多运营商网络系统中基于D2D通信的上行干扰协调方法

摘要

一种多运营商网络系统中基于D2D通信的上行干扰协调方法，操作步骤如下：（1）D2D UE交换各自的运营商间干扰的相关信息，并做出是否存在潜在运营商间干扰的决策；（2）基站BS分析其接收到的潜在的运营商间干扰信息，决策是否进行上行链路测量；（3）BS识别出存在严重的运营商间干扰和受到严重干扰的蜂窝UE，表明非协调的网络部署已经发生问题；（4）通过BS的资源分配或操作维护中心O&M进行干扰协调。本发明提供一种通过D2D通信识别运营商间强干扰源和受干扰终端的方法，并经由基站或O&M进行处理，协调网络资源的配置，能够减少或消除运营商间干扰，从而解决了采用ACIR限制干扰无法解决的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种支持终端直通D2D（Device-to-device）通信在多运营商网 络系统中的通信方法，确切地说，涉及一种多运营商网络系统中基于D2D通信 的上行干扰协调方法，属于无线通信的技术领域。

背景技术

在同一区域中，通常有多个运营商部署不同架构的网络，以提供用户选择 相应的通信服务。网络中的终端可通过两种不同的模式进行通信：蜂窝通信模 式和D2D通信模式。在蜂窝通信模式下，终端通过基站BS（BaseSation）与另 一用户通信。而在D2D通信模式下，终端直接与另一终端通信而无中央控制。 蜂窝模式通信的主要优势是：存在中央控制，易于控制资源分配和干扰。然而 这种模式的显著缺陷是：无法完全获取资源配置信息；特别是其它运营商的资 源配置信息，导致运营商之间产生相互干扰，以及资源利用率较低。

为了实现更高的吞吐率，在多运营商的网络系统中，应用包含蜂窝与D2D 模式在内的混合通信模式。在该场景中，每个终端可在必要时选择一种通信模 式。参见图1所示的非协调多运营商网络共存的应用系统中，其关键是资源分 配和干扰协调方案。本发明是给出一种在多运营商网络系统中的干扰协调方案。

相关的现有技术有许多种，第一种技术方案是：在第三代合作伙伴计划 3GPP（The3rd Generation Partnership Project）标准规范36.101中，邻道选择性 ACS（Adjacent channel selectivity）被用作衡量接收机对邻道信号的抑制能力。 基站在上行接收时应满足ACS的最小要求。

在3GPP标准规范36.104中，邻道泄露比ACLR（Adjacent Channel Leakage  Ratio）被用作限制发送端的功率泄漏。无论发送端为何种类型，都必须满足最 低ACLR要求。对于上行链路，可认为邻道干扰比ACIR（Adjacent Channel  Interference Ratio）是由用户的ACLR决定的。

在3GPP标准规范36.942中，给出这类非协调多运营商的应用场景，并提 供相应的仿真结果。当工作在相邻信道的网络系统产生干扰时，用于衡量受干 扰网络系统性能下降的指标分别是：全球陆地无线接入UTRA（Universal  Terrestrial Radio Access）系统的容量损耗，以及演进的全球陆地无线接入系统 E-UTRA（Evolved Universal Terrestrial Radio Access）的吞吐量损耗，该两者均 依赖于ACIR。从仿真结果可发现：在某些场景下ACIR在抑制此类性能损耗方 面表现良好。

然而，当UTRA网络受到干扰时，可观察到明显的容量损耗。此外，标准 36.942中的仿真结果是基于宏蜂窝网络；而在多运营商网络应用场景中，往往 采用分层网络。当另一个运营商部署一个微蜂窝网络（或微微蜂窝、毫微微蜂 窝网络）时，路损的差异使得干扰用户的信号发送功率远大于受干扰用户的功 率，即使采用ACIR，吞吐量损耗也会较大。因此ACIR在解决该类运营商之间 的干扰问题方面，并非是切实有效的技术方案。

第二种技术方案是：无线网络中数据包调度机制是基于干扰随机化的策略。 然而，资源调度决策依赖于长时间的平均接收功率，而运营商间的干扰可能会 在调度到用户设备UE（User Equipment）的时刻突然出现。因此，长时间的平 均接收功率无法捕获瞬时的运营商间干扰，将导致低效的资源调度。

