CN102158970B - 家庭基站干扰管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种家庭基站干扰管理系统，涉及家庭基站技术领域，包括：家庭基站安全网关、若干家庭基站，还包括：家庭基站管理装置，所述若干家庭基站通过家庭基站安全网关连接所述家庭基站管理装置，所述家庭基站用于向所述家庭基站管理装置上传基站信息，所述家庭基站管理装置用于根据所述基站信息为所述家庭基站分配配置信息，使得所述家庭基站工作时与邻近小区的干扰最小化，所述配置信息包括：家庭基站运行时所需资源及其相关的控制信令。还公开了一种家庭基站干扰管理方法。本发明同时解决宏蜂窝小区和家庭基站之间，家庭基站和家庭基站之间的干扰问题。

Description

家庭基站干扰管理方法

技术领域

本发明涉及家庭基站技术领域，特别涉及一种家庭基站干扰管理方法。 

背景技术

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基站之间的干扰进行协调。 

现有技术方案一般假设的家庭基站的时钟与覆盖相同区域的宏基站是同步的。考虑到家庭基站和宏蜂窝基站性质的不同，家庭基站和宏蜂窝基站混合网络环境下，将网络划分成两个独立的层次（家庭基站层次和宏蜂窝基站层次）。基于这种分层，可以将家庭基站和宏蜂窝基站网络环境下的干扰划分成如下两种类型： 

跨层干扰：这种干扰指的是造成干扰的一方和遭受干扰的一方属于不同的层次，例如家庭基站对宏基站用户造成的干扰，即属于跨层干扰。 

同层干扰：这种干扰指的是造成干扰的一方和遭受干扰的一方属于相同的层次，例如家庭基站对邻近家庭基站用户造成的干扰，即属于同层干扰。 

为了克服干扰的影响，干扰消除技术被提了出来，然而干扰消除 技术在干扰消除过程中很容易出现错误。此外，也有研究人员提出在家庭基站使用天线扇区化，通过减少干扰源的数量，降低干扰。与之类似的，也可以采用预定义天线模式动态选择的方法，以减少泄漏到室外的功率。然而，通过上述基于硬件的方法来实现干扰的消除意味着家庭基站成本的增加。另一方面，以干扰避免为基础的方案代表了更为高效的替代策略，具体的干扰避免方法主要包括对功率和子信道进行合理的管理。 

无线蜂窝系统经常以功率控制算法和无线资源管理为工具来减轻干扰。如果不对功率和资源进行管理，离基站远的用户往往由于功率损失量大，信道性能相对较差而得不到服务。出于相同的原因，这些技术同样对于家庭基站也是必须的，并且在家庭基站环境下，这种技术还可用于额外的跨层干扰问题的解决。例如，例如，当家庭基站采用封闭接入方式(即仅仅允许家庭基站的购买者使用家庭基站)，距离用户较远的家庭基站可能需要提升功率等级，从而可能对邻近的家庭基站甚至宏基站产生高水平的干扰。这时候可能需要通过OFDMA子信道的更加有效的管理，辅助提升家庭基站层次的频率利用率，增大整个小区范围内(宏基站和家庭基站)的吞吐量。 

目前已经存在多种方式用于实现家庭基站/宏基站双层网络OFDMA子信道的有效管理，其中，能够将跨层干扰完全消除的方式是将授权频谱划分成两个部分，分别用于家庭基站和宏基站网络的使用，即在双层网络中采用正交的频谱分配方式。目前，这种频谱划分方式已被Comcast公司认可，并且Comcast公司已经找到了能够被它们的WiMax家庭基站独占的授权频谱。虽然这种正交的频谱划分方式能够完全消除跨层干扰，然而，从频谱使用效率的角度看，这种方法是缺乏效率的。理想的情况下，为了减轻跨层干扰和同层干扰，混合网络系统需要一个中心实体负责智能性地告知每个小区具体的使用哪些子信道可以降低干扰。这个实体需要向家庭基站及其用户收集 信息，并且通过收集到的信息能够在短时间内找到最佳的或者一种好的干扰解决方案。然而，首先地，由于家庭基站是由用户自主部署的，其数量和位置对于中心实体是未知的，从而给中心干扰调控方案带来了难题。另一方面，数百个家庭基站的存在导致优化问题过于复杂；数量众多的家庭基站需要通过回程(backhaul)同子信道调节中心交互信息导致延迟问题加剧。 

传统的家庭基站干扰解决方案有如下不足： 

首先，要么仅为家庭基站和宏蜂窝基站之间的干扰提供解决方案，要么仅为家庭基站之间的干扰提供解决方案，没有能够将两种干扰形式有机结合起来进行考虑。 

其次，能够综合考虑上述两种解决方案的方法经常要求家庭基站具有定位或者感知功能，不具有足够的灵活性，并且在上下行上需要对资源进行完全不同的规划。 

再次，目前的资源分配方案，很少能够考虑到家庭基站特殊的用户行为特征，由于每个家庭基站为有限的用户服务，因此在一段时间内对用户行为进行跟踪总结，是可能的，并且能够融入资源管理框架，更好支持家庭基站用户的服务质量需求。 

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：如何能够同时解决宏蜂窝小区和家庭基站之间，家庭基站和家庭基站之间的干扰问题。 

