CN102026167A

CN102026167A - 一种无线通信系统异构网络的自动邻区关联方法

Info

Publication number: CN102026167A
Application number: CN2010102978398A
Authority: CN
Inventors: 纪子超; 刘为
Original assignee: New Postcom Equipment Co Ltd
Current assignee: New Postcom Equipment Co Ltd
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2030-09-29
Also published as: CN102026167B

Abstract

本发明提供了一种无线通信系统异构网络的自动邻区关联方法。通过本发明，在异构网络环境中，基站依然能够在ANR的过程中正确地获得邻区基站的ID，从而成功构造邻区关系而无需人工配置。该方法无需修改空口信令，因而不存在向后兼容问题，也不会增加空口信令开销。同时，基站ID的选择独立于空口标识，因此基站选择空口标识时无需受限于基站类型，可以纯粹按照物理层的需要进行选取。此外，本方法不仅适用于通常的接入网节点，而且也适用于其他没有空口的接入网节点，从而大大减少了设计成本。

Description

一种无线通信系统异构网络的自动邻区关联方法

技术领域

本发明涉及一种宏小区(Macro cell，以下简称Mcell)与毫微微小区(Femto cell，以下简称Fcell)混合组网的异构无线通信网络(Heterogeneous Networks)，特别涉及一种用于异构无线通信网络中的基站间自动邻区关联(Automatic Neighbor Relation，以下简称ANR)的方法。

背景技术

一般来说，Mcell是指宏蜂窝基站小区，其覆盖区域最大可达数十公里，而Fcell一般是指在无线通信系统中信号覆盖范围很小的小区。在3GPP长期演进(Long-Term Evolution，以下简称LTE)系统中，一个Mcell的基站被定义为演进型节点B(evolved Node B，以下简称eNB)，而一个Fcell的基站被定义为家庭eNB(Home eNB，以下简称HeNB)，又称家庭基站。在下一代无线通信系统设计中，自组织网络(Self-Organization Networks，以下简称SON)功能是运营商看重的一个重要部分，其包含的ANR功能使得基站能够指示用户设备(UserEquipment，以下简称UE)上报相邻小区的小区标识，例如物理小区标识(Physical Cell Identifier，以下简称PCI)、小区全局标识(Cell Global Identifier，以下简称CGI)等，并可根据上报的各小区标示推断出相邻小区的基站的唯一标示(ID)，以自动获取周围小区的邻区关系，并可根据上报的各小区标识推断出相邻小区的基站的唯一标识(ID)，从而无需手工配置即可自动建立一个邻区关系表(Neighbor Relationship Table，以下简称NRT)，完成与相邻小区的基站建立连接。例如，应用LTE系统的ANR功能，基站可通过UE上报的E-CGI(E-UTRAN Cell Global Identifier，以下简称E-CGI)，推断相邻小区的基站的ID，从而建立NRT并与相邻小区的基站建立X2连接(参见文献1：3GPPTS 36.300，Overall description，V9.4.0)。

然而，在Fcell与Mcell混合组网的LTE异构网络中，上述现有的ANR功能将无法工作。例如，在LTE系统中，由于HeNB的eNB-ID长度为28比特位，而一般eNB的eNB-ID是20比特位，eNB在得到UE上报的E-CGI后，需要先判断该邻区的类别(是一个Fcell还是一个Mcell)，然后才能选择使用28比特位或20比特位的eNB-ID(参见文献2：3GPP TS 36.413，S1 Application Protocol(S1AP)，V9.3.0)。但是在当前规范中，UE上报的信息中并不包含小区类型(参见文献3：3GPP TS 36.331，Radio Resource Control(RRC)，V9.3.0)，因此eNB将无法区分该邻区的类型，从而导致现有的ANR功能失效。

这个问题可以通过增加UE上报信息或对PCI进行分区两种方法部分解决(参见文献4：R3-102282，“Inbound Mobility to HeNB open cells and macro CSG cells”，Alcatel-Lucent，3GPP TSG-RAN WG3 #69，July，2010)。然而，增加UE上报信息的方法将增加空口的信令开销，而且该方法还存在向后兼容的问题。另一方面，PCI分区的方法已经用于闭合用户群(Closed Subscriber Group，以下简称CSG)与非CSG的区分，如果将它应用于小区类型划分，则需要将PCI再进一步细分。考虑到可用的PCI数量是非常有限的(例如LTE系统只有504个)，过多、过细的划分将大大缩小基站可选PCI的范围，从而降低了基站的小区间抗干扰能力，增加了PCI混淆(PCI confusion)(参见文献1：3GPP TS 36.300，Overall description，V9.4.0)的概率。此外，上述两个方案都依赖于空口信令(UE上报的方法需要基站广播其相应的基站类型，而PCI分区的方法依赖于基站在空口上使用的PCI)，因而均不适用于没有空口的接入网内的节点，例如HeNB网关(HeNBGateway，以下简称HeNB GW)。

