CN101877918A - 移动通信中基站动态分簇的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通信控制装置、通信控制方法及系统，利用动态分簇在移动通信系统中提供高效的多基站联合服务。能够根据终端与各个基站的通信状态选择最优的基站分簇，减少用于计算基站分簇的信令和资源开销。本发明的通信控制装置，通过网络与多个基站链接，对所述多个基站进行动态分簇，使分簇的多个基站联合对移动终端提供服务，包括：接口，与多个基站链接，接收来自所述各基站的关于移动终端的信道状态信息；存储部，存储从所述接口接收的移动终端的信道状态信息；控制部，根据所述存储部存储的移动终端的信道状态信息，对所述各基站进行动态分簇。

Description

移动通信中基站动态分簇的设备和方法

技术领域

本发明涉及在移动通信网络中提供服务的设备和方法。尤其涉及在移动通信系统中，利用中心分簇服务器进行基站动态分簇，提供高效的支持多基站联合服务的设备和方法，这里提到的移动通信网络为支持多基站联合服务的移动通信系统。

背景技术

多点联合传输/接收(Coordinated multi-pointtransmission/reception(CoMP))已经被公认为在移动网络中扩充高速数据服务的覆盖范围、提高小区边缘的吞吐以及提高系统平均吞吐的一个非常好的方法。在多点联合传输/接收中，需要对所有的参与协作的网络节点进行分簇，每个簇中的网络节点为某些终端提供多点联合服务。图1是已有的移动网络中，简单的多基站联合服务场景。在图1中，两个基站1和基站2联合起来，同时对终端1和终端2进行服务。在实际的应用中，可能会有多于两个的基站同时对多于两个的终端进行服务。

3GPP是一个国际标准组织，曾经开发出第二代以及第三代移动通信网络的系统架构和标准。这些标准已经应用于目前已经部署空中接口的网络上。当前，3GPP正在着手制定面向第四代移动通信网络的长期演进的提升版本(Long Term Evolution-Advanced，LTE-advanced).在LTE-Advanced的标准制定过程中，多点联合传输和接收已经被采纳用于多基站联合服务。

图2是现有技术中中心控制的多基站联合服务系统框架。这里以3GPP标准组织制定的LTE-Advanced网络为应用实例。这里涉及的设备和方法可以应用于其他支持多基站联合服务的移动网络中。在这个典型框架中，移动蜂窝网络至少由多个基站组成。多个基站与一个(实际应用中可以是多个)基站控制器相连，基站控制器负责协商多基站联合服务的关键参数。接入网负责连接基站控制器和基站与移动网络网关。移动网络网关与因特网或其它服务器连接，作为整个移动接入网络的截止节点，至少负责将来自其他服务器和因特网的信息提供给所有的移动终端，同时至少负责所有移动终端的网络注册、安全、计费等工作。

多基站联合服务虽然有很多好处，但是如果各个基站各自动态选择最优基站簇，需要在所有基站之间共享很多数据以及信道状态信息。使得基站之间的通信负担非常重，同时需要在基站中实现复杂的算法用于进行最优簇的选择。除此之外，为了选择最优的基站簇而在基站之间和基站与终端之间共享很多信息，这样会带来非常大的信令和资源开销，从而使移动网络很低效。

从另一个角度讲，如果像图3那样在多基站联合服务中设置静态的基站簇是可以节省信令和资源开销的。然而，由于移动网络中移动终端的位置和服务信道状况是不断变化的，因此很难选择一个静态的最优的基站簇来满足所有多基站联合传输的需要。如果只是简单的静态设置基站簇，无法利用多基站联合服务，提高空中接口的利用效率，从而使多基站联合服务变得没有任何意义。

图3是现有的多基站联合服务中静态分簇的示例。该示例中，网络中部署了多个基站1-30，并静态分成多个基站簇，每个簇内有3个基站。在进行多基站联合服务的时候，只有某个簇内的三个基站可以进行联合，跨簇联合服务无法进行。这样做的好处是简化了基站动态分簇带来的开销。然而，其性能无法达到最优。如果某个移动终端处于同一基站簇内的某几个基站之间的小区边缘，可以从多基站联合服务中受益。然后，如果某个移动终端处于两个基站簇结合的边缘，例如说图3中基站2和基站4的相邻的小区边缘，由于根据静态分簇规则，基站2和基站4无法进行多基站联合服务，即使这两个基站有足够的资源和良好的信道质量，移动终端也无法享受到这种服务。这些都不利于最优的使用基站的无线空中接口资源。

总之，在支持多基站联合传输的移动网络中，需要一个轻量级的动态基站分簇选择解决方案。该解决方案一方面需要很快的找到最优的基站分簇结果，另一方面需要减少用于计算基站分簇的信令和资源开销。

在专利WO 2008/157147A1和专利US 2008/0014884A1中，一个由多个无线节点组成的簇在与对端节点通信之前互相通信协商多节点联合通信，但是这些节点都是终端节点，其中没有移动通信基站参与分簇；

