在两个rat之间进行动态频谱资源分配的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种在两个RAT之间进行动态频谱资源分配的方法及系统，方法为：将频谱资源分为固定频段DB和灵活频段FB，将固定频段DB以静态方式分配给两个RAT，将灵活频段FB以动态方式分配给两个RAT，动态分配方式包括主动切换和被动切换两种模式，每间隔Δt1的时间进行一次动态频谱资源分配，当Δt2＞Δt1时，采用主动切换模式，当Δt2＝Δt1时，采用被动切换模式，系统包括动态频谱分配单元DFDU、网络监控和上报单元、频谱配置单元。本发明应用于在两个RAT共存的情况下，根据各网络内的负载状况，自动的进行频谱再分配，然后平衡系统负载，能够提高系统整体容量和频谱利用率。
【专利说明】在两个RAT之间进行动态频谱资源分配的方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信【技术领域】，涉及动态频谱资源分配，具体涉及一种在两个RAT 之间进行动态频谱资源分配的方法及系统。
【背景技术】
[0002] 无线频谱是具有经济和社会价值的有限资源，目前主要由国家统一管理和授权使 用。研究表明，当前无线频谱利用中最突出问题是整体频谱利用效率低。通过实测，一些 频段、一些地方和一些时候频谱严重不足，如2G左右的频段；而另一些频段、另一些地方和 另一些时候频谱大量富余，如3?4GHz频段利用率仅为0. 5%，4?5GHz频段利用率不到 0· 3%。
[0003] 导致上述无线电频谱问题的主要原因在于现有无线频谱政策的局限性，以及当前 所采用的无线频谱利用技术手段的落后。因此，频谱政策必须根据无线电业务需求和市场 需求重新调整，但要从根本上解决无线电频谱资源紧缺的问题，必须采用高效的频谱利用 技术，如多个无线电系统动态频谱分配与频谱共享技术等，实现多个无线电系统共享同一 频谱，相互不产生干扰，从而极大地提高频谱利用率。同时，高效频谱利用技术也是无线电 业务发展的引擎，必然影响到频谱政策的优化。
[0004] 目前采用的固定频谱分配方法是指为每个无线电系统固定分配频段，无论业务量 大小，都只能使用自己的频段。这种方法管理容易，但存在不少弊端：当业务量大时，自身频 段可能不够用，造成用户的业务请求被拒绝；当业务量小时，自身频段又可能得不到充分利 用，导致频谱资源浪费。
[0005] 动态频谱分配策略需改变现有频谱分配总体结构，涉及频谱管理者，虽然它是实 现多系统频谱共享、提高频谱利用率的根本手段，但目前实现上还存在一定难度。因此，在 不改变现有频谱分配总体结构前提下的频谱共享技术，成为目前最有可能得到广泛应用的 频谱共享方法。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在两个RAT共存的情况下，根 据各网络内的负载状况，自动的进行频谱再分配，然后平衡系统负载，能够提高系统整体容 量和频谱利用率的在两个RAT之间进行动态频谱资源分配的方法及系统。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：在两个RAT之间进行动态频谱资源 分配的方法，将频谱资源分为固定频段DB和灵活频段FB，将固定频段DB以静态方式分配给 两个RAT，将灵活频段FB以动态方式分配给两个RAT，动态分配方式包括主动切换和被动切 换两种模式，每间隔^&的时间进行一次动态频谱资源分配，用户预先设定的一个 初始时间间隔，Λ t2随着系统运行而逐渐减小至Λ tl或者恢复初始值，当Λ t2> Λ tl时， 采用主动切换模式，当Λ t2= Λ &时，采用被动切换模式。
[0008] 所述的 RAT 为 GSM、UMTS 或 LTE。
[0009] 所述的RAT包括以下四种运行状态：
[0010] 状态1 :只使用固定频段DB ;
[0011] 状态2 :同时使用固定频段DB和灵活频段FB ;
[0012] 状态3 :配置灵活频段FB ;
[0013] 状态4 :释放灵活频段FB。
[0014] 进一步地，所述的主动切换模式开始时已经将灵活频段FB分配给RAT 2,所以RAT 2处于状态2,而RAT 1只使用固定频段DB，所以RAT 1处于状态1;主动切换模式包括以下 步骤：
[0015] S11:检测RAT 1的状态：首先检测RAT 1的可用资源数量KPI是否比门限值Γ 大，门限值Γ的计算方法为：
