家庭基站幹擾管理系統及方法
2023-05-02 03:08:06
專利名稱：家庭基站幹擾管理系統及方法
技術領域：
本發明涉及家庭基站技術領域，特別涉及一種家庭基站幹擾管理系統及方法。
背景技術：
家庭基站在為客戶端提供了有效覆蓋的同時，也對鄰近房屋和室外造成輻射，引起幹擾。因此，考慮到家庭基站部署在現有宏蜂窩的覆蓋區域內，它們可能引起宏蜂窩性能的強退化。此外，新的家庭基站部署也擾亂了現有的家庭基站的正常運作。所以為了家庭基站引入後宏蜂窩死區(dead zone，指的是家庭基站幹擾太大，使得宏蜂窩網絡用戶沒有辦法正確接收信號的地理區域)面積，並且成功部署家庭基站網絡，需要引入幹擾避免、幹擾隨機化和幹擾取消技術對家庭基站和宏基站之間的幹擾進行協調。現有技術方案一般假設的家庭基站的時鐘與覆蓋相同區域的宏基站是同步的。考慮到家庭基站和宏蜂窩基站性質的不同，家庭基站和宏蜂窩基站混合網絡環境下，將網絡劃分成兩個獨立的層次(家庭基站層次和宏蜂窩基站層次)。基於這種分層，可以將家庭基站和宏蜂窩基站網絡環境下的幹擾劃分成如下兩種類型跨層幹擾這種幹擾指的是造成幹擾的一方和遭受幹擾的一方屬於不同的層次， 例如家庭基站對宏基站用戶造成的幹擾，即屬於跨層幹擾。同層幹擾這種幹擾指的是造成幹擾的一方和遭受幹擾的一方屬於相同的層次， 例如家庭基站對鄰近家庭基站用戶造成的幹擾，即屬於同層幹擾。為了克服幹擾的影響，幹擾消除技術被提了出來，然而幹擾消除技術在幹擾消除過程中很容易出現錯誤。此外，也有研究人員提出在家庭基站使用天線扇區化，通過減少幹擾源的數量，降低幹擾。與之類似的，也可以採用預定義天線模式動態選擇的方法，以減少洩漏到室外的功率。然而，通過上述基於硬體的方法來實現幹擾的消除意味著家庭基站成本的增加。另一方面，以幹擾避免為基礎的方案代表了更為高效的替代策略，具體的幹擾避免方法主要包括對功率和子信道進行合理的管理。無線蜂窩系統經常以功率控制算法和無線資源管理為工具來減輕幹擾。如果不對功率和資源進行管理，離基站遠的用戶往往由於功率損失量大，信道性能相對較差而得不到服務。出於相同的原因，這些技術同樣對於家庭基站也是必須的，並且在家庭基站環境下，這種技術還可用於額外的跨層幹擾問題的解決。例如，例如，當家庭基站採用封閉接入方式(即僅僅允許家庭基站的購買者使用家庭基站)，距離用戶較遠的家庭基站可能需要提升功率等級，從而可能對鄰近的家庭基站甚至宏基站產生高水平的幹擾。這時候可能需要通過OFDMA子信道的更加有效的管理，輔助提升家庭基站層次的頻率利用率，增大整個小區範圍內(宏基站和家庭基站)的吞吐量。目前已經存在多種方式用於實現家庭基站/宏基站雙層網絡OFDMA子信道的有效管理，其中，能夠將跨層幹擾完全消除的方式是將授權頻譜劃分成兩個部分，分別用於家庭基站和宏基站網絡的使用，即在雙層網絡中採用正交的頻譜分配方式。目前，這種頻譜劃分方式已被Comcast公司認可，並且Comcast公司已經找到了能夠被它們的WiMax家庭基站獨佔的授權頻譜。雖然這種正交的頻譜劃分方式能夠完全消除跨層幹擾，然而，從頻譜使用效率的角度看，這種方法是缺乏效率的。理想的情況下，為了減輕跨層幹擾和同層幹擾，混合網絡系統需要一個中心實體負責智能性地告知每個小區具體的使用哪些子信道可以降低幹擾。這個實體需要向家庭基站及其用戶收集信息，並且通過收集到的信息能夠在短時間內找到最佳的或者一種好的幹擾解決方案。