本發(fā)明涉及無線通信技術領域，尤其涉及一種異構蜂窩網(wǎng)絡同頻組網(wǎng)時的基站頻譜分配方法。

背景技術：

無線蜂窩通信系統(tǒng)已演進到了異構蜂窩網(wǎng)絡部署的階段。與傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡中僅部署單一類型的宏基站相比，異構蜂窩網(wǎng)絡中增加了多種新的低功率基站類型，形成了如微小區(qū)(Microcell)、微微小區(qū)(Picocell)、毫微微小區(qū)(Femtocell)等新形式的網(wǎng)絡覆蓋結構。這種網(wǎng)絡結構的變化有很多好處，例如便于提高局部熱點區(qū)域的覆蓋性能，適應不同業(yè)務的需求等，但也帶來了一些網(wǎng)絡管理上的難題，比如網(wǎng)絡節(jié)點的頻率資源分配問題。傳統(tǒng)的單層同構蜂窩網(wǎng)絡的節(jié)點類型單一且網(wǎng)絡拓撲固定，頻譜資源分配主要依賴于預先規(guī)劃頻率復用方案，方案一旦確定可以長期適用。然而異構網(wǎng)絡中，由于某些業(yè)務的較高流動性或者移動終端的自主操作管理，造成網(wǎng)絡中Picocell、Femtocell基站數(shù)量的動態(tài)增減和位置的改變，無法一勞永逸的為整個網(wǎng)絡進行預先的、完善的頻譜規(guī)劃，這種情況下，為了保證網(wǎng)絡覆蓋性能，就需要節(jié)點能及時地重新適應這種變化，具有自組織、自管理的功能。

因此，如何在異構網(wǎng)絡中實現(xiàn)動態(tài)自主的基站頻譜資源分配是一個亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例提供了一種異構蜂窩網(wǎng)絡同頻組網(wǎng)時的基站頻譜分配方法，以實現(xiàn)在異構網(wǎng)絡中實現(xiàn)動態(tài)自主的基站頻譜資源分配。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術方案。

一種異構蜂窩網(wǎng)絡同頻組網(wǎng)時的基站頻譜分配方法，包括：

微小區(qū)基站加入異構蜂窩網(wǎng)絡后，測量并讀取所在的宏基站小區(qū)的當前網(wǎng)絡的基本配置信息，根據(jù)所述當前網(wǎng)絡的基本配置信息獲取頻譜池中的可用載波信息；

所述微小區(qū)基站根據(jù)其連接的移動終端的測量上報以及圖論理論，構建并向外廣播自己的鄰居干擾關系圖，根據(jù)得到的所有鄰居干擾關系圖計算出自己可用的載波數(shù)量；

所述微小區(qū)基站在載波選擇時隙內從所述可用載波中選擇自己可用的載波數(shù)量。

進一步地，所述的微小區(qū)基站加入異構蜂窩網(wǎng)絡后，測量并讀取所在的宏基站小區(qū)的當前網(wǎng)絡的基本配置信息，根據(jù)所述當前網(wǎng)絡的基本配置信息獲取可用載波，包括：

微小區(qū)基站加入異構蜂窩網(wǎng)絡后，測量并讀取所在的宏基站小區(qū)的系統(tǒng)信息，從系統(tǒng)消息中獲得當前網(wǎng)絡的基本配置信息，該基本配置信息包括頻譜池信息、所在宏基站小區(qū)的鄰居基站載波列表、載波選擇的順序、載波選擇調整時間窗口長度；

所述微小區(qū)基站根據(jù)所述當前網(wǎng)絡的基本配置信息確定可用載波，該可用載波為頻譜池中未被其所在宏小區(qū)基站和該宏小區(qū)基站的相鄰小區(qū)基站占用的載波。

進一步地，所述的微小區(qū)基站根據(jù)其連接的移動終端的測量上報以及圖論理論，構建并向外廣播自己的鄰居干擾關系圖，包括：

每個微小區(qū)基站根據(jù)與其連接的移動終端的測量上報以及圖論理論，構建并維護自己的鄰居干擾關系圖，在所述鄰居干擾關系圖中，頂點為微小區(qū)基站，如果任何兩個相鄰的微小區(qū)基站smallcella和small cellb滿足下述公式(1)

