CN111093206A - 一种基于运营商间测量的跨运营商频谱共享***及方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种基于运营商间测量的跨运营商频谱共享***及方法，包括多个运营商、运营商对应的频谱管理器及专用频段；用于对各个运营商进行频谱分配的共享频谱池，其预留部分用于不同运营商之间测量和信息交互的异运营商频谱共享信道；当其中一个运营商出现饥饿小小区，则触发频谱共享：饥饿小小区对共享频谱池中分配给异运营商的分量载波进行扫描测量，得到第一干扰分量载波集合，并在共享信道上广播小区探测特征序列；其他运营商对小区探测特征序列进行测量，得到第二干扰分量载波集合；将两个干扰分量载波集合从异运营商的分量载波中移除，以得到饥饿小小区可用的双向低干扰或无干扰的分量载波集合。本发明应用于同优先级的跨运营商频谱共享场景。
Description
技术领域
本发明涉及跨运营商频谱共享技术领域，尤其涉及一种基于运营商间测量的跨运营商频谱共享***及方法。
背景技术
在传统的频谱划分和分配方式中，通常每个运营商都是某一段专用授权频谱的牌照持有者，即使在某一特定的区域没有本运营商的业务，频谱也不会给其他运营商使用，从而导致了频谱资源在一定程度上的浪费。随着无线通信技术的飞速发展和通信业务的***式增长，对频谱的需求量也越来越大，而传统的频谱分配方式一方面不够灵活，另一方面也会导致频谱效率底下。因此，目前很多研究集中在寻找更高效的频谱使用方案以及拓展现有的可用频谱资源，如LTE使用未授权频段或高频段等。研究表明，跨运营商频谱共享是一种具有较好前景的提高频谱使用效率的解决方案之一。
现有的对异运营商频谱共享场景下的研究主要集中在主用户-次用户频谱共享(primary-secondary spectrum sharing，PSSS)模式，这种共享模式下，主用户是授权频谱的牌照持有者，具有相对次用户较高的频谱使用权，次用户只能在不对主用户产生干扰的情况下机会式地接入该段频谱。也就是说，一旦主用户对该段频谱有需求，次用户需立刻退出将频谱让给主用户。但是这种场景下的频谱共享算法和机制并不适用于同优先级频谱共享场景。
目前针对同优先级的异运营商频谱共享场景的相关研究尚且较少。文献[1]P.Ahokangas,K.Horneman,H.Posti,M.Matinmikko,T.Hanninen,S.Yrjola,andV.Goncalves,“Defining co-primary spectrum sharing:A new business opportunityfor MNOs,”IEEE CROWNCOM’2014,June 2014,pp.395-400.给出了同优先级频谱共享的定义，并指出了该场景下可能会给运营商带来的商机。文献[2]S.Hailu,A.A.Dowhuszko,andO.Tirkkonen,“Cognitive Radio Oriented Wireless Networks and Communications,”IEEE CROWNCOM’2009,June 2009,pp.1-1.提出了同优先级共享场景下将频谱自适应分割成正交频谱和非正交频谱，并且通过稀疏预编码来消除运营商间的干扰的方案。文献[3]T.Yong,W.Yuanjie,and K.Horneman,“Co-primary spectrum sharing for densernetworks in local area,”IEEE ROWNCOM’2014,June 2014,pp.120-124.提出了一种同优先级频谱共享场景下通过运营商间的频谱协调和运营商内的频谱分配来实现频谱灵活使用的方法。
然而，这些方法一般都是基于较高层次的机制，一般是基于网络统计信息下的结论。如果在特殊情况下某个小小区或某个小区域出现突发的业务量时，可能会无法进行及时的处理。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种基于运营商间测量的跨运营商频谱共享***及方法，基于源运营商和目标运营商两端的测量为饥饿小小区争取异运营商的频谱资源，本发明公开的跨运营商频谱共享方案通过双向的测量和一定的信息交互，弥补了基于频谱共享区域统计信息的网络级频谱共享方式颗粒度较大、不能较好地匹配业务分布和频谱资源的问题。该方案可以在网络业务密度较高时与基于频谱共享区域统计信息的网络级跨运营商频谱共享结合使用，也可以在网络业务密度较低时单独使用。为实现该方案，本发明提出了一些新的概念和信令消息(异运营商频谱共享请求/应答消息、异运营商频谱共享信道)，可以在局部解决饥饿小小区的频谱缺乏问题，使频谱使用更加灵活、高效。所述技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种基于运营商间测量的跨运营商同优先级频谱共享***，包括：
两个或两个以上运营商、运营商对应的频谱管理器及运营商对应所占的专用频段；
共享频谱池，用于根据运营商各自的小小区的业务量，对各个运营商进行频谱分配；
