專利名稱：下一代移動通信異構網絡中的頻譜切換方法
下一代移動通信異構網絡中的頻譜切換方法技術領域
本發(fā)明屬于移動通信技術領域，尤其涉及一種移動通信異構網絡中的頻譜切換 方法。
背景技術：
面向高級國際移動通信(IMT-Advanced)的網絡是一個異構的網絡，其中既有集 中式控制的系統(tǒng)(即蜂窩系統(tǒng)，例如WiMAX，LTE, TD-SCDMA等)，又包含終端設 備間可以直接通信的ad-hoc或者MESH系統(tǒng)。集中式控制的系統(tǒng)中，所有的終端設備 (User Equipment，簡稱UE)之間的通信必須要通過基站(BS，或者NB，eNB)的控制。 而在Ad-hoc網絡中，終端設備之間可以直接進行通信，或者通過另一個終端設備進行中 繼。圖1是面向IMT-Advanced的異構網絡示意圖，圖1中，在蜂窩網絡中，即使兩個 終端設備相鄰很近，也必須要通過基站之類的中心控制器來進行通信的控制，包括發(fā)射 功率的控制以及使用的資源的分配。這樣的集中式控制的系統(tǒng)的優(yōu)點是便于資源管理以 及干擾控制，但是缺點在于資源的使用效率不是很高。例如，即使兩個終端設備相距很 近，也要使用雙倍的資源來進行通信。因此，為了提高頻譜使用效率，獲得更高的系統(tǒng) 吞吐量，LTE-Advanced中已經提出了一種終端設備間直接通信的模式(Device-to-Device Communication, D2D)，這樣的通信網絡將不再是單一模式的網絡，而是集中式網絡和 分布式網絡并存的混合式網絡。圖1就是這樣的一種網絡，在圖1中，一個終端設備可 以直接給另一個終端設備發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以在基站的控制下與另一個終端設備通信，甚 至可以同時與基站和其他終端設備進行通信。甚至蜂窩系統(tǒng)中的兩個D2D系統(tǒng)可以復用 相同的頻率資源。與單一模式的網絡相比，這種混合網絡無疑將能夠更大地提升通信網 絡系統(tǒng)的性能。
本發(fā)明中考慮的蜂窩系統(tǒng)包括兩類，一類是屬于WiMAX系統(tǒng)的蜂窩系統(tǒng)，另 一類是屬于LTE的蜂窩系統(tǒng)。D2D系統(tǒng)則屬于ad-hoc系統(tǒng)，是完全分布式的，終端設 備間在滿足一定條件下可以直接進行通信。D2D系統(tǒng)與蜂窩系統(tǒng)的上行傳輸復用相同的 頻率資源，這是因為上行傳輸?shù)睦寐时绕鹣滦袀鬏攣淼秃芏?，有利于更好地實現(xiàn)資源 的復用和干擾的檢測。由于D2D系統(tǒng)與蜂窩系統(tǒng)復用上行資源，因此，在D2D系統(tǒng)與 蜂窩系統(tǒng)之間，很容易產生干擾。圖2是蜂窩系統(tǒng)上行通信對D2D系統(tǒng)的干擾示意圖。 圖2中，終端設備3與終端設備4形成了一個D2D系統(tǒng)，蜂窩小區(qū)的終端設備1由于距 離D2D系統(tǒng)較近，因此當D2D系統(tǒng)與終端設備1復用相同的頻率資源進行通信時，將對 D2D系統(tǒng)產生不可避免的嚴重干擾。由于蜂窩系統(tǒng)具有較高優(yōu)先級，因此D2D系統(tǒng)需 要及時檢測出干擾的頻率以及獲得可用頻率的信息，并且實現(xiàn)平穩(wěn)的頻譜切換。根據(jù)路 徑損耗公式，當終端設備從低頻段切換到高頻段時，路徑損耗會更大，因此有可能使得 D2D系統(tǒng)的覆蓋范圍縮小，使得一些處于D2D系統(tǒng)小區(qū)邊緣的D2D用戶的通信被中斷。 公式1給出了 Okumura-Hata路徑損耗的表達式
LdB = α + β log10d- Y
α = 69.55+26.161og10fc-13.821og10hb
β = 44.9-6.551og10hb (1)
y = 3.2 (Iog10 (11.7554hr) )2-4.97
