CN106134233B - 分配共享频谱的频谱管理器、方法以及无线通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在无线通信系统中分配共享频谱的频谱管理器(300)，无线通信系统包括用于与终端进行无线通信的多个基站(310，320)，所述多个基站(310，320)由至少两个运营商运营，频谱管理器(300)被配置为基于频谱需求相关信息将多个基站分组为簇；以及基于频谱需求相关信息和分组后的基站簇的信息确定每个簇的频谱划分模式，频谱划分模式指定将频谱片段划分并分配给无线通信系统的对应簇中的至少两个运营商，其中一频谱片段仅分配给每个簇中的至少两个运营商之一，并向多个基站或至少两个运营商的一个或多个网络实体转发关于频谱划分模式的信息。本发明还涉及用于向运营商分配共享频谱的对应方法以及对应的基站和方法。

Description

分配共享频谱的频谱管理器、方法以及无线通信系统

技术领域

本发明涉及用于为无线通信系统中的运营商分配共享频谱的频谱管理器和方法以及对应的基站。

背景技术

按照惯例，针对移动宽带(MBB)，已经以独占的方式进行了频谱的分配和对运营商的授权，即每个运营商获得并且被授权对该频谱的某个固定部分的独占使用。这种独占频谱授权和分配的优点在于：服务质量(QoS)有一定的保证、良好的干扰管理和曾被看作是产生适当投入和创新激励所必需的高度的市场确定性。然而，随着移动数据流量的需求呈指数增长，出现了“频谱短缺”的问题，即，将没有足够的频谱带(band)或子载波，尤其是6Ghz以下范围的频谱带或子载波，独占地分配和授权给不同的运营商。换句话说，需要更多可用的频谱或需要更好地使用当前可用频谱。即使假设用于独占分配的可用频谱中存在足够数量的可用频谱带，移动运营商也将面临高频谱成本的压力。这样的授权和运营的高成本将越来越难以接受。此外，频谱带的独占分配存在低灵活性和低可扩展性的弊端，即经常会导致某个位置/区域中和/或某个时间段内的可用资源不能充分利用。换句话说，可用频谱的使用效率会低。因此，频谱共享是满足未来频谱需求的必要和重要的工具。一方面，移动运营商将不得不与其他通信系统或非通信系统共享可用频谱。另一方面，移动运营商将不得不互相共享可用频谱，即便不是全部，也至少是一定数量的可用频谱。事实上，两种共享的情况可以同时发生，例如，若干运营商可以以主要/次要的方式与雷达服务共享频段的同时，在相互平等基础上共享可用频段。

在现有技术中，运营商间频谱共享方案通常仅在理想网络部署下才能正常地运转良好，例如，所有运营商都有共址的基站(BS)、相同的网络部署和同构无线接入网络(RAN)(每个地方的小区大小都相同)。在实践中，这样的理想网络部署仅在RAN共享的定界和特殊情况下可以找到。在更一般的情况下，不同运营商具有独立的网络部署。此外，为了适应各种网络部署环境或场景，每个运营商的RAN内都存在各种大小和各种形状的小区。针对这种实际的网络部署，现有技术中的运营商间频谱共享方案就无法运转良好。因此，实际的网络部署需要一种较为有效的方案以使运营商之间能够进行灵活地频谱共享。

在未来无线通信系统中，可用频谱分配的相当大的一部分将会以动态的方式进行并分配给共享运营商。例如，这可以在授权共享接入(LSA)框架下进行，在该框架下现任用户(incumbent user)，例如雷达服务，的频段在某个位置某个时间段临时授权于多个运营商。再例如，监管机构将频谱带授权于多个运营商，而分配给不同运营商的频谱带之间没有固定的界限，这样运营商们可以根据双方协定和/或特定的或变化的共享规则协调他们的频谱使用。不论哪一种运营商间共享频谱的场景，关键问题是将共享使用的某个可用频谱带分配给多个运营商，即至少是两个运营商。在前面提出的频谱共享技术的例子中，使用了正交频分复用(OFDM)波形，并且频谱的片段，即频谱的频率子载波以正交方式分配给各运营商。正交在此处以及本申请的框架中通常指特定的子载波、或特定的子载波组、或频率子带仅分配给特定的运营商，而不同时分配给不同的运营商。因此，在一个给定的时间点，每个频率子载波或子带分配给一个特定的运营商，而不是同时分配给两个运营商。因此，分配给不同运营商的子载波/子带组成的邻近频谱片段之间的相互干扰可以通过资源块，即子载波/子带片段，的这类正交分配避免。

如下所述，本申请和作为本发明基础的技术基于动态地将共享的频谱分割为频谱片段并将频谱片段分配给不同的运营商。为了将运营商间干扰或共信道干扰降到最低，为不同运营商分配正交的频谱片段的、集合。在考虑例如公平或平衡等共享策略的同时，为每个运营商分配的频谱的数量应适应于该运营商的流量需求。

图1示出了共享频谱的运营商具有理想网络部署的两种情况的图。理想网络部署定义为不同运营商的网络部署以这样的方式进行，即一个运营商的每个扇区或小区(所示的例子中，每个小区有3个大小相同的扇区)仅分别与另一个运营商的一个扇区或小区重叠。一个典型的例子是所有运营商的小区的大小和形状相同。图2现在示出了两个例子，非共址的基站210、220的例子1和共址的基站210、220的例子2。基站210属于运营商1(由基站210周围的小区的实线表示)，基站220属于运营商2(由各基站220周围的小区的虚线示出)。在例子2中，基站210和220在相同的位置，且小区和扇区共址，即互相完全重叠。在例子1中，基站210、220是非共址的，但是每个小区的各扇区与各不同运营商的基站中的邻近小区的各扇区完全共址。在这种理想网络部署下，通过忽略每个运营商的网络内的小区间和扇区间干扰，每个重叠扇区或小区包含由每个运营商的一个基站210、220发射的信号。因此，针对每个这样的重叠扇区或小区，频谱划分模式可以不同，并且可以独立处理。此处频谱划分模式是定义每个频谱片段的大小和位置以及其被分配给哪个运营商的一种模式。借助于每个频谱划分模式，为不同运营商分配正交的频谱片段集合。典型地，每个这样的重叠扇区或小区的频谱划分模式以灵活的方式适应每个运营商的每个基站210、220的流量需求。

