一种认知融合网络的干扰管理系统及方法
【专利摘要】一种认知融合网络的干扰管理系统，其包括:认知干扰管理器,所述认知干扰管理器包括层间认知干扰管理器及层内认知干扰管理器，所述层间认知干扰管理器用于完成异构网络中不同层间的干扰管理和干扰信息维护，所述层内认知干扰管理器用于完成异构网络中同层内的干扰管理和干扰信息维护；干扰信息管理器，其用于收集认知干扰管理器采集的各个层内和/或层间干扰信息，周期性的更新历史干扰信息数据库；频谱资源管理器，依据干扰信息管理器周期性或者实时的干扰信息，完成频谱资源的重新配置。
【专利说明】一种认知融合网络的干扰管理系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信领域，尤其涉及一种认知融合网络的干扰管理系统及方法。
【背景技术】
[0002]近年来，由于无线用户和多媒体业务应用的飞速增长，多种智能无线多模设备频繁地使用和越来越多的无线接入技术正在以前所未有的速度迅猛发展，无线通信速率甚至达到上百兆比特每秒，致使无线通信系统需要更多的频谱资源。人们对频谱资源的需求日益增加，导致有限的频谱资源越来越稀缺，使频谱资源成为当前最受关注的不可再生资源之一。如何探索更多的“频谱空洞”资源以弥补当前的高速业务的频谱亏缺和提高现有已经分配的频谱资源的利用效率是关键技术问题之一。另外一方面，未来的无线通信网络必将是各种无线网络共存、相互补充、协同工作、支持终端无缝移动的异构融合网络，如何有效的利用各种无线网络的接入技术和各自的优势以取长补短、融合的为用户提供高质量的服务体验，也是学术界研究的热点和重点。
[0003]可用的物理频谱资源有限，频谱利用率低，迫使人们寻找一种能够缓解频谱资源紧张，提高频谱利用率的频谱共享技术，同时该技术要能与现有的通信环境共存，是在这样的背景下，认知无线电技术呼之欲出。它作为一种更加智能的频谱探测和共享技术，能够通过感知周围无线通信环境的变化，根据智能决策算法来实时地自适应地调整系统的工作参数，同时动态感知和有效利用授权的空闲频段，有效缓解频谱资源稀缺的局面。认知无线电技术也是当今研究的热点问题之一。它不仅为频谱资源不足、频谱利用率低以及动态频谱接入等问题提供了新的解决方案。同时，认知无线电是智能的、自主感知、自适应和具备频谱资源管理能力的无线电技术。它可以智能地观察和学习周围的无线环境及用户行为，并通过调整自身的参数选择最佳状态以适应周围环境。将认知无线电技术引入到异构无线网络的频谱资源管理之中无疑最有巨大潜力和优势。
[0004]IEEE SCC41致力于认知无线电技术的研究，它提出的动态频谱接入方法要求能够避免或降低干扰、无线技术之间能够协同工作，同时还包括了网络管理和信息共享。它的关注点并不在于给物理层或媒体接入层添加某个具体的管理机制，而是更注重发展构架型的概念以及为不兼容的网络提供协同管理方法。IEEE SCC41正在研究3G / 4G蜂窝网络，WiFi和WiMax几种网络间基于动态频谱接入策略的网络管理方法。IEEE SCC41今后将能够为非集中式的多种无线网络提供横向和纵向的网络重配置管理方法，从而实现这些网络之间的互操作。
[0005]由此可见，认知技术不仅为未来异构网络提供更多的频谱接入机会和提高频谱效率，同时也为多种制式的网络的进一步融合提供可行的思路。同时，在蜂窝网络方面，面向LTE-A网络进一步提高网络容量和边缘覆盖的要求，尤其是家庭和公共场所等用户密集区，提出采用用户自主安装家庭基站保证室内良好覆盖。正是由于家庭基站是用户自主随机部署，安装位置等不像宏站等是经过规划的，同时，家庭基站将复用宏站的频谱，因此，家庭基站将与附近的家庭基站和宏站都将产生严重的干扰问题。借助认知的思想，学术界提出了认知家庭基站的概念，家庭基站依据当前无线环境信息实现合适的载频选择和功率控制等技术有效抑制干扰。进一步，多模家庭基站也为下一代宽带无线系统的多层择机接入提供更多可能的机会。
