軟頻率復用

頻率復用(Frequen Reuse)是傳統頻率復用(Frequen 軟頻率復用是Beyon

頻率復用(Frequency Reuse)是BELL LAB於1947年提出的概念,這個概念是蜂窩移動通信的基石。無線通信剛剛出現的時候採用的是大區制,也就是說一個城市只有一個基站,天線架設在很高的塔上,用很大的功率進行發射。後來隨著用戶數量的增加,大區制出現了信道不夠的問題,頻率復用技術就是在這種背景下出現的。由於電磁波在空間傳播的衰減特性,一個頻率在一個區域使用之後,在離這個區域比較遠的地方功率已經衰減了很多,干擾降低到可以接受的程度,於是這個頻率就可以再用(reuse)一次,這個就是頻率復用的概念。“頻率復用”是中文的習慣翻譯,已經被廣泛接受,其實應該翻譯為“頻率再用”。與大區制相比,頻率復用技術成倍地提高了系統容量,後來所有的移動通信都是基於頻率復用技術的蜂窩系統。
蜂窩技術的早期,頻率復用因子是比較大的。頻率復用因子表示一個頻率復用簇(Reuse Cluster)當中的頻點的數量。復用因子越大,表示復用距離越大。第一代移動通信(AMPS)的復用因子為9~11,第二代移動通信(GSM)的復用因子為4~7。在CDMA技術出現以後,由於CDMA技術的抗干擾的特性,普遍採用了復用因子為1,也稱為普遍頻率復用(Universal Frequency Reuse)和同頻復用。同頻復用被認為是CDMA的技術優勢,這個觀點在三代移動通信(UMTS, CDMA2000)上得到了加強和廣泛傳播,並以其巨大的認知慣性延續到了後3G, 如Flarion的Flash OFDM系統就採用了快跳頻OFDM和同頻復用作為基本技術框架
眾所周知,OFDM系統將取代CDMA作為後3G系統的多址技術。OFDM的優勢在於它克服了CDMA的自干擾特性,可以實現更高的頻譜效率。那么,如何設計OFDM的頻率復用方案呢? 一個重要的派別認為OFDM應該做到同頻復用,比如快跳頻技術就是為了實現同頻復用而採用的干擾平均化。也有一些學者認為OFDM也是一種頻分多址(FDMA),其頻率復用因子應該為3或者更大一些以抵抗同頻干擾。不過這樣一來,頻譜效率就會降低,這也是CDMA支持者對OFDM的重點攻擊方向。在這種情況下,一部分學者主張採用折中技術:把頻譜分成兩個部分,一部分頻譜用同頻復用,一部分頻譜採用復用因子為3,這就是reuse partitioning,或者叫部分頻率復用技術(Fractional Frequency Reuse).
軟頻率復用(Soft Frequency Reuse)是傳統頻率復用(Frequency Reuse)技術的進一步發展。與傳統頻率復用技術不同的是,在軟頻率復用技術當中,一個頻率在一個小區當中不再定義為用或者不用,而是用發射功率門限的方式定義該頻率在多大程度上被使用,系統的等效頻率復用因子可以在1到N之間平滑過渡。軟頻率復用的主要原則是:
1. 可用頻帶分成N個部分,對於每個小區,一部分作為主載波,其他作為副載波。主載波的功率門限高於副載波;
2. 相鄰小區的主載波不重疊;
3. 主載波可用於整個小區,副載波只用於小區內部
4. 通過調整副載波與主載波的功率門限的比值,可以適應負載在小區內部和小區邊緣的分布。
可以看到,在軟頻率復用方案裡面,一個頻率不再是被定義為用或者不用,而是用功率門限的形勢規定了其在多大程度上被使用,復用因子可以在1~3之間平滑過渡,這就是其得名的由來。與FFR相比,軟頻率復用沒有機械地將頻譜割裂成兩個部分,而是用功率模版規定了其使用程度,因此無論在小區邊緣還是在小區內部,都可以獲得更大的頻寬和頻譜效率。軟頻率復用的另外一個特點是,通過調整副載波與主載波的功率門限的比值,可以適應負載在小區內部和小區邊緣的分布,這也是一個嶄新的特性,可以進一步提高頻譜效率。
軟頻率復用是Beyond 3G無線通信系統的關鍵技術,在3GPP LTE, Wimax系統當中得到廣泛套用。
軟頻率復用技術於2005年由華為公司提出[1],Wimax論壇2006年發表的技術白皮書[2]當中描述的“Fractional Frequency Reuse”與軟頻率復用類似。

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