其中，所述共享频谱池预留部分频谱资源作为异运营商频谱共享信道，所述所述异运营商频谱共享信道由频谱共享***中的运营商协商确定，所述异运营商频谱共享信道用于不同运营商之间的测量和信息交互；
当其中一个运营商出现饥饿小小区，则触发频谱共享，触发过程包括：所述饥饿小小区对共享频谱池中分配给异运营商的分量载波进行扫描测量，得到第一干扰分量载波集合，并在所述异运营商频谱共享信道上广播小区探测特征序列；其他运营商对所述小区探测特征序列进行测量，得到第二干扰分量载波集合；将所述第一干扰分量载波集合和第二干扰分量载波集合从异运营商的分量载波中移除，以得到所述饥饿小小区可用的双向低干扰或无干扰的分量载波集合。
进一步地，所述频谱共享***还用于基于频谱共享网络统计信息的网络级跨运营商频谱共享，包括：不同运营商对应的小小区分别对干扰状况、邻居关系进行测量，并向所属的频谱管理器发送测量报告；不同运营商的频谱管理器通过所述异运营商频谱共享信道交互测量统计信息，各运营商协商对所述共享频谱池进行划分，按照划分结果，所述频谱管理器向所辖的小小区分配频谱资源。
另一方面，本发明提供了一种基于运营商间测量的跨运营商同优先级频谱共享方法，包括小区级跨运营商低层频谱共享，包括以下步骤：
S11、若源运营商的小小区在源运营商的专用频段内没有可用的频谱，则该小小区为饥饿小小区并触发以下S12-S112频谱共享过程；
S12、饥饿小小区对共享频谱池中目标运营商使用的频谱情况进行测量，包括检测共享频谱池中分配给目标运营商的分量载波上的干扰强度，将干扰强度高于预设阈值的分量载波排除，得到第一低干扰/无干扰分量载波集合；
S13、源运营商的频谱管理器给饥饿小小区发送一条广播指示消息，所述广播指示消息包含一个小区探测特征序列，所述小区探测特征序列对参与共享的其他运营商都是已知的；同时，所述源运营商的频谱管理器向目标运营商的频谱管理器发送异运营商频谱共享请求消息，所述异运营商频谱共享请求消息包含运营商的标识、饥饿小小区的频谱需求、第一低干扰/无干扰分量载波集合、饥饿小小区广播的小区探测特征序列和饥饿小小区的地理位置信息；
S14、响应于饥饿小小区在异运营商频谱共享信道上广播小区探测特征序列，目标运营商的频谱管理器按照饥饿小小区的地理位置信息，给处于饥饿小小区附近的属于目标运营商的小小区发送测量指示消息，所述测量指示消息包括饥饿小小区广播的小区探测特征序列、饥饿小小区的地理位置信息；
S15、处于饥饿小小区附近的属于目标运营商的小小区按照所述测量指示对饥饿小小区广播的小区探测特征序列进行测量；
S16、能够接收到所述特征序列的目标运营商的小小区向所属的频谱管理器发送测量报告，所述测量报告包括目标运营商的小小区ID和信号强度；
S17、目标运营商的频谱管理器对接收到的测量报告进行汇总，将信号强度高于预设阈值的目标运营商的小小区所使用的分量载波排除，得到第二低干扰/无干扰分量载波集合；
S18、将所述第一低干扰/无干扰分量载波集合和第二低干扰/无干扰分量载波集合作并集运算，得到双向低干扰/无干扰分量载波集合；
S19、目标运营商的频谱管理器向源运营商的频谱管理器发送异运营商频谱共享应答消息，所述异运营商频谱共享应答消息包括双向低干扰/无干扰分量载波集合；
S110、饥饿小小区从所述双向低干扰/无干扰分量载波集合中选择分量载波并接入其频谱；
S111、饥饿小小区向所属的频谱管理器上报频谱选择并接入消息；
S112、源运营商的频谱管理器向目标运营商的频谱管理器发送所述频谱选择并接入消息，完成底层的频谱共享。
进一步地，步骤S11中，源运营商新开机的小小区向源运营商的频谱管理器发送频谱请求消息，所述频谱管理器给小小区分配频谱资源，若所述源运营商的频谱管理器分配的频谱可用，则执行源运营商内的通信流程，否则执行S12。
进一步地，若S12中得到的第一低干扰/无干扰分量载波集合为空集，则终止频谱共享过程；
进一步地，若S17中得到的第二低干扰/无干扰分量载波集合为空集，则终止频谱共享过程。
进一步地，在步骤S18之前还包括，源运营商的频谱管理器根据干扰强度对所述第一低干扰/无干扰分量载波集合中的分量载波进行排序，或者，
目标运营商的频谱管理器根据干扰强度对第二低干扰/无干扰分量载波集合中的分量载波进行排序。
进一步地，在步骤S18之后还包括：对双向低干扰/无干扰分量载波集合中的分量载波按照干扰强度进行排序。
进一步地，所述异运营商频谱共享应答消息还包括饥饿小小区接入双向低干扰/无干扰分量载波集合中分量载波的频谱时，对目标运营商的小小区的干扰强度，所述饥饿小小区优先选择干扰强度较低的频谱进行接入。
进一步地，所述频谱共享方法还包括网络级跨运营商高层频谱共享，包括以下步骤：
S21、源运营商和目标运营商各自的小小区分别对干扰状况、邻居关系进行测量；
S22、各自的小小区分别给对应所属的频谱管理器发送测量报告；
S23、源运营商和目标运营商的频谱管理器交互测量报告，得到交互测量统计信息；
S24、根据所述交互测量统计信息，所述源运营商与目标运营商进行协商，对共享频谱池进行划分，确定频谱共享线的位置；
S25、各运营商的频谱管理器向所辖的小小区分配各自专用频段的频谱资源以及所述频谱共享线所划分的共享频谱池的频谱资源。
进一步地，与所述源运营商对应的目标运营商的数量为一个或多个。
