异构蜂窝网络同频组网时的基站频谱分配方法与流程

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种异构蜂窝网络同频组网时的基站频谱分配方法。

背景技术：

无线蜂窝通信系统已演进到了异构蜂窝网络部署的阶段。与传统的蜂窝网络中仅部署单一类型的宏基站相比，异构蜂窝网络中增加了多种新的低功率基站类型，形成了如微小区(Microcell)、微微小区(Picocell)、毫微微小区(Femtocell)等新形式的网络覆盖结构。这种网络结构的变化有很多好处，例如便于提高局部热点区域的覆盖性能，适应不同业务的需求等，但也带来了一些网络管理上的难题，比如网络节点的频率资源分配问题。传统的单层同构蜂窝网络的节点类型单一且网络拓扑固定，频谱资源分配主要依赖于预先规划频率复用方案，方案一旦确定可以长期适用。然而异构网络中，由于某些业务的较高流动性或者移动终端的自主操作管理，造成网络中Picocell、Femtocell基站数量的动态增减和位置的改变，无法一劳永逸的为整个网络进行预先的、完善的频谱规划，这种情况下，为了保证网络覆盖性能，就需要节点能及时地重新适应这种变化，具有自组织、自管理的功能。

因此，如何在异构网络中实现动态自主的基站频谱资源分配是一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种异构蜂窝网络同频组网时的基站频谱分配方法，以实现在异构网络中实现动态自主的基站频谱资源分配。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种异构蜂窝网络同频组网时的基站频谱分配方法，包括：

微小区基站加入异构蜂窝网络后，测量并读取所在的宏基站小区的当前网络的基本配置信息，根据所述当前网络的基本配置信息获取频谱池中的可用载波信息；

所述微小区基站根据其连接的移动终端的测量上报以及图论理论，构建并向外广播自己的邻居干扰关系图，根据得到的所有邻居干扰关系图计算出自己可用的载波数量；

所述微小区基站在载波选择时隙内从所述可用载波中选择自己可用的载波数量。

进一步地，所述的微小区基站加入异构蜂窝网络后，测量并读取所在的宏基站小区的当前网络的基本配置信息，根据所述当前网络的基本配置信息获取可用载波，包括：

微小区基站加入异构蜂窝网络后，测量并读取所在的宏基站小区的系统信息，从系统消息中获得当前网络的基本配置信息，该基本配置信息包括频谱池信息、所在宏基站小区的邻居基站载波列表、载波选择的顺序、载波选择调整时间窗口长度；

所述微小区基站根据所述当前网络的基本配置信息确定可用载波，该可用载波为频谱池中未被其所在宏小区基站和该宏小区基站的相邻小区基站占用的载波。

进一步地，所述的微小区基站根据其连接的移动终端的测量上报以及图论理论，构建并向外广播自己的邻居干扰关系图，包括：

每个微小区基站根据与其连接的移动终端的测量上报以及图论理论，构建并维护自己的邻居干扰关系图，在所述邻居干扰关系图中，顶点为微小区基站，如果任何两个相邻的微小区基站smallcella和small cellb满足下述公式(1)

则微小区基站small cella和small cellb对应的顶点间由一条边相连，表示该两个相邻微小区基站互相干扰，不能共用相同载波，其中，所述S_a是small cella中的移动终端的接收信号功率，其中S_b是small cellb中的移动终端的接收信号功率，I_a→b是从微小区基站small cella到small cellb的移动终端的干扰，I_b→a是从微小区基站small cellb到small cella的移动终端的干扰，σ²＝N₀W是在一个信道上的噪声功率，C(x)＝log₂(1+x)是香农频谱效率公式；

每个微小区基站构建或更新邻居干扰关系图后，向周围邻居基站广播自己的邻居干扰关系图；每个微小区基站将接收到的邻居基站广播的邻居干扰关系图与自己的邻居干扰关系图进行合并后存储。

