專利名稱：：蜂窩復用劃分控制鄰近信道干擾的系統(tǒng)和方法本申請與無線通信系統(tǒng)有關(guān)，具體地說，與改進在信道化蜂窩系統(tǒng)中的控制鄰近信道干擾的措施有關(guān)。在無線通信
技術(shù)領(lǐng)域：
中，通常是對頻譜效率和使所用信道數(shù)最大的考慮確定了要采用蜂窩式的這種信道和與信道相應的頻率的配置，也就是說一個服務區(qū)域劃分為一系列連接的服務區(qū)，稱作小區(qū)。在一個具體小區(qū)內(nèi)，用戶通過無線電鏈路與為這個小區(qū)服務的一個基站通信，這個基站與其他小區(qū)的基站連接組成一個無線通信網(wǎng)。這個無線通信網(wǎng)通常還與一個或幾個有線網(wǎng)連接。為了用這種無線網(wǎng)進行通信，每個用戶分配到一個離散的信道組中的一個信道。圖1以示意形式示出了無線蜂窩通信系統(tǒng)的普通規(guī)則六角形小區(qū)布局(應該理解，圖1中所示的小區(qū)的六角形形狀表示了一種習慣畫法。所以選用這種六角形的小區(qū)表示方式是因為六角形接近小區(qū)理想功率覆蓋區(qū)域的圓形形狀。然而，如果使用圓形表示，就會出現(xiàn)一些交疊區(qū)，使得服務區(qū)畫面很不清楚。但是采用這種將小區(qū)畫成六角形的習慣畫法，可以將表示一個服務區(qū)的這些小區(qū)畫成相互既無間隙又無交疊的形式。)。正如所知道的那樣，用六角形網(wǎng)格畫出的地理服務區(qū)域形成了一個幾何圖案，使得頻率可以按圖案配置方式加以分配，允許用一個受控的有規(guī)律重復分配模型復用這些頻率。小區(qū)區(qū)域各自具有一組分配給它的規(guī)定信道(當然，如下面將要詳細說明的那樣，體現(xiàn)無線通信
技術(shù)領(lǐng)域：
中較近進展的軟性信道分配方法通常將涉及給小區(qū)分配的信道不是固定不變的情況。)。每個信道組包括多個獨立的發(fā)送和接收無線電信道，供小區(qū)區(qū)域內(nèi)使用。在圖1所示的模型中，標以“A”的各小區(qū)為同信道小區(qū)(co-usercell)，所有這些小區(qū)使用相同的信道組。對于標以“B”、“C”等的同信道小區(qū)也是一樣，各自具有分配給它的信道組。每個小區(qū)用一個與基站配合的天線系統(tǒng)照射覆蓋，各基站可以相互連接和/或與其他網(wǎng)連接。天線101是一個具有全方向輻射圖的天線，而天線102是一個定向輻射天線，它的方向圖表示了將小區(qū)分裂成幾個更小的扇形服務區(qū)的情況。眾所周知，蜂窩通信系統(tǒng)的一個中心思想是頻率復用(frequencyreuse)。采用頻率復用，處在不同地理位置(即不同小區(qū))的一些用戶可以同時使用相同頻率的信道，如在對于規(guī)則信道分配情況的圖1中同各小區(qū)所示。雖然頻率復用能大大增加一個系統(tǒng)的頻譜效率，但是，如果系統(tǒng)設(shè)計不合適，在共同使用相信道的各小區(qū)之間就會引起嚴重的干擾。頻率復用分配通常是通過選用一些簡單的規(guī)則標出各同信道小區(qū)和將RF頻譜劃分成一些信道組來實現(xiàn)的。信道分配方法大致可分為兩類固定的和軟性的，可參見將刊的M.Benveniste所著“自配置無線系統(tǒng)”(“SelfConfigurableWirelessSystems”)。固定信道分配不改變小區(qū)與為小區(qū)服務的信道之間的關(guān)系。僅僅是那些分配給一個小區(qū)的信道才能用來為這個小區(qū)中的呼叫服務，而每個信道可以被所有分配到這個信道的小區(qū)同時使用。固定信道分配的一個例子是“規(guī)則”信道分配，其特征是各小區(qū)大小相同、間隔規(guī)則。規(guī)則信道分配對于話務量對各小區(qū)均勻分布的系統(tǒng)來說是最佳的。在話務量分布不均勻的情況下，可以找到一種最佳的固定“非規(guī)則”信道分配方式，按照小區(qū)話務負荷為小區(qū)分配信道。〔為了達到這種最佳非規(guī)則分配所用的方法可參見M.Benveniste的美國專利No.5,404,574“無線通信網(wǎng)中用于非規(guī)則信道分配的裝置和方法”〕(“ApparatusandMethodforNon-RegularChannelAssignmentinWirelessCommunicationNetworks”)。軟性信道分配方法利用了一個系統(tǒng)的遙控、軟件驅(qū)動重新調(diào)諧基站無線電設(shè)備的能力，這種能力使得信道容量能適應話務量的變化。軟性信道分配方法的種類包括自適應和動態(tài)這兩種信道分配方法，還包括混合式的自適應動態(tài)信道分配方法(可參見M.Benveniste的“自配置無線系統(tǒng)”)。也如所周知，無線系統(tǒng)中的通信質(zhì)量主要取決于所接收的信號與干擾比(S/I)。所涉及的主要干擾包括兩部分同信道干擾和鄰近信道干擾。