然而，首先地，由於家庭基站是由用戶自主部署的，其數量和位置對於中心實體是未知的，從而給中心幹擾調控方案帶來了難題。另一方面，數百個家庭基站的存在導致優化問題過於複雜；數量眾多的家庭基站需要通過回程 (backhaul)同子信道調節中心交互信息導致延遲問題加劇。傳統的家庭基站幹擾解決方案有如下不足首先，要麼僅為家庭基站和宏蜂窩基站之間的幹擾提供解決方案，要麼僅為家庭基站之間的幹擾提供解決方案，沒有能夠將兩種幹擾形式有機結合起來進行考慮。其次，能夠綜合考慮上述兩種解決方案的方法經常要求家庭基站具有定位或者感知功能，不具有足夠的靈活性，並且在上下行上需要對資源進行完全不同的規劃。再次，目前的資源分配方案，很少能夠考慮到家庭基站特殊的用戶行為特徵，由於每個家庭基站為有限的用戶服務，因此在一段時間內對用戶行為進行跟蹤總結，是可能的， 並且能夠融入資源管理框架，更好支持家庭基站用戶的服務質量需求。
發明內容
(一)要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是如何能夠同時解決宏蜂窩小區和家庭基站之間，家庭基站和家庭基站之間的幹擾問題。(二)技術方案為解決上述技術問題，本發明提供了一種家庭基站幹擾管理系統，包括家庭基站安全網關、若干家庭基站，還包括家庭基站管理裝置，所述若干家庭基站通過家庭基站安全網關連接所述家庭基站管理裝置，所述家庭基站用於向所述家庭基站管理裝置上傳基站信息，所述家庭基站管理裝置用於根據所述基站信息為所述家庭基站分配配置信息，使得所述家庭基站工作時與鄰近小區的幹擾最小化，所述配置信息包括家庭基站運行時所需資源及其相關的控制信令。其中，所述家庭基站還用於監測環境信息，所述環境信息為所述家庭基站接收的來自鄰近小區的幹擾指示，或通過自身用戶測量的來自鄰近小區的信號，同時對連接的用戶行為特徵進行監測，並判斷所述用戶行為特徵或環境信息的變化是否超過一定閾值，若超過，則將變化後的用戶行為特徵或環境信息發送到所述家庭基站管理裝置，所述家庭基站管理裝置還用於根據所述變化重新分配配置信息。本發明還提供了一種利用上述的家庭基站幹擾管理系統的家庭基站幹擾管理方法，包括以下步驟Sl 家庭基站與所述家庭基站管理裝置建立連接，並上傳自身的基站信息；S2 根據所述基站信息為所述家庭基站分配配置信息，使得所述家庭基站工作時與鄰近小區的幹擾最小化，所述配置信息包括家庭基站運行時所需資源及其相關的控制信令；
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S3:所述家庭基站按所述配置信息運行，並定期監測接入到所述家庭基站的用戶行為特徵和環境信息；S4:所述家庭基站判斷所述用戶行為特徵或環境信息的變化是否超過一定閾值， 若超過，則向所述家庭基站管理裝置發出重配置請求，否則，返回步驟S3 ；S5:所述家庭基站管理裝置根據所述重配置請求中資源申請請求或資源釋放請求重新分配配置信息，使家庭基站與其鄰近小區的幹擾最小化。其中，所述步驟Sl中當所述家庭基站無法確定自身的位置信息時，還包括步驟 家庭基站與鄰小區交互，調整並最終確定自身的初始化參數信息以及完整的鄰區信息。其中，所述步驟S2具體採用迭代最優化微小區資源分配決策方法為所述家庭基站分配配置信息，包括步驟S2. 1 按照不同的幹擾閾值將微小區分成不同的分組，在每個分組內執行以下步驟；S2. 2 初始化最大迭代次數Zmax、初始化迭代計數ζ = 0 ；S2. 