CN105050124B - 异构蜂窝网络基于业务感知的站间频谱资源聚合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种异构蜂窝网络基于业务感知的站间频谱资源聚合方法，在该方法中，SON实体根据从基站获取的业务状态信息和从演进型服务移动位置中心E‑SMLC获取的UE位置信息感知当前网络中的业务分布情况，确定UE连接模式，在业务集中分布于小蜂窝覆盖区域的时段将网络配置为站间频谱资源聚合模式，充分利用此时宏基站相对空闲的频谱资源，提高整个网络的吞吐率；若业务未集中分布于小蜂窝覆盖区域，而是均匀地分布在整个宏蜂窝覆盖地区，则不采用站点间资源聚合以减少相关控制信令开销。该方法充分考虑到了异构蜂窝网络长时间变化中所带来的低效问题，使网络配置根据环境的大范围变化进行自适应优化调节，可应用于用户业务分布情况随时间有较大改变的异构蜂窝网络。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种异构蜂窝网络基于业务感知的站间频谱资源聚合方法，特别是宏蜂窝MacroCell、小蜂窝SmallCell共存的异构蜂窝网络中的站点间频谱聚合与双连接方法。
背景技术
从LTE到LTE-A以至于未来新一代通信系统的演进过程中，由于各种智能终端的普及，数据流量将发生井喷式的增长，未来数据业务将主要分布在室内和热点地区。因此，密集异构小蜂窝网络将成为改善网络覆盖，大幅度提升系统容量的主要手段之一。愈发密集的网络部署，也使得网络拓扑更加复杂，基于终端能力提升的移动性增强方案、干扰消除、小区快速发现、密集小区间协作等，都是目前异构蜂窝网络方面的研究热点。
现有异构蜂窝网络通过引入低功率节点增加网络容量，其本质在于首先确定业务高发的热点地带，然后在该地区部署多个SmallCell，通过提高节点数量来增加网络中可用的无线资源(PRB)数量，提高局部网络容量以满足业务需求。通常的部署方式为，在宏蜂窝信号覆盖较好而业务请求量很大的区域(即热点地区hotspot)，部署一定数量的SmallCell满足该热点地区业务需求。通过部署多个SmallCell增加局部地区吞吐率，进而增加宏蜂窝覆盖地区的整体系统容量。
由于SmallCell基站发射功率低于宏基站，且部署位置的宏基站RSS质量可能较好，若仍然采用A3事件触发的切换判决准则，则Macro/Small的跨层切换边界会距离SmallCell基站过近，导致只有少部分极度接近小基站的用户才能接入到SmallCell被其服务。为提高SmallCell的使用率，3GPP TR36.842中提出A2/A4联合切换判决准则，当MacroCell的RSS低于某门限且SmallCell的RSS高于某门限时，UE即被切换至SmallCell。该方法可确保hotspot范围内的UE均接入SmallCell，充分利用SmallCell资源。
在一些实际场景中，用户总量是一定的。若采用上述异构蜂窝网络部署方式，当大量业务集中发生在热点地区时，非热点地区用户业务很少，宏基站无线资源会出现一定空闲。随着时间推移，在一些时段业务高发地区可能会出现变化，相当数量的用户移出Hotspot区域，宏基站资源重新得到利用。以学校为例，在校园内部署MacroCell+SmallCell异构蜂窝网络后，上课时段内用户业务大量集中分布于教学区域被SmallCell所承载，而该区域之外用户很少，宏基站资源出现空闲；在上课时段之外的时间内，用户业务会相对分散地分布在整个校园区域中，宏基站资源得到利用。如果在业务集中分布于hotspot时可以将宏基站空闲资源加以利用，网络容量会得到进一步提升。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种异构蜂窝网络基于业务感知的站间频谱资源聚合方法，在本方法中，SON实体根据从基站获取的业务状态信息和从演进型服务移动位置中心E-SMLC获取的UE位置信息感知当前网络中的业务分布情况，在业务集中分布于hotspot(该区域即小蜂窝覆盖区域)而hotspot之外业务分布很少时，为UE部署站点间频谱资源聚合型双连接，同时在MacroCell和SmallCell上进行数据传输以提升容量；若业务未集中分布，则不采用站点间资源聚合以减少相关控制信令开销。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种异构蜂窝网络基于业务感知的站间频谱资源聚合方法，包括以下步骤：