针对现有方案存在的问题，本发明提供了一种新的ANR方法，在支持异构网络中的基站自组织功能的同时，克服了已有方法的存在缺陷。

发明内容

按照本发明提供的方法，需要先将小区标识(Cell Identity，以下简称小区ID)进行分区。将总共S比特位长的ID空间分成两个码空间(短码区以及长码区)：短码区用于Mcell等需要使用M比特位长的ID的基站，长码区则用于Fcell等需要使用N比特位长的ID的基站，其中L_L以及L_S由分区方法决定，M＜N，且M，N，S的值取决于具体系统。以LTE系统为例(在LTE系统中S＝N＝28，M＝20)，短码区内的ID空间将被用于Mcell等需要使用20比特位ID的基站的小区ID，对应基站的eNB-ID则为该小区ID的前20比特位(如图1所示)；而长码区内的ID空间则可以直接作为HeNB等需要使用28比特位ID的基站的eNB-ID(如图2所示)。

在此基础上，本发明进一步提供了基站ID以及小区ID的分区方法：

方法一：单层分区法。将M比特位长的二进制空间分成A、B两个子空间，两空间的容量分别为L_A与L_B，且L_A+L_B＝2^M。L_A与L_B的容量取决于网络部署时期对该网络内将存在的不同类型基站的数量的预计值，典型情况下，二者有如下关系：L_B＝2^K，L_A＝2^M-2^K，L_B＜L_A，K＜M。然后，将每一个子空间扩充到N比特位长，分别构成上述长码区以及短码区，容量分别为L_L与L_S，其中，d＝N-M，L_L＝2^d·L_A，L_S＝2^d·L_B，L_L+L_S＝2^N。

例如，在LTE系统中，M＝20，N＝28。预计宏基站的数量大约为10万个，若取K＝17，可得到接近10万个的数值2¹⁷＝131072，满足要求。然后可将20比特位长的二进制空间分成两部分：

1.子空间A：在该子空间内，每一个20比特位ID的第18、19及20比特位不全为0。

2.子空间B：在该子空间内，每一个20比特位ID的第18、19及20比特位固定为0。小区ID空间位图(如图3所示)。根据上述分区方法，可得到两个容量分别为L_B＝2¹⁷，L_A＝(2²⁰-2¹⁷)的子空间。接下来，将A、B子空间分别扩充到28比特位长，可形成容量为L_S＝2²⁵的短码区以及容量为L_L＝(2²⁸-2²⁵)的长码区。

方法二：多层分区法。上述单层分区法虽然简单，但存在ID利用率低的缺点。例如，在上述例子中，该方法将为每个宏基站预留2⁸＝256个小区。然而，实际组网时，很少存在占用256个小区的宏基站。因此，可以考虑对短码区进一步细分。具体地说，在从上述单层分区法得到的容量分别为L_A、L_B的A、B两个子空间的基础上，可将子空间B进一步划分成B-1(容量为L_B-1)和B-2(容量为L_B-2)两个部分。L_B-1与L_B-2的大小仍然取决于对网络内将存在的不同类型基站的数量的预计值。典型情况下，二者满足如下关系：L_B-1＝2^J，L_B-2＝L_B-2^J，J＜K。然后，进一步细分：

