专利名称：软空频复用方法与装置、基站的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术，尤其是一种软空频复用(soft spatial-frequency reuse, 以下简称SSFR)通信方法与装置、基站。
背景技术：
目前，正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,以下简称0FDMA)网络中常用的下行干扰协调技术有两类一类是软频率复用(soft frequency reuse，以下简称SFR)技术，一类是部分频率复用(partial frequency reuse，以下简称 PFR)技术。SFR技术将小区的全部可用频率资源分为中心区域可用资源与边缘区域可用资源。其中，中心区域可用资源采用降功率也即部分功率发射，边缘区域可用资源采用全功率发射，边缘区域可用资源的复用因子为3，小区的边缘区域可用资源为小区全部可用资源的 1/3。如图1所示，为SFR技术小区的可用资源分配示意图，图2为图1所示可用资源分配情况下各小区可用资源的发射功率示意图。结合图1和图2，在SFR技术中，多个小区的中心区域可使用相同的频率资源，但相邻小区的边缘区域只能使用相互正交的资源，并且，小区的中心区域用户与边缘区域用户不能同时使用相同的时频资源。PFR技术也将小区的全部可用频率资源分为中心区域可用资源与边缘区域可用资源，但中心区域可用资源与边缘区域可用资源互相不重叠。在PFR技术中，多个小区的中心区域可使用相同的频率资源，复用因子为1 ；相邻小区的边缘区域使用相互正交的频率资源，复用因子为3，小区边缘区域的可用资源为小区边缘区域总资源的1/3，小于小区全部可用资源的1/3，并且，小区的中心区域与边缘区域使用的频率资源互不重叠。如图3所示， 为PFR技术小区的可用资源分配示意图。参考图3，小区的中心区域使用频率资源A，本小区与相邻小区的边缘区域分别使用频率资源B、C、D，并且频率资源A、B、C、D互不重叠。因此，PFR技术中无需对中心区域可用资源与边缘区域可用资源的发射功率进行控制。在通信带宽一定的情况下，小区的边缘区域的吞吐量受由边缘区域的可用资源量与用户接收信号质量决定。边缘区域的可用资源量越多，边缘区域的吞吐量越大；边缘区域的用户接收信号质量越好，边缘区域的吞吐量越大。在现有的SFR技术与PFR技术中，小区边缘区域的可用资源较少，同时，由于边缘区域用户受中心区域用户的干扰，导致边缘区域的用户接收信号质量较差，因此，小区边缘区域的吞吐量较低。为了解决该问题，现有技术中，主要通过将小区的可用资源在小区的中心区域与边缘区域进行重新划分，增加小区边缘区域可用资源量来提高小区边缘区域的吞吐量。目前，可以通过多种方式将小区的可用资源在小区的中心区域与边缘区域进行重新划分，其中的两种典型划分方法如下一种是小区边缘区域的可用资源占小区总的可用资源量的6/7，另一种是小区边缘区域的可用资源占小区总的可用资源量的3/4。如图4所示，为小区边缘区域的可用资源占小区总的可用资源量的6/7时小区的可用资源分配示意图。根据图4，小区所有的可用资源被分为互不重叠的7份，小区的覆盖区域被划分为中心区域与边缘区域，并且，小区的边缘区域又被细划分为6个子区域。小区的中心区域可使用全部的频率资源，边缘区域使用全部可用资源的6/7，与SFR技术一样， 小区的中心区域与边缘区域不能同时使用相同的时频资源。并且，小区的中心区域使用的频率资源采用降功率发射，小区的边缘区域使用的频率资源采用全功率发射。由于小区的边缘区域可使用小区全部可用资源的6/7，与小区边缘区域复用因子为3的SFR技术和PFR 技术相比，增加了小区边缘区域的可用资源量。如图5所示，为小区边缘区域的可用资源占小区总的可用资源量的3/4时小区的可用资源分配示意图。