CN102111779B - 上行频谱共享方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种上行频谱共享方法及系统，可针对家庭基站/宏蜂窝基站混合网络的干扰问题，进行适应性软频率复用，其采用传统的软频率复用方法对抗宏蜂窝小区之间的干扰问题、采用正交的频谱分配消除家庭基站/宏蜂窝基站之间的频率干扰问题。同时，为了提供完整的干扰解决方案，面向家庭基站之间的干扰协调问题还进一步提出了一个有效的干扰协调机制；并且，面向用户端频谱最优化利用提出了一种综合考虑用户各方面服务需求的基于数据包的频谱调度方法，旨在提升系统频谱效率，实现用户加权容量最大化。

Description

上行频谱共享方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及宏蜂窝/家庭基站混合网络环境中上行频谱共享方法及系统。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，电信行业标准技术演进速度也越来越快：3G网络开始在国内大范围部署的时候，4G通信技术的征集工作已经如火如荼地展开。一方面，日益增长的移动应用和用户越来越高的数据传输速率需求成为移动通信业的主要趋势，驱动着当前网络加速向以正交频分多址(Orthogonal Frequency Division MultipleAccess，OFDMA)为核心技术的4G通信技术，以支持更大容量的数据通信；另一方面，室内用户不断增多，然而由于建筑物的遮挡以及带宽限制等因素，单一的宏蜂窝布网模式已经不能够满足用户高速无缝接入的需求。无线通信行业出现了一个热点：可以由用户自主安装配置的家用小型基站——家庭基站，以充分解决室内信号覆盖及室内高速数据业务能力增强。OFDMA家庭基站是OFDMA技术和家庭基站结合的产物，当3G家庭基站已然成为行业界追捧的对象时，OFDMA家庭基站给人们带来更多的期待，被视为解决室内高速数据速率覆盖的有效方案。

家庭基站在为客户端提供了有效覆盖的同时，也对邻近房屋和室外造成辐射，引起干扰。因此，考虑到家庭基站部署在现有宏蜂窝的覆盖区域内，它们可能引起宏蜂窝性能的强退化。此外，新的家庭基站部署也扰乱了现有的家庭基站的正常运作。所以为了家庭基站引入后宏蜂窝死区(dead zone，指的是家庭基站干扰太大，使得宏蜂窝网络用户没有办法正确接收信号的地理区域)面积，并且成功部署家庭基站网络，需要引入干扰避免、干扰随机化和干扰取消技术对家庭基站和宏蜂窝基站之间的干扰进行协调。

传统的家庭基站干扰解决方案，一方面单方面地为家庭基站和宏蜂窝基站之间、家庭基站和家庭基站之间的干扰提供解决方案，没有能够结合OFDMA网络，将宏蜂窝和宏蜂窝之间干扰问题、宏蜂窝和家庭基站之间的干扰问题以及家庭基站之间的干扰问题系统性地结合起来进行考虑；另一方面，传统的解决方案没能把基站频谱的分配同用户端频谱的调度结合起来共同优化频谱利用率，然而频谱的高效管理，一方面需要网络侧基站选择合适的可用频谱，另一方面需要用户端由优化的调度方式，才能有效实现频谱的优化利用。另外地，传统的解决方案没有能够很好的考虑家庭基站用户的服务质量需求和公平性要求等因素。

已有方案也曾提出过将类似方案用于宏蜂窝/热点覆盖区域之间的干扰协调问题，但主要用于解决下行信号干扰问题。该方案中提出热点覆盖区域的可用频谱正交于本小区(宏蜂窝小区)的边缘可用频谱。而在小区中央，热点使用同宏蜂窝用户相同的频谱。一方面这种方案还存在不足，小区中央处的热点覆盖同使用相同资源的宏蜂窝之间仍可能存在不可忽视的干扰；另一方面这种方案如果直接应用于上行传输，由于小区边缘用户需要加大发射功率，以补偿从小区边缘到小区中央宏蜂窝基站之间的较大路损，从而可能给邻近的家庭基站带来较大的干扰。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是，在家庭基站/宏蜂窝基站的混合网络中，如何对抗宏蜂窝小区之间的干扰问题、消除家庭基站/宏蜂窝基站之间的频率干扰问题，为此本发明面向OFDMA宏蜂窝/家庭基站混合网络的上行链路提供了优化的频谱共享方案。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明具体采用如下技术方案：

一种上行频谱共享系统，应用于宏蜂窝/家庭基站混合网络中，包括一个或多个宏蜂窝基站107、108、一个或多个家庭基站用户终端113、114和一个或多个宏蜂窝用户终端115、116，系统中的设备通过相应的通信链路相连，其特征在于，该系统还包括：

至少一个宏蜂窝网络网关101，用于对宏蜂窝基站的无线资源进行管理、对宏蜂窝基站与核心网络之间交互的信令和数据进行汇聚和转发，实现宏蜂窝基站的频谱分配，并将宏蜂窝基站频谱分配信息发送给宏蜂窝基站，同时与家庭基站网络建立通信，并告知各个家庭基站各自所属宏蜂窝基站使用的频谱信息；

至少一个家庭基站网关102，作为家庭基站的集中器，将室内业务路由到IP回程；

家庭基站管理系统103，用于进行家庭基站的位置验证、家庭基站网关的发现以及家庭基站参数配置的管理；

至少一个家庭基站109-112，复制无线接入网络中宏蜂窝基站的功能，通过宽带IP网络和家庭基站网关，集成到现有的移动核心网络，用户自部署的家庭基站具有自组织功能；

集中管控模块119，接收来自宏蜂窝网络网关101的频谱决策信息，提取或计算家庭基站的频谱配置信息，并支持家庭基站的特殊性操作。

优选地，所述家庭基站具体包括：

宽带通信接口201，同家庭基站管理系统103通信，发送家庭基站本身的相关信息，并接收来自集中管控模块119的频谱分配结果，提供无线链路的有线回程；

无线通信接口202，通过无线通信接口实现家庭基站和无线终端的通信；

自组织网络SON控制器203，集成了家庭基站处理器，对输入家庭基站的各种信息和指令进行处理；

存储器204，存储家庭基站的小区ID，记录家庭基站的状态，存储当前分配频谱，并存储处理器可执行的各种程序指令、由SON控制器产生的各种配置信息、和/或环境测量信息。

优选地，所述自组织网络SON控制器203进一步用于：

执行家庭基站开启/关断指令、使用接口连接家庭基站网关/家庭基站管理系统、和/或根据家庭基站频谱管理系统指令配置信道参数进行操作；

接收来自家庭基站网关/家庭基站管理系统的无线通信参数配置信息，并以此调整和优化自身参数的配置；

或者处理来自家庭基站用户回传的环境测量参数或者/以及其他类型环境感知模式提取的环境信息，分析生成更新的家庭基站配置信息；

和/或根据参数配置信息执行对应的操作。

优选地，所述集中管控模块为家庭基站集中管控设备，由家庭基站网关/家庭基站管理系统集成，该设备包括：

宽带通信接口301，与家庭基站通信，获取家庭基站的相关信息；

SON服务器302，考虑区域性家庭基站的配置优化，为家庭基站提供基本的无线通信参数信息；

处理器303，执行各种操作，并为SON服务器提供处理功能；

存储器304，存储可被处理器执行的指令。

优选地，所述集中管控模块中的处理器303进一步用于：

提取来自运营商网络业务服务信息、接收来自家庭基站的反馈信息、向家庭基站发送基本参数配置信息、执行家庭基站的注册接入和/或为家庭基站自动配置网关。

此外，本发明还同时提供一种上行频谱共享方法，应用于如上所述的系统中，其特征在于，该方法包括步骤：

S1，宏蜂窝网关101进行频谱分配，分别面向家庭基站侧的集中管控模块119和宏蜂窝基站侧的宏蜂窝基站输出各自对应的频谱配置信息；

S2，宏蜂窝基站接收到来自宏蜂窝网关101输出的频谱配置信息，执行相应的频谱配置，配合网络调控进行混合网络的干扰抑制；同时，集中管控模块119接收来自宏蜂窝基站侧的频谱配置信息，提取或者计算家庭基站的频谱配置信息，并由内部的自组织服务器分析并将家庭基站频谱配置信息以广播、组播或一对一方式发送给各个家庭基站；

