一種TD-LTEFemtocell網絡資料庫輔助的頻譜聚合方法
2023-08-08 06:39:21 1
專利名稱：一種TD-LTE Femtocell網絡資料庫輔助的頻譜聚合方法
—種TD-LTE FemtoceI I網絡資料庫輔助的頻譜聚合方法技術領域
本發明屬於無線通信領域，特別涉及認知的時分雙工長期演進系統家庭基站系統 (TD-LTEFemtocell)的頻譜聚合技術。
背景技術：
隨著無線通信技術的發展，人們對無線頻譜資源的需求越來越大。然而，無線頻譜是稀缺、有限的資源。隨著傳統的模擬式電視廣播系統逐漸過渡到數字式系統，大量的頻譜資源閒置出來，即所謂的 TVWS(TV White Space)。FCC(Federal Communications Commission) 2010年發布的規則建議其他寬帶無線設備作為次級系統使用這部分資源。 Femtocell作為LTE網絡為室內和辦公熱點地區提供蜂窩網覆蓋的一項技術，初始設計時是和宏蜂窩網共享頻譜資源的。使用TVWS的認知Femtocell可以作為另一種解決頻譜資源稀缺問題的可行方案。
認知Femtocell感知得到的TVWS的可用頻譜碎片在頻域上是離散的，因此需要使用基於DOFDM(Discontiguous 0FDM)技術的頻譜聚合技術來把幾個頻譜碎片聚合成一個信道使用。因為TDD Femtocell技術的上下行鏈路的頻譜是相同的，因此頻譜聚合技術更加適用於TDDFemtocell。現有的不多的頻譜聚合方法假設設備之間存在嚴格的共道幹擾關係，即任意兩個設備在任一個頻譜碎片上都存在共信道幹擾。而在實際中，例如為公寓樓提供室內覆蓋的Femtocell網絡家庭基站FBS (Femto Base Station)間的共道幹擾關係並不如此嚴格。綜上分析，傳統的方法因為嚴格的共道幹擾關係假設而採用的嚴格正交化的頻譜聚合方法沒有充分利用TVWS的頻譜資源，從而導致頻譜利用率低下。發明內容
為了解決傳統頻譜聚合方法頻譜利用率低的問題，本發明實例提供了一種 TD-LTEFemtocell使用TVWS的資料庫輔助的頻譜聚合方法，以及方法中所使用的一種與 FCC建議的資料庫結構兼容的中心控制實體和實現該方法的一種考慮頻譜聚合時的圖著色模型建模方法，達到了充分利用Femtocell網絡中家庭基站FBSs不均勻的共道幹擾關係的目的，從而提高頻譜利用率。
一種TD-LTE Femtocell使用TVWS的資料庫輔助的頻譜聚合方法，包括
FBSs通過查詢中心控制實體的地理資料庫和頻譜感知技術得到其可用的頻譜碎片集合及和其相鄰FBS的幹擾關係，FBSs上報其幹擾關係給中心控制實體；
中心控制實體的頻譜控制器整合報告得到Femtocell網絡完整的幹擾關係，進而把整個系統建模為一種考慮頻譜聚合因素的圖著色模型；
接著中心控制實體的頻譜控制器採用DSAA (Database-assisted spectrum aggregationalgorithm)算法為FBSs聚合分配頻譜資源。
為了支持上述頻譜聚合方法，本發明實例提供了一種與FCC建議的資料庫結構兼容的中心控制實體，包括
存儲FBS的位置和可用頻譜碎片信息的地理資料庫和執行頻譜聚合算法DSAA為用戶聚合頻譜的頻譜控制器兩個功能實體。
為了支持上述頻譜聚合方法，本發明實例也提供了一種考慮頻譜聚合的圖著色模型建模方法，包括
Femtocell網絡系統模型，不考慮頻譜聚合時的系統模型建模方法，以及考慮頻譜聚合時的圖著色模型的建模方法。
本發明實施例提供的技術方案的有益效果是
通過集中控制的資料庫輔助的頻譜聚合方法，相比於傳統的頻譜聚合方法， Femtocell網絡獲得了極大的接入帶寬增益；同時在接入網絡的FBS數目上，本方法同樣優於傳統的方法，所以獲得了較好的頻譜利用率和系統接入性能。