1)将A子空间扩充到N位用于长码区，容量为L_A′＝2^d·L_A，其中d＝N-M；

2)将B-1子空间扩充到N位用于短码区，容量为L_B-1′＝2^d·L_B-1；

3)将B-2子空间扩充到N位后(容量为L_B-2′＝2^d·L_B-2)，再分成Q-1以及Q-2两部分，其中；

a)Q-1子空间用于短码区，容量为L_Q-1＝2^I·L_B-2，其中I＜d取决于需要为Mcell预留的小区数；

b)Q-2子空间用于长码区，容量为L_Q-2＝L_B-2′-L_Q-1；

6)最后得到的长码区的容量为L_L＝L_A′+L_Q-2，短码区的容量为L_S＝L_B-1′+L_Q-1。

下面仍以上述单层分区法中的例子具体说明如下。在得到两个容量分别为L_B＝2¹⁷，L_A＝(2²⁰-2¹⁷)的两个子空间的基础上：

1)假设取J＝15，将空间B分成B-1及B-2两部分，其中L_B-1＝2¹⁵，L_B-2＝(2¹⁷-2¹⁵)；

2)进一步地，将B-2子空间扩充到28比特位后再分成Q-1以及Q-2两部分。假设需要为宏基站预留128个小区(即I＝7，2^I＝128)，则Q-1分区内的每一个ID的第21位可固定设置为0，即得到Q-1和Q-2两个子分区的容量分别为L_Q-1＝(2¹⁷-2¹⁵)×2⁷＝(2²⁴-2²²)，L_Q-2＝(2¹⁷-2¹⁵)×2⁷＝(2²⁴-2²²)。最终可得到容量为L_S＝(2²³+2²⁴-2²²)的短码区，以及容量为L_L＝(2²⁸-2²⁵+2²⁴-2²²)的长码区。

Fcell的基站接入网络有两种形式，一种是连接到网关(例如，HeNB连接到HeNB GW)；另一种是不通过网关，直接连接到核心网。从传统的角度看，不管是哪一种连接方式，基站都需要通过连接到网络管理和维护(以下简称OAM)系统获取基站ID以及小区ID。然而，这意味着需要运营商大量的前期配置工作，以保证基站可分配到合适的基站ID以及小区ID。按照本发明提供的方法，如果基站接入的是网关，则可以由网关动态地为基站分配基站ID以及小区ID。具体实施时，可在基站初始化接入到网关时，由网关从当前空闲的小区ID中为基站分配ID(例如，HeNB GW可以通过S1接口为HeNB分配ID)，从而既减少了运营商的预配置工作，也可以支持动态而灵活的ID分配方式。

按照本发明提供的方法，在ANR的过程中，基站收到UE上报的CGI后，解出里面的小区ID，再根据该小区ID属于哪个分区来判断相邻小区的基站的类型。如果该小区ID属于长码区，则认为相邻小区是一个Fcell；如果该小区ID属于短码区，则认为相邻小区是一个Mcell。

通过上述过程，在异构网络环境中，基站依然能够在ANR的过程中正确地获得邻区基站的ID，从而成功构造邻区关系而无需人工配置。该方法无需修改空口信令，因而不存在向后兼容问题，也不会增加空口信令开销。同时，基站ID的选择独立于空口标识，因此基站选择空口标识(如PCI)时无需受限于基站类型，可以纯粹按照物理层的需要(例如，出于干扰抑制的目的)进行选取。此外，本方法不仅适用于通常的接入网节点(如基站)，而且也适用于其他没有空口的接入网节点(如HeNB GW)，从而大大减少了设计成本。

