一种在许可和免许可频段工作的蜂窝网络接入控制方法技术

本发明专利技术公开了一种在许可和免许可频段工作的蜂窝网络接入控制方法，其为一种LTE‑U系统与LTE系统混合组网下利用免许可频段信道可用性信息预测结果来量化各种负载下网络效益值，从而依据最大化效益值来生成不同负载情况下用户关联和接入控制决策表的方法；用户在尝试发起新业务时，向LTE宏基站发起请求，宏基站查询数据库中的决策表决定新用户被关联至哪个基站且是否被接入。本发明专利技术方法能有效地根据网络中不同的负载情况以及各个基站免许可频段内资源的可利用情况来自适应地调节用户关联和接入控制决策，从而起到均衡全局负载，提高资源利用效率的效果。

Method for controlling access of cellular network operating in license and unlicensed frequency band

The invention discloses a cellular network access control method in licensing and royalty free frequency, which is a LTE hybrid network U system and LTE system using the unlicensed band channel availability information to quantify the prediction results under various load network value, according to the maximum benefit value method of generating user association and the access control decision table under different load conditions; the user initiates a new business in the attempt, the request to the LTE Acer station, Acer station query data in the decision table to determine the new user is associated to the base station and is connected into which. The method of the invention can effectively according to different network load and each base station license free frequency bands resources availability adjust their association and access control decision of users, so as to balance the global load, improve the efficiency of resource utilization effect.