本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：
a.本发明应用于同优先级的跨运营商频谱共享场景，按照基于网络统计信息的高层频谱共享方案和小区级的跨运营商低层频谱共享方案分层进行跨运营商频谱共享，可以适当延长共享周期，从而降低信令开销；
b.使跨运营商的频谱使用更加动态、灵活，提升频谱资源利用率；
c.饥饿小小区对目标运营商的测量仅限于分量载波有没有被使用，而不需要也不会知道这些分量载波是分配给哪些小小区使用的，因此并不涉及敏感信息的测量，提高信息私秘性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的基于运营商间测量的跨运营商同优先级频谱共享***的共享频谱池示意图；
图2是本发明实施例提供的基于运营商间测量的小区级跨运营商同优先级低层频谱共享方法流程图；
图3是本发明实施例提供的基于运营商间测量的基于网络统计信息的跨运营商同优先级高层频谱共享方法流程图；
图4是本发明实施例提供的跨运营商同优先级频谱共享方法的信令流程图；
图5是本发明实施例提供的运营商A和运营商B的频谱共享区域的场景描述图；
图6是本发明实施例提供的基于网络统计信息的共享频谱池的划分状态示意图；
图7是本发明实施例提供的小小区业务在突发频谱需求前后的共享频谱池资源分配对比示意图；
图8是本发明实施例提供的单向测量的反向干扰示意图；
图9是本发明实施例提供的源运营商端的测量示意图；
图10是本发明实施例提供的分量载波上测量到的干扰强度；
图11是本发明实施例提供的目标运营商端的测量示意图；
图12是本发明实施例提供的双向低干扰/无干扰分量载波集合的计算示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
众所周知，异构组网给网络部署提供了极大的空间灵活性，宏小区可以提供广域覆盖，小小区可以增强室内覆盖和提供高速接入。与宏基站相比，小小区基站的发射功率要低的多，并且通常在室内部署场景下，无线信号在穿过建筑物时会有较大的穿墙损耗。因此，满足一定的地理位置隔离条件下，在混合组网方式中进行跨运营商频谱共享不会造成很强的干扰，使得不同运营商的小小区共享频谱资源的实现可能性很大。
作为一种新型的频谱接入模式，同优先级频谱共享(co-primary spectrumsharing，CoPSS)允许多个运营商以相同的优先级接入同一段频谱资源，在此将多个运营商均可接入的频段称为共享频谱池，共享频谱池可以是多个运营商各自拿出一部分授权频段共同组成的，或者是尚未发牌的IMT频段，也可以是免授权频段。由于不同运营商部署的小小区不像运营商内小小区的部署可以经过一定的规划或半规划，如果运营商之间不进行协作，不受任何约束地接入同一段频谱，极有可能会产生较强的跨运营商干扰(inter-operator interference,IOI)而导致网络无法正常工作，因此，设计运营商间的频谱共享规则非常重要。为了避免运营商间的干扰，共享频谱资源的运营商双方需要预先设定频谱共享的规则，通过运营商之间信息的交互，对运营商间的干扰进行管理和协调，以达到频谱利用率最大化的目的。另外，由于不同运营商之间是竞争关系，不能进行敏感信息(如邻居关系、业务状况等)的交互，使得运营商之间可以交互的信息极为有限，这也是跨运营商频谱共享的难点之一。
多个运营商在同一地理范围内共享频谱资源，将多个运营商参与频谱共享的区域称为频谱共享区域。为避免频谱共享导致大量的运营商间的信息交互，一种较为容易实现的方法是通过整个频谱共享区域的统计信息，对共享频谱池中的频谱进行动态调整，按需对共享频谱进行分配。对此，在我们前期申请的专利中已经有相关的研究，比如，多个运营商分别对频谱共享区域中本运营商内的干扰、业务等状况进行统计，得到本运营商在频谱共享区域内统计意义上的频谱需求，然后与其他运营商交互频谱需求信息，最终确定各个运营商可以使用的频谱资源。由于频谱分配结果是通过运营商之间交互整个共享区域的统计信息后得到的，共享区域的统计信息是一个宏观层次上的信息，颗粒度较大，这种方案更适合在运营商之间做较长周期的频谱共享(比如每天进行一次调整)，可能并不适合局部业务波动较大的情况。
然而，在实际应用中，往往会存在一些各运营商的签约用户、业务分布不均匀的现象。比如某工业园区内有若干家公司，其中一些公司为员工定制了某一运营商的集团客户业务，那么该公司在部署小小区是会考虑以相应运营商的小小区为主，并且不同公司可能会定制不同运营商的集团客户业务。具体地，为方便起见，本发明以两个运营商(运营商A和运营商B)进行跨运营商同优先级频谱共享为例进行表述。图5表示运营商A和运营商B的频谱共享区域，该区域覆盖有6个热点，每个热点表示一个公司，暂时不考虑不同楼层所属不同公司的情况，其中热点#1内是运营商A的集团客户，热点#2内是运营商B的集团客户。在这种场景下，很容易看出不同运营商在不同热点的业务密度和频谱需求会有所差异。
一段周期时间内，对整个频谱共享区域的信息进行统计，得到统计意义上的频谱需求信息(可以是频谱需求的最大值、平均值等信息)，然后对共享频谱池中的资源进行划分，可以得到如图6所示的共享频谱池划分结果。不失一般性地，我们考虑运营商从两个不同的方向对频谱进行分配，比如运营商A按照从低频向高频的方向分配，运营商B按照从高频到低频的方向分配。
