CN103517280B - 适用于无定形节点网络中干扰抑制的半静态频率复用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于无定形节点网络中干扰抑制的半静态频率复用方法，属于无线网络通信技术领域。无定形节点在受其他无定形节点干扰较低时，使用全部非预留频率工作，处于第一模式；多个无定形节点相遇时，无定形节点进入第二模式以避免无定形节点之间的干扰。各无定形节点通过其邻区列表来管理无定形节点工作模式，宏基站通过干扰列表为相互干扰的无定形节点分配频率以避免无定形节点间的干扰。本方法可用于无定形节点网络及其他动态变化结构的小区频率分配方案中，有效解决了无定形节点网络中，低速或游牧移动的小区之间的干扰问题，提高频谱效率的同时降低系统开销，通过避免干扰提高系统容量。

Description

适用于无定形节点网络中干扰抑制的半静态频率复用方法

技术领域

本发明涉及一种适用于无定形节点网络中干扰抑制的半静态频率复用方法，尤其涉及与中继增强或小小区增强蜂窝无线系统相关的的半静态频率复用方法，属于无线网络通信技术领域。

背景技术

由于用户对更高服务质量和更大数据量的需求不断增长，且用户的移动性引起业务量分布的潮汐现象，当前以固定节点形成的网络将不能有效地满足业务增长的需求，同时大量固定节点部署将有悖于当前备受全球关注的节能减排的绿色基站设计的宗旨，无定形小区理念作为一种可能的解决方案被提出。通过探索低功率运动节点的应用，与固定节点构成一种时间、形状和位置均可动态变化的蜂窝小区，将改善覆盖和增强区域容量，更好地适应未来无线通信业务的需求，并为节能减排起到积极作用。这种网络结构动态变化的小区称为无定形小区，该网络结构称为无定形节点网络，其中的动态变化的低功率节点为无定形节点（AmorphousNode,AN）。无定形节点可以以游牧或者中等速率移动(≤30km/h)的形式灵活及高密度部署在灯杆、墙壁及公交车等地方。其工作状态也很灵活，可以根据小区数据量的需求，灵活的激活或者关闭节点。无定形节点具有无线回传链路，根据不同的场景设置回传链路以实现对频率分配和干扰协调的控制。此外，将回传链路和接入链路的天线分开，可以有效消除墙壁及车辆等的穿透损耗。由于用户距离服务节点较近，需要的发射功率会很小，这将带来显著的终端节能，增加电池的使用寿命。

现有的低功率节点，包括中继，皮基站，家庭基站等，因中继的回传链路是无线的，易于部署，更适用于无定形场景的需求，3GPPRel-10（3rdGenerationPartnershipProjectRelease10，第三代合作伙伴计划版本10）中标准化了类型1中继，具有以下特征：具备自己区别于宏小区的独立小区；有自己的PCI（PhysicsCellidentifier,物理层小区识别号），传输自己的同步信号和参考信号；UE（UserEquipment,用户设备）直接从类型1中继接收调度信息和HARQ（HybridAutomaticRepeatreQuest,混合自动重传请求）反馈信令，并且发送控制信令，如SR/CQI/ACK给类型1中继；类型1中继可兼容Rel-8的UE。中继与其宿主基站（DonateeNB，DeNB）之间的链路为回传链路，与其下属UE之间的链路称为接入链路。类型1中继为固定中继，不支持移动性。

3GPPRel-12在TR36.836中展开了对移动中继(MobileRelay)技术的研究，与无定形节点具有一定的相似度，都具有移动性，并支持群体切换。但移动中继旨在研究高速列车(时速为350km/h及以上)上中继的特性。其高速特性使得低时延切换、快速跟踪列表更新及精准的信道测量等指标的实现更加困难，但移动中继多运行于宽阔人烟稀少的地区，且列车的穿透损耗较大，移动中继之间及对宏小区用户的干扰较小。无定形节点为低速运动，多运动与人口较多的城市地区，车体的穿透损耗相对较低，因而其切换场景及干扰环境也更复杂。

