CN106332088B - 不同运营商间基于用户公平性的频谱共享方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不同运营商间基于用户公平性的频谱共享方法，包括如下步骤：不同运营商协商确定共享频谱池的带宽值和重新分配频谱池资源的更新时间；在当前更新时间内，各运营商内部计算各运营商的带宽需求值，所述带宽需求值包括根据用户需求带宽资源所确定的带宽需求预设值和带宽需求满足值；按照各运营商的带宽需求值对共享频谱池中带宽进行分配。本发明充分考虑了不同用户类型的优先级和不同业务类型的优先级，基于满足确定程度的用户类型和业务类型带宽资源的带宽需求来分配共享频谱资源，提高了分配资源的公平性。

Description

不同运营商间基于用户公平性的频谱共享方法

技术领域

本发明涉及一种频谱共享的方法，尤其涉及一种不同运营商间基于用户公平性的频谱共享方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

近年来，在蜂窝系统中随着通信技术的全面发展和智能终端设备的普及，用户终端的数据通信业务急剧上升，导致某一段时间内或者某一块地域范围内分配给指定用户的授权频谱资源特别紧张，甚至出现不够用的情况，由此造成用户需求不能得到很好的满足，同时也降低数据业务的服务质量，所以急需寻求一个额外的频谱资源来满足用户日益增长的带宽需求。

然而，频谱物理资源的总量是有限的，而且为了避免干扰，目前世界各国都是采用静态的频谱分配政策，将每段频谱分配给某个固定的无线业务使用，剩下的未授权频段由于很多无线通信技术都在其上进行数据传输，这段频谱资源也相当拥挤。同时根据美国联邦通信委员会(FCC)监测数据显示：目前大部分授权频段的频谱利用率很低，大约在15％～85％之间，特别是一些频谱在绝大部分时间都没有被占用的情况造成了资源的严重浪费。所以考虑在不同运营商间通过某种达成一致的协议或者算法各自拿出一部分自己的授权频谱组成双方共享的频谱池，当运营商独占的授权频谱不够用的时候，运营商可以借用这段频谱池中的频谱资源，可是怎么合理公平地给不同运营商分配这段共享频谱池又是一个值得解决的问题。

在数据通信系统中，用户的体验是很重要的，如何最大程度地满足不同用户需求也是考虑网络性能的一个重要因素。在实际蜂窝通信系统中，用户优先级是不一样的，他们占用资源的优先级也不一样，例如，一般认为中断一个正在通话过程中的业务比阻塞一个新的呼叫业务更加令人难以接受，所以在通信处理过程中，已接入用户的优先级要比从同运营商的不同小区切换过来的用户的优先级高，同时由于处于切换状态的用户的传输特性比较脆弱，因此相对于新呼叫用户来说，其传输优先级应高于新呼叫用户。此外，在某一时间段内用户需要传输的业务类型也是不一样的，如实时类业务(语音、视频等)由于受人本身感官的限制，对时延特性比较敏感，严重的时延会导致语音、视频等业务无法正常进行下去，所以这类业务应作为高优先级业务使用带宽，而一些非实时类业务包括后台E-mail接收、SMS或者一些文件和数据库的下载等，这些业务的用户对传输时间没有特别的要求，他们可以作为低优先级业务使用带宽。因而，在考虑共享频谱池公平划分的时候，应将用户的优先级和用户待传输业务类型的优先级考虑在内，实现在不同运营商之间公平的分配共享频谱资源。

虽然现有技术中也提出了一些在不同运营商之间共享频谱的方法，但是在不同运营商间分配一段频谱资源的方法中都是考虑业务处在缓冲区满载(full-buffer)的状态下怎么划分资源的，而没有考虑将不同用户类型按优先级高低区分对待。由于现有的方法中没有考虑到在实际情况下，用户的优先级是不一样的，用户也不是一直都处在发送数据业务的状态下，某一段时间内也是空闲的，而以full-buffer条件下划分的频谱资源必将导致部分资源的浪费，增加网络能耗，同时在分配共享带宽的时候也没有考虑用户待传输的业务类型不同，相应的用户体验也不一样，造成频谱资源分配不公，利用率不高等问题。

例如：

A.Alsohaily和E.S.Sousa在2013 IEEE 78th Vehicular TechnologyConference(Vtc Fall)第1～5页的论文《Performance Gains of Spectrum Sharing inMulti-Operator LTE-Advanced Systems》中研究了在LTE-Advanced系统下不同运营商基于不同业务负载场景下的性能增益。该文献讨论了在对称负载和非对称负载两种情况下，固定频谱分配、对称频谱共享和非对称频谱共享的性能差异。仿真结果证明频谱共享在两个运营商业务负载不匹配的情况下较固定频谱分配有很好的性能增益，频谱共享方式能满足多变的带宽需求。该文献还证明频谱共享的性能增益远超于固定频谱分配，特别是在两个运营商的负载状况相差特别大的情况下。但是这种方法只是对假设的几种场景进行仿真研究，然后推出一般结论，没有考虑运营商间如何划分公共频谱池资源的问题，没有考虑运营商之间协商的问题。

