蜂窝系统中的功率管理的制作方法
【专利摘要】提供了一种控制由蜂窝通信网络的基站分配给多个子带中的每个子带的各个传送功率的方法。来自网络的至少一个其它基站的信息被接收，该信息包括关于由其它基站所服务的小区中的利用率函数对由该基站分配给各个子带的功率的变化的敏感度的信息。提高传送功率相对有益的子带被识别出。确定与小区中的用户的幸福感相关的因子是否超过阈值。只有在幸福感因子小于阈值的情况下，被识别的子带中的传送功率才被提高。
【专利说明】蜂窝系统中的功率管理
[0001]本发明涉及蜂窝电话网络，并且更具体地涉及用于控制这样的网络内的基站所传送的信号的功率的方法，以减少这样的传输的干扰效应，同时维护所要求的网络的性能。本发明还涉及这样的网络中的基站。
[0002]与第三代系统相比，诸如长期演进(LTE)之类的第四代(4G)蜂窝系统当前正在被研发以提高系统性能和用户数据率。虽然这样的系统被设计以提高系统性能和用户数据率，但是重点强调的是加强针对在小区边缘的用户的系统性能。实现这样的改进的最有效的方式之一是通过功率和干扰管理。
[0003]虽然功率和干扰管理原本被设计为通过减少不必要的干扰来提高系统和用户性能，但是重要的是意识到这可以通过在仍然满足某种满意度目标的同时尽可能多地降低传送功率来实现。通过去除不必要的传送功率，相当大程度地提高能量效率是可能的。虽然对于单一基站来说能量效率可能不是个严重的问题，但是在大型的基站网络被部署的情况下这个问题是高度相关的。
[0004]在典型的部署场景中，小区不是单独存在的，这意味着每个小区可能被邻近的小区所环绕。因而，当移动用户远离服务基站朝向邻近的小区移动时，呼叫质量降低，这不仅因为服务基站信号的减弱，而且因为来自一个或多个主要邻近的小区的干扰的增大。这样的干扰通常被称为小区间干扰，并且对这样的干扰的减轻已经被考虑，以提升小区边缘用户的用户体验。针对LTE的干扰管理比诸如宽带码分多路接入(WCDMA)系统之类的旧式3G系统中的干扰管理更复杂，因为LTE系统涉及在时间和频率域中的功率分配，而WCDMA系统只涉及时间域的分配。
[0005]减轻小区间干扰的一种公知方法是通过使用被称为部分频率复用(FFR)的方法，其中每个小区中心处的移动用户被分配相同频率，而小区边缘的用户被分配与在紧邻的小区的边缘处的那些用户不同的频率子集。因此，在小区边缘处的小区间干扰可以被大幅减少(R.Kwan, C.Leung, “A Survey of Scheduling and Interference Mitigat1n in LTE (LTE中的时序安排和干扰抑制的调查)”，卷2010，文章ID273486)。
[0006]虽然FFR及其变体是用于干扰抑制的公知技术，但是它们受如下缺点所累:被用于小区边缘移动用户的频率子集需要被仔细规划，并且这个规划通常是在网络规划阶段被静态地进行。因而，这样的方法并不适合于其中基站按特定(ad hoc)方式部署的毫微微小区(femtocell)。此外，这些方法不考虑动态用户流量分布，并且因而降低了频谱利用率。
[0007]另一方面，可以通过按中心化的方式针对小区中的每个用户联合分配频率、功率、调制和编码方案(MCS)来使得功率和频率资源的分配动态变化(D.L0pez-P6rez，G.de la Roche, A.Valcarce, A.Jiittner, J.Zhang, “ Interference Avoidance and DynamicFrequency Planning for WiMAX Femtocells Networks (用于毫微微网络的干扰避免和动态频率规划)”，Proc.0f I CCS, 2008)。但是，这样的方法需要集中式的实体，并且计算复杂性不切实际地高。
