專利名稱：家庭基站干擾管理系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及家庭基站技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種家庭基站干擾管理系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
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，引起干擾。因此，考慮到家庭基站部署在現(xiàn)有宏蜂窩的覆蓋區(qū)域內(nèi)，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(xiàn)有的家庭基站的正常運作。所以為了家庭基站引入后宏蜂窩死區(qū)(dead zone，指的是家庭基站干擾太大，使得宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶沒有辦法正確接收信號的地理區(qū)域)面積，并且成功部署家庭基站網(wǎng)絡(luò)，需要引入干擾避免、干擾隨機化和干擾取消技術(shù)對家庭基站和宏基站之間的干擾進行協(xié)調(diào)?，F(xiàn)有技術(shù)方案一般假設(shè)的家庭基站的時鐘與覆蓋相同區(qū)域的宏基站是同步的?？紤]到家庭基站和宏蜂窩基站性質(zhì)的不同，家庭基站和宏蜂窩基站混合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，將網(wǎng)絡(luò)劃分成兩個獨立的層次(家庭基站層次和宏蜂窩基站層次)?；谶@種分層，可以將家庭基站和宏蜂窩基站網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的干擾劃分成如下兩種類型跨層干擾這種干擾指的是造成干擾的一方和遭受干擾的一方屬于不同的層次， 例如家庭基站對宏基站用戶造成的干擾，即屬于跨層干擾。同層干擾這種干擾指的是造成干擾的一方和遭受干擾的一方屬于相同的層次， 例如家庭基站對鄰近家庭基站用戶造成的干擾，即屬于同層干擾。為了克服干擾的影響，干擾消除技術(shù)被提了出來，然而干擾消除技術(shù)在干擾消除過程中很容易出現(xiàn)錯誤。此外，也有研究人員提出在家庭基站使用天線扇區(qū)化，通過減少干擾源的數(shù)量，降低干擾。與之類似的，也可以采用預(yù)定義天線模式動態(tài)選擇的方法，以減少泄漏到室外的功率。然而，通過上述基于硬件的方法來實現(xiàn)干擾的消除意味著家庭基站成本的增加。另一方面，以干擾避免為基礎(chǔ)的方案代表了更為高效的替代策略，具體的干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(tǒng)經(jīng)常以功率控制算法和無線資源管理為工具來減輕干擾。如果不對功率和資源進行管理，離基站遠(yuǎn)的用戶往往由于功率損失量大，信道性能相對較差而得不到服務(wù)。出于相同的原因，這些技術(shù)同樣對于家庭基站也是必須的，并且在家庭基站環(huán)境下，這種技術(shù)還可用于額外的跨層干擾問題的解決。例如，例如，當(dāng)家庭基站采用封閉接入方式(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(yuǎn)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(chǎn)生高水平的干擾。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(qū)范圍內(nèi)(宏基站和家庭基站)的吞吐量。目前已經(jīng)存在多種方式用于實現(xiàn)家庭基站/宏基站雙層網(wǎng)絡(luò)OFDMA子信道的有效管理，其中，能夠?qū)⒖鐚痈蓴_完全消除的方式是將授權(quán)頻譜劃分成兩個部分，分別用于家庭基站和宏基站網(wǎng)絡(luò)的使用，即在雙層網(wǎng)絡(luò)中采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(rèn)可，并且Comcast公司已經(jīng)找到了能夠被它們的WiMax家庭基站獨占的授權(quán)頻譜。雖然這種正交的頻譜劃分方式能夠完全消除跨層干擾，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，為了減輕跨層干擾和同層干擾，混合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要一個中心實體負(fù)責(zé)智能性地告知每個小區(qū)具體的使用哪些子信道可以降低干擾。這個實體需要向家庭基站及其用戶收集信息，并且通過收集到的信息能夠在短時間內(nèi)找到最佳的或者一種好的干擾解決方案。然而，首先地，由于家庭基站是由用戶自主部署的，其數(shù)量和位置對于中心實體是未知的，從而給中心干擾調(diào)控方案帶來了難題。另一方面，數(shù)百個家庭基站的存在導(dǎo)致優(yōu)化問題過于復(fù)雜；數(shù)量眾多的家庭基站需要通過回程 (backhaul)同子信道調(diào)節(jié)中心交互信息導(dǎo)致延遲問題加劇。傳統(tǒng)的家庭基站干擾解決方案有如下不足首先，要么僅為家庭基站和宏蜂窩基站之間的干擾提供解決方案，要么僅為家庭基站之間的干擾提供解決方案，沒有能夠?qū)煞N干擾形式有機結(jié)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(jīng)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，并且在上下行上需要對資源進行完全不同的規(guī)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征，由于每個家庭基站為有限的用戶服務(wù)，因此在一段時間內(nèi)對用戶行為進行跟蹤總結(jié)，是可能的， 并且能夠融入資源管理框架，更好支持家庭基站用戶的服務(wù)質(zhì)量需求。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何能夠同時解決宏蜂窩小區(qū)和家庭基站之間，家庭基站和家庭基站之間的干擾問題。