在PCT/CN2014/090830中，研究了不同运营商基于最小带宽需求值进行共享频谱池的划分，其中通过分别计算不同运营商的最小带宽需求值，然后相互交互协商，划分同一段频谱池资源，当频谱池资源不够用的情况下用降低功率的方法共同使用同一段频谱资源，但该方案依旧没有区分用户的优先权和业务类型的优先权问题，带宽分配的时候依旧存在不公平现象。

F.Guidolin,M.Carpin,L.Badia a和M.Zorzi在2014ISCC第1～6页的论文《Fairness Evaluation of Practical Spectrum Sharing Techniques in LTENetworks》中也考虑了基于用户公平性来划分共享频谱资源，但该方案只是把用户的公平性定义为用户数的多少，用户都是处于缓冲区满载的状态下，用户数多的运营商分配到的带宽较多，用户数少的运营商分配到的带宽就较少，没有真正区别不同的用户等级，在分配带宽的时候要区分对待，而且有些用户在某一段时间内可能不需要发送数据业务，不应在计算带宽的时候将这些用户统计在内，从而造成带宽分配不公平，不能按照优先级依次满足用户需求，可能导致某些用户或某些业务被饿死，用户间的不公平现象严重。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种不同运营商间基于用户公平性的频谱共享方法。该方法可以实现不同运营商之间的公平分配，不同程度地满足用户需求，提高用户体验和带宽利用率。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种不同运营商间基于用户公平性的频谱共享方法，包括如下步骤：

不同运营商协商确定共享频谱池的带宽值和重新分配频谱池资源的更新时间；

在当前更新时间内，各运营商内部根据用户类型和业务类型确定各小区内带宽需求值，所述带宽需求值包括：根据用户需求带宽资源所确定的带宽需求预设值和满足确定程度的用户类型和业务类型带宽资源的带宽需求满足值；

按照各运营商的带宽需求值对共享频谱池中带宽进行分配。

其中较优地，所述共享资源池是由不同的运营商分别从独占的授权频谱资源中分割出的一部分而组成的共享频谱资源。

其中较优地，所述小区内带宽需求值包括：对当前业务所估计的带宽需求值和对可能发生的业务所估计的带宽需求值。

其中较优选地，所述带宽需求预设值为根据用户需求带宽资源所确定的带宽需求最大值。

其中较优地，所述带宽需求预设值可以为当前更新时间内的带宽值的平均值；以及所述带宽需求满足值可以为当前更新时间内的满足值的平均值。

其中较优地，所述带宽需求预设值是通过以下方法得到的：

其中，BW_Tot是带宽需求预设值，为N种不同用户类型分别对应的用户带宽需求预设值，BW_ij，j∈[1，M]是在同一用户类型下不同业务类型需要的带宽需求预设值的累加值，i表示用户种类，j表示业务类型。

其中较优地，所述满足确定程度的用户类型和业务类型带宽资源的带宽需求满足值是通过以下方法得到：

其中，BW_Tot’是带宽需求满足值，α_i是预先协商确定的不同优先级用户类型的用户带宽满足率系数，β_j是预先协商确定的不同优先级业务类型的业务带宽需求满足率系数，BW_ij，j∈[1，M]是在同一用户类型下不同业务类型需要的带宽需求值的累加值，i表示用户种类，j表示业务类型。

其中较优地，按照各运营商不同的带宽需求值对共享频谱池中带宽进行分配进一步地包括：

当所述共享频谱池的带宽大于各运营商的总带宽需求预设值时，按照各运营商的预设带宽需求值分配所述共享频谱池中的带宽；

当所述共享频谱池的带宽小于各运营商的总带宽需求预设值但大于各运营商的总带宽需求满足值时，按照各运营商的带宽需求满足值分配所述共享频谱池中的带宽，并且复用所述共享频谱池中未分配带宽；

