CN102647749B - 蜂窝与端到端混合网络的终端干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了移动通信技术领域中的一种蜂窝与端到端混合网络的终端干扰抑制方法，用以解决混合网络中的终端设备存在的上行通信干扰和下行通信干扰的问题。包括：直通通信终端向基站注册自身的位置信息；基站收到直通通信终端的位置信息后，广播所述直通通信终端的位置信息，并命令直通通信终端设定距离范围内的信道测量设备进行系统带宽的信道测量；当信道测量设备与直通通信终端足够近时，信道测量设备检测系统带宽上的信道质量，并向基站上报检测结果；基站根据检测结果形成差资源块信息列表，并将差资源块信息列表广播给所述直通通信终端；直通通信终端根据差资源块信息列表进行通信。本发明解决了混合网络中下行通信干扰和上行通信干扰问题。

Description

蜂窝与端到端混合网络的终端干扰抑制方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，尤其涉及一种蜂窝与端到端混合网络的终端干扰抑制方法。

背景技术

当前，移动通信网络主要有两种：集中式控制的蜂窝网络与分布式控制的Ad-hoc(点对点)网络。蜂窝网络的终端设备(User Equipment，UE)之间的通信必须要通过基站(BS、NB或者eNB)的控制，而Ad-hoc网络的UE之间可以直接进行通信，或者通过另一个UE的中继进行通信。

在蜂窝网络中，即使两个UE相邻很近，也必须要通过基站之类的中心控制器来进行通信的控制，包括发射功率的控制以及使用资源的分配。这样的集中式控制的系统带来的好处是便于资源管理以及干扰控制，但是缺点也很明显——资源的使用效率不是很高。例如，即使两个UE相距很近，也要使用双倍的资源来进行通信。因此，为了提高频谱使用效率，获得更高的系统吞吐量，LTE-Advanced(Long Term Evolution Advanced)中已经提出了一种设备间直接通信的模式(Device-to-Device communication，D2D)。这样，未来的通信网络将不再是单一模式的网络，而是如图1所示的集中式网络和分布式网络并存的混合式网络。在图1中我们可以观察到，一个UE可以直接给另一个UE发送数据，这种通信方式称为直通通信。一个UE也可以在基站的控制下与另一个UE通信，这种通信方式称为通过基站转发进行通信。更进一步，一个UE可以同时与基站和其他UE进行通信。与单一模式的网络相比，这种混合网络无疑将带来更大的系统性能的增益。

但是，由于直通通信的终端(简称为直通通信终端，英文缩写为D_UE，即D2D UE)与传统的通过基站转发进行通信的终端(简称为基站转发通信终端，英文缩写为C_UE，即Cellular UE)复用相同的频率资源，因此存在着相互干扰的问题。这个干扰问题在下行(downlink，DL)和上行(uplink，UL)中都存在。图2和图3分别给出了下行和上行的干扰模式。

我们可以从图2和图3中看到，在下行干扰模式示意图(图2)中，存在两种干扰。首先C_UE是受害者，他们将被距离其较近且使用相同资源的D_UE所干扰；其次，D_UE会被基站所干扰。而在上行干扰模式示意图(图3)中，情况刚好相反，D_UE是被干扰者，他们将被距离其较近且使用相同资源的C_UE所干扰；另外，D_UE也会干扰基站。这两种情况的干扰一定要被抑制，否则不但不能带来直通通信的好处，相反会影响现有蜂窝系统的性能。

这个问题目前有两种直接的方法进行解决：

方法一：所有UE(D_UE和C_UE)的资源分配都服从基站的安排。这样做的优点在于：基站统一分配资源，因此可以很好地避免干扰。缺点在于：由于所有通信都要由基站安排，因此终端和基站之间的信令负载会很大，通信延时会很大，这种情况在多小区的直通通信中会更明显，而且限制了终端直接通信的灵活性。

方法二：D_UE完全自主地进行资源分配。这样做的优点在于：可以充分发挥终端设备的灵活性。但是，由于完全不受基站控制，干扰抑制的过程将是非常困难的，方法也极可能是无效的或者低效的。