【技术实现步骤摘要】
一种在许可和免许可频段工作的蜂窝网络接入控制方法
本专利技术属于移动通信
，具体涉及一种在许可和免许可频段工作的蜂窝网络接入控制方法。
技术介绍
移动端应用的大量增长对现有的网络架构提出了全新的挑战，为此许多新的技术应运而生，例如软件定义网络、网络虚拟化和小基站覆盖等，但是稀缺的频谱资源依旧是提高网络容量的主要瓶颈之一。将LTE(LongTermEvolution，长期演进)系统应用在免许可频段的技术即LTE-U(LTE-unlicensed)是缓解许可频段流量压力的手段之一。将工作在许可频段的LTE系统和工作在免许可频段的LTE-U系统联合部署，构成LTE/LTE-U混合网络，就可以扩充频谱资源、提高系统容量。又由于LTE/LTE-U系统是高度中心化控制的系统，相比于工作在免许可频段内的Wi-Fi网络，LTE-U系统可以大大提高免许可频段的频谱利用率。为了与Wi-Fi在免许可频段公平地共存，LTE-U系统不能连续占用免许可频段，因此用户实际可用的信道资源不确定。如果沿用传统LTE系统的用户关联方法以及接入控制方法，LTE-U系统用户的吞吐量性能和用户接入时延性能都无法得到很好的保证，即用户在免许可频段内不能被提供很好的服务保障。具体表现如下：(1)在蜂窝移动通信网络中，用户关联指将移动用户设备关联至某一个具体的基站，当用户有数据传输需求时向该基站发起接入请求。在现有的LTE系统中用户通常是根据接收到的参考信号的强度来选择关联基站的。一般而言，参考信号强，代表该基站离用户近，用户有好的信道条件，基站能提供给用户的服务好。在3GPP标准TS36.304中规定当用户接收到某基站参考信号电平满足S准则时，用户即关联至该基站。但是在LTE-U系统中单一的信号强度并不能完全表征这个基站对于用户的适宜程度，原因如下：首先在免许可频段中干扰情况比许可频段中复杂很多，Wi-Fi网络的干扰不可控也无法完全预测，所以即使用户在特定时间能够接收到比较强的参考信号强度，但由于Wi-Fi可能的干扰导致的低信噪比会严重降低用户的实际传输速率。其次，在免许可频段中考虑到所有设备需要在公平的前提下接入信道，所以LTE-U小基站和用户都只能在部分时间内占用信道，如果LTE-U小区覆盖范围内有比较多的Wi-Fi设备竞争信道，则LTE-U小基站和用户占用免许可频段信道的时间比例很小，用户的平均吞吐量也会很小。综上即使用户在特定时间能够接收到LTE-U基站比较强的参考信号，用户也并不一定适合关联到该基站。(2)在移动蜂窝通信网络中，接入控制指用户向基站发起业务请求时，基站决定是否提供给该用户时频资源进行数据传输。在现有的LTE系统中基站在做用户的接入控制时一般都是根据自己已接入的用户数及业务量来决定是否接入新的用户。专利CN1941988A公开了一种方法，包括当基站负载接近极限时，向有重叠覆盖区域的邻小区报告“负载接近极限”消息，从而使这些邻小区管理该负载接近极限小区的部分用户的接入。专利CN102104927A公开了一种方法，包括网络侧网元向核心网发送邻区接入控制请求时携带当前服务小区的所有或部分邻区的信息及所述终端标识，所述核心网将所述终端在所述邻区中的授权信息通过邻区接入控制响应返回至所述网络侧网元，从而减少在负荷均衡过程中因为邻区接入控制失败导致的负荷均衡失败，增加切换成功率。专利CN104168627A公开了一种方法，包括按照用户接收导频信号的强度将各天线单元和用户进行分组；接入点根据分组结果，建立用户和天线单元的对应关系，并选择其中一个天线单元作为中心，建立服务小区，从而减少所需要的天线单元个数，减少接入所用的时间，提高系统资源利用率。但是，在LTE-U系统中由于LTE-U基站无法连续占用免许可频段信道，所以用户在尝试接入一个对他比较适宜的基站时，可能由于需要等待过长时间，甚至超过用户接入时延容忍门限而无法接入信道。传统的基于负载的用户接入控制方案并没有考虑到因这种由于非连续占用信道而导致的时延成本，从而降低用户被接入的效率。(3)在现有的移动蜂窝通信网络中，用户关联和接入控制通常是分开操作的。用户先根据S准则进行小区选择(即用户关联)，等有具体的数据需要传输时再发起接入请求。但是在LTE/LTE-U混合网络中，LTE-U通常仅起到一种补充覆盖以及数据分流的作用，即很多情况下LTE-U基站覆盖的区域也是被LTE宏基站覆盖的。这种场景下如果用户依靠单一的参考信号强度进行关联并在此之后进行接入控制，会导致局部网络内负载过高而其他网络内负载很轻的局面，这极大地降低了网络中资源的利用率。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术提供了一种在许可和免许可频段工作的蜂窝网络接入控制方法，其首先通过建立各LTE-U小基站在免许可频段内信道可用性预测模型，然后通过这些模型进一步估计有关免许可频段的相关信息，并利用这些信息设计LTE/LTE-U网络中用户关联和接入控制联合的决策表，并针对具体负载情况实施具体的用户关联和接入控制决策；使用本专利技术可以平衡网络中不同区域的负载，使得更多的用户能够获取服务。一种在许可和免许可频段工作的蜂窝网络接入控制方法，包括如下步骤：(1)建立免许可频段的信道可用性预测模型，LTE-U小基站利用该模型对免许可频段的信道可用性参数进行评估计算，进而上报给LTE宏基站；(2)LTE宏基站根据各LTE-U小基站汇报的信息、网络中业务的到达率以及近期的频谱效率等环境参数，利用马尔科夫决策过程计算出不同负载情况下的用户关联及接入控制策略，进而生成一张入口为负载情况，出口为用户关联及接入控制策略的决策表，并存储于LTE宏基站本地；(3)当用户向LTE宏基站发起数据传输请求时，LTE宏基站根据当前网络的负载情况查询决策表，为该用户选择合适的基站，使其确定发起接入请求的目标基站。所述步骤(1)中建立信道可用性预测模型的方法为：LTE-U小基站用LBT(Listenbeforetalk，先听后说)方式对免许可频段进行感知以及占用，基于以下两个广泛应用的模型，该感知、占用过程可以建模成一个马尔科夫链，LTE-U小基站不断地积累对于信道状态的知识，从而自适应学习获得该马尔科夫链完整的状态转移概率；a.任意时刻开始的一定长度时间段内LTE-U小基站在每个时隙检测到信道由空闲到忙碌转变的过程是各态历经的平稳随机过程，即此固定长度时间段内检测到该转变的概率p1是稳定不变的；b.一定长度时间段内除LTE-U小基站和用户以外的其他设备单次占用免许可频段信道的时间长度服从参数为μ的指数分布。所述概率p1和参数μ的计算式如下：上式中的给定长度时间段指LTE-U基站评估概率p1和参数μ的时间周期。所述步骤(1)中评估计算的信道可用性参数包括LTE-U小基站免许可频段信道占用时间比例TU以及用户在时延容忍门限内成功接入信道概率pS。所述LTE-U小基站免许可频段信道占用时间比例TU和用户在时延容忍门限内成功接入信道概率pS的评估计算如下：首先，根据LTE-U小基站信道接入方案建立马尔科夫状态转移图，在该马尔科夫状态转移图中，状态被定义为(h,c)，其中c＝0、1或2，c＝0时表示免许可频段信道处于空闲状态，c＝1时表示免许可频段信道正在被非LTE-U系统占本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在许可和免许可频段工作的蜂窝网络接入控制方法，包括如下步骤：(1)建立免许可频段的信道可用性预测模型，LTE‑U小基站利用该模型对免许可频段的信道可用性参数进行评估计算，进而上报给LTE宏基站；(2)LTE宏基站根据各LTE‑U小基站汇报的信息、网络中业务的到达率以及近期的频谱效率，利用马尔科夫决策过程计算出不同负载情况下的用户关联及接入控制策略，进而生成一张入口为负载情况，出口为用户关联及接入控制策略的决策表，并存储于LTE宏基站本地；(3)当用户向LTE宏基站发起数据传输请求时，LTE宏基站根据当前网络的负载情况查询决策表，为该用户选择合适的基站，使其确定发起接入请求的目标基站。