1)异构蜂窝场景中的SON实体添加业务分布分析统计模块，根据从E-SMLC获取到的UE位置信息与从宏基站获取到的业务状态信息，分析得出精确的业务分布信息数据，了解SmallCell覆盖区域中的业务数量占网络总业务数量比例；
2)宏基站根据获取到的业务分布情况，判断网络中业务的分散或集中状态，然后对异构蜂窝网络中的MacroCell与SmallCell进行P-Cell/S-cell配置；
3)若业务集中分布于SmallCell覆盖区域，则根据网络中UE类型，判断异构蜂窝网络中的UE是否兼容Release9之后的载波聚合(CAT6)，并启动符合条件UE的辅载波收发机；若业务分散分布，该判断过程不执行，全体UE均不采用载波聚合，根据异频切换准则选择具体的接入小区；
4)业务集中分布于SmallCell覆盖区域的前提下，根据步骤3)的判断结果，对CAT6及以上UE，部署Internodes Resource Aggregation型双连接，聚合PCell、SCell两层网络资源，提升异构蜂窝网络总体容量；
5)对CAT 6以下UE，只监听P-Cell的载波并在其上被分配资源，不执行S-CellAddition操作。
进一步，在步骤1)中，SON实体从E-SMLC获得业务进行时用户的地理位置信息，从基站侧RRC协议栈获得业务状态信息，分析后得出较为精确的业务地理位置分布情况；该分布情况通过S1接口下发至异构蜂窝网络中的宏基站，令该宏基站知晓其附近业务的分布状况，该分布情况作为后续进行网络优化配置的依据。
进一步，在步骤2)中，若宏基站得知其覆盖下的用户业务多数(比例可设置)集中于SmallCell覆盖区域，则网络配置宏基站为P-Cell，配置SmallCell为S-Cell。P-Cell通过Xn接口向S-Cell下发RRC控制面转移指令，即保留S-Cell的数据面，S-Cell RRC层原有的无线承载连接控制均移交给P-Cell控制；新的控制信令由P-Cell产生，既可以由P-Cell直接发送至UE，也可以先由P-Cell将信令通过P、S-Cell之间的backhual转发至S-Cell，再由S-Cell发送信令至UE。
进一步，在步骤3)中，当业务集中分布于SmallCell覆盖区域导致P-Cell资源出现一定程度空闲时，UE通过聚合P-Cell和S-Cell频谱资源可充分利用空闲资源，提升网络吞吐量；此时有必要判断UE类型是否具备载波聚合功能，并通过基站向CAT6以上用户发送载波聚合功能启动信令，UE开始监听并测量辅载波SCC；如果业务未集中于SmallCell覆盖区域，则该过程无需执行，不论何种UE均维持异频测量配置，在宏基站与SmallCell之间执行异频切换，只需监听一种载波从而降低UE端能耗。
进一步，在步骤4)中，对具有载波聚合功能的UE部署站点间资源聚合型双连接；若UE根据S-Cell接收功率判断有S-Cell满足A4事件条件，则向P-Cell发送S-CellA4测量报告，之后P-Cell向UE发送S-Cell Addition信令；UE添加该S-Cell作为辅小区，第二组接收机开始监听该S-Cell对应的SCC，进行物理层同步，之后进行两种载波上的层二资源分配；上述过程完成后UE与P-Cell和S-Cell之间均可进行数据收发，在业务集中于SmallCell范围时，可有效利用宏小区空闲资源以提升网络总体容量。
进一步，在步骤5)中，业务集中情况下，不具有载波聚合功能UE在双连接场景只和P-Cell建立关联进行数据面收发，P-Cell识别该类UE类型后不向其发送SCC监听测量指令，也就不会触发A4测量报告与S-Cell Addition过程。
进一步，所述辅小区S-Cell拥有激活与反激活机制，可根据是否有数据传输需要对S-Cell进行激活或反激活；非连续性接收DRX，可根据不同业务类型和时延要求设定SCC观测间隔，降低能耗；可根据业务分布集中程度在S-Cell和非S-Cell之间进行转换，独立RRC功能的开启、关闭。
本发明的有益效果在于：与现有技术相比，该方法充分考虑到了异构蜂窝网络长时间变化中所带来的低效问题，使网络配置根据环境的大范围变化进行自适应优化调节，可应用于用户业务分布情况随时间有较大改变的异构蜂窝网络。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本专利适用的网络场景，网络中用户业务集中分布于SmallCell区域示意图；
