专利名称：一种提升ofdma系统下行覆盖和吞吐量的方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种提升 OFDMA (OrthogonalFrequency Division Multiple Access,) ΜΜ ^ τΜ^. 和吞吐量的方法。
背景技术：
在无线通信系统中，基站是指给终端提供服务的设备，基站通过上下行链路与终 端进行通信。下行是指基站到终端的方向，上行是指终端到基站的方向。多个终端可同时 通过上行链路向基站发送数据，也可以同时通过下行链路从基站接收数据。OFDMA技术由于能够有效对抗多径干扰和窄带干扰、频谱效率高而成为了无线通 信物理层技术的主流技术，0FDMA+MIM0(Mu 11ip 1 e-InputMu 11ip 1 e-0ut-put,多输入多输 出)技术相比第3代的CDMA (Code DivisionMultiple Access，码分多址)技术更适合于宽 胃■云力ilifg·。WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access,^ 接入兼容)采用OFDMA技术为物理层核心技术且兼顾移动性和宽带特征的WiMAX 802. 16e 标准和正在制定中的802. 16m标准，是下一代移动通信标准的强有力竞争者。在OFDMA系统中，在时域上划分为多个OFDMA符号，而在频域上划分为多个子信 道，每个子信道则是一组子载波的集合。通常，一个子信道和一个或几个符号交叉构成时频 区域称为时隙(Slot)，Slot是OFDMA系统最小的分配单位。这样就可以将OFDMA的帧的物 理层资源用时隙-子信道构成的二维矩形表格表示。同时，在OFDMA系统的下行帧可以被分为多个由时隙组成的更大的矩阵，称之为 Zone区域,根据不同的功能需求，比如Band AMC (adjacent subcarrierPermutation，相邻 载波排列方式)、ΜΙΜ0以及AAS等可以把hne分为多种类型，如图1所示。一个hne不必 占用下行帧中的所有子信道，也不必占用下行帧中的所有符号，但是其大小必须是一个矩 阵形区域。目前，Boosting是OFDMA系统中常用的一种用来提升某些子载波(包括数据 (data)子载波和导频(pilot)子载波)功率的方法。Boosting分为Data Boosting*hne Boosting, Data Boosting主要是针对某个终端的所有数据子载波，通过对某个终端的所有 数据子载波使能Data Boosting(范围为_12db到9db)，可以提升这个终端的下行信号，间 接提升终端的下行吞吐量；Zone Boosting是针对某个下行hne的所有导频子载波和数据 子载波使能Boosting，通过对某些hne (特别是对于限制子信道的hne，如PUSC Zone)使 能hne Boosting，可以有效提升下行信道估计的精度，同时可以提升下行信号，间接提升 系统下行覆盖范围。在通信基站的射频单元需要对输出信号的功率进行设定称为定标，定标的目的在 于控制射频单元的发射功率，按照定标的设定功率发射，而不能超过这个设定功率，如果超 过设定定标功率，则会导致信号覆盖出现偏差，影响实际的组网效果。但是，发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术具有以下缺陷现有技术在同时使能hne Boosting和Data Boosting时，由于不能合理分配下行功率，从而导致功率溢 出，影响实际的组网效果。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种提升OFDMA系统下行覆盖和吞吐量的方法，以克 服现有技术中在同时使能hne Boosting和Data Boosting时，由于不能合理分配下行功 率，从而导致功率溢出的缺陷。为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种提升OFDMA系统下行覆盖和吞吐量 的方法，所述方法包括以下步骤:A、为终端选择Zone，并依次遍历所有hne ；B、判断下行 Zone的hne Boosting是否预先确定，如果是，则转步骤C，否则转步骤E ;C、计算hne中 所有终端的数据子载波的最大功率值；D、根据所述最大功率值和终端的下行CINR(Carrie r-to-Interference-and-NoiseI atio，载波干扰噪声比)，为终端分配 Data Boosting,并 结束；E、根据终端的下行CINR，为终端分配Data Boosting ；F、根据终端占用的子信道数和 所分配的Data Boosting值，计算hne Boosting的最大值；G、对所述hne使能最大值的 Zone Boosting。