家庭基站干扰自适应的频率分配方法和家庭基站 【技术领域】
本发明涉及通讯领域， 尤其涉及一种家庭基站干扰自适应的频率分配方法和家庭基站。 背景技术 无线通信使用的最新调查显示， 超过 60％的语音通信和 90％的高速传输、 宽带、 多媒体业务更多的应用场景为室内和热点地区。然而调查显示， 45％的家庭和 30％的企业 都面临着室内覆盖差的问题。 室内高数据速率需求与传统蜂窝网络室内覆盖不佳形成了尖 锐的矛盾。 对于蜂窝网络运营商来说， 为话音、 视频以及高数据业务提供良好的室内覆盖变 得日益重要。
为了解决更高的速率需求与传统蜂窝网络室内覆盖不佳之间的矛盾家庭基站应 运而生， 家庭基站为低成本的解决室内覆盖提供了很好的机会。 和传统的蜂窝宏基站不同， 家庭基站 (HeNB) 是一种低成本、 低功耗、 由用户灵活部署的小型基站。它采用光纤或数字 用户线等宽带连接作为回传方式， 从而无需改变现有无线网络的架构。家庭基站与服务 用户间的短距离传输特性， 使得用户可以获得较高的信干噪比 (Signal to Interference plus Noise Ratio， SINR)， 保证了用户的通信质量， 改善了室内用户的传输体验 ； 有效的增 强了室内和热点地区的网络覆盖， 提高了网络的吞吐量， 满足了指数增长的高速业务需求。 因此， 家庭基站的应用得到了用户和运营商的广泛青睐。
然而， 在传统的蜂窝网络中部署家庭基站， 使得组网结构变得更加复杂。 整个通信 网络系统分为两层 ： 宏小区层和家庭小区层。 而与此同时频谱资源的紧缺也越来越严重， 宏 小区层和家庭小区层共享频谱资源在提高频谱效率的同时也使得干扰问题进一步加重。 同 频干扰主要包括两个方面 ： (1) 层间干扰 ： 在传统的单层蜂窝网络中部署家庭小区， 必然带 来蜂窝网络层与家庭小区层的层间干扰， 尤其是家庭基站对附近的宏小区用户 (MUE) 的严 重干扰， 导致附近的宏小区用户掉话 ； (2) 层内干扰 ： 家庭基站之间的频率复用使得相邻家 庭小区之间互相干扰， 尤其是家庭基站高密度部署时， 层内同频干扰严重， 从而降低了家庭 小区用户的通信质量。
由于家庭基站根据用户的需求安装甚至移动， 即插即用， 家庭基站周围干扰情况 动态多变， 因此传统的网络规划优化以及静态的软频率复用不能适应家庭基站周围环境动 态变化的特点。 家庭小区周围干扰动态多变特性需要家庭基站根据周围干扰进行自适应的 频率分配。
家庭基站随机接入固定大小的频率资源， 使得家庭基站之间的干扰随机化， 这种 方法在家庭基站大密度部署的情况下， 干扰冲突概率大， 不能达到很好的干扰协调效果 ； 并 且每个家庭小区分配固定大小的带宽， 没有考虑小区实际的带宽需求， 不能保障用户的满 意度。基于家庭基站之间通过信令交互从而分配正交频谱资源的频率分配方法， 因其大量 的信令开销从而增加了网络负载。
综上所述， 可知现有技术中存在的家庭基站对宏小区用户的跨层干扰以及家庭基
站之间的层内干扰， 从而降低了家庭小区用户的通信质量的问题， 因此有必要提出改进的 技术手段， 来解决此问题。 发明内容
有鉴于现有技术存在现有的跨层干扰以及层内干扰导致降低家庭小区用户的通 信质量的问题而做出本发明， 为此本发明的主要目的在于提供一种家庭基站干扰自适应的 频率分配方法和家庭基站， 其中 ：
根据本发明实施例的家庭基站干扰自适应的频率分配方法包括 ： 家庭基站确定其 可用的频率带宽 ； 家庭基站根据其邻居家庭基站的参考信号的接收功率判断该邻居家庭基 站是否为强干扰邻居家庭基站， 并根据强干扰邻居家庭基站的数量确定家庭基站的受干扰 强度等级 ； 家庭基站根据其可用频率带宽和受干扰强度等级， 对家庭小区的总频率需求带 宽进行自适应频率资源分配。