3GPPRel-12在TR36.932中描述了小小区增强技术的场景与需求，旨在使用低功率节点解决移动业务量激增的情况下，增强热点地区性能。主要考虑了小小区密集部署以及小小区的小基站自由关闭与开启的特点，这与无定形节点的游牧工作方式类似，因此本专利的频率分配机制也适用于小小区部署。

无定形节点网络中，由固定节点构成的宏基站提供大范围覆盖，由低功率无定形移动节点构成的微基站提供本地覆盖。无定形节点与固定节点可以同频部署，也可以异频部署，无定形节点间采用同频部署。异频部署时，无定形小区系统的干扰主要表现为动态小区间的干扰，如低速移动节点靠近时节点间的干扰，以及游牧无定形节点密集部署时，相邻节点之间的干扰；同频部署相对于异频部署又增加了固定节点与无定形节点之间的干扰。类型1中继为避免回传链路上的接收对LTER8终端造成干扰，规定中继节点在MBSFN（MulticastBroadcastSingleFrequencyNetwork，多播/组播单频网络）子帧的非控制区域接收DeNB的下行回传数据，同时不向中继用户发送任何信号。无定型节点沿用此设置可以避免中继回传下行对中继接入下行的干扰，但无法避免DeNB下行与无定形节点接入链路下行之间的干扰。此外，无定形节点的随机部署或低速运动，其邻区将动态变化，节点间的干扰场景也不断变化，需要设计一套干扰协调机制避免无定形节点接入链路下行与宏基站下行之间的干扰，如图1所示。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用于无定形节点网络干扰抑制的半静态频率复用方法，采用无定形节点与固定节点同频使用时的动态频率分配方法，目的在于避免无定形节点网络中处于低速运行的无定形节点在接入链路下行与宏基站下行之间的干扰，以及无定形节点之间的干扰。但此方案不仅限于无定形节点，亦可用于其他动态变化结构的小区频率分配方案中。故本发明以中继为原型作为无定形节点描述其频率分配的方式。上述场景是传统蜂窝网通信中不曾遇到的，因此本发明提出一种动态的频率分配机制来避免无定形节点网络中的干扰，同时该方案亦可用于小小区增强技术方面。

本发明提出的适用于无定形节点网络干扰抑制的半静态频率复用方法，包括以下步骤：

（1）当无定形节点网络中无定形节点与宏基站使用同一频段时，将无定形节点网络中的频率分为两部分，分别记为f₀和fA_N，其中f₀为无定形节点网络中的宏基站使用的频率，f_AN为无定形节点网络中的无定形节点接入链路使用的频率；

（2）将无定形节点网络中的无定形节点的工作状态划分为第一模式和第二模式，其中的第一模式为：无定形节点不受其他无定形节点干扰，无定形节点的接入链路使用频率f_AN，第二模式为：无定形节点受到干扰或无定形节点对其他相邻无定形节点形成干扰，无定形节点将干扰源信息上传至该无定形节点所属的宿主基站，并使用宿主基站根据产生相互干扰的无定形节点的激活用户数分配的频率；

（3）无定形节点对相邻无定形节点的干扰状态进行监测，并根据监测结果，进行工作状态模式的转换，包括以下步骤：

（3-1）无定形节点对相邻无定形节点的参考信号接收功率进行监测，并将监测到参考信号接收功率及相应的该相邻无定形节点的物理小区标识存储在一张邻区列表中，用每次监测结果更新邻区列表；

（3-2）设定一个参考信号接收功率阈值，无定形节点根据设定的参考信号接收功率阈值，对上述邻区列表中的相邻无定形节点的参考信号接收功率进行判断，当邻区列表中任意一个参考信号接收功率大于参考信号接收功率阈值时，记该参考信号接收功率大于参考信号接收功率阈值的相邻无定形节点为干扰源，该无定形节点发出干扰预警，并进入第二模式工作状态；

