專利名稱：用于固定中繼的蜂窩通信系統(tǒng)的頻率規(guī)劃方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于固定中繼的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率規(guī)劃方法及其通信系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，屬于移動(dòng)通信的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著移動(dòng)通信系統(tǒng)的迅速發(fā)展和多媒體應(yīng)用及業(yè)務(wù)的不斷增多，人們對(duì)高速數(shù)據(jù) 業(yè)務(wù)的需求也在不斷增長(zhǎng)。然而，傳統(tǒng)的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的組網(wǎng)構(gòu)造要實(shí)現(xiàn)未來移動(dòng)通 信系統(tǒng)所期望的數(shù)據(jù)高速傳輸速率與系統(tǒng)容量的目標(biāo)，是非常困難的。傳統(tǒng)的蜂窩移動(dòng)通 信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)面臨兩個(gè)難題一方面，未來無(wú)線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率比3G無(wú)線通 信系統(tǒng)高出兩倍以上，而無(wú)線信號(hào)的傳輸損耗同傳輸速率呈線性遞減關(guān)系，所以如此高速 的數(shù)據(jù)傳輸速率對(duì)發(fā)射機(jī)的功率提出了較高的設(shè)備要求；另一方面，2GHz及更低的頻帶已 經(jīng)被3G移動(dòng)通信系統(tǒng)和其他無(wú)線通信系統(tǒng)所占用，因此未來移動(dòng)通信系統(tǒng)將使用更高頻 段的頻率。然而，高頻段的頻譜資源在信號(hào)傳輸時(shí)，不僅路徑損耗更快，而且，非常不利于非 視距環(huán)境的傳輸，無(wú)線信號(hào)的衰減將更加嚴(yán)重。因此，如何在高頻段的頻譜資源上為所有用戶、尤其是小區(qū)邊緣的移動(dòng)終端提供 高速的數(shù)據(jù)傳輸速率，并滿足系統(tǒng)的高吞吐量要求，是目前的移動(dòng)通信研究過程中必須解 決的問題之一。在傳統(tǒng)的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，是通過小區(qū)分裂的方式增加基站的部 署密度，減小小區(qū)的覆蓋面積，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)吞吐量與數(shù)據(jù)傳輸速率的提高。然而，這種方法 的部署成本非常高，只有當(dāng)通信用戶的數(shù)目與基站呈同樣數(shù)量級(jí)的增加時(shí)才是可行的。但 是，在許多國(guó)家，尤其是發(fā)達(dá)的歐美國(guó)家，移動(dòng)通信業(yè)務(wù)已經(jīng)高度普及，終端用戶的增加空 間已經(jīng)很小，因此小區(qū)分裂所能提供的作用已經(jīng)達(dá)到極限，上述方法并不適用于未來移動(dòng) 通信系統(tǒng)的要求。而在中國(guó)的北京、上海等大城市，基站已經(jīng)非常密集，已經(jīng)很難繼續(xù)使用 小區(qū)分裂技術(shù)了，只能尋求其他更好的技術(shù)方案來解決這個(gè)問題。雖然一些先進(jìn)的無(wú)線傳 輸技術(shù)，例如干擾消除算法和智能天線技術(shù)可以緩解該問題。然而，僅僅利用這些技術(shù)要 達(dá)到未來移動(dòng)通信系統(tǒng)所企圖的無(wú)處不在的高速率業(yè)務(wù)與較大的系統(tǒng)容量，又是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠 的，至多只能在一定程度上緩解上述問題。因此，為了滿足未來移動(dòng)通信系統(tǒng)所要求的高數(shù)據(jù)傳輸速率、大系統(tǒng)容量以及廣 覆蓋的業(yè)務(wù)要求，不僅要采用先進(jìn)的無(wú)線傳輸和智能天線等先進(jìn)技術(shù)，還需要對(duì)現(xiàn)有的蜂 窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行合理的改進(jìn)，以提高其系統(tǒng)性能，進(jìn)一步提高移動(dòng)通信系 統(tǒng)的傳輸能力。目前，已經(jīng)研制成功與提出了一些蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其中基于無(wú)線中繼的多跳技術(shù) 得到了人們的廣泛關(guān)注。將中繼通信技術(shù)融合到傳統(tǒng)的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，并基于 現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，構(gòu)建高效、低成本的蜂窩通信系統(tǒng)，被認(rèn)為是目前最具有發(fā)展前景的 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方案?；谥欣^的蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思想是將一跳通信鏈路拆分為多跳通信鏈路，通過縮短通信節(jié)點(diǎn)之間的傳輸距離，改善信道質(zhì)量的方式，實(shí)現(xiàn)通信鏈路質(zhì)量和信道容 量雙提升的效果。