当所述共享频谱池的带宽小于各运营商的总带宽需求满足值时，按照各运营商的带宽需求预设值重叠分配所述共享频谱池中的带宽，并且复用所述重叠部分带宽。

更优地，在复用带宽时，各个运营商发射不同的功率或者采用波束赋型的方式。

其中较优地，所述重新分配频谱池资源的更新时间按照固定周期触发；或者在某一运营商频谱需求超过预定阈值时触发。

本发明所提供的不同运营商间基于用户公平性的频谱共享方法充分，考虑了不同用户类型的优先级和不同业务类型的优先级，基于满足确定程度的用户类型和业务类型带宽资源的带宽需求来分配共享频谱资源，提高了分配资源的公平性，在不同程度上依次满足了用户业务的QoS保证，同时在分配带宽的时候结合了正交频谱共享和非正交频谱共享方式，提高了频谱利用效率和网络整体吞吐量及鲁棒性。

附图说明

图1为本发明实施例的不同运营商间基于用户公平性的频谱共享方法流程图；

图2为本发明实施例中某一用户在更新时间段内对带宽需求的估计值；

图3为本发明实施例中某一用户在更新时间段内所需带宽总估计值；

图4为本发明实施例的两个运营商频谱共享的简易整体结构框架示意图；

图5为本发明实施例的共享频谱池分配方法示意图。

具体实施方式

本发明针对现有方法的不足，提出了一种在不同运营商之间基于用户的公平性共享频谱的方法，所述的不同运营商是指在同一地理位置范围内可以进行频谱共享的不同运营商，不同运营商之间用户的优先级不同，用户待传输业务的优先级也不同，从而各自需求的带宽大小也不相同，在划分共享频谱池的时候将这一观点考虑在内，来实现不同运营商之间的公平分配，由此可以不同程度地满足用户需求，提高用户体验和带宽利用率。

基于以上思想，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步地说明。

为使不同的运营商之间能够基于用户公平性实现频谱共享，首先，各运营商之间需要通过协商确定以下内容：

(1)参与频谱共享的运营商共同协议确定共享频谱池的带宽大小和重新分配频谱池资源的更新时间；

所述共同协议可以包括，但不限于利用一些激励或者补偿机制，将各个运营商独占的授权频谱资源分割出一部分组成各运营商共享使用的频谱资源；

所述更新时间可以包括，但不限于周期性的更新或者经过一段时间后触发频谱更新，即运营商根据变化的带宽需求值重新交互一次信息，然后按照交互的信息重新分配共享带宽，直至共享时间段的结束；或者也可以以事件触发的方式更新，重新进行频谱池的划分，即，当参与频谱共享的运营商的带宽需求值大于某个固定的阈值时，触发重新划分频谱的机制，各个运营商必须重新交互带宽需求值，重新划分频谱池资源，其中，所述固定的阈值可以包括，但不限于根据运营商各自的监测带宽需求值或第三方频谱资源管理机构对运营商频谱资源使用情况的监测值，与不同运营商之间协商确定之后的结果。

(2)确定用户类型和用户类型优先级以及按照优先级所确定的用户带宽需求满足率系数。

在运营商内部，由于用户类型的不同，对于用户类型的优先级是有区别的，它们的需求响应速度也会有所区分，对于用户类型，可以选择，但不限于按照用户呼叫类型划分为已接入用户、切换用户和新呼叫用户，各用户类型的优先级从高到低依次为：已接入用户＞切换用户＞新呼叫用户。

在本发明实施例中为了区分不同用户类型的优先级，在计算带宽需求值的时候给不同优先级的用户类型分别附加一个用户带宽需求满足率系数，该用户带宽需求满足率系数代表不同优先级的用户类型具有不同程度的带宽需求满足度。例如，满足率系数为100％，表示此类用户的带宽需求全部满足；满足率系数为80％，表示此类用户的带宽需求满足度为80％，即此类用户中的80％可以满足它们各自的带宽需求。示例性地，表1示出了：不同的用户类型及对应的用户带宽需求满足率系数，其也可作为用户类型优先级的区分，显然，优先级越高的用户类型，其用户带宽需求满足率系数越大。

表1不同用户类型及对应的用户带宽需求满足率系数

在表1中，α₁，α₂，α₃，…，α_N分别表示不同用户类型对应的用户带宽需求满足率系数，用百分比表示，例如：表示用户类型1类的用户带宽需求满足度为α₁，其中α₁＞α₂＞α₃＞…＞α_N，但其具体值α_i,i∈[1,N]的取值由参与频谱共享的各个运营商协商决定，可以选择但不限于α₁＝100％,α₂＜α₁,α₃＜α₂,…，α_N＜α_N-1。

(3)确定业务类型和业务类型优先级以及按照优先级所确定的业务带宽需求满足率系数。

在通信网络中，某一特定时间段内用户待发送的业务是不相同的，但参与频谱共享的运营商通过协商可以确定不同的业务类型及具体包含哪些业务，达到统一的标准。对于业务类型，按照统一的标准可以选择，但不限于按照业务的基本QoS参数：时延、时延抖动、丢包率和吞吐量等因素来划分，如按对时延的敏感性要求分类，语音业务由于是多个终端用户，特别是人与人之间的会话交流，对时延非常敏感，所以必须作为最高优先级的业务进行响应；而一些非实时的背景类业务，用户对传输的时间没有特别要求，当带宽资源紧张的情况下可以允许延时，甚至可以丢弃，所以优先级较低。