（3-3）在第二模式工作状态中，当邻区列表中不存在干扰源，且相邻无定形节点监测到该无定形节点的参考信号接收功率低于参考信号接收功率阈值时，该无定形节点从第二模式工作状态返回第一模式工作状态；

（4）宿主基站根据产生相互干扰的无定形节点的激活用户数，对频率f_AN进行重新分配，具体过程如下：

（4-1）无定形节点将上述步骤（3-1）的邻区列表中干扰源的物理小区标识上报给该无定形节点所属宿主基站，并向所属宿主基站上报本无定形节点的激活用户数；

（4-2）宿主基站根据无定形节点上报的干扰源物理小区标识，在本宿主基站下属的无定形节点物理小区标识中检索干扰源物理小区标识，若检索到干扰源物理小区标识，则将本宿主基站的物理小区标识作为干扰源所属宿主基站物理小区的标识；若没有检索到干扰源物理小区标识，则宿主基站向相邻的宏基站发送包含干扰源物理小区标识的询问信息，各相邻宏基站接收到询问信息后，在本宏基站下属的无定形节点物理小区标识中查找询问信息中干扰源物理小区标识，若查找到询问信息中干扰源物理小区标识，则相邻宏基站向宿主基站回复本宏基站的物理小区标识信息，若查找不到询问信息中干扰源物理小区标识，则回复一个空信息，该宿主基站接收到相邻宏基站的回复信息后，将接收到的宏基站的物理小区标识作为干扰源所属宿主基站的物理小区标识；

（4-3）宿主基站将上述步骤（4-1）收到的干扰源物理小区标识和无定形节点的激活用户数，以及上述步骤（4-2）得到的干扰源所属宿主基站的物理小区标识存储到一个干扰列表中，并根据干扰源物理小区标识，向干扰源发出上报信息通知，上报信息包括：本干扰源的邻区列表中所有干扰源的物理小区标识以及本干扰源的激活用户数，当宿主基站接收到的上报信息中存在与干扰列表中不同的新无定形节点时，宿主基站重复步骤（4-2），得到新无定形节点的所属宿主基站的物理小区标识，并将新无定形节点的物理小区标识、激活用户数、以及新无定形节点所属宿主基站的物理小区标识存入上述干扰列表中，宿主基站向该新无定形节点发出上报信息通知，重复本步骤，直到上报信息中不存在新的无定形节点；

（4-4）若上述干扰列表中存在三个以上无定形节点，则宿主基站从干扰列表中选出激活用户数最大的三个无定形节点，为该三个无定形节点的接入链路分配f_AN中的频率，频率的带宽与激活用户数成正比，并关闭干扰列表中的其他无定形节点；若上述干扰列表中的无定形节点小于三个，则根据激活用户数分配f_AN中的频率；

（4-5）若干扰列表中的所有无定形节点都属于本宿主基站，则宿主基站通知所有无定形节点采用（4-4）中的频率分配方法，若干扰列表中存在不属于本宿主基站的其他无定形节点，则与其他无定形节点所属的宿主基站共同确定频率分配方法。

本发明提出的适用于无定形小区间干扰抑制的半静态频率复用方法，其优点是，避免了无定形节点网络中处于低速运行的无定形节点在接入链路下行与宏基站下行之间的干扰，同时设置了第二模式以避免无定形节点之间的干扰。本发明方法并不仅限于无定形节点，亦可用于其他动态变化结构的小区频率分配方案中。本发明方法继承了软复用方案的高频谱利用率特性和基站频率调度的灵活性，根据负载分配无定形节点频率进一步提高频谱效率，有效解决了无定形节点网络中，低速或游牧移动的无定形节点之间的干扰问题，提高频谱效率的同时降低系统开销，通过避免干扰提高系统容量。