同信道干擾是來自調(diào)諧到與工作信道相同頻率的通信源的干擾。鄰近信道干擾來自使用頻譜中靠近工作信道的那些信道的通信源。在引起干擾的鄰近信道在頻譜上與工作信道鄰接時，通常稱為相鄰信道干擾。為了達到所要求的話音或數(shù)據(jù)的傳送質(zhì)量，接收到的信號與合并在一起的同信道和鄰近信道的干擾之比必需超過所規(guī)定的門限。已經(jīng)充分認識到需要避免在一個小區(qū)內(nèi)和在幾個鄰近小區(qū)內(nèi)使用鄰近的信道。在通常的模擬AMPS系統(tǒng)信道分配中，分裂成三個扇區(qū)的各小區(qū)復用具有7個小區(qū)的小區(qū)組的頻譜，因此在為同一小區(qū)服務的各信道之間的間距為21個信道(630KHz)，如圖2的裂成扇區(qū)的圖案所示，這已足以使來自鄰近信道的任何干擾可以忽略。對于地理上鄰接的小區(qū)，只要避免將相鄰的信道組分配給同一小區(qū)的扇區(qū)或分配給鄰接小區(qū)的會與所關(guān)注的扇區(qū)鄰接的扇區(qū)。如圖2所示，對于小區(qū)個數(shù)為7的三扇區(qū)復用組是存在這樣一種信道分配的。然而，在采用諸如軟性信道分配或非規(guī)則固定信道分配這樣的不很常用的方法時，就不再出現(xiàn)這種幾乎自動滿足信道間距的情況。因此，這種蜂窩系統(tǒng)的設(shè)計者所面臨的問題是在一個小區(qū)中或鄰近幾個小區(qū)中同時使用的信道之間要求的最小頻譜間距是多少。已經(jīng)提出了一些解決這個問題的途徑(這類現(xiàn)有途徑的一些例子可參見下列文獻N.BambosandG.J.Porttie，“Onpowercontrolinhighcapacityradionetworks”，ThirdWINLABWorkshop，pp.239-247，1992；R.BeckandH.Panzer.“StrategiesforHandoverandDynamicChannelAllocationinMicro-CellularMobileRadioSystems”，Proc.IEEEVehicularTechnol.Conference，May1989；D.C.CoxandD.O.Reudink，“DynamicChannelAssignmentinTwo-DimensionalLarge-ScaleMobileRadioSystems”，BellSystemTechnicalJournal，Vol.51，No.7，pp.1611-1629，September1972；S.M.Elnoubi，R.Singh，andS.C.Gupta，“Anewfrequencychannelassignmentalgorithminhighcommunicationsystems”.IEEETrans.Veh.Technol.，Vol.31，No.3，August1982；G.J.FoschiniandZ.Miljanic，“Asimpledistributedautonomouspowercontrolalgorithmanditsconvergence”，IEEETrans.Veh.Technol.，November1993；H.JiangandS.S.Rappaport，“CBWLAnewchannelassignmentandsharingmethodforcellularcommunicationsystems”，IEEEVeh.Technol.Conference，May1993；T.J.KahwaandN.D.Georganas，“Ahybridchannelassignmentschemeinlarge-scale，cellular-structuredmobilecommunicationsystems”，IEEETrans.Commun.，Vol.26，No.4，April1978；S.NandaandD.J.Goodman，“DynamicResourceAcquisitionDistributedCarrierAllocationfbrTDMACellularSystems″，ThirdGenerationWirelessInformationNetworks，S.NandaandD.J.Goodman(eds)，pp.99-124，KluwerAcademicPublishers，Boston，1992；R.J.Pennotti，ChannelAssignmentinCellularMobileCommunicationSystems，ph.D.Dissertation，PolytechnicInstituteofNewYork，1976；J.Zander，“Transmitterpowercontrolforco-channelinterferencemanagementincellularsystems”，F(xiàn)ourthWINLABWorkshop，pp.241-247，1993.)