(二)技术方案 

为解决上述技术问题，本发明提供了一种家庭基站干扰管理系统，包括：家庭基站安全网关、若干家庭基站，还包括：家庭基站管理装置，所述若干家庭基站通过家庭基站安全网关连接所述家庭基站管理装置，所述家庭基站用于向所述家庭基站管理装置上传基站信息，所述家庭基站管理装置用于根据所述基站信息为所述家庭基站分 配配置信息，使得所述家庭基站工作时与邻近小区的干扰最小化，所述配置信息包括：家庭基站运行时所需资源及其相关的控制信令。 

其中，所述家庭基站还用于监测环境信息，所述环境信息为：所述家庭基站接收的来自邻近小区的干扰指示，或通过自身用户测量的来自邻近小区的信号，同时对连接的用户行为特征进行监测，并判断所述用户行为特征或环境信息的变化是否超过一定阈值，若超过，则将变化后的用户行为特征或环境信息发送到所述家庭基站管理装置，所述家庭基站管理装置还用于根据所述变化重新分配配置信息。 

本发明还提供了一种利用上述的家庭基站干扰管理系统的家庭基站干扰管理方法，包括以下步骤： 

S1：家庭基站与所述家庭基站管理装置建立连接，并上传自身的基站信息； 

S2：根据所述基站信息为所述家庭基站分配配置信息，使得所述家庭基站工作时与邻近小区的干扰最小化，所述配置信息包括：家庭基站运行时所需资源及其相关的控制信令； 

S3：所述家庭基站按所述配置信息运行，并定期监测接入到所述家庭基站的用户行为特征和环境信息； 

S4：所述家庭基站判断所述用户行为特征或环境信息的变化是否超过一定阈值，若超过，则向所述家庭基站管理装置发出重配置请求，否则，返回步骤S3； 

S5：所述家庭基站管理装置根据所述重配置请求中资源申请请求或资源释放请求重新分配配置信息，使家庭基站与其邻近小区的干扰最小化。 

其中，所述步骤S1中当所述家庭基站无法确定自身的位置信息时，还包括步骤：家庭基站与邻小区交互，调整并最终确定自身的初始化参数信息以及完整的邻区信息。 

其中，所述步骤S2具体采用迭代最优化微小区资源分配决策方 法为所述家庭基站分配配置信息，包括步骤： 

S2.1：按照不同的干扰阈值将微小区分成不同的分组，在每个分组内执行以下步骤； 

S2.2：初始化最大迭代次数Zmax、初始化迭代计数z＝0； 

S2.3：根据微小区覆盖范围以及同宏蜂窝基站的干扰情况为各个微小区分配最小的发射功率； 

S2.4：提取各个微小区在不同频谱资源块上的信干噪比SINR，构成SINR矩阵，同时创建相同规模的参数矩阵A、B，初始化矩阵中各个元素分别是SINR矩阵中对应的各个元素的函数，矩阵A、B中元素与SINR对应函数关系分别为a＝SINR/(1+SINR)，b＝log₂(1+SINR)-SINRlog₂(SINR)/(1+SINR)；a和b分别为A和B中的元素，并将各个微小区的各个频谱资源块上调度效用的总和作为优化目标函数，每个频谱资源块上的调度效用为一个独立于功率大小的权重与该资源块上用户数据速率的乘积，优化目标函数为： 

$h_{A,B}(p,k)=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{k(m,n)}{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right))---\left(1\right)$

其中，k(m，n)是第m个微小区在第n个频谱资源上调度的用户，k是k(m，n)构成的规模为M×N的矩阵，其中M是本组内微小区数量，N为所有可调度的资源数量，w_k(m，n)是用户k(m，n)对应的权重，p也是一个M×N的矩阵，具体的各个元素分别对应各个微小区不同频谱资源的发射功率，p_n是矩阵p的一个列向量，对应所有微小区在某一个可调度频谱资源上的发射功率；SINR_m，n(p_n)是第m个微小区的第n个可调度频谱资源在当前调度、功率配置情况下能够实现的SINR； 

S2.5：重构所述优化目标函数为： 

$h_{A,B}(p,k)=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{k(m,n)}[a_{m,n}{\log }_2\left({\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right)\right)+b_{m,n}]---\left(2\right)$

其中， 

$a_{m,n}=\frac{{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right)}{1+{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right)}---\left(3\right)$

$b_{m,n}={\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right))-\frac{{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right)}{1+{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right)}{\log }_2{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right)---\left(4\right)$

a_m,n和b_m,n分别为矩阵A和矩阵B在第m行，第n列的元素； 

S2.6：保持用户调度结果，选择能够最优化当前优化目标函数的功率配置，即更新用户功率配置使得： 

其中，

为更新后的功率值，

S2.7：根据更新后的功率配置，各个基站在各个频谱资源块上调度能够实现效用最大化的用户； 

S2.8：采用与S2.4相同的方法更新SINR矩阵以及参数矩阵A、B，根据新的频谱功率配置结果，计算并且更新SINR矩阵，同时利用公式（3）和（4）更新A、B矩阵中的相应元素； 

S2.9：判断各个基站的整体性能指标是否达到一定的阈值，同时当前的配置信息能够满足预定时间内预测到的业务需求，若是，则本次迭代优化资源分配的决策过程结束，转至S2.11，否则，执行步骤S2.10； 