此外，数据包调度机制的策略是通过规定一系列对于子载波的伪随机排列 规则将用户的数据扩展到整个带宽上，将干扰随机化。当运营商间的强干扰出 现于受干扰频段一段时间后，一部分受干扰频段因其受干扰严重不适于用户传 输。因此无法通过在分散的子载波上传输用户数据来实现干扰随机化。

第三种技术方案是：可使用更大的保护带宽，但这将明显降低频谱利用率。

因此，在非协调多运营商网络共存的系统场景中，由于不同的运营商在同 一区域内分别独立部署基站，难以获得其它运营商基站的工作频带，以及其用 户的资源配置信息。最坏情况下，某一运营商的基站位于另一运营商网络覆盖 的边缘（如图2所示，其中的BS1和BS2分别隶属于不同的运营商）。

参见图3，考虑到运营商1和运营商2占用的频率资源相邻近。如果UE1 位于BS1的覆盖边缘，且UE2的上行资源与UE1的资源相邻（如图3所示）， UE2的上行信号将受到来自UE1上行信号的运营商之间的干扰。此时，BS2接 收到的来自UE1的上行信号与UE1的ACLR以及BS2的ACS有关，此时邻道 干扰比ACLR的计算公式为：

UE2上行接收功率与UE2的信号发送功率、UE2至BS2的路损有关。由于 UE1位于BS1的覆盖边缘，UE2上行信号受到的干扰与UE1的发送信号功率、 UE1的ACLR以及BS2的ACS有关。当运营商部署分层网络时，可观察到明显 的运营商间干扰，尤其是当运营商1部署了宏蜂窝而运营商2部署了微蜂窝时。

另一方面，由于UE1隶属于运营商1，UE2和BS2可能不清楚UE1的资源 分配信息。当BS2发现UE2上行信号受到严重干扰时，它无法辨别干扰源（可 能源自UE1上行信号）。因此BS2无法实现高效资源配置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种多运营商网络系统中基于D2D通信的 上行干扰协调方法、即通过D2D通信识别运营商间强干扰源和受干扰终端的方 法，该方法是由基站或O&M进行处理，协调网络资源的配置，能够减少或消除 运营商间干扰，从而解决了现有技术存在的采用ACIR限制干扰无法解决的各种 问题或缺陷。

为了达到上述目的，本发明提供了一种多运营商网络系统中基于D2D通信 的上行干扰协调方法，其特征在于，所述方法包括下列操作步骤：

（1）D2D UE交换各自的运营商间干扰的相关信息，并做出是否存在潜在 运营商间干扰的决策；

（2）基站BS分析其接收到的潜在的运营商间干扰信息，决策是否进行上 行链路测量；

（3）BS识别出存在严重的运营商间干扰和受到严重干扰的蜂窝UE，表明 非协调的网络部署已经发生问题；

（4）通过BS的资源配置或操作维护中心O&M（Operation and Maintenance） 进行干扰协调。

与现有技术相比，本发明方法的优点和效果是：

本发明提出了一种通过D2D通信识别运营商间强干扰源和受干扰终端的方 法，并通过基站或O&M进行处理，协调资源配置，能够减少或消除运营商间干 扰，从而解决了采用ACIR限制干扰无法解决的问题。

本发明基于干扰协调的方法可以避免运营商间强干扰，而通过数据包调度 的方法是无法解决此类干扰问题。另外，本发明是采用自优化算法适用于灵活 的网络部署，因此与移动网络优化的自然演进方向是统一的。

再者，本发明方法操作步骤简单、容易实现；如果选用本发明技术方案， 运营商无需采用复杂的方法，即可获得网络部署的相关信息；还能够提供很好 的用户体验，从而避免了大量的用户投诉。因此，本发明具有很好的推广应用 前景。

附图说明

图1是非协调多运营商网络系统共存的应用场景示意图。

图2是非协调多运营商网络系统部署架构示意图。

图3是图2中的UE1和UE2上行频率资源分配示意图。

图4是本发明多运营商网络系统中基于D2D通信的上行干扰协调方法操 作步骤流程图。

图5是UE进行D2D通信的示意图。

图6是D2D UE交换运营商间干扰信息和做出决策的操作步骤流程图。

图7是BS进行上行链路测量的一种可能方式示意图。

图8是基站配置资源，以避免干扰的实施例示意图。

图9是信令流和主要操作步骤的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对 本发明作进一步的详细描述。