根据图5，小区所有的可用资源被分为互不重叠4份，小区的覆盖区域被划分为中心区域与边缘区域，并且，小区的边缘又被细划分为6个子区域。小区的中心区域可使用全部的频率资源，小区的边缘区域使用小区全部可用资源的3/4。并且，小区的中心区域使用的频率资源采用降功率发射，小区的边缘区域使用的频率资源采用全功率发射。由于小区的边缘区域可使用小区全部可用资源的3/4，与小区边缘区域复用因子为 3SFR技术和PFR技术相比，增加了小区边缘区域的可用资源量。在实现本发明的过程中，发明人发现，现有技术通过将小区的可用资源在小区的中心区域与边缘区域进行重新划分来增加小区边缘区域可用资源量的技术方案，虽然增加了小区的边缘区域的可用资源量，但至少存在以下问题由于小区的边缘区域的可用资源采用全功率发射，但在增加小区边缘可用资源量的同时，也增加了相邻小区之间的干扰，不仅相邻小区的边缘区域之间会产生干扰，相邻小区的不同区域之间也会产生干扰，降低了小区的边缘区域用户的信干噪比(Signal to Interference Plus Noise fcitio，以下简称SINR)，从而降低了小区边缘区域的吞吐量； 另外，在小区总的可用资源量一定的情况下，增加小区边缘区域的可用资源，将使小区中心的可用资源量减少，因此，从而导致小区的总吞吐量下降。因此，本发明针对现有下行干扰协调策略中的上述问题，从减小对相邻小区干扰泄露的角度出发，提出了软空频复用(soft spatial-frequency reuse，以下简称SSFR)策略。该策略主要包括两部分，一是空频资源分配；二是基于最小化干扰泄露的预编码码本设计。通过空频资源分配可增加小区边缘区域可用资源量，在不减小小区总吞吐量的前提下，增加边缘区域吞吐量；而通过预编码码本设计可减小相邻小区边缘区域干扰，增大边缘区域用户SINR，进一步增加边缘区域吞吐量。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题是提供一种软空频复用通信方法与装置、基站，以在不减小小区的总吞吐量的情况下，增加小区边缘区域的吞吐量。为解决上述技术问题，本发明实施例提供的一种软空频复用通信方法，包括根据用户反馈的导频信号的强度判定该用户所在的小区区域，并确定该用户可用的频率资源，所述导频信号包括所述用户所在小区服务基站的导频信号与所述用户所在小区的相邻小区服务基站的导频信号；根据所述用户可用的频率资源分配相应的发射功率并进行资源调度；根据资源调度结果选择组用户，所述组用户包括同一小区内及相邻小区内与所述用户使用相同物理资源块(Physical Resource Block, PRB)的用户；
根据所述组用户获取最小干扰泄露矩阵，在所述最小干扰泄露矩阵下，所述用户所在小区的服务基站发送给所述用户的下行数据对所述组用户的干扰最小；根据所述最小干扰泄露矩阵获取所述用户的预编码矩阵；根据所述预编码矩阵，对所述下行数据进行预编码，得到预编码数据。本发明实施例提供的一种软空频复用通信装置，包括接收模块，用于接收用户终端反馈的导频信号的强度，所述导频信号包括所述用户所在小区服务基站的导频信号与所述用户所在小区的相邻小区服务基站的导频信号；判决模块，用于根据所述接收模块接收到的导频信号的强度判定所述用户所在的小区区域；确定模块，用于根据所述用户所在的小区区域确定该用户可用的频率资源；调度模块，用于根据所述用户可用的频率资源分配相应的发射功率并进行资源调度；选择模块，用于根据资源调度结果选择组用户，所述组用户包括同一小区内及相邻小区内与所述用户使用相同PRB的用户；第一获取模块，用于根据所述选择模块选择的组用户，获取最小干扰泄露矩阵，在所述最小干扰泄露矩阵下，所述用户所在小区服务基站发送给所述用户的下行数据对所述组用户的干扰最小；第二获取模块，用于根据所述最小干扰泄露矩阵获取所述用户的预编码矩阵；预编码模块，用于根据所述预编码矩阵，对所述下行数据进行预编码，得到预编码数据。