因此，在基于中繼的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，用戶終端的發(fā)射機(jī)可以用相比單跳通信 鏈路更小的發(fā)射功率在信道質(zhì)量較好的通信鏈路中傳輸信號(hào)，并降低對(duì)其他通信鏈路的干 擾，從而潛在地增加了系統(tǒng)的容量。另外，基于中繼節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還能為處于通信盲點(diǎn)區(qū) 域或深衰落區(qū)域的用戶提供可靠的通信服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)了小區(qū)覆蓋范圍的延展。從目前的發(fā)展來看，從傳統(tǒng)的單跳傳輸、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信到目前的多跳傳輸以及多點(diǎn) 合作式通信，基于中繼的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更加符合未來或3G后的移動(dòng)通信系統(tǒng)的要求，也是 當(dāng)前移動(dòng)通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一?？梢哉f，在未來或3G后的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，必將采納 與大量使用中繼技術(shù)。中繼蜂窩網(wǎng)絡(luò)把傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中的單跳鏈路分割成多跳鏈路，同時(shí)引入新的網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)中繼節(jié)點(diǎn)用于承擔(dān)基站與用戶終端的數(shù)據(jù)或信令的轉(zhuǎn)發(fā)操作，這些都給蜂窩網(wǎng)絡(luò)中 的中繼節(jié)點(diǎn)賦予了新的特點(diǎn)，也給蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的研究帶來了挑戰(zhàn)。由于在傳統(tǒng)移動(dòng)通信 系統(tǒng)中的六邊形蜂窩小區(qū)中引入了中繼節(jié)點(diǎn)，這些系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的小區(qū)結(jié)構(gòu)如何設(shè)計(jì)，即每 個(gè)小區(qū)中如何設(shè)置中繼節(jié)點(diǎn)，設(shè)置幾個(gè)固定中繼節(jié)點(diǎn)較為合理，都是必須考慮的關(guān)鍵問題。在蜂窩中繼網(wǎng)路中，引入中繼節(jié)點(diǎn)后，有部分用戶的原有單跳鏈路變成了兩跳。即 對(duì)于單跳用戶，傳輸鏈路仍然為基站-終端鏈路；對(duì)于兩跳用戶，需要中繼節(jié)點(diǎn)先從基站處 接收信息，再轉(zhuǎn)發(fā)給用戶，其傳輸鏈路為基站-中繼節(jié)點(diǎn)鏈路和中繼節(jié)點(diǎn)-用戶鏈路。因 此與傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相比較，由于蜂窩中繼節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)引入了中繼節(jié)點(diǎn)，基站-中繼節(jié) 點(diǎn)鏈路的出現(xiàn)需要應(yīng)用額外的頻譜資源。因此，在蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中，如何在基站-終端鏈 路、基站-中繼節(jié)點(diǎn)鏈路與中繼節(jié)點(diǎn)-終端鏈路之間分配和復(fù)用頻譜資源，也就是如何執(zhí)行 蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的頻率規(guī)劃，是一項(xiàng)頗具挑戰(zhàn)性的工作。如果通過引入一些先進(jìn)技術(shù)，比如 動(dòng)態(tài)信道分配策略、擴(kuò)頻技術(shù)和智能天線技術(shù)，能夠大大降低頻率規(guī)劃的要求。但是，使用 這些先進(jìn)技術(shù)將帶來一些新的問題，比如成本增加，需要相鄰小區(qū)間的時(shí)間嚴(yán)格同步以及 對(duì)手機(jī)終端的要求更高等。然而，和上述先進(jìn)技術(shù)相比較，頻率規(guī)劃是一種更加經(jīng)濟(jì)、實(shí)用 的技術(shù)手段。胃一^■胃，lE 5C M ^ ilh OFDMA(Orthogonal Frequency Division MultipleAccess)技術(shù)是未來寬帶無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中一種很有前景的物理層技術(shù)。基于 0FDMA蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)是下一代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)中非常具有競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案之一。但是， 0FDMA并沒有碼分多址CDMA (Code Division Multiple Access)那樣與生俱來的抵抗干擾 的本領(lǐng)。雖然在0FDMA系統(tǒng)中，正交子載波的使用保證了小區(qū)內(nèi)用戶間的正交性，使得小區(qū) 內(nèi)不存在干擾。然而，小區(qū)間的干擾ICI (Inter-cell Interference)就成為系統(tǒng)的主要干 擾源，尤其在小區(qū)邊緣，ICI尤其嚴(yán)重，使得小區(qū)邊緣用戶的服務(wù)質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。為了 解決這個(gè)問題，已有許多文獻(xiàn)介紹了相關(guān)研究情況，其中熱點(diǎn)之一是通過合理的頻率規(guī)劃 方案進(jìn)行干擾協(xié)調(diào)。因此，通過合理的頻率規(guī)劃方案來減小ICI、改善小區(qū)邊緣用戶的傳輸 性能是很重要的?，F(xiàn)在，已經(jīng)研究和提出下述幾種可以采用的頻率規(guī)劃方案(1)為中繼節(jié)點(diǎn)額外預(yù)留資源這是最容易想到的方案，也是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的辦 法；同時(shí)也是一種保守的方法。眾所周知，無(wú)線資源非常寶貴，然而，該方案將本來就非常有 限的無(wú)線資源再劃出一部分，單獨(dú)為中繼節(jié)點(diǎn)預(yù)留。在繁忙的通信系統(tǒng)中，這種方案并不理