，其中即使有一些考慮了鄰近信道干擾，但也并不充分。特別是先前對鄰近信道干擾的處理分析和導出信道間距要求并沒有考慮到對S/I比的所有影響，這可參見W.C.Y.Lee的移動蜂窩通信系統(tǒng)(MobileCellularTelecommunicationsSystem，MeGraw-Hill，NewYork，1989)。象這樣不考慮鄰近信道干擾對S/I比的影響將會導致一個信號比干擾還弱的情況。通過以由于信道分離使信號強度減小來平衡接收機附近的干擾信號的相對強度，在無同信道干擾的情況下總S/I比就會等于1(即OdB)。如果存在一些同信道干擾，則總S/I比就會小于1。(用dB表示的話，就是一個負數(shù))。由于對S/I的要求意味著對總干擾的限制，而總干擾等于同信道干擾和鄰近信道干擾這兩項之和，因此需要對這二項折衷考慮。當信道之間頻譜間距增大時，鄰近信道干擾減小，因此為同信道干擾留出較大的余量，從而允許復用距離更小一些，至少在原理上可增大系統(tǒng)容量。然而，信道間距大，每個小區(qū)中可用信道數(shù)就少，如果其他條件不變的話就會導致系統(tǒng)容量減小。因此，系統(tǒng)設(shè)計者的一個重要任務是確定能滿足S/I要求又使頻譜效率最大的最佳信道間距。本發(fā)明提供了一種在蜂窩無線系統(tǒng)中根據(jù)這種系統(tǒng)內(nèi)通信信道業(yè)務質(zhì)量因子控制鄰近信道干擾的新方法。這里所揭示的這種控制鄰近信道干擾的新方法稱為帶鄰近信道限制約束的復用劃分，用來消除鄰近的各全向小區(qū)之間的鄰近信道干擾。在本說明的附圖中圖1示出了無線蜂窩通信系統(tǒng)的規(guī)則小區(qū)規(guī)劃的示意圖；圖2示出了在復用因子為7的情況下分裂成扇區(qū)的小區(qū)配置圖；圖3以方框圖形式示出了無線蜂窩通信系統(tǒng)的各主要組成部分以及這些組成部分之間的典型互連情況；圖4示出了對采用軟性信道分配方法為無線蜂窩通信系統(tǒng)的各小區(qū)分配無線電信道進行控制的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的原理方框圖；圖5示意性地示出了一個含有自己基站的單個小區(qū)，以及其中一個受到服務的用戶臺和一個可能引起干擾的用戶臺相互及相對基站分別處于不同位置的情況；圖6示意性地示出了兩個各有一個基站的相鄰小區(qū)，以及其中一個受到服務的用戶臺和一個可能引起干擾的用戶臺相互及相對基站分別處于不同位置的情況；圖7示出了本發(fā)明所提出的帶鄰近信道限制約束的復用劃分方法的應用；以及圖8示出了按照本發(fā)明方法用到復用劃分的小區(qū)配置情況。以下討論部分將以在一個計算機系統(tǒng)內(nèi)對數(shù)據(jù)進行一系列操作的算法和符號表示予以介紹。可以理解，這些算法描述和表示正是熟悉系統(tǒng)工程技術(shù)的人們相互交流他們工作情況的常用手段。至于在這里(和通常)所使用的來說，算法可以看作一組獨立的物理量之間的關(guān)系。這些物理量一般(雖在不必非要這樣)呈電信號或磁信號形式，可以對它們進行存儲、傳送、合并、比較和其他處理。為了參照方便以及與普通用法保持一致，這些信號往往將用比特、數(shù)值、元素、符號、字符、項(term)、編號之類的術(shù)語描述。然而需要強調(diào)的是，這些術(shù)語和類似的一些術(shù)語應該與相應的物理量對應，也就是說這類術(shù)語只是加到那些物理量上的一些方便標記。為使說明清晰起見，本發(fā)明的示例性實施例示為由一些分立的功能塊(包括標為“處理器”的功能塊)組成的形式。通過使用共享或?qū)Ｓ糜布?，包?但并非局限于)能執(zhí)行軟件的硬件，可以提供這些功能塊所表示的功能。例如，在圖3和4中的OMC、MSC和BS以及圖4中的計算機處理器這些功能塊的一些功能或全部功能可以由一個或多個處理器(包括共享處理器)提供。(所謂處理器這個術(shù)語不應理解為單指能執(zhí)行軟件的硬件)。一些示例性的實施例可能包括諸如AT&TDSP16或DSP23C之類的微處理器和/或數(shù)字信號處理器(DSP)硬件，存儲實現(xiàn)以下將要說明的各種操作的軟件的只讀存儲器(ROM)，以及存儲各結(jié)果的隨機存取存儲器(RAM)。還可能配有與通用DSP電路配合的超大規(guī)模集成(VLSI)硬件實施方式和專用VLSI電路。圖3示出了一種典型的蜂窩系統(tǒng)的方框圖。由圖可見，移動無線電話系統(tǒng)通過一些移動業(yè)務交換中心(MSC)202、203接到公用電話交換網(wǎng)(PSTN)201。通過這些MSC的交換，將各為本小區(qū)覆蓋區(qū)域提供服務的一些基站(BS)210互聯(lián)在一起。各覆蓋區(qū)域示為具有不規(guī)則的邊界，這對于一個實際系統(tǒng)來說是很典型的。每個BS都配有無線電收發(fā)設(shè)備和輻射天線，為本小區(qū)覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動無線電話250服務。