本发明专利技术是一种面向LTE-A的中继定向天线配置及其联合分频复用方法。该方法主要是利用定向天线的方向性，提高系统的频谱利用率，根据中继定向天线的方向和角度配置联合频谱分配方案，降低小区内和小区间的同频干扰，控制中继站和宏蜂窝基站之间的相互干扰，提高系统性能。首先将可用频带分为中心小区频带和边缘扇区频带，消除小区间边缘用户的干扰。其次，为了拓展网络覆盖，提高小区系统吞吐量引入中继技术，但是同时带来了资源分配、复杂的干扰结构等问题。本发明专利技术为中继配置固定方位角的120度定向天线，引入中继的同时可以控制中继站对宏基站服务用户的干扰；根据前面频带划分，提出中继联合分频复用方法，从而有效提高了频谱效率的同时可以控制中继对扇区用户产生的较严重干扰。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信
，主要涉及LTE-A中的基于定向天线的中继蜂窝系统的频谱分配。
技术介绍
由于频谱资源日益紧缺，系统容量尤其是小区边缘的系统容量受到了很大的制约，为了追求更高的传输速率，提出了一种新型的网络结构，即多跳中继蜂窝网络。中继技术的引入扩大了小区覆盖面积，为小区中阴影衰落严重的地区以及覆盖的死角提供了服务，提升了小区边缘用户的吞吐量，并且相比基站具有更低的运维成本。中继技术早在GSM时期就曾被考虑过加入网络中，早起的中继只是简单的起到信号放大的作用，将接收到的信号不经任何处理直接放大并在此发送出去。这种方法的缺点在于在放大信号的同时也放大了噪声，造成了很强的干扰，因此这种中继并没有被采用。随着LTE-A对系统性能需求的提高，一种解码转发中继引起了人们的关注。它将接收到的信号进行解调和解码，然后重新编码后转发给用户，因此不存在噪声积累的问题。在传统的蜂窝网络中，频率复用技术自第一代移动通信系统GSM就开始使用，是一种有效的消除小区间和小区内的同频干扰的方法。最近，随着LTE的快速发展，提出了几种有效的频率复用方法，包括分数频率复用(Fractional frequencyreuse，FFR)、部分频率复用(Partialfrequencyreuse，PFR)和软频率复用(Softfrequencyreuse，SFR)，特别是一种三小区协作的固定FFR。但是在中继蜂窝网络中，尽管中继的引入提高了小区的覆盖范围，提升了小区边缘用户的传输速率，但是同时也使得网络结构更加复杂、带来了更加复杂的干扰。在中继网络中，基站和中继共存不仅带来了中继之间的干扰，而且中继的传输链路也会对基站传输链路造成严重的干扰，从而影响系统的性能，因此频谱如何分配成为了一个重要的问题。目前，已经有很多种中继系统的频谱分配方案，为了抑制中继干扰的产生，考虑用时分复用的方式将直达链路、回程链路和接入链路用时隙分开，但这种时分复用的方式会降低时间资源的利用率，降低系统的吞吐率；如果中继从分配给基站的频率资源中划分出一部分频带供中继使用，虽然这样消除了中继的干扰，但是将会减少系统实际可用的频率资源，造成系统的性能下降；如果基站和中继的频率资源共享，将会带来严重的干扰，造成系统性能下降。以上这些方法均是基于中继配置全向天线，尽管能够有效的消除干扰，但是明显的存在着资源分配不合理的情况。本专利技术提出为中继配置两对天线，一对全向天线用来接收信号，一对120度定向天线用来发射信号，利用定向天线的方向性降低中继传输链路对基站传输链路的干扰，提出中继和基站传输链路共享频带，提高频谱利用率。同时，将传统网络中使用的FFR应用到中继蜂窝网络中，提出基站和中继的协作FFR，降低小区间和小区内的同频干扰，提高系统的整体性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种LTE-A中基于定向天线的中继系统的频谱分配方法，该方法既有效利用了定向天线的方向性提高了频谱效率，又降低了小区间和小区内的同频干扰，提高了系统的性能。本专利技术提供了一种LTE-A中基于定向天线的中继系统的频谱分配方法，该方法的特点在于利用了中继定向天线的方向性提出基站传输链路和中继传输链路共享频带，提高系统的频谱利用率，并且提出基站和中继的协作FFR，降低了小区间和小区内的同频干扰，提高了系统的整体性能。该方法的主要步骤如下：1.)根据图所示的频谱分配方案，用户接入不同站点的干扰集合不同，当用户k接入基站i的中心用户组，信干噪比(SignaltoInterferenceplusNoiseRatio,SINR)为，SINRk,jcenter=(Pj|hk,(s,j)|2N+Σi=1|Qj|Σs=13Pj|hk,(s,Qj,i)|2)]]>其中Pj为基站j的发射功率，hk,(s,j)为用户j到基站k的扇区s的信道矩阵，Qj为用户k的干扰小区集合。当用户k接入基站i的扇区s的边缘用户组，信干噪比为，SINRk,s,jsector=(Pj|hk,(s,j)|2N+Σi=1|Qj|Pi|hk,(s,Qj,i)|2+Σi=1|Rr|Pr|h′k,Rr,i|2)]]>其中Pj为中继r的发射功率，h'k,i为用户k到中继i的信道矩阵，Rr为用户k的干扰中继集合。