專利名稱：三扇區(qū)正交頻分復(fù)用無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的頻率復(fù)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體涉及一種三扇區(qū)正交頻分復(fù)用無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的頻率復(fù)用方法。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)能夠很好地抵抗頻率選擇性衰落所引起的符號(hào)間干擾(ISI)以及更加充分地利用頻譜資源。頻率復(fù)用是蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心概念，其是指相隔一定距離的小區(qū)內(nèi)的用戶可以使用相同的頻段，從而提高頻譜效率。在使用全向天線的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中，天線在各個(gè)方向都有信號(hào)發(fā)送，當(dāng)采用頻率復(fù)用因子為1的復(fù)用方式即所有小區(qū)使用相同的頻段時(shí)，一個(gè)蜂窩小區(qū)將會(huì)受到來自全部六個(gè)相鄰小區(qū)的同頻干擾，因此信號(hào)載波干擾比將會(huì)變得極小基本無法滿足用戶的服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求。于是為了降低全向天線帶來的極大的同頻干擾，一些無線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中采用了扇區(qū)化技術(shù)，引入了定向天線。其中比較典型的就是三扇區(qū)劃分模式的無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)。三扇區(qū)劃分模式是指基于裂向技術(shù)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，其將蜂窩中每一個(gè)正六邊形的小區(qū)劃分為三個(gè)120°的扇區(qū)，在小區(qū)中心基站處為每個(gè)扇區(qū)配置一根定向天線來覆蓋該扇區(qū)，同時(shí)將蜂窩網(wǎng)絡(luò)所使用的總頻段平分為三段，分配給三個(gè)扇區(qū)使用，并且相鄰小區(qū)的鄰接扇區(qū)之間所使用的頻段不同。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，從張業(yè)榮、竺南直所編著的《蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化》(電子工業(yè)出版社，2003)書中第一章第7節(jié)中提及通常基于裂向技術(shù)的扇區(qū)化無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，一般采用一個(gè)移動(dòng)臺(tái)只與一個(gè)定向天線進(jìn)行通信的一一對(duì)應(yīng)模式。而移動(dòng)臺(tái)在某一時(shí)刻只能使用定向天線提供的一段頻段進(jìn)行通信。這種一一對(duì)應(yīng)的頻率復(fù)用模式的缺點(diǎn)是由于單天線的發(fā)送功率有限，再加上其它天線對(duì)其的同頻干擾，于是在該模式下那些處于扇區(qū)邊緣的移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào)的載波干擾比較低，達(dá)不到用戶的服務(wù)質(zhì)量要求。因此在這種的頻率復(fù)用方式下，為了提高移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào)載干比，通常采用提高頻率復(fù)用因子(比如頻率復(fù)用因子為3，即3個(gè)小區(qū)共同使用全部可用頻率)，增加同頻扇區(qū)間隔距離的方式來降低扇區(qū)間的同頻干擾。而該方式帶來的問題就是蜂窩網(wǎng)絡(luò)的可用信道總數(shù)大大地降低，大幅降低了網(wǎng)絡(luò)的頻率復(fù)用水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種三扇區(qū)正交頻分復(fù)用無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的頻率復(fù)用方法。使其允許一個(gè)移動(dòng)臺(tái)在某一時(shí)刻可以同時(shí)使用不同定向天線所提供的不同頻段進(jìn)行無線通信。本發(fā)明采用多種天線模式共存的方式，在不大幅提高網(wǎng)絡(luò)頻率復(fù)用因子的基礎(chǔ)上，很好地解決了處于扇區(qū)邊緣的移動(dòng)臺(tái)收發(fā)信號(hào)載干比過小而無法達(dá)到用戶QoS要求的問題。