專利名稱：以功率控制和有向信道分配控制鄰近信道干擾的系統(tǒng)和方法
本申請(qǐng)與無線通信系統(tǒng)有關(guān)，具體地說，與改進(jìn)在信道化蜂窩系統(tǒng)中的控制鄰近信道干擾的措施有關(guān)。
在無線通信技術(shù)領(lǐng)域中，通常是對(duì)頻譜效率和使所用信道數(shù)最大的考慮確定了要采用蜂窩式的這種信道和與信道相應(yīng)的頻率的配置，也就是說一個(gè)服務(wù)區(qū)域劃分為一系列連接的服務(wù)區(qū)，稱作小區(qū)。在一個(gè)具體小區(qū)內(nèi)，用戶通過無線電鏈路與為這個(gè)小區(qū)服務(wù)的一個(gè)基站通信，這個(gè)基站與其他小區(qū)的基站連接組成一個(gè)無線通信網(wǎng)。這個(gè)無線通信網(wǎng)通常還與一個(gè)或幾個(gè)有線網(wǎng)連接。為了用這種無線網(wǎng)進(jìn)行通信，每個(gè)用戶分配到一個(gè)離散的信道組中的一個(gè)信道。


圖1以示意形式示出了無線蜂窩通信系統(tǒng)的普通規(guī)則六角形小區(qū)布局〔注1〕。正如所知道的那樣，用六角形網(wǎng)格畫出的地理服務(wù)區(qū)域形成了一個(gè)幾何圖案，使得頻率可以按圖案配置方式加以分配，允許用一個(gè)受控的有規(guī)律重復(fù)分配模型復(fù)用這些頻率。小區(qū)區(qū)域各自具有一組分配給它的規(guī)定信道〔注2〕。每個(gè)信道組包括多個(gè)獨(dú)立的發(fā)送和接收無線電信道，供小區(qū)區(qū)域內(nèi)使用。在圖1所示的模型中，標(biāo)以“A”的各小區(qū)為同信道小區(qū)(co-user cell)，所有這些小區(qū)使用相同的信道組。對(duì)于標(biāo)以“B”、“C”等的同信道小區(qū)也是一樣，各自具有分配給它的信道組。
每個(gè)小區(qū)用一個(gè)與基站配合的天線系統(tǒng)照射覆蓋，各基站可以相互連接和/或與其他網(wǎng)連接。天線101是一個(gè)具有全方向輻射圖的天線，而天線102是一個(gè)定向輻射天線，它的方向圖表示了將小區(qū)分裂成幾個(gè)更〔注1〕應(yīng)該理解，圖1中所示的小區(qū)的六角形形狀表示了一種習(xí)慣畫法。所以選用這種六角形的小區(qū)表示方式是因?yàn)榱切谓咏^(qū)理想功率覆蓋區(qū)域的圓形形狀。然而，如果使用圓形表示，就會(huì)出現(xiàn)一些交疊區(qū)，使得服務(wù)區(qū)畫面很不清楚。但是采用這種將小區(qū)畫成六角形的習(xí)慣畫法，可以將表示一個(gè)服務(wù)區(qū)的這些小區(qū)畫成相互既無間隙又無交疊的形式?！沧?〕當(dāng)然，如下面將要詳細(xì)說明的那樣，體現(xiàn)無線通信技術(shù)領(lǐng)域中較近進(jìn)展的軟性信道分配方法通常將涉及給小區(qū)分配的信道不是固定不變的情況。小的扇形服務(wù)區(qū)的情況。
眾所周知，蜂窩通信系統(tǒng)的一個(gè)中心思想是頻率復(fù)用(frequencyreuse)。采用頻率復(fù)用，處在不同地理位置(即不同小區(qū))的一些用戶可以同時(shí)使用相同頻率的信道，如在對(duì)于規(guī)則信道分配情況的圖1中同各小區(qū)所示。雖然頻率復(fù)用能大大增加一個(gè)系統(tǒng)的頻譜效率，但是，如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合適，在共同使用相信道的各小區(qū)之間就會(huì)引起嚴(yán)重的干擾。
頻率復(fù)用分配通常是通過選用一些簡單的規(guī)則標(biāo)出各同信道小區(qū)和將RF頻譜劃分成一些信道組來實(shí)現(xiàn)的。信道分配方法大致可分為兩類固定的和軟性的，可參見將刊的M.Benveniste所著“自配置無線系統(tǒng)”(“Self Configurable Wireless Systems”)。固定信道分配不改變小區(qū)與為小區(qū)服務(wù)的信道之間的關(guān)系。僅僅是那些分配給一個(gè)小區(qū)的信道才能用來為這個(gè)小區(qū)中的呼叫服務(wù)，而每個(gè)信道可以被所有分配到這個(gè)信道的小區(qū)同時(shí)使用。固定信道分配的一個(gè)例子是“規(guī)則”信道分配，其特征是各小區(qū)大小相同、間隔規(guī)則。規(guī)則信道分配對(duì)于話務(wù)量對(duì)各小區(qū)均勻分布的系統(tǒng)來說是最佳的。
在話務(wù)量分布不均勻的情況下，可以找到一種最佳的固定“非規(guī)則”信道分配方式，按照小區(qū)話務(wù)負(fù)荷為小區(qū)分配信道?！矠榱诉_(dá)到這種最佳非規(guī)則分配所用的方法可參見M.Benveniste的美國專利No.5,404,574“無線通信網(wǎng)中用于非規(guī)則信道分配的裝置和方法”〕(“Apparatus andMethod for Non-Regular Channel Assignment in WirelessCommunication Networks”)。
軟性信道分配方法利用了一個(gè)系統(tǒng)的遙控、軟件驅(qū)動(dòng)重新調(diào)諧基站無線電設(shè)備的能力，這種能力使得信道容量能適應(yīng)話務(wù)量的變化。軟性信道分配方法的種類包括自適應(yīng)和動(dòng)態(tài)這兩種信道分配方法，還包括混合式的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)信道分配方法(可參見M.Benveniste的“自配置無線系統(tǒng)”)。
也如所周知，無線系統(tǒng)中的通信質(zhì)量主要取決于所接收的信號(hào)與干擾比(S/I)。所涉及的主要干擾包括兩部分同信道干擾和鄰近信道干擾。同信道干擾是來自調(diào)諧到與工作信道相同頻率的通信源的干擾。鄰近信道干擾來自使用頻譜中靠近工作信道的那些信道的通信源。在引起干擾的鄰近信道在頻譜上與工作信道鄰接時(shí)，通常稱為相鄰信道干擾。為了達(dá)到所要求的話音或數(shù)據(jù)的傳送質(zhì)量，接收到的信號(hào)與合并在一起的同信道和鄰近信道的干擾之比必需超過所規(guī)定的門限。
已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到需要避免在一個(gè)小區(qū)內(nèi)和在幾個(gè)鄰近小區(qū)內(nèi)使用鄰近的信道。在通常的模擬AMPS系統(tǒng)信道分配中，分裂成三個(gè)扇區(qū)的各小區(qū)復(fù)用具有7個(gè)小區(qū)的小區(qū)組的頻譜，因此在為同一小區(qū)服務(wù)的各信道之間的間距為21個(gè)信道(630KHz)，如圖2的裂成扇區(qū)的圖案所示，這已足以使來自鄰近信道的任何干擾可以忽略。對(duì)于地理上鄰接的小區(qū)，只要避免將相鄰的信道組分配給同一小區(qū)的扇區(qū)或分配給鄰接小區(qū)的會(huì)與所關(guān)注的扇區(qū)鄰接的扇區(qū)。如圖2所示，對(duì)于小區(qū)個(gè)數(shù)為7的三扇區(qū)復(fù)用組是存在這樣一種信道分配的。