S3，进入家庭基站侧流程，家庭基站接收到来自集中管控模块为其设置的初始频谱配置信息，以初始频谱配置信息为输入，进行家庭基站频谱的自配置；

S4，在自配置时，家庭基站对自配置的频谱进行自适应调度，协调同周围使用相同频谱家庭基站之间的干扰。

优选地，步骤S1频谱分配及步骤S2对频谱处理采用适应性频谱共享方式，具体包括步骤：

S201，宏蜂窝网关101采用传统软频率复用方案为宏蜂窝小区分配频谱；

S202，为家庭基站分配频谱，使得本地家庭基站用户和宏蜂窝基站用户采用不同的主频谱；

S203，确定家庭基站的辅频谱，区分主要辅频谱和次级辅频，并用同样的方式设置小区边缘家庭基站以及宏蜂窝基站的频谱；

S204，集中管控模块119检测混合网络系统环境，评估环境整体通信信号质量，分别确定触发启动主要辅频谱的负荷门限load_thresh_1和触发启动次级辅频谱检测的负荷门限load_thresh_2；

S205，网络侧与家庭基站建立通信，通知各个家庭基站本基站可用的主、辅频谱，并通知家庭基站触发检测辅频谱的阈值和其他频谱配置相关信息。

优选地，步骤S204可不经过集中管控模块119而由各个家庭基站独立执行，此时步骤S205先于步骤S204执行，并且步骤S205变为：高层网络侧与家庭基站建立通信，告知各个家庭基站本地可用的主、辅频谱及频谱配置相关信息。

优选地，步骤S3中所述进入家庭基站侧流程之后所执行具体步骤包括：

S301，家庭基站判断自身业务负荷是否超过load_thresh_2，如果是，进入步骤S302；否则，进入步骤S303进行下一级判断；

S302，触发检测主要辅频谱和次级辅频谱内是否有存在可用载波，供本基站使用；随后进入步骤S305；

S303，触发判断本家庭基站业务负荷是否超过load_thresh_1，如果是，进入步骤S304；否则分配终止进入步骤S305；

S304，触发检测主要辅频谱内是否有存在可用载波，供本基站使用；随后进入步骤S305；

S305，家庭基站完成频谱自配置，为家庭基站分配对应的频谱，并且把其他操作参数按照默认设置进行配置；

S306，根据具体的环境确定测量报告的上报周期T_m以及家庭基站调度更新周期T，其中T_m≤T，且T是T_m的整数倍；

S307，通过时钟控制启动新一轮用户调度，设置计时时间对运行时间进行计时；

S308，随机化生成各个家庭基站用户频谱更新时间；

S309，判断所述计时时间是否为T_m的整数倍，如果是，进入步骤S310；否则，转移到步骤S311；

S310，如果计时时间是T_m的整数倍，则收集整理用户测量报告信息，并更新测量到的用户信息；

S311，判断计时时间是否等于该基站的调度时间，如果是，进入步骤S312；否则，跳到步骤S313；

S312，如果计时时间等于该基站的调度时间，则基站执行环境自适应调度算法；

S313，判断计时时间是否等于各个基站的平均调度周期T，如果是，进入步骤S314；否则返回步骤S309，等待用户环境测量报告的更新；

S314，基站完成一次调度的更新，对基站服务的用户的整体性能进行评估；

S315，评估基站性能指标，将评估结果同预期性能或给定门限进行比较，判断整体基站内部用户整体性能是否达标，如果达标，返回步骤S307，启动下一轮调度；否则，返回步骤S306，重新设置T_m和T的值。

优选地，其中步骤S312所述的环境自适应调度算法具体包括步骤：

S401，初始化用户列表为U＝{1，2，...，K}，对任意用户k，将用户k的加窗吞吐量Z_k初始化为一个任意小的整数ε，即Z_k＝ε；

S402，初始化新到达数据包[k，m，z]，其中z∈Λ_k，m，表示此数据包是用户k的第m个缓冲区Λ_k，m中的第z个数据包；将数据包未传输的比特数量M_k，m，z初始化为整个完整数据包的比特数量T_k，m，z，即M_k，m，z＝T_k，m，z，依据系统性能目标设置数据包[k，m，z]的权重为

$W_{k,m,z}=\frac{1}{Z_k}\·(U_{k,m,z}-I_{k,m,z,t}-G_{k,m,z})\·P_{k,m,z},$

其中，U_k，m，z，I_{k，m，z，t}，G_k，m，z，P_k，m，z分别代表数据包z可容忍的总延迟、当前时间与数据包z到达时间的时间差、保护时间间隔以及数据包z的优先级权限；

S403，面向数据包进行频谱分配，各个频谱依次选择具有最大权重容量值的数据包进行服务，如果用户集不是空集，则频谱n选中服务的数据包为：

$[k*\left(n\right),m*\left(n\right),z*\left(n\right)]=\underset{z\∈{\mathrm{\Λ}}_{k,m}}{\underset{m\∈\{\mathrm{1,2},...,M\}}{\underset{k\∈\{\mathrm{1,2},...,K\}}{\arg \max }}}{W}_{k,m,z}\·R_{k,n},$

其中，R_k，n是用户k在频谱n上所能够实现的数据速率；

S404，更新被服务数据包[k*(n)，m*(n)，z*(n)]的信息，更新数据包未传输的比特数量，将原来数据包未传输比特数量扣除单位调度时间内数据包传输的比特数量，得到更新后数据包未传输的比特数量

$M_{k*\left(n\right),m*\left(n\right),z*\left(n\right)}=M_{k*\left(n\right),m*\left(n\right),z*\left(n\right)}-R_{k*\left(n\right),n}\·T_s,$

其中，T_s是频谱调度周期，R_k*(n)，n是用户k*(n)在频谱n上所能够实现的数据速率；

S405，判断数据包[k*(n)，m*(n)，z*(n)]未传输的数据比特数量是否小于等于零；如果是，进入步骤S406；否则，继续传输并返回步骤S404更新信息；

S406，数据包[k*(n)，m*(n)，z*(n)]已被传输完毕，将该数据包从用户缓冲区Λ_{k*(n)，m*(n)}移除，并更新用户k*(n)的加窗吞吐量为：

$Z_{k*\left(n\right)}=\frac{1}{N}\·Z_{k*\left(n\right)}+\frac{N-1}{N}\·T_{k*\left(n\right),m*\left(n\right),z*\left(n\right)};$

S407，判断本次调度计时是否达到一个周期时间T_s；如果是进入步骤S411；否则，进入步骤S408；

S408，判断用户k*(n)的用户缓冲区集合是否为空集；如果是，进入步骤S410；否则，用户仍有未传输的数据包，进入步骤S409；

S409，

从用户k*(n)各个业务缓冲区中选出具有最大加权容量的数据包进行服务，并将[k*(n)，m*(n)，z*(n)]更新为新选出的数据包，返回步骤S404；

S410，

用户k*(n)已经没有可以传输的业务，将用户k*(n)移除用户列表，返回步骤S403；

S411，如果本次调度计时已达到一个周期时间T_s，判断是否存在有业务需求而没有纳入用户集U的用户；如果是，进入步骤S412；否则，返回步骤S402开启新一轮循环；

