CN103648100A - 一种基于td-lte集群通信***的小区间干扰协调的方法和装置 - Google Patents

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师彦静
李兆玉
张�浩
田燕
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Abstract

本发明公开一种基于TD-LTE集群通信***的小区间干扰协调的方法和装置，涉及移动通信技术。根据划分阈值将整个频率资源分成小区边缘频率资源和小区中心频率资源，当终端用户属于边缘区域时，将优先级等级低于优先级阈值的中心区域用户业务数据速率逐渐降低，将其资源给边缘区域用户使用直到满足其业务速率要求为止；当终端用户属于中心区域时，将优先级等级低于优先级阈值的其他中心区域用户业务数据速率逐渐降低，将该其他中心区域用户资源给高优先级等级业务的中心区域用户使用直到满足高优先级等级业务的中心区域用户业务速率要求为止。本发明有效保证了高优先级业务的服务质量，同时提高了边缘用户吞吐量，抑制了小区间的干扰。

Description

一种基于TD-LTE集群通信***的小区间干扰协调的方法和装置
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种基于TD-LTE(TD-SCDMA Long TermEvolution，TD-SCDMA的长期演进)集群通信***的小区间干扰协调的方法和装置。
背景技术
集群通信***是为了满足行业用户指挥调度需求而开发的、面向特定行业应用的专用无线通信***，***中大量无线用户共享少量无线信道，以指挥调度为主体应用，是一种多用途、高效能的无线通信***。集群通信***以半双工方式通信，工作时通过即按即说（Push To Talk，PTT或P2T）键控制信道的获取和释放，信道利用率高，呼叫接续快；组内用户共享下行信道，资源利用率高。而且，集群通信***可以通过话音加密保证通话的私密性和安全性；为高优先级用户或业务优先分配信道；通过故障弱化功能保证紧急状态下的通信；通过动态重组实现灵活的多级别分组调度指挥功能。
基于TD-LTE的集群通信***是将TD-LTE技术与专用调度通信***结合在一起，采用半双工通信方式的通信***，可以实现快速的接续，支持群组呼叫（即一对多的呼叫方式）。这样的集群通信***可广泛应用与对指挥、调度功能要求较高的企事业、公安及军队部门等。
TD-LTE***下行采用OFDMA多址技术，载波间相互正交，从而避免了小区内干扰，但是由于相邻小区间采用相同频率资源进行传输，小区间干扰就无法避免，特别是位于小区边缘用户的性能会受到极大损失。为提高小区边缘用户数据速率，提高***的总体性能，就必须要抑制小区间干扰。3GPP TR25.814中指出抑制小区间干扰的方法主要有三类：小区间干扰随机化、小区间干扰消除和小区间干扰协调／避免。其中小区间干扰随机化利用干扰的统计特性对干扰进行抑制，误差较大。小区间干扰消除技术可以显著改善小区边缘的***性能，获得较高的频谱效率，但是对于带宽较小的业务(如VoIP)则不太适用，在OFDMA***中实现也比较复杂，后续对它的研究不多。小区间干扰协调／避免则是目前研究的一项热门技术，其实现简单，可以应用于各种带宽的业务，并且对于干扰抑制有很好的效果。LTE***的小区间干扰协调／避免技术核心思想在于采用频率复用技术，它使得相邻小区之间干扰源的距离尽可能远，从而抑制相邻小区的干扰，提高相邻小区在这些资源上的信噪比以及小区边缘的数据速率和覆盖。软频率复用（Soft frequency reuse，SFR）是比较典型的小区间干扰协调方法。SFR第一次出现在GSM，然后被使用在3GPP LTE的框架下【3GPP andHuawei,“Soft frequency reuse scheme for UTRAN LTE,”in R1-050507,TSGRAN WG1Meeting#41,Athens,Greece,2005.】。在SFR中，所有的频段被分成了两组子载波，一组称为主子载波，另外一组称为辅子载波。主子载波可以在小区的任何地方使用，而辅子载波则只能在小区中心被使用。不同小区之间的主子载波相互正交，在小区边缘有效地抑制了干扰，而辅子载波由于只在小区中心使用，相互之间干扰较小，则可以使用相同的频率。虽然SFR抑制了小区间干扰，但是属于静态资源分配方式，频率资源无法根据中心和边缘区域负载的变化而变化。