然而，在一个频谱共享周期内，可能会出现某些小小区的业务量突发增大或者某些小小区被激活等情况，此时在网络级频谱共享下得到的频谱资源池分配结果可能无法给这些小小区配置频谱资源。如图7所示，频谱分配结果表示根据频谱共享区域的统计信息得到的共享频谱池划分结果；实际业务需求是指某一热点区域的频谱需求，这里以热点#1为例进行说明，热点的实际业务需求在正常情况下可能会不大于分配的频谱资源；突发业务需求表示热点出现突发业务时，对频谱需求量激增的情况，这时候对频谱的需求可能会超出本运营商分配的频谱资源。比如，当热点#1所表示的公司要举办大型会议，可能会有大量外来嘉宾到场，使得该热点的频谱需求激增。此时，运营商A在热点#1的频谱需求极有可能会超过该周期内运营商A分配的频谱资源，导致本运营商部分小小区无法正常工作，但是运营商B在热点#1的频谱却依然有空闲；同样运营商B在热点#2也可能会出现同样的状况。在此称这些缺乏频谱资源的小小区为饥饿小小区。
由于基于网络统计信息的频谱共享并不会考虑每一个特殊热点或特殊小小区的频谱需求情况，可能会导致频谱资源分配不合理，也就是说依靠统计信息得到的频谱共享结果不能最好地匹配频谱和业务需求。基于以上分析，为解决饥饿小小区的问题，我们提出基于小区级的跨运营商同优先级频谱共享方案，在网络级跨运营商频谱共享的基础上，进行小区级的跨运营商频谱共享。该方案同样适用于在没有网络级跨运营商频谱共享的情况下直接进行小区级的跨运营商频谱共享。在以下叙述中称饥饿小小区所属的运营商为源运营商，而与之共享频谱的运营商称为目标运营商。
不失一般性地，假设共享频谱池是一组分量载波(component carrier，CC)。如图1所示，两侧斜阴影部分分别是运营商A和运营商B的专用频段，中间部分是运营商A和运营商B的共享频谱池，为简化描述，频谱是连续分配的，实际应用中也可以按照非连续分配的方式来分配，通过高层网络级的频谱共享，共享频谱池按需分配给运营商A和运营商B使用。通过多个运营商的协商，在共享频谱池中预留一部分频谱资源作为异运营商频谱共享信道，用于运营商之间的测量和信息交互等。异运营商频谱共享信道可以位于固定的位置，也可以根据当前环境进行选择，但频谱共享信道必须是由多个运营商协商确定的。当频谱共享信道空闲时，可以用于数据传输。当饥饿小小区触发了小区级跨运营商频谱共享过程时，饥饿小小区会在频谱共享信道上广播小区探测特征序列，小区探测特征序列是由各运营商进行配置并维护的，并且对其他运营商是预先协商并已知的。目标运营商对特征序列进行测量，可以确定与饥饿小小区相邻的本运营商小小区。
在本发明的一个实施例中，提供了一种基于运营商间测量的跨运营商同优先级频谱共享***，包括：
两个或两个以上运营商、运营商对应的频谱管理器及运营商对应所占的专用频段；
共享频谱池，用于根据运营商各自的小小区的业务量，对各个运营商进行频谱分配；
其中，如图1所示，所述共享频谱池预留部分频谱资源作为异运营商频谱共享信道，所述所述异运营商频谱共享信道由频谱共享***中的运营商协商确定，所述异运营商频谱共享信道用于不同运营商之间的测量和信息交互；
当其中一个运营商出现饥饿小小区，则触发频谱共享，触发过程包括：所述饥饿小小区对共享频谱池中分配给异运营商的分量载波进行扫描测量，得到第一干扰分量载波集合，并在所述异运营商频谱共享信道上广播小区探测特征序列；其他运营商对所述小区探测特征序列进行测量，得到第二干扰分量载波集合；将所述第一干扰分量载波集合和第二干扰分量载波集合从异运营商的分量载波中移除，以得到所述饥饿小小区可用的双向低干扰或无干扰的分量载波集合。
进一步地，所述频谱共享***还用于基于频谱共享网络统计信息的网络级跨运营商频谱共享，包括：不同运营商对应的小小区分别对干扰状况、邻居关系进行测量，并向所属的频谱管理器发送测量报告；不同运营商的频谱管理器通过所述异运营商频谱共享信道交互测量统计信息，各运营商协商对所述共享频谱池进行划分，按照划分结果，所述频谱管理器向所辖的小小区分配频谱资源。
另一方面，本发明提供了一种基于运营商间测量的跨运营商同优先级频谱共享方法，包括小区级跨运营商低层频谱共享，如图2所示，所述小区级跨运营商低层频谱共享方法包括以下步骤：
S11、若源运营商的小小区在源运营商的专用频段内没有可用的频谱，则该小小区为饥饿小小区并触发以下S12-S112频谱共享过程。
具体地，源运营商新开机的小小区向源运营商的频谱管理器发送频谱请求消息，所述频谱管理器给小小区分配频谱资源，若所述源运营商的频谱管理器分配的频谱可用，则执行源运营商内的通信流程，否则执行S12。
S12、饥饿小小区对共享频谱池中目标运营商使用的频谱情况进行测量，包括检测共享频谱池中分配给目标运营商的分量载波上的干扰强度，将干扰强度高于预设阈值的分量载波排除，得到第一低干扰/无干扰分量载波集合。
具体地，若所述第一低干扰/无干扰分量载波集合为空集，则终止频谱共享过程。