在图2中，示出了考虑共信道干扰的实际网络部署的例子。在实际实施中，不同运营商的不同基站210、220的小区有各种不同的大小。此外，一个运营商的每个扇区或小区可以与另一个运营商的多个扇区或小区重叠。在这样的实际网络部署下，如果一个运营商的每个扇区或小区使用不同的频谱划分模式，就会产生共信道干扰，这就意味着不同运营商的扇区或小区的某个重叠区域中使用了公共频谱片段，引起了运营商间干扰。图2中通过片段2示出了这样的共信道干扰，在扇区的重叠区域中两个运营商都在使用片段2。因此，每个重叠扇区或小区中使用该片段2的用户终端可能受到运营商之间的共信道干扰。

发明内容

因此，本发明的目的就是提供用于为无线通信系统中的运营商分配共享频谱的技术，这使得运营商之间能够灵活地共享频谱。具体地，它提供对基站的频谱需求的灵活适应，同时提供有效的共信道干扰管理。

上述目的通过所附的独立权利要求提供的方案来实现。在各从属权利要求中限定了有利的实施方式。

本发明的第一方面提供了一种用于在无线通信系统中分配共享频谱的频谱管理器，所述无线通信系统包括用于与终端进行无线通信的多个基站，所述多个基站由至少两个运营商运营，所述频谱管理器被配置为基于频谱需求相关信息将所述多个基站分组为簇；以及基于所述频谱需求相关信息和分组后的基站簇的信息确定每个簇的频谱划分模式，频谱划分模式指定将频谱片段划分并分配给所述无线通信系统的对应簇中的所述至少两个运营商，其中一频谱片段仅分配给每个簇中的所述至少两个运营商之一，并向所述多个基站或所述至少两个运营商的一个或多个网络实体转发关于所述频谱划分模式的信息。

例如，频谱片段是所述共享频谱的连续频谱。例如，网络实体向基站转发所述的信息。

本发明提供了一种针对实际的网络部署的有效的方案，使得运营商之间能够灵活地共享频谱。具体地，本发明很好地实现了一方面对基站的频谱需求的灵活适应与另一方面共信道干扰管理的成本和努力之间的权衡。

在根据本发明的第一方面所述的频谱管理器的第一种实现方式中，所述频谱管理器还被配置为：每当频谱需求相关信息更新后，动态地将所述多个基站分组为簇，或按照来自运营商或基站的请求将所述多个基站分组。

在根据本发明的第一方面本身或第一方面的第一种实现方式所述的频谱管理器的第二种实现方式中，所述频谱管理器还被配置为：接收来自所述多个基站或来自所述至少两个运营商的网络实体的频谱需求相关信息，其中频谱需求相关信息包括多个基站中的每个基站的关于频谱需求的信息和/或所述至少两个运营商的网络部署信息。

在根据本发明的第一方面本身或第一方面的第一或第二种实现方式所述的频谱管理器的第三种实现方式中，所述频谱管理器还被配置为将每个簇的基站分为内部基站和边缘基站，其中内部基站是各簇内部的未受到共信道干扰的基站，边缘基站是位于各簇的边缘区域的受到共信道干扰的基站，簇的边缘区域是与邻近簇的至少一个边缘区域重叠的区域。例如，针对每个簇的频谱划分模式据此仅基于各簇每个内部基站的频谱需求进行确定，而不考虑共信道干扰。另外，各簇的每个边缘基站的频谱需求和共信道干扰也可以考虑在内。

在根据本发明的第一方面的第三种实现方式所述的频谱管理器的第四种实现方式中，所述频谱管理器还被配置为通过使具有较低频谱需求的基站处于簇的边缘区域，并使具有较高频谱需求的基站处于簇的中心区域，将所述基站分组为簇。

在根据本发明的第一方面的第三或第四种实现方式所述的频谱管理器的第五种实现方式中，所述频谱管理器还被配置为针对每个边缘基站，根据每个边缘基站的所有邻近簇的频谱划分模式，将所述频谱片段分为不同类型的频谱片段，其中所述不同类型的频谱片段包括所述邻近簇中所述边缘基站的运营商使用的第一类型的频谱片段、所述邻近簇中包括相关边缘基站的运营商在内的不同运营商使用的第二类型的频谱片段以及所述邻近簇中所述边缘基站的运营商未使用的第三类型的频谱片段。

在根据本发明的第一方面的第五种实现方式所述的频谱管理器的第六种实现方式中，所述频谱管理器还被配置为：向每个边缘基站转发分配给各边缘基站的所有邻近簇的频谱划分模式相关的信息，以使边缘基站能够依据向所述邻近簇分配的频谱划分模式将分配的频谱划分模式的片段分为不同的类型。

在根据本发明的第一方面的第五或第六种实现方式所述的频谱管理器的第七种实现方式中，针对第二类型的频谱片段，在所涉及的边缘基站之间进行共信道干扰管理。

在根据本发明的第一方面的第六或第七种实现方式所述的频谱管理器的第八种实现方式中，所述频谱管理器还被配置为将所述第二类型的频谱片段划分为子片段，并向各不同运营商的边缘基站分配不同的子片段。

本发明的第二方面提供了一种用于与终端进行无线通信的基站和一种无线通信系统，所述无线通信系统包括根据第一方面本身或根据第一方面的前述任一实现方式所述的频谱管理器和用于与所述无线通信系统中的终端进行无线通信的多个基站，其中所述基站被配置为接收来自频谱管理器的关于所述频谱划分模式的信息，并基于所述接收的关于所述频谱划分模式的信息与所述无线通信系统中的终端进行通信。另外，所述基站可以可选地被配置为接收所述簇相关信息。例如，内部基站可以仅被配置为接收所述频谱划分模式信息，而不接收所述簇相关信息。例如，边缘基站可以被配置为接收所述频谱划分模式信息以及所述簇相关信息。