[0016]
【权利要求】
1. 在两个RAT之间进行动态频谱资源分配的方法，其特征在于：将频谱资源分为固定 频段DB和灵活频段FB，将固定频段DB以静态方式分配给两个RAT，将灵活频段FB以动态方 式分配给两个RAT，动态分配方式包括主动切换和被动切换两种模式，每间隔△ &的时间进 行一次动态频谱资源分配，Λ t2为用户预先设定的一个初始时间间隔，Λ t2随着系统运行 而逐渐减小至Δ 或者恢复初始值，当Δ t2 > Δ 时，采用主动切换模式，当Δ t2 = Δ心 时，采用被动切换模式。
2. 根据权利要求1所述的在两个RAT之间进行动态频谱资源分配的方法，其特征在于： 所述的RAT为GSM、UMTS或LTE。
3. 根据权利要求2所述的在两个RAT之间进行动态频谱资源分配的方法，其特征在于： 所述的RAT包括以下四种运行状态： 状态1 :只使用固定频段DB ; 状态2 :同时使用固定频段DB和灵活频段FB ; 状态3:配置灵活频段FB; 状态4 :释放灵活频段FB。
4. 根据权利要求3所述的在两个RAT之间进行动态频谱资源分配的方法，其特征在于： 所述的主动切换模式开始时已经将灵活频段FB分配给RAT2,所以RAT2处于状态2,而RAT1 只使用固定频段DB，所以RAT1处于状态1 ;主动切换模式包括以下步骤： 511 :检测RAT1的状态：首先检测RAT1的可用资源数量KPI是否比门限值Γ大，门限 值Γ的计算方法为：
其中，R/Vg表示在RAT N中一个用户所需的最低资源数量，λ Neff表示RAT N的有效到 达率，有效到达率=到达率一离去率，门限值Γ表示在时间间隔At2里RAT N所需的最低 资源数量； 如果KPI彡Γ，则返回等到下一次检测开始，如果KPI < Γ，则判断系统内的计时器是 否全为零，如果不全为零，则返回直到下一次检测开始，如果计时器已经全部归零，则进行 下一步； 512 :计算负载判断函数U，负载判断函数U的作用是判断重新分配灵活频段FB以后， 对改善整体负载是否有作用：
其中，Lk表示RAT k现在的相对负载，即现在使用的频谱资源与整体频谱资源的比值， Lkfut表示RAT k在进行灵活频段FB重分配后的相对负载，k表示当前操作的RAT, j表示现 在正在使用灵活频段FB的RAT，U > 0表示交换灵活频段FB后有助于减轻整体的负载，则 进行下一步，U〈0表示交换灵活频段FB后会加重整体的负载，采用减小At 2的方式来更新 KPI的门限值Γ，然后等待下一次检测开始； 513 :判断RAT2的固定频段DB的资源数量是否足够提供目前处于RAT2灵活频段FB的 用户使用，如果不能提供则直接返回，如果能够提供则进行下一步操作； 514 :判断灵活频段FB是否已经对新用户关闭，如果没有关闭，则关闭灵活频段FB，使 其不再对新用户开放，同时启动计时器来确保灵活频段FB关闭，然后返回直到下一次检测 开始；如果灵活频段FB已经关闭，则重置门限值Γ，使其变为初始值，将RAT2的状态置为 状态4,再将RAT2的用户转移到固定频段DB中去，然后将RAT2的状态置为状态1，RAT2转 移完所有用户以后释放灵活频段FB，同时将RAT1的状态置为状态3,配置灵活频段FB相关 参数，并应用到各个RAT基站中，确保灵活频段FB被正确配置，配置完灵活频段FB以后立 刻启动一个计时器，该计时器的作用是为了防止乒乓效应，即防止灵活频段FB在两个RAT 之间来回切换，启动完计时器之后，将该RATI的状态置为状态2,主动切换完成。
5.根据权利要求3所述的在两个RAT之间进行动态频谱资源分配的方法，其特征在于： 所述的被动切换模式启动的时候，表示RAT1已经超载，被动切换模式包括以下步骤： S21:首先检测RAT1的可用资源数量KPI是否比门限值Γ大，如果KPI彡Γ，则返回 等到下一次检测开始，如果KPI < Γ，则判断系统内的计时器是否全为零，如果不全为零， 则返回直到下一次检测开始，如果计时器已经全部归零，则进行下一步； 522 :判断RAT2的固定频段DB中的空闲资源是否足够容纳灵活频段FB中的用户和未 来即将到来的新用户，如果不够则返回直到下一次检测开始；如果足够则判断灵活频段FB 是否已经关闭，如果没有关闭则对新用户关闭灵活频段FB，同时启动计时器来保证灵活频 段FB的顺利关闭，然后返回直到下一次检测开始，如果灵活频段FB已经关闭，则进行下一 [K 少； 523 :判断RAT1的阻塞率是否大于临界值，如果阻塞率小于临界值，则返回直到下一次 检测开始，如果阻塞率大于临界值，则采集计算负载判断函数U的相关数据并计算U值：