S13、源运营商的频谱管理器给饥饿小小区发送一条广播指示消息，所述广播指示消息包含一个小区探测特征序列，所述小区探测特征序列对参与共享的其他运营商都是已知的；同时，所述源运营商的频谱管理器向目标运营商的频谱管理器发送异运营商频谱共享请求消息，所述异运营商频谱共享请求消息包含运营商的标识、饥饿小小区的频谱需求、第一低干扰/无干扰分量载波集合、饥饿小小区广播的小区探测特征序列和饥饿小小区的地理位置信息。
具体地，当出现饥饿小小区时，源运营商无法为该小小区提供频谱资源，在完成对异运营商频谱的测量之后，如果发现有可用的频谱资源，源运营商的频谱控制器需要给异运营商的频谱控制器发送一条“异运营商频谱共享请求”消息。该消息包括如下内容：
1)运营商标识：用于标识运营商；
2)频谱需求：用于标识饥饿小小区请求的频谱需求；
3)源运营商端测量的可用频谱集合：源运营商对目标运营商的频谱使用情况的测量结果；
4)小区探测特征序列：用于目标运营商对饥饿小小区的测量；
5)饥饿小小区的位置信息：该信息可以帮助异运营商缩小测量范围，位置信息可以是饥饿小小区所属的楼宇名称等。
S14、响应于饥饿小小区在异运营商频谱共享信道上广播小区探测特征序列，目标运营商的频谱管理器按照饥饿小小区的地理位置信息，给处于饥饿小小区附近的属于目标运营商的小小区发送测量指示消息，所述测量指示消息包括饥饿小小区广播的小区探测特征序列、饥饿小小区的地理位置信息。
异运营商频谱共享信道用于饥饿小小区广播小区探测特征序列，以实现目标运营商对源运营商的饥饿小小区的测量。异运营商频谱共享信道可以在需要时临时配置，也可以预先通过运营商间的协商确定，并且在没有小区级跨运营商频谱共享需求时，该信道可用于数据传输。
S15、处于饥饿小小区附近的属于目标运营商的小小区按照所述测量指示对饥饿小小区广播的小区探测特征序列进行测量。
S16、能够接收到所述特征序列的目标运营商的小小区向所属的频谱管理器发送测量报告，所述测量报告包括目标运营商的小小区ID和信号强度。
S17、目标运营商的频谱管理器对接收到的测量报告进行汇总，将信号强度高于预设阈值的目标运营商的小小区所使用的分量载波排除，得到第二低干扰/无干扰分量载波集合。
具体地，若所述第二低干扰/无干扰分量载波集合为空集，则终止频谱共享过程。
S18、将所述第一低干扰/无干扰分量载波集合和第二低干扰/无干扰分量载波集合作并集运算，得到双向低干扰/无干扰分量载波集合。
一种可实施方案为：在步骤S18之前还包括，源运营商的频谱管理器根据干扰强度对所述第一低干扰/无干扰分量载波集合中的分量载波进行排序，或者，目标运营商的频谱管理器根据干扰强度对第二低干扰/无干扰分量载波集合中的分量载波进行排序。
另一种可实施方案为：在步骤S18之后还包括：对双向低干扰/无干扰分量载波集合中的分量载波按照干扰强度进行排序。
即按照干扰强度进行排序的操作可以放在两个低干扰/无干扰分量载波集合的并集运算操作之前，也可以放在两个低干扰/无干扰分量载波集合的并集运算操作之后，本发明对此顺序不作具体限定。
S19、目标运营商的频谱管理器向源运营商的频谱管理器发送异运营商频谱共享应答消息，所述异运营商频谱共享应答消息包括双向低干扰/无干扰分量载波集合。
在本发明的一个优选实施例中，所述异运营商频谱共享应答消息还包括饥饿小小区接入双向低干扰/无干扰分量载波集合中分量载波的频谱时，对目标运营商的小小区的干扰强度，所述饥饿小小区优先选择干扰强度较低的频谱进行接入。
所述异运营商频谱共享应答消息对应“异运营商频谱共享请求”消息：目标运营商对源运营商的小区探测特征序列进行测量后，得到饥饿小小区可用的频谱集合，然后目标运营商的频谱控制器给源运营商的频谱控制器发送一条“异运营商频谱共享应答”消息。该消息包括如下内容：
1)运营商标识：用于标识运营商；
2)排序的可用频谱序号：用于指示饥饿小小区可使用的频谱资源及其优先级。
S110、饥饿小小区从所述双向低干扰/无干扰分量载波集合中选择分量载波并接入其频谱；
S111、饥饿小小区向所属的频谱管理器上报频谱选择并接入消息；
S112、源运营商的频谱管理器向目标运营商的频谱管理器发送所述频谱选择并接入消息，完成底层的频谱共享。
如图3所示，所述频谱共享方法还包括网络级跨运营商高层频谱共享，所述网络级跨运营商高层频谱共享方法包括以下步骤：
S21、源运营商和目标运营商各自的小小区分别对干扰状况、邻居关系进行测量；
S22、各自的小小区分别给对应所属的频谱管理器发送测量报告；
S23、源运营商和目标运营商的频谱管理器交互测量报告，得到交互测量统计信息；
S24、根据所述交互测量统计信息，所述源运营商与目标运营商进行协商，对共享频谱池进行划分，确定频谱共享线的位置；
S25、各运营商的频谱管理器向所辖的小小区分配各自专用频段的频谱资源以及所述频谱共享线所划分的共享频谱池的频谱资源。
进一步地，与所述源运营商对应的目标运营商的数量为一个或多个。以下以一个源运营商A与一个目标运营商B为例作如下说明：