在根据本发明的第二方面所述的基站的第一种实现方式中，所述基站为边缘基站，还被配置为接收向邻近簇分配的频谱划分模式相关的信息，以及依据向邻近簇分配的频谱划分模式将分配的频谱划分模式的片段分为不同类型，其中所述不同类型包括各邻近簇中该边缘基站的相同运营商通常使用的第一类型的频谱片段、各邻近簇中包括相关边缘基站的运营商在内的不同运营商使用的第二类型的频谱片段以及各邻近簇中相关边缘基站的运营商未使用的第三类型的频谱片段。

在根据本发明的第二方面的第一种实现方式所述的基站的第二种实现方式中，所述基站还被配置为与邻近簇的各边缘基站协商针对第二类型的片段的使用计划，其中所述第二类型的片段是由各邻近簇中包括相关边缘基站的运营商在内的不同运营商使用的。

在根据本发明的第二方面的第一种实现方式所述的基站的第三种实现方式中，所述基站还被配置为向邻近簇的各边缘基站发送其针对所述第二类型的片段的使用参数，其中所述第二类型的片段是由各邻近簇中包括相关边缘基站的运营商在内的不同运营商使用的。

在根据本发明的第二方面的第一种实现方式所述的基站的第四种实现方式中，所述基站还被配置为使其分配的终端确定第二类型的片段中的共信道干扰，并将所述第二类型的片段中的资源仅分配给具有低共信道干扰的终端。

本发明的第三方面提供了一种用于为所述无线通信系统中的运营商分配共享频谱以与所述无线通信系统中的终端进行无线通信的方法，所述无线通信系统包括由至少两个运营商运营的多个基站，包括步骤：基于频谱需求相关信息将所述多个基站分组为簇；以及基于所述频谱需求相关信息和分组后的基站簇的信息确定每个簇的频谱划分模式，频谱划分模式指定将频谱片段划分并分配给所述无线通信系统的对应簇中的所述至少两个运营商，其中一频谱片段仅分配给每个簇中的所述至少两个运营商之一，并向多个基站或至少两个运营商的一个或多个网络实体转发关于所述频谱划分模式的信息。

根据本发明的第三方面的方法由第一方面或其实施方式的任一种的频谱管理器进行有利实施，该频谱管理器例如可以是物理上与所述多个基站独立的控制单元，或其可以包括分别为所述多个基站的一部分的分布式功能控制元件。这些示例性的实施方式也适用于根据上述第一方面以及其各实施方式所述的频谱管理器。

根据本发明的第三方面所述的方法的第一种实施方式还包括：每当频谱需求相关信息更新后，动态地将所述多个基站分组为簇，或

按照来自运营商或基站的请求将所述多个基站分组。

根据第三方面本身或第三方面的第一种实现方式所述的方法的第二种实现方式还包括：接收来自所述多个基站或来自所述至少两个运营商的网络实体的频谱需求相关信息，其中频谱需求相关信息包括多个基站中的每个基站的关于频谱需求的信息和/或所述至少两个运营商的网络部署信息。

根据第三方面本身或第三方面的第一或第二种实现方式所述的方法的第三种实现方式还包括：将每个簇的基站分为内部基站和边缘基站，其中内部基站是各簇内部的未受到共信道干扰的基站，边缘基站是位于各簇的边缘区域的受到共信道干扰的基站，簇的边缘区域是与邻近簇的至少一个边缘区域重叠的区域，以及为每个簇确定频谱划分模式。

根据第三方面的第三种实现方式所述的方法的第四种实现方式还包括通过使具有较低频谱需求的基站处于簇的边缘区域，并使具有较高频谱需求的基站处于簇的中心区域，将所述基站分组为簇。

在根据第三方面的第三或第四种实现方式所述的方法的第五种实现方式中，所述方法还包括：针对每个边缘基站，根据每个边缘基站的所有邻近簇的频谱划分模式，将所述频谱片段分为不同类型的频谱片段，其中所述不同类型的频谱片段包括所述邻近簇中所述边缘基站的运营商使用的第一类型的频谱片段、所述邻近簇中包括相关边缘基站的运营商在内的不同运营商使用的第二类型的频谱片段以及所述邻近簇中所述边缘基站的运营商未使用的第三类型的频谱片段。

根据第三方面的第五种实现方式所述的方法的第六种实现方式还包括：向每个边缘基站转发分配给各边缘基站的所有邻近簇的频谱划分模式相关的信息，以使边缘基站能够依据向所述邻近簇分配的频谱划分模式将分配的频谱划分模式的片段分为不同的类型。

根据第三方面的第五或第六种实现方式所述的方法的第七种实现方式，针对第二类型的频谱片段，在所涉及的边缘基站之间进行共信道干扰管理。

根据第三方面的第六或第七种实现方式所述的方法的第八种实现方式还包括将所述第二类型的频谱片段划分为子片段，并向各不同运营商的边缘基站分配不同的子片段。

本发明的第四方面提供了一种用于与无线通信系统中的终端进行无线通信的基站上执行的方法，所述无线通信系统包括根据第一方面本身或根据第一方面的任一实现方式所述的频谱管理器和用于与所述无线通信系统中的终端进行无线通信的多个基站，包括步骤：接收来自频谱管理器的关于所述频谱划分模式的信息，或可选地还有所述簇相关信息，并基于所述接收的关于所述频谱划分模式的信息或可选地还有所述簇相关信息与所述无线通信系统中的终端进行通信。

在根据本发明第四方面所述的方法的第一种实现方式中，所述基站为边缘基站，所述方法包括接收向邻近簇分配的频谱划分模式相关的信息，以及依据向邻近簇分配的频谱划分模式将分配的频谱划分模式的片段分为不同类型，其中所述不同类型包括邻近簇中相同运营商通常使用的第一类型的频谱片段、邻近簇中包括该边缘基站的运营商在内的不同运营商使用的第二类型的频谱片段以及邻近簇中任何运营商都未使用的第三类型的频谱片段。

根据第四方面的第一种实现方式所述的方法的第二种实现方式还包括与邻近簇的各边缘基站协商针对第二类型的片段的使用计划，其中所述第二类型的片段是由各邻近簇中包括相关边缘基站的运营商在内的不同运营商使用的。