附图说明

图1是本发明提出的适用于无定形节点网络干扰抑制的半静态频率复用方法所涉及的无定形节点与宏基站之间及无定形节点间的干扰场景示意图。

图1中，（a）为无定形节点与宏基站之间的干扰场景，（b）是无定形节点间的干扰场景；1是宏基站，2是无定形节点，3是用户，4表示有效信号，5表示干扰。

图2是本发明避免无定形节点与宏基站之间干扰的频率分配示意图。

具体实施方式

本发明提出的适用于无定形节点网络中干扰抑制的半静态频率复用方法，其涉及的无定形节点与宏基站之间及无定形节点间的干扰场景示意图如图1所示，该方法包括以下步骤：

（1）当无定形节点网络中无定形节点2与宏基站1使用同一频段为用户3服务时，将无定形节点网络中的频率分为两部分，分别记为f₀和f_AN，其中f₀为无定形节点网络中的宏基站使用的频率，f_AN为无定形节点网络中的无定形节点接入链路使用的频率；

将宏基站所用频率f₀分为不重叠的三部分f₁，f₂，f₃，如图2所示，使用软频率复用方式为其用户分配频率：宏基站根据用户的下行信道质量将其用户划分分为中心用户和边缘用户，以较低功率为中心用户分配f₀，以较高功率为边缘用户分配f₁，f₂，f₃中的一个，相邻扇区边缘使用不同的频率；

（2）将无定形节点网络中的无定形节点的工作状态划分为第一模式和第二模式，其中的第一模式为：无定形节点下属用户在接收本无定形节点的有效信号4时，不受其他无定形节点干扰5，无定形节点的接入链路使用频率f_AN，第二模式为：无定形节点下属用户在接收本无定形节点的有效信号时，受到干扰或无定形节点对其他相邻无定形节点的下属用户形成干扰，无定形节点将干扰源信息上传至该无定形节点所属的宿主基站，并使用宿主基站根据产生相互干扰的无定形节点的激活用户数分配的频率；

上述激活用户数是指：系统用户中，同一时刻发生分组交换数据传输且建立分组数据协议上下文的用户数量，通常占系统用户数的5%～20%。

（3）无定形节点对相邻无定形节点的干扰状态进行监测，并根据监测结果，进行工作状态模式的转换，包括以下步骤：

（3-1）无定形节点对相邻无定形节点的参考信号接收功率进行监测，并将监测到参考信号接收功率及相应的该相邻无定形节点的物理小区标识存储在一张邻区列表中，用每次监测结果更新邻区列表；

上述根据监测结果更新邻区列表的过程包括以下步骤：

（3-1-1）若监测到的相邻无定形节点的物理小区标识在邻区列表中不存在，则将该相邻无定形节点的物理小区标识及其参考信号接收功率存入邻区列表中；

（3-1-2）若监测到的相邻无定形节点的物理小区标识在邻区列表中存在，则更新其对应的参考信号接收功率；

（3-1-3）若邻区列表中存在未被更新的无定形节点，则删除与该节点相关的信息；

（3-2）设定一个参考信号接收功率阈值，无定形节点根据设定的参考信号接收功率阈值，对上述邻区列表中的相邻无定形节点的参考信号接收功率进行判断，当邻区列表中任意一个参考信号接收功率大于参考信号接收功率阈值时，记该参考信号接收功率大于参考信号接收功率阈值的相邻无定形节点为干扰源，该无定形节点发出干扰预警，并进入第二模式工作状态；

（3-3）在第二模式工作状态中，当邻区列表中不存在干扰源，且相邻无定形节点监测到该无定形节点的参考信号接收功率低于参考信号接收功率阈值时，该无定形节点从第二模式工作状态返回第一模式工作状态；

