[发明专利]一种基于LTE的认知小蜂窝双重资源分配和干扰管理方法

说明书

本发明涉及认知用户在授权频段和未授权频段上的资源分配和干扰管理问题，尤其是在授权频段与授权用户以及在未授权频段与WiFi用户的共存以及资源分配问题。现有网络的频谱分配政策导致有限的频谱资源已待耗尽，通信信道变得拥塞不堪。本发明考虑具有频谱检测功能的认知小蜂窝网络，它可以检测授权和未授权频段上的频谱空穴，并结合现有的LTE技术利用这些频谱空穴传输信息，在授权频段上认知用户与授权用户共享频谱，在未授权频段上认知用户与WiFi用户竞争使用频谱，提出一种简单有效的干扰管理和资源分配机制，实现授权和非授权频段资源的合理分配，从而最大化整个网络的传输速率，提高用户满意度和系统整体性能。

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及在授权频段与授权用户以及在未授权频段与WiFi用户的共存方法以及资源分配问题。

背景技术

由于智能手机和其他的无线宽带用户的不断增加导致移动宽带数据流量激增，同时人们对传输质量要求的不断提高也给网络运营商网络容量带来了巨大压力。为了满足快速增长的数据要求，现今的网络必须进行更进一步的发展。目前采用的提高传输速率的方法有：①给网络分配更多的频谱；②通过小蜂窝配置的网络致密化；③空间处理技术等其他技术。其中使用更多的频谱来传输信息是最简单有效的方法。现今频谱分配采用固定分配政策已将大部分可用频谱分配完毕，尤其是通信质量较高的低频段资源不仅有限，价格昂贵，而且正被快速增长的数据流量需求迅速消耗。固定频谱分配使得授权频段资源利用率非常低，根据美国联邦通信委员会(FCC)调查结果显示，已授权的频谱资源的利用率仅为15％～85％。认知无线电(Cognitive Radio，CR)技术就是针对这种情况产生的，它是一种智能无线电通信系统，将用户分为授权用户(Primary User，PU)和认知用户(SecondaryUser，SU)两种类型用户，PU即分配有固定频段的授权用户，而SU则为没有固定频段的用户，它通过动态频谱检测技术，检测授权频段上PU的状态，在不影响PU的正常通信的情况下动态接入PU未使用的授权频段，当PU再次出现时能够及时检测到并快速退出，以实现对授权频段的“二次利用”，因此极大的提高了频谱利用率，在一定程度上解决了频谱稀缺问题。

然而由于授权频段资源本身有限，认知无线电技术也只能缓解资源匮乏的情况。因此对其他未授权频段资源的探索和使用成为增大网络容量的一种有效方法。在5GHz频段上，全球已经分配的未授权频段资源总计已经超过500MHz。迄今为止，WiFi(Wireless-Fidelity，无线局域网)是5GHz频段最常用的一种无线接入方式，它以随机方式接入到信道，在使用信道前先通过CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision，载波侦听多路访问/冲突避免)检测是否有用户在使用信道，如果检测到在DIFS(DistributedInter-frame Spacing，分布式帧间间隙)(依据802.11b标准)时间段内信道是空闲的，则发送数据；如果检测到信道被占用，则在竞争窗口范围内随机选择一个回退计数，以减小WiFi用户间的冲突概率。在有许多无线用户竞争使用频段时，WiFi的冲突避免机制使频谱使用率并不高。

综上所述，现有增大网络容量的方法都没有充分的利用频谱资源，本发明提出一种新颖的认知小蜂窝概念，具有频谱检测能力的小蜂窝称为认知小蜂窝(Cognitive SmallCell)，一方面它具有小蜂窝发射功率低，覆盖范围小的特点可以采用频率复用提高频谱的利用率，增大网络容量；另一方面它具有认知无线电动态检测频谱资源的特点，在使用自身授权频段的同时可以检测其他的授权和非授权频段，通过对频谱的重复使用改善传统网络频谱资源利用率不高的问题。在授权频段上认知用户利用频谱空穴与授权用户共享授权频段提高传输速率；在未授权频段上认知用户与WiFi竞争使用信道，提出一种简单有效的干扰管理和信道接入方案，使认知用户和WiFi用户在未授权频段上共存。这种具有使用双重频谱接入功能的认知小蜂窝对提高授权和未授权频段的频谱利用率，增加网络的整体性能将具有十分重要的意义。

发明内容