則微小區(qū)基站small cella和small cellb對應的頂點間由一條邊相連，表示該兩個相鄰微小區(qū)基站互相干擾，不能共用相同載波，其中，所述S_a是small cella中的移動終端的接收信號功率，其中S_b是small cellb中的移動終端的接收信號功率，I_a→b是從微小區(qū)基站small cella到small cellb的移動終端的干擾，I_b→a是從微小區(qū)基站small cellb到small cella的移動終端的干擾，σ²＝N₀W是在一個信道上的噪聲功率，C(x)＝log₂(1+x)是香農頻譜效率公式；

每個微小區(qū)基站構建或更新鄰居干擾關系圖后，向周圍鄰居基站廣播自己的鄰居干擾關系圖；每個微小區(qū)基站將接收到的鄰居基站廣播的鄰居干擾關系圖與自己的鄰居干擾關系圖進行合并后存儲。

進一步地，所述的根據(jù)得到的所有鄰居干擾關系圖計算出自己可用的載波數(shù)量，包括：

所述微小區(qū)基站從自己合并后存儲的鄰居干擾關系圖中確定自己所屬的Maximal clique最大集合，并以基數(shù)最大的Maximal clique的基數(shù)作為自己的度值D(v_k)，該度值D(v_k)為基數(shù)最大的Maximal clique中包含的微小區(qū)基站的數(shù)量，所述Clique是指鄰居干擾關系圖中兩兩之間均有邊相連接的頂點組成的集合，所述Maximal clique是指一個不能再加入任何新節(jié)點形成一個規(guī)模更大的集合的節(jié)點組成的集合；

所述微小區(qū)基站的可用的載波數(shù)量Ξ的計算公式如下：

表示向下取整，N表示頻譜池中該節(jié)點可用的載波數(shù)量，D(v_k)表示所述微小區(qū)基站的度值。

進一步地，所述的微小區(qū)基站在載波選擇時隙內從所述可用載波中選擇自己可用的載波數(shù)量，包括：

微小區(qū)基站從系統(tǒng)獲得所有微小區(qū)基站的優(yōu)先級，各個微小區(qū)基站在載波選擇調整時間窗口的每個選擇時隙內，根據(jù)系統(tǒng)指定的載波排序選擇其度值數(shù)量對應的載波數(shù)量，在選擇時隙結束時將自己的載波選擇結果轉發(fā)給周圍的鄰居微小區(qū)基站；

每個微小區(qū)基站根據(jù)自己存儲的鄰居干擾關系圖確定和自己相互干擾的基站列表，當微小區(qū)基站根據(jù)接收到的鄰居微小區(qū)基站發(fā)送的載波選擇結果發(fā)現(xiàn)和自己相互干擾的微小區(qū)基站選擇了相同載波，則微小區(qū)基站之間按照優(yōu)先級進行避讓，低優(yōu)先級的微小區(qū)基站放棄與高優(yōu)先級的干擾鄰居微小區(qū)基站相同的載波，并在下一選擇時隙進行載波重選。

進一步地，所述的方法還包括：

每個微小區(qū)基站對自己的度值進行實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)度值變化或收到高優(yōu)先級干擾鄰居微小區(qū)基站的載波選擇結果發(fā)現(xiàn)沖突，則觸發(fā)載波重選；

每個微小區(qū)基站之間的載波選擇結果沒有沖突或者載波選擇調整時間窗口結束，則微小區(qū)基站的載波選擇過程結束。

進一步地，所述的方法還包括：

各個微小區(qū)基站的優(yōu)先級按照入網(wǎng)時間先后來區(qū)分，入網(wǎng)時間越早，優(yōu)先級越高。

由上述本發(fā)明的實施例提供的技術方案可以看出，本發(fā)明實施例的頻譜分配方法可以使網(wǎng)絡拓撲結構動態(tài)變化的異構網(wǎng)絡中的small cell基站進行分布式的、自主的頻譜分配，以適應網(wǎng)絡拓撲結構的動態(tài)變化，并且優(yōu)化了網(wǎng)絡中的干擾，避免鄰近small cell小區(qū)之間的互相干擾。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實例的頻譜池中的頻譜資源示意圖。

圖2為本發(fā)明實例的網(wǎng)絡拓撲結構示意圖。

圖3為本發(fā)明實例的網(wǎng)絡拓撲結構示意圖中的small cell基站全部加入網(wǎng)絡后抽象出的全局干擾關系圖。

圖4為本發(fā)明實例中的small cell基站S1在全部small cell加入網(wǎng)絡后建立的本地干擾關系圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

