一种基带集中架构下的双层网络动态频谱分配方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基带集中架构下的双层网络动态频谱分配方法与系统，该系统中宏小区基站与微型小区基站的基带处理单元与频谱管理功能集中于大规模基带处理中心，宏小区基站与微型小区基站的射频单元通过光纤连接到大规模基带处理中心。基于此架构将频谱资源分为相互正交的两部分；对宏小区覆盖范围内的微型小区划分集合；调整微型小区集合划分情况；不同集合内的微型小区分配不同频谱资源。本发明能有效解决双层蜂窝网络中的频谱资源分配、管理问题，提高双层网络的频谱利用效率，抑制宏小区和微型小区间的跨层同频干扰，提高用户服务质量。
【专利说明】—种基带集中架构下的双层网络动态频谱分配方法及系统【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信网络【技术领域】，尤其涉及一种基带集中架构下的双层网络动态频谱分配方法及系统。
【背景技术】
[0002]在稳定、可靠的高数据速率接入网支撑下，丰富的无线多媒体业务飞速发展并得到普遍应用，导致无线数据业务量呈现井喷式增长。但是，由于移动通信可用频谱资源有限，当系统通信量需求大大超过其容量时，用户的有效通信速率会因为系统容量的限制而降低，从而降低用户服务质量。
[0003]宏小区是面积很大的区域，覆盖半径约I~30km，基站发射天线通常架设在周围建筑物上方，通常，在大部分收发端之间信号没有直达路径，但是出于对成本考虑，移动终端通常是功率受限的，对于一定的传输功率而言，符号能量随传输数据速率的增加而减小。对于室内用户的移动终端设备，尤其是工作于高载波频段的设备，损耗将使得高的信号质量和高数据速率难以实现，从而无法保证宏小区整个服务区域的有效覆盖。异构蜂窝网络的出现，即由Picocell基站、Femtcoell基站、分布式天线与中继站等低功率基站与宏基站组成，可以有效的对局部热点区域提供覆盖，并且低功率微型小区基站与宏小区基站共用频谱资源，可有效提高频谱的空间利用率，拉近发送端与接收端的距离，提高用户接收信号强度，降低蜂窝网络功耗，提高用户服务质量。但是，微型小区与宏小区重叠覆盖给原本就紧张的频谱资源的有效分配与管理带来了巨大挑战。首先，传统蜂窝网络架构无法满足异构蜂窝网络中共享频谱资源的管理；其次，随着重叠于宏蜂窝之上的微型小区数量的增多，如果不采取有效的频谱分配方法，将产生严重的层间蜂窝网络的同频干扰，从而适得其反，降低用户服务质量。
[0004]微型小区引入到传统的蜂窝网络后，学术界与产业界对于频谱资源的规划倾向于两种方案:全局频率复用方 案与正交频率划分方案。对于前者，微型小区网络与宏小区复用所有的系统频谱资源。由于微型小区的发射功率与宏基站的发射功率通常相差5-10dB，在全局频率复用下，微型小区与宏小区之间的跨层干扰成为制约微型小区容量提高的重要因素之一。而对于后者，微型小区网络与宏小区使用相互正交的频谱资源。在正交频率划分下，虽然能有效减轻微型小区与宏小区之间的跨层干扰，但是会严重降低小区的系统容量。微型小区的引入造成干扰结构复杂化，并且随着微型小区的实际部署，可预见的密集部署与重叠覆盖将造成小区中干扰更加严重。因此，若没有有效的频谱资源分配算法，微型小区与宏小区混合组网的网络架构最终反而会降低系统容量。
