專利名稱：一種TD-LTE Femtocell網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫輔助的頻譜聚合方法
—種TD-LTE FemtoceI I網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫輔助的頻譜聚合方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，特別涉及認知的時分雙工長期演進系統(tǒng)家庭基站系統(tǒng) (TD-LTEFemtocell)的頻譜聚合技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，人們對無線頻譜資源的需求越來越大。然而，無線頻譜是稀缺、有限的資源。隨著傳統(tǒng)的模擬式電視廣播系統(tǒng)逐漸過渡到數(shù)字式系統(tǒng)，大量的頻譜資源閑置出來，即所謂的 TVWS(TV White Space)。FCC(Federal Communications Commission) 2010年發(fā)布的規(guī)則建議其他寬帶無線設(shè)備作為次級系統(tǒng)使用這部分資源。 Femtocell作為LTE網(wǎng)絡(luò)為室內(nèi)和辦公熱點地區(qū)提供蜂窩網(wǎng)覆蓋的一項技術(shù)，初始設(shè)計時是和宏蜂窩網(wǎng)共享頻譜資源的。使用TVWS的認知Femtocell可以作為另一種解決頻譜資源稀缺問題的可行方案。
認知Femtocell感知得到的TVWS的可用頻譜碎片在頻域上是離散的，因此需要使用基于DOFDM(Discontiguous 0FDM)技術(shù)的頻譜聚合技術(shù)來把幾個頻譜碎片聚合成一個信道使用。因為TDD Femtocell技術(shù)的上下行鏈路的頻譜是相同的，因此頻譜聚合技術(shù)更加適用于TDDFemtocell?，F(xiàn)有的不多的頻譜聚合方法假設(shè)設(shè)備之間存在嚴格的共道干擾關(guān)系，即任意兩個設(shè)備在任一個頻譜碎片上都存在共信道干擾。而在實際中，例如為公寓樓提供室內(nèi)覆蓋的Femtocell網(wǎng)絡(luò)家庭基站FBS (Femto Base Station)間的共道干擾關(guān)系并不如此嚴格。綜上分析，傳統(tǒng)的方法因為嚴格的共道干擾關(guān)系假設(shè)而采用的嚴格正交化的頻譜聚合方法沒有充分利用TVWS的頻譜資源，從而導(dǎo)致頻譜利用率低下。發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)頻譜聚合方法頻譜利用率低的問題，本發(fā)明實例提供了一種 TD-LTEFemtocell使用TVWS的數(shù)據(jù)庫輔助的頻譜聚合方法，以及方法中所使用的一種與 FCC建議的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)兼容的中心控制實體和實現(xiàn)該方法的一種考慮頻譜聚合時的圖著色模型建模方法，達到了充分利用Femtocell網(wǎng)絡(luò)中家庭基站FBSs不均勻的共道干擾關(guān)系的目的，從而提高頻譜利用率。
一種TD-LTE Femtocell使用TVWS的數(shù)據(jù)庫輔助的頻譜聚合方法，包括
FBSs通過查詢中心控制實體的地理數(shù)據(jù)庫和頻譜感知技術(shù)得到其可用的頻譜碎片集合及和其相鄰FBS的干擾關(guān)系，F(xiàn)BSs上報其干擾關(guān)系給中心控制實體；
中心控制實體的頻譜控制器整合報告得到Femtocell網(wǎng)絡(luò)完整的干擾關(guān)系，進而把整個系統(tǒng)建模為一種考慮頻譜聚合因素的圖著色模型；
接著中心控制實體的頻譜控制器采用DSAA (Database-assisted spectrum aggregationalgorithm)算法為FBSs聚合分配頻譜資源。
為了支持上述頻譜聚合方法，本發(fā)明實例提供了一種與FCC建議的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)兼容的中心控制實體，包括
存儲FBS的位置和可用頻譜碎片信息的地理數(shù)據(jù)庫和執(zhí)行頻譜聚合算法DSAA為用戶聚合頻譜的頻譜控制器兩個功能實體。
為了支持上述頻譜聚合方法，本發(fā)明實例也提供了一種考慮頻譜聚合的圖著色模型建模方法，包括
Femtocell網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型，不考慮頻譜聚合時的系統(tǒng)模型建模方法，以及考慮頻譜聚合時的圖著色模型的建模方法。
本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案的有益效果是