（4）宿主基站根据产生相互干扰的无定形节点的激活用户数，对频率f_AN进行重新分配，具体过程如下：

（4-1）无定形节点将上述步骤（3-1）的邻区列表中干扰源的物理小区标识上报给该无定形节点所属宿主基站，并向所属宿主基站上报本无定形节点的激活用户数；

（4-2）宿主基站根据无定形节点上报的干扰源物理小区标识，在本宿主基站下属的无定形节点物理小区标识中检索干扰源物理小区标识，若检索到干扰源物理小区标识，则将本宿主基站的物理小区标识作为干扰源所属宿主基站物理小区的标识；若没有检索到干扰源物理小区标识，则宿主基站向相邻的宏基站发送包含干扰源物理小区标识的询问信息，各相邻宏基站接收到询问信息后，在本宏基站下属的无定形节点物理小区标识中查找询问信息中干扰源物理小区标识，若查找到询问信息中干扰源物理小区标识，则相邻宏基站向宿主基站回复本宏基站的物理小区标识信息，若查找不到询问信息中干扰源物理小区标识，则回复一个空信息，该宿主基站接收到相邻宏基站的回复信息后，将接收到的宏基站的物理小区标识作为干扰源所属宿主基站的物理小区标识；

（4-3）宿主基站将上述步骤（4-1）收到的干扰源物理小区标识和无定形节点的激活用户数，以及上述步骤（4-2）得到的干扰源所属宿主基站的物理小区标识存储到一个干扰列表中，并根据干扰源物理小区标识，向干扰源发出上报信息通知，上报信息包括：本干扰源的邻区列表中所有干扰源的物理小区标识以及本干扰源的激活用户数，当宿主基站接收到的上报信息中存在与干扰列表中不同的新无定形节点时，宿主基站重复步骤（4-2），得到新无定形节点的所属宿主基站的物理小区标识，并将新无定形节点的物理小区标识、激活用户数、以及新无定形节点所属宿主基站的物理小区标识存入上述干扰列表中，宿主基站向该新无定形节点发出上报信息通知，重复本步骤，直到上报信息中不存在新的无定形节点；

（4-4）若上述干扰列表中存在三个以上无定形节点，则宿主基站从干扰列表中选出激活用户数最大的三个无定形节点，为该三个无定形节点的接入链路分配f_AN中的频率，频率的带宽与激活用户数成正比，并关闭干扰列表中的其他无定形节点；若上述干扰列表中的无定形节点小于三个，则根据激活用户数分配f_AN中的频率；

（4-5）若干扰列表中的所有无定形节点都属于本宿主基站，则宿主基站通知所有无定形节点采用（4-4）中的频率分配方法，若干扰列表中存在不属于本宿主基站的其他无定形节点，则与其他无定形节点所属的宿主基站共同确定频率分配方法。

上述干扰列表中的存在不属于本宿主基站的其他无定形节点时，宿主基站与其他无定形节点所属的宿主基站共同确定频率分配方法的可以通过以下步骤实现：

1、宿主基站通过X2接口向干扰列表中其他无定形节点的所属宿主基站（一个或多个）发送频率分配请求信息，该信息中包含干扰列表中的所有无定形节点的物理小区标识；

2、其他宿主基站收到该信号后，在自己存储的所有干扰列表中符合接收信号信息的干扰列表，暂停为此干扰列表中无定形节点分配频率，并回复确认信号；

3、宿主基站收到其他宿主基站的确认信号后，采用上述方法的步骤（4-4）中的频率分配方法为干扰列表中的无定形节点分配频率，并将分配结果发送给其他宿主基站；

4、宿主基站与其他宿主基站分别通知干扰列表中各自管理的无定形节点执行上述的频率分配结果。

Claims (1)

1.一种适用于无定形节点网络干扰抑制的半静态频率复用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)当无定形节点网络中的无定形节点与宏基站使用同一频段时，将无定形节点网络中的频率分为两部分，分别记为f₀和f_AN，其中f₀为无定形节点网络中的宏基站使用的频率，f_AN为无定形节点网络中的无定形节点接入链路使用的频率；

(2)将无定形节点网络中的无定形节点的工作状态划分为第一模式和第二模式，其中的第一模式为：无定形节点不受其他无定形节点干扰，无定形节点的接入链路使用频率f_AN，第二模式为：无定形节点受到干扰或无定形节点对其他相邻无定形节点形成干扰，无定形节点将干扰源信息上传至该无定形节点所属的宿主基站，并使用宿主基站根据产生相互干扰的无定形节点的激活用户数重新分配的频率；

