Lte异构网络下基于部分频率复用的灵活频谱分配方法
【专利摘要】本发明公开了LTE异构网络下基于部分频率复用的灵活频谱分配方法。该方法中，宏小区覆盖划分为中心区域和分成N块的边缘区域；中心区域的宏用户被一个分配子频带，边缘区域的宏用户被分配N个子频带；家庭基站给调用频谱分配信息的计时器赋初值TM，开始计时；判断计时器的值TM是否为0；如果计时器的值不为0，调用基于频谱数据库的部分频率复用算法；如果计时器的值为0，说明基于频谱数据库的部分频率复用算法运行不成功，则调用基于频谱感知的部分频率复用算法。本发明有效抑制了小区内以及相邻小区间的干扰，提高了每个单元小区的频谱效率和小区边缘用户的吞吐量，减小了基站的维护工作量和基站建设投资，增强了基站对环境的适应能力。
【专利说明】
LTE异构网络下基于部分频率复用的灵活频谱分配方法
技术领域
[0001]本发明涉及LTE异构网技术领域，具体涉及LTE异构网络下基于部分频率复用的灵活频谱分配方法。
【背景技术】
[0002]LTECLong Term Evolut1n，长期演进)是由3GPP组织制定的第三代移动通信技术标准的长期演进，LTE技术的成熟和应用，为移动通信性能的提升提供了更多的可能。
[0003]随着移动通信技术的不断发展，业务分布的不均匀性已经越来越明显，大部分的通信业务量集中于室内和室外的热点地区，传统的同构网络已经不能满足人们的需求，因此，异构网络技术得到了广泛应用。异构网络构架是指在传统基站覆盖的宏小区范围内，根据需求部署一个或者多个低发射功率的微小区基站，用于小范围的热点覆盖等。这些微小区基站与宏基站共享移动通信系统的专用频段，从而可以提高系统整体频谱利用率。但是由于引入了低功率节点，使得异构网中的干扰除了相邻小区基站之间的干扰，还有同一小区间宏基站与微基站之间的干扰，网络内干扰变得更加复杂。所以，抑制异构网络小区内的干扰意义重大。
[0004]针对LTE异构网中的干扰问题，近年来有很多解决方案，例如部分频率复用方案，认知无线电技术等。
[0005]在一种部分频率复用技术中，基站根据用户与基站的距离和信干噪比(Signal toInterference and Noise Rat1，SINR)将用户分为小区中心用户和小区边缘用户。对于小区中心的用户，其信道状况比较好，且本身对其他小区干扰不大，可为其分配FRF(频率复用因子)为I的复用频率集;对于小区边缘的用户，其距离基站较远，信道状况较差，但其对其他小区处于相同频率的用户干扰较大，可以为其分配FRF为N( N>=1，例如FFR-3模式中N取3 )的复用频率集。显然，FRF越大频率复用的程度就越低，小区间的干扰就越小;反之，频率复用的程度就越高，小区间干扰就越大。
[0006]近年来，随着移动通信网络的迅速扩展，基站维护的工作量越来越大，给维护工作带来了更大的压力，需要基站设备具有环境自适应的能力。认知无线电技术作为一种移动通信技术，使得通信设备具有无线环境认知的能力，是增强基站设备环境自适应力的理想解决方案。
[0007]认知无线电(Cognitive Rad1，CR)概念由Joseph Mitola博士提出，其主导思想是实现伺机的动态频谱接入，即非授权用户(也称次用户或认知用户)通过检测，机会性地接入已分配给授权用户(或主用户)但暂时很少使用甚至未被使用的空闲频段，一旦主用户重新接入该频段，次用户迅速腾出信道。其基本出发点是在不影响授权频段正常通信的基础上，使具有认知功能的无线通信设备可以按照某种“机会方式(Opportunistic Way)”接入授权的频段内，并动态地利用频谱。这种在空域、时域和频域出现的可以被利用的频谱资源称为“频谱空穴(Spectrum Holes)”。认知无线电的核心思想就是使用无线通信设备具备发现“频谱空穴”并将其合理利用的能力，从而实现时间、频率和空间上频谱的多维复用，极大地提高频谱利用率。
[0008]频谱感知是认知无线电的最基本技术，是指认知用户通过各种信号检测和处理手段来获取无线网络中的频谱使用信息，其核心思想是为了帮助femtocell在不需要和macrocell交互信息的情况下，获得周围宏用户的频谱占用信息。无线资源数据库是指通过中央频谱数据库下发频谱信息，不需要频谱感知，设备只需要接入频谱数据库和获得所需的无线环境信息。在这种情况下，通过控制信道进行接入和获取数据库中的环境信息，可以满足认知节点的工作要求。作为认知无线电发展出来的最新技术，无线环境地图(Rad1Environmental Maps，REMs)是指将频谱感知和无线资源数据库相结合，提供一个灵活的、模块化的概念:REM后端技术，该技术能用于建立频谱数据库。REM后端需要提供大量的机制和算法来收集、处理、存储和取回不同种类的无线环境数据和现场测量数据。
【发明内容】