S412，为所述没有纳入用户集U的用户建立集合V，并将各个用户的加窗吞吐量初始化为一个任意小的整数ε，更新用户集U＝(U)∪(V)，返回步骤S402启新一轮循环。

(三)有益效果

根据本发明提出的上行频谱共享方法及系统，可针对家庭基站/宏蜂窝基站混合网络的干扰问题，进行适应性软频率复用，其采用传统的软频率复用方法对抗宏蜂窝小区之间的干扰问题、采用正交的频谱分配消除家庭基站/宏蜂窝基站之间的频率干扰问题。

同时，为了提供完整的干扰解决方案，面向家庭基站之间的干扰协调问题还进一步提出了一个有效的干扰协调机制；进一步地，提出了一个网络性能评估方法，用户加权容量最大化，其中权重可以是用户的服务质量和公平性保证；并且，面向网络性能评估指标，进一步地提供了一个频谱调度方法，旨在提升系统频谱效率，实现用户加权容量最大化。

附图说明

图1为本发明宏蜂窝/家庭基站混合网络频谱共享系统架构示意图；

图2为本发明中具有自组织功能的家庭基站结构示意图；

图3为本发明中家庭基站网关/家庭基站频谱管理系统集成模块结构示意图；

图4为本发明提出的宏蜂窝/家庭基站混合网络频谱共享方案示意图；

图5为本发明中OFDMA宏蜂窝/家庭基站混合网络场景下的一种上行频谱共享的主频谱分配实例示意图；

图6为本发明中混合网络适应性频谱分配方法流程图；

图7为本发明中基于异步调度的自组织家庭基站干扰协调方法流程图；

图8为本发明中数据包调度方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。以下实施例仅用于说明本发明的内容，但不用来限制本发明的范围。

在图1所示的宏蜂窝/家庭基站混合网络中，基站(包括宏蜂窝基站107-108和家庭基站109-112与用户113-116之间的实线连接表式系统中正常的信号传输，基站与用户之间的虚线连接表示系统中的干扰信号，包括上行和下行的干扰。例如，处于宏蜂窝小区边缘的用户115一方面面向其所属宏蜂窝基站107发送有用信号；另一方面，宏蜂窝基站108和邻近家庭基站111也接收到了来自用户115的干扰信号。再比如说，用户114一方面向其从属的家庭基站110发送有用信号，但同时也对邻近的家庭基站111造成了干扰。

可见在这个混合网络架构中，同时存在着三种干扰：宏蜂窝之间的干扰、宏蜂窝/家庭基站之间以及家庭基站之间干扰。由于本方案仅仅考虑上行解决方案，因此主要对上行干扰情况进行分析。本发明旨在面向如图1中混合网络的干扰问题，利用图1所示设备提供系统化的频谱共享与干扰协调方案，并提供有效的设备支持方案。

家庭基站处于家庭基站管理系统103的集中控制，在3GPP框架下，该管理系统采用TR-069协议族，能够完成家庭基站位置验证、家庭基站网关发现、家庭基站参数配置等管理功能。另外地，可以引入家庭基站网关设备2，该设备可以充当大量家庭基站的集中器，然后将室内业务路由到IP回程。具体实施的时候，家庭基站管理系统可以融合作为家庭基站网关的一部分，或者多个家庭基站可以由多个家庭基站网关汇合接入一个家庭基站管理系统。结合本发明即将展开的方法，图1中相应架构和设备具体介绍如下：

宏蜂窝网络网关101，可以负责宏蜂窝基站的无线资源管理、宏蜂窝基站与核心网络之间交互的信令和数据进行汇聚和转发；在下文提出的频谱管理策略中，宏蜂窝网络网关负责实现宏蜂窝基站的频谱分配，并将宏蜂窝基站频谱分配信息通过蜂窝回路发送给宏蜂窝基站，同时通过一定的机制与家庭基站网络建立通信，并告知各个家庭基站各自所属宏蜂窝基站使用的频谱信息。实际实施也可以通过建立一定的通信信令，让家庭基站所属宏蜂窝基站将使用频谱的信息广播给本小区家庭基站，也可能由家庭基站自行检测获取本地宏蜂窝基站使用的频谱信息。

家庭基站网关102，该设备可以充当大量家庭基站的集中器，通过该设备可以将室内业务路由到IP回程。

家庭基站管理系统103，在3GPP框架下，该管理系统主要采用TR-069协议族，实现家庭基站的位置验证、家庭基站网关的发现以及家庭基站参数配置等管理功能。同样地，其他系统，例如WiMax也拥有类似的功能模块。

虚拟的家庭基站网关104-106，模拟实际网络中，一个小区不同用户可能接入多个不同的家庭基站网关。家庭基站网关与宏蜂窝网络范围没有一一映射的关系。

宏蜂窝基站107-108，具体的无线接口技术可能包含一个或者多个电信行业标准，例如3GPP、3GPP2、WiMax以及/或者这些技术的扩展或者变体。

家庭基站109-112，家庭基站的启用可能复制无线接入网络中宏蜂窝基站的功能。例如，可以对家庭基站加以配置，使它采用3GPP、3GPP2和/或WiMax中定义的空中接口技术与其连接的多个终端建立连接、执行会话。家庭基站产品可能包含合适的逻辑单元、电路以及/或者编码，使得其能够同各种使用不同无线接口协议的终端进行无线通信。家用基站网络可以通过宽带IP网络和家庭基站网关，集成到现有的移动核心网络，例如运营商核心网络，从而实现与某种现有技术的手持终端实现无缝连接。此外用户自部署的家庭基站需要具有自组织，例如自配置自优化能力，具体的家庭基站组成将在图2中描述。

家庭基站用户113-114，为普通的宏蜂窝用户终端，具体的无线接口技术可能包含一个或者多个电信行业标准，例如3GPP、3GPP2、WiMax以及/或者这些技术的扩展或者变体。需要支持本系统中家庭基站的空中接口技术以实现连接的建立并且能够进行通信。

宏蜂窝用户终端115-116，具体的无线接口技术可能包含一个或者多个电信行业标准，例如3GPP、3GPP2、WiMax和/或这些技术的扩展或者变体。

宏蜂窝基站与接入网关之间的回程接口117，例如可能是3GPP中的S1接口，也可能是WiMax系统的R6接口。该回程链路提供来自宏蜂窝网络网关的频谱决策信息。

集中管控模块的回程链路接口118，与宏蜂窝基站设备回程链路接口基本类似，提供来自宏蜂窝网络网关的频谱决策信息，并且具有支持家庭基站特殊性操作需求的部分。

进一步地，在本发明中，家庭基站设备的表述如图2，家庭基站可能包括如下几个部分：

宽带通信接口201，作为家庭基站宽带接入的代表技术，家庭基站可以通过数字用户线(Digital Subscriber Line，DSL)进行宽带发射和接收；当然，实际应用中，家庭基站的可能采用其他任何类型的宽带连接，例如电缆调制解调器、光纤或者卫星调制解调器，在本发明中家庭基站主要同家庭基站频谱管理系统通信，发送家庭基站本身的相关信息，这些信息可能包括处于开启状态的各个家庭基站的地理位置信息、家庭基站的发射功率信息、家庭基站所使用频谱分段的信息以及采用闭合用户群小区模式的家庭基站对应的注册用户列表，该列表可能包括注册用户的ID信息、IMSI信息等。同时，家庭基站宽带通信接口也将用于接收来自，提供无线链路的有线回程。