[0008]在 A.L.Stolyar, H.Viswanathan, “Self-organizing Dynamic Fract1nalFrequency Reuse for Best-Effort Traffic Through Distributed Inter-ce11Coordinat1n(通过分布式小区间协调对最优流量进行自组织动态部分频率复用)”，proc.0f IEEE Infocomm, 2009年4月中，一种基于梯度的算法被提出，其中频率复用模式被动态地适配于流量分布。因为这个方法是以分布式方式在小区之间进行自我组织，所以不需要频率规划。此外，这个方法不仅提供了一种按分布式方式分配频率的方式，该方法还允许功率按频率被动态地调节，从而提供了额外的自由度。虽然这个方法是有用的，但是该文档没有提供关于服务质量(QoS)如何被考虑在公式化中的细节。因此，功率分配可能不一定适合于服务所实际需要的，从而降低了功率效率。此外，虽然该文档提供了动态干扰抑制方面的有用的框架，但是关于实现方式方面的问题仍然存在。例如，该公式假设确切知道频谱效率与信号与干扰及噪声比(SINR)之间的分析关系。实际上，由于不同的供应商可能具有它们自己的接收器实现方式并且因此具有不同的性能这一事实，并不存在这样的固定关系O
[0009]根据本发明的一方面，提供了一种控制由蜂窝通信网络的基站分配给多个子带中的每个子带的各个传送功率的方法，该方法包括:
[0010]接收来自该网络的至少一个其它基站的信息，该信息包括关于由该其它基站所服务的小区中的利用率函数对由该基站分配给各个子带的功率的变化的敏感度的信息，
[0011]识别提高传送功率相对有益的子带；
[0012]判断与该小区中的用户的幸福感(happiness)相关的因子是否超过阈值；以及
[0013]只有在该幸福感因子小于该阈值的情况下，才提高所识别出的子带中的传送功率。
[0014]根据本发明的一方面，提供了一种控制由蜂窝通信网络的基站分配给多个子带中的每个子带的各个传送功率的方法，该方法包括:
[0015]将来自第一基站的信息传送给该网络的至少一个其它基站，该信息包括关于由该第一基站所服务的小区中的利用率函数对由该其它基站分配给各个子带的功率的变化的敏感度的信息，
[0016]其中该传送信息的步骤包括:通过X2接口将信息传送给该至少一个其它基站。
[0017]一种控制由蜂窝通信网络的基站分配给多个子带中的每个子带的各个传送功率的方法，该方法包括:
[0018]将来自第一基站的信息传送给该网络的至少一个其它基站，该信息包括关于由该第一基站所服务的小区中的利用率函数对由该其它基站分配给各个子带的功率的变化的敏感度的信息，
[0019]其中该传送信息的步骤包括:传送与该子带中的每个子带中的该小区的相对窄带传送功率相关的信息。
[0020]根据本发明的一方面，提供了一种确定由蜂窝通信网络的基站所服务的小区中的干扰效应的方法，该干扰由来自该网络的至少一个邻近的小区中的基站的传输引起，该方法包括:
[0021]从被连接到该基站的移动设备获得测量结果；以及
[0022]利用该测量结果得到关于由该基站所服务的该小区中的利用率函数对该其它基站分配给各个子带的功率的变化的敏感度的量度。
[0023]根据本发明的一方面，提供了一种估计蜂窝通信网络上的基站中的子带的频谱效率的方法，该方法包括:
[0024]通过由在该子带上进行测量的移动设备所报告的信道质量指示符的功率函数来近似该频谱效率；
[0025]通过由该移动设备所测得的信号对干扰及噪声的比值的线性函数来近似该信道质量指示符，其中该信号对干扰及噪声的比值按分贝被测量。
[0026]根据本发明的一方面，提供了一种控制蜂窝通信网络中的基站的方法，该方法包括:
[0027]针对多个用户中的每个用户，接收表示该用户的初始比特率要求的值；
[0028]确定被要求分配给该用户的相应的下行链路功率以达到相应的比特率要求；
[0029]确定总的下行链路功率要求为所要求的各个下行链路功率的总和；以及
[0030]当基站的总的下行链路功率超过阈值时，将针对这些用户中的至少一个用户的比特率要求降低为低于相应的初始比特率要求的值。