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(2)轉(zhuǎn)向其他資源非注冊(cè)的頻段是一個(gè)有吸引力的選擇。該方法是讓基站使用 注冊(cè)頻段與中繼節(jié)點(diǎn)或終端通信，中繼節(jié)點(diǎn)則使用非注冊(cè)的頻段與基站或終端進(jìn)行通信。 其缺點(diǎn)是使系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜化，同時(shí)由于中繼節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)終端都需要在兩個(gè)空中接口上操 作，也會(huì)使中繼節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)終端的功能復(fù)雜化。另外，非注冊(cè)頻段的傳輸質(zhì)量無(wú)法保證。(3)應(yīng)用系統(tǒng)中已經(jīng)使用的資源通過復(fù)用或借用系統(tǒng)中已使用頻段的方式為中 繼節(jié)點(diǎn)取得可用信道。該方法不會(huì)消耗任何額外的無(wú)線電資源，并且也不需要對(duì)用戶終端 進(jìn)行任何改變。因此，這是最值得優(yōu)先考慮和選擇的一種方案，也是當(dāng)今業(yè)界科技人員最為 關(guān)注和研究最多的技術(shù)方案。需要注意的是，由于中繼節(jié)點(diǎn)是通過復(fù)用已使用頻段的方式 取得可用信道，因此，在這種技術(shù)方案中，合理的頻率規(guī)劃尤為重要。本發(fā)明正是采用該方 法謀求取得技術(shù)上的突破。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于固定中繼的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率規(guī)劃方法及 其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，以改善小區(qū)邊緣用戶的服務(wù)質(zhì)量，有效提高系統(tǒng)傳輸?shù)母采w質(zhì)量和頻 譜效率。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于固定中繼的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率 規(guī)劃方法，其特征在于，所述方法包括下列操作步驟(1)根據(jù)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的小區(qū)部署要求，每個(gè)小區(qū)設(shè)置1個(gè)基站和多個(gè)中繼 節(jié)點(diǎn)，并初始化設(shè)置小區(qū)參數(shù)；(2)將每個(gè)小區(qū)的可使用頻率資源分為多個(gè)正交的頻率子集，其中頻率子集的數(shù) 量與每個(gè)小區(qū)的基站和多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)量之和相等；(3)根據(jù)設(shè)定的頻率規(guī)劃方案，將不同頻率子集分配給每個(gè)小區(qū)中的基站和多個(gè) 中繼節(jié)點(diǎn)；(4)對(duì)于小區(qū)的每個(gè)用戶，根據(jù)用戶信息并結(jié)合基站和中繼節(jié)點(diǎn)的工作參數(shù)，為用 戶選擇與確定為其提供服務(wù)的基站和/或中繼節(jié)點(diǎn)，即確定用戶歸屬于哪個(gè)基站和/或中 繼節(jié)點(diǎn)的服務(wù)范圍；(5)用戶使用其服務(wù)站點(diǎn)的頻率子集中的頻段進(jìn)行信號(hào)傳輸，再統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)吞吐量。所述步驟(3)進(jìn)一步包括下列操作步驟(31)引入頻率規(guī)劃單元FPU，表示進(jìn)行頻率規(guī)劃的最小的小區(qū)簇中的小區(qū)數(shù)量， 在該小區(qū)簇中，每個(gè)小區(qū)必須采用互不相同的頻率規(guī)劃方法，但該小區(qū)簇之外的其他小區(qū) 能夠使用對(duì)應(yīng)相同的頻率規(guī)劃方法；(32)基于頻率規(guī)劃單元FPU的個(gè)數(shù)，提供下述兩種頻率規(guī)劃的分配方法FPU為1的方案每個(gè)小區(qū)的頻率規(guī)劃都相同，即在每個(gè)小區(qū)中，一個(gè)頻率子集被 分配給基站，用于基站_用戶鏈路；其余六個(gè)頻率子集分別被分配給六個(gè)固定中繼節(jié)點(diǎn)，用 于基站_中繼節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)_用戶的鏈路；FPU為7的方案對(duì)于同一個(gè)FPU內(nèi)的7個(gè)小區(qū)采用互不相同的頻率規(guī)劃，該頻率 規(guī)劃的原則是對(duì)于每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的3個(gè)分屬于相鄰小區(qū)的120°扇區(qū)，使該三個(gè)扇區(qū)采用 相同的頻率子集。