其中，9k指在RAT k中的超载，超载是指代当前RAT负载为100%时，仍然有用户接入， 这些用户所需求的资源即为当前RAT超载的量，0kfut指在交换灵活频段FB后RAT k中的 超载， 其中Θ ft可以用以下方程表示：
ictal表示当前RAT 1所有的频谱资源总量，Λ tfut表示时间间隔，表示当前RAT 1的空闲频谱资源，表示经过Λ tfut时间后RAT 1的频谱资源总量，λ i表示RAT 1 的有效用户到达率，Rrg表示RAT 1的单用户需求的最低频谱资源量。 e2fut可以用以下方程表示：
其中，R2t(rtal表示当前RAT 2所有的频谱资源总量，Atfut表示时间间隔，R2ftee表示当 前RAT2的空闲频谱资源，R2t<)tal-fut表示经过Λ tfut时间后RAT 2的频谱资源总量，λ 2表示 RAT 2的有效用户到达率，R2avg表示RAT 2的单用户需求的最低频谱资源量，Nflex表示灵活 频段的用户数量；如果U > 0,则进行下一步，否则立即返回直到下一次检测开始； 524 :重置门限值Γ，使其变为初始值，将RAT2的状态置为状态4,再将RAT2的用户转 移到固定频段DB中去，将RAT2的状态置为状态1，RAT2转移完所有用户以后，释放灵活频 段FB，由之前的RAT1来接受灵活频段FB的资源，同时将该RAT1的状态置为状态3,同时配 置灵活频段FB相关参数并应用到各个RAT基站中，确保灵活频段FB被正确配置，配置完FB 以后，就立刻启动一个计时器，该计时器的作用是为了防止乒乓效应，即防止FB在两个RAT 之间来回切换，启动完计时器之后，将该RAT的状态置为状态2,被动切换完成。
6. 根据权利要求4或5所述的在两个RAT之间进行动态频谱资源分配的方法，其特征 在于：所述的动态频谱资源分配过程中一共采用两类计数器，一类计数器用于确保灵活频 谱段FB已经对新用户关闭，另一类计时器用于防止产生乒乓效应。
7. 在两个RAT之间进行动态频谱资源分配的系统，其特征在于：包括动态频谱分配单 元DFDU、网络监控和上报单元、频谱配置单元，其中： 动态频谱分配单元DFDU用于完成频谱配置的初始化工作，并接收来自不同RAT的网络 监控和上报单元的上报信息，并通过接收到的上报信息来判断是否需要进行频谱再分配以 及决定各个RAT的频率分配方案，然后将频谱分配方案下达给各个RAT内部的频谱配置单 元； 网络监控和上报单元用于实时监控RAT内部的状态信息，并将收集到的信息上报给动 态频谱分配单元DFDU ; 频谱配置单元用于接收来自动态频谱分配单元DFDU的频谱分配方案并按该方案进行 频谱再分配。
8. 根据权利要求7所述的在两个RAT之间进行动态频谱资源分配的系统，其特征在于： 所述的频谱配置的初始化信息包括当前网络的配置方式，包括每个RAT各自的固有频段DB 和公共的灵活频段FB。
9. 根据权利要求7所述的在两个RAT之间进行动态频谱资源分配的系统，其特征在 于：所述的RAT内部的状态信息但不局限于：网络负载信息、网络用户数量、网络可用资源 数量、当前网络所受的干扰状况、当前网络的历史用户到达率与离去率，以及每个用户平均 消耗的频谱资源。
10. 根据权利要求8所述的在两个RAT之间进行动态频谱资源分配的系统，其特征在 于：所述的动态频谱分配单元DFDU包括初始化模块、策略运行模块、上报信息接收模块和 频谱配置发布模块，其中： 初始化模块用于接收事先配置好的初始频谱配置信息，包括固有频段DB和灵活频段 FB的分配信息，固有频段DB包括各个RAT的基础部署频段大小，灵活频段FB包括三者可以 共同使用的频段大小以及初始灵活频段FB分配给哪个RAT ; 上报信息接收模块用于接收来自各个RAT上报的状态信息，并将这些上报的状态信息 交给策略运行模块； 策略运行模块用于根据收到的状态信息来决定频率分配方案并将具体频谱配置信息 传输给频谱配置发布模块； 频谱配置发布模块用于将具体频谱配置信息发布给各个RAT。
【文档编号】H04W16/14GK104159234SQ201410382357
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】蒋体钢, 吕浩 申请人:电子科技大学, 华为技术有限公司