小区级的频谱共享是由饥饿小小区通过事件触发的，触发事件是出现饥饿小小区，物理意义上是指由于频谱缺乏导致本运营商不能给某个或某些小小区分配频谱，小区级的频谱共享是为了保证饥饿小小区可以得到较好的服务质量。小区级跨运营商频谱共享可以在独立于网络级跨运营商频谱共享的情况下使用，适用场景主要是小小区部署密度相对较低的情况。对此，可以设置一个网络业务密度参数，该参数可以是小小区数量、用户数量、业务等的复合函数，并给定一个网络密度门限，当小小区密度超过小小区密度门限时，需要与网络级频谱共享进行结合使用，当小小区密度低于小小区密度门限时，只需进行小区级跨运营商频谱共享即可，也就是说假如没有突发业务的小小区触发小区级的频谱共享，那么只需要进行高层的网络级小小区频谱共享即可实现多运营商间的合理的频谱使用。
由于小小区的发射功率会因小小区类型不同而有所差异，如微小区、微微小区和家庭基站，并且不同类型的小小区覆盖范围大小不一。假如只有饥饿小小区对可用频谱进行测量，虽然饥饿小小区可以保证不受到其他运营商的干扰，但是极有可能会对其他运营商造成干扰。如图8所示，SeNBB2是运营商B的一个家庭基站且工作在CC2，SeNBB1是运营商B的一个微微小区且工作在CC1，SeNBA是运营商A的一个微小区。假设SeNBA是一个饥饿小小区，那么直观的想法是饥饿小小区需要对周围小小区可能使用的频段进行测量，由于SeNBA处于SeNBB1的覆盖范围内，只能测量到CC1是已经被使用的载波。那么SeNBA会判断CC2是空闲载波，认为可以接入，但是该基站一旦接入CC2，便会对SeNBB2产生干扰。为避免这种单向测量导致的反向干扰问题，我们提出了以下的双向测量机制。
如图9所示，假设运营商A的小小区SeNBA是一个饥饿小小区，并触发了小区级的跨运营商频谱共享。那么饥饿小小区首先对共享频谱池中分配给运营商B的分量载波进行扫描测量，以确定属于运营商B的邻居小小区对分量载波的占用状况，当测量到的分量载波上的干扰强度大于一定门限时，认为该分量载波不能被饥饿小小区使用，否则会对饥饿小小区产生较大的干扰。
图9中，假设SeNBA可以测量到CC1、CC4、CC5和CC7上的干扰强度超过预设的门限，SeNBA的测量结果可能如图10所示，这些载波分别被SeNBB1、SeNBB3和SeNBB4所占用，而其他载波上的干扰强度则低于预设的门限。值得注意的是，饥饿小小区只是知道哪些载波上干扰强度较高，而并不清楚使用这些载波的具体小小区。SeNBA将测量到的干扰分量载波集合{CC1，CC4，CC5，CC7}以测量报告的形式发送给其所属的频谱管理器。
源运营商端对目标运营商端的测量完成之后，一旦确定目标运营商端有可用的分量载波，饥饿小小区便在频谱共享信道上广播一个特征序列，并给目标运营商的频谱管理器发送一个异运营商频谱共享请求消息，该消息中包括运营商的标识、饥饿小小区的频谱需求、低干扰/无干扰的分量载波的集合I1、饥饿小小区广播的特征序列、饥饿小小区所属的楼宇名称等内容。通过楼宇名称可以确定饥饿小小区的大概位置，从而大大缩小跨运营商进行测量的范围，降低目标运营商的信令开销。目标运营商收到异运营商频谱共享请求消息后，指示该楼宇内的小小区对频谱共享信道进行测量，如果可以检测到特征序列，说明该小小区处于饥饿小小区的覆盖范围内。测量到特征序列的小小区发送测量报告给频谱控制器，频谱控制器再将测量到特征序列的小小区所使用的频谱进行汇总，判断哪些分量载波上有干扰，并将其从频谱池中去除，剩下没有干扰的分量载波，可供饥饿小小区使用。
在图11中，只有SeNBB1、SeNBB2和SeNBB3在SeNBA的覆盖范围之内，也就是说SeNBA发出的特征序列可能只有SeNBB1、SeNBB2和SeNBB3能够收到，这也意味着SeNBA和SeNBB1、SeNBB2、SeNBB3不能使用相同的频谱，否则会有较大的干扰。能够接收到特征序列的小小区所占用的分量载波如图11所示，这些分量载波不能被饥饿小小区使用，那么在目标运营商端测量到的干扰分量载波集合是{CC1，CC3，CC4，CC5}。为了避免饥饿小小区使用的频谱给目标运营商产生较大的干扰，将目标运营商端测量到的没有干扰的CC的集合按照干扰强度进行排序，得到排序后的无干扰的CC集合。
如图12所示，将源运营商和目标运营商测量到的有干扰的分量载波集合进行并集运算，即可得双向或单向干扰的分量载波集合{CC1，CC4，CC5，CC7}∪{CC1，CC3，CC4，CC5}＝{CC1，CC3，CC4，CC5，CC7}。再将其从运营商B的分量载波中移除，得到的便是饥饿小小区可以使用的分量载波。即{CC1，CC2，CC3，CC4，CC5，CC6，CC7，CC8}-{CC1，CC3，CC4，CC5，CC7}＝{CC2，CC6，CC8}。
当然，某些场景下可能会出现双向测量后的结果是空集的情况，此时，意味着频谱需求较大，目标运营商没有多余的资源供饥饿小小区使用，这时跨运营商频谱共享将以失败结束，源运营商需要寻找其他途径为饥饿小小区提供频谱资源或者使其用户接入其他小区。
本发明具体实施例的信令流程图如图4所示，具体的实施步骤细节如下：
1.运营商A和运营商B执行基于频谱共享区域网络统计信息的高层频谱共享。
1.1运营商A和运营商B的小小区分别对干扰状况、邻居关系等进行测量。
1.2运营商A和运营商B的小小区给所属的频谱控制器发送测量报告。
1.3运营商A和运营商B的频谱控制器交互测量统计信息。
1.4通过运营商A和运营商B之间的协商，对共享频谱池进行划分，确定频谱共享线的位置。
1.5各运营商的频谱控制器分别给所辖的小小区分配频谱资源。