圖1 :本發明實施例的網路結構圖2 :本發明實施例的TVWS的可用頻譜圖樣；
圖3 :本發明實施例的資料庫輔助的頻譜聚合方法流程圖4 :本發明實施例的中心控制實體結構圖5 :本發明實施例的頻譜聚合情況示意圖6 :本發明實施例的頻譜聚合算法DSAA流程圖；具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
本發明實施例的認知TD-LTE Femtocell系統結構如圖1所示。系統由三部分組成一個中心控制實體，多個具有頻譜感知功能的FBS和多個Femtocell用戶端設備。FBSs 通過IP回程鏈路與中心控制實體相連。
本發明實施例使用的TVWS的頻譜圖樣如圖2所示。白色的可用頻譜碎片被黑色的被主用戶佔用的頻譜碎片分隔開來，在頻域上是離散的，如果一起使用多個離散的可用頻譜碎片，需要使用頻譜聚合技術，而頻譜聚合技術需要受到最大頻譜聚合範圍 MAS(MaximumAggregation Span)的限制,在最大頻譜聚合範圍內的可用頻譜段才可以聚合在一起同時使用。
參見圖3，本發明實施例提供了一種資料庫輔助的頻譜聚合方法，包括
S100, FBS詢問中心控制實體中的地理資料庫功能實體其所在位置可以使用的頻譜碎片集合及與其相鄰的FBSs列表；
S200，FBS通過頻譜感知技術確認查詢得到的頻譜碎片是否確實可用，然後再通過頻譜感知技術得到在這些頻譜上與其相鄰FBSs的共道幹擾關係；
S300, FBSs上報幹擾關係給中心控制實體；
S400,中心控制實體中的頻譜控制器功能實體整合FBSs上報的幹擾關係以得到完整的網絡幹擾關係，並將網絡建模成一種考慮頻譜聚合時的圖著色模型；
S500，根據上步得到的圖著色模型，中心控制實體中的頻譜控制器功能實體以最大化系統接入帶寬為優化目標執行DSAA算法，得到頻譜聚合方案；
S600,中心控制實體中的頻譜控制器功能實體發送下行控制信息，傳達各FBS聚合的頻譜碎片集合；
S700, FBSs在這些頻譜碎片上進行通信。
為了支持上述頻譜聚合方法，本發明實施例提供了一種在步驟SlOO中使用的中心控制實體，參見圖4，包括
中心控制實體採用FCC推薦的資料庫結構，並且其功能得到了具體化中心控制實體由存儲FBS的位置和可用頻譜信息的地理資料庫和執行DSAA算法為用戶聚合頻譜的頻譜控制器兩個功能實體組成。
地理資料庫與FCC提供的中心地理資料庫相連，從中心地理資料庫獲得具體地理位置可以使用的TV空白頻段；同時地理資料庫存儲已經註冊並且接入Femtocell網絡的 FBS的地理位置等信息。
頻譜控制器用來整合FBSs上傳的共道幹擾關係以得到整個Femtocell網絡的幹擾關係，並把網絡建模成考慮頻譜聚合時的圖著色模型，進而執行DSAA算法，為FBSs聚合分配頻譜資源。
為了支持上述頻譜聚合方法，本發明實施例也提供了一種在步驟S400中使用的考慮頻譜聚合時的圖著色模型。其建模過程為，在Femtocell網絡系統模型的基礎上，根據整個網絡的幹擾關係，系統先建模成不考慮頻譜聚合時的模型，接著加入頻譜聚合因素的限制進一步建模成考慮頻譜聚合時的圖著色模型，其具體步驟如下
首先定義Femtocell網絡系統模型。TVWS的頻譜圖樣如圖2所示，一共有M個可用頻譜碎片，標記為/ = PiKd，其中並且
權利要求
