行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法的製作方法
2023-05-23 08:17:36 2
專利名稱：行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法，特 別為一種利用原先已定義於行動通信系統中的交遞訊息與量測信息，將細胞中用戶區分為 細胞中心用戶與細胞邊緣用戶，以利細胞間幹擾協調技術的實施，是一簡單、有效的用戶分 群法。
背景技術：
(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA) 是實現第四代(4th generation,4G)行動通信系統接取技術，現今世界上主要標準組織所 發展的 IMT-Advanced/4G 技術，例如 IEEE 802. 16m、3GPP LTE-Advanced 與 3GPP2UMB+等， 都是採用以OFDMA為基礎的空中接口技術。在OFDMA系統中，時頻二維的電波資源是由時域(time domain)的正交分頻多任 務(Orthogonal Frequency Division Multiplex,OFDM)符兀(symbol)與步頁域(frequency domain)的頻率次通道(frequency subchannel)所構成，其中每一個頻率次通道是由多 個且不同的次載波(subcarrier)所組成。由於在一個OFDM符元時間內，細胞(cell)內 每一用戶所使用的頻率次通道是正交(orthogonal)的，因此，OFDMA系統不存在有細胞 內幹擾(intra-cell interference)問題，此為OFDMA系統的重要特色。但是當不同細 胞或用戶(user)在同一時間利用相同頻率次通道傳送訊息時，就會產生細胞間同頻幹擾 (inter-cell co-channel interference)，又稱為細胞間幹擾，使得細胞邊緣(cell edge) 用戶的鏈路質量劣化、數據流通量(throughput)下降，這是存在於OFDMA行動通信系統的 嚴重問題。根據國際電信聯盟(InternationalTelecommunication Union, ITU)所發布的 未來 IMT-Advanced/4G 技術需求(technical requirements)，細胞邊緣數據速率(cell edge data rate)已成為重要的性能指針，未來競逐4G行動通信市場的標準技術，凡是 IEEE 802. 16m、3GPPLTE-Advanced 與 3GPP2UMB+等，都採用細胞間幹擾協調(inter-cell interference coordination, ICIC)技術來解決細胞間幹擾問題。所謂細胞間幹擾協調就 是在鄰近細胞(neighboring cells)間預先進行頻率、時間與/或發射功率的協調，以避免 或降低細胞間幹擾。目前有多種實現細胞間幹擾協調的方法，其中最廣為使用的方法有部 分步頁率重用(partial frequency reuse orfractional frequency reuse)與軟式步率重 用(soft frequency reuse)。目前的 Pre_4G 技術例如 3GPP2UMB 與 Mobile WiMAX (IEEE 802. 16e)，已決定採用部分頻率重用技術來對抗細胞間幹擾，而3GPP LTE則規劃採用軟式 頻率重用技術來應付此幹擾問題。部分頻率重用為一種頻域幹擾協調技術，主要概念為應用頻率重用因子 (FrequencyReuse Factor, FRF)大於1的頻率規劃方式在於細胞邊緣區域以降低細胞間幹 擾，使得鏈路質量可以改善、數據流通量可以增加，而在細胞中心區域運用頻率重用因子等 於1 (reuse-Ι或RFR = 1)的方式以取得系統容量優勢。
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請參閱圖1所示，為現有實現於行動通信網絡基站的部分頻率重用技術的頻率資 源配置圖。圖中系統將系統所有可用頻段分為中心子頻段(center subband)F112與邊緣 子頻段(edgeSubband)F311，其中邊緣子頻段F311又切分為三個正交的子頻段F3A、F3B與 F3C，因此共有四個正交子頻段。請參閱圖1，中心子頻段F112為reuse-Ι的重用方式，也 就是說，所有細胞皆可使用此子頻帶，而邊緣子頻段F311為頻率重用因子等於3(reUSe-3 或FRF = 3)的重用方式，其切分的三個子頻段F3A、F3B與F3C分別給基站1的細胞A 13、 細胞B 14與細胞C 15使用。