上述小区间干扰协调技术是基于TD-LTE***的，且是静态的干扰协调，频率资源的划分是静态的无法根据负载的变化而变化，另外，集群通信***的业务有优先级之分且首先要保证高优先级业务的服务质量，上述小区间干扰协调技术不适用于TD-LTE集群通信***，因此提出一种基于TD-LTE集群通信***的小区间干扰协调方法。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提供一种基于TD-LTE集群通信***的小区干扰协调算法，主要针对TD-LTE***中的小区间干扰协调算法缺乏对业务优先级的考虑，不能保证高优先级业务的服务质量的问题，不适用于集群通信***，以满足对***吞吐量性能尤其是边缘用户有较高优先级的用户需求，更好的为用户服务特别是边缘用户，提高了***的整体性能。
本发明解决上述技术问题的技术方案是，设计一种基于TD-LTE集群通信***的小区间干扰协调装置，包括：资源划分模块、用户类型判断模块、业务优先级判断模块、资源判断模块、资源抢占模块以及资源调度和分配模块，资源划分模块根据划分阈值将整个频率资源分成小区边缘频率资源和小区中心频率资源；用户类型判断模块通过用户反馈导频信息判断用户属于中心区域还是边缘区域；业务优先级判断模块判断用户的业务优先级等级，与设定的阈值进行比较；资源判断模块判断用户业务所需频率资源；当用户属于边缘区域时，资源抢占模块将优先级等级低于优先级阈值的中心区域用户业务数据速率逐渐降低，将其资源给边缘区域用户使用直到满足其业务速率要求为止；当用户属于中心区域时，资源抢占模块将优先级等级低于优先级阈值的其他中心区域用户业务数据速率逐渐降低，将该其他中心区域用户资源给高优先级等级业务的中心区域用户使用直到满足高优先级等级业务的中心区域用户业务速率要求为止。
资源划分模块将整个频率资源划分为相互正交的三等份，小区边缘区域用户使用其中一份，小区中心区域用户可使用整个频率资源，相邻小区边缘区域可用频率资源相互正交。
本发明还提出一种基于TD-LTE集群通信***的小区间干扰协调方法，资源划分模块根据划分阈值将整个频率资源分成小区边缘频率资源和小区中心频率资源；用户类型判断模块通过用户反馈导频信息判断终端用户属于中心区域还是边缘区域；业务优先级判断模块判断用户的业务优先级等级，与设定的优先级阈值进行比较；资源判断模块判断用户业务所需频率资源；当终端用户属于边缘区域时，资源抢占模块将优先级等级低于优先级阈值的中心区域用户业务数据速率逐渐降低，将其资源给边缘区域用户使用直到满足其业务速率要求为止；当终端用户属于中心区域时，资源抢占模块将优先级等级低于优先级阈值的其他中心区域用户业务数据速率逐渐降低，将该其他中心区域用户资源给高优先级等级业务的中心区域用户使用直到满足高优先级等级业务的中心区域用户业务速率要求为止。资源划分模块将整个频率资源划分为相互正交的三等份，小区边缘区域用户使用其中一份，小区中心区域用户可使用整个频率资源，相邻小区边缘区域可用频率资源相互正交。当终端用户属于小区边缘用户时，频率资源分配进一步包括步骤：确定该小区边缘用户业务所需频率资源；判断所在边缘区域是否有足够可用频率资源，若有，直接进行资源的调度和分配，若没有，判断中心区域是否有可借用频率资源，若有可借用频率资源，则借用中心区域频率资源进行调度和分配，若中心区域没有可调度频率资源，优先级判断模块判断该边缘用户业务优先级等级是否大于所设优先级阈值，如大于所述优先级阈值，该边缘用户抢占优先级等级小于所设优先级阈值的中心区域用户的频率资源。当终端用户属于中心区域用户时，频率资源分配进一步包括步骤：确定用户业务所需频率资源；如中心区域有足够可用频率资源，直接进行资源的调度和分配；如该中心区域用户优先级等级大于所设优先级阈值，终端用户抢占优先级小于所设优先级阈值的中心区域用户正在使用的频率资源。
该干扰协调方法是在TD-LTE的基础上，结合了集群通信***的特点。集群通信***以半双工方式通信，工作时通过即按即说（Push To Talk,PTT）键控制信道的获取和释放，信道利用率高，呼叫接续快；组内用户共享下行信道，资源利用率高。而且，集群通信***可以通过话音加密保证通话的私密性和安全性；为高优先级用户或业务优先分配信道；通过故障弱化功能保证紧急状态下的通信；通过动态重组实现灵活的多级别分组调度指挥功能。该干扰协调方法属于半静态干扰协调方法，频率资源的分配不是固定不变的，小区边缘用户在满足一定条件下可以借用中心频率资源。集群用户业务有优先级之分，本发明所提方法有效地保证了高优先级业务的服务质量，同时提高了边缘用户吞吐量，抑制了小区间的干扰。
附图说明
图1本发明实现小区间干扰协调装置的结构示意图；
图2本发明所用小区位置划分及小区频率资源划分的七小区模型图；
图3本发明的TD-LTE集群通信***的小区间干扰协调方法的流程图；
