宏基站-家庭基站系统下的频谱预留与载波交换方法

摘要

宏基站-家庭基站系统下的频谱预留与载波交换方法，属于无线通信领域。本发明基于HeNB载波选择的分布式动态高干扰区域载波预留技术，将eNB加入到方案中，起到辅助作用，更好地提高了系统性能，在eNB-HeNB动态拓扑网络下本项发明可提高系统频谱利用率并保持系统的稳定性。

权利要求

1.宏基站-家庭基站系统下的频谱预留与载波交换方法，基于包括宏基站、家庭基站、宏基站用户和家庭基站用户的系统，其特征在于它包括以下步骤：

1）将载波划分为家庭基站附近宏基站用户可使用的载波和家庭基站附近宏基站用户不可使用的载波；每个家庭基站根据其他家庭基站的信号干扰情况决定它与其他家庭基站间的禁止同信道信息，并将该信息发送给宏基站，宏基站建立禁止同信道表；

2）若宏基站用户的强干扰区域内出现家庭基站，且宏基站用户不能接入家庭基站，则调整所用的载波，使家庭基站和宏基站用户间不相互干扰；

3）若宏基站用户的强干扰区域内出现两个以上的家庭基站，且根据禁止同信道表判断所述家庭基站禁止同信道，则调整强干扰区域内出现禁止同信道家庭基站的宏基站用户的载波，使宏基站用户所用的载波集中于某若干家庭基站附近宏基站用户可使用的载波上；

4）当若干宏基站用户的强干扰区域内只有一个家庭基站时，调整宏基站用户的载波使它们重用一个家庭基站附近宏基站用户可使用的载波；

其中，所述步骤2）中，调整载波时，调整宏基站用户所用的载波，使宏基站用户与家庭基站所使用的载波相正交；

家庭基站开机后，测量并读取宏基站传送的对应宏基站的位于家庭基站附近的宏基站用户可使用的载波信息，并将该载波作为初始接入载波并建立小区；

宏基站用户测量、估计并确定他们各自强干扰区域内中是否存在家庭基站，并将结果报告给宏基站；

宏基站收到宏基站用户关于强干扰区域内存在家庭基站的报告后，向相应的家庭基站发送对应家庭基站的位于家庭基站附近的宏基站用户可使用的载波信息，并参照禁止同信道表调整宏基站用户和家庭基站的载波；

其中，判断宏基站用户的强干扰区内是否存在家庭基站的过程包括：

1）根据宏基站和家庭基站的上行测量，建立过热最大干扰容忍表；

2）根据宏基站用户下行信干噪比、家庭基站的过热最大干扰容忍表、家庭基站感知到的高于热噪声的宏基站用户上行干扰来判断基站用户的强干扰区域内是否存在家庭基站；

若宏基站用户下行信干噪比不满足信噪比要求，或家庭基站感知到的高于热噪声的宏基站用户上行干扰大于家庭基站的过热最大干扰容忍表时，则断定断基站用户的强干扰区域内存在家庭基站；所述的家庭基站感知到的高于热噪声的宏基站用户上行干扰由宏基站用户根据家庭基站与宏基站用户间的路损和宏基站用户发射功率估计获得。

2.根据权利要求1所述的宏基站-家庭基站系统下的频谱预留与载波交换方法，其特征在于：某家庭基站离开某个宏基站用户的强干扰区域后，当家庭基站附近宏基站用户可使用的载波剩余的容量低于预设的阈值时，将宏基站用户的载波转移到家庭基站附近宏基站用户不可使用的载波上。

说明书

宏基站-家庭基站系统下的频谱预留与载波交换方法

技术领域

[0001] 本项发明属于无线通信领域，可应用于3GPP长期演进(Long-Term Evolution，LTE)和LTE增强型(LTE-advanced)等。具体地说，本项发明所解决的问题为在宏基站(eNodeB，eNB)-家庭基站系统下载波自主选择和干扰抑制，此时网络中的所有节点在频谱池(包含一些载波)中选择可用的载波。本项发明是为封闭用户组(Closed Subscriber Group，CSG)家庭基站(HeNB)而设计的，但是也可应用于非CSG HeNB的场景中，此时在宏基站用户(Macro User Equipment，MUE)和HeNB及其家庭用户(Home User Equipment，HUE)之间存在强干扰。