在专利US2008/02060064A1中，来自两个或者多个基站的天线单元被用于组成多天线阵列。但是，在这篇专利中，假设基站簇已经实现建立好，没有具体的分簇方法被提及；

在专利US2008/003022A3中，两个发送节点联合起来与一个接收节点通信，但是没有分簇算法的具体内容；

发明内容

本发明提供一种通信控制装置、通信控制方法及系统，利用动态分簇在移动通信系统中提供高效的多基站联合服务。能够根据终端与各个基站的通信状态选择最优的基站分簇，减少用于计算基站分簇的信令和资源开销。

附图说明

图1是已有的简单的多基站联合服务场景

图2是已有的中心控制的多基站联合服务系统框架

图3是已有的多基站联合服务中静态分簇的示例

图4是本发明中支持中心动态分簇的多基站联合服务系统

图5是用于信道状态信息估计的导频信息的封装格式

图6是动态分簇信令流程

图7是本发明的中心分簇服务器中动态分簇流程

图8是本发明的动态分簇之后，终端触发的多基站联合服务的典型信令流程

图9是本发明的动态分簇之后，基站触发的多基站联合服务的典型信令流程

图10是本发明的基站间信令的基本格式

图11是本发明的基站间协商联合传输的请求信令的X2AP字段实现示例

图12是本发明的基站间协商联合传输的应答信令的X2AP字段实现示例

图13是本发明的单天线基站的内部结构

图14是本发明的多天线基站的内部结构示例(2天线)

图15是本发明的中心分簇服务器的内部典型结构

图16是本发明中心分簇服务器的内部信息流向图

图17是本发明的中心分簇服务器中信道状态信息表的典型结构

图18是本发明的中心分簇服务器中信道状态信息表的一个实现示例

图19是本发明的用于动态分簇算法的干扰关系图的一个实现示例

图20是本发明的通信控制系统中部分移动终端移动后的实现示例

图21是本发明的通信控制系统中部分移动终端移动后的信道状态信息表

图22是本发明中动态分簇算法的优越性对比图

具体实施方式

下面描述的实例是基于3GPP LTE-A通信系统。本发明可以被应用于其他支持多基站联合服务的移动通信网络。

图4是本发明的支持中心动态分簇的多基站联合服务系统框架。是基于图2中的3GPP标准组织制定的LTE-Advanced网络的应用实例，本发明的中心分簇服务器的构成可以是独立设置在网络中的中心分簇服务器9，或者是在已有的基站控制器中附加设置了具有动态分簇功能的基站控制器8。在本发明中后面的叙述中，提到的中心分簇服务器包括这两种设置情况。本发明中，对传统的基站进行升级，均需要支持基本的单基站无线服务或者多基站联合无线服务。如图4，基站接收来自各终端的信道状态信息向量，将其发送给中心分簇服务器，或者把信道状态信息转换为简单信道状态信息发送给中心分簇服务器。中心分簇服务器利用各基站发来的各终端的信道状态信息，对各基站进行分簇，并将分簇结果发送给各基站。此外，基站按照该动态分簇结果与当前基站簇内的其他基站进行协商，实现多基站联合无线服务。

图5是用于信道状态信息估计的导频信息的封装格式。对于单天线基站(图中的基站1)，需要在下行控制信道链路中周期性加入已知预定义的导频_1501，终端可以使用导频_1501中的信息计算与该基站之间的信道状态信息。其他的空中接口资源可以用于下行数据502的传输。对于多天线基站(图中的实例为两天线基站1和2)，可以加入可选的通用导频标识503，并加入天线端口信息504，通用导频信息505。此外，针对每个天线的导频_2_1 506和导频_2_2 506可以分别传输，终端可以使用导频_2_1 506和导频_2_2 506中的信息计算与该多天线基站的每个天线之间的信道状态信息。

导频信息的内容是预先在所有终端和基站共享的已知训练序列。当终端接收到来自于某个基站发送的用于信道估计的导频信息时，将接收到的导频信息和已经共享的导频进行比较。往往经过无线信道传输的导频内容会和终端本地已知的导频内容有差别。终端通过比较其差别估计出信道状态信息。得到的信道状态信息至少包含终端到基站之间的信道衰落情况和相位偏转情况。

图6是动态分簇信令流程。首先所有终端1-m周期性的接收到来自各自主服务基站1-n的导频信息(过程601)。然后终端开始计算对应各个基站的信道状态信息h_ij(h_ij代表基站i和终端j之间的信道状态信息)(过程602)。这里的信道状态信息—般表现为复数形式，由于根据导频信息计算信道状态信息是本领域技术人员公知的技术，因此在此不再详述。接着，每个终端j生成自己的信道状态信息向量

