[发明专利]宽带无线网络中用于切换天线和信道分配的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信系统领域；更具体地，本发明涉及无线网络中用于切 换信道和天线分配的技术。

背景技术

利用天线阵列的空间处理是无线通信中使用最多的技术之一。在至今 所开发的许多方案当中，多输入多输出(MIMO)和波束形成是经常研究 的方案，并且已被证明在增加无线网络的容量和性能方面是有效的(例如， 参见Ayman F.Naguid、Vahid Tarokh、Nambirajan Seshadri、A.Robert  Colderbank的“A Space-Time Coding Modem for High-Data-Rate  Wireless Communications”，IEEE Journal on Selected Areas in  Communications，vol.16，no.8，October 1998pp.1459-1478)。另一方面， MIMO或波束形成的实现往往意味着系统侧的较高的复杂度和成本。具 体地，MIMO操作需要复杂的信号处理和解码，而波束形成涉及硬件校 准和多维数据处理。

这些年来，正交频分多址(OFDMA)已成为几乎所有宽带无线网络 (例如，WiMAX、WiFi和4G蜂窝系统)选择的接入方案。在OFDMA 中，以类似于频分多址(FDMA)的方式，多个用户被分配给不同的子载 波。更多信息请参见Sari和Karam的“Orthogonal Frequency-Division  Multiple Access and its Application to CATV Networks”，European  Transactions on Telecommunications，Vol.9(6)，pp.507-516，Nov./Dec. 1998；以及Nogueroles、Bossert、Donder和Zyablov的“Improved  Performance of a Random OFDMA Mobile Communication System”， Proceedings of IEEE VTC’98，pp.2502-2506。

使得难以实现可靠的无线传输的主要现象是时变多径衰落。在多径衰 落信道中提高质量或者减小有效错误率(effective error rate)可能是极其 困难的。例如，考虑下面的非多径环境中的典型噪声源与多径衰落之间的 比较。在具有加性白高斯噪声(AWGN)的环境中，使用典型的调制和编 码方案将有效误比特率(BER)从10”减少到10”，可能仅需要高出1db 或2db的信噪比(SNR)。但是，在多径衰落环境中实现同样的减少，可 能需要提高SNR多达10db。必要的SRN的提高仅仅通过提供更高的发 射功率或者附加的带宽可能不能实现，因为这与下一代宽带无线系统的需 求相反。

多径现象引起频率选择性衰落。在多用户衰落环境中，子载波不同， 信道增益也不同。而且，对于不同的用户，信道通常是不相关的。这导致 所谓的“多用户分集”增益，可以通过智能子载波分配对其进行利用。换 句话说，在OFDMA系统中，有利地将子载波自适应性地分配给用户， 使得每个用户获得高信道增益。更多信息请参见Wond等人的“Multiuser  OFDM with Adaptive Subcarrier，Bit and Power Allocation”，IEEE J. Select.Areas Commun.，Vol.17(10)，pp.1747-1758，October 1999。

在一个小区中，可以协调多个用户以便具有OFDMA中的不同子载 波。可以使不同用户的信号正交并且小区内干扰很小。但是，在大胆的频 率重用规划中，例如将相同的频谱用于多个相邻的小区，产生了小区间干 扰的问题。显然，OFDMA系统中的小区间干扰也是频率选择性的，并且 有利地对子载波进行自适应分配，以便降低小区间干扰的影响。

用于OFDMA的子载波分配的一种方法是联合优化操作，其不仅需 要所有小区中所有用户的行为和信道知识，而且每次现有用户从网络掉线 或者新用户加到网络上时，需要频繁的重新调度。这在现实的无线系统中 往往是不切实际的，主要原因在于用于更新用户信息的带宽成本和用于联 合优化的计算成本的原因。