3 根據微小區覆蓋範圍以及同宏蜂窩基站的幹擾情況為各個微小區分配最小的發射功率；S2. 4:提取各個微小區在不同頻譜資源塊上的信幹噪比SINR，構成SINR矩陣， 同時創建相同規模的參數矩陣Α、B，初始化矩陣中各個元素分別是SINR矩陣中對應的各個元素的函數，矩陣A、B中元素與SINR對應函數關係分別為a = SINR/(1+SINR), b = Iog2 (1+SINR) -SINRlog2 (SINR) / (1+SINR) ；a和b分別為A和B中的元素，並將各個微小區的各個頻譜資源塊上調度效用的總和作為優化目標函數，每個頻譜資源塊上的調度效用為一個獨立於功率大小的權重與該資源塊上用戶數據速率的乘積，優化目標函數為
權利要求
1.一種家庭基站幹擾管理系統，包括家庭基站安全網關、若干家庭基站，其特徵在於，還包括家庭基站管理裝置，所述若干家庭基站通過家庭基站安全網關連接所述家庭基站管理裝置，所述家庭基站用於向所述家庭基站管理裝置上傳基站信息，所述家庭基站管理裝置用於根據所述基站信息為所述家庭基站分配配置信息，使得所述家庭基站工作時與鄰近小區的幹擾最小化，所述配置信息包括家庭基站運行時所需資源及其相關的控制信令。
2.如權利要求1所述的家庭基站幹擾管理系統，其特徵在於，所述家庭基站還用於監測環境信息，所述環境信息為所述家庭基站接收的來自鄰近小區的幹擾指示，或通過自身用戶測量的來自鄰近小區的信號，同時對連接的用戶行為特徵進行監測，並判斷所述用戶行為特徵或環境信息的變化是否超過一定閾值，若超過，則將變化後的用戶行為特徵或環境信息發送到所述家庭基站管理裝置，所述家庭基站管理裝置還用於根據所述變化重新分配配置信息。
3.一種利用權利要求1或2所述的家庭基站幹擾管理系統的家庭基站幹擾管理方法， 其特徵在於，包括以下步驟51家庭基站與所述家庭基站管理裝置建立連接，並上傳自身的基站信息；52根據所述基站信息為所述家庭基站分配配置信息，使得所述家庭基站工作時與鄰近小區的幹擾最小化，所述配置信息包括家庭基站運行時所需資源及其相關的控制信令；53所述家庭基站按所述配置信息運行，並定期監測接入到所述家庭基站的用戶行為特徵和環境信息；54所述家庭基站判斷所述用戶行為特徵或環境信息的變化是否超過一定閾值，若超過，則向所述家庭基站管理裝置發出重配置請求，否則，返回步驟S3 ；S5:所述家庭基站管理裝置根據所述重配置請求中資源申請請求或資源釋放請求重新分配配置信息，使家庭基站與其鄰近小區的幹擾最小化。
4.如權利要求3所述的家庭基站幹擾管理方法，其特徵在於，所述步驟Sl中當所述家庭基站無法確定自身的位置信息時，還包括步驟家庭基站與鄰小區交互，調整並最終確定自身的初始化參數信息以及完整的鄰區信息。
5.如權利要求3所述的家庭基站幹擾管理方法，其特徵在於，所述步驟S2具體採用迭代最優化微小區資源分配決策方法為所述家庭基站分配配置信息，包括步驟S2. 1 按照不同的幹擾閾值將微小區分成不同的分組，在每個分組內執行以下步驟；S2. 2 初始化最大迭代次數Zmax、初始化迭代計數ζ = 0 ；S2. 3 根據微小區覆蓋範圍以及同宏蜂窩基站的幹擾情況為各個微小區分配最小的發射功率；S2. 4:提取各個微小區在不同頻譜資源塊上的信幹噪比SINR，構成SINR矩陣，同時創建相同規模的參數矩陣Α、B，初始化矩陣中各個元素分別是SINR矩陣中對應的各個元素的函數，矩陣A、B中元素與SINR對應函數關係分別為a = SINR/(1+SINR), b = Iog2 (1+SINR) -SINRlog2 (SINR) / (1+SINR) ；a和b分別為A和B中的元素，並將各個微小區的各個頻譜資源塊上調度效用的總和作為優化目標函數，每個頻譜資源塊上的調度效用為一個獨立於功率大小的權重與該資源塊上用戶數據速率的乘積，優化目標函數為
