在中继通信系统中用于频率复用的方法和设备以及用于其的网络节点的制作方法
在中继通信系统中用于频率复用的方法和设备以及用于其的网络节点的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种在中继通信系统中用于频率复用的方法和设备以及用于其的网络节点。该方法可以包括：对于接入链路传输，将系统带宽划分为至少三个频带；以及从所述至少三个频带选择一个频带用于所有小区中的基站，其它频带由小区中的中继节点以至少为2的频率复用因子进行复用。附加地，在回程链路传输中，可以使用不同的频率复用方案。在示例方案中，将中继节点当作小区边缘用户，并且将系统带宽可以划分为至少另外三个频带，所述至少另外三个频带其中之一被选择用于服务小区中的中继节点，使得在两个相邻小区之间用于服务中继节点的频带是正交的，所述至少另外三个频带中的其它频带用于服务小区中的宏小区用户。利用本发明的实施方式，用户特别是小区边缘用户所经历的干扰可以大幅减小，并且因而它们的性能将得以改善。此外，本发明中提供的解决方案具有非常低的复杂度并且信令设计可以与当前LTE标准相兼容。
【专利说明】在中继通信系统中用于频率复用的方法和设备以及用于其的网络节点
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式整体上涉及移动通信【技术领域】，并且更具体地涉及在中继通信系统中用于频率复用的方法和设备以及用于其的网络。
【背景技术】
[0002]在第三代合作伙伴计划高级长期演进(3GPP LTE-A)技术中采用了中继技术。中继是一种通过中继节点来处理和转发所接收的信号以藉此扩大无线电覆盖和增强数据吞吐量的技术。中继技术可以改善高数据率的覆盖、群组移动性、临时网络部署以及小区边缘的吞吐量，并且还可以用于提供在新区域中的覆盖。利用中继技术，中继节点(RN)将从基站(eNB)到用户设备(UE)的具有较差质量的直接链路划分为两段质量较好的链路，即，接入链路和回程链路，其中接入链路是指RN和UE之间的链路，而回程链路是指eNB和RN之间的链路。
[0003]中继节点经由施主小区(即，支持中继的小区)无线地连接到无线接入网络。关于中继节点的频谱使用，中继节点的工作可以划分为:
[0004]-带内，在该情形中eNB-RN链路与RN-UE链路共享相同的载频。在这种情况下，Re 1-8 UE应能够连接到施主小区。
[0005]-带外，在该情形中eNB-RN链路未在与RN-UE链路相同的载波频率中操作。在这种情况下Rel-8 UE应当能够连接到施主小区。
[0006]如所公知，如3GPP TR36.814 V9.0.0中定义的“类型I”中继节点为带内中继节点，其特征在于:
[0007]其对小区进行控制，每个小区对于UE而言都是与施主小区不同的单独小区；
[0008]-小区应具有它们自己的物理小区ID(在LTE Rel-8中进行了定义)，并且中继节点应传输其自己的同步信道、参考符号等。
[0009]-在单个小区操作的上下文中，UE应直接从中继节点接收调度信息和HARQ反馈，并且将其控制信道(SR/CQI/ACK)发送给中继节点；
[0010]-对Rel-8UE而言，其应当充当Rel_8 eNB (B卩，向后兼容)；以及
[0011]-对于高级LTEUE，中继节点应可以与Rel-8 eNB表现得不同，以允许进一步的性能增强。
[0012]上述“类型I”中继节点为带内中继节点，并且回程链路和接入链路将使用相同的频带。因而，中继发射器将在其自己的接收机上引起干扰。因此，同时在相同频率资源上执行回程链路传输和接入链路传输是不可行的，除非例如借助特定的、良好分隔并且良好隔离的天线结构来提供输出信号和输入信号的充分隔离。
[0013]用于解决上述干扰问题的一种可能解决方案是，操作中继以使得假定RN在其应从供体eNB(DeNB，支持中继的eNB)接收数据时并未向用户设备传输数据。换言之，在接入链路传输中创建"间隙"。在这些间隙期间，RN将不会向UE传输任何信息。这些间隙例如可以通过如图1所示配置MBSFN(多播和广播单个频率网络)子帧来创建。如图1所示，RN-UE传输使用普通子帧(如在左侧说明)，而eNB-RN传输采用MBSFN子帧(如在右侧说明)。在eNB和RN之间的传输将通过不允许一些子帧中RN和UE之间的传输，将促进。因而，下行链路无线帧中的一些子帧被配置成用于从DeNB至RN是传输的回程子帧，而其它子帧为用于从RN到UE的传输的接入子帧。
[0014]然而，中继技术的引入仍会产生新小区边缘并且引入更多干扰，并且因而要求执行干扰管理或者干扰谐调以减轻干扰。
[0015]小区间干扰谐调(ICIC)为处理小区间干扰并且改善小区边缘处的位速率的重要技术其中之一。典型方案之一为 Rl_050507( “SoftFrequency Reuse Scheme for UTRANLTE，”3 GPP RAN 1#41，2005年5月中的软频率复用(SFR)。图2示意性示出三小区布局的常规SFR方案。如图2说明，在典型SFR方案中，系统带宽被均等地划分为三个频带，即Fl、F2和F3 ;对于网络中的每个小区，一个频带将分配给小区边缘用户，其它两个频带被用于小区中的中心用户，并且分配给小区边缘用户的频带在每个两个相邻小区之间是正交的。此外，在分配给小区边缘用户的频带处，传输功率将扩大。
[0016]在PCT专利公布W02011/085513中提供了另一种基于软频率复用(SFR)的小区间干扰谐调方案，该方案示意性示于图3。依据此方案，小区中的UE被分类为三个类型，即，经由RN被服务的中继UE，位于小区边缘但是直接由BS服务的边缘UE，以及通常位于小区中心并且由BS服务的中心UE。系统带宽被划分为4个频带F1、F2、F3和F4，其中频带F4被分配给所有用于服务小区中心UE的BS ;其余三个正交频带F1、F2和F3被分配给该小区以服务其它类型的UE。对于特定小区，如果BS使用其余三个频带F1、F2和F3其中之一来服务小区边缘UE，则RN可以使用其它两个频带之一或二者来服务中继UE。
[0017]为了减轻与中继相关的干扰，M.Peng, N.Yang, and ff.Wang在“Oninterference coordinat1n for direct1nal decode-and-forward relay in TD-LTEsystems，，(Proceedings of IEEE Int.Conf.Commun.(ICC), Cape Town, South Africa,May2010)中提出了定向中继拓扑。