本技術領域技術人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也可包括復數(shù)形式。應該進一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應該理解，當我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個或更多個相關聯(lián)的列出項的任一單元和全部組合。

本技術領域技術人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發(fā)明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現(xiàn)有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

為便于對本發(fā)明實施例的理解，下面將結合附圖以幾個具體實施例為例做進一步的解釋說明，且各個實施例并不構成對本發(fā)明實施例的限定。

實施例一

本發(fā)明實施例針對異構蜂窩網(wǎng)絡采用同頻組網(wǎng)時的基站層面頻譜分配問題，提出了一種頻譜分配方法，該方法可以使網(wǎng)絡中的低功率節(jié)點自主地適應網(wǎng)絡拓撲結構的動態(tài)變化。

該實施例提供了一種異構蜂窩網(wǎng)絡同頻組網(wǎng)時的基站頻譜分配方法的處理流程包括如下的處理步驟：

步驟1：將網(wǎng)絡分配的頻譜資源進行載波化，頻譜分配即以一個載波(Component Carrier)為基本單位，所有載波構成網(wǎng)絡的頻譜池。每個宏基站預先分配一個基本載波，相鄰宏基站小區(qū)按正交原則分配載波，相鄰宏基站之間通過X2接口傳遞各自的載波編號信息，每個宏基站建立一張被相鄰小區(qū)占用的載波列表；

步驟2，small cell(微小區(qū))基站加入網(wǎng)絡后，測量并讀取所在的宏基站小區(qū)的系統(tǒng)信息，獲得當前網(wǎng)絡的基本配置信息，該基本配置信息包括頻譜池信息、所在宏基站小區(qū)的鄰居基站載波列表、載波選擇的順序、載波選擇調整時間窗口長度等；

步驟3，small cell基站根據(jù)從宏基站獲得的系統(tǒng)信息確定可用載波，可用載波為頻譜池中未被其所在宏小區(qū)基站和該宏小區(qū)基站的相鄰小區(qū)基站占用的載波；

步驟4，每個small cell基站根據(jù)與其連接的UE的測量上報以及圖論理論，構建并維護鄰居干擾關系圖，在干擾關系圖中，頂點為small cell基站，如果任何兩個相鄰的small cella和small cellb滿足公式(1)

則其對應的頂點間由一條邊相連，表示該兩個相鄰small cell互相干擾，不能共用相同載波。其中S_a是small cella中的移動終端的接收信號功率，其中S_b是small cellb中的移動終端的接收信號功率，I_a→b是從small cella到small cellb的移動終端的干擾，I_b→a是從small cellb到small cella的移動終端的干擾，σ²＝N₀W是在一個信道上的噪聲功率，其中N₀為噪聲功率譜密度，W為信道的帶寬。

。C(x)＝log₂(1+x)是香農頻譜效率公式；

步驟5，每個small cell構建或更新鄰居干擾關系圖后，立即向周圍鄰居廣播自己的鄰居干擾關系圖；

步驟6，每個small cell周期性的監(jiān)聽周圍相鄰small cell的廣播信息，接收到鄰居small cell廣播的干擾關系圖后，建立(或更新)本地干擾關系圖，此本地干擾關系圖是該small cell自己的鄰居干擾關系圖和它所有相鄰small cell的鄰居干擾關系圖的合并；

步驟7，每個small cell根據(jù)圖論中的“Maximal clique”理論，從本地干擾關系圖中確定自己所屬的“Maximal clique”(最大集合),并以基數(shù)最大的“Maximal clique”的基數(shù)作為自己的“度”。

small cellv_k可以獲得的載波數(shù)量上界Ξ由其“度”值D(v_k)決定，即表示向下取整，N表示頻譜池中該節(jié)點可用的載波數(shù)量。每個small cell周期性的監(jiān)測自己的“度”值；

步驟8，微小區(qū)基站從系統(tǒng)獲得所有微小區(qū)基站的優(yōu)先級，各個微小區(qū)基站在載波選擇調整時間窗口的每個選擇時隙內，根據(jù)系統(tǒng)指定的載波排序選擇其度值數(shù)量對應的載波數(shù)量。在選擇時隙結束時將自己的載波選擇結果轉發(fā)給周圍的鄰居small cell。發(fā)生沖突時(即相互干擾的small cell選擇了相同載波)，small cell之間按照優(yōu)先級進行避讓，低優(yōu)先級的small cell放棄與高優(yōu)先級干擾鄰居相同的載波，并在下一選擇時隙進行載波重選；