操作與管理中心(OMC)220與MSC202、203連接，對MSC202、203的系統(tǒng)工作以及MSC202、203所配合的BS210進行控制。OMC220是一個中心控制站，包括對從數(shù)據(jù)存儲器輸入的接收數(shù)據(jù)進行輸入和數(shù)據(jù)處理以及執(zhí)行實時控制。在軟性信道分配的情況下，這數(shù)據(jù)處理配置可用來在BS處的遙控可調(diào)無線電收發(fā)機的配合下實現(xiàn)信道配置。對于這樣的軟性信道分配情況，圖4示出了OMC中數(shù)據(jù)處理設(shè)備的用來控制信道分配和BS的無線電收發(fā)機調(diào)諧的示例性實施例的原理方框圖。計算機處理器310有一個存儲在相配合的存儲器311內(nèi)的程序。這個程序可以包括一系列用來為蜂窩系統(tǒng)分配無線電信道的指令。初始輸入數(shù)據(jù)通過輸入功能塊312送至計算機處理器310。輸入數(shù)據(jù)包括可用小區(qū)，可用無線電頻率，以及干擾信息。干擾信息通常是表示每個小區(qū)對其他各小區(qū)的干擾這樣的一個小區(qū)對小區(qū)的干擾矩陣形式。此外，輸入還包括對所要求的信道分配和業(yè)務量占用圖表來說明必要的系統(tǒng)限制約束。為了實現(xiàn)軟性信道分配方法，計算機處理器310將按照存儲在存儲器311內(nèi)的指令執(zhí)行信道分配處理。所得到的信道分配結(jié)果可經(jīng)輸出功能塊313送至MSC315，再由此發(fā)送給各BS321。然后，各BS中的獨立可調(diào)無線電設(shè)備322分別按照信道分配處理過程所確定的無線電信道分配結(jié)果調(diào)到相應的頻率上。I.本發(fā)明的方法A.概述鄰近信道發(fā)射機所引起的干擾電平取決于各用戶單元(通常是移動臺或便攜臺)相對各自基站的位置、功率控制情況和通信的方向。所謂通信方向也就是指傳輸是從基站發(fā)向用戶單元(以下稱為“下行鏈路”)還是從用戶單元發(fā)向基站(以下稱為“上行鏈路”)。圖5和6示出了用來討論鄰近信道干擾影響的幾個相對位置的例子。圖5所示為單個帶基站B的小區(qū)的情況，而圖6所示為兩個分別帶基站B1和B2的相鄰小區(qū)的情況。在這兩個圖中，示出了兩個并列的用戶站i、j相互之間及相對基站的幾個不同的位置分布圖。在所有的這幾個位置分布圖中，標記i表示服務用戶單元，而標記j表示在頻譜最接近的信道(稱為鄰近信道)上工作的用戶單元。在圖6這幾個相對位置圖中，服務用戶單元i由基站B1提供服務，而鄰近信道用戶單元j由基站B2提供服務。作為一種例示性情況，考慮對于所有的呼叫都用相等的功率進行服務的情況，也就是不加功率控制的情況。在圖5所示的各種情況下，由于所有的呼叫都用相等的功率進行服務，因此下行鏈路鄰近信道干擾是差不多的。然而上行鏈路鄰近信道干擾在圖5所示的三種情況則是不同的。因為信號隨著發(fā)射機與接收機之間的距離增加而衰減，所以在圖5(a)中由于用戶單元i比較靠近基站，因此從用戶單元i接收到的信號其強度高于來自用戶單元j的干擾信號。這樣，對于這種相對位置的上行鏈路鄰近信道干擾就可忽略。在圖5(b)的這種相對位置情況下，由于兩個用戶單元離基站的距離相同，因此所接收到的服務信號與干擾信號差不多。最后，在圖5(c)的這種相對位置的情況下，由于干擾用戶單元比服務用戶單元更接近基站，因此上行鏈路鄰近信道干擾就比較高。如果采用了功率控制來減小接近基站的呼叫的功率，那么所遭到的鄰近信道干擾也就改變。這些改變也可以利用圖5所示的這幾種相對位置加以說明，不過現(xiàn)在是假設(shè)了功率受到調(diào)整，從而使接收到的各服務信號相等。因此，上行鏈路鄰近信道干擾在圖5這三種相對位置關(guān)系情況下會是相差不多，因為無論各用戶單元相對基站處在什么位置，從各用戶單元接收到的信號強度是相同的。但是，由于加了下行鏈路功率控制，鄰近信道干擾對于這三種相對位置來說將各不相同。功率控制使圖5(a)情況下的下行鏈路鄰近信道干擾增大，因為在這種情況下干擾信號的功率高于服務信號的功率。在圖5(b)的情況下，由于受到服務的用戶單元和鄰近信道的用戶單元離基站的距離相等，因此功率控制并沒有改變下行鏈路鄰近信道干擾.然而，在圖5(c)的情況下，功率控制將使下行鏈路鄰近信道干擾減小。由此可見，功率控制在上行方向通常是有益的，但在下行方向使用時往往會增大鄰近信道干擾。在圖6所示的相鄰小區(qū)的情況下，對于圖6(a)這第一種相互位置關(guān)系，用戶單元i將受到在下行鏈路來自基站B2的競爭信號和在上行鏈路來自用戶單元j的競爭信號雙方的鄰近信道干擾。從這幾個圖中很容易看出，在圖6(b)的下行鏈路上和在圖6(c)的上行鏈路上將受到強度與服務信號差不多的鄰近信道干擾，而在圖6(b)的上行鏈路上和在圖6(c)的下行鏈路上鄰近信道干擾則可以忽略。