專利名稱:一種ofdm移動中繼網(wǎng)絡(luò)中動態(tài)協(xié)同傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及移動通信技術(shù),具體涉及一種OFDM移動中繼網(wǎng)絡(luò)中動態(tài)協(xié)同傳輸方法和該方法中采用的重用貪婪的資源分配算法。
背景技術(shù):
在IMT-Advance移動通信系統(tǒng)中將會采用3.4GHZ~3.6GHz的頻帶,和3G移動通信系統(tǒng)采用的1.8GHz~2.3GHz頻帶相比,頻率提高了很多,路徑損耗將大大增加。為了克服路徑損耗增加而帶來的小區(qū)覆蓋縮小的問題。移動中繼作為一種覆蓋擴展技術(shù)得到了越來越多的研究。移動中繼是一種可以有效擴大無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍,提高系統(tǒng)吞吐量的方法。通常RS(中繼站)的復(fù)雜度比BS(基站)小得多,因此在滿足一定系統(tǒng)覆蓋和吞吐量指標(biāo)要求時,通過部署中繼站可以降低網(wǎng)絡(luò)的整體部署成本。在移動中繼網(wǎng)絡(luò)中,資源有效利用和干擾避免是兩個重要問題。
在標(biāo)準(zhǔn)IEEE Standard for Local and Metropolitan area networks,Part 16Air Interferencefor Fixed Broadband Wireless Access System,oct.2004和IEEE Standard for Local andMetropolitan area networks,Part 16Air Interface for Fixed and Mobile Broadband WirelessAccess Systems Amendment 2Physical and Medium Access Control Layers for CombinedFixed and Mobile Operation in Licensed Bands and Corrigendum 1,F(xiàn)eb.2006中的下行鏈路OFDMA子載波分配算法中,導(dǎo)頻信號首先分配到多個子載波上,然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)子信道的分配。由于不存在將導(dǎo)頻與數(shù)據(jù)子信道聯(lián)系起來的機制,因此所有的數(shù)據(jù)子信道都可以利用所有導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計。這種子載波分配算法禁止在一個正交頻分復(fù)用(OFDM)符號中同時進(jìn)行多個BS/RS傳輸,因為這會造成終端信道估計的錯誤。BS和RS在一個導(dǎo)頻符號中同時傳輸導(dǎo)致導(dǎo)頻碰撞的情況如圖1所示。
在圖1所示的移動中繼網(wǎng)絡(luò)中,SS1終端屬于RS中繼站并且處于BS基站和RS中繼站的重疊覆蓋區(qū)域中;SS2終端屬于BS并只處于BS的覆蓋范圍內(nèi)。從BS到SS1的信道響應(yīng)為H1(k),從RS到SS1的信道響應(yīng)為H2(k),從BS到SS2的信道響應(yīng)為H3(k),其中k為用戶索引。RS通過數(shù)據(jù)子信道2將數(shù)據(jù)傳送給SS1,同時BS通過數(shù)據(jù)子信道1將數(shù)據(jù)傳送給SS1。BS和RS將導(dǎo)頻信號插入到OFDM符號中。如果RS和BS同時在同一個OFDM符號中傳送數(shù)據(jù),即并行傳輸,SS1將會收到疊加的導(dǎo)頻信號(一個來自RS,另一個來自BS)。因此SS1將會估計出錯誤的疊加的導(dǎo)頻信道響應(yīng),即H1(k)+H2(k),并將這個信道響應(yīng)用于SS1數(shù)據(jù)接收估計,而不是和數(shù)據(jù)信道響應(yīng)正確匹配的H2(k)。