然而，在采用諸如軟性信道分配或非規(guī)則固定信道分配這樣的不很常用的方法時(shí)，就不再出現(xiàn)這種幾乎自動(dòng)滿足信道間距的情況。因此，這種蜂窩系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者所面臨的問題是在一個(gè)小區(qū)中或鄰近幾個(gè)小區(qū)中同時(shí)使用的信道之間要求的最小頻譜間距是多少。已經(jīng)提出了一些解決這個(gè)問題的途徑〔注3〕，其中即使有一些考慮了鄰近信道干擾，但也〔注3〕這類現(xiàn)有途徑的一些例子可參見下列文獻(xiàn)N.Bambos and G.J.Porttie，“On power control in highcapacity radio networks”，Third WINLAB Workshop， pp.239-247，1992；R. Beck and H. Panzer，“Strategies for Handover and Dynamic Channel Allocation in Micro-Cellular Mobile Radio Systems”，Proc.IEEE Vehicular Technol. Conference，May 1989；D.C. Cox and D.O. Reudink，“Dynamic ChannelAssignment in Two-Dimensional Large-Scale Mobile Radio Systems”，Bell System Technical Journal，Vol.51，No.7，pp.1611-1629，September 1972；S.M. Elnoubi， R.Singh， and S.C. Gupta，“A new frequencychannel assignment algorithm in high communication systems”， IEEE Trans. Veh. Technol.，Vol. 31，No.3，August 1982；G.J. Foschini and Z. Miljanic，“A simple distributed autonomous power control algorithmand its convergence”，IEEE Trans. Veh. Technol.，November 1993； H. Jiang and S.S. Rappaport，“CBWLA new channel assignment and sharing method for cellular communication systems”，IEEE Veh. Technol.Conference，May 1993； T.J. Kahwa and N.D. Georganas， “A hybrid channel assignment scheme in large-scale，cellular-structured mobile communication systems”， IEEE Trans. Commun.，Vol. 26，No.4，April1978；S. Nanda and D.J. Goodman，“Dynamic Resource Acquisition Distributed Carrier Allocation forTDMA Cellular Systems”，Third Generation Wireless Information Networks， S. Nanda and D.J. Goodman(eds)，pp. 99-124，Kluwer Academic Publishers，Boston， 1992； R.J. Pennotti， Channel Assignment inCellular Mobile Communication Systems，ph. D. Dissertation， Polytechnic Institute of New York，1976；J.Zander，“Transmitter power control for co-channel interference management in cellular systems”，F(xiàn)ourthWINLAB Workshop，pp.241-247，1993.并不充分。特別是先前對(duì)鄰近信道干擾的處理分析和導(dǎo)出信道間距要求并沒有考慮到對(duì)S/I比的所有影響，這可參見W.C.Y.Lee的移動(dòng)蜂窩通信系統(tǒng)(Mobile Cellular Telecommunications System，MeGraw-Hill，New York，1989)。象這樣不考慮鄰近信道干擾對(duì)S/I比的影響將會(huì)導(dǎo)致一個(gè)信號(hào)比干擾還弱的情況。通過以由于信道分離使信號(hào)強(qiáng)度減小來平衡接收機(jī)附近的干擾信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度，在無同信道干擾的情況下總S/I比就會(huì)等于1(即OdB)。如果存在一些同信道干擾，則總S/I比就會(huì)小于1。(用dB表示的話，就是一個(gè)負(fù)數(shù))。
由于對(duì)S/I的要求意味著對(duì)總干擾的限制，而總干擾等于同信道干擾和鄰近信道干擾這兩項(xiàng)之和，因此需要對(duì)這二項(xiàng)折衷考慮。當(dāng)信道之間頻譜間距增大時(shí)，鄰近信道干擾減小，因此為同信道干擾留出較大的余量，從而允許復(fù)用距離更小一些，至少在原理上可增大系統(tǒng)容量。然而，信道間距大，每個(gè)小區(qū)中可用信道數(shù)就少，如果其他條件不變的話就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)容量減小。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的一個(gè)重要任務(wù)是確定能滿足S/I要求又使頻譜效率最大的最佳信道間距。
本發(fā)明提供了在蜂窩無線通信系統(tǒng)中根據(jù)這種系統(tǒng)內(nèi)通信信道的業(yè)務(wù)質(zhì)量因子控制鄰近信道干擾的新方法。這里所揭示的控制鄰近信道干擾的這些新方法每個(gè)都是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，包括混合功率控制，用來克服與傳統(tǒng)的功率控制方法有關(guān)的干擾問題。
有向分配，用來減小在無阻塞條件下鄰近小區(qū)之間的相鄰信道沖突；以及結(jié)合有向分配的混合功率控制，用來減小鄰近小區(qū)之間的鄰近信道干擾。
在本申請(qǐng)的附圖中圖1示出了無線蜂窩通信系統(tǒng)的規(guī)則小區(qū)規(guī)劃的示意圖；圖2示出了在復(fù)用因子為7情況下的扇區(qū)化小區(qū)配置；圖3以方框圖形式示出了無線蜂窩通信系統(tǒng)的各主要組成部分以及這些組成部分之間的典型互連情況；圖4示出了對(duì)采用軟性信道分配方法為無線蜂窩通信系統(tǒng)各小區(qū)分配無線電信道進(jìn)行控制的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的原理方框圖5示意性地示出了一個(gè)含有自己基站的單個(gè)小區(qū)，以及其中一個(gè)受到服務(wù)的用戶臺(tái)和一個(gè)可能引起干擾的用戶臺(tái)相互相對(duì)基站分別處于不同位置的情況；圖6示意性地示出了兩個(gè)各有自己一個(gè)基站的相鄰小區(qū)，以及其中一個(gè)受到服務(wù)的用戶臺(tái)和一個(gè)可能引起干擾的用戶臺(tái)相互相對(duì)基站分別處于不同位置的情況；圖7提供了本發(fā)明的混合功率控制策略的圖示；圖8示出了本發(fā)明的有向分配方法的一個(gè)例子；圖9示出了在鄰近小區(qū)中的一個(gè)無干擾區(qū)；圖10示出了本發(fā)明的結(jié)合有向分配方法的混合功率控制的一種應(yīng)用情況；圖11示出了N為8的全向小區(qū)配置；以及圖12示出了相鄰信道干擾的概率與本發(fā)明的結(jié)合有向分配方法的混合功率控制的功率控制范圍之間的關(guān)系。
以下討論將部分以在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列操作的算法和符號(hào)表示方式予以介紹?？梢岳斫猓@些算法描述和表示正是熟悉系統(tǒng)工程技術(shù)的人們相互交流他們工作情況的常用手段。