[0006]另外，在无线局域网方面，认知WiFi2.0网络是基于认知无线电技术，通过感知授权频段的频谱空洞，实现类似于传统WiFi系统的无线局域网。它利用授权频段的良好传播特性，为用户提供更好的服务以及更大的覆盖范围。作为认知无线电技术与WiFi技术的结晶，认知WiFi2.0网络具有广泛研究及应用前景，得到学术界和标准界(IEEE802.1laf TG)的共同关注。定义基于认知的蜂窝网络和无线局域网络等异构网络为认知融合网络。认知融合网络将基于认知技术充分挖掘异构频谱资源为多模家庭基站或者认知接入节点使用，能发挥其授权频段和非授权频段的效益。同时，认知融合网络也面临前所未有的复杂的干扰问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是针对当前技术不足，提出一种认知融合网络的干扰管理系统，其特征在于，其包括:
[0008]认知干扰管理器，所述认知干扰管理器包括层间认知干扰管理器及层内认知干扰管理器，所述层间认知干扰管理器用于完成异构网络中不同层间的干扰管理和干扰信息维护，所述层内认知干扰管理器用于完成异构网络中同层内的干扰管理和干扰信息维护；
[0009]干扰信息管理器，其用于收集认知干扰管理器采集的各个层内和/或层间干扰信息，周期性的更新历史干扰信息数据库；
[0010]频谱资源管理器，依据干扰信息管理器周期性或者实时的干扰信息，对频谱资源进行重新配置。
[0011]在上述技术方案的基础上，所述频谱资源管理器依据获得的干扰信息管理器形成的干扰信息，以信道为粒度对频谱进行调整。
[0012]在上述技术方案的基础上，所述干扰信息包括干扰矩阵测量报告，及物理资源块被宏基站、其他认知家庭基站或认知接入节点的使用情况。
[0013]在上述技术方案的基础上，所述层间认知干扰管理器用于完成异构网络中WiF1、Femto、及Macro之间的干扰管理和干扰信息维护。
[0014]在上述技术方案的基础上，所述频谱资源管理器在层内认知干扰管理中频谱资源管理器为不同接入节点调度不同的信道实现干扰管理；所述频谱资源管理器在层间认知干扰管理过程通过频谱资源管理器为不同接入节点调度不同的信道实现干扰管理或通过控制认知节点在长期演进计划(LTE)频段和开放频段之间的跳变实现干扰管理。
[0015]在上述技术方案的基础上，所述频谱资源管理器依据获得的干扰信息管理器形成的具有结构调整的干扰信息，完成频谱以信道为粒度的调度，实现干扰避免。
[0016]在上述技术方案的基础上，所述干扰信息包括干扰矩阵测量报告。
[0017]在上述技术方案的基础上，所述信道，可以是时隙、子载波、正交码字或者是它们的结合，例如，长期演进计划(LTE)同上，此时是否必要写明是LTE中的时频物理资源块。
[0018]在上述技术方案的基础上，本发明还提供一种认知融合网络的干扰管理方法其包括以下步骤:[0019]SI层间认知干扰管理器对异构网络中不同层间进行干扰管理和干扰信息维护，所述层内认知干扰管理器对异构网络中不同层内进行干扰管理和干扰信息维护；
[0020]S2干扰信息管理器收集认知干扰管理器采集的各个层内和/或层间干扰信息，并周期性的更新历史干扰信息数据库；
[0021]S3频谱资源管理器依据干扰信息管理器周期性或者实时的干扰信息，对频谱资源进行重新配置。
[0022]相对于现有技术，本发明所提供的方法利用认知技术快速挖掘可用频谱空洞，充分利用频谱的异构性有效避免干扰，提升频谱资源的利用率；且能实现智能终端在多频段之间的干扰管理，可依据频谱管理的实时性要求，灵活实现同层频谱调度或者跨层的频谱跳变，高效抑制同层或者层间的干扰；并且本发明所提供的系统具备统一性，可充分发挥多网协作能力，适用于任何异构网络资源的智能管理和干扰抑制。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明认知融合网络示意图；
[0024]图2为本发明一种认知融合网络的干扰管理系统示意图；
[0025]图3为本发明认知干扰管理器工作示意图。
【具体实施方式】