在本发明实施例中为了区分不同业务类型的优先级，在计算带宽需求值时给不同优先级的业务类型分别附加一个业务带宽需求满足率系数，该业务带宽需求满足率系数代表不同优先级的业务类型具有不同程度的带宽需求满足率。示例性地，表2示出了对于不同业务类型的业务带宽需求满足率系数，其也可作为业务类型优先级的区分，显然，优先级越高的业务类型，其业务带宽需求满足率系数越大。

表2不同业务类型及对应的业务带宽需求满足率系数

在表2中，β₁，β₂，β₃，…，β_M分别表示不同业务类型对应的业务带宽需求满足率系数，用百分比表示，其中β₁＞β₂＞β₃＞…＞β_M，但其具体值β_j,j∈[1,M]也是由参与频谱共享的各个运营商协商确定，可以选择但不限于β₁＝100％，β₂＜β₁，β₃＜β₂，…，β_M＜β_M-1。

基于以上的协商内容，不同运营商间基于用户公平性的频谱共享方法参照图1所示，包括：

步骤101，各个运营商的频谱控制器监测自己所管辖的小区用户，收集用户的带宽需求值。

具体地说，在运营商之间交互信息之前，各运营商先收集自己所管辖的小区用户在更新频谱划分之前的带宽需求值；此处，用户的带宽需求值是一个统计值，指在一定范围和一段时间内对用户当前业务所估计的带宽需求值和在这段时间内将可能发生的业务所估计的带宽需求值的累加，这个将要发生的业务包括，但不限于按照往常情况下会出现的业务，或者是对未出现业务的预测，具体过程参见图2和图3所示。

步骤102，各运营商内部计算各运营商的带宽需求值，所述的带宽需求值包括：根据用户需求带宽资源所确定的带宽需求最大值和满足确定程度的用户类型和业务类型带宽资源的带宽需求满足值。

(1)计算带宽需求最大值。

首先，按照不同用户类型下不同业务类型分别计算出的每个用户类型下的用户带宽需求最大值，其具体计算公式如下：

上式中，

表示N种不同用户类型分别对应的用户带宽需求最大值，BW_ij,j∈[1,M]表示在同一用户类型下不同的业务类型分别需要的带宽需求值的累加值，M表示所有属于同一用户类型的用户待发送的业务共有M种不同类型，例如BW₁₁是指用户类型为第1类的属于业务类型1的业务需要的带宽需求值的累加值。

然后，根据以下公式(2)得到用户的带宽需求最大值：

在上式(2)中,

代表的含义同公式(1)，表示N种不同用户类型分别对应的用户带宽需求最大值，BW_ij表示的含义同公式(1)，表示在同一用户类型下某一业务类型需要的带宽需求最大值，i,i∈[1,N]表示用户类型有N种，j,j∈[1,M]表示业务类型有M种，BW_Tot表示用户的带宽需求最大值，为一个统计值。

(2)计算带宽需求满足值

为了增加运营商之间共享频谱的公平性，更公平地满足用户的服务质量，利用用户带宽满足率系数和业务带宽满足率系数来确定满足确定程度的用户类型和业务类型带宽资源的带宽需求满足值。

首先，计算出的每个用户类型下的用户带宽需求满足值，具体计算过程如下：

式中β_j,j∈[1,M]分别表示各个不同业务类别对应的不同业务带宽需求满足率系数，BW_ij，j∈[1，M]表示的含义同公式(1)，是在同一用户类型下不同业务类型需要的带宽需求最大值的累加值，

分别表示不同用户类型的用户所需的带宽需求满足值总和。

由于

代表不同的用户类型，所以在计算系统带宽需求满足值的时候也要考虑分配的公平性问题，具体计算公式如下：

上式中α_i为预先协商确定的不同优先级用户的用户带宽满足率系数，β_j为不同优先级业务的业务带宽需求满足率系数，α_i×β_j表示某一类用户等级下某一种业务等级带宽需求满足程度，以满足程度的不一样体现用户带宽资源分配的优先级不同。例如α和β相乘的结果为100％，表示此类用户的此类业务的带宽需求满足度为100％，即需要多少带宽全部满足，若α和β相乘的结果为80％，则表示此类用户的此类业务只能满足80％的带宽需求，即只有80％的此类用户在频谱划分的时候划分到带宽，需求得到满足。