在標為M.Benvensite-7(S/N08/580570)的同組專利交互參照申請中研究了服務信道與引起干擾的鄰近信道之間的信道間距、接收到的服務信道和干擾信道的信號強度、S/I比這些參量之間的一些關(guān)系。然后將這些關(guān)系用于具有說明意義的無線通信應用，得出兩個說明在不同的服務信號與干擾信號的信號強度比情況下實際S/I比與信道間距的協(xié)調(diào)關(guān)系的表。這兩個表為以下說明性材料的一些部分提供了有益的依據(jù)，為此轉(zhuǎn)列于下。</tables>表1信道間距與S/I比dB(T)的協(xié)調(diào)關(guān)系表2信道間距與同信道S/I比dB(Tc)的協(xié)調(diào)關(guān)系表1給出了在設(shè)計同信道S/I門限為18dB的情況下一個受到服務的用戶實際所能達到的S/I比T與信道間距w的關(guān)系。表中第一列表示信道間距，單位是信道帶寬；而其余十列給出了在不同的干擾信號與服務信號的信號強度比P(dB)的情況下一個受到服務的用戶的實際S/I比(dB)，如用戶所經(jīng)區(qū)的那樣。類似，表2給出了對于不同的信道間距值w，為了達到目的總S/I比T所需的設(shè)計同信道S/I比Tc，也就是對于在保證dB(T)＝18dB的情況下Tc與w之間的關(guān)系。如前面所述，在由同一個基站服務的兩個用戶單元i、j(即圖5所示)都不加功率控制的情況下，由于基站以相等的功率發(fā)射每個信號，因此下行鏈路的干擾信號與服務信號強度相差不大。所以，干擾信號與服務信號之比P等于1，即dB(P)＝0。由表1可見，如果允許使用相鄰信道，則S/I比會降為16.23dB，這相當于目標值63.1(18dB)的67％。然而，如果將信道間距w置為2，那就足以克服鄰近信道干擾所引起的使S/I降低的大部分影響，將S/I比從16.23dB增至17.99dB。當用戶單元i、j分別由兩個不同的基站進行服務時，如果服務用戶單元i處在兩個小區(qū)之間的公共邊界附近，那么無論干擾用戶單元j是處在什么位置(如圖6(a)和6(b)所示)情況基本相同。然而，如果用戶單元i離干擾基站B2比離它的服務基站B1更遠一些(如圖6(c)所示)，比值P就小于1，因此dB(P)成為負值。這樣，使用相鄰信道對S/I比的影響便不大。例如，在dB(P)為-5dB時，由表1可見實際S/I比將為17.36dB，這表示為設(shè)計同信道S/I比18dB的86％。對于dB(P)等于-10dB的情況，所得出的實際S/I比是17.79dB，為設(shè)計同信道S/I比的95％。也就是說，17.79dB表示了在鄰近信道干擾限制為是同信道干擾加上鄰近信道干擾的5％時所得到的S/I比的實際值。因此，可以規(guī)定一個相鄰信道干擾的影響成為可接受的P值。這個規(guī)定的值在此標為Pa，對于所說明的這個例示情況等于-10dB。下面討論表2所示的w與Tc之間協(xié)調(diào)關(guān)系。由表2可見，對于dB(P)＝0的情況而言，如果將信道間距從1增加到2，那么就可以允許將同信道S/I比定為18.01dB，而不是21.03dB。此外，還可以看到，如果間距增加到超過2，對同信道干擾的界限并放寬不了多少，因而容量也擴展不了多少。對于加功率控制的情況，業(yè)已證明下行鏈路的功率控制將使鄰近信道干擾的影響更為嚴重?？紤]這樣一種具體情況功率控制加到下行鏈路以降低近區(qū)用戶單元的信號強度。在這種情況下，P就等于分別為這兩個用戶單元服務的信號的功率縮減之差。最壞的情況是在為用戶單元i服務的信號的功率大大縮減而為用戶單元j服務的信號卻以最大功率發(fā)射的這種時候，如圖5(a)這種相互位置所示。表1表明，即使設(shè)計同信道S/I比為18dB，在對近端用戶單元下行鏈路的功率縮減28dB時，實際S/I比成為負值。信道間距取3才能達到17.79dB的S/I比。在標為M.BENVENISTE-9的同組交互參照申請中揭示了一種新穎的混合功率控制方法，采用這種方法可以允許局部使用下行鏈功率控制而不必將信道間距增大到超過2，但仍能保證合理的S/I比。B.鄰近信道干擾的控制B1.帶相鄰信道限制約束的復用劃分前面說明了每當P(干擾信號與服務信號的信號強度比)低于一個門限值Pa時相鄰信道干擾低于某個規(guī)定電平。如果這個電平很低，那么實際上就可以說沒有相鄰信道干擾。有了這個關(guān)系，再應用在標為Benveniste-9S/N08/581694的同組申請中所揭示的混合功率控制方法，可以證明在小區(qū)內(nèi)有一個區(qū)域，其中的用戶單元既不會受到來自鄰近小區(qū)用戶單元的下行鏈路相鄰信道干擾，也不會對鄰近小區(qū)用戶單元造成上行鏈路相鄰信道干擾。因此，為了避免來自鄰近小區(qū)的相鄰信道干擾，只要避免在鄰近小區(qū)的無干擾區(qū)域之外的用戶單元使用相鄰信道就可以了。在這個區(qū)域標定以后，就顯示出可以怎樣解決相鄰信道干擾來得到與用其他方法所能得到的相當?shù)娜萘吭鲆妗?a)無相鄰信道干擾區(qū)作為本發(fā)明這個實施例方法的一個說明性例子，討論分別由基站B1、B2服務的兩個大小相等的小區(qū)1、2，如圖7所示。