CN102843699B - 一种宏基站和家庭基站应用场景下的无线传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线移动通信技术领域，涉及一种宏基站和家庭基站应用场景下的无线传输方法，包括：1，将系统频带划分为三个部分：宏基站专属频带、宏基站与家庭基站共享频带和家庭基站专属频带；2，判断哪些宏基站用户和家庭基站用户需要分别被调度在宏基站专属频带和家庭基站专属频带上；3，在宏基站与家庭基站共享频带上，宏基站占用所有共享频带，各个家庭基站通过伪随机序列控制自身在不同的传输子帧上随机选择子信道进行数据传输。本发明能够同时抑制跨层干扰和同层干扰，并且能在频率和时间两个维度上更灵活的分配系统可用资源。

Description

一种宏基站和家庭基站应用场景下的无线传输方法

技术领域

本发明涉及无线移动通信技术领域，尤其涉及一种在宏基站和家庭基站应用场景下的无线传输方法。

背景技术

近年来，随着人们对无线数据传输速率要求的提高，移动运营商也在积极的探索新的方式，在降低运营成本的同时，增加无线覆盖面积并提升系统容量。家庭基站技术作为一种成本低廉并有效的解决方案，获得了移动运营商和设备供应商的极大关注。与宏基站的部署不同，家庭基站的部署并不受运营商的控制，大量并且随机的分布在宏基站的覆盖范围内。这使得在由于家庭基站的引入而形成的双层无线蜂窝通信网络中，宏基站和家庭基站之间的干扰(即跨层干扰)和不同的家庭基站之间的干扰(即同层干扰)成为了阻碍家庭基站被推广和普及的最大障碍。

在以正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiple，OFDM)作为核心技术的长期演进(LongTerm Evolution，LTE)系统中，频率分配是一种较为常见的干扰抑制技术。在LTE逐渐商用化的今天，无线蜂窝通信网络中的下行干扰抑制同样可以采用频率分配来降低系统中的下行干扰。传统的干扰抑制方案是在频率维度上，将多个正交子信道分配给宏基站和家庭基站使用。常见的有如下三种：同频频率分配干扰抑制(Co-channel Frequency Allocation,CFA)、异频频率分配干扰抑制(Dedicated Frequency Allocation,DFA)和部分频率复用干扰抑制(Partial Frequency Allocation,PFA)。

CFA干扰抑制技术是指宏基站和家庭基站共享所有系统频带，这种方案具有最高的频带利用率，但该方案也会造成严重的跨层干扰。DFA干扰抑制技术是指将系统频带分成两部分，分别是宏基站专属频带和家庭基站专属频带，该方案不会产生严重的跨层干扰，但是系统频带利用率非常低，对于频谱资源越来越宝贵的今天，这种干扰抑制方案显然是对频谱的浪费。PFA干扰抑制方案是指宏基站可以使用全部的系统频带，家庭基站复用全部频带中的一部分，这种干扰抑制方案是对CFA和DFA的折衷考虑，该方案的频带利用率低于CFA却高于DFA，产生的干扰不及CFA严重却高于DFA，但是当家庭基站大量部署于宏基站覆盖范围内时，PFA同样会产生严重的同层干扰。

综上所述，当在宏基站覆盖范围内部署大量家庭基站时，传统的频率分配方案并不能有效抑制跨层干扰和同层干扰。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种能够同时抑制跨层干扰和同层干扰，并且能在频率和时间两个维度上更灵活的分配系统可用资源的宏基站和家庭基站应用场景下的无线传输方法。

本发明的技术方案如下：

一种宏基站和家庭基站应用场景下的无线传输方法，包括如下步骤：

步骤1，将系统频带划分为三个部分：宏基站专属频带、宏基站与家庭基站共享频带和家庭基站专属频带；

步骤2，判断哪些宏基站用户和家庭基站用户需要分别被调度在宏基站专属频带和家庭基站专属频带上，方法如下：

（1）利用下列公式计算每个用户的大尺度信干噪比Geometry： $\mathrm{Geometry}=\frac{P_u-{\mathrm{CL}}_u}{\underset{j,j\≠u}{\mathrm{\Σ}}(P_j-{\mathrm{CL}}_j)+N},$