本发明的技术方案不仅适用于E-UTRA系统，也适用于在UTRA或GSM 网络处理运营商间干扰的问题。尽管在说明发明点时，采用的实例是宏蜂窝， 但是，该方法也可以扩展到分层网络中。

本发明方法的基础是D2D UE可采用白空频段、工业、科学、医学ISM （Industrial Scientific Medical）频段或其它非授权频段建立通信链路，以交换干 扰信息。另外，D2D UE可以与其BS通信。

参见图4，介绍本发明多运营商网络系统中基于D2D通信的上行干扰协调 方法的下列具体操作步骤（图9是本发明方法的信令流和主要操作步骤时序图）：

步骤1，D2D UE交换各自的运营商间干扰的相关信息，并做出是否存在潜 在运营商间干扰的决策。该步骤包括下列操作内容（参见图5所示）：

（11）D2D UE采用白空或其他频段的D2D通信交换运营商间干扰的相关 信息。

参见图6，UE1与邻近的UE2建立D2D通信，该UE1和UE2分别属于BS1 （属于运营商1）和BS2（属于运营商2），UE2可以和UE1交换运营商间干扰 的信息。

需要注意的是：D2D UE的通信链路可能在干扰协调之前就已经存在，此时， 可以通过该通信链路交换运营商间干扰的相关信息。如果不存在D2D UE的通 信链路，但需要运营商间干扰的相关信息，则可以建立专门的D2D链路。

为了帮助D2D UE分析运营商间的干扰，交换的信息是由协议预先定义或 D2D UE进行协商定义的，包括多种内容和格式；其内容至少包括：运营商特有 的网络识别号ID（Identity）、工作频段的中心频率和带宽、D2D UE在蜂窝模式 下与BS通信的发送信号功率和/或接收信号功率。下面列出一种示例：

表1运营商间干扰相关信息的格式示例

其中，P_{TX_1}是UE1到BS1的发送功率，P_{RX_1}是指UE1的下行接收功率。注意： 发送功率和/或接收功率都可以帮助UE和BS推导出BS的上行接收功率。

（12）D2D UE决策判断其邻近频带上是否存在潜在的运营商间干扰。该步 骤包括下列操作内容：

（12A）D2D UE接收到运营商间干扰的相关信息后，先提取网络ID（运营 商特有的）和工作频带信息，以判断确定另一个D2D UE是否属于其他运营商 并工作于相邻频带；若是，则顺序执行步骤（12B）；否则，跳转执行步骤（12C）。

（12B）该D2D UE开始分析潜在的运营商间干扰：因该D2D UE不知道另 一运营商的蜂窝UE的上行发送功率是否会对相邻频带的蜂窝UE产生严重干 扰；故该D2D UE先要将其与BS通信的发送信号功率和/或接收信号功率和对 方与BS通信的发送信号功率和/或接收信号功率利用下述公式的判决准则： 进行比较，以判断是否存在潜在的运营商间干扰；且在蜂窝模式下 的特殊情况时，该D2D UE可能会受到与其直接通信的D2D UE带来的运营商 间干扰；

式中，P_{TX_2}和P_{TX_1}分别为两个运营商各自用户UE2和UE1与其BS通信的发 送功率，α₂和α₁为UE2和UE1分别到BS2的传输路损，λ是阈值；由于两个UE 相距较近，故为简化分析，假设α₁≈α₂；α₁P_{TX_1}ACIR是BS2接收上行信号时的干扰， 其数值取决于相邻信道UE1的功率泄露和BS2的邻道选择性ACS（Adjacent  channel selectivity）；不等式的左边是UE2和UE1分别到BS2的接收功率之比。

若该比值大于阈值λ，则UE2判断存在潜在的运营商间干扰，跳转执行步 骤（13）；否则，即该比值不大于阈值λ，则UE2判断不存在潜在的运营商间干 扰，执行后续步骤（12C）。

注意：阈值λ为BS接收来自UE的上行信号时，可以容忍的运营商间干扰 值。该阈值的数值是由BS广播下发或由协议提前确定的。

因为接收功率反应了UE到其BS的路损，故该步骤（12B）中的判决准则 也能扩展为通过计算UE与基站通信的下行接收功率来推算其发送功率，以供判 断是否存在潜在的运营商间干扰。