[0018]在题为 ^ Inter-cel I interference coordinat1n based on soft frequencyreuse for relay enhanced cellular network"(J.Liu, D.Wang, J.Pang, J.Wang, andG.Shen, Proceedings of 21 st Annual IEEE Internat1nal Symposium on Personal,Indoor and Mobile, Rad1 Communicat1ns (PIMRC), 2010, pp.2304-2308)的文章中，还提供了一种类似软频率复用方案，其中RN将重用相邻小区边缘频带，从而改善小区平均吞吐量以及小区边缘UE的吞吐量。
[0019]此夕卜，K.Doppler, X.He, C.Wijting, and A.Sorri 在“Adaptive soft reusefor relay enhanced cells，， (Proceedings of IEEE 65th Vehicular TechnologyConference (VTC2007-Spring)，April 2007，pp.758-762)的文章中，另外提出一种自适应无线电资源管理方案。在该方案中，它将在时域或频域中变化的功率掩模分配给每个无线接入点(RAP)，并且因而软资源分割支持频率复用1，并且同时，每个RAP具有可用于调度用户终端的干扰减小的高功率资源。
[0020]另夕卜，题为“A novel frequency reuse scheme for OFDMA based relayenhanced cellular networks，， (Proceedings of IEEE 69th Vehicular TechnologyConference(VTC2009-Spring), April 2009, pp.1-5.M.Liang, F.Liu, Z.Chen, Y.F.Wang,and D.C.Yang)的文章也公开了一种频率复用方案，其中整个小区被划分为两个部分:内部区域和外部区域。这两个区域都独立地利用整个频带，即频率复用因子对于每个区域而言均为I ;为了消除小区内干扰，在基站和中继采用特定的频带分配、定向天线以及功率设置。
[0021]此夕卜，在文章“ASelf-Organized Resource Allocat1n using Inter-CellInterference Coordinat1n (ICIC) in Relay-Assisted Cellular Networks，，(M.Mehta, 0.G.Aliu, A.Karandikar, and M.A.1mran, ICTACT Journal on Communicat1nTechnology, vol.2, n0.2, pp.300-313, June2011)中提出了一种自组织资源分配计划。在该文章中，引入了干扰邻居组，以通过各实体之间的局部交互来实现ICIC的构思。
[0022]尽管本领域中已经提出如此多的ICIC方案，这些方案都没有考虑回程和接入子帧之间的不同干扰状况。因此，本领域中需要一种新的小区间干扰谐调解决方案。
【发明内容】
[0023]为此，本发明提供一种新的ICIC解决方案，以便解决或者至少部分地减轻现有技术中的至少一部分问题。
[0024]根据本发明的第一方面，提供了一种用于频率复用的方法。该方法可包括:对于接入链路传输，将系统带宽划分为至少三个频带；以及从所述至少三个频带选择一个频带用于所有小区中的基站，其它频带由小区中的中继节点以至少为2的频率复用因子进行复用。
[0025]在本发明的一个实施方式中，由所述中继节点复用的所示其它频带大小相等。
[0026]在本发明的另一实施方式中，对于回程链路传输，可以使用不同于接入链路传输的软频率复用方案。
[0027]在本发明的再一实施方式中，该方法可以还包括:对于回程链路传输，将系统带宽划分为至少另外三个频带；以及从所述至少另外三个频带选择一个频带用于服务小区中的中继节点，以使得在两个相邻小区之间用于服务中继节点的频带是正交的，其它频带用于服务小区中的中心用户。
[0028]在本发明的又一实施方式中，在回程链路传输中，用于服务中继节点的所述一个频带上的传输功率可以高于用于服务宏小区用户的频带上的传输功率。
[0029]在本发明的再一实施方式中，通过执行目标为保证系统效率和实现用户公平的优化分析操作，确定用于接入链路传输中的中继节点的频带相对于系统带宽的比例以及用于服务宏小区用户的所述其它频带上的传输功率与回程链路传输中用于服务中继节点的一个频带上的传输功率之间的比率。
[0030]在本发明的再另外实施方式中，中继节点可以部署在小区边缘附近。
[0031]根据本发明的第二方面，提供了一种用于频率复用的设备。该设备可包括:频带划分模块和频带选择模块。所述频带划分模块可以配置成对于接入链路传输，将系统带宽划分为至少三个频带。所述频带选择模块可以配置成从所述至少三个频带选择一个频带用于所有小区中的基站，其它频带由小区中的中继节点以至少为2的频率复用因子进行复用。
[0032]根据本发明的第三方面，提供了一种包括根据第二方面的设备的网络节点。
[0033]根据本发明的第四方面，提供了一种其上包括计算机程序代码的计算机可读取存储介质，所述计算机程序代码配置成在被执行时致使该设备执行根据第一方面的任意一个实施方式的方法中的动作。
[0034]根据本发明的第五方面，提供了一种计算机程序产品，其包括根据第四方面的计算机可读取存储介质。
[0035]利用本发明的实施方式，用户特别是小区边缘用户所经历的干扰可以减小，并且因而它们的性能将改善。此外，本发明提供的解决方案具有非常低的复杂性并且信令设计可以与当前LTE标准兼容。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]通过参考各附图对实施方式中示出的实施方式的详细解释，本发明的上述和其它特征将变得更加清楚，附图中相似的附图标记始终代表相同或类似的部件，并且附图中:
