专利名称：用于家庭式基站干扰协调的网络系统及其干扰协调方法
技术领域：
本发明涉及一种用于家庭式基站干扰协调的网络系统及其干扰协调方法，属于无 线网络组网的技术领域。
背景技术：
随着移动互联网业务的发展，越来越多的用户业务发生于室内环境，包括住宅、办 公楼以及其他公共室内场所等。为了解决室内环境下的网络覆盖与系统容量的问题，家庭 式基站正在成为非常有吸引力和应用潜力的组网方案。目前，在国外，包括美国的Sprint 以及欧洲的Vodafone在内的运营商都已经开始向用户提供家庭式基站业务。可以预计的 是，在未来的移动通信网络中，家庭式基站将发挥更大的作用。家庭式基站是一种使用和宏基站相同的频谱资源的低功率、低成本的小型基站， 主要用于提供室内增强型覆盖，并通过现有的有线宽带接入资源(比如异步数字用户线 路ADSL)连接移动运营商的核心网。由于家庭式基站通常是由用户自行购买、安装和维护， 因此，可以节省运营商的网络运营维护成本；同时，家庭式基站能够对宏基站的业务流量进 行分流，从而进一步降低了运营商在网络扩容方面的投资。从用户角度来看，家庭式基站 能够改善移动网络的室内覆盖，提高高速数据业务的服务质量，并降低用户终端的功耗和 延长手持终端的待机时间。因此，家庭式基站对于网络运营商和用户是双赢的选择，可以预 见，它将成为一种非常具有应用前景的组网技术。对于家庭式基站而言，其与宏基站之间的干扰协调以及不同家庭式基站之间的干 扰协调是非常重要的问题，将直接影响家庭式基站的应用效果和网络整体性能。因家庭式 基站使用的频谱与宏基站相同，将形成家庭式基站与宏基站之间的跨层干扰以及相邻家庭 式基站之间的同层干扰。特别是当家庭式基站采用闭合用户群CSG(cl0Sed subscriber group)接入模式时，只有在家庭式基站注册的用户才允许接入该家庭式基站，而处于家庭 式基站覆盖范围的其他非注册用户只能接入到宏基站。此时，家庭式基站对宏基站用户的 下行以及宏基站用户对家庭式基站的上行都会造成较大的干扰，严重影响用户的通信质 量。现有的针对家庭式基站的干扰协调方案主要包括以下两种方法(1)为宏基站和家庭式基站配置正交的无线资源，并且资源的配置是半静态的，无 法适应家庭式基站的数量、位置及其工作状态(开启/关闭)的变化，无法适应家庭式基站 下的用户业务的变化，造成网络的无线资源利用率较低、无线资源的配置管理复杂，并且无 法很快地针对家庭式基站及其用户业务的改变而进行实时调整。(2)宏基站和家庭式基站实时监测其所处的无线环境，当发现在某些无线资源上 存在较大干扰时，分别主动采取干扰规避措施。由于家庭式基站的数量、位置及其工作状 态、无线信道、用户移动性和用户业务都处于动态变化，这种方法难以在短时间内获得收敛 的资源分配方案，造成用户业务质量的不稳定和不确定，并且算法本身较为复杂，尤其在不 同厂商的算法之间无法确保收敛性。
在宏小区中，各种无线资源由宏基站进行统一分配和管理，可以确保为不同的用 户分配相互正交的无线资源，避免接入到同一宏基站的不同用户之间产生干扰。然而，由于 现有的网络结构中，家庭式基站与宏基站之间不存在接口，因此宏基站无法准确、及时地获 知家庭式基站的无线资源使用状况，造成两者可能使用相同的无线资源，从而带来严重的 跨层干扰。同样的，因缺乏统一的干扰管理机制，不同的家庭式基站之间只能通过各自的独 立测量，动态调整其无线资源来规避无线干扰，也会造成用户信道质量的不稳定性和不确 定性。