摘要：针对4G移动通信系统提出的提高频谱利用率、同频组网的需求，文章从频率复用问题入手，提出了一种软分数频率复用方案。软分数频率复用方案包括3种表现形式，在实际应用中，可以根据物理层链路增益选择适当的表现形式。文章以第2种表现形式为例介绍了采用该方案的频率复用方法。研究表明，使用软分数频率复用方案，系统的频率复用系数可以达到1/3～1。软分数频率复用方案解决了同频组网问题，并已经在上海4G实验网中得到了良好的应用。

　　移动通信迄今为止已经发展了3代系统，第1代为采用频分多址(FDMA)的模拟移动通信系统，该系统采用很低的频率复用系数，即复用系数远小于 1，如7小区频率复用，复用系数为1/7；第2代为数字移动通信系统，其中采用时分多址(TDMA)的数字移动通信系统，如移动通信系统(GSM)，其频率复用系数较第1代有了很大的提高，可以达到1/4～1/3；第2代码分多址(CDMA)[1]系统及第3代数字移动通信系统，如宽带码分多址 (WCDMA)系统，其频率复用系数可以达到1，这提高了频谱利用率，降低了网络部署的成本，因此对于未来的3G增强(E3G)、第4代(4G)移动通信系统，人

　　3G系统的三大主流标准都是基于CDMA技术的。随着对E3G技术如正交频分复用(OFDM)、多输入多输出(MIMO)等技术的深入研究， MIMO以其高通信容量等优势将成为E3G、4G的基本技术。正交频分多址(OFDMA)也以其频谱效率高等优点被业界认可，并有可能成为E3G、4G采用的基本多址技术。国际标准化组织第3代移动通信合作长期演进计划(3GPP LTE)[2]已经明确了在E3G系统中下行链路的多址技术将采用OFDMA[3]。同时，大量研究机构表明不再使用CDMA作为基本的多址技术，转而使用OFDMA作为多址技术。而OFDMA这种基于频分多址的多址技术带来了关于频率复用技术新的挑战，如果不能有效解决采用OFDMA技术的系统中多小区间干扰问题以及同频组网、提高频率利用率的问题，以OFDMA技术为基础的E3G、4G系统必将面临应用上的困难。

　　因此，在E3G、4G系统中基于频分多址的频率复用方案成为研究重点之一。在3GPP LTE关于E3G系统的讨论中，关于频率复用方案的研究已经展开[4-5]。本文提出了软分数频率复用方案，该方案提供了一种解决E3G、4G移动通信系统频率复用的途径，其简单形式已成功应用于上海4G实验网中，取得了良好的性能。

　　本文在第2部分介绍软分数频率复用方案的系统模型，第3部分介绍软分数频率复用方案的3种表现形式，并且分析软分数频率复用方案表现形式Ⅱ的特点，第4部分介绍在4G实验网中的应用，给予出总结。

　　1 系统模型

　　将所述无线蜂窝网络中的每个小区中的用户分为两组，1组为小区边缘用户，1组为小区中心用户；将整个可用频段分为两个不重叠的部分G 和F，将F分为3个频段F1、F2、F3，分别为两两相邻的小区1、小区2、小区3的小区边缘用户的可用频段；将每个小区边缘分为12个边缘区域，将这 12个边缘区域分为两类，分别称为第1类边缘区域和第2类边缘区域，第1类边缘区域即两两相邻的3个小区交界处的边缘区域(见图1中标记为“1”、 “2”、“3”的边缘区域)，第2类边缘区域即除第1类边缘区域的其他边缘区域(参见图1中标记为“4”、“5”、“6”、“7”、“8”、“9”的边缘区域)。由于边缘用户所处的通信环境恶劣，虚线圆内的9个边缘区域是频率规划的主要研究对象。

　　2 软分数频率复用方案

　　通过简要分析，可以得出图1中9个边缘区域C1—C9的频率规划如表1所示：

　　表1所示的频率规划方法就是采用软分数频率复用方案的频率分配结果。下面以形式Ⅱ为例进行详细的介绍。

　　如图2所示，软分数频率复用方案表现形式Ⅱ的频率规划为：

　　G和F的子集为小区中心用户的可用频率；对小区边缘用户的频率规划为：令
　　(u1=f1∪f4，u2=f 2∪f 6，u 3=f 3∪f 5，u4=f 7∪f 9，u5=f 8)，其中uj?奂F 表示互不相交的频段集合，每个频率集合中的频率可以是连续的也可以是不连续的。其中频率集合u 1、u 2、u 3中的频率分别分配给小区1、小区2、小区3的边缘，对位于其边缘的用户提供服务。u 4、u 5的分配为：