至于在這里(和通常)所使用的來說，算法可以看作能得出所要求的結(jié)果的一個(gè)獨(dú)立的處理步驟序列。這些步驟通常要涉及對(duì)一些物理量進(jìn)行操作。這些物理量一般(雖然不必非要這樣)是電信號(hào)或磁信號(hào)形式，可以對(duì)它們進(jìn)行存儲(chǔ)、傳送、合并、比較和其他處理。為了參照方便以及與普通用法保持一致，這些信號(hào)往往將用比特、數(shù)值、元素、符號(hào)、字符、項(xiàng)(term)、編號(hào)之類的術(shù)語描述。然而需要強(qiáng)調(diào)的是，這些術(shù)語和類似的一些術(shù)語應(yīng)該與相應(yīng)的物理量對(duì)應(yīng)，也就是說這類術(shù)語只是加到那些物理量上的一些方便標(biāo)記。
為使說明清晰起見，本發(fā)明的示例性實(shí)施例示為由一些分立的功能塊(包括標(biāo)為“處理器”的功能塊)組成的形式。通過使用共享或?qū)Ｓ糜布?，包?但并非只限于)能執(zhí)行軟件的硬件，可以提供這些功能塊所表示的功能。例如，在圖3和4中的OMC、MSC和BS以及在圖4中的計(jì)算機(jī)處理器這些功能塊的一些功能或全部功能可以由一個(gè)或多個(gè)處理器(包括共享處理器)提供。(所謂處理器這個(gè)術(shù)語不應(yīng)理解為單指能執(zhí)行軟件的硬件。)一些示例性的實(shí)施例可能包括諸如AT&T DSP16或DSP32C之類的微處理器和/或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)硬件，存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)以下將要說明的各種操作的軟件的只讀存儲(chǔ)器(ROM)，以及存儲(chǔ)各結(jié)果的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)。還可能配有與通用DSP電路配合的超大規(guī)模集成(VLSI)硬件實(shí)施手段和專用VLSI電路。
圖3示出了一種典型的蜂窩系統(tǒng)的方框圖。由圖可見，移動(dòng)無線電話系統(tǒng)通過一些移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC)202、203接到公用電話交換網(wǎng)(PSTN)201。通過這些MSC的交換，將各為本小區(qū)覆蓋區(qū)域提供服務(wù)的一些基站(BS)210互聯(lián)在一起。各覆蓋區(qū)域示為具有不規(guī)則的邊界，這對(duì)于一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)來說是很典型的。每個(gè)BS都配有無線電收發(fā)設(shè)備和輻射天線，為本小區(qū)覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)無線電話250服務(wù)。
操作與管理中心(OMC)220與MSC202、203連接，對(duì)MSC202、203的系統(tǒng)工作以及MSC202、203所配合的BS210進(jìn)行控制。OMC220是一個(gè)中心控制站，包括對(duì)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器輸入的接收數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入和數(shù)據(jù)處理以及執(zhí)行實(shí)時(shí)控制。在軟性信道分配的情況下，這種數(shù)據(jù)處理配置可用來在BS處的遙控可調(diào)無線電收發(fā)機(jī)的配合下實(shí)現(xiàn)信道配置。
對(duì)于這樣的軟性信道分配情況，圖4示出了OMC中數(shù)據(jù)處理設(shè)備的用來控制信道分配和BS無線電收發(fā)機(jī)調(diào)諧的示例性實(shí)施例的原理方框圖。計(jì)算機(jī)處理器310有一個(gè)存儲(chǔ)在相配合的存儲(chǔ)器311內(nèi)的程序。這個(gè)程序可以包括一系列用來為蜂窩系統(tǒng)分配無線電信道的指令。初始輸入數(shù)據(jù)通過輸入功能塊312送至計(jì)算機(jī)處理器310。輸入數(shù)據(jù)包括可用小區(qū)，可用無線電信道，以及干擾信息。干擾信息通常是表示每個(gè)小區(qū)對(duì)其他各小區(qū)的干擾這樣的一個(gè)小區(qū)對(duì)小區(qū)的干擾矩陣形式。此外，輸入還包括對(duì)所要求的信道分配和業(yè)務(wù)量占用圖表來說是必需的系統(tǒng)限制約束。
為了實(shí)現(xiàn)軟性信道分配方法，計(jì)算機(jī)處理器310將按照存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器311內(nèi)的指令執(zhí)行信道分配處理。所得到的信道分配結(jié)果可經(jīng)輸出功能塊313送至MSC315，再由此發(fā)送給各BS321。然后，各BS中的獨(dú)立可調(diào)無線電設(shè)備322分別按照信道分配處理過程所確定的無線電信道分配結(jié)果調(diào)到相應(yīng)的頻率上。
I.本發(fā)明的方法A.概述這里通過幾個(gè)實(shí)施例來介紹本發(fā)明的方法，每個(gè)實(shí)施例都是一種旨在控制鄰近信道干擾以使總S/I比能滿足要求的新方法。正如從對(duì)這些實(shí)施例所作的具體說明中所看到的那樣，每個(gè)實(shí)施例都可獨(dú)立實(shí)施，但多數(shù)可結(jié)合其他一個(gè)或幾個(gè)實(shí)施例以及結(jié)合在交互參照的同組申請(qǐng)中所揭示的方法的實(shí)施例一起實(shí)施。
鄰近信道的發(fā)射機(jī)所引起的干擾電平取決于用戶單元(通常是移動(dòng)臺(tái)或便攜臺(tái))相對(duì)各自基站的位置，實(shí)施功率控制的情況，以及表示傳輸是從基站至用戶單元(以下稱為“下行鏈路”)還是從用戶單元至基站(以下稱為“上行鏈路”)的通信方向。圖5和6分別示出了討論鄰近信道干擾影響的相互位置關(guān)系的例子。圖5所示的是具有基站B的單個(gè)小區(qū)的幾種情況，而圖6所示的是分別具有基站B1和B2的兩個(gè)鄰近小區(qū)的幾種情況。在所有的這些位置圖中，用戶臺(tái)i和j分別處于相對(duì)基站相互不同的位置上。其中，標(biāo)記i表示服務(wù)用戶單元，而j表示在頻譜上最接近的信道(稱為鄰近信道)上工作的用戶單元。在圖6所示的這幾個(gè)位置圖中，服務(wù)用戶單元i由基站B1提供服務(wù)，而鄰近信道的用戶單元i由基站B2提供服務(wù)。
作為一種例示情況，考慮所有呼叫都用相同的功率服務(wù)，即不加功率控制。此時(shí)，在圖5所示的各種情況下，下行鏈路鄰近信道干擾相差不大，因?yàn)槭且韵嗤墓β蕿楦骱艚蟹?wù)的。然而，在圖5所示的三種情況下，上行鏈路鄰近信道干擾就各不相同了。因?yàn)樾盘?hào)的衰減隨著發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離增大而增大，所以從圖5(a)的用戶單元i接收到的信號(hào)強(qiáng)度由于用戶單元i靠近基站而比從用戶單元j接收到的干擾信號(hào)強(qiáng)，從而對(duì)于這樣的相互位置上行鏈路鄰近信道干擾可以忽略。在圖5(b)所示的相對(duì)位置情況下，由于兩個(gè)用戶單元離基站的距離相同，因此所接收到的服務(wù)信號(hào)與干擾信號(hào)相差不大。最后，在圖5(c)所示的這種情況下，由于干擾用戶單元比服務(wù)用戶單元更靠近基站，因此上行鏈路鄰近信道干擾就相當(dāng)大。