因此，提供一种高效、可靠的对家庭式基站的干扰进行管理和协调的网络系统架构和 接口，已经成为业内科技人员急需解决的一项新课题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于家庭式基站干扰协调的网络系统及其 干扰协调方法，不同于传统家庭式基站组网方案，本发明系统在家庭式基站与宏基站之间 增设空中接口实现信令交互，家庭式基站可以将无线资源的使用需求上报给其所归属的基 站，再由宏基站根据用户业务需求及干扰状况确定该家庭式基站可使用的无线资源。并在 此基础上提供高效、可靠的消除干扰的协调方案，确保用户业务的服务质量稳定，并提高网 络无线资源的利用率。本发明无需对用户终端进行任何修改。为了达到上述发明目的，本发明提供了一种用于家庭式基站干扰协调的网络系 统，其特征在于在家庭式基站与宏基站之间增设空中接口，用于支持其双向信令交互该空中接口的上行方向上，家庭式基站向宏基站上报该家庭式基站所覆盖小区的 包括业务负载需求、业务服务质量需求和干扰状态的各种信息，以供宏基站根据其上报消 息，并结合宏基站自身资源的使用状况、业务负载、各个家庭式基站的鉴权及签约信息，为 家庭式基站分配其所需的无线资源；该空中接口的下行方向上，宏基站将其无线资源的分配结果通知家庭式基站，使 得家庭式基站能使用该分配的无线资源为其当前用户提供服务；同时，在此期间，宏基站不 再使用相同资源，避免两者之间产生跨层干扰，提高用户通信质量；当家庭式基站的用户业务结束并通过上行的空中接口通知宏基站后，宏基站才将 原分配给家庭式基站的无线资源回收，用于自身或所覆盖区域内的其他家庭式基站。为了达到上述发明目的，本发明还提供了一种用于家庭式基站干扰协调的网络系 统的消除干扰的方法，其特征在于家庭式基站接收到用户的业务请求，并且已有的无线资 源无法满足该业务的服务质量需求时，要向其归属的宏基站发起无线资源注册更新请求； 宏基站根据家庭式基站的鉴权信息、签约等级和网络状况决定是否允许无线资源注册更 新；如果允许注册更新，则宏基站要确定并告知该家庭式基站能够使用的无线资源；在用 户业务结束前，宏基站不再使用任何已被家庭式基站注册的无线资源，避免和家庭式基站 产生相互干扰；且在用户业务执行期间，宏基站能够调整家庭式基站使用的无线资源；用 户业务结束后，家庭式基站向宏基站再次发起无线资源注册更新请求，宏基站将家庭式基 站原来注册的无线资源回收，再将回收的无线资源提供给其它家庭式基站或其自身再次使 用。本发明的技术创新特点和有益效果是(1)通过在家庭式基站与宏基站之间增添空中接口，使得家庭式基站可将其无线资源的使用需求上报给宏基站，宏基站能够对覆盖区域内的各个家庭式基站使用的无线资 源进行统一管理与协调，能够高效、可靠地避免宏基站与家庭式基站之间以及相邻家庭式 基站之间的干扰，提高用户通信质量。(2)本发明在空中接口增加了宏基站对于家庭式基站的鉴权功能和家庭式基站的 签约等级属性，前者能够避免非法家庭式基站或其他运营商的家庭式基站干扰宏基站的业 务；后者用于根据用户签约等级为不同家庭式基站分配不同的资源，有利于差异化市场运营。(3)本发明对现有终端是透明的，无需对终端进行任何改动与更换，只要对家庭式 基站和宏基站进行升级，易于被用户接受而拓展使用范围。(4)本发明使得家庭式基站的无线资源管理成为网络整体无线资源管理的有机组 成，可由宏基站进行统一管理和控制，便于形成无线资源整体管理方案，促进整个网络质量 协调发展。因宏基站只是统一管理家庭式基站可用的总体无线资源，每个家庭式基站内部 不同用户的无线资源分配是仍然由各个家庭式基站来分别管理，形成两层资源管理结构， 简洁清晰。(5)本发明方法既避免了传统的半静态干扰协调算法中，家庭式基站在业务非激 活期要占用无线资源，提高了无线资源的利用率，提升了网络系统容量；也避免了传统的分 布式干扰协调算法中的各种动态因素导致的网络参数的非收敛性，提高了用户业务质量的 稳定性。