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(4)對(duì)于小區(qū)的每個(gè)用戶，根據(jù)用戶信息并結(jié)合基站和中繼節(jié)點(diǎn)的工作參數(shù)，為用 戶選擇與確定用作其服務(wù)站點(diǎn)的基站和/或中繼節(jié)點(diǎn)，即確定用戶歸屬于哪個(gè)基站或中繼 節(jié)點(diǎn)的服務(wù)范圍。所述步驟(4)進(jìn)一步包括下列操作步驟(41)從小區(qū)的多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)中選出兩個(gè)離用戶最近的中繼節(jié)點(diǎn)作為備選的中繼
節(jié)占. /、、、 (42)分別計(jì)算用戶從基站和該兩個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)所接收到的信干噪比SINR，再比較 三者大小后，選擇數(shù)值最大的SINR所對(duì)應(yīng)的站點(diǎn)作為用戶的服務(wù)站點(diǎn)。所述步驟(5)進(jìn)一步包括下列操作步驟(51)對(duì)每個(gè)用戶分別計(jì)算其信號(hào)傳輸過程中的接收到的信干噪比SINR ；(52)根據(jù)用戶的SINR得到用戶的頻譜效率，并計(jì)算系統(tǒng)吞吐量。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種采用上述頻率規(guī)劃方法的移動(dòng)通信系 統(tǒng)，該系統(tǒng)的每個(gè)小區(qū)都呈六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，設(shè)有基站和中繼節(jié)點(diǎn)；其特征在于所述系統(tǒng) 的每個(gè)小區(qū)都設(shè)有一個(gè)位于小區(qū)中心、采用全向天線的基站，每個(gè)小區(qū)中有六個(gè)分別設(shè)置 于該小區(qū)的六個(gè)頂點(diǎn)、處于相鄰三個(gè)小區(qū)邊緣的中繼節(jié)點(diǎn)，每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)都采用120°的裂 向天線，該天線的三個(gè)波束分別指向不同的小區(qū)，為三個(gè)小區(qū)服務(wù)；因每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)都被三 個(gè)小區(qū)所共用，故每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)都隸屬于三個(gè)小區(qū)，即每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的三個(gè)120°扇區(qū)分別 歸屬于三個(gè)相鄰小區(qū)，并能夠同時(shí)與三個(gè)基站相通信。本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新特點(diǎn)或關(guān)鍵點(diǎn)主要有下述兩個(gè)首先是提出一種新的蜂窩中繼移動(dòng)通信系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是該移動(dòng)通信系統(tǒng)中 的每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的三個(gè)扇區(qū)都采用相同的頻率子集，降低了中繼節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜度，并為用戶 在小區(qū)間的切換帶來了便利。再將固定中繼節(jié)點(diǎn)設(shè)置于六邊形小區(qū)的頂點(diǎn)，并采用定向天 線實(shí)現(xiàn)中繼節(jié)點(diǎn)的定向傳輸，使同一中繼節(jié)點(diǎn)為三個(gè)小區(qū)所共用，既增強(qiáng)了小區(qū)之間的聯(lián) 系，也為用戶在各個(gè)小區(qū)之間的切換帶來便利。中繼節(jié)點(diǎn)采用定向天線，降低了小區(qū)間干擾 ICI，使得中繼用戶所接收到的干擾，將只來自于某一方向上使用同一頻率的中繼節(jié)點(diǎn)或基 站，從而減少了小區(qū)間干擾源的數(shù)量和干擾強(qiáng)度。因中繼節(jié)點(diǎn)設(shè)置在小區(qū)邊緣，能夠?yàn)樾^(qū) 邊緣用戶提供更好的服務(wù)，有效提高了小區(qū)邊緣用戶的服務(wù)質(zhì)量；而且，發(fā)生小區(qū)間切換的 用戶在切換前后將很有可能使用同一中繼的不同波束，這就使得小區(qū)間的信令交互和用戶 的接入變得更加便利。另外，本發(fā)明中首創(chuàng)引入頻率規(guī)劃單元FPU的概念，所提供的兩種頻率規(guī)劃方法 頻率規(guī)劃單元為1的頻率規(guī)劃方法(FPU-1)和頻率規(guī)劃單元為7的頻率規(guī)劃方法(FPU-7)。 主要?jiǎng)?chuàng)新在于FPU-7方法，其巧妙、靈活的頻率規(guī)劃設(shè)計(jì)可以有效降低用戶的小區(qū)間干擾。


圖1是本發(fā)明用于固定中繼的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率規(guī)劃方法操作步驟流程 圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的小區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3(A)、⑶分別是本發(fā)明實(shí)施例中的FPU為1和FPU為7的兩種頻率規(guī)劃方法 的示意圖。
