CN106470474A - 一种不同通信网络共存使用免授权频段的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不同通信网络共存使用免授权频段的方法。该方法包括以下步骤：在免授权子信道有空闲时，第一网络使用第一传输带宽，在免授权子信道有数据传输时，第一网络使用第二传输带宽，其中第一传输带宽大于第二传输带宽；在免授权子信道有空闲时，第一网络使用第一发射功率，在免授权子信道有数据传输时，第一网络使用第二发射功率，其中第一发射功率大于第二发射功率。本发明通过调整第一网络的传输带宽和发射功率，确保免授权频段上的第二网络正常工作，允许部署在免授权频段的不同通信网络同时共存，提升了免授权频谱的利用效率。

Description

一种不同通信网络共存使用免授权频段的方法
技术领域
本发明涉及一种不同通信网络共存使用免授权频段的方法，属于无线通信技术领域。
背景技术
授权频段是预留频谱资源供给系统使用的频段。而免授权频段则无需授权，只要设备满足免授权频段的功率发射要求，依照共存原则就能使用。任何运营商都不能排他使用免授权频段。
5G网络作为下一代移动通信网络，具有高速率、低延迟且耗电量小的特点，能够满足未来10年各种物联网设备的连结需求。在5G网络中，仍然存在大量免授权频段，利用免授权频段部署LTE通信，可以有效扩充无线容量。蜂窝网和无线局域网在免授权频段共存，有望成为5G网络的核心技术。然而，作为相应主导技术的现有LTE系统和WiFi系统无法同时工作于同一免授权频段。
为了在免授权频段部署LTE系统(简写为LTE-U)，目前3GPP引入类似WiFi系统中的LBT(listen before talk，先听后说)机制以确保其它网络可以继续使用免授权频段。当检测到其它系统如WiFi正在免授权频段上传输数据，则LBT机制将阻止LTE系统在免授权频谱上传输蜂窝数据。与WiFi系统非连续传输不同，由于LTE系统需要连续占用信道，因此该机制都是在LTE系统有授权频谱协助的基础上才能工作。
一方面，考虑到LTE系统具有HARQ/ARQ重传机制，抗干扰能力强，一定程度上可容忍WiFi系统干扰等优势，LTE在免授权频谱上部署将得到更高的频谱效率；另一方面，随着移动互联网的快速发展，为了满足未来不具有授权频谱运营商的布网需求，LTE系统在免授权频谱上的独立工作能力需要进一步研究。3GPP已同意分类评估包含无LBT方式(No LBT)等4种LBT策略方式(提案号为R1-150819)。这说明除了很多企业关注LTE采用诸如LBT方式使用免授权频段的同时，也关注其它共存方式，如无LBT方式。
在现有技术中，免授权频段被划分为一个个免授权子信道，通过信道号(channel number)区分不同的子信道。WiFi系统支持信道绑定技术，可支持20MHz、40MHz和80MHz的频宽。如图1所示，LTE-U与WiFi均部署在同一免授权频段。WiFi AP及其设备与LTE-U基站(LTEeNB)部署在同一地理区域，共存工作在一个(20MHz频宽)或多个免授权子信道(40MHz、80MHz或160MHz频宽)上。
在公布号为US20130195073A1的美国专利申请中，公开了一种无授权辅助接入LTE(Standalone)系统部署于未授权频带的分布式载波聚合方法。如图2所示，LTE-U基站通过调谐用户终端(UE)射频天线，在核心载波(core carrier)发送或接收有关数据载波(datacarrier)使用方式的信息，该信息包括为UE配置的数据载波的带宽，天线何时调谐到数据载波或从数据载波转换到核心载波以及载波转换周期和转换比特图等。根据信息指示，LTE UE在核心载波和数据载波间转换，完成数据传输。核心载波和数据载波都隶属于未授权频段。核心载波可被映射为干扰较小的不重叠的WiFi信道保护间隔，发送必要的LTE信令。当核心载波信道条件恶劣时，数据载波可以替换成为新的核心载波。
在上述专利申请中，当核心载波处于WiFi信道保护间隔时，LTEeNB可以持续使用未授权频段，对WiFi系统影响较小。然而，该专利申请并未给出LTE与WiFi系统公平使用频谱资源的方法。另外，为保证单独LTE蜂窝通信在未授权频段连续运转而不影响WiFi系统运行，数据载波需周期或按需转换到核心载波接收系统消息，这是难以实现的，该专利申请也未给出适合的解决方案。
公布号为WO2014023458A1的PCT申请提出了一种LTE与其它系统同时使用同一免授权频段的方法：通过调整LTE发射功率来减少LTE对其它系统的干扰。该方法允许LTE连续传输，不需要考虑WiFi是否在传输。然而该方法只涉及对LTE系统发射功率的调整，没有涉及对LTE带宽的调整，同时也没有WiFi的反馈机制保证WiFi系统的正常工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种不同通信网络共存使用免授权频段的方法。该方法尤其适合在蜂窝网(第一网络)和无线局域网(第二网络)共存的环境下使用。