当用户k接入中继用户组，信干噪比为，SINRk,rrelay=(Pr|h′k,r|2N+Σi=1|Rr|Pi|h′k,Rr,i|2+Σi=1|Qj|Pi|hk,(s,Qj,i)|2).]]>2.)根据信干噪比计算用户接入，其中SINRcenter为中心用户和边缘用户的门限SINR，SINRsector为接入基站和中继的门限SINR。当Xk＝0用户接入基站中心用户组，总用户数为Ncenter，Xk＝1用户接入基站扇区边缘用户组，总用户数为Nsector，Xk＝2用户接入中继用户组，总用户数为Nrelay。3.)根据不同用户组的用户数，将可利用的资源块(ResourceBlock，RB)分为中心频带G0、扇区边缘频带G1、G2、G2和中继频带R1、R2、R3，中心频带比例为Ncenter+NrelayNcenter+Nsector+Nrelay,]]>边缘扇区频带比例分别为NsectorNcenter+Nsector+Nrelay*1/3,]]>而中继频带R1＝G2、R2＝G3、R3＝G1。4.)根据不同频带所占资源块数，利用轮询法为用户分配子载波。若用户k属于基站j的中心用户组，基站直接向用户发送数据，用户接收到的信号yk为yk=hk,jxj+Σi≠j,i∈Qjhk,ixi+nk]]>其中hk,j为用户k到基站j的信道矩阵，xj为基站j的发射信号，nk为用户k的接收噪声。若用户k接入基站j的边缘扇区s，基站同样直接向用户发送数据，用户接收到的信号yk为yk=hk,jxj+Σi≠j,i∈Qjhk,Qj,ixQj,i+Σi∈Rh′k,Rix′Ri+nk]]>其中h'k,j为用户k到中继r的信号矩阵，x'i为中继i发射的信号，R为用户k受到的中继干扰集合。若用户k通过中继r接收基站j发射的信号，首先基站向中继发送数据，中继r通过全向天线接收基站j发射的信号yk为yr=hr,jxj+Σi≠j,i∈Qjhr,ix本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种LTE‑A系统中基于定向天线的中继蜂窝系统，其特征在于，在每一个六边形扇区中配置一个解码转发中继，所述中继位于距离基站2/3半径处，并且每一个中继配置两对天线，其中一对为全向天线，用于接收信号，另外一对为定向天线，用于发射信号；该系统的传输协议为回程链路和接入链路占用同样长度的不同时隙，中继传输链路与基站传输链路共享频带。
【技术特征摘要】
1.一种LTE-A系统中基于定向天线的中继蜂窝系统，其特征在于，在每一个六边
形扇区中配置一个解码转发中继，所述中继位于距离基站2/3半径处，并且每一个中继
配置两对天线，其中一对为全向天线，用于接收信号，另外一对为定向天线，用于发射
信号；该系统的传输协议为回程链路和接入链路占用同样长度的不同时隙，中继传输链
路与基站传输链路共享频带。
2.一种在如权利要求1所述的LTE-A中基于定向天线的中继蜂窝系统中的联合分
频复用方法，其特点在于，中继配置了120度的定向天线用于发射信号，所述天线在120
度方向内发射电磁波，而在其他方向上发射电磁波几乎为0或者很小，中继定向天线最
大增益对准所处宏基站及相邻小区边缘；结合该120度定向中继配置，中继传输链路与
基站传输链路可以共享频带。首先将可用频带分为中心小区频带和边缘扇区频带，消除
小区间边缘用户的干扰。然后，提出中继占用边缘扇区频带，并且根据中继所处位置与
扇区频带交错开，从而有效提高了频谱效率的同时可以控制中继对扇区用户产生的较严
重干扰，具体包括如下步骤：
1)根据中继联合分频复用方法，用户接入不同站点的干扰集合不同，当用户k接入
基站i的中心用户组，信干噪比SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)为：
SINRk,jcenter=(Pj|hk,(s,j)|2N+Σi=1|Qj|Σs=13Pj|hk,(s,Qj,i)|2)]]>其中Pj为基站j的发射功率，hk,(s,j)为用户j到基站k的扇区s的信道矩阵，Qj为用户k
的干扰小区集合；当用户k接入基站i的扇区s的边缘用户组，信干噪比为：
SINRk,s,jsector=(Pj|hk,(s,j)|2N+Σi=1|Qj|Pi|hk,(s,Qj,i)|2+Σi=1|Rr|Pr|h′k,Rr,i|2)]]>其中Pj为中继r的发射功率，h'k,i为用户k到中继i的信道矩阵，Rr为用户k的干扰中
继集合；当用户k接入中继用户组，信干噪比为：
SINRk,rrelay=(Pr|h′k,r|2N+Σi=1|Rr|Pi|h′k,Rr,i|2+Σi=1|Qj|Pi|hk,(s,Qj,i)|2);]]>2)根据信干噪比计算用户接入基站还是接入中继，
其中SIN...
【专利技术属性】
技术研发人员：许威，赵晶晶，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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