CN101325445B - 一种正交频分多址接入系统的动态组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正交频分多址接入系统的动态组网方法，对系统资源进行优化配置，提高网络的频谱效率，包括：网络控制器或基站把小区划分为多个区域，在频率规划的时候为各区域分配常规子载波组并预留子载波，并在系统运行过程中根据业务需求的变化将预留子载波在各区域之间动态分配；网络控制器或基站在功率规划的时候确定补偿功率与注水功率的比例，并为各个区域分配补偿功率及注水功率，并在系统运行过程中，根据相邻小区的干扰状况或小区的业务分布的变化对各区域的发射功率进行动态调整。

Description

一种正交频分多址接入系统的动态组网方法

技术领域

本发明涉及数字通信领域的组网技术，尤其涉及正交频分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)蜂窝系统的组网技术。

背景技术

小区(扇区)间干扰(Inter-cell interference，简称ICI)是蜂窝移动通信系统的一个固有问题，传统的解决办法是采用频率复用。一般情况下，复用因子采用特定的几个选择，如1、1/3、1/7等。复用因子等于1即表示相邻小区都使用相同的频率资源，这时小区边缘受到的干扰很严重。较低的复用因子(如1/3或1/7)可以有效地抑制小区间干扰，但是将会造成较低的频谱利用率，不能满足日益增长的无线业务的需求。

由于具有良好的抗频率选择特性及较高的频谱利用效率，正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术已经成为解决下一代无线宽带接入的主流技术之一，并且已经被3GPP LTE(3rd GenerationPartnership Project，Long Term Evolution)、IEEE802.16等各大标准采纳为物理层关键技术。以OFDM为基础的正交频分复用多址接入技术OFDMA可以实现小区内各用户之间的正交性，从而有效地避免了小区内的用户间干扰。但是，类似于第二代无线通信系统GSM(Global System For MobileCommunication)，ICI将是制约系统性能的主要因素之一。因此，有效地抑制ICI是提高系统性能的关键手段。

目前，正在研究的用于抑制OFDM系统ICI的技术主要包括：干扰随机化、干扰消除、以及干扰协调。其中，干扰随机化及干扰消除技术的实施需要配置相应的硬件资源，增加了收发设备的处理复杂度，提高了用户及网络设施的成本；而干扰协调技术只需在网络端进行合理的参数配置，就可以大大提高系统的资源使用效率及用户的服务质量QoS(Quality of Service)。因此，在硬件资源受限的网络建设及运营阶段，干扰协调技术将成为干扰抑制的主要途径。

针对OFDMA蜂窝系统组网方案的研究，由于单纯的频率复用很难达到兼顾系统频谱效率及小区边缘覆盖性能的目的，所以需要有效地结合其它无线资源管理手段，灵活、高效地使用频谱资源，且满足用户的QoS需求。在无线网络中，高效的功率规划(分配)算法对保证链路质量、降低同频干扰起着至关重要的作用，所以在蜂窝组网方案的设计过程中，除了频率资源的协调利用，还需要重点考虑功率资源的规划。在蜂窝系统的标准演进过程中，针对组网方案提出了频率复用和功率规划(分配)相结合的思路，但是如何结合，尚没有给出一套明确的方案，但基本目标就是通过高性能的功率规划(分配)方案，达到较为紧凑的频率复用模式，实现频率资源的高效利用。

另一方面，随着无线业务的不断发展，用户数据速率的要求将呈现出较大的不平衡及动态特性。在系统资源的配置过程中，一方面要尽量降低系统中存在的干扰，提高频谱使用效率，另一方面，要根据用户及系统的动态特性自适应地对系统参数进行相应的调整，优化系统性能及用户的QoS。

发明内容

本发明要解决的技术问题是一种正交频分多址接入(OFDMA)系统的动态组网方法，对系统资源进行优化配置，提高网络的频谱效率。

为了解决上述问题，本发明提出了一种正交频分多址接入系统的动态组网方法，包括以下内容：

网络控制器或基站把小区划分为多个区域，在频率规划的时候为各区域分配常规子载波组并预留子载波，并在系统运行过程中根据业务需求的变化将预留子载波在各区域之间动态分配；

网络控制器或基站在功率规划的时候确定补偿功率与注水功率的比例，并为各个区域分配补偿功率及注水功率，并在系统运行过程中，根据相邻小区的干扰状况或小区的业务分布的变化对各区域的发射功率进行动态调整。