這樣將大大降低SS1的性能,這一問題稱為導(dǎo)頻碰撞。類似地,當(dāng)多個RS中繼站同時在一個OFDM符號中進(jìn)行發(fā)送時也會發(fā)生導(dǎo)頻碰撞。導(dǎo)頻碰撞不僅會降低終端正確接收數(shù)據(jù)的性能,而且會降低資源的有效利用。即使BS基站在OFDM符號有空閑的資源,RS中繼站也無法使用該空閑資源。類似地,即使1個中繼站的數(shù)據(jù)沒有占滿1個OFDM符號中的全部子載波,BS基站和其他相鄰的中繼站也無法使用剩余的資源。因此需要在不改變終端工作方式的前提下解決導(dǎo)頻碰撞的問題,使BS/RS之間有效地實現(xiàn)資源的共享利用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種OFDM移動中繼網(wǎng)絡(luò)中動態(tài)協(xié)同傳輸?shù)姆椒?,本發(fā)明在BS基站和RS中繼站上采用動態(tài)協(xié)同傳輸解決導(dǎo)頻碰撞的問題,如果第一組終端處于基站BS和中繼站RS的重疊覆蓋區(qū)內(nèi),第二組終端只處于BS的覆蓋區(qū)內(nèi),則在同一個OFDM符號中的BS和RS并行傳輸過程中,BS傳輸導(dǎo)頻、所述第一組終端的數(shù)據(jù)和所述第二組終端的數(shù)據(jù),RS傳輸導(dǎo)頻和所述第一組終端的數(shù)據(jù);所述第一組終端的數(shù)據(jù)和所述第二組終端的數(shù)據(jù)在不同的數(shù)據(jù)子信道中進(jìn)行傳輸,由BS上的調(diào)度程序確定。
第三組終端只處于RS的覆蓋區(qū)內(nèi),RS還傳輸?shù)谌M終端的數(shù)據(jù),所述第一組終端的數(shù)據(jù)和所述第三組終端的數(shù)據(jù)在不同的數(shù)據(jù)子信道中進(jìn)行傳輸,由BS上的調(diào)度程序確定。
本發(fā)明的目的在于提供一種OFDM移動中繼網(wǎng)絡(luò)中動態(tài)協(xié)同傳輸?shù)姆椒?,本發(fā)明在BS基站和RS中繼站上采用動態(tài)協(xié)同傳輸解決導(dǎo)頻碰撞的問題,如果第一組終端處于基站BS和中繼站RS的重疊覆蓋區(qū)內(nèi),第二組終端只處于RS的覆蓋區(qū)內(nèi),則在同一個OFDM符號中的BS和RS并行傳輸過程中,BS傳輸導(dǎo)頻和所述第一組終端的數(shù)據(jù),RS傳輸導(dǎo)頻、所述第一組終端的數(shù)據(jù)和所述第二組終端的數(shù)據(jù);所述第一組終端的數(shù)據(jù)和所述第二組終端的數(shù)據(jù)在不同的數(shù)據(jù)子信道中進(jìn)行傳輸,由BS上的調(diào)度程序確定。
可選地,第一組終端僅包括1個終端,和/或第二組終端僅包括1個終端。
可選地,在調(diào)度靠近BS的屬于RS的終端時,只要滿足該終端的性能要求,則可以降低BS和RS的總傳輸功率。
為了充分利用動態(tài)協(xié)同傳輸,實現(xiàn)資源重用和獲得空間分集需要靈活的調(diào)度方法。本發(fā)明公開一種重用貪婪的資源分配算法,一方面最大程度地重用資源,另一方面盡可能地避免由于導(dǎo)頻碰撞導(dǎo)致的資源不可用而空閑,所述重用貪婪的資源分配算法包括4個步驟 步驟1對終端進(jìn)行分類,即根據(jù)終端到BS和RS的信噪比值將終端分成不同的類別; 步驟2根據(jù)頻率重用因子FRF確定初始重用組; 步驟3首先根據(jù)終端數(shù)據(jù)多少,調(diào)整不同初始重用組中的終端,盡可能實現(xiàn)頻率復(fù)用;然后,對不同的初始重用組進(jìn)行復(fù)用,以完全利用整個OFDM的所有子載波。
步驟4協(xié)同傳輸,即確定受到導(dǎo)頻碰撞影響的終端,計算BS和RS上不同終端的導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)傳輸功率,并完成到各終端的協(xié)同傳輸。