图2为异构蜂窝网络中通过A2-A4切换/小小区添加准则增加SmallCell使用率示意图；
图3为基站通过MME获取业务分布信息流程图；
图4为P/S-Cell配置与RRC连接控制移交示意图；
图5为对具有载波聚合功能的UE部署站点间资源聚合型双连接流程图；
图6为容量优化方法总体流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为本发明适用的网络场景示意图。在该场景中存在两种类型网络节点，宏基站与SmallCell基站。宏基站使用2Ghz频段，SmallCell基站使用3.5Ghz频段，因此MacroCell对SmallCell用户不产生同频干扰。由于该类部署方式主要目的在于通过SmallCell的部署增加MacroCell信号覆盖地区容量，而非在MacroCell覆盖边缘地区部署SmallCell以改善覆盖，因此该场景中SmallCell部署在MacroCell覆盖较好的地区。当场景中用户总量一定时，若大量业务集中发生在热点地区，且非热点地区用户业务很少，则宏基站无线资源会出现一定空闲。而随着时间推移，在一些时段业务高发地区可能会出现变化，相当数量的用户移出Hotspot区域，使宏基站资源重新得到利用。以学校为例，如果在校园内部署MacroCell+SmallCell异构蜂窝网络后，上课时段内用户业务大量集中分布于教学区域被SmallCell所承载，而该区域之外用户很少，宏基站资源出现空闲；在上课时段之外的时间内，用户业务会相对分散地分布在整个校园区域中，宏基站资源得到利用。如果在业务集中分布于hotspot时可以将宏基站空闲资源加以利用，网络容量会得到进一步提升。
与异频组网类似，该类组网场景中需要通过A2-A4事件结合的方式增加S-Cell(该场景中为SmallCell)的使用率。该方式在下文中进行详细描述。
图2为A2-A4切换/S-Cell修改准则示意图。A2事件为当前服务小区的RSS低于预设的门限值，A4事件为邻小区的RSS超过预设的门限值。采用异频组网方式时，需要对两种门限值进行合理设置，使得A2事件发生边界提前于A4事件发生边界，且两种事件的发生边界均提前于A3事件边界。如图2所示，只要UE处于A4两边界以内，即可切换至SmallCell。通过配置合理的事件触发门限值A2_Threshold与A4_Threshold，可以使切换发生边界超前于普通A3事件边界，UE不需要距离SmallCell基站很近即可切换至SmallCell，增大了SmallCell的使用率。采用站点间资源聚合组网方案时，同样采用A2-A4事件组合作为S-Cell添加依据，只要UE处于A4边界以内即添加该SmallCell作为S-Cell。
图3为SON实体通过基站RRC与E-SMLC上报数据分析统计得出业务分布流程图。为了实施本发明，异构蜂窝网络中需要部署演进型服务移动位置中心E-SMLC(EvolvedServing Mobile Location Center)，并且SON实体中需添加业务分布分析统计模块。E-SMLC收集UE的测量结果，根据这些测量结果对UE位置进行估计，将获得的UE位置信息发送给网络中的SON实体；同时SON实体从基站侧获取业务状态信息。根据UE位置信息和业务状态信息，SON实体对业务分布进行分析统计，得到较为精确的业务分布信息数据，知晓SmallCell覆盖区域中的业务数量占网络总业务数量比例。上述测量结果采集、UE位置估计、业务分布分析统计过程需长时间进行，感知业务分布状况随时间的变化规律，以便针对长时间内不同时段业务分布的变化情况对网络参数进行优化调整。
具体步骤如图3所示：
步骤301：MME采集UE的位置信息，上报给SON实体；
步骤302：SON实体从基站获取其关联UE的业务类型、配置参数信息；
步骤303：SON实体将业务信息与UE位置信息结合后进行分析、统计，得到并存储网络场景中精确的业务位置分布信息。该分析统计过程需要长时间进行，以获得全面的各个时间段业务分布情况。之后网络可根据业务分布情况的长时间变化规律对网络参数进行针对性优化调整。
图4为在业务集中分布于SmallCell覆盖区域的前提下，网络对基站进行P/S-Cell配置与RRC连接控制移交示意图。
