專利名稱：下一代移動通信異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的頻譜切換方法
下一代移動通信異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的頻譜切換方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于移動通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種移動通信異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的頻譜切換 方法。
背景技術(shù)：
面向高級國際移動通信(IMT-Advanced)的網(wǎng)絡(luò)是一個異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，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(shè) 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(shè)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(wǎng)絡(luò)中，終端設(shè)備之間可以直接進行通信，或者通過另一個終端設(shè)備進行中 繼。圖1是面向IMT-Advanced的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)示意圖，圖1中，在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，即使兩個 終端設(shè)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(shè)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(jīng)提出了一種終端設(shè)備間直接通信的模式(Device-to-Device Communication, D2D)，這樣的通信網(wǎng)絡(luò)將不再是單一模式的網(wǎng)絡(luò)，而是集中式網(wǎng)絡(luò)和 分布式網(wǎng)絡(luò)并存的混合式網(wǎng)絡(luò)。圖1就是這樣的一種網(wǎng)絡(luò)，在圖1中，一個終端設(shè)備可 以直接給另一個終端設(shè)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(shè)備通信，甚 至可以同時與基站和其他終端設(shè)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(wǎng)絡(luò)相比，這種混合網(wǎng)絡(luò)無疑將能夠更大地提升通信網(wǎng) 絡(luò)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(shè) 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(chǎn)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(shè)備3與終端設(shè)備4形成了一個D2D系統(tǒng)，蜂窩小區(qū)的終端設(shè)備1由于距 離D2D系統(tǒng)較近，因此當D2D系統(tǒng)與終端設(shè)備1復用相同的頻率資源進行通信時，將對 D2D系統(tǒng)產(chǎn)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(shè)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(chǎn)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(shè)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(shè)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(gòu)網(wǎng)絡(luò)亟待解決的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種移動通信異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)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(jié)果進行頻譜切換，從而保證D2D系統(tǒng)的邊 緣設(shè)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(shù)方案是，一種移動通信異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)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(shè)備對D2D系統(tǒng)的平均干擾水平信息表，設(shè)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(yīng)的蜂窩系統(tǒng)終端設(shè)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(yīng)的終端設(shè)備；
步驟4: D2D系統(tǒng)判斷使用查找到的終端設(shè)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(shè)備使用查找到的終端設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備發(fā)送終端設(shè)備所 對應(yīng)的小區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(shè)備使用各自的小區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)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(shè)備的平均 干擾水平，并將計算結(jié)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(shè)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(gòu)網(wǎng)絡(luò)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(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的頻譜切換方法流程圖5是蜂窩系統(tǒng)終端設(shè)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(jié)合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細說明。應(yīng)該強調(diào)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(yīng)用。
在3G和B3G系統(tǒng)中，基站給終端設(shè)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(shè)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(gòu)網(wǎng)絡(luò)。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(shè)備如何進行干擾的檢測。
圖4是移動通信異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)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(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的頻譜切換方法包括
步驟1 獲取蜂窩系統(tǒng)終端設(shè)備對D2D系統(tǒng)的平均干擾水平信息表，設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備 就能知道資源分配的消息。然后D2D系統(tǒng)的終端設(shè)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(shè)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(shè)備的 C-RNTI (Cell Radio Network TemporaryIdentifier)所加密的。因此，為了能 夠譯出PDCCH上關(guān)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(shè)備發(fā)送終端設(shè)備所 對應(yīng)的小區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)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(shè)備發(fā)送加密的 上行資源分配信息。
步驟23:每一個終端設(shè)備使用各自的小區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)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(shè)備的平均 干擾水平信息，并將計算結(jié)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(yīng)的終端設(shè)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(shè)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(shè)備1對D2D系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾最小，其影響程度被標為1。產(chǎn)生這種情況的原因 是由于終端設(shè)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(shè)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(shè)備對D2D系統(tǒng)的影響，不是 某個頻率上干擾大小的反應(yīng)。這個結(jié)果是經(jīng)過一段時間測量后得到的平均值，而不是根 據(jù)一次結(jié)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(shè)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(wù)。
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(yīng)的終端設(shè)備。
步驟4: D2D系統(tǒng)判斷使用查找到的終端設(shè)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(wǎng)絡(luò)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(nèi)，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(nèi)使用相同的頻率資源進行傳輸從而產(chǎn)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。基于這樣的信息，進行檢測的D2D系統(tǒng) 簇頭將能夠得到準確的干擾檢測結(jié)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(shè)備對D2D終端設(shè)備的干擾就可能 已經(jīng)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(shè)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(shè)備使用查找到的終端設(shè)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(shè)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(shè)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(guān)系，也與新的工作頻率的選擇有關(guān)系。本發(fā)明通過上 述干擾檢測，能獲得可以與哪個終端設(shè)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(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或 替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的 保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種移動通信異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)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(shè)備對D2D系統(tǒng)的平均干擾水平信息表，設(shè)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(yīng)的蜂窩系統(tǒng)終端設(shè)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(yīng)的終端設(shè)備；步驟4: D2D系統(tǒng)判斷使用查找到的終端設(shè)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(shè)備使用查找到的終端設(shè)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(shè)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(shè)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(quán)利要求1所述的一種移動通信異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的頻譜切換方法，其特征是所述獲 取蜂窩系統(tǒng)終端設(shè)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(shè)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(shè)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(quán)利要求1所述的一種移動通信異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的頻譜切換方法，其特征是所述獲 取蜂窩系統(tǒng)終端設(shè)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(shè)備發(fā)送終端設(shè)備所對應(yīng) 的小區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(shè)備使用各自的小區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)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(shè)備的平均干擾 水平，并將計算結(jié)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(shù)領(lǐng)域中的一種移動通信異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的頻譜切換方法。包括獲取蜂窩系統(tǒng)終端設(shè)備對D2D系統(tǒng)的平均干擾水平信息表并設(shè)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(yīng)的終端設(shè)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(yīng)的終端設(shè)備；如果使用查找到的終端設(shè)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(shè)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(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者徐少毅 申請人:北京交通大學