专利名称：一种ofdm中继网络干扰抑制方法
技术领域：
本发明涉及宽带无线通信技术，特别是涉及一种OFDM中继网络干扰抑制方法。
背景技术：
随着宽带无线通信技术的不断发展，未来通信网络对高速率、广覆盖和大容量的 泛在无线业务的需求日益增大，这不仅需要采用先进的传输技术，还需要新的网络体系结 构支持。由此，一种新型的低成本网络结构-协同中继网络孕育而生，它的出现无疑为迎接 未来移动通信发展中更大容量、更高速率、更广覆盖等挑战提供了一种较为可行的方案。基于中继的下一代网络构架已经成为目前的研究热点，它通过协作传输技术，不 仅可以支持信源端与信宿端之间的直接通信，而且通过引入一个或多个中继站，使得信源 端发出的信息还能由各中继站经过一定方式的处理后再转发至信宿端。这种多跳传输方式 通过中继站绕开阻碍电波传输的建筑物、植被等障碍物，在一定程度上克服了大尺度衰落 的影响，减小了收发终端间的路径损耗，降低了用户设备的发射功率，从而抑止系统干扰并 提高信号的信噪比(SNR)。此外，由于信宿端可根据不同的合并方式对来自不同发射节点 (信源端或是各中继站)的信号进行接收处理，协作传输还可以显著的抵抗信道上小尺度 衰落的影响，在一定程度上改善信号的传输环境，获取不同的分集增益。由于中继系统的固有优越性，美国电气和电子工程师协会(IEEE)的802. 11和 802. 16等标准工作组都明确提出了“中继”以及多跳协作传输的概念，并正在进行标准化的 工作。而且，协同中继系统与新一代宽带无线移动通信技术(B3G)系统中的正交频分复用 (OFDM)技术的融合也是目前的一个热点，例如，研究采用OFDMA多址方式的协同中继系统 下的路由策略，资源分配策略来提高系统的吞吐量和用户的公平性。但是由于采用OFDM技 术的系统，其自身没有小区内下行链路干扰抑制的机制，加上中继站的引入会带来干扰源 的增多，如果采用频率复用因子为1，会导致用户的干扰水平增大，特别是对位于小区边缘 用户的通信会造成极大的影响。因此，为了改善中继OFDM小区边缘用户的通信性能，进一步提高系统的频谱效 率，必须采用合适的下行链路干扰抑制策略，来有效的控制OFDM中继网络中小区内的干 扰。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是采用OFDM技术的系统，其自身没有小区内下行链路 干扰抑制的机制，加上中继站的引入会带来干扰源的增多，会导致用户的干扰水平增大，特 别是对位于小区边缘用户的通信会造成极大的影响。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，提供一种OFDM中继网络干扰抑制方法，该方法包括A、用户设备进行分类并将各自的分类信息反馈给其接入节点，所述接入节点为基站或中继站；B、根据用户设备的分类信息，各接入节点为其连接的用户设备进行接入时隙的资源分配；C、各中继站估算所需的资源块数目，并将资源块需求信息反馈给基站；D、基站根据中继站的反馈信息进行回传时隙的资源分配。优选地，步骤A具体包括Al、用户设备测量其接入节点的信号功率和其他接入节点的干扰功率，信号功率 与总干扰功率的比值为该用户设备的信干比；A2、设置高信干比门限值和低信干比门限值，信干比高于高信干比门限值的用户 设备为高质量用户设备，信干比低于低信干比门限值的用户设备为低质量用户设备，信干 比介于高信干比门限值和低信干比门限值之间的为普通用户设备；A3、用户设备将各自的分类信息反馈给其接入节点。优选地，步骤A3进一步包括低质量用户设备将小区内对其干扰最大的接入节点的编号反馈给其接入节点。优选地，步骤B之前，该方法进一步包括各接入节点将接入时隙系统可用的频带资源分成低功率资源区和正常功率资源 区，并保证各个接入节点的低功率资源区正交，所述低功率资源区是指以低于各接入节点 正常设置功率进行发射的频带资源，所述正常资源区是指以各接入节点正常设置功率进行 发射的频带资源。优选地，步骤B具体包括Bi、各个接入节点将低功率资源区的频带资源分配给高质量用户设备，并且降低 在低功率资源区的发射功率；B2、各接入节点为受小区内其他接入节点干扰大的低质量用户设备分配该接入节 点的正常功率资源区内与小区内其他接入节点的低功率资源区相对应的频带资源；B3、各接入节点将其他的正常功率资源区的频带资源分配给普通用户设备。