其中， 家庭基站对对其造成强干扰的邻居家庭基站进行检测， 并根据预设阈值确 定家庭基站的受干扰强度等级， 具体包括 ： 家庭基站通过监听确定其邻居家庭基站 ； 家庭 基站接收其服务用户上报的测量结果， 该测量结果为测量邻居家庭基站的参考信号接收功 率的测量结果 ； 家庭基站根据上报的测量结果确定邻居家庭基站是否对其造成强干扰， 并 根据造成强干扰的邻居家庭基站的数量确定干扰强度因子， 若干扰强度因子大于预设阈 值， 则判定家庭基站的受干扰强度为高等级， 否则， 判定家庭基站的受干扰强度为低等级。 其中， 家庭基站根据其可用频率带宽和受干扰强度等级， 对家庭小区的总频率需 求带宽进行自适应频率资源分配， 具体包括 ： 在受干扰强度为低等级的情况下， 若总频率需 求带宽大于或等于可用频率带宽， 则家庭基站分配可用频率带宽 ； 否则， 家庭基站在可用频 率带宽内随机选择总频率需求带宽进行分配 ； 在受干扰强度为高等级的情况下， 根据强干 扰邻居家庭基站的家庭基站数量将可用的频率带宽平均分为多个子带， 若总频率需求带宽 小于子带带宽， 则家庭基站分配总频率需求带宽 ； 否则， 家庭基站分配子带带宽。
其中， 在受干扰强度为高等级的情况下， 家庭基站在进行频率资源分配之后， 该方 法还包括 ： 家庭基站将资源分配的结果通知强干扰邻居家庭基站。
其中， 在家庭基站进行自适应频率资源分配之前， 该方法还包括 ： 家庭基站随机选 择退避时间进行等待， 待经过退避时间后再进行自适应频率资源分配。
其中， 在家庭基站在进行自适应频率资源分配之前， 该方法还包括 ： 家庭基站根据 其服务用户的业务速率需求和信干噪比， 计算该家庭小区的总频率需求带宽。
其中， 家庭基站确定其可用的频率带宽， 具体包括 ： 家庭基站接收受其强干扰的宏 小区用户的频率资源使用信息 ； 家庭基站将受强干扰的宏小区用户使用的频率资源以外的 频率资源带宽确定为可用频率带宽。
根据本发明实施例的家庭基站包括 ： 可用频率带宽确定模块， 用于确定家庭基站 的可用频率带宽 ； 干扰强度等级确定模块， 用于根据家庭基站的邻居家庭基站的参考信号 的接收功率判断该邻居家庭基站是否为强干扰邻居家庭基站， 并根据强干扰邻居家庭基站 的数量确定家庭基站的受干扰强度等级 ； 自适应频率资源分配模块， 用于根据其可用频率 带宽和受干扰强度等级， 对家庭小区的总频率需求带宽进行自适应频率资源分配。
其中， 干扰强度等级确定模块， 具体包括 ： 邻居家庭基站确定模块， 用于通过监听
确定家庭基站的邻居家庭基站 ； 接收模块， 用于接收服务用户上报的测量结果， 该测量结果 为测量邻居家庭基站的参考信号接收功率的测量结果 ； 干扰强度因子确定模块， 用于根据 接收模块接收的测量结果确定邻居家庭基站是否对家庭基站造成强干扰， 并根据造成强干 扰的邻居家庭基站的数量确定干扰强度因子 ； 高等级干扰强度确定模块， 用于若干扰强度 因子大于预设阈值， 则判定家庭基站的受干扰强度为高等级 ； 低等级干扰强度确定模块， 用 于若干扰强度因子小于预设阈值， 则判定家庭基站的受干扰强度为低等级。
其中， 自适应频率资源分配模块， 具体包括 ： 第一频率资源分配模块， 用于在受干 扰强度为低等级的情况下， 若总频率需求带宽大于或等于可用频率带宽， 则家庭基站分配 可用频率带宽 ； 否则， 家庭基站在可用频率带宽内随机选择总频率需求带宽进行分配 ； 第 二频率资源分配模块， 用于在受干扰强度为高等级的情况下， 根据强干扰邻居家庭基站的 家庭基站数量将可用的频率带宽平均分为多个子带， 若总频率需求带宽小于子带带宽， 则 家庭基站分配总频率需求带宽 ； 否则， 家庭基站分配子带带宽。