根据第四方面的第一种实现方式所述的方法的第三种实现方式还包括为向邻近簇的各边缘基站发送其针对所述第二类型的片段的使用参数，其中所述第二类型的片段是由各邻近簇中包括相关边缘基站的运营商在内的不同运营商使用的。

根据第四方面的第一种实现方式所述的方法的第四种实现方式包括让其分配的终端确定第二类型的片段中的共信道干扰，并将所述第二类型的片段中的资源仅分配给具有低共信道干扰的终端。

上述本发明的第一方面、第二方面、第三方面以及第四方面以有利方式实现了上述目的。具体地，本发明的这些方面提供了实际网络部署实施方式下用于运营商之间灵活频谱共享的有效方案。本发明的各方面还提供了一方面对基站的频谱需求的灵活适应与另一方面共信道干扰管理的成本和努力之间的良好权衡。应理解的是，根据本发明第一方面或其各实施方式所述的频谱管理器可以由一个或多个控制单元实现，该一个或多个控制单元物理上独立于所述多个基站。可替换地，频谱管理器可以包括分别是多个基站或中间网络实体的一部分的分布式功能控制元件或甚至由分布式功能控制元件组成，并在多个基站或中间网络实体的部分或全部中实现。本发明的第三方面和第四方面中限定的方法以及它们的实现方式可以与根据本发明的第五方面所述的方法结合，包括所限定的在频谱管理器中执行或由频谱管理器执行的各步骤，以及所限定的在基站或若干基站中执行或由基站或若干基站执行的对应步骤。其它有利但可选的实施方式在上述各种实施方式中进行了限定。

本发明具体提供的技术框架和技术方案使得至少两个运营商在无线通信系统中能够共享可用频谱的同时，允许运营商管理他们之间的相互干扰，并实现了高效频谱使用，还提供了适应频谱划分的灵活性和针对基站的频谱需求的分配。本发明提供了即使不同运营商不具有理想网络部署时的特别有利的方案。进一步地，本发明在所有可能的共享场景中提供运营商间频谱共享，这些共享场景包括但不限于相互租借(mutual renting)、频谱点(spot)市场、同优先级(co-primary)共享、授权共享接入(LSA)、次级水平(secondaryhorizontal)共享、未授权共享等。本发明支持具有和不具有运营商的理想网络部署或RAN共享的情况。它还支持二者的混合，即通信系统的部分运营商具有理想网络部署或RAN共享，而另一部分运营商不具有理想网络部署或RAN共享。

需要注意的是，本发明运作和被实现所处的无线通信系统可以基于包括多个跨越某个频谱带的频率子载波或子带的任何种类的现有系统或未来系统。该频率子载波或子带可以有固定的宽度和间距，或可以有灵活且适合的宽度和间距。例如，无线通信系统可以是任何种类的过去、现有或未来多载波或多频带通信系统。多载波系统的可能但非限制性的实现可以以基于滤波器组的多载波(FBMC)、广义频分复用(GFDM)波形等为基础。关于多载波的进一步可能但非限制性的要求可以是片段外的低辐射，这样就会有低运营商间干扰和/或低防护频带开销和/或高频谱使用效率。并且，本发明的通信系统可以但并不必须向后兼容于现有无线通信系统，例如正交频分复用(OFDM)系统、UMTS系统、GSM系统等。

通常，本发明的包括中央控制装置和所限定的至少两个基站的无线通信系统可以针对例如在传统的蜂窝无线通信系统中的小区、较大区域或甚至国家中的任何地理大小来限定。

本申请通篇使用和定义的术语“基站”是物理上独立的实体，可适用于与分配给基站的终端进行信令和内容数据的无线交换。运营商是负责运营一个或多个基站的合法实体。在本申请的框架中，两个或多个运营商可以以共享的方式使用一个基站，以经由该基站与他们的用户的各终端进行通信。并且，可选地且另外地，基站可以仅属于单个运营商。需要注意，本申请通篇关于运营商或运营商们的功能、特征、特点等的描述指的是实现这些功能、特征、特点等的各实体。例如，分配了邻近片段的不同运营商之间的干扰可以指属于不同运营商的第一基站和第二基站之间造成的干扰。其他的或可替换的运营商功能可以在核心网络的其他物理实体或功能实体中实现或分配给核心网络的其他物理实体或功能实体。术语“终端”指分配给各运营商并与各运营商有合约的用户所使用的终端设备。这类终端可以包括但不限于移动电话、无线电话、个人数字助理、平板电脑、任何种类的相片计算机(photo computer)等。

本发明的一个有利特征在于，在给定的时间点，在某个地理区域内，一个片段仅分配给无线通信系统的一个运营商，而不分配给另一运营商。换句话说，在任何给定的时间点，分配给一个运营商的片段与分配给另一不同运营商的另一片段不重叠。然而，由于根据本发明所述的将片段分配给运营商是灵活的，并且时间可以不同，因此，在一个时间点分配给一个运营商的一个片段或片段的部分可以在另一时间点分配给另一不同的运营商。

进一步，需要注意，包括多个频率子载波或频率子带的共享频谱可以是连续频谱或非连续频谱。这意味着片段以至少一个单独子载波或子带的方式分配给各运营商的频谱可以包括多个分别相互邻近的子载波或子带，或可以包括并非直接邻近而是相互远离的频谱的不同部分，其中其他部分可以分配给其他服务，例如公共服务等。并且，在本发明的框架中，频谱的一个或多个片段可以分配给单个运营商，其中这些分配的片段无需互相直接邻近，而是可以在频谱内间隔分离。

还需注意的是，由中央控制装置确定的频谱划分模式可以依据某种条件或情况的发生定期或不定期地进行灵活确定。这就使得可用频谱的使用非常灵活且有效。

需要注意，本申请中所描述的所有设备、元件、单元和装置可以通过软件或硬件元件或其任何种类的组合来实现。本申请中所描述的各实体执行的所有步骤以及所描述的将由各实体执行的功能意在指各实体被适配为或被配置为执行各步骤和功能。即使在下面具体实施例的描述中，由通用实体执行的具体功能或步骤没有反映在执行该具体步骤或功能的该实体的具体元件的描述中，本领域技术人员也清楚这些方法和功能可以在各软件或硬件元件或其任何种类的组合中实现。

