一种提高蜂窝通信系统频谱效率的方法及系统

摘要

本发明涉及网络通信技术领域中一种提高蜂窝通信系统频谱效率的方法及系统，利用移动速度估计装置估计移动用户的移动速度，传送给基站，基站根据所述估计的移动速度采用合适的方法来发送数据给移动用户端。本发明解决了移动终端的移动速度对用户调度的影响，有效提高了蜂窝通信系统的频谱效率。

说明书

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种提高蜂窝通信系统频谱效率的方法及系统。

背景技术

2G无线蜂窝通信网络的成功应用，使得数字无线语音业务备受关注，但在数据业务上，由于2G网络的传输速率低，无线传输往返时延大，限定了它的应用范围，使其只能应用在数据量少、时延要求低的短消息业务上。

针对2G网络的不足，3G无线蜂窝标准利用了更复杂的无线通信技术，更高集成度的微电子技术和射频技术，使得无线蜂窝网络的数据传送能力有了质的改善，如3G标准WCDMA的R5、R6版本，提供了14Mbps的峰值下行速率。

为了满足更广泛应用需求，目前各个公司正在制定新的无线蜂窝网络标准，相对于现有的标准，新的标准提出了更高的频谱效率、更小的时延、灵活的带宽分配方式等需求。

传统的无线通信中，通常采用分集技术来平均化衰落的负面影响，为了提高频谱效率，在UMTS的R5标准中引入了时间上的多用户快衰落调度技术，以取得时间上的多用户增益，如图1所示为应用于下行多用户时间调度的示意图，下面简单介绍一下多用户增益的概念。

在蜂窝网络中，基站通常需要同时给多个用户发送数据，由于快衰落(小尺度衰落)导致各个用户的信道质量是不同的、不停变化的。如果基站让瞬时信道质量高的用户占用信道，那么通过多个用户的统计复用，使得每个用户在发送的时候的信道质量都比较好、取得较高的吞吐量，从而改善了频谱效率，解决了传统的时间分集技术只能取得信道平均增益的问题。

图2和图3示出了时间调度效果的示例。图2的3条曲线是3个用户的瞬时时间选择性衰落特性。由各曲线变化可以看出，每个用户都是在部分时间上的信号质量比较高，而在其它部分时间上的信号质量比较差。通过时间调度，只分配各个用户质量好的部分时间给各个用户，那么整个系统的信道质量就成了图3所示的曲线，使得所有时间的信道都得到了有效的利用，改善了频谱效率。

上面给出了时间多用户增益的概念，但多用户增益还可以在频域取得。在宽带通信中，由于信号的带宽很大，导致了频率的选择性衰落，也就是在各部分频率上的衰落是不一样的。通过只给用户分配信道质量比较好的部分频率，通过多个用户的复用，整个带宽能够被更加有效的利用。

在上述调度过程中，接收端需要将信道质量反馈给发送端，对于图1所示的系统，从接收端测量信道信息并反馈到发射端需要一定的时间，有一定的时延，但是快衰落是不停变化的，在发射端得到信道信息时，实际信道环境已经跟原来不同了，那么时间或者频率调度就无法取得预期的增益，即使对于可以直接测量上行信号来获知信道信息的TDD(时分双工)系统而言，测量时的信道信息跟发射时的信道信息也是有所不同的。

因此，当移动台移动速度高到一定程度以后，发射机所掌握的信道信息就变得不可靠了，当这种变化大到一定程度以后，调度就不能最好的利用无线信道，最终导致频谱效率的降低。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种提高蜂窝通信系统频谱效率的方法及系统，利用移动速度估计装置估计移动用户的移动速度，传送给基站，基站根据所述估计的移动速度采用合适的方法来发送数据给移动用户端。本发明解决了移动终端的移动速度对用户调度的影响，有效提高了蜂窝通信系统的频谱效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种提高蜂窝通信系统频谱效率的系统，包括基站及多个移动用户端，还包括：

移动速度估计装置，用于估计移动用户的移动速度，并发送给基站，基站根据所述估计出的移动速度确定数据发送方法发送数据给移动用户端。

所述基站包括调度器，用于接收所述移动速度估计装置的移动速度估计结果，并根据所述估计出的移动速度确定数据发送方法。

一种提高蜂窝通信系统频谱效率的方法，包括：

A、估计移动用户的移动速度，传送给基站；

B、基站根据所述的速度估计结果确定数据发送方法发送数据给移动用户端。

所述步骤A中移动速度的估计操作由基站端和/或移动用户端完成。

当由移动用户端估计移动速度时，

移动用户端通过显式或隐式的方法将移动速度估计结果传送给基站。

所述显式的方法是指设置专门的速度测量指示信令来传送移动速度；所述隐式是指通过可以指示移动速度的标识来传送移动速度。

所述估计移动用户的移动速度的方法包括：

利用电平交叉率或多普勒频谱来估计移动用户的速度。

所述步骤B进一步包括：

基站确定移动用户的移动速度未超过规定值，则采用调度的方法传送数据；否则采用分集的方法传送数据。

所述步骤B进一步包括：

基站通过一个公共信道下发当前的调度信息。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过引入移动速度估计装置对移动用户的速度进行估计，并根据估计结果采用合适的方式发送数据给移动用户端，有效提高了蜂窝通信系统的频谱效率。