优选地，步骤A之前，该方法进一步包括各接入节点将其时隙资源分成回传时隙和接入时隙，且在回传时隙各接入节点的 频带正交，在接入时隙各接入节点复用系统所有的频带。优选地，步骤C具体包括基于两跳速率均衡的原则，各中继站根据测量的回传链路的信道质量估算所需的 资源块数目，并将资源块需求信息反馈给基站；所述的两跳速率均衡是指中继站需要依据与中继站相连接的用户设备在接入链 路的传输速率，来分配回传链路的频带资源和功率资源，以实现两跳速率上的匹配；所述接 入链路为用户设备与中继站的通信链路，所述回传链路为中继站与基站的通信链路。 优选地，步骤D具体包括基站优先为各中继站分配所需的频带资源和功率资源，然后将剩余的资源分配给 与基站直接连接的用户设备。优选地，用户设备选择接入节点的方式可以依据最大接收功率、最小路径损耗、或
最大信道容量准则。
(三)有益效果通过提出了一种OFDM中继网络干扰抑制方法，将小区内基站和各中继站的用户 设备进行分类并为各类用户设备合理地分配相应的功率资源和频带资源，在尽量提高系统 总的吞吐量的同时改善小区内传输质量较差的用户设备的通信质量，即提高边缘用户的通 信速率。同时，不论用户分类还是资源分配的过程，都可以由各接入节点独立完成，没有各 接入节点的资源协调，因此并不需要各接入节点间的信令交互，算法复杂度低，开销小，具 有很强的实用性。
图1是依照本发明一种实施方式的OFDM中继网络干扰抑制方法的流程图；图2是本发明方法中用户设备进行分类并将各自的分类信息反馈给其接入节点 的方法流程图；图3是OFDM中继网络中一个蜂窝小区的示意图；图4是本发明方法所采用的OFDM中继系统的帧结构示意图；图5是本发明方法中各接入节点根据用户设备的分类信息为其连接的用户设备 进行接入时隙的资源分配的方法流程图；图6是本发明方法中各接入节点为用户设备进行接入时隙的频带资源的分配示 意图；图7是通过仿真得到的OFDM中继网络中采用依照本发明一种实施方式的干扰 抑制方法的全复用模式和未采用干扰抑制的全复用模式的信干比累积分布函数曲线示意 图；图8是通过仿真得到的0FDM中继网络中采用依照本发明一种实施方式的干扰抑 制方法的全复用模式和未采用干扰抑制的全复用模式的平均吞吐量累积分布函数曲线示 意图。
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。本发明的主要思想为用户设备进行分类并将各自的分类信息反馈给其接入节 点；各接入节点根据用户设备的分类信息为其连接的用户设备进行接入时隙的资源分配； 各中继站估算所需的资源块数目，并将资源块需求信息反馈给基站；基站根据中继站的反 馈信息进行回传时隙的资源分配。图1是依照本发明一种实施方式的0FDM中继网络干扰抑制方法的流程图。本发 明的干扰抑制方法适用于0FDM中继网络的下行链路，如图1所示，本发明所述方法主要包 括以下步骤步骤A、用户设备进行分类并将各自的分类信息反馈给其接入节点。图2是本发明中用户设备进行分类并将各自的分类信息反馈给其接入节点的方 法流程图。如图2所示，本步骤具体包括步骤A1、用户设备测量其接入节点的信号功率和其他接入节点的干扰功率，信号
6功率与总干扰功率的比值为该用户设备的信干比。在移动通信网络，比如OFDM中继网络中，为了使用户设备(例如，手机)工作同 步，网络中的接入节点(例如，基站或各中继站)会发送导频信号，用户设备通过测量网络 中各接入节点的导频信号可以获得接入节点标识(例如，基站标识或中继站标识)、该用户 设备的接入节点发送的接收信号功率、以及其他接入节点发送的干扰功率。用户设备对测 量得到的上述信号功率和干扰功率进行计算得到信干比。图3是OFDM中继网络中一个蜂窝小区示意图，如图3所示，基站(BS)位于小区 中心，N个中继站(RS)近似均勻的部署在小区靠近边缘的位置，其中基站编号为0，中继 站编号为i = l，2，…，N。小区中均勻分布着K个用户设备，其集合记为Ω，并且Ω = Ω^υ Q1 U…U ΩΝ，其中Qci为与BS直接通信的用户设备(称为直传用户设备)的集合， 其个数设为K^Qji = 1,2,-,N)为通过第i个中继站与BS通信的用户设备(称为中继 用户设备)的集合，其个数设为K”用户设备选择接入节点的方式可以依据最大接收功率、 最小路径损耗、最大信道容量或其它准则。