[0009]本发明针对LTE异构网中跨层干扰的问题和现有FFR技术的不足，通过引入认知无线电技术，将认知无线电技术与FFR技术结合，提出了一种基于部分频率复用的灵活频谱分配方法。本发明提出的方法复杂度低，易操作，可以有效减小基站的维护工作量和基站建设投资，增强了基站对环境的适应能力。
[0010]LTE异构网络下基于部分频率复用的灵活频谱分配方法，按照基于频谱数据库和频谱感知来划分。其实现步骤如下:
(I)设在蜂窝移动通信系统中，每个小区都是正六边形的。宏小区覆盖划分为中心区域和分成N块的边缘区域(N取I，2，3…….)。中心区域的宏用户(即宏用户位于小区优化的中心区域半径内)被分配子频带J1，边缘区域的宏用户相应被分配N个子频带J2、J3、-_JN+1。宏小区中所有可用的频带的集合为J=IJi，J2，…，jN+l}o
[0011](2)家庭基站给调用频谱分配信息的计时器赋初值Tm，开始计时。
[0012](3)判断计时器的值Tm是否为O。
[0013](4)如果计时器的值不为0，调用基于频谱数据库的部分频率复用算法。
[0014](5)如果计时器的值为0，说明基于频谱数据库的部分频率复用算法运行不成功，则调用基于频谱感知的部分频率复用算法。
[0015]进一步地，步骤(4)具体包括:
(4a)家庭基站发送频谱接入请求给频谱数据库；
(4b)频谱数据库响应请求信息；
(4c)家庭基站上报位置信息给频谱数据库；
(4d)频谱数据库根据上报的位置信息判断家庭基站对应的子带区域编号(即确认家庭基站位置对应Cl?CN或EI?EN中的某个区域，其中C表示小区中心区域，E表示边缘区域)；
(4e)频谱数据库调用对应子带区域编号所对应的频带分配信息，下发给家庭基站； (4f)家庭基站按照频谱信息配置频谱参数；
(4g)家庭基站完成频谱分配。
[0016]进一步地，步骤(5)中，家庭基站会检测相邻宏小区信号，然后估计每个子频带接收到的信号强度指示(received signal strength indicat1n，RSSI)，根据实际的基站部署情况，设定小区中心区域的阈值T。和小区边缘区域的阈值I。然后实施分布式算法。具体包括:
(5a)对于任意一个家庭基站f，初始化J赋值给Ju(Ju表示家庭基站可用的频带)；
(5b)所有频带的RSSI值相应地表示为R={Ri，i=l,...,N+1}；
(5c)判断家庭基站f的位置，如果子带Jj^RSSI值最高，SPR1最大，那么家庭基站f位于中心区域，否则(即子带J^RSSI值不是最高)，家庭基站f位于边缘区域。然后将所有的化与阈值T(当家庭基站位于中心区域时，Τ=Τ。；当家庭基站位于边缘区域时，T=Te3)进行比较，如果仏小于Τ，则令标识符I1=I,反之I1=O,然后将所有I1=I对应的频带集合构成家庭基站可用的频带Ju JPJu=Ui I Ii=I，i=l ,...,Ν+1}；
(5d)家庭基站完成频谱分配。
[0017]与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果:本发明复杂度低，能有效抑制小区内以及相邻小区间的干扰，提高每个单元小区的频谱效率和小区边缘用户的吞吐量，提升了整个系统的性能，减小了基站的维护工作量和基站建设投资，增强了基站对环境的适应能力。
【附图说明】
[0018]图1a?图1c为实例中部分频率复用示意图。
[0019]图2为实例中总的分配方法流程图。
[0020]图3为基于宏基站频谱数据库的部分频率复用算法流程图。
[0021 ]图4为基于频谱感知的部分频率复用算法流程图。
【具体实施方式】
[0022]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
[0023]参照图1a?图1c，本发明的具体实现如下:
如图la，设在蜂窝移动通信系统中，每个小区都是正六边形的。宏小区覆盖划分为中心区域和分成3块的边缘区域。中心区域的宏用户(即宏用户位于小区优化的中心区域半径内)被分配子频带(Macro)a，边缘区域的宏用户被分配3个子频带(Macro)b、c和d，如图lb、图1(:。宏小区中所有可用的频带的集合为>{&，13，(3，(1}。如图1(3，家庭基站在小区边缘区域El可用的频带(Femto)为{a,c，d}，在中心区域Cl可用的频带为{c，d}。
[0024]参照图2，本实例的具体实现如下:
家庭基站给调用频谱分配信息的计时器赋初值Tm，开始计时。判断计时器的值Tm是否为O。如果计时器的值不为0，调用基于频谱数据库的部分频率复用算法。如果计时器的值为0，说明基于频谱数据库的部分频率复用算法运行不成功，则调用基于频谱感知的部分频率复用算法。
[0025]参照图3，本实例的具体实现步骤如下:
(1)家庭基站发送频谱接入请求给频谱数据库；
(2)频谱数据库响应请求信息；