（12C）该D2D UE忽略该信息，结束该方法全部操作流程。

（13）D2D UE向BS上报潜在的运营商间干扰的相关信息，包括：UE的 网络ID（运营商特有的）、潜在的干扰频带信息包括带宽和中心频率、其它运营 商的UE与BS通信的发送信号功率和/或接收信号功率，以供BS分析决策，确 定是否需要进行上行测量。

D2D UE向BS上报潜在的运营商间干扰信息格式有多种，下面是一个实例。

表2潜在的运营商间干扰信息的一种格式示例

其中，P_{TX_1}ACIR是BS2上行接收信号受到的UE1的干扰，P_{TX_2}是UE2到其 BS的发送功率。

步骤2，基站BS分析其接收到的潜在的运营商间干扰信息，决策是否进行 上行链路测量。该步骤包括下列操作内容：

（21）BS从接收到的D2D UE报告的潜在的运营商间干扰信息（如上表2 所示的干扰频带相关信息）中得到包括其他UE的网络ID、带宽和中心频率的 信息后，对运营商间干扰源进行分类和分析，得到包括其接收功率与干扰的比 值、D2D UE的上报次数、上报相同的运营商间干扰的D2D UE数的信息，以获 知该运营商间干扰的严重性和评估测量的开销，从而决定是否作进一步的测量； 若是进行测量，则执行后续步骤（22）；否则，结束该方法全部操作流程。

干扰的严重性可以有多种度量方式：例如：该步骤（12B）中的公式所示的 接收功率与干扰的比值、D2D UE的上报次数、上报相同的运营商间干扰的D2D UE数等等。BS可以建立如下表3所示的表格记录各种测量数值，再通过权衡 不同的度量获知干扰的严重性。

表3记录运营商间干扰相关信息的一种格式示例

其中，P_{TX_op2_1}、P_{TX_op2_2}、P_{TX_op2_3}分别为运营商2的UE1、UE2、UE3与其BS通信 的发送功率，分别为BS2上行信号接收到的来自运营商1 的UE1、UE2和UE3的干扰，UE1_op2、UE2_op2、UE3_op2为运营商2的UE1、UE2、 UE3的ID。

（22）BS选择采用下述两种方式之一完成运营商间干扰的测量：BS进行 上行测量或由工作在授权频带的D2D UE进行测量；其中，BS的上行链路测量 是强制的，D2D UE的上行链路的测量是可选的；且必要的话，两种测量方式可 都采用。为了确定运营商间干扰和受干扰的蜂窝UE，由协议定义或由BS决定 至少包括接收功率的测量指标。

由于在快速傅里叶变换FFT（Fast Fourier Transform）后，2048条子载波上 只有1320条用于接收上行链路信号，故BS通过测量其保护频带上的接收功率， 来推断是否存在严重的运营商间干扰（如下图所示），即BS是将其频带其它子 载波上的接收功率作为干扰频带上的测量结果；同时，该BS还可以容易地获知 相邻的频带分配给了哪个蜂窝UE，以及该蜂窝UE在该BS的接收功率。因此 BS可以获得如下表4所示的测量结果。

表4测量结果的一种格式示例

式中，B_w1、B_w3为运营商1、3潜在干扰频带的带宽，f_c1、f_c3为运营商1、3 潜在干扰频带的中心频率，P_{RX_b1}、P_{RX_b3}为BS在保护频带上测量的接收功率，P_{RX_UE5op2}、 P_{RX_UE9op2}为BS在受干扰频带上测量的运营商2的UE5、UE9的上行接收功率， UE5_op2、UE9_op2为运营商2可能受干扰的UE5、UE9的ID。

该步骤（22）中两种方式测量的运营商间干扰、即D2D UE的测量结果和 BS的测量结果可能不一致，因此，D2D UE的上行链路测量是可选的，只作为 BS的决策参考；而BS的测量是强制的。此外，为促进采用资源配置进行干扰 协调，上行链路的测量应设定测量时长，以便能够确认是否存在运营商间干扰。