基站的正常发射功率为Pbs，中继站的正常发射功 率为Pks，第i个接入节点的发射功率为Pi,则当i = 0时Pi = Pbs，i乒0时Pi = Peso假设 用户设备j(j = l，2，…，K)的接入节点为i，即j e Qi，接入节点i与用户设备j之间的 路径损耗表示为比,」，则其测量的信号功率为Sm = hi,&，测量的小区内其它节点i' (i' =1,2,…，N且i'兴i)的干扰功率为Ii,,」= IvijPi,，由于小区外的干扰节点发出的干 扰功率对用户设备的影响很弱，所以可以将测量得到的小区外所有干扰功率相加得到小区 外的总干扰功率IintCT-。ell ；则此时用户设备j的信干比SII^为 步骤A2、设置高信干比门限值和低信干比门限值，信干比高于高信干比门限值的 用户设备为高质量用户设备，信干比低于低信干比门限值的用户设备为低质量用户设备， 信干比介于高信干比门限值和低信干比门限值之间的为普通用户设备。根据公式(1)得到的节点i连接的所有用户设备的信干比将节点i连接的所有 用户设备进行分类，设置一个高信干比门限值S//^th。ld，例如10dB，和一个低信干比门限 值,例如OdB。将节点i连接的用户设备集合Qi中信干比高于57<th。ld的用户 设备的集合称为高质量用户设备集合Ω，，即
，将节点 i连接的用户设备集合Qi中信干比低于^//？^㈣的用户设备的集合称为低质量用户设 备集合i^。w ,即
将节点i连接的用户设备集合Qi中信 干比介于见^^^和见^^之间的用户设备的集合称为普通用户设备集合從—，并有 步骤A3、用户设备将各自的分类信息反馈给其接入节点。节点i连接的每个用户设备j(j = 1,2,…，K)将各自的分类信息(包括高质 量用户设备、低质量用户设备或普通用户设备)通过上行链路反馈给其接入节点，低质 量用户设备还需将小区内对其干扰最大的接入节点的编号~反馈给其接入节点，其中 这样对于节点i下的低质量用户设备集合，可以进一步根据最大干扰节点的不同将其分类，用公式表示为= υ.Ω^Γ，ΥΧΦΙ其中表示第i个节点下受第η个节点干扰最大的低质量用户集合。步骤B、各接入节点根据用户设备的分类信息为其连接的用户设备进行接入时隙 的资源分配。图4是本发明方法所采用的OFDM中继系统的帧结构示意图。如图4所示，本发明 所述方法采用的OFDM中继系统采用时分半双工的方式，时隙资源分成回传时隙和接入时 隙两部分，以支持中继用户设备的两跳传输。并且设置在回传时隙各条回传链路(即基站 与各中继站之间的通信链路)和与基站直接通信的直传用户设备的接入链路(即用户设备 与各节点的通信链路)分配的频带资源正交，但在接入时隙各接入节点复用系统所有的频 带资源。图5是本发明方法中各接入节点根据用户设备的分类信息为其连接的用户设备 进行接入时隙的资源分配的方法流程图，如图5所示，该方法包括步骤Bi、各个接入节点将低功率资源区的频带资源分配给高质量用户设备，并且 降低在低功率资源区的发射功率。图6是本发明中各接入节点为用户设备进行接入时隙的频带资源的分配示意图。 以图2所示的OFDM中继系统小区包括基站(BS)、中继1 (RSl)、中继2(RS2)和中继3(RS3) 为例，各接入节点将系统可用的OFDM频带资源分成低功率资源区和正常功率资源区，所述 低功率资源区是指在下行链路上以低于各接入节点正常设置功率进行发射的OFDM连续频 带资源块，所述正常资源区是指在下行链路上以各接入节点正常设置功率进行发射的OFDM 连续频带资源块，并保证各接入节点的低功率资源区正交。这样可以避免各接入节点同一 时隙在低功率资源区上发射信号产生的相互干扰。然后各个接入节点将低功率资源区的频 带资源分配给高质量用户设备，比如将基站的低功率资源区的频带资源分配给与基站直接 通信的高质量用户设备集合Qfgh ,将RSl的低功率资源区的频带资源分配给与RSl相连的 高质量用户设备集合Qfgh ,将RS2的低功率资源区的频带资源分配给与RS2相连的高质量 用户设备集合Qfgh，将RS3的低功率资源区的频带资源分配给与RS3相连的高质量用户设 备集合Qfgh ,并且降低各个接入节点在低功率资源区的发射功率，比如功率降低的比例系 数为Powerjatio ^ 1，则基站在低功率资源区的发射功率为P0Wer_rati0*PBS，各中继站在 低功率资源区的发射功率为PoWer_rati0*PKS。