进一步，在所述步骤C中，具体包括根据公式Pmaxdatasub。a iCT = (Npreamble*8)/Ga inz-Nsub。hamel*Npil。tsub。a iCT*16/9计算hne中所有终端的数据子载波的最大功率值，其中 Pmaxdatasubcarrier为最大功率值，Npreamble为前缀子载波的个数，Gainz为使能hne Boosting后 对hne带来的增益，N—为hne所占用的子信道数，Npil。tsub。a iCT为一个子信道一个符 号中包含的导频子载波数。进一步，在所述步骤D中，具体包括D1、按照终端的下行CINR从小到大的顺序，对 Zone下的所有终端进行排序；D2、按照所述顺序，在不大于所述最大功率值的情况下，为每 个终端分配Data Boosting。进一步，所述步骤D2具体包括对下行CINR小于预先设定的门限值的终端使 能9db Data Boosting，对下行CINR大于或等于预先设定的门限值的终端不使能Data Boosting ；根据公式 Pi = MSsubchamel*Ndatasubcarrier*GainDataboosting 计算每个时隙的数据子载波 的功率值Pi,其中MSsubehannel为终端的Data Burst所占用的子信道数，Ndatasubcarrier为一个 子信道一个符号中包含的数据子载波数，feinDatab。。sting为使能Data Boosting后对终端的 数据子载波带来的增益；比较每个时隙的数据子载波的功率值Pi，获取最大值PmmpCTS1。t ； 判断PmaXpCTS1。t是否小于或等于所述最大功率值，如果是，则结束，否则重新进行分配Data Boosting。进一步，所述步骤E具体包括对下行CINR小于预先设定的门限值的终端使能9db Data Boosting，对下行CINR大于或等于预先设定的门限值的终端不使能Data Boosting。
η进一步，所述步骤F具体包括根据公式{Npreamhle* 8)/ ((X
i=ms
MSisubchanmI * ^datasubcarfier ^^^Databoosting ) + ^subchannel (^pilotsubcarrier
* 16/9))计算
ZoneBoosting的最大值^iinz，其中Nlffeamble为前缀子载波的个数，MSisubehannel为终端的Data Burst所占用的子信道数，Nidatasub。a iCT为一个子信道一个符号中包含的数据子载波数， Gaininataboosting为使能Data Boosting后对终端的数据子载波带来的增益，Nsubchannel为hne所占用的子信道数，Npilotsubcarrier为一个子信道一个符号中包含的导频子载波数。进一步，当终端上报数据子载波CINRdata时，上报的CINRdata直接应用于AMC的判 决。进一步，当终端上报导频子载波CINRpil。t时，CINRpil。t加上Data Boosting的增益 GainDataToPilot后，再应用于AMC的判决。进一步，当终端上报前缀子载波CINRlffeamble时，CINRpreamble加上Data Boosting的 增益 GainDataT。preamble 以及 hne Boosting 的增益 GainZT。preamble 后，再应用于 AMC 的判决。与现有技术相比，本发明有益效果如下本发明通过将hne Boosting和Data Boosting相结合的方法，解决了在同时使 能hne Boosting和Data Boosting时，由于不能合理分配下行功率，导致功率溢出的问 题；而且，在保证功率不溢出的前提下，合理的分配下行功率，将^)加Boosting用于第一 个下行PUSC Zone以及将Data Boosting集中用于远点用户，提升了 OFDMA系统的覆盖范
围和吞吐量。