与现有技术相比， 根据本发明的上述技术方案， 充分考虑跨层干扰和层内干扰， 频 率分配机制既避免了对附近 MUE 的干扰， 又减小了家庭小区之间的层内干扰 ； 保证了受强 干扰 MUE 的基本通信， 提高了系统的吞吐量。 附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解， 构成本申请的一部分， 本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。在附图中 ：
图 1 是本发明实施例的家庭基站干扰自适应的频率分配方法的流程图 ；
图 2 是本发明实施例的仿真系统拓扑结构示意图 ；
图 3 是采用本发明的频率分配方法与频谱共享机制 MUE 掉话率对比曲线的示意 图；
图 4 是采用本发明的频率分配方法与频谱共享机制家庭小区平均频率效率对比 曲线的示意图 ；
图 5 是采用本发明的频率分配方法与频谱共享机制家庭小区边缘用户吞吐量对 比曲线的示意图 ；
图 6 是采用本发明的频率分配方法与频谱共享机制家庭小区用户的公平性对比 曲线的示意图 ；
图 7 是本发明实施例的家庭基站的结构框图 ；
图 8 是本发明实施例的家庭基站的优选结构的框图。 具体实施方式
本发明通过家庭基站对附近的受强干扰的 MUE 使用的频率资源进行规避， 避免家 庭小区层对宏小区的跨层干扰 ； 并且， 家庭基站根据周围干扰强度进行层内家庭小区层的 频率分配机制 ： 低干扰强度时采取随机接入频率资源的分配策略 ； 高干扰强度时采取正交 频率分配策略。
为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚， 以下结合附图及具体实施例， 对本 发明作进一步地详细说明。根据本发明的实施例， 提供了一种家庭基站干扰自适应的频率分配方法。
图 1 是根据本发明实施例的家庭基站干扰自适应的频率分配方法的流程图， 如图 1 所示， 该方法包括 ：
步骤 S12， 家庭基站确定其可用的频率带宽 ；
步骤 S14， 家庭基站根据其邻居家庭基站的参考信号的接收功率判断该邻居家庭 基站是否为强干扰邻居家庭基站， 并根据强干扰邻居家庭基站的数量确定家庭基站的受干 扰强度等级。
家庭基站通过监听确定其邻居家庭基站 ； 家庭基站接收其服务用户上报的测量结 果， 该测量结果为测量邻居家庭基站的参考信号接收功率的测量结果 ； 家庭基站根据上报 的测量结果确定邻居家庭基站是否对其造成强干扰， 并根据造成强干扰的邻居家庭基站的 数量确定干扰强度因子， 若干扰强度因子大于预设阈值， 则判定家庭基站的受干扰强度为 高等级， 否则， 判定家庭基站的受干扰强度为低等级。
步骤 S16， 家庭基站根据其可用频率带宽和受干扰强度等级， 对家庭小区的总频率 需求带宽进行自适应频率资源分配。
下面详细描述上述各处理的细节。 ( 一 ) 步骤 S12
家庭基站 (HeNB) 对其附近受强干扰的宏小区用户 (MUE) 进行检测， 并对受强干扰 的 MUE 使用的频率资源进行规避， 确定此家庭基站的可用频率带宽， 并确定可用资源块及 ava 其数目 NRB 。具体地步骤 S12 包括 ：
步骤 S122， 受强干扰的 MUE( 或称为受害 MUE) 直接将受害信息报告给强干扰源 HeNB， HeNB 周期性地将闭合接入模式 (CSG) 配置为混合模式， 允许受害 MUE 有限制地接入 HeNB。
步骤 S124， MUE 通过随机接入过程向强干扰源 HeNB 发送其频率资源使用信息。
步骤 S126， 家庭基站将受强干扰的 MUE 使用的频率资源划为不可用频率资源， 将 除不可用频率资源以外的带宽确定为可用频率带宽。
( 二 ) 步骤 S14
步骤 S14 具体包括以下处理 ：