若宏基站得知其覆盖下的用户业务多数(比例可设置)集中于SmallCell覆盖区域，则网络配置宏基站为P-Cell，配置SmallCell为S-Cell。P-Cell通过Xn接口向S-Cell下发RRC控制面转移指令，即保留S-Cell的数据面，S-Cell RRC层原有的无线承载连接控制均移交给P-Cell控制。新的控制信令由P-Cell产生，既可以由P-Cell直接发送至UE，也可以先由P-Cell将信令通过P、S-Cell之间的backhaul转发至S-Cell，再由S-Cell发送信令至UE。具体步骤如图4所示：
步骤401：宏基站通过业务位置信息存储模块得知当前的业务分布情况，若业务集中分布于SmallCell覆盖区，则配置自身为P-Cell模式，之后向其覆盖下的SmallCell下发S-Cell配置指令，SmallCell收到配置指令后配置为S-Cell。
步骤402：P-Cell通过Xn接口向S-Cell下发RRC配置指令，SmallCell收到后修改自身的RRC配置，撤销独立的RRC协议栈功能，只保留独立的RLC与MAC协议栈功能。
步骤403：S-Cell将原有无线承载的连接控制转移给P-Cell。P-Cell作为覆盖下全部UE的RRC锚点，负责连接控制与信令产生。
图5为对具有载波聚合功能的UE部署站点间资源聚合型双连接流程图，具体包括CA型UE发送测量报告至宏基站、宏基站进行S-Cell添加决策、SmallCell接入控制、宏基站转接部分无线承载、UE添加S-Cell、与S-Cell同步几个主要过程。
对具有载波聚合功能的UE部署站点间资源聚合型双连接时，若UE发现P-Cell接收功率低于设定的A2事件门限值，且S-Cell接收功率高于设定的A4事件门限值，则向P-Cell发送A2-A4测量报告。预设门限值需要保证P-Cell的A2事件触发边界提前于S-Cell的A4事件触发边界。P-Cell接收到该测量报告后认为此时S-Cell的接收功率可以满足UE的QoS要求，向UE发送S-Cell Addition信令。UE添加该S-Cell作为辅小区，第二组接收机开始监听该S-Cell对应的SCC，进行物理层同步，之后进行两种载波上的层二资源分配。上述过程完成后UE与P-Cell和S-Cell之间均可进行数据收发，在业务集中于SmallCell范围时，可有效利用宏小区空闲资源以提升网络总体容量。
步骤501：若具有载波聚合功能的UE判断A2、A4事件触发条件满足，则向宏基站发送A2、A4事件测量报告。此时该触发事件的S-Cell可以满足UE QoS需求。
步骤502：宏基站收到测量报告后，S-Cell Addition决策算法模块认为此时S-Cell满足添加条件，向S-Cell发送添加请求。
步骤503：S-Cell收到添加请求后调用接入控制模块判断是否允许该UE接入。如果接纳控制算法模块判断该UE允许接入，则向宏基站回复S-Cell添加确认消息。
步骤504：宏基站收到来自S-Cell的添加确认后，向UE下发RRC重配置消息，将UE配置为PDSCH双连接模式。UE添加该SmallCell作为自身的辅服务小区，并启用与该S-Cell相关的配置参数。之后将UE的部分数据承载转接至S-Cell，同时自身也保留UE的部分数据承载。P-Cell将SNstatus转发至S-Cell，S-Cell开始缓存M-eNB转发来的数据包。
步骤505：UE向P-Cell发送RRC连接重配完成消息，辅接收机开始监听该S-Cell对应的SCC，与S-Cell进行物理层同步，S-Cell对该UE进行层二资源分配。最后开始同时进行P-Cell与S-Cell的数据收发。
另外需指出，在UE的移动过程中，辅接收机需要根据S-Cell的RSS强度的不同改变所接入的S-Cell，依据为A6事件(邻S-Cell的RSS强于服务S-Cell的RSS)。若服务S-Cell的RSS低于设定的S-Cell-A2Threshold，则该S-Cell的信号覆盖无法保证UE所需的QoS，此时需执行S-Cell Removal操作移除辅小区。图6为本发明提供的基于业务感知的异构蜂窝网络站间频谱资源聚合方法总体流程图。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (7)
1.一种异构蜂窝网络基于业务感知的站间频谱资源聚合方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)异构蜂窝场景中的SON实体添加业务分布分析统计模块，根据从E-SMLC获取到的UE位置信息与从宏基站获取到的业务状态信息，分析得出精确的业务分布信息数据，了解SmallCell覆盖区域中的业务数量占网络总业务数量比例；