S2.10：计数z=z+1，资源分配算法完成一次迭代，迭代次数加1； 

判断新的频谱功率配置结果是否收敛或者z=Zmax，新的频谱功率配置结果收敛说明资源分配方法已经找到了资源的最优分配点或迭代次数到达上限，转至S2.11，否则，重复执行步骤S2.3～S2.9； 

S2.11：迭代最优化微小区资源分配决策方法运行结束，所述家庭基站管理装置将优化的配置信息下发给等待判决的各个微小区。 

其中，所述步骤S2.1中对微小区分组的方式如下： 

根据各个微小区的小区信息，判断彼此间大于一定干扰阈值的微小区分为同一组，所述小区信息包括：小区的ID、邻居列表或者是小区间干扰矩阵； 

检查同一个微小区是否分别存在于多个组内，若是将所述多个组合并为一个组。 

其中，若所述重配置请求为资源申请请求，则步骤S5包括： 

家庭基站管理装置首先查看存储着空闲频谱资源的空间，如果存在空闲频谱资源，则可以分配给家庭基站使用；如果当前不存在空闲频谱资源，那么家庭基站管理装置将发送信令向系统内的其他家庭基站征集相对闲置的频谱，分配给发出请求的家庭基站；如果整体上整个家庭基站网络处于相对繁忙的状态，则家庭基站管理装置在下一周期调度时触发与发出资源请求家庭基站位于同一分组的家庭基站进行集中的频谱重配置； 

家庭基站管理装置将更新的资源配置信息发送给需要重新进行资源配置的家庭基站，资源申请触发过程结束。 

其中，若所述重配置请求为资源释放请求，则步骤S5包括： 

家庭基站管理装置接收到资源释放请求之后，进行资源释放决策，释放所述家庭基站部分资源，并将决策反馈给家庭基站； 

若家庭基站释放了部分资源，使得各小区的干扰情况发生了变化，导致邻近该家庭基站的其他家庭基站在释放资源的性能上有所提升，则家庭基站管理装置对这些信道条件的变化进行记录，并释放其他家庭基站的部分资源； 

将释放资源后的空闲资源信息发布给所述家庭基站管理装置所连接的家庭基站。 

其中，所述将释放资源后的空闲资源信息发布给所述家庭基站管理装置所连接的家庭基站的方式为： 

将空闲资源信息广播给同时发出资源申请请求的家庭基站位于同一分组内的家庭基站； 

根据各个家庭基站的需求，将空闲资源信息广播给部分用户，或在家庭基站发出资源申请触发的时候将可用资源信息发布给对应的家庭基站。 

其中，所述步骤S3中，若家庭基站关闭，则断开与所述家庭基站管理装置的连接，同时所述家庭基站管理装置将关闭的家庭基站的资源释放给邻近的家庭基站。 

（三）有益效果 

通过本发明的装置和方法，有效地控制了宏蜂窝小区和家庭基站之间，家庭基站和家庭基站之间的干扰问题，同时优化了资源配置。 

附图说明

图1是本发明实施例的一种家庭基站干扰管理系统结构示意图； 

图2是本发明实施例的一种家庭基站干扰管理方法流程图； 

图3是图2中步骤S204中采用的迭代最优化微小区资源分配决策流程图； 

图4是图2中步骤S210中家庭基站申请资源时的资源重配置方法流程图； 

图5是图2中步骤S210中家庭基站释放资源时的资源重配置方法流程图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 

本发明提出了一种基于系统效用与容量优化家庭基站干扰管理方法与系统。该方法和系统以系统效用最优化为目标，能够同时处理宏蜂窝小区和家庭基站之间，家庭基站和家庭基站之间的干扰问题，同时坚持了家庭基站自组织功能的实现。 

如图1所示，本发明的家庭基站干扰管理系统，包括：家庭基站安全网关、家庭基站管理装置及若干家庭基站，若干家庭基站通过家庭基站安全网关连接家庭基站管理装置，家庭基站用于向家庭基站管理装置上传基站信息，家庭基站管理装置用于根据基站信息为家庭基站分配配置信息，使得家庭基站工作时与邻近小区的干扰最小化，配 置信息包括：家庭基站运行时所需资源及其相关的控制信令。 

家庭基站还用于监测环境信息，环境信息为：家庭基站接收的来自邻近小区的干扰指示，或通过自身用户测量的来自邻近小区的信号，同时对连接的用户行为特征进行监测，并判断用户行为特征或环境信息的变化是否超过一定阈值，例如用户忙时业务量超过预测值的10%；若超过，则将变化后的用户行为特征或环境信息发送到家庭基站管理装置，家庭基站管理装置还用于根据变化重新分配配置信息。 

家庭基站包括： 

宽带通信接口，通过该接口同家庭基站管理装置建立通信，具体地，包括发送和接收两个部分：①发送部分：上报基站相关信息，这些基站信息可能包含基站位置信息、基站接入方式信息、基站要求达到的覆盖范围、基站初始化配置信息、干扰小区ID与特征、基站用户行为特征等；②接收部分：接收来自家庭基站管理装置发送的资源配置命令以及相关的控制信令：具体的资源可能是可用的频谱资源、功率配置、资源调整策略、功率调整步长、最大可用发射功率等；此外，家庭基站和家庭基站管理装置通过宽带通信接口进行连接建立、资源申请和释放的交互，并通过此接口接收来自家庭基站管理装置发送的空闲资源信息。 