其中，u表示每个用户的服务基站的ID，j表示非服务基站的ID，CL_u表示用户的服务基站到用户的耦合损耗，CL_j表示用户的非服务基站到用户的耦合损耗，P_u表示用户的服务基站u的发射功率，P_j表示用户的非服务基站j的发射功率，N表示环境噪声功率；某用户若为宏基站用户，则服务基站为服务于该用户的宏基站，非服务基站为包括其他宏基站和所有家庭基站在内的其他所有基站；若用户为家庭基站用户，则服务基站为服务于该用户的家庭基站，非服务基站为包括所有宏基站和其他家庭基站在内的其他所有基站；

（2）对每个用户的Geometry从高到低进行排序，取出排在后n%，5<n<30，的Geometry值所对应的用户，作为被调度在宏基站专属频带上和家庭基站专属频带上的用户；

步骤3，在宏基站与家庭基站共享频带上，宏基站占用所有共享频带，各个家庭基站通过伪随机序列控制自身在不同的传输子帧上随机选择子信道进行数据传输。

作为优选实施方式，其中的步骤3按照下列方法进行：

a)家庭基站主动测量周围其他家庭基站的参考信号接收功率RSRP，若其他家庭基站的RSRP大于某一预设的门限值，则将这些家庭基站的ID存入其邻区列表中；

b)根据所有家庭基站的邻区关系，建立邻区关系矩阵，矩阵元素按下列公产生：其中，i和j为家庭基站的ID，且有a_i，i=1；

c)将共享频带划分成若干正交子信道，并对子信道进行编号，各个家庭基站通过伪随机序列控制自身在不同的传输子帧随机选择子信道，对于每个家庭基站来说，在选择伪随机序列时，不与其邻区列表中的家庭基站选择相同的伪随机序列，而不在其邻区列表中的家庭基站，可以复用相同的伪随机序列。

上述的c）中，设一个伪随机序列中第l个数字为q，表示家庭基站在第l个子帧选择第q个子信道进行数据传输，其中l∈[1，L]，L表示伪随机序列长度，q∈[1，Φ]，Φ表示正交子信道的数目，其中，确定每个家庭基站选择子正交子信道的数目的方法如下：将邻区关系矩阵的每一行的非零元素，看作每个家庭基站选择的子信道数目，将邻区关系矩阵的每一列的非零元素，看作每个家庭基站邻区内所有家庭基站选择的子信道数目，对该矩阵所有非零元素加1，检测每一列数字之和，是否超过所有子信道数目Φ，若所有列的数字之和都未超过Φ，则矩阵所有非零元素继续加1，直到某一列的数字之和超过Φ，则停止加1，并将矩阵所有非零元素减1；用Φ减去这一列的数字之和，得到Φ＇，并将该列中所有家庭基站按其参与邻区的数目从大到小进行排序，将Φ＇个子信道平均分配给前Φ＇个家庭基站，至此，该列中的家庭基站选择的子信道数目固定，而矩阵中除了这些固定的非零元素，其余非零元素继续加1，过程同上所述，直至矩阵中所有非零元素值固定，此时得到所有家庭基站选择的子信道数目。

前述的伪随机序列可以为Reed Solomon序列、Golden序列、M序列或m序列。

综上所述，本发明提供了一种基于伪随机子信道选择的无线传输方法。该方案将系统频带分成宏基站专属频带、宏基站与家庭基站共享频带和家庭基站专属频带三部分，并将受到严重干扰的用户调度在专属频带上，而在共享频带上，通过家庭基站随机选择子信道这种方式抑制跨层干扰，利用邻区关系矩阵计算出每个家庭基站选择的伪随机序列个数，使得相邻家庭基站选择正交子信道，抑制了同层干扰。

附图说明

图1是本发明的系统频带划分方法。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行更全面的描述：实施案例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明提供了一种伪随机子信道选择下行的无线传输方法，本发明不仅同时抑制了跨层干扰和同层干扰，并且能在频率和时间两个维度上更灵活的分配系统可用资源，在降低系统干扰的同时，提升系统吞吐量。下面先对本发明提出的技术方案予以更详细的说明。

步骤1，将系统频带划分为三个部分：宏基站专属频带、宏基站与家庭基站共享频带和家庭基站专属频带。

步骤2，判断哪些宏基站用户和家庭基站用户需要分别被调度在宏基站专属频带和家庭基站专属频带上。方法如下：

利用公式(1)计算每个用户的大尺度信干噪比，即Geometry。

$\mathrm{Geometry}=\frac{P_u-{\mathrm{CL}}_u}{\underset{j,j\&NotEqual;u}{\mathrm{\&Sigma;}}(P_j-{\mathrm{CL}}_j)+N}---\left(1\right)$