并汇报给各自的主服务基站(过程603)，其中某些信道状态信息h_ij为0；随后，所有的基站向中心分簇服务器汇报全部信道状态信息(过程604)，汇报的信道状态信息可以为原始信道状态信息，也可以是简单的信道状态信息，这里的简单的信道状态信息是对原始信道状态信息取绝对值后的状态信息；在接收到汇报的信道状态信息后，中心分簇服务器需要首先更新信道状态信息表(过程605)；在动态分簇计时器到期的时候，进行动态分簇调度(过程606)；调度结束后中心分簇服务器把调度的结果发送给所有的基站；基站将当前簇的状况广播给本小区内的所有终端(过程608)；当终端或者基站触发使用多基站联合服务时遵从当前的分簇情况(过程609)。以后，终端根据各个基站周期性广播的导频信息计算信道状态信息，继续为下一次分簇提供信道状态信息。

图7是本发明的中心分簇服务器中动态分簇流程。中心分簇服务器(通信控制装置)接收到来自基站的所有的简单信道状态信息，更新信道状态信息表(过程701)。当需要进行分簇调度的时候，中心分簇服务器根据信道状态信息表组成信道状态信息矩阵(过程702)：

$\begin{array}{cccc}{H}_{11}^{*}& H_{21}^{*}& ...& H_{n1}^{*}\\ H_{12}^{*}& H_{22}^{*}& ...& H_{n2}^{*}\\ ...& ...& ...& ...\\ H_{1n}^{*}& h_{n2}^{*}& ...& H_{\mathrm{nn}}^{*}\end{array}---\left(1\right)$

是基站y所主服务的所有移动终端与基站x之间的简单信道状态信息汇总。该汇总的方式可能有很多种。比如：

如果针对每个多基站服务时隙进行动态分簇调度的话，

$H_{\mathrm{xy}}^{*}=\left|h_{\mathrm{xj}}\right|$

h_xj为当前基站y所服务的移动终端j与基站x之间的信道状态信息；

如果动态分簇调度的周期为多个多基站服务时隙的话，

可以取在这个周期内基站y所服务的所有移动终端与基站x之间的信道状态信息的绝对值的平均值或者加权平均值。

中心分簇服务器根据信道状态信息矩阵计算各基站相互间对于对方主服务终端的干扰系数w_xy：

$w_{\mathrm{xy}}={\left|H_{\mathrm{xy}}^{*}\right|}^2+{\left|H_{\mathrm{yx}}^{*}\right|}^2---\left(2\right)$

并组成基站干扰关系图(过程703)，该干扰关系图为无向图，图中节点数目与参与动态分簇调度的基站的数目一致，每个节点对应其中一个基站。节点间的边的权重为对应两个基站之间的干扰系数w_xy。

根据每簇基站数计算所有的分簇参数Li。并把所有的分簇可能按分簇参数由大到小排列为未调度列表(过程704)。对应某个基站分簇可能的分簇参数Li的计算可以根据以下原则：

$\mathrm{Li}=\underset{\mathrm{ab}}{\mathrm{\Σ}}{w}_{\mathrm{ab}}---\left(3\right)$

w_ab为(2)中所定义的基站间干扰系数，在这里，其中一个基站(a或者b)属于当前基站分簇，另外一个基站不属于当前基站分簇。

每个基站簇内的基站数可以在中心分簇服务器中事先设定，也可以根据某种原则动态决定。

然后开始动态分簇调度。该调度的基本准则是在同一基站簇内的所有基站之间的干扰系数w_xy可以贡献为多基站联合服务的信道增益。但是，如果两个基站不在同一个基站簇内的话，它们之间的干扰系数w_xy则贡献为多基站联合服务的信道干扰。例如对于某一个

来说，如果基站y与基站x在同一基站簇内的话，他们可以进行多基站联合服务，那么基站y所主服务的所有移动终端与基站x之间的所有信道增益都可以作为联合服务的信道增益。如果最终基站y与基站x不在同一基站簇内的话，他们不能进行多基站联合服务，基站y所主服务的所有移动终端与基站x之间的所有信道增益对于这两个基站所各自进行的联合服务来说都是信道干扰。因此，动态基站分簇的目标就是找到最优的分簇方案，使得每个基站簇之间的信道干扰为最低，信道增益为最大。