(3)家庭基站上报位置信息给频谱数据库； (4)频谱数据库根据上报的位置信息判断家庭基站对应的子带区域编号(即确认家庭基站位置对应Cl?CN或EI?EN中的某个区域，其中C表示小区中心区域，E表示边缘区域)；
(5)频谱数据库调用对应子频带区域编号所对应的子带分配信息，下发给家庭基站(例如，取N=3时，如图1，当家庭基站位于边缘区域El时，对应的频带分配信息为使用子带a、c或d，排除b;当家庭基站位于中心区域Cl时，对应的频带信息为c或d，避免使用子带a和b)；
(6)家庭基站按照频谱信息配置频谱参数；
(7)家庭基站完成频谱分配。
[0026]参照图4，家庭基站会检测相邻宏小区信号，然后估计每个子频带接收到的信号强度指示(received signal strength indicat1n，RSSI)，根据实际的基站部署情况，设定小区中心区域的阈值T。和小区边缘区域的阈值Te。然后实施分布式算法。具体算法如下:
(1)对于任意一个家庭基站f，初始化J赋值给Ju(Jli表示家庭基站可用的频带)；
(2)所有频带的RSSI值相应地表示为R={Ri，i=l,...,N+1}；
(3)判断家庭基站f的位置，如果子带Jj^RSSI值最高，SPR1最大，那么家庭基站f位于中心区域，否则(即子带J^RSSI值不是最高)，家庭基站f位于边缘区域。然后将所有的化与阈值T(当家庭基站位于中心区域时，Τ=Τ。；当家庭基站位于边缘区域时，T=Te3)进行比较，如果仏小于Τ，则令标识符I1=I,反之I1=O,然后将所有I1=I对应的频带集合构成家庭基站可用的频带Ju JPJu=Ui I Ii=I，i=l ,...,Ν+1}；
(4)家庭基站完成频谱分配。
[0027]以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本
【发明内容】
和原理后，都可能在不背离发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1.LTE异构网络下基于部分频率复用的灵活频谱分配方法，按照基于频谱数据库和频谱感知来划分，其特征在于包括如下步骤: (1)设在蜂窝移动通信系统中，每个小区都是正六边形的；宏小区覆盖划分为中心区域和分成N块的边缘区域，N为正整数；中心区域的宏用户被分配子频带J1，边缘区域的宏用户被分配N个子频带J2、J3、…JN+1;宏小区中所有可用的频带的集合为J= {J1，J2，…，Jn+i}; (2)家庭基站给调用频谱分配信息的计时器赋初值Tm，开始计时； (3)判断计时器的值Tm是否为O; (4)如果计时器的值不为O，调用基于频谱数据库的部分频率复用算法； (5)如果计时器的值为O，说明基于频谱数据库的部分频率复用算法运行不成功，则调用基于频谱感知的部分频率复用算法。2.权利要求1所述的LTE异构网络下基于部分频率复用的灵活频谱分配方法，其特征在于步骤(4)按如下规则进行: (4a)家庭基站发送频谱接入请求给频谱数据库； (4b)频谱数据库响应请求信息； (4c)家庭基站上报位置信息给频谱数据库； (4d)频谱数据库根据上报的位置信息判断家庭基站对应的子带区域编号，即确认家庭基站位置对应Cl?CN或EI?EN中的某个区域，其中C表示小区中心区域，E表示边缘区域； (4e)频谱数据库调用对应子带区域编号所对应的频带分配信息，下发给家庭基站； (4f)家庭基站按照频谱信息配置频谱参数； (4g)家庭基站完成频谱分配。3.根据权利要求1所述的LTE异构网络下基于部分频率复用的灵活频谱分配方法，其中步骤(5)按如下规则进行: 家庭基站会检测相邻宏小区信号，然后估计每个子频带接收到的信号强度指示(received signal strength indicat1n，RSSI)，根据实际的基站部署情况，设定小区中心区域的阈值T。和小区边缘区域的阈值Te3;然后实施分布式算法，具体算法如下: (5a)对于任意一个家庭基站f，初始化J赋值给Ju，Ju表示家庭基站可用的频带； (5b)所有频带的RSSI值相应地表示为R={Ri，i=l，…，N+1}； (5c)判断家庭基站f的位置，如果子带Jj^RSSI值最高，SPR1最大，那么家庭基站f位于中心区域，否则即子带Jj^RSSI值不是最高，家庭基站f位于边缘区域;然后将所有的R1与阈值T进行比较，如果Ri小于T，则令标识符Ii=I，反之Ii=O，当家庭基站位于中心区域时，T=Tc;当家庭基站位于边缘区域时，T=Te，然后将所有I1=I对应的频带集合构成家庭基站可用的频带Ju，即Ju=Ui I Ii=I, i=l ,...,N+1}； (5d)家庭基站完成频谱分配。
【文档编号】H04W72/04GK106060832SQ201610447094
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】胡斌杰, 艾佳, 魏纵横
【申请人】华南理工大学