1.一種TD-LTE Femtocell (時分雙工長期演進系統家庭基站系統)使用TVWS(TVWhiteSpace)的資料庫輔助的頻譜聚合方法,其特徵在於,包括以下步驟SI,家庭基站FBS(Femto Base Station)詢問中心控制實體中的地理資料庫功能實體其所在地理位置可以使用的頻譜碎片集合及與其相鄰的FBSs列表；S2，FBS通過頻譜感知技術確認查詢得到的頻譜碎片是否確實可用，然後再通過頻譜感知技術得到在這些頻譜上與其相鄰FBSs的共道幹擾關係；S3,FBSs上報幹擾關係給中心控制實體；S4,中心控制實體中的頻譜控制器功能實體整合FBSs上報的幹擾關係以得到完整的網絡幹擾關係，將網絡建模成一種考慮頻譜聚合時的圖著色模型；S5，根據上步得到的圖著色模型，中心控制實體中的頻譜控制器功能實體以最大化系統接入帶寬為優化目標執行DSAA (Database-assisted spectrum aggregationalgorithm)算法,得到頻譜聚合方案；S6，中心控制實體中的頻譜控制器功能實體發送下行控制信息，傳達各FBS聚合的頻譜碎片集合；S7, FBSs在這些頻譜碎片上進行通信。
2.根據權利要求1所述的頻譜聚合方法，其特徵在於，所述步驟S5中DSAA算法包括以下步驟標記，根據「標記-著色」規則，計算圖中所有端點的標記值和對應的顏色集合；著色，找到標記值最大的端點，並給它分配顏色集合；更新圖，從其他端點的顏色集合中刪除該已著色點被分配的顏色，然後刪除該已著色點，接著遍歷圖的剩餘端點，如果有空顏色列表的端點，則刪除該端點；判斷，如果圖已空，則停止循環，否則返回標記步驟；輸出結果，計算總的系統接入帶寬，然後輸出它和分配矩陣。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述「標記-著色」規則包括協作式「標記-著色」規則和非協作式「標記-著色」規則。
4.一種實現TD-LTE Femtocell使用TVWS資料庫輔助的頻譜聚合方法的中心控制實體，其特徵在於，包括頻譜聚合步驟中使用的中心控制實體與FCC(Federal Communications Commission)建議的資料庫結構兼容，且具體化成地理資料庫和頻譜控制器兩個功能實體。
5.根據權利要求4所述的中心控制實體，其特徵在於，所述地理資料庫具體功能包括:地理資料庫與FCC提供的中心地理資料庫相連，從中心地理資料庫獲得具體地理位置可以使用的TV空白頻段；同時地理資料庫存儲已經註冊並且接入FemtocelI網絡的FBS的地理位置等信息。
6.根據權利要求4所述的中心控制實體，其特徵在於，所述頻譜控制器具體功能包括:頻譜控制器用來整合FBSs上傳的共道幹擾關係以得到整個Femtocell網絡的共道幹擾關係，並把網絡建模成考慮頻譜聚合時的圖著色模型，進而執行DSAA算法，為FBSs聚合分配頻譜資源。
7.一種實現TD-LTE Femtocell使用TVWS資料庫輔助的頻譜聚合方法的圖著色模型的建模方法，其特徵在於，包括Femtocell網絡系統模型，包含TVWS頻譜圖樣的模型化
全文摘要
本發明給出了一種TD-LTE Femtocell(時分雙工長期演進系統家庭基站)使用TVWS(TVWhite Space)的資料庫輔助的頻譜聚合方法。為實現該方法，本發明相應地提供了一種與FCC建議的資料庫結構兼容的中心控制實體和一種考慮頻譜聚合時的圖著色模型建模方法。所述方法充分利用了家庭基站FBSs間不均勻的共道幹擾關係，在考慮頻譜聚合時的圖著色模型上採用DSAA(Database-assisted Spectrum Aggregation Algorithm)算法，使Femtocell網絡在總的系統接入帶寬和接入系統的FBSs數目方面上獲得了很好的系統接入的性能。
文檔編號H04W16/14GK103037379SQ20121052545
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月5日 優先權日2012年12月5日
發明者馮春燕, 李曉明, 郭彩麗, 厲東明, 郭玉婷, 曾志民 申請人:北京郵電大學