對于這個例示情況來說，下行鏈路不用功率控制。在一篇M.Benvenise即將刊出的相關(guān)論文“信道化蜂窩系統(tǒng)中鄰近信道干擾的控制管理”(“ManagingNeighborChannelInterferenceinChannelizedCellularSystems”)中，作者已經(jīng)證明，對于一對處于鄰近小區(qū)的用戶單元來說，一個用戶單元是否受到來自相鄰小區(qū)的下行鏈路相鄰信道干擾只取決于它本身的位置，而與鄰近小區(qū)中用戶的位置無關(guān)。具體地說，在可以假設(shè)傳播損耗對距離是對數(shù)線性的情況下，當滿足P=[m1n1]γ≤Pa---(8)]]>時用戶單元將不受到來自鄰近小區(qū)中的用戶單元的下行鏈路相鄰信道干擾。式(8)中m1和n1分別表示受到服務的用戶單元離本小區(qū)基站和離鄰近小區(qū)的基站的距離，而r為傳播損耗系數(shù)。如圖7所示，可以畫出一條界線XX’，在小區(qū)1中位于這條界線的左側(cè)不會有來自小區(qū)2中所使用的相鄰信道的相鄰信道干擾。設(shè)l為界線XX’離B1最短的距離。如果小區(qū)1被一些使用相鄰信道的鄰近小區(qū)所包圍，那么就可得出一個半徑為l的圓，在這個圓內(nèi)的用戶單元保證不會在下行鏈路上受到相鄰信道干擾的影響。l可從方程8算出，情況如下P=[l2r-l]γ=Pa---(9)]]>其中2r為這兩個基站之間的距離。如果2r=3R,]]>而R為小區(qū)半徑，則有l(wèi)=3Rl+Pa-l/γ---(10)]]>例如，如果Pa＝0.1(dB(p)＝-10)，γ＝4，則l就為0.6234R在本發(fā)明者的所參考的這篇論文中，對于下行鏈路不加功率控制而上行鏈路完全加功率控制的情況得到了類似的一些關(guān)系。尤其證明了對于加有功率控制的上行鏈路，當滿足P=[m2n2]γ≤Pa]]>時將不會遭受相鄰信道干擾。式中的m2和n2分別表示由基站2(見圖7)服務的用戶單元離本基站和離基站1的距離。從這個關(guān)系，采用對上行鏈路的完全功率控制的情況下，有一條界線YY’，離基站B2的距離為l’，小區(qū)2中在這條界線右側(cè)的用戶單元不會對小區(qū)1引起明顯的相鄰信道干擾。因此，在半徑為l’的圓內(nèi)的用戶單元不會對鄰近小區(qū)引起上行鏈路相鄰信道干擾。在本發(fā)明者的這篇論文中還證明，在選擇了功率控制使接收到的信號強度相等的情況下，上行鏈路和下行鏈路的這兩個關(guān)系是相同的，因此YY’是XX’的鏡象，而l’等于l。(b)方法的特征以上所討論的相鄰信道干擾關(guān)系可以歸納為以下兩個特性I.一個用戶單元處在離它的基站小于半徑l的區(qū)域內(nèi)時不會受到來自鄰近小區(qū)的下行鏈路相鄰信道干擾；以及II.這樣的用戶單元也不會對鄰近小區(qū)引起上行鏈路相鄰信道干擾。根據(jù)這兩個特性，可以通過采用以下三個約束條件來消除相鄰信道干擾1.在每個小區(qū)中建立兩個服務組(severgroup)，一個是對于處在半徑lI內(nèi)的用戶單元的內(nèi)服務組，另一個是對于處在半徑lI外的用戶單元的外服務組，lI小于或等于l。2.在任何一對內(nèi)、外服務組中不允許使用相鄰信道；以及3.任何兩個相鄰接的小區(qū)的外服務組不能使用相鄰信道。滿足了條件2，外服務組就不會對內(nèi)服務組引起相鄰信道干擾，內(nèi)服務組也不會對外服務組引起相鄰信道干擾。結(jié)合特性I、II，這就保證了內(nèi)服務組不會引起相互相鄰信道干擾。按特性I，在一個內(nèi)服務組的下行鏈路上沒有相鄰信道干擾。由特性II可見，對內(nèi)服務組上行鏈路的相鄰信道干擾不可能是由其他內(nèi)服務組引起的，而條件2也保證了不可能是來自一個外服務組。因此，內(nèi)服務組不會遭到相鄰信道干擾。滿足了條件3，外服務組就不會對其他外服務組引起相鄰信道干擾。由于沒有來自內(nèi)服務組的相鄰信道干擾(條件2)，因此外服務組也不會遭到相鄰信道干擾。(c)方法的實現(xiàn)可以通過將可用頻譜劃分為兩個連接而不交疊的低頻譜段和高頻譜段來滿足條件2。一個頻譜段內(nèi)的信道分配給內(nèi)服務組，而另一個頻譜段內(nèi)的信道分配給外服務組。這樣，除了在高、低頻譜段交界處的這對信道外，在內(nèi)、外服務組之間就沒有相鄰信道。如果希望完全消除出現(xiàn)相鄰信道干擾的可能性，可以將這對信道中的一個信道放棄不用。為了滿足條件3，必需保證鄰接的小區(qū)在它們的外服務組中不使用相鄰的信道。為了達到這個目的，就概念上而言，其困難程度與解決具有相鄰信道限制約束的原始信道分配問題差不多。然而，本發(fā)明所提出的這種方法的顯著優(yōu)點是，一旦找到了這樣一種分配方案一通常容量要比解決不帶相鄰信道限制信道分配的問題的小，容量就能由于復用劃分而增大。