背景技术
通常,在蜂窝式通信***中,能在两个区域使用相同的频率资源,即使当它们被相互分隔开时,以达到对有限的频率资源的高效和有效的使用。将参考图1来说明频率再用的概念,其中图1是示出传统蜂窝式通信***中的频率再用的概念的示意图。
参考图1,在具有半径R的第一小区100中使用的频率资源F1,可被使用在具有半径R的第二小区150中,该第二小区被以距离D从第一小区100隔开。这被称作“频率再用”。
当在K个小区单元中再用相同的频率资源、即相同的频率带时,获得频率再用因子K。随着频率再用因子增加,使用相同频率资源的频率再用小区之间的距离D也增加。此外,波与传播距离成比例衰减,从而随着增加频率再用因子,减少了使用相同频率资源导致的干扰。可通过以频率再用因子K划分整个频率带,来获得一个小区中可用频率的数量,所以随着频率再用因子的增加而可能不利地影响整个***的效率。
将参考图2A至2F说明根据频率再用因子K的频率资源分配。图2A是示出当频率再用因子K为3(K=3)时的频率资源分配的示意图。参考图2A,如果频率再用因子K为3,则向三个小区的每一个分配整个频率带的1/3。图2B是示出当频率再用因子K为4(K=4)时的频率资源分配的示意图。如图2B所示,如果频率再用因子为4,则向四个小区的每一个分配整个频率带的1/4。
图2C是示出当频率再用因子K为7(K=7)时的频率资源分配的示意图。当频率再用因子为7时,向七个小区的每一个分配整个频率带的1/7。
图2D是示出当频率再用因子K为3/9(K=3/9)时的频率资源分配的示意图。在这种情况下,向总共九个小区的每三个小区单元分别分配整个频率带的3/9,从而将频率再用因子K为3/9应用到九个小区的每一个。
图2E是示出当频率再用因子K为4/12(K=4/12)时的频率资源分配的示意图。向总共十二个小区的每三个小区单元分配整个频率带,从而将频率再用因子K为4/12应用到十二个小区的每一个。
图2F是示出当频率再用因子K为7/21(K=7/21)时的频率资源分配的示意图。如图2F所示,如果频率再用因子K为7/21,则向21个小区的每三个小区单元分配整个频率带的1/7,从而将频率再用因子K为7/21应用到21个小区的每一个。
在模拟蜂窝式通信***中,需要最小信噪比(SNR)来制造无线语音通信电路。为满足SNR,定义小区之间的最小距离。还基于SNR定义频率再用因子。
在数字蜂窝式通信***中,最小SNR依赖于被应用于无线电路、调制方案以及传输方案的误差校正编码率而具有不同的值。特别是,码分多址(CDMA)通信***通过考虑最小SNR、***容量以及网络设计而将频率再用因子“1”应用到所有小区。因为CDMA通信***将相同的频率带应用到所有小区,所以码扩频/去扩频处理将小区相互区别开来。以这种方式,相邻小区的干扰被平均,从而能将当前服务小区的数据从其他小区的数据区别开来。
在使用正交频分多址(OFDMA)方案的无线电分组蜂窝式通信***中,频率再用因子是重要的因子。如上所讨论,如果频率再用因子K=1,则***容量增加,并且网络设计更简单。在下文中,参考图3说明在频率再用因子为1的蜂窝式通信***中的下行链路信号的载波对干扰及噪声比(CINR)。
图3是示出在采用频率再用因子为1的蜂窝式通信***中的下行链路的CINR的示意图。如图3所示,在与基站(BS)相邻的小区中心区域301中,下行链路信号的强度,即CINR不被来自相邻小区的、具有相同频率带的干扰信号的强度影响,所以得到相对高的CINR。然而,与BS分隔开的小区边界区域303被来自相邻小区的、具有相同频率带的干扰信号显著地影响,所以得到相对低的CINR。
当用户台(SS)位于小区边界区域303时,如果蜂窝式通信***提供低的误差校正编码率和低的调制方案,则即使SS能正常地从BS接收分组数据,SS的频率效率在小区边界区域303也可能降低。