附图说明

图1：宏基站小区ID空间位图；

图2：HeNB小区ID空间位图；

图3：小区ID空间位图；

图4：实施流程；

图5：实施例场景。

具体实施方式

本发明提供了一种适用于无线通信系统异构网络中的基站间的ANR方法。下面结合图4详细说明本发明的一般实施流程。具体包括以下步骤：

1.运营商或设备制造商根据协议定义或网络规划需求，选择使用前述两种ID分区方案中的一种，将小区ID空间划分成长码区及短码区。

2.运营商从短码区中为宏基站分配基站ID以及小区ID，并从长码区中为Fcell基站分配基站ID以及小区ID(例如，可通过OAM系统或通过网关自动分配)。

3.基站上电，获取基站ID、小区ID等配置参数，并完成其他初始化工作，开始提供服务。基站会通过空口广播小区的CGI信息。

4.基站配置UE测量，根据UE的测量上报获知邻区的CGI。基站将该邻区加入自己的邻区关系表(NRT)。

5.基站从CGI中解出小区ID。

6.基站根据该小区ID属于哪个分区，来判断相邻小区的基站的类型：

a)如果该小区ID属于长码区，则认为相邻小区是一个Fcell；

b)如果该小区ID属于短码区，则认为相邻小区是一个Mcell。

7.基站根据相邻小区的类型，确定相应的基站ID的比特位长，并获取基站ID。

8.基站根据该基站ID，更新NRT并尝试获取该邻区基站的传输层地址以建立连接。

以下结合图5所示场景，详细说明本发明的一个基于3GPP LTE规范的实施用例：

1.在本实施例中，假设小区ID按多层分区法分成长码区及短码区：

a)假设根据规划，预期宏基站的数量大约为10万个，且其中约3万个需要预留全部256个小区，而其他宏基站则只需要预留2⁶＝64个小区；

b)将20比特位长的二进制空间分成两部分，其中子空间B内的每一个ID的第18，19以及20比特位固定设置为0；

c)进一步将空间B分成子空间B-1以及B-2，其中B-1子空间内的每一个ID的第16、17位固定设置为0；

d)将B-2扩充到28比特位再分成子空间Q-1与Q-2，其中Q-1内的每一个ID的第21以及22位固定为0；

e)按照前述方法，将A、B-1、Q-1以及Q-2各子空间组合构成长码区以及短码区；

f)根据上述长码区以及短码区的划分特点来判断小区类型。例如，可以使用掩码的方法帮助判断，其中一种掩码的例子用二进制表达如下：

i.K1＝00000，00000，00000，11111，00000，000

ii.K2＝00000，00000，00000，00111，11000，000

2.运营商从短码区中为宏基站(如图5中的M1及M2)分配eNB-ID以及小区ID，并从长码区中为家庭基站(如图5中的H1)分配eNB-ID以及小区ID，例如：

a)M1的eNB-ID为eNB-ID-M1＝00011，00000，10101，00000；

b)M1的小区ID为CI-M1＝00011，00000，10101，00000，00000，100；

c)M2的eNB-ID为eNB-ID-M2＝00011，00000，10101，11000；

d)M2的小区ID为CI-M2＝00011，00000，10101，11000，00000，100；

e)H1的eNB-ID为eNB-ID-H1＝00011，00000，10101，11000，11000，111；

f)H1的小区ID为CI-H1＝00011，00000，10101，11000，11000，111；

3.基站上电，获取eNB-ID、小区ID等配置参数，并完成其他初始化工作，开始提供服务；

4.M1配置UE1测量；

5.UE1上报测量结果给M1，包括M2以及H1的PCI；

6.M1指示UE1获取邻区M2的E-CGI；

7.UE1读取M2的广播信道，获取它的E-CGI-M2，并报告至M1；

8.收到UE1的报告后，M1将M2加入自己的邻区关系表；

9.M1从E-CGI-M2中解出CI-M2，将CI-M2与掩码K1以及K2做与运算。其中与K2运算的结果为0，表明CI-M2属于短码区；

10.M1判断M2为宏基站，取CI-M2的前20比特位为M2的eNB-ID；

11.M1指示UE1获取邻区H1的E-CGI；

12.UE1读取H1的广播信道，获取它的E-CGI-H1，并报告至M1；

13.M1将H1加入自己的邻区关系表；

14.M1从E-CGI-H1中解出CI-H1，将CI-H1与掩码K1以及K2做与运算，结果都不为0，表明CI-H1属于长码区；

15.M1判断H1为家庭基站，将CI-H1作为H1的eNB-ID；

16.M1分别使用eNB-ID-M2以及eNB-ID-H1，向MME请求邻区M2以及H1的传输层地址，以建立X2连接。

以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种无线通信系统异构网络的自动邻区关联方法，其特征在于：先将小区标识(Cell Identity，以下简称小区ID)进行分区，将总共S比特位长的ID空间分成两个码空间，即短码区以及长码区：短码区用于Mcell等需要使用M比特位长的ID的基站，长码区则用于Fcell等需要使用N比特位长的ID的基站，其中容量L_L以及L_S由分区方法决定，M＜N，且M、N、S为正整数，其值取决于具体应用系统的要求。

2.如权利要求1所述的自动邻区关联方法，其特征在于：在LTE系统中S＝N＝28，M＝20，短码区内的ID空间将被用于Mcell等需要使用20比特位ID的基站的小区ID，对应基站的eNB-ID则为该小区ID的前20比特位；而长码区内的ID空间则直接作为HeNB等需要使用28比特位ID的基站的eNB-ID。

