一種正交頻分復用系統子信道規劃方法

2023-04-23 09:59:51

專利名稱：一種正交頻分復用系統子信道規劃方法
技術領域：
本發明涉及一種正交頻分復用(Orthogonal Fre-quency DivisionMultiplexing，OFDM)系統子信道規劃方法，屬於通信技術領域。

背景技術：
OFDM技術作為一種無線通信系統的高速傳輸技術在20世紀60年代被提出，近年來，隨著數位訊號處理技術和集成電路技術的飛速發展，該系統已在多種通信標準中得到應用，如IEEE 802.16系列標準、3GPP長期演進(Long-Term Evolution，LTE)等。
正交頻分復用多址接入(OFDMA)系統是基於OFDM技術的多址接入通信系統。在OFDMA系統中，一個無線載波被分為多個相互正交的子載波，所有的可用子載波又被劃分為子信道，根據劃分方法不同，子信道可以含有一個或多個子載波。上述的子信道是資源分配和調度的單位，不同的子信道可以在同一時間內分配給不同的用戶。
和其他蜂窩通信系統一樣，OFDMA系統在網絡規劃時也需要確定頻率復用模式，並進行頻率規劃，其中 頻率復用是基於無線電波傳播路徑損耗特性來實現的，其單位為載波。當兩個基站之間距離足夠遠，那麼用於一個基站的載波頻率可以被另一個基站的載波頻率復用，從而提高了頻譜效率。每個基站覆蓋的區域稱為蜂窩，使用相同頻率的蜂窩小區稱為同頻小區。這些同頻小區之間的距離D稱為頻率復用距離。在設計中，頻率復用距離D必須足夠遠，以使同子信道幹擾電平足夠低，從而保證覆蓋質量。
頻率規劃的基本單位是小區簇，以簇為單位在覆蓋區域內進行頻率復用。簇是一組N個小區的集合，這N個小區使用了全部可用的頻譜資源，但各小區工作頻率卻不同，簇內各小區分布方式和頻率分配方案決定了頻率復用模式。
在OFDMA系統中，單個載波信道由多個相互正交的子載波組成，子載波分組形成子信道。基於子信道的調度，並控制小區間幹擾，OFDMA系統實現了距離為1的頻率復用。這種方式下每簇內的小區數N為1。
OFDMA系統可用單載波進行組網，此時，OFDMA系統需要合理進行子載波和子信道管理、調度。目前大多通過小區內子載波或子信道的載幹比C/I來確定使用哪個子載波或哪組子信道，整個網絡內的子載波和子信道的調度、管理非常複雜，也由此使網絡子載波、子信道的管理、調度效果受到極大影響。
對於OFDMA系統而言，在網絡建設的不同階段、不同區域、不同時間段內對覆蓋和容量的要求是變化的。在網絡建設初期，用戶不同，容量要求不大，網絡規劃需要重點考慮覆蓋質量；隨著用戶的增加，網絡容量要求逐步提高，網絡規劃需要制定此時的容量提升措施；在業務量不高的區域，網絡規劃需要重點考慮容量，在高業務量區域，規劃中還需要保障高容量；在網絡業務量不高時，需要考慮覆蓋質量；在網絡業務量大時，需要保證網絡容量；顯然上述的網絡容量和覆蓋要求的變化對OFDMA系統的規劃提出了更高的要求。
目前OFDMA系統單載波組網時還沒有有效地處理網絡容量和覆蓋動態變化，其主要缺點如下 (1)缺乏整體規劃，子載波、子信道調度管理複雜度高； (2)對覆蓋與容量的動態變化適應性較弱，沒有相應的動態規劃措施。


發明內容
本發明要解決的技術問題是提出一種正交頻分復用系統子信道規劃方法，使得OFDMA系統頻率規劃對覆蓋與容量的動態變化適應性。
本發明是通過下述技術方案來實現的 一種正交頻分復用系統子信道規劃方法，包括 (a)確定簇內的基站數N，每個基站分成S個扇區； (b)確定簇內每個扇區復用的N個子信道組，並確定上述的子信道組在對應扇區的優先級，且同一基站不同扇區內的相同子信道組的優先級不同； (c)根據各個扇區的實際業務量，按照優先級高低順序分配可以使用的子信道組。
進一步地，所述的子信道組是這樣劃分的 當所述正交頻分復用系統中，子信道總數為M，將所述的M個子信道平均分成N×S組子信道組，所述的每個子信道組內的子信道數L為