无线通信接口202，家庭基站需要能够支持现有无线空中接口技术终端。家庭基站和无线终端的通信是通过无线通信接口实现的。

自组织网络SON(self-organization network)控制器203，集成了家庭基站处理器，可能对输入家庭基站的各种信息和指令进行处理，包括执行家庭基站开启/关断指、使用接口连接家庭基站网关/家庭基站管理系统、根据家庭基站频谱管理系统指令配置信道参数进行操作；面向家庭基站自组织需求，例如家庭基站的自配置、自优化需求，该模块可能需要接收来自家庭基站网关/家庭基站管理系统的无线通信参数配置信息，比如说频谱的分配信息、发射功率等级以及物理参数值等等，或者可能接收来自宏蜂窝基站或者某个宏蜂窝集中控制器的相关频谱配置信息，并以此调整和优化自身参数的配置。或者该模块需要处理来自家庭基站用户回传的环境测量参数或者/以及其他类型环境感知模式提取的环境信息，分析生成更新的家庭基站配置信息；同时该模块在完成参数配置后还需要根据参数配置信息执行对应的操作。另外地，该SON控制器也可能不内嵌处理器，那么该SON模块需要将家庭基站配置信息发送给处理器，并由处理器完成操作。

存储器204，可能存储着家庭基站地小区ID，记录家庭基站的状态，存储当前分配频谱。这个存储可能是个闪存，这样子家庭基站的小区ID可以由蜂窝运营商进行管理和更新；这个存储器可能存储着各种处理器可执行的程序指令，或者存储着由SON控制器或者来自产生的各种配置信息，或者/以及环境测量信息

说明：在面向具有感知能力的家庭基站时，家庭基站还应该具有认知模块，或者这个认知模块也可以继承到家庭基站的SON控制器中。

由于本发明主要关注核心网络需要什么样的功能实体来实现家庭基站与宏蜂窝基站混合组网自配置自优化问题，而不需要区分这些功能都分布在那些实体以及各个实体的具体功能。因此本发明发明提出了一个家庭基站网关/家庭基站频谱管理系统集成模块作为家庭基站集中管控模块。具体结构如图3所示：

宽带通信接口301，与家庭基站通信，获取家庭基站的相关信息，这些信息可能包括处于开启状态的各个家庭基站的地理位置信息、家庭基站的发射功率信息、家庭基站所使用频谱分段的信息以及采用闭合用户群小区模式的家庭基站对应的注册用户列表，该列表可能包括注册用户的ID信息、IMSI信息等。另一方面，该通信接口可用于发布家庭基站相关配置信息。

SON服务器302，该模块可以从一个更高的角度考虑区域性家庭基站的配置优化问题，可以为家庭基站提供基本的无线通信参数信息，例如家庭基站的初始发射功率配置，家庭基站的初始频谱分配等等。

处理器303，可能执行各种指令程序，可能包括提取来自运营商网络业务服务信息，接收来自家庭基站的反馈信息，向家庭基站发送基本参数配置信息，执行家庭基站的注册接入或者/以及为家庭基站自动配置网关；同时该模块可能为SON服务器提供处理功能。

存储器304，该存储模块存储着可被处理模块执行的指令，包括如何使用接口同一个家庭基站进行连接，如何接收家庭基站的信息，比如家庭基站的配置信息、容量信息，指令信息，例如可能包含指令指导如何向家庭基站发送网络信息。

而具体地，在上述系统中进行的宏蜂窝/家庭基站混合网络频谱共享方案执行的流程如图4所示：

S1，宏蜂窝网关/网管系统可以执行混合网络适应性频谱共享方法，分别面向家庭基站侧的家庭管理控制模块，例如家庭基站网关/家庭基站管理系统集成模块，和宏蜂窝基站侧的宏蜂窝基站输出各自对应的频谱配置信息。

S2，宏蜂窝基站接收到来自宏蜂窝网关输出的频谱配置信息，执行相应的频谱配置，配合网络调控实现混合网络的干扰抑制。家庭基站网关/家庭基站管理系统集成模块接收到来自宏蜂窝基站侧的频谱配置信息，可能提取或者计算(配合一定的频谱分配策略，例如适应性频谱共享方法)家庭基站的频谱配置信息。并由集成模块内部的自组织服务器分析将家庭基站频谱配置信息以广播、组播或者一对一方式发送给各个家庭基站。

S3，家庭基站设备接收到来自家庭基站管控模块，例如家庭基站网关以及/或者家庭基站管理系统为其设置的初始频谱配置信息，然后家庭基站自组织控制器以初始化频谱配置信息为输入，执行家庭基站频谱的自配置。

S4，在频谱自配置过程中，家庭基站对自配置的频谱进行自适应调度(优选为下文所述的基于异步调度的自组织干扰协调方案)，协调同周围使用相同频谱家庭基站之间的干扰，其中，协调可以优选采用下文所述的最大权重容量和的(基于数据包的)频谱调度方式。

说明：上述方案一方面通过干扰协调实现双层混合网络环境下使用相同频谱的两层网络和谐共存，并通过最大化权重容量和提升系统整体性能。该方案将不仅仅适用于宏蜂窝/家庭基站混合网络，同时也适用于具有类似干扰特性的双层混合网络模型。

优选地，本发明提出的基于认知的适应性频谱分配方法，在图5的示例中，阐述了OFDMA宏蜂窝/家庭基站混合网络场景下的一种上行频谱共享方法——适应性软频率复用方法主频谱分配图。该频谱分配方案采用由两个实体分别执行，即网络侧实体和个体家庭基站；在网络侧，首先考察一个具有3个小区的小区簇，宏蜂窝小区边缘频率复用因子为3，采用传统软频率复用方案为宏蜂窝小区分配频谱；进一步地，利用适应性软频率复用，为家庭基站分配频谱，使得本地家庭基站用户和宏蜂窝基站用户采用不同的主频谱。图5宏蜂窝基站单元401所在小区中，在小区中心，家庭基站单元404用户采用主频谱F₁，宏蜂窝基站单元401用户采用主频谱F₂和F₃；在小区边缘，家庭基站单元407用户采用主频谱F₂和F₃，宏蜂窝基站单元401用户采用主频谱F₁。

由于宏蜂窝小区边缘的用户需要采用较大的发射功率补偿路损，小区边缘的家庭基站用户如果采用与之相同的频谱，就容易受到边缘大功率宏蜂窝基站用户的强干扰；另外地，在小区中心，宏蜂窝用户采用较小的功率与宏蜂窝基站进行通信，如果小区中心家庭基站用户采用与宏蜂窝用户相同的频谱，就容易对采用较小发射功率的宏蜂窝用户造成干扰；同时，距离宏蜂窝基站较远的宏蜂窝用户发射功率经过路径损耗，到达与之采用相同频谱的小区中心家庭基站时，已经不足以干扰小区中心家庭基站。因而本方案很好地克服了上行环境下家庭基站和宏蜂窝基站混合网络中的干扰问题。

其次，确定家庭基站可用的辅频谱，假设宏蜂窝基站的主频谱为F_j，j∈{1，2，3}，那么小区中心家庭基站的主频谱为F_j，将另外两个频谱F_{[j(mod 3)+1]}以及F_{[(j+1)(mod 3)+1]}设置为小区中心家庭基站的辅频谱；进一步地，区分F_{[j(mod 3)+1]}和F_{[(j+1)(mod 3)+1]}，使得前者称为主要辅频谱，后者称为次级辅频谱；同样的方式，也可用于设置小区边缘家庭基站以及宏蜂窝基站的频谱。