優(yōu)選地,所述步驟1包括如果從終端到BS/RS和其他的BS/RS的信噪比值差別大于某一閾值,則將該終端歸類成只處于信噪比質(zhì)量最好的BS/RS的覆蓋區(qū)內(nèi)的終端,否則根據(jù)信噪比值差別將該終端歸入不同的重疊覆蓋區(qū)。
優(yōu)選地,所述某一閾值為20dB。
優(yōu)選地,所述步驟2包括根據(jù)從高FRF到低FRF的終端分類情況,獲得初始重用組,如果某一終端屬于某一個高FRF的重用組,則應(yīng)將該終端從所有低FRF的重用組中移出。
優(yōu)選地,所述步驟3中的根據(jù)終端數(shù)據(jù)多少,調(diào)整不同初始重用組中的終端包括把高FRF的重用組中的終端移到低FRF的重用組中,騰出相應(yīng)的子載波,再把更低FRF的重用組中的終端移到高FRF的重用組中,進(jìn)行并行傳輸。
本發(fā)明一方面解決了導(dǎo)頻碰撞的問題,避免了由于導(dǎo)頻碰撞而導(dǎo)致的資源不可用而空閑,另一方面最大程度的重用資源,從而實現(xiàn)了資源的高效利用。
圖1 BS和RS在一個導(dǎo)頻符號中同時傳輸導(dǎo)致導(dǎo)頻碰撞; 圖2解決導(dǎo)頻碰撞的協(xié)同傳輸; 圖3協(xié)同傳輸實現(xiàn)資源重用; 圖4重用貪婪資源調(diào)度使用的模型。
具體實施例方式 下面結(jié)合附圖和實例,對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖2所示,BS基站在導(dǎo)頻位置發(fā)送導(dǎo)頻信號P,在數(shù)據(jù)子信道φ1發(fā)送SS1的數(shù)據(jù)D1,在數(shù)據(jù)子信道φ2發(fā)送SS2的數(shù)據(jù)D2。RS中繼站在導(dǎo)頻位置發(fā)送導(dǎo)頻信號P,在數(shù)據(jù)子信道φ1發(fā)送SS1的數(shù)據(jù)D1,在數(shù)據(jù)子信道φ2不發(fā)送數(shù)據(jù)。由于BS基站和RS中繼站在數(shù)據(jù)子信道φ1協(xié)同傳輸,SS1就不會再遇到導(dǎo)頻碰撞問題,因為SS1不僅接收到碰撞的導(dǎo)頻,而且還接收到碰撞的數(shù)據(jù)。BS到SS2和RS到SS1的傳輸可在一個OFDM符號中同時進(jìn)行,也可以避免由于導(dǎo)頻碰撞造成的空閑資源不能被有效利用的情況。在調(diào)度靠近BS的SS2時,只要滿足SS2的性能要求,可以降低BS和RS的總傳輸功率。該方法也可以減小對其它相鄰蜂窩小區(qū)終端的干擾。
圖3給出了通過協(xié)同傳輸實現(xiàn)資源重用。BS基站在導(dǎo)頻位置發(fā)送導(dǎo)頻信號P,在數(shù)據(jù)子信道φ1發(fā)送SS3的數(shù)據(jù)D3,在數(shù)據(jù)子信道φ2發(fā)送SS1的數(shù)據(jù)D1。RS中繼站在導(dǎo)頻位置發(fā)送導(dǎo)頻信號P,在數(shù)據(jù)子信道φ1發(fā)送SS3的數(shù)據(jù)D3,在數(shù)據(jù)子信道φ2發(fā)送SS2的數(shù)據(jù)D2。在RS到SS2和SS3的傳輸過程中,如果SS1不在RS中繼站的覆蓋范圍內(nèi),則可以同時調(diào)度BS基站到SS1的傳輸。通過BS和RS到SS3的協(xié)同傳輸,SS3就不會遇到導(dǎo)頻碰撞。此外,如同同時并行傳輸情況,通過調(diào)度適當(dāng)?shù)慕K端,還可以調(diào)整協(xié)同傳輸中BS和RS的發(fā)送功率,減小網(wǎng)絡(luò)干擾。
通常,一個RS中繼站可服務(wù)于多個終端,其中某些終端靠近RS中繼站并能從RS中繼站接收強信號,某些終端位于RS和BS覆蓋重疊區(qū)域,這些終端可以接收來自RS、BS及相鄰RS的多個強度相似的信號。對于這些終端來說,可以獲得空間分集。對于只能接收1個強信號的終端而言,就沒有空間分集,也不需要協(xié)同傳輸,分配給這些終端的資源可以被BS和鄰近RS重用。