步骤 S142， 家庭基站对周围无线环境进行监听， 通过对 HeNB 周围的同步信号和参 考信号的接收功率的检测确定与其相邻的 HeNB( 邻居 HeNB)。家庭基站的服务用户 (HUE) 测量邻居 HeNB 的参考信号接收功率， 并把测量值上报给家庭基站。
步骤 S144， 家庭基站根据测量上报值确定其相邻的 HeNB 是否对其造成强干扰。 具体方法为 ： HeNBj 的服务用户接收其服务基站的参考信号接收功率平均值为 RSRPj， 邻居 HeNBi 的参考信号接收功率为 RSRPi， 若满足公式 (1)， 则判定相邻 HeNBi 对该家庭基站造成 强干扰。其中， 参数 N 可以为 1-5db。
RSRPj-RSRPi ＜ N (1)
家庭基站 j 根据上述标准判断对其造成强干扰的相邻家庭基站数量 (m)。
步骤 S146， 家庭基站其确定周围干扰强度等级。 具体地， 根据家庭基站周围强干扰 家庭基站数量 (m) 确定其干扰强度因子 α。干扰强度计算公式为 ：
α(m) ＝ em (2)
干扰等级判定公式为 ：
α ＞ Ithre (3)
其中 Ithre 为干扰强度门限值， 若满足公式 (3)， 则此家庭基站 HeNBj 的干扰强度等 级为高， 向相邻的强干扰家庭基站发送干扰指示标志， 并把其相邻的强干扰小区加入强干 扰小区集合列表 ； 否则判断该小区周围干扰强度等级为低。
继续参考图 1， 在步骤 S14 之后， 根据本发明实施例的家庭基站干扰自适应的频率 分配方法还可以包括 ：
步骤 S15， 家庭基站根据其服务用户的业务速率需求和信干噪比， 计算该家庭小区 的总频率需求带宽。具体地步骤 S15 包括 ：
步骤 S152， 用户向服务基站反馈其速率需求信息、 链路质量信息 SINR ；
步骤 S154， 家庭基站根据需求带宽函数计算该小区的需求带宽 Breq， 带宽需求函数 为：
假 设 HeNBi 在 一 个 频 率 规 划 周 期 T 内 要 服 务 N 个 HUE， 其中第 l 个用户 req 的 平 均 业 务 速 率 需 求 为 Rl ， 其 信 干 噪 比 为 SINRl， 则 根 据 带 宽 需 求 函 数 T·R1req ＝
可得第 l 个用户的带宽需求为 T·Blreqlog2(1+SINRl)， 区总带宽需求为
因此可得此家庭小步 骤 S156， 根 据 需 求 带 宽 大 小， 确 定 家 庭 基 站 的 需 求 资 源 块 (RB) 数 目 为 ： 其中 BRB_unit 为一个 RB 带宽， 为向上取整运算。( 三 ) 步骤 S16
家庭基站根据其可用频率带宽和受干扰强度等级， 对家庭小区的总频率需求带宽 进行自适应频率资源分配， 具体包括以下处理 ：
步骤 S162， 若家庭基站干扰等级为低， 则采取随机接入的频率分配策略 ； 其可分 配的资源粒子数为 ：
其中， NRBallo 为此家庭基站可分配的 RB 数， α 为该小区的干扰强度因子， NRBreq 为 满足小区用户速率需求的资源粒子数目， 为向上取整运算。
家庭基站根据公式 (6) 进行频率资源分配 ：
若可分配的资源块数 NRBallo 大于等于可用资源块数目 NRBava， 则家庭基站可以分配 ava 整个可用频率带宽 NRB ； 否则， 家庭基站在可用频率带宽内随机选择 NRBallo 个 RB 接入。
通过上述实施例， 在家庭基站干扰强度等级为低的情况下， 周围强干扰小区数目 较少， 相邻家庭基站在随机接入频率资源的情况下， 频率资源冲突的概率低， 在无信令开销
的前提下减小了相邻家庭基站的层内干扰， 并满足了各个小区的用户业务速率需求， 提高 了用户的公平性。