再次，由网络侧检测混合网络系统环境，评估环境整体通信信号质量，分别确定触发启动主要辅频谱和次级辅频谱检测的门限，例如，可能是用家庭基站负荷表示，分别有负荷门限load_thresh_1和load_thresh_2。然后由网络侧告知各个家庭基站网络侧规定的家庭基站可用主、辅频谱以及辅频谱检测触发阈值门限，接着各个家庭基站执行频谱自配置的家庭基站侧流程。

上述方法具体执行如图6所示的流程：

S201，采用传统软频率服用方案为宏蜂窝小区分配频谱，例如图5中，考虑一个具有3个小区的小区簇，宏蜂窝小区小区边缘频率复用因子为3，采用传统软频率复用方案为宏蜂窝小区分配频谱，使得任一个紧挨着的3个小区的小区簇中，各个小区采用不同的主频谱，即各个小区在小区边缘采用相互正交的频谱；

S202，为家庭基站分配频谱，使得本地家庭基站用户和宏蜂窝基站用户采用不同的主频谱，例如图5宏蜂窝基站单元401所在小区中，在小区中心，家庭基站单元404用户采用主频谱F₁，宏蜂窝基站单元401用户采用主频谱F₂和F₃；在小区边缘，家庭基站单元407用户采用主频谱F₂和F₃，宏蜂窝基站单元401用户采用主频谱F₁。

S203，确定家庭基站的辅频谱，假设宏蜂窝基站的主频谱为F_j，j∈{1，2，3}，那么小区中心家庭基站的主频谱为F_j，将另外两个频谱F_{[j(mod 3)+1]}以及F_{[(j+1)(mod 3)+1]}设置为小区中心家庭基站的辅频谱；进一步地，区分F_{[j(mod 3)+1]}和F_{[(j+1)(mod 3)+1]}，使得前者称为主要辅频谱，后者称为次级辅频谱；同样的方式，也可用于设置小区边缘家庭基站以及宏蜂窝基站的频谱。

S204，由家庭基站服务器单元检测混合网络系统环境，评估环境整体通信信号质量，分别确定触发启动主要辅频谱和次级辅频谱检测的负荷门限，load_thresh_1和load_thresh_2。

S205，网络侧与家庭基站建立通信，告诉各个家庭基站本可用的主要辅频谱，并告知家庭基站触发检测辅频谱的阈值等其他频谱配置相关信息。

注意：图6中网络侧频谱分配可能不仅仅包含一个实体，可能包含宏蜂窝管控模块(例如宏蜂窝网关系统)家庭基站管控模块(例如家庭基站网关/家庭基站管理系统集成模块)，以及两者之间的通信接口，其中，负责环境检测，检测阈值计算的实体可能是本地家庭基站的一个频谱管理中心或者也可以由各个家庭基站独立执行；并且如果由各个家庭基站独立执行步骤S204，那么步骤S205将先于步骤S204执行，并且步骤S205转变为：高层网络侧与家庭基站建立通信，告知各个家庭基站本地可用的主、辅频谱等频谱配置相关信息。

在宏蜂窝/家庭基站混合网络环境下，由于家庭基站的自部署特性，网络侧很难掌握家庭基站的信息，这些信息可能包括家庭基站的数量、位置、家庭基站的发射功率等等。本发明建议可以采用上述适应性频谱分配方案，解决家庭基站给宏蜂窝网络带来干扰的问题。另外地，随着家庭基站的大量部署，家庭基站之间的干扰也成为了家庭基站广泛应用的障碍，而根据现有方案，邻近的家庭基站一般需要共享相同的频谱资源。但是由于家庭基站数量和位置的不确定性，即家庭基站的数量和位置对于运营商网络是未知的，使得家庭基站需要能够独立获取邻近小区(包括家庭基站和宏蜂窝基站)的信息，以做出合理的干扰协调决策、降低家庭基站之间的干扰以及家庭基站和宏蜂窝基站之间的跨层干扰、并优化家庭基站/宏蜂窝基站双层网络的系统性能。因此，家庭基站需要具有某种感知机制来协助掌握邻近家庭基站网络的知识，另外，家庭基站需要能够根据感知到的网络环境的变化自适应调整操作参数，例如频谱和功率。本发明提出家庭基站自组织干扰协调方案，旨在消除以及/或者缓解家庭基站之间的干扰，优化家庭基站网络性能。

该方案主要包括家庭基站的自配置、异步家庭基站干扰协调调度、家庭基站性能评估以及循环流程，其中家庭基站的自配置主要包括家庭基站频谱分配及其他默认参数配置，可以采用如上述适用性频谱分配方法，家庭基站上电，注册到其所属运营商网络，由运营商网络提取家庭基站地理位置，或者根据一定的通信反馈机制，比如说家庭基站和宏蜂窝基站建立通信，家庭基站通过了解宏蜂窝频谱信息、开机检测宏蜂窝基站对应频谱的信号，确定自身是否处于小区边缘；然后可以按照适用性频谱分配方法为家庭基站分配对应的频谱，比如：判断本家庭基站业务负荷是否超过load_thresh_2，如果是，则触发检测主要辅频谱和次级辅频谱内是否有存在可用载波，供本基站使用；如果否，进入下一级判断：判断本家庭基站业务负荷是否超过load_thresh_1，如果是，则触发检测主要辅频谱内是否有存在可用载波，供本基站使用；如果否，本轮频谱分配结束。随后进入异步家庭基站干扰协调调度、家庭基站性能评估以及循环流程。具体地，上述方案描述如图7所示：

S301，家庭基站判断自身业务负荷是否超过load_thresh_2，如果是，进入步骤S302；否则，进入步骤S303进行下一级判断；

S302，触发检测主要辅频谱和次级辅频谱内是否有存在可用载波，供本基站使用；随后进入步骤S305；

S303，触发判断本家庭基站业务负荷是否超过load_thresh_1，如果是，进入步骤S304；否则分配终止进入步骤S305；

S304，触发检测主要辅频谱内是否有存在可用载波，供本基站使用；随后进入步骤S305；

S305，家庭基站完成频谱自配置，并且把其他操作参数，比如发射功率等按照默认设置进行配置。

S306，根据具体的环境确定测量报告上报的周期以及家庭基站多长时间更新一次调度，两个参数分别设置为T_m和T，其中T_m≤T，且T是T_m的F倍，F为整数。

说明：家庭基站实现对周围环境的感知可以通过设计具有感知功能的家庭基站，使得家庭基站能够利用感知功能获取网络环境信息；也可以在两个家庭基站之间交换网络信息，或者可以使用用户测量报告，由用户向基站提供网络环境信息，具体的测量信息可能包括：用户接收到的家庭基站信号强度，对本基站用户干扰最大的邻居小区采用的载波等。本发明推荐采用用户测量报告实现家庭基站对网路环境的感知，然而对于其他感知类型，本发明提出的基于异步调度的自组织干扰协调方案依然适用，并且该方法对于基站间能够进行通信或者具有认知机制的基站同样适用。

S307，启动新一轮用户调度，为方便异步调度方法的描述，假设存在一个对运行时间进行计时的计时时间，设置为0，实际上也可以通过其他时钟控制运用本方案，并且不一定要将时钟清零。