(3)无定形节点对相邻无定形节点的干扰状态进行监测，并根据监测结果，进行工作状态模式的转换，包括以下步骤：

(3-1)无定形节点对相邻无定形节点的参考信号接收功率进行监测，并将监测到的参考信号接收功率以及该相邻无定形节点的物理小区标识存储在一张邻区列表中，用每次监测结果更新邻区列表；

(3-2)设定一个参考信号接收功率阈值，无定形节点根据设定的参考信号接收功率阈值，对上述邻区列表中的相邻无定形节点的参考信号接收功率进行判断，当邻区列表中任意一个参考信号接收功率大于参考信号接收功率阈值时，将该参考信号接收功率大于参考信号接收功率阈值的相邻无定形节点为干扰源，该无定形节点发出干扰预警，并进入第二模式工作状态；

(3-3)在第二模式工作状态中，当邻区列表中不存在干扰源，且相邻无定形节点监测到该无定形节点的参考信号接收功率低于参考信号接收功率阈值时，该无定形节点从第二模式工作状态返回第一模式工作状态；

(4)宿主基站根据产生相互干扰的无定形节点的激活用户数，对频率f_AN进行重新分配，具体过程如下：

(4-1)无定形节点将上述步骤(3-1)的邻区列表中干扰源的物理小区标识上报给该无定形节点所属宿主基站，并向所属宿主基站上报本无定形节点的激活用户数；

(4-2)宿主基站根据无定形节点上报的干扰源物理小区标识，在本宿主基站下属的无定形节点物理小区标识中检索干扰源物理小区标识，若检索到干扰源物理小区标识，则将本宿主基站的物理小区标识作为干扰源所属宿主基站物理小区的标识；若没有检索到干扰源物理小区标识，则宿主基站向相邻的宏基站发送包含干扰源物理小区标识的询问信息，各相邻宏基站接收到询问信息后，在本宏基站下属的无定形节点物理小区标识中查找询问信息中干扰源物理小区标识，若查找到询问信息中干扰源物理小区标识，则相邻宏基站向宿主基站回复本宏基站的物理小区标识信息，若查找不到询问信息中干扰源物理小区标识，则回复一个空信息，该宿主基站接收到相邻宏基站的回复信息后，将接收到的宏基站的物理小区标识作为干扰源所属宿主基站的物理小区标识；

(4-3)宿主基站将上述步骤(4-1)收到的干扰源物理小区标识和无定形节点的激活用户数，以及上述步骤(4-2)得到的干扰源所属宿主基站的物理小区标识存储到一个干扰列表中，并根据干扰源物理小区标识，向干扰源发出上报信息通知，上报信息包括：本干扰源的邻区列表中所有干扰源的物理小区标识以及本干扰源的激活用户数，当宿主基站接收到的上报信息中存在与干扰列表中不同的新无定形节点时，宿主基站重复步骤(4-2)，得到新无定形节点的所属宿主基站的物理小区标识，并将新无定形节点的物理小区标识、激活用户数、以及新无定形节点所属宿主基站的物理小区标识存入上述干扰列表中，宿主基站向该新无定形节点发出上报信息通知，重复本步骤，直到上报信息中不存在新的无定形节点；

(4-4)若上述干扰列表中存在三个以上无定形节点，则宿主基站从干扰列表中选出激活用户数最大的三个无定形节点，为该三个无定形节点的接入链路分配f_AN中的频率，频率的带宽与激活用户数成正比，并关闭干扰列表中的其他无定形节点；若上述干扰列表中的无定形节点小于三个，则根据激活用户数分配f_AN中的频率；

(4-5)若干扰列表中的所有无定形节点都属于本宿主基站，则宿主基站通知所有无定形节点采用(4-4)中的频率分配方法，若干扰列表中存在不属于本宿主基站的其他无定形节点，则与其他无定形节点所属的宿主基站共同确定频率分配方法。