发明人已经在之前的一些文章中提出了解决DL及UL的干扰抑制方法。在本发明中，发明人提出了一种基于终端设备的位置信息，通过C_UE进行辅助测量，再利用基站发布的辅助信息，实现蜂窝与端到端混合网络中的下行和上行的干扰抑制的方法。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种蜂窝与端到端混合网络的终端干扰抑制方法，用以解决IMT-Advanced混合网络中的具有认知功能的终端设备进行通信时，存在上行通信干扰和下行通信干扰的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是，一种蜂窝与端到端混合网络的终端干扰抑制方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：直通通信终端向基站注册自身的位置信息；

步骤2：基站收到直通通信终端的位置信息后，广播所述直通通信终端的位置信息，并命令所述直通通信终端设定距离范围内的信道测量设备进行系统带宽的信道测量；

步骤3：判断所述信道测量设备与直通通信终端的距离是否小于等于复用相同频率资源干扰距离，如果所述信道测量设备与直通通信终端的距离小于等于复用相同频率资源干扰距离，则执行步骤4；否则，执行步骤7；所述复用相同频率资源干扰距离是指基站转发通信终端与直通通信终端复用相同频率资源构成干扰的距离；

步骤4：所述信道测量设备检测系统带宽上的信道质量，并向基站上报检测结果；所述检测结果包括信道测量设备的身份识别码、信道测量设备的位置信息和信道测量设备所对应的设定数量的差资源块的信息；所述差资源块为信道测量设备接收到的基站参考信号的功率在设定门限值以下的资源块；

步骤5：基站收到信道测量设备上报的检测结果，形成差资源块信息列表，并将差资源块信息列表广播给所述直通通信终端；

步骤6：直通通信终端根据差资源块信息列表进行通信，而后执行步骤8；

步骤7：基站直接给所述直通通信终端分配不同于蜂窝小区频率资源的频谱，即分配正交的频率资源；

步骤8：结束。

所述直通通信终端根据差资源块信息列表进行通信具体是，直通通信终端根据差资源块信息列表中的信道测量设备的位置信息，计算距离自身最近的信道测量设备，并使用距离自身最近的信道测量设备所对应的差资源块进行点对点通信。

所述信道测量设备为处于空闲状态的基站转发通信终端或者检测传感器。

当所述信道测量设备为处于空闲状态的基站转发通信终端时，所述步骤6还包括处于空闲状态的基站转发通信终端和基站根据差资源块信息列表进行通信，其具体过程是：当基站向处于空闲状态的基站转发通信终端发送信号时，基站不使用差资源块信息列表中处于空闲状态的基站转发通信终端所对应的差资源块向所述处于空闲状态的基站转发通信终端发送信号；当处于空闲状态的基站转发通信终端向基站发送信号时，基站不将差资源块信息列表中处于空闲状态的基站转发通信终端所对应的差资源块分配给所述处于空闲状态的基站转发通信终端。

本发明面向IMT-A的蜂窝网络和D2D网络的混合网络，可以同时有效避免下行通信干扰和上行通信干扰。

附图说明

图1是混合网络及D2D通信模式示意图；

图2是下行干扰模式示意图；

图3是上行干扰模式示意图；

图4是蜂窝与端到端混合网络的终端干扰抑制方法流程图；

图5是信道测量设备上报的检测结果表；

图6是基站形成的差资源块信息列表；

图7是下行干扰抑制的信令流程图；

图8是上行干扰抑制的信令流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

实施例

本发明基于如下假设：

1)本发明中蜂窝系统是时分复用(TDD)的LTE系统，D2D系统也是时分复用(TDD)的系统。

2)D2D用户和蜂窝用户复用LTE系统的频率资源，同时，D2D用户的信令和数据传输都遵循LTE的帧结构及时隙，即D2D用户是要与LTE系统完全同步的。

3)本发明中的集中控制系统(即蜂窝系统)也可以推广至其他的OFDM系统以及频分复用(FDD)的系统。

4)本发明中的终端用户具有认知功能，具体而言就是，具有能够检测出周围D2D用户以及蜂窝用户的干扰情况。

对于TDD的蜂窝系统而言，在下行干扰的场景，要抑制的干扰包括两部分，一是基站(eNB)对直通通信终端(D_UE)的干扰，二是直通通信终端(D_UE)对周围的复用相同频率资源的基站转发通信终端(C_UE)的干扰。图4是蜂窝与端到端混合网络的终端干扰抑制方法流程图，图4中，蜂窝与端到端混合网络的终端干扰抑制方法包括：