S308，随机化生成各个家庭基站用户频谱更新时间，举例说对任意家庭基站，抽象为i，随机生成整数f∈{1，2，...，F}，将家庭基站i的频谱更新时间确定为每一段T_a时间的第f*T_m时刻；或者可以取一个更小的时间粒度，T_m′，使得T_m′＜T_m，并且T_m′＝T_a/F′，其中F′为整数，对任意家庭基站，抽象为i，随机生成整数f′∈{1，2，..，F′}，将家庭基站i的频谱更新时间确定为每一段T_a时间的第f’*T_m′时刻；

S309，判断计时时间是否是T_m的整数倍，如果是，进入步骤S310；否则，转移到步骤S311；

S310，如果计时时间是T_m的整数倍，则收集整理用户测量报告信息，并更新测量到的用户信息。

S311，判断计时时间是否等于该基站的调度时间，如果是，进入步骤S312；否则，跳到步骤S313；

S312，如果计时时间等于该基站的调度时间，则基站执行环境自适应调度算法，例如可以采用在下文即将提出的基于包的最大权重调度算法。

S313，判断计时时间是否等于各个基站的平均调度周期T，如果是，进入步骤S314；否则返回步骤S309，等待用户环境测量报告的更新。

S314，基站已经完成了一次调度的更新，对基站服务的用户的整体性能进行评估，这些性能可能包括用户的掉话率以及/或者用户吞吐量等。

S315，评估基站性能指标，将评估结果同预期性能或者给定门限进行比较，判断整体基站内部用户整体性能是否达标，如果判断结果为是，用户性能得到满足，说明本方法设定的测量报告上报周期T_m及基站循环调度周期T设置合理，返回步骤S307，启动下一轮调度；否则，返回步骤S306，重新设置T_m和T的值。一般地，T_m和T设置的越小，本方法调控越接近实时调控，调控结果越好；然而带来的信令以及处理开销越大，同步难度也越大。因此本方案要求找到满足性能要求以及最低同步要求的T_m、T参数设置组合。

实际系统性能一般需要综合考察系统的容量，用户满意度等指标进行考察，而不仅仅是要求系统容量的最大化；一般地，用户满意度可能包含用户数据速率需求的满足、用户业务试验的满足以及/或者用户对公平接受服务的满足等。由于未来的网络是面向用户的网络，以最大化用户满意度为目标。那么如果将用户的满意度抽象为一个权重，其中这个权重不考虑用户接受服务享受到的容量。那么系统用户满意度的最大化即实现用户权重容量和的最大化。本发明面向这一需求提出了一种基于最大权重容量和的数据包调度方法。最大权重容量和问题描述：假设系统中总共存在K个用户，M个缓冲区(对应M种类型的业务)，N是总的可用频谱数量，设置等待服务的用户k的第m个缓冲区为Λ_k，m，z∈Λ_k，m是缓冲区的任意数据包，该数据包使用任一频谱n获得的瞬时数据速率可抽象为R_k，n；该速率可能由无线接入网络对接收信号调制编码获得。设置W_k，m，z为业务z的瞬时权重，那么最大权重容量和问题的优化目标可组织如下：

$J=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{z\∈{\mathrm{\Λ}}_{k,m}}{\mathrm{\Σ}}{W}_{k,m,z}\·R_{k,n}---\left(1\right)$

具体地，本发明提出的数据包调度方法流程模块如图8所示：本调度方法适用于三种缓冲模型：(1)每个用户面向不同业务有不同的缓冲队列，如果队列存取采用一种先进先出的顺序方法，那么相同用户不同队列的业务可以同时竞争相同的资源，而同一队列的用户中，排在队首的用户具有被优先调度的权利；(2)每个用户面向不同业务有不同的缓冲队列，如果队列数据可以随机存取，那么所有用户不同队列不同顺序的业务可以同时竞争相同的资源；(3)每个用户面向不同业务有相同的缓冲队列，如果队列数据可以随机存取，那么所有用户不同顺序的业务可以同时竞争相同的资源。其中以第二种缓冲类型最富有通用性，因此本发明实施例建立的数据包调度方法主要面向第二种缓冲类型提出。注意，在图8流程中步骤S403中，将z固定在z＝1即可获得面向第一种缓冲类型的调度方案。如果将第二种缓冲类型数据包调度方案流程中，各个用户的缓冲区数量分别设置为1，则可得到面向第三种缓冲类型的数据包调度方案。

依照图8中的流程图，基于数据包的调度方法可以分为如下步骤：

S401，初始化用户列表为U＝{1，2，...，K}，并将各个用户的加窗吞吐量初始化为一个任意小的整数ε，即如果将用户k的加窗吞吐量抽象为Z_k，那么对任意用户k，设置Z_k＝ε。注意：这里没有将Z_k初始化为0，是为了防止在后续算法中，Z_k作为被除数，导致一个无穷值的产生。

S402，初始化新到达数据包，比如z∈Λ_k，m，表示此数据包是用户k的第m个缓冲区Λ_k，m中的第z个数据包；将该数据包抽象为[k，m，z]，初始化数据包未传输的比特数量M_k，m，z为整个完整数据包的比特数量T_k，m，z，抽象表示为M_k，m，z＝T_k，m，z。依据系统性能目标设置数据包的权重，比如为了满足用户时延性能，保证用户之间服务的公平性，数据包[k，m，z]的权重可以设置为：

$W_{k,m,z}=\frac{1}{Z_k}\·(U_{k,m,z}-I_{k,m,z,t}-G_{k,m,z})\·P_{k,m,z}---\left(2\right)$

其中，U_k，m，z，I_{k，m，z，t}，G_k，m，z，P_k，m，z分别代表数据包z可容忍的总延迟、当前时间与数据包z到达时间的时间差、保护时间间隔以及数据包z的优先级权限。

S403，面向数据包进行频谱分配，各个频谱依次选择具有最大权重容量值的数据包进行服务，即如果用户集不是空集，那么频谱n选中服务的数据包为：

$[k*\left(n\right),m*\left(n\right),z*\left(n\right)]=\underset{z\∈{\mathrm{\Λ}}_{k,m}}{\underset{m\∈\{\mathrm{1,2},...,M\}}{\underset{k\∈\{\mathrm{1,2},...,K\}}{\arg \max }}}{W}_{k,m,z}\·R_{k,n},---\left(3\right)$

其中，R_k，n是用户k在频谱n上所能够实现的数据速率。

S404，更新被服务数据包[k*(n)，m*(n)，z*(n)]的信息，包括更新数据包未传输的比特数量，即将原来数据包未传输比特数量扣除单位调度时间内数据包传输的比特数量，得到

M_{k*(n)，m*(n)，z*(n)}＝M_{k*(n)，m*(n)，z*(n)}-R_k*(n)n·T_s  (4)

其中，T_s是频谱调度周期，R_k*(n)，n是用户k*(n)在频谱n上所能够实现的数据速率，该变量对于同于用户的不同数据包值是相同的。

S405，判断数据包[k*(n)，m*(n)，z(n)]未传输的数据比特数量是否小于等于零；如果是，进入步骤S406；否则，继续传输并返回步骤S404更新信息；

S406，如果步骤S405判定结果为是，数据包[k*(n)，m*(n)，z*(n)]已被传输完毕，将该数据包从用户缓冲区Λ_{k*(n)，m*(n)}移除，并更新用户k*(n)的加窗吞吐量，可采用如下公式

$Z_{k*\left(n\right)}=\frac{1}{N}\·Z_{k*\left(n\right)}+\frac{N-1}{N}\·T_{k*\left(n\right),m*\left(n\right),z*\left(n\right)}---\left(5\right)$