進一步地，所述的步驟(b)中確定簇內每個扇區復用的N個子信道組是這樣實現的 當簇內的各個扇區中已經分配的子信道組數為0時，按照如下方法進行分配 為簇內各個扇區分別分配一組互不相同的子信道組； 當簇內的各個扇區中已經分配的子信道組數小於N時，按照如下方法進行分配 第i基站(1≤i≤N)中的各扇區分別復用第h基站(1≤h≤N，h≠i，且第h基站子信道組從未被復用到第i基站)相同編號的扇區已經分配的子信道組。
進一步地，所述的步驟(b)中子信道組在對應扇區的優先級是按照分配給扇區的子信道組的先後順序確定的。
進一步地，所述的步驟(c)進一步包括 對於同一子信道組內的子信道的使用順序為隨機使用或者按照預定的子信道編號順序。
進一步地，在步驟(c)之後還進一步地包括 (d)當一個扇區子信道組不足以提供數據傳輸容量，而其他扇區中還存在與上述被使用的子信道組中最低優先級相同的子信道組空閒時，調用上述空閒的子信道組，所述的被調用子信道組優先級不變，但設置於本扇區相同優先級的子信道組之後使用。
更進一步地，在步驟(d)之後還進一步地包括 (e)按照距基站的遠近，將各扇區劃分為與本扇區實際在用的子信道組數量相同的多個覆蓋區域，將各個扇區內正在使用的子信道組，按照優先級的高低排序，從外到內依次分配覆蓋區域。
更進一步地，對於同一子信道組內的子信道覆蓋範圍採用這樣的方法各個子信道覆蓋相同的區域。
更進一步地，對於同一子信道組內的子信道覆蓋範圍採用這樣的方法 在覆蓋區域內根據業務量大小和距基站遠近進一步劃分子區域，根據實際使用的優先級分配子區域。
進一步地，根據正交頻分復用系統幀中不同組成部分的不同要求，對這些部分分別進行單獨的子信道規劃。
與現有技術相比，本發明所提出的方法可以根據容量、覆蓋的動態變化進行子信道規劃，實現了子信道的動態規劃，並且實現方法簡單，業務和容量變化時不需要對網絡進行重新配置。



圖1是本發明實施例中OFDMA系統(N＝4，S＝3)的頻率復用模式圖； 圖2是圖1所示系統中每扇區分配1組子信道組的示意圖； 圖3為本發明實施例中每扇區分配2組子信道組的示意圖； 圖4為本發明實施例中每扇區分配4組子信道組的示意圖； 圖5為本發明實施例中每扇區實際分配的子信道組示意圖； 圖6為本發明實施例中同一基站高業務量扇區向一個相鄰低業務量扇區臨時借用一組子信道組示意圖； 圖7為本發明實施例中同一基站高業務量扇區向兩個相鄰低業務量扇區臨時分別借用一組子信道組示意圖； 圖8為本發明實施例中基站各扇區均使用一組子信道組時，子信道組覆蓋範圍的分配示意圖； 圖9為本發明實施例中基站各扇區均使用兩組子信道組時，子信道組覆蓋範圍的分配示意圖； 圖10為本發明實施例中基站各扇區均使用三組子信道組時，子信道組覆蓋範圍的分配示意圖； 圖11為本發明實施例中基站各扇區均使用四組子信道組時，子信道組覆蓋範圍的分配示意圖。

具體實施例方式 下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步地介紹，但不作為對本發明的限定。
如圖1所示為一個OFDMA系統的頻率復用模式圖，圖中有4個簇，分別記為A、B、C、D；、每個簇內有4個基站，即N＝4，分別記為B1、B2、B3、B4，每個基站裡有3個扇區，即S＝3，分別記為Si，1、Si，2、Si，3(1≤i≤4)；該系統進行頻率規劃的方法如下 一、對簇內基站各扇區進行第1組子信道組的分配，並設置其優先級。
每個扇區分配第1組子信道，則需將上述可用頻譜資源分成N×S＝12組子信道組，並進行編號，分別為1，2，……，12。將上述子信道組按照編號進行分配，結果如表1所示
表1第1組子信道組分配表 從表1中可以發現，這是一種傳統(4個基站×3個扇區)的復用模式，每個扇區分配1組子信道組，所有扇區間子信道組均不重複。同一基站的各扇區間的子信道組號相差4。設定本次分配的各組子信道組的優先級別為最高級，記做1級。此時，子信道組的分配示意圖如圖2所示。
二、在小區內進行第2組子信道組的分配，並設置其優先級。
對每個扇區進行第2組子信道進行分配，分配方法為