[0026]如图1是认知融合网络场景图，包含宏基站、家庭基站和无线局域网WiFi接入节点异构网络场景，其中家庭基站和局域网接入节点均具备认知能力，因此定义这种基于认知技术实现异构网络融合的网络场景为认知异构网络。未来无线局域网络和家庭基站网络将具备感知能力，因此可以获得频谱空洞信息。家庭基站是低功率的小型基站，为室内环境的用户提供无线网络覆盖。它类似WiFi路由一样，被用户放置在室内，向用户提供蜂窝基站的几乎所有功能。但是，与WiFi相比家庭基站有很多优势。家庭基站的工作频谱是被授权的频谱，它既可以与宏蜂窝基站共享也可以专门划分一个频谱，相当于现有网络的延伸；另一方面，家庭基站采用与宏基站相同的无线技术，对于终端来说，不需要增加模块和无线技术切换的开销；此外，家庭基站与WiFi相比在功率控制、安全等方面也存在一定的优势。
[0027]请参考图2 —种认知融合网络的干扰管理系统，其具体包括一种认知融合网络的干扰管理系统，所述认知融合网络包括宏基站、家庭基站和无线局域网WiFi接入节点，其中家庭基站和局域网WiFi接入节点均具备认知能力，其包括:
[0028]认知干扰管理器，所述认知干扰管理器包括层间认知干扰管理器及层内认知干扰管理器，所述层间认知干扰管理器用于完成异构网络中不同层间的干扰管理和干扰信息维护，所述层内认知干扰管理器用于完成异构网络中同层内的干扰管理和干扰信息维护。层间认知干扰管理器用于完成异构网络中WiF1、Femto、及MaciO之间的干扰管理和干扰信息维护。
[0029]干扰信息管理器，其用于收集认知干扰管理器采集的各个层内和/或层间干扰信息，周期性的更新历史干扰信息数据库；其中干扰信息包括干扰矩阵测量报告，及物理资源块被宏基站、其他认知家庭基站或认知接入节点的使用情况。
[0030]频谱资源管理器，依据干扰信息管理器周期性或者实时的干扰信息，以信道为粒度对频谱完成频谱资源的重新配置。所述频谱资源管理器在层内认知干扰管理中频谱资源管理器为不同接入节点调度不同的信道实现干扰管理；所述频谱资源管理器在层间认知干扰管理过程通过频谱资源管理器为不同接入节点调度不同的信道实现干扰管理或通过控制认知节点在长期演进计划(LTE)频段和开放频段之间的跳变实现干扰管理。此处的信道，可以是时隙、子载波、正交码字或者是它们的结合，例如，长期演进计划中的时频物理资源块。而频谱调度是通过不同接入节点错开使用不同信道完成。
[0031]请参考图3,具有认知能力的认知家庭基站或者认知接入节点实现对于当前所述网络状态的干扰的感知；所述网络状态即包含当前认知家庭基站或者认知接入节点所在的宏站状态信息，也包含在该宏站覆盖范围内的其他认知家庭基站或者认知接入节点的状态信息。认知家庭基站需要感知周围家庭基站的频谱使用情况，同时，所有家庭基站需要获取当前宏基站的频谱使用状态；每个家庭基站尽可能实现与其周围邻家庭基站采用同频，同时避免与宏基站采用相同频谱。
[0032]所述干扰信息包含频谱的活动性或者说是物理资源块(PRB)被宏站或者被其他认知家庭基站或者认知接入节点的使用情况，有助于家庭基站实现自主选择正交的PRB资源避免与宏站之间的层间干扰，也有助于避免与其他认知家庭基站或者认知接入节点采用相同的PRB资源导致的层内干扰；
[0033]信道的状态信息，认知家庭基站或者认知接入节点当前选择PRB资源的时频特性，有助于家庭基站实现自主功率控制协调有效抑制层内干扰；
[0034]其他信息，包含其他任何有助于实现干扰消除的先验信息，例如，其他节点的码书和预发送信息的结构信息等。
[0035]为实现层间或者层内的更好的掌握部分或全局信息，每个认知节点实现当前局部感知信息的上报给干扰信息管理器。
[0036]其包括周期性或者是触发性的信息上报以及层内信息共享，低层对高层信息的上报。
[0037]干扰信息管理则实现信息汇聚，以及对于信息的推理和学习；最后形成的具有一定特征的干扰信息，将指导频谱管理模块。
[0038]频谱资源管理器面向局部和全局信息的支撑实现频谱资源的调度。实现多个认知节点在不同信道上的分配。其包含两个判断，一个是LTE频段，一个是开放频段。全局频谱管理将实现认知节点在LTE频段和开放频段之间的灵活跳变。
