CN102938900A - Femtocell动态服务质量控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

Femtocell动态服务质量控制系统及控制方法，涉及3G通信技术领域，包括Femtocell网关、多个Femtocell基站、多个用户体验终端和云计算服务器，每个用户体验终端向其所属的Femtocell基站上报测量报告；每个Femtocell基站搜集周围环境的环境无线参数，上报至Femtocell网关，并接收其下发的更新配置信息；Femtocell网关将环境无线参数上报到云计算服务器，并接收其下发的与每个Femtocell基站对应的更新配置信息；云计算服务器对环境无线参数进行分析和优化计算，向Femtocell网关下发更新配置信息，本发明减轻Femtocell基站复杂度，降低成本。

Description

Femtocell动态服务质量控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及3G通信技术领域，具体来讲是一种Femtocell动态服务质量控制系统及控制方法。

背景技术

全球3G时代已经来临，各种高速无线应用正在不断改变人类的生活方式。Femtocell（毫微微蜂窝式基站）又称桌面基站，是近年来根据3G发展和移动宽带化趋势推出的超小型化移动基站，主要用来解决家庭及办公室等室内覆盖的问题，因此也被称为家庭基站。

Femtocell的引入，给传统宏蜂窝网络拓扑结构带来了一些影响。新的网络结构由宏蜂窝层和Femtocell层组成。对于Femtocell层的Femtocell，它们可以随机分布在宏蜂窝或相邻Femtocell基站的覆盖范围内，经常有新节点加入或已有节点失效，网络结构变化非常快。在中国密集式居住的大环境下，极有可能会出现密集部署Femtocell的场景，干扰将变得不可避免。

所述由宏蜂窝层和Femtocell层组成的两层网络中的干扰，主要分为共层干扰和交叉层干扰。对于Femtocell层，共层干扰指的是一个Femtocell接收到了其它Femtocell发送的信号，从而降低了通信质量。由于Femtocell的分布是随机的，几个Femtocell很可能在地理位置上很近，例如水平上相邻的房屋或者垂直上分层的公寓，相互邻近的Femtocell信号覆盖区域形成重叠，如果通信信道再重合，彼此之间就会产生共层干扰。交叉层干扰指的是在宏蜂窝层和Femtocell层组成的两层网络中，干扰源和受干扰系统属于不同的网络层。例如，当宏蜂窝用户处于某一Femtocell信号覆盖区域时，若宏蜂窝用户与Femtocell基站用户工作在相同子信道，则宏蜂窝用户会受到Femtocell基站下行干扰。类似的，宏蜂窝用户也可能对Femtocell基站用户产生上行交叉层干扰。

综上所述，如何针对实时变化的网络结构，在有限的频点资源内，最大限度抑制Femtocell系统内共层干扰和Femtocell与宏蜂窝之间的交叉层干扰变得尤为重要。现有技术大多在Femtocell基站上，通过有限自动网络规划来达到干扰抑制的目的：Femtocell基站上电检测环境中同频信号功率，若同频信号功率大则减少自身发射功率，这样在减小对邻基站干扰的同时，也可能导致自身覆盖不满足要求；或者Femtocell基站跳频到下一个可用频点，重启上述自动网规过程。

但是上述干扰抑制解决方案，存在不足：首先，这种基于独立Femtocell基站的自动网规，获取的环境无线参数信息不够详尽，不能对周围环境进行客观真实的评估；其次，基于独立Femtocell基站的网规优化算法一般比较简单，无法实现网规的最优化；基于复杂算法的网规，需要Femtocell基站有强大的硬件实体支撑，导致Femtocell基站成本增加，无疑会加大Femtocell系统推广的阻力。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种Femtocell动态服务质量控制系统及控制方法，实现环境无线参数检测，减轻Femtocell基站复杂度，同时实现海量Femtocell基站服务质量的统一管理和配置，实现网规最优化，提升通信质量，降低Femtocell基站成本。