图1是家庭式基站网络系统的干扰示意图。图2 (A)、(B)分别是现有的家庭式基站网络系统结构组成和本发明家庭式基站干 扰协调的网络系统结构组成的示意图。图3是本发明家庭式基站干扰协调的网络系统干扰协调方法操作流程图。图4为本发明网络系统干扰协调方法的两种工作模式选择示意图。图5(A)、(B)、(C)、(D)分别是本发明实施例中的无线资源分配示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明 作进一步的详细描述。参见图1，介绍本发明家庭式基站网络系统的干扰情况。图中的用户1、2、3分别接 入家庭式基站1、2、3，用户4接入宏基站。由于宏基站和家庭式基站使用相同的频段，将会 出现以下两种干扰宏基站和家庭式基站之间的跨层干扰例如，如箭头1所示，家庭式基站1的下行 信号将干扰邻近的接入宏基站的用户4的下行信号。同样，如箭头2所示，用户4的上行信 号将干扰家庭式基站1接收其所服务的用户1的上行信号。邻近的家庭式基站之间的同层干扰例如，如箭头3所示，家庭式基站2的下行信 号将干扰用户3接收家庭式基站3的下行信号。同样，如箭头4所示，用户3的上行信号将 干扰家庭式基站2接收所服务的用户2的上行信号。
为了避免上述跨层干扰和同层干扰，目前的主要解决方案是1)为宏基站和家庭 式基站半静态地配置正交的无线资源；2)宏基站和家庭式基站实时监测其所处的无线环 境，当发现在某些无线资源上存在较大干扰时，主动采取干扰规避措施。然而，如前所述，这 两种方案均存在局限和不足，故要改进之。参见图2，先说明图(A)中现有的家庭式基站网络系统的工作情况用户终端与宏 基站或家庭式基站之间的接口为标准规定的空中接口，宏基站通过标准中规定的Iu接口 直接连接移动核心网。家庭式基站则基于hternet连接至家庭式基站业务平台中的提供 安全接入功能的安全网关。家庭式基站网关位于安全网关与移动核心网之间，负责对家庭 式基站与核心网之间的信令和数据进行汇聚和转发。可以看到，现有系统中，家庭式基站 与宏基站之间不存在直接的通信接口，因而无法在两者之间对无线资源的分配使用进行协 调，家庭式基站工作于“非受控”状态，易于在家庭式基站和宏基站之间产生干扰。再介绍图(B)中本发明改进的家庭式基站的网络系统在家庭式基站和宏基站之 间增设空中接口，用于支持其双向信令交互。其中该空中接口的上行方向上，家庭式基站向宏基站上报该家庭式基站所覆盖小区的 包括业务负载需求、业务服务质量需求和干扰状态的各种信息，以供宏基站根据其上报消 息，实时掌握所覆盖区域的家庭式基站的业务负载、无线资源、干扰水平等状况，并结合宏 基站自身资源的使用状况、业务负载、各个家庭式基站的鉴权及签约信息，为家庭式基站分 配其所需的无线资源并进行动态调整，实现对干扰的统一管理，降低网络的干扰水平；该空中接口的下行方向上，宏基站将其无线资源的分配结果通知家庭式基站，使 得家庭式基站能使用该分配的无线资源为其当前用户提供服务；同时，在此期间，宏基站不 再使用相同资源，避免两者之间产生跨层干扰，提高用户通信质量；当家庭式基站的用户业务结束并通过上行的空中接口通知宏基站后，宏基站才将 原分配给家庭式基站的无线资源回收，用于自身或所覆盖区域内的其他家庭式基站。这样， 家庭式基站工作于“受控”状态。需要注意的是，本发明网络系统的改变对于用户终端是透 明的，因而无需要对用户终端进行升级。