以細胞A 13為例來說明細胞A 13的中心子頻段Fl 12的 頻譜資源將分配給細胞中心用戶(cell center user)使用，此頻段的頻譜效率(spectral efficiency)可以達到最高；而細胞A 13的邊緣子頻段F3A的頻譜資源將優先指派給細胞 邊緣用戶(cell edge user)使用，此時因為使用reuse-3的重用方式，使得細胞邊緣用戶 的鏈路質量得以大大改善。軟式頻率重用為一種發射功率幹擾協調技術，主要概念為發射較大的功率強度予 細胞邊緣區域，而在細胞中心區域則發射較小的功率強度，由於每一個細胞皆可使用全部 頻段，因此軟式頻率重用是一種頻率重用因子等於1的頻率規劃方式。請參閱圖2所示，為現有實現於行動通信網絡基站的軟式頻率重用技術的發射 功率配置圖。圖中系統將系統所有可用頻段分為中心子頻段22與邊緣子頻段21，其中基 站1的細胞A23、細胞B 24與細胞C 25所使用的邊緣子頻段21是正交的，若以Pedge與 Pcenter分別代表細胞邊緣子頻段21與細胞中心子頻段22的發射功率強度，則比值Pedge/
Pcenter ^λ 丄。以細胞A 23為例來說明細胞A 23的中心子頻段(即F2+F3)的頻譜資源將分配 給細胞中心用戶使用，此時因為該用戶靠近基站1，細胞間幹擾較小，故以較低發射功率來 維持適當的信號質量；而細胞A 23的邊緣子頻段(即Fl)的頻譜資源將優先指派給細胞邊 緣用戶使用，此時因為扇區A 23之邊緣子頻段的發射功率高於鄰細胞(即細胞B 24與細 胞C 25)的中心子頻段的功率，可增加欲信號強度並減低幹擾信號強度，進而提升鏈路質 量。由上可知，一個OFDMA行動通信系統，不論是實行部分頻率重用或是軟式頻率重 用，皆須將細胞中用戶進行分群，即區分為細胞中心用戶與細胞邊緣用戶兩群。傳統應用於 細胞間幹擾協調技術的用戶分群法是以用戶地理因子(geometry factor,GF)為依據，所謂 地理因子就是寬帶平均(wideband average)訊號幹擾噪聲比(signal to interference plus noise ratio, SINR)，其可表示成(1)式，其中P為發射功率，L為路徑損失(path loss)，S為遮蔽衰落(shadow fading)，A為天線增益(antenna gain)，N為噪聲功率 (noise power)，下標s與i分別代表伺服細胞(servingcell，SC)與幹擾細胞(interfering cell)，爐則為幹擾細胞集合。YjPi-Li-S1-Ai^N ⑴式
Εφ現有技術應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法的操作概念為1.首先用戶機(User Equipment, UE)量測伺服細胞(或伺服扇區)的寬帶平均 SINR並回報給伺服細胞。
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2.接著在伺服細胞經由檢測器判斷此UE為細胞中心用戶或細胞邊緣用戶，若寬 帶平均SINR值大於預設臨界值(threshold level)，則將此UE歸類為細胞中心用戶；反之， 則將其歸類為細胞邊緣用戶。3.當UE於排程器(scheduler)取得最高優先傳送順序時，若此UE為細胞中心 用戶，則系統會配置伺服細胞的中心子頻段的頻率次通道予該用戶；若此UE為細胞邊緣用 戶，則系統會配置伺服細胞的邊緣子頻段的頻率的通道給該用戶。由於以寬帶平均SINR方法來作用戶分群，需預先設定寬帶平均SINR臨界值，而此 臨界值的設定需依據布建地理環境(例如基站間距離(inter-site distance))不同而作 調整，否則會影響細胞中心與細胞邊緣用戶比率，造成系統效能的不確定性，增加系統實際 運作上的困難及複雜度。此外，利用寬帶平均SINR方法來做用戶分群，將會有信號質量極 差(寬帶平均SINR遠小於臨界值)且又無法進行交遞(handover)的用戶利用邊緣子頻段 來傳輸的情形，由於邊緣子頻段是系統投注較多資源的地方(如發射功率)，過多此類用戶 佔據邊緣子頻段時，將會造成系統容量降低。由此可見，上述現有方式仍有諸多不足，實非一良好的設計，而亟待加以改良。
發明內容
本發明的目的即在於提供一種行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用 戶分群法，是為避免必須預設隨環境變化的系統參數所造成不確定性與減少現有系統實施 的複雜度，以達到在不需計算寬帶平均SINR與預設寬帶平均SINR臨界值條件下，即可區分 用戶為細胞中心用戶或細胞邊緣用戶，並同時能維持卓越的系統效能，此方法尤其適用於 OFDMA行動通信系統的細胞間幹擾協調技術。達成上述發明目的的行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法， 是採用系統中已具備的交遞機制所提供的訊息與量測信息，針對OFDMA行動通信系統的細 胞中用戶進行細胞中心與細胞邊緣用戶的分群。其方法為UE端依據所量測到的伺服細
