分布式非授权频段LTE系统频谱动态共享数据通信方法技术方案

本发明专利技术涉及无线通信技术领域，具体地说，涉及分布式非授权频段LTE系统频谱动态共享数据通信方法。包括对非授权频段无线通信系统进行系统设计、提出系统在实际运行中可能遇到的问题、针对上述问题寻找出相应的解决方案和优化算法、将各解决方案和优化算法应用到所设计的非授权频段通信系统中及对所设计的非授权频段通信系统进行仿真运行等步骤。本发明专利技术设计基于现有LTE标准对非授权通信系统的物理层关键技术进行设计，使其适用于高频的非授权频段的无线传输，同时在系统设计过程中，提出系统拟运行过程中可能出现的问题和局限，并对各问题提出解决方案及优化算法，另外对系统进行优化及仿真运行后，给系统的实施提供有效的参考依据。依据。依据。

【技术实现步骤摘要】
分布式非授权频段LTE系统频谱动态共享数据通信方法


[0001]本专利技术涉及无线通信
，具体地说，涉及分布式非授权频段LTE系统频谱动态共享数据通信方法。

技术介绍

[0002]随着信息时代的到来，无线业务数据量也正在经历着爆炸性的增长，为了满足未来无线业务需求量，急需寻求提高系统容量的方法。目前几乎所有适合用于无线传输的优良频谱资源都已经被分配殆尽，然而，在频谱资源如此稀缺的情况下，很多授权频谱还存在利用率较低的缺陷。为了避免这种浪费，各无线电管理部门开始积极推动动态频谱资源分配方案，并开放大量的非授权频段以供无线设备免费接入。但是，目前存在的LTE无线系统并不适用于非授权频段直接接入，且非授权频段系统频谱动态共享数据通信还未正式启用，其在运行过程中仍然存在较多局限和问题急需解决。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供分布式非授权频段LTE系统频谱动态共享数据通信方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为实现上述技术问题的解决，本专利技术的目的之一在于，提供分布式非授权频段LTE系统频谱动态共享数据通信方法，包括如下步骤：
[0005]S1、对非授权频段无线通信系统进行系统设计，保证其可行性和工程实现性；
[0006]S2、提出所设计的非授权频段无线通信系统在实际运行中可能遇到的问题；
[0007]S3、针对上述提出的问题寻找出相应的解决方案和优化算法；
[0008]S4、将各解决方案和优化算法应用到所设计的非授权频段通信系统中；
[0009]S5、建立系统仿真模型，对所设计的非授权频段通信系统进行仿真运行，获取仿真结果，指导分布式非授权频段LTE系统频谱动态共享的数据通信实施运行。
[0010]作为本技术方案的进一步改进，所述S1中，系统设计的方法包括如下步骤：
[0011]S1.1、基于现有LTE标准设计LTE
‑
U系统的物理层关键技术，包括物理帧结构、物理信道、参考信号分布等，使其适用于包括毫米波频段在内的高频频段的无线传输；
[0012]S1.2、基于C/U面解耦网络架构对LTE
‑
U系统进行设计，包括对网络架构、协议栈、帧结构等基本网络配置，以及测量过程、系统广播、切换等系统过程进行可行性设计；
[0013]S1.3、提出一种新的LTE
‑
U系统非授权频段接入机制，在该机制中LTE
‑
U系统会根据Wi
‑
Fi设备的无线传输参数，合理调整非授权频段接入参数；
[0014]S1.4、基于C
‑
RAN技术对5G非授权和授权频段联合接入网络架构进行设计，使该网络架构复杂度低、灵活性高、信号处理及运算能力强、系统运行效率高等。
[0015]作为本技术方案的进一步改进，所述S1.1中，传统LTE网络的技术标准都是针对5GHz以下低频频段制定的，而非授权频段大多都分布于高频频段，因此需要对非授权频段LTE系统的物理层关键技术进行重新设计。