为解决上述问题,设置频率再用因子K>1。即使将频率再用因子K设置为K>1,信号也可能与波的传播距离成比例衰减,所以下行链路的CINR在小区边界区域303的方向上减小。然而,因为干扰成分非常小,所以与当频率再用因子等于1时的下行链路的CINR相比,如果将频率再用因子设置到K>1,则下行链路的CINR是相对高的。这将参考图4详细说明。
图4是示出当将频率再用因子为1(K=1)和大于1(K>1)应用于蜂窝式通信***时,CINR和距BS的距离之间的关系的曲线图。如图4所示,随着频率再用因子增加,小区边界区域中的频率效率能提高。然而,因为每个小区使用整个频率带的1/K,所以与采用频率再用因子为1的***相比,整个***的容量被减少了。
附图说明
从下面结合附图的详细说明中,本发明的上述和其他目的、特征及优点将变得更加清楚,附图中:
图1是示出传统蜂窝式通信***中的频率再用的概念的示意图;
图2A是示出当频率再用因子K为3时的频率资源分配的示意图;
图2B是示出当频率再用因子K为4时的频率资源分配的示意图;
图2C是示出当频率再用因子K为7时的频率资源分配的示意图;
图2D是示出当频率再用因子K为3/9时的频率资源分配的示意图;
图2E是示出当频率再用因子K为4/12时的频率资源分配的示意图;
图2F是示出当频率再用因子K为7/21时的频率资源分配的示意图;
图3是示出在采用频率再用因子为1的蜂窝式通信***中的下行链路的CINR的示意图;
图4是示出当将频率再用因子为1(K=1)和频率再用因子大于1(K>1)应用于蜂窝式通信***时,CINR和距BS距离之间的关系的曲线图;
图5是示出根据本发明的实施例、在OFDMA蜂窝式通信***中基于多个频率再用因子的频率资源分配的示意图;
图6是示出根据本发明的实施例、在OFDMA蜂窝式通信***中基于多个频率再用因子来创建子信道的程序的示意图;
图7A是示出根据本发明的实施例、在OFDMA蜂窝式通信***中基于频率再用因子为1来创建子信道的程序的示意图;
图7B是示出根据本发明的实施例、被分配给形成OFDMA蜂窝式通信***的小区的、如图7A所示的子信道的集合的示意图;
图8A是示出根据本发明的实施例、在OFDMA蜂窝式通信***中基于频率再用因子K来创建子信道的程序的示意图;
图8B是示出根据本发明的实施例、被分配给形成OFDMA蜂窝式通信***的小区的扇区的、如图8a所示的子信道的组的示意图;
图9是示出根据本发明的第一实施例、在OFDMA蜂窝式通信***中基于多个频率再用因子的频率资源分配的示意图;
图10是示出根据本发明的第二实施例、在OFDMA蜂窝式通信***中基于多个频率再用因子来分配频率资源的程序的示意图;以及
图11是示出根据本发明的第二实施例、根据OFDMA蜂窝式通信***中SS的信道状态、基于频率再用因子来分配频率资源的程序的流程图。
具体实施方式
在下文中,将参考附图说明本发明的实施例。在下面的详细说明中,当可能使得本发明的主题不清楚时,将省略公知功能及其配置的详细说明。
图5是示出根据本发明的实施例、在正交频分多址(OFDMA)蜂窝式通信***中基于多个频率再用因子的频率资源分配操作的示意图。
如图5所示,如果用户台(SS)位于邻近基站(BS)的小区中心区域501,则载波对干扰及噪声比(CINR)相对高,所以用于SS的频率再用因子为1。如果SS位于小区边界区域503,则用于SS的频率再用因子大于1(K>1),防止CINR减小。如果SS从小区边界区域503移动到小区中心区域501,则所分配的SS频率资源从大于1(K>1)变为等于1(K=1)。
在OFDMA蜂窝式通信***中,在子信道单元中执行频率资源分配,该单元包括至少一个副载波。在此,参考图6说明根据本发明的实施例、在OFDMA蜂窝式通信***中基于多个频率再用因子来创建子信道的方法。