无线通信接口，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。另外地，家庭基站需要通过无线通信接口进行开机广播，同邻近家庭基站小区建立邻居关系。并且能够通过无线通信接口接收来自邻小区或者邻居用户干扰指示信号，实现对本基站同邻居基站之间干扰的预测。 

处理器，可能对输入家庭基站的各种信息和指令进行处理，包括执行家庭基站的开启/关断指令、使用接口连接家庭基站安全网关/家庭基站管理系统、根据家庭基站管理系统指令配置信道参数、触发请求或者释放资源等等； 

存储器，可能存储着家庭基站的小区ID，记录家庭基站的状态，存储资源的配置信息、存储邻居小区列表、用户行为特征、系统内可用空闲资源、功率配置相关参数、自组织算法程序等。其中这个自组织算法程序可能是触发申请资源或者释放资源程序指令，或者其他指令，或者是家庭基站自配置指令；程序指令中涉及的静态/半静态参数也存储在存储器中， 

家庭基站管理装置包括如下单元： 

宽带通信接口，通过该接口同家庭基站建立通信，具体地，包括发送和接收两个部分，支持同时跟多个家庭基站的信息交互：①发送部分：向家庭基站发送资源配置命令以及相关的控制信令：具体的资源可能是可用的频谱资源、功率配置、资源调整策略、功率调整步长、最大可用发射功率等；②接收部分：接收建立连接的家庭基站的相关信息。 

处理器，可能执行各种指令程序，具体地，这些程序指令可能包括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，更高层次更集中更优化地为多个家庭基站提供资源分配决策方案等。 

存储器，该存储模块存储着可被处理模块执行的指令程序、管辖范围内各个家庭基站的相关信息，以及各种控制命令。具体地，指令程序可能包括如何同一个家庭基站建立连接，如何实现频谱分配决策的算法，如何对家庭基站的请求作出响应等等。而与家庭基站相关的信息，则如上文所述的管辖区域内家庭基站的小区ID、家庭基站的覆盖范围，家庭基站的配置信息，家庭基站的邻区干扰情况或者邻居小区列表信息，家庭基站的接入模式、家庭基站用户行为特征等等。 

家庭基站管理装置具体部署的时候可能融合在家庭基站安全网关，作为一个资源决策中心、远程控制实体。可能地，如果家庭基站要实现彻底的分布式自组织，每个家庭基站内部可能会具有家庭基站 管理装置类似功能的单元，并且这个单元可能具有认知功能，能够广泛搜集邻居干扰信息，达到优化决策。 

如图2所示，为利用上述家庭基站干扰管理系统的家庭基站干扰管理方法，具体包括： 

步骤S201，家庭基站上电开启，与家庭基站管理装置建立连接：若家庭基站能够确认自身位置或者家庭基站具有相对完整的邻区信息，可以跳过S202，执行S203； 

步骤S202，家庭基站与邻近小区(可能是家庭基站或者宏蜂窝基站)交互，实现初始化配置，具体的有两种配置方案： 

方案一：家庭基站可以以一定的初始化功率在各个信道上发送导频，一旦邻近小区感受到家庭基站的干扰，将广播信令告知导致干扰的家庭基站(即正在初始化的家庭基站)本小区受到了干扰以及其所属小区的标识。这个广播信令可以在受干扰的频段进行广播或者可以在一个公共认可的频谱进行广播(包含被干扰频段的信息)。具体地，邻小区对干扰的测量可能通过获得的参考信号接收功率(Reference Signal Received Power，RSRP)、参考信号接收强度(Receive Signal Strength Indication，RSSI)等指标或者由这些指标计算出来的相关参量进行指示，并将这些指标或者参量与相关阈值比较，并确定是否受到干扰。如果没有任何邻近小区向家庭基站发出干扰指示，家庭基站可以以一定的步长增大功率，至该家庭基站达到最大发射功率或者有小区指示家庭基站造成干扰，停止增大功率，并回退一个步长的功率，此时家庭基站完成一个初始化配置，注意：这个功率步长，可能是家庭基站本身配置的功率调整步长，也可能是家庭基站连接的家庭基站管理装置指示的功率步长；而且步长可能随着调整的次数增多有所变化；如果家庭基站初始化最小功率后即有干扰指示，则家庭基站放弃使用所有频谱；这种方案的好处是能够迅速实现一种初始化配置，并很快确定了小区之间的邻居关系；缺点是没有能够充分地进行配置， 由于迅速地放弃配置的尝试，距离相对较远的邻居没有被发现。 

方案二：同方案一的区别是，一旦家庭基站检测到在某个资源上对邻近小区造成干扰，则仅仅回退该资源使用的功率，而其他资源可以持续依照步长增大发射功率，至达到无干扰的最大化功率。这种方法能够实现较为充分的配置，而且能够找到几乎所有邻居基站。 