步骤1：直通通信终端(D_UE)向基站(eNB)注册自身的位置信息。

在混合网络中，直通通信终端(D_UE)在向基站(eNB)注册时，除了正常的需要上报的信息外，还需要上报自己的位置信息给基站(eNB)。这里需要注意，我们假设在混合网络中相对于基站转发通信终端(C_UE)或者专门设置的检测传感器而言，直通通信终端(D_UE)的数量并不大。另外，因为定位装置现在已经很普遍地在移动终端设备中使用，我们认为终端设备具有定位功能是可以实现和可行的。

步骤2：基站(eNB)收到直通通信终端(D_UE)的位置信息后，广播该直通通信终端(D_UE)的位置信息，并命令该直通通信终端(D_UE)设定距离范围内的信道测量设备进行系统带宽的信道测量。

只有在与直通通信终端(D_UE)设定距离范围内的信道测量设备才会进行系统带宽的信道测量，而在与直通通信终端(D_UE)设定距离以外的终端(UE)由于不会与该直通通信终端(D_UE)产生干扰，因此不必进行信道测量。

设定距离可以根据具体的干扰情况事先设定，因为每个UE大概的发射功率是已知的，再根据经验的路径损耗公式，就可以估算出距离是多少米之内的UE会在复用相同频率时构成干扰。不同的系统可以根据不同的性质和需求确定不同的设定距离。比如，设定距离为10米，则本实施例中，本步骤即为：命令距离直通通信终端(D_UE)10米以内的信道测量设备进行系统带宽的信道测量。

信道测量设备是具备信道测量功能的装置，可以是处于空闲状态的基站转发通信终端(C_UE)，即处于待机状态的基站转发通信终端(C_UE)；或者也可以是检测传感器。对于基站转发通信终端(C_UE)，在其上安装定位的软硬件系统是很普遍的，因此基站转发通信终端(C_UE)获知其与直通通信终端(D_UE)的距离是可以实现的和可行的。在这里，仅仅要求处于空闲状态的基站转发通信终端(C_UE)进行相应的信道测量工作，而处于忙碌状态的基站转发通信终端(C_UE)可以不理会基站(eNB)发的这个信令，从而减少了基站转发通信终端(C_UE)的信令负载以及消耗的能量。对于检测传感器而言，目前具备信道测量功能的检测传感器成本已经非常低，因此使用检测传感器也是可行的。

由于基站(eNB)在每个下行帧中自动发送基站参考信号，无需终端(UE)进行请求，因此基站参考信号是与其他要传输的业务信息或者控制信令复用在一起发送给终端(UE)的。所以，基站(eNB)在命令直通通信终端(D_UE)设定距离范围内的信道测量设备进行系统带宽的信道测量时，会自动将基站参考信号发送给信道测量设备。

步骤3：判断信道测量设备与直通通信终端(D_UE)的距离是否小于等于复用相同频率资源干扰距离，如果信道测量设备与直通通信终端(D_UE)的距离小于等于复用相同频率资源干扰距离，则执行步骤4。否则，执行步骤7。

复用相同频率资源干扰距离是指基站转发通信终端与直通通信终端复用相同频率资源构成干扰的距离。基站(eNB)知道每一个终端(UE)的发射功率和大概的路径损耗参数，因此可以根据每个系统自身的性质定义出干扰的大小，这样就可以估算出多大距离之内的基站转发通信终端(C_UE)和直通通信终端(D_UE)会构成干扰，这是本领域的常用技术。