[0016]作为本技术方案的进一步改进，所述S2中，提出问题的方法包括如下步骤：
[0017]S2.1、非授权频段上可能遭受来自其他系统不可控的干扰，由于不同系统之间不能相互协作，使得干扰协调问题难以解决；
[0018]S2.2、由于高频非授权频段的高传播损耗和发射功率限制，需要大密度小小区间网络为其提供覆盖，造成了小小区间切换频繁的问题；
[0019]S2.3、由于非授权的特殊性和C/U面解耦架构的特点，C/U面解耦LTE
‑
U系统将会遭受严重的切换问题，特别是在高移动性场景下；
[0020]S2.4、新的LTE
‑
U系统非授权频段接入机制无法很好获取Wi
‑
Fi设备的无线传输参数；
[0021]S2.5、现有系统非授权频段接入机制可以保证Wi
‑
Fi系统的接入公平性，但是会过度牺牲系统在非授权频段上的吞吐率，尤其在Wi
‑
Fi密集场景中；
[0022]S2.6、在该网络系统中，成本和可靠性两种网络性能相互制约，难以找到二者之间合理的平衡点；
[0023]S2.7、非授权频段上突发性干扰和信道测量反馈时延对信道测量准确性和资源分配有效性具有较大的影响。
[0024]作为本技术方案的进一步改进，所述S2.2中，在C/U面解耦网络架构中，大小区间切换需要经历宏基站间和小基站间两次物理上分离的切换过程，可能会带来切换触发滞后、切换重叠区不足等问题，导致切换成功率低。
[0025]作为本技术方案的进一步改进，所述S3中，寻找解决方案和优化算法的方法包括如下步骤：
[0026]S3.1、基于多用户分集的思想，提出基于匈牙利方法的非授权频段信道分配算法来解决LTE
‑
U系统的干扰协调问题；
[0027]S3.2、基于C/U面解耦网络架构特点提出一种小小区间无缝切换方案，在该方案中，宏基站在小小区间切换执行期间使用授权频段对用户进行数据传输，从而避免LTE
‑
U系统硬切换造成的数据中断；
[0028]S3.3、提出一种基于灰色预测理论GM(1，n)模型的切换判决算法来解决高移动性场景中的大小区间切换问题；
[0029]S3.4、设计一种LTE
‑
802.11融合协议栈，使LTE
‑
U系统可以有效解读Wi
‑
Fi设备发射物理帧中的控制信息，以获取Wi
‑
Fi设备无线传输参数；
[0030]S3.5、提出一种最大化遍历容量的优化方法，以得到LTE
‑
U系统在非授权频段上最优的发射功率和接入时长，在保证Wi
‑
Fi系统的接入公平性的同时，使LTE
‑
U系统在非授权频段上获得较高的吞吐率；
[0031]S3.6、提出一种新的QoE效用，并提出最大化网络QoE性能的优化问题，通过求解该优化问题获取最优的非授权和授权频段联合分配方案，实现网络成本和可靠性能之间合理的平衡；
[0032]S3.7、提出一种基于灰度
‑
马尔科夫预测模型的干扰强度估计方案，可以较为精确地估计干扰强度，得以缓解非授权频段上突发性干扰和信道测量反馈时延对信道测量准确性和资源分配有效性的负面影响。
[0033]作为本技术方案的进一步改进，所述S3.3中，灰色理论GM(1，N)模型的计算表达式
如下：
[0034]如果考虑的系统由若干个相互影响的因素组成，设
[0035]为系统特征数据序列，而
[0036][0037]......
[0038][0039]为相关因素序列；
[0040]为的1
‑
AGO序列(i＝1,2...,N),为的紧邻生成序列，则称