基本的调度流程如下：

第一步705：初始化未分簇集合E为所有基站节点和已分簇基站集合U为空集合Φ；

第二步706：选择当前具有最小分簇参数Li分簇集θ，检查是否

，如果结果为是，进入第三步707，如果，结果为否，进入第五步；

第三步707：E＝E-θ，U＝U+θ；

第四步708：接受当前具有最小分簇参数的分簇集θ为有效分簇；

第五步709：从最初未调度列表中移除当前具有最小分簇参数的分簇集θ，；

第六步710：判断E＝Φ或者未分簇集合E中的剩余基站数目小于当前设定的基站簇内的基站数目？如果结果为是，进入第六步，如果结果为否，转到第二步，；

第七步711：结束分簇调度，发送分簇结果给所有的基站。

图8是本发明的动态分簇后，终端触发的多基站联合服务的典型信令流程。当在某一时刻基站动态分簇结果已经由中心分簇服务器发至所有基站(过程801)，基站可将动态基站分簇结果发送给对应的终端(过程802)；当终端决定使用当前簇的多基站联合服务(过程803)，它将向其对应的主服务基站发送消息触发多基站联合服务(过程804)；主服务基站可选择进行相关的鉴权等过程(过程805)；在这过程中，终端周期性的向主服务基站汇报与当前基站簇内所有的基站之间的信道状态信息(过程806)；主服务基站如果认为可以对该终端进行多基站联合服务，则与当前基站簇内的其他基站协商联合传输(过程807)；如果协商成功，主服务基站把联合传输的关键参数通知给该终端(过程808)，当前基站簇内的所有基站根据协商结果分配资源和进行相关的设定(过程809)；这样多基站联合服务就可以在当前基站簇内的所有基站和对应终端之间进行(过程810)；此外，基站还需要向中心分簇服务器周期性的汇报简单信道状态信息用于下一次动态分簇调度(过程811)。

图9是本发明的动态分簇之后，基站触发的多基站联合服务的典型信令流程。当在某一时刻基站动态分簇结果已经由中心分簇服务器发至所有基站(过程901)，基站可选择将动态基站分簇结果发送给对应的终端(过程902)；当主服务基站决定使用当前簇的多基站联合服务(过程903)，它将向其对应终端发送消息触发多基站联合服务(过程904)；在这过程中，终端周期性的向其对应的主服务基站汇报与当前基站簇内所有的基站之间的信道状态信息(过程905)；主服务基站如果认为可以对该终端进行多基站联合服务，则与当前基站簇内的其他基站协商联合传输(过程906)；如果协商成功，主服务基站把联合传输的关键参数通知给该终端(过程907)，当前基站簇内的所有基站根据协商结果分配资源和进行相关的设定(过程908)；这样多基站联合服务就可以在当前基站簇内的所有基站和对应终端之间进行(过程909)；此外，基站还需要向中心分簇服务器周期性的汇报简单信道状态信息用于下一次动态分簇调度(过程910)。

图10是本发明的基站间信令的基本格式。该信令为SCTP/IP数据包，可以是IPv4，也可以是IPv6。在通用IP包头1001中，目的地址为目标基站的IPv4/IPv6地址1002，源地址为源基站的IPv4/IPv6地址1003。通用IP包头1001后面为通用SCTP包头1004。最后为符合3GPP X2AP协议的消息体1005。

图11是本发明的基站间协商联合传输的请求信令的X2AP字段1005实现示例。必须具备的信息单元包括：1)消息类型单元1101，该单元的取值由3GPP等标准组织定义，需要能够标识多基站协作请求功能；2)主服务基站的对应终端的X2AP协议标识1102，此标识在主服务基站向目标基站的方向，可以唯一的标识一个终端；3)目标基站标识1103；4)目标基站的相关小区标识1104；5)多基站联合服务请求类型1105(可以为开始，结束等等)；6)请求汇报的内容1106，该字段为32位的位序列，每个比特对应一个信息内容，如果某比特数值为1，则表示需要目标基站在应答消息中加入对应信息(例如第一个比特对应预编码选项，第二个比特对应联合服务的输出功率，第三个比特对应调制速率等等)；7)目标基站与对应终端之间的信道状态信息1108。可选信息可以包括：1)目标基站与主服务基站之间的信息汇报周期1107；2)其他的一些可选信息1109。

图12是本发明的基站间协商联合传输的应答信令的X2AP字段1105实现示例.必须具备的信息单元包括：1)消息类型单元1201，该单元的取值由3GPP等标准组织定义，需要能够标识多基站协作应答功能；2)主服务基站上对应终端的X2AP协议标识1202，此标识在主服务基站向目标基站的方向，可以唯一的标识一个终端；3)目标基站上对应终端的X2AP协议标识1203，此标识在目标基站向主服务基站的方向，可以唯一的标识一个终端；4)目标基站的相关小区标识1204；5)多基站联合服务请求类型1205(可以为开始，结束等等)，应该与X2AP请求消息中的对应信息单元的内容相同；6)应答汇报的内容1206，该字段为32位的位序列，每个比特对应一个信息内容，如果某比特数值为1，则表示目标基站在应答消息中加入了对应信息，应该与X2AP请求消息中的对应信息单元的内容相同。可选信息可以包括：1)目标基站与源基站之间的信息汇报周期1207；2)预编码选项1208；3)联合传输的功率1209；4)调制速率1210；5)其他的一些可选信息1211。

图13是本发明的单天线基站的内部结构。基站的内部结构主要包括高频模块1322，基带模块1307，上层信令与控制模块1308，与接入网相连的网络接口模块1309，多基站服务控制单元1311用于控制多基站服务以及与中心分簇服务器通信；与中心分簇服务器通信的网络模块1310；信道状态信息矩阵1312；预编码选项1313；信道估计单元1318。在高频模块1322中，至少包括一根物理天线1301，一个或者多个高频复用单元1302，一个或者多个射频单元1303。高频模块1322的下行部分包括联合预编码单元1304，下行导频生成单元1305，至少一个多层映射单元1306，以及下行时分控制单元1319以及发送射频控制部分1318。高频模块1322的下行部分包括联合解预编码单元1321，上行训练序列分析单元1305，至少一个多层解映射单元1316，以及上行时分控制单元1320。基带部分至少包括至少一个信道编码与调制模块1312和至少一个信道解码与解调模块1313。