本发明实施例提供的一种基站，包括本发明上述实施例提供的软空频复用通信装置。基于本发明上述实施例提供的软空频复用通信方法与装置、基站，根据接收到的导频信号的强度判定用户所在的小区区域，并基于该用户所在的小区区域确定该用户可用的频率资源，与现有技术相比，可以在不减少小区中心的可用资源量的情况下，增加小区边缘区域的可用资源，从而在不减小小区总吞吐量的前提下，增加了小区边缘区域的吞吐量；获取一个用户对同一小区内及相邻小区内与该用户使用相同PRB的用户的干扰最小时的最小干扰泄露矩阵，并基于最小干扰泄露矩阵获取到的该用户的预编码矩阵，对待发送给该用户的下行数据进行预编码，与现有技术相比，消除了同一小区内用户之间的干扰，并且，由于最小化了该用户的服务基站对相邻小区的用户的干扰，增大了小区边缘区域用户的SINR，从而进一步增加了小区边缘区域的吞吐量。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为SFR技术小区的可用资源分配示意图2为图1所示可用资源分配情况下各小区可用资源的发射功率示意图；图3为PFR技术小区的可用资源分配示意图；图4为小区边缘区域的可用资源占小区总的可用资源量的6/7时小区的可用资源分配示意图；图5为小区边缘区域的可用资源占小区总的可用资源量的3/4时小区的可用资源分配示意图；图6为本发明SSFR通信方法一个实施例的流程图；图7为本发明SSFR通信方法另一个实施例的流程图；图8为本发明小区进行区域划分后的一个区域分布示意图；图9为基于图8所示区域分布的空频资源分配示意图；图10为本发明SSFR通信方法又一个实施例的流程图；图11为本发明SSFR通信装置一个实施例的结构示意图；图12为本发明SSFR通信装置另一个实施例的结构示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。图6为本发明SSFR通信方法一个实施例的流程图。该实施例的流程具体可以由基站执行，如图6所示，该实施例的SSFR通信方法包括以下流程步骤101，根据用户反馈的导频信号的强度判定该用户所在的小区区域，并确定该用户可用的频率资源。其中，导频信号包括该用户所在小区服务基站的导频信号与该述用户所在小区的相邻小区服务基站的导频信号。步骤102，根据用户可用的频率资源分配相应的发射功率并进行资源调度。步骤103，根据资源调度结果选择组用户，该组用户包括同一小区内及相邻小区内与用户使用相同PRB的用户。步骤104，根据选择的组用户获取最小干扰泄露矩阵，在最小干扰泄露矩阵下，该用户所在小区的服务基站发送给该用户的下行数据对组用户的干扰最小。步骤105，根据最小干扰泄露矩阵获取用户的预编码矩阵。步骤106，根据预编码矩阵，对待发送给用户的下行数据进行预编码，得到预编码数据。本发明上述实施例提供的SSFR通信方法，根据反馈的导频信号的强度判定用户所在的小区区域，并基于该用户所在的小区区域确定该用户可用的频率资源，可以在不减少小区中心的可用资源量的情况下，增加小区边缘区域的可用资源，从而在不减小小区总吞吐量的前提下，增加了小区边缘区域的吞吐量；获取一个用户对同一小区内及相邻小区内与该用户使用相同PRB的用户的干扰最小时的最小干扰泄露矩阵，并基于最小干扰泄露矩阵获取到的该用户的预编码矩阵，对发送给该用户的下行数据进行预编码，消除了同一小区内用户之间的干扰，并且，由于最小化了该用户所在小区的服务基站对相邻小区的用户的干扰，增大了小区边缘区域用户的SINR，从而进一步增加了小区边缘区域的吞吐量。另外，通过图6所示步骤106，对待发送给用户的下行数据进行预编码得到预编码数据后，可以采用步骤102分配的相应发射功率向用户发送预编码数据。