背景技术

[0002] HeNB可分为两类：封闭接入和开放接入。在开放接入机制下，靠近HeNB的MUE允许接入HeNB，以得到更好的服务，减小干扰，与网络中的其它节点保持负载平衡等。但是在封闭接入机制下，MUE无法接入附近的HeNB，且如果HeNB与MUE使用相同载波，则MUE将会受到HeNB的强干扰。因此，应该将这部分MUE的载波转移到其它载波上，这样就能让MUE避免受到强干扰。

[0003] 从网络的角度来考虑，HeNB的位置是随机摆放的，相互之间没有协调。由于HeNB的网络环境是不确定的，因此很难对HeNB系统参数进行预先设定。在HeNB开机后，可使用自优化载波选择。此外，由于每一个在eNB覆盖范围内与eNB使用相同载波的HeNB都会对eNB产生干扰，因此需要控制HeNB的载波数量以防止对eNB产生过强的干扰。

[0004] 在2008E02584DK的文献中描述了一种多载波下的信道质量指示报告方案。其他一些资料中也有对载波自主选择的论述，讨论了对次载波选择的分布式控制，但是没有讨论eNB-HeNB场景下的情况，也没有考虑加入eNB后对HeNB的辅助作用。在背景干扰矩阵(Background Interference Matrix，BIM)方法中，每一个HeNB都有一个BIM，其中包含邻近HeNB对自己以及自己对邻近HeNB的干扰情况。这个方案中，判决和信息存储都是分布式的，但是此方案也可用于集中式控制。

[0005] 2008E01915 Fl，Facilitating umbrella wide-area cell supports for local-areadeployment over the air-interface和2008E01916 FI，Enabling umbrella wide area cellsupports for spectrum load balancing of local area deployment over the air-interface的文献中讨论了在HeNB环境下，eNB辅助控制自组织网络的方法。这种方法包括了信令交互过程，以及HeNB和eNB间可能存在的信令。其中也用到了小区间干扰协调(inter-cell interference coordination，ICIC)方法。然而，这些工作都没有专门讨论在eNB-HeNB动态拓扑网络下，如何有效共享可使用的频谱。

发明内容

[0006] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种宏基站-家庭基站系统下的频谱预留与载波交换方法，基于HeNB载波选择的分布式动态高干扰区域载波预留技术，来提高系统频谱利用率并保持系统的稳定性。

[0007] 为此，本发明采用以下技术方案：宏基站-家庭基站系统下的频谱预留与载波交换方法，基于一包括宏基站、家庭基站、宏基站用户和家庭基站用户的系统，其特征在于它包括以下步骤：

[0008] 1)将载波划分为家庭基站附近宏基站用户可使用的载波和家庭基站附近宏基站用户不可使用的载波；每个家庭基站根据其他家庭基站的信号干扰情况决定它与其他家庭基站间的禁止同信道信息，并将该信息发送给宏基站，宏基站建立禁止同信道表；

[0009] 2)若宏基站用户的强干扰区域内出现家庭基站，且宏基站用户不能接入家庭基站，则调整所用的载波，使家庭基站和宏基站用户间不相互干扰；

[0010] 3)若宏基站用户的强干扰区域内出现两个以上的家庭基站，且根据禁止同信道表判断所述家庭基站禁止同信道，则调整强干扰区域内出现禁止同信道家庭基站的宏基站用户的载波，使宏基站用户所用的载波集中于某若干家庭基站附近宏基站用户可使用的载波上；

[0011] 4)当若干宏基站用户的强干扰区域内只有一个家庭基站时，调整宏基站用户的载波使它们重用一个载波。

[0012] 作为对上述技术方案的完善和补充，本发明进一步采取如下技术措施或是这些措施的任意组合：

[0013] 步骤2)中，调整载波时，调整宏基站用户所用的载波，使宏基站用户与家庭基站所使用的载波相正交。

[0014] 步骤2)中，调整载波时，调整家庭基站所用的载波，使宏基站用户与家庭基站所使用的载波相正交。

[0015] 家庭基站开机后，测量并读取宏基站传送的对应宏基站的位于家庭基站附近的宏基站用户可使用的载波信息，并将该载波作为初始接入载波并建立小区；

[0016] 宏基站用户测量、估计并确定他们各自强干扰区域内中是否存在家庭基站，并将结果报告给宏基站；

[0017] 宏基站收到宏基站用户关于强干扰区域内存在家庭基站的报告后，向相应的家庭基站发送对应家庭基站的位于家庭基站附近的宏基站用户可使用的载波信息，并参照禁止同信道表调整宏基站用户和家庭基站的载波。