需要一種動態(tài)協(xié)同傳輸機制,對終端采用協(xié)同傳輸還是實現(xiàn)資源重用是由調(diào)度算法動態(tài)決定的,以獲得最大可能的空間分集或資源重用。在協(xié)同傳輸過程中,BS基站和RS中繼站動態(tài)實時地按照信噪比(SNR)優(yōu)化其導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)傳輸需要的功率。通過優(yōu)化,也可以降低對其它蜂窩小區(qū)的干擾。
在具有多個發(fā)送源的動態(tài)協(xié)同傳輸情況下,例如1個BS基站和2個RS中繼站(分別為RS1和RS2)。定義SSinner為從RS1接收的信號要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強于從BS和RS2接收到信號的終端;SSmiddleRS1∩BS∩RS2為從RS1、RS2和BS接收到強度類似的信號的終端;SSmiddleRS1∩BS為從RS1和BS接收到的信號強度相同,而接收到的RS2信號較弱的終端;SSmiddleRS1∩RS2為從RS1和RS2接收到的信號強度相類似,而從BS接收到的信號強度較弱的終端。則在SSmiddleRS1∩BS∩RS2、SSmiddleRS1∩BS、SSmiddleRS1∩RS2終端集合上獲得空間分集和優(yōu)化發(fā)送功率;BS和RS1協(xié)同向SSmiddleRS1∩BS中的終端傳送,RS2同時向自己的終端傳送;RS1和RS2協(xié)同向SSmiddleRS1∩RS2中的終端傳送,BS同時向自己的終端傳送;RS1向SSinner傳送,BS和RS2各自分別向自己的終端傳送。由于采用了協(xié)同傳輸方式,導(dǎo)頻碰撞不會造成性能損失。
用如圖4所示的模型來說明重用貪婪資源調(diào)度算法實現(xiàn)資源的高效率利用。具體步驟如下 步驟1對終端進(jìn)行分類。
目的為調(diào)度和資源重用做準(zhǔn)備。
根據(jù)不同的BS/RS傳輸情況將所有的終端分為不同的類型。在圖4中,共有5個發(fā)送源,所以有31種不同的BS/RS傳輸情況。我們用RS0表示基站,各中繼站RS用RSi表示(i=1,2,3,4),將基站和中繼站統(tǒng)一用RSi(i=0,1,2,3,4)表示。31種情況如下所示 5個RSi(i=0,1,2,3,4)同時傳輸,1種情況; 5個RSi中的4個同時傳輸,5種情況; 5個RSi中的3個同時傳輸,10種情況; 5個RSi中的2個同時傳輸,10種情況; 5個RSi中的任一個傳輸,5種情況。
可分別確定每種BS/RS傳輸情況下,不同RSi的SSinner(各RSi內(nèi)部的終端集合)和SSmiddle(該RSi和其他不同RSi重疊區(qū)域終端的集合)。為了對終端進(jìn)行分類,BS需要了解終端到基站BS和中繼站RS的信道情況。一般地,出于切換、功率控制AMC(自適應(yīng)調(diào)制和編碼)的需要,BS中有終端到BS和RS的SNR信息,可直接利用來進(jìn)行終端分類。SNR信息還可以從初始或周期性的測距修正(ranging)過程中獲得。BS和RS對測距信道中的所有測距信號進(jìn)行檢測,以獲得終端的信噪比(SNR);同時,中繼站RS將其測得的結(jié)果報告給BS,然后,基站BS可以根據(jù)通過測量和報告得到的信噪比SNR來決定終端的類別。如果從終端到BS/RS和其他的BS/RS的SNR差別大于某一閾值(如20dB),則該用戶可以歸類成SNR質(zhì)量最好的BS/RS的SSinner。否則根據(jù)SNR差別可以將終端歸入不同的SSmiddle。
步驟2確定初始重用組。
目的找出所有可以資源重用的并行傳輸。
根據(jù)從高FRF(頻率重用因子)到低FRF的終端分類情況,獲得初始重用組。如果某一終端屬于某一個高FRF的重用組,則應(yīng)將該終端從所有低FRF的重用組中移出。