　　(1)为图1中数字“4”表示的区域再分配一段频段集合u 4，对位于该区域的用户提供服务。

　　(2)为图1中数字“8”表示的区域再分配一段频段集合u 5，对位于该区域的用户提供服务。

　　(3)为图1中数字“5”表示的区域再分配一段频段u 5，对位于该区域的用户提供服务。(4)为图1中数字“7”表示的区域再分配一段频段u 4，对位于该区域的用户提供服务。

　　软分数频率复用方案表现形式Ⅱ的特点：

　　(1)增强小区边缘用户性能，同时提高频率复用率；

　　(2)区域4、区域8、区域5、区域7分别优先从u 4、u 5、u 4、u 5中选可用频率，对位于其区域的用户提供服务，若这些集合中的频率还不满足要求，则可以根据实际情况分别考虑从u 1、u 2、u 3、u 3中选可用频率；而同属于第2类边缘区域的区域9和区域6则只能分别从u 1、u 2中选可用频率，对位于其区域的用户提供服务，但它们可以分别和区域1和区域2协调可用频率。

　　(3)当系统的小区边缘用户之间的干扰比较严重时，可以通过减少频率集合u 4、u 5、中的频率和适当的增加边缘区域的面积，来抑制小区边缘用户之间的干扰。当小区边缘用户之间几乎不存在干扰或干扰不严重时，可以通过适当的调整频率集合 u 4、u 5中的频率和减小边缘区域的面积，以提高频率复用率。

　　3 在上海FuTURE4GTDD实验网中的应用

　　软分数频率复用方案的简化形式已经在上海FuTURE 4G TDD实验网中得到了很好的应用。如图3所示，试

　　软分数频率复用方案在上海4G实验网中的应用描述如下：

　　(1)当小区1中只有用户MT1时，MT1占用小区1全部频谱资源，用户速率可以达100 Mb/s。

　　(2)当小区1中有2个用户MT1和MT2时，两个用户各占用小区1的一半频率资源，此时2个用户的速率各为50 Mb/s。

　　(3)当位于小区１中的MT1、MT2在小区1内移动时，两个用户各占用小区1的一半频率资源，此时2个用户速率各为50 Mb/s。

　　(4)当位于小区１中的MT2移动到切换区域(仍与小区1连接)时，2个用户分别占用小区1的一半频率资源，此时2个用户速率各为50 Mb/s。

　　(5)当MT2移动到切换区域(与小区2连接)时，2个用户分别占用小区1和小区2的一半频率资源，此时2个用户速率各为50 Mb/s，此时频率复用系数为0.5。

　　(6)当MT1、MT2分别在小区1、小区2中移动到合适位置时(如MT1在阶梯教室附近，MT2在图书馆附近)，两个用户可以分别占用两个小区的全部频率资源，用户速率同时为100 Mb/s，此时频率复用系数为1。

　　此即两小区的软分数频率复用的一个简单的应用。

　　4 结束语

　　针对4G移动通信系统提出的提高频谱利用率、同频组网的需求，本文提出了一种软分数频率复用方案。软分数频率复用方案包括3种表现形式，在实际应用中，可以根据物理层链路增益选择合适的表现形式。软分数频率复用方案在上海FuTURE 4G TDD通信试验网中已经成功实现了软分数频率复用的简单形式。研究表明，使用软分数频率复用方案，系统的频率复用系数可以达到1/3到1，为同频组网、提高频率利用率提供了一种良好的解决方案。

　　5 参考文献

　　[1]LEEJS, MILLER L E. CDMA systems engineering handbook [M]. New York, NY,USA: Artech House, 1998.

　　[2]3GPPTR25.913 v7.3.0. Requirements for Evolved UTRA （E-UTRA） and Evolved UTRAN （E-UTRAN） [S]. 2006.

　　[3]3GPP,TR25.814 v7.1.0. Physical layer aspects for Evolved UTRA [S]. 2006.

　　[4]3GPPR1-050896.Description and simulations of interference management technique for OFDMA based E-UTRA downlink evaluation [S].2005.

　　[5]3GPPR1-050841.Further analysis of soft frequency reuse scheme [S]. 2005.

　　[6]. AP1 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/AP1_1670112.html.

　　[7]. AP2 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/AP2_1670113.html.