步驟9，每個small cell根據(jù)步驟6和步驟7中所述方法對自己的“度”值保持實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)度值變化或收到高優(yōu)先級干擾鄰居的載波選擇結果發(fā)現(xiàn)沖突，則觸發(fā)載波重選，載波重選過程按步驟8中所述進行；

步驟10，small cell之間沒有沖突或者載波選擇調整時間窗口結束，small cell載波選擇過程結束。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，small cell的優(yōu)先級可以按照入網(wǎng)時間先后來區(qū)分，入網(wǎng)時間越早，優(yōu)先級越高，這樣可以使由新入網(wǎng)的small cell引起的載波選擇/重選過程對現(xiàn)網(wǎng)中的影響最小。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，small cell在完成載波選擇后，可以不在其所在的macro cell正在使用的載波上進行數(shù)據(jù)業(yè)務的傳輸，只進行必要的控制信令的傳輸，由此避免和macro cell間的跨層干擾。

實施例二

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種頻譜池中的頻譜資源示意圖，圖2為本發(fā)明實施例提供的一種網(wǎng)絡拓撲結構示意圖。請參閱圖1和圖2，宏基站A預先分配得一個基本載波CC1，宏基站B分得載波CC2，宏基站C分得載波CC3，CC1、CC2和CC3均相互正交，宏基站A、B和C通過X2接口相互傳遞各自的載波編號信息，各自建立一張被相鄰小區(qū)占用的載波列表。

假設small cell按照標號(S1—S7)的順序加入網(wǎng)絡，small cell的優(yōu)先級按照加入網(wǎng)絡的先后依次由高到低，每個small cell基站加入網(wǎng)絡后，測量并讀取所在的宏基站小區(qū)的系統(tǒng)信息，獲得當前網(wǎng)絡的基本配置信息，包括頻譜池信息、所在宏基站小區(qū)的鄰居基站載波列表、載波選擇的順序(本實例中，small cell基站的優(yōu)先級為按照載波編號依次從低到高選擇)、載波選擇調整時間窗口長度等，Small cell基站可以據(jù)此確定頻譜池中自己可用的空閑載波?？芍藢嵗衧mall cell基站S1—S7的可用空閑載波均為{CC4—CC9}。

圖3為本發(fā)明實例的網(wǎng)絡拓撲結構示意圖中的small cell基站全部加入網(wǎng)絡后抽象出的全局干擾關系圖，請參閱圖3，圖3顯示了small cell全部加入網(wǎng)絡后形成的全局干擾關系圖，圖中代表因相互干擾而無法公用相同載波的邊可由每個small cell基站可以根據(jù)公式(1)確定，因此每個small cell可以在UE的測量上報的輔助下確定自己的干擾鄰居，并通過接收干擾鄰居的廣播消息獲知其第二層干擾，即干擾鄰居的干擾鄰居，由此建立本地干擾關系圖，本地干擾關系圖是圖3所示全局干擾關系圖的子圖，以S1為例，當small cell全部加入網(wǎng)絡后，它的本地干擾關系圖如圖4所示，為頂點{S1,S2,S3,S4,S5，S6}以及這些頂點所確定的邊的集合。

再參閱圖3，每個small cell根據(jù)圖論中的“Maximal clique”理論，從本地干擾關系圖中確定自己所屬的“Maximal clique”,并以該clique的基數(shù)作為自己的“度”。在圖論中，“Clique”是指圖中兩兩之間均有邊相連接的頂點組成的集合，“Maximal clique”是指一個不能再加入任何新節(jié)點形成一個規(guī)模更大的“團”的節(jié)點組成的集合。圖3中的圈即為一個“Maximal clique”。一個頂點的“度”是它所在的最大“Maximal clique”的基數(shù)，該基數(shù)為“Maximal clique”中包含的頂點的數(shù)量。本實例中，全部small cell基站加入網(wǎng)絡后，各個small cell基站的“度”如圖3所示：S1,S2,S5,S6的“度”均為4，S3,S4的“度”均為3,S7的“度”為2。

