專利名稱：一種正交頻分多址接入中繼蜂窩系統(tǒng)的干擾抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
^ ^ BJ M T lE ^^ Jat ^ Λ (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access, OFDMA)蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及OFDMA中繼蜂窩系統(tǒng)的干擾抑制方法。
背景技術(shù)：
OFDMA蜂窩系統(tǒng)中引入固定中繼站(Fixed Relay Station，F(xiàn)RS)可以有效增 強(qiáng)蜂窩邊緣移動(dòng)用戶(Mobile Station, MS)的信號(hào)與干擾和噪聲比(SINR，Signal to Interference plus Noise Ratio，下稱信干噪比)，進(jìn)而提高其可達(dá)數(shù)據(jù)速率?，F(xiàn)有技術(shù) 方案中的固定中繼站都使用全向天線，會(huì)對(duì)其周圍360度范圍內(nèi)的同頻站點(diǎn)造成干擾。《美 國電子與電氣工程師協(xié)會(huì)通信雜志》(IEEE Communications Magazine, Volume 47，No. 4， 2009，pp. 74-81)中提到，OFDMA蜂窩系統(tǒng)中主要有干擾協(xié)調(diào)、干擾消除和基站間協(xié)作等干 擾抑制技術(shù)。其中，干擾協(xié)調(diào)技術(shù)需要一個(gè)中心控制單元來控制系統(tǒng)中所有的基站；干擾消 除技術(shù)需要接收端對(duì)干擾進(jìn)行較為準(zhǔn)確的估計(jì)、恢復(fù)，然后將干擾從接收信號(hào)中減去；基站 間協(xié)作技術(shù)則存在難以克服的時(shí)間同步問題。上述干擾抑制技術(shù)的復(fù)雜度都較高，而OFDMA 中繼蜂窩系統(tǒng)中引入固定中繼站將使上述干擾抑制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)變得更加復(fù)雜。目前，無線通信頻率資源非常稀缺，需要提高資源利用效率。固定中繼站需要使用 一定數(shù)量的數(shù)據(jù)子載波，在基站與移動(dòng)用戶之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，除必要的信令數(shù)據(jù)外，固定中繼 站不產(chǎn)生其它數(shù)據(jù)。現(xiàn)有技術(shù)方案一般直接從系統(tǒng)數(shù)據(jù)子載波集中劃出一部分給固定中繼 站使用，這使得基站可用的數(shù)據(jù)子載波數(shù)減少?！睹绹姎怆娮庸こ處焻f(xié)會(huì)組織的通信國際 ^ Χ} (IEEE International Conference on Communications, 2007, pp4587-4591)提出白勺 一種固定中繼站復(fù)用同一蜂窩內(nèi)基站的子載波的方法，在一定程度上緩解了子載波資源緊 張的問題，但該方法中基站和固定中繼站都使用全向天線，會(huì)導(dǎo)致較為嚴(yán)重的同頻干擾，降 低系統(tǒng)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種正交頻分多址接入中繼蜂窩系統(tǒng)的干擾抑制方法，能有效抑制蜂 窩系統(tǒng)內(nèi)的同頻干擾，提高邊緣移動(dòng)用戶的信干噪比和系統(tǒng)的頻譜效率。