圖4 (A)、⑶分別是本發(fā)明實(shí)施例中的FPU為1和FPU為7的兩種頻率規(guī)劃方法 中單跳用戶的干擾情況示意圖。圖5(A)、⑶分別是本發(fā)明實(shí)施例中的FPU為1和FPU為7的兩種頻率規(guī)劃方法 中兩跳用戶的干擾情況示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明 作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。參見圖1，介紹本發(fā)明用于固定中繼的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率規(guī)劃方法的具體 操作步驟(1)根據(jù)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的小區(qū)部署要求，每個(gè)小區(qū)設(shè)置1個(gè)基站和多個(gè)中繼 節(jié)點(diǎn)，并初始化設(shè)置小區(qū)參數(shù)；(2)將每個(gè)小區(qū)的可使用頻率資源分為多個(gè)正交的頻率子集，其中頻率子集的數(shù) 量與每個(gè)小區(qū)的基站和多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)量之和相等；(3)根據(jù)設(shè)定的頻率規(guī)劃方案，將不同頻率子集分配給每個(gè)小區(qū)中的基站和多個(gè) 中繼節(jié)點(diǎn)；(4)對(duì)于小區(qū)的每個(gè)用戶，根據(jù)用戶信息并結(jié)合基站和中繼節(jié)點(diǎn)的工作參數(shù)，為用 戶選擇與確定為其提供服務(wù)的基站和/或中繼節(jié)點(diǎn)，即確定用戶歸屬于哪個(gè)基站和/或中 繼節(jié)點(diǎn)的服務(wù)范圍；(5)用戶使用其服務(wù)站點(diǎn)的頻率子集中的頻段進(jìn)行信號(hào)傳輸，再統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)吞吐量。本發(fā)明已經(jīng)由申請(qǐng)人進(jìn)行了實(shí)施試驗(yàn)，下面結(jié)合實(shí)施例的介紹，詳細(xì)說明本發(fā)明 方法的操作步驟和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。本發(fā)明實(shí)施例的移動(dòng)通信系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置如下表1所示 該蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)由19個(gè)小區(qū)組成，其結(jié)構(gòu)如下圍繞中心小區(qū)的第一層有6 個(gè)小區(qū)，第二層有12個(gè)小區(qū)。為方便起見，將中心小區(qū)命名為主小區(qū)，其他小區(qū)命名為干擾小區(qū)；并用自然數(shù)對(duì)小區(qū)順序編號(hào)為j = 0，1，2，. . .，19，每個(gè)小區(qū)中的6個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)編號(hào) 為k = 1，2，. . .，6。再對(duì)傳輸過程進(jìn)行分析考慮主小區(qū)的周圍有兩層小區(qū)(干擾小區(qū)) 對(duì)其中用戶產(chǎn)生影響，并假設(shè)周圍小區(qū)所有可能的干擾源都在使用與該小區(qū)用戶相同的子 載波傳送信號(hào)，保證該通信系統(tǒng)可以在最差情況下正常運(yùn)行。由于在中繼節(jié)點(diǎn)與其所屬的 基站鏈路之間通常都會(huì)引入一些性能增強(qiáng)技術(shù)，故假設(shè)基站與中繼節(jié)點(diǎn)之間的鏈路質(zhì)量非 常理想，從而支持較高的自適應(yīng)調(diào)制與編碼模式與中繼的解碼轉(zhuǎn)發(fā)。下面以該19小區(qū)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)為例，按照本發(fā)明方法具體說明本發(fā)明實(shí)施 例的操作步驟如下步驟1、部署小區(qū)結(jié)構(gòu)，并初始化設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)。參見圖2，介紹本發(fā)明實(shí)施例的小區(qū)結(jié)構(gòu)基站位于小區(qū)中心，采用全向天線；六 個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)分別設(shè)置于小區(qū)的六個(gè)頂點(diǎn)，處于相鄰三小區(qū)的邊緣，并采用120°的裂向天 線，天線的三個(gè)波束分別指向不同的小區(qū)，為三個(gè)小區(qū)服務(wù)。由于中繼節(jié)點(diǎn)被三個(gè)小區(qū)所共 用，因此每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)都隸屬于三個(gè)小區(qū)，并能夠同時(shí)與三個(gè)基站互相聯(lián)系。這樣的小區(qū)結(jié) 構(gòu)具有很多優(yōu)點(diǎn)，這里不再贅述。步驟2、將每個(gè)小區(qū)可使用的頻率資源分為多個(gè)正交的頻率子集。每個(gè)小區(qū)設(shè)有1個(gè)基站和6個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，因此，實(shí)施例蜂窩系統(tǒng)的頻率資源被分成 下述7個(gè)正交的頻率子集&、F2、F3、F4、F5、F6、F7。