在本发明中，仅要求距离直通通信终端(D_UE)足够近到会构成干扰时，才进行信道的测量，而那些距离直通通信终端(D_UE)远的基站转发通信终端(C_UE)，即使处于空闲状态也不会做相应的信道测量工作，这样做会减少系统的信令负载，节约终端的能量。

步骤4：信道测量设备检测系统带宽上的信道质量，并向基站上报检测结果。其中，检测结果包括信道测量设备的身份识别码、信道测量设备的位置信息和信道测量设备所对应的设定数量的差资源块的信息；差资源块为信道测量设备接收到的基站参考信号的功率在设定门限值以下的资源块。

不同于正常的LTE系统的信道检测结果报告，这里信道测量设备需要报告的不是接收信号强的频率资源，而是信道测量设备的身份识别号码(ID号，在LTE系统里是C-RNTI)、信道测量设备的位置信息以及接收到的参考信号的功率在设定门限值以下的资源块(RB)的信息。其中，接收到的参考信号的功率在设定门限值以下的资源块(RB)称为差资源块(Bad RB，缩写为BRB)。

图5是信道测量设备上报的检测结果表，图5以基站转发通信终端(C_UE)为信道测量设备。从图5中可以看出，直通通信终端(D_UE)附近有两个处于空闲状态的基站转发通信终端(C_UE)，分别为基站转发通信终端1(C_UE1)和基站转发通信终端3(C_UE3)。其中，C_UE1在位置(X1，Y1)，它检测到的差资源块(BRB)为RB1，RB2和RB3；而C_UE3在位置(X3，Y3)，它检测到的差资源块(BRB)为RB4和RB5。

由于系统会将整个系统带宽内的资源块加以编号，所以信道测量设备只需上报相应的差资源块(BRB)的编号即可，从而减少了上报的信令开销。

另外，信道测量设备上报差资源块(BRB)的信息时，不必上报所有接收到的基站参考信号的功率在设定门限值以下的资源块，而是根据具体情况上报设定数量的差资源块(BRB)。比如，直通通信终端(D_UE)能够根据通信的服务质量(QoS)的要求估计出来其进行直通通信时所需要的资源块(RB)的数量，因此可以事先将这个数量上报给基站(eNB)，那么基站(eNB)会将相应的数量广播给信道测量设备，然后信道测量设备会按照该数量上报差资源块(BRB)的信息。再比如，为了保证信令的开销，每个基站转发通信终端(C_UE)仅仅报告自己检测到的规定数量的差资源块(BRB)的信息，如果直通通信终端(D_UE)需要更多的频率资源，它可以向基站(eNB)要求特殊的频谱资源。当然，这些频率资源是与基站(eNB)发送信号所用的频率资源正交的。

步骤5：基站(eNB)收到信道测量设备上报的检测结果，形成差资源块(BRB)信息列表，并将差资源块(BRB)信息列表广播给直通通信终端(D_UE)。

图6是基站(eNB)形成的差资源块(BRB)信息列表，图6仍然以基站转发通信终端(C_UE)为信道测量设备。该表显示了每个处于空闲状态的基站转发通信终端(C_UE)和其差资源块(BRB)之间的对应关系。从该表中可以看到，位置在(X1，Y1)处的差资源块(BRB)为RB1，RB2和RB3；而在位置(X3，Y3)处的差资源块(BRB)为RB4和RB5。在位置(X6，Y6)处的差资源块(BRB)为RB8和RB9。

步骤6：直通通信终端(D_UE)根据差资源块(BRB)信息列表进行通信，而后执行步骤8。

直通通信终端(D_UE)根据差资源块(BRB)信息列表进行通信具体是，直通通信终端(D_UE)根据差资源块(BRB)信息列表中的信道测量设备的位置信息，计算距离自身最近的信道测量设备，并使用距离自身最近的信道测量设备所对应的差资源块进行点对点通信。以图6为例，假设直通通信终端(D_UE)计算出距离自身最近的信道测量设备的位置在(X1，Y1)处，则直通通信终端(D_UE)使用(X1，Y1)处所对应的差资源块(BRB)RB1，RB2和RB3进行直通通信。