[0005]大规模基带集中处理架构的出现，引起了研究领域、运营商和设备制造商的广泛关注。大规模基带集中处理架构中，宏小区基站与微型小区基站的基带处理部分与频谱资源管理部分集中于大规模基带处理中心，宏小区基站与微型小区基站的射频部分通过光纤连接到大规模基带处理中心。这 种集中式架构有利于对于复杂的微型小区与宏小区重叠网络进行有效的频谱资源管理，并且基带信号的集中处理使得原基站的基带处理部分与射频部分分离，从而简化了基站设计，减小了基站体积与处理功耗、制冷功耗等。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，为克服如何提供一种适用于大规模基带集中处理架构的微型小区与宏小区双层网络动态频谱分配方法，同时有效解决宏小区和微型小区间的跨层干扰问题，本发明提供了一种基带集中架构下的双层网络动态频谱分配方法及系统。
[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种基带集中架构下的双层网络动态频谱分配方法，该方法用于解决宏小区与微型小区双层网络中的频谱资源分配，所述方法包含如下步骤:
[0008]步骤101)将位于宏小区覆盖范围内的微型小区划分为如下集合:
[0009]将微型小区用户信干比检测值大于信干比阈值的微型小区划分至第一微型小区集合F1中，并将微型小区用户信干比检测值小于信干比阈值的微型小区划分至第二微型小区集合F2中；
[0010]步骤102)将给定的所有频谱资源S分为相互正交的两部分Sp和Sn，所述Sp和Sn并集为全部频谱资源S ;将Sp设置为共享频谱资源，同时将Sn作为专用频谱资源；或将Sn设置为共享频谱资源，同时将Sp作为专用频谱资源；
[0011]依据所有小区用户的平均效率最大原则得到共享频谱资源占全部频谱资源S的比例值为:
[0012]
【权利要求】
1.一种基带集中架构下的双层网络动态频谱分配方法，该方法用于解决宏小区与微型小区双层网络中的频谱资源分配，所述方法包含如下步骤: 步骤101)将位于宏小区覆盖范围内的微型小区划分为如下集合: 将微型小区用户信干比检测值大于信干比阈值的微型小区划分至第一微型小区集合F1中，并将微型小区用户信干比检测值小于信干比阈值的微型小区划分至第二微型小区集合&中； 步骤102)将给定的所有频谱资源S分为相互正交的两部分Sp和Sn，所述Sp和Sn并集为全部频谱资源S ;将Sp设置为共享频谱资源，同时将Sn作为专用频谱资源；或将Sn设置为共享频谱资源，同时将Sp作为专用频谱资源； 依据所有小区用户的平均效率最大原则得到共享频谱资源占全部频谱资源S的比例值为:
2.根据权利要求1所述的基带集中架构下的双层网络动态频谱分配方法，其特征在于，所述步骤101)和10 2)之间还包含如下步骤: 根据宏用户信干比要求，使用效率概率决策进一步优化调整第一微型小区集合F1或第二微型小区集合F2中的各元素，得到第三微型小区集合Ks和第四微型小区集合Kp ； 其中，所述第三微型小区集合Ks为第一微型小区集合F1的真子集，所述第四微型小区集合Kp包含:第二微型小区集合F2和优化调整时从第一微型小区集合F1中删除的小区构成的集合；所述的效率概率决策是指进一步调整微型小区所属集合时，分别计算Fl中每个微型小区使用共享频谱的概率，概率越大的微型小区使用共享频谱的概率越大。 此时， 共享频谱资源所占的比例值为:
3.根据权利要求2所述的基带集中架构下的双层网络动态频谱分配方法，其特征在于，所述效率概率决策具体包含如下步骤: 步骤201)首先某个宏用户发射导频信号，第一微型小区集合F1中的微型小区i根据此时的接收信号检测对宏用户产生干扰的大小Ii，并发送给宏用户，然后宏用户根据接收信号统计集合F1中的微型小区的数量nF，发送给第一微型小区集合F1中所有微型小区； 步骤202)采用如下公式计算第一微型小区集合F1中各微型小区的共享频谱的概率:
4.根据权利要求3所述的基带集中架构下的双层网络动态频谱分配方法，其特征在于，当宏用户数为m时，设置变量L(m，nF)记录对某个宏用户η采用上述方法后得到第三微型小区集合Ks及该集合中微型小区编号，并将变量L的每行进行相加，得到一个I行nF列的行向量，且值等于m的元素所在位置即为属于第三微型小区集合Ks的使用共享频谱的微型小区编号，其余微型小区属于第四微型小区集合Kp使用专用频谱，且m>l。