在每個(gè)小區(qū)中，一個(gè)子集是分配給基站 使用的頻率資源，用于基站與用戶的直接通信；另外六個(gè)子集都是分配給中繼節(jié)點(diǎn)的頻率 資源，用于基站_中繼節(jié)點(diǎn)鏈路與中繼節(jié)點(diǎn)_用戶鏈路。步驟3、根據(jù)設(shè)定的頻率規(guī)劃方法，將不同頻率子集分配給小區(qū)中不同站點(diǎn)。參見圖3，詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例的頻率規(guī)劃方法的操作內(nèi)容(31)引入頻率規(guī)劃單元FPU，表示進(jìn)行頻率規(guī)劃的最小的小區(qū)簇中的小區(qū)數(shù)量， 在該小區(qū)簇中，每個(gè)小區(qū)必須采用互不相同的頻率規(guī)劃方法，但該小區(qū)簇之外的其他小區(qū) 能夠使用對(duì)應(yīng)相同的頻率規(guī)劃方法；(32)基于頻率規(guī)劃單元FPU的個(gè)數(shù)，提供下述兩種頻率規(guī)劃的分配方法FPU為1、即頻率規(guī)劃的最小小區(qū)單元為1的方案(參見圖3(A)):每個(gè)小區(qū)的頻 率規(guī)劃都相同，即在每個(gè)小區(qū)中，一個(gè)頻率子集F7被分配給基站，用于基站-用戶鏈路，其 余六個(gè)頻率子集分別被分配給六個(gè)固定中繼節(jié)點(diǎn)，用于基站-中繼節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)-用戶 的鏈路。也就是將子載波集F7用于一跳用戶，子載波集&、F2、F3、F4、F5、F6用于兩跳用戶。 該方法把分配給中繼節(jié)點(diǎn)的頻率資源分割成6份，通過物理隔離有效降低了鄰近小區(qū)間的 干擾。該方案的每個(gè)小區(qū)都使用了所有頻率資源，小區(qū)的頻率復(fù)用比較緊湊，頻率復(fù)用因子 達(dá)到了 1。FPU為7的方案(參見圖3(B))對(duì)于同一個(gè)FPU內(nèi)的7個(gè)小區(qū)采用互不相同的頻 率規(guī)劃，該頻率規(guī)劃的原則是對(duì)于每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的3個(gè)分屬于相鄰小區(qū)的120°扇區(qū)，使 該三個(gè)扇區(qū)采用相同的頻率子集。雖然該頻率規(guī)劃方法的FPU為7，但是，其頻率復(fù)用因子 依然為1。因?yàn)槊總€(gè)小區(qū)都使用了全部的頻率資源?？梢钥吹剑谠撉擅畹念l率規(guī)劃方案的 設(shè)計(jì)下，每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的三個(gè)扇區(qū)都使用相同的頻率，由于中繼節(jié)點(diǎn)安裝了定向天線，能夠 避免扇區(qū)間的干擾。在該方案中，每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)只需要管理一個(gè)頻率子集，從而降低了對(duì)中 繼節(jié)點(diǎn)的電路結(jié)構(gòu)要求，而小區(qū)間的軟切換也將變得更加便利。
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步驟4、對(duì)小區(qū)中的每個(gè)用戶選擇服務(wù)站點(diǎn)。本發(fā)明實(shí)施例中的選擇服務(wù)站點(diǎn)時(shí)，在選擇用戶接入點(diǎn)的過程中考慮了路徑損 耗、陰影衰落以及熱噪聲和干擾帶來的影響。該選擇方法包括如下步驟(41)從小區(qū)的六個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)中選出兩個(gè)離移動(dòng)終端最近的中繼節(jié)點(diǎn)RSi和RS2作 為備選的中繼節(jié)點(diǎn)；(42)分別計(jì)算移動(dòng)終端從基站和該兩個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)所接收到的信號(hào)信干噪比 SINR，并分別記為SINRbs、SINRes1和SINRK2，再比較這三者的大小后，選擇數(shù)值最大的SINR 所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)作為與該移動(dòng)終端通信的服務(wù)節(jié)點(diǎn)。步驟5、用戶使用其服務(wù)站點(diǎn)的頻率子集中的頻段進(jìn)行信號(hào)傳輸，再統(tǒng)計(jì)該發(fā)明方 法的系統(tǒng)吞吐量。用戶選擇服務(wù)節(jié)點(diǎn)后，在該節(jié)點(diǎn)的頻率子集中選擇可用頻率來傳輸信號(hào)。若該子 集中當(dāng)前沒有可用的頻點(diǎn)，則用戶的信號(hào)傳輸按照中斷進(jìn)行處理。該步驟包括下列兩個(gè)操作內(nèi)容(51)對(duì)每個(gè)用戶分別計(jì)算其信號(hào)傳輸過程中的接收信號(hào)的信干噪比SINR ；下面對(duì)單跳用戶和兩跳用戶分別闡述計(jì)算SINR的方法和步驟。參見圖4，說明單跳用戶的SINR計(jì)算0號(hào)小區(qū)為主小區(qū)，其余小區(qū)為干擾小區(qū)，灰 色區(qū)域表示對(duì)主小區(qū)用戶有干擾的小區(qū)，其中，深灰色代表干擾源為基站，淺灰色代表干擾 源為中繼節(jié)點(diǎn)。除了主小區(qū)外的其他白色區(qū)域表示無(wú)法干擾到主小區(qū)用戶的小區(qū)。由圖4可見，當(dāng)用戶選擇基站進(jìn)行直傳時(shí)，對(duì)于FPU為1的頻率規(guī)劃方法，因各小 區(qū)基站均使用相同的頻率資源，主小區(qū)中與基站直接通信的用戶受到的干擾來自主小區(qū)周 圍兩層18個(gè)小區(qū)(即85:1，2，...18)的基站。假設(shè)主小區(qū)的用戶i從本小區(qū)基站接收的信號(hào)功率為