图6是示出根据本发明的实施例、在OFDMA蜂窝式通信***中基于多个频率再用因子来创建子信道的程序的示意图。
参考图6,如果OFDMA蜂窝式通信***使用N个副载波,则将该N个副载波分为G个群(group)。G个群的每一个由S个副载波组成,从而满足下面的等式:
N=S×G。
通过从G个群的每一个中选择一个副载波来创建第一子信道。通过从G个群的每一个中选择除已分配给第一子信道的副载波之外的一个副载波来创建第二子信道。可重复上述程序,直到G个群的所有副载波被分配给子信道为止。结果,创建了S个子信道的一个集合。
还可能通过改变副载波选择方案,创建具有不同于上述副载波的副载波的S个子信道的新集合。包括相互不同的副载波的S个子信道的集合的数量为(S!)G。在此,形成子信道的副载波的组合将被称为“副载波组合”。
在下面的说明中,从S个子信道的(S!)G个集合中选出的第n个子信道的集合,被定义为An,并且该子信道集合An的第m个子信道被定义为SCm n。在此,n=[0,(S!)G],m=[0,S-1]。形成相同子信道集合An的S个子信道(SCm n和SCj n)相互正交。因此,形成S个子信道的每个的副载波可能相互不冲突。
此外,将形成子信道相互不同的集合的子信道(SCm n和SCl k,n≠k)对齐,而不确保它们之间的正交性。因此形成相互不同的子信道的副载波可能相互冲突。此外,从S个子信道的(S!)G个集合中选择C个子信道集合An。此时,如果从C个子信道集合An的每一个中分别选择预定的子信道,则具有冲突特性的副载波的数量可能均匀(uniform)。结果,带有两个子信道集合之间的冲突特性的副载波的总数与子信道的数量成比例。结果,通过从S个子信道的(S!)G个集合中选择副载波来创建子信道集合。可通过不同的方案来创建带有相互不同的副载波组合并且副载波呈现均匀的冲突特性的C个子信道集合。
在下文中,将说明一种在OFDMA蜂窝式通信***中管理频率再用因子为1的子信道的方法。
首先,当频率再用因子等于1时,OFDMA蜂窝式通信***的预定小区中的所有副载波(所有子信道)可被用于邻近的信道。
如果每个小区使用具有相同副载波组合的子信道集合,(即,如果每个小区使用相同的An),则在每个子信道中依赖于其信道状态可不同地发生干扰。因此,当将当前测量信道信息应用到下一持续时间时,不可能预测信道状态。
在下文中,参考图7A和7B来说明当频率再用因子为1时创建子信道的方法。
图7A是示出根据本发明的实施例、当在OFDMA蜂窝式通信***中应用频率再用因子1时创建子信道的程序的示意图。
参考图7A,如果OFDMA蜂窝式通信***使用N个副载波,则可通过不同的副载波选择方案来从该N个副载波创建C个子信道集合An。图7B是示出根据本发明的实施例、被分配给形成OFDMA蜂窝式通信***的小区的、对应于图7A的副载波的集合的示意图。
参考图7B,将C个子信道集合An分配给形成OFDMA蜂窝式通信***的小区。C个子信道集合An的每一个子信道与同一子信道集合中的其他子信道正交,而关于不同子信道集合的子信道呈现均匀的冲突特性。因此,如果将C个子信道集合An分配给每个小区,则由于副载波的均匀冲突特性,可平均来自邻近小区的干扰成分。因此,如果邻近小区中使用的资源的数量没有改变,则可以保持预定时间单元内测量的信道状态信息的有效性。以这种方式,OFDMA蜂窝式通信***可基于频率再用因子1来有效地管理子信道。
然而,尽管可以平均小区间干扰的数量,CINR仍可能从邻近小区的干扰成分减小。特别是,在小区边界区域中,CINR显著地减小。