为达到以上目的，本发明设计一种Femtocell动态服务质量控制系统，包括Femtocell网关、多个Femtocell基站、以及分别与多个Femtocell基站绑定的多个用户体验终端，还包括一个云计算服务器，每个用户体验终端用于向其所属的Femtocell基站上报测量报告；每个Femtocell基站用于搜集周围环境的环境无线参数，将各自搜集到的环境无线参数上报至Femtocell网关，并接收Femtocell网关下发的更新配置信息，进行配置更新；Femtocell网关用于将收到的所述环境无线参数上报到云计算服务器，并接收云计算服务器下发的与每个Femtocell基站对应的更新配置信息；云计算服务器用于对收到的环境无线参数进行分析和优化计算，向Femtocell网关下发所述更新配置信息。

在上述技术方案的基础上，所述每个Femtocell基站通过网络监听、与其它Femtocell基站交换信息、接收用户体验终端上报的测量报告这三种方式搜集周围环境无线参数。

本发明还提供一种基于Femtocell动态服务质量控制系统的控制方法，包括如下步骤：S1.每个Femtocell基站上电开机，收集各自周围环境的环境无线参数；S2.每个Femtocell基站将收集到的环境无线参数，通过Internet网络实时上报到Femtocell网关；S3.云计算服务器定时从Femtocell网关获取每个Femtocell基站的环境无线参数，并针对每个Femtocell基站的服务质量需求进行计算，得出与其对应的更新配置信息，发送给Femtocell网关；S4.Femtocell网关将多个更新配置信息分别下发到与其对应的各个Femtocell基站；S5.每个Femtocell基站接收各自的更新配置信息，动态调整频率配置和功率设置。

在上述技术方案的基础上，所述S1中，收集环境无线参数的方式包括：每个Femtocell基站通过定期打开基站内的取样器，对相邻小区的广播和控制信道进行解码，取样周围环境中的无线参数。

在上述技术方案的基础上，所述S1中，收集环境无线参数的方式包括：每个Femtocell基站与周围环境中相邻的Femtocell基站之间通过专用接口，将自身子信道分配信息、功率设置信息、以及通过网络监听模式获取的无线参数信息进行交换。

在上述技术方案的基础上，所述S1中，收集环境无线参数的方式包括：每个Femtocell基站接收用户体验终端上报的测量报告，测量报告内容包括用户体验终端检测到的宏基站或其它相邻Femtocell基站的频率信息、功率信息、用户体验终端自身工作载频、功率、子信道、时隙相关信息、以及信道质量参数。

在上述技术方案的基础上，所述S3中，更新配置信息中包括计算得出的每个Femtocell基站需要配置的更新频率和最佳发射功率，其中更新频率频率要保证已分配该信道的节点和申请该信道的节点接收的信干噪比值，都大于链路信号成功传输所需要的最小信干噪比值；最佳发射功率为对信道功率求导，导数为0时得到的功率。

在上述技术方案的基础上，所述信干噪比值通过建立系统模型和系统噪声模型的方式求得，最佳发射功率通过建立系统效率模型的方式求得。

在上述技术方案的基础上，所述S5中，每个Femtocell基站通过其内部的频率调整单元和功率调整单元，实时响应云计算服务器通过Femtocell网关下发的Femtocell基站频率和最佳发射功率，完成各自Femtocell基站的重新配置。

在上述技术方案的基础上，所述云计算服务器包括数据服务总线和多个分布式资源配置系统，每个分布式资源配置系统包含分布式存储系统、分布式计算引擎、分布式策略引擎；数据服务总线用于计算服务器和Femtocell基站之间的信息交互；分布式资源配置系统用于完成分布式硬件资源的整合和调度；分布式计算引擎和分布式策略引擎用于提供大规模实时数据处理和分析计算；分布式存储系统通过计算机群的方式存储和调度信息资源。

本发明的有益效果在于，通过多种方式实现环境无线参数搜集，并定时上报到云计算服务器，借助云计算服务器的分布式存储、分布式计算等优点，将海量Femtocell基站的频率、功率计算分析工作汇聚到云计算服务器上进行，减轻Femtocell基站软件复杂度；同时将某一范围内Femtocell基站上报的环境无线参数进行统一计算和均衡配置，实现对Femtocell系统服务质量的动态控制，极大地改善了Femtocell通信系统干扰情况，提升通信质量。