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明基于三扇區(qū)劃分模式，蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)臺(tái)與基站之間采用三種通信方式，正常情況下用戶只與一個(gè)定向天線進(jìn)行連接，采用一發(fā)一收模式，當(dāng)用戶處于扇區(qū)邊緣或基站信號(hào)強(qiáng)度較弱的區(qū)域時(shí)，蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)臺(tái)可以同時(shí)與2或3根定向天線同時(shí)通信，上行鏈路采用頻率分集、天線分集的一發(fā)兩收、一發(fā)三收，下行鏈路采用頻率分集、天線分集的兩發(fā)一收、三發(fā)一收，利用分集增益提高用戶接收信號(hào)載干比，從而達(dá)到滿足用戶QoS要求的目的。
以下對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，具體步驟如下(1)設(shè)置好單天線模式、雙天線模式和三天線模式的信號(hào)載干比下限，保證用戶在模式切換前后能始終得到符合其QoS要求的信號(hào)質(zhì)量；(2)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入蜂窩網(wǎng)絡(luò)后，首先工作于單天線模式下；(3)檢測(cè)移動(dòng)臺(tái)在單天線工作模式下收發(fā)信號(hào)的載波干擾比是否低于單天線模式的下限，是則進(jìn)入步驟(4)，否則維持現(xiàn)狀；(4)選擇除現(xiàn)有天線外能提供最大載波干擾比的一根天線，與現(xiàn)有天線一起與移動(dòng)臺(tái)連接，通過在上下行鏈路應(yīng)用頻率分集、天線分集技術(shù)(例如Alamouti的發(fā)送分集實(shí)現(xiàn)方案)，獲得分集增益提高信號(hào)載干比；(5)檢測(cè)用戶在兩天線工作模式下所接收信號(hào)的載波干擾比是否低于雙天線模式的下限，是則進(jìn)入步驟(6)，否則維持現(xiàn)狀；(6)選擇除現(xiàn)有天線外能提供最大載波干擾比的一根天線，與現(xiàn)有兩根天線一起與移動(dòng)臺(tái)連接，通過在上下行鏈路應(yīng)用頻率分集、天線分集技術(shù)，獲得分集增益提高信號(hào)載干比；(7)檢測(cè)用戶在三天線工作模式下所接收信號(hào)的載波干擾比是否低于三天線模式的下限，是則拒絕網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)為用戶提供服務(wù)(即用戶與基站連接被中斷)，否則維持現(xiàn)狀。
其中所述的各種天線模式的信號(hào)載干比下限值，是由用戶業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求(傳輸速率、比特誤差率等等)所決定的。例如數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)所要求的比特誤差率要比語音業(yè)務(wù)低，那么相應(yīng)的，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的各種天線模式的信號(hào)載干比下限就要比語音業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)模式的信號(hào)載干比下限高。該數(shù)值可以根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境和業(yè)務(wù)要求，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試或模擬仿真的方式來靈活地確定。
本發(fā)明利用OFDM技術(shù)易于進(jìn)行子信道分配的特點(diǎn)以及應(yīng)用發(fā)送分集和接收分集技術(shù)，在保證頻率復(fù)用因子接近于1的前提下，依據(jù)用戶與基站所傳信號(hào)的載波干擾比的大小，為各個(gè)用戶選擇較為合適的服務(wù)模式，包括單天線模式、雙天線模式和三天線模式。雖然采用分集技術(shù)會(huì)一定程度地降低無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)地頻率復(fù)用水平，但是因?yàn)橹皇窍薅ㄔ谡麄€(gè)扇區(qū)中的一小部分區(qū)域應(yīng)用分集，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)整體的頻率復(fù)用水平?jīng)]有太大的影響。而且由于本發(fā)明是基于OFDM技術(shù)的，因此用戶可以很方便地占用不同扇區(qū)的子信道實(shí)現(xiàn)頻率分集。
本發(fā)明通過引入天線分集和頻率分集的方式，使得頻率復(fù)用因子接近于1的同時(shí)處于扇區(qū)邊緣的移動(dòng)臺(tái)的接收信號(hào)載干比能夠達(dá)到用戶QoS要求，實(shí)現(xiàn)三扇區(qū)無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中在不大幅提高頻率復(fù)用因子的前提下，降低扇區(qū)之間的同頻干擾，從而提高網(wǎng)絡(luò)容量。