图1是现有技术的下行帧hne结构图；图2是本发明实施例的一种OFDMA系统下行覆盖示意图；图3是本发明实施例的一种下行带宽分配结构示意图；图4是本发明实施例的一种提升OFDMA系统下行覆盖和吞吐量的方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本发明实施例的一种OFDMA系统下行覆盖示意图如图2所示，可以看出，在没有使 B Zone Boosting和Data Boosting时，下行覆盖范围是区域21 ；在使能了 hne Boosting 和Data Boosting后，由于提升了整个hne区域的子载波的功率，覆盖范围加大为区域22， 同时在保证功率不溢出的情况下，使能DataBoosting到最大值，不仅提升了边缘用户的接 入能力，而且在使能Data Boosting后，整体的吞吐量也有所提升。本发明采用的定标策略需要根据恒定数量的数据子载波来定标，在OFDMA系统 中，由于I^eamble数据子载波是恒定不变的，所以本发明以I^reamble数据子载波作为定标 的标准，根据这个标准，必须满足如下公式PpreambIe ^ Pdata+Ppilot (D其中，Ppreamble为I^eamble子载波的总发射功率，Pdata为Data子载波的总发射功 率，PpiIot为Pilot子载波的总发射功率。根据802. 16e,导频子载波的功率比数据子载波的功率高2. 5db，前缀(preamble) 子载波功率比数据子载波高9db，所以可以得到如下的对应关系假设数据子载波的功率为P，则导频子载波功率为16/9P，preamble子载波功率为 8P。得出如下公式
Pdata = Gainz ^fjPl(2)
ms其中，Pi为终端的所有数据子载波的功率和，在没有使能Data Boosting的情况 下，每个数据子载波的功率为P ；Ppilot = feinz*Nsubchamel*Npil。tsubcarrier*16/9*P (3)Ppreamble = Npreamble*8*P (4)Gainz表示使能hne Boosting后对hne带来的增益，单位db ；Npreamble表示I^reamble子载波的个数，根据FFT Size不同Nltteamble有所不同，例如 对于FFT Size为IOM的系统来说，Npreamble为284 ；Nsubchannel表示hne所占用的子信道数；Pn表示所有终端的数据子载波的功率总和；Npilotsubcarrier表示一个子信道一个符号中包含的导频子载波数。由于对于某个固定hne 来说，Npreamble、Nsubehannel、fetinz、Npil。tsub。miCT 是已知的，所以 根据公式(1)，(2), (3)，(4)可以得出如下结论
η
YjPi < (Npreamble * 8) /Gainz - Nsuhchanml * Npilotsubcarner * 16/9 (5)
i=ms由于不同的终端分配的子信道个数不同，对于单个终端来说有如下公式Pi 一 MSsubchamel*Ndatasubcarrier*GainDataboosting (6)GainDatab00Sting表示使能Data Boosting后对某个终端的数据子载波带来的增益， 单位为db，由于Data Boosting使对于终端的Data Burst使能(Data Burst称为数据突 发，表示分配给终端下行帧结构中一块区域用于传送数据)，所以是对于单个终端来 说的；Ndatasubcarrier表示一个子信道一个符号中包含的数据子载波数；MSsubchannel表示终端的Data Burst所占用的子信道数。对于不同终端可以使能不同的Data Boosting，但是必须满足公式5的约束限制， 对于OFDMA系统，终端Data Burst大小和划分使由基站决定的，所以MSsubehannel是已知的， 如图3所示的下行带宽分配结构，可以知道MSl占用1个子信道，MS2占用2个子信道。根据其他已知的Npreamble、Nsub。h_el、(；ainz、Npil。tsub。a ier 以及 atasub。a ier，只要分配给 终端的Data Boosting满足公式(5)，就不会导致下行功率溢出。实施例1本发明实施例的一种提升OFDMA系统下行覆盖和吞吐量的方法如图4所示，在下 行hne的hne Boosting确定的情况下，首先根据公式5，计算对于整个hne中的数据子 载波功率的最大值，这个最大值能够保证下行射频功率不超过定标功率；然后对不同的终 端使能不同的Data Boosting，比如对边远用户使能最高的9db Data Boosting，而对信号 相对比较好的终端可以使能OdbData Boosting或负Data Boosting。在hne Boosting不 确定的情况下，先确定终端的Data Boosting，可以优先考虑对边远用户(先决条件是已经 接入并有下行信噪比反馈的终端)使能Data Boosting，最大可以使能9db，再确定该hne 能够使能化！^ Boosting的最大值。参照图4，本实施例包括以下步骤