步骤S203，家庭基站向家庭基站管理装置上报基站信息：具体地，这些基站信息可能包含基站位置信息、基站接入方式信息、基站要求达到的覆盖范围、基站初始化配置信息、干扰小区ID与特征参数、基站存储器中记录的基站用户行为特征等。具体地，基站接入方式包含闭合接入方式(Close Access，即本家庭基站只允许注册到本基站的用户，也就是那些允许接入的闭合用户组接入小区标识(Closed Subscriber Group Identifier，CSG ID)的列表中包含了本闭合接入小区的CSG ID的用户才可以接入本家庭基站小区)，开放接入方式(Open Access，即所有用户均等地接入本家庭基站)，以及混合接入方式(Hybrid Access，即本家庭基站的注册用户优先获得服务，非注册用户受限接入本家庭基站)。干扰小区特征可能包括干扰小区的接入方式等，基站初始化配置信息可能包含基站当前在各个频谱资源上基于无干扰或者弱干扰原则能够采用的最大发射功率。基站用户行为特征可能包括用户业务接入时间、业务类型、业务量等进行描述。 

步骤S204，家庭基站管理装置根据家庭基站信息为家庭基站分配合适的资源以及相关的控制信令：具体的资源可能是可用的频谱资源、功率配置、资源调整策略、功率调整步长、最大可用发射功率(不同于家庭基站本身发射机受限的发射功率)等，以充分地减小干扰，提升容量，并较好实现对用户行为的跟踪。具体地，家庭基站管理装置可能根据不同的情况，简单地对家庭基站选择的资源配置方案进行确认，或者执行如下述迭代最优化微小区资源分配决策方法，进行相对全局的优化，具体步骤如图3所示，包括： 

步骤S301，为了使得微小区的某个集中管理实体家庭基站管理装置能够更有针对性更有效地对家庭基站进行集中管理优化，优选将系统内的大量家庭基站进行分组，各个组分别进行优化。本专利建议的分组方法要求能够获取系统内所有家庭基站完整的干扰信息，并且可以把这些干扰信息量化成为一个统一的指标，例如SINR；这些指标可以以小区间干扰矩阵形式存储在家庭基站管理装置存储器内。本方法适用的前提可以主要划分成两种类型：其一是家庭基站管理装置能够获知所有微小区的位置信息、功率信息，并且能够估计微小区所处位置区域的信道传播环境；其二是家庭基站管理装置无从获取各个微小区的位置信息，但是能够从微小区侧获取这组微小区完整的干扰信息。因此，按照不同的干扰阈值将微小区分成不同的分组，在每个分组内执行以下步骤。其中，对微小区分组的方式如下： 

根据各个微小区的小区信息，判断彼此间大于一定干扰阈值的微小区分为同一组，所述小区信息包括：小区的ID、邻居列表或者是小区间干扰矩阵；检查同一个微小区是否分别存在于多个组内，若是将所述多个组合并为一个组。 

步骤S302，初始化最大迭代次数Zmax、初始化迭代计数z＝0。最大迭代次数Zmax的提出是因为如果算法收敛时间过长，导致判决时间的延长，产生两方面问题：1)信道的实时性使得当前的判决结果可能已经不是最优；2)信道判决延迟，导致用户接受服务的时间延迟，用户服务质量下降。具体最大迭代次数的确定可能需要同信道特性、用户需求等进行确定。 

步骤S303，根据微小区覆盖范围以及同宏蜂窝基站的干扰情况为各个微小区分配最小的发射功率。该发射功率的确定可能同微小区的覆盖范围、微小区发射机本身允许的最小发射功率有关系，或者为了能够避免和减轻同宏蜂窝系统的干扰，可能根据家庭基站自身位置或者与宏蜂窝基站之间间的干扰状况(如步骤S202所述测量)，确定 合适的发射功率。建议相同覆盖范围的CSG小区与非CSG小区，非CSG小区能够采用相对更大的发射功率。这是由于一般的，宏蜂窝用户不能够切换进CSG小区，宏蜂窝系统和CSG小区之间容易产生更大的干扰；而非CSG小区能够接纳宏蜂窝用户，甚至当它资源富余的时候，可以通过增大覆盖，为附近信号较差的宏蜂窝用户提供服务。 

步骤S304，提取各个微小区在不同频谱资源块上的信干噪比SINR，构成SINR矩阵，同时创建相同规模的参数矩阵A、B，初始化矩阵中各个元素分别是SINR矩阵各个元素的函数，矩阵A、B中元素与SINR对应函数关系分别为a＝SINR/(1+SINR)，b＝log₂(1+SINR)-SINRlog₂(SINR)/(1+SINR)；a和b分别为A和B中的元素，并将各个微小区的各个频谱资源块上调度效用的总和作为优化目标函数，每个频谱资源块上的调度效用为一个独立于功率大小的权重与该资源块上用户数据速率的乘积，优化目标函数为： 

$h_{A,B}(p,k)=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{k(m,n)}{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right))---\left(1\right)$

其中，k(m，n)是第m个微小区在第n个频谱资源上调度的用户，k是k(m，n)构成的规模为M×N的矩阵，其中M是本组内微小区数量，N为所有可调度的资源数量，w_k(m，n)是用户k(m，n)对应的权重，p也是一个M×N的矩阵，具体的各个元素分别对应各个微小区不同频谱资源的发射功率，p_n是矩阵p的一个列向量，对应所有微小区在某一个可调度频谱资源上的发射功率；SINR_m，n(p_n)是第m个微小区的第n个可调度频谱资源在当前调度、功率配置情况下能够实现的SINR； 