2)宏基站根据获取到的业务分布情况，判断网络中业务的分散或集中状态，然后对异构蜂窝网络中的MacroCell与SmallCell进行P-Cell/S-cell配置；
3)若业务集中分布于SmallCell覆盖区域，则根据网络中UE类型，判断异构蜂窝网络中的UE是否兼容Release9之后的载波聚合CAT6，并启动符合条件UE的辅载波收发机；若业务分散分布，该判断过程不执行，全体UE均不采用载波聚合，根据异频切换准则选择具体的接入小区；
4)业务集中分布于SmallCell覆盖区域的前提下，根据步骤3)的判断结果，对CAT6及以上UE，部署Internodes Resource Aggregation型双连接，聚合PCell、SCell两层网络资源，提升异构蜂窝网络总体容量；
5)对CAT 6以下UE，只监听P-Cell的载波并在其上被分配资源，不执行S-CellAddition操作。
2.根据权利要求1所述的一种异构蜂窝网络基于业务感知的站间频谱资源聚合方法，其特征在于：在步骤1)中，SON实体从E-SMLC获得业务进行时用户的地理位置信息，从基站侧RRC协议栈获得业务状态信息，分析后得出较为精确的业务地理位置分布情况；该分布情况通过S1接口下发至异构蜂窝网络中的宏基站，令该宏基站知晓其附近业务的分布状况，该分布情况作为后续进行网络优化配置的依据。
3.根据权利要求2所述的一种异构蜂窝网络基于业务感知的站间频谱资源聚合方法，其特征在于：在步骤2)中，若宏基站得知其覆盖下的用户业务多数集中于SmallCell覆盖区域，则网络配置宏基站为P-Cell，配置SmallCell为S-Cell；P-Cell通过Xn接口向S-Cell下发RRC控制面转移指令，即保留S-Cell的数据面，S-Cell RRC层原有的无线承载连接控制均移交给P-Cell控制；新的控制信令由P-Cell产生，既可以由P-Cell直接发送至UE，也可以先由P-Cell将信令通过P、S-Cell之间的backhual转发至S-Cell，再由S-Cell发送信令至UE。
4.根据权利要求3所述的一种异构蜂窝网络基于业务感知的站间频谱资源聚合方法，其特征在于：在步骤3)中，当业务集中分布于SmallCell覆盖区域导致P-Cell资源出现一定程度空闲时，UE通过聚合P-Cell和S-Cell频谱资源可充分利用空闲资源，提升网络吞吐量；此时有必要判断UE类型是否具备载波聚合功能，并通过基站向CAT6以上用户发送载波聚合功能启动信令，UE开始监听并测量辅载波SCC；如果业务未集中于SmallCell覆盖区域，则该过程无需执行，不论何种UE均维持异频测量配置，在宏基站与SmallCell之间执行异频切换，只需监听一种载波从而降低UE端能耗。
5.根据权利要求4所述的一种异构蜂窝网络基于业务感知的站间频谱资源聚合方法，其特征在于：在步骤4)中，对具有载波聚合功能的UE部署站点间资源聚合型双连接；若UE根据S-Cell接收功率判断有S-Cell满足A4事件条件，则向P-Cell发送S-CellA4测量报告，之后P-Cell向UE发送S-Cell Addition信令；UE添加该S-Cell作为辅小区，第二组接收机开始监听该S-Cell对应的SCC，进行物理层同步，之后进行两种载波上的层二资源分配；上述过程完成后UE与P-Cell和S-Cell之间均可进行数据收发，在业务集中于SmallCell范围时，可有效利用宏小区空闲资源以提升网络总体容量。
6.根据权利要求5所述的一种异构蜂窝网络基于业务感知的站间频谱资源聚合方法，其特征在于：在步骤5)中，业务集中情况下，不具有载波聚合功能UE在双连接场景只和P-Cell建立关联进行数据面收发，P-Cell识别该类UE类型后不向其发送SCC监听测量指令，也就不会触发A4测量报告与S-Cell Addition过程。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种异构蜂窝网络基于业务感知的站间频谱资源聚合方法，其特征在于：所述S-Cell拥有激活与反激活机制，可根据是否有数据传输需要对S-Cell进行激活或反激活；非连续性接收DRX，可根据不同业务类型和时延要求设定SCC观测间隔，降低能耗；可根据业务分布集中程度在S-Cell和非S-Cell之间进行转换，独立RRC功能的开启、关闭。
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