附图说明

图1为现有技术多用户时间调度示意图；

图2为现有技术三个用户时间选择性衰落特性示意图；

图3为现有技术时间调度效果示意图；

图4为本发明所述系统架构示意图；

图5为本发明所述方法操作流程图；

图6为电平交叉率示意图；

图7为多普勒频谱和移动速度的关系示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想是提供一种提高蜂窝通信系统频谱效率的方法及系统，利用移动速度估计装置估计移动用户的移动速度，根据所述移动速度确定合适的数据传输方法，有效提高了蜂窝通信系统的频谱效率。

本发明提供一种提高蜂窝通信系统频谱效率的系统，所述系统架构如图4所示，该系统包括移动速度估计装置、基站及多个移动用户端；所述移动速度估计装置用于对移动用户的移动速度进行估计，可以安装于基站端，也可以安装于移动用户端；所述基站用于根据各用户的信道质量和移动速度来发送数据给各移动用户；该基站中包括调度器，用于根据速度估计结果调用不同的方法来发送数据给用户；所述移动用户端用于接收基站发送的数据并测量信道质量信息，反馈给基站。

本发明提供一种提高蜂窝通信系统频谱效率的方法，该方法操作流程如图5所示，参照图5可知，该方法包括如下步骤：

步骤10：移动速度估计装置估计移动速度，发送给基站；

移动速度的估计可通过如下两种方法实现：

1)根据电平交叉率来判断：移动速度的高低，决定了信号包络变化的快慢，也就是在一定时间内，包络电平经过某一值的次数的多少。图6给出了两个用户信号包络曲线在时间上的一个片断，其中实线和参考水平的交点有1个，虚线和参考水平的交点有6个，因此虚线的变化速度快，意味着移动速度高；

2)根据多普勒频谱来判断：通过估计多普勒频谱，同样可以得到移动速度的估计值。如图7所示的两个用户的多普勒频谱中，虚线所表示的多普勒频谱的最大频偏要比实线所表示的多普勒频谱的最大频偏要大，因此虚线所表示的用户的移动速度高；

移动速度的估计可以由基站或移动用户端之一来完成，也可以两端同时完成，本实施例以移动速度估计装置安装在基站侧为例来说明。如果移动速度由移动用户端负责估计，那么需要将估计的结果通过显式或者隐式的方法通知给基站；

所述的显式是指设置专门的速度测量指示信令；

所述的隐式是指通过其它信息隐含了速度信息，比如有几种时间密度不同的导频图案，分别对应于不同的移动速度，在指示导频图案的时候也就同时指示了移动速度；

步骤11：调度器根据上述移动速度估计结果，确定数据传送方法；

基站接收到移动速度估计装置的速度估计结果后，调度器根据所述速度估计结果判断哪些用户需要进行多用户快速调度，哪些用户不需要进行多用户快速调度；

以FDD(频分双工)系统的调度为例，首先设定TTI(传输时间间隔)长度为0.5ms，载波为2GHz，调度时延为4个TTI，也就是信道信息的时延为2ms。如果时间或者频率调度要取得一定增益，假设信道信息的时延不能超过0.3/f_d秒，其中f_d是最大多普勒频率，那么约束条件为0.3/f_d＞0.002s，所述最大多普勒频率f_d的计算公式如下：

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其中v是以m/s为单位的速度；把fd代入约束条件：

$>>>>3>*>0.3>>>20>v>>>>>0.002>,>$>

v＜22.5m/s＝81km/h，

因此，在上述设定条件下，当移动速度高于81km/h时，就不应采用时间调度或频率调度的方法，而应采用分集方法；相反，在移动速度低于81km/h时，采用相应的时间调度或频率调度的方法；

步骤12：基站利用调度器确定的方法发送数据给移动用户端；

在上述调度器确定好发送方法后，基站利用该确定的方法发送数据给移动用户端，由于某一时刻由哪些用户占用无线资源是由基站决定的，因此基站可以通过一个公共信道来下发当前的调度信息，用以通知相应的移动用户接收机进行数据的接收。

综上所述，本发明通过引入移动速度估计装置对移动用户的速度进行估计，并根据估计结果采用合适的方式发送数据给移动用户端，有效提高了蜂窝通信系统的频谱效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。