步骤103：参与频谱共享的运营商之间进行带宽需求值的信息交互，所述的带宽需求值包括：带宽需求最大值和满足确定程度的用户类型和业务类型带宽资源的带宽需求满足值。考虑到不论是BW_Tot还是BW_Tot’在重新分配频谱池资源的更新时间内都是一个随时间t不断变化的值，为了降低不同运营商之间交互信令的开销和保护各自的敏感信息，可以选择，但不限于交互更新时间内的带宽需求的平均值，包括带宽需求最大值的平均值和乘了满足率系数之后的满足确定程度的用户类型和业务类型带宽资源的带宽需求满足值的平均值。

在本步骤中,所述运营商之间信息的交互方式，可以选择，但不限于以下形式：

(1)不同运营商同时将自己小区的带宽需求值发送给中央频谱控制器，通过和一个更高层的第三方频谱控制与管理实体进行信息交互；

(2)不同运营商内部的频谱控制器直接与对方的频谱控制器进行对等交流，不需要通过第三方，互相交互各自需要的带宽需求值信息。

图4示出了两个运营商频谱共享的简易整体结构框架示意图，图中运营商之间的信息交互和共享资源分配都是通过各自的频谱控制器实现的。

步骤104：对共享频谱池按照交互的信息进行合理有效地进行频谱分配。

所述的频谱分配的实体可以选择，但不限于步骤103中所提及的实体：第三方中央频谱管理与控制中心和运营商内的频谱控制器。

所述的频谱分配可采用如下原则：

(1)当所述共享频谱池的带宽大于各运营商的总带宽需求最大值时，频谱正交共享，频谱划分实体按照各运营商的带宽需求最大值分配所述共享频谱池中的带宽，使各运营商的带宽需求完全满足，为减少干扰，可以分别从频谱池的两端开始依次分配给不同运营商。

(2)当所述共享频谱池的带宽小于各运营商的总带宽需求最大值但大于各运营商的总带宽需求满足值时，使用非正交的频谱共享原则，频谱划分实体按照各运营商的带宽需求满足值分配所述共享频谱池中的带宽，并且复用所述共享频谱池中未分配带宽；为了保证网络间干扰的最小化，复用的带宽可以采用，但不限于功率控制、波束赋形等方法。本发明中采用现有技术中所提到的降低功率的方法使用复用带宽。

(3)当所述共享频谱池的带宽小于各运营商的总带宽需求满足值时，频谱划分实体按照非正交频谱共享原则，由于按照各运营商的带宽需求满足值分配带宽时已经存在重叠现象，为了满足用户需求，按照各运营商的带宽需求最大值重叠分配所述共享频谱池中的带宽，并且为了提高带宽利用率和用户体验，复用所述重叠部分带宽。

在此需要说明的是，在复用带宽时，为了保证网络间干扰的最小化，可以对各运营商的发射进行低功率控制，并且各个运营商发射不同的功率。

步骤105：交互分配后的共享频谱池中带宽大小，指明复用的带宽资源。

在本步骤中，交互分配后的共享频谱池中带宽大小是指频谱划分实体将分配后的各个运营商可以利用的频谱带宽信息传输给运营商的频谱控制器，以便运营商内部根据自己用户的实际需求和所处干扰环境调度用户接入相应的带宽进行数据发送。

并且需要特别指出的是，在有带宽复用的情况下需指明复用带宽的具体大小，以便不同运营商通过功率控制或者波束赋形等方式使用这段复用资源，在提高频谱利用率和网络吞吐量的同时，不对网络间干扰造成影响。

步骤106：运营商内部按照用户需求对频谱资源进行分配调度。

所述的运营商内部对频谱资源的分配调度是指若按照以上方式分配后，若运营商分配到的资源富足，则按照各自用户的实际带宽需求一一调度资源全部满足；若划分到的资源紧缺，而过一段时间后带宽富裕，则按照不同优先等级分别给满足率没达到100％的用户分配多余的带宽资源进行数据传输；若过一段时间后运营商的频谱资源还是不够用，则运营商依次增加一些优先级较低的业务或用户接入信道的等待时间，因为有些优先级较低的业务或用户较优先级高的业务或用户可以容忍一定的延时，当又有空闲信道资源的时候再给他们分配频谱资源，甚至如果系统一直处于繁忙的时候这些业务或用户可以被丢弃，关于运营商内部的带宽资源调度分配的问题完全由运营商自己决定。

由此，步骤101～106完成了一个更新时间内不同运营商间基于用户公平性的频谱共享方法，重新分配频谱池资源的更新时间可以按照固定周期触发，也可以在某一运营商频谱需求超过预定阈值触发。在上述的频谱共享方法中充分考虑了不同用户类型的优先级和不同业务类型的优先级，基于满足确定程度的用户类型和业务类型带宽资源的带宽需求来分配共享频谱资源，提高了分配资源的公平性，在不同程度上依次满足了用户业务的QoS保证，同时在分配带宽的时候结合了正交频谱共享和非正交频谱共享方式，提高了频谱利用效率和网络整体吞吐量及鲁棒性。