本發(fā)明正交頻分多址接入中繼蜂窩系統(tǒng)的干擾抑制方法，包括置于蜂窩中心的 基站使用水平面內(nèi)等間隔分布的3 10個(gè)相同扇區(qū)天線對(duì)蜂窩進(jìn)行覆蓋，蜂窩各扇區(qū)的對(duì) 稱軸上都放置一個(gè)固定中繼站，它們結(jié)構(gòu)相同且到基站的距離都相等；將系統(tǒng)數(shù)據(jù)子載波 集劃分為與基站扇區(qū)天線相同數(shù)目的正交的子集，分別分配給該基站各扇區(qū)天線使用；其 特征在于各固定中繼站分別復(fù)用順時(shí)針方向上與之成最大夾角且該夾角不超過180度的 基站扇區(qū)的子載波子集，使用一個(gè)最大輻射方向?qū)?zhǔn)基站的窄波束扇區(qū)天線與基站通信， 采用水平面內(nèi)等間隔分布的2 6個(gè)相同扇區(qū)天線進(jìn)行覆蓋且使基站位于兩個(gè)相鄰扇區(qū)天 線最大輻射方向所成夾角的角平分線上。蜂窩通信系統(tǒng)中，基站通常使用水平面內(nèi)均勻分布的幾個(gè)相同扇區(qū)天線來覆蓋整
3個(gè)蜂窩?；臼褂脦讉€(gè)扇區(qū)天線進(jìn)行覆蓋，其對(duì)應(yīng)的扇區(qū)天線類型就是幾扇區(qū)天線。考慮 到實(shí)際效果和工程可行性，本發(fā)明中只考慮基站的扇區(qū)數(shù)為3 10，固定中繼站扇區(qū)數(shù)為 2 6的情形。本發(fā)明中，基站采用3 10個(gè)相同扇區(qū)天線進(jìn)行覆蓋，對(duì)應(yīng)的扇區(qū)天線類型 為三 十扇區(qū)天線，固定中繼站采用2 6個(gè)相同扇區(qū)天線進(jìn)行覆蓋，對(duì)應(yīng)的扇區(qū)天線類型 為二 六扇區(qū)天線。本發(fā)明由于采取了固定中繼站復(fù)用所在蜂窩基站某扇區(qū)的子載波，使用一個(gè)窄波 束扇區(qū)天線與基站通信，以及扇區(qū)化覆蓋的干擾抑制方法，這種通過物理方法將干擾限制 在所屬扇區(qū)范圍內(nèi)的做法，與現(xiàn)有的干擾協(xié)調(diào)、干擾消除、基站間協(xié)作等通過復(fù)雜的無線資 源調(diào)度和信號(hào)處理進(jìn)行干擾抑制的技術(shù)相比，降低了基站的計(jì)算復(fù)雜度，具有實(shí)現(xiàn)簡單、同 頻干擾小、邊緣移動(dòng)用戶信干噪比高以及系統(tǒng)頻譜效率高的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是基站采用6個(gè)扇區(qū)天線覆蓋、固定中繼站采用3個(gè)扇區(qū)天線覆蓋時(shí)，蜂窩中 基站扇區(qū)天線主波瓣、固定中繼站扇區(qū)天線主波瓣以及固定中繼站與基站通信的窄波束扇 區(qū)天線主波瓣分布示意圖。圖2是基站采用6個(gè)扇區(qū)天線覆蓋、固定中繼站采用3個(gè)扇區(qū)天線覆蓋時(shí)的蜂窩 結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是一個(gè)19蜂窩通信系統(tǒng)中，目標(biāo)蜂窩中的基站到蜂窩任意一個(gè)頂點(diǎn)的連線 上，本發(fā)明干擾抑制方法的蜂窩系統(tǒng)與四種對(duì)比蜂窩系統(tǒng)的目標(biāo)蜂窩的平均信干噪比對(duì)比 圖。圖4是一個(gè)19蜂窩通信系統(tǒng)中，所有蜂窩半徑同時(shí)以1000米為步長、從1000米 增加到6000米的過程中，本發(fā)明干擾抑制方法的蜂窩系統(tǒng)與四種對(duì)比蜂窩系統(tǒng)的目標(biāo)蜂 窩的平均頻譜效率對(duì)比圖。圖5是基站采用5個(gè)扇區(qū)天線覆蓋、固定中繼站采用4個(gè)扇區(qū)天線覆蓋時(shí)，蜂窩中 基站的扇區(qū)天線主波瓣、固定中繼站的扇區(qū)天線主波瓣以及固定中繼站與基站通信的窄波 束扇區(qū)天線主波瓣分布示意圖。圖6是一個(gè)19蜂窩通信系統(tǒng)中，從目標(biāo)蜂窩的基站出發(fā)，經(jīng)過任意一個(gè)固定中繼 站到蜂窩邊緣的連線上，本發(fā)明干擾抑制方法的蜂窩系統(tǒng)與四種對(duì)比蜂窩系統(tǒng)的目標(biāo)蜂窩 的平均信干噪比對(duì)比圖。