接下來按照small cell加入網(wǎng)絡的順序說明每一個small cell的載波選擇/重選過程：

S1首先加入網(wǎng)絡后，會檢測到自己的“度”為1，它可以占用全部可用空閑載波，即CC4～CC9；

S2加入網(wǎng)絡后，由于和S1間存在干擾關系，會檢測到自己的“度”為2，S1也會檢測到自己的“度”變?yōu)?，只能使用一半數(shù)量的可用空閑載波，因此觸發(fā)載波重選，根據(jù)優(yōu)先級的規(guī)則(本實例為按載波編號由低到高依次選擇)，S1會選擇{CC4,CC5,CC6},S2因為優(yōu)先級比S1低，故會避讓S1，選擇{CC7,CC8,CC9}；

S3加入網(wǎng)絡后，由于沒有干擾鄰居，“度”為1，使用全部載波CC4～CC9；

S4加入網(wǎng)絡后，與S3成為干擾鄰居，“度”為2，S3檢測到“度”變?yōu)?，觸發(fā)載波重選，按載波編號順序選擇一半數(shù)量的載波，即{CC4,CC5,CC6},S4優(yōu)先級低于S3，會避讓S3，選擇{CC7,CC8,CC9}；

S5加入網(wǎng)絡后，與S1,S2,S3,S4均成為干擾鄰居，分別與{S1,S2}以及{S3,S4}構成兩個“Maximalclique”,其“度”為最大的“Maximal clique”的基數(shù)，即為3。S1,S2，S3和S4均檢測到“度”變?yōu)?,只能占用個載波，各自觸發(fā)載波重選，按照載波編號順序以及優(yōu)先級高低的避讓規(guī)則，最終的載波選擇結果將是：S1選擇{CC4，CC5}，S2選擇{CC6,CC7},S3選擇{CC4,CC5},S4選擇{CC6,CC7},S5選擇{CC8,CC9}；

S6加入網(wǎng)絡后，與S1,S2,S5均成為干擾鄰居,其“度”為4，S1,S2,和S5均檢測到“度”變?yōu)?，只能占用個載波，觸發(fā)載波重選。S3和S4“度”沒有變化，不受影響。按照載波編號順序以及優(yōu)先級高低的避讓規(guī)則，最終的載波選擇結果將是：S1{CC4}，S2{CC5}，S3{CC4,CC5}，S4{CC6,CC7}，S5選擇{CC8},S6選擇{CC6}；

S7加入網(wǎng)絡后,與S4成為干擾鄰居，其“度”為2，而S1,S2,S3,S4,S5,S6的“度”均無變化，保持載波不變，S7選擇結果為{CC4,CC5,CC8},

至此本實例的small cell載波選擇過程結束。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供的異構蜂窩網(wǎng)絡同頻組網(wǎng)時的基站頻譜分配方法具有如下的有益效果：

1.本發(fā)明所述的頻譜分配方法可以使網(wǎng)絡拓撲結構動態(tài)變化的異構網(wǎng)絡中的small cell基站進行分布式的、自主的頻譜分配，以適應網(wǎng)絡拓撲結構的動態(tài)變化，并且優(yōu)化了網(wǎng)絡中的干擾，避免鄰近small cell小區(qū)之間的互相干擾。

2.本發(fā)明所述的頻譜分配方法內層通過small cell之間優(yōu)先級的設置使新入網(wǎng)的small cell對全網(wǎng)的影響減小到局部，外層更有載波選擇調整時間窗口的限制，保障了載波選擇/重選不會無限制循環(huán)，有效避免了大量信令開銷。

3.本發(fā)明所述的頻譜分配方法可以有效在多層異構網(wǎng)絡中擴展應用，并不局限在兩層異構網(wǎng)絡中。

本領域普通技術人員可以理解：附圖只是一個實施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實施本發(fā)明所必須的。

通過以上的實施方式的描述可知，本領域的技術人員可以清楚地了解到本發(fā)明可借助軟件加必需的通用硬件平臺的方式來實現(xiàn)?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術方案本質上或者說對現(xiàn)有技術做出貢獻的部分可以以軟件產品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產品可以存儲在存儲介質中，如ROM/RAM、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，服務器，或者網(wǎng)絡設備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。

本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于裝置或系統(tǒng)實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述得比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。以上所描述的裝置及系統(tǒng)實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡單元上。可以根據(jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現(xiàn)本實施例方案的目的。本領域普通技術人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，即可以理解并實施。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。