其中u表示每个用户的服务基站的ID，j表示非服务基站的ID，CL_u表示用户的服务基站到用户的耦合损耗(CouplingLoss，CL)，CL_j表示用户的非服务基站到用户的耦合损耗，P_u表示用户的服务基站的发射功率，P_j表示用户的非服务基站的发射功率，N表示环境噪声功率。

上述用户若为宏基站用户，则服务基站为服务于该用户的宏基站，非服务基站为其他所有基站（包括其他宏基站和所有家庭基站）；若用户为家庭基站用户，则服务基站为服务于该用户的家庭基站，非服务基站为其他所有基站（包括所有宏基站和其他家庭基站）。

Geometry值较小的用户，说明其受到的干扰很大，需要调度在专属频带上以抵抗干扰。在计算出每个用户的Geometry后，对每个用户的Geometry从高到低进行排序，取出排在后n%(5<n<30，通常n可取10左右)的Geometry值所对应的用户，作为被调度在宏基站专属频带上和家庭基站专属频带上的用户。

步骤3，在宏基站与家庭基站共享频带上，宏基站占用所有共享频带，家庭基站通过伪随机序列（如Reed Solomon序列、Golden序列、M序列、m序列等）控制该家庭基站在不同的传输子帧上随机选择子信道进行数据传输。通过家庭基站随机选择子信道这种方式可以将跨层干扰随机化，达到抑制跨层干扰的目的，而不同家庭基站选择正交子信道，可以有效抑制同层干扰。具体步骤如下：

步骤3.1，当家庭基站上电后，需要主动测量周围其他家庭基站的参考信号接收功率(Reference SignalReceived Power，RSRP)，若其他家庭基站的RSRP大于某一门限值，则该家庭基站需要将这些家庭基站的ID存入其邻区列表(Neighbor Relations List)中。

步骤3.2，根据所有家庭基站的邻区关系，建立邻区关系矩阵(Neighbor Relations Matrix)，矩阵元素按公式(2)产生。

其中i和j为家庭基站的ID，且有a_i，i=1。

步骤3.3，将共享频带划分成若干正交子信道，并对子信道进行编号。家庭基站通过伪随机序列控制该家庭基站在不同的传输子帧随机选择子信道。例如，一个伪随机序列中第l个数字为q，表示家庭基站在第l个子帧选择第q个子信道进行数据传输，其中l∈[1,L]，L表示伪随机序列长度，q∈[1,Φ]，Φ表示正交子信道的数目。

长度相同的伪随机序列，形成伪随机序列集合。若家庭基站选择集合中的一个伪随机序列，则表示该家庭基站在某一个子帧选择一个子信道。为提高频谱利用率，每个家庭基站需要尽可能选择多个伪随机序列，即多个子信道，同时保证同层干扰在可接受的范围内。确定每个家庭基站选择子信道（伪随机序列）个数的方法为：

由步骤3.2可以得到邻区关系矩阵，将邻区关系矩阵的每一行，看作每个家庭基站选择的子信道数目，将邻区关系矩阵的每一列的非零元素(非零元素值始终相同)，看作每个家庭基站邻区内所有家庭基站选择的子信道数目。对该矩阵所有非零元素加1，检测每一列数字之和，是否超过所有子信道数目Φ，若所有列的数字之和都未超过Φ，则矩阵所有非零元素继续加1，直到某一列（即某一个邻区）的数字之和超过Φ，则停止加1，并将矩阵所有非零元素减1。用Φ减去这一列的数字之和，得到Φ＇。并将该邻区中（即该列中）所有家庭基站按其参与邻区的数目从大到小进行排序，将Φ＇个子信道平均分配给前Φ＇个家庭基站。至此，该邻区中的家庭基站选择的子信道数目固定，而矩阵中除了这些固定的非零元素，其余非零元素继续加1，过程同上所述，直至矩阵中所有非零元素值固定。即计算出了所有家庭基站选择的子信道数目。

步骤3.4，每个家庭基站根据步骤3.3计算出的该家庭基站选择子信道的数目进行子信道选择，选择完毕后即可进行数据传输。对于每个家庭基站来说，在选择伪随机序列时，不应与其邻区列表中的家庭基站选择相同的伪随机序列，否则会产生严重的同层干扰，而不在其邻区列表中的家庭基站，可以复用相同的伪随机序列。