如果采用功率控制來減小靠近基站處的呼叫的功率，那么所受到的鄰近信道干擾就有所改變。這些改變?nèi)钥赏ㄟ^對(duì)圖5所示的這幾種相對(duì)位置情況的討論加以說明，而現(xiàn)在假定功率受到調(diào)整而使接收到的各服務(wù)信號(hào)相等。這樣，在圖5所示的三種情況下，上行鏈路鄰近信道干擾就相差不大，因?yàn)閺母饔脩魡卧邮盏降男盘?hào)強(qiáng)度是相同的，而無論這些用戶單元相對(duì)基站是處于什么位置上。但是，如果加了下行鏈路功率控制，鄰近信道干擾對(duì)于這三種相互位置情況就各不相同了。在圖5(a)中，由于干擾信號(hào)的功率高于服務(wù)信號(hào)的功率，功率控制將使下行鏈路鄰近信道干擾增大。在圖5(b)所示的相對(duì)位置情況下，由于受到服務(wù)的用戶單元和鄰近信道用戶單元離基站的距離相同，功率控制并不改變下行鏈路鄰近信道干擾。然而，在圖5(c)所示的相對(duì)位置情況下，功率控制將使下行鏈路鄰近信道干擾減小。因此，可以看出功率控制通常在上行鏈路方向是有益的，但在下行鏈路方向使用時(shí)一般會(huì)使鄰近信道干擾增大。
在圖6所示的兩個(gè)鄰近小區(qū)中，對(duì)于圖6(a)這第一種情況，用戶單元i在下行鏈路(由于來自基站B2的競爭信號(hào))和上行鏈路(由于來自用戶單元j的競爭信號(hào))將都遭到鄰近信道干擾。由這幾個(gè)圖中可見，在圖6(b)中的下行鏈路和在圖6(c)中的上行鏈路將遭到與服務(wù)信號(hào)差不多大小的鄰近信道干擾，而對(duì)于在圖6(b)中的上行鏈路和在圖6(c)中的下行鏈路來說，鄰近信道干擾就可以忽略。
在標(biāo)為M.Benvensite-7(序號(hào)08/580570)的同組專利交互參照申請(qǐng)中研究了服務(wù)信道與引起干擾的鄰近信道之間的信道間距、接收到的服務(wù)信道和干擾信道的信號(hào)強(qiáng)度、S/I比這些參量之間的一些關(guān)系。然后，將這些關(guān)系用于具有說明意義的無線通信應(yīng)用，得出兩個(gè)說明在不同的服務(wù)信號(hào)與干擾信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度比情況下實(shí)際S/I比與信道間距的關(guān)系的表。這兩個(gè)表對(duì)于以下將要說明的干擾控制方法提供了有益的依據(jù)，為此轉(zhuǎn)列于下。
表1信道間距與S/I比dB(T)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系
＝18信道間距
表2信道間距與同信道S/I比dB(Tc)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系表1給出了在設(shè)計(jì)同信道S/I門限為18dB的情況下一個(gè)受到服務(wù)的用戶實(shí)際所能達(dá)到的S/I比T與信道間距W的關(guān)系。表中第一列表示信道間距，單位是信道帶寬；而其余十列給出了在用戶所受到的不同的干擾信號(hào)與服務(wù)信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度比P(dB)的情況下一個(gè)受到服務(wù)的用戶的實(shí)際S/I比(dB)。類似，表2給出了對(duì)于不同的信道間距值W為了達(dá)到目的總S/I比T所需的設(shè)計(jì)同信道S/I比Tc，也就是對(duì)于在保證dB(T)＝18dB的情況下Tc與W之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。
如前面所述，在由同一個(gè)基站服務(wù)的兩個(gè)用戶單元i、j(即圖5所示)都不加功率控制的情況下，由于基站以相等的功率發(fā)射每個(gè)信號(hào)，因此下行鏈路的干擾信號(hào)與服務(wù)信號(hào)強(qiáng)度相差不大。所以，干擾信號(hào)與服務(wù)信號(hào)之比P等于1，即dB(P)＝0。由表1可見，如果允許使用相鄰信道(即W＝1)，則S/I比會(huì)降為16.23dB，這相當(dāng)于目標(biāo)值63.1(18dB)的67％。然而，如果將信道間距W置為2，那就足以克服鄰近信道干擾所引起的使S/I降低的大部分影響，將S/I比從16.23dB增至17.99dB。
當(dāng)用戶單元i、j分別由兩個(gè)不同的基站進(jìn)行服務(wù)時(shí)，如果服務(wù)用戶單元i處于兩個(gè)小區(qū)之間的公共邊界附近，那么無論干擾用戶單元j是處在什么位置(如圖6(a)和6(b)所示)情況基本相同。然而，如果用戶單元i離干擾基站B2比離它的服務(wù)基站B1更遠(yuǎn)一些(如圖6(c)所示)，比值P就小于1，因此dB(P)成為負(fù)值。這樣，使用相鄰信道對(duì)S/I比的影響便不大。例如，在dB(P)為-5dB時(shí)，由表1可見實(shí)際S/I比將為17.36dB，這表示為設(shè)計(jì)同信道S/I比18dB的86％。對(duì)于dB(P)等于-10dB的情況，所得出的實(shí)際S/I比是17.79dB，為設(shè)計(jì)同信道S/I比的95％。也就是說，17.79dB表示了在鄰近信道干擾限制為是同信道干擾加上鄰近信道干擾的5％時(shí)所得到的S/I比的實(shí)際值。因此，可以規(guī)定一個(gè)相鄰的信道干擾的影響成為可以接受的I′值。這個(gè)規(guī)定的值在此標(biāo)為Pa，對(duì)于所說明的這個(gè)例示情況等于-10dB。
下面討論表2所示的W與Tc之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。由表2可見，對(duì)于dB(P)＝0的情況而言，如果將信道間距從1增加到2，那么就可以允許將同信道S/I比定為18.01dB，而不是21.03dB。此外，還可以看到，如果間距增加到超過2，對(duì)同信道干擾的界限并放寬不了多少，因而容量也擴(kuò)展不了多少。
對(duì)于加功率控制的情況，業(yè)已證明下行鏈路的功率控制將使鄰近信道干擾的影響更為嚴(yán)重?？紤]這樣一種具體情況功率控制加到下行鏈路以降低近區(qū)用戶單元的信號(hào)強(qiáng)度。在這種情況下，P就等于分別為這兩個(gè)用戶單元服務(wù)的信號(hào)的功率縮減之差。最壞的情況是在為用戶單元i服務(wù)的信號(hào)功率大大縮減而為用戶單元j服務(wù)的信號(hào)卻以最大功率發(fā)射的這種時(shí)候，如圖5(a)這種相互位置所示，表1表明，即使設(shè)計(jì)同信道S/I比為18dB，在對(duì)近端用戶單元下行鏈路的功率縮減28dB時(shí)，實(shí)際S/I比成為負(fù)值。信道間距取3才能達(dá)到17.79dB的S/I比。
在下面的章節(jié)B1中揭示了一種新穎的混合功率控制方法，這種方法通過局部采用下行鏈路功率控制而不必將信道間距增大到超過2，但仍能保證合理的S/I比。
B.鄰近信道干擾控制方法在以下這些章節(jié)中將對(duì)三種新穎的干擾控制方法予以說明，這三種方法將比現(xiàn)有技術(shù)的那些方法提供更好的降低鄰近信道干擾的效果。這些新的干擾控制方法每個(gè)都構(gòu)成本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，分別標(biāo)為混合功率控制、有向分配、結(jié)合有向分配的混合功率控制。
B1.混合功率控制在前面對(duì)采用(或不采用)傳統(tǒng)的功率控制方法與受服務(wù)的用戶所受到的鄰近信道干擾之間的一些關(guān)系的討論中已經(jīng)證明這種干擾將隨傳輸方向(下行鏈路還是上行鏈路)以及受服務(wù)的用戶單元(相對(duì)其他附近用戶單元的位置、相對(duì)服務(wù)基站和/或其他附近基站的位置而變化。下面所要說明的這種新的混合功率控制方法將顯著改善這些變化。如將看到的那樣，這種混合功率控制方法可以獨(dú)立實(shí)施，但也可以結(jié)合在本申請(qǐng)中或同組交互參照申請(qǐng)中所述的其他新穎的干擾控制方法一起實(shí)施。