以下以更具体的应用例来对上述的频谱共享方法作出更清楚地阐述。

假设在半径为100m的圆形区域内存在两个不同的运营商A，B，它们各自的小区随机部署，如果两个运营商A、B各自都仅仅使用自己的专用授权频段，那么在某些时候会存在频谱资源不够用，有些时候又会出现频谱资源富余的情况，为解决这个问题，可以在不同运营商之间进行频谱共享。具体实现过程如下：

为了使两个运营商之间能够实现频谱共享，两个运营商首先通过协商确定以下内容：

(1)两个运营商A、B通过某种协议分别拿出一部分自己的授权频谱资源组成共享频谱池，共同确定频谱池的大小、地理范围及重新分配频谱池资源的更新时间等；

(2)确定用户类型和用户优先级以及按照优先级所确定的用户带宽需求满足率系数；

例如，将用户类型划分为已接入用户、切换用户和新呼叫用户，优先级依次是已接入用户>切换用户>新呼叫用户，各用户类型对应的用户带宽需求满足率系数分别为α₁、α₂和α₃，具体α数值示例性地由两运营商协商确定为α₁＝100％、α₂＝80％和α₃＝50％。

(3)确定业务类型和业务优先级以及按照优先级所确定的业务带宽需求满足率系数；

例如，将业务类型按照对时延因素是否敏感分为4类：会话类、流类、交互类和背景类；其中，会话类主要是语音业务，由于语音类业务通常是人与人之间的会话交流，对时延抖动非常敏感，所以标识为最高优先级业务；流类业务包括欣赏音频和视频节目等，由于此类业务是单向传输的，不需要进行交互，且多数接收设备支持排队和缓存，所以实时性没有会话类业务要求这么严格，优先级次于会话类业务；交互类业务主要是请求响应模式，包括但不限于Web浏览、数据库检索和网络游戏等，此类业务取决于终端设备对远程设备的等待容忍度，优先级次于以上两类业务；背景类业务包括一些自动的后台E-mail接收，SMS或者接收一些文件和数据库下载，这类业务的用户对传输时间没有特别要求，所以优先级最低；因此，各业务的优先级依次是：会话类＞流类＞交互类＞背景类，各业务对应的业务需求满足率系数分别为β1、β2、β3和β4，具体β数值示例性地由两运营商协商确定为：β1＝100％、β2＝80％、β3＝60％和β4＝40％。

两个运营商A、B基于以上协商内容共享频谱的过程如下：

步骤201：两个运营商A、B分别通过其频谱控制器监测自己所管辖范围内的小区用户，收集在更新时间内需要额外带宽(需要使用共享频谱池中带宽)的用户，及对应这段时间内需求的额外带宽大小，此处的带宽的大小包括：对当前业务带宽需求所估计的带宽大小和对未来可能会发生的带宽需求所估计的带宽大小；

例如，重新分配频谱池资源的更新时间内运营商A或B带宽需求的统计情况如表3所示，其中：BW_ij，i∈[1，3]，可以为0。

表3运营商A或B带宽需求值的统计情况

步骤202：运营商A、B分别计算各自的带宽需求值，此处的带宽需求值包括：带宽需求最大值和带宽需求满足值，每个运营商所对应的具体计算过程如下：

(一)计算运营商的带宽需求最大值已接入用户的带宽需求最大值：BW_U1＝BW₁₁+BW₁₂+BW₁₃+BW₁₄；

切换用户的带宽需求最大值：BW_U2＝BW₂₁+BW₂₂+BW₂₃+BW₂₄；

新呼叫用户的带宽需求最大值：BW_U3＝BW₃₁+BW₃₂+BW₃₃+BW₃₄；

因此，该运营商的带宽需求最大值为：

BW_Tot＝BW_U1+BW_U2+BW_U3。

(二)计算运营商的带宽需求满足值：

为了提高不同运营商之间频谱共享的公平性及用户体验，利用协商确定的用户带宽需求满足率系数以及带宽业务满足率系数对带宽需求最大值进行处理，具体过程如下：

已接入用户的带宽需求满足值：

BW_U1’＝100％BW₁₁+80％BW₁₂+60％BW₁₃+40％BW₁₄；

切换用户的带宽需求满足值：

BW_U2’＝100％BW₂₁+80％BW₂₂+60％BW₂₃+40％BW₂₄；

新呼叫用户的带宽需求满足值：

BW_U3’＝100％BW₃₁+80％BW₃₂+60％BW₃₃+40％BW₃₄；

因此，该运营商的带宽需求满足值为：

BW_Tot’＝100％BW_U1’+80％BW_U2’+50％BW_U3

’＝100％(100％BW₁₁+80％BW₁₂+60％BW₁₃+40％BW₁₄)+80％(100％BW₂₁+80％BW₂₂+60％BW₂₃+40％BW₂₄)+50％(100％BW₃₁+80％BW₃₂+60％BW₃₃+40％BW₃₄)