從公式(1)中可以看出，隨著頻率的增加，路徑損耗值將有明顯的增加。圖3是 頻譜切換對系統(tǒng)覆蓋范圍的影響示意圖，圖3顯示了當頻率從低頻段切換到高頻段時， 對D2D系統(tǒng)的覆蓋范圍產生的影響。從圖3中可以看出，當頻率從低頻段切換到高頻 段時，D2D系統(tǒng)的覆蓋范圍明顯減小，使得處于小區(qū)邊緣的終端設備4在新的工作頻率 下無法再接入D2D系統(tǒng)中。由此可以看出，準確地檢測干擾頻率和可以使用的頻率， 并在保證不影響終端設備正常工作的情況下，根據(jù)可使用的頻率進行頻譜切換，是面向 IMT-Advanced的異構網絡亟待解決的問題。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供一種移動通信異構網絡中的頻譜切換方法，檢測蜂窩 系統(tǒng)的干擾頻率和可使用頻率，并根據(jù)檢測結果進行頻譜切換，從而保證D2D系統(tǒng)的邊 緣設備在工作頻率切換過程中仍然能夠保持通信而不掉線。
技術方案是，一種移動通信異構網絡中的頻譜切換方法，其特征是所述方法包 括下列步驟
步驟1 獲取蜂窩系統(tǒng)終端設備對D2D系統(tǒng)的平均干擾水平信息表，設定可接 受平均干擾水平；
步驟2:在平均干擾水平信息表中，按照平均干擾水平由小到大的順序，將與 平均干擾水平對應的蜂窩系統(tǒng)終端設備進行排序，而后移動到平均干擾水平信息表的最 頂部的記錄；
步驟3:當D2D系統(tǒng)發(fā)生頻譜切換時，在平均干擾水平信息表中，查找當前的 平均干擾水平所對應的終端設備；
步驟4: D2D系統(tǒng)判斷使用查找到的終端設備的頻率是否會導致覆蓋范圍縮 小，如果是，則執(zhí)行步驟5;否則，執(zhí)行步驟7;
步驟5:判斷當前的平均干擾水平是否大于可接受平均干擾水平，如果是，則 執(zhí)行步驟8;否則，執(zhí)行步驟6;
步驟6:在平均干擾水平信息表中，下移一條記錄，返回步驟3;
步驟7 D2D系統(tǒng)的簇頭通知每個終端設備使用查找到的終端設備的頻率進行 D2D通信；
步驟8 D2D系統(tǒng)的簇頭通知基站和該D2D系統(tǒng)邊緣的終端設備切換至蜂窩系 統(tǒng)，并將待發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送至基站；或者，將D2D系統(tǒng)邊緣的終端設備切換至另一個 D2D系統(tǒng)中，并將待發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送至另一個D2D系統(tǒng)中。
所述獲取WiMAX蜂窩系統(tǒng)終端設備對D2D系統(tǒng)的平均干擾水平信息表具體包 括
步驟11 基站通過下行廣播信道向D2D系統(tǒng)中的所有終端設備發(fā)送上行資源分 配信息；
步驟12 D2D系統(tǒng)每一個終端設備接收到上行資源分配信息，在所述上行資源分配信息上進行檢測從而得到各自的平均干擾水平，并將其存儲到平均干擾水平信息表 中。
所述獲取LTE蜂窩系統(tǒng)終端設備對D2D系統(tǒng)的平均干擾水平信息表具體包括
步驟21 基站通過下行廣播信道向D2D系統(tǒng)中的所有終端設備發(fā)送終端設備所 對應的小區(qū)無線網絡臨時標識；
步驟22 基站通過下行物理控制信道向D2D系統(tǒng)中的所有終端設備發(fā)送加密的 上行資源分配信息；
步驟23 每一個D2D系統(tǒng)中的終端設備使用各自的小區(qū)無線網絡臨時標識，解 密所述加密的上行資源分配信息，得到上行資源分配信息；
步驟D2D系統(tǒng)的簇頭根據(jù)上行資源分配信息，計算每一個終端設備的平均 干擾水平，并將計算結果存儲到平均干擾水平信息表中。
本發(fā)明能夠獲得終端設備復用資源所使用的工作頻率，在保證D2D系統(tǒng)的邊緣 用戶在該工作頻率下不掉線的同時，確保受到來自于蜂窩小區(qū)干擾最小，同時不干擾蜂 窩用戶的正常通信。