[0018] 判断宏基站用户的强干扰区域内是否存在家庭基站的过程如下：

[0019] 1)根据宏基站和家庭基站的上行测量，建立过热最大干扰容忍表；

[0020] 2)根据宏基站用户下行信干噪比、家庭基站的过热最大干扰容忍表、家庭基站感知到的高于热噪声的宏基站用户上行干扰来判断基站用户的强干扰区域内是否存在家庭基站；若宏基站用户下行信干噪比不满足信噪比要求，或家庭基站感知到的高于热噪声的宏基站用户上行干扰大于家庭基站的过热最大干扰容忍表时，则断定断基站用户的强干扰区域内存在家庭基站；所述的家庭基站感知到的高于热噪声的宏基站用户上行干扰由宏基站用户根据家庭基站与宏基站用户间的路损和宏基站用户发射功率估计获得。

[0021] 某家庭基站离开某个宏基站用户的强干扰区域后，当家庭基站附近宏基站用户可使用的载波剩余的容量低于预设的阈值时，将宏基站用户的载波转移到家庭基站附近宏基站用户不可使用的载波上。

[0022] 有益效果：本发明基于HeNB载波选择的分布式动态高干扰区域载波预留技术，将eNB加入到方案中，起到辅助作用，更好地提高了系统性能，在eNB-HeNB动态拓扑网络下本项发明可提高系统频谱利用率并保持系统的稳定性。

附图说明

[0023] 图1为本发明的强干扰区示意图；

[0024] 图2为本发明eNB覆盖范围内HeNB的随机分布系统示意图；

[0025] 图3为本发明禁止同信道表示意图；

[0026] 图4为本发明MUE_NH_SB重用方案示意图。

具体实施方式

[0027] 宏基站-家庭基站系统下的频谱预留与载波交换方法，可分为三大部分：预备过程、载波选择过程、网络运行期间eNB-specific-MUE_NH_SB(对应宏基站的位于家庭基站附近的宏基站用户可使用的载波)信息的更新。

[0028] (一)预备过程

[0029] 先将载波划分为两部分：位于HeNB附近的宏基站用户可使用的载波(MUE_NH_SB，Serving Band for Macro UE Near HeNB)和位于HeNB附近的宏基站用户不可使用的载波(Non-MUE_NH_SB)。

[0030] 从HeNB中接收禁止同信道信息，建立禁止同信道表。

[0031] (二)载波选择过程

[0032] MUE的载波调整基于以下原则：

[0033] 当使用禁止同信道的HeNB出现在MUE的强干扰区域(High InterferenceRegion，HIR)内时，应将所用载波转换为优先级较高的载波，让出现的HeNB免受干扰。

[0034] MUE受到某个HeNB的限制时，应将MUE所用载波尽量集中于某个(或某些)载波，这样可以增加频谱重用的灵活性。

[0035] 载波选择信令及过程：

[0036] 在HeNB载波选择中，对MUE_NH_SB使用一种分层信令机制和对应的过程。

[0037] 在分层信令机制中，同时需要普通信令和特定信令，以支持不同阶段下的载波预留信息的传递：

[0038] 普通信令可以使用：

[0039] 1)当前的BCH码，将一种新的信息，MUE_NH_SB，引入某个SIB(SystemInformation Blocks，系统信息块)或引入一个新的SIB；