通過集中控制的數(shù)據(jù)庫輔助的頻譜聚合方法，相比于傳統(tǒng)的頻譜聚合方法， Femtocell網(wǎng)絡(luò)獲得了極大的接入帶寬增益；同時在接入網(wǎng)絡(luò)的FBS數(shù)目上，本方法同樣優(yōu)于傳統(tǒng)的方法，所以獲得了較好的頻譜利用率和系統(tǒng)接入性能。


圖1 :本發(fā)明實施例的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)圖2 :本發(fā)明實施例的TVWS的可用頻譜圖樣；
圖3 :本發(fā)明實施例的數(shù)據(jù)庫輔助的頻譜聚合方法流程圖4 :本發(fā)明實施例的中心控制實體結(jié)構(gòu)圖5 :本發(fā)明實施例的頻譜聚合情況示意圖6 :本發(fā)明實施例的頻譜聚合算法DSAA流程圖；具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
本發(fā)明實施例的認知TD-LTE Femtocell系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)由三部分組成一個中心控制實體，多個具有頻譜感知功能的FBS和多個Femtocell用戶端設(shè)備。FBSs 通過IP回程鏈路與中心控制實體相連。
本發(fā)明實施例使用的TVWS的頻譜圖樣如圖2所示。白色的可用頻譜碎片被黑色的被主用戶占用的頻譜碎片分隔開來，在頻域上是離散的，如果一起使用多個離散的可用頻譜碎片，需要使用頻譜聚合技術(shù)，而頻譜聚合技術(shù)需要受到最大頻譜聚合范圍 MAS(MaximumAggregation Span)的限制,在最大頻譜聚合范圍內(nèi)的可用頻譜段才可以聚合在一起同時使用。
參見圖3，本發(fā)明實施例提供了一種數(shù)據(jù)庫輔助的頻譜聚合方法，包括
S100, FBS詢問中心控制實體中的地理數(shù)據(jù)庫功能實體其所在位置可以使用的頻譜碎片集合及與其相鄰的FBSs列表；
S200，F(xiàn)BS通過頻譜感知技術(shù)確認查詢得到的頻譜碎片是否確實可用，然后再通過頻譜感知技術(shù)得到在這些頻譜上與其相鄰FBSs的共道干擾關(guān)系；
S300, FBSs上報干擾關(guān)系給中心控制實體；
S400,中心控制實體中的頻譜控制器功能實體整合FBSs上報的干擾關(guān)系以得到完整的網(wǎng)絡(luò)干擾關(guān)系，并將網(wǎng)絡(luò)建模成一種考慮頻譜聚合時的圖著色模型；
S500，根據(jù)上步得到的圖著色模型，中心控制實體中的頻譜控制器功能實體以最大化系統(tǒng)接入帶寬為優(yōu)化目標執(zhí)行DSAA算法，得到頻譜聚合方案；
S600,中心控制實體中的頻譜控制器功能實體發(fā)送下行控制信息，傳達各FBS聚合的頻譜碎片集合；
S700, FBSs在這些頻譜碎片上進行通信。
為了支持上述頻譜聚合方法，本發(fā)明實施例提供了一種在步驟SlOO中使用的中心控制實體，參見圖4，包括
中心控制實體采用FCC推薦的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，并且其功能得到了具體化中心控制實體由存儲FBS的位置和可用頻譜信息的地理數(shù)據(jù)庫和執(zhí)行DSAA算法為用戶聚合頻譜的頻譜控制器兩個功能實體組成。
地理數(shù)據(jù)庫與FCC提供的中心地理數(shù)據(jù)庫相連，從中心地理數(shù)據(jù)庫獲得具體地理位置可以使用的TV空白頻段；同時地理數(shù)據(jù)庫存儲已經(jīng)注冊并且接入Femtocell網(wǎng)絡(luò)的 FBS的地理位置等信息。
頻譜控制器用來整合FBSs上傳的共道干擾關(guān)系以得到整個Femtocell網(wǎng)絡(luò)的干擾關(guān)系，并把網(wǎng)絡(luò)建模成考慮頻譜聚合時的圖著色模型，進而執(zhí)行DSAA算法，為FBSs聚合分配頻譜資源。
為了支持上述頻譜聚合方法，本發(fā)明實施例也提供了一種在步驟S400中使用的考慮頻譜聚合時的圖著色模型。其建模過程為，在Femtocell網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)整個網(wǎng)絡(luò)的干擾關(guān)系，系統(tǒng)先建模成不考慮頻譜聚合時的模型，接著加入頻譜聚合因素的限制進一步建模成考慮頻譜聚合時的圖著色模型，其具體步驟如下
首先定義Femtocell網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型。TVWS的頻譜圖樣如圖2所示，一共有M個可用頻譜碎片，標記為/ = PiKd，其中并且
權(quán)利要求