[0039]下面介绍本认知融合网络的干扰管理方法，其包括以下步骤:
[0040]SI层间认知干扰管理器对异构网络中不同层间进行干扰管理和干扰信息维护，所述层内认知干扰管理器对异构网络中不同层内进行干扰管理和干扰信息维护；
[0041]S2干扰信息管理器收集认知干扰管理器采集的各个层内和/或层间干扰信息，并周期性的更新历史干扰信息数据库；
[0042]S3频谱资源管理器依据干扰信息管理器周期性或者实时的干扰信息，对频谱资源进行重新配置。
[0043]本发明所提供的方法利用认知技术快速挖掘可用频谱空洞，充分利用频谱的异构性有效避免干扰，提升频谱资源的利用率；且能实现智能终端在多频段之间的干扰管理，可依据频谱管理的实时性要求，灵活实现同层频谱调度或者跨层的频谱跳变，高效抑制同层或者层间的干扰；并且本发明所提供的系统具备统一性，可充分发挥多网协作能力，适用于任何异构网络资源的智能管理和干扰抑制。
【权利要求】
1.一种认知融合网络的干扰管理系统，其特征在于，其包括: 认知干扰管理器，所述认知干扰管理器包括层间认知干扰管理器及层内认知干扰管理器，所述层间认知干扰管理器用于完成异构网络中不同层间的干扰管理和干扰信息维护，所述层内认知干扰管理器用于完成异构网络中同层内的干扰管理和干扰信息维护； 干扰信息管理器，其用于收集认知干扰管理器采集的各个层内和/或层间干扰信息，周期性的更新历史干扰信息数据库； 频谱资源管理器，依据干扰信息管理器周期性或者实时的干扰信息，对频谱资源进行重新配置。
2.如权利要求1所述的一种认知融合网络的干扰管理系统，其特征在于:所述频谱资源管理器依据获得的干扰信息管理器形成的干扰信息，以信道为粒度对频谱进行调整。
3.如权利要求1所述的一种认知融合网络的干扰管理系统，其特征在于:所述干扰信息包括干扰矩阵测量报告，及物理资源块被宏基站、其他认知家庭基站或认知接入节点的使用情况。
4.如权利要求1所述的一种认知融合网络的干扰管理系统，其特征在于:所述层间认知干扰管理器用于完成异构网络中WiF1、Femto、及Macro之间的干扰管理和干扰信息维护。
5.如权利要求1所述的一种认知融合网络的干扰管理系统，其特征在于:所述频谱资源管理器在层内认知干扰管理中频谱资源管理器为不同接入节点调度不同的信道实现干扰管理；所述频谱资源管理器在层间认知干扰管理过程通过频谱资源管理器为不同接入节点调度不同的信道实现干扰管理；或通过控制认知节点在长期演进计划频段和开放频段之间的跳变实现干扰管理。
6.如权利要求1所述的一种认知融合网络的干扰管理系统，其特征在于:所述频谱资源管理器依据获得的干扰信息管理器形成的具有结构调整的干扰信息，完成频谱以信道为粒度的调度，实现干扰避免。
7.如权利要求6所述的一种认知融合网络的干扰管理系统，其特征在于:所述干扰信息包括干扰矩阵测量报告。
8.如权利要求2所述的一种认知融合网络的干扰管理系统，其特征在于:所述信道，可以是时隙、子载波、正交码字或者是它们的结合，例如，LTE系统中定义的时频物理资源块。
9.如权利要求1-8任意一项所述的一种认知融合网络的干扰管理方法，其特征在于:其包括以下步骤: SI层间认知干扰管理器对异构网络中不同层间进行干扰管理和干扰信息维护，所述层内认知干扰管理器对异构网络中不同层内进行干扰管理和干扰信息维护； S2干扰信息管理器收集认知干扰管理器采集的各个层内和/或层间干扰信息，并周期性的更新历史干扰信息数据库； S3频谱资源管理器依据干扰信息管理器周期性或者实时的干扰信息，对频谱资源进行重新配置。
【文档编号】H04W24/02GK103442379SQ201310382360
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月28日 优先权日:2013年8月28日
【发明者】杨春刚, 郭坤, 李建东, 盛敏, 李红艳, 刘勤, 刘伟 申请人:西安电子科技大学