图14是本发明中多天线基站的内部结构示例(2天线)。基站的内部结构主要包括高频模块1424，基带模块1410，上层信令与控制模块1411，与接入网相连的网络接口模块1412，多基站服务控制单元1414用于控制多基站服务以及与中心分簇服务器通信；与中心分簇服务器通信的网络模块1413；信道状态信息矩阵1425；预编码选项1415；信道估计单元1420。在高频模块1424中，至少包括至少两根物理天线1401和1402，一个或者多个高频复用单元1403，一个或者多个射频单元1404。高频模块1424的下行部分包括至少一个联合预编码单元1405，至少两个下行导频生成单元1407和1408，至少一个多层映射单元1409，至少一个公共导频生成单元1406，至少两个下行时分控制单元1421，以及发送射频控制与多天线控制部分1416。高频模块1424的下行部分包括至少一个联合预编码单元1423，至少两个上行训练序列分析单元1417和1418，至少一个多层解映射单元1419，至少两个下行时分控制单元1422。基带部分至少包括至少两个信道编码与调制模块1416和至少两个信道解码与解调模块1415。

图15是本发明中中心分簇服务器即通信控制装置的内部典型结构。网络接口包括输入线接口(input line interface)1501和输出线接口(outputline interface)1503。同时，网络接口还包括接收缓冲区(receivingbuffer)1502，每个接收缓冲区都连着输入线接口1502和内部总线(internal bus)1514，发送缓冲区(sending buffers)1504，每个发送缓冲区都连着输出线接口1503和内部总线1514。内部总线1514还至少连着处理器(processor)1505，程序存储器(program memory)1506和数据存储器(data memory)1511。程序存储器1506里存放着处理器1505执行的功能模块，至少包括：包发送和接收模块1510，分簇控制模块(clusteringcontrol module)1507主要控制动态基站分簇的调度，多基站联合服务分簇控制信令模块1508(CoMP signaling control module)，和基本的控制模块(basic control routine)1509用来选择启动其他模块。数据存储器1511中存放本发明中新加入的信道状态信息表1512(Channel StatusInformation Table)以及其他的一些数据信息1513。

本发明在程序存储器1506中加入了新的模块主要为分簇控制模块1507。它的具体任务包括：

1.当收到来自各个基站的信道状态信息汇报的时候，将汇报的信道状态信息更新到信道状态信息表1512中；如果来自基站的汇报为原始信道状态信息，分簇控制模块1507需要将其转换成简单信道状态信息，然后存入信道状态信息表1512中；

2.维护动态分簇调度计时器，当该计时器到期的时候，重新进行动态分簇调度；

3.配置有基站簇内的基站数目；该数目的大小可以又运营商手动配置，或者通过别的方法动态配置；

4.当进行动态分簇调度的时候，按照图7中所示的方法进行调度；

5.当调度完成后，将调度的结果发送给所有的基站；

6.分簇控制模块1507通过多基站联合服务分簇控制信令模块1508与其他网络设备的通信方法如图6所示。

此外，在程序存储器1506中加入了新的多基站联合服务分簇控制信令模块1508，用于维护与其他网络设备的信令通信。多基站联合服务分簇控制信令模块1508至少需要将来自各个基站的汇报转发到分簇控制模块1507，还需要将分簇控制模块1507进行动态基站分簇调度的结果发送给所有的基站。

本发明在数据存储器1511中加入了新的模块主要为信道状态信息表1512，该表的细节如图17所示，包括终端1701、各基站的信息1702例如信道状态信息、主服务基站等。分簇控制模块1507在接收到来自各个基站的汇报进行总结，并更新该表。同时，分簇控制模块1507也回以表中的内容为参考，进行动态基站分簇调度。

图16是本发明中中心分簇服务器的内部信息流向图。来自各个基站的周期性简单信道状态信息1601首先被输入线接口1501和输入缓冲区1502接收，通过总线1514到达包发送和接收模块1510。然后，包发送和接收模块1510把信道状态信息1601转交给多基站联合服务分簇控制信令模块1508。经过会话控制后，该信息被发至分簇控制模块1507，之后被存储在信道状态信息表1512中。当需要进行动态分簇调度的时候，分簇控制模块1507从信道状态信息表1512中取得当前的信道状态信息1601，然后进行动态分簇调度，将基站分簇的结果1602转交给多基站联合服务分簇控制信令模块1508。经过会话控制，该信息被发至包发送和接收模块1510，并通过输出线接口1503和输出缓冲区1504最终通过网络将基站分簇的结果1602发送给所有基站。中心分簇服务器中的所有数据和信令流向都由处理器1505通过基本控制模块1509来控制，并通过数据或者控制总线1514转发。