圖1是面向IMT-Advanced的異構網絡示意圖2是蜂窩系統(tǒng)上行通信對D2D系統(tǒng)的干擾示意圖3是頻譜切換對系統(tǒng)覆蓋范圍的影響示意圖4是移動通信異構網絡中的頻譜切換方法流程圖5是蜂窩系統(tǒng)終端設備的平均干擾水平信息表生成示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示 例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應用。
在3G和B3G系統(tǒng)中，基站給終端設備分配上行資源的時候是動態(tài)分配的，這意 味著精確預測終端設備將要使用的上行頻率幾乎是不可能的。因此，常用的盲檢測方法 并不適用于IMT-Advanced的異構網絡。在本發(fā)明中，我們將針對蜂窩系統(tǒng)為WiMAX的 系統(tǒng)與LTE的系統(tǒng)，分別闡述D2D系統(tǒng)的終端設備如何進行干擾的檢測。
圖4是移動通信異構網絡中的頻譜切換方法流程圖，圖4中，本發(fā)明提供的移動 通信異構網絡中的頻譜切換方法包括
步驟1 獲取蜂窩系統(tǒng)終端設備對D2D系統(tǒng)的平均干擾水平信息表，設定可接 受平均干擾水平。
在WiMAX系統(tǒng)里，上行的資源分配信息是可以被所有終端設備譯出來的，因 此可以利用這個特點實現(xiàn)D2D系統(tǒng)中的干擾檢測。具體實現(xiàn)步驟為
步驟11 基站通過下行廣播信道向D2D系統(tǒng)中的所有終端設備發(fā)送上行資源分 Kfn 息。
在WiMAX系統(tǒng)里，這個上行資源分配信息在802.16的UL-MAP中，沒有被其他算法加密，因此對于D2D系統(tǒng)的終端設備而言，只要知道了 WiMAX系統(tǒng)的下行廣播信道，就可以接收這個資源分配信息。
步驟12 D2D系統(tǒng)每一個終端設備接收到上行資源分配信息，在上行資源分配 信息上進行檢測從而得到各自的平均干擾水平，并將其存儲到平均干擾水平信息表中。
終端設備譯出上行資源分配的消息表后，具有認知功能的D2D系統(tǒng)的終端設備 就能知道資源分配的消息。然后D2D系統(tǒng)的終端設備就去到上行資源分配信息中進行檢 測，檢測一段時間就能得到一個平均的干擾水平的信息，并且將這個信息記錄在平均干 擾水平信息表中。
在LTE系統(tǒng)中，平均干擾水平信息表的獲取過程與在WiMAX系統(tǒng)的過程相 似，所不同的是，在LTE系統(tǒng)中，終端設備的上行資源分配信息在基站發(fā)送的下行物理 控制信道(Physical Downlink Control Channel，PDCCH)上的信令中，而這個信令是由每 個終端設備的 C-RNTI (Cell Radio Network TemporaryIdentifier)所加密的。因此，為了能 夠譯出PDCCH上關于上行資源分配的信令，基站(eNB)需要把蜂窩小區(qū)用戶的C-RNTI 的列表先廣播給所有D2D系統(tǒng)的簇頭。在LTE系統(tǒng)中，平均干擾水平信息表獲取過程 是
步驟21 基站通過下行廣播信道向D2D系統(tǒng)中的所有終端設備發(fā)送終端設備所 對應的小區(qū)無線網絡臨時標識。
步驟22 基站通過下行物理控制信道向D2D系統(tǒng)中的所有終端設備發(fā)送加密的 上行資源分配信息。
步驟23:每一個終端設備使用各自的小區(qū)無線網絡臨時標識，解密所述加密的 上行資源分配信息，得到上行資源分配信息。
步驟D2D系統(tǒng)的簇頭根據(jù)上行資源分配信息，計算每一個終端設備的平均 干擾水平信息，并將計算結果存儲到平均干擾水平信息表中。
步驟2:在平均干擾水平信息表中，按照平均干擾水平由小到大的順序，將與 平均干擾水平對應的終端設備進行排序，而后移動到平均干擾水平信息表的最頂部的記錄。
圖5是蜂窩系統(tǒng)終端設備的平均干擾水平信息表生成示意圖。圖5中，蜂窩系 統(tǒng)終端設備1對D2D系統(tǒng)產生的干擾最小，其影響程度被標為1。產生這種情況的原因 是由于終端設備1距離D2D系統(tǒng)較遠，或者采用了有效的功率控制，使得終端設備1的 發(fā)射功率較小。