復用劃分通過以比較短的復用距離(或者說比較小的復用因子)為代價換取越靠近基站享有越高的S/I比的折衷方法已用來增加沒有相鄰信道限制情況下的容量，可參見S.W.Halpern的“蜂窩系統(tǒng)中的復用劃分”(“Reusepartitioningincellularsystem”，Proceedingsofthe33rdVehicularTechnologyConference，pp322-327，May1983)。然而，在加了相鄰信道限制后，這種折衷很難達到，因為小的復用因子不能滿足這些限制。本發(fā)明所提出的方法示出了怎樣回避這個障礙而獲得較高的容量。最后，不必為產(chǎn)生一個規(guī)定為可以忽略的相鄰信道干擾電平而限制內(nèi)服務組的半徑lI極限為l。可以選擇較大的半徑lI(因此會有較高的相鄰信道干擾電平)以增大小區(qū)容量，倘若所得到的同信道和相鄰信道的總干擾是可以接受的話。(d)方法的應用本發(fā)明的方法可以用于規(guī)則、非規(guī)則的固定信道分配和軟性信道分配。本節(jié)將提供應用本方法的一些典型例子，顯示出這種方法用于固定規(guī)則信道分配時所能得到的容量增益。N為(9，3)的情況首先討論信道組以水平方法構(gòu)成的例子。在這種情況下，每一個信道組都含有與上一個信道組和下一個信道組相鄰的信道，而最后一個信道組與第一個信道組相鄰。對于外服務組將采用為9的復用因子，對于內(nèi)服務組將采用為3的復用因子，如圖8所示。在標為Benveniste-7(S/N08/580570)的同組申請中證明了這種大小為9的復用區(qū)組沒有相鄰的邊緣，符合以上條件3的要求。容量以由可用信道能承載的流入負荷度量，阻塞概率為2％。假設(shè)話務量均勻分布的話，總話務量的處在內(nèi)服務組覆蓋區(qū)域內(nèi)的部分將占lI2/R2。也就是說，如果a0為一個外服務組的容量，而aI為一個內(nèi)服務組的容量，則在話務量在半徑為R的圓內(nèi)均勻分布的情況下必需滿足下列關(guān)系lI2R2=aIa0+aI---(11)]]>此外，按條件1有l(wèi)I≤l(12)現(xiàn)在考慮有399個信道可用的情況(即目前美國蜂窩通信系統(tǒng)的情況)。如果其中的324個信道分配給9個外服務組(每組36個信道)而75個信道分配給3個內(nèi)服務組(每組25個信道)，那么外組容量a0為27.3爾朗(由阻塞概率為2％的標準爾朗表得出)，而內(nèi)組容量a5為17.5爾朗。每個小區(qū)的總?cè)萘繛?4.8爾朗，其中的0.3906由內(nèi)服務組承載(見表3)。然而，為了與均勻話務量分布的假設(shè)一致，同式(11)可得內(nèi)服務組半徑lI應為0.6250R。內(nèi)服務組最差的同信道S/I比是在離基站距離lI處，為18.7dB。與這個lI值相應的Pa值按式(9)為-9.93dB。式(3)給出了在圓內(nèi)S/I比最差的情況，為18.45dB。一個處在外服務組的用戶單元的最差情況的S/I比為19.6dB〔注4〕。通過減小lI和在服務組間重新分配可用信道可以得到更高一些的S/I比，如表4所示。如果將333個信道分配給9個外服務組(每組37個)而將66個信道分配給3個內(nèi)服務組(每組22個)，那么一個外服務組的容量就為每個28.2爾朗，而內(nèi)服務組的容量為14.9爾朗。在總的小區(qū)容量43.1爾朗中，內(nèi)服務組的占0.35。如果lI＝0.588R，式(11)中均勻話務量分布條件就得到滿足。內(nèi)服務組的先信道S/I比為19.85dB。由式(9)可計算出最差情況的Pa值為-11.56dB。式(3)給出了內(nèi)圓中最差情況的S/I比，為19.62dB。外服務組的最差情況的S/I比仍為19.6dB。</tables>表3復用劃分(9，3)，lI＝0.6250R</tables>表4復用劃分(9，3)，lI＝0.588RN為(8，3)的情況在這個例子中，信道組用奇/偶方法構(gòu)成。也就是說，信道組中有一半是來自兩列矩陣的第一列，而另一半來自第二列。對于外服務組將采用為8的復用因子，對于內(nèi)服務組將采用為了的復用因子。在8個外服務信道組中，(1，2)、(3，4)、(5，6)和(7，8)這幾對信道組含有相鄰信道。如果不用頻譜的第一、第二和第三個四分之一段之后的各一個信道，那么在留下的這些信道組對中就沒有相鄰的信道。〔注4〕這個S/I比是在假設(shè)六個最接近的同信道小區(qū)對服務組覆蓋區(qū)域邊界上的固定點引起干擾的情況下計算出來的。在標為Benveniste-7(S/N08/580570)的同組申請中證明了采用奇/偶信道組編制的N為8復用模式?jīng)]有相鄰的邊緣。396個可用信道中，312個分配給8個外服務組(每組39個)，84個分配給3個內(nèi)服務組(每組28個)。每個外服務組能以阻塞概率為2％承載30.1爾朗的流入負荷a0。