應的調製
方式反饋給UT;
步驟507, UT5接收到來自目標中繼站反饋的子信道分配情況以後，準 備中繼，向目標中繼站發送中繼命令。
當然，本發明提供的實施例只是為了詳盡地說明按照本發明內容提供的 在OFDMA中繼系統中實現中繼站選擇和子信道分配聯合處理的方法，因而 都是示例性的實施方式說明，並不能將它看作是對於本發明的限制，而且， 凡是在本發明宗旨之內的顯而易見的修改亦應歸於本發明的保護範圍之內。
權利要求
1、一種正交頻分多址接入系統中的中繼站選擇和子信道分配方法，其特徵在於，候選中繼站將測量得到的且滿足一定傳輸速率要求的中繼站與用戶終端無線鏈路子信道索引號，及其對應的能夠支持的最大調製方式報告給基站；所述基站結合測量得到的基站與所述候選中繼站無線鏈路信道條件，從所述候選中繼站中確定一個目標中繼站，並完成基站與目標中繼站無線鏈路全部子信道的分配，以及所述目標中繼站與用戶終端之間無線鏈路部分子信道的分配。
2、 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述基站從所述候選中繼 站中確定所述目標中繼站的過程，包括(1) 所述用戶終端廣播發送一個帶寬請求信號以及信道測量信號，收 到所述帶寬請求信號以及信道測量信號的候選中繼站，估計其本身與用戶終 端鏈路在所有可用子信道上的信號幹擾噪聲比，將所述信號幹擾噪聲比超過 一預設的信號幹擾噪聲比閾值的子信道索引號計入集合A，估計集合A對 應子信道上的最大傳輸能力R1;(2) 所述最大傳輸能力R4超過用戶終端傳輸速率要求RuT的候選中繼 站向基站報告集合A中每個子信道的索引號及其能夠支持的最高調製方式， 以及所述用戶終端傳輸速率要求RUT;(3 )所述基站測量其本身與所述每個候選中繼站無線鏈路在每個可用 子信道上的信號幹擾噪聲比，並將所述基站與所述每個候選中繼站無線鏈路 中信號幹擾噪聲比超過所述信號幹擾噪聲比閾值的子信道索引號計入集合 B中，估計集合B對應子信道上的最大傳輸能力R2;(4 )所述基站記錄所述最大傳輸能力R2超過了所述用戶終端傳輸速率 要求RuT的候選中繼站對應的子信道集合A和B，以及集合A和B中每個 子信道能夠支持的最高調製方式，估計所述每個候選中繼站對應的子信道集 合A和B中公共子信道的傳輸能力Rc，選擇所述傳輸能力Rc最大的候選 中繼站作為目標中繼站。
3、 如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述基站與目標中繼站無 線鏈路和所述目標中繼站與用戶終端無線鏈路公共部分子信道的分配，包 括(a) 如果所述傳輸能力Rc超過所述用戶終端的傳輸速率要求RuT,則 轉步驟(b),否則轉步驟(c);(b) 所述基站在所述目標中繼站對應子信道集合A和B的交集C中選 擇一個信號幹擾噪聲比平均值最大，且滿足所述用戶終端的傳輸速率要求 Rut的最小子信道子集E，根據所述子信道子集E為基站與目標中繼站的無 線鏈路和目標中繼站與用戶終端的無線鏈路分配子信道，結束；(c) 所述基站獲得所述用戶終端的傳輸速率要求RuT與所述傳輸能力Rc之間的差值A後，在所述集合B減去所述集合A的子集合中選擇一個傳 輸能力超過所述△而且子信道數最少的子信道子集F;(d) 所述基站根據所述子集F和所述交集C,為基站與目標中繼站無 線鏈路分配傳輸子信道；根據所述交集C,為目標中繼站與用戶終端無線鏈 路分配部分傳輸子信道，結束。
4、 如權利要求2所述的方法，其特徵在於，步驟(l)中所述可用子信 道上的信號幹擾噪聲比，包括所述可用子信道對應的所有子載波上信號幹擾 噪聲比的平均值。