式中，PBS為基 站的發(fā)送功率，為主小區(qū)基站與主小區(qū)用戶i間的信道增益。用戶i接收到的干擾信號(hào)來自其他小區(qū)的基站，干擾信號(hào)的功率為 18
，式中，j為小區(qū)編號(hào)，^^為第j個(gè)小區(qū)基站與主小區(qū)用戶i間的信道增益。因此，用戶i的接收信號(hào)的SINR為
式中，N0
為噪聲功率密度，B為帶寬。對(duì)于FPU為7的頻率規(guī)劃方法，干擾情況有所不同。由于精巧的頻率規(guī)劃設(shè)計(jì)，單 跳用戶只會(huì)受到陰影小區(qū)的6個(gè)中繼的干擾(如圖4(B)所示)。此時(shí)，用戶i接收到的干 擾信號(hào)功率為
式中，k代表中繼節(jié)
點(diǎn)標(biāo)號(hào)，G,，為第j個(gè)小區(qū)中干擾中繼與主小區(qū)用戶i之間的信道增益，PE為中繼的發(fā)送功率。
因此，用戶i的接收SINR可以表示為: 再說明兩跳用戶的SINR計(jì)算
為方便起見，以接入中繼節(jié)點(diǎn)3的用戶為例，計(jì)算其SINR。參見圖5，對(duì)于FPU為1的頻率規(guī)劃方法，由于中繼節(jié)點(diǎn)使用了 120°裂向天線，因 此用戶i只受到右上方小區(qū)相同位置的中繼節(jié)點(diǎn)的干擾。當(dāng)用戶與中繼節(jié)點(diǎn)3通信時(shí)，只 有虛線之上的鄰近小區(qū)中繼節(jié)點(diǎn)3對(duì)該用戶有干擾作用，虛線之下的中繼節(jié)點(diǎn)3無(wú)法輻射 到該用戶。主小區(qū)用戶i的接收SINR為 對(duì)于FPU為7的頻率規(guī)劃方法，干擾情況更加復(fù)雜(參見圖5 (B)所示)。當(dāng)主小 區(qū)用戶i與中繼節(jié)點(diǎn)3通信，干擾源為三個(gè)基站和七個(gè)中繼。用戶i受到的干擾信號(hào)功率
0BSr
^.mj i巧中繼節(jié)點(diǎn)3通信，干擾源為三個(gè)基站和七個(gè)中繼 、、pj= pbsgfj + pbsg^ + pbsg^ + prg^ + prg;
可以計(jì)算為、 貝丨J，用戶i的接收信號(hào)的SINR為卿氏=」r (52)根據(jù)用戶的SINR得到用戶的頻譜效率，并計(jì)算系統(tǒng)吞吐量。為了增加系統(tǒng)的吞吐量和擴(kuò)展高速率業(yè)務(wù)的覆蓋，本發(fā)明采用了自適應(yīng)調(diào)制編碼 技術(shù)AMC(Adaptive Modulation and Coding)，根據(jù)接收信號(hào)的SINR的不同，采用不同的調(diào) 制和編碼方案。下面的表2描述了在本發(fā)明實(shí)施例中使用AMC時(shí)，接收信號(hào)的SINR和頻譜 效率的關(guān)系，即所采用的自適應(yīng)調(diào)制與編碼技術(shù)的相應(yīng)參數(shù)。統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)吞吐量時(shí)，根據(jù)所得 到的SINR，通過查表2能夠得到頻譜效率。
假設(shè)對(duì)于主小區(qū)的用戶i，查表得到的其頻譜效率為eff(i)，且總用戶數(shù)為n，則系統(tǒng)的平均頻譜效率為 設(shè)每個(gè)用戶使用的傳輸帶寬相同，其總帶寬為BMS，則當(dāng)總用戶數(shù)為n，已知各用戶
的頻譜效率eff⑴(i = 1，2，. . .，n)時(shí)，小區(qū)的吞吐量為: 以上是申請(qǐng)人對(duì)本發(fā)明方法執(zhí)行的一個(gè)具體實(shí)施例。由該實(shí)施例可以看出，應(yīng)用 本發(fā)明的頻率規(guī)劃方法及其通信系統(tǒng)的小區(qū)結(jié)構(gòu)后，可以有效地將小區(qū)間干擾控制在一定 范圍內(nèi)，并提高小區(qū)邊緣用戶的服務(wù)質(zhì)量。
權(quán)利要求
一種用于固定中繼的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率規(guī)劃方法，其特征在于，所述方法包括下列操作步驟(1)根據(jù)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的小區(qū)部署要求，每個(gè)小區(qū)設(shè)置1個(gè)基站和多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，并初始化設(shè)置小區(qū)參數(shù)；(2)將每個(gè)小區(qū)的可使用頻率資源分為多個(gè)正交的頻率子集，其中頻率子集的數(shù)量與每個(gè)小區(qū)的基站和多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)量之和相等；(3)根據(jù)設(shè)定的頻率規(guī)劃方案，將不同頻率子集分配給每個(gè)小區(qū)中的基站和多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)；(4)對(duì)于小區(qū)的每個(gè)用戶，根據(jù)用戶信息并結(jié)合基站和中繼節(jié)點(diǎn)的工作參數(shù)，為用戶選擇與確定為其提供服務(wù)的基站和/或中繼節(jié)點(diǎn)，即確定用戶歸屬于哪個(gè)基站和/或中繼節(jié)點(diǎn)的服務(wù)范圍；(5)用戶使用其服務(wù)站點(diǎn)的頻率子集中的頻段進(jìn)行信號(hào)傳輸，再統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)吞吐量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(3)進(jìn)一步包括下列操作步驟(31)引入頻率規(guī)劃單元FPU，表示進(jìn)行頻率規(guī)劃的最小的小區(qū)簇中的小區(qū)數(shù)量，在該 小區(qū)簇中，每個(gè)小區(qū)必須采用互不相同的頻率規(guī)劃方法，但該小區(qū)簇之外的其他小區(qū)能夠 