[0037]图1示意性示出示例下行链路子帧配置的图示；
[0038]图2示意性示出常规软频率复用方案的图示；
[0039]图3示意性示出现有技术中的另一软频率复用方案的图示；
[0040]图4示意性示出在本发明的实施方式中使用的示例干扰模型的图示；
[0041]图5示意性示出根据本发明的示例性实施方式的用于频率复用的方法的流程图；
[0042]图6A和6B示意性示出根据本发明的示例性实施方式的在接入子帧期间的示例性频率复用方案的图示；
[0043]图7A至7C示意性示出根据本发明的示例性实施方式的用于回程子帧的示例性频率复用方案的图示；
[0044]图8示意性示出根据本发明的示例性实施方式的接入链路传输中用于RUE的干扰的图示；
[0045]图9示意性示出根据本发明的示例性实施方式的用于频率复用的设备的框图；以及
[0046]图10示意性示出常规方案和根据本发明的示例性实施方式的解决方案的仿真结果O
【具体实施方式】
[0047]在下文中，将参考附图通过实施方式详细描述一种用于频率复用的方法和设备、网络节点。应理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解和实施本发明，而并非旨在以任何方式限制本发明的范围。
[0048]应另外指出，按照用于执行方法步骤的特定顺序示出了本发明。然而，这些方法并非必定要严格根据所示顺序执行，并且它们可以基于相应方法步骤的性质而按反序执行或者同时执行。此外，此处使用的不定冠词“一 / 一个”不排除多个这种步骤、小区、装置以及对象等。
[0049]如上文所述，在回程和接入子帧期间的干扰状况是不同的，这将参考图4进行详细解释，该图示意性示出在本发明中使用的示例性干扰模型，并且在该图中在下行链路接入子帧和回程子帧期间的期望信号分别用实线和长虚线表示，并且在接入子帧和回程子帧期间的干扰信号分别用短虚线和点划线表示。
[0050]如图4所说明，在长虚线表示的回程子帧期间，DeNB也可以调度用于由DeNB直接服务的宏UE(MUE)的数据，而RN也处于接收模式，并且因而回程子帧中的干扰仅仅来自eNB。另一方面，在实线表示的接入子帧期间，RN传输用于经由RN被服务的中继用户设备(RUE)的数据，并且同时eNB也传输针对各个MUE的数据。这种情况下，这些接入子帧中的干扰来自RN和eNB 二者。
[0051]鉴于上述差异干扰状况，在本发明中，提供了一种新频率复用方案。在本发明中提出的方案中，假设所有小区边缘用户由RN服务，并且所有小区中心用户直接由基站服务。也就是说，用户被分为两种类型:由RN服务的边缘用户，以及由基站服务的中心用户。该假设是合理的，因为原始边缘UE最可能连接到中继节点，并且于是MUE最有可能为中心UE。因此，优选的是，如果RN部署在小区边缘附近从而使它们专门用于服务小区边缘小区。
[0052]在本发明提供的解决方案中，基于干扰状况差异而对接入回程链路传输和接入链路传输采用不同频率复用方案。具体地，对于接入链路传输，所有eNB使用的频带是固定的，并且中继节点使用频率复用因子x(x> 2)以便进行干扰谐调。在频域中每个中继节点可以使用α B并且宏eNB使用(1_χ.α )B，其中B表示系统带宽，即整个频率带宽，α为由一个中继节点用于接入链路传输的带宽的份额，即，用于一个中继节点的频带相对于系统带宽的比例。以此方式，在接入链路传输中，MUE将仅仅受eNB干扰并且RUE将仅仅受1/x的中继节点干扰。因此，与eNB和中继节点都使用整个频率带宽的频率复用I中继系统相t匕，MUE和RUE 二者的小区间干扰均可显著减小。
[0053]与此相对，对于回程链路传输，采用不同频率复用方案。例如，中继节点可以被认为小区边缘UE并且传统软频率复用方法可以被使用。系统带宽也可以被划分为三个频带，优选地三个相等的频带。一个被用于小区边缘传输，即，由基站用于服务中继节点使用；并且其它用于小区中心传输，即，由基站用于服务宏小区用户使用。同时，应保证在两个相邻小区之间用于服务中继节点的频带是正交的。附加地，用于小区边缘传输的功率可以高于用于小区中心传输的功率，这是有利的，因为它将促进改善传输质量，而该传输质量通常为中继网络中多跳传输的瓶颈。
[0054]在下文中，将参考图5至9详细描述本发明的示例性实施方式。
[0055]首先可以参考图5，其示意性示出根据本发明的示例性实施方式的用于频率复用的方法的流程图。
[0056]如图5所示，在步骤S501，对于接入链路传输，将系统带宽划分为至少三个频带。
[0057]在本发明的实施方式中，对于接入链路传输，系统带宽被划分为x+1个频带，其中X至少为2。尽管将其划分为若干不同大小的频带也是可选的，但优选地x+1个频带中的X是相同大小的，即，X个频带的大小为α B并且其余一个大小为(1-Χ.α)Β。参数α可以按照任何适当方式确定，例如通过实验、仿真预先确定或者为经验值。然而，优选地，将通过执行优化分析操作来确定该参数，这将在下文进行描述。
[0058]之后，在步骤S502，从所述至少三个频带选择一个频带供所有小区中的基站使用，并且其它频带由小区中的中继节点复用，频率复用因子至少为2。
[0059]在所述至少三个频带大小为α.B、α.B、…、(1_χ.α)Β的情形下，大小为(1-x.α)Β的频带可以被固定为用于服务中心用户即MUE的所有基站eNB的频带，并且大小为α.Β的X个频带可以分配给用于服务小区边缘用户即RUE的中继节点。RN可以使用至少2的频率复用因子来执行干扰谐调。
[0060]频率复用因子例如可以为2。这种假设是合理的，因为RN非常可能以类似圆的形状存在，并且通常RN使用相对高低多的传输功率。因此，如果RN部署在小区边缘附近，这会是优选的。
[0061]图6A示意性示出根据本发明的示例性实施方式的在接入子帧期间的示例性频率复用方案的图示，其中系统带宽被划分为三个频带并且RN之间的频率复用因子为2。此外，图6B示出了对于接入链路传输针对eNB和RN就物理资源区块(PRB)而言的频率分配。如图6A和6B说明，所有eNB使用同一固定的频带，该频带为(1_2 α ).Β，并且每个小区中的RN可替换地使用其它两个频带，这两个频带的每个的大小为a -B0