附图说明

本发明的上述方面和实施方式将结合附图在下面具体实施例的描述中进行说明，其中：

图1示出了现有技术中已知的理想网络部署和频谱划分模式的分扇区(per-sector)适应的图。

图2示出了实际网络部署和频谱划分模式的分扇区适应引起的共信道干扰的图。

图3示出了本发明实施例提出的频谱共享的例子的图。

图4示出了本发明实施例提出的基站聚集(clustering)的图。

图5示出了本发明实施例提出的具有内部基站和边缘基站的基站聚集的图。

图6示出了根据本发明的实施例针对每个边缘基站将频谱片段分为三种不同类型的图。

图7示出了频谱片段分类的另一个例子。

图8示出了根据本发明的实施例所述的频谱管理器和基站之间的信令的两种可能的实施场景的图。

图9示出了未协作的共信道干扰管理的例子的图。

图10示出了针对具有理想网络部署的运营商的频谱划分子模式的例子的图。

具体实施方式

如上所述，本发明的实施例涉及用于在无线通信系统中分配共享频谱的频谱管理器300，以及涉及用于与无线通信系统中的终端进行无线通信的基站310、320，所述无线通信系统包括根据本发明所述的频谱管理器300和多个基站310、320，以及涉及本发明的频谱管理器300中或由频谱管理器300执行的相应方法以及基站310、320中或由基站310、320执行的相应方法，以及涉及包括根据本发明的频谱管理器300以及多个基站310、320的对应无线通信系统和对应的通信方法。

图3示出了根据本发明一实施例的频谱管理器300以及两个运营商，运营商1和运营商2，动态共享频谱的方法的图。然而，该发明也应用于两个以上运营商的情况。分配给运营商1的基站310在基站310周围用实线小区示出，分配给运营商2的基站320在基站320周围用虚线小区示出。在示出的例子中，为了简单起见，分配给每个基站310、320的每个小区细分为三个相同大小的扇区。此外，本发明中分配给基站310、320的小区大小和形状可以不同。根据本发明，频谱管理器300协调频谱共享，其将共享频谱划分为频谱片段并将频谱片段分配给对应的运营商。共享频谱的划分和分配可以因不同基站310、320而不同，即针对不同基站310、320，频谱划分模式可以不同。频谱管理器300是公共功能单元，可以由运营商1、2或第三方拥有。频谱管理器300直接与基站310、320通信，或通过一个或多个中间网络实体，例如移动管理实体(MME)等通信。不同运营商1、2的网络部署通常互相独立。每个运营商的网络内，小区的大小和形状可以不同。然而，作为特例，运营商的子集可以在某个地理区域中具有理想网络部署，这样一个运营商的每个扇区或小区仅与本子集内另一运营商的一个扇区或小区重叠。这样的理想网路部署在图1中作为例子2进行了说明。

下面对根据本发明实施例所述的基站聚集方法和实施方式进行详细说明。每个运营商定期或按要求通过所涉及的网络实体向频谱管理器300提供以下信息，即每个基站310、320的网络部署信息和频谱需求相关信息。网络部署信息包括传统网络部署计划中使用的信息，并包括例如利用地理坐标的基站310、320的天线的位置、每个基站310、320的发射功率、天线特点、小区大小、小区形状、覆盖范围等。每个基站310、320的关于频谱需求的信息包括例如流量需求的信息。需要注意，上述频谱需求仅涉及所考虑的共享频谱带。某个运营商专用的专用授权频谱带通常没有考虑在内。通常，上述频谱需求相关信息可以由基站310、320直接发送给频谱管理器300，或者如上所述，通过中间网络实体进行发送。如果该信息的一部分是静态的，例如也可以作为网络部署信息的主要部分，预先存储在频谱管理器300中。仅需要将该信息的变化部分定期或按要求通过所涉及的网络实体发送至频谱管理器300。

从对应运营商的基站或中间网络实体收集到上述信息后，频谱管理器300首先检查运营商的子集是否在某个地理区域中具有理想网络部署。理想网络部署指的是不同运营商的网络部署以这样的方式进行，即一个运营商的每个扇区或小区仅分别与另一个运营商的一个扇区或小区重叠。通过比较不同运营商提供的部署信息进行这样的检查。可替换地，具有理想网络部署的运营商，例如具有共享随机接入网络(RAN)的运营商可以经由基站310、320或经由MME等中间网络实体向频谱管理器300发送关于理想部署网络的地理区域的对应信息，以便指示他们具有理想网络部署的地理区域。如果运营商的子集在地理区域中具有理想网络部署，这些运营商在该地理区域中一起组成一个大的虚拟运营商。包括在地理区域中具有理想网络部署的运营商子集的该虚拟运营商与其他具有各实际网络部署的单个运营商以同样的方式被对待。实际网络部署指的是不同运营商在一个地理区域中具有独立的网络部署。例如，实际网络部署下，每个运营商的无线接入域内，为适应各种网络部署环境或场景存在各种尺寸和形状的小区。在本发明的框架中，术语“运营商”指上述定义的虚拟运营商、具有实际网络部署的运营商以及二者的结合。

下面将对具有理想网络部署的运营商的子组内的频谱分配进行进一步描述。

基于每个基站310、320或中间网络实体发送的频谱需求相关信息，频谱管理器300将不同运营商的邻近基站310、320分组为簇(cluster)。每个簇的大小可以不同，优选地包括每个运营商一个以上的基站310、320，且在地理上小于正常大小的城市或大的地理区。此外，簇是动态的，即在频谱划分和分配的不同周期和时间段簇可以包括不同的基站310、320。这样的分组操作由频谱管理器300定期或按要求进行，因此簇可以适应基站310、320的频谱需求的变化。当基站310、320分组成簇时，频谱管理器300根据以下因素对聚集进行优化。1)每个簇内，某个运营商的基站310、320应具有相似的频谱需求。这意味着在该簇中该运营商的每个单个基站310、320的频谱需求与该簇中该运营商的基站310、320的平均频谱需求不应有太大的区别，此处大的区别指例如所述平均频谱需求的80％。换句话说，频谱需求严重偏离平均频谱需求的的基站310、320的数目应该比该簇内该运营商的基站310、320的总数目少，例如少于5％。图4示出了基站聚集成四个簇的例子，其中簇1与其他任何簇都不重叠，但簇2、3、4在其边缘区域部分重叠。并且，如图4所示，还存在没有聚集的基站，因为这些基站对共享频谱没有任何需求。