[0040] 2)eNB和HeNB间的空中接口(无线backhaul接口)。

[0041] 特定信令可以使用：

[0042] 1)从一个网络控制单元，如基于网络O&M配置(如O&M服务器)，HeNB网关(Gateway，GW)连接到eNB的网关；

[0043] 2)eNB和HeNB的空口。

[0044] 具体过程如下：

[0045] 1)HeNB开机；

[0046] 2)HeNB测量并读取eNB-specific-MUE_NH_SB信息；

[0047] 3)HeNB通过使用eNB-specific-MUE_NH_SB信息为初始接入选择载波；

[0048] 4)HeNB建立小区并发送相关信息(SynchCH、PBCH、RS等)；

[0049] 5)MUE测量、估计并确定他们各自HIR中HeNB的存在；

[0050] 6)MUE向eNB发送EHNB_IN_HIR信号，表明HIR中HeNB的存在；

[0051] 7)eNB从UE报告和禁止同信道表格中判定是否存在HeNB使用禁止同信道；

[0052] 8)若有HeNB使用禁止同信道，则HeNB将MUE转换至MUE_NH_SB；

[0053] 9)eNB对HeNB设置HeNB-specific-MUE_NH_SB(对应家庭基站的位于家庭基站附近的宏基站用户可使用的载波)，并将此信息发送至HeNB；

[0054] 10)基于HeNB-specific-MUE_NH_SB和流量需求，HeNB选择载波(排除MUE选用的载波)。

[0055] 其中HIR判决和报告如下：

[0056] 在eNB和HeNB中，可以基于改进后的eNB(HeNB)上行测量，建立过热最大干扰容忍(Maximum Tolerable Interference Over Thermal，MTIOT)表，这张表可以帮助HeNB的载波选择和改变MUE的载波。具体而言，MTIOT可以用于：

[0057] 在eNB覆盖下的HeNB不会为eNB带来较强的上行干扰(由eNB广播MTIOT，HeNB在对HUE测量和干扰估计后确定频谱的使用)；

[0058] 不会对HeNB的上行产生强干扰(MTIOT由HeNB广播，MUE将根据MTIOT和本地测量与估计，确定载波的转换)。

[0059] 可以周期性地更新MTIOT，也可由于干扰环境的改变触发MTIOT的更新。可以从空口(通过广播控制信道(Broadcast Control Channel，B载波H)等)或主干网(从灵活频谱使用(Flexible Spectrum Usage，FSU)服务器等)获得MTIOT。

[0060] 经过载波转移的MUE被集中于MUE_NH_SB，这些MUE的附近都出现了HeNB，特别是HeNB为CSG而MUE不属于这个CSG，因而即使从HeNB收到较强的RSRP也无法接入HeNB。在MUE附近禁止MUE与HeNB同信道的区域被称为强干扰区(HIR)，如错误！未找到引用源。
所示。如果HeNB位于MUE的HIR中时，MUE将被调整至MUE_NH_SB或其它频段(如果MUE_NH_SB已无法满足MUE的需求)。基于双向干扰条件并考虑以下内容，可判定HeNB是否位于HIR中：

[0061] MUE下行信干噪比(Signal Interference Noise Ratio，SINR)；

[0062] MUE下行SINR及对HeNB的干扰；

[0063] HeNB的MTIOT；

[0064] HeNB感知到的高于热噪声的MUE上行干扰(由MUE根据HeNB与MUE间的路损和MUE发射功率估计获得)。

[0065] 如果MUE的SINR不满足SINR要求，或HeNB感知到的大于热噪声的MUE上行干扰大于MTIOT时，HeNB即被认为是HIR。

[0066] MUE向eNB报告在它的HIR中出现HeNB，eNB根据流量状态采取相应的行动。

[0067] 对HeNB在HIR中的判定是由MUE而不是由eNB做出的，因为如果向eNB反馈所需信息可能需要大量的信令开销(MUE SINE，HeNB MTIOT，MUE至HeNB间的路径损耗等)。一旦发现有HeNB位于HIR中，MUE将向eNB发送相关信息(EHNB_IN_HIR，其中包含了用于流量重置的HeNB信息)，告知eNB在MUE附近出现了HeNB，并要求采取相应的干扰抑制措施。

[0068] 当eNB收到EHNB_IN_HIR后，将核对并确定MUE_NH_SB中的载波，然后将MUE调整至这些载波中。

[0069] (三)在网络运行期间更新eNB-specific-MUE_NH_SB信息

[0070] 为了增加HeNB的MUE_NH_SB重用自由度，需要在MUE_NH间交换或者调整HeNB-specific-MUE_NH_SB，这由eNB负责，相应的信息HeNB-specific-MUE_NH_SB需要更新。