圖1三扇區(qū)OFDM無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)示意2本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例定向天線的角度功率增益譜3本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例第1小區(qū)第1扇區(qū)中定向天線發(fā)送信號(hào)的CIR分布圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，給出了三扇區(qū)OFDM無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的一部分共7個(gè)正六邊形小區(qū)作為本方案演示的蜂窩網(wǎng)區(qū)域，圖中7個(gè)小區(qū)用數(shù)字1、2、3、……、7表示，其中每個(gè)小區(qū)又被分割為120°角的使用不同頻段的三個(gè)扇區(qū)，圖中用數(shù)字①、②、③表示，這三個(gè)頻段由OFDM蜂窩網(wǎng)絡(luò)所使用的總頻段平均分割得到。每個(gè)扇區(qū)設(shè)置一根定向天線提供通訊服務(wù)，圖中用箭頭表示了定向天線的主方向(位于120°角的平分線上)。
以下結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供一個(gè)具體應(yīng)用實(shí)例如圖1所示，首先建立一個(gè)7小區(qū)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，其扇區(qū)分布和天線設(shè)置方式如下每個(gè)小區(qū)每個(gè)扇區(qū)配置1個(gè)120°定向天線，覆蓋本扇區(qū)的范圍，天線架設(shè)主方向如圖中紅色箭頭所示；序號(hào)相同的扇區(qū)，復(fù)用相同的天線頻段，且相互干擾；序號(hào)不同的扇區(qū)使用不同的天線頻段。
該網(wǎng)絡(luò)中所使用的定向天線，其角度功率增益譜如圖2所示。同時(shí)該角度功率增益(單位dB)分布還可以用下式表示P(θ)=0|θ|≤θ10.23*(θ1-|θ|)θ1≤|θ|≤θ2-25|θ|≥θ2---(1)]]>其中θ為方位角，單位為度，設(shè)該定向天線的參數(shù)角度θ1和θ2分別為47°和156°。
對(duì)于該實(shí)例進(jìn)行仿真所使用的信道模型為大尺度衰落模型中的考慮了對(duì)數(shù)陰影的路徑損耗模型。
依據(jù)該信道模型和定向天線的角度功率增益譜，可得到與定向天線距離為r、相對(duì)定向天線方位角為θ的移動(dòng)臺(tái)的接收功率Pr與基站天線的發(fā)送功率Pt的關(guān)系為Pr＝P(θ)*Pt*r-α*10(X(σ)/10)(2)其中，α為與距離特性有關(guān)的指數(shù)衰減因子，X(σ)為標(biāo)準(zhǔn)差為σ的零均值高斯隨機(jī)變量，單位為dB。該實(shí)例中，設(shè)指數(shù)衰減因子為α＝4；陰影分布X(σ)的標(biāo)準(zhǔn)差σ＝0dB。
在以上所述的7小區(qū)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)上面設(shè)置的仿真參數(shù)通過仿真得到小區(qū)1中扇區(qū)①的定向天線發(fā)送的信號(hào)的載波干擾比(CIR)在本扇區(qū)中的大致分布。圖3畫出了CIR分別為3dB、6dB和9dB的等高線。
其中9dB為單天線工作模式下，移動(dòng)臺(tái)正常工作所需的CIR底限，6dB為雙天線工作模式下，移動(dòng)臺(tái)正常工作所需的CIR底限，3dB為三天線工作模式下，移動(dòng)臺(tái)正常工作所需的CIR底限。
由圖3可知，當(dāng)該實(shí)例中的蜂窩網(wǎng)絡(luò)采用傳統(tǒng)的頻率復(fù)用方式(即一個(gè)移動(dòng)臺(tái)同時(shí)只能由一個(gè)天線為其提供通信服務(wù)的單天線模式)，在頻率復(fù)用因子為1的情況下，那么，該網(wǎng)絡(luò)中將有10％～11％的區(qū)域天線輻射無法覆蓋到，成為盲區(qū)。而要想消除這些盲區(qū)，只能使用傳統(tǒng)頻率復(fù)用方式的網(wǎng)絡(luò)必須整數(shù)倍地提高頻率復(fù)用因子，由1至少提升至2。如果該蜂窩網(wǎng)絡(luò)采用本發(fā)明中的頻率復(fù)用方法時(shí)，通過多天線的工作模式，使得天線輻射可以達(dá)到全網(wǎng)絡(luò)覆蓋。而相對(duì)的，頻率復(fù)用因子可以從先前的1提高到1.15不到。
由該實(shí)例可以看出，應(yīng)用本發(fā)明的頻率復(fù)用方法后，可更加靈活地非整數(shù)倍地調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)頻率復(fù)用因子，以使得網(wǎng)絡(luò)中天線輻射的覆蓋能力達(dá)到所需要求。
權(quán)利要求