2.运营商A和运营商B执行低层频谱共享。
2.1运营商A有一个新开机的小小区。
2.2新开机小小区向其频谱控制器发送频谱请求消息。
2.3运营商A的频谱控制器给新开机的小小区分配频谱资源。
2.4新开机小小区判断其频谱控制器分配的频谱是否可用。如果可用，执行运营商内的通信流程；否则，该小小区是一个饥饿小小区并执行下一步骤。
2.5饥饿小小区对共享频谱池中目标运营商(运营商B)使用的频谱情况进行测量，即检测共享频谱池中分配给运营商B的分量载波上的干扰强度。如果在某个分量载波上测量到的干扰强度高于预设的门限值，则饥饿小小区不能接入该分量载波；否则，饥饿小小区可以接入该分量载波。干扰门限可以由运营商自行设定，定义为该运营商可以承受的干扰强度。
2.6饥饿小小区完成对目标运营商的测量后，给其所属的频谱管理器发送一个测量报告，该测量报告中包含饥饿小小区的小小区ID、饥饿小小区的频谱需求、低干扰/无干扰的分量载波的集合I1。
2.7源运营商(运营商A)的频谱管理器对低干扰/无干扰的分量载波的集合进行分析，如果该集合为空集，则不存在可用的分量载波供饥饿小小区使用，此时终止低层小区级的频谱共享过程；否则，
执行下一步骤。
2.8源运营商的频谱管理器给饥饿小小区发送一条广播指示消息，该消息中包含一个小区探测特征序列。特征序列是由频谱管理器分配和维护的，在一定区域是隔离的，并且对多个运营商都是已知的。
2.9在执行步骤2.8的同时，源运营商的频谱管理器给目标运营商的频谱管理器发送一个异运营商频谱共享请求消息。该消息中包含运营商的标识、饥饿小小区的频谱需求、源运营商端测量的低干扰/无干扰的分量载波的集合I1、饥饿小小区广播的小区探测特征序列、饥饿小小区所属的楼宇名称信息等内容。
2.10饥饿小小区在异运营商频谱共享信道上频谱管理器分配的广播小区探测特征序列。
2.11目标运营商的频谱管理器按照饥饿小小区的位置信息，选择性地给饥饿小小区附近的小小区或用户发送测量指示消息，测量指示消息包括饥饿小小区广播的小区探测特征序列、饥饿小小区的位置信息(如楼宇名称信息)等内容。
2.12在饥饿小小区附近的目标运营商的小小区或用户按照测量指示对饥饿小小区广播的特征序列进行测量。
2.13能够接收到特征序列的目标运营商的小小区给所属的频谱管理器发送测量报告。测量报告包括小小区ID、信号强度等。
2.14目标运营商的频谱管理器对接收到的测量报告进行汇总，首先确定哪些小小区可以接收到特征序列，并且接收信号能量高于预设的门限，这些小小区占用的分量载波不能给饥饿小小区使用。
将能够收到特征序列的小小区使用的分量载波的集合从频谱中去除，剩下的便是饥饿小小区对目标运营商的小小区低干扰/无干扰的分量载波集合I2。
2.15目标运营商的频谱管理器根据干扰强度对分量载波进行排序，无干扰分量载波的干扰强度记为0，可任意排序。该步骤优先保证饥饿小小区占用的频谱对目标运营商的干扰最小化。
2.16目标运营商的频谱管理器对源运营商测量的结果和目标运营商测量的结果作并集运算，得到双向低干扰/无干扰的分量载波集合，即为饥饿小小区可用的分量载波的集合。
2.17若得到的集合为空集，终止低层小小区级的跨运营商频谱共享过程；否则，执行下一步骤。
2.18目标运营商的频谱管理器给源运营商的频谱管理器发送异运营商频谱共享应答消息，该消息包括饥饿小小区可以使用的分量载波、饥饿小小区接入这些频谱时对目标运营商小小区的干扰强度指示灯内容。
2.19源运营商的频谱管理器转发异运营商频谱共享应答消息。
2.20饥饿小小区选择可以使用的频谱并接入相应的频谱。
2.21饥饿小小区给其频谱控制器上报频谱选择消息，通知其接入的频谱。
2.22源运营商的频谱控制器给目标运营商的频谱控制器发送频谱选择通知消息，完成低层的频谱共享。
本发明提出的小区级跨运营商频谱共享方案可以弥补基于网络级跨运营商频谱共享的不足，实现频谱资源更加灵活、动态地共享。饥饿小小区对目标运营商的测量仅限于分量载波有没有被使用，而不需也不会知道这些分量载波是分配给哪些小小区使用的，因此并不涉及敏感信息的测量，这一点对实现跨运营商频谱共享是非常重要的。本发明可应用于同优先级的跨运营商频谱共享场景，分层进行跨运营商频谱共享，可以适当延长共享周期，从而降低信令开销，同时可以使频谱使用更加动态、灵活，提升频谱利用率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于运营商间测量的跨运营商同优先级频谱共享***，其特征在于，包括：
两个或两个以上运营商、运营商对应的频谱管理器及运营商对应所占的专用频段；
共享频谱池，用于根据运营商各自的小小区的业务量，对各个运营商进行频谱分配；
其中，所述共享频谱池预留部分频谱资源作为异运营商频谱共享信道，所述所述异运营商频谱共享信道由频谱共享***中的运营商协商确定，所述异运营商频谱共享信道用于不同运营商之间的测量和信息交互；
当其中一个运营商出现饥饿小小区，则触发频谱共享，触发过程包括：所述饥饿小小区对共享频谱池中分配给异运营商的分量载波进行扫描测量，得到第一干扰分量载波集合，并在所述异运营商频谱共享信道上广播小区探测特征序列；其他运营商对所述小区探测特征序列进行测量，得到第二干扰分量载波集合；将所述第一干扰分量载波集合和第二干扰分量载波集合从异运营商的分量载波中移除，以得到所述饥饿小小区可用的双向低干扰或无干扰的分量载波集合。