平均干擾水平信息表直接表明蜂窩系統(tǒng)中的終端設備對D2D系統(tǒng)的影響，不是 某個頻率上干擾大小的反應。這個結果是經過一段時間測量后得到的平均值，而不是根 據(jù)一次結果得到的值。由于是平均值，所以能較真實地反映出蜂窩系統(tǒng)中的終端設備對 D2D系統(tǒng)的影響水平。每一個D2D系統(tǒng)形成一個簇(cluster)，其中的簇頭(cluster head) 承擔干擾檢測和制表的任務。
步驟3:當D2D系統(tǒng)發(fā)生頻譜切換時，在平均干擾水平信息表中，查找當前的 平均干擾水平所對應的終端設備。
步驟4: D2D系統(tǒng)判斷使用查找到的終端設備的頻率是否會導致覆蓋范圍縮 小，如果是，則執(zhí)行步驟5;否則，執(zhí)行步驟7。
這里需要重申D2D系統(tǒng)的握手過程。在一個宏蜂窩小區(qū)中，可能包含多個D2D6系統(tǒng)。為了避免多個D2D系統(tǒng)之間發(fā)生的資源的爭用，不同D2D系統(tǒng)的簇頭將通過 CSMA/CA的接入機制進行握手，雙方互相發(fā)送RTS/CTS/ACK/NACK等信令，類似于 ad-hoc網絡中的握手過程。這種接入機制保證了在同一時刻，在同一個干擾范圍內，僅 有一個D2D系統(tǒng)使用一個專門的頻率資源，而不會發(fā)生多個D2D系統(tǒng)在可以干擾的范圍 內使用相同的頻率資源進行傳輸從而產生干擾的情況。另外，在握手過程中發(fā)送的信令 中將包含有發(fā)送的數(shù)據(jù)信號的功率強度的信息?；谶@樣的信息，進行檢測的D2D系統(tǒng) 簇頭將能夠得到準確的干擾檢測結果
蜂窩系統(tǒng)的干擾=在檢測頻率上接收到的總的干擾-其他D2D系統(tǒng)在同一檢測 頻率上發(fā)送的信號強度-干擾D2D系統(tǒng)的簇頭距離檢測D2D系統(tǒng)簇頭之間的路徑損耗。
步驟5:判斷當前的平均干擾水平是否大于可接受平均干擾水平，如果是，則 執(zhí)行步驟8;否則，執(zhí)行步驟6。
由于當達到一定的平均干擾水平，蜂窩終端設備對D2D終端設備的干擾就可能 已經很大，以至于不能復用相同頻率了，因此在本發(fā)明的步驟1中，要設定一個平均干 擾水平，即可接受平均干擾水平，當平均干擾水平信息表中的某一平均干擾水平大于可 接受平均干擾水平時，則說明在該平均干擾水平下，不能復用相同頻率了。
步驟6:在平均干擾水平信息表中，下移一條記錄，返回步驟3。
步驟7 D2D系統(tǒng)的簇頭通知每個終端設備使用查找到的終端設備的頻率進行 D2D通信。
步驟8 D2D系統(tǒng)的簇頭通知基站和該D2D系統(tǒng)邊緣的終端設備切換至蜂窩系 統(tǒng)，并將待發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送至基站；或者，將D2D系統(tǒng)邊緣的終端設備切換至另一個 D2D系統(tǒng)中，并將待發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送至另一個D2D系統(tǒng)中。
當D2D系統(tǒng)是由幾個或者十幾個甚至幾十個成員組成的簇時，距離簇頭較遠的 用戶在使用較高頻率進行數(shù)據(jù)傳輸時，可能會由于路徑損耗的加大(參考公式1)而導致 在新的工作頻率下無法接入簇頭進行通信。這樣，對于一個實際的D2D系統(tǒng)而言，工作 頻率的選擇不但與受到的干擾有關系，也與新的工作頻率的選擇有關系。本發(fā)明通過上 述干擾檢測，能獲得可以與哪個終端設備復用相同的資源，從而使得D2D系統(tǒng)的邊緣用 戶在新的工作頻率下不掉線，在保證受到來自于蜂窩小區(qū)干擾較小的同時，也能夠維護 自己的QoS。
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。
權利要求