[0062]另一方面，对于回程链路传输，可以使用不同于接入链路传输的软频率复用方案。在本发明的一个实施方式中，RN可以被视为小区边缘用户并且采用常规软频率复用方案。因此，在步骤S503，对于回程链路传输，系统带宽可以被划分为至少另外三个频带。尽管所述三个频带可以具有不同大小，优选地将它们划分为三个相等大小的频带。
[0063]随后在步骤S504，可以从所述至少另外三个频带选择一个频带，供eNB使用以服务小区中的RN，其它频带由eNB使用以服务小区中的中心用户MUE。同时，还应确保用于服务RN的频带在两个相邻小区之间是正交的。
[0064]图7A示意性示出根据本发明的示例性实施方式的在回程子帧期间的示例性频率复用方案的图示，其中系统带宽被均等地划分为三个频带。如图所示，在小区A、B和C中，eNB使用频带F1、F2和F3分别服务其RN，并且eNB使用频带F2+F3、F1+F3和F1+F2分别服务MUE。此外，图7B示出了用于回程链路传输的就PRB而言针对RN和MUE的频率分配。
[0065]由于RN被看做是小区边缘UE，并且因此它们可以具有更高的接收的信号强度。也就是说，用于服务RN的一个频带上的传输功率可以高于用于中心用户的其它频带服务上的传输功率。图7C示出在不同小区中对于回程链路传输在不同频带上的功率水平。清楚的是，用于小区边缘传输的功率高于用于中心传输的功率。小区中心传输与小区边缘传输的功率比例，即，用于服务中心用户的其它频带上的传输功率与用于服务RN的一个频带上的传输功率之间的比例可以定义为:ξ = Peai/PeEU，其中Prai分别为在向小区中心UE和小区边缘UE传输时使用的功率水平。
[0066]参数ξ可以按任意方式确定，诸如通过实验、仿真，或者可以被确定为经验值等。然而，优选地，通过执行优化分析操作来确定该参数。接着，将参考本发明的示例性实施方式描述示例性优化分析操作。
[0067]在本发明的示例性实施方式中，将通过执行优化分析操作确定参数α和ξ，优化分析操作的目标是保证系统效率以及实现用户公平。在下文中，处于说明的目的，将把所述两个目标作为示例来描述优化分析操作。然而应理解，所述目标仅仅作为示例被给出，并且本发明不仅限于此。相反，可以使用任何其它适当的目标，诸如系统性能的最大化或小区边缘用户性能的最大化，针对不同服务类型的QoS支持，或类似目标。
[0068]此外，在下文中，出于简化说明的目的而进行以下假设:在接入子帧期间各中继之间的频率复用因子为2(χ = 2);回程子帧配置对于所有eNB均是相同的；并且UE按照环状均匀地分布。
[0069]优化目标
[0070]为了实现系统效率和用户公平，提供了涉及参数α和ξ的两个示例目标函数，该函数将在下面进行描述。
[0071]首先，对于第一优化目标，为了保证传输效率，期望回程链路的传输能力等于接入链路的传输能力。也就是说，可以得到下述式子:
【权利要求】
1.一种在中继通信系统中用于频率复用的方法，包括， 对于接入链路传输，将系统带宽划分为至少三个频带；以及 从所述至少三个频带选择一个频带用于所有小区中的基站，其它频带由所述小区中的中继节点以至少为2的频率复用因子来复用。
2.根据权利要求1所述的方法，其中由所述中继节点复用的所述其它频带大小相等。
3.根据权利要求2所述的方法，其中对于回程链路传输，使用与所述接入链路传输不同的软频率复用方案。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括， 对于所述回程链路传输，将所述系统带宽划分为至少另外三个频带；以及从所述至少另外三个频带选择一个频带用于服务小区中的中继节点，以使得在两个相邻小区之间用于服务中继节点的频带是正交的，其它频带用于服务所述小区中的宏小区用户。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述回程链路传输中，用于服务所述中继节点的所述一个频带上的传输功率高于用于服务所述宏小区用户的所述其它频带上的传输功率。
6.根据权利要求5所述的方法，其中通过执行目标为保证系统效率和实现用户公平的优化分析操作，确定所述接入链路传输中用于中继节点的所述频带相对于所述系统带宽的比例、以及所述回程链路传输中用于服务所述宏小区用户的所述其它频带上的所述传输功率与用于服务中继节点的所述一个频带上的所述传输功率之间的比率。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述中继节点被部署在小区边缘附近。
8.一种在中继通信系统中用于频率复用的设备，包括， 频带划分模块，被配置成对于接入链路传输，将系统带宽划分为至少三个频带；以及频带选择模块，被配置成从所述至少三个频带中选择一个频带用于所有小区中的基站，其它频带由所述小区中的中继节点以至少为2的频率复用因子来复用。
9.根据权利要求8所述的设备，其中由所述中继节点复用的所述其它频带大小相等。
10.根据权利要求9所述的设备，其中对于回程链路传输，使用与所述接入链路传输不同的软频率复用方案。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述频带划分模块还被配置成，对于所述回程链路传输，将所述系统带宽划分为至少另外三个频带；以及 其中所述频带选择模块还被配置成从所述至少另外三个频带选择一个频带用于服务小区中的中继节点，以使得在两个相邻小区之间用于服务中继节点的频带是正交的，其它频带用于服务所述小区中的宏小区用户。
12.根据权利要求11所述的设备，其中在所述回程链路传输中，用于服务所述中继节点的所述一个频带上的传输功率高于用于服务所述宏小区用户的所述其它频带上的传输功率。
13.根据权利要求12所述的设备，还包括 优化分析模块，被配置成通过执行目标为保证系统效率和实现用户公平的优化分析操作，确定所述接入链路传输中用于中继节点的所述频带相对于所述系统带宽的比例、以及所述回程链路传输中用于服务所述宏小区用户的所述其它频带上的所述传输功率与用于服务中继节点的所述一个频带上的所述传输功率之间的比率。
14.根据权利要求8所述的设备，其中所述中继节点被部署在小区边缘附近。
15.一种网络节点，包括根据权利要求8所述的设备。
【文档编号】H04W16/12GK104205908SQ201280071946
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年9月29日 优先权日:2012年9月29日