进一步地，所述网络控制器或基站是根据链路质量把小区划分为多个区域，至少包括小区内部和小区边缘，所述小区内部的链路质量比所述小区边缘的链路质量好。

进一步地，所述网络控制器或基站将常规子载波分为多个子载波组，为各个区域分配子载波组的时候要在小区间进行协调，保证相邻小区边缘使用不同的子载波组。

进一步地，所述网络控制器或基站中通过以下2种方式中的一种进行常规子载波组的分配，以保证相邻小区边缘使用不同的子载波组：

A，在小区的常规子载波上使用相同的频率复用因子，并使相邻小区的边缘区域使用不同的常规子载波频段；

B，在小区内部的常规子载波上使用的频率复用因子高于在小区边缘的常规子载波上使用的频率复用因子，并使相邻小区的边缘区域不使用相同的常规子载波频段。

进一步地，所述网络控制器或基站是根据各区域的链路质量、目标信噪比及业务需求对所述小区区域进行路径损耗功率补偿，使各区域的用户达到基本的传输质量。

进一步地，所述网络控制器或基站是取基站总发射功率中的一部分作为补偿功率，将剩余功率作为注水功率，对所述小区区域进行功率注水。

进一步地，所述补偿功率占所述基站总发射功率的比例的配置采用以下几种方式：静态配置、半静态配置或动态配置。

采用本发明提出的动态组网方法，能够动态的结合分层频率复用、平均损耗补偿与注水功率规划，并且能实时监测网络中的干扰状况及不同地区业务量的需求，在全面考虑所有用户对服务质量要求的基础上，对系统资源进行优化配置，提高网络的频谱效率。

附图说明

图1是本发明中组网方案的流程图；

图2是本发明中常规子载波及预留子载波划分示意图；

图3是本发明中小区区域划分示意图；

图4是本发明中常规子载波划分示意图；

图5是本发明中频率协调及干扰示意图；

图6是本发明中功率分配示意图。

具体实施方式

为了更好地利用有限的频率资源，提高系统容量及小区(扇区)边缘的覆盖性能，一方面需要尽量使用相对比较紧凑的频率复用模式，提高频率资源的使用效率，但另一方面越高的频率复用因子将意味着越多潜在的同频干扰。高的同频干扰将对用户的链路性能造成一定程度的影响，尤其是当相邻小区(扇区)的边缘用户使用相同的频率资源，且干扰功率和信号功率相当甚至高于信号功率的时候，接收信号质量严重下降，以致在调制编码方式MCS(Modulation and Coding Scheme)的选择过程中，较低的载干比CIR(Carrier to Interference Ratio)甚至难以满足最低等级调制编码方式的要求，导致数据分组发生频繁的重传，从而降低了系统边缘的频谱效率。所以在较为紧凑的频率复用模式下，需要结合其它无线资源管理手段对系统中的干扰进行有效的控制。

另外，从用户的角度来看，在相对公平的频域或时域调度机制之下，从长期来看，用户得到的数据传输机会应趋于均衡，所以，要达到相同或相似的数据速率要求，小区边缘用户需要分配较高的发射功率，而小区中心用户则需要较小的发射功率即可满足相应的链路质量需求，从而可以降低对相邻小区(扇区)边缘地区的干扰。当然，合理的增加小区(扇区)内部的功率，能提高整个小区(扇区)的平均容量。因此，在进行小区(扇区)频率规划的同时，结合考虑功率规划，既能抑制小区(扇区)间的干扰，提高小区(扇区)边缘性能，又能保持整体较高的系统性能。

从业务的角度来看，用户对数据速率的要求呈现出较大的不平衡及动态特性，在资源配置的过程中需要根据不同区域用户对数据速率的要求对网络资源(频率、功率)进行动态调整，并且在调整的过程中需要对小区间的资源利用进行协调，减小同频干扰。

针对上述观点，将系统的频率资源在各个小区(扇区)内进行规划，即对小区(扇区)内不同区域的用户所能使用的频率资源进行一定的限制，并且对小区(扇区)之间的频率分配进行灵活的协调，至少保证相邻小区(扇区)的边缘用户不会使用相同的频率资源，通过合理的功率分配方案既有效地降低同频干扰，又能保证对系统整体频谱效率不造成太多的损失，同时在网络的运营过程中，对系统中的干扰状况及业务分布进行实时的监测，并根据网络状况对系统的资源配置进行更新，以达到对系统资源进行充分，合理的利用。

为了适应网络中业务的不平衡及动态变化，同时考虑到小区(扇区)之间的干扰协调，在每个小区(扇区)中预留一定的子载波资源，用来适应区域间业务量的变化。预留子载波的设计及利用需要重点考虑相邻小区(扇区)间的同频干扰。

本发明提出了一种频率复用与功率分配相结合的动态组网方案。首先根据用户链路质量，将每个小区(扇区)划分为N个区域，然后对各个小区(扇区)进行频率及功率资源的规划，主要包括以下四个部分：