使用對(duì)應(yīng)相同的頻率規(guī)劃方法；(32)基于頻率規(guī)劃單元FPU的個(gè)數(shù)，提供下述兩種頻率規(guī)劃的分配方法FPU為1的方案每個(gè)小區(qū)的頻率規(guī)劃都相同，即在每個(gè)小區(qū)中，一個(gè)頻率子集被分配 給基站，用于基站-用戶鏈路；其余六個(gè)頻率子集分別被分配給六個(gè)固定中繼節(jié)點(diǎn)，用于基 站_中繼節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)_用戶的鏈路；FPU為7的方案對(duì)于同一個(gè)FPU內(nèi)的7個(gè)小區(qū)采用互不相同的頻率規(guī)劃，該頻率規(guī)劃 的原則是對(duì)于每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的3個(gè)分屬于相鄰小區(qū)的120°扇區(qū)，使該三個(gè)扇區(qū)采用相同 的頻率子集。(4)對(duì)于小區(qū)的每個(gè)用戶，根據(jù)用戶信息并結(jié)合基站和中繼節(jié)點(diǎn)的工作參數(shù)，為用戶選 擇與確定用作其服務(wù)站點(diǎn)的基站和/或中繼節(jié)點(diǎn)，即確定用戶歸屬于哪個(gè)基站或中繼節(jié)點(diǎn) 的服務(wù)范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(4)進(jìn)一步包括下列操作步驟(41)從小區(qū)的多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)中選出兩個(gè)離用戶最近的中繼節(jié)點(diǎn)作為備選的中繼節(jié)占.(42)分別計(jì)算用戶從基站和該兩個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)所接收到的信干噪比SINR，再比較三者 大小后，選擇數(shù)值最大的SINR所對(duì)應(yīng)的站點(diǎn)作為用戶的服務(wù)站點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(5)進(jìn)一步包括下列操作步驟(51)對(duì)每個(gè)用戶分別計(jì)算其信號(hào)傳輸過程中的接收到的信干噪比SINR；(52)根據(jù)用戶的SINR得到用戶的頻譜效率，并計(jì)算系統(tǒng)吞吐量。
5.一種采用權(quán)利要求1所述頻率規(guī)劃方法的移動(dòng)通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)的每個(gè)小區(qū)都呈六 邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，設(shè)有基站和中繼節(jié)點(diǎn)；其特征在于所述系統(tǒng)的每個(gè)小區(qū)都設(shè)有一個(gè)位于 小區(qū)中心、采用全向天線的基站，每個(gè)小區(qū)中有六個(gè)分別設(shè)置于該小區(qū)的六個(gè)頂點(diǎn)、處于相 鄰三個(gè)小區(qū)邊緣的中繼節(jié)點(diǎn)，每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)都采用120°的裂向天線，該天線的三個(gè)波束分 別指向不同的小區(qū)，為三個(gè)小區(qū)服務(wù)；因每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)都被三個(gè)小區(qū)所共用，故每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)都隸屬于三個(gè)小區(qū)，即每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的三個(gè)120°扇區(qū)分別歸屬于三個(gè)相鄰小區(qū)，并能夠 同時(shí)與三個(gè)基站相通信。
全文摘要
一種用于固定中繼的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率規(guī)劃方法及系統(tǒng)，引入頻率規(guī)劃單元FPU并提供FPU為1和FPU為7的兩種頻率規(guī)劃方法根據(jù)設(shè)定的頻率規(guī)劃方案，將不同頻率子集分配給每個(gè)小區(qū)的基站和各中繼節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明巧妙、靈活的頻率規(guī)劃設(shè)計(jì)能有效降低用戶的小區(qū)間干擾。該系統(tǒng)的每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的三個(gè)扇區(qū)的頻率子集相同，降低了中繼節(jié)點(diǎn)復(fù)雜度；將固定中繼節(jié)點(diǎn)設(shè)置于六邊形小區(qū)頂點(diǎn)，采用定向天線實(shí)現(xiàn)定向傳輸，使同一中繼節(jié)點(diǎn)為三個(gè)小區(qū)所共用，既減少了小區(qū)間干擾源和干擾強(qiáng)度，增強(qiáng)了小區(qū)之間的聯(lián)系，也為用戶在各小區(qū)間的切換帶來便利。本發(fā)明能為小區(qū)邊緣用戶提供更好服務(wù)，有效提高小區(qū)邊緣用戶的服務(wù)質(zhì)量，為小區(qū)間的信令交互和用戶接入帶來便利。
文檔編號(hào)H04W16/12GK101860870SQ20101019147
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者屈琳, 張鴻濤, 王曉湘, 王玉龍 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)