【发明者】易粟, 雷鸣 申请人:日电（中国）有限公司
【专利摘要】本发明提供了一种在中继通信系统中用于频率复用的方法和设备以及用于其的网络节点。该方法可以包括：对于接入链路传输，将系统带宽划分为至少三个频带；以及从所述至少三个频带选择一个频带用于所有小区中的基站，其它频带由小区中的中继节点以至少为2的频率复用因子进行复用。附加地，在回程链路传输中，可以使用不同的频率复用方案。在示例方案中，将中继节点当作小区边缘用户，并且将系统带宽可以划分为至少另外三个频带，所述至少另外三个频带其中之一被选择用于服务小区中的中继节点，使得在两个相邻小区之间用于服务中继节点的频带是正交的，所述至少另外三个频带中的其它频带用于服务小区中的宏小区用户。利用本发明的实施方式，用户特别是小区边缘用户所经历的干扰可以大幅减小，并且因而它们的性能将得以改善。此外，本发明中提供的解决方案具有非常低的复杂度并且信令设计可以与当前LTE标准相兼容。
【专利说明】在中继通信系统中用于频率复用的方法和设备以及用于其的网络节点
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式整体上涉及移动通信【技术领域】，并且更具体地涉及在中继通信系统中用于频率复用的方法和设备以及用于其的网络。
【背景技术】
[0002]在第三代合作伙伴计划高级长期演进(3GPP LTE-A)技术中采用了中继技术。中继是一种通过中继节点来处理和转发所接收的信号以藉此扩大无线电覆盖和增强数据吞吐量的技术。中继技术可以改善高数据率的覆盖、群组移动性、临时网络部署以及小区边缘的吞吐量，并且还可以用于提供在新区域中的覆盖。利用中继技术，中继节点(RN)将从基站(eNB)到用户设备(UE)的具有较差质量的直接链路划分为两段质量较好的链路，即，接入链路和回程链路，其中接入链路是指RN和UE之间的链路，而回程链路是指eNB和RN之间的链路。
[0003]中继节点经由施主小区(即，支持中继的小区)无线地连接到无线接入网络。关于中继节点的频谱使用，中继节点的工作可以划分为:
[0004]-带内，在该情形中eNB-RN链路与RN-UE链路共享相同的载频。在这种情况下，Re 1-8 UE应能够连接到施主小区。
[0005]-带外，在该情形中eNB-RN链路未在与RN-UE链路相同的载波频率中操作。在这种情况下Rel-8 UE应当能够连接到施主小区。
[0006]如所公知，如3GPP TR36.814 V9.0.0中定义的“类型I”中继节点为带内中继节点，其特征在于:
[0007]其对小区进行控制，每个小区对于UE而言都是与施主小区不同的单独小区；
[0008]-小区应具有它们自己的物理小区ID(在LTE Rel-8中进行了定义)，并且中继节点应传输其自己的同步信道、参考符号等。
[0009]-在单个小区操作的上下文中，UE应直接从中继节点接收调度信息和HARQ反馈，并且将其控制信道(SR/CQI/ACK)发送给中继节点；
[0010]-对Rel-8UE而言，其应当充当Rel_8 eNB (B卩，向后兼容)；以及
[0011]-对于高级LTEUE，中继节点应可以与Rel-8 eNB表现得不同，以允许进一步的性能增强。
[0012]上述“类型I”中继节点为带内中继节点，并且回程链路和接入链路将使用相同的频带。因而，中继发射器将在其自己的接收机上引起干扰。因此，同时在相同频率资源上执行回程链路传输和接入链路传输是不可行的，除非例如借助特定的、良好分隔并且良好隔离的天线结构来提供输出信号和输入信号的充分隔离。
[0013]用于解决上述干扰问题的一种可能解决方案是，操作中继以使得假定RN在其应从供体eNB(DeNB，支持中继的eNB)接收数据时并未向用户设备传输数据。换言之，在接入链路传输中创建"间隙"。在这些间隙期间，RN将不会向UE传输任何信息。这些间隙例如可以通过如图1所示配置MBSFN(多播和广播单个频率网络)子帧来创建。如图1所示，RN-UE传输使用普通子帧(如在左侧说明)，而eNB-RN传输采用MBSFN子帧(如在右侧说明)。在eNB和RN之间的传输将通过不允许一些子帧中RN和UE之间的传输，将促进。因而，下行链路无线帧中的一些子帧被配置成用于从DeNB至RN是传输的回程子帧，而其它子帧为用于从RN到UE的传输的接入子帧。
[0014]然而，中继技术的引入仍会产生新小区边缘并且引入更多干扰，并且因而要求执行干扰管理或者干扰谐调以减轻干扰。
[0015]小区间干扰谐调(ICIC)为处理小区间干扰并且改善小区边缘处的位速率的重要技术其中之一。典型方案之一为 Rl_050507( “SoftFrequency Reuse Scheme for UTRANLTE，”3 GPP RAN 1#41，2005年5月中的软频率复用(SFR)。图2示意性示出三小区布局的常规SFR方案。如图2说明，在典型SFR方案中，系统带宽被均等地划分为三个频带，即Fl、F2和F3 ;对于网络中的每个小区，一个频带将分配给小区边缘用户，其它两个频带被用于小区中的中心用户，并且分配给小区边缘用户的频带在每个两个相邻小区之间是正交的。此外，在分配给小区边缘用户的频带处，传输功率将扩大。
[0016]在PCT专利公布W02011/085513中提供了另一种基于软频率复用(SFR)的小区间干扰谐调方案，该方案示意性示于图3。依据此方案，小区中的UE被分类为三个类型，即，经由RN被服务的中继UE，位于小区边缘但是直接由BS服务的边缘UE，以及通常位于小区中心并且由BS服务的中心UE。系统带宽被划分为4个频带F1、F2、F3和F4，其中频带F4被分配给所有用于服务小区中心UE的BS ;其余三个正交频带F1、F2和F3被分配给该小区以服务其它类型的UE。对于特定小区，如果BS使用其余三个频带F1、F2和F3其中之一来服务小区边缘UE，则RN可以使用其它两个频带之一或二者来服务中继UE。
[0017]为了减轻与中继相关的干扰，M.Peng, N.Yang, and ff.Wang在“Oninterference coordinat1n for direct1nal decode-and-forward relay in TD-LTEsystems，，(Proceedings of IEEE Int.Conf.Commun.(ICC), Cape Town, South Africa,May2010)中提出了定向中继拓扑。