步骤 S164， 若家庭基站干扰强度等级为高， 则采取正交频率分配策略。 假设高干扰 家庭基站列表的家庭基站数目为 Ninf， 则将可用频率带宽分为 Ninf 个子带， 则每个子带的带 宽大小为 ：
判断此家庭基站的子带带宽是否满足其需求带宽要求 ：若 NRBallo ＜ NRBsubband， 可分配资源数量小于子带的带宽则家庭基站分配 NRBallo 个 RB ； 否则每个家庭基站分配 NRBsubband 个 RB。
通过上述实施例， 在家庭基站干扰强度等级为高的情况下， 通过采用正交频率分 配策略， 通过有效的频率分配， 提高了系统的吞吐量。
另外， 家庭基站在进行正交频率分配策略之后， 还需要将资源分配情况通知相邻 高干扰集合列表内的家庭基站， 以保证相邻家庭基站之间不使用同一带宽。
需要说明的是， 上述实施例的频率分配是周期执行的， 每个家庭基站以周期 T 进 行自适应的频率分配， 为了避免一个家庭基站和相邻的家庭基站同时改变频率分配情况， 家庭基站在进行自适应频率分配周期之前， 随机选择一个退避时间 [0， T] 等待， 随机退避 后再进行频率分配。
为进一步说明本发明的有益效果， 可以通过对以上实例的仿真进一步说明 ：
在传统蜂窝小区的每个扇区内部署一个 BLOCK。图 2 显示了 BLOCK 的平面结构示 意图。每个 BLOCK 由两栋楼组成， 两栋楼之间由一条宽 10 米的街道间隔。每栋楼有 L 层， 每层有 2 排房间， 每排 10 个房间。根据部署概率 HeNB 随机选择房间进行部署， 并在部署家 庭基站的房间内部署 HUE。MUE 根据室内概率随机选择用户分布在室内， 其余用户随机均匀 分布在室外。其中每个小矩形表示一个房间， 房间内用●表示 HeNB， 用★表示 MUE， 用▲表 示 HUE。
上述仿真模型的主要参数如表 1 所示。
表1
参数 载波频率 频带宽度 小区中心之间距离 小区数 值 2.0GHZ 10MHZ 500m 7 小区 (21 扇区 )9CN 102497671 A说明书46dBm/20dBm 10 1 20dB/5dB 35％ 67/8 页基站发射功率 ( 宏基站 / 家庭基站 ) MUE 数目 ( 每扇区 ) HUE 数目 ( 每家庭小区 ) 渗透损耗 ( 外墙 / 内墙 ) MUE 室内概率 楼层数 L
本实例的仿真采用模特卡罗快照法， 用户所属小区以及在小区中的位置都是随机 生成， 传播模型参照于 3GPP 的技术规范文档 TR 36.814。
仿真内容 ： 分别采用频谱共享 (Co-channel， 即家庭基站和宏基站使用相同的频 率资源 ) 以及本发明提出的干扰自适应的动态频率分配机制 (DFA) 进行仿真。
仿真结果 ： 图 3 所示 MUE 掉话率得到明显的改善， 本发明 MUE 的掉话率几乎为零。 图 4 表示频谱共享机制和本发明方法的家庭小区平均频谱效率曲线比较， 由图 4 可以得出 家庭小区平均频谱效率本发明比现有技术的频谱共享机制在不同的家庭基站部署数量的 情况下提高了 15％左右。 图 5 表示频谱共享和本发明方法的家庭小区边缘用户吞吐量曲线 对比， 由图 5 可以看出本发明比现有技术的频谱共享在家庭小区边缘用户吞吐量方面提高 了 100％左右。 图 6 表示频谱共享和本发明方法的 HUE 的用户公平性对比， 本发明在不同小 区负载率的情况下用户的公平性均提高了 18％左右。用户公平性采用 Raj Jain 公平性指 数。 假设小区内共有 m 个用户， 其中第 i 个用户的平均吞吐量为 Ri， 则用户公平性通过公式 (9) 计算。
装置实施例
根据本发明的实施例， 还提供了一种家庭基站。
图 7 是根据本发明实施例的家庭基站的结构框图， 如图 7 所示， 该家庭基站包括 ： 可用频率带宽确定模块 10， 干扰强度等级确定模块 20， 自适应频率资源分配模块 30。