每個內(nèi)服務組28個信道，能承載20.2爾朗。由式(11)可得lI＝0.6337R。作為例子，考慮通過設(shè)置Pa為-10dB來限制相鄰信道干擾的情況。于是由式(10)，如果γ等于4，可得lI等于0.6234R。按照由式(11)表示的均勻分布假設(shè)，內(nèi)服務組的負荷aI將為19.1爾朗。對于一個采用這種(8，3)復用劃分方式的小區(qū)來說，總?cè)萘繉?9.2爾朗，如表5所示。外組的S/I比為19.5dB。在內(nèi)組，當同信道S/I比為18.7dB時，內(nèi)組的S/I比為18.5dB。</tables>表5復用劃分(8，3)，lI＝0.6234R通過減小內(nèi)服務組的區(qū)域可以得到較高的S/I比，但較小的容量。如果設(shè)定lI＝0.5918R，就可使內(nèi)、外服務組的S/I比相等，均為19.5dB。于是，8個外組每組分配到40個信道而3個內(nèi)組每組分配到25個信道，阻塞概率為2％的流入負荷對于這兩種服務組分別為31和17.5爾朗。為了滿足式(11)中的均勻話務量分布假設(shè)，aI調(diào)整為16.7爾朗。因此，內(nèi)、外服務組的綜合容量為每個小區(qū)47.7爾朗，如表6所示。</tables>表6復用劃分(8，3)，lI＝0.5918RII.結(jié)論以上揭示了一種控制鄰近信道的新方法。這種方法可以用于固定和軟性、規(guī)則和非規(guī)則的信道分配。而且，這種方法可應用于所有的信道化系統(tǒng)，無論是采用頻分多址還是采用混合式的頻分/時分多址的系統(tǒng)。雖然以上詳細說明了本發(fā)明的這個實施例，但應當指出其中可作各種改變、等換和替代，這并不違背本發(fā)明的精神實質(zhì)，仍屬所附權(quán)利要求所規(guī)定的專利保護范圍。權(quán)利要求1.一種在具有一些劃分為多個小區(qū)的服務區(qū)域、一系列可用通信信道可用來分配給所述多個小區(qū)使用的無線通信網(wǎng)中控制干擾的方法，其特征是所述方法包括下列步驟在每個小區(qū)中形成兩個服務組，一個是對于處在離所述小區(qū)中的中心發(fā)射臺距離l內(nèi)的移動單元的內(nèi)服務組，而另一個是對于處在這距離外的移動單元的外服務組；以及將所述可用信道分配給所述兩個服務組，所受到的約束為在任何一對內(nèi)、外服務組中不允許有相鄰信道；和任何分別為鄰接的小區(qū)指定的兩個外服務組不能使用相鄰信道。2.權(quán)利要求1所述的控制干擾的方法，其中所述半徑l選擇成使得處在這個半徑內(nèi)的移動單元不會遭到來自鄰近小區(qū)的下行鏈路相鄰信道干擾。3.權(quán)利要求1所述的控制干擾的方法，其中所述半徑l選擇成使得處在這個半徑內(nèi)的移動單元不會引起對工作在鄰近小區(qū)的移動單元的上行鏈路相鄰信道干擾。4.權(quán)利要求1所述的控制干擾的方法，其中所述半徑l規(guī)定為l=3R1+Pa-l/γ]]>其中Pa為與一個受到服務的移動單元和引起干擾的移動單元有關(guān)的接收信號強度比的一個預定門限值，R為小區(qū)半徑，r為傳播損耗系數(shù)。5.權(quán)利要求1所述的控制干擾的方法，其中采用了復用劃分，以提供較高的小區(qū)話務處理容量。6.權(quán)利要求5所述的控制干擾的方法，其中通過調(diào)整離所述中心發(fā)射臺的所述徑向距離l來影響在所述小區(qū)的實際信號干擾(S/I)比和話務承載容量之間進行的折衷。7.權(quán)利要求5所述的控制干擾的方法，其中所述外服務組的特征是復用因子為9，而所述內(nèi)服務組的特征是復用因子為3。8.權(quán)利要求5所述的控制干擾的方法，其中所述外服務組的特征是復用因子為8，而所述內(nèi)服務組的特征是復用因子為3，信道組以奇/偶方法構(gòu)成。9.權(quán)利要求1所述的控制干擾的方法，其中所述方法用于規(guī)則的固定信道分配。10.權(quán)利要求1所述的控制干擾的方法，其中所述方法用于非規(guī)則的固定信道分配。11.權(quán)利要求1所述的控制干擾的方法，其中所述方法用于動態(tài)的信道分配。12.一種存儲裝置，其特征是所述存儲裝置被制成存有一個在無線通信網(wǎng)中確定一系列通信信道在多個小區(qū)之間的分配的模型，所述模型主要是執(zhí)行權(quán)利要求1所述的確定這種分配的方法的各個步驟。全文摘要本發(fā)明提供了一種在蜂窩無線系統(tǒng)中根據(jù)對這種系統(tǒng)內(nèi)通信信道的業(yè)務質(zhì)量因子控制鄰近信道干擾的新方法。這種方法稱為帶鄰近信道限制的復用劃分，其作用是消除鄰近的各全向小區(qū)之間的鄰近信道干擾。文檔編號H04B1/10GK1162220SQ9612315公開日1997年10月15日申請日期1996年12月20日優(yōu)先權(quán)日1996年12月20日發(fā)明者馬塞德·本沃尼思特申請人:美國電報電話公司