为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：
一种不同通信网络共存使用免授权频段的方法，所述免授权频段包括至少一个免授权子信道，包括以下步骤：
在所述免授权子信道有空闲时，第一网络使用第一传输带宽，在所述免授权子信道有数据传输时，所述第一网络使用第二传输带宽，其中所述第一传输带宽大于所述第二传输带宽；
在所述免授权子信道有空闲时，所述第一网络使用第一发射功率，在所述免授权子信道有数据传输时，所述第一网络使用第二发射功率，其中所述第一发射功率小于所述第二发射功率。
其中较优地，所述第一网络监测所述免授权子信道的状态，在所述免授权子信道有空闲时，选取所述免授权子信道中心频宽为第一传输带宽，并设置所述第一发射功率；
所述第一网络监测到所述免授权子信道上有数据传输时，将传输带宽从所述第一传输带宽调整为第二传输带宽，并调整所述发射功率或调整发射功率谱密度。
其中较优地，所述传输带宽和所述发射功率谱密度满足PPSD B0≤PTH，PPSD≤PTH_PSD；其中，PTH为所述第一网络在免授权频段的最大发射功率门限，PPSD为所述第一网络在免授权频段的功率谱密度，B0为所述传输带宽，PTH_PSD为所有使用免授权频段的网络功率谱密度的门限。
其中较优地，所述第一网络获取第二网络的信道配置方式，包括与信道对应的免授权频段起止频率及所述免授权频段功率门限。
其中较优地，所述第一网络接收到所述第二网络发出的阻塞指示，包括第二网络信道受阻塞时长，以及信道平均干扰水平，
所述第一网络根据所述阻塞指示，调整传输带宽，并根据需要调整所述发射功率谱密度或所述发射功率。
其中较优地，当所述免授权子信道的数量不超过两个时，所述第一网络选取信道号较小的免授权子信道作为主小区，其余所述免授权子信道作辅小区，
所述第一网络根据所述免授权子信道忙闲状态，分别调整所述主小区和所述辅小区的带宽。
其中较优地，所述第一网络的基站选取免授权子信道中心频宽作为主小区，设定所述主小区的初始传输带宽；
所述第一网络的基站在调整周期内测量所述主小区的SINR，根据所述主小区SINR配置所述主小区带宽与所述发射功率谱密度，其中所述带宽大时功率谱密度小，以使所述发射功率不超过基站最大限定功率，并保证发射功率谱密度符合免授权频段的限制。
其中较优地，所述第一网络的基站选取与所述第二网络主信道对应的免授权子信道的中心频宽作为主小区，设定所述主小区的初始传输带宽，其余子信道选取相同位置频宽作辅小区；
所述第一网络的基站分别测量所述主小区和所述辅小区的SINR，配置所述主小区和所述辅小区的带宽与发射功率，其中所述带宽大时功率谱密度小，以使所述发射功率不超过基站最大限定功率，并保证所述发射功率谱密度符合免授权频段的限制。
其中较优地，在配置所述第一传输带宽、所述第二传输带宽、所述第一发射功率密度或所述第二发射功率密度时，所述第一网络的基站将其测量到的SINR测量结果与预定的SINR阈值进行比较；
如果所述SINR测量结果小于预定的第一SINR阈值，则所述第一网络基站将采用所述第一传输带宽和所述第一发射功率密度；
如果所述SINR测量结果大于所述第二SINR阈值，则所述第一网络基站采用所述第二传输带宽和所述第二发射功率密度，以满足发射功率不超过免授权频段的限定功率，
所述第一SINR阈值小于所述第二SINR阈值。
其中较优地，所述第一网络是蜂窝网，所述第二网络是无线局域网。
与现有技术相比较，本发明具有如下优点：
(1)覆盖范围广，应用范围广。本发明可实现在没有授权频带或授权频带无法覆盖的区域进行蜂窝通信，可应用于包括授权辅助接入和无授权辅助接入的蜂窝通信。
(2)提高免授权信道利用率。蜂窝网分别测量每个免授权子信道的信道状态，当LTE-U与802.11n或802.11ac及802.11ax的WiFi设备共存时，可抛开WiFi主次信道使用规则(如果次信道空闲，则LTE-U可使用整个次信道带宽)，从而提升信道利用率。
(3)无授权辅助接入LTE-U通信时，灵活配置PCell和SCell带宽与功率调整，易于实现。
(4)本发明只需要一个未授权频带，不需要用户天线在两个载波上往复转换，更容易实现。
附图说明
图1为LTE-U与WiFi共存场景的示意图；
图2为无授权辅助接入的LTE系统示意图；
图3为XW接口或其它接口交互的信息示意图；
图4为WiFi信道配置示意图；