图17是本发明中中心分簇服务器中信道状态信息表1512的典型结构。该表存在于中心分簇服务器的数据存储器1511当中。信道状态信息表1512的每一个行1706都对应一个移动终端，其中包括终端的标识1701，该终端含有多个表项1702表示与每一个基站的信道信息和服务关系。每个表项1702都含有简单的信道状态信息1704，以及该终端与对应的基站的主服务关系1705。

在这里举一个简单的应用实例，在实例中有4个基站和5个移动终端。假设每个基站都只有一个天线，在同一时间只能服务一个终端，同时假设基站和中心分簇服务器间的网络足够支持精确到每个时隙的动态基站分簇调度。

图18是本发明的中心分簇服务器中信道状态信息表1512(图17)的一个实现示例。每一个行1806都对应一个移动终端，其中包括终端的标识1801，该终端含有多个表项1802表示与每一个基站的信道信息和服务关系。每个表项1802都含有简单的信道状态信息1804、以及该终端与对应的基站的主服务关系1805。

假设在某一个时隙，基站17只服务终端12。那么，根据图18的信道状态信息表1512中的内容，生成的简单信道状态信息矩阵H如下：

2.0   0.4   0    0.9

0     2.4   0.7  0

0     0.9   2.2  0

0.8   0     1.6  2.5

根据这个矩阵，可以生成如图19那样的干扰关系图。图19是本发明中用于动态分簇算法的干扰关系图的一个实现示例。生成的干扰关系突为无向图，每个节点1901对应一个基站，每两个节点之间的边1902对应两个基站之间的干扰关系，其权重(weight)为两个基站的干扰系数1903。该干扰关系图由中心分簇服务器的分簇控制模块1507根据当前信道状态信息表1512中的内容生成。图19中的所有干扰系数1903的计算结果如下：

W₁₂＝0.16；W₁₃＝0；W₁₄＝1.45；

W₂₃＝1.3；W₂₄＝0；W₁₂＝1.45

假设每个基站簇内的基站数为2。这样，没种基站簇的可能性的分簇参数Li的计算如下(按照由小到大的方式排列)：

最终按照图7中提到的方法，中心分簇服务器将选取两个基站簇({2，3}和{1，4}.)作为最终的结果。

对于更多数目(假设为p)的基站簇，分簇参数Li的计算与图7中的方法相同。这样生成的分簇可能性有

个，选取的方法也和图7中的方法相同。

对于更多数目(假设为p)的基站簇，分簇参数Li的计算与图7中的方法相同。这样生成的分簇可能性有

个，选取的方法也和图7中的方法相同。

本发明中图7所提到的根据信道状态信息对基站进行动态分簇的方法可以采用其它的方法。例如，中心分簇服务器可以根据以下方法进行分簇：

步骤一：中心分簇服务器从信道状态信息表中取出所有的简单信道状态信息；

步骤二：将每一个基站中所主要服务的所有终端对于其他基站的简单信道状态信息分别求和S_xy(S_xy表示基站y对于基站x中的所有终端的简单信道状态信息和)；

步骤三：把所有的基站按照所主要服务的终端数量进行排序组成未分簇基站集合E，并初始化已分簇基站集合U为空集合；

步骤四：对于当前数目(假设为p)的基站簇，从主服务终端数量最多的基站开始，选择p-1个最大S_xy的基站形成有效基站簇，并把这个基站簇内的p个基站从未分簇集合E中删除，加入已分簇集合U；

步骤五：如果当前未分簇集合E为空集合或者当前未分簇集合E中剩余的基站数小与没基站簇的基站数，进入步骤六，否则回到步骤四；

步骤六：结束分簇算法，将分簇结果发给所有的基站。

再例如，中心分簇服务器还可以根据以下方法进行分簇：

步骤一：中心分簇服务器从信道状态信息表中取出所有的原始信道状态信息；

步骤二：针对每个终端，根据其与其他非主服务基站的信道状态信息，选择对当前终端进行多基站联合服务无线利用率最高的p-1个非主服务基站作为当前终端的临时最优分簇。在计算无线利用率的时候，需要根据原始信道状态信息中衰落和信道偏移信息，首先推算出多基站联合服务传输矩阵，然后根据传输矩阵计算该临时分簇内所有基站对当前终端进行服务的无线利用率，再求和；

步骤三：把所有的基站组成未分簇基站集合E，并初始化已分簇基站集合U为空集合，并把所有终端组成终端集合W；

步骤四：首先提取终端集合W中所有的终端的临时最优分簇重合最多的分簇作为当前有效分簇，并把这个基站簇内的p个基站从未分簇集合E中删除，加入已分簇集合U，最后把选择当前簇作为临时最优分簇的所有终端从终端集合W中删除；