通常，具有低频谱需求的基站310、320，例如，可以使其处于各簇的边缘。在此，对共享频谱的低需求指的是边缘区域的基站310、320对频谱需求应远远低于簇的中心区域中的各基站310、320的平均频谱需求，例如不到平均频谱需求一半。可能出现的是，在簇的周围，所有相关运营商的基站对共享频谱都没有需求。这样的基站不会分组成簇，即如图4所示，不会被频谱管理器300考虑用于频谱共享程序。

聚集后，频谱管理器300将每个簇中的基站310、320分成下面两个簇，如图5所示，即内部基站310a、320a和边缘基站310b、320b。内部基站310a、320a是相关簇的中心区域内的基站(中心区域是相对于基于共信道干扰情况确定的相关小区的大小和形状而言的)，当这些基站部署频谱管理器300确定的频谱划分模式时，它们不受共信道干扰。边缘基站310b、320b是位于各簇的边缘处的基站，它们在两个邻近簇的重叠区域内或附近。这类边缘基站310b、320b可能受到共信道干扰，相应地，在他们部署频谱管理器300确定的频谱划分模式时，有必要对共信道干扰进行管理。

针对每个簇，频谱管理器300确定频谱划分模式，该频谱划分模式指定共享频谱的划分和分配。为每个单个簇分配单个频谱划分模式。不同的簇可能有不同的频谱划分模式。每个簇的频谱划分模式的确定应首先考虑该簇中的每个内部基站310a、320a的需求，例如流量需求或频谱需求。在一个例子中，某个簇中对每个运营商的共享频谱的分配的需求与该簇内该运营商的内部基站310a、320a的平均频谱需求成正比。另外，边缘基站的频谱需求和共信道干扰也可以考虑在内，但不是必须的。

频谱管理器300通过向每个基站310、320直接或经由中间网络实体发送对应的信息以通知每个基站310、320其分类，即该基站是内部基站310a、320a还是边缘基站310b、320b，然后其例如通过S1接口或通过公共控制信令信道，将该信息转发至各基站310、320。该信息可以命名为“基站分类指示”，也可以例如仅有1个位，用“0”表示“内部基站”，用“1”表示“边缘基站”。关于频谱管理器300和基站310、320之间的信令将在下面进行更详细的描述。对于内部基站310a、320a而言，频谱管理器300进一步向它们通知确定的频谱划分模式。据此，每个基站可以接收关于整个频谱划分模式的信息，或仅接收分配给各基站的频谱片段相关的信息。每个内部基站310a、320a可以实现这样的分配的频谱划分模式，即由接收到的关于整个频谱划分模式的信息指定或由接收到的仅直接分配给其自身的频谱片段相关的信息指定，而不用考虑共信道干扰管理。

下面一小段将描述针对边缘基站310b、320b的频谱分配的处理。针对边缘基站310b、320b，频谱管理器300基于边缘基站310b、320b的所有邻近簇的频谱划分模式将频谱片段分为三种不同的类型，例如，如图6所示。第一类型(图7中的类型1)是没有共信道干扰的频谱片段，例如图6中的片段#1和#3，它们是边缘基站310b、320b的所有直接邻近簇中的对应运营商公共使用的频谱片段。这些频谱片段使用时不受共信道干扰的影响。第二类型(图6中的类型2)是具有共信道干扰的频谱片段。这些频谱片段是直接邻域中不同簇中的不同运营商(包括相关边缘基站的运营商)使用的频谱片段。例如，图6中的片段#2由各不同运营商和不同簇在簇#1和簇#2中使用。这种第二类型的频谱片段可以仅用于共信道干扰管理。第三类型(图6中的类型3)是未使用的片段，例如图6中的片段#4。相关簇中相关边缘基站的运营商通常不会公共使用这些频谱片段。

图7示出了针对边缘基站310b、320b的频谱片段的三种类型的另一个例子。在所示出的情况中，由于邻近簇的频谱划分模式结构不同，所以可以进一步对频谱进行分段，以便确定上述定义的三种不同类型的频谱片段。据此，本发明的一实施例提出了频谱管理器300向边缘基站310b、320b通知这些频谱片段类型的两个选项。第一个选项是频谱管理器300识别不同的类型，并通知每个边缘基站310b、320b每个频谱片段所属的各类型。第二个选项是频谱管理器300通知每个基站310b、320b邻近簇中的频谱划分模式，每个基站310b、320b识别其自身的频谱片段的类型。根据上面的简要描述，频谱管理器300和基站310、320之间的信令通常有两种实施可能性。第一种情况是频谱管理器300和基站310、320之间的直接信令。在这种情况下，频谱管理器300和基站310、320之间直接进行信息交换，不需要任何中间实体。该信令可以在每个基站和频谱管理器之间的专用信令连接或公共信令信道中实现。在第二种情况下，如图8所示，经由一个或多个中间实体910、920，频谱管理器300和基站310、320之间存在间接信令。图8左边一般地示出了所述的第一种情况的直接信令和第二种情况的间接信令的例子。在第二种情况所示的例子中，间接信令经由属于单个运营商的中间实体910、920完成。中间实体910属于第一运营商，并与属于该运营商的基站310进行通信。中间实体920属于不同运营商，并与分配给该运营商的基站320进行通信。信令可以经由S1接口或公共信令信道完成。

下面将通过更多具体的实施示例来描述针对上述情况，即情况1(直接信令)和情况2(间接信令)，的信令模式(schema)和信令格式。针对情况1的信令，可以以下面的信令格式为例(由频谱管理器300发送给基站310、320)：

