[发明专利]非授权频段LTE系统中一种基于波束成形的空间复用方法

说明书

本发明采用在非授权频段LTE系统中一种基于波束成形的空间复用方法。该方法可以保证LTE和Wi‑Fi系统公平共享非授权频段。本发明的方法是在多天线的小基站(SBS)利用波束成形技术实现非授权频段的空间复用。本发明则根据以上的分析，采用了空间自由度分配方法和功率控制机制来平衡在不同情况下LTE与Wi‑Fi系统的吞吐量以达到公平共存的状态。

技术领域

本发明涉及无线通信系统领域。本发明设计了一种基于波束成形的非授权频段空间复用方法来解决LTE系统与Wi-Fi系统间的共存问题。

背景技术

在即将到来的5G通信系统，用户对于数据流量的需求在不断增加，有限的授权频段已经成为了继续提高用户日益增长的流量的瓶颈[1]。大部分已有技术是为了提高授权频段的频谱效率，但受限于授权频段资源有限性，而其使用效率已达上限。因此为了满足不断增加的无线通信用户的需求，业界不得不考虑在LTE系统中使用非授权频段。由于拥有中心式的调度和资源分配算法，在LTE系统上把数据分流到非授权频段上不仅可以减轻在授权频段上的拥堵问题，还可以提高用户体验和能量效率。但是由于Wi-Fi系统一直是非授权频段的主要使用者，因此如果要在LTE系统中使用非授权频段，就不得不要确保Wi-Fi系统性能不会受到影响，这就是LTE系统和Wi-Fi系统在非授权频段上的共存问题。

为了解决共存的问题，针对非授权频段LTE系统，提出了很多的解决方案，例如信道选择算法、先听后发(LBT)的信道访问机制、在非授权频段LTE系统中使用空白子帧的方法等。其中一种方法是，把Wi-Fi的空中接口整合到小基站(SBS)上，从而使得LTE系统不需要改变自身的协议就可以与Wi-Fi系统共享非授权频段[3-4]。但是这种方法不是最优的，因为它依然是利用Wi-Fi协议来访问和使用非授权频段。文献[5-7]提出了一种开/关工作周期的方法，当LTE系统工作在非授权频段时，将部分帧设置成为空白帧，这样就可以使Wi-Fi系统对非授权频段进行使用，业界称之为“LTE-U”。LTE系统定期的在非授权频段上利用相似的空白子帧开启或关闭信号的传输，而Wi-Fi则在LTE关闭的周期允许使用非授权频段。但是如果使用了子帧开关来实现对非授权频段的共享，LTE将决定Wi-Fi系统可以使用多少份额的非授权频段，这点对Wi-Fi系统是不公平的[8]。为了进一步降低在非授权频段上LTE系统对于Wi-Fi系统的性能影响，业界提出了一种先听后说(listen-before-talk(LBT))机制，LTE的基站在传输数据前先感知非授权频带上的信息，如果非授权信道被占用，LTE基站会延迟发送数据，直到信道空闲。Wi-Fi系统中使用的载波侦听技术属于该机制。文献[2]研究了四种类别的LBT机制，并且满足了frame based equipment(FBE)或是load based equipment(LBE)非授权频带接入要求规则，定义在文献[9]。根据[10-11]可以得到，由于使用与Wi-Fi系统不同的LBT机制，上述LBT机制都不能保证LTE与Wi-Fi公平的共存。在文献[12]中提出了一种对于LTE-LAA系统改进的负载分流方案来平衡授权与非授权频带上的负载。文献[13]也提出了一种功率分配计划来控制LTE上行链路的功率保证LTE与Wi-Fi之间的共存。现存的有关于LTE在非授权频段的想法大多数是关于基于时分双工冲突避免的信道接入机制来使得LTE与Wi-Fi系统共存。本发明采用的方法和以上的有所不同，我们在非授权频段LTE系统中设计了一种基于波束成形的频率空间复用方法。该方法不但能够保证LTE系统与共信道的Wi-Fi系统和平共存，同时还能实现非授权频段的频率复用，从而提高非授权频段上的频谱利用率。

本发明在提出了在小基站LTE系统中运用波束成形的方法降低对Wi-Fi用户的干扰。根据Wi-Fi系统的负载情况，设计了空间自由度(DoF)和功率分配方法，从而实现非授权频段的空间复用。使用该方法不但能够确保LTE和Wi-Fi系统共享非授权频段，而且还能够提升非授权频段的频谱利用率。

参考文献