[0071] 由于HeNB出现在MUE的HIR，因此根据特定的流量需求，需要为MUE配置多个MUE_NH_SB，每一个载波都与某些MUE组的HIR相对应。在以下情况中HeNB可以重用某个MUE_NH_SB，即HeNB不属于任何一个HIR或位于某个不与HIR相重叠的另一个HIR中，且MUE在某种场景下的MUE_NH_SB分布较为合适。换句话说，MUE在MUE_NH_SB中的流量分布决定了HeNB重用eNB-specific-MUE_NH_SB的自由度。

[0072] 在以下几种情况下，通过相邻小区测量，HeNB不再属于MUE(设为MUE1)的HIR：1)HeNB关机；2)MUE离开了HeNB的覆盖范围，两者之间不再有强于扰等，从HeNB为MUE预留足够的资源来说，MUE1应该被重置于non-MUE_NH_SB内。但是为了减小载波转移对流量和信令开销所带来的影响，只有当MUE_NH_SB剩余的容量(用Th_capacity表示)低于某个阈值时，才考虑将MUE转移到non-MUE_NH_SB。

[0073] MUE周期性地监测双向干扰条件，并在MUE和HeNB之间干扰较小时，MUE向eNB发送信令EHNB_OUT_HIR，表明HeNB离开了HIR。如果MUE_NH_SB剩余容量小于Th_capacity，则eNB将把MUE1从MUE_NH_SB切换到non-MUE_NH_SB，或将MUE1放于带宽转换集合(用Band_Transfer_set表示)中，这是在eNB中建立的一个集合，其中的MUE是将被排除出MUE_NH_SB的候选UE。在网络运行过程中，当越来越多的MUE的HIR中有HeNB时，在下列情况下Band_Transfer_set中的部分或所有MUE将被转换到non-MUE_NH_SB：

[0074] 当Band_Transfer_set 中MUE_NH 的 数 量 超 过 某 个 阈 值 时，会 释 放eNB-specific-MUE_NH_SB中的载波，这样做能够增加HeNB选择初始载波的灵活性并保持系统的稳定性，减小MUE掉线几率。当某个载波被释放后，eNB-specific-MUE_NH_SB需要更新。

[0075] 下面举例说明本发明的过程。

[0076] 如图2所示系统，三个位置随机摆放的HeNB都在宏基站eNB的覆盖范围内，并有三个高干扰区域(HIR)，分别为(MUE_NH1、MUE_NH1)，(MUE_NH1、MUE_NH1、MUE_NH3、MUE_NH4)和(MUE_NH5、MUE_NH6)。如错误！未找到引用源。所示，频谱池中包括5个连续的载波(CC)供一个eNB和在eNB覆盖下的HeNB分配使用，其中CC1、CC2用MUE_NH_SB标识，供MUE_NH1～MUE_NH6使用，其余用non-MUE_NH_SB标识。此外，假设HeNB1和HeNB2之间存在强干扰，无法使用同一载波。HeNB能够决定禁止同信道，例如NSN的BIM方案或其它的方法表明了干扰和QoS的限制，将这一信息发送到eNB，通过得到HeNB1～HeNB3的信息构建禁止同信道矩阵(错误！未找到引用源。，其中“1”表示禁止，“0”表示允许)。