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.分布式非授权频段LTE系统频谱动态共享数据通信方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、对非授权频段无线通信系统进行系统设计，保证其可行性和工程实现性；S2、提出所设计的非授权频段无线通信系统在实际运行中可能遇到的问题；S3、针对上述提出的问题寻找出相应的解决方案和优化算法；S4、将各解决方案和优化算法应用到所设计的非授权频段通信系统中；S5、建立系统仿真模型，对所设计的非授权频段通信系统进行仿真运行，获取仿真结果，指导分布式非授权频段LTE系统频谱动态共享的数据通信实施运行。2.根据权利要求1所述的分布式非授权频段LTE系统频谱动态共享数据通信方法，其特征在于：所述S1中，系统设计的方法包括如下步骤：S1.1、基于现有LTE标准设计LTE
‑
U系统的物理层关键技术，包括物理帧结构、物理信道、参考信号分布等，使其适用于包括毫米波频段在内的高频频段的无线传输；S1.2、基于C/U面解耦网络架构对LTE
‑
U系统进行设计，包括对网络架构、协议栈、帧结构等基本网络配置，以及测量过程、系统广播、切换等系统过程进行可行性设计；S1.3、提出一种新的LTE
‑
U系统非授权频段接入机制，在该机制中LTE
‑
U系统会根据Wi
‑
Fi设备的无线传输参数，合理调整非授权频段接入参数；S1.4、基于C
‑
RAN技术对5G非授权和授权频段联合接入网络架构进行设计，使该网络架构复杂度低、灵活性高、信号处理及运算能力强、系统运行效率高等。3.根据权利要求2所述的分布式非授权频段LTE系统频谱动态共享数据通信方法，其特征在于：所述S1.1中，传统LTE网络的技术标准都是针对5GHz以下低频频段制定的，而非授权频段大多都分布于高频频段，因此需要对非授权频段LTE系统的物理层关键技术进行重新设计。4.根据权利要求1所述的分布式非授权频段LTE系统频谱动态共享数据通信方法，其特征在于：所述S2中，提出问题的方法包括如下步骤：S2.1、非授权频段上可能遭受来自其他系统不可控的干扰，由于不同系统之间不能相互协作，使得干扰协调问题难以解决；S2.2、由于高频非授权频段的高传播损耗和发射功率限制，需要大密度小小区间网络为其提供覆盖，造成了小小区间切换频繁的问题；S2.3、由于非授权的特殊性和C/U面解耦架构的特点，C/U面解耦LTE
‑
U系统将会遭受严重的切换问题，特别是在高移动性场景下；S2.4、新的LTE
‑
U系统非授权频段接入机制无法很好获取Wi
‑
Fi设备的无线传输参数；S2.5、现有系统非授权频段接入机制可以保证Wi
‑
Fi系统的接入公平性，但是会过度牺牲系统在非授权频段上的吞吐率，尤其在Wi
‑
Fi密集场景中；S2.6、在该网络系统中，成本和可靠性两种网络性能相互制约，难以找到二者之间合理的平衡点；S2.7、非授权频段上突发性干扰和信道测量反馈时延对信道测量准确性和资源分配有效性具有较大的影响。5.根据权利要求4所述的分布式非授权频段LTE系统频谱动态共享数据通信方法，其特征在于：所述S2.2中，在C/U面解耦网络架构中，大小区间切换需要经历宏基站间和小基站
间两次物理上分离的切换过程，可能会带来切换触发滞后、切换重叠区不足等问题，导致切换成功率低。6.根据权利要求1所述的分布式非授权频段LTE系统频谱动态共享数据通信方法，其特征在于：所述S3中，寻找解决方案和优化算法的方法包括如下步骤：S3.1、基于多用户分集的思想，提出基于匈牙利方法的非授权频段信道分配算法来解决LTE
‑
U系统的干扰协调问题；S3.2、基于C/U面解耦网络架构特点提出一种小小区间无缝切换方案，在该方案中，宏基站在小小区间切换执行期间使用授权频段对用户进行数据传输，从而避免LTE
‑
U系统硬切换造成的数据中断；S3.3、提出一种基于灰色预测理论GM(1，n)模型的切换判决算法来解决高...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞，史故臣，万锦昊，叶挺，蒋维，
申请(专利权)人：浙江树人学院浙江树人大学，
类型：发明
国别省市：