＝100％BW₁₁+80％BW₁₂+60％BW₁₃+40％BW₁₄+80％BW₂₁+64％BW₂₂+48％BW₂₃+32％BW₂₄+50％BW₃₁+40％BW₃₂+30％BW₃₃+20％BW₃₄

上式中，BW_Tot’为该运营商的带宽需求满足值。

步骤203：运营商A、B之间示例性地通过频谱控制器进行信息交互，交互的信息包括运营商的带宽需求最大值和带宽需求满足值，较优选地，带宽需求最大值可以选取本段更新时间内的带宽需求最大值的平均值，以及带宽需求满足值可以选取本段更新时间内的带宽需求满足值的平均值。

步骤204：运营商A、B的不同频谱控制器按照交互的信息对共享频谱池进行合理地频谱分配。具体过程如下：

若BW为共享频谱池的带宽大小，BW_A、BW_B分别代表A、B两个不同运营商的带宽需求最大值，BW_A’、BW_B’分别代表A、B两个不同运营商的带宽需求满足值：

(1)若BW≥BW_A+BW_B时，可以采用正交频谱共享方式，频谱控制器按照各运营商的最大带宽需求全部满足，为减少干扰，较优选地分别从频谱池的两端开始依次将带宽资源分配给不同的运营商；

(2)若BW_A’+BW_B’≤BW≤BW_A+BW_B时，可以采用非正交频谱共享方式，频谱控制器从频谱池的两端按照BW_A’、BW_B’的大小分别给不同运营商划分频谱池中带宽资源进行独占使用，然后中间剩下的部分给参与频谱共享的两个运营商降低功率复用；

(3)若BW≤BW_A’+BW_B’时，可以采用非正交频谱共享方式，从频谱池的两端按照BW_A、BW_B的大小划分，而中间部分重叠的带宽参照图5中所示的三种情况进行说明：

(i)若BW_A、BW_B都小于BW，则频谱控制器从频谱池的两边按照各个运营商的带宽需求最大值划分频谱，中间重叠的带宽两运营商都低功率复用。

(ii)若BW_A≥BW、BW_B＜1/2·BW，则频谱控制器从频谱池的两边按照各个运营商带宽需求最大值划分频谱池，BW_B为重叠带宽，为保证B运营商的通信质量，在这段复用频谱资源上B运营商使用高功率发射数据，A运营商降低功率复用这段带宽，反之亦然。

(iii)若BW_A≥BW、BW_B≥1/2·BW，则频谱控制器从频谱池的两边按照各个运营商带宽需求最大值划分频谱池，为保证两运营商的各自利益，规定A、B两运营商在(1/2·BW)的频带范围内使用高功率，超过(1/2·BW)带宽的频谱资源使用低功率发射数据信息。

步骤205：频谱控制器分配完频谱池资源之后将分配后的结果发送给不同运营商并指明复用的带宽资源，以使运营商明确复用带宽的大小，采用降低功率等方式尽量不造成网络间干扰。

步骤206：运营商内部按照用户需求及用户所处干扰环境对划分到的频谱资源进行调度接入，自适应地选择使用独占带宽还是复用带宽。

需要说明的是，在上述实施例的实现过程中，所述带宽需求值选用：根据用户需求所确定的带宽需求最大值和满足确定程度的用户类型和业务类型带宽资源的带宽需求满足值，实际上，在其它的实施例中，所述的带宽需求值也可以不包括根据用户需求所确定的带宽需求最大值，而是包括根据用户需求所确定的带宽需求预设值和满足确定程度的用户类型和业务类型带宽资源的带宽需求满足值；此处的带宽需求预设值可以为运营商根据小区内用户的实际需求和带宽可分配现状而确定的一个预期分配值，在本发明的优选实施例中该预设值选取最大值，是为了尽可能保证带宽足够分配。

另外，当所述的带宽需求值包括根据用户需求所确定的带宽需求预设值和满足确定程度的用户类型和业务类型带宽资源的带宽需求满足值时，本发明所提出的基于用户公平性的共享频谱的方法可以依然参照上述实施例所列步骤进行，只是各步骤中以对应的带宽需求预设值来代替带宽需求最大值，计算方式也类似，在此不再赘述。