具有非常低的速率的误差校正编码、和具有较低调制顺序的调制方案,可被应用于位于小区边界区域的SS,以确保无线蜂窝式通信***的服务覆盖范围。然而,具有非常低的速率的误差校正编码、和具有较低调制顺序的调制方案可降低带宽效率,从而显著地降低位于小区边界区域的SS的传输速率。
在下文中,将参考表1来说明在基于频率再用因子1的OFDMA蜂窝式通信***中,SS的平均传输速率和根据小区半径的平均传输速率。已通过利用循环法调度方案的模拟测试来获得表1中示出的值,在该方案中,对信道环境都考虑了长期衰落(fading)和短期衰落。也就是说,将小区/扇区分为多个同心圆,其相互不重叠并具有预定区域。然后,计算被分配给每个同心圆的每个SS的平均传输速率。此后,计算每个SS的平均传输速率,以获得对每个半径(每个同心圆)的平均传输速率。在该表中,小区半径被归一化为最大小区半径。
可将对每个半径的平均传输速率定义为关于小区区域大小的每个SS的传输速率的函数。表1中示出的平均传输速率是分配给同心圆的SS的传输速率的平均值,当SS向小区或扇区的边界区域移动时其被逐渐降低。由于这个原因,与具有最大尺寸的圆相对应的平均传输速率,由于采用频率再用因子1的OFDMA蜂窝式通信***的邻近小区/扇区的干扰成分而低于小区/扇区的中心区域附近的平均传输速率。
表1
小区半径 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1.0 | 1.0~ |
SS的平均速率 | 1.00 | 0.90 | 0.75 | 0.64 | 0.50 | 0.40 | 0.26 | 0.23 | 0.17 | 0.17 | 0.13 |
对半径的平均速率 | 0.26 | 0.60 | 0.83 | 0.89 | 1.00 | 0.90 | 0.63 | 0.49 | 0.37 | 0.24 | 0.25 |
如上所述,OFDMA蜂窝式通信***通过考虑来自邻近小区/扇区的干扰成分来使用频率再用因子K。因此,限制了对邻近小区/扇区施加影响的频率资源的使用。例如,带有频率再用因子K的OFDMA蜂窝式通信***使用K个频率带,每个都相互不同。可选地,该***在逻辑上将一个频率带中包括的副载波分为K个副载波群。
根据本发明,一个频率带中包括的副载波被分为K个副载波群,并基于该K个副载波群来管理频率再用因子K。
在下文中,将参考图8A和图8B来说明在基于频率再用因子K的OFDMA蜂窝式通信***中创建子信道的程序。
图8A是示出根据本发明实施例、在基于频率再用因子K的OFDMA蜂窝式通信***中创建副载波的程序的示意图。在一个频率带中形成的副载波被分为K个副载波群,并且基于该K个副载波群来管理频率再用因子K。在图8A中,频率再用因子为3(K=3)。
形成预定子信道集合An的S个子信道被分为3个独立(exclusive)的子信道群,定义为An α、An β和An γ。图8B是示出如图8A所示的、被分配给形成OFDMA蜂窝式通信的小区的扇区的副载波的群的示意图。
参考图8B,在频率再用因子3下,将3个子信道群An α、An β和An γ分配给小区的每个扇区。在理想情况下,小区/扇区间很少发生干扰,从而位于小区或扇区的边界区域中的SS的平均传输速率可增加。然而,分配给每个小区或扇区的资源被减少到1/3,所以减少了小区或扇区的容量。
在下文中,将参考表2说明基于频率再用因子1的OFDMA通信***中根据小区半径的平均传输速率。已通过利用循环法调度方案的模拟测试获得了表2中示出的值,在该方案中,对信道环境都考虑了长期衰落和短期衰落。在该表中,小区半径被归一化为最大小区半径。
表2
小区半径 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1.0 | 1.0~ |
频率再用因子“1” | 113 | 267 | 378 | 411 | 467 | 428 | 306 | 242 | 181 | 118 | 123 |