S407，判断本次调度计时是否达到一个周期时间T_s，如果是进入步骤S411；否则，进入步骤S408。

S408，如果步骤S407判定结果为否，判断用户k*(n)的用户缓冲区集合是否为空集；如果是，进入步骤S410；否则，用户仍有未传输的数据包，进入步骤S409。

S409，如果步骤S408判断结果为是，即

时，从用户k*(n)各个业务缓冲区中选出具有最大加权容量的业务进行服务，并将[k*(n)，m*(n)，z*(n)]更新为新选中的数据包。返回步骤S404。

S410，如果步骤S408判断结果为否，即用户k*(n)已经没有可以传输的业务，

将用户k*(n)移除用户列表，返回步骤S403。

S411，如果步骤S407判定结果为是，本次调度计时已达到一个周期时间T_s，判断是否存在有业务需求然而没有纳入用户集U的用户；如果是，进入步骤S412；否则，返回步骤S402开启新一轮循环。

S412，如果步骤S411判定结果为是，为这些没有纳入用户集U的用户建立集合V，并将各个用户的加窗吞吐量初始化为一个任意小的整数ε，更新用户集U＝(U)∪(V)，返回步骤S402开启新一轮循环。

综上所述，针对传统的家庭基站解决方案的不足，本发明提出的适应性软频率复用方案面向OFDMA宏蜂窝/家庭基站混合网络的上行链路提供优化的频谱共享方案，使得该方案在有效处理宏蜂窝小区之间干扰的同时，能够优化和解决宏蜂窝小区和家庭基站之间的干扰问题。

此外，传统方案中，一旦用户自主部署的家庭基站大范围投入应用，大密度共享相同频谱资源的家庭基站之间将产生严重的干扰问题；并且由于家庭基站不同于宏蜂窝基站网络似的预规划进行部署，什么地方部署多少家庭基站对于运营商网络几乎是未知的，因此运营商网络很难对家庭基站进行有效的集中管理和控制。针对这个问题，本发明提供了一种基于自组织的分布式频谱优化使用方法，以协调密集家庭基站部署所带来的干扰问题。

最后，本发明面向用户端频谱最优化利用提出了一种综合考虑用户各方面服务需求的基于数据包的频谱调度方法，该方法一方面考虑用户的业务服务质量需求，例如用户的数据速率需求以及/或者用户的业务时延需求，考虑用户之间服务的公平性需求，提升网络整体用户服务的满意度；另一方面，该方法基于数据包进行调度，更有利于提供差异化业务服务，满足用户不同业务的服务质量需求。

与现有的技术方案相比，本发明的优点是一方面将宏蜂窝/家庭基站混合组网环境下的不同类型干扰提供了系统化的解决方案；并且本发明提出的家庭基站配置优化、干扰协调方案是完全分布式的，很好地满足了家庭基站对自组织控制算法的需求。这是因为家庭基站完全由用户自主部署，并且数量庞大，本发明的提出能够使家庭基站通过完全分布式的自我调控有效抑制与其他家庭基站以及同宏蜂窝小区之间的干扰，提升系统性能；认知能力的引入，一方面大大增强了家庭基站的自组织能力；另一方面提升了家庭基站的可用频谱，并且通过用户端高效的调度机制，本发明能够同时从基站侧和用户侧同时实现高效的频谱利用。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的发明保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种上行频谱共享系统，应用于宏蜂窝/家庭基站混合网络中，包括一个或多个宏蜂窝基站（107、108）、一个或多个家庭基站用户终端（113、114）和一个或多个宏蜂窝用户终端（115、116），系统中的设备通过相应的通信链路相连，其特征在于，该系统还包括：

至少一个宏蜂窝网络网关（101），用于对宏蜂窝基站的无线资源进行管理、对宏蜂窝基站与核心网络之间交互的信令和数据进行汇聚和转发，实现宏蜂窝基站的频谱分配，并将宏蜂窝基站频谱分配信息发送给宏蜂窝基站，同时与家庭基站网络建立通信，并告知各个家庭基站各自所属宏蜂窝基站使用的频谱信息；

至少一个家庭基站网关（102），作为家庭基站的集中器，将室内业务路由到IP回程；

家庭基站管理系统（103），用于进行家庭基站的位置验证、家庭基站网关的发现以及家庭基站参数配置的管理；

至少一个家庭基站（109-112），复制无线接入网络中宏蜂窝基站的功能，通过宽带IP网络和家庭基站网关，集成到现有的移动核心网络，用户自部署的家庭基站具有自组织功能；

集中管控模块（119），接收来自宏蜂窝网络网关（101）的频谱决策信息，提取或计算家庭基站的频谱配置信息，并支持家庭基站的特殊性操作；

另外，还包括：采用传统软频率复用方案为宏蜂窝小区分配频谱；为家庭基站分配频谱，使得本地家庭基站用户和宏蜂窝基站用户采用不同的主频谱；确定家庭基站的辅频谱，由家庭基站服务器单元检测混合网络系统环境，评估环境整体通信信号质量，分别确定触发启动主要辅频谱的负荷门限load_thresh_1和触发启动次级辅频谱检测的负荷门限load_thresh_2；网络侧与家庭基站建立通信，通知各个家庭基站本基站可用的主、辅频谱，并通知家庭基站触发检测辅频谱的阈值和其他频谱配置相关信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述家庭基站具体包括：

宽带通信接口（201），同家庭基站管理系统（103）通信，发送家庭基站本身的相关信息，并接收来自集中管控模块（119）的频谱分配结果，提供无线链路的有线回程；

无线通信接口（202），通过无线通信接口实现家庭基站和无线终端的通信；

自组织网络SON控制器（203），集成了家庭基站处理器，对输入家庭基站的各种信息和指令进行处理；

存储器（204），存储家庭基站的小区ID，记录家庭基站的状态，存储当前分配频谱，并存储处理器可执行的各种程序指令、由SON控制器产生的各种配置信息、和/或环境测量信息。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述自组织网络SON控制器（203）进一步用于：

执行家庭基站开启/关断指令、使用接口连接家庭基站网关/家庭基站管理系统、和/或根据家庭基站频谱管理系统指令配置信道参数进行操作；

接收来自家庭基站网关/家庭基站管理系统的无线通信参数配置信息，并以此调整和优化自身参数的配置；

或者处理来自家庭基站用户回传的环境测量参数或者/以及其他类型环境感知模式提取的环境信息，分析生成更新的家庭基站配置信息；

和/或根据参数配置信息执行对应的操作。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述集中管控模块（119）为家庭基站集中管控设备，由家庭基站网关/家庭基站管理系统集成，该设备包括：

宽带通信接口（301），与家庭基站通信，获取家庭基站的相关信息；

SON服务器（302），考虑区域性家庭基站的配置优化，为家庭基站提供基本的无线通信参数信息；

处理器（303），执行各种操作，并为SON服务器提供处理功能；

存储器（304），存储可被处理器执行的指令。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述处理器（303）进一步用于：

提取来自运营商网络业务服务信息、接收来自家庭基站的反馈信息、向家庭基站发送基本参数配置信息、执行家庭基站的注册接入和/或为家庭基站自动配置网关。

6.一种上行频谱共享方法，应用于如权利要求1-5任一所述系统中，其特征在于，该方法包括步骤：

S1，宏蜂窝网关（101）进行频谱分配，分别面向家庭基站侧的集中管控模块（119）和宏蜂窝基站侧的宏蜂窝基站输出各自对应的频谱配置信息；

S2，宏蜂窝基站接收到来自宏蜂窝网关（101）输出的频谱配置信息，执行相应的频谱配置，配合网络调控进行混合网络的干扰抑制；同时，集中管控模块（119）接收来自宏蜂窝基站侧的频谱配置信息，提取或者计算家庭基站的频谱配置信息，并由内部的自组织服务器分析并将家庭基站频谱配置信息以广播、组播或一对一方式发送给各个家庭基站；