图4本发明的小区边缘用户资源分配流程图；
图5本发明的小区中心用户资源分配流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例以及附图对本发明一种TD-LTE集群通信***的小区间干扰协调方法进一步予以阐述，以便使本发明的精神，技术特征及有益效果更易于了解。
本发明位于目标小区边缘的用户进行下行链路通信时受到相邻小区基站的干扰。
如图1所示为本发明实现小区间干扰协调装置的结构图，该干扰协调装置设置在基站端，包括：资源划分模块，用户类型判断模块，业务优先级判断模块，资源判断模块，资源抢占模块以及资源调度和分配模块。
资源划分模块，根据划分阈值将整个频率资源分成小区边缘频率资源和小区中心频率资源。如可划分为相互正交的三等份，其中小区边缘区域可用其中一份，小区中心区域可用整个频率资源，特别地，相邻小区边缘区域可用频率资源必须相互正交才能使用。边缘区域用户可以借用中心频率资源，首先考虑借用的是与边缘区域用户所用资源相同的那部分，其次考虑的是未被其他相邻边缘区域用户占用的中心区域频率资源。
用户类型判断模块，是通过用户反馈导频信息判断用户属于中心区域还是边缘区域。
业务优先级判断模块，首先判断用户的业务优先级等级，然后与设定的优先级阈值进行比较。
资源判断模块，判断用户业务所需频率资源。
资源抢占模块，当用户属于边缘区域时，基站将优先级等级低于优先级阈值的中心用户业务数据速率逐渐降低甚至可能中断，减少其所使用频率资源给边缘区域用户使用直到满足其业务速率要求为止。当用户属于中心区域时，基站将优先级等级低于优先级阈值的其他中心用户业务数据速率逐渐降低甚至可能中断，减少其所使用频率资源给中心区域有高优先级等级业务的用户使用直到满足其业务速率要求为止。
资源调度和分配模块，将可用频率资源进行调度并分配给用户直到满足用户的服务质量要求。
如图2所示，为本发明所采用的七小区模型图。小区1为目标小区，其他相邻小区均为干扰小区。每个小区划分为小区中心区域和小区边缘区域，小区中心区域可用整个频率资源，小区边缘区域可用整个频率资源的三分之一，其中相邻小区边缘可用频率资源相互正交。这种频率资源划分并不是静态的固定不变的，当小区边缘用户满足一定条件时可以借用中心频率资源。
如图3所示为本发明所述TD-LTE集群通信***的小区间干扰协调方法的流程图，包括如下步骤：
1.资源划分模块将频率资源划分为小区边缘频率资源和小区中心频率资源。设置区域划分阈值，根据区域划分阈值将整个频率资源划分为中心区域频率资源和边缘区域频率资源。区域划分阈值根据基站的覆盖半径确定，一般最优取值为基站覆盖半径的2/3。如特别地，可分成相互正交的三等份，其中小区边缘区域可用其中一份，小区中心区域可用整个频率资源，相邻小区边缘区域可用频率资源必须相互正交。
2.资源判断模块确定业务所需频率资源，判断用户所在区域是否有足够可用频率资源。根据业务类型及属于同一业务类型的群组用户的数目确定所需频率资源；
3.用户类型判断模块判断用户所属区域。用户类型判断模块检测终端用户上报的导频信息判断用户属于小区边缘区域还是小区中心区域；
4.业务优先级判断模块判断用户的业务优先级等级，并与设定的优先级阈值进行比较。其中，优先级等级是按业务进行划分的，会话类业务优先级最高，规定其优先级为3，其次是数据类业务，规定其优先级为2，视频类业务优先级最低，规定其优先级为1，优先级阈值即为所规定的优先级。
5.当终端用户属于边缘区域时，资源抢占模块将优先级等级低于优先级阈值的中心区域用户业务数据速率逐渐降低，将所使用频率资源给边缘区域用户使用，直到满足边缘区域用户业务速率要求为止；当终端用户属于中心区域时，资源抢占模块将优先级等级低于优先级阈值的其他中心用户业务数据速率逐渐降低，将所使用频率资源给中心区域有高优先级等级业务的终端用户使用，直到满足该高优先级等级业务用户的业务速率要求为止；
6.资源调度和分配模块进行资源调度和分配。
如图4所示为本发明小区边缘用户频率资源分配流程图，包括如下步骤：
1.确定用户属于小区边缘区域；
2.确定用户业务所需频率资源；
3.判断边缘区域是否有足够可用频率资源，若有，直接进行资源的调度和分配；若没有，执行步骤4；
4.判断中心区域是否有可借用频率资源，若有，则借用中心区域频率资源进行调度和分配；若没有，则进行步骤5；
5.优先级判断模块判断该用户业务优先级等级是否大于所设阈值，若是，则继续步骤6；若否，则返回步骤2。
6.判断中心区域正在使用可借用频率资源的业务的优先级等级是否小于所设阈值，若是，则进行步骤7；若否，则返回步骤2；