频率再用因子“3” | 90 | 220 | 314 | 320 | 401 | 379 | 326 | 268 | 222 | 152 | 164 |
如从表2所看到的,与采用频率再用因子1的OFDMA蜂窝式通信***相比,采用频率再用因子3在小区或扇区的边界区域产生较高的传输速率,而在邻近于BS的小区中心区域产生较低的传输速率。这个结果是因为来自邻近小区或扇区的干扰成分在小区中心区域由于长期衰落而被减小。此外,因为采用频率再用因子3的OFDMA蜂窝式通信***可使用资源的1/3,所以也减少了***容量。
在下文中,将说明根据本发明的实施例、采用频率再用因子1和K以提高OFDMA蜂窝式通信***的带宽效率和***容量的方法。如上参考图5所述,相对弱的干扰被施加于位于小区中心区域的SS。位于小区中心区域的SS可基于频率再用因子1来操作。相反,位于小区边界区域的SS可以以K>1来操作,以减少从邻近小区或扇区施加于SS的干扰成分。也就是说,如果OFDMA蜂窝式通信***采用频率再用因子1和K,则在小区/扇区的边界区域中可减少从邻近小区/扇区施加于SS的干扰,并且在小区中心区域可以提高***容量。
然而,如果OFDMA蜂窝式通信***采用频率再用因子1和K,而不在物理上区别它们,则导致相对大的干扰成分。结果,可能减小具有频率再用因子K的SS的CINR,并且显著地降低其性能。为解决上述问题,在具有相互不同频率再用因子的频率资源之间确保正交性。
在下文中,将说明根据本发明的第一和第二实施例、基于多个频率再用因子而分配频率资源的方法。根据本发明的第一实施例,将不同的频率再用因子应用于相互不同的时域。
根据本发明的第二实施例,将不同的频率再用因子应用于相互不同的频率资源。
首先,将参考图9说明根据本发明的第一实施例、在基于多个频率再用因子的OFDMA蜂窝式通信***中分配频率资源的方法。
图9是示出根据本发明的第一实施例、在OFDMA蜂窝式通信***中基于多个频率再用因子的频率资源分配的示意图。
如图9所示,根据本实施例的频率资源分配方案,预定时域,即一个帧900被分为时域中采用频率再用因子1的场(field)903以及采用频率再用因子K的场905。在采用频率再用因子1的场903中,OFDMA蜂窝式通信***的所有小区/扇区如此使用相互不同的子信道集合,使得能以频率再用因子1来管理所有的小区/扇区。在采用频率再用因子K的场905中,每个小区/扇区如此使用相同的子信道集合,使得能以频率再用因子K来管理小区/扇区。特别是,不同子信道集合被分为K个独立的群,从而可以使用它们之一。
在下文中,将参考图10说明根据本发明的第二实施例、在OFDMA蜂窝式通信***中基于多个频率再用因子来分配频率资源的程序。
图10是示出根据本发明的第二实施例、在OFDMA蜂窝式通信***中基于多个频率再用因子来分配频率资源的程序的示意图。
参考图10,如果OFDMA蜂窝式通信***使用N个副载波,则将该N个副载波分为G个群。在此,G个群的每一个由S个副载波组成,从而满足下面的等式:
N=S×G。
此外,G个群的每一个被分为两个子群,并且该子群包括S1个副载波和S2个副载波。
首先,通过从G个子群的每一个中选择一个副载波来创建第一子信道。通过从G个子群的每一个中选择除已分配给第一子信道的副载波以外的一个副载波来创建第二子信道。可重复上述程序,直到将G个子群的所有副载波分配给子信道为止。结果,创建了S1个子信道的集合。此外,如上所述,还有可能通过变化副载波选择方案来创建具有不同于上述副载波的副载波的C个子信道的新集合An。新集合An的子信道在同一子信道集合中相互正交,而关于其他子信道集合中的子信道呈现均匀的冲突特性。将子信道集合An分配给每个小区/扇区,使得能以频率再用因子1来管理小区/扇区。