【技术特征摘要】
1.一种在许可和免许可频段工作的蜂窝网络接入控制方法，包括如下步骤：(1)建立免许可频段的信道可用性预测模型，LTE-U小基站利用该模型对免许可频段的信道可用性参数进行评估计算，进而上报给LTE宏基站；(2)LTE宏基站根据各LTE-U小基站汇报的信息、网络中业务的到达率以及近期的频谱效率，利用马尔科夫决策过程计算出不同负载情况下的用户关联及接入控制策略，进而生成一张入口为负载情况，出口为用户关联及接入控制策略的决策表，并存储于LTE宏基站本地；(3)当用户向LTE宏基站发起数据传输请求时，LTE宏基站根据当前网络的负载情况查询决策表，为该用户选择合适的基站，使其确定发起接入请求的目标基站。2.根据权利要求1所述的蜂窝网络接入控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中建立信道可用性预测模型的方法为：LTE-U小基站用LBT方式对免许可频段进行感知以及占用，基于以下两个广泛应用的模型，该感知、占用过程可以建模成一个马尔科夫链，LTE-U小基站不断地积累对于信道状态的知识，从而自适应学习获得该马尔科夫链完整的状态转移概率；a.任意时刻开始的一定长度时间段内LTE-U小基站在每个时隙检测到信道由空闲到忙碌转变的过程是各态历经的平稳随机过程，即此固定长度时间段内检测到该转变的概率p1是稳定不变的；b.一定长度时间段内除LTE-U小基站和用户以外的其他设备单次占用免许可频段信道的时间长度服从参数为μ的指数分布。3.根据权利要求2所述的蜂窝网络接入控制方法，其特征在于：所述概率p1和参数μ的计算式如下：4.根据权利要求3所述的蜂窝网络接入控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中评估计算的信道可用性参数包括LTE-U小基站免许可频段信道占用时间比例TU以及用户在时延容忍门限内成功接入信道概率pS。5.根据权利要求4所述的蜂窝网络接入控制方法，其特征在于：所述LTE-U小基站免许可频段信道占用时间比例TU和用户在时延容忍门限内成功接入信道概率pS的评估计算如下：首先，根据LTE-U小基站信道接入方案建立马尔科夫状态转移图，在该马尔科夫状态转移图中，状态被定义为(h,c)，其中c＝0、1或2，c＝0时表示免许可频段信道处于空闲状态，c＝1时表示免许可频段信道正在被非LTE-U系统占用，...

【专利技术属性】
技术研发人员：单杭冠，何泓利，黄爱苹，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33