[0031]根据本发明的一方面，提供了一种计算蜂窝通信网络的基站上的负载的值的方法，其中该基站能够利用多个子带并且能够利用频率选择性功率控制，该方法包括:
[0032]基于针对每个用户的平均功率和平均比特率计算负载的值。
[0033]根据本发明的一方面，提供了一种控制由蜂窝通信网络的基站分配给多个子带中的每个子带的各个传送功率的方法，该方法包括:
[0034]在该基站中，从被连接到该基站的移动设备获得信道质量信息；
[0035]针对每个子带，利用来自该移动设备的信道质量信息形成平均信道质量量度；以及
[0036]根据该平均信道质量量度，估计关于由该基站所服务的小区中的利用率函数对由其它基站分配给各个子带的功率的变化的敏感度的信息。
[0037]根据本发明的一方面，提供了一种被适配为执行任意其它方面的方法的基站。
[0038]为更好地理解本发明，并且演示本发明可以怎样被实现，现在将通过示例的方式对附图进行参考，在附图中:
[0039]图1示出了根据诸如长期演进(LTE)之类的第四代(4G)蜂窝标准进行操作的蜂窝通信网络的一部分。
[0040]图2示出了图1的网络中的基站。
[0041]图3是图示了考虑幸福感因子的效果的图。
[0042]图4是图示了考虑经修改的幸福感因子的效果的图。
[0043]图5是图示了根据本发明的第一方法的流程图。
[0044]图6图示了针对比例因子的各种值的利用率随时间的变化。
[0045]图7图示了针对比例因子的各种值的功率随时间的变化。
[0046]图8是图示了根据本发明的第二方法的流程图。
[0047]图9图示了针对比例因子的各种值的利用率随时间的变化。
[0048]图10图示了针对比例因子的各种值的功率随时间的变化。
[0049]图11图示了信号与干扰及噪声的比值、信道质量指示符以及谱效率之间的关系。
[0050]图12进一步图示了信号与干扰及噪声的比值、信道质量指示符以及频谱效率之间的关系。[0051]图13图示了在毫微微小区和宏小区基站的可能部署中的基站之间的可用连接。
[0052]图14图示了在毫微微小区和宏小区基站的可能部署中的频率分配。
[0053]图15图示了利用率、功率和所要求的比特率之间的关系。
[0054]图16是利用率、功率和所要求的比特率之间的关系的第二图示。
[0055]图1示出了根据诸如长期演进(LTE)之类的第四代(4G)蜂窝标准进行操作的蜂窝通信网络10的一部分。网络10包括为各自的小区16、18服务的宏观层基站或增强型节点B (eNB) 12、14，要理解在这两个小区16、18之间存在重叠区域，其中用户设备能够与基站
12、14中的任一个建立连接。
[0056]在小区16、18内置有各自为在其附近的相应小区服务的多个毫微微小区基站或者家庭增强型节点B(HeNB)20、22、24、26、28、30、32、34。众所周知，在一个宏小区内可以存在数十、数百或者甚至是数千个毫微微小区。图1为了清楚起见只示出了少量这样的毫微微小区。例如，这些毫微微小区可以分别被蜂窝网络的用户所拥有，或者它们可以在它们被置于其中的场所(比如，商场、大学校园、办公园区或者大型办公楼)的共同管理下。
[0057]图2更详细地示出了网络中的基站中的一个基站的构成。图1中所示的基站40可以是宏观层基站或者毫微微小区基站。
[0058]基站40具有收发器电路42，用于将信号转换为和转换自通过空中接口传输所需要的格式。如以上所提到的，在该说明性示例中，基站意在构成LTE网络的一部分，并且收发器电路因此将信号转换为和转换自其所需要的格式。天线44被连接到收发器电路42。
[0059]基站还具有用于连接到网络的其余部分的接口电路46。在基站40为毫微微小区基站的情况下，接口电路46可以例如适合于将信号转换为和转换自通过宽带互联网连接传输所需要的格式。在基站40为宏观层基站的情况下，接口电路46可以例如适合于将信号转换为和转换自通过到蜂窝通信网络的核心网络的专用链路传输所需要的格式。
