专利名称：行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法，特 别为一种利用原先已定义于行动通信系统中的交递讯息与量测信息，将细胞中用户区分为 细胞中心用户与细胞边缘用户，以利细胞间干扰协调技术的实施，是一简单、有效的用户分 群法。
背景技术：
(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA) 是实现第四代(4th generation,4G)行动通信系统接取技术，现今世界上主要标准组织所 发展的 IMT-Advanced/4G 技术，例如 IEEE 802. 16m、3GPP LTE-Advanced 与 3GPP2UMB+等， 都是采用以OFDMA为基础的空中接口技术。在OFDMA系统中，时频二维的电波资源是由时域(time domain)的正交分频多任 务(Orthogonal Frequency Division Multiplex,OFDM)符兀(symbol)与步页域(frequency domain)的频率次通道(frequency subchannel)所构成，其中每一个频率次通道是由多 个且不同的次载波(subcarrier)所组成。由于在一个OFDM符元时间内，细胞(cell)内 每一用户所使用的频率次通道是正交(orthogonal)的，因此，OFDMA系统不存在有细胞 内干扰(intra-cell interference)问题，此为OFDMA系统的重要特色。但是当不同细 胞或用户(user)在同一时间利用相同频率次通道传送讯息时，就会产生细胞间同频干扰 (inter-cell co-channel interference)，又称为细胞间干扰，使得细胞边缘(cell edge) 用户的链路质量劣化、数据流通量(throughput)下降，这是存在于OFDMA行动通信系统的 严重问题。根据国际电信联盟(InternationalTelecommunication Union, ITU)所发布的 未来 IMT-Advanced/4G 技术需求(technical requirements)，细胞边缘数据速率(cell edge data rate)已成为重要的性能指针，未来竞逐4G行动通信市场的标准技术，凡是 IEEE 802. 16m、3GPPLTE-Advanced 与 3GPP2UMB+等，都采用细胞间干扰协调(inter-cell interference coordination, ICIC)技术来解决细胞间干扰问题。所谓细胞间干扰协调就 是在邻近细胞(neighboring cells)间预先进行频率、时间与/或发射功率的协调，以避免 或降低细胞间干扰。目前有多种实现细胞间干扰协调的方法，其中最广为使用的方法有部 分步页率重用(partial frequency reuse orfractional frequency reuse)与软式步率重 用(soft frequency reuse)。目前的 Pre_4G 技术例如 3GPP2UMB 与 Mobile WiMAX (IEEE 802. 16e)，已决定采用部分频率重用技术来对抗细胞间干扰，而3GPP LTE则规划采用软式 频率重用技术来应付此干扰问题。部分频率重用为一种频域干扰协调技术，主要概念为应用频率重用因子 (FrequencyReuse Factor, FRF)大于1的频率规划方式在于细胞边缘区域以降低细胞间干 扰，使得链路质量可以改善、数据流通量可以增加，而在细胞中心区域运用频率重用因子等 于1 (reuse-Ι或RFR = 1)的方式以取得系统容量优势。
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请参阅图1所示，为现有实现于行动通信网络基站的部分频率重用技术的频率资 源配置图。图中系统将系统所有可用频段分为中心子频段(center subband)F112与边缘 子频段(edgeSubband)F311，其中边缘子频段F311又切分为三个正交的子频段F3A、F3B与 F3C，因此共有四个正交子频段。请参阅图1，中心子频段F112为reuse-Ι的重用方式，也 就是说，所有细胞皆可使用此子频带，而边缘子频段F311为频率重用因子等于3(reUSe-3 或FRF = 3)的重用方式，其切分的三个子频段F3A、F3B与F3C分别给基站1的细胞A 13、 细胞B 14与细胞C 15使用。