由於，第2組子信道組是第1組子信道組在本簇內的二次復用，復用距離低於第1組，使用優先級排在第1組之後。每扇區2組子信道組的復用模式見表2，扇區內子信道組按優先級排序，以「/」分隔，此次子信道的分配示意圖如圖3所示。

表2每扇區2組子信道組分配表 三、在小區內進行第3，4組子信道組的分配，並設置其優先級。
對每個扇區進行第3、4組子信道組分配，分配方法為
由於，第3、4組子信道組是第1、2組子信道組在本簇內的再次復用，復用距離低於第1、2組，使用優先級排在第1、2組之後，第4組優先級低於第3組。此次子信道組的分配結果如表3所示。復用完畢後，每扇區有4組可用的子信道，各個扇區的子信道組分配示意圖如圖4所示，扇區內載波按優先級排序，以「/」分隔
表3每扇區3、4組子信道組分配表 從表3可以看出，各基站同一扇區號分配的4組子信道組相同，但使用優先級排序不同。如果同一扇區內的各組子信道組沒有使用次序，完全隨機使用，則會發生嚴重的子信道組重疊，增加了幹擾程度。而由於上述的分配方法中，引入了優先級，因而能夠實現復用程度隨容量動態變化而變化，降低了幹擾程度。
四、根據各個扇區的業務量大小需要，按照子信道組的優先級順序逐步分配子信道組。
說明一點在本步驟中，對於同一子信道組內的子信道使用順序可以為以下兩種方法，(1)隨機使用；(2)按照子信道的編號由大到小或者由小到大的順序使用。上述的使用順序預先設定。
通過上述的描述可以知道在OFDMA系統的頻率規劃方法中，由於子信道組的分配是按照優先級順序來進行的，不同扇區內的相同子信道組號的優先級不同，從而不同扇區內的基站使用的載波頻率相同的概率大為降低，能夠有效減少同頻幹擾程度，既適應業務量變化的需求，又能保證覆蓋質量。
在上述的實施例中，是對簇內基站數N＝4、扇區數S＝3的OFDMA系統的頻率規劃方法，該方法可以推廣應用於任意簇內基站數為N、扇區數為S的OFDMA系統頻率規劃。需要說明的一點是在對簇內基站各扇區間進行子信道組的分配需要多次重複進行，直至各扇區內分配的子信道組數為N為止，且扇區內新分配的子信道組是這樣確定的當每個基站的各個扇區中已經分配的子信道組數為0時，為每個基站的各個扇區分別分配一組互不相同的子信道組；當每個基站的各個扇區中已經分配的子信道組數小於N時，按照如下方法進行分配第i基站(1≤i≤N)中的各扇區分別復用第h基站(1≤h≤N，h≠i，且第h基站子信道組從未被復用到第i基站)相同編號的扇區已經分配的子信道組。新復用的子信道組間的優先級排序不變，但優先級排在已分配的那些子信道組之後。在進行子信道組分配時，如果遇到新分配的子信道組與已分配的子信道組重複，則不再將該子信道組加入到此次分配給扇區的子信道組中。
再說明一點其他實施例中，如果在任意簇內基站數為N、扇區數為S的OFDMA系統中，子信道數為M，記為SC1，SC2，...，SCM，將M個子信道平均分成N×S組，則每個子信道組內的子信道數L為


表示不大於x的最大整數，按照1、2、...、N×S進行子信道組編號，子信道組i＝{SC(i-1}×L+1，SC(i-1}×L+2，...，SCi×L}，(1≤i≤N×S)。由此，還有M-L×N×S個子信道沒有被分配到子信道組中，這些子信道可以用於高業務量基站擴容、室內覆蓋或其它用途。
在上述的頻率規劃方法中，還可以進一步地增加其他輔助方法，使得該頻率規劃方法的適用範圍更為廣泛，效果更好。
(一)同一基站各扇區間子信道組的臨時借用 如圖5所示，當某基站的扇區1業務量較大時，扇區1使用2組子信道組，子信道組編號為1/2，此時扇區2和扇區3的業務量較小，只使用1組子信道組，其中扇區2使用編號為5的子信道組，扇區3使用編號為9的子信道組。
當扇區1的業務量逐漸增加，需要增加第3組子信道組時，如果其它兩個扇區業務量變化不明顯，按照上述的頻率規劃方法，應該啟用第3優先級子信道組3。但鑑於扇區2和扇區3中第2優先級的子信道組6和10均未被使用，而使用第2優先級的子信道組帶來的幹擾程度要低於使用第3優先級子信道組。因而此時扇區1可以向扇區2臨時借用第2優先級空閒子信道組6，此時該基站的子信道組分配示意圖如圖6所示。