7.边缘区域的用户抢占中心区域用户的频率资源。用户抢占资源的过程为，将优先级等级低的用户业务数据速率逐渐降低甚至可能中断，减少其所使用频率资源给边缘区域用户使用直到满足其业务速率要求为止。该步骤由资源抢占模块执行。
上述设置的阈值是集群中的业务优先级的最低等级值。
如图5所示为小区中心用户频率资源分配流程图，步骤如下：
1.确定用户属于小区中心区域；
2.确定用户业务所需频率资源；
3.判断中心区域是否有足够可用频率资源，若是，则直接进行资源的调度和分配；若否，则进行步骤4；
4.判断该业务优先级等级是否大于所设阈值，若是，则继续步骤5；若否，则返回步骤2；
5.判断中心区域正在使用频率资源的业务的优先级等级是否小于所设阈值，若是，则进行步骤6；若否，则返回步骤2；
6.正在被服务的用户抢占中心区域其他用户的频率资源。
最后所应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非限制，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于TD-LTE集群通信***的小区间干扰协调装置，其特征在于，包括：资源划分模块、用户类型判断模块、业务优先级判断模块、资源判断模块、资源抢占模块以及资源调度和分配模块，资源划分模块根据划分阈值将频率资源分成小区边缘频率资源和小区中心频率资源；用户类型判断模块通过用户反馈的导频信息判断终端用户属于中心区域还是边缘区域；业务优先级判断模块判断终端用户的业务优先级等级，与设定的优先级阈值进行比较；资源判断模块判断终端用户业务所需频率资源；当终端用户属于边缘区域时，资源抢占模块将优先级等级低于优先级阈值的中心区域用户业务数据速率逐渐降低，将其资源分配给边缘区域终端用户使用直到满足其业务速率要求为止；当终端用户属于中心区域时，资源抢占模块将优先级等级低于优先级阈值的其他中心区域用户业务数据速率逐渐降低，将该其他中心区域用户资源给高优先级阈值的中心区域终端用户使用，直到满足高优先级等级业务的中心区域用户业务速率要求为止。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，资源划分模块将整个频率资源划分为相互正交的三等份，小区边缘区域用户使用其中一份，小区中心区域用户可使用整个频率资源，相邻小区边缘区域可用频率资源相互正交。
3.一种基于TD-LTE集群通信***的小区间干扰协调方法，其特征在于，资源划分模块根据划分阈值将整个频率资源分成小区边缘频率资源和小区中心频率资源；用户类型判断模块通过用户反馈导频信息判断终端用户属于中心区域还是边缘区域；业务优先级判断模块判断用户的业务优先级等级，与设定的优先级阈值进行比较；资源判断模块判断用户业务所需频率资源；当终端用户属于边缘区域时，资源抢占模块将优先级等级低于优先级阈值的中心区域用户业务数据速率逐渐降低，将其资源给边缘区域终端用户使用直到满足其业务速率要求为止；当终端用户属于中心区域时，资源抢占模块将优先级等级低于优先级阈值的其他中心区域用户业务数据速率逐渐降低，将该其他中心区域用户资源给高优先级等级业务的中心区域终端用户使用，直到满足高优先级等级业务的中心区域用户业务速率要求为止。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，资源划分模块将整个频率资源划分为相互正交的三等份，小区边缘区域用户使用其中一份，小区中心区域用户可使用整个频率资源，相邻小区边缘区域可用频率资源相互正交。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当终端用户属于小区边缘用户时，频率资源分配进一步包括步骤：确定该小区边缘终端用户业务所需频率资源；判断所在边缘区域是否有足够可用频率资源，若有，直接进行资源的调度和分配，若没有，判断中心区域是否有可借用频率资源，若有可借用频率资源，则借用中心区域频率资源进行调度和分配，若中心区域没有可调度频率资源，优先级判断模块判断该边缘终端用户业务优先级等级是否大于所设优先级阈值，如大于所述优先级阈值，该边缘终端用户抢占优先级等级小于所设优先级阈值的中心区域用户的频率资源。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当终端用户属于中心区域用户时，频率资源分配进一步包括步骤：确定终端用户业务所需频率资源；如中心区域有足够可用频率资源，直接进行资源的调度和分配；如该中心区域终端用户优先级等级大于所设优先级阈值，抢占优先级小于所设优先级阈值的中心区域用户正在使用的频率资源。
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