(二)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種家庭基站干擾管理系統(tǒng)，包括家庭基站安全網(wǎng)關(guān)、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(wǎng)關(guān)連接所述家庭基站管理裝置，所述家庭基站用于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于根據(jù)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(qū)的干擾最小化，所述配置信息包括家庭基站運行時所需資源及其相關(guān)的控制信令。其中，所述家庭基站還用于監(jiān)測環(huán)境信息，所述環(huán)境信息為所述家庭基站接收的來自鄰近小區(qū)的干擾指示，或通過自身用戶測量的來自鄰近小區(qū)的信號，同時對連接的用戶行為特征進行監(jiān)測，并判斷所述用戶行為特征或環(huán)境信息的變化是否超過一定閾值，若超過，則將變化后的用戶行為特征或環(huán)境信息發(fā)送到所述家庭基站管理裝置，所述家庭基站管理裝置還用于根據(jù)所述變化重新分配配置信息。本發(fā)明還提供了一種利用上述的家庭基站干擾管理系統(tǒng)的家庭基站干擾管理方法，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，并上傳自身的基站信息；S2 根據(jù)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(qū)的干擾最小化，所述配置信息包括家庭基站運行時所需資源及其相關(guān)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，并定期監(jiān)測接入到所述家庭基站的用戶行為特征和環(huán)境信息；S4:所述家庭基站判斷所述用戶行為特征或環(huán)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(fā)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(jù)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(qū)的干擾最小化。其中，所述步驟Sl中當(dāng)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(qū)交互，調(diào)整并最終確定自身的初始化參數(shù)信息以及完整的鄰區(qū)信息。其中，所述步驟S2具體采用迭代最優(yōu)化微小區(qū)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 按照不同的干擾閾值將微小區(qū)分成不同的分組，在每個分組內(nèi)執(zhí)行以下步驟；S2. 2 初始化最大迭代次數(shù)Zmax、初始化迭代計數(shù)ζ = 0 ；S2. 3 根據(jù)微小區(qū)覆蓋范圍以及同宏蜂窩基站的干擾情況為各個微小區(qū)分配最小的發(fā)射功率；S2. 4:提取各個微小區(qū)在不同頻譜資源塊上的信干噪比SINR，構(gòu)成SINR矩陣， 同時創(chuàng)建相同規(guī)模的參數(shù)矩陣Α、B，初始化矩陣中各個元素分別是SINR矩陣中對應(yīng)的各個元素的函數(shù)，矩陣A、B中元素與SINR對應(yīng)函數(shù)關(guān)系分別為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，并將各個微小區(qū)的各個頻譜資源塊上調(diào)度效用的總和作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，每個頻譜資源塊上的調(diào)度效用為一個獨立于功率大小的權(quán)重與該資源塊上用戶數(shù)據(jù)速率的乘積，優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種家庭基站干擾管理系統(tǒng)，包括家庭基站安全網(wǎng)關(guān)、若干家庭基站，其特征在于，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(wǎng)關(guān)連接所述家庭基站管理裝置，所述家庭基站用于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于根據(jù)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(qū)的干擾最小化，所述配置信息包括家庭基站運行時所需資源及其相關(guān)的控制信令。
2.如權(quán)利要求1所述的家庭基站干擾管理系統(tǒng)，其特征在于，所述家庭基站還用于監(jiān)測環(huán)境信息，所述環(huán)境信息為所述家庭基站接收的來自鄰近小區(qū)的干擾指示，或通過自身用戶測量的來自鄰近小區(qū)的信號，同時對連接的用戶行為特征進行監(jiān)測，并判斷所述用戶行為特征或環(huán)境信息的變化是否超過一定閾值，若超過，則將變化后的用戶行為特征或環(huán)境信息發(fā)送到所述家庭基站管理裝置，所述家庭基站管理裝置還用于根據(jù)所述變化重新分配配置信息。
3.一種利用權(quán)利要求1或2所述的家庭基站干擾管理系統(tǒng)的家庭基站干擾管理方法， 其特征在于，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，并上傳自身的基站信息；52根據(jù)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(qū)的干擾最小化，所述配置信息包括家庭基站運行時所需資源及其相關(guān)的控制信令；53所述家庭基站按所述配置信息運行，并定期監(jiān)測接入到所述家庭基站的用戶行為特征和環(huán)境信息；54所述家庭基站判斷所述用戶行為特征或環(huán)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(fā)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(jù)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(qū)的干擾最小化。