当信道测量设备为处于空闲状态的基站转发通信终端(C_UE)时，步骤6还包括处于空闲状态的基站转发通信终端(C_UE)和基站(eNB)根据差资源块(BRB)信息列表进行通信。其具体过程分别图7和图8所示。

图7是下行干扰抑制的信令流程图，图7中，当基站(eNB)向处于空闲状态的基站转发通信终端(C_UE)发送信号时，基站(eNB)不使用差资源块(BRB)信息列表中处于空闲状态的基站转发通信终端(C_UE)所对应的差资源块(BRB)向所述处于空闲状态的基站转发通信终端(C_UE)发送信号。比如，图6中，当基站(eNB)向处于空闲状态的基站转发通信终端1(C_UE1)发送信号时，由于基站转发通信终端1(C_UE1)位置在(X1，Y1)处，其对应的差资源块(BRB)为RB1，RB2和RB3，则基站(eNB)向基站转发通信终端1(C_UE1)发送信号时，不使用差资源块(BRB)RB1，RB2和RB3，而是使用差资源块(BRB)为RB1，RB2和RB3以外的其他资源块(RB)。

图8是上行干扰抑制的信令流程图，图8中，当处于空闲状态的基站转发通信终端(C_UE)向基站(eNB)发送信号时，基站(eNB)不将差资源块(BRB)信息列表中处于空闲状态的基站转发通信终端(C_UE)所对应的差资源块(BRB)分配给所述处于空闲状态的基站转发通信终端(C_UE)。比如，图6中，当处于空闲状态的基站转发通信终端3(C_UE3)向基站(eNB)发送信号时，由于基站转发通信终端3(C_UE3)位置在(X3，Y3)处，其对应的差资源块(BRB)为RB4和RB5，则基站(eNB)不将差资源块(BRB)RB4和RB5分配给基站转发通信终端3(C_UE3)，而是将差资源块(BRB)RB4和RB5以外的其他资源块(RB)分配给基站转发通信终端3(C_UE3)。基站转发通信终端3(C_UE3)使用基站(eNB)分配的差资源块(BRB)RB4和RB5以外的其他资源块(RB)向基站(eNB)发送信号。

步骤7：基站直接给直通通信终端(D_UE)分配不同于蜂窝小区频率资源的频谱，即分配正交的频率资源。

由于考虑到混合网络中直通通信终端(D_UE)的数量并不大，而且直通通信终端(D_UE)通信前需要向基站(eNB)注册，因此我们认为这样的正交资源分配的方法并不会使得系统的频谱利用率显著降低。而直通通信终端(D_UE)的复用相同频率资源干扰距离内没有其他终端(UE)，这时也就没必要考虑直通通信终端(D_UE)对基站转发通信终端(C_UE)的干扰了。

步骤8：结束。

在本发明中，发明人给出了一种面向IMT-Advanced的混合系统中实现D2D通信对中的资源协调以及干扰避免的方法。本发明的效果在于：

1)本发明充分利用了终端设备的位置信息。而考虑到目前定位装置的软硬件已经普遍安装在终端设备中而且位置信息已经越来越广泛应用于日常生活中，因此这种方法是可行的。

2)在实现过程中，仅要求在直通通信终端(D_UE)附近的且是处于空闲状态的基站转发通信终端(C_UE)来检测差资源块(BRBs)的信息，从而显著减少了这种方法的信令开销。同时避免了距离直通通信终端(D_UE)较远的基站转发通信终端(C_UE)进行检测和上报等一系列活动，能够显著减少这些基站转发通信终端(C_UE)的功耗。

3)由于点对点(D2D)通信前需要通知基站(eNB)，因此这种信道的检测不会是始终持续的，仅仅是在需要进行设备直通通信前的一段时间才进行。这样就进一步降低了信令负载和终端设备的功耗，也不会给蜂窝系统带来显著负担，符合当今倡导的绿色通信的要求。

4)实际上，在现有的LTE系统中已经有相应的参考信号专门用于检测整个系统带宽上的信道了，因此本发明所提出的方法并没有要求终端设备需要另外增加新的功能，而是已经具有的功能，这样为标准化提供了方便。