BS标识

BS分类

分配的频谱片段

“内部BS”的例子:

“边缘BS”的例子:

针对情况2的信令，可以以下面的信令格式为例(由频谱管理器300发送给中间实体910、920)：

在上述格式的例子中,与该中间实体910、920连接并对共享频谱有需求的所有基站310、320都应包括在内。

然后，中间实体可以利用以下格式向每个BS发送消息。

BS标识

BS分类

分配的频谱片段

在上述格式中，当使用基于多载波的频谱共享方案时，分配的片段的标识可以，例如，包括该片段的“Hz”中的开始频率和结束频率，或包括与该片段对应的开始子载波索引和结束子载波索引。

下面对边缘基站310b、320b中执行的共信道干扰管理进行更详细的说明。如果边缘基站310b、320b意图使用第二类型的频谱片段，就必须执行共信道干扰管理。在本发明的一实施例中，针对这种共信道干扰管理提出了两种方法，即协调方法和不协调方法。协调方法可以据此以集中的方式或本地化的方式完成。针对集中协调的方法，频谱管理器300进一步将第二类型的频谱片段划分为子片段并将不同集合的子带片段分配给不同运营商的各边缘基站310b、320b。针对本地化的方式，可以使用两种方法，即方法1和方法2。在方法1中，每个边缘基站310b、320b与其他运营商的邻近边缘基站310b、320b(定义为与该协商边缘基站具有重叠覆盖的那些基站)进行协商，以使用第二类型的频谱片段。该协商直接经由运营商间通信或经由频谱管理器300进行。该协商达成并终止后就建立了某个时间区间该频谱片段的使用计划，在该时间区间内相关边缘基站310b、320b根据使用计划使用这些片段。在方法2中，在使用第二类型的频谱片段之前，每个边缘基站310b、320b例如经由运营商间信令或经由频谱管理器300通知即发送信息给其他运营商的邻近边缘基站310b、320b。发送给邻近边缘基站310b、320b的信息可以，例如包括所使用的频谱片段的标识、使用时间、发射机的位置和/或发射功率等。边缘基站310b、320b从另一运营商的邻近边缘基站310b、320b已接收到该信息后，在该信息中给定的使用时间期间将不会使用相应的频谱片段。

共信道干扰管理的不协调方法的执行如图9所示。每个边缘基站310b、320b使其分配的用户终端测量第二类型的频谱片段中的干扰等级。仅有那些具有低干扰的用户终端可以使用这种频谱片段。并且，在这种频谱片段中仅可以使用低发射功率。该方法中，每个边缘基站310b、320b基于从用户终端对应接收到的信息通过其用户终端协调该频谱片段的使用。

根据本发明的一实施例，为了实现流量频谱匹配与共信道干扰管理的开销之间的权衡，频谱管理器300可以动态地优化簇的大小。据此，频谱管理器300考虑以下参数和问题，即大的簇意味着管理边缘基站310b、320b的共信道干扰较为省力，但是降低了流量频谱匹配，而小的簇意味着流量频谱匹配较好，但是对边缘基站310b、320b的共信道干扰的管理需要更多努力。因此，频谱管理器300将尝试实现这些要求和参数之间的良好权衡。

根据上面的简要描述，具有理想网络部署的运营商的子组组成虚拟运营商，并由频谱管理器300为其分配某些频谱片段。图10中作为例子示出了某些频谱片段的这种分配的例子。从来自虚拟运营商的这些分配的频谱片段中，频谱管理器300进一步执行频谱划分，即确定频谱划分子模式或子片段。为运营商的这些子组的每个重叠扇区或小区确定该子片段，以满足他们各自的频谱需求。

下面是本发明的实施例在异构网络中的应用，例如在具有包括宏小区层、微小区层、微微小区层等不同层的网络中的应用。首先，宏基站310、320可以中继频谱划分模式以及频谱管理器300发送给其小小区基站的内部基站310a、320a和边缘基站310b、320b的指示。然后宏基站可以进一步划分由频谱管理器300分配的分配频谱片段，并将进一步的划分片段分配给其自身和相关小的小区。在干扰管理下，宏基站和相关小小区基站可以使用非正交频谱片段。

已结合各实施例作为例子和实施方式对本发明进行了描述。然而，本领域技术人员可以在实施本发明时通过对附图、本公开以及独立权利要求的研究理解和产生其他变化。在本权利要求以及说明书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现本权利要求中记载的若干实体或项目的功能。仅仅是在相互区别的从属权利要求中记载了某些方法的事实，并不表明这些方法的组合不能用在有利的实施方式中。

Claims (11)

1.一种用于在无线通信系统中分配共享频谱的频谱管理器，

所述无线通信系统包括用于与终端进行无线通信的多个基站，所述多个基站由至少两个运营商运营，所述频谱管理器被配置为基于频谱需求相关信息将所述多个基站分组为簇；以及

基于所述频谱需求相关信息和分组后的基站簇的信息确定每个簇的频谱划分模式，频谱划分模式指定将频谱片段划分并分配给所述无线通信系统的对应簇中的所述至少两个运营商，其中一频谱片段仅分配给每个簇中的所述至少两个运营商之一，并向所述多个基站或所述至少两个运营商的一个或多个网络实体转发关于所述频谱划分模式的信息；

将每个簇的基站分为内部基站和边缘基站，其中内部基站是各簇内部的未受到共信道干扰的基站，边缘基站是位于各簇的边缘区域的受到共信道干扰的基站，簇的边缘区域是与邻近簇的至少一个边缘区域重叠的区域；

针对每个边缘基站，根据每个边缘基站的所有邻近簇的频谱划分模式，将所述频谱片段分为不同类型的频谱片段，

其中所述不同类型的频谱片段包括所述邻近簇中所述边缘基站的运营商使用的第一类型的频谱片段、所述邻近簇中包括相关边缘基站的运营商在内的不同运营商使用的第二类型的频谱片段以及所述邻近簇中所述边缘基站的运营商未使用的第三类型的频谱片段；

向每个边缘基站转发分配给各边缘基站的所有邻近簇的频谱划分模式相关的信息，以使边缘基站能够依据向所述邻近簇分配的频谱划分模式将分配的频谱划分模式的片段分为不同的类型；