进一步地，所述的根据得到的所有邻居干扰关系图计算出自己可用的载波数量，包括：

所述微小区基站从自己合并后存储的邻居干扰关系图中确定自己所属的Maximal clique最大集合，并以基数最大的Maximal clique的基数作为自己的度值D(v_k)，该度值D(v_k)为基数最大的Maximal clique中包含的微小区基站的数量，所述Clique是指邻居干扰关系图中两两之间均有边相连接的顶点组成的集合，所述Maximal clique是指一个不能再加入任何新节点形成一个规模更大的集合的节点组成的集合；

所述微小区基站的可用的载波数量Ξ的计算公式如下：

表示向下取整，N表示频谱池中该节点可用的载波数量，D(v_k)表示所述微小区基站的度值。

进一步地，所述的微小区基站在载波选择时隙内从所述可用载波中选择自己可用的载波数量，包括：

微小区基站从系统获得所有微小区基站的优先级，各个微小区基站在载波选择调整时间窗口的每个选择时隙内，根据系统指定的载波排序选择其度值数量对应的载波数量，在选择时隙结束时将自己的载波选择结果转发给周围的邻居微小区基站；

每个微小区基站根据自己存储的邻居干扰关系图确定和自己相互干扰的基站列表，当微小区基站根据接收到的邻居微小区基站发送的载波选择结果发现和自己相互干扰的微小区基站选择了相同载波，则微小区基站之间按照优先级进行避让，低优先级的微小区基站放弃与高优先级的干扰邻居微小区基站相同的载波，并在下一选择时隙进行载波重选。

进一步地，所述的方法还包括：

每个微小区基站对自己的度值进行实时监测，发现度值变化或收到高优先级干扰邻居微小区基站的载波选择结果发现冲突，则触发载波重选；

每个微小区基站之间的载波选择结果没有冲突或者载波选择调整时间窗口结束，则微小区基站的载波选择过程结束。

进一步地，所述的方法还包括：

各个微小区基站的优先级按照入网时间先后来区分，入网时间越早，优先级越高。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的频谱分配方法可以使网络拓扑结构动态变化的异构网络中的small cell基站进行分布式的、自主的频谱分配，以适应网络拓扑结构的动态变化，并且优化了网络中的干扰，避免邻近small cell小区之间的互相干扰。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实例的频谱池中的频谱资源示意图。

图2为本发明实例的网络拓扑结构示意图。

图3为本发明实例的网络拓扑结构示意图中的small cell基站全部加入网络后抽象出的全局干扰关系图。

图4为本发明实例中的small cell基站S1在全部small cell加入网络后建立的本地干扰关系图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例一

本发明实施例针对异构蜂窝网络采用同频组网时的基站层面频谱分配问题，提出了一种频谱分配方法，该方法可以使网络中的低功率节点自主地适应网络拓扑结构的动态变化。

该实施例提供了一种异构蜂窝网络同频组网时的基站频谱分配方法的处理流程包括如下的处理步骤：

步骤1：将网络分配的频谱资源进行载波化，频谱分配即以一个载波(Component Carrier)为基本单位，所有载波构成网络的频谱池。每个宏基站预先分配一个基本载波，相邻宏基站小区按正交原则分配载波，相邻宏基站之间通过X2接口传递各自的载波编号信息，每个宏基站建立一张被相邻小区占用的载波列表；

步骤2，small cell(微小区)基站加入网络后，测量并读取所在的宏基站小区的系统信息，获得当前网络的基本配置信息，该基本配置信息包括频谱池信息、所在宏基站小区的邻居基站载波列表、载波选择的顺序、载波选择调整时间窗口长度等；

步骤3，small cell基站根据从宏基站获得的系统信息确定可用载波，可用载波为频谱池中未被其所在宏小区基站和该宏小区基站的相邻小区基站占用的载波；

步骤4，每个small cell基站根据与其连接的UE的测量上报以及图论理论，构建并维护邻居干扰关系图，在干扰关系图中，顶点为small cell基站，如果任何两个相邻的small cella和small cellb满足公式(1)