频率规划：小区(扇区)频率规划采用频率复用因子为1的软频率复用，此处的软频率复用是指小区(扇区)间复用系数为1，小区(扇区)内不同区域之间的复用系数小于等于1的一种频率复用方式，如下面方式一及方式二所示的复用方式。所述其中每个小区(扇区)的子载波分为两个部分：常规子载波和预留子载波。其中常规子载波用于小区(扇区)内常规业务需求，采用静态或半静态配置，(因为常规子载波分配方式的更新周期较长，此处静态或半静态配置是相对预留子载的更新周期较短的动态配置而言)，预留子载波用于小区(或扇区)内特殊业务量需求，根据系统中业务的动态变化进行合理配置，采用动态配置。在同一个小区(扇区)内，将常规子载波进行分组，分配给不同的区域使用。分配方式有以下两种方式：

方式一，可以在同一个小区(扇区)内的常规子载波上使用相同的频率复用因子，并且对小区(扇区)之间常规子载波的分配方式进行协调，使相邻小区的边缘区域不使用相同的常规子载波频段。

方式二，在小区(扇区)内部的常规子载波上使用较高的频率复用因子(如频率复用因子等于1)，而小区(扇区)边缘的常规子载波上使用较低的频率复用因子(如频率复用因子等于1/3)，并且对小区(扇区)之间常规子载波的分配方式进行协调(尤其是小区(扇区)边缘的常规子载波进行协调)，使相邻小区的边缘区域不使用相同的常规子载波频段。

频率规划不局限于以上两种方式，任何能保证降低小区(扇区)间干扰，同时小区(扇区)间的频率复用因子为1的软频率复用模式都可以使用。

本文中小区内部和小区边缘，是根据链路质量划分的逻辑区域，不是指地理区域。

功率规划(分配)：根据各区域的链路质量、目标信噪比及业务需求等因素将基站的总发射功率分配到不同的小区区域。功率规划(分配)主要包括两部分，第一部分是路径损耗补偿功率的分配，目的是为了让小区(扇区)内不同区域的用户可以达到基本的传输质量，第二部分是各个区域注水功率的分配，目的是为了让各区域中链路质量相对较好的用户分得更多功率，从而提高系统的整体性能。在这两部分功率规划(分配)中，第一部分是必须的，第二部分是可选的，且第一部分和第二部分的功率占总功率的比例可以是静态的，半静态的或者是动态的，此处的静态的，半静态的或者动态的定义是根据系统对资源协调进行更新的速度快慢而言。

功率调整：在系统运行过程中，系统根据相邻小区的干扰状况及其要达到的要求，对相邻小区边缘区域的功率分配进行动态调整，调整方式可以为分布式或集中式，并可根据本小区的业务分布等因素对小区各区域的功率分配进行动态调整。

预留子载波的分配：在系统运行过程中，系统把各个小区(扇区)预留的子载波分配给各小区(扇区)内的区域。这种分配可以是静态的，半静态的或者是动态的。分配的原则可以是根据业务的需求，也可以是根据干扰的情况。例如业务量大的区域可以从预留子载波中为其分配更多的子载波。

上述的频率分配调整和功率分配调整由网络控制器或基站执行。

下面以一个具体实施例来说明本发明是如何实现小区(扇区)内频率规划，功率规划(分配)，功率调整以及预留子载波的分配。

假设OFDMA系统的带宽是10MHz，子载波间隔为15KHz，除去保护频带及直流分量，可用子载波数为600。在实际的系统设计中，考虑到资源分配的复杂度及信令开销，将若干子载波组成一个资源块(Resource block，RB)，作为一次资源分配的基本单位。在本发明中，以25个子载波组成一个RB为例，则系统中可用RB数为24。

具体实现步骤如下(本实施例中一个小区分为三个扇区，因此该实施例都是基于扇区来说明的，但为了描述简洁，下文定义为小区)：

步骤101小区频率规划。

小区频率复用因子为1，每个小区都使用所有频率资源，即24个RB。在每个小区内，将可用子载波分成两部分：常规子载波和预留子载波，在本实施例中9个RB为预留子载波，15个RB为常规子载波为例，两部分子载波的划分如图2所示。

步骤102小区区域划分。

设小区区域划分因子为N，即将小区分为N个区域。在本发明中取N＝3，将小区分为3个区域：区域1，区域2，区域3，如图3所示。图3中的区域划分仅仅是一个示意图，因为小区区域的划分是按照用户链路质量进行的，所以可能地理位置在小区边缘的用户仍然处在区域2中，甚至是区域1中；同理，地理位置靠近基站的用户，也可能由于链路质量差，分在了区域3中。