5)本发明在有效避免了两个子系统之间干扰的同时，也起到了辅助蜂窝系统进行更好的无线资源管理的作用。无论在上行还是下行，基站(eNB)或者基站转发通信终端(C_UE)都将避免在接收条件很差的差资源块(BRB)上进行通信，更好地保障了蜂窝系统的通信性能。

6)本发明的方法并不是绝对的资源正交分配的原理。因为距离较远的两个点对点(D2D)对可以复用相同的差资源块(BRB)；而且距离较远的基站转发通信终端(C_UE)和直通通信终端(D_UE)也可以复用相同的差资源块(BRB)，这样就可以保证了系统的频谱资源利用率。

7)考虑到TDD-LTE的信道的互易性，本发明特别适用于TDD LTE系统，而目前TDD LTE系统不但是中国部署4G的主要技术，而且已经在多个国家被商用。而且通过一些细微的改进，这个方法的主要思想同样适用于FDD LTE系统。

8)从上面的描述中可以看到，本发明不但解决了下行干扰，也很好地解决了上行干扰，这是目前很多方法不具备的优势。目前的很多方法都是有局限性的，要么只能适用于上行干扰抑制，要么只适用于下行干扰抑制。

9)本发明是在基站(eNB)和基站转发通信终端(C_UE)/检测传感器的辅助下，最终直通通信终端(D_UE)自主地实现无线资源管理(RRM)。这种自主的无线资源管理(RRM)对于现在以及未来的无线通信系统中是非常重要的，因为目前的无线通信系统中基站承担的工作量很大，这种自主的无线资源管理(RRM)可以很好地帮助基站减少其工作的负担，减少基站的功耗。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种蜂窝与端到端混合网络的终端干扰抑制方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：直通通信终端向基站注册自身的位置信息；

步骤2：基站收到直通通信终端的位置信息后，广播所述直通通信终端的位置信息，并命令所述直通通信终端设定距离范围内的信道测量设备进行系统带宽的信道测量；

步骤3：判断所述信道测量设备与直通通信终端的距离是否小于等于复用相同频率资源干扰距离，如果所述信道测量设备与直通通信终端的距离小于等于复用相同频率资源干扰距离，则执行步骤4；否则，执行步骤7；所述复用相同频率资源干扰距离是指基站转发通信终端与直通通信终端复用相同频率资源构成干扰的距离；

步骤4：所述信道测量设备检测系统带宽上的信道质量，并向基站上报检测结果；所述检测结果包括信道测量设备的身份识别码、信道测量设备的位置信息和信道测量设备所对应的设定数量的差资源块的信息；所述差资源块为信道测量设备接收到的基站参考信号的功率在设定门限值以下的资源块；

步骤5：基站收到信道测量设备上报的检测结果，形成差资源块信息列表，并将差资源块信息列表广播给所述直通通信终端；

步骤6：直通通信终端根据差资源块信息列表进行通信，而后执行步骤8；

所述直通通信终端根据差资源块信息列表进行通信具体是，直通通信终端根据差资源块信息列表中的信道测量设备的位置信息，计算距离自身最近的信道测量设备，并使用距离自身最近的信道测量设备所对应的差资源块进行点对点通信；

步骤7：基站直接给所述直通通信终端分配不同于蜂窝小区频率资源的频谱，即分配正交的频率资源；

步骤8：结束。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述信道测量设备为处于空闲状态的基站转发通信终端或者检测传感器。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是当所述信道测量设备为处于空闲状态的基站转发通信终端时，所述步骤6还包括处于空闲状态的基站转发通信终端和基站根据差资源块信息列表进行通信，其具体过程是：当基站向处于空闲状态的基站转发通信终端发送信号时，基站不使用差资源块信息列表中处于空闲状态的基站转发通信终端所对应的差资源块向所述处于空闲状态的基站转发通信终端发送信号；当处于空闲状态的基站转发通信终端向基站发送信号时，基站不将差资源块信息列表中处于空闲状态的基站转发通信终端所对应的差资源块分配给所述处于空闲状态的基站转发通信终端。