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 本實(shí)施例中，基站采用6個(gè)扇區(qū)天線覆蓋，固定中繼站采用3個(gè)扇區(qū)天線覆蓋。扇 區(qū)天線是一類應(yīng)用于移動(dòng)通信的天線，能在特定空間區(qū)域形成較強(qiáng)輻射，提供較好的信號(hào) 質(zhì)量，而對(duì)其余區(qū)域的輻射則較弱。工程中，常用輻射方向圖來表征扇區(qū)天線向水平面各個(gè) 方向輻射信號(hào)的能力。扇區(qū)天線的輻射方向圖中，有一個(gè)主波瓣，表征了天線的主要輻射 角度范圍以及輻射大小，其余波瓣為副波瓣，可不予考慮。扇區(qū)天線的主波瓣為水滴形，天 線位于“水滴”尖端，“水滴”尖端到邊緣的連線越長，表示輻射越強(qiáng)。目前的移動(dòng)通信仿真研究中，一般都采用正六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，其好處是可以用最少數(shù)量的蜂窩完成對(duì)特定大小 面積區(qū)域的覆蓋。相同的正六邊形蜂窩邊緣緊密銜接，在平面內(nèi)不斷延伸，構(gòu)成一個(gè)蜂窩系 統(tǒng)。本發(fā)明干擾抑制方法也采用正六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)來進(jìn)行說明。由于本發(fā)明干擾抑制方法 中使用的蜂窩結(jié)構(gòu)都相同，可僅對(duì)其中一個(gè)蜂窩的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析說明。圖1是基站采用6個(gè)扇區(qū)天線覆蓋、固定中繼站采用3個(gè)扇區(qū)天線覆蓋時(shí)，蜂窩中 基站扇區(qū)天線主波瓣(Si S6)、固定中繼站扇區(qū)天線主波瓣(18、19和1A)以及固定中繼 站與基站通信的窄波束扇區(qū)天線主波瓣(IB)分布示意圖。扇區(qū)為一個(gè)扇形平面區(qū)域，主要 由扇區(qū)天線的主波瓣覆蓋，“扇區(qū)”、“扇區(qū)天線”和“扇區(qū)天線主波瓣”三個(gè)概念密不可分，為 便于分析，后文對(duì)三者采用同一編號(hào)。圖2是基站采用6個(gè)扇區(qū)天線覆蓋、固定中繼站采用3個(gè)扇區(qū)天線覆蓋時(shí)的蜂窩 結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2中所示，設(shè)正六邊形蜂窩的外接圓半徑為R，即蜂窩半徑為R，基站(11) 位于蜂窩中心，分別將蜂窩三對(duì)平行邊的中點(diǎn)(E和F、G和H、I和J)用線段連接，形成蜂窩 的6個(gè)扇區(qū)(Si S6)。在每個(gè)扇區(qū)(Si S6)的對(duì)稱軸上分別放置一個(gè)固定中繼站(12 17)，它們到基站(11)的距離都為R1(CXR1CR)且結(jié)構(gòu)都相同。圖2中以6種不同樣式 的斜線區(qū)域表示將系統(tǒng)數(shù)據(jù)子載波集等分而成的6個(gè)正交子集，分別分配給基站(11)的6 個(gè)扇區(qū)天線(Si S6)使用。為節(jié)省頻譜資源并使同頻干擾最小，固定中繼站(13)復(fù)用順 時(shí)針方向上與之成180度夾角的基站扇區(qū)天線(S5)的子載波子集。在圖2中，使用相同 子載波子集的基站扇區(qū)(Si S6)和固定中繼站覆蓋區(qū)域具有相同斜線樣式。固定中繼站 (13)將可用的子載波子集再等分成3個(gè)更小的正交子集，分別分配給它的3個(gè)扇區(qū)(18、19 和1A)使用。如圖1和圖2中所示，通過讓固定中繼站(12 17)復(fù)用所在蜂窩的基站扇區(qū) (Si S6)的子載波，使用一個(gè)窄波束扇區(qū)天線(IB)與基站(11)通信，以及扇區(qū)化覆蓋的 方法，有效抑制了同頻干擾。固定中繼站(12 17)各扇區(qū)主波瓣的朝向?qū)ο到y(tǒng)的同頻干擾有較大影響，需要 合理設(shè)置。