作为本发明SSFR通信方法的另一个实施例，用户所在的小区区域包括小区中心区域(cell center area，以下简称CCA)与小区边缘区域(cell edge area，以下简称CEA)，CEA即为该用户所在小区的相邻小区的主要干扰区域(dominant interference area,以下简称DIA)。用户终端接收到基站发送的导频信号后，可以向基站反馈其接收到的导频信号的强度，包括用户所在小区服务基站的导频信号的强度，与该用户所在小区的相邻小区服务基站的导频信号的强度。图7为本发明SSFR通信方法另一个实施例的流程图。该实施例的流程具体可以由基站执行，如图7所示，该实施例的SSFR通信方法包括以下流程步骤201，比较用户反馈的导频信号的强度中，用户所在小区服务基站的导频信号的强度是否小于预先设定的区域判定门限。若用户所在小区服务基站导频信号的强度不小于预先设定的区域判定门限，执行步骤202。否则，若用户所在小区服务基站的导频信号的强度小于预先设定的区域判定门限，执行步骤203。步骤202，判定用户属于CCA，然后执行步骤205。步骤203，判定用户属于CEA，并进一步比较用户所在小区的相邻小区服务基站的导频信号的强度，获取相邻小区服务基站的所有导频信号中，强度最大的导频信号对应的服务基站。步骤204，判定用户属于发送强度最大的导频信号对应的服务基站的DIA内。步骤205，确定该用户可用的频率资源。步骤206，根据该用户可用的频率资源分配相应的发射功率并进行资源调度。步骤207，根据资源调度结果选择组用户，该组用户包括同一小区内及相邻小区内与该用户使用相同物理资源块PRB的用户。步骤208，根据同一小区内与该用户使用相同PRB的用户，构造正交化编码所需的
信道矩阵。步骤209，对正交化编码所需的信道矩阵进行奇异值分解，得到用户间正交化预编码矩阵。步骤210，根据用户间正交化预编码矩阵构造等效干扰泄露信道矩阵。步骤211，根据等效干扰泄露信道矩阵构造最小干扰泄露矩阵。在该最小干扰泄露矩阵下，该用户的服务基站发送给该用户的下行数据对组用户的干扰最小。步骤212，根据最小干扰泄露矩阵获取用户的预编码矩阵。步骤213，根据预编码矩阵，对基站待发送给该用户的下行数据进行预编码，得到预编码数据。之后，可以通过步骤206分配的发射功率发射该预编码数据。作为本发明SSFR通信方法的又一个实施例，基站可以对其信号覆盖的小区进行区域划分，将其信号覆盖的小区进行区域划分为CCA、CEA与DIA;以及对每个小区的可用频率资源进行划分，具体地，将第i个小区的可用频率资源划分为及,.个空频资源组
怂={风，1,及，2,..代，麻}，其中，玩为小于或等于第i个小区服务基站天线数的整数，Ri,n表示第i个小区的第η个空频资源组；每个空频资源组包含M个PRB组，每个PRB组包括多个 PRB。作为本发明的一个具体应用实例，可以通过以下方法对本基站信号覆盖的小区进行区域划分将每个小区被划分为CCA与CEA。如图8所示，为本发明小区进行区域划分后的一个区域分布示意图。图8中，第i个小区的CCA表示为Ail，其中，i = 1，2，...，7。有 6个小区与第i个小区相邻，第i个小区的CEA被划分为6个子区域，表示为Ai2，Ai3，
Ai70其中，第i个小区的服务基站会对与第i个小区相邻的第j个小区的边缘区域产生较强干扰，为第i个小区的DIA，表示为DIAm，其中，j Φ i。则图8中第1个小区的所有干扰区域表示为 IA24，A35 A46 A51，A62, A73I ο相应的，作为本发明的另一个具体应用实例，可以通过以下方法对每个小区的可用频率资源进行划分，以便确定用户可用的频率资源。假设PRB是最小的资源单元，多个PRB组成一个PRB组。第i个小区的可用频率资源被划分为空频资源组，表示为