步骤S305，重构所述优化目标函数为： 

$h_{A,B}(p,k)=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{k(m,n)}[a_{m,n}{\log }_2\left({\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right)\right)+b_{m,n}]---\left(2\right)$

文献(J.Papandriopoulos and J.Evans，“Low-complexity distributed algorithms for spectrum balancing in multi-user DSL networks，”in Proc.IEEE Int.Conf.Commun.，Istanbul，Turkey，Jun.2006，pp.3270-3275.) 中证明，通过对目标(2)进行迭代优化可以最终实现目标(1)的最优 

其中， 

$a_{m,n}=\frac{{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right)}{1+{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right)}---\left(3\right)$

$b_{m,n}={\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right))-\frac{{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right)}{1+{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right)}{\log }_2{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right)---\left(4\right)$

a_m，n和b_m，n分别为矩阵A和矩阵B在第m行，第n列的元素； 

步骤S306，保持用户调度结果，选择能够最优化当前优化目标函数的功率配置，即更新用户配置使得： 

其中， 

为更新后的功率值， 

步骤S307，根据更新后的功率配置，各个基站在各个频谱资源块上调度能够实现效用最大化的用户。 

步骤S308，采用与S2.4相同的方法更新SINR矩阵以及参数矩阵A、B：根据新的频谱功率配置结果，计算并且更新SINR矩阵，同时利用公式(3)和(4)更新A、B矩阵中的相应元素。 

步骤S309，判断各个基站整体性能指标是否达到一定的阈值，例如，系统中业务的中断概率低于5％。同时当前的配置信息能够满足预定时间内预测到的业务需求，若是，则本次迭代优化资源分配决策过程结束，至S312，否则，执行步骤S310。 

步骤S310，计数z＝z+1，资源分配算法完成一次迭代，迭代次数加1，重复执行步骤S303～S309。 

步骤S311，新的频谱功率配置结果收敛或者z＝Zmax，新的频谱功率配置结果收敛说明资源分配方法已经找到了资源的最优分配点或迭代次数到达上限，转至S312。 

步骤S312，迭代最优化微小区资源分配决策方法运行结束，所述家庭基站管理装置将优化的配置信息下发给等待判决的各个微小区。 

步骤S205，家庭基站根据家庭基站管理装置下发的资源配置消息重配置自身资源，并按配置的资源运行。 

步骤S206，运行时家庭基站定期监测用户行为特征、定期监测环境质量：在下行上，家庭基站一方面接收到来自邻近小区的干扰指示，一方面家庭基站也通过自身用户，测量来自邻近小区的信号以及干扰；同时家庭基站对连接的用户行为特征进行监测，当监测到的用户特征与其存储器中记录的用户行为特征不符合时，则通过连续监测确定用户行为特征确实发生变化，覆盖写入存储器中用于存储用户行为特征的单元。 

S207：判断家庭基站是否关闭：如果是转入S208，否则转入S209。 

S208：本家庭基站关闭，家庭基站管理装置断开了同该家庭基站的连接，同时结束了与本家庭基站的相关管理过程，并且可以将本家庭基站占用的频谱资源释放给邻近的家庭基站。 

S209：判断用户行为特征或环境信息的变化是否超过一定阈值，如果本家庭基站检测到用户行为特征发生变化或者由于环境突然变化，导致当前的资源配置模式，已经没能很好满足本家庭基站用户的需求，或者由于用户数量的减少等原因，导致本家庭基站过多地占用了频谱功率资源，则进入S210；否则，当前的资源配置与服务需求匹配，返回S206继续进行环境与行为的监测。 

S210：特征或者环境变化是否超过一定阈值，家庭基站将差异上报家庭基站管理装置，触发家庭基站管理装置对资源进行重配置或者更新；或者由家庭基站建议资源更新方案，并提交家庭基站管理装置进行判决。其中，资源重配置主要包括资源申请触发的配置和资源释放触发的配置。当家家庭基站检测到用户行为特征或者环境参数差异化导致当前家庭基站资源配置难以满足用户的需求，家庭基站触发资源申请，反之触发资源释放。 

触发资源申请过程，如图4所示，家庭基站检测到用户行为特征 或者环境参数差异化，并进一步判定基站可用资源，包括频谱与功率资源相对用户需求短缺，家庭基站发出资源请求，家庭基站向所属的家庭基站管理装置发送额外资源请求信息，要求增大发射功率或者使用更多的频谱资源。资源重配置过程如下： 

家庭基站管理装置进行资源重配置分配，首先查看存储着空闲频谱资源的空间，如果存在空闲频谱资源，则可以分配给家庭基站使用；如果当前不存在空闲频谱资源，那么家庭基站管理装置将发送信令向系统内的其他家庭基站征集相对闲置的频谱，分配给发出请求的家庭基站；如果整体上整个家庭基站网络处于相对繁忙的状态，那么家庭基站管理装置可能在下一周期调度时触发与发出资源请求家庭基站位于同一分组的家庭基站进行集中的频谱重配置，具体的方法可以采用上述迭代最优化微小区资源分配决策方法。 