图5为无授权辅助接入时，LTE-U与WiFi共存于20MHz的传输带宽配置图；
图6为无授权辅助接入时，LTE-U与WiFi共存于20/40MHz的传输带宽配置图；
图7为无授权辅助接入时，LTE-U与WiFi共存于40MHz的传输带宽配置图；
图8为LTE-U与WiFi同时使用相同免授权频段进行数据传输的示意图；
图9为LTE-U与WiFi同时在相同频段传输数据的示意图；
图10为无授权辅助接入LTE-U带宽与功率调整流程图；
图11为无授权辅助接入LTE-U灵活配置主小区和辅小区带宽与功率的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容展开详细具体的说明。
首先需要说明的是，本发明所提供的实施例主要针对第一网络是蜂窝网及第二网络是无线局域网的应用场景进行说明。但本发明所提供的技术思路也可以应用于5G网络中其他通信网络如蜂窝网与物联网共存的应用场景中。
LTE系统部署在免授权频谱时，如果LTE-U采用授权辅助接入进行通信，则主小区(PCell)部署在授权频段，辅小区(SCell)部署在免授权频段；如果LTE-U采用无授权辅助接入进行通信，则PCell(可能包括SCell)均部署在免授权频段。为了使工作在免授权频段的LTE-U系统仍然可以连续传输，且不影响WiFi系统的正常工作，本发明提出了一种用于LTE与WiFi同时共存于重叠(overlapping)的免授权频段的解决方案，可以支持蜂窝通信如LTE系统在免授权频谱上独立工作。
由于LTE系统具有HARQ/ARQ重传机制、抗干扰能力强，一定程度上可容忍WiFi系统干扰等优势，本发明提出了一种使用免授权频段的方法，适用于部署在免授权频段的LTE系统(LTE-U)的5G网络技术，或更新一代无线网络技术。该方法通过LTE与WiFi交互某些必要信息，调整LTE系统的传输带宽和发射功率，确保免授权频段上的WiFi系统正常工作，允许部署在免授权频段的LTE系统与WiFi网络同时共存，提升免授权频谱效率。下面对此展开详细具体的说明。
为避免影响WiFi系统正常工作，部署于免授权频段的LTE-U系统传输蜂窝数据前需监听信道状态。根据IEEE802.11n和802.11ac协议规定，WiFi系统可将信道配置成20MHz，40MHz，80MHz和160MHz。这就意味着即使LTE-U只抢占一个20MHz的免授权子信道传输数据，也可能影响周边使用相同信道的WiFi系统的工作(如图1所示)。在这种情况下，LTE-U需要同时考虑其周边WiFi接入点(AP)系统的信道配置情况，明确多个免授权子信道的使用状况，进而联合使用多个免授权子信道。
LTE-U与WiFi接入点之间存在交互信息的接口，如XW接口或其它接口，通过XW接口或其它接口完成LTE-U与周边WiFi接入点的信息交互，获取必要信息，确定一个或多个免授权子信道作为LTE-U系统的候选频谱资源。
当LTE-U确定候选频谱资源，LTE-U可通过长期监测WiFi网络，从统计角度获得网络拓扑相对稳定的WiFi接入点免授权信道使用状态，并将其作为设置LTE-U初始带宽和功率分配值的依据：LTE-U基站通过调整LTE-U传输带宽和功率设置，从而实现LTE与WiFi共存于重叠(overlapping)的免授权频段，保证LTE-U连续传输的同时，不影响WiFi系统的正常工作，达到同时使用相同免授权频段的目的。
通过XW接口或其它接口的信息交互，如WiFi AP的主信道(Primary channel)和次信道(Second channel)(如果存在的话)分别对应的免授权起止频率及能量(功率)检测门限等信息，如图3所示。能量(功率)检测门限可以是空闲信道评估(Clear ChannelAssessment，CCA)门限。如果此门限恰好是WiFi网络CCA门限默认值，该信息可以不交互；不过，由于WiFi主信道和次信道门限可能不同，或者WiFi检测门限不是默认值，则需要明确交互该信息。
一旦LTE-U基站接收到来自WiFi的信息，LTE-U就可获知WiFi系统采用的免授权频段的起止频率，能量(功率)检测门限，是否存在次信道。然后，LTE-U根据WiFi信道配置方式，灵活分配或调整LTE-U的系统传输带宽。
此外，如果发生LTE-U阻塞WiFi通信的情况，通过XW接口或其它接口WiFi AP可向LTE-U发送WiFi阻塞指示消息，如图3b，该消息可包括WiFi信道受阻塞时长(被LTE淹没的时间间隔)，以及信道平均干扰水平(如干扰噪声比)，即WiFi进行CCA检测时记录和测量得到的时间和干扰值，指示WiFi网络受到LTE-U严重干扰，无法正常通信。