接着,通过从包括SK个副载波的G个子群的每一个中选择一个副载波来创建第一子信道。通过从G个子群的每一个中选择除已分配给第一子信道的副载波以外的一个副载波来创建第二子信道。可重复上述程序,直到将G个子群的所有副载波分配给子信道为止。结果,创建了SK个子信道的集合。子信道被分为K个独立的子信道群,并被分配给K个小区/扇区的每一个,从而能以频率再用因子K来管理小区/扇区。特别是,因为采用频率再用因子1的子信道和采用频率因子K的子信道包括相互不同的副载波,所以可阻止干扰,即使同时使用频率再用因子1和K。
表3示出了根据本发明的第一和第二实施例、OFDMA蜂窝式通信***基于多个频率再用因子而执行频率资源分配的模拟测试结果。
通过将中央小区的扇区的平均单位传输速率应用于扇区和小区、而将理想天线模型和实际天线模型应用于每个扇区,来对3个扇区和19个小区执行模拟测试。此外,在路径衰减索引为3.8的条件下获得模拟测试结果。通过考虑衰落以单路径模型来执行该模拟测试,而如果呈现阴影(shadowing),则应用8dB的阴影标准偏差。
当采用频率再用因子3时,支持时间资源和频率资源,从而3个扇区中的干扰被最小化。此外,以同一比率将频率再用因子1和3分配给OFDMA蜂窝式通信***。也就是说,在频域中使用S1=SK,则频率再用因子1的长度与频率再用因子3的长度在时域中一样。
表3
| 理想天线 | 实际天线 |
实际天线(R-ANT)、衰落、阴影 |
频率再用因子“1”(bps/Hz) | 1.70 | 1.07 | 0.97 |
频率再用因子“1”、“3”(bps/Hz) | 1.86 | 1.19 | 1.08 |
传输速率增益(%) |
11.0 |
11.2 |
11.1 |
如表3所示,当根据本发明第一和第二实施例将频率再用因子1和3应用于OFDMA蜂窝式通信***时,考虑每扇区的平均单位传输速率(比特/赫兹/秒),与仅采用频率再用因子1的OFDMA蜂窝通信的***性能相比,***性能提高了大约10%。
如上所述,当传输实际的用户分组时,分配带有不同再用因子的频率资源。依赖于接收机的信道状态,将具有预定频率再用因子的频率资源(OFDM码元或子信道)分配用于传输用户分组。在此,接收机的信道状态包括接收机中的干扰或对应于干扰的参数。根据本发明,接收机的信道状态是指CINR。因为最大的干扰可能发生在频率再用因子为1时,所以可通过使用关于频率再用因子等于1的CINR来执行频率资源分配。可进行根据接收机的信道状态的频率资源的分配,从而将具有频率再用因子1的频率资源主要分配用于待传输到具有最大CINR的接收机的用户分组。具有最大频率再用因子的频率资源最终被分配给待传输到具有最小CINR的接收机的用户分组。
图11是示出根据本发明的第二实施例、根据OFDMA蜂窝式通信***中的SS的信道状态,基于其频率再用因子来分配频率资源的程序的流程图。
参考图11,将信道状态信息从每个SS反馈给BS(步骤S1101),并且BS根据SS的信道状态信息来分配具有相互不同的频率再用因子的频率资源(步骤S1102)。此外,BS根据在步骤S1102分配给SS的、带有不同频率资源的频率资源,对SS进行分类,以用于数据传输(步骤S1103),并通过根据预定调度算法调度SS而将数据传输到SS(步骤S1104)。
如上所述,根据本发明,在OFDMA蜂窝式通信***中,基于多个频率再用因子来分配频率资源,从而在小区边界区域不降低CINR,从而提高***性能。此外,根据本发明,根据SS的信道状态来应用多个频率再用因子,从而能增加***容量并能提高服务的可靠性。
尽管已参考某些优选实施例来显示和说明了本发明,本领域技术人员仍将理解,只要不脱离权利要求所定义的本发明的精神和范围,可对本发明进行各种形式和细节的修改。