2.根据权利要求1所述的频谱共享***，其特征在于，还用于基于频谱共享网络统计信息的网络级跨运营商频谱共享，包括：不同运营商对应的小小区分别对干扰状况、邻居关系进行测量，并向所属的频谱管理器发送测量报告；不同运营商的频谱管理器通过所述异运营商频谱共享信道交互测量统计信息，各运营商协商对所述共享频谱池进行划分，按照划分结果，所述频谱管理器向所辖的小小区分配频谱资源。
3.一种基于运营商间测量的跨运营商同优先级频谱共享方法，其特征在于，包括小区级跨运营商低层频谱共享，包括以下步骤：
S11、若源运营商的小小区在源运营商的专用频段内没有可用的频谱，则该小小区为饥饿小小区并触发以下S12-S112频谱共享过程；
S12、饥饿小小区对共享频谱池中目标运营商使用的频谱情况进行测量，包括检测共享频谱池中分配给目标运营商的分量载波上的干扰强度，将干扰强度高于预设阈值的分量载波排除，得到第一低干扰/无干扰分量载波集合；
S13、源运营商的频谱管理器给饥饿小小区发送一条广播指示消息，所述广播指示消息包含一个小区探测特征序列，所述小区探测特征序列对参与共享的其他运营商都是已知的；同时，所述源运营商的频谱管理器向目标运营商的频谱管理器发送异运营商频谱共享请求消息，所述异运营商频谱共享请求消息包含运营商的标识、饥饿小小区的频谱需求、第一低干扰/无干扰分量载波集合、饥饿小小区广播的小区探测特征序列和饥饿小小区的地理位置信息；
S14、响应于饥饿小小区在异运营商频谱共享信道上广播小区探测特征序列，目标运营商的频谱管理器按照饥饿小小区的地理位置信息，给处于饥饿小小区附近的属于目标运营商的小小区发送测量指示消息，所述测量指示消息包括饥饿小小区广播的小区探测特征序列、饥饿小小区的地理位置信息；
S15、处于饥饿小小区附近的属于目标运营商的小小区按照所述测量指示对饥饿小小区广播的小区探测特征序列进行测量；
S16、能够接收到所述特征序列的目标运营商的小小区向所属的频谱管理器发送测量报告，所述测量报告包括目标运营商的小小区ID和信号强度；
S17、目标运营商的频谱管理器对接收到的测量报告进行汇总，将信号强度高于预设阈值的目标运营商的小小区所使用的分量载波排除，得到第二低干扰/无干扰分量载波集合；
S18、将所述第一低干扰/无干扰分量载波集合和第二低干扰/无干扰分量载波集合作并集运算，得到双向低干扰/无干扰分量载波集合；
S19、目标运营商的频谱管理器向源运营商的频谱管理器发送异运营商频谱共享应答消息，所述异运营商频谱共享应答消息包括双向低干扰/无干扰分量载波集合；
S110、饥饿小小区从所述双向低干扰/无干扰分量载波集合中选择分量载波并接入其频谱；
S111、饥饿小小区向所属的频谱管理器上报频谱选择并接入消息；
S112、源运营商的频谱管理器向目标运营商的频谱管理器发送所述频谱选择并接入消息，完成底层的频谱共享。
4.根据权利要求3所述的频谱共享方法，其特征在于，步骤S11中，源运营商新开机的小小区向源运营商的频谱管理器发送频谱请求消息，所述频谱管理器给小小区分配频谱资源，若所述源运营商的频谱管理器分配的频谱可用，则执行源运营商内的通信流程，否则执行S12。
5.根据权利要求3所述的频谱共享方法，其特征在于，若S12中得到的第一低干扰/无干扰分量载波集合为空集，则终止频谱共享过程；
若S17中得到的第二低干扰/无干扰分量载波集合为空集，则终止频谱共享过程。
6.根据权利要求3所述的频谱共享方法，其特征在于，在步骤S18之前还包括，源运营商的频谱管理器根据干扰强度对所述第一低干扰/无干扰分量载波集合中的分量载波进行排序，或者，
目标运营商的频谱管理器根据干扰强度对第二低干扰/无干扰分量载波集合中的分量载波进行排序。
7.根据权利要求3所述的频谱共享方法，其特征在于，在步骤S18之后还包括：对双向低干扰/无干扰分量载波集合中的分量载波按照干扰强度进行排序。
8.根据权利要求7所述的频谱共享方法，其特征在于，所述异运营商频谱共享应答消息还包括饥饿小小区接入双向低干扰/无干扰分量载波集合中分量载波的频谱时，对目标运营商的小小区的干扰强度，所述饥饿小小区优先选择干扰强度较低的频谱进行接入。
9.根据权利要求3所述的频谱共享方法，其特征在于，还包括网络级跨运营商高层频谱共享，包括以下步骤：
S21、源运营商和目标运营商各自的小小区分别对干扰状况、邻居关系进行测量；
S22、各自的小小区分别给对应所属的频谱管理器发送测量报告；
S23、源运营商和目标运营商的频谱管理器交互测量报告，得到交互测量统计信息；
S24、根据所述交互测量统计信息，所述源运营商与目标运营商进行协商，对共享频谱池进行划分，确定频谱共享线的位置；
S25、各运营商的频谱管理器向所辖的小小区分配各自专用频段的频谱资源以及所述频谱共享线所划分的共享频谱池的频谱资源。
10.根据权利要求3所述的频谱共享方法，其特征在于，与所述源运营商对应的目标运营商的数量为一个或多个。
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