LTE-U接收到该指示后，可以适时调整LTE-U的传输带宽和功率，例如设置至初始值(该设置状态对WiFi正常工作影响最小)，从而减轻其对WiFi的干扰，保证WiFi正常通信。也可以设置为LTE-U使用较小的第二传输带宽，适当增加功率(第二功率)。功率的调整受限于免授权频谱对谱密度和蜂窝网络最大发射功率两个因素，需同时满足。
信道忙或者WiFi被阻塞，就减小蜂窝网络(第一网络)使用的带宽；在满足免授权频谱对功率谱密度和蜂窝网络最大发射功率的前提下适当增加发射功率谱密度。如果信道空闲就增加蜂窝网络(第一网络)使用的带宽，在满足免授权频谱对功率谱密度和蜂窝网络最大发射功率的要求下，适当降低发射功率谱密度。
考虑到当前LTE系统带宽配置，本发明的自适应带宽可以按照目前LTE系统的几种带宽进行配置。需要明确的是，如果发送WiFi阻塞指示消息的WiFi AP是新增节点，即LTE-U初始获悉的WiFi网络拓扑已经改变，LTE-U初始值仍无法保证新增WiFi节点正常工作，只要网络条件允许，则LTE-U可尝试回到LBT方式传输数据。
图4给出了WiFi网络信道配置方式，WiFi可配置为20MHz，40MHz，80MHz以及160MHz，只有主信道，无次信道；此外，还可以配置成20/40MHz(802.11n设备)：将其中一个20MHz子信道指定为主信道，而另一个指定为次信道，实现既支持20MHz运行，也支持40MHz运行的信道配置方式。
当LTE-U基站选定与某个WiFi AP重叠占用相同免授权频段后，存在以下几种情况：(1)WiFi AP只配置一个免授权子信道作为WiFi信道，即WiFi网络配置的信道带宽为20MHz，如图4(a)所示。在这种情况下，LTE-U的最大免授权候选频谱资源为20MHz。(2)WiFi AP(如WiFi为802.11n设备)配置为两个免授权子信道，既有主信道，又有次信道，如图4(b)。在这种情况下，LTE-U的最大免授权候选频谱资源为40MHz。(3)WiFi AP配置为两个或两个以上免授权子信道，只有主信道，没有次信道，如图4(c，d，e)。在这种情况下，LTE-U的最大免授权候选频谱资源可能为40MHz，80MHz或160MHz。
如果采用无授权辅助接入进行通信，则LTE-U基站需从候选频谱资源中选择WiFi主信道对应的任意一个免授权子信道作为候选主载波(PCell)，若还有其它免授权候选频谱资源，则将剩余频谱(包括次信道及剩余主信道对应的免授权子信道)作为候选SCell。在此情况下，由于缺少授权PCell，为保证LTE-U连续传输，同时不影响WiFi正常工作，PCell及SCell传输带宽应根据WiFi数据传输状态适时调整。如果LTE-U采用授权辅助接入进行通信，则这些免授权候选频谱资源将作为候选辅载波(SCell)。
下面以无授权辅助接入LTE-U通信为例，具体说明PCell和SCell带宽与功率调整方案。
LTE-U与WiFi共存于免授权频段，考虑到WiFi的非连续传输特性，若LTE-U与WiFi传输信道(部分)重叠，如果WiFi有数据传输，则LTE-U传输数据时可通过减小LTE-U传输带宽来保证WiFi正常通信。反之，如果WiFi无数据传输，则LTE-U可扩展其传输带宽来提升系统性能。由于LTE-U传输带宽与WiFi网络负载关联紧密，当WiFi网络负载繁重，WiFi频繁地抢占、使用免授权频段时，LTE-U不仅不适合扩展传输带宽，而且可能需要缩小传输带宽来保证WiFi性能；反之，如果WiFi负载减轻，免授权频段空闲，则LTE-U可动态扩展传输带宽，提升频谱效率。
(1)无授权辅助接入：LTE-U灵活配置PCell和SCell带宽与功率调整方案
调整LTE-U系统的传输带宽和发射功率可在LTE-U网络运行阶段周期或非周期动态调整。该调整周期需预先通知LTE网络用户。一种方法是LTE-U PCell带宽和SCell带宽同时调整(包括添加或释放SCell)：当调整周期来临时，LTE-U基站根据侦听到的信道状态同时扩展或缩小PCell和SCell的传输带宽。这种动态调整带宽的方案通过调整PCell带宽，以及添加或释放SCell(和/或增减SCell带宽)实现LTE-U与WiFi共存。
场景一，如果WiFi网络信道配置为20MHz，即LTE-U候选频谱只有一个免授权子信道，那么，无授权辅助接入LTE-U系统的PCell带宽可选择该WiFi信道中间位置的LTE最小带宽配置频谱资源，作为LTE-U初始传输带宽，在满足免授权频段功率谱密度限制和不影响WiFi运行的前提下，例如满足WiFi CCA侦听门限，可适当增加LTE-U发射功率谱密度，如图5(a)所示。