步骤103常规子载波规划及协调。

根据上述区域划分方法，可以将常规子载波分为3组，每个区域使用一组如图4所示。为了保证相邻小区的边缘区域不使用相同的常规子载波频段，如图5所示对不同小区内各个区域的常规子载波组进行协调，图5中加粗的虚线双箭头表示干扰，加粗的虚线表示扇区界线，内部为空白填充的矩形表示常规子载波组1，内部为点状填充的矩形表示常规子载波组2，内部为直线填充的矩形表示常规子载波组3。小区内的常规子载波的规划当然还可以使用其他方法，如在小区的内部使用较高的频率复用因子(如频率复用因子等于1)，而小区的边缘使用较低的频率复用因子(如频率复用因子等于1/3)，并且对小区边缘的常规子载波组进行协调，使相邻小区的边缘区域不使用相同的常规子载波频段。小区内的常规子载波的规划不局限于以上两种方式，任何能保证降低小区间干扰，同时小区间的常规子载波复用因子为1的软频率复用模式都可以使用。

步骤104用户链路质量测量。

对小区的各用户链路质量进行测量，为下面动态调整的操作提供相关参数。

步骤105区域内衰落补偿和步骤106区域间功率注水。

步骤105中用基站的总发射功率的P％，其中P％的值根据实际系统中的网络需求得出，用于补偿3个区域的大尺度和阴影衰落；步骤106中用剩余的1-P％功率用于功率注水，如图6所示，图6中，内部为空白填充的矩形表示常规子载波组1所在区域的补偿功率，内部为点状填充的矩形表示常规子载波组2所在区域的补偿功率，内部为竖线填充的矩形表示常规子载波组3所在区域的补偿功率，内部为左向斜线填充的矩形表示相应常规子载波组所在区域的注水功率。当P％的取值等于100％时，说明只进行步骤105功率分配，即只有功率补偿，没有功率注水。同时P％的取值可以是静态的，半静态的或者是动态的。

通过步骤105和步骤106的功率规划(分配)，每个区域当前被调度用户的下行链路发射功率即为两步骤中功率之和。

步骤107功率调整。

在系统运行过程中，对各个频段上的链路状况进行测量，其中频段可以包括一个或多个子载波，根据测量结果得到相邻小区的干扰状态，如未达到要求，对相邻小区的边缘区域的发射功率做出动态调整，如增大发射功率以降低干扰。功率的调整还可以根据业务的需求。

步骤108预留子载波的分配。

在系统运行过程中，把根据业务的需求，把各个小区(扇区)预留的9个RB的子载波分配给各小区(扇区)的区域。这种分配可以是静态的，半静态的或者是动态的。分配的原则也可以是根据干扰的情况。

步骤108后，流程可以转到步骤105处，循环执行步骤105、步骤106、步骤107、步骤108，不断动态调整功率资源和频率资源。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种正交频分多址接入系统的动态组网方法，其特征在于，

网络控制器或基站把小区划分为多个区域，在频率规划的时候为各区域分配常规子载波组并预留子载波，并在系统运行过程中根据业务需求的变化将预留子载波在各区域之间动态分配；

网络控制器或基站在功率规划的时候确定补偿功率与注水功率的比例，并为各个区域分配补偿功率及注水功率，并在系统运行过程中，根据相邻小区的干扰状况或小区的业务分布的变化对各区域的发射功率进行动态调整；

其中，所述网络控制器或基站是根据链路质量把小区划分为多个区域，至少包括小区内部和小区边缘，所述小区内部的链路质量比所述小区边缘的链路质量好；

所述网络控制器或基站将常规子载波分为多个子载波组，为各个区域分配子载波组的时候要在小区间进行协调，保证相邻小区边缘使用不同的子载波组。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络控制器或基站中通过以下2种方式中的一种进行常规子载波组的分配，以保证相邻小区边缘使用不同的子载波组：

A，在小区的常规子载波上使用相同的频率复用因子，并使相邻小区的边缘区域使用不同的常规子载波频段；

B，在小区内部的常规子载波上使用的频率复用因子高于在小区边缘的常规子载波上使用的频率复用因子，并使相邻小区的边缘区域不使用相同的常规子载波频段。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络控制器或基站是根据各区域的链路质量、目标信噪比及业务需求对所述小区区域进行路径损耗功率补偿，使各区域的用户达到基本的传输质量。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络控制器或基站是取基站总发射功率中的一部分作为补偿功率，将剩余功率作为注水功率，对所述小区区域进行功率注水。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补偿功率占所述基站总发射功率的比例的配置采用以下几种方式：静态配置、半静态配置或动态配置。

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