5、 如權利要求2所述的方法，其特徵在於，步驟(l)中所述最大傳輸 能力R,,表示在數字調製以前所有可用子信道可以承載的最大比特數。
6、 如權利要求2所述的方法，其特徵在於，步驟(l)中所述估計集合 A對應子信道上的最大傳輸能力Rp包括(11 )所述候選中繼站依據每個子信道對應的信號幹擾噪聲比估計其可 以支持的最高調製方式；(12)所述候選中繼站估計子信道集合A中最高能夠支持各調製方式 的子信道數目；(13 )所述候選中繼站根據最高能夠支持各調製方式的子信道數目，以 及一個子信道包含的子載波數目，估計子信道集合A對應的傳輸能力R,。
7、 如權利要求2所述的方法，其特徵在於，步驟(3)中所述估計集合 B對應子信道上的最大傳輸能力R2,包括(31 )所述基站依據每個子信道對應的信號幹擾噪聲比估計其可以支持 的最高調製方式；(32 )所述基站估計子信道集合B中最高能夠支持各調製方式的子信道數目；(33 )所述基站根據最高能夠支持各調製方式的子信道數目，以及一個 子信道包含的子載波數目，估計子信道集合B對應的傳輸能力R2。
8、 如權利要求2所述的方法，其特徵在於，步驟(4)中所述估計所述 每個候選中繼站對應的子信道集合A和B中公共子信道的傳輸能力Rc，包 括(41) 所述基站計算每個候選中繼站對應的子信道集合A中最高能夠 支持各調製方式的子信道索引號集合，以及相應子信道集合B中最高能夠 支持各調製方式的子信道索引號集合；(42) 獲得每個候選中繼站能夠支持的相同調製方式下子信道集合A 和B的交集C;(43 )所述基站根據所述交集C,以及各調製方式下交集C的子信道數 目，估計每個候選中繼站對應的子信道集合A和B中公共子信道的傳輸能 力Rc。
9、 如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述步驟(d)包括(dl )所述基站將分配給基站與目標中繼站無線鏈路的全部子信道索引 號、分配給目標中繼站與用戶終端無線鏈路的子信道索引號，以及所述差值 △反饋給所述目標中繼站；(d2)所述目標中繼站在所述集合A減去集合B的子集中選擇一個傳 輸能力超過所述△而且子信道數最少的子信道子集G,將所述子集G分配給所述目標中繼站與用戶終端無線鏈路；(d3 )所述目標中繼站將所述子集G中子信道索引號反饋給所述基站， 根據所述子集G,所述交集C對應的子信道索引號，以及所述子集G和交 集C中每個子信道對應的調製方式反^t給所述用戶終端。
10、如權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述目標中繼站與用戶終 端無線鏈路其餘所需子信道的分配，由所述目標中繼站根據所述目標中繼站 與用戶終端無線鏈路信道條件來完成。
全文摘要
本發明公開了一種正交頻分多址接入系統中的中繼站選擇和子信道分配方法，旨在實現UT與BS之間的通信連接，候選中繼站將測量得到的且滿足一定傳輸速率要求的中繼站與用戶終端無線鏈路子信道索引號，及其對應的能夠支持的最大調製方式報告給基站；所述基站結合測量得到的基站與所述候選中繼站無線鏈路信道條件，從所述候選中繼站中確定一個目標中繼站，並完成基站與目標中繼站無線鏈路全部子信道的分配，以及所述目標中繼站與用戶終端之間無線鏈路部分子信道的分配。本發明解決了OFDMA中繼系統中，實現UT與BS之間通信連接的中繼站的選擇，完成了中繼鏈路和接入鏈路中子信道的分配。
文檔編號H04B7/208GK101384077SQ20071014736
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月6日 優先權日2007年9月6日
發明者蔣小奎 申請人:中興通訊股份有限公司