4.如權(quán)利要求3所述的家庭基站干擾管理方法，其特征在于，所述步驟Sl中當(dāng)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(qū)交互，調(diào)整并最終確定自身的初始化參數(shù)信息以及完整的鄰區(qū)信息。
5.如權(quán)利要求3所述的家庭基站干擾管理方法，其特征在于，所述步驟S2具體采用迭代最優(yōu)化微小區(qū)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 按照不同的干擾閾值將微小區(qū)分成不同的分組，在每個分組內(nèi)執(zhí)行以下步驟；S2. 2 初始化最大迭代次數(shù)Zmax、初始化迭代計數(shù)ζ = 0 ；S2. 3 根據(jù)微小區(qū)覆蓋范圍以及同宏蜂窩基站的干擾情況為各個微小區(qū)分配最小的發(fā)射功率；S2. 4:提取各個微小區(qū)在不同頻譜資源塊上的信干噪比SINR，構(gòu)成SINR矩陣，同時創(chuàng)建相同規(guī)模的參數(shù)矩陣Α、B，初始化矩陣中各個元素分別是SINR矩陣中對應(yīng)的各個元素的函數(shù)，矩陣A、B中元素與SINR對應(yīng)函數(shù)關(guān)系分別為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，并將各個微小區(qū)的各個頻譜資源塊上調(diào)度效用的總和作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，每個頻譜資源塊上的調(diào)度效用為一個獨立于功率大小的權(quán)重與該資源塊上用戶數(shù)據(jù)速率的乘積，優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為
6.如權(quán)利要求5所述的家庭基站干擾管理方法，其特征在于，所述步驟S2. 1中對微小區(qū)分組的方式如下根據(jù)各個微小區(qū)的小區(qū)信息，判斷彼此間大于一定干擾閾值的微小區(qū)分為同一組，所述小區(qū)信息包括小區(qū)的ID、鄰居列表或者是小區(qū)間干擾矩陣；檢查同一個微小區(qū)是否分別存在于多個組內(nèi)，若是將所述多個組合并為一個組。
7.如權(quán)利要求5所述的家庭基站干擾管理方法，其特征在于，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閑頻譜資源的空間，如果存在空閑頻譜資源，則可以分配給家庭基站使用；如果當(dāng)前不存在空閑頻譜資源，那么家庭基站管理裝置將發(fā)送信令向系統(tǒng)內(nèi)的其他家庭基站征集相對閑置的頻譜，分配給發(fā)出請求的家庭基站；如果整體上整個家庭基站網(wǎng)絡(luò)處于相對繁忙的狀態(tài)，則家庭基站管理裝置在下一周期調(diào)度時觸發(fā)與發(fā)出資源請求家庭基站位于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(fā)送給需要重新進行資源配置的家庭基站， 資源申請觸發(fā)過程結(jié)束。
8.如權(quán)利要求5所述的家庭基站干擾管理方法，其特征在于，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后，進行資源釋放決策，釋放所述家庭基站部分資源，并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(qū)的干擾情況發(fā)生了變化，導(dǎo)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，并釋放其他家庭基站的部分資源；將釋放資源后的空閑資源信息發(fā)布給所述家庭基站管理裝置所連接的家庭基站。
9.如權(quán)利要求8所述的家庭基站干擾管理方法，其特征在于，所述將釋放資源后的空閑資源信息發(fā)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閑資源信息廣播給同時發(fā)出資源申請請求的家庭基站位于同一分組內(nèi)的家庭基站；根據(jù)各個家庭基站的需求，將空閑資源信息廣播給部分用戶，或在家庭基站發(fā)出資源申請觸發(fā)的時候?qū)⒖捎觅Y源信息發(fā)布給對應(yīng)的家庭基站。
10.如權(quán)利要求1 9中任一項所述的家庭基站干擾管理方法，其特征在于，所述步驟 S3中，若家庭基站關(guān)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(guān)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(fā)明公開了一種家庭基站干擾管理系統(tǒng)，涉及家庭基站技術(shù)領(lǐng)域，包括家庭基站安全網(wǎng)關(guān)、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(wǎng)關(guān)連接所述家庭基站管理裝置，所述家庭基站用于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于根據(jù)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(qū)的干擾最小化，所述配置信息包括家庭基站運行時所需資源及其相關(guān)的控制信令。還公開了一種家庭基站干擾管理方法。本發(fā)明同時解決宏蜂窩小區(qū)和家庭基站之間，家庭基站和家庭基站之間的干擾問題。
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(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者馮志勇, 張奇勛, 張平, 李一喆, 陳亞迷 申請人:北京郵電大學(xué)