本发明用于家庭式基站干扰协调的网络系统的干扰协调的方法是家庭式基站接 收到用户的业务请求，并且已有的无线资源无法满足该业务的服务质量需求时，要向其归 属的宏基站发起无线资源注册更新请求；宏基站根据家庭式基站的鉴权信息、签约等级和 网络状况决定是否允许无线资源注册更新；如果允许注册更新，则宏基站要确定并告知该 家庭式基站能够使用的无线资源；在用户业务结束前，宏基站不再使用任何已被家庭式基 站注册的无线资源，避免和家庭式基站产生相互干扰；且在用户业务执行期间，宏基站能够 调整家庭式基站使用的无线资源；用户业务结束后，家庭式基站向宏基站再次发起无线资 源注册更新请求，宏基站将家庭式基站原来注册的无线资源回收，再将回收的无线资源提 供给其它家庭式基站或其自身再次使用。参见图3，介绍本发明方法的各个操作步骤(1)接入家庭式基站的用户向家庭式基站发起新的业务请求。(2)家庭式基站根据该业务属性和参数，判断已获得注册的无线资源是否能够满 足该业务的服务质量需求；如果能够，则无需更新其无线资源，结束该流程；否则，通过空 中接口向其归属的宏基站发起无线资源注册更新请求。
为减小家庭式基站的实时业务的接入时延，本发明宏基站为每个家庭式基站预留 部分无线资源，提供给其实时业务和非实时业务的初始阶段使用；这样，当家庭式基站用户 发起实时业务时，因其已分配获得部分资源而无需向宏基站申请额外的无线资源，从而降 低业务的接入时延。(3)宏基站对家庭式基站进行鉴权认证，如果通过认证，则执行后续步骤；否 则，返回无线资源注册更新的拒绝消息，指明拒绝原因，使得家庭式基站无法获得可用无线 资源，无法为接入用户提供业务。(4)宏基站判断家庭式基站已获得注册的无线资源是否已超过签约等级。如果未 超过，则执行后续步骤(5)；否则，返回无线资源注册更新的拒绝消息，指明拒绝原因，使得 家庭式基站只能使用原有无线资源为用户提供业务。(5)宏基站判断本小区是否还有剩余无线资源能够提供家庭式基站注册使用，如 果还有剩余无线资源，则执行后续步骤(6)；否则，返回无线资源注册更新的拒绝消息，指 明拒绝原因，使得家庭式基站只能使用原有无线资源为用户提供业务。特别需要说明的是上述三个步骤(3)、⑷和(5)的操作时序没有严格限定，可以 根据情况进行相应调整。(6)宏基站为家庭式基站分配新的可用的无线资源，并通过空中接口通知家庭式
基站；(7)家庭式基站在原有已注册的无线资源基础上，加上新分配的无线资源，对其所 有无线资源进行重新分配，并使用重新分配的无线资源为用户提供业务；(8)用户业务结束后，家庭式基站向宏基站发起无线资源注册更新请求要求对 已结束的业务所对应的无线资源取消注册；(9)宏基站将家庭式基站刚才注册的无线资源回收，以供其它家庭式基站或宏基 站自身再次使用。参见图4，为了扩大移动业务覆盖范围或者补盲等目的，在某些宏基站无法覆盖的 区域使用家庭式基站时，家庭式基站加电启动后，应首先对所配置的频段进行扫描，如果发 现处于宏基站覆盖范围内，就进入无线资源由宏基站统一管理的“受控”模式，即顺序执上 述步骤(1) (9)；如果发现未处于宏基站覆盖范围内，则转入特殊的“非受控”模式因 此时不存在家庭式基站与宏基站之间的跨层干扰，只要规避可能存在的相邻家庭式基站之 间的同层干扰，即该家庭式基站的无线资源分配要基于自身动态的实时监测而进行相应调 離