则其对应的顶点间由一条边相连，表示该两个相邻small cell互相干扰，不能共用相同载波。其中S_a是small cella中的移动终端的接收信号功率，其中S_b是small cellb中的移动终端的接收信号功率，I_a→b是从small cella到small cellb的移动终端的干扰，I_b→a是从small cellb到small cella的移动终端的干扰，σ²＝N₀W是在一个信道上的噪声功率，其中N₀为噪声功率谱密度，W为信道的带宽。

。C(x)＝log₂(1+x)是香农频谱效率公式；

步骤5，每个small cell构建或更新邻居干扰关系图后，立即向周围邻居广播自己的邻居干扰关系图；

步骤6，每个small cell周期性的监听周围相邻small cell的广播信息，接收到邻居small cell广播的干扰关系图后，建立(或更新)本地干扰关系图，此本地干扰关系图是该small cell自己的邻居干扰关系图和它所有相邻small cell的邻居干扰关系图的合并；

步骤7，每个small cell根据图论中的“Maximal clique”理论，从本地干扰关系图中确定自己所属的“Maximal clique”(最大集合),并以基数最大的“Maximal clique”的基数作为自己的“度”。

small cellv_k可以获得的载波数量上界Ξ由其“度”值D(v_k)决定，即表示向下取整，N表示频谱池中该节点可用的载波数量。每个small cell周期性的监测自己的“度”值；

步骤8，微小区基站从系统获得所有微小区基站的优先级，各个微小区基站在载波选择调整时间窗口的每个选择时隙内，根据系统指定的载波排序选择其度值数量对应的载波数量。在选择时隙结束时将自己的载波选择结果转发给周围的邻居small cell。发生冲突时(即相互干扰的small cell选择了相同载波)，small cell之间按照优先级进行避让，低优先级的small cell放弃与高优先级干扰邻居相同的载波，并在下一选择时隙进行载波重选；

步骤9，每个small cell根据步骤6和步骤7中所述方法对自己的“度”值保持实时监测，发现度值变化或收到高优先级干扰邻居的载波选择结果发现冲突，则触发载波重选，载波重选过程按步骤8中所述进行；

步骤10，small cell之间没有冲突或者载波选择调整时间窗口结束，small cell载波选择过程结束。

作为本发明的一种优选方案，small cell的优先级可以按照入网时间先后来区分，入网时间越早，优先级越高，这样可以使由新入网的small cell引起的载波选择/重选过程对现网中的影响最小。

作为本发明的另一种优选方案，small cell在完成载波选择后，可以不在其所在的macro cell正在使用的载波上进行数据业务的传输，只进行必要的控制信令的传输，由此避免和macro cell间的跨层干扰。

实施例二

图1为本发明实施例提供的一种频谱池中的频谱资源示意图，图2为本发明实施例提供的一种网络拓扑结构示意图。请参阅图1和图2，宏基站A预先分配得一个基本载波CC1，宏基站B分得载波CC2，宏基站C分得载波CC3，CC1、CC2和CC3均相互正交，宏基站A、B和C通过X2接口相互传递各自的载波编号信息，各自建立一张被相邻小区占用的载波列表。

假设small cell按照标号(S1—S7)的顺序加入网络，small cell的优先级按照加入网络的先后依次由高到低，每个small cell基站加入网络后，测量并读取所在的宏基站小区的系统信息，获得当前网络的基本配置信息，包括频谱池信息、所在宏基站小区的邻居基站载波列表、载波选择的顺序(本实例中，small cell基站的优先级为按照载波编号依次从低到高选择)、载波选择调整时间窗口长度等，Small cell基站可以据此确定频谱池中自己可用的空闲载波。可知此实例中small cell基站S1—S7的可用空闲载波均为{CC4—CC9}。

图3为本发明实例的网络拓扑结构示意图中的small cell基站全部加入网络后抽象出的全局干扰关系图，请参阅图3，图3显示了small cell全部加入网络后形成的全局干扰关系图，图中代表因相互干扰而无法公用相同载波的边可由每个small cell基站可以根据公式(1)确定，因此每个small cell可以在UE的测量上报的辅助下确定自己的干扰邻居，并通过接收干扰邻居的广播消息获知其第二层干扰，即干扰邻居的干扰邻居，由此建立本地干扰关系图，本地干扰关系图是图3所示全局干扰关系图的子图，以S1为例，当small cell全部加入网络后，它的本地干扰关系图如图4所示，为顶点{S1,S2,S3,S4,S5，S6}以及这些顶点所确定的边的集合。