[0060]调制解调器48被连接在收发器电路42与接口电路46之间，用于处理信号并且从中提取相关数据。调制解调器48、收发器电路42和接口电路46在处理器50的控制下进行操作，如下面更详细描述的。
[0061]由处理器50控制的基站40的操作的一个方面是将用户分配到特定的频道以及将特定的功率水平分配到可用的信道。提高到一个特定用户的信号的功率通常会改善可被提供给该用户的服务(例如，通过提高可用数据率)，但是可能会恶化可被提供给其它用户的服务(例如，通过提高它们检测到的干扰的水平)。
[0062]这里我们假设我们在系统中有K个小区，λ € f = {%2,-,Κ}和J个子带/6/ = (1,2,.,.,./} ο此外，我们假设每个子带由固定数目的子载波构成。并且，假设时间被分
成时隙，并且每个小区内的传输是同步的，从而不存在小区内的干扰。两个通用量值与用于基于LTE的系统的小区间干扰协调机制尤其相关。
[0063]第一个量值是利用率的概念，利用率通常对所涉及的实体的满意程度进行量化。假设U为系统的总利用率函数，由下式给出:
[0064]U= XkUk (I)
[0065]该式表示所有小区上的所有利用率函数的总和，其中Uk是小区k的利用率函数，由针对小区k的所有用户的利用率Uu的总和给出，即Uk= Σ iUk, i。该想法是找到一种方式(或者多种方式)来提高或优选地最大化总利用率函数U。
[0066]第二个量值是传送功率。这里，在诸如LTE之类的正交频分多路接入(OFDMA)系统的上下文中，传送功率预期为与频率有关的。假设Pu是在小区k的子带j中所分配的功率，并且小区k可以有的最大功率是Pk，即Σ jPk,j≤pk。小区间的干扰协调的整个问题简化为Pk,p V/怎样被分配给每个k以提高或最大化U。
[0067]在 A.L.Stolyar, H.Viswanathan, “Self-organizing Dynamic Fract1nalFrequency Reuse for Best-Effort Traffic Through Distributed Inter-ce11Coordinat1n(用于通过分布式小区间协调的最优流量的自组织动态部分频率复用)”，proc.0fIEEE Infocomm, April2009中，一种基于梯度的方法被提出，其中总利用率按分布式方式次优地被提高。所提出的方法的主要想法如下:
[0068]假设
【权利要求】
1.一种控制由蜂窝通信网络的基站分配给多个子带中的每个子带的各个传送功率的方法，该方法包括: 接收来自所述网络的至少一个其它基站的信息，所述信息包括关于由所述其它基站所服务的小区中的利用率函数对由所述基站分配给各个子带的功率的变化的敏感度的信息，识别提闻传送功率相对有益的子带； 判断与所述小区中的用户的幸福感相关的因子是否超过阈值；以及 只有在所述幸福感因子小于所述阈值的情况下，才提高所识别出的子带中的传送功率。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述幸福感因子基于由所述基站所服务的小区中的用户的平均幸福感而被定义。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述幸福感因子基于由所述基站所服务的小区中的用户的加权平均幸福感而被定义。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述幸福感因子基于由所述基站所服务的小区中的用户的幸福感的标准偏差而被定义。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述幸福感因子基于由所述基站所服务的小区中的用户的幸福感的百分位数而被定义。
6.如权利要求1-5所 述的方法，其中所述幸福感因子基于每个用户的平均比特率与该用户所需要的比特率的比值而被定义。
7.如权利要求1-6所述的方法，其中所述幸福感因子基于引入保守程度的比例因子而被定义。