以细胞A 13为例来说明细胞A 13的中心子频段Fl 12的 频谱资源将分配给细胞中心用户(cell center user)使用，此频段的频谱效率(spectral efficiency)可以达到最高；而细胞A 13的边缘子频段F3A的频谱资源将优先指派给细胞 边缘用户(cell edge user)使用，此时因为使用reuse-3的重用方式，使得细胞边缘用户 的链路质量得以大大改善。软式频率重用为一种发射功率干扰协调技术，主要概念为发射较大的功率强度予 细胞边缘区域，而在细胞中心区域则发射较小的功率强度，由于每一个细胞皆可使用全部 频段，因此软式频率重用是一种频率重用因子等于1的频率规划方式。请参阅图2所示，为现有实现于行动通信网络基站的软式频率重用技术的发射 功率配置图。图中系统将系统所有可用频段分为中心子频段22与边缘子频段21，其中基 站1的细胞A23、细胞B 24与细胞C 25所使用的边缘子频段21是正交的，若以Pedge与 Pcenter分别代表细胞边缘子频段21与细胞中心子频段22的发射功率强度，则比值Pedge/
Pcenter ^λ 丄。以细胞A 23为例来说明细胞A 23的中心子频段(即F2+F3)的频谱资源将分配 给细胞中心用户使用，此时因为该用户靠近基站1，细胞间干扰较小，故以较低发射功率来 维持适当的信号质量；而细胞A 23的边缘子频段(即Fl)的频谱资源将优先指派给细胞边 缘用户使用，此时因为扇区A 23之边缘子频段的发射功率高于邻细胞(即细胞B 24与细 胞C 25)的中心子频段的功率，可增加欲信号强度并减低干扰信号强度，进而提升链路质 量。由上可知，一个OFDMA行动通信系统，不论是实行部分频率重用或是软式频率重 用，皆须将细胞中用户进行分群，即区分为细胞中心用户与细胞边缘用户两群。传统应用于 细胞间干扰协调技术的用户分群法是以用户地理因子(geometry factor,GF)为依据，所谓 地理因子就是宽带平均(wideband average)讯号干扰噪声比(signal to interference plus noise ratio, SINR)，其可表示成(1)式，其中P为发射功率，L为路径损失(path loss)，S为遮蔽衰落(shadow fading)，A为天线增益(antenna gain)，N为噪声功率 (noise power)，下标s与i分别代表伺服细胞(servingcell，SC)与干扰细胞(interfering cell)，炉则为干扰细胞集合。YjPi-Li-S1-Ai^N ⑴式
Εφ现有技术应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法的操作概念为1.首先用户机(User Equipment, UE)量测伺服细胞(或伺服扇区)的宽带平均 SINR并回报给伺服细胞。
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2.接着在伺服细胞经由检测器判断此UE为细胞中心用户或细胞边缘用户，若宽 带平均SINR值大于预设临界值(threshold level)，则将此UE归类为细胞中心用户；反之， 则将其归类为细胞边缘用户。3.当UE于排程器(scheduler)取得最高优先传送顺序时，若此UE为细胞中心 用户，则系统会配置伺服细胞的中心子频段的频率次通道予该用户；若此UE为细胞边缘用 户，则系统会配置伺服细胞的边缘子频段的频率的通道给该用户。由于以宽带平均SINR方法来作用户分群，需预先设定宽带平均SINR临界值，而此 临界值的设定需依据布建地理环境(例如基站间距离(inter-site distance))不同而作 调整，否则会影响细胞中心与细胞边缘用户比率，造成系统效能的不确定性，增加系统实际 运作上的困难及复杂度。此外，利用宽带平均SINR方法来做用户分群，将会有信号质量极 差(宽带平均SINR远小于临界值)且又无法进行交递(handover)的用户利用边缘子频段 来传输的情形，由于边缘子频段是系统投注较多资源的地方(如发射功率)，过多此类用户 占据边缘子频段时，将会造成系统容量降低。由此可见，上述现有方式仍有诸多不足，实非一良好的设计，而亟待加以改良。
发明内容
本发明的目的即在于提供一种行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用 户分群法，是为避免必须预设随环境变化的系统参数所造成不确定性与减少现有系统实施 的复杂度，以达到在不需计算宽带平均SINR与预设宽带平均SINR临界值条件下，即可区分 用户为细胞中心用户或细胞边缘用户，并同时能维持卓越的系统效能，此方法尤其适用于 OFDMA行动通信系统的细胞间干扰协调技术。达成上述发明目的的行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法， 是采用系统中已具备的交递机制所提供的讯息与量测信息，针对OFDMA行动通信系统的细 胞中用户进行细胞中心与细胞边缘用户的分群。其方法为UE端依据所量测到的伺服细