由上述具体的应用例可以更清楚地看出：本发明实施例提出的共享频谱方法具有如下优点：

(1)按照不同运营商各自的实际带宽需求来分配共享带宽资源，将每个用户和业务按照优先级区分对待，使频谱资源划分更公平，频谱利用也能更加充分，一方频谱空闲，一方资源紧张的恶性划分情况得到缓解；

(2)频谱分配过程中将用户类型和业务类型统一确定优先级，使得在分配频带的时候按照优先级高低依次不同程度地满足用户带宽的需求，保证不同运营商之间公平性分配；

(3)运营商之间通过交互用户带宽需求预设值和用于带宽需求满足值可以实现共享频谱资源的公平性分配，降低了运营商之间交互的信令开销，同时保护了不同运营商内部的信息；

(4)将正交频谱共享和非正交频谱共享结合，在共享频谱池带宽大于不同运营商的总用户带宽预设值时，采用正交频谱共享，在共享频谱池带宽小于不同运营商的总用户带宽预设值时，采用非正交频谱共享，允许不同运营商复用同一段频谱带宽，以增加频谱利用效率，满足更多的用户需求。

上面对本发明所提供的不同运营商间基于用户公平性共享频谱的方法进行了详细说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对他所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (9)

1.一种不同运营商间基于用户公平性的频谱共享方法，其特征在于：

不同运营商协商确定共享频谱池的带宽值和重新分配频谱池资源的更新时间；

在当前更新时间内，各运营商内部计算各运营商的带宽需求值；所述带宽需求值包括根据用户需求带宽资源所确定的带宽需求预设值和满足确定程度的用户类型和业务类型带宽资源的带宽需求满足值；所述带宽需求满足值通过以下步骤得到：计算不同用户类型下所有业务类型需要的带宽需求最大值，然后根据不同优先级用户的用户带宽满足率系数、不同优先级业务的业务带宽需求满足率系数以及不同用户类型下所有业务类型需要的带宽需求最大值得到带宽需求满足值；

按照各运营商的带宽需求值对共享频谱池中带宽进行分配。

2.如权利要求1所述的频谱共享方法，其特征在于：

所述共享频谱池是由不同的运营商分别从独占的授权频谱资源中分割出的一部分而组成的共享频谱资源。

3.如权利要求1所述的频谱共享方法，其特征在于：

所述带宽需求预设值为当前更新时间内的带宽值的平均值；以及所述带宽需求满足值为当前更新时间内的满足值的平均值。

4.如权利要求1所述的频谱共享方法，其特征在于：

所述带宽需求预设值通过以下步骤得到：

其中，BW_Tot是所述带宽需求预设值，

为N种不同用户类型分别对应的带宽需求预设值，BW_ij，j∈[1，M]是在同一用户类型下不同业务类型需要的带宽需求预设值的累加值，i表示用户种类，j表示业务类型。

5.如权利要求1或4所述的频谱共享方法，其特征在于：

所述带宽需求满足值通过以下步骤得到：

其中，BW_Tot’是所述带宽需求满足值，BW_Ui’为不同用户类型分别对应的带宽需求满足值，α_i是预先协商确定的不同优先级用户类型的用户带宽满足率系数，β_j是预先协商确定的不同优先级业务类型的业务带宽需求满足率系数，BW_ij，j∈[1，M]是在同一用户类型下不同业务类型需要的带宽需求预设值的累加值，i表示用户种类，j表示业务类型。

6.如权利要求1所述的频谱共享方法，其特征在于：

按照各小区内带宽需求值对共享频谱池中带宽进行分配进一步地包括：

当所述共享频谱池的带宽大于各运营商的总带宽需求预设值时，按照各运营商的预设带宽需求值分配所述共享频谱池中的带宽；

当所述共享频谱池的带宽小于各运营商的总带宽需求预设值但大于各运营商的总带宽需求满足值时，按照各运营商的带宽需求满足值分配所述共享频谱池中的带宽，并且复用所述共享频谱池中未分配带宽；

当所述共享频谱池的带宽小于各运营商的总带宽需求满足值时，按照各运营商的带宽需求预设值重叠分配所述共享频谱池中的带宽，并且复用所述重叠部分带宽。

7.如权利要求6所述的频谱共享方法，其特征在于：

在复用带宽时，各个运营商发射不同的功率或者采用波束赋型的方式。

8.如权利要求1所述的频谱共享方法，其特征在于：

所述重新分配频谱池资源的更新时间按照固定周期触发。

9.如权利要求1所述的频谱共享方法，其特征在于：

所述重新分配频谱池资源的更新时间在某一运营商频谱需求超过预定阈值时触发。

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