iF. ο本发明已经进行了多次实施试验，下面参见图5所示的实施例具体说明本发明方 法的各操作步骤。假定用户2和用户4已分别接入家庭式基站2和宏基站，并分得正交的 无线资源(如图5(A)所示)。此时，用户3准备发起业务。(1)用户3向家庭式基站3发起业务请求；(2)家庭式基站3根据用户3的业务属性和参数判断已获得注册的无线资源是否 能够满足用户3的业务的服务质量需求。因家庭式基站3尚未获得足够的无线资源来向用 户3提供业务，因而需要发起无线资源注册更新请求；(3)家庭式基站3向宏基站发起无线资源注册更新请求；(4)宏基站先判断家庭式基站3是否合法。本实施例中的家庭式基站3为合法的，故继续执行以下步骤；(5)宏基站判断家庭式基站3已获得注册的无线资源是否已超过签约等级。本实 施例中假定未超过其签约等级，故继续以下步骤；(6)宏基站判断本小区是否还有剩余无线资源可供家庭式基站3注册使用。本实 施例中假定还有剩余资源，故继续以下步骤；(7)宏基站为家庭式基站3分配新的可用无线资源。由于家庭式基站3与家庭式 基站2距离较近，为避免二者之间的干扰，宏基站为家庭式基站3分配与家庭式基站2正交 的无线资源。因宏基站如何获得家庭式基站之间的干扰关系并进行资源分配的方法属于现 有技术，此处不再赘述。然后，宏基站将资源分配的结果通知家庭式基站3(如图5(B)所 示)；(8)家庭式基站3使用获得的无线资源为用户3提供业务；(9)用户1向家庭式基站1发起业务请求，其操作内容类似于步骤(2) (7)，由 宏基站为家庭式基站1分配无线资源。由于家庭式基站1与家庭式基站3距离较远，可以 重用相同的无线资源，以提高系统资源利用率。宏基站将资源分配的结果通知家庭式基站 1(如图5(C)所示)；(10)三个用户1、2、3的业务结束，各家庭式基站分别向宏基站发起无线资源注册 更新请求，对已经结束的业务所对应的无线资源取消注册；(11)宏基站将家庭式基站原来注册的无线资源回收，回收的无线资源可供其它家 庭式基站或者本宏基站再次使用(如图5(D)所示)。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
权利要求
1.一种用于家庭式基站干扰协调的网络系统，其特征在于在家庭式基站与宏基站之 间增设空中接口，用于支持其双向信令交互该空中接口的上行方向上，家庭式基站向宏基站上报该家庭式基站所覆盖小区的包括 业务负载需求、业务服务质量需求和干扰状态的各种信息，以供宏基站根据其上报消息，并 结合宏基站自身资源的使用状况、业务负载、各个家庭式基站的鉴权及签约信息，为家庭式 基站分配其所需的无线资源；该空中接口的下行方向上，宏基站将其无线资源的分配结果通知家庭式基站，使得家 庭式基站能使用该分配的无线资源为其当前用户提供服务；同时，在此期间，宏基站不再使 用相同资源，避免两者之间产生跨层干扰，提高用户通信质量；当家庭式基站的用户业务结束并通过上行的空中接口通知宏基站后，宏基站才将原分 配给家庭式基站的无线资源回收，用于自身或所覆盖区域内的其他家庭式基站。
2.一种用于家庭式基站干扰协调的网络系统的干扰协调的方法，其特征在于家庭式 基站接收到用户的业务请求，并且已有的无线资源无法满足该业务的服务质量需求时，要 向其归属的宏基站发起无线资源注册更新请求；宏基站根据家庭式基站的鉴权信息、签约 等级和网络状况决定是否允许无线资源注册更新；如果允许注册更新，则宏基站要确定并 告知该家庭式基站能够使用的无线资源；在用户业务结束前，宏基站不再使用任何已被家 庭式基站注册的无线资源，避免和家庭式基站产生相互干扰；且在用户业务执行期间，宏基 站能够调整家庭式基站使用的无线资源；用户业务结束后，家庭式基站向宏基站再次发起 无线资源注册更新请求，宏基站将家庭式基站原来注册的无线资源回收，再将回收的无线 资源提供给其它家庭式基站或其自身再次使用。