附图说明

图1为本发明实施例Femtocell动态服务质量控制系统的示意图；

图2为本发明Femtocell动态服务质量控制系统的控制方法的流程图；

图3为云计算装置与Femtocell网关、Femtocell基站配合的系统示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明Femtocell动态服务质量控制系统Femtocell网关、多个Femtocell基站、分别与多个Femtocell基站绑定的多个UE（UserExperience，用户体验）终端、以及一台云计算服务器。UE终端用于向其所属的Femtocell基站上报测量报告。每个Femtocell基站通过网络监听、与其它Femtocell基站交换信息、接收用户体验终端上报的测量报告三种搜集方式，共同搜集周围环境无线参数，将各自搜集到的环境无线参数上报至Femtocell网关，并接收Femtocell网关下发的更新配置信息，进行配置更新；其中，三种搜集方式搜集到的参数会有部分重合，所述环境无线参数是对这三种搜集方式搜集到的参数的集合。Femtocell网关用于将每个Femtocell基站上报的环境无线参数上报到云计算服务器，并接收云计算服务器下发的与其对应的更新配置信息；云计算服务器用于对收到的环境无线参数进行分析和优化计算，向Femtocell网关下发所述更新配置信息。

如图2所示，本发明Femtocell动态服务质量控制系统的控制方法，包括如下步骤：

S1.每个Femtocell基站上电开机，收集各自周围环境的环境无线参数。其中，每个Femtocell基站通过三种方式分别搜集无线参数，其中有部分参数重复，所述环境无线参数是这三种方式搜集到的参数的集合，重复的参数只显示一个即可。所述三种方式分别为：

⑴每个Femtocell基站通过定期打开基站内的取样器，自身处于网络监听模式，对相邻小区的广播和控制信道进行解码，取样周围环境中的无线参数。

⑵每个Femtocell基站与周围环境中相邻的Femtocell基站之间通过专用接口（例如WCDMA Femtocell系统中的Iurh接口），将自身子信道分配信息、功率设置信息、以及通过网络监听模式获取的无线参数信息等进行交换。

⑶每个Femtocell基站接收UE终端上报的测量报告，测量报告内容包括UE终端检测到的宏基站或其它相邻Femtocell基站的频率信息、功率信息等，也可以包括UE终端自身工作载频、功率、子信道、时隙相关信息、以及信道质量参数。

S2.每个Femtocell基站通过Internet网络接入到Femtocell网关，将每个Femtocell基站将收集到的环境无线参数，通过Internet网络实时上报到Femtocell网关。

S3.云计算服务器定时从Femtocell网关获取每个Femtocell基站的环境无线参数，并针对每个Femtocell基站的QoS（Quality of Service，服务质量）需求，根据已有的分配策略进行计算，得出与每个Femtocell基站的环境无线参数对应的更新配置信息，发送给Femtocell网关。所述分配策略的宗旨在于使系统通信容量最大化、服务质量最优化，这些主要体现在功率选择和频率分配两方面，所述更新配置信息包括计算得出的每个Femtocell基站需要配置的更新频率和最佳发射功率，其中所述更新频率要保证：已分配该信道的节点和申请该信道的节点接收的SINR（Signal to Interference plus Noise Ratio，信号与干扰加噪声比，以下简称：信干噪比）值，都大于链路信号成功传输所需要的最小接收的SINR值条件；信道的分配应不影响已分配该信道节点的通信质量。最佳发射功率为对信道功率求导，导数为0时得到的功率。所述SINR值通过建立系统模型和系统噪声模型的方式求得，最佳发射功率通过建立系统效率模型的方式求得。

S4.Femtocell网关将多个从云计算服务器获取的更新配置信息，分别下发到与其对应的各个Femtocell基站。

S5.每个Femtocell基站接收各自的更新配置信息，通过基站内的频率调整单元和功率调整单元，实时响应云计算服务器通过Femtocell网关下发的Femtocell基站需要配置的更新频率和最佳发射功率，完成Femtocell基站动态调整频率配置和功率设置。

如图3所示，在上述内容中，所述云计算服务器包括数据服务总线和多个分布式资源配置系统，每个分布式资源配置系统包含分布式存储系统、分布式计算引擎、分布式策略引擎。数据服务总线用于计算服务器和Femtocell基站之间的信息交互；将由Femtocell网关侧上报的、Femtocell基站收集到的环境无线参数传递到分布式计算引擎和策略引擎，同时也将云计算服务器通过计算决策后的更新配置信息通过Femtocell网关下发到每个Femtocell基站。分布式资源配置系统用于完成云计算服务器虚拟化后分布式硬件资源的整合和调度；分布式策略引擎和分布式计算引擎，是云计算服务器的核心部件，提供大规模实时数据处理和分析计算能力，用分布和并行的计算方式解决动态服务质量控制过程中的海量计算问题。分布式存储系统通过计算机群的方式存储和调度信息资源，实现对大量实时动态更新数据的分布式管理。