當扇區1的業務量繼續增加，需要增加第4組子信道組時，如果其它兩個扇區業務量仍然變化不明顯，則此時扇區1可以向扇區3臨時借用第2優先級空閒子信道組10，此時該基站的子信道組分配示意圖如圖7所示。
根據上述的實現方法描述可以知道，子信道組優先級的引入實現了復用度隨容量動態變化，適應了網絡容量的動態變化，而子信道組的臨時借用方法則增強了對基站內不同扇區間容量分布不均勻的適應能力，以及扇區業務劇烈變化的適應能力。
(二)子信道組覆蓋範圍的動態分配 由於各個扇區內不同優先級子信道組的復用度不同、幹擾程度也不一樣。因而為了提高低優先級子信道組的復用距離，還可以對子信道組覆蓋範圍進行動態分配。
根據本扇區內正在使用的子信道組數n以及距基站的距離，可以將本扇區劃分為與本扇區實際在用的子信道組數量相同的n個帶形區域，且按優先級從高到低排序，依次從外到內分配覆蓋區域，高優先級的子信道組覆蓋扇區的外圈區域，低優先級的子信道組覆蓋扇區內圈區域。低優先級子信道組的復用距離小，分配近距離覆蓋區域，減小了工作功率，降低了幹擾程度，提升了覆蓋質量。
對於同一子信道組內的子信道覆蓋範圍設置有兩種方法(1)同覆蓋範圍法，即各子信道覆蓋相同的區域；(2)不同覆蓋範圍法，即在覆蓋區域內按距基站遠近進一步劃分子區域，根據實際使用的優先級分配子區域。
當業務量變化，需要調整子信道組使用數時，再相應地調整使用子信道組的覆蓋區域。
以下結合上述N＝4、S＝3的系統中基站1為例進一步說明覆蓋範圍如何動態調整的 如圖8所示，根據業務量需要，基站各扇區均使用一組子信道組，此時覆蓋範圍是整個扇區； 如圖9所示，根據業務量需要，基站各扇區均需要使用兩組子信道組，每個扇區也分為內、外兩部分區域。高優先級子信道組1、5、9覆蓋各自扇區外部區域，低優先級子信道組2、6、10覆蓋各自扇區外部區域； 如圖10所示，根據業務量需要，基站各扇區均需要使用三組子信道組，每個扇區相應的分為內、中、外三部分區域。高優先級子信道組1、5、9覆蓋各自扇區外部區域，第2優先級子信道組2、6、10覆蓋各自扇區中部區域，第3優先級子信道組3、7、11覆蓋各自扇區內部區域； 如圖11所示，根據業務量需要，各扇區均使用四組子信道組，每個扇區按距基站距離分四部分區域，相應地分給不同優先級的子信道組。
需要指出的一點是本發明的實施例是以OFDMA為例進行說明的，但本發明的方法同樣適用於其他的OFDM系統。
從上述的實施例可以看出，本發明所提供的OFDMA系統規劃方法支持子信道組復用程度隨系統容量的動態變化、同頻幹擾較小，並且實現簡單，對於整個網絡而言，頻率的規劃可以一步實現，對覆蓋與容量的動態變化適應性較強，在該網絡的業務和容量發生變化時不需要對網絡進行重新配置。
對於本發明還需要說明的一點是OFDMA幀分為上行幀、下行幀，每個方向的幀可分為用戶數據符號和系統開銷符號兩部分，系統開銷符號又可進一步細分。例如，IEEE 802.16e OFDMA下行幀由長前導Preamble、FCH、DL-MAP、UL-MAP、下行突發DL Burst組成，其中下行突發DL Burst用於發送用戶數據，其它部分均屬於系統開銷；IEEE 802.16e OFDMA上行幀由測距Ranging子信道、上行突發DL Burst等部分組成，其中下行突發DL Burst用於發送用戶數據，其它部分均屬於系統開銷。
在OFDMA系統中子信道的上行用戶數據符號、下行用戶數據符號可採用相同或不同的子信道規劃方式，系統開銷的各個部分根據用途也可分別採用不同的子信道規劃方式，也就是說根據OFDMA系統幀中不同組成部分的不同要求，對這些部分可以按照本發明所提出的方法分別進行單獨的子信道規劃。
權利要求
1.一種正交頻分復用系統子信道規劃方法，包括
(a)確定簇內的基站數N，每個基站分成S個扇區；
(b)確定簇內每個扇區復用的N個子信道組，並確定上述的子信道組在對應扇區的優先級，且同一基站不同扇區內的相同子信道組的優先級不同；