再参阅图3，每个small cell根据图论中的“Maximal clique”理论，从本地干扰关系图中确定自己所属的“Maximal clique”,并以该clique的基数作为自己的“度”。在图论中，“Clique”是指图中两两之间均有边相连接的顶点组成的集合，“Maximal clique”是指一个不能再加入任何新节点形成一个规模更大的“团”的节点组成的集合。图3中的圈即为一个“Maximal clique”。一个顶点的“度”是它所在的最大“Maximal clique”的基数，该基数为“Maximal clique”中包含的顶点的数量。本实例中，全部small cell基站加入网络后，各个small cell基站的“度”如图3所示：S1,S2,S5,S6的“度”均为4，S3,S4的“度”均为3,S7的“度”为2。

接下来按照small cell加入网络的顺序说明每一个small cell的载波选择/重选过程：

S1首先加入网络后，会检测到自己的“度”为1，它可以占用全部可用空闲载波，即CC4～CC9；

S2加入网络后，由于和S1间存在干扰关系，会检测到自己的“度”为2，S1也会检测到自己的“度”变为2，只能使用一半数量的可用空闲载波，因此触发载波重选，根据优先级的规则(本实例为按载波编号由低到高依次选择)，S1会选择{CC4,CC5,CC6},S2因为优先级比S1低，故会避让S1，选择{CC7,CC8,CC9}；

S3加入网络后，由于没有干扰邻居，“度”为1，使用全部载波CC4～CC9；

S4加入网络后，与S3成为干扰邻居，“度”为2，S3检测到“度”变为2，触发载波重选，按载波编号顺序选择一半数量的载波，即{CC4,CC5,CC6},S4优先级低于S3，会避让S3，选择{CC7,CC8,CC9}；

S5加入网络后，与S1,S2,S3,S4均成为干扰邻居，分别与{S1,S2}以及{S3,S4}构成两个“Maximalclique”,其“度”为最大的“Maximal clique”的基数，即为3。S1,S2，S3和S4均检测到“度”变为3,只能占用个载波，各自触发载波重选，按照载波编号顺序以及优先级高低的避让规则，最终的载波选择结果将是：S1选择{CC4，CC5}，S2选择{CC6,CC7},S3选择{CC4,CC5},S4选择{CC6,CC7},S5选择{CC8,CC9}；

S6加入网络后，与S1,S2,S5均成为干扰邻居,其“度”为4，S1,S2,和S5均检测到“度”变为4，只能占用个载波，触发载波重选。S3和S4“度”没有变化，不受影响。按照载波编号顺序以及优先级高低的避让规则，最终的载波选择结果将是：S1{CC4}，S2{CC5}，S3{CC4,CC5}，S4{CC6,CC7}，S5选择{CC8},S6选择{CC6}；

S7加入网络后,与S4成为干扰邻居，其“度”为2，而S1,S2,S3,S4,S5,S6的“度”均无变化，保持载波不变，S7选择结果为{CC4,CC5,CC8},

至此本实例的small cell载波选择过程结束。

综上所述，本发明实施例提供的异构蜂窝网络同频组网时的基站频谱分配方法具有如下的有益效果：

1.本发明所述的频谱分配方法可以使网络拓扑结构动态变化的异构网络中的small cell基站进行分布式的、自主的频谱分配，以适应网络拓扑结构的动态变化，并且优化了网络中的干扰，避免邻近small cell小区之间的互相干扰。

2.本发明所述的频谱分配方法内层通过small cell之间优先级的设置使新入网的small cell对全网的影响减小到局部，外层更有载波选择调整时间窗口的限制，保障了载波选择/重选不会无限制循环，有效避免了大量信令开销。

3.本发明所述的频谱分配方法可以有效在多层异构网络中扩展应用，并不局限在两层异构网络中。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。