本实施例的具体步骤如下：

步骤1，如图1所示，将系统频带划分为三个部分：宏基站专属频带、宏基站与家庭基站共享频带和家庭基站专属频带。其中宏基站专属频带为8个子信道，宏基站与家庭基站共享频带为32个子信道，家庭基站专属频带为3个子信道。

步骤2，判断哪些宏基站用户和家庭基站用户需要分别被调度在宏基站专属频带和家庭基站专属频带上。以一个小区中的一个扇区为例，假设在宏基站的该扇区内随机分布20个室外宏基站用户和一栋楼宇(Femtocell Block)，其内部有10个室内宏基站用户、10个家庭基站和30个家庭基站用户。根据公式(1)计算出每个用户的Geometry，对每个用户的Geometry从高到低进行排序，取出排在后13%的Geometry值所对应的用户，作为被调度在宏基站专属频带上和家庭基站专属频带上的用户。经计算，有5个宏基站用户需要被调度在宏基站专属频带上，有1个家庭基站用户需要被调度在家庭基站专属频带上。

步骤3，在宏基站与家庭基站共享频带上，宏基站占用所有共享频带，家庭基站通过伪随机序列（本实施例中采用Reed Solomon序列，即RS序列）控制该家庭基站在不同的传输子帧上随机选择子信道进行数据传输。具体步骤如下：

步骤3.1，当家庭基站上电后，需要主动测量周围其他家庭基站的RSRP，若其他家庭基站的RSRP大于门限值-160dB/Hz时，则该家庭基站需要将这些家庭基站的ID存入其邻区列表中。

步骤3.2，根据所有家庭基站的邻区关系，建立邻区关系矩阵，如公式(3)。

步骤3.3，如图1所示，将共享频带划分成32个正交子信道，并对子信道从1到32进行编号。家庭基站通过RS伪随机序列控制其在不同的传输子帧随机选择子信道。本实施例中采用的RS伪随机序列集合包含32个伪随机序列，序列长度为31。取出其中一个伪随机序列，如序列{1,16,8,4,18,9,20,26,13,6,19,25,28,30,31,15,7,3,17,24,12,22,27,29,14,23,11,21,10,5,2}，若家庭基站选择这个序列，即表示该家庭基站在第一个子帧选择第1个子信道，在第2个子帧选择第16个子信道，以此类推。

若家庭基站选择集合中的一个伪随机序列，则表示该家庭基站在某一个子帧选择一个子信道。为提高频谱利用率，每个家庭基站需要尽可能选择多个伪随机序列，即多个子信道，同时保证同层干扰在可接受的范围内。因此需要计算每个家庭基站选择的子信道数目，方法如下：

通过对邻区关系矩阵的操作来计算每个家庭基站选择的子信道数目。公式(3)为本实施例中的邻区关系矩阵，矩阵第1行中的非零元素看作ID是1的家庭基站选择的子信道数目(目前为1)，矩阵第2行中的非零元素看作ID是2的家庭基站选择的子信道数目，以此类推。矩阵第1列中的非零元素看作是ID是1的家庭基站的邻区内其他家庭基站(ID为1、2、7、8的家庭基站)选择的子信道数目(目前均为1)。

对该矩阵所有非零元素加1，检测每一列数字之和，是否超过所有子信道数目32，若所有列的数字之和都未超过32，则矩阵所有非零元素继续加1，直到某一列的数字之和超过32，则停止加1，并将矩阵所有非零元素减1。

本实施例的第1列数字之和第一次超过32，为36，此时矩阵变为公式(4)。

由于第1列中非零元素之和恰好等于子信道数目32，所以ID为1、2、7、8的四个家庭基站选择的子信道数目固定，为8个。除了这四行，矩阵中其余非零元素继续加1，直到第3列之和第一次超过32，为33，则停止加1，并将矩阵所有非零元素(除了固定的第1、2、7、8行)减1，此时矩阵变为公式(5)。

第3列中非零元素之和为31，子信道数目为32，剩余1个子信道没有被分配。此时需将第3列中包含的3个家庭基站(ID为3、5、9)按参与的邻区数目进行排序，ID为3的家庭基站参与了3个邻区，ID为5和9的家庭基站参与2个邻区。所以将1个子信道分配给ID为3的家庭基站，矩阵变为公式(6)。

将ID为3、5、9的家庭基站选择的子信道数目固定。矩阵中其余非零元素继续加1，以此类推，最终矩阵变为公式(7)。

至此，计算出了该扇区内的10个家庭基站所选择的子信道数目。

步骤3.4，每个家庭基站根据步骤3.3计算出的该家庭基站选择子信道的数目，从32个伪随机序列中随机选择序列，以确定用于数据传输的子信道，并保证在同一个邻区内的家庭基站选择不同的伪随机序列，而不同邻区列表中的家庭基站，可以复用相同的伪随机序列。