可以相信，這種新的混合功率控制方法如果對(duì)下行鏈路和上行鏈路這兩種情況分別處理的話就更容易理解，因此下面就將對(duì)這種方法的說明相應(yīng)分成兩部分進(jìn)行。
(a)下行鏈路功率控制在對(duì)功率控制的一般討論中證明了在下行鏈路上采用傳統(tǒng)的功率控制策略(即縮減基站附近的用戶單元的接收信號(hào)強(qiáng)度)將使鄰近信道干擾的影響更為嚴(yán)重。在這種情況下，干擾信號(hào)與服務(wù)信號(hào)的強(qiáng)度比P(dB)就等于為兩個(gè)用戶單元服務(wù)的信號(hào)的功率縮減之差。最壞的情況是在為用戶單元i服務(wù)的信號(hào)功率大大縮減而為用戶單元j服務(wù)的信號(hào)卻以最大功率發(fā)射的這種時(shí)候，如圖5(a)所示的情況。從表1反映的這種例示情況可見，即使設(shè)計(jì)同信道S/I比為18dB(用同信道小區(qū)間距保證)，在對(duì)近端用戶單元的下行鏈路功率縮減大致為28dB(在這樣的小區(qū)配置情況下是現(xiàn)實(shí)的縮減量)時(shí)，實(shí)際S/I比就成為負(fù)值。
正如以下可看到的那樣，如果對(duì)功率縮減的幅度加以限制的話，可以利用功率控制達(dá)到一個(gè)合理的S/I比，而不必將信道間距增大到超過在不加功率控制時(shí)通常所要求的值2。由表1可見，當(dāng)干擾信號(hào)與服務(wù)信號(hào)之間的信號(hào)強(qiáng)度差P(dB)，或者等效地說相應(yīng)對(duì)兩個(gè)用戶單元的功率縮減的差，小于14dB時(shí)，對(duì)S/I比的影響不大，信道間距為2仍能使S/I比達(dá)到17.79dB以上。因此，通過限制功率控制，使得一個(gè)受服務(wù)用戶在任何位置處接收到的給這個(gè)受服務(wù)用戶的信號(hào)強(qiáng)度不低于干擾信號(hào)電平14dB，就能保持信道間距為2而使鄰近信道干擾的影響可忽略。這個(gè)對(duì)相對(duì)功率控制差別的限制在此稱為極限功率控制比，下面將標(biāo)為Xm。在表1所示的這個(gè)例示情況，dB(Xm)為-14dB。
在這種混合功率控制方法的一個(gè)示例性實(shí)施例中，將對(duì)處在小區(qū)邊緣與小區(qū)半徑上信號(hào)縮減了Xm后等于在小區(qū)邊緣所接收的信號(hào)的那一點(diǎn)之間的用戶單元施行功率控制。沿小區(qū)半徑方向從小區(qū)基站至信號(hào)縮減了Xm后等于在小區(qū)邊緣所接收的信號(hào)的那一點(diǎn)之間的距離標(biāo)為lm。因此，對(duì)于處lm和小區(qū)邊緣之間的用戶單元就要受到功率控制。圖7A示出了在混合功率控制方法的這個(gè)示例性實(shí)施例中下行鏈路接收信號(hào)與用戶單元離基站的距離之間的函數(shù)關(guān)系圖。
(b)上行鏈路功率控制與下行鏈路不同，對(duì)于上行鏈路方向業(yè)已看到功率控制通常有利于減小鄰近信道干擾。然而，如下面所說明的那樣，對(duì)于上行鏈路情況應(yīng)用本發(fā)明的混合功率控制方法允許在小區(qū)的某些區(qū)域不用功率控制，而對(duì)抑制鄰近信道干擾并無不利影響。
在上行鏈路通信時(shí)，采用功率控制可以減小P的值，使dB(P)成為服務(wù)信號(hào)與干擾信號(hào)之間的信號(hào)衰減差減去功率縮減差。這個(gè)關(guān)系及其影響可用在向一個(gè)基站發(fā)射的兩個(gè)用戶單元之間的信號(hào)衰減差為40dB而由于功率縮減而導(dǎo)致的接收信號(hào)電平差為12dB這樣一種情況為例加以說明。于是dB(P)為40－12＝28dB。由表1可見，對(duì)于設(shè)計(jì)同信道S/I比為18dB，信道間距為2，則可達(dá)到的S/I比為14.46dB。但是，如果功率縮減差增加到26dB而dB(P)成為14dB，那么對(duì)于信道間距為2的情況總S/I比就為17.79dB。
從這個(gè)關(guān)系可以得出，由于在信道間距為2的情況下dB(P)值為14dB或更小一些可使鄰近信道干擾的影響小到可以忽略，因此對(duì)于受到高信號(hào)衰減的可能引起干擾的用戶單元(例如靠近小區(qū)邊緣的用戶單元)不必加功率控制。只有信號(hào)衰減低于小區(qū)中最大的可能衰減14dB的那些用戶單元才需要縮減它們的信號(hào)功率。也就是說，對(duì)于那些處于基站與小區(qū)半徑上接收信號(hào)強(qiáng)度對(duì)小區(qū)中最小信號(hào)強(qiáng)度之比為X-1M的那一點(diǎn)lm之間的用戶單元才需要施行功率縮減。(當(dāng)然，如果由于其他目的需要的話，在lm和小區(qū)邊界之間可以施行上行鏈路功率控制。這里的這個(gè)點(diǎn)只是界定可以不必為控制鄰近信道而加上行鏈路功率控制的區(qū)域)。在表1這種典型情況下，dB(XM-1)為14dB。圖7B示出了這種混合功率控制方法的上行鏈路接收信號(hào)與用戶單元離基站的距離之間的函數(shù)關(guān)系圖。
為了估計(jì)采用混合功率控制方法對(duì)于給定的信號(hào)間距在上行鏈路上要求具備的功率縮減能力，需要得到在統(tǒng)計(jì)意義上所要遇到的最大P值。本發(fā)明者在一篇有關(guān)文章(M.Benveniste，“Managing NeighborChannel Interference in Channelized Cellular Systems，”forthcoming)已經(jīng)證明，如果傳播損耗系數(shù)為4(這是對(duì)于移動(dòng)無線電系統(tǒng)通常所采用的值)，不加功率控制的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度dB(P)小于或等于40dB的概率為0.995。因此，對(duì)于信道間距為2的情況，功率縮減能力-dB(φM)定為26dB是合適的，因?yàn)樽畲笏p(40)-dB(P)門限(14)＝最大功率縮減(26dB)由表2可見，有一系列的功率控制的可選方案。例如近端用戶單元的功率縮減20dB而保持遠(yuǎn)端用戶單元為最大功率。這樣，對(duì)于信道間距為2來說，設(shè)計(jì)同信道S/I門限就必需為18.97dB。另一種可能情況是，近端的功率縮減為26dB(而遠(yuǎn)端單元以最大功率工作)。這樣得出的dB(P)值為14(即40-26)，從而對(duì)于信道間距為2來說，要求設(shè)計(jì)同信道S/I門限為18.22dB。
也如將看到的那樣，對(duì)于所說明的混合功率控制方法的這些實(shí)施例來說，選擇這些對(duì)功率控制的要求是為了使對(duì)信道間距的要求降到最低。當(dāng)然，這種方法還有其他一些應(yīng)用。例如，如果希望功率控制范圍更大一些，那么就必需增大信道間距。這種想法在用功率控制作為增加容量的手段的動(dòng)態(tài)信道分配算法中是適當(dāng)?shù)摹?br> B2.有向分配相鄰信道干擾的替代表示是當(dāng)兩個(gè)相鄰信道同時(shí)用于同一個(gè)小區(qū)或相鄰接的小區(qū)時(shí)引起的相鄰信道沖突的數(shù)目。雖然從前面的討論中可以看到并不是每個(gè)相鄰信道沖突都會(huì)引起相鄰信道干擾，但通常仍是概括為減少了相鄰信道沖突數(shù)就減小了相鄰信道干擾發(fā)生的可能性。