资源更新发布，家庭基站管理装置将更新的资源配置信息发送给需要重新进行资源配置的家庭基站，也就是资源配置发生变化的家庭基站。资源申请触发过程结束。 

本资源申请触发方法，相当于完成了上述方法中的S210步骤，并调用了S204功能，结束即可返回S205，或者提供信令告知上述方法中的S204程序，资源申请触发结束后可转入S205。 

触发资源释放过程，如图5所示，家庭基站检测到用户行为特征或者环境参数差异化，并进一步判定基站可用资源，包括频谱与功率资源，相对用户需求过剩，家庭基站向所述的家庭基站管理装置发送资源释放请求，其中包含具体要释放的资源信息。 

家庭基站管理装置接收到资源释放请求之后，进行资源释放决策，并将决策反馈给家庭基站。具体地，由于家庭基站管理装置可以综合多个家庭基站的资源和需求，可以同发出请求的家庭基站协商具体释放多少资源，以及释放哪块资源。实际系统中，也可以让家庭基站独立地作出资源释放决策，并由家庭基站管理装置管理释放的资 源。 

由于发出请求的家庭基站释放了部分资源，使得系统的干扰情况可能发生变化，即邻近该家庭基站的其他家庭基站在释放资源的性能上有所提升，从而可能引发更多的资源释放，家庭基站管理装置对这些信道条件的变化进行记录。 

空闲资源信息发布，所述空闲信息可能以较小干扰水平的形式来表征，并发布给系统内附属的家庭基站，跟更有效地是广播给同发出请求的家庭基站位于同一干扰组内的家庭基站，具体组的概念可以上述微小区分组判决方法及模块，或者可以根据各个家庭基站的需求，将空闲资源信息广播给部分用户，也可以在用户发出资源申请触发的时候将可用资源信息发布给用户。 

本发明提出的上述方法和系统具有很强的灵活性，能够很容易的转换到基于上行的管理，并且通过调整可以很方便地运用于其他非LTE或者非3GPP的系统，例如WiMax、CDMA系统、TDMA系统。 

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，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。 

Claims (7)

1.一种家庭基站干扰管理方法，所述方法基于家庭基站干扰管理系统，该系统包括：家庭基站安全网关、若干家庭基站、家庭基站管理装置，所述若干家庭基站通过家庭基站安全网关连接所述家庭基站管理装置，所述家庭基站用于向所述家庭基站管理装置上传基站信息，所述家庭基站管理装置用于根据所述基站信息为所述家庭基站分配配置信息，使得所述家庭基站工作时与邻近小区的干扰最小化，所述配置信息包括：家庭基站运行时所需资源及其相关的控制信令；

所述家庭基站还用于监测环境信息，所述环境信息为：所述家庭基站接收的来自邻近小区的干扰指示，或通过自身用户测量的来自邻近小区的信号，同时对连接的用户行为特征进行监测，并判断所述用户行为特征或环境信息的变化是否超过一定阈值，若超过，则将变化后的用户行为特征或环境信息发送到所述家庭基站管理装置，所述家庭基站管理装置还用于根据所述变化重新分配配置信息；

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：家庭基站与所述家庭基站管理装置建立连接，并上传自身的基站信息；

S2：根据所述基站信息为所述家庭基站分配配置信息，使得所述家庭基站工作时与邻近小区的干扰最小化，所述配置信息包括：家庭基站运行时所需资源及其相关的控制信令；具体采用迭代最优化微小区资源分配决策方法为所述家庭基站分配配置信息，包括步骤：

S2.1：按照不同的干扰阈值将微小区分成不同的分组，在每个分组内执行以下步骤；

S2.2：初始化最大迭代次数Zmax、初始化迭代计数z=0；

S2.3：根据微小区覆盖范围以及同宏蜂窝基站的干扰情况为各个微小区分配最小的发射功率；

S2.4：提取各个微小区在不同频谱资源块上的信干噪比SINR，构成SINR矩阵，同时创建相同规模的参数矩阵A、B，初始化矩阵中各个元素分别是SINR矩阵中对应的各个元素的函数，矩阵A、B中元素与SINR对应函数关系分别为a=SINR/(1+SINR)，b=log₂(1+SINR)-SINRlog₂(SINR)/(1+SINR)；a和b分别为A和B中的元素，并将各个微小区的各个频谱资源块上调度效用的总和作为优化目标函数，每个频谱资源块上的调度效用为一个独立于功率大小的权重与该资源块上用户数据速率的乘积，优化目标函数为：

$h_{A,B}(p,k)=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{k(m,n)}{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right))---\left(1\right)$

其中，k(m,n)是第m个微小区在第n个频谱资源上调度的用户，k是k(m,n)构成的规模为M×N的矩阵，其中M是本组内微小区数量，N为所有可调度的资源数量，w_k(m,n)是用户k(m,n)对应的权重，p也是一个M×N的矩阵，具体的各个元素分别对应各个微小区不同频谱资源的发射功率，p_n是矩阵p的一个列向量，对应所有微小区在某一个可调度频谱资源上的发射功率；SINR_m,n(p_n)是第m个微小区的第n个可调度频谱资源在当前调度、功率配置情况下能够实现的SINR；