下面通过具体实施例，来说明S3中，所述更新配置信息的计算方式：

1、建立系统模型

假定Femtocell动态服务质量控制系统目前可使用的信道数为M，某一范围内随机分布的Femtocell基站及UE终端节点数总共为2N+2M。其中N个节点为请求发送节点，表示为i₁、i₂…i_N；另外N个节点为与请求发送节点相对应的接收节点，表示为j₁、j₂…j_N；2M为已分配信道m的节点数，已分配信道m的发射节点表示为I₁、I₂…I_M；已分配信道m的接收节点表示为J₁、J₂…J_M。信道m分配矩阵A={a_m,n }M×N，其中m取值从1到M，n取值从1到N，若信道m可以分配给i_N，则a_m,n=1，否则a_m,n=0。

2、建立系统噪声模型

背景噪声功率为N₀时，假设同时申请信道m的Femtocell基站的链路有k条，则接收节点j_N接收SINR(j_N,m)为：

$\mathrm{SINR}(j_N,m)=\frac{P_N/d^{\mathrm{\α}}(i_N,j_N)}{N_0+P_{I_M}/d{x}^{\mathrm{\α}}(I_M,j_N)+{\mathrm{\Σ}}_{\underset{r=m}{r=1}}^k{P}_r/d^{\mathrm{\α}}(i_r,j_n)}$     式1

其中P_N为请求发送节点i_N的发射功率，

为已分配到信道m的发射节点I_M的发射功率，d（i_N,j_N）为请求发送节点i_N到接收节点j_N的距离，dx（I_M,j_N）为已分配到信道m的发射节点I_M到接收节点j_N的距离，α为衰减因子，

表示已分配到信道m的链路I_M→J_M对请求信道m的链路i_N→j_N的干扰。M个已分配到信道m的接收节点受到请求信道m的节点的干扰I_total为：

$I_{\mathrm{total}}={\mathrm{\Σ}}_{k=1}^M{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^N{a}_{m,n}{P}_{n}G(i_n,J_k,m)$              式2

其中G(I_n,J_k,m)为申请信道m的Femtocell基站的发送节点i_n到已分配信道m的Femtocell基站的接收节点J_k的链路增益，k取值从1到M，n取值从1到N。已分配信道m的接收节点J_M的接收信干噪比为：

$\mathrm{SINR}(J_M,m)=\frac{P_{I_M}/d^{\mathrm{\α}}(I_M,J_M)}{N_0+{\mathrm{\Σ}}_{r=1}^k{P}_r/d^{\mathrm{\α}}(i_r,j_M)}$        式3

其中d^α(I_N,J_M)是已分配信道m的发射节点I_M到已分配信道m的接收节点J_M的距离，d^α(i_r,j_M)是正在请求信道m的发送节点i_r到已分配信道m的接收节点J_M的距离，r取值从1到k。

3、建立系统效率模型

申请信道m的接收节点j_N吞吐量 T（j_N,m）为：

T（j_N,m）=log2（1+SINR（j_N,m））式4

以系统总吞吐量来评估信道分配的效率，考虑将信道m分配给申请信道的节点对已分配该信道的节点带来的干扰，则效率模型为：

$U(k,m)={\mathrm{\Σ}}_{k=1}^{N}T{(j_k,m)}_{-\mathrm{\α}}{I}_{\mathrm{total}}$                             式5