6.如權利要求5所述的家庭基站幹擾管理方法，其特徵在於，所述步驟S2. 1中對微小區分組的方式如下根據各個微小區的小區信息，判斷彼此間大於一定幹擾閾值的微小區分為同一組，所述小區信息包括小區的ID、鄰居列表或者是小區間幹擾矩陣；檢查同一個微小區是否分別存在於多個組內，若是將所述多個組合併為一個組。
7.如權利要求5所述的家庭基站幹擾管理方法，其特徵在於，若所述重配置請求為資源申請請求，則步驟S5包括家庭基站管理裝置首先查看存儲著空閒頻譜資源的空間，如果存在空閒頻譜資源，則可以分配給家庭基站使用；如果當前不存在空閒頻譜資源，那麼家庭基站管理裝置將發送信令向系統內的其他家庭基站徵集相對閒置的頻譜，分配給發出請求的家庭基站；如果整體上整個家庭基站網絡處於相對繁忙的狀態，則家庭基站管理裝置在下一周期調度時觸發與發出資源請求家庭基站位於同一分組的家庭基站進行集中的頻譜重配置；家庭基站管理裝置將更新的資源配置信息發送給需要重新進行資源配置的家庭基站， 資源申請觸發過程結束。
8.如權利要求5所述的家庭基站幹擾管理方法，其特徵在於，若所述重配置請求為資源釋放請求，則步驟S5包括家庭基站管理裝置接收到資源釋放請求之後，進行資源釋放決策，釋放所述家庭基站部分資源，並將決策反饋給家庭基站；若家庭基站釋放了部分資源，使得各小區的幹擾情況發生了變化，導致鄰近該家庭基站的其他家庭基站在釋放資源的性能上有所提升，則家庭基站管理裝置對這些信道條件的變化進行記錄，並釋放其他家庭基站的部分資源；將釋放資源後的空閒資源信息發布給所述家庭基站管理裝置所連接的家庭基站。
9.如權利要求8所述的家庭基站幹擾管理方法，其特徵在於，所述將釋放資源後的空閒資源信息發布給所述家庭基站管理裝置所連接的家庭基站的方式為將空閒資源信息廣播給同時發出資源申請請求的家庭基站位於同一分組內的家庭基站；根據各個家庭基站的需求，將空閒資源信息廣播給部分用戶，或在家庭基站發出資源申請觸發的時候將可用資源信息發布給對應的家庭基站。
10.如權利要求1 9中任一項所述的家庭基站幹擾管理方法，其特徵在於，所述步驟 S3中，若家庭基站關閉，則斷開與所述家庭基站管理裝置的連接，同時所述家庭基站管理裝置將關閉的家庭基站的資源釋放給鄰近的家庭基站。
全文摘要
本發明公開了一種家庭基站幹擾管理系統，涉及家庭基站技術領域，包括家庭基站安全網關、若干家庭基站，還包括家庭基站管理裝置，所述若干家庭基站通過家庭基站安全網關連接所述家庭基站管理裝置，所述家庭基站用於向所述家庭基站管理裝置上傳基站信息，所述家庭基站管理裝置用於根據所述基站信息為所述家庭基站分配配置信息，使得所述家庭基站工作時與鄰近小區的幹擾最小化，所述配置信息包括家庭基站運行時所需資源及其相關的控制信令。還公開了一種家庭基站幹擾管理方法。本發明同時解決宏蜂窩小區和家庭基站之間，家庭基站和家庭基站之間的幹擾問題。
文檔編號H04W72/08GK102158970SQ20111013107
公開日2011年8月17日 申請日期2011年5月19日 優先權日2011年5月19日
發明者馮志勇, 張奇勳, 張平, 李一喆, 陳亞迷 申請人:北京郵電大學