步骤s401，为终端选择Zone，并依次遍历所有hne。一个终端一帧只能处于 一个hne中，并且可以在不同的hne之间切换，基站的MAC控制层可以根据不同的功 能需求给终端选择一个适合的hne，比如STC Zone, AASZone, AMC Zone, PUSC Zone等； Zone Boosting为一个基站可配置的变量，可以固定给一个hne使能一定值的hne Boosting (取值范围为_9db到9db)，也可以根据实际终端使用的Data Boosting确定hne Boosting的最大取值，并对该hne使能最大值。为此需要遍利下行帧中的所有hne。步骤s402，判断下行hne的hne Boosting是否预先确定，如果是，则转步骤 s403，否则转步骤s405。步骤s403，计算^me中所有终端的数据子载波的最大功率值。本实施例中，根据 公式Rnax
datasubcarrier (Npreamble*8) /ΟβΙΠ^ NsUbchamel*Np;iiotsubcarrier*丄6 /9计算^me中所有终端
的数据子载波的最大功率值，其中Pmmdatasub。miCT为最大功率值，Npreamble为前缀子载波的个 数，Gainz为使能hne Boosting后对hne带来的增益，Nsubchannel为hne所占用的子信道 数，Npilotsubcarrier为一个子信道一个符号中包含的导频子载波数。步骤s404，根据所述最大功率值和终端的下行CINR，为终端分配DataBoosting， 并转步骤s408。本实施例中，首先，按照终端的下行CINR从小到大的顺序，对hne下的所 有终端进行排序；然后，按照所述顺序，在不大于所述最大功率值的情况下，为每个终端分 KData Boosting。DataBoosting 白勺禾呈胃:1、对下行CINR小于预先设定的门限值(比如下于QPSK1/2调制编码方式解调门 限)的终端使能9db Data Boosting，对下行CINR大于或等于预先设定的门限值的终端不 ^吏會巨 Data Boosting。2、根据公SPi = MSsubchamel*Ndatasubcarrier*GainDatab。。sting 计算每个时PlC的数据子载波 的功率值Pi,其中MSsubehannel为终端的Data Burst所占用的子信道数， atasub。a iCT为一个子 信道一个符号中包含的数据子载波数，feinDatab。。sting为使能Data Boosting后对终端的数 据子载波带来的增益。3、比较每个时隙的数据子载波的功率值Pi,获取最大值PmaxpCTS1。t。4、判断PmaxpCTS1。t是否小于或等于所述最大功率值，如果是，则结束，否则重新进 if^K Data Boosting。步骤s405，根据终端的下行CINR，为终端分配Data Boosting。本实施例中，对下 行CINR小于预先设定的门限值(比如下于QPSKlA调制编码方式解调门限)的终端使能 9db Data Boosting，以保证边缘用户性能，对下行CINR大于或等于预先设定的门限值的终 ^M^-ilifE； Data Boosting。步骤s406，根据终端占用的子信道数和所分配的Data Boosting值，计
η
算hne Boosting的最大值。本实施例中，根据公式= (Npreamhle ^ 8) / (([
i=ms
^^^subchannel^^datasubcarrier
GainiDataboosting) +
^subchannel
ilotsubcarrier * 16/9))计算
ZoneBoosting的最大值^iinz，其中Nlffeamble为前缀子载波的个数，MSisubehannel为终端的Data Burst所占用的子信道数，Nidatasub。a iCT为一个子信道一个符号中包含的数据子载波数， Gaininataboosting为使能Data Boosting后对终端的数据子载波带来的增益，Nsubchannel为hne 所占用的子信道数，Npilotsubcarrier为一个子信道一个符号中包含的导频子载波数。