胞平均信號強度(So).與最強的鄰近細胞平均信號強度(反)的差值是否小於一
正臨界值(&//)，來判斷是否需回報平均信號強度信息與是否需啟動細胞間幹擾協調相關
量測回報機制；接著伺服細胞依據客戶端所回報的平均信號強度信息(伺服細胞平均信 號強度與最強的鄰近細胞平均信號強度，或兩者的差值)，並再利用上述的法則，即伺服細
胞平均信號強度與最強的鄰近細胞平均信號強度的差值是否小於一正臨界值(dg)，來區 分該用戶是否為細胞邊緣用戶，但此時的判斷臨界值設定需小於或等於上述的臨界值(即 δ^ < δ τΕΗ )；最後，伺服細胞依據用戶分群結果配置中心子頻段或邊緣子頻段的頻率次信 道給該用戶。本發明所提供的行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法，與其 它現有技術相互比較時，更具備下列優點1.本發明利用原有系統的交遞機制的量測信息，即可區分出細胞中心與細胞邊緣 用戶，不必計算寬帶平均SINR與定義一寬帶平均SINR臨界值，可降低系統運行所須計算 量，且易於實現於行動通信系統。2.本發明提供適當的細胞中心與細胞邊緣用戶比率，在未來4G主要考慮的基站
6間距離(500m 1732m)布建環境下，其值幾乎維持不變，可減少系統實際運作上的困難及 複雜度，並可維持卓越的系統容量。
請參閱以下有關本發明一較佳實施例的詳細說明及其附圖，將可進一步了解本發 明的技術內容及其目的功效；有關該實施例的附圖為圖1為現有實現於行動通信網絡基站的部分頻率重用技術的頻率資源配置圖；圖2為現有實現於行動通信網絡基站的軟式頻率重用技術的發射功率配置圖；以 及圖3為本發明應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法操作流程圖；附圖標記1、基站；11、部分頻率重用技術的邊緣子頻段；12、部分頻率重用技術 的中心子頻段；13、部分頻率重用技術的細胞A ；14、部分頻率重用技術的細胞B ；15、部分頻 率重用技術的細胞C ；21、軟式頻率重用技術的邊緣子頻段；22、軟式頻率重用技術的中心 子頻段；23、軟式頻率重用技術的細胞A ；24、軟式頻率重用技術的細胞B ；25、軟式頻率重用 技術的細胞C;
具體實施例方式以下將結合附圖和具體實施方式
對本發明進一步說明。請參閱圖3所示，為本發明行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的流程 圖，此用戶分群法主要可應用於部分頻率重用與軟式頻率重用的細胞間幹擾協調技術，步 驟包括步驟1 首先用戶機(UE)量測伺服細胞與鄰近細胞(neighboring cells)的平均 信號強度，此平均信號強度可以通過估測參考信號接收功率(reference signal received power,RSRP)所得的平均路徑增益(path gain) (&)，其可表示成(2)式，其中P為發射功 率，L為路徑損失，S為遮蔽衰落(shadow fading)，A為天線增益(antenna gain)，而下標j 代表細胞(編號)j。在Pre_4G0FDMA行動通信系統中，客戶端量測伺服細胞與鄰近細胞的 平均信號強度原本即設計於交遞機制中，而客戶端所需量測的鄰近細胞集合(neighboring cell set)會由網絡端通過廣播訊息事先告知客戶端，因此極易實現於現今實際行動通信 系統中。~δ』二 Pr LrSr A1(^i) t步驟2 接著在UE端經由檢測器判斷是否需回報量測到的平均信號強度信息與是 否需啟動ICIC相關量測回報機制。假設UE所量測的鄰近細胞的平均信號強度強弱排序為 Gx>G2> ... > Gn，其中 .表示UE所量測到的鄰近細胞集中第i大的平均信號強度，而η 表示該UE的鄰近細胞集大小(即鄰近細胞數目)。其判斷的準則如(3)式所示，其中&(>表 示UE所量測的伺服細胞平均信號強度，&丨為UE所量測到鄰近細胞中最強的平均信號強度， 而5孟為一正臨界值(如= 4dB )。Go-Gi <δ^ (in dB) (3)式
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步驟3 若Go -G1 > JlJ UE不需回報量測到的平均信號強度信息，也不需啟
動ICIC相關量測回報機制，此時伺服細胞會自動將該用戶歸類為細胞中心用戶；步驟4 指派細胞中心子頻段的頻率次通道給該用戶；步驟5 若&(in dB)，則UE會回報所量測到的平均信號強度信息