在圖4所示的模型中,共有31個具有FRF因子(1~5)的初始重用組。其中 FRF因子等于5的1組;(終端處于5個發(fā)送源的重疊區(qū)) FRF因子等于4的5組;(終端處于其中任意4個發(fā)送源的重疊區(qū)) FRF因子等于3的10組;(終端處于其中任意3個發(fā)送源的重疊區(qū)) FRF因子等于2的10組;(終端處于其中任意2個發(fā)送源的重疊區(qū)) FRF因子等于1的5組;(終端只處于其中任意1個發(fā)送源的覆蓋區(qū)) 初始重用組如下所示(FRF=M/N表示FRF=M的第N組,例如FRF=4/2表示FRF因子等于4的第2組) FRF=5/1 定義 FRF=4/1 FRF=4/2 FRF=4/3 FRF=4/4 FRF=4/5 定義 FRF=3/1 FRF=3/2 FRF=3/3 FRF=3/4 FRF=3/5 FRF=3/6 FRF=3/7 FRF=3/8 FRF=3/9 FRF=3/10 定義 FRF=2/1 FRF=2/2 FRF=2/3 FRF=2/4 FRF=2/5 FRF=2/6 FRF=2/7 FRF=2/8 FRF=2/9 FRF=2/10 定義 FRF=1/1 FRF=1/2 FRF=1/3 FRF=1/4 FRF=1/5 其中,SSinnerRSi-RSk表示終端屬于RSi并位于RSi和RSk的共同覆蓋區(qū)域之中。
步驟3映射。
目的通過靈活合理地調(diào)度BS和各RS的傳輸,以獲得最大可能的頻率復(fù)用及有效的資源利用。
首先,根據(jù)要發(fā)送給各終端數(shù)據(jù)的多少,調(diào)整初始重用組中的各終端,盡可能實現(xiàn)頻率復(fù)用;通過把高FRF因子組中的終端移到低FRF因子組中,騰出相應(yīng)的子載波,再把更低FRF因子組中的終端移到高FRF因子組中,進(jìn)行并行傳輸。
其次,復(fù)用不同的重用組,以完全利用整個OFDM的所有子載波(即占據(jù)整個OFDM符號)。
步驟4協(xié)同傳輸。
目的解決由于重用和復(fù)用導(dǎo)致的導(dǎo)頻碰撞問題。
根據(jù)每一個OFDM符號上的資源重用和復(fù)用情況,BS知道哪些終端需要進(jìn)行協(xié)同傳輸。BS計算協(xié)同傳輸中BS和RS上的導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)傳輸功率,并將此加權(quán)值通知給中繼站RS。然后,基站BS和中繼站RS完成到各終端的協(xié)同傳輸。
以上所屬僅為本發(fā)明的較佳實施例,并不用于限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均包含于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種OFDM移動中繼網(wǎng)絡(luò)中動態(tài)協(xié)同傳輸?shù)姆椒?,其特征在于如果第一組終端處于基站BS和中繼站RS的重疊覆蓋區(qū)內(nèi),第二組終端只處于BS的覆蓋區(qū)內(nèi),則在同一個OFDM符號中的BS和RS并行傳輸過程中,BS傳輸導(dǎo)頻、所述第一組終端的數(shù)據(jù)和所述第二組終端的數(shù)據(jù),RS傳輸導(dǎo)頻和所述第一組終端的數(shù)據(jù);所述第一組終端的數(shù)據(jù)和所述第二組終端的數(shù)據(jù)在不同的數(shù)據(jù)子信道中進(jìn)行傳輸,由BS上的調(diào)度程序確定。
2、如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,第三組終端只處于RS的覆蓋區(qū)內(nèi),RS還傳輸?shù)谌M終端的數(shù)據(jù),所述第一組終端的數(shù)據(jù)和所述第三組終端的數(shù)據(jù)在不同的數(shù)據(jù)子信道中進(jìn)行傳輸,由BS上的調(diào)度程序確定。