8.如权利要求7所述的方法，包括基于所述小区中的当前传送功率调节所述比例因子。
9.如权利要求7或8所述的方法，包括基于所述小区中的所测得的干扰调节所述比例因子。
10.一种基站，被配置为执行如权利要求1-9中的任一权利要求所述的方法。
11.一种控制由蜂窝通信网络的基站分配给多个子带中的每个子带的各个传送功率的方法，该方法包括: 将来自第一基站的信息传送给所述网络的至少一个其它基站，所述信息包括关于由所述第一基站所服务的小区中的利用率函数对由所述其它基站分配给各个子带的功率的变化的敏感度的信息， 其中所述传送信息的步骤包括:通过X2接口将信息传送给所述至少一个其它基站。
12.—种控制由蜂窝通信网络的基站分配给多个子带中的每个子带的各个传送功率的方法，该方法包括: 将来自第一基站的信息传送给所述网络的至少一个其它基站，所述信息包括关于由所述第一基站所服务的小区中的利用率函数对由所述其它基站分配给各个子带的功率的变化的敏感度的信息， 其中所述传送信息的步骤包括:传送所述子带中的每个子带中与所述小区的相对窄带传送功率相关的信息。
13.如权利要求12所述的方法，其中利用率函数的所述敏感度基于所述基站与在所述其它基站处的相应发送器之间的路径增益而被确定。
14.如权利要求12或13所述的方法，其中利用率函数的所述敏感度基于所述其它基站在所述子带中进行传送的功率而被确定。
15.—种基站，被配置为执行如权利要求11-14中的任一权利要求所述的方法。
16.一种确定由蜂窝通信网络的基站所服务的小区中的干扰效应的方法，所述干扰由来自所述网络的至少一个邻近的小区中的基站的传输引起，所述方法包括: 从被连接到所述基站的移动设备获得测量结果；以及 利用所述测量结果得到关于由所述基站所服务的所述小区中的利用率函数对所述其它基站分配给各个子带的功率的变化的敏感度的量度。
17.如权利要求16所述的方法，包括: 在多个子带内获得来自所述移动设备的测量结果。
18.如权利要求16或17所述的方法，包括: 重复获得所述测量结果中的每个测量结果，并且针对所述测量结果中的每个测量结果形成时间平均值。
19.如权利要 求16-18所述的方法，包括针对所述子带中的每个子带根据由多个移动设备所进行的测量形成平均测量结果。
20.如权利要求19所述的方法，包括针对低于阈值的每个平均测量结果，将针对相应的子带的所述利用率函数的所述敏感度设置为负值。
21.如权利要求16-20所述的方法，其中所述测量结果是信道质量指示符测量结果。
22.—种基站，被配置为执行如权利要求16-21中的任一权利要求所述的方法。
23.一种估计蜂窝通信网络上的基站中的子带的频谱效率的方法，所述方法包括: 通过由在所述子带上进行测量的移动设备所报告的信道质量指示符的功率函数来近似所述频谱效率； 通过由所述移动设备所测得的信号对干扰及噪声的比值的线性函数来近似所述信道质量指示符，其中所述信号对干扰及噪声的比值按分贝被测量。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述线性函数包括常数偏移项。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述频谱效率ω被估计为: ω = a(c' 1g10( Y )+d+A d)b 其中，a、b、c’和d是常数， Ad是常数偏移项，并且 Y是信号对干扰及噪声的比值。
26.如权利要求24或25所述的方法，还包括基于对信道质量的量度调节所述偏移项。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述对信道质量的量度包括HARQ请求的数目。
28.如权利要求26所述的方法，其中所述对信道质量的量度包括块误码率。
29.如权利要求23-28所述的方法，包括利用所估计的谱效率来得到针对由所述基站所服务的小区中的利用率函数对由另一基站分配给各个子带的功率的变化的敏感度的值。