(c)根據各個扇區的實際業務量，按照優先級高低順序分配可以使用的子信道組。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的子信道組是這樣劃分的
當所述正交頻分復用系統中，子信道總數為M，將所述的M個子信道平均分成N×S組子信道組，所述的每個子信道組內的子信道數L為
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的步驟(b)中確定簇內每個扇區復用的N個子信道組是這樣實現的
當簇內的各個扇區中已經分配的子信道組數為0時，按照如下方法進行分配
為簇內各個扇區分別分配一組互不相同的子信道組；
當簇內的各個扇區中已經分配的子信道組數小於N時，按照如下方法進行分配
第i基站(1≤i≤N)中的各扇區分別復用第h基站(1≤h≤N，h≠i，且第h基站子信道組從未被復用到第i基站)相同編號的扇區已經分配的子信道組。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的步驟(b)中子信道組在對應扇區的優先級是按照分配給扇區的子信道組的先後順序確定的。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的步驟(c)進一步包括
對於同一子信道組內的子信道的使用順序為隨機使用或者按照預定的子信道編號順序。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，在步驟(c)之後還進一步地包括
(d)當一個扇區子信道組不足以提供數據傳輸容量，而其他扇區中還存在與上述被使用的子信道組中最低優先級相同的子信道組空閒時，調用上述空閒的子信道組，所述的被調用子信道組優先級不變，但設置於本扇區相同優先級的子信道組之後使用。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，在步驟(d)之後還進一步地包括
(e)按照距基站的遠近，將各扇區劃分為與本扇區實際在用的子信道組數量相同的多個覆蓋區域，將各個扇區內正在使用的子信道組，按照優先級的高低排序，從外到內依次分配覆蓋區域。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，對於同一子信道組內的子信道覆蓋範圍採用這樣的方法各個子信道覆蓋相同的區域。
9.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，對於同一子信道組內的子信道覆蓋範圍採用這樣的方法
在覆蓋區域內根據業務量大小和距基站遠近進一步劃分子區域，根據實際使用的優先級分配子區域。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，根據正交頻分復用系統幀中不同組成部分的不同要求，對這些部分分別進行單獨的子信道規劃。
全文摘要
本發明公開了一種正交頻分復用系統子信道規劃方法，包括(a)確定簇內的基站數N，每個基站分成S個扇區；(b)確定簇內每個扇區復用的N個子信道組，並確定上述的子信道組在對應扇區的優先級，且同一基站不同扇區內的相同子信道組的優先級不同；(c)根據各個扇區的實際業務量，按照優先級高低順序分配可以使用的子信道組。本發明所提出的方法可以根據容量、覆蓋的動態變化進行子信道規劃，實現了子信道的動態規劃，並且實現方法簡單，業務和容量變化時不需要對網絡進行重新配置。
文檔編號H04Q7/36GK101207892SQ200610168708
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月19日 優先權日2006年12月19日
發明者孟德香, 耿學峰, 徐小超, 潘尚斌, 鵬 高, 杜雪濤 申請人:中國移動通信集團設計院有限公司, 中國移動通信集團公司