将所述第二类型的频谱片段划分为子片段，并向各不同运营商的边缘基站分配不同的子片段。

2.根据权利要求1所述的频谱管理器，还被配置为：每当频谱需求相关信息更新后，动态地将所述多个基站分组为簇；或按照来自运营商或基站的请求将所述多个基站分组。

3.根据权利要求1所述的频谱管理器，还被配置为：接收来自所述多个基站或来自所述至少两个运营商的网络实体的频谱需求相关信息，其中频谱需求相关信息包括多个基站中的每个基站的关于频谱需求的信息和/或所述至少两个运营商的网络部署信息。

4.根据权利要求1所述的频谱管理器，

还被配置为通过使具有较低频谱需求的基站处于簇的边缘区域，并使具有较高频谱需求的基站处于簇的中心区域，将所述基站分组为簇。

5.根据权利要求1所述的频谱管理器，

其中，针对第二类型的频谱片段，在所涉及的边缘基站之间进行共信道干扰管理。

6.一种无线通信系统，所述无线通信系统包括与无线通信系统中的终端进行无线通信的频谱管理器和至少一个基站，

所述频谱管理器被配置为基于频谱需求相关信息将所述多个基站分组为簇；以及

基于所述频谱需求相关信息和分组后的基站簇的信息确定每个簇的频谱划分模式，频谱划分模式指定将频谱片段划分并分配给所述无线通信系统的对应簇中的所述至少两个运营商，其中一频谱片段仅分配给每个簇中的所述至少两个运营商之一，并向所述多个基站或所述至少两个运营商的一个或多个网络实体转发关于所述频谱划分模式的信息；

将每个簇的基站分为内部基站和边缘基站，其中内部基站是各簇内部的未受到共信道干扰的基站，边缘基站是位于各簇的边缘区域的受到共信道干扰的基站，簇的边缘区域是与邻近簇的至少一个边缘区域重叠的区域；

针对每个边缘基站，根据每个边缘基站的所有邻近簇的频谱划分模式，将所述频谱片段分为不同类型的频谱片段，

其中所述不同类型的频谱片段包括所述邻近簇中所述边缘基站的运营商使用的第一类型的频谱片段、所述邻近簇中包括相关边缘基站的运营商在内的不同运营商使用的第二类型的频谱片段以及所述邻近簇中所述边缘基站的运营商未使用的第三类型的频谱片段；

向每个边缘基站转发分配给各边缘基站的所有邻近簇的频谱划分模式相关的信息，以使边缘基站能够依据向所述邻近簇分配的频谱划分模式将分配的频谱划分模式的片段分为不同的类型；

将所述第二类型的频谱片段划分为子片段，并向各不同运营商的边缘基站分配不同的子片段；

所述至少一个基站被配置为接收来自所述频谱管理器的关于所述频谱划分模式的信息，并基于所接收的关于所述频谱划分模式的信息与所述无线通信系统中的终端进行通信。

7.根据权利要求6所述的无线通信系统，

所述至少一个基站为边缘基站，还被配置为接收向邻近簇分配的频谱划分模式相关的信息，以及

依据向邻近簇分配的频谱划分模式将分配的频谱划分模式的频谱片段分为不同类型，其中所述不同类型包括各邻近簇中该边缘基站的相同运营商通常使用的第一类型的频谱片段、各邻近簇中包括该边缘基站的运营商在内的不同运营商使用的第二类型的频谱片段以及各邻近簇中该边缘基站的运营商未使用的第三类型的频谱片段。

8.根据权利要求6所述的无线通信系统，所述至少一个基站，

还被配置为与邻近簇的各边缘基站协商针对第二类型的片段的使用计划，其中所述第二类型的片段是由各邻近簇中包括相关边缘基站的运营商在内的不同运营商使用的。

9.根据权利要求6所述的无线通信系统，所述至少一个基站

还被配置为向邻近簇的各边缘基站发送其针对所述第二类型的片段的使用参数，其中所述第二类型的片段是由各邻近簇中包括相关边缘基站的运营商在内的不同运营商使用的。

10.根据权利要求6所述的无线通信系统，所述至少一个基站

还被配置为让其分配的终端确定第二类型的片段中的共信道干扰等级，并将所述第二类型的片段中的资源仅分配给具有低共信道干扰的终端。

11.一种用于为所述无线通信系统中的运营商分配共享频谱以与所述无线通信系统中的终端进行无线通信的方法，所述无线通信系统包括由至少两个运营商运营的多个基站，

包括步骤：

基于频谱需求相关信息将所述多个基站分组为簇；以及

基于所述频谱需求相关信息和分组后的基站簇的信息确定每个簇的频谱划分模式，频谱划分模式指定将频谱片段划分并分配给所述无线通信系统的对应簇中的所述至少两个运营商，其中一频谱片段仅分配给每个簇内的所述至少两个运营商之一，并向多个基站或至少两个运营商的一个或多个网络实体转发关于所述频谱划分模式的信息；

将每个簇的基站分为内部基站和边缘基站，其中内部基站是各簇内部的未受到共信道干扰的基站，边缘基站是位于各簇的边缘区域的受到共信道干扰的基站，簇的边缘区域是与邻近簇的至少一个边缘区域重叠的区域；

针对每个边缘基站，根据每个边缘基站的所有邻近簇的频谱划分模式，将所述频谱片段分为不同类型的频谱片段，

其中所述不同类型的频谱片段包括所述邻近簇中所述边缘基站的运营商使用的第一类型的频谱片段、所述邻近簇中包括相关边缘基站的运营商在内的不同运营商使用的第二类型的频谱片段以及所述邻近簇中所述边缘基站的运营商未使用的第三类型的频谱片段；

向每个边缘基站转发分配给各边缘基站的所有邻近簇的频谱划分模式相关的信息，以使边缘基站能够依据向所述邻近簇分配的频谱划分模式将分配的频谱划分模式的片段分为不同的类型；

将所述第二类型的频谱片段划分为子片段，并向各不同运营商的边缘基站分配不同的子片段。

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