胞平均信号强度(So).与最强的邻近细胞平均信号强度(反)的差值是否小于一
正临界值(&//)，来判断是否需回报平均信号强度信息与是否需启动细胞间干扰协调相关
量测回报机制；接着伺服细胞依据客户端所回报的平均信号强度信息(伺服细胞平均信 号强度与最强的邻近细胞平均信号强度，或两者的差值)，并再利用上述的法则，即伺服细
胞平均信号强度与最强的邻近细胞平均信号强度的差值是否小于一正临界值(dg)，来区 分该用户是否为细胞边缘用户，但此时的判断临界值设定需小于或等于上述的临界值(即 δ^ < δ τΕΗ )；最后，伺服细胞依据用户分群结果配置中心子频段或边缘子频段的频率次信 道给该用户。本发明所提供的行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法，与其 它现有技术相互比较时，更具备下列优点1.本发明利用原有系统的交递机制的量测信息，即可区分出细胞中心与细胞边缘 用户，不必计算宽带平均SINR与定义一宽带平均SINR临界值，可降低系统运行所须计算 量，且易于实现于行动通信系统。2.本发明提供适当的细胞中心与细胞边缘用户比率，在未来4G主要考虑的基站
6间距离(500m 1732m)布建环境下，其值几乎维持不变，可减少系统实际运作上的困难及 复杂度，并可维持卓越的系统容量。
请参阅以下有关本发明一较佳实施例的详细说明及其附图，将可进一步了解本发 明的技术内容及其目的功效；有关该实施例的附图为图1为现有实现于行动通信网络基站的部分频率重用技术的频率资源配置图；图2为现有实现于行动通信网络基站的软式频率重用技术的发射功率配置图；以 及图3为本发明应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法操作流程图；附图标记1、基站；11、部分频率重用技术的边缘子频段；12、部分频率重用技术 的中心子频段；13、部分频率重用技术的细胞A ；14、部分频率重用技术的细胞B ；15、部分频 率重用技术的细胞C ；21、软式频率重用技术的边缘子频段；22、软式频率重用技术的中心 子频段；23、软式频率重用技术的细胞A ；24、软式频率重用技术的细胞B ；25、软式频率重用 技术的细胞C;
具体实施例方式以下将结合附图和具体实施方式
对本发明进一步说明。请参阅图3所示，为本发明行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的流程 图，此用户分群法主要可应用于部分频率重用与软式频率重用的细胞间干扰协调技术，步 骤包括步骤1 首先用户机(UE)量测伺服细胞与邻近细胞(neighboring cells)的平均 信号强度，此平均信号强度可以通过估测参考信号接收功率(reference signal received power,RSRP)所得的平均路径增益(path gain) (&)，其可表示成(2)式，其中P为发射功 率，L为路径损失，S为遮蔽衰落(shadow fading)，A为天线增益(antenna gain)，而下标j 代表细胞(编号)j。在Pre_4G0FDMA行动通信系统中，客户端量测伺服细胞与邻近细胞的 平均信号强度原本即设计于交递机制中，而客户端所需量测的邻近细胞集合(neighboring cell set)会由网络端通过广播讯息事先告知客户端，因此极易实现于现今实际行动通信 系统中。~δ』二 Pr LrSr A1(^i) t步骤2 接着在UE端经由检测器判断是否需回报量测到的平均信号强度信息与是 否需启动ICIC相关量测回报机制。假设UE所量测的邻近细胞的平均信号强度强弱排序为 Gx>G2> ... > Gn，其中 .表示UE所量测到的邻近细胞集中第i大的平均信号强度，而η 表示该UE的邻近细胞集大小(即邻近细胞数目)。其判断的准则如(3)式所示，其中&(>表 示UE所量测的伺服细胞平均信号强度，&丨为UE所量测到邻近细胞中最强的平均信号强度， 而5孟为一正临界值(如= 4dB )。Go-Gi <δ^ (in dB) (3)式
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步骤3 若Go -G1 > JlJ UE不需回报量测到的平均信号强度信息，也不需启
动ICIC相关量测回报机制，此时伺服细胞会自动将该用户归类为细胞中心用户；步骤4 指派细胞中心子频段的频率次通道给该用户；步骤5 若&(in dB)，则UE会回报所量测到的平均信号强度信息
(可以是Sft与石i，或是两者之差值-否ι ))给伺服细胞，并同时启动ICIC相关量测回