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述方法包括下列操作步骤(1)接入家庭式基站的用户向家庭式基站发起新的业务请求；(2)家庭式基站根据该业务属性和参数，判断已获得注册的无线资源是否能够满足该 业务的服务质量需求；如果能够，则无需更新其无线资源，结束该流程；否则，通过空中接 口向其归属的宏基站发起无线资源注册更新请求；(3)宏基站对家庭式基站进行鉴权认证，如果通过认证，则执行后续步骤(4)；否则，返 回无线资源注册更新的拒绝消息，指明拒绝原因，使得家庭式基站无法获得可用无线资源， 无法为接入用户提供业务；(4)宏基站判断家庭式基站已获得注册的无线资源是否已超过签约等级。如果未超过， 则执行后续步骤(5)；否则，返回无线资源注册更新的拒绝消息，指明拒绝原因，使得家庭 式基站只能使用原有无线资源为用户提供业务；(5)宏基站判断本小区是否还有剩余无线资源能够提供家庭式基站注册使用，如果还 有剩余无线资源，则执行后续步骤(6)；否则，返回无线资源注册更新的拒绝消息，指明拒 绝原因，使得家庭式基站只能使用原有无线资源为用户提供业务；(6)宏基站为家庭式基站分配新的可用的无线资源，并通过空中接口通知家庭式基站；(7)家庭式基站在原有已注册的无线资源基础上，加上新分配的无线资源，对其所有无 线资源进行重新分配，并使用重新分配的无线资源为用户提供业务；(8)用户业务结束后，家庭式基站向宏基站发起无线资源注册更新请求要求对已结束的业务所对应的无线资源取消注册；(9)宏基站将家庭式基站刚才注册的无线资源回收，以供其它家庭式基站或宏基站自 身再次使用。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述方法为减小家庭式基站的实时业务 的接入时延，宏基站为每个家庭式基站预留部分无线资源，用于提供实时业务和非实时业 务的初始阶段使用；这样，当家庭式基站用户发起实时业务时，因其已分配获得部分资源而 无需向宏基站申请额外的无线资源，从而降低业务的接入时延。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述方法中的步骤(3)、(4)和(5)的操 作时序没有严格限定，能够根据情况进行相应调整。
6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述方法进一步包括下列操作内容 家庭式基站加电启动后，先扫描其所配置的频段；如果发现处于宏基站覆盖范围内，则进入 无线资源由宏基站统一管理的“受控”模式，即顺序执行步骤⑴ (9)；如果发现未处于宏 基站覆盖范围内，则转入特殊的“非受控”模式因此时不存在家庭式基站与宏基站之间的 跨层干扰，只要规避可能存在的相邻家庭式基站之间的同层干扰，即该家庭式基站的无线 资源分配要基于自身动态的实时监测而进行相应调整。
全文摘要
一种用于家庭式基站的干扰协调的网络系统及其协调干扰的方法，该系统的改进之处是在家庭式基站与归属网络的宏基站之间增设空中接口，用于支持其双向信令交互，以便宏基站对其覆盖范围内的各个家庭式基站所使用的无线资源进行统一分配和管理，有利于对宏基站与家庭式基站之间的跨层干扰以及归属于同一宏基站的相邻家庭式基站之间的同层干扰进行干扰协调，以降低网络的干扰水平，提高用户的通信质量和业务满意率，同时还能够提高小区资源的空间利用率，提高小区业务容量，并且实现宏基站对家庭式基站的鉴权、业务等级、无线资源的管理。
文档编号H04W72/04GK102131200SQ20111004984
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月2日 优先权日2011年3月2日
发明者张翔, 彭木根, 李勇, 王文博 申请人:北京邮电大学