在這一節(jié)所要說明的本發(fā)明的實(shí)施例針對(duì)的是通過減小相鄰信道沖突的概率來使相鄰信道干擾最小化的問題。這種方法可用于規(guī)則的和非規(guī)則的、固定的和軟性的信道分配，也可用于扇區(qū)化的小區(qū)和全向小區(qū)。這種方法也可以與其他減小相鄰信道干擾的方法結(jié)合。
下面通過一個(gè)取自規(guī)則固定信道分配的簡單例子來說明這種有向分配方法?？紤]四個(gè)分別分配給小區(qū)A、B、C、D的信道組，如圖8所示。每個(gè)組中的信道與其他三個(gè)組中的二個(gè)組的信道相鄰，并且假設(shè)每個(gè)小區(qū)與分配到其他三個(gè)信道組的小區(qū)相互鄰接。對(duì)于所列舉的這個(gè)例子，考慮有24個(gè)信道可用而各小區(qū)中正在進(jìn)行的呼叫數(shù)分別為5，3，4和3。如果為所有呼叫所指定的是那些編號(hào)最低的信道(如圖8A所示)，那么在小區(qū)A中就會(huì)有4個(gè)相鄰信道沖突，而在B中為3個(gè)，在C中為3個(gè)，在D中也為3個(gè)。為了減少相鄰信道沖突數(shù)，將在小區(qū)A和C中的呼叫移到編號(hào)最低的那些可用信道上，而將B和D中的呼叫移到編號(hào)最高的信道上，如圖8B所示。結(jié)果，在含有相鄰信道的小區(qū)中的那些占用信道之間就有較大的信道間距。如圖8B所示，對(duì)于這四個(gè)小區(qū)相應(yīng)的相鄰信道沖突數(shù)分別降為2，2，1和2。
執(zhí)行這種有向分配方法的步驟如下1.將可用信道分配給各信道組，使得每個(gè)信道組分別有一個(gè)“+”或“-”的標(biāo)號(hào)，而任何兩個(gè)具有相鄰信道的信道組的標(biāo)號(hào)相反；2.為每個(gè)小區(qū)分別指定一個(gè)”+”或“-”的標(biāo)號(hào)；3.一個(gè)小區(qū)可使用標(biāo)號(hào)與這個(gè)小區(qū)相同的一個(gè)或幾個(gè)信道組中的信道；以及4.帶“+”標(biāo)號(hào)的小區(qū)將它們的用戶分配到編號(hào)最低的可用信道上，而帶“-”標(biāo)號(hào)的小區(qū)則將它們的用戶分配到編號(hào)最高的可用信道上。
以上步驟4增大了在帶相反標(biāo)號(hào)的小區(qū)中的占用信道的信道間距。由于按照步驟1只有在標(biāo)號(hào)相反的小區(qū)中才可能發(fā)現(xiàn)相鄰信道，因此減小了相鄰信道沖突的可能性。
可以用兩種可選的方法將呼叫推到一個(gè)信道組的低端或高端。一種方法是將呼叫從一個(gè)“+”小區(qū)中的編號(hào)最高的信道(或?qū)⒑艚袕囊粋€(gè)“-”小區(qū)中的編號(hào)最低的信道)移到這個(gè)小區(qū)中一個(gè)脫離的呼叫原來占用的信道上。因此，每有呼叫結(jié)束或轉(zhuǎn)出，最多要對(duì)一個(gè)信道重新安排。另一種將用戶保持在信道組相應(yīng)端部而不需重排信道的方法是將新接入的呼叫對(duì)于“+”小區(qū)分配到編號(hào)最低的空閑信道上，或者對(duì)于“-”小區(qū)分配到編號(hào)最高的空閑信道上。
這種有向分配方法既可用于固定信道分配也可用于軟性信道分配。然而，在這兩種情況下信道組的表示是不同的。在固定信道分配中，信道組是由相應(yīng)為不同小區(qū)專用的一些信道組成的互不相交的組。在每個(gè)組的信道數(shù)相同的固定規(guī)則信道分配中，步驟1要求信道組的組數(shù)是一個(gè)偶數(shù)。
在軟性信道分配中，會(huì)有兩個(gè)信道組(為了滿足相鄰信道使用限制約束)。兩個(gè)信道組分別標(biāo)以“+”和“-”的標(biāo)號(hào)。例如，由奇編號(hào)信道構(gòu)成的信道組標(biāo)以“+”標(biāo)號(hào)，而由偶編號(hào)信道構(gòu)成的信道組標(biāo)以“-”標(biāo)號(hào)。由于“+”標(biāo)號(hào)小區(qū)優(yōu)先使用低編號(hào)的信道，而“-”標(biāo)號(hào)小區(qū)優(yōu)先使用高編號(hào)的信道，因此在低話務(wù)量情況下增大了不同標(biāo)號(hào)小區(qū)的占用信道之間的間距。因?yàn)橄噜徯诺乐豢稍诓煌瑯?biāo)號(hào)的小區(qū)中使用，從而減小了相鄰信道沖突的概率。
B3.結(jié)合有向分配的混合功率控制對(duì)于以下行鏈路不加功率控制和上行鏈路全加功率控制為特征的一種功率控制策略，業(yè)已證明采用這種功率控制策略信道間距為2就足以滿足減小一個(gè)小區(qū)內(nèi)的鄰近信道干擾影響的要求。在標(biāo)為Benveniste-8(序號(hào)08/580568)的同組交互參照申請(qǐng)中證明，對(duì)于這種功率控制策略，在一個(gè)小區(qū)中有一個(gè)區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域中來自一個(gè)鄰近小區(qū)的相鄰信道干擾對(duì)下行鏈路的影響小到可以忽略。還有一個(gè)類似的區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域中用戶單元引起的對(duì)一個(gè)鄰近單元的上行鏈路相鄰信道干擾也小到可以忽略。具體地說，如圖9(相應(yīng)于Benveniste-8申請(qǐng)的圖7)所示，位于小區(qū)1中界線XX’左側(cè)的用戶單元將不會(huì)遭到來自小區(qū)2中所使用的相鄰信道為下行鏈路干擾。類似，位于界線YY’右側(cè)的用戶單元將不會(huì)引起對(duì)小區(qū)1的上行鏈路相鄰信道干擾。
也已指出，對(duì)立的功率控制策略(即下行鏈路全加功率控制，而上行鏈路不加功率控制)由于增大了同一小區(qū)內(nèi)的用戶所施加的鄰近信道干擾，因此應(yīng)避免使用。然而，在小節(jié)B1中加以說明的稱為“混合功率控制”的新穎功率控制策略允許采用有限下行鏈路功率控制，而將鄰近信道干擾保持在可接受的范圍之內(nèi)。具體地說，可以在與最大功率縮減范圍Xm相應(yīng)的半徑lm外對(duì)下行鏈路施行功率控制；在所例示的情況下lm為0.4467R，相應(yīng)的功率縮減為14dB。類似，在采用所述的混合功率控制策略的情況下，如果只在半徑lm內(nèi)對(duì)上行鏈路施行功率控制，那么接收信號(hào)就維持在比小區(qū)內(nèi)最低的接收信號(hào)高14dB的電平上。圖7示出了對(duì)于兩個(gè)通信方向上的接收信號(hào)與用戶至基站的距離之間的函數(shù)關(guān)系(對(duì)數(shù)刻度)。采用這種混合功率控制，在一個(gè)小區(qū)內(nèi)信道間距為2就能滿足要求。
正如將看到的那樣，不采用純功率控制策略的動(dòng)機(jī)是為了減小在鄰近小區(qū)中使用相鄰信道所造成的影響，因而降低對(duì)鄰近小區(qū)的相鄰信道限制約束。考慮在圖9所示的鄰近小區(qū)配置中應(yīng)用上述混合功率控制策略的情況。在這種情況下，不是只有一條如圖所示的界線XX’，規(guī)定易受鄰近小區(qū)的相鄰信道干擾影響的區(qū)域，而是有一系列這樣的界線XkX’k，各條界線分別與鄰近小區(qū)中所使用的功率電平k相應(yīng)，如圖10所示。界線X1X’1與在小區(qū)2中使用的最大功率信號(hào)相應(yīng)。這些界線XkX’k，散布在界線XX’左右兩側(cè)。界線右移表示減小了在小區(qū)1中用戶受到在小區(qū)2中接受功率電平k服務(wù)的用戶的相鄰信道干擾的區(qū)域，而界線左移表示增大了這個(gè)區(qū)域。然而，現(xiàn)在可以通過對(duì)這兩個(gè)小區(qū)中的用戶進(jìn)行匹配，使這些用戶以能減小發(fā)生相鄰信道干擾可能性的方式在相鄰信道上工作。