步骤s407，对所述hne使能最大值的hne Boosting。步骤s408，考虑使能Boosting下行CINR。由于终端反馈的下行CINR，可以使多 种类型，所以需要考虑hne Boosting和Data Boosting对终端上报下行CINR的影响，依 赖于终端的支持能力(在终端接入系统能力协商时终端会将能力告知给基站)。本实施例 中，如果终端上报数据子载波CINR^S*CINRdata，由于hne Boosting和Data Boosting 都作用于数据子载波，所以上报的CINRdata不用加上Boosting的增益，可以直接应用于 AMC (根据下行CINR判决下行调制编码方式)的判决，这是一种理想的状况，依赖于终端的 处理能力；如果终端上报导频子载波CINR，假设为CINRpil。t，由于hne Boosting作用于数 据子载波和导频子载波，Data Boosting只作用于数据子载波，所以(讯‘㈣需要加上Data Boosting的增益GainDataT。Pil。t才能用于AMC的判决；如果终端上报preamble子载波CINR， 假设为CINRlffeamble，由于hne Boosting作用于数据子载波和导频子载波，Data Boosting 只作用于数据子载波，所以CINRpreamble需要加上Data Boosting的增益fetinDataT。preamble以及 Zone Boosting的增益Gainmiffeamble才能用于AMC的判决。实施例2在实施例1的步骤s403 s404中，即在下行hne的Zone Boosting确定的情况 下，由于OFDMA系统中，Slot是最小的分配单位，如图3所示，下行帧由多个Slot矩阵组成， 为终端分配的物理层资源是以Slot为单位的资源块，比如MSl占用了 5个Slot，MS2占用 了 4个Slot。对于一个Slot列(包括所有子信道)，终端所占用的子信道数不同，比如在 Slot4列，MSl占用1个子信道，MS2不占用子信道，MS3占用2个子信道，MS4占用2个子信 道。计算每个Slot列终端所占用的子信道数，对于每个Slot列计算出来的数据子载
波的功率和要满足公式
η ￡
i=ms MSisubchannd * ^datasubcarrier * ^Databoosting ‘ ^ ^preamble * g)丨 Gdiflz _ ^subchannel *
^pilotsubcarrier * 16/9( 7 )的前提下，多余的功率可以尽量分配给需要加Data Boosting的终端，用于提升系 统的吞吐量。对于FFT Size 为 1024 的 OFDMA 系统来说，Npreamble = 284, Nsubchannel = 30， N = 4 Ni= 94
i^pilotsubcarrier ‘ 1 y x datasubcarrier°假设等于9db，代入公式(7)，得到
η L MSisubchannd * Gaini0a
'subchannel * ^julmDataboosting ^ J .629假设MSl由于下行信号低，需要使能Data Boosting 9db，MS2下行信号一般，使能 Odb Boosting, MS3和MS4下行信号都比较好，分别使能_3dbBoosting对于图3所示的资源分配情况，Slotl，2，3列=MSl, MS2，MS3分别占用1个子信道，MS4占用2个子信道
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权利要求
1.一种提升OFDMA系统下行覆盖和吞吐量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤A、为终端选择hne，并依次遍历所有hne；B、判断下行hne的hneBoosting是否预先确定，如果是，则转步骤C，否则转步骤E ；C、计算^me中所有终端的数据子载波的最大功率值；D、根据所述最大功率值和终端的下行载波干扰噪声比，为终端分配DataBoosting，并 结束；E、根据终端的下行载波干扰噪声比，为终端分配DataBoosting ；F、根据终端占用的子信道数和所分配的DataBoosting值，计算hneBoosting的最大值；G、对所述hne使能最大值的hneBoosting。