[0018]在题为 ^ Inter-cel I interference coordinat1n based on soft frequencyreuse for relay enhanced cellular network"(J.Liu, D.Wang, J.Pang, J.Wang, andG.Shen, Proceedings of 21 st Annual IEEE Internat1nal Symposium on Personal,Indoor and Mobile, Rad1 Communicat1ns (PIMRC), 2010, pp.2304-2308)的文章中，还提供了一种类似软频率复用方案，其中RN将重用相邻小区边缘频带，从而改善小区平均吞吐量以及小区边缘UE的吞吐量。
[0019]此夕卜，K.Doppler, X.He, C.Wijting, and A.Sorri 在“Adaptive soft reusefor relay enhanced cells，， (Proceedings of IEEE 65th Vehicular TechnologyConference (VTC2007-Spring)，April 2007，pp.758-762)的文章中，另外提出一种自适应无线电资源管理方案。在该方案中，它将在时域或频域中变化的功率掩模分配给每个无线接入点(RAP)，并且因而软资源分割支持频率复用1，并且同时，每个RAP具有可用于调度用户终端的干扰减小的高功率资源。
[0020]另夕卜，题为“A novel frequency reuse scheme for OFDMA based relayenhanced cellular networks，， (Proceedings of IEEE 69th Vehicular TechnologyConference(VTC2009-Spring), April 2009, pp.1-5.M.Liang, F.Liu, Z.Chen, Y.F.Wang,and D.C.Yang)的文章也公开了一种频率复用方案，其中整个小区被划分为两个部分:内部区域和外部区域。这两个区域都独立地利用整个频带，即频率复用因子对于每个区域而言均为I ;为了消除小区内干扰，在基站和中继采用特定的频带分配、定向天线以及功率设置。
[0021]此夕卜，在文章“ASelf-Organized Resource Allocat1n using Inter-CellInterference Coordinat1n (ICIC) in Relay-Assisted Cellular Networks，，(M.Mehta, 0.G.Aliu, A.Karandikar, and M.A.1mran, ICTACT Journal on Communicat1nTechnology, vol.2, n0.2, pp.300-313, June2011)中提出了一种自组织资源分配计划。在该文章中，引入了干扰邻居组，以通过各实体之间的局部交互来实现ICIC的构思。
[0022]尽管本领域中已经提出如此多的ICIC方案，这些方案都没有考虑回程和接入子帧之间的不同干扰状况。因此，本领域中需要一种新的小区间干扰谐调解决方案。
【发明内容】
[0023]为此，本发明提供一种新的ICIC解决方案，以便解决或者至少部分地减轻现有技术中的至少一部分问题。
[0024]根据本发明的第一方面，提供了一种用于频率复用的方法。该方法可包括:对于接入链路传输，将系统带宽划分为至少三个频带；以及从所述至少三个频带选择一个频带用于所有小区中的基站，其它频带由小区中的中继节点以至少为2的频率复用因子进行复用。
[0025]在本发明的一个实施方式中，由所述中继节点复用的所示其它频带大小相等。
[0026]在本发明的另一实施方式中，对于回程链路传输，可以使用不同于接入链路传输的软频率复用方案。
[0027]在本发明的再一实施方式中，该方法可以还包括:对于回程链路传输，将系统带宽划分为至少另外三个频带；以及从所述至少另外三个频带选择一个频带用于服务小区中的中继节点，以使得在两个相邻小区之间用于服务中继节点的频带是正交的，其它频带用于服务小区中的中心用户。
[0028]在本发明的又一实施方式中，在回程链路传输中，用于服务中继节点的所述一个频带上的传输功率可以高于用于服务宏小区用户的频带上的传输功率。
[0029]在本发明的再一实施方式中，通过执行目标为保证系统效率和实现用户公平的优化分析操作，确定用于接入链路传输中的中继节点的频带相对于系统带宽的比例以及用于服务宏小区用户的所述其它频带上的传输功率与回程链路传输中用于服务中继节点的一个频带上的传输功率之间的比率。
[0030]在本发明的再另外实施方式中，中继节点可以部署在小区边缘附近。
[0031]根据本发明的第二方面，提供了一种用于频率复用的设备。该设备可包括:频带划分模块和频带选择模块。所述频带划分模块可以配置成对于接入链路传输，将系统带宽划分为至少三个频带。所述频带选择模块可以配置成从所述至少三个频带选择一个频带用于所有小区中的基站，其它频带由小区中的中继节点以至少为2的频率复用因子进行复用。
[0032]根据本发明的第三方面，提供了一种包括根据第二方面的设备的网络节点。
[0033]根据本发明的第四方面，提供了一种其上包括计算机程序代码的计算机可读取存储介质，所述计算机程序代码配置成在被执行时致使该设备执行根据第一方面的任意一个实施方式的方法中的动作。
[0034]根据本发明的第五方面，提供了一种计算机程序产品，其包括根据第四方面的计算机可读取存储介质。
[0035]利用本发明的实施方式，用户特别是小区边缘用户所经历的干扰可以减小，并且因而它们的性能将改善。此外，本发明提供的解决方案具有非常低的复杂性并且信令设计可以与当前LTE标准兼容。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]通过参考各附图对实施方式中示出的实施方式的详细解释，本发明的上述和其它特征将变得更加清楚，附图中相似的附图标记始终代表相同或类似的部件，并且附图中:
[0037]图1示意性示出示例下行链路子帧配置的图示；
[0038]图2示意性示出常规软频率复用方案的图示；