[0077] 假设HeNB按照以下顺序开机，HeNB1、HeNB2、HeNB3，则整个过程如下：

[0078] 1)HeNB1开机；

[0079] 2)HeNB1测量并读取eNB-specific-MUE_NH_SB信息；

[0080] 3)HeNB1通过使用eNB-specific-MUE_NH_SB信息为初始接入选择载波；

[0081] 4)HeNB1建立小区并发送相关信息(SynchCH、PBCH、RS等)；

[0082] 5)MUE1～MUE2测量、估计并确定他们各自HIR中HeNB1的存在；

[0083] 6)MUE1～MUE2向eNB发送EHNB_IN_HIR；

[0084] 7)HeNB将MUE1～MUE2的载波转至CC1；

[0085] 8)eNB对HeNB1设置HeNB-specific-MUE_NH_SB(CC1)，并将此信息发送至HeNB1；

[0086] 9)基于HeNB-specific-MUE_NH_SB和流量需求，HeNB1选择CC。

[0087] HeNB2开机

[0088] 1)HeNB2测量并读取eNB-specific-MUE_NH_SB信息；

[0089] 2)HeNB2通过使用eNB-specific-MUE_NH_SB信息为初始接入选择载波；

[0090] 3)HeNB2建立小区并发送相关信息(SynchCH、PBCH、RS等)；

[0091] 4)MUE1～MUE2测量、估计并确定他们各自HIR中HeNB2的存在(在下一节中详述)；

[0092] 5)MUE1～MUE2向eNB发送EHNB_IN_HIR；

[0093] 6)eNB从UE报告和禁止同信道表格中发现HeNB1和HeNB2禁止使用同信道，它们对MUE1和MUE2产生了强干扰；

[0094] 7)首先将MUE3和MUE4调整至CC1，如果CC1所能提供的容量不足，则将一个或一个以上的UE调整至CC2；

[0095] 8)eNB对HeNB2设置HeNB-specific-MUE_NH_SB(CC1或CC1+CC2)，并将此信息发送至HeNB2；

[0096] 9)基于HeNB-specific-MUE_NH_SB和流量需求，HeNB2选择CC。

[0097] HeNB3开机

[0098] 1)HeNB3测量并读取eNB-specific-MUE_NH_SB信息；

[0099] 2)HeNB3通过使用eNB-specific-MUE_NH_SB信息为初始接入选择载波；

[0100] 3)HeNB3建立小区并发送相关信息(SynchCH、PBCH、RS等)；

[0101] 4)MUE5～MUE6测量、估计并确定他们各自HIR中HeNB3的存在(在下一节中详述)；

[0102] 5)MUE5～MUE6向eNB发送EHNB_IN_HIR；

[0103] 6)eNB从UE报告和禁止同信道表格中发现HeNB3附近没有HeNB(不会对其它HeNB产生限制)；

[0104] 首先将MUE3和MUE4调整至

[0105] CC1：如果CC1中剩余的容量能满足MUE5～MUE6的需求；

[0106] CC2：如果CC1中剩余的容量无法满足MUE5～MUE6的需求；

[0107] 基于前述的MUE载波调整原则，将MUE5调整至CC1，将MUE6调整至CC2，不是较理想的方案，因为这将导致HeNB-specific-MUE_NH_SB为CC1+CC2，这降低了HeNB3的CC选择的灵活性；

[0108] eNB对HeNB3设置eNB-specific-MUE_NH_SB(CC1或CC1)，并将此信息发送至HeNB3；

[0109] 基于HeNB-specific-MUE_NH_SB和流量需求，HeNB3选择CC。

[0110] 网络运行期间更新信息eNB-specific-MUE_NH_SB

[0111] 考虑错误！未找到引用源。中的系统，两个随机摆放的HeNB处于开机运行状态。由于HeNB的出现，MUE1～MUE4被调整至MUE_NH_SB上。假设调整的先后次序为MUE1-MUE2-MUE3-MUE4，最初MUE1和MUE3被调整至CC1上，MUE2和MUE4被调整至CC2上。如错误！未找到引用源。所示，这样的CC调整的结果限制了HeNB和HeNB-specific-MUE_NH_SB的配置。另一方面，如果MUE2和MUE3交换所用载波，则每一个HeNB只有一个被禁止使用的CC，这能够增加这两个HeNB的CC选择自由度。下表为在MUE不同的流量分布下的HeNB-specfic MUE_NH_SB：

[0112]MUE_NH1和 MUE_NH1和
MUE_NH3使用CC1 MUE_NH2使用CC1
MUE_NH2和 MUE_NH3和
MUE_NH4使用CC2 MUE_NH4使用CC2
eHNB1-specfic
CC1和CC2 CC2
MUE_NH_SB
eHNB2-specfic
CC1和CC2 CC1
MUE_NH_SB

[0113] 在调整CC之后，eNB将CC2和CC1分别配置为HeNB1和HeNB2的MUE_NH_SB。

[0114] 应当指出，本实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。