為了說明用戶匹配怎樣能減小相鄰信道干擾概率，考慮圖10中的用戶M1的情況。如果不加功率控制，M1就會(huì)受到相鄰信道干擾，無論在相鄰信道上工作的用戶處在什么位置。但是，加了功率控制以后，可以使M1與小區(qū)2中接受低功率電平k服務(wù)的用戶匹配，從而不會(huì)受到相鄰信道干擾。因此，通過將有限功率控制與選擇匹配鄰近小區(qū)相鄰信道用戶相結(jié)合，就可以減小相鄰信道干擾概率。下面對(duì)一種執(zhí)行這個(gè)任務(wù)的信道匹配算法進(jìn)行說明。
功率控制的范圍決定了界線XkX’k的散布情況。使相鄰信道干擾概率最小的功率控制最佳范圍應(yīng)結(jié)合所應(yīng)用的具體信道匹配算法確定?？梢岳斫猓滦墟溌饭β士刂频姆秶荒艹^Xm。
如前面所指出的那樣，本發(fā)明者已經(jīng)證明，如果在上行鏈路和下行鏈路上用的是互補(bǔ)的功率控制策略，那么為了達(dá)到無相鄰信道干擾的上行鏈路要求與上述的下行鏈路要求是相互對(duì)稱的(見M.Benveniste，“Managing Neighbor Channol Interference in Channelized CellularSgstems”)。也就是說，如果將上行鏈路功率控制限制在半徑為lm的圓內(nèi)，在圓外不加功率控制，那么就會(huì)有一系列界線YRY’R，各條界線分別與在小區(qū)1中用戶的不同功率電平k相應(yīng)。這些界線規(guī)定了在小區(qū)2中用戶不會(huì)對(duì)小區(qū)1的相應(yīng)用戶引起上行鏈路干擾的區(qū)域。這些界線是小區(qū)1中為下行鏈路情況畫出的界線XkX’k的鏡象。也如本發(fā)明者在這篇文章中所說明的那樣，一個(gè)不會(huì)引起對(duì)鄰近小區(qū)中的一個(gè)相鄰信道用戶的上行鏈路相鄰信道干擾的用戶也不會(huì)受到這個(gè)鄰近小區(qū)用戶的下行鏈路相鄰信道干擾。由于無相鄰信道干擾條件的對(duì)稱性，因此只需對(duì)一個(gè)通信方向分析用戶匹配算法就足夠了。所以，在以下幾個(gè)小節(jié)中所說明的都是針對(duì)下行鏈路的。上行鏈路的情況與此類似。
(a)方法的描述如上節(jié)所說明的那樣，可以通過正確匹配鄰近小區(qū)中相鄰信道用戶來減小相鄰信道干擾的概率。用戶匹配問題是一個(gè)復(fù)雜的綜合最佳化問題。然而，這個(gè)問題可以采用下面所說明的簡單試探算法得到滿意的解決。
這種方法首先是對(duì)每個(gè)小區(qū)中的用戶排序。然后，為排了序的用戶按照漸增(或漸減)信道編號(hào)依次指定所用信道，從而使相鄰信道用戶匹配。因此，任務(wù)就成為確定對(duì)一個(gè)小區(qū)內(nèi)的用戶進(jìn)行排序的準(zhǔn)則，使相鄰信道干擾概率最小。用戶離服務(wù)基站的距離選為排序準(zhǔn)則。
選擇用戶與基站之間的距離作為排序準(zhǔn)則的邏輯可以通過對(duì)圖10所示的兩小區(qū)例的討論予以說明。在以下討論中，假設(shè)mi為用戶單元Mi離它自己基站的距離；ni為用戶單元Mi離鄰近基站的距離。在本發(fā)明者所著的參考文章中證明，對(duì)于在下行鏈路方向加工率控制的情況，當(dāng)滿足P=[m2n2]p≤pa]]>時(shí)將不會(huì)發(fā)生相鄰信道干擾。按照這個(gè)關(guān)系，為了減小在小區(qū)1中的下行鏈路相鄰信道干擾，大的m2值應(yīng)該用大的n1值匹配。同樣，為了使在小區(qū)2中的相鄰信道干擾成為最小，大的m1值應(yīng)該用大的n2值匹配。但是，從這兩個(gè)準(zhǔn)則得出的信道分配一般是不同的。為了得到唯一的信道分配，在每個(gè)小區(qū)中的用戶必需用相同的準(zhǔn)則進(jìn)行排序。如果使用離服務(wù)基站的距離，那么大的m1值用小的m2值匹配，反之亦然。使用距離作為排序準(zhǔn)則減小了相鄰信道干擾，這是因?yàn)樵谛^(qū)1的最容易受相鄰信道干擾的區(qū)域中當(dāng)m1增大時(shí)n1減小，反之亦然。
本發(fā)明處理由多于一個(gè)鄰近小區(qū)使用相鄰信道的方法可概括為下列步驟1.將可用信道分配給各信道組，使得每個(gè)信道組分別有一個(gè)“+”或“-”的標(biāo)號(hào)，而任何兩個(gè)具有相鄰信道的信道組的標(biāo)號(hào)相反；2.為每個(gè)小區(qū)分別指定一個(gè)“+”或“-”的標(biāo)號(hào)；3.一個(gè)小區(qū)可使用標(biāo)號(hào)與這個(gè)小區(qū)相同的一個(gè)或幾個(gè)信道組中的信道；以及4.為每個(gè)小區(qū)中的用戶按離服務(wù)基站的距離遞減的次序分配信道，帶“+”標(biāo)號(hào)的小區(qū)首先將它們的用戶分配到編號(hào)最低的信道上，而帶“-”標(biāo)號(hào)的小區(qū)則首先將它們的用戶分配到編號(hào)最高的信道上。
由于相鄰信道僅由標(biāo)號(hào)相反的小區(qū)使用，通過步驟1至4，高功率用戶在“+”小區(qū)中分配到低編號(hào)的信道上，而在“-”小區(qū)中分配到高編號(hào)的信道上，因此增大了高功率用戶之間的信道間距。這樣，一個(gè)高功率用戶或者在與一個(gè)空閑信道相鄰的信道上工作(在話務(wù)量不高的情況下)，或者在與一個(gè)分配給鄰近小區(qū)中靠近其基站的用戶使用的信道相鄰的信道上工作，因此減小了鄰近小區(qū)之間相鄰信道干擾的概率。
如將看到的那樣，這里的這種方法某些方面與前面所說明的有向分配方法類似。然而，有向分配在高阻塞概率情況下對(duì)相鄰信道干擾起不了作用，但采用結(jié)合正確用戶匹配的功率控制方法仍能減小相鄰信道干擾概率。
如將可理解的那樣，上述匹配程序的有效性取決于界線XkX’k散布情況，而這又取決于功率控制范圍。因此可以通過選擇功率控制范圍使相鄰信道干擾概率成為最小。
如在有向分配的情況那樣，可用兩種方式將用戶聚集在可用信道的高端或低端。一種包括每當(dāng)有呼叫脫離就重新安排信道，另一種不這么做。由于隨著用戶的運(yùn)動(dòng)，用戶的排序可能有變化，因此為了保證用戶正確排序可能需要進(jìn)一步重新安排信道。或者，可以將重新安排信道推遲到發(fā)現(xiàn)相鄰信道干擾時(shí)再進(jìn)行，這樣就能減少需要重新安排信道的次數(shù)。
(b)方法的應(yīng)用這里所說明的方法可以用于固定的和軟性的信道分配。在本小節(jié)中將對(duì)取自固定規(guī)則信道分配的本方法典型應(yīng)用情況進(jìn)行說明。這種方法用于軟性信道分配的例子可參見M.Benveniste、A.G.Greenberg和P.E.Wright將要發(fā)表的“無線系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)信道分配有序借用擴(kuò)展”(“On dynamic channel assignment in wireless systemExtensions ofOrdered Borrowing”)。
考慮一個(gè)如圖11所示由按復(fù)用因子N為8的圖案重復(fù)排列的全向小區(qū)構(gòu)成的系統(tǒng)。假設(shè)信道組用水平方法構(gòu)成，因此每個(gè)小區(qū)與其他一個(gè)分配了相鄰信道的小區(qū)交界。給定了400個(gè)信道，每個(gè)小區(qū)分配到50個(gè)信道。表3列出了信道匹配對(duì)相鄰信道干擾的影響與流入負(fù)荷之間的關(guān)系。如果信道是隨機(jī)分配的，由模擬得出在流入負(fù)荷為40.3爾朗時(shí)(阻塞概率為2％)，相鄰信道沖突(ACC)概率為79％，而相鄰信道干擾(ACI)概率為10.6％。當(dāng)采用有向分配方法(DA)時(shí)，對(duì)于相同的流入負(fù)荷和阻塞概率，相鄰信道沖突概率降為73％，而相鄰信道干擾概率為10.1％。如果采用結(jié)合用戶匹配的功率控制方法(EPCDA)，那么相鄰信道干擾概率就降低為0.5％