虽然Powerjatio可以任意设置，比如0. 8 或0.9，但必须保证降低后的基站或各中继站在低功率资源区的发射功率满足小区内可靠 数据传输的最低要求。步骤B2、各接入节点为受小区内其他接入节点干扰大的低质量用户设备分配该接 入节点的正常功率资源区内与小区内其他接入节点的低功率资源区相对应的频带资源。首先，为受接入节点η干扰大的与接入节点i连接的低质量用户设备分配接入节 点i的正常功率资源区内与节点η的低功率资源区相对应的频带资源，这样能够降低节点 η对与接入节点i连接的低质量用户设备的干扰。比如为受RS1、RS2和RS3干扰大的与基 站直接通信的低质量用户设备集合Ω^Γ、分别分配基站的正常功率资源区内 与RSl、RS2和RS3的低功率资源区相对应的频带资源；同理，分别为与RSl、RS2和RS3连接的低质量用户设备集合进行频带资源分配。步骤B3、各接入节点将其他的正常功率资源区的频带资源分配给普通用户设备。将步骤B1和B2分配剩余的各接入节点的正常功率资源区的频带资源分配给与各 接入节点相连接的普通用户设备。至此，接入时隙分配结束。步骤C、各中继站估算所需的资源块数目，并将资源块需求信息反馈给基站。基于两跳速率均衡的原则，各中继站根据测量的回传链路的信道质量估算所需的 资源块数目，并将资源块需求信息反馈给基站；所述的两跳速率均衡是指中继站需要依据中继用户设备在第二跳链路(即接入 链路)的传输速率，来分配第一跳链路(即回传链路)的频带资源和功率资源，以实现两跳 速率上的匹配，通过调整频带分配以及各频带上的功率，以最大化该用户设备的传输速率， 则认为此时基本满足两跳速率均衡。该约束准则的目的在于充分利用系统资源，以进一步 增强系统性能。步骤D、基站根据中继站的反馈信息进行回传时隙的资源分配。如图4所示，基站根据各中继站的反馈信息进行回传时隙的资源分配时，优先为 各中继站分配所需的频带资源和功率资源，然后将回传时隙剩余的资源分配给与基站直接 连接的直传用户设备。下面以一个具体的实施例来说明本发明所述的OFDM中继网络干扰抑制方法。在本实施例中，所述OFDM中继网络系统由19个蜂窝小区构成的，每小区中心放 置1个基站，且每小区靠近边缘均勻放置3个中继站，每个小区均勻分布30个用户。基 站的正常发射功率配置为46dBm(参见3GPP相关规定)，各中继站的正常发射功率配置为 37dBm(参见3GPP相关规定)，频带数目为50个，载频为2GHz。同时在本实施例中，设定高 质量用户信干比门限值57<^_为10dB，低质量用户信干比门限双对—为OdB以及功率 降低的比例系数Power_ratio为0. 9。通过仿真比较了全复用以及全复用干扰抑制两种场景下的性能。其中全复用场景 表示小区内有中继站，在接入时隙小区内不同接入节点下的用户设备复用全部资源，但不 做任何干扰抑制处理；全复用干扰抑制场景表示应用本发明所述方案。下面是这两种场景 下的性能结果的比较分析。图7是在OFDM中继网络中，两种场景下所有用户的信干比累积分布函数(CDF)曲 线示意图。全复用场景下，所有用户的信干比是最不好的，这是因为在该场景下是虽然每个 接入节点(基站或者中继站)都充分利用了所有的资源，但是每个接入节点因此也都成为 了其他接入节点的干扰源，这使得用户设备的信干比大大地降低。从图中可以看出本发明 提出的全复用干扰抑制方案比全复用场景下用户设备的信干比提升了大约2dB。图8是在OFDM中继网络中，这两种场景下所有用户的平均吞吐量⑶F曲线示意 图。从图中可以看出本发明提出的全复用干扰抑制方案的吞吐量CDF曲线是最好的。这是 由于本方案是在全复用的基础之上对0FDM蜂窝网络的接入节点之间的干扰进行了抑制， 使得用户获得了较全复用场景下更好的信干比，从而获得更高的吞吐量。由以上实施例可以看出，本发明实施例通过提出了一种0FDM中继网络干扰抑制 方法，将小区内基站和各中继站的用户设备进行分类并为各类用户设备合理地分配相应的 功率资源和频带资源，在尽量提高系统总的吞吐量的同时改善小区内传输质量较差的用户设备的通信质量，即提高边缘用户的通信速率。同时，不论用户分类还是资源分配的过程，都可以由各接入节点独立完成，没有各接入节点的资源协调，因此并不需要各接入节点间 的信令交互，算法复杂度低，开销小，具有很强的实用性。 