步骤五：如果当前未分簇集合E为空集合，或者当前未分簇集合E中剩余的基站数小与没基站簇的基站数，或者终端集合W为空集合，进入步骤七，否则进入步骤六；

步骤六：如果可以提取终端集合W中所有的终端的临时最优分簇重合最多的分簇，进入步骤四，如果有两个和两个以上(假设有T个)重合最多的临时最优分簇选择，把每个分簇选择对应终端的无线利用率求和(假设为S_t，t对应当前T个临时最优分簇选择中的一个)，提取具有最大S_t的临时最优分簇选择t，作为当前重合最多的分簇，进入步骤四；

步骤七：结束分簇算法，将分簇结果发给所有的基站。

以下讨论本发明的另一种情况，即通信控制系统中有部分终端移动时的情况。

图20是本发明的通信控制系统中部分移动终端移动后的实现示例。图21是本发明的通信控制系统中部分移动终端移动后的信道状态信息表。

假设在某一个时隙，上述实例中的终端1并没有移动，而终端2，终端3和终端4分别移动到了某个位置，如图20所示，信道状态信息表就变成如图21的内容。基站17只服务终端12，目前的基站分簇的形式还是根据图18中的内容进行动态分簇的结果。那么，根据当前信道状态信息表图21中的内容，生成的简单信道状态信息矩阵H如下：

2.0    0.4    0    0.9

0.8    1.9    0.5  0.2

0.3    0      2.6  0.6

0.1    0.5    0.7  2.1

根据这个矩阵，同样可以生成如图19那样的干扰关系图。图19是本发明中用于动态分簇算法的干扰关系图的一个实现示例。生成的干扰关系突为无向图，每个节点1901对应一个基站，每两个节点之间的边1902对应两个基站7之间的干扰关系，其权重(weight)为两个基站的干扰系数1903。该干扰关系图由中心分簇服务器中的分簇控制模块1907根据当前信道状态信息表1912中的内容生成。图19中的所有当前干扰系数1903的计算结果如下：

W₁₂＝0.80；W₁₃＝0.09；W₁₄＝0.82；

W₂₃＝0.25；W₂₄＝0.29；W₃₄＝0.85

假设每个基站簇内的基站数为2。这样，某种基站簇的可能性的分簇参数Li的计算如下(按照由小到大的方式排列)：

最终按照图7中提到的方法，中心分簇服务器将选取两个基站簇({1，2}和{3，4}.)作为最终的结果。

因此，在这种情形下，即使终端1没有改变位置即静止状态，动态基站分簇仍旧被改变了。本发明中的动态基站分簇方法基于当前网络中所有的基站和终端之间的无线链路的干扰，在某些终端无线信道状况不变，同时某些终端无线信道状况变化的时候，分簇的结果也有可能受到影响。即使所有终端的位置都不变，但是周边环境发生了变化(比如说某些终端的周边被临时出现的遮挡物影响到与相关基站的信道状况)，造成了无线信道状况的变化，分簇的结果会或多或少的受到影响。但是，本发明中的动态基站分簇方法总是能找到当前信道状态下最优的分簇方法。

图22是本发明中动态分簇算法的优越性对比。横轴2202是接收信噪比SNR，单位是dB，纵轴2201是当前系统的平均容量，单位是bit/s/Hz。图中有四条曲线，理论上最优的曲线是最上面的一条2203，该理论值是由香农信道公式计算出来：

信道容量/频宽＝log(1+信号干扰比)。

曲线2204是经过本发明中动态分簇之后，进行多基站联合服务的平均性能，曲线2205是静态分簇的时候多基站联合服务的平均性能，曲线2206是没有使用多基站联合服务的平均性能。可以看出，

本发明中的动态分簇方法相比静态分簇性能有明显的提升，更加接近理论的理想值，同时分簇算法还很简单。曲线2204，2205和2206是在多个基站多个终端的网络中，进行大量仿真后得到的统计分布结果。

本发明的移动终端可以是携带电话、或者是具有无线上网功能的笔记本电脑、也可以是其它具有无线通信功能的通讯设备。

本发明的优越性描述：

(1)动态的找出当前网络中最优的基站分簇组合

(2)动态分簇调度所利用的参数为各个终端汇报到网络侧的基本的信道状态信息，现有终端不用进行改动就可以支持本发明中的系统和方法

(3)移动通信基站汇报到中心分簇服务器的信息为简化的信道状态信息，节省了通信带宽。

(4)所有的调度都是基于简化的实数信道状态信息进行的计算的，且计算的方法都是四则运算及平方运算，计算量非常小，且非常适合硬件实现，使针对每个通信时隙粒度的动态分簇调度成为可能。

(5)分簇的方法对于各种基站簇的大小都适用

(6)对现有移动通信基站和终端的改动非常小。

Claims (19)