Ri = \Ri,ι,Ri,2,…RiJi,}，其中，为小于或等于基站天线数的整数，Ri, 表示第i个小区
的第η个空频资源组；每个空频资源组包含M个PRB组，其中，M的大小由通信系统的带宽决定，其取值为通信系统带宽与单个PRB带宽的比值。如图9所示，为基于图8所示区域分布的空频资源分配示意图，根据图9，当M = 4时，
权利要求
1.一种软空频复用通信方法，其特征在于，包括根据用户反馈的导频信号的强度判定该用户所在的小区区域，并确定该用户可用的频率资源，所述导频信号包括所述用户所在小区服务基站的导频信号与所述用户所在小区的相邻小区服务基站的导频信号；根据所述用户可用的频率资源分配相应的发射功率并进行资源调度； 根据资源调度结果选择组用户，所述组用户包括同一小区内及相邻小区内与所述用户使用相同物理资源块PRB的用户；根据所述组用户获取最小干扰泄露矩阵，在所述最小干扰泄露矩阵下，所述用户所在小区的服务基站发送给所述用户的下行数据对所述组用户的干扰最小； 根据所述最小干扰泄露矩阵获取所述用户的预编码矩阵； 根据所述预编码矩阵，对所述下行数据进行预编码，得到预编码数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户所在的小区区域包括小区中心区域CCA与小区边缘区域CEA，所述CEA为所述用户所在小区的相邻小区的主要干扰区域 DIA ；所述根据用户反馈的导频信号的强度判定用户所在的小区区域包括比较所述用户所在小区服务基站的导频信号的强度是否小于预先设定的区域判定门限；若所述用户所在小区服务基站的导频信号的强度不小于预先设定的区域判定门限，判定所述用户属于CCA;若所述用户所在小区服务基站的导频信号的强度小于预先设定的区域判定门限，判定所述用户属于CEA，并进一步比较所述用户所在小区的相邻小区服务基站的所有导频信号的强度，获取相邻小区服务基站的所有导频信号中，强度最大的导频信号对应的服务基站， 并判定所述用户属于发送强度最大的导频信号的服务基站的DIA内。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述用户属于CEA时，基站i服务的CEA用户不能使用的物理资源块PRB组表示为SF^res」，其中，res_i表示第i个小区不能使用的P RB组的编号，η为空频资源组的编号，1幺作j」幺M，1幺η幺坎，M为 PRB组的个数，及为基站i服务的第i个小区的可用频率资源被划分成的空频资源组的个数，确定第i个CEA用户可用的频率资源为(^兄.=丨瓦，1，Ri,2'···'或乂丨，其中Ni <Ni , Run =Run -SFun^resJ，充， 表示Ri, n除掉不能使用的频率资源后剩余的频率资源；所述用户属于CCA时，CCA用户可用的频率资源为 CCRi = {RUn+v RiJ^2，…’ RuNiI^Ui ,Ui为第i个小区中CEA用户不能使用的频率资源，表示为 Ui = {SFi,Lresi, SFiAresi, — ‘ SFijnjresJ ,1 <n< Ni ；所述用户属于发送所述导频信号的基站的DIA内时，DIA用户可用资源为DIARiJ = {^Λζ,…’毛乂 }，其中，式·, = {巧，_」’}。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述用户可用的频率资源分配相应的发射功率包括向CCA用户分配发射功率为αηρ，其中，0< αη< 1，α η为CCA用户可用的第η个空频资源组的功率缩放因子；向CEA用户与DIA用户分配发射功率βηρ，其中，1 < βη，1为CEA用户可用的第η 个空频资源组的功率缩放因子。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取最小干扰泄露矩阵包括根据同一小区内与所述用户使用相同PRB的用户，构造正交化编码所需的信道矩阵； 对所述正交化编码所需的信道矩阵进行奇异值分解，得到用户间正交化预编码矩阵； 根据所述用户间正交化预编码矩阵构造等效干扰泄露信道矩阵； 根据所述等效干扰泄露信道矩阵构造所述最小干扰泄露矩阵。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述正交化编码所需的信道矩阵具体为