1.一種移動通信異構網絡中的頻譜切換方法，其特征是所述方法包括下列步驟 步驟1:獲取蜂窩系統(tǒng)終端設備對D2D系統(tǒng)的平均干擾水平信息表，設定可接受平均干擾水平；步驟2:在平均干擾水平信息表中，按照平均干擾水平由小到大的順序，將與平均 干擾水平對應的蜂窩系統(tǒng)終端設備進行排序，而后移動到平均干擾水平信息表的最頂部 的記錄；步驟3:當D2D系統(tǒng)發(fā)生頻譜切換時，在平均干擾水平信息表中，查找當前的平均 干擾水平所對應的終端設備；步驟4: D2D系統(tǒng)判斷使用查找到的終端設備的頻率是否會導致覆蓋范圍縮小，如 果是，則執(zhí)行步驟5;否則，執(zhí)行步驟7;步驟5:判斷當前的平均干擾水平是否大于可接受平均干擾水平，如果是，則執(zhí)行 步驟8;否則，執(zhí)行步驟6;步驟6:在平均干擾水平信息表中，下移一條記錄，返回步驟3; 步驟7 D2D系統(tǒng)的簇頭通知每個終端設備使用查找到的終端設備的頻率進行D2D 通信；步驟8 D2D系統(tǒng)的簇頭通知基站和該D2D系統(tǒng)邊緣的終端設備切換至蜂窩系統(tǒng)， 并將待發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送至基站；或者，將D2D系統(tǒng)邊緣的終端設備切換至另一個D2D系 統(tǒng)中，并將待發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送至另一個D2D系統(tǒng)中。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種移動通信異構網絡中的頻譜切換方法，其特征是所述獲 取蜂窩系統(tǒng)終端設備對D2D系統(tǒng)的平均干擾水平信息表具體包括步驟11 基站通過下行廣播信道向D2D系統(tǒng)中的所有終端設備發(fā)送上行資源分配信息；步驟12: D2D系統(tǒng)每一個終端設備接收到上行資源分配信息，在所述上行資源分配 信息上進行檢測從而得到各自的平均干擾水平，并將其存儲到平均干擾水平信息表中。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種移動通信異構網絡中的頻譜切換方法，其特征是所述獲 取蜂窩系統(tǒng)終端設備對D2D系統(tǒng)的平均干擾水平信息表具體包括步驟21 基站通過下行廣播信道向D2D系統(tǒng)中的所有終端設備發(fā)送終端設備所對應 的小區(qū)無線網絡臨時標識；步驟22 基站通過下行物理控制信道向D2D系統(tǒng)中的所有終端設備發(fā)送加密的上行 資源分配信息；步驟23:每一個D2D系統(tǒng)中的終端設備使用各自的小區(qū)無線網絡臨時標識，解密所 述加密的上行資源分配信息，得到上行資源分配信息；步驟24: D2D系統(tǒng)的簇頭根據(jù)上行資源分配信息，計算每一個終端設備的平均干擾 水平，并將計算結果存儲到平均干擾水平信息表中。
全文摘要
本發(fā)明公開了移動通信技術領域中的一種移動通信異構網絡中的頻譜切換方法。包括獲取蜂窩系統(tǒng)終端設備對D2D系統(tǒng)的平均干擾水平信息表并設定可接受平均干擾水平；按照平均干擾水平由小到大的順序，將與平均干擾水平對應的終端設備進行排序；當D2D系統(tǒng)發(fā)生頻譜切換時，在平均干擾水平信息表中查找當前的平均干擾水平對應的終端設備；如果使用查找到的終端設備的頻率導致覆蓋范圍縮小，并且當前的平均干擾水平小于可接受平均干擾水平，則下移一條記錄，繼續(xù)上述步驟；否則，使用查找到的終端設備的頻率進行D2D通信。本發(fā)明既保證了D2D系統(tǒng)的覆蓋范圍，又保證了D2D系統(tǒng)不受到來自于蜂窩系統(tǒng)的干擾。
文檔編號H04W36/06GK102026307SQ201010596859
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權日2010年12月20日
發(fā)明者徐少毅 申請人:北京交通大學