2.如权利要求1所述的提升OFDMA系统下行覆盖和吞吐量的方法，其特征在于，在所述 步骤C中，具体包括根据公式PlTiaXdatasubcarrier(Npreambie*8) /ΟβΙΠ^ NsUbchannel*Np;[ iotsubcarrier* 丄 6/9计算^ne中所有终端的数据子载波的最大功率值，其中PmaXdatasub。a iCT为最大功率值， Npreamble为前缀子载波的个数，Gainz为使能hne Boosting后对hne带来的增益，Nsubchannel 为Mne所占用的子信道数，Npilotsubcarrier为一个子信道一个符号中包含的导频子载波数。
3.如权利要求1所述的提升OFDMA系统下行覆盖和吞吐量的方法，其特征在于，在所述 步骤D中，具体包括D1、按照终端的下行载波干扰噪声比从小到大的顺序，对^me下的所有终端进行排序；D2、按照所述顺序，在不大于所述最大功率值的情况下，为每个终端分配Data Boosting。
4.如权利要求3所述的提升OFDMA系统下行覆盖和吞吐量的方法，其特征在于，所述步 骤D2具体包括对下行载波干扰噪声比小于预先设定的门限值的终端使能9db DataBoosting，对下行 载波干扰噪声比大于或等于预先设定的门限值的终端不使能Data Boosting ；根据公式Pi = MSsubchamel*Ndatasubcarrier*GainDataboosting计算每个时隙的数据子载波的功率 值Pi，其中MSsubehannel为终端的Data Burst所占用的子信道数， atasub。a iCT为一个子信道一 个符号中包含的数据子载波数，feinDatab。。sting为使能Data Boosting后对终端的数据子载 波带来的增益；比较每个时隙的数据子载波的功率值Pi,获取最大值PmmpCTS1。t ； 判断PmaxpCTS1。t是否小于或等于所述最大功率值，如果是，则结束，否则重新进行分配 Data Boosting。
5.如权利要求1所述的提升OFDMA系统下行覆盖和吞吐量的方法，其特征在于，所述步 骤E具体包括对下行载波干扰噪声比小于预先设定的门限值的终端使能9db DataBoosting，对下行 载波干扰噪声比大于或等于预先设定的门限值的终端不使能Data Boosting。
6.如权利要求1所述的提升OFDMA系统下行覆盖和吞吐量的方法，其特征在于，所述步 骤F具体包括
7.如权利要求1至6任一项所述的提升OFDMA系统下行覆盖和吞吐量的方法，其特征 在于，当终端上报数据子载波CINRdata时，上报的CINRdata直接应用于自适应调制编码的判 决。
8.如权利要求1至6任一项所述的提升OFDMA系统下行覆盖和吞吐量的方法，其特征 在于，当终端上报导频子载波CINRpil。t时，CINRpiltrt加上DataBoosting的增益GainDataT。m。t 后，再应用于自适应调制编码的判决。
9.如权利要求1至6任一项所述的提升OFDMA系统下行覆盖和吞吐量的方法，其 特征在于，当终端上报前缀子载波CINRpreamble时，CINRlffeamble加上DataBoosting的增益 GainDataTopreamble以及hne Boosting的增益GainZT。preamble后，再应用于自适应调制编码的判 决。
全文摘要
本发明公开了一种提升OFDMA系统下行覆盖和吞吐量的方法，包括A、为终端选择Zone，并依次遍历所有Zone；B、判断下行Zone的Zone Boosting是否预先确定，如果是，则转步骤C，否则转步骤E；C、计算Zone中所有终端的数据子载波的最大功率值；D、根据所述最大功率值和终端的下行CINR，为终端分配Data Boosting，并结束；E、根据终端的下行CINR，为终端分配Data Boosting；F、根据终端占用的子信道数和所分配的Data Boosting值，计算Zone Boosting的最大值；G、对所述Zone使能最大值的Zone Boosting。本发明通过将Zone Boosting和Data Boosting相结合的方法，解决了在同时使能Zone Boosting和Data Boosting时，由于不能合理分配下行功率，导致功率溢出的问题。
文档编号H04L27/26GK102088310SQ20091025009
公开日2011年6月8日 申请日期2009年12月4日 优先权日2009年12月4日
发明者唐枫 申请人:中兴通讯股份有限公司