4、动态服务质量控制策略

如果由式1和式3计算出的各节点SINR值，大于链路信号成功传输所需要的最小SINR值，则认为信道m可以分配给请求节点。即，信道的分配策略为：当已分配该信道的节点和申请该信道的节点SINR值，都大于链路信号成功传输所需要的最小SINR值条件时，判断该信道可以分配给申请节点；信道的分配应不影响已分配该信道节点的通信质量。再考虑效率最大化，式5对功率求导，导数为0时得到的功率即为节点最佳发射功率。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种Femtocell动态服务质量控制系统，包括Femtocell网关、多个Femtocell基站、以及分别与多个Femtocell基站绑定的多个用户体验终端，其特征在于：还包括一个云计算服务器，每个用户体验终端用于向其所属的Femtocell基站上报测量报告；每个Femtocell基站用于搜集周围环境的环境无线参数，将各自搜集到的环境无线参数上报至Femtocell网关，并接收Femtocell网关下发的更新配置信息，进行配置更新；Femtocell网关用于将收到的所述环境无线参数上报到云计算服务器，并接收云计算服务器下发的与每个Femtocell基站对应的更新配置信息；云计算服务器用于对收到的环境无线参数进行分析和优化计算，向Femtocell网关下发所述更新配置信息。

2.如权利要求1所述的Femtocell动态服务质量控制系统，其特征在于：所述每个Femtocell基站通过网络监听、与其它Femtocell基站交换信息、接收用户体验终端上报的测量报告这三种方式搜集周围环境无线参数。

3.一种基于权利要求1的Femtocell动态服务质量控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.每个Femtocell基站上电开机，收集各自周围环境的环境无线参数；

S2.每个Femtocell基站将收集到的环境无线参数，通过Internet网络实时上报到Femtocell网关；

S3.云计算服务器定时从Femtocell网关获取每个Femtocell基站的环境无线参数，并针对每个Femtocell基站的服务质量需求进行计算，得出与其对应的更新配置信息，发送给Femtocell网关；

S4.Femtocell网关将多个更新配置信息分别下发到与其对应的各个Femtocell基站；

S5.每个Femtocell基站接收各自的更新配置信息，动态调整频率配置和功率设置。

4.如权利要求3所述的Femtocell动态服务质量控制系统的控制方法，其特征在于：所述S1中，收集环境无线参数的方式包括：每个Femtocell基站通过定期打开基站内的取样器，对相邻小区的广播和控制信道进行解码，取样周围环境中的无线参数。

5.如权利要求3所述的Femtocell动态服务质量控制系统的控制方法，其特征在于：所述S1中，收集环境无线参数的方式包括：每个Femtocell基站与周围环境中相邻的Femtocell基站之间通过专用接口，将自身子信道分配信息、功率设置信息、以及通过网络监听模式获取的无线参数信息进行交换。

6.如权利要求3所述的Femtocell动态服务质量控制系统的控制方法，其特征在于：所述S1中，收集环境无线参数的方式包括：每个Femtocell基站接收用户体验终端上报的测量报告，测量报告内容包括用户体验终端检测到的宏基站或其它相邻Femtocell基站的频率信息、功率信息、用户体验终端自身工作载频、功率、子信道、时隙相关信息、以及信道质量参数。

7.如权利要求3所述的Femtocell动态服务质量控制系统的控制方法，其特征在于：所述S3中，更新配置信息中包括计算得出的每个Femtocell基站需要配置的更新频率和最佳发射功率，其中更新频率频率要保证已分配该信道的节点和申请该信道的节点接收的信干噪比值，都大于链路信号成功传输所需要的最小信干噪比值；最佳发射功率为对信道功率求导，导数为0时得到的功率。

8.如权利要求7所述的Femtocell动态服务质量控制系统的控制方法，其特征在于：所述信干噪比值通过建立系统模型和系统噪声模型的方式求得，最佳发射功率通过建立系统效率模型的方式求得。

9.如权利要求7所述的Femtocell动态服务质量控制系统的控制方法，其特征在于：所述S5中，每个Femtocell基站通过其内部的频率调整单元和功率调整单元，实时响应云计算服务器通过Femtocell网关下发的Femtocell基站频率和最佳发射功率，完成各自Femtocell基站的重新配置。

10.如权利要求3所述的Femtocell动态服务质量控制系统的控制方法，其特征在于：所述云计算服务器包括数据服务总线和多个分布式资源配置系统，每个分布式资源配置系统包含分布式存储系统、分布式计算引擎、分布式策略引擎；数据服务总线用于计算服务器和Femtocell基站之间的信息交互；分布式资源配置系统用于完成分布式硬件资源的整合和调度；分布式计算引擎和分布式策略引擎用于提供大规模实时数据处理和分析计算；分布式存储系统通过计算机群的方式存储和调度信息资源。

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