(可以是Sft與石i，或是兩者之差值-否ι ))給伺服細胞，並同時啟動ICIC相關量測回
報機制。接著，伺服細胞在收到UE端所回報的平均信號強度信息後會經由檢測器判斷此 UE為細胞中心用戶或細胞邊緣用戶，並經由ICIC相關量測回報機制密切的監控該UE的信 號質量，此量測回報機制可以是周期性或是事件觸發(event triggered)的平均信號強度 回報機制，而事件觸發的回報機制則可通過定義多個臨界值(於UE端判斷)來達成，例如
Ci>C2>--->0)，但是應用於⑶式的臨界值要是最大的(即Jg = S^1)。步驟6 伺服細胞判斷細胞中心用戶或細胞邊緣用戶也是基於(3)式，不過其臨界
值為Jg . ，步驟7 =^Go-G1 > 不成立，則伺服器將此UE歸類為細胞中心用戶；步驟8 指派細胞中心子頻段率的頻率次通道給該用戶；步驟9 若》成立，則將其歸類為細胞邊緣用戶。其中亦為一正值 且具有S^g的特性，在等號成立情況下，伺服細胞便不需再進行細胞中心用戶或細胞 邊緣用戶的判斷，即收到UE端所回報的平均信號強度信息即視為觸發ICIC機制的控制信 號，自動將該UE歸類為細胞邊緣用戶。步驟10 指派細胞邊緣子頻段的頻率次通道給該用戶。臨界值與可直接採用既有3G系統(如WCDMA、cdma2000)中的軟式交遞 (softhandover)相關參數經驗值，如window_add或addition hysteresis,艮口可獲得不錯 的系統效能，因此可以不需另外定義。如果OFDMA行動通信系統支持軟式交遞，此方法的操作將更為簡單，系統可直接 通過查詢此UE的活集大小(active set size, ASS)來區分此UE為細胞中心用戶或細胞邊 緣用戶。若該UE的ASS大於1，則將此UE歸類為細胞邊緣用戶；若該UE的ASS等於1，則 將其歸類為細胞中心用戶。所謂用戶的活集大小就是位於該用戶活集(active set)的細 胞數目，由於伺服細胞也是活集的一員，因此所有用戶的活集大小皆是大於1。另外，值得注 意的是，目前Pre-4G OFDMA行動通信系統也是利用(3)式來作為是否需觸發交遞機制的判 斷，不過其所定義的臨界值是一負值。接下來，當UE於排程器(scheduler)取得最高優先 傳送順序時，若此UE為細胞中心用戶，則系統會配置伺服細胞的中心子頻段的頻率次通道 予該用戶；若此UE為細胞邊緣用戶，則系統會配置伺服細胞的邊緣子頻段的頻率次通道給 該用戶。為將細胞中用戶區分為細胞中心用戶與細胞邊緣用戶兩群。本發明所提供的用戶 分群法是基於原本已定義於行動通信系統的交遞算法，其所需的量測信息已蘊含於交遞機 制中，而且不需額外定義寬帶平均SINR臨界值，因此具有實現簡單的優點。由於廣被使用 的地理因子用戶分群法，客戶端需計算其所收到的寬帶平均SINR值，而且系統又需預設寬
8帶平均SINR臨界值，臨界值設定的適當與否，會影響系統整體效能，另外，當信號質量極差 且又無法進行交遞的用戶增加時，會造成系統容量下降。本發明提供一簡單、有效，使用於 OFDMA行動通信系統的細胞間幹擾協調技術的細胞中用戶分群法，能將用戶分為細胞邊緣 用戶與細胞中心用戶，可省略計算寬帶平均SINR與定義相關臨界值，並維持適當的細胞中 心與細胞邊緣用戶比率，同時提供卓越的系統效能。 上列詳細說明是針對本發明可行實施例的具體說明，該實施例並非用以限制本發 明的專利範圍，凡未脫離本發明的等效實施或變更，均應包含於本案的專利範圍中。
權利要求
一種行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法，步驟包括a.用戶機量測伺服細胞與鄰近細胞的平均信號強度；b.該用戶判斷是否需回報量測到的平均信號強度信息與是否需啟動細胞間幹擾協調相關量測回報機制；c.伺服細胞依據客戶端所回報的平均信號強度信息判斷區分該用戶為細胞中心用戶或細胞邊緣用戶；d.伺服細胞依據用戶分群結果配置頻率次通道。
2.如權利要求1所述的行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法，其 特徵在於所述平均信號強度通過估測參考信號接收功率所得的平均路徑增益。
3.如權利要求1所述的行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法，其 特徵在於所述客戶端所需量測的鄰近細胞依據系統所廣播的鄰近細胞集。
4.如權利要求1所述的行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法，其 特徵在於所述客戶端是否需回報量測到的平均信號強度信息與是否需啟動細胞間幹擾協 調相關量測回報機制的判斷，是利用用戶機所量測到的伺服細胞平均信號強度&ο與鄰近 細胞集中最強的鄰近細胞平均信號強度石丨的差值是否落於一臨界值《^來判斷。