1.一种通信控制装置，通过网络与多个基站链接，对所述多个基站进行动态分簇，使分簇的多个基站联合对移动终端提供服务，其特征在于，包括：

接口，与多个基站链接，接收来自所述各基站的关于移动终端的信道状态信息；

存储部，存储从所述接口接收的移动终端的信道状态信息；

控制部，根据所述存储部存储的移动终端的信道状态信息，对所述各基站进行动态分簇。

2.根据权利要求1所述的通信控制装置，其特征在于，

所述信道状态信息是各个移动终端通过接收来自各个基站的导频信息并计算而生成的。

3.根据权利要求2所述的通信控制装置，其特征在于，

所述移动终端将与各个基站的通信状态信息以信道状态信息向量的方式发送给其主基站。

4.根据权利要求1所述的通信控制装置，其特征在于，

所述存储部存储有信道信息状态表，该信道信息状态表包括移动终端标识、该移动终端与所有上述移动通信基站之间的信道状态信息、该移动终端与所有上述基站之间的主服务信息；

所述控制部，根据所述存储部存储的移动终端的信道状态信息表，决定各个移动终端的最优的基站分簇。

5.根据权利要求4所述的通信控制装置，

上述信道状态信息表中存储的信道状态信息是原始信道状态信息，或者是取原始信道状态信息的绝对值的简单信道状态信息。

6.根据权利要求4所述的通信控制装置，其特征在于，

当所述通信控制装置的接口接收到来自所述基站的信道状态信息时，用该信息更新所述信道状态信息表。

7.根据权利要求4所述的通信控制装置，其特征在于，

还具有计时器，用于决定动态分簇操作的周期；

每当所述计时器计时到期时，所述通信控制装置的控制部进行动态基站分簇调度。

8.根据权利要求2所述的通信控制装置，其特征在于，

所述基站具有一个或者多个物理天线。所述移动终端通过所述基站的一个或多个物理天线接收导频信息。

9.根据权利要求1所述的通信控制装置，其特征在于，

还具有信令模块，与上述基站建立通信连接，当所述控制部对所述各

基站完成动态分簇后，将分簇结果通知所有基站。

10.根据权利要求9所述的通信控制装置，其特征在于，当所述基站将所述分簇结果发送给所述移动终端时，所述移动终端向对应的主服务基站发送消息，触发多基站联合服务。

11.根据权利要求1所述的通信控制装置，其特征在于，每个基站分簇的基站数量被静态或动态设定。

12.一种通信系统的通信方法，所述通信系统包括多个移动终端、向各个移动终端提供服务的多个基站、对基站进行控制的通信控制装置；所述通信控制装置具有存储部，存储信道信息状态表，其特征在于：包括以下步骤：

所述通信控制装置接收来自所有所述基站汇报的信道状态信息，并用该信息更新上述信道状态信息表；

当上述动态分簇操作计时器到期的时候，所述通信控制装置触发动态基站分簇调度；

所述通信控制装置从上述信道状态信息表中提取所述移动终端与所述基站的信道状态信息，根据该信道状态信息决定对各个终端最佳的基站分簇；

所述通信控制装置把分簇的结果发送给所有的上述基站，并由所述基站转发给所述移动终端；

各个基站按照上述分簇的结果对所述基站进行服务。

13.根据权利要求12所述的通信方法，其特征在于，

上述通信控制装置进行动态基站分簇的方法还包括：

从上述信道状态信息表中提取相关移动终端与所有基站的信道状态信息，并组成信道状态信息矩阵；

根据信道状态信息矩阵中的各个元素计算每两个上述移动通信基站之间的干扰系数，并组成动态基站分簇图；

根据配置的上述每个基站簇内的基站数目，得出所有分簇可能性的分簇参数；

不断进行具有最小分簇参数的分簇，判断其作为有效分簇的可能性，直到所有的上述基站都属于某一个基站分簇；

把分簇的结果发送给所有的上述基站。

14.根据权利要求12所述的通信方法，其特征在于，

所述信道状态信息是各个移动终端通过接收来自各个基站的导频信息并计算而生成的。

15.根据权利要求12所述的通信方法，其特征在于，

所述移动终端将与各个基站的通信状态信息以信道状态信息向量的方式发送给其主基站。

16.根据权利要求12所述的通信方法，其特征在于，

所述信道信息状态表包括移动终端标识、该移动终端与所有上述移动通信基站之间的信道状态信息、该移动终端与所有上述基站之间的主服务信息。

17.根据权利要求16所述的通信方法，其特征在于，

上述信道状态信息表中存储的信道状态信息是原始信道状态信息，或者是取原始信道状态信息的绝对值的简单信道状态信息。

18.一种通信系统，包括多个移动终端、向各个移动终端提供服务的多个基站、对基站进行控制的通信控制装置；

所述移动终端将与各个基站的通信状态信息周期性地发送给所述基站；

所述通信控制装置，包括：

接口，与多个基站链接，接收来自所述各基站的关于移动终端的信道状态信息；

存储部，存储从所述接口接收的移动终端的信道状态信息；

控制部，根据所述存储部存储的移动终端的信道状态信息，对所述各基站进行动态分簇。

19.一种移动通信系统，在服务区域内有多个对移动终端提供服务的基站，对一台移动终端提供服务的多个所述基站被分簇来提供服务，其特征在于，所述移动通信系统被构成为：当使某个移动终端静止地来使用该移动终端时，所述基站的分簇构成发生变化。

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