在这种情况下，当LTE-U带宽与功率调整周期来临时，或者根据LTE-U信道测量结果判断，如果信道测量结果是WiFi在该免授权频段上的数据传输量小，适合扩展LTE-U传输带宽，则LTE-U可在该免授权频段上扩展带宽，可扩展带宽的等级可根据LTE-U与WiFi AP之间的信道状态以及WiFi CCA门限等估计确定。为降低LTE-U对WiFi的干扰，在发射功率谱密度不超过免授权频段的限定功率谱密度，并且满足LTE-U用户的目标SINR的前提下，LTE-U可降低其发射功率谱密度，如图5(b)所示。
类似地，极端条件下，如果信道测量结果是WiFi接入点没有数据传输，则LTE-U可将其频谱扩展至最大候选频谱资源(即整个免授权子信道)，并适当调整发射功率谱密度以满足免授权频谱对功率谱密度和蜂窝网络最大发射功率的限制，如图5(c)所示。
场景二，如果WiFi网络信道配置为20MHz/40MHz，那么，LTE-U可同时利用WiFi网络的主次信道，最大候选频谱资源为40MHz(两个免授权子信道)，选择该WiFi主信道中间位置的LTE最小带宽配置频谱资源作为PCell，次信道中间位置的LTE最小带宽配置频谱资源作为SCell，二者共同构成LTE-U的初始传输带宽，如图6(a)所示。在这种情况下，当LTE-U带宽与功率调整周期来临时，若LTE-U适合扩展带宽，则可分别在每个免授权子信道上扩展传输带宽，如图6(b)。
需明确的是，由于WiFi网络主次信道分别占用不同免授权子信道，信道状态可能不一致，因而，主次信道的带宽与功率调整可能并不完全一致。这是因为WiFi网络采用CSMA/CA机制竞争信道，导致不同免授权子信道忙闲状态不一致的情况。如果PCell对应的候选频谱资源正在传输WiFi数据，而SCell对应的候选频谱资源空闲，则LTE-U可将SCell带宽扩展至最大候选频谱资源，而PCell带宽不调整，如图6(c1)。
同样地，为避免对其它WiFi AP造成干扰，LTE-U在该信道的最大功率谱密度可与WiFi功率谱密度持平，如果在PCell和SCell均无WiFi，则PCell和SCell均扩展至整个免授权子信道，如图6(c2)。
场景三，如果WiFi网络信道配置为40MHz(80MHz或160MHz)，即WiFi同时使用2(4或8)个免授权子信道，以40MHz为例，在这种情况下，LTE-U候选频谱仍为两个免授权子信道，PCell带宽可任意选择一个子信道中间位置的LTE最小带宽配置频谱资源，如选取信道号较小的20MHz子信道，其余信道中间位置的LTE最小带宽配置频谱资源作SCell，从而得到LTE-U初始传输带宽，如图7(a)。
若在每个免授权子信道上WiFi均无数据传输(或者传输数据量小)，LTE-U适合扩展带宽，则可在每个免授权子信道上扩展传输带宽，如图7(b，c1，c2)。这是因为LTE-U分别测量WiFi网络的每个免授权子信道，如果免授权子信道空闲，LTE-U就可将整个子信道作为SCell，忽略WiFi信道配置带来的影响。
对比图6和图7，尽管WiFi信道配置有所区别，但是LTE-U传输带宽和发射功率设置原则是基本相同的。实际上，对每20MHz子信道而言，LTE-U如何选取和调整频谱资源作为LTE-U的传输带宽，以及相应的功率配置，是依据LTE-U网络预设的带宽与WiFi网络使用状态决定。LTE-U将此信息作为PCell/SCell带宽调整与功率调整指示命令。
与无授权辅助接入LTE-U通信相比，由于授权辅助接入LTE-U通信将所有免授权候选频谱资源作为SCell候选带宽，免授权频段不存在PCell，因而，只需将无授权辅助接入的PCell替换为SCell，即可完成带宽设置和功率调整，这里不再赘述。
需要明确的是，如果LTE-U传输带宽为全部免授权子信道或者WiFi网络拓扑发生变化，如新的站点加入网络等事件，可能出现带宽与功率调整不及时而阻塞WiFi通信的情况。为减少这种情况的发生，本发明给出一种新消息：WiFi阻塞指示，用于指示WiFi网络受到LTE-U严重干扰，避免WiFi无法正常通信，如图3(b)所示。该消息可根据WiFi网络信道测量的信道状态信息生成，然后通过XW接口或其它接口发送给LTE-U。LTE-U接收到该消息后，可以适时调整LTE-U的传输带宽和功率设置，例如设置为初始带宽和初始功率(即免授权子信道中间位置的带宽，免授权频段功率限制(PSD)条件下的最大功率)。因此，在满足免授权频段功率限制(PSD)条件下，适当调整功率获取LTE高吞吐量，减轻其对WiFi的干扰，保证WiFi正常通信。需要说明的是，发射功率谱密度与发射功率相关，本发明所述调整功率也可以是调整功率谱密度。
本发明从无线资源管理角度出发，LTE系统通过侦测WiFi使用免授权频谱的状态，自适应调整LTE的传输带宽和发射功率，实现LTE与WiFi能够同时共存于同一免授权频段的目标。本发明采用无LBT方式，由于异运营商帧同步可能性很小，采用较高精度信道检测方法，就可降低同一地理区域的异运营商抢占免授权频段的信道冲突。