[0039]图3示意性示出现有技术中的另一软频率复用方案的图示；
[0040]图4示意性示出在本发明的实施方式中使用的示例干扰模型的图示；
[0041]图5示意性示出根据本发明的示例性实施方式的用于频率复用的方法的流程图；
[0042]图6A和6B示意性示出根据本发明的示例性实施方式的在接入子帧期间的示例性频率复用方案的图示；
[0043]图7A至7C示意性示出根据本发明的示例性实施方式的用于回程子帧的示例性频率复用方案的图示；
[0044]图8示意性示出根据本发明的示例性实施方式的接入链路传输中用于RUE的干扰的图示；
[0045]图9示意性示出根据本发明的示例性实施方式的用于频率复用的设备的框图；以及
[0046]图10示意性示出常规方案和根据本发明的示例性实施方式的解决方案的仿真结果O
【具体实施方式】
[0047]在下文中，将参考附图通过实施方式详细描述一种用于频率复用的方法和设备、网络节点。应理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解和实施本发明，而并非旨在以任何方式限制本发明的范围。
[0048]应另外指出，按照用于执行方法步骤的特定顺序示出了本发明。然而，这些方法并非必定要严格根据所示顺序执行，并且它们可以基于相应方法步骤的性质而按反序执行或者同时执行。此外，此处使用的不定冠词“一 / 一个”不排除多个这种步骤、小区、装置以及对象等。
[0049]如上文所述，在回程和接入子帧期间的干扰状况是不同的，这将参考图4进行详细解释，该图示意性示出在本发明中使用的示例性干扰模型，并且在该图中在下行链路接入子帧和回程子帧期间的期望信号分别用实线和长虚线表示，并且在接入子帧和回程子帧期间的干扰信号分别用短虚线和点划线表示。
[0050]如图4所说明，在长虚线表示的回程子帧期间，DeNB也可以调度用于由DeNB直接服务的宏UE(MUE)的数据，而RN也处于接收模式，并且因而回程子帧中的干扰仅仅来自eNB。另一方面，在实线表示的接入子帧期间，RN传输用于经由RN被服务的中继用户设备(RUE)的数据，并且同时eNB也传输针对各个MUE的数据。这种情况下，这些接入子帧中的干扰来自RN和eNB 二者。
[0051]鉴于上述差异干扰状况，在本发明中，提供了一种新频率复用方案。在本发明中提出的方案中，假设所有小区边缘用户由RN服务，并且所有小区中心用户直接由基站服务。也就是说，用户被分为两种类型:由RN服务的边缘用户，以及由基站服务的中心用户。该假设是合理的，因为原始边缘UE最可能连接到中继节点，并且于是MUE最有可能为中心UE。因此，优选的是，如果RN部署在小区边缘附近从而使它们专门用于服务小区边缘小区。
[0052]在本发明提供的解决方案中，基于干扰状况差异而对接入回程链路传输和接入链路传输采用不同频率复用方案。具体地，对于接入链路传输，所有eNB使用的频带是固定的，并且中继节点使用频率复用因子x(x> 2)以便进行干扰谐调。在频域中每个中继节点可以使用α B并且宏eNB使用(1_χ.α )B，其中B表示系统带宽，即整个频率带宽，α为由一个中继节点用于接入链路传输的带宽的份额，即，用于一个中继节点的频带相对于系统带宽的比例。以此方式，在接入链路传输中，MUE将仅仅受eNB干扰并且RUE将仅仅受1/x的中继节点干扰。因此，与eNB和中继节点都使用整个频率带宽的频率复用I中继系统相t匕，MUE和RUE 二者的小区间干扰均可显著减小。
[0053]与此相对，对于回程链路传输，采用不同频率复用方案。例如，中继节点可以被认为小区边缘UE并且传统软频率复用方法可以被使用。系统带宽也可以被划分为三个频带，优选地三个相等的频带。一个被用于小区边缘传输，即，由基站用于服务中继节点使用；并且其它用于小区中心传输，即，由基站用于服务宏小区用户使用。同时，应保证在两个相邻小区之间用于服务中继节点的频带是正交的。附加地，用于小区边缘传输的功率可以高于用于小区中心传输的功率，这是有利的，因为它将促进改善传输质量，而该传输质量通常为中继网络中多跳传输的瓶颈。
[0054]在下文中，将参考图5至9详细描述本发明的示例性实施方式。
[0055]首先可以参考图5，其示意性示出根据本发明的示例性实施方式的用于频率复用的方法的流程图。
[0056]如图5所示，在步骤S501，对于接入链路传输，将系统带宽划分为至少三个频带。
[0057]在本发明的实施方式中，对于接入链路传输，系统带宽被划分为x+1个频带，其中X至少为2。尽管将其划分为若干不同大小的频带也是可选的，但优选地x+1个频带中的X是相同大小的，即，X个频带的大小为α B并且其余一个大小为(1-Χ.α)Β。参数α可以按照任何适当方式确定，例如通过实验、仿真预先确定或者为经验值。然而，优选地，将通过执行优化分析操作来确定该参数，这将在下文进行描述。
[0058]之后，在步骤S502，从所述至少三个频带选择一个频带供所有小区中的基站使用，并且其它频带由小区中的中继节点复用，频率复用因子至少为2。
[0059]在所述至少三个频带大小为α.B、α.B、…、(1_χ.α)Β的情形下，大小为(1-x.α)Β的频带可以被固定为用于服务中心用户即MUE的所有基站eNB的频带，并且大小为α.Β的X个频带可以分配给用于服务小区边缘用户即RUE的中继节点。RN可以使用至少2的频率复用因子来执行干扰谐调。
[0060]频率复用因子例如可以为2。这种假设是合理的，因为RN非常可能以类似圆的形状存在，并且通常RN使用相对高低多的传输功率。因此，如果RN部署在小区边缘附近，这会是优选的。
[0061]图6A示意性示出根据本发明的示例性实施方式的在接入子帧期间的示例性频率复用方案的图示，其中系统带宽被划分为三个频带并且RN之间的频率复用因子为2。此外，图6B示出了对于接入链路传输针对eNB和RN就物理资源区块(PRB)而言的频率分配。如图6A和6B说明，所有eNB使用同一固定的频带，该频带为(1_2 α ).Β，并且每个小区中的RN可替换地使用其它两个频带，这两个频带的每个的大小为a -B0
[0062]另一方面，对于回程链路传输，可以使用不同于接入链路传输的软频率复用方案。在本发明的一个实施方式中，RN可以被视为小区边缘用户并且采用常规软频率复用方案。因此，在步骤S503，对于回程链路传输，系统带宽可以被划分为至少另外三个频带。尽管所述三个频带可以具有不同大小，优选地将它们划分为三个相等大小的频带。