S2.5：重构所述优化目标函数为：

$h_{A,B}(p,k)=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{k(m,n)}[a_{m,n}{\log }_2\left({\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right)\right)+b_{m,n}]---\left(2\right)$

其中，

$a_{m,n}=\frac{{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right)}{1+{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right)}---\left(3\right)$

$b_{m,n}={\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right))-\frac{{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right)}{1+{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right)}{\log }_2{\mathrm{SINR}}_{m,n}\left(p_n\right)---\left(4\right)$

a_m,n和b_m,n分别为矩阵A和矩阵B在第m行，第n列的元素；

S2.6：保持用户调度结果，选择能够最优化当前优化目标函数的功率配置，即更新用户功率配置使得：

其中，

为更新后的功率值，

S2.7：根据更新后的功率配置，各个基站在各个频谱资源块上调度能够实现效用最大化的用户；

S2.8：采用与S2.4相同的方法更新SINR矩阵以及参数矩阵A、B，根据新的频谱功率配置结果，计算并且更新SINR矩阵，同时利用公式（3）和（4）更新A、B矩阵中的相应元素；

S2.9：判断各个基站的整体性能指标是否达到一定的阈值，同时当前的配置信息能够满足预定时间内预测到的业务需求，若是，则本次迭代优化资源分配的决策过程结束，转至S2.11，否则，执行步骤S2.10；

S2.10：计数z=z+1，资源分配算法完成一次迭代，迭代次数加1，判断新的频谱功率配置结果是否收敛或者z=Zmax，新的频谱功率配置结果收敛说明资源分配方法已经找到了资源的最优分配点或迭代次数到达上限，转至S2.11，否则重复执行步骤S2.3～S2.9；

S2.11：迭代最优化微小区资源分配决策方法运行结束，所述家庭基站管理装置将优化的配置信息下发给等待判决的各个微小区

S3：所述家庭基站按所述配置信息运行，并定期监测接入到所述家庭基站的用户行为特征和环境信息；

S4：所述家庭基站判断所述用户行为特征或环境信息的变化是否超过一定阈值，若超过，则向所述家庭基站管理装置发出重配置请求，否则，返回步骤S3；

S5：所述家庭基站管理装置根据所述重配置请求中资源申请请求或资源释放请求重新分配配置信息，使家庭基站与其邻近小区的干扰最小化。

2.如权利要求1所述的家庭基站干扰管理方法，其特征在于，所述步骤S1中当所述家庭基站无法确定自身的位置信息时，还包括步骤：家庭基站与邻小区交互，调整并最终确定自身的初始化参数信息以及完整的邻区信息。

3.如权利要求1所述的家庭基站干扰管理方法，其特征在于，所述步骤S2.1中对微小区分组的方式如下：

根据各个微小区的小区信息，判断彼此间大于一定干扰阈值的微小区分为同一组，所述小区信息包括：小区的ID、邻居列表或者是小区间干扰矩阵；

检查同一个微小区是否分别存在于多个组内，若是将所述多个组合并为一个组。

4.如权利要求1所述的家庭基站干扰管理方法，其特征在于，若所述重配置请求为资源申请请求，则步骤S5包括：

家庭基站管理装置首先查看存储着空闲频谱资源的空间，如果存在空闲频谱资源，则可以分配给家庭基站使用；如果当前不存在空闲频谱资源，那么家庭基站管理装置将发送信令向系统内的其他家庭基站征集相对闲置的频谱，分配给发出请求的家庭基站；如果整体上整个家庭基站网络处于相对繁忙的状态，则家庭基站管理装置在下一周期调度时触发与发出资源请求家庭基站位于同一分组的家庭基站进行集中的频谱重配置；

家庭基站管理装置将更新的资源配置信息发送给需要重新进行资源配置的家庭基站，资源申请触发过程结束。

5.如权利要求1所述的家庭基站干扰管理方法，其特征在于，若所述重配置请求为资源释放请求，则步骤S5包括：

家庭基站管理装置接收到资源释放请求之后，进行资源释放决策，释放所述家庭基站部分资源，并将决策反馈给家庭基站；

若家庭基站释放了部分资源，使得各小区的干扰情况发生了变化，导致邻近该家庭基站的其他家庭基站在释放资源的性能上有所提升，则家庭基站管理装置对这些信道条件的变化进行记录，并释放其他家庭基站的部分资源；

将释放资源后的空闲资源信息发布给所述家庭基站管理装置所连接的家庭基站。

6.如权利要求1所述的家庭基站干扰管理方法，其特征在于，所述将释放资源后的空闲资源信息发布给所述家庭基站管理装置所连接的家庭基站的方式为：

将空闲资源信息广播给同时发出资源申请请求的家庭基站位于同一分组内的家庭基站；

根据各个家庭基站的需求，将空闲资源信息广播给部分用户，或在家庭基站发出资源申请触发的时候将可用资源信息发布给对应的家庭基站。

7.如权利要求1～6中任一项所述的家庭基站干扰管理方法，其特征在于，所述步骤S3中，若家庭基站关闭，则断开与所述家庭基站管理装置的连接，同时所述家庭基站管理装置将关闭的家庭基站的资源释放给邻近的家庭基站。

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