3、一種OFDM移動中繼網(wǎng)絡(luò)中動態(tài)協(xié)同傳輸?shù)姆椒?,其特征在于如果第一組終端處于基站BS和中繼站RS的重疊覆蓋區(qū)內(nèi),第二組終端只處于RS的覆蓋區(qū)內(nèi),則在同一個OFDM符號中的BS和RS并行傳輸過程中,BS傳輸導(dǎo)頻和所述第一組終端的數(shù)據(jù),RS傳輸導(dǎo)頻、所述第一組終端的數(shù)據(jù)和所述第二組終端的數(shù)據(jù);所述第一組終端的數(shù)據(jù)和所述第二組終端的數(shù)據(jù)在不同的數(shù)據(jù)子信道中進(jìn)行傳輸,由BS上的調(diào)度程序確定。
4、如權(quán)利要求1或3所述的方法,其特征在于,第一組終端僅包括1個終端,和/或第二組終端僅包括1個終端。
5、如權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法,其特征在于在調(diào)度靠近BS的屬于RS的終端時,只要滿足該終端的性能要求,則可以降低BS和RS的總傳輸功率。
6、如權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法,其特征在于,所述調(diào)度程序采用重用貪婪的資源分配算法,該算法包括4個步驟
步驟1對終端進(jìn)行分類,即根據(jù)終端到BS和RS的信噪比值將終端分成不同的類別;
步驟2根據(jù)頻率重用因子FRF確定初始重用組;
步驟3首先根據(jù)終端數(shù)據(jù)多少,調(diào)整不同初始重用組中的終端,盡可能實現(xiàn)頻率復(fù)用;然后,對不同的初始重用組進(jìn)行復(fù)用,以完全利用整個OFDM的所有子載波。
步驟4協(xié)同傳輸,即確定受到導(dǎo)頻碰撞影響的終端,計算BS和RS上不同終端的導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)傳輸功率,并完成到各終端的協(xié)同傳輸。
7、如權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于,所述步驟1包括如果從終端到BS/RS和其他的BS/RS的信噪比值差別大于某一閾值,則將該終端歸類成只處于信噪比質(zhì)量最好的BS/RS的覆蓋區(qū)內(nèi)的終端,否則根據(jù)信噪比值差別將該終端歸入不同的重疊覆蓋區(qū)。
8、如權(quán)利要求7所述的方法,其特征在于,所述某一閾值為20dB。
9、如權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于,所述步驟2包括根據(jù)從高FRF到低FRF的終端分類情況,獲得初始重用組,如果某一終端屬于某一個高FRF的重用組,則應(yīng)將該終端從所有低FRF的重用組中移出。
10、如權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于,所述步驟3中的根據(jù)終端數(shù)據(jù)多少,調(diào)整不同初始重用組中的終端包括把高FRF的重用組中的終端移到低FRF的重用組中,騰出相應(yīng)的子載波,再把更低FRF的重用組中的終端移到高FRF的重用組中,進(jìn)行并行傳輸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種OFDM移動中繼網(wǎng)絡(luò)中動態(tài)協(xié)同傳輸方法和該方法中采用的重用貪婪的資源分配算法。通過協(xié)同傳輸實現(xiàn)在同一個OFDM符號中同時進(jìn)行多個BS/RS的并行傳輸,以及在BS和RS間實現(xiàn)資源重用。通過重用貪婪的資源分配算法,一方面最大程度地重用資源,另一方面解決了導(dǎo)頻碰撞的問題,避免了由于導(dǎo)頻碰撞而導(dǎo)致的資源不可用而空閑,從而實現(xiàn)資源的高效利用。
文檔編號H04L27/26GK101304304SQ20081011405
公開日2008年11月12日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者陳朝陽 申請人:北京北方烽火科技有限公司