1.一種TD-LTE Femtocell (時分雙工長期演進系統(tǒng)家庭基站系統(tǒng))使用TVWS(TVWhiteSpace)的數(shù)據(jù)庫輔助的頻譜聚合方法,其特征在于,包括以下步驟SI,家庭基站FBS(Femto Base Station)詢問中心控制實體中的地理數(shù)據(jù)庫功能實體其所在地理位置可以使用的頻譜碎片集合及與其相鄰的FBSs列表；S2，F(xiàn)BS通過頻譜感知技術(shù)確認查詢得到的頻譜碎片是否確實可用，然后再通過頻譜感知技術(shù)得到在這些頻譜上與其相鄰FBSs的共道干擾關(guān)系；S3,FBSs上報干擾關(guān)系給中心控制實體；S4,中心控制實體中的頻譜控制器功能實體整合FBSs上報的干擾關(guān)系以得到完整的網(wǎng)絡(luò)干擾關(guān)系，將網(wǎng)絡(luò)建模成一種考慮頻譜聚合時的圖著色模型；S5，根據(jù)上步得到的圖著色模型，中心控制實體中的頻譜控制器功能實體以最大化系統(tǒng)接入帶寬為優(yōu)化目標執(zhí)行DSAA (Database-assisted spectrum aggregationalgorithm)算法,得到頻譜聚合方案；S6，中心控制實體中的頻譜控制器功能實體發(fā)送下行控制信息，傳達各FBS聚合的頻譜碎片集合；S7, FBSs在這些頻譜碎片上進行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻譜聚合方法，其特征在于，所述步驟S5中DSAA算法包括以下步驟標記，根據(jù)“標記-著色”規(guī)則，計算圖中所有端點的標記值和對應(yīng)的顏色集合；著色，找到標記值最大的端點，并給它分配顏色集合；更新圖，從其他端點的顏色集合中刪除該已著色點被分配的顏色，然后刪除該已著色點，接著遍歷圖的剩余端點，如果有空顏色列表的端點，則刪除該端點；判斷，如果圖已空，則停止循環(huán)，否則返回標記步驟；輸出結(jié)果，計算總的系統(tǒng)接入帶寬，然后輸出它和分配矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述“標記-著色”規(guī)則包括協(xié)作式“標記-著色”規(guī)則和非協(xié)作式“標記-著色”規(guī)則。
4.一種實現(xiàn)TD-LTE Femtocell使用TVWS數(shù)據(jù)庫輔助的頻譜聚合方法的中心控制實體，其特征在于，包括頻譜聚合步驟中使用的中心控制實體與FCC(Federal Communications Commission)建議的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)兼容，且具體化成地理數(shù)據(jù)庫和頻譜控制器兩個功能實體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的中心控制實體，其特征在于，所述地理數(shù)據(jù)庫具體功能包括:地理數(shù)據(jù)庫與FCC提供的中心地理數(shù)據(jù)庫相連，從中心地理數(shù)據(jù)庫獲得具體地理位置可以使用的TV空白頻段；同時地理數(shù)據(jù)庫存儲已經(jīng)注冊并且接入FemtocelI網(wǎng)絡(luò)的FBS的地理位置等信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的中心控制實體，其特征在于，所述頻譜控制器具體功能包括:頻譜控制器用來整合FBSs上傳的共道干擾關(guān)系以得到整個Femtocell網(wǎng)絡(luò)的共道干擾關(guān)系，并把網(wǎng)絡(luò)建模成考慮頻譜聚合時的圖著色模型，進而執(zhí)行DSAA算法，為FBSs聚合分配頻譜資源。
7.一種實現(xiàn)TD-LTE Femtocell使用TVWS數(shù)據(jù)庫輔助的頻譜聚合方法的圖著色模型的建模方法，其特征在于，包括Femtocell網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型，包含TVWS頻譜圖樣的模型化
全文摘要
本發(fā)明給出了一種TD-LTE Femtocell(時分雙工長期演進系統(tǒng)家庭基站)使用TVWS(TVWhite Space)的數(shù)據(jù)庫輔助的頻譜聚合方法。為實現(xiàn)該方法，本發(fā)明相應(yīng)地提供了一種與FCC建議的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)兼容的中心控制實體和一種考慮頻譜聚合時的圖著色模型建模方法。所述方法充分利用了家庭基站FBSs間不均勻的共道干擾關(guān)系，在考慮頻譜聚合時的圖著色模型上采用DSAA(Database-assisted Spectrum Aggregation Algorithm)算法，使Femtocell網(wǎng)絡(luò)在總的系統(tǒng)接入帶寬和接入系統(tǒng)的FBSs數(shù)目方面上獲得了很好的系統(tǒng)接入的性能。
文檔編號H04W16/14GK103037379SQ20121052545
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月5日
發(fā)明者馮春燕, 李曉明, 郭彩麗, 厲東明, 郭玉婷, 曾志民 申請人:北京郵電大學(xué)