可用频率带宽确定模块 10 用于确定家庭基站的可用频率带宽。家庭基站 (HeNB) 对其附近受强干扰的宏小区用户 (MUE) 进行检测， 并对受强干扰的 MUE 使用的频率资源进 行规避， 确定此家庭基站的可用频率带宽， 并确定可用资源块及其数目 NRBava。
干扰强度等级确定模块 20 与可用频率带宽确定模块 10 连接， 用于根据家庭基站 的邻居家庭基站的参考信号的接收功率判断该邻居家庭基站是否为强干扰邻居家庭基站， 并根据强干扰邻居家庭基站的数量确定家庭基站的受干扰强度等级。参考图 8， 干扰强度 等级确定模块 20 具体包括 ： 邻居家庭基站确定模块 21、 接收模块 22、 干扰强度因子确定模 块 23、 高等级干扰强度确定模块 24 和低等级干扰强度确定模块 25。其中， 邻居家庭基站确 定模块 21 用于通过监听确定家庭基站的邻居家庭基站。接收模块 22 与邻居家庭基站确定
模块 21 连接， 用于接收服务用户上报的测量结果， 该测量结果为测量邻居家庭基站的参考 信号接收功率的测量结果。干扰强度因子确定模块 23 与接收模块 22 连接， 用于根据接收 模块接收的测量结果确定邻居家庭基站是否对家庭基站造成强干扰， 并根据造成强干扰的 邻居家庭基站的数量确定干扰强度因子。高等级干扰强度确定模块 24 与干扰强度因子确 定模块 23 连接， 用于若干扰强度因子大于预设阈值， 则判定家庭基站的受干扰强度为高等 级； 低等级干扰强度确定模块 25 与干扰强度因子确定模块 23 连接， 用于若干扰强度因子小 于预设阈值， 则判定家庭基站的受干扰强度为低等级。
自适应频率资源分配模块 30， 用于根据其可用频率带宽和受干扰强度等级， 对家 庭小区的总频率需求带宽进行自适应频率资源分配。自适应频率资源分配模块 30 具体包 括： 第一频率资源分配模块 31 和第二频率资源分配模块 32。第一频率资源分配模块 31 用 于在受干扰强度为低等级的情况下， 若总频率需求带宽大于或等于可用频率带宽， 则家庭 基站分配可用频率带宽 ； 否则， 家庭基站在可用频率带宽内随机选择频率需求带宽进行分 配。 第二频率资源分配模块 32， 用于在受干扰强度为高等级的情况下， 根据强干扰邻居家庭 基站的家庭基站数量将可用的频率带宽平均分为多个子带， 若总频率需求带宽小于子带带 宽， 则家庭基站分配总频率需求带宽 ； 否则， 家庭基站分配子带带宽。
在实际应用中， 根据本发明实施例的家庭基站的具体工作流程可以参图 1， 此处不赘述。 综上所示， 根据本发明上述技术方案具有以下有益效果 ：
(1) 本发明充分考虑跨层干扰和层内干扰， 频率分配机制既避免了对附近 MUE 的 干扰， 又减小了家庭小区之间的层内干扰 ； 保证了受强干扰 MUE 的基本通信， 提高了系统的 吞吐量。
(2) 本发明根据家庭基站周围干扰强度自适应采取不同的频率分配策略。低干扰 强度时， 家庭基站随机接入频率资源 ； 高干扰强度时， 高干扰集内的家庭基站分配正交频率 资源。这样， 只有高干扰集内的家庭基站频率分配时进行信令的传递， 信令开销小， 并通过 有效的频率分配， 提高了系统的吞吐量。
(3) 本发明根据家庭小区用户业务速率需求与干扰强度等级确定家庭基站可分配 的频率带宽大小， 既减小了相邻家庭基站的干扰， 又满足了各个小区用户的速率需求， 提高 了用户的公平性。
以上所述仅为本发明的实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领域的技术人 员来说， 本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的权利要求范围之内。