本发明所提供的蜂窝网与无线局域网共存使用免授权频段的通信方法，可以是事件触发或周期性调整，本实施例以周期性调整为例，结合科8进行描述，具体步骤如下：
首先，LTE-U基站依据LTE信道带宽预设PCell和SCell初始传输带宽，作为LTE-U在免授权频段的初始传输带宽；其次，LTE-U基站根据WiFi信道配置信息，及免授权频段长期监测结果，将相对空闲的的免授权频段作为LTE-U候选频谱；接着，为LTE-U传输带宽预设相应SINR(或能量检测)阈值。LTE-U分别测量每个免授权子信道SINR，将其与预设的SINR阈值进行比较，通过调整LTE-U传输带宽和功率，保证LTE-U与WiFi系统可同时使用重叠带宽，LTE-U的信息传输不会阻塞WiFi。
为简化说明，假设LTE-U预设了三种传输带宽：初始传输带宽，LTE-U第一传输带宽(全部免授权子信道)，LTE-U第二传输带宽，两个SINR阈值：第一SINR阈值，第二SINR阈值(小于第一SINR阈值)。其中，初始传输带宽小于LTE-U第一传输带宽，大于LTE-U第二传输带宽。预设带宽与功率调整周期，当调整周期来临时(事件触发的情况下，则根据侦听到的信道状态来触发)，如果LTE-U基站调整带宽和功率，则发送调整相关信令。
可以理解，LTE-U可以仅设置第一传输带宽和第二传输带宽，即，将第一传输带宽或第二传输带宽作为初始传输带宽。通常，选择较小的第二传输带宽作为初始传输带宽。
需要说明的是，SINR阈值的预设值与LTE-U选定的初始带宽和功率设置是在LTE-U长期监听WiFi信道，获取比较稳定的网络环境状态后完成的；而进行功率和带宽调整则通过实时监听免授权信道，并结合信道使用状况的统计信息进行调整的。比如说，WiFi根据RTS(Request-To-Send)/CTS(Clear-To-Send)改变了WiFi使用的信道，该信息可通过LTE-U与WiFi之间的接口告知LTE-U，LTE-U可据此信息动态调整自身的功率谱密度或带宽。另一方面，如果WiFi由于业务变化等原因改变了占用信道状态，LTE-U基站可以根据信道侦测判断是否可以调整自身带宽和发射功率谱密度。
运行时，如果LTE-U候选频谱为一个免授权子信道，LTE-U选取该免授权子信道中心频宽，为预设的初始传输带宽的频谱，作为PCell，否则LTE-U候选频谱可能分别为2(对应WiFi信道配置为20/40MHz或40MHz)，4(对应WiFi信道配置为80MHz)，8个免授权子信道(对应WiFi信道配置为160MHz)，LTE-U选取对应WiFi主信道，且信道号较小的免授权子信道中心频宽，为预设初始传输带宽的频谱，作为PCell，其余N-1(N为总的免授权子信道数)个子信道选取相同频宽作SCell。LTE-U周期测量PCell和SCell(如果存在的话)SINR判断WiFi对信道的占用状态。本领域技术人员很容易理解，也可以是临时测量SINR。
下面结合图5和图6介绍功率与带宽调整情况。当功率与带宽调整周期来临时，LTE-U基站统计每个调整周期内的信道状态，将SINR测量结果与预设SINR阈值进行比较：
(a)对无授权辅助接入LTE-U通信而言，如果LTE-U采用灵活配置PCell和SCell带宽与功率调整方案，如图8所示，当PCell/SCell的SINR测量值小于第一SINR阈值时，意味着WiFi不活跃，WiFi占用信道的时长较少或离LTE-U基站较远，因此LTE-U将PCell/SCell带宽从初始带宽扩展至LTE-U第一传输带宽。同时，在保证LTE-U用户满足目标SINR阈值的前提下，通过调整(例如降低)功率谱密度来保证LTE－U基站发射功率不超过基站最大限定功率。
如果测量值大于第二SINR阈值，意味着WiFi占用信道的时长较大或离LTE-U基站较近，则LTE-U基站在调整周期采用更小的LTE-UPCell/SCell传输带宽，在满足低于WiFi CCA门限的条件下，可适当提升LTE-U功率谱密度，以获取更好LTE-U系统性能。
如果测量值介于第一SINR阈值和第二SINR阈值之间，则LTE-U基站可以不调整当前的传输带宽，保持初始传输带宽。
综上所述，LTE-U基站带宽和发射功率谱密度可以根据周围WiFi节点情况进行自适应调整，调整基本原则是LTE-U基站对受其影响的WiFi节点的干扰能量不超过该WiFi节点的CCA门限以防止阻塞该节点通信。
(b)对授权辅助接入LTE-U通信而言，PCell部署在授权频段，免授权频段只作为SCell传输数据。LTE-U只需在免授权频段的候选频谱资源灵活配置SCell带宽及调整发射功率即可实现LTE-U通信，其免授权频谱带宽调整规则等同于无授权辅助接入LTE-U通信。
