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软频率复用

王朝百科·作者佚名  2010-05-14
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率复用(Frequency Reuse)是BELL LAB于1947年提出的概念,这个概念是蜂窝移动通信的基石。无线通信刚刚出现的时候采用的是大区制,也就是说一个城市只有一个基站,天线架设在很高的塔上,用很大的功率进行发射。后来随着用户数量的增加,大区制出现了信道不够的问题,频率复用技术就是在这种背景下出现的。由于电磁波在空间传播的衰减特性,一个频率在一个区域使用之后,在离这个区域比较远的地方功率已经衰减了很多,干扰降低到可以接受的程度,于是这个频率就可以再用(reuse)一次,这个就是频率复用的概念。“频率复用”是中文的习惯翻译,已经被广泛接受,其实应该翻译为“频率再用”。与大区制相比,频率复用技术成倍地提高了系统容量,后来所有的移动通信都是基于频率复用技术的蜂窝系统。

蜂窝技术的早期,频率复用因子是比较大的。频率复用因子表示一个频率复用簇(Reuse Cluster)当中的频点的数量。复用因子越大,表示复用距离越大。第一代移动通信(AMPS)的复用因子为9~11,第二代移动通信(GSM)的复用因子为4~7。在CDMA技术出现以后,由于CDMA技术的抗干扰的特性,普遍采用了复用因子为1,也称为普遍频率复用(Universal Frequency Reuse)和同频复用。同频复用被认为是CDMA的技术优势,这个观点在三代移动通信(UMTS, CDMA2000)上得到了加强和广泛传播,并以其巨大的认知惯性延续到了后3G, 如Flarion的Flash OFDM系统就采用了快跳频OFDM和同频复用作为基本技术框架

众所周知,OFDM系统将取代CDMA作为后3G系统的多址技术。OFDM的优势在于它克服了CDMA的自干扰特性,可以实现更高的频谱效率。那么,如何设计OFDM的频率复用方案呢? 一个重要的派别认为OFDM应该做到同频复用,比如快跳频技术就是为了实现同频复用而采用的干扰平均化。也有一些学者认为OFDM也是一种频分多址(FDMA),其频率复用因子应该为3或者更大一些以抵抗同频干扰。不过这样一来,频谱效率就会降低,这也是CDMA支持者对OFDM的重点攻击方向。在这种情况下,一部分学者主张采用折中技术:把频谱分成两个部分,一部分频谱用同频复用,一部分频谱采用复用因子为3,这就是reuse partitioning,或者叫部分频率复用技术(Fractional Frequency Reuse).

软频率复用(Soft Frequency Reuse)是传统频率复用(Frequency Reuse)技术的进一步发展。与传统频率复用技术不同的是,在软频率复用技术当中,一个频率在一个小区当中不再定义为用或者不用,而是用发射功率门限的方式定义该频率在多大程度上被使用,系统的等效频率复用因子可以在1到N之间平滑过渡。软频率复用的主要原则是:

1. 可用频带分成N个部分,对于每个小区,一部分作为主载波,其他作为副载波。主载波的功率门限高于副载波;

2. 相邻小区的主载波不重叠;

3. 主载波可用于整个小区,副载波只用于小区内部

4. 通过调整副载波与主载波的功率门限的比值,可以适应负载在小区内部和小区边缘的分布。

可以看到,在软频率复用方案里面,一个频率不再是被定义为用或者不用,而是用功率门限的形势规定了其在多大程度上被使用,复用因子可以在1~3之间平滑过渡,这就是其得名的由来。与FFR相比,软频率复用没有机械地将频谱割裂成两个部分,而是用功率模版规定了其使用程度,因此无论在小区边缘还是在小区内部,都可以获得更大的带宽和频谱效率。软频率复用的另外一个特点是,通过调整副载波与主载波的功率门限的比值,可以适应负载在小区内部和小区边缘的分布,这也是一个崭新的特性,可以进一步提高频谱效率。

软频率复用是Beyond 3G无线通信系统的关键技术,在3GPP LTE, Wimax系统当中得到广泛应用。

软频率复用技术于2005年由华为公司提出[1],Wimax论坛2006年发表的技术白皮书[2]当中描述的“Fractional Frequency Reuse”与软频率复用类似。

 
 
 
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