此處以圖1中固定中繼站(13)的3個(gè)扇區(qū)天線為例進(jìn)行考察，其3個(gè)主波瓣 (18、19和1A)在水平面內(nèi)等間隔分布，并使得基站位于其中兩個(gè)扇區(qū)天線主波瓣(18和 19)最大輻射方向所成夾角的角平分線上，從而避免了對(duì)同頻的基站扇區(qū)(S5)造成較大的 干擾。固定中繼站(13)與基站(11)通信的窄波束扇區(qū)天線主波瓣(IB)最大輻射方向?qū)?準(zhǔn)基站(11)。所有移動(dòng)用戶都使用增益為1的全向天線。本實(shí)施例的OFDMA中繼蜂窩系統(tǒng)中，由19個(gè)半徑均為1000米的正六邊形蜂窩邊 緣緊密銜接，在平面內(nèi)排列成一個(gè)邊緣輪廓也為正六邊形的蜂窩系統(tǒng)，以位于系統(tǒng)正中心 的蜂窩為目標(biāo)蜂窩，周圍有兩圈干擾蜂窩，考察目標(biāo)蜂窩中的各種指標(biāo)。由于無線信號(hào)強(qiáng)度 隨距離的增加呈指數(shù)規(guī)律快速衰減，第三圈及第三圈以上的蜂窩對(duì)中心蜂窩的干擾很小， 可以忽略，因此仿真分析中一般只考慮目標(biāo)蜂窩周圍兩圈蜂窩的干擾。各基站(11)在各子 載波上的發(fā)射功率相同，各固定中繼站(12 17)在各子載波上的發(fā)射功率也相同，且基站 (11)與固定中繼站(12 17)子載波的發(fā)射功率之比為2 1。具體仿真參數(shù)如下表1中 所示表1仿真參數(shù)
權(quán)利要求
一種正交頻分多址接入中繼蜂窩系統(tǒng)的干擾抑制方法，包括置于蜂窩中心的基站使用水平面內(nèi)等間隔分布的3～10個(gè)相同扇區(qū)天線對(duì)蜂窩進(jìn)行覆蓋，蜂窩各扇區(qū)的對(duì)稱軸上都放置一個(gè)固定中繼站，它們結(jié)構(gòu)相同且到基站的距離都相等；將系統(tǒng)數(shù)據(jù)子載波集劃分為與基站扇區(qū)天線相同數(shù)目的正交的子集，分別分配給該基站各扇區(qū)天線使用；其特征在于各固定中繼站分別復(fù)用順時(shí)針方向上與之成最大夾角且該夾角不超過180度的基站扇區(qū)的子載波子集，使用一個(gè)最大輻射方向?qū)?zhǔn)基站的窄波束扇區(qū)天線與基站通信，采用水平面內(nèi)等間隔分布的2～6個(gè)相同扇區(qū)天線進(jìn)行覆蓋且使基站位于兩個(gè)相鄰扇區(qū)天線最大輻射方向所成夾角的角平分線上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種正交頻分多址接入中繼蜂窩系統(tǒng)的干擾抑制方法，基站使用水平面內(nèi)等間隔分布的3～10個(gè)相同扇區(qū)天線對(duì)蜂窩進(jìn)行覆蓋，各扇區(qū)的對(duì)稱軸上置一結(jié)構(gòu)相同且到基站距離相等的固定中繼站；將系統(tǒng)數(shù)據(jù)子載波集劃分為與基站扇區(qū)天線相同數(shù)目的正交的子集，分別分配給該基站各扇區(qū)天線使用；特征是各固定中繼站分別復(fù)用順時(shí)針方向上與之成不超過180度的最大夾角的基站扇區(qū)的子載波子集，使用一個(gè)最大輻射方向?qū)?zhǔn)基站的窄波束扇區(qū)天線與基站通信，采用水平面內(nèi)等間隔分布的2～6個(gè)相同扇區(qū)天線進(jìn)行覆蓋且使基站位于兩個(gè)相鄰扇區(qū)天線最大輻射方向所成夾角的角平分線上。本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)簡單、同頻干擾小、邊緣移動(dòng)用戶信干噪比高以及系統(tǒng)頻譜效率高。
文檔編號(hào)H04B7/15GK101964775SQ201010528280
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者周武旸, 潘演雄 申請(qǐng)人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)