以图8为例，如果LTE-U基站和用户UE的数据传输恰好与WiFi AP和站点STA的数据传输使用同一个免授权子信道，初始时，由WiFi的CCA门限得到一个LTE-U的功率门限PTH，在此功率门限下，WiFi可以正常传输。
当LTE-U系统传输带宽等于免授权信道带宽时，LTE-U继续侦听信道，为避免阻塞WiFi传输，可在调整周期时基于信道状态信息(CSI)主动减少LTE-U传输带宽，以便WiFi有数据发送机会。
当LTE-U系统传输带宽小于WiFi信道带宽时，在满足免授权频段的功率谱密度和功率发射要求及不影响WiFi传输(低于WiFi CCA检测门限)的前提下，可提升LTE发射功率谱密度，从而获得更高的LTE系统容量，如图9(a)。
假设LTE-U功率谱密度的均值为PPSD，LTE-U基站选定的初始传输带宽B0，那么在满足PPSD B0≤PTH的前提下，并且满足免授权频段功率谱密度限定条件，可采用高于WiFi的功率谱密度传输蜂窝数据，从而获取较高的LTE-U系统性能。如果LTE-U侦听信道的结果适合进行带宽扩展，则LTE-U可增加其传输带宽，当满足达到用户UE接收数据的目标SINR时，为保证PPSD B0≤PTH，可能通过降低PPSD完成，如图9(b)。
在本发明中，首先提出了WiFi信道配置方式：WiFi向LTE-U提供WiFi系统的信道配置方式，包括主信道和次信道(如果存在的话)分别对应的免授权起止频率及能量(功率)检测门限。如果LTE-U基站收到该消息，LTE-U基站就能清楚WiFi系统采用的免授权频段的起止频率，能量(功率)检测门限，是否存在次信道。LTE可根据WiFi信道配置方式灵活分配或调整系统传输带宽。
进一步地，本发明提出了WiFi阻塞指示：包括WiFi信道受阻塞时长(被LTE淹没的时间)，以及信道平均干扰水平(如干扰噪声比)等，用于指示WiFi网络受到LTE-U严重干扰，难以正常通信。LTE-U基站接收到该消息后，需调整LTE-U的传输带宽和功率设置，从而保证WiFi正常通信。
本发明还提出：对于无授权辅助接入LTE-U通信，发送PCell/SCell带宽调整与功率调整指示。为灵活配置PCell和SCell带宽与功率调整指示，包括增加或减少PCell带宽；添加或释放SCell，或增减SCell带宽；并且携带相应的功率调整命令。该方案可通过高层如RRC层和底层如MAC层信令协作实现。
下面结合图10和图11详细说明具体步骤。
LTE-U基站根据WiFi信道配置信息及信道长期监测结果，确定LTE-U候选频谱资源。如果LTE-U候选频谱资源为一个免授权子信道(例如20MHz)，则LTE-U选取免授权子信道中心频宽作为PCell初始传输带宽，其带宽为预设传输带宽。LTE-U在调整周期内测量PCell SINR，LTE-U根据信道状态灵活配置PCell和SCell带宽与发射功率。
如果LTE-U候选频谱资源为多个免授权子信道，则LTE-U选取WiFi主信道对应的免授权子信道(如信道号较小的免授权子信道)的中心频宽作Pcell，其带宽为预设的初始传输带宽，其余子信道选取相同位置频宽作Scell。LTE-U分别测量Pcell及SCell的SINR，配置PCell和SCell带宽与发射功率。
可以理解，图10中判断LTE-U候选频谱资源为一个免授权子信道的步骤，也可以省略。这时，LTE-U基站默认候选频谱资源为多个免授权子信道，选取WiFi主信道对应的免授权子信道的中心频宽作Pcell。在有多个免授权子信道的情况下，将主信道之外的其余子信道选取相同位置频宽作SCell，分别配置PCell和SCell带宽与发射功率；在仅有一个免授权子信道时，不进行SCell相关操作。
如图11所示，配置PCell和SCell带宽与发射功率时，LTE-U基站将其测量到的SINR测量结果与预定的SINR阈值进行比较。如果SINR测量结果小于预定的第一SINR阈值，则LTE-U基站将PCell或SCell带宽扩展至第一传输带宽(增加带宽)，降低发射功率谱密度为第一发射功率谱密度。如果SINR测量结果大于等于预定的第一SINR阈值，则进一步判断是否小于预定的第二SINR阈值。如果大于等于预定的第一SINR阈值且小于第二SINR阈值，则LTE-U基站采用LTE-U PCell或SCell初始传输带宽，并相应调整或不调整功率谱密度，以满足发射功率不超过免授权频段的限定功率。如果大于第二SINR阈值，则LTE-U基站采用LTE-U的第二传输带宽(减小带宽)，相应调整功率谱密度以满足发射功率不超过免授权频段的限定功率，例如增加功率谱密度。然后，LTE-U基站继续测量PCell或SCell的SINR。