其中，步骤S1频谱分配及步骤S2对频谱处理采用适应性频谱共享方式，具体包括步骤：

S201，宏蜂窝网关（101）采用传统软频率复用方案为宏蜂窝小区分配频谱；

S202，为家庭基站分配频谱，使得本地家庭基站用户和宏蜂窝基站用户采用不同的主频谱；

S203，确定家庭基站的辅频谱，区分主要辅频谱和次级辅频，并用同样的方式设置小区边缘家庭基站以及宏蜂窝基站的频谱；

S204，集中管控模块（119）检测混合网络系统环境，评估环境整体通信信号质量，分别确定触发启动主要辅频谱的负荷门限load_thresh_1和触发启动次级辅频谱检测的负荷门限load_thresh_2；

S205，网络侧与家庭基站建立通信，通知各个家庭基站本基站可用的主、辅频谱，并通知家庭基站触发检测辅频谱的阈值和其他频谱配置相关信息。

S3，进入家庭基站侧流程，家庭基站接收到来自集中管控模块为其设置的初始频谱配置信息，以初始频谱配置信息为输入，进行家庭基站频谱的自配置；

其中，步骤S3中所述进入家庭基站侧流程之后所执行具体步骤包括：

S301，家庭基站判断自身业务负荷是否超过load_thresh_2，如果是，进入步骤S302；否则，进入步骤S303进行下一级判断；

S302，触发检测主要辅频谱和次级辅频谱内是否有存在可用载波，供本基站使用；随后进入步骤S305；

S303，触发判断本家庭基站业务负荷是否超过load_thresh_1，如果是，进入步骤S304；否则分配终止进入步骤S305；

S304，触发检测主要辅频谱内是否有存在可用载波，供本基站使用；随后进入步骤S305；

S305，家庭基站完成频谱自配置，为家庭基站分配对应的频谱，并且把其他操作参数按照默认设置进行配置；

S306，根据具体的环境确定测量报告的上报周期T_m以及家庭基站调度更新周期T，其中T_m≤T，且T是T_m的整数倍；

S307，通过时钟控制启动新一轮用户调度，设置计时时间对运行时间进行计时；

S308，随机化生成各个家庭基站用户频谱更新时间；

S309，判断所述计时时间是否为T_m的整数倍，如果是，进入步骤S310；否则，转移到步骤S311；

S310，如果计时时间是T_m的整数倍，则收集整理用户测量报告信息，并更新测量到的用户信息；

S311，判断计时时间是否等于该基站的调度时间，如果是，进入步骤S312；否则，跳到步骤S313；

S312，如果计时时间等于该基站的调度时间，则基站执行环境自适应调度算法；其中，环境自适应调度算法具体包括步骤：

S401，初始化用户列表为U={1,2，...，K}，对任意用户k，将用户k的加窗吞吐量Z_k初始化为一个任意小的整数ε，即Z_k=ε；

S402，初始化新到达数据包[k,m,z]，其中z∈Λ_k,m，表示此数据包是用户k的第m个缓冲区Λ_k,m中的第z个数据包；将数据包未传输的比特数量M_k,m,z初始化为整个完整数据包的比特数量T_k,m,z，即M_k,m,z=T_k,m,z，依据系统性能目标设置数据包[k,m,z]的权重为

$W_{k,m,z}=\frac{1}{Z_k}\·(U_{k,m,z}-I_{k,m,z,t}-G_{k,m,z})\·P_{k,m,z},$

其中，U_k,m,z,I_k,m,z,t,G_k,m,z,P_k,m,z分别代表数据包z可容忍的总延迟、当前时间与数据包z到达时间的时间差、保护时间间隔以及数据包z的优先级权限；

S403，面向数据包进行频谱分配，各个频谱依次选择具有最大权重容量值的数据包进行服务，如果用户集不是空集，则频谱n选中服务的数据包为：

$[k*\left(n\right),m*\left(n\right),z*\left(n\right)]=\underset{\underset{\underset{z\∈{\mathrm{\Λ}}_{k,m}}{m\∈\{\mathrm{1,2},...,M\}}}{k\∈\{\mathrm{1,2},...,K\}}}{\arg \max }{W}_{k,m,z}\·R_{k,n},$

其中，R_k,n是用户k在频谱n上所能够实现的数据速率；

S404，更新被服务数据包[k*(n),m*(n),z*(n)]的信息，更新数据包未传输的比特数量,将原来数据包未传输比特数量扣除单位调度时间内数据包传输的比特数量，得到更新后数据包未传输的比特数量

M_{k*(n),m*(n),z*(n)}=M_{k*(n),m*(n),z*(n)}-R_k*(n),n·T_s，

其中，T_s是频谱调度周期，R_k*(n),n是用户k*(n)在频谱n上所能够实现的数据速率；

S405，判断数据包[k*(n),m*(n),z*(n)]未传输的数据比特数量是否小于等于零；如果是，进入步骤S406；否则，继续传输并返回步骤S404更新信息；

S406，数据包[k*(n),m*(n),z*(n)]已被传输完毕，将该数据包从用户缓冲区Λ_k*(n),m*(n)移除，并更新用户k*(n)的加窗吞吐量为：

$Z_{k*\left(n\right)}=\frac{1}{N}\·Z_{k*\left(n\right)}+\frac{N-1}{N}\·T_{k*\left(n\right),m*\left(n\right),z*\left(n\right)};$

S407，判断本次调度计时是否达到一个周期时间T_s；如果是进入步骤S411；否则，进入步骤S408；

S408，判断用户k*(n)的用户缓冲区集合是否为空集；如果是，进入步骤S410；否则，用户仍有未传输的数据包，进入步骤S409；

从用户k*(n)各个业务缓冲区中选出具有最大加权容量的数据包进行服务，并将[k*(n),m*(n),z*(n)]更新为新选出的数据包，返回步骤S404；

用户k*(n)已经没有可以传输的业务，将用户k*(n)移除用户列表，返回步骤S403；

S411，如果本次调度计时已达到一个周期时间T_s，判断是否存在有业务需求而没有纳入用户集U的用户；如果是，进入步骤S412；否则，返回步骤S402开启新一轮循环；

S412，为所述没有纳入用户集U的用户建立集合V，并将各个用户的加窗吞吐量初始化为一个任意小的整数ε，更新用户集U=（U）∪（V），返回步骤S402启新一轮循环。

S313，判断计时时间是否等于各个基站的平均调度周期T，如果是，进入步骤S314；否则返回步骤S309，等待用户环境测量报告的更新；

S314，基站完成一次调度的更新，对基站服务的用户的整体性能进行评估；

S315，评估基站性能指标，将评估结果同预期性能或给定门限进行比较，判断整体基站内部用户整体性能是否达标，如果达标，返回步骤S307，启动下一轮调度；否则，返回步骤S306，重新设置T_m和T的值。

S4，在自配置时，家庭基站对自配置的频谱进行自适应调度，协调同周围使用相同频谱家庭基站之间的干扰。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S204可不经过集中管控模块（119）而由各个家庭基站独立执行，此时步骤S205先于步骤S204执行，并且步骤S205变为：高层网络侧与家庭基站建立通信，告知各个家庭基站本地可用的主、辅频谱及频谱配置相关信息。

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