5.根据权利要求1所述的基带集中架构下的双层网络动态频谱分配方法，其特征在于，所述步骤101)进一步包含如下步骤: 步骤101-1)宏基站发射导频信号，所有微型小区用户i将检测此时获得的信干比Yf(i)，并发送给大规模基带处理中心； 步骤101-2)大规模基带处理中心将用户信干比的检测值Yf (i)与信干比阈值^进行比较，若?VOsr?，则微型小区i属于第一微型小区集合F1中的元素；若？则微型小区i属于第二微型小区集合F 2中的元素。
6.一种基带集中架构下的双层网络动态频谱分配系统，所述系统包含:大规模基带处理子系统和光传输网络；宏小区和宏小区覆盖范围内的微型小区通过所述光传输网络与所述大规模基带处理子系统相互通信； 所述大规模基带处理子系统进一步包含: 频谱资源划分模块，用于将所有频谱资源分为相互正交的两部分，并依据所有小区用户的平均效率最大原则优化正交两部分占所有频谱资源的比例，并将正交两部分中的其中一部分作为共享频谱，另一部分作为专用频谱； 微型小区分类模块，用于将微型小区用户信干比检测值大于信干比阈值的微型小区划分至第一微型小区集合F1中，并将微型小区用户信干比检测值小于信干比阈值的微型小区划分至第二微型小区集合F2中； 分类结果优化调整模块，用于根据宏用户信干比要求，使用效率概率决策进一步优化调整第一微型小区集合匕或第二微型小区集合F2中的各元素，得到第三微型小区集合&和第四微型小区集合Kp; 资源分配模块，用于将共享频谱资源划分给第一微型小区集合F1及宏小区，同时将专用频谱资源分配给第二微型小区集合F2 ;或者将共享频谱资源划分给第三微型小区集合Ks及宏小区，同时将专用频谱资源 分配给第四微型小区集合Kp。
7.根据权利要求6所述的基带集中架构下的双层网络动态频谱分配系统，其特征在于，所述频谱资源划分模块进一步包含:处理模块，用于根据微型小区集合划分情况，分别计算共享频谱资源与专用频谱资源占全部资源的比例； 分割模块，根据共享频谱与专用频谱所占全部资源的比例将全部频谱资源分为相互正交的两部分。
8.根据权利要求6所述的基带集中架构下的双层网络动态频谱分配系统，其特征在于，所述微型小区分类模块进一步包含: 接收模块，用于接收所有微型小区用户检测宏基站发射的导频信号的信干比的值；比较判决模块，将检测得到的信干比值与设定的信干比阈值进行比较，当前者大于后者时将对应于该检测信干比值的微型小区划分至第一微型小区集合F1中，当前者小于后者时对应于该检测信干比值的微型小区划分至第二微型小区集合F2中。
9.根据权利要求6所述的基带集中架构下的双层网络动态频谱分配系统，其特征在于，所述分类结果优化调整模块进一步包含: 统计模块，用于统计第一微型小区集合F1中的各微型小区使用共享频谱的概率； 效用概率决策模块，将第一集合F1中的微型小区使用共享频谱的概率值以递减顺序排列，并确定第三微型小区集合Ks的大小
10.根据权利要求6所述的基带集中架构下的双层网络动态频谱分配系统，其特征在于，所述资源分配模块对第一微型小区集合F1中的微型小区及宏小区分配使用共享频谱资源，对第二微型小区集合F2中的微型小区分配使用专用频谱资源；或者对第三微型小区集合&中的微型小区及宏小区分配使用共享频谱资源，对第四微型小区集合Kp中的微型小区分配使用专用频谱资源。
【文档编号】H04W16/10GK103888950SQ201210559810
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2012年12月20日
【发明者】李宏佳, 王泽珏, 张小康, 霍冬冬, 慈松 申请人:中国科学院声学研究所