本发明可以支持LTE在免授权频谱上独立工作，通过LTE与WiFi交互某些必要信息，通过调整LTE系统的传输带宽和发射功率，确保免授权频段上的WiFi系统正常工作，允许部署在免授权频段的LTE系统与WiFi网络同时共存，提升免授权频谱效率。
上面对本发明所提供的不同通信网络共存使用免授权频段的方法进行了详细的说明，但显然本发明的具体实现形式并不局限于此。对于本领域的一般技术人员来说，在不背离本发明的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种不同通信网络共存使用免授权频段的方法，所述免授权频段包括至少一个免授权子信道，其特征在于包括以下步骤：
在所述免授权子信道有空闲时，第一网络使用第一传输带宽，在所述免授权子信道有数据传输时，所述第一网络使用第二传输带宽，其中所述第一传输带宽大于所述第二传输带宽；
在所述免授权子信道有空闲时，所述第一网络使用第一发射功率，在所述免授权子信道有数据传输时，所述第一网络使用第二发射功率，其中所述第一发射功率小于所述第二发射功率。
2.如权利要求1所述的不同通信网络共存使用免授权频段的方法，其特征在于：
所述第一网络监测所述免授权子信道的状态，在所述免授权子信道有空闲时，选取所述免授权子信道中心频宽为第一传输带宽，并设置所述第一发射功率；
所述第一网络监测到所述免授权子信道上有数据传输时，将传输带宽从所述第一传输带宽调整为第二传输带宽，并调整所述发射功率或调整发射功率谱密度。
3.如权利要求2所述的不同通信网络共存使用免授权频段的方法，其特征在于：
所述传输带宽和所述发射功率谱密度满足PPSDB0≤PTH，PPSD≤PTH_PSD；其中，PTH为所述第一网络在免授权频段的最大发射功率门限，PPSD为所述第一网络在免授权频段的功率谱密度，B0为所述传输带宽，PTH_PSD为所有使用免授权频段的网络功率谱密度的门限。
4.如权利要求2所述的不同通信网络共存使用免授权频段的方法，其特征在于：
所述第一网络获取第二网络的信道配置方式，包括与信道对应的免授权频段起止频率及所述免授权频段功率门限。
5.如权利要求2所述的不同通信网络共存使用免授权频段的方法，其特征在于：
所述第一网络接收到所述第二网络发出的阻塞指示，包括第二网络信道受阻塞时长，以及信道平均干扰水平，
所述第一网络根据所述阻塞指示，调整传输带宽，并根据需要调整所述发射功率谱密度或所述发射功率。
6.如权利要求2所述的不同通信网络共存使用免授权频段的方法，其特征在于：
当所述免授权子信道的数量不超过两个时，所述第一网络选取信道号较小的免授权子信道作为主小区，其余所述免授权子信道作辅小区，
所述第一网络根据所述免授权子信道忙闲状态，分别调整所述主小区和所述辅小区的带宽。
7.如权利要求2所述的不同通信网络共存使用免授权频段的方法，其特征在于：
所述第一网络的基站选取免授权子信道中心频宽作为主小区，设定所述主小区的初始传输带宽；
所述第一网络的基站在调整周期内测量所述主小区的SINR，根据所述主小区SINR配置所述主小区带宽与所述发射功率谱密度，其中所述带宽大时功率谱密度小，以使所述发射功率不超过基站最大限定功率，并且发射功率谱密度符合免授权频段的限制。
8.如权利要求2所述的不同通信网络共存使用免授权频段的方法，其特征在于：
所述第一网络的基站选取与所述第二网络主信道对应的免授权子信道的中心频宽作为主小区，设定所述主小区的初始传输带宽，其余子信道选取相同位置频宽作辅小区；
所述第一网络的基站分别测量所述主小区和所述辅小区的SINR，配置所述主小区和所述辅小区的带宽与发射功率，其中所述带宽大时功率谱密度小，以使所述发射功率不超过基站最大限定功率，并且所述发射功率谱密度符合免授权频段的限制。
9.如权利要求2所述的不同通信网络共存使用免授权频段的方法，其特征在于：
在配置所述第一传输带宽、所述第二传输带宽、所述第一发射功率谱密度或所述第二发射功率谱密度时，所述第一网络的基站将其测量到的SINR测量结果与预定的SINR阈值进行比较；
如果所述SINR测量结果小于预定的第一SINR阈值，则所述第一网络基站将采用所述第一传输带宽和所述第一发射功率谱密度；
如果所述SINR测量结果大于所述第二SINR阈值，则所述第一网络基站采用所述第二传输带宽和所述第二发射功率谱密度，以满足发射功率不超过免授权频段的限定功率，
所述第一SINR阈值小于所述第二SINR阈值。
10.如权利要求1～9中任意一项所述的不同通信网络共存使用免授权频段的方法，其特征在于：
所述第一网络是蜂窝网，所述第二网络是无线局域网。
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