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型 也应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种OFDM中继网络干扰抑制方法，其特征在于，该方法包括A、用户设备进行分类并将各自的分类信息反馈给其接入节点，所述接入节点为基站或中继站；B、根据用户设备的分类信息，各接入节点为其连接的用户设备进行接入时隙的资源分配；C、各中继站估算所需的资源块数目，并将资源块需求信息反馈给基站；D、基站根据中继站的反馈信息进行回传时隙的资源分配。
2.如权利要求1所述的OFDM中继网络干扰抑制方法，其特征在于，步骤A具体包括 A1、用户设备测量其接入节点的信号功率和其他接入节点的干扰功率，信号功率与总干扰功率的比值为该用户设备的信干比； A2、设置高信干比门限值和低信干比门限值，信干比高于高信干比门限值的用户设备 为高质量用户设备，信干比低于低信干比门限值的用户设备为低质量用户设备，信干比介 于高信干比门限值和低信干比门限值之间的为普通用户设备； A3、用户设备将各自的分类信息反馈给其接入节点。
3.如权利要求2所述的OFDM中继网络干扰抑制方法，其特征在于，步骤A3进一步包括低质量用户设备将小区内对其干扰最大的接入节点的编号反馈给其接入节点。
4.如权利要求2所述的OFDM中继网络干扰抑制方法，其特征在于，步骤B之前，该方法 进一步包括各接入节点将接入时隙系统可用的频带资源分成低功率资源区和正常功率资源区，并 保证各个接入节点的低功率资源区正交，所述低功率资源区是指以低于各接入节点正常设 置功率进行发射的频带资源，所述正常资源区是指以各接入节点正常设置功率进行发射的 频带资源。
5.如权利要求4所述的OFDM中继网络干扰抑制方法，其特征在于，步骤B具体包括 B1、各个接入节点将低功率资源区的频带资源分配给高质量用户设备，并且降低在低功率资源区的发射功率；B2、各接入节点为受小区内其他接入节点干扰大的低质量用户设备分配该接入节点的 正常功率资源区内与小区内其他接入节点的低功率资源区相对应的频带资源； B3、各接入节点将其他的正常功率资源区的频带资源分配给普通用户设备。
6.如权利要求1-5任一项所述的OFDM中继网络干扰抑制方法，其特征在于，步骤A之 前，该方法进一步包括各接入节点将其时隙资源分成回传时隙和接入时隙，且在回传时隙各接入节点的频带 正交，在接入时隙各接入节点复用系统所有的频带。
7.如权利要求6所述的OFDM中继网络干扰抑制方法，其特征在于，步骤C具体包括 基于两跳速率均衡的原则，各中继站根据测量的回传链路的信道质量估算所需的资源块数目，并将资源块需求信息反馈给基站；所述的两跳速率均衡是指中继站需要依据与中继站相连接的用户设备在接入链路的 传输速率，来分配回传链路的频带资源和功率资源，以实现两跳速率上的匹配；所述接入链 路为用户设备与中继站的通信链路，所述回传链路为中继站与基站的通信链路。
8.如权利要求6所述的OFDM中继网络干扰抑制方法，其特征在于，步骤D具体包括 基站优先为各中继站分配所需的频带资源和功率资源，然后将剩余的资源分配给与基站直接连接的用户设备。
9.如权利要求6所述的OFDM中继网络干扰抑制方法，其特征在于，用户设备选择接入 节点的方式可以依据最大接收功率、最小路径损耗、或最大信道容量准则。
全文摘要
本发明公开了一种OFDM中继网络干扰抑制方法，该方法包括A、用户设备进行分类并将各自的分类信息反馈给其接入节点；B、各接入节点根据用户设备的分类信息为其连接的用户设备进行接入时隙的资源分配；C、各中继站估算所需的资源块数目，并将资源块需求信息反馈给基站；D、基站根据中继站的反馈信息进行回传时隙的资源分配。本发明能够在尽量提高系统总的吞吐量的同时改善小区内传输质量较差的用户设备的通信质量，即提高边缘用户的通信速率。而且，并不需要各接入节点间的信令交互，算法复杂度低，开销小，具有很强的实用性。
文档编号H04L27/26GK101873701SQ20101021587
公开日2010年10月27日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者弓风, 张平, 李 根, 王莹, 聂高峰 申请人:北京邮电大学