报机制。接着，伺服细胞在收到UE端所回报的平均信号强度信息后会经由检测器判断此 UE为细胞中心用户或细胞边缘用户，并经由ICIC相关量测回报机制密切的监控该UE的信 号质量，此量测回报机制可以是周期性或是事件触发(event triggered)的平均信号强度 回报机制，而事件触发的回报机制则可通过定义多个临界值(于UE端判断)来达成，例如
Ci>C2>--->0)，但是应用于⑶式的临界值要是最大的(即Jg = S^1)。步骤6 伺服细胞判断细胞中心用户或细胞边缘用户也是基于(3)式，不过其临界
值为Jg . ，步骤7 =^Go-G1 > 不成立，则服务器将此UE归类为细胞中心用户；步骤8 指派细胞中心子频段率的频率次通道给该用户；步骤9 若》成立，则将其归类为细胞边缘用户。其中亦为一正值 且具有S^g的特性，在等号成立情况下，伺服细胞便不需再进行细胞中心用户或细胞 边缘用户的判断，即收到UE端所回报的平均信号强度信息即视为触发ICIC机制的控制信 号，自动将该UE归类为细胞边缘用户。步骤10 指派细胞边缘子频段的频率次通道给该用户。临界值与可直接采用既有3G系统(如WCDMA、cdma2000)中的软式交递 (softhandover)相关参数经验值，如window_add或addition hysteresis,艮口可获得不错 的系统效能，因此可以不需另外定义。如果OFDMA行动通信系统支持软式交递，此方法的操作将更为简单，系统可直接 通过查询此UE的活集大小(active set size, ASS)来区分此UE为细胞中心用户或细胞边 缘用户。若该UE的ASS大于1，则将此UE归类为细胞边缘用户；若该UE的ASS等于1，则 将其归类为细胞中心用户。所谓用户的活集大小就是位于该用户活集(active set)的细 胞数目，由于伺服细胞也是活集的一员，因此所有用户的活集大小皆是大于1。另外，值得注 意的是，目前Pre-4G OFDMA行动通信系统也是利用(3)式来作为是否需触发交递机制的判 断，不过其所定义的临界值是一负值。接下来，当UE于排程器(scheduler)取得最高优先 传送顺序时，若此UE为细胞中心用户，则系统会配置伺服细胞的中心子频段的频率次通道 予该用户；若此UE为细胞边缘用户，则系统会配置伺服细胞的边缘子频段的频率次通道给 该用户。为将细胞中用户区分为细胞中心用户与细胞边缘用户两群。本发明所提供的用户 分群法是基于原本已定义于行动通信系统的交递算法，其所需的量测信息已蕴含于交递机 制中，而且不需额外定义宽带平均SINR临界值，因此具有实现简单的优点。由于广被使用 的地理因子用户分群法，客户端需计算其所收到的宽带平均SINR值，而且系统又需预设宽
8带平均SINR临界值，临界值设定的适当与否，会影响系统整体效能，另外，当信号质量极差 且又无法进行交递的用户增加时，会造成系统容量下降。本发明提供一简单、有效，使用于 OFDMA行动通信系统的细胞间干扰协调技术的细胞中用户分群法，能将用户分为细胞边缘 用户与细胞中心用户，可省略计算宽带平均SINR与定义相关临界值，并维持适当的细胞中 心与细胞边缘用户比率，同时提供卓越的系统效能。 上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发 明的专利范围，凡未脱离本发明的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
权利要求
一种行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法，步骤包括a.用户机量测伺服细胞与邻近细胞的平均信号强度；b.该用户判断是否需回报量测到的平均信号强度信息与是否需启动细胞间干扰协调相关量测回报机制；c.伺服细胞依据客户端所回报的平均信号强度信息判断区分该用户为细胞中心用户或细胞边缘用户；d.伺服细胞依据用户分群结果配置频率次通道。
2.如权利要求1所述的行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法，其 特征在于所述平均信号强度通过估测参考信号接收功率所得的平均路径增益。
3.如权利要求1所述的行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法，其 特征在于所述客户端所需量测的邻近细胞依据系统所广播的邻近细胞集。
4.如权利要求1所述的行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法，其 特征在于所述客户端是否需回报量测到的平均信号强度信息与是否需启动细胞间干扰协 调相关量测回报机制的判断，是利用用户机所量测到的伺服细胞平均信号强度&ο与邻近 细胞集中最强的邻近细胞平均信号强度石丨的差值是否落于一临界值《^来判断。