3.如权利要求1或2所述的自动邻区关联方法，其特征在于：该方法进一步包括基站ID以及小区ID的分区方法。

4.如权利要求3所述的自动邻区关联方法，其特征在于：所述分区方法为单层分区法：将M比特位长的二进制空间分成A、B两个子空间，两空间的容量分别为L_A与L_B，且L_A+L_B＝2^M，L_A与L_B的容量取决于网络部署时期对该网络内将存在的不同类型基站的数量的预计值，二者有如下关系：L_B＝2^K，L_A＝2^M-2^K，0＜L_B＜L_A，0＜K＜M；然后，将每一个子空间扩充到N比特位长，分别构成上述长码区以及短码区，容量分别为L_L与L_S，其中，d＝N-M，L_L＝2^d·L_A，L_s＝2^d·L_B，L_L+L_s＝2^N。

5.如权利要求4所述的自动邻区关联方法，其特征在于：若M＝20，N＝28，且预计宏基站的数量大约为10万个，则取K＝17，可得到接近10万个的数值2¹⁷＝131072，满足要求，然后将20比特位长的二进制空间分成两部分：

1)子空间A：在该子空间内，每一个20比特位ID的第18、19及20比特位不全为0；

2)子空间B：在该子空间内，每一个20比特位ID的第18、19及20比特位固定为0，根据上述分区方法，可得到两个容量分别为L_B＝2¹⁷，L_A＝(2²⁰-2¹⁷)的子空间，接下来，将A、B子空间分别扩充到28比特位长，可形成容量为L_S＝2²⁵的短码区以及容量为L_L＝(2²⁸-2²⁵)的长码区。

6.如权利要求4所述的自动邻区关联方法，其特征在于：所述分区方法为：多层分区法：在从上述单层分区法得到的容量分别为L_A、L_B的A、B两个子空间的基础上，将子空间B进一步划分成B-1和B-2两个部分，容量分别为L_B-1和L_B-2，L_B-1与L_B-2的大小仍然取决于对网络内将存在的不同类型基站的数量的预计值，二者满足如下关系：L_B-1＝2^J，L_B-2＝L_B-2^J，0＜J＜K。

7.如权利要求6所述的自动邻区关联方法，其特征在于：进一步细分：

1)、将A子空间扩充到N位用于长码区，容量为L_A′＝2^d·L_A，其中d＝N-M；

2)、将B-1子空间扩充到N位用于短码区，容量为L_B-1′＝2^d·L_B-1；

3)、将B-2子空间扩充到N位后，容量为L_B-2′＝2^d·L_B-2，再分成Q-1以及Q-2两部分，其中；

a)、Q-1子空间用于短码区，容量为L_Q-1＝2^I·L_B-2，其中0＜I＜d取决于需要为Mcell预留的小区数；

b)、Q-2子空间用于长码区，容量为L_Q-2＝L_B-2′-L_Q-1；

4)、最后得到的长码区的容量为L_L＝L_A′+L_Q-2，短码区的容量为L_S＝L_B-1′+L_Q-1。

8.如权利要求7所述的自动邻区关联方法，其特征在于：若取K＝17，在得到两个容量分别为L_B＝2¹⁷，L_A＝(2²⁰-2¹⁷)的两个子空间的基础上：

1)、假设取J＝15，将空间B分成B-1及B-2两部分，其中L_B-1＝2¹⁵，L_B-2＝(2¹⁷-2¹⁵)；

2)、进一步地，将B-2子空间扩充到28比特位后再分成Q-1以及Q-2两部分，假设需要为宏基站预留128个小区，即I＝7，2^I＝128，则Q-1分区内的每一个ID的第21位可固定设置为0，即得到Q-1和Q-2两个子分区的容量分别为L_Q-1＝(2¹⁷-2¹⁵)×2⁷＝(2²⁴-2²²)，L_Q-2＝(2¹⁷-2¹⁵)×2⁷＝(2²⁴-2²²)，最终可得到容量为L_S＝(2²³+2²⁴-2²²)的短码区，以及容量为L_L＝(2²⁸-2²⁵+2²⁴-2²²)的长码区。

9.如权利要求4-8之中任一项所述的自动邻区关联方法，其特征在于：在ANR的过程中，基站收到UE上报的CGI后，解出里面的小区ID，再根据该小区ID属于哪个分区来判断相邻小区的基站的类型；如果该小区ID属于长码区，则认为相邻小区是一个Fcell；如果该小区ID属于短码区，则认为相邻小区是一个Mcell。

10.如权利要求9所述的自动邻区关联方法，其特征在于：如果基站接入的是网关，则可以由网关动态地为基站分配基站ID以及小区ID；具体实施时，可在基站初始化接入到网关时，由网关从当前空闲的小区ID中为基站分配ID，从而既减少了运营商的预配置工作，也可以支持动态而灵活的ID分配方式。