1.一種三扇區(qū)正交頻分復(fù)用無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的頻率復(fù)用方法，其特征在于，在基于三扇區(qū)劃分的蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，用戶根據(jù)信號(hào)載干比門限，動(dòng)態(tài)地調(diào)整用于通信的天線個(gè)數(shù)，形成上行鏈路一發(fā)兩收、一發(fā)三收的頻率分集、天線分集模式，下行鏈路兩發(fā)一收、三發(fā)一收的頻率分集、天線分集模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三扇區(qū)正交頻分復(fù)用無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的頻率復(fù)用方法，其特征是，具體步驟如下(1)設(shè)置好單天線模式、雙天線模式和三天線模式的信號(hào)載干比下限，保證用戶在模式切換前后能始終得到符合其QoS要求的信號(hào)質(zhì)量；(2)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入蜂窩網(wǎng)絡(luò)后，首先工作于單天線模式下；(3)檢測(cè)移動(dòng)臺(tái)在單天線工作模式下收發(fā)信號(hào)的載波干擾比是否低于單天線模式的下限，是則進(jìn)入步驟(4)，否則維持現(xiàn)狀；(4)選擇除現(xiàn)有天線外能提供最大載波干擾比的一根天線，與現(xiàn)有天線一起與移動(dòng)臺(tái)連接，通過在上下行鏈路應(yīng)用頻率分集、天線分集技術(shù)，獲得分集增益提高信號(hào)載干比；(5)檢測(cè)用戶在兩天線工作模式下所接收信號(hào)的載波干擾比是否低于雙天線模式的下限，是則進(jìn)入步驟(6)，否則維持現(xiàn)狀；(6)選擇除現(xiàn)有天線外能提供最大載波干擾比的一根天線，與現(xiàn)有兩根天線一起與移動(dòng)臺(tái)連接，通過在上下行鏈路應(yīng)用頻率分集、天線分集技術(shù)，獲得分集增益提高信號(hào)載干比；(7)檢測(cè)用戶在三天線工作模式下所接收信號(hào)的載波干擾比是否低于三天線模式的下限，是則拒絕網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)為用戶提供服務(wù)，即用戶與基站連接被中斷，否則維持現(xiàn)狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三扇區(qū)正交頻分復(fù)用無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的頻率復(fù)用方法，其特征是，所述的單天線模式、雙天線模式和三天線模式的信號(hào)載干比下限，是由用戶業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求所決定的，該數(shù)值根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境和業(yè)務(wù)要求，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試或模擬仿真的方式來靈活地確定。
全文摘要
一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的三扇區(qū)正交頻分復(fù)用無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的頻率復(fù)用方法，蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)臺(tái)與基站之間采用三種通信方式，正常情況下用戶只與一個(gè)定向天線進(jìn)行連接，采用一發(fā)一收模式，當(dāng)用戶處于扇區(qū)邊緣或基站信號(hào)強(qiáng)度較弱的區(qū)域時(shí)，蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)臺(tái)可以同時(shí)與2或3根定向天線同時(shí)通信，上行鏈路采用頻率分集、天線分集的一發(fā)兩收、一發(fā)三收，下行鏈路采用頻率分集、天線分集的兩發(fā)一收、三發(fā)一收，利用分集增益提高用戶接收信號(hào)載干比，從而達(dá)到滿足用戶QoS要求的目的。本發(fā)明采用多種天線模式共存的方式，在不大幅提高網(wǎng)絡(luò)頻率復(fù)用因子的基礎(chǔ)上，很好地解決了處于扇區(qū)邊緣的移動(dòng)臺(tái)收發(fā)信號(hào)載干比過小而無法達(dá)到用戶QoS要求的問題。
文檔編號(hào)H04B7/04GK1713766SQ200510027950
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月21日
發(fā)明者牟大維, 甘小鶯, 張春玲, 徐友云, 張海濱 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)