5.如权利要求4所述的行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法，其 特征在于所述判断式若为-Gi < C ,则用户机会回报量测到的平均信号强度信息与启动细胞间干扰协调相关量测回报机制。
6.如权利要求4所述的行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法，其特征在于所述判断式若为Go ！ ^Jg，则用户机不会回报量测到的平均信号强度信息，也不会启动细胞间干扰协调相关量测回报机制，此时伺服细胞会自动将该用户归类为 细胞中心用户。
7.如权利要求4所述的行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法，其 特征在于所述临界值Jg为一正值。
8.如权利要求1所述的行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法，其 特征在于所述细胞间干扰协调相关量测回报机制为周期性或是事件触发的平均信号强度 回报机制。
9.如权利要求8所述的行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法，其 特征在于所述事件触发的回报机制是通过定义多个临界值来达成。
10.如权利要求1所述的行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法， 其特征在于所述判断区分该用户为细胞中心用户或细胞边缘用户，是根据用户端所回报 的平均信号强度信息，此讯息包括伺服细胞平均信号强度&0与邻近细胞集中最强的邻近细 胞平均信号强度&，以及^与&两者的差值，即孓。
11.如权利要求10所述的行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法， 其特征在于所述仏< ，则将该用户归类为细胞边缘用户。
12.如权利要求10所述的行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法，其特征在于所述go -G1 > 5stch，则将该用户归类为细胞中心用户。
13.如权利要求11或12所述的行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分 群法，其特征在于所述临界值为一正值，且具有小于或等于客户端判断临界值的特性。
14.如权利要求1所述的行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法， 其特征在于所述伺服细胞区分该用户为细胞中心或细胞边缘用户的判断，根据该用户的 活集大小ASS是否大于1来判断。
15.如权利要求14所述的行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法， 其特征在于所述ASS > 1，则将该用户区分为细胞边缘用户。
16.如权利要求14所述的行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法， 其特征在于所述ASS = 1，则将该用户区分为细胞中心用户。
17.如权利要求1所述的行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法， 其特征在于所述频率次信道的配置步骤包括a.配置伺服细胞的边缘子频段的频率次通道给细胞边缘用户；b.配置伺服细胞的中心子频段的频率次通道给细胞中心用户。
全文摘要
本发明公开了一种行动通信系统中应用于细胞间干扰协调技术的用户分群法，是利用原先已定义于行动通信系统中的交递讯息与量测信息，以达到将细胞中用户区分为细胞中心用户与细胞边缘用户两群的目的。其步骤包括有(一)用户机量测伺服细胞与邻近细胞的平均信号强度、(二)用户机判断是否需回报量测到的平均信号强度信息与是否需启动细胞间干扰协调相关量测回报机制、(三)伺服细胞依据客户端所回报的平均信号强度信息区分该用户为细胞中心用户或细胞边缘用户、(四)依据用户分群结果配置中心子频段或边缘子频段的频率次信道给该用户，该方法特别适用于OFDMA行动通信系统的细胞间干扰协调技术，可减少系统实际运作上的困难及复杂度。
文档编号H04L29/06GK101938407SQ20091015864
公开日2011年1月5日 申请日期2009年7月1日 优先权日2009年7月1日
发明者唐之璇, 邱哲盛 申请人:中华电信股份有限公司