5.如權利要求4所述的行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法，其 特徵在於所述判斷式若為-Gi < C ,則用戶機會回報量測到的平均信號強度信息與啟動細胞間幹擾協調相關量測回報機制。
6.如權利要求4所述的行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法，其特徵在於所述判斷式若為Go ！ ^Jg，則用戶機不會回報量測到的平均信號強度信息，也不會啟動細胞間幹擾協調相關量測回報機制，此時伺服細胞會自動將該用戶歸類為 細胞中心用戶。
7.如權利要求4所述的行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法，其 特徵在於所述臨界值Jg為一正值。
8.如權利要求1所述的行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法，其 特徵在於所述細胞間幹擾協調相關量測回報機制為周期性或是事件觸發的平均信號強度 回報機制。
9.如權利要求8所述的行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法，其 特徵在於所述事件觸發的回報機制是通過定義多個臨界值來達成。
10.如權利要求1所述的行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法， 其特徵在於所述判斷區分該用戶為細胞中心用戶或細胞邊緣用戶，是根據用戶端所回報 的平均信號強度信息，此訊息包括伺服細胞平均信號強度&0與鄰近細胞集中最強的鄰近細 胞平均信號強度&，以及^與&兩者的差值，即孓。
11.如權利要求10所述的行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法， 其特徵在於所述仏< ，則將該用戶歸類為細胞邊緣用戶。
12.如權利要求10所述的行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法，其特徵在於所述go -G1 > 5stch，則將該用戶歸類為細胞中心用戶。
13.如權利要求11或12所述的行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分 群法，其特徵在於所述臨界值為一正值，且具有小於或等於客戶端判斷臨界值的特性。
14.如權利要求1所述的行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法， 其特徵在於所述伺服細胞區分該用戶為細胞中心或細胞邊緣用戶的判斷，根據該用戶的 活集大小ASS是否大於1來判斷。
15.如權利要求14所述的行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法， 其特徵在於所述ASS > 1，則將該用戶區分為細胞邊緣用戶。
16.如權利要求14所述的行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法， 其特徵在於所述ASS = 1，則將該用戶區分為細胞中心用戶。
17.如權利要求1所述的行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法， 其特徵在於所述頻率次信道的配置步驟包括a.配置伺服細胞的邊緣子頻段的頻率次通道給細胞邊緣用戶；b.配置伺服細胞的中心子頻段的頻率次通道給細胞中心用戶。
全文摘要
本發明公開了一種行動通信系統中應用於細胞間幹擾協調技術的用戶分群法，是利用原先已定義於行動通信系統中的交遞訊息與量測信息，以達到將細胞中用戶區分為細胞中心用戶與細胞邊緣用戶兩群的目的。其步驟包括有(一)用戶機量測伺服細胞與鄰近細胞的平均信號強度、(二)用戶機判斷是否需回報量測到的平均信號強度信息與是否需啟動細胞間幹擾協調相關量測回報機制、(三)伺服細胞依據客戶端所回報的平均信號強度信息區分該用戶為細胞中心用戶或細胞邊緣用戶、(四)依據用戶分群結果配置中心子頻段或邊緣子頻段的頻率次信道給該用戶，該方法特別適用於OFDMA行動通信系統的細胞間幹擾協調技術，可減少系統實際運作上的困難及複雜度。
文檔編號H04L29/06GK101938407SQ20091015864
公開日2011年1月5日 申請日期2009年7月1日 優先權日2009年7月1日
發明者唐之璇, 邱哲盛 申請人:中華電信股份有限公司