此外，需要的话，该步骤（22）中的BS综合采用这两种测量方式：先由 D2D UE进行粗略测量，BS接收到该D2D UE的测量报告后，再进行精确测量。

（23）如果D2D UE能够使用授权频带进行D2D通信，则该D2D UE同时 进行上行链路测量。该步骤包括下列操作内容：

（23A）测量请求：D2D UE根据BS通过广播或专用信道发送来的测量请 求信息进行上行链路测量；该测量信息至少包括：需要测量的潜在干扰频带、 测量时长和测量指标（例如接收功率）的测量参数。

（23B）上行链路测量：D2D UE接收到测量信息后，切换到潜在的干扰频 带，并根据测量请求对上行链路各个测量参数进行测量。

（23C）报告测量结果：D2D UE经由专用信道将测量结果报告给BS，该测 量结果包括每个干扰频带及其上的接收功率的相关信息，用于协助BS确定受干 扰的蜂窝UE。

如果需要测量多个频带，测量结果应该包括与每个频带相关的信息。上报 测量结果的可能格式可以参考表4。测量结果也可经由专用信道发送到BS。

步骤3，BS一旦识别出存在严重的运营商间干扰和受到严重干扰的蜂窝 UE，表明非协调的网络部署已经发生问题。这时，BS不仅要测量干扰，还要持 续监控干扰。这种连续干扰监控将有助于捕获运营商间干扰，并实施后续的干 扰协调。该步骤包括下列操作内容：

（31）BS获得上行测量结果后，提取干扰频带的相关信息，再根据不同的 干扰源对测量结果进行归类；同时，获知位于与干扰频带相邻的工作频带边缘 的蜂窝UE及其接收功率。

（32）BS根据判决准则针对各干扰频带识别出严重的运营商间干扰，并且 区分出遭受干扰的蜂窝UE：若蜂窝UE在自己频带上的上行接收功率与BS在 相邻频带上的接收功率的比值大于设定阈值，就判断存在运营商间干扰，且该 蜂窝UE遭受到严重的运营商间干扰而成为受严重干扰的UE。

（33）针对步骤（22）中BS和D2D UE上行测量的两种方式，采用下述两 种相应的判决准则，用于判断是否存在运营商间干扰：

（A）D2D UE执行上行链路测量时，采用公式为:的判决准则 做出判断，若该不等式成立，则BS判断存在运营商间干扰，且该蜂窝UE遭受 严重的运营商间干扰；式中，P_{RX_a}为受干扰的BS在干扰频带的上行接收功率， ACIR为受干扰BS的邻道干扰比，P_{RX_a}ACIR是受干扰的蜂窝UE遭受到的运营商 间干扰值，P_{RX_b}为受干扰的蜂窝UE上行链路接收功率，γ是基于D2D UE上行 链路测量时设置的BS能够承受的干扰阈值；

（B）BS执行上行链路测量时，采用公式为：的判决准则进行判断， 若该不等式成立，则BS判断相应的D2D UE遭受严重的运营商间干扰；式中， P_{RX_1}是BS在受干扰的保护频带上测量的接收功率，γ′是基于BS上行测量时设置 的BS能够承受的干扰阈值，且γ′和γ两者取值不同，前者更精准。

步骤4，BS识别出受干扰的蜂窝UE后，采用两种干扰协调机制：通过BS 的资源分配或操作维护中心O&M（Operation and Maintenance）进行干扰协调。

若BS采用资源配置对干扰进行协调时，它是使用动态资源，给受严重干扰 的蜂窝UE分配远离干扰频带的频谱资源块RB（Resource Block）；或者将受严 重干扰的蜂窝UE调度到其它远离干扰频带的子载波或信道上，但此时运营商应 拥有多条子载波或信道。

若BS采用O&M方式对干扰进行协调时，BS先向O&M发送协调请求， 并在该协调请求中描述运营商间干扰的下述相关信息：干扰源、即干扰频带， 干扰水平或干扰程度，即步骤（33）中的不等式比率。发送的协调请求的格式 可以有多种。下表5是一种实例。O&M根据接收的信息，判断是否必需执行资 源配置的协调，若是，则O&M通过重新配置或调整另一受干扰的BS的子载波 频率，以避免运营商间干扰；或者由O&M与其它运营商协商资源配置方案。

表5协调请求的一种格式示例

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保 护的范围之内。