表3復(fù)用因子為8的全向小區(qū)信道分配方法的性能當(dāng)流入負(fù)荷增大到58.5爾朗時(shí)(阻塞概率增大到20％)，如果信道是隨機(jī)分配的，則相鄰信道沖突概率為93％，而相鄰信道干擾概率為12.9％。采用有向分配，對(duì)于相同的流入負(fù)荷相鄰信道沖突概率為93％，而相鄰信道干擾為12.8％。正如所預(yù)料的那樣，在阻塞概率高的情況下，有向分配起不了什么作用。如果采用結(jié)合用戶匹配的功率控制，則相鄰信道干擾概率就可降為2.8％。
以上結(jié)果是在功率控制范圍取為11dB的情況下得到的。取這個(gè)值可以使得在流入負(fù)荷為每小區(qū)40.3爾朗時(shí)相鄰信道干擾概率為最小，如示出相鄰信道干擾概率與功率控制范圍之間關(guān)系的圖12所示。
II.結(jié)論本申請(qǐng)揭示了幾種控制管理鄰近信道干擾的新方法。這些新方法及其組合可用于固定的和軟性的、規(guī)則的和非規(guī)則的信道分配。此外，這些方法可用于各種信道化系統(tǒng)，無論這種系統(tǒng)是采用頻分多址還是頻分/時(shí)分復(fù)合多址。
如以上說明所述，這里所揭示的這些方法可以很方便地結(jié)合起來，也可以與交互參照的同組申請(qǐng)中所提出的那些發(fā)明的實(shí)施例結(jié)合。一個(gè)說明綜合應(yīng)用所揭示的幾種信道控制管理方法效果甚至更好的例子是由一系列扇區(qū)化小區(qū)和全向小區(qū)混合組成的、話務(wù)量分布不均勻的非規(guī)則網(wǎng)格蜂窩系統(tǒng)。問題是要尋求一種遵從相鄰信道限制約束的最佳非規(guī)則信道安排方式。奇/偶小區(qū)編制(見同組申請(qǐng)M.Benveniste-7)可用來保證滿足一個(gè)小區(qū)內(nèi)的相鄰信道限制約束。結(jié)合有向分配的混合功率控制可降低鄰近小區(qū)之間的相鄰信道干擾。此外，垂直信道組結(jié)構(gòu)(見同組申請(qǐng)M.Benveniste-7)將保證同一小區(qū)的各扇區(qū)不使用相鄰信道。最后，任何按照小區(qū)奇/偶編制和扇區(qū)取向使用信道的信道借用計(jì)劃都能使這種信道分配可動(dòng)態(tài)改變而不違反相鄰信道限制約束。
雖然以上對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作了詳細(xì)說明，但可以理解，其中可按本發(fā)明的精神作種種修改和替換，這并不脫離所附權(quán)利要求規(guī)定的本發(fā)明專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種在具有一些劃分為多個(gè)小區(qū)的服務(wù)區(qū)域、其中一系列可用通信信道可用來分配給所述多個(gè)小區(qū)的無線通信網(wǎng)中控制干擾的方法，其特征是所述方法包括下列步驟使每個(gè)所述可用信道標(biāo)上一個(gè)與至少兩個(gè)互不相交的類別中的一個(gè)類別相應(yīng)的標(biāo)號(hào)，使得任何兩個(gè)相鄰信道用不同類別進(jìn)行標(biāo)號(hào)；使每個(gè)所述小區(qū)使用標(biāo)有同樣標(biāo)號(hào)的信道；以及結(jié)合功率控制應(yīng)用將信道分配給在每個(gè)所述小區(qū)中的用戶，使得高功率用戶在所述第一標(biāo)號(hào)小區(qū)中分配到低編號(hào)的信道，而在所述第二標(biāo)號(hào)小區(qū)中分配到高編號(hào)的信道。
2.權(quán)利要求1所述的控制干擾的方法，其中所述分配信道的步驟按照離所述用戶各自的服務(wù)基站的距離遞降的次序?qū)⑿诺婪峙浣o在每個(gè)小區(qū)中的用戶，受到的限制是在帶有與所述互不相交類別中的第一類別相應(yīng)的標(biāo)號(hào)的那些小區(qū)中的用戶分配到編號(hào)最低的可用信道，而在帶有與所述不相交類別中的第二類別相應(yīng)的標(biāo)號(hào)的那些小區(qū)中的用戶分配到編號(hào)最高的可用信道。
3.權(quán)利要求1所述的控制干擾的方法，其中所述使信道標(biāo)號(hào)的步驟是這樣實(shí)現(xiàn)的將所述可用信道分配給多個(gè)信道組，使得每個(gè)信道組標(biāo)上一個(gè)與所述至少兩個(gè)互不相交類別中的一個(gè)類別相應(yīng)的標(biāo)號(hào)，而任何具有相鄰信道的兩個(gè)信道組用不同的類別進(jìn)行標(biāo)號(hào)。
4.權(quán)利要求3所述的控制干擾的方法，其中所述使小區(qū)使用同樣標(biāo)號(hào)的信道的步驟是這樣實(shí)現(xiàn)的使每個(gè)小區(qū)使用只是從一個(gè)或幾個(gè)標(biāo)有同樣標(biāo)號(hào)的所述信道組中選出的信道。
5.權(quán)利要求1所述的控制干擾的方法，其中功率控制只是在移動(dòng)單元離一個(gè)中心傳輸站超過某一徑向距離時(shí)才對(duì)從所述中心傳輸站至所述移動(dòng)單元的傳輸(以下稱為“下行鏈路傳輸”)施行，所述徑向距離是按照能達(dá)到一個(gè)可接受的干擾電平加以確定的。
6.權(quán)利要求1所述的控制干擾的方法，其中功率控制只是在移動(dòng)單元離一個(gè)中心傳輸站不超過某一徑向距離時(shí)才對(duì)從所述移動(dòng)單元至所述中心傳輸站的傳輸(以下稱為“上行鏈路傳輸”)施行，所述徑向距離是按照能達(dá)到一個(gè)可接受的干擾電平加以確定的。
7.權(quán)利要求2所述的控制干擾的方法，其中在一個(gè)小區(qū)內(nèi)的信道分配在一個(gè)移動(dòng)單元離開所述小區(qū)時(shí)就按照所述權(quán)利要求的方法重新安排。
8.一種在具有一些劃分成多個(gè)小區(qū)的服務(wù)區(qū)域、其中一系列可用通信信道可用來分配給所述多個(gè)小區(qū)的無線通信網(wǎng)中控制干擾的方法，其特征是所述方法包括對(duì)發(fā)送至和來自由一個(gè)中心傳輸站服務(wù)的移動(dòng)單元的傳輸施行功率控制的步驟，對(duì)所述功率控制的限制是對(duì)于從中心傳輸站至一個(gè)移動(dòng)單元的傳輸(“下行鏈路”)，所述功率控制只是在移動(dòng)單元離所述中心傳輸站超過某一徑向距離時(shí)才施行；以及對(duì)于從一個(gè)移動(dòng)單元至中心傳輸站的傳輸(“上行鏈路”)，所述功率控制只是在移動(dòng)單元離所述中心傳輸站不超過某一徑向距離時(shí)才施行；其中每個(gè)所述徑向距離是按照能達(dá)到一個(gè)可接受的干擾電平加以確定的。
9.一種存儲(chǔ)裝置，其特征是所述存儲(chǔ)裝置被制成包含一個(gè)在無線通信網(wǎng)中控制干擾的模型，所述模型主要是執(zhí)行權(quán)利要求1所述的控制干擾方法的各個(gè)步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了在蜂窩無線通信系統(tǒng)中根據(jù)對(duì)這種系統(tǒng)內(nèi)通信信道的業(yè)務(wù)質(zhì)量要求控制鄰近信道干擾的新方法。這些方法及其基本功能表示為混合功率控制，用來克服與傳統(tǒng)的功率控制方法有關(guān)的干擾問題；有向分配，用來減小在無阻塞條件下鄰近小區(qū)之間的相鄰信道沖突；以及結(jié)合有向分配的混合功率控制，用來減小鄰近小區(qū)之間的鄰近信道干擾。
文檔編號(hào)H04B1/10GK1160950SQ9612159
公開日1997年10月1日 申請(qǐng)日期1996年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月20日
發(fā)明者馬蒂爾德·本尾維斯特 申請(qǐng)人:美國電報(bào)電話公司