当伪随机序列的汉明互相关足够小时，在同一个邻区内的家庭基站选择不同的伪随机序列，意味着这些家庭基站不会在相同的子帧上占有相同的子信道，即消除了同层干扰。

综上所述，本发明公开了一种伪随机子信道选择下行干扰抑制方案。不仅同时抑制了跨层干扰和同层干扰，并且能在频率和时间两个维度上更灵活的分配系统可用资源，在降低系统干扰的同时，提升系统吞吐量。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。显然，本领域的普通技术人员可以对本发明的示例进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和原则。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (2)

1.一种宏基站和家庭基站应用场景下的无线传输方法，包括如下步骤：

步骤1，将系统频带划分为三个部分：宏基站专属频带、宏基站与家庭基站共享频带和家庭基站专属频带；

步骤2，判断哪些宏基站用户和家庭基站用户需要分别被调度在宏基站专属频带和家庭基站专属频带上，方法如下：

(1)利用下列公式计算每个用户的大尺度信干噪比Geometry：其中，u表示每个用户的服务基站的ID，j表示非服务基站的ID，CL_u表示用户的服务基站到用户的耦合损耗，CL_j表示用户的非服务基站到用户的耦合损耗，P_u表示用户的服务基站u的发射功率，P_j表示用户的非服务基站j的发射功率，N表示环境噪声功率；某用户若为宏基站用户，则服务基站为服务于该用户的宏基站，非服务基站为包括其他宏基站和所有家庭基站在内的其他所有基站；若用户为家庭基站用户，则服务基站为服务于该用户的家庭基站，非服务基站为包括所有宏基站和其他家庭基站在内的其他所有基站；

(2)对每个用户的Geometry从高到低进行排序，取出排在后n％，5<n<30，的Geometry值所对应的用户，作为被调度在宏基站专属频带上和家庭基站专属频带上的用户；

步骤3，在宏基站与家庭基站共享频带上，宏基站占用所有共享频带，各个家庭基站通过伪随机序列控制自身在不同的传输子帧上随机选择子信道进行数据传输，方法如下：

a)家庭基站主动测量周围其他家庭基站的参考信号接收功率RSRP，若其他家庭基站的RSRP大于某一预设的门限值，则将这些家庭基站的ID存入其邻区列表中；

b)根据所有家庭基站的邻区关系，建立邻区关系矩阵，矩阵元素按下列公产生：

其中，i和j为家庭基站的ID，且有a_i,i＝1；

c)将共享频带划分成若干正交子信道，并对子信道进行编号，各个家庭基站通过伪随机序列控制自身在不同的传输子帧随机选择子信道，对于每个家庭基站来说，在选择伪随机序列时，不与其邻区列表中的家庭基站选择相同的伪随机序列，而不在其邻区列表中的家庭基站，可以复用相同的伪随机序列，方法如下：设一个伪随机序列中第l个数字为q，表示家庭基站在第l个子帧选择第q个子信道进行数据传输，其中l∈[1,L]，L表示伪随机序列长度，q∈[1,Φ]，Φ表示正交子信道的数目，其中，确定每个家庭基站选择子正交子信道的数目的方法如下：将邻区关系矩阵的每一行的非零元素，看作每个家庭基站选择的子信道数目，将邻区关系矩阵的每一列的非零元素，看作每个家庭基站邻区内所有家庭基站选择的子信道数目，对该矩阵所有非零元素加1，检测每一列数字之和，是否超过所有子信道数目Φ，若所有列的数字之和都未超过Φ，则矩阵所有非零元素继续加1，直到某一列的数字之和超过Φ，则停止加1，并将矩阵所有非零元素减1；用Φ减去这一列的数字之和，得到Φ′，并将该列中所有家庭基站按其参与邻区的数目从大到小进行排序，将Φ′个子信道平均分配给前Φ′个家庭基站，至此，该列中的家庭基站选择的子信道数目固定，而矩阵中除了这些固定的非零元素，其余非零元素继续加1，过程同上所述，直至矩阵中所有非零元素值固定，此时得到所有家庭基站选择的子信道数目。

2.根据权利要求1所述的无线传输方法，其特征在于，其中的伪随机序列为Reed Solomon序列、Golden序列、M序列或m序列。