[0063]随后在步骤S504，可以从所述至少另外三个频带选择一个频带，供eNB使用以服务小区中的RN，其它频带由eNB使用以服务小区中的中心用户MUE。同时，还应确保用于服务RN的频带在两个相邻小区之间是正交的。
[0064]图7A示意性示出根据本发明的示例性实施方式的在回程子帧期间的示例性频率复用方案的图示，其中系统带宽被均等地划分为三个频带。如图所示，在小区A、B和C中，eNB使用频带F1、F2和F3分别服务其RN，并且eNB使用频带F2+F3、F1+F3和F1+F2分别服务MUE。此外，图7B示出了用于回程链路传输的就PRB而言针对RN和MUE的频率分配。
[0065]由于RN被看做是小区边缘UE，并且因此它们可以具有更高的接收的信号强度。也就是说，用于服务RN的一个频带上的传输功率可以高于用于中心用户的其它频带服务上的传输功率。图7C示出在不同小区中对于回程链路传输在不同频带上的功率水平。清楚的是，用于小区边缘传输的功率高于用于中心传输的功率。小区中心传输与小区边缘传输的功率比例，即，用于服务中心用户的其它频带上的传输功率与用于服务RN的一个频带上的传输功率之间的比例可以定义为:ξ = Peai/PeEU，其中Prai分别为在向小区中心UE和小区边缘UE传输时使用的功率水平。
[0066]参数ξ可以按任意方式确定，诸如通过实验、仿真，或者可以被确定为经验值等。然而，优选地，通过执行优化分析操作来确定该参数。接着，将参考本发明的示例性实施方式描述示例性优化分析操作。
[0067]在本发明的示例性实施方式中，将通过执行优化分析操作确定参数α和ξ，优化分析操作的目标是保证系统效率以及实现用户公平。在下文中，处于说明的目的，将把所述两个目标作为示例来描述优化分析操作。然而应理解，所述目标仅仅作为示例被给出，并且本发明不仅限于此。相反，可以使用任何其它适当的目标，诸如系统性能的最大化或小区边缘用户性能的最大化，针对不同服务类型的QoS支持，或类似目标。
[0068]此外，在下文中，出于简化说明的目的而进行以下假设:在接入子帧期间各中继之间的频率复用因子为2(χ = 2);回程子帧配置对于所有eNB均是相同的；并且UE按照环状均匀地分布。
[0069]优化目标
[0070]为了实现系统效率和用户公平，提供了涉及参数α和ξ的两个示例目标函数，该函数将在下面进行描述。
[0071]首先，对于第一优化目标，为了保证传输效率，期望回程链路的传输能力等于接入链路的传输能力。也就是说，可以得到下述式子:
【权利要求】
1.一种在中继通信系统中用于频率复用的方法，包括， 对于接入链路传输，将系统带宽划分为至少三个频带；以及 从所述至少三个频带选择一个频带用于所有小区中的基站，其它频带由所述小区中的中继节点以至少为2的频率复用因子来复用。
2.根据权利要求1所述的方法，其中由所述中继节点复用的所述其它频带大小相等。
3.根据权利要求2所述的方法，其中对于回程链路传输，使用与所述接入链路传输不同的软频率复用方案。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括， 对于所述回程链路传输，将所述系统带宽划分为至少另外三个频带；以及从所述至少另外三个频带选择一个频带用于服务小区中的中继节点，以使得在两个相邻小区之间用于服务中继节点的频带是正交的，其它频带用于服务所述小区中的宏小区用户。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述回程链路传输中，用于服务所述中继节点的所述一个频带上的传输功率高于用于服务所述宏小区用户的所述其它频带上的传输功率。
6.根据权利要求5所述的方法，其中通过执行目标为保证系统效率和实现用户公平的优化分析操作，确定所述接入链路传输中用于中继节点的所述频带相对于所述系统带宽的比例、以及所述回程链路传输中用于服务所述宏小区用户的所述其它频带上的所述传输功率与用于服务中继节点的所述一个频带上的所述传输功率之间的比率。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述中继节点被部署在小区边缘附近。
8.一种在中继通信系统中用于频率复用的设备，包括， 频带划分模块，被配置成对于接入链路传输，将系统带宽划分为至少三个频带；以及频带选择模块，被配置成从所述至少三个频带中选择一个频带用于所有小区中的基站，其它频带由所述小区中的中继节点以至少为2的频率复用因子来复用。
9.根据权利要求8所述的设备，其中由所述中继节点复用的所述其它频带大小相等。
10.根据权利要求9所述的设备，其中对于回程链路传输，使用与所述接入链路传输不同的软频率复用方案。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述频带划分模块还被配置成，对于所述回程链路传输，将所述系统带宽划分为至少另外三个频带；以及 其中所述频带选择模块还被配置成从所述至少另外三个频带选择一个频带用于服务小区中的中继节点，以使得在两个相邻小区之间用于服务中继节点的频带是正交的，其它频带用于服务所述小区中的宏小区用户。
12.根据权利要求11所述的设备，其中在所述回程链路传输中，用于服务所述中继节点的所述一个频带上的传输功率高于用于服务所述宏小区用户的所述其它频带上的传输功率。
13.根据权利要求12所述的设备，还包括 优化分析模块，被配置成通过执行目标为保证系统效率和实现用户公平的优化分析操作，确定所述接入链路传输中用于中继节点的所述频带相对于所述系统带宽的比例、以及所述回程链路传输中用于服务所述宏小区用户的所述其它频带上的所述传输功率与用于服务中继节点的所述一个频带上的所述传输功率之间的比率。
14.根据权利要求8所述的设备，其中所述中继节点被部署在小区边缘附近。
15.一种网络节点，包括根据权利要求8所述的设备。
【文档编号】H04W16/12GK104205908SQ201280071946
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年9月29日 优先权日:2012年9月29日
【发明者】易粟, 雷鸣 申请人:日电（中国）有限公司
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