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述最小干扰泄露矩阵获取所述用户的预编码矩阵包括根据Wkii = Qk^Dka,由正交化预编码矩阵(4,i与最小干扰泄露预编码矩阵Dk,ρ获得用户的预编码矩阵Wu。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的方法，其特征在于，所述根据接收到的导频信号的强度判定用户所在的小区区域之前，还包括将基站信号覆盖的小区进行区域划分为CCA与CEA ；对每个小区的可用频率资源进行划分，将第i个小区的可用频率资源划分为及个空频资源组及
9.一种软空频复用通信装置，其特征在于，包括接收模块，用于接收用户终端反馈的导频信号的强度，所述导频信号包括所述用户所在小区服务基站的导频信号与所述用户所在小区的相邻小区服务基站的导频信号；判决模块，用于根据所述接收模块接收到的导频信号的强度判定所述用户所在的小区区域；确定模块，用于根据所述用户所在的小区区域确定该用户可用的频率资源； 调度模块，用于根据所述用户可用的频率资源分配相应的发射功率并进行资源调度； 选择模块，用于根据资源调度结果选择组用户，所述组用户包括同一小区内及相邻小区内与所述用户使用相同PRB的用户；第一获取模块，用于根据所述选择模块选择的组用户，获取最小干扰泄露矩阵，在所述最小干扰泄露矩阵下，所述用户所在小区服务基站发送给所述用户的下行数据对所述组用户的干扰最小；第二获取模块，用于根据所述最小干扰泄露矩阵获取所述用户的预编码矩阵； 预编码模块，用于根据所述预编码矩阵，对所述下行数据进行预编码，得到预编码数据。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块包括第一构造单元，用于根据同一小区内与所述用户使用相同PRB的用户，构造正交化编码所需的信道矩阵；获取单元，用于对所述正交化编码所需的信道矩阵进行奇异值分解，得到用户间正交化预编码矩阵；第二构造单元，用于根据所述用户间正交化预编码矩阵构造等效干扰泄露信道矩阵； 第三构造单元，用于根据所述等效干扰泄露信道矩阵构造所述最小干扰泄露矩阵。
11.一种基站，其特征在于，包括权利要求9或10所述的软空频复用通信装置。
全文摘要
本发明公开了一种软空频复用通信方法与装置、基站，其中，方法包括根据用户反馈的导频信号的强度判定该用户所在的小区区域，并确定该用户可用的频率资源；根据用户可用的频率资源分配相应的发射功率并进行资源调度；根据资源调度结果选择组用户，组用户包括同一小区内及相邻小区内与用户使用相同物理资源块PRB的用户；根据组用户获取最小干扰泄露矩阵，在最小干扰泄露矩阵下，用户所在小区服务基站发送给用户的下行数据对组用户的干扰最小；根据最小干扰泄露矩阵获取用户的预编码矩阵；根据预编码矩阵，对下行数据进行预编码，得到预编码数据。本发明实施例可以在不减小小区的总吞吐量的情况下，增加小区边缘区域的吞吐量。
文档编号H04L27/26GK102487372SQ20101057788
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者余阳, 崔高峰, 张英海, 王卫东, 王朝炜, 许晓东 申请人:北京邮电大学