30.如权利要求29所述的方法，包括相对于所述信号对干扰及噪声的比值对所估计的谱效率求微分，以得到所述敏感度的值。
31.一种基站，被配置为执行如权利要求23-30中的任一权利要求所述的方法。
32.—种控制蜂窝通信网络中的基站的方法，所述方法包括: 针对多个用户中的每个用户，接收表示所述用户的初始比特率要求的值； 确定被要求分配给所述用户的相应的下行链路功率以达到相应的比特率要求； 确定总的下行链路功率要求为所要求的所述各个下行链路功率的总和；以及 当所述基站的总的下行链路功率超过阈值时，将针对所述用户中的至少一个用户的比特率要求降低为低于相应的初始比特率要求的值。
33.如权利要求32所述的方法，其中降低所述比特率要求的步骤包括:设置阈值，所述比特率要求不能被降低到所述阈值以下。
34.如权利要求33所述的方法，其中所述阈值是所述初始比特率要求的预定分数。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述预定分数基于所述用户的业务类型而被设置。
36.如权利要求32-35中的任一权利要求所述的方法，其中降低针对所述用户中的至少一个用户的比特率要求的步骤包括: 针对多个用户判断可用比特率是否超过相应的初始比特率要求； 选择至少一个用户，针对该用户，可用比特率低于相应的初始比特率要求；以及 降低针对所述用户中的所选择的至少一个用户的比特率要求。
37.如权利要求32所述的方法，其中降低所述比特率要求的步骤包括:降低比特率直到平均小区利用率相对于平均小区功率的变化率的大小超过阈值为止。
38.一种基站，被配置为执行如权利要求32-37中的任一权利要求所述的方法。
39.一种计算蜂窝通信网络的基站上的负载的值的方法，其中所述基站能够利用多个子带并且能够利用频率选择性功率控制，所述方法包括: 基于针对每个用户的平均功率和平均比特率计算所述负载的值。
40.如权利要求39所述的方法，其中计算所述负载的步骤包括:基于针对每个用户所要求的比特率与所达到的比特率的比值并且基于针对每个用户的该用户的平均功率与针对小区的最大下行链路功率的比值来计算所述负载的值。
41.如权利要求39所述的方法，包括: 计算所述负载的值为就所有用户而言、针对每个用户所要求的比特率与所达到的比特率的比值与针对该用户的平均功率与针对小区的最大下行链路功率的比值的乘积的总和。
42.如权利要求41所述的方法，还包括: 当针对所述用户所要求的比特率与所达到的比特率的比值小于针对一个或多个用户的相应的预定值时，利用所述相应的预定值代替针对所述用户所要求的比特率与所达到的比特率的比值来计算所述负载的值。
43.如权利要求39-42中之一所述的方法，包括在准入控制和/或拥塞控制和/或负载平衡中使用所计算出的负载值。
44.一种基站，被配置为执行如权利要求39-42中的任一权利要求所述的方法。
45.一种控制由蜂窝通信网络的基站分配给多个子带中的每个子带的各个传送功率的方法，所述方法包括: 在所述基站中，从被连接到所述基站的移动设备获得信道质量信息； 针对每个子带，利用来自所述移动设备的信道质量信息形成平均信道质量度量；以及根据所述平均信道质量度量，估计关于由所述基站所服务的小区中的利用率函数对由其它基站分配给各个子带的功率的变化的敏感度的信息。
46.如权利要求45 所述的方法，包括针对所述平均信道质量度量低于阈值的每个子带，将所估计的敏感度量值设置为负的实数值。
47.—种基站,被配置为执行如权利要求45-46中的任一权利要求所述的方法。
【文档编号】H04W52/26GK104041147SQ201280058324
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年10月10日